JP5700604B1

JP5700604B1 - 加工ヘッド移動装置

Info

Publication number: JP5700604B1
Application number: JP2014058130A
Authority: JP
Inventors: 儀三郎近藤
Original assignee: 西部自動機器株式会社
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: US9676074B2; JP2015182148A; US20150266156A1

Abstract

【課題】下当て部１０と横当て部１１とを有するワークセット部３により支持した被加工物Ｗを加工する加工装置に採用する加工ヘッド移動装置において、加工の進行に伴って被加工物Ｗが縮小化することに順応しつつ適切な加工状態を保持できるものとし、もって、被加工物Ｗに対して均質で高精度の加工を行えるようにすると共に、被加工物Ｗに対して傷を付けることなく加工ヘッド４の移動を行えるようにする。【解決手段】加工状態と退避状態との間で加工ヘッド４を移動させるヘッド移動機構５を有しており、ヘッド移動機構５には、被加工物Ｗが加工に伴い縮小するのに合わせて加工ヘッド４を押圧付加させる際に、回転工具２０の回転軸Ｐに直交する首振り軸Ｒまわりで加工ヘッド４を揺動可能にして当接面と回転軸Ｐとの交差角を一定保持させるトラニオン支持部３３が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、球体の研削や超仕上げ等を行う加工装置において好適に使用できる加工ヘッド移動装置に関する。

球体の製造過程では、二枚の平行な研磨板によって複数個の被加工物（素球）を挟み込み、両研磨板を相対的に平行移動させて被加工物に転動動作（球面全体の研磨）を起こさせ、真球度を高めてゆくという方法を採用するのが一般的である。
これに対して本出願人は、球径の異なる被加工物の加工に柔軟に対応することができ、しかも研磨精度を高めた研削や超仕上げ等を行えるようにした加工装置を開発し、特許出願している（特許文献１参照）。図１１に示すように、この加工装置１００では、ベアリング等により形成された支持台１０１上に被加工物（素球）Ｗを載せ、そのうえで押し付けローラ１０２と一対のテーパローラ１０３とで被加工物Ｗを両横から挟持させるようにし、この被加工物Ｗに上方からカップ砥石１０４を押し付ける構成としてある。カップ砥石１０４は、被加工物Ｗへの当接面（円環状の接触部位）に対して垂直となる回転軸Ｐを中心として回転駆動させる。

一対のテーパローラ１０３は、互いの縮径側を対向させて一軸配置されたものであって、この構成により、Ｖベルト用プーリ等と同様に外周部にＶ溝を備えた構造となっている。すなわち、これら両テーパローラ１０３の傾斜面間に跨らせるようにして、被加工物Ｗを２点当接状態に当て止めする。従って、両テーパローラ１０３の対向距離（図の紙面に垂直な方向に設定される相互間隔）を調節することで、被加工物Ｗの球径の変化に柔軟に対応できる利点がある。

これら一対のテーパローラ１０３は、個々別々に回転駆動可能とされている。例えば、両テーパローラ１０３を同速・同方向へ回転させれば、被加工物Ｗに水平軸まわりの一定回転を付与できることになる。これに対し、両テーパローラ１０３の回転速度に差を生じさせれば、被加工物Ｗの回転軸を傾動させることができる。また、両テーパローラ１０３の回転速度差を大きくしたり小さくしたりすれば、被加工物Ｗの回転軸を種々様々な角度に傾動させることもできる。従って、このような回転速度の差を種々変化させる制御を継続して行うことで、カップ砥石１０４による加工位置（当接位置）に対して被加工物Ｗの表面（球面）全面が万遍なく通過するように、被加工物Ｗに複雑な回転を起こさせること
ができる。このように、両テーパローラ１０３は、被加工物Ｗの表面全面を万遍なく加工（研磨）させる際の球回転駆動部１０５を構成したものと言うことができる。

以下、本明細書では、このように被加工物Ｗの表面全面を万遍なく加工させるために、被加工物Ｗの回転軸を様々な角度に傾動させながら生じさせる複雑な回転を「球回転」と言うものとする。
なお、この加工装置１００において、支持台１０１は被加工物Ｗを支持するための「下当て部」として作用し、一対のテーパローラ１０３は被加工物Ｗの横移動を当て止めするための「横当て部」として作用する。すなわち、これら「下当て部」と「横当て部」とにより、被加工物Ｗを位置決めするワークセット部１０６が構成されている。また、押し付けローラ１０２は、被加工物Ｗを「横当て部」から離れないように保持するための「ストッパ」として作用するものであり、好ましくはこの「ストッパ」を構成に加えることで、ワークセット部１０６による被加工物Ｗの位置決めは一義的で且つ確実なものとなる。

このような構成を具備する加工装置１００において、被加工物Ｗをワークセット部１０６に対して着脱する際には、カップ砥石１０４を加工位置から退避させる必要がある。そこで、カップ砥石１０４をその回転駆動部（図示略）ごと回転軸Ｐに沿った方向に移動させる機構などを採用していた（例えば、研磨具を垂直方向に昇降させる機構として特許文献２等が知られている）。

特開２０１２−７１４１３号公報特開平４−１３５１５５号公報

従来の加工装置１００において、ワークセット部１０６に支持した被加工物Ｗは、加工（研磨や超仕上げなど）が進めば進むほど、縮小化（径小化）する。このとき被加工物Ｗは、押し付けローラ１０２の作用を受けているので、「下当て部」である支持台１０１への当接と「横当て部」であるテーパローラ１０３への当接とを維持するようになり、これら２当接間の二等分線に沿った方向Ｎへ向けて球心Ｓが移動する。すなわち、図１２にやや誇張ぎみに示したように、被加工物Ｗの上面部はカップ砥石１０４から斜め下方向へ逃げてゆくような状況が生起する。

この場合、カップ砥石１０４に対して回転軸Ｐに沿って移動させる機構のみを採用していると、カップ砥石１０４の一部分（図１２の左端）のみが被加工物Ｗに当接する片当たり現象を招来し、被加工物Ｗに均質で高精度の加工を施すことが困難となる問題が生じていた。
一方、この問題の解消を目指して、例えば図１１中に示したテーパローラ１０３の上方などに設定するＱ位置を支点に、カップ砥石１０４を揺動によって移動（昇降）させる機構を採用するものと仮定する。しかしこのようにすると、図１３に示すように、カップ砥石１０４を上昇させる際にカップ砥石１０４が被加工物Ｗと接触干渉することがあり、被加工物Ｗを傷つけてしまう問題に発展することがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、下当て部と横当て部とを有するワークセット部により支持した被加工物に対して研磨や超仕上げなどの加工を施す加工装置に採用する加工ヘッドの移動装置において、加工の進行に伴って被加工物が縮小化することに順応しつつ適切な加工状態を保持できるものとし、もって、被加工物に対して均質で高精度の加工を行えるようにすると共に、被加工物に対して傷を付けることなく加工ヘッドの移動を行えるようにした加工ヘッド移動装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は次の手段を講じた。
即ち、本発明に係る加工ヘッド移動装置は、被加工物を支持する下当て部とこの下当て部上に支持された被加工物の横移動を当て止めする横当て部とにより被加工物を位置決めするワークセット部と、前記ワークセット部にて位置決めされた被加工物に回転工具を当
接させてこの当接面に垂直な回転軸まわりで当該回転工具を回転駆動させる加工ヘッドと、前記ワークセット部にて位置決めされた被加工物を前記回転工具により加工する加工状態と前記加工ヘッドを被加工物から離反させる退避状態との間で前記加工ヘッドを移動可能な状態に保持する動作保持機構とを有しており、前記動作保持機構には、前記ワークセット部にて位置決めされた被加工物へ前記加工ヘッドに装着された前記回転工具を押圧付加させる際に前記被加工物から見て前記回転工具を通り越した位置で前記回転軸に直交させて設定した首振り軸を中心としつつ前記加工ヘッドを被加工物の縮小に追従させる方向へ揺動させることにより前記当接面と前記回転軸との交差角を一定保持させるトラニオン支持部が設けられていることを特徴とする。

前記被加工物は球体とされており、前記ワークセット部には、前記被加工物の球面全面を前記加工ヘッドの前記回転工具に当接させるべく前記被加工物に回転力を付与する球回転駆動部が設けられたものとすればよい。
前記動作保持機構は、前記加工ヘッドをレバー先端部で揺動自在に保持する揺動レバーと、前記揺動レバーの前記レバー先端部からレバー長手方向に離れた位置を揺動自在に保持する揺動基部とを有したものとされており、前記揺動レバーに対して前記加工ヘッドの揺動を保持する枢軸と前記揺動基部に対して前記揺動レバーの揺動を保持する揺動軸とが平行で且つレバー長手方向に直交しており、前記揺動レバーと前記加工ヘッドとの保持間で前記枢軸の軸心を前記首振り軸と一致させて前記トラニオン支持部が設けられたものとするのが好適である。

前記揺動レバーには、前記トラニオン支持部において前記首振り軸の径方向へ突出して設けられて前記加工ヘッドと一体揺動する従動リンクと、前記揺動基部において揺動の軸心となる揺動軸に対しその径方向へ突出して設けられて少なくとも前記揺動レバーが前記加工ヘッドを前記退避状態へ向け移動させる際に前記揺動基部との突出角を固定状態に維持する基部リンクと、これら基部リンクと従動リンクとを平行且つ等長に連結して平行リンク機構に形成する伝動リンクとが設けられたものとするのが好適である。

前記平行リンク機構には、前記揺動レバーに対する前記加工ヘッドの首振り動作を許容させるか動作不能にさせるかを選択可能にさせる動作切替部が設けられたものとするのが好適である。
前記揺動レバーには揺動力を付与する揺動装置が連結されており、前記揺動装置は、前記ワークセット部にて位置決めされた被加工物に対して前記加工ヘッドを前記加工状態と前記退避状態との間で移動させる移動駆動部と、前記加工状態にある前記加工ヘッドを被加工物へ押し付ける加圧駆動部とが互いに直列配置で連結されることによって形成されており、前記移動駆動部は圧縮性流体を動作源とするアクチュエータによって形成されていると共に前記加圧駆動部は圧縮性流体を入力源とし非圧縮性流体を動作源とするアクチュエータによって形成されているものとするのが好適である。

本発明に係る加工ヘッド移動装置は、下当て部と横当て部とを有するワークセット部により支持した被加工物に対して研磨や超仕上げなどの加工を施す加工装置に採用する加工ヘッドの移動装置において、加工の進行に伴って被加工物が縮小化することに順応しつつ適切な加工状態を保持できるものであり、これにより、被加工物に対して均質で高精度の加工を行えるものであり、しかも、被加工物に対して傷を付けることなく加工ヘッドの移動を行えるものである。

本発明に係る加工ヘッド移動装置を備えた加工装置の側面図である。図１のＡ−Ａ線矢視図である（加工ヘッドは省略してある）。本発明に係る加工ヘッド移動装置の主要部を示した側面図である。図３のＢ−Ｂ線矢視図である。図３のＣ−Ｃ線矢視断面図である。ワークセット部を示した側面図であって（ａ）は下当て部がシュータイプとされたものであり（ｂ）は下当て部がボールタイプとされたものである。本発明に係る加工ヘッド移動装置の動作状況を示した側面図であって（ａ）は加工状態（加工ポジション）であり（ｂ）は退避状態（退避ポジション）である。加工ヘッドが上昇する際にワークセット部に位置決めされている被加工物から回転工具が離反する様子を拡大して示した軌跡図である。揺動装置を示した側面図である。揺動装置による動作状況を示した側面図である。従来の加工装置を示した概略図である。従来の加工装置に付随する問題を説明した拡大図である。従来の加工装置に付随する第２の問題を説明した拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１乃至図１０は、本発明に係る加工ヘッド移動装置１の一実施形態を示している。本実施形態では、素球を被加工物Ｗとする場合について説明する。また、本実施形態において本発明の加工ヘッド移動装置１は、この被加工物Ｗに研削や超仕上げによる球面研磨を施すための加工装置２に対して組み込まれている場合を説明する。

本発明に係る加工ヘッド移動装置１は、図１に示すように、被加工物Ｗを位置決めするワークセット部３と、このワークセット部３で保持された被加工物Ｗに加工を施す加工ヘッド４と、この加工ヘッド４を被加工物Ｗに対して移動可能な状態に保持する動作保持機構５とを有している。なお、装置上半部は、外から加工の様子を視認できるように一部又は全部が透明となったカバー６で覆ってある。このカバー６により、被加工物Ｗを中心とした加工雰囲気を清浄に保ち、且つ研磨液類の飛散防止、防塵及び防音、外観性向上、作業者Ｍの保護等を図ることができる。

ワークセット部３及び加工ヘッド４は、前記特許文献１に記載の加工装置に備えられたものと略同じとしてあり、まずこれらについて説明する。
ワークセット部３は、図６（ａ）又は（ｂ）に示すように、被加工物Ｗをその下から受けて支持する下当て部１０と、この下当て部１０上に支持された被加工物Ｗの横移動を当て止めする横当て部１１とを有している。また、このワークセット部３は、下当て部１０及び横当て部１１によって位置決めされた被加工物Ｗを、横当て部１１との間で挟持するようにしたストッパ部１２をも有している。

下当て部１０は、図６（ａ）に示すように、被加工物Ｗを低摩擦で摺動自在に保持するシュータイプとしてもよいし、図６（ｂ）に示すように、球回転するボールで保持するボールタイプとしてもよい。また、ベアリング等によって保持するタイプ（特許文献１の図７中に示す符号９参照）としてもよい。
これに対して横当て部１１は、図２に示すように、一対のテーパローラ１３が互いの縮径側を対向させて一軸配置されることにより形成されている。これら両テーパローラ１３の外周部には、互いに向き合うようにされた傾斜面によってＶ溝が形成されており、このＶ溝内で被加工物Ｗを横移動（ここでは図２の左方への移動を言う）不能な状態に当て止めする。

なお、両テーパローラ１３の対向距離は可変とされており、この距離調整を行うことにより、被加工物Ｗの球径の変化に柔軟に対応できる。ここにおいて「球径の変化」は、被加工物Ｗのサイズ種を指すことはもとより、被加工物Ｗが加工によって縮小する場合をも含む。更に、このような両テーパローラ１３の対向距離調整は、テーパローラ１３に磨耗が生じたときに、その摩耗程度に合わせて被加工物Ｗを設定位置に合致させておくようにするうえでも役立つ。

このように横当て部１１を形成している各テーパローラ１３は、同時に、被加工物Ｗを球回転させる球回転駆動部１６を構成する。すなわち、各テーパローラ１３は、軸受け部１７を介して回転自在に保持されていると共に、サーボモータ等の高精度制御が可能な駆動部１８が接続されており、それぞれ回転方向や回転速度を同調又は個々別々に駆動制御できるようになっている。そのため、各駆動部１８により、両テーパローラ１３を同速・同方向へ回転させることで被加工物Ｗを水平軸まわりに一定回転させたり、互いの回転速
度に差を生じさせることで被加工物Ｗに球回転を起こさせたりできる。

加工ヘッド４は、例えばカップ砥石等の回転工具２０（図６参照）を下端の円環状部分が下向きになる状態で備えたものである。この回転工具２０は、その上部に設けられた回転駆動部２１（図３等参照）によって回転駆動可能となっている。従って、この加工ヘッド４は、回転工具２０の下端部（円環状部分）をワークセット部３にて位置決めされた被加工物Ｗに当接させたとき、この当接面に垂直な回転軸Ｐまわりで回転工具２０を回転駆動させ、もって被加工物Ｗを研磨加工することができる。

この加工ヘッド４には、図１に示すように、作業者Ｍから見て正面側となる部分に対して前方（作業者Ｍ側）へ突出するハンドル２３が取り付けられている。作業者Ｍがこのハンドル２３を掴んで加工ヘッド４を昇降させるようにすることで、回転工具２０をワークセット部３にて位置決めされた被加工物Ｗに接離させることが容易に行えるようにしてある。

次に、動作保持機構５について説明する。
動作保持機構５は、加工ヘッド４を加工状態と退避状態との間で移動可能に保持させるための機構である。すなわち、動作保持機構５により加工ヘッド４を移動させることで、ワークセット部３にて位置決めされた被加工物Ｗに回転工具２０を当接させ、更に加工のための加圧をしたり、回転工具２０を被加工物Ｗから離反させたりする。

この動作保持機構５は、図３に示すように、揺動レバー２６と、この揺動レバー２６を揺動自在に保持する揺動基部２７と、揺動レバー２６に対して揺動用の駆動を付与する揺動装置２８（図１参照）とを有している。
揺動基部２７は、揺動レバー２６におけるレバー長手方向の中間位置に配置されている。揺動基部２７に対して揺動レバー２６を揺動自在に保持するための揺動軸４５は充分に太く形成し、また揺動基部２７には、この揺動軸４５をテーパコロ軸受４６で支持する構造を採用してある。これにより、スラスト方向（軸方向）及びラジアル方向（径方向）に高剛性の安定した支持が得られるようにしてある。

揺動レバー２６において、揺動基部２７による保持位置からレバー長手方向に離れた一方の端部（図３の右方側の端部であり、以下「レバー先端部２６ａ」と言う）に対して、前記した加工ヘッド４が設けられている。また、揺動基部２７による保持位置からレバー長手方向に離れた他方の端部に対して、前記した揺動装置２８が設けられている。そして、揺動レバー２６には、揺動基部２７による保持位置とレバー先端部２６ａとの間に渡り、平行リンク機構３０が設けられている。

揺動レバー２６は、図４に示すように、加工ヘッド４をその左右両側（図１の作業者Ｍから見た左右方向とおく：以下同じ）から挟み込むように、左右一対設けられている。前記した揺動装置２８に対しても、これら左右一対の揺動レバー２６で挟み込むようになっている（図２参照）。
揺動レバー２６のレバー先端部２６ａと加工ヘッド４との連結部分には、トラニオン支持部３３が設けられている。このトラニオン支持部３３は、加工ヘッド４から左右両側方へ一軸配置で突出する枢軸３４を、加工ヘッド４の左右両側に配置された軸受け部（図示略：揺動レバー２６のレバー先端部２６ａに組み付けられている）によって回転自在に保持する構造となったものである。そのため、加工ヘッド４は、回転工具２０の回転軸Ｐに対して直交関係にある首振り軸Ｒを中心として、そのまわりで揺動自在になっている。この首振り軸Ｒは枢軸３４の軸心と一致するものであり、また前記した揺動軸４５（揺動基部２７に対して揺動レバー２６を揺動自在に保持する軸）と平行である。

このようにトラニオン支持部３３によって揺動自在とされた加工ヘッド４では、ワークセット部３にて位置決めされた被加工物Ｗが加工の進行に伴って縮小するときに、被加工物Ｗに対して回転工具２０が当接する当接面と、回転工具２０の回転軸Ｐとの交差角を一定に保持させることができる。すなわち、回転工具２０を被加工物Ｗに押圧付加させた状態を、加工中も一定角度に維持させることができる。

なお、ここで言う交差角は、回転工具２０がカップ砥石（下端面が円環状）であり且つ被加工物Ｗが球体であれば、回転工具２０の回転軸Ｐが被加工物Ｗの球心を通るように設
定するので、常に９０°となるが、回転工具２０の形体や被加工物Ｗ（加工箇所）の形状によっては、必ずしも９０°とは限らない。
平行リンク機構３０は、図３乃至図５に示すように、従動リンク３７と、基部リンク３８と、伝動リンク３９とを有しており、これら各リンク３７，３８，３９が揺動レバー２６をベースにして（揺動レバー２６に固定リンクの作用を生じさせて）平行四辺形を構成するように連結されている。この平行リンク機構３０には動作切替部４０が備えられている。

従動リンク３７は、図３及び図４に示すように、加工ヘッド４の枢軸３４に対してその軸端部に回転不能状態に結合されている。すなわち、この従動リンク３７は、トラニオン支持部３３において径方向（図３、図４の上方）へ突出するようにして設けられており、揺動レバー２６に対して加工ヘッド４がトラニオン支持部３３の作用で揺動するときに、加工ヘッド４と一体となって揺動する。

基部リンク３８は、図５に示すように、揺動基部２７から回転不能な状態で左方（図５の右方）へ突出して設けられた基軸４２に対し、この基軸４２に回転自在に保持される軸受体４３を介して取り付けられている。要するに、基部リンク３８は、揺動基部２７において径方向へ突出して設けられたものであると共に、この揺動基部２７に対して、原則として基軸４２を中心に揺動自在に保持されたものとなっている。

なお、基軸４２は、揺動基部２７に対して揺動レバー２６を揺動自在に保持するための揺動軸４５と同軸の配置（一軸配置）となっているが、この揺動軸４５とは連結されていない。
伝動リンク３９は、従動リンク３７の突端部（図４参照）と基部リンク３８の突端部（図５参照）との間を連結するものであって、これら従動リンク３７と基部リンク３８とが平行で且つ等長となり、更に両リンク３７，３８間の連結距離が、従動リンク３７の揺動中心（枢軸３４）と基部リンク３８の揺動中心（基軸４２）との軸間距離（即ち、固定リンクの長さ）と等しくなるように設定している。当然に、この伝動リンク３９と両リンク３７，３８との連結は、それぞれ関節動作（揺動）が自在に行われるようにしてある。

一方、動作切替部４０は、図３及び図５に示すように、揺動基部２７から回転不能な状態で突設された基軸４２に対し、この基軸４２に対しても回転不能（一体回転可能）な状態で径方向外方へ張り出して取り付けられたブレーキ板４７と、このブレーキ板４７へ向けてクランプ棒４８を進退させるブレーキ駆動源４９と、このブレーキ駆動源４９がクランプ棒４８を進出させたときにこのクランプ棒４８との間でブレーキ板４７をクランプするクランプ台５０とを有している。このクランプ台５０は、ブレーキ駆動源４９を基部リンク３８に対して取り付けるブラケット５１に固定されているものとした。

ブレーキ駆動源４９は、流体圧シリンダや電磁石、電動モータなどによりクランプ棒４８をクランプ台５０へ向けて進退させるものである。なお、停電時などの安全対策として、クランプ棒４８はバネ５２により進出方向へ常時付勢され、ブレーキ板４７をクランプ台５０へ押し付けてブレーキ作用を生じさせる(以下、このブレーキ作用が生じた状態をブレーキ板４７の「ロック状態」と言う）構造としてある。要するに、ブレーキ駆動源４９を非作動にさせている間はブレーキ板４７がロック状態となり、ブレーキ駆動源４９を作動させることでブレーキ板４７のロック状態は解除される。

このような動作切替部４０を備えて構成される平行リンク機構３０では、動作切替部４０においてブレーキ駆動源４９を非作動にさせ、ブレーキ板４７をロック状態にすることで、基軸４２と基部リンク３８との間が相対回転不能に固定され、その結果、基部リンク３８は揺動基部２７からの突出角を一定に維持する（揺動不能に固定される）ことになる。

すなわち、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、基部リンク３８は、揺動レバー２６がどのように揺動しようとも（揺動レバー２６の揺動に影響されることなく）、揺動基部２７との固定関係を維持することになる。ここにおいて、平行リンク機構３０は、元来、従動リンク３７と基部リンク３８とを平行に保つ機能を有したものであるから、従動リンク３７と基部リンク３８との平行状態も、揺動レバー２６の揺動に影響されることなく維持
されるようになる。

一方で、揺動レバー２６に対し、加工ヘッド４はトラニオン支持部３３を介して首振り自在に保持されていると共に、従動リンク３７と加工ヘッド４とは一体揺動する関係に結合されている。それ故、揺動レバー２６が揺動軸４５を支点とする円弧カーブの揺動軌跡Ｌ₁を描きながら上下揺動して、加工ヘッド４を上昇させたり、反対に加工ヘッド４を下降させたりするときには、基部リンク３８と従動リンク３７とが平行を維持し、且つ従動リンク３７と加工ヘッド４とが両者間の角度関係を不変にさせる状態が常に維持されるようになる。すなわち、加工ヘッド４の回転工具２０は、揺動レバー２６が描く円弧カーブの揺動軌跡Ｌ₁と同じ曲率半径を有した揺動軌跡Ｌ₂を描きながら上下移動することになり、この揺動軌跡Ｌ₂にしたがって被加工物Ｗからの退避(上昇時)や被加工物Ｗへの当接（下降時）を行うものとなる。

図８は、加工ヘッド４が円弧カーブの揺動軌跡Ｌ₂を描きながら上昇する際に、ワークセット部３に位置決めされている被加工物Ｗから回転工具２０が離反する様子を拡大して示している。この図８から明らかなように、回転工具２０が描く円弧カーブの揺動軌跡Ｌ₂は、被加工物Ｗとの当接位置を起点に、上方へゆくにしたがって徐々に後方（図８の左方）へ変位するような緩やかな円弧カーブとなっている。すなわち、回転工具２０が被加工物Ｗから上昇を始めると、回転工具２０の下端（カップ砥石の円環状部分）の周方向全部が被加工物Ｗの球面から瞬間的且つ一斉に離反し、回転工具２０が仮に首振り動作をしたとしても（実際には首振り動作はしない）、被加工物Ｗとは接触しなくなる高さｍを一気に越えるようになっている。

このような円弧カーブは、図１３で従来の問題回避策として説明したカップ砥石１０４の退避移動軌跡（下凸の円弧カーブ）とは、明らかに中心角の向きを異ならせたものとなっている（それぞれの円弧カーブにおいて被加工物Ｗに当接した位置の接線は横向きと縦向きとの関係で交差する）。このように、本発明では平行リンク機構３０を採用することにより、加工ヘッド４の回転工具２０に前記した（縦向きの）揺動軌跡Ｌ₂を採用できるものとなり、回転工具２０が、ワークセット部３にて位置決めされている被加工物Ｗからの退避(上昇時)や被加工物Ｗへの当接（下降時）を行う際に、被加工物Ｗへの無用な接触を防止できるものとなる。これにより、被加工物Ｗに傷をつけないようにできる。

これに対し、動作切替部４０においてブレーキ駆動源４９を作動させ、ブレーキ板４７のロック状態を解除させることでクランプ棒４８をバネ５２に抗しつつ引き戻すと、基軸４２と基部リンク３８との間が相対回転自在となる。すなわち、基部リンク３８は揺動基部２７に対して揺動自在な状態に保持されることになる。
従って、揺動レバー２６を非揺動状態に静止させていても、加工ヘッド４は、トラニオン支持部３３によって首振り自在な状態を保持するため、ワークセット部３にて位置決めされた被加工物Ｗが加工の進行で縮小化（径小化）したときには、被加工物Ｗに対して回転工具２０が当接する当接面と、回転工具２０の回転軸Ｐとの交差角を一定に保持させることができる、という、トラニオン支持部３３による作用効果を有効に受けることができる。

このように、動作切替部４０のブレーキ駆動源４９を非作動にするのか、或いは作動させるかの選択によって、揺動レバー２６に対する加工ヘッド４の首振り動作を許容させるか、又は動作不能にさせるかを切り換えることができるものとなっている。なお、加工ヘッド４の回転工具２０をワークセット部３にて位置決めされている被加工物Ｗから離反のため退避させるとき(上昇させるとき)は、必ずブレーキ駆動源４９を非作動にさせ、ブレーキ板４７をロック状態にする。

揺動レバー２６を揺動させるための揺動装置２８は、図９に示すように、揺動レバー２６の後端部を上げ下げさせるように駆動を付与する状態で設けられている。具体的には、後述するように装置ベース６１に揺動支持台６２を設け、この揺動支持台６２に対して揺動基部２７を揺動自在に保持させてあるが、この揺動基部２７の支点軸となる部分に継ぎ手部材６０を設けて、この継ぎ手部材６０と揺動レバー２６の後端部との間に、揺動装置２８を設けるようにしている。ただ、揺動支持台６２や継ぎ手部材６０は必ずしも必要な
構成ではなく、省略することも可能である。そのため、揺動装置２８の下端部を装置ベース６１に対して直接的に連結させるようにしてもよい。

この揺動装置２８は、移動駆動部５３と加圧駆動部５４とが互いに直列配置で連結されることによって形成されている。ここにおいて「直列配置」とは、移動駆動部５３から生起される駆動力と加圧駆動部５４から生起される駆動力とが、一列に並んで繋がるように、両駆動部５３，５４が配置されていることを言う。従って例えば、移動駆動部５３と加圧駆動部５４とが互いの尾部側を連結させる配置や、移動駆動部５３と加圧駆動部５４とが互いの駆動側を連結させる配置、或いは、移動駆動部５３と加圧駆動部５４とが一方の尾部側と他方の駆動側とを連結させるような配置など、複数の態様がある。

なお、移動駆動部５３から生起される駆動力と加圧駆動部５４から生起される駆動力とが同軸となるような配置（一軸配置）であるか否かは条件とされず、軸心がずれた配置としてもよい。従って例えば、移動駆動部５３と加圧駆動部５４とのいずれか一方又は双方を複数設けるものとして、それらを並列させるような構成とすることも可能となる。
移動駆動部５３は、圧縮性流体（空気やその他のガス）を動作源とするアクチュエータによって形成されている。例えば、この移動駆動部５３はエアシリンダとする。この移動駆動部５３には、その駆動制御系に電磁弁５５が接続されており、また電気信号に比例して圧縮性流体の供給圧を任意に制御できるようにした電空レギュレター５６が接続されている。

加圧駆動部５４は、圧縮性流体（空気やその他のガス）を入力源とし非圧縮性流体（水やオイル）を動作源とするアクチュエータによって形成されている。例えば、この加圧駆動部５４はエアハイドロシリンダとする。この加圧駆動部５４についても、入力源に圧縮性流体を用いていることによってその駆動制御系に電磁弁５５及び電空レギュレター５６が接続されたものとしてある。また、この加圧駆動部５４では、圧縮性流体と非圧縮性流体とを用いることで、エアハイドロコンバータ５７が接続されたものとしてある。

このように、移動駆動部５３及び加圧駆動部５４を備えた揺動装置２８では、ワークセット部３にて位置決めされた被加工物Ｗに対して加工ヘッド４を加工状態と退避状態との間で移動させる際には、移動駆動部５３による駆動力を用いる。これにより、迅速な加工ヘッド４の移動が実現し、作業サイクルの短縮化が図れる利点がある。
また、被加工物Ｗに当接状態にある加工ヘッド４を、加工のために被加工物Ｗへ押し付ける（加圧をする）際には、加圧駆動部５４による駆動力、即ち、非圧縮性流体による押圧力を用いる。これにより、加工ヘッド４（回転工具２０）の安定した位置決めが可能となり、加工振動（ビビリ）などを防止できる利点がある。また、加圧駆動部５４では、回転工具２０の摩耗程度に合わせて被加工物Ｗに対する高精度の位置合わせが可能となっている。また、回転工具２０の摩耗が進行した場合や、被加工物Ｗが加工に伴って縮小化したときも、これらに合わせた高精度の追従が可能となる。

この揺動装置２８は、移動駆動部５３及び加圧駆動部５４の両方に電空レギュレター５６を採用してあるため、両駆動部５３，５４の供給圧を同圧に設定したり一方の駆動部を他方より若干高めに設定したり（例えば、移動駆動部５３を少しだけ高めに設定）する制御が可能になる。そのため、加工ヘッド４に対して被加工物Ｗから押し戻す方向へ突発的な負荷が生じた際には、移動駆動部５３によりこの負荷を吸収するダンパー作用が得られる。これにより、例えば、加工当初の被加工物Ｗに生じている粗削りな（大きな）凹凸に対して柔軟に加工ヘッド４を追従移動させることができ、もって、被加工物Ｗの表面に傷を付けるようなことを回避できる。また、加工ヘッド４（殊に回転工具２０）の破損を未然に防止できる利点もある。

なお、本実施形態では、被加工物Ｗの入れ換えや回転工具２０の交換、その他、加工ヘッド４等に対する各種メンテナンス作業を容易に行えるようにするため、図１０に示すように、装置ベース６１に設けた揺動支持台６２を支点として、揺動基部２７を揺動自在な構造にすると共に（図９を併せて参照）、この揺動基部２７と、揺動基部２７の後方に設けた柱状のブラケット６４との間を連結するようにしてメンテナンス用アクチュエータ６３を装備させてある。このアクチュエータ６３は例えばエアシリンダ等としている。

そのため、図１０（ａ）に示すように、被加工物Ｗに対して回転工具２０を接離させる場合には、前記したように揺動装置２８を用いるが、メンテナンス時には図１０（ｂ）に示すように、メンテナンス用アクチュエータ６３を用いて加工ヘッド４を大きく上方へ移動させることができるようにしてある。
このようにすることで、被加工物Ｗの入れ換えをハンドリング装置などにより行わせることができるようになり、省力化、自動化、高能率化などに大きく寄与する。

以上詳説したところから明らかなように、本発明に係る加工ヘッド移動装置１では、ワークセット部３に支持した被加工物Ｗは、加工の進行に伴って縮小化することで下当て部１０への当接と横当て部１１への当接とを維持して、球心Ｓ（図１１参照）が斜めに移動することがあっても、加工ヘッド４がトラニオン支持部３３を介して保持されていることから、回転工具２０が被加工物Ｗに当接する状況は常に継続し、安定する。そのため、従来の問題とされていた片当たり現象（図１２参照）等を招来することはない。従って、被加工物Ｗに均質で高精度の加工を施すことができる。

また、加工ヘッド４が平行リンク機構３０を備えた揺動レバー２６によって移動するようになっているため、回転工具２０が退避移動中に被加工物Ｗと接触干渉することはなく、従来の問題とされていた被加工物Ｗへの傷つけ（図１３参照）を起こすおそれもない。
このように、加工の進行に伴って被加工物Ｗが縮小化することに順応しつつ適切な加工状態を保持できるものであり、被加工物Ｗに対して均質で高精度の加工を行えるようになる。また、被加工物Ｗに対して傷を付けることなく加工ヘッドの移動を行えるようになっている。

ところで、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施の形態に応じて適宜変更可能である。
例えば、加工ヘッド４の回転工具２０は、カップ砥石に限定されるものではなく、円柱形や円錐台形、球形等に形成された砥石をはじめ、エンドミル等の切削工具としてもよい。

ワークセット部３において、横当て部１１と球回転駆動部１６とを一対のテーパローラ１３が兼ねる構造として説明したが、これに限らず、これら横当て部１１及び球回転駆動部１６を別個独立した構成とさせてもよい。また、下当て部１０や横当て部１１については、被加工物Ｗの形状等に応じて適宜形状を変更させたり、被加工物Ｗとの当接構造を変更させたりすることができる。

動作保持機構５は平行リンク機構３０を具備するものとしたが、平行リンク機構３０に限らず、台形リンクなどの四節リンク機構（従動リンク３７、基部リンク３８、伝動リンク３９の各長さが異なって設定されるもの）を採用することも可能である。
被加工物Ｗは球体とすることが限定されるものではなく、円盤形や多面体、角形ブロックなどとすることも可能である。

１加工ヘッド移動装置
２加工装置
３ワークセット部
４加工ヘッド
５動作保持機構
６カバー
１０下当て部
１１横当て部
１２ストッパ部
１３テーパローラ
１６球回転駆動部
１７軸受け部
１８駆動部
２０回転工具
２１回転駆動部
２３ハンドル
２６揺動レバー
２６ａレバー先端部
２７揺動基部
２８揺動装置
３０平行リンク機構
３３トラニオン支持部
３４枢軸
３７従動リンク
３８基部リンク
３９伝動リンク
４０動作切替部
４２基軸
４３軸受体
４５揺動軸
４６テーパコロ軸受
４７ブレーキ板
４８クランプ棒
４９ブレーキ駆動源
５０クランプ台
５１ブラケット
５２バネ
５３移動駆動部
５４加圧駆動部
５５電磁弁
５６電空レギュレター
５７エアハイドロコンバータ
６０継ぎ手部材
６１装置ベース
６２揺動支持台
６３メンテナンス用アクチュエータ
６４ブラケット
１００加工装置
１０１支持台
１０２ローラ
１０３テーパローラ
１０４カップ砥石
１０５球回転駆動部
１０６ワークセット部
Ｍ作業者
Ｎ球心の移動方向
Ｐ回転軸
Ｒ首振り軸
Ｓ球心
Ｗ被加工物
ｍ回転工具が被加工物と接触しなくなる高さ

Claims

被加工物を支持する下当て部とこの下当て部上に支持された被加工物の横移動を当て止めする横当て部とにより被加工物を位置決めするワークセット部と、
前記ワークセット部にて位置決めされた被加工物に回転工具を当接させてこの当接面に垂直な回転軸まわりで当該回転工具を回転駆動させる加工ヘッドと、
前記ワークセット部にて位置決めされた被加工物を前記回転工具により加工する加工状態と前記加工ヘッドを被加工物から離反させる退避状態との間で前記加工ヘッドを移動可能な状態に保持する動作保持機構とを有しており、
前記動作保持機構には、前記ワークセット部にて位置決めされた被加工物へ前記加工ヘッドに装着された前記回転工具を押圧付加させる際に前記被加工物から見て前記回転工具を通り越した位置で前記回転軸に直交させて設定した首振り軸を中心としつつ前記加工ヘッドを被加工物の縮小に追従させる方向へ揺動させることにより前記当接面と前記回転軸との交差角を一定保持させるトラニオン支持部が設けられていることを特徴とする加工ヘッド移動装置。
前記被加工物は球体とされており、
前記ワークセット部には、前記被加工物の球面全面を前記加工ヘッドの前記回転工具に当接させるべく前記被加工物に回転力を付与する球回転駆動部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の加工ヘッド移動装置。
前記動作保持機構は、
前記加工ヘッドをレバー先端部で揺動自在に保持する揺動レバーと、
前記揺動レバーの前記レバー先端部からレバー長手方向に離れた位置を揺動自在に保持する揺動基部とを有したものとされており、
前記揺動レバーに対して前記加工ヘッドの揺動を保持する枢軸と前記揺動基部に対して前記揺動レバーの揺動を保持する揺動軸とが平行で且つレバー長手方向に直交しており、
前記揺動レバーと前記加工ヘッドとの保持間で前記枢軸の軸心を前記首振り軸と一致させて前記トラニオン支持部が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の加工ヘッド移動装置。
前記揺動レバーには、
前記トラニオン支持部において前記首振り軸の径方向へ突出して設けられて前記加工ヘッドと一体揺動する従動リンクと、
前記揺動基部において揺動の軸心となる揺動軸に対しその径方向へ突出して設けられて少なくとも前記揺動レバーが前記加工ヘッドを前記退避状態へ向け移動させる際に前記揺動基部との突出角を固定状態に維持する基部リンクと、
これら基部リンクと従動リンクとを平行且つ等長に連結して平行リンク機構に形成する伝動リンクとが設けられていることを特徴とする請求項３記載の加工ヘッド移動装置。
前記平行リンク機構には、前記揺動レバーに対する前記加工ヘッドの首振り動作を許容させるか動作不能にさせるかを選択可能にさせる動作切替部が設けられていることを特徴とする請求項４記載の加工ヘッド移動装置。
前記揺動レバーには揺動力を付与する揺動装置が連結されており、
前記揺動装置は、
前記ワークセット部にて位置決めされた被加工物に対して前記加工ヘッドを前記加工状態と前記退避状態との間で移動させる移動駆動部と、
前記加工状態にある前記加工ヘッドを被加工物へ押し付ける加圧駆動部とが互いに直列配置で連結されることによって形成されており、
前記移動駆動部は圧縮性流体を動作源とするアクチュエータによって形成されていると共に前記加圧駆動部は圧縮性流体を入力源とし非圧縮性流体を動作源とするアクチュエータによって形成されていることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の加工ヘッド移動装置。