JP5988793B2 - ワーク保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク保持装置に関し、さらに詳細には、加工工具に対して所定の角度でワークを保持することが可能なワーク保持装置に関する。

従来より、マイクロコンピューターなどによる数値制御により、所定のデータに基づいてワークを切削加工する切削装置においては、加工工具が取り付けられたキャリッジと、ワークを保持するワーク保持装置とがそれぞれ動作することにより加工工具に対してワークを所定の角度で接触させて、当該ワークを切削工具により切削して当該ワークを所望の形状に切削するようにしている。

以下、図１乃至図２を参照しながら、従来の技術によるワーク保持装置を備えた切削装置について説明する。

図１には、従来の技術によるワーク保持装置を備えた切削装置の概略構成斜視説明図が示されており、また、図２には、従来の技術によるワーク保持装置の要部を示す概略構成説明図が示されている。

この切削装置１００は、固定系のベース部材１０２と、ベース部材１０２の左右両端でベース部材１０２に直交して配設された側方部材１０４Ｌ、１０４Ｒと、左右２つの側方部材１０４Ｌ、１０４Ｒを連結する後方部材１０６と、両端がそれぞれ側方部材１０４Ｌ、１０４Ｒに支持されＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向に延長されて配設されたガイドレール１０８と、両端がそれぞれ側方部材１０４Ｌ、１０４Ｒに支持されＸ軸方向に延長されてガイドレール１０８と並行するようにして配設されたシャフト１１０と、ガイドレール１０８ならびにシャフト１１０のそれぞれに摺動自在に装着されてＸ軸方向に移動自在に支持されたキャリッジ１１２と、キャリッジ１１２においてＺ軸方向に移動自在に配設された主軸１１４と、ワークを保持するとともに、ベース部材１０２上においてＹ軸方向に移動自在に配設されるワーク保持装置１２０とを有して構成されている。

ワーク保持装置１２０は、ベース部材１０２上に設けられた一対のガイドレール１１６上に摺動自在に設けられたテーブル１２２と、ワークを保持するとともに、テーブル１２２上に配設された回動部材１２４とにより構成されている。

なお、以下の説明において、回転可能な範囲が３６０°より小さい範囲で設定されている回転を「回動」と称することとし、回転可能な範囲が３６０°以上に設定されている回転を「回転」と称することとする。

この回動部材１２４は、略矩形形状の枠体１２６の枠内において、略円形形状の枠体１２８を備えている。

枠体１２６はモーター１３４によりＸ軸周りに回動し、また、枠体１２８はモーター１３０によりＹ軸周りに回動する。

また、こうした回動部材１２４においては、枠体１２６の右側部材１２６ａおよび左側部材１２６ｂの略中心部からそれぞれ中心軸が一致するようにＸ軸と平行に棒状部材１２６−１、１２６−２が延設されている。

棒状部材１２６−１はモーター１３４と接続され、棒状部材１２６−２はテーブル１２２に固定的に配設された固定部材１３６に回動自在に接続されている。

これにより、枠体１２６は、モーター１３４の駆動により、棒状部材１２６−１、１２６−２の中心軸Ｏ１を中心としてＸ軸周りを回動する構成となっている。

また、枠体１２８の後端部および前端部の略中心部からそれぞれ中心軸が一致するようにＹ軸と平行に棒状部材１２８−１、１２８−２が延設されている。

棒状部材１２８−１は枠体１２６の後方部材１２６ｃを貫通してモーター１３０と接続され、棒状部材１２８−２は枠体１２６の前方部材１２６ｄを貫通して前方部材１２６ｄにおいて回動自在に接続されている。

これにより、枠体１２８は、モーター１３０の駆動により、棒状部材１２８−１、１２８−２の中心軸Ｏ２を中心としてＹ軸周りを回動する構成となっている。

このため、ワーク保持装置１２０を備えた切削装置１００では、ワーク２００に対する加工工具１３２の接触角度を所定の範囲で調整しながら切削することができ、複雑な形状の切削が可能となる。

なお、切削装置１００は、キャリッジ１１２をＸ軸方向に移動するモーター（図示せず。）、ワーク保持装置１２０をＹ軸方向に移動するモーター（図示せず。）、主軸１１４をＺ軸方向に移動するモーター（図示せず。）、モーター１３０およびモーター１３４の駆動を含む全体の動作をマイクロコンピューター（図示せず。）に制御されている。

以上の構成において、切削装置１００においてワーク２００に対して切削処理を行う場合には、作業者が、主軸１１４に加工工具１３２を取り付けるとともに、ワーク保持装置１２０の枠体１２８にワーク２００を保持させ、マイクロコンピューター（図示せず。）に切削データを入力する。

その後、切削装置１００において、作業者によって図示しない操作子による操作により切削処理の開始が指示されると、切削装置１００においては、入力された切削データに基づいて、テーブル１２２をＹ軸方向で移動するとともに、キャリッジ１１２をＸ軸方向で移動し、さらに、主軸１１４をＺ軸方向で移動する（図２を参照する。）。

これにより、回動部材１２４の枠体１２８に保持されたワーク２００と主軸１１４に取り付けられた加工工具１３２との相対的な位置関係が３次元で変化するようになる。

また、切削装置１００においては、入力された切削データに基づいて、モーター１３４により枠体１２６をＸ軸周りに回動するとともに、モーター１３０により枠体１２８をＹ軸周りに回動する（図２を参照する。）。

これにより、加工装置１００では、枠体１２８に保持されたワーク２００に対して、主軸１１４に取り付けられた加工工具１３２を所定の角度で当接することができ、複雑な形状の切削ができることとなる。

しかしながら、こうしたワーク保持装置１２０においては、ワーク２００を枠体１２８内に保持するようにしており、枠体１２８の径などに合わせてワーク２００の寸法を加工しなければならず、作業工程が増加し、切削作業が繁雑になるといった問題点が指摘されていた。

こうした問題点を解消する手段として、ワークを一方側から保持する、所謂、片持ちによりワークを保持する技術が考えられるが、こうした技術においては、上記したようなＸ軸、Ｙ軸の２軸による回動あるいは回転が可能なワーク保持装置は、これまで実現されていない。

このため、２軸で回動あるいは回転することが可能であるとともに、ワークを片持ちにより保持するワーク保持装置の提案が望まれていた。

欧州特許第２２４７４０５号明細書

本発明は、従来の技術の有する上記したような要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、２軸で回転あるいは回動することが可能であるとともに、ワークを片持ちにより保持するワーク保持装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、上方から加工工具により切削処理されるワークを保持するワーク保持装置において、上面側が開口するように互いに平行に配置された一対の側方部材（１４−２Ｌ，１４−２Ｒ）と、上記一対の側方部材（１４−２Ｌ，１４−２Ｒ）のうちの一方に一方の端部側を回動自在に支持され、かつ、上記一対の側方部材（１４−２Ｌ，１４−２Ｒ）のうちの他方に他方の端部側を回動自在に支持されて、上記一対の側方部材（１４−２Ｌ，１４−２Ｒ）間に延設されるとともに、上記一対の側方部材（１４−２Ｌ，１４−２Ｒ）に対して該延設方向の延長軸周りに回動自在に配設された支持部材（２２）と、上記支持部材（２２）の一方の端部側に配設されたウォームホイール（２４ｂ）と、上記支持部材（２２）の下方側において上記ウォームホイール（２４ｂ）と噛合するウォーム（２４ａ）を備え、駆動することにより上記ウォーム（２４ａ）を回転するモーター（２６）と、上記一対の側方部材（１４−２Ｌ，１４−２Ｒ）間において上記支持部材（２２）に固定的に配設されて、上記モーター（２６）の駆動による上記ウォーム（２４ａ）ならびに上記ウォームホイール（２４ｂ）の回転により回動する上記支持部材（２２）の回動に伴い回動する回動部材（１６）と、上記支持部材（２２）の上記延設方向と直交する方向に延設されるとともに、上記回動部材（１６）に該延設方向の延長軸周りに回転自在に配設された回転部材（１８）と、上記回転部材（１８）の一方の端部側に配設されたウォームホイール（３０ｂ）と、上記回転部材（１８）の下方側において上記ウォームホイール（３０ｂ）と噛合するウォーム（３０ａ）を備え、駆動することにより上記ウォーム（３０ａ）を回転するモーター（２８）と、上記回転部材（１８）の他方の端部側に固定的に配設されて、上記モーター（２８）の駆動による上記ウォーム（３０ａ）ならびに上記ウォームホイール（３０ｂ）の回転により回転する上記回転部材（１８）の回転に伴い回転し、かつ、ワークを片持ちにより保持するワーク保持部材（２０）と、上記モーター（２６）と上記モーター（２８）との駆動を制御する制御手段とを有するようにしたものである。

また、本発明は、上記した発明において、上記ワークはセラミックからなるようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、２軸で回転あるいは回動することが可能であるとともに、ワークを片持ちにより保持することができるという優れた効果を奏する。

図１は、従来の技術によるワーク保持装置を備えた切削装置の概略構成斜視説明図である。 図２は、従来の技術によるワーク保持装置の要部を示す概略構成説明図である。 図３は、本発明によるワーク保持装置の概略構成説明図である。 図４は、図３のＩ−Ｉ線断面説明図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるワーク保持装置の実施の形態の一例を詳細に説明することとする。

なお、以下の説明においては、図１乃至図２を参照しながら説明した従来の技術によるワーク保持装置と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その詳細な構成ならびに作用効果の説明は適宜に省略することとする。

図３には、本発明によるワーク保持装置の概略構成説明図が示されており、また、図４には、図３のＩ−Ｉ線による断面説明図が示されている。

この図３に示すワーク保持装置１０は、テーブル１２２の後方側において前面１２ａがテーブル１２２の上面１２２ａと垂直になるように立設された立設部材１２と、立設部材１２の前面１２ａに固定的に配設された略コ字形状の枠体１４と、枠体１４において回動可能に支持され、回転部材１８（後述する。）を回転自在に支持する回動部材１６と、回動部材１６において回転自在に支持され、前面１８ａにワーク２００を固定するためのワーク固定部材２０が設けられた回転部材１８とを有して構成されている。

より詳細には、枠体１４は、立設部材１２の前面１２ａに固定されるとともにＸ軸方向に延設された固定部１４−１と、固定部材１４−１の左方側端部において立設部材１２の前面１２ａから略垂直に前方側に延設された側方部材１４−２Ｌと、側方部材１４−２Ｌと平行であるとともに、固定部材１４−１の右方側端部において立設部材１２の前面１２ａから略垂直に前方側に延設された側方部材１４−２Ｒとを有して構成されている。

即ち、枠体１４は、一対の側方部材を有し、上方側から見たときに、後方側において立設部材１２に固定され、前方側が開放された略コ字形状となっている。

また、枠体１４には、前方側において回動部材１６を支持する支持部材２２が設けられている。

この支持部材２２は、側方部材１４−２Ｌおよび側方部材１４−２Ｒを連結するようにして回動可能に配設されている。

ここで、枠体１４においては、側方部材１４−２Ｌの左側面１４−２Ｌａにモーター２６が設けられており、このモーター２６には、モーター２６により回転するウォーム２４ａが設けられている。

そして、支持部材２２においては、ウォーム２４ａと噛合するウォームホイール２４ｂが左方側端部近傍に設けられている。

このため、支持部材２２は、ウォーム２４ａおよびウォームホイール２４ｂにより構成されるウォームギア２４により、回動可能な構成となっている。

例えば、モーター２６によりウォーム２４ａが所定の方向に回転すると、ウォームホイール２４ｂが矢印Ａ方向に回動することとなり、これにより、支持部材２２が矢印Ｂ方向に回動する。また、モーター２６によりウォーム２４ａが所定の方向と反対の方向に回転すると、ウォームホイール２４ｂが矢印Ｃ方向に回転することとなり、これにより、支持部材２２が矢印Ｄ方向に回転する。

このように、支持部材２２は、モーター２６の駆動により中心軸Ｏ４を中心としてＸ軸周りで回動することができる。なお、こうした支持部材２２の回動可能な角度の範囲としては、例えば、２５°に設定される。

また、モーター２６の駆動は、マイクロコンピューター（図示せず。）によって制御される。

なお、支持部材２２が側方部材１４−２Ｌおよび側方部材１４−２Ｒに回動可能に配設されるための具体的な構成としては、例えば、支持部材２２をボールベアリングを介して側方部材１４−２Ｌおよび側方部材１４−２Ｒに配設するようにすればよく、こうした構成としては、適宜に他の公知の技術を用いるようにしてもよい。

また、回動部材１６は、下方側において、支持部材２２の略中心位置に固定的に配設されている。なお、本実施の形態においては、図３に示すように、回動部材１６を支持部材２２の略中心位置に配設するようにしたが、回動部材１６をどちらか一方の側方部材側に寄せて配設するようにしてもよい。

そして、支持部材２２の回動に伴って、回動部材１６が矢印Ｃ方向および矢印Ｄ方向に回動することとなる。

即ち、支持部材２２が矢印Ｂ方向に回動すると、回動部材１６は矢印Ｅ方向に回動し、支持部材２２が矢印Ｄ方向に回動すると、回動部材１６は矢印Ｆ方向に回動することとなり、支持部材２２の回動する角度に応じて回動部材１６の傾斜角度が決定される。

つまり、回動部材１６は、支持部材２２の回動する方向および角度に応じて傾斜角度が変更されるものであり、支持部材２２によって、モーター２６の駆動により中心軸Ｏ４を中心として、Ｘ軸周りで回動することとなる。

また、回動部材１６の上方側は、回転部材１８が回転自在に配設されている。

そして、回動部材１６は、後面１６ａにモーター２８が設けられており、このモーター２８には、モーター２８により回転するウォーム３０ａが設けられている。このウォーム３０ａは、回転部材１８に設けられたウォームホイール３０ｂ（後述する。）と噛合するようになされている。

なお、モーター２８の駆動は、マイクロコンピューター（図示せず。）によって制御される。

回転部材１８の後面１８ｂは、ウォームホイール３０ｂが設けられており、前面１８ａにはワーク固定部材２０が設けられている。

具体的には、回転部材１８は中心軸Ｏ３が中心軸Ｏ４と直交する方向に延長された略円柱形状として形成されている。

そして、回転部材１８の後面１８ｂにおいて、回転部材１８の中心軸Ｏ３と一致する中心軸となる略円柱形状の凸部１８−１が形成されており、この凸部１８−１にウォームホイール３０ｂが配設されており、ウォームホイール３０ｂの回転に伴い凸部を介して回転部材１８が回転することとなる。

また、回転部材１８の前面１８ｂにおいて、回転部材１８の中心軸Ｏ３と一致する中心軸となる略円柱形状のワーク固定部材２０が設けられている。このワーク固定部材２０の先端には、ワーク２００を保持する形状となっており、ワーク保持部材２０によって保持されたワーク２００は、回転部材１８の回転に伴って回転することとなる。

例えば、モーター２８によるウォーム３０ａが矢印Ｈ方向に回転すると、ウォームホイール３０ｂが矢印Ｉ方向に回転することとなり、これにより回転部材１８を介してワーク２００が矢印Ｊ方向に回転する。また、モーター２８によりウォーム３０ａが矢印Ｋ方向に回転すると、ウォームホイール３０ｂが矢印Ｌ方向に回転することとなり、これにより、回転部材１８を介してワーク２００が矢印Ｍ方向に回転する。

つまり、回転部材１８は、モーター２８の駆動により中心軸Ｏ３を中心として中心軸Ｏ３の軸周りで回転することとなり、これにより、回転部材１８の前面１８ａに設けられたワーク保持部材２０に保持されるワーク２００は、中心軸Ｏ３を中心として中心軸Ｏ３の軸周りで回転することとなる。こうした回転部材１８の回転可能な角度の範囲としては、例えば、３６０°である。

なお、回動部材１６により回転部材１８を回転可能に支持する構成としては、例えば、回転部材１８をボールベアリングを介して回動部材１６に支持するようにすればよく、こうした構成としては、適宜に他の公知の技術を用いるようにしてもよい。

また、ワーク保持部材２０の先端は、例えば、セットスクリューとなっており、こうした構成としては、適宜に他の公知に技術を用いるようにしてもよい。

以上の構成において、ワーク保持装置１０を備えた切削装置において切削処理を行う場合には、作業者が主軸１１４に加工工具１３２を取り付けるとともに、ワーク保持装置１０のワーク保持部材２０にワーク２００を保持させ、マイクロコンピューター（図示せず。）に切削データを入力する。

その後、切削装置において、作業者によって図示しない操作による操作により切削処理の開始が指示されると、当該切削装置においては、入力された切削データに基づいて、テーブル１１２をＹ軸方向で移動するとともに、キャリッジ１１２をＸ軸方向で移動し、さらに、主軸１１４をＺ軸方向で移動する。

これにより、ワーク保持部材２０に保持されたワーク２００と主軸に取り付けられた加工工具１３２との相対的な位置関係が３次元で変化するようになる。

また、当該切削装置において、入力された切削データに基づいて、モーター２６により回動部材１６を中心軸Ｏ４の軸周りで回動するとともに、モーター２８により回転部材１８を中心軸Ｏ３の軸周りで回転する。

これにより、ワーク保持装置１０を備えた切削装置においては、ワーク保持部材１０に保持されたワーク２００に対して、主軸１１４に取り付けられた加工工具１３２を任意の場所において任意の角度で当接することができるものである。

本発明によるワーク保持装置１０は、回転部材１８に設けられたワーク保持部材２０により、ワーク２００を一方側からのみ固定する（つまり、ワーク２００を片持ちにより保持するということである。）ようにするとともに、Ｙ軸周りに回転可能な回転部材１８をＸ軸周りに回動可能な回動部材１６により回動可能に支持するようにした。

これにより、本発明によるワーク保持装置１０においては、２軸で回転あるいは回動することが可能であるとともに、ワークを片持ちにより保持することができるようになる。

また、本発明による保持装置１０は、支持部材２２の回動および回転部材１８の回転をそれぞれウォームギアにより実現している。

このため、本発明によるワーク保持装置１０においては、ワーク２００にどのような負荷がかかったとしても、当該負荷により支持部材２２および回転部材１８が回転または回動してしまうことはない。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（５）に示すように変形するようにしてもよい。

（１）上記した実施の形態においては、ワーク保持装置１０において、枠体１４における側方部材１４−２Ｌの左方側にモーター２６およびウォームギア２４を設けるようにしたがこれに限られるものではないことは勿論であり、モーター２６およびウォームギア２４を側方部材１４−２Ｌの右方側に設けるようにしてもよい。

モーター２６およびウォームギア２４を側方部材１４−２Ｌの右方側に設けることにより、枠体１４の外部に構成部材がなくなり、ワーク保持装置を小型化することが可能となる。

（２）上記した実施の形態においては、テーブル１２２の上面に立設された立設部材１２の前面１２ａに枠体１４の固定部材１４−１が固定的に配設され、固定部材１４−１の左方側に側方部材１４−２Ｌが配設されるとともに、固定部材１４−１の右方側に側方部材１４−２Ｒが配設されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

即ち、固定部材１４−１を削除し、立設部材１２に側方部材１４−２Ｌおよび側方部材１４−２Ｒを直接形成するようにしてもよい。

これにより、ワーク保持装置の小型軽量化を促すことができる。

（３）上記した実施の形態においては、ワークを保持するワーク保持部材１０が設置されたテーブル１２２がＹ軸方向に移動し、加工工具１３２をキャリッジ１１２および主軸１１４を介してＸ軸方向およびＺ軸方向で移動するようにしたが、ワーク保持部材１０を搭載した切削装置は、これに限られるものではないことは勿論である。

即ち、ワーク保持装置１０を搭載する切削装置としては、ワーク保持装置１０が設置されるテーブル１２２を固定し、加工工具１３２をＸ軸方向、Ｙ軸方向ならびにＺ軸方向に移動するような構成としてもよい。また、ワーク保持装置１０が設置されるテーブル１２２をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動するようにし、加工工具１３２をＺ軸方向に移動するようにしてもよい。要は、ワーク保持装置１０を搭載する切削装置としては、ワーク保持装置１０に保持されたワーク２００と、加工工具１３２との位置関係が３次元で変化する構成であれば、どのような切削装置であってもよい。

（４）上記した実施の形態においては、特に記載しなかったが、ワーク保持装置１０を搭載する加工装置としては、例えば、デンタル用セラミックを切削して所望の形状に加工する加工装置としてもよい。

（５）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（４）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、切削装置などにおいてワークを保持する際に用いて好適である。

１０、１２０ ワーク保持装置、１２ 立設部材、１４ 枠体、１６ 回動部材、１８ 回転部材、２０ ワーク保持部材、２２ 支持部材、２４、３０ ウォームギア、２６、２８ モーター

Claims (2)

1. 上方から加工工具により切削処理されるワークを保持するワーク保持装置において、
   上面側が開口するように互いに平行に配置された一対の側方部材（１４−２Ｌ，１４−２Ｒ）と、
   前記一対の側方部材（１４−２Ｌ，１４−２Ｒ）のうちの一方に一方の端部側を回動自在に支持され、かつ、前記一対の側方部材（１４−２Ｌ，１４−２Ｒ）のうちの他方に他方の端部側を回動自在に支持されて、前記一対の側方部材（１４−２Ｌ，１４−２Ｒ）間に延設されるとともに、前記一対の側方部材（１４−２Ｌ，１４−２Ｒ）に対して該延設方向の延長軸周りに回動自在に配設された支持部材（２２）と、
   前記支持部材（２２）の一方の端部側に配設されたウォームホイール（２４ｂ）と、
   前記支持部材（２２）の下方側において前記ウォームホイール（２４ｂ）と噛合するウォーム（２４ａ）を備え、駆動することにより前記ウォーム（２４ａ）を回転するモーター（２６）と、
   前記一対の側方部材（１４−２Ｌ，１４−２Ｒ）間において前記支持部材（２２）に固定的に配設されて、前記モーター（２６）の駆動による前記ウォーム（２４ａ）ならびに前記ウォームホイール（２４ｂ）の回転により回動する前記支持部材（２２）の回動に伴い回動する回動部材（１６）と、
   前記支持部材（２２）の前記延設方向と直交する方向に延設されるとともに、前記回動部材（１６）に該延設方向の延長軸周りに回転自在に配設された回転部材（１８）と、
   前記回転部材（１８）の一方の端部側に配設されたウォームホイール（３０ｂ）と、
   前記回転部材（１８）の下方側において前記ウォームホイール（３０ｂ）と噛合するウォーム（３０ａ）を備え、駆動することにより前記ウォーム（３０ａ）を回転するモーター（２８）と、
   前記回転部材（１８）の他方の端部側に固定的に配設されて、前記モーター（２８）の駆動による前記ウォーム（３０ａ）ならびに前記ウォームホイール（３０ｂ）の回転により回転する前記回転部材（１８）の回転に伴い回転し、かつ、ワークを片持ちにより保持するワーク保持部材（２０）と、
   前記モーター（２６）と前記モーター（２８）との駆動を制御する制御手段と
   を有することを特徴とするワーク保持装置。
2. 請求項１に記載のワーク保持装置において、
   前記ワークはセラミックからなる
   ことを特徴とするワーク保持装置。

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