JP6966799B2 - 球体加工装置、球体加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークを球体状に加工する球体加工装置等に関する。

ワークを球体状に加工する球面加工機として、ワークを回動させるワーク回動装置と、ワークを研磨具で研磨する研磨ユニットと、旋回軸を中心として研磨ユニットを旋回させるテーブル装置とを備えたものが提案されている（例えば、実開平３−１１３７４６号公報参照）。旋回装置は、ワークに形成される球体中心を通る旋回軸を中心に、研磨ユニットを旋回させる。これにより、ワークに形成される球体の表面を研磨することが出来る。

上記球面加工機では、球体加工された後のワークを研磨する事しかできない。従って、ワークを切削して、ベースとなる球体を加工するためには、別途、上記球面加工機と同様の構造の切削加工機や、ＮＣ加工機を用いて切削加工を行う必要がある。このため、従来の球面加工は、ワークの切削処理から研磨処理への切り替えを含めて多くの時間を要していた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、例えば、ワークの切削処理等から研磨処理への切り替えにおける動作を少なくすると共に、切り替え時間が短縮される球体加工装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の球体加工装置は、ワークを球体状に加工する球体加工装置であって、上記ワークを保持し、且つ、主軸軸線を中心に該ワークを回動させる主軸装置と、上記主軸軸線に対して角度を有するテーブル軸線を中心に回動テーブルを回動させる回動テーブル装置と、上記回動テーブルに搭載されて、上記回動テーブルと共に回動する工具切替機構と、上記工具切替機構に搭載されて、上記ワークを球体状に加工する第一工具及び第二工具と、上記主軸装置と上記回動テーブル装置を、上記主軸軸線の方向に相対移動させる主軸軸線方向移動機構と、
を備え、上記工具切替機構は、上記回動テーブルに搭載され、且つ上記第一工具及び上記第二工具を搭載する直動テーブルを、上記テーブル軸線に対して角度を有する直線移動方向に直線移動させる直動装置を有し、上記ワークに形成予定となる球体を加工予定球体と定義し、上記第一工具の上記ワークと接触する部位を第一加工端と定義し、上記第二工具の上記ワークと接触する部位を第二加工端と定義する場合に、上記主軸軸線方向移動機構は、上記加工予定球体に接し、かつ、上記直動テーブルの上記直線移動方向と平行となる接平面と比較して、上記加工予定球体の中心側に、上記第一工具の上記第一加工端と上記第二工具の上記第二加工端が同時に位置する姿勢を取り得るように、上記ワーク、上記第一工具及び上記第二工具を相対位置決めし、上記ワーク、上記第一工具及び上記第二工具が上記相対位置決めされた状態において、上記工具切替機構は、上記直動装置により、上記直動テーブルと共に上記第一工具と上記第二工具を一緒に、上記直線移動方向に往復移動させることで、上記第一工具の上記第一加工端が上記ワークに接触する近位状態且つ上記第二工具の上記第二加工端が上記ワークから離反する遠位状態となる第一工具選択姿勢と、上記第二工具の上記第一加工端が上記ワークに接触する近位状態且つ上記第一工具の上記第二加工端が上記ワークから離反する遠位状態となる第二工具選択姿勢を切り替えるようになっており、上記回動テーブル装置は、上記第一工具選択姿勢において上記第一工具を旋回させて該第一工具によって上記ワークを球体加工し、かつ、上記第二工具選択姿勢において上記第二工具を旋回させて、該第二工具によって上記ワークを球体加工することを特徴とする。

また、本発明の球体加工装置において、上記ワークは、球体加工される被球体加工部と、上記被球体加工部から上記主軸軸線の方向に延在して上記主軸装置に保持される軸部とを備えており、上記直動テーブルにおいて、上記第一工具及び上記第二工具よりも上記主軸装置側に搭載されて、上記ワークの上記軸部を軸加工する第三工具を備え、上記第三工具の上記ワークと接触する部位を第三加工端と定義し、上記主軸軸線方向移動機構は、上記第三加工端の軌跡上に上記ワークの上記軸部が配置されるように、上記ワーク、上記第一工具、上記第二工具及び上記第三工具を相対位置決めし、上記ワーク、上記第一工具、上記第二工具及び上記第三工具が上記相対位置決めされた状態において、上記工具切替機構は、上記直動装置により、上記第三工具が上記軸部に接触する近位状態、かつ、上記第一工具及び上記第二工具が上記ワークから離反する遠位状態となる第三工具選択姿勢に切り替えるようになっていること特徴とする。また、本発明の球体加工装置において、上記第一工具は、上記第一工具選択姿勢において上記回動テーブル装置によって第一旋回範囲を旋回し、上記第二工具は、上記第二工具選択姿勢において上記回動テーブル装置によって第二旋回範囲を旋回し、上記第一旋回範囲と上記第二旋回範囲は、少なくとも一部が、互いに異なる位相範囲に設定されることを特徴とする。

また、本発明の球体加工装置において、上記主軸軸線と上記テーブル軸線が交差することで、該交差点が上記ワークの球体加工中心となっており、上記テーブル軸線を軸方向から視た場合に、上記主軸軸線を境界として一方側において主として上記第一工具が旋回し、上記主軸軸線を境界として他方側において主として上記第二工具が旋回することを特徴とする。

また、本発明の球体加工装置において、上記第一工具選択姿勢における遠位状態の上記第二工具は、近位状態の上記第一工具と共に旋回する際に、上記ワーク及び上記主軸装置と干渉しない場所に位置決めされ、上記第二工具選択姿勢における遠位状態の上記第一工具は、近位状態の上記第二工具と共に旋回する際に、上記ワーク及び上記主軸装置と干渉しない場所に位置決めされることを特徴とする。

また、本発明の球体加工装置において、上記工具切替機構は、上記第一工具及び上記第二工具が共に遠位状態となる開放姿勢に切り替えるようになっており、上記回動テーブル装置は、上記主軸軸線に沿って相対移動する上記ワークが被加工位置に挿入される際、上記開放姿勢における上記第一工具及び上記第二工具と上記ワークが干渉しない角度範囲に上記回動テーブルを位置決めすることを特徴とする。

また、本発明の球体加工装置において、上記ワークは、球体加工される被球体加工部と、上記被球体加工部から上記主軸軸線の方向に延在して上記主軸装置に保持される軸部とを備えており、上記テーブル軸線を軸視する状態において、上記テーブル軸線を中心として上記軸部が占有する周方向角度範囲を軸部占有角度Ｑと定義する場合に、上記第一工具選択姿勢における上記第一加工端と上記第二加工端の上記テーブル軸線を中心とした周方向位相差、及び／又は、上記第二工具選択姿勢における上記第一加工端と上記第二加工端の上記テーブル軸線を中心とした周方向位相差が、１８０°−（Ｑ／２）°以下に設定されることを特徴とする。

また、本発明の球体加工装置において、上記第一工具選択姿勢時の上記周方向位相差、及び／又は、第二工具選択姿勢時の上記周方向位相差が、３０°以上に設定されることを特徴とする。

また、本発明の球体加工装置において、上記主軸軸線と上記テーブル軸線が交差することで、該交差点が上記ワークの球体加工中心となっており、上記球体加工中心を仮想中心とし、かつ、上記球体加工中心から上記主軸装置の突端までの距離を仮想半径とした仮想球の内部範囲をワーク周囲空間と定義する場合に、遠位状態の上記第一加工端及び／又は遠位状態の上記第二加工端は、上記ワーク周囲空間内に留まることを特徴とする。

また、本発明の球体加工装置において、上記工具切替機構に搭載されて、上記ワークの軸部を軸加工する第三工具を備え、上記工具切替機構は、上記第三工具が上記軸部に接触する近位状態、かつ、上記第一工具及び上記第二工具が上記ワークから離反する遠位状態となる第三工具選択姿勢を切り替えるようになっていること特徴とする。

また、本発明の球体加工装置において、上記工具切替機構は、直動テーブルを直線移動させる直動装置を備えており、上記第一工具及び上記第二工具が、上記直動テーブルに搭載されることを特徴とする。

また、本発明の球体加工装置において、上記直動テーブルによって上記第一工具と第二工具を一緒に直線往復移動させることで、上記第一工具選択姿勢と上記第二工具選択姿勢を切り替えることを特徴とする。

また、本発明の球体加工装置において、上記ワークに形成予定となる球体を加工予定球体と定義し、上記第一工具の上記ワークと接触する部位を第一加工端と定義し、上記第二工具の上記ワークと接触する部位を第二加工端と定義する場合に、上記加工予定球体に接し、かつ、上記直動テーブルの直線移動方向と平行となる接平面と比較して、該加工予定球体の中心側に、上記第一加工端と上記第二加工端が位置することを特徴とする。

また、本発明の球体加工装置において、上記直動テーブルの直線移動方向は、上記テーブル軸線に対して垂直となることを特徴とする。

また、本発明の球体加工方法は、ワークを球体状に加工する球体加工方法であって、
主軸装置によって上記ワークを保持し、且つ、主軸軸線を中心に該ワークを回動させるようにし、上記主軸軸線に対して角度を有するテーブル軸線を中心に回動テーブルを回動させることで、上記回動テーブルに搭載される工具切替機構を回転させるようにし、上記工具切替機構は、上記回動テーブルに搭載され、且つ第一工具及び第二工具を搭載し、更に上記テーブル軸線に対して角度を有する直線移動方向に直線移動可能に構成される直動テーブルを有し、上記ワークに形成予定となる球体を加工予定球体と定義し、上記第一工具の上記ワークと接触する部位を第一加工端と定義し、上記第二工具の上記ワークと接触する部位を第二加工端と定義する場合に、上記加工予定球体に接し、かつ、上記直動テーブルの上記直線移動方向と平行となる接平面と比較して、該加工予定球体の中心側に、上記第一工具の上記第一加工端と上記第二工具の上記第二加工端が同時に位置する姿勢を取り得るように、上記主軸軸線の方向に上記主軸装置と上記回動テーブルを相対移動させて、上記ワーク、上記第一工具及び上記第二工具を相対位置決めし、上記相対位置決めされた状態において、上記直動テーブルと共に上記第一工具と上記第二工具を一緒に、上記直線移動方向に往復移動させることで、上記第一工具の上記第一加工端が上記ワークに接触する近位状態且つ上記第二工具の上記第二加工端が上記ワークから離反する遠位状態となる第一工具選択姿勢と、上記第二工具の上記第一加工端が上記ワークに接触する近位状態且つ上記第一工具の上記第二加工端が上記ワークから離反する遠位状態となる第二工具選択姿勢を切り替えるようにし、上記回動テーブルを回動させることで、上記第一工具選択姿勢において上記第一工具を旋回させて該第一工具によって上記ワークを球体加工し、かつ、上記第二工具選択姿勢において上記第二工具を旋回させて、該第二工具によって上記ワークを球体加工することを特徴とする。

本発明の球体加工装置によれば、例えば、ワークの切削処理等から研磨処理への切り替えにおける動作を少なくすると共に、切り替え時間が短縮されるという優れた効果を奏し得る。

本発明の第一の実施形態における球体加工装置の斜視図である。 仮想ＸＹＺ空間における、本発明の第一の実施形態における球体加工装置の各部の配置図である。 （Ａ）は、本発明の第一の実施形態におけるワークの平面図である。（Ｂ）は、ワークを本発明の第一の実施形態における球体加工装置に取り付けた際の平面図である。 仮想ＸＹＺ空間のＹ軸方向から本発明の第一の実施形態における球体加工装置を軸視した際の概略図である。 （Ａ）は、仮想ＸＹＺ空間のＹ軸方向から本発明の第一の実施形態における球体加工装置を軸視した際の球体加工装置の一部の概略図である。（Ｂ），（Ｃ）は、本発明の第一の実施形態における球体加工装置のテーブル軸線の変形例である。 本発明の第一の実施形態における球体加工装置の一部の斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）は、本発明の第一の実施形態における回動テーブル装置の回動動作を示す図である。 本発明の第一の実施形態における球体加工装置の直動軸線の変形例である。 （Ａ）は、本発明の第一の実施形態における開放姿勢の様子を示す図である。（Ｂ）は、本発明の第一の実施形態における第一工具選択姿勢の様子を示す図である。（Ｃ）は、本発明の第一の実施形態における第二工具選択姿勢の様子を示す図である。 （Ａ）は、本発明の第一の実施形態における第一工具および第二工具の配置を示す図である。（Ｂ）は、本発明の第一の実施形態における第一工具および第二工具の別の配置を示す図である。 （Ａ），（Ｄ）は、本発明の第一の実施形態における第一工具、第二工具およびワークの配置を示す図である。（Ｂ），（Ｃ）は、本発明の第一の実施形態における第一工具、第二工具およびワークの別の配置を示す図である。 本発明の第一の実施形態におけるワーク周囲空間を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第一の実施形態における球体加工装置を用いてワークの軸部を加工する様子を時系列に並べた図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第一の実施形態における球体加工装置を用いてワークの被球体加工部を第一工具により加工する様子を時系列に並べた図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第一の実施形態における球体加工装置を用いてワークの被球体加工部を第二工具により加工する様子を時系列に並べた図である。 （Ａ）は、本発明の第一の実施形態における第一旋回範囲および第二旋回範囲を示す図である。（Ｂ）は、本発明の第一の実施形態における第一旋回範囲および第二旋回範囲の変形例を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、第一工具および第二工具の相対位相差を説明する図である。 （Ａ），（Ｂ）は、参考として、望ましくない相対位相差となる第一工具および第二工具を旋回させる様子を示す図である。 本発明の第二の実施形態における球体加工装置の一部を示す平面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の第三の実施形態における球体加工装置の動作の様子を時系列に並べた図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の第四の実施形態における球体加工装置の動作の様子を時系列に並べた図である。 本発明の第五の実施形態における球体加工装置の一部を示す平面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第五の実施形態における球体加工装置を用いてワークの被球体加工部を加工する様子を時系列に並べた図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

＜第一の実施形態＞
＜全体構成＞
図１を参照して、本発明の第一の実施形態における球体加工装置１について説明する。球体加工装置１は、ワーク１９０を球体状に加工するものであり、例えば、ベース１０と、主軸装置１１と、主軸軸線方向移動機構１２と、回動テーブル装置１３と、加工ヘッド１４と、工具切替機構１５とを備える。

＜ベース＞
まず、図１を参照して、ベース１０について説明する。ベース１０は、テーブル状の基台である。ベース１０の上面１０Ａ上に他の構成要素が搭載される。

＜主軸装置＞
次に、図１〜３を参照して、主軸装置１１について説明する。主軸装置１１は、ワーク１９０を保持し、且つ、主軸軸線１１２を中心にワーク１９０を回動させるものである。主軸装置１１は、例えば、主軸１１０と、主軸駆動装置１１１とを備える。

主軸１１０は、棒状の軸部材である。主軸１１０は、ベアリング等によって回動自在に主軸駆動装置１１１により保持される。また、主軸１１０は、自身の中心軸線（以下、主軸軸線と呼ぶ。）１１２を中心に主軸駆動装置１１１により回動される。なお、図２に示すように、仮想的にＸＹＺ空間（以下。仮想ＸＹＺ空間と呼ぶ。）を定義した場合、主軸装置１１は、主軸軸線１１２がＸ軸方向に一致するように配置されるものとする。

また、主軸１１０は、図３（Ｂ）に示すように、ワーク１９０を保持可能な構造のワーク保持機構１１０Ａ（例えば、チャック）を先端に備える。また、ワーク１９０は、図３（Ａ）に示すように、被球体加工部１９１と、軸部１９２とを備える。

被球体加工部１９１は、球体加工装置１によって球体状に加工されるものである。被球体加工部１９１に形成される予定の球体を加工予定球体１９３（図３（Ａ）の一点鎖線参照）と定義する。加工予定球体１９３は、球体加工装置１によって切削予定部分１９６が切削されて形成される。加工予定球体１９３は、完全な球体であってもよいし、部分球体であってもよい。

軸部１９２は、被球体加工部１９１から延設される軸部材である。軸部１９２は、ワーク保持機構１１０Ａにより保持される。なお、加工予定球体１９３が形成される際、被球体加工部１９１と軸部１９２との境界１９４付近における軸部１９２も一部切削・研磨されて湾曲部分１９５が形成されてもよい。

図３（Ｂ）に示すように、ワーク１９０は、主軸１１０の主軸軸線１１２と軸部１９２の中心軸線とが一致するようにワーク保持機構１１０Ａによって保持される。つまり、ワーク１９０は、軸部１９２が主軸軸線１１２の方向へ延在されるよう保持される。この際、軸部１９２の一部および被球体加工部１９１は、主軸１１０の突端から外部へ突出する。

主軸駆動装置１１１は、図２に示すように、主軸軸線１１２（Ｘ軸）を回動軸として、主軸１１０を回動するものである。主軸駆動装置１１１は、例えば、モータ等により構成される。

＜主軸軸線方向移動機構＞
次に、図１，４を参照して、主軸軸線方向移動機構１２について説明する。主軸軸線方向移動機構１２は、主軸装置１１を主軸軸線１１２の方向に往復移動させる構造を有するものである。なお、主軸軸線１１２の方向は、仮想ＸＹＺ空間においてＸ軸方向に相当する。主軸軸線方向移動機構１２は、図４に示すように、例えば、主軸装置支持部１２１と、レール部１２２と、レール係合部１２３とを備える。

主軸装置支持部１２１は、ベース１０の上面１０Ａ上において主軸装置１１を支持するものである。レール部１２２は、図４に示すように、ベース１０の上面１０Ａ上において主軸軸線１１２の方向（Ｘ軸方向）に延設されるレールである。レール係合部１２３は、図４に示すように、主軸装置支持部１２１の底面に設けられ、レール部１２２に沿って移動可能にレール部１２２と係合される部材である。レール係合部１２３として、例えば、ＬＭガイド（登録商標）が一例として挙げられる。

レール係合部１２３は、主軸装置支持部１２１と共にレール部１２２に沿って往復移動可能である。これにより、主軸装置１１は、回動テーブル装置１３に接近されたり離反されたりするように移動可能となる。

なお、主軸軸線方向移動機構１２は、（図示しない）往復移動装置により動作されてもよい。往復移動装置は、（図示しない）制御部の制御の下に、主軸装置支持部１２１およびレール係合部１２３を主軸軸線１１２の方向に往復移動させるものである。往復移動装置は、例えば、（図示しない）ボールネジ機構と、（図示しない）モータとにより構成される。ボールネジ機構は、モータによって駆動される。また、ボールネジ機構は、自身のネジの軸方向が主軸軸線１１２の方向になるよう配置され、主軸装置支持部１２１またはレール係合部１２３と連結される。モータが駆動されると、主軸装置支持部１２１およびレール係合部１２３は、ボールネジ機構により主軸軸線１１２の方向に往復移動する。つまり、主軸装置１１は、主軸軸線方向移動機構１２を介して往復移動装置により主軸軸線１１２の方向に往復移動される。なお、往復移動装置は、上記構成に限定されるものではなく、その他の構成の装置であってもよい。

また、図４の変形例に示すように、回動テーブル装置１３に対して、主軸軸線方向移動機構１２Ａが別途（又は主軸軸線方向移動機構１２に代えて）設けられてもよい。なお、主軸軸線方向移動機構１２Ａは、回動テーブル装置１３を主軸軸線１１２の軸線方向（Ｘ軸方向）に往復移動させる構造を有する。主軸軸線方向移動機構１２Ａは、主軸軸線方向移動機構１２と同様の構造であるため、その説明を省略する。これにより、回動テーブル装置１３は、主軸装置１１に接近されたり離反されたりするように移動可能となる。

なお、主軸軸線方向移動機構１２，１２Ａは、主軸装置１１と回動テーブル装置１３を、主軸軸線１１２の方向に相対移動させる目的で設けられるものである。したがって、主軸軸線方向移動機構１２，１２Ａの少なくとも一方が設けられれば、主軸装置１１および回動テーブル装置１３を互いに接近させたり離反させたりできる。

＜回動テーブル装置＞
次に、図１，２，５を参照して、回動テーブル装置１３について説明する。回動テーブル装置１３は、図１に示すように、主軸軸線１１２に対して角度を有する軸線（以下、テーブル軸線と呼ぶ。）１３２を中心に回動テーブル１３０を回動させるものである。回動テーブル装置１３は、例えば、回動テーブル１３０と、回動テーブル駆動装置１３１とを備える。

回動テーブル１３０は、テーブル軸線１３２を中心に回動自在に回動テーブル駆動装置１３１により保持される。本実施形態において、テーブル軸線１３２は、図２，５（Ａ）に示すように、主軸軸線１１２に対して垂直となり、仮想ＸＹＺ空間におけるＺ軸に一致する。

また、本実施形態のように、図３（Ａ）に示す被球体加工部１９１から加工予定球体１９３が形成される加工が行われる場合、テーブル軸線１３２は、主軸軸線１１２と交わる必要がある。主軸軸線１１２とテーブル軸線１３２との交差点（以下、球体加工中心と呼ぶ。）には、加工予定球体１９３の中心が配置されるようワーク１９０の被球体加工部１９１は配置される。

なお、図５（Ｂ）に示すテーブル軸線１３２Ａのように、回動テーブル１３０におけるテーブル軸線は、主軸軸線１１２に対して角度α（０°＜α＜９０°）を成すものであってもよい。ただし、図５（Ｃ）に示すテーブル軸線１３２Ｂのように、回動テーブル１３０におけるテーブル軸線は、主軸軸線１１２に対して平行であってはならない。加工ヘッド１４が主軸軸線１１２と同軸状に旋回しても、意味をなさないからである。

回動テーブル駆動装置１３１は、テーブル軸線１３２を回動軸として回動テーブル１３０を回動駆動するものである。

＜加工ヘッド＞
次に、図１，６を参照して、加工ヘッド１４について説明する。加工ヘッド１４は、複数の工具を備え、工具切替機構１５に搭載される。加工ヘッド１４は、例えば、第一工具１４０と、第二工具１４１とを備える。第一工具１４０は、例えば、ワーク１９０と接触する部位である第一加工端１４０Ａを有する。回動した状態のワーク１９０に第一加工端１４０Ａが接触すると、ワーク１９０は第一加工端１４０Ａにより加工される。第一工具１４０は、例えば、先端に切削刃を有する切削工具により構成される。なお、本実施形態では、加工ヘッド１４は、軸加工専用の第三工具１４２も備える。

第二工具１４１は、例えば、ワーク１９０と接触する部位である第二加工端１４１Ａを有する。回動した状態のワーク１９０に第二加工端１４１Ａが接触されると、ワーク１９０は第二加工端１４１Ａにより加工される。第二工具１４１は、例えば、ワーク１９０の表面を研磨可能なホイール形状のホイール研磨工具により構成される。ホイール研磨工具の外周面であるホイール外周面が第二加工端１４１Ａに相当する。なお、研磨工具には、ワーク１９０を研磨可能である全てのものが含まれる。

第一工具１４０は、第一工具ホルダ１４５により保持される。第二工具１４１は、第二工具ホルダ１４６により保持される。そして、第一工具ホルダ１４５および第二工具ホルダ１４６は、後述する工具切替機構１５に搭載される。第三工具１４２は、ここでは第一工具ホルダ１４５に保持されているが、別途、独立した第三工具ホルダによって保持されても良い。

第一工具１４０および第二工具１４１によりワーク１９０は球体状に加工される。

なお、球体加工を行う工具が３つ以上あってもよい。この場合、第一工具１４０と、第二工具１４１以外の工具も対応する工具ホルダによって後述する工具切替機構１５に搭載される。

＜工具切替機構＞
次に、図６〜８を参照して、工具切替機構１５について説明する。工具切替機構１５は、ワークの加工で用いる工具の切り換えを行うものである。工具切替機構１５は、例えば、加工ヘッド１４を構成する第一工具１４０および第二工具１４１を選択的にワーク１９０（テーブル軸線１３２）に接近させる構造を有する。

具体的に工具切替機構１５は、例えば、１つの軸線（以下、直動軸線と呼ぶ。）１５３の方向に沿って往復移動する直動装置１５０により構成される。直動装置１５０は、図６に示すように、回動テーブル装置１３上に搭載される。このため、直動装置１５０は、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、テーブル軸線１３２を回動軸として回動テーブル装置１３と共に回動する。なお、図７（Ａ），（Ｂ）においてテーブル軸線１３２は紙面に垂直な方向へ延びる。

この際、直動軸線１５３は、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように回動されるため、固定的な軸とはならない。また、本実施形態において直動軸線１５３は、テーブル軸線１３２（Ｚ軸）に対して垂直となる。したがって、直動軸線１５３は、テーブル軸線１３２（Ｚ軸）に対して垂直な状態で、仮想ＸＹＺ空間におけるＸＹ平面上においてテーブル軸線１３２（Ｚ軸）を中心に回動する動的な軸線となる。

なお、直動軸線１５３とテーブル軸線１３２とが垂直にならなくてもよい。例えば、図８に示すように、直動装置１５０Ａの直動軸線１５３Ａがテーブル軸線１３２に対して角度β（０°＜α＜９０°）を成すものであってもよい。この場合も、直動軸線１５３Ａは、テーブル軸線１３２（Ｚ軸）に対して角度βを成す状態で、仮想ＸＹＺ空間内においてテーブル軸線１３２（Ｚ軸）を中心に回動する動的な軸線となる。

直動装置１５０は、図６に示すように、直動テーブル１５１と、直動テーブル駆動装置１５２とを備える。直動テーブル１５１は、第一工具１４０および第二工具１４１を自身の上面１５１Ａに搭載可能なテーブルである。そして、直動テーブル１５１は、回動テーブル装置１３の回動テーブル１３０上に搭載される。このため、直動テーブル１５１は、回動テーブル１３０と共に回動する。

回動テーブル装置１３により直動テーブル１５１が回動されると、第一工具１４０および第二工具１４１はテーブル軸線１３２を旋回軸として旋回する。つまり、回動テーブル装置１３は、第一工具１４０および第二工具１４１を旋回させることができる。これにより、ワーク１９０は、第一工具１４０および第二工具１４１によって球体加工される。

また、直動テーブル１５１には、直動軸線１５３の軸線方向（Ｐ軸方向）に沿って延設される取付溝１５８Ａ〜１５８Ｃが上面１５１Ａに設けられる。第一工具ホルダ１４５は、取付溝１５８Ａのいずれかの位置に固定することができる。したがって、第一工具ホルダ１４５は、位置を調整することができる。第二工具ホルダ１４６は、取付溝１５８Ｂ，１５８Ｃのいずれかの位置に固定することができる。したがって、第二工具ホルダ１４６は、位置を調整することができる。

直動テーブル駆動装置１５２は、直動軸線１５３の方向に沿って直動テーブル１５１を往復移動させるものである。直動テーブル駆動装置１５２は、例えば、レール部１５４と、レール係合部１５５と、（図示しない）ボールネジ機構と、モータ１５６とにより構成される。

レール部１５４は、回動テーブル１３０上に設けられ、直動軸線１５３の方向に沿って延設されるレールである。レール係合部１５５は、図６に示すように、直動テーブル１５１の底面に設けられ、レール部１５４に沿って移動可能にレール部１５４と係合される部材である。レール係合部１５５として、例えば、ＬＭガイド（登録商標）が一例として挙げられる。

ボールネジ機構は、自身のネジの軸方向が直動軸線１５３と同方向になるよう配置され、直動テーブル１５１またはレール係合部１５５と連結される。このボールネジ機構は、モータ１５６によって駆動されることで、直動テーブル１５１が往復移動する。

＜工具切替態様＞
次に、図９を参照して、直動装置１５０による工具切り替え態様について説明する。ここで、第一工具１４０または第二工具１４１が、それぞれ、ワーク１９０と接触する状態を「近位状態」、ワーク１９０から離反される状態を「遠位状態」と定義する。

まず、図９（Ａ）に示すように、初期状態においてワーク１９０の被球体加工部１９１の中心が球体加工中心１６に配置されるように、ワーク１９０は主軸軸線１１２の方向に沿って被加工位置に挿入される。ここで、球体加工中心１６とは、主軸軸線１１２とテーブル軸線１３２が交差する位置と同義となる。また、被加工位置とは、ワーク１９０の加工予定球体１９３の中心が球体加工中心１６に位置決めされる状態を指す。

ワーク１９０が挿入される際、第一工具１４０および第二工具１４１は、直動装置１５０によりワーク１９０から離反されて、ワーク１９０に対して遠位状態にされる。上記のように、第一工具１４０および第二工具１４１が共に遠位状態にされる場合を「開放姿勢」と定義する。

上記のようにワーク１９０を被加工位置に受け入れる場合、第一工具１４０および第二工具１４１は、開放姿勢のうちワーク１９０と干渉されずに被加工位置までワーク１９０を進入させるような受け入れ姿勢（以下、ワーク受け入れ姿勢と定義する。）をとる必要がある。この場合、第一工具１４０および第二工具１４１がワーク受け入れ姿勢をとるような角度範囲（以下、ワーク受け入れ範囲と呼ぶ。）に回動テーブル１３０は位置決めされる。なお、このワーク受け入れ姿勢とは、挿入されるワーク１９０の最大外形の移動軌跡と、第一工具１４０および第二工具１４１が干渉しない姿勢を意味する。

ここで、（図示しない）直動テーブル駆動装置１５２により直動テーブル１５１が矢印Ａ方向（直動軸線１５３の方向の一方）へ移動されると、第一工具１４０も共に矢印Ａ方向へ移動される。結果、図９（Ｂ）に示すように、第一工具１４０は、ワーク１９０に接近して、第一加工端１４０Ａ（切削刃）が被球体加工部１９１に接触する（第一工具１４０が近位状態となる）。なお、以下において、矢印Ａ方向を直動軸線順方向と定義し、それとは逆方向の矢印Ｂ方向を直動軸線逆方向と定義する。

第一工具１４０が近位状態にされる場合、同時に第二工具１４１は被球体加工部１９１から離反されて、遠位状態にされる。この状態を「第一工具選択姿勢」と定義する。第一工具選択姿勢は、工具切替機構１５により第一工具１４０が選択された状態である。

また、直動テーブル駆動装置１５２により直動テーブル１５１が直動軸線逆方向へ移動されると、図９（Ｃ）に示すように、第一工具１４０は、被球体加工部１９１から離反されて、遠位状態にされる。一方、第二工具１４１は、被球体加工部１９１に接触して、近位状態にされる。この状態を「第二工具選択姿勢」と定義する。第二工具選択姿勢は、工具切替機構１５により第二工具１４１が選択された状態である。

以上のように、直動テーブル駆動装置１５２により直動テーブル１５１が直動軸線順方向または直動軸線逆方向へ移動されることにより第一工具１４０および第二工具１４１の姿勢が第一工具選択姿勢と第二工具選択姿勢との間で切り換えられ、工具の切り換えが行われる。したがって、工具の切り換え動作が一つの動作で完了するため、工具の切り換え時間が従来に比べて短縮される。

＜加工ヘッドの配置＞
次に、図１０〜１２を参照して、第一工具１４０および第二工具１４１の配置について説明する。第一工具１４０の第一加工端１４０Ａおよび第二工具１４１の第二加工端１４１Ａは、直動軸線１５３の方向において互いに異なる位置に配置される必要がある。例えば、図１０（Ａ）に示すように、第一加工端１４０Ａが第一位置Ｃ１に配置される場合、第二加工端１４１Ａは、直動軸線１５３の方向における第一位置Ｃ１によりも直動軸線順方向にずれた第二位置Ｃ２に配置される。

このように配置されれば、＜工具切替態様＞で説明したように、第一工具１４０および第二工具１４１が直動装置１５０により共に移動されると、ワーク１９０に対して第一加工端１４０Ａは近位状態にされ、かつ、第二加工端１４１Ａは遠位状態（第一工具選択姿勢）にされるか、または、ワーク１９０に対して第一加工端１４０Ａは遠位状態にされ、かつ、第二加工端１４１Ａは近位状態（第二工具選択姿勢）にされる。つまり、第一加工端１４０Ａおよび第二加工端１４１Ａは、直動装置１５０により共に移動されることで、どちらか一方が、ワーク１９０（またはテーブル軸線１３２）に接触する状態にされる。

参考として述べるが、例えば、図１０（Ｂ）に示すように、第一加工端１４０Ａおよび第二加工端１４１Ａのそれぞれが、直動軸線１５３の方向において互いに一致する第三位置Ｃ３に配置されることは好ましくない。この状態において、第一加工端１４０Ａおよび第二加工端１４１Ａが直動装置１５０により共に移動されても、工具の切り替えができないからである。

図１１を参照して第一工具１４０および第二工具１４１が相互に切り替え可能な配置（以下、工具切替可能配置と呼ぶ。）について詳細に説明する。工具切替可能配置を考える上で、被球体加工部１９１（加工予定球体１９３）の中心が球体加工中心１６に配置された状態を考える。

図１１（Ａ）に示すように、加工予定球体１９３において、直動軸線１５３に対して垂直な大円断面１９８を考える。工具切替可能配置を満たす第１の条件は、第一加工端１４０Ａと第二加工端１４１Ａを結ぶ直線Ｄ１が、大円断面１９８と交差することである。例えば、図１１（Ｂ）に示すように、第一加工端１４０Ａと第二加工端１４１Ａとを結ぶ直線Ｄ２が大円断面１９８と交差しない場合、直動軸線１５３の方向に沿って第一工具１４０および第二工具１４１が移動されても、第一工具１４０は加工予定球体１９３と接触できるが、第二工具１４１は加工予定球体１９３と接触できない。このため、工具切替可能配置を満たすには、上記第１の条件が必要となる。

また、工具切替可能配置を満たす第２の条件は、図１１（Ａ）に示すように、直動軸線１５３の方向と平行となる加工予定球体１９３の接平面１９９を考えた時に、第一加工端１４０Ａと第二加工端１４１Ａとは、接平面１９９よりも加工予定球体１９３の中心側に配置されることである。例えば、図１１（Ｃ）に示すように、第二加工端１４１Ａが接平面１９９よりも加工予定球体１９３の中心とは反対側（外側）に配置される場合、直動軸線１５３の方向に沿って第一工具１４０および第二工具１４１が移動されても、第一工具１４０は加工予定球体１９３と接触できるが、第二工具１４１は加工予定球体１９３と接触できない。このため、工具切替可能配置を満たすには、上記第２の条件が必要となる。

なお、接平面１９９は、直動軸線１５３と平行となる加工予定球体１９３の接平面であれば、いずれの接平面であってもよい。この接平面の考え方を別の観点で説明すると、図１１（Ｄ）に示すように、直動軸線１５３と中心軸線が平行となり、かつ、加工予定球体１９３が内接する仮想円筒１９７の内側に、第一加工端１４０Ａと第二加工端１４１Ａが存在していれば、上記第１，２の条件を満たす。

次に、遠位状態の第一加工端１４０Ａ及び／又は第二加工端１４１Ａの位置について説明する。図１２に示すように、球体加工中心１６（テーブル軸線１３２）から主軸装置１１の突端１１５までの距離を半径Ｒとした仮想球の内部範囲をワーク周囲空間Ｗと定義した場合、ワーク１９０から遠位状態にある場合でも、第一加工端１４０Ａ及び／又は第二加工端１４１Ａは、ワーク周囲空間Ｗ内に留まることが好ましい。このワーク周囲空間Ｗは、ワーク１９０しか存在しないため、第一及び第二工具１４１、１４２が旋回可能となる範囲（矢印Ｌ参照）が広いからである。遠位状態の第一加工端１４０Ａ及び／又は第二加工端１４１Ａが、このワーク周囲空間Ｗよりも外側に退避する場合を想定すると、第一及び第二工具１４１、１４２が旋回可能範囲は狭くなり（矢印Ｍ参照）、主軸装置１１と干渉する可能性がある。

＜加工動作（加工方法）＞
＜軸部加工処理＞
図１３を参照して、本発明の第一の実施形態の球体加工装置１を用いてワーク１９０の軸部１９２を加工する動作について説明する。まず、図１３（Ａ）に示すように、直動装置１５０によって第三工具１４２が移動される際の第三加工端１４２Ａの軌跡上に軸部１９２が配置されるように、（図示しない）主軸軸線方向移動機構１２を介して主軸装置１１が移動される。そして、（図示しない）主軸駆動装置１１１により主軸１１０が回動されると、ワーク１９０も共に回動される。

次に、図１３（Ｂ）に示すように、直動テーブル駆動装置１５２により直動テーブル１５１が直動軸線１５３に方向に沿って移動されると、回動する軸部１９２の外周面に第三加工端１４２Ａ（切削刃）が接触する。結果、第三工具１４２は、第一工具１４０及び第二工具１４１よりも主軸装置１１側に配置され、軸部１９２に対して近位状態にされる。一方、第一工具１４０および第二工具１４１は軸部１９２に対して遠位状態にされる。ちなみに、軸部１９２に対して第三工具１４２が近位状態にされ、第一工具１４０および第二工具１４１が遠位状態にされる状態を第三工具選択姿勢（軸加工工具選択姿勢）と定義する。これにより、軸部１９２は、第三工具１４２の第三加工端１４２Ａにより切削（軸加工）される。

なお、図１３（Ｃ）に示すように、軸部１９２において加工される範囲に応じて、主軸１１０が回動を継続された状態で、主軸軸線方向移動機構１２を介して主軸装置１１が移動されたり、直動装置１５０によって第三工具１４２が移動されたりする。これにより、軸部１９２は、直径を変化させながら軸加工される。

＜被球体加工部切削加工＞
図１４を参照して、本発明の第一の実施形態の球体加工装置１を用いてワーク１９０の被球体加工部１９１を切削加工する動作について説明する。なお、ここでは、図３（Ａ）に示すように、被球体加工部１９１から加工予定球体１９３が形成されるように切削加工が行われるものとする。

まず、図１４（Ａ）に示すように、回動テーブル１３０のテーブル軸線１３２上に被球体加工部１９１の中心が配置されるように、第一工具１４０および第二工具１４１がワーク受け入れ姿勢にされた後に、（図示しない）主軸軸線方向移動機構１２を介して主軸装置１１が移動される。そして、（図示しない）主軸駆動装置１１１により主軸１１０と共にワーク１９０が回動される。

次に、図１４（Ｂ）に示すように、第一工具１４０を選択するため、（図示しない）直動テーブル駆動装置１５２により直動テーブル１５１が直動軸線１５３に沿って直動軸線順方向（矢印Ｅ方向参照）へ移動される。結果、第一工具１４０は被球体加工部１９１に対して近位状態にされ、第二工具１４１は被球体加工部１９１に対して遠位状態にされる。これにより、第一工具１４０および第二工具１４１は、被球体加工部１９１に対して第一工具選択姿勢をとる。

この状態から、（図示しない）回動テーブル駆動装置１３１により回動テーブル１３０が時計回り（図１４（Ｄ），（Ｅ）参照）または反時計回り（図１４（Ｃ）参照）に回動されると、第一工具１４０は球体加工中心１６を中心に旋回する。この際、第一工具１４０の第一加工端１４０Ａは、被球体加工部１９１の外周面に沿って接触位置を変えながら被球体加工部１９１を切削していく。

回動テーブル１３０は、第一工具１４０の第一加工端１４０Ａが、被球体加工部１９１の第一基端部１９１Ａ（図１４（Ｃ）参照）から、被球体加工部１９１の頂点となる先端部１９１Ｂ（図１４（Ｅ）参照）に至るまで回動テーブル駆動装置１３１により回動される。なお、第一基端部１９１Ａとは、主軸軸線１１２を基準として第一工具１４０側の被球体加工部１９１の基端部の一部を指す。なお、被球体加工部１９１において、球体加工する範囲が限られる場合（つまり、部分球体加工する場合）は、その部分球体における最も軸部側が第一基端部となり、最も頂点側が第一先端部となり、その範囲を第一工具１４０は旋回すれば良い。

制御部の制御の下、上記工程を経て、被球体加工部１９１から加工予定球体１９３が形成されると、第一工具１４０による球体加工が完了する。

一方、第一工具１４０が旋回している間、第二工具１４１も、被球体加工部１９１に対して遠位状態で旋回する。第二工具１４１は、遠位状態で第一工具１４０と共に旋回しても、軸部１９２や主軸装置１１と干渉しない場所に予め位置決めされる。この位置関係は後ほど詳述する。

＜被球体加工部研磨加工＞
図１５を参照して、本発明の第一の実施形態の球体加工装置１を用いてワーク１９０の被球体加工部１９１を研磨加工する動作について説明する。なお、ここでは、第一工具１４０により形成された加工予定球体１９３の表面に研磨加工が行われるものとする。

まず、図１５（Ａ）に示すように、回動テーブル１３０のテーブル軸線１３２上に被球体加工部１９１の中心が配置され、かつ主軸１１０と共にワーク１９０が継続して回動された状態で、第二工具１４１が選択される。第二工具１４１の選択において、（図示しない）直動テーブル駆動装置１５２により直動テーブル１５１は直動軸線１５３の方向に沿って直動軸線逆方向（矢印Ｇ方向参照）へ移動される。結果、第二工具１４１は被球体加工部１９１に対して近位状態にされ、第一工具１４０は被球体加工部１９１に対して遠位状態にされる。これにより、第一工具１４０および第二工具１４１は、被球体加工部１９１に対して第二工具選択姿勢をとる。

次に、図１５（Ｂ）に示すように、例えば、（図示しない）回動テーブル駆動装置１３１により回動テーブル１３０が反時計回りに回動されると、第二工具１４１は、球体加工中心１６を中心に反時計回りに旋回する。結果、第二工具１４１は、被球体加工部１９１の外周面に沿って接触位置を変えながら被球体加工部１９１を研磨していく。

更に、回動テーブル駆動装置１３１により回動テーブル１３０が時計回り（図１５（Ｃ）（Ｄ）参照）に回動されると、第二工具１４１は、球体加工中心１６を中心に時計回りに旋回し、上記と同様に被球体加工部１９１を研磨していく。

回動テーブル１３０は、第二工具１４１の第二加工端１４１Ａが被球体加工部１９１の第二基端部１９１Ｃ（図１５（Ｄ）参照）から先端部１９１Ｂ（図１５（Ｂ）参照）に至るまで回動テーブル駆動装置１３１により回動される。なお、第二基端部１９１Ｃとは、主軸軸線１１２を基準として第一工具１４０とは反対側の被球体加工部１９１の基端部の一部を指す。なお、被球体加工部１９１において、球体加工する範囲が限られる場合（つまり、部分球体加工する場合）は、その部分球体における最も軸部側が第二基端部となり、最も頂点側が第二先端部となり、その範囲を第二工具１４１は旋回すれば良い。制御部の制御の下、加工予定球体１９３の表面の研磨が終了すると、第二工具１４１による球体加工が完了する。

一方、以上のように第二工具１４１（研磨工具）が旋回している間、第一工具１４０は、被球体加工部１９１に対して遠位状態のまま同時に旋回する。第一工具１４０は、遠位状態で第二工具１４１と共に旋回しても、軸部１９２や主軸装置１１と干渉しない場所に予め位置決めされる。

＜工具の旋回範囲及び工具間位相差＞
次に、図１６，１７を参照して、第一工具１４０および第二工具１４１で加工が行われる場合の旋回範囲や、工具間の位相差について説明する。第一工具１４０で加工が行われる場合、図１６（Ａ）に示すように、テーブル軸線１３２から軸視すると、回動テーブル１３０の回動により、第一工具１４０は主として主軸軸線１１２を境界として一方側を旋回する。この際の第一工具１４０の旋回範囲を第一旋回範囲１３５と定義する。第一旋回範囲１３５は、テーブル軸線１３２から軸視した場合、主として主軸軸線１１２を境界として一方側に設定される。

一方、第二工具１４１で加工が行われる場合、図１６（Ａ）に示すように、テーブル軸線１３２から軸視すると、回動テーブル１３０の回動により、第二工具１４１は主として主軸軸線１１２を境界として他方側を旋回する。この際の第二工具１４１の旋回範囲を第二旋回範囲１３６と定義する。第二旋回範囲１３６は、第一旋回範囲１３５とは主軸軸線１１２を基準に線対称になる。第二旋回範囲１３６は、テーブル軸線１３２から軸視した場合、主として主軸軸線１１２を境界として他方側に設定される。

ただし、ワーク１９０の軸部１９２が占有する部分には、第一工具１４０および第二工具１４１が旋回してはならない。したがって、テーブル軸線１３２を基準として、軸部１９２が占有する周方向の角度範囲Ｑ（以下、軸部占有角度Ｑと定義する。）内に、第一工具１４０および第二工具１４１が移動しないようになっている。なお、軸部占有角度Ｑは、図１６（Ａ）では、テーブル軸線１３２と被球体加工部１９１の第一基端部１９１Ａとを結ぶ線と、テーブル軸線１３２と被球体加工部１９１の第二基端部１９１Ｃとを結ぶ線とが成す角度を指す。

次に、図１７を参照して、第一工具選択姿勢における近位状態の第一加工端１４０Ａと、遠位状態の第二加工端１４１Ａのテーブル軸線１３２を基準とする周方向位相差θについて説明する。この周方向位相差θは、以下の関係式を満たすことが好ましい。
θ≦１８０°−（Ｑ／２）°

この関係式は、図１７（Ａ）に示すように、近位状態の第一工具１４０の第一加工端１４０Ａが軸部占有角度Ｑの境界近傍（第一基端部１９１Ａ）まで旋回して球体加工する際に、遠位状態の第二工具１４１の第二加工端１４１Ａは、主軸軸線１１２よりも第一旋回範囲１３５側に位置する（又は先端部１９１Ｂよりも第一工具側に位置する）ことを意味する。このようにすると、図１７（Ｂ）に示すように、近位状態の第一工具１４０の第一加工端１４０Ａが時計回りに先端部１９１Ｂまで旋回して球体加工する際に、遠位状態の第二工具１４１の第二加工端１４１Ａが、第二旋回範囲１３６内に止まる。結果、第二加工端１４１Ａが、ワーク１９０の軸部１９２や主軸装置１１と干渉しない。ちなみに、このことは、第二工具選択姿勢における近位状態の第二加工端１４１Ａと、遠位状態の第一加工端１４０Ａのテーブル軸線１３２を基準とする周方向位相差θにも同様に当てはまる。

なお、上記周方向位相差θは、例えば、３０°以上であることが好ましく、４５°以上であることがより好ましく、６０°以上であれば更に好ましく、９０°以上であることが望ましい。周方向位相差θが大きいほど、工具同士やホルダ同士の干渉が低減され、設計が容易となるからである。

なお、参考例として、例えば、図１８（Ａ）に示すように、第一工具１４０の第一加工端１４０Ａが軸部占有角度Ｑの境界まで旋回した状態で、第二工具１４１の第二加工端１４１Ａが主軸軸線１１２よりも第二旋回範囲１３６側に位置する場合を検討する。この場合、θ＞１８０°−（Ｑ／２）°となる。

この状態で、図１８（Ｂ）に示すように、第一工具１４０および第二工具１４１が時計回りに旋回すると、第一工具１４０の第一加工端１４０Ａが被球体加工部１９１の先端部１９１Ｂに到達する前に、第二工具１４１が主軸１１０に干渉する。これでは、第一工具１４０によって球体加工できない部分が生じてしまう。

なお、以上の説明では、第一旋回範囲１３５は、主軸軸線１１２を基準として一方側だけになっているが、これに限定されず、他方側へ及んでもよい。また、第二旋回範囲１３６は、主軸軸線１１２を基準として他方側だけになっているが、これに限定されず、他方側へ及んでもよい。つまり、図１６（Ｂ）に示すように、第一旋回範囲１３５と第二旋回範囲１３６とは、互いに重複する第一位相範囲１３７を含んでいてもよい。したがって、第一旋回範囲１３５は、重複する第一位相範囲１３７と重複しない第二位相範囲１３８とにより構成される。また、第二旋回範囲１３６は、重複する第一位相範囲１３７と重複しない第三位相範囲１３９とにより構成される。したがって、第一旋回範囲１３５と第二旋回範囲１３６とは、少なくとも一部が、互いに異なる位相範囲に設定されていれば良い。

なお、ワーク１９０の先端部１９１Ｂまで球体加工を施す必要が無い場合は、第一旋回範囲および第二旋回範囲は、それぞれ主軸軸線１１２を基準として一方側だけ／他方側だけで足りる。このようなものも本発明に含まれる。

＜第二の実施形態＞
次に、図１９を参照して、本発明の実施の形態における球体加工装置２について説明する。球体加工装置１における直動装置１５０は、１つの軸（直動軸線１５３）の軸方向に沿って複数の工具を往復移動可能な構成であったが、球体加工装置２における直動装置２５０は、２つの軸の軸方向に沿って、複数の工具をそれぞれ独立して往復移動可能な構成である。球体加工装置２のそれ以外の部分は、球体加工装置１と同様の構成であり、既に説明済みであるため、その説明を省略する。

球体加工装置２における直動装置２５０は、第一直動軸線２５１の方向および第二直動軸線２５２の方向に沿って工具を往復移動させることができる。つまり、直動装置２５０は、二つの直動機構を有する二軸機構となる。第一直動軸線２５１の方向に沿う往復移動は、ワーク１９０に対して第一工具１４０を近位状態および遠位状態にすることができる。また、第二直動軸線２５２の方向に沿う往復移動は、ワーク１９０に対して第二工具１４１を近位状態および遠位状態にすることができる。

なお、工具の数が増えてもそれぞれに対応する直動機構を設けて、その直動軸線の方向に沿って往復移動可能に構成すればよい。

以上のように構成すれば、第一工具１４０および第二工具１４１の直動装置２５０上の配置の自由度が上がる。このため、球体加工装置２は、球体加工装置１よりも各構成要素を自由に配置することができる。

＜第三の実施形態＞
次に、図２０を参照して、本発明の実施の形態における球体加工装置３について説明する。球体加工装置１は工具の切替に直動装置１５０を用いた構成であったが、球体加工装置３は工具の切替に回動切替機構３０を用いた構成である。球体加工装置３のそれ以外の部分は、球体加工装置１と同様の構成であり、既に説明済みであるため、その説明を省略する。

回動切替機構３０は、自転部３１と、第一工具１４０と、第二工具１４１と、第三工具１４７と、第四工具１４８とを備える。自転部３１は、テーブル軸線１３２の軸方向に平行な自転軸３２を中心に自転するものである。第一工具１４０、第二工具１４１、第三工具１４７および第四工具１４８は、自転部３１の外周面において周方向に間隔を設けて配置される。自転部３１が自転すると、それに伴って第一工具１４０、第二工具１４１、第三工具１４７および第四工具１４８も回動する。

例えば、第四工具１４８を選択する場合について説明する。まず、図２０（Ａ）に示すように、直動装置１５０により回動切替機構３０が直動軸線逆方向（矢印Ｈ方向参照）へ移動されて、回動切替機構３０がワーク１９０に対して遠位状態にされる。次に、図２０（Ｂ）に示すように、自転部３１が反時計回りに１８０°だけ自転されて、第四工具１４８が被球体加工部１９１と対向するよう配置される。そして、直動装置１５０により回動切替機構３０が直動軸線順方向（矢印Ｉ方向参照）へ移動されて、回動切替機構３０がワーク１９０に対して近位状態にされる。これにより、第四工具１４８は被球体加工部１９１を切削可能な状態にされる。

上記と同様に、研磨に関する工具である第二工具１４１または第三工具１４７が被球体加工部１９１と対向するよう配置されてそれぞれが近位状態にされれば、第二工具１４１または第三工具１４７は被球体加工部１９１を研磨可能となる。

＜第四の実施形態＞
次に、図２１を参照して、本発明の実施の形態における球体加工装置４について説明する。球体加工装置１は工具の切替に直動装置１５０を用いた構成であったが、球体加工装置４は工具の切替にカム機構４０（工具進退機構）を用いた構成である。球体加工装置４のそれ以外の部分は、球体加工装置１と同様の構成であり、既に説明済みであるため、その説明を省略する。

カム機構４０は、カム装置４１と、第一工具１４０と、第二工具１４１と、第一工具付勢部４２と、第二工具付勢部４３とを備える。第一工具付勢部４２は、第一工具１４０が直動軸線１５３の軸方向に沿って遠位側（退避側）に移動されるように付勢するものである。第二工具付勢部４３は、第二工具１４１が直動軸線１５３の軸方向に沿って遠位側（退避側）に移動されるように付勢するものである。

カム装置４１は、カム４４と、カム移動機構４５とを備える。カム移動機構４５は、直動軸線１５３に垂直な方向へカム４４を移動させるものである。カム４４は、第一工具１４０または第二工具１４１を、直動軸線１５３の方向に沿って近位側に向かって押圧する。カム４４が、カム移動機構４５に沿って第一工具１４０側へ移動すると、第一工具１４０のみが近位側に移動して、第二工具１４１が遠位状態にされる（図２１（Ａ）参照）。カム４４が、カム移動機構４５に沿って第二工具１４１側へ移動すると、第二工具１４１のみが近位側に移動して、第一工具１４０が遠位状態にされる（図２１（Ｂ）参照）。結果、第一加工端１４０Ａまたは第二加工端１４１Ａを自在に選択して、被球体加工部１９１を切削または研磨する。

＜第五の実施形態＞
次に、図２２を参照して、本発明の実施の形態における球体加工装置５について説明する。球体加工装置５は、Ｚ軸と平行に工具を直線移動させる直動装置５０を用いた構成となる。具体的に、この直動装置５０は、主軸軸線１１２に対して直角な方向、かつ、テーブル軸線１３２に対して平行な方向に沿って工具を移動させる。球体加工装置５のそれ以外の部分は、球体加工装置１と同様の構成であり、既に説明済みであるため、その説明を省略する。

直動装置５０は、直動テーブル５２と、直動テーブル駆動装置５３とを備える。直動テーブル５２は、第一工具１４０、第二工具１４１および第三工具１４９を、直動軸線５１の方向（Ｚ軸）に沿って自身のテーブル面（側面）５２Ａに搭載可能なテーブルである。そして、直動テーブル５２は、直動テーブル駆動装置５３と共に、回動テーブル１３０上に搭載される。このため、直動テーブル５２は、回動テーブル１３０と共に回動する。

直動テーブル駆動装置５３は、直動軸線５１の方向（Ｚ軸）に沿って直動テーブル５２を往復移動させるものである。

また、球体加工装置５には、直動軸線５１（Ｚ軸）とテーブル軸線１３２の双方に対して垂直となる方向に直動装置５０を往復移動可能な第二直動装置５４を設けてもよい。第二直動装置５４は、例えば、主軸軸線方向移動機構１２と同様の構造としてもよい。主軸軸線方向移動機構１２の構造は既に説明済みであるため、説明を省略する。

＜第５の実施形態の加工動作＞
次に、図２３を参照して、球体加工装置５を用いたワーク１９０の加工方法について説明する。まず、図２３（Ａ）に示すように、回動テーブル１３０の球体加工中心に被球体加工部１９１の中心が配置されるように、（図示しない）主軸軸線方向移動機構１２を介して主軸装置１１が移動される。そして、（図示しない）主軸駆動装置１１１により主軸１１０と共にワーク１９０が回動される。

次に、第一工具１４０を選択するため、第一工具１４０がワーク１９０と対向する位置まで、直動テーブル５２が直動軸線５１の軸方向に沿って移動される。そして、第二直動装置５４により、直動装置５０がワーク１９０に接近するように移動されると、第一工具１４０はワーク１９０に対して近位状態にされ、第二工具１４１および第三工具１４９が、ワーク１９０に対して遠位状態にされる。結果、図２３（Ｂ）に示すように、第一加工端１４０Ａは、被球体加工部１９１へ接触して、被球体加工部１９１を切削する。

この際、回動テーブル装置１３は、テーブル軸線１３２を旋回軸として第一工具１４０を旋回させる。これにより、被球体加工部１９１の各部は、第一加工端１４０Ａにより球体状に切削される。

第一加工端１４０Ａでの切削が完了すると、第二直動装置５４により、直動装置５０がワーク１９０から離れる方向へ移動される。更に、図２３（Ｃ）に示すように、第二工具１４１がワーク１９０と対向する位置まで、直動テーブル駆動装置５３により直動テーブル５２が直動軸線５１の方向（Ｚ軸）に沿って移動される。そして、図２３（Ｄ）に示すように、第二直動装置５４により直動装置５０がワーク１９０に接近するように移動されると、第二工具１４１はワーク１９０に対して近位状態にされ、第一工具１４０および第三工具１４９はワーク１９０に対して遠位状態にされる。結果、第二加工端１４１Ａは、被球体加工部１９１へ接触されて被球体加工部１９１を研磨する。

この際、回動テーブル装置１３は、テーブル軸線１３２を旋回軸として第二工具１４１を旋回させる。これにより、被球体加工部１９１の各部は、第二加工端１４１Ａにより球体状に研磨される。研磨が完了すると、被球体加工部１９１に対する加工が終了する。その後、更に、第三工具１４９を選択して所望の球体加工を施しても良い。

尚、本発明の球体加工装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明の球体加工装置では、第１〜５の実施形態における切削に関する処理が研削に関する処理に置き換えられてもよい。更に、本発明の球体加工装置では、切削、研削および研磨に関する処理が他の球体加工に関する処理に置き換えられてもよい。

１，２，３，４，５ 球体加工装置
１０ ベース
１１ 主軸装置
１２，１２Ａ 主軸軸線方向移動機構
１３ 回動テーブル装置
１４ 加工ヘッド
１５ 工具切替機構
１６ 球体加工中心
３０ 回動切替機構
３１ 自転部
３２ 自転軸
４０ カム機構
４１ カム装置
４２ 第一工具付勢部
４３ 第二工具付勢部
４４ カム
４５ カム移動機構
５０，１５０，１５０Ａ，２５０ 直動装置
５１ 直動軸線
５２，１５１ 直動テーブル
５３，１５２ 直動テーブル駆動装置
５４ 第二直動装置
１１０ 主軸
１１０Ａ ワーク保持機構
１１１ 主軸駆動装置
１１２ 主軸軸線
１１５ 突端
１２１ 主軸装置支持部
１２２ レール部
１２３ レール係合部
１３０ 回動テーブル
１３１ 回動テーブル駆動装置
１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ テーブル軸線
１３５ 第一旋回範囲
１３６ 第二旋回範囲
１３７ 第一位相範囲
１３８ 第二位相範囲
１３９ 第三位相範囲
１４０ 第一工具
１４０Ａ 第一加工端
１４１ 第二工具
１４１Ａ 第二加工端
１４２，１４７，１４９ 第三工具
１４２Ａ 第三加工端
１４５ 第一工具ホルダ
１４６ 第二工具ホルダ
１４８ 第四工具
１５３，１５３Ａ 直動軸線
１９０ ワーク
１９１ 被球体加工部
１９１Ａ 第一基端部
１９１Ｂ 先端部
１９１Ｃ 第二基端部
１９２ 軸部
１９３ 加工予定球体
１９７ 円筒
１９８ 大円断面
１９９ 接平面
２５１ 第一直動軸線
２５２ 第二直動軸線
Ｑ 軸部占有角度
Ｗ ワーク周囲空間

Claims (10)

1. ワークを球体状に加工する球体加工装置であって、
   前記ワークを保持し、且つ、主軸軸線を中心に該ワークを回動させる主軸装置と、
   前記主軸軸線に対して角度を有するテーブル軸線を中心に回動テーブルを回動させる回動テーブル装置と、
   前記回動テーブルに搭載されて、前記回動テーブルと共に回動する工具切替機構と、
   前記工具切替機構に搭載されて、前記ワークを球体状に加工する第一工具及び第二工具と、
   前記主軸装置と前記回動テーブル装置を、前記主軸軸線の方向に相対移動させる主軸軸線方向移動機構と、
   を備え、
   前記工具切替機構は、前記回動テーブルに搭載され、且つ前記第一工具及び前記第二工具を搭載する直動テーブルを、前記テーブル軸線に対して角度を有する直線移動方向に直線移動させる直動装置を有し、
   前記ワークに形成予定となる球体を加工予定球体と定義し、
   前記第一工具の前記ワークと接触する部位を第一加工端と定義し、
   前記第二工具の前記ワークと接触する部位を第二加工端と定義する場合に、
   前記主軸軸線方向移動機構は、前記加工予定球体に接し、かつ、前記直動テーブルの前記直線移動方向と平行となる接平面と比較して、前記加工予定球体の中心側に、前記第一工具の前記第一加工端と前記第二工具の前記第二加工端が同時に位置する姿勢を取り得るように、前記ワーク、前記第一工具及び前記第二工具を相対位置決めし、
   前記ワーク、前記第一工具及び前記第二工具が前記相対位置決めされた状態において、前記工具切替機構は、前記直動装置により、前記直動テーブルと共に前記第一工具と前記第二工具を一緒に、前記直線移動方向に往復移動させることで、前記第一工具の前記第一加工端が前記ワークに接触する近位状態且つ前記第二工具の前記第二加工端が前記ワークから離反する遠位状態となる第一工具選択姿勢と、前記第二工具の前記第一加工端が前記ワークに接触する近位状態且つ前記第一工具の前記第二加工端が前記ワークから離反する遠位状態となる第二工具選択姿勢を切り替えるようになっており、
   前記回動テーブル装置は、前記第一工具選択姿勢において前記第一工具を旋回させて該第一工具によって前記ワークを球体加工し、かつ、前記第二工具選択姿勢において前記第二工具を旋回させて、該第二工具によって前記ワークを球体加工することを特徴とする、
   球体加工装置。
2. 前記ワークは、球体加工される被球体加工部と、前記被球体加工部から前記主軸軸線の方向に延在して前記主軸装置に保持される軸部とを備えており、
   前記直動テーブルにおいて、前記第一工具及び前記第二工具よりも前記主軸装置側に搭載されて、前記ワークの前記軸部を軸加工する第三工具を備え、
   前記第三工具の前記ワークと接触する部位を第三加工端と定義し、
   前記主軸軸線方向移動機構は、前記第三加工端の軌跡上に前記ワークの前記軸部が配置されるように、前記ワーク、前記第一工具、前記第二工具及び前記第三工具を相対位置決めし、
   前記ワーク、前記第一工具、前記第二工具及び前記第三工具が前記相対位置決めされた状態において、前記工具切替機構は、前記直動装置により、前記第三工具が前記軸部に接触する近位状態、かつ、前記第一工具及び前記第二工具が前記ワークから離反する遠位状態となる第三工具選択姿勢に切り替えるようになっていること特徴とする、
   請求項１に記載の球体加工装置。
3. 前記第一工具は、前記第一工具選択姿勢において前記回動テーブル装置によって第一旋回範囲を旋回し、
   前記第二工具は、前記第二工具選択姿勢において前記回動テーブル装置によって第二旋回範囲を旋回し、
   前記第一旋回範囲と前記第二旋回範囲は、少なくとも一部が、互いに異なる位相範囲に設定されることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の球体加工装置。
4. 前記主軸軸線と前記テーブル軸線が交差することで、該交差点が前記ワークの球体加工中心となっており、
   前記テーブル軸線を軸方向から視た場合に、前記主軸軸線を境界として一方側において主として前記第一工具が旋回し、前記主軸軸線を境界として他方側において主として前記第二工具が旋回することを特徴とする、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の球体加工装置。
5. 前記第一工具選択姿勢における遠位状態の前記第二工具は、近位状態の前記第一工具と共に旋回する際に、前記ワーク及び前記主軸装置と干渉しない場所に位置決めされ、
   前記第二工具選択姿勢における遠位状態の前記第一工具は、近位状態の前記第二工具と共に旋回する際に、前記ワーク及び前記主軸装置と干渉しない場所に位置決めされることを特徴とする、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の球体加工装置。
6. 前記工具切替機構は、前記第一工具及び前記第二工具が共に遠位状態となる開放姿勢に切り替えるようになっており、
   前記回動テーブル装置は、前記主軸軸線に沿って相対移動する前記ワークが被加工位置に挿入される際、前記開放姿勢における前記第一工具及び前記第二工具と前記ワークが干渉しない角度範囲に前記回動テーブルを位置決めすることを特徴とする、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の球体加工装置。
7. 前記ワークは、球体加工される被球体加工部と、前記被球体加工部から前記主軸軸線の方向に延在して前記主軸装置に保持される軸部とを備えており、
   前記テーブル軸線を軸視する状態において、前記テーブル軸線を中心として前記軸部が占有する周方向角度範囲を軸部占有角度Ｑと定義する場合に、
   前記第一工具選択姿勢における前記第一加工端と前記第二加工端の前記テーブル軸線を中心とした周方向位相差、及び／又は、前記第二工具選択姿勢における前記第一加工端と前記第二加工端の前記テーブル軸線を中心とした周方向位相差が、
   １８０°−（Ｑ／２）°以下
   に設定されることを特徴とする、
   請求項１に記載の球体加工装置。
8. 前記第一工具選択姿勢時の前記周方向位相差、及び／又は、第二工具選択姿勢時の前記周方向位相差が、
   ３０°以上
   に設定されることを特徴とする、
   請求項７に記載の球体加工装置。
9. 前記主軸軸線と前記テーブル軸線が交差することで、該交差点が前記ワークの球体加工中心となっており、
   前記球体加工中心を仮想中心とし、かつ、前記球体加工中心から前記主軸装置の突端までの距離を仮想半径とした仮想球の内部範囲をワーク周囲空間と定義する場合に、
   遠位状態の前記第一加工端及び／又は遠位状態の前記第二加工端は、前記ワーク周囲空間内に留まることを特徴とする、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の球体加工装置。
10. ワークを球体状に加工する球体加工方法であって、
    主軸装置によって前記ワークを保持し、且つ、主軸軸線を中心に該ワークを回動させるようにし、
    前記主軸軸線に対して角度を有するテーブル軸線を中心に回動テーブルを回動させることで、前記回動テーブルに搭載される工具切替機構を回転させるようにし、
    前記工具切替機構は、前記回動テーブルに搭載され、且つ第一工具及び第二工具を搭載し、更に前記テーブル軸線に対して角度を有する直線移動方向に直線移動可能に構成される直動テーブルを有し、
    前記ワークに形成予定となる球体を加工予定球体と定義し、
    前記第一工具の前記ワークと接触する部位を第一加工端と定義し、
    前記第二工具の前記ワークと接触する部位を第二加工端と定義する場合に、
    前記加工予定球体に接し、かつ、前記直動テーブルの前記直線移動方向と平行となる接平面と比較して、該加工予定球体の中心側に、前記第一工具の前記第一加工端と前記第二工具の前記第二加工端が同時に位置する姿勢を取り得るように、前記主軸軸線の方向に前記主軸装置と前記回動テーブルを相対移動させて、前記ワーク、前記第一工具及び前記第二工具を相対位置決めし、
    前記相対位置決めされた状態において、前記直動テーブルと共に前記第一工具と前記第二工具を一緒に、前記直線移動方向に往復移動させることで、前記第一工具の前記第一加工端が前記ワークに接触する近位状態且つ前記第二工具の前記第二加工端が前記ワークから離反する遠位状態となる第一工具選択姿勢と、前記第二工具の前記第一加工端が前記ワークに接触する近位状態且つ前記第一工具の前記第二加工端が前記ワークから離反する遠位状態となる第二工具選択姿勢を切り替えるようにし、
    前記回動テーブルを回動させることで、前記第一工具選択姿勢において前記第一工具を旋回させて該第一工具によって前記ワークを球体加工し、かつ、前記第二工具選択姿勢において前記第二工具を旋回させて、該第二工具によって前記ワークを球体加工することを特徴とする、
    球体加工方法。

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