JP7360574B1

JP7360574B1 - 治具装置、及び治具ユニット

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Publication number: JP7360574B1
Application number: JP2022140675A
Authority: JP
Inventors: 慎也大河原
Original assignee: Suruga Production Platform Co Ltd
Current assignee: Suruga Production Platform Co Ltd
Priority date: 2022-09-05
Filing date: 2022-09-05
Publication date: 2023-10-13
Anticipated expiration: 2042-09-05
Also published as: JP2024035996A

Abstract

【課題】ワークに施される様々な加工条件に対応する治具装置を提供するとともに、ワークの加工効率を向上させる。【解決手段】工作機械におけるワークＷの治具装置１００は、ワークを片持ち状態で保持する保持機構１１０と、主軸方向に直交する第一軸方向と、主軸方向及び第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、第二軸方向においてワークと対向する第二軸方向支持部材１３１を有する第二軸方向支持機構１３０とを備え、保持機構は、第一軸方向におけるワークの一方の端部を保持し、第二軸方向支持機構は、第二軸方向において、ワークと接触する第二軸方向支持位置とワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段１３５を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、片持ち状態で保持されるワークの治具装置、及び治具装置用の治具ユニットに関する。

特許文献１には、六面加工機用の下治具装置が記載されている。この下治具装置は、ワーク支持面でワークを支持する固定下治具と、昇降可能に設けられた昇降下治具とを備えている。そして、昇降下治具が上昇したとき、昇降下治具のワーク支持面は、固定下治具のワーク支持面と共面状となる。さらに、昇降下治具が下降したとき、昇降下治具のワーク支持面は、固定下治具のワーク支持面よりも低いレベルになる。

特開２０１４－１８９４４号公報

工作物であるワークを加工するための工作機械、例えばマシニングセンタと呼ばれる工作機械によってワークを加工する場合、ワークは治具装置によって保持される。そして、大量に生産されるワークを加工する場合には、汎用的な治具装置が用いられる。一方、少量ずつ生産される多品種のワークを加工する場合、ワーク毎に専用の治具装置が用いられる。このように専用の治具装置を用いる場合、加工面を変えるときには、工作機械を停止してワークを治具装置から取り外す工程が発生する。この取り外し工程に加えて、取り外したワークを別の治具装置に取り付ける工程も発生する。その結果、ワークの脱着工程の数と、工作機械の停止時間とに起因して、加工時間が長くなってしまう。その結果、ワークの加工効率が低下してしまう。

一態様に係る治具装置は、工作機械におけるワークの治具装置であって、前記ワークを片持ち状態で保持する保持機構と、主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構とを備え、前記保持機構は、前記第一軸方向における前記ワークの一方の端部を保持し、前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有する。

また、他の一態様に係る治具ユニットは、工作機械において片持ち状態で保持されるワークの治具装置用の治具ユニットであって、主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構を備え、前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有する。

これにより、ワークに施される様々な加工条件に対応する治具装置を提供するとともに、ワークの加工効率を向上させることができる。

治具装置の概略斜視図。支持位置にあるメイン支持部材の概略側面図。待機位置にあるサブ支持機構の概略斜視図。治具装置の概略斜視図。

以下、本発明を実施するための例示的な実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態において説明する寸法、材料、形状及び構成要素の相対的な位置は任意に設定でき、本発明が適用される装置又は方法の構成又は様々な条件に応じて変更できる。また、特別な記載がない限り、本発明の範囲は、以下に具体的に記載された実施形態に限定されない。なお、本明細書においては、工作機械の主軸が配置される側が「上」に対応し、その反対側が「下」に対応する。

図１を参照して、工作機械（不図示）のテーブル２１０上、すなわちテーブル２１０の上方において片持ち状態で保持されるワークＷの治具装置１００について説明する。なお、図１は、斜め上方から見た治具装置１００の概略斜視図である。本実施形態に係る治具装置１００は、一例として工作機械の内部に設置されて、加工対象物であるワークＷを片持ち状態で保持し且つ支持する。

例えば、この工作機械は、ワークＷに対して穴あけ加工、フライス加工、又は面取り加工等を施す。具体例として、加工機は、ワークＷが直方体であるときに、ワークＷの三面を加工する三軸加工機、又はワークＷの五面を加工する五軸加工機である。さらに、加工機は、縦型加工機、横型加工機、又は門型加工機である。ただし、以下の説明では、工作機械が縦型の三軸加工機である例について主に説明する。

治具装置１００は、工作機械のテーブル２１０と、図１において破線によって示す工作機械の主軸２００との間に設置される。なお、テーブル２１０は、治具装置１００が設置されている状態で移動可能であってもよい。例えば、テーブル２１０は、工作機械の主軸方向と平行な方向（以下、Ｚ方向ともいう）において上下移動可能であってもよく、Ｚ方向に平行な回転軸を中心に回転移動可能であってもよい。さらに、テーブル２１０は、主軸方向と直交する方向（以下、Ｘ方向又はＹ方向ともいう）において、平行移動可能であってもよく、Ｘ方向又はＹ方向に平行な回転軸を中心に回転移動可能であってもよい。

治具装置１００は、ワークＷを片持ち状態で保持する保持機構１１０と、治具ユニットＵとを備える。そして、治具ユニットＵは、後述する主軸方向支持部材及び主軸方向支持機構を有する主軸方向支持機構の一例として、メイン支持機構１２０を備える。さらに、治具ユニットＵは、後述する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構の一例として、サブ支持機構１３０を備える。

保持機構１１０は、主軸方向に直交する第一軸方向におけるワークＷの端部（以下、保持端部ともいう）を片持ち状態で保持する。すなわち、保持機構１１０が、主軸方向に直交する第一軸方向として規定されるＸ方向におけるワークＷの保持端部を保持すると、ワークＷのＸ方向における他端部が自由端部となる。一方、保持機構１１０が、主軸方向に直交する第一軸方向として規定されるＹ方向におけるワークＷの保持端部を保持すると、ワークＷのＹ方向における他端部が自由端部となる。

なお、保持機構１１０が、Ｘ方向におけるワークＷの保持端部を保持する場合、サブ支持機構１３０の第二軸方向支持部材は、主軸方向及びＸ方向に直交する第二軸方向として規定されるＹ方向においてワークＷと対向する。一方、保持機構１１０が、Ｙ方向におけるワークＷの保持端部を保持する場合、第二軸方向支持部材は、主軸方向及びＹ方向に直交する第二軸方向として規定されるＸ方向においてワークＷと対向する。ただし、以下の説明では、保持機構１１０が第一軸方向として、Ｘ方向におけるワークＷの保持端部を保持する例について主に説明する。

［保持機構１１０］
保持機構１１０には、ワークＷを挟持する保持手段であるチャック１１１が取り付けられる。一例として、チャック１１１は、保持機構１１０に対して着脱可能である。例えば、チャック１１１は、可動式の一対の爪部を有している。そして、一対の爪部がワークＷの保持端部を挟持することによって、保持機構１１０がワークＷを保持する。代替的に、チャック１１１は、三つ以上の爪部を有していてもよい。さらに、保持手段は、ワークＷの保持端部を吸着保持する吸着装置であってもよい。

このチャック１１１は、工作機械を停止せずに、加工済みのワークＷと未加工のワークＷとを入れ替える、いわゆる外段取りの場合、自動的にワークＷを挟持する。例えば、加工済みのワークＷは、ロボットアームによって工作機械の外部に搬出される。その後、未加工のワークＷは、ロボットアームによって工作機械の内部に搬入される。そして、チャック１１１は、搬入された未加工のワークＷを自動的に挟持する。

また、保持機構１１０は、主軸方向に直交する一の回転軸線の回りにワークＷを回転させる回転機構１１２を有している。回転機構１１２は、例えばインデックステーブル又は回転テーブル等と呼ばれる。具体的に、回転機構１１２は、主軸方向に直交する一の回転軸線として、Ｘ方向に平行な回転軸線Ｘ１を中心に３６０度の範囲でチャック１１１を回転させる。これにより、回転機構１１２は、回転軸線Ｘ１を中心に、チャック１１１に保持されたワークＷを回転させることができる。

回転機構１１２がワークＷを回転させることによって、工作機械は、ワークＷの四面を加工できる。例えば、ワークＷが直方体である場合、工作機械は、主軸方向であるＺ方向に並んだ二面と、Ｚ方向に直交するＹ方向に並んだ二面との合計四面を加工できる。なお、保持機構１１０は、回転機構１１２を駆動する不図示の回転駆動手段を内蔵している。一例として、回転駆動手段は、回転運動を出力する駆動装置と、当該駆動装置の出力軸に接続された回転伝達機構とを含んでいる。

また、保持機構１１０は、第一回転機構と第二回転機構とを有していてもよい。第一回転機構は、主軸方向に直交する第一回転軸線の回りにワークＷを回転させる。そして、第二回転機構は、主軸方向及び第一回転軸線に直交する第二回転軸線の回りにワークＷを回転させる。例えば、第一回転機構としての回転機構１１２が、主軸方向であるＺ方向に直交する第一回転軸線として、Ｘ方向に平行な回転軸線Ｘ１を中心にワークＷを回転させる。さらに、不図示の第二回転機構は、Ｚ方向及び回転軸線Ｘ１に直交する第二回転軸線として、Ｙ方向に平行な回転軸線Ｙ２を中心にワークＷを回転させる。

具体的に、第二回転機構は、回転軸線Ｙ２を中心に保持機構１１０を９０度回転させる。これにより、チャック１１１に保持されたワークＷの自由端部が、主軸２００に対向する。すなわち、ワークＷの自由端部は、図１における上側を向く。そのため、工作機械は、Ｚ方向に並んだ二面と、Ｙ方向に並んだ二面に、さらに自由端部側の一面を加えた合計五面を加工できる。この自由端部側の一面は、回転軸線Ｙ２を中心に回転する前には、保持機構１１０とは反対側を向いている。なお、保持機構１１０は、第二回転機構を駆動する不図示の回転駆動手段を内蔵している。

一例として、第二回転機構は、保持機構１１０を、メイン支持機構１２０とは別に回転軸線Ｙ２を中心に回転させる。すなわち、第二回転機構は、メイン支持機構１２０を回転させずに、保持機構１１０を回転させる。この場合、ワークＷはメイン支持機構１２０によって支持されないが、回転後の主軸方向における加工時の負荷は、ワークＷを片持ち状態で保持する保持機構１１０に向かって加わる。そのため、ワークＷは保持機構１１０によって支持される状態となり、加工時の負荷によってワークＷが歪むことは抑制される。

［主軸方向支持機構］
図２に示すように、メイン支持機構１２０は、主軸方向支持部材の一例として、少なくとも一個のメイン支持部材１２１を有している。このメイン支持部材１２１は、保持機構１１０に保持されるワークＷに対して、主軸方向における工作機械の主軸２００の反対側からワークＷと対向するように配置されている。すなわち、メイン支持部材１２１は、保持機構１１０のチャック１１１よりも下方であって、且つ保持機構１１０に対して主軸２００側に位置している。

図１の例では、メイン支持機構１２０が、Ｘ方向に五列、及びＹ方向に五列のマトリクス状に配置された二十五個のメイン支持部材１２１を有している。代替的に、メイン支持部材１２１は一個でもよく、又は二十四個以下又は二十六個以上であってもよい。また、メイン支持部材１２１は、千鳥格子状等の他の態様で配列されてもよく、又は不規則に配列されてもよい。

また、メイン支持機構１２０は、メイン支持部材１２１を駆動する主軸方向駆動手段の一例として、メイン駆動部１２５（図１）を有している。このメイン駆動部１２５は、主軸方向において、メイン支持部材１２１がワークＷと接触する主軸方向支持位置と、メイン支持部材１２１がワークＷから離れる主軸方向退避位置との間で、メイン支持部材１２１を駆動する。具体的に、メイン駆動部１２５は、主軸方向としてのＺ方向において、図２に示す主軸方向退避位置にあるメイン支持部材１２１Ａを主軸方向支持位置に向かって上方に突出させる。さらに、メイン駆動部１２５は、Ｚ方向において、図２に示す主軸方向支持位置に突出しているメイン支持部材１２１Ｂを主軸方向退避位置に向かって下方に退避させる。

図２を参照して、メイン支持部材１２１の駆動について説明する。なお、図２は、メイン支持部材１２１の概略側面図であり、メイン支持部材１２１の一部が主軸方向支持位置にある。図２においては、五個のメイン支持部材１２１が示されている。また、メイン支持部材１２１の先端は平坦であり、その先端面がワークＷに接触する。代替的に、メイン支持部材１２１の先端は、球又は半球等の他の形状を有していてもよい。

各メイン支持部材１２１は、主軸方向退避位置から主軸方向支持位置に向かって変位する略円柱状の部材である。そして、メイン支持部材１２１は、メイン駆動部１２５から供給される動力の作用によって、ワークＷに向かって上昇する。例えば、メイン支持部材１２１は、電力、空気圧、油圧、又は圧縮ばねによるばね力等によって駆動される。一例として、メイン支持部材１２１は、ソレノイドアクチュエータ、送りねじ、エアシリンダ、又は油圧シリンダ等の直動アクチュエータのピン若しくはロッドである。

図２に示すように、メイン支持部材１２１の上昇は、ワークＷに接触すると停止する。その後、メイン支持部材１２１の上昇及び下降が規制される。これにより、チャック１１１に片持ち状態で保持されているワークＷは、メイン支持部材１２１によって支持される。その後、加工が終了すると、メイン支持部材１２１は下降する。そして、下降したメイン支持部材１２１は、主軸方向退避位置において停止する。

メイン支持機構１２０は、メイン支持部材１２１がワークＷに対して接触する接触位置を、主軸方向と直交する直交平面において変更できるように構成されている。すなわち、メイン支持機構１２０のメイン駆動部１２５は、主軸方向としてのＺ方向と直交する直交平面としてのＸＹ平面において、ワークＷに対する接触位置まで突出するメイン支持部材１２１を選択的に駆動するように構成されている。

具体的に、メイン支持機構１２０は、主軸方向と直交する直交平面において異なる位置に配置されている複数のメイン支持部材１２１を有する。そして、複数のメイン支持部材１２１は、メイン駆動部１２５による駆動単位ごとに少なくとも一個のメイン支持部材１２１が含まれるように区分されている。一例として、メイン支持機構１２０には、それぞれ一個のメイン支持部材１２１が含まれる二十五の駆動単位が設定されている。ただし、駆動単位は、任意の数のメイン支持部材１２１が含まれるように設定できる。例えば、駆動単位は、一列に並んだ五個のメイン支持部材１２１が含まれるように設定できる。

そして、メイン駆動部１２５は、駆動単位ごとに、各メイン支持部材１２１を駆動する。例えば、二十五の駆動単位が設定されている場合、メイン駆動部１２５は、一個ずつのメイン支持部材１２１を選択的に駆動する。また、一列に並んだ五個のメイン支持部材１２１をそれぞれ含むように、五の駆動単位が設定されている場合、メイン駆動部１２５は、五個ずつのメイン支持部材１２１を選択的に駆動する。

例えば、メイン駆動部１２５は、工作機械が備えるコンピュータの一例である不図示の制御装置（例えばプロセッサ）によって制御される。そして、メイン駆動部１２５は、制御装置が認識したワークＷの形状に対応する位置のメイン支持部材１２１を突出させる。図２の例では、メイン駆動部１２５が、ワークＷの形状に対応する位置にある三個のメイン支持部材１２１を突出させている。

一例として、制御装置は、突出させるメイン支持部材１２１を特定するピン特定情報（例えばピン番号）を取得する。このピン特定情報は、工作機械が備える記憶装置としてのメモリ、又は工作機械の外部に設けられた外部記憶装置から取得できる。代替的に、制御装置は、オペレータが手動で入力したピン特定情報を取得してもよい。そして、制御装置は、加工対象であるワークＷに対応するピン特定情報を用いて、突出させるメイン支持部材１２１を特定して選択する。

そして、制御装置は、選択したメイン支持部材１２１を、予め定められた突出タイミングで、メイン駆動部１２５によって突出させる。なお、突出タイミングとは、例えばワークＷがチャック１１１の保持が完了したタイミング、又はワークＷを保持するチャック１１１の回転機構１１２による回転が完了したタイミングである。さらに、制御装置は、選択したメイン支持部材１２１を、予め定められた退避タイミングで、メイン駆動部１２５によって退避させる。なお、退避タイミングとは、例えばワークＷの一面の加工が完了したタイミングである。

代替的に、制御装置は、センサー又は撮像装置等の検出装置によってワークＷの形状を認識してもよい。この場合、制御装置は、認識したワークＷの形状に対応する位置にあるメイン支持部材１２１を特定する。そして、制御装置は、特定したメイン支持部材１２１を、予め定められた突出タイミングで、メイン駆動部１２５によって突出させる。また、制御装置は、特定したメイン支持部材１２１を、予め定められた退避タイミングで、メイン駆動部１２５によって退避させる。

このように、メイン支持機構１２０は、突出させるメイン支持部材１２１を選択する。これにより、ＸＹ平面において、ワークＷと接触する位置にあるメイン支持部材１２１が、選択的に突出する。そのため、メイン支持機構１２０は、メイン支持部材１２１がワークＷに対して接触する接触位置を、ワークＷの形状に応じてＸＹ平面において変更できる。その結果、様々な形状に加工されるワークＷを、同一の治具装置１００によって支持できる。

また、保持端部から遠い自由端部の近傍を加工する場合、片持ち状態のワークＷには、固定位置を中心として下向きの負荷が加わる。そのため、自由端部の近傍のメイン支持部材１２１を上昇させて、自由端部を下側から支持する。これにより、加工する際のワークＷの歪みを抑制できる。

また、治具装置１００は、テーブル２１０上においてメイン支持機構１２０を移動させる第一移動機構（不図示）を備えている。この第一移動機構は、主軸方向としてのＺ方向と直交するＸ方向にメイン支持機構１２０を移動させる。一例として、第一移動機構は、直線移動するスライダを備えている。そして、メイン支持機構１２０が載置されているステージ２２０は、スライダに対して固定されており、両者が共に移動する。さらに、治具装置１００は、Ｚ方向と直交するＹ方向にメイン支持機構１２０を移動させる不図示の第二移動機構を備えている。

代替的に、ステージ２２０を移動させる移動機構は、メイン支持機構１２０の下方からエアを供給して、浮上したステージ２２０を移動させるエア浮上式の移動機構であってもよい。また、治具装置１００は、ステージ２２０を移動させる移動機構として、主軸方向に平行な回転軸の周りにステージ２２０を回転させる回転移動機構を備えていてもよい。例えば、治具装置１００は、回転移動機構として、ステージ２２０が載置される回転テーブルを備えていてもよい。

代替的に、メイン支持機構１２０は、一個又は少数のメイン支持部材１２１を有していてもよい。この場合、メイン支持機構１２０は、主軸方向としてのＺ方向と直交するＸ方向及びＹ方向に移動する。これにより、メイン支持機構１２０は、メイン支持部材１２１がワークＷに対して接触する接触位置を、ワークＷの形状に応じてＸＹ平面において変更できる。例えば、メイン支持機構１２０のＸ方向及びＹ方向への移動は、工作機械の制御装置によって制御される。そして、メイン支持部材１２１がワークＷの下方に位置するまで移動すると、メイン駆動部１２５は、メイン支持部材１２１を駆動する。

また、ワークＷを加工する場合、メイン支持機構１２０の主軸側には、防水又は防塵用のカバー（不図示）が被せられる。これによって、メイン支持部材１２１の周囲がカバーによって覆われる。そのため、水等の液体又は切りくず等の塵がメイン支持部材１２１の周囲に溜まることを抑制できる。

また、カバーには、メイン支持部材１２１と対応する位置に貫通孔が形成されている。すなわち、カバーには、メイン支持部材１２１の数に対応する数の貫通孔が形成されている。そして、メイン支持部材１２１の先端は、貫通孔から露出している。そのため、メイン駆動部１２５によって駆動されるメイン支持部材１２１は、貫通孔を介して突出する。その結果、主軸方向支持位置にあるメイン支持部材１２１の上側の部分が、貫通孔から露出する。

［第二軸方向支持機構］
図１に示すように、治具装置１００は、メイン支持機構１２０に対して保持機構１１０とは反対側に配置されるサブ支持機構１３０を備えている。そして、図３に示すように、このサブ支持機構１３０は、第二軸方向支持部材の一例として、サブ支持部材１３１を有している。そして、サブ支持部材１３１は、主軸方向に直交する第一軸方向と、主軸方向及び第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、第二軸方向においてワークＷと対向する。なお、図３は、図１の観察方向Ａから観察した、待機位置にあるサブ支持機構１３０を示している。

ここで、第一軸方向とは、保持機構１１０が保持するワークＷの一方の端部（保持端部）から自由端部に向かう方向である。例えば、図３の例では、主軸方向としてのＺ方向に対して直交するＹ方向において、サブ支持部材１３１が不図示のワークＷと対向する。すなわち、図３の例においては、保持機構１１０がＸ方向におけるワークＷの一端部を保持する。

なお、保持機構１１０が保持するワークＷの保持端部から自由端部に向かって延びる方向がＸ方向である場合、第二軸方向はＹ方向となる。そして、サブ支持部材１３１は、Ｙ方向においてワークＷを支持する。一方、保持機構１１０が保持するワークＷの保持端部から自由端部に向かって延びる方向がＹ方向である場合、第二軸方向はＸ方向となる。そして、サブ支持部材１３１は、Ｘ方向においてワークＷを支持する。すなわち、サブ支持機構１３０は、保持されているワークＷを介してサブ支持機構１３０に加わる負荷を支えることによって、ワークＷを支持する。

また、サブ支持機構１３０は、サブ支持部材１３１を駆動する第二軸方向駆動手段の一例として、サブ駆動部１３５を備えている。サブ駆動部１３５は、第二軸方向において、サブ支持部材１３１がワークＷと接触する第二軸方向支持位置と、サブ支持部材１３１がワークＷから離れる第二軸方向退避位置との間で、サブ支持部材１３１を駆動する。具体的に、サブ駆動部１３５は、第二軸方向としてのＹ方向において、図３に示す第二軸方向退避位置にあるサブ支持部材１３１を第二軸方向支持位置に向かって突出させる。さらに、サブ駆動部１３５は、Ｙ方向において、第二軸方向支持位置に突出しているサブ支持部材１３１を第二軸方向退避位置に向かって退避させる。

具体的に、図３及び図４を参照して、サブ支持部材１３１の駆動について説明する。なお、図３は、第二軸方向退避位置にあるサブ支持部材１３１の概略斜視図である。また、図４においては、サブ支持部材１３１が第二軸方向支持位置にある治具装置１００の概略斜視図である。図３及び図４においては、ワークＷを挟むように配置される一対のサブ支持部材１３１の一方が示されている。このサブ支持部材１３１の先端は平坦であり、その先端面がワークＷに接触する。代替的に、サブ支持部材１３１の先端は、球又は半球等の他の形状を有していてもよい。

各サブ支持部材１３１は、第二軸方向退避位置から第二軸方向支持位置に向かって変位する略円柱状の部材である。そして、サブ支持部材１３１は、サブ駆動部１３５から供給される動力の作用によって駆動される。例えば、サブ支持部材１３１は、電力、空気圧、油圧、又は圧縮ばねによるばね力等によって駆動される。一例として、サブ支持部材１３１は、ソレノイドアクチュエータ、送りねじ、エアシリンダ、又は油圧シリンダ等の直動アクチュエータのピン若しくはロッドである。

そして、サブ支持部材１３１の突出は、ワークＷに接触すると停止する。その後、サブ支持部材１３１の突出及び退避が規制される。これにより、チャック１１１に片持ち状態で保持されているワークＷに対してＹ方向に加わる負荷は、サブ支持部材１３１によって支持される。その後、加工が終了すると、サブ支持部材１３１は退避する。そして、退避したサブ支持部材１３１は、第二軸方向退避位置において停止する。

サブ支持機構１３０は、サブ支持部材１３１の位置を、主軸方向及び第一軸方向と平行な平行平面において変更できるように構成されている。具体的に、サブ支持機構１３０は、サブ支持部材１３１の位置を平行平面において変更できるように、第二軸方向に平行な平行回転軸線Ｙ３の回りにサブ支持部材１３１を回転させる平行回転機構１３６を有する。図３の例では、サブ支持機構１３０の平行回転機構１３６は、主軸方向としてのＺ方向及び第一軸方向としてのＸ方向と平行な平行平面としてのＺＸ平面において、サブ支持部材１３１を回転させる。

すなわち、図３において一点鎖線で示す平行回転軸線Ｙ３は、第二軸方向としてのＹ方向に平行である。そして、平行回転機構１３６は、平行回転軸線Ｙ３を中心にサブ支持部材１３１を回転させる。そのために、平行回転機構１３６は、回転運動を出力する駆動装置と、当該駆動装置から出力される回転を伝達するギア等の伝達機構と、回転シャフトとを備えている。この回転シャフトは、サブ支持アーム１３８の軸穴（不図示）に挿入される。そして、軸穴に挿入される回転シャフトとともに、サブ支持部材１３１が設けられているサブ支持アーム１３８が回転する。

これによって、サブ支持部材１３１は、図３の回転方向Ｂに沿って、ＺＸ平面において回転される。そして、サブ支持部材１３１の回転の軌跡に沿って、サブ支持部材１３１の位置、及びサブ支持部材１３１とワークＷとの接触位置が変化する。なお、平行回転機構１３６は、回転角度を調整することによって、ＺＸ平面におけるサブ支持部材１３１の位置を調整できる。

また、治具装置１００は、サブ支持機構１３０を移動させる第一移動機構を備えている。そして、第一移動機構は、テーブル２１０上においてサブ支持機構１３０を移動させる。具体的に、第一移動機構は、第二軸方向としてのＺ方向と直交するＸ方向に、メイン支持機構１２０と共にサブ支持機構１３０を移動させる。すなわち、サブ支持機構１３０は、メイン支持機構１２０と共通のステージ２２０に固定されている。

さらに、治具装置１００は、Ｚ方向と直交するＹ方向にサブ支持機構１３０を移動させる不図示の第二移動機構を備えている。そして、第二移動機構は、Ｙ方向にメイン支持機構１２０と共にサブ支持機構１３０を移動させる。代替的に、サブ支持機構１３０は、メイン支持機構１２０とは別にＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方に移動するように構成されていてもよい。すなわち、治具装置１００は、サブ支持機構１３０のみをＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方に移動させる独立移動機構を備えていてもよい。

例えば、サブ駆動部１３５及び平行回転機構１３６は、工作機械の制御装置によって制御される。そして、平行回転機構１３６は、制御装置が認識したワークＷの形状に対応する位置まで、サブ支持部材１３１を回転させる。一例として、平行回転機構１３６は、図３に示す待機位置にあるサブ支持部材１３１を９０度回転させて、図４に示す動作位置までサブ支持部材１３１を回転移動させる。その後、サブ駆動部１３５は、制御装置による制御に従って、サブ支持部材１３１を突出させる。

サブ支持機構１３０は、第二軸方向においてワークＷを両側から挟むように、少なくとも二個のサブ支持部材１３１を有する。具体的には、図３に示すように、サブ支持アーム１３８の先端部が二股に分岐している。そして、二個の先端部のそれぞれにサブ支持部材１３１が配置されている。これにより、第二軸方向（例えばＹ方向）において、両側からワークＷを支持できる。なお、サブ支持部材１３１の数は二個には限られず、三個以上のサブ支持部材１３１が、第二軸方向においてワークＷを両側から挟むように配置されてもよい。

片持ち状態のワークＷを加工する場合には、主軸方向（例えば、Ｚ方向）に直交する第二軸方向（例えば、Ｘ方向又はＹ方向）であって、且つワークＷの保持端部から自由端部に向かって延びる方向と直交する第二軸方向において、ワークＷに負荷が加わることがある。例えば、板状のワークＷに対して、幅が狭い端面を上方に向けて加工する場合、幅が広い側面が第二軸方向に並ぶことになる。この時、第二軸方向は、薄い肉厚に対応する方向になるため、第二軸方向に負荷が加わるとワークＷが歪んでしまう。例えば、上記端面に対して、エンドミルを用いて切削加工する場合、エンドミルの接線方向に負荷が加わる結果、第二軸方向においてワークＷに負荷が加わる。この点、サブ支持機構１３０を備える治具装置１００によれば、第二軸方向に負荷が加わっても、ワークＷを支持してワークＷの歪みを抑制できる。

代替的に、サブ支持部材１３１は、第二軸方向においてワークＷを片側から支持するように配置されてもよい。すなわち、サブ支持部材１３１は、ワークＷの片側に対向する位置にのみ配置されてもよい。この場合であっても、ワークＷを片側から支持することができる。すなわち、片持ち状態のワークＷを加工する場合、第二軸方向において、ワークＷの一方側から他方側に向かって主として負荷がかかる場合がある。この場合には、ワークＷの他方側に対向する位置にのみ、サブ支持部材１３１が配置されてもよい。

以上説明した本実施形態に係る治具装置１００によれば、ワークＷに施される様々な加工条件に対応して、ワークＷの加工効率を向上させることができる。例えば、加工面を変えるときに、工作機械を停止せずに、工作機械の内部においてワークＷを切り替えることができる。これにより、工作機械の停止時間を削減して、ワークＷの加工効率を向上できる。また、本実施形態に係る治具装置１００は、複数種類の工作機械に設置できる。例えば、当該治具装置１００は、五軸加工機、又は三軸加工機等の工作機械に着脱できる。なお、上述したメイン支持部材１２１又はサブ支持部材１３１の駆動装置は、一例として圧力モーター、電動モーター、又は超音波モーター等である。

以上、各実施形態を参照して本発明について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明に反しない範囲で変更された発明、及び本発明と均等な発明も本発明に含まれる。また、各実施形態及び各変形形態、並びに各実施形態又は各変形形態に含まれる技術的手段は、本発明に反しない範囲で適宜組み合わせることができる。

例えば、メイン支持機構１２０によって支持した状態で、ワークＷを加工し、その後にチャック１１１を９０度回転させてもよい。これにより、例えば、ワークＷの主軸２００側の上面を加工した後に、メイン支持機構１２０及びサブ支持機構１３０によって支持した状態で、ワークＷの側面（すなわち上面及び下面と直交する面）を加工できる。そのため、工作機械を停止せずに、複雑な形状にワークＷを加工できる。

具体的には、治具装置１００の概略斜視図である図４に示すように、メイン支持機構１２０及びサブ支持機構１３０によって支持した状態で、ワークＷの側面を加工できる。すなわち、まずは図２に示すように、メイン支持機構１２０によってワークＷを支持した状態で、ワークＷの上面を加工する。その後、保持機構１１０のチャック１１１をＸ方向に平行な回転軸を中心に９０度回転させる。これにより、図２における奥側又は手前側に位置するワークＷの側面が、主軸２００に対向する。そのため、ワークＷの側面を、工作機械を停止せずに加工できる。

他の例として、治具装置１００が重力方向における上側に吊り下がる状態で配置され、工作機械の主軸２００が重力方向における下側に配置されてもよい。この場合、加工によって生じる粉状物、例えば切りくずが主軸２００に向かって落下する。そのため、加工位置に粉状物が蓄積されることを抑制できる。また、治具装置１００は、テーブル２１０に対して９０度回転した姿勢で取り付けられてもよい。この場合、重力方向に対して主軸方向が直交することになる。これにより、五軸加工機又は横型加工機などに治具装置１００を取り付けて、ワークＷを加工できる。

また、メイン支持機構１２０は、サブ支持機構１３０と一体的にＸ方向又はＹ方向に平行な回転軸を中心に回転するように構成されてもよい。すなわち、メイン支持機構１２０は、当該回転軸を中心に、メイン支持機構１２０及びサブ支持機構１３０を回転させる回転装置を備えていてもよい。例えば、回転装置は、メイン支持機構１２０及びサブ支持機構１３０が載置されているステージ２２０を、Ｘ方向又はＹ方向に平行な回転軸を中心に回転する。一例として、回転装置は、Ｘ方向に平行な回転軸を中心に、ステージ２２０を９０度回転させる。この場合、重力方向に対して主軸方向が直交することになる。これにより、五軸加工機又は横型加工機などに治具装置１００を取り付けて、ワークＷを加工できる。

さらに、メイン支持機構１２０は、サブ支持機構１３０とは別に、Ｘ方向又はＹ方向に平行な回転軸を中心に回転するように構成されてもよい。すなわち、メイン支持機構１２０は、当該回転軸を中心に、サブ支持機構１３０を回転させずに、メイン支持機構１２０のみを回転させる回転装置を備えていてもよい。同様に、サブ支持機構１３０は、メイン支持機構１２０とは別に、Ｘ方向又はＹ方向に平行な回転軸を中心に回転するように構成されてもよい。すなわち、サブ支持機構１３０は、当該回転軸を中心に、メイン支持機構１２０を回転させずに、サブ支持機構１３０のみを回転させる回転装置を備えていてもよい。

また、メイン支持機構１２０及びサブ支持機構１３０の一方が省略されてもよい。例えば、治具装置１００は、メイン支持機構１２０のみを備えていてもよい。さらに、治具装置１００は、サブ支持機構１３０のみを備えていてもよい。一例として、サブ支持機構１３０のみを備える治具装置１００においては、ステージ２２０上に固定されたワークＷに対して加工を行うことができる。この場合であっても、主軸方向に直交するＹ方向又はＺ方向からワークＷを支持することができる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
工作機械におけるワークの治具装置であって、
前記ワークを片持ち状態で保持する保持機構と、
主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構とを備え、
前記保持機構は、前記第一軸方向における前記ワークの一方の端部を保持し、
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有する、治具装置。

（付記２）
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向支持部材の位置を、前記主軸方向及び前記第一軸方向と平行な平行平面において変更できるように構成されている、付記１に記載の治具装置。

（付記３）
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向支持部材の位置を前記平行平面において変更できるように、前記第二軸方向に平行な平行回転軸線の回りに前記第二軸方向支持部材を回転させる平行回転機構を有する、付記２に記載の治具装置。

（付記４）
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において前記ワークを両側から挟むように、少なくとも二つの前記第二軸方向支持部材を有する、付記１又は２に記載の治具装置。

（付記５）
前記保持機構は、前記主軸方向に直交する一の回転軸線の回りに前記ワークを回転させる回転機構を有する、付記１から４のいずれか一項に記載の治具装置。

（付記６）
前記保持機構は、前記主軸方向に直交する第一回転軸線の回りに前記ワークを回転させる第一回転機構と、前記主軸方向及び前記第一回転軸線に直交する第二回転軸線の回りに前記ワークを回転させる第二回転機構とを有する、付記１から４のいずれか一項に記載の治具装置。

（付記７）
工作機械において片持ち状態で保持されるワークの治具装置用の治具ユニットであって、
主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構を備え、
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有する、治具ユニット。

１００：治具装置
１１０：保持機構
１１２：回転機構（第一回転機構）
１２０：メイン支持機構（主軸方向支持機構）
１２１：メイン支持部材（主軸方向支持部材）
１２５：メイン駆動部（主軸方向駆動手段）
１３０：サブ支持機構（第二軸方向支持機構）
１３１：サブ支持部材（第二軸方向支持部材）
１３５：サブ駆動部（第二軸方向駆動手段）
１３６：平行回転機構
２００：主軸
２１０：テーブル
Ｕ：治具ユニット
Ｗ：ワーク
Ｘ１：回転軸線（第一回転軸線）
Ｙ２：回転軸線（第二回転軸線）
Ｙ３：平行回転軸線

Claims

工作機械におけるワークの治具装置であって、
前記ワークを片持ち状態で保持する保持機構と、
主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構とを備え、
前記保持機構は、前記第一軸方向における前記ワークの一方の端部を保持し、
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有し、かつ、前記第二軸方向支持部材の位置を、前記主軸方向及び前記第一軸方向と平行な平行平面において変更できるように構成されている、治具装置。
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向支持部材の位置を前記平行平面において変更できるように、前記第二軸方向に平行な平行回転軸線の回りに前記第二軸方向支持部材を回転させる平行回転機構を有する、請求項１に記載の治具装置。
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において前記ワークを両側から挟むように、少なくとも二つの前記第二軸方向支持部材を有する、請求項１又は２に記載の治具装置。
工作機械におけるワークの治具装置であって、
前記ワークを片持ち状態で保持する保持機構と、
主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構とを備え、
前記保持機構は、前記第一軸方向における前記ワークの一方の端部を保持し、
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有し、
前記保持機構は、前記主軸方向に直交する第一回転軸線の回りに前記ワークを回転させる第一回転機構と、前記主軸方向及び前記第一回転軸線に直交する第二回転軸線の回りに前記ワークを回転させる第二回転機構とを有する、治具装置。
工作機械において片持ち状態で保持されるワークの治具装置用の治具ユニットであって、
主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構を備え、
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有し、かつ、前記第二軸方向支持部材の位置を、前記主軸方向及び前記第一軸方向と平行な平行平面において変更できるように構成されている、治具ユニット。