(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心まわりの回転により下端部が接触して被加工面を加工する自由曲面加工ツールであって、
前記軸心を中心に回転駆動されるツール本体と、少なくとも下方に球面加工部を有する球状工具と、前記軸心上に位置する球面の中心を通り該軸心に対して傾斜した回転軸で球状工具を支持する支持軸受と、球状工具を回転軸周りに自転させる自転手段とを有し、
前記ツール本体は、切削液を供給する中心孔を有し、前記自転手段は該中心孔から供給される切削液により回転駆動される半径流タービンであり、
前記球状工具は、前記支持軸受に支持されその回転軸を軸心とする円筒形ストレート部と、該ストレート部の下方に設けられた球面加工部とからなる、ことを特徴とする自由曲面加工ツール。
【請求項２】
軸心まわりの回転により下端部が接触して被加工面を加工する自由曲面加工ツールであって、
前記軸心を中心に回転駆動されるツール本体と、少なくとも下方に球面加工部を有する球状工具と、前記軸心上に位置する球面の中心を通り該軸心に対して傾斜した回転軸で球状工具を支持する支持軸受と、球状工具を回転軸周りに自転させる自転手段とを有し、
該自転手段は、ツール本体と同軸に回転し軸心を中心に回転可能に支持された中心回転軸と、該中心回転軸の下端と球状工具を連結し回転トルクを伝達できる可撓性のあるフレキシブルジョイントと、ツール本体と中心回転軸の間に設けられた歯車列とからなり、
前記歯車列は、ツール本体と中心回転軸との間に速度差を生じさせるようになっている、ことを特徴とする自由曲面加工ツール。
【請求項３】
軸心まわりの回転により下端部が接触して被加工面を加工する自由曲面加工ツールであって、
前記軸心を中心に回転駆動されるツール本体と、全体が球状の球面加工部を有する球状工具と、前記軸心上に位置する球面の中心を通り該軸心に対して傾斜した回転軸で球状工具を支持する支持軸受と、球状工具を回転軸周りに自転させる自転手段とを有し、
前記ツール本体は、切削液を供給する中心孔を有し、前記自転手段は該中心孔から供給される切削液により回転駆動され前記球状工具の回転軸を回転駆動するタービンである、ことを特徴とする自由曲面加工ツール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下端部に球面加工部を有し自由曲面を加工するための自由曲面加工ツールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５（Ａ）は、従来の自由曲面加工ツールであり、図５（Ｂ）はこの加工ツールにより加工する自由曲面を模式的に示している。従来の自由曲面加工ツール１は、例えばボールノーズ砥石又はボールエンドミルであり、下端部（この図で）に球面状の加工面（砥石、切削刃等）を有し、軸心ｚを中心に回転するようになっている。自由曲面２は、例えばプレス用の金型、非球面レンズ、等であり、自由曲面加工ツール１をその軸心ｚを中心に高速回転させながら、その下端部を自由曲面２に沿って移動させて自由曲面２を加工（研削又は切削）する。かかる加工を繰り返すことにより、金型、非球面レンズ、等の自由表面を加工ツール１で自由に加工することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した自由曲面加工ツール１は、その軸心ｚを中心に回転するため、軸心（半径０）の位置では、加工面の周速がゼロ（０）となるため、３軸（Ｘ−Ｙ−Ｚ）のＮＣ加工装置を用いても、軸心（半径０）の位置が死点となりこの位置では良好な加工ができない問題点がある。そのため、従来は、自由曲面加工ツール１を４〜５軸を有する多軸ＮＣ加工装置に取り付け、自由曲面がＺ軸に垂直になる部分（例えばＡ部）を加工する際には、加工ツール１の軸心ｚがＺ軸に対して適当な角度を有するようにプログラムを作成していた。しかし、かかるプログラムの作成は複雑・困難であるばかりでなく、４軸以上の多軸ＮＣ加工装置は、高価であり、汎用性に乏しい問題点があった。
【０００４】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、軸心の周速がゼロ（０）にならず、従って、汎用性のある３軸ＮＣ加工装置を用いて、自由曲面を効率よく、高精度・高品位に加工できる自由曲面加工ツールを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、軸心まわりの回転により下端部が接触して被加工面を加工する自由曲面加工ツールであって、前記軸心を中心に回転駆動されるツール本体と、少なくとも下方に球面加工部を有する球状工具と、前記軸心上に位置する球面の中心を通り該軸心に対して傾斜した回転軸で球状工具を支持する支持軸受と、球状工具を回転軸周りに自転させる自転手段とを有し、前記ツール本体は、切削液を供給する中心孔を有し、前記自転手段は該中心孔から供給される切削液により回転駆動される半径流タービンであり、前記球状工具は、前記支持軸受に支持されその回転軸を軸心とする円筒形ストレート部と、該ストレート部の下方に設けられた球面加工部とからなる、ことを特徴とする自由曲面加工ツールが提供される。
【０００６】
また、本発明によれば、軸心まわりの回転により下端部が接触して被加工面を加工する自由曲面加工ツールであって、前記軸心を中心に回転駆動されるツール本体と、少なくとも下方に球面加工部を有する球状工具と、前記軸心上に位置する球面の中心を通り該軸心に対して傾斜した回転軸で球状工具を支持する支持軸受と、球状工具を回転軸周りに自転させる自転手段とを有し、該自転手段は、ツール本体と同軸に回転し軸心を中心に回転可能に支持された中心回転軸と、該中心回転軸の下端と球状工具を連結し回転トルクを伝達できる可撓性のあるフレキシブルジョイントと、ツール本体と中心回転軸の間に設けられた歯車列とからなり、前記歯車列は、ツール本体と中心回転軸との間に速度差を生じさせるようになっている、ことを特徴とする自由曲面加工ツールが提供される。
【０００７】
さらに、本発明によれば、軸心まわりの回転により下端部が接触して被加工面を加工する自由曲面加工ツールであって、前記軸心を中心に回転駆動されるツール本体と、全体が球状の球面加工部を有する球状工具と、前記軸心上に位置する球面の中心を通り該軸心に対して傾斜した回転軸で球状工具を支持する支持軸受と、球状工具を回転軸周りに自転させる自転手段とを有し、前記ツール本体は、切削液を供給する中心孔を有し、前記自転手段は該中心孔から供給される切削液により回転駆動され前記球状工具の回転軸を回転駆動するタービンである、ことを特徴とする自由曲面加工ツールが提供される。
【０００８】
上記本発明の構成によれば、自由曲面加工ツールが下方に球面加工部を有する球状工具と、軸心上に位置する球面の中心を通り軸心に対して傾斜した回転軸で球状工具を支持する支持軸受と、を有しているので、工具の軸心（半径０）の位置で球面加工部が被加工面に接触する場合でも、球面加工部は、軸心ｚと異なる回転軸ａを中心に自転する。従って、軸心の周速がゼロ（０）になることがなく、汎用性のある３軸ＮＣ加工装置を用いて、自由曲面を効率よく、高精度・高品位に加工することができる。
また、前記球状工具を回転軸周りに自転させる自転手段を有する構成により、球状工具を回転軸周りに積極的に自転させることができ、球面加工部による加工速度を適正に保持することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明による自由曲面加工ツールの第１実施形態を示す図である。本発明の自由曲面加工ツール１０は、軸心ｚまわりの回転により下端部が接触して被加工面２（図５参照）を加工するようになっている。なお、以下の実施形態では、被加工面２が自由曲面加工ツール１０の下方に位置し、自由曲面加工ツール１０の下端部で加工する場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、自由曲面加工ツール１０の水平又は上向きに用いてその水平端部又は上端部で加工する場合にもそのまま適用することができる。
【００１０】
図１に示すように、本発明の自由曲面加工ツール１０は、球状工具１２と支持軸受１４とを有している。球状工具１２は、少なくとも下方に球面加工部１３ａを有する。球面加工部１３ａの球面中心Ｏは、軸心ｚ上に位置する。また、支持軸受１４は、球面加工部１３ａの球面中心Ｏを通りかつ軸心ｚに対して傾斜した回転軸ａで球状工具１２を回転可能に支持している。なお、この図で１１は、ツール本体であり、ＮＣ加工装置のヘッド（図示せず）に取り付けられ、その軸心ｚを中心に回転駆動されるようになっている。
【００１１】
更に、この図において、球状工具１２は、支持軸受１４に支持されその回転軸ａを軸心とする円筒形ストレート部１３ｂと、ストレート部１３ｂの下方に設けられた球面加工部１３ａとからなる。球面加工部１３ａの球面中心Ｏからの半径Ｒは、ツール本体１１の直径Ｄのほぼ１／２に設定されているのがよく、特に、金型のキャビティ等の実際の加工では、Ｒ≧Ｌ／２とすることが干渉を防ぐために好ましい。
【００１２】
球面加工部１３ａは、砥石もしくは刃物からなるのがよい。球面加工部１３ａが砥石である場合には、その結合材に金属を含むことが好ましい。この構成により、球面加工部１３ａで電解ドレッシグ加工を行うことができ、高精度・高品位加工を能率良く行うことができる。
支持軸受１４は、この実施形態ではボールベアリングであり、複数のボールの転がりにより球状工具１２を回転軸ａを中心に精度良く回転させるようになっている。なお、本発明はかかる軸受に限定されず、ローラベアリングやジャーナル軸受を用いることもできる。
【００１３】
図１において、本発明の自由曲面加工ツール１０は、更に、球状工具１２を回転軸ａの周りに自転させる自転手段１６を有している。この自転手段１６は、この実施形態では、球状工具１２に取り付けられた半径流タービンであり、ツール本体１１の中心孔１１ａから供給される切削液３により半径流タービン１６を回転駆動するようになっている。半径流タービン１６を通過した切削液３は、支持軸受１４の隙間（ボールの間）を通って球面加工部１３ａの表面に沿って供給される。
【００１４】
なお、本発明の自転手段１６は、かかる半径流タービンに限定されず、別の形式のタービン、モータ、ギア列、外部からの動力伝達手段、或いはこれらの組み合わせであってもよい。
更に、本発明の自由曲面加工ツール１０は、球状工具１２の球面加工部１３ａを修正する修正手段２０を有する。この修正手段２０は、電極２１及び印加装置２２からなる。電極２１は、球面加工部１３ａの一部と隙間を隔てて対向する球面状の内面２１ａを一部に有し、その間に導電性液（切削液３）を流すようになっている。また、印加装置２２は球面加工部１３ａと電極２１との間に電圧を印加するようになっている。なお、図１における印加装置２２は、自由曲面加工ツール１０の回転に支承が生じないように、ツール本体１１の内部を通して、球面加工部１３ａと電極２１に電気的に接続し、絶縁部２４で絶縁している。
【００１５】
この構成により、導電性砥石１３ａにより被加工面を研削しながら同時に導電性砥石１３ａの表面を電解ドレッシングにより修正することができる。なお、本発明の修正手段２０は、かかる構成に限定されず、修正手段２０を砥石もしくは、電解または放電手段、又はこれらの複合手段としてもよい。
【００１６】
図２は、本発明による自由曲面加工ツールの第２実施形態図である。この図において、自転手段１６は、ツール本体１１と同軸に回転する中心回転軸１７、中心回転軸１７の下端と球状工具１２を連結する可撓性のあるフレキシブルジョイント１８、及びツール本体１１と中心回転軸１７の間に設けられた歯車列１９からなる。中心回転軸１７は、図示しない軸受により軸心ｚを中心に回転可能に支持されている。フレキシブルジョイント１８は、例えばコイルバネからなり、自由に曲がるが回転トルクを球状工具１２に伝達できるようになっている。歯車列１９は、例えばハーモニックドライブであり、ツール本体１１と中心回転軸１７との間に適当な速度差を生じさせるようになっている。この構成により、ツール本体１１と中心回転軸１７のいずれかを回転駆動することにより、ツール本体１１をその軸心ｚを中心に回転させ、同時に球状工具１２を回転軸ａを中心に回転させることができる。その他の構成は、図１と同様である。
【００１７】
図３は、本発明と関連する自由曲面加工ツールの構成図である。この図において、球状工具１２は、全体が球状の球面加工部１３を有しており、水平に対してわずかに（この図では約１５°）傾斜した回転軸ａを中心に自由回転可能に支持されている。球面加工部１３はこの実施形態では導電性砥石である。また、球状工具１２、修正手段２０は、絶縁部２４により、ツール本体１１から絶縁されている。その他の構成は、図１乃至図２と同様である。
【００１８】
この構成により、導電性砥石１３により被加工面を研削しながら同時に導電性砥石１３の表面を電解ドレッシングにより修正することができる。
【００１９】
図４は、本発明による自由曲面加工ツールの第３実施形態図である。この図において、本発明の自由曲面加工ツール１０は、球状工具１２の回転軸を回転駆動するタービン２３を有しており、切削液３によりタービン２３を回転駆動し、球状工具１２を自転させるようになっている。その他の構成は、図３と同様である。
【００２０】
上述した本発明の構成によれば、自由曲面加工ツール１０が下方に球面加工部１３を有する球状工具１２と、軸心上に位置する球面の中心を通り軸心に対して傾斜した回転軸で球状工具を支持する支持軸受１４と、を有しているので、工具の軸心（半径０）の位置で球面加工部１３が被加工面に接触する場合でも、球面加工部１３は、軸心ｚと異なる回転軸ａを中心に自転する。従って、軸心の周速がゼロ（０）になることがなく、汎用性のある３軸ＮＣ加工装置を用いて、自由曲面を効率よく、高精度・高品位に加工することができる。
【００２１】
また、図１、図２、及び図４に例示するように、球状工具１２を回転軸ａ周りに自転させる自転手段を備えることにより、球状工具１２を回転軸ａ周りに積極的に自転させることができ、球面加工部１３による加工速度を適正に保持することができる。
【００２２】
更に、図３及び図４に例示するように、球状工具１２の球面加工部１３を修正する修正手段２０を備えることにより、好ましくは被加工材の加工と同時に球面加工部を修正することができ、高精度・高品位加工を長時間継続することができる。
【００２３】
なお、本発明は上述した実施例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で種々変更できることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
上述したように、本発明の自由曲面加工ツールは、軸心の周速がゼロ（０）にならず、従って、汎用性のある３軸ＮＣ加工装置を用いて、自由曲面を効率よく、高精度・高品位に加工できる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自由曲面加工ツールの第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明による自由曲面加工ツールの第２実施形態図である。
【図３】本発明と関連する自由曲面加工ツールの構成図である。
【図４】本発明による自由曲面加工ツールの第３実施形態図である。
【図５】従来の自由曲面加工ツール（Ａ）と自由曲面（Ｂ）の模式図である。
【符号の説明】
１  自由曲面加工ツール
２  自由曲面
３  切削液
１０  自由曲面加工ツール
１１  ツール本体
１２  球状工具
１３，１３ａ  球面加工部
１３ｂ  ストレート部
１４  支持軸受
１６  自転手段
１７  中心回転軸
１８  フレキシブルジョイント
１９  歯車列
２０  修正手段
２１  電極
２２  印加装置
２３  タービン
２４  絶縁部
ａ  球状工具の回転軸
ｚ  自由曲面加工ツールの軸心
Ｏ  球面中心
【図１】
0003595828.tif 000002
【図２】
0003595828.tif 000003
【図３】
0003595828.tif 000004
【図４】
0003595828.tif 000005
【図５】
0003595828.tif 000006