(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物が固着されて主回転軸のまわりにこの被加工物を回転する第１回転治具と、
第１回転治具と対向して配置され、主回転軸を中心とする受部を有し被加工物の端部をこの受部に固着して主回転軸のまわりに被加工物を回転する第２回転治具と、
主回転軸と交わりかつ直交する副回転軸まわりに回転可能に支持されたアーム材と、
副回転軸から離れた位置で副回転軸と平行にアーム材に取り付けられ、副回転軸まわりに旋回されつつ、第１回転治具により固着された状態で被加工物の一方の端部を半球面に加工すると共に、第１回転治具から被加工物を取り外した状態で半球面に加工された一方の端部を第２回転治具の受部に固着して、被加工物の他方の端部を半球面に加工する加工器具と、
を含む球体の製造装置。
【請求項２】
加工器具が電熱線とされる請求項1 記載の球体の製造装置。
【請求項３】
加工器具はレーザ加工機より出力されるレーザビームとする請求項１記載の球体の製造装置。
【請求項４】
加工器具はウオータジェット装置より出力されるウオータジェットビームとする請求項１記載の球体の製造装置。
【請求項５】
第１回転治具に被加工物を固着した状態で、被加工物を主回転軸まわりに回転させつつ、主回転軸から離れて位置する加工器具を主回転軸と直交する副回転軸まわりに旋回させて、第１回転治具に固着された端部と逆側の被加工物の端部をこの加工器具により半球面に加工する第１工程と、
第１工程で加工された半球面を主回転軸まわりに回転可能に第２回転治具に固着する第２工程と、
第２回転治具により被加工物を主回転軸のまわりに回転させつつ、加工器具を副回転軸のまわりに旋回させて、第１工程において半球面に加工された被加工物の端部と逆側の被加工物の端部をこの加工器具により半球面に加工する第３工程と、
を含む球体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂等の材料から任意の大きさの球体を簡易かつ低コストに製造し得る球体の製造装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
さまざまな理工学あるいは産業分野で球体は用いられている他、この内の導電性を有した導体球は例えばレーダの校正や電波の散乱実験にも用いられている。しかし、このような導体球を含めた球体を例えば銅や真鍮等の金属材料の塊から旋盤等により削り出すのは容易ではなく、多大な加工コストが必要であった。さらに、このように金属製の導体球を削り出して形成した場合には重量が重くなる欠点があるため、重量を軽減することが考えられるが、重量軽減のために中空な球体にするには、さらに加工工程が増えて加工コストが一層増大するようになる。
【０００３】
これに対して、樹脂製の球体に表面処理などをして表面を導電性にすれば、レーダの校正や電波の散乱実験等に用いることが出来る。しかし、樹脂製の球体は、金型を用いて樹脂材料をこの金型内に射出成形するか、あるいは発泡樹脂材料を金型内に充填することによって、従来製造していた。このため、金型内に設けられていた凹部の径で球体の径が決まり、任意の径を有した球体を簡易に製造することは困難であった。また、射出成形により球体を製造した場合、金型と金型との間の接合部分の僅かな隙間により生じたバリが球体の外周面に残ってしまって、適切な状態の球体を得ることができない欠点を有していた。
他方、発泡スチロール材を球面に形成する技術として、下記の特許文献１に開示された技術が従来知られていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３１４４００公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この特許文献１には、発泡スチロールを半球形状に形成する技術が開示されているものの、樹脂材料等を球体に形成するための技術は何ら開示されていなかった。
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、樹脂等の材料から任意の大きさの球体を簡易かつ低コストに製造し得る球体の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決した請求項１記載の発明は、被加工物が固着されて主回転軸のまわりにこの被加工物を回転する第１回転治具と、
第１回転治具と対向して配置され、主回転軸を中心とする受部を有し被加工物の端部をこの受部に固着して主回転軸のまわりに被加工物を回転する第２回転治具と、
主回転軸と交わりかつ直交する副回転軸まわりに回転可能に支持されたアーム材と、
副回転軸から離れた位置で副回転軸と平行にアーム材に取り付けられ、副回転軸まわりに旋回されつつ、第１回転治具により固着された状態で被加工物の一方の端部を半球面に加工すると共に、第１回転治具から被加工物を取り外した状態で半球面に加工された一方の端部を第２回転治具の受部に固着して、被加工物の他方の端部を半球面に加工する加工器具と、
を含む球体の製造装置である。
【０００７】
請求項１に係る球体の製造装置によれば、第１回転治具に固着された被加工物が、主回転軸のまわりに回転される。これに伴い、主回転軸と直交する副回転軸まわりにアーム材を回転することで、この副回転軸から離れた位置でアーム材に取り付けられている加工器具が副回転軸まわりに旋回される。このことで、被加工物の一方の端部が加工されて、この端部が半球面とされる。
【０００８】
第１回転治具と対向して配置された第２回転治具に半球面とされる被加工物の端部が固着されて、主回転軸のまわりにこの被加工物を回転した状態で、アーム材を副回転軸まわりに回転することで、加工器具が副回転軸まわりに旋回される。このことで、被加工物の他方の端部が加工されて、この他方の端部が半球面とされる。
【０００９】
以上より、本請求項に係る球体の製造装置によれば、まず、第１回転治具に固着された被加工物の一方の端部が加工器具により半球状に形成される。この後、半球状に形成された被加工物の端部が第２回転治具に固着され、被加工物の他方の端部が加工器具により再度、半球状に形成される。
このことで、金型を用いなくとも被加工物が全体として球体となり、金型を用いずに被加工物から球体を簡易かつ低コストに切り出すことができるようになる。この際、副回転軸からの加工器具の距離を任意に設定しつつアーム材を取り付けることで、任意の大きさの球体をも容易に切り出すことが可能になる。
【００１０】
請求項２の発明は、加工器具が電熱線とされる請求項1 記載の球体の製造装置である。
電源装置により加熱される電熱線をたとえば主回転軸と平行にアーム材に貼り付けることで、発泡スチロールや合成樹脂等の被加工物が溶融して簡易に加工される。
【００１１】
請求項３の発明は、加工器具がレーザ加工機とされる請求項1 記載の球体の製造装置である。
アーム材に取り付けられたレーザ加工機からレーザ光を被加工物に照射することで、被加工物が簡易に加工される。
【００１２】
請求項４の発明は、加工器具がウォータジェット装置とされる請求項1 記載の球体の製造装置である。
アーム材に取り付けられたウォータジェット装置から水流を被加工物に噴射することで、被加工物が簡易に加工される。
【００１３】
上記課題を解決した請求項５記載の発明は、第１回転治具に被加工物を固着した状態で、被加工物を主回転軸まわりに回転させつつ、主回転軸から離れて位置する加工器具を主回転軸と直交する副回転軸まわりに旋回させて、第１回転治具に固着された端部と逆側の被加工物の端部をこの加工器具により半球面に加工する第１工程と、
第１工程で加工された半球面を主回転軸まわりに回転可能に第２回転治具に固着する第２工程と、
第２回転治具により被加工物を主回転軸のまわりに回転させつつ、加工器具を副回転軸のまわりに旋回させて、第１工程において半球面に加工された被加工物の端部と逆側の被加工物の端部をこの加工器具により半球面に加工する第３工程と、
を含む球体の製造方法である。
【００１４】
請求項５に係る球体の製造方法によれば、請求項１に係る球体の製造装置と同様に、まず、第１回転治具に固着された被加工物の一方の端部を半球状に形成し、この後、半球状に形成された被加工物の端部が第２回転治具に固着されて、被加工物の他方の端部を半球状に形成する。
このことで、請求項１と同様に金型を用いなくとも被加工物が全体として球体となり、金型を用いずに被加工物から球体を簡易かつ低コストに切り出すことができるようになる。この際、請求項１と同様に副回転軸からの加工器具の距離を任意に設定しつつアーム材を取り付けることで、任意の大きさの球体をも容易に切り出すことが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、樹脂等の材料から任意の大きさの球体を簡易かつ低コストに製造し得る球体の製造装置および製造方法が提供されるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る球体の製造装置が適用される旋盤の正面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る球体の製造装置に用いられる加工用支持台の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る球体の製造装置に用いられる加工用支持台の正面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る球体の製造装置に用いられる加工用支持台の平面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る球体の製造装置に用いられる加工用支持台の側面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る球体の製造装置に用いられる第２回転治具の断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る球体の製造方法の第１工程を示す説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る球体の製造方法の第２工程を示す説明図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る球体の製造方法の第３工程を示す説明図であって、加工途中を表す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る球体の製造方法の第３工程を示す説明図であって、加工終了後を表す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る球体の製造装置に用いられる第２回転治具の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る球体の製造装置およびその製造方法の第１の実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る球体の製造装置１０は、工作機械の内のたとえば旋盤１に設置して用いることができる。この旋盤１のチャックを、旋盤１の主軸である主回転軸Ｘのまわりに被加工物を把持して回転する第１回転治具１２とすることで、例えば発泡スチロール製や合成樹脂製であって円筒形をした被加工物Ｗ（図７に示す）がこの第１回転治具１２に固着される。
【００１８】
この旋盤１は、ベッド２の一端にチャックを取り付け可能な主軸台３が位置し、ベッド２上の中ほどに、図示しない横送り台や刃物台が載せられた往復台４が移動可能に位置するとともに、ベッド２上の他端側寄りに、心押し台５が位置する構造とされている。また、旋盤１の往復台４上には、図１から図５に示すように被加工物Ｗを加工するための加工用支持台１４が位置している。具体的には、この加工用支持台１４の基板１６が往復台４上に設置されていて、この基板１６からベッド２を挟んで一対の直立板１８が上方にそれぞれ伸びている。
【００１９】
図１から図５に示すように、これら直立板１８の上部には、それぞれ支持軸２０を介してアーム材２２の基端側が回転可能に支持されていて、アーム材２２の先端側が連結板２４で相互に繋がっている。このため、アーム材２２が回転可能に支持されつつ、これら一対のアーム材２２及び連結板２４が一体的に回転する構造とされているが、これら一対の支持軸２０間を繋ぐ軸線が主回転軸Ｘと直交する副回転軸Ｙとされているので、この副回転軸Ｙまわりにアーム材２２が回転することになる。
【００２０】
各アーム材２２には、支持軸２０の部分からその長手方向に沿って複数の取付孔２２Ａがそれぞれ設けられている。ただし、各取付孔２２Ａは一対のアーム材２２の相互に同位置に形成されていて、これらの取付孔２２Ａの内のいずれかであって相互に同一位置の取付孔２２Ａ間に加工器具である電熱線２６を設置することで、一対のアーム材２２間に副回転軸Ｙと平行に電熱線２６が張られることになる。
【００２１】
この結果として、副回転軸Ｙから離れた位置でアーム材２２に電熱線２６が取り付けられ、副回転軸Ｙまわりにこの電熱線２６が旋回されることになる。この際、取付孔２２Ａを適宜選択することで、電熱線２６の位置を任意に変更可能となる。また、この電熱線２６は図２に示す電源装置２８に繋がっていて、電源装置２８からの通電により、電熱線２６を加熱することができる。
【００２２】
以上より、旋盤１を動作しチャックである第１回転治具１２を回転して被加工物Ｗを主回転軸Ｘまわりに少なくとも１回転しつつ、加熱された電熱線２６をこの主回転軸Ｘと直交する副回転軸Ｙまわりに１８０度旋回することで、図７に示す被加工物Ｗの一方の端部Ｗ１が電熱線２６により溶融されて、半球形に形成可能となる。
【００２３】
他方、ベッド２の他端側には、心押し台５に取り付けられて手動回転可能な第２回転治具３２が第１回転治具１２と対向して配置されている。この第２回転治具３２には、図６に示すように被加工物Ｗを固定するための受部である面板３４が存在している。この第２回転治具３２は被加工物Ｗの径より大きな径の円盤状に形成されていて、面板３４の第１回転治具１２との対向面は、半球面に加工された被加工物Ｗの一方の端部Ｗ１とほぼ同一径であって、かつ主回転軸Ｘを中心とする半球面状の凹面とされている。
【００２４】
この面板３４の内部には主回転軸Ｘに沿って伸びる複数の吸引孔３６が形成されていて、これら吸引孔３６の終端部において相互に繋がっている他、中央である主回転軸Ｘ上に位置する排出管３２Ａを介して面板３４内から排気される構造になっている。そして、この排気管には、ロータリィカプラ３８を介して真空ポンプ４２に繋がるエアホース４０が接続されている。このため、ロータリィカプラ３８を介していることから、第２回転治具３２及び面板３４が回転しても問題なく真空吸着可能となる。
【００２５】
したがって、第２回転治具３２を例えば手動により回転させつつ、複数の吸引孔３６から空気を吸引することで、半球面とされる被加工物Ｗの一方の端部Ｗ１が半球面状の凹部とされる面板３４に吸着可能となることで、この一方の端部Ｗ１が主回転軸Ｘ上で固着されて主回転軸Ｘのまわりに被加工物Ｗが回転するようになる。
【００２６】
これに伴い、第２回転治具３２に支持された被加工物Ｗを主回転軸Ｘまわりに少なくとも１回転しつつ、加熱された電熱線２６を副回転軸Ｙまわりであって被加工物Ｗの一方の端部Ｗ１を加工した時と逆に、１８０度旋回することで、第１回転治具１２に支持されていた被加工物Ｗの他方の端部Ｗ２が電熱線２６により溶融されて、半球形に形成可能となる。
【００２７】
次に、本実施の形態に係る球体の製造装置１０の作用及びその製造方法の手順を以下に説明する。
本実施の形態に係る製造装置１０を用いた球体の製造方法によれば、第１工程として、図７に示すように第１回転治具１２に固着された円筒状の被加工物Ｗを主回転軸Ｘのまわりに回転する。これに伴い、主回転軸Ｘと直交する副回転軸Ｙまわりにアーム材２２を回転することで、この副回転軸Ｙから離れた位置でアーム材２２に取り付けられている電熱線２６が副回転軸Ｙまわりに旋回される。このことで、第１回転治具１２に固着された端部と逆側とされる被加工物Ｗの一方の端部Ｗ１が電熱線２６により加工されて、この端部が半球面とされる。
【００２８】
次に、第２工程として、第１回転治具１２から被加工物Ｗを取り外し、図８に示すように第１回転治具１２と対向して配置された第２回転治具３２に第１工程で加工されて半球面とされる被加工物Ｗの一方の端部Ｗ１を主回転軸Ｘまわりに回転可能に固着する。この際、図６に示すエアホース４０、ロータリィカプラ３８、排出管３２Ａを介して真空ポンプ４２に繋がる面板３４の複数の吸引孔３６により吸引されて、半球面とされる被加工物Ｗの一方の端部Ｗ１が確実に第２回転治具３２に固着される。
【００２９】
この後、第３工程として、図９に示すように第２回転治具３２により主回転軸Ｘのまわりにこの被加工物Ｗを回転した状態で、アーム材２２を副回転軸Ｙまわりに回転することで、電熱線２６が副回転軸Ｙまわりに旋回される。このことで、第１工程において半球面に加工された被加工物Ｗの一方の端部Ｗ１と逆側の被加工物Ｗの他方の端部Ｗ２が電熱線２６により加工されて、この他方の端部Ｗ２が図１０に示すように同様に半球面とされる。
【００３０】
以上より、本実施の形態に係る球体の製造装置１０によれば、第１回転治具１２に固着された被加工物Ｗの一方の端部Ｗ１が電熱線２６により半球状に形成される。この後、半球状に形成された被加工物Ｗの端部が第２回転治具３２に固着され、被加工物Ｗの他方の端部Ｗ２が電熱線２６により再度、半球状に形成される。
このことから、金型を用いなくとも被加工物Ｗが全体として球体となるので、金型を用いずに被加工物Ｗから球体を簡易かつ低コストに切り出すことができるようになる。この際、副回転軸Ｙからの電熱線２６の距離を任意に設定しつつアーム材２２を取り付けることで、任意の大きさの球体をも容易に切り出すことが可能になる。
【００３１】
次に、本発明に係る球体の製造装置およびその製造方法の第２の実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、第１の実施の形態と同一の構造部分は同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
本実施の形態は第１の実施の形態とほぼ同一構造とされているが、図１１に示すように、本実施の形態では、第２回転治具３２の被加工物Ｗと接する側の面板３４を半球面状の凹面とする替りに、この部分に三角形状の斜辺となるような形状の固定器５０を少なくとも３個以上、回転対称となるように配置した構造としている。
【００３２】
この際、面板３４の中心から放射状でかつ隣り合う固定器５０が等間隔で主回転軸Ｘの周囲に回転対称になるように、三角形状で楔状とされる固定器５０を配置する。この結果、被加工物Ｗの一方の端部Ｗ１を形成する半球面に、各固定器５０の斜辺が接するようになる。そして、図１１に示すように、この固定器５０には例えば針状の串材５２が斜面から突出するように、直線状で串材５２の向きが半球面の中心に向かうような貫通孔５０Ａが形成されている。
【００３３】
したがって、この貫通孔５０Ａを介して、被加工物Ｗの一方の端部Ｗ１の半球面に３本以上の串材５２を打ち込んで、被加工物Ｗの一方の端部Ｗ１を第２回転治具３２に固着する構造と本実施の形態はなっている。このため、本実施の形態においても、被加工物Ｗの一方の端部Ｗ１を問題なく固着できるようになる。
【００３４】
なお、上記実施の形態では、第２回転治具の面板に対する被加工物の固着手段として、真空吸引あるいは串材による固着を採用したが、これらの手段に限定されるものではなく、接着剤や粘着テープによる接着を用いることとしても良い。さらに、第２回転治具の面板に形成された半球状の凹面の径や三角形状の固定器の大きさ等は、必要に応じて適宜変更することが考えられる。また、旋盤のチャックを第１回転治具としたが、必ずしも旋盤を用いる必要はなく、他の工作機械や工作機械以外の他の手段を用いても良い。
【００３５】
他方、上記実施の形態では、被加工物を円筒形の発泡スチロールや合成樹脂としたが、形状や材料はこれらに限定されるものではない。さらに、上記実施の形態では、加工器具を電熱線としたが、加工器具をレーザビームとする場合は、図２の加工器具の電熱線２６が配置される位置に、レーザ加工機より出力されるレーザビームを通し、加工器具をウオータジェットビームとする場合は、図２の加工器具の電熱線２６が配置される位置に、ウオータジェット装置より出力されるウオータジェットビームを通すようにしても良く、その他、被加工物の加工に適した加工装置等であれば良い。
【００３６】
以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本発明は係る実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、さまざまな理工学あるいは産業分野で用いられる球体の加工に適用可能となる。
【符号の説明】
【００３８】
１０    球体の製造装置
１２    第１回転治具
１４    加工用支持台
２２    アーム材
２６    電熱線（加工器具）
３２    第２回転治具
３４    面板（受部）
Ｘ    主回転軸
Ｙ    副回転軸
Ｗ    被加工物
【図１】
0005930694.tif 000002
【図２】
0005930694.tif 000003
【図３】
0005930694.tif 000004
【図４】
0005930694.tif 000005
【図５】
0005930694.tif 000006
【図６】
0005930694.tif 000007
【図７】
0005930694.tif 000008
【図８】
0005930694.tif 000009
【図９】
0005930694.tif 000010
【図１０】
0005930694.tif 000011
【図１１】
0005930694.tif 000012