(57)【要約】【課題】加工姿勢を、切削加工作業開始前から終了後に至るいずれの時期においても、変更できる。【解決手段】ステージ42と、ステージ姿勢変更手段であるフープシェーカー54とを含んで構成される切削加工装置である。ステージ姿勢変更手段は、フープ56及びフープ回転ローラ58を有するフープシェーカーと、このフープに外部から回転力を与えるフープ回転手段90とを含んで構成されている。フープシェーカーには、ステージが固定されている。フープ回転手段は、姿勢変更力取得手段96及び姿勢変更力授与手段94を具えており、姿勢変更力取得手段は滑車88とチェーン92とを具えている。フープ固定部80-1にチェーンを結び滑車を介して姿勢変更力授与手段に繋がれている。【選択図】図5
2006281350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具が取り付けられる主軸スピンドルと、
該主軸スピンドルと結合し、被切削加工物を保持し、及び前記主軸スピンドルと該被切削加工物との相対位置関係を決めるステージと、
前記主軸スピンドル及び該ステージで構成される結合構造体に対し、該主軸スピンドルの向きを一の向きから360°までの範囲内の他の向きに変える回転を与えることにより、前記結合構造体の姿勢変更を行うステージ姿勢変更手段と
を含むことを特徴とする切削加工装置。
【請求項２】
前記ステージ姿勢変更手段は、外力により回転が与えられるフープを具えるフープシェーカーを以て構成されており、
前記フープに前記結合構造体が固定されていることを特徴とする請求項1に記載の切削加工装置。
【請求項３】
前記ステージ姿勢変更手段は、前記外力を与えるフープ回転手段を更に具え、前記フープと該フープ回転手段は固定基盤に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の切削加工装置。
【請求項４】
前記フープ回転手段が、前記フープに結合された姿勢変更力取得手段と、
該姿勢変更力取得手段に姿勢変更力を与える姿勢変更力授与手段と
を具えることを特徴とする請求項3に記載の切削加工装置。
【請求項５】
前記ステージ姿勢変更手段が、前記ステージを取り囲む形で固定する筐体であることを特徴とする請求項1に記載の切削加工装置。
【請求項６】
前記切削工具がエンドミル、ドリル、フライスカッター、バイト、及びフライカットツールの内のいずれかであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の切削加工装置。
【請求項７】
前記切削工具が砥石もしくは研磨工具であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の切削加工装置。
【請求項８】
前記ステージが被切削加工物を固定するための機械的把持固定手段を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の切削加工装置。
【請求項９】
前記ステージが被切削加工物を固定するための真空固定手段を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の切削加工装置。
【請求項１０】
前記ステージが被切削加工物を固定するための磁力固定手段を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の切削加工装置。
【請求項１１】
前記ステージが被切削加工物を固定するための冷凍固定手段を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の切削加工装置。
【請求項１２】
請求項1〜11のいずれか一項に記載の切削加工装置を利用する切削加工方法において、
被切削加工物を前記ステージに装着する第1ステップと、
前記結合構造体を、前記主軸スピンドルの向きを一の向きから360°までの範囲内の他の向きにするように、回転させることによって姿勢変更されて設定された状態で、被切削加工物を切削加工する第2ステップと
を含むことを特徴とする切削加工方法。
【請求項１３】
請求項12に記載の切削加工方法において、
更に、前記結合構造体を、前記第2のステップにおける姿勢の状態のまま、あるいは該第2のステップにおける姿勢から、前記主軸スピンドルの向きを一の向きから360°までの範囲内の他の向きにするように、回転させた姿勢の状態で、被切削加工物を取り外す第3ステップ
を含むことを特徴とする切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被切削加工物を固定するステージを有し、切削加工作業開始前から終了後に至るいずれの時期においても、このステージの姿勢を変えることが可能である切削加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の科学技術の発達に伴い超精密加工への要求は急激に高まりつつあり、使用される金型の加工やプロトタイプモデルの加工などにも高精度かつ高能率生産性システムが要求されている。このうち、切削加工表面の仕上がりについて着目すると、次のことが知られている。すなわち、切削加工において加工表面の品質を悪くし、また切削加工具の摩耗を早める一因は、切削加工時に工具と切削対象物との間に切り屑を噛んでしまうことにある。
【０００３】
また、高能率生産性システムを実現するという観点からは、工場内における加工製品あるいは半加工製品に対する作業工程間の連携の都合上、切削加工装置がその加工姿勢を自在に変更することを可能とする機構を具えていることが望ましい。例えば、工作物の加工面が水平に流れてきて、加工機に取り付けられて加工され再び水平面に送り出されるという場合には、この切削加工装置は縦型であることが必要である。一方で、同一の切削加工装置を使って加工面が垂直に流れてきた加工物を加工して、再び垂直面に送り出す必要が生じる場合もある。この場合には、この切削加工装置は横型であることが必要である。従って、いずれの場合に対しても対処が可能であるためには、切削加工装置がその加工姿勢を自在に変更できることが求められる。
【０００４】
従来の切削加工装置を含む一般的な加工装置は、被加工物を固定するステージに、加工位置を、直交する3方向（以後「XYZ方向」ということもある。）に並進移動させることができる機能を具えているものが多い（例えば、特許文献1〜3参照）。また、従来の切削加工装置の中には、XYZ方向のいずれか一方の方向（例えばZ方向）を回転中心として被加工物を回転移動させることができる機能を具えているものもある（例えば、非特許文献1参照）。
【０００５】
しかしながら、これら従来の加工装置には、被加工物を固定するステージと加工具とを一体とする全体の姿勢を変更する手段を具えたものは存在しなかった。
【０００６】
すなわち、従来の切削加工装置には、切削加工中に発生する切り屑を重力によって自然に落下することができる方向に被切削加工物の加工面が向くように、ステージを含めて加工具と一体としてその加工姿勢を変更する手段がなかった。また、工場内において、従来の切削加工装置では、加工製品あるいは半加工製品の工程間の連携の都合に応じて、その切削加工装置を、横型加工機あるいは縦型加工機の構造に変更して対応することが簡単にはできなかった。
【特許文献１】特開2000-84744号公報
【特許文献２】特開2001-300838号公報
【特許文献３】特開2003-251509号公報
【非特許文献１】三菱電機株式会社"NC制御座標に関するルール"［online］平成12年［平成17年2月22日検索］、インターネット＜URL  http://wwwf2.mitsubishielectric.co.jp/fair/fa_basic/08/82ap03.htm＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明の目的は、切削加工作業開始前から終了後に至るいずれの時期においても、加工姿勢を変更することにより切削加工時に発生する切り屑を除去することを可能とする切削加工装置を提供することにある。また、工場内における加工製品あるいは半加工製品の工程間の連携の都合に応じて、加工姿勢を変更することが可能であり、工程の組み換え時にも工程間を容易に移動が可能である切削加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、上記課題を解決するために、この発明の切削加工装置は、主軸スピンドルと、ステージと、ステージ姿勢変更手段とを具えて構成される。このステージは、主軸スピンドルと結合して結合構造体を構成していて、被切削加工物を保持し、及び主軸スピンドルと被切削加工物との相対位置関係を決める。ステージ姿勢変更手段は、主軸スピンドル及びステージで構成される結合構造体を姿勢変更させる機能を有する。この結合構造体の姿勢変更は、この結合構造体に対し、主軸スピンドルの向きを一の向きから360°までの範囲内の他の向きに変えるための回転を行うことによって行う。ここで、主軸スピンドルの向きとは、主軸スピンドルの軸の向きをいう。
【０００９】
この発明の切削加工装置は、ステージ姿勢変更手段を、外力により回転が与えられるフープを具えるフープシェーカーを以て構成するのが好適である。すなわち、フープシェーカーのフープに結合構造体が固定された構成とする。
【００１０】
また、ステージ姿勢変更手段に対して、更に外力を与えるフープ回転手段を具え、フープとフープ回転手段とを固定基盤に設ける構成とするのが良い。
【００１１】
フープ回転手段は、次のように構成するのが好適である。すなわち、フープに結合された姿勢変更力取得手段と、この姿勢変更力取得手段に姿勢変更力を与える姿勢変更力授与手段とを具えた構成とする。
【００１２】
この発明の切削加工装置において、ステージ姿勢変更手段を、ステージを取り囲む形で固定する筐体とすることが好適である。
【００１３】
また、この発明の切削加工装置の主軸スピンドルに取り付ける切削工具を、好ましくは、エンドミル、ドリル、フライスカッター、バイト及びフライカットツールの内のいずれかとするのが良い。
【００１４】
また、この発明の切削加工装置の主軸スピンドルに取り付ける切削工具を、好ましくは、砥石もしくは研磨工具とするのが良い。
【００１５】
また、この発明の切削加工装置のステージが、好ましくは、被切削加工物を固定するための締結・解放の制御が可能な機械的把持固定手段、真空固定手段又は磁力固定手段を有する構成とするのが良く、特に固定面が平坦でない被切削加工物に対しては、冷凍固定手段（以後、「冷凍チャック」と言うこともある。）を有する構成とするのが良い。
【００１６】
更に、上記切削加工装置を利用した切削加工方法は、以下の第1及び第2ステップを含んでいる。すなわち、第1ステップは、被切削加工物を前記ステージに装着するステップである。第2ステップは、結合構造体を、主軸スピンドルの向きを一の向きから360°までの範囲のほかの向きにするように、回転させることによって姿勢変更されて設定された状態で、被切削加工物を切削加工するステップである。
【００１７】
また、この発明の切削加工方法は、好ましくは、更に、以下の第3ステップを含んで構成するのが良い。すなわち、第3ステップは、結合構造体を、第2のステップにおける姿勢の状態のまま、あるいは第2のステップにおける姿勢から、主軸スピンドルの向きを一の向きから360°までの範囲内の他の向きにするように、回転させた姿勢の状態で被切削加工物を取り外すステップである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の切削加工装置では、主軸スピンドルと、この主軸スピンドルとステージとが相俟って構成される結合構造体と、ステージ姿勢変更手段を具えて構成されている。そして、この切削加工装置は、このステージが、被切削加工物を保持し、及び主軸スピンドルと被切削加工物との相対位置関係を決める構成となっている。また、ステージ姿勢変更手段は、結合構造体を回転されることにより主軸スピンドル及びステージを一体として姿勢変更させる機能を有している。
【００１９】
ステージ姿勢変更手段によって主軸スピンドル及びステージを一体として姿勢変更させて、主軸スピンドルの向きを、ある一の向きの状態から当該一の向きに沿う方向を基準として0°から360°までの範囲内の他の向きの状態にすることが可能となるので、主軸スピンドルと被切削加工物が取り得る向きと重力方向との関係を、このステージ姿勢変更手段によって自在に変えることが可能である。
【００２０】
このことから、ステージ姿勢変更手段によって、被切削加工物の加工面が、切削加工中に発生する切り屑が重力によって自然に落下することができる方向に向くように調整することが可能となる。すなわちステージ姿勢変更手段によって加工姿勢を変更でき、切削加工時に発生する切り屑を、工具（スピンドルに取り付けられたエンドミル等）の近くに留め置かずに除去して、工具と切削対象物との間に挟まれてしまうことを防ぐことが可能となる。
【００２１】
また、ステージ姿勢変更手段を、フープシェーカーを利用して構成すれば、このフープシェーカーの回転機能を利用することによって、ステージの姿勢を変更できる機構を容易に実現できる。フープシェーカーは、フープ(輪)の中に被回転物(撹拌物)を固定して、回転させることによって撹拌することを本来の機能として有しているからである。すなわち、市販のフープシェーカーは、フープ回転手段を具えたものとして入手可能であるので、ステージ姿勢変更手段を市販のフープシェーカーを利用することによって、容易に形成することができる。
【００２２】
ステージ姿勢変更手段を、フープシェーカーを以って構成すれば、結合構造体が固定されているフープを手動で回転させることによって、結合構造体の姿勢変更をすることが可能である。この場合には、外力とは、この発明の切削加工装置の操作者の手動によってフープに与えられる回転力である。手動によって結合構造体の姿勢変更をすることが可能となるだけで、従来容易には実現できなかった、切削加工時に発生する切り屑を効果的に除去しつつ加工を行うということが容易に実現できるという、優れた効果が得られる。
【００２３】
更に、例えば、外力をフープ回転手段で与える構成とする場合には、このフープ回転手段を、モータを利用した構成とし、このモータに対して、コンピュータ等から制御信号を与えることによってその回転を制御する構成とすれば、結合構造体の姿勢変更を手動によらずに実行することが可能となる。このようにすることによって、加工姿勢の自動制御化が図られる。すなわち、フープ回転手段を具えた市販のフープシェーカーを利用するか、あるいは後述するように、フープ回転手段を特別に設計してそれを利用すれば、上述のこの発明の切削加工装置の加工姿勢の自動制御化が図られる。
【００２４】
フープ回転手段は、フープシェーカーに結合された姿勢変更力取得手段と、この姿勢変更力取得手段に回転力を与える姿勢変更力授与手段とを具えて構成することができる。この姿勢変更力取得手段及び姿勢変更力授与手段も、市販されているものを利用できる。
【００２５】
ステージ姿勢変更手段を、ステージを取り囲む形で固定する筐体とすれば、切削加工装置の底面として筐体のどの側面を選択するかによって、結合構造体を回転させることができ、ステージの姿勢を変化させることができる。
【００２６】
この発明の切削加工装置の主軸スピンドルに装着する切削工具をエンドミル、ドリル、フライスカッター、バイト及びフライカットツールの内のいずれかとすると、切削加工としてエンドミル、ドリル、フライスカッター、バイト及びフライカットツールの内のいずれかによる加工に対応できる。
【００２７】
また、この発明の切削加工装置の主軸スピンドルに装着する切削工具を砥石もしくは研磨工具とすると、切削加工や研磨加工に対応できる。
【００２８】
この発明の切削加工装置は、また、主軸スピンドルにエンドミル、ドリル、フライスカッター、バイト、フライカットツール、砥石または研磨工具などの工具を取り付けることができれば、これらの工具による切削加工姿勢を重力方向に対して変化させることが可能であるので、これらの工具により複雑形状の加工に対応することが可能となる。
【００２９】
また、上述したように、この発明の切削加工装置は、被切削加工物及びステージを一体としてその姿勢を変更することが可能である。そこで、工場内における被切削加工物あるいは切削加工済みの加工製品あるいは半加工製品の工程間の連携の都合に応じて、切削加工装置を横型加工機あるいは縦型加工機の構造に変更して対応することが簡単にできる。
【００３０】
この発明の切削加工装置のステージが、被切削加工物を固定するための締結・解放の制御が可能な機械的把持固定手段を有する構成とすると、被切削加工物を強固に安定してステージに固定できる。
【００３１】
また、この発明の切削加工装置のステージが、被切削加工物を固定するための真空固定手段または磁力固定手段を有する構成とすると、真空を解除するあるいは磁力を発生させている電流を切ることで被切削加工物を取り外せるので、加工が終了した被切削加工物を取り外す工程が簡略化される。
【００３２】
特に、固定面が平坦でない被切削加工物に対しては、冷凍チャックによって固定する構成とするのが良い。冷凍チャックはペルチエ素子を用いて、-10℃から-30℃に冷却することで空気中の湿気を凍らせ、被切削加工物を固定することが可能であり、固定面が平坦ではない被切削加工物や非磁性素材や機械的把持により著しいストレスを受ける懸念のある素材・被切削加工物に対しては極めて有効である。
【００３３】
上述した上記切削加工装置を利用すれば、被切削加工物をステージに装着する第1ステップ、及び結合構造体を、主軸スピンドルの向きを一の向きから360°までの範囲内の他の向きにするように、回転させることによって姿勢変更されて設定された状態で、被切削加工物を切削加工する第2ステップを実現できる。
【００３４】
一般的に、被切削加工物をステージに装着する際は、主軸スピンドルの軸方向が重力方向と平行な方向を向いた状態で行うのが、作業効率上好ましい場合が多い。そこで、主軸スピンドルの軸方向が重力方向と平行な方向を向いた状態で被切削加工物をステージに装着し、主軸スピンドルの軸方向を重力方向と垂直から360°の範囲内に設定して加工できれば、作業効率を向上できる上、切削加工中に発生する切り屑が重力によって自然に落下させることが可能となる。
【００３５】
また、ステージを、被切削加工物をこのステージに固定するための締結・解放の制御が可能な機械的把持固定手段、真空固定手段、磁力固定手段又は冷凍固定手段を有する構成としておけば次のような利点が生じる。すなわち、主軸スピンドルの軸方向、すなわち回転軸の向きが、重力方向と垂直な状態で真空状態を解除すれば、自然に被切削加工物を取り外すことができ、工程が簡略化され作業効率の向上に資することができる。
【００３６】
また、被切削加工物を取り外した後、主軸スピンドルの軸方向と重力方向とが平行となる状態に戻すことが可能であれば、次の被切削加工物を装着する工程を実行するのに便利な状態となる。
【００３７】
以上説明したように、この発明の切削加工装置及びこの装置を利用する切削加工方法によれば、加工中に切り屑が工具と切削対象物との間に挟まれてしまうことを防ぐことが可能である。
【００３８】
また、工場内における加工製品あるいは半加工製品の工程間の連携上の必要に応じて、加工機の加工姿勢を変更するという需要にも応じることができる。そして、上述したそれらに付随する作業効率の向上等の要請にも応えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の機器及び条件等を用いることがあるが、これら材料及び条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。
【００４０】
＜第1実施例＞
図1を参照して、この発明の第1実施例の切削加工装置の構成及び機能を説明する。図1は、切削加工装置の概略的構成を示す斜視図であり、この発明の必須構成要素の概略的形状と必須構成要素相互間の設置の関係を示している。図１においては、この発明の副次的な構成要素については省略されている。また、説明の便宜上、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸の3軸及び、Z軸を回転中心とした回転方向(θ)を、第1実施例の切削加工装置の構成と合わせて、図１の左上に示してある。
【００４１】
この発明の切削加工装置は、主軸スピンドル22と、ステージ12と、ステージ姿勢変更手段14とを具えて構成される。ステージ姿勢変更手段14は、固定基盤10に設けられている。固定基盤10として、例えば、ベンチあるいは大地や構築物の床、その他の固定式、移動式、あるいは水平調整式の基盤であっても良い。
【００４２】
ステージ12は、主軸スピンドル22と一体的に結合して結合構造体36を構成している。このステージ12は更に、被切削加工物34を保持し、及び主軸スピンドル22と被切削加工物34との相対位置関係を決める。
【００４３】
ステージ姿勢変更手段14は、主軸スピンドル22及びステージ12を一体として姿勢変更させる機能を有する。この姿勢変更は、上述した結合構造体36を回転させることによって実現する。この結合構造体36の回転は、ステージ姿勢変更手段14によって、主軸スピンドル24の向きが、現状の向きから360°の範囲内の他の向きになるように行われる。
【００４４】
主軸スピンドル22には、例えば、エンドミル、砥石等の工具24が取り付けられる。
【００４５】
ステージ12は、いわゆるXYZθの4軸ステージと称されるタイプのステージとする。従って、このステージ12は、X、Y及びZ軸スライド機構と回転(θ)機構を有している。それぞれのスライド機構は、従来周知のとおり、スライダーとスライドガイドとスライド駆動させるための駆動部を有している。また、回転機構は、従来周知のとおり、回転伝達手段と回転駆動させる駆動部とを有している。これら各駆動部については、図1中には図示を省略してある。
【００４６】
まず、図1を参照して切削加工装置の全体構造の概略を説明する。平板上の固定基盤10に、その第1主面に垂直に第1門型フレーム30が固定されている。この第1門型フレーム30の垂直フレーム（固定基盤10の第1主平面に垂直なフレーム部）、旋回軸26を介して第2門型フレーム32の垂直フレームが設けられている。従って、第2門型フレーム32は、第1門型フレーム30の内側の空間内で旋回軸26を回転支軸として旋回できるように構成されている。
【００４７】
X、Y及びZ軸スライド機構は、それぞれ対応するスライダー、スライドガイド及び駆動部の構成要素を具えている。また、回転(θ)機構は、回転テーブル及び回転駆動部を具えている。それぞれのスライド機構と回転機構とは、周知の4軸ステージ構成技術を用いて構成できるので、この発明の切削加工装置の構成要素との対応関係につき説明し、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
ステージ12は、X軸スライダー16、Z軸スライダー18及び回転テーブル20を具えている。回転テーブル20は、図1に示すY軸方向にスライドする機構、及びZ軸方向の軸を中心として回転(θ)する機構（図示せず）を具えている。更に、回転テーブル20は被切削加工物を固定するの締結・解放の制御が可能な機械的把持固定手段、磁力固定手段、冷凍チャック、あるいは、後述する真空固定手段（図示せず）を具えている。
【００４９】
X軸スライダー16は、X軸スライドガイド48によってX軸方向にスライドされる構造となっている。又、Z軸スライダー18は、第2門型フレーム32の垂直フレームをZ軸方向にスライドする構成となっており、第2門型フレーム32の垂直フレームが、Z軸スライドガイドの役割を果たしている。
【００５０】
図1に示すステージにおいては、回転テーブル20がY軸スライダーに相当する。回転テーブル20は、支持テーブル28の上面に、この上面に垂直な回転軸（Z軸方向に平行な回転軸）を中心に回転できるように設置される。すなわち、回転テーブル20は、Y軸方向の並進移動とZ軸に平行な方向の回転軸の周りに回転運動する機能とを兼ね備えている。回転テーブル20がY軸方向にスライドする機構及びZ軸方向の軸を中心として回転する機構についての詳細は後述する。図1においては、Y軸方向にスライドする機構を図示してない。
【００５１】
図1に示す切削加工装置においては、第1門型フレーム30は固定基盤10に固定されており、第2門型フレーム32は、X軸方向の軸を旋回中心とする旋回軸26を中心にして旋回できる構成となっている。このことによって、結合構造体36を外力、すなわち回転力授与手段38によって回転させると、重力の方向（Z軸の方向）に対して主軸スピンドル22の向きを0°から360°の範囲にわたって、被切削加工物34と一体として、自由に変えることができる。すなわち、ステージ12の姿勢をステージ姿勢変更手段14によって、重力方向に対して変えることができることによって、加工姿勢が変更できる。
【００５２】
以上説明した内容を整理すると、第１実施例におけるステージ12は、X軸スライダー16、X軸スライドガイド48、Z軸スライダー18、回転テーブル20、第２門型フレーム32、主軸スピンドル支持体23及び支持テーブル28を具えて構成される。そしてステージ12は、主軸スピンドル支持体23によって、切削工具24が取り付けられる主軸スピンドル22と結合し、被切削加工物34を保持し、及び主軸スピンドル22と被切削加工物34との相対位置関係を決める役割を果たす。この主軸スピンドル22は、X軸スライダー16に結合して固定されている。X軸スライダー16に主軸スピンドル22を支持固定するための部材が主軸スピンドル支持体23である。
【００５３】
第1実施例においては、第2門型フレーム32を固定するために支持テーブル28が用いられている。この支持テーブル28は、回転テーブル20を回転及び並進移動できるように支持している。
【００５４】
上述したように、回転テーブル20と主軸スピンドル22との結合は、他の構成部材を介在させて間接的に行っているが、この構成部材とは、具体的には、主軸スピンドル支持体23、X軸スライダー16、X軸スライドガイド48、Z軸スライダー18、第2門型フレーム32、支持テーブル28等を指している。ここで、ステージ12と主軸スピンドル22とが一体として構成されている構造物の総体を結合構造体36と称する。
【００５５】
第1実施例においては、既に説明したとおり、結合構造体36に対し、外部から回転力Frを与えることにより、主軸スピンドル22の向きを一の向き、すなわち現状の向きから360°までの範囲内の他の向きに変える回転を与え、この回転により、結合構造体36の姿勢変更を行う。回転力Frを手動で直接結合構造体36に与える場合には、ステージ姿勢変更手段14は、結合構造体36を回転できるように支持する働きをする。また、結合構造体36に回転力Frを与える回転駆動モータ等の物理的な回転力授与手段38を用いる場合には、ステージ姿勢変更手段14を、その旋回軸26自体を回転させる構造にして、かつ旋回軸26に回転力授与手段38からの回転力を伝達する、例えば、ラックやピニオン等を含む歯車を用いた伝達手段（図示せず）を設けた構造とすることも可能である。
【００５６】
上述したように、回転力授与手段38としては、強力なモータによって旋回軸26を回転させる構成としても良いし、切削加工装置の操作者が手動で回転させることであってもよい。どのようにして回転力Frを与えるか、あるいは回転力授与手段38をどのような構成で実現するかは、切削加工の対象によって適宜決定される、単なる設計的事項である。
【００５７】
第1門型フレーム30及び第2門型フレーム32については、図1において両者共に水平方向のフレームを具えた構造として描かれているが、水平方向（X軸方向）のフレーム部分を必ずしも具える必要はない。第1門型フレーム30及び第2門型フレーム32の垂直方向（Z軸方向）のフレーム部分が、それぞれ固定基盤10及び支持テーブル28に変形することなく固定されていればよい。
【００５８】
＜第2実施例＞
図2から図6を参照して、第2実施例について説明する。図2及び図3は、それぞれ、第2実施例の切削加工装置の概略的構成を示す正面図及び側面図である。
【００５９】
被切削加工物68は、回転テーブル44に設置され、ステージ42によって、主軸スピンドル72との相対位置関係が決められる。主軸スピンドル72に装着される工具70はエンドミルであるものとして、以下説明するが、これに限らずドリル、フライスカッター、バイト、フライカットツール、砥石や研磨工具等であっても以下の説明は同様に成り立つ。
【００６０】
エンドミルに対しては、その切削加工部分である先端の位置が、被切削加工物68の加工面（X-Y平面とする。）に対して並進移動でき、かつX-Y平面に垂直の方向（Z軸方向とする。）にも並進移動できる構成とする必要がある。又、被切削加工物68は、加工中に、Z軸に平行な軸の周りに回転させる必要が生じる場合もある。これらの要請に応えるために、ステージ42は、被切削加工物68を固定して保持する回転テーブル44と、X軸スライダー52と、Z軸スライダー46とを含む。回転テーブル44は、以後の説明においてC軸ロータリーテーブルということもある。
【００６１】
回転テーブル44は、Z軸に平行な方向の回転軸に対して、θ方向に回転するように、上部テーブル64の上面にθ回転面76を具えて構成される。θ方向の回転とは、ここでは、Z軸に平行な回転軸の周りの回転をいうものとする。また、以後の説明において、Z軸に平行な方向の回転軸をC軸ということもある。
【００６２】
また回転テーブル44は、Y軸方向にスライドして並進移動するとともに、θ方向に回転することが可能なように上部テーブル64に設置される。具体的には、上部テーブル64は、Y軸ステージ66が上部テーブル64上でY軸方向にスライドさせて並進移動されるようにY軸スライドガイド74が形成されている。特に、回転テーブル44は、θ方向に回転する構成とする必要があるので、Y軸ステージ66と回転テーブル44は、互いの接触面が摺動するように構成する。
【００６３】
すなわち、Y軸ステージ66と回転テーブル44との、互いの接触面がθ回転面76である。回転テーブル44はY軸ステージ66の回転テーブル側44に設けられた、C軸方向の回転軸の回りを回転できるように構成すればよい。回転テーブル44の回転機構としては、例えば、回転モータとラック、ピニオン、及び、または、歯車を用いた回転伝達機構を用いて構成することができ、その構成は、従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６４】
Y軸スライドガイド74は、上部テーブル64のY軸ステージ66側の表面に設けられていて、例えば、断面形状が矩形又は三角形のリッジの形態を有する。一方、Y軸ステージ66には、上部テーブル64との対向面に、これらリッジ74に噛み合う溝を形成して、リッジに対して摺動するように構成されている。回転テーブル44は、市販のロータリーテーブルを用いて構成することができる。この回転テーブル44も、第1実施例の場合と同様に、被切削加工物を固定する締結・解放の制御が可能な機械的把持固定手段、磁力固定手段、冷凍チャック、あるいは、真空固定手段を具えている。
【００６５】
X軸スライダー52は、主軸スピンドル支持体73によって、主軸スピンドル72が固定され、そして、X軸スライドガイド78を滑らかにスライドできるように設けられている。Z軸スライダー46は、門型フレーム50の縦方向のフレーム部分に左右対称に設けられ、門型フレーム50のこれらフレーム部分を滑らかにスライドできるように設けられている。
【００６６】
以上説明したように、ステージ42は、エンドミルの先端位置がX-Y-Z方向に並進移動でき、又、Z軸に平行な軸の周りに回転させるための構成部分を指している。すなわち、第2実施例では、ステージ42は、上部テーブル64と、Y軸ステージ66と、回転テーブル44と、X軸スライダー52と、X軸スライドガイド78と、Z軸スライダー46と、門型フレーム50とを含んで形成される。
【００６７】
このステージ42は、主軸スピンドル72と結合して結合構造体136を構成している。回転テーブル44と主軸スピンドル72の両者の結合は、他の構成部材を介在させて間接的に行っている。他の構成部材とは、具体的には、X軸スライダー52、X軸スライドガイド78、Z軸スライダー46、門型フレーム50、上部テーブル64及びY軸ステージ66等を指す。
【００６８】
この発明の切削加工装置は、この結合構造体136に対して、第1実施例の場合と同様に、主軸スピンドル72の向きを変える回転を与えて、この結合構造体136の姿勢を変えるステージ姿勢変更手段を具えている。
【００６９】
第2実施例では、このステージ姿勢変更手段をフープシェーカー54で構成している。以下、フープシェーカー54の構成例につき説明する。フープシェーカー54は、フープ56と、テーブル回転転がり軸受け部60と、下部テーブル62と、フープ回転ローラ58と、ローラ支持体59と、固定部すなわちストッパー86とを主として具えている。フープ56は、円環状の形態をしていて、この円環の中心を回転中心として、外力により回転が与えられて、このフープ56と結合されている結合構造体136を回転させるものである。
【００７０】
結合構造体136のステージ42は、上部テーブル64の上面に形成され、上部テーブル64は、フープシェーカー54の下部テーブル62と、テーブル回転転がり軸受け部60によって結合されている。上部テーブル64は、テーブル回転転がり軸受け部60によって、下部テーブル62に対して、テーブル面（図2におけるX-Y面）に垂直な方向の回転軸に対して回転できる構成となっている。このテーブル回転転がり軸受け部60による回転機構と、上述のフープシェーカー54による回転機構とによって、主軸スピンドル72の主軸の重力に対する方向を自在に変化させることが可能となる。
【００７１】
すなわち、テーブル回転転がり軸受け部60による回転機構によって、図2及び図3におけるX-Y面に垂直な方向の回転軸に対して回転でき、かつフープシェーカー54による回転機構によって、図2におけるY軸方向に平行な方向の回転軸に対して回転できる構成となる。このようにX-Y面に垂直な方向の回転軸に対して回転でき、かつY軸方向の回転軸に対して回転できることによって、主軸スピンドルの主軸及び被切削加工物68の加工面の重力に対する方向を、共に変化させることが可能となる。
【００７２】
ただし、ステージ42を、上部テーブル64と下部テーブル62とを、テーブル回転転がり軸受け部60によって結合した構成とすることは、この発明を実施するうえで必須事項ではない。上部テーブル64と下部テーブル62とを一体として形成しても良い。上部テーブル64を、下部テーブル62に対して、テーブル面に垂直な方向の回転軸に対して回転できる構成とすることによって、切削加工の種類によっては、より使用しやすい装置とすることができる。
【００７３】
下部テーブル62とフープ56とは、例えば、溶接によって固定されている。図2、図6及び図7ではこの溶接固定部を太線で示してある。
【００７４】
フープ56は、図2において1つだけ描かれているが、実際は平行に同一半径のフープが2つ結合されて構成される。この様子を、図3を参照して説明する。図3は、第2実施例の切削加工装置の、図2に示したX軸の方向から見た概略的構成図である。フープ56は、平行に同一半径のフープ2つが、フープ固定部80-1及び80-2で結合されて形成されている。フープ固定部は、ここでは、2箇所に設定されているように示されているが、フープの円周方向に沿って等間隔に3つから4つ程度設けるのが良い。
【００７５】
上記2つのそれぞれのフープ56に対してフープ回転ローラ58が、それぞれ設けられている。フープ回転ローラ58は、ローラ支持体59によって回転自在に支持されていて、ローラ支持体59は、固定基盤40に固定されている。従って、フープ56は、外部から手動または他の回転駆動手段からの回転力Frが与えられると、フープ回転ローラ58の助けを受けて、回転可能な構成となっている。
【００７６】
図4を参照して第2実施例の切削加工装置のフープシェーカー固定部の概略的構成を説明する。フープ56に固定されたステージ42は、フープ56がフープ回転ローラ58によって回転されることによってその姿勢が変更されて、その姿勢が変更される。すなわち、ステージ42に固定された主軸スピンドル72、従って、エンドミルなどの工具及び被切削加工物68の重力方向に対する姿勢を、フープ56を回転することによって変更することが可能である。
【００７７】
フープ56を所要の回転量すなわち回転角だけ回転させて、フープ56をその回転位置に何らかの手段で固定する必要がある。すなわち、一般的に、加工中においては、フープ56の回転を止めて、フープ56を固定することによって、ステージ42を固定する必要がある。そこで、図4に示すように、第2実施例の切削加工装置では、固定基盤40にフープ56を固定するためのストッパー86が設置されている。
【００７８】
ストッパー86は、ブレーキ板82及びブレーキ板締め付けねじ84を具えて構成されており、ブレーキ板82によって、フープ56を挟み込む構成となっている。ステージ42の、重力方向に対する姿勢を変える場合、すなわち円形のフープ56をその中心軸の回りに0°〜360°の範囲内で回転させる場合には、ブレーキ板締め付けねじ84を緩めて、ブレーキ板82によって挟み込まれているフープ56を自由に動ける状態とする。また、被加工物をステージ42に装着する時等、ステージ42を固定基盤40に固定する必要がある場合には、ブレーキ板締め付けねじ84を締めることによってフープ56がブレーキ板82によって強く挟み込まれる状態とする。このようにすることで、ブレーキ板82とフープ56との間の摩擦力によって、ステージ42を固定基盤40に固定することができる。
【００７９】
市販のフープシェーカーは、フープ回転手段が一体化されているものが多いが、ここでは、フープシェーカーをフープ回転手段が備わっていないものを指すものとする。これは、第2実施例の切削加工装置の操作者が手動でフープを回すことによって、ステージの姿勢を変更する方が便利な場合もあるからである。すなわち、手動でステージの姿勢を変更するタイプの切削加工装置を構成するには、手動以外の手段でフープ回転をするための手段をあえて具えている必要がないので、このような切削加工装置も第2実施例に含めるために、便宜的に、フープシェーカーとフープ回転手段とを別々に扱った。
【００８０】
＜第3実施例＞
次に、図5を参照して、第3実施例の切削加工装置のステージ姿勢変更手段をフープシェーカーとフープ回転手段とで構成した例について説明する。図5は、第3実施例のステージ姿勢変更手段の概略的構成を示す斜視図である。
【００８１】
図5においては、図面の煩瑣を避けるために、上述したステージ42についてはその詳細を省略し、破線で囲ってその配置される位置を示してある。また、ステージ42を搭載する上部テーブル64、及び下部テーブル62についてもその詳細は省略して示してある。
【００８２】
ステージ姿勢変更手段は、フープ56及びフープ回転ローラ58を有するフープシェーカー54と、このフープ56に外部から回転力を与えるフープ回転手段90とを含んで構成されている。フープシェーカー54には、図5に示すように、ステージ42が固定されている。フープ回転手段90は、姿勢変更力取得手段96及び姿勢変更力授与手段94を具えており、姿勢変更力取得手段96は滑車88とチェーン92とを具えている。すなわち、フープシェーカー54とフープ回転手段90とが固定基盤40を共通基盤として形成されている。
【００８３】
フープシェーカー54にステージ42を固定し、フープシェーカー54とフープ回転手段90とを固定基盤40を共通基盤として設ける構成とすると、ステージ42を固定基盤40に対してその姿勢を変更させるための機構を容易に実現できる。フープ回転手段90は、図5に示した例の他に、いろいろなタイプが考えられるが、基本的な機能は、フープ56を固定基盤40に対して回転させることである。すなわち、フープ56を固定基盤40に対して回転させる機能が実現できるものであれば、フープ回転手段90は、図5に示した構成に限定されるものではない。
【００８４】
既に説明したように、フープ56は、同一半径のフープ2つが、平行にフープ固定部80-1及び80-2で結合されることによって形成されている。フープ固定部のいずれか一箇所（ここではフープ固定部80-1）にチェーン92を結び滑車88を介して姿勢変更力授与手段94に繋がれている。
【００８５】
フープ56は、フープ固定部80-1に結び付けられたチェーン92を引き上げたり引き下ろしたりすることによって、フープ56に固定されているステージ42の姿勢を変更させることができる。すなわち、チェーン92を、滑車88を介して姿勢変更力授与手段94によって引いたり緩めたりすることで、フープ56を回転運動させ、フープ56に固定されているステージ42の姿勢を変更させることができる。
【００８６】
姿勢変更力授与手段94は、モータの回転を歯車によってチェーン92に伝える回転駆動装置として構成することができる。姿勢変更力取得手段96は、滑車88とチェーン92を具えて構成することができる。これら、滑車88、チェーン92及びモータの回転を歯車によってチェーンに伝える構成の姿勢変更力授与手段94は、いずれも市販されているものを利用できる。
【００８７】
上述したように、フープ56に固定されているステージ42は、ある一つの取り得る姿勢から他の取り得る姿勢へと、その姿勢を変更でき、かつ任意の位置でその姿勢を固定することができる。ここで、図6及び図7を参照して、ステージ42を90°及び180°回転した状態を説明する。図6及び図7は、それぞれステージ42が90°及び180°回転した状態（以後、「カッティングポジション」ということもある。）を示している。また図2及び図3に示した状態（以後、「セッティングポジション」ということもある。）は、ステージ42の姿勢の初期状態、すなわち、例えば、主軸スピンドルの回転軸の方向が重力方向と平行な方向を向いた状態を示している。
【００８８】
セッティングポジションは、被切削加工物を取り付けることを含めて、加工開始に当たって、第2実施例の切削加工装置を加工作業が可能な状態にセッティングするのに適している。
【００８９】
セッティング工程が終了したら、ステージ42をセッティングポジションから、90°あるいは180°回転運動させることでその姿勢を変更して、ストッパー86によって固定基盤40に固定する。そして加工工程を実行すれば、加工中に生成される切り屑は、重力によって自然に落下し、加工部分に留まることはない。
【００９０】
セッティング工程終了後、原則的には、上述のように、ステージ42を90°あるいは180°回転運動させてその姿勢を変更して加工工程を実行することで、この発明の切削加工装置の有効性は発揮される。しかしながら、通常は、図2に示すような、テーブル回転転がり軸受け部60が設けられた装置を用い、次のように行うことで、切り屑を装置の外に撒き散らすことなく、全ての切り屑を完全に回収する。
【００９１】
まず、図2において正面側に上下にスライドする、切り屑回収機構を兼ねたカバー(図示せず)を取り付ける。次にセッティング工程が終了したら、ステージ42をセッティングポジションから、上部テーブル64と一緒に、下部テーブル62に対してテーブル回転転がり軸受け部60を介して回転させ（好ましくは90°回転させ）、図2において正面部が左側面を向くようにする。その上で、ステージ42をフープ56の回転により主軸スピンドル72の回転軸の方向が重力方向に対して90°あるいは180°回転運動させることでその姿勢を変更して、ストッパー86によって固定基盤40に固定する。そして加工工程を実行すれば、加工中に生成される切り屑は、重力によって自然に落下し、ステージの本来の正面部に取り付けた屑回収機構を兼ねたカバーにより回収させることができる。従って、切り屑は加工部分に留まることはなく、しかも全ての切り屑が完全に回収される。
【００９２】
フープ56を加工工程においてセッティングポジションから、90°回転するのが望ましいか、180°回転するのが望ましいかは、被切削加工物の形状や、加工形状によって決められる。もちろん、また、フープ56の回転量は、90°あるいは180°に限定されるものではなく0°から180°の範囲内で任意に選択できることは明らかである。
【００９３】
上述した第2及び第3実施例の構成に従って、発明者らが試作した切削加工装置は、ステージ42の外形寸法が幅560 mm、奥行580 mm、高さが650 mmであり、その重さが130 kgである。加工姿勢を変更できない従来の同種の切削加工装置に比べて、その大きさ及び重量が小さいのが特徴である。X軸、Y軸及びZ軸の最高分解能は0.25μｍであり、繰り返し位置決め精度は±0.5μｍである。また、上述したように、Y軸ステージ66上に回転テーブル44（C軸ロータリーテーブル）を搭載している。C軸ロータリーテーブルはC軸を回転軸として、最高回転速度が毎分5,000回転可能である。また、C軸ロータリーテーブルの角度割り出し精度は、0.036°である。主軸スピンドルの回転数は、毎分3,000から40,000回転が可能である。
【００９４】
また、第2及び第3実施例の切削加工装置は、いずれも、主軸スピンドルに砥石を取り付けることが可能な構成としてある。砥石を取り付ければ、砥石による切削加工姿勢を、重力方向に対して変化させることが可能であるので、砥石による、複雑形状の加工に対応することが可能となる。
【００９５】
すなわち、砥石による切削加工においても、エンドミルによる切削加工と同様に、被切削加工物の形状によっては重力方向に対して砥石の加工動作方向が制限されることがある。しかし、この場合でも、第2実施例の切削加工装置によれば、砥石による切削加工姿勢を、重力方向に対して変化させることが可能であるので、対応可能となる。
【００９６】
また、主軸スピンドルにメタルボンド超砥粒砥石を取り付ければ、電解インプロセスドレッシング法（ELID：Elecrtolytic in-process dressing）による研削加工を実施することも可能となる。
【００９７】
次に、工具70として3 mm径の超硬コーティング2枚刃エンドミルを用いて、金属鋼（型番: HPM-38）を対象にしてポケット加工した例を説明する。切削加工中に、エンドミル及び被切削加工物の加工部分の冷却や潤滑の目的で使われることがある、クーラントミストは使わなかった。エンドミルの回転軸の方向を重力方向に対して90°傾けて加工した場合と、傾けずに加工した場合とで、加工中の切りくずの排出状況、切削面の粗さ及び加工後のエンドミルの摩耗について比較した。
【００９８】
加工条件は、エンドミルの回転速度を毎分20,000回転、1回のエンドミルの操作によって加工される加工深さ20μｍ、横送り加工の送り量(Cross Feed）はX軸が500μｍ、Y軸が235μｍ、トータルの加工深さは、1 mmである。エンドミルの送り速度は、Z軸方向には毎分1 mm、X軸及びY軸の方向には毎分80 mmとした。
【００９９】
エンドミルの回転軸の方向を重力方向に対して90°傾けて加工した場合には、切りくずを重力で落下させながら連続的に切削加工ができ、加工面に留まる切りくずの量が少ないことが確認できた。従来の切削加工装置では、切削加工姿勢を変えることができないので、一般にエンドミルの回転軸の方向を重力方向に対して90°傾けて加工することは不可能である。ここでは3 mm径のエンドミルを使用したが、近年、15μｍエンドミルなどのマイクロツールによるミーリング切削加工や、単結晶ダイヤモンドカッターによるサブミクロン、ナノレベルの超精密切削加工が試みられている。特にこうした切削加工では、切り屑の排出がその加工特性や表面精度にさらに重大な影響を及ぼすことから、この発明は極めて多大な効果を発揮することは言うまでもない。
【０１００】
また、上述のように、エンドミルの回転軸の方向を傾けることが可能であるとしても、従来の切削加工装置では、主軸スピンドルやそれを支える部材等が重いので、エンドミルの回転軸の方向を傾けることによって、エンドミルを重力に逆らって移動させることは、エンドミルの移動に使われるサーボモータのトルクの大きさでは困難である。それに対して第2実施例の切削加工装置によれば、主軸スピンドル72やそれを支える部材等の重さは、次に示すように非常に軽く設計されている。
【０１０１】
主軸スピンドル72の重さは1.2 kg、主軸スピンドル72を支える部材の重さは0.6 kg、X軸スライダー52の重さは7.4 kg、Z軸スライダー46の重さは3.6 kg、Y軸ステージ66の重さは5.5 kg、回転テーブル44（C軸ロータリーテーブル）の重さは13.7 kg、門型フレーム50のトータル重量は26.3 kgである。これらのトータル重量は、配線・配管・電気部品等を加えてほぼ130 kgと従来の切削加工装置と比較すると軽量な設計となっている。
【０１０２】
切削面の粗さについては、エンドミルの回転軸の方向を重力方向に対して90°傾けて加工しても、傾けずに加工しても、ほぼ同様の結果であった。また、加工後のエンドミルの摩耗の度合いも十分に小さいことが確かめられた。
【０１０３】
以上説明したように、第2及び第3実施例の切削加工装置の主軸スピンドル72にエンドミルを装着可能であるように設計することで、加工需要の多いポケット加工に有効に対応できる。
【０１０４】
また、回転テーブル44が真空固定手段、締結・解放の制御が可能な機械的固定手段、磁力固定手段あるいは冷凍チャックを具えて形成されていれば、加工が終了した被切削加工物を着脱する工程が簡略化される。加工が終了した段階で被切削加工物を着脱するには、一般にステージ42を切削時とは異なる姿勢に変えて行わなければならない場合が多い。しかし、回転テーブル44が真空固定手段、締結・解放の制御が可能な機械的固定手段、磁力固定手段あるいは冷凍チャックを具えていれば、被切削加工物を加工作業が終了した時点で、容易に取り外すことができる。すなわち、真空固定手段の場合は真空吸引をやめることで被切削加工物をを取り外せる。締結・解放の制御が可能な機械的固定手段の場合は、電気的な制御により機械的締結を解除する、又は、手動によって機械的締結を解除することで被切削加工物をを取り外せる。磁力固定手段の場合は、電磁石の通電を切ることによって磁力による固定手段を解除することで被切削加工物を取り外せる。冷凍チャックの場合は、冷凍チャックを昇温させることで被切削加工物を取り外すことができる。
【０１０５】
また、被切削加工物を回転テーブル44に装着する場合にも、被切削加工物を回転テーブル44の固定手段の装着面に接触させて真空状態とする、磁力を発生させる、あるいは電気的制御可能な機械的固定手段により把持締結することで容易に行える。
【０１０６】
図8(A)及び(B)を参照して、固定手段の一例である真空固定手段の構成及びその機能を説明する。図8(A)は真空固定手段の概略的平面図であり、図8(B)は正面から見た概略的図である。回転テーブル100に被切削加工物102が真空吸引されて固定される。真空吸引固定は、回転テーブル100に形成された真空吸引溝104から真空吸引ノズル106と真空吸引チューブ108を介して真空ポンプによって、回転テーブル100と被切削加工物102との間の空気が吸引されることによって行われる。
【０１０７】
このような構成とすれば、エンドミルの回転軸の方向が重力方向に対して90°の方向に設定されている場合、回転テーブル100の上面、すなわち被切削加工物102が真空吸引によって吸着している面が、重力の方向と平行になっている。従って、真空ポンプの吸引を中止すれば、重力によって被切削加工物102は自然落下するので、被切削加工物102の取り外しが容易に行える。この工程が後述する第3ステップである。もちろん第3ステップにおいては、被切削加工物102がステージへの固定状態を解除されたら自然落下する姿勢にステージを設定されていればよく、必ずしも、エンドミルの回転軸の方向が重力方向に対して90°の方向に向いている姿勢にステージが設定されている必要はない。
【０１０８】
すなわち、後述する第2ステップは、結合構造体136を、主軸スピンドル72の向きを一の向きから360°までの範囲内の他の向きにするように、回転させることによって姿勢変更されて設定された状態で、被切削加工物を切削加工するステップである。
【０１０９】
また、被切削加工物102を回転テーブル100の上面に取り付ける場合にも、被切削加工物102を回転テーブル100の上面に接触させて真空ポンプの吸引を開始することで、容易に取り付けが行える。
【０１１０】
以上説明したように、第2実施例の切削加工装置によれば、主軸スピンドル72の軸方向が重力方向と平行な状態で被切削加工物をステージ42に装着するステップ(第1ステップ)、及び主軸スピンドル72の軸方向が重力方向と垂直から180°の範囲内に設定された状態で被切削加工物を切削加工するステップ(第2ステップ)を実現できる。すなわち、被切削加工物をステージ42に装着する第1ステップは、上述したセッティングポジションで実施され、被切削加工物を切削加工する第2ステップは、上述したカッティングポジションで実施される。
【０１１１】
また、第2ステップでは、主軸スピンドル72の軸方向が、切り屑が重力によって自然に落下する方向に向けられた姿勢で行われる。この姿勢は被切削加工物が、その固定を解かれれば、重力によって自然に落下する姿勢でもある。従って、被切削加工物に対する加工が終了した時点では、被切削加工物のステージへの固定状態を解除することによって、被切削加工物を取り外すステップ（第3ステップ）を実現できる。
【０１１２】
すなわち、第3ステップは、結合構造体136を、第2のステップにおける姿勢の状態のまま、あるいは第2のステップにおける姿勢から、主軸スピンドル72の向きを一の向きから360°までの範囲内の他の向きにするように回転させた姿勢の状態で、被切削加工物を取り外すステップである。
【０１１３】
＜第4実施例＞
図9を参照して、第4実施例の切削加工装置の構成及びその機能を説明する。第4実施例の切削加工装置のステージは、第1、第2及び第3実施例の切削加工装置のステージとその構造が共通している。そこで、ここでは、第1、第2及び第3実施例と比べて第4実施例の異なる構成部分のみを説明し、共通する構成部分についての説明は省略する。
【０１１４】
第4実施例の切削加工装置は、ステージ42及びこのステージ42を固定するテーブル112が、筐体110内に設置された構成である。テーブル112は、第1実施例の切削加工装置における支持テーブル28に相当し、第2及び第3実施例の切削加工装置における上部テーブル64に相当する。この他、ステージ42及びこれに付随する構成は、第1、第2及び第3実施例の切削加工装置と同様である。直方体形状をした筐体110は、その全ての側面を底面にして設置することができるように、支持足116が筐体110の全ての側面に具えられている。この筐体110は、ステージ42の調整やその他の作業を行うためのアクセス用窓（空間）を具えた構造とするのが良い。従って、この筐体110には、枠体で筐状に構成されたものも含むものとする。
【０１１５】
第4実施例の切削加工装置における、筐体110に対応する部分は、第1、第2及び第3実施例の切削加工装置の次の部分と、それぞれ対応する。すなわち、第1実施例の切削加工装置においては、第1門型フレーム30及び第1門型フレーム30を固定している固定基盤10とで構成される構成部分が筐体110に対応する。また、第2及び第3実施例の切削加工装置においては、フープ56及びフープ回転ローラ58を具えて構成されるフープシェーカー54に相当する部分が筐体110に対応する。また、第2及び第3実施例における固定基盤40は、第4実施例においては、切削加工装置が設置される床等の設置面に対応する。
【０１１６】
切削加工装置を、図9に示す構成とすれば、筐体110のどの側面を装置の底面として選択するかによって、ステージ42の姿勢を変化させることができる。この場合は、ステージ姿勢変更手段としてフープシェーカー54が採用されている第2実施例の切削加工装置のように、ステージ42の姿勢を、ステージ姿勢変更手段による回転量を、0°から180°の範囲内で連続的に任意に選択することはできないが、0°、90°及び180°のいずれかの姿勢に変化させることができる。また、第1実施例におけるX軸をを回転軸とする回転も同様である。
【０１１７】
実際の加工では、ステージ42の姿勢を初期状態、例えば、セッティングポジションから0°、90°及び180°変化した姿勢のいずれかに選択できれば十分な場合が多い。また、第2及び第3実施例の切削加工装置よりも第4実施例の切削加工装置の方がより構成が簡単であり、一層コンパクトに設計することができるという利点もある。また、工場内における加工製品あるいは半加工製品の工程間の連携の都合に応じて、切削加工装置を横型あるいは縦型に変更して対応する場合にも、ステージ42の姿勢変化の量を、0°、90°及び180°のいずれかとすることができれば十分である場合が多い。この場合にも、第4実施例の切削加工装置によれば、必要に応じて筐体110の側面を自在に底面となるように選択するだけで、簡単にステージ42の姿勢変化の量を0°、90°及び180°のいずれかに設定することができるという簡便さがある。
【０１１８】
切削加工装置のステージは、上述のとおり、第1、第2及び第3実施例の切削加工装置のステージとその構造が共通しているので、ここでは、第1実施例の切削加工装置のステージを基にして、第4実施例の切削加工装置のステージ及び結合構造体との関係の特徴を説明する。
【０１１９】
第4実施例の切削加工装置のステージは、第1実施例と同様に、他の構成部材を介在させて間接的に主軸スピンドルと結合して結合構造体を構成し、主軸スピンドルと被切削加工物との相対位置関係を決める。
【０１２０】
主軸スピンドル及びステージを一体として姿勢変更させることは、結合構造体を回転させることによって実現する。この結合構造体の回転は、第1実施例においては、ステージ姿勢変更手段14によって行われた。しかし、第4実施例においては、筐体110のどの側面を装置の底面として選択するかによって、主軸スピンドル及びステージを一体とした姿勢変更が実現される。すなわち、切削加工装置の作業者が筐体110のどの側面を装置の底面として床等の設置面に置くかによって、主軸スピンドルの向きの変更が実現される。このように、この発明の切削加工装置においては、ステージ姿勢変更手段を、第1、第2及び第3実施例のように、具体的な構造物によって実現する場合の他、第4実施例のように、単に筐体110といったような単純な構成体も含むものとする。
【０１２１】
第1実施例においては旋回軸26を回転支軸として旋回させることによって、また第2及び第3実施例においてはフープ56を回転させることによって、切削加工装置におけるステージ姿勢の変更が行われたのに対して、第4実施例においては、この回転の意味が多少異なる。
【０１２２】
すなわち、第1、第2及び第3実施例においては、この回転が、空間的にその位置を変えない回転軸の周りの回転であったのに対して、第4実施例においては、回転軸も回転と同時に並進移動する。しかし、この場合であっても、主軸スピンドルの向きが重力方向に対して回転している点においては共通する上、回転軸も回転と同時に並進移動するかしないかは、この発明によって得られる効果に対しては、何ら影響しない。そこで、この発明においては、主軸スピンドルの回転との意味合いを、その回転軸が回転と同時に並進移動するか否かによっては区別しないものとする。
【０１２３】
図10(A)及び(B)を参照して、上述の、回転軸も回転と同時に並進移動するとの意味を詳しく説明する。図10(A)及び(B)においては、床200に第4実施例の切削加工装置が置かれており、ステージ姿勢変更手段としての機能を有する筐体110を回転させることによって、結合構造体の姿勢変更を行う様子を説明するための概略図である。結合構造体の姿勢変更を説明するために、主軸スピンドルの向きを矢印180によって示してある。
【０１２４】
図10(A)は、ステージ姿勢変更手段としての機能を有する筐体110を、一旦垂直に持ち上げて、90°回転した後、再び筐体110を垂直に下げて床200に戻してその姿勢を設定した場合を示している。この場合は、主軸スピンドルの向きを表す矢印180は、並進移動を伴わずに回転移動だけが実行されている。
【０１２５】
一方、図10(B)は、筐体110を図に示すように、床200上を右側に向かって90°転がすことによって、主軸スピンドルの向きを表す矢印180の向きが、重力の向きと90°の角度をなすように筐体110の姿勢を変更した場合を示している。この場合には、主軸スピンドルの向きを表す矢印180は、並進移動を伴って回転移動が実行されている。
【０１２６】
図10(A)及び(B)に示すいずれの場合においても、主軸スピンドルの向きを表す矢印180の向きを、重力の向きに対して平行な状態から90°回転した状態に変更している。すなわち、図10(A)及び(B)に示すいずれの場合であっても、主軸スピンドルの向きが重力方向に対して回転している点においては共通している。このため、切削加工中に発生する切り屑を重力によって自然に落下することができる方向に被切削加工物の加工面が向くように、ステージを含めて加工具と一体としてその加工姿勢を変更するという目的は、図10(A)及び(B)のいずれに示す姿勢変更によっても達成される。
【０１２７】
すなわち、上述した図10(A)及び(B)に示すいずれの方法によっても、主軸スピンドルの向きを変えるという姿勢変更が実現できる。したがって、上述したいずれの方法によって、主軸スピンドルの向きを変えるかは、工場内における加工製品あるいは半加工製品の工程間の連携の都合等も含めて総合的に勘案されて決定される。
【０１２８】
また、第1、第2、第3あるは第4実施例の切削加工装置のいずれを採用するかは、被切削加工物あるいは加工の工程等を総合的に勘案して決定すべき事項である。なお、図示しない実施形態として、例えば図9に示す筐体110を球状（所定の位置で固定できるストッパーを含む。）とすることで任意の角度に姿勢をセッティングでき、また工程の改変時にも可搬性の著しい向上が期待できるなど、この発明の実施形態としては主旨を逸脱しない範囲で様々な方式をとることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】第1実施例の切削加工装置の概略的構成を示す斜視図である。
【図２】第2実施例の切削加工装置の概略的構成を示す正面図である。
【図３】第2実施例の切削加工装置の概略的構成を示す側面図である。
【図４】フープシェーカー固定部の概略的構成図である。
【図５】第3実施例のフープ回転手段の概略的構成図である。
【図６】4軸ステージを90°姿勢変更した状態を示す図である。
【図７】4軸ステージを180°姿勢変更した状態を示す図である。
【図８】真空固定手段の概略的構成図である。
【図９】第4実施例の切削加工装置の概略的構成を示す斜視図である。
【図１０】第4実施例の切削加工装置の主軸スピンドルの向きを変える回転の説明に供する図である。
【符号の説明】
【０１３０】
10、40：固定基盤
12、42：ステージ
14：ステージ姿勢変更手段
16、52：X軸スライダー
18、46：Z軸スライダー
20、44、100：回転テーブル
22、72：主軸スピンドル
23、73：主軸スピンドル支持体
24、70：工具
26：旋回軸
28：支持テーブル
30：第1門型フレーム
32：第2門型フレーム
34、68、102：被切削加工物
36、136：結合構造体
38：回転力授与手段
48、78：X軸スライドガイド
50：門型フレーム
54：フープシェーカー
56：フープ
58：フープ回転ローラ
59：ローラ支持体
60：テーブル回転転がり軸受け部
62：下部テーブル
64：上部テーブル
66：Y軸ステージ
74：Y軸スライドガイド
76：θ回転面
80-1、80-2：フープ固定部
82：ブレーキ板
84：ブレーキ板締め付けねじ
86：ストッパー
88：滑車
90：フープ回転手段
92：チェーン
94：姿勢変更力授与手段
96：姿勢変更力取得手段
104：真空吸引溝
106：真空吸引ノズル
108：真空吸引チューブ
110：筐体
112：テーブル
116：支持足
200：床
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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