(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に対して相対的に三次元方向に移動するとともに軸周りに回転する主軸に保持された切削加工用の加工工具によって、ツールパスデータを含む切削データに基づいて被加工物を切削加工して、所望の形状の三次元造形物を作製する加工装置において、
刃先に代えて研磨剤をしみ込ませることが可能な研磨部を備え、前記主軸に保持可能な研磨用加工工具と、
前記研磨用加工工具が保持された主軸の移動速度および回転数と前記ツールパスデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された移動速度によって前記ツールパスデータに従って前記研磨用加工工具が保持された主軸を移動するとともに、前記記憶手段に記憶された回転数によって前記研磨用加工工具が保持された主軸を回転する制御手段と、
前記研磨用加工工具の前記研磨部にしみ込ませる研磨剤を貯留した研磨剤容器と
を有し、
前記記憶手段は、前記研磨剤容器の位置情報と、前記研磨用加工工具が保持された主軸を連続して移動することを許容する連続研磨距離とを記憶し、
前記制御手段は、前記研磨用加工工具が保持された主軸の移動距離が前記連続研磨距離を超えたときに、前記位置情報に基づいて前記研磨用加工工具が保持された主軸を前記研磨剤容器へ移動して、前記研磨剤容器に貯留された研磨剤中に前記研磨用加工工具の前記研磨部を移動する
ことを特徴とする加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工装置に関し、さらに詳細には、マイクロコンピューターなどによる数値制御により、切削データに基づいて加工工具により被加工物を三次元で切削加工する加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、マイクロコンピューターなどによる数値制御により、切削データに基づいて、シャンクの先端に刃先を備えたエンドミルなどの加工工具により被加工物を三次元で切削加工して、所望の形状の三次元造形物を作製する加工装置が知られている。
【０００３】
こうした加工装置においては、加工工具のシャンクが取り付けられた主軸と、被加工物が載置されるテーブルとが、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向に移動するなどして、加工工具の刃先とテーブルに載置される被加工物との相対的な位置関係を三次元で変化するようにしている。
【０００４】
そして、切削データに基づいて、主軸において加工工具を回転した状態で、当該加工工具の刃先を被加工物に当接させながら、主軸およびテーブルを移動することにより、加工工具の刃先によって被加工物を所望の形状に切削加工して、三次元造形物を作製するようにしている。
【０００５】
ところで、こうした加工装置は、被加工物として透明なアクリル板などの樹脂材料を用い、この樹脂材料を切削加工することによりマイクロ流路を作製する際においても使用される。
【０００６】
このような透明なアクリル板などの樹脂材料を使用してマイクロ流路を作製する際には、加工工具の刃先により樹脂材料に浅い溝を切削加工してマイクロ流路を形成することになる。
【０００７】
しかしながら、加工工具の刃先により樹脂材料に浅い溝を切削加工すると、その切削加工面が白濁化してしまい、そのままの状態ではマイクロ流路を通過する物質を目視により確認する際に支障をきたすこととなっていた。
【０００８】
このため、従来は、白濁化した切削加工面を透明化するために、研磨剤をしみ込ませた綿棒を使用して、作業者が手作業で白濁化した切削加工面の研磨を行っていた。
【０００９】
上記したように、従来の技術によれば、白濁化した切削加工面を透明化するための処理を作業者による手作業で行っていたため、白濁化したマイクロ流路の合計面積によっては膨大な作業時間を作業者に強いることになって作業者の負担が増大するとともに、作業者の人件費の増加に伴うコスト高を招来するという問題点があった。
【００１０】
なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、作業者の人手による白濁化した切削加工面の研磨作業を廃して、作業者の負担を軽減するとともに、作業者の人件費の増加に伴うコスト高を抑制するようにした加工装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明による加工装置は、被加工物に対して相対的に三次元方向に移動するとともに軸周りに回転する主軸に保持された切削加工用の加工工具によって、ツールパスデータを含む切削データに基づいて被加工物を切削加工して、所望の形状の三次元造形物を作製する加工装置において、刃先に代えて研磨剤をしみ込ませることが可能な研磨部を備え、上記主軸に保持可能な研磨用加工工具と、上記研磨用加工工具が保持された主軸の移動速度および回転数と上記ツールパスデータを記憶する記憶手段と、上記記憶手段に記憶された移動速度によって上記ツールパスデータに従って上記研磨用加工工具が保持された主軸を移動するとともに、上記記憶手段に記憶された回転数によって上記研磨用加工工具が保持された主軸を回転する制御手段とを有するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明による加工装置は、上記した本発明による加工装置において、さらに、上記研磨用加工工具の上記研磨部にしみ込ませる研磨剤を貯留した研磨剤容器を備え、上記記憶手段は、上記研磨剤容器の位置情報と、上記研磨用加工工具が保持された主軸を連続して移動することを許容する連続研磨距離とを記憶し、上記制御手段は、上記研磨用加工工具が保持された主軸の移動距離が上記連続研磨距離を超えたときに、上記位置情報に基づいて上記研磨用加工工具が保持された主軸を上記研磨剤容器へ移動して、上記研磨剤容器に貯留された研磨剤中に上記研磨用加工工具の上記研磨部を移動するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上説明したように構成されているので、作業者が人手により白濁化した切削加工面の研磨作業を行う必要がなくなり、作業者の負担が軽減されるとともに、作業者の人件費の増加に伴うコスト高を抑制することができるようになるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明による加工装置の概略構成斜視説明図である。
【図２】図２（ａ）は、刃先に代えてシャンクの先端部に研磨用の繊維材料を配設した研磨部を備えた綿棒様の加工工具である研磨用加工工具の説明図であり、また、図２（ｂ）は、研磨剤容器に貯留された液状の研磨剤に研磨用加工工具を浸けた状態を示す一部破断説明図である。
【図３】図３は、研磨処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】図４（ａ）は、研磨処理における研磨動作を示す一部破断説明図であり、また、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ矢視概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による加工装置の実施の形態の一例を詳細に説明することとする。
【００１７】
図１には、本発明による加工装置の概略構成斜視説明図が示されている。
【００１８】
この図１に示す加工装置１０は、固定系のベース部材１２と、ベース部材１２の左右両端でベース部材１２に直交して立設された側方部材１４Ｌ、１４Ｒと、ベース部材１２の後端でベース部材１２に直交して立設するとともに、左右２つの側方部材１４Ｌ、１４Ｒを連結する後方部材１６とを備えている。
【００１９】
ガイドレール１８が、その両端をそれぞれ側方部材１４Ｌ、１４Ｒに支持されて、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向に延長されて配設されている。
【００２０】
シャフト２０が、その両端をそれぞれ側方部材１４Ｌ、１４Ｒに支持されて、ガイドレール１８と平行となるようにＸ軸方向に延長されて配設されている。
【００２１】
キャリッジ２０が、ガイドレール１８ならびにシャフト２０にそれぞれに摺動自在に装着されて、Ｘ軸方向に移動自在に支持されている。
【００２２】
キャリッジ２２には、Ｚ軸方向に移動自在に配設されるとともに、シャンクの先端部に刃先を備えたエンドミル、ドリル、バイトなどの切削加工用の加工工具や、刃先に代えてシャンク１１０ａの先端部に研磨用の繊維材料などを配設した綿棒様の研磨部１１０ｂを備えた加工工具である研磨用加工工具１１０（図２（ａ）を参照する。）をＺ軸周りに回転自在に保持する主軸２４が配設されている。
【００２３】
ここで、研磨用加工工具１１０は、シャンク１１０ａの先端部に刃先に代えて綿棒様の研磨部１１０ｂを設けた点においてのみ、従来より公知の切削加工用の加工工具と異なるが、その他の構成については従来より公知の切削加工用の加工工具と同一である。
【００２４】
研磨部１１０ｂの径ｄは、従来より公知の切削加工用の加工工具の刃先の径と略同一とされている。
【００２５】
なお、図１および図２（ａ）は、研磨用加工工具１１０のシャンク１１０ａの基端部１１０ａａを主軸２４のチャック２４ａに保持し、主軸２４に研磨用加工工具１１０を保持した場合を示している。
【００２６】
ベース部材１２上には、Ｙ軸方向に延長した一対のガイドレール２６が平行に配設されている。
【００２７】
テーブル２８は、ガイドレール２６に摺動自在に配設されてＹ軸方向に移動自在に支持されており、その上面２８ａに被加工物１００が載置される。こうした被加工物１００は、例えば、透明なアクリル板などの樹脂材料である。
【００２８】
テーブル２８の上面２８ａには、上記した切削加工用の加工工具や研磨用加工工具１１０を収容するツールボックス３０が配設されている。このツールボックス３０には、切削加工用の加工工具と研磨用加工工具１１０とが少なくとも１本づつ収容されている。
【００２９】
なお、この加工装置１０は、シャンクの基端部を主軸２４のチャック２４ａに保持している切削加工用の加工工具や研磨用加工工具１１０をツールボックス３０に戻して、主軸２４のチャック２４ａから保持していた切削加工用の加工工具や研磨用加工工具１１０を取り外すとともに、ツールボックス３０に収容されている切削加工用の加工工具や研磨用加工工具１１０のいずれかを選択して、選択した切削加工用の加工工具や研磨用加工工具１１０のシャンクの基端部を主軸２４のチャック２４ａに保持することにより、主軸２４に選択した切削加工用の加工工具や研磨用加工工具１１０を保持させる処理を自動的に行う機能を備えている。
【００３０】
こうした機能は、例えば、特開平９−３１４４３５号公報や特開２００２−３４５８４４号公報などを利用した従来より周知の技術であって、オートツールチェンジャー機能として広く知られている。
【００３１】
従って、こうしたオートツールチェンジャー機能については、従来より公知の技術を適用することができるので、その詳細な構成および作用の説明は省略する。
【００３２】
また、テーブル２８の上面２８ａには、上面１２０ａが開口するとともに、内部に液状の研磨剤１２２を貯留した研磨剤容器１２０が配設されている（図２（ｂ）を参照する。）。
【００３３】
研磨剤容器１２０は、上面１０２ａが開口した箱状の容器であり、少なくとも研磨用加工工具１１０の研磨部１１０ｂを浸けることが可能な深さの研磨剤を貯留できる深さＨを有する。
【００３４】
なお、研磨剤１２２としては、従来より公知の種々の研磨剤を適宜に選択することができる。
【００３５】
テーブル２８の上面２８ａへの被加工物１００、ツールホルダー３０ならびに研磨剤容器３０の固定は、例えば、両面テープなどを用いておこなえばよい。
【００３６】
なお、本実施の形態による加工装置１０においては、ツールボックス３０は側方部材１４Ｌ近傍に配設され、主軸２４に保持された切削加工用の加工工具や研磨用加工工具１１０を上方側からツールボックス３０に配置可能なように構成されている。
【００３７】
また、本実施の形態による加工装置１０においては、研磨剤容器１２０は側方部材１４Ｒ近傍に配設され、主軸２４に保持された研磨用加工工具１１０の研磨部１２０ｂを、上方側から研磨剤容器１２０の開口部１２０ａを通って研磨剤１２２内に浸けることが可能なように構成されている。
【００３８】
この加工装置１０は、作業者の操作パネル１３０の操作に基づく情報がマイクロコンピューター３２に入力され、操作パネル１３０から入力される作業者の操作に基づく情報に従って、その全体の動作をマイクロコンピューター３２により制御される。
【００３９】
この操作パネル１３０からは、従来より公知の技術による作業者の操作に基づく情報の入力の他に、以下の（１）〜（７）に示す作業者の操作に基づく情報を入力することができる。
【００４０】
（１）研磨用加工工具１１０により被加工物１００の切削加工面１００ａ（図４（ａ）（ｂ）を参照する。）を研磨する処理（なお、本明細書においては、研磨用加工工具１１０により被加工物１００の切削加工面１００ａを研磨する処理を、単に「研磨処理」と適宜に称する。）の開始の指示
【００４１】
（２）研磨処理を行う際における研磨用加工工具１１０を保持した主軸２４の移動速度
【００４２】
（３）研磨処理を行う際における研磨用加工工具１１０を保持した主軸２４のＺ軸周りの回転数
【００４３】
（４）研磨処理を行う際における研磨用加工工具１１０を保持した主軸２４が連続して移動することを許容する距離（なお、本明細書においては、研磨処理を行う際における研磨用加工工具１１０を保持した主軸２４が連続して移動することを許容する距離を、「連続研磨距離」と適宜に称する。）
【００４４】
（５）研磨剤容器１２０のテーブル２８上における位置
【００４５】
（６）ツールホルダー３０に配置されている研磨用加工工具１１０の位置
【００４６】
（７）研磨処理する対象の切削加工面１１０ａを形成した切削データのツールパスデータ
【００４７】
なお、操作パネル１３０から入力される作業者の操作に基づく上記（２）〜（７）の情報は、マイクロコンピューター３２の記憶部３２ｂに記憶される。
【００４８】
次に、この加工装置１０の動作について説明すると、主軸２４は、キャリッジ２２を介してＸ軸方向に移動可能であるため、主軸２４および主軸２４に保持された切削加工用の加工工具や研磨用加工工具１１０は、キャリッジ２２においてＺ軸方向で移動するとともに、キャリッジ２２を介してＸ軸方向に移動する。
【００４９】
従って、加工装置１０では、Ｙ軸方向で移動するテーブル２８と、Ｘ軸方向およびＺ軸方向で移動する主軸２４との位置関係を相対的に三次元で変更することが可能な構成となっている。
【００５０】
また、主軸２４は、切削加工用の加工工具や研磨用加工工具１１０を保持して、モーター３８の駆動により、保持した切削加工用の加工工具や研磨用加工工具１１０をＺ軸周りに回転する。
【００５１】
即ち、主軸２４は、被加工物１００に対して相対的に三次元方向に移動するとともに軸周りに回転する。
【００５２】
そして、加工装置１０においては、マイクロコンピューター３２の制御により、作製する所望の三次元造形物の形状に対応した切削データに基づいて、テーブル２８の上面２８ａに載置された被加工物１００に対して切削加工用の加工工具により切削加工処理が行われる。
【００５３】
なお、こうした加工装置１０における切削加工用の加工工具による切削加工処理は、従来より公知の技術を適用することができるので、その詳細な構成および作用の説明は省略する。
【００５４】
また、加工装置１０においては、図４（ａ）（ｂ）に示すように、切削加工用の加工工具により切削加工処理が行われた被加工物１００の切削加工面１００ａを、研磨用加工工具１１０により研磨する研磨処理が行われる。
【００５５】
マイクロコンピューター３２は、切削加工する際における切削加工用の加工工具の移動の道筋たるツールパスを示すデータ（ツールパスデータ）などを含む切削データに基づいて、主軸２４、キャリッジ２２およびテーブル２８の動作を制御して、主軸２４をＸＹＺ直交座標系における任意の位置へ移動するとともに主軸２４のＺ軸周りの回転を制御する制御部３２ａと、ツールパスデータなどを含む切削データなどの各種の情報を記憶する記憶部３２ｂと、研磨用工具１１０により被加工物１００を研磨処理するように制御する研磨処理制御部３２ｃとを備えている。
【００５６】
研磨処理制御部３２ｃは、キャリッジ２２、主軸２４およびテーブル２８の移動を制御して、主軸２４のチャック２４ａに保持された研磨用加工工具１１０により、切削加工用の加工工具により切削加工された被加工物１００の切削加工面１００ａを研磨するように制御する。
【００５７】
なお、研磨用加工工具１１０による研磨とは、主軸２４によりＺ軸周りに回転される研磨用加工工具１１０の研磨部１１０ｂにより、被加工物１００の切削加工面１００ａを擦る動作である。
即ち、研磨処理制御部３２ｃは、記憶部３２ｂに記憶された情報、具体的には、ツールパスデータと操作パネル１３０から入力された上記（２）〜（７）に示す情報に基づいて、主軸２４に研磨用加工工具１１０を取り付けて、ツールパスデータに従って主軸２４を移動させ、被加工物１００の切削加工面１００ａを研磨する制御を行う。
【００５８】
以上の構成において、加工装置１０により被加工物１００の切削加工面１１０ａの研磨処理を行う場合には、作業者は操作パネル１３０から上記（２）〜（７）の情報をマイクロコンピューター３２へ入力して、上記（２）〜（７）の情報を記憶部３２ｂに記憶させる。
【００５９】
それから、作業者が操作パネル１３０から上記（１）の情報をマイクロコンピューター３２に入力すると、研磨処理制御部３２ｃの制御により、切削用加工工具１１０を用いた研磨処理が実行される。
【００６０】
以下、図３に示すフローチャートを参照しながら、切削用加工工具１１０を用いた研磨処理について詳細に説明する。
【００６１】
図３のフローチャートには、本発明による加工装置１０による切削用加工工具１１０を用いた研磨処理の処理ルーチンが示されている。
【００６２】
この研磨処理は、作業者が操作パネル１３０から上記（１）の情報をマイクロコンピューター３２に入力すると起動し、作業者が操作パネル１３０から入力した上記（２）〜（７）の情報に基づいて加工装置１０が動作するように初期設定を行う（ステップＳ３０２）。
【００６３】
この初期設定には、公知のオートツールチェンジャー機能を用いて、上記（６）の情報に基づいて研磨用加工工具１１０を主軸２４のチャック２４ａに取り付ける処理も含まれる。
【００６４】
上記した初期設定の処理を終了すると、上記（７）の情報が示すツールパスデータが存在するか否かを判断する（ステップＳ３０４）。
【００６５】
このステップＳ３０４の処理において、上記（７）の情報が示すツールパスデータが存在しないと判断された場合には、この研磨処理を終了する。
【００６６】
一方、ステップＳ３０４の処理において、上記（７）の情報が示すツールパスデータが存在すると判断された場合には、ステップＳ３０６へ進み、上記（５）の情報に基づいて、主軸２４に取り付けられた研磨用加工工具１１０を研磨剤容器１２０に移動して、研磨用加工工具１１０の研磨部１１０ｂに研磨剤をしみ込ませる。
【００６７】
ステップＳ３０６の処理を終了すると、ステップＳ３０８の処理へ進み、上記（７）の情報が示すツールパスデータの読み出しを開始し、上記（２）〜（４）の情報に基づいて、主軸２４に取り付けられた研磨用加工工具１１０を読み出したツールパスに従って移動して研磨動作を行う（ステップＳ３１０）。
【００６８】
ここで、ツールパスは研磨対象の切削加工面１１０ａを切削加工した際のものであり、また、主軸２４に取り付けられた研磨用加工工具１１０の研磨部１１０ｂの径は、切削加工面１１０ａを切削加工した切削加工用の加工工具の径と略同一である。
【００６９】
従って、研磨対象の切削加工面１１０ａを切削加工した際のツールパスで研磨用加工工具１１０を移動することにより、研磨用加工工具１１０が切削加工面１１０ａに当接して、自動的に切削加工面１１０ａの研磨が行われる。
【００７０】
また、上記（２）（３）の情報に基づいて研磨用加工工具１１０の移動速度とＺ軸周りの回転数とが設定されるため、通常の切削加工とは異なる切削加工面１１０ａの研磨に適したものに設定することできる。
【００７１】
そして、研磨動作による主軸２４の移動距離が上記（４）の情報に示す連続研磨距離を超えるか否かが監視されており（ステップＳ３１２）、研磨動作による主軸２４の移動距離が上記（４）の情報に示す連続研磨距離を超えない場合には、上記（７）の情報が示すツールパスデータの読み出しを継続して研磨動作を行う。
【００７２】
一方、ステップＳ３１２の処理において、研磨動作による主軸２４の移動距離が上記（４）の情報に示す連続研磨距離を超えたと判断されると、ステップＳ３０６へ戻り、上記（５）の情報に基づいて、主軸２４に取り付けられた研磨用加工工具１１０を研磨剤容器１２０に移動して、研磨用加工工具１１０の研磨部１１０ｂに研磨剤をしみ込ませる処理を行った後に、ステップＳ３０８以降の処理を繰り返す。
【００７３】
そして、ステップＳ３０８の処理においてツールパスデータの読み出しを終了したと判断されると、この研磨処理を終了する。
【００７４】
以上において説明したように、本発明による加工装置１０は、切削加工面１１０ａを研磨するための新たなデータを作成することなく、切削加工面１１０ａを形成した際のツールパスデータをそのまま用いて研磨処理を自動的に行うことができるので、人手による研磨作業の必要がない。
【００７５】
また、研磨処理の際には、研磨用加工工具１１０の移動速度やＺ軸周りの回転数を切削加工面１１０ａの研磨に適したものに設定することできるとともに、連続研磨距離を設定することにより適宜のタイミングで研磨用加工工具１１０の研磨部１１０ｂに研磨剤を自動的にしみ込ませることができるので、高品質な研磨作業を行うことができる。
【００７６】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）〜（４）に示すように変形するようにしてもよい。
【００７７】
（１）上記した実施の形態においては、研磨処理は研磨用加工工具１１０がツールパスデータの示すツールパスを１回通過すると終了するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。
【００７８】
例えば、研磨用加工工具１１０が、ツールパスデータの示すツールパスを所望の回数繰り返し通過するようにしてもよい。
【００７９】
（２）上記した実施の形態においては、上記（２）〜（７）の情報を操作パネルから入力するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。
【００８０】
例えば、研磨用加工工具１１０の研磨部１１０ｂの構成などを勘案した情報を予め記憶部３２ｂに記憶しておき、その情報を読み出すようにしてもよい。
【００８１】
（３）上記した実施の形態においては、上記（１）の情報を操作パネルから入力すると研磨処理が起動するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。
【００８２】
例えば、切削加工用の加工工具による切削加工が終了すると、研磨処理が自動的に開始されるようにしてもよい。
【００８３】
（４）上記した実施の形態ならびに上記した（１）〜（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、切削加工用の加工工具により被加工物を切削加工する加工装置に用いて好適である。
【符号の説明】
【００８５】
１０  加工装置、２２  キャリッジ、２４  主軸、２４ａ  チャック、２８  テーブル、３０  ツールホルダー、３２  マイクロコンピューター、３２ａ  制御部、３２ｂ  記憶部、３２ｃ  研磨処理制御部、３８  モーター、１００  被加工物、１００ａ  切削加工面、１１０  研磨用加工工具、１１０ａ  シャンク、１１０ｂ  研磨部、１２０  研磨剤容器、１２０ａ  開口部、１２２  研磨剤
【図１】
0006626722.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006626722.tif 000004
【図４】
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