(57)【要約】【課題】工作物を迅速に加工することが可能な軟質材料の快速加工用熱工具を提供する【解決手段】加工装置に取り付けられ、この加工装置の電源装置に接続されて軟質材料を高温で溶融加工する熱工具１００は、前記軟質材料に接触して前記軟質材料を溶融させる加工部１１０と、前記軟質材料に接触せずに、前記加工部１１０によって溶融された軟質材料を収集して熱分解させる加熱部１２０とを含む。【選択図】図２ａ
2005254443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工装置に取り付けられ、この加工装置の電源装置に接続されて軟質材料を高温で溶融加工する熱工具であって、
前記軟質材料に接触して前記軟質材料を溶融させる加工部と、
前記軟質材料に接触せずに、前記加工部によって溶融された軟質材料を収集して熱分解させる加熱部とを含む軟質材料の快速加工用熱工具。
【請求項２】
前記加工部は、前記軟質材料と容易に接触できるように、前記熱工具の円周方向に突出したことを特徴とする請求項１記載の軟質材料の快速加工用熱工具。
【請求項３】
前記加熱部は、前記加工部によって溶融された軟質材料が前記熱工具に留まるように、前記加工部の上部に設けられた傾斜面を有することを特徴とする請求項１記載の軟質材料の快速加工用熱工具。
【請求項４】
前記加工部と加熱部は、熱工具の長手方向に繰り返し配列されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軟質材料の快速加工用熱工具。
【請求項５】
軟質材料を立体形状に加工する加工装置であって、
互いに直交する３つの方向にそれぞれ独立に移動可能な工具移送装置と、
前記軟質材料が固定され、少なくとも１軸を基準として前記軟質材料を回転させるインデキシングテーブルと、
前記軟質材料に接触して溶融させる加工部、及び前記軟質材料に接触せず、前記加工部によって溶融された軟質材料を収集して熱分解させる加熱部を備え、前記工具移送装置に取り付けられる熱工具とを含む軟質材料の快速加工装置。
【請求項６】
前記工具移送装置は、
前記熱工具の加工部が、前記軟質材料の一面に接した状態で垂直または水平に加工しながら前記軟質材料の面を漸次加工するように、前記熱工具を移動させることを特徴とする請求項５記載の熱工具を含む軟質材料の快速加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォームなどの軟質材料を加工する工具及び装置に関し、さらに詳しくは、軟質材料の加工面を溶融させて加工する熱工具及び加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォームなどの軟質材料を加工する方法は２つに大別される。その一つは切削工具を用いて軟質材料を直接削って加工する方法であり、もう一つは熱工具を用いて軟質材料を溶融させて加工する方法である。
【０００３】
前者の切削工具を用いた加工方法は、切削過程で常にチップが発生する。この際、発生したチップは、飛散して加工装置の周辺に散らばるが、その相当量が切削工具の加工経路上に積もって切削工具の移動を妨害する。したがって、前者の方法は加工密度が低下するという問題点がある。特許文献１は、かかる問題点を解消するための発明であって、切削工具自体に、空気を吸入することが可能な孔を穿設し、加工途中に発生するチップが空気と共に吸入されるようにした。この方式は、チップの排出が多少容易であるが、チップの除去率が高くなく、作業環境の改善を大きく期待することは難しいうえ、チップ排出用孔によって工作物の表面に欠陥が発生するおそれもある。
【０００４】
後者の熱工具を用いた方法は、軟質材料を溶融させて加工するので、前者とは異なり、切削チップが発生しない。熱工具を用いた発明は、例えば、特許文献２に記載されている。図１は、従来の熱工具を示す断面図である。
【０００５】
従来の熱工具１０は、図１に示すように、非常に細い熱線１１を備えている。この熱線１１は、熱工具１０に電圧が印加されると、７００℃以上の高温で発熱する。したがって、加工のために熱線１１を軟質材料に近接させると、熱線１１から放出される輻射熱によって工作物の表面が溶融される。このような加工方式は、熱工具１０が工作物と直接接しなくても工作物を加工することができるため、工作物との接触摩擦による切削抵抗がない。また、熱線の太さが細くて輻射熱が届く範囲が非常に限定的なので、前者の方法よりも精密な加工を行うことができるという長所がある。
【特許文献１】米国特許第６,２３４,７２５号明細書
【特許文献２】韓国公開特許第２００３−４６３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、従来の熱工具は、熱線という非常に小さい表面積を有する媒介物を介して熱エネルギーを伝達するので、実質的に熱分解させることが可能な有効加工範囲が非常に狭くて加工時間が長い。それ故に、大面積を加工する予備加工段階でこのような熱工具を用いると、工作物の局所部分のみが熱分解し、殆どは溶融状態で存在して工作物または熱工具に固着され、工作物の表面粗度と熱工具の加工精度を低下させる。
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、工作物を迅速に加工することが可能な軟質材料の快速加工用熱工具を提供することにある。
本発明の他の目的は、このような熱工具を用いて立体形状に加工することが可能な軟質材料の快速加工用熱工具を用いた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】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、加工装置に取り付けられ、この加工装置の電源装置に接続されて軟質材料を高温で溶融加工する熱工具であって、前記軟質材料に接触して前記軟質材料を溶融させる加工部と、前記軟質材料に接触せずに、前記加工部によって溶融された軟質材料を収集して熱分解させる加熱部とを含む軟質材料の快速加工用熱工具が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の態様によれば、軟質材料を立体形状に加工する加工装置であって、互いに直交する３つの方向にそれぞれ独立に移動可能な工具移送装置と、前記軟質材料が固定され、少なくとも１軸を基準として前記軟質材料を回転させるインデキシングテーブルと、前記軟質材料に接触して溶融させる加工部、及び前記軟質材料に接触せず、前記加工部によって溶融された軟質材料を収集して熱分解させる加熱部を備え、前記工具移送装置に取り付けられる熱工具とを含む軟質材料の快速加工装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、工作物の部位を一度に溶融させるとともに熱分解させる。したがって、本発明は、加工による廃物質の排出を抑制しながら、より迅速に加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図２ａは、本発明の熱工具の一実施形態を示す斜視図、図２ｂは、本発明の熱工具の一実施形態を示す断面図である。
【００１２】
同図に示すように、本実施形態の熱工具１００は、少し変形された棒形状を有するものであって、半径方向に突出した加工部１１０と、この加工部１１０の内側に位置した加熱部１２０とに分けられている。
【００１３】
加工部１１０は、工作物に接触して工作物を溶融させる部分であって、所定の厚さを有する環状からなっており、熱工具１００の長手方向に沿って一定の間隔を置いて配列されている。加工部１１０の上面には、図２ｂのように熱工具１００の中心部に向かって下方に傾斜した加熱部１２０が設けられている。この加熱部１２０は、加工部１１０によって溶融された軟質材料を、再び加熱して熱分解させる役割を果たす。
【００１４】
一般に、熱工具１００の発熱温度は、４００℃であって、軟質材料からなる工作物の溶融・熱分解に十分である。ところが、実質的に熱工具と工作物との接触面積が限定されているので、工作物に伝達される熱量にも限界がある。そのため、熱工具１００が一度に接触面全体を溶融させて直ちに熱分解させるには熱量及び時間が足りない。このように不足している熱量を高めるための方策として、熱工具１００の発熱温度を高める方法がある。しかし、この方法は、輻射熱によって工作物が必要以上に加工されるため、加工の密度が低下する。その故に、本実施形態では、一旦、加工部１１０で工作物を溶融させた後、溶融された部分を十分な時間をかけて加熱部１２０で再び加熱して完全に熱分解させる方式を取る。
【００１５】
熱工具１００は、上部には外部電源に連結される電極１３０が設置されており、内部には前記電極１３０に連結された抵抗コイル１４０が備えられている。したがって、熱工具１００が加工装置に取り付けられて電極１３０が外部電源に接続されると、抵抗コイル１４０が発熱しながら熱工具１００を加熱する。
【００１６】
以下、本実施形態の熱工具１００による加工段階をより詳しく説明する。
まず、熱工具１００が工作物の加工部位に接触する。すると、熱工具１００の熱が直接工作物に伝達され、熱工具１００に接触した工作物の表面が溶融される。この際、溶融された一部は直ちに熱分解し、残りは熱工具１００の加工部１１０の上面に設けられた加熱部１２０に集まって再び加熱される。加熱部１２０に集まった溶融物質は、熱工具１００の移送中にも引き続き加熱されて熱分解する。したがって、本発明の熱工具１００を用いると、熱工具１００に接触する工作物の表面を完全に熱分解させることができるため、不要な残滓が残らない。
【００１７】
一方、図２ｂの断面図から容易に分かるが、加工部１１０よりも加熱部１２０が抵抗コイル１４０に対してさらに近く位置している。したがって、加熱部１２０の温度が加工部１１０に比べて高いため、溶融された工作物をより容易且つ迅速に熱分解させることができ、ひいては輻射熱を放出して非接触方式で工作物を溶融させることができる。
【００１８】
図３は、本発明の一実施形態に係る熱工具を用いた加工順序を示し、図４は、本発明の一実施形態に係る熱工具が取り付けられた加工装置を示す図である。
本実施形態の熱工具１００は、前述したように、不要な残滓を生じることなく、接触面全体を完全に熱分解させることができる。ここで、より効率的な加工を行うためには、図３に示した経路で熱工具１００を移動させながら工作物を加工するとよい。すなわち、熱工具１００を、加工対象である工作物２６０の一面に接するように位置させ、工作物２６０の面に沿って熱工具１００を上下に移動させながら加工する。そして、一面（ｘ−ｚ平面）の加工が終わると、熱工具１００を加工面に対して垂直な方向（ｙ軸方向）に移動させてさらに面加工を行う。このような経路で熱工具１００を移動させながら工作物２６０を加工すると、次のような利点がある。
【００１９】
１）常に熱工具１００の加工部１１０が工作物２６０に接して移動するので、熱エネルギーの損失が少ない。２）加工速度が速くなる。３）溶融物質を熱工具１００の加熱部１２０に容易に集めることができる。したがって、熱工具１００を、前記で提案した加工経路に沿って移動させることが、工作物２６０の迅速な加工に有利である。
【００２０】
本実施形態の熱工具１００が取り付けられる加工装置は、図４に示すように、それぞれ異なる３方向に移動する第１移送装置２１０と、第２移送装置２２０と、第３移送装置２３０と、工作物２６０が固定されるインデキシングテーブル３００と、これらの装置の動作を制御する制御装置２５０とから構成されている。
【００２１】
第１移送装置２１０には、工作物２６０が固定されるインデキシングテーブル３００が取り付けられている。インデキシングテーブル３００は、２つの軸を基準として工作物２６０を回転させる。第１移送装置２１０は、このインデキシングテーブル３００を水平方向（ｘ軸方向）に動かす役割を果たす。第２移送装置２２０は、第１移送装置２１０から所定の高さだけ離れたところに設置されている。第２移送装置２２０は、第３移送装置２３０を第１移送装置２１０の移送方向と直交する方向（ｙ軸方向）に水平移動させる役割を果たす。第３移送装置２３０にはバイス２４０が設置されている。第３移送装置２３０は、第２移送装置２２０に設置され、バイス２４０を垂直方向（Ｚ軸方向）に移動させる役割を果たす。
【００２２】
バイス２４０には熱工具１００が取り付けられている。バイス２４０は、第２移送装置２２０と第３移送装置２３０の動作に応じて、第１移送装置２１０の移送方向と水平面で直交する方向に移動するか、第１移送装置２１０に向かって下方に移動するか、或いは、第１移送装置２１０から離れるように上方に移動する。したがって、バイス２４０に取り付けられた熱工具１００は、インデキシングテーブル３００を移動させる第１移送装置２１０によってＸ軸方向の移動領域が確保され、第２移送装置２２０と第３移送装置２３０によってＹ軸とＺ軸方向の移動領域が確保されるため、インデキシングテーブル３００に固定された工作物２６０を中心として３次元の加工領域を有する。各移送装置２１０、２２０、２３０とインデキシングテーブル３００が、有線或いは無線で接続された制御装置２５０によってそれぞれ定められた経路で動きながら、熱工具１００が工作物２６０を加工する。このような加工装置を用いると、工作物２６０を立体形状に加工することができる。
【００２３】
以上、軟質材料の快速加工用熱工具に対する技術思想を添付図面と共に述べたが、これは本発明の一実施形態を例示的に説明したもので、本発明を限定するものではない。また、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の技術思想の範疇から逸脱することなく様々な変形及び改良を実施することができることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の熱工具を示す断面図である。
【図２ａ】本発明の一実施形態に係る熱工具を示す斜視図である。
【図２ｂ】本発明の一実施形態に係る熱工具を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る熱工具を用いた加工順序を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る熱工具が取り付けられた加工装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２５】
１００    熱工具
１１０    加工部
１２０    加熱部
１３０    電極
１４０    抵抗コイル
２１０    第１移送装置
２２０    第２移送装置
２３０    第３移送装置
２４０    バイス
２５０    制御装置
２６０    工作物
３００    インデキシングテーブル
【図１】
2005254443.tif 000003
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
2005254443.tif 000006
【図４】
2005254443.tif 000007