(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーターと、
前記モーターに回転可能に結合され、円形電極を有する回転体と、
外部電源に接続され、前記回転体の円形電極にそれぞれ接触する電極端子と、
前記回転体に結合される発熱体であって、その周面には螺旋状の溝が形成されており、前記電極端子を介して供給される電流によって発熱する、発熱体と、
前記発熱体の上部周面に備えられ、前記溝に沿って移動する溶融物質を貯留する材料貯留部と、
を備えることを特徴とする、回転式熱工具。
【請求項２】
前記回転体は、
前記モーターと結合される上部チャックと、
内部に軸線方向に延びる通孔が形成された二つの円形電極と、
前記二つの円形電極間に設けられ、内部に、軸線方向に穿設された通孔を備える絶縁部材と、
前記円形電極および前記絶縁部材の通孔内を通って延びる突出部を有し、前記上部チャックと結合される下部チャックと、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の回転式熱工具。
【請求項３】
前記発熱体の内部には収納空間が形成され、前記収納空間には、前記円形電極と電気的に接続して発熱する抵抗部材が備えられることを特徴とする、請求項１に記載の回転式熱工具。
【請求項４】
前記材料貯留部には、高温の熱を放出する抵抗部材がさらに備えられることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転式熱工具。
【請求項５】
前記材料貯留部には、貯留された溶融材料を外部へ排出する排出管がさらに備えられることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転式熱工具。
【請求項６】
モーター、前記モーターに結合されて回転する回転体、外部電源に連結され、前記回転体の電極にそれぞれ接触する電極端子、前記回転体に結合される発熱体であって、その周面に螺旋状の溝が形成され、前記電極端子を介して供給される電流によって発熱する発熱体、および前記発熱体の上部周面に備えられ、前記溝に沿って移動する溶融物質を貯留する材料貯留部を含む回転式熱工具と、
前記熱工具を任意の第１軸方向に移送させる第１移送手段と、
工作物が固着されるインデックシングテーブルと、
前記第１移送手段および前記インデックシングテーブルのうちの少なくとも一方を前記第１軸に直交する第２軸方向に移送する第２移送手段と、
前記第１移送手段および前記第２移送手段のうちの少なくとも一方を前記第１軸および第２軸にそれぞれ直交する第３軸方向に移送する第３移送手段と、
を含むことを特徴とする、回転式熱工具を用いる加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフォーム材料（発泡材料）からなる工作物を加工する熱工具およびフォーム加工装置に関し、より詳しくは、加工精度を向上させ、汚染物質の排出を最小化することができる熱工具およびこれを用いる加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォーム材料からの３次元形状品の製作は、金型産業、試作品製作産業、デザイン産業で多く行われている。フォーム材料を加工する工具としては、特許文献１、２および３に開示されているものが挙げられる。
【０００３】
まず、特許文献１はフォーム材料を切削する方式を開示している。この特許文献１の方式は、フォーム材料を切削する方式であるため、加工時に発生するチップおよび粉塵が作業環境を悪化させるという点を考慮し、特許文献１では、工具内部にチップおよび粉塵を吸入することができる空気通路を設けている。しかしながら、工具がフォーム材料を切削加工するために高速で回転するため、実際に空気通路を通じて吸入されるチップおよび粉塵は多くない。
【０００４】
特許文献２および特許文献３は、特許文献１の不都合を解決するために、本出願人が発明したものである。これら特許文献２および３は、特許文献１と異なり、フォーム材料を溶融させて加工するので、粉塵およびチップを発生しない。
【０００５】
図１は特許文献２に開示された熱工具を示すものである。この特許文献１の熱工具１０は、図１に示すように、熱線１１を備えている。熱線１１は、熱工具１０に電圧が印加されると７００℃以上の高温で発熱し、近接した工作物の表面を放射熱で溶融させる。このような加工方式は、熱工具１０が工作物と直接接触しなくても工作物を加工することができるので、工作物との接触摩擦による切削抵抗がない。
【０００６】
しかし、この特許文献２の熱工具は、熱線という非常に小さな表面積を有する媒介物を通じて熱エネルギーを伝達するので、被工作物を実質的に熱分解させることができる有効加工範囲が非常に狭く、加工時間が長い。したがって、大きな面積を加工する予備加工段階で、このような熱工具を使用する場合、工作物の一部のみが熱分解され、大部分は溶融状態で存在して工作物または熱工具に固着し、工作物の表面粗度および熱工具の加工精度を低下させる。
【０００７】
図２は特許文献３に開示された熱工具を示すもので、図２（Ａ）は斜視図、図２（Ｂ）は断面図である。この特許文献３の熱工具２０の内部には、図２（Ｂ）に示すように、電極２６に連結された熱線２８が設けられている。熱工具２０は、周縁が径方向外側に突出する加工部２２と、溶融した工作物の材料（一般に、ポリマー）が溜められる収納部２４とを備える。加工部２２は工作物と接触するように周縁が径方向外側に突出し、収納部２４は溶融した材料が良好に溜まるように溝状に形成される。加工部２２によって溶融された材料は収納部２４に溜められ収納部２４で長期間加熱されることによって熱分解される。したがって、この特許文献３に開示された熱工具は、特許文献２の熱工具に比べて加工時間が短く、溶融材料による影響が少ない。
【０００８】
しかし、この特許文献３の熱工具は、熱工具が長手方向に移動する時のみしか、溶融材料を除去しながら加工することができないという不都合を有する。また、収納部２４に溜められた材料（ポリマー）を速かに熱分解するために熱工具を高温で発熱させなければな
らないので、フォーム材料の工作物を精密に加工することが困難である。
【特許文献１】米国特許登録第６，２３４，７２５号明細書
【特許文献２】大韓民国特許出願第２００３- ４７２５５号明細書
【特許文献３】大韓民国特許出願第２００４- １６９６７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、溶融材料による、加工精度または加工速度の低下などの問題を解決することができる回転式熱工具およびこれを用いる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】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、モーターと、前記モーターに結合されて回転する回転体と、外部電源に連結され、前記回転体の電極にそれぞれ接触する電極端子と、前記回転体に結合される発熱体であって、その周面に螺旋状溝が形成されており、前記電極端子を介して供給される電流によって発熱する発熱体と、前記発熱体の上部周面に備えられ、前記溝に沿って移動する溶融物質を貯留する材料貯留部とを備えることを特徴とする、回転式熱工具が提供される。
【００１１】
上記態様において、前記回転体は、前記モーターと結合される上部チャックと、内部に軸線方向に延びる通孔が形成された二つの円形電極と、前記二つの円形電極間に設けられ、内部に、軸線方向に穿設された通孔を備える絶縁部材と、前記円形電極および前記絶縁部材の通孔内を通って延びる突出部を有し、前記上部チャックと結合される下部チャックとを備えることが好ましい。
【００１２】
発熱体の内部には収納空間が形成され、前記収納空間には、前記円形電極と電気的に接続して発熱する抵抗部材が備えられることが好ましい。
材料貯留部には、高温の熱を放出する抵抗部材がさらに備えられることが好ましい。
【００１３】
材料貯留部には、貯留された溶融材料を外部へ排出する排出管がさらに備えられることが好ましい。
また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、前記回転式熱工具と、前記熱工具を任意の第１軸方向に移送する第１移送手段と、工作物が固着されるインデックシングテーブルと、前記第１移送手段および前記インデックシングテーブルのうちの少なくとも一方を前記第１軸に直交する第２軸方向に移送する第２移送手段と、前記第１移送手段および前記第２移送手段のうちの少なくとも一方を前記第１軸と第２軸にそれぞれ直交する第３軸方向に移送する第３移送手段とを備えることを特徴とする、回転式熱工具を用いる加工装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
以上のような本発明の熱工具は次のような効果を有する。
第一に、溶融材料の除去率を大きく高めることができる。本発明は発熱体の周面に複数の螺旋溝が形成されているので、溶融した被工作物の材料が溝に沿って上方に移−動しながら熱分解されるか、あるいは材料貯留部に貯留される。したがって、本発明によれば、発熱体によって溶融される被工作物の材料が容易に除去される。
【００１５】
第二に、フォーム材料の工作物の加工精度および表面粗度を向上させることができる。本発明によれば、前述したように、溶融材料が熱工具の溝に沿って材料貯留部に移動するので、溶融した材料が工作物とほとんど接触しない。したがって、本発明では、溶融材料による、加工精度および表面粗度の低下現象が発生しない。
【００１６】
第三に、熱効率を高めることができる。本発明は熱工具が一つの軸線を基準として回転するので、熱工具の全表面が工作物と接触する。したがって、本発明は、従来とは異なり、空気中にそのまま輻射されて損失する熱量が非常に少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図３は本発明の回転式熱工具の一実施形態の分解斜視図を示す。図４は図３に示した回転体の分解斜視図を示す。
【００１８】
図３に示すように、熱工具１００は、ケース１０２、モーター１１０、回転体１２０、電極端子１３０、ホルダー１５０、材料貯留部１７０、および発熱体１８０から構成される。
【００１９】
ケース１０２は、二つの分離された収納空間１０２ａを有する。それぞれの収納空間１０２ａには、モーター１１０と回転体１２０とがそれぞれ装着される。ケース１０２の一側面には、下部収納空間１０２ａと連通する挿入孔１０２ｂが形成されている。挿入孔１０２ｂには電極端子１３０が結合される。
【００２０】
回転体１２０は、図４に示すように、二つの分離された円形電極１２２、絶縁部材１２４、上部チャック１２６、および下部チャック１２８から構成される。二つの円形電極１２２および絶縁部材１２４は、上部チャック１２６と下部チャック１２８とにより結合される。絶縁部材１２４は、二つの円形電極１２２間に設けられて、二つの円形電極１２２の通電を防止する。円形電極１２２および絶縁部材１２４の中央には通孔１２２ａ，１２４ａが形成されている。上部チャック１２６は三つの締結孔１２６ａを備える。中央の締結孔１２６ａにはモーター１１０のシャフトが結合され、ほかの二つの締結孔１２６ａには締結ボルトが結合される。尚、各図面においてモーター１１０のシャフトが延びる方向、すなわち回転軸線が延びる方向を軸線方向と称する。下部チャック１２８は、上方に長く延びる突出部１２８ａを備える。突出部１２８ａには、上部チャック１２６の締結孔１２６ａと対応する締結孔１２８ｂと、上下に、すなわち図４において鎖線で示される軸線方向に貫通する引出孔１２８ｃとが形成されている。突出部１２８ａは円形電極１２２および絶縁部材１２４の通孔１２２ａ，１２４ａを通過して上部チャック１２６の底面に結合される。下部チャック１２８の底面には直径方向に真っ直ぐに延びた挿着溝１２８ｄが形成されている。挿着溝１２８ｄにはソケット１４０が差し込まれる。上部チャック１２６と下部チャック１２８とは、締結孔１２６ａ，１２８ｂに締結されるボルトにより堅固に結合される。
【００２１】
再び、図３に基づいて残りの部材について説明する。
電極端子１３０は２対の対向する電気接点端子１３２を有する。各対の電気接点端子１３２は、それぞれ、対応する各円形電極１２２に接触する。各対の電気接点端子１３２は、円形電極１２２と接触させるために、電気接点端子１３２同士の間隔が円形電極１２２の直径より小さくなるように形成されているとともに、弾性を有することにより、円形電極１２２との接触が維持される。電極端子１３０は外部電源と連結される。したがって、円形電極１２２は電極端子１３０を介して外部電源から電流を受ける。
【００２２】
ソケット１４０は、上方に突出する突起１４２と、上下、すなわち軸線方向に穿設された締結孔１４４とを有する。締結孔１４４の内周面にはネジ部が形成されている。締結孔１４４には発熱体１８０が結合される。ソケット１４０は突起１４２を介して下部チャック１２８の挿着溝１２８ｄに結合されて回転体１２０とともに回転する。
【００２３】
ホルダー１５０は、上部において周縁が径方向外側に突出するフランジ１５２を有する。ホルダー１５０の内部には、上下、すなわち軸線方向に延びる通孔１５４が穿設される。この通孔１５４の上部および下部にはそれぞれベアリング１０４が結合される。ホルダー１５０の下部外周面にはネジ部１５６が形成されている。このネジ部１５６には材料貯留部１７０が結合される。ホルダー１５０は、ボルトによってケース１０２の底面に結合されるフランジ１６０を介してケース１０２に取り付けられる。
【００２４】
材料貯留部１７０は、内部に溶融材料が貯留される収納空間１７２と、上下、すなわち軸線方向に穿設された通孔１７４とを有する。材料貯留部１７０の上部内周面にはネジ部１７６が形成されている。
【００２５】
発熱体１８０は複数の螺旋状溝１８２を有する。この複数の螺旋状溝１８２は発熱体１８０の下端から上方に螺旋状に形成されている。発熱体１８０の上端にはネジ部１８４が形成されている。発熱体１８０は、上方に開放した孔１８６を備える。この孔１８６には、高温の熱を放出する抵抗部材１９０が挿入される。一方、ソケット１４０を介して回転体１２０に結合される発熱体１８０はモーター１１０の駆動によって回転する。発熱体１８０は、ホルダー１５０に設けられたベアリング１０４によって、回転時に大きな摩擦抵抗を受けない。
【００２６】
抵抗部材１９０は２本の電線１９２を有する。各電線１９２は対応する円形電極１２２にそれぞれ連結される。したがって、電極端子１３０を介して円形電極１２２に電流が供給されると、抵抗部材１９０は高温で発熱して発熱体１８０を加熱する。
【００２７】
以下、本実施形態による熱工具１００の動作状態を説明する。
図５は図３の熱工具の結合斜視図、図６は図３の熱工具の断面図である。
このような構成要素からなる本実施形態の結合形態を図５に示す。モーター１１０と電極端子１３０は別に設けられた外部電源（図示せず）に連結される。モーター１１０に電流が印加されると、モーター１１０に連結された回転体１２０が回転され、ソケット１４０を介して発熱体１８０が回転される。電極端子１３０に電流が印加されると、回転体１２０の円形電極１２２を介して、発熱体１８０の内部に挿入された抵抗部材１９０に電流が供給されて、抵抗部材１９０が発熱する。つまり、モーター１１０および電極端子１３０に電流が印加されると、発熱体１８０が高温で発熱しながら回転する。
【００２８】
このような発熱体１８０を用いてフォーム材料からなる工作物を加工すると、工作物の材料が発熱体１８０の熱エネルギーによって溶融されて加工される。そして、溶融された材料（一般に、ポリマー）は発熱体１８０の回転力と毛細管現象によって発熱体１８０の溝１８２に沿って材料貯留部１７０側に移動する。溶融材料は溝１８２に沿って移動しながら、発熱体１８０から継続して熱エネルギーを受けるので、材料貯留部１７０に移動しながら熱分解されるか、あるいは材料貯留部１７０で十分な熱エネルギーを受けて熱分解される。
【００２９】
一方、材料貯留部１７０にはかなり多量の溶融材料が貯留されるので、これを熱分解するための別途の発熱部材を備えてもよい。また、溶融材料を熱工具１００の外側へ排出するように、排出管をさらに備えてもよい。
【００３０】
図７は図３の熱工具が装着された加工装置の一実施形態の斜視図である。
本発明の熱工具１００が装着される加工装置は、図７に示すように、互いに直交する３方向に移動する第１移送装置２１０、第２移送装置２２０、第３移送装置２３０、工作物２６０が固着されるインデックシングテーブル３００、およびこれら装置の動作を制御する制御装置２５０から構成される。
【００３１】
第１移送装置２１０には、工作物２６０が固着されるインデックシングテーブル３００が安着される。第１移送装置２１０は、インデックシングテーブル３００を水平面に平行な第１軸（ｙ軸）方向に移送させる。第２移送装置２２０は、第１移送装置２１０から所定高さだけ離れた位置に設置される。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第２軸（x 軸）方向に移動させる。
【００３２】
第３移送装置２３０にはバイス２４０が設置される。第３移送装置２３０は第２移送装置２２０に取り付けられ、バイス２４０を第１軸および第２軸にそれぞれ直交する第３軸（ｚ軸）方向に移動させる。
【００３３】
バイス２４０には熱工具１００が連結される。バイス２４０は、第２移送装置２２０および第３移送装置２３０の動作によって、第１移送装置２１０の移送方向と水平方向に直交する方向に移動するか、または第１移送装置２１０に向かって下向きに移動する。
【００３４】
したがって、バイス２４０に装着された熱工具１００は、インデックシングテーブル３００を移動させる第１移送装置２１０によってｙ軸方向の移動領域を確保し、第２移送装置２２０および第３移送装置２３０によってｘ軸とｚ軸方向の移動領域を確保することにより、インデックシングテーブル３００に固定された工作物２６０に対して３次元の加工領域を有する。したがって、このように構成された加工装置を用いれば、工作物２６０を立体形状に加工することができる。
【００３５】
一方、各移送装置２１０，２２０，２３０とインデックシングテーブル３００とは有線または無線で接続された制御装置２５０によって、それぞれ所定の経路に沿って移動することによって、熱工具１００が工作物２６０を加工することを助ける。
【００３６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の回転式熱工具およびこれを用いる加工装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、溶融材料による、加工精度または加工速度の低下などの問題を解決することができる回転式熱工具およびこれを用いる加工装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来の熱工具の一例を示す概略断面図。
【図２】（Ａ）従来の熱工具のほかの例を示す斜視図、（Ｂ）図２（Ａ）に示した熱工具の断面図。
【図３】本発明の回転式熱工具の一実施形態を示す分解斜視図。
【図４】図３に示す回転体の分解斜視図。
【図５】図３の熱工具の結合斜視図。
【図６】図３の熱工具の断面図。
【図７】図３の熱工具が装着された加工装置の一実施形態を示す斜視図。
【符号の説明】
【００３９】
１００…熱工具、１０２…ケース、１１０…モーター、１２０…回転体、１３０…電極端子、１４０…ソケット、１５０…ホルダー、１６０…フランジ、１７０…材料貯留部、１８０…発熱体、１９０…抵抗部材、２１０…第１移送装置、２２０…第２移送装置、２
３０…第３移送装置、２４０…バイス、２５０…制御装置２６０…工作物、３００…インデックシングテーブル
【図１】
0004430630.tif 000002
【図２】
0004430630.tif 000003
【図３】
0004430630.tif 000004
【図４】
0004430630.tif 000005
【図５】
0004430630.tif 000006
【図６】
0004430630.tif 000007
【図７】
0004430630.tif 000008