(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の主軸（１６）に着脱自在に切削工具と射出成形ノズル装置（２０）を装着可能にし、まず主軸（１６）に着脱自在に射出成形ノズル装置を装着して、射出成形品を射出成形し、次に、主軸（１６）に装着されている射出成形ノズル装置と切削工具とを交換して、切削工具を主軸（１６）に着脱自在に装着して、切削工具により射出成形品を切削加工する構成にしたことを特徴とする複合装置。
【請求項２】
射出成形ノズル装置（２０）が、塑性材を搬送するためのスクリュー（３０）と、スクリュー（３０）により搬送される塑性材を加熱するための加熱部（３２）と、加熱部（３２）により加熱された塑性材を射出するためのノズル（３４）とを有することを特徴とする請求項１に記載の複合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、射出成形と切削加工を行う複合装置、とくに３次元形状製品を製作するのに適した複合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
時代の変化により製品の開発速度がより早くなり、それに対応して高速の射出成形装置及び切削加工装置の開発が必要とされている。
【０００３】
従来の３次元形状を含む物作りの方法として、切削加工装置と、金型等をもちいた射出成型装置が、代表的なものとして知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
切削加工では、素材から必要形状のものを作り出すには、多くの部分を削り取ることが必要である。そのため、多大の加工時間がかかる。
【０００５】
また、ダイキャスト・樹脂等を用いる射出成型に於いては、前工程として複雑でかつ精密な金型の製作が必要であり、その製作に多大の時間を要していた。
【０００６】
本発明は、複雑でかつ精密な金型を用いなくても、複雑形状の製品を精度よく短時間で作り出すことができる複合装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、次のような複合装置である。
【０００８】
（１）共通の主軸（１６）に着脱自在に切削工具と射出成形ノズル装置（２０）を装着可能にし、まず主軸（１６）に着脱自在に射出成形ノズル装置を装着して、射出成形品を射出成形し、次に、主軸（１６）に装着されている射出成形ノズル装置と切削工具とを交換して、切削工具を主軸（１６）に着脱自在に装着して、切削工具により射出成形品を切削加工する構成にしたことを特徴とする複合装置。
【０００９】
（２）射出成形ノズル装置（２０）が、塑性材を搬送するためのスクリュー（３０）と、スクリュー（３０）により搬送される塑性材を加熱するための加熱部（３２）と、加熱部（３２）により加熱された塑性材を射出するためのノズル（３４）とを有することを特徴とする前述の複合装置。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の１つの好適な実施形態によれば、射出成形と切削加工を行う複合装置の共通の主軸に、着脱自在に加工工具と射出成形ノズル装置が装着される。つまり、共通の主軸に対し、着脱自在に射出成形ノズル装置と切削工具とが交換される構成になっている。
【００１１】
成形ノズル装置は、好ましくは塑性材を搬送するためのスクリューと、搬送される塑性材を加熱するための加熱部と、加熱された塑性材を射出するための開閉弁付きのノズルとを有する。
【００１２】
複合装置の主要部を構成する射出成形ノズル装置は、マシニングセンタの主軸（回転軸）に取り付けて使用するのが好ましい。
【００１３】
射出成形ノズル装置は、材料（塑性材）の供給口として用いられる供給部（たとえばホッパ）を有するのが好ましい。そして、そのホッパから塑性材をスクリューに送り、加熱部により溶解して、開閉弁付のノズルから塑性材を射出するようにするのが好ましい。
【００１４】
塑性材は、スクリューを回転させることによりノズルに送り込む。そのスクリューにはリードねじを切るのが良い。
【００１５】
スクリューの回転動力源は射出成形ノズル装置自体には設けず、射出成形ノズル装置を取り付ける主軸の動力を使用するのが好ましい。
【００１６】
主軸は変速可能である。それゆえ、材質により主軸の回転速度を変えて、スクリューの回転を変えることが出来る。つまり、塑性材の送り速度を速くしたり遅くしたりすることが出来る。射出成形時の１層毎の積み重ね量を材質や溶解粘度により調整し、凝固温度時間を正確に決めて、製品の成形精度を上げることが出来る。
【００１７】
射出成形ノズル装置と切削工具とを共通の主軸に自動的に取り替え可能にするのが良い。種々の高精度の切削工具を用いて切削量を限りなく小さくかつ高精度にするのが好ましい。
【００１８】
成型する原料（例えば樹脂）は、パウダ状や棒状の塑性材を使用して自動的に供給し、それをスクリューにより送り込み、加熱部で固形のものを溶解し、その溶解したものをノズルから加工台に射出する。その加熱され射出された塑性材は、加工台上で凝固して固着する。かくして、射出成形品ができる。
【００１９】
この場合、固着する場所である加工台は加熱された塑性材の温度より低くなるように加熱されるようにするのが良い。機械の持つ機能を用いて、Ｘ軸方向−Ｚ軸方向又はＸ軸方向−Ｙ軸方向により、１層毎に積み重ねて、３次元の射出成形品をつくるのが好ましい。
【００２０】
塑性材の積み重ね精度を高くするために、例えば１層毎に精度良く積層するために、塑性材を目的に応じて使用できる開閉弁付きノズルを用いるのが良い。
【００２１】
射出成形ノズル装置を用いて製品を３次元形成した後、射出成形ノズル装置を例えば自動工具交換装置により切削工具に取り替えて、共通の同じ主軸に切削工具を装着する。そして、高精度に射出成形品を切削加工する。こうして、複雑かつ精密な金型を用いないで、短時間で商品化を行うことができる。
【００２２】
加熱された塑性材をノズルから射出する加工台は、予め余熱しておくのが好ましい。この加工台の好適な例は、平面テーブル又は回転テーブルなどであり、そこにまず、下の層を凝固させ、その上に中間の層や上の層を積み重ねて成型をしていくのが好ましい。
【００２３】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００２４】
図１は、本発明による射出成形と切削加工の複合装置の主要部、とくに射出成形ノズル装置とその関連部分の一例を示している。
【００２５】
射出成形ノズル装置２０は、主に装着部２１、装着冷却部２４、ホッパ２８、スクリュー３０、加熱部３２、及びノズル３４を有している。
【００２６】
装着部２１は、射出成形ノズル装置２０の図中上部の軸心に設けられている。装着部２１は上部に先細のテーパ部分２２を有している。テーパ部分２２は、マシニング・センターの主軸（図示せず）に取り付ける。テーパ部分２２は主軸とともに回転する。
【００２７】
装着部２１は、テーパ部分２２の下部に軸方向中央がくびれた首部２３を有している。
【００２８】
共通の主軸に対し、射出成形ノズル装置２０を切削工具と交換する際に、首部２３を把持して移動できるようになっている。
【００２９】
装着部２１の下部には装置冷却部２４が設けられている。装置冷却部２４は冷媒供給源（図示省略）に接続されていて、冷媒が供給されるようになっている。装置冷却部２４は、下方に設けられた後述する加熱部３２の発する熱が装着冷却部２４より上方に伝わるのを防いでいる。
【００３０】
装置冷却部２４は、側方に固定部分２６を一体的に有している。固定部分２６は、複合装置の所定部分（図２に示した例では主軸ヘッド１４）に固定させて用いられる。固定部分２６の固定には、周知の任意の固定手段を用いることができる。固定部分２６は、射出成形ノズル装置２０の全体を回転しないように固定する。
【００３１】
射出成形ノズル装置２０の下部軸心には、スクリュー３０が回転可能に設けられている。スクリュー３０は装着部２１に接続されていて、装着部２１とともに回転するようになっている。スクリュー３０は、図示例においてはリードねじが切られている。スクリュー３０により、塑性材が下方に設けられた後述するノズル３４に送られる。
【００３２】
スクリュー３０の回転動力源は射出成形ノズル装置１０自体には設けられていない。射出成形ノズル装置１０が取り付けられる切削機械の主軸の動力を利用するようになっている。
【００３３】
なお、スクリューにはリードねじの他、搬送のための羽根等種々の加工を施すことができる。
【００３４】
スクリュー３０の周囲には、円筒形の隔壁３１及び加熱部３２が設けられている。
【００３５】
隔壁３１は、その上部が装置冷却部２４に固定されており、スクリュー３０を囲んでいる。隔壁３１は、その外側に設けられた加熱部３２をスクリュー３０と隔離している。塑性材は隔壁３１の内側を通ってスクリュー３０の基部から先端部の方向へ搬送される。
【００３６】
加熱部３２は、図示例においては、スクリュー３０の基部から先端部の方向に並んで配置された３つの部分３２ａ、３２ｂ、及び３２ｃで構成されている。これらの部分３２ａ〜３２ｃは、それぞれコントロール装置（図示省略）に接続されている。コントロール装置が３つの部分３２ａ〜３２ｃの加熱をコントロールすることにより、スクリュー３０により搬送されている塑性材を適切に加熱して溶解（又は軟化）できるようになっている。
【００３７】
隔壁３１の上側部には、塑性材をスクリュー３０に供給するための供給部としてホッパ２８が設けられている。ホッパ２８は隔壁３１の内側に通じていて、塑性材をスクリュー３０の基部付近から供給できるようになっている。
【００３８】
射出成形ノズル装置２０の下端にはノズル３４が設けられている。ノズル３４は、例えば塑性材の目的に応じて変更できる開閉弁付きノズルが好ましい。ノズル３４を開閉弁付きノズルで構成した場合、ノズル３４はＯＮ−ＯＦＦ機能を有していて、コントロール装置に接続されており、加熱されて溶解（又は軟化）した塑性材の射出の量とタイミングをコントロールできるようになっている。
【００３９】
加熱されて溶解した塑性材は、最終的に図中の矢印Ａ方向に向かって射出される。ノズル３４に開閉弁付きノズルを用いた場合、加熱された塑性材を１層毎に精度良く積層することが可能である。
【００４０】
図２には、本発明の射出切削複合装置の使用態様の一例が示されている。なお、本発明と直接関連しない部分については図示が省略されている。
【００４１】
図２の例においては、マシニングセンタ１２の主軸１６に射出成形ノズル装置２０が取り付けられている。
【００４２】
マシニングセンタ１２の主軸ヘッド１４は、側部に塑性材投入部１８を有している。塑性材投入部１８はホッパ２８に対して矢印Ｂ方向に塑性材を投入するためのものである。射出成形ノズル装置２０の固定部分２６を主軸ヘッド１４に固定したときに、塑性材投入部１８の出口がホッパ２８の入り口に位置決めされるようになっている。
【００４３】
本発明の射出切削複合装置１０を使用する手順の一例を説明する。
【００４４】
予め、射出成形ノズル装置２０は、切削工具とともにマシニング・センタ１２のツールマガジン（図示省略）に待機させておく。自動工具交換装置（図示省略）を用いて、主軸１６に成形ノズル装置２０を取り付ける（図２）。塑性材を塑性材投入部１８からホッパ２８に投入してスクリュー３０に送る。塑性材はスクリュー３０により上部（基部）から下部（先端部）に向かって搬送される。搬送の間、塑性材は加熱部３２により所定の温度に加熱されて溶解される。加熱されて溶解した塑性材は、最終的にノズル３４から矢印Ａの方向へ射出される。主軸位置を例えばＸ−Ｚ方向又はＸ−Ｙ方向に移動させ、ノズル３４の射出のＯＮ−ＯＦＦをコントロ−ルすることにより、射出された塑性材を所定の３次元形状に成形する。主軸に対し、射出成形ノズル装置２０を切削工具に取り替える。射出成形品を切削工具を用いて高精度に加工する。こうすることにより、金型を用いないで短時間で製品を仕上げることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の射出切削複合装置によれば、複雑かつ精密な金型を用いないで、３次元形状製品を高精度に形成できる。射出成形品をそのまま同じ加工台で切削加工できるため、製品を短時間で作り出すことができる。
【００４６】
本発明によれば、試作製品を使用しないで、ただちに実製品を短時間で作ることが可能となる。
【００４７】
なお、本発明は先述の実施例に限定されない。射出成形ノズル装置の主軸への固定方法は任意である。塑性材の供給方法も図示されたものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による射出成形と切削加工の複合装置の主要部を示す概略正面図。
【図２】本発明による射出成形と切削加工の複合装置の使用態様の一例を示す概略正面図。
【符号の説明】
１０  射出成形と切削加工の複合装置
１２  マシニング・センタ
１４  主軸ヘッド
１６  主軸
１８  塑性材投入部
２０  射出成形ノズル装置
２１  装着部
２２  テーパ部分
２３  首部
２４  装置冷却部
２６  固定部分
２８  ホッパ
３０  スクリュー
３１  隔壁
３２  加熱部
３４  ノズル
【図１】
0003842694.tif 000002
【図２】
0003842694.tif 000003