(57)【要約】工作機械は、エネルギー源及び媒体のうちの少なくとも１つを、加工処理ヘッドを介して工作物上に送出し、材料付加、検査、またはデータ収集を行うように構成されていて、工作機械は加工処理ヘッドを一時的に収容するように構成されているクランプ機構を有しており、工作機械は、エネルギー及び媒体のうちの少なくとも１つを送出するように構成されているマニホルドを有する止めブロックを備え、加工処理ヘッドは、止めブロックに接続可能であるように構成されている回転防止アーム及びコネクタを備えており、加工処理ヘッドはさらに、加工処理ヘッドをエネルギーまたは媒体に収容するように接続する場合に、止めブロック用マニホルドと係合するように構成されているマニホルドを備えている。工作機械は多軸の工作機械であってもよく、止めブロックは工作機械に固定されてことも可能であるし、または工作機械内に一体化されていてもよい。開示されている発明はまた、加工処理ヘッドを工作機械に接続する方法に関する。【選択図】図８
2020515430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー源及び媒体のうちの少なくとも１つを、加工処理ヘッドを介して工作物上に送出し、材料付加、検査、またはデータ収集を行うように構成されている工作機械であって、
前記工作機械は前記加工処理ヘッドを一時的に収容するように構成されているクランプ機構を有しており、
前記工作機械は、前記エネルギー及び媒体のうちの少なくとも１つを送出するように構成されているマニホルドを有する止めブロックを備え、
前記加工処理ヘッドは、前記止めブロックに接続可能であるように構成されている回転防止アーム及びコネクタを備えており、
前記加工処理ヘッドはさらに、前記加工処理ヘッドを前記エネルギーまたは媒体に収容するように接続する場合に、前記止めブロック用マニホルドと係合するように構成されているマニホルドを備えている、工作機械。
【請求項２】
前記工作機械は多軸の工作機械である、請求項１記載の工作機械。
【請求項３】
前記媒体またはエネルギーは、前記加工処理ヘッドマニホルドから前記加工処理ヘッド内に伝えられる、請求項１または２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記止めブロックは前記工作機械に固定されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項５】
前記止めブロックは前記工作機械内に一体化されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項６】
前記回転防止アームはさらに、前記加工処理ヘッドを少なくとも部分的に囲むように構成されている方向づけ用鍔を備えている、先行する請求項のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項７】
前記方向づけ用鍔は冷却機構を備えている、請求項６記載の工作機械。
【請求項８】
加工処理ヘッドを予熱するためにクレードルが配置されている、請求項７記載の工作機械。
【請求項９】
前記加工処理ヘッドは第２回転防止アームを備えており、前記工作機械は前記第２回転防止アームを係合するように構成されている第２止めブロックを備えている、先行する請求項のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項１０】
回転防止アームとマニホルドとを、協働する合体用マニホルドを有する止めブロックと組み合わせて有する加工処理ヘッドを備えている、構成要素一式であって、
前記加工処理ヘッドは、使用時に、工作機械のクランプ機構等に接続可能であるように構成されている、構成要素一式。
【請求項１１】
加工処理ヘッドを工作機械に接続する方法であって、前記加工処理ヘッドは回転防止アームとコネクタとマニホルドを有しており、前記方法は、
ａ）供給部マニホルドを有する止めブロック合体部のある工作機械を供給し、
ｂ）前記工作機械に格納場所から前記加工処理ヘッドを選択させて、前記加工処理ヘッドを前記工作機械のクランプ機構内へと挿入させ、
ｃ）前記回転防止アーム及びコネクタを移動させて前記止めブロックと係合し、
ｄ）前記加工処理ヘッドマニホルドを移動させて前記止めブロックの供給ユニット合体用マニホルドと接続し、
ｅ）前記供給部止めブロック合体用マニホルドと前記加工処理ヘッド合体用マニホルドとの接続により、１つ以上の媒体を前記加工処理ヘッドに、使用時には前記媒体またはそれぞれの媒体を供給できるようにして供給を行うことができる、方法。
【請求項１２】
前記回転防止アームとコネクタを移動させて前記止めブロックに係合するステップと、前記加工処理ヘッドマニホルドを移動させて前記止めブロックの供給ユニット合体用マニホルドに接続するステップは同時に行われる、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
クランプ要素と堆射要素との中間にある本体部を備えている、工作機械の加工処理ヘッドであって、前記本体部は、前記本体部の接続されている回転防止アームと、前記回転防止アーム上にある合体用マニホルドとを有しており、前記合体用マニホルドは、使用時に前記工作機械上にある供給部マニホルドに接続されるように構成・配置されていて、前記合体用マニホルドは、工作物に対して堆射する前に、エネルギー供給部及び／または媒体供給部のうちの少なくとも１つの供給を、前記供給部マニホルドから前記加工処理ヘッドに向かって行うように配置されている、加工処理ヘッド。
【請求項１４】
前記加工処理ヘッドは、材料が堆積される際に材料に対して往復直線運動または振動する冷却されている突き固め用プラテンを有している、請求項１３記載の加工処理ヘッド。
【請求項１５】
前記加工処理ヘッドは、揺動運動を用いている、前記材料を締め固めるプラテンを有している、請求項１３記載の加工処理ヘッド。
【請求項１６】
加工処理ヘッドと支持構造との間にある合体用インターフェイスであって、前記合体用インターフェイスは、エネルギー源及び媒体のうちの少なくとも１つを、前記加工処理ヘッドを介して送出し、付加製造または検査を行うように構成されており、
前記支持構造は、
前記エネルギー及び媒体のうちの少なくとも１つを送出するように構成されている供給部マニホルドと、
前記加工処理ヘッドを収容するように構成されているクランプ機構と、
第１係合部と、を有していて、
前記加工処理ヘッドは、前記クランプ機構内に収容され、
前記供給部マニホルドから、前記エネルギー及び媒体のうちの少なくとも１つを受け取るように構成されている加工処理ヘッドマニホルドと、
前記第１係合部を脱離可能に係合するように構成されている第２係合部と、を有しており、
最初の動作では前記第１係合部と前記第２係合部とを整合させ、さらなる動作では前記供給部マニホルドと前記加工処理ヘッドマニホルドとの間を連通させることができる、合体用インターフェイス。
【請求項１７】
前記マニホルド同士が完全に連結されている間、前記マニホルドまたは各マニホルドの汚染を防ぐカバーは開いている、または除去されている、請求項１６記載の合体用インターフェイス。
【請求項１８】
前記支持構造は、工作機械またはロボット、もしくは両者の組み合わせであり、前記加工処理ヘッドは、工作物に対して、付加製造、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）された機械加工、または検査のうちの少なくとも１つを実行するように構成されている、請求項１６または１７に記載の合体用インターフェイス。
【請求項１９】
前記流体連通は少なくとも１つのコネクタを介して行われる、請求項１６から１８のいずれか１項に記載の合体用インターフェイス。
【請求項２０】
さらなる移動はエネルギー供給部によって作動する、請求項１６から１９のいずれか１項に記載の合体用インターフェイス。
【請求項２１】
前記供給部マニホルドと前記加工処理ヘッドマニホルドとは、多段式合体手法で接続される、請求項１６から２０のいずれか１項に記載の合体用インターフェイス。
【請求項２２】
前記さらなる移動は、前記供給部ヘッドマニホルドに対する前記加工処理ヘッドマニホルドの微細な移動で構成されている、請求項１６から２１のいずれか１項に記載の合体用インターフェイス。
【請求項２３】
前記コネクタは、電気コネクタ、ガスコネクタ、または水コネクタで構成されている、請求項１６から２２のいずれか１項に記載の合体用インターフェイス。
【請求項２４】
加工処理ヘッドマニホルドを有する加工処理ヘッドを供給部マニホルドを有する支持構造に接続する方法であって、前記加工処理ヘッドは、エネルギー源及び媒体のうちの少なくとも１つを、前記加工処理ヘッドを介して送出し、付加製造または検査を行うように構成されており、前記方法は、
ａ）前記加工処理ヘッドを前記支持構造のクランプ機構内へと挿入し、
ｂ）最初の動作において、前記支持構造の係合部を前記加工処理ヘッドの対応する係合部に係合し、
ｃ）前記係合部同士を係合した後、さらなる動作において、前記加工処理ヘッドマニホルドを移動させて前記供給部マニホルドと接続し、
ｄ）前記供給部マニホルドと前記加工処理ヘッドマニホルドとの接続により、１つ以上の媒体及び／またはエネルギーを前記加工処理ヘッドに、使用時には前記媒体またはそれぞれの媒体及び／またはエネルギーを供給できるようにして供給を行うことができる、方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法に従って、加工処理ヘッドマニホルドを有する加工処理ヘッドを供給部マニホルドを有する支持構造に接続する方法であって、前記係合部の係合によって機械式インターフェイスが得られる、方法。
【請求項２６】
さらなる移動はエネルギー供給部によって作動する、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記供給部マニホルドと前記加工処理ヘッドマニホルドとは、多段式合体手法で接続される、請求項２４から２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記さらなる移動は、前記供給部ヘッドマニホルドに対する前記加工処理ヘッドマニホルドの微細な移動で構成されている、請求項２４から２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記供給部マニホルドと前記加工処理ヘッドマニホルドのうちの１つは、前記マニホルドまたは各マニホルドの汚染を防ぐカバーを備え、前記マニホルド同士が完全に連結されている間、前記カバーは開いている、または除去されている、請求項２４から２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記コネクタは、電気コネクタ、ガスコネクタ、または水コネクタで構成されている、請求項２４から２９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術分野］
本発明は、エネルギー源及び媒体のうちの少なくとも１つを、加工処理ヘッドを介して工作物上に送出するように構成されている工作機械または他の種類の機械に関する。工作機械は特にハイブリッド工作機械と称されてもよいが、これに限定されない。特に、本発明は、本装置を用いてハイブリッド製造を行う装置及び方法に関していてもよいが、これに限定されない。
【０００２】
ハイブリッド製造とは、付加製造及びＣＮＣ加工の両方の併用を必要とする製造方法に対して用いられる語である。
［背景技術］
従来、工作機械は、機械加工と称される手法で工作物から材料を除去することに使用されてきた。このような工作機械には、その多くがコンピュータ制御またはコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）されているフライス盤等が含まれている。
【０００３】
発明者らによるこれまでの出願、例えば国際公開第２０１４／０１３２４７号及び国際公開第２０１５／１８９６００号で説明されているように、従来のＣＮＣフライス盤は、「工作機械」と称されることもあるが、フライス加工、穴あけ加工、研削加工、ブローチ加工等といった、材料を除去する除去加工のみを行うための装備を備えている。ＣＮＣフライス盤はまた、接触タッチプローブまたは非接触スキャナを用いて局所測定等のある種の測定を実施可能であってもよい。
【０００４】
技術が進歩するにつれて、今では、このような機械を用いて、例えば他の形式の材料除去（超音波、レーザ等）、溶接、及び、材料堆積（レーザ堆積、表面硬化、指向性エネルギー堆積、付加製造等）等の他の機能を実行することができる。
【０００５】
付加製造とは、物品または少なくともその一部の製造、改良、または修理を、材料を付加することによって行う技術のことである。付加製造は、通常は単独型の３Ｄプリンタによって実現されてきた。あるいは、付加製造は、専用の付加製造システムによって、またはロボット、工作機械、組立ライン等での堆積を用いて実現されてきた事例もあった。
【０００６】
発明者は、付加製造技術を工作機械の環境内に適用することによって、大きな利益が得られることをよく理解している。
付加製造技術と従来からの除去製造技術を組み合わせたものは、ハイブリッド製造技術として知られるようになった。
【０００７】
既存の工作機械、例えば多軸ＣＮＣフライス盤に装着可能な加工処理ヘッドを設ける構造を提供することが知られている。しかし、このような従来技術の加工処理ヘッドは、所望されているような使い勝手が得られるものではない。
【０００８】
工作機械に付加製造技術を後付けすることで、「ハイブリッド製造」を導入しやすくなった。国際公開第２０１４／０１３２４７号及び国際公開第２０１５／１８９６００号に記載されているように、付加製造を可能にするのに適した種々のエネルギー源は、工作機械内に実装されてもよい。国際公開第２０１４／０１３２４７号の好適な実施形態に図示されているように、一般的なエネルギー源はレーザである。国際公開第２０１４／０１３２４７号に記載されているように、レーザエネルギーと供給原料媒体の送出は、この発明では、エネルギーまたは媒体を送出する合体可能マニホルドと、エネルギー及び／または媒体を受け入れる、加工処理ヘッド上にある対応するマニホルドとによって可能になっている。国際公開第２０１４／０１３２４７号の好適な実施形態は、様々な加工方法、特に見通し線でのレーザエネルギー送出を行う方法にとっては理想的である。
【０００９】
記載されている合体可能マニホルド及び加工処理ヘッド上の対応するマニホルドは、複雑で高価な構成部品であることは理解されてきた。このような合体システムを組み込むために必要な労力は、通常は金属製である高額部品のためのレーザを用いた指向性エネルギー堆積にとっては合理的である。しかし、このような部品のコストは、ある特定の種類の検査ヘッドを含む加工処理ヘッドと他の種類の付加製造技術との組み合わせとともに使用するには合理的ではない可能性もあることも理解されている。
【００１０】
国際公開第２０１５１２７２７２号では、工作機械を用いて付加製造加工を行う方法及び装置を開示しているが、本号では、加工処理ヘッドの向きを制御して、製造エネルギービーム、供給粉体ノズル、またはその両方の正接角を制御してもよい。非円形エネルギービームの向きは、機械経路の幅全体にわたってエネルギービームをより均等に分布させるように制御されてもよい。追加として、または代替として、供給粉体ノズルの向きは、ビームの標的から間隔をあけて配置された粉体の標的に向かって突出するように制御されてもよい。
【００１１】
米国特許第９４４６４７５号明細書では、超音波付加製造加工に使用する、フライス盤等と溶接アセンブリとを備えたシステムを開示している。フライス盤はさらに、フライス工具を受けるように構成されているスピンドルであって、ｚ軸方向に移動可能であるスピンドルと、スピンドルの下に位置する台であって、ｘ軸方向とｙ軸方向に移動可能である台とを有している。溶接アセンブリは、フライス盤のスピンドル上に実装されるように構成されており、超音波溶接ヘッドと、溶接アセンブリをスピンドルに接続するように構成されているテーパ加工工具の軸と、超音波溶接ヘッドとスピンドルとの間に配置されている独自の嵌合鍔とをさらに有していて、嵌合鍔は、超音波付加製造加工に付随するスラスト荷重を、スピンドルまたは機械の他の構成部品を損傷することなく、超音波溶接ヘッドからスピンドルのｚ軸へと伝達するように機能している。
［発明の概要］
本発明の第１の態様によれば、エネルギー源及び媒体のうちの少なくとも１つを、加工処理ヘッドを介して工作物上に送出し、材料付加、検査、またはデータ収集を行うように構成されている工作機械が提供される。工作機械は加工処理ヘッドを一時的に収容するように構成されているクランプ機構を有しており、工作機械は、エネルギー及び媒体のうちの少なくとも１つを送出するように構成されているマニホルドを有する止めブロックを備え、加工処理ヘッドは、止めブロックに接続可能であるように構成されている回転防止アーム及びコネクタを備えている。
【００１２】
好適な実施形態において、工作機械は多軸の工作機械である。
好ましくは、媒体またはエネルギーは、加工処理ヘッドマニホルドから加工処理ヘッド内に伝えられる。望ましくは、媒体またはエネルギーは加工処理ヘッドによって工作物に付与される。好適な実施形態では、媒体またはエネルギーは、加工処理ヘッドの加工処理要素によって工作物に付与される。好ましくは、加工処理要素は工作物に隣接している。加工処理要素は付与ヘッドを備えていてもよく、また、付与点を備えていてもよい。
【００１３】
望ましくは、本機械の止めブロックは工作機械に固定されており、望ましくは可動ではない。好適な実施形態において、固定式止めブロックには、スピンドルの上または近くに位置するマニホルドが配置されている。別の実施形態では、止めブロック機能は工作機械内に一体化されている。いくつかの例では、止めブロックは工作機械のスピンドル、スピンドルハウジング、Ｚ軸鋳造部品、または他の構造内に一体化されてもよく、これにより、回転防止アームとコネクタとを有する加工処理ヘッドを用いる手段を提供できる。スピンドルは、使用時には回転しない、スピンドル本体の外側部分を含んでいてもよい。スピンドルハウジングは、スピンドルを囲むカバーまたは他の部品を含んでいてもよい。他の実施形態では、止めブロックは、スピンドルを密閉する、または少なくとも部分的に囲むケーシングまたは金属板カバー内に一体化されてもよい。
【００１４】
止めブロックをＣＮＣ工作機械に用いることは知られている。代表的には、外側ハウジングや、加工処理ヘッドまたはフライス加工ヘッド全体を動かないようにする、特に加工処理ヘッドの一部分が回転運動しないようにすることが所望される場合に、このような止めブロックが用いられてきた。
【００１５】
既知の止めブロックにおいて、機械にはブロックが設けられている。ブロックは少なくとも、加工処理ヘッドから延在している回転防止アームを受けるように構成されている穴を備えている。回転防止アームは止めアームを備えていてもよく、プランジャまたは代替の機械式延長部をさらに備えていてもよい。プランジャは、鋼材といった固形物で形成されていてもよく、プランジャに付与されたあらゆる回転運動や回転運動力に対してプランジャが耐え得るような寸法であってもよい。
【００１６】
止めブロック用マニホルドは、加工処理ヘッド上のマニホルドと協働かつ結合するように構成されていてもよい。止めブロック用マニホルドはブロックの穴の周りに設けられていてもよい。加工処理ヘッド上のマニホルドは、止めアーム内またはプランジャ内に設けられていてもよい。他の実施形態では、マニホルドはプランジャに隣接して設けられていてもよい。
【００１７】
工作機械は、工作物を加工処理するように構成されていてもよい。
通常、クランプ機構はスピンドルの先端部内に収納されており、加工処理ヘッドをスピンドル上の所定の位置を占めるように構成されている。さらに、工作機械は通常、クランプ機構に接続される場合には加工処理ヘッドを貫通する軸を有しており、加工処理ヘッドは軸を中心にして運動するように構成されている。
【００１８】
加工処理ヘッドは、エネルギー源を工作物上に導くように構成されている１つ以上の案内機構を備えていてもよい。
合体用マニホルドは、使用時に加工処理ヘッドに供給される１つ以上の媒体を接続させるように構成されていることにより、工作物の加工処理を容易にするようになっていてもよい。
【００１９】
合体用マニホルドは、加工処理ヘッドをクランプ機構に、回転防止アームを止めブロックにそれぞれ接続した場合に、１つ以上の媒体を加工処理ヘッドに供給することを可能にしてもよい。
【００２０】
好都合には、工作機械はまた、止めブロック用マニホルドと加工処理ヘッドマニホルドとを接続した場合に媒体または各媒体を加工処理ヘッドに供給するように、加工処理ヘッド合体用マニホルド内へ、及び／または加工処理ヘッド合体用マニホルドとの接続を外す方向へ、供給ユニット合体用マニホルドを移動させるように構成されている、少なくとも１つの機構を備えていてもよい。好適な実施形態では、スピンドルの先端部内のクランプ部内に工具を装填する動作はその一部が、または全体が１つ以上のさらなるステップとして作動されるが、この動作によって、マニホルド同士が互いに連通する。
【００２１】
さらなるステップ、つまり「多段式合体」によって、回転防止アームまたは他の使いやすい整合方法、例えばロボットやガントリーを用いて行うマニホルドインターフェイスの位置決めよりも高い精度の整合を必要とするコネクタの使用が可能になる。この手法により利益を得ると思われるこのようなコネクタの例としては、電気コネクタ、分離する水用継手、またはガスコネクタが挙げられる。このステップは、破片、削りくず、油、切削液、及び他の汚染源を、傷つく可能性のある例えば電気式インターフェイス等のマニホルドコネクタに近づけない保護カバーの移動または除去に対処してもよい。回転防止アームのプランジャとの間の最初の機械式インターフェイスが止めブロック合体部内に挿入されたら、任意の簡便なエネルギー供給部により、さらなる段階が作動可能である。このエネルギー供給部としては、機械式、空気圧式、または電気式の作動が含まれるが、これらに限定するものではない。例えばロボットアームとともに使用する別の実施形態では、異なる時間またはシーケンスごとにマニホルドを部分的に係合していくような複数の段階を有することが望ましい場合もある。
【００２２】
合体用マニホルドは、エネルギー源を加工処理ヘッドへと伝達することができるように構成されていてもよい。
広くは、各実施形態は、２つのマニホルドを接続した後、エネルギー源を加工処理ヘッド合体用マニホルドを介して伝達することを可能にする。このような実施形態は、マニホルド同士を接合する際にエネルギー源を接続できる点で好都合である。
【００２３】
各実施形態は、止めブロック合体用マニホルド内部に、案内機構または各案内機構を加工処理ヘッド内で冷却するように配置されている冷媒、使用時にエネルギー源によって加工処理されるように配置されている加工処理可能媒体、及び保護媒体のうちの少なくとも１つを供給するように構成されているダクトを有していてもよい。好都合には、冷媒、保護媒体、及び加工処理可能媒体の各々が単純に媒体と称されていてもよい。改めて、このような実施形態は、使用時にマニホルド同士を接合したら、媒体、または各媒体を簡便に供給できるので、好都合である。
【００２４】
選択された材料をエネルギー及び／または熱にさらす際に不活性環境を与えることが望ましいことは、当業者であれば理解されるであろう。これは、例えば加工処理ヘッドを通る、例えば保護ガス（つまり保護媒体）の局所的な送出によって実行することができる。あるいは、この作業は、工作機械の周囲または工作機械の少なくとも一部の周囲に設けられた、真空または別の不活性環境を維持するチャンバ内部で開始されてもよい。
【００２５】
止めブロック合体用マニホルドは、複数の媒体及び／または貯蔵エネルギーを供給するように構成されていてもよいことは理解されるであろう。
数多くの実施形態では、媒体供給部及びエネルギー源のうちの少なくとも１つを、加工処理ヘッド合体用マニホルド内部のダクトと整合するように配置された整合機構を提供している。エネルギー源は、使用時に正しく焦点を合わせるためには正確に整合されている必要があることが多く、整合機構を設けると、２つのマニホルドが接続する際に接続されるエネルギー源が確実に正しく整合されることは理解されるであろう。好適な実施形態では、回転防止アーム上または内部に位置する合体部の向きは、プランジャから延在するピンと、プランジャが止めブロックと接続されていないときにその角度方向を保持する、従来技術で既知の固定用リングとを用いることで得られる。
【００２６】
加工処理ヘッドは２つ以上の回転防止アームを有していてもよい。止めブロックは工作機械の一部の周りに、２つ以上の回転防止アームが１つの止めブロックと係合可能であるように延在していてもよい。あるいは、１つ以上の回転防止アームに対して、別々の止めブロックが設けられていてもよい。各アームは、加工処理ヘッドの周りに間隔をおいて配置されていてもよい。例えば、２つのアームを１８０度の間隔をあけて配置していてもよい。あるいは、２つのアームは、工具格納部に入れられるほど小型であってもよいように、間隔がより近い方が望まれることもある。止めブロックのうちの１つ以上は、加工処理ヘッドのマニホルドに接続可能であるマニホルドを有していてもよい。
【００２７】
いくつかの実施形態において、ほぼ平面の表面によって、整合機構が少なくとも部分的に設けられている。
通常、各実施形態は、加工処理ヘッドに向かって送出されたエネルギーを導くために、使用時に加工処理ヘッドの長手方向軸に沿った領域上にエネルギー源を集束させるように構成されている。このような構成は、複数の軸の心違いを考慮する必要がないので、工作機械に対してプログラミングをより容易に行うことができ、また、作業領域がずれの分を考慮する必要がないので、より小さくできる点で好都合である。当業者であれば、エネルギー源の焦点が軸からずれている際には、ずれの分を考慮するにはさらに変換が求められるので、対象を加工処理するのに必要な作業領域は顕著に増大することは理解するであろう。
【００２８】
止めブロック用マニホルドのある工作機械の実施形態は、電気、信号、熱、電子ビーム、アーク、プラズマ、マイクロ波、メーザ、集束電磁放射、または音波（超音波を含む）等のうちの少なくとも１つとして、エネルギー源を設けるように構成されていてもよい。集束電磁放射は、例えばＸ線、マイクロ波、紫外線、赤外線等のうちのいずれかであってもよい。
【００２９】
止めブロック用マニホルド、及び／もしくは、加工処理ヘッドマニホルドまたは加工処理ヘッド内部に設けられた案内機構は、１つ以上のレンズ、ミラー、プリズム、回折格子、ビーム拡大器、空間光変調器、光学部品、電気式連結機構、導電性媒体経路、電磁継手機構、ビームステアリング部品、ビームステアリング域発生器、マイクロ電気機械システム、マイクロミラーデバイス、同軸ケーブルを含む電磁障害（ＥＭＩ）シールドといったシールド部品等のうちのいずれかを備えていてもよい。しかし、加工処理ヘッドがより頑丈でより少ない数の部品で構成されているならば好都合である。
【００３０】
特に、いくつかの実施形態では、加工処理ヘッドはレンズと反射板とを備えていてもよい。
工作機械は、使用時に、通常は粉体またはフィラメント形状の金属、ポリマー、またはセラミック材料、冷却または加工処理用流体、ガス、加工処理用流体等のうちの少なくとも１つを供給するように構成されていてもよい。
【００３１】
好都合には、工作機械のコントローラは、工作機械が加工処理ヘッドをクランプ機構内において自動式で、または少なくとも半自動式で交換するように構成されている。当業者であれば、工作機械のコントローラという語は、工作機械の内部にあるコントローラと、工作機械とネットワーク化されている、またそうでない場合は工作機械に連結されているコントローラの両方を網羅するように構成されている語であることは理解されるであろう。
【００３２】
回転防止アームを止めブロックに、アームや通常は止めブロック内で収容されているプランジャを用いて接続するように処理ヘッドを制御することは周知されているので、本明細書ではこれ以上の説明は行わないことは理解されるであろう。
【００３３】
「工作機械」の語は全体としての機械に関して用いられてきたことは理解されるであろう。交換可能なヘッドを説明してきたが、従来のフライス加工及び機械加工ヘッドは、機械加工カッターまたは機械加工工具と称されることもあるが、機械加工ヘッドのことを言及してきた。本願で開示されているように、工作物を加工処理するためには、「加工処理ヘッド」と称される代替のヘッドが用いられており、この処理には、エネルギーを工作物へと方向づけること、媒体及びエネルギーを工作物へと方向づけること、または媒体を工作物上に付与／堆積することが含まれていてもよい。
【００３４】
当業者であれば、請求項に記載の本発明を提供するように構成されていてもよい、既知の止めブロック及び回転防止アームのいくつかの形態が存在することは理解されるであろう。
【００３５】
いくつかの実施形態において、止めブロック合体部は複数のマニホルドを有していてもよい。マニホルドのうちのいくつかは固定されていてもよい。他の実施形態では、マニホルドのうちの１つ以上が移動性であってもよい。
【００３６】
各マニホルドは、様々なコネクタやそのコネクタの組み合わせの中から選択されてもよい。マニホルドは、信号電圧、センサフィードバック、電力供給、及び通電容量用の電気コネクタを備えていてもよい。いくつかの実施形態では、マニホルドは、工作物に高電圧を印加する手段を備えていてもよい。例えば、マニホルドは、加工処理ヘッドが工作物の加工処理に溶接アークを使用可能であるように、高電圧を供給してもよい。
【００３７】
マニホルドはまた、１つ以上の媒体送出管または送出ラインを備えていてもよく、媒体はガス、液体、蒸気、ミスト、エアロゾルから選択してもよい
他の実施形態では、媒体は、粉体、ワイヤ、ペレット、箔等の固形物、及び固形の供給原料から選択されてもよい。
【００３８】
止めブロック用マニホルドと加工処理ヘッドマニホルドとを介して工作物には、補助媒体も供給されてもよく、このような媒体は、使用時に加工処理を冷却、遮蔽、または調節するように構成されている水用継手及び空気用継手を備えていてもよい。
【００３９】
加工処理ヘッドと合体用マニホルドとには、追加の改良を行ってもよい。一実施形態において、回転防止アームはさらに、加工処理ヘッドを少なくとも部分的に囲むように構成されている方向づけ用鍔を備えている。望ましくは、方向づけ用鍔は冷却機構を備えている。
【００４０】
別の実施形態において、加工処理ヘッドは鍔を備えている。必要に応じて、鍔は、ポリマー押し出し成形ヘッドを予熱するように構成されているクレードルを備えている。
本発明に係る、周囲を囲む鍔（従来技術で知られているような止めブロック内でプランジャが係合していないときにヘッドの向きを保持するのに使用される、固定用リングまたは鍔と同じものであってもよい）を有する工作機械は、循環空気またはポンプ注入空気を用いてヘッドまたは工作物の冷却を行う機能を有するように設計されていてもよいことは理解されてきた。さらに、プロセス印刷中に冷却または遮蔽用ガスまたは液体を搬送する流路は、鍔に与えられてもよい所望の機能でもある。
【００４１】
ＣＮＣ工作機械での材料堆積にこの合体部を用いることの特別な利点は、ハイブリッド加工処理の可能性広げることである。例えば、基板に初期層を付着させるために加熱された土台を必要とする代わりに、フライスまたは穴あけカッターを用いるＣＮＣ工作機械によって、基板内に溝または穴を形成してもよい。１つまたは複数の溝もしくは穴の形成後、堆積システムを有する加工処理ヘッドは、空隙内に材料を射出し、新たな堆積物と基板との機械的な結合を、構造の残りに対処し、かつ新たに堆積した工作物の表面の後堆積加工も続けられるのに十分な強度で、追加の工作物保持装置の追加を最小限で、いくつかの場合では全く追加することなく、実現することができる。後者の場合、工作物保持物は必要に応じて印刷される。
【００４２】
合体部が備わっているＣＮＣ工作機械のハイブリッドな性質のために、同じ外被内で材料を堆積し削り出すことができると、工作物の加工処理を新たな順序で行うことにつながることは理解されるであろう。いくつかの方法では、ハイブリッドＣＮＣ工作機械をワイヤ埋め込みに用いてもよく、これは、工作物またはその一部を形成する材料を堆積することによって簡便に実現可能である。必要に応じて、ありみぞフライスまたは他の種類のカッターによって、ワイヤを置くまたは嵌め込む（材料の剛性とワイヤの厚さに対する許容誤差に依存する）ことができる流路を削り出すこともできる。いくつかの実施形態では、ワイヤは合体部を介して供給可能である。あるいは、真直度が最重要である場合には、ワイヤはスピンドルの中空中心を通って同軸となるように供給されてもよい。
【００４３】
ワイヤもしくは他の適切な供給原料または補助媒体をスピンドルを介して供給することにより、ワイヤまたは他の供給原料をまっすぐにするためのスピンドルに対して距離が得られる。望ましくは、供給原料は工作物に対して、その表面に直角に近づいていく。
【００４４】
いくつかの実施形態では、エネルギーを、止めブロックの供給部合体部を介して加工処理ヘッドに送出してもよい。いくつかの実施形態では、供給原料を、上述のワイヤの例とは異なる位置や方向から加工処理ヘッドに送出してもよい。これは、エネルギーが止めブロック合体部を介して入っていくことが好都合である堆積ヘッドにとっては効果的であり、媒体は別の方向から入っていくことを要求されてもよく、エネルギーと供給原料にとっては供給原料が工作物に近づいていくときだけ交差することを要求されてもよい。
【００４５】
本発明の第２の態様によれば、回転防止アームとマニホルドとを、合体用マニホルドを有する止めブロックと組み合わせて有する加工処理ヘッドを備えている、構成要素一式が提供されており、加工処理ヘッドは、使用時に、工作機械のクランプ機構等に接続可能であるように構成されている。
【００４６】
加工処理ヘッド合体用マニホルドが接続されるように構成されていてもよい、いくつかの実施形態では、１つ以上の媒体が使用時に加工処理ヘッドに供給されると、工作物の加工処理が行いやすくなる。
【００４７】
いくつかの実施形態では、加工処理ヘッド回転防止アームが、止めアームから延在しているプランジャを用いて、止めブロックに接続可能であり、止めブロック内の穴に収容可能である。
【００４８】
いくつかの実施形態では、止めブロック合体用マニホルドは、エネルギー源を、加工処理ヘッドマニホルド内に伝達可能であるように、また、好ましくは加工処理ヘッドを介して工作物に印加可能であるように構成されていてもよい。
【００４９】
各実施形態は、通常、加工処理ヘッド内部の案内機構または各案内機構を冷却するように構成されている冷媒、及び、使用時にエネルギー源によって加工処理されるように構成されているエネルギー源加工処理可能媒体のうちの少なくとも１つを供給するように構成されている、内部にダクトを有する加工処理ヘッド合体用マニホルドを提供してもよい。２つのマニホルドの間には、本明細書に記載されているような他の流体及び／または媒体を連通してもよい。
【００５０】
いくつかの実施形態では、加工処理ヘッド内の案内機構に加えて、さらなる案内機構を設けてもよく、さらなる案内機構は供給部止めブロック合体用マニホルドに付随していてもよい。
【００５１】
本発明の少なくともいくつかの実施形態は、エネルギー案内機構（または複数のエネルギー案内機構）のうちの少なくとも１つを、加工処理ヘッド内部でエネルギー源加工処理可能媒体を選択的に溶融できるように配置してもよい。
【００５２】
代替の、あるいは追加の実施形態において、構成要素一式は複数の加工処理ヘッドを備えていてもよく、各々の加工処理ヘッドはそれぞれ、一式内にある他の加工処理ヘッドとは異なるようにエネルギー源を集束させるように配置されている。例えば、第１加工処理ヘッドは、加工処理ヘッド内部のエネルギー源加工処理可能媒体を溶融するように配置されていてもよい。第２加工処理ヘッドは、工作物上に置く媒体を供給するように構成されていてもよい。他の加工処理ヘッドは、他の付加加工処理または除去加工処理を行うように、または工作物を測定または走査するように構成されていてもよい。
【００５３】
本発明の合体による手法とともに、様々なヘッドを使用してもよい。代表的には、加工処理ヘッドは、材料堆積、処置、または検査に使用されてもよい。この合体可能マニホルドとともに使用する付加製造には、ＳＴＭ  Ｆ４２で規格化されている７種類の付加製造分類のいずれかが含まれている。本発明の合体による手法は、付加製造方式の加工処理ヘッドとともに使用するために容易に適応可能であることは理解されるであろう。本発明の合体システムは、渦電流検査、超音波検査、レーザ走査、３Ｄ走査、写真測量、光学測定、硬度測定、顕微鏡検査、カメラ、磁気センサ、静電容量式センサ等の検査ヘッドを有していてもよいことが予想される。
【００５４】
上述したように、好適な実施形態では、回転防止アーム上または内部に位置する合体部の向きは、プランジャから延在するピンと、プランジャが止めブロックと接続されていないときにその角度方向を保持する、従来技術で既知の固定用リングとを用いることで得られる。加工処理ヘッドがスピンドル内に装填されるとほぼ整合されている状態で保持され、プランジャが止めブロックに係合された際に最終的な整合が得られる。好都合には、媒体の種類の中には、供給ユニット合体用マニホルド内部の媒体供給部を加工処理ヘッド合体用マニホルド内部のダクトに整合させるように構成されている整合機構があるものもある。このことは、液体用継手及び他の媒体またはエネルギー用継手の分離にとって必要である場合もある。
【００５５】
本発明の第３の態様によれば、加工処理ヘッドを工作機械に接続する方法が提供されている。加工処理ヘッドは回転防止アームとコネクタとマニホルドを有しており、本方法は、
ａ）供給部マニホルドを有する止めブロック合体部のある工作機械を供給し、
ｂ）工作機械に格納場所から加工処理ヘッドを選択させて、加工処理ヘッドを工作機械のクランプ機構内へと挿入させ、
ｃ）回転防止アーム及びコネクタを移動させて止めブロックと係合するように構成された機構を作動させ、
ｄ）加工処理ヘッドマニホルドを移動させて止めブロックの供給ユニット合体用マニホルドと接続し、
ｅ）供給部止めブロック合体用マニホルドと加工処理ヘッド合体用マニホルドとの接続により、１つ以上の媒体を加工処理ヘッドに、使用時には媒体またはそれぞれの媒体を供給できるようにして供給を行うことができる。
【００５６】
本方法はさらに、工作機械の格納領域内で加工処理ヘッドを交換する場合とは順序が逆の工程を備えていてもよい。
いくつかの実施形態では、加工処理ヘッドマニホルドと止めブロック合体用マニホルドと工作機械との間の電気式、光学式、及び機械式接続用の接続が提供されていてもよい。このような接続により、工程監視センサと装備に対する接続が得られる。このようなセンサは、画像記録装置、照明、接触プローブ、３Ｄ表面測定スキャナ及び容積測定スキャナ、酸素センサや熱センサ等のセンサ、またはカメラ等に備わっていてもよい。いくつかの実施形態では、温度センサを使用して、加工処理が実行されている最中の工作物の温度を監視してもよい。工程監視センサまたは測定機器は、１つ以上の媒体が接続されているように、及び／または、加工処理ヘッドとマニホルドの両方に追加されているように構成されている加工処理ヘッドの一部、マニホルドの一部に備わっていてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、あらゆる加工処理ヘッド及び機械加工ヘッドに加えて、検査ヘッドと考えられてもよい別個のヘッドとして、工程監視センサを設けていてもよい。
【００５７】
いくつかの実施形態では、１つ以上の溶融液貯蔵部の温度を監視してもよい。溶融液貯蔵部は、材料を堆積する場所に形成されてもよい。媒体は工作物へ、または工作物に向けて付与され、エネルギー源からエネルギーを印加することによって溶融してもよい。よって媒体は、エネルギー源加工処理可能媒体であると考えられてもよい。
【００５８】
追加の、または代替の実施形態において、媒体は溶融した状態で堆積してもよい。
いくつかの実施形態では、１つの媒体を加工処理ヘッドに供給している。他の実施形態では、２つ以上の媒体を加工処理ヘッドに供給してもよい。媒体は例えば代替の色または代替の媒体を備えていてもよい。いくつかの実施形態では、第１媒体は構造用材料で構成されていてもよく、第２媒体は支持用材料で構成されていてもよい。支持用材料は、工作物が完成したら除去可能であってもよい。複数の媒体が供給されているならば、工具はこれらの媒体を選択的に使用することができるように構成されていてもよい。
【００５９】
いくつかの実施形態では、媒体はポリマー材料で構成されていてもよい。他の実施形態では、媒体は、金属、非金属、ポリマー、セラミック、粘土、または誘電体で構成されている群から選択してもよい。媒体は、粉体またはペレット形状、もしくは、半液体状または完全に液体状のフィラメント、棒、箔、平板、またはワイヤのうちのいずれかの形状で与えられてもよい。あるいは、媒体は、液体、乳剤、気体、エアロゾル、スラリー、またはペーストの状態で、もしくはこれらの中に懸濁した状態で与えられてもよい。
【００６０】
ある特別な実施形態において、媒体はポリマーフィラメントで構成されていてもよい。通常、このようなフィラメントはエネルギー源によって、媒体を制御可能な手法で供給、方向づけ、押し出し成形、噴出、または堆積できるような温度になるまで加熱されてもよい。あるいは、流体状媒体を、媒体槽から加工処理ヘッドに供給してもよい。媒体は、媒体槽の全ての媒体が流体状になり、制御可能な状態で分注または放出可能になるまで、エネルギー源によって加熱されてもよい。いくつかの実施形態では、媒体はまた、工作物の形成中に電気回路が敷設可能なように、導電体、半導体、及び誘電体で構成されていてもよい。別の実施形態では、媒体は、槽から加工処理ヘッドの堆積先端部に向かって通過してもよく、エネルギーは、媒体が堆積先端部から出ていく前に媒体に印加されてもよい。このことは、媒体がフィラメントまたはワイヤ形状であり、媒体は機械式供給機構、例えばローラによって加工処理ヘッドを介して供給可能である実施形態の場合は特に適している可能性がある。媒体がまもなく堆積されようとしている状態になるまでは、媒体は比較的剛性があることが望ましい場合もある。エネルギーは、媒体が堆積先端部から出ていく直前、出る最中、または出た後に印加されてもよい。代替として、または追加として、材料を工作物の表面上に堆積してからエネルギーに曝してもよい。
【００６１】
本発明の別の態様によれば、クランプ要素と堆射要素との中間にある本体部を備えている、工作機械の加工処理ヘッドが提供されている。本体部は、本体部の接続されている回転防止アームと、回転防止アーム上にある合体用マニホルドとを有しており、合体用マニホルドは、使用時に工作機械上にある供給部マニホルドに接続されるように構成・配置されていて、合体用マニホルドは、工作物に対して堆射する前に、エネルギー供給部及び／または媒体供給部のうちの少なくとも１つの供給を、供給部マニホルドから加工処理ヘッドに向かって行うように配置されている。
【００６２】
加工処理ヘッドは、材料が堆積される際に材料に対して往復直線運動または振動する冷却されている突き固め用プラテンを有していてもよい。加工処理ヘッドは、揺動運動を用いている、材料を締め固めるプラテンを有していてもよい。
【００６３】
さらなる態様によれば、加工処理ヘッドと支持構造との間にある合体用インターフェイスが提供されている。合体用インターフェイスは、エネルギー源及び媒体のうちの少なくとも１つを、加工処理ヘッドを介して送出し、付加製造または検査を行うように構成されており、支持構造は、
エネルギー及び媒体のうちの少なくとも１つを送出するように構成されている供給部マニホルドと、
加工処理ヘッドを収容するように構成されているクランプ機構と、
第１係合部と、を有していて、
加工処理ヘッドは、クランプ機構内に収容可能であり、
供給部マニホルドから、エネルギー及び媒体のうちの少なくとも１つを受け取るように構成されている加工処理ヘッドマニホルドと、
第１係合部を脱離可能に係合するように構成されている第２係合部と、を有しており、
最初の動作では第１係合部と第２係合部とを整合させ、さらなる動作では供給部マニホルドと加工処理ヘッドマニホルドとの間を流体連通させることができる。
【００６４】
第１係合部は供給部マニホルドの一部であってもよい。第２係合部は加工処理ヘッドマニホルドの一部であってもよい。
クランプ機構は、加工処理ヘッドマニホルドの少なくとも一部を収容するように構成されている機械式収容部分を備えていてもよい。
【００６５】
機械的な動作によって行われる場合もあるが、第１係合部を第２係合部に係合したら、さらなる動作により、加工処理ヘッドマニホルドと供給部マニホルドとの間にさらなる接続が得られてもよい。
【００６６】
さらなるステップ、つまり「多段式合体」によって、簡単な係合機構を用いて行うマニホルドインターフェイスの位置決めよりも高い精度の整合を必要とするコネクタの使用が可能になる。多段式合体はさらに、合体中に力がかかったり整合不良が生じたりしている間に損傷するおそれのあるコネクタの使用が可能になる。係合部同士の間の最初の機械式インターフェイスが確立された後、空気圧式または電気式の作動が含まれるが、これらに限定するものではない任意の簡便なエネルギー供給部により、さらなる段階が作動可能である。
【００６７】
マニホルド同士が完全に連結されている間、マニホルドまたは各マニホルドの汚染を防ぐカバーは開いていても、または除去されていてもよい。これは、破片、削りくず、油、切削液、及び他の汚染源を、傷つく可能性のある例えば電気式インターフェイス、水コネクタ、またはガスコネクタ等のマニホルドコネクタに近づけない役割を果たす。
【００６８】
上述の実施形態のいずれかとの接続に、カバーを使用してもよいことは理解されるであろう。カバーは、ない場合には可能処理または格納領域内にあるはずの汚染源への曝露から逃れられない、損傷を受けやすいコネクタが存在する実施形態においては特に望ましい場合もある。カバーはまた、加工処理ヘッドマニホルドと供給部マニホルドとの間で行われる接続を可能にする微調整を支援するように構成されていてもよい。
【００６９】
加工処理ヘッドマニホルドを有する加工処理ヘッドを供給部マニホルドを有する支持構造に接続する、さらなる態様の方法によれば、本方法は、
ａ）加工処理ヘッドを支持構造のクランプ機構内へと挿入し、
ｂ）最初の動作において、支持構造の係合部を加工処理ヘッドの対応する係合部に係合し、
ｃ）係合部同士を係合した後、さらなる動作において、加工処理ヘッドマニホルドを移動させて供給部マニホルドと接続し、
ｄ）供給部マニホルドと加工処理ヘッドマニホルドとの接続により、１つ以上の媒体及び／またはエネルギーを加工処理ヘッドに、使用時には媒体またはそれぞれの媒体及び／またはエネルギーを供給できるようにして供給を行うことができる。
【００７０】
加工処理ヘッドマニホルドを移動させて供給部マニホルドに接続させることが、さらなる動作であることは理解されるであろう。当業者であれば、合体及びクランプの様々な段階の順序は所望されるように変更可能であることは理解されるであろう。
【００７１】
当業者であれば、本発明のこの態様を任意のインターフェイス合体システムに関して用いてもよいこと、しかしこの態様は、工作物に対して付加製造とＣＮＣ加工の両方を実行する、または工作物の検査を実行するように構成されている工作機械またはロボットには特に用途が広いことは理解されるであろう。
【００７２】
上述したように、「多段式合体」によって、簡単な係合機構を用いて行うマニホルドインターフェイスの位置決めよりも高い精度の整合を必要とするコネクタの使用が可能になる。係合部同士の間の最初の機械式インターフェイスが確立された後、空気圧式または電気式の作動が含まれるが、これらに限定するものではない任意の簡便なエネルギー供給部により、さらなる段階が作動可能である。
【００７３】
さらなるステップ、つまり「多段式合体」によって、回転防止アームまたは他の使いやすい整合方法、例えばロボットやガントリーを用いて行うマニホルドインターフェイスの位置決めよりも高い精度の整合を必要とするコネクタの使用が可能になる。この手法により利益を得ると思われるこのようなコネクタの例としては、電気コネクタ、水用継手、特に分離する水用継手、またはガスコネクタが挙げられる。多段式合体はまた、破片、削りくず、油、切削液、及び他の汚染源を、傷つく可能性のある例えば電気式インターフェイス等のマニホルドコネクタに近づけない保護カバーの移動または除去にも対応していてもよい。例えばロボットアームとともに使用する別の実施形態では、異なる時間またはシーケンスごとにマニホルドを部分的に係合していくような複数の段階を有することが望ましい場合もある。この多段式合体は、支援として用いられる工作機械、ロボットアーム、ガントリー、プリンタ等の剛性の必要条件を大幅に減らすことに役立つ可能性がある。複数のコネクタの係合力に全て打ち勝って支持部と加工処理ヘッドマニホルドとの係合を実現する必要はないからである。一段階式合体工程では、支持部またはロボットアームにかかる力は相当なものであり、支持部またはロボットアームに対する剛性の要件を、加工処理ヘッドを工作物に対して移動させるのに必要であり得る以上に大幅に高める可能性もある。さらに、合体中、供給部マニホルドに対する加工処理ヘッドの移動と、合体工程中に加わる力のせいで増大した負荷を、支持部またはロボットアームにかけてもよい。この剛性と力の要件の増大は、一段階式合体に耐えるために、支持部またはロボットアームのコストを大幅に増加させる可能性がある。
【００７４】
いくつかの状況において、力や位置の正確性に対して、これまで普通に使われてきた他のインターフェイスよりも敏感または繊細なコネクタを利用することは望ましい場合もある。望ましくは、最初の段階によってインターフェイスの位置を大まかに整合させ、後の方や最終的な接続はある程度の微調整を用いて行われる場合、合体の後の方の段階を用いて最終的な接続を行ってもよい。このことの実施例の１つとして、クランプ機構内の係合部同士の間で、粗係合が存在するように、粗整合を行うことが挙げられる。最初の係合が完了したら、供給部マニホルドを移動させて、加工処理ヘッドマニホルドとよりよい整合を行うようなさらなる動作では、クランプ機構を作動させてもよい。通常、最初の合体は、ヘッドの一部分と供給部マニホルドを移動させて、１〜２０ｍｍのオーダーであることが多い粗係合を行ってもよい。通常、さらなる合体動作は、１ｍｍ未満のオーダーで、ほんの少しから２５マイクロメートルまでのことも多い距離だけ、供給部または加工処理ヘッドマニホルドを移動させる。より高精度で整合を完了したら、水用継手または最初のクランプ部係合中に存在する可能性のある整合不良または横力によって損傷するかもしれない他のコネクタを移動させて互いに流体連通させることができる。このような継手またはコネクタは、次に、軸の整合を満足させた状態で、最後の係合の工程を５〜１５ｍｍのオーダーで行ってもよい。
【００７５】
別の実施形態では、供給部と加工処理ヘッドマニホルドのうちの一方に先細ピンを使用して、供給部と加工処理ヘッドマニホルドのうちの他方の穴に係合して協働させることによって、粗整合を実現してもよく、先細ピンの穴への係合を増やせば、供給部と加工処理マニホルドを導いてより高精度の整合を行うように構成されている。ピンの角度のある先端部により、係合距離が比較的長くなってしまうこともあることは理解されるであろう。ピンが短いままである場合、マニホルドインターフェイスから突出しているコネクタは、ピンの傾斜角が浅い、または傾斜していない部分の係合がコネクタに対する十分な整合精度で行われる前に、整合不良により損傷を受ける可能性がある。
【００７６】
開示されている多段式合体を使用することによって、これらの問題を克服することが可能になる。いくつかの実施形態では、最初のクランプ機構は、先細であってもよい場合もあるピンを備えていてもよい。コネクタの位置を供給部マニホルドまたは加工処理ヘッドマニホルドのうちの１つの内部にすることが望ましい場合もある。いくつかの好適な実施形態では、最初のクランプ移動中には、コネクタは全体が供給部または加工処理ヘッドマニホルド内部に格納されていてもよい。ピンを穴内に係合させることは、最初のクランプ移動で構成されている。さらなる微調整の移動は、ピンが移動して穴に入り、ピンまたは複数のピンの角度のある先端部が、供給部と加工処理ヘッドマニホルドをより正確に整合させる際の結果として得られる。正確な整合がなされたら、コネクタを係合位置に移動させてもよい。この実施形態では、さらなる移動は、最初のクランプ移動と同じ方向で行われている。
【００７７】
別の実施形態では、マニホルドのうちの一方にある突出部は、マニホルドのうちの他方にある穴と係合するように配置されていてもよい。最初のクランプ移動は第１の方向に行われてもよい。さらなる移動は、最初の移動と交差する方向に行われてもよい。さらなる移動が完了した後、コネクタが移動して係合し、流体連通してもよい。
【００７８】
支持部は工作機械の一部かロボットの一部であってもよいことは理解されるであろう。ロボットシステムの適用は、多段式合体の利点の１つが最初のクランプ動作においてかけられた負荷と力の低減である時に特に有用性が高く、またこのことは、ロボットや軽負荷ＣＮＣ工作機械には特に用途が広いと信じられている。当業者であれば、ロボットシステムは、１回の動作で合体を実現するために要求される剛性、強度、そして精度も有していなくてもよいことは理解されるであろう。
【００７９】
当業者であれば、本発明の上述の各態様は様々な特徴を導入していることは理解されるであろう。さらに、本発明の１つの態様のうちの１つからの特徴は、他の態様に対しても適用可能であるし、逆も成り立つことは理解されるであろう。
【００８０】
ここで、単に一例として、本発明の一実施形態の詳細な説明を以下に記す。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】図１は工作機械の概略図である。
【図２】図２は、従来技術の工作機械と合体ヘッドの断面を模式的に示している。
【図３ａ】図３ａは、工作機械に接続する前における従来技術の加工処理ヘッドの概略図である。
【図３ｂ】図３ｂは工作機械に接続した後における従来技術の加工処理ヘッドの概略図である。
【図４】図４は、従来技術の止めブロックと、回転防止アームとプランジャがある加工処理ヘッドとの概略図であり、本発明の一実施形態において用いられているマニホルドをさらに詳細に示している。
【図５】図５は、別の加工処理ヘッドの、工作機械に加工処理ヘッドを接続する前における図を示している。
【図６】図６は、図５の実施形態の斜視図であり、その媒体供給部を図示している図７の実施形態の、工作機械に加工処理ヘッドを接続した後における図を示している。
【図７】図７は多数の媒体供給部を有する加工処理ヘッドの概略図である、
【図８】図８は、本発明の別の態様に係る加工処理ヘッドの、工作機械に取り付けられた状態の図である。
【図９】図９は加工処理ヘッドのさらなる実施形態の説明図である。
【図１０】図１０は加工処理ヘッドのさらなる実施形態の説明図である。
【図１１ａ】図１１ａは、加工処理ヘッドの一実施形態の、カバーを実装した状態での斜視図である。
【図１１ｂ】図１１ｂは図１１ａの実施形態の側面図である。
【図１２】図１２は本発明のさらなる態様に係る一実施形態の説明図である。
【図１３】図１３は本発明のさらなる態様に係る別の実施形態の説明図である。
【図１４ａ−１４ｂ】図１４ａ及び１４ｂは従来技術での接続の説明図である。
【図１５ａ−１５ｄ】図１５ａ−１５ｄは本発明の別の態様に係る接続ステップを図示している。
【図１６ａ−１６ｄ】図１６ａ−１６ｄは本発明の別の実施形態の各ステップを図示している。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
［図面の詳細な説明］
図１は工作機械１００を模式的に示したものである。工作機械１００は、一般に、工作機械１００のクランプ機構内に保持されるとともに工作物１０４を機械加工するように配置されている機械加工ヘッド１０２を備えている。さらに、工作機械１００は通常、工作物１０４を加工処理する際には、機械加工ヘッド１０２の位置を制御するコントローラ１０６によって制御されている。
【００８３】
ほとんどの工作機械１００は、その作業に対して正しい機械加工ヘッド１０２がすぐ使えるように設けられるようにするために、機械加工ヘッド１０２が他の機械加工ヘッド１０２と交換可能なように構成されている。例として、フライス盤の場合、第１機械加工ヘッドが粗材料除去用に設けられてもよく、第２機械加工ヘッドが微細材料除去用に設けられてもよい。
【００８４】
したがって、工作機械１００は工具交換器を有しており、この交換器は、工作物１０４を加工処理するために工作機械１００が使用中の機械加工ヘッド１０２を、一般的にはコントローラ１０６による制御下で交換可能である。
【００８５】
図２は、発明者の先の出願である国際公開第２０１４／０１３２４７号に開示されている、従来技術の加工処理ヘッド２００を図示したものである。加工処理ヘッド２００は、工作機械１００のクランプ機構２０２を用いて工作機械１００に接続されており、機械加工ヘッドの格納部内に格納可能であり、かつ、工具交換器で自動的に工作機械１００に接続可能である。ここで、工具交換器は、工作機械が現在使用中ではない加工処理ヘッドや機械加工ヘッド等の格納場所を与えてもよい。本明細書での説明ではクランプ機構２０２について言及しているが、内部においてクランプ機構２０２が接続されているスピンドルも工作機械１００の一部であると見なされている。
【００８６】
記載されている実施形態では、加工処理ヘッド２００は、レーザビーム２０６を工作物１０４上に集束させるように配置されている。他の実施形態では、レーザの代わりに他のエネルギー源を使用してもよい。
【００８７】
図２では加工処理ヘッド２００を通る断面が示されており、反射板、例えばミラー２０８が、入射レーザビーム２１０を９０度回転させて集束レンズ２１２上に入射させ、集束レーザビーム２０６を生成するように配置されていることがわかる。レーザビームや光学部品に加えて、加工処理ヘッド２００は、媒体を送出する１つ以上のダクトも含んでいてもよい。本例の場合、媒体は、エネルギー源により溶融されるように配置されている輸送流体内にあるポリマー及び／または金属粉体で構成されていてもよい。加工処理ヘッドは、媒体が加工処理ヘッドを介して送出され、媒体が工作物１０４に到達する前には溶融状態、または少なくとも半溶融状態になっているようにエネルギー源内へと送られるように配置されている。したがって、加工処理ヘッドは材料を工作物上に堆積させるために使用可能であり、これにより、例えば部品を修理するのに使用し得る堆積システムを提供可能である。
【００８８】
工作機械（スピンドルを含む）及びクランプ機構２０２は、図２において破線ＸＸで表されている長手方向軸を有している。クランプ機構２０２内に機械加工ヘッド（例えばフライス）が存在しているとすれば、軸ＸＸを中心にして回転するであろう。本実施形態では、レーザビーム２０６であるエネルギー源は、工作物１０６の表面上にある軸ＸＸ上にほぼ位置する点や領域２１３等に集束すると好都合である。
【００８９】
加工処理ヘッド２００及びクランプ機構２０２に隣接した位置には、様々な構成要素を収容するハウジングを設けた供給ユニット２１４が設けられている。加工処理ヘッド２００は加工処理ヘッド合体用マニホルド２０１を、供給ユニット２１４は供給ユニット合体用マニホルド３００をそれぞれ備えており、両マニホルドは、互いに結合することで、図２に示されているような状態で供給ユニット２１４を加工処理ヘッド２００に接続するように配置されている。
【００９０】
供給ユニット２１４の上には、本実施形態ではレーザであるエネルギー源２１６が設けられている。レーザ２１６はビームを発生させ、そのビームは供給ユニット２１４内へと送られて、第１レンズ２１８と第２レンズ２２０とを備えたビーム拡大器２１７を通過する。ビーム拡大器２１７は、工作物１０４上での最終的な集束をより良い状態にするために、かつ、光学部品に対する熱負荷を低減させるために、レーザビームの直径を大きくするのに利用される。
【００９１】
供給ユニット２１４はまた、レーザからの光ビームを９０度反射して、加工処理ヘッド２００及びその中にある反射板２０８へと向かわせるように配置されている、別の反射板２２２を備えている。各レンズ２１８，２２０及び反射板２２２は、供給ユニット２１４内に設けられている案内機構であると見なされてもよい。
【００９２】
供給ユニット２１４はまた、様々な媒体２２４の供給部を備えている。この供給部は、供給ユニット２１４を接続する際に、マニホルドを介して加工処理ヘッド２００に接続される。
【００９３】
供給ユニット２１４は、高価であり、通常は比較的大きくて扱いにくい構成要素である、複雑な構成要素を備えていることは、当業者であれば理解できるであろう。
図３ａは別の従来技術の加工処理ヘッド及び工作機械の概略図であり、ここで、加工処理ヘッド３００には、加工処理要素３０１及びクランプ要素３０２が、工作機械１００に対してクランプするように配置されている。図３ａでは、加工処理ヘッドは工作機械に接続されていない。
【００９４】
図３ｂは、図３ａの工作機械と加工処理ヘッドにおいて、クランプ要素３０２によって加工処理ヘッド３００が工作機械にクランプされた後の概略図である。その後、加工処理要素３０１を工作物１０４上に配置し、動作させてもよい。
【００９５】
図４は、従来技術の回転防止アームと止めブロックとの概略図を示したものである。加工処理ヘッド３００には、クランプ機構３０２が、工作機械のスピンドル上にクランプされるように配置されている。加工処理ヘッド３００はさらに、加工処理ヘッドに接続された回転防止アーム３０４を有している。回転防止アーム３０４は、プランジャ３０６を有しており、プランジャ３０６は、工作機械に接続されている（図示せず）止めブロック３０８に、脱離可能な状態で接続されるように構成されている。回転防止アームと止めブロックとは、加工処理ヘッドがスピンドルとともに回転しないように配置されている。
【００９６】
図５は、合体していない状態の本発明に係る工作機械１００の図であり、工作機械１００は工作機械本体５０と加工処理ヘッド３００とを備えている。工作機械本体５０には、止めブロック３９０が取り付けられている。止めブロックは穴５２を備えている。
【００９７】
加工処理ヘッド３００は、３０１で該ね示されている加工処理要素と、クランプ要素３０２とを備えている。クランプ要素は、図６に示されているように、工作機械によって、脱離可能な状態でクランプされるように配置されている。加工処理ヘッドはさらに、プランジャ３９２が装着された回転防止アーム３９１を備えている。プランジャ３９２は、工作機械本体５０上にある止めブロック内の穴５２に、脱離可能な状態で収容されるように配置されている。
【００９８】
止めブロックはさらに、プランジャに隣接する止めブロックの側面に装着された供給部マニホルド４９０を備えている。加工処理ヘッドはさらに合体可能マニホルド４９１を備えており、合体可能マニホルド４９１は、プランジャに隣接する回転防止アームの側面に設けられていて、止めブロック上にある供給部マニホルド４９０に合体可能なように配置されている。図６は、工作機械上で正しい位置にクランプされている加工処理ヘッドを示しており、回転防止アームとプランジャとが止めブロックに係合し、かつ供給部マニホルドと加工処理ヘッドマニホルドが合体している状態を図示している。
【００９９】
当業者によって、流体及び媒体を供給部マニホルドへ、そして加工処理ヘッドマニホルドから加工処理ヘッドの加工処理要素へと供給するように構成可能であることが理解されるであろう。
【０１００】
動作の際には、加工処理ヘッドを、コントローラの制御下で、工具交換器または他の機構を用いて工作機械１００に接続する。工具交換器は、加工処理ヘッドのクランプ要素３０２を、スピンドルの先端部にあるクランプ機構内へと移動させるように制御されている。
【０１０１】
一例示的実施形態において、クランプ要素３０２を工作機械１００に係合させるように移動させると、同時に、プランジャ３９２を止めブロック３９０内の穴５２に係合させ、止めブロック３９０の供給部マニホルド４９０を加工処理ヘッドの合体可能マニホルド４９１に連通させるような配置になる。
【０１０２】
別の実施形態では、図１２に示されているように、第１合体ステップでは、クランプ要素３０２と工作機械とを接続して、図１２ｂでわかるように、プランジャ３９２と穴の間とを最初に粗く嵌める。第２合体ステップでは、マニホルド４９０，４９１を流体連通させる。第２合体ステップは、空気圧式または電気式の作動を含むがこれらに限定されない、都合のよいエネルギーの供給によって作動させてもよい。図１２ｃでは第２合体ステップが完了しており、マニホルド４９０，４９１は緊密に整合・接続されている。
【０１０３】
合体用マニホルド４９０，４９１の片方または両方は、接続されていないときにマニホルド４９０，４９１を汚染から保護するカバー５１０を有していてもよい。カバーはレール部５１４内を移動可能な閉塞蓋５１２を備えていてもよく、閉塞蓋５１２は開口部５１６を閉塞して加工処理ヘッド内へと動く。閉塞蓋を設ける代替手段は、当業者であれば容易に想定できるであろう。第２合体ステップはまた、カバー除去を作動させるようになっていてもよい。あるいは、カバーを除去するさらなるステップを設けてもよい。カバーを有する加工処理ヘッドは図１１に図示されている。
【０１０４】
プランジャ３９２及び穴５２により、位置の粗調整手段が簡便に得られる。止めブロックに限定されない、位置の粗調整手段を有する任意の合体用マニホルドを用いて、多段式合体を利用可能であることは理解できるであろう。
【０１０５】
さらに、本実施形態では、クランプ要素３０２をクランプ機構２０２に、プランジャ３９２を止めブロック３９０に整合／係合した後、加工処理ヘッドの合体用マニホルド４９１が移動して供給部マニホルド４９０と係合しているが、この順序は所望するように変更してもよいことは理解されるであろう。また、いくつかの実施形態では、加工処理ヘッドマニホルド４９１よりも供給部マニホルド４９０を移動させる方が好都合であることも理解されるであろう。
【０１０６】
図１３に示されている別の実施形態では、第１合体ステップは、加工処理ヘッドマニホルド４９１と供給部ヘッドマニホルド４９０との整合で構成されていて、この整合は加工処理ヘッドマニホルド４９１を供給部ヘッドマニホルド４９０の方に移動させることで行われてもよいし、その逆でもよい。マニホルドを接続したら、さらに合体を行う移動によって、この場合は供給部マニホルド内にほぼ位置しているコネクタ６００が、加工処理ヘッドマニホルド内の対応するコネクタ部品に接続される。このさらに合体を行う移動は、空気圧式または電気式の制御によって開始されてもよい。
【０１０７】
図１４ａは既知の合体システムの一実施形態を示しており、ここでは、最初にクランプさせる移動において、供給部マニホルド上にある先細ピン６１０等の先細部品を利用して、加工処理ヘッドマニホルド上にある対応する穴６１１に係合させる時に、合体用供給部マニホルドと加工処理ヘッドマニホルドとを整合させる。従来から既知の構成では、図１４ａに詳細を示しているように、好都合なピンの長さは、コネクタの長さを超えない場合もあれば、十分な整合精度で、コネクタ６００の衝突を避けられる程度に迅速には、マニホルド内に係合しない場合もある。
【０１０８】
本発明に係る多段式合体を用いている方法では、図１５ａ〜１５ｄに示されているように、先細ピン６１０が図１５ｃに示されているように粗整合を開始するまでは、コネクタ６００は供給部マニホルド内部に格納したままの状態である。ピンの角度のある先端部が移動して穴内に入り、さらなる移動が実行される際に、供給部マニホルドと加工処理ヘッドマニホルドはより高精度な整合の段階に進む。このさらなる移動が図１５ｄに示されているように完了したら、完全な整合が達成される。これにより、コネクタ６００が加工処理ヘッドマニホルド内の対応するコネクタ６０１と完全に係合されて流体連通している状態になってもよく、コネクタ同士を連結するために最終的な移動及び係合を行ってもよい。
【０１０９】
図１４ｂは、対応する穴６２１に係合するクランプ機構突出部６２０を用いて整合を実現する、別の実施形態を示している。これにより、図１４ｂに示されているように、粗整合を用いてクランプ部を不完全に係合させることが可能になる。図１４ｂの詳細部で図示されているように、加工処理ヘッドマニホルドと供給部マニホルドとの間ではコネクタは完全には整合されてないことがあり、クランプ動作中に損傷が起こる可能性があることは理解されるであろう。
【０１１０】
図１６ａ〜１６ｄに示されている多段式合体工程に従って、突出部６２０を穴６２１に係合する。最初のクランプ動作を作動させた後、加工処理ヘッドマニホルドと供給部マニホルドとを粗係合させ、さらなる移動を作動させて、図１６ｃに示されているようにマニホルド同士をより高精度で整合させる。この実施形態では、このさらなる移動は最初のクランプ動作と交差する方向に行われる。図１６ｄに示されているように整合及びクランプが行われたら、損傷のリスクもなくコネクタ６００をさらに係合することができる。この多段式合体を用いることにより、クランプ後により大きな力のコネクタの係合に備えた任意の力があってもほとんど利用せずに、支持構造が加工処理ヘッドマニホルドと供給部マニホルドとの互いに対する位置を粗く決めることも可能になる。
【０１１１】
多段式合体の使用は、例えば電気またはガスコネクタもしくは水コネクタといった、損傷をより受けやすいコネクタである場合には特に望ましいこともある。多段式合体の使用は、コネクタが損傷を受けやすいという危険性もなく１回の動作で合体を実現できるのに必要な強度や剛性がない可能性のある、ロボットシステムまたは軽負荷ＣＮＣ工作機械に対しては特に効果的であることも理解されるであろう。
【０１１２】
図７は、加工処理ヘッドの外部に、恐らくは上述のようなマニホルドを介して電力と媒体を供給しながら、加熱ポリマーを押し出し成形するように構成されている材料加工処理ヘッドを示している。この実施形態では、加工処理ヘッド１１５０は、クランプ機構１１５２、第１堆積ヘッド１１５４、及び第２堆積ヘッド１１５６を備えている。クランプ機構は、工具ホルダと称されることもあるが、ＩＳＯ−４０テーパ工具ホルダやＨＳＫ  ６３ａ工具ホルダ、または従来技術で既知である他の適切な工具ホルダ型式であってもよい。
【０１１３】
加工処理ヘッドは、ＡＳＴＭ  Ｆ２７９２での規定で定義されているように「材料押し出し成形」装置を表す一例である。よって、堆積ヘッド１１５０は、工作物に材料を押し出し成形するように構成されている。加工処理ヘッドはまた、第１媒体供給部１１５８及び第２媒体供給部１１６０を備えている。この実施形態では、媒体供給部は、第１流路１１６２及び第２流路１１６４を備えており、それぞれは、媒体供給部１１６８，１１７０に供給する媒体を形成する第１及び第２ポリマーフィラメントを導くように構成されている。媒体は、媒体供給機構から第１及び第２流路に供給される。媒体供給機構はマニホルドに接続されるように配置されている。電源供給は、上述の各図で説明したマニホルドの準用であるマニホルドから、加工処理ヘッドへと行われている。フィラメント供給機構１１６６は加工処理ヘッド内に位置しており、第１及び第２フィラメントを、それぞれの第１加熱チャンバ１１６８及び第２加熱チャンバ１１７０に供給する。電源供給部（通常はマニホルドを介して接続されていて、その接続はここでは１１７２で示している）は、第１及び第２加熱チャンバにエネルギーを供給し、それぞれのチャンバの内部では、第１及び第２フィラメントが加熱されて、半流動体状態の媒体が第１堆積ヘッド１１５４及び第２堆積ヘッド１１５６に供給される。
【０１１４】
工作機械の工具ホルダの構成は、ＩＳＯ４０、ＣＡＴ４０、ＢＴ４０、ＨＳＫ６３Ａ、Ｃａｐｔｏ  ６等の標準工具及びサイズを含むことは理解されるであろう。また、開示されている発明の範囲の範疇である構成及びサイズは、他のサイズ及び構成、並びにロボットのエンドエフェクターの取付板を含む。
【０１１５】
本発明に係る工作機械の別の例を図８に示す。
図８は、合体した状態の本発明に係る工作機械１００の図であり、工作機械１００は工作機械本体５０と加工処理ヘッド３００とを備えている。工作機械本体５０には、止めブロック３９０が取り付けられている。
【０１１６】
加工処理ヘッド３００は、３０１で該ね示されている加工処理要素と、クランプ要素３０２とを備えている。クランプ要素は、工作機械によって脱離可能にクランプされるように配置されている。加工処理ヘッドはさらに、図８では可視化されていないプランジャが装着された回転防止アーム３９１を備えている。
【０１１７】
止めブロック３９０はさらに、プランジャに隣接する止めブロックの側面に装着された供給部マニホルド４９０を備えている。媒体供給部５００は供給部マニホルド４９０に接続されている。加工処理ヘッドはまた合体可能マニホルド４９１を備えており、合体可能マニホルド４９１は、プランジャに隣接する回転防止アームに装着されていて、止めブロック上にある供給部マニホルド４９０に合体可能なように配置されている。図８は、工作機械上で正しい位置にクランプされている加工処理ヘッドを示しており、回転防止アームとプランジャとが止めブロックに係合し、かつ供給部マニホルドと加工処理ヘッドマニホルドが合体している状態を図示している。
【０１１８】
この実施形態では、加工処理ヘッドへの媒体供給は、回転防止アーム及び配管５０２を介して加工処理ヘッド内へ、そしてそこから加工処理ヘッドを介して加工処理要素へと行われる。
【０１１９】
媒体及び／またはエネルギーの供給は合体用インターフェイスと回転防止アームを介して行われてもよいことは理解されるであろう。あるいは、合体用インターフェイスはプランジャを通ってもよい。あるいは、エネルギー及び媒体の送出は、好ましくは止めブロックと回転防止アームとに隣接する、独立した領域を通るように配置されていてもよい。媒体供給は、その一部が回転防止アームと加工処理ヘッドとの間に設けられた配管を介して行われてもよい。
【０１２０】
合体用マニホルドの支持に止めブロックの接続を利用することにより、より軽量の媒体やあまり損傷を受けないエネルギー源を加工処理ヘッドに供給するのに特に適した構成に改善できることは理解されるであろう。
【０１２１】
本発明に係る工作機械の使用例として、工作物上にプラスチック材料を堆積するように構成された工作機械が提供されている。プラスチック媒体の加工処理ヘッドへの供給は、押し出し成形されたフィラメントまたは顆粒の形態で、上述されたような合体用マニホルドを通った後に配管５０２を通って加工処理ヘッド３００内へという流れで行うことができる。プラスチック材料は加工処理ヘッド内で加熱された後、加工処理要素３０１を通って工作物１０４上に堆積される。
【０１２２】
この構成は、用いる構成要素もそれほど複雑ではなく、工作機械の周りの占有空間もより小さいので、自由度が高くなる点において効果的である。
本発明の一態様に係る加工処理ヘッドのさらなる実施形態を図９に示す。加工処理ヘッド３００は、クランプ要素３０２と堆射要素３０１との中間にある本体部３０３を備えている。回転防止アーム３９１は、本体部の上部にクランプ要素に隣接するように接続されている。合体用マニホルド４９１は回転防止アーム３９１に接続されている。本実施形態における合体用マニホルドは、加工処理ヘッドと合体して、加工処理ヘッドにエネルギー供給と媒体供給を行い、工作物１０４に材料を堆射するように構成されている。
【０１２３】
本例において、エネルギー供給は電気エネルギーであり、供給の経路は、加工処理ヘッドへと流入する前に、マニホルドと回転防止アームとを通る。電気エネルギーは、工作物に堆射される媒体を加熱するために用いられる。スピンドルの回転によって機械的な動作も行われ、この回転がクランプ要素３０２を回し、その次にヘッド本体内部のネジポンプを回転させる。加工処理ヘッドの本体の周りには加熱帯４０６が設けられており、媒体を加熱する。
【０１２４】
工作物に堆射される媒体もまた、マニホルドを介して加工処理ヘッドに供給される。媒体は一連の適切な媒体の中から選択されてもよい。本事例では媒体はプラスチックペレット４００で構成されている。マニホルドからは、プラスチックペレット４００は、マニホルドと加工処理ヘッドとの間にある配管４０２を通るように導かれる。配管は、加工処理ヘッドの本体内にある内部チャンバ４０３と連通している。アルキメデスのネジポンプ４０４が設けられ、媒体を堆射要素に向かって連続して流している。媒体が本体内を下行する際に、媒体は電気エネルギーによって加熱帯内で、プラスチックペレットが完全に溶融されて（４０８）堆射要素によって工作物へと堆射できるようになるまで加熱される。追加の媒体がワイヤ、繊維、またはフィラメント４１０の形で、マニホルドから加工処理ヘッドへ供給される。ワイヤ４１０はマニホルドから加工処理ヘッドの堆射要素上のローラ４１２へと通過していき、工作物に堆射される。堆積中、または仕上げのために、必要に応じて、ブレード４１３または従来技術で既知の他の切断装置を用いて、ワイヤ、繊維、またはフィラメントを切断してばらばらの長さにすると好都合なこともある。繊維が押し出し成形されたら周期的にその繊維を切断するように動作するブレード４１３が設けられている。材料を連続供給することを終えると、ナイフがその繊維を切断することができる。他の実施形態では、繊維は周期的に切り刻まれて、押し出し成形された材料を短繊維で強化することもたらす。
【０１２５】
さらに、締め固め用枠または突き固め用足部４１４が設けられており、新たに堆積された材料を締め固めて堆積物をより平滑でより高密度にする。この足部を冷却することによって堆積された材料の付着を最小限にすることが望ましい。足部はまた、堆積された材料に対して振動または往復直線運動してもよい。
【０１２６】
締め固めまたは突き固め機能の別の実施形態は図１０に示されており、ここでは、可動プラテン４２４のあるヘッドの断面が図示されている。プラテンは、堆積中の材料の後ろに延在している第１部分と、第１部分と不平行な角度で堆積中の材料の前方に延在している第２部分とを有している。プラテン４２４は、位置ａから位置ｂに変化する際に、回転または前後に揺動して、堆積された材料を締め固める。回転軸４２５は供給方向（図示のとおり）に直角であってもよく、また、ランダムの整合を含む別の整合を行ってもよい。
【０１２７】
上述した各例では、止めブロック３９０は工作機械５０の本体５０の側面に取り付けられている。しかし、このことは単に例示にすぎないことは理解されるであろう。止めブロック３９０は、工作機械の他の部分に接続されても一体化されてもよい。例えば、止めブロック３９０は、機械のスピンドル、スピンドルハウジング、Ｚ軸鋳造部品、または他の構造内に一体化されてもよい。止めブロック３９０は、適切に配置された回転防止アーム３９１が止めブロックを係合する場合に加工処理ヘッドの回転を防ぐように、工作機械の固定部分に接続または一体化されなければならない。
【０１２８】
上述した各例では、加工処理ヘッド３００は１つの回転防止アーム３９１を有している。しかし、別の実施形態では、加工処理ヘッド３００は、加工処理ヘッド３００の周りで１８０度間隔をあけた２つの回転防止アーム３９１を有していてもよい。各アームは、プランジャまたは他のコネクタを実装することで止めブロック３９０を係合してもよい。２つのアームを設けることによって、複数のコネクタを提供でき、加工処理ヘッド３００と工作機械との整合が向上する。止めブロック３９０は、工作機械の周りに、両アームが同じ止めブロック３９０を係合するように延在してもよい。あるいは、工作機械の周りに別々の止めブロック３９０を設けてもよい。止めブロック３９０及び回転防止アーム３９１の片方または両方が、供給部マニホルドを有していてもよく、及び／または、上述したようにエネルギーを供給してもよい。加工処理ヘッドの周りに任意の間隔で回転防止アーム３９１を設けてもよい。さらに、任意の数の回転防止アーム３９１及び止めブロック３９０を設けてもよい。
【図１】
2020515430.tif 000003
【図２】
2020515430.tif 000004
【図３ａ】
2020515430.tif 000005
【図３ｂ】
2020515430.tif 000006
【図４】
2020515430.tif 000007
【図５】
2020515430.tif 000008
【図６】
2020515430.tif 000009
【図７】
2020515430.tif 000010
【図８】
2020515430.tif 000011
【図９】
2020515430.tif 000012
【図１０】
2020515430.tif 000013
【図１１ａ】
2020515430.tif 000014
【図１１ｂ】
2020515430.tif 000015
【図１２】
2020515430.tif 000016
【図１３】
2020515430.tif 000017
【図１４ａ−１４ｂ】
2020515430.tif 000018
【図１５ａ−１５ｄ】
2020515430.tif 000019
【図１６ａ−１６ｄ】
2020515430.tif 000020
【国際調査報告】
2020515430.tif 000021
2020515430.tif 000022
2020515430.tif 000023