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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024035996
(43)【公開日】2024-03-15
(54)【発明の名称】治具装置、及び治具ユニット
(51)【国際特許分類】
   B23Q 3/02 20060101AFI20240308BHJP
   B23Q 3/06 20060101ALI20240308BHJP
【FI】
B23Q3/02 A
B23Q3/06 303E
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022140675
(22)【出願日】2022-09-05
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-10-13
(71)【出願人】
【識別番号】000183819
【氏名又は名称】株式会社駿河生産プラットフォーム
(74)【代理人】
【識別番号】100099645
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 晃司
(74)【代理人】
【識別番号】100161090
【弁理士】
【氏名又は名称】小田原 敬一
(74)【代理人】
【識別番号】100154162
【弁理士】
【氏名又は名称】内田 浩輔
(72)【発明者】
【氏名】大河原 慎也
【テーマコード(参考)】
3C016
【Fターム(参考)】
3C016BA05
3C016CB06
3C016CB07
(57)【要約】
【課題】ワークに施される様々な加工条件に対応する治具装置を提供するとともに、ワークの加工効率を向上させる。
【解決手段】工作機械におけるワークWの治具装置100は、ワークを片持ち状態で保持する保持機構110と、主軸方向に直交する第一軸方向と、主軸方向及び第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、第二軸方向においてワークと対向する第二軸方向支持部材131を有する第二軸方向支持機構130とを備え、保持機構は、第一軸方向におけるワークの一方の端部を保持し、第二軸方向支持機構は、第二軸方向において、ワークと接触する第二軸方向支持位置とワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段135を有する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
工作機械におけるワークの治具装置であって、
前記ワークを片持ち状態で保持する保持機構と、
主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構とを備え、
前記保持機構は、前記第一軸方向における前記ワークの一方の端部を保持し、
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有する、治具装置。
【請求項2】
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向支持部材の位置を、前記主軸方向及び前記第一軸方向と平行な平行平面において変更できるように構成されている、請求項1に記載の治具装置。
【請求項3】
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向支持部材の位置を前記平行平面において変更できるように、前記第二軸方向に平行な平行回転軸線の回りに前記第二軸方向支持部材を回転させる平行回転機構を有する、請求項2に記載の治具装置。
【請求項4】
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において前記ワークを両側から挟むように、少なくとも二つの前記第二軸方向支持部材を有する、請求項1又は2に記載の治具装置。
【請求項5】
前記保持機構は、前記主軸方向に直交する一の回転軸線の回りに前記ワークを回転させる回転機構を有する、請求項1又は2に記載の治具装置。
【請求項6】
前記保持機構は、前記主軸方向に直交する第一回転軸線の回りに前記ワークを回転させる第一回転機構と、前記主軸方向及び前記第一回転軸線に直交する第二回転軸線の回りに前記ワークを回転させる第二回転機構とを有する、請求項1又は2に記載の治具装置。
【請求項7】
工作機械において片持ち状態で保持されるワークの治具装置用の治具ユニットであって、
主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構を備え、
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有する、治具ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、片持ち状態で保持されるワークの治具装置、及び治具装置用の治具ユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、六面加工機用の下治具装置が記載されている。この下治具装置は、ワーク支持面でワークを支持する固定下治具と、昇降可能に設けられた昇降下治具とを備えている。そして、昇降下治具が上昇したとき、昇降下治具のワーク支持面は、固定下治具のワーク支持面と共面状となる。さらに、昇降下治具が下降したとき、昇降下治具のワーク支持面は、固定下治具のワーク支持面よりも低いレベルになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2014-18944号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
工作物であるワークを加工するための工作機械、例えばマシニングセンタと呼ばれる工作機械によってワークを加工する場合、ワークは治具装置によって保持される。そして、大量に生産されるワークを加工する場合には、汎用的な治具装置が用いられる。一方、少量ずつ生産される多品種のワークを加工する場合、ワーク毎に専用の治具装置が用いられる。このように専用の治具装置を用いる場合、加工面を変えるときには、工作機械を停止してワークを治具装置から取り外す工程が発生する。この取り外し工程に加えて、取り外したワークを別の治具装置に取り付ける工程も発生する。その結果、ワークの脱着工程の数と、工作機械の停止時間とに起因して、加工時間が長くなってしまう。その結果、ワークの加工効率が低下してしまう。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一態様に係る治具装置は、工作機械におけるワークの治具装置であって、前記ワークを片持ち状態で保持する保持機構と、主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構とを備え、前記保持機構は、前記第一軸方向における前記ワークの一方の端部を保持し、前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有する。
【0006】
また、他の一態様に係る治具ユニットは、工作機械において片持ち状態で保持されるワークの治具装置用の治具ユニットであって、主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構を備え、前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有する。
【発明の効果】
【0007】
これにより、ワークに施される様々な加工条件に対応する治具装置を提供するとともに、ワークの加工効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】治具装置の概略斜視図。
図2】支持位置にあるメイン支持部材の概略側面図。
図3】待機位置にあるサブ支持機構の概略斜視図。
図4】治具装置の概略斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明を実施するための例示的な実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態において説明する寸法、材料、形状及び構成要素の相対的な位置は任意に設定でき、本発明が適用される装置又は方法の構成又は様々な条件に応じて変更できる。また、特別な記載がない限り、本発明の範囲は、以下に具体的に記載された実施形態に限定されない。なお、本明細書においては、工作機械の主軸が配置される側が「上」に対応し、その反対側が「下」に対応する。
【実施例0010】
図1を参照して、工作機械(不図示)のテーブル210上、すなわちテーブル210の上方において片持ち状態で保持されるワークWの治具装置100について説明する。なお、図1は、斜め上方から見た治具装置100の概略斜視図である。本実施形態に係る治具装置100は、一例として工作機械の内部に設置されて、加工対象物であるワークWを片持ち状態で保持し且つ支持する。
【0011】
例えば、この工作機械は、ワークWに対して穴あけ加工、フライス加工、又は面取り加工等を施す。具体例として、加工機は、ワークWが直方体であるときに、ワークWの三面を加工する三軸加工機、又はワークWの五面を加工する五軸加工機である。さらに、加工機は、縦型加工機、横型加工機、又は門型加工機である。ただし、以下の説明では、工作機械が縦型の三軸加工機である例について主に説明する。
【0012】
治具装置100は、工作機械のテーブル210と、図1において破線によって示す工作機械の主軸200との間に設置される。なお、テーブル210は、治具装置100が設置されている状態で移動可能であってもよい。例えば、テーブル210は、工作機械の主軸方向と平行な方向(以下、Z方向ともいう)において上下移動可能であってもよく、Z方向に平行な回転軸を中心に回転移動可能であってもよい。さらに、テーブル210は、主軸方向と直交する方向(以下、X方向又はY方向ともいう)において、平行移動可能であってもよく、X方向又はY方向に平行な回転軸を中心に回転移動可能であってもよい。
【0013】
治具装置100は、ワークWを片持ち状態で保持する保持機構110と、治具ユニットUとを備える。そして、治具ユニットUは、後述する主軸方向支持部材及び主軸方向支持機構を有する主軸方向支持機構の一例として、メイン支持機構120を備える。さらに、治具ユニットUは、後述する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構の一例として、サブ支持機構130を備える。
【0014】
保持機構110は、主軸方向に直交する第一軸方向におけるワークWの端部(以下、保持端部ともいう)を片持ち状態で保持する。すなわち、保持機構110が、主軸方向に直交する第一軸方向として規定されるX方向におけるワークWの保持端部を保持すると、ワークWのX方向における他端部が自由端部となる。一方、保持機構110が、主軸方向に直交する第一軸方向として規定されるY方向におけるワークWの保持端部を保持すると、ワークWのY方向における他端部が自由端部となる。
【0015】
なお、保持機構110が、X方向におけるワークWの保持端部を保持する場合、サブ支持機構130の第二軸方向支持部材は、主軸方向及びX方向に直交する第二軸方向として規定されるY方向においてワークWと対向する。一方、保持機構110が、Y方向におけるワークWの保持端部を保持する場合、第二軸方向支持部材は、主軸方向及びY方向に直交する第二軸方向として規定されるX方向においてワークWと対向する。ただし、以下の説明では、保持機構110が第一軸方向として、X方向におけるワークWの保持端部を保持する例について主に説明する。
【0016】
[保持機構110]
保持機構110には、ワークWを挟持する保持手段であるチャック111が取り付けられる。一例として、チャック111は、保持機構110に対して着脱可能である。例えば、チャック111は、可動式の一対の爪部を有している。そして、一対の爪部がワークWの保持端部を挟持することによって、保持機構110がワークWを保持する。代替的に、チャック111は、三つ以上の爪部を有していてもよい。さらに、保持手段は、ワークWの保持端部を吸着保持する吸着装置であってもよい。
【0017】
このチャック111は、工作機械を停止せずに、加工済みのワークWと未加工のワークWとを入れ替える、いわゆる外段取りの場合、自動的にワークWを挟持する。例えば、加工済みのワークWは、ロボットアームによって工作機械の外部に搬出される。その後、未加工のワークWは、ロボットアームによって工作機械の内部に搬入される。そして、チャック111は、搬入された未加工のワークWを自動的に挟持する。
【0018】
また、保持機構110は、主軸方向に直交する一の回転軸線の回りにワークWを回転させる回転機構112を有している。回転機構112は、例えばインデックステーブル又は回転テーブル等と呼ばれる。具体的に、回転機構112は、主軸方向に直交する一の回転軸線として、X方向に平行な回転軸線X1を中心に360度の範囲でチャック111を回転させる。これにより、回転機構112は、回転軸線X1を中心に、チャック111に保持されたワークWを回転させることができる。
【0019】
回転機構112がワークWを回転させることによって、工作機械は、ワークWの四面を加工できる。例えば、ワークWが直方体である場合、工作機械は、主軸方向であるZ方向に並んだ二面と、Z方向に直交するY方向に並んだ二面との合計四面を加工できる。なお、保持機構110は、回転機構112を駆動する不図示の回転駆動手段を内蔵している。一例として、回転駆動手段は、回転運動を出力する駆動装置と、当該駆動装置の出力軸に接続された回転伝達機構とを含んでいる。
【0020】
また、保持機構110は、第一回転機構と第二回転機構とを有していてもよい。第一回転機構は、主軸方向に直交する第一回転軸線の回りにワークWを回転させる。そして、第二回転機構は、主軸方向及び第一回転軸線に直交する第二回転軸線の回りにワークWを回転させる。例えば、第一回転機構としての回転機構112が、主軸方向であるZ方向に直交する第一回転軸線として、X方向に平行な回転軸線X1を中心にワークWを回転させる。さらに、不図示の第二回転機構は、Z方向及び回転軸線X1に直交する第二回転軸線として、Y方向に平行な回転軸線Y2を中心にワークWを回転させる。
【0021】
具体的に、第二回転機構は、回転軸線Y2を中心に保持機構110を90度回転させる。これにより、チャック111に保持されたワークWの自由端部が、主軸200に対向する。すなわち、ワークWの自由端部は、図1における上側を向く。そのため、工作機械は、Z方向に並んだ二面と、Y方向に並んだ二面に、さらに自由端部側の一面を加えた合計五面を加工できる。この自由端部側の一面は、回転軸線Y2を中心に回転する前には、保持機構110とは反対側を向いている。なお、保持機構110は、第二回転機構を駆動する不図示の回転駆動手段を内蔵している。
【0022】
一例として、第二回転機構は、保持機構110を、メイン支持機構120とは別に回転軸線Y2を中心に回転させる。すなわち、第二回転機構は、メイン支持機構120を回転させずに、保持機構110を回転させる。この場合、ワークWはメイン支持機構120によって支持されないが、回転後の主軸方向における加工時の負荷は、ワークWを片持ち状態で保持する保持機構110に向かって加わる。そのため、ワークWは保持機構110によって支持される状態となり、加工時の負荷によってワークWが歪むことは抑制される。
【0023】
[主軸方向支持機構]
図2に示すように、メイン支持機構120は、主軸方向支持部材の一例として、少なくとも一個のメイン支持部材121を有している。このメイン支持部材121は、保持機構110に保持されるワークWに対して、主軸方向における工作機械の主軸200の反対側からワークWと対向するように配置されている。すなわち、メイン支持部材121は、保持機構110のチャック111よりも下方であって、且つ保持機構110に対して主軸200側に位置している。
【0024】
図1の例では、メイン支持機構120が、X方向に五列、及びY方向に五列のマトリクス状に配置された二十五個のメイン支持部材121を有している。代替的に、メイン支持部材121は一個でもよく、又は二十四個以下又は二十六個以上であってもよい。また、メイン支持部材121は、千鳥格子状等の他の態様で配列されてもよく、又は不規則に配列されてもよい。
【0025】
また、メイン支持機構120は、メイン支持部材121を駆動する主軸方向駆動手段の一例として、メイン駆動部125(図1)を有している。このメイン駆動部125は、主軸方向において、メイン支持部材121がワークWと接触する主軸方向支持位置と、メイン支持部材121がワークWから離れる主軸方向退避位置との間で、メイン支持部材121を駆動する。具体的に、メイン駆動部125は、主軸方向としてのZ方向において、図2に示す主軸方向退避位置にあるメイン支持部材121Aを主軸方向支持位置に向かって上方に突出させる。さらに、メイン駆動部125は、Z方向において、図2に示す主軸方向支持位置に突出しているメイン支持部材121Bを主軸方向退避位置に向かって下方に退避させる。
【0026】
図2を参照して、メイン支持部材121の駆動について説明する。なお、図2は、メイン支持部材121の概略側面図であり、メイン支持部材121の一部が主軸方向支持位置にある。図2においては、五個のメイン支持部材121が示されている。また、メイン支持部材121の先端は平坦であり、その先端面がワークWに接触する。代替的に、メイン支持部材121の先端は、球又は半球等の他の形状を有していてもよい。
【0027】
各メイン支持部材121は、主軸方向退避位置から主軸方向支持位置に向かって変位する略円柱状の部材である。そして、メイン支持部材121は、メイン駆動部125から供給される動力の作用によって、ワークWに向かって上昇する。例えば、メイン支持部材121は、電力、空気圧、油圧、又は圧縮ばねによるばね力等によって駆動される。一例として、メイン支持部材121は、ソレノイドアクチュエータ、送りねじ、エアシリンダ、又は油圧シリンダ等の直動アクチュエータのピン若しくはロッドである。
【0028】
図2に示すように、メイン支持部材121の上昇は、ワークWに接触すると停止する。その後、メイン支持部材121の上昇及び下降が規制される。これにより、チャック111に片持ち状態で保持されているワークWは、メイン支持部材121によって支持される。その後、加工が終了すると、メイン支持部材121は下降する。そして、下降したメイン支持部材121は、主軸方向退避位置において停止する。
【0029】
メイン支持機構120は、メイン支持部材121がワークWに対して接触する接触位置を、主軸方向と直交する直交平面において変更できるように構成されている。すなわち、メイン支持機構120のメイン駆動部125は、主軸方向としてのZ方向と直交する直交平面としてのXY平面において、ワークWに対する接触位置まで突出するメイン支持部材121を選択的に駆動するように構成されている。
【0030】
具体的に、メイン支持機構120は、主軸方向と直交する直交平面において異なる位置に配置されている複数のメイン支持部材121を有する。そして、複数のメイン支持部材121は、メイン駆動部125による駆動単位ごとに少なくとも一個のメイン支持部材121が含まれるように区分されている。一例として、メイン支持機構120には、それぞれ一個のメイン支持部材121が含まれる二十五の駆動単位が設定されている。ただし、駆動単位は、任意の数のメイン支持部材121が含まれるように設定できる。例えば、駆動単位は、一列に並んだ五個のメイン支持部材121が含まれるように設定できる。
【0031】
そして、メイン駆動部125は、駆動単位ごとに、各メイン支持部材121を駆動する。例えば、二十五の駆動単位が設定されている場合、メイン駆動部125は、一個ずつのメイン支持部材121を選択的に駆動する。また、一列に並んだ五個のメイン支持部材121をそれぞれ含むように、五の駆動単位が設定されている場合、メイン駆動部125は、五個ずつのメイン支持部材121を選択的に駆動する。
【0032】
例えば、メイン駆動部125は、工作機械が備えるコンピュータの一例である不図示の制御装置(例えばプロセッサ)によって制御される。そして、メイン駆動部125は、制御装置が認識したワークWの形状に対応する位置のメイン支持部材121を突出させる。図2の例では、メイン駆動部125が、ワークWの形状に対応する位置にある三個のメイン支持部材121を突出させている。
【0033】
一例として、制御装置は、突出させるメイン支持部材121を特定するピン特定情報(例えばピン番号)を取得する。このピン特定情報は、工作機械が備える記憶装置としてのメモリ、又は工作機械の外部に設けられた外部記憶装置から取得できる。代替的に、制御装置は、オペレータが手動で入力したピン特定情報を取得してもよい。そして、制御装置は、加工対象であるワークWに対応するピン特定情報を用いて、突出させるメイン支持部材121を特定して選択する。
【0034】
そして、制御装置は、選択したメイン支持部材121を、予め定められた突出タイミングで、メイン駆動部125によって突出させる。なお、突出タイミングとは、例えばワークWがチャック111の保持が完了したタイミング、又はワークWを保持するチャック111の回転機構112による回転が完了したタイミングである。さらに、制御装置は、選択したメイン支持部材121を、予め定められた退避タイミングで、メイン駆動部125によって退避させる。なお、退避タイミングとは、例えばワークWの一面の加工が完了したタイミングである。
【0035】
代替的に、制御装置は、センサー又は撮像装置等の検出装置によってワークWの形状を認識してもよい。この場合、制御装置は、認識したワークWの形状に対応する位置にあるメイン支持部材121を特定する。そして、制御装置は、特定したメイン支持部材121を、予め定められた突出タイミングで、メイン駆動部125によって突出させる。また、制御装置は、特定したメイン支持部材121を、予め定められた退避タイミングで、メイン駆動部125によって退避させる。
【0036】
このように、メイン支持機構120は、突出させるメイン支持部材121を選択する。これにより、XY平面において、ワークWと接触する位置にあるメイン支持部材121が、選択的に突出する。そのため、メイン支持機構120は、メイン支持部材121がワークWに対して接触する接触位置を、ワークWの形状に応じてXY平面において変更できる。その結果、様々な形状に加工されるワークWを、同一の治具装置100によって支持できる。
【0037】
また、保持端部から遠い自由端部の近傍を加工する場合、片持ち状態のワークWには、固定位置を中心として下向きの負荷が加わる。そのため、自由端部の近傍のメイン支持部材121を上昇させて、自由端部を下側から支持する。これにより、加工する際のワークWの歪みを抑制できる。
【0038】
また、治具装置100は、テーブル210上においてメイン支持機構120を移動させる第一移動機構(不図示)を備えている。この第一移動機構は、主軸方向としてのZ方向と直交するX方向にメイン支持機構120を移動させる。一例として、第一移動機構は、直線移動するスライダを備えている。そして、メイン支持機構120が載置されているステージ220は、スライダに対して固定されており、両者が共に移動する。さらに、治具装置100は、Z方向と直交するY方向にメイン支持機構120を移動させる不図示の第二移動機構を備えている。
【0039】
代替的に、ステージ220を移動させる移動機構は、メイン支持機構120の下方からエアを供給して、浮上したステージ220を移動させるエア浮上式の移動機構であってもよい。また、治具装置100は、ステージ220を移動させる移動機構として、主軸方向に平行な回転軸の周りにステージ220を回転させる回転移動機構を備えていてもよい。例えば、治具装置100は、回転移動機構として、ステージ220が載置される回転テーブルを備えていてもよい。
【0040】
代替的に、メイン支持機構120は、一個又は少数のメイン支持部材121を有していてもよい。この場合、メイン支持機構120は、主軸方向としてのZ方向と直交するX方向及びY方向に移動する。これにより、メイン支持機構120は、メイン支持部材121がワークWに対して接触する接触位置を、ワークWの形状に応じてXY平面において変更できる。例えば、メイン支持機構120のX方向及びY方向への移動は、工作機械の制御装置によって制御される。そして、メイン支持部材121がワークWの下方に位置するまで移動すると、メイン駆動部125は、メイン支持部材121を駆動する。
【0041】
また、ワークWを加工する場合、メイン支持機構120の主軸側には、防水又は防塵用のカバー(不図示)が被せられる。これによって、メイン支持部材121の周囲がカバーによって覆われる。そのため、水等の液体又は切りくず等の塵がメイン支持部材121の周囲に溜まることを抑制できる。
【0042】
また、カバーには、メイン支持部材121と対応する位置に貫通孔が形成されている。すなわち、カバーには、メイン支持部材121の数に対応する数の貫通孔が形成されている。そして、メイン支持部材121の先端は、貫通孔から露出している。そのため、メイン駆動部125によって駆動されるメイン支持部材121は、貫通孔を介して突出する。その結果、主軸方向支持位置にあるメイン支持部材121の上側の部分が、貫通孔から露出する。
【0043】
[第二軸方向支持機構]
図1に示すように、治具装置100は、メイン支持機構120に対して保持機構110とは反対側に配置されるサブ支持機構130を備えている。そして、図3に示すように、このサブ支持機構130は、第二軸方向支持部材の一例として、サブ支持部材131を有している。そして、サブ支持部材131は、主軸方向に直交する第一軸方向と、主軸方向及び第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、第二軸方向においてワークWと対向する。なお、図3は、図1の観察方向Aから観察した、待機位置にあるサブ支持機構130を示している。
【0044】
ここで、第一軸方向とは、保持機構110が保持するワークWの一方の端部(保持端部)から自由端部に向かう方向である。例えば、図3の例では、主軸方向としてのZ方向に対して直交するY方向において、サブ支持部材131が不図示のワークWと対向する。すなわち、図3の例においては、保持機構110がX方向におけるワークWの一端部を保持する。
【0045】
なお、保持機構110が保持するワークWの保持端部から自由端部に向かって延びる方向がX方向である場合、第二軸方向はY方向となる。そして、サブ支持部材131は、Y方向においてワークWを支持する。一方、保持機構110が保持するワークWの保持端部から自由端部に向かって延びる方向がY方向である場合、第二軸方向はX方向となる。そして、サブ支持部材131は、X方向においてワークWを支持する。すなわち、サブ支持機構130は、保持されているワークWを介してサブ支持機構130に加わる負荷を支えることによって、ワークWを支持する。
【0046】
また、サブ支持機構130は、サブ支持部材131を駆動する第二軸方向駆動手段の一例として、サブ駆動部135を備えている。サブ駆動部135は、第二軸方向において、サブ支持部材131がワークWと接触する第二軸方向支持位置と、サブ支持部材131がワークWから離れる第二軸方向退避位置との間で、サブ支持部材131を駆動する。具体的に、サブ駆動部135は、第二軸方向としてのY方向において、図3に示す第二軸方向退避位置にあるサブ支持部材131を第二軸方向支持位置に向かって突出させる。さらに、サブ駆動部135は、Y方向において、第二軸方向支持位置に突出しているサブ支持部材131を第二軸方向退避位置に向かって退避させる。
【0047】
具体的に、図3及び図4を参照して、サブ支持部材131の駆動について説明する。なお、図3は、第二軸方向退避位置にあるサブ支持部材131の概略斜視図である。また、図4においては、サブ支持部材131が第二軸方向支持位置にある治具装置100の概略斜視図である。図3及び図4においては、ワークWを挟むように配置される一対のサブ支持部材131の一方が示されている。このサブ支持部材131の先端は平坦であり、その先端面がワークWに接触する。代替的に、サブ支持部材131の先端は、球又は半球等の他の形状を有していてもよい。
【0048】
各サブ支持部材131は、第二軸方向退避位置から第二軸方向支持位置に向かって変位する略円柱状の部材である。そして、サブ支持部材131は、サブ駆動部135から供給される動力の作用によって駆動される。例えば、サブ支持部材131は、電力、空気圧、油圧、又は圧縮ばねによるばね力等によって駆動される。一例として、サブ支持部材131は、ソレノイドアクチュエータ、送りねじ、エアシリンダ、又は油圧シリンダ等の直動アクチュエータのピン若しくはロッドである。
【0049】
そして、サブ支持部材131の突出は、ワークWに接触すると停止する。その後、サブ支持部材131の突出及び退避が規制される。これにより、チャック111に片持ち状態で保持されているワークWに対してY方向に加わる負荷は、サブ支持部材131によって支持される。その後、加工が終了すると、サブ支持部材131は退避する。そして、退避したサブ支持部材131は、第二軸方向退避位置において停止する。
【0050】
サブ支持機構130は、サブ支持部材131の位置を、主軸方向及び第一軸方向と平行な平行平面において変更できるように構成されている。具体的に、サブ支持機構130は、サブ支持部材131の位置を平行平面において変更できるように、第二軸方向に平行な平行回転軸線Y3の回りにサブ支持部材131を回転させる平行回転機構136を有する。図3の例では、サブ支持機構130の平行回転機構136は、主軸方向としてのZ方向及び第一軸方向としてのX方向と平行な平行平面としてのZX平面において、サブ支持部材131を回転させる。
【0051】
すなわち、図3において一点鎖線で示す平行回転軸線Y3は、第二軸方向としてのY方向に平行である。そして、平行回転機構136は、平行回転軸線Y3を中心にサブ支持部材131を回転させる。そのために、平行回転機構136は、回転運動を出力する駆動装置と、当該駆動装置から出力される回転を伝達するギア等の伝達機構と、回転シャフトとを備えている。この回転シャフトは、サブ支持アーム138の軸穴(不図示)に挿入される。そして、軸穴に挿入される回転シャフトとともに、サブ支持部材131が設けられているサブ支持アーム138が回転する。
【0052】
これによって、サブ支持部材131は、図3の回転方向Bに沿って、ZX平面において回転される。そして、サブ支持部材131の回転の軌跡に沿って、サブ支持部材131の位置、及びサブ支持部材131とワークWとの接触位置が変化する。なお、平行回転機構136は、回転角度を調整することによって、ZX平面におけるサブ支持部材131の位置を調整できる。
【0053】
また、治具装置100は、サブ支持機構130を移動させる第一移動機構を備えている。そして、第一移動機構は、テーブル210上においてサブ支持機構130を移動させる。具体的に、第一移動機構は、第二軸方向としてのZ方向と直交するX方向に、メイン支持機構120と共にサブ支持機構130を移動させる。すなわち、サブ支持機構130は、メイン支持機構120と共通のステージ220に固定されている。
【0054】
さらに、治具装置100は、Z方向と直交するY方向にサブ支持機構130を移動させる不図示の第二移動機構を備えている。そして、第二移動機構は、Y方向にメイン支持機構120と共にサブ支持機構130を移動させる。代替的に、サブ支持機構130は、メイン支持機構120とは別にX方向及びY方向の少なくとも一方に移動するように構成されていてもよい。すなわち、治具装置100は、サブ支持機構130のみをX方向及びY方向の少なくとも一方に移動させる独立移動機構を備えていてもよい。
【0055】
例えば、サブ駆動部135及び平行回転機構136は、工作機械の制御装置によって制御される。そして、平行回転機構136は、制御装置が認識したワークWの形状に対応する位置まで、サブ支持部材131を回転させる。一例として、平行回転機構136は、図3に示す待機位置にあるサブ支持部材131を90度回転させて、図4に示す動作位置までサブ支持部材131を回転移動させる。その後、サブ駆動部135は、制御装置による制御に従って、サブ支持部材131を突出させる。
【0056】
サブ支持機構130は、第二軸方向においてワークWを両側から挟むように、少なくとも二個のサブ支持部材131を有する。具体的には、図3に示すように、サブ支持アーム138の先端部が二股に分岐している。そして、二個の先端部のそれぞれにサブ支持部材131が配置されている。これにより、第二軸方向(例えばY方向)において、両側からワークWを支持できる。なお、サブ支持部材131の数は二個には限られず、三個以上のサブ支持部材131が、第二軸方向においてワークWを両側から挟むように配置されてもよい。
【0057】
片持ち状態のワークWを加工する場合には、主軸方向(例えば、Z方向)に直交する第二軸方向(例えば、X方向又はY方向)であって、且つワークWの保持端部から自由端部に向かって延びる方向と直交する第二軸方向において、ワークWに負荷が加わることがある。例えば、板状のワークWに対して、幅が狭い端面を上方に向けて加工する場合、幅が広い側面が第二軸方向に並ぶことになる。この時、第二軸方向は、薄い肉厚に対応する方向になるため、第二軸方向に負荷が加わるとワークWが歪んでしまう。例えば、上記端面に対して、エンドミルを用いて切削加工する場合、エンドミルの接線方向に負荷が加わる結果、第二軸方向においてワークWに負荷が加わる。この点、サブ支持機構130を備える治具装置100によれば、第二軸方向に負荷が加わっても、ワークWを支持してワークWの歪みを抑制できる。
【0058】
代替的に、サブ支持部材131は、第二軸方向においてワークWを片側から支持するように配置されてもよい。すなわち、サブ支持部材131は、ワークWの片側に対向する位置にのみ配置されてもよい。この場合であっても、ワークWを片側から支持することができる。すなわち、片持ち状態のワークWを加工する場合、第二軸方向において、ワークWの一方側から他方側に向かって主として負荷がかかる場合がある。この場合には、ワークWの他方側に対向する位置にのみ、サブ支持部材131が配置されてもよい。
【0059】
以上説明した本実施形態に係る治具装置100によれば、ワークWに施される様々な加工条件に対応して、ワークWの加工効率を向上させることができる。例えば、加工面を変えるときに、工作機械を停止せずに、工作機械の内部においてワークWを切り替えることができる。これにより、工作機械の停止時間を削減して、ワークWの加工効率を向上できる。また、本実施形態に係る治具装置100は、複数種類の工作機械に設置できる。例えば、当該治具装置100は、五軸加工機、又は三軸加工機等の工作機械に着脱できる。なお、上述したメイン支持部材121又はサブ支持部材131の駆動装置は、一例として圧力モーター、電動モーター、又は超音波モーター等である。
【0060】
以上、各実施形態を参照して本発明について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明に反しない範囲で変更された発明、及び本発明と均等な発明も本発明に含まれる。また、各実施形態及び各変形形態、並びに各実施形態又は各変形形態に含まれる技術的手段は、本発明に反しない範囲で適宜組み合わせることができる。
【0061】
例えば、メイン支持機構120によって支持した状態で、ワークWを加工し、その後にチャック111を90度回転させてもよい。これにより、例えば、ワークWの主軸200側の上面を加工した後に、メイン支持機構120及びサブ支持機構130によって支持した状態で、ワークWの側面(すなわち上面及び下面と直交する面)を加工できる。そのため、工作機械を停止せずに、複雑な形状にワークWを加工できる。
【0062】
具体的には、治具装置100の概略斜視図である図4に示すように、メイン支持機構120及びサブ支持機構130によって支持した状態で、ワークWの側面を加工できる。すなわち、まずは図2に示すように、メイン支持機構120によってワークWを支持した状態で、ワークWの上面を加工する。その後、保持機構110のチャック111をX方向に平行な回転軸を中心に90度回転させる。これにより、図2における奥側又は手前側に位置するワークWの側面が、主軸200に対向する。そのため、ワークWの側面を、工作機械を停止せずに加工できる。
【0063】
他の例として、治具装置100が重力方向における上側に吊り下がる状態で配置され、工作機械の主軸200が重力方向における下側に配置されてもよい。この場合、加工によって生じる粉状物、例えば切りくずが主軸200に向かって落下する。そのため、加工位置に粉状物が蓄積されることを抑制できる。また、治具装置100は、テーブル210に対して90度回転した姿勢で取り付けられてもよい。この場合、重力方向に対して主軸方向が直交することになる。これにより、五軸加工機又は横型加工機などに治具装置100を取り付けて、ワークWを加工できる。
【0064】
また、メイン支持機構120は、サブ支持機構130と一体的にX方向又はY方向に平行な回転軸を中心に回転するように構成されてもよい。すなわち、メイン支持機構120は、当該回転軸を中心に、メイン支持機構120及びサブ支持機構130を回転させる回転装置を備えていてもよい。例えば、回転装置は、メイン支持機構120及びサブ支持機構130が載置されているステージ220を、X方向又はY方向に平行な回転軸を中心に回転する。一例として、回転装置は、X方向に平行な回転軸を中心に、ステージ220を90度回転させる。この場合、重力方向に対して主軸方向が直交することになる。これにより、五軸加工機又は横型加工機などに治具装置100を取り付けて、ワークWを加工できる。
【0065】
さらに、メイン支持機構120は、サブ支持機構130とは別に、X方向又はY方向に平行な回転軸を中心に回転するように構成されてもよい。すなわち、メイン支持機構120は、当該回転軸を中心に、サブ支持機構130を回転させずに、メイン支持機構120のみを回転させる回転装置を備えていてもよい。同様に、サブ支持機構130は、メイン支持機構120とは別に、X方向又はY方向に平行な回転軸を中心に回転するように構成されてもよい。すなわち、サブ支持機構130は、当該回転軸を中心に、メイン支持機構120を回転させずに、サブ支持機構130のみを回転させる回転装置を備えていてもよい。
【0066】
また、メイン支持機構120及びサブ支持機構130の一方が省略されてもよい。例えば、治具装置100は、メイン支持機構120のみを備えていてもよい。さらに、治具装置100は、サブ支持機構130のみを備えていてもよい。一例として、サブ支持機構130のみを備える治具装置100においては、ステージ220上に固定されたワークWに対して加工を行うことができる。この場合であっても、主軸方向に直交するY方向又はZ方向からワークWを支持することができる。
【0067】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【0068】
(付記1)
工作機械におけるワークの治具装置であって、
前記ワークを片持ち状態で保持する保持機構と、
主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構とを備え、
前記保持機構は、前記第一軸方向における前記ワークの一方の端部を保持し、
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有する、治具装置。
【0069】
(付記2)
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向支持部材の位置を、前記主軸方向及び前記第一軸方向と平行な平行平面において変更できるように構成されている、付記1に記載の治具装置。
【0070】
(付記3)
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向支持部材の位置を前記平行平面において変更できるように、前記第二軸方向に平行な平行回転軸線の回りに前記第二軸方向支持部材を回転させる平行回転機構を有する、付記2に記載の治具装置。
【0071】
(付記4)
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において前記ワークを両側から挟むように、少なくとも二つの前記第二軸方向支持部材を有する、付記1又は2に記載の治具装置。
【0072】
(付記5)
前記保持機構は、前記主軸方向に直交する一の回転軸線の回りに前記ワークを回転させる回転機構を有する、付記1から4のいずれか一項に記載の治具装置。
【0073】
(付記6)
前記保持機構は、前記主軸方向に直交する第一回転軸線の回りに前記ワークを回転させる第一回転機構と、前記主軸方向及び前記第一回転軸線に直交する第二回転軸線の回りに前記ワークを回転させる第二回転機構とを有する、付記1から4のいずれか一項に記載の治具装置。
【0074】
(付記7)
工作機械において片持ち状態で保持されるワークの治具装置用の治具ユニットであって、
主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構を備え、
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有する、治具ユニット。
【符号の説明】
【0075】
100 :治具装置
110 :保持機構
112 :回転機構(第一回転機構)
120 :メイン支持機構(主軸方向支持機構)
121 :メイン支持部材(主軸方向支持部材)
125 :メイン駆動部(主軸方向駆動手段)
130 :サブ支持機構(第二軸方向支持機構)
131 :サブ支持部材(第二軸方向支持部材)
135 :サブ駆動部(第二軸方向駆動手段)
136 :平行回転機構
200 :主軸
210 :テーブル
U :治具ユニット
W :ワーク
X1 :回転軸線(第一回転軸線)
Y2 :回転軸線(第二回転軸線)
Y3 :平行回転軸線
図1
図2
図3
図4
【手続補正書】
【提出日】2023-05-12
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
工作機械におけるワークの治具装置であって、
前記ワークを片持ち状態で保持する保持機構と、
主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構とを備え、
前記保持機構は、前記第一軸方向における前記ワークの一方の端部を保持し、
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有し、かつ、前記第二軸方向支持部材の位置を、前記主軸方向及び前記第一軸方向と平行な平行平面において変更できるように構成されている、治具装置。
【請求項2】
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向支持部材の位置を前記平行平面において変更できるように、前記第二軸方向に平行な平行回転軸線の回りに前記第二軸方向支持部材を回転させる平行回転機構を有する、請求項に記載の治具装置。
【請求項3】
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において前記ワークを両側から挟むように、少なくとも二つの前記第二軸方向支持部材を有する、請求項又はに記載の治具装置。
【請求項4】
工作機械におけるワークの治具装置であって、
前記ワークを片持ち状態で保持する保持機構と、
主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構とを備え、
前記保持機構は、前記第一軸方向における前記ワークの一方の端部を保持し、
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有し、
前記保持機構は、前記主軸方向に直交する第一回転軸線の回りに前記ワークを回転させる第一回転機構と、前記主軸方向及び前記第一回転軸線に直交する第二回転軸線の回りに前記ワークを回転させる第二回転機構とを有する、治具装置。
【請求項5】
工作機械において片持ち状態で保持されるワークの治具装置用の治具ユニットであって、
主軸方向に直交する第一軸方向と、前記主軸方向及び前記第一軸方向に直交する第二軸方向とを規定したときに、前記第二軸方向において前記ワークと対向する第二軸方向支持部材を有する第二軸方向支持機構を備え、
前記第二軸方向支持機構は、前記第二軸方向において、前記ワークと接触する第二軸方向支持位置と前記ワークから離れる第二軸方向退避位置との間で、前記第二軸方向支持部材を駆動する第二軸方向駆動手段を有し、かつ、前記第二軸方向支持部材の位置を、前記主軸方向及び前記第一軸方向と平行な平行平面において変更できるように構成されている、治具ユニット。