JP2015150677A - 板状体の製造装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一度に複数枚の板状体の加工面に対して連続して曲面加工を施すことができ、加工中に板状体の加工面に変形が生じたとしても変形が生じた加工面を支持している支持部材の挟持位置を修正することができる板状体の製造装置及びその製造方法の提供を目的としている。【解決手段】回転テーブル10上に立設状態で載置した複数枚の板状体18を、位置決めブロック13a、13bに設けた支持部材14と支柱11に設けた支持部材14とによって、平面視で３点支持する。回転テーブル10を連続回転させた状態で、平面視で３点支持された各板状体18の加工面18aを加工具5により曲面加工を施す。加工途中において加工面18aに変形が生じても、支持部材14の突出量を調整することで、容易に変形を修正できる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、板状体の製造装置及びその製造方法に関する。

従来から、曲面加工を施して、曲面形状を有する板状体を製造する製造装置としては、曲面形状が大径の曲面形状か、小径の曲面形状かに応じて、大きく分けて次の二つの製造装置が用いられている。

大径の曲面形状を有する板状体の製造装置としては、図５に示すような製造装置が用いられている。図５に示す製造装置では、加工面を上に向けた状態で被加工物である板状体50を作業台60上に固定する。板状体50の高さ位置等は、固定ブロック52によって調整している。

作業台60には、作業台60の長手方向に沿って摺動可能に構成された梁57が設けられている。梁57は、一対の支柱56によって支持されており、支柱56の基端部が作業台60上を直線摺動する。梁57には、梁57の摺動方向とは直交する方向に摺動自在な加工ヘッド54が設けられている。加工ヘッド54の先端部には、機械加工具の一種であるボールエンドミル55が設けられている。

梁57を直線駆動させることにより、作業台60内に位置固定された板状体50の加工表面50aに対して、所望の切削深さにセットされたボールエンドミル55により一条の溝を切削加工する。次に、ボールエンドミル55を板状体50幅方向に移動させて、ボールエンドミル55の切削深さを調整したのち、先ほど加工した一条の溝に隣接させて次の一条の溝を切削加工する。このようにして、板状体50幅方向に対して切込み深さを変化させながら一条の溝を次々に加工していくことで、板状体50の外面に対しての曲面加工を施せる。
このような曲面加工を行う加工装置としては、例えば、３次元曲面加工装置および３次元曲面加工方法（特許文献１参照）などが提案されている。

ボールエンドミル55で一度、図６（ａ）に示す板状体50の加工表面50aを全面に亘って切削することにより、図６（ｂ）に示すように、仕上がり面51に合わせて板状体50の幅方向における断面形状が階段状となった複数条の溝50bを板状体50の加工表面50a上に形成する。板状体50の加工表面50aに形成したい曲面形状としては、図６（ｂ）、図６（ｃ）の点線で示すような滑らかな曲面形状であるが、一回の加工だけでは、実線で示す曲面形状が形成され、点線で示すような曲面形状が仕上がり面51のような曲面状態になるまで仕上げることができない。

そこで、階段状の段差部であるスカラップハイトhの高さが低くなるように、繰り返し図５に示すボールエンドミル55を所望回数繰り返して板状体50の外面上を往復動させる。このように繰り返して切削加工を行うことにより、図６（ｃ）で示すように、階段状の段差部50cを低くしていく。そして、切削加工の繰り返しを多く行うことで、点線で示す仕上がり面51に近似させた状態まで曲面加工を行うことになる。

図５、図６では、板状体50の外面に曲面加工を施す構成について説明を行ったが、板状体50の内面に対して曲面加工を施す場合には、板状体50の内面側をボールエンドミル55側に向けて配設することにより行うことができる。そして、上述したと同様にボールエンドミル55をジグザグに動かしていくことにより、板状体50の内面に凹状の曲面加工を施せる。

また、小径の曲面形状を有する板状体を製造する製造装置としては、丸棒の内外面に対して加工を施して中空状の円筒体を形成し、この円筒体を周方向に、例えば、４分割すると共に、円筒体の長手方向に沿って４分割した状態で分離させることにより、内外面にそれぞれ曲面を持った４つの板状体を製造することになる。
このように、円筒体に対して曲面加工を行う加工装置としては、例えば、２分割軸受メタル（特許文献２参照）などが提案されている。

特開２００９−２２６５６２号公報 実願昭６０−１３４５７８号（実開昭６２−４１９２９号）のマイクロフィルム

大径の曲面加工を要する板状体の製造では、ボールエンドミルを用いて、細かなピッチで段階状に加工を施し、段差を細かくしていくことで曲面形状を機械加工によって形成する加工方法が用いられていた。この加工方法では、段差を細かくするため、繰り返し加工を行う必要があり、加工には長時間を要していた。

また、加工中に生じる加工面での変形を少なくするためには、内外面を交互に加工することが必要になり、何度も段取り替えの操作を行わなければならず、加工時間の短縮化を図ることに対して大きな問題となっていた。しかも、高精度の曲面を形成するためには、最終段階での手仕上げによる仕上げ加工等の追加的な作業やバフ研磨による仕上げ作業を必要としている。

曲面加工を施した円筒体を長手方向に分割して、曲面形状を有する複数枚の板状体を製造する加工方法では、加工後の円筒体を長手方向に沿って、必要個数に分割する加工作業を必要とする。そして、分割を行うための加工装置としては、例えば、ワイヤ放電加工機やレーザー加工機等を別途必要とする。

また、最初から必要個数に分割され、割り面同士を合わせたときに内外径が同心の円筒状になるものを用いて曲面加工を施す場合には、円筒状になったものを内面側から支持するための芯金を必要とする。そのため、割り面同士を合わせたときに内外径が同心の円筒状にしておくことが必要であり、割り面同士を合わせたときに、円筒状にならない場合には曲面加工を行うことができない。

本発明の実施形態では、上述した問題を解決するものであり、一度に複数枚の板状体に対して曲面加工を施すことができ、複数枚の板状体の面に対して連続して同芯状の曲面加工を施すことができるとともに、加工中に板状体の加工面に変形が生じたとしても変形が生じた加工面を支持している支持部材の挟持位置を修正することができる板状体の製造装置及びその製造方法の提供を目的としている。

上述の目的を達成することのできる本発明の実施形態に係る板状体の製造装置は、曲面状の内面又は外面を少なくとも有する複数枚の板状体の加工面を円弧状の曲面形状に加工する板状体の製造装置であって、前記各板状体の加工面を略同芯状に配し、前記各板状体を立設状態で支持する回転テーブルと、前記回転テーブル上及び前記回転テーブルに支持された部材上に設けられ、前記各板状体の内外面を両面から挟持固定する複数の固定手段と、前記各固定手段に設けられ、前記板状体の内面又は外面に当接する支持部材の当接位置を調整可能とする位置調整手段と、前記回転テーブル上に挟持固定された複数枚の前記板状体の各加工面に対して、機械加工する加工具と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係る板状体の製造方法は、曲面状の内面又は外面を少なくとも有する複数枚の板状体の加工面を同時に円弧状の曲面形状に加工する板状体の製造方法であって、回転テーブル上に複数枚の板状体を立設させ、前記各板状体を互いに離間した状態で前記回転テーブル上に固定する段階と、前記固定手段に設けられた支持部材による前記板状体の内外面への当接位置を調整して、前記各板状体の加工面を略同芯状に配設する段階と、前記回転テーブルを連続して回転させ、前記各加工面に対して同芯状の曲面の機械加工を施す段階と、を備えたことを特徴とする。

本発明の実施形態に係る板状体の製造装置及びその製造方法では、曲面状の内面又は外面を少なくとも有する複数枚の板状体を、複数枚同時に加工して加工面に曲面形状を形成することができ、一度にしかも短時間で曲面形状を複数の板状体に加工することができる。また、加工中に板状体の加工面に変形が生じたとしても変形が生じた板状体の挟持位置を修正することができ、曲面形状の加工精度を高めることができる。そして、バフ掛け作業や手仕上げ作業などの追加的な仕上げ作業を省くことができる。

板状体を載置した製造装置の要部を示す側面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 板状体の斜視図である。 他の製造装置の要部を示す側面図である。 従来の製造装置を示す斜視図である。 従来の製造装置での加工過程を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態に係る板状体の製造装置について、図面を参照して説明する。
（実施形態）
図１〜図４を用いて、複数枚の板状体18の加工面18aにそれぞれ曲面加工を同時に施すことのできる製造装置1、20について説明する。図１、図２は、板状体18の外面に曲面加工を施す製造装置1の平面図及び側面図を示している。また、図４には、板状体18の内面に曲面加工を施す製造装置20の側面図を示している。
なお、図１、図２及び図３では、一部部材の図示を省略して製造装置1、20における構成を分かり易く図示している。

板状体18の外面に曲面加工を施す製造装置１では、加工具5が板状体18の外面側に配した構成になっており、図４に示す板状体18の内面に曲面加工を施す製造装置20では、加工具26が板状体18の内面側に配された構成になっている。この加工具5、26の配置構成の違いによって、板状体18を支持する支持部材14、34を取付けられている位置決めブロック13a〜13c、33a〜33cの配置構成が異なっている。また、製造装置20では、複数配置した板状体18で囲まれた領域内に加工具26を配設するための構成が、製造装置1における加工具5を配設している構成とは異なっている。

他の構成に関して、製造装置1と製造装置20とは、基本的な構成において同様の構成を有している。そこで、図１、図２を用いて製造装置1の構成について説明を行い、製造装置20に関しては、製造装置1と相違している構成について説明を行う。

図１、図２に示すように、製造装置1は、板状体18の外面、すなわち、加工面18aを加工する加工具5側の構成と板状体18を立設状態で挟持する回転テーブル10側の構成とによって構成されている。板状体18としては、図３で示すような断面形状が湾曲状の板材の構成であり、板状体18の加工面18aに対して、曲面加工を施すことになる。

なお、板状体18の加工面18aが板状体18の外面であれば、内面形状が曲面形状に形成されていなくて、例えば、直線状の形状に形成されていても本発明の実施形態を適用することができる。逆に、板状体18の加工面18aが板状体18の内面であれば、外面形状が曲面形状に形成されていなくて、例えば、直線状の形状に形成されていても本発明の実施形態を適用することができる。

加工具5側の構成としては、刃物台載置テーブル2がある。刃物台載置テーブル2上には、刃物台3を回転テーブル10側に摺動させる刃物台送り装置6が設けられており、刃物台3には、上下方向に沿って摺動可能なスライダー7が設けられている。スライダー7には、回転テーブル10側に向かって突出した工具取付アーム4が設けられている。工具取付アーム4の先端には、突出量を調整自在とした加工具5が設けられている。

加工具5としては、板状体18の加工面18aに対して所望の曲面を切削又は研削する工具が用いられており、切削加工具としては、バイト、ボールエンドミル、フライス等を使用することができ、研削加工具としては、グラインダー砥石等を使用することができる。

刃物台送り装置6を駆動することにより、刃物台3は、回転テーブル10の回転中心に向かっての近接摺動または回転中心からの離間摺動を行うことができる。刃物台送り装置6は、ネジ駆動による送り運動、油圧駆動による送り運動、リニアモータ等による送り運動を刃物台3に対して行わせることができる。

スライダー7は、刃物台3との間に設けた直線駆動装置によって刃物台3に沿って上下方向に摺動することができる。直線駆動装置としては、ネジ駆動、油圧駆動、リニアモータ等による駆動によって、スライダー7を直線摺動させることができる。

回転テーブル10側の構成としては、回転テーブル10、回転テーブル10の回転軸16、回転テーブル10上に設けた位置決めブロック13a、回転テーブル10上に取り付けられた４本の支柱11、４本の支柱で支持された梁12、梁12の内面側に設けられた位置決めブロック13b、13cとから構成されている。位置決めブロック13a、13bには、板状体18に当接して板状体18を内外面側から挟み込んで挟持する支持部材14が設けられている。
支持部材14の突出量は、調整自在に構成されており、例えば、ネジ駆動や油圧駆動等によって突出量を調整することができる。

位置決めブロック13aは、図示例では８個設けられており、各位置決めブロック13aは、回転テーブル10上での移動が可能に設けられているとともに、所望の移動位置において回転テーブル10上に固定することができる。位置決めブロック13aは、回転テーブル10の半径方向に移動可能に構成することも、例えば、図１の左右方向と上下方向とに移動可能に構成しておくことができる。図示例では、位置決めブロック13aの摺動を案内する案内溝の図示を省略している。

支柱11の基端部は、回転テーブル10上に固定されており、上端部には梁12が対向する一対の支柱間を跨ぐように十文字に架け渡されている。支柱11の設置個数及び梁12の構成は、上記構成に限定されるものではなく、回転テーブル10上に載置する板状体18の個数等に応じて適宜の配設個数及び梁12の配置構成を選択することができる。

梁12の内面側、すなわち、回転テーブル10に対向した面側には、板状体18の上端部を回転テーブル10との間で挟持する位置決めブロック13c、回転テーブル10上に立設した板状体18の上端部に当接する支持部材14を備えた位置決めブロック13bが設けられている。梁12に対する位置決めブロック13bの取付位置は、調整可能に構成されている。
なお、位置決めブロック13a、13bの配設個数は、回転テーブル10上に載置する板状体18の大きさ、形成する曲面の大きさ、配設個数等に応じて適宜の個数を用いることができる。

また、回転テーブル10上に載置する板状体18の高さ寸法に対応させるため、位置決めブロック13cの高さ寸法を調整可能に構成しておくことができる。あるいは、支柱11の長さ寸法を調整可能に構成しておくことにより、板状体18の上端部に当接する位置決めブロック13cの当接位置を調整可能に構成しておくこともできる。

支柱11の中間部には、板状体18の内面側に当接する支持部材14が設けられている。支持部材14の支柱11からの突出量は、各位置決めブロック13a、13bに設けられた支持部材14と同様に、突出量が調整自在に構成されており、例えば、ネジ駆動や油圧駆動等によって突出量を調整することができる。

図１、図２に示すように、複数枚の板状体18は立設した状態で回転テーブル10上に載置され、複数の支持部材14によって各板状体18の内外面から挟持されている。各板状体18の挟持方法としては、板状体18の外面における上端部と下端部とが、それぞれ一対の支持部材14によって支持され、板状体18の内面における中間部が、支持部材14によって支持されている。

このように板状体18は、支持部材14によって上下方向において互い違いに５点で挟持されている。図１に示すように平面視においては、回転テーブル10の径方向における板状体18の挟持は、支持部材14によって３点で挟持された構成になっている。言い換えると、板状体18の中間部を境にして、上端部側及び下端部側は、支持部材14によって３点で挟持されている。３点で板状体18を挟持している支持部材14の挟持位置、すなわち、支持部材14の先端部が板状体18に当接する当接位置を調整することによって、板状体18が挟持される位置を容易に、しかも正確に調整することができる。

支持部材14で板状体18を挟持する挟持位置を調整することによって、複数枚の板状体18の加工面18aが、略同一の円周面上に配されるように板状体18を回転テーブル10上に固定することができる。

加工具5による加工前に回転テーブル10を回転させることで、回転テーブル10に取り付けられた複数枚の板状体18の振れを検出することができる。検出結果に基づいて支持部材14の突出量を調整することで、各板状体18の振れが小さくなるように各板状体18の傾き、固定位置、加工量を簡単に調整できる。曲面加工を行う上での加工量は、刃物台3の位置を調整することにより切込み深さを調整することができ、切込み深さを微調整する際には、加工具5の突出量を調整することにより正確に行うことができる。

板状体18を位置調整して回転テーブル10上に固定した状態で、回転テーブル10を回転軸16回りに回転させるとともに、刃物台3上の加工具5を板状体18の加工面18aに向かって移動させることにより、切込み加工を開始することができる。これによって、複数枚の板状体18の加工面18aに対して同芯状の円弧を形成することができる。そして、スライダー7を上下方向に摺動させることで、工具取付アーム4を上下方向に移動させると、複数枚の板状体18の加工面18aに対して、回転テーブル10の回転軸と同芯状の円周面を一度に加工できる。

板状体18の上端部側及び下端部側の加工は、位置決めブロック13a、13bと工具取付アーム4との干渉によって加工することができない。しかし、板状体18の加工面18aの両端部に対しても加工を施す場合には、例えば、位置決めブロック13aとして高さの高い位置決めブロックを用いることで、板状体18の上端部側の加工を行うことができる。
すなわち、この高さを高くした位置決めブロック13aに設けた支持部材14と、支柱11に設けた支持部材14とによって、板状体18の上端部側を強固に挟持しておくことができる。

板状体18の下端側に対して曲面加工を行う際には、上端部側の加工を終えた板状体18を上下逆さまにして、上端部側に対する曲面加工と同様に行うことで、未加工の下端側に対しても曲面加工を施すことができる。

本発明では、曲面加工の途中において加工面18aに変形が生じた場合であっても、支持部材14の先端部位置を調整することにより容易に修正することができる。平面視において、板状体18は支持部材14によって３点で支持された構成になっているので、加工面18aの変形に対しても支持部材14の先端位置を調整するだけで、容易に対応することができる。

加工面18aの変形は、非接触式のポテンショメータ等を用いることにより、加工中であっても簡単に検出することができる。
このように、図示例では４枚の板状体18に対して同時に曲面加工を施すことができる。また、刃物台3の送り込む量を調整することにより、また、使用する加工具5の種類を交換することにより、必要に応じて、加工面18aに対して粗加工、中仕上げ、仕上げ加工を施すこともできる。

上記記載では、板状体18の外面に曲面加工を施す製造装置1の構成について、説明を行ったが、以下では、板状体18の内面に曲面加工を施す製造装置20の構成について、図４を用いて説明する。すなわち、製造装置1と相違している構成を中心として、製造装置20の構成について説明する。

図４では、加工面18aが板状体18の内面側になっている。複数枚の板状体18を回転テーブル30上に載置する。載置した板状体18は、回転テーブル30上に設けた位置決めブロック33a、回転テーブル30上に立設固定した複数本の支柱31に支持されている梁32の内面側には位置決めブロック33bが設けられており、位置決めブロック33bに設けた支持部材34によって、板状体18の内外面を両面側から挟持している。板状体18の上下方向は、梁32に設けた位置決めブロック33cと回転テーブル30との間で挟持されている。

各位置決めブロック33a、33bの取付位置は、所望の位置に調整することができ、調整した位置において回転テーブル30と梁32とに固定することができる。位置決めブロック33a、33bと回転テーブル30、梁32との配置構成は、図１、２に示した製造装置1における位置決めブロック13a、13bと回転テーブル10、梁12との間での配置構成と同様の構成になっている。

また、梁32を支持する支柱31の長さ寸法を調整可能に構成しておくことも、位置決めブロック33cの高さ寸法を調整可能に構成しておくことにより、回転テーブル30上に載置された板状体18の高さ寸法に対応している。

位置決めブロック33a、33bに設けられた支持部材34の構成、支柱31の中間部に設けられた支持部材34の構成は、製造装置1における支持部材14と同様に構成されており、支持部材34の突出量を任意に調整することができる。梁32の中央部32aには、後述する刃物案内ロッド24を挿入し、回転テーブル30の径方向に刃物案内ロッド24が移動するのを許容する開口部32aが形成されている。

刃物用の支持テーブル21には、支柱22が立設固定されており、各支柱22の上端部間には梁23が架け渡されて固定されている。梁23には、刃物案内ロッド24を摺動させるスライダー27が設けられており、刃物案内ロッド24には、工具取付アーム25を支持したスライダー28が上下方向に摺動自在に設けられている。工具取付アーム25の先端部には、加工具26が設けられている。
加工具26の構成及びスライダー27、28の構成は、製造装置1における加工具5の構成、スライダー7の構成と同様の構成になっている。

製造装置20においても、支持部材34によって板状体18の内外面を上端で２点、中間部で１点、下端で２点の５点で板状体18の内外面を挟持した状態で挟持することができる。また、板状体18の中間部から上方側及び下方側では、図１で示したように、平面視において３点で板状体18を支持部材34で挟持した構成になっている。そのため、製造装置１で説明したように、板状体18の取付位置の調整や加工中の板状体18の加工面18aにおける変形を、支持部材34の突出量を調整することにより、簡単にしかも正確に調整することができる。
曲面加工を施して完成させた複数枚の板状体18を用いて、隣接する各板状体の各側端面同士を接合させることによって、筒状体や容器の側面等を構成することもできる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…製造装置、３…刃物台、４…工具取付アーム、５…加工具、１０…回転テーブル、１１…支柱、１２…梁、１３ａ、１３ｂ…位置決めブロック、１４…支持部材、１８…板状体、２０…製造装置、２４…刃物案内ロッド、２５…工具取付アーム、２６…加工具、３０…回転テーブル、３２…梁、３２ａ…開口部、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ…位置決めブロック、３４…支持部材、５０…板状体、５１…仕上がり面、５４…加工ヘッド、５５…ボールエンドミル、５７…梁、６０…作業台、ｈ…スカラップ。

Claims (5)

1. 曲面状の内面又は外面を少なくとも有する複数枚の板状体の加工面を円弧状の曲面形状に加工する板状体の製造装置であって、
   前記各板状体の加工面を略同芯状に配し、前記各板状体を立設状態で支持する回転テーブルと、
   前記回転テーブル上及び前記回転テーブルに支持された部材上に設けられ、前記各板状体の内外面を両面から挟持固定する複数の固定手段と、
   前記各固定手段に設けられて、前記板状体の内面又は外面に当接する支持部材の当接位置を調整可能とする位置調整手段と、
   前記回転テーブル上に支持固定された複数枚の前記板状体の各加工面に対して、機械加工する加工具と、
   を備えたことを特徴とする板状体の製造装置。
2. 前記位置調整手段が、ネジ駆動により前記各支持部材の突出量を調整してなることを特徴とする請求項１に記載の板状体の製造装置。
3. 前記支持部材が、前記各板状体の内外面における上端部、中間部及び下端部において互い違いの配置関係で前記各板状体の内外面を両面側から挟んで挟持してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の板状体の製造装置。
4. 曲面状の内面又は外面を少なくとも有する複数枚の板状体の加工面を同時に円弧状の曲面形状に加工する板状体の製造方法であって、
   回転テーブル上に複数枚の板状体を立設させ、前記各板状体を互いに離間した状態で前記回転テーブル上に固定する段階と、
   前記固定手段に設けられた支持部材による前記板状体の内外面への当接位置を調整して、前記各板状体の加工面を略同芯状に配設する段階と、
   前記回転テーブルを連続して回転させ、前記各加工面に対して同芯状の曲面の機械加工を施す段階と、
   を備えたことを特徴とする板状体の製造方法。
5. 前記機械加工の途中で前記加工面の位置に変形が生じたとき、前記支持部材の挟持位置を個別に調整する段階を備えたことを特徴とする請求項４に記載の板状体の製造方法。

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