〔第1実施形態〕
 以下、本発明の第1実施形態に係る多軸加工 機を図面を用いて説明する。

 図1は、第1実施形態の多軸加工機を概念� �に示した斜視図である。

 図1に示すように、この多軸加工機は、レ ンズ等の光学素子の光学面を成形するための 成形金型の成形面、転写光学面等の被加工面 を切削加工によって創製するための装置であ り、ベース1上にワーク保持部10と工具保持部 20とを備えている。

 ワーク保持部10は、加工対象であるワー� �Wを保持するチャック11と、モータを有し回� �軸RAのまわり回転可能にチャック11を支持す� ��回転駆動装置M7と、回転駆動装置M7を支持し て回転駆動装置M7やチャック11とともに昇降� �る昇降部材12と、昇降部材12をY方向に案内す る昇降駆動装置13とを備えている。なお、回� ��駆動装置M7は、ワークWの旋削を可能にする� ��のである。

 昇降駆動装置13は、下端がベース1に立設� ��れてY方向に延びるとともに昇降部材12に摺� ��自在に嵌挿されたガイドポスト13aと、ベー� ��1に端部が回転可能に支持されてY方向へ向� �て立設されるとともに昇降部材12に螺合され たスクリューロッド13bと、スクリューロッド 13bを正逆回転させる回転駆動装置M1とによっ� ��構成されている。なお、昇降部材12とガイ� �ポスト13aとの間には、昇降部材12の高精度の 摺動を可能にする軸受けが組み込まれている 。

 昇降駆動装置13では、回転駆動装置M1が一 方に回転駆動されると、スクリューロッド13b が一方に回転され、それに伴って昇降部材12� ��Y方向の正負一方に移動される。したがって 、昇降部材12に回転駆動装置M7及びチャック11 を介して固定されているワークWは、Y方向の� ��負一方に移動される。ここで、チャック11� �固定されたワークWは、回転駆動機構M7の動� �により、回転軸RAのまわりの任意の回転位置 に保持され、或いは、回転軸RAのまわりに所� ��の速度で回転させられる。

 なお、昇降駆動装置13は、円柱状のガイ� �ポスト13aに替えて、昇降部材12の中心部を貫 通する断面が矩形のガイドポストであっても よい。また、昇降駆動装置13において、スク� ��ューロッド13bに替えて、表面にラックを形� ��したロッドを使用するとともに、昇降部材1 2に設置したピニオンを噛合させ、該ピニオ� �を昇降部材12に搭載したモータによって正逆 回転させるように構成してもよい。また、ベ ース1にシリンダを搭載し、シリンダのピス� �ンロッドの先端を昇降部材12に連結して構成 してもよい。

 工具保持部20は、第1の工具回転装置21と� �第2の工具回転装置22と、第3の工具回転装置2 8とを備えており、これら工具回転装置21,22,28 は、切削工具2の刃先2aの姿勢を調節するため の刃先位置駆動装置となっている。第1の工� �回転装置21は、切削工具2を回転軸aのまわり� ��回転させ、第2の工具回転装置22は、切削工� ��2を回転軸bのまわりに回転させ、第3の工具� ��転装置28は、切削工具2を回転軸cのまわりに 回転させる。回転軸a,b,cは、一点で交わるよ� ��に互いに直交しており、回転軸a,b,cの交点� �、切削工具2の先端すなわち刃先2aと一致し� �いる。なお、回転軸bは、Y方向に平行に延び 、回転軸a,cは、XZ面内で互いに直交した状態� ��保つ。

 第1の工具回転装置21は、第3の工具回転装 置28を介して切削工具2を支持しており、第3� �工具回転装置28を先端に固定するアーム21bと 、アーム21bを支持するとともに回転軸aのま� �りに回転可能なターンテーブル21cと、ター� �テーブル21cの軸に軸を直結させ、それらの� �を介してターンテーブル21cを正逆回転する� �ータを備える回転駆動装置M2とによって構成 されている。

 ターンテーブル21cには、ターンテーブル2 1cの滑らかで高精度の回転を可能にする軸受� ��が組み込まれている。そして、ターンテー� ��ル21cは、その回転軸aの延長線が、チャック 28aに取り付けられた切削工具2の刃先2aに接す るように設置されている。また、ターンテー ブル21cは、切削工具2の軸心が水平に配置さ� �る状態を中心として±90°の範囲で回転する� �これにより、刃先2aは、下向き90°を下限と� �上向き90°を上限として、180°の範囲で縦方� �の回転姿勢を変化させることができる。

 ターンテーブル21cに組み込まれている軸� ��けは、例えば油静圧軸受け等の静圧軸受け� ��ある。この場合、切削工具2を回転軸aのま� �りに非常に高精度かつ滑らかに回転させる� �とができる。特に油静圧軸受けとした場合� �剛性を容易に高くでき、かつ、ダンピング� �性が良いので、ターンテーブル21cを小型に� �き、切削工具2を滑らかで揺らぎなく高精度� ��つ高剛性に回転させることができる。

 なお、ターンテーブル21cの回転機構は、� ��述の回転駆動装置M2に限られるものではな� �。例えば、ターンテーブル21cに歯を周設す� �とともに、後述する支柱22aにピニオンおよ� �該ピニオンを回転させるモータを設置し、� �ニオンの歯をターンテーブル21cの歯に噛合� �せ、ピニオンをモータによって回転させる� �とによっても、ターンテーブル21cの回転機� �を実現できる。

 第2の工具回転装置22は、回転駆動装置M2� �上部に支持する支柱22aと、支柱22aを支持す� �とともに回転軸bのまわりに回転可能なター� ��テーブル22bと、ターンテーブル22bの軸に軸� ��直結させ、それらの軸を介してターンテー� ��ル22bを正逆回転するモータを備える回転駆� ��装置M3とによって構成されている。

 ターンテーブル22bには、ターンテーブル2 2bの滑らかで高精度の回転を可能にする軸受� ��が組み込まれている。そして、ターンテー� ��ル22bは、その回転軸bの延長線が、チャック 28aに取り付けられた切削工具2の刃先2aに接す るように設置されている。また、ターンテー ブル21cは、切削工具2の軸心がYZ面内に配置さ れる状態を中心として±90°の範囲で回転する 。これにより、刃先2aは、180°の範囲で横方� �の回転姿勢を変化させることができる。

 ターンテーブル22bに組み込まれている軸� ��けは、例えば油静圧軸受け等の静圧軸受け� ��ある。

 なお、ターンテーブル22bの回転機構は、� ��述の回転駆動装置M3に限られるものではな� �。例えば、ターンテーブル22bに歯を周設す� �とともに、後述する第1のステージ装置23の� �体にピニオンおよび該ピニオンを回転させ� �モータを設置し、ピニオンの歯をターンテ� �ブル21cの歯に噛合させ、ピニオンをモータ� �よって回転させることによっても、ターン� �ーブル22bの回転機構を実現できる。

 第3の工具回転装置28は、切削工具2を着脱 可能に取り付けるチャック28aと、モータを有 し回転軸cのまわり回転可能にチャック28aを� �持する回転駆動装置M8とを備える。回転駆動 装置M8は、チャック28aの滑らかで高精度の回� ��を可能にする軸受けが組み込まれている。� ��して、チャック28aは、切削工具2の姿勢や刃 先2aの位置を調整できるようになっており、� ��転軸cが切削工具2の軸心に平行になるよう� �調整できる。なお、チャック28aに固定され� �切削工具2は、回転駆動機構M8の動作により� �回転軸cのまわりの任意の回転位置に保持さ� ��る。ただし、この場合、切削工具2を必要以 上に回転させないようにしている。つまり、 回転駆動機構M8は、切削工具2を軸心のまわり に180°の範囲で回転させることができる。

 回転駆動装置M8に組み込まれている軸受� �は、例えば油静圧軸受け等の静圧軸受けで� �る。

 さらに、工具保持部20は、第1のステージ� ��置23と第2のステージ装置24とを備えている� �第1のステージ装置23は、ターンテーブル22b� �支柱22a、回転駆動装置M2、ターンテーブル21c 、アーム21b、回転駆動装置M8、及びチャック2 8aを介して、切削工具2をX方向に移動させ、� �2のステージ装置24は、ターンテーブル22b等� �介して、切削工具2をZ方向に移動させる。

 第1のステージ装置23は、回転駆動装置M3� �保持する移動ブロック23aと、移動ブロック23 aをX方向に案内するガイドレール23bを上面に� ��えた枠体23cと、移動ブロック23aの端面に、X 方向に延設させたラックロッド23dと、枠体23c に設置され、軸端にピニオン23eを設け正逆回 転可能なモータを備える回転駆動装置M4とに� ��って構成されている。ガイドレール23bには� ��移動ブロック23aの滑らかで高精度の摺動を� ��能にする軸受けが組み込まれている。そし� ��、この第1のステージ装置23では、ピニオン2 3eがラックロッド23dのラックに噛合されてい� ��。この第1のステージ装置23では、回転駆動� ��置M4を駆動させると、ピニオン23eが一方に� �転され、それによって、ラックロッド23dがX� ��向一方に移動され、移動ブロック23aがガイ� ��レール23bに案内されてX方向に移動され、結 果的にターンテーブル22bがX方向に移動され� �。

 なお、第1のステージ装置23におけるター� ��テーブル22bのX方向への案内機構は、枠体23c に一本のガイドレールを設置し、該ガイドレ ールを跨ぐようにて移動ブロック23aを設置さ せて構成してもよい。また、ラックロッド23d に替えてスクリューロッドを配設し、該スク リューロッドを移動ブロック23aに螺合させる とともに、枠体23cに設置したモータの軸をス クリューロッドに直結させることによって構 成し、モータによってスクリューロッドを回 転させ、それによって移動ブロック23dを移動 させるようにしてもよい。また、枠体23cにシ リンダを設置し、該シリンダのピストンロッ ド先端を移動ブロック23aに連結し、シリンダ によって移動ブロック23aを移動させるように してもよい。

 第2のステージ装置24は、ベース1に設置さ れ、枠体23cをZ方向に案内するガイドレール24 aと、枠体23cに螺合貫通させたスクリューロ� �ド24bと、スクリューロッド24bを正逆回転さ� �る回転駆動装置M5とによって構成されている 。ガイドレール24aには、枠体23cの滑らかで高 精度の摺動を可能にする軸受けが組み込まれ ている。そして、この第2のステージ装置24で は、回転駆動装置M5を一方に回転駆動させる� ��、スクリューロッド24bが一方に回転され、� ��れによって、枠体23cすなわち移動ブロック2 3a及びターンテーブル22bがZ方向に移動される 。

 なお、第2のステージ装置24における枠体2 3c及びターンテーブル22bのZ方向への案内機構 は、ベース1に一本のガイドレールを設置し� �該ガイドレールを跨ぐようにて枠体23cを設� �させて構成してもよい。また、スクリュー� �ッド24bに替えてラックロッドを配設し、該� �ックロッドの端部を枠体23cに回転自在に連� �させるとともに、ベース1にピニオンおよび� ��ピニオンを回転させるモータを設置して構� ��し、モータによってピニオンを回転し、該� ��ニオンを介してラックロッドをZ方向に移動 させ、それによって枠体23cをZ方向に移動さ� �るようにしてもよい。また、ベース1にシリ� ��ダを設置し、該シリンダのピストンロッド� ��端を枠体23cに連結し、シリンダによって枠� ��23cやターンテーブル22bをZ方向に移動させる ようにしてもよい。

 以上説明したように、昇降駆動装置13と� �第1のステージ装置23と、第2のステージ装置2 4とは、切削工具2をワークWに対して相対的に 変位させる位置駆動装置として機能している 。

 図2は、図1に示す多軸加工機の制御系を� �明するブロック図である。この制御系にお� �て、制御装置30には、昇降駆動装置13、工具� ��持部20、第1及び第2のステージ装置23,24等を� ��作させる回転駆動装置M1~M5,M7,M8と、回転駆� �装置M1~M5,M7,M8の動作状態や切削工具2の位置� �角度を検出することができるエンコーダそ� �他のセンサ群61とが接続されている。制御装 置30には、ワーク位置調整部31と工具角度調� �部32とが設けられており、ワーク位置調整部 31は、昇降駆動装置13、第1及び第2のステージ 装置23,24等の動作を制御して、ワークWに対す る切削工具2の刃先2aの位置調整を可能にして いる。また、工具角度調整部32は、工具保持� ��20等の動作を制御して、切削工具2の刃先2a� �角度状態を3次元で調整できるようになって� ��る。

 以下、実施形態の多軸加工機において、� ��御装置30の制御下で行われる具体的な切削� �工について説明する。この多軸加工機では� �ワークWがワーク保持部10のチャック11に装着 される。そして、制御装置30を構成するワー� ��位置調整部31によって被加工面Waが正しい位 置に配置されるように設定される。また切削 工具2は、工具保持部20のチャック28aに装着さ れる。その際、切削工具2は、制御装置30を構 成する工具角度調整部32によってその刃先2a� �ワークWの被加工面Waのうち加工点における� �切削面に対して所望の角度をもつように、� �つ、ターンテーブル21cの回転軸aとターンテ� ��ブル22bの回転軸bとチャック28aの回転軸cと� �直交する点に合致するように位置設定され� �。

 そして、昇降駆動装置13の回転駆動装置M1 を駆動することによって、ワークWをY方向に� ��り移動させ、回転駆動装置M5を駆動するこ� �によって切削工具2の刃先2aをワークWの被加� ��面Waに付き当て、さらに、所望とする切込� �量移動させる。すると、ワークWは、連続的� ��Y方向一方(例えば、上方)に移動され、切削� ��具2は、加工しようとするワークWの被加工� �Waの形状(例えば、湾曲線)に対応させて連続� ��にZ方向に前後される。

 この切削作業においては、ワークWの被加 工面Waのうち例えばY方向に沿った湾曲線に対 して、切削工具2の刃先2aが最適な加工角度を 維持するように、切削工具2の姿勢を変更す� �必要がある。切削工具2の姿勢の変更は、第1 の工具回転装置21の回転駆動装置M2や第2の工� ��回転装置22の回転駆動装置M3等を駆動するこ とによって行なわれる。その際、切削工具2� �刃先2aは、図3に示すように、例えば回転軸a� ��中心として回転されるので、切削工具2の刃 先2aの位置はY方向にずれることなく、同一点 で加工角度が変更される。つまり、切削工具 2の刃先2aの角度を回転駆動装置M2等によって� ��接的に調整でき、加工点DPにおける被切削� �に対して切削工具2の刃先2aの傾斜を所望の� �態に調整できる。

 ワークWの被加工面Waが最上位に達すると� ��回転駆動装置M5によって枠体23cがZ方向後方� ��移動され、それによって切削工具2の刃先2a� ��ワークWの被加工面Waから離反される。次い� ��、回転駆動装置M1によって昇降部材12がY方� �下方に移動され、それによってワークWの被� ��工面Waを最下位になるように復帰させる。� �ぼ同時に、回転駆動装置M4によって移動ブロ ック23aがX方向一方に1ピッチだけ移動される� ��その際、ワークWの被加工面WaがXZ面で湾曲� �る場合には、ワークWの被加工面Waの湾曲線� �対して、切削工具2の刃先2aが最適な加工角� �を維持するように、切削工具2の姿勢を変更� ��る必要がある。切削工具2の姿勢の変更は、 第2の工具回転装置22の回転駆動装置M3や第3の 工具回転装置28の回転駆動装置M8を駆動する� �とによって行なわれる。その際、切削工具2� ��刃先2aは、図4に示すように、例えば回転軸b を中心として回転されるので、切削工具2の� �先2aの位置はX方向にずれることなく、同一� �で加工角度が変更される。つまり、切削工� �2の刃先2aの角度を回転駆動装置M2,M3,M8によっ て直接的に調整でき、加工点DPにおける被切� ��面に対して切削工具2の刃先2aの傾斜を所望� ��状態に調整できる。

 図5は、図1の多軸加工機による加工例を� �す斜視図である。この場合、切削工具2をワ� ��クWの被加工面Waに対して2次元的に移動させ てトーリック面等を加工しているが、被加工 面Wa上の各湾曲線Lにおいて切削工具2の刃先2a を被加工面Waに対して常に所望の角度(具体的 には例えば垂直)に保つことができる。

 図6(A)及び図6(B)は、図3に対応する比較例� ��説明する斜視図であり、従来型の多軸加工� ��を用いた加工工程を示している。ワークWを 加工に際して、切削工具202の刃先202aが最適� �加工角度になるようにすることが望ましい� �ところが、従来型の多軸加工機では、例え� �刃先202aの軸まわりの回転姿勢を調節したい� ��合、ワークW側の回転機構を利用することに なる。具体的には、例えば図6(A)に示す配置� �ワークWの場合、これをそれ自体の回転軸α� �まわりに回転させて、例えば図6(B)に示す配� ��とする。しかしながら、ワークWを回転軸α� ��まわりに回転させると、ワークW上の加工点 DPも回転軸αのまわりに回転するので、刃先20 2aが加工点DPに対して位置ずれした状態とな� �てしまう。このような位置ずれを解消する� �めには、不図示の直線軸を利用して切削工� �202を相対的に並進移動させることにより加� �点の位置補正を行う必要があった。このよ� �な位置補正は、各機械要素の作動を必要し� �それだけ切削精度が低下するばかりでなく� �補正の演算処理等を必要とし、制御システ� �が複雑になってしまう。

 図7は、本実施形態に係る多軸加工機の変 形例を示した概念的な斜視図である。この場 合、切削工具2によって厚めの切削を横方向� �なわちX方向に行っている。図面では、誇張� ��て表現しているが、切削工具2の刃先2aは、� ��加工面Wa上の加工点DPにおける被切削面DSに� ��接する面になっており、尖端102aに対応する ものとなっていない。この場合も、切削工具 2の刃先2aの角度を図1に例示する回転駆動装� �M2,M3,M8によって直接的に調整できる。

 〔第2実施形態〕
 以下、図面を参照して、本発明に係る第2実 施形態の多軸加工機について説明する。なお 、第2実施形態の多軸加工機は、第1実施形態� ��多軸加工機を変形したものであり、特に説� ��しない部分については、第1実施形態の多軸 加工機と同様であるものとする。

 図8は、第2実施形態の多軸加工機の要部� �示す斜視図である。第1の工具回転装置421は� ��第3の工具回転装置28を支持するとともに回� ��軸aのまわりに回転可能なコの字状の可動部 材421cと、可動部材421cの一方の軸に軸を直結� ��せ、それらの軸を介して可動部材421cを正逆 回転するモータを備える回転駆動装置M2と、� ��動部材421cの他方の軸を支持する軸受部421d� �によって構成される。回転駆動装置M2と軸受 部421dとは、支持部材422a,422aを介して第2の工� ��回転装置22のターンテーブル22b上に支持・� �定されている。この場合、第3の工具回転装� ��28は、第1支持部として回転軸cのまわりに切 削工具2の軸心を支持する。また、第1の工具� ��転装置421は、第2支持部として回転軸aのま� �りに第3の工具回転装置28を支持する。さら� �、第2の工具回転装置22は、第3支持部として� ��転軸bのまわりに第1の工具回転装置421を支� �する。この際、第1の工具回転装置421のみが� ��削工具2を両持ち状態で支持とすることにな り、第2の工具回転装置22の大型化を回避でき るとともに、各回転軸a,b,cの可動範囲を簡易� ��確保できる。なお、第2の工具回転装置22と� ��3の工具回転装置28とについては、片持ち支� ��となっており、支持機構の軽量化や各回転� ��b,cのまわりの可動範囲確保が比較的容易に� ��っている。

 〔第3実施形態〕
 以下、図面を参照して、本発明に係る第3実 施形態の多軸加工機について説明する。なお 、第3実施形態の多軸加工機は、第1実施形態� ��多軸加工機を変形したものであり、特に説� ��しない部分については、第1実施形態の多軸 加工機と同様であるものとする。

 図9は、第3実施形態の多軸加工機の要部� �示す斜視図である。第2の工具回転装置522は� ��第1の工具回転装置521を支持するターンテー ブル22bと、ターンテーブル22b上に立設されタ ーンテーブル22bとともに回転軸bのまわりに� �転可能なL字状の支持部材522aと、ターンテー ブル22bの一方の軸に軸を直結させ、それらの 軸を介してターンテーブル22bを正逆回転する モータを備える回転駆動装置M3と、支持部材5 22aの他方の軸を支持する軸受部522dとによっ� �構成される。第1の工具回転装置521は、第3の 工具回転装置28を支持するとともに回転軸aの まわりに回転可能なLの字状の可動部材521cと� ��可動部材521cの軸に軸を直結させ、それらの 軸を介して可動部材521cを正逆回転するモー� �を備える回転駆動装置M2とによって構成され る。回転駆動装置M2は、支持部材522cを介して 第2の工具回転装置522のターンテーブル22b上� �支持・固定されている。この場合、第3の工� ��回転装置28は、第1支持部として回転軸cのま わりに切削工具2の軸心を支持する。また、� �1の工具回転装置521は、第2支持部として回転 軸aのまわりに第3の工具回転装置28を支持す� �。さらに、第2の工具回転装置522は、第3支持 部として回転軸bのまわりに第1の工具回転装� ��521を支持する。この際、第2の工具回転装置 522のみが切削工具2を両持ち状態で支持とす� �ことになる。なお、第1の工具回転装置521と� ��3の工具回転装置28とについては、片持ち支� ��となっている。

 以上、実施形態に即して本発明を説明し� ��が、本発明は、上記実施形態に限定される� ��のではない。例えば、上記実施形態では、� ��削工具2をX方向やZ方向へ移動するようにし� ��いるが、ワークWをX方向やZ方向へ移動させ� ��ことができる。また、上記実施形態では、� ��ークWをY方向へ移動するようにしているが� �切削工具2をY方向へ移動させることができる 。

 また、上記実施形態では、切削工具2をR� �イトすなわち円形の先端としているが、加� �対象に応じて、半円形のバイトや、尖端の� �イトをチャック28aに固定することができ、� �れら半円形バイトや、尖端バイトの刃先の� �加工面Waに対する角度を直接的に正確に調整 できる。

 また、上記実施形態では、切削工具2が静 止しているものとして説明したが、切削工具 2を振動切削型の工具とすることもできる。� �まり、工具保持部20に切削工具2に振動を付� �する切削振動ユニットを設置する。この場� �、切削工具2の刃先2aが高速で振動するが、� �1の多軸加工機によって、刃先2aの被加工面Wa に対する角度を直接的に正確に調整できる。

 また、上記実施形態では、切削工具2の刃 先2aの角度を回転駆動装置M2,M3,M8によって3つ� ��回転軸a,b,cのまわりに回転させているが、� �れら回転軸a,b,cのうち2つの回転軸のまわり� �切削工具2を回転させることができ、この場� ��も、ある程度の自由度で刃先2aの角度を調� �できる。さらに、4つ以上の回転軸のまわり� ��切削工具2の刃先2aの角度を回転させること� ��できる。

 また、上記実施形態では、切削工具2の軸 心に回転軸a,bを直交させているが、回転軸a,b は切削工具2の軸心に直交させる必要はなく� �両回転軸a,bを切削工具2の軸心に対し直交し� ��い状態とすることもできる。