(57)【要約】【課題】  ワークを砥石によって研削研磨する際に、砥石の目詰まりを抑制することができる技術を提供する。【解決手段】  研削研磨装置は、ワークが取り付けられるワーク保持手段と、砥石が取り付けられる砥石保持手段を備えている。ワーク保持手段は、取り付けられたワークを回転駆動し、砥石保持手段は、取り付けられた砥石をワークに押圧する。それにより、ワークの表面に対して砥石が相対的に摺動し、ワークの表面に存在する微細な凸部が、砥石に含まれる微細な砥粒によって除去される。さらに、研削研磨装置は、ワーク保持手段に取り付けられたワークと、砥石保持手段に取り付けられた砥石の少なくとも一方に、振動を付与する振動付与手段を備えている。それにより、研削研磨によって生じたワークの切り屑が、ワークと砥石の間から速やかに排除され、砥石の目詰まりが効果的に防止される。【選択図】図３
2010069594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを砥石によって研削研磨する装置であって、
ワークが取り付けられるとともに、取り付けられたワークを回転駆動するワーク保持手段と、
砥石が取り付けられるとともに、取り付けられた砥石をワークに押圧する砥石保持手段と、
ワーク保持手段に取り付けられたワークと砥石保持手段に取り付けられた砥石の少なくとも一方に振動を付与する振動付与手段と、
を備える装置。
【請求項２】
振動付与手段による振動の振動方向は、砥石保持手段による砥石の押圧方向に対して、直交することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
振動付与手段による振動の振動方向は、ワーク保持手段によるワークの回転方向に対して、直交することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
振動付与手段による振動の周波数は、超音波帯域であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記ワーク保持手段は、取り付けられた砥石を揺動可能に支持する揺動支持機構を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
ワークを砥石によって研削研磨する方法であって、
回転しているワークに砥石を押圧するとともに、ワークと砥石の少なくとも一方に振動を付与することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを砥石によって研削研磨する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、ワークを砥石によって研削研磨する装置が開示されている。この装置は、ワークが取り付けられるワーク保持手段と、砥石が取りつけられる砥石保持手段を備えている。ワーク保持手段は、取り付けられたワークを回転駆動し、砥石保持手段は、取り付けられた砥石をワークに押圧する。それにより、ワークの表面に対して砥石が相対的に摺動し、ワークの表面に存在する微細な凸部が、砥石に含まれる微細な砥粒によって除去される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２４３４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
砥石による研削研磨では、砥石の目詰まりが問題となっている。砥石の目詰まりとは、砥石の表面に露出する気孔（チップポケットとも称される）に、ワークの切り屑が詰まる現象を指す。砥石に目詰まりが発生すると、砥粒によるワークの加工が阻害され、加工不良や加工速度の低下といった問題が生じる。
上記の実情を鑑み、本発明は、砥石の目詰まりを抑制しながら、ワークを研削研磨することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ワークを砥石によって研削研磨する装置に具現化される。この装置は、ワークが取り付けられるワーク保持手段と、砥石が取り付けられる砥石保持手段を備えている。ワーク保持手段は、取り付けられたワークを回転駆動し、砥石保持手段は、取り付けられた砥石をワークに押圧する。それにより、ワークの表面に対して砥石が相対的に摺動し、ワークの表面に存在する微細な凸部が、砥石に含まれる微細な砥粒によって除去される。
さらに、本発明に係る装置は、ワーク保持手段に取り付けられたワークと、砥石保持手段に取り付けられた砥石の少なくとも一方に、振動を付与する振動付与手段を備えている。それにより、研削研磨によって生じたワークの切り屑が、ワークと砥石の間から速やかに排除され、砥石の目詰まりが効果的に防止される。
この装置によると、砥石の目詰まりを抑制しながら、ワークを研削研磨することができる。
【０００６】
上記した装置において、振動付与手段による振動の振動方向は、砥石保持手段による砥石の押圧方向に対して、直交することが好ましい。即ち、砥石とワークを互いに振動させる振動方向は、砥石が押圧されるワークの表面に対して、平行であることが好ましい。
例えば、砥石とワークを互いに振動させる振動方向が、砥石が押圧されるワークの表面に対して垂直であると、砥石とワークの接触圧が比較的に大きく変動してしまい、ワークの表面粗さにムラが生じることがある。
それに対して、砥石とワークを互いに振動させる振動方向が、砥石が押圧されるワークの表面に対して平行であると、砥石とワークの接触圧はほとんど変化することがないので、ワークの表面粗さを均一に仕上げることができる。
【０００７】
さらに、振動付与手段による振動の振動方向は、ワーク保持手段によるワークの回転方向に対して、直交することが好ましい。即ち、砥石とワークを互いに振動させる振動方向は、ワークの回転によって砥石とワークが互いに摺動する摺動方向に対して、垂直であることが好ましい。
砥石とワークを互いに振動させる振動方向が、砥石とワークが互いに摺動する摺動方向に対して垂直であると、ワークと砥石の間から切り屑が排除される効果がより高くなり、砥石の目詰まりをより強く抑制することができる。
【０００８】
振動付与手段によって付与される振動の周波数は、超音波帯域であることが好ましい。
ここでいう超音波帯域は、１６キロヘルツ以上の周波数帯域を意味する。
振動付与手段によって付与される振動の周波数が高いほど、ワークと砥石の間から切り屑が排除される効果はより高くなる。従って、当該振動の周波数は高いほど好ましく、超音波帯域となる高周波帯域であると、顕著な効果を得ることができる。
【０００９】
前記したワーク保持手段は、取り付けられた砥石を揺動可能に支持する揺動支持機構を有することが好ましい。
この構成によると、砥石がワークに対して片当たりすることが防止され、砥石とワークの接触圧の分布が略均一に維持される。
【００１０】
本発明は、ワークを砥石によって研削研磨する方法にも具現化される。この方法は、回転しているワークに砥石を押圧するとともに、ワークと砥石の少なくとも一方に振動を付与することを特徴とする。
この方法によると、砥石の目詰まりを抑制しながら、ワークを砥石によって研削研磨することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、砥石の目詰まりを抑制することができ、研削研磨の加工能率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
最初に、本発明を実施する好適な実施形態を列記する。
（形態１）  本発明の技術は、シャフト状のワークを研削研磨する装置に適用することもできるし、ディスク状のワークを研削研磨する装置に適用することもできる。
（形態２）  本発明の技術をシャフト状のワークを研削研磨する装置に実施する場合は、回転するシャフト状のワークの周側面に砥石が押圧されるように、ワーク保持手段によるワークの回転軸と、砥石保持手段による砥石の押圧方向が、互いに直交するように構成するとよい。そして、振動付与手段による振動の振動方向が、ワーク保持手段によるワークの回転軸に対して、平行となるように構成するとよい。この構成によると、砥石とワークが互いに振動する振動方向が、砥石が押圧されるワークの表面に対して垂直になるとともに、砥石とワークが互いに摺動する摺動方向に対しても垂直となる。
【００１３】
（形態３）  本発明の技術をディスク状のワークを研削研磨する装置に実施する場合は、回転するディスク状のワークの表面（又は裏面）に砥石が押圧されるように、ワーク保持手段によるワークの回転軸と、砥石保持手段による砥石の押圧方向が、互いに平行となるように構成するとよい。そして、振動付与手段による振動の振動方向が、ワーク保持手段によるワークの回転軸に対して、その半径方向に一致するように構成するとよい。この構成によると、砥石とワークが互いに振動する振動方向が、砥石が押圧されるワークの表面に対して垂直になるとともに、砥石とワークが互いに摺動する摺動方向に対しても垂直となる。
【００１４】
（形態４）  前記ワーク保持手段の揺動支持機構は、例えば自在継手を用いて機械的に構成することができる。あるいは、樹脂材料等の可撓性を有する材料を介して砥石を支持し、当該部材が変形することによって砥石が揺動する構成とすることもできる。
（形態５）  砥石保持手段は、複数種類の砥石を取り付け可能であるとともに、取り付けられた複数種類の砥石のなかから、一つを選択してワークに押圧可能であることが好ましい。
（形態６）  砥石のワークに当接する当接面は、ワークの表面形状に沿ったプロファイルを有することが好ましい。
【実施例】
【００１５】
本発明を実施した実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例の研削研磨装置１０の構成を模式的に示す。図１に示すように、本実施例の研削研磨装置１０は、カムシャフトやクランクシャフトといったシャフト状のワーク１００の表面を、砥石４０によって研削又は研磨する装置である。なお、図１に示すワーク１００は、複数のカムロブ１０２を有するカムシャフトである。研削研磨装置１０は、比較的に目の粗い砥石４０を用いることで、ワーク１００の表面を研削加工することができ、比較的に目の細かい砥石４０を用いることで、ワーク１００の表面を研磨加工することができる。なお、本明細書では、研削又は研磨を合わせて研削研磨と総称することがある。
【００１６】
図１に示すように、研削研磨装置１０は、主に、コモンベッド１２と、ワーク保持ユニット２２と、砥石保持ユニット１４を備えている。
ワーク保持ユニット２２は、コモンベッド１２の上に載置されており、コモンベッド１２に固定されている。ワーク保持ユニット２２には、カムシャフト等のワーク１００が取り付けられる。ワーク保持ユニット２２は、ワーク１００をその中心軸で軸支し、ワーク１００をその中心軸回りに回転駆動する。ワーク保持ユニット２２がワーク１００を回転駆動する回転軸Ｃは、後述する砥石保持ユニット１４の直動方向（ｘ軸方向）に平行となっている。
【００１７】
砥石保持ユニット１４は、コモンベッド１２に設けられた一対のレール１８上に載置されている。一対のレール１８は、図中のｘ軸方向に沿って直線状に伸びている。それにより、砥石保持ユニット１４は、コモンベッド１２に対して、ｘ軸方向に移動可能に支持されている。また、コモンベッド１２には、砥石保持ユニット１４をｘ軸方向に移動させる直動機構２０が設けられている。直動機構２０は、主に、ボールスプライン２０ａ及びそれを回転駆動するモータ２０ｂによって構成されている。以上の構成により、砥石保持ユニット１４は、ワーク保持ユニット２２に取り付けられたワーク１００の回転軸Ｃと平行な方向において、その位置が調節可能となっている。即ち、ワーク１００に対して研削研磨を施す位置を、適宜調整可能となっている。
【００１８】
砥石保持ユニット１４は、主に、タレット装置３０とエアシリンダ１６を備えている。タレット装置３０は、エアシリンダ１６によって、図中のｙ軸方向に移動可能となっている。ここで、ｙ軸方向は、前出のｘ軸方向と直交する。タレット装置３０には、砥石４０が取り付け可能となっている。タレット装置３０に取り付けられた砥石４０は、エアシリンダ１６によって、ワーク保持ユニット２２に取り付けられたワーク１００に押圧される。砥石４０をワーク１００に押圧する押圧力は、エアシリンダ１６に供給する加圧エアの圧力によって調整することができる。
ここで、砥石保持ユニット１４をｙ軸方向に移動させるアクチュエータは、エアシリンダに限定されない。砥石保持ユニット１４をｙ軸方向に移動可能であるとともに、砥石保持ユニット１４に取り付けられた砥石４０をワーク１００に対して所定の押圧力で押圧できるものであれば、他の形態のアクチュエータであってもよい。
【００１９】
図２は、図１中のII−II線断面図を示している。図１、図２を参照して、タレット装置３０の構成について詳細に説明する。
図１、図２に示すように、タレット装置３０は、複数の砥石取付部３４を有するタレットテーブル３２を備えている。それぞれの砥石取付部３４には、一つの砥石４０が着脱可能であり、タレットテーブル３２には、複数種類の砥石４０が同時に取り付け可能となっている。タレット装置３０は、タレットテーブル３２を回転駆動することによって、ワーク１００に押圧する砥石４０、即ち、ワーク１００の研削研磨に用いる砥石４０を選択することができる。本実施例の研削研磨装置１０では、ワーク１００への当接面４０ａの形状が互いに異なる複数種類の砥石４０が取り付けられており、研削研磨するワーク１００の形状（即ち、ワーク１００の直径）に応じて、使用する砥石４０を切り替えることができる。
【００２０】
次に、砥石取付部３４の構成について詳細に説明する。図２、図３に示すように、砥石取付部３４は、砥石ホルダ３６と、超音波振動ユニット３８を備えている。
砥石ホルダ３６は、砥石４０を着脱可能に保持する構造を有している。砥石ホルダ３６は、超音波振動ユニット３８を介して、タレットテーブル３２に取付けられている。
超音波振動ユニット３８は、砥石ホルダ３６に超音波振動を付与することができる。超音波振動ユニット３８が砥石ホルダ３６に超音波振動を付与すると、砥石ホルダ３６及びそれに取り付けられた砥石４０が超音波帯域（１６キロヘルツ以上）の周波数で振動する。ここで、超音波振動ユニット３８が砥石ホルダ３６及び砥石４０に付与する超音波振動の振動方向は、ワーク１００の回転軸Ｃに平行なｘ軸方向となっている。
【００２１】
以上の構成により、本実施例の研削研磨装置１０では、ワーク保持ユニット２２に取り付けられたワーク１００を回転駆動し、砥石保持ユニット１４に取り付けられた砥石４０を回転するワーク１００に押圧し、ワーク１００の研削研磨を行うことができる。ワーク１００の表面に対して砥石４０が相対的に摺動することで、ワーク１００の表面に存在する微細な凸部が除去され、ワーク１００の表面が平滑に仕上げられる。
【００２２】
上記した研削研磨において、本実施例の研削研磨装置１０では、砥石４０とワーク１００を相対的に超音波振動させることができる。ワーク１００と砥石４０が相対的に超音波振動することで、研削研磨によって生じたワーク１００の切り屑は、さらに細かく分断される。また、ワーク１００と砥石４０が相対的に超音波振動することで、ワーク１００の切り屑と砥石４０との間にも相対的な振動が生じる。その結果、ワーク１００の切り屑が、砥石４０の気孔に詰まることが防止される。ワーク１００の切り屑は、砥石４０とワーク１００の間から速やかに排除され、砥石４０の目詰まりが効果的に防止される。
【００２３】
ここで、本実施例の研削研磨装置１０では、超音波振動ユニット３８による超音波振動の振動方向が、ワーク１００の回転軸Ｃと平行なｘ軸方向となるように構成されている。即ち、当該超音波振動の振動方向は、ワーク１００に対する砥石４０の押圧方向（ｙ軸方向）に対して、直交する関係となっている。この関係により、砥石４０によって研削研磨するワーク１００の周側面に対して、砥石４０は平行に振動することになる。従って、砥石４０とワーク１００が相対的に振動しても、その振動によって砥石４０とワーク１００の接触圧が大きく変化することはない。そのことから、砥石４０を比較的に大きく振動させた場合でも、ワーク１００の表面を略均一に研削研磨することができる。また、砥石４０をワーク１００の表面に対して平行に振動させると、当該振動によって砥石４０とワーク１００が相対的に摺動し、その摺動によってワーク１００の研削研磨が進行することから、ワーク１００の研削研磨を短時間で完了することが可能となる。
【００２４】
さらに、本実施例の研削研磨装置１０では、超音波振動ユニット３８による超音波振動の振動方向（ｘ軸方向）が、ワーク保持ユニット２２によるワーク１００の回転方向（回転軸Ｃを中心とする周方向）に対しても、直交する関係にある。この関係により、砥石４０がワーク１００に対して振動する振動方向は、ワーク１００の回転によって砥石４０とワーク１００が互いに摺動する摺動方向に対して、直交することになる。砥石４０とワーク１００が互いに振動する振動方向が、砥石４０とワーク１００が互いに摺動する摺動方向に対して垂直であると、砥石４０とワーク１００の間から切り屑が排除される効果がより高くなり、砥石４０の目詰まりをより強く抑制することができる。
【００２５】
また、本実施例の研削研磨装置１０では、砥石４０を保持する砥石ホルダ３６が、可撓性を有する材料によって形成されている。それにより、砥石４０に外力が加えられた場合には、砥石ホルダ３６が変形することによって、砥石４０が揺動できるように構成されている。ここで、可撓性を有する材料としては、例えばナイロン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂等の樹脂材料やゴム材料が挙げられる。なお、本実施例では、砥石ホルダ３６をナイロン樹脂で形成している。
図４に示すように、砥石４０が揺動可能に支持されていると、例えばワーク１００と砥石４０の相対位置が変化した場合でも、それに追従して砥石４０が揺動することにより、砥石４０がワーク１００に対して片当たりすることが防止される。その結果、砥石４０とワーク１００の接触圧の分布が略均一に維持される。
なお、砥石４０を揺動可能に支持するためには、必ずしも可撓性を有する材料で砥石ホルダ３６を形成する必要はなく、例えば砥石ホルダ３６に自在継手構造等の機械的な揺動構造を具備させてもよい。あるいは、砥石ホルダ３６が可撓性を有さなくとも、砥石４０自体が可撓性を有するものであってもよい。この場合、砥石４０を構成する結合剤に、比較的に軟らかいものを使用することによって、砥石４０に十分な可撓性を与えることができる。
【００２６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、本実施例の研削研磨装置１０では、砥石４０に超音波振動を付与する構成となっているが、砥石４０とワーク１００を相対的に振動させられる構成であればよく、ワーク１００に超音波振動を付与する構成、或いは、砥石４０とワーク１００の両者に超音波振動を付与する構成とすることもできる。なお、砥石４０とワーク１００の両者に超音波振動を付与する場合は、それぞれに付与する超音波振動の周波数及び／又は位相を相違させる必要がある。
【００２７】
また、本実施例の研削研磨装置１０では、砥石４０に超音波振動を付与する構成となっているが、砥石４０に付与する振動の周波数は超音波帯域に限定されない。砥石４０の目詰まりを抑制する効果は、付与する振動の周波数が高いほど顕著となるが、付与する振動の周波数が超音波帯域を下回ることで、砥石４０の目詰まりを抑制する効果が直ちに失われるものではない。
【００２８】
また、本実施例の研削研磨装置１０は、シャフト状のワーク１００を研削研磨するものであるが、本発明の技術は、ディスク状といった他の形状のワーク１００を研削研磨する装置に実施することもできる。即ち、ワーク１００の形状にかかわらず、砥石４０とワーク１００を相対的に振動させることによって、砥石４０の目詰まりを有意に抑制することができる。
【００２９】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例の研削研磨装置の構成を模式的に示す図。
【図２】図１中のII−II線断面図。
【図３】砥石取付部の構成を模式的に示す図。
【図４】砥石が揺動する様子を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１０：研削研磨装置
１２：コモンベッド
１４：砥石保持ユニット
１６：エアシリンダ
１８：一対のレール
２０：直動機構
２２：ワーク保持ユニット
３０：タレット装置
３２：タレットテーブル
３４：砥石取付部
３６：砥石ホルダ
３８：超音波振動ユニット
４０：砥石
１００：ワーク
【図１】
2010069594.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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