(57)【要約】【課題】  固定砥粒付きワイヤを利用して、加工対象のワークの孔の内周面を精度よく研削できるようにする。【解決手段】  回転体形状の研削ローラ２の外周に、送り出しリール４から送り出され巻き取りリール５に巻き取られる経路中の固定砥粒付きワイヤ３を螺旋状に巻き付け、固定砥粒付きワイヤ３の巻き付け外径を加工対象のワーク７の孔７１の内周面に接する大きさとし、研削ローラ２をワーク７の孔７１内に挿入した後に、研削ローラ２を回転させることによって研削ローラ２の外周で固定砥粒付きワイヤ３を送りながら、ワーク７の孔７１の内周面を固定砥粒付きワイヤ３により研削する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体形状の研削ローラの外周に、送り出しリールから送り出され巻き取りリールに巻き取られる経路中の固定砥粒付きワイヤを螺旋状に巻き付け、前記固定砥粒付きワイヤの巻き付け外径を加工対象のワークの孔の内周面に接する大きさとし、前記研削ローラを前記ワークの孔内に挿入した後に前記研削ローラを回転させることによって、前記研削ローラの外周で前記固定砥粒付きワイヤを送りながら、前記ワークの孔の内周面を前記固定砥粒付きワイヤにより研削する、ことを特徴とする内面研削方法。
【請求項２】
回転自在に支持されている回転体形状の研削ローラと、送り出しリールから送り出され巻き取りリールに巻き取られる経路中で前記研削ローラの外周に螺旋状に巻き付けられ、加工対象のワークの孔の内周面に接する巻き付け外径の固定砥粒付きワイヤと、前記研削ローラを回転させる駆動モータとからなり、前記研削ローラを前記ワークの孔内に挿入した後に、前記研削ローラを前記駆動モータにより回転させることによって、前記研削ローラの外周で前記固定砥粒付きワイヤを送りながら、前記ワークの孔の内周面を前記固定砥粒付きワイヤにより研削する、ことを特徴とする内面研削装置。
【請求項３】
前記研削ローラを前記ワークの孔の内周面に適合する回転体によって構成することを特徴とする、ことを特徴とする請求項２記載の内面研削装置。
【請求項４】
前記研削ローラに前記研削ローラの中心部から前記研削ローラの外周面に達するクーラント経路を形成し、研削加工中に、前記クーラント経路にクーラントを供給することによって、前記ワークの孔の内周面と前記固定砥粒付きワイヤとの接触位置に前記クーラントを送り込む、ことを特徴とする請求項２または請求項３記載の内面研削装置。
【請求項５】
前記固定砥粒付きワイヤの経路中にダンサローラを介在させ、前記固定砥粒付きワイヤのゆるみを吸収する、ことを特徴とする請求項２、請求項３または請求項４記載の内面研削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定砥粒付きワイヤを利用して、加工対象のワークの孔の内周面を研削する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定砥粒付きワイヤは、ワイヤソーの基本要素であり、ワイヤソーは、主としてシリコンインゴットなどのスライシング加工分野で多用されている。
【０００３】
一方、特許文献１は、研削加工の分野において、固定砥粒付きのワイヤを２本以上のローラに巻き掛け、被研削材をローラの間のワイヤ列に接触させ、被研削材の平面を研削加工する、ことを開示している。特許文献１の技術において、ワイヤを工具として考えたときに、ワイヤは、剛性が低く、ワイヤがたわんでしまい、精度のよい平面研削加工は難しい。
【０００４】
また、特許文献２は、固定砥粒付きのワイヤを利用した研削加工用の装置を開示している。特許文献２の装置は、エンドレスのワイヤをドラムに螺旋状に巻き付け、ドラムを回転させて、加工対象のワークに当て、エンドレスのワイヤによりワークの平面に対して平面研削または溝研削を行っている。特許文献２の技術は、ワークの平面に対する平面研削であるから、ワークの孔内面を研削する技術、すなわち内面研削に適する構成となっていない。
【０００５】
さらに特許文献３は、筒状体の孔にワイヤを通し、筒状体を回転させることによって、ワイヤにより孔内面を研磨する、ことを開示している。特許文献３の研磨によると、ワイヤの部分的な磨滅によって、孔内面の加工精度が悪くなり、仕上がりにばらつきが生じやすい。また、ワイヤより大きな径の孔内面の加工は、できない構成になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２８８９０３号公報
【特許文献２】特開２００２−３２６２１７号公報
【特許文献３】特開２００５−２１２００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の課題は、固定砥粒付きワイヤを利用して、加工対象のワークの孔の内周面を精度よく研削できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題のもとに、本発明は、研削ローラの外周に固定砥粒付きワイヤを螺旋状に巻き付け、ワイヤに剛性を付与し、研削ローラを回転させることによって、研削ローラの外周で前記固定砥粒付きワイヤを送りながら、ワークの孔の内周面を固定砥粒付きワイヤにより研削するようにしている。
【０００９】
詳細に記載すると、本発明の請求項１の内面研削方法は、回転体形状の研削ローラの外周に、送り出しリールから送り出され巻き取りリールに巻き取られる経路中の固定砥粒付きワイヤを螺旋状に巻き付け、前記固定砥粒付きワイヤの巻き付け外径を加工対象のワークの孔の内周面に接する大きさとし、前記研削ローラを前記ワークの孔内に挿入した後に前記研削ローラを回転させることによって、前記研削ローラの外周で前記固定砥粒付きワイヤを送りながら、前記ワークの孔の内周面を前記固定砥粒付きワイヤにより研削する、ことを特徴とする。
【００１０】
前記内面研削方法にもとづく請求項２の内面研削装置は、回転自在に支持されている研削ローラと、送り出しリールから送り出され巻き取りリールに巻き取られる経路中で前記研削ローラの外周に螺旋状に巻き付けられ、加工対象のワークの孔の内周面に接する巻き付け外径の固定砥粒付きワイヤと、前記研削ローラを回転させる駆動モータとからなり、前記研削ローラを前記ワークの孔内に挿入した後に、前記研削ローラを前記駆動モータにより回転させることによって、前記研削ローラの外周で前記固定砥粒付きワイヤを送りながら、前記ワークの孔の内周面を前記固定砥粒付きワイヤにより研削する、ことを特徴としている。
【００１１】
本発明の請求項３は、前記内面研削装置において、前記研削ローラを前記ワークの孔の内周面に適合する回転体によって構成する、ことを特徴としている。
【００１２】
本発明の請求項４は、前記内面研削装置において、前記研削ローラに前記研削ローラの中心部から前記研削ローラの外周面に達するクーラント経路を形成し、研削加工中に、前記クーラント経路にクーラントを供給することにより、前記ワークの孔の内周面と前記固定砥粒付きワイヤとの接触位置に前記クーラントを送り込む、ことを特徴としている。
【００１３】
そして、本発明の請求項５は、前記内面研削装置において、前記固定砥粒付きワイヤの経路中にダンサローラを介在させ、前記固定砥粒付きワイヤのゆるみを吸収する、ことを特徴特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１の内面研削方法によると、固定砥粒付きワイヤが剛性のある研削ローラによって支持されているから、研削加工後のワークの孔の内周面の精度がよくなり、また研削ローラの回転によって固定砥粒付きワイヤが研削ローラの外周で送られ、研削加工位置に新しい固定砥粒付きワイヤが供給されるから、研削加工の仕上がり状態が経時的に安定し、孔の内周面の安定な研削加工が実現でき、さらに研削ローラの長さの範囲にわたって内面研削ができるから、長尺物の孔の内周面の研削加工が能率良く行える。
【００１５】
本発明の請求項２の内面研削装置によると、前記内面研削方法による効果に加えて、装置の主要部が研削ローラの支持・回転手段と、固定砥粒付きワイヤの送り出し・巻き取り手段となっているため、装置が比較的簡単な構成により組み立てられる。
【００１６】
請求項３の前記内面研削装置によると、研削ローラの回転体の形状をワークの孔の内周面に適合させることによって、多様な内周面の研削加工に対応できる。
【００１７】
請求項４の内面研削装置によると、研削ローラのクーラント経路により、クーラントの供給が可能となり、孔の内周面と固定砥粒付きワイヤとの接触位置の発熱が有効に冷却できる。
【００１８】
請求項５の内面研削装置によると、ダンサローラによって固定砥粒付きワイヤのたるみが吸収できるから、固定砥粒付きワイヤの往復移動の送りにも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の内面研削方法にもとづく内面研削装置の要部の正面図である。
【図２】研削ローラとワークとの位置関係の側面図である。
【図３】研削ローラの一部の断面図である。
【図４】研削ローラの軸方向から見た断面図である。
【図５】円錐台状の研削ローラの正面図である。
【図６】弾丸状の研削ローラの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１ないし図４は、本発明の内面研削方法にもとづく内面研削装置１の構成を示している。まず、図１および図２において、本発明の内面研削装置１は、研削ローラ２と、研削ローラ２の外周に螺旋状に巻き付けられる固定砥粒付きワイヤ３と、研削ローラ２を回転させる駆動モータ６とから構成されている。
【００２１】
研削ローラ２は、回転体の形状、例えば一端および他端において、円柱体でその中間部分で円錐台の形状である。研削ローラ２の円柱体の外径は、加工対象のワーク７の孔７１の内周面を研削するために、孔７１の内径よりもやや小さい直径となっており、また、大きな外径の円柱体の長さは、研削ローラ２の中心線２ａの方向においてワーク７の孔７１の長さよりも長くなっている。
【００２２】
研削ローラ２は、両端の軸部分で一対の軸受けアーム１３、１４によって両持ち状態として回転自在に支持され、軸受けアーム１３、１４の両方または一方、例えば軸受けアーム１３の部分で駆動モータ６に連結され、中心線２ａを回転中心として駆動されるようになっている。
【００２３】
一対の軸受けアーム１３、１４のうち、少なくとも一方、例えば巻き取り側の軸受けアーム１４は、研削ローラ２の軸部分を取り外し可能な軸受け手段２４により回転自在に支持されている。軸受け手段２４は、図示しないが、一例として公知の半軸受けと、簡単な操作で着脱自在となる軸押さえとで構成される。
【００２４】
一方の軸受けアーム１３は、スライドベース２２に固定されており、他方の軸受けアーム１４は、スライダ２３の上に固定され、スライダ２３の直線移動によって、スライドベース２２に対して中心線２ａの方向に往復移動自在となっている。また、ライドベース２２は、研削送りのために、ベース２１に対して中心線２ａの方向に移動可能であり、ベース２１とライドベース２２との間に設けられたモータ・送りねじなどからなる研削送り駆動ユニット８によって往復直線駆動されるようになっている。
【００２５】
そして、固定砥粒付きワイヤ３は、送り出しリール４から送り出され、定位置の案内ローラ９、ゆるみ吸収用の移動可能なダンサローラ１１、定位置の案内ローラ９を経て、研削ローラ２の外周に一端から他端へと螺旋状に巻き付けられてから、定位置の案内ローラ１０、ゆるみ吸収用の移動可能なダンサローラ１２、定位置の案内ローラ１０を経て巻き取りリール５に巻き取られる。ダンサローラ１１、１２は、重力、スプリングまたはトルクモータの力によって付勢され、固定砥粒付きワイヤ３のゆるみに応じて変位し、固定砥粒付きワイヤ３のゆるみを吸収すために設けられている。
【００２６】
このように、固定砥粒付きワイヤ３は、エンドレスではなく、送り出しリール４と巻き取りリール５との間にオープンリール式として巻かれており、その経路中で、研削ローラ２に螺旋状に巻き付けられ、剛性のある研削ローラ２に保持される。なお、研削ローラ２に対する固定砥粒付きワイヤ３の巻き付けピッチは、ワーク７の材料や研削加工の目的に応じて、１〜１０ｍｍ程度に設定される。また、その砥粒は、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒など、ワーク７の材料に応じて選定される。
【００２７】
次に、図３に示すように、研削ローラ２の外周面は、必要に応じて柔軟な弾性材、例えばポリウレタン１５によって被覆されている。固定砥粒付きワイヤ３は、図３の（１）に示すようにポリウレタン１５の外周面に形成されている螺旋溝１６に巻き付けられるか、または図３の（２）に示すように研削ローラ２の外周面に形成されている螺旋溝１７の位置でポリウレタン１５に巻き付けられ、所定の巻き付けピッチを維持している。研削ローラ２に対して巻き付け状態の固定砥粒付きワイヤ３の外径は、ワーク７の孔７１の内周面の研削のために、孔７１の全周面に接し、目的の研削に適合する値に設定される。
【００２８】
また、図３および図４に示すように、研削ローラ２は、研削ローラ２の中心線２ａにそってクーラント経路１８を形成すると共に、研削ローラ２の半径方向に延びて、ポリウレタン１５の外周面に達し、固定砥粒付きワイヤ３の間に開口するにクーラント経路１８を形成している。
【００２９】
図１および図２の実施態様において、ワーク７は、加工位置で適切なクランプ手段２０によって、孔７１の中心線を研削ローラ２の中心線２ａに一致させた状態で固定され、研削ローラ２は、巻き取り側の小径部分を孔７１の内部に通した状態に設定される。
【００３０】
加工位置へのワーク７の設定に際して、作業者は、巻き取り側の固定砥粒付きワイヤ３を切断し、また軸受け手段２４を操作して巻き取り側の軸受けアーム１４を研削ローラ２の軸部分から外し、スライダ２３をスライドベース２２に対して図１で右方向に移動させて、研削ローラ２の端部と軸受けアーム１４との間にワーク７の挿入空間を確保する。この時、固定砥粒付きワイヤ３の切断端は、図示しないが、研削ローラ２や軸受けアーム１４に粘着テープやクリップ片により仮止めすると便利となる。
【００３１】
この後に、作業者は、研削ローラ２の端部の挿入空間からワーク７を研削ローラ２に入れ、加工すべきワーク７を加工位置にクランプ手段２０により固定し、軸受け手段２４によって軸受けアーム１４を研削ローラ２の軸部分に連結してから、研削ローラ２の固定砥粒付きワイヤ３の切断端と巻き取りリール５の固定砥粒付きワイヤ３の切断端とを溶接や圧着あるいは結びなどにより接続する。
【００３２】
このように、固定砥粒付きワイヤ３の切断、接続は、巻き取り側、つまりワーク７の送り方向下流側において行われる。これは、固定砥粒付きワイヤ３の接続部分が研削加工の位置に移動して、研削加工に悪影響を与えないようにするためである。
【００３３】
研削加工にあたって、駆動モータ６は、研削ローラ２をワイヤ送り方向に回転させることによって、固定砥粒付きワイヤ３を送り出し側から巻き取り側へ送りながら、固定砥粒付きワイヤ３に研削回転を与える。
【００３４】
この状態で、研削送り駆動ユニット８は、スライドベース２２を矢印方向に送り移動させ、研削ローラ２を回転させながらその大きな外径部分をワーク７の孔７１に挿入する。この挿入によって大きな外径部分の固定砥粒付きワイヤ３は、ポリウレタン１５の弾性変形による弾力を受けて、孔７１の内周面に圧接し、孔７１の内周面の研削を行う。なお、研削加工のときに、必要に応じてワーク７を回転させることもできる。
【００３５】
このように、研削ローラ２の回転は、固定砥粒付きワイヤ３により孔７１の内周面を研削するための研削回転であり、同時に固定砥粒付きワイヤ３を送り出し側から巻き取り側へ送るための回転でもある。なお、スライドベース２２の送り移動は、研削送り駆動ユニット８を用いないで、手動操作とすることもできる。もっとも、ワーク７がセット段階で研削ローラ２の研削域に対応しているとき、研削加工時に、ワーク７の送り移動は不要となる。
【００３６】
ローラ駆動モータ６の回転は、研削ローラ２の外周において、固定砥粒付きワイヤ３を送る方向の連続回転、または往復回転によって与えられる。往復回転は、固定砥粒付きワイヤ３の送り方向の回転と送り方向の回転よりもやや少ない戻り方向の回転とを交互に切り換える駆動形式である。したがって、固定砥粒付きワイヤ３は、上記の連続回転、または往復回転の駆動形式に対応して、研削ローラ２の外周で送り方向に連続走行（連続移動）するか、または往復走行（往復移動）することになる。このような連続走行、または往復走行に対応して、送り出しリール４および巻き取りリール５は、図示しないがそれぞれ送り出しモータ、巻き取りモータによって、トルク制御のもとに駆動されるようになっている。なお、固定砥粒付きワイヤ３が往復走行すると、固定砥粒付きワイヤ３の途中経路にゆるみが発生するが、このゆるみは、ダンサローラ１１、１２の移動によって吸収される。
【００３７】
研削加工中に、クーラント経路１８は、研削ローラ２の軸端部において、図示しないロータリジョイントなどを介して外部からクーラント１９を取り込み、孔７の内周面すなわち研削面と固定砥粒付きワイヤ３との接触位置に供給することによって、その位置での発熱を吸収し、発熱部分の冷却を行う。なお、このクーラント１９は、冷却後、循環させて利用される。
【００３８】
研削加工が終了して、ワーク７の交換のときに、作業者は、ワーク７の設定のとき作業要領に準じて、巻き取り側で、固定砥粒付きワイヤ３の切断、ワーク７の交換空間の確保をしてから、その空間より加工後のワーク７を取り出し、新たなワーク７を加工位置にセットした後、研削ローラ２の軸部の支持、固定砥粒付きワイヤ３の切断端どうしの接続を行う。なお、使用後の固定砥粒付きワイヤ３は、通常、巻き取りリール５から取り外されて廃棄処分とされるか、または再生使用される。
【００３９】
以上のように、本発明の内面研削装置１によると、固定砥粒付きワイヤ３が剛性のある研削ローラ２によって支持されているから、研削加工後のワーク７の孔内面の精度がよくなり、また固定砥粒付きワイヤ３が研削ローラ２のワイヤ送り方向の回転により送られ、研削加工域で新しい固定砥粒付きワイヤ３が供給されるから、研削加工の仕上がり状態が経時的に安定し、孔７１の内周面の安定な研削加工が実現でき、さらに研削ローラ２の長さの範囲にわたって内面研削ができるから、長尺物の孔７１の内周面の研削加工が能率良く行える。
【００４０】
次に、図５および図６の実施態様は、研削ローラ２の他の形状例を示す。図５は、ワーク７のテーパ状の孔７１に応じて研削ローラ２を円錐台の形状として形成する例である。また図６は、ワーク７の弾丸状の孔７１に応じて研削ローラ２を弾丸の形状として形成する例である。このように、研削ローラ２は、回転体の外形のローラであれば、円柱体や円錐台のほかに、ワーク７の孔７１の内周面の形状に応じた曲線による回転体の外形などとして構成される。
【００４１】
以上のすべての実施態様において、ワーク７の孔７１は、完全な環状の孔であるが、それらの孔７１は、孔の一部例えば半割り状態の孔であってもよい。さらに、固定砥粒付きワイヤ３は、１本の研削ローラ２に対して、１本ではなく、例えば２本として研削ローラ２に２条ねじのように螺旋状に巻き付けることも考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、金属、半導体やセラミックスなどの内面研削の加工を対象として開発されたが、本発明の内面研削の加工は、その他の材料、例えばプラスチック、木材などにも利用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１  内面研削装置
２  研削ローラ      ２ａ  中心線
３  固定砥粒付きワイヤ
４  送り出しリール
５  巻き取りリール
６  駆動モータ
７  ワーク          ７１  孔
８  研削送り駆動ユニット
９  案内ローラ
１０  案内ローラ
１１  ダンサローラ
１２  ダンサローラ
１３  軸受けアーム
１４  軸受けアーム
１５  ポリウレタン
１６  螺旋溝
１７  螺旋溝
１８  クーラント経路
１９  クーラント
２０  クランプ手段
２１  ベース
２２  スライドベース
２３  スライダ
２４  軸受け手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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