(57)【要約】【課題】在来の工作機械を利用して簡単な構成の工具により高精度かつ高加工能率の自動加工を可能とするラッピング工具および装置を提供する。【解決手段】ラッピング工具１を往復振動させる往復駆動部３と、前記往復駆動部に取り付けるための取付部と、合成樹脂からなる球形状のラップ球と、前記取付部に対して前記ラップ球を弾性的に支持する弾性支持部と、前記取付部に対する前記ラップ球の突出量を調整する突出量調整部とを備えたラッピング工具と、工作物を取り付けるためのテーブル２５と、前記ラッピング工具と前記テーブルを互いに直交する３軸方向に相対的に移動させる送り機構とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部に取り付けるための取付部（１１）と、
合成樹脂からなる球形状のラップ球（１５）と、
前記取付部（１１）に対して前記ラップ球（１５）を弾性的に支持する弾性支持部（１４）と、
前記取付部（１１）に対する前記ラップ球（１５）の突出量を調整する突出量調整部（１２，１３）とを有するラッピング工具。
【請求項２】
請求項１に記載したラッピング工具であって、
前記ラップ球（１５）は、ポリアミド系樹脂からなる中実体であるラッピング工具。
【請求項３】
請求項１，２のいずれか１項に記載したラッピング工具であって、
前記突出量調整部（１２，１３）は、調整ねじ（１３）により前記ラップ球（１５）の突出量を調整するものであるラッピング工具。
【請求項４】
ラッピング工具（１）を往復振動させる往復駆動部（３）と、
前記往復駆動部（３）に取り付けるための取付部（１１）と、合成樹脂からなる球形状のラップ球（１５）と、前記取付部（１１）に対して前記ラップ球（１５）を弾性的に支持する弾性支持部（１４）と、前記取付部（１１）に対する前記ラップ球（１５）の突出量を調整する突出量調整部（１２，１３）とを備えたラッピング工具（１）と、
工作物（４）を取り付けるためのテーブル（２５）と、
前記ラッピング工具（１）と前記テーブル（２５）を互いに直交する３軸方向に相対的に移動させる送り機構とを有するラッピング装置。
【請求項５】
請求項４に記載したラッピング装置であって、
前記テーブル（２５）上に設けられ、ラップ剤を貯留して当該ラップ剤中に前記工作物（４）の加工部を浸漬させるための加工槽（２６）を有するラッピング装置。
【請求項６】
請求項４，５のいずれか１項に記載したラッピング装置であって、
前記往復駆動部（３）は、工作機械の主軸（２４）に着脱可能に取り付けられるものであるラッピング装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載したラッピング装置であって、
前記ラップ球（１５）は、ポリアミド系樹脂からなる中実体であるラッピング装置。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載したラッピング装置であって、
前記突出量調整部（１２，１３）は、調整ねじ（１３）により前記ラップ球（１５）の突出量を調整するものであるラッピング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ラップと工作物とを相対移動させてラップ剤中の砥粒によって表面加工を行うラッピング加工に使用するラッピング工具およびラッピング装置に関するものであり、詳しくは、在来の工作機械を利用して簡単な構成の工具により高精度の自動加工が可能となるラッピング工具および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ラッピング加工とは、ラップと称する工具と工作物との間にラップ剤を介在させ、ラップと工作物との相対運動によって工作物の表面を加工するものであり、工作物表面の面粗度の向上、平坦度・平滑度の向上を目的とするものである。ラップ剤としては、通常、遊離砥粒を液体中に分散させた懸濁液を用いる。このラッピング加工を行う装置は、一般的にラッピング専用の装置であり、他の工作機械や加工装置と共用できるものではなかった。
【０００３】
遊離砥粒を用いる従来の加工装置としては、下記の特許文献１および特許文献２などが公知である。特許文献１には、弾性球体工具を回転駆動させ研磨液中の工作物を加工するための加工ヘッドが記載されている。特許文献２には、回転スピンドルによって弾性球体工具を回転させ、スラリー中に分散させた研磨砥粒を介して自由曲面の研磨加工を行う研磨装置が記載されている。
【特許文献１】特開平５−９２３６２号公報
【特許文献２】特開２００２−３６１５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のように、ラッピング加工を行うためにはラッピング専用の装置が必要となり、工作機械に加えてラッピング装置を設置するためには、設置スペースの確保や設備コストの大幅増加が避けられず、製品の加工・製造コストの増加を招いていた。特許文献１および特許文献２に記載された加工装置も専用機であり同様の問題点がある。さらに、特許文献１および特許文献２の工具は、回転駆動する必要があり、工具の構造や駆動機構が複雑になるという問題点があった。
【０００５】
また、一般的にラッピング加工は加工能率の点ではあまり良好ではなく、さらなる加工能率の向上が求められていた。さらに、加工位置へのラッピング剤の供給に関しても、一定かつ均一な供給を行うためには作業者の熟練技術や注意深い作業が必要であった。
【０００６】
そこで、本発明は、以上のようなラッピング加工における問題点や欠点を改善し、在来の工作機械を利用して簡単な構成の工具により高精度かつ高加工能率の自動加工を可能とするラッピング工具および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のラッピング工具は、駆動部に取り付けるための取付部と、合成樹脂からなる球形状のラップ球と、前記取付部に対して前記ラップ球を弾性的に支持する弾性支持部と、前記取付部に対する前記ラップ球の突出量を調整する突出量調整部とを有するものである。
【０００８】
また、上記のラッピング工具において、前記ラップ球は、ポリアミド系樹脂からなる中実体であることが好ましい。
【０００９】
また、上記のラッピング工具において、前記突出量調整部は、調整ねじにより前記ラップ球の突出量を調整するものであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明のラッピング装置は、ラッピング工具を往復振動させる往復駆動部と、前記往復駆動部に取り付けるための取付部と、合成樹脂からなる球形状のラップ球と、前記取付部に対して前記ラップ球を弾性的に支持する弾性支持部と、前記取付部に対する前記ラップ球の突出量を調整する突出量調整部とを備えたラッピング工具と、工作物を取り付けるためのテーブルと、前記ラッピング工具と前記テーブルを互いに直交する３軸方向に相対的に移動させる送り機構とを有するものである。
【００１１】
また、上記のラッピング装置において、前記テーブル上に設けられ、ラップ剤を貯留して当該ラップ剤中に前記工作物の加工部を浸漬させるための加工槽を有することが好ましい。
【００１２】
また、上記のラッピング装置において、前記往復駆動部は、工作機械の主軸に着脱可能に取り付けられるものであることが好ましい。
【００１３】
また、上記のラッピング装置において、前記ラップ球は、ポリアミド系樹脂からなる中実体であることが好ましい。
【００１４】
また、上記のラッピング装置において、前記突出量調整部は、調整ねじにより前記ラップ球の突出量を調整するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。
【００１６】
在来の工作機械を利用して簡単な構成の工具により高精度かつ高加工能率の自動加工が可能となる。また、専用のラッピング装置を設置する必要がなく、設置スペースの確保や設備コストの大幅増加という問題を避けることができる。その結果として、製品の加工・製造コストを低減することができる。
【００１７】
ラッピング工具の往復振動運動により、ラップ球と工作物の間にラップ剤の供給、排除が繰り返されて、自動的に新鮮なラップ剤に更新されるとともに、ラップ剤中の砥粒の運動により加工能率が向上する。
【００１８】
加工槽の使用により、ラップ剤の供給に作業者の熟練技術が必要なくなり、ラッピング装置の自動運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明のラッピング工具１の構成を示す図である。ラッピング工具１を在来の工作機械に取り付けてラッピング加工を行うことができる。取付部１１は、ラッピング工具１を後述の往復駆動部３（図２参照）の出力軸３１に取り付けるためのものである。取付部１１の上部には接続穴１７が形成されている。接続穴１７に往復駆動部３の出力軸３１を挿入して、固定ボルト１６によって取付部１１と出力軸３１とを固定する。
【００２０】
取付部１１の下方には調整ねじ１３が接続されている。調整ねじ１３は、調整ダイアル１２の内周側の雌ねじに螺合しており、また、キーとキー溝などの機構により取付部１１に対して回転しないようにされている。さらに、調整ねじ１３は、上部を取付部１１内部の空洞部１８に収納されており、取付部１１に対して上下に位置調節可能となっている。調整ダイアル１２は取付部１１に対して回転可能に支持されており、回転をロックすることも可能となっている。したがって、調整ダイアル１２のロックを解除して回転させれば調整ねじ１３を上下に移動させることができ、調整ダイアル１２のロックすれば調整ねじ１３の位置を固定することができる。
【００２１】
調整ねじ１３の下端部にはコイルばね状の弾性支持部１４が固定されている。また、弾性支持部１４の下端部には球形状のラップ球１５が固定されている。ラップ球１５はポリアミド系樹脂（いわゆるナイロンなど）からなる中実体である。ラップ球１５は、適度な柔軟性を有し、ラップ剤中の遊離砥粒を適度に保持する材質が好ましい。ポリアミド系樹脂やポリプロピレン樹脂などの合成樹脂が適している。弾性支持部１４はコイルばねのばね定数に従って上下に伸縮可能である。弾性支持部１４によりラップ球１５は弾性的に支持されている。
【００２２】
取付部１１に対するラップ球１５の突出量は、調整ダイアル１２を回動させることにより調整することができる。調整ダイアル１２および調整ねじ１３が、突出量調整部を構成する。取付部１１に対するラップ球１５の位置（突出量）を調整することによって、工作物に対するラップ球１５の押付力を調整することができ、工作物の種類や目的とする表面精度に応じた最適な押付力を容易に設定することができる。
【００２３】
図２は、本発明のラッピング装置２の構成を示す図である。ラッピング装置２は、在来の工作機械を利用することができ、図示のような立形の工作機械（例えば、マシニングセンタやフライス盤）の主軸に往復駆動部３とラッピング工具１を取り付けることにより、本発明のラッピング装置２とすることができる。そのため、専用のラッピング装置を設置する必要がなく、設置スペースの確保や設備コストの大幅増加という問題を避けることができる。その結果として、製品の加工・製造コストを低減することができる。
【００２４】
ラッピング装置２のベッド２１の後方からはコラム２２が立設され、コラム２２には主軸頭２３がＺ軸方向（ここでは鉛直方向）に移動可能に設けられている。また、主軸頭２３をＺ軸方向に移動させるためのＺ軸送り機構がコラム２２に設けられているが、ここでは図示を省略している。Ｚ軸送り機構は、ボールナットおよびＺ軸送りねじによるボールねじ機構とＺ軸送りモータとからなるものでよい。
【００２５】
主軸頭２３には回転可能に主軸２４が支持されている。主軸２４は回転しないように固定することも可能になっている。主軸２４の下端部には工具を交換可能に取り付けるための工具装着部が設けられている。往復駆動部３は、ラッピング工具１を往復振動させるための駆動部である。ここではＺ軸方向に往復駆動部３の出力軸３１が往復振動を行い、往復振動の振動数は１０〜２０Ｈｚ程度、振幅は５ｍｍ程度が適当である。
【００２６】
往復駆動部３の出力軸３１にはラッピング工具１が固定され、往復駆動部３上部に設けられたテーパシャンクが主軸２４下端の工具装着部に装着固定される。往復駆動部３は、内部に設置した電動モータ等によって出力軸３１に往復運動を発生させるようにしてもよいし、または、主軸２４の回転運動を出力軸３１の往復運動に変換する機構を内部に設けるようにしてもよい。後者の場合には、往復駆動部３の本体を主軸頭２３に対して回転止めする構造が必要である。
【００２７】
ベッド２１の上面には、工作物４を載置固定するためのテーブル２５が設置されている。テーブル２５はＺ軸方向に直交する水平面上のＸ，Ｙ軸方向に移動可能に設けられている。また、テーブル２５をＸ，Ｙ軸方向に移動させるためのＸ軸送り機構およびＹ軸送り機構が設けられているが、ここでは図示を省略している。Ｘ軸送り機構およびＹ軸送り機構もボールねじ機構と送りモータとからなるものでよい。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸は互いに直交し直交座標系をなすものである。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各送り機構により、ラッピング工具１と工作物４とは、直交３軸方向に相対移動が可能となっており、３次元の任意曲面形状の加工が可能である。
【００２８】
テーブル２５上に固定された工作物４の周囲を包囲するように加工槽２６が設置されている。加工槽２６とテーブル２５との接続部はシール等により水密に保たれ、ラップ剤が漏れ出ないようにされている。加工槽２６の内部にラップ剤を貯留して、工作物４が完全にラップ剤中に浸漬されるようにする。加工槽２６の上面は開放されており、加工の妨げとなることはない。なお、在来の工作機械を利用する場合には、加工槽２６は簡単に取り外し可能な構造とすることが好ましい。
【００２９】
実際の加工は次のようにして行う。工作物４および加工槽２６をテーブル２５上に取り付け、加工槽２６内にラップ剤を注入して、工作物４がラップ剤中に浸漬されるようにする。調整ダイアル１２を回動させてラップ球１５の上下位置を調整し、ラップ球１５の工作物４に対する押付力を設定する。往復駆動部３の振動駆動を開始するとともに、主軸頭２３を加工位置まで下降させる。そして、加工表面の形状に沿ってＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の相対移動を行いラッピング加工を行う。なお、ラッピング工具１は回転せず往復振動のみが付加される。
【００３０】
ラッピング工具１の往復振動により、ラップ球１５が工作物４表面に押しつけられたり工作物４表面から離れたりする。ラップ球１５のこの運動により、ラップ球１５と工作物４の間にラップ剤の流入および流出が永続的に繰り返される。これによりラップ球１５と工作物４の間にラップ剤の供給、排除が繰り返されて、自動的に新鮮なラップ剤に更新されるとともに、ラップ剤中の砥粒の運動により加工能率が向上する。また、加工槽２６の使用により、ラップ剤の供給に作業者の熟練技術が必要なくなり、ラッピング装置２の自動運転が可能となる。
【００３１】
なお、ラッピング工具１と工作物４とのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の相対移動は、前加工のＮＣ加工プログラムを、そのまま利用したり、オフセット量の変更などの僅かな修正で利用することができる。同じＮＣ加工プログラムを利用する場合でも、調整ダイアル１２を回動させてラップ球１５の上下位置を調整することにより、ラップ球１５の工作物４に対する押付力を任意に設定可能である。
【００３２】
なお、図２では、加工槽２６をテーブル２５上に取り付けるようにしているが、加工槽の形態はこのようなものに限定されず、加工表面にラップ剤を保持できるものであればどのようなものでもよい。例えば、上面のみ開放された容器を加工槽としてもよく、工作物の加工部の周囲を粘土やシール材で形成した壁によって包囲するようにしてもよい。粘土やシール材は工作物上に直接設置することもできる。また、前述のように、加工槽を用いた方が好ましいが、加工槽を使用しない加工も可能である。
【００３３】
次に、ラッピング装置２による加工例を挙げる。ラップ球としては直径６ｍｍのナイロン球体を使用し、ラップ剤は水、水飴、ダイアモンド砥粒の混合液とした。工作物としては超硬合金Ｖ１０（ＪＩＳ表記）の平面形状のラッピング加工を行った。ラップ球の押付力は２０Ｎ以下とした。これにより表面粗さ（最大高さＲｚ）０．０７μｍの平滑な鏡面が得られた。
【００３４】
なお、ラップ球の押付力は、ラップ球の直径６ｍｍでは、表面粗さ１μｍ程度の加工では２００Ｎ程度とし、表面粗さ０．１μｍ以下では２０Ｎ以下とする。ラップ球の直径がこれより小さい場合には押付力も小さくする必要がある。
【００３５】
以上のように、本発明のラッピング工具および装置によれば、在来の工作機械を利用して簡単な構成の工具により高精度かつ高加工能率の自動加工が可能となる。また、専用のラッピング装置を設置する必要がなく、設置スペースの確保や設備コストの大幅増加という問題を避けることができる。その結果として、製品の加工・製造コストを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、在来の工作機械を利用して簡単な構成の工具により高精度かつ高加工能率の自動加工が可能となる。また、専用のラッピング装置を設置する必要をなくし、製品の加工・製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のラッピング工具１の構成を示す図である。
【図２】本発明のラッピング装置２の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ラッピング工具
２  ラッピング装置
３  往復駆動部
４  工作物
１１  取付部
１２  調整ダイアル
１３  調整ねじ
１４  弾性支持部
１５  ラップ球
１６  固定ボルト
１７  接続穴
１８  空洞部
２１  ベッド
２２  コラム
２３  主軸頭
２４  主軸
２５  テーブル
２６  加工槽
３１  出力軸
【図１】
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【図２】
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