(57)【要約】【課題】省スペース化を図り得る研削研磨装置を提供する。【解決手段】研削研磨装置１は、円弧状の加工面４２を有するワークＷを回転駆動するワーク回転駆動ユニット１０と、回転駆動されるとともに回転軸２２方向に直交する方向に砥粒面２１が形成された砥石２０と、砥石を回転駆動する砥石回転駆動ユニット３０と、を有している。加工面は、砥石の回転軸から径方向に離間した位置で、砥粒面に接触させてある。【選択図】            図１
2004243441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状の加工面を有するワークを回転駆動するワーク回転駆動手段と、
回転駆動されるとともに回転軸方向に直交する方向に砥粒面が形成された砥石と、
前記砥石を回転駆動する砥石回転駆動手段と、を有し、
前記加工面は、前記砥石の前記回転軸から径方向に離間した位置で、前記砥粒面に接触することを特徴とする研削研磨装置。
【請求項２】
前記砥石の一の砥粒面によって複数の加工面を同時に研削研磨加工することを特徴とする請求項１に記載の研削研磨装置。
【請求項３】
前記複数の加工面は、前記砥石の前記回転軸を中心とする対称な位置で、前記一の砥粒面に接触することを特徴とする請求項２に記載の研削研磨装置。
【請求項４】
前記ワークは断面非真円の円弧状の加工面を備え、
ワークの回転に伴う加工面の位置変化に追従して前記砥石を前記加工面に対して進退移動して、前記砥粒面を前記加工面に接触させる移動手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の研削研磨装置。
【請求項５】
前記移動手段はバネ部材を含んでいることを特徴とする請求項４に記載の研削研磨装置。
【請求項６】
前記ワークの前記加工面は、カムシャフトにおけるカムロブ部の外周面であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の研削研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの円弧状の加工面を砥石により研削研磨加工する研削研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、カムシャフトのカムロブ部のような円弧状の加工面を有するワークを研削研磨加工する場合には、砥石の砥粒面によって加工面を研削研磨加工する研削研磨装置が広く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この研削研磨装置における砥石は、円盤形状をなし、回転軸方向と平行な方向の面つまり外周面に砥粒面が形成されている。そして、回転するカムシャフトのカムロブ部の外周面に、回転する砥石の外周砥粒面を押圧して、カムロブ部の外周面を研削研磨加工している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１６５２４８号公報  （図２参照）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の研削研磨装置にあっては、砥石の外周砥粒面を加工面に押圧する形態であるため、砥石を連結するためのスピンドルの剛性を高める必要があり、スピンドルの径が大きくなる。また、ワークの軸心と砥石の回転軸とが平行であるため、ワークを保持するヘッドストックやテールストックとの干渉を避ける必要があり、砥石自体の径も大きくなる。このため、砥石を回転駆動するためには大型のモータを必要とし、これに伴い、広い設置スペースが必要になるという問題がある。さらに、砥石およびモータの重量も増加するため、加工面に対する砥石の位置を調整するために砥石などを移動する機構も複雑になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、省スペース化を図り得る研削研磨装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【０００８】
本発明は、円弧状の加工面を有するワークを回転駆動するワーク回転駆動手段と、
回転駆動されるとともに回転軸方向に直交する方向に砥粒面が形成された砥石と、
前記砥石を回転駆動する砥石回転駆動手段と、を有し、
前記加工面は、前記砥石の前記回転軸から径方向に離間した位置で、前記砥粒面に接触することを特徴とする研削研磨装置である。
【０００９】
【発明の効果】
本発明に係る研削研磨装置によれば、砥石や当該砥石を連結するためのスピンドルの小径化を通して比較的小型のモータを使用でき、設置スペースの省スペース化を図ることができ、さらに、砥石およびモータの重量も減少するため、加工面に対する砥石の位置を調整するために砥石などを移動する機構の簡素化を図ることができるという効果を奏する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る研削研磨装置１を概略で示す上面図、図２（Ａ）は、研削研磨装置１の要部を示す上面図、図２（Ｂ）は、同図（Ａ）の矢印２Ｂに沿う側面図である。また、図３（Ａ）は、研削研磨加工されるワークＷとしてのカムシャフト４０の一例を示す斜視図、図３（Ｂ）は、カムシャフト４０のカムロブ部４１における各部位の説明に供する図である。なお、説明の便宜上、カムシャフト４０の軸線方向（図１において左右方向）をＸ方向と定義し、Ｘ方向に対して直交する水平方向（図１において上下方向）をＹ方向と定義する。
【００１２】
図１および図２を参照して本実施形態の研削研磨装置１について概説すれば、研削研磨装置１は、円弧状の加工面４２を有するワークＷを回転駆動するワーク回転駆動ユニット１０（ワーク回転駆動手段に相当する）と、回転駆動されるとともに回転軸２２方向に直交する方向に砥粒面２１が形成された砥石２０と、砥石２０を回転駆動する砥石回転駆動ユニット３０（砥石回転駆動手段に相当する）と、を有している。そして、回転するワークＷの加工面４２は、砥石２０の回転軸２２から径方向に離間した位置で、砥粒面２１に接触し、研削研磨加工が施されている。また、この研削研磨装置１は、砥石２０の一の砥粒面２１によって複数の加工面４２を同時に研削研磨加工することが可能となっている。本実施形態におけるワークＷは、断面非真円の円弧状の加工面４２を備えている。この種のワークＷとして、図３（Ａ）に示すように、カムシャフト４０を挙げることができ、このカムシャフト４０におけるカムロブ部４１の外周面が、研削研磨加工を施す加工面４２となる。
【００１３】
なお、本明細書における「断面非真円の円弧状」とは、回転中心から一の部位までの半径を他の部位までの半径と異ならせることを意図した円弧形状をいい、楕円形状や、図示したカムロブ部４１のような卵形状が含まれることはもちろんのこと、外形は円形状であるが回転中心が円中心から偏心したものも含まれると理解されなければならない。
【００１４】
以下、研削研磨装置１について詳述する。
【００１５】
図１を参照して、前記ワーク回転駆動ユニット１０は、主軸１１を回転自在に支持するヘッドストック１２と、主軸１１の先端に連結されカムシャフト４０の一端を把持するチャック１３と、主軸１１にベルト１４を介して接続される主軸モータＭ１と、カムシャフト４０の他端を支持するセンタ１５を備えるテールストック１６と、を有している。カムシャフト４０は、主軸モータＭ１の回転動がベルト１４および主軸１１を介して伝達されて回転駆動される。ヘッドストック１２およびテールストック１６のそれぞれはＸ方向およびＹ方向に沿ってスライド移動自在な図示しないテーブル上に設けられている。カムシャフト４０をヘッドストック１２とテールストック１６との間にセットしたり、カムシャフト４０を加工位置に移動したりするために、テーブルが移動される。
【００１６】
前記砥石２０は、従来の一般的な研削研磨装置で用いられる砥石と同様に、円盤形状を有している。但し、外周面に砥粒面を形成するのではなく、回転軸２２方向に直交する方向の面に砥粒面２１を形成してある。砥粒は、例えば、酸化アルミニウム、シリコンカーバイト、ダイアモンドなどが挙げられる。砥粒の粒径は、加工面４２に要求される表面性状（面粗度）などに応じて適宜選択される。例えば、仕上げ加工のためには、粒度９μｍ（＃２０００）の砥石２０が使用される。なお、慣習的に、「研削」という用語は荒加工を、「研磨」という用語は仕上げ加工を指しているが、本発明に係る研削研磨装置１は、砥石２０の粒度を選択することにより、荒加工および仕上げ加工のいずれにも適用可能である。このことから、本明細書においては、「研削研磨」という用語を用いている。
【００１７】
前記砥石回転駆動ユニット３０は、砥石２０の回転軸２２上に連結されるスピンドル３１と、当該スピンドル３１を回転するモータＭ２と、を有している。スピンドル３１は、カムシャフト４０の軸心Ｏ（回転中心）に対して直交する方向に沿って配置されている。砥石回転駆動ユニット３０は、Ｘ方向およびＹ方向に沿ってスライド移動自在な砥石テーブル３２上に配置されている。砥石テーブル３２をＸ方向およびＹ方向に調節移動することにより、加工面４２を接触させるべき砥粒面２１上の位置が調整される。研削研磨装置１には、複数（図示例では４台）の砥石回転駆動ユニット３０が配置されている。
【００１８】
主軸モータＭ１および各モータＭ２の作動は、コントローラ６０により制御される。主軸モータＭ１の回転速度を変えることにより、ワーク回転速度が所望の速度に設定され、モータＭ２の回転速度を変えることにより、砥石回転速度が所望の速度に設定される。コントローラ６０は、各砥石テーブル３２をＸ方向およびＹ方向に移動するための図示しないモータ群の作動も制御する。
【００１９】
砥石２０の回転軸２２上では砥粒面２１の移動速度が実質的にゼロとなるため、加工面４２を回転軸２２上で砥粒面２１に接触させたのでは、砥石２０の回転による加工能率の向上を得ることができない。そこで、図２（Ａ）（Ｂ）にも示すように、回転するワークＷの加工面４２を、砥石２０の回転軸２２から径方向に離間した位置で、つまり、回転軸２２からオフセットした位置で砥粒面２１に接触させてある。このように加工面４２と砥粒面２１との接触点を回転軸２２からオフセットさせることにより、砥粒面２１の移動速度がゼロとならないようにしてある。
【００２０】
砥石２０の一の砥粒面２１には、隣り合う同位相の複数（図示例では２個）のカムロブ部４１の加工面４２が接触している。したがって、砥石２０を回転すると、一の砥粒面２１によって複数の加工面４２を同時に研削研磨加工することができる。
【００２１】
この場合に、複数の加工面４２は、砥石２０の回転軸２２を中心とする対称な位置で、一の砥粒面２１に接触していることが好ましい。このようにすれば、研削研磨加工時に砥石２０に作用する力のバランスをとることができ、スピンドル３１の剛性を必要以上に高める必要がなくなる。
【００２２】
前記カムロブ部４１は、図３（Ｂ）に示すように、ベースサークルをなすベース部ｄ、カムのリフトを定めるトップ部ａ、トップ部ａの両側に連続し、エンジンのバルブを開き始めたり、閉じ始めたりするイベント部ｂ１、ｂ２、ベース部ｄからイベント部ｂ１、ｂ２へのアプローチをなすランプ部ｃ１、ｃ２の複数の部位を備えている。カムロブ部４１のように加工面４２が断面非真円形状の場合には、カムロブ部４１の軸心Ｏ（回転中心）から加工面４２までの半径が部位ごとに変化し、ベース部ｄの終端からトップ部ａに向かうにつれて長くなっている。
【００２３】
このような形状を有するカムロブ部４１を研削研磨加工する場合には、ワークＷの回転に伴って、軸心Ｏからの加工部位の位置が径方向に変化することになる。そこで、図１に示すように、研削研磨装置１は、ワークＷの回転に伴う加工面４２の位置変化に追従して砥石２０を加工面４２に対して進退移動して、砥粒面２１を加工面４２に接触させる移動手段５０をさらに有している。
【００２４】
図示した移動手段５０は、砥粒面２１を加工面４２に向けて押圧する方向の弾発力を砥石テーブル３２に付勢するバネ部材５１を含んでいる。バネ部材５１としては、図示した圧縮コイルバネ５２の他に、空気圧などが供給される流体圧シリンダなどをも使用できる。砥石２０は、砥粒面２１がカムロブ部４１に向けて押付けられながら、カムロブ部４１の回転に倣ってＹ方向に沿って進退移動する。
【００２５】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２６】
まず、ヘッドストック１２とテールストック１６との間にカムシャフト４０を支持する。隣り合う同位相の２個のカムロブ部４１の加工面４２が一の砥粒面２１に接触するように、砥石回転駆動ユニット３０を移動する。このとき、２つの加工面４２を、回転軸２２を中心とする対称な位置で、一の砥粒面２１に接触させる。砥石テーブル３２は、圧縮コイルバネ５２の弾発力が付勢されている。この弾発力により、砥石テーブル３２がカムロブ部４１に向けて押付けられ、砥粒面２１が加工面４２に押付けられる。
【００２７】
そして、ワーク回転駆動ユニット１０の主軸モータＭ１を作動させてカムシャフト４０を軸中心で回転し、それぞれの砥石回転駆動ユニット３０のモータＭ２を作動させて砥石２０を回転すると、砥石２０がカムロブ部４１の回転に倣ってＹ方向に沿って進退移動しながら、加工面４２が砥粒面２１により研削研磨加工される。
【００２８】
カムシャフト４０は、多数のカムロブ部４１を有しているが、研削研磨加工は、これらカムロブ部４１に対し一斉に行なわれる。研削研磨加工が完了すると、砥石回転駆動ユニット３０を後退移動し、カムシャフト４０を取り出し可能な状態とする。カムシャフト４０を取り出した後、他のカムシャフト４０をセットすれば、同様の研削研磨加工を開始することができる。
【００２９】
図４は、砥石１２０の外周砥粒面１２１により加工面４２を研削研磨する対比例に係る研削研磨装置１００を概略で示す上面図である。
【００３０】
図４を参照して、対比例にあっては、砥石１２０の外周砥粒面１２１を加工面４２に押圧するため、スピンドル１３１の剛性を高める必要からスピンドル１３１の径が大きくなり、また、ワークＷの軸心Ｏと砥石１２０の回転軸１２２とが平行であるため、ヘッドストック１２やテールストック１６との干渉を避ける必要から砥石１２０自体の径も大きくなる。このため、大型のモータＭ３を必要とし、広い設置スペースが必要になり、さらに、砥石１２０およびモータＭ３の重量も増加するため、砥石テーブル１３２の移動機構も複雑になってしまう。砥石１２０の回転軸１２２とモータＭ３とをベルトを介して接続する形態でも、同様の問題が生じる。図示のように２個の砥石１２０を重ねて２個の加工面４２を同時に研削研磨加工しようとすると、スピンドル１３１およびモータＭ３がますます大径化してしまう。
【００３１】
これに対して本実施形態の研削研磨装置１にあっては、回転軸２２方向に直交する方向に砥粒面２１が形成された砥石２０を用いているため、砥石２０やスピンドル３１を比較的小径に形成でき、比較的小型のモータＭ２を使用できることから、設置スペースの省スペース化を図ることができる。さらに、砥石２０およびモータＭ２の重量も減少するため、砥石テーブル３２の移動機構の簡素化を図ることができる。省スペース化を通して、複数個の砥石２０をカムシャフト４０の軸方向に並べて配置することも可能となる。したがって、複数個の加工面４２を同時に研削研磨加工することにより、加工時間を短縮することができる。
【００３２】
研削研磨加工時には、加工面４２は回転軸２２からオフセットした位置で砥粒面２１に接触しているため、加工面４２と砥粒面２１との接触点では砥粒面２１の移動速度がゼロとならない。これより、砥石２０の回転による加工能率の向上を得ることができる。回転軸２２からのオフセット量を大きくすると、接触点での周速つまり砥粒面２１の移動速度が速くなるので、砥石２０の回転速度が同じであっても、加工能率がさらに向上する。
【００３３】
一の砥粒面２１によって２個の加工面４２を同時に研削研磨加工しているため、個々の加工面４２を順次加工する形態に比べて、加工時間を短縮することができる。
【００３４】
このとき、２個の加工面４２を、回転軸２２を中心とする対称な位置で、一の砥粒面２１に接触させているため、研削研磨加工時に砥石２０に作用する力のバランスをとることができ、スピンドル３１の剛性を必要以上に高める必要がない。この点からもスピンドル３１を比較的小径にでき、モータＭ２のさらなる小型化および砥石テーブル３２の移動機構のさらなる簡素化を図ることができる。
【００３５】
ワークＷの回転に伴う加工面４２の位置変化に追従して砥石２０を加工面４２に対して進退移動して、砥粒面２１を加工面４２に接触させる移動手段５０を有しているので、カムシャフト４０におけるカムロブ部４１のように断面非真円の円弧状の加工面４２を備えるワークＷであっても、砥粒面２１を加工面４２に押圧する状態を確実に維持して、加工面４２を研削研磨加工できる。
【００３６】
自動車エンジンに用いられるカムシャフト４０にあっては、カムロブ部４１は、バネの弾発力が付勢されたバルブリフタに当接している。したがって、バネ部材５１としての圧縮コイルバネ５２を含む移動手段５０とすることにより、ワークＷが実際に使用される状況に近い面圧分布を研削研磨加工時に得ることができ、摩擦力の低減が必要な部位のみが効率的に研削研磨加工される。
【００３７】
以上説明したように、上述した実施形態の研削研磨装置１によれば、円弧状の加工面４２を有するワークＷを回転駆動するワーク回転駆動ユニット１０と、回転駆動されるとともに回転軸２２方向に直交する方向に砥粒面２１が形成された砥石２０と、砥石２０を回転駆動する砥石回転駆動ユニット３０と、を有し、加工面４２は、砥石２０の回転軸２２から径方向に離間した位置で、砥粒面２１に接触するので、砥石２０やスピンドル３１の小径化を通して比較的小型のモータＭ２を使用でき、設置スペースの省スペース化を図ることができ、さらに、砥石２０およびモータＭ２の重量も減少するため、加工面４２に対する砥石２０の位置を調整するために砥石２０などを移動する機構の簡素化を図ることができる。省スペース化を通して、複数個の砥石２０をカムシャフト４０の軸方向に並べて配置することも可能となり、複数個の加工面４２を同時に研削研磨加工することにより、加工時間を短縮することができる。また、加工面４２と砥粒面２１との接触点では砥粒面２１の移動速度がゼロとならず、砥石２０の回転による加工能率の向上を得ることができる。
【００３８】
また、砥石２０の一の砥粒面２１によって複数の加工面４２を同時に研削研磨加工するので、個々の加工面４２を順次加工する形態に比べて、加工時間を短縮することができる。
【００３９】
このとき、複数の加工面４２は、砥石２０の回転軸２２を中心とする対称な位置で、一の砥粒面２１に接触しているので、研削研磨加工時に砥石２０に作用する力のバランスをとることができ、モータＭ２のさらなる小型化および砥石２０などを移動する機構のさらなる簡素化を図ることができる。
【００４０】
また、ワークＷの回転に伴う加工面４２の位置変化に追従して砥石２０を加工面４２に対して進退移動して、砥粒面２１を加工面４２に接触させる移動手段５０をさらに有するので、断面非真円の円弧状の加工面４２を備えるワークＷであっても、当該加工面４２を研削研磨加工できる。
【００４１】
ここに、移動手段５０はバネ部材５１を含んでいるので、ワークＷが実際に使用される状況に近い面圧分布を研削研磨加工時に得ることができ、摩擦力の低減が必要な部位のみを効率的に研削研磨加工できる。
【００４２】
また、ワークＷの加工面４２は、カムシャフト４０におけるカムロブ部４１の外周面であり、カムロブ部４１を好適に研削研磨加工できる。
【００４３】
（改変例）
砥石２０をモータＭ２により直接回転駆動する形態の砥石回転駆動手段３０を示したが、砥石２０の回転軸２２とモータＭ２とをベルトを介して接続する形態でもよい。
【００４４】
また、移動手段５０として、バネ部材５１を含む形態を例示したが、これに限定されるものではなく、適宜改変可能である。例えば、ＮＣサーボモータを利用し、断面非真円の円弧状の加工面４２を備えるワークＷの回転と同期させて砥石２０を加工面４２に対して進退移動する形態、マスターカムやリンクを利用し、断面非真円の円弧状の加工面４２を備えるワークＷの回転と同期させて砥石２０を加工面４２に対して進退移動する形態でもよい。
【００４５】
また、断面非真円の円弧状の加工面４２を有するワークＷの場合を示したが、本発明は、断面真円形状の加工面を研削研磨加工する場合にも適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る研削研磨装置を概略で示す上面図である。
【図２】図２（Ａ）は、研削研磨装置の要部を示す上面図、図２（Ｂ）は、同図（Ａ）の矢印２Ｂに沿う側面図である。
【図３】図３（Ａ）は、研削研磨加工されるワークとしてのカムシャフトの一例を示す斜視図、図３（Ｂ）は、カムシャフトのカムロブ部における各部位の説明に供する図である。
【図４】砥石の外周砥粒面により加工面を研削研磨する対比例に係る研削研磨装置を概略で示す上面図である。
【符号の説明】
１…研削研磨装置
１０…ワーク回転駆動ユニット（ワーク回転駆動手段）
２０…砥石
２１…砥粒面
２２…回転軸
３０…砥石回転駆動ユニット（砥石回転駆動手段）
３１…スピンドル
３２…砥石テーブル
４０…カムシャフト
４１…カムロブ部
４２…加工面
５０…移動手段
５１…バネ部材
５２…圧縮コイルバネ
Ｍ１…主軸モータ
Ｍ２…モータ
Ｗ…ワーク
【図１】
2004243441.tif 000003
【図２】
2004243441.tif 000004
【図３】
2004243441.tif 000005
【図４】
2004243441.tif 000006