(57)【要約】【課題】供給されたクーラントにより均一に冷却され、これによりワークの均一な加工を可能とするラッピング加工用押付け部材を提供する。【解決手段】シュー２１Ａは、回転および振動が与えられるワークの表面に、片面に砥粒が接着されたラッピングフィルムを砥粒と反対側から押付けるためのシュー２１Ａであって、全体の温度を均一に調節するためにクーラント通過用の通路２１１が設けられている。したがって、供給されたクーラントが通路２１１を通り、シュー２１Ａ全体を均一に冷却することができ、結果として、シュー２１Ａからワークに不均一な熱伝導が行われなくなり、不均一な熱伝導によるワークの部分的な熱膨張もなくなり、ワークを均一に加工することができる。【選択図】            図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転および振動が与えられるワークの表面に、片面に砥粒が接着されたラッピングフィルムを砥粒と反対側から押付けるためのラッピング加工用押付け部材であって、
該押付け部材の温度を調節する温度調節手段を有するラッピング加工用押付け部材。
【請求項２】
前記温度調整手段は、前記ワークの軸心に対して垂直な方向に沿って内部に形成された冷却水通過用の通路である請求項１に記載のラッピング加工用押付け部材。
【請求項３】
前記温度調整手段は、前記ラッピング加工用押付け部材の外周に沿って設けられた凸部である請求項１に記載のラッピング加工用押付け部材。
【請求項４】
前記温度調整手段は、前記ワークの軸心に対して垂直な方向に沿って内部に貫通された熱伝導部材である請求項１に記載のラッピング加工用押付け部材。
【請求項５】
前記温度調整手段は、前記ワークの軸心に対して垂直な方向に沿って貫通形成された冷却水保持用通路である請求項１に記載のラッピング加工用押付け部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの均一な加工を可能とするラッピング加工用押付け部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種機械部品の高精度化、高能率化の要求により、加工の精密性の必要が高まっている。加工の精密性を向上するものとして、ラッピングフィルムによる超仕上げ加工が注目されている。
【０００３】
ラッピングフィルムを用いた超仕上げ加工は、片面に砥粒が接着されたラッピングフィルムを砥粒と反対側からシューによりワークに押付け、ワークに回転を与えると同時に、オシレーション（振動）も与えて微細な切削を行う加工である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このように加工する場合、ラッピングフィルム上の砥粒とワークとの摩擦による発熱がシューを加熱する。これを放置すれば、シュー（ラッピング加工用押付け部材）の熱がワークに伝達し、これによりワークが熱膨張を起こしてしまい、熱膨張状態で加工を進めても、加工表面に所望の真直度を得ることができない。このため、従来から、シューに冷却液を供給して、シューの加熱およびワークの熱膨張を防止するという手法が採用されている。
【０００５】
しかし、シューに冷却液を供給した場合でも、シューの外側は適当に冷却されるものの、内側までは冷却液が到達せず、シューの内側が高温のまま維持されている。これでは、シュー内側の熱がワークに伝達してしまいワークの加工面の一部が膨張し、均一な加工を行うことができない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２３７１１６号公報（図１、図２参照）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、供給されたクーラントにより均一に冷却され、これによりワークの均一な加工を可能とするラッピング加工用押付け部材の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００９】
本発明のラッピング加工用押付け部材は、回転および振動が与えられるワークの表面に、片面に砥粒が接着されたラッピングフィルムを砥粒と反対側から押付けるためのラッピング加工用押付け部材であって、該押付け部材の温度を調節する温度調節手段を有する。
【００１０】
【発明の効果】
本発明のラッピング加工用押付け部材は、温度調節手段が設けられているので、押付け部材全体を均一に冷却することができ、結果として、ラッピング加工用押付け部材からワークに不均一な熱伝導が行われなくなり、不均一な熱伝導によるワークの部分的な熱膨張もなくなり、ワークを均一に加工することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
最初に本発明が適用されるラッピング加工装置の概略構成について説明し、その後に本発明の特徴となる部分について説明する。
【００１３】
図１は本発明が適用されるラッピング加工装置の概略構成図、図２はラッピング加工装置に開閉自在に設けられた上下のアームの閉状態を示す概略断面図、図３は上下のアームの開状態を示す概略断面図、図４はラッピング加工装置の要部を示す断面図である。なお、説明の便宜上、カムシャフト６０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において紙面に直交する方向）をＹ方向と定義し、Ｘ方向に対して直交する鉛直方向（図１において上下方向）をＺ方向と定義する。
【００１４】
図１〜図４を参照して本実施形態のラッピング加工装置１について概説すれば、非伸縮性でかつ変形可能な薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピング加工用フィルム１１と、ラッピング加工用フィルム１１の背面側に配置されたシュー（ラッピング加工用押付け部材に相当する）２１と、シュー２１を押付けてラッピング加工用フィルム１１の砥粒面をワークＷに押付けるシュー押付けユニット３０と、ワークＷを回転駆動する回転駆動ユニット４０と、ワークＷおよびラッピング加工用フィルム１１のうちの少なくとも一方にワークＷの軸線方向に沿うオシレーションを付与するオシレーションユニット５０と、を有し、回転するワークＷにラッピング加工用フィルム１１を押圧しラッピング加工を施している。前記シュー押付けユニット３０は、シュー押付け力Ｐを調整する調整手段３１を含んでいる（図４参照）。本実施形態のラッピング加工装置１は、断面非真円の円弧状の加工面を有するワークＷに対してラッピング加工を施すために好適に用いられる。
【００１５】
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６１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。
【００１６】
以下、ラッピング加工装置１について詳述する。
【００１７】
図１を参照して、前記回転駆動ユニット４０は、主軸４１を回転自在に支持するヘッドストック４２と、主軸４１の先端に連結されカムシャフト６０の一端を把持するチャック４３と、主軸４１にベルト４４を介して接続される主軸モータＭ１と、カムシャフト６０の他端を支持するセンタ４５を備えるテールストック４６と、を有している。カムシャフト６０は、主軸モータＭ１の回転動がベルト４４および主軸４１を介して伝達されて回転駆動される。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る。主軸４１には、加工中におけるワークＷの回転位置を検出するロータリエンコーダＳ１が取り付けられている。ヘッドストック４２およびテールストック４６のそれぞれはＹ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル４７、４８上に設けられ、これらテーブル４７、４８は、Ｘ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル４９上に配置されている。カムシャフト６０をヘッドストック４２とテールストック４６との間にセットしたり、カムシャフト６０を加工位置に移動したりするために、各テーブル４７、４８、４９が移動される。
【００１８】
前記オシレーションユニット５０は、テーブル４９の端面に当接する偏心回転体５１と、偏心回転体５１を回転駆動するオシレーション用モータＭ２と、を有している。オシレーションユニット５０には、テーブル４９の端面と偏心回転体５１とを常時当接させるためにテーブル４９を偏心回転体５１に向けて押圧する弾発力を付勢するバネなどの弾性手段５２が設けられている。オシレーション用モータＭ２の回転速度を変えることにより、オシレーション速度Ｖｏが所望の速度に設定される。オシレーションの振幅は、オシレーション用モータＭ２の軸心に対する偏心回転体５１の偏心量に基づいて定まる。偏心量は約１ｍｍであり、オシレーションの振幅は約２ｍｍである。なお、偏心回転体５１の偏心量は、例えば調整プレート（図示せず）の挿入枚数を変えるなどの公知の手段により調整自在となっている。このようなオシレーションに伴うカムシャフト６０のＸ方向位置の変化を検出するために、偏心回転体５１の軸には、偏心回転体５１の回転位置を検出するロータリエンコーダＳ２が取り付けられている。
【００１９】
前記ラッピング加工用フィルム１１は、種々のタイプがあるが、本実施形態では、基材が非伸縮性の高い材料、例えば、板厚が２５μｍ〜１３０μｍ程度のポリエステルなどから構成され、この基材の一面には、数μｍ〜２００μｍ程度の粒径を有する多数の砥粒（具体的には、酸化アルミニウム、シリコンカーバイド、ダイアモンドなどからなる）が接着剤により取り付けられている。基材の他面には、シュー２１に対する滑り止めのため、ゴムあるいは合成樹脂等からなる抵抗材料（図示せず）を取り付けるバックコーティングか、場合によっては滑り止め加工が施されている。
【００２０】
図２および図３を参照して、ラッピング加工用フィルム１１は、供給リール１５から引き出され、上アーム２２の先端に設けられた一対の第１ガイドローラＲ１と、上アーム２２の内方位置に取り付けられている第２ガイドローラＲ２と、下アーム２３の内方位置に取り付けられている第３ガイドローラＲ３と、下アーム２３の先端に設けられた一対の第４ガイドローラＲ４などにガイドされ、巻取りリール１６に巻き取られる。巻取りリール１６にはモータＭ３が接続されている。モータＭ３を作動し巻取りリール１６を回転すると、供給リール１５からラッピング加工用フィルム１１が順次繰り出される。ラッピング加工用フィルム１１の繰り出し量を検出するために、巻取りリール１６の軸には、回転量を検出するロータリエンコーダＳ３が取り付けられている。供給リール１５および巻取りリール１６の近傍にはロック装置（図示せず）が設けられ、このロック装置の作動によりフィルム１１全体に所定のテンションが付与される。
【００２１】
前記対をなす上アーム２２および下アーム２３は、シュー２１を配置する先端部がＺ方向に相対的に開閉自在なように、支持ピン２４を介して回動自在に設けられている。上アーム２２の後端部には、油圧あるいは空気圧などにより作動する流体圧シリンダ２５の一端がピン連結され、下アーム２３の後端部にはピストンロッド２６の先端がピン連結されている。ピストンロッド２６を収縮状態から伸張すると、上下のアーム２２、２３は、支持ピン２４を中心として先端部が閉じる方向に回動し、図２に示す閉状態となる。一方、ピストンロッド２６を伸張状態から収縮すると、上下のアーム２２、２３は、先端部が開く方向に回動し、図３に示す開状態となる。上下のアーム２２、２３の回動は、ラッピング加工用フィルム１１と共に行なわれ、閉じ回動によりシュー２１がラッピング加工用フィルム１１を介してカムロブ部６１に当接し、開き回動によりカムロブ部６１とシュー２１との当接を解除する。
【００２２】
シュー２１は、その先端部の形状から凸シューと凹シューとに分類されるが、図示する実施形態では、前記シュー２１は、首振り自在に保持され、ラッピング加工用フィルム１１を介してカムロブ部６１の加工面に複数箇所（例えば２点）で当接する凹状先端部を有する凹シュー２１である。凹シュー２１は、先端部はへこ（凹）んでいるものの、ワークＷとの当接面自体は断面凸状の円弧面に形成されている。凹シュー２１は、フィルム１１を介してではあるが、カムロブ部６１の加工面とは２点での線接触となる。上下のシュー２１によりカムロブ部６１は４点支持されることから、当該カムロブ部６１を安定的に回転させることができる。なお、本明細書では、シュー２１がフィルム１１を介してワークＷの外周面と間接的に当接することを「接触」、シュー２１がフィルム１１を介してワークＷの外周面と間接的に当接する面積のことを「接触面積」と略称する。
【００２３】
図４にも示すように、上下のアーム２２、２３の先端部に形成した凹部２７の中に、シュー２１を保持したシューケース２８がワークＷに対して進退移動自在に収納されている。シューケース２８は、その外側面が凹部２７の内側面にガイドされながら移動する。シュー２１は、シューケース２８に設けた中空部２８ａ内に、揺動ピン２９を介して首振り自在に保持されている。上下の揺動ピン２９はカムシャフト６０の軸心Ｏを通る線上に位置し、シュー押付け力Ｐが効率的にフィルム１１に作用するようにしてある。
【００２４】
図２〜４中の符号７０は、クーラントを供給するためのノズルを示している。ノズル７０は、図２に示すようにアームの閉状態において、ラッピングフィルム１１およびシューケース２８間に配置され、シュー２１に向かって開口している。ノズル７０は、図示しないクーラント貯蔵タンクと接続されており、該タンクからクーラントを吸い上げて、直接シュー２１に向けてクーラントを噴射する。好ましくは、ノズル７０はシュー２１の数だけ用意されている。
【００２５】
前記シュー押付けユニット３０は、上下のアーム２２、２３の先端部のそれぞれに配置されている。シュー押付けユニット３０は、先端がシューケース２８に連結された連結ロッド３２と、圧縮コイルバネからなるワーククランプ用バネ３３と、連結ロッド３２の後端との間でワーククランプ用バネ３３を弾性変形させる押圧ロッド３４と、押圧ロッド３４の頭部に当接するカム形状の偏心回転体３５と、偏心回転体３５を回転駆動する押付け用モータＭ４と、を有している。連結ロッド３２および押圧ロッド３４は、アーム２２、２３に形成した貫通孔２２ａ、２３ａ内に摺動自在に収納されている。シューケース２８を押付けると、当該シューケース２８に保持されたシュー２１が押付けられ、ラッピング加工用フィルム１１の砥粒面がカムロブ部６１に押付けられることになる。上述したワーククランプ用バネ３３、押圧ロッド３４、偏心回転体３５および押付け用モータＭ４により、シュー押付け力Ｐを調整する調整手段３１が構成されている。たとえば、偏心回転体３５の回転停止位置を調整することで、シューの押付け力を所望の値にセットできる。
【００２６】
上記モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４およびロータリエンコーダＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、ＣＰＵやメモリを主体とするコントローラ１００に接続されている。コントローラ１００は、ロータリエンコーダＳ１、Ｓ２、Ｓ３の検出結果を監視しつつ、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を制御し、ラッピング加工装置１の加工時および加工停止時の各構成の動作を制御している。
【００２７】
以上のように、ラッピング加工装置１は、シュー２１に直接クーラントを噴射して冷却するようにしている。ここで、従来のシューを用いたのでは、クーラントがかかる側面ばかり冷却され、反対側で冷却が効率よく行えておらす、冷却のばらつきにより加工にもばらつきが生じていた。そこで、本実施形態では、シュー２１の構造に改良を加えて、シュー２１全体が充分に冷却できるようにしている。
【００２８】
以下では、シュー２１の構造について詳細に説明する。なお、全体を効率よく冷却できるシュー２１の構造は、いくつか考えられるので、各構造パターンについて順に説明する。
【００２９】
（第１構造パターン）
図５は、シュー２１の第１構造パターンを示す図である。なお、図面左側にＸ方向から見たシュー２１Ａ、図面右側にＹ方向から見たシュー２１Ａを示している。
【００３０】
第１構造パターンでは、シュー２１Ａは、図４および図５に示すように、温度調節手段としてクーラント通過用の通路２１１が設けられている。通路２１１は、シュー２１Ａの首振り用の揺動ピン２９に対して直交する方向、換言すると、ワークＷの軸心Ｏ（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｙ方向）に形成されている。
【００３１】
図４に示すように、ノズル７０からクーラントを供給すると、通路２１１内をクーラントが通過して、シュー２１Ａのノズル反対側まで均等に冷却することができる。また、ノズル７０がラッピングフィルム１１よりもシュー２１Ａ側に配置されているので、ラッピングフィルム１１に邪魔されずに、クーラントをシュー２１Ａに到達させることができる。
【００３２】
したがって、シュー２１の一部だけが冷却されるということはなく、シュー２１全体を均等に冷却することができ、シュー２１の温度の不均一による加工の不均一を防止することができる。
【００３３】
なお、図５では、通路２１１は、直線的に貫通されて形成されているが、これに限定されず、蛇行やジグザグに形成されていてもよい。また、クーラントの供給方向から考えて、通路２１１は、揺動ピン２９に対して直交方向に形成されていることが好ましいが、必ずしも直交方向でなくてもよい。
【００３４】
（第２構造パターン）
図６は、シュー２１の第２構造パターンを示す図である。なお、図面左側にＸ方向から見たシュー２１Ｂ、図面右側にＹ方向から見たシュー２１Ｂを示している。
【００３５】
第２構造パターンでは、シュー２１Ｂは、図６に示すように、温度調節手段として複数のフィン２１２が設けられている。フィン２１２は、シュー２１Ｂの外周に沿って設けられており、これにより、シュー２１Ｂ外周に凸部が形成され、シュー２１Ｂの表面積が大きくなる。
【００３６】
ノズル７０からクーラントを供給すると、フィン２１２を含めたシュー２１Ｂの側面にクーラントがかかり、表面積が大きくなった分すばやく冷却され、加えて、フィン２１２間にクーラントが流れて反対側に回りこみ、シュー２１Ｂ全体が均等に冷却される。したがって、シュー２１の温度の不均一による加工の不均一を防止することができる。
【００３７】
ここで、フィン２１２は、熱伝導性が高い材料、たとえば、銅等の金属で形成されるとより好ましい。熱伝導性が高い材料を用いることによって、クーラントによる冷却効果を全体によりすばやく達成することができる。
【００３８】
なお、図６では、フィン２１２が３枚である場合を図示しているが、これに限定されず、１枚や、複数枚形成されてもよい。
【００３９】
（第３構造パターン）
図７は、シュー２１の第３構造パターンを示す図である。なお、図面左側にＸ方向から見たシュー２１Ｂ、図面右側にＹ方向から見たシュー２１Ｃを示している。
【００４０】
第３構造パターンでは、シュー２１Ｃは、図７に示すように、温度調節手段として複数の溝部２１３が設けられている。溝部２１３が形成されることにより、シュー２１Ｃの外周に凸部が形成されていることと同様の結果となる。すなわち、シュー２１Ｃの表面積が大きくなる。
【００４１】
ノズル７０からクーラントを供給すると、溝部２１３を含めたシュー２１Ｂの側面にクーラントがかかり、表面積が大きくなった分すばやく冷却され、加えて、溝部２１３をクーラントが通って反対側に回り込み、シュー２１Ｂ全体が均等に冷却される。したがって、シュー２１の温度の不均一による加工の不均一を防止することができる。
【００４２】
なお、図７では、溝部２１３が３本である場合を図示しているが、これに限定されず、１本や、複数本形成されてもよい。
【００４３】
（第４構造パターン）
図８は、シュー２１の第４構造パターンを示す図である。なお、図面左側にＸ方向から見たシュー２１Ｄ、図面右側にＹ方向から見たシュー２１Ｄを示している。
【００４４】
第４構造パターンでは、シュー２１Ｄは、図８に示すように、温度調節手段として熱伝導部材２１４が設けられている。熱伝導部材２１４は、シュー２１Ｄの首振り用の揺動ピン２９に対して直交する方向、換言すると、ワークＷの軸心Ｏに対して垂直な方向に沿ってシュー２１Ｄ内部に貫通されている。
【００４５】
ノズル７０からクーラントを供給すると、シュー２１Ｄと共に熱伝導部材２１４にもクーラントがかかり、該熱伝導部材２１４が冷却される。熱伝導部材２１４は、熱伝導性が高い材料、たとえば、銅等の金属で形成されているので、すばやく冷却熱を伝達し、クーラントが直接かからない反対側まで冷却する。これにより、シュー２１Ｄ全体が均等に冷却される。したがって、シュー２１の温度の不均一による加工の不均一を防止することができる。
【００４６】
なお、図８では、熱伝導部材２１４が１本である場合を図示しているが、これに限定されず、複数本設けられてもよい。
【００４７】
（第５構造パターン）
図９は、シュー２１の第５構造パターンを示す図である。なお、図面左側にＸ方向から見たシュー２１Ｅ、図面右側にＹ方向から見たシュー２１Ｅを示している。
【００４８】
第５構造パターンでは、シュー２１Ｅは、図９に示すように、温度調節手段として冷却水保持用通路２１５が設けられている。冷却水保持用通路２１５は、シュー２１Ｅの首振り用の揺動ピン２９に対して直交する方向、換言すると、ワークＷの軸心Ｏに対して垂直な方向に沿ってシュー２１Ｅ内部を貫通形成されている。冷却水保持用通路２１５は、Ｚ方向上面が開口するように、略断面コ字状にして形成されている。
【００４９】
ノズル７０からクーラントを供給すると、シュー２１Ｅと共に冷却水保持用通路２１５にもクーラントがかかり、該冷却水保持用通路２１５内にクーラントが保持される。クーラントを保持することによって、クーラントが直接かからないシュー２１Ｅの反対側にもクーラントが当り、シュー２１Ｅ全体をすばやく冷却することができる。したがって、シュー２１の温度の不均一による加工の不均一を防止することができる。
【００５０】
以上のように、本実施形態では、シュー２１は、温度調節手段（クーラント通過用の通路２１１、フィン２１２、溝部２１３、熱伝導部材２１４、冷却水保持用通路２１５）が設けられているので、シュー２１全体を均一に冷却することができ、シュー２１からワークＷに不均一な熱伝導が行われなくなり、ワークＷへの不均一な熱伝達による部分的な膨張を防止できる。結果として、ワークＷの部分的な膨張による偏った加工を防止でき、ワークＷを均一に加工することができる。
【００５１】
なお、上記実施形態では、第１〜第５構造パターンとして、シュー２１Ａ〜Ｅについて例示したが、これらに限定されず、クーラントの供給により温度を均一にできればいかなる構造のシューであってもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、ワークＷとしてカムシャフトをラッピング加工する場合について説明したが、これに限定されない。本実施形態は、断面円弧状の加工面を有するもの、例えば、クランクシャフトのジャーナル部やピン部等のような断面真円状の加工面を有するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるラッピング加工装置の概略構成図である。
【図２】ラッピング加工装置に開閉自在に設けられた上下のアームの閉状態を示す概略断面図である。
【図３】上下のアームの開状態を示す概略断面図である。
【図４】ラッピング加工装置の要部を示す断面図である。
【図５】シューの第１構造パターンを示す図である。
【図６】シューの第２構造パターンを示す図である。
【図７】シューの第３構造パターンを示す図である。
【図８】シューの第４構造パターンを示す図である。
【図９】シューの第５構造パターンを示す図である。
【符号の説明】
１…ラッピング加工装置、
１１…ラッピング加工用フィルム、
１５…供給リール、
１６…巻取りリール、
２１、２１Ａ〜２１Ｅ…シュー、
２８…シューケース、
２９…揺動ピン、
５０…オシレーションユニット、
７０…ノズル、
１００…コントローラ、
２１１…クーラント通過用の通路、
２１２…フィン、
２１３…溝部、
２１４…熱伝導部材、
２１５…冷却水保持用通路、
２１５…該冷却水保持用通路、
Ｍ１〜Ｍ４…モータ、
Ｗ…ワーク。
【図１】
2004243440.tif 000003
【図２】
2004243440.tif 000004
【図３】
2004243440.tif 000005
【図４】
2004243440.tif 000006
【図５】
2004243440.tif 000007
【図６】
2004243440.tif 000008
【図７】
2004243440.tif 000009
【図８】
2004243440.tif 000010
【図９】
2004243440.tif 000011