(57)【要約】      （修正有）【課題】研削工具とワークの干渉により、急峻に立ち上がる研削負荷、すなわち軸心方向の力に対して固着が発生することなく、ワークを加工できる内径研削装置を提供する。【解決手段】下穴を有するワークを保持する保持手段６と、前記下穴の軸心と自らの軸心が略同一線上に存在されるように配置された研削工具１２と、前記ワークと前記研削工具の少なくとも一方を前記軸心を中心として回転させる回転手段１４と、前記ワークと前記研削工具の少なくとも一方を前記軸心に沿って移動させる駆動手段とを備えた内径研削装置において、前記研削工具と前記ワークの干渉で発生する前記軸心方向の力を緩和させる制御手段を備えるようにした。【選択図】  図１
2004351521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下穴を有するワークを保持する保持手段と、前記下穴の軸心と自らの軸心が略同一線上に存在するように配置された研削工具と、前記ワークと前記研削工具の少なくとも一方を前記軸心を中心として回転させる回転手段と、前記ワークと前記研削工具の少なくとも一方を前記軸心に沿って移動させる駆動手段とを備えた内径研削装置で、前記研削工具と前記ワークの干渉で発生する前記軸心方向の力を緩和する緩和手段を備えていることを特徴とする内径研削装置。
【請求項２】
前記緩和手段は、前記保持手段を常時、研削方向へ付勢し、加工時に付勢力に抗して移動する前記保持手段からなることを特徴とする請求項２記載の内径研削装置。
【請求項３】
前記保持手段の研削工具方向への付勢力は、滑車に掛かられたロープの一端に連結された保持手段とロープの他端に連結された錘との重量差によって形成されていることを特徴とする請求項２記載の内径研削装置。
【請求項４】
前記緩和手段は弾性体の伸縮によりなされることを特徴とする請求項１記載の内径研削装置。
【請求項５】
前記内径研削装置において、前記緩和手段は前記軸心方向の力が所定値になると、前記研削工具と前記ワークの少なくとも一方が軸心方向に移動することにより前記軸心方向の力が所定値以上にならないことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内径研削装置。
【請求項６】
前記内径研削装置において、前記研削工具と前記ワークとの研削負荷を検出する負荷検出手段を備え、負荷検出手段の出力に基づいて、前記回転手段と前記駆動手段との少なくとも一方を制御することを特徴とした請求項１〜３記載の何れかに記載の内径研削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワークの内面を研削する内径研削方法および内径研削装置に関し、
特に小径穴の内面研磨に好適穴研削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
穴内面を研削する方法としては、穴内径より径の小さい円筒状の砥石を挿入して研削する内面研削方法が一般的である。この方法では、研削しようとする穴内径が小さいほどワークと砥石の相対速度を得るために砥石をより高回転しなければならない。一方で、穴内径が小さいほど砥石径も細くなるため砥石軸の剛性が低下する結果、穴の仕上げ精度が悪化してしまう。穴内面をより高精度研削する加工方法としてホーニング加工があるが、複数個の砥石を一定圧力で穴内面に押付ける機構を有するため、やはり小径穴には適応が困難である。
【０００３】
小径穴の内面を高精度に仕上る従来技術として図７に示す方法がある。図７に示される研削工具１２は仕上げたい穴内径に略一致する径の円柱部と仕上げ前の穴に挿入するためのテーパ部から構成される。この研削工具は電着などの手段によって砥粒を固定したものでも良いし、同一形状の工具にて、工具テーパ部に研磨剤を塗布したものを使用しても良い。この研削工具は自らの軸心周りに回転し、研削工具テーパ部端から挿入したワークを研削工具テーパ部に繰り返し突き当てワーク内径を研削し、ワークが円柱部まで挿入されたら加工終了となる。
【０００４】
図７に示される加工方法を、例えば光通信に用いるコネクタ部品であるスリーブに適応し、かつ自動化を目指した従来技術の例として、図８に示すものがある。（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
図８では、ガイドレール３１に移動自在に組み付けられたスライダ３２と、このスライダ３２をガイドレール３１に沿って直進運動させる駆動機構３３と、スライダ３２上にガイドレール３１の長手方向に沿って設けられ、モータ３４によって回転される研磨用工具１２と、この研磨用工具１２の軸心の延長上に設けられ、所定の内径を有する中心孔が穿設されたワークＷを保持するチャック３５と、チャック３５に保持されたワークＷに掛かる研磨時の負荷を検出する負荷センサ３６と、スライダ３２の移動位置を検出する位置センサ３７とを有し、この位置センサ３７からの検出出力に基づいて上記駆動機構３３によるスライダ３２の移動が制御されるとともに、上記負荷センサ３６からの検出出力に基づいて上記研磨用工具１２によるワークＷの研磨速度が制御される構成としてある。
【０００６】
上述した構成によれば、位置センサ３７によってスライダ３２のスタート位置、研磨開始位置および研磨終了位置を検出させることにより、駆動機構３３によって直進運動されるスライダ３２の移動位置をこの位置センサ３７からの検出出力に基づいて制御される。また負荷センサ３６からの検出出力をフィードバックして研磨用工具１２によるワークＷの研磨速度を制御することにより、常に適正な負荷によりワークＷが研磨される。
したがって、従来手作業でスリーブの製作を行っていた場合と比べ、格段に生産効率が高められるとともに、製作されるスリーブの精度を向上できるという効果がある。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２５２００６９号公報（図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、図７に示される研磨工具のテーパ部側をワークＷに予め穿設された下穴に挿入していき、研磨材を供給しながら回転する研削工具のテーパ部にワークを断続的突き当て研磨を進行させる。その際、発生する研磨時の負荷を負荷センサからの検出出力をフィードバックして研磨用工具によるワークの研磨速度を制御することにより、常に適正な負荷によりワークが研磨される。
【０００９】
しかし、ワークの前記ワークと前記研磨工具の干渉により急峻に立ち上がる研磨負荷、すなわち軸心方向の力に対して、軸心方向の力を受けるワーク保持手段、研磨用工具は、いずれも固定としているため、推測による研磨負荷を検出する従来技術では前記ワークと前記研磨工具の少なくとも一方を制御することは困難である。さらには急峻に立ち上がる過剰な研磨負荷、すなわち軸心方向の力により前記ワークと前記研磨用工具との干渉により固着が発生する恐れがあった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、研磨より更に研削負荷の大きいワークと研削用工具の干渉により発生する研削負荷、すなわち軸心方向の力が急峻に上昇することを防止した内径研削装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、下穴を有するワークを保持する保持手段と、前記下穴の軸心と自らの軸心が略同一線上に存在するように配置された研削工具と、前記ワークと前記研削工具の少なくともどちらか一方を前記軸心を中心として回転させる回転手段と、前記ワークと前記研削工具の少なくとも一方を前記軸心に沿って移動させる駆動手段とを備えた内径研削装置で、前記研削工具と前記ワークの干渉で急峻に立ち上がる研削負荷、すなわち前記軸心方向の力を緩和する緩和手段を備えるようにした。これにより、研削工具とワークの干渉で発生する急峻な研削負荷の立ち上がり、すなわち軸心方向の力を緩和するため、急峻に立ち上がる過剰な研削負荷が発生しても、固着の発生頻度を抑えることができ、安定した加工をおこなうことが可能となる。
【００１２】
また、請求項２は、前記緩和手段は、前記保持手段を常時、研削方向へ付勢し、加工時に付勢力に抗して移動する前記保持手段からなることを特徴とする内径研削装置とし、軸心方向の力を緩和するようにした。
【００１３】
また、請求項３は、前記保持手段の研削工具方向への付勢力は、滑車に掛かられたロープの一端に連結された保持手段とロープの他端に連結された錘との重量差によって形成されていることを特徴とする内径研削装置とし、軸心方向の力を緩和するようにした。重量差により研削負荷の閾値が設定され、滑車とロープによる緩和手段は、研削負荷がある一定値以上上がることがないので、予測できない急峻に立ち上がる大きな研削負荷に対応できるので、望ましい形態である。
【００１４】
また、請求項４は、緩和手段が前記軸心方向の力を弾性体の伸縮により緩和させることとした。これにより、研削工具とワークの干渉によって急峻に立ち上がる研削負荷、すなわち軸心方向の力を弾性体が弾性係数分だけ吸収することで軸心方向の力の立ち上がりが緩和され、固着の発生頻度を抑えることができ、安定した加工をおこなうことが可能となる。
【００１５】
また、請求項５は、緩和手段が軸心方向の力が所定値になると、前記研削工具と前記ワークの少なくともどちらか一方を軸心方向に移動することとした。これにより、研削工具とワークの干渉によって急峻に立ち上がる研削負荷、すなわち軸心方向の力が所定値以上になることを抑制できるため、確実に固着の発生を防止することが可能となる。
【００１６】
また、請求項６は、前記研削工具と前記ワークとの研削負荷を検出する負荷検出手段を備え、設定負荷に到達すると回転手段と駆動手段の少なくともどちらか一方を制御することとした。これにより、負荷検出手段は研削工具とワークの干渉によって急峻に立ち上がる研削負荷、すなわち軸心方向の力を検出するので、推測による検出手段に比べ、より正確かつ瞬時に研削負荷を検出することができる。その結果、固着の発生を確実に防ぐとともに、安定した加工を行うことが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
【実施例】
図１に本発明による内径研削装置の一実施例を示す。
【００１９】
参照符号１は、基台で、基台１上に取り付けられた支柱２にエアーシリンダー４が取り付けられている。水槽５はエアーシリンダー４とともに水槽昇降プレート３に固定されており、図示されないエアー機構の開閉により、エアーシリンダー４のピストンロッドが上下動し、それに連動して水槽５が昇降する。
【００２０】
ワークＷは、メタルハライドランプに用いられるランプ発光管部品であり、形状を図３に示す。内径１．６０ｍｍ±０．０５ｍｍに仕上るための下穴ｈを有しており、材質はセラミックである。ワークＷは、図２に示すようにチャック６によって保持される。チャック６は、ワーク支持プレート７に固定され、上プレート６ａと下プレート６ｂの間にスプリングＳを配置し、更に、上プレート６ａを下プレート６ｂに対して傾動できるように支持プレート６ｃを設けてある（開閉機構）。ワークＷを装着する際には、スプリングＳの弾発力に抗して上プレート６ａを傾動させて、上プレート６ａと下プレート６ｂに設けられている穴にワークを挿入固定し、上プレート６ａを初期の状態に戻すことで装着が完了する。（ｂ）図は、（ａ）図の矢印方向Ｃから見た図である。なお、ワークの大きさや形状違いの場合には、チャックを替えることで対応できる。
【００２１】
チャック６とワーク支持プレート７は支柱２に取り付けられた滑車８を介しておもり９に糸１０で結ばれている。ワーク支持プレート７およびチャック６は図１の図示されないスライド機構により、矢印Ａ側、Ｂ側に往復動する。矢印Ａ側は、上ストッパ１１ａにより規制され、矢印Ｂ側へは、工具とワークとの干渉によって発生する負荷によって移動する。この時、ワーク支持プレート７とチャック６とを合わせた重量はおもり９の重量以下とし、その重量差の力によりワーク支持プレート７がストッパ１１ａに押し当てられている。また、チャック６とワーク支持プレート７は支柱７に取り付けられた滑車８を介しておもり９に結ぶ際の落下防止として、下ストッパ１１ｂがスライド機構上に取り付けられている。
【００２２】
ワーク支持プレート７とチャック６が矢印Ｂ側に移動したことを監視するのに光学センサＳ１が支柱２に取り付けられている。光学センサＳ１の位置は、ワーク支持プレート７の初期位置より下方向であれば、特に規制されない。ただし、ワーク支持プレート７の機械振動等による誤動作による影響を受けない位置とする。
【００２３】
研削工具１２は図７に示すように円柱部とテーパ部で構成され、円柱部側の端が工具ホルダ１３に固定される。工具ホルダ１３はスピンドル１４に連結されている。また研削工具１２とスピンドル１４との軸心は略同一線上にあり、工具ホルダ１２はスピンドル１４を介してモータＭ２によって研削工具１２の軸心を中心に回転する。回転速度は、任意に設定できるように制御している。
【００２４】
またスピンドル１４はモータＭ２とともにスピンドルモータ取付プレート１５に固定されていて、スピンドルモータ取付プレート１５は図示されないガイドに支持案内され、モータＭ１とボールネジ１６によって、研削工具１２の軸心方向に任意に往復動し、モータＭ１とボールネジ１６は支柱１７を介して、基台１に固定されている。
【００２５】
次に、上記構成例の内径研削装置について動作を説明する。まず、モータＭ１を稼動させ、研削工具１２を加工初期位置、すなわち、工具先端がワークＷの穴内に位置する位置に移動させておく。その後、チャック６に内面を研削されるための下穴ｈを有するワークＷを供給し、チャック６の開閉機構により保持される。このとき図４の（ａ）図に示すように、ワークＷを含むチャック６とワーク支持プレート７との総重量と滑車８を介して、糸１０で結ばれているおもり９との重量差によりストッパ１１ａに押し当てられる力Ｆが後述する加工時の負荷検知における閾値となる。閾値Ｆの設定は、予め、ひずみゲージ式ロードセルを用いて、研削負荷が急激に高まり、カジリが発生する境界値を確認し、安全率を考慮し、低めにする。次にチャック６を図１の矢印Ｂ側に重量差による力に抗して、研削工具１２の先端をワークＷの下穴にあわせてチャック６を離すと、前述の重量差により矢印Ａ側に移動し、ワークＷ内に研削工具１２が数ｍｍ挿入する。
【００２６】
次に研削液で満たされた水槽５がエアーシリンダー４により上昇し始め、まず、下穴を有するワークＷがチャック６ごと研削液中に浸り始めた後、おもり９が研削液中に浸る。これは、チャック６およびワーク支持プレート７が滑車８を介して糸１０で結ばれたおもり９の方に先に浮力が働くと、重量差のバランスが逆転し、数ｍｍ挿入された研削工具１２が下穴を有するワークＷから抜ける恐れがあるためである。本実施例では、研削液に浸る順序を示してあるが、浮力の働きにより重量差のバランスが逆転する恐れがなければ、特に順序は問わない。
【００２７】
水槽５の上昇により、研削開始位置に来ると、スピンドル１４を介してモータＭ２によって研削工具１２が回転を始めるとともに、モータＭ１によってボールネジ１６が回転されることで研削工具１２が図１の矢印Ｂ側に送られる。
【００２８】
研削開始とともに研削工具１２とワークＷの干渉により発生する研削負荷、すなわち軸心方向の力がストッパ１１ａにかかる力Ｆ以上（Ｆ＋α）になると、図４の（ｂ）図に示すように、ワーク支持プレート７は図示されないスライド機構により図１の矢印Ｂ側に移動し、ストッパ１１ａから離れ、光学センサＳ１から出る光が支持プレート７に遮られること（ＯＦＦ信号）によって検出される。研削負荷が検出されると、研削工具１２が矢印Ａ側へ所定量移動する。このとき、矢印Ａ側に移動する際に、ワークＷの内面に溜まった切粉を排出させ、円滑な加工を促進させる。所定量移動した後、光学センサＳ１から出る光が遮られることがなければ（ＯＮ信号）、再び研削工具１２は矢印Ｂ側に送られる。この光学センサＳ１のＯＮ、ＯＦＦ信号により、研削工具１２が矢印Ａ側、Ｂ側へと往復動を繰り返す。設定する研削負荷はストッパ１１ａにかかる力、すなわちとワークＷを含むチャック６とワーク支持プレート７を合わせた重量とおもり９の重量差によって決まるが、研削加工時はワーク支持プレート７とチャック６と糸１０で結ばれたおもり９は液中に浸かっているため、双方に浮力がかかる。設定する研削負荷には浮力も加味されている。
【００２９】
このように、研削工具１２はワークＷの内面に突き当てられて研削が開始されるが、研削工具１２にかかる軸心方向の力を光学センサＳ１で監視し、この力が過大にならないように研削工具１２の送り、すなわちモータＭ１、ボールネジ１６が制御される。これにより、ワークＷに過大な力で研削工具１２が突き当てられてワークＷと研削工具１２とにカジリが発生することなく研削が進行していく。なお、研削は加工液中で行われるため、通常、湿式法で見られる研削液の供給は不要である。また部分供給と違い、研削部全体に浸透するため、切粉の逃げが良く、効率の良い研削が行われる。
【００３０】
さらに研削が進み、ワークＷが研削工具１２の円柱部の予め定められた加工終了位置まで挿入されると研削終了となる。研削を終了する時はモータＭ１により研削工具１２が図１のＡ側に移動しワークＷから研削工具１２を抜き、加工開始位置まで戻る。
【００３１】
次にスピンドル１４、すなわちモータＭ２を停止させることで研削工具１２の回転が停止し、水槽５がエアーシリンダー４によって下降し、チャック６開閉によりワークＷを排出する。
【００３２】
上記実施例では、滑車を利用した緩和手段を説明したが、例えば、図７の装置に示すようにチャックを前後動できるようにした状態で、チャックの下面と固定プレート２１との間にばね等の弾性体２０を介在させても良い。本弾性体を利用した装置として、固定プレート２１が、図１の基台１に相当し、固定プレート２１より図１の支柱１７に相当する支柱が固定され、且つ、研削工具を含めた駆動機構は、全く同じ構成にしたものである。
【００３３】
図６は、上記２つの緩和手段を用いた時と緩和手段を用いない従来の方法による研削負荷を時間を追って評価したものである。研削負荷の測定は、ひずみゲージ式ロードセルを用いて行った。緩和手段を用いないものは、短時間で研削負荷が急激に高まり、固着を誘発するが、弾性体を用いたものは、研削負荷抵抗がゆっくり上昇し、弾性体の弾性力がなくなると従来例と同じ傾向で急激に研削負荷が高まる。従って、弾性体を利用した場合には、弾性力の範囲内での制御が必要になる。また、滑車を利用したものは、ある一定の研削負荷（浮力を考慮したおもりの重量差）を越えると研削負荷は、一定値を示す。従って、理論的には、継続して研削が可能ではあるが、加工時間を考慮した場合、研削工具を引き抜く方が切粉の逃げが促進され、早いので、光学センサＳ１のＯＮ、ＯＦＦ信号によって研削工具を抜き差しするようにして研削を行う。
【００３４】
上述の動作で、従来技術では急峻に上昇する軸心方向の研削負荷に対して、本発明では図６のように軸心方向の研削負荷が所定値をオーバーすると、軸心方向に移動する手段を備えているため、研削負荷が設定値以上に上昇することはない。すなわち、固着が発生することなく、安定した加工を行うことができる。また本実施例として、セラミックを材料としているが、他のあらゆる材料についても適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
研削工具とワークの干渉で発生する軸心方向の力を研削工具とワークの少なくとも一方を軸心方向に移動させることにより、ワークと研削工具の干渉による急峻に上昇する研削負荷に対して固着が発生しない内径研削装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内径研削装置の一実施例を示す全体図である。
【図２】本発明による内径研削装置のワーク固定部の拡大図である。
【図３】本発明にて使用するワークの一実施例を示す図である。
【図４】本発明の動作を示す模式図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す全体図である。
【図６】従来技術と本発明との研削時の研削負荷の立上がり変化を示すグラフである。
【図７】従来技術の研磨方法を表す概念図である。
【図８】従来技術の研磨方法の自動化を目指した研磨装置の全体図である。
【符号の説明】
１…基台、２…支柱、３…水槽昇降プレート、４…エアーシリンダー、５…水槽、
６…チャック、６ａ…上プレート、６ｂ…下プレート、６ｃ…支持プレート、
７…ワーク支持プレート、８…滑車、９…おもり、１０…糸、１１ａ…上ストッパ、１１ｂ…下ストッパ、１２…研削工具、１３…工具ホルダ、１４スピンドル、
１５…スピンドル取付プレート、１６…ボールネジ、１７…支柱、２０…弾性体、
２１…固定プレート、Ｗ…ワーク、Ｍ１、Ｍ２…モータ、Ｓ１…光学センサ
【図１】
2004351521.tif 000003
【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】
2004351521.tif 000008
【図７】
2004351521.tif 000009
【図８】
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