(57)【要約】【課題】  面粗度のさらなる向上を図り得る研削装置を提供する。【解決手段】  研削装置１０は、加工面５１を有するワークＷとしてのクランクシャフト５０を回転駆動するワーク回転駆動ユニット２０と、砥粒面３２を有する砥石３１を回転駆動する砥石回転駆動ユニット３０と、ワークおよび砥石のうちの少なくとも一方にワーク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４０と、を有している。そして、ワークの加工面および砥石の砥粒面を相対的にオシレーションさせながら研削加工を行う。【選択図】            図１
2005034963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
砥粒面を有する砥石を回転駆動する砥石回転駆動手段と、
前記ワークおよび前記砥石のうちの少なくとも一方に前記ワーク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手段と、を有し、
前記ワークの前記加工面および前記砥石の砥粒面を相対的にオシレーションさせながら研削加工する研削装置。
【請求項２】
前記オシレーション手段が付与する前記ワークの軸線方向に沿うオシレーションの幅は、前記砥石の平均砥粒間隔以上であることを特徴とする請求項１に記載の研削装置。
【請求項３】
前記オシレーション手段が付与する前記ワークの軸線方向に沿うオシレーションの単位時間当たりのサイクル数は、１００〜９００サイクル／分であることを特徴とする請求項１に記載の研削装置。
【請求項４】
前記ワークは、前記加工面における前記軸線方向に沿う少なくとも一の端部に、径方向外方に向けて突出する突出部が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の研削装置。
【請求項５】
前記ワークの前記加工面は、クランクシャフトのジャーナル部やピン部であることを特徴とする請求項１に記載の研削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの加工面を砥石により研削加工する研削装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加工面を有するワークを研削加工する場合には、砥石の砥粒面によって加工面を研削加工する研削装置が広く用いられている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００３】
一般的に、研削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、回転するワークの加工面に、回転する砥石の外周砥粒面を押圧して、加工面を研削加工している。
【０００４】
研削加工の方式には、砥石の砥粒面をワークの加工面に押付けるプランジ研削方式と、長物のワークを研削する場合のようにワークを軸線方向に移動させながら行うトラバース研削方式とがある。
【０００５】
前記プランジ研削方式は、砥石をワークに押付けるために、砥粒面の凹凸形状がワークの加工面にそのまま転写される。このため、ワークの加工面には、ワークの軸線方向に対して直交する方向に研削スジが残り、面粗度を向上させることが難しいという問題がある。
【０００６】
一方、前記トラバース研削方式は、砥石とワークとが相対的に軸線方向に移動するため、プランジ研削方式に比べると面粗度を向上させることはできる。しかしながら、ワークの加工面には、ネジリード状の研削スジが残るので、面粗度の向上には限度がある。
【特許文献１】特開平１０−４４０３１号公報
【特許文献２】特開平６−２４６６２９号公報
【特許文献３】特開平５−４２４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、面粗度のさらなる向上を図り得る研削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】
【０００８】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【０００９】
本発明は、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、
砥粒面を有する砥石を回転駆動する砥石回転駆動手段と、
前記ワークおよび前記砥石のうちの少なくとも一方に前記ワーク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手段と、を有し、
前記ワークの前記加工面および前記砥石の砥粒面を相対的にオシレーションさせながら研削加工する研削装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る研削装置によれば、加工面の面粗度のさらなる向上を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係る研削装置１０を示す概略構成図、図２は、研削装置１０の要部を示す図、図３（Ａ）は、砥石３１の粒径および平均砥粒間隔Ｌの一例を示す図表、図３（Ｂ）は、砥石３１の平均砥粒間隔Ｌの説明に供する図、図３（Ｃ）は、本実施形態での研削加工を示す概念図、図３（Ｄ）は、対比例に係るプランジ研削方式での研削加工を示す概念図である。また、図４は、研削加工されるワークＷとしてのクランクシャフト５０の一例を示す図である。なお、説明の便宜上、クランクシャフト５０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。
【００１３】
図１および図２を参照して本実施形態の研削装置１０について概説すれば、加工面５１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２０（ワーク回転駆動手段２０に相当する）と、砥粒面３２を有する砥石３１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３０に相当する）と、ワークＷおよび砥石３１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４０（オシレーション手段４０に相当する）と、を有している。そして、ワークＷの加工面５１および砥石３１の砥粒面３２を相対的にオシレーションさせながら、研削加工を実施している。
【００１４】
本実施形態におけるワークＷは、加工面５１における軸線方向に沿う少なくとも一の端部に、径方向外方に向けて突出する突出部が含まれている。この種のワークＷとして、図４に示すように、クランクシャフト５０を挙げることができ、クランクシャフト５０におけるジャーナル部５２やピン部５３の外周面が、研削加工を施す加工面５１となる。また、径方向外方に向けて突出するフランジ部５４が突出部に相当する。
【００１５】
以下、研削装置１０について詳述する。
【００１６】
図１を参照して、前記ワーク回転駆動ユニット２０は、主軸２１を回転自在に支持するヘッドストック２２と、主軸２１の先端に連結されクランクシャフト５０の一端を把持するチャック２３と、主軸２１にベルト２４を介して接続される主軸モータＭ１と、クランクシャフト５０の他端を支持するセンタ２５を備えるテールストック２６と、を有している。クランクシャフト５０は、主軸モータＭ１の回転動がベルト２４および主軸２１を介して伝達されて回転駆動される。ヘッドストック２２およびテールストック２６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２７、２８上に設けられ、これらテーブル２７、２８は、Ｘ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル２９上に配置されている。クランクシャフト５０をヘッドストック２２とテールストック２６との間にセットしたり、クランクシャフト５０を加工位置に移動したりするために、各テーブル２７、２８、２９が移動される。
【００１７】
図２を参照して、前記砥石３１は、円盤形状を有し、外周面に砥粒面３２が形成されている。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５１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、図３（Ａ）に示すように、粒度＃１４０（平均粒径１０７μｍ）〜粒度＃６０（平均粒径２５２μｍ）の砥石３１が使用される。なお、図３（Ａ）は、使用する砥石３１の一例を例示したにすぎず、本発明で使用する砥石３１を限定するものではない。
【００１８】
砥石３１は、粒度および砥粒集中度によって、砥粒３３の平均砥粒間隔Ｌ（図３（Ｂ）参照）が異なってくる。図３（Ａ）に示される範囲の砥石３１では、平均砥粒間隔Ｌは、１０７μｍ（粒度＃１４０（平均粒径１０７μｍ）、砥粒集中度が２００のとき）〜１００８μｍ（粒度＃６０（平均粒径２５２μｍ）、砥粒集中度が５０のとき）である。なお、「砥粒集中度が２００のとき」とは、砥粒３３を最大限にいれて、砥粒３３同士がくっついた状態を指しており、実際の砥石３１は、砥粒率を５０％（砥粒集中度が１００）程度にしたものが多い。また、平均砥粒間隔Ｌは計算上の値であり、実際の砥粒間隔Ｌには多少のばらつきがある。
【００１９】
図２を参照して、前記砥石回転駆動ユニット３０は、砥石３１の回転軸３４上に連結されるスピンドル３５と、当該スピンドル３５を回転する砥石用モータＭ２と、を有している。スピンドル３５は、クランクシャフト５０の軸線Ｏと平行に配置されている。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図示しない砥石テーブル上に配置され、また、Ｚ方向に沿ってスピンドルの位置が調整自在となっている。砥石テーブルをＸ方向およびＹ方向に調節移動し、Ｚ方向にスピンドルの位置を調整することにより、砥石３１の位置が調整される。
【００２０】
図１を参照して、前記オシレーションユニット４０は、テーブル２９の端面に当接する偏心回転体４１と、偏心回転体４１を回転駆動するオシレーション用モータＭ３と、を有している。オシレーションユニット４０には、テーブル２９の端面と偏心回転体４１とを常時当接させるためにテーブル２９を偏心回転体４１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４２が設けられている。オシレーションの振幅は、オシレーション用モータＭ３の軸心に対する偏心回転体４１の偏心量に基づいて定まる。例えば、偏心量を約０．５ｍｍに設定すると、オシレーションの振幅は約１ｍｍとなり、偏心量を約１ｍｍに設定すると、オシレーションの振幅は約２ｍｍとなる。偏心回転体４１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。
【００２１】
オシレーションユニット４０が付与するオシレーションの幅つまり振幅は、使用する砥石３１の平均砥粒間隔Ｌ以上であることが好ましい。オシレーションの幅を砥石３１の平均砥粒間隔Ｌ以上に設定すれば、砥粒面３２の凹凸形状が加工面５１に転写されると加工面５１に残存することになる凸部分５５（図３（Ｄ）参照）を、個々の砥粒３３の相対的な動きによって除去することができるからである。図３（Ａ）に示した範囲の砥石３１では、実際の平均砥粒間隔Ｌに多少のばらつきがあることを考慮しても、オシレーションの幅を１ｍｍ（１０００μｍ）以上に設定すれば、個々の砥粒３３の相対的な動きによって、加工面５１に残存することになる凸部分５５を除去することが可能となる。
【００２２】
さらに、オシレーションユニット４０が付与するオシレーションの単位時間当たりのサイクル数つまりオシレーション速度は、ワーク形状、ベースとなる研削条件（ワーク回転速度や砥石回転速度）、要求される面粗度などによって決められるため、一義的に決まるものではないが、１００〜９００サイクル／分の間で選定するのが現実的であり、かつ、この範囲であれば十分な効果を得ることができる。
【００２３】
コントローラ６０は、各モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３の作動を制御する。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Ｖｗが所望の速度に設定され、砥石用モータＭ２の回転速度を変えることにより、砥石回転速度Ｖｇが所望の速度に設定され、オシレーション用モータＭ３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。また、コントローラ６０は、砥石テーブル、テーブル２７、２８、２９、スピンドル３５の位置を移動するための図示しないモータ群の作動も制御する。
【００２４】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２５】
まず、ヘッドストック２２とテールストック２６との間にクランクシャフト５０を支持する。ジャーナル部５２またはピン部５３の加工面５１に砥粒面３２が接触するように、砥石回転駆動ユニット３０を移動する。
【００２６】
オシレーションユニット４０のオシレーション用モータＭ３によりクランクシャフト５０に軸方向に沿うオシレーションを付与しつつ、ワーク回転駆動ユニット２０の主軸モータＭ１によりクランクシャフト５０を軸中心で回転し、砥石回転駆動ユニット３０の砥石用モータＭ２により砥石３１を回転する。
【００２７】
付与するオシレーションの振幅は、砥石３１の平均砥粒間隔Ｌよりも大きい、例えば、１ｍｍ（１０００μｍ）に設定する。また、オシレーション速度Ｖｏは、１００〜９００サイクル／分に設定する。
【００２８】
そして、回転するとともにオシレーションが付与されたクランクシャフト５０に、回転する砥石３１を押圧すると、加工面５１および砥粒面３２が相対的にオシレーションしながら、加工面５１が砥粒面３２により研削加工される。
【００２９】
クランクシャフト５０が有する複数のジャーナル部５２またはピン部５３に対する研削加工が完了すると、砥石回転駆動ユニット３０を後退移動し、クランクシャフト５０を取り出し可能な状態とする。クランクシャフト５０を取り出した後、他のクランクシャフト５０をセットすれば、同様の研削加工を開始することができる。
【００３０】
図３（Ｄ）に示すように、プランジ研削方式で研削加工を施す対比例にあっては、砥粒面の凹凸形状がワークＷの加工面５６にそのまま転写され、加工面５６に凸部分５５が残存することになる。このため、加工面５６には、ワークＷの軸線方向に対して直交する方向に研削スジが残り、面粗度を向上させることが難しい。面粗度を高めるために平均粒径が小さい砥粒を用いることが考えられるが、この場合には、砥石の目詰まりが発生し易く、切れ味の低下や研削焼けを招く虞がある。
【００３１】
これに対して本実施形態の研削装置１０にあっては、図３（Ｃ）に矢印で示されるように、クランクシャフト５０に軸方向に沿うオシレーションを付与してあるため、ワークＷに対する砥粒３３の軌跡が図中左右方向に相対的にずれることになる。この砥粒３３の相対的な動きにより、砥粒面３２の形状が転写されると加工面５１に残存することになる凸部分５５が除去される。しかも、研削加工に伴って形成される研削スジは、トラバース研削方式の場合のようなネジリード状とはならず、個々の砥粒３３によって描かれるウェーブ状の研削スジが相互に重なってクロスハッチ状となる。これらの結果、ジャーナル部５２やピン部５３などの加工面５１の面粗度が著しく向上することになる。
【００３２】
クランクシャフト５０のジャーナル部５２やピン部５３の両側には、フランジ部５４などが存在している。このフランジ部５４は、ワークＷをトラバースしたときに、砥石３１と衝突する障害物となる。このため、トラバース研削方式を実施できず、従来では、プランジ研削せざるを得ず、面粗度の向上が阻害されていた。このような場合でも、本実施形態の研削装置１０にあっては、クランクシャフト５０に軸方向に沿うオシレーションを付与してあるため、トラバース研削方式を実施できない場合であっても、ジャーナル部５２やピン部５３の面粗度の向上を容易に図ることが可能となる。
【００３３】
さらに、オシレーションの振幅は、砥石３１の平均砥粒間隔Ｌ以上の、例えば、１ｍｍ（１０００μｍ）としたため、前記凸部分５５が確実に除去される。しかも、クロスハッチ状の研削スジがより細かなものとなる。したがって、加工面５１は、より細かな表面粗さに形成される。
【００３４】
なお、研削加工において研削スジをクロスハッチ状とするためには、砥粒３３を加工面５１を斜めに走らせ、斜めの研削条痕を付けることが必要である。そのためには、砥粒３３がある程度の時間継続して加工面５１に接触し、切り屑の長さが約０．５〜３ｍｍになることが必要である。一般的な研削条件の場合には、切り屑長さは上記の長さとなるが、砥粒切込量が極端に浅かったり、ワークＷの周速度が極端に遅かったりあるいは極端に速かったりすると、切り屑長さは上記の長さとならない。
【００３５】
研削時におけるワークＷの周速度は、砥石３１の周速度の１／５０〜１／２００、一般的には、１（ワークＷ）／１００（砥石３１）程度の周速度比に設定されている。例えば、砥石３１の周速度が３０００ｍ／分の場合には、ワークＷの周速度は３０ｍ／分に設定される。
【００３６】
このような研削条件で研削条痕が斜めになるように、ワークＷおよび砥石３１をワークＷの軸線方向に相対的にオシレーションさせることになる。研削スジの傾斜角を大きくするためには、オシレーションの単位時間当たりのサイクル数つまりオシレーション速度Ｖｏは速い方がよく、前述した１００〜９００サイクル／分の間で選定する必要がある。単位時間あたりの加工面５１に対する作用砥粒数を増大させて研削加工時間を短縮する観点からも、オシレーション速度Ｖｏは速い方がよい。
【００３７】
また、オシレーション速度Ｖｏが同じであれば、研削スジの傾斜角を大きくするためには、オシレーションの振幅は可能な限り大きい方がよい。オシレーションの振幅に上限はないものの、ワークＷまたは砥石３１を軸方向に高速で、かつ、大きくオシレーションさせようとすると、オシレーション用の設備が大掛かりなものとなり、設備費の高騰を招いてしまう。したがって、オシレーションの振幅としては、約１ｍｍ〜２ｍｍ以下に設定するのが現実的である。
【００３８】
振幅約１ｍｍ〜２ｍｍ、１００〜９００サイクル／分のオシレーションを付加するオシレーションユニット４０は機械加工装置などに広く適用されており、この技術を用いれば、設備費の高騰を招くことがない。
【００３９】
以上説明したように、上述した実施形態の研削装置１０によれば、加工面５１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２０と、砥粒面３２を有する砥石３１を回転駆動する砥石回転駆動ユニット３０と、ワークＷに当該ワーク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４０と、を有し、ワークＷの加工面５１および砥石３１の砥粒面３２を相対的にオシレーションさせながら研削加工するので、砥粒３３の相対的な動きにより、砥粒面３２形状が転写されると加工面５１に残存することになる凸部分５５が除去され、しかも、研削加工に伴って形成される研削スジは、個々の砥粒３３によって描かれる研削スジが相互に重なってクロスハッチ状となる。これらの結果、加工面５１の面粗度のさらなる向上を図ることが可能となる。
【００４０】
また、オシレーションユニット４０が付与するワークＷの軸線方向に沿うオシレーションの幅は、砥石３１の平均砥粒間隔Ｌ以上であるので、前記凸部分５５が確実に除去され、しかも、クロスハッチ状の研削スジがより細かなものとなる。したがって、加工面５１をより細かな表面粗さに形成することが可能となる。
【００４１】
また、オシレーションユニット４０が付与するワークＷの軸線方向に沿うオシレーションの単位時間当たりのサイクル数は、１００〜９００サイクル／分であるので、オシレーションユニット４０に関する設備費の高騰を招くことがない。
【００４２】
また、ワークＷは、加工面５１における軸線方向に沿う少なくとも一の端部に、径方向外方に向けて突出する突出部が含まれており、当該突出部に砥石３１が衝突するためにトラバース研削方式を実施できない場合であっても、加工面５１の面粗度の向上を図ることが可能となる。
【００４３】
また、ワークＷの加工面５１は、クランクシャフト５０のジャーナル部５２やピン部５３である。これら加工面５１の両側に径方向外方に向けて突出するフランジ部５４などが含まれており、当該フランジ部５４などに砥石３１が衝突するためにトラバース研削方式を実施できない場合であっても、ジャーナル部５２やピン部５３の面粗度の向上を容易に図ることが可能となる。
【００４４】
（改変例）
ワークＷおよびその加工面５１は、クランクシャフト５０のジャーナル部５２やピン部５３のように断面真円の円筒外周面に限定されるものではない。本発明は、例えば、カムシャフトのカムロブ部のように断面非真円の円弧状の加工面や、円筒体の内周加工面を研削加工する研削装置にも適用できることはいうまでもない。
【００４５】
外周面に砥粒面３２を有する砥石３１を例示したが、回転軸に直交する方向の面に砥粒面を形成した砥石を用いることもできる。
【００４６】
砥石３１を砥石用モータＭ２により直接回転駆動する形態の砥石回転駆動ユニット３０を示したが、砥石３１の回転軸３４と砥石用モータＭ２とをベルトを介して接続する形態でもよい。
【００４７】
図示例のオシレーションユニット４０ではテーブル２９にオシレーションを付与してワークＷにオシレーションを付与しているが、ワークＷを支持する主軸２１にオシレーションを付与してもよい。また、ワークＷにオシレーションを付与する場合に限られず、砥石３１にオシレーションを付与したり、ワークＷおよび砥石３１の両者にオシレーションを付与したりしてもよい。オシレーションを発生させる機構も偏心回転体４１を用いたものに限定されず、例えば、超音波加振機を用いてもよい。
【００４８】
オシレーションの幅は、使用する砥石３１の平均砥粒間隔Ｌとの関連において定めることができ、常に１ｍｍ（１０００μｍ）以上に設定しなければならないものではない。例えば、図３（Ａ）に例示した粒度＃１４０（平均粒径１０７μｍ）、砥粒集中度が１００の砥石３１を使用する場合にあっては、オシレーションの幅を２１４μｍ以上に設定すればよい。さらに、図３（Ａ）に例示した砥石３１以外の砥石を使用する場合には、当該使用する砥石の平均砥粒間隔Ｌ以上にオシレーションの幅を設定すればよい。
【００４９】
トランスバース研削方式に、オシレーションをさらに付加することも可能である。
【００５０】
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、本発明に係る研削装置１０は、砥石３１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。この点で、本明細書における「研削」という用語は、荒加工のみならず、仕上げ加工を慣習的に指す「研磨」をも含む概念と理解されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
研削装置は、ワークの加工面を砥石により研削加工する用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る研削装置を示す概略構成図である。
【図２】研削装置の要部を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、砥石の粒径および平均砥粒間隔の一例を示す図表、図３（Ｂ）は、砥石の平均砥粒間隔の説明に供する図、図３（Ｃ）は、本実施形態での研削加工を示す概念図、図３（Ｄ）は、対比例に係るプランジ研削方式での研削加工を示す概念図である。
【図４】研削加工されるワークとしてのクランクシャフトの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０    研削装置、
２０    ワーク回転駆動ユニット（ワーク回転駆動手段）、
２１    主軸、
３０    砥石回転駆動ユニット（砥石回転駆動手段）、
３１    砥石、
３２    砥粒面、
４０    オシレーションユニット（オシレーション手段）、
４１    偏心回転体、
５０    クランクシャフト、
５１    加工面、
５２    ジャーナル部、
５３    ピン部、
５４    フランジ部（突出部）、
Ｌ      平均砥粒間隔、
Ｍ１    主軸モータ、
Ｍ２    砥石用モータ、
Ｍ３    オシレーション用モータ、
Ｗ      ワーク。
【図１】
2005034963.tif 000003
【図２】
2005034963.tif 000004
【図３】
2005034963.tif 000005
【図４】
2005034963.tif 000006