(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥石によって研削される被研削物を回転可能に保持する被研削物用ホルダと、砥石の研削面の成型に用いられるツルーアを回転可能に保持するツルーア用ホルダと、各ホルダを回転させる駆動手段とを備えており、
駆動手段は、一端に被研削物用ホルダが取り付けられ、他端にツルーア用ホルダが取り付けられた回転軸体を備え、
被研削物用ホルダの回転軸と、ツルーア用ホルダの回転軸とが同一軸上であることを特徴とする被研削物の固定装置。
【請求項２】
駆動手段は、少なくもツルーア用ホルダの回転数を増減させるインバータを備えている請求項１に記載の被研削物の固定装置。
【請求項３】
ホルダを回転可能に支持する回転軸体は、固定装置の本体に対して電気的に絶縁されており、絶縁された回転軸体を介して該回転軸体に支持されるホルダに保持されたツルーアに通電を行う手段を備えている請求項１または請求項２に記載の被研削物の固定装置。
【請求項４】
回転軸体の、ホルダが固定される部分は、固定装置の本体に形成される貫通穴を介して本体の外部に突き出ており、該貫通穴の部分に形成される回転軸体と本体との間の隙間から本体の外部に向けて気体を噴出させる気体供給手段を備えている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の被研削物の固定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研削加工機において用いられる、被研削物を回転可能に保持するための被研削物の固定装置に関し、特に、マシニングセンタなどの汎用の加工機を用いて研削を行う場合に用いられる被研削物の固定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、数値制御等の技術を利用して研削用の砥石を高い精度で移動させることにより、球面研削など、高い精度が要求される研削が行われている。ただし、高い精度が要求される研削では、砥石の研削面の形が磨耗により大きく変形してしまうと、被研削物の高い形状精度を確保することが難しくなるので、通常、定期的にツルーアを用いて砥石の研削面の整形（以下、「ツルーイング」とも称する）を行っている。
【０００３】
ところで、近年、マシニングセンタなどの汎用の加工機（工作機）が普及しており、例えばマシニングセンタの主軸に砥石を取り付けることによって、この砥石を高い位置精度を確保した状態で移動させることができる。このようなことから、近年、マシニングセンタなどの汎用の加工機の主軸に砥石を取り付けると共に、該汎用の加工機のテーブルに、被研削物を回転可能に固定する固定装置と、ツルーイング装置とを設置して、汎用の加工機によって球面研削などの高い精度が要求される研削が行われている。
【０００４】
一例として、マシニングセンタを用いて球面研削を行う場合を具体的に説明すると、まず図５および図６に示されるように、マシニングセンタのテーブル１０１に、ワーク（被研削物）Ｗを回転可能に保持するための固定装置１１０と、ツルーイング装置１２０とを設置する。そして、マシニングセンタの主軸１０２に円板形状等の砥石Ｇを取り付け、固定装置１１０にワークＷを保持させる。この状態で、砥石ＧおよびワークＷを回転させ、砥石Ｇを位置制御しながら移動させつつワークＷに接触させて球面研削を行う。砥石Ｇの研削面Ｇsの整形が必要になった場合は、砥石Ｇをツルーイング装置１２０に移動させてツルーイングを行う。ツルーイング装置１２０は砥石Ｇの研削面Ｇsを成形するツルーアＴを備えており、砥石ＧおよびツルーアＴを回転させた状態で、砥石Ｇを位置制御しながら移動させつつ砥石Ｇの研削面ＧsをツルーアＴに接触させてツルーイングを行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、マシニングセンタ等の汎用の加工機を用いることによって、より高い精度が要求される球面研削等を行うことができるが、実際に必要な研削精度を確保することは必ずしも容易でない。その主な原因として、汎用の加工機を用いて研削を行う場合は、研削前に、その汎用の加工機に、被研削物を回転可能に保持する固定装置およびツルーイング装置を取付けなければならない点があると考えられる。
【０００６】
例えば、専用の研削加工機では、通常、被研削物の固定装置やツルーイング装置は据え付けられて用いられるものであり、一旦高い位置精度で据付ければ、その後、取り付け位置が問題になることはない。これに対して、汎用機であるマシニングセンタを用いて研削を行う場合は、研削装置として用いる度ごとに、研削前に、マシニングセンタのテーブルに、被研削物の固定装置およびツルーイング装置を高い位置精度で取り付けなければ、高い研削精度を確保できない。ところが、研削を行うたびにこれらの装置を高い精度で取り付けることは、作業効率の点などもあって難しいことである。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、研削加工機、特に汎用の加工機で研削加工を行う場合に、研削精度の向上に寄与する、被研削物の固定装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、本発明者は、まず、被研削物の固定装置およびツルーイング装置の取り付け位置にズレが生じても、高い研削精度を確保できる手段について検討した。その結果、取り付け位置にズレが生じたとしても、そのズレを測定等によって検出して補正することにより、研削精度を向上させることができることを見出したが、この方法では手間がかかってしまうことが同時に解った。具体的に説明すると以下のようなものである。
【０００９】
マシニングセンタに被研削物の固定装置およびツルーイング装置を取り付けると、まずツルーイング装置の位置を測定する。そして、測定した位置データを用いて、ツルーイング動作における砥石の移動制御に用いる三次元座標の基準点および各軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）の方向を決定する。この後、決定した三次元座標を用いて砥石を移動させて、砥石の研削面のツルーイングを行う。ツルーイングが終了すると、次に固定装置の取り付け位置を測定する。そして、測定した位置データを用いて、研削における砥石の移動制御に用いる三次元座標の基準点および各軸の方向を決定し、決定した三次元座標を用いて砥石を移動させて、被研削物に対する研削を行う。この後は、ツルーイング時と、研削時とで、基準にする三次元座標を使い分けながら研削を行う。このようにすることで研削精度を向上させることができる。
【００１０】
ところが、ツルーイング装置の位置を測定し、測定した位置データに基づいてツルーイングに用いる三次元座標を決定する必要があると共に、固定装置の位置を測定し、測定した位置データを基に研削に用いる三次元座標を決定する必要があり、しかも研削時とツルーイング時とで砥石の移動制御に用いる基準を切り換える必要があり、手間がかかる。
【００１１】
また、位置測定によって位置ズレを補正するとしても、固定装置とツルーイング装置とのいずれか一方についてでも位置の測定の誤差が大きければ、高い精度で研削を行うことはできない。例えば、ツルーイング時、マシニングセンタの主軸に取り付けられた砥石は、測定位置にツルーイング装置があるとの前提で移動制御されるので、ツルーイング装置の位置測定が不正確（補正が不十分）であれば、ツルーイングにより得られる砥石の研削面の向きにズレが生じてしまう。研削面の向きにズレがあると、高い精度で研削を行うことはできない。また、ツルーイング装置の位置測定が正確であり、正確な向きの研削面が得られたとしても、固定装置の位置測定が不正確であれば、被研削物はズレのある状態で保持されていることになるため、測定位置にあるとの前提で砥石を移動させると、結局、被研削物に形成される被研削面にはズレが生ずるのである。
【００１２】
そこで、高い精度で研削を行うことができる手段について、さらに検討を重ねた。その結果、被研削物を回転可能に保持するホルダの回転軸と、ツルーアを回転可能に保持するホルダの回転軸とを同一軸上に位置させれば、汎用の加工機において、簡単かつ容易に高精度の研削を行うことができることを見出し、本発明をするに至った。
【００１３】
すなわち、本発明の被研削物の固定装置は、砥石によって研削される被研削物を回転可能に保持する被研削物用ホルダと、砥石の研削面の成型に用いられるツルーアを回転可能に保持するツルーア用ホルダと、各ホルダを回転させる駆動手段とを備えており、被研削物用ホルダの回転軸と、ツルーア用ホルダの回転軸とが同一軸上であることを特徴とする。
【００１４】
このように、被研削物用ホルダとツルーア用ホルダを同一の装置に設けると、両ホルダの回転軸が常に高い精度で同一軸上に位置することとなり、高精度の研削を行うことができるようになる。
【００１５】
この被研削物の固定装置を用いて、マシニングセンタによって、研削を行う場合は、まずマシニングセンタの主軸に砥石を取り付けると共に、該固定装置をマシニングセンタのテーブルに設置し、固定装置の位置を測定して、ツルーイング時の砥石の移動制御に用いる三次元座標の基準点および各軸の方向を決定する。この後、決定した三次元座標を用いて砥石を位置制御しつつ移動させて砥石の研削面のツルーイングを行う。ツルーイング後、研削を行う。このとき、本発明の固定装置では、ツルーア用ホルダの回転軸と被研削物用ホルダの回転軸とが同一軸上に位置しているので、両ホルダ間の軸方向距離を考慮するだけで、ツルーイングに用いた三次元座標をそのまま研削時にも用いることができる。また、本発明の固定装置では、固定装置にツルーアが一体に設けられているので、両ホルダ間の軸方向距離は常に一定であり、しかも正確な値が解る。したがって、ツルーイングに用いた三次元座標を研削に用いる場合にも、高い座標精度が確保される。
【００１６】
このように、本発明に係る固定装置によれば、位置測定等の煩雑な作業が最小限に抑えられる。位置測定の回数が少なくなれば、研削精度を低下させる要因が減ることとなり、その分、研削精度が向上する。また、位置測定回数が少なくなれば、汎用の加工機を用いて高い作業効率で研削を行うことができる。
【００１７】
また、本発明に係る固定装置では、被研削物用ホルダとツルーア用ホルダが一体に設けられているが、この構造は研削精度を向上させやすい優れた構造である。例えば、汎用の加工機のテーブルに接する本発明に係る固定装置の底面の直角精度を向上させるなどして、固定装置の取付精度を向上させれば、それに応じて研削精度が確実に向上する。また、ズレがある状態で一体化されていたとしても、このズレは常に一定であるため補正が容易である。これに対し、別個の装置である固定装置とツルーイング装置とを用いる従来の場合、各装置について取付精度を補正等によって向上させたとしても、必ずしも総合的な取付精度が向上するとは限らず、研削精度が向上するとは限らない。これは、各装置の取付位置のズレ方は通常取付けるたび毎に異なっており、両装置相互間の相対的な位置関係が安定していないからであると考えられる。先に、研削精度を向上させる手段として、両装置の位置を測定して位置ズレを補正する手法を説明したが、位置測定時の測定誤差は免れず、したがって、この測定誤差に起因して両装置相互間の相対位置にズレが生ずること、およびこの相対位置のズレは一定でないことは免れ得ない。このようなことから、被研削物の固定装置とツルーイング装置とが別個である従来の場合、各装置の取付精度を向上させることはできるが、研削精度を向上させることは難しかったと考えられる。
【００１８】
被研削物用ホルダの回転軸と、ツルーア用ホルダの回転軸とを同一軸上に配置する場合、被研削物用ホルダおよびツルーア用ホルダをそれぞれ別の回転軸体に支持させても良いし、両ホルダを１つの回転軸体で支持しても良い。また、各ホルダを別の回転軸体で支持する構造の場合、１つの駆動手段で両回転軸体を回転させても良いし、各回転軸体をそれぞれ別の駆動手段で回転させても良い。
【００１９】
ただし、ツルーイングによって、より良好な研削面を得るには、ツルーア用ホルダの回転数を増減させることができるものが好ましい。ツルーイングを行う場合、ツルーアの回転数を、通常の研削における被研削物の回転数に比べて高くした方が、高能率なツルーイングを行うことができるからである。したがって、駆動手段は、少なくもツルーア用ホルダの回転数を増減させるインバータを備えているものがより好ましい。１つの駆動手段で両ホルダを回転させる場合は、その駆動手段にインバータを備える。また各ホルダをそれぞれ別の駆動手段で回転させる場合は、少なくともツルーアを回転させる駆動手段にインバータを備える。
【００２０】
ところで、研削に用いる砥石として、例えばダイヤモンド砥粒など、メタル系の（導電性を有する）結合材料で結合したメタルボンド砥石を用いる場合、放電ツルーアを用いて、放電作用を利用したツルーイング（以下、放電ツルーイングという）を砥石に施す場合がある。放電ツルーイングを行うには、砥石と放電ツルーアとの間に電圧を印加する必要があるため、回転する被研削物または放電ツルーアに通電する必要がある。従来は、回転する放電ツルーアに、ブラシを直接接触させるなどして通電しているが、この場合、通電に用いるコードが回転部に巻き込まれないように配線する必要があるなど、配線作業は面倒である。
【００２１】
この点について検討した結果、ホルダを回転可能に支持する回転軸体を、固定装置の本体に対して電気的に絶縁し、絶縁された回転軸体を介して該回転軸体に支持されるホルダに保持されたツルーアに通電を行う手段を備えることによって、上記問題を解決できることを見出した。
【００２２】
このような固定装置によれば、ツルーア用ホルダに放電ツルーアを保持させるだけで放電ツルーアに通電できる状態になる。したがって、放電ツルーイングを行う場合に、コードの配線など、面倒な作業が必要なく、作業性が向上する。また、このような構造にすれば、研削加工時に砥石と被研削物との間に電圧を印加することも容易になる。つまり、ツルーア用のホルダを支持する回転軸体に被研削物保持用のホルダが支持されている場合はそのままの構造で被研削物にも通電可能であり、各ホルダが別個の軸体に支持されている場合でも、両軸体を固定装置の本体に対して電気的に絶縁し、導電部材を介して軸体相互を通電可能な状態にすることによって容易に、回転軸体を介してホルダに保持される被研削物にも通電可能になるのである。
【００２３】
このように、ツルーアだけでなく被研削物への通電をも考慮すると、１つの回転軸体で両ホルダを支持する構造の方が、絶縁構造および通電を行う手段を共用でき、固定装置の構造が簡素になるため好ましい。なお、回転軸体の絶縁は、軸受をセラミック製や樹脂製の支持部材を介して固定するなど、種々の手段によって行うことができる。
【００２４】
また、湿式研削への適用を考慮すると、被研削物の固定装置は、防水構造を備えるものが好ましい。従来の防水構造としては、例えば防水カバーを設けたものがあるが、防水カバーを設けると、その分、固定装置が大型になるという不具合がある。例えば、マシニングセンタを用いて研削加工を行う場合、マシニングセンタ内のスペースには限りがあるため、固定装置が大きくなると、その分、取扱える被研削物の大きさの上限は小さくなる。
【００２５】
そこで、固定装置の大型化を防止しつつ防水構造を設ける点について検討した。その結果、被研削物の固定装置では、回転軸体の、ホルダが固定される部分が固定装置の本体に形成される貫通穴を介して固定装置の本体の外側に突き出ており、この貫通穴の部分に形成される回転軸体と本体との間の隙間からの水等の液体の侵入を防止できれば、固定装置内の防水が可能であることを見出した。そして、隙間から本体の外部に向けて気体を噴出させる気体供給手段を備えることで、隙間からの水等の侵入を防止できることを見出した。
【００２６】
気体供給手段を備えれば、隙間から本体の外側に向けて常に気体が噴出されることとなり、隙間から本体内への水等の液体の侵入が確実に防止される。また、気体供給手段は、固定装置の本体内に設けられるものであるので、これを設けても固定装置が大型化することがない。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
図１から図４を参照して、符号「１」は、マシニングセンタのテーブル１０１に設置された固定装置（被研削物用の固定装置）である。固定装置１は、図４（Ａ）に示されるように、その本体１１にベアリング（軸受）１２を介して回転可能に軸支持された回転軸体１３を有する。回転軸体１３の両端は、本体１１の両側に形成される貫通穴１１ａを介して本体１１の外部に突き出ている。そして、本体１１から突き出た回転軸体１３の一端には、研削対象のワーク（被研削物）Ｗを保持する第１ホルダ（被研削物用ホルダ）１４が取り付けられており、他端には、砥石Ｇの研削面Ｇｓの整形を行う際に用いるツルーアＴを保持する第２ホルダ（ツルーア用ホルダ）１５が取り付けられている。つまり、第１ホルダ１４の回転軸と第２ホルダ１５の回転軸は同一軸Ａ上に位置している。なお、両ホルダの保持構造は、従来のホルダと同様であり、その説明を省略する。
【００２９】
本体１１内には、インバータによる変速可能なモータ（駆動手段）１６が取り付けられており、このモータ１６によって回転軸体１３を回転させている。モータ１６の回転はモータ１６の出力軸のギヤ１６ａおよび回転軸体１３のギヤ１３ａを介して回転軸体１３に伝達される。本実施形態の固定装置３では、１つの回転軸体１３に両ホルダ１４，１５が取り付けられており、１つのモータ１６で第１ホルダ１４に保持されたワークＷおよび第２ホルダ１５に保持されたツルーアＴを回転させることができる。
【００３０】
また、一つの回転軸体１３に第１ホルダ１４および第２ホルダ１５を支持させる構造にすると、ホルダ１４，１５相互間の軸方向距離が短くなるので、研削精度をより向上させることができる。軸方向距離を短くすることができれば、固定装置１が小型になるので、同じマシニングセンタに設置して研削を行う際、より大型の被研削物を研削対象とすることができるようになる。
【００３１】
ベアリング１２は、樹脂製の絶縁部材１７を介して本体１１に固定されており、回転軸体１３は本体１１に対して電気的に絶縁されている。そして、回転軸体１３には、本体１１内に設けられた通電用のブラシ１８が接触されており、ブラシ１８および回転軸体１３（通電を行う手段）を介して、ホルダ１４，１５に保持されたワークＷやツルーアＴに通電できるようになっている。したがって、砥石Ｇに通電することによって、放電ツルーイングを行うことができる。このように、本体１１内に予め通電を行う手段を設けておけば、面倒な配線作業が不要であり、放電ツルーイングの作業性が向上する。なお、両絶縁部材１７は、ねじ（図示せず）や抑え板１９などによって本体１１に固定されており、ベアリング１２を介して絶縁部材１７に支持される回転軸対１３は、熱膨張による軸方向への伸縮が可能な状態に支持されている。
【００３２】
また、本体１１は、防水構造として用いられる気体供給手段を備えている。この気体供給手段は、本体１１の貫通穴１１ａの内周面に形成された噴出口２１ａを備える通気路２１を有する（図４（Ｂ）参照）。本体１１の各側板の上端部に形成される各通気路２１の他方の開口には、給気用ポンプからのホース（図示せず）が接続されるニップル２２がそれぞれ取り付けられている。したがって、該ニップル２２にホースを接続すると共にポンプを作動させて、噴出口２１ａから貫通穴１１ａ内に空気を噴出させると、噴出された空気が貫通穴１１ａから本体の外部に噴出され、貫通穴１１ａから本体１１内への水等の液体の侵入が防止される。したがって、いわゆる湿式研削の際にも用いることができる。
【００３３】
このような固定装置１を用い、汎用の加工機であるマシニングセンタによって、光学レンズ用のガラスを研削する場合を説明する。研削を行う場合は、まずマシニングセンタの主軸１０２に砥石Ｇを取り付けると共にテーブル１０１に固定装置１を設置する。そして、固定装置１の位置を測定し、ツルーイング時の砥石Ｇの移動制御に用いる三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ、図１〜３参照）の基準点および各軸の方向を決定する。本実施形態の固定装置では、第１ホルダ１４の回転軸と第２ホルダ１５の回転軸とが同一軸（Ｘ軸と平行の軸）Ａ上にあり、両ホルダ１４，１５間のＸ軸方向距離が正確に解るので、Ｘ軸方向距離のデータを加えるかあるいは差し引くことで、ツルーイングに用いた三次元座標をそのまま研削時にも用いることができる。つまり、本実施形態の固定装置を用いれば、最初に固定装置の位置を正確に測定するだけで、確実にしかも容易に高い研削精度の被研削面を得ることができる。
【００３４】
ツルーイングでは、ツルーアＴを回転させた状態で、まず、図１に示すように、砥石Ｇの回転軸が円盤形状のツルーアＴの回転面に一致するように砥石Ｇを移動させる。その後、砥石Ｇの研削面Ｇｓに所定の曲率半径の円弧が形成されるように、砥石Ｇを、図３において矢印で示すような円弧運動させる。
【００３５】
また、光学レンズの球面研削では、ワークＷを回転させた状態で、まず、図１および図２に示されるように、砥石Ｇの研削面ＧｓをワークＷの中央に接触させる。その後、ワークＷに所定の曲率半径の球面が形成されるように、砥石Ｇを、図１において示す運動経路に沿って水平移動させる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の被研削物の固定装置を用いれば、研削加工機、特に汎用の加工機で研削加工を行う場合に、高い研削制度の被研削面をより容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態の固定装置を示す平面図。
【図２】  図１に示される固定装置を示す正面図。
【図３】  図１の矢印Ｄの方向から見た固定装置を示す側面図。
【図４】  （Ａ）は、固定装置の内部構造を示す正面からの断面図。
（Ｂ）は、防水構造である気体供給手段を示す（Ａ）の部分拡大図。
【図５】  汎用の加工機による従来の研削例を示す平面図。
【図６】  汎用の加工機による従来の研削例を示す正面図。
【符号の説明】
１    固定装置（被研削物の固定装置）
１１    本体
１１ａ  貫通穴
１２    ベアリング（軸受）
１３    回転軸体
１４    第１ホルダ（被研削物用ホルダ）
１５    第２ホルダ（ツルーア用ホルダ）
１６    モータ（駆動手段）
１７    絶縁部材
１８    ブラシ
１０１  マシニングセンタのテーブル
１０２  マシニングセンタの主軸
Ｇ    砥石
Ｇｓ  研削面
Ｔ    ツルーア
Ｗ    ワーク（被研削物）
【図１】
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【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】
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