(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部に取り付けるための取付部（１１）と、
ラップ（１６）を交換可能に支持するためのラップ支持部（１５）と、
前記ラップ支持部（１５）に取り付けられる取付軸（１６１）と、合成樹脂からなるラップ先端部（１６２）とを備えた前記ラップ（１６）と、
前記ラップ支持部（１５）を、前記取付部（１１）に対して第１の方向に平行移動のみ可能に支持する第１支持機構（１２）と、
前記第１支持機構（１２）に配置され、前記ラップ支持部（１５）を前記第１の方向に移動可能に弾性的に支持する第１弾性部材（１２５）と、
前記ラップ支持部（１５）を前記取付部（１１）に対して前記第１の方向に直交する第２の方向に平行移動のみ可能に支持する第２支持機構（１３）と、
前記第２支持機構（１３）に配置され、前記ラップ支持部（１５）を前記第２の方向に移動可能に弾性的に支持する第２弾性部材（１３５）と、
前記ラップ支持部（１５）を前記取付部（１１）に対して前記第１の方向および前記第２の方向に直交する第３の方向に平行移動のみ可能に支持する第３支持機構（１４）と、
前記第３支持機構（１４）に配置され、前記ラップ支持部（１５）を前記第３の方向に移動可能に弾性的に支持する第３弾性部材（１４５）とを有するラッピング工具。
【請求項２】
請求項１に記載したラッピング工具であって、
前記ラップ先端部（１６２）は、先端面が広い板状の直方体であり、先端面には格子状の溝が形成されたものであるラッピング工具。
【請求項３】
請求項１に記載したラッピング工具であって、
前記ラップ先端部（１６２）は、直方体形状に形成されたものであるラッピング工具。
【請求項４】
請求項１に記載したラッピング工具であって、
前記ラップ先端部（１６２）は、球体形状に形成されたものであるラッピング工具。
【請求項５】
請求項１に記載したラッピング工具であって、
前記ラップ先端部（１６２）は、円柱形状に形成されたものであるラッピング工具。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載したラッピング工具であって、
前記ラップ先端部（１６２）は、ポリアミド系樹脂からなるものであるラッピング工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ラップと工作物とを相対移動させてラップ剤中の砥粒などによって表面加工を行うラッピング加工に使用するラッピング工具に関するものであり、詳しくは、在来の工作機械を利用して簡単な構成の工具により高精度の自動加工が可能となるラッピング工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ラッピング加工とは、ラップと称する工具と工作物との間にラップ剤を介在させ、ラップと工作物との相対運動によって工作物の表面を加工するものであり、工作物表面の面粗度の向上、平坦度・平滑度の向上を目的とするものである。ラップ剤としては、通常、遊離砥粒を液体中に分散させた懸濁液を用いる。このラッピング加工を行う装置は、一般的にラッピング専用の装置であり、他の工作機械や加工装置と共用できるものではなかった。
【０００３】
遊離砥粒を用いる従来の加工装置としては、下記の特許文献１および特許文献２などが公知である。特許文献１には、弾性球体工具を回転駆動させ研磨液中の工作物を加工するための加工ヘッドが記載されている。特許文献２には、回転スピンドルによって弾性球体工具を回転させ、スラリー中に分散させた研磨砥粒を介して自由曲面の研磨加工を行う研磨装置が記載されている。
【特許文献１】特開平５−９２３６２号公報
【特許文献２】特開２００２−３６１５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のように、ラッピング加工を行うためにはラッピング専用の装置が必要となり、工作機械に加えてラッピング装置を設置するためには、設置スペースの確保や設備コストの大幅増加が避けられず、製品の加工・製造コストの増加を招いていた。特許文献１および特許文献２に記載された加工装置も専用機であり同様の問題点がある。さらに、特許文献１および特許文献２の工具は、回転駆動する必要があり、工具の構造や駆動機構が複雑になるという問題点があった。
【０００５】
また、一般的にラッピング加工は加工能率の点ではあまり良好ではなく、さらなる加工能率の向上が求められていた。さらに、加工位置へのラッピング剤の供給に関しても、一定かつ均一な供給を行うためには作業者の熟練技術や注意深い作業が必要であった。
【０００６】
そこで、本発明は、以上のようなラッピング加工における問題点や欠点を改善し、在来の工作機械を利用して簡単な構成の工具により高精度かつ高加工能率の自動加工を可能とするラッピング工具および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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のラッピング工具は、駆動部に取り付けるための取付部と、ラップを交換可能に支持するためのラップ支持部と、前記ラップ支持部に取り付けられる取付軸と、合成樹脂からなるラップ先端部とを備えた前記ラップと、前記ラップ支持部を、前記取付部に対して第１の方向に平行移動のみ可能に支持する第１支持機構と、前記第１支持機構に配置され、前記ラップ支持部を前記第１の方向に移動可能に弾性的に支持する第１弾性部材と、前記ラップ支持部を前記取付部に対して前記第１の方向に直交する第２の方向に平行移動のみ可能に支持する第２支持機構と、前記第２支持機構に配置され、前記ラップ支持部を前記第２の方向に移動可能に弾性的に支持する第２弾性部材と、前記ラップ支持部を前記取付部に対して前記第１の方向および前記第２の方向に直交する第３の方向に平行移動のみ可能に支持する第３支持機構と、前記第３支持機構に配置され、前記ラップ支持部を前記第３の方向に移動可能に弾性的に支持する第３弾性部材とを有するものである。
【０００８】
また、上記のラッピング工具において、前記ラップ先端部は、先端面が広い板状の直方体であり、先端面には格子状の溝が形成されたものとすることができる。
【０００９】
また、上記のラッピング工具において、前記ラップ先端部は、直方体形状に形成されたものとすることができる。
【００１０】
また、上記のラッピング工具において、前記ラップ先端部は、球体形状に形成されたものとすることができる。
【００１１】
また、上記のラッピング工具において、前記ラップ先端部は、円柱形状に形成されたものとすることができる。
【００１３】
また、上記のラッピング工具において、前記ラップ先端部は、ポリアミド系樹脂からなるものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。
【００１５】
在来の工作機械を利用して簡単な構成の工具により高精度かつ高加工能率の自動加工が可能となる。また、専用のラッピング装置を設置する必要がなく、設置スペースの確保や設備コストの大幅増加という問題を避けることができる。その結果として、製品の加工・製造コストを低減することができる。また、ラップが直交３軸方向に移動可能に弾性支持されているので、任意の形態の加工面に対して、ラップを最適な押圧力で押し付けることができ、高精度のラッピング加工を行うことができる。特に、任意方向の傾斜面や端縁部などのラッピング加工も高精度に行うことができる。
【００１６】
工作物の加工面の形態に応じた形状のラップ先端部のラップに交換できるので、加工面の形態に即した最適なラッピング加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明のラッピング工具１の構成を一部断面で示す正面図である。図２は、ラッピング工具１の構成を一部断面で示す側面図である。ここで、図２はラッピング工具１を図１の左方から見た側面図である。このラッピング工具１は、ラッピング装置や在来の工作機械に取り付けてラッピング加工を行うことができる。取付部１１は、ラッピング工具１を後述の往復駆動部３（図４参照）の出力側（下端側）に取り付けるためのものである。取付部１１はテーパシャンクとして形成されており、公知の装着機構により往復駆動部３に装着される。また、取付部１１を工作機械の主軸に直接装着することもできる。
【００１８】
取付部１１の下方には第１支持機構１２が設けられている。第１支持機構１２はラップ１６を水平面上の第１の方向（ここではＸ軸方向）に平行移動可能に支持する機構である。また、ラップ１６は第１支持機構１２によって弾性的に支持されており、ばね１２５の中立点からの変位により発生する押圧力でラップ１６が工作物に押し付けられることになる。第１支持機構１２のハウジング１２１は取付部１１の下面に固定されている。ハウジング１２１内には中心軸が第１の方向に配置されたガイド軸１２２がハウジング１３１に対して固定されている。
【００１９】
ガイド軸１２２にはスライダ１２３が第１の方向に移動可能に設けられている。スライダ１２３はリニア軸受１２４によりガイド軸１２２に沿って滑らかに平行移動可能である。また、スライダ１２３とハウジング１２１とは、ばね１２５によって接続されている。ラップ１６に外力が働かない状態では、スライダ１２３はばね１２５の中立点に位置している。スライダ１２３が中立点からいずれかの方向に変位すると、ばね１２５のばね定数によって定まる力がスライダ１２３を中立点に戻す方向に発生する。このばね力によってラップ１６が工作物に押し付けられる。
【００２０】
第１支持機構１２の下方には、同様の構成の第２支持機構１３が設けられている。第１支持機構１２のスライダ１２３の下面に第２支持機構１３のハウジング１３１が固定されている。ハウジング１３１内にはガイド軸１３２がハウジング１３１に対して固定されている。ガイド軸１３２の中心軸は、水平面内で第１の方向と直交する第２の方向（ここではＹ軸方向）に配置されている。すなわち、第２支持機構１３はラップ１６を水平面上の第２の方向に平行移動可能に支持するとともに、ラップ１６を弾性的に支持する機構である。
【００２１】
ガイド軸１３２にはスライダ１３３が第２の方向に移動可能に設けられている。スライダ１３３はリニア軸受１３４によりガイド軸１３２に沿って滑らかに平行移動可能である。また、スライダ１３３とハウジング１３１とは、ばね１３５によって接続されている。ラップ１６に外力が働かない状態では、スライダ１３３はばね１３５の中立点に位置している。スライダ１３３が中立点からいずれかの方向に変位すると、ばね１３５のばね定数によって定まる力がスライダ１３３を中立点に戻す方向に発生する。このばね力によってラップ１６が工作物に押し付けられる。
【００２２】
第２支持機構１３の下方には、第３支持機構１４が設けられている。第３支持機構１４はラップ１６を第３の方向すなわち鉛直方向（ここではＺ軸方向）に平行移動可能に支持するとともに、ラップ１６を弾性的に支持する機構である。第２支持機構１３のスライダ１３３の下面に第３支持機構１４のハウジング１４１が固定されている。ハウジング１４１内には、中心軸が鉛直方向に配置された移動軸１４２が設けられている。移動軸１４２は、ハウジング１４１下端に設けられたリニア軸受１４４により鉛直方向に滑らかに平行移動可能である。
【００２３】
また、移動軸１４２とハウジング１４１とは、ばね１４５によって接続されている。ラップ１６に外力が働かない状態では、移動軸１４２はばね１４５の平衡点に位置している。この平衡点は移動軸１４２およびラップ１６などに作用する重力とばね１４５の変位による力がバランスする位置である。移動軸１４２が平衡点から上方に変位すると、ばね１４５のばね定数によって定まる力が移動軸１４２を平衡点に戻す方向に発生する。このばね力によってラップ１６が工作物に押し付けられる。
【００２４】
移動軸１４２の下端はラップ支持部１５となっている。すなわち、ラップ支持部１５の下面側には、ラップ１６の取付軸１６１（図３参照）が着脱可能な装着穴が形成されており、その装着穴に取付軸１６１を挿入して固定することができる。また、他の形状のラップ１６に交換することもできる。
【００２５】
以上の、第１支持機構１２、第２支持機構１３および第３支持機構１４により、ラップ１６は取付部１１に対して、直交する３方向のいずれの方向にも平行移動が可能とされ、かつ弾性的に支持されている。ラップが直交３軸方向に移動可能に弾性支持されているので、任意の形態の加工面に対して、ラップを最適な押圧力で押し付けることができ、高精度のラッピング加工を行うことができる。特に、任意方向の傾斜面や端縁部などのラッピング加工も高精度に行うことができる。
【００２６】
なお、ラップ１６はこれらの平行移動によって姿勢が変化しない。すなわち、ラップ１６は回転や傾斜することなく平行に移動する。なお、ここでは第１支持機構１２の移動方向をＸ軸方向、第２支持機構１３の移動方向をＹ軸方向としているが、これに限定されることはない。
【００２７】
図３は、ラップ１６のラップ先端部１６２の形状例を示す図である。ラップ１６は、取付軸１６１とラップ先端部１６２とが一体的に固定されている。ラップ先端部１６２の形状は、工作物の加工面の形態に応じて、ラッピング加工に最適な形状に形成される。
【００２８】
図３（ａ）は、ラップ先端部１６２を先端面が広い板状の直方体としたものである。また、このラップ先端部１６２の先端面（下面）には、図３（ｂ）に示すように格子状の溝１６３が形成されている。図３（ａ）（ｂ）に示すラップは、平面あるいは曲率の小さい曲面のラッピング加工に適している。大きな面積の先端面により効率よくラッピング加工することができる。また、先端面に形成された格子状の溝１６３により、ラップ先端部１６２全体の剛性が小さくなり、ラップ先端部１６２が加工面に倣って変形して均一な面圧を保つことができる。
【００２９】
図３（ｃ）は、ラップ先端部１６２をサイコロのような直方体としたものである。ここで、直方体とは立方体を含むものである。加工面が平面で構成された多面体のような形状のラッピング加工に適している。このような多面体の側面、辺、頂点部分などの加工を行うことができる。図３（ｄ）は、ラップ先端部１６２を球体としたものである。任意形状曲面、複雑形状の加工面のラッピング加工に適している。図３（ｅ）は、ラップ先端部１６２を円柱形状としたものである。円筒凹部形状の加工面のラッピング加工に適している。円筒凹部の側面、底面、端縁部などの加工を行うことができる。
【００３０】
ラップ１６のラップ先端部１６２はポリアミド系樹脂（いわゆるナイロンなど）からなる中実体である。ラップ先端部１６２は、適度な柔軟性を有し、ラップ剤中の遊離砥粒を適度に保持する材質が好ましい。ポリアミド系樹脂やポリプロピレン樹脂などの合成樹脂が適している。なお、取付軸１６１は通常の金属材料でよい。また、取付軸１６１の長さが異なるものを複数種類用意しておくことにより、これらを適宜選択してラップ支持部１５からの突出長さを適切なものとすることができる。
【００３１】
図４は、ラッピング工具１を使用するラッピング装置２の構成を示す図である。ラッピング装置２は、在来の工作機械を利用することができ、図示のような立形の工作機械（例えば、マシニングセンタやフライス盤）の主軸に往復駆動部３とラッピング工具１を取り付けることにより、本発明のラッピング装置２とすることができる。そのため、専用のラッピング装置を設置する必要がなく、設置スペースの確保や設備コストの大幅増加という問題を避けることができる。その結果として、製品の加工・製造コストを低減することができる。
【００３２】
ラッピング装置２のベッド２１の後方からはコラム２２が立設され、コラム２２には主軸頭２３がＺ軸方向（ここでは鉛直方向）に移動可能に設けられている。また、主軸頭２３をＺ軸方向に移動させるためのＺ軸送り機構がコラム２２に設けられているが、ここでは図示を省略している。Ｚ軸送り機構は、ボールナットおよびＺ軸送りねじによるボールねじ機構とＺ軸送りモータとからなるものでよい。
【００３３】
主軸頭２３には回転可能に主軸２４が支持されている。主軸２４は回転しないように固定することも可能になっている。主軸２４の下端部には工具を交換可能に取り付けるための工具装着部が設けられている。往復駆動部３は、ラッピング工具１を往復振動させるための駆動部である。ここではＺ軸方向に往復振動を行い、往復振動の振動数は１０〜２０Ｈｚ程度、振幅は５ｍｍ程度が適当である。
【００３４】
往復駆動部３の出力側にはラッピング工具１が固定され、往復駆動部３上部に設けられたテーパシャンクが主軸２４下端の工具装着部に装着固定される。往復駆動部３は、内部に設置した電動モータ等によって出力側に往復運動を発生させるようにしてもよいし、または、主軸２４の回転運動を出力側の往復運動に変換する機構を内部に設けるようにしてもよい。後者の場合には、往復駆動部３の本体を主軸頭２３に対して回転止めする構造が必要である。
【００３５】
ベッド２１の上面には、工作物４を載置固定するためのテーブル２５が設置されている。テーブル２５はＺ軸方向に直交する水平面上のＸ，Ｙ軸方向に移動可能に設けられている。また、テーブル２５をＸ，Ｙ軸方向に移動させるためのＸ軸送り機構およびＹ軸送り機構が設けられているが、ここでは図示を省略している。Ｘ軸送り機構およびＹ軸送り機構もボールねじ機構と送りモータとからなるものでよい。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸は互いに直交し直交座標系をなすものである。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各送り機構により、ラッピング工具１と工作物４とは、直交３軸方向に相対移動が可能となっており、３次元の任意曲面形状の加工が可能である。
【００３６】
テーブル２５上に固定された工作物４の周囲を包囲するように加工槽２６が設置されている。加工槽２６とテーブル２５との接続部はシール等により水密に保たれ、ラップ剤が漏れ出ないようにされている。加工槽２６の内部にラップ剤を貯留して、工作物４が完全にラップ剤中に浸漬されるようにする。加工槽２６の上面は開放されており、加工の妨げとなることはない。なお、在来の工作機械を利用する場合には、加工槽２６は簡単に取り外し可能な構造とすることが好ましい。
【００３７】
実際の加工は次のようにして行う。工作物４および加工槽２６をテーブル２５上に取り付け、加工槽２６内にラップ剤を注入して、工作物４がラップ剤中に浸漬されるようにする。往復駆動部３の振動駆動を開始するとともに、主軸頭２３を加工位置まで下降させる。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各送り機構により、工作物４の加工表面に対するラップ１６の位置が制御され、ラップ１６の工作物４に対する押付力が設定制御される。そして、加工表面の形状に沿ってＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の相対移動を行いラッピング加工を行う。なお、ラッピング工具１は回転せず往復振動のみが付加される。
【００３８】
ラッピング工具１の往復振動により、ラップ先端部１６２が工作物４表面に押しつけられたり工作物４表面から離れたりする。ラップ先端部１６２のこの運動により、ラップ先端部１６２と工作物４の間にラップ剤の流入および流出が永続的に繰り返される。これによりラップ先端部１６２と工作物４の間にラップ剤の供給、排除が繰り返されて、自動的に新鮮なラップ剤に更新されるとともに、ラップ剤中の砥粒の運動により加工能率が向上する。また、加工槽２６の使用により、ラップ剤の供給に作業者の熟練技術が必要なくなり、ラッピング装置２の自動運転が可能となる。
【００３９】
なお、ラッピング工具１と工作物４とのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の相対移動は、前加工のＮＣ加工プログラムを、そのまま利用したり、工具オフセット量の変更などの僅かな修正で利用することができる。また、工具オフセット量の調整により、ラップ先端部１６２の工作物４に対する押付力を任意に設定可能である。
【００４０】
なお、図４では、加工槽２６をテーブル２５上に取り付けるようにしているが、加工槽の形態はこのようなものに限定されず、加工表面にラップ剤を保持できるものであればどのようなものでもよい。例えば、上面のみ開放された容器を加工槽としてもよく、工作物の加工部の周囲を粘土やシール材で形成した壁によって包囲するようにしてもよい。粘土やシール材は工作物上に直接設置することもできる。また、前述のように、加工槽を用いた方が好ましいが、加工槽を使用しない加工も可能である。
【００４１】
なお、図４のラッピング装置２では、主軸２４に往復駆動部３を装着し、その往復駆動部３の出力側にラッピング工具１を装着しているが、主軸２４にラッピング工具１を直接装着することもできる。この場合には、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各送り機構によってラッピング工具１に往復振動を付与することができ、３軸同時制御によって任意の方向の往復振動を付与することができる。または、テーブル２５側に往復振動の駆動部を設け、工作物４側に往復振動を付与することもできる。
【００４２】
次に、ラッピング装置２による加工例を挙げる。ラップ先端部としては直径６ｍｍのナイロン球体を使用し、ラップ剤は水、水飴、ダイアモンド砥粒の混合液とした。工作物としては超硬合金Ｖ１０（ＪＩＳ表記）の平面形状のラッピング加工を行った。ラップ先端部の押付力は２０Ｎ以下とした。これにより表面粗さ（最大高さＲｚ）０．０７μｍの平滑な鏡面が得られた。
【００４３】
なお、ラップ先端部の押付力は、ラップ球の直径６ｍｍでは、表面粗さ１μｍ程度の加工では２００Ｎ程度とし、表面粗さ０．１μｍ以下では２０Ｎ以下とする。ラップ球の直径がこれより小さい場合には押付力も小さくする必要がある。
【００４４】
以上のように、本発明のラッピング工具および装置によれば、在来の工作機械を利用して簡単な構成の工具により高精度かつ高加工能率の自動加工が可能となる。また、専用のラッピング装置を設置する必要がなく、設置スペースの確保や設備コストの大幅増加という問題を避けることができる。その結果として、製品の加工・製造コストを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、在来の工作機械を利用して簡単な構成の工具により高精度かつ高加工能率の自動加工が可能となる。また、専用のラッピング装置を設置する必要をなくし、製品の加工・製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のラッピング工具１の構成を一部断面で示す正面図である。
【図２】ラッピング工具１の構成を一部断面で示す側面図である。
【図３】ラップ１６のラップ先端部１６２の形状例を示す図である。
【図４】ラッピング工具１を使用するラッピング装置２の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ラッピング工具
２  ラッピング装置
３  往復駆動部
４  工作物
１１  取付部
１２  第１支持機構
１３  第２支持機構
１４  第３支持機構
１５  ラップ支持部
１６  ラップ
２１  ベッド
２２  コラム
２３  主軸頭
２４  主軸
２５  テーブル
２６  加工槽
１２１，１３１，１４１  ハウジング
１２２，１３２  ガイド軸
１２３，１３３  スライダ
１２４，１３４，１４４  リニア軸受
１２５，１３５，１４５  ばね
１４２  移動軸
１６１  取付軸
１６２  ラップ先端部
１６３  溝
【図１】
0005084421.tif 000002
【図２】
0005084421.tif 000003
【図３】
0005084421.tif 000004
【図４】
0005084421.tif 000005