(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンリング用ワークを研削するために間隔をあけて配置されかつ回転する一対の砥石、
前記ピストンリング用ワークを保持する保持手段、
前記保持手段に保持された前記ピストンリング用ワークの少なくとも一部を前記一対の砥石間に送り込む送り込み手段、
前記ピストンリング用ワークの両面の研削すべきすべての部分が前記一対の砥石間を通過するように前記ピストンリング用ワークを自転させる駆動手段、および
前記一対の砥石間に送り込まれた前記ピストンリング用ワークの両面を研削するために前記一対の砥石を前記ピストンリング用ワークに対して切り込ませる砥石切込手段を備え、
前記駆動手段は、前記ピストンリング用ワークを両面から挟み付け可能に配置される一対のローラを含み、前記一対のローラはそれぞれ円筒形状をし、かつ前記一対のローラのそれぞれの幅Ｗは、当該ワーク研削装置で研削すべきピストンリング用ワークとの関係において数１を満たす値に設定され、前記一対のローラのうち少なくとも一方が回転駆動することによって前記ピストンリング用ワークを自転させる、ワーク研削装置。
【数１】
0003749465.tif 000007
【請求項２】
ピストンリング用ワークを研削するために間隔をあけて配置されかつ回転する一対の砥石、
前記ピストンリング用ワークを保持する保持手段、
前記保持手段に保持された前記ピストンリング用ワークの少なくとも一部を前記一対の砥石間に送り込む送り込み手段、
前記ピストンリング用ワークの両面の研削すべきすべての部分が前記一対の砥石間を通過するように前記ピストンリング用ワークを自転させる駆動手段、および
前記一対の砥石間に送り込まれた前記ピストンリング用ワークの両面を研削するために前記一対の砥石を前記ピストンリング用ワークに対して切り込ませる砥石切込手段を備え、
前記駆動手段は、前記ピストンリング用ワークを両面から挟み付け可能に配置される一対のローラを含み、前記一対のローラは、それぞれ円筒形状をしかつ前記ピストンリング用ワークの研削面の幅より広い幅を有し、前記一対のローラのうち少なくとも一方が回転駆動することによって前記ピストンリング用ワークを自転させる、ワーク研削装置。
【請求項３】
前記保持手段を複数備え、
前記送り込み手段は、前記ピストンリング用ワークを供給および排出可能な待機位置から前記ピストンリング用ワークを研削する研削位置へ前記保持手段の一つを移動させるとともに、前記研削位置の前記保持手段を前記待機位置へ移動させる、請求項１または２に記載のワーク研削装置。
【請求項４】
前記保持手段は孔を有し、前記ピストンリング用ワークは前記孔の内側面によって保持される、請求項１から３のいずれかに記載のワーク研削装置。
【請求項５】
前記孔の内側面は断面円形に形成される、請求項４に記載のワーク研削装置。
【請求項６】
前記保持手段のうち前記ピストンリング用ワークとの接触部分は超硬合金部材からなる、請求項１から５のいずれかに記載のワーク研削装置。
【請求項７】
前記一対のローラの少なくともいずれか一方は、前記ピストンリング用ワークに対して進退可能である、請求項１または２に記載のワーク研削装置。
【請求項８】
ワークを研削するために間隔をあけて配置されかつ回転する一対の砥石、
前記ワークを保持する保持手段、
前記保持手段に保持された前記ワークの少なくとも一部を前記一対の砥石間に送り込む送り込み手段、
前記ワークの両面の研削すべきすべての部分が前記一対の砥石間を通過するように前記ワークを自転させる駆動手段、および
前記一対の砥石間に送り込まれた前記ワークの両面を研削するために前記一対の砥石を前記ワークに対して切り込ませる砥石切込手段を備え、
前記一対の砥石はそれぞれ対向面に凹部を有し、
研削中の前記ワークを前記凹部内で案内する案内手段をさらに含み、
前記案内手段は、前記一対の砥石間に配置される支持バー、前記支持バーの両側に取り付けられ前記凹部内で前記ワークを案内する一対の案内プレート、および前記案内プレートと前記支持バーとの間に介挿され前記一対の案内プレートの間隔を調整する調整間座を含む、ワーク研削装置。
【請求項９】
前記支持バーをたるまないように引っ張る引っ張り手段をさらに含む、請求項８に記載のワーク研削装置。
【請求項１０】
間隔をあけて配置されかつ回転する一対の砥石によってピストンリング用ワークを研削するワーク研削方法であって、
前記ピストンリング用ワークを保持する保持工程、
前記ピストンリング用ワークの少なくとも一部を前記一対の砥石間に送り込む送り込み工程、
前記ピストンリング用ワークの両面の研削すべきすべての部分が前記一対の砥石間を通過するように前記ピストンリング用ワークを自転させる自転工程、および
前記一対の砥石間に送り込まれた前記ピストンリング用ワークに対して前記一対の砥石を切り込み前記ピストンリング用ワークの両面を研削する砥石切込工程を備え、
前記自転工程では、少なくとも一方が回転駆動する一対のローラで前記ピストンリング用ワークを両面から挟み付けることによって前記ピストンリング用ワークを自転させ、
前記一対のローラはそれぞれ円筒形状をし、かつ前記一対のローラのそれぞれの幅Ｗは、当該ワーク研削方法が用いられるワーク研削装置で研削すべきピストンリング用ワークとの関係において数１を満たす値に設定される、ワーク研削方法。
【数１】
0003749465.tif 000008
【請求項１１】
間隔をあけて配置されかつ回転する一対の砥石によってピストンリング用ワークを研削するワーク研削方法であって、
前記ピストンリング用ワークを保持する保持工程、
前記ピストンリング用ワークの少なくとも一部を前記一対の砥石間に送り込む送り込み工程、
前記ピストンリング用ワークの両面の研削すべきすべての部分が前記一対の砥石間を通過するように前記ピストンリング用ワークを自転させる自転工程、および
前記一対の砥石間に送り込まれた前記ピストンリング用ワークに対して前記一対の砥石を切り込み前記ピストンリング用ワークの両面を研削する砥石切込工程を備え、
前記自転工程では、少なくとも一方が回転駆動する一対のローラで前記ピストンリング用ワークを両面から挟み付けることによって前記ピストンリング用ワークを自転させ、
前記一対のローラは、それぞれ円筒形状をしかつ前記ピストンリング用ワークの研削面の幅より広い幅を有する、ワーク研削方法。
【請求項１２】
前記送り込み工程では、前記ピストンリング用ワークを供給および排出可能な待機位置から前記ピストンリング用ワークを研削する研削位置へ前記ピストンリング用ワークの一つを移動させるとともに、前記研削位置の前記ピストンリング用ワークを前記待機位置へ移動させる、請求項１０または１１に記載のワーク研削方法。
【請求項１３】
前記保持工程では、前記ピストンリング用ワークを囲むように保持する、請求項１０から１２のいずれかに記載のワーク研削方法。
【請求項１４】
前記一対の砥石はそれぞれ対向面に凹部を有し、
前記砥石切込工程では、前記ピストンリング用ワークを前記凹部内で案内しながら前記一対の砥石によって研削する、請求項１０から１３のいずれかに記載のワーク研削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ワーク研削装置およびワーク研削方法に関し、より特定的には一対の砥石を回転させてワークの両面を研削するワーク研削装置およびワーク研削方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この発明が効果的に適用されるワークとして、たとえばピストンリングが挙げられる。ピストンリングは、一般的に、特殊合金鋼を曲げ加工して製造されるものと鋳物から製造されるものとに大別される。これらのうち鋳物から製造されるピストンリング用のワークは、図１０（ａ）に示すように、環状に形成される。ワーク１は、両面粗研削、外周面研削、内周面研削、合口切断加工、熱処理、表面処理、両面仕上研削などの工程を経て、図１０（ｂ）に示すような製品としてのピストンリング２に形成される。
【０００３】
ピストンリング２は、エンジンの燃焼ガスを気密保持することを主目的とするため、極めて高精度な加工を要求される。近年は特に環境対策や省エネの問題で、より一層高精度な加工を要求されるようになっている。
高精度な加工のため両面粗研削工程には、従来から図１１に示すようなロータリーキャリヤ式両頭平面研削装置３が使用されている。
【０００４】
ロータリーキャリヤ式両頭平面研削装置３は、連続回転するロータリーキャリヤプレート４と、ロータリーキャリヤプレート４に設けられる複数のワーク保持ポケット５と、間隔をあけて配置されかつ回転する一対の砥石６とを含む。研削装置３では、連続回転するロータリーキャリヤプレート４内の複数のワーク保持ポケット５に供給位置Ａでワーク１を順次供給し、一対の砥石６間を通過させてワーク１の両面を研削し、排出位置Ｂでワーク１を排出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが鋳造されたワーク１は、両面粗研削工程では両面にそれぞれ２〜５ｍｍ程度の取代がある。そのため一回の砥石６間の通過では所定の寸法まで研削することが出来ず、２〜３回の通過が必要となっている。砥石６間を複数回通過させるには、それと同回数のワーク１の供給・排出作業が必要とされ、作業効率が悪い。
また、研削装置３では、ワーク１の外径が砥石６の研削面の幅Ｓより大きい場合は、ワーク１が一対の砥石６間からはみ出てしまい研削できないため、ワーク１の外径は砥石６の研削面の幅Ｓより小さくなければならないという制約がある。
【０００６】
一般的にロータリーキャリヤ式両頭平面研削装置３では、砥石６の研削面の幅Ｓに対して、高精度に研削可能なワーク１の外径は、約Ｓ／２程度とされる。一般的に市販されている研削装置３の砥石６の研削面の幅Ｓは、１８０〜２８０ｍｍ程度である。したがって、研削装置３によって高精度に研削可能なワーク１の外径は、最大でもＳ／２＝１４０ｍｍ程度である。
【０００７】
ところがピストンリング２には、船舶用の大型エンジンなどに使用される外径６００ｍｍ程度の大型リングと称されるものもある。当然ロータリーキャリヤ式両頭平面研削装置３では研削できないので、一般的な片面平面研削盤を用いて片面ずつ反転させて研削している。このため、作業効率が悪く加工精度にも限界がある。
また、外径１５０〜３００ｍｍ程度のピストンリング２が最も需要が多く、このようなピストンリング２用のワーク１でも効率よく高精度に研削できるワーク研削装置およびワーク研削方法が求められている。
【０００８】
それゆえにこの発明の主たる目的は、取代の大きいワークや種々の寸法のワークを効率よく高精度に研削できるワーク研削装置およびワーク研削方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載のワーク研削装置は、ピストンリング用ワークを研削するために間隔をあけて配置されかつ回転する一対の砥石、ピストンリング用ワークを保持する保持手段、保持手段に保持されたピストンリング用ワークの少なくとも一部を一対の砥石間に送り込む送り込み手段、ピストンリング用ワークの両面の研削すべきすべての部分が一対の砥石間を通過するようにピストンリング用ワークを自転させる駆動手段、および一対の砥石間に送り込まれたピストンリング用ワークの両面を研削するために一対の砥石を前記ピストンリング用ワークに対して切り込ませる砥石切込手段を備え、駆動手段は、ピストンリング用ワークを両面から挟み付け可能に配置される一対のローラを含み、一対のローラはそれぞれ円筒形状をし、かつ一対のローラのそれぞれの幅Ｗは、当該ワーク研削装置で研削すべきピストンリング用ワークとの関係において数１を満たす値に設定され、一対のローラのうち少なくとも一方が回転駆動することによってピストンリング用ワークを自転させることを特徴とする。
【数１】
0003749465.tif 000002
ここで、最大ワーク外径寸法とは、当該ワーク研削装置で研削すべきピストンリング用ワークの中で、最大のワークの外径寸法をいう。
また、最小ワーク外径寸法とは、当該ワーク研削装置で研削すべきピストンリング用ワークの中で、最小のワークの外径寸法をいう。
【００１０】
請求項２に記載のワーク研削装置は、ピストンリング用ワークを研削するために間隔をあけて配置されかつ回転する一対の砥石、ピストンリング用ワークを保持する保持手段、保持手段に保持されたピストンリング用ワークの少なくとも一部を一対の砥石間に送り込む送り込み手段、ピストンリング用ワークの両面の研削すべきすべての部分が一対の砥石間を通過するようにピストンリング用ワークを自転させる駆動手段、および一対の砥石間に送り込まれたピストンリング用ワークの両面を研削するために一対の砥石をピストンリング用ワークに対して切り込ませる砥石切込手段を備え、駆動手段は、ピストンリング用ワークを両面から挟み付け可能に配置される一対のローラを含み、一対のローラは、それぞれ円筒形状をしかつピストンリング用ワークの研削面の幅より広い幅を有し、一対のローラのうち少なくとも一方が回転駆動することによってピストンリング用ワークを自転させることを特徴とする。
なお、ピストンリング用ワークの研削面の幅は、ピストンリング用ワークの（外径−内径）／２に相当する。
【００１２】
請求項３に記載のワーク研削装置は、請求項１または２に記載のワーク研削装置において、保持手段を複数備え、送り込み手段は、ピストンリング用ワークを供給および排出可能な待機位置からピストンリング用ワークを研削する研削位置へ保持手段の一つを移動させるとともに、研削位置の保持手段を待機位置へ移動させることを特徴とする。
請求項４に記載のワーク研削装置は、請求項１から３のいずれかに記載のワーク研削装置において、保持手段は孔を有し、ピストンリング用ワークは孔の内側面によって保持されることを特徴とする。
請求項５に記載のワーク研削装置は、請求項４に記載のワーク研削装置において、孔の内側面は断面円形に形成されることを特徴とする。
請求項６に記載のワーク研削装置は、請求項１から５のいずれかに記載のワーク研削装置において、保持手段のうちピストンリング用ワークとの接触部分は超硬合金部材からなることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載のワーク研削装置は、請求項１または２に記載のワーク研削装置において、一対のローラの少なくともいずれか一方は、ピストンリング用ワークに対して進退可能であることを特徴とする。
請求項８に記載のワーク研削装置は、ワークを研削するために間隔をあけて配置されかつ回転する一対の砥石、ワークを保持する保持手段、保持手段に保持されたワークの少なくとも一部を一対の砥石間に送り込む送り込み手段、ワークの両面の研削すべきすべての部分が一対の砥石間を通過するようにワークを自転させる駆動手段、および一対の砥石間に送り込まれたワークの両面を研削するために一対の砥石をワークに対して切り込ませる砥石切込手段を備え、一対の砥石はそれぞれ対向面に凹部を有し、研削中のワークを凹部内で案内する案内手段をさらに含み、案内手段は、一対の砥石間に配置される支持バー、支持バーの両側に取り付けられ凹部内でワークを案内する一対の案内プレート、および案内プレートと支持バーとの間に介挿され一対の案内プレートの間隔を調整する調整間座を含むことを特徴とする。
請求項９に記載のワーク研削装置は、請求項８に記載のワーク研削装置において、支持バーをたるまないように引っ張る引っ張り手段をさらに含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項１０に記載のワーク研削方法は、間隔をあけて配置されかつ回転する一対の砥石によってピストンリング用ワークを研削するワーク研削方法であって、ピストンリング用ワークを保持する保持工程、ピストンリング用ワークの少なくとも一部を一対の砥石間に送り込む送り込み工程、ピストンリング用ワークの両面の研削すべきすべての部分が一対の砥石間を通過するようにピストンリング用ワークを自転させる自転工程、および一対の砥石間に送り込まれたピストンリング用ワークに対して一対の砥石を切り込みピストンリング用ワークの両面を研削する砥石切込工程を備え、自転工程では、少なくとも一方が回転駆動する一対のローラでピストンリング用ワークを両面から挟み付けることによってピストンリング用ワークを自転させ、一対のローラはそれぞれ円筒形状をし、かつ一対のローラのそれぞれの幅Ｗは、当該ワーク研削方法が用いられるワーク研削装置で研削すべきピストンリング用ワークとの関係において数１を満たす値に設定されることを特徴とする。
【数１】
0003749465.tif 000003
ここで、最大ワーク外径寸法とは、当該ワーク研削装置で研削すべきピストンリング用ワークの中で、最大のワークの外径寸法をいう。
また、最小ワーク外径寸法とは、当該ワーク研削装置で研削すべきピストンリング用ワークの中で、最小のワークの外径寸法をいう。
【００１５】
請求項１１に記載のワーク研削方法は、間隔をあけて配置されかつ回転する一対の砥石によってピストンリング用ワークを研削するワーク研削方法であって、ピストンリング用ワークを保持する保持工程、ピストンリング用ワークの少なくとも一部を一対の砥石間に送り込む送り込み工程、ピストンリング用ワークの両面の研削すべきすべての部分が一対の砥石間を通過するようにピストンリング用ワークを自転させる自転工程、および一対の砥石間に送り込まれたピストンリング用ワークに対して一対の砥石を切り込みピストンリング用ワークの両面を研削する砥石切込工程を備え、自転工程では、少なくとも一方が回転駆動する一対のローラでピストンリング用ワークを両面から挟み付けることによってピストンリング用ワークを自転させ、一対のローラは、それぞれ円筒形状をしかつピストンリング用ワークの研削面の幅より広い幅を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項１２に記載のワーク研削方法は、請求項１０または１１に記載のワーク研削方法において、送り込み工程では、ピストンリング用ワークを供給および排出可能な待機位置からピストンリング用ワークを研削する研削位置へピストンリング用ワークの一つを移動させるとともに、研削位置のピストンリング用ワークを待機位置へ移動させることを特徴とする。
請求項１３に記載のワーク研削方法は、請求項１０から１２のいずれかに記載のワーク研削方法において、保持工程では、ピストンリング用ワークを囲むように保持することを特徴とする。
請求項１４に記載のワーク研削方法は、請求項１０から１３のいずれかに記載のワーク研削方法において、一対の砥石はそれぞれ対向面に凹部を有し、砥石切込工程では、ピストンリング用ワークを凹部内で案内しながら一対の砥石によって研削することを特徴とする。
【００１８】
請求項１，２，８に記載のワーク研削装置では、両面同時に研削するため効率がよいとともに、ワークを強制的に自転させながら研削するため、ワークの研削される面の各部を平均的に研削することができ、極めて高精度な厚み寸法および平行度に研削することができる。
また、一対の砥石間からはみ出てしまうような大きな寸法のワークであっても、ワークの両面の研削すべきすべての部分が一対の砥石間を通過するようにワークを強制的に自転させることによって、ワークの研削すべきすべての面を一対の砥石によって研削することができる。したがって、ワークの寸法にかかわらず種々の寸法のワークを高精度に研削することができる。
【００１９】
さらに、大きな径のワークであっても小さな径の砥石で研削可能となるため、従来よりも砥石の径を小さくすることができる。このため、低コストで研削することができる。
また、一対の砥石をワークに対して切り込ませてインフィード研削することによって、一回の研削で大きな取代を研削することができる。このため、一回の研削で仕上げ寸法まで研削することができ、何度もワークを供給・排出する必要がなく、作業効率がよくなる。また、ワークの取代にばらつきがある場合でも効率よく高精度に研削することができる。
また、請求項１，２に記載のワーク研削装置では、一対のローラによってワークを両面から挟み付けて自転させるため、ワークを確実に自転させることができる。また、両方のローラを回転駆動させれば、より大きな力でワークを自転させることができる。
さらに、ローラは所定の幅を有するため、段取り換えすることなく様々な外径寸法のワークを挟み付けて自転させることができる。
なお、請求項１０，１１に記載のワーク研削方法についても同様である。
【００２０】
請求項３に記載のワーク研削装置では、研削位置においてワークを研削するのと同時に、待機位置において研削済みのワークを排出するとともに研削待ちのワークを供給することができる。このため、次々と連続してワークを研削することができ、効率がよい。なお、請求項１２に記載のワーク研削方法についても同様である。
【００２１】
請求項４に記載のワーク研削装置では、保持手段の内部でワークを保持するため、種々の形状、大きさのワークを保持し自転させることができる。なお、請求項１３に記載のワーク研削方法についても同様である。
請求項５に記載のワーク研削装置では、断面円形の内側面でワークを保持することによって、さらに円滑にワークを自転させることができる。
【００２２】
保持手段は、ワークの研削中には自転するワークを保持するため、自転するワークとの接触によって磨耗しやすい。請求項６に記載のワーク研削装置では、保持手段のうちワークとの接触部分が超硬合金部材からなることによって、自転するワークとの接触部分の耐磨耗性を向上させることができ、大幅に寿命を延ばすことができる。
【００２３】
請求項７に記載のワーク研削装置では、少なくとも一方のローラがワークに対して進退可能であるため、ワークの厚みにかかわらず一対のローラでワークを挟み付けて自転させることができる。すなわち、種々の厚みのワークの研削に対応することができる。
【００２５】
また、砥石の大きさに対してワークの外径が大きく、ワークが砥石の研削面よりも内周側に張り出して回転するような場合、ワークが不安定となって振動するために十分な研削精度を得ることができない場合がある。請求項８に記載のワーク研削装置では、一対の砥石のそれぞれの対向面に設けられる凹部内でワークを案内し支持するため、ワークが振動することなく、高精度にワークを研削することができる。なお、請求項１４に記載のワーク研削方法についても同様である。
【００２６】
また、請求項８に記載のワーク研削装置では、一対の砥石間に支持バーが配置され、支持バーに取り付けられる一対の案内プレートでワークを挟持するように案内するため、研削中のワークの振動を抑え、研削精度を向上させることができる。また、調整間座によって一対の案内プレートの間隔をワークの厚みに応じて調整することができる。
【００２７】
支持バーは一対の砥石間に配置されるものであり、支持バーの厚みはその構造上ワークの仕上がり厚み寸法よりも薄く形成される必要があるため撓みやすく、支持バーは案内プレートを取り付けられるとたるんでしまう危惧がある。しかし、請求項９に記載のワーク研削装置では、支持バーがたるまないように引っ張り手段によって引っ張られるため、支持バーはたるむことなく常に所定位置で案内プレートを支持する。このため案内プレートは常に所定位置でワークを案内することができ、ワークを高精度に研削することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
図１を参照して、この発明の一実施形態のワーク研削装置１０は、立型両頭平面研削装置であり、側面に開口部（図示せず）を有するコラム１２を含む。コラム１２の開口部を臨む位置には、ワーク１を研削するための一対の砥石１４ａおよび１４ｂが間隔をあけて同軸上に対向配置される。
【００２９】
一対の砥石１４ａおよび１４ｂはそれぞれ砥石軸１６ａおよび１６ｂによって支持される。砥石軸１６ａおよび１６ｂはそれぞれ、砥石軸ユニット１８ａおよび１８ｂによって回転自在かつ上下移動可能に支持されるとともに、ベルト２０ａおよび２０ｂを介して駆動モータ２２ａおよび２２ｂに連動する。したがって、駆動モータ２２ａおよび２２ｂの回転駆動力がベルト２０ａおよび２０ｂを介して砥石軸１６ａおよび１６ｂに伝達され、これによって砥石１４ａおよび１４ｂが回転駆動する。
【００３０】
砥石軸１６ａおよび１６ｂはそれぞれ、砥石切込装置２４ａおよび２４ｂによって上下方向に移動可能である。砥石軸１６ａおよび１６ｂが砥石切込装置２４ａおよび２４ｂによって上下方向に移動することによって、一対の砥石１４ａおよび１４ｂがそれぞれ研削位置Ｇのワーク１に対して進退する。なお、研削位置Ｇとは、ワーク１を研削可能な位置をいい、具体的には少なくとも一部が一対の砥石１４ａおよび１４ｂ間に配置されたワーク１の所定位置を意味する。また、通常の研削時には、下側の砥石１４ｂの高さは、後述するインデックスキャリヤプレート２８の下面に近接する所定高さに固定され、砥石１４ｂが磨耗したとき等には上下方向に移動されて微調整される。
【００３１】
コラム１２に隣接する位置にフロントコラム２６が配置される。フロントコラム２６上には鉄製の円板状のインデックスキャリヤプレート２８が配置される。インデックスキャリヤプレート２８には、ワーク１を保持するための３つのワーク保持ポケット３０が設けられる。３つのワーク保持ポケット３０は同一円上に等間隔に配置される。ワーク保持ポケット３０の詳細については後述する。
【００３２】
図２をも参照して、インデックスキャリヤプレート２８は、フランジ３２によってキャリヤ軸３４の上端部に固定される。キャリヤ軸３４は、軸受けによって回転自在に支持される。キャリヤ軸３４にはウォームホイール３６が取り付けられる。ウォームホイール３６とキャリヤ軸３４とはキー３８によって噛み合わされ、両者は滑ることなくともに回転する。ウォームホイール３６には、水平方向に配置されるウォームシャフト４０が噛み合う。ウォームシャフト４０は、図示しないサーボモータによって間欠的に回転される。ウォームシャフト４０の回転に連動してウォームホイール３６が回転され、同時にキャリヤ軸３４も回転される。これによって、インデックスキャリヤプレート２８が回転される。すなわち、インデックスキャリヤプレート２８は、サーボモータによって間欠的に回転駆動される。この実施形態では、ワーク保持ポケット３０が３つ設けられるため、それぞれのワーク保持ポケット３０が研削位置Ｇで停止するように、インデックスキャリヤプレート２８が１２０度ずつ間欠的に回転するように設定される。なお、研削位置Ｇに停止したワーク保持ポケット３０の一部は一対の砥石１４ａおよび１４ｂ間に配置され、ワーク保持ポケット３０の他の部分は一対の砥石１４ａおよび１４ｂ間からはみ出た状態となる。
【００３３】
回転するワーク保持ポケット３０の軌跡のうち研削位置Ｇ以外の位置は待機位置である。待機位置のうち研削位置Ｇの上流側に、ワーク保持ポケット３０に研削待ちのワーク１を供給するための供給位置Ｌが設定される。待機位置のうち研削位置Ｇの下流側に、ワーク保持ポケット３０から研削済みのワーク１を排出するための排出位置Ｕが設定される。
研削済みのワーク１は排出位置Ｕのワーク保持ポケット３０から図示しないアンローディング装置によって排出され、それと同時に、研削待ちのワーク１が供給位置Ｌのワーク保持ポケット３０に図示しないローディング装置によって供給される。
【００３４】
インデックスキャリヤプレート２８の下面側には、ワーク保持ポケット３０内に供給されたワーク１の下面を支持するとともにワーク１を案内するロアーガイドプレート４２が配置される。
インデックスキャリヤプレート２８の上面側には、研削位置Ｇにおいて研削中のワーク１がワーク保持ポケット３０から飛び出さないように上側からワーク１を案内するアッパーガイドプレート４４が配置される。アッパーガイドプレート４４は、上下方向に移動可能に構成され、研削するワーク１の厚みに合わせて高さ調整することができる。
【００３５】
図３をも参照して、一対の砥石１４ａおよび１４ｂの前方には、一対のローラ４６ａおよび４６ｂが配置される。一対のローラ４６ａおよび４６ｂは、それぞれ円筒形状をし、研削位置Ｇのワーク１を上下両面から挟み付け可能に配置される。
上側のローラ４６ａは、フレーム４８に回転自在に支持される。ローラ４６ａの回転軸には歯車５０が設けられる。歯車５０は、アイドル歯車５２を介して駆動モータ５４の駆動軸に設けられる歯車５６に連動する。したがって、ローラ４６ａは駆動モータ５４によって回転駆動される。この実施形態では駆動モータ５４に油圧モータが用いられるが電気モータを用いてもよい。駆動モータ５４はフレーム４８に固定される。
【００３６】
フレーム４８の側面には転がり軸受け５８が設けられる。転がり軸受け５８は、コラム１２に上下方向に設けられるレール６０上を走行する。フレーム４８にはシリンダ６２の一端が固定され、シリンダ６２の他端はコラム１２に固定される。したがって、フレーム４８は、シリンダ６２の伸縮駆動によって上下方向に移動し、それにともなってローラ４６ａも上下方向に移動する。これによってローラ４６ａはワーク１に圧接可能とされる。
【００３７】
下側のローラ４６ｂは、フレーム６４に回転自在に支持される。フレーム６４の下端部には雄ネジ部６６が形成される。コラム１２側面には固定部材６８が設けられ、固定部材６８には雌ネジ孔が形成される。雄ネジ部６６を所望の位置まで固定部材６８の雌ネジ孔に嵌め合わせてナット７０で固定することによって、フレーム６４の高さすなわちローラ４６ｂの高さを調整することができる。ローラ４６ｂは、ワーク１と接触するローラ４６ｂの表面と下側の砥石１４ｂの研削面とが面一となる高さに設定される。
【００３８】
研削時にはローラ４６ｂの上下動は固定され、ローラ４６ａが下降することによって、ローラ４６ａと４６ｂとの間にワーク１を所定圧力で挟み付ける。すると、ローラ４６ａの回転駆動力が摩擦力によってワーク１に伝達されワーク１がワーク保持ポケット３０内で自転する。
【００３９】
ローラ４６ａおよび４６ｂはそれぞれ、母材としての合金工具鋼（ＳＫＤ−１１）と、合金工具鋼の表面に溶射法によってコーティングされる超硬合金とを含む。このため、ローラ４６ａおよび４６ｂの表面は極めて硬く耐磨耗性に優れている。したがって、鋳物のような表面が粗く非常に硬いものと接触し摩擦しても非常に長い寿命を有することができる。
【００４０】
また、ローラ４６ａおよび４６ｂは、様々な外径寸法のワーク１を挟み付けて自転させることができるようにそれぞれ所定の幅Ｗを有する。この実施形態では、ローラ４６ａおよび４６ｂの幅Ｗは、たとえば１００ｍｍに設定される。
なお、ワーク１の中心がワーク保持ポケット３０の中心に位置決めされた状態でワーク１を自転させて研削する場合には、ローラ４６ａおよび４６ｂの幅Ｗは、数１を満たす値であることが好ましい。
【数１】
0003749465.tif 000004
【００４１】
この場合には、ワーク研削装置１０で研削するすべてのワーク１を、ローラ４６ａおよび４６ｂを取り替える等の段取り換えをすることなく自転させることができる。なお、この場合、ワーク１の中心がワーク保持ポケット３０の中心に位置決めされた状態でワーク１を自転させるために、たとえば図示しない超硬合金製の内側面を有し、かつワーク１を保持可能なドーナツ形のアダプタを用いるとよい。
【００４２】
また、より好ましいローラ４６ａおよび４６ｂの幅Ｗは、数２を満たす値である。
【数２】
0003749465.tif 000005
この場合には、上述のようなアダプタを用いることなく、ワーク研削装置１０で研削するすべてのワーク１を、段取り換えすることなく自転させることができる。
【００４３】
なお、この実施形態では上側のローラ４６ａのみが駆動モータ５４によって回転駆動する構成としたが、下側のローラ４６ｂにも駆動モータを設けるか若しくは駆動モータ５４によってローラ４６ｂをも回転駆動させる構成とすることもできる。これによれば、ローラ４６ａおよび４６ｂとワーク１とのスリップをさらに防止でき、ワーク１を効率よく自転させることができる。
【００４４】
ワーク１が自転すると、ワーク１を保持するワーク保持ポケット３０が磨耗しやすいため、ワーク保持ポケット３０は耐磨耗性を有するように形成される。具体的には、図４を参照して、ワーク保持ポケット３０は、インデックスキャリヤプレート２８を貫通する真円形の孔によって形成される断面真円形の内側面７２と、内側面７２に沿って配置される断面真円形の内側面７４ａを有する超硬合金リング７４とを含む。ワーク１は、超硬合金リング７４の内側の孔７５の内側面すなわち超硬合金リング７４の内側面７４ａで囲まれるように保持される。超硬合金リング７４は、円弧状の４つの弧状部材７６から構成される。ワーク保持ポケット３０は、超硬合金リング７４の内側面７４ａによってワーク１を囲むように保持するため、ワーク保持ポケット３０のワーク１との接触部は極めて硬く耐磨耗性に優れている。
【００４５】
図５および図６を参照して、砥石１４ａおよび１４ｂはそれぞれ、対向面に凹部７８ａおよび７８ｂを有しカップ形に形成される基板８０ａおよび８０ｂと、基板８０ａおよび８０ｂの縁部に設けられる砥粒８２ａおよび８２ｂとを含む。コラム１２の内側面のうち砥石１４ａおよび１４ｂを挟んで対向する位置に、それぞれベース８４および８６が設けられる。ベース８６にはレバー８８の一端が支点ピン９０によってスイング可能に取り付けられる。レバー８８の他端は、バネ９２によってベース８４から遠ざかる方向に引っ張られる。
一対の砥石１４ａおよび１４ｂ間には支持バー９４が配置され、支持バー９４の一端はベース８４にボルト９６によって固定され、支持バー９４の他端はレバー８８に取り付けられる。したがって、支持バー９４は常にバネ９２によって張力が加えられ、たるむことなく張っている。
【００４６】
支持バー９４の厚み寸法は、研削するワーク１の仕上がり厚み寸法よりも小さく設定される。支持バー９４の上下にはそれぞれ、調整間座９８ａおよび９８ｂを介して一対の案内プレート１００ａおよび１００ｂが対向配置される。一対の案内プレート１００ａおよび１００ｂはそれぞれ、砥石１４ａおよび１４ｂの凹部７８ａおよび７８ｂの内側面に沿った半円形に形成され、調整間座９８ａおよび９８ｂを介してボルト１０２によって支持バー９４に取り付けられる。案内プレート１００ａと１００ｂとの間隔は、調整間座９８ａおよび９８ｂの厚み寸法をワーク１の厚み寸法に応じて変えることによって調整される。
【００４７】
砥石１４ａおよび１４ｂの研削面よりも内周側に張り出して回転するインデックスキャリヤプレート２８およびワーク１は、一対の案内プレート１００ａおよび１００ｂで挟持されるように、凹部７８ａおよび７８ｂ内で案内される。なお、上述のように、支持バー９４はたるむことなく常に所定位置で案内プレート１００ａおよび１００ｂを支持するため、案内プレート１００ａおよび１００ｂは常に所定位置でインデックスキャリヤプレート２８およびワーク１を案内し支持することができる。これによって、インデックスキャリヤプレート２８およびワーク１の振動が抑制され、ワーク１を高精度に研削することができる。
【００４８】
図１０を参照して、ワーク１は１２〜１３％の楕円形の環状をし、合口切断加工等がされ製品としてのピストンリング２となった際に合口を閉じると真円となるように形成される。
ワーク研削装置１０は、主としてワーク１からピストンリング２を作製するための粗研削工程において用いられる。
【００４９】
図７を参照して、ワーク研削装置１０の主要動作について説明する。
まず、図示しないローディング装置によって供給位置Ｌのワーク保持ポケット３０に研削待ちのワーク１が供給される（ステップＳ１）。インデックスキャリヤプレート２８が１２０度回転し、研削待ちのワーク１が研削位置Ｇへ移動される（ステップＳ３）。
【００５０】
研削位置Ｇでは、上側のローラ４６ａが回転駆動しながら下降し、下側のローラ４６ｂとの間でワーク１を挟み、さらに所定圧力で加圧される（ステップＳ５）。すると、ローラ４６ａの回転駆動力が摩擦力によってワーク１に伝達されワーク１がワーク保持ポケット３０内で自転する（ステップＳ７）。
ワーク１が自転し始めると、上側の砥石１４ａがワーク１に対して急速アプローチ下降し（ステップＳ９）、予め設定される所定位置すなわち砥石１４ａがワーク１に当たる寸前の位置まで下降すると、上側の砥石１４ａが所定速度に切り替わり粗研インフィードして（ステップＳ１１）上下一対の砥石１４ａおよび１４ｂによって粗研削を開始する。
このとき、一対の砥石１４ａおよび１４ｂで一時に挟み付けられるのはワーク１の一部のみであるが、ワーク１が強制的に自転されることによってワーク１の研削されるべきすべての面が一対の砥石１４ａおよび１４ｂ間を通過し研削される。
【００５１】
予め設定される所定の切込量までの粗研削が終了すると、上側の砥石１４ａがさらに所定速度に切り替わり精研インフィードして（ステップ１３）、上下一対の砥石１４ａおよび１４ｂによってワーク１の所定の狙い寸法まで切り込んで停止し、スパークアウトに入る（ステップＳ１５）。
所定のスパークアウト時間が経過すると、上側の砥石１４ａが急速で元の位置まで上昇し（ステップＳ１７）、つぎのワークの研削まで待機する。
上側の砥石１４ａが元の位置まで上昇すると、上側のローラ４６ａが元の位置まで上昇し、回転が停止する（ステップＳ１９）。
【００５２】
研削位置Ｇにおいて上述のようにワーク１が研削されるのと同時に、排出位置Ｕでは、アンローディング装置によってワーク保持ポケット３０から研削済みのワーク１が排出される（ステップＳ２１）。また、供給位置Ｌでは、ローディング装置によってワーク保持ポケット３０に研削待ちのワーク１が供給される（ステップＳ２３）。
【００５３】
上側のローラ４６ａが上昇すると、インデックスキャリヤプレート２８が１２０度回転し（ステップＳ３）、研削済みのワーク１を研削位置Ｇから排出位置Ｕへ移動させるとともに、供給位置Ｌの研削待ちのワーク１を研削位置Ｇへ移動させる。
以下、ステップＳ３からステップＳ２３までの動作が繰り返されて、ワーク１が順次研削される。
【００５４】
ワーク研削装置１０によれば、ワーク１の両面を同時に研削するため効率がよいとともに、ワーク１を強制的に自転させながら研削するため、ワーク１の研削される面の各部を平均的に研削することができ、極めて高精度な厚み寸法および平行度に研削することができる。
また、一対の砥石１４ａおよび１４ｂ間からはみ出てしまうような大きなワーク１であっても、ワーク１の両面の研削すべきすべての部分が一対の砥石１４ａおよび１４ｂ間を通過するようにワーク１を強制的に自転させることによって、ワーク１の研削すべきすべての面を一対の砥石１４ａおよび１４ｂによって研削することができる。したがって、ワーク１の寸法にかかわらず種々の寸法のワーク１を高精度に研削することができる。また、これによって、一対の砥石間からはみ出てしまうような大きな寸法のワーク１であってもインフィード研削が可能となる。
【００５５】
さらに、大きな径のワーク１であっても小さな径の砥石１４ａおよび１４ｂで研削可能となるため、従来よりも砥石１４ａおよび１４ｂの径を小さくすることができる。このため、コストを低下させることができる。
また、ワーク保持ポケット３０は孔７５の内側面７４ａによってワーク１を囲むように保持し自転させるため、ワーク保持ポケット３０と同じ形状、大きさでない種々の形状、大きさのワーク１でも保持し自転させることができる。したがって、たとえばワーク１が真円形でなくたとえば楕円形であっても円滑に自転させることができる。
【００５６】
また、インフィード研削することによって、一対の砥石１４ａおよび１４ｂ間を一回通過させて研削するだけで大きな取代を研削することができる。このため、一回の研削で仕上げ寸法まで研削することができ、何度もワーク１を供給・排出する必要がなく、作業効率がよくなる。また、ワーク１の取代にばらつきがある場合でも効率よく高精度に研削することができる。
さらに、研削位置Ｇにおいてワーク１を研削するのと同時に、排出位置Ｕにおいて研削済みのワーク１を排出するとともに供給位置Ｌにおいて研削待ちのワーク１を供給することができる。このため、次々と連続してワーク１を研削することができ、効率がよい。
【００５７】
また、ローラ４６ａがワーク１に対して進退可能であるため、ワーク１の厚みにかかわらず一対のローラ４６ａおよび４６ｂでワーク１を挟み付けて自転させることができる。すなわち、種々の厚みのワーク１の研削に対応することができる。なお、ローラ４６ｂもローラ４６ａと同様にワーク１に対して進退可能に形成してもよい。
さらに、ローラ４６ａおよび４６ｂは所定の幅Ｗを有するため、段取り換えすることなく様々な外径寸法のワーク１を挟み付けて自転させることができる。
また、ワーク１の外径寸法が既設のワーク保持ポケット３０では対応できない寸法である場合は、インデックスキャリヤプレート２８を、対応する寸法のワーク保持ポケットを備えたインデックスキャリヤプレートに交換するのみで対応することができ、作業効率がよいとともにコストを低下させることができる。
【００５８】
つぎに、ワーク研削装置１０の研削精度と従来の研削装置３（図１１参照）の研削精度とを、平行度を比較することによって検証した実験例の結果を図８に示す。
この実験例では、直径１５０ｍｍ、厚み６ｍｍで、両面にそれぞれ２ｍｍの取代を有するワーク１を研削した。なお、ワーク研削装置１０では上述のように一対の砥石１４ａおよび１４ｂ間を１回通過させるだけで研削できたのに対し、従来の研削装置３では３回の通過を要した。このようにして研削した２００本のワーク１のうち無作為に２０本を抜き取って、それぞれの平行度を測定した。
なお、この実験例では、ワーク１の厚み寸法を所定の複数点で測定し、その最大値から最小値を減じたものを平行度としている。したがって、平行度の値が小さいほど平行度の精度が高いことを意味している。
【００５９】
図８を見て分かるように、従来の研削装置３によって研削した場合には、１２〜２７μｍの平行度を有するのに対して、ワーク研削装置１０によって研削した場合には、１〜７ｍｍの平行度を得ることができた。この結果から分かるように、ワーク研削装置１０によれば、非常に高精度な平行度が得られる。
【００６０】
つぎに、上述の実施形態ではワーク保持ポケット３０の耐磨耗性を向上させるために超硬合金リング７４を用いたが、超硬合金が適していることを裏付ける実験例の結果を図９に示す。なお、ワーク保持ポケット３０は１ｍｍ程度までは磨耗しても機能上問題なく使用可能である。従って１ｍｍ磨耗するまでの寿命期間で比較した。寿命期間は１日につき１０時間ずつ使用したものとして月数であらわす。
【００６１】
また、この実験例では、機械的強度や耐磨耗性の優秀さおよびインデックスキャリヤプレート２８への固定性等の観点から選択した以下に示す３種類の素材を用いて比較した。１つは、ＪＩＳ規格のＳＫ，ＳＫＳ，ＳＫＤ，ＳＫＴ，ＳＫＨ等の合金工具鋼の中からＳＫＤの焼入材を用いた。他の１つは、ＳＫＤ材に窒化処理をして表面硬度を上げたものを用いた。残りの１つは、超硬合金を用いた。超硬合金はヤング率４４．１〜６８．６ＭＰａの範囲のＷＣ−Ｔｉ系のものを使用した。
【００６２】
図９を見て分かるように、ＳＫＤの焼入材では約半月、ＳＫＤ材に窒化処理したものでは約１ヶ月しか寿命を有しなかったのに対して、超硬合金では他の２つと比較して飛躍的に長い約６ヶ月もの寿命を有した。このことから、超硬合金が大幅に優れていることがわかる。
【００６３】
つぎに、ローラ４６ａおよび４６ｂの母材としての合金工具鋼（ＳＫＤ−１１）のそれぞれの表面を３種類の方法で加工して、それぞれの寿命および機械的性質（硬度）を比較した実験例の結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
0003749465.tif 000006
【００６５】
なお、金属の表面の硬化処理方法には種々の方法があるが、この実験例ではその中でも耐磨耗性を重視した代表的な３つの方法、すなわち、ＰＶＤ法、イオン窒化法および溶射法で表面処理をして比較した。
ＰＶＤ法は、５００℃以下の温度で強固な膜を形成させる処理方法である。物理的な方法でコーティング材料（ＴｉＮ，ＴｉＣＮ等）を蒸発させ、窒化ガス等と反応させて成膜する。硬度は超硬合金にも勝るが膜厚が薄い。ここでは、コーティング材料としてＴｉＮを用いた。
【００６６】
イオン窒化法は、窒素、水素の希薄混合ガス雰囲気中で、グロー放電を発生させ、その際のイオン衝撃により被処理物を加熱すると同時に窒化を進行させる表面硬化法である。窒化後は焼入れの必要がなくそのままで硬化する。硬度は高いが硬化層は浅い。
溶射法は、超硬合金やセラミックス等のコーティング材料をプラズマ、アーク等の熱源により溶融させ、微粒子状にして加速し被覆対象物に衝突させて硬い皮膜を成形する表面硬化法である。皮膜は衝突の圧縮応力で形成されるので厚みのある硬化皮膜を形成できる。ここではコーティング材料として超硬合金を用いた。
【００６７】
これら３つの方法で表面処理をして寿命を比較した結果、表１に示すように、溶射法によって超硬合金の皮膜を形成した場合は約１０ヶ月の寿命を有し、他の２つの１ヶ月に比較して飛躍的に寿命を長くすることができることがわかった。
【００６８】
この発明は、上述のような構成に限定されるものではなく、以下のような構成であってもよい。
上述の実施形態では、通常の研削時には下側の砥石１４ｂは所定高さに固定されているが、上下一対の砥石１４ａおよび１４ｂをともにワーク１に対して進退させることによって研削してもよく、さらに、一対の砥石１４ａおよび１４ｂをワーク１に対して対称的に切り込ませて研削してもよい。
【００６９】
また、上述の実施形態では、研削済みのワーク１をアンローディング装置によって排出する構成としたが、これに限定されるものではない。たとえば、排出位置Ｕにはロアーガイドプレート４２を設けず、インデックスキャリヤプレート２８の回転によってワーク保持ポケット３０が排出位置Ｕにくると研削済みのワーク１がワーク保持ポケット３０から抜け落ちて排出される構成とすることもできる。これによれば、インデックスキャリヤプレート２８が回転する際に研削済みのワーク１が排出され、排出のために別途時間を必要とせずに作業を進められるため効率がよい。
【００７０】
さらに、研削する様々な外径寸法のワーク１を、その外径寸法に応じて複数の区分に分類し、それぞれの区分に応じたワーク研削装置を作製してもよい。
ワーク研削装置１０は、ピストンリング２を作製するために用いられるだけではなく、たとえばブレーキディスク等その他の環状または円板状のワークの研削に用いられても有効な効果を奏するものである。
【００７１】
【発明の効果】
この発明によれば、ワークを極めて高精度な厚み寸法および平行度に研削することができる。また、種々の寸法のワークを高精度に研削することができる。さらに、大きな径のワークであっても小さな径の砥石で研削可能となるため、従来よりも砥石の径を小さくすることができる。このため、低コストで研削することができる。また、一回の研削で仕上げ寸法まで研削することができ、作業効率がよくなる。さらに、ワークの取代にばらつきがある場合でも効率よく高精度に研削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す図解図であり、（ａ）はＣ−Ｃ線断面図を示し、（ｂ）は正面図を示す。
【図２】図１の実施形態の要部を示す拡大断面図である。
【図３】図１の実施形態の要部を示す斜視図である。
【図４】保持部材を示す平面図である。
【図５】案内部材およびその周辺を示す断面図である。
【図６】案内部材およびその周辺を示す図解図であり、（ａ）は図５のＤ−Ｄ線断面図であり、（ｂ）は（ａ）の右側面方向から見た断面図である。
【図７】主要動作を示すフローチャートである。
【図８】研削精度を比較する実験例の結果を示すグラフである。
【図９】材質の違いによるワーク保持ポケットの寿命の違いを比較する実験例の結果を示すグラフである。
【図１０】（ａ）はピストンリング用に鋳造されたワークを示す斜視図であり、（ｂ）は加工されて製品化されたピストンリングを示す斜視図である。
【図１１】従来の研削装置の要部を示す図解図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
１０      ワーク研削装置
１４      砥石
２４      砥石切込装置
２８      インデックスキャリヤプレート
３０      ワーク保持ポケット
４６ａ，４６ｂ      ローラ
７２      内側面
７４      超硬合金リング
７４ａ      内側面
７８ａ，７８ｂ      凹部
８８      レバー
９０      支点ピン
９２      バネ
９４      支持バー
９８ａ，９８ｂ      調整間座
１００ａ，１００ｂ      案内プレート
【図１】
0003749465.tif 000009
【図２】
0003749465.tif 000010
【図３】
0003749465.tif 000011
【図４】
0003749465.tif 000012
【図５】
0003749465.tif 000013
【図６】
0003749465.tif 000014
【図７】
0003749465.tif 000015
【図８】
0003749465.tif 000016
【図９】
0003749465.tif 000017
【図１０】
0003749465.tif 000018
【図１１】
0003749465.tif 000019