JP2000501345A - 特有な輪郭の外表面を持つ金属部品と、それを形成するための研磨方法と、その方法を実行するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は軸断面において規則的に連続した複数の偏平な隆起アーチ（４）からなる全体的な輪郭をもつ外表面（３）を有する回転金属部品（１）に関する。本発明はまた、研磨される部品の外表面に追従する運動によって研磨工具が駆動される研磨方法と、その研磨方法を実施するための装置にも関する。

Description

【発明の詳細な説明】 特有な輪郭の外表面を持つ金属部品と、それを形成するための研磨方法と、その 方法を実行するための装置 本発明は、特有な輪郭の外表面を有する円状に対称な金属部品に関するもので ある。そしてまた、特有の輪郭が得られるようにする研磨方法と、その方法を実 行するための装置にも関係する。 軸断面において山と谷が不均一に連続した輪郭を持つ外表面を有する金属部品 がある。 そのような金属部品は例えばアクチュエータロッドとして使用されるように設 計される。 そのような使われ方において、特に油圧アクチュエータとして、主要な問題は ロッドがアクチュエータ本体に通る穴でのリークを防ぐ点にある。そのためにガ スケットをロッドとこすり合わせるように上記穴に配置し、それによりアクチュ エータ本体をシールする。しかしながらロッドを形成する金属部品の外表面は山 と谷が不均一に連続した輪郭を持つため、それは低い当接長さ比(bearing lengt h ratio)を持つにすぎない。その結果ガスケットと外表面の接触圧力は不十分に 分布し、この接触圧力の不十分な分布がガスケットの過度の消耗を生じ、それに よりオイル漏れをもたらす。そのことは特に面倒なことであり、なぜならシール 部品を交換するために機械を止めなければならず、高価で激しい作業周期（しば しば一日中ノンストップで動く）の機械がメンテナンスのため止まるのは極めて 費用のかかることである。 アクチュエータがある時間使用されると、ロッドを形成する金属部品の外表面 は「なじみ状態」になり、そのため当接長さ比が増加 し、それによりガスケットの消耗は減少する。このように出来る限り短いなじみ 運転時間で、当接長さ比が出来る限り高くなることは重要である。現在のところ 、切除代(depth of cut)（削り取られる外表面形状の上部に相当）が外形の全高 さ（もっとも低い谷から測定したもっとも高い山の高さに対応）の４０％に対応 するなじみ運転に関して、得られる当接長さ比は約２０％である。しかし、その ような当接長さ比では、生じる消耗は非常に高いままである。 表面の粗さを低減するために、上記表面に対して動く部品の摩擦消耗を制限す るために表面の山を鈍くする表面処理方法が、特に特開昭第６１−０６１７６０ 号公報より知られている。また、特に国際公開公報ＷＯ−Ａ−９５−０２４８６ において、強い陽極処理による表面処理方法を使用することも提案されている。 しかしながらそれらの方法を使うことによって得られる部品は上述した問題に対 して満足な解決を成さない。 さらに、金属部品は時には上記部分の酸化を生じる環境条件（湿気、熱、塩水 噴霧、など）を受ける。そのような酸化は金属部品を弱くし、破壊を引き起こし さえもする。それを避けるために、金属部品の外表面は従来よりクロムの錆びな い被覆剤で覆われた。外表面の輪郭の不均一性のためクロムの層は必然的に薄い 部分を持ち、そのような部分では小さな割れ目が周囲の環境に外表面をさらすの に十分である。そのような露出はその後金属部品に有害な酸化を生じる。 本発明の目的は、外表面が短いなじみ運転の後に高い当接長さ比を得ることを 可能にした、特有な輪郭を持つ金属部品を提供することである。 この目的のため、本発明は長さ方向の軸と、軸断面において全体的な輪郭が均 一に連続した複数の偏平な隆起アーチからなる外表面 とを有する円状に対称な金属部品を提供する。 このように、均一に連続した複数の偏平な隆起アーチはなじみ運転前から高い 当接長さ比を得ており、そのためとても短いなじみ運転時間の後に上記比はその 最大値に達する。互いに相対的に動いている構成部品の間の接触圧力は従ってよ り広く分布する。問題となっている金属部品がアクチュエータロッドとして使わ れるとき、シールする部品の消耗はこのように制限され、過熱や停止する危険性 は最小になる。さらに、偏平化したアーチを互いに分割している谷は外表面に沿 って均一に分布している。特に油圧アクチュエータの場合、これらの谷は金属部 品に沿って均一に分布しているため、潤滑を促進するオイル溜めとなる。そのう え、そのような特有な輪郭は均一な厚さの金属被覆層を堆積させることを可能に する。従って、耐腐食性は一層改善されている。 有利な態様においては、金属部品の外表面はその外表面もまた軸断面において 、全体的な輪郭が均一に連続した複数の偏平な隆起アーチからなる金属被覆層で 覆われている。 金属部品の外表面を覆う金属被覆層は一定の厚みであり、金属部品を十分に保 護する。複数の偏平な隆起アーチ形状であるその輪郭により、被覆層はなじみ運 転前において高い当接長さ比を持ち、そのため上述した利点は特にシールする部 品に対して低い消耗で被覆部分でも同様に得られる。 望ましい態様においては、切除代が２０％から５０％の範囲にある場合には、 外表面の当接長さ比が２５％〜９５％の範囲内にあるようなアーチ形状およびそ れらが連続する周期性を有する。 更に有利な態様においては、切除代がほぼ４０％である場合には、外表面の当 接長さ比が４０％〜９５％の範囲内にあるようなアーチ形状およびそれらが連続 する周期性を有する。 そのような切除代におけるそのような当接長さ比は、シール部品の消耗を制限 することと、潤滑が正しく行われることを確実にするための十分なオイルの蓄え を維持することを同時に実現できる。それらはまた金属部品がそのような層で覆 われるとき一定の厚みの被覆層を堆積することを容易にし、部品の外表面は従っ て連続した複数の偏平な隆起アーチからなる形状で、類似した特有の輪郭を持つ 。 本発明は形状欠陥を持ちうる円状に対称な金属部品の外表面を研磨する方法も 提供し、上記金属部品を工具に対して相対的に動くように配置する工程と、上記 部品の外表面の領域に力を及ぼすように上記工具を上記領域に対して適用する工 程とを含む方法において、上記工具が適用される領域で、上記金属部品に対して 実質的に垂直である半径方向に上記工具が上記金属部品の上記外表面に追従する 追従運動を行うことにより、上記工具が上記部品に及ぼす上記力を上記外表面上 にある形状欠陥にかかわらず研磨中常に一定に維持して、軸断面における全体的 な輪郭が、均一に連続した複数の偏平な隆起アーチからなる形状で得られる。 従ってこの方法は上述した特徴の少なくとも１つを持つ金属部品を得ることを 可能にする。 有利な態様においては、上記金属部品の上記長さ方向軸に関して、上記工具が 適用されている領域に対して対称な上記外表面の領域で、上記金属部品を上記工 具の下から鉛直に支持する。 最後に、本発明は上述した特性を少なくとも１つは有するための研磨方法を行 うための装置を提供し、上記装置は、上記部品を支持しかつ工具に対して相対的 に運動させる手段を備えており、上記工具は、上記部品の上記外表面に対してほ ぼ垂直に動くように設けた構造体上に設けられていて、それにより上記工具が連 携する力付与 アクチュエータによって上記外表面に適用されて上記外表面に力を及ぼすように なっており、上記装置は更に、上記部品の上記外表面上の形状欠陥の関数として 、上記動く構造体の変位を制御する手段を備えている。 特定の実施態様において、工具は接触車輪ともどしプーリー上を動く研磨ベル トにより本質的に構成され、動く構造体を形成する上記車輪と上記プーリー上に 上記工具が設けられている。望ましい態様においては、張力付与プーリーとなる ために、もどしプーリーの軸が、そのうえ連携するアクチュエータにより鉛直平 面上で動くように設けられている。 他の特別な特徴によると、上記部品の上記外表面に対してほぼ垂直な方向に金 属部品を支持するために、シューを上記工具の下から鉛直に設けてある。更に、 有利な態様においては、部品の外表面に対してほぼ垂直な方向に、シューの位置 を連携したアクチュエータにより調節できる。シューの消耗はこうして補償され 、その位置を研磨される部品の様々な部分の直径に合わせることができる。 本発明の他の特徴と利点について、以下の制限のない特定の態様および実施例 により説明する。 添付図面を参照すると、 図１は通常タイプの表面形状を示した従来の図であり、 図２は本発明の金属部品を簡略化して示す軸方向部分断面であり、連続した複 数の偏平な連携アーチの形をした特有な輪郭を示しており、 図３は図２に類似した図であり、本発明の金属部品を示しており、その外表面 も連続した複数の偏平な隆起アーチの形をした特有な輪郭を持つ金属被覆層で覆 われており、そして 図４は、本発明の金属部品の特有な輪郭が得られることを可能に した研磨方法を実行するための装置の横方向断面図である。 まず、”切除代”と”当接長さ比”という用語の意味については、これらの用 語は対応する用語として”profondeur de coupe”と”taux de longueur portan te”がフランス標準規格ＮＦ−Ｅ−０５０１５で使用された意味で、本出願で使 用されている。 図１は、既知の種類の部品の外表面の軸断面における輪郭Ｐを示す曲線である 。この例では、輪郭Ｐは山と谷が交互に連続したものからなっており、それは測 定長さＬに渡って延びている。そのような曲線は、接触子が長さＬに渡り表面と 接触することにより変位する粗さ計を使用することによって得られる。 山頂の線はｌ_sで示してあり最も高い山頂に接して延びており、谷の線はｌ_cで 示してあり、最も低い谷に接して延びている。山頂の線ｌ_sと谷の線ｌ_cの間の距 離が輪郭の最大高さであり、Ｒ_tで示してある。 切除代ｃは輪郭の最大高さＲ_tの割合に対応する。与えられた切除代での測定 対称部分の長さはｂ_iで示す。 与えられた切除代ｃ（単位％）について、当接長さ比Ｔ_p（単位％）は、次の 公式で与えられる。 本発明の金属部品とこの部品の特有な輪郭を形成することが可能となる手段は 、下記により詳細に記されている。 図２を参照すると、本発明の金属部品は全体を参照番号１で示してあり、それ は鋼鉄で作られた円筒状部分の部品であり、この例ではアクチュエータロッドと して働くように設計されている。金属部品１は長さ方向の軸２と外表面３を持つ 。 図２の軸断面で示されるように、そして本発明の特徴によれば、外表面３は均 一に連続した複数の偏平な隆起アーチ４からなる輪郭を有する。金属部品１がア クチュエータロッドとなるよう設計されていれば、複数の偏平な隆起アーチ４の 形状とその連続の周期性は、外表面３の輪郭が４０％から９５％の範囲にある（ Ｔ_p）₄₀をもつようなものである。このように、（Ｔ_p）₄₀は４０％より大きいの で、シール部品は外表面３に摩擦する結果としての大きな消耗を受けず、（Ｔ_p ）₄₀は９５％より小さいので、外表面３が正常に注油されるのを確実にするため のオイル溜めとなるような十分な谷（参照番号９で示す）が複数の偏平な隆起ア ーチ４の間に残っている。 図３は発明の変形例を示している。図２で示した部品に類似した金属部品１を 示しているが、その外表面３は金属被覆層５、すなわちクロム層で覆われている 。外表面３は連続した複数の偏平な隆起アーチ４の形をした輪郭を持ち、それに より一定厚みの被覆層５を得ることを可能にしており、層５の外表面６もまた均 一に連続した複数の偏平な隆起アーチ７の形をした輪郭をもつ。層５はこのよう に酸化から金属部品１を保護し、アクチュエータ本体のシール部品に対して摩擦 しても、少量の消耗しか受けない接触面を成す。このように図３に示された変形 例について、連続した複数の偏平なアーチの形をした特有な輪郭は、被覆層の外 表面で存在している。もちろん層５は、酸化から部品を護るための保護層の代わ りに、またはそれと兼ねて、強化層などの何らかの他の層であってもよい。 図３で示された変形例の著しく有利な特徴によると、複数の偏平な隆起アーチ ７の大きさとその連続の周期性は、層５の外表面６の輪郭が４０％から９５％の 範囲にある（Ｔ_p）₄₀をもつようなものである。 図４について参照すると、上述した金属部品１を形成するための研磨装置は、 それ自体は知られている方法で、Ｖ型ガイドの方法で金属部品１を支持するため 、均一に間隔を開けてフレーム（図示せず）に回転するように据えつけられた連 続したローラー１０と１１を含む。金属部品１その長さ方向軸２と平行な前進方 向に並進し、同じ軸周りに回転するよう駆動するため、ローラー１０と１１はモ ーターに接続されている。 全体を参照番号１２で示した研磨手段は、金属部品１上で鉛直にフレームに据 えつけられており、金属部品の外表面に垂直に当たるようになっている。 研磨手段１２は接触車輪１３ともどしプーリー１４からなる。研磨工具を構成 する研磨用べルト１５は、車輪ともどしプーリーの周りに据えつけられる。 もどしプーリー１４は前進方向と平行に延びている軸１６周りを自由に回転で きるように取り付けられている。この例では、軸１６は連携したアクチュエータ １７により鉛直平面上で動くようにフレームに取り付けられ、軸１６はアクチュ エータ１７のロッドの端に取り付けられ、アクチュエータ本体はフレームに取り 付けられた工具ホルダー３０に固定される。この配置により、もどしプーリー１ ４はまた張力付与プーリーでもある。 接触車輪１３は前進方向に平行に延びている軸１８に固定する。軸１８は回転 駆動するためにモーター（図示せず）に接続されている。軸１８は研削力アクチ ュエータ１９により鉛直平面上で動くようにフレームに取り付けられている。軸 １８は研削力アクチュエータ１９のロッドの端に取り付けられ、このアクチュエ ータ本体は工具ホルダー３０に固定される。研削力アクチュエータ１９は研削力 比例制御器２０につながっており、それにより制御される。 車輪１３とプーリー１４は、フレームにつながる連携した支持部材と一緒にな り、このように部品１にほぼ垂直な方向に動くことができる構造体を形成する。 シュー２１も前進方向に関して接触車輪１３の反対側に、対をなす２つのロー ラー１０と１１の間に配置される。シュー２１は鉛直方向に動くようにフレーム に取り付けられている。それはフレームに固定された高さ調節要素２２に固定さ れている。高さ調節要素は、アクチュエータや、位置固定ねじと連携した摺動路 や、その他の既知な手段であってよい。この例では、シューは、ポリテトラフル オロエチレンのような、低摩擦係数のプラスチック材料でできている。シュー２ １もまた回転可能に取り付けられた接触要素を構成する。 作動時には、接触車輪１３は摩擦により研磨用のべルト１５を駆動するために 回転する。金属部品１は、ローラー１０と１１を回転させるモーターにより前進 方向に、研磨手段１２に対して相対的に動いている。研磨ベルト１５は金属部品 の外表面３の領域に対して、接触車輪１３の外形線に沿って当てられ、そのため 、外表面に対して垂直な向きで上記部品上に力を及ぼす。その力は研削力アクチ ュエータ１９により付与される。シュー２１は、長さ方向軸２に関してべルトが 当てられる領域と対称な外表面の領域で、研磨手段１２の下で鉛直に金属部品１ を支持する。 一般的に金属部品１の形状は、完全に幾何学的な形状ではなく、むしろ、楕円 や三角形状の真円度誤差等のような形状欠陥を持つ。固定された接触車輪により 実行された従来の研磨では、そのような欠陥は研削代や研削力に変化を生じ、そ れにより外表面に不均一な輪郭を生む。そのような欠陥は得られる当接長さ比を 制限する。 そのような欠陥が本発明の装置により行われた研磨中に現れたと き、ベルト１５と接触車輪１３に対抗する力を及ぼし、それによりそれらを取り 除くような傾向を持つ。接触車輪１３はこのように金属部品の外表面に追従する ための追従要素として働く。これは研削力アクチュエータ１９のチャンバー全領 域内の流体の圧力変化をもたらす。そのような圧力変化はすぐに比例制御器２０ により探知され、開放や送り込みによりアクチュエータ１９のチャンバー全領域 内の初期圧力を再び確立し、そのため上述のアクチュエータにより及ぼされる研 削力は全研磨時間内において一定のままである。 ベルトの張力を一定に保つためにアクチュエータ１７が自動的に接触車輪１３ の変位を補償するように、プーリー１４に連携したアクチュエータ１７に制御器 を連携させることは任意に可能である。これはべルト１５が接触車輪１３により 効果的に駆動されることを確保することをも可能にする。 金属部品１の外表面を支持することにより、シュ−２１はこの力に対して作用 する固い裏当て要素を形成することや研磨手段の動作のもとで金属部品１の変形 を制限することにより、研削力を一定に維持するのに寄与する。 一度このように研磨されると金属部品１の外表面３は、被覆層５で覆われるこ とができる。 次に、被覆層５の外表面６は発明の研磨方法を使用して研磨されなければなら ない。 複数の偏平な隆起アーチの大きさやその連続の周期性は、特に金属部品の前進 速度や部品の軸周りの回転速度を変化させることにより変更できうるということ を理解することはたやすい。研磨中に行われるそのような変化はかなり想像でき るものであるので、層５は異なった当接長さ比をとる外表面を持つ。 当然本発明は上述した実施例に限らず、様々な実施例が請求項で 定義された発明の範囲を越えないで可能である。 特に、金属部品は本明細書のなかでアクチュエータロッドとしてその後使用さ れるように記述されたが、その適用はこの使用に限らない。 さらに、研磨装置は圧力変化を検出する比例研削力制御器を含んだものとして 記述されたが、変形例では、前進方向に対して研磨手段より前方に配置された光 学的または機械的形状欠陥検出器を使用することも可能である。研削力アクチュ エータは、サーボ制御接続により検出器につなげられる。 最後に、研磨べルトはその軸が研削力アクチュエータのロッドに連結した研削 砥石に置き換えられる。

【手続補正書】 【提出日】１９９９年３月１１日（１９９９．３．１１） 【補正内容】 明細書４頁５行の「部品」を『被覆層』に補正する。 明細書１０頁１〜２行の「べルト１５と接触車輪１３に対抗する力を及ぼ し、それによりそれらを取り除くような傾向を持つ。」を『べルト１５と接触車 輪１３は力を受けて、それにより変位する傾向を持つ。』に補正する。 明細書１０頁２０〜２１行の「研磨されなければならない。」を『研磨し てもよい 。』に補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．長さ方向軸（２）と外表面（３）を有する円状に対称な金属部品（１）に おいて、上記部品（１）の上記外表面（３）の、軸断面における全体的な輪郭が 、均一に連続した複数の偏平な隆起アーチ（４）により構成されていることを特 徴とする金属部品。 ２．請求項１記載の円状に対称な金属部品において、上記金属部品（１）の上 記外表面（３）が金属被覆層（５）で覆われており、この金属被覆層もまた、そ の外表面（６）の、軸断面における全体的な輪郭が、均一に連続した複数の偏平 な隆起アーチ（７）により構成されていることを特徴とする金属部品。 ３．請求項１または２に記載の円状に対称な金属部品において、上記複数のア ーチ（４、７）の形状およびそれらが連続する周期性が、切除代（ｃ）が２０％ 〜５０％の範囲にある場合には上記外表面の当接長さ比（Ｔ_p）が２５％〜９５ ％の範囲にあるような、形状および周期性であることを特徴とする金属部品。 ４．請求項３記載の円状に対称な金属部品において、上記複数のアーチ（４、 ７）の形状およびそれらが連続する周期性が、切除代（ｃ）がほぼ４０％である 場合には上記外表面の当接長さ比（Ｔ_p）が４０％〜９５％の範囲にあるような 、形状および周期性であることを特徴とする金属部品。 ５．形状欠陥を持ちうる円状に対称な金属部品の外表面を研磨する方法であっ て、上記金属部品（１）を工具（１５）に対して相対的に動くように配置する工 程と、上記部品の外表面の領域に力を及ぼすように上記工具（１５）を上記領域 に対して適用する工程とを含む方法において、上記工具（１５）が適用される領 域で、上記金属部品に対して実質的に垂直である半径方向に上記工具（１５）が 上記金属部品（１）の上記外表面に追従する追従運動を行うことにより、上記工 具（１５）が上記部品（１）に及ぼす上記力を上記外表面上にある形状欠陥にか かわらず研磨中常に一定に維持して、軸断面における全体的な輪郭を、均一に連 続した複数の偏平な隆起アーチからなる形状にすることを特徴とする研磨方法。 ６．請求項５記載の方法において、上記金属部品の上記長さ方向軸に関して、 上記工具が適用されている領域に対して対称な上記外表面の領域で、上記金属部 品（１）を上記工具（１５）の下から鉛直に支持することを特徴とする研磨方法 。 ７．請求項５または６記載の金属部品の外表面を研磨する方法を行うための装 置において、上記装置は、上記部品（１）を支持しかつ工具（１５）に対して相 対的に運動させる手段（１０、１１）を備えており、上記工具（１５）は、上記 部品（１）の上記外表面に対してほぼ垂直に動くように設けた構造体（１３、１ ４）上に設けられていて、それにより上記工具（１５）が連携する力付与アクチ ュエータ（１９）によって上記外表面に適用されて上記外表面に力を及ぼすよう になっており、上記装置は更に、上記部品（１）の上記外表面上の形状欠陥の関 数として、上記動く構造体（１３、１４）の変位を制御する手段を備えている、 ことを特徴とする装置。 ８．請求項７記載の装置において、工具（１５）は接触車輪（１３）ともどし プーリー（１４）上を動く研磨ベルトにより本質的に構成され、動く構造体を形 成する上記車輪と上記プーリー上に上記工具が設けられていることを特徴とする 装置。 ９．請求項８記載の装置において、張力付与プーリーとなるため、もどしプー リー（１４）の軸（１６）が連携するアクチュエータ（１７）により鉛直平面上 で動くように設けられていることを特徴とする装置。 １０．請求項７から９のいづれか１項に記載の装置において、上記部品の上記 外表面に対してほぼ垂直な方向に金属部品（１）を支持するために、シュー（２ １）を上記工具（１５）の下から鉛直に設けたことを特徴とする装置。 １１．請求項１０記載の装置において、上記部品（１）の上記外表面に対して ほぼ垂直な方向にシュー（２１）の位置を調節する手段（２２）を備えているこ とを特徴とする装置。