JP2002361555A - 被研削物の固定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 砥石Ｇによって研削されるワークＷを回
転可能に保持する第1ホルダ１４を備えているワーク用
の固定装置に、砥石Ｇの研削面の成型に用いられるツル
ーアＴを回転可能に保持する第２ホルダ１５を一体に設
け、しかも第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上に位置するように、両ホルダを支
持する軸体を本体１１に支持させた。

Description

【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１
３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１
４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２
１ａ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）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。