JP2004243438A - ラッピング加工装置およびラッピング加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】加工条件だけで、ワークの軸線方向に沿う加工面の幾何学形状を制御する。
【解決手段】ラッピング加工装置は、ラッピングフィルム１１と、シュー２１と、シュー２１をワーク６１に向けて押付けてラッピングフィルム１１の砥粒面をワーク６１に押付けるとともにシュー押付け力を調整自在なシュー押付けユニット３０と、ワーク６１にオシレーションを付与するオシレーションユニット５０と、オシレーションによるワーク６１のラッピングフィルム１１に対する相対的なオシレーション位置を検出するロータリエンコーダＳ２と、コントローラ１００と、を有する。コントローラ１００は、加工中におけるワーク６１のオシレーション位置に応じてシュー押付け力を可変制御し、ワーク６１の軸線方向に沿う加工面の幾何学形状をフラット、中凸あるいは中凹に制御する。
【選択図】 図１１
【解決手段】ラッピング加工装置は、ラッピングフィルム１１と、シュー２１と、シュー２１をワーク６１に向けて押付けてラッピングフィルム１１の砥粒面をワーク６１に押付けるとともにシュー押付け力を調整自在なシュー押付けユニット３０と、ワーク６１にオシレーションを付与するオシレーションユニット５０と、オシレーションによるワーク６１のラッピングフィルム１１に対する相対的なオシレーション位置を検出するロータリエンコーダＳ２と、コントローラ１００と、を有する。コントローラ１００は、加工中におけるワーク６１のオシレーション位置に応じてシュー押付け力を可変制御し、ワーク６１の軸線方向に沿う加工面の幾何学形状をフラット、中凸あるいは中凹に制御する。
【選択図】 図１１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの加工面を砥粒付きのラッピングフィルム（以下単にフィルムと称することもある）によりフィルムラッピング加工（以下単にラッピング加工）するラッピング加工装置およびラッピング加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、カムシャフトのカムロブ部やジャーナル部あるいはクランクシャフトのジャーナル部やピン部等のような断面円弧状外周面を有するワークを仕上げ加工する場合は、最近、一面に砥粒が設けられたラッピングフィルムによりラッピング加工されている。
【０００３】
このラッピング加工は、ワークの加工面をラッピングフィルムで覆い、このフィルムを背面からシューで加圧し、フィルムをワークに押付けた状態でワークを回転しながらフィルムの砥粒面でワークを加工する。ラッピング加工装置は、シューをフィルムを介してワークに押付ける機構のほか、ワークおよびラッピングフィルムのうちの少なくとも一方にワークの軸線方向に沿うオシレーションを付与するオシレーション機構を有している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２３７１１６号公報 （図１、図２参照）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ラッピング加工が施された加工面の形状には、ワークの軸線方向に沿う幾何学形状（以下、「軸方向幾何学形状」とも言う）と、周方向に沿う幾何学形状とがあるが、前者の軸方向幾何学形状が、両端部に比べて中央部が僅かに窪んだいわゆる中凹形状になることがある。これは、オシレーションに伴って移動するワークのエッジ部によって砥粒がダメージを受けるため、中央部での作用砥粒数に比べて両端部で作用砥粒数が相対的に減少し、その結果、加工面の除去量が、両端部に比べて中央部が相対的に増加するためである。軸方向幾何学形状が中凹形状になると、真直度が要求されたレベルに達せず、加工不良になる虞がある。
【０００６】
また、ワークの中には、真直度を高精度に仕上げることが要求されるワークの他に、軸方向幾何学形状を積極的に中凸や中凹にすることを意図したワークも存在する。
【０００７】
しかしながら、従来のラッピング加工装置では、ラッピング加工中におけるシュー押付け力などの加工条件は一定とされており、加工条件だけで、軸方向幾何学形状が所望の形状となるように制御することは事実上不可能である。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、加工条件だけで、ワークの軸線方向に沿う加工面の幾何学形状を制御し得るラッピング加工装置およびラッピング加工方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【００１０】
本発明は、回転駆動されるワークの加工面に対してラッピング加工を施すラッピング加工装置であって、
薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルムと、
前記ラッピングフィルムの背面側に配置されたシューと、
前記シューをワークに向けて押付けて前記ラッピングフィルムの砥粒面を前記ワークに押付けるとともにシュー押付け力を調整自在なシュー押付け手段と、
前記ワークおよび前記ラッピングフィルムのうちの少なくとも一方に前記ワークの軸線方向に沿うオシレーションを付与するオシレーション手段と、
オシレーションによる前記ワークの前記ラッピングフィルムに対する相対的なオシレーション位置を検出する検出手段と、
加工中におけるワークのオシレーション位置に応じてシュー押付け力を可変制御する制御手段と、を有し、
前記ワークの軸線方向に沿う加工面の幾何学形状を制御することを特徴とするラッピング加工装置である。
【００１１】
また、本発明は、ワークの加工面に向けてラッピングフィルムの背面側に配置されたシューを押付けて、前記ラッピングフィルムの砥粒面を前記ワークに押付けた状態で、前記ワークを回転駆動するとともに前記ワークおよび前記ラッピングフィルムのうちの少なくとも一方に前記ワークの軸線方向に沿うオシレーションを付与しつつラッピング加工を施すラッピング加工方法であって、
オシレーションによる前記ワークの前記ラッピングフィルムに対する相対的なオシレーション位置を検出手段により検出し、加工中におけるワークのオシレーション位置に応じてシュー押付け力を可変制御し、前記ワークの軸線方向に沿う加工面の幾何学形状を制御することを特徴とするラッピング加工方法である。
【００１２】
【発明の効果】
本発明に係るラッピング加工装置およびラッピング加工方法によれば、加工条件だけで、ワークの軸線方向に沿う加工面の幾何学形状を所望の形状（フラット、中凸あるいは中凹）に制御し得るという効果を奏する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係るラッピング加工装置１を示す概略構成図、図２は、ラッピング加工装置１に開閉自在に設けられた上下のアーム２２、２３の閉状態を示す概略断面図、図３は、上下のアーム２２、２３の開状態を示す概略断面図、図４は、ラッピング加工装置１の要部を示す断面図である。図５は、オシレーションに伴うカムシャフト位置の説明に供する図、図６は、シュー押付けユニット３０の構成と等価の構成を示す概念図、図７は、シュー押付け力Ｐの変化の説明に供する図である。また、図８（Ａ）は、ラッピング加工されるワークとしてのカムシャフト６０の一例を示す斜視図、図８（Ｂ）は、ラッピング加工されるワークとしてのクランクシャフト６２の一例を示す斜視図である。なお、説明の便宜上、カムシャフト６０の軸線方向（図１において左右方向）をＸ方向と定義し、Ｘ方向に対して直交する水平方向（図１において紙面に直交する方向）をＹ方向と定義し、Ｘ方向に対して直交する鉛直方向（図１において上下方向）をＺ方向と定義する。
【００１５】
図１〜図４を参照して本実施形態のラッピング加工装置１について概説すれば、非伸縮性でかつ変形可能な薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルム１１と、ラッピングフィルム１１の背面側に配置されたシュー２１と、シュー２１を押付けてラッピングフィルム１１の砥粒面をワークＷに押付けるシュー押付けユニット３０（シュー押付け手段に相当する）と、ワークＷを回転駆動する回転駆動ユニット４０と、ワークＷおよびラッピングフィルム１１のうちの少なくとも一方にワークＷの軸線方向に沿うオシレーションを付与するオシレーションユニット５０（オシレーション手段に相当する）と、を有し、回転するワークＷにラッピングフィルム１１を押圧しラッピング加工を施している。前記シュー押付けユニット３０は、シュー押付け力Ｐを調整自在に構成されている（図４参照）。ワークＷとして、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、カムシャフト６０や、クランクシャフト６２を挙げることができる。カムシャフト６０におけるカムロブ部６１の外周面や、クランクシャフト６２のピン部６３の外周面がラッピング加工を施す加工面となる。図１には、カムシャフト６０をラッピング加工する例が示され、カムロブ部６１の位置に対応して、対をなす上アーム２２および下アーム２３が複数対配置されている。
【００１６】
以下、ラッピング加工装置１について詳述する。
【００１７】
図１を参照して、前記回転駆動ユニット４０は、主軸４１を回転自在に支持するヘッドストック４２と、主軸４１の先端に連結されカムシャフト６０の一端を把持するチャック４３と、主軸４１にベルト４４を介して接続される主軸モータＭ１と、カムシャフト６０の他端を支持するセンタ４５を備えるテールストック４６と、を有している。カムシャフト６０は、主軸モータＭ１の回転動がベルト４４および主軸４１を介して伝達されて回転駆動される。主軸モータＭ１の回転速度を変えることにより、ワーク回転速度Ｖｗが所望の速度に設定される。主軸４１には、加工中におけるワークＷの回転位置を検出するロータリエンコーダＳ１が取り付けられている。ヘッドストック４２およびテールストック４６のそれぞれはＹ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル４７、４８上に設けられ、これらテーブル４７、４８は、Ｘ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル４９上に配置されている。カムシャフト６０をヘッドストック４２とテールストック４６との間にセットしたり、カムシャフト６０を加工位置に移動したりするために、各テーブル４７、４８、４９が移動される。
【００１８】
前記オシレーションユニット５０は、テーブル４９の端面に当接する偏心回転体５１と、偏心回転体５１を回転駆動するオシレーション用モータＭ２と、を有している。オシレーションユニット５０には、テーブル４９の端面と偏心回転体５１とを常時当接させるためにテーブル４９を偏心回転体５１に向けて押圧する弾発力を付勢するバネなどの弾性手段５２が設けられている。オシレーション用モータＭ２の回転速度を変えることにより、オシレーション速度Ｖｏが所望の速度に設定される。オシレーションの振幅は、オシレーション用モータＭ２の軸心に対する偏心回転体５１の偏心量に基づいて定まる。偏心量は約１ｍｍであり、オシレーションの振幅は約２ｍｍである。なお、偏心回転体５１の偏心量は、例えば調整プレート（図示せず）の挿入枚数を変えるなどの公知の手段により調整自在となっている。
【００１９】
図５に示すように、オシレーションに伴うカムシャフト６０のＸ方向位置は、偏心回転体５１の回転位置に応じて変化する。すなわち、偏心回転体５１の初期位置（オシレーション角度θｃ＝０度）を、カムシャフト６０が中心位置に対して偏心回転体５１の偏心量ｅだけ−Ｘ方向に偏位した位置とすると、この初期位置から偏心回転体５１が回転してオシレーション角度θｃが１８０度になると、カムシャフト位置は、中心位置に対して偏心量ｅだけ＋Ｘ方向に偏位する。偏心回転体５１がさらに回転してオシレーション角度θｃが３６０度になると、カムシャフト位置は、再び偏心量ｅだけ−Ｘ方向に偏位した初期位置に復帰する。このようなＸ方向のオシレーションによるカムシャフト６０のラッピングフィルム１１に対する相対的なオシレーション位置を検出するために、偏心回転体５１の軸には、偏心回転体５１の回転位置を検出するロータリエンコーダＳ２（検出手段に相当する）が取り付けられている（図１参照）。
【００２０】
前記ラッピングフィルム１１は、種々のタイプがあるが、本実施形態では、基材が非伸縮性の高い材料、例えば、板厚が２５μｍ〜１３０μｍ程度のポリエステルなどから構成され、この基材の一面には、数μｍ〜２００μｍ程度の粒径を有する多数の砥粒（具体的には、酸化アルミニウム、シリコンカーバイト、ダイアモンドなどからなる）が接着剤により取り付けられている。砥粒は、基材の一面に全面にわたって接着してもよく、また、所定幅の無砥粒領域を間欠的に形成したものであってもよい。基材の他面には、シュー２１に対する滑り止めのため、ゴムあるいは合成樹脂等からなる抵抗材料（図示せず）を取り付けるバックコーティングか、場合によっては滑り止め加工が施されている。
【００２１】
図２および図３を参照して、ラッピングフィルム１１は、供給リール１５から引き出され、上アーム２２の先端に設けられた一対の第１ガイドローラＲ１と、上アーム２２の内方位置に取り付けられている第２ガイドローラＲ２と、下アーム２３の内方位置に取り付けられている第３ガイドローラＲ３と、下アーム２３の先端に設けられた一対の第４ガイドローラＲ４などにガイドされ、巻取りリール１６に巻き取られる。巻取りリール１６にはモータＭ３が接続されている。モータＭ３を作動し巻取りリール１６を回転すると、供給リール１５からラッピングフィルム１１が順次繰り出される。ラッピングフィルム１１の繰り出し量を検出するために、巻取りリール１６の軸には、回転量を検出するロータリエンコーダＳ３が取り付けられている。供給リール１５および巻取りリール１６の近傍にはロック装置（図示せず）が設けられ、このロック装置の作動によりフィルム１１全体に所定のテンションが付与される。
【００２２】
前記対をなす上アーム２２および下アーム２３は、シュー２１を配置する先端部がＺ方向に相対的に開閉自在なように、支持ピン２４を介して回動自在に設けられている。上アーム２２の後端部には、油圧あるいは空気圧などにより作動する流体圧シリンダ２５の一端がピン連結され、下アーム２３の後端部にはピストンロッド２６の先端がピン連結されている。ピストンロッド２６を収縮状態から伸張すると、上下のアーム２２、２３は、支持ピン２４を中心として先端部が閉じる方向に回動し、図２に示す閉状態となる。一方、ピストンロッド２６を伸張状態から収縮すると、上下のアーム２２、２３は、先端部が開く方向に回動し、図３に示す開状態となる。上下のアーム２２、２３の回動は、ラッピングフィルム１１と共に行なわれ、閉じ回動によりシュー２１がラッピングフィルム１１を介してカムロブ部６１に当接し、開き回動によりカムロブ部６１とシュー２１との当接を解除する。
【００２３】
シュー２１は、その先端部の形状から凸シューと凹シューとに分類されるが、図示する実施形態では、前記シュー２１は、首振り自在に保持され、ラッピングフィルム１１を介してカムロブ部６１の加工面に複数箇所（例えば２点）で当接する凹状先端部を有する凹シュー２１である。凹シュー２１は、先端部はへこ（凹）んでいるものの、ワークＷとの当接面自体は断面凸状の円弧面に形成されている。凹シュー２１は、フィルム１１を介してではあるが、カムロブ部６１の加工面とは２点での線接触となる。上下のシュー２１によりカムロブ部６１は４点支持されることから、当該カムロブ部６１を安定的に回転させることができる。なお、本明細書では、シュー２１がフィルム１１を介してワークＷの外周面と間接的に当接することを「接触」、シュー２１がフィルム１１を介してワークＷの外周面と間接的に当接する面積のことを「接触面積」と略称する。
【００２４】
図４にも示すように、上下のアーム２２、２３の先端部に形成した凹部２７の中に、シュー２１を保持したシューケース２８がワークＷに対して進退移動自在に収納されている。シューケース２８は、その外側面が凹部２７の内側面にガイドされながら移動する。シュー２１は、シューケース２８に設けた中空部２８ａ内に、揺動ピン２９を介して首振り自在に保持されている。上下の揺動ピン２９はカムシャフト６０の軸心Ｏを通る線上に位置し、シュー押付け力Ｐが効率的にフィルム１１に作用するようにしてある。図４中の符号７０は、クーラントを供給するためのノズルを示している。
【００２５】
前記シュー押付けユニット３０は、上下のアーム２２、２３の先端部のそれぞれに配置されている。図６にも概念的に示すように、各シュー押付けユニット３０は、先端がシューケース２８に連結された連結ロッド３２と、圧縮コイルバネからなるワーククランプ用バネ３３と、連結ロッド３２の後端との間でワーククランプ用バネ３３を弾性変形させる押圧ロッド３４と、押圧ロッド３４の頭部に当接するカム形状の偏心回転体３５と、偏心回転体３５を回転駆動する押付け用モータＭ４と、を有している。連結ロッド３２および押圧ロッド３４は、アーム２２、２３に形成した貫通孔２２ａ、２３ａ内に摺動自在に収納されている。シューケース２８を押付けると、当該シューケース２８に保持されたシュー２１が押付けられ、ラッピングフィルム１１の砥粒面がカムロブ部６１に押付けられることになる。偏心回転体３５のカムリフトｈは、カムの全高Ｈからベースサークル直径を除算したものであるが、このカムリフトｈが、押圧ロッド３４を最大限移動し得る寸法となる。上述したワーククランプ用バネ３３、押圧ロッド３４、偏心回転体３５および押付け用モータＭ４により、シュー押付け力Ｐを調整する調整手段３１が構成されている。
【００２６】
図７に示すように、シュー押付け力Ｐは、偏心回転体３５の回転位置に応じて変化する。すなわち、偏心回転体３５の初期位置（偏心角θｅ＝０度）をベースサークルが押圧ロッド３４の頭部に当接した位置とし、この初期位置から偏心回転体３５が回転して偏心角θｅが１８０度になると、押圧ロッド３４がカムリフトｈだけ移動し、ワーククランプ用バネ３３がさらに弾性圧縮変形する結果、シュー押付け力Ｐが最大となる。偏心回転体３５がさらに回転して偏心角θｅが３６０度になると、押圧ロッド３４が初期位置に復帰し、シュー押付け力Ｐも初期位置と同じ押付け力に復帰する。このようなシュー押付け力Ｐの変化を検出するために、偏心回転体３５の軸には、偏心回転体３５の回転位置を検出するロータリエンコーダＳ４が取り付けられている（図４参照）。
【００２７】
図９（Ａ）は、オシレーションが付与されたワークＷの移動状態を、ラッピングフィルム１１とともに概念的に示す図、図９（Ｂ）は、ワークＷのオシレーション位置に拘らずシュー押付け力Ｐを一定とした対比例において、オシレーションに伴って移動するワークＷのエッジ部Ｗｅによって砥粒１２が受けるダメージＤの大きさを概念的に示すとともに、ラッピング加工後のワークＷの軸線方向に沿う幾何学形状を誇張して示す図である。また、図１０（Ａ）は、ラッピングフィルム１１の砥粒１２による加工面６５の単位時間あたりの除去量とシュー押付け力Ｐとの関係を概念的に示す図、図１０（Ｂ）は、オシレーションに伴って移動するワークＷのエッジ部Ｗｅによって砥粒１２が受けるダメージＤの大きさとシュー押付け力Ｐとの関係を概念的に示す図、図１０（Ｃ）は、シュー押付け力Ｐを一定とした条件下での、ラッピングフィルム１１の砥粒１２による加工面６５の単位時間あたりの除去量と砥粒ダメージＤの大きさとの関係を概念的に示す図である。
【００２８】
図９（Ａ）において、ワークＷが中心位置にある状態は実線によって示され、ワークＷが中心位置に対して−Ｘ方向に偏位（最左端）した状態は一点鎖線によって示され、ワークＷが中心位置に対して＋Ｘ方向に偏位（最右端）した状態は二点鎖線によって示されている。図９（Ａ）中、符号「Ｌｗ」はワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幅を、符号「Ｌｏ」はワークＷのオシレーションの幅を、符号「Ａｏ」はオシレーションの振幅を示している。
【００２９】
ラッピングフィルム１１の砥粒１２は、オシレーションに伴って移動するワークＷのエッジ部Ｗｅによって、割られたり、ひどい場合には基材から脱落されたりするというダメージを受けている。このため、図９（Ｂ）に示すように、ラッピングフィルム１１のうちワークＷの加工面６５に常時圧接している領域においては、ワークＷのエッジ部Ｗｅによって砥粒１２が受けるダメージＤは実質的にゼロであるが、ワークＷのエッジ部Ｗｅが移動する領域においては、砥粒ダメージＤが大きくなる。このときの砥粒ダメージＤの程度をａとする。
【００３０】
ここで、ラッピングフィルム１１の砥粒１２による加工面６５の単位時間あたりの除去量はシュー押付け力Ｐの増加に伴って増加し（図１０（Ａ））、砥粒ダメージＤはシュー押付け力Ｐの増加に伴って大きくなり（図１０（Ｂ））、シュー押付け力Ｐを一定とした条件下では、砥粒１２による加工面６５の単位時間あたりの除去量は砥粒ダメージＤが大きくなるのに伴って減少する（図１０（Ｃ））。
【００３１】
したがって、図９（Ｂ）に示すように、ワークＷのオシレーション位置に拘らずシュー押付け力Ｐを一定（Ｐ＝Ｐ０）とした対比例においては、加工面６５の除去量が、両端部に比べて中央部が相対的に増加するため、軸方向幾何学形状が中凹形状になる。このように軸方向幾何学形状が中凹形状になると、真直度が要求されたレベルに達せず、加工不良になる虞がある。
【００３２】
そこで、本実施形態のラッピング加工装置１にあっては、ロータリエンコーダＳ２で偏心回転体５１の回転位置（オシレーション角度θｃ）を検出し、このオシレーション角度θｃからカムシャフト６０のオシレーション位置を検出し、加工中におけるカムシャフト６０のオシレーション位置に応じてシュー押付け力Ｐを可変制御し、加工面６５の軸方向幾何学形状を制御するようにしてある。
【００３３】
上記の制御について、図１１および図１２を参照しつつ説明する。図１１は、本発明に係るラッピング加工装置１の制御系を示す概略ブロック図、図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、加工中におけるワークＷのオシレーション位置に応じてシュー押付け力Ｐを可変制御し、加工面６５の軸方向幾何学形状を制御する例を示す図である。
【００３４】
図１１を参照して、ロータリエンコーダＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、ＣＰＵやメモリを主体とするコントローラ１００（制御手段に相当する）に接続され、加工中におけるカムロブ部６１の回転位置、シュー押付け力Ｐを可変とする偏心回転体３５の回転位置や、オシレーションを付与する偏心回転体５１の回転位置に関する検出信号などがそれぞれコントローラ１００に入力される。ワーク回転速度Ｖｗを定める主軸モータＭ１の回転速度、および、オシレーション速度Ｖｏを定めるオシレーション用モータＭ２の回転速度に関する検出信号のそれぞれもコントローラ１００に入力される。コントローラ１００は、ロータリエンコーダＳ２からの偏心回転体５１の回転位置に関する信号に基づいて、カムシャフト６０のオシレーション位置を判断する。そして、コントローラ１００は、加工中におけるカムシャフト６０のオシレーション位置に応じてシュー押付け力Ｐを可変制御する。
【００３５】
シュー押付け力Ｐの可変制御は次のとおりである。図１２（Ａ）に示すように、コントローラ１００は、ワークＷのオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力Ｐが、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力Ｐに比べて大きくなるように、偏心回転体３５や押付け用モータＭ４などを含むシュー押付けユニット３０の作動を制御する。
【００３６】
具体的には、コントローラ１００は、カムシャフト６０のオシレーション位置が最左端に至ったとき（オシレーション角度θｃ＝０度）に偏心回転体３５の偏心角θｅが１８０度となり、オシレーション位置が中央に至ったとき（オシレーション角度θｃ＝９０度）に偏心回転体３５の偏心角θｅが０度となり、オシレーション位置が最右端に至ったとき（オシレーション角度θｃ＝１８０度）に偏心回転体３５の偏心角θｅが１８０度となるように、押付け用モータＭ４の回転を制御する制御信号を当該モータＭ４に出力する。偏心角θｅが１８０度になるとシュー押付け力Ｐが最大となるので（図７参照）、カムシャフト６０のオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力Ｐが、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力Ｐに比べて大きくなる。
【００３７】
シュー押付け力Ｐを上記のように制御すると、対比例（図９（Ｂ）を参照）におけるシュー押付け力Ｐ０を基準にして比較すると、図１２（Ａ）に示すように、ワークＷのエッジ部Ｗｅが移動する領域における砥粒ダメージＤが小さくなる。このときの砥粒ダメージＤの程度をｂ（ａ＞ｂ）とする。砥粒ダメージＤが小さくなるということは、同じシュー押付け力Ｐの下では、砥粒１２による加工面６５の単位時間あたりの除去量が増加することを意味する（図１０（Ｃ）を参照）。しかも、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐが小さくなるので、加工面６５の中央部における単位時間あたりの除去量も減少する。これらの作用が相まって、ワークＷの加工面６５の両端部と中央部とにおける除去量の不均一さが改善され、軸方向幾何学形状がフラットになり、真直度の低下が抑えられる。
【００３８】
なお、図１２（Ａ）においては、理解の容易のため、オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力Ｐを対比例におけるシュー押付け力Ｐ０に合わせてあるが、実際のラッピング加工では加工時間などを考慮してシュー押付け力Ｐが決定されている。以下に説明する図１２（Ｂ）（Ｃ）においても同様である。
【００３９】
ワークの中には、軸方向幾何学形状を積極的に中凸にすることを意図したワークも存在する。例えば、カムロブ部６１にあっては、バルブリフタ（図示せず）との接触点を減らすことによりフリクションの低減を図るために、軸方向幾何学形状を中凸にすることがある。
【００４０】
軸方向幾何学形状を中凸にする場合のシュー押付け力Ｐの可変制御は、上述したのと同様になされる。つまり、図１２（Ｂ）に示すように、コントローラ１００は、ワークＷのオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力Ｐが、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力Ｐに比べて大きくなるように、シュー押付けユニット３０の作動を制御する。但し、オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力Ｐと、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐとの間の変化率ΔＰは、幾何学形状をフラットにするときよりも、幾何学形状を中凸にするときの方が大きい。図１２（Ｂ）には、幾何学形状をフラットにするときのシュー押付け力Ｐの変化を破線で示してある。
【００４１】
シュー押付け力Ｐを上記のように制御すると、ワークＷのエッジ部Ｗｅが移動する領域における砥粒ダメージＤがさらに小さくなる。このときの砥粒ダメージＤの程度をｃ（ａ＞ｂ＞ｃ）とする。砥粒ダメージＤがさらに小さくなるということは、同じシュー押付け力Ｐの下では、砥粒１２による加工面６５の単位時間あたりの除去量がさらに増加することを意味する。しかも、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐがさらに小さくなるので、加工面６５の中央部における単位時間あたりの除去量もさらに減少する。これらの作用が相まって、ワークＷの加工面６５の両端部での加工が中央部に比べて促進され、軸方向幾何学形状が中凸になる。
【００４２】
ワークの中には、軸方向幾何学形状を積極的に中凹にすることを意図したワークも存在する。例えば、クランクシャフト６２のピン部６３にあっては、軸方向幾何学形状を中凹にすることがある。
【００４３】
軸方向幾何学形状を中凹にする場合のシュー押付け力Ｐの可変制御は、図１２（Ｃ）に示すように、コントローラ１００は、ワークＷのオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力Ｐが、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力Ｐに比べて小さくなるように、シュー押付けユニット３０の作動を制御する。
【００４４】
具体的には、コントローラ１００は、クランクシャフト６２のオシレーション位置が最左端に至ったとき（オシレーション角度θｃ＝０度）に偏心回転体３５の偏心角θｅが０度となり、オシレーション位置が中央に至ったとき（オシレーション角度θｃ＝９０度）に偏心回転体３５の偏心角θｅが１８０度となり、オシレーション位置が最右端に至ったとき（オシレーション角度θｃ＝１８０度）に偏心回転体３５の偏心角θｅが０度となるように、押付け用モータＭ４の回転を制御する制御信号を当該モータＭ４に出力する。偏心角θｅが１８０度になるとシュー押付け力Ｐが最大となるので（図７参照）、クランクシャフト６２のオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力Ｐが、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力Ｐに比べて小さくなる。
【００４５】
シュー押付け力Ｐを上記のように制御すると、対比例（図９（Ｂ）を参照）におけるシュー押付け力Ｐ０を基準にして比較すると、ワークＷのエッジ部Ｗｅが移動する領域における砥粒ダメージＤが大きくなる。このときの砥粒ダメージＤの程度をｄ（ｄ＞ａ）とする。砥粒ダメージＤが大きくなるということは、同じシュー押付け力Ｐの下では、砥粒１２による加工面６５の単位時間あたりの除去量が減少することを意味する。しかも、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐが大きくなるので、加工面６５の中央部における単位時間あたりの除去量も増加する。これらの作用が相まって、ワークＷの加工面６５の中央部での加工が両端部に比べて促進され、軸方向幾何学形状が中凹になる。
【００４６】
なお、オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力Ｐと、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐとの間の変化率は、ワークの軸方向幾何学形状（フラット、中凸あるいは中凹）、ベースとなる加工条件（シュー押付け力、ワーク回転速度およびオシレーション速度の各ベース値）、要求される面粗度などによって変化するので、一義的に決まるものではなく、トライアンドエラーによって最終的な変化率を決定している。
【００４７】
また、シュー押付け力ＰをワークＷのオシレーション位置に同期して変化させるために、偏心回転体３５を設計するに際しては、オシレーションサイクルを考慮して、Ｘ方向に沿ってはベースサークル半径や稼動開始角が決定され、Ｚ方向に沿ってはカムリフトｈや稼動開始角が決定されている。
【００４８】
次に、本実施形態の作用を、軸方向幾何学形状をフラットにする場合を例に挙げて説明する。
【００４９】
まず、ヘッドストック４２とテールストック４６との間にカムシャフト６０を支持し、カムロブ部６１の位置に上下のアーム２２、２３を移動する。このとき、流体圧シリンダ２５は、ピストンロッド２６を収縮しており、上アーム２２および下アーム２３を開位置に保持している。この後、流体圧シリンダ２５を作動させてピストンロッド２６を伸張し、上下のアーム２２、２３を閉じる方向に回動する。この閉回動によりラッピングフィルム１１は、カムロブ部６１の加工面６５上にセットされる。
【００５０】
上下のアーム２２、２３を開回動している間に、モータＭ３を作動して巻取りリール１６を回転する。ラッピングフィルム１１は、所定量移動し、新規な砥粒面が加工面６５上にセットされるようになる。その後、供給リール１５近傍に設けられたロック装置をロックして、巻取りリール１６を回転すると、ラッピングフィルム１１に所定のテンションが付与される。次いで、巻取りリール１６近傍のロック装置をロックすると、テンションが付与され弛みのない状態のラッピングフィルム１１となる。
【００５１】
カムロブ部６１をクランプすると、シュー押付けユニット３０により両シュー２１がカムロブ部６１に向けて押付けられ、ラッピングフィルム１１の砥粒面が加工面６５に押付けられる。
【００５２】
そして、オシレーションユニット５０を作動させてカムシャフト６０に軸方向に沿うオシレーションを付与しつつ、回転駆動ユニット４０を作動させてカムシャフト６０を軸中心で回転すると、シュー２１を保持したシューケース２８が凹部２７の中でカムロブ部６１の回転に倣って進退移動しながら、カムロブ部６１の加工面６５がラッピング加工される。
【００５３】
この加工中においては、コントローラ１００は、オシレーションユニット５０の動作と、シュー押付けユニット３０の動作とを同期させている。コントローラ１００は、ロータリエンコーダＳ２が検出した偏心回転体５１の回転位置から、カムシャフト６０のオシレーション位置を判断し、加工中におけるカムシャフト６０のオシレーション位置に応じてシュー押付け力Ｐを可変制御する。すなわち、カムシャフト６０のオシレーション位置が最左端または最右端に至ったときに偏心回転体３５の偏心角θｅが１８０度となるように、押付け用モータＭ４の作動を制御し、オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力Ｐを、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐに比べて大きくしている（図１２（Ａ））。
【００５４】
これにより、カムロブ部６１の加工面６５の両端部と中央部とにおける除去量の不均一さが改善され、軸方向幾何学形状がフラットになり、真直度の低下が抑えられる。もって、加工条件だけで、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を制御できる。
【００５５】
カムシャフト６０は、多数のカムロブ部６１を有しているが、ラッピング加工は、これらカムロブ部６１に対し一斉に行なわれる。ラッピング加工が完了すると、流体圧シリンダ２５を作動させてピストンロッド２６を収縮し、上下のアーム２２、２３を開く方向に回動し、カムシャフト６０を取り出し可能な状態とする。カムシャフト６０を取り出した後、他のカムシャフト６０をセットすれば、同様のラッピング加工を開始することができる。
【００５６】
図１３は、軸方向幾何学形状を中凸あるいは中凸にする場合の、押付け力Ｐとオシレーション角度θｏとの関係、ワーク断面形状、形状変化量Δと押付け力Ｐとの関係を示す図表である。
【００５７】
軸方向幾何学形状を中凸にする場合には、上述したのと同様であるが、オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力Ｐと、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐとの間の変化率ΔＰを、幾何学形状をフラットにするときよりも大きくしている（図１２（Ｂ）、図１３（Ａ）欄）。
【００５８】
これにより、カムロブ部６１の加工面６５の両端部での加工が中央部に比べて促進され、軸方向幾何学形状が中凸になる。もって、加工条件だけで、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を制御できる。
【００５９】
軸方向幾何学形状を中凹にするワークＷ（例えば、クランクシャフト６２）の場合には、コントローラ１００は、クランクシャフト６２のオシレーション位置が中央に至ったときに偏心回転体３５の偏心角θｅが１８０度となるように、押付け用モータＭ４の作動を制御し、オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力Ｐを、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐに比べて小さくしている（図１２（Ｃ）、図１３（Ｂ）欄）。
【００６０】
これにより、クランクシャフト６２の加工面６５の中央部での加工が両端部に比べて促進され、軸方向幾何学形状が中凹になる。もって、加工条件だけで、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を制御できる。
【００６１】
以上説明したように、上述した実施形態のラッピング加工装置１によれば、ラッピングフィルム１１と、シュー２１と、シュー２１をワークＷに向けて押付けてラッピングフィルム１１の砥粒面をワークＷに押付けるとともにシュー押付け力を調整自在なシュー押付けユニット３０と、ワークＷに当該ワークＷの軸線方向に沿うオシレーションを付与するオシレーションユニット５０と、オシレーションによるワークＷのラッピングフィルムに対する相対的なオシレーション位置を検出するロータリエンコーダＳ２と、加工中におけるワークＷのオシレーション位置に応じてシュー押付け力Ｐを可変制御するコントローラ１００と、を有し、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を制御するようにしたので、加工条件だけで、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を所望の形状（フラット、中凸あるいは中凹）に制御し得るという効果を奏する。
【００６２】
また、コントローラ１００は、ワークＷのオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力Ｐが、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力Ｐに比べて大きくなるように、シュー押付けユニット３０の作動を制御するので、加工条件だけで、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状をフラットあるいは中凸にすることができる。
【００６３】
また、オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力と、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力との間の変化率を、幾何学形状をフラットにするときよりも中凸にするときの方を大きくすれば、幾何学形状のフラットあるいは中凸を選択できる。
【００６４】
また、コントローラ１００は、ワークＷのオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力Ｐが、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力Ｐに比べて小さくなるように、シュー押付けユニット３０の作動を制御するので、加工条件だけで、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を中凹にすることができる。
【００６５】
また、ラッピングフィルム１１は、非伸縮性でかつ変形可能であるので、ワークＷに対して、好適なラッピング加工を行い得る。
【００６６】
また、本実施形態のラッピング加工装置１は、オシレーションによるワークＷのラッピングフィルム１１に対する相対的なオシレーション位置をロータリエンコーダＳ２により検出し、加工中におけるワークＷのオシレーション位置に応じてシュー押付け力Ｐを可変制御し、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を制御するラッピング加工方法を具現化したものであり、上述したように、加工条件だけで、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を所望の形状（フラット、中凸あるいは中凹）に制御し得るという効果を奏する。
【００６７】
（他の実施形態）
図１４は、他の実施形態に係るシュー押付けユニット３０の構成と等価の構成を示す概念図である。図６に示した部材と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６８】
他の実施形態においては、押圧ロッド３４の頭部に当接する偏心回転体１３５が楕円形状を有する点で、カム形状の偏心回転体３５を備える先の実施形態と相違している。図１３に示されるように、カム形状の偏心回転体３５を使用した場合には、押付け力Ｐの変化が比較的急峻であるが、楕円形状の偏心回転体１３５を使用した場合には、同図に一点鎖線で示すように、押付け力Ｐの変化を比較的緩やかにできる。
【００６９】
（改変例）
ワークＷの加工面６５はカムシャフト６０のカムロブ部６１やクランクシャフト６２のピン部６３に限定されるものでもなく、他の種々のワークＷに適用できることはいうまでもない。
【００７０】
また、シュー押付け力Ｐを調整自在なシュー押付け手段３０として、ワーククランプ用バネ３３、偏心回転体３５、押付け用モータＭ４などを使用した形態を例示したが、これに限定されるものではなく、適宜改変可能である。例えば、空気圧などにより作動する流体圧シリンダを用いて、シュー２１をワークＷに向けて押付けて、ラッピングフィルム１１の砥粒面をワークＷに押付けてもよい。この場合には、流体圧シリンダに供給する空気圧を調整したり、電磁弁で切り換えたりすることによって、シュー押付け力Ｐを調整すればよい。
【００７１】
また、図示例のオシレーションユニット５０ではテーブル４９にオシレーションを付与してワークＷにオシレーションを付与しているが、ワークＷを支持する主軸４１にオシレーションを付与してもよい。また、ワークＷにオシレーションを付与する場合に限られず、ラッピングフィルム１１にオシレーションを付与したり、ワークＷおよびラッピングフィルム１１の両者にオシレーションを付与したりしてもよい。オシレーションを発生させる機構も偏心回転体５１を用いたものに限定されず、例えば、超音波加振機を用いてもよい。
【００７２】
また、ロータリエンコーダＳ２で検出した偏心回転体５１の回転位置に基づいてワークＷのオシレーション位置を検出する例を示したが、光学的センサなどによりワークＷの端部を直接検出して、ワークＷのオシレーション位置を検出する形態でもよい。
【００７３】
また、シューとして凹シュー２１を例示したが、先端部が凸状円弧となった凸シューを使用する場合にも、本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るラッピング加工装置を示す概略構成図である。
【図２】ラッピング加工装置に開閉自在に設けられた上下のアームの閉状態を示す概略断面図である。
【図３】上下のアームの開状態を示す概略断面図である。
【図４】ラッピング加工装置の要部を示す断面図である。
【図５】オシレーションに伴うカムシャフト位置の説明に供する図である。
【図６】シュー押付けユニットの構成と等価の構成を示す概念図である。
【図７】シュー押付け力の変化の説明に供する図である。
【図８】図８（Ａ）は、ラッピング加工されるワークとしてのカムシャフトの一例を示す斜視図、図８（Ｂ）は、ラッピング加工されるワークとしてのクランクシャフトの一例を示す斜視図である。
【図９】図９（Ａ）は、オシレーションが付与されたワークの移動状態を、ラッピングフィルムとともに概念的に示す図、図９（Ｂ）は、ワークのオシレーション位置に拘らずシュー押付け力を一定とした対比例において、オシレーションに伴って移動するワークのエッジ部によって砥粒が受けるダメージの大きさを概念的に示すとともに、ラッピング加工後のワークの軸線方向に沿う幾何学形状を誇張して示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、ラッピングフィルムの砥粒による加工面の単位時間あたりの除去量とシュー押付け力との関係を概念的に示す図、図１０（Ｂ）は、オシレーションに伴って移動するワークのエッジ部によって砥粒が受けるダメージの大きさとシュー押付け力との関係を概念的に示す図、図１０（Ｃ）は、シュー押付け力を一定とした条件下での、ラッピングフィルムの砥粒による加工面の単位時間あたりの除去量と砥粒ダメージの大きさとの関係を概念的に示す図である。
【図１１】本発明に係るラッピング加工装置の制御系を示す概略ブロック図である。
【図１２】図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、加工中におけるワークのオシレーション位置に応じてシュー押付け力を可変制御し、加工面の軸方向幾何学形状を制御する例を示す図である。
【図１３】軸方向幾何学形状を中凸あるいは中凸にする場合の、押付け力Ｐとオシレーション角度θｏとの関係、ワーク断面形状、形状変化量Δと押付け力Ｐとの関係を示す図表である。
【図１４】他の実施形態に係るシュー押付けユニットの構成と等価の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１…ラッピング加工装置
１１…ラッピングフィルム
１２…砥粒
２１…シュー、凹シュー
２８…シューケース
３０…シュー押付けユニット（シュー押付け手段）
３１…調整手段
３２…連結ロッド
３３…ワーククランプ用バネ
３４…押圧ロッド
３５、１３５…偏心回転体
４０…回転駆動ユニット
５０…オシレーションユニット（オシレーション手段）
５１…オシレーション用の偏心回転体
６０…カムシャフト（ワーク）
６１…カムロブ部
６２…クランクシャフト（ワーク）
６５…加工面
１００…コントローラ（制御手段）
Ｍ２…オシレーション用モータ
Ｍ４…押付け用モータ
Ｓ２…ロータリエンコーダ（検出手段）
Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４…ロータリエンコーダ
Ｗ…ワーク
Ｗｅ…ワークのエッジ部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの加工面を砥粒付きのラッピングフィルム（以下単にフィルムと称することもある）によりフィルムラッピング加工（以下単にラッピング加工）するラッピング加工装置およびラッピング加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、カムシャフトのカムロブ部やジャーナル部あるいはクランクシャフトのジャーナル部やピン部等のような断面円弧状外周面を有するワークを仕上げ加工する場合は、最近、一面に砥粒が設けられたラッピングフィルムによりラッピング加工されている。
【０００３】
このラッピング加工は、ワークの加工面をラッピングフィルムで覆い、このフィルムを背面からシューで加圧し、フィルムをワークに押付けた状態でワークを回転しながらフィルムの砥粒面でワークを加工する。ラッピング加工装置は、シューをフィルムを介してワークに押付ける機構のほか、ワークおよびラッピングフィルムのうちの少なくとも一方にワークの軸線方向に沿うオシレーションを付与するオシレーション機構を有している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２３７１１６号公報 （図１、図２参照）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ラッピング加工が施された加工面の形状には、ワークの軸線方向に沿う幾何学形状（以下、「軸方向幾何学形状」とも言う）と、周方向に沿う幾何学形状とがあるが、前者の軸方向幾何学形状が、両端部に比べて中央部が僅かに窪んだいわゆる中凹形状になることがある。これは、オシレーションに伴って移動するワークのエッジ部によって砥粒がダメージを受けるため、中央部での作用砥粒数に比べて両端部で作用砥粒数が相対的に減少し、その結果、加工面の除去量が、両端部に比べて中央部が相対的に増加するためである。軸方向幾何学形状が中凹形状になると、真直度が要求されたレベルに達せず、加工不良になる虞がある。
【０００６】
また、ワークの中には、真直度を高精度に仕上げることが要求されるワークの他に、軸方向幾何学形状を積極的に中凸や中凹にすることを意図したワークも存在する。
【０００７】
しかしながら、従来のラッピング加工装置では、ラッピング加工中におけるシュー押付け力などの加工条件は一定とされており、加工条件だけで、軸方向幾何学形状が所望の形状となるように制御することは事実上不可能である。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、加工条件だけで、ワークの軸線方向に沿う加工面の幾何学形状を制御し得るラッピング加工装置およびラッピング加工方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【００１０】
本発明は、回転駆動されるワークの加工面に対してラッピング加工を施すラッピング加工装置であって、
薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルムと、
前記ラッピングフィルムの背面側に配置されたシューと、
前記シューをワークに向けて押付けて前記ラッピングフィルムの砥粒面を前記ワークに押付けるとともにシュー押付け力を調整自在なシュー押付け手段と、
前記ワークおよび前記ラッピングフィルムのうちの少なくとも一方に前記ワークの軸線方向に沿うオシレーションを付与するオシレーション手段と、
オシレーションによる前記ワークの前記ラッピングフィルムに対する相対的なオシレーション位置を検出する検出手段と、
加工中におけるワークのオシレーション位置に応じてシュー押付け力を可変制御する制御手段と、を有し、
前記ワークの軸線方向に沿う加工面の幾何学形状を制御することを特徴とするラッピング加工装置である。
【００１１】
また、本発明は、ワークの加工面に向けてラッピングフィルムの背面側に配置されたシューを押付けて、前記ラッピングフィルムの砥粒面を前記ワークに押付けた状態で、前記ワークを回転駆動するとともに前記ワークおよび前記ラッピングフィルムのうちの少なくとも一方に前記ワークの軸線方向に沿うオシレーションを付与しつつラッピング加工を施すラッピング加工方法であって、
オシレーションによる前記ワークの前記ラッピングフィルムに対する相対的なオシレーション位置を検出手段により検出し、加工中におけるワークのオシレーション位置に応じてシュー押付け力を可変制御し、前記ワークの軸線方向に沿う加工面の幾何学形状を制御することを特徴とするラッピング加工方法である。
【００１２】
【発明の効果】
本発明に係るラッピング加工装置およびラッピング加工方法によれば、加工条件だけで、ワークの軸線方向に沿う加工面の幾何学形状を所望の形状（フラット、中凸あるいは中凹）に制御し得るという効果を奏する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係るラッピング加工装置１を示す概略構成図、図２は、ラッピング加工装置１に開閉自在に設けられた上下のアーム２２、２３の閉状態を示す概略断面図、図３は、上下のアーム２２、２３の開状態を示す概略断面図、図４は、ラッピング加工装置１の要部を示す断面図である。図５は、オシレーションに伴うカムシャフト位置の説明に供する図、図６は、シュー押付けユニット３０の構成と等価の構成を示す概念図、図７は、シュー押付け力Ｐの変化の説明に供する図である。また、図８（Ａ）は、ラッピング加工されるワークとしてのカムシャフト６０の一例を示す斜視図、図８（Ｂ）は、ラッピング加工されるワークとしてのクランクシャフト６２の一例を示す斜視図である。なお、説明の便宜上、カムシャフト６０の軸線方向（図１において左右方向）をＸ方向と定義し、Ｘ方向に対して直交する水平方向（図１において紙面に直交する方向）をＹ方向と定義し、Ｘ方向に対して直交する鉛直方向（図１において上下方向）をＺ方向と定義する。
【００１５】
図１〜図４を参照して本実施形態のラッピング加工装置１について概説すれば、非伸縮性でかつ変形可能な薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルム１１と、ラッピングフィルム１１の背面側に配置されたシュー２１と、シュー２１を押付けてラッピングフィルム１１の砥粒面をワークＷに押付けるシュー押付けユニット３０（シュー押付け手段に相当する）と、ワークＷを回転駆動する回転駆動ユニット４０と、ワークＷおよびラッピングフィルム１１のうちの少なくとも一方にワークＷの軸線方向に沿うオシレーションを付与するオシレーションユニット５０（オシレーション手段に相当する）と、を有し、回転するワークＷにラッピングフィルム１１を押圧しラッピング加工を施している。前記シュー押付けユニット３０は、シュー押付け力Ｐを調整自在に構成されている（図４参照）。ワークＷとして、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、カムシャフト６０や、クランクシャフト６２を挙げることができる。カムシャフト６０におけるカムロブ部６１の外周面や、クランクシャフト６２のピン部６３の外周面がラッピング加工を施す加工面となる。図１には、カムシャフト６０をラッピング加工する例が示され、カムロブ部６１の位置に対応して、対をなす上アーム２２および下アーム２３が複数対配置されている。
【００１６】
以下、ラッピング加工装置１について詳述する。
【００１７】
図１を参照して、前記回転駆動ユニット４０は、主軸４１を回転自在に支持するヘッドストック４２と、主軸４１の先端に連結されカムシャフト６０の一端を把持するチャック４３と、主軸４１にベルト４４を介して接続される主軸モータＭ１と、カムシャフト６０の他端を支持するセンタ４５を備えるテールストック４６と、を有している。カムシャフト６０は、主軸モータＭ１の回転動がベルト４４および主軸４１を介して伝達されて回転駆動される。主軸モータＭ１の回転速度を変えることにより、ワーク回転速度Ｖｗが所望の速度に設定される。主軸４１には、加工中におけるワークＷの回転位置を検出するロータリエンコーダＳ１が取り付けられている。ヘッドストック４２およびテールストック４６のそれぞれはＹ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル４７、４８上に設けられ、これらテーブル４７、４８は、Ｘ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル４９上に配置されている。カムシャフト６０をヘッドストック４２とテールストック４６との間にセットしたり、カムシャフト６０を加工位置に移動したりするために、各テーブル４７、４８、４９が移動される。
【００１８】
前記オシレーションユニット５０は、テーブル４９の端面に当接する偏心回転体５１と、偏心回転体５１を回転駆動するオシレーション用モータＭ２と、を有している。オシレーションユニット５０には、テーブル４９の端面と偏心回転体５１とを常時当接させるためにテーブル４９を偏心回転体５１に向けて押圧する弾発力を付勢するバネなどの弾性手段５２が設けられている。オシレーション用モータＭ２の回転速度を変えることにより、オシレーション速度Ｖｏが所望の速度に設定される。オシレーションの振幅は、オシレーション用モータＭ２の軸心に対する偏心回転体５１の偏心量に基づいて定まる。偏心量は約１ｍｍであり、オシレーションの振幅は約２ｍｍである。なお、偏心回転体５１の偏心量は、例えば調整プレート（図示せず）の挿入枚数を変えるなどの公知の手段により調整自在となっている。
【００１９】
図５に示すように、オシレーションに伴うカムシャフト６０のＸ方向位置は、偏心回転体５１の回転位置に応じて変化する。すなわち、偏心回転体５１の初期位置（オシレーション角度θｃ＝０度）を、カムシャフト６０が中心位置に対して偏心回転体５１の偏心量ｅだけ−Ｘ方向に偏位した位置とすると、この初期位置から偏心回転体５１が回転してオシレーション角度θｃが１８０度になると、カムシャフト位置は、中心位置に対して偏心量ｅだけ＋Ｘ方向に偏位する。偏心回転体５１がさらに回転してオシレーション角度θｃが３６０度になると、カムシャフト位置は、再び偏心量ｅだけ−Ｘ方向に偏位した初期位置に復帰する。このようなＸ方向のオシレーションによるカムシャフト６０のラッピングフィルム１１に対する相対的なオシレーション位置を検出するために、偏心回転体５１の軸には、偏心回転体５１の回転位置を検出するロータリエンコーダＳ２（検出手段に相当する）が取り付けられている（図１参照）。
【００２０】
前記ラッピングフィルム１１は、種々のタイプがあるが、本実施形態では、基材が非伸縮性の高い材料、例えば、板厚が２５μｍ〜１３０μｍ程度のポリエステルなどから構成され、この基材の一面には、数μｍ〜２００μｍ程度の粒径を有する多数の砥粒（具体的には、酸化アルミニウム、シリコンカーバイト、ダイアモンドなどからなる）が接着剤により取り付けられている。砥粒は、基材の一面に全面にわたって接着してもよく、また、所定幅の無砥粒領域を間欠的に形成したものであってもよい。基材の他面には、シュー２１に対する滑り止めのため、ゴムあるいは合成樹脂等からなる抵抗材料（図示せず）を取り付けるバックコーティングか、場合によっては滑り止め加工が施されている。
【００２１】
図２および図３を参照して、ラッピングフィルム１１は、供給リール１５から引き出され、上アーム２２の先端に設けられた一対の第１ガイドローラＲ１と、上アーム２２の内方位置に取り付けられている第２ガイドローラＲ２と、下アーム２３の内方位置に取り付けられている第３ガイドローラＲ３と、下アーム２３の先端に設けられた一対の第４ガイドローラＲ４などにガイドされ、巻取りリール１６に巻き取られる。巻取りリール１６にはモータＭ３が接続されている。モータＭ３を作動し巻取りリール１６を回転すると、供給リール１５からラッピングフィルム１１が順次繰り出される。ラッピングフィルム１１の繰り出し量を検出するために、巻取りリール１６の軸には、回転量を検出するロータリエンコーダＳ３が取り付けられている。供給リール１５および巻取りリール１６の近傍にはロック装置（図示せず）が設けられ、このロック装置の作動によりフィルム１１全体に所定のテンションが付与される。
【００２２】
前記対をなす上アーム２２および下アーム２３は、シュー２１を配置する先端部がＺ方向に相対的に開閉自在なように、支持ピン２４を介して回動自在に設けられている。上アーム２２の後端部には、油圧あるいは空気圧などにより作動する流体圧シリンダ２５の一端がピン連結され、下アーム２３の後端部にはピストンロッド２６の先端がピン連結されている。ピストンロッド２６を収縮状態から伸張すると、上下のアーム２２、２３は、支持ピン２４を中心として先端部が閉じる方向に回動し、図２に示す閉状態となる。一方、ピストンロッド２６を伸張状態から収縮すると、上下のアーム２２、２３は、先端部が開く方向に回動し、図３に示す開状態となる。上下のアーム２２、２３の回動は、ラッピングフィルム１１と共に行なわれ、閉じ回動によりシュー２１がラッピングフィルム１１を介してカムロブ部６１に当接し、開き回動によりカムロブ部６１とシュー２１との当接を解除する。
【００２３】
シュー２１は、その先端部の形状から凸シューと凹シューとに分類されるが、図示する実施形態では、前記シュー２１は、首振り自在に保持され、ラッピングフィルム１１を介してカムロブ部６１の加工面に複数箇所（例えば２点）で当接する凹状先端部を有する凹シュー２１である。凹シュー２１は、先端部はへこ（凹）んでいるものの、ワークＷとの当接面自体は断面凸状の円弧面に形成されている。凹シュー２１は、フィルム１１を介してではあるが、カムロブ部６１の加工面とは２点での線接触となる。上下のシュー２１によりカムロブ部６１は４点支持されることから、当該カムロブ部６１を安定的に回転させることができる。なお、本明細書では、シュー２１がフィルム１１を介してワークＷの外周面と間接的に当接することを「接触」、シュー２１がフィルム１１を介してワークＷの外周面と間接的に当接する面積のことを「接触面積」と略称する。
【００２４】
図４にも示すように、上下のアーム２２、２３の先端部に形成した凹部２７の中に、シュー２１を保持したシューケース２８がワークＷに対して進退移動自在に収納されている。シューケース２８は、その外側面が凹部２７の内側面にガイドされながら移動する。シュー２１は、シューケース２８に設けた中空部２８ａ内に、揺動ピン２９を介して首振り自在に保持されている。上下の揺動ピン２９はカムシャフト６０の軸心Ｏを通る線上に位置し、シュー押付け力Ｐが効率的にフィルム１１に作用するようにしてある。図４中の符号７０は、クーラントを供給するためのノズルを示している。
【００２５】
前記シュー押付けユニット３０は、上下のアーム２２、２３の先端部のそれぞれに配置されている。図６にも概念的に示すように、各シュー押付けユニット３０は、先端がシューケース２８に連結された連結ロッド３２と、圧縮コイルバネからなるワーククランプ用バネ３３と、連結ロッド３２の後端との間でワーククランプ用バネ３３を弾性変形させる押圧ロッド３４と、押圧ロッド３４の頭部に当接するカム形状の偏心回転体３５と、偏心回転体３５を回転駆動する押付け用モータＭ４と、を有している。連結ロッド３２および押圧ロッド３４は、アーム２２、２３に形成した貫通孔２２ａ、２３ａ内に摺動自在に収納されている。シューケース２８を押付けると、当該シューケース２８に保持されたシュー２１が押付けられ、ラッピングフィルム１１の砥粒面がカムロブ部６１に押付けられることになる。偏心回転体３５のカムリフトｈは、カムの全高Ｈからベースサークル直径を除算したものであるが、このカムリフトｈが、押圧ロッド３４を最大限移動し得る寸法となる。上述したワーククランプ用バネ３３、押圧ロッド３４、偏心回転体３５および押付け用モータＭ４により、シュー押付け力Ｐを調整する調整手段３１が構成されている。
【００２６】
図７に示すように、シュー押付け力Ｐは、偏心回転体３５の回転位置に応じて変化する。すなわち、偏心回転体３５の初期位置（偏心角θｅ＝０度）をベースサークルが押圧ロッド３４の頭部に当接した位置とし、この初期位置から偏心回転体３５が回転して偏心角θｅが１８０度になると、押圧ロッド３４がカムリフトｈだけ移動し、ワーククランプ用バネ３３がさらに弾性圧縮変形する結果、シュー押付け力Ｐが最大となる。偏心回転体３５がさらに回転して偏心角θｅが３６０度になると、押圧ロッド３４が初期位置に復帰し、シュー押付け力Ｐも初期位置と同じ押付け力に復帰する。このようなシュー押付け力Ｐの変化を検出するために、偏心回転体３５の軸には、偏心回転体３５の回転位置を検出するロータリエンコーダＳ４が取り付けられている（図４参照）。
【００２７】
図９（Ａ）は、オシレーションが付与されたワークＷの移動状態を、ラッピングフィルム１１とともに概念的に示す図、図９（Ｂ）は、ワークＷのオシレーション位置に拘らずシュー押付け力Ｐを一定とした対比例において、オシレーションに伴って移動するワークＷのエッジ部Ｗｅによって砥粒１２が受けるダメージＤの大きさを概念的に示すとともに、ラッピング加工後のワークＷの軸線方向に沿う幾何学形状を誇張して示す図である。また、図１０（Ａ）は、ラッピングフィルム１１の砥粒１２による加工面６５の単位時間あたりの除去量とシュー押付け力Ｐとの関係を概念的に示す図、図１０（Ｂ）は、オシレーションに伴って移動するワークＷのエッジ部Ｗｅによって砥粒１２が受けるダメージＤの大きさとシュー押付け力Ｐとの関係を概念的に示す図、図１０（Ｃ）は、シュー押付け力Ｐを一定とした条件下での、ラッピングフィルム１１の砥粒１２による加工面６５の単位時間あたりの除去量と砥粒ダメージＤの大きさとの関係を概念的に示す図である。
【００２８】
図９（Ａ）において、ワークＷが中心位置にある状態は実線によって示され、ワークＷが中心位置に対して−Ｘ方向に偏位（最左端）した状態は一点鎖線によって示され、ワークＷが中心位置に対して＋Ｘ方向に偏位（最右端）した状態は二点鎖線によって示されている。図９（Ａ）中、符号「Ｌｗ」はワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幅を、符号「Ｌｏ」はワークＷのオシレーションの幅を、符号「Ａｏ」はオシレーションの振幅を示している。
【００２９】
ラッピングフィルム１１の砥粒１２は、オシレーションに伴って移動するワークＷのエッジ部Ｗｅによって、割られたり、ひどい場合には基材から脱落されたりするというダメージを受けている。このため、図９（Ｂ）に示すように、ラッピングフィルム１１のうちワークＷの加工面６５に常時圧接している領域においては、ワークＷのエッジ部Ｗｅによって砥粒１２が受けるダメージＤは実質的にゼロであるが、ワークＷのエッジ部Ｗｅが移動する領域においては、砥粒ダメージＤが大きくなる。このときの砥粒ダメージＤの程度をａとする。
【００３０】
ここで、ラッピングフィルム１１の砥粒１２による加工面６５の単位時間あたりの除去量はシュー押付け力Ｐの増加に伴って増加し（図１０（Ａ））、砥粒ダメージＤはシュー押付け力Ｐの増加に伴って大きくなり（図１０（Ｂ））、シュー押付け力Ｐを一定とした条件下では、砥粒１２による加工面６５の単位時間あたりの除去量は砥粒ダメージＤが大きくなるのに伴って減少する（図１０（Ｃ））。
【００３１】
したがって、図９（Ｂ）に示すように、ワークＷのオシレーション位置に拘らずシュー押付け力Ｐを一定（Ｐ＝Ｐ０）とした対比例においては、加工面６５の除去量が、両端部に比べて中央部が相対的に増加するため、軸方向幾何学形状が中凹形状になる。このように軸方向幾何学形状が中凹形状になると、真直度が要求されたレベルに達せず、加工不良になる虞がある。
【００３２】
そこで、本実施形態のラッピング加工装置１にあっては、ロータリエンコーダＳ２で偏心回転体５１の回転位置（オシレーション角度θｃ）を検出し、このオシレーション角度θｃからカムシャフト６０のオシレーション位置を検出し、加工中におけるカムシャフト６０のオシレーション位置に応じてシュー押付け力Ｐを可変制御し、加工面６５の軸方向幾何学形状を制御するようにしてある。
【００３３】
上記の制御について、図１１および図１２を参照しつつ説明する。図１１は、本発明に係るラッピング加工装置１の制御系を示す概略ブロック図、図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、加工中におけるワークＷのオシレーション位置に応じてシュー押付け力Ｐを可変制御し、加工面６５の軸方向幾何学形状を制御する例を示す図である。
【００３４】
図１１を参照して、ロータリエンコーダＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、ＣＰＵやメモリを主体とするコントローラ１００（制御手段に相当する）に接続され、加工中におけるカムロブ部６１の回転位置、シュー押付け力Ｐを可変とする偏心回転体３５の回転位置や、オシレーションを付与する偏心回転体５１の回転位置に関する検出信号などがそれぞれコントローラ１００に入力される。ワーク回転速度Ｖｗを定める主軸モータＭ１の回転速度、および、オシレーション速度Ｖｏを定めるオシレーション用モータＭ２の回転速度に関する検出信号のそれぞれもコントローラ１００に入力される。コントローラ１００は、ロータリエンコーダＳ２からの偏心回転体５１の回転位置に関する信号に基づいて、カムシャフト６０のオシレーション位置を判断する。そして、コントローラ１００は、加工中におけるカムシャフト６０のオシレーション位置に応じてシュー押付け力Ｐを可変制御する。
【００３５】
シュー押付け力Ｐの可変制御は次のとおりである。図１２（Ａ）に示すように、コントローラ１００は、ワークＷのオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力Ｐが、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力Ｐに比べて大きくなるように、偏心回転体３５や押付け用モータＭ４などを含むシュー押付けユニット３０の作動を制御する。
【００３６】
具体的には、コントローラ１００は、カムシャフト６０のオシレーション位置が最左端に至ったとき（オシレーション角度θｃ＝０度）に偏心回転体３５の偏心角θｅが１８０度となり、オシレーション位置が中央に至ったとき（オシレーション角度θｃ＝９０度）に偏心回転体３５の偏心角θｅが０度となり、オシレーション位置が最右端に至ったとき（オシレーション角度θｃ＝１８０度）に偏心回転体３５の偏心角θｅが１８０度となるように、押付け用モータＭ４の回転を制御する制御信号を当該モータＭ４に出力する。偏心角θｅが１８０度になるとシュー押付け力Ｐが最大となるので（図７参照）、カムシャフト６０のオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力Ｐが、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力Ｐに比べて大きくなる。
【００３７】
シュー押付け力Ｐを上記のように制御すると、対比例（図９（Ｂ）を参照）におけるシュー押付け力Ｐ０を基準にして比較すると、図１２（Ａ）に示すように、ワークＷのエッジ部Ｗｅが移動する領域における砥粒ダメージＤが小さくなる。このときの砥粒ダメージＤの程度をｂ（ａ＞ｂ）とする。砥粒ダメージＤが小さくなるということは、同じシュー押付け力Ｐの下では、砥粒１２による加工面６５の単位時間あたりの除去量が増加することを意味する（図１０（Ｃ）を参照）。しかも、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐが小さくなるので、加工面６５の中央部における単位時間あたりの除去量も減少する。これらの作用が相まって、ワークＷの加工面６５の両端部と中央部とにおける除去量の不均一さが改善され、軸方向幾何学形状がフラットになり、真直度の低下が抑えられる。
【００３８】
なお、図１２（Ａ）においては、理解の容易のため、オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力Ｐを対比例におけるシュー押付け力Ｐ０に合わせてあるが、実際のラッピング加工では加工時間などを考慮してシュー押付け力Ｐが決定されている。以下に説明する図１２（Ｂ）（Ｃ）においても同様である。
【００３９】
ワークの中には、軸方向幾何学形状を積極的に中凸にすることを意図したワークも存在する。例えば、カムロブ部６１にあっては、バルブリフタ（図示せず）との接触点を減らすことによりフリクションの低減を図るために、軸方向幾何学形状を中凸にすることがある。
【００４０】
軸方向幾何学形状を中凸にする場合のシュー押付け力Ｐの可変制御は、上述したのと同様になされる。つまり、図１２（Ｂ）に示すように、コントローラ１００は、ワークＷのオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力Ｐが、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力Ｐに比べて大きくなるように、シュー押付けユニット３０の作動を制御する。但し、オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力Ｐと、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐとの間の変化率ΔＰは、幾何学形状をフラットにするときよりも、幾何学形状を中凸にするときの方が大きい。図１２（Ｂ）には、幾何学形状をフラットにするときのシュー押付け力Ｐの変化を破線で示してある。
【００４１】
シュー押付け力Ｐを上記のように制御すると、ワークＷのエッジ部Ｗｅが移動する領域における砥粒ダメージＤがさらに小さくなる。このときの砥粒ダメージＤの程度をｃ（ａ＞ｂ＞ｃ）とする。砥粒ダメージＤがさらに小さくなるということは、同じシュー押付け力Ｐの下では、砥粒１２による加工面６５の単位時間あたりの除去量がさらに増加することを意味する。しかも、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐがさらに小さくなるので、加工面６５の中央部における単位時間あたりの除去量もさらに減少する。これらの作用が相まって、ワークＷの加工面６５の両端部での加工が中央部に比べて促進され、軸方向幾何学形状が中凸になる。
【００４２】
ワークの中には、軸方向幾何学形状を積極的に中凹にすることを意図したワークも存在する。例えば、クランクシャフト６２のピン部６３にあっては、軸方向幾何学形状を中凹にすることがある。
【００４３】
軸方向幾何学形状を中凹にする場合のシュー押付け力Ｐの可変制御は、図１２（Ｃ）に示すように、コントローラ１００は、ワークＷのオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力Ｐが、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力Ｐに比べて小さくなるように、シュー押付けユニット３０の作動を制御する。
【００４４】
具体的には、コントローラ１００は、クランクシャフト６２のオシレーション位置が最左端に至ったとき（オシレーション角度θｃ＝０度）に偏心回転体３５の偏心角θｅが０度となり、オシレーション位置が中央に至ったとき（オシレーション角度θｃ＝９０度）に偏心回転体３５の偏心角θｅが１８０度となり、オシレーション位置が最右端に至ったとき（オシレーション角度θｃ＝１８０度）に偏心回転体３５の偏心角θｅが０度となるように、押付け用モータＭ４の回転を制御する制御信号を当該モータＭ４に出力する。偏心角θｅが１８０度になるとシュー押付け力Ｐが最大となるので（図７参照）、クランクシャフト６２のオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力Ｐが、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力Ｐに比べて小さくなる。
【００４５】
シュー押付け力Ｐを上記のように制御すると、対比例（図９（Ｂ）を参照）におけるシュー押付け力Ｐ０を基準にして比較すると、ワークＷのエッジ部Ｗｅが移動する領域における砥粒ダメージＤが大きくなる。このときの砥粒ダメージＤの程度をｄ（ｄ＞ａ）とする。砥粒ダメージＤが大きくなるということは、同じシュー押付け力Ｐの下では、砥粒１２による加工面６５の単位時間あたりの除去量が減少することを意味する。しかも、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐが大きくなるので、加工面６５の中央部における単位時間あたりの除去量も増加する。これらの作用が相まって、ワークＷの加工面６５の中央部での加工が両端部に比べて促進され、軸方向幾何学形状が中凹になる。
【００４６】
なお、オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力Ｐと、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐとの間の変化率は、ワークの軸方向幾何学形状（フラット、中凸あるいは中凹）、ベースとなる加工条件（シュー押付け力、ワーク回転速度およびオシレーション速度の各ベース値）、要求される面粗度などによって変化するので、一義的に決まるものではなく、トライアンドエラーによって最終的な変化率を決定している。
【００４７】
また、シュー押付け力ＰをワークＷのオシレーション位置に同期して変化させるために、偏心回転体３５を設計するに際しては、オシレーションサイクルを考慮して、Ｘ方向に沿ってはベースサークル半径や稼動開始角が決定され、Ｚ方向に沿ってはカムリフトｈや稼動開始角が決定されている。
【００４８】
次に、本実施形態の作用を、軸方向幾何学形状をフラットにする場合を例に挙げて説明する。
【００４９】
まず、ヘッドストック４２とテールストック４６との間にカムシャフト６０を支持し、カムロブ部６１の位置に上下のアーム２２、２３を移動する。このとき、流体圧シリンダ２５は、ピストンロッド２６を収縮しており、上アーム２２および下アーム２３を開位置に保持している。この後、流体圧シリンダ２５を作動させてピストンロッド２６を伸張し、上下のアーム２２、２３を閉じる方向に回動する。この閉回動によりラッピングフィルム１１は、カムロブ部６１の加工面６５上にセットされる。
【００５０】
上下のアーム２２、２３を開回動している間に、モータＭ３を作動して巻取りリール１６を回転する。ラッピングフィルム１１は、所定量移動し、新規な砥粒面が加工面６５上にセットされるようになる。その後、供給リール１５近傍に設けられたロック装置をロックして、巻取りリール１６を回転すると、ラッピングフィルム１１に所定のテンションが付与される。次いで、巻取りリール１６近傍のロック装置をロックすると、テンションが付与され弛みのない状態のラッピングフィルム１１となる。
【００５１】
カムロブ部６１をクランプすると、シュー押付けユニット３０により両シュー２１がカムロブ部６１に向けて押付けられ、ラッピングフィルム１１の砥粒面が加工面６５に押付けられる。
【００５２】
そして、オシレーションユニット５０を作動させてカムシャフト６０に軸方向に沿うオシレーションを付与しつつ、回転駆動ユニット４０を作動させてカムシャフト６０を軸中心で回転すると、シュー２１を保持したシューケース２８が凹部２７の中でカムロブ部６１の回転に倣って進退移動しながら、カムロブ部６１の加工面６５がラッピング加工される。
【００５３】
この加工中においては、コントローラ１００は、オシレーションユニット５０の動作と、シュー押付けユニット３０の動作とを同期させている。コントローラ１００は、ロータリエンコーダＳ２が検出した偏心回転体５１の回転位置から、カムシャフト６０のオシレーション位置を判断し、加工中におけるカムシャフト６０のオシレーション位置に応じてシュー押付け力Ｐを可変制御する。すなわち、カムシャフト６０のオシレーション位置が最左端または最右端に至ったときに偏心回転体３５の偏心角θｅが１８０度となるように、押付け用モータＭ４の作動を制御し、オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力Ｐを、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐに比べて大きくしている（図１２（Ａ））。
【００５４】
これにより、カムロブ部６１の加工面６５の両端部と中央部とにおける除去量の不均一さが改善され、軸方向幾何学形状がフラットになり、真直度の低下が抑えられる。もって、加工条件だけで、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を制御できる。
【００５５】
カムシャフト６０は、多数のカムロブ部６１を有しているが、ラッピング加工は、これらカムロブ部６１に対し一斉に行なわれる。ラッピング加工が完了すると、流体圧シリンダ２５を作動させてピストンロッド２６を収縮し、上下のアーム２２、２３を開く方向に回動し、カムシャフト６０を取り出し可能な状態とする。カムシャフト６０を取り出した後、他のカムシャフト６０をセットすれば、同様のラッピング加工を開始することができる。
【００５６】
図１３は、軸方向幾何学形状を中凸あるいは中凸にする場合の、押付け力Ｐとオシレーション角度θｏとの関係、ワーク断面形状、形状変化量Δと押付け力Ｐとの関係を示す図表である。
【００５７】
軸方向幾何学形状を中凸にする場合には、上述したのと同様であるが、オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力Ｐと、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐとの間の変化率ΔＰを、幾何学形状をフラットにするときよりも大きくしている（図１２（Ｂ）、図１３（Ａ）欄）。
【００５８】
これにより、カムロブ部６１の加工面６５の両端部での加工が中央部に比べて促進され、軸方向幾何学形状が中凸になる。もって、加工条件だけで、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を制御できる。
【００５９】
軸方向幾何学形状を中凹にするワークＷ（例えば、クランクシャフト６２）の場合には、コントローラ１００は、クランクシャフト６２のオシレーション位置が中央に至ったときに偏心回転体３５の偏心角θｅが１８０度となるように、押付け用モータＭ４の作動を制御し、オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力Ｐを、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力Ｐに比べて小さくしている（図１２（Ｃ）、図１３（Ｂ）欄）。
【００６０】
これにより、クランクシャフト６２の加工面６５の中央部での加工が両端部に比べて促進され、軸方向幾何学形状が中凹になる。もって、加工条件だけで、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を制御できる。
【００６１】
以上説明したように、上述した実施形態のラッピング加工装置１によれば、ラッピングフィルム１１と、シュー２１と、シュー２１をワークＷに向けて押付けてラッピングフィルム１１の砥粒面をワークＷに押付けるとともにシュー押付け力を調整自在なシュー押付けユニット３０と、ワークＷに当該ワークＷの軸線方向に沿うオシレーションを付与するオシレーションユニット５０と、オシレーションによるワークＷのラッピングフィルムに対する相対的なオシレーション位置を検出するロータリエンコーダＳ２と、加工中におけるワークＷのオシレーション位置に応じてシュー押付け力Ｐを可変制御するコントローラ１００と、を有し、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を制御するようにしたので、加工条件だけで、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を所望の形状（フラット、中凸あるいは中凹）に制御し得るという効果を奏する。
【００６２】
また、コントローラ１００は、ワークＷのオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力Ｐが、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力Ｐに比べて大きくなるように、シュー押付けユニット３０の作動を制御するので、加工条件だけで、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状をフラットあるいは中凸にすることができる。
【００６３】
また、オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力と、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力との間の変化率を、幾何学形状をフラットにするときよりも中凸にするときの方を大きくすれば、幾何学形状のフラットあるいは中凸を選択できる。
【００６４】
また、コントローラ１００は、ワークＷのオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力Ｐが、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力Ｐに比べて小さくなるように、シュー押付けユニット３０の作動を制御するので、加工条件だけで、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を中凹にすることができる。
【００６５】
また、ラッピングフィルム１１は、非伸縮性でかつ変形可能であるので、ワークＷに対して、好適なラッピング加工を行い得る。
【００６６】
また、本実施形態のラッピング加工装置１は、オシレーションによるワークＷのラッピングフィルム１１に対する相対的なオシレーション位置をロータリエンコーダＳ２により検出し、加工中におけるワークＷのオシレーション位置に応じてシュー押付け力Ｐを可変制御し、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を制御するラッピング加工方法を具現化したものであり、上述したように、加工条件だけで、ワークＷの軸線方向に沿う加工面６５の幾何学形状を所望の形状（フラット、中凸あるいは中凹）に制御し得るという効果を奏する。
【００６７】
（他の実施形態）
図１４は、他の実施形態に係るシュー押付けユニット３０の構成と等価の構成を示す概念図である。図６に示した部材と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６８】
他の実施形態においては、押圧ロッド３４の頭部に当接する偏心回転体１３５が楕円形状を有する点で、カム形状の偏心回転体３５を備える先の実施形態と相違している。図１３に示されるように、カム形状の偏心回転体３５を使用した場合には、押付け力Ｐの変化が比較的急峻であるが、楕円形状の偏心回転体１３５を使用した場合には、同図に一点鎖線で示すように、押付け力Ｐの変化を比較的緩やかにできる。
【００６９】
（改変例）
ワークＷの加工面６５はカムシャフト６０のカムロブ部６１やクランクシャフト６２のピン部６３に限定されるものでもなく、他の種々のワークＷに適用できることはいうまでもない。
【００７０】
また、シュー押付け力Ｐを調整自在なシュー押付け手段３０として、ワーククランプ用バネ３３、偏心回転体３５、押付け用モータＭ４などを使用した形態を例示したが、これに限定されるものではなく、適宜改変可能である。例えば、空気圧などにより作動する流体圧シリンダを用いて、シュー２１をワークＷに向けて押付けて、ラッピングフィルム１１の砥粒面をワークＷに押付けてもよい。この場合には、流体圧シリンダに供給する空気圧を調整したり、電磁弁で切り換えたりすることによって、シュー押付け力Ｐを調整すればよい。
【００７１】
また、図示例のオシレーションユニット５０ではテーブル４９にオシレーションを付与してワークＷにオシレーションを付与しているが、ワークＷを支持する主軸４１にオシレーションを付与してもよい。また、ワークＷにオシレーションを付与する場合に限られず、ラッピングフィルム１１にオシレーションを付与したり、ワークＷおよびラッピングフィルム１１の両者にオシレーションを付与したりしてもよい。オシレーションを発生させる機構も偏心回転体５１を用いたものに限定されず、例えば、超音波加振機を用いてもよい。
【００７２】
また、ロータリエンコーダＳ２で検出した偏心回転体５１の回転位置に基づいてワークＷのオシレーション位置を検出する例を示したが、光学的センサなどによりワークＷの端部を直接検出して、ワークＷのオシレーション位置を検出する形態でもよい。
【００７３】
また、シューとして凹シュー２１を例示したが、先端部が凸状円弧となった凸シューを使用する場合にも、本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るラッピング加工装置を示す概略構成図である。
【図２】ラッピング加工装置に開閉自在に設けられた上下のアームの閉状態を示す概略断面図である。
【図３】上下のアームの開状態を示す概略断面図である。
【図４】ラッピング加工装置の要部を示す断面図である。
【図５】オシレーションに伴うカムシャフト位置の説明に供する図である。
【図６】シュー押付けユニットの構成と等価の構成を示す概念図である。
【図７】シュー押付け力の変化の説明に供する図である。
【図８】図８（Ａ）は、ラッピング加工されるワークとしてのカムシャフトの一例を示す斜視図、図８（Ｂ）は、ラッピング加工されるワークとしてのクランクシャフトの一例を示す斜視図である。
【図９】図９（Ａ）は、オシレーションが付与されたワークの移動状態を、ラッピングフィルムとともに概念的に示す図、図９（Ｂ）は、ワークのオシレーション位置に拘らずシュー押付け力を一定とした対比例において、オシレーションに伴って移動するワークのエッジ部によって砥粒が受けるダメージの大きさを概念的に示すとともに、ラッピング加工後のワークの軸線方向に沿う幾何学形状を誇張して示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、ラッピングフィルムの砥粒による加工面の単位時間あたりの除去量とシュー押付け力との関係を概念的に示す図、図１０（Ｂ）は、オシレーションに伴って移動するワークのエッジ部によって砥粒が受けるダメージの大きさとシュー押付け力との関係を概念的に示す図、図１０（Ｃ）は、シュー押付け力を一定とした条件下での、ラッピングフィルムの砥粒による加工面の単位時間あたりの除去量と砥粒ダメージの大きさとの関係を概念的に示す図である。
【図１１】本発明に係るラッピング加工装置の制御系を示す概略ブロック図である。
【図１２】図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、加工中におけるワークのオシレーション位置に応じてシュー押付け力を可変制御し、加工面の軸方向幾何学形状を制御する例を示す図である。
【図１３】軸方向幾何学形状を中凸あるいは中凸にする場合の、押付け力Ｐとオシレーション角度θｏとの関係、ワーク断面形状、形状変化量Δと押付け力Ｐとの関係を示す図表である。
【図１４】他の実施形態に係るシュー押付けユニットの構成と等価の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１…ラッピング加工装置
１１…ラッピングフィルム
１２…砥粒
２１…シュー、凹シュー
２８…シューケース
３０…シュー押付けユニット（シュー押付け手段）
３１…調整手段
３２…連結ロッド
３３…ワーククランプ用バネ
３４…押圧ロッド
３５、１３５…偏心回転体
４０…回転駆動ユニット
５０…オシレーションユニット（オシレーション手段）
５１…オシレーション用の偏心回転体
６０…カムシャフト（ワーク）
６１…カムロブ部
６２…クランクシャフト（ワーク）
６５…加工面
１００…コントローラ（制御手段）
Ｍ２…オシレーション用モータ
Ｍ４…押付け用モータ
Ｓ２…ロータリエンコーダ（検出手段）
Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４…ロータリエンコーダ
Ｗ…ワーク
Ｗｅ…ワークのエッジ部
Claims (6)
- 回転駆動されるワークの加工面に対してラッピング加工を施すラッピング加工装置であって、
薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルムと、
前記ラッピングフィルムの背面側に配置されたシューと、
前記シューをワークに向けて押付けて前記ラッピングフィルムの砥粒面を前記ワークに押付けるとともにシュー押付け力を調整自在なシュー押付け手段と、
前記ワークおよび前記ラッピングフィルムのうちの少なくとも一方に前記ワークの軸線方向に沿うオシレーションを付与するオシレーション手段と、
オシレーションによる前記ワークの前記ラッピングフィルムに対する相対的なオシレーション位置を検出する検出手段と、
加工中におけるワークのオシレーション位置に応じてシュー押付け力を可変制御する制御手段と、を有し、
前記ワークの軸線方向に沿う加工面の幾何学形状を制御することを特徴とするラッピング加工装置。 - 前記制御手段は、ワークのオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力が、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力に比べて大きくなるように、前記シュー押付け手段の作動を制御し、前記幾何学形状をフラットあるいは中凸にすることを特徴とする請求項１に記載のラッピング加工装置。
- オシレーションの幅方向両端部でのシュー押付け力と、オシレーションの幅方向中央部でのシュー押付け力との間の変化率は、幾何学形状をフラットにするときよりも中凸にするときの方が大きいことを特徴とする請求項２に記載のラッピング加工装置。
- 前記制御手段は、ワークのオシレーション位置がオシレーションの幅方向両端部であるときのシュー押付け力が、オシレーションの幅方向中央部であるときのシュー押付け力に比べて小さくなるように、前記シュー押付け手段の作動を制御し、前記幾何学形状を中凹にすることを特徴とする請求項１に記載のラッピング加工装置。
- 前記ラッピングフィルムは、非伸縮性でかつ変形可能であることを特徴とする請求項１に記載のラッピング加工装置。
- ワークの加工面に向けてラッピングフィルムの背面側に配置されたシューを押付けて、前記ラッピングフィルムの砥粒面を前記ワークに押付けた状態で、前記ワークを回転駆動するとともに前記ワークおよび前記ラッピングフィルムのうちの少なくとも一方に前記ワークの軸線方向に沿うオシレーションを付与しつつラッピング加工を施すラッピング加工方法であって、
オシレーションによる前記ワークの前記ラッピングフィルムに対する相対的なオシレーション位置を検出手段により検出し、加工中におけるワークのオシレーション位置に応じてシュー押付け力を可変制御し、前記ワークの軸線方向に沿う加工面の幾何学形状を制御することを特徴とするラッピング加工方法。
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|---|---|---|---|---|
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| CN111122084A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-08 | 清华大学 | 曲轴振动测试装置及方法 |
-
2003
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