JP2005205525A - 円筒状ワークの端面研削装置 - Google Patents

円筒状ワークの端面研削装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 極めて小さい推力で、推力の変動が小さく、精度の高い送り動作で、小径砥石を使った砥石寿命の長い研削加工を行う。
【解決手段】 研削ヘッド4の当接部材58は、その前進方向が速度制御機構5のストッパ55に、後退方向が定圧切込機構6の前側ピストンロッド63の前端に挟まれている。研削ヘッド4の前進方向の推力は、定圧切込機構6の前側ピストンロッド63だけが付与し、研削ヘッド4の後退方向の推力は、速度制御機構5のストッパ55だけが付与する。従って、前進方向に砥石ヘッド4を移動させる場合には、定圧切込機構6によって一定の小さい推力で砥石ヘッド4を移動させてフェルールWを研削加工し、後退方向に砥石ヘッド4を移動させる場合には、速度制御機構5によって位置と速度の制御を行いながら、砥石ヘッド4を移動させる。
【選択図】 図1

Description

本発明は円筒状ワークの端面研削装置、特に光ファイバー用コネクタに使用されるフェルールの端面を高精度に研削加工することができる円筒状ワークの端面研削装置に関する。
光ファイバーの接続は、二本のフェルールの中心孔に光ファイバーを挿通した後、このフェルールをスリーブに挿入し、フェルールの先端面同士を当接させることによって行っている。このため、フェルールの先端面は、光ファイバー同士の中心が正確に一致し、かつ光の接続損失が無いように、高精度の球面状に形成される必要がある。
フェルールの端面を研削加工する研削装置として、例えば特開平8−141895号に開示された研削装置がある。従来のフェルール端面の研削装置は、直径が16mmから30mm程度の比較的大きな直径のカップ型砥石の先端面を使ってフェルールの先端面を研削加工している。従って、研削加工中のカップ型砥石の中心軸線とフェルールの中心軸線との間の傾斜角が25度から41.5度程度と大きくなるため、研削加工中の砥石推力によって、フェルールに作用するモーメント荷重が大きくなり、加工精度の低下や、フェルール外周の傷の発生が問題になっていた。
しかしながら、小径のカップ型砥石を使用するためには、安定した一定の小さな推力を砥石ヘッドに付与すると同時に、砥石ヘッドを高精度に案内しなければならず、従来の研削装置の構造では、精度的にも不十分で、砥石の寿命も短くなるという問題があった。更に、従来のフェルール端面等の円筒状ワークの研削装置では、送り速度を早送りから研削送りに変更する時期あるいは位置が十分な余裕をもって予め定められているため、砥石が摩耗したときには、研削送りに入ってから実際の研削に入るまでの時間(空研削時間)が非常に長くなり、加工効率の向上を妨げているという問題がある。
特開平8−141895号明細書
本発明は、極めて小さい推力で、推力の変動が小さく、精度の高い送り動作で、小径砥石を使った砥石寿命の長い研削加工を行うことができるとともに砥石の摩耗によっても空研削時間が増加しない円筒状ワークの端面研削装置を提供することを課題とする。
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第1番目の発明は、砥石ヘッドに回転可能に軸承され、前端に砥石を保持可能なスピンドル、上記スピンドルの中心軸線に平行な方向に上記砥石ヘッドを往復摺動可能に案内する案内面を有するベース、上記案内面に形成された空気静圧軸受、上記ベースに上記砥石ヘッドの移動方向に平行に往復移動可能に設けられ、上記砥石ヘッドの前端面に当接可能なスライダ、上記ベースに回転可能に軸承されたボールネジの回転で上記砥石ヘッドの移動方向に平行に往復移動するボールナットと上記ボールネジを回転駆動するサーボモータとからなり、上記スライダを往復駆動する駆動装置、上記駆動装置を制御し、上記スライダの位置と速度を制御する制御装置、及び、上記ベースに上記砥石ヘッドの移動方向に平行に往復移動可能に設けられ、上記砥石ヘッドの後端面に当接して上記砥石ヘッドを切り込み方向に押圧する空圧シリンダを備えており、上記スライダと上記砥石ヘッドの当接位置、及び上記空圧圧シリンダと上記砥石ヘッドの当接位置は、実質的に上記スピンドルの中心軸線と同一軸線上に設けられており、上記案内面は、上記スピンドルの中心軸線から同一距離だけ離間した対称位置に配置された2つの円形断面を備えていることを特徴とする円筒状ワークの端面研削装置である。
第2番目の発明は、第1番目の発明の円筒状ワークの端面研削装置において、上記空圧シリンダはその摺動部にパッキンが無い空圧シリンダであることを特徴とする円筒状ワークの端面研削装置である。
第3番目の発明は、第1番目又は第2番目のいずれかの発明の円筒状ワークの端面研削装置において、上記砥石ヘッドの前端面とスライダとの間の距離を距離センサによって検出し、上記制御装置にフィードバックすることにより、空研削時間を一定値にすることを特徴とする円筒状ワークの端面研削装置である。
第4番目の発明は、第1番目から第3番目のいずれかの発明の円筒状ワークの端面研削装置において、上記砥石がカップ型砥石であることを特徴とする円筒状ワークの端面研削装置である。
第5番目の発明は、第1番目から第4番目のいずれかの発明の円筒状ワークの端面研削装置において、上記円筒状ワークは光ファイバー用のフェルールであることを特徴とする円筒状ワークの端面研削装置である。
本発明の円筒状ワークの端面研削装置では、空圧シリンダによって切り込み方向に一定の推力で砥石を円筒状のワーク、例えばフェルールに押圧するため、フェルール先端面を極めて高精度の表面粗さに仕上げることができる。また、パッキンレスの空圧シリンダのため、推力の変動が小さく、極めて小さい推力を発生させることができるため、小径砥石を使って寿命の長い研削加工を行うことができる。さらに、距離センサによって砥石ヘッドとスライダとの間の距離を検出し、砥石の摩耗が生じてもワークの極めて近傍まで砥石を早送りすることができ、空研削時間を短い一定値にすることができるので、効率的な生産をすることができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図1から図3は、本発明の円筒状ワークの端面研削装置の砥石送り装置1を示し、円筒状ワークとしてフェルールの端面を加工する研削装置の実施例を示す。図1は砥石送り装置1の全体を示す縦断面図、図2は砥石送り装置1を図1のA方向から見た時の一部切欠き正面図、図3は砥石ヘッドのガイド機構を示す図2のB−B断面図である。
研削装置の図示しないベッドに固定されたベース3には、図1でベース3の右側の前壁31と左側の後壁32、及び、中間の中間壁37との間に、断面が円形で丸棒状の二本のガイド軸33、34が水平(図1の左右方向)に張り渡され、ガイド軸33、34の左右両端は、前壁31と後壁32に固定されている。
ガイド軸33、34に案内されて、図1の左右方向(矢印Q方向、矢印P方向)に摺動する砥石ヘッド4の貫通孔42には、スピンドル45を回転可能に軸承したスピンドルカートリッジ41が挿入され、このスピンドルカートリッジ41は砥石ヘッド4に固定されている。スピンドル45の前端(右端)には、カップ型の砥石43を装着した砥石ホルダ44が取り付けられている。砥石43としては、直径が8.5mm、または5.0mmの小径のダイヤモンド砥石が使用される。矢印P方向が砥石43の切り込み方向(前進方向)であり、矢印Q方向が砥石43の待避方向(後退方向)である。
図3に示すように、砥石ヘッド4の左右両端には、ガイド軸33、34の外周に若干の隙間を空けて嵌合するスリーブ46A、46Bが取り付けられている。図3では、図2の右側のガイド軸34側のスリーブ46A、46Bだけを図示しているが、図2の左側のガイド軸33側にも、右側と同様なスリーブ46A、46Bが取り付けられている。
砥石ヘッド4側からスリーブ46A、46Bに空気等の加圧流体を供給し、スリーブ46A、46Bとガイド軸33、34との間の隙間から大気圧に開放することにより、スリーブ46A、46Bの内周とガイド軸33,34の外周との間に、加圧流体の膜を形成して、砥石ヘッド4が摺動した時の摩擦抵抗が非常に小さい空気静圧軸受を構成している。
図2に示すように、ガイド軸33、34の中心軸線35、36と、スピンドル45の中心軸線47は、同一水平面(図2の左右方向で紙面に直交する平面)上にあり、ガイド軸33の中心軸線35とガイド軸34の中心軸線36との間の水平面上の距離の丁度中間位置に、スピンドル45の中心軸線47が配置されている。
砥石ヘッド4の上面には、ブラケット48を介してモータ49が取り付けられ、モータ
49の出力軸には駆動プーリー491が取り付けられている。スピンドル45の後端(左端)には従動プーリー492が取り付けられ、従動プーリー492と駆動プーリー491との間にはベルト493が張り渡されている。これによって、モータ49の回転がスピンドル45に伝達され、スピンドル45、砥石43を所望の回転数で回転させることができる。
ベース3には、砥石ヘッド4を図1の左右方向に送るための送り機構が二種類設けられている。すなわち、ボールネジで構成される速度制御機構5と、空圧シリンダで構成される定圧切込機構6である。
速度制御機構5は、ブラケット51、ボールネジ52、ボールナット53、スライダ54、ストッパ55、サーボモータ56、カップリング57で構成されている。ベース3上に固定されたブラケット51には、ボールネジ52が回転可能に軸承されている。ベース3の後壁32にはサーボモータ56が取り付けられ、サーボモータ56の出力軸とボールネジ52の左端がカップリング57によって結合されている。
ボールネジ52に螺合するボールナット53がスライダ54に連結され、ボールネジ52の回転により、スライダ54はボールナット53と共に、図1の左右方向(矢印P方向、矢印Q方向)に移動可能である。サーボモータ56は図示しない数値制御装置によって、その出力軸の回転位置と回転速度が制御される。
スライダ54は、スピンドル45の中心軸線47を若干越えた高さ位置まで上方に延びており、スライダ54の左側面には、スピンドル45の中心軸線47の高さと同じ高さ位置に、中心軸線47と同一軸線上に、ストッパ55が螺合されている。
砥石ヘッド4の左端近傍の下面には、L字型の当接部材58が図示しないボルトにより固定され、当接部材58の右側面がストッパ55の左側面に対向している。当接部材58の下方には、距離センサ59が取り付けられ、スライダ54の左側面と距離センサ59の右側面(距離検出面)との間の隙間の大きさを検出している。当接部材58の右側面がストッパ55の左側面に当接した時、ライダ54の左側面と距離センサ59の右側面との間に若干の隙間が形成されるように、距離センサ59の取り付け位置が調整されている。
定圧切込機構6は、空圧シリンダ61と、空圧シリンダ61内に往復摺動可能に挿入されたピストン62で構成されている。空圧シリンダ61は、ベース3の後壁32に固定され、空圧シリンダ61は、その中心軸線が、スピンドル45の中心軸線47の高さと同じ高さ位置に、中心軸線47と同一軸線上に取り付けられている。
ピストン62には、前側ピストンロッド63、後側ピストンロッド64が一体的に形成され、空圧シリンダ61の前後端を覆う前側シリンダカバー65、後側シリンダカバー66を貫通して、各々前後に延びている。ピストン62の外周、及び前側シリンダカバー65、後側シリンダカバー66の内周には、パッキンが無い構造を採用している。従って、ピストン62、前側ピストンロッド63、後側ピストンロッド64の摺動抵抗が極めて少なく、極めて小さい推力(例えば空気圧が0.02MPaで、その時のピストン62の推力が2.4N)でピストン62を円滑に摺動させることが可能となる。
前側ピストンロッド63が前進した時、前側ピストンロッド63の右端(前端)が、当接部材58の左側面に当接し、ピストン62の推力により、当接部材58を介して砥石ヘッド4を、砥石43の切り込み方向(矢印P方向)に一定の推力で押すことができる。
当接部材58は、その前進方向(切り込み方向)が速度制御機構5のストッパ55に、後退方向(待避方向)が定圧切込機構6の前側ピストンロッド63の前端に挟まれている。従って、速度制御機構5のストッパ55は、当接部材58の前進方向の推力の付与には関与せず、逆に、定圧切込機構6の前側ピストンロッド63は、当接部材58の後退方向の推力の付与には関与しない。
言い換えれば、当接部材58の前進方向の推力は、定圧切込機構6の前側ピストンロッド63だけが付与し、当接部材58の後退方向の推力は、速度制御機構5のストッパ55だけが付与する。従って、前進方向(切り込み方向)に砥石ヘッド4を移動させる場合には、定圧切込機構6によって一定の小さい推力で砥石ヘッド4を移動させ、後退方向(待避方向)に砥石ヘッド4を移動させる場合には、速度制御機構5によって位置と速度の制御を行いながら、砥石ヘッド4を移動させることになる。
このように、砥石ヘッド4の切り込み方向の移動時には、定圧切込機構6によって一定の小さい推力で砥石ヘッド4を移動させるため、砥石43がフェルール先端面を研磨する際の砥石面圧は一定で、極めて低い面圧(例えば98N/平方センチ)で研削することができるため、フェルール先端面を極めて高精度の表面粗さ(5nm以下)に仕上げることができる。また、空圧シリンダ61はパッキンレス構造を採用しているため、定圧切込機構6の推力の変動が無く、研削抵抗が一定で、砥石寿命を長くすることができる。
上記したように、ガイド軸33、34の中心軸線35、36とスピンドル45の中心軸線47は、同一水平面上にあり、ガイド軸33の中心軸線35とガイド軸34の中心軸線36との間の水平面上の距離の丁度中間位置に、スピンドル45の中心軸線47が配置されている。また、空圧シリンダ61は、その中心軸線が、スピンドル45の中心軸線47の高さと同じ高さ位置で、中心軸線47と同一軸線上に取り付けられている。
従って、定圧切込機構6によって砥石ヘッド4に作用する切り込み時の推力の作用点と、砥石43に作用する研削抵抗の作用点が同一位置になるため、これらの力によってガイド軸33、34に作用するモーメン荷重がゼロとなるため、砥石ヘッド4は極めて高精度(ローリング、ヨーイング、ピッチングがゼロ)の送り動作を行うことができ、フェルール等の円筒状ワークの加工精度が向上する。
図4から図5は、本発明の円筒状ワークの端面研削装置のフェルール保持装置(円筒状ワーク保持装置)2を示し、図4はフェルール保持装置2の前端部を示す一部切欠き側面図、図5はフェルール保持装置2を図4のC方向から見た時の正面図である。
研削装置のベッド7に立設して固定されたベース21の側面には、下ハウジング22が固定され、下ハウジング22に回転可能に軸承された回転軸221の前端に、円盤状の下ローラー222が取り付けられている。下ハウジング22の上部のベース21の側面には、中間ハウジング23が固定され、中間ハウジング23の前端にバッキングプレート231が取り付けられている。バッキングプレート231は、その前端面でフェルールWの後端面を支持している。
中間ハウジング23の上部のベース21の側面には、上ハウジング24が上下方向に揺動可能に支持され、上ハウジング24に回転可能に軸承された回転軸241の前端に、円盤状の上ローラー242が取り付けられている。上ハウジング24とベッド7との間には、バネ243が張設され、上ハウジング24を下方(下ローラー222に向かって)に常時付勢し、研削加工中には、下ローラー222と上ローラー242との間に、フェルールWを一定の押圧力で挟持するようにしている。
ベース21の前面には、中間ハウジング23と略同一高さ位置に、平板状のシュー25が取り付けられ、シュー25の先端は先細に形成され、上ローラー242と下ローラー222との間を通って、バッキングプレート231に支持されたフェルールWの外周に当接し、フェルールWを支持している。
フェルールWの搬出入は以下のように行われる。上ローラー242を図示しない駆動装置(例えば空圧シリンダ)により上方に待避させた後、図示しないローダーのアーム先端に保持した研削前のフェルールWを、バッキングプレート231の中心軸線232と同一軸線上に搬入する。次に空圧シリンダの空気を排気すると、上ローラー242はバネ243の付勢力によって下方に揺動し、下ローラー222と上ローラー242との間に、フェルールWを一定の押圧力で挟持する。
下ローラー222及び上ローラー242を同一の回転方向に回転させると、シュー25と下ローラー222及び上ローラー242との間に挟持された状態でフェルールWは回転する。研削中は、フェルールWの後端面はバッキングプレート231に当接して、砥石43による研削中の切削力を支持する。
図6はフェルールWの研削状態を示す平面図である。カップ型の砥石43を保持して回転するスピンドル45の中心軸線47は、フェルールWの中心軸線232(バッキングプレート231の中心軸線)に対して所定角度θだけ傾斜し、砥石43の先端面でフェルールW先端の球面を研磨加工する。例えば、直径が2.5mmのSC型フェルールを研削するカップ型砥石43の直径は8.5mmで、傾斜角度θは12.5度である。また、直径が1.25mmのLC型フェルールを研削するカップ型砥石43の場合は、その直径は5.0mmで、傾斜角度θは10度である。このように傾斜角度が小さいため、研削加工中にフェルールWに作用するモーメント荷重が小さくて済むため、加工精度が高く、フェルールWの外周への傷の発生を抑えることができる。
次に本発明の円筒状ワークの端面研削装置の動作を説明する。フェルール保持装置2に加工前のフェルールWを搬入し、上ローラー242、下ローラー222を回転させて、フェルールWを所定の回転数で回転させる。モータ49を回転させて、スピンドル45を所定の回転数で回転させる。この時、図示しない接触式の測定子をフェルールWの先端面に押しつけ、加工前のフェルールWの先端面の位置を測定し、数値制御装置にフィードバックする。
次に、定圧切込機構6の空圧シリンダ61に所定の圧力の空気を供給し、ピストン62を切り込み方向(矢印P方向)に押す。サーボモータ56を回転させ、速度制御機構5のスライダ54を切り込み方向(矢印P方向)に移動させる。スライダ54は、最初は早送りで移動させ、上記測定子によるフェルールWの先端面の測定結果のデータ及び後述の砥石の摩耗量に基づいて、砥石43がフェルールWに当接する手前の位置で所定の速度の研削送りに切り換え、所定の研削寸法(例えば20μm)だけ研削送りでスライダ54を切り込み方向(矢印P方向)に移動させる。
砥石ヘッド4の当接部材58は、定圧切込機構6の前側ピストンロッド65の前端によって常時切り込み方向(矢印P方向)に一定の推力で押圧されている。従って、砥石43の先端面がフェルールWの先端面に当接して研削が開始されると、当接部材58は切り込み方向に一定の研削送りで移動するスライダ54から離れるため、スライダ54の左側面と距離センサ59の距離検出面との間の隙間が急に大きくなる。
このように距離センサ59が検出した隙間の大きさの変化から、砥石43の先端面がフェルールWの先端面に当接した研削開始点を検出することができる。従って、砥石43が摩耗しても、この研削開始点から得られる砥石の摩耗量を数値制御装置にフィードバックする。これにより、次回の加工から砥石43の摩耗を補正してスライダ54の早送り位置を制御できるため、空研削時間を最小限の一定値にすることができ、効率的な研削サイクルを行うことができる。
研削加工中は、定圧切込機構6よって切り込み方向に一定の極めて小さな推力で砥石43をフェルールWに押圧するため、フェルール先端面を極めて高精度の表面粗さに仕上げることができる。
フェルールWの研削加工が終了すると、空圧シリンダ61の加圧空気を大気側に開放すると共に、スライド54を早送りで待避方向(矢印Q方向)に原点位置まで後退させる。当接部材58がスライダ54のストッパ55に押されて、待避方向(矢印Q方向)に移動し、砥石ヘッド4は後退端の原点位置まで後退して停止する。上ローラー242が上方に移動し、加工が終了したフェルールWを図示しないローダーのアーム先端に保持して、機外に搬出する。
以上説明した実施形態によれば、定圧切込機構6よって切り込み方向に一定の推力で砥石を円筒状ワークに押圧するため、円筒状ワークの先端面を極めて高精度の表面粗さに仕上げることができる。また、定圧切込機構6はパッキンレスのため、推力の変動が小さく、極めて小さい推力を発生させることができるため、研削量が一定で、小径砥石を使った寿命の長い研削加工を行うことができる。さらに、距離センサ59によって砥石ヘッド4とスライダ54との間の距離を検出し、数値制御装置にフィードバックすることにより、砥石摩耗にかかわらず空研削時間を最小限の一定値とした効率的な加工をすることができる。
砥石送り装置1の全体を示す縦断面図である。 砥石送り装置1を図1のA方向から見た時の一部切欠き正面図である。 砥石ヘッドのガイド機構を示す図2のB−B断面図である。 フェルール保持装置2の前端部を示す一部切欠き側面図である。 フェルール保持装置2を図4のC方向から見た時の正面図である。 フェルールWの研削状態を示す平面図である。
符号の説明
1 砥石送り装置
2 フェルール保持装置
21 ベース
22 下ハウジング
221 回転軸
222 下ローラー
23 中間ハウジング
231 バッキングプレート
232 中心軸線
24 上ハウジング
241 回転軸
242 上ローラー
243 バネ
25 シュー
3 ベース
31 前壁
32 後壁
33、34 ガイド軸
35、36 中心軸線
37 中間壁
4 砥石ヘッド
41 スピンドルカートリッジ
42 貫通孔
43 砥石
44 砥石ホルダ
45 スピンドル
46A、46B スリーブ
47 中心軸線
48 ブラケット
49 モータ
491 駆動プーリー
492 従動プーリー
493 ベルト
5 速度制御機構
51 ブラケット
52 ボールネジ
53 ボールナット
54 スライダ
55 ストッパ
56 サーボモータ
57 カップリング
58 当接部材
59 距離センサ
6 定圧切込機構
61 空圧シリンダ
62 ピストン
63 前側ピストンロッド
64 後側ピストンロッド
65 前側シリンダカバー
66 後側シリンダカバー
7 ベッド
W フェルール

Claims (5)

  1. 砥石ヘッドに回転可能に軸承され、前端に砥石を保持可能なスピンドル、
    上記スピンドルの中心軸線に平行な方向に上記砥石ヘッドを往復摺動可能に案内する案内面を有するベース、
    上記案内面に形成された空気静圧軸受、
    上記ベースに上記砥石ヘッドの移動方向に平行に往復移動可能に設けられ、上記砥石ヘッドの前端面に当接可能なスライダ、
    上記ベースに回転可能に軸承されたボールネジの回転で上記砥石ヘッドの移動方向に平行に往復移動するボールナットと上記ボールネジを回転駆動するサーボモータとからなり、上記スライダを往復駆動する駆動装置、
    上記駆動装置を制御し、上記スライダの位置と速度を制御する制御装置、及び、
    上記ベースに上記砥石ヘッドの移動方向に平行に往復移動可能に設けられ、上記砥石ヘッドの後端面に当接して上記砥石ヘッドを切り込み方向に押圧する空圧シリンダ
    を備えており、
    上記スライダと上記砥石ヘッドの当接位置、及び上記空圧圧シリンダと上記砥石ヘッドの当接位置は、実質的に上記スピンドルの中心軸線と同一軸線上に設けられており、
    上記案内面は、上記スピンドルの中心軸線から同一距離だけ離間した対称位置に配置された2つの円形断面を備えていること
    を特徴とする円筒状ワークの端面研削装置。
  2. 請求項1に記載された円筒状ワークの端面研削装置において、
    上記空圧シリンダはその摺動部にパッキンが無い空圧シリンダであること
    を特徴とする円筒状ワークの端面研削装置。
  3. 請求項1又は請求項2のいずれかに記載された円筒状ワークの端面研削装置において、
    上記砥石ヘッドの前端面とスライダとの間の距離を距離センサによって検出し、上記制御装置にフィードバックすることにより、空研削時間を一定値にすること
    を特徴とする円筒状ワークの端面研削装置。
  4. 請求項1から請求項3のいずれかに記載された円筒状ワークの端面研削装置において、
    上記砥石がカップ型砥石であること
    を特徴とする円筒状ワークの端面研削装置。
  5. 請求項1から請求項4のいずれかに記載された円筒状ワークの端面研削装置において、
    上記円筒状ワークは光ファイバー用のフェルールであること
    を特徴とする円筒状ワークの端面研削装置。
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