JP2005262350A - ラップ定盤 - Google Patents

Abstract

【課題】従来例より溝の形成が容易であり、且つ立上り時間が短くて済むラップ定盤を提供する。
【解決手段】回転盤３は、中心に貫通孔１１が形成された円盤状の台金５と、台金５の固定盤１３に対面する側の作用面６側に固着された砥粒層９とで構成されている。砥粒層９は、ＣＢＮ、炭化珪素、アルミナ、炭化硼素、酸化セリウムの中から選ばれる１種類以上の砥粒を結合剤、例えばメタルボンドで結合したものである。この砥粒層９の表面に、加工するボール２５の曲率半径に近い曲率半径を有する断面円弧状の環状溝１０が、台金の軸心を中心として複数形成されている。固定盤１３も同様の構成となっている。回転盤３の環状溝１０と固定盤１３の環状溝２０とが向い合って形成する研磨回路２３内をボールが移動しながらラッピングされる。
【選択図】 図２

Description

本発明は球体のラッピング加工に使用するラップ定盤に関し、より詳細に言えば、ボールベアリングなどに使用する鋼球のラッピング加工に使用するラップ定盤に関する。さらに詳細に言えば、鋼球を収受する溝の加工が容易で、立上り時間即ちならし加工時間を従来に比して短くできるラップ定盤に関する。

球体の表面を加工する方法として、二つの円盤状のラップ定盤を同一軸心状に対向させて配置し、ラップ定盤の対向する側面に形成した円周溝により画成される研削回路に球体を位置させ、定盤の一方を回転させて球体を移動させながらラッピングすることが行なわれている。このラッピング加工には遊離砥粒を用いる場合と固定砥粒を用いる場合がある。遊離砥粒の場合では、遊離砥粒を溶媒中に分散させた状態でラップ定盤の間へ供給して加工するのに対し、固定砥粒では定盤の表面に砥粒を固定して加工を行なう。そして、溶液中砥粒数の管理の困難性或いは環境への配慮などから、近年では固定砥粒を使用する場合が多い。

ボールベアリングなどに使用するボールの寸法精度の要求は従来から高いものが要求されていたが、近年ではさらにより高い精度が要求されるようになっている。このきわめて高い寸法精度の要求を満たすために、固定砥粒を利用した球体のラッピング加工では、固定砥粒としてダイヤモンド砥粒が使用されている。即ち、台金の側面上にダイヤモンド砥粒層を固着し、その砥粒層の表面に台金の軸心を中心として通常複数の環状溝を形成している。カーボンの拡散磨耗の問題があるところから、一般に鉄系材料の加工にはダイヤモンド工具は向かないとされているが、ラッピング加工ではラップ定盤の周速度が低いこと、取り代が微小であるところから、ダイヤモンドの炭素と鉄との反応は起こり難く、得られる寸法精度、加工面の品質などの点からダイヤモンドが使用されている。

この溝の形成はダイヤモンド工具を使用して切削加工したり、放電加工によったりしているが、旋盤加工による場合には、被加工側がダイヤモンドであって加工性に難点があり、溝の形成に困難を伴う。溝の形成は最初だけでなく、異なる径のボールに使用するために再加工を行なう場合もあり、その作業負荷が大きい。

また、回転側定盤と固定側定盤の溝の位置を正確に対応させるために、旋盤に取付けた工具は交換をすることなく、同一の工具を同一の状態に取付けたままで使用して加工する場合が多い。このために工具の磨耗が激しくなり、溝の精度が悪くなる。また加工される溝の面の状態が悪く、切削痕が残る。このように切削痕が残った状態の溝では、ラッピングの際に切れすぎたり、或いはラッピングされたボールの表面の面粗さが悪くなり、その品質も安定しない。このために通常は正規の加工を始める前に馴らし加工或いは捨て加工が必要となる。即ち、球体を供給して研削を行なわせ、溝の表面から突出したダイヤモンド砥粒を適宜磨耗させ、溝の状態が全体的に均一化し、研削された球体の表面状態が安定した状態となるまで捨て研削を行ない、安定した後に正規の製品の加工を開始する。しかし、ダイヤモンドをそれより硬度の低いボールの作用で磨耗させるのであるから、この安定するまでの時間、所謂馴らし時間或いは立ち上がり時間は相当長くなってしまいきわめて効率が悪い。勿論この捨て研削で研削される球体は製品にはならない。

なお上述した通り、ボールベアリングに使用する鋼球などのラッピング加工を行なうボール研摩盤において、環状の溝を設けてその溝に研磨材としてダイヤモンド砥粒を固定したラップ定盤が現実に使用されている。しかしこのようなボール研摩盤用のラップ定盤でダイヤモンド砥粒を固定したとする文献の存在について出願人は知らない。また、出願人においてそのような発明について特許出願或いは実用新案登録出願をした事実もない。従って、出願人において先行技術として開示すべき文献はない。

本願発明は上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、従来のものより溝の形成が容易であり、且つ立上り時間が短くて済むラップ定盤を提供することをその目的とする。

上記課題を解決するために本願発明に係るラップ定盤においては、以下のような構成とした。すなわち、本願のラップ定盤は、同軸状に対向配置した二つのラップ定盤の間で球体の表面を加工するラッピング加工において使用するラップ定盤である。そのラップ定盤は、略円盤状の台金と該台金の側面に固着して設けた超砥粒層とを備えており、超砥粒層の表面にはラップ定盤の軸心を中心とする１又は複数の環状溝が同心状に形成されているものである。そしてその超砥粒層は、ＣＢＮ、炭化珪素、アルミナ、炭化硼素、酸化セリウムの中から選ばれる１種類以上の砥粒を結合剤で結合したもので構成されている。

上記の通り本願発明では、砥粒層をＣＢＮ、炭化珪素、アルミナ、炭化硼素、酸化セリウムの中から選ばれる１種類以上の砥粒を結合剤で結合、固定したもので構成したので、従来に比して切削加工による溝の加工が容易で、工具の磨耗も少なく、溝の寸法精度も高くなる。また溝の面の状態も良く、従来に比して切削痕が少ない。従って立上り時間も大幅に短縮でき、効率が大幅に改善された。さらに、砥粒の選択によっては、従来のダイヤモンド砥粒の場合より、製品の加工時間そのものの短縮も可能となった。

以下、本願発明の具体的な実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の実施の形態に係るラップ定盤を使用した横軸ボール研摩盤の主要部構成を示す斜視図であり、図2は、ラップ定盤である回転盤と固定盤との左半部の断面図である。このボール研摩盤の主要部の構成は、後述するラップ定盤の砥粒層の構成を除いては公知のものと同じで良いので、以下簡単に説明する。

ボール研削盤１は回転側のラップ定盤すなわち回転盤３と固定側のラップ定盤すなわち固定盤１３とを備えている。これら二つのラップ定盤３と１３とは公知の如く所定の間隔をもって同軸状に対向して配置され、回転盤３は図示しない回転軸に取り付けられ、所定の速度で矢印方向に回転し、一方固定盤１３は固定され、静止している。回転盤３と固定盤１３との互いに向い合う面にはそれぞれ、後述するように径方向同じ位置に複数の環状溝１０と２０が同心状に形成されている。

符号３１は盆状をした回転コンベアであり、適宜手段により図中矢印方向に回転するようになっている回転中央部３２と一体回転するようになっている円盤状底部３３と、底部３３の周囲を取囲む、静止した枠体３４とを備えている。このコンベア３１の中には一度に加工する所定の数のボール２５が入れられている。そして、符号３５、３６はコンベア３１から固定盤１３に形成された切欠き２３内へ伸びている供給シュートと排出シュートである。ボール２５は底部３３の回転に伴い供給シュート３５を通って回転盤３と固定盤１３の環状溝１０、２０により画成される研削回路２３内へ供給され、加工を受けながらこの研削回路２３内を移動し、排出シュート３６を通ってコンベア３１へ戻されるようになっている。符号３７は枠体３４に固定された板状の仕切り板であり、排出シュート３６から戻されたボール２５が約一周して再度供給シュート３５に送られるようになっている。このようにしてボール２５は何度か回転盤３と固定盤１３との間でラッピング処理を受け、完成されるようになっている。

次に本発明に係るラップ定盤に付いて図２を参照して詳細に説明する。回転盤３は、中心に貫通孔１１が形成された円盤状の台金５と、台金５の片側側面すなわち後述の固定盤１３に対面する側の作用面６側に固着された砥粒層９とで構成されている。図示の通り、台金５の作用面には、所定の幅と深さを有する環状の凹所７が形成されており、この凹所７を埋めるようにして砥粒層９が配置されている。

砥粒層９は、ＣＢＮ、炭化珪素、アルミナ、炭化硼素、酸化セリウムの中から選ばれる１種類以上の砥粒を結合剤、例えばメタルボンドで結合したものである。勿論レジンボンドの使用も可能である。なおこの砥粒層９の台金5への固着は、砥粒層９の焼成と同時に行なうことができるが、別途金型を使用して焼成し、それを台金５に固着しても良い。この砥粒層９の表面に、加工するボール２５の曲率半径に近い曲率半径を有する断面円弧状の環状溝１０が、台金の軸心を中心として複数、本実施の形態では５つ形成されている。円弧の長さは半円より若干短くなっている。

固定盤１３は、前述のとおり回転盤３に対して所定の間隔で同軸状に対向して配置されている。この固定盤１３の構成は回転盤３と略同様であり、中心に貫通孔２１が形成された円盤状の台金１５と、台金１５の片側側面すなわち回転盤３に対面する側の作用面１６側に固着された砥粒層１９とで構成されている。そして、台金１５の作用面１６には、所定の幅と深さを有する環状の凹所１７が形成されており、この凹所１７を埋めるようにして砥粒層１９が配置されている。

この砥粒層１９も、ＣＢＮ、炭化珪素、アルミナ、炭化硼素、酸化セリウムの中から選ばれる１種類以上の砥粒を結合剤、例えばメタルボンドで結合したものである。そしてこの砥粒層９の表面に、回転盤３の環状溝１０と同じ形状の環状溝２０が、台金５及び１５の径方向で回転盤３の環状溝１０と同じ位置に５つ形成されている。回転盤３の環状溝１０と固定盤１３の環状溝２０とが向い合って形成する研磨回路２３内をボールが移動しながらラッピングされることとなる。

なお、上記実施の形態では、回転盤３と固定盤１３の作用面６、１６に環状の凹所７、１７を形成し、そこに砥粒層９、１９を配置したが、凹所７、１７は必ずしも設けることは必要ではなく、平らな作用面上に砥粒層９、１９を配置しても良い。

銅粉末などの燒結体からなる直径４００ｍｍ、厚さｍｍ、中心孔径２４０ｍｍの砥粒層を製作し、台金に固着した。砥粒層は、平均粒径が２０μｍの銅粉末が６５％、ＪＩＳ Ｈ２２０２に規定する鋳物用青銅合金地金３種の組成を有する粒径２０μｍ青銅粉末２５％、及びすず粉末１０％を混合し、混合粉を用意した。この混合粉に平均粒径１．５μｍのＣＢＮ砥粒を２５％の割合となるように添加混合し、所定の金型に充填し、温度６００℃、圧力１．５ＭＰａで１時間熱圧縮することにより焼成した。この砥粒層を台金の作用面上に固着した。

そして砥粒層の表面に、断面円弧状で深さ０．３５ｍｍの同心円状の環状溝１５本を０．７９Ｒのダイヤモンドコンパクトバイトで切削加工して形成し、ラップ定盤を得た。このラップ定盤を回転盤及び固定盤として用いて、材質ＳＵＪ２、硬度Ｈｖ７９０，呼径１．６ｍｍの球軸受け用鋼球のラッピングを行なった。

ラップ定盤を横軸ボール研摩機に搭載し、軽油を研削液として使用し、回転数２０ｒｐｍ、荷重１．０Ｎ、一回の投入量４８００個、全投入数１０万個／ロット、加工時間２００時間／ロットの条件でラッピングを行なった。加工時間１０時間ごとに１０個づつ、合計２００個のラッピングされた鋼球をサンプリングし、ＪＩＳ Ｂ１５０１に従って表面粗さ（Ｒａ）、真球度を測定し、さらに研削除去量の測定も行なった。

結果は、加工時間２０時間程度で面精度は２〜３ｎｍで安定し、真球度は０．０５〜０．１μｍ、平均研削除去量は０．７μｍであった。

ＪＩＳ Ｒ６１１１に規定されるＷＡ砥粒（平均粒径１．５μｍ）を用いて実施例１と同一成分比率、同一寸法の砥粒層を備えたラップ定盤を製作し、同一条件でラッピングテストを行なったところ、１０時間程度で面粗さは２〜４ｎｍで安定し、真球度は０．０５〜０．１μｍ、平均研削除去量は０．１５μｍであった。

比較例

ダイヤモンド砥粒（平均粒径１．５μｍ）を用いて実施例１と同一成分比率、同一寸法の砥粒層を備えたラップ定磐を製作し、同一条件で鋼球をラッピングし、同様の評価を行なった。表面粗さは８０時間程度でＲａ２〜４ｎｍで安定し、真球度は０．０５〜０．１５μｍ、平均切削除去量は０．４μｍであった。

実施例１、２と比較例との結果を表１に示す。

表１から判るとおり、ＣＢＮを用いたラップ定盤はダイヤモンドを使用した定盤より立上り時間がはるかに短い。さらに切味も優れているので研削除去量が多く、同一量を研削除去する場合に要する時間も短くなる。ＷＡを用いたラップ定盤では立上り時間がＣＢＮを用いた場合よりさらに短くなっている。

本発明の実施の形態に係るラップ定盤を使用した横軸ボール研摩盤の主要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るラップ定盤である回転盤と固定盤との左半部の断面図である。

符号の説明

１ 横軸ボール研摩盤
３ 回転盤（ラップ定盤）
５ 台金
６ 作用面
７ 環状凹所
９ 砥粒層
１０ 環状溝
３ 固定盤（ラップ定盤）
１５ 台金
１６ 作用面
１７ 環状凹所
１９ 砥粒層
２０ 環状溝
２５ ボール

Claims (1)

1. 同軸状に対向配置した二つのラップ定盤の間で球体の表面を加工するラッピング加工において使用するラップ定盤であり、略円盤状の台金と該台金の側面に固着して設けた超砥粒層とを備え、該超砥粒層の表面に前記ラップ定盤の軸心を中心とする１又は複数の環状溝を同心状に形成したラップ定盤において、前記超砥粒層は、ＣＢＮ、炭化珪素、アルミナ、酸化セリウムの中から選ばれる１種類以上の砥粒を結合剤で結合して構成されていることを特徴とする、ラップ定盤。