JP2007007818A - 研磨加工方法および研磨加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工面の軸方向幅が異なる多種のワークに対しても、一種の研磨用テープにて加工できるようにする。
【解決手段】 クランクシャフト１のピン部５またはジャーナル部３からなる加工面を、一対の押圧アーム２９，３１で挟持し、この押圧アーム２９，３１の加工面に対する挟持面と加工面との間にラッピングフィルム７を介在させ、ラッピングフィルム７をその長手方向に沿って加工面に対して相対移動させることで研磨加工する。この際、ラッピングフィルム７の幅を加工面の幅より狭くし、ラッピングフィルム７を、加工面の幅に応じた振れ幅にて軸方向に相対移動させつつ研磨加工する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、断面円弧状で軸方向に所定幅の加工面を有するワークの加工面を、研磨用テープを用いて研磨加工する研磨加工方法および研磨加工装置に関する。

断面円弧状で軸方向に所定幅の加工面を有するワークとして、例えば内燃機関に使用するクランクシャフトがある。クランクシャフトの加工面となるピン部やジャーナル部は、内燃機関における燃費向上のために、摺動面としてフリクションを低減することが必要であり、そのために、現在研磨用テープを用いて上記した摺動面を研磨加工している（例えば下記特許文献１参照）。

研磨用テープを用いた加工は、上記したクランクシャフトのピン部またはジャーナル部からなる加工面を、一対のクランプアームで挟持し、クランプアームの加工面に対する挟持面と加工面との間に研磨用テープを介在させ、研磨用テープを加工面に対して相対移動させることで加工面を研磨加工する。
特開２０００−１０８００５号公報

ところで、上記した従来の研磨用テープを用いた研磨加工では、一つの加工設備で径違いの２種のワークの加工が可能であるものの、研磨用テープの幅が、ワークにおける加工面の幅に対応して、一品一様の仕様となっているため、加工面の幅が異なる多種のワークを加工する際には、その分幅の異なる研磨用テープやクランプアームを複数種用意するなどの措置が必要となり、設備コストの上昇を招く。

そこで、本発明は、加工面の軸方向幅が異なる多種のワークに対しても、一種の研磨用テープにて加工できるようにすることを目的としている。

本発明は、断面円弧状で軸方向に所定幅の加工面を有するワークの前記加工面を、一対のクランプアームで挟持し、このクランプアームの前記加工面に対する挟持面と前記加工面との間に研磨用テープを介在させ、この研磨用テープをその長手方向に沿って前記加工面に対して相対移動させることで研磨加工する研磨加工方法において、前記研磨用テープの幅を前記加工面の幅より狭くし、この研磨用テープを、前記加工面の幅に応じた振れ幅にて軸方向に相対移動させつつ研磨加工することを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、加工面の幅より狭い幅を有する研磨用テープを、加工面の幅に応じた振れ幅にてワークの軸方向に相対移動させつつ研磨加工するようにしたので、加工面の幅が異なる多種のワークに対しても、一種の研磨用テープにて加工することができ、設備コストを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示す、ワークであるクランクシャフトに対する研磨加工装置の概略正面図である。この研磨加工装置は、クランクシャフト１のジャーナル部３またはピン部５からなる加工面を研磨加工するもので、非伸縮性でかつ変形可能な薄肉基材の一面に砥粒を設けた研磨用テープとしてのラッピングフィルム７と、ラッピングフィルム７の背面側に配置した、加工面に対する挟持面を有するシュー９（図２参照）と、シュー９を加工面に押付けてラッピングフィルム７の砥粒面を加工面に押付けるシュー押付手段１１（図２参照）と、クランクシャフト１を回転駆動する回転駆動手段１３（図１参照）と、クランクシャフト１とラッピングフィルム７とを相対的にオシレーションさせる駆動手段としてのオシレーション手段１５（図１参照）と、クランクシャフト１およびラッピングフィルム７周辺に冷却液を供給して冷却する冷却手段１７（図２参照）とをそれぞれ有し、クランクシャフト１を回転しつつこれにラッピングフィルム７を押圧してラッピング加工（研磨加工）を施している。

また、この研磨加工装置は、加工に当り、シュー押付手段１１、回転駆動手段１３およびオシレーション手段１５などの作動状態を適宜検知手段（図示せず）により検知し、この検知信号に基づき各手段を制御する制御部１９を設けている。

ラッピングフィルム７は、種々のタイプがあるが、本実施形態では、基材が所定幅の帯状をした非伸縮性の高い材料、例えば、板厚ｔが２５μｍ〜１３０μｍ程度のポリエステルなどから構成している。このようにラッピングフィルム７を非伸縮性でかつ変形可能な薄肉基材により構成すれば、ラッピング加工が円滑に行えて作業効率が向上する。

上記したラッピングフィルム７を構成する薄肉基材の一面には、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）を接着剤により取付けている。砥粒は、基材の一面に対して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、ゴムあるいは合成樹脂などからなる抵抗材料（図示せず）を取付けているが、場合によっては滑り止め加工を施してもよい。

そして、図３（ａ）に示すように、上記したラッピングフィルム７の幅Ｈ1は、加工面である例えばピン部５の軸方向（図３中で左右方向）の幅Ｌより狭くしている。具体的には、ピン部３の幅Ｌを１８ｍｍとした場合、ラッピングフィルム７の幅Ｈ1は１０．５ｍｍとする。また、このときのシュー９の幅Ｈ2は、例えば１０ｍｍとしてラッピングフィルム７の幅Ｈ1より若干狭くする。

他の加工面であるジャーナル部１の幅についても、ラッピングフィルム７の幅Ｈ1より広くする。

また、図４に示すように、シュー９の幅方向の両端部における角部を、Ｒ形状部９ａとし、幅方向中心側から外側に向けて加工面に対して漸次離れるような形状とする。この場合Ｒ形状部９ａに代えて、角部に面取りを施してもよい。

このようなラッピングフィルム７は、図２に示すように、巻取りリール２１をモータ２３により回転し牽引することにより、研磨加工装置の枠体などに支持した供給リール２５から引き出され、多数のローラＲ_１〜Ｒ_９にガイドされ、巻取りリール２１に巻き取られる。

供給リール２５と巻取りリール２３の近傍にはロック装置（図示せず）を設け、このロック装置の作動によりラッピングフィルム７全体に所定のテンションを付与し、この状態で研磨加工を行う。

前記したシュー９は、ゴムあるいは合成樹脂などにより構成した比較的剛性を有するもので、図２に示すように、内面側はクランクシャフト１の加工面に沿うように凹状の円弧面としているが、外周側をシューケース２７が保持している。

シュー押付手段１１は、シュー９を支持するシューケース２７を先端部に取付けたクランプアームとしての押圧アーム２９，３１と、これら押圧アーム２９，３１の後端に設けられ、所定の加圧力で両シュー９をクランクシャフト１の加工面に向かって押付ける流体圧シリンダ３３と、シュー９の押圧力を調節する押圧力調節手段３５とを有している。

上記したシュー押付手段１１は、流体圧シリンダ３３が作動すると、支持ピン３７を中心として両押圧アーム２９，３１が開閉するが、両押圧アーム２９，３１の回動は、ラッピングフィルム７とともに行なわれ、閉じ回動によりシュー９がラッピングフィルム７を介してクランクシャフト１の加工面を加圧し、開き回動により加工面とシュー９との当接を解除する。

また、前記した押圧力調節手段３５は、シューケース２７を押圧するばね力をカム３９により調節して、シュー９のクランクシャフト１の加工面に対する押圧力を調節する。ただし、これのみでなく、ばね力をネジ部材を用いて調節してもよい。

回転駆動手段１３は、図１において、主軸４１を回転自在に支持するヘッドストック４３と、主軸４１の先端に連結されクランクシャフト１の一端を把持するチャック４５と、主軸４１にベルト４７を介して連結した主軸モータ４９と、クランクシャフト１の他端を支持するテールストック５１とをそれぞれ有している。

クランクシャフト１は、ヘッドストック４３とテールストック５１との間にセットし、主軸モータ４９の回転により、ベルト４７、主軸４１およびチャック４５を介して回転する。

これらヘッドストック４３とテールストック５１は、Ｙ方向（図１中で紙面に直交する方向）に沿ってスライド移動自在なテーブル５３，５５上に設け、このテーブル５３，５５は、Ｘ方向（図１中で左右方向）に沿ってスライド移動自在なテーブル５７上に配置している。

前記したオシレーション手段１５は、図１に示すように、リニアモータ部５９によって、テーブル５７を、図示しない直線案内機構を介して図１中で左右方向に一定速度で往復移動させ、クランクシャフト１全体をＸ方向にオシレーションする。

次に、作用を説明する。

まず、両押圧アーム２９，３１が開の状態で、供給リール２５近傍に設けたロック装置をロックし、モータ２３を作動し巻取りリール２１を回転する。これによりラッピングフィルム７はその長手方向に所定量移動し、新規な砥粒面がクランクシャフト１の加工面上にセットされるとともにラッピングフィルム７に所定のテンションが付与される。

そして、巻取りリール２１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ぴんと張った状態のラッピングフィルム７となる。この状態で、ヘッドストック４３とテールストック５１との間にクランクシャフト１をセットする。このセット後、流体圧シリンダ３３を作動すると、両押圧アーム２９，３１は閉じ、ラッピングフィルム７は、クランクシャフト１の加工面（ここではピン部５とする）上にセットされ、両シュー９により所定の押付け力で加工面に押付けられる。

クランクシャフト１がそのピン部５のように、加工面が複数箇所あれば、ラッピングフィルム７を、個々のピン部５に対応するようにセットし、押付ける。

したがって、クランクシャフト１が回転すると、その加工面は、ラッピングフィルム７の砥粒面によりラッピング加工されることになる。

ピン部５についてはジャーナル部３に対して偏心回転するが、通常の手法により両押圧アーム２９，３１もこれに追随して揺動し、同様にラッピング加工される。

特に、本実施形態では、前記図３（ａ）に示したように、ラッピングフィルム７の幅Ｈ1を、加工面であるピン部５やジャーナル部３の軸方向（図３中で左右方向）の幅Ｌより狭くしている。

そして、この状態でオシレーション手段１５におけるリニアモータ部５９を駆動することで、テーブル５７を、テーブル５３，５５とともに図１中で左右方向に一定速度で往復移動させ、これによりクランクシャフト１全体をＸ方向にオシレーションする。

クランクシャフト１全体をＸ方向に往復移動させることで、ラッピングフィルム７がピン部５に対してその軸方向に相対移動し、これら各ピン部５に対してその軸方向全域を研磨加工する。

また、図３（ｂ）に示すように、加工面であるピン部５０の軸方向の幅Ｍが、図３（ａ
）に示したピン部５の同幅Ｌに対して短い場合には、リニアモータ部５９の駆動によるクランクシャフト１のＸ方向の往復移動領域（振れ幅）を、図３（ａ）のＡから図３（ｂ）のＢとなるよう小さくすることで対応する。

逆に、図３（ａ）のピン部５の軸方向の幅に対して長い幅の加工面に対しては、リニアモータ部５９の駆動によるクランクシャフト１のＸ方向の往復移動領域（振れ幅）を、図３（ａ）のＡからさらに大きくすることで対応する。

このように、本実施形態では、ラッピングフィルム７の幅Ｈ1を、加工面であるピン部５やジャーナル部３の軸方向（図３中で左右方向）の幅Ｌより狭くし、このラッピングフィルム７を加工面の幅に応じた振れ幅にて軸方向に相対移動させつつ研磨加工するようにしたので、クランクシャフト１のピン部５やジャーナル部３の幅が異なる多種のワークに対しても、一種のラッピングフィルム７にて加工することができ、設備コストを低減することができる。

また、クランクシャフト１を往復移動させる際の移動速度を一定速度とすることで、ピン部５やジャーナル部３に対し、その軸方向幅全域にわたって加工量が安定し均一化させることができる。

そして、このような移動速度を一定とする制御はリニアモータ部５９によって容易に実現することができる。

また、ラッピングフィルム７の幅Ｈ1をシュー９の幅Ｈ2より狭くし、かつシュー９の幅方向の両端部における角部をＲ形状部９ａとすることで、シュー９の角部が加工面に接触することによる加工面に対する損傷を防止することができる。

図５は、このようにして研磨加工した後の加工面の真直度を示したもので、加工面の幅全域に渡り、ほぼ均一に研磨加工していることがわかる。

なお、上記した研磨加工時での加工条件は、以下の通りである。

クランクシャフト１の回転数：８０ｒｐｍ
押圧アーム２９，３１によるクランプ圧：９８ｋＮ
ピン部５の直径：６０ｍｍ
ピン部５の幅（Ｌ）：１８ｍｍ
ラッピングフィルム７の砥粒径：荒加工３０μｍ・仕上げ加工１５μｍ
ラッピングフィルム７の幅（Ｈ1）：１０．５ｍｍ
シュー９の幅（Ｈ2）：１０ｍｍ
オシレーション幅（Ｌ−Ｈ2）：８ｍｍ
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々変更できる。例えば、前述した実施形態では、主としてクランクシャフト１のピン部５を加工する場合について述べたが、これのみでなく、クランクシャフト１のジャーナル部３であってもよく、場合によっては、カムシャフトのカムロブ部やジャーナル部などのような断面非真円状の円弧状加工面を有するものであってもよく、さらに他の円弧状加工面を有するものに対しても適用できる。

また、研磨加工時に、クランクシャフト１側を軸方向に往復移動させる代わりに、ラッピングフィルム７側をシュー９や押圧アーム２９，３１とともにクランクシャフト１に対して軸方向に往復移動させてもよい。

本発明の一実施形態を示す研磨加工装置の概略正面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面相当図である。 クランクシャフトのピン部の幅とラッピングフィルムの幅との関係を示す説明図である。 シューにおける幅方向の両端部の角部の形状を拡大して示した説明図である。 研磨加工後の加工面の真直度を示す説明図である。

符号の説明

１ クランクシャフト
３ ジャーナル部（加工面）
５ ピン部（加工面）
７ ラッピングフィルム（研磨用テープ）
９ シュー（挟持面）
９ａ Ｒ形状部（角部）
１５ オシレーション手段（駆動手段）
２９，３１ 押圧アーム（クランプアーム）
５９ リニアモータ部

Claims (5)

1. 断面円弧状で軸方向に所定幅の加工面を有するワークの前記加工面を、一対のクランプアームで挟持し、このクランプアームの前記加工面に対する挟持面と前記加工面との間に研磨用テープを介在させ、この研磨用テープをその長手方向に沿って前記加工面に対して相対移動させることで研磨加工する研磨加工方法において、前記研磨用テープの幅を前記加工面の幅より狭くし、この研磨用テープを、前記加工面の幅に応じた振れ幅にて軸方向に相対移動させつつ研磨加工することを特徴とする研磨加工方法。
2. 前記研磨用テープの前記加工面に対する軸方向の相対移動速度を一定とすることを特徴とする請求項１に記載の研磨加工方法。
3. 前記研磨用テープの前記加工面に対する軸方向の相対移動は、リニアモータにより駆動することを特徴とする請求項１または２に記載の研磨加工方法。
4. 前記クランプアームの前記加工面に対する挟持面の幅を、前記研磨用テープの幅より狭くし、かつ前記挟持面の幅方向両端の前記研磨用テープに対向する側の角部を、幅方向中心側から外側に向けて前記加工面に対して漸次離れるような形状としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の研磨加工方法。
5. 断面円弧状で軸方向に所定幅の加工面を有するワークの前記加工面を、一対のクランプアームで挟持し、このクランプアームの前記加工面に対する挟持面と前記加工面との間に研磨用テープを介在させ、この研磨用テープをその長手方向に沿って前記加工面に対して相対移動させることで研磨加工する研磨加工装置において、前記研磨用テープの幅を前記加工面の幅より狭くし、この研磨用テープを、前記加工面の幅に応じた振れ幅にて軸方向に相対移動させる駆動手段を設けたことを特徴とする研磨加工装置。

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