JP2010194623A - ねじ研削盤及びねじ溝研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ溝の位置に砥石を自動的に位置決めすることが可能であり、且つ加工精度を自動的に測定できるとともに加工時間が長くなることを抑制し、測定の結果得られた補正を当該ワークの加工に反映可能なねじ研削盤、及びねじ溝研削方法を提供する。
【解決手段】一部の円筒面を周回するように形成されたねじ溝ＮＭを有する略円筒状のワークＷをワーク回転軸ＣＺ回りに回転可能に支持する支持手段と、ねじ溝を仕上げ研削する砥石Ｔと、リード方向移動手段と、切り込み方向移動手段と、を備え、ねじ溝ＮＭの研削時におけるワークＷと砥石Ｔとの接点である加工点Ｋｐから、ワーク回転軸ＣＺ方向にねじ溝ＮＭのリード幅Ｌｐに対応した距離だけ離れた位置に、物体に接触することなく物体までの距離に応じた検出信号を出力する非接触変位検出手段Ｓ１が、ワークＷの方向に向けて設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒状のワークの一部の円筒面を周回するように形成されたねじ溝を仕上げ研削するねじ研削盤、及びねじ溝研削方法に関する。

従来のねじ研削盤を用いたねじ溝（本明細書では例としてボールねじ用のねじ溝について説明する）の仕上げ研削では、砥石とねじ溝との位相合わせは、作業者が目視しながら手動操作にて砥石をねじ溝の位置に移動させているのが一般的である。
なお、ねじ溝の１溝のみを測定する自動位相合わせ装置もあるが、ワーク形状が異なる場合（ワークの径が異なる場合等）は段取替えが必要であり、手間がかかる。
また図６（Ａ）に示すように、加工精度の一つであるオーバーボール径の測定には、対象とするワークＷのねじ溝ＮＭに対応するボールと同じ径を有する平行な２本のピンＨをねじ溝に入れてワークＷを挟み、そのピンＨの径を含めた間隔を測定している。
また図６（Ｂ）に示すように、加工後のねじ溝ＮＭ（ボールねじのねじ溝）にボールＢを入れた場合、一般的にはねじ溝ＮＭとボールＢとの接点が、点ＰＬ及び点ＰＲの２点となるようにねじ溝ＮＭの形状を設定している。加工精度の一つであるねじ溝形状の測定として、点ＰＬの位置、点ＰＲの位置、及び円弧ＰＬ−ＰＲの径（すなわち、ねじ溝ＮＭの形状）の測定を必要としている。
そして、これらの測定時には、加工後または仕上げ研削前に工作機械を停止させて作業者が手動で測定しており、測定の結果によって得た補正値を、次のワークの加工に反映している。
また、例えば特許文献１に記載された従来技術では、ねじ溝に対して昇降自在、且つ進退自在に設けられた非接触型の距離検出用のセンサをねじ軸の径方向、軸方向、回転方向に移動させて、当該センサに対向しているねじ溝の両肩部の位置を、ねじ軸回転方向と水平方向とで検出してねじ溝の中心位置を割り出し、自動的にねじ溝の中心位置に砥石を位置決めする、ボールねじ軸の溝位置合わせ装置が開示されている。

特開２００１−２６９８６３号公報

作業者の目視による手動操作でのねじ溝への砥石の位置合わせや、ねじ溝形状の測定には、異なる作業者間の熟練度の差によるバラツキや、同一作業者でも発生する作業毎のバラツキがあるため、安定した品質を得ることは困難である。また、前記した位相合わせや、加工精度の測定時に工作機械を停止させる必要があるので、加工時間が長くなる。更に、加工後に加工精度を測定して次の加工に補正を反映する方法では、量産加工の場合、不良品の発生頻度が高くなる可能性がある。
例えば砥石が摩耗した場合、オーバーボール径やねじ溝の形状等の加工精度が悪化するが、加工後に測定する場合は不良品の発生頻度が高くなる。また、これを防止するためには砥石のツルーイングインターバルを短くして摩耗が進む前に砥石をツルーイングすればよいが、工具コストが高くなる。
また、特許文献１に記載された従来技術は、ねじ溝の位置を測定して砥石の位置決めを自動的に行う自動位相合わせ装置であり、加工前の砥石の位置決め精度を向上させてバラツキなく安定した位置決めを行うことができるが、装置が大型化する。また、加工後の加工精度の測定に当該センサを用いてねじ溝の深さを測定することも可能と考えられるが、加工と測定を同時に行うものではなく、加工が終わってから測定を開始するので、加工時間が長くなる。更に、同一ワークにて、加工−測定−補正を反映した加工を繰り返すと加工時間が非常に長くなる。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、ねじ溝の位置に砥石を自動的に位置決めすることが可能であり、且つ加工精度を自動的に測定できるとともに加工時間が長くなることを抑制し、測定の結果得られた補正を当該ワークの加工に反映可能なねじ研削盤、及びねじ溝研削方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのねじ研削盤である。
請求項１に記載のねじ研削盤は、少なくとも一部の円筒面を周回するように形成されたねじ溝を有する略円筒状のワークをワーク回転軸回りに回転可能に支持する支持手段と、略円筒状の形状を有するとともに回転可能に支持され、外周面にて前記ねじ溝を仕上げ研削する砥石と、前記支持手段にて支持した前記ワークに対して前記砥石を前記ワーク回転軸方向に相対的に移動させるリード方向移動手段と、前記支持手段にて支持した前記ワークに対して前記砥石を前記ワーク回転軸に交差する方向に相対的に移動させる切り込み方向移動手段と、を備えたねじ研削盤である。
前記ねじ溝の研削時における前記ワークと前記砥石との接点である加工点から、前記ワーク回転軸方向に前記ねじ溝のリード幅に対応した距離だけ離れた位置に、物体に接触することなく前記物体までの距離に応じた検出信号を出力する非接触変位検出手段が、前記ワークの方向に向けて設けられている。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのねじ研削盤である。
請求項２に記載のねじ研削盤は、請求項１に記載のねじ研削盤であって、前記非接触変位検出手段は複数設けられており、それぞれの非接触変位検出手段は、前記加工点から前記リード幅に対応したそれぞれの距離だけ離れるように、前記ワーク回転軸方向に沿って一列に設けられている。
そして、それぞれの非接触変位検出手段にて、前記ねじ溝の任意の位置における前記ワーク回転軸方向の凹形状に対して、それぞれ異なる個所までの距離を検出可能とするために、隣り合う非接触変位検出手段における前記ワーク回転軸方向の間隔は、それぞれ異なる間隔に設定されている。

また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりのねじ研削盤である。
請求項３に記載のねじ研削盤は、請求項１または２に記載のねじ研削盤であって、少なくとも１つの非接触変位検出手段は、前記ワーク回転軸に直交する方向に対して、前記ワーク回転軸方向に所定の傾斜角度を有するように設けられて、当該非接触変位検出手段にて前記ねじ溝の一方の側面の近傍までの距離を検出可能となるように設けられている。

また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりのねじ溝研削方法である。
請求項４に記載のねじ溝研削方法は、請求項１に記載のねじ研削盤を用いたねじ溝研削方法であって、以下のステップを有する。
前記ワークを静止させた状態にて、前記ワークに対して前記非接触変位検出手段を相対的に前記ワーク回転軸方向に移動させながら検出信号に基づいて特定位置のねじ溝における前記ワーク回転軸方向の形状を測定するステップ。
測定した前記特定位置のねじ溝の形状に基づいて、当該特定位置のねじ溝における前記ワーク回転軸方向の中心位置を求めるステップ。
求めた前記特定位置のねじ溝の中心位置に前記加工点が一致するように、前記ワークに対する前記砥石の相対位置を位置決めするステップ。
更に、前記ワークを前記ワーク回転軸回りに回転させるとともに、前記ワークに対する前記砥石の位置を、前記ねじ溝のリード幅と前記ワーク回転軸回りの回転速度とに基づいて、相対的に前記ワーク回転軸方向に移動させ、前記ねじ溝を研削しながら前記非接触変位検出手段の検出信号を取り込んで、前記非接触変位検出手段の先端部から前記ねじ溝までの距離を連続的に測定し、前記ねじ溝の深さを連続的に測定するステップ。

また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりのねじ溝研削方法である。
請求項５に記載のねじ溝研削方法は、請求項２に記載のねじ研削盤を用いたねじ溝研削方法であって、以下のステップを有する。
前記ワークを静止させた状態にて、前記ワークに対して複数の前記非接触変位検出手段を相対的に前記ワーク回転軸方向に移動させながら検出信号に基づいて特定位置のねじ溝における前記ワーク回転軸方向の形状を測定するステップ。
測定した前記特定位置のねじ溝の形状に基づいて、当該特定位置のねじ溝における前記ワーク回転軸方向の中心位置を求めるステップ。
求めた前記特定位置のねじ溝の中心位置に前記加工点が一致するように、前記ワークに対する前記砥石の相対位置を位置決めするステップ。
更に、前記ワークを前記ワーク回転軸回りに回転させるとともに、前記ワークに対する前記砥石の位置を、前記ねじ溝のリード幅と前記ワーク回転軸回りの回転速度とに基づいて、相対的に前記ワーク回転軸方向に移動させ、前記ねじ溝を研削しながら複数の前記非接触変位検出手段のそれぞれの検出信号を取り込んで、それぞれの非接触変位検出手段の先端部から前記ねじ溝までのそれぞれの距離を連続的に測定し、前記ねじ溝における前記ワーク回転軸方向の凹形状を連続的に測定するステップ。

また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりのねじ溝研削方法である。
請求項６に記載のねじ溝研削方法は、請求項３に記載のねじ研削盤を用いたねじ溝研削方法であって、以下のステップを有する。
前記ワークを静止させた状態にて、前記ワークに対して単数または複数の前記非接触変位検出手段を相対的に前記ワーク回転軸方向に移動させながら検出信号に基づいて特定位置のねじ溝における前記ワーク回転軸方向の形状を測定するステップ。
測定した前記特定位置のねじ溝の形状に基づいて、当該特定位置のねじ溝における前記ワーク回転軸方向の中心位置を求めるステップ。
求めた前記特定位置のねじ溝の中心位置に前記加工点が一致するように、前記ワークに対する前記砥石の相対位置を位置決めするステップ。
更に、前記ワークを前記ワーク回転軸回りに回転させるとともに、前記ワークに対する前記砥石の位置を、前記ねじ溝のリード幅と前記ワーク回転軸回りの回転速度とに基づいて、相対的に前記ワーク回転軸方向に移動させ、前記ねじ溝を研削しながら単数または複数の前記非接触変位検出手段のそれぞれの検出信号を取り込んで、それぞれの非接触変位検出手段の先端部から前記ねじ溝までのそれぞれの距離を連続的に測定し、前記ワーク回転軸方向に所定の傾斜角度を有するように設けた非接触変位検出手段による前記距離に基づいて前記ねじ溝における前記ワーク回転軸方向の位置を連続的に測定するステップ。

また、本発明の第７発明は、請求項７に記載されたとおりのねじ溝研削方法である。
請求項７に記載のねじ溝研削方法は、請求項５に記載のねじ溝研削方法であって、以下のステップを有する。
前記ねじ溝における前記ワーク回転軸方向の凹形状を連続的に測定し、測定した凹形状に基づいて前記砥石の摩耗量を推定するステップ。
推定した摩耗量に基づいて前記砥石をツルーイングすべきか否かを判定するステップ。

請求項１に記載のねじ研削盤を用いれば、加工前には図２（Ａ）に示すように、非接触変位検出手段を用いてねじ溝の位置を測定することが可能であるため、ねじ溝の位置に砥石を自動的に位置決めすることが可能である。
また加工精度の測定については図２（Ｂ）に示すように、砥石で加工を行いながら非接触変位検出手段にて、加工とほぼ同時にねじ溝の深さを自動的に測定することが可能であり、加工中にオーバーボール径を測定することができる。また、往復させて加工することで、加工の直前または加工の直後のねじ溝の深さを測定することができる。
従って、加工時間が長くなることを抑制することができる。そして、測定結果から得られた補正を当該ワークの加工に反映することが可能となる。

また、請求項２に記載のねじ研削盤によれば、加工前には図２（Ａ）と同様に、ねじ溝の位置を測定して砥石を自動的に位置決めすることが可能である。
また加工精度の測定については図３に示すように、砥石で加工を行いながら非接触変位検出手段にて、ねじ溝ＮＭにおける異なる位置（Ｓ１〜Ｓ３）においてそれぞれの位置の深さを加工とほぼ同時に自動的に測定することが可能であり、加工中にオーバーボール径を測定できるとともに加工中にねじ溝の形状を測定することができる。また、往復させて加工することで、加工の直前または加工の直後の測定をすることができる。
従って、加工時間が長くなることを抑制することができる。そして、測定結果から得られた補正を当該ワークの加工に反映することが可能となる。

また、請求項３に記載のねじ研削盤によれば、加工前には図２（Ａ）と同様に、ねじ溝の位置を測定して砥石を自動的に位置決めすることが可能である。
また加工精度の測定については図４に示すように、砥石で加工を行いながら非接触変位検出手段Ｓ１にてねじ溝ＮＭの深さを測定し、非接触変位検出手段Ｓｋにてねじ溝ＮＭのリード方向の位置を加工とほぼ同時に自動的に測定することが可能であり、加工中に、オーバーボール径の測定と、ねじ溝のリード方向の位置（熱変位等によるずれ）を測定することができる。また、往復させて加工することで、加工の直前または加工の直後の測定をすることができる。
従って、加工時間が長くなることを抑制することができる。そして、測定結果から得られた補正を当該ワークの加工に反映することが可能となる。
また、図５に示すように非接触変位検出手段Ｓｋ、Ｓ１〜Ｓ３を配置すれば、上記に加えて、加工を行いながらねじ溝ＮＭの「形状」をも測定することができる。

また、請求項４に記載のねじ溝研削方法によれば、ねじ溝の位置を測定し、測定したねじ溝の位置に砥石を自動的に位置決めすることを容易に実現することができる。
また、砥石で加工を行いながら非接触変位検出手段にて、加工とほぼ同時にねじ溝のオーバーボール径を自動的に測定可能であり、測定結果から得られた補正を当該ワークの加工に反映することを容易に実現可能であり、加工時間が長くなることを抑制することができる。

また、請求項５に記載のねじ溝研削方法によれば、ねじ溝の位置を測定し、測定したねじ溝の位置に砥石を自動的に位置決めすることを容易に実現することができる。
また、砥石で加工を行いながら非接触変位検出手段にて、加工とほぼ同時にねじ溝のオーバーボール径に加えて「形状」も自動的に測定可能であり、測定結果から得られた補正を当該ワークの加工に反映することを容易に実現可能であり、加工時間が長くなることを抑制することができる。

また、請求項６に記載のねじ溝研削方法によれば、ねじ溝の位置を測定し、測定したねじ溝の位置に砥石を自動的に位置決めすることを容易に実現することができる。
また、砥石で加工を行いながら非接触変位検出手段にて、加工とほぼ同時にねじ溝のオーバーボール径に加えて、「リード方向の位置」、あるいは「リード方向の位置」と「形状」を自動的に測定可能であり、測定結果から得られた補正を当該ワークの加工に反映することを容易に実現可能であり、加工時間が長くなることを抑制することができる。

また、請求項７に記載のねじ溝研削方法によれば、ねじ溝におけるワーク回転軸方向の凹形状に基づいて砥石の摩耗量を推定することで、より適切に砥石のツルーイングタイミングを判定することができる。
これにより、不良品の発生頻度を低減することができるとともに、不要なツルーイングを減らすことができるので、加工時間をより短縮化することができる。

本発明のねじ研削盤１の一実施の形態における平面図（Ａ）と側面図（Ｂ）の例を説明する図である。 ねじ溝ＮＭの位置の測定方法（Ａ）と、第１の実施の形態における、加工しながらねじ溝ＮＭの深さを連続的に測定する方法（Ｂ）を説明する図である。 第２の実施の形態における、加工しながらねじ溝ＮＭの形状を連続的に測定する方法を説明する図である。 第３の実施の形態における、加工しながらねじ溝ＮＭの深さとリード方向の位置を連続的に測定する方法を説明する図である。 第３の実施の形態において、更に、加工しながらねじ溝ＮＭのリード方向の位置に加えて、形状を連続的に測定する方法を説明する図である。 従来のねじ溝ＮＭの精度の測定方法の例を説明する図である。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１（Ａ）は、ワークＷのねじ溝ＮＭを仕上げ研削する、本発明のねじ研削盤１の一実施の形態における概略外観図（平面図）を示している。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すねじ研削盤１の右側面図の例を示している。なお、図１（Ｂ）では心押装置４０等の記載を省略している。
なお、本実施の形態の説明では、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｙ軸は鉛直上方を示しており、Ｘ軸とＺ軸は水平方向を示している。また、Ｘ軸は砥石ＴがワークＷから離間する方向を示しており、Ｚ軸は一対の支持手段（図１の例では、センタ部材３０Ｃと、センタ部材４０Ｃ）をとおる主軸回転軸方向を示している。

●［ねじ研削盤１の全体構成（図１）］
図１（Ａ）及び（Ｂ）に、略円筒形状のワークＷの少なくとも一部の円筒面を周回するように形成（粗研削等にて形成）されたねじ溝ＮＭを仕上げ研削するねじ研削盤１の例を示す。なお、本実施の形態の説明では、ボールねじのねじ溝について説明する。
ねじ研削盤１は、基台２と、主軸テーブル２０と、砥石テーブル１０とを備えている。なお、各検出手段からの信号を取り込むとともに各モータに駆動信号を出力する数値制御装置等の制御手段は記載を省略している。
また、図１（Ａ）及び（Ｂ）では、ワークＷをワーク回転軸回りに回転可能に支持する支持手段が、センタ部材３０Ｃ、４０Ｃである場合の例を示しているが、センタ部材３０Ｃ、４０Ｃの少なくとも一方は、挿通されたワークを爪部にて把持可能なチャックであってもよい。
主軸テーブル２０は、基台２に設けられた主軸テーブル駆動モータ２０Ｍ（リード方向移動手段に相当）と送りねじ２０Ｂ、及び主軸テーブル２０に設けられたナット（図示省略）により、基台２に対してＺ軸方向に移動可能であり、制御手段は、エンコーダ等の検出手段２０Ｅの検出信号によって、基台２に対する主軸テーブル２０のＺ軸方向の位置を検出できる。なお、Ｚ軸は、一対の支持手段（図１の例では、センタ部材３０Ｃ、センタ部材４０Ｃ）をとおる主軸回転軸ＣＺ（以下、主軸回転軸ＣＺをワーク回転軸ＣＺと記載する）に平行な軸であり、送りねじ２０ＢはＺ軸と平行である。

主軸テーブル２０の上には、主軸台３０Ｄと心押台４０Ｄが載置されている。
主軸台３０Ｄには、主軸装置３０をＺ軸方向に往復移動可能な主軸移動モータ３０Ｍが設けられており、制御手段は、エンコーダ等の検出手段３０Ｅの検出信号によって、主軸台３０Ｄに対する主軸装置３０のＺ軸方向の位置を検出できる。また、主軸装置３０の先端には、心押装置４０のセンタ部材４０Ｃと一対となるセンタ部材３０Ｃが設けられている。また、主軸装置３０には、センタ部材３０Ｃを回転させる主軸回転モータが設けられており、一対の支持手段（この場合、センタ部材３０Ｃ、４０Ｃ）にて支持したワークＷをワーク回転軸ＣＺ回りに回転させる。そして、主軸回転モータには、ワークＷの回転角度または回転速度を検出する検出手段（エンコーダ等）が設けられている（主軸装置３０と心押装置４０は一対の支持装置に相当する）。なお、図１（Ａ）の例では、ワークＷは連結部材３２にて主軸（センタ部材３０Ｃと一体となって回転する部材）に接続されている。
心押台４０Ｄには、心押装置４０をＺ軸方向に往復移動可能な心押装置移動手段４２が設けられている。また、心押装置４０の先端には、主軸装置３０のセンタ部材３０Ｃと一対となるセンタ部材４０Ｃが設けられている。
また、ねじ研削盤１には、砥石Ｔの反対の側からワークＷを支持する支持装置や、クーラントを加工個所に噴出するクーラントノズル等を備えているが、これらについては説明及び図示を省略する。

砥石テーブル１０には、略円筒状の砥石Ｔを備えている。軸受１２に設けられた砥石Ｔは、例えば鉄製のコアの外周にＣＢＮチップ砥石が貼り付けられて整形されており、砥石テーブル１０に載置された砥石駆動モータ１１により、Ｚ軸に平行な砥石回転軸ＴＺを中心に回転する。
また、砥石テーブル１０は、基台２に設けられた砥石テーブル駆動モータ１０Ｍ（切り込み方向移動手段に相当）と送りねじ１０Ｂ、及び砥石テーブル１０に設けられたナット（図示省略）により、基台２に対してＸ軸方向に往復移動可能であり、ワーク回転軸ＣＺに交差する方向に砥石Ｔを進退移動させる。なお、Ｘ軸は、前記Ｚ軸に直交する方向の軸であり、送りねじ１０ＢはＸ軸と平行である。
また、砥石テーブル駆動モータ１０Ｍには砥石テーブル１０のＸ軸方向の位置を検出する検出手段１０Ｅ（エンコーダ等）が設けられている。
なお、図１（Ａ）及び（Ｂ）の例では、砥石駆動モータ１１には検出手段を設けていないが、砥石駆動モータ１１にも速度検出手段等を設け、砥石駆動モータ１１の回転速度をフィードバック制御することも可能である。

また、数値制御装置（図示省略）は、ワークＷの回転角度（あるいは回転速度）を検出する検出手段（図示省略）からの信号、砥石テーブル１０のＸ軸方向の位置を検出する検出手段１０Ｅからの信号、主軸テーブル２０のＺ軸方向の位置を検出する検出手段２０Ｅからの信号等と、加工データ及び加工プログラム等に基づいて、主軸回転モータ（図示省略）、砥石テーブル駆動モータ１０Ｍ、主軸テーブル駆動モータ２０Ｍ、砥石駆動モータ１１を制御する。

本発明のねじ研削盤１の特徴は、図１（Ａ）の部分拡大図、及び図１（Ｂ）の部分拡大図に示すように、物体に接触することなく先端部からの延長線上において前記物体までの距離に応じた検出信号を出力する非接触センサＳ１（非接触変位検出手段に相当し、レーザ光を用いて非接触で距離を測定するレーザ測定装置等）が、（砥石テーブル１０の軸受１２における）所定の位置に設けられていることが構造上の特徴である。
また、ねじ溝ＮＭの研削時におけるワークＷと砥石Ｔとの接点を加工点Ｋｐとした場合、非接触センサＳ１の先端部はワーク回転軸ＣＺと加工点Ｋｐとを含む平面内にあり、非接触センサＳ１の先端部はワーク回転軸ＣＺに直交する方向に向けられている。
更に、非接触センサＳ１における加工点ＫｐからのＺ軸方向（ワーク回転軸方向）の距離Ｌ１は、ねじ溝ＮＭのリード幅Ｌｐに対応した距離に設定されている（図１（Ａ）の例では、距離Ｌ１＝リード幅Ｌｐ−αに設定されており、図６（Ｂ）に示す点ＰＬの位置におけるねじ溝ＮＭの深さを測定する）。

●［第１の実施の形態（１個の非接触センサＳ１にて、ねじ溝ＮＭにおける１個所の「深さ」を測定（図２））］
次に図２（Ａ）及び（Ｂ）を用いて第１の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、非接触センサＳ１を１個設け、加工しながらねじ溝ＮＭの所定個所の「深さ」を連続的に測定可能である。
図２（Ａ）の例では、非接触センサＳ１におけるリード方向の位置は、砥石Ｔにおける加工点Ｋｐ（ワークＷを研削した場合の加工点）から、ねじ溝ＮＭのリード幅Ｌｐに対して距離Ｌｐ−αだけ離れた位置としており、例えば当該位置は図６（Ｂ）における点ＰＬの位置であり、ねじ溝ＮＭにボールＢを入れた場合にねじ溝ＮＭとボールＢとが接する位置の一方である。これにより、砥石Ｔで加工しながらねじ溝ＮＭにおけるボールＢとの接点となる位置の深さ（すなわち、オーバーボール径）を自動的、且つ連続的に測定することができる。なお、オーバーボール径の測定に加えて、振れや真円度の判定を行うこともできる。

［ねじ溝ＮＭのリード方向の位置の測定と砥石Ｔの位置決め方法（図２（Ａ））］
ねじ溝ＮＭの仕上げ研削を行うため、まずねじ溝ＮＭのリード方向の位置を測定する。
この場合、ワークＷを回転させずに停止（静止）させておく。
最初のステップでは、ワークＷに砥石Ｔが接触しないように、砥石テーブル駆動モータ１０Ｍにて砥石ＴをワークＷに接近させ、続いて主軸テーブル駆動モータ２０ＭにてワークＷをワーク回転軸ＣＺ方向（リード方向）に移動させながら、ワークＷにおけるリード方向の位置に応じた非接触センサＳ１の検出信号を連続的に取り込み、取り込んだ検出信号をグラフ化すると図２（Ａ）の例に示すようなグラフを得る。この例では、ねじ溝ＮＭ毎にグラフ形状が変化しており、非接触センサＳ１が対向している特定位置のねじ溝ＮＭの形状を測定することができる。
次のステップでは、グラフの凸部の頂点位置（非接触センサＳ１から最も遠い位置）が、当該グラフの凸部に対応するねじ溝ＮＭの最深部の位置（すなわち、所定の個所のねじ溝ＮＭのリード方向における中心位置）であると認識する。
次のステップでは、この特定位置のねじ溝ＮＭの中心位置と砥石Ｔの加工点Ｋｐとが一致するように、砥石テーブル駆動モータ１０Ｍ、及び主軸テーブル駆動モータ２０Ｍを用いて砥石Ｔを位置決めする。

［砥石Ｔでねじ溝ＮＭを加工しながら非接触センサＳ１にて連続的にねじ溝ＮＭの所定個所の「深さ」を測定する方法（図２（Ｂ））］
そして次のステップでは、ワークＷをワーク回転軸ＣＺ回りに回転させるとともに、ワークＷに対する砥石Ｔの位置をワーク回転軸ＣＺ方向に移動させる。なお、この移動の際、ねじ溝ＮＭのリード幅ＬｐとワークＷの回転速度とに基づいてワーク回転軸ＣＺ方向に移動させる。更に、前記回転及び移動にてねじ溝ＮＭを砥石Ｔにて仕上げ研削しながら、ワークＷにおけるリード方向の位置に応じた非接触センサＳ１の検出信号を連続的に取り込み、取り込んだ検出信号をグラフ化すると図２（Ｂ）の例に示すようなグラフを得る。このグラフが許容範囲内に収まっていればよい。
図２（Ａ）及び（Ｂ）の例では、砥石Ｔの加工点Ｋｐから非接触センサＳ１までのリード方向の距離は、リード幅Ｌｐ−αに設定されており、図６（Ｂ）に示す点ＰＬの深さ（すなわち、オーバーボール径）を自動的、且つ連続的に測定している。
また、ねじ溝ＮＭを一通り加工した後、ワークＷを逆回転させるとともに逆のリード方向へ移動させながら加工し、ワークＷを往復させて加工する。このように往復させることで、非接触センサＳ１にて加工直前、及び加工直後の状態を検出することができる。

以上に説明した第１の実施の形態では、加工点Ｋｐから非接触センサＳ１までのリード方向の距離を、リード幅Ｌｐ−αに設定して点ＰＬ（図６（Ｂ）、（Ｃ）参照）の深さを連続的に測定したが、加工点Ｋｐから非接触センサＳ１までのリード方向の距離を、リード幅Ｌｐに設定して点ＰＣ（図３参照）の深さを連続的に測定するようにしてもよいし、リード幅Ｌｐ＋αに設定して点ＰＲ（図６（Ｂ）、（Ｃ）参照）の深さを連続的に測定するようにしてもよい。
第１の実施の形態では、加工前にねじ溝ＮＭの位置、形状、外周からの距離（深さ）を把握することが可能であり、加工中にねじ溝ＮＭの加工精度（この場合、オーバーボール径）を測定できるので（加工と測定を同時に行うので）、加工と測定を別々に行う従来よりも加工時間を短縮することができるとともに加工中に補正を反映することが可能であるため、高精度な加工が可能である。
また、大型なねじ溝位置測定装置を追加する必要がなく、小さな非接触センサＳ１を追加するだけで済むので安価であり、ねじ形状が異なる場合等であっても、加工プログラムの変更で対応できるので、段取替え時間を短縮することもできる。

●［第２の実施の形態（複数の非接触センサＳ１〜Ｓ３にて、ねじ溝ＮＭにおける複数個所の深さを測定することでねじ溝ＮＭの「形状」を測定（図３））］
次に図３を用いて第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、非接触センサを複数個（図３ではＳ１〜Ｓ３）設け、それぞれの非接触センサにてねじ溝ＮＭの凹形状における異なる個所（点ＰＬ、点ＰＣ、点ＰＲの位置）を測定することで、加工しながらオーバーボール径に加えてねじ溝ＮＭの形状を自動的、且つ連続的に測定可能である。
図３の例では、非接触センサＳ１のリード方向の位置は砥石Ｔの加工点ＫｐからＬｐ−α１の位置に設定されており、ねじ溝ＮＭの凹形状における点ＰＬの深さを自動的、且つ連続的に測定することができる。また非接触センサＳ２のリード方向の位置は砥石Ｔの加工点Ｋｐから、２＊Ｌｐの位置に設定されており、ねじ溝ＮＭの凹形状における点ＰＣの深さを自動的、且つ連続的に測定することができる。また非接触センサＳ３のリード方向の位置は砥石Ｔの加工点Ｋｐから、３＊Ｌｐ＋α２の位置に設定されており、ねじ溝ＮＭの凹形状における点ＰＲの深さを自動的、且つ連続的に測定することができる。

［ねじ溝ＮＭのリード方向の位置の測定と砥石Ｔの位置決め方法］
ねじ溝ＮＭのリード方向の位置の測定方法は、第１の実施の形態と同様であるので省略する。また、測定した特定個所のねじ溝ＮＭの中心位置に砥石Ｔを位置決めする方法も第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

［砥石Ｔでねじ溝ＮＭを加工しながら非接触センサＳ１〜Ｓ３にて連続的にねじ溝ＮＭの所定個所の「深さ」を測定することでねじ溝ＮＭの凹形状を測定する方法（図３）］
次のステップでは、ワークＷをワーク回転軸ＣＺ回りに回転させるとともに、ワークＷに対する砥石Ｔの位置をワーク回転軸ＣＺ方向に移動させる。なお、この移動の際、ねじ溝ＮＭのリード幅ＬｐとワークＷの回転速度とに基づいてワーク回転軸ＣＺ方向に移動させる。更に、前記回転及び移動にてねじ溝ＮＭを砥石Ｔにて仕上げ研削しながら、ワークＷにおけるリード方向の位置に応じた非接触センサＳ１〜Ｓ３の検出信号のそれぞれを連続的に取り込み、取り込んだそれぞれの検出信号をグラフ化すると図３の例に示すようなグラフを得る。このグラフのそれぞれが許容範囲内に収まっていればよい。
これにより、円弧（点ＰＬ−点ＰＣ−点ＰＲ）の形状を自動的、且つ連続的に測定することが可能であり、点ＰＬ、ＰＲの位置（すなわち、オーバーボール径）のみでなく、ＰＬ−ＰＣ−ＰＲで形成される円弧の径を求めることも可能であり、凹形状を測定することができる。
また、第１の実施の形態と同様、ワークＷを往復させて加工することで、非接触センサＳ１〜Ｓ３にて加工直前、及び加工直後の状態を検出することができる。

以上に説明した第２の実施の形態では、加工前にねじ溝ＮＭの位置、形状、外周からの距離（深さ）を把握することが可能であり、加工中にねじ溝ＮＭの加工精度（この場合、点ＰＬ、ＰＣ、ＰＲのそれぞれの深さ）を測定してねじ溝ＮＭの凹形状を測定できるので（加工と測定を同時に行うので）、加工と測定を別々に行う従来よりも加工時間を短縮することができるとともに加工中に補正を反映することが可能であるため、高精度な加工が可能である。
また、大型なねじ溝位置測定装置を追加する必要がなく、小さな非接触センサＳ１〜Ｓ３を追加するだけで済むので安価であり、ねじ形状が異なる場合等であっても、加工プログラムの変更で対応できるので、段取替え時間を短縮することもできる。
また、ねじ溝ＮＭの形状（円弧ＰＬ−ＰＣ−ＰＲの径）に基づいて砥石Ｔの形状（摩耗状態）を推定することが可能であり、加工精度の判定に加えて、砥石Ｔのツルーイングの要否の判定を行うこともできる。これにより、より適切なタイミングで砥石Ｔのツルーイングを行うことができる。

また、更に、ワークＷの外周面（ねじ溝ＮＭの両脇の肩部）までの距離を測定する非接触センサ（ａ）を追加し、非接触センサ（ａ）と非接触センサＳ１との差分、及び非接触センサ（ａ）と非接触センサＳ２との差分、非接触センサ（ａ）と非接触センサＳ３との差分、のそれぞれを求めるように構成することも可能である。
差分を用いた場合はオフセット誤差の相殺を期待でき、純粋にねじ溝ＮＭの各位置の深さを測定することができるので、より高精度なねじ溝ＮＭの凹形状を得ることを期待できる。これにより、砥石Ｔの摩耗量を求めることも可能であり、適切なインターバルで、適切な形状に砥石Ｔを成形することが可能である。従って、加工時間が長くなることを抑制することができる。

●［第３の実施の形態（非接触センサＳｋを追加して、更に、ねじ溝ＮＭの「リード方向の位置」の測定を追加（図４、図５））］
次に図４及び図５を用いて第３の実施の形態について説明する。図４に示す第３の実施の形態は、図２に示す第１の実施の形態に対して非接触センサＳｋを追加している。また図５に示す第３の実施の形態は、図３に示す第２の実施の形態に対して非接触センサＳｋを追加している。
この追加した非接触センサＳｋにてねじ溝ＮＭのリード方向の位置を自動的、且つ連続的に測定することができる。
なお、非接触センサＳｋは、ワーク回転軸ＣＺに直交する方向に対して先端部の方向がワーク回転軸ＣＺに対して傾斜角θを有するように、傾斜させて設けられている（これに対して非接触センサＳ１〜Ｓ３はワーク回転軸ＣＺに直交する方向に向けて設けられている）。そして非接触センサＳｋの先端部からねじ溝ＮＭの一方の側面の近傍位置ＰＳまでの距離を測定することが可能である。これにより、図４左下に示すように、非接触センサＳｋによるＰＳまでの距離を測定することで、ねじ溝ＮＭのリード方向の位置を測定することができる。（例えば非接触センサＳ１ではねじ溝ＮＭの位置がＴｙｐ、Ｒ４、Ｒ５と変化した場合、Ｒ４とＲ５の区別がつかないが、非接触センサＳｋならばＴｙｐ、Ｒ４、Ｒ５の位置を区別することができる。）

［ねじ溝ＮＭのリード方向の位置の測定と砥石Ｔの位置決め方法］
ねじ溝ＮＭのリード方向の位置の測定方法は、第１の実施の形態と同様であるので省略する。また、測定した特定個所のねじ溝ＮＭの中心位置に砥石Ｔを位置決めする方法も第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

［砥石Ｔでねじ溝ＮＭを加工しながら非接触センサＳ１にて連続的にねじ溝ＮＭの所定個所の「深さ」を測定し、非接触センサＳｋにて連続的にねじ溝ＮＭのリード方向の位置を測定する方法（図４）］
図４に示す例の場合、砥石Ｔの位置決めを行った次のステップでは、ワークＷをワーク回転軸ＣＺ回りに回転させるとともに、ワークＷに対する砥石Ｔの位置をワーク回転軸ＣＺ方向に移動させる。なお、この移動の際、ねじ溝ＮＭのリード幅ＬｐとワークＷの回転速度とに基づいてワーク回転軸ＣＺ方向に移動させる。更に、前記回転及び移動にてねじ溝ＮＭを砥石Ｔにて仕上げ研削しながら、非接触センサＳ１とＳｋの検出信号のそれぞれを自動的、且つ連続的に取り込み、取り込んだ検出信号をグラフ化すると図４の例に示すようなグラフを得る。このグラフのそれぞれが許容範囲内に収まっていればよい。
図２（Ｂ）に対して図４の例では、非接触センサＳｋが追加されており、ねじ溝ＮＭの１個所の「深さ」に加えて、非接触センサＳｋによってねじ溝ＮＭのリード方向の位置も連続的に測定することができ、熱変位等によるリード方向のずれを補正することができる。
また、第１の実施の形態と同様、ワークＷを往復させて加工することで、非接触センサＳ１、Ｓｋにて加工直前、及び加工直後の状態を検出することができる。

［砥石Ｔでねじ溝ＮＭを加工しながら非接触センサＳ１〜Ｓ３にて連続的にねじ溝ＮＭの所定個所の「深さ」を測定することでねじ溝ＮＭの凹形状を測定し、非接触センサＳｋにて連続的にねじ溝ＮＭのリード方向の位置を測定する方法（図５）］
図５に示す例の場合、砥石Ｔの位置決めを行った次のステップでは、ワークＷをワーク回転軸ＣＺ回りに回転させるとともに、ワークＷに対する砥石Ｔの位置をワーク回転軸ＣＺ方向に移動させる。なお、この移動の際、ねじ溝ＮＭのリード幅ＬｐとワークＷの回転速度とに基づいてワーク回転軸ＣＺ方向に移動させる。更に、前記回転及び移動にてねじ溝ＮＭを砥石Ｔにて仕上げ研削しながら、非接触センサＳｋ、Ｓ１〜Ｓ３の検出信号のそれぞれを連続的に取り込み、取り込んだそれぞれの検出信号をグラフ化すると図５の例に示すようなグラフを得る。このグラフのそれぞれが許容範囲内に収まっていればよい。
図３に対して図５の例では、非接触センサＳｋが追加されており、ねじ溝ＮＭの「凹形状」に加えて、非接触センサＳｋによってねじ溝ＮＭのリード方向の位置も連続的に測定することができ、熱変位等によるリード方向のずれを補正することができる。
また、第１の実施の形態と同様、ワークＷを往復させて加工することで、非接触センサＳ１〜Ｓ３、Ｓｋにて加工直前、及び加工直後の状態を検出することができる。

以上に説明した第３の実施の形態では、加工前にねじ溝ＮＭの位置、形状、外周からの距離（深さ）を把握することが可能であり、加工中において、第１の実施の形態または第２の実施の形態に加えて、ねじ溝ＮＭのリード方向の位置を測定できるので（加工と測定を同時に行うので）、加工と測定を別々に行う従来よりも加工時間を短縮することができるとともに加工中に補正を反映することが可能であるため、高精度な加工が可能である。
また、小さな非接触センサＳｋ、Ｓ１〜Ｓ３を追加するだけで済むので安価であり、ねじ形状が異なる場合等であっても、加工プログラムの変更で対応できるので、段取替え時間を短縮することもできる。

本発明のねじ研削盤１、及びねじ溝研削方法は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造、処理等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本実施の形態では、切り込み方向移動手段（砥石テーブル駆動モータ１０Ｍ）が、砥石ＴをワークＷに切り込む方向に移動させ、リード方向移動手段（主軸テーブル駆動モータ２０Ｍ）が、ワークＷをリード方向に移動させるねじ研削盤１の例を示したが、切り込み方向移動手段は、ワークＷに対して砥石Ｔを相対的に切り込む方向に移動させるものであり、リード方向移動手段は、ワークＷに対して砥石Ｔを相対的にリード方向に移動させるものである。
本実施の形態では、ワーク回転軸ＣＺと砥石の回転軸とが平行な状態で加工する例を説明したが、ねじ溝ＮＭのリード幅Ｌｐに応じた傾斜角に合わせて、ワーク回転軸に対して砥石回転軸を所定角度に傾斜させて加工するねじ研削盤にも適用することができる。この場合、非接触センサＳ１〜Ｓ３、Ｓｋを砥石Ｔの軸受１２に設けず、砥石テーブル１０等からアーム等を介して本実施の形態にて説明した位置（ワーク回転軸と加工点を含む平面上）に、非接触センサＳ１〜Ｓ３、Ｓｋが配置される。
なお、いずれかの方向に向けて一通りねじ溝ＮＭを加工した後、ワークＷの回転を停止させて図２（Ａ）で説明したようにねじ溝ＮＭの形状を測定し、位相ずれ量を算出して補正量を求め、求めた補正量を反映して再度ねじ溝ＮＭの加工を行うようにしてもよい。
また、本実施の形態では、砥石Ｔに対してリード方向の一方に非接触センサを配置したが、リード方向において砥石Ｔの両側に非接触センサを配置してもよい。

１ 研削盤
２ 基台
１０ 砥石テーブル
１０Ｍ 砥石テーブル駆動モータ（切り込み方向移動手段）
１１ 砥石駆動モータ
２０ 主軸テーブル
２０Ｍ 主軸テーブル駆動モータ（リード方向移動手段）
３０ 主軸装置
３０Ｃ センタ部材（一対の支持手段）
３０Ｄ 主軸台
３０Ｍ 主軸移動モータ
４０ 心押装置
４０Ｃ センタ部材（一対の支持手段）
４０Ｄ 心押台
ＣＺ ワーク回転軸（主軸回転軸）
Ｋｐ 加工点
Ｌｐ リード幅
ＮＭ ねじ溝
Ｓ１〜Ｓ３、Ｓｋ 非接触センサ（非接触変位検出手段）
Ｔ 砥石
ＴＺ 砥石回転軸
Ｗ ワーク
θ 傾斜角

Claims (7)

1. 少なくとも一部の円筒面を周回するように形成されたねじ溝を有する略円筒状のワークをワーク回転軸回りに回転可能に支持する支持手段と、
   略円筒状の形状を有するとともに回転可能に支持され、外周面にて前記ねじ溝を仕上げ研削する砥石と、
   前記支持手段にて支持した前記ワークに対して前記砥石を前記ワーク回転軸方向に相対的に移動させるリード方向移動手段と、
   前記支持手段にて支持した前記ワークに対して前記砥石を前記ワーク回転軸に交差する方向に相対的に移動させる切り込み方向移動手段と、を備えたねじ研削盤において、
   前記ねじ溝の研削時における前記ワークと前記砥石との接点である加工点から、前記ワーク回転軸方向に前記ねじ溝のリード幅に対応した距離だけ離れた位置に、物体に接触することなく前記物体までの距離に応じた検出信号を出力する非接触変位検出手段が、前記ワークの方向に向けて設けられている、
   ねじ研削盤。
2. 請求項１に記載のねじ研削盤であって、
   前記非接触変位検出手段は複数設けられており、それぞれの非接触変位検出手段は、前記加工点から前記リード幅に対応したそれぞれの距離だけ離れるように、前記ワーク回転軸方向に沿って一列に設けられており、
   それぞれの非接触変位検出手段にて、前記ねじ溝の任意の位置における前記ワーク回転軸方向の凹形状に対して、それぞれ異なる個所までの距離を検出可能とするために、隣り合う非接触変位検出手段における前記ワーク回転軸方向の間隔は、それぞれ異なる間隔に設定されている、
   ねじ研削盤。
3. 請求項１または２に記載のねじ研削盤であって、
   少なくとも１つの非接触変位検出手段は、前記ワーク回転軸に直交する方向に対して、前記ワーク回転軸方向に所定の傾斜角度を有するように設けられて、当該非接触変位検出手段にて前記ねじ溝の一方の側面の近傍までの距離を検出可能となるように設けられている、
   ねじ研削盤。
4. 請求項１に記載のねじ研削盤を用いたねじ溝研削方法であって、
   前記ワークを静止させた状態にて、前記ワークに対して前記非接触変位検出手段を相対的に前記ワーク回転軸方向に移動させながら検出信号に基づいて特定位置のねじ溝における前記ワーク回転軸方向の形状を測定するステップと、
   測定した前記特定位置のねじ溝の形状に基づいて、当該特定位置のねじ溝における前記ワーク回転軸方向の中心位置を求めるステップと、
   求めた前記特定位置のねじ溝の中心位置に前記加工点が一致するように、前記ワークに対する前記砥石の相対位置を位置決めするステップと、
   更に、前記ワークを前記ワーク回転軸回りに回転させるとともに、前記ワークに対する前記砥石の位置を、前記ねじ溝のリード幅と前記ワーク回転軸回りの回転速度とに基づいて、相対的に前記ワーク回転軸方向に移動させ、前記ねじ溝を研削しながら前記非接触変位検出手段の検出信号を取り込んで、前記非接触変位検出手段の先端部から前記ねじ溝までの距離を連続的に測定し、前記ねじ溝の深さを連続的に測定するステップと、を有する、
   ねじ溝研削方法。
5. 請求項２に記載のねじ研削盤を用いたねじ溝研削方法であって、
   前記ワークを静止させた状態にて、前記ワークに対して複数の前記非接触変位検出手段を相対的に前記ワーク回転軸方向に移動させながら検出信号に基づいて特定位置のねじ溝における前記ワーク回転軸方向の形状を測定するステップと、
   測定した前記特定位置のねじ溝の形状に基づいて、当該特定位置のねじ溝における前記ワーク回転軸方向の中心位置を求めるステップと、
   求めた前記特定位置のねじ溝の中心位置に前記加工点が一致するように、前記ワークに対する前記砥石の相対位置を位置決めするステップと、
   更に、前記ワークを前記ワーク回転軸回りに回転させるとともに、前記ワークに対する前記砥石の位置を、前記ねじ溝のリード幅と前記ワーク回転軸回りの回転速度とに基づいて、相対的に前記ワーク回転軸方向に移動させ、前記ねじ溝を研削しながら複数の前記非接触変位検出手段のそれぞれの検出信号を取り込んで、それぞれの非接触変位検出手段の先端部から前記ねじ溝までのそれぞれの距離を連続的に測定し、前記ねじ溝における前記ワーク回転軸方向の凹形状を連続的に測定するステップと、を有する、
   ねじ溝研削方法。
6. 請求項３に記載のねじ研削盤を用いたねじ溝研削方法であって、
   前記ワークを静止させた状態にて、前記ワークに対して単数または複数の前記非接触変位検出手段を相対的に前記ワーク回転軸方向に移動させながら検出信号に基づいて特定位置のねじ溝における前記ワーク回転軸方向の形状を測定するステップと、
   測定した前記特定位置のねじ溝の形状に基づいて、当該特定位置のねじ溝における前記ワーク回転軸方向の中心位置を求めるステップと、
   求めた前記特定位置のねじ溝の中心位置に前記加工点が一致するように、前記ワークに対する前記砥石の相対位置を位置決めするステップと、
   更に、前記ワークを前記ワーク回転軸回りに回転させるとともに、前記ワークに対する前記砥石の位置を、前記ねじ溝のリード幅と前記ワーク回転軸回りの回転速度とに基づいて、相対的に前記ワーク回転軸方向に移動させ、前記ねじ溝を研削しながら単数または複数の前記非接触変位検出手段のそれぞれの検出信号を取り込んで、それぞれの非接触変位検出手段の先端部から前記ねじ溝までのそれぞれの距離を連続的に測定し、前記ワーク回転軸方向に所定の傾斜角度を有するように設けた非接触変位検出手段による前記距離に基づいて前記ねじ溝における前記ワーク回転軸方向の位置を連続的に測定するステップと、を有する、
   ねじ溝研削方法。
7. 請求項５に記載のねじ溝研削方法であって、
   前記ねじ溝における前記ワーク回転軸方向の凹形状を連続的に測定し、測定した凹形状に基づいて前記砥石の摩耗量を推定するステップと、
   推定した摩耗量に基づいて前記砥石をツルーイングすべきか否かを判定するステップと、を有する、
   ねじ溝研削方法。
   
   

Images