JP2014217923A - 研磨装置、研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】隙間の内壁面をムラ無く、安定して研磨できる研磨装置と隙間の内壁面の研磨方法を提供する。
【解決手段】研磨装置１００の回転軸３は、回転軸３に対して相対的に、研磨板２を回転軸３の軸方向には摺動可能とするが、周方向には回転しないよう保持する、軸方向に延在する研磨板保持領域を有し、研磨板２は、研磨板保持領域の両端部に、それぞれ一端を固定され、回転軸３に挿通された２個の圧縮バネ７ａ、７ｂにより、両板面を反対方向に押圧されているものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、ワークの内部に形成された隙間（溝）の両壁面を研磨するための研磨装置および、研磨方法に関するものである。

従来、コンプレッサ用シリンダの内部に形成されたベーン溝等を研磨する技術として、溝幅よりも薄い円盤状の砥石をアーバに固定し、アーバを駆動手段に固定し、砥石を回転させて、溝に侵入させ、内壁面に砥石を接触させることによって溝の内壁面を研磨する方法が知られている（例えば、特許文献１）。

特許第４６８１３７６号公報

このような研磨方法にあっては、ワークの位置決め誤差や加工誤差によって、砥石と溝の加工位置がずれた場合に、溝幅よりも幅の小さい砥石は、剛性が低いために撓む。
その結果、溝壁面に磨き残しやワークのエッジ部にダレが生じるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ムラなく安定した研磨面を得ることができる研磨装置と研磨方法を提供することを目的とする。

この発明に係る研磨装置は、
研磨面を有する円盤状の研磨板と、
前記研磨板の中心に開けた中央穴に垂直に挿通して前記研磨板を回転させる回転軸と、
前記回転軸の移動機構とを備えた研磨装置において、
前記回転軸は、前記回転軸に対して相対的に、前記研磨板を前記回転軸の軸方向には摺動可能とするが、周方向には回転しないよう保持する、前記軸方向に延在する研磨板保持領域を有し、
前記研磨板は、前記研磨板保持領域の両端部に、それぞれ一端を固定され、前記回転軸に挿通された２個の圧縮バネにより、両板面を反対方向に押圧されているものである。

また、上記研磨装置を用いた、この発明に係る研磨方法は、
隙間の開口部と平行になるように前記研磨板を移動する研磨準備工程と、
前記隙間内に前記研磨板を挿入する研磨板挿入工程と、
前記回転軸の軸方向に前記研磨板を移動させて、前記研磨板の第１研磨面を前記隙間の第１内壁面に押圧して前記第１内壁面を研磨する第１研磨工程とを有するものである。

この発明に係る研磨装置、研磨方法によれば、研磨時に研磨板に過度の力が加えられても研磨面が撓むことなくワークの内壁面に倣い、ワークの内壁面に対して常に平行を保って研磨することができる。
これにより、生産性良く、高精度にワークの内壁面を研磨できる。

この発明の実施の形態１に係る研磨装置と研磨対象であるワークの斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る研磨装置を用いてワークの隙間の内壁面を研磨する準備をしている状態を示す一部断面側面図である。 この発明の実施の形態１に係る研磨装置の回転軸の側面図である。 図２の要部断面図である。 研磨板により、ベーン溝を研磨している状態を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る研磨装置の他の例を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る研磨装置を用いてワークの隙間の内壁面を研磨を始める直前の状態を示す一部断面側面図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る研磨装置、研磨方法を、図を用いて説明する。
図１は、研磨装置１００と研磨対象であるワーク１の斜視図である。
図２は、研磨装置１００を用いてワーク１の隙間の内壁面を研磨する準備をしている状態を示す一部断面側面図である。
ワーク１は、コンプレッサ用シリンダである。
研磨装置１００は、ワーク１の内部に粗削りされた隙間１４の内壁面１４ａ、１４ｂを研磨するための装置である。
図３は、ワーク１を研磨する研磨板２を取り付ける回転軸３の側面図である。

研磨装置１００の構成について図を用いて説明する。
ホルダ４は、マシニングセンタ（回転機構と移動機構を有する）などの主軸２０に、回転軸３を固定するための器具である。
回転軸３は、マシニングセンタの駆動力により回転する。
図２、図３に示すように、回転軸３には、ワッシャ付きナット８ａ、８ｂを取り付けるためのネジ部３１ａ、３１ｂを、所定の間隔を開けて２カ所に設けている。
ネジ部３１ａとネジ部３１ｂの間が、後述する研磨板保持領域３２である。
研磨板保持領域３２には、回転軸３の軸方向に凹部としてのスプライン溝３３を設けているがスプライン溝３３の用途は後述する。

図４は、図２の要部断面図である。
回転軸３に取り付けた円盤状の研磨板２は、台金２１と、台金２１の両面にワーク１を研磨するための、砥粒を塗布したバフ２２（研磨面）を接着している。
台金２１と二枚のバフ２２を合わせた厚みは、研磨板２をワーク１の隙間１４に進入させるために、隙間１４の幅よりも小さくなるように設定されており、バフ２２の研磨面の径は、隙間１４の内壁面１４ａ、１４ｂを少なくとも半分以上研磨できる大きさに設定する。
こうすることにより、両側から研磨することで、内壁面１４ａ、１４ｂを完全に研磨できる。
研磨板２は、ボルト５によって、回転軸３のスプラインナット６の研磨板取付フランジ６１に設けた固定穴６３に固定されている。

スプラインナット６には、図示しない凸部としてのボールベアリングが封入されていて、回転軸３の研磨板保持領域３２に設けたスプライン溝３３とでボールスプラインを形成している。
従って、スプラインナット６は、回転軸３に沿って、研磨板保持領域３２の範囲で摺動自在となっているが、回転軸３との関係では相対的に周方向の回転は規制されている。
これにより、回転軸３が主軸２０によって回されると、スプラインナット６も回転軸３と共に回転する。

次に、図４に示す、研磨装置１００の要部の組み立て手順を説明する。
まず、スプラインナット６に回転軸３を、研磨板保持領域３２の中央部にスプラインナット６が配置されるように挿入する。
次に、二本の圧縮バネ７ａ、７ｂを、スプラインナット６の両側から回転軸３と同軸に、それぞれの軸心をそろえて、回転軸３の周囲に被せるように装着する。
圧縮バネ７ａ、７ｂの径は、スプラインナット６の中心穴の内径より大きいので、圧縮バネ７ａ、７ｂはそれぞれ、スプラインナット６の片面に突き当たる。

次に、圧縮バネ７ａ側のネジ部３１ａにワッシャ付きナット８ａを取り付けて固定する。
そして、圧縮バネ７ａと圧縮バネ７ｂをワッシャ付きナット８ａ側に押圧しながら、反対側のネジ部３１ｂにワッシャ付きナット８ｂを取り付けて固定する。
ワッシャ付きナット８ａ、８ｂの外径は、圧縮バネ７ａ、７ｂの外径より大きいので、圧縮バネ７ａ、７ｂは、所定の長さにそれぞれ圧縮されることになる。
なお、スプラインナット６には、図４のように、圧縮バネ７ａを外周から保護、案内する、カバー６２を設けても良い。

次に、スプラインナット６の研磨板取付フランジ６１に研磨板２をボルト５で固定すると研磨装置１００の要部が完成する。
研磨板２の中央の穴の径は、ワッシャ付きナット８ａ、８ｂの外径より大きいので、組み立て工程の最後に研磨板２を取り付けることができる。
従って、研磨板２は、これだけを取り外して交換も可能である。

次に、研磨装置１００が研磨対象とするワーク１（ここでは、コンプレッサー用シリンダ）の構成について説明する。
ワーク１は短円筒状のボディ１７を有し、そのボディ１７の内部に空間としての断面円形の貫通孔（内孔）１８を有する。
ボディ１７の内部には、ボディ１７を貫通するベーン溝１４（隙間１４と同等）が形成されており、ベーン溝１４は、中心部の設けた内孔１８と連絡している。
また、ベーン溝１４の長手方向の延長線上に内孔１８の中心軸が位置するように設定されている。
ベーン溝１４における内孔１８への開口部と反対側には、ベーン溝１４の短手方向の幅よりも直径の大きい逃がし穴１９が形成されている。
内孔１８は、ワーク１の使用時に図示しない偏芯リングが回転するための空間であり、ベーン溝１４は、その偏芯リングに当接して動く図示しないベーンが摺動するための空間である。
したがって、ベーン溝１４の平行な２つの内壁面が粗いと、ベーン溝１４内を往復運動するベーンに振れが生じたり、偏芯リングに追従して動くことはできなかったりなど、シリンダを使用する上で好ましくない事象が発生するため、高精度に研磨する必要がある。

次に、上記研磨装置１００を使用してワーク１のベーン溝１４の内壁面を研磨する方法について説明する。
まず、ワーク１を図示しない固定手段を用いて動かないように固定する。
次に、図１、図２に示すように、研磨装置１００においては、研磨板２を取り付けた回転軸３を、研磨板２がベーン溝１４と平行になるように、回転軸３の軸方向に移動させる。（研磨準備工程）
次に、マシニングセンタにより、回転軸３を回転させる。
続いてマシニングセンタにより回転軸３を横に平行移動させて、ワーク１の一方の側面から研磨板２をベーン溝１４及び内孔１８に挿入する。（研磨板挿入工程）

図５は、研磨板２により、ベーン溝１４を研磨している状態を示す図である。
まず、回転軸３を軸方向に移動させて、回転する研磨板２をベーン溝１４の一方の内壁面１４ａに接触させる。
さらに、回転軸３を軸方向に、内壁面１４ａ側に移動させると、内壁面１４ａに倣うようにして、研磨板２を取り付けたスプラインナット６が、回転軸３のスプライン溝３３に沿って回転軸３の移動方向と反対方向に移動する。
このとき、スプラインナット６の、図５に示す上端面に取り付けられている圧縮バネ７ｂは、スプラインナット６の移動量に応じて圧縮される。
圧縮された圧縮バネ７ｂによって、スプラインナット６には復元力が働き、これが研磨板２のバフ２２の研磨力となって、ベーン溝１４の内壁面１４ａが適度に研磨される（第１研磨工程）。

なお、この研磨力は、ベーン溝１４とバフ２２が接触してから回転軸３を軸方向に移動させた量に、圧縮バネ７ｂのバネ係数を乗じたものに相当する。
研磨作業時には回転軸３を、図５の紙面の奥側から手前へ、或いは反対方向に繰り返して移動させながら研磨を行っても良い。
このような研磨動作をすることによって、被研磨面のムラを減らすことができる。

ベーン溝１４の一方の内壁面１４ａの研磨が終了すると、回転軸３を軸方向に先ほどとは反対方向に動かすことによって、ベーン溝１４のもう一方の内壁面１４ｂに研磨板２のバフ２２を接触させる。
そして、さらに軸方向に回転軸３を移動させることによって先ほどとは反対側に配置された圧縮バネ７ａが縮められることによって研磨力が発生し、内壁面１４ｂの研磨を行うことができる（第２研磨工程）。

このようにしてベーン溝１４の内壁面１４ａ、１４ｂの少なくとも半分以上の領域の研磨を終了させる。
以上の研磨を完了したら、回転軸３を研磨板２が内壁面１４ａ、１４ｂから離れる位置まで軸方向に移動させる。
そして、回転軸３を研磨準備工程における位置まで横に平行移動させて、研磨板２をベーン溝１４から抜き出す。
このような手順で研磨板２をベーン溝１４から抜き出すことによって、ベーン溝１４のエッジ部のダレや破損、また台金２１の破損を防止することができる。

なお、ベーン溝１４の片側から研磨板２を進入させてベーン溝１４の内壁面１４ａ、１４ｂの全面を研磨できる場合にはこれで研磨完了となるが、全面を研磨できない場合には、ワーク１の反対面からベーン溝１４に研磨板２を進入させて残りの部分を研磨し、内壁面１４ａ、１４ｂの全面を研磨する。
以上のように、本発明の実施の形態１に係る研磨装置、研磨方法によれば、ワーク１のベーン溝１４の内壁面１４ａ、１４ｂを、磨き残しやエッジ部にダレを発生させることなく研磨することができる。

図６は、本実施の形態に係る研磨装置１００の変形例である。
図６に示すように研磨板取付フランジ６１を省略して、研磨板２をスプラインナット６ａに直付けした一体構成としても良い。
これにより、研磨板２を、ベーン溝１４に対してより深く進入させることが可能となり、ワーク１の片側からの研磨のみで、全体を効率的に研磨できるようになる。

また、本実施の形態では、スプライン溝３３とスプラインナット６によって、研磨板２を回転軸３の軸方向に摺動可能とし、かつ、回転軸３の駆動力が、研磨板２に加えられる構成としたが、回転軸を、その軸方向に垂直な断面が多角形であるものとし、スプラインナット６の代わりに、同じ断面多角形状の貫通穴を中心に有する研磨板取付フランジのみの構成としても良い。
また、スプライン溝３３の代わりに、回転軸３の軸方向に延在する凸部を設け、研磨板取付フランジに、これに噛み合う凹部を設けても良い。
また、この凹凸は逆でも良い。

実施の形態２．
以下、本願発明の実施の形態２に係る研磨装置、研磨方法を、図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図７は、研磨装置２００を用いてワーク１の隙間の内壁面を研磨する直前の状態を示す一部断面側面図である。
実施の形態１では、回転軸３の２箇所にネジ部３１ａ、３１ｂを設けてワッシャ付きナット８ａ、８ｂによって圧縮バネ７ａ、７ｂを固定しているが、ホルダ２０４としてスプラインナット６の研磨板取付フランジ６１よりも径の細いものを用いて、ホルダ２０４の端面で一方の圧縮バネ７ｂを固定しても良い。
このような構成にすることによって研磨装置２００の部品数を減らせるだけでなく、回転軸３にネジ部３１ｂを設ける必要がなくなり、軸径を太くすることができ、軸部が撓みにくく、より安定した研磨を行うことができるようになる。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態２に係る研磨装置、研磨方法を、図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態１では、台金２１にバフ２２を取り付けて研磨する方法について説明したが、バフだけでなく、ビトリファイドボンド砥石、レジノイドボンド砥石、電着砥石など各種砥石を取り付けて使用しても良い。
更に、円盤状の砥石の研磨面に、研磨面の外側から内側に向かって２種類以上の番手の異なる研磨領域を、外側が粗い研磨面、内側が細かい研磨面となるように設ける。
そして、まず粗い砥石の領域を使用して研磨し、次に細かい砥石の領域を使用して研磨する。
これにより、研磨工程の生産性を向上し、かつワーク１の内壁面を精度良く研磨できる。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１００ 研磨装置、１ ワーク、１４ ベーン溝（隙間）、１４ａ，１４ｂ 内壁面、１７ ボディ、１８ 内孔、１９ 穴、２ 研磨板、２１ 台金、２２ バフ、
３ 回転軸、３１ａ，３１ｂ ネジ部、３２ 研磨板保持領域、３３ スプライン溝、
４，２０４ ホルダ、５ ボルト、６，６ａ スプラインナット、
６１ 研磨板取付フランジ、６２ カバー、６３ 固定穴、７ａ，７ｂ 圧縮バネ、
８ａ，８ｂ ワッシャー付きナット、２０ 主軸。

Claims (12)

1. 研磨面を有する円盤状の研磨板と、
   前記研磨板の中心に開けた中央穴に垂直に挿通して前記研磨板を回転させる回転軸と、
   前記回転軸の移動機構とを備えた研磨装置において、
   前記回転軸は、前記回転軸に対して相対的に、前記研磨板を前記回転軸の軸方向には摺動可能とするが、周方向には回転しないよう保持する、前記軸方向に延在する研磨板保持領域を有し、
   前記研磨板は、前記研磨板保持領域の両端部に、それぞれ一端を固定され、前記回転軸に挿通された２個の圧縮バネにより、両板面を反対方向に押圧されている研磨装置。
2. それぞれの前記圧縮バネは、前記研磨面に圧力を受けると更に伸縮可能である請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記研磨板は、両面に前記研磨面を有する請求項２に記載の研磨装置。
4. 前記回転軸の前記研磨板保持領域には、前記回転軸の軸方向に延在する凹部又は凸部を有し、
   前記中央穴の壁面は、前記凹部又は凸部に噛み合う凸部又は凹部を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の研磨装置。
5. 前記研磨板保持領域の軸方向に垂直な断面は多角形状であり、
   前記中央穴は前記多角形状である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の研磨装置。
6. 前記研磨板は、前記研磨板保持領域の軸方向に垂直な断面形状が前記中央穴の形状と同じ形状である貫通穴を有するフランジを有する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の研磨装置。
7. 前記回転軸を回転駆動する駆動装置に結合するホルダの径は、前記フランジの径より小さい請求項６に記載の研磨装置。
8. 前記研磨面は、前記研磨面の径方向に少なくとも２種類の異なる番手の研磨領域を有する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の研磨装置。
9. 前記凹部は、スプライン溝であり、前記凸部は、スプラインナットに装着したボールである請求項４に記載の研磨装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の研磨装置を用いた研磨方法であって、
    ワークの開口部と平行になるように前記研磨板を移動する研磨準備工程と、
    前記隙間内に前記研磨板を挿入する研磨板挿入工程と、
    前記回転軸の軸方向に前記研磨板を移動させて、前記研磨板の第１研磨面を前記隙間の第１内壁面に押圧して前記第１内壁面を研磨する第１研磨工程とを有する研磨方法。
11. 前記研磨板は前記第１研磨面の反対側に第２研磨面を有し、
    前記第１研磨工程の後で、
    前記回転軸の軸方向反対側に前記研磨板を移動させて、前記研磨板の前記第２研磨面を前記第１内壁面に対向する前記隙間の第２内壁面に押圧して前記第２内壁面を研磨する第２研磨工程を有する請求項１０に記載の研磨方法。
12. 前記第１研磨面は、前記第１研磨面の径方向に２種類の番手の研磨領域を有し、
    前記第１研磨工程は、粗い番手の研磨領域から細かい番手の研磨領域の順に使用して前記第１内壁面の研磨をおこなう請求項１０又は請求項１１に記載の研磨方法。

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