JP2018192538A - 超仕上げ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】砥石３を揺動させることによりワーク１の被加工面を超仕上げする超仕上げ装置２において、砥石３の揺動速度を可及的に向上可能とする。【解決手段】クランク軸９の一端側にその中心３００から偏心した位置に設けられるクランクピン９３と、揺動アーム６２の自由端側に設けられる偏心軸６３とが連接棒１０で連接されている。クランク軸９の一端側には、当該クランク軸９の回転をバランスさせるための第１バランスウェイト１１が設けられている。また、揺動アーム６２の取付側には、当該揺動アーム６２および砥石ヘッド５の揺動運動の慣性力をバランスさせるための第２バランスウェイト１２が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、砥石を揺動させることによりワーク（例えば軸受軌道輪など）の被加工面（例えば軸受軌道輪の軌道面など）を超仕上げする超仕上げ装置に関する。

従来のこの種の超仕上げ装置として、例えば特許文献１，２が挙げられる。前記特許文献１，２には、ワークである軸受軌道輪を回転させておいて、当該軸受軌道輪の軌道面の円周上の１ヶ所に対して砥石を当てた状態で、当該砥石を前記軸受軌道輪の回転中心軸線と平行な方向に揺動させる、ということが記載されている。

特許文献１，２では、共に、駆動系の回転動力を砥石の揺動動力に変換するようになっている。特許文献１では駆動系（サーボモータ）の回転軸と砥石の揺動軸とが隣り合わせに平行に配置されるようになっている。これに対し、特許文献２では、駆動系（モータ）の回転軸と砥石の揺動軸とが平行に配置されているものの、それらが軸方向にずらされて配置されるようになっている。このように、特許文献１の方が特許文献２に比べてコンパクトな外形になっていると言える。

特開２００２−２５４２９３号公報 特許第５６０９９０４号公報

上記特許文献１，２の超仕上げ装置では、いずれも、前記砥石の揺動動作を高速化すると、振動が激しくなって加工精度が低下するなど、揺動速度の向上に限界がある。そのため、ワークの品質を確保するには、ワークの加工時間が長くなるため、製造コストが高くなることが懸念される。

このような事情に鑑み、本発明は、砥石を揺動させることによりワークの被加工面を超仕上げする超仕上げ装置において、前記砥石の揺動速度を可及的に向上可能とすることを目的としている。

本発明は、砥石を揺動させることによりワークの被加工面を超仕上げする超仕上げ装置であって、前記砥石を保持する砥石ヘッドと、一端側に前記砥石ヘッドが取り付けられかつ他端側に揺動アームの基端側が取り付けられる揺動軸と、前記揺動アームを所定角度範囲で揺動させるための駆動系とを備え、前記駆動系は、回転動力を出力する動力源と、この動力源の回転動力により回転させられかつ一端側にその中心から偏心した位置にクランクピンが設けられるクランク軸と、一端側が前記クランクピンにまた他端側が前記揺動アームの自由端側に設けられる偏心軸にそれぞれ相対回動自在に支持される連接棒とを含み、前記クランク軸の一端側には、当該クランク軸の回転をバランスさせるための第１バランスウェイトが設けられており、また、前記揺動アームの取付側には、当該揺動アームおよび前記砥石ヘッドの揺動運動の慣性力をバランスさせるための第２バランスウェイトが設けられている、ことを特徴としている。

この構成では、前記クランク軸の一端側に前記第１バランスウェイトを、また前記揺動アームの取付側に前記第２バランスウェイトを設けるだけの比較的簡単な構成で、前記揺動アームの揺動動作に伴い発生する振動を可及的に抑制することが可能になる。これにより、前記砥石の揺動速度を可及的に向上させることが可能になる。

ところで、上記超仕上げ装置において、前記クランクピンは、前記クランク軸の中心に対する偏心量が変更可能に構成されている、ことが好ましい。

この構成では、前記砥石の揺動角度（揺動動作範囲）を変更することが可能になるから、超仕上げ対象となるワークの種類を増やすことが可能になる。

また、前記クランクピンに対する前記連接棒の一端側の支持部位および前記揺動アームの偏心軸に対する前記連接棒の他端側の支持部位には、転がり軸受が介装されており、前記連接棒は、その全長寸法が変更可能に構成されている、ことが好ましい。

この構成では、前記クランクピンおよび前記偏心軸の設置位置の製造公差を吸収するように前記連接棒の全長寸法を変更することが可能になる。この他、例えば前記砥石の揺動角度を変更するために前記クランクピンの偏心量を変更した場合においても、前記連接棒の全長寸法を変更することにより対応できるので、例えば全長寸法が固定された連接棒を用いる場合のように連接棒を交換するといった無駄を省くことが可能になる。

また、前記第１バランスウェイトは、前記クランク軸の一端側においてその中心を挟む反クランクピン側に設けられていて、かつ、その取付位置は前記クランク軸の中心から前記クランクピンの中心を通る径方向仮想線に沿って変更可能に構成されているとともに前記径方向仮想線と直交する方向に沿って変更可能に構成されている、ことが好ましい。

ここでは、前記第１バランスウェイトの設置場所を特定するとともに、当該第１バランスウェイトの設置場所を変更可能に構成することを特定している。これにより、前記クランク軸の回転をバランスさせる際の微調整が可能になる。

また、前記第２バランスウェイトは、前記揺動アームにおいてその取付位置を挟む反偏心軸側に設けられている、ことが好ましい。

ここでは、前記第２バランスウェイトの設置場所を特定することにより、本発明を実施するための構成を明らかにしている。

本発明に係る超仕上げ装置によれば、砥石の揺動速度を可及的に向上させることが可能になるので、ワークの被加工面の加工精度を向上できるとともに加工時間を短縮できるようになるなど、前記ワークの品質向上ならびに製造コストの低減に貢献できるようになる。

本発明に係る超仕上げ装置の一実施形態を正面側から示す斜視図である。 図１の超仕上げ装置を背面側から示す斜視図である。 図１の超仕上げ装置の平面図である。 図１の超仕上げ装置の背面図である。 図４のクランク軸および第１バランスウェイト周辺を拡大して示す図である。 図１の砥石ヘッドの正面図である。 図１の砥石とワークとの相対位置を示す正面図であり、砥石が揺動範囲の一端側に配置されている状態を示している。 図１の砥石とワークとの相対位置を示す正面図であり、砥石が揺動範囲の他端側に配置されている状態を示している。 図１の揺動アーム（砥石）の揺動動作を模式的に示す図で、（ａ）は始動前の状態を、（ｂ）は揺動アームを一端側に揺動させた状態を、（ｃ）は揺動アームを他端側に揺動させた状態をそれぞれ示している。 図１のクランク軸から揺動軸への動力伝達系を示す斜視図である。 図１０の分解斜視図である。 本発明に係る超仕上げ装置の他の実施形態を正面側から示す斜視図である。 図１２のクランク軸から揺動軸への動力伝達系を示す斜視図である。 図１３の分解斜視図である。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１から図１１に、本発明の一実施形態を示している。図中、１はワーク、２は超仕上げ装置の全体を示している。

超仕上げ装置２は、ワーク１の被加工面を超仕上げするものであって、図１から図３に示すように、砥石３、基台４、砥石ヘッド５、揺動軸６、動力源７、減速機構８、クランク軸９、連接棒１０などを備えている。

なお、動力源７、減速機構８、クランク軸９ならびに連接棒１０が、砥石ヘッド５および揺動軸６を所定角度範囲で揺動させるための構成であって、特許請求の範囲に記載の駆動系に相当している。

ワーク１は、軸受軌道輪（外輪、内輪）などとされ、図７に示すようにワーク駆動装置１ａに回動自在に支持される。

砥石３は、例えば角棒形状とされていて、その先端側はワーク１の被加工面に応じた形状に形成される。この砥石３の先端側は、ワーク１を例えば深溝玉軸受用の外輪とする場合だと、ワーク１の被加工面となる外輪内周の軌道溝の形状に対応して、部分円弧状に形成される。

基台４は、図示していないが、Ｘ−Ｙテーブルなどに搭載されることにより、図１のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置がそれぞれ変更可能とされる。

砥石ヘッド５は、砥石３を保持するものであって、ホルダブラケット５１、ホルダアーム５２、加圧装置５３などを備えている。

この砥石ヘッド５の重心１００は、図６に示すように、揺動軸６の中心２００に可及的に接近するように設定されている。

ホルダブラケット５１は、下記する揺動軸６の正面側外端（基台４の正面側に突出している端部）に取り付けられている。

ホルダアーム５２は、砥石３を着脱可能に保持するものであって、ホルダブラケット５１に取り付けられている。

加圧装置５３は、図１、図６、図７、図８に示すように、ホルダアーム５２に保持させた砥石３をワーク１に押圧させるためのものであって、アクチュエータ５３ａ、加圧レバー５３ｂなどを備えている。

アクチュエータ５３ａは、エアシリンダなどとされており、シリンダブラケット５３ｃを介してホルダブラケット５１に固定されている。

加圧レバー５３ｂは、加圧アーム５３ｄを介してアクチュエータ５３ａのプランジャ（図示省略）に連結されている。

揺動軸６は、ケース６１に転がり軸受（図示省略）を介して回動自在となるように挿通支持されている。このケース６１は、基台４の一側面にＺ軸方向（図１参照）に変位可能に取り付けられている。

この揺動軸６の背面側外端（基台４の背面側に突出している端部）には、図４に示すように、揺動アーム６２の長手方向中央よりも一端寄りの所定位置が取り付けられている。

この揺動アーム６２の他端（自由端）寄りの所定位置には、偏心軸６３が設けられている。この偏心軸６３の中心２０１は、揺動軸６の中心２００に対して偏心した位置に配置されている。

動力源７は、サーボモータなどとされており、基台４の他側面に不動に取り付けられている。

減速機構８は、動力源７から出力される回転動力を減速してクランク軸９に伝達するものであって、図１および図３に示すように、ドライブプーリ８１、ドリブンプーリ８２、ベルト８３などを備えている。

ドライブプーリ８１は、動力源７の出力軸７１の正面側外端（基台４の正面側に突出している端部）に固定されている。ドリブンプーリ８２は、クランク軸９の正面側外端（基台４の正面側に突出している端部）に固定されている。ベルト８３は、ドライブプーリ８１とドリブンプーリ８２とに巻き掛けられている。ドライブプーリ８１とドリブンプーリ８２の外径比により減速比が適宜に設定される。

クランク軸９は、図２に示すように、ケース９１に転がり軸受（図示省略）を介して回動自在となるように挿通支持されている。このケース９１は、基台４の中央に取り付けられている。

このクランク軸９の背面側外端（基台４の背面側に突出している端部）には、環状板部９２が一体に形成されており、この環状板部９２においてクランク軸９の中心３００から偏心した所定位置にクランクピン９３が設置されている。

この環状板部９２は、図４に示すように、クランク軸９の中心３００に対するクランクピン９３の中心３０１の偏心量を変更可能とするように構成されている。

具体的に、環状板部９２には、その中心（クランク軸９の中心３００）を通るように径方向に沿う蟻溝９４が設けられている。

また、環状板部９２の蟻溝９４の幅狭直線部９４ｂ内にはアジャストカラー９５がスライド可能に嵌合されている。このアジャストカラー９５には、クランクピン９３が固定されている（図１１参照）。

さらに、蟻溝９４の幅広開口部９４ａには、ガイドブロック９６がスライド可能に嵌合されている。

このガイドブロック９６は、図５および図１１に示すように、環状板部９２に固定ボルト９６ｂにより固定されている。

詳しくは、ガイドブロック９６には、長孔９６ａと、ボルト挿通孔９６ｃとが設けられており、長孔９６ａから固定ボルト９６ｂが差し入れられて環状板部９２にねじ込まれている。なお、長孔９６ａ内における固定ボルト９６ｂの位置を変更することにより、蟻溝９４の幅広開口部９４ａ内におけるガイドブロック９６の固定位置を変更できるようになっている。

なお、長孔９６ａは、固定ボルト９６ｂのねじ軸が隙間を介して挿通されるような大きさに設定されており、また、長孔９６ａの外側開口は、固定ボルト９６ｂの頭部がすきま嵌めされるように大きく形成されている。この固定ボルト９６ｂは、この実施形態において、例えば六角穴付きボルト（キャップボルト）とされている。

また、ボルト挿通孔９６ｃは、調整ボルト９７が隙間を介して挿通されるような大きさに設定されており、このボルト挿通孔９６ｃの外側開口は、調整ボルト９７の頭部がすきま嵌めされるように大きく形成されている。この調整ボルト９７は、この実施形態において、例えば六角穴付きボルト（キャップボルト）とされている。

なお、調整ボルト９７は、図５に示すように、ガイドブロック９６のボルト挿通孔９６ｃから差し入れられてアジャストカラー９５の雌ねじ孔９５ａにねじ込まれている。この調整ボルト９７のねじ込み量を任意に変更することにより、ガイドブロック９６に対するアジャストカラー９５の離隔位置を変更できるようになっている。

ここで、クランクピン９３の偏心量を変更するには、図５および図１１に示すように、まず、ガイドブロック９６を蟻溝９４の幅広開口部９４ａ内の所定位置に位置決めした状態で環状板部９２に固定ボルト９６ｂで固定してから、調整ボルト９７のねじ込み量を任意に変更することによりガイドブロック９６に対するアジャストカラー９５の離隔位置を決定し、ロックリング９８をアジャストカラー９５に圧接させるようにねじ込むとともに、当該ロックリング９８のピン孔９８ａにロックピン９９（図５および図１１に記載）を差し込む。これにより、環状板部９２（クランク軸９）の中心３００に対するクランクピン９３の中心３０１の偏心量を変更する作業が完了する。

連接棒１０は、クランク軸９の回転動力を受けて直線的に往復運動されることによって揺動軸６を揺動させるものであって、この実施形態では公知のターンバックルとされている。

このターンバックルからなる連接棒１０は、図２および図１０に示すように、左ねじ軸１０ａの内端と右ねじ軸１０ｂの内端とをナット１０ｃで螺合連結した構成であって、ナット１０ｃを正逆いずれか一方に回転することにより左ねじ軸１０ａと右ねじ軸１０ｂとの連結長さ（連接棒１０の全長寸法）を任意に変更できるようになっている。

この連接棒１０の左ねじ軸１０ａ側（取付基端側）は、クランク軸９のクランクピン９３に転がり軸受２１（図１１のみ記載）を介して連結されている。また、連接棒１０の右ねじ軸１０ｂ側（先端側）は、揺動アーム６２の偏心軸６３に転がり軸受２２（図１１のみ記載）を介して連結されている。連接棒１０の取付基端側（左ねじ軸１０ａ側）および先端側（右ねじ軸１０ｂ側）には、それぞれベアリングケース１０ｄ，１０ｅが一体に取り付けられている。

このようにクランク軸９と揺動軸６とを連接棒１０で連結しているから、例えば図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、クランク軸９（クランクピン９３）を１回転させると、揺動アーム６２（揺動軸６）が所定の揺動角度で１往復されるようになる。

次に、上記超仕上げ装置２の基本的な動作を説明する。

ここでは、ワーク１を転がり軸受の外輪とし、ワーク１の被加工面を前記外輪の軌道面である内周溝とする場合を例に挙げる。

例えば図８に示すように、砥石ヘッド５に取り付けられている砥石３の先端側をワーク１の被加工面に位置決めして当接させる状態にする。

そして、ワーク１をワーク駆動装置１ａにより回転させる一方で、動力源７を駆動させることによりクランク軸９を回転させる。

これにより、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、連接棒１０が往復運動させられることになって、揺動アーム６２を経て揺動軸６およびそれと一体の砥石ヘッド５が所定角度範囲で揺動させられることになる。

そのため、砥石ヘッド５に取り付けられている砥石３が、図７および図８に示すように、ワーク１としての外輪の回転中心軸線４００と平行な方向に揺動（首振りとも言う）することになって、回転させられているワーク１の被加工面が超仕上げ研磨されることになる。

この実施形態では、クランク軸９の回転をバランスさせるとともに揺動アーム６２および砥石ヘッド５の揺動運動の慣性力をバランスさせることにより、砥石ヘッド５の揺動動作に起因する振動の発生を抑制して可及的に円滑な高速揺動を実現するようにしている。

具体的に、クランク軸９の一端側の環状板部９２には第１バランスウェイト１１が設けられており、また、揺動アーム６２の取付側には第２バランスウェイト１２が設けられている。

第１バランスウェイト１１は、図４および図５に示すように、環状板部９２においてクランク軸９の中心３００を挟む反クランクピン９３側に着脱可能に取り付けられている。この第１バランスウェイト１１は、クランクピン９３の遠心力と釣り合わせるために設けられている。

第２バランスウェイト１２は、図４および図５に示すように、揺動アーム６２においてその取付位置（揺動軸６の中心２００）を挟む反偏心軸６３側に着脱可能に取り付けられている。この第２バランスウェイト１２は、揺動アーム６２および砥石ヘッド５の往復運動の慣性力をバランスさせるために設けられている。

なお、第１バランスウェイト１１の取付位置は、クランク軸９の中心３００からクランクピン９３の中心３０１を通る径方向仮想線（図４および図５の矢印５００参照）に沿って変更可能に構成されているとともに、前記径方向仮想線と直交する方向（図４および図５の矢印６００参照、環状板部９２の接線方向とも言う）に沿って変更可能に構成されている。

詳しくは、第１バランスウェイト１１は、図２、図４、図５に示すように、クランク軸９の一端側においてクランクピン９３の中心３０１を挟む反クランクピン９３側（ガイドブロック９６の外側）に固定ボルト１１ｃにより取り付けられるようになっている。

この第１バランスウェイト１１には、ボルト挿通孔１１ａと、長孔１１ｂとが設けられており、長孔１１ｂから固定ボルト１１ｃが差し入れられてガイドブロック９６にねじ込まれている。

なお、ボルト挿通孔１１ａは、第１バランスウェイト１１の長手方向中央に厚み方向に貫通するように設けられている。このボルト挿通孔１１ａは、調整ボルト９７の頭部が隙間を介して挿通されるような大きさに設定されている。

また、長孔１１ｂは、第１バランスウェイト１１の長手方向両端に厚み方向に貫通するように設けられている。この長孔１１ｂは、その長手方向が第１バランスウェイト１１の長手方向に平行になるように配置されている。この長孔１１ｂは、固定ボルト１１ｃのねじ軸が隙間を介して挿通されるような大きさに設定されており、また、長孔１１ｂの外側開口は、固定ボルト１１ｃの頭部がすきま嵌めされるような大きさに形成されている。固定ボルト１１ｃは、この実施形態において、例えば六角穴付きボルト（キャップボルト）とされている。

そして、固定ボルト１１ｃを緩めると、第１バランスウェイト１１を環状板部９２の接線方向６００に変位させることが可能になる。なお、第１バランスウェイト１１を図４および図５の矢印５００の方向に変位させるには、ガイドブロック９６の固定ボルト９６ｂを緩めてガイドブロック９６と一体に環状板部９２の蟻溝９４に沿って動かすことにより行う。

第２バランスウェイト１２は、図４および図５に示すように、揺動アーム６２においてその取付位置（２００）を挟む反偏心軸６３側に固定されている。なお、この第２バランスウェイト１２の取付位置についても、図示していないが、揺動アーム６２の長手方向およびそれと直交する方向の少なくともいずれか一方向に沿って変更できるように構成することが可能である。

以上説明したように、本発明を適用した実施形態の超仕上げ装置２は、クランク軸９の一端側に第１バランスウェイト１１を設けるとともに、揺動アーム６２の取付側に第２バランスウェイト１２を設けるだけの比較的簡単な構成で、揺動アーム６２および砥石ヘッド５の揺動動作に伴い発生する振動を可及的に抑制することが可能になる。

これにより、砥石３を可及的に円滑に高速揺動させることが可能になるので、ワーク１の被加工面の加工精度を向上できるとともに加工時間を短縮できるようになるなど、ワーク１の品質向上ならびに製造コストの低減に貢献できるようになる。ちなみに、揺動アーム６２の揺動速度は、第１、第２バランスウェイト１１，１２を設置していない場合に比べて約２倍以上に向上させることが可能になる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。

（１）上記実施形態では、連接棒１０をターンバックルとした例に挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではない。

例えば図１２から図１４に示すように、連接棒１０は、２つの棒状体１０Ａ，１０Ｂをボルト１０Ｃなどの締結部材で連結した構造とすることが可能である。

この実施形態では、２つの棒状体１０Ａ，１０Ｂにボルト１０Ｃを挿通するための孔として長孔１０Ｆを設けており、この長孔１０Ｆ内でのボルト１０Ｃの位置を変更することにより、２つの棒状体１０Ａ，１０Ｂの連結長さを変更できるようになっている。なお、２つの棒状体１０Ａ，１０Ｂの各一端には、ベアリングケース１０Ｄ，１０Ｅが一体に設けられており、このベアリングケース１０Ｄ，１０Ｅにはベアリングキャップ１０Ｇ，１０Ｇが取り付けられている。この実施形態においても、基本的に上記実施形態と同等の作用、効果が得られる。

（２）上記実施形態では、ワーク１を軸受軌道輪とする例を挙げているが、このワーク１は軸受軌道輪のみに限定されるものではない。

本発明は、砥石３を揺動させることによりワーク１の被加工面を超仕上げする超仕上げ装置２に好適に利用することが可能である。

１ ワーク
２ 超仕上げ装置
３ 砥石
４ 基台
５ 砥石ヘッド
６ 揺動軸
６２ 揺動アーム
６３ 偏心軸
７ 動力源
７１ 出力軸
８ 減速機構
９ クランク軸
９２ 環状板部
９３ クランクピン
１０ 連接棒
１１ 第１バランスウェイト
１２ 第２バランスウェイト

Claims (5)

1. 砥石を揺動させることによりワークの被加工面を超仕上げする超仕上げ装置であって、
   前記砥石を保持する砥石ヘッドと、一端側に前記砥石ヘッドが取り付けられかつ他端側に揺動アームの基端側が取り付けられる揺動軸と、前記揺動アームを所定角度範囲で揺動させるための駆動系とを備え、
   前記駆動系は、回転動力を出力する動力源と、この動力源の回転動力により回転させられかつ一端側にその中心から偏心した位置にクランクピンが設けられるクランク軸と、一端側が前記クランクピンにまた他端側が前記揺動アームの自由端側に設けられる偏心軸にそれぞれ相対回動自在に支持される連接棒とを含み、
   前記クランク軸の一端側には、当該クランク軸の回転をバランスさせるための第１バランスウェイトが設けられており、また、前記揺動アームの取付側には、当該揺動アームおよび前記砥石ヘッドの揺動運動の慣性力をバランスさせるための第２バランスウェイトが設けられている、ことを特徴とする超仕上げ装置。
2. 請求項１に記載の超仕上げ装置において、
   前記クランクピンは、前記クランク軸の中心に対する偏心量が変更可能に構成されている、ことを特徴とする超仕上げ装置。
3. 請求項１または２に記載の超仕上げ装置において、
   前記クランクピンに対する前記連接棒の一端側の支持部位および前記揺動アームの偏心軸に対する前記連接棒の他端側の支持部位には、転がり軸受が介装されており、
   前記連接棒は、その全長寸法が変更可能に構成されている、ことを特徴とする超仕上げ装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の超仕上げ装置において、
   前記第１バランスウェイトは、前記クランク軸の一端側においてその中心を挟む反クランクピン側に設けられていて、
   かつ、その取付位置は前記クランク軸の中心から前記クランクピンの中心を通る径方向仮想線に沿って変更可能に構成されているとともに前記径方向仮想線と直交する方向に沿って変更可能に構成されている、ことを特徴とする超仕上げ装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の超仕上げ装置において、
   前記第２バランスウェイトは、前記揺動アームにおいてその取付位置を挟む反偏心軸側に設けられている、ことを特徴とする超仕上げ装置。

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