JP2019034357A - ワークキャリア、両頭平面研削盤及びワークの両面研磨加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの両面研磨をワークの外径面を傷つけずに行えるようにするワークキャリアと、そのワークキャリアを備える両頭平面研削盤と、その両頭平面研削盤を用いる両面研磨加工方法を提供する。【解決手段】キャリアスルー方式の両頭平面研削盤に採用するワークキャリア１を、本体２の上下面に貫通して形成されたワーク保持用のポケット３を有し、そのポケット３の本体厚み方向途中に前記ポケット３の内径よりも小さな内径を有するエラストマー製の環状リング４を備えたものにした。【選択図】図１

Description

本発明は、焼結ポンプロータなどのワークを保持して両面研磨に供するワークキャリアとそのワークキャリアを備える両頭平面研削盤およびその両頭平面研削盤を用いて行うワークの両面研磨加工方法に関する。

キャリアスルー方式の両頭平面研削盤は、キャリアポケット（以下では単にポケットと言う）を備えたワークキャリアを有している。

このワークキャリアのポケットに加工対象のワークを挿入し、そのワークキャリアを回転させながら加工部にワークを導入し、上下の砥石でワークの上下面（両端面)を同時に研磨する。

なお、前記ワークキャリアの例えば下記特許文献１などに示される従来品は、金属で形成されている。また、ポケットについては、ワークのサイズ変動に対する同一ワークキャリアでの対応を可能となすために、内径をワークの外径よりも大きくしている。

特開２００７−３３１０３４号公報

キャリアスルー方式の両頭平面研削盤による研磨加工は、ワークをワークキャリアで保持して回転している上下の砥石間を通過させる。

このとき、ワークもポケットとの間に生じた融通の範囲内でワークが径方向に変位しながら（所謂踊りを生じながら）回転し、この状況下でワークの上下面（両面）の研磨がなされる。

ところが、この形態の加工では研磨粉や研磨によってワークから離脱した製品バリなどの異物がポケットに侵入してワークとポケットの内径面との間に挟み込まれ、これにより、ワークの外径面に傷がつく。

両面研磨後に切削などで外径面の仕上げ加工を行う製品については、両面研磨時に生じた傷は、仕上げ加工によって除去されるが、外径面の仕上げ加工を行わない製品については、その傷によって製品の外観が悪化する。また、外径面の要求面粗さ次第では、製品が規格を満たさないものになってしまう。

本発明は、上記の現状技術に鑑みてなされたものであって、ワークの両面研磨をワークの外径面を傷つけずに行えるようにするワークキャリアと、そのワークキャリアを備える両頭平面研削盤と、その両頭平面研削盤を用いて行うワークの両面研磨加工方法を提供することを目的とする。

上記の課題の解決策として提供する本発明の一態様にかかるワークキャリアは、本体の上下面に貫通して形成されたワーク保持用ポケットの本体厚み方向途中に前記ポケットの内径よりも小さな内径を有するエラストマー製の環状リングを備える。

また、本発明の一態様にかかる両頭平面研削盤は、キャリアスルー方式の研削盤であって、従来のワークキャリアに代わるものとして上記環状リングを有するワークキャリアを有する。

さらに、本発明の一態様にかかるワークの両面研磨加工方法は、上記環状リングを有するワークキャリアのポケットにワークを挿入し、この状態で前記ワークキャリアを回転させて前記ポケット内に保持されたワークを各々が回転する上下の砥石間に導入し、前記ポケット内で変位するワークのポケット内径面に対する直接の接触を前記環状リングで阻止しながらそのワークの両面を研磨する。

本発明によれば、両面研磨がなされる従来のワークキャリア使用時に生じていたような傷がワークの外周面につくことが防止される。

本発明のワークキャリアの一形態を示す平面図である。 図１のワークキャリアの断面図である。 本発明のワークキャリアの他の形態を示す断面図である。 図１のワークキャリアを、キャリアスルー方式の両頭平面研削盤のリングギヤにキャリアホルダを介して取付けた状態を示す断面図である。 本発明の両頭平面研削盤の一形態の要部の概要を示す斜視図である。 本発明のワークキャリアを用いて加工したワークの表面性状を示す写真である。 従来の鉄製のワークキャリアを用いて加工したワークの表面性状を示す写真である。 従来の鉄製のポケット内径面が傷ついたワークキャリアを用いて加工したワークの表面性状を示す写真である。 環状リングの無い樹脂製ワークキャリアを用いて加工したワークの表面性状を示す写真である。 ポケットの内径面に意図的に切屑を固着させたワークキャリアを用いて加工したワークの表面性状を示す写真である。

本発明の一態様にかかるワークキャリアは、本体の上下面に貫通して形成されたワーク保持用のポケットを有し、そのポケットの本体厚み方向途中に前記ポケットの内径よりも小さな内径を有するエラストマー製の環状リングを備えている。

前記ポケットは、両面研磨の加工性の面からは１個のワークキャリアに対して複数個設けられていると好ましいが、１個のワークキャリアが１個のポケットを有するものであってもよい。

このワークキャリアは、金属よりもポリアセタール樹脂などの樹脂で形成されたものが製造し易く、前記環状リング組付部の加工もし易くて好ましい。

前記環状リングは、ニトリルゴム（ＮＢＲ）を始めとしたゴムや軟質樹脂で形成されたＯリングが好ましい。Ｏリングは、接触面に対する異物の付着が起こり難い。また、ワークの接触が線接触となるためワークとの間に異物が挟み込まれる事態も減少する。

また、ワークとの間に異物が挟み込まれる事態を完全に無くすことはできないが、Ｏリングは柔らかいため、ワークとの間に異物が挟み込まれたときにワークに対する異物の接触圧が低減される。これらの相乗効果によって、ワークの外径面の傷付きが従来のワークキャリア使用時に比べて大幅に減少する。

なお、環状リングは、Ｏリングに限定されない。扁平なゴムパッキンなどでもよく、これでも、ワークが接触する面の面積低減の効果と、ワークとの間に異物が挟み込まれたときにワークの外周面に対する異物の接触圧を低下させる効果が得られるためワークの外径面の傷つきが抑制される。

その環状リングは、前記ポケットの内径面にリング溝を設け、一部（ポケットの内径面からはみ出す部分）をそのリング溝に挿入して保持すると、ワークキャリアに対する組付けや痛んだ環状リングの交換が簡単にできて好ましい。

また、本発明においては、キャリアスルー方式の両頭平面研削盤を改善の対象にし、その両頭平面研削盤に設けられている従来のワークキャリアに代えて、上記環状リングを有するワークキャリアを設ける。

また、本発明のワークの両面研磨加工方法においては、上記環状リングを有するワークキャリアのポケットにワークを挿入し、この状態で前記ワークキャリアを回転させながら各々が回転する上下の砥石間に送り込み、前記ポケット内に保持されたワークの両面を、ポケット内径面に対するワークの直接の接触を前記環状リングで阻止しながら上下の砥石で研磨する。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の一態様にかかるワークキャリと、それを用いた両面研削盤と、その両面研削盤を用いて行うワークの両面研磨の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれ等の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１及び図２に示したワークキャリア１は、本体２が円板状であって、その本体２の中心Ｏと同心円上に周方向に定ピッチでポケット３を複数個備え、さらに、各ポケット３の内部にそれぞれエラストマー製の環状リング４を備えている。

ポケット３は、図１のワークキャリア１については、周方向に９０°ピッチで計４個設けられているが、図３に示すように、本体２の中心に１個のみ設けられていてもよいし、本体２の中心Ｏと同心円上に２個、３個或いは４個以上設けられていてもよい。

そのポケット３の内径面の本体厚み方向中間部にはリング溝５が設けられており、そのリング溝５に前記環状リング４がはめ込まれている。

その環状リング４は、内径がポケット３の内径よりも小さく、リング溝５にはめ込まれた状態で図１、図２に示すように、内径側がポケット３の内側に突出する。これにより、環状リング４の内側にセットされるワークＷは、ポケット３の内径に直接接触することが無くなる。

図１のワークキャリア１は、ジュラコン（ポリプラスチック社:商標）と称されるポリアセタール樹脂で形成したが、樹脂は好ましい材料に過ぎない。また、例示のワークキャリア１は、本体２に下部の外径を小さくする段差部２ａを設けているが、その段差部２ａも必須ではない。

この発明のワークキャリアによれば、環状リング４によってポケット３の内径面に対するワークの直接の接触が阻止されるので、ワークキャリア１の材料が金属であってもワーク外径面の研磨加工時の傷つきが抑制される。

環状リング４は、ニトリルゴム製のＯリングを用いている。このＯリングは、ワークの接触が線接触となるため、パッキンよりもさらに接触面に対する異物の付着が起こり難い。そのために、ワークとの間に異物が挟み込まれる事態が少なくなる。

また、ワークとの間に異物が挟み込まれたときにはＯリングが変形することでワークに対する異物の接触圧が低減され、これらの相乗効果によって、ワークの外径面の傷付きが効果的に抑制される。

このように構成されたワークキャリア１は、図４に示すように、リング状のホルダ１５で保持する。

ホルダ１５はリングギヤ１４に固定されている。また、リングギヤ１４は、ギヤキャリア１３（図５参照。図のそれは回転円盤であるが旋回アームなども用いられる）に回転可能に支持されており、さらに、図４に示した外周の歯１４ａがギヤキャリア１３の回転中心と同心円上に配置される固定ギヤ（図示せず）の歯と噛み合っている。

ギヤキャリア１３は、両頭平面研削盤１０に含まれるものであって、そのギヤキャリア１３の回転によって、そのホルダキャリア１３にリングギヤ１４及びホルダ１５を介して支持されたワークキャリア１がリングギヤ１４及びホルダ１５と共に回転しながら両頭平面研削盤１０の上下の砥石１１，１２間に送り込まれる。

そのワークキャリア１には、ワークＷがセットされており、ワークキャリア１に保持されたそのワークＷが砥石１１，１２を通過する間に砥石１１，１２によるワーク両面の同時研磨が実施される。

この例示のキャリアスルー方式の両頭平面研削盤１０によるワークの両面研磨では、ワークキャリア１に保持されたワークＷが、環状リング４の内径面との間に生じた融通の範囲内で径方向に変位しながら（所謂踊りを生じながら）回転する。

この現象は従来と同じであるが、例示の両頭平面研削盤１０は、環状リング４を備えていない従来のワークキャリアに比べてワークＷが接触する面の面積を環状リング４が大幅に減少させ、さらに、ワークＷとの間に異物が挟み込まれたときにワークの外周面に対する異物の接触圧を低下させる。

これにより、異物によるワーク外周面の攻撃性が小さくなり、ワーク外周面の傷つきが抑制され、傷がついたとしても無視できる程度の小さな傷になる。

この発明の有効性を確認するために、以下の評価試験を行った。その評価試験は、直径：φ１１４ｍｍ、厚み：１０ｍｍの樹脂（ポリアセタール）製のワークキャリアを試作し、その試作ワークキャリアを用いて両頭平面研削盤で内接歯車ポンプ用のアウターロータの両面を研磨する方法で行った。加工対象のアウターロータは、外径：φ２９．５ｍｍ、厚み１３．６ｍｍである。

試作ワークキャリアの本体には、直径:φ３３ｍｍのポケットが９０°ピッチで計４個設けられている。また、その各ポケットの本体厚み方向中間部に幅:３．７ｍｍ、深さ:２ｍｍのリング溝が形成されている。

また、各ポケットのリング溝には、線径３．５ｍｍ、外径３７ｍｍ、内径３０．７ｍｍ、硬度７０のニトリルゴム製のＯリングが装着されている。

この試作ワークキャリアを、光洋機械製両頭平面研削盤（型番：ＫＶＤ３００Ｓ）のキャリアホルダ（これはホルダキャリアに回転可能に支持されたリングギヤに固定されている）に組付け、この試作ワークキャリアで鉄系焼結金属製のポンプロータ（アウターロータ）を保持してそのポンプロータの両端面の研磨を以下の条件で行った。

−研磨条件−
・砥石サイズ 外径：φ３０５ｍｍ、内径:φ１５５ｍｍ、砥面幅：７５ｍｍ、厚さ：５０ｍｍ
・砥石回転数 １５００ｒｐｍ
・砥石送り速度 ０．０２７ｍｍ／ｓｅｃ
・スパークアウト（仕上げ位置） ２秒
・ワーク回転数 ６０ｒｐｍ
・クーラント液使用

この条件で加工された３個のポンプロータの外径面の面粗さを測定した。その結果、外径面の傷は発生しなかった。外径面全体の平均面粗さはＲｚ１．４２（図６参照。Ｒｚｍａｘ１．８８）であり、これは素材面の粗さを表すものである。

比較のために、従来の鉄製のワークキャリアと、ポリアセタール製のワークキャリア（どちらもエラストマー製の環状リングは無い）を用いて上記の条件で同一ポンプロータの両面研磨を実施した。

その結果、鉄製のワークキャリアを使用して研磨したポンプロータの外径面の傷の面粗さは、最も荒れた箇所でＲｚｍａｘ２．５３｛図７参照。写真の矢印部を測定（以下も同様）｝であり、ポケット内径面に傷のついたワークキャリアを使用したものについてはＲｚｍａｘ２．６６（図８参照）であった。

また、環状リングの無い樹脂製のワークキャリアを使用して研磨したポンプロータの外径面の傷の面粗さは、最も荒れた箇所でＲｚｍａｘ２．２４（図９参照）であった。

なお、樹脂製のワークキャリアについては、ポケットに切屑や製品のバリなどが入り込むとその切屑やバリがポケットの内面に食い込むことが考えられる。そこで、ポケットの内面に意図的に切屑を固着させ、そのワークキャリアを使用して研磨を行ったところ、ロータの外径面の傷の面粗さは最も荒れた箇所でＲｚｍａｘ２．９０（図１０参照）であった。

この試験結果から、ポケットの内面にエラストマー製の環状リングを設けることが、ワークの外径面の傷つき防止に優れた効果を奏することがわかる。

以上述べたこの発明によれば、環状リングの働きによる傷つき防止の効果により、外周の仕上げ加工を行わない製品の外観の悪化を無くすことができ、製品の外径面の面粗さが規格外に低下することも防止することができる。

なお、この発明のワークキャリアを用いて両面を研磨するワークは、ポンプロータに限定されない。ポンプロータ以外の円形の機械部品などの両面研磨においても外径面の傷つき抑制の効果が得られる。

１ ワークキャリア
２ 本体
２ａ 段差部
３ ポケット
４ エラストマー製の環状リング
５ リング溝
１０ 両頭平面研削盤
１１、１２ 砥石
１３ ギヤキャリア
１４ リングギヤ
１４ａ 歯
１５ ホルダ
Ｗ ワーク
Ｏ ワークキャリアの本体の中心

Claims (6)

1. キャリアスルー方式の両頭平面研削盤に採用するワークキャリアであって、本体の上下面に貫通して形成されたワーク保持用のポケットを有し、そのポケットの本体厚み方向途中に前記ポケットの内径よりも小さな内径を有するエラストマー製の環状リングを備えたワークキャリア。
2. 前記環状リングがゴム又は軟質樹脂製のＯリングである請求項１に記載のワークキャリア。
3. 前記ポケットの内径面にリング溝が形成され、そのリング溝に前記環状リングが挿入されて保持された請求項１又は請求項２に記載のワークキャリア。
4. 前記本体が樹脂で形成された請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のワークキャリア。
5. キャリアスルー方式の両頭平面研削盤であって、ワークキャリアとしてポケットの内部に環状リングを有する請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のワークキャリアを有する両頭平面研削盤。
6. 請求項５の両頭平面研削盤のワークキャリアのポケットにワークを挿入し、この状態で前記ワークキャリアを回転させながら各々が回転する前記両頭平面研削盤の上下の砥石間に送り込み、前記ポケット内に保持されたワークの両面を、ポケット内径面に対するワークの直接の接触を前記環状リングで阻止しながら上下の砥石で研磨するワークの両面研磨加工方法。