JP2021070104A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工作物を支持するレスト装置の状態を検出することにより、工作物に接する接触子の摩耗等の異常発生を検知することが可能な研削装置を提供する。【解決手段】工作物としてのカムシャフト８を回転させながら砥石２によって研削する研削装置１００は、砥石２による研削時にカムシャフト８の撓みを抑制するようにカムシャフト８を支持するレスト装置６と、レスト装置６を制御する制御部７とを備える。レスト装置６は、カムシャフト８に接する接触面６１７ａを有する第１の接触子６１７と、第１の接触子６１７が取り付けられた第１の作動部材６１６と、第１の作動部材６１６を動作させる第１のサーボモータ６１２と、第１の接触子６１７とカムシャフト８との摺動により発生する熱を検出する熱流センサ６４とを有する。制御部７は熱流センサ６４の検出値に基づいて異常発生を検知する。【選択図】図２

Description

本発明は、研削装置に関する。

従来、軸状の工作物を回転させながら研削する研削装置では、研削時における工作物の撓みを抑制するため、工作物をレスト装置によって支持している（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のレスト装置は、油圧シリンダに供給される作動油によって進退移動するピストンロッドと、ピストンロッドの先端に連結固定された取付部材と、取付部材に対して上下方向に位置調整可能に固定された調整台と、調整台に交換可能に固定されたシューとを有している。シューは、ピストンロッドの前進移動によって工作物における砥石とは反対側の面に押し付けられ、これにより研削加工時における工作物の撓みが抑制される。

特開平７−２６６２０２号公報

シューは、工作物との摺動によって摩耗するので、例えば定期的に、もしくは研削加工の回数に応じて交換する必要がある。しかし、シューの摩耗の進行は、例えば工作物の熱処理状態などの様々な条件によって変動するので、必ずしも適切な時期にシューが交換されないおそれがある。すなわち、シューの交換サイクルが必要以上に早ければ、シューの交換回数が多くなってシューの交換のための加工停止時間が長くなり、交換作業や交換部品のためのコストも嵩んでしまう。一方、シューの交換が遅く、過度に摩耗した異常状態で研削加工を続ければ、工作物の加工精度に影響を及ぼすおそれがある。

そこで、本発明は、レスト装置の状態を検出することにより、シューの摩耗等の異常発生を検知することが可能な研削装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、工作物を回転させながら砥石によって研削する研削装置であって、前記砥石による研削時に前記工作物の撓みを抑制するように前記工作物を支持するレスト装置と、前記レスト装置を制御する制御部とを備え、前記レスト装置は、前記工作物に接する接触面を有する接触子と、前記接触子が取り付けられた作動部材と、前記作動部材を動作させるアクチュエータと、前記接触子と前記工作物との摺動により発生する熱を検出するセンサとを有し、前記制御部は、前記センサの検出値に基づいて異常発生を検知する、研削装置を提供する。

本発明に係る研削装置によれば、レスト装置の状態を検出することにより、シューの摩耗等の異常発生を検知することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る研削装置の全体構成を示す説明図である。 図２（ａ）は、工作物の回転軸方向に沿って見た場合のレスト装置の構成例を示す概略構成図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の部分拡大図である。 図３は、シュー、熱流センサ、及び上側作動部材を示す斜視図である。 図４（ａ）は、熱流センサを熱流が通過する状態を示した説明図であり、図４（ｂ）は、熱流センサの構成を示す説明図である。

［実施の形態］
本実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る研削装置を鉛直方向上方から見た構成例を示す概略構成図である。この研削装置１００は、工作物をその中心軸線を中心として回転させながら、砥石２によって研削加工を行う。本実施の形態では、一例として、工作物が自動車のエンジンに用いられるカムシャフト８である場合について説明する。

図１に示すように、研削装置１００は、土台となるベッド１と、カムシャフト８を研削する円盤状の砥石２と、砥石２を回転駆動する砥石用電動モータ３と、カムシャフト８に対して砥石２を相対移動させる移動力を発生するＸ軸モータ４１及びＹ軸モータ５１と、砥石２による研削時にカムシャフト８の撓みを抑制するようにカムシャフト８を支持するレスト装置６と、砥石用電動モータ３、Ｘ軸モータ４１、Ｙ軸モータ５１、及びレスト装置６を制御する制御部７とを備えている。

ベッド１には、Ｘ軸方向に延びるＸ軸案内レール１０ａ，１０ｂが設けられ、Ｘ軸案内レール１０ａ，１０ｂ上にはＸ軸テーブル４０が設置されている。Ｘ軸テーブル４０は、ベッド１上に設けられたＸ軸ボールねじ４２によってＸ軸方向に移動され、Ｘ軸案内レール１０ａ，１０ｂ上を摺動する。Ｘ軸ボールねじ４２は、ベッド１に設置されたＸ軸モータ４１によって駆動される。

砥石２は、円盤状に形成されており、砥石用電動モータ３の出力軸に取り付けられている。砥石用電動モータ３は、Ｘ軸テーブル４０上に設置されたＹ軸テーブル２０に取り付けられている。Ｙ軸テーブル２０は、Ｘ軸テーブル４０においてＹ軸方向に延びたＹ軸案内レール４０ａ，４０ｂ上に設置されている。また、Ｙ軸テーブル２０は、Ｘ軸テーブル４０に設けられたＹ軸ボールねじ５２によってＹ軸方向に移動され、Ｙ軸案内レール４０ａ，４０ｂ上を摺動する。Ｙ軸ボールねじ５２は、Ｘ軸テーブル４０に配置されたＹ軸モータ５１によって駆動される。

カムシャフト８は、その軸方向の両端がベッド１上に設置された主軸台１１，１２に支持されており、主軸台１１，１２に内蔵されたモータにより回転駆動される。カムシャフト８は、複数のジャーナル部８１と、複数のジャーナル部８１の間に設けられた複数のカム部８２とを一体に有している。ジャーナル部８１は、軸方向に対して垂直な断面の形状が円形状である。カム部８２は、研削加工により所定のカムプロフィールに形成される。本実施の形態では、５つのジャーナル部８１の間に４つのカム部８２が形成される。レスト装置６は、５つのジャーナル部８１のうち、カムシャフト８の軸方向中央部にあたる一つのジャーナル部８１を支持している。

図２（ａ）は、カムシャフト８の回転軸線Ｏに沿って軸方向から見たレスト装置６の構成例をカムシャフト８及び砥石２の一部と共に示す模式図である。図２（ｂ）は図２（ａ）の部分拡大図である。図２（ａ）では、砥石２及びカムシャフト８の回転方向を矢印で示している。以下の説明において、「上」「下」とは、鉛直方向の上下をいうものとする。

レスト装置６は、カムシャフト８の軸方向視において砥石２とは反対側に配置された第１のレスト機構部６１と、第１のレスト機構部６１よりも下方に配置された第２のレスト機構部６２と、ベッド１に取り付けられた支持体６３と、熱流センサ６４とを有している。第１及び第２のレスト機構部６１，６２は、支持体６３に支持されている。熱流センサ６４は、本発明の「センサ」の一態様であり、本実施の形態では熱流センサ６４が第１のレスト機構部６１に取り付けられている。

第１のレスト機構部６１は、支持体６３に固定された第１のケース部材６１１と、第１のケース部材６１１内に配置された第１のサーボモータ６１２と、カップリング６１３を介して第１のサーボモータ６１２の出力軸６１２ａに連結されたボールねじシャフト６１４と、ボールねじシャフト６１４の外周に配置されたボールねじナット６１５と、ボールねじシャフト６１４の回転によりボールねじナット６１５と共に進退移動する第１の作動部材６１６と、第１の作動部材６１６に取り付けられた第１の接触子（シュー）６１７とを有している。

第１のサーボモータ６１２は、第１の作動部材６１６を動作させるアクチュエータであり、制御部７から動力線７１によって供給されるモータ電流によってトルクを発生し、ボールねじシャフト６１４を回転駆動する。制御部７は、カムシャフト８の撓みがない状態におけるジャーナル部８１の外周面８１ａに第１の接触子６１７が接する位置を目標位置として第１のサーボモータ６１２を制御する。

ボールねじナット６１５は、第１のケース部材６１１に対して回り止めされており、第１の作動部材６１６は、ボールねじシャフト６１４の回転軸線に沿って直線移動可能に第１のケース部材６１１に支持されている。第１のサーボモータ６１２によってボールねじシャフト６１４が一方向に回転駆動されると、第１の作動部材６１６がカムシャフト８に向かって前進し、第１の接触子６１７がカムシャフト８の軸方向中央部にあたるジャーナル部８１に当接する。また、ボールねじシャフト６１４が逆方向に回転駆動されると、第１の接触子６１７がカムシャフト８から離間する。

第２のレスト機構部６２は、第１のケース部材６１１よりも下方で支持体６３に固定された第２のケース部材６２１と、第２のケース部材６２１内に配置された第２のサーボモータ６２２と、カップリング６２３を介して第２のサーボモータ６２２の出力軸６２２ａに連結されたボールねじシャフト６２４と、ボールねじシャフト６２４の外周に配置されたボールねじナット６２５と、ボールねじシャフト６２４の回転によりボールねじナット６２５と共に進退移動するロッド６２６と、ロッド６２６の進退移動に伴って、支持体６３に設けられた支持軸６３１を中心として回動する第２の作動部材６２７と、第２の作動部材６２７に取り付けられた第２の接触子６２８とを有している。

第２のサーボモータ６２２は、第２の作動部材６２７を動作させるアクチュエータであり、制御部７から動力線７２によって供給されるモータ電流によってトルクを発生し、ボールねじシャフト６２４を回転駆動する。制御部７は、カムシャフト８の撓みがない状態におけるジャーナル部８１の外周面８１ａに第２の接触子６２８が接する位置を目標位置として第２のサーボモータ６２２を制御する。

ボールねじナット６２５は、第２のケース部材６２１に対して回り止めされており、ロッド６２６は、ボールねじシャフト６２４の回転軸線に沿って直線移動可能に第２のケース部材６２１に支持されている。ロッド６２６と第２の作動部材６２７とは、ピボット軸６２９によって回動可能に連結されている。第２のサーボモータ６２２によってボールねじシャフト６２４が一方向に回転駆動されると、ロッド６２６が第２のケース部材６２１から突出して第２の作動部材６２７が支持軸６３１を中心として回動し、第２の接触子６２８がカムシャフト８の軸方向中央部にあたるジャーナル部８１に当接する。また、ボールねじシャフト６２４が逆方向に回転駆動されると、第２の接触子６２８がカムシャフト８から離間する。

第１及び第２の接触子６１７，６２８は、超硬性の材料からなり、例えばダイヤモンドの微粒子を焼結したダイヤモンド焼結体であるダイヤモンドコンパックスを第１及び第２の接触子６１７，６２８の材料として好適に用いることができる。第１の接触子６１７は、ジャーナル部８１における砥石２側とは反対側の外周面８１ａに接する接触面６１７ａを有している。第２の接触子６２８は、ジャーナル部８１の下端部における外周面８１ａに接する接触面６２８ａを有している。

図２（ａ）では、第１の接触子６１７及びその周辺部をカムシャフト８の回転軸線Ｏに対して垂直な断面で示しており、図２（ｂ）では当該部分を拡大して示している。図３は、第１の作動部材６１６、熱流センサ６４、及び第１の接触子６１７を示す分解斜視図である。

図２（ｂ）に示すように、第１の接触子６１７には、一対のボルト挿通孔６１７ｂ，６１７ｃ、及び熱流センサ６４を収容する収容凹部６１７ｄが形成されている。第１の接触子６１７は、一対のボルト挿通孔６１７ｂ，６１７ｃにそれぞれ挿通される二本のボルト６５１，６５２によって、第１の作動部材６１６の先端部に交換可能に取り付けられている。第１の作動部材６１６の先端部には、二本のボルト６５１，６５２が螺合するねじ穴６１６ａ，６１６ｂが形成されている。

熱流センサ６４は、フレキシブル基板を用いて形成された薄型平板状であり、第１の接触子６１７における収容凹部６１７ｄの底面６１７ｅと、第１の作動部材６１６の先端面６１６ｃとの間に介在して配置されている。また、熱流センサ６４には、検出信号を制御部７に出力するための二本のリード線７３１，７３２が接続されている。

熱流センサ６４は、第１の接触子６１７とカムシャフト８との摺動により発生する熱を検出し、検出結果としての検出信号を制御部７に出力する。ここで、第１の接触子６１７とカムシャフト８との摺動により発生する熱は、第１の接触子６１７の摩耗の進行に伴って増大する。つまり、第１の接触子６１７が摩耗していない新品の状態では、接触面６１７ａが平面であり、接触面６１７ａとジャーナル部８１の外周面８１ａとが線接触するが、第１の接触子６１７がカムシャフト８のジャーナル部８１との摺動により摩耗すると、接触面６１７ａがジャーナル部８１の外周面８１ａの曲率に応じた曲率で円弧状に窪み、第１の接触子６１７とジャーナル部８１とが面接触するようになって接触面積が増大する。これにより、第１の接触子６１７と、カムシャフト８の被支持部であるジャーナル部８１との間で発生する摩擦熱が増大する。

制御部７は、熱流センサ６４の検出値に基づいて、第１の接触子６１７の摩耗が許容値を超えた異常状態であることを検知する。より具体的には、熱流センサ６４の検出値が所定値を超えた場合に異常発生を検知する。この所定値は、例えば実験により定めることができる。また、制御部７は、第１の接触子６１７の交換直後の研削加工時における熱流センサ６４の検出値との温度差が閾値以上となった場合に異常状態であることを検知するようにしてもよい。

そして、制御部７は、異常状態であることを検知したとき。工場の作業者等に異常発生を報知し、第１の接触子６１７の交換を促す。この異常発生の報知は、例えばランプの点灯により行ってもよいし、ブザーを鳴らすことに行ってもよく、あるいはディスプレーに表示するものであってもよい。この報知を受けた作業者は、ボルト６５１，６５２を取り外して第１の接触子６１７を新品に交換する。なお、この交換の際には、第２の接触子６２８も同様に摩耗している可能性が高いため、第２の接触子６２８も新品に交換することが望ましい。

図４（ａ）及び（ｂ）は、熱流センサ６４の原理を説明するための説明図であり、図４（ａ）は、熱流センサ６４に熱流が通過する状態を示し、図４（ｂ）は、熱流センサ６４の構成例を示している。

図４（ａ）に示すように、熱流センサ６４の厚みをｄ、熱流センサ６４の測定面６４ａの温度をＴ_１、測定面６４ａとは反対側の裏面６４ｂの温度をＴ_２、熱流センサ６４の熱伝導率をλとすると、熱流センサ６４を通過する熱流Ｑは、以下の式で求められる。
Ｑ＝（Ｔ_１−Ｔ_２）λ／ｄ
つまり、熱流センサ６４は、測定面６４ａと裏面６４ｂとの間の温度差に起因して発生する電圧により、熱流センサ６４を測定面６４ａから裏面６４ｂに、すなわち第１の接触子６１７から第１の作動部材６１６に通過する熱流Ｑを検出する。測定面６４ａは、第１の接触子６１７における収容凹部６１７ｄの底面６１７ｅに接触し、裏面６４ｂは、第１の作動部材６１６の先端面６１６ｃに接触している。なお、測定面６４ａと底面６１７ｅとの間、及び裏面６４ｂと先端面６１６ｃとの間に放熱グリスを介在させてもよい。

図４（ｂ）に示すように、熱流センサ６４では、複数の熱電対６４０が測定点Ａと測定点Ｂとに多点で直列して接続され、これらの熱電対のうち一端にある熱電対と他端にある熱電対のそれぞれの接点が出力端子６４１，６４２に接続される。複数の熱電対６４０が直列して接続されていることにより、測定点Ａと測定点Ｂとの間の温度差に起因した出力電圧が増幅される。これにより、熱流センサ６４の感度が増大し、精度の高い検出が可能となる。

以上説明した本実施の形態によれば、熱流センサ６４の検出値に基づいて制御部７が第１の接触子６１７の摩耗の進行を検知することができ、適切な時期に第１の接触子６１７を交換することができる。また、第１の接触子６１７の交換と同時に第２の接触子６２８を交換すれば、交換作業による加工停止時間を短縮することが可能となる。またさらに、熱流センサ６４は、サーミスタ等の温度センサを用いた場合に比べて感度が高いため、検知精度を高めることができる。

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、これらの実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記の実施の形態では、第１のレスト機構部６１に熱流センサ６４を設けた場合について説明したが、これに限らず、第２のレスト機構部６２に熱流センサ６４を設けてもよい。すなわち、第２の接触子６２８と第２の作動部材６２７との間に介在して熱流センサ６４を配置してもよい。またさらに、熱流センサ６４を第１のレスト機構部６１及び第２のレスト機構部６２の双方に設けてもよい。あるいは、第２のレスト機構部６２を省略してもよい。

また、上記の実施の形態では、工作物としてカムシャフト８を加工する場合について説明したが、これに限らず、例えばクランクシャフトを工作物としてもよく、自動車部品以外の工作物を本発明に係る研削装置によって研削加工することも可能である。

１００…研削装置 ２…砥石
６…レスト装置 ６１２…第１のサーボモータ（アクチュエータ）
６１６…第１の作動部材 ６１７…第１の接触子
６１７ａ…接触面 ６２２…第２のサーボモータ（アクチュエータ）
６２７…第２の作動部材 ６２８…第２の接触子
６２８ａ…接触面 ６４…熱流センサ
７…制御部 ８…カムシャフト（工作物）

Claims (3)

1. 工作物を回転させながら砥石によって研削する研削装置であって、
   前記砥石による研削時に前記工作物の撓みを抑制するように前記工作物を支持するレスト装置と、前記レスト装置を制御する制御部とを備え、
   前記レスト装置は、前記工作物に接する接触面を有する接触子と、前記接触子が取り付けられた作動部材と、前記作動部材を動作させるアクチュエータと、前記接触子と前記工作物との摺動により発生する熱を検出するセンサとを有し、
   前記制御部は、前記センサの検出値に基づいて異常発生を検知する、
   研削装置。
2. 前記センサは、前記接触子から前記作動部材に通過する熱流を検出する熱流センサである、
   請求項１に記載の研削装置。
3. 前記センサは、前記接触子と前記作動部材との間に介在して配置されている、
   請求項１又は２に記載の研削装置。
   

Images