JP3758008B2

JP3758008B2 - 球体研磨盤、球体の研磨方法、及び球体研磨盤の製造方法

Info

Publication number: JP3758008B2
Application number: JP11219898A
Authority: JP
Inventors: 正美篠本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-04-22
Filing date: 1998-04-22
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2018-04-22
Also published as: JPH11300605A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球体を研磨する球体研磨盤に関する。さらに詳しくは、低振動特性を要求される玉軸受等に使用される精密球体の研磨に好適な球体研磨盤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の球体研磨盤は、回転用と固定用の２枚の研磨盤の間に球体を挟み研磨加工を行うもので、その構造は、回転用研磨盤（以下「回転盤」という。）のみが回転可能に軸支され、固定用研磨盤（以下「固定盤」という。）は油圧シリンダのロッドに連結されてなる。
【０００３】
例えば、実開昭５４−１６４１８９号公報に、球体研磨盤の一例が開示されている。図５に示すように、この球体研磨盤４０は、回転盤５と固定盤６の中心線が共に水平になるように対向して配置されている。また、特開昭４７−８５９９号公報にも、球体研磨盤の一例が開示されている。図６に示すように、この球体研磨盤５０は、回転盤５と固定盤６の中心線が共に垂直になるように対向して配置されている。
【０００４】
上記球体研磨盤には、大量生産方式に対応可能なように球体研磨盤本体への被加工球体供給に円形コンベアが用いられている。この円形コンベアを用いている球体研磨盤について図７を参照しながら説明する。
【０００５】
図７に示すように、上述した球体研磨盤は、多量の被加工球体７を収容する円形コンベア９と、円形コンベア９から供給される被加工球体７を真球状に研磨するための盤本体３を備える。この円形コンベア９には、収容されている多量の被加工球体７を移動部（図示せず）の回転駆動によって出口に導き、出口にはそれから排出された被加工球体を盤本体の入口へ導くためのシュート１１が接続されている。また、円形コンベア９には、盤本体３の出口から排出された被加工球体７を円形コンベア９の入口に導くためのシュート１３が接続されている。
【０００６】
前記盤本体３は、固定盤６と、被加工体に対する研磨体をなし固定盤６に所定の加工力で押し付けながら固定盤６に対し同軸上に回転する回転盤５とから構成されている。この回転盤５の固定盤対向面には、被加工体７を受け入れるための複数の案内溝５ａ（図示せず）が同心円状に形成され、案内溝５ａのそれぞれは円周方向に連続して均一でかつ被加工体７の曲率半径に近似する断面形状を有する。
【０００７】
同様に、固定盤６の回転盤対向面には、被加工体７を受け入れるための複数本の案内溝６ａが同心円状に形成され、案内溝６ａのそれぞれは円周方向に連続して均一でかつ被加工球体７の球体通路を形成するようになっている。
【０００８】
円形コンベア９からシュート１１を介して入口に供給された被加工球体７はその供給順に球体通路に進入し、各被加工球体７は回転盤５の回転及び回転盤５から受ける所定の圧力により自転しながら球体通路に沿って移動される。この移動中に被加工球体７における回転盤５の案内溝５ａとの接触部位が研磨される。そして、被加工球体７が球体通路を１周する毎に１回の研磨加工が行われることになり、1回の研磨加工が終了すると、研磨加工が施された被加工球体７は、シュート１３を介して再度円形コンベア９に戻される。
【０００９】
この円形コンベア９からの被加工球体７の供給から盤本体３による研磨加工を経て、盤本体３から円形コンベア９への被加工球体７の戻しまでの研磨加工工程は所定回数繰り返され、この研磨加工工程の繰り返しにより被加工球体７の表面は真球状に研磨される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の球体研磨盤では、複数本ある案内溝の長さはそれぞれ異なっているため、被加工球体が球体通路を1周し研磨加工される間に移動する距離もそれぞれ異なる。その結果、それぞれの研磨量（径寸法減少量）にも差がでることになり、最終製品の球体径寸法を揃えることは困難である。
【００１１】
一般に、被加工球体の初期半径寸法は案内溝半径寸法より大きく、被加工球体は研磨される一方、案内溝は摩耗していき、研磨加工工程終了後には両者の半径寸法はほぼ一致することが知られている。また、被加工球体と案内溝が接触してなす接触角が被加工球体の持つうねり成分の修正に深く関係があることも知られている。
【００１２】
実際には、回転盤の案内溝深さが小さい場合に低次の周波数帯域成分が良く修正され、逆に回転盤の案内溝深さが大きい場合に中次〜高次の周波数帯域成分が良く修正される。したがって、上述の球体研磨盤のように案内溝深さが、固定盤と回転盤とそれぞれで均一であり、被加工球体と案内溝が接触してなす接触角もそれぞれ案内溝で一定であると、被加工球体の持つうねり成分の低次〜高次までの周波数帯域をむらなく修正する能力はなく、球体の真球度を良くすることが困難である。
【００１３】
以上のような場合でも、ＪＩＳ規格のＧ３等級までであれば品質保証上問題のない場合もあったが、例えば、昨今のＶＴＲ、ＨＤＤ（ハードディスク）、ＣＤ−ＲＯＭその他に使用される軸受等には、従来のＧ３等級以上の高い評価基準が要求されてきており、球体製品の真球度、粗さ、ロット内での径寸法相互差等の加工精度に対する要求も厳しくなってきている。
【００１４】
本発明はかかる事情に鑑み、被加工球体の盤間への供給から排出までの1回の研磨加工工程で、それぞれの被加工球体の研磨量の差を小さくし、ロット内の径寸法相互差を精度良く加工することが可能で、かつ、被加工球体の持つうねり成分を低次〜高次までの幅広い周波数において修正し、球体の真球度も精度良く加工することが可能な球体研磨盤を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、請求項１によれば、球体を案内する複数の同心状の案内溝を有する固定盤と回転盤との間で同じ径の複数の球体が研磨加工される球体研磨盤において、前記案内溝は前記球体の曲率半径に近似する断面形状に形成されており、前記案内溝の最も深さがある位置の当該案内溝が設けられた盤表面からの距離を溝深さとして、前記固定盤と前記回転盤の少なくとも一方の前記案内溝は、溝深さが異っていることを特徴とする球体研磨盤を提供することによって達成される。
また、請求項２によれば、請求項１記載の球体研磨盤において、前記溝深さの異なる案内溝は、前記案内溝の直径が大きいほど、前記案内溝の深さを浅くするように設定されている。
また、請求項３によれば、請求項１記載の球体研磨盤において、前記案内溝が設けられた前記回転盤の表面に傾斜加工して、又は前記案内溝が設けられた前記回転盤の表面に、各段にそれぞれ案内溝が位置するように段形状を加工して、当該回転盤の案内溝の溝深さが異なったものとされ、一方、前記固定盤の案内溝の溝深さが揃えられている。
また、本発明の球体研磨盤の製造方法は、請求項１乃至３の何れか一項に記載の球体研磨盤の製造方法であって、同じ径の未加工球を用いて、前記案内溝の中を循環研磨してゆくことにより、前記回転盤に案内溝を形成し、外側から順次加工中の被加工球を取り除くことにより前記溝深さの異なる案内溝を形成することを特徴とする。
また、本発明の球体の研磨方法は、請求項１乃至３の何れか記載の球体研磨盤に球体を供給し、球体を研磨加工することを特徴とする。
【００１６】
本発明の球体研磨盤によれば、固定盤と回転盤の少なくとも一方に形成された各案内溝の深さを適宜設定することにより、被加工球体の受け入れからその排出までの１回の球体加工工程で、それぞれの被加工球体の研磨量の差を小さくし、ロット内の径寸法相互差を精度良く加工する。
【００１７】
ここで、案内溝の直径が大きいほど、案内溝の深さを浅くするように設定すると、実際に被加工球体を研磨する回転盤受圧面積を案内溝の直径によらず、均一に近づけることができるので、１回の球体加工工程で、被加工球体の研磨量の差を小さくでき、ロット内の径寸法相互差を精度良く加工できる。
【００１８】
また、各案内溝の深さを適宜設定して、被加工球体と案内溝が接触する接触角を案内溝毎に変えることにより、被加工球体の持つうねり成分を低次〜高次までの幅広い周波数帯域において修正し、球体の真球度を精度良く加工する。
【００１９】
ここで、低次の周波数帯域成分の場合に、案内溝の深さを浅く設定し、高次の周波数帯域成分の場合に、案内溝の深さを深く設定することにより、被加工球体の持つうねり成分を低次〜高次までにおいて適正に修正でき、球体の真球度を精度良く加工できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る球体研磨盤１の一部断面図であり、図２は表１を説明するための球体研磨盤の一部断面図であり、図３及び図４は本発明の他の実施形態に係る球体研磨盤の一部断面図である。
【００２１】
なお、本実施形態は、図５に示すような各研磨盤の中心線が共に水平になるようにして対向して設定したものであり、図７に示すような円形コンベヤが接続された構成である。更に、本実施形態の球体研磨盤も図７と同様に固定盤に符号６ｂに相当する切欠部が設けられており、この切欠部で盤本体への球体の供給、排出が行われる構造になっている。ここで本実施形態においては、固定盤の材質は砥石を含まない金属であり、回転盤は砥石である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の球体研磨盤１は、球体を案内する複数の同心状の案内溝６ａ，５ａを有する固定盤６と回転盤５との間で球体７が研磨加工されるようになっている。そして、この固定盤６と回転盤５の少なくとも一方に溝深さが異なる案内溝６ａ，５ａが形成されている。なお、図１においては、各盤の案内溝６ａ，５ａをそれぞれ３本のみ示す。
【００２３】
表１に、本実施形態の球体研磨盤１における案内溝の溝諸元と各溝での研磨能力の違いを示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
なお、表１で従来溝とあるのは、従来のように回転盤における案内溝深さと固定盤における案内溝深さが一定の場合をいい、実施溝とあるのは図１に示すように、固定盤６の案内溝６ａと回転盤５の案内溝５ａの少なくとも一方の案内溝深さ（Ｄｆ１〜Ｄｆ３，Ｄｓ１〜Ｄｓ３）が異なる場合である。
【００２６】
ここで、表１の共通溝諸元において、
▲１▼ 溝径（Ｄ＝２Ｒ）とは、最も深さがある位置における固定盤と回転盤の溝径をいう。
▲２▼ 固定盤溝長とは、（πＤ−固定盤の切欠長さ）をいう。
▲３▼ 切欠長とは、図７の符号６ｂに相当する部分の円周長さをいう。
▲４▼ 回転盤作用溝長は、球体を研磨する際、入口から出口まで回転盤を２周するので、２（πＤ−切欠長さ）で求められる。
【００２７】
また、表１の従来溝において、
▲５▼ 溝長比とは、溝Ｎｏ．１の回転盤作用溝長１８２９ｍｍを１．００としたときの、各溝Ｎｏの比をいう。
【００２８】
また、表１の実施溝において、図２を参照して説明すると、
▲６▼ 回転盤溝深さ（ｈ）とは、溝５ａの最も深さがある位置の深さをいう。
▲７▼ 接触角とは、溝５ａと球体７の接触している角度（θ）をいう。なお、溝が深くなるほど、角度θが大きくなる。ここで、接触角θは、球体の半径をｒとすると、ｒ（１−ｃｏｓ（θ／２））＝ｈなので、θ＝２ｃｏｓ^-1（１−ｈ／ｒ）となる。
▲８▼ 円弧長さ（Ｓ）とは、球体７と回転盤溝５ａの接触弧長さをいい、Ｓ＝２πｒθ／３６０となる。
▲９▼ 回転盤受圧面積とは、（回転盤作用溝長）×（円弧長さ）をいう。
【００２９】
表１から、従来のように案内溝深さが均一な球体研磨盤では、最大１：０．６４の溝長比があり、かつ、接触弧長さは同じであるので、盤入口から出口までの１回の研磨加工工程における被加工球体の研磨量（径寸法減少量）も接触面積に比例し、１：０．６４と大きい。この研磨加工工程は所定回数繰り返されるが、最後の１回においてもこの比率は変わらないため、最終製品でのロット内での径寸法相互差は小さくならない。
【００３０】
一方、実施例のように、研磨に関与する回転盤５の案内溝５ａの深さをそれぞれ表１のようにした場合、受圧面積（回転盤作用溝長×円弧長さ）比は最大で１：０．９８となった。したがって、各溝（Ｎｏ．１〜２１）における受圧面積の相違がわずかであるので、被加工球体の受け入れからその排出までの１回の球体加工工程で、それぞれの被加工球体の研磨量の差を小さくでき、ロット内の径寸法相互差を精度良く加工できる。
【００３１】
また、接触角も従来一定値であったを、８７．４〜１３６．６°までの４９．２°の幅を持たせることができる。更に、被加工球体が低次の周波数帯域成分の場合に、案内溝の深さを浅く設定することにより接触角を小さくし、高次の周波数帯域成分の場合に、案内溝の深さを深く設定することにより接触角を大きくすることで、被加工球体の持つうねり成分を低次〜高次までにおいて適正に修正することができる。
【００３２】
案内溝の形成する方法としては、同じ径の未加工球を、案内溝の中を循環研磨していくと、回転盤に次第に溝がついていく。そして、外側から順次加工中の被球体をとっていけば、溝深さの異なる溝を形成することができる。
【００３３】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく本発明の趣旨に基づいて適宜変形、改良等可能である。例えば、図３に示すように、回転盤５の案内溝５ａの形成は、固定盤６の案内溝６ａ深さの加工精度の影響が出ないように、回転盤５そのものに傾斜加工して、固定盤６の溝深さを揃えるように設定してもよい。また同様に図４に示すように、回転盤５に段形状を加工してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明の球体研磨盤によれば、固定盤と回転盤の少なくとも一方に溝深さが異なる案内溝を形成したので、案内溝の深さを適宜設定することにより、被加工球体の受け入れからその排出までの１回の球体加工工程で、それぞれの被加工球体の研磨量の差を小さくし、ロット内の径寸法相互差を精度良く加工できる。また、同様に案内溝の深さを適宜設定することにより、被加工球体と案内溝が接触する接触角が案内溝毎に変わるので、被加工球体の持つうねり成分を低次〜高次までの幅広い周波数帯域において修正し、球体の真球度を精度良く加工できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る球体研磨盤の一部断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る球体研磨盤の一部断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る球体研磨盤の一部断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る球体研磨盤の一部断面図である。
【図５】従来の球体研磨盤の概要図である。
【図６】従来の球体研磨盤の概要図である。
【図７】球体研磨盤とコンベヤとの接続状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１球体研磨盤
５回転盤
５ａ案内溝
６固定盤
６ａ案内溝
６ｂ切欠部
７球体

Claims

球体を案内する複数の同心状の案内溝を有する固定盤と回転盤との間で同じ径の複数の球体が研磨加工される球体研磨盤において、
前記案内溝は前記球体の曲率半径に近似する断面形状に形成されており、
前記案内溝の最も深さがある位置の当該案内溝が設けられた盤表面からの距離を溝深さとして、前記固定盤と前記回転盤の少なくとも一方の前記案内溝は、溝深さが異っていることを特徴とする球体研磨盤。
前記溝深さの異なる案内溝は、前記案内溝の直径が大きいほど、前記案内溝の深さを浅くするように設定されていることを特徴とする請求項１記載の球体研磨盤。
前記案内溝が設けられた前記回転盤の表面に傾斜加工して、又は前記案内溝が設けられた前記回転盤の表面に、各段にそれぞれ案内溝が位置するように段形状を加工して、当該回転盤の案内溝の溝深さが異なったものとされ、そして、固定盤の案内溝の溝深さが揃えられていることを特徴とする請求項１記載の球体研磨盤。
請求項１乃至３の何れか一項に記載の球体研磨盤の製造方法であって、
同じ径の未加工球を用いて、前記案内溝の中を循環研磨してゆくことにより、前記回転盤に案内溝を形成し、外側から順次加工中の被加工球を取り除くことにより前記溝深さの異なる案内溝を形成することを特徴とする球体研磨盤の製造方法。
請求項１乃至３の何れか一項に記載の球体研磨盤に球体を供給し、球体を研磨加工することを特徴とする球体の研磨方法。