JP4078523B2 - 円錐ころ軸受の超仕上方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円錐ころ軸受外輪の軌道面に、砥石を摺動接触させて超仕上げする円錐ころ軸受の超仕上方法及び装置に関し、さらに詳しくは、砥石と外輪との干渉を回避させる改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円錐ころ軸受外輪の軌道面を超仕上げするには、例えば図７に示す超仕上装置１が用いられていた。この超仕上装置１は、外輪３に回転を与えるバッキングプレート５と、外輪３をバッキングプレート５に押し付ける一対のプッシャーロール７（片方のみ図示）と、外輪３を下方及び側方で支持するシュー９（下方のみ図示）と、砥石１１を先端部で支持する砥石ホルダ１３と、この砥石ホルダ１３の先端部に螺合され砥石押さえ板１５を介して砥石１１を固定する砥石クランプボルト１７と、砥石１１を軌道面１９に押圧する方向に砥石ホルダ１３を移動させる加圧シリンダ２１と、砥石１１がバッキングプレート５に対して接近又は離反するように砥石ホルダ１３及び加圧シリンダ２１を移動させるオシレーションテーブル２３とを有している。
【０００３】
そして、バッキングプレート５が回転されると、シュー９に載置されてプッシャーロール７に押圧された外輪３が、バッキングプレート５に同期して回転される。次いで、オシレーションテーブル２３により砥石１１が外輪３の内周側へ移動され、加圧シリンダ２１が駆動されることで、砥石１１の先端面が外輪３の軌道面１９に押圧される。砥石１１は、軌道面１９に対して垂直となって先端面が軌道面１９に摺動接触される。
超仕上げによって先端部が磨耗した砥石１１は、外輪３の内周から外側へ移動された後、砥石クランプボルト１７が緩められることで、先端側へ送り出される。そして、再び砥石クランプボルト１７が締められることで、手動によって順次先端側から送り出されて消費される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の超仕上装置１は、図８に示すように、外輪３の軌道面１９に対して砥石１１を垂直に配置していたため、加工軌道面１９ａと反対側の非加工軌道面１９ｂと、砥石後端部１１ａとが干渉し、使用できる砥石１１の長さに制約が生じていた。このことから、特に、内径の小さい外輪の超仕上げ時には、その内周に挿入可能な短い砥石を使用しなければならず、その結果、砥石の交換頻度が増加して、作業性を低下させる問題が生じた。また、砥石には、使用されないクランプ部分が残るため、短い砥石の場合には、この破棄されるクランプ部分が増加し、不経済となった。さらに、砥石後端部が外輪の非加工軌道面と干渉することは、上記のように長尺砥石の使用を不能にするのは元より、消耗に応じて砥石を自動で送り出しする、砥石自動送り出し機構の実現の障害ともなっていた。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、長尺の砥石が使用可能になる円錐ころ軸受の超仕上方法及び装置を提供し、砥石交換頻度を低減させて作業性向上を図るとともに、砥石消費の経済性を高め、且つ砥石送り出しの自動化実現を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る円錐ころ軸受の超仕上方法は、円錐ころ軸受の外輪を中心軸回りに回転させながら、前記外輪の開口部の内周に形成されたテーパ状の軌道面を、直線状の砥石を用いて超仕上げする円錐ころ軸受の超仕上方法であって、前記砥石の長さ方向の先端面が前記軌道面に摺動接触し、且つ、前記砥石の長さ方向が摺動接触位置の前記軌道面の垂線に対して前記開口部の大径側に５°〜２５°の傾斜角度で傾斜するように前記砥石が保持されるとともに、前記砥石がオシレーション手段により前記軌道面と平行に移動されることを特徴とする。
【０００７】
この円錐ころ軸受の超仕上方法では、砥石が、軌道面の垂線に対して大径側開口部の外方側へ傾斜されることで、砥石の後端部と、加工軌道面と反対側の非加工軌道面との干渉が回避され、砥石長の長さ規制が解除される。これにより、砥石の長尺化が可能になり、砥石の交換頻度が低減される。そして、砥石後端部が干渉しなくなるので、例えば、砥石の消耗に応じて長尺の砥石を順次送り出す砥石送り出し機構の採用も可能になる。つまり、装置の自動化の障害が除去される。
【０００８】
そして、円錐ころ軸受の超仕上方法は、前記垂線に対する前記砥石の傾斜角度が、ほぼ全ての軸受で５°〜２５°であることが好ましく、軌道面のテーパ半角が小さいときは１０°〜２０°であることがより好ましい。さらに好ましくは、外輪幅が大きいときには１５°〜２０°が良い。
【０００９】
この円錐ころ軸受の超仕上方法では、垂線に対する砥石の傾斜角度が５°〜２５°の範囲にあることで、傾斜角度が５°未満の場合に生じる砥石の後端部と、加工軌道面と反対側の非加工軌道面との干渉が回避され、且つ傾斜角度が２５°を超える場合に生じる砥石先端部の鋭角化による欠けが防止される。
超仕上加工は、砥石の面圧が加工条件の重要な要因であることが一般に知られている。このため、加工面における砥石の接触面積Ｓが大きくなると面圧を確保するため砥石の加圧力を増すが、砥石の接触面積Ｓが大きくなる状況では多くの場合砥石のワーク（外輪）周方向長さが増えるため、砥石の単位長さ（周方向）あたりに砥石に作用するせん断力への影響は少ない。
これに対して、本発明のように砥石をθ傾けた場合は、図１に示すように、面圧ｆは砥石の加圧力Ｆの分力（軌道面に対して垂直に作用する成分；ｆ＝Ｆｃｏｓθ／Ｓ）となるので、従来以上に加圧力Ｆを大きくする必要がある。そして、θが大きくなるほど、一定の面圧ｆを得るために加圧力Ｆを指数関数的に増す必要がある（θ＝２５°で、θ＝０°のときより加圧力Ｆを１０％程度増）。また、本発明によれば砥石の先端が尖り、せん断力を受ける面積が減るため、θを大きくすると欠けが生じやすくなる。欠けは、通常加工時より、加工開始時に砥石が下降しワークと当たる時に発生しやすい。この時の条件は、粗仕上や仕上加工時のワークの回転速度や砥石のオシレーション速度や軸受仕様及び砥石の種類等によって異なるが、砥石を傾斜させていない時（θ＝０°）の加圧力の１５％増（θ＝３０°）程度までは、砥石は欠けを生じることなくおおむね良好な状態を維持し、１０％増（θ＝２５°）程度であれば砥石を安定して使用でき、実用範囲と判断される。さらに、θ＝２０°では、加圧力は６．５％程度増加するだけでよく、より安定して砥石を用いることができる。
【００１０】
円錐ころ軸受の超仕上装置は、円錐ころ軸受の外輪を中心軸回りに回転させながら、前記外輪の開口部の内周に形成されたテーパ状の軌道面を、直線状の砥石を用いて超仕上げする円錐ころ軸受の超仕上装置であって、前記砥石の長さ方向の先端面が前記軌道面に摺動接触し、且つ、前記砥石の長さ方向が摺動接触位置の前記軌道面の垂線に対して前記開口部の大径側に５°〜２５°の傾斜角度で傾斜するように前記砥石を保持する砥石ホルダと、前記砥石ホルダにより保持された前記砥石を前記軌道面と平行に移動するオシレーション手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この円錐ころ軸受の超仕上装置では、砥石が砥石ホルダに保持されると、保持された砥石が、軌道面の垂線に対して大径側開口部の外方側へ傾斜されて保持される。従って、砥石ホルダに砥石をセットするのみで、砥石の後端部と非加工軌道面との干渉が回避される。これにより、長尺の砥石が使用可能になり、砥石交換頻度を低減させて装置稼働率が高められる。
【００１２】
また、円錐ころ軸受の超仕上装置は、前記砥石の前記先端面と反対側の後端部が前記外輪と干渉しないように前記砥石を傾斜させて保持し、且つ、前記砥石の先端面の消耗に応じて前記砥石を先端側へ移動させる自動送り出し機構を備えたことを特徴するものであってもよい。
【００１３】
この円錐ころ軸受の超仕上装置では、砥石の先端面が磨耗すると、それに応じて砥石が先端側へ移動され、砥石の有効使用長分が最終部分まで自動で消費されることになる。従って、短い砥石を頻繁に交換しながら行われていた従来作業に比べて砥石交換のための装置停止時間、及び砥石交換の手間が大幅に削減されることになる。
【００１４】
さらに、円錐ころ軸受の超仕上装置は、前記自動送り出し装置が、前記砥石ホルダに保持された前記砥石を先端方向へ押圧する加圧・送り出しシリンダと、前記砥石の送り出しと共に移動する砥石磨耗検出ドクと、所定位置に移動した前記砥石磨耗検出ドクによって作動することで前記砥石の磨耗量を検出する検出手段とを具備したことを特徴としてもよい。
あるいは、単に、円錐ころ軸受の超仕上装置は、記砥石を前記砥石の長さ方向に移動自在に収容する砥石収納部と、前記砥石を先端方向へ押圧して送り出すシリンダとを具備したことを特徴としてもよい。
【００１５】
この円錐ころ軸受の超仕上装置では、ホルダ部に収容された砥石が、ＸＹテーブル及びオシレーションテーブルの移動によって軌道面の所定位置に配置される。そして、ホルダ部に収容された砥石は、非加工軌道面との干渉が回避された姿勢で先端方向に送り出し自在となる。この砥石の送り出しは、例えばホルダ部の後端部に設けられた加圧・送り出し用シリンダによって、砥石の後端面を押圧することにより可能になる。そして、磨耗によって砥石が順次送り出され、砥石と共に移動した砥石磨耗検出ドクが検出手段の固設位置に達すると、検出手段が動作し、砥石の所定磨耗量が検出されて、例えば砥石の交換時期が知らされることになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る円錐ころ軸受の超仕上方法及び装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は超仕上装置の要部拡大断面図、図２は砥石の傾斜角度範囲を検証する説明図である。
【００１７】
本実施の形態に係る超仕上装置３１は、砥石３３を、軌道面３５の垂線３７に対して、大径側開口部３９の外方側へ傾斜させて保持する砥石ホルダ４１を備えている。この他、超仕上装置３１には、図７に示したバッキングプレート５、プッシャーロール７、シュー９、加圧シリンダ２１、オシレーションテーブル２３等が備えられている。また、砥石ホルダ４１には砥石クランプボルト４３が螺合され、砥石３３は、砥石押さえ板１５（図７参照）を介して砥石クランプボルト４３によって砥石ホルダ４１に固定・固定解除可能となっている。
【００１８】
砥石３３の傾斜角度θは、図２に示すように、（１）式により表すことができる。
Ｂ／ｃｏｓα＝ＧＢ／ｃｏｓθ…（１）
ここで、
Ｂ：外輪幅
ＧＢ：砥石のオシレーション方向幅
α：軌道面のテーパ半角
θ：砥石の傾斜角度
である。
【００１９】
また、通常、２α＝１２°〜５８°にて設計される。そして、（１）式から（２）式が得られる。
ＧＢ＝Ｂ×（ｃｏｓθ／ｃｏｓα）…（２）
（２）式から、外輪の大径側開口部の内径が一定の場合は、外輪幅Ｂが大きいほど、また軌道面のテーパ半角αが小さいほど、砥石は外輪に接触しやすくなる。現在製造されている軸受は、おおむね２α＝１２°〜５８°の範囲に入っている。このような仕様をもとに、砥石が外輪大径側開口部の内周面に干渉しない傾斜角度θを求めると、θ＝５°〜２５°の範囲とすることでほとんどの仕様の円錐ころ軸受について干渉が回避できる。さらに、砥石ホルダやオシレーション振幅の調整による干渉、外輪寸法の変化を考慮すると、θ＝１５°〜２０°にすることが望ましい。
θ＝５°、θ＝１０°、θ＝１５°等の、傾斜角度θの下限は、砥石後端部と外輪との干渉を回避するために適切な値である。θ＝２５°、θ＝２０°等の、傾斜角度θの上限は、加工条件により定まるものである。
【００２０】
ここで、θを５°未満とすると、外輪４５の大径側開口部３９が小さい場合、砥石３３と外輪４５とが干渉することになる。軌道面のテーパ半角と外輪幅および外輪大径側直径の関係で、幾何学的には砥石を傾けなくても、砥石と外輪大径側開口部が干渉しないものもあるが、砥石の回りにホルダが入るスペース及び砥石の振幅を確保することを考慮すると、５°以上傾ける必要がある。一方、θが２５°を超えると、砥石３３の先端部分が鋭角となり欠け易くなる。
【００２１】
即ち、砥石３３の傾斜角度θは、５°〜２５°が好適な範囲となる。なお、本明細書では、傾斜角度θが１７°とされている。また、（１）式の関係から、揺動は±１．５ｍｍの振幅で行うので、砥石３３は軌道面３５に対し、オシレーション方向に削り残されることはない。
通常、砥石幅ＧＢは、外輪幅（軸受幅）Ｂより若干小さく設計されている（ここではＧＢ＝１７ｍｍ、Ｂ＝１８．３ｍｍ）ので、揺動振幅を適切に設定（例えば３ｍｍ、すなわち±１．５ｍｍ）することにより、軌道面全面を加工することができる。
【００２２】
このような構成を有する超仕上装置３１において、バッキングプレート５（以下図７を参照）が回転されると、シュー９に載置されてプッシャーロール７に押圧された外輪４５が、バッキングプレート５に同期して回転される。次いで、オシレーションテーブル２３により砥石３３が外輪４５の内周側へ移動され、加圧シリンダ２１が駆動されることで、砥石３３の先端面が外輪４５の軌道面３５（加工軌道面３５ａ）に押圧される。
この際、砥石３３は、軌道面３５の垂線３７に対して１７°で傾斜されているため、砥石長さが外輪４５の内径より大きな寸法であっても外輪４５との干渉が回避される。超仕上げによって先端部が磨耗した砥石３３は、加圧シリンダ２１が駆動され、砥石３３が軌道面３５から離反されるとともに、オシレーションテーブル２３が駆動されることにより、外輪４５の内周から外方へ移動される。次いで、砥石クランプボルト４３が緩められることで、先端側へ所定長送り出され、再び砥石クランプボルト４３が締められることで、手動によって順次先端側から送り出されて消費される。
【００２３】
この超仕上装置３１を用いた超仕上方法では、砥石３３が砥石ホルダ４１に保持されると、保持された砥石３３が、軌道面３５の垂線３７に対して大径側開口部３９の外方側へ傾斜されて保持される。従って、砥石ホルダ４１に砥石３３をセットするのみで、砥石３３の後端部と、加工軌道面３５ａと反対側の非加工軌道面３５ｂとの干渉が回避される。
これにより、砥石長の長さ規制が解除され、砥石３３の長尺化が可能になり、砥石３３の交換頻度が低減される。そして、砥石後端部が干渉しなくなるので、例えば、砥石３３の消耗に応じて長尺の砥石を順次送り出す砥石送り出し機構の採用も可能になる。つまり、装置の自動化の障害を除去することができる。
【００２４】
そして、砥石３３の傾斜角度を５°〜２５°の範囲にすることで、傾斜角度が５°以下の場合に生じる砥石３３の後端部と、加工軌道面３５ａと反対側の非加工軌道面３５ｂとの干渉が回避され、傾斜角度が２５°を超える場合に生じる砥石先端部の鋭角化による欠けを防止することができる。
【００２５】
次に、本発明に係る超仕上装置の他の実施の形態を説明する。
図３は他の実施の形態による自動送り出し装置の要部拡大断面図、図４は砥石落下止めの一構成例を示す図、図５は図３に示した自動送り出し装置の砥石交換状況の説明図である。
この実施の形態による超仕上装置５１は、砥石３３を軌道面３５の垂線３７に対して大径側開口部３９の外方側へ傾斜させて保持し、且つ砥石先端面の消耗に応じて砥石３３を先端側へ移動させる自動送り出し装置５３を備えている。
【００２６】
自動送り出し装置５３は、ホルダ部５５、加圧・送り出しシリンダ５７、加圧治具７２、砥石磨耗検出ドク５９、検出手段６１とからなる。ホルダ部５５は、オシレーションテーブル６３に固設され、オシレーションテーブル６３の駆動によって、軌道面３５と平行に移動されるようになっている。また、オシレーションテーブル６３は、ＸＹテーブル６５に固設され、図３の矢印ａ，ｂ方向に移動されるようになっている。なお、砥石３３の軌道面３５への傾斜調整は、ＸＹテーブル６５の旋回機構によって行われる。即ち、ＸＹテーブル６５には図示しないθテーブル等が設けられ、このθテーブルを回動動作させることによって図３中の矢印ｃ方向への揺動が可能となっている。
【００２７】
ホルダ部５５には砥石収容部６７が形成され、砥石収容部６７には砥石３３が直線方向に移動自在に収容されるようになっている。ホルダ部５５の先端側には砥石落下止６９が設けられている。砥石落下止６９は、図４に示すように、例えばホルダ部５５の外壁から砥石収容部６７へ貫通するネジ孔７５と、このネジ孔７５に回転自在に螺合される調整ネジ７７と、このネジ孔７５に収容されて一部分がこのネジ孔７５から砥石収容部６７へ突出する押圧子８１と、この押圧子８１と調整ネジ７７との間に配設される圧縮バネ８３とからなる。従って、砥石収容部６７内に収容された砥石３３は、圧縮バネ８３によって付勢された押圧子８１が当接することで、砥石収容部６７からの落下が規制されている。また、この落下規制力は、調整ネジ７７の回動によって調節可能となる。
【００２８】
加圧・送り出しシリンダ５７は、ホルダ部５５の後端側に設けられ、駆動軸５７ａが、砥石収容部６７の長手方向に伸縮されるようになっている。つまり、この駆動軸５７ａの伸長によって砥石３３を先端方向に押圧し、砥石３３を送り出すようになっている。また、加圧・送り出しシリンダ５７は、後端部５７ｂがピン７１によってホルダ部５５に揺動自在に取り付けられ、図５（ａ）に示すように、駆動軸５７ａを後退させた状態でピン７１を中心に揺動されることで、駆動軸５７ａが砥石収容部６７から退避されるようになっている。
【００２９】
砥石収容部６７には、砥石３３と駆動軸５７ａとの間に、加圧治具７２が挿入されている。加圧治具７２は、砥石３３を砥石収容部６７にセットした後に挿入され、砥石３３と駆動軸５７ａとの間に配設される。加圧治具７２には砥石磨耗検出ドク５９が突設され、砥石磨耗検出ドク５９はホルダ部５５の壁部を貫通して形成された長溝７３から、ホルダ部５５の外部へ突出されている。従って、砥石３３の先端部が磨耗すれば、砥石３３の送り出しと共に砥石磨耗検出ドク５９もホルダ部外部でホルダ部５５の先端側へ移動されるようになっている。
【００３０】
ホルダ部５５の先端外部には、検出手段６１が設けられている。この検出手段６１と砥石磨耗検出ドク５９との位置関係は、砥石３３が磨耗により所定長さとなった場合に、図５（ｂ）に示すように両者が接触する距離にある。検出手段６１としては、砥石磨耗検出ドク５９の接触により作動するセンサ、リミットスイッチ等を用いることができる。この検出手段６１は、例えば超仕上装置５１の制御部に電気的に接続される。制御部は、この検出手段６１からの検出信号が入力されることで、砥石磨耗警報等を出力するようになっている。なお、検出手段６１は非接触で砥石摩耗検出ドグ５９を検出する光センサであってもよい。
【００３１】
次に、砥石３３が所定長さに磨耗した際の、砥石３３の交換手順を説明する。
砥石３３が所定長さとなり、砥石磨耗検出ドク５９が接近することにより検出手段６１が砥石磨耗検出ドク５９を検出すると、新たな加工サイクルに入らずに、ホルダ部５５及びオシレーションテーブル６３全体が、外輪４５から離れるように上昇・スライド（図では右方）してインデックスされる。
次いで、加圧・送り出しシリンダ５７を図５（ａ）に示すように、加圧・送り出しシリンダ５７の駆動軸５７ａを後退させた後に手で旋回させ、加圧治具７２をさらに押し込んで残っている磨耗した砥石３３を排出する。そして、加圧治具７２を上方に引き抜き、新しい砥石３３をホルダ部５５の砥石収容部６７に挿入する。この砥石３３を定められた量だけホルダ部５５より延出し、加圧治具７２、加圧・送り出しシリンダ５７をセットして砥石３３の交換が完了する。
【００３２】
この実施の形態による超仕上装置５１では、ホルダ部５５に収容された砥石３３が、オシレーションテーブル６３及びＸＹテーブル６５の移動によって、軌道面３５の所定位置に配置される。そして、ホルダ部５５に収容された砥石３３は、非加工軌道面との干渉が回避された姿勢で、先端方向に送り出し自在となる。この砥石３３の送り出しは、ホルダ部５５の後端部に設けられた加圧・送り出しシリンダ５７によって、砥石３３の後端面を押圧することにより行われる。そして、磨耗によって砥石３３が順次送り出され、砥石３３と共に移動した砥石磨耗検出ドク５９が検出手段６１の固設位置に達すると、検出手段６１が動作し、砥石３３の所定磨耗量が検出される。これによって、砥石の交換時期が知らされることになる。
【００３３】
従って、この超仕上装置５１によれば、砥石３３の有効使用長分が、最終部分まで自動で消費されることになる。これにより、短い砥石を頻繁に交換しながら行われていた従来作業に比べて、砥石交換のための装置停止時間、及び砥石交換の手間を大幅に削減させることができる。
実際の加工条件の一例を以下に示す。
〔加工条件〕
１．ワーク（円錐ころ軸受外輪：名番Ｒ５９Ｚ−７）
・外径：φ８８ｍｍ
・大径側内径：φ８５ｍｍ
・軌道面のテーパ角２α：３１．５°
・幅：１８．３ｍｍ
２．砥石（ＷＡ１２００）
・断面寸法：１２×１７ｍｍ
・従来方法の傾斜角度：垂線に対して０°
・本発明に係る方法の傾斜角度：垂線に対して１７°
・揺動速度（前後）
粗仕上げ：１９３０ｃｐｍ
仕上げ ：９７０ｃｐｍ
振幅：３ｍｍ
３．トータル時間
・３０ｓｅｃ
【００３４】
なお、上記の「トータル時間」は、加工時間を意味し、３０ｓｅｃは粗仕上と仕上加工とワークのローディングを含むトータル時間である。粗仕上の時間と仕上加工の時間の比は約１：（０．５〜１）である。この比はワークの仕上条件に依存し、取代を大きくする場合は粗仕上の比率を大きくし、仕上面を良くする場合は仕上加工の比率を大きくする。
通常、砥石の面圧と磨耗との間には、次のような関係がある。すなわち砥石は、ある面圧（臨界圧）を越えると、磨耗が指数関数的に急激に増加する。粗仕上は、臨界圧以上の面圧で超仕上を行って取代（超仕上によるワークの除去量）をとり、仕上加工は、臨界圧以下の面圧で超仕上を行って粗さを良くする。粗仕上時は、面圧を大きくし交差角を大きくして、仕上加工時は面圧および交差角を粗仕上時より小さくする。これに対応して、砥石の磨耗量は、粗仕上時に多く、仕上加工時に少なくなる。通常、粗仕上も仕上加工も同一の砥石を用いて行っており、本実施の形態でも同一の砥石を用いて行った。
なお、粗仕上と仕上加工とで異なる砥石を用いる場合にも、本発明は適用可能であり、粗仕上のように砥石の磨耗量が多い工程を含む加工に本発明を用いると有効である。
【００３５】
砥石が磨耗すると、砥石を加工側軌道面に移動して加工を続けるが、砥石クランプボルト等によって砥石を保持できなくなる前に砥石を交換する必要がある。従来方法では砥石の長さを、円錐ころ軸受の大径側内径より小さくし、かつインデックスする必要から５０ｍｍ程度にしてあり、クランプ位置が砥石後端部から約１０ｍｍであった。そして、砥石長さが約１５ｍｍになった時（約３５ｍｍ磨耗した時；加工個数約１７００個）に、砥石を交換していた。
これに対し、本発明においては、長尺の砥石を用いることができ、例えば約１００ｍｍの砥石を用いることにより、交換までの砥石の磨耗量を約８５ｍｍとして、交換までの加工量を約４２００個、すなわち従来の約２．５倍とすることができる。
【００３６】
表１に、本発明を他の軸受仕様に適用した例を示す。表１から明らかなように、本発明によれば、軌道面のテーパ角度２α＝１２°〜５８°の円錐ころ軸受に対し、傾斜角度をθ＝５°〜２５°として砥石後端部と外輪との干渉を避けつつ加工を行える。実施例においては、軌道面のテーパ半角と外輪幅および外輪大径側直径の関係で、幾何学的には砥石を傾けなくても砥石と外輪大径側開口部が干渉しないものもあるが、砥石の回りにホルダが入るスペース及び砥石の振幅を確保することを考慮すると、５°以上傾ける必要がある。そして、砥石には従来の砥石より２〜４倍の長さのものを用いることができ、砥石交換までに製品を従来の１．５〜９倍多く加工することができる。実施例１では、砥石交換までの加工量が従来の２．５倍であるが、実施例２、３では、４〜９倍となる。
【００３７】
【表１】
【００３８】
次に、従来方法と本発明に係る方法により加工された軌道面の真円度を比較した結果を説明する。
図６は従来方法により加工された軌道面の真円度を（ａ）、本発明に係る方法により加工された軌道面の真円度を（ｂ）で示した比較説明図である。
【００３９】
図６から分かるように、図６（ａ）に示す従来方法で得られた軌道面の真円度が１．３μｍ、図６（ｂ）に示す本発明に係る方法で得られた軌道面の真円度が０．８μｍで、従来方法に対し、本発明に係る方法によっても真円度が同等以上の精度となることが見知された。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る円錐ころ軸受の超仕上方法によれば、砥石を、軌道面の垂線に対して大径側開口部の外方側へ傾斜させたので、砥石の後端部と、加工軌道面と反対側の非加工軌道面との干渉を回避させることができ、砥石長の長さ規制を解除することができる。この結果、砥石の長尺化が可能になり、砥石の交換頻度を低減させ、作業性を高めることができる。また、従来使用不能となって廃棄されたクランプ部分も消費可能になり経済性を高めることができる。さらに、砥石後端部が干渉しなくなり、砥石を長尺化できるので、砥石送り出しの自動化も実現可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超仕上装置の要部拡大断面図である。
【図２】砥石の傾斜角度範囲を検証する説明図である。
【図３】他の実施の形態による自動送り出し装置の要部拡大断面図である。
【図４】砥石落下止めの一構成例を示す図である。
【図５】図３に示した自動繰り出し装置の砥石交換状況の説明図である。
【図６】従来方法により加工された軌道面の真円度を（ａ）、本発明に係る方法により加工された軌道面の真円度を（ｂ）で示した比較説明図である。
【図７】従来の超仕上装置の要部拡大斜視図である。
【図８】従来の超仕上装置の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
３１、５１ 超仕上装置
３３ 砥石
３５ 軌道面
３７ 垂線
３９ 大径側開口部
４１ 砥石ホルダ
４５ 外輪
５３ 自動繰り出し装置
５５ ホルダ部
５７ 加圧・送り出しシリンダ
５９ 砥石磨耗検出ドク
６１ 検出手段
６３ オシレーションテーブル
６５ ＸＹテーブル
【発明の属する技術分野】
本発明は、円錐ころ軸受外輪の軌道面に、砥石を摺動接触させて超仕上げする円錐ころ軸受の超仕上方法及び装置に関し、さらに詳しくは、砥石と外輪との干渉を回避させる改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円錐ころ軸受外輪の軌道面を超仕上げするには、例えば図７に示す超仕上装置１が用いられていた。この超仕上装置１は、外輪３に回転を与えるバッキングプレート５と、外輪３をバッキングプレート５に押し付ける一対のプッシャーロール７（片方のみ図示）と、外輪３を下方及び側方で支持するシュー９（下方のみ図示）と、砥石１１を先端部で支持する砥石ホルダ１３と、この砥石ホルダ１３の先端部に螺合され砥石押さえ板１５を介して砥石１１を固定する砥石クランプボルト１７と、砥石１１を軌道面１９に押圧する方向に砥石ホルダ１３を移動させる加圧シリンダ２１と、砥石１１がバッキングプレート５に対して接近又は離反するように砥石ホルダ１３及び加圧シリンダ２１を移動させるオシレーションテーブル２３とを有している。
【０００３】
そして、バッキングプレート５が回転されると、シュー９に載置されてプッシャーロール７に押圧された外輪３が、バッキングプレート５に同期して回転される。次いで、オシレーションテーブル２３により砥石１１が外輪３の内周側へ移動され、加圧シリンダ２１が駆動されることで、砥石１１の先端面が外輪３の軌道面１９に押圧される。砥石１１は、軌道面１９に対して垂直となって先端面が軌道面１９に摺動接触される。
超仕上げによって先端部が磨耗した砥石１１は、外輪３の内周から外側へ移動された後、砥石クランプボルト１７が緩められることで、先端側へ送り出される。そして、再び砥石クランプボルト１７が締められることで、手動によって順次先端側から送り出されて消費される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の超仕上装置１は、図８に示すように、外輪３の軌道面１９に対して砥石１１を垂直に配置していたため、加工軌道面１９ａと反対側の非加工軌道面１９ｂと、砥石後端部１１ａとが干渉し、使用できる砥石１１の長さに制約が生じていた。このことから、特に、内径の小さい外輪の超仕上げ時には、その内周に挿入可能な短い砥石を使用しなければならず、その結果、砥石の交換頻度が増加して、作業性を低下させる問題が生じた。また、砥石には、使用されないクランプ部分が残るため、短い砥石の場合には、この破棄されるクランプ部分が増加し、不経済となった。さらに、砥石後端部が外輪の非加工軌道面と干渉することは、上記のように長尺砥石の使用を不能にするのは元より、消耗に応じて砥石を自動で送り出しする、砥石自動送り出し機構の実現の障害ともなっていた。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、長尺の砥石が使用可能になる円錐ころ軸受の超仕上方法及び装置を提供し、砥石交換頻度を低減させて作業性向上を図るとともに、砥石消費の経済性を高め、且つ砥石送り出しの自動化実現を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る円錐ころ軸受の超仕上方法は、円錐ころ軸受の外輪を中心軸回りに回転させながら、前記外輪の開口部の内周に形成されたテーパ状の軌道面を、直線状の砥石を用いて超仕上げする円錐ころ軸受の超仕上方法であって、前記砥石の長さ方向の先端面が前記軌道面に摺動接触し、且つ、前記砥石の長さ方向が摺動接触位置の前記軌道面の垂線に対して前記開口部の大径側に５°〜２５°の傾斜角度で傾斜するように前記砥石が保持されるとともに、前記砥石がオシレーション手段により前記軌道面と平行に移動されることを特徴とする。
【０００７】
この円錐ころ軸受の超仕上方法では、砥石が、軌道面の垂線に対して大径側開口部の外方側へ傾斜されることで、砥石の後端部と、加工軌道面と反対側の非加工軌道面との干渉が回避され、砥石長の長さ規制が解除される。これにより、砥石の長尺化が可能になり、砥石の交換頻度が低減される。そして、砥石後端部が干渉しなくなるので、例えば、砥石の消耗に応じて長尺の砥石を順次送り出す砥石送り出し機構の採用も可能になる。つまり、装置の自動化の障害が除去される。
【０００８】
そして、円錐ころ軸受の超仕上方法は、前記垂線に対する前記砥石の傾斜角度が、ほぼ全ての軸受で５°〜２５°であることが好ましく、軌道面のテーパ半角が小さいときは１０°〜２０°であることがより好ましい。さらに好ましくは、外輪幅が大きいときには１５°〜２０°が良い。
【０００９】
この円錐ころ軸受の超仕上方法では、垂線に対する砥石の傾斜角度が５°〜２５°の範囲にあることで、傾斜角度が５°未満の場合に生じる砥石の後端部と、加工軌道面と反対側の非加工軌道面との干渉が回避され、且つ傾斜角度が２５°を超える場合に生じる砥石先端部の鋭角化による欠けが防止される。
超仕上加工は、砥石の面圧が加工条件の重要な要因であることが一般に知られている。このため、加工面における砥石の接触面積Ｓが大きくなると面圧を確保するため砥石の加圧力を増すが、砥石の接触面積Ｓが大きくなる状況では多くの場合砥石のワーク（外輪）周方向長さが増えるため、砥石の単位長さ（周方向）あたりに砥石に作用するせん断力への影響は少ない。
これに対して、本発明のように砥石をθ傾けた場合は、図１に示すように、面圧ｆは砥石の加圧力Ｆの分力（軌道面に対して垂直に作用する成分；ｆ＝Ｆｃｏｓθ／Ｓ）となるので、従来以上に加圧力Ｆを大きくする必要がある。そして、θが大きくなるほど、一定の面圧ｆを得るために加圧力Ｆを指数関数的に増す必要がある（θ＝２５°で、θ＝０°のときより加圧力Ｆを１０％程度増）。また、本発明によれば砥石の先端が尖り、せん断力を受ける面積が減るため、θを大きくすると欠けが生じやすくなる。欠けは、通常加工時より、加工開始時に砥石が下降しワークと当たる時に発生しやすい。この時の条件は、粗仕上や仕上加工時のワークの回転速度や砥石のオシレーション速度や軸受仕様及び砥石の種類等によって異なるが、砥石を傾斜させていない時（θ＝０°）の加圧力の１５％増（θ＝３０°）程度までは、砥石は欠けを生じることなくおおむね良好な状態を維持し、１０％増（θ＝２５°）程度であれば砥石を安定して使用でき、実用範囲と判断される。さらに、θ＝２０°では、加圧力は６．５％程度増加するだけでよく、より安定して砥石を用いることができる。
【００１０】
円錐ころ軸受の超仕上装置は、円錐ころ軸受の外輪を中心軸回りに回転させながら、前記外輪の開口部の内周に形成されたテーパ状の軌道面を、直線状の砥石を用いて超仕上げする円錐ころ軸受の超仕上装置であって、前記砥石の長さ方向の先端面が前記軌道面に摺動接触し、且つ、前記砥石の長さ方向が摺動接触位置の前記軌道面の垂線に対して前記開口部の大径側に５°〜２５°の傾斜角度で傾斜するように前記砥石を保持する砥石ホルダと、前記砥石ホルダにより保持された前記砥石を前記軌道面と平行に移動するオシレーション手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この円錐ころ軸受の超仕上装置では、砥石が砥石ホルダに保持されると、保持された砥石が、軌道面の垂線に対して大径側開口部の外方側へ傾斜されて保持される。従って、砥石ホルダに砥石をセットするのみで、砥石の後端部と非加工軌道面との干渉が回避される。これにより、長尺の砥石が使用可能になり、砥石交換頻度を低減させて装置稼働率が高められる。
【００１２】
また、円錐ころ軸受の超仕上装置は、前記砥石の前記先端面と反対側の後端部が前記外輪と干渉しないように前記砥石を傾斜させて保持し、且つ、前記砥石の先端面の消耗に応じて前記砥石を先端側へ移動させる自動送り出し機構を備えたことを特徴するものであってもよい。
【００１３】
この円錐ころ軸受の超仕上装置では、砥石の先端面が磨耗すると、それに応じて砥石が先端側へ移動され、砥石の有効使用長分が最終部分まで自動で消費されることになる。従って、短い砥石を頻繁に交換しながら行われていた従来作業に比べて砥石交換のための装置停止時間、及び砥石交換の手間が大幅に削減されることになる。
【００１４】
さらに、円錐ころ軸受の超仕上装置は、前記自動送り出し装置が、前記砥石ホルダに保持された前記砥石を先端方向へ押圧する加圧・送り出しシリンダと、前記砥石の送り出しと共に移動する砥石磨耗検出ドクと、所定位置に移動した前記砥石磨耗検出ドクによって作動することで前記砥石の磨耗量を検出する検出手段とを具備したことを特徴としてもよい。
あるいは、単に、円錐ころ軸受の超仕上装置は、記砥石を前記砥石の長さ方向に移動自在に収容する砥石収納部と、前記砥石を先端方向へ押圧して送り出すシリンダとを具備したことを特徴としてもよい。
【００１５】
この円錐ころ軸受の超仕上装置では、ホルダ部に収容された砥石が、ＸＹテーブル及びオシレーションテーブルの移動によって軌道面の所定位置に配置される。そして、ホルダ部に収容された砥石は、非加工軌道面との干渉が回避された姿勢で先端方向に送り出し自在となる。この砥石の送り出しは、例えばホルダ部の後端部に設けられた加圧・送り出し用シリンダによって、砥石の後端面を押圧することにより可能になる。そして、磨耗によって砥石が順次送り出され、砥石と共に移動した砥石磨耗検出ドクが検出手段の固設位置に達すると、検出手段が動作し、砥石の所定磨耗量が検出されて、例えば砥石の交換時期が知らされることになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る円錐ころ軸受の超仕上方法及び装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は超仕上装置の要部拡大断面図、図２は砥石の傾斜角度範囲を検証する説明図である。
【００１７】
本実施の形態に係る超仕上装置３１は、砥石３３を、軌道面３５の垂線３７に対して、大径側開口部３９の外方側へ傾斜させて保持する砥石ホルダ４１を備えている。この他、超仕上装置３１には、図７に示したバッキングプレート５、プッシャーロール７、シュー９、加圧シリンダ２１、オシレーションテーブル２３等が備えられている。また、砥石ホルダ４１には砥石クランプボルト４３が螺合され、砥石３３は、砥石押さえ板１５（図７参照）を介して砥石クランプボルト４３によって砥石ホルダ４１に固定・固定解除可能となっている。
【００１８】
砥石３３の傾斜角度θは、図２に示すように、（１）式により表すことができる。
Ｂ／ｃｏｓα＝ＧＢ／ｃｏｓθ…（１）
ここで、
Ｂ：外輪幅
ＧＢ：砥石のオシレーション方向幅
α：軌道面のテーパ半角
θ：砥石の傾斜角度
である。
【００１９】
また、通常、２α＝１２°〜５８°にて設計される。そして、（１）式から（２）式が得られる。
ＧＢ＝Ｂ×（ｃｏｓθ／ｃｏｓα）…（２）
（２）式から、外輪の大径側開口部の内径が一定の場合は、外輪幅Ｂが大きいほど、また軌道面のテーパ半角αが小さいほど、砥石は外輪に接触しやすくなる。現在製造されている軸受は、おおむね２α＝１２°〜５８°の範囲に入っている。このような仕様をもとに、砥石が外輪大径側開口部の内周面に干渉しない傾斜角度θを求めると、θ＝５°〜２５°の範囲とすることでほとんどの仕様の円錐ころ軸受について干渉が回避できる。さらに、砥石ホルダやオシレーション振幅の調整による干渉、外輪寸法の変化を考慮すると、θ＝１５°〜２０°にすることが望ましい。
θ＝５°、θ＝１０°、θ＝１５°等の、傾斜角度θの下限は、砥石後端部と外輪との干渉を回避するために適切な値である。θ＝２５°、θ＝２０°等の、傾斜角度θの上限は、加工条件により定まるものである。
【００２０】
ここで、θを５°未満とすると、外輪４５の大径側開口部３９が小さい場合、砥石３３と外輪４５とが干渉することになる。軌道面のテーパ半角と外輪幅および外輪大径側直径の関係で、幾何学的には砥石を傾けなくても、砥石と外輪大径側開口部が干渉しないものもあるが、砥石の回りにホルダが入るスペース及び砥石の振幅を確保することを考慮すると、５°以上傾ける必要がある。一方、θが２５°を超えると、砥石３３の先端部分が鋭角となり欠け易くなる。
【００２１】
即ち、砥石３３の傾斜角度θは、５°〜２５°が好適な範囲となる。なお、本明細書では、傾斜角度θが１７°とされている。また、（１）式の関係から、揺動は±１．５ｍｍの振幅で行うので、砥石３３は軌道面３５に対し、オシレーション方向に削り残されることはない。
通常、砥石幅ＧＢは、外輪幅（軸受幅）Ｂより若干小さく設計されている（ここではＧＢ＝１７ｍｍ、Ｂ＝１８．３ｍｍ）ので、揺動振幅を適切に設定（例えば３ｍｍ、すなわち±１．５ｍｍ）することにより、軌道面全面を加工することができる。
【００２２】
このような構成を有する超仕上装置３１において、バッキングプレート５（以下図７を参照）が回転されると、シュー９に載置されてプッシャーロール７に押圧された外輪４５が、バッキングプレート５に同期して回転される。次いで、オシレーションテーブル２３により砥石３３が外輪４５の内周側へ移動され、加圧シリンダ２１が駆動されることで、砥石３３の先端面が外輪４５の軌道面３５（加工軌道面３５ａ）に押圧される。
この際、砥石３３は、軌道面３５の垂線３７に対して１７°で傾斜されているため、砥石長さが外輪４５の内径より大きな寸法であっても外輪４５との干渉が回避される。超仕上げによって先端部が磨耗した砥石３３は、加圧シリンダ２１が駆動され、砥石３３が軌道面３５から離反されるとともに、オシレーションテーブル２３が駆動されることにより、外輪４５の内周から外方へ移動される。次いで、砥石クランプボルト４３が緩められることで、先端側へ所定長送り出され、再び砥石クランプボルト４３が締められることで、手動によって順次先端側から送り出されて消費される。
【００２３】
この超仕上装置３１を用いた超仕上方法では、砥石３３が砥石ホルダ４１に保持されると、保持された砥石３３が、軌道面３５の垂線３７に対して大径側開口部３９の外方側へ傾斜されて保持される。従って、砥石ホルダ４１に砥石３３をセットするのみで、砥石３３の後端部と、加工軌道面３５ａと反対側の非加工軌道面３５ｂとの干渉が回避される。
これにより、砥石長の長さ規制が解除され、砥石３３の長尺化が可能になり、砥石３３の交換頻度が低減される。そして、砥石後端部が干渉しなくなるので、例えば、砥石３３の消耗に応じて長尺の砥石を順次送り出す砥石送り出し機構の採用も可能になる。つまり、装置の自動化の障害を除去することができる。
【００２４】
そして、砥石３３の傾斜角度を５°〜２５°の範囲にすることで、傾斜角度が５°以下の場合に生じる砥石３３の後端部と、加工軌道面３５ａと反対側の非加工軌道面３５ｂとの干渉が回避され、傾斜角度が２５°を超える場合に生じる砥石先端部の鋭角化による欠けを防止することができる。
【００２５】
次に、本発明に係る超仕上装置の他の実施の形態を説明する。
図３は他の実施の形態による自動送り出し装置の要部拡大断面図、図４は砥石落下止めの一構成例を示す図、図５は図３に示した自動送り出し装置の砥石交換状況の説明図である。
この実施の形態による超仕上装置５１は、砥石３３を軌道面３５の垂線３７に対して大径側開口部３９の外方側へ傾斜させて保持し、且つ砥石先端面の消耗に応じて砥石３３を先端側へ移動させる自動送り出し装置５３を備えている。
【００２６】
自動送り出し装置５３は、ホルダ部５５、加圧・送り出しシリンダ５７、加圧治具７２、砥石磨耗検出ドク５９、検出手段６１とからなる。ホルダ部５５は、オシレーションテーブル６３に固設され、オシレーションテーブル６３の駆動によって、軌道面３５と平行に移動されるようになっている。また、オシレーションテーブル６３は、ＸＹテーブル６５に固設され、図３の矢印ａ，ｂ方向に移動されるようになっている。なお、砥石３３の軌道面３５への傾斜調整は、ＸＹテーブル６５の旋回機構によって行われる。即ち、ＸＹテーブル６５には図示しないθテーブル等が設けられ、このθテーブルを回動動作させることによって図３中の矢印ｃ方向への揺動が可能となっている。
【００２７】
ホルダ部５５には砥石収容部６７が形成され、砥石収容部６７には砥石３３が直線方向に移動自在に収容されるようになっている。ホルダ部５５の先端側には砥石落下止６９が設けられている。砥石落下止６９は、図４に示すように、例えばホルダ部５５の外壁から砥石収容部６７へ貫通するネジ孔７５と、このネジ孔７５に回転自在に螺合される調整ネジ７７と、このネジ孔７５に収容されて一部分がこのネジ孔７５から砥石収容部６７へ突出する押圧子８１と、この押圧子８１と調整ネジ７７との間に配設される圧縮バネ８３とからなる。従って、砥石収容部６７内に収容された砥石３３は、圧縮バネ８３によって付勢された押圧子８１が当接することで、砥石収容部６７からの落下が規制されている。また、この落下規制力は、調整ネジ７７の回動によって調節可能となる。
【００２８】
加圧・送り出しシリンダ５７は、ホルダ部５５の後端側に設けられ、駆動軸５７ａが、砥石収容部６７の長手方向に伸縮されるようになっている。つまり、この駆動軸５７ａの伸長によって砥石３３を先端方向に押圧し、砥石３３を送り出すようになっている。また、加圧・送り出しシリンダ５７は、後端部５７ｂがピン７１によってホルダ部５５に揺動自在に取り付けられ、図５（ａ）に示すように、駆動軸５７ａを後退させた状態でピン７１を中心に揺動されることで、駆動軸５７ａが砥石収容部６７から退避されるようになっている。
【００２９】
砥石収容部６７には、砥石３３と駆動軸５７ａとの間に、加圧治具７２が挿入されている。加圧治具７２は、砥石３３を砥石収容部６７にセットした後に挿入され、砥石３３と駆動軸５７ａとの間に配設される。加圧治具７２には砥石磨耗検出ドク５９が突設され、砥石磨耗検出ドク５９はホルダ部５５の壁部を貫通して形成された長溝７３から、ホルダ部５５の外部へ突出されている。従って、砥石３３の先端部が磨耗すれば、砥石３３の送り出しと共に砥石磨耗検出ドク５９もホルダ部外部でホルダ部５５の先端側へ移動されるようになっている。
【００３０】
ホルダ部５５の先端外部には、検出手段６１が設けられている。この検出手段６１と砥石磨耗検出ドク５９との位置関係は、砥石３３が磨耗により所定長さとなった場合に、図５（ｂ）に示すように両者が接触する距離にある。検出手段６１としては、砥石磨耗検出ドク５９の接触により作動するセンサ、リミットスイッチ等を用いることができる。この検出手段６１は、例えば超仕上装置５１の制御部に電気的に接続される。制御部は、この検出手段６１からの検出信号が入力されることで、砥石磨耗警報等を出力するようになっている。なお、検出手段６１は非接触で砥石摩耗検出ドグ５９を検出する光センサであってもよい。
【００３１】
次に、砥石３３が所定長さに磨耗した際の、砥石３３の交換手順を説明する。
砥石３３が所定長さとなり、砥石磨耗検出ドク５９が接近することにより検出手段６１が砥石磨耗検出ドク５９を検出すると、新たな加工サイクルに入らずに、ホルダ部５５及びオシレーションテーブル６３全体が、外輪４５から離れるように上昇・スライド（図では右方）してインデックスされる。
次いで、加圧・送り出しシリンダ５７を図５（ａ）に示すように、加圧・送り出しシリンダ５７の駆動軸５７ａを後退させた後に手で旋回させ、加圧治具７２をさらに押し込んで残っている磨耗した砥石３３を排出する。そして、加圧治具７２を上方に引き抜き、新しい砥石３３をホルダ部５５の砥石収容部６７に挿入する。この砥石３３を定められた量だけホルダ部５５より延出し、加圧治具７２、加圧・送り出しシリンダ５７をセットして砥石３３の交換が完了する。
【００３２】
この実施の形態による超仕上装置５１では、ホルダ部５５に収容された砥石３３が、オシレーションテーブル６３及びＸＹテーブル６５の移動によって、軌道面３５の所定位置に配置される。そして、ホルダ部５５に収容された砥石３３は、非加工軌道面との干渉が回避された姿勢で、先端方向に送り出し自在となる。この砥石３３の送り出しは、ホルダ部５５の後端部に設けられた加圧・送り出しシリンダ５７によって、砥石３３の後端面を押圧することにより行われる。そして、磨耗によって砥石３３が順次送り出され、砥石３３と共に移動した砥石磨耗検出ドク５９が検出手段６１の固設位置に達すると、検出手段６１が動作し、砥石３３の所定磨耗量が検出される。これによって、砥石の交換時期が知らされることになる。
【００３３】
従って、この超仕上装置５１によれば、砥石３３の有効使用長分が、最終部分まで自動で消費されることになる。これにより、短い砥石を頻繁に交換しながら行われていた従来作業に比べて、砥石交換のための装置停止時間、及び砥石交換の手間を大幅に削減させることができる。
実際の加工条件の一例を以下に示す。
〔加工条件〕
１．ワーク（円錐ころ軸受外輪：名番Ｒ５９Ｚ−７）
・外径：φ８８ｍｍ
・大径側内径：φ８５ｍｍ
・軌道面のテーパ角２α：３１．５°
・幅：１８．３ｍｍ
２．砥石（ＷＡ１２００）
・断面寸法：１２×１７ｍｍ
・従来方法の傾斜角度：垂線に対して０°
・本発明に係る方法の傾斜角度：垂線に対して１７°
・揺動速度（前後）
粗仕上げ：１９３０ｃｐｍ
仕上げ ：９７０ｃｐｍ
振幅：３ｍｍ
３．トータル時間
・３０ｓｅｃ
【００３４】
なお、上記の「トータル時間」は、加工時間を意味し、３０ｓｅｃは粗仕上と仕上加工とワークのローディングを含むトータル時間である。粗仕上の時間と仕上加工の時間の比は約１：（０．５〜１）である。この比はワークの仕上条件に依存し、取代を大きくする場合は粗仕上の比率を大きくし、仕上面を良くする場合は仕上加工の比率を大きくする。
通常、砥石の面圧と磨耗との間には、次のような関係がある。すなわち砥石は、ある面圧（臨界圧）を越えると、磨耗が指数関数的に急激に増加する。粗仕上は、臨界圧以上の面圧で超仕上を行って取代（超仕上によるワークの除去量）をとり、仕上加工は、臨界圧以下の面圧で超仕上を行って粗さを良くする。粗仕上時は、面圧を大きくし交差角を大きくして、仕上加工時は面圧および交差角を粗仕上時より小さくする。これに対応して、砥石の磨耗量は、粗仕上時に多く、仕上加工時に少なくなる。通常、粗仕上も仕上加工も同一の砥石を用いて行っており、本実施の形態でも同一の砥石を用いて行った。
なお、粗仕上と仕上加工とで異なる砥石を用いる場合にも、本発明は適用可能であり、粗仕上のように砥石の磨耗量が多い工程を含む加工に本発明を用いると有効である。
【００３５】
砥石が磨耗すると、砥石を加工側軌道面に移動して加工を続けるが、砥石クランプボルト等によって砥石を保持できなくなる前に砥石を交換する必要がある。従来方法では砥石の長さを、円錐ころ軸受の大径側内径より小さくし、かつインデックスする必要から５０ｍｍ程度にしてあり、クランプ位置が砥石後端部から約１０ｍｍであった。そして、砥石長さが約１５ｍｍになった時（約３５ｍｍ磨耗した時；加工個数約１７００個）に、砥石を交換していた。
これに対し、本発明においては、長尺の砥石を用いることができ、例えば約１００ｍｍの砥石を用いることにより、交換までの砥石の磨耗量を約８５ｍｍとして、交換までの加工量を約４２００個、すなわち従来の約２．５倍とすることができる。
【００３６】
表１に、本発明を他の軸受仕様に適用した例を示す。表１から明らかなように、本発明によれば、軌道面のテーパ角度２α＝１２°〜５８°の円錐ころ軸受に対し、傾斜角度をθ＝５°〜２５°として砥石後端部と外輪との干渉を避けつつ加工を行える。実施例においては、軌道面のテーパ半角と外輪幅および外輪大径側直径の関係で、幾何学的には砥石を傾けなくても砥石と外輪大径側開口部が干渉しないものもあるが、砥石の回りにホルダが入るスペース及び砥石の振幅を確保することを考慮すると、５°以上傾ける必要がある。そして、砥石には従来の砥石より２〜４倍の長さのものを用いることができ、砥石交換までに製品を従来の１．５〜９倍多く加工することができる。実施例１では、砥石交換までの加工量が従来の２．５倍であるが、実施例２、３では、４〜９倍となる。
【００３７】
【表１】
次に、従来方法と本発明に係る方法により加工された軌道面の真円度を比較した結果を説明する。
図６は従来方法により加工された軌道面の真円度を（ａ）、本発明に係る方法により加工された軌道面の真円度を（ｂ）で示した比較説明図である。
【００３９】
図６から分かるように、図６（ａ）に示す従来方法で得られた軌道面の真円度が１．３μｍ、図６（ｂ）に示す本発明に係る方法で得られた軌道面の真円度が０．８μｍで、従来方法に対し、本発明に係る方法によっても真円度が同等以上の精度となることが見知された。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る円錐ころ軸受の超仕上方法によれば、砥石を、軌道面の垂線に対して大径側開口部の外方側へ傾斜させたので、砥石の後端部と、加工軌道面と反対側の非加工軌道面との干渉を回避させることができ、砥石長の長さ規制を解除することができる。この結果、砥石の長尺化が可能になり、砥石の交換頻度を低減させ、作業性を高めることができる。また、従来使用不能となって廃棄されたクランプ部分も消費可能になり経済性を高めることができる。さらに、砥石後端部が干渉しなくなり、砥石を長尺化できるので、砥石送り出しの自動化も実現可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超仕上装置の要部拡大断面図である。
【図２】砥石の傾斜角度範囲を検証する説明図である。
【図３】他の実施の形態による自動送り出し装置の要部拡大断面図である。
【図４】砥石落下止めの一構成例を示す図である。
【図５】図３に示した自動繰り出し装置の砥石交換状況の説明図である。
【図６】従来方法により加工された軌道面の真円度を（ａ）、本発明に係る方法により加工された軌道面の真円度を（ｂ）で示した比較説明図である。
【図７】従来の超仕上装置の要部拡大斜視図である。
【図８】従来の超仕上装置の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
３１、５１ 超仕上装置
３３ 砥石
３５ 軌道面
３７ 垂線
３９ 大径側開口部
４１ 砥石ホルダ
４５ 外輪
５３ 自動繰り出し装置
５５ ホルダ部
５７ 加圧・送り出しシリンダ
５９ 砥石磨耗検出ドク
６１ 検出手段
６３ オシレーションテーブル
６５ ＸＹテーブル
Claims (6)
- 円錐ころ軸受の外輪を中心軸回りに回転させながら、前記外輪の開口部の内周に形成されたテーパ状の軌道面を、直線状の砥石を用いて超仕上げする円錐ころ軸受の超仕上方法であって、
前記砥石の長さ方向の先端面が前記軌道面に摺動接触し、
且つ、前記砥石の長さ方向が摺動接触位置の前記軌道面の垂線に対して前記開口部の大径側に５°〜２５°の傾斜角度で傾斜するように前記砥石が保持されるとともに、前記砥石がオシレーション手段により前記軌道面と平行に移動されることを特徴とする円錐ころ軸受の超仕上方法。 - 円錐ころ軸受の外輪を中心軸回りに回転させながら、前記外輪の開口部の内周に形成されたテーパ状の軌道面を、直線状の砥石を用いて超仕上げする円錐ころ軸受の超仕上装置であって、
前記砥石の長さ方向の先端面が前記軌道面に摺動接触し、且つ、前記砥石の長さ方向が摺動接触位置の前記軌道面の垂線に対して前記開口部の大径側に５°〜２５°の傾斜角度で傾斜するように前記砥石を保持する砥石ホルダと、
前記砥石ホルダにより保持された前記砥石を前記軌道面と平行に移動するオシレーション手段と、
を備えたことを特徴とする円錐ころ軸受の超仕上装置。 - 前記砥石の長さ方向の長さが前記外輪の大径側開口部の直径より大きく、前記砥石ホルダは、前記砥石の前記先端面と反対側の後端部が前記外輪と干渉しないように前記砥石を傾斜させて保持する請求項２に記載の円錐ころ軸受の超仕上装置。
- 前記砥石の先端面の消耗に応じて前記砥石を先端側へ移動させる自動送り出し機構を備えた請求項２または３に記載の円錐ころ軸受の超仕上装置。
- 前記自動送り出し機構は、前記砥石ホルダに保持された前記砥石を先端方向へ押圧する加圧・送り出しシリンダと、前記砥石の送り出しと共に移動する砥石磨耗検出ドクと、所定位置に移動した前記砥石磨耗検出ドクによって作動することで前記砥石の磨耗量を検出する検出手段とを備えた請求項４に記載の円錐ころ軸受の超仕上装置。
- 前記砥石を前記砥石の長さ方向に移動自在に収容する砥石収納部と、
前記砥石を先端方向へ押圧して送り出すシリンダとを備えた請求項２又は３に記載の円錐ころ軸受の超仕上装置。
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