JP4258427B2

JP4258427B2 - ラッピング加工装置とラッピング加工方法

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Publication number: JP4258427B2
Application number: JP2004134153A
Authority: JP
Inventors: 雅彦飯泉; 正博小又; 公男西村; 和夫武田; 靖志松下
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: JP2005313282A

Description

本発明は、ワークの加工面を砥粒付きのラッピングフィルム（以下単にフィルムと称することもある）によりフィルムラッピング加工（以下単にラッピング加工）するラッピング加工装置とラッピング加工方法に関する。

例えば、車両のエンジン部品であるカムシャフトのカムロブ部やジャーナル部あるいはクランクシャフトのジャーナル部や揺動ピン部等のような断面円弧状の外周面を有するワークを仕上げ加工する場合は、最近、一面に砥粒が設けられた帯状をした長尺なラッピングフィルムを用いてラッピング加工している。

このラッピング加工は、ワークの加工面をラッピングフィルムで覆い、先端部の形状がワークの回転方向で中凹状をしたシューによりラッピングフィルムを背面側から加圧し、ラッピングフィルムをワークに押付けた状態でワークに回転を与えると同時に、ワークの軸方向にオシレーション（振動）し、ラッピングフィルムの砥粒面でワークを加工する超仕上げ加工である（例えば、下記特許文献１参照。）。

このようなラッピング加工では、ワークの軸方向に沿う加工面の形状が中凹状になる傾向がある。ワークを軸方向に往復動させることによりオシレーションすると、ラッピングフィルムの砥粒面は、往復動するワークのエッジ部からダメージを受けて砥粒が早く摩耗したり剥離することになる。砥粒の摩耗や剥離は、ワークのエッジ部が当るラッピングフィルムの両外側縁部で生じ、ラッピングフィルムの両外側縁部での作用砥粒数が中央部の作用砥粒数より少なくさせる。この結果、ワークの加工面の除去量が両端部に比べて中央部が相対的に増加し、ワークの軸線方向に沿う加工面の形状が略中凹形状になる。

ワーク加工面の中凹形状は、顕微鏡などにより拡大視すると、所定の曲率半径を有するきれいな円弧ではなく、比較的大きな凹部間に小さい凸部が複数存在する凹状であり、加工面に要求される所望の真直度や面粗度を得ることはできない。

特に、カムシャフトにより直接バルブリフターを作動させる直動式の動弁システムでは、カムシャフトとバルブリフターとの間に作用する摩擦力が、燃費に直接影響することから、摩擦力の低減が極めて重要であるが、最も摩擦力が発生するカムロブ部のトップ部付近が、前記小さい凸部を有する中凹形状となると、小さい凸部が平滑なバルブリフターに当接し、局部的に面圧が上がり、摩擦力が増大し、より円滑な作動が期待できない虞がある。

このため、ラッピングフィルムにより超仕上げ加工を行なう前に、カムノーズ部付近を逆に中凸状、いわゆるクラウニング形状に成形することもあるが、このようなクラウニング形状に成形する加工は、別途砥石を使用する設備が必要となり、コスト的な面で好ましくない。

そこで、最近では、シューの先端部の形状を、ワークの回転方向で中凹状とすると共に、ワーク軸方向で円弧状凹形状とし、シュー先端部の円弧状凹形状に沿うようにワークの加工面を成形し、クラウニング形状にすることもある。

しかし、ワーク軸方向形状が円弧状凹形状のシューを使用すれば、ラッピングフィルムの外側縁部には、オシレーション時に往復動するワークのエッジ部より過大な面圧が掛かり、ラッピングフィルムの砥粒の摩耗や剥離が生じる。また、シューに関しても、ラッピングフィルムとの擦れによる摩耗や、荷重による変形を受け、所定の中凹形状を維持できず、ワークの面粗度を悪化させたり、頻繁に交換する必要が生じ、製品自体のコストが高くなる。

さらに、ラッピング加工装置では、シューをシューケース内でワークの回転方向に揺動可能に支持ピンにより支持する場合があるが、シューと支持ピンの間や、シューとシューケースの間に、適度なクリアランスが設ける必要がある。

しかし、超精密な仕上げ加工では、クリアランス自体がガタの原因になる虞がある。一方、クリアランスを少なくするため、シューと支持ピンや、シューとシューケースを、材質同士（例えば、金属と金属）で接触させると、オシレーション時に、ワークの軸方向でのシューの変位が規制されることになり、前述のようにワークの加工面が中凹状になり易くなる。
特開平７−２３７１１６号公報（図１、図２参照）

本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、ラッピング加工時のシューおよびラッピングフィルムの劣化を防止し、短時間でワークの加工面を良好な中凸形状に成形するラッピング加工装置と、ラッピング加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係るラッピング加工装置は、断面非真円の円弧状をしたワークの加工面を、薄肉基材の一面に設けられた砥粒によりラッピング加工を施すラッピングフィルムと、前記ワークを回転駆動する回転駆動手段と、前記ラッピングフィルムの背面側に配置されたシューと、当該シューを前記ラッピングフィルムを介して前記ワークに押付けかつ該シューが少なくとも前記ワークの回転方向に揺動可能に支持するシュー支持手段と、を有し、前記ワークを軸方向にオシレーションしつつ前記ワークの加工面をラッピング加工するラッピング加工装置であって、前記シュー支持手段は、前記シューを前記ワークの軸方向にも揺動可能に支持し、前記シューは、先端部の断面形状が前記ワークの回転方向で中凹状で、かつ、前記ワークの軸方向で円弧状凹形状としたことを特徴とする。

かかる目的を達成する本発明に係るラッピング加工方法は、断面非真円の円弧状をしたワークの加工面を、薄肉基材に砥粒が設けられたラッピングフィルムにより覆い、前記ワークの回転方向に揺動可能に支持されかつ先端部の形状が前記ワークの回転方向に中凹状で、かつ、前記ワークの軸方向で円弧状凹形状とされたシューにより前記ラッピングフィルムを背面側から押圧し、前記ワークを回転駆動するとともに軸方向にオシレーションすることにより前記ワークの加工面をラッピング加工するラッピング加工方法であって、前記ワークのオシレーションに伴ない前記シューをオシレーション方向に揺動させつつ前記ワークの軸方向の加工面を中凸状に成形することを特徴とする。

上記のように構成した本発明では、シュー自体がワークのオシレーション方向にも揺動可能に支持されているため、ラッピングフィルムの砥粒面が往復動するワークのエッジ部からダメージを受けにくく、砥粒の摩耗や剥離が生じることが大幅に低減することになり、ワークの軸線方向に沿う加工面形状を良好な中凸形状に成形することができる。

また、先端部の断面形状がワークの回転方向で中凹状、ワークの軸方向で円弧状凹形状のシューを揺動可能に支持すると、ワークをオシレーションしても、ワークの片当たりを抑制でき、ラッピングフィルムの損傷や剥離による劣化、シューの摩耗も防止でき、ワークのエッジ部を円滑に加工し、ワークに対し中凸形状の付与が容易に可能となる。

シューの支持も、ワークの回転方向に対し直交する方向に揺動可能に弾性支持したり、あるいは所定の部位に弾性体を設ければ、オシレーション時にシューに生じるガタが抑制され、ワークの軸線方向に沿う加工面に関し良好な中凸形状が得られ、その形状精度の劣化も抑制でき、形状品質も安定させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は本発明の実施形態に係るラッピング加工装置の概略図、図２は図１の２−２線に沿う概略断面図で、同ラッピング加工装置の上下アーム閉状態を示し、図３は同上下アームの開状態を示す概略断面図、図４は本実施形態のワークを示し、（Ａ）は同ワークの斜視図、（Ｂ）は同ワークの要部説明図である。なお、ワークの軸線方向（図１で左右方向）をＸ方向、Ｘ方向に直交する水平方向（図１で紙面直交方向）をＹ方向、Ｘ方向に直交する鉛直方向（図１で上下方向）をＺ方向と定義する。

図１,２においてラッピング加工装置１について概説すれば、非伸縮性でかつ変形可能な薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルム１１と、ラッピングフィルム１１の背面側に配置され、先端部の形状がワークＷの回転方向に中凹状とされたシュー３（以下、凹シュー３）と、凹シュー３がラッピングフィルム１１の砥粒面をワークＷに押付け、かつ凹シュー３が少なくともワークＷの回転方向に揺動可能となるように支持するシュー支持手段２と、ワークＷを回転駆動する回転駆動手段４０と、ワークＷおよびラッピングフィルム１１のうちの少なくとも一方にワークＷの軸線方向に沿うオシレーションを付与するオシレーションユニット５０と、を有しており、ラッピングフィルム１１、凹シュー３およびシュー支持手段２は、ワークＷであるカムシャフト６０の軸線方向に複数設けられた各カムロブ部６１を個々にラッピング加工するように設けられている。

なお、ワークＷは、図４Ａに示すように、カムシャフト６０を挙げることができ、このカムシャフト６０におけるカムロブ部６１が加工面となる。カムロブ部６１は、図４Ｂに示すように、全体的には、略卵状をした非真円の円弧状の周面を有しており、ベースサークルをなすベース部ｄ、カムのリフトを定めるトップ部ａ、トップ部ａの両側に連続し、エンジンのバルブを開き始めたり、閉じ始めたりするイベント部ｂ_１，ｂ_２、ベース部ｄからイベント部ｂ_１，ｂ_２へのアプローチをなすランプ部ｃ_１，ｃ_２の複数の部位を備え、軸心Ｏ（回転中心）から加工面までの半径は部位ごとに変化している。

ベース部ｄは曲率半径が一定であるが、イベント部ｂ_１，ｂ_２はほぼ直線的であるため曲率半径が非常に大きく、トップ部ａは曲率半径が比較的小さくなる。このため、カムロブ部６１では、トップ部ａで最も摩擦力が発生することになるので、本来的にはトップ部ａがクラウニング形状であればよい。

ここに、「断面非真円の円弧状」とは、回転中心から一の部位までの半径が他の部位までの半径と異なる円弧形状をいい、楕円形状や、図示したカムロブ部６１のような卵形状が含まれることはもちろんのこと、外形は円形状であるが回転中心が円中心から偏心したものも含まれる。

さらにラッピング加工装置１につき詳述する。図１において、回転駆動手段４０は、主軸４１を回転自在に支持するヘッドストック４２と、主軸４１の先端に設けられかつワークＷであるカムシャフト６０の一端を把持するチャック４３と、主軸４１にベルト４４を介して連結された主軸モータＭ_１と、カムシャフト６０の他端を支持するセンタ４５を備えたテールストック４６と、を有している。

カムシャフト６０は、主軸モータＭ_１の回転がベルト４４および主軸４１を介して伝達され、主軸モータＭ_１の回転速度を変えることにより、ワーク回転速度が所望の速度に設定され、加工中におけるワークＷの回転位置は、主軸４１に取り付けられたロータリエンコーダＳ_１により検出される。ヘッドストック４２とテールストック４６は、それぞれＹ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル４７と４８上に設けられ、これらテーブル４７、４８は、Ｘ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル４９上に載置されている。

オシレーションユニット５０は、テーブル４９の端面に当接する偏心回転体５１と、偏心回転体５１を回転駆動するオシレーション用モータＭ_２と、テーブル４９の端面を偏心回転体５１に常時当接させるバネなどの弾性手段５２と、を有している。

オシレーションの速度Ｖｏは、モータＭ_２の回転速度を変えることにより所望の速度（たとえば、１０Ｈｚ）に設定され、振幅は、オシレーション用モータＭ_２の軸心に対する偏心回転体５１の偏心量に基づいて設定される。本実施形態では、偏心量は約１ｍｍ程度であり、オシレーションの振幅は約２ｍｍ程度である。なお、偏心回転体５１の偏心量の調整は、例えば調整プレート（図示せず）の挿入枚数を変えるなどの公知の手段を併用してもよい。オシレーションに伴うカムシャフト６０のＸ方向位置の変化は、偏心回転体５１の回転位置を検出するロータリエンコーダＳ_２を偏心回転体５１の軸に取付け、検出する。

ラッピングフィルム１１には、種々のタイプがあるが、本実施形態では、基材が非伸縮性の高い材料、例えば、板厚が２５μｍ〜１３０μｍ程度のポリエステルなどから構成され、この基材の一面には、数μｍ〜２００μｍ程度の粒径を有する多数の砥粒（具体的には、酸化アルミニウム、シリコンカーバイド、ダイアモンドなどからなる）が接着剤により設けられている。基材の他面には、凹シュー３との滑りを防止するため、ゴムあるいは合成樹脂等の抵抗材料（図示せず）をバックコーティングするか、あるいは滑り止め加工を施す。

ラッピングフィルム１１は、図２,３に示すように、供給リール１５から引き出され、上アーム２２の先端に設けられた一対の第１ガイドローラＲ_１と、上アーム２２の内方位置に取り付けられている第２ガイドローラＲ_２と、下アーム２３の内方位置に取り付けられている第３ガイドローラＲ_３と、下アーム２３の先端に設けられた一対の第４ガイドローラＲ_４などにガイドされ、巻取りリール１６に巻き取られる。

巻取りリール１６にはモータＭ_３が連結され、モータＭ_３を作動し巻取りリール１６を回転すると、供給リール１５からフィルム１１が順次繰り出される。フィルム１１の繰り出し量は、巻取りリール１６の軸に取付けられたロータリエンコーダＳ_３により回転量を検出することにより行なう。なお、フィルム１１のテンションは供給リール１５および巻取りリール１６の近傍に設けられたロック装置（図示せず）の作動により付与される。

シュー支持手段２は、図２,３に示すように、上下のアーム２２、２３の先端部に設けられたシュー３をラッピングフィルム１１を介してワークＷであるカムロブ部６１に押付けると共にワークＷの回転方向に揺動可能に支持している。

対をなす上アーム２２と下アーム２３は、支持ピン２４を中心としてＺ方向に相対的に開閉自在とされ、上アーム２２の後端部には、油圧あるいは空圧などにより作動する流体圧シリンダ２５の一端がピン連結され、下アーム２３の後端部にはロッド２６の先端がピン連結されている。

流体圧シリンダ２５によりロッド２６を伸ばすと、上下のアーム２２、２３は、図２に示す閉状態となり、縮めると、図３に示す開状態となる。上下のアーム２２、２３の支持ピン２４を中心とする回動は、ラッピングフィルム１１と共に行なわれ、閉じ回動により凹シュー３がラッピングフィルム１１を介してカムロブ部６１に当接され、開き回動によりカムロブ部６１と凹シュー３との当接が解除される。

図５はシュー支持手段の要部を示す概略断面図、図６は図５の６−６線に沿う断面図、図７はシューの揺動状態を示す概略断面図、図８は支持孔３１の変形例を示す概略断面図である。なお、図５，６においては、理解し易さを考慮し、凹シュー３、ラッピングフィルム１１およびワークＷ相互は離間して示している。

シュー支持手段２は、図２、図３に示すように、アーム２２、２３の先端部に設けられた凹部２７内で昇降変位するシューケース２８を有し、シューケース２８内には凹シュー３が揺動ピン２９を中心としてワークＷの回転する方向に揺動可能に支持されている。

なお、シューケース２８は、モータ駆動されるカムによりばね付勢された押圧棒を昇降させる移動手段（不図示）により凹部２７内で昇降変位するようにしてもよい。この場合には、前記揺動ピン２９は、各アーム２２、２３と長孔嵌合となる。

凹シュー３は、例えば、金属、セラミック、硬質ウレタン樹脂等により構成されているが、ワークＷと接触する側、つまり先端部側の形状は、ワークＷの回転方向で中凹状とされているのみでなく、ワークＷの軸方向では、図６に示すように、円弧状凹形状とされている。

さらに詳述すれば、凹シュー３の先端部の形状において、ワークＷの回転方向の形状は、中央に凹状部分３ｂが形成され、凹状部分３ｂと滑らかに連続するように、揺動ピン２９を通る中心線を対称軸として左右対称の断面凸状の円弧面３ａが形成されている。したがって、各凹シュー３がカムロブ部６１の加工面に押し付けられると、フィルム１１を介してではあるが、カムロブ部６１の加工面とはそれぞれ２点での線接触となり、上下の凹シュー３の４点でカムロブ部６１と接することになり、カムロブ部６１は安定的に回転することになる。なお、本明細書では、凹シュー３がフィルム１１を介してワークＷの加工面と間接的に当接することを「接触」と略称する。

一方、ワークＷの軸方向の先端部の形状は、ワークＷに形成する中凸状に対応する所定の曲率半径ｒを有する円弧状凹形状とされている。この凹シュー３の幅は、ワークＷが軸方向にオシレーションしても凹シュー３から逸脱しないように、左右のオシレーション幅を考慮して決定されている。つまり、ワークＷの幅ｗ_１に左右のオシレーション幅ｗ_０を加えた程度とされている。

凹シュー３は、シューケース２８内でワークＷの回転方向に揺動可能に支持されているが、本実施形態では、さらに、凹シュー３が、シューケース２８内でワークＷの回転方向に対し直交する方向（簡単のため、「軸方向」あるいは「オシレーション方向」と称することもある）にも揺動可能となるように支持されている。

この支持方法としては、例えば、支持ピン２９が挿通する凹シュー３の支持孔３１を、中心部より外方に向ってテーパ状に拡開して形成し、凹シュー３がワークＷの回転方向に対し直交する方向にも揺動可能とする。

このようにすれば、凹シュー３がワークＷの回転に追従して揺動するのみでなく、揺動ピン２９の軸線に対し傾斜するように揺動するので、ワークＷのオシレーションに追随し傾斜する。例えば、図７に示すように、ワークＷが右方向にオシレーションされると、凹シュー３は、中心線Ｏ−Ｏに対し傾斜角αとなるように左傾斜し、逆に、ワークＷが左方向にオシレーションされると、凹シュー３は、中心線Ｏ−Ｏに対し傾斜角βとなるように右傾斜することになる。

したがって、機械加工が完了したままの、カムロブ部６１の両側端部が略９０度のエッジ部を有するワークＷであっても、オシレーション時にワークＷのエッジ部がラッピングフィルム１１の砥粒面に激突することはなく、その力は凹シュー３の傾斜変位により逃され、ラッピングフィルム１１がワークＷからダメージを受けにくく、砥粒面での砥粒の摩耗や剥離も生じることなくラッピング加工が行なわれる。

また、ワークＷが左右いずれの方向にオシレーションされても、凹シュー３は、揺動ピン２９を中心に揺動し、しかも凹シュー３の先端部の形状が円弧状凹形状とされているので、ワークＷのエッジ部は凹シュー３の先端部に、激突せず、いわば徐々に当ることになるので、エッジ部は徐々に削り取られることになる。

したがって、ワークＷの軸線方向に沿う加工面形状は、オシレーション方向の揺動変位により中凸形状、つまり、クラウニング形状に成形し易くなる。

ただし、支持孔３１の形状は、図８に示すように、内径が最も小さい中央部分から両端部に向って内径が円弧状に大きくなるようにしてもよい。このようにすれば、シュー１７０がオシレーション方向により滑らかに揺動し易くなる。

しかし、単に外方に向って拡開する支持孔３１のみであれば、凹シュー３にはガタが生じる虞もあるので、図６に示すように、シューケース２８と凹シュー３のオシレーション方向側の端面との間に弾性体３２を設けることが好ましい。弾性体３２としては、例えば、天然ゴム、あるいはウレタン樹脂、ＰＶＡ（Polyvinyl Alcohol）等を使用することができるが、いずれにしても耐油性、耐水性に優れた特性を有するものが好ましい。

弾性体３２の介装によりオシレーション時に凹シュー３に生じるガタが抑制され、ワークのオシレーション方向の加工面が良好な中凸形状となり、形状品質も安定する。

ただし、弾性体３２の表面が摩擦抵抗の大きいものであれば、凹シュー３が円滑に揺動しない虞もあるので、弾性体３２若しくは弾性体３２が当接するシューケース２８内面には低摩擦係数の皮膜３４、例えば、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）などを設けることが好ましい。

なお、上記モータＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４およびロータリエンコーダＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３は、ＣＰＵやメモリを主体とするコントローラ１００に接続されている。コントローラ１００は、ロータリエンコーダＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３の検出結果を監視しつつ、モータＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４を制御し、ラッピング加工装置１の加工時および加工停止時の各構成の動作を制御している。

次に、作用を説明する。

まず、各カムロブ部６１に対応する両押圧アーム２２，２３がそれぞれ開の状態で、供給リール１５近傍に設けられたロック装置をロックし、モータＭ_３を作動すると、巻取りリール１６が回転してラッピングフィルム１が所定量移動することになり、新規な砥粒面のラッピングフィルム１が、所定のテンションを付与されてセットされる。巻取りリール１６近傍のロック装置をロックすると、ぴんと張った状態のラッピングフィルム１となる。

この状態でヘッドストック４２とテールストック４６との間にワークＷであるカムシャフト６０をセットし、流体圧シリンダ２５を作動すると、両押圧アーム２２，２３は閉じ、ラッピングフィルム１は、ワークＷの各カムロブ部６１上にセットされ、その砥粒面が両凹シュー３により所定の押付け力でワークＷの加工面である各カムロブ部６１に押付けられる。

モータＭ_１を作動すると、ワークＷが回転し、各加工面は、ラッピングフィルム１の砥粒面によりラッピング加工される。また、モータＭ_２を作動すると、偏心回転体５１が弾性手段５２の弾発力に抗して回転し、テーブル４９をＸ方向に往復動させ、ワークＷをＸ方向にオシレーションする。

このようにワークＷを軸中心に回転すると、ワークＷに押し付けられている凹シュー３は、非真円の円弧状の周面を有するカムロブ部６１に倣って進退移動しながら揺動ピン２９を中心に揺動しつつ、ラッピングフィルム１１の砥粒面でラッピング加工を行なう。なお、カムシャフト６０は、多数のカムロブ部６１を有しているが、これらが一斉にラッピング加工される。

また、ワークＷは、軸中心の回転と同時に、軸方向にオシレーションされるので、ワークＷと砥粒との接する距離が長くなり、ワークＷに対する単位時間あたりの作用砥粒数は増大し、加工時間が短縮し、ワークの加工効率を高めることができる。

特に、本実施形態の凹シュー３は、揺動ピン２９の軸線に対し傾斜するように揺動するので、ワークＷに押し付けられている凹シュー３は、ワークＷのオシレーションに追随し傾斜する。

したがって、ワークＷが左右いずれの方向にオシレーションされても、凹シュー３は、揺動ピン２９を中心に揺動し、ワークＷのエッジ部がラッピングフィルム１１を介して凹シュー３を押しても、その力は直接凹シュー３に作用せず、逃される。

しかも凹シュー３の先端部の形状がワークＷの軸方向で円弧状凹形状とされているので、ワークＷのエッジ部が凹シュー３に当接するときに、いわば徐々に当り、エッジ部は徐々に削り取られる。

さらに、凹シュー３は、オシレーション方向の端部に弾性体３２が設けられているため、凹シュー３と揺動ピン２９の間、凹シュー３とシューケース２８の間にはガタがないため、凹シュー３自体が滑らかに揺動変位することになり、ワークＷは、良好な形状品質を有するクラウニング形状に加工される。

この加工中、凹シュー３の揺動を妨げる原因となる、弾性体３２とシューケース２８が接する面や、凹シュー３と接する面に生じる摩擦抵抗は、弾性体３２に形成されている低摩擦係数の皮膜３４により低減されることになるので、凹シュー３はより滑らかな動きで揺動することができ、これによっても良好な形状品質を確保することができる。

＜第２の実施形態＞
図９は本発明の第２の実施形態に係るシュー支持手段を示す断面図、図１０は同シュー支持手段の変形例を示す断面図であるが、第１の実施形態と同様の機能を有する部材については、同一符号を使用し、その説明を省略する。

第２の実施形態に係るシュー支持手段２Ａは、先端部の形状がワークＷの軸方向で円弧状凹形状とされた凹シュー３を使用しているが、図９に示すように、凹シュー３の支持孔３１として内径が変化しない通常の貫通孔が開設され、シューケース２８と揺動ピン２９との間にスリーブ状の弾性体３２が介装され、弾性体３２の軸方向内端面が凹シュー３の側面に当接されている。ただし、凹シュー３とシューケース２８との間には、凹シュー３がシューケース２８内でオシレーション方向に揺動可能となる適度な隙間Ｇが設けられている。なお、本実施形態においても、弾性体３２とシューケース２８あるいは凹シュー３の側面との当接面などに、前述した低摩擦係数の皮膜３４を設けることが好ましい。

本実施形態のシュー支持手段２Ａにおいても、凹シュー３は、ワークＷの回転方向には揺動ピン２９を中心として揺動可能であり、オシレーション方向には隙間Ｇの存在と弾性体３２の変形により揺動可能であることから、第１の実施形態と同様、揺動ピン２９を中心に揺動しつつ、ワークＷのオシレーション方向に傾斜し、ワークＷのエッジ部により損傷を受けることなくラッピング加工を行なうことができる。

また、凹シュー３の先端部に軸方向に形成された円弧状凹形状により、エッジ部を徐々に削り取ることができ、ワークＷの良好な形状品質を確保できる。しかも、本実施形態のシュー支持手段２Ａでは、直状の支持孔３１であるため、孔加工が容易にでき、コスト的に有利となる。

＜第３の実施形態＞
図１０は本発明の第３の実施形態に係るシュー支持手段を示す断面図であるが、前記実施形態と同様の機能を有する部材については、類似する符号を使用し、その説明を省略する。

本実施形態のシュー支持手段２Ｂは、凹シュー３、シューケース２８、揺動ピン２９および弾性体３２の構成は、前述の第１実施形態とほぼ同様であるが、ワークＷの回転方向に対し直交する側の凹シュー３の端面とシューケース２８との間に圧電素子３５を設けたものである。圧電素子３５は、弾性体３２とシューケース２８の間のオシレーション方向の圧力を計測する検出用圧電素子３５ａと、弾性体３２とシューケース２８の間でオシレーション方向に変位を与える作動用圧電素子３５ｂとからなり、検出用圧電素子３５ａは、凹シュー３の加工面近傍に配置され、作動用圧電素子３５ｂは、凹シュー３の加工面より離間して設けられている。なお、検出用圧電素子３５ａおよび作動用圧電素子３５ｂの設置位置は、凹シュー３を効果的に揺動させることができればどのような位置でもよい。

検出用圧電素子３５ａにより計測された圧力は、コントローラ１００に入力され、圧力に応じて作動用圧電素子３５ｂを作動させて凹シュー３を揺動させ、ワークＷに所望の中凸形状が得られる最適な傾きにコントロールする。

この結果、単に凹シュー３を揺動させるのみでは十分な揺動が得られない場合においても、オシレーションに合わせて必要な揺動量を凹シュー３に付与して加工できるので、良好な形状精度を得ることができることになる。また、時間と共に変化する形状に応じて揺動を制御できるため、一層良好なワーク回転軸方向の加工を長期にわたって得ることができる。

上述したように第１、第２、第３の各実施形態によれば、ラッピング加工時に、凹シュー３がワークＷのオシレーション方向に揺動可能であるため、ラッピングフィルム１１の砥粒面が往復動するワークのエッジ部からダメージを受けにくく、砥粒の摩耗や剥離が大幅に低減し、ワークの軸線方向に沿う加工面形状を中凸形状に容易に成形できる。

特に、シューケース２８に凹シュー３を支持ピン２９により支持するとき、支持ピン２９が挿通する支持孔３１を中心部より外方に向って拡開すると、ワークＷのオシレーションに伴って凹シュー３が揺動するので、何らの付帯設備を要することなくワークの軸線方向に沿う加工面形状を中凸形状に成形できることになる。

また、先端部の形状がワークＷの軸方向で円弧状凹形状とされた凹シュー３を使用する場合には、ワークＷのオシレーション時に、ワークＷの片当たりを抑制でき、ラッピングフィルム１１の損傷や剥離による劣化、凹シュー３の摩耗も防止でき、ワークＷのエッジ部を円滑に加工し、中凸形状の付与が可能となる。

凹シュー３を、ワークＷの回転方向に対し直交する方向に揺動可能に弾性支持したり、あるいは所定の部位に弾性体３２を設けると、オシレーション時に凹シュー３に生じるガタが抑制され、ワークＷの軸線方向に沿う加工面に関し良好な中凸形状が得られ、凹シュー３の形状精度の劣化も抑制でき、形状品質も安定させることができる。この場合、弾性体３２若しくはシューケース２８の一方に低摩擦係数皮膜３４を設けると、凹シュー３が円滑にオシレーション方向に揺動するため、一層ワークＷの加工面が良好な中凸形状となる。

圧電素子３５を用いて凹シュー３に作用する圧力に応じて凹シュー３の揺動変位状態を調節すれば、ワークＷに所望の中凸形状が得られる最適な凹シュー３の傾きにして加工でき、ワークＷは長期にわたり良好な形状精度となる。

本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、上述した実施形態では、凹シュー３の先端部がワークの軸方向に円弧状凹形状であるが、これのみでなく、先端部が軸方向に平坦な形状のシューであっても、シュー自体が揺動すれば、ワークＷのエッジ部を円滑に切削でき、ワークＷを中凸形状に加工できる。

本発明は、自動車用エンジンに使用されるカムシャフトのカムロブ部を中凸形状に形成するラッピング加工に適している。

本発明の実施形態に係るラッピング加工装置の概略図である。は図１の２−２線に沿う概略断面図である。は第１の実施形態に係るラッピング加工方法の動作状態を示す説明図である。本実施形態のワークを示し、（Ａ）は同ワークの斜視図、（Ｂ）は同ワークの要部説明図である。同実施形態に係るシュー支持手段の要部を示す概略断面図である。図５の６−６線に沿う断面図である。シューの揺動状態を示す概略断面図である。支持孔の変形例を示す概略断面図である。本発明の第２の実施形態に係るシュー支持手段を示す断面図である。本発明の第３の実施形態に係るシュー支持手段を示す断面図である。

符号の説明

２，２Ａ，２Ｂ…シュー支持手段、
３…凹シュー、
１１…ラッピングフィルム、
２８…シューケース、
２９…揺動ピン、
３１…支持孔、
３２…弾性体、
３４…皮膜、
３５ａ…検出用圧電素子、
３５ｂ…作動用圧電素子、
４０…回転駆動手段、
５０…オシレーションユニット、
Ｗ…ワーク。

Claims

断面非真円の円弧状をしたワークの加工面を、薄肉基材の一面に設けられた砥粒によりラッピング加工を施すラッピングフィルムと、
前記ワークを回転駆動する回転駆動手段と、
前記ラッピングフィルムの背面側に配置されたシューと、
当該シューを、前記ラッピングフィルムを介して前記ワークに押付けかつ該シューが少なくとも前記ワークの回転方向に揺動可能に支持するシュー支持手段と、
を有し、
前記ワークを軸方向にオシレーションしつつ前記ワークの加工面をラッピング加工するラッピング加工装置であって、
前記シュー支持手段は、前記シューを前記ワークの軸方向にも揺動可能に支持し、前記シューは、先端部の断面形状が前記ワークの回転方向で中凹状で、かつ、前記ワークの軸方向で円弧状凹形状としたことを特徴とするラッピング加工装置。
前記シュー支持手段は、前記シューを前記ワークの軸方向に揺動可能に弾性支持したことを特徴とする請求項１に記載のラッピング加工装置。
前記シュー支持手段は、前記シューが収納されたシューケースを有し、当該シューケース内で前記シューを支持ピンにより前記ワークの回転に追従して揺動可能に支持し、当該支持ピンが挿通する前記シューに開設された支持孔を中心部より外方に向って拡開するように形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のラッピング加工装置。
前記シュー支持手段は、前記支持ピンと前記支持孔との間、若しくは前記シューの端面と前記シューケースとの間の少なくとも一方に弾性体を設けたことを特徴とする請求項３に記載のラッピング加工装置。
前記シュー支持手段は、前記弾性体若しくは当該弾性体が当接する前記シューケースの少なくとも一方に低摩擦係数皮膜を設けたことを特徴とする請求項４に記載のラッピング加工装置。
前記シュー支持手段は、前記シューと前記シューケースとの間に前記シューを前記ワークの軸方向に揺動させる作動用圧電素子を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のラッピング加工装置。
前記シュー支持手段は、前記シューと前記シューケースとの間に前記シューの揺動変位を検出する検出用圧電素子を設けたことを特徴とする請求項６に記載のラッピング加工装置。
断面非真円の円弧状をしたワークの加工面を、薄肉基材に砥粒が設けられたラッピングフィルムにより覆い、前記ワークの回転方向に揺動可能に支持されかつ先端部の形状が前記ワークの回転方向に中凹状で、かつ、前記ワークの軸方向で円弧状凹形状とされたシューにより前記ラッピングフィルムを背面側から押圧し、前記ワークを回転駆動するとともに軸方向にオシレーションすることにより前記ワークの加工面をラッピング加工するラッピング加工方法であって、
前記ワークのオシレーションに伴ない前記シューをオシレーション方向に揺動させつつ前記ワークの軸方向の加工面を中凸状に成形することを特徴とするラッピング加工方法。