JP4281679B2

JP4281679B2 - リング状部材の製造方法

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Publication number: JP4281679B2
Application number: JP2004352947A
Authority: JP
Inventors: 清伊賀
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2024-12-06
Also published as: JP2006159337A

Description

本発明は、リング状部材の製造方法における内周面および外周面の研削工程に関するものである。

従来技術として、以下のような特許文献１に記載された発明が存在する。
図１５に示すように、特許文献１に記載されたバリ取り装置１０１は、基台１１１、回転台１１２、アーム１１５、エアモータ１１６、ブラシ１１７、エアシリンダ１１８などから構成され、回転台１１２の上にバリ取りを行なおうとする部品１１３が配置されている。
そして、このバリ取り装置１０１は次のように作用する。エアモータ１１６などの自重によりブラシ１１７を部品１１３のバリ取り面１１４の部分に圧接保持させた状態で、ブラシ１１７を回転駆動させる。すると、部品１１３とブラシ１１７の間の摩擦力によりバリ取り面１１４のバリが除去されると同時に、回転台１１２とともに部品１１３が回転するので、部品１１３に対してブラシ１１７が相対的に移動してバリが順次除去されるとしている。

また、従来技術２として、従来から行なわれている一般的な研磨方法としてバレル研磨による研磨方法がある。ここで、バレル研磨とは、被研磨物と研磨材とをバレルと呼ばれる容器に入れ、バレルを回転させるなどして被研磨物と研磨材との間で相対摩擦をさせることにより、被研磨物のバリ取り、表面研磨、Ｒ付けなどの表面加工を行なう研磨方法である。そして、従来よりリング状部材の表面加工においてもバレル研磨による研磨方法が用いられてきた。
特開平８−７１９００（第０００８−００１４段落、第１図）

しかしながら、従来技術には以下の問題点が存在する。
特許文献１に記載されたリング状部品のバリ取り装置１０１は、ブラシ１１７を部品１１３のバリ取り面１１４の部分に圧接保持させた状態で、ブラシ１１７を回転駆動させるだけにすぎない。そのため、ブラシ１１７を圧接させるバリ取り面１１４の部分以外に生じるバリは除去することができない。また、リング状部品の内周面や外周面を研磨したいときには、別途研磨機などを用いて研磨しなければならず手間がかかる。すなわち、バリ取りや研磨などを研削ということで共通した概念と捉えておらず、同時に行なうことができないので作業の手間がかかってしまう。

また、従来技術２で挙げたバレル研磨による研磨方法をリング状部材の表面加工に使用した場合には、研磨作業中にリング部材同士がはめ合ったり、重なり合ったりするため、研磨の終了後リング状部材を取り出すときにそれらを仕分けながら取り出す必要があり、非常に手間が掛かる。また、研磨ムラが生じないように均一な研磨を実現するため、バレル研磨によるリング状部材の表面加工を完了するまでには、多くの時間を要してしまう。

そこで本発明は以上のような課題を解消するためになされたものであり、研磨とともにバリ取りもでき、均一な研磨を実現でき、研磨およびバリ取り作業が短時間で完了できる研削工程を備えたリング状部材の製造方法を実現することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下のような特徴を有する。
（１）円筒状のブラシ軸の外周にブラシを取り付けた研削ブラシによる研削を行なう工程を有するリング状部材の製造方法において、リング状部材の内周面側または外周面側と研削ブラシとが互いに押し当たる工程と、研削ブラシとリング状部材とを相対回転させるとともに、リング状部材の中心軸方向にリング状部材の幅と研削ブラシの幅とを合計した長さ以上のストローク量で研削ブラシがリング状部材に対して相対的に往復移動することとなる工程とを有し、研削ブラシの幅、研削ブラシのストローク量、リング状部材に対する研削ブラシの相対的な往復移動による振幅動作の周波数、リング状部材の回転数を規定することにより、任意の周期における研削ブラシの下面部分の軌跡と、次の周期における研削ブラシの上面部分の軌跡とは、リング状部材の幅方向の中心線上で交わることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明により、以下のような作用・効果が得られる。
（１）円筒状のブラシ軸の外周にブラシを取り付けた研削ブラシによる研削を行なう工程を有するリング状部材の製造方法において、リング状部材の内周面側または外周面側と研削ブラシとが互いに押し当たる工程と、研削ブラシとリング状部材とを相対回転させるとともに、リング状部材の中心軸方向にリング状部材の幅と研削ブラシの幅とを合計した長さ以上のストローク量で研削ブラシがリング状部材に対して相対的に往復移動することとなる工程とを有するので、研削ブラシの往復移動により研磨とともにバリ取りもでき、研削ブラシとリング状部材とを相対回転させながら研削ブラシの往復移動を行なうことにより均一な研磨を実現でき、研磨およびバリ取り作業が短時間で完了できる効果が得られる。

（２）（１）に記載するリング状部材の製造方法において、研削ブラシの幅、研削ブラシのストローク量、リング状部材に対する研削ブラシの相対的な往復移動による振幅動作の周波数、リング状部材の回転数を規定することにより、任意の周期における研削ブラシの下面部分の軌跡と、次の周期における研削ブラシの上面部分の軌跡とは、リング状部材の幅方向の中心線上で交わるので、（１）に記載する効果に加えて、研削ブラシとリング状部材の動きに規則性を持たせることによりリング状部材の全面にわたり一定の研削代で研削が行なわれ、また重ねて研削する部分が少なくなることから均一な研磨を実現でき、研削ブラシの１周期分の研削範囲を最大限広げることにより研磨およびバリ取り作業が短時間で完了できる効果が得られる。

以下、本発明の実施例について説明する。
図１はリング状部材１に研削ブラシ２を押し当てた状態を示しており、（ａ）ではリング状部材１の内周面１ａを、（ｂ）ではリング状部材１の外周面１ｂを研削する様子を示したものである。図１に示すように、研削ブラシ２は円筒状のブラシ軸１１の外周に多数の線状部材を束ねたブラシ１２を配置させたものであり、ブラシ軸１１を中心に回転するものである。ブラシ１２としては、例えばナイロン製の線状部材であってその中に砥粒が含まれるものを使用する。このブラシ１２は度重なる研削作業によりその先端部が磨耗すると、その中に含まれる新しい砥粒が次々と出てくるので、通常砥石で行なわれるドレッシング作業が不要となり作業上手間が掛からないものである。そして、先端部の磨耗がある程度進んだときには、ブラシ１２のみを新しいものに交換すればよいので経済的である。

ここで、リング状部材１の内周面１ａ側に研削ブラシ２を配置して所定の力で押し当ててリング状部材１の内周面１ａを研削する工程を検討する。
まず、研削ブラシ２を上下方向に固定してリング状部材１および研削ブラシ２を相対回転させて研削を行なう場合を考える。すると、研削ブラシ２を所定の力でリング状部材１に押し当てるため、図２に示すように、ブラシ１２が軸方向の中央部あたりを中心に上下に分かれてリング状部材１の内周面１ａに押し当たることになる。そのため、リング状部材１の中央部付近でブラシ１２が接触しない部分が生じ、図３に示すように、研削作業が完了したときには研削残り２１の部分が発生し研削ムラが生じてしまう。

そこで本発明では、研削ブラシ２を上下方向に往復移動させながらリング状部材１および研削ブラシ２を相対回転させて研削を行なうこととしている。具体的には、図４に示すようにリング状部材１と研削ブラシ２を相対回転させ、図５および図６のように研削ブラシ２を徐々に下降させながらリング状部材１の内周面１ａを研削し、研削ブラシ２のブラシ１２がリング状部材１に掛からなくなるまで下降させる。そして、一番下の下降位置に達すると、今度は研削ブラシ２を徐々に上昇させながらリング状部材１の内周面１ａを研削し、研削ブラシ２のブラシ１２がリング状部材１に掛からなくなるまで上昇させる。このようにして、リング状部材１に対して研削ブラシ２を上下に往復移動させることとする。その結果、研削ブラシ２のブラシ１２がリング状部材１の端部に掛かったときに端部に存在するバリ１ｃを除去すると同時にＲ形状１ｄを形成することとなる。また、研削ブラシ２のブラシ１２がリング状部材１の内周面１ａ全体に均一に掛かることになり、リング状部材１の内周面１ａを全面わたり研磨することができる。なお、外周面１ｂについても同様な作用となるため説明は省略する。

次に、リング状部材１の内周面１ａまたは外周面１ｂについての研削を全面にわたって均一に、かつ短時間で行なうことができる本発明の特徴について説明する。
まず、リング状部材１の内周面１ａまたは外周面１ｂについての研削を全面にわたって均一にするためには、研削ブラシ２を上下方向に往復移動させながらリング状部材１と研削ブラシ２とが相対回転する状況下で、研削作業が完了したときに研削ブラシ２により所定の研削代が全面にわたって確実に研削されていることが必要になる。また、研削を短時間で行なうためには、研削ブラシ２の１周期分の研削で研削される範囲を大きくして、研削作業が完了するまでに研削ブラシ２が上下方向に往復移動する周期の数を出来るだけ少なくすることが必要になる。そこで、以上の必要性を満たすために、リング状部材１および研削ブラシ２の動きに一定の規則性を持たせることにする。

この規則性についての具体的な内容を、図７から図１０を用いて説明する。図７から図１０は、横軸にリング状部材１の周方向の位置をとり、縦軸にリング状部材１に対する研削ブラシ２の軌跡の位置を示している。また、図面の横方向に描かれた破線は、リング状部材１を展開したときの幅を示し、実線で描かれた曲線は、研削ブラシ２の上面部分の軌跡および下面部分の軌跡を示している。そして、図７、図８は研削ブラシ２の１周期分の研削部分を表した展開図であり、図７は規則性を考慮せずに任意に設定値を決めて研削したときのリング状部材１の研削部分を表した展開図を示し、図８は規則性を考慮した設定値により研削したときのリング状部材１の研削部分を表した展開図を示している。また、図９、図１０は研削ブラシ２の３周期分の研削部分を表した展開図であり、図９は規則性を考慮せずに任意に設定値を決めて研削したときのリング状部材１の研削部分を表した展開図を示し、図１０は規則性を考慮した設定値により研削したときのリング状部材１の研削部分を表した展開図を示している。

図７および図８おいて、曲線Ａ１、Ａ２はリング状部材１に対する研削ブラシ２の１周期分の研削における研削ブラシ２の上面部分、下面部分の軌跡を示している。そして、色つきの部分は、研削ブラシ２の１周期分の研削におけるリング状部品１の内周面１ａまたは外周面１ｂ上で研削がなされた部分を示している。図８より明らかなように、規則性を考慮することにより図７の場合に比べて研削ブラシ２の１周期分の研削範囲が広くなっている。

図９において、曲線Ａ１は研削ブラシ２の１周期目の研削における研削ブラシ２の上面部分の軌跡を示しており、曲線Ａ２は同様に下面部分の軌跡を示している。そして、順に曲線Ｂ１、Ｂ２および曲線Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ２周期目および３周期目の研削における研削ブラシ２の軌跡を示している。図９から分かるように、３周期目の研削が完了した時点では、各周期における研削部分の間に全く研削されない部分が多数存在する一方で、すでに研削がなされている部分または重ねて研削されている部分が多数存在している。そのため、全く研削されない部分と研削がなされている部分または重ねて研削されている部分との間で研削ムラが生じてしまう。

そこで、図１０に示すように例えば、１周期目の研削における研削ブラシ２の上面部分の軌跡と２周期目の研削における研削ブラシ２の下面部分の軌跡の曲線がほぼ重なるように研削ブラシ２の動きを規定する。これにより、各周期における研削部分の間に全く研削されない部分が生じなくなり、また重ねて研削される部分も生じにくくなる。

以上のようなリング状部材１および研削ブラシ２の動きの規則性は、研削ブラシ２の幅、研削ブラシ２の上下方向のストローク量、研削ブラシ２の往復移動による振幅動作の周波数、リング状部材１の回転数などにより規定されるものであるが、ここで、この規則性のもと最適化された場合の実施例を図１１から図１３に示す。図１１は、研削ブラシ２の１周期目の研削部分を示したものであり、リング状部品１上に付された色付き部分がすでに研削がなされた部分である。図１２、図１３は、同様に２周期目、３周期目の場合を示している。上記に説明したように、１周期目の研削ブラシ２の下面部分の軌跡と２周期目の研削ブラシ２の上面部分の軌跡とがほぼ重なるように研削ブラシ２の動きを規定している。そして、この最適化された場合の実施例においては、３周期目が終了した時点ですでにリング状部品１の全面にわたり１周期分の研削が終了していることが分かる。なお、本実施例では、さらに研磨の仕上がりを向上させるため、リング状部品１の全周にわたり２周期分の研削を行なうこととし、さらにその後同様に４周期目、５周期目の研削を行うこととしている。これにより、リング状部品１の全面にわたり２周期分の研削が終了することになり、さらに研磨の仕上がりを向上させつつ研磨が均一になされる効果が得られる。

なお、研削ブラシ２の動きは曲線で表され、１周期目の研削における研削ブラシ２の下面部分の軌跡と２周期目の研削における研削ブラシ２の上面部分の軌跡による曲線の曲率の違いから、これらを完全に重ね合わせることはできない。そこで、これらを最大限重ね合わせるため、１周期目の研削における研削ブラシ２の下面部分の軌跡と第２周目の研削における研削ブラシ２の上面部分の軌跡による曲線の交点がリング状部材１の幅方向における中心線上に位置するように規定をする。

以上は規則性の一例を挙げたものであるが、この規則性を一般的な数式で表すと以下のようになる。
まず、リング状部材１に対する研削ブラシ２の任意の周期の研削において、研削ブラシ２の上面部分の軌跡Ｚｔｏｐは、研削ブラシ２のストローク量Ｂｔｏｏｌ、研削ブラシ２の往復移動による振幅動作の周波数ｆｔｏｏｌ、リング状部材１の回転数ωｒｉｎｇ、研削ブラシ２の幅Ｗｔｏｏｌなどのパラメータを用いて以下の数式で表すことができる。

なお、ｘはリング状部材１の周方向の位置を位相で表したものであり、Ｎは任意の整数である。

一方、リング状部材１に対する研削ブラシ２の任意の周期の研削において、研削ブラシ２の下面部分の軌跡Ｚｂｏｔｔｏｍは、同様のパラメータを用いて以下の数式で表すことができる。

そこで、研削ブラシ２の上面部分の軌跡Ｚｔｏｐまたは下面部分の軌跡Ｚｂｏｔｔｏｍがリング状部材１の幅方向の中心線上と交わるとき、すなわち、Ｚｔｏｐ＝０またはＺｂｏｔｔｏｍ＝０のときのリング状部材１の周方向の位置ＸｔｏｐまたはＸｂｏｔｔｏｍは以下の数式で表される。

そして、Ｘｔｏｐ−Ｘｂｏｔｔｏｍ＝２πｋ（ｋは任意の整数）となる場合には、上記に述べたように１周期目の研削における研削ブラシ２の下面部分の軌跡と２周期目の研削における研削ブラシ２の上面部分の軌跡の曲線が、ほぼ重なるように研削ブラシ２の動きを規定することになる。そこで、この関係を表すと以下の数式になる。

このような規則性を持たせることにより、研削ブラシ２の１周期分の研削で研削される範囲を大きくして、研削作業が完了するまでに研削ブラシ２が上下方向に往復移動する周期の数を出来るだけ少なくすることができるので、リング状部材１の全面にわたる研削に要する時間が非常に短くなった。本出願の発明者は、実際にこの効果を確認すべく評価を行なったところ、例えば、約φ１００ｍｍの大きさのリング状部材１においては、諸条件のもと約１０秒で研削が完了した。この評価結果は、従来技術に挙げたバレル研磨の場合（約５０分）に比べて約１／３００の時間で研削を完了することができることを意味する。

図１４では、本発明のリング状部材１の製造方法における研削工程を実現する装置を示している。この装置は、主軸ユニット３１、外径チャックユニット３２、内径チャックユニット３３、プレート３４などから構成されている。主軸ユニット３１には複数の研削ブラシ２が、外径チャックユニット３２には複数の外径チャック４１が、内径チャックユニット３３には複数の内径チャック４２が装備されている。そして、この装置の動作は以下のとおりである。

まず、プレート３４の搬入口から複数のリング状部品１を投入すると、プレート３４内でリング状部品１が所定の位置にセットされる。そして、プレート３４が回転して主軸ユニット３１と外径ユニット３２の間に収まる。次に、外径チャックユニット３２がプレート３４側に前進する。すると、外径チャックユニット３２に装備された外径チャック４１にリング状部材１がセットされる。次に、主軸ユニット３１が所定の加工位置に移動し、主軸ユニット３１に装備された研削ブラシ２がリング状部材１の内周面１ａ側にセットされる。そして、リング状部材１と研削ブラシ２が相対回転をして研削作業がなされる。内周面１ａの研削作業が完了すると、外径チャック４１からリング状部材１がセット解除され、その後同様な工程で、リング状部材１の外周面１ｂの研削が行なわれることになる。

なお、本実施例では一例として、研削ブラシ２を往復移動させる場合を示したが、リング状部材１を往復移動させる場合や、リング状部材１および研削ブラシ２を往復移動させる場合であっても同様な作用および効果が得られる。

以上のような実施例により、以下の効果が得られる。
（１）円筒状のブラシ軸１１の外周にブラシ１２を取り付けた研削ブラシ２による研削を行なう工程を有するリング状部材１の製造方法において、リング状部材１の内周面１ａ側または外周面１ｂ側と研削ブラシ２とが互いに押し当たる工程と、研削ブラシ２とリング状部材１とを相対回転させるとともに、リング状部材１の中心軸方向にリング状部材１の幅と研削ブラシ２の幅とを合計した長さ以上のストローク量で研削ブラシ２がリング状部材１に対して相対的に往復移動することとなる工程とを有するので、研削ブラシ２の往復移動により研磨とともにバリ取りもでき、研削ブラシ２とリング状部材１とを相対回転させながら研削ブラシ２の往復移動を行なうことにより均一な研磨を実現でき、研磨およびバリ取り作業が短時間で完了できる効果が得られる。

（２）（１）に記載するリング状部材１の製造方法において、研削ブラシ２の幅、研削ブラシ２のストローク量、リング状部材１に対する研削ブラシ２の相対的な往復移動による振幅動作の周波数、リング状部材１の回転数を規定することにより、任意の周期における研削ブラシ２の下面部分の軌跡と、次の周期における研削ブラシ２の上面部分の軌跡とは、リング状部材１の幅方向の中心線上で交わるので、（１）に記載する効果に加えて、研削ブラシ２とリング状部材１の動きに規則性を持たせることによりリング状部材１の全面にわたり一定の研削代で研削が行なわれ、また重ねて研削する部分が少なくなることから均一な研磨を実現でき、研削ブラシ２の１周期分の研削範囲を最大限広げることにより研磨およびバリ取り作業が短時間で完了できる効果が得られる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様
々な変更が可能である。

以上のような特徴を有する本発明は、自動車のＣＶＴ用ベルトの製造においても応用できる技術である。
ここで、ＣＶＴ用ベルトの製造における研削作業の必要性を説明する。まず、ＣＶＴ用ベルトは鉄製のリング状部材を圧延して製造される。そして、この圧延前のリング状部材は長い鉄管をロールカッターで切断して取り出されるものである。ロールカッターによる切断はせん断力を加えることに行なうものであるので、取り出されたリング状部材には切断部分にバリが生じてしまう。従って、このバリを研削により除去する必要がある。また、上記の鉄管は鉄板を筒状に丸めて溶接により製造されるものである。そのため、溶接部分とその他の部分との硬さが異なるので、この硬さを均一化するためにリング状部材を取り出す前に容体化の処理を実施する必要がある。そして、この容体化の処理により鉄管の表面に酸化膜が生じる。この酸化膜はその後行う窒化の処理に障害を与えてしまう。従って、この酸化膜を研削により除去する必要がある。さらに、ＣＶＴ用ベルトをエレメントに取り付けられるものであり、エレメントを傷つけないようＣＶＴ用ベルトの両端にはＲ形状を形成しておく必要がある。従って、圧延前のリング状部材の段階から、研削によりその両端部にＲ形状を形成しておく必要がある。
そこで、本発明の特徴点である研削工程をこのリング状部材に応用することにより、上記の必要性を満たすことができる。なお、上記酸化膜の厚みは約１μｍであるが、本発明の研削工程では約１μｍの研削をリング状部材の表面にわたり均一に行なうことができる。

リング状部材に研削ブラシを押し当てた状態を示しており、（ａ）ではリング状部材の内周面を、（ｂ）ではリング状部材の外周面を研削する様子を示したものである。研削ブラシを上下方向に固定してリング状部材および研削ブラシを相対回転させて研削を行なう場合におけるブラシの様子を示す図である。研削ブラシを上下方向に固定してリング状部材および研削ブラシを相対回転させて研削を行なう場合におけるリング状部材の内周面の研削後の様子を示す図である。研削ブラシを上下方向に往復移動させながらリング状部材および研削ブラシを相対回転させて研削を行なう場合においてリング状部材の研削を開始する様子を示す図である。図４の状態から研削ブラシを下降させた状態を示す図である。図５の状態から研削ブラシをさらに下降させた状態を示す図である。規則性を考慮せずに任意に設定値を決めて研削したときのリング状部材の研削部分を表した展開図である。（研削ブラシの１周期分）規則性を考慮した設定値により研削したときのリング状部材の研削部分を表した展開図である。（研削ブラシの１周期分）規則性を考慮せずに任意に設定値を決めて研削したときのリング状部材の研削部分を表した展開図である。（研削ブラシの３周期分）規則性を考慮した設定値により研削したときのリング状部材の研削部分を表した展開図である。（研削ブラシの３周期分）規則性を考慮した最適な設定値により研削したときのリング状部材の研削部分を表した展開図である。（研削ブラシの１周期目）規則性を考慮した最適な設定値により研削したときのリング状部材の研削部分を表した展開図である。（研削ブラシの２周期目）規則性を考慮した最適な設定値により研削したときのリング状部材の研削部分を表した展開図である。（研削ブラシの３周期目）本発明の製造方法を用いた研削装置の外観図である。特許文献１のバリ取り装置の外観図である。

符号の説明

１リング状部材
１ａ内周面
１ｂ外周面
２研削ブラシ
１１ブラシ軸
１２ブラシ
２１研削残り
３１主軸ユニット
３２外径チャックユニット
３３内径チャックユニット
３４プレート
４１外径チャック
４２内径チャック

Claims

円筒状のブラシ軸の外周にブラシを取り付けた研削ブラシによる研削を行なう工程を有するリング状部材の製造方法において、
リング状部材の内周面側または外周面側と前記研削ブラシとが互いに押し当たる工程と、
前記研削ブラシとリング状部材とを相対回転させるとともに、リング状部材の中心軸方向にリング状部材の幅と前記研削ブラシの幅とを合計した長さ以上のストローク量で前記研削ブラシがリング状部材に対して相対的に往復移動することとなる工程と、
を有し、
前記研削ブラシの幅、前記研削ブラシのストローク量、リング状部材に対する前記研削ブラシの相対的な往復移動による振幅動作の周波数、リング状部材の回転数を規定することにより、任意の周期における前記研削ブラシの下面部分の軌跡と、次の周期における前記研削ブラシの上面部分の軌跡とは、リング状部材の幅方向の中心線上で交わることを特徴とするリング状部材の製造方法。