JP4581495B2

JP4581495B2 - 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: JP4581495B2
Application number: JP2004172592A
Authority: JP
Inventors: 和夫武田; 雅彦飯泉; 正博小又; 公男西村; 智浩近藤; 義之千田; 靖志松下
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2024-06-10
Also published as: JP2005349525A

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、対向配置された凹シューによりラッピングフィルムを背面側から押圧し、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オシレーションを行なうと、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なる。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。

例えば、中凹形状に偏摩耗したカムロブ部を用いてバルブリフターを作動させると、カムロブ部に作用する各バルブリフターの荷重バランスが崩れ、各バルブリフターが均一に作動せず、エンジンの作動特性が変化する虞がある。

また、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。

したがって、カムロブ部の中心部分にバルブリフターの荷重が掛かる中凸状のカムロブ部とすることが好ましいことから、ラッピングフィルムにより超仕上げ加工を行なう前に、カムノーズ部あるいはトップ部付近を中凸状、いわゆるクラウニング形状に成形することもあるが、このような中凸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。

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、凹シュー先端部の円弧状凹形状に倣ってワークの加工面を中凸形状に成形することもある。

しかし、ワーク軸方向形状が円弧状凹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、ラッピングフィルムの砥粒が偏摩耗や部分剥離を起こすと、ラッピング加工が長期にわたり均一でなくなり、エンジン特性などに悪影響を与えない良好な中凸形状を有する製品を得ることができない。

さらに、凹シューに関しても、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、これが製品に反映され、製品自体のコストが高くなる虞もある。
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、ラッピングフィルムの砥粒の摩耗や剥離する量を低減し、凹シューおよびラッピングフィルムの寿命が長い、加工の均一性を長期にわたって維持することができ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覆い、薄肉基材の一面に砥粒が設けられた長尺な帯状の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設けられた凹シューと、前記ワークを軸方向にオシレーションするオシレーション手段と、
を有し、前記ラッピングフィルムの砥粒面をワークの加工面に押付けてラッピング加工するラッピング加工装置であって、前記ラッピングフィルムの薄肉基材は、幅方向両側端部が中央部よりもワークの加工面に向って突出した形状を有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、薄肉基材は、幅方向両側端部が中央部よりもワークの加工面に向って突出した断面形状を有するので、ワークをオシレーションしたときに最も荷重の掛かる幅方向両側端部が圧肉となり、荷重に対し十分対処でき、ラッピングフィルムの砥粒の摩耗や剥離する量を低減できる。この結果、凹シューおよびラッピングフィルムの寿命が長くなり、加工の均一性を長期にわたって維持することができ、良好な中凸形状に成形できることになる。

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、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凹シュー３を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としては、図４Ａに示すカムシャフト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。

各部の曲率半径は、ベース部ｄは一定であるが、イベント部ｂ_１，ｂ_２はほぼ直線的であるため非常に大きく、トップ部ａは比較的小さい。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は、図２,３に示すように、図上上部の供給リール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。

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。

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２００に接続されている。コントローラ２００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。

図５は本発明の第１の実施形態を示すシュー部分の概略断面図、図６は図５の６−６線に沿う概略断面図である。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は、相互に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、上下のアーム２２、２３の先端部に設けられた凹シュー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するものであるが、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、つまり先端部の形状は、ワークＷの回転方向で中凹状とされ、ワークＷの軸方向では、図６に示すように、直状とされている。

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がラッピングフィルム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、各凹シュー３のワーク軸方向の形状は、図６に示すように、先端部３ｄが直状をしている。このようにすれば、後述する中凹形状としたラッピングフィルム１１を使用しても、凹シュー３に大きな面圧が作用しないなどから、好ましいものとなる。

なお、凹シュー３の軸方向幅Ｙは、図６に示すように、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。

本実施形態に係るラッピングフィルム１１は、薄肉基材１１ａを、幅方向両側端部が中央部よりもワークの加工面に向って突出した断面形状としている。例えば、ラッピングフィルム１１の薄肉基材１１ａは、幅方向で曲率半径ｒの円弧状断面形状を有する弾性材料（例えば、ポリエステルなど）により形成する。そして、この円弧状面に、数μｍ〜２００μｍ程度の粒径を有する多数の砥粒４（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）を均一な厚さで取付ける。なお、薄肉基材１１ａ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ことが好ましい。

ラッピングフィルム１１の断面形状を、このように円弧状にすると、ワークをオシレーションしたときに最も荷重の掛かる幅方向両側端部が圧肉となり、大きな弾性を有することになるので、荷重に対し十分対処でき、ラッピングフィルムの砥粒の摩耗や剥離する量を低減できることになる。

つまり、薄肉基材１１ａのワーク加工面側を、ワーク軸方向で中凹形状の弾性材料により構成すれば、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の場合、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４に激突するが、薄肉基材１１ａの幅方向両側端部が圧肉となっていると、この部分は大きな弾性を有することになり、この弾性により大きな力を逃すことができる。この結果、砥粒４の剥離や脱落する量を低減することができ、ラッピングフィルム１１の形状に倣ってワークＷの加工面の成形が容易にでき、良好な中凸形状に仕上げることができる。

一方、凹シュー３に関しては、先端部３ｄでのワーク軸方向の形状が直状としているので、中凹形状としたラッピングフィルム１１にオシレーションによりワークから大きな力を作用しても、先端部３ｄの直状方向に作用するので、凹シュー３の先端部３ｄと直交するものではなく平行に作用し、凹シュー３に対し直接大きな面圧として作用せず、凹シュー３のラッピングフィルム１１による摩耗を防ぐことができ、凹シュー３の交換寿命が長くなり、コスト的に有利となる。

＜変形例１＞
本実施形態は、上述した例のみでなく、薄肉基材１１ａは、幅方向で曲率半径ｒの円弧状断面形状を有する金属材料、例えば、スチールなどにより構成してもよい。なお、砥粒４は、前記同様均一な厚さで設けられている。

このように薄肉基材１１ａのワーク加工面側を、ワークの軸方向で中凹形状の金属材料により構成すれば、オシレーション時にカムロブ部６１の両側端エッジ部がラッピングフィルム１１の砥粒４に激突すると、ラッピングフィルム自体がある程度ずれることになり、これにより力を吸収する。したがって、砥粒の剥離や摩耗する量が低減し、砥粒の割れも防止され、ラッピングフィルムの形状に倣ってワークの加工面の成形が容易にでき、良好な中凸形状を仕上げることができる。

また、金属製のラッピングフィルム１１であれば、破断しにくく寿命も長くなり、コスト的に極めて有利となる。しかも、電着などにより砥粒をラッピングフィルム１１に強固に取付けることができるので、この点でも砥粒の剥離量を低減でき、また、仮に砥粒の剥離が生じても、再度電着などにより砥粒をラッピングフィルム１１に取付けることができ、ラッピングフィルム１１の再利用が可能となる。

＜変形例２＞
図７は本実施形態に係るシュー部分の変形例２を示す、図６と同様の概略断面図、図８は砥粒部分の変形例を示す平面図、図９は図８の９−９線に沿う拡大断面図であり、図１〜６に示す部材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。

本例のラッピングフィルム１１は、図７に示すように、薄肉基材１１ａが弾性材料から構成され、薄肉基材１１ａの両側端部の肉厚ｔ_ｓが中央部の肉厚ｔ_ｃよりも厚く形成されており、厚肉の両側端部には、均一な層状をした砥粒４が設けられている。

なお、実験によれば、両側端部の幅長ｙは、ラッピングフィルムの幅長Ｙの１／６〜１／３程度、両側端部の肉厚ｔ_ｓは、中央部の肉厚ｔ_ｃの１．２〜２倍程度とすることが好ましいことが判明している。

凹シュー３は、前述したものと同様、ラッピングフィルム１１に当接する側の先端部３ｄは、ワーク回転方向で中凹状、ワーク軸方向で直状に形成され、ワークＷの両エッジ部からの強い力を逃し易く、凹シュー３の劣化が防止され、寿命の長い、コスト的にも有利なものである。

このように形成されたラッピングフィルム１１では、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の両側端部に強力に当るが、厚肉の両側端部はその高弾性により変形し、その力を逃すことができる。

この結果、ワークエッジ部のラッピングフィルム１１に対する悪影響を低減し、砥粒の脱落や剥離が防止され、エッジ部の加工が円滑に行なわれ、速やかにクラウニング部を形成することができる。

前述の砥粒４に関しては、図８，９に示すように、裁頭角錐台状に積層した複数の砥粒積層体１２により形成し、各砥粒積層体１２相互間に隙間１３を形成することが好ましい。このようにすれば、切屑の排出性、切削性が向上し、加工の均一性を長期にわたり維持でき、製品品質も向上する。

次に、本実施形態の作用を説明する。

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。

一方、ワークＷを軸方向にオシレーションすると、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が、特に、本実施形態に係るラッピングフィルム１１は、薄肉基材１１ａがワーク軸方向で中凹形状の弾性材料により構成されているので、左右方向にオシレーションされたカムロブ部６１の両側端エッジ部がラッピングフィルム１１の砥粒面に激突しても、この力がラッピングフィルム１１の弾性により逃されることになる。この結果、砥粒は剥離しにくく、長期にわたり加工の均一性を保持しつつ、ラッピングフィルム１１の中凹形状に倣ってワークＷを中凸形状に成形できる。

また、凹シュー３の先端部３ｄの形状は、ワーク軸方向で直状となっているので、ラッピングフィルム１１に大きな力が加わっても、前記直状と平行に作用し、ラッピングフィルム１１を介して凹シュー３に大きな力が作用することはない。

前記変形例１の場合は、ラッピングフィルム１１の薄肉基材１１ａが、ワークの軸方向で中凹形状の金属材料により構成されてので、左右方向にオシレーションされたカムロブ部６１の両側端エッジ部がラッピングフィルム１１の砥粒面に激突すると、ラッピングフィルム自体がある程度ずれることにより、この力を吸収する。これにより砥粒の剥離量や摩耗量の低減、砥粒の割れの防止、長期にわたるラッピング加工の均一化を図ることができ、シューの耐久性も向上し、ラッピングフィルム１１の形状に倣ってワークの加工面を、良好な中凸形状を仕上げることができる。

前記変形例２の場合は、薄肉基材１１ａの両側端部の肉厚ｔ_ｓが中央部の肉厚ｔ_ｃよりも厚く形成され、この両側端部に砥粒４が設けられているので、オシレーション時にカムロブ部６１の両側端エッジ部がラッピングフィルム１１の砥粒面に強力に当ると、厚肉の両側端部が弾性により変形し、その力を逃す。したがって、砥粒の剥離量などが低減し、加工の均一化し、シューの耐久性が向上し、ラッピングフィルム１１の形状に倣ってワークの加工面を、良好な中凸形状を仕上げることができる。

＜第２の実施形態＞
図１０は本発明の第２の実施形態を示すシュー部分の概略断面図、図１１は図１０の要部拡大説明図であり、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。

前記実施形態では、ラッピングフィルム１１の薄肉基材１１ａの形状により、砥粒の剥離量の低減、ラッピング加工の均一化、シューの耐久性の向上などを図っているが、薄肉基材１１ａのみでなく、第２の実施形態のように砥粒自体により行なうこともできる。

第２の実施形態に係るラッピングフィルム１１は、図１０に示すように、薄肉基材１１ａを断面均一な薄板状の弾性材料あるいは金属材料により構成し、薄肉基材１１ａに設けられた砥粒層４Ａの形状を、幅方向両側端部が中央部よりもワークの加工面に向って突出した断面中凹形状としている。

このように砥粒層４Ａをワーク軸方向で中凹形状に形成すれば、オシレーション時にカムロブ部６１の両側端エッジ部が砥粒層４Ａに当ると、図１１に示すように、多数の砥粒４相互を連結する接着剤、つまりバインダー４ａが弾性を備えているため、この力を吸収することができる。

凹シュー３のラッピングフィルム１１に当接する側の先端部３ｄは、ワークＷの軸方向には、図１０に示すように直状であり、ワークＷの回転方向には、図５に示すように中凹状に形成されている。

このように形成された断面中凹形状の砥粒層４Ａを有するラッピングフィルム１１を凹シュー３により背面側から押圧した状態で、ワークＷを回転しつつ軸方向にオシレーションすると、ワークＷのエッジ部が中凹形状の砥粒層４Ａに強力に当るが、両側の多数の砥粒４を重積した砥粒層４Ａでは、砥粒４相互を連結するバインダー４ａが弾性を発揮し、この力を吸収することになる。

この結果、ワークＷのエッジ部が個々の砥粒に対し悪影響を及ぼすことが少なくなり、砥粒の剥離や摩耗する量が低減し、砥粒の割れも防止され、ラッピングフィルムの形状に倣ってワークの加工面の成形が容易にでき、速やかに良好な中凸形状を仕上げることができる。

また、凹シュー３の先端部がワークＷの軸方向に平坦であるため、ワークＷの両エッジ部からの強い力を逃し、凹シュー３の劣化を防止し、寿命も向上し、コスト的にも有利となる。

この砥粒層４Ａも、前記図８，９に示すように、裁頭角錐台状に形成した複数の砥粒積層体１２と、各砥粒積層体１２相互間で縦横に走る隙間１３とから形成し、ある種のパターンを有するものにすることが好ましい。このようにすれば、切屑の排出性、切削性が向上し、加工時間も短縮でき、加工の均一性を長期にわたり維持でき、製品品質も向上することになる。

＜第３の実施形態＞
図１２は本発明の第３の実施形態を示すシュー部分の側面図、図１３は図１２の１３−１３線に沿う断面図で、押圧手段の突出前の状態を示し、図１４は図１３と同様の断面図で、押圧手段の突出時の状態を示し、図１５はカムロブ部の回転角に対する接触力を示すグラフである。なお、前記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。

前記第１および第２の実施形態は、ワークＷの加工面を全周面的に中凸状に加工するものであるが、本実施形態は、周面の一部であっても中凸状に加工することができる。つまり、カムロブにおいて最も摩擦力が発生するトップ部ａを中凸状に成形するもので、トップ部ａが所定の回転位置になると、凹シュー３に設けられた押圧手段５を動作し、ラッピングフィルム１１をワークＷの加工面に押付けて中凸状に加工するものである。ただし、いずれの実施形態も、砥粒の剥離量の低減、ラッピング加工の均一化、シューの耐久性の向上などを図る点では共通している。

本実施形態で使用するラッピングフィルム１１は、薄肉基材１１ａが非伸縮性の高い材料で構成され、薄肉基材１１ａの一面には、多数の砥粒が接着剤により均一な層状に取付けられているが、前述した実施形態のようにワーク軸方向に円弧状をしたものであってもよい。なお、基材の他面には、滑り止め加工が施されている。

凹シュー３は、先の実施形態と同様、先端部３ｄがワーク軸方向に直状であるが、内部には、図１２，図１３に示すように、ワーク軸方向の両側端部位にそれぞれ押圧手段５が設けられている。

各押圧手段５は、エアシリンダ６と、エアシリンダ６により動作され凹シュー３の先端部から出没する棒状の加圧部材７とからなり、所定のタイミングでエアシリンダ６を動作し、加圧部材７によりラッピングフィルム１１をワークＷの加工面に押付けるものである。

エアシリンダ６を動作させるタイミングは、カムロブ部６１のトップ部ａが凹シュー３に対向する位置となった場合であるが、本実施形態では、カムシャフト６０の回転位置を前記ロータリエンコーダＳ_１により検知し、制御部２００で演算し、トップ部ａの位置を検知している。

各押圧手段５は、ラッピングフィルム１１の幅方向両側に設けられているので、加圧部材７がラッピングフィルム１１をワークＷの加工面に押すと、図１４に示すように、ラッピングフィルム１１が中凹状に湾曲し、カムロブ部６１のトップ部ａがラッピングフィルム１１の形状に倣い、中凸状に成形される。

しかし、各押圧手段５の加圧部材７が作動しないと、ラッピングフィルム１１は、通常通り凹シュー３によりワークＷの加工面に押付けられ、ワークＷとフラットに接し、ラッピング加工し、ワークＷの加工面を中凸状に成形することはない。

ここにおいて、本実施形態の凹シュー３は、先端部３ｄがワーク軸方向に直状であるため、イベント部ｂ_１，ｂ_２の面粗度が向上することになる。つまり、図１５に示すように、従来から使用されているワーク軸方向断面円弧状のシューを使用しイベント部ｂ_１，ｂ_２をラッピング加工すると、イベント部ｂ_１，ｂ_２の中央部分はシューの円弧状がラッピングフィルム１１をイベント部ｂ_１，ｂ_２に押付けるため、面圧が低下（実線で示す）し、面粗度が悪化する虞がある。

しかし、本実施形態の凹シュー３の先端部３ｄは、ワーク軸方向に直状であり、ワークＷの加工面全面にラッピングフィルム１１をフラットに押付けることができるため、面圧が低下せず（破線で示す）、良好な面粗度に仕上げることができる。

オシレーション時に、エッジ部がラッピングフィルム１１に衝突する場合の加工面圧は、トップ部ａ以外を加工する場合には大きくならない。このため、ラッピングフィルム１１の破断および砥粒の剥離は、一層生じ難く、寿命も向上し、コスト的に有利となる。

なお、加圧部材は棒状をしたものであるが、これのみでなく、例えば、ワークＷの回転方向に延在する幅広のプレート状をしたものでもよい。

上述したように本発明の各実施形態によれば、ラッピング加工装置において、ラッピングフィルム１１の砥粒面を、幅方向両側端部が中央部よりもワークの加工面に向って突出する中凹状にしたので、ワークをオシレーションしたときに最も荷重の掛かる幅方向両側端部が圧肉となり、荷重に対し十分対処でき。この結果、砥粒の摩耗量や剥離量の低減、凹シューおよびラッピングフィルムの長寿命化、長期にわたる加工の均一性が達成でき、ワーク加工面を良好な中凸形状に成形できる。

ラッピングフィルム１１の薄肉基材１１ａを弾性材料により構成し、ワーク軸方向断面を円弧状とすれば、薄肉基材１１ａの幅方向両側端部が圧肉となるので、その弾性によりオシレーション時の大きな力を逃すことができる。

弾性材料よりなる薄肉基材１１ａの幅方向両側端部が中央部よりも圧肉とし、両側端部に均一に砥粒を設けると、ワークのエッジ部分が衝突しても、両側端部の弾性により力を逃すことができ、砥粒が剥離や脱落しにくいものとなる。

両側端部の砥粒を、所定の間隙を介して配置された多数の砥粒積層体１２とすれば、切屑の排出性、切削性が向上し、加工の均一性を長期にわたり維持でき、製品品質が向上し、ワークの加工面を円滑に中凸状に仕上げることができる。

ラッピングフィルム１１の薄肉基材１１ａを金属材料により構成し、ワーク軸方向断面を円弧状とすれば、電着などにより砥粒をラッピングフィルムに強固に取付けることができ、ラッピングフィルム自体が破断しにくく、砥粒の剥離も生じにくく、砥粒の剥離が生じてもラッピングフィルムの再利用が可能となる。また、ラッピングフィルムの形状に倣ってワークの加工面の成形が容易にでき、良好な中凸形状を仕上げることができる。しかも、ワークの両エッジ部から大きな荷重がラッピングフィルムに加わると、ラッピングフィルム自体が荷重に対してずれ、この荷重を吸収することになり、砥粒の割れを防止し、ラッピングフィルムの寿命もさらに向上し、コスト的に有利となる。

薄肉基材１１ａに設ける砥粒層４Ａを、ラッピングフィルム１１の幅方向両側端部が中央部よりも厚く形成すれば、ワークの両エッジ部からの強い力が砥粒４のバインダー４ａにより吸収され、砥粒の摩耗量や剥離量の低減、凹シューおよびラッピングフィルムの長寿命化、長期にわたる加工の均一性が達成でき、ワーク加工面を良好な中凸形状に成形できる。

凹シュー３に、ラッピングフィルム１１をワーク加工面に押付ける押圧手段５を設け、ワークＷが所定の回転位置になると、ラッピングフィルム１１をワークＷの加工面に向って押圧し変形させると、所望のワーク加工面を良好な中凸形状に成形できる。

凹シュー３の先端部をフラットにすれば、ワークＷの両エッジ部からの強い力がラッピングフィルム１１あるいはラッピングフィルムを介して凹シュー３に作用しても、この力を逃し易く、ラッピングフィルム１１あるいは凹シュー３の劣化も防止でき、寿命が向上し、コスト的に有利となる。

本発明は、最終的にラッピング加工により仕上げ成形するカムシャフトのカムロブ部を、砥石などの付帯設備を使用することなく、ラッピング加工によりカムロブ部にクラウニング形状を創成し、短時間に所望の面粗度を有する最終製品に仕上げることができ、自動車用エンジンのカムシャフトなどの成形加工に適している。

ラッピング加工装置の概略図である。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す概略断面図である。同上下アームの開状態を示す概略断面図である。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。本発明の第１の実施形態を示すシュー部分の概略断面図である。図５の６−６線に沿う概略断面図である。シュー部分の変形例を示す概略断面図である。砥粒部分の変形例を示す平面図である。図８の９−９線に沿う拡大断面図である。本発明の第２の実施形態を示すシュー部分の概略断面図である。図１０の要部拡大説明図である。本発明の第３の実施形態を示すシュー部分の側面図である。図１２の１３−１３線に沿う断面図で、押圧手段の突出前の状態を示す。図１２の１３−１３線に沿う断面図で、押圧手段の突出時の状態を示す。カムロブ部の回転角に対する接触力を示すグラフである。

符号の説明

３…凹シュー、
４…砥粒、
４Ａ…砥粒層、
４ａ…バインダー、
５…押圧手段、
１１…ラッピングフィルム、
１１ａ…薄肉基材、
１２…砥粒積層体、
１３…間隙、
４０…回転駆動ユニット、
５０…オシレーションユニット、
６０…カムシャフト、
６１…カムロブ部、
２００…制御コントローラ、
ｒ…曲率半径、
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覆い、薄肉基材の一面に砥粒が設けられた長尺な帯状の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設けられた凹シューと、
前記ワークを軸方向にオシレーションするオシレーション手段と、
を有し、前記ラッピングフィルムの砥粒面をワークの加工面に押付けてラッピング加工するラッピング加工装置であって、
前記ラッピングフィルムの薄肉基材は、幅方向両側端部が中央部よりもワークの加工面に向って突出した形状を有することを特徴とするラッピング加工装置。
前記薄肉基材は、弾性材料により構成され、前記ワークの軸方向断面が所定の曲率半径を有する円弧状と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。
前記薄肉基材は、前記ワークの軸方向で中央部よりも幅方向両側端部所定領域の肉厚を厚くし、当該両側端部に砥粒を設け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。
前記両側端部の砥粒は、多数の砥粒積層体が所定の間隙を介して配置されている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。
前記薄肉基材は、金属材料により構成され、前記ワークの軸方向断面が所定の曲率半径を有する円弧状と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。
前記薄肉基材は、均一な厚さに砥粒を設けたことを特徴とする請求項５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覆い、薄肉基材の一面に砥粒が設けられた長尺な帯状の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設けられた凹シューと、
前記ワークを軸方向にオシレーションするオシレーション手段と、
を有し、前記ラッピングフィルムの砥粒面をワークの加工面に押付けてラッピング加工するラッピング加工装置であって、
前記薄肉基材に設けられた砥粒層は、前記ラッピングフィルムの幅方向両側端部が中央部よりもワークの加工面に向って突出した形状を有することを特徴とするラッピング加工装置。
前記両側端部の砥粒は、多数の砥粒積層体が所定の間隙を介して配置されていることを特徴とする請求項７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覆い、薄肉基材の一面に砥粒が設けられた長尺な帯状の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設けられた凹シューと、
前記ワークを軸方向にオシレーションするオシレーション手段と、
を有し、前記ラッピングフィルムの砥粒面をワークの加工面に押付けてラッピング加工するラッピング加工装置であって、
前記凹シューは、前記ラッピングフィルムの砥粒面を前記ワークの加工面に押付ける押圧手段を有し、前記ワークが所定の回転位置になると、前記押圧手段により前記ラッピングフィルムの砥粒面を幅方向両側端部が中央部よりもワークの加工面に向って突出変形させることを特徴とするラッピング加工装置。
前記凹シューは、前記ラッピングフィルムと対向する先端部がワークの軸方向では直状としたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか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、薄肉基材の一面に砥粒が設けられた長尺な帯状のラッピングフィルムにより覆い、当該ラッピングフィルムを背面側からシューにより押圧し、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、
前記ワークの回転角度を検出し、当該ワークが所定の回転角度になると、前記シューに設けられた押圧手段により前記ラッピングフィルムを幅方向両側端部が中央部よりもワークの加工面に向って突出変形させた状態で前記ワークの加工面に押し付け、該ワークの所定の部位を中凸形状に形成することを特徴とするラッピング加工方法。