JP4811016B2 - 超仕上げ方法及び超仕上げ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、自動調心ころ軸受の球面ころの外周面を超仕上げする方法及び超仕上げ装置に関する。

従来、自動調心ころ軸受の球面ころの外周面を超仕上げする方法としては、例えば、図８に示すように、砥石１０２を回転する球面ころ１０１の外周面の曲率中心Ｏを支点として、球面ころ１０１の軸方向の両端面間の範囲で揺動させることにより、球面ころ１０１の外周面を超仕上げするものがある。

次に、上記した超仕上げ方法を行うための従来の超仕上げ装置１００を示す。この超仕上げ装置１００は、図９及び図１０に示すように、ワークとしての球面ころ１０１を保持すると共に、この球面ころ１０１に軸線Ｏｗ回りの回転力を付与する回転保持部１０３と、球面ころ１０１の外周面を超仕上げする砥石１０２を保持すると共に、揺動軸１０４の軸線Ｏを中心に揺動可能に配置される砥石ホルダ１０５と、を備えている。

揺動軸１０４は、球面ころ１０１の外周面の曲率中心である軸線Ｏを支点として、図示しないクランク機構によって予め定められた角度β（図１０参照）を往復回動するように構成されており、この揺動軸１０４の先端には複数のボルト１１０等を介して砥石ホルダ１０５が固定されている。この固定状態においては、球面ころ１０１の軸線Ｏｗは揺動軸１０４の軸線Ｏに対して直交する方向に配置されている。

砥石ホルダ１０５には、加圧シリンダ１０６が取り付けられており、加圧ピストン１０６ａの上部には加圧レバー１０７が固定されている。砥石ホルダ１０５の先端には砥石１０２を収納する角穴１０５ａが設けられており、砥石１０２は角穴１０５ａに収納された状態で板ばね１０８によって落下しないように軽く押さえられている。

加圧シリンダ１０６には、加圧ホース１０９が接続されており、この加圧ホース１０９から加圧シリンダ１０６内に圧力油や圧縮空気等を供給することによって、加圧ピストン１０６ａが押されて、加圧ピストン１０６ａに固定された加圧レバー１０７が砥石１０２を加圧するように構成されている。

そして、球面ころ１０１を軸線Ｏｗを中心に回転させ、揺動軸１０４の軸線Ｏを中心に砥石ホルダ１０５を角度βで往復揺動させることによって、砥石１０２が加圧されながら球面ころ１０１の外周面に対して球面ころ１０１の軸方向の両端面間の範囲で揺動する。これにより、球面ころ１０１の外周面が超仕上げされる。

しかしながら、従来の超仕上げ装置１００においては、球面ころ１０１の外周面の曲率半径ｒ（揺動軸１０４の軸線Ｏと球面ころ１０１の軸線Ｏｗとの距離Ｈ）が大きいため、砥石ホルダ１０５が大型化して、装置の大型化を招き、また、砥石ホルダ１０５の揺動速度が遅くなり、超仕上げ加工に時間がかかるという課題がある。

そこで、砥石ホルダの揺動と砥石ホルダの球面ころの軸線に対する平行移動とを組み合わせることで、砥石ホルダの質量を小さくして、重心を出来るだけ揺動中心に近づけることによって、砥石ホルダの小型化及び揺動速度の高速化を達成して、装置の小型化及び加工時間の短縮を図った超仕上げ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１４５４０９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の超仕上げ方法及び装置では、砥石ホルダは小型化されるが、質量の大きい揺動軸を含む揺動スピンドル装置を球面ころの軸線に対して平行移動させるため、砥石ホルダの揺動速度を高速化するには限界があった。

本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、砥石ホルダの小型化及び揺動速度の高速化を可能にして、装置の小型化及び加工時間の短縮化を図ることができる超仕上げ方法及び超仕上げ装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 砥石を球面ころの外周面に対して球面ころの軸方向の両端面間の範囲で揺動させることによって、球面ころの外周面を超仕上げする方法において、砥石を保持し揺動軸を中心に揺動可能に配置される砥石ホルダを球面ころの軸線と交差する方向に揺動させるとき、球面ころの軸線を揺動軸の軸線と直交する方向に対し所定の角度で傾けることにより、揺動軸を球面ころに近づけることを特徴とする超仕上げ方法。
（２） 所定の角度を角度θ、球面ころの軸線と揺動軸の軸線との距離を距離Ｈとするとき、角度θのときの球面ころの傾斜断面を近似する単一円弧近似曲率半径の誤差が５μｍ以下になるように、角度θ及び距離Ｈが調整されることを特徴とする（１）に記載の超仕上げ方法。
（３） 球面ころを保持すると共に、球面ころに軸線回りの回転力を付与する回転保持部と、球面ころの外周面を超仕上げする砥石を保持すると共に、揺動軸を中心に揺動可能に配置される砥石ホルダと、を備え、砥石ホルダを揺動させることによって、砥石を球面ころの軸方向の両端面間の範囲で揺動させて、球面ころの外周面を超仕上げする超仕上げ装置において、（１）又は（２）に記載の超仕上げ方法に従い、砥石を球面ころの軸線と交差する方向に揺動させるように、球面ころの軸線を揺動軸の軸線と直交する方向に対して所定の角度傾けて配置することにより、揺動軸を球面ころに近づけることを特徴とする超仕上げ装置。

本発明の超仕上げ方法及び超仕上げ装置によれば、砥石を球面ころの軸線と交差する方向に揺動させるため、砥石ホルダの揺動中心を従来に比べて球面ころに近づけることができるので、砥石ホルダの小型化及び揺動速度の高速化が可能になり、装置の小型化及び加工時間の短縮化を図ることができる。

以下、本発明に係る超仕上げ方法及び超仕上げ装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る超仕上げ方法の一実施形態を説明するための説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、図２は本発明に係る超仕上げ装置の一実施形態を説明するための断面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢視断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線矢視断面図、図５は球面ころを示す図であり、（ａ）は球面ころの平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ線矢視断面図、図６は図５（ａ）のＥ−Ｅ線矢視断面図、図７は球面ころの寸法例を示す図である。

まず、本実施形態の超仕上げ方法は、図１に示すように、砥石１２を球面ころ（ワーク）１１の外周面に対して球面ころ１１の軸方向の両端面間の範囲で揺動させることによって、球面ころ１１の外周面を超仕上げする際に、砥石１２を球面ころ１１の軸線Ｏｗと交差する方向に揺動させるようにしている。

次に、図２〜図４を参照して、上記した超仕上げ方法を行うための超仕上げ装置１０について詳細に説明する。
超仕上げ装置１０は、ワークとしての球面ころ１１を保持すると共に、この球面ころ１１に軸線Ｏｗ回りの回転力を付与する回転保持部１３と、球面ころ１１の外周面を超仕上げする砥石１２を保持すると共に、揺動軸１４の軸線Ｏを中心に揺動可能に配置される砥石ホルダ１５と、を備えている。

回転保持部１３は、球面ころ１１の外周面に押圧接触する一対の回転ロール１３ａ，１３ａを備え、この一対の回転ロール１３ａ，１３ａを同方向に回転駆動させることによって、球面ころ１１に軸線Ｏｗ回りの回転力を付与している。

揺動軸１４は、図示しないクランク機構によって予め定められた角度α（図３参照）を往復回動するように構成されており、この揺動軸１４の先端には複数のボルト２０により砥石ホルダ１５が固定されている。この固定状態においては、図４に示すように、砥石１２を球面ころ１１の軸線Ｏｗと交差する方向に揺動させるように、球面ころ１１の軸線Ｏｗを揺動軸１４の軸線Ｏと直交する方向に対して所定の角度θ傾けて配置している。これにより、揺動軸１４の軸線（揺動中心）Ｏは、球面ころ１１の軸線Ｏｗ方向における外周面の曲率中心ではなく、球面ころ１１の軸線Ｏｗから角度θ分だけ位相をずらした位置における外周面の曲率中心（球面ころ１１の外周面の砥石１２が接触する位置での曲率中心）に設定される。

砥石ホルダ１５には、加圧シリンダ１６が取り付けられており、加圧ピストン１６ａの上部には加圧レバー１７が固定されている。砥石ホルダ１５の先端には砥石１２を収納する角穴１５ａが設けられており、砥石１２は角穴１５ａに収納された状態で板ばね１８によって落下しないように軽く押さえられている。

加圧シリンダ１６には、加圧ホース１９が接続されており、この加圧ホース１９から加圧シリンダ１６内に圧力油や圧縮空気等を供給することによって、加圧ピストン１６ａが押されて、加圧ピストン１６ａに固定された加圧レバー１７が砥石１２を押さえるように構成されている。

このように構成された超仕上げ装置１０では、回転保持部１３によって球面ころ１１を軸線Ｏｗを中心に回転させ、揺動軸１４の軸線Ｏを中心に砥石ホルダ１５を角度αで往復揺動させることによって、砥石１２が加圧されながら球面ころ１１の外周面に対して球面ころ１１の軸方向の両端面間の範囲で揺動する。これにより、球面ころ１１の外周面が超仕上げされる。

従って、本実施形態の超仕上げ方法及び超仕上げ装置１０によれば、砥石１２を球面ころ１１の軸線Ｏｗと交差する方向に揺動させるため、球面ころ１１の外周面の砥石１２が接触する位置での曲率半径ｒ、及び揺動軸１４の軸線Ｏと球面ころ１１の軸線Ｏｗとの距離Ｈを従来より小さくすることができる。これにより、砥石ホルダ１５の揺動中心である揺動軸１４の軸線Ｏを従来と比べて球面ころ１１に近づけることができるので、砥石ホルダ１５の小型化及び揺動速度の高速化が可能になり、装置１０の小型化及び加工時間の短縮化を図ることができる。

以下に、図５〜図７を参照して、本発明をさらに詳述する。
図５（ａ）において、球面ころ１１の軸線Ｏｗに対してある角度θ傾けた傾斜断面を考えると、その断面は単一円弧に近似することができ、この一円弧曲率半径Ｒは軸線断面の曲率半径より小さくなる。

図５を参照して、球面ころ１１のｘｙｚ座標において、ｘθ，Ｚ平面（傾斜断面）上の点Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）は、次式（１）〜（３）となる。
Ｐｘ＝ｌ −（１）
Ｐｙ＝Ｐｘ・ｔａｎθ −（２）
Ｐｚ＝（（Ｄ_１／２）^２−Ｐｙ）^１／２ −（３）

点Ｐをｘθ，ｚ平面上の座標（Ｐｘθ，Ｐｚ）で表すと、Ｐｘθ，Ｐｚはそれぞれ次式（４）及び（５）となる。
Ｐｘθ＝ｌ／ｃｏｓθ −（４）
Ｐｚ＝（（Ｄ_１／２）^２−Ｐｙ）^１／２ −（５）
ここで、
Ｐｙ＝ｌ・ｔａｎθ −（６）
Ｄ_１＝Ｄ−２（Ｒ−（Ｒ^２−ｌ^２）^１／２） −（７）
ｘθ，ｚ断面上の球面ころ１１の断面形状は、上記（４）〜（７）式により計算し、プロットすることで求めることができる。

また、図６を参照して、球面ころ１１のｘθ，ｚ断面のｚ軸上に単一円弧近似中心点Ｏを定め、ｘθ，ｚ断面上の点に対してそれぞれ近似中心点Ｏからの半径をＲｉとすると、Ｒｉは次式（８）となる。
Ｒｉ＝（Ｐｘθ^２＋（Ｐｚ＋Ｈ）^２）^１／２ −（８）
ここで、Ｒ_ｍａｘ−Ｒ_ｍｉｎが最小となるように、θ，Ｈを求める。

例えば、図７に示す寸法の球面ころ１１では、従来例（図９及び図１０参照）では、Ｈ＝４４−（１１．８／２）＝３８．１となるが、球面ころ１１の軸線Ｏｗを揺動軸１４の軸線Ｏと直交する方向に対して所定の角度θ傾けて配置した本発明例では、θ＝２３．７°、Ｈ＝１５と設定すると、ｘθ，ｚ断面の単一円弧近似曲率半径Ｒは２０．９０２±０．００２となる。

また、θ＝１４．５°、Ｈ＝２５と設定すると、単一円弧近似曲率半径Ｒ＝３０．９００５±０．０００５となり、誤差は１μｍ以内となる。実用上は誤差が５μｍ以内にあれば、加工精度上問題なく、従来の超仕上げ方法に対し、揺動軸１４の軸線Ｏを球面ころ１１の軸線Ｏｗに近づけることができる。即ち、砥石ホルダ１５の小型化、低重心化が可能となり、加工時間の短縮、装置小型化が達成できる。

本発明に係る超仕上げ方法の一実施形態を説明するための説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 本発明に係る超仕上げ装置の一実施形態を説明するための断面図である。 図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。 図２のＢ−Ｂ線矢視断面図である。 球面ころを示す図であり、（ａ）は球面ころの平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ線矢視断面図である。 図５（ａ）のＥ−Ｅ線矢視断面図である。 球面ころの寸法例を示す図である。 従来の超仕上げ方法を説明するための説明図である。 従来の超仕上げ装置を説明するための断面図である。 図９のＦ−Ｆ線矢視断面図である。

符号の説明

１０ 超仕上げ装置
１１ 球面ころ
１２ 砥石
１３ 回転保持部
１３ａ 回転ロール
１４ 揺動軸
１５ 砥石ホルダ
１５ａ 角穴
１６ 加圧シリンダ
１６ａ 加圧ピストン
１７ 加圧レバー
１８ 板ばね
１９ 加圧ホース
２０ ボルト

Claims (3)

1. 砥石を球面ころの外周面に対して前記球面ころの軸方向の両端面間の範囲で揺動させることによって、前記球面ころの外周面を超仕上げする方法において、
   前記砥石を保持し揺動軸を中心に揺動可能に配置される砥石ホルダを前記球面ころの軸線と交差する方向に揺動させるとき、前記球面ころの軸線を前記揺動軸の軸線と直交する方向に対し所定の角度で傾けることにより、
   前記揺動軸を前記球面ころに近づけることを特徴とする超仕上げ方法。
2. 前記所定の角度を角度θ、前記球面ころの軸線と前記揺動軸の軸線との距離を距離Ｈとするとき、前記角度θのときの前記球面ころの傾斜断面を近似する単一円弧近似曲率半径の誤差が５μｍ以下になるように、前記角度θ及び前記距離Ｈが調整されることを特徴とする請求項１に記載の超仕上げ方法。
3. 球面ころを保持すると共に、前記球面ころに軸線回りの回転力を付与する回転保持部と、前記球面ころの外周面を超仕上げする砥石を保持すると共に、揺動軸を中心に揺動可能に配置される砥石ホルダと、を備え、前記砥石ホルダを揺動させることによって、前記砥石を前記球面ころの軸方向の両端面間の範囲で揺動させて、前記球面ころの外周面を超仕上げする超仕上げ装置において、
   請求項１又は２に記載の超仕上げ方法に従い、前記砥石を前記球面ころの軸線と交差する方向に揺動させるように、前記球面ころの軸線を前記揺動軸の軸線と直交する方向に対して所定の角度傾けて配置することにより、
   前記揺動軸を前記球面ころに近づけることを特徴とする超仕上げ装置。

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