JP5359083B2 - 研削盤および砥石車と総形ツルアの位置決め方法 - Google Patents

Description

本発明は、研削盤および砥石車と総形ツルアの位置決め方法に関するものである。

研削盤は、砥石車のツルーイングを行うために、ツルアを備えている。このツルアには、予め砥石車の外周面形状を転写した形状を有する総形ツルアがある。総形ツルアについては、例えば、特開平１１−１９８７０号公報（特許文献１）および特開平１１−１９８０３５号公報（特許文献２）などに記載されたものがある。

総形ツルアにより砥石車のツルーイングを行う場合には、砥石車と総形ツルアの相対的な軸方向位置を、適切な位置に割り出す必要がある。仮に、両者の相対的な軸方向位置が適切な位置からずれていると、砥石車を目的の形状に成形することができない。砥石車の形状を目的の形状に成形できないと、ワークの加工精度が悪化するおそれがある。

この問題を解決するために、特許文献１、２には、砥石車と総形ツルアとの相対的な軸方向位置をセンサにより検知して、適切な位置に割り出すことが記載されている。
特開平１１−１９８７０号公報 特開平１１−１９８０３５号公報

しかし、特許文献１、２に記載の砥石車と総形ツルアの位置割り出しのための位置検出センサは、総形ツルアから離れた位置に取り付けられている。そのため、センサの取付位置と総形ツルアとの間における熱変位の影響により、結果として、砥石車と総形ツルアとの相対的な軸方向位置に誤差が生じるおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、熱変位などの影響を受けることなく、砥石車と総形ツルアとの相対的な軸方向位置を高精度に割り出すことができる研削盤および砥石車と総形ツルアの位置決め方法を提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

（手段１）手段１に係る研削盤は、
砥石車と、
前記砥石車のツルーイングを行う総形ツルアと、
前記砥石車と前記総形ツルアの何れか一方に設けられた被検出部と、
前記砥石車と前記総形ツルアの他方に設けられ前記被検出部の位置を検出可能なセンサと、
前記センサの出力に基づいて前記総形ツルアと前記砥石車とが対向する位置を割り出す割出部と、
を備えることを特徴とする。

手段１によれば、被検出部の位置を検出するセンサを、砥石車または総形ツルアに直接設けている。つまり、砥石車または総形ツルアに直接設けているセンサにより、砥石車と総形ツルアとの相対的な軸方向位置を直接検出できる。このような構成とすることで、センサと、センサが設けられる砥石車または総形ツルアとの間には熱変位の影響を受けることがない。従って、砥石車と総形ツルアとの相対的な軸方向位置を適切な位置に高精度に割り出すことができる。その結果、砥石車の形状を目的の形状に成形でき、ワークを高精度に研削することができる。

なお、本手段においては、センサが砥石車に設けられ、且つ、被検出部が総形ツルアに設けられる場合と、センサが総形ツルアに設けられ、且つ、被検出部が砥石車に設けられる場合とがある。

（手段２）手段１の研削盤において、
前記砥石車は、円盤状に形成され、外周面にワークを研削する研削部位を有し、
前記総形ツルアは、円盤状に形成され、外周面に前記砥石車の前記研削部位を転写したツルーイング凹溝が形成され、
前記被検出部と前記センサの何れか一方は、前記砥石車の前記外周面に設けられ、
前記被検出部と前記センサの他方は、前記総形ツルアの前記ツルーイング凹溝の底部に埋設されるとよい。

手段２によれば、より確実に、センサと、センサが設けられる砥石車または総形ツルアとの間に熱変位の影響を受けることを防止できる。さらに、被検出部と、被検出部が設けられる砥石車または総形ツルアとの間に熱変位の影響を受けることを防止できる。この結果、砥石車と総形ツルアの高精度な割り出しが可能となる。

（手段３）手段２の研削盤において、
前記砥石車の外周面は、前記砥石車の軸方向に離間した複数の前記研削部位と、前記砥石車の軸方向に隣り合う前記研削部位の間に設けられた凹部または周状溝部とを備え、
前記被検出部は、前記砥石車の外周面に設けられた前記凹部または前記周状溝部であり、
前記センサは、物体までの離間距離を検出する距離センサであり、
前記割出部は、前記距離センサによる検出距離の変化に基づいて前記総形ツルアと前記砥石車とが対向する位置を割り出すとよい。

手段３によれば、砥石車の外周面に設けられた凹部または周状溝部を被検出部とすることで、割出部は、研削部位までの離間距離と、被検出部までの離間距離とを確実に且つ容易に分別できる。従って、被検出部がどこに位置するのかを確実に検出できる。さらに、本手段によれば、被検出部と、被検出部が設けられる砥石車との間に熱変位の影響を受けることを防止できる。この結果、砥石車と総形ツルアの高精度な割り出しが可能となる。

（手段４）手段３の研削盤において、
前記割出部は、前記距離センサによる検出距離の変化に基づいて前記凹部または前記周状溝部の角部を算出し、前記角部の位置に基づいて前記総形ツルアと前記砥石車とが対向する位置を割り出すこととよい。

手段４によれば、距離センサにより検出された被検出部の検出位置と、砥石車と総形ツルアとが対向する割り出し位置との関係を、明確にできる。従って、高精度に、砥石車と総形ツルアの高精度な割り出しが可能となる。

（手段５）手段４の研削盤において、
前記割出部は、前記距離センサによる検出距離の変化に基づいて前記凹部または前記周状溝部の両角部を算出し、前記両角部の位置に基づいて前記総形ツルアと前記砥石車とが対向する位置を割り出すとよい。

手段５によれば、凹部または周状溝部の両角部の位置を用いて、総形ツルアと砥石車との相対的な位置を割り出している。従って、砥石車と総形ツルアの、より高精度な割り出しが可能となる。

（手段６）手段３〜５の何れかの研削盤において、
前記凹部または前記周状溝部は、砥粒により形成されるようにしてもよい。

凹部または周状溝部を砥粒により形成されるということは、従来用いている砥石車に凹部または周状溝部を新たに形成するのみでよい。つまり、凹部または周状溝部の成形のために、別途部材を要することなく、容易にできる。

（手段７）手段３〜５の何れかの研削盤において、
前記凹部または前記周状溝部の表面は、砥粒と異なる材質により形成され、前記砥粒の表面粗さよりも小さい表面粗さに成形されるようにしてもよい。

手段７によれば、凹部または周状溝部の表面粗さを、研削部位に用いる砥粒の表面粗さよりも小さくすることで、高精度に凹部または周状溝部の位置を検出できる。凹部または周状溝部は、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属材料や、樹脂材料を用いることができる。

（手段８）手段１〜７の何れかの研削盤において、
前記割出部は、前記砥石車および前記総形ツルアをそれぞれ回転している状態における前記センサの出力に基づいて、前記総形ツルアと前記砥石車とが対向する位置を割り出すとよい。

砥石車を回転する状態とは、ワークを研削加工する状態であるとともに、砥石車のツルーイングを行うときの状態である。また、総形ツルアを回転する状態とは、砥石車のツルーイングを行うときの状態である。従って、手段８によれば、研削加工およびツルーイングするときの砥石車および総形ツルアの状態で両者の割り出しを行っていることになる。そのため、熱変位の影響は、研削加工およびツルーイングを行うときの状態と同一である。従って、砥石車と総形ツルアの割り出し時と、研削加工およびツルーイングを行う時における、熱変位変化の影響を受けることなく、高精度なツルーイングが可能となる。

（手段９）手段１〜７の何れかの研削盤において、
前記割出部は、前記センサが設けられている前記砥石車と前記総形ツルアの前記他方を回転停止している状態における前記センサの出力に基づいて、前記総形ツルアと前記砥石車とが対向する位置を割り出すとよい。

手段９において、砥石車と総形ツルアの他方とは、砥石車と総形ツルアのうちセンサを設ける側である。つまり、センサを設ける側の部材を回転停止している状態で、センサは被検出部の位置を検出している。この場合、センサ自身も停止している状態となるため、センサによる安定した検出が可能となる。

（手段１０）手段２の研削盤において、
前記被検出部は、前記砥石車の外周面に露出するように設けられ、前記砥石車の前記研削部位の砥粒と異なる材質からなり、
前記センサは、材質の違いを非接触にて検出可能としてもよい。

手段１０によれば、確実に被検出部の位置を検出することができる。

（手段１１）手段１０の研削盤において、
前記被検出部は、砥粒と光の反射率の異なる材質からなり、
前記センサは、物体の反射率を検出する光学式センサであり、
前記割出部は、前記光学式センサにより前記被検出部の反射率を検出することで、前記総形ツルアと前記砥石車とが対向する位置を割り出すようにしてもよい。

手段１１によれば、被検出部の反射率を用いることで、確実に被検出部の位置を検出できる。

（手段１２）手段１１の研削盤において、
前記光学式センサは、前記被検出部の範囲より広範囲を検出可能としてもよい。

手段１２によれば、光学式センサは、被検出部が設けられる範囲を含み、さらに、被検出部に対して砥石車の軸方向の一方および他方の範囲を検出できる。これにより、被検出部が設けられる砥石車を、砥石車の軸方向に大きく移動させることなく、被検出部の位置を検出できる。

（手段１３）手段１〜１２の何れかの研削盤において、
前記総形ツルアは、支持部材に対して回転可能に設けられ、
前記センサは、前記総形ツルアの回転に伴って回転するように前記総形ツルアに設けられるようにしてもよい。

手段１３によれば、センサを総形ツルアに容易に設けることができる。さらに、手段２のように、センサを総形ツルアのツルーイング凹溝の底部に埋設することを、確実に且つ容易に実現することができる。

（手段１４）手段１４に係る砥石車と総形ツルアの位置決め方法は、
砥石車のツルーイングを行う総形ツルアに対向する位置に、前記砥石車と前記総形ツルアを位置決めする方法であって、
前記砥石車と前記総形ツルアの何れか一方に被検出部を設け、
前記砥石車と前記総形ツルアの他方に前記被検出部の位置を検出可能なセンサを設け、
前記センサにより検出された前記被検出部の位置に基づいて、前記砥石車と前記総形ツルアが対向する位置を割り出し、
割り出した前記位置に基づいて前記砥石車と前記総形ツルアとが対向する位置に前記砥石車と前記総形ツルアを位置決めすることを特徴とする。

手段１４によれば、被検出部の位置を検出するセンサを、砥石車または総形ツルアに直接設けている。つまり、砥石車または総形ツルアに直接設けられたセンサにより、砥石車と総形ツルアとの相対的な軸方向位置を直接検出できる。このような構成とすることで、センサと、センサが設けられる砥石車または総形ツルアとの間には熱変位の影響を受けることがない。従って、砥石車と総形ツルアとの相対的な軸方向位置を適切な位置に高精度に割り出すことができる。その結果、砥石車の形状を目的の形状に成形でき、ワークを高精度に研削することができる。

また、上述した本発明の研削盤としての他の特徴は、本手段の砥石車と総形ツルアの位置決め方法に対して、同様に適用できる。この場合、同様の効果を奏する。

以下、本発明の研削盤、および、砥石車と総形ツルアの位置決め方法を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。

＜第一実施形態＞
第一実施形態の研削盤１について、図１を参照して説明する。図１は、研削盤１の平面図である。研削盤１は、ベッド１０と、主軸台２０と、心押台３０と、砥石支持装置４０と、ツルーイング装置５０と、制御装置６０から構成される。なお、本実施形態においては、例えば、ワークＷであるボールねじのねじ溝を研削加工する研削盤を例に挙げて説明する。

ベッド１０は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。このベッド１０の上面には、砥石支持装置４０を構成する砥石台トラバースベース４１が摺動可能な砥石台用ガイドレール１１、１２が、図１の左右方向（Ｚ軸方向）に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。さらに、ベッド１０の上面のうち、砥石台用ガイドレール１１、１２より図１の下側には、主軸台２０が摺動可能な第一ガイドレール１３、１４が、図１の左右方向（Ｚ軸方向）に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。また、ベッド１０の上面のうち、第一ガイドレール１３、１４より図１の右側には、心押台３０が摺動可能な第二ガイドレール１５、１６が、図１の左右方向（Ｚ軸方向）の延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。

また、ベッド１０には、砥石台用ガイドレール１１、１２の間に、砥石台トラバースベース４１を図１の左右方向に駆動するための、砥石台用Ｚ軸ボールねじ（図示せず）が配置され、この砥石台用Ｚ軸ボールねじを回転駆動する砥石台用Ｚ軸モータ１７が配置されている。さらに、ベッド１０には、第一ガイドレール１３、１４の間に、主軸台２０を図１の左右方向に駆動するための、第一Ｚ軸ボールねじ（図示せず）が配置され、この第一Ｚ軸ボールねじを回転駆動する第一Ｚ軸モータ１８が配置されている。ベッド１０には、第二ガイドレール１５、１６の間に、心押台３０を図１の左右方向に駆動するための、第二Ｚ軸ボールねじ（図示せず）が配置され、この第二Ｚ軸ボールねじを回転駆動する第二Ｚ軸モータ１９が配置されている。

主軸台２０は、主軸台本体２１と、主軸２２と、主軸センタ２３とを備えている。主軸台本体２１は、ベッド１０の上面のうち、第一ガイドレール１３、１４上を摺動可能に配置されている。そして、主軸台本体２１は、第一ボールねじのナット部材に連結されており、第一Ｚ軸モータ１８の駆動により第一ガイドレール１３、１４に沿って移動する。この主軸台本体２１の内部には、主軸２２が図１のＺ軸周りに回転可能に挿通支持されている。この主軸２２の右端に、ワークＷの軸方向一端を支持する主軸センタ２３が取り付けられている。

心押台３０は、心押台本体３１と、心押センタ３２とを備えている。心押台本体３１は、ベッド１０の上面のうち、第二ガイドレール１５、１６上を摺動可能に配置されている。そして、心押台本体３１は、第二ボールねじのナット部材に連結されており、第二Ｚ軸モータ１９の駆動により第二ガイドレール１５、１６に沿って移動する。この心押台本体３１は、図１の左右方向に貫通する穴が形成されている。この心押台本体３１の貫通孔に、心押センタ３２が回転可能に挿通支持されている。この心押センタ３２の回転軸は、主軸２２の回転軸と同軸上に位置している。そして、この心押センタ３２は、ワークＷの軸方向他端を支持する。つまり、心押センタ３２は、主軸センタ２３に対向するように配置されている。そして、主軸センタ２３と心押センタ３２とにより、ワークＷの両端を支持している。このように、ワークＷは、主軸センタ２３および心押センタ３２により、主軸２２の回転軸周り（Ｚ軸周り）に回転可能に保持されている。

砥石支持装置４０は、砥石台トラバースベース４１と、砥石台４２と、砥石車４３と、砥石回転用モータ４４とを備えている。砥石台トラバースベース４１は、ほぼ矩形の平板状に形成されており、ベッド１０の上面のうち、砥石台用ガイドレール１１、１２上を摺動可能に配置されている。砥石台トラバースベース４１は、砥石台用ボールねじのナット部材に連結されており、砥石台用Ｚ軸モータ１７の駆動により砥石台用ガイドレール１１、１２に沿って移動する。この砥石台トラバースベース４１の上面には、砥石台４２が摺動可能なＸ軸ガイドレール４１ａ、４１ｂが、図１の上下方向（Ｘ軸方向）に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。さらに、砥石台トラバースベース４１には、Ｘ軸ガイドレール４１ａ、４１ｂの間に、砥石台４２を図１の上下方向に駆動するための、Ｘ軸ボールねじ（図示せず）が配置され、このＸ軸ボールねじを回転駆動するＸ軸モータ４１ｃが配置されている。

砥石台４２は、砥石台トラバースベース４１の上面のうち、Ｘ軸ガイドレール４１ａ、４１ｂ上を摺動可能に配置されている。そして、砥石台４２は、Ｘ軸ボールねじのナット部材に連結されており、Ｘ軸モータ４１ｃの駆動によりＸ軸ガイドレール４１ａ、４１ｂに沿って移動する。つまり、砥石台４２は、ベッド１０、主軸台２０および心押台３０に対して、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に相対移動可能となる。

そして、この砥石台４２のうち図１の下側部分には、図１の左右方向に貫通する穴が形成されている。この砥石台４２の貫通孔に、砥石車回転軸部材が、砥石中心軸周り（Ｚ軸周り）に回転可能に支持されている。この砥石車回転軸部材の一端（図１の左端）に、砥石車４３が同軸的に取り付けられている。また、砥石台４２の上面には、砥石回転用モータ４４が固定されている。そして、砥石車回転軸部材の他端（図１の右端）と砥石回転用モータ４４の回転軸とにプーリが懸架されることで、砥石回転用モータ４４の駆動により、砥石車４３が回転する。

砥石車４３の詳細について、図２を参照して説明する。図２は、砥石車４３の軸方向部分断面図である。砥石車４３は、図１に示すように、円盤状をなしている。そして、砥石車４３の外周面は、ワークＷを研削する部位であって、砥石車４３の軸方向に離間した２か所の研削部位４３ａ、４３ｂを有する。研削部位４３ａ、４３ｂにおける軸方向断面形状は、何れも、約９０ｄｅｇの円弧凸状をなしている。

さらに、砥石車４３の外周面には、隣り合う２か所の研削部位４３ａ、４３ｂの間に周状溝部４３ｃが設けられている。つまり、周状溝部４３ｃは、砥石車４３の外周面のうち砥石車４３の軸方向中央に、砥石車４３の外周全周に亘って形成されている。この周状溝部４３ｃは、後述するセンサ５３により位置検出される被検出部を構成する。なお、この周状溝部４３ｃは、研削部位４３ａ、４３ｂと同様に、砥粒により形成されている。

ここで、図２において、砥石車４３により研削された後の形状を実線にて示す。この研削後（研削目標形状）におけるワークＷの研削部位の断面形状は、ゴシックアーク形状、すなわち、中心の異なる円弧を接続する形状からなる。また、図２において、砥石車４３により研削される前の形状を破線にて示す。つまり、砥石車４３により研削する領域は、図２の破線と実線との間の領域Ａである。砥石車４３により研削する領域は、砥石車４３の研削部位４３ａ、４３ｂに対応する部位である。つまり、砥石車４３の周状溝部４３ｃに相当する部位は、研削しない部位となる。

ツルーイング装置５０は、ベッド１０上のうち、主軸台２０の図１の上側に配置されている。ツルーイング装置５０は、ベッド１０に対して水平軸周り（Ｃ軸）に回転可能に支持された総形ツルア５２を備えている。ツルーイング装置５０の詳細については後述する。

ツルーイング装置５０について、図３を参照して詳細に説明する。図３（ａ）は、ツルーイング装置５０の軸方向部分断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。ツルーイング装置５０は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、支持部材５１と、総形ツルア５２と、センサ５３と、スリップリング５４とを備えている。支持部材５１は、ベッド１０に固定されている。

総形ツルア５２は、全体として円盤状に形成され、砥石車４３の外周面、特に、砥石車４３の研削部位４３ａ、４３ｂを成形するために用いられる。この総形ツルア５２は、回転可能なロータリーツルアである。総形ツルア５２は、本体部５２ａとツルア部５２ｂとを備えている。

本体部５２ａは、鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属材料、または、樹脂材料により成形され、ほぼ円盤状をなしている。この本体部５２ａの外周面は、全周に亘って、円弧凹状溝が形成されている。この本体部５２ａは、本体部５２ａの中心軸回りに回転可能に、支持部材５１に支持されている。そして、本体部５２ａの中心軸は、Ｚ軸に平行となるように設けられている。

ツルア部５２ｂは、本体部５２ａの外周面のうち円弧凹状溝に設けられ、ダイヤモンドなどの砥粒により形成されている。このツルア部５２ｂの外周面は、全周に亘って、ツルーイング凹溝が形成されている。このツルア部５２ｂの外周面のツルーイング凹溝は、砥石車４３の研削部位４３ａ、４３ｂの目標形状を転写した形状とされている。つまり、砥石車４３のツルーイングを行うと、総形ツルア５２のツルア部５２ｂの外周面形状に倣う形状に、砥石車４３の外周面が成形される。さらに、このツルア部５２ｂは、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ツルーイング凹溝のうち砥石車４３の軸方向の中央部であって、周方向に等間隔で４か所に円形孔５２ｃが形成されている。

センサ５３は、物体までの離隔距離を検出するセンサである。このセンサ５３は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、本体部５２ａのうち外周側であって、本体部５２ａの周方向に等間隔で４か所の部位に、埋設されている。つまり、各センサ５３は、総形ツルア５２のツルーイング凹溝の底部に埋設されている。センサ５３が本体部５２ａに埋設される部位は、ツルア部５２ｂのうち円形孔５２ｃが形成されている部位の径方向内方に位置する。つまり、センサ５３の外周側端面は、総形ツルア５２の外周側に露出している。これらのセンサ５３は、総形ツルア５２の支持部材５１に対する回転に伴って回転する。それぞれのセンサ５３は、総形ツルア５２の径方向（放射方向）における物体までの離間距離を検出できる。各センサ５３には導線が接続されている。

スリップリング５４は、支持部材５１と総形ツルア５２の間であって、支持部材５１に固定されている。このスリップリング５４は、各センサ５３から接続される配線との間で、電気的に接続可能な構成を採用している。つまり、各センサ５３に接続される配線は、総形ツルア５２に埋設されているため、支持部材５１に対して回転する。つまり、スリップリング５４により、回転する各センサ５３に接続される配線から、固定側の支持部材５１側へ電気的な接続を可能としている。

制御装置６０は、主軸２２の回転、砥石台４２のＸ軸位置およびＺ軸位置をＮＣ制御している。つまり、制御装置６０により、砥石車４３を回転させながら、砥石車４３の長尺ワークＷに対するＸ軸位置およびＺ軸位置を制御することで、ワークＷの外周面にねじ溝を研削加工する。

さらに、制御装置６０は、砥石車４３のツルーイングを行う。この砥石車４３のツルーイング方法について、図４（ａ）〜図４（ｄ）および図５を参照しながら説明する。図４（ａ）〜図４（ｄ）は、それぞれ、砥石車４３の部分断面とツルーイング装置５０の部分断面図である。そして、図４は、時間経過に伴って、（ａ）から（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に進んでいく。図５は、制御装置６０における割出部による、総形ツルア５２に対する砥石車４３の割り出し位置を説明する図である。

まず、砥石車４３のツルーイングを開始する前に、制御装置６０は、砥石車４３および総形ツルア５２を回転させる。続いて、図４（ａ）に示すように、砥石車４３をＺ軸マイナス方向（図４（ａ）の左側）へ移動させる。このとき、センサ５３が離間距離を検出可能なＺ軸方向座標（図４（ａ）の一点鎖線で示す座標）には、砥石車４３が存在しない。

さらに、砥石車４３をＺ軸マイナス方向に移動させると、砥石車４３の一方の研削部位４３ａが、センサ５３が離間距離を検出可能なＺ軸方向座標を通過して、図４（ｂ）の状態となる。図４（ｂ）の状態は、センサ５３が離間距離を検出可能なＺ軸方向座標に、周状凹溝４３ｃの軸方向一方の角部が位置している。

さらに、砥石車４３をＺ軸マイナス方向に移動させると、砥石車４３の周状凹溝４３ｃが、センサ５３が離間距離を検出可能なＺ軸方向座標を通過して、図４（ｃ）の状態となる。図４（ｃ）の状態は、センサ５３が離間距離を検出可能なＺ軸方向座標に、周状凹溝４３ｃの軸方向他方の角部が位置している。さらに、砥石車４３をＺ軸マイナス方向に移動させると、砥石車４３の他方の研削部位４３ｂが、センサ５３が離間距離を検出可能なＺ軸方向座標を移動する。

このように、図４（ａ）から図４（ｄ）のように、砥石車４３をＺ軸マイナス方向に移動させた場合に、センサ５３による離間距離の検出結果を図５に示す。図５において、時刻Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄは、それぞれ、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）（ｄ）のそれぞれの状態の時刻に相当する。図５に示すように、図４（ａ）の状態においては、センサ５３が検出可能なＺ軸方向座標に何も存在していないため、センサ５３は何ら検出できない。従って、センサ５３の検出距離は０（または、無限大とすることもできる）となる。

その後、図４（ｂ）の状態となるまでの間では、砥石車４３の研削部位４３ａが、センサ５３の検出可能座標に存在する。そのため、センサ５３は、当該研削部位４３ａの形状に応じた距離を出力する。そして、図４（ｂ）の状態になり、周状凹溝４３ｃの一方側の角部に達すると、周状凹溝４３ｃの存在により、センサ５３により検出される離間距離は、急激に増加する。このセンサ５３による検出距離が変化するときにおける砥石車４３のＺ軸方向座標は、Ｘｂとなる。

続いて、図４（ｂ）の状態から図４（ｃ）の状態となるまでの間では、センサ５３は、周状凹溝４３ｃの底部までの離間距離を出力する。そして、図４（ｃ）の状態になり、周状凹溝４３ｃの他方側の角部に達すると、センサ５３により検出される離間距離は、急激に減少する。このセンサ５３による検出距離が変化するときにおける砥石車４３のＺ軸方向座標は、Ｘｃとなる。

続いて、図４（ｃ）の状態の後には、砥石車４３の研削部位４３ｂが、センサ５３の検出可能座標に存在する。そのため、センサ５３は、当該研削部位４３ｂの形状に応じた距離を出力する。そして、センサ５３が検出可能なＺ軸方向座標に、研削部位４３ｂがなくなる状態になると、センサ５３の検出距離は０（または、無限大とすることもできる）となる。

その後、制御装置６０は、センサ５３からの出力結果に基づいて、図５に示す「Ｘ１」のＺ軸方向座標を割り出す。具体的には、時刻ＴｂにおけるＺ軸方向座標「Ｘｂ」と、時刻ＴｃにおけるＺ軸方向座標「Ｘｃ」との中間座標を、「Ｘ１」とする。そして、制御装置６０は、砥石車４３が割り出されたＺ軸方向座標「Ｘ１」に位置するように、砥石車４３を移動させる。つまり、この状態が、砥石車４３と総形ツルア５２とが対向する位置であって、砥石車４３を目標形状にツルーイング可能なＺ軸方向の相対位置となる。

続いて、制御装置６０は、砥石車４３をＸ軸方向に移動させて、砥石車４３の外周面を総形ツルア５２のツルア部５２ｂのツルーイング凹溝に押し当てる。その結果、砥石車４３の外周面のうち研削部位４３ａ、４３ｂは、目標形状に成形される。なお、ツルーイングを行う際には、砥石車４３および総形ツルア５２は、いずれも回転した状態のままである。

以上説明した研削盤によれば、以下の効果を奏する。被検出部である周状溝部４３ｃの位置を検出するセンサ５３を、総形ツルア５２に直接設けている。つまり、総形ツルア５２に直接配置されたセンサ５３により、砥石車４３と総形ツルア５２との相対的な軸方向位置を直接検出できる。このような構成とすることで、センサ５３と、センサ５３が配置される総形ツルア５２との間には熱変位の影響を受けることがない。従って、砥石車４３と総形ツルア５２との相対的な軸方向位置を適切な位置に高精度に割り出すことができる。その結果、砥石車４３の形状を目的の形状に成形でき、ワークＷを高精度に研削することができる。

特に、センサ５３を総形ツルア５２のツルーイング凹溝の底部に埋設し、且つ、被検出部である周状溝部４３ｃは砥石車４３の外周面に設けている。これにより、確実に、センサ５３と、センサ５３が配置される総形ツルア５２との間に熱変位の影響を受けることを防止できる。さらに、被検出部である周状溝部４３ｃと、被検出部が形成される砥石車４３との間に熱変位の影響を受けることを防止できる。この結果、砥石車４３と総形ツルア５２の高精度な割り出しが可能となる。

また、制御装置６０は、センサ５３による検出距離の変化に基づいて、総形ツルアと砥石車４３とが対向する位置を割り出している。このように、砥石車４３の外周面に設けられた周状溝部４３ｃを被検出部として、制御装置６０が、研削部位４３ａ、４３ｂまでの離間距離と、被検出部である周状溝部４３ｃまでの離間距離とを確実に且つ容易に分別できる。従って、被検出部である周状溝部４３ｃがどこに位置するのかを確実に検出できる。さらに、このことにより、被検出部である周状溝部４３ｃと、被検出部が設けられる砥石車４３との間に熱変位の影響を受けることを防止できる。この結果、砥石車４３と総形ツルア５２の高精度な割り出しが可能となる。

また、制御装置６０は、センサ５３による検出距離の変化に基づいて周状溝部４３ｃの角部を算出し、この角部の位置に基づいて総形ツルア５２と砥石車４３とが対向する位置を割り出している。特に、周状溝部４３ｃの両角部を用いている。これにより、センサ５３により検出された被検出部である周状溝部４３ｃの検出位置と、砥石車４３と総形ツルア５２とが対向する割り出し位置との関係を、明確にできる。従って、高精度に、砥石車４３と総形ツルア５２の高精度な割り出しが可能となる。

また、周状溝部４３ｃは、砥粒により形成されている。つまり、従来用いている砥石車４３に周状溝部４３ｃを新たに形成するのみでよい。つまり、周状溝部４３ｃの成形のために、別途部材を要することなく、容易にできる。

また、制御装置６０は、砥石車４３および総形ツルア５２をそれぞれ回転している状態におけるセンサ５３の出力に基づいて、総形ツルア５２と砥石車４３とが対向する位置を割り出している。ここで、砥石車４３を回転する状態とは、ワークＷを研削加工する状態であるとともに、砥石車４３のツルーイングを行うときの状態である。また、総形ツルア５２を回転する状態とは、砥石車４３のツルーイングを行うときの状態である。従って、研削加工およびツルーイングするときの砥石車４３および総形ツルア５２の状態で両者の割り出しを行っていることになる。そのため、熱変位の影響は、研削加工およびツルーイングを行うときの状態と同一である。従って、砥石車４３と総形ツルア５２の割り出し時と、研削加工およびツルーイングを行う時における、熱変位変化の影響を受けることなく、高精度なツルーイングが可能となる。

＜第一実施形態の変形態様＞
第一実施形態においては、砥石車４３に設けた被検出部は、砥石車４３の外周面の全周に亘って形成した周状溝部４３ｃとした。このほかに、砥石車４３の外周面の全周ではなく、砥石車４３の外周の一部に形成される凹部としてもよい。この場合も、実質的に同様の効果を奏する。

また、第一実施形態においては、周状溝部４３ｃは、研削部位４３ａ、４３ｂと同様に、砥粒により形成した。この変形態様について、図６を参照して説明する。図６は、当該変形態様における、砥石車１４３の軸方向部分断面図である。

図６に示すように、砥石車１４３は、軸方向の中央部分を樹脂製の円盤状中央部１４４と、円盤状中央部１４４の軸方向両側面に砥粒により形成される端面部１４５、１４６とを有する。そして、円盤状中央部１４４は、総形ツルア５２のツルア部５２ｂによりツルーイングされ得る。

この砥石車１４３の端面部１４５、１４６の外周面は、ワークＷを研削する部位であって、研削部位１４５ａ、１４６ａを有する。研削部位１４５ａ、１４６ａにおける軸方向断面形状は、何れも、約９０ｄｅｇの円弧凸状をなしている。

さらに、砥石車１４３の円盤状中央部１４４の外周面には、周状溝部１４４ａが設けられている。つまり、周状溝部１４４ａは、第一実施形態の周状溝部４３ｃとほぼ同形状からなる。この周状溝部１４４ａは、砥石車１４３の外周面のうち砥石車１４３の軸方向中央に、砥石車１４３の外周全周に亘って形成されている。そして、周状溝部１４４ａは、端面部１４５、１４６を形成する砥粒の表面粗さよりも小さい表面粗さに成形されている。この周状溝部１４４ａは、センサ５３により位置検出される被検出部を構成する。

このように、周状溝部１４４ａの表面粗さを、研削部位１４５、１４６に用いる砥粒の表面粗さよりも小さくすることで、高精度に周状溝部１４４ａの位置を検出できる。周状溝部１４４ａを形成する円盤状中央部１４４は、樹脂材料の他、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属材料を用いることができる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態の研削盤について、図７および図８を参照して説明する。図７は、第二実施形態における砥石車２４３の軸方向部分断面図である。図８は、制御装置６０における割出部による、総形ツルア５２に対する砥石車２４３の割り出し位置を説明する図である。

図７に示すように、砥石車２４３は、軸方向の中央部分をアルミニウム製の円盤状中央部２４４と、円盤状中央部２４４の軸方向両側面に砥粒により形成される端面部２４５、２４６とを有する。そして、円盤状中央部２４４は、総形ツルア５２のツルア部５２ｂによりツルーイングされ得る。

この砥石車２４３の端面部２４５、２４６の外周面は、ワークＷを研削する部位であって、研削部位２４５ａ、２４６ａを有する。研削部位２４５ａ、２４６ａにおける軸方向断面形状は、何れも、約９０ｄｅｇの円弧凸状をなしている。さらに、砥石車２４３の円盤状中央部２４４の外周面は、研削部位２４５ａ、２４６ａの軸方向中央側の端部を繋ぐような円筒状外周面をなしている。つまり、円盤状中央部２４４は、常に、砥石車２４３の外周側に露出する。

そして、円盤状中央部２４４における光の反射率と、端面部２４５、２４６の光の反射率とは異なるように設定されている。また、ツルーイング装置５０に設けられるセンサは、光の反射率を検出可能な光学式センサである。つまり、第一実施形態における距離センサ５３を、光の反射率検出可能な光学式センサに置き換える。

上記のような構成とした場合に、図８を参照して説明する。砥石車２４３が光学式センサにより検出可能なＺ軸方向座標に存在していない状態から、砥石車２４３をＺ軸マイナス方向へ移動させた場合を考える。

まず、最初は、光学式センサが検出可能なＺ軸方向座標に何も存在していないため、光学式センサは何ら検出できない。従って、光学式センサにより検出される光の反射率は０となる。その後、砥石車２４３がＺ軸マイナス方向に移動して、砥石車２４３の研削部位２４５ａが、光学式センサの検出可能座標に存在する状態となる。このとき、光学式センサは、当該研削部位２４５ａの光の反射率に応じた値を出力する。つまり、光学式センサは、砥粒の光の反射率に応じた値を出力する。

さらに、砥石車２４３をＺ軸マイナス方向へ移動させる。そうすると、光学式センサにより検出可能なＺ軸方向座標が、一方の端面部２４５と円盤状中央部２４４との境界部Ｘｂに到達する。そして、この状態から、光学式センサにより検出可能なＺ軸方向座標が他方の端面部２４６と円盤状中央部２４４との境界部Ｘｃに到達するまでの間、光学式センサにより検出可能なＺ軸方向座標には、円盤状中央部２４４が存在する。つまり、光学式センサは、アルミニウムの光の反射率に応じた値を出力する。

さらに、砥石車２４３をＺ軸マイナス方向へ移動させる。そうすると、光学式センサにより検出可能なＺ軸方向座標Ｘｃに、他方の端面部２４６の研削部位２４６ａが存在する。従って、光学式センサは、砥粒の光の反射率に応じた値を出力する。

制御装置６０は、光学式センサからの出力結果（光の反射率）に基づいて、図８に示す「Ｘ１」のＺ軸方向座標を割り出す。具体的には、時刻ＴｂにおけるＺ軸方向座標「Ｘｂ」と、時刻ＴｃにおけるＺ軸方向座標「Ｘｃ」との中間座標を、「Ｘ１」とする。そして、制御装置６０は、砥石車２４３が割り出されたＺ軸方向座標「Ｘ１」に位置するように、砥石車２４３を移動させる。つまり、この状態が、砥石車２４３と総形ツルア５２とが対向する位置であって、砥石車２４３を目標形状にツルーイング可能なＺ軸方向の相対位置となる。

続いて、制御装置６０は、砥石車２４３をＸ軸方向に移動させて、砥石車２４３の外周面を総形ツルア５２のツルア部５２ｂのツルーイング凹溝に押し当てる。その結果、砥石車２４３の外周面のうち研削部位２４５ａ、２４６ａ、および、円盤状中央部２４４の外周面が、目標形状に成形される。

以上説明した構成とすることにより、被検出部である円盤状中央部２４４の反射率を用いることで、確実に被検出部２４４の位置を検出できる。なお、光学式センサの他に、材質の違いを非接触にて検出できるセンサを用いる場合も、同様の効果を奏する。

＜第二実施形態の変形態様＞
第二実施形態においては、円盤状中央部２４４の直径は、端面部２４５、２４６の外周面の直径とほぼ同一とした。この他に、図９に示すような砥石車３４３とすることもできる。図９は、当該変形態様における砥石車３４３の軸方向部分断面図である。

図９に示すように、砥石車３４３は、アルミニウムまたは鉄製の円盤状コア部３４４と、その両側面に砥粒により形成される端面部３４５、３４６とを有する。端面部３４５、３４６の外径は、円盤状コア部３４４の外径よりも大きく形成されている。さらに、それぞれの端面部３４５、３４６は、軸方向に僅かに離間している。つまり、両端面部３４５、３４６の間には、周状溝部３４４ａが形成されている。この周状溝部３４４ａの溝底が、円盤状コア部３４４の外周面となる。そして、端面部３４５、３４６の外周面は、ワークＷを研削する研削部位３４５ａ、３４６ａである。

このようにすることで、第二実施形態と同様の効果を奏する。さらに、当該変形態様においては、円盤状コア部３４４が総形ツルア５２によりツルーイングされないため、どのような材質でも適用可能であると共に、総形ツルア５２のツルア部５２ｂの偏摩耗を防止できる。

また、光学式センサは、被検出部である円盤状中央部２４４（円盤状コア部３４４）の範囲より広範囲を検出可能とすることもできる。この場合、光学式センサは、被検出部２４４、３４４が設けられる範囲を含み、さらに、被検出部２４４、３４４に対して砥石車２４３、３４３の軸方向の一方および他方の範囲を検出できる。これにより、被検出部２４４、３４４が設けられる砥石車２４３、３４３を、砥石車２４３、３４３の軸方向に大きく移動させることなく、被検出部２４４、３４４の位置を検出できる。

＜その他＞
上記実施形態においては、砥石車および総形ツルア５２を共に回転させた状態で、割り出しを行った。この他に、センサが配置されている総形ツルアを回転停止している状態として、被検出部の位置を検出することもできる。この場合、センサ自身も停止している状態となるため、センサによる安定した検出が可能となる。

また、上記実施形態においては、センサ５３を、総形ツルア５２の本体部５２ｂに埋設して、総形ツルア５２の支持部材５１に対する回転に伴って回転するようにした。この他に、センサ５３を、総形ツルア５２が回転する場合であっても、支持部材５１に対して回転しないように、支持部材５１に設けることもできる。この場合には、センサ５３を安定的に取り付けることができる。その結果、センサ５３の検出精度を高くできる。

また、上記においては、センサをツルーイング装置５０に設け、被検出部を砥石車に設けた。このほかに、両者を逆、すなわち、センサを砥石車に設け、被検出部をツルーイング装置に設けることもできる。この場合も、上記と同様の効果を奏する。

研削盤１の平面図である。 第一実施形態における砥石車４３の軸方向部分断面図である。 （ａ）ツルーイング装置５０の軸方向部分断面図である。（ｂ）図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 砥石車４３の部分断面とツルーイング装置５０の部分断面図である。 制御装置６０における割出部による、総形ツルア５２に対する砥石車４３の割り出し位置を説明する図である。 第一実施形態の変形態様における砥石車１４３の軸方向部分断面図である。 第二実施形態における砥石車２４３の軸方向部分断面図である。 制御装置６０における割出部による、総形ツルア５２に対する砥石車２４３の割り出し位置を説明する図である。 第二実施形態の変形態様における砥石車３４３の軸方向部分断面図である。

符号の説明

１：研削盤、 １０：ベッド、 ２０：主軸台、 ３０：心押台、 ４０：砥石支持装置
４３：砥石車、 ４３ａ、４３ｂ：研削部位、 ４３ｃ：周状凹溝（被検出部）
５０：ツルーイング装置、 ５１：支持部材、 ５２：総形ツルア、 ５３：センサ
５４：スリップリング
６０：制御装置

Claims (14)

1. 砥石車と、
   前記砥石車のツルーイングを行う総形ツルアと、
   前記砥石車と前記総形ツルアの何れか一方に設けられた被検出部と、
   前記砥石車と前記総形ツルアの他方に設けられ前記被検出部の位置を検出可能なセンサと、
   前記センサの出力に基づいて前記総形ツルアと前記砥石車とが対向する位置を割り出す割出部と、
   を備えることを特徴とする研削盤。
2. 前記砥石車は、円盤状に形成され、外周面にワークを研削する研削部位を有し、
   前記総形ツルアは、円盤状に形成され、外周面に前記砥石車の前記研削部位を転写したツルーイング凹溝が形成され、
   前記被検出部と前記センサの何れか一方は、前記砥石車の前記外周面に設けられ、
   前記被検出部と前記センサの他方は、前記総形ツルアの前記ツルーイング凹溝の底部に埋設されることを特徴とする請求項１に記載の研削盤。
3. 前記砥石車の外周面は、前記砥石車の軸方向に離間した複数の前記研削部位と、前記砥石車の軸方向に隣り合う前記研削部位の間に設けられた凹部または周状溝部とを備え、
   前記被検出部は、前記砥石車の外周面に設けられた前記凹部または前記周状溝部であり、
   前記センサは、物体までの離間距離を検出する距離センサであり、
   前記割出部は、前記距離センサによる検出距離の変化に基づいて前記総形ツルアと前記砥石車とが対向する位置を割り出すことを特徴とする請求項２に記載の研削盤。
4. 前記割出部は、前記距離センサによる検出距離の変化に基づいて前記凹部または前記周状溝部の角部を算出し、前記角部の位置に基づいて前記総形ツルアと前記砥石車とが対向する位置を割り出すことを特徴とする請求項３に記載の研削盤。
5. 前記割出部は、前記距離センサによる検出距離の変化に基づいて前記凹部または前記周状溝部の両角部を算出し、前記両角部の位置に基づいて前記総形ツルアと前記砥石車とが対向する位置を割り出すことを特徴とする請求項４に記載の研削盤。
6. 前記凹部または前記周状溝部は、砥粒により形成されることを特徴とする請求項３〜５の何れか一項に記載の研削盤。
7. 前記凹部または前記周状溝部の表面は、砥粒と異なる材質により形成され、前記砥粒の表面粗さよりも小さい表面粗さに成形されることを特徴とする請求項３〜５の何れか一項に記載の研削盤。
8. 前記割出部は、前記砥石車および前記総形ツルアをそれぞれ回転している状態における前記センサの出力に基づいて、前記総形ツルアと前記砥石車とが対向する位置を割り出すことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の研削盤。
9. 前記割出部は、前記センサが設けられている前記砥石車と前記総形ツルアの前記他方を回転停止している状態における前記センサの出力に基づいて、前記総形ツルアと前記砥石車とが対向する位置を割り出すことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の研削盤。
10. 前記被検出部は、前記砥石車の外周面に露出するように設けられ、前記砥石車の前記研削部位の砥粒と異なる材質からなり、
    前記センサは、材質の違いを非接触にて検出可能であることを特徴とする請求項２に記載の研削盤。
11. 前記被検出部は、砥粒と光の反射率の異なる材質からなり、
    前記センサは、物体の反射率を検出する光学式センサであり、
    前記割出部は、前記光学式センサにより前記被検出部の反射率を検出することで、前記総形ツルアと前記砥石車とが対向する位置を割り出すことを特徴とする請求項１０に記載の研削盤。
12. 前記光学式センサは、前記被検出部の範囲より広範囲を検出可能であることを特徴とする請求項１１に記載の研削盤。
13. 前記総形ツルアは、支持部材に対して回転可能に設けられ、
    前記センサは、前記総形ツルアの回転に伴って回転するように前記総形ツルアに設けられることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の研削盤。
14. 砥石車のツルーイングを行う総形ツルアに対向する位置に、前記砥石車と前記総形ツルアを位置決めする方法であって、
    前記砥石車と前記総形ツルアの何れか一方に被検出部を設け、
    前記砥石車と前記総形ツルアの他方に前記被検出部の位置を検出可能なセンサを設け、
    前記センサにより検出された前記被検出部の位置に基づいて、前記砥石車と前記総形ツルアが対向する位置を割り出し、
    割り出した前記位置に基づいて前記砥石車と前記総形ツルアとが対向する位置に前記砥石車と前記総形ツルアを位置決めすることを特徴とする砥石車と総形ツルアの位置決め方法。

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