JP5550971B2

JP5550971B2 - 研削装置

Info

Publication number: JP5550971B2
Application number: JP2010092982A
Authority: JP
Inventors: 誠三高村; 省二青木
Original assignee: Toyo Advanced Technologies Co Ltd
Current assignee: Toyo Advanced Technologies Co Ltd
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-04-14
Also published as: JP2011218519A

Description

本発明は、研削装置において、特に、球面等の曲面研削に適した研削装置に関するものである。

砥石軸の先端に固定された砥石車を前記砥石車と一体に高速回転させながらワークと砥石車とを相対的に移動させながら加工する研削装置が周知である。この種の研削装置として、例えば特許文献１には、図４（ａ）に示すように断面円弧状の縁部をもつカップ型の砥石車６０を回転駆動しながらこの砥石車６０の縁部をワーク６２の球面６２ａに沿って相対的に移動させることにより当該球面６２ａを研削するものが記載されている。また、図４（ｂ）に示すように、断面円弧状の縁部をもつ平型の砥石車６４でワーク６２の球面６２ａを加工することも行われている。

特開２００８−１９４７７１号公報

特許文献１の装置は主にレンズの球面加工等を目的するものであるが金属材料の球面加工にも適用可能である。しかし、金属材料を加工する場合には、レンズ等を加工する場合に比べて砥石面の摩耗が進行し易く、特許文献１のような装置では、砥石車の耐用期間が短く、広い面積を連続的に加工することが困難となる。この場合、径の大きな砥石車を用いて耐用期間を稼ぐことも考えられるが、砥石径が大きくなると、砥石車の外周部が振れ易くなって加工精度を確保することが難しくなるため自ずと限界がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、球面等の曲面加工をより長期的に連続して精度良く行うことができる研削装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、研削装置であって、ワークを保持するワーク保持部と、ワークを研削するためのヘッドと、このヘッドを前記ワーク保持部に保持されたワークに対して相対的に移動させる移動手段とを備え、前記ヘッドは、複数のガイドローラと、これらガイドローラに掛け渡される無端状の研削ベルトと、前記ガイドローラを回転駆動することにより前記研削ベルトをその周方向に走行させるベルト駆動手段とを備え、前記研削ベルトを走行させながら当該研削ベルトのうち前記ガイドローラに掛け渡された部分の外周面を前記ワークに接触させることにより当該ワークを加工するものであり、前記研削ベルトは、断面円形でありかつその断面中心回りの全周に亘って前記砥粒が固定されているものであり、当該研削装置は、さらに前記研削ベルトをその断面中心回りに回転させることにより当該研削ベルトのうち前記ワークへの接触位置を変更可能な接触位置変更手段を備えているものである。

この研削装置では、走行する研削ベルトの外周面をワークに接触させることにより当該ワークを加工する。この場合、研削ベルトは外向きに凸となる断面円弧状の外周面を有しており、また、上記のように研削ベルトのうち前記ガイドローラに掛け渡された部分の外周面を前記ワークに接触させて加工を行うため、断面円弧状の縁部をもつカップ型の砥石車によりワークを加工する従来装置と同様にワークに対して工具（研削ベルト）を点接触させながら球面等の曲面加工を良好に行うことができる。しかも、ベルト長を長く設定することにより耐用期間を長期的に確保することができる。

特に、研削ベルトの全体、つまり研削ベルトの断面中心回りの全周を加工に用いることが可能であるため、研削ベルトを定期的にその断面中心回り回転させてワークに対する接触位置をずらしてやることにより研削ベルトの耐用期間が長期化する。

その際、接触位置変更手段を備えているので、当該接触位置をずらす作業を自動化でき作業性が良いものとなる。

なお、この場合の具体的な構成としては、例えば次の構成が考えられる。すなわち、前記接触位置変更手段は、前記複数のガイドローラのうち互いに隣接する一対の前記ガイドローラの間の位置で前記研削ベルトに外側から圧接して当該研削ベルトの走行に伴い回転する従動ローラであり、この従動ローラは、回転に伴い前記研削ベルトに対してその断面中心回りの外力を付与するように前記ガイドローラの回転軸と平行な軸線に対して傾いた軸回りに回転可能に支持されている。

この構成によれば、研削ベルトの走行中に徐々に当該研削ベルトがその断面中心回りに回転することとなる。そのため、簡単な構成で研削ベルトをその断面中心回り回転させてワークへの接触位置を変更することができる。しかも、このような接触位置の変更を、装置を停止させることなくワークの加工中に行うことが可能となる。

以上説明したように、本発明の研削装置は、断面円弧状の外周面を有し当該外周面上に砥粒が固定された無端状の研削ベルトを走行させながら当該研削ベルトによりワークを加工する構成としたので、従来装置と同様に球面等の曲面加工を良好に行うことができる一方で、研削ベルトの耐用期間を長期的に確保することが可能となる。従って、曲面加工をより長期的に連続して精度良く行うことができる。

本発明にかかる研削装置の全体を示す正面略図である。研削装置の主要部を示す斜視図である。中間プーリと研削ベルトとの関係を示す正面図である。従来の研削装置を示す概略であり、（ａ）はカップ型の砥石車を用いたものを、（ｂ）は平型の砥石車を用いたものを、それぞれ示している。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

図１は、本発明に係る研削装置の一例である内面研削装置であり、円筒状の内周面を有するワーク２０の当該内周面を研削するものである。

この内面研削装置（以下、単に研削装置という）は、ベッド１０を備え、このベッド１０上にワーク駆動装置１２及び工具駆動装置１４が相対向する状態で配設されている。

ワーク駆動装置１２は、固定台１５を備え、この固定台１５はベッド１０上に固定されている。固定台１５上には、後記主軸と直交するＸ軸方向（同図では紙面と直交する方向）にスライド可能となるようにＸ軸テーブル１６が支持されている。このＸ軸テーブル１６は、Ｘ軸駆動モータ１８を駆動源とする図略の送りねじ機構によってＸ軸方向にスライド駆動されるようになっている。

Ｘ軸テーブル１６上には、主軸台２０が設けられており、この主軸台２０に図略の主軸がＺ軸方向（図１の左右方向）に延びる状態で回転可能に支持されている。この主軸の後端（図１では左端）には主軸駆動モータ２２が連結され、前端（同図右端）にはワーク２８を把持するチャック２６が設けられている。そして、このワーク２８が前記チャック２６に把持された状態で主軸駆動モータ２２が作動することにより、主軸と一体にワーク２８がその中心軸回りに回転駆動されるようになっている。この実施形態では、このチャック２６を有する主軸が本発明のワーク保持部に相当する。

なお、ワーク２８は、例えば図２に示すように球面状の端面２８ａを備えた金属製の円盤状部材であり、前記球面状の端面２８ａを工具駆動装置１４側に向けた状態でチャック２６により把持されている。

工具駆動装置１４は、図１に示すように固定台３０を備え、この固定台３０はベッド１０上に固定されている。固定台３０上には、Ｚ軸テーブル３２が前記主軸と平行なＺ軸方向（図１では左右方向）にスライド可能に支持されている。このＺ軸テーブル３２はＺ軸駆動モータ３４を駆動源とする送りねじ機構３５によってＺ軸方向にスライド駆動されるようになっている。なお、この実施形態では、前記Ｘ軸テーブル１６、Ｘ軸駆動モータ１８、Ｚ軸テーブル３２及びＺ軸駆動モータ３４等が本発明の移動手段に相当する。

そして、このＺ軸テーブル３２上に、加工ヘッド４０（本発明のヘッドに相当する）が搭載されている。この加工ヘッド４０は、Ｚ軸テーブル３２上に固定されてＺ軸方向に延びるアーム４２と、このアーム４２に回転可能に支持される一対のガイドローラ４６，４６と、これらガイドローラ４６，４６に掛け渡される無端状の研削ベルト４８と、この研削ベル４８を駆動するための駆動モータ５２と、当該研削ベルト４８に所定の張力を与えるテンションローラ５０とを備えている。

前記アーム４２は、上下に所定間隔を隔てて配置される上側アーム部４２ａ及び下側アーム部４２ｂからなり、これら上下のアーム部４２ａ，４２ｂの間に、前記ガイドローラ４６，４６及びテンションローラ５０が配置されている。

ガイドローラ４６，４６は、外周面上にガイド溝４６ａを備えた溝付きローラであり、Ｚ軸方向に所定間隔を隔てて前記アーム４２の先端位置とその後方位置とに配置されている。なお、以下の説明では、必要に応じてアーム４２の先端位置のガイドローラ４６を前方ローラ４６と称し、後方位置のガイドローラ４６を後方ローラ４６と称す。

これらガイドローラ４６，４６はその軸方向中心が前記ワーク駆動装置１２の主軸の中心と同じ高さ位置に配置されており、それぞれアーム部４２ａ，４２ｂに支持された回転軸４７に固定されることにより当該回転軸４７と一体に鉛直軸回りに回転可能に設けられている。そして、これらガイドローラ４６，４６に前記研削ベルト４８が掛け渡され、さらにアーム４２に固定された前記駆動モータ５２の出力軸が後方ローラ４６の回転軸４７に連結されている。これにより、後方ローラ４６を介して前記研削ベルト４８が駆動モータ５２により駆動される、つまり研削ベルト４８が周方向に走行する構成となっている。なお、この実施形態では、回転軸５１及び駆動モータ５２等が本発明のベルト駆動手段に相当する。

研削ベルト４８は、ゴム又は樹脂材料からなるベルト母材の表面に、結合材によって砥粒が固定された断面円形のベルトであって、その断面中心回り全周に亘って砥粒が固定された構造を有している。これにより研削ベルト４８は、その全体が研削能力を有する。

前記テンションローラ５０は、両ガイドローラ４６，４６の間の位置であってこれらガイドローラ４６，４６の共通接線よりも内側に入り込んだ位置で研削ベルト４８に外側から接触し、これにより当該研削ベルト４８に所定の張力を付与する。

このテンションローラ５０は、前記アーム部４２ａ，４２ｂに回転可能に支持された回転軸５１に固定され、研削ベルト４８の走行に伴い当該回転軸５１と一体に回転する従動ローラであって外径が軸方向に一定とされた円柱状をなす。

なお、このテンションローラ５０の回転軸５１は、図１及び図２に示すように、その回転に伴い研削ベルト４８に対してその断面中心回りの外力を付与するように前記ガイドローラ４６，４６の回転軸４７と平行な軸線に対して傾いた軸回りに回転可能に支持されている。具体的には、鉛直方向に対して所定角度θだけＺ軸方向に傾いており、これによって、走行中の研削ベルト４８をその断面中心回りに徐々に回転させる。すなわち、図３に示すように、上記のように回転軸５１が傾いていることにより、研削ベルト４８の走行方向に対してテンションローラ５０の回転方向が傾いていることに加え、研削ベルト４８が砥粒により高摩擦係数を有し、テンションローラ５０との間に滑りが起きにくくなっている結果、研削ベルト４８のうちテンションローラ５０との接触部分には、当該テンションローラ５０の回転に伴いその走行方向と直交する方向（同図では下向き）成分の力が作用し、このような力が走行中に継続的に当該研削ベルト４８に作用することによって当該研削ベルト４８が徐々にその断面中心回りに回転することとなる。

次に、この研削装置の作用効果について説明する。

この研削装置による研削加工では、加工ヘッド４０をワーク２８（端面２８ａ）から引き離した状態でワーク駆動装置１２の主軸を駆動するとともに加工ヘッド４０の研削ベルト４８を駆動する。そして、ワーク駆動装置１２のＸ軸テーブル１６及び工具駆動装置１４のＺ軸テーブル３２をそれぞれ駆動し、ワーク２８を回転させながら、加工ヘッド４０の先端、すなわち研削ベルト４８のうち前方ローラ４６に掛け渡されている部分をワーク２８の端面２８ａに沿わせながらＸ軸方向一端側から他端側に向かって相対的に移動させる。これによりワーク２８の端面２８ａを研削ベルト４８により研削する。

このような研削装置によれば、断面円形の研削ベルト４８を走行させながら上記のようにこの研削ベルト４８のうち前方ガイドローラ４６に掛け渡された部分の外周面をワーク２８に接触させて加工を行うため、断面円弧状の縁部をもつカップ型の砥石車によりワークを加工する従来装置と同様にワーク２８の球面状の端面２８ａに対して工具（研削ベルト）を点接触させながら良好に加工を行うことができる。しかも、ベルト長を長く設定することにより耐用期間を長期的に確保することができる。従って、この研削装置によれば、上記のような従来のこの種の研削装置に比べて球面等の曲面加工をより長期的に連続して精度良く行うことができるという利点がある。

特に、この研削装置では、上記のように表面全体に砥石を備えた断面円形の研削ベルト４８を用い、走行中に、この研削ベルト４８をその断面中心回りに徐々に回転させることにより当該研削ベルト４８のうちワーク２８への接触位置を変更させるように構成されているので、研削ベルト４８に偏摩耗が生じ難く、従って、研削ベルト４８を交換することなくより長期的に加工を行うことが可能となる。しかも、この研削装置では、上記のように回転方向が研削ベルト４８の走行方向に対して傾いた状態でテンションローラ５０を研削ベルト４８に対してしてその外側から圧接させることにより当該研削ベルト４８をその断面中心回りに徐々に回転させる構成であるため、専用の動力を要することなく簡単な構成で上記のような作用効果を享受することができるという利点がある。

なお、以上説明した研削装置は、本発明にかかる研削装置の最良の実施形態の一例であってその具体的な構成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば上記実施形態では、研削ベルト４８として断面円形のものを用いているが、研削ベルト４８は、曲率の小さい断面円弧状の外周面及び内周面を備えた断面凸レンズ型のものであってもよい。この場合には、実施形態のように研削ベルト４８をその走行中に断面中心回りに徐々に回転させるとは不可能であるが、研削ベルト４８を一旦取り外し、その内周面と外周面とを反転させることにより研削ベルト４８を継続的に使用できる。そのため、研削ベルト４８の耐用期間を長期的に確保することが可能である。

また、実施形態では、当該研削ベルト４８のうちワーク２８への接触位置を変更する本発明の接触位置変更手段として、研削ベルト４８に対してその断面中心回りの外力を付与するようにガイドローラ４６の回転軸と平行な軸線に対して傾いた軸回りに回転可能なテンションローラ５０を設けているが、接触位置変更手段の具体的な構成はこれに限定されるものではない。例えば研削ベルト４８の両側にその走行方向と直交する軸回りに回転可能な一対の従動ローラを設けるとともに、これらガイドローラ４６を個別に移動させる機構を設け、研削ベルト４８の走行中にこれら従動ローラで研削ベルト４８を挟みながら前記走行方向と直交する方向であって互いに逆向きに当該従動ローラを移動させることにより研削ベルト４８にその断面中心回りの外力を与えるような構成を採用してもよい。

１２ワーク駆動装置
１４工具駆動装置
１６Ｘ軸テーブル
２０主軸台
２６チャック
２８ワーク
３２Ｚ軸テーブル
４０加工ヘッド
４６ガイドローラ
４８研削ベルト
５０テンションローラ

Claims

研削装置であって、
ワークを保持するワーク保持部と、ワークを研削するためのヘッドと、このヘッドを前記ワーク保持部に保持されたワークに対して相対的に移動させる移動手段とを備え、
前記ヘッドは、複数のガイドローラと、これらガイドローラに掛け渡される無端状の研削ベルトと、前記ガイドローラを回転駆動することにより前記研削ベルトをその周方向に走行させるベルト駆動手段とを備え、前記研削ベルトを走行させながら当該研削ベルトのうち前記ガイドローラに掛け渡された部分の外周面を前記ワークに接触させることにより当該ワークを加工するものであり、
前記研削ベルトは、断面円形でありかつその断面中心回りの全周に亘って前記砥粒が固定されているものであり、
当該研削装置は、さらに前記研削ベルトをその断面中心回りに回転させることにより当該研削ベルトのうち前記ワークへの接触位置を変更可能な接触位置変更手段を備えていることを特徴とする研削装置。
請求項１に記載の研削装置において、
前記接触位置変更手段は、前記複数のガイドローラのうち互いに隣接する一対の前記ガイドローラの間の位置で前記研削ベルトに外側から圧接して当該研削ベルトの走行に伴い回転する従動ローラであり、この従動ローラは、回転に伴い前記研削ベルトに対してその断面中心回りの外力を付与するように前記ガイドローラの回転軸と平行な軸線に対して傾いた軸回りに回転可能に支持されていることを特徴とする研削装置。