JP5780173B2

JP5780173B2 - 研削装置およびそれを用いた研削方法

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Publication number: JP5780173B2
Application number: JP2012028258A
Authority: JP
Inventors: 雅彦安部; 山田　尚史; 尚史山田; 裕二木村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2032-02-13
Also published as: JP2013163248A

Description

本発明は、ワークの溝の内壁を研削可能な研削装置およびそれを用いた研削方法に関する。

従来より、ワークの有する筒状の孔の径外方向に環状に凹む溝の内壁を研削する研削装置が知られている。研削装置は、回転可能なシャフトと、そのシャフトの端部から径外方向に延びる円盤状の砥石とを備える。ワークの溝に砥石を挿入し、シャフトとともに砥石を回転すると、ワークの溝の内壁が砥石によって研削される。

特開平７−１７１７５６号公報

しかしながら、ワークの溝の内壁を上述した円盤状の砥石によって研削すると、ワークの孔と溝とを接続する角部が直角に研削される。ワークの溝に例えばリング状または半リング状の相手方部材を嵌め込んで種々の製品に使用する場合、ワークの溝の内壁と相手方部材とが微小なすべり運動をすることがある。この場合、ワークの溝の内壁と相手方部材とが異常摩耗するおそれがある。

一方、特許文献１には、砥石を保持するホルダが記載されている。このホルダは、砥石を収容する溝の内壁にダイアモンド結晶体からなる薄片を固定している。これにより、経年変化によるホルダの溝の拡大を防いでいる。しかし、この特許文献１に記載の技術を使用しても、ワークの溝の内壁と相手方部材との異常摩耗を抑制することはできない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ワークの溝の内壁とその溝に嵌合される相手方部材との摩耗を低減するようにワークの溝の内壁を研削可能な研削装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明によると、ワークの有する筒状の孔の径外方向に環状に凹む溝の内壁を研削可能な研削装置は、回転体、ホルダ、シャフト、付勢手段、台座および砥石を備える。
回転駆動可能な回転体に筒状のホルダは固定される。
ホルダと共に回転するシャフトは、一端がホルダの内側でワークの孔の中心軸に対して平行に軸方向に往復移動可能に支持され、他端がホルダの外側に延びる。
付勢手段は、一端がホルダに係止され、他端がシャフトに係止され、ホルダに対してシャフトを軸方向の一方または他方へ付勢する。
円盤状の台座は、シャフトの他端から径外方向に延びる。
台座の回転軸方向の一方または他方に設けられた環状の砥石は、台座と共にワークの溝に挿入可能である。
付勢手段の付勢力によりワークの溝の内壁から砥石を経由して台座およびシャフトに応力が作用すると、ホルダの内壁とシャフトとの隙間によるシャフトの傾き、シャフトの靭性、又は台座の靭性の少なくともいずれか一つにより、砥石および台座は、ワークの孔の中心軸に垂直な平面に対して傾斜し、砥石がワークの孔と溝とを接続する角部を鈍角に研削可能である。

台座に砥石を取り付けたことで、砥石の割れが防がれるので、砥石の肉厚を薄くすることが可能である。このため、研削装置は、回転軸方向の幅が小さい溝の内壁を研削することができる。
また、砥石がワークの溝の内壁を研削するとき、砥石と台座がワークの孔の中心軸に垂直な平面に対して傾斜することで、ワークの孔と溝とを接続する角部が鈍角に研削される。したがって、ワークの溝に例えばリング状または半リング状の相手方部材を嵌め込んで種々の製品に使用した場合、ワークの溝の内壁と相手方部材との摩耗を抑制することができる。

本発明の第１実施形態による研削装置の断面図である。図１の要部拡大図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。本発明の第１実施形態による研削装置がワークを研削する状態を示す説明図である。図４のＶ方向の矢視図である。図５のＶＩ−ＶＩ線の断面図である。図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線の断面図である。図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線の断面図である。本発明の第１実施形態による研削装置が研削したワークが適用された高圧ポンプの要部断面図である。本発明の第１実施形態による研削装置が研削したワークの使用状態を示す説明図である。本発明の第２実施形態による研削装置の断面図である。本発明の第２実施形態による研削装置がワークを研削する状態を示す説明図である。本発明の第３実施形態による研削装置の断面図である。本発明の第４実施形態による研削装置がワークを研削する状態を示す説明図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による研削装置を図１〜図１０に示す。研削装置１は、ワークの溝の内壁の研削に用いられる。
図１に示すように、研削装置１は、回転体１０、ホルダ２０、シャフト３０、付勢手段としてのスプリング４０、先端部材５０および砥石６０を備える。
回転体１０は、工作機械の一種であり、図示しないモータ等の駆動力により、回転軸Ｏ₁を中心に回転可能である。
ホルダ２０は、筒状に形成され、回転体１０に固定される。ホルダ２０は、内側にスプリング４０を収容するスプリング収容部２１、および、そのスプリング収容部２１よりも内径が小さいシャフト支持部２２を有する。スプリング収容部２１とシャフト支持部２２との間に段差２３が設けられている。

シャフト３０は、一端がホルダ２０に往復移動可能に支持され、他端がホルダ２０の外側に延びている。シャフト３０の一端には、径外方向に環状に延びるフランジ部３１が設けられている。また、シャフト３０の一端には、フランジ部３１から軸方向に延びる突出部３２が設けられている。図３に示すように、突出部３２は、回転軸Ｏ₁に平行な平面部３３を有している。この平面部３３に回り止め部材２４が嵌め合わされている。突出部３２と回り止め部材２４とは軸方向に往復移動可能である。図１に示すように、回り止め部材２４は、ねじ２５によってホルダ２０に固定されている。これにより、シャフト３０はホルダ２０と共に回転可能である。
シャフト３０は、ホルダ２０のシャフト支持部２２に軸方向に往復移動可能に支持されている。すなわち、シャフト支持部２２の内壁とシャフト３０との間、および、平面部３３と回り止め部材２４との間には、僅かな隙間が設けられている。

ホルダ２０のスプリング収容部２１にスプリング４０が収容されている。スプリング４０は、一端がホルダ２０の段差２３に係止され、他端がシャフト３０のフランジ部３１に係止される。スプリング４０は、圧縮コイルスプリングであり、シャフト３０を回り止め部材側へ付勢している。

図１および図２に示すように、シャフト３０は先端に軸孔３４を有している。先端部材５０は、挿入部５１、円筒部５２および台座５３を有する。先端部材５０は、挿入部５１がシャフト３０の軸孔３４に挿入され、センターボルト５４によってシャフト３０に固定されている。先端部材５０の円筒部５２の外径とシャフト３０の外径とは略同一である。円筒部５２から径外方向に円盤状の台座５３が延びている。台座５３は、靭性を有する薄板から形成される。
台座５３の回転軸方向のホルダ側に円環状の砥石６０が接着材などにより固定されている。砥石６０は、例えば＃１２０〜＃２４０の超仕上げ砥石である。
なお、上述したホルダ２０、シャフト３０、スプリング４０、先端部材５０および砥石６０は、研削装置１の回転体１０に取り付け可能な研削工具を構成する。

次に、研削装置１によりワーク２の溝４を研削する方法を図４〜図８を参照して説明する。
図４および図５に示すように、研削装置１が研削するワーク２は、例えば熱処理がされたＨＲｃ５５〜６５の高硬度材である。ワーク２は、例えば切削加工などにより形成された円筒状の孔３と、その孔３から径外方向に凹む溝４を有する。ワーク２の溝４の幅Ａは、例えば２ｍｍである。ワーク２の溝４の深さＢは、例えば１．５〜２ｍｍである。
研削装置１の台座５３と砥石６０はワーク２の溝４に挿入可能である。研削装置１は、台座５３と砥石６０をワーク２の溝４に挿入した後、図４の矢印Ｃに示すように、回転体１０を軸方向に移動してホルダ２０を回転体側に引き上げる。これにより、スプリング４０の付勢力により、砥石６０がワーク２の溝４に押しつけられる。
研削装置１の砥石６０がワーク２の溝４の内壁５を研削するとき、研削装置１の回転軸Ｏ₁と、ワーク２の孔３の中心軸Ｏ₂とは径方向に離れた位置にある。図５の矢印Ｄに示すように、研削装置１は、回転体１０、ホルダ２０、シャフト３０、先端部材５０および砥石６０が、研削装置１の中心軸Ｏ₁を中心として回転する。また、図５の矢印Ｅに示すように、ワーク２は、孔３の中心軸Ｏ₂を中心として回転する。これにより、研削装置１の砥石６０によって、ワーク２の溝４の内壁５が周方向に連続して研削される。なお、上記の回転方向に規制はないものとする。
切削加工前のワーク２は、表面粗さが例えば▽▽▽レベルである。これを超仕上げ砥石６０による研削で例えば０．８ＲＺ以下の表面粗さに加工することが可能である。

図６は図５のＶＩ−ＶＩ線断面図であり、図７は図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図であり、図８は図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
図６に示すように、スプリング４０の付勢力によりワーク２の溝４の内壁５から砥石６０を経由して台座５３およびシャフト３０に応力が作用すると、シャフト３０はホルダ２０の内壁とシャフト３０との隙間分、僅かに傾く。また、シャフト３０はその靭性により僅かに湾曲する。そして台座５３もその靭性によりシャフト３０に対して僅かに傾く。このため、砥石６０と台座５３はワーク２の孔３の中心軸Ｏ₂に垂直な仮想平面Ｓに対して角度θ傾斜する。この状態で砥石６０が溝４の内壁５を研削すると、溝４の内壁５は例えば５〜１５μｍ程度テーパ状に研削される。
図７及び図８に示すように、スプリング４０の付勢力によりワーク２の溝４の内壁５から砥石６０を経由して台座５３に応力が作用すると、台座５３はその靭性により僅かに湾曲する。砥石６０と角部６とが当接する面の両端部に行くほど台座５３と砥石６０の湾曲は大きくなる。このため、ワーク２の孔３と溝４とを接続する角部６は、曲面状に研削される。

研削装置１によって研削されたワーク２が高圧ポンプ７０のハウジングに適用された例を図９に示す。
ワーク２の孔３には、吸入弁の弁ボディ７１が挿入される。弁ボディ７１は、ワーク２の溝４に嵌め込まれた２枚の半リング状の相手方部材７２と、加圧室７３側に設けられたスプリングワッシャ７４によってワーク２の孔３の内側に固定される。高圧ポンプ７０のプランジャ７５が軸方向に往復移動すると、吸入行程で弁ボディ７１の流路から加圧室７３に燃料が吸入され、または、調量行程で加圧室７３から弁ボディ７１の流路に燃料が排出される。このとき、燃料の動圧により弁ボディ７１がワーク２に対して微小なすべり運動をする。この弁ボディ７１に伴って相手方部材７２が運動することで、ワーク２の溝４の内壁５と相手方部材７２とが微小振幅のすべり運動をする。図１０の（Ａ）、（Ｂ）では、ワーク２の溝４の内壁５と相手方部材７２とのすべり振動を模式的に示している。この場合、ワーク２の溝４の内壁５および角部６と、相手方部材７２とがフレッティング摩耗することが考えられる。

しかし、本実施形態では、研削装置１は、ワーク２の孔３の中心軸に対してシャフト３０を傾けることの可能な隙間をホルダ２０の内壁とシャフト３０との間に有する。これにより、砥石６０がワーク２の溝４の内壁５を研削するとき、シャフト３０が傾き、砥石６０と台座５３がワーク２の孔３の中心軸に垂直な平面に対して傾斜する。このため、ワーク２の溝４の内壁５をテーパ状に研削することができる。したがって、ワーク２の孔３の内壁と溝４の内壁５とのなす角が鈍角になるので、ワーク２の溝４の内壁５および角部６と、相手方部材７２との摩耗を抑制することができる。

本実施形態では、シャフト３０は、ワーク２の溝４の内壁５から砥石６０および台座５３を経由してシャフト３０に作用する応力の方向に湾曲する靭性を有する。これにより、砥石６０がワーク２の溝４の内壁５を研削するとき、シャフト３０が湾曲し、砥石６０と台座５３がワーク２の孔３の中心軸に垂直な平面に対して傾斜する。このため、ワーク２の溝４の内壁５をテーパ状に研削することができる。

本実施形態では、台座５３は、スプリング４０の付勢力によりワーク２の溝４の内壁５から砥石６０を経由して台座５３に作用する応力の方向に湾曲する靭性を有する。これにより、砥石６０がワーク２の溝４の内壁５を研削するとき、ワーク２の孔３と溝４とを接続する角部６を曲面状に研削することが可能になる。このため、ワーク２の溝４の内壁５および角部６と、相手方部材７２との摩耗を確実に抑制することができる。
しかも、本実施形態では、ワーク２の溝４の内壁５をテーパ状に研削し、且つ、ワーク２の孔３と溝４とを接続する角部６が曲面状に研削する加工を一工程で行うことが可能である。したがって、製造工程を簡素にすることで、製造コストを低減することができる。

本実施形態では、台座５３に砥石６０を取り付けたことで、砥石６０の割れが防がれるので、砥石６０の肉厚を薄くすることが可能である。このため、幅が小さい溝４の内壁５を研削することが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による研削装置を図１１および図１２に示す。
第２実施形態では、砥石６１が台座５３のホルダ２０と反対側に固定されている。
スプリング４０は、一端がシャフト３０のフランジ部３１に係止され、他端が回り止め部材２４に係止されている。スプリング４０は、シャフト３０を回り止め部材２４と反対側へ付勢している。
研削装置は、ワーク２の溝４のホルダ２０と反対側の内壁７を研削する。この場合、図１１の矢印Ｆに示すように、スプリング４０の付勢力により、砥石６１がワーク２の溝４のホルダ２０と反対側の内壁７に押しつけられる。
スプリング４０の付勢力によりワーク２の溝４の内壁７から砥石６１を経由して台座５３およびシャフト３０に応力が作用すると、シャフト３０は、ホルダ２０の内壁とシャフト３０との隙間分僅かに傾くとともに、その靭性により僅かに湾曲する。台座５３も、その靭性によりシャフト３０に対して傾く。このため、溝４の内壁７はテーパ状に研削される。
また、スプリング４０の付勢力によりワーク２の溝４の内壁７から砥石６１を経由し、台座５３に応力が作用すると、台座５３はその靭性により僅かに湾曲する。このため、ワーク２の孔３と溝４とを接続する角部８が曲面状に研削される。
第２実施形態では、ワーク２の溝４のホルダ２０と反対側の内壁７および角部８と、相手方部材７２との摩耗を抑制することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による研削装置を図１３に示す。
第３実施形態では、砥石が第１砥石６０と第２砥石６１から構成される。第１砥石６０は台座５３のホルダ側に固定され、第２砥石６１は台座５３のホルダ２０と反対側に固定されている。
また、スプリングは第１スプリング４１および第２スプリング４２から構成される。第１スプリング４１は、一端がシャフト３０のフランジ部３１に係止され、他端が回り止め部材２４に係止されている。第１スプリング４１は、シャフト３０を回り止め部材２４と反対側へ付勢している。
第２スプリング４２は、一端がホルダ２０のスプリング収容部２１とシャフト支持部２２との段差２３に係止され、他端がシャフト３０のフランジ部３１に係止される。第２スプリング４２は、シャフト３０を回り止め部材側へ付勢している。
第３実施形態の研削装置は、ワーク２の溝４のホルダ側の内壁５を研削可能であるとともに、ワーク２の溝４のホルダ２０と反対側の内壁７を研削可能である。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による研削装置を図１４に示す。
上述した実施形態では、研削装置１の砥石６０がワーク２の溝４の内壁５を研削するとき、ワーク２が孔３の中心軸Ｏ₂を中心として回転するようにした。
これに対し、第４実施形態では、ワークを固定して研削を行う。図１４の矢印Ｇ，Ｈに示すように、研削装置は、中心軸Ｏ₁を中心とした回転（自転）機能と、中心軸Ｏ₂を中心とした回転（公転）機能とを併せ持つ。この研削装置１の砥石６０によって、ワーク２の溝４の内壁５は周方向に連続して研削される。なお、研削装置１の回転方向に規制はないものとする。
第４実施形態においても、第１〜第３実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、ワークの有する筒状の孔から径外方向に環状に凹む溝の内壁の研削に用いられる研削装置について説明した。これに対し、他の実施形態では、研削装置は、ワークの平面に直線状に延びる溝の内壁の研削に用いるものであってもよい。
上述した実施形態では、シャフトと先端部材とを別体で構成した。これに対し、他の実施形態では、シャフトと先端部材とを一体で構成してもよい。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１・・・研削装置
１０・・・回転体
２０・・・ホルダ
３０・・・シャフト
４０、４１、４２・・・スプリング（付勢手段）
５３・・・台座
６０、６１・・・砥石

Claims

ワーク（２）の有する筒状の孔（３）からその孔の径外方向に環状に凹む溝（４）の内壁（５，７）を研削可能な研削装置（１）であって、
回転駆動可能な回転体（１０）と、
前記回転体に固定される筒状のホルダ（２０）と、
一端が前記ホルダの内側で前記ワークの前記孔の中心軸（Ｏ ₂ ）に対して平行に軸方向に往復移動可能に支持され、他端が前記ホルダの外側に延び、前記ホルダと共に回転するシャフト（３０）と、
一端が前記ホルダに係止され、他端が前記シャフトに係止され、前記ホルダに対して前記シャフトを軸方向の一方または他方へ付勢する付勢手段（４０，４１，４２）と、
前記シャフトの他端から径外方向に延びる円盤状の台座（５３）と、
前記台座の回転軸方向の一方または他方に設けられ、前記台座と共に前記ワークの前記溝に挿入可能な環状の砥石（６０，６１）と、を備え、
前記付勢手段の付勢力により前記ワークの前記溝の内壁から前記砥石を経由して前記台座および前記シャフトに応力が作用すると、前記ホルダの内壁と前記シャフトとの隙間による前記シャフトの傾き、前記シャフトの靭性、又は前記台座の靭性の少なくともいずれか一つにより、前記砥石および前記台座は、前記ワークの前記孔の中心軸（Ｏ₂）に垂直な平面（Ｓ）に対して傾斜し、前記砥石が前記ワークの前記孔と前記溝とを接続する角部を鈍角に研削可能なことを特徴とする研削装置。
前記砥石および前記台座の外径は、前記ワークの前記孔の内径よりも小さく、
前記砥石が前記ワークの前記溝の内壁を研削するとき、前記ワークの前記孔の中心軸と前記シャフトの中心軸（Ｏ₁）とは離れた位置にあることを特徴とする請求項１に記載の研削装置。
前記付勢手段の付勢力により前記ワークの前記溝の内壁から前記砥石及び前記台座を経由して前記シャフトに応力が作用すると、前記ホルダの内壁と前記シャフトとの隙間の分、前記シャフトが前記ワークの前記孔の中心軸に対して傾くことを特徴とする請求項１または２に記載の研削装置。
前記シャフトは、前記付勢手段の付勢力により前記ワークの前記溝の前記内壁から前記砥石および前記台座を経由して応力が作用すると、その応力が作用した方向に湾曲する靭性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の研削装置。
前記台座は、前記付勢手段の付勢力により前記ワークの前記溝の内壁から前記砥石を経由して応力が作用すると、その応力が作用した方向に湾曲する靭性を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の研削装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載した研削装置を用いて前記ワークの前記溝の内壁を研削する研削方法であって、
前記付勢手段の付勢力によって前記ワークの前記溝の内壁から前記砥石に作用する応力により、前記砥石および前記台座を前記ワークの前記孔の中心軸に垂直な平面に対して傾斜させた状態で前記ワークの前記溝の内壁を研削する研削方法。
ワークの有する筒状の孔からその孔の径外方向に環状に凹む溝の内壁を研削可能な研削装置の備える回転駆動可能な回転体に取り付けられる研削工具であって、
前記回転体に固定される筒状のホルダと、
一端が前記ホルダの内側で前記ワークの前記孔の中心軸に対して平行に軸方向に往復移動可能に支持され、他端が前記ホルダの外側に延び、前記ホルダと共に回転する前記シャフトと、
一端が前記ホルダに係止され、他端が前記シャフトに係止され、前記ホルダに対して前記シャフトを軸方向の一方または他方へ付勢する付勢手段と、
前記シャフトの他端から径外方向に延びる円盤状の台座と、
前記台座の回転軸方向の一方または他方に設けられ、前記台座と共に前記ワークの前記溝に挿入可能な環状の砥石と、を備え、
前記付勢手段の付勢力により前記ワークの前記溝の内壁から前記砥石を経由して前記台座および前記シャフトに応力が作用すると、前記ホルダの内壁と前記シャフトとの隙間による前記シャフトの傾き、前記シャフトの靭性、又は前記台座の靭性の少なくともいずれか一つにより、前記砥石および前記台座は、前記ワークの前記孔の中心軸に垂直な平面に対して傾斜し、前記砥石が前記ワークの前記孔と前記溝とを接続する角部を鈍角に研削可能なことを特徴とする研削工具。