JP6369649B1 - フィルムラップ加工装置 - Google Patents

Abstract

駆動力を抑えた効率のよいオシレーション加工が実施可能なフィルムラップ加工装置を提供する【課題】本発明にかかるフィルムラップ加工装置１００の代表的な構成は、ボールねじのねじ軸１０４のボール溝１０６を研磨フィルム１０２で研磨するものであり、ねじ軸１０４を保持するワーク保持部１１０と、研磨フィルム１０２を保持する加工ユニット１１２と、を備える。ワーク保持部１１０は、ねじ軸１０４を回転させる回転機構１５０と、ねじ軸１０４を軸方向に揺動させるオシレーション機構１６２とを有する。加工ユニット１１２は、円盤状で周方向をボール溝１０６のリード角に沿わせた姿勢となってボール溝１０６に研磨フィルム１０２を押し当てるバックアップローラ１２８と、バックアップローラ１２８を保持しつつバックアップローラ１２８をねじ軸１０４の揺動に追従させる従動軸１６４と、を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじのねじ軸のボール溝を研磨フィルムで研磨するフィルムラップ加工装置に関するものである。

金属部品（例えばボールねじ）の研磨方法として、フィルムラップ加工が知られている。フィルムラップ加工とは、表面に砥粒が塗布された研磨フィルムを用いて行う研磨方法である。古くからの研磨方法としては、砥石やバフ（羽布）を用いる方法が知られている。しかしながら、精密な研磨を行うにあたって、砥石は加工対象物との均一な接触が難しいうえ割れや欠けが発生しやすく、バフは材質が柔らかいため接触させやすいものの研磨力の小ささがネックになる。フィルムラップ加工であれば、研磨フィルムの粒度や、研磨フィルムを押し当てるバックアップ材などを適宜選択し、均一で精度の高い研磨を行うことができる。

特許文献１には、フィルムラップ加工として、ボールねじの研磨装置が開示されている。この研磨装置では、研磨テープＴを圧接ロールＲでねじ軸のボール溝Ｂに接触させることに加え、圧接ロールＲを縦横に揺振（オシレーション）させ、これらによってボール溝の表面あらさを向上させている。

特開２０１７−１２１６８９号公報

現在、精密部品の製造現場などにおいて研磨工程のさらなる精度向上が求められていて、上記オシレーション加工も有効に活用されている。しかしながら、特許文献１の構成では、研磨テープを保持する加工機側を揺動させている。加工機は、テープ移送機構などの多くの機械要素が詰まっていて、相応の大きさおよび重量を有している。この場合、大きくて重い加工機を揺動させるためには大きな駆動力が必要になり、また、揺動が他の機械要素に影響を与えないよう配慮しなくてはならない。

本発明は、このような課題に鑑み、駆動力を抑えた効率のよいオシレーション加工が実施可能なフィルムラップ加工装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかるフィルムラップ加工装置の代表的な構成は、ボールねじのねじ軸のボール溝を研磨フィルムで研磨するフィルムラップ加工装置において、ねじ軸を保持するワーク保持部と、研磨フィルムを保持する加工ユニットと、を備え、ワーク保持部は、ねじ軸を回転させる回転機構と、ねじ軸を軸方向に揺動させるオシレーション機構と、を有し、加工ユニットは、円盤状で周方向をボール溝のリード角に沿わせた姿勢となってボール溝に研磨フィルムを押し当てるバックアップローラと、バックアップローラを保持しつつバックアップローラをねじ軸の揺動に追従させる従動軸と、を有することを特徴とする。

上記構成によれば、加工対象物（ワーク）であるねじ軸自体を揺動させることで、バックアップローラすなわち加工ユニット側を揺動させる場合に比べて、小さな駆動力で済ませることができる。したがって、加工ユニットはバックアップローラによる研磨フィルムの押付動作に注力することができ、より効率のよい精密な研磨を行うことが可能になる。

上記のワーク保持部はさらに、ねじ軸をその回転に同期して軸方向に移動させるワーク移動機構を有してもよい。この構成によって、ねじ軸の全体を効率よく研磨することが可能になる。

当該フィルムラップ加工装置はさらに、加工ユニットをねじ軸の回転に同期してねじ軸の軸方向に移動させるユニット移動機構を備えてもよい。この構成によっても、ねじ軸の全体を効率よく研磨することが可能になる。

上記のバックアップローラは、少なくとも外周部分が軟質材で形成されているとよい。バックアップローラに適度な柔軟性をもたらすことで、研磨フィルムをボール溝に効率よく接触させることができる。

上記の加工ユニットはさらに、研磨フィルムをバックアップローラ上に送り出すフィルム送出機構を有してもよい。この構成によって、消耗した研磨フィルムを適宜移動させ、効率よく研磨することが可能になる。

本発明によれば、駆動力を抑えた効率のよいオシレーション加工が実施可能なフィルムラップ加工装置を提供することが可能になる。

本発明の第１実施形態に係るフィルムラップ加工装置の概要を示した図である。 加工ユニットを各方向から示した図である。 加工ユニットのヘッドの拡大図である。 加工ユニットの本体部を広く拡大した図である。 ワーク保持部を拡大して示した図である。 オシレーション加工の様子を概略的に示した図である。 本発明の第２実施形態に係るフィルムラップ加工装置の概要を示した図である。 第１実施形態および第２実施形態に係る変形例のフィルムラップ加工装置を示した図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るフィルムラップ加工装置（以下、加工装置１００）の概要を示した図である。当該加工装置１００は、研磨フィルム１０２を用いてボールねじのねじ軸１０４のボール溝１０６（図６（ａ）等参照）を研磨する工作機械である。

加工装置１００は、おおまかに、テーブル１０８を基礎として、加工対象物（ワーク）であるねじ軸１０４を保持するワーク保持部１１０と、研磨フィルム１０２を保持してこれをねじ軸１０４に当てる加工ユニット１１２とを備えている。当該加工装置１００は、ねじ軸１０４にオシレーション加工による研磨を施すことを可能にしているが、オシレーションに関する動作は主にワーク保持部１１０側によって行う。なお、以下に説明する加工ユニット１１２やワーク保持部１１０の動作は、コンピュータ制御によって行うことが可能である。

図２は、加工ユニット１１２を各方向から示した図である。図２（ａ）は、図１と同じ方向から加工ユニット１１２を示している。加工ユニット１１２は、テーブル１０８に固定された土台部１１２ｂの上に、ヘッド１１４やフィルム送出機構１１６などを有する本体部１１２ａが設けられた構成となっている。土台部１１２ｂと本体部１１２ａとの間には、エアシリンダ１１８やレール１２０等を含んだ押圧機構１２２が備えられている。ねじ軸１０４を加工する際には、ねじ軸１０４にヘッド１１４が接触するよう、本体部１１２ａは押圧機構１２２によってねじ軸１０４側へ移動する。

図２（ｂ）は、図２（ａ）とは反対側から加工ユニット１１２を示した図である。土台部１１２ｂと本体部１１２ａとの間には、傾斜機構１２４としてヒンジ１２６が設けられている。傾斜機構１２４は、後述するバックアップローラ１２８のねじ軸１０４に対する角度を変えるための機構である。この傾斜機構１２４の一部として、ヒンジ１２６は土台部１１２ｂに対する本体部１１２ａの角度を変化させる。ヒンジ１２６によって本体部１１２ａの角度を変えることで、研磨フィルム１０２をねじ軸１０４のボール溝１０６に的確に接触させることが可能になる。

図３は、加工ユニット１１２のヘッド１１４の拡大図である。ヘッド１１４は、先端のバックアップローラ１２８と、これを支える各種のフレームや軸などで構成されている。

バックアップローラ１２８は、研磨フィルム１０２をねじ軸１０４に押し当てる円盤状の部位である。バックアップローラ１２８は、後述する従動フレーム１６６に回転軸１３０で接続されていて、その外周面で研磨フィルム１０２をねじ軸１０４のボール溝１０６に押し当てる。

バックアップローラ１２８は、回転軸１３０の設けられる中央部分は金属で構成されてもよいが、少なくとも外周部分１３２は軟質材（例えばウレタン）で形成されていると好適である。素材に軟質材を用いることで、外周部分１３２に適度な柔軟性をもたらすことができ、これによって研磨フィルム１０２をボール溝１０６により均一に効率よく接触させることが可能になる。

バックアップローラ１２８が設けられた従動フレーム１６６は先端フレーム１３４に支えられていて、この先端フレーム１３４は支持軸１３６を介して中間フレーム１３８に接続されている。支持軸１３６は、先端フレーム１３４の角度の調節用の支点となる軸であり、先端フレーム１３４ごとバックアップローラ１２８の角度を変える。この支持軸１３６は、前述したヒンジ１２６（図２（ｂ）参照）を含む傾斜機構１２４の一部でもある。バックアップローラ１２８は、支持軸１３６を含む傾斜機構１２４の制御を受け、その周方向をねじ軸１０４のボール溝１０６のリード角に沿わせた姿勢となることができ、研磨フィルム１０２をボール溝１０６に高い精度で効率よく押し当てることが可能になっている。

中間フレーム１３８は、本体部１１２ａを広く構成する本体フレーム１４０に対して、シリンダ１４２を介して接続されている。シリンダ１４２は、ヘッド１１４のうち中間フレーム１３８から先を、バックアップローラ１２８がねじ軸１０４に接触するよう移動させる。このシリンダ１４２は、前述したエアシリンダ１１８（図２（ａ）参照）などを含む押圧機構１２２の一部でもある。バックアップローラ１２８は、シリンダ１４２を含む押圧機構１２２の制御を受けることによっても、研磨フィルム１０２をボール溝１０６に高い精度で効率よく押し当てることが可能になっている。

図４は、加工ユニット１１２の本体部１１２ａを広く拡大した図である。フィルム送出機構１１６は、本体フレーム１４０に設けられた供給スプール１４４と巻取スプール１４６、および複数のプーリ１４８を含んで構成されている。フィルム送出機構１１６によって、研磨フィルム１０２は供給スプール１４４から各プーリ１４８を介してバックアップローラ１２８上に送り出され、消耗するにしたがって巻取スプール１４６へと巻き取られる。加工ユニット１１２は、フィルム送出機構１１６が消耗した研磨フィルム１０２を適宜移動させることによって、ねじ軸１０４を効率よく研磨することが可能になる。

図５は、ワーク保持部１１０を拡大して示した図である。ワーク保持部１１０は、対になるヘッドストック１１０ａとテールストック１１０ｂを有していて、これらヘッドストック１１０ａとテールストック１１０ｂとの間にてねじ軸１０４を保持する。

ワーク保持部１１０は、回転機構１５０として、ヘッドストック１１０ａにワーク回転モータ１５２を備えていて、ねじ軸１０４を周方向に回転させながら加工ユニット１１２に接触させる。回転機構１５０には、ワーク回転モータ１５２の他、ねじ軸１０４を把持しつつ回転するチャック１５４やセンタ１５６なども含まれる。

ワーク保持部１１０は、ワーク移動機構１５８として、テーブル１０８に設けられたワーク移動レール１６０と不図示の移動用モータを有している。これによって、ヘッドストック１１０ａおよびテールストック１１０ｂは、ワーク移動レール１６０に沿ってねじ軸１０４の長手方向（軸方向）に移動することが可能になっている。ワーク移動機構１５８による移動は、回転機構１５０によるねじ軸１０４の回転に同期し、ねじ軸１０４のボール溝１０６のリードに合せて行われる。ワーク移動機構１５８を備えることによって、ねじ軸１０４の全体を効率よく研磨することが可能になる。

そして本発明の特徴のひとつとして、ワーク保持部１１０は、ねじ軸１０４を軸方向に揺動させるオシレーション機構１６２も備えている。オシレーション機構１６２は、例えばヘッドストック１１０ａのチャック１５４の根本付近の内部に設けられたオシレートモータや偏心カム（共に図示省略）などによって実現される。また、オシレーション機構１６２には、テールストック１１０ｂの内部のスプリング（図示省略）なども含まれる。これら構成のオシレーション機構１６２によって、ねじ軸１０４はヘッドストック１１０ａとテールストック１１０ｂとの間で軸方向に細かく往復揺動することが可能になっている。

図６は、オシレーション加工の様子を模式的に示した図である。図６（ａ）は、オシレーション機構１６２（図５参照）の稼働前の様子を示している。本実施形態では、バックアップローラ１２８は従動軸１６４を介して先端フレーム１３４（図３参照）に保持されている。詳しく図３を参照すると、バックアップローラ１２８は従動フレーム１６６に設けられていて、この従動フレーム１６６は従動軸１６４を介して先端フレーム１３４に接続されている。これらによって、バックアップローラ１２８は、従動軸１６４を中心にして、先端フレーム１３４に対して回転するように動くことが可能になっている。

図６（ｂ）は、オシレーション機構１６２（図５参照）の稼働時の様子を示している。オシレーション機構１６２によって、ねじ軸１０４は軸方向に細かく往復揺動する。このとき、バックアップローラ１２８が従動軸１６４に保持されていることによって、バックアップローラ１２８は従動軸１６４を中心にしてねじ軸１０４の揺動に追従するよう小刻みに動くことができる（この動きを「従動」と呼ぶ）。これら構成によって、バックアップローラ１２８は、ねじ軸１０４のボール溝１０６の円弧方向に研磨フィルム１０２（図３等の各図参照）をこすり付け、ボール溝１０６を効率よく研磨することが可能になる。具体的には、ねじ軸１０４はオシレーションと共に回転および軸方向に移動するため、ボール溝１０６はジグザグのラインで研かれていく。

本実施形態の構成によれば、まず、ワーク保持部１１０（図５参照）側にオシレーション機構１６２を搭載し、加工対象物（ワーク）であるねじ軸１０４自体を揺動させているため、バックアップローラ１２８すなわち加工ユニット１１２側を揺動させる場合に比べて、小さな駆動力で済ませることができる。そして、オシレーション機構１６２がワーク保持部１１０側で実施されていることで、加工ユニット１１２は押圧機構１２２（図２（ａ）参照）や傾斜機構１２４（図２（ｂ）参照）、さらにはフィルム送出機構１１６などを実装して、バックアップローラ１２８による研磨フィルム１０２の押付動作に注力することが可能になっている。

そして、上述したように、本実施形態ではワーク保持部１１０側のオシレーション機構１６２と、加工ユニット１１２側によるバックアップローラ１２８の従動とによって、図６（ｂ）のボール溝１０６の円弧方向に研磨フィルム１０２を往復揺動させながらジグザグに研ぐことが可能になり、これによってボール溝１０６の面粗さを効率的に改善することができる。したがって、本実施形態であれば、ねじ軸１０４を高精度に研磨し仕上げることができ、ボールねじの長寿命化や騒音の低減などを図ることが可能になる。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係るフィルムラップ加工装置（以下、加工装置２００）の概要を示した図である。なお、以降の記載において、既に説明した構成要素については、同じ符号を付することによって、その説明を省略する。また、既に説明した構成要素と同じ名称の構成要素は、異なる符号が付されていても、同じ構成および機能を有するものとする。

加工装置２００は、図１等に示した加工装置１００と異なり、ワーク保持部１１０ではなく加工ユニット１１２がねじ軸１０４の軸方向に移動する構成となっている。具体的には、加工装置２００は、ユニット移動機構２０２として、テーブル１０８に設けられたユニット移動レール２０４と不図示の移動用モータを有している。これによって、加工ユニット１１２は、ユニット移動レール２０４に沿ってねじ軸１０４の軸方向に移動することが可能になっている。このときの加工ユニット１１２の移動も、ワーク保持部１１０の回転機構１５０によるねじ軸１０４の回転に同期し、ねじ軸１０４のボール溝１０６のリードに合わせて行われる。

このように、当該加工装置２００であっても、ユニット移動機構２０２を利用してねじ軸１０４の全体を効率よく研磨することが可能である。特に、ユニット移動レール２０４は、ねじ軸１０４の両端のヘッドストック１１０ａおよびテールストック１１０ｂを移動させるワーク移動レール１６０（図１参照）に比べて短くて済むため、加工装置２００の全体構成の小型化に役立てることができる。

（変形例）
図８は、第１実施形態および第２実施形態に係る変形例のフィルムラップ加工装置（以下、加工装置３００）を示した図である。加工装置３００は、第１実施形態の加工装置１００および第２実施形態の加工装置２００を代表して、加工装置１００の変形例として示している。

加工装置３００では、加工ユニット１１２が複数、計４台設けられている（加工ユニット１１２および他の加工ユニット３０２ａ〜３０２ｃ）。加工ユニット３０２ａ〜３０２ｃは、設置する向きが異なっているのみで、加工ユニット１１２と同じ構成である。具体的には、加工ユニット１１２のねじ軸１０４の反対側に加工ユニット３０２ａが設けられ、加工ユニット３０２ｂのねじ軸１０４の反対側に加工ユニット３０２ｃが設けられている。

また、加工装置３００では、各加工ユニットに使用する研磨フィルム１０２の種類を異ならせることも可能である。例えば、ワーク移動機構１５８の上手から下手に向かって、各加工ユニットの研磨フィルムを順に粒度の小さいものにすることで、一度の動作で粗削りから仕上げまでを行うことが可能になる。これら複数台の加工ユニット１１２、３０２ａ〜３０２ｃによる研磨は、第２実施形態の加工装置２００でも実施することができる。加えて、さらに複数の加工ユニットを設けることもでき、これら構成によってねじ軸１０４を効率よくさらに精密に研きあげることが可能になる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、ボールねじのねじ軸のボール溝を研磨フィルムで研磨するフィルムラップ加工装置に利用することができる。

１００…第１実施形態の加工装置、１０２…研磨フィルム、１０４…ねじ軸、１０６…ボール溝、１０８…テーブル、１１０…ワーク保持部、１１０ａ…ヘッドストック、１１０ｂ…テールストック、１１２…加工ユニット、１１２ａ…本体部、１１２ｂ…土台部、１１４…ヘッド、１１６…フィルム送出機構、１１８…エアシリンダ、１２０…レール、１２２…押圧機構、１２４…傾斜機構、１２６…ヒンジ、１２８…バックアップローラ、１３０…回転軸、１３２…外周部分、１３４…先端フレーム、１３６…支持軸、１３８…中間フレーム、１４０…本体フレーム、１４２…シリンダ、１４４…供給スプール、１４６…巻取スプール、１４８…プーリ、１５０…回転機構、１５２…ワーク回転モータ、１５４…チャック、１５６…センタ、１５８…ワーク移動機構、１６０…ワーク移動レール、１６２…オシレーション機構、１６４…従動軸、１６６…従動フレーム、２００…第２実施形態の加工装置、２０２…ユニット移動機構、２０４…ユニット移動レール、３００…変形例の加工装置、３０２ａ〜３０２ｃ…他の加工ユニット

Claims (5)

1. ボールねじのねじ軸のボール溝を研磨フィルムで研磨するフィルムラップ加工装置において、
   前記ねじ軸を保持するワーク保持部と、
   前記研磨フィルムを保持する加工ユニットと、
   を備え、
   前記ワーク保持部は、
   前記ねじ軸を回転させる回転機構と、
   前記ねじ軸を軸方向に揺動させるオシレーション機構と、
   を有し、
   前記加工ユニットは、
   円盤状で周方向を前記ボール溝のリード角に沿わせた姿勢となって該ボール溝に前記研磨フィルムを押し当てるバックアップローラと、
   前記バックアップローラを保持しつつ該バックアップローラを前記ねじ軸の揺動に追従させる従動軸と、
   を有することを特徴とするフィルムラップ加工装置。
2. 前記ワーク保持部はさらに、前記ねじ軸をその回転に同期して軸方向に移動させるワーク移動機構を有することを特徴とする請求項１に記載のフィルムラップ加工装置。
3. 当該フィルムラップ加工装置はさらに、前記加工ユニットを前記ねじ軸の回転に同期して該ねじ軸の軸方向に移動させるユニット移動機構を備えることを特徴とする請求項１に記載のフィルムラップ加工装置。
4. 前記バックアップローラは、少なくとも外周部分が軟質材で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のフィルムラップ加工装置。
5. 前記加工ユニットはさらに、前記研磨フィルムを前記バックアップローラ上に送り出すフィルム送出機構を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のフィルムラップ加工装置。

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