JP6476908B2

JP6476908B2 - 加工装置

Info

Publication number: JP6476908B2
Application number: JP2015011167A
Authority: JP
Inventors: 篤久野; 和司水谷; 文一平川; 健二大垣
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2035-01-23
Also published as: JP2016135463A

Description

本発明は、ワークに対して超仕上げ加工を行うための加工装置に関する。

従来、ワークに対して超仕上げ加工を行うために、回転しているワークの加工対象面に砥石を接触させつつ、その砥石を振動させている。例えば、円すいころ軸受の円すいころをワークとする場合、その外周面に対して超仕上げ加工が行われる。この場合、回転する円すいころの外周面に砥石を接触させつつ、その砥石を外周面の母線に平行な方向に沿って振動させる。

超仕上げ加工を行うための加工装置として、図５に示すものがある。この加工装置は、砥石９１を振動させるための機構として、ベース材９０、モータ９２、モータ９２により回転する偏心カム９３、砥石９１を保持する砥石台９８、及び砥石台９８を搭載している可動体９４を備えている。可動体９４は、ベース材９０において往復移動可能として支持されており、偏心カム９３の回転運動を可動体９４の往復運動に変換することで砥石９１を振動させている。このような偏心カム９３を用いて砥石９１を振動させる構成を備えている加工装置として、特許文献１に記載のものがある。

また、図５に示す加工装置は、更に、第１の前記偏心カム９３と共にモータ９２の出力軸９２ａに取り付けられている第２の偏心カム９５、ベース材９０に往復移動可能として支持されている第２の可動体９６、及び第２の可動体９６と一体であるカウンタウエイト９７を備えている。
第１の偏心カム９３と第２の偏心カム９５とは回転位相が１８０度異なっており、砥石台９８等を搭載する第１の可動体９４側の振動を打ち消すことを目的として、第２の偏心カム９５により第２の可動体９６及びカウンタウエイト９７を、第１可動体９４側の位相と反対の位相で、往復運動させる構成となっている。

特開２００４−２０９６３１号公報

超仕上げ加工の作業効率を向上させるためには、砥石９１の振動数を高くすればよいが、図５に示す構成の場合、振動数の上限は２０Ｈｚ程度であり、振動数は低い。したがって、砥石９１の振動数を高めることによる作業効率の向上には限界がある。

また、図５に示す構成の場合、砥石台９８を昇降させるためのシリンダー９９も第１の可動体９４に搭載されており、この可動体９４側において振動させるユニットの質量が大きくなっている。そして、この第１の可動体９４側の振動を打ち消すために、これに相当する質量のカウンタウエイト９７が第２の可動体９６側において必要である。このため、装置が大型化し、また、偏心カム９３，９５の回転運動を、第１可動体９４及び第２可動体９６の往復運動に変換する構成であることから、不要な方向の振動成分が生じやすい。特に砥石９１の振動方向と異なる方向の不要な振動成分が生じると、ワークに傷を付けたり、砥石９１が破損するおそれがある。

そこで、本発明の加工装置は、加工効率の向上が可能であり、かつ、砥石を振動させるための機構部を軽量化することを目的とする。

本発明の加工装置は、ワークを支持する支持機構と、前記支持機構により支持されるワークに接触させる砥石と、前記砥石を保持する砥石台と、前記ワークと前記砥石との接触方向に交差する加工方向に沿って往復移動可能でかつ前記接触方向に移動不能として前記砥石台を支持するガイド部と、圧電素子、及び当該圧電素子の動作により振動する振動子を有しているアクチュエーターと、前記振動子と前記砥石台とを連結し当該振動子の振動を当該砥石台に伝達することにより当該砥石台を前記加工方向に沿って往復移動させるための連結部とを備えている。

本発明によれば、ワークに砥石を接触させた状態で、アクチュエーターの発振により、その砥石を加工方向に沿って往復移動させることができ、これによりワークの加工が可能となる。しかも、アクチュエーターは圧電素子を有して構成されていることから、従来よりも高い振動数で砥石を動作させることができ、加工効率を高めることが可能となり、また、従来のようなカウンタウエイトが不要となり、砥石を振動させるための機構部を軽量化することができ、従来のような不要な方向の振動発生を抑制することが可能となる。また、ガイド部は、ワークと砥石との接触方向に砥石台を移動不能として支持することから、加工の際に砥石がワークから反力を受けても、砥石がワークから逃げるのを防ぐことができ、作業効率の低下を防止することが可能となる。なお、このような構成であっても、アクチュエーターの振動子と砥石台とが連結部により連結されていることで、砥石台を加工方向に沿って往復移動させることが可能となる。

また、前記連結部は、前記振動子の振動ストロークを増幅させて当該振動を前記砥石台に伝達するリンク部材からなるのが好ましい。
アクチュエーターにおいて圧電素子による振動子の振動ストロークは小さいが、この連結部によれば、砥石台（砥石）の振動ストロークを大きくすることが可能となる。

また、前記加工装置は、前記連結部に弾性力を付与する弾性部材を更に備え、前記連結部に前記弾性力が付与されている状態で前記アクチュエーターは前記連結部を介して前記砥石台を振動させるのが好ましい。
前記のとおり、アクチュエーターにおいて圧電素子による振動子の振動ストロークは小さい。また、連結部は振動子及び砥石台と連結されているが、その連結部分では製造上の寸法公差等によって隙間が生じる。このため、振動子のストロークが前記隙間よりも小さい場合は特に、連結部は振動子の振動を砥石台に効率よく伝達することができなくなることがある。しかし、前記弾性部材によれば、前記隙間が生じていても、連結部は振動子の振動を砥石台に効率よく伝達することが可能となる。

本発明の加工装置によれば、砥石の振動数を従来よりも高めることができ、加工効率の向上が可能であり、かつ、砥石を振動させるための機構部を軽量化することが可能となる。

本発明の加工装置の実施の一形態の一部を示す斜視図である。アクチュエーター、砥石、砥石台、ガイド部（レール）、及び連結部（リンク部材）を示す模式図である。矢印Ｘ１方向に砥石が移動した状態を示す模式図である。矢印Ｘ２方向に砥石が移動した状態を示す模式図である。従来の加工装置の一部を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の加工装置の実施の一形態の一部を示す斜視図である。この加工装置１０は、ワークの表面を超仕上げ加工するための装置であり、本実施形態では、ワークが、円すいころ軸受が有する円すいころ７である場合について説明する。この加工装置１０は、回転する円すいころ７に対して砥石１１を押し付けながら振動させて、円すいころ７の外周面８を超仕上げ加工する。砥石１１を振動させる方向は、円すいころ７の外周面８の砥石１１との接触部における母線に平行な方向である。

加工装置１０は、円すいころ７を支持する支持機構１６、この支持機構１６により支持されている円すいころ７の外周面８に接触させる砥石１１、この砥石１１を保持する砥石台１２、この砥石台１２を移動可能として支持するガイド部１３、及び砥石１１（砥石台１２）を振動させるためのアクチュエーター１４を備えている。また、この加工装置１０は、固定状態にあるフレーム１９、及びこのフレーム１９に取り付けられているベース１８を備えている。

本実施形態の支持機構１６は、一対のローラ２８，２９を有しており、これらローラ２８，２９の上に円すいころ７は載った状態となる。そして、超仕上げ加工の際、この円すいころ７に対して砥石１１を押し付けた状態とする。ローラ２８，２９は図外のモータにより回転し、これにより、円すいころ７は自身の中心線回りに回転することができる。

砥石台１２は、ガイド１３を介してベース１８に取り付けられており、ベース１８は、フレーム１９に対して姿勢を変化可能として取り付けられている。そして、止め具１７ａ，１７ｂにより、その姿勢が変化不能となるようにベース１８をフレーム１９に固定することができる。このように、フレーム１９に対して姿勢が変化可能であるベース１８、及びベース１８をフレーム１９に固定可能とする止め具１７ａ，１７ｂによって、円すいころ７の姿勢やサイズに応じて、砥石１１の姿勢を調整させることができ、また、調整した姿勢で砥石１１を維持することができる。そして、この砥石１１をアクチュエーター１４により振動させる。

本実施形態では、所定の姿勢とした砥石１１の振動方向を「加工方向」という。そして、砥石１１と円すいころ７とが接触する方向を「接触方向」という。加工方向と接触方向とは交差しており、本実施形態では直交する。なお、振動する砥石１１は往復直線移動することから、前記加工方向は、各図に示す矢印Ｘ１方向と矢印Ｘ２方向とを含む。また、前記接触方向には、砥石１１が円すいころ７を押し付ける方向となる矢印Ｚ１方向と、円すいころ７が砥石１１を押し返す方向（反力方向）となる矢印Ｚ２方向とが含まれる。

ガイド部１３は、ベース１８に取り付けられており、砥石台１２を移動可能に支持するための部材である。ガイド部１３は、レール２１を有しており、このレール２１は加工方向（Ｘ１，Ｘ２方向）に沿って直線形状を有している。そして、砥石台１２には、このレール２１に嵌合する凹溝２２が形成されており、砥石台１２はレール２１に沿って加工方向（Ｘ１，Ｘ２方向）に誘導され、また、砥石台１２はレール２１により接触方向（Ｚ１，Ｚ２方向）には移動不能となっている。以上より、ガイド部１３は、砥石台１２を、円すいころ７と砥石１１との接触方向に交差する加工方向（Ｘ１，Ｘ２方向）に沿って往復移動可能でかつ接触方向（Ｚ１，Ｚ２方向）に移動不能として支持する構成となっている。

アクチュエーター１４は、その本体部３３がベース１８に取り付けられている。そして、このアクチュエーター１４は、圧電素子（ピエゾ素子）３１、及びこの圧電素子３１の動作により振動する振動子３２を有している。圧電素子３１は、図外の電力源及び制御装置から所定の駆動電圧を受け、逆圧電効果により所定の振動数で振動する。そして、圧電素子３１の振動が振動子３２の振動として出力される。前記制御装置は、オン／オフ制御信号により圧電素子３１を駆動し、この信号の周期を調整することにより圧電素子３１の振動数を変化させることができる。振動子３２から出力される振動の周波数（振動数）を、例えば１０００Ｈｚとすることができる。

また、加工装置１０は、更に、図外のシリンダーを備えており、このシリンダーは、ベース１８又はフレーム１９を昇降させる機能を有している。また、このシリンダーによる昇降方向の推力により、ベース１８に搭載されている砥石台１２が保持する砥石１１を、円すいころ７に押し付けることができる。

図２は、アクチュエーター１４、砥石１１、砥石台１２、ガイド部１３（レール２１）、及び後述する連結部（リンク部材１５）を示す模式図である。振動子３２の振動方向は、矢印ｘ１，ｘ２方向であり、本実施形態では、振動子３２の振動方向（ｘ１，ｘ２方向）と、砥石１１の振動方向、つまり、前記加工方向（Ｘ１，Ｘ２方向）とを平行にしている。

そして、この加工装置１０は、更に、振動子３２と砥石台１２とを連結している連結部を備えており、本実施形態の前記連結部は、リンク部材１５からなる。リンク部材１５は、棒状の部材であり、その途中部で支持ピン３６により揺動可能に支持されている。支持ピン３６は、ベース１８（図１参照）に取り付けられており、リンク部材１５はベース１８に対して支持ピン３６の中心線回りに揺動することができる。

図２において、リンク部材１５の一端１５ａ側は第１のピン３４により振動子３２と結合されており、ピン３４の中心線回りにリンク部材１５と振動子３２とは相互間で揺動可能である。また、リンク部材１５の他端１５ｂ側は第２のピン３５により砥石台１２と結合されており、ピン３５の中心線回りにリンク部材１５と砥石台１２とは相互間で揺動可能である。ピン３５は、砥石台１２から突出して設けられている。そして、リンク部材１５の他端１５ｂ側には、長穴１５ｃが設けられており、ピン３５は長穴１５ｃに挿入した状態にある。

図２は中立状態を示している。この状態からアクチュエーター１４の振動子３２が矢印ｘ２方向に移動すると（図３参照）、リンク部材１５は一方（図３の矢印Ｒ１方向）に揺動し、砥石台１２を矢印Ｘ１方向に移動させる。この際、砥石台１２から突出しているピン３５は長穴１５ｃに沿って移動可能であるため、砥石台１２は、ガイド部１３の直線状のレール２１に沿って矢印Ｘ１方向へ直線移動する。
そして、アクチュエーター１４の振動子３２が矢印ｘ１方向に移動すると（図４参照）、リンク部材１５は他方（図４の矢印Ｒ２方向）に揺動し、砥石台１２を矢印Ｘ２方向に移動させる。この際、砥石台１２から突出しているピン３５は、長穴１５ｃに沿って移動可能であるため、砥石台１２は、ガイド部１３の直線状のレール２１に沿って矢印Ｘ２方向へ直線移動する。

そして、圧電素子３１が振動を繰り返すことにより、振動子３２が振動し、砥石台１２は直線状であるレール２１に沿って往復移動を繰り返す。これにより、砥石１１は加工方向に振動する。以上のように、リンク部材１５は、振動子３２の振動を砥石台１２に伝達することにより、この砥石台１２を加工方向（Ｘ１，Ｘ２方向）に沿って往復移動させるための部材である。

また、前記のとおり、リンク部材１５は支持ピン３６によりベース１８（図１参照）に揺動可能に支持されている。つまり、支持ピン３６（の中心）は、リンク部材１５の揺動中心となる。そして、この揺動中心は、リンク部材１５の長手方向の一端１５ａ側に偏って位置している。つまり、リンク部材１５における支持ピン３６の位置は、リンク部材１５の長手方向の一端１５ａ側に偏っている。このため、図２に示すように、支持ピン３６から一端１５ａ側の第１のピン３４までの直線距離Ｌ１は、支持ピン３６から他端１５ｂ側の第２のピン３５までの直線距離Ｌ２よりも小さく設定されている。これにより、リンク部材１５は、振動子３２の振動ストロークを増幅させてこの振動を砥石台１２に伝達することができる。

アクチュエーター１４は、圧電素子３１により振動子３２を振動させる構成であることから、この振動子３２の振動ストロークは小さいが、前記リンク部材１５によれば、砥石台１２（砥石１１）の振動ストロークを大きくすることが可能となる。例えば、圧電素子３１の振動ストロークが０．０８ｍｍであり、砥石台１２の振動ストロークを２ｍｍとするためには、リンク部材１５による振動ストロークの増幅率を２５倍とすればよく、このために、前記直線距離Ｌ２を前記直線距離Ｌ１の２５倍に設定すればよい。なお、圧電素子３１の発生出力は大きいことから、リンク部材１５によって振動ストロークを増幅させても、超仕上げ加工のために必要な出力により砥石台１２（砥石１１）を振動させることができる。

また、この加工装置１０は、リンク部材１５に対して弾性力を付与する弾性部材３７を更に備えている。本実施形態の弾性部材３７は圧縮バネであり、リンク部材１５の一端１５ａ側に、弾性部材３７の一端部３７ａが取り付けられ、弾性部材３７の他端部３７ｂは、ベース１８に固定されている。そして、弾性部材３７は、リンク部材１５の一端１５ａ側の全ストロークの範囲で、リンク部材１５に対して同じ方向の弾性力を付与している。つまり、圧縮バネである弾性部材３７は、全ストロークにおいて、リンク部材１５の一端１５ａ側をアクチュエーター１４側へ弾性的に押した状態にある。以上より、本実施形態は、リンク部材１５に弾性力が付与されている状態で、アクチュエーター１４はリンク部材１５を介して砥石台１２を振動させる構成となる。

前記のとおり、アクチュエーター１４において圧電素子３１による振動子３２の振動ストロークは小さい。また、リンク部材１５は、振動子３２及び砥石台１２と、ピン３４，３５によって連結されているが、その連結部分では製造上の寸法公差等によって隙間が生じる。このため、振動子３２のストロークが前記隙間よりも小さい場合は特に、リンク部材１５は振動子３２の振動を砥石台１２に効率よく伝達することができなくなることがある。しかし、本実施形態では、全ストロークにおいてアクチュエーター１４は弾性部材３７の弾性力に抗してリンク部材１５を揺動させており、前記隙間が生じていても、リンク部材１５は振動子３２の振動を砥石台１２に効率よく伝達することが可能となる。

以上の構成を備えている加工装置１０によれば、円すいころ７に砥石１１を接触させた状態で、アクチュエーター１４の発振により、その砥石１１を加工方向に沿って往復移動させることができ、これにより円すいころ７の加工（超仕上げ加工）が可能となる。しかも、アクチュエーター１４は圧電素子３１を有して構成されていることから、従来よりも高い振動数（例えば、１０００Ｈｚ）で砥石１１を振動させることができ、加工効率を高めることが可能となる。

また、アクチュエーター１４は圧電素子３１を有して構成されているので、小型化が可能であり、図５に示す従来のようなカウンタウエイト９７が不要であり、砥石１１を振動させるための機構部を軽量化することができる。この結果、従来のような不要な方向の振動発生を抑制することが可能となる。

更に、ガイド部１３は、円すいころ７と砥石１１との接触方向（特に矢印Ｚ２方向）に砥石台１２を移動不能として支持することから、加工の際に砥石１１が円すいころ７から反力を受けても、砥石１１が円すいころ７から逃げる（離れる）のを防ぐことができ、作業効率の低下を防止することが可能となる。なお、このような構成であっても、アクチュエーター１４の振動子３２と砥石台１２とがリンク部材１５により連結されていることで、砥石台１２を加工方向に沿って往復移動させることが可能となる。

以上より、本実施形態の加工装置１０によれば、砥石１１の振動数を高めることができ、加工効率の向上が可能であり、かつ、砥石１１を振動させるための機構部を軽量化することが可能となる。

そして、本実施形態では、リンク部材１５は、振動子３２の振動ストロークを増幅させてこの振動を砥石台１２に伝達する機能を有している。このため、圧電素子３１による振動子３２の振動ストロークが小さくても、円すいころ７の加工対象面（外周面８）の大きさに応じて、砥石台１２（砥石１１）の振動ストロークを大きくすることができ、所望の振動ストロークを得ることができる。

本発明の加工装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。前記実施形態では、超仕上げ加工を行う対象となるワークを、円すいころ７とする場合について説明したが、ワークはその他のものであってもよく、例えば、転がり軸受の内輪、外輪であってもよく、この場合、内輪、外輪の軌道面を超仕上げ加工する。このために、内輪、外輪の形状に応じて支持機構１６の形態を変更すればよい。
また、前記実施形態では、弾性部材３７を圧縮バネとして説明したが、引っ張りバネであってもよい。

７：円すいころ（ワーク）１０：加工装置１１：砥石
１２：砥石台１３：ガイド部１４：アクチュエーター
１５：リンク部材（連結部）１６：支持機構３１：圧電素子
３２：振動子３７：弾性部材

Claims

ワークを支持する支持機構と、
前記支持機構により支持されるワークに接触させる砥石と、
前記砥石を保持する砥石台と、
前記ワークと前記砥石との接触方向に交差する加工方向に沿って往復移動可能でかつ前記接触方向に移動不能として前記砥石台を支持するガイド部と、
圧電素子、及び当該圧電素子の動作により振動する振動子を有しているアクチュエーターと、
前記振動子と前記砥石台とを連結し当該振動子の振動を当該砥石台に伝達することにより当該砥石台を前記加工方向に沿って往復移動させるための連結部と、
を備え、
前記連結部は、前記振動子の振動のストロークを増幅させて当該振動を前記砥石台に伝達するリンク部材からなり、
前記リンク部材は、当該リンク部材の途中部で支持ピンにより揺動可能に支持され、
前記リンク部材は前記振動子と第１のピンにより揺動可能に結合され、
前記リンク部材は前記砥石台と第２のピンにより揺動可能に結合され、
前記支持ピンから前記第１のピンまでの直線距離は、前記支持ピンから前記第２のピンまでの直線距離よりも小さく設定されている、加工装置。
前記第２のピンは前記砥石台に固定されていて、前記リンク部材は、前記第２のピンが挿入される長孔を有する、請求項１に記載の加工装置。
前記リンク部材に弾性力を付与する弾性部材を更に備え、
前記リンク部材に前記弾性力が付与されている状態で前記アクチュエーターは前記リンク部材を介して前記砥石台を振動させる請求項１又は２に記載の加工装置。