JP6627410B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、環状のワークを加工する加工装置に関する。

例えば、環状のワークに対して超仕上げ加工を行う加工装置として、主軸の上端面に載置されたワークをその上方からクランプロールで押圧し、ワークと共に主軸を回転させながら砥石によりワークの加工を行うものが知られている（例えば特許文献１参照）。
図６は、従来の加工装置を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、従来の加工装置１００は、主軸１０１と、一対のクランプロール１０２と、一対のシュー１０３と、砥石１０４とを備えている。

主軸１０１は、上下方向に延びる軸線Ｘ’回りに回転自在に配置されており、その上端面に環状のワーク２００が載置される。クランプロール１０２は、水平方向に延びる軸線Ｙ’回りに回転自在に配置されており、クランプロール１０２の外周面は、主軸１０１の上端面に載置されたワーク２００をその上方から押圧するようになっている。この状態で主軸１０１を軸線Ｘ’回りに回転させると、ワーク２００は主軸１０１と共に回転し、その回転に伴って各クランプロール１０２はワーク２００を押し付けながら軸線Ｙ’回りに回転する。

一対のシュー１０３は固定架台１０５に取り付けられており、各シュー１０３の先端部は回転中のワーク２００の外周面に摺接するようになっている。砥石１０４は、回転中のワーク２００の内周面を加工する。その際、ワーク２００の内周面に砥石１０４の押し付け力が作用すると、ワーク２００は、シュー１０３と砥石１０４とにより径方向両側から挟まれることによって回転が停止し、加工不良が発生する場合がある。

このため、加工装置１００は、上記加工不良を防止するためにワーク２００が回転していることを検出するセンサ１０６を備えている。従来のセンサ１０６は、環状のワーク２００の回転を直接検出することが難しいので、ワーク２００の回転に伴って回転するクランプロール１０２の回転を検出するようになっている。

特開２０１１−９３０３８号公報

上記加工装置１００では、ワーク２００をシュー１０３に押し付けながら回転させることができるように、ワーク２００は、その中心がシュー中心に対してオフセットした状態で主軸１０１の上端面にセットされる。しかし、このようにセッティングされていても、ワーク２００が回転中にシュー１０３から離反する方向へずれることで、ワーク２００に加工不良が生じる場合がある。このような加工不良を防止するためには、ワーク２００がシュー１０３から離反したことを自動的に検出する必要がある。

ところが、上記のようにワーク２００がシュー１０３から離反した場合でも、ワーク２００は回転し続けるので、センサ１０６はワーク２００の回転に伴うクランプロール１０２の回転を通常通り検出することになる。このため、シュー１０３からワーク２００が離反したことをセンサ１０６によって検出することができず、加工不良のワーク２００が発生するという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ワークの回転停止に起因するワークの加工不良だけでなく、シューからワークが離反することに起因するワークの加工不良も防止することができる加工装置を提供することを目的とする。

本発明の加工装置は、環状のワークをその軸線回りに回転させる回転部と、回転中の前記ワークの外周面が押し付けられ得る複数のシューと、回転中の前記ワークを加工する加工具と、を備えている加工装置であって、前記各シューは、外周面が前記回転中のワークの外周面に接触することで回転するロール部を有し、前記複数のシューのうち少なくとも２つにおける前記ロール部のそれぞれが正常に回転しているか否かを検出するための検出部を備えていることを特徴とする。

上記のように構成された加工装置によれば、加工具の押し付け力によりワークの回転が停止した場合には、シューのロール部も回転しなくなるので、検出部によりロール部が正常に回転していないことを検出することができる。これにより、ワークの回転停止に起因するワークの加工不良を防止することができる。

また、ワークがシューに対して離反して回転した場合には、シューのロール部の外周面がワークの外周面に対して非接触となり、ロール部の回転速度が低下する。この回転速度の低下により、検出部はロール部が正常に回転していないことを検出することができる。これにより、シューからワークが離反することに起因するワークの加工不良も防止することができる。

さらに、検出部は、シューのロール部が正常に回転しているか否かを検出するものであり、従来のようにワークを押圧するクランプロールの回転を検出していない。このため、クランプロールを含むクランプユニットを加工装置に配置できない場合であっても、上記の両方に起因する加工不良を防止することができる。

前記加工装置において、前記ロール部は、その回転方向の一部の形状が変化している形状変化部を有し、前記検出部は、前記形状変化部を検出可能なセンサからなるのが好ましい。この場合、ロール部の形状変化部をセンサにより検出することで、ロール部が正常に回転しているか否かを検出することができるので、装置の構成を簡素化することができる。

本発明の加工装置によれば、ワークの回転停止に起因するワークの加工不良だけでなく、シューからワークが離反することに起因するワークの加工不良も防止することができる。

本発明の一実施形態に係る加工装置を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 上記加工装置におけるシューの転がり軸受を示す拡大断面図である。 上記加工装置におけるセンサとロール部との位置関係を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 上記センサおよび上記ロール部の変形例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 上記ロール部の形状変化部の他の変形例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 従来の加工装置を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明の一実施形態に係る加工装置を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図１（ａ）及び（ｂ）において、本実施形態の加工装置１は、例えば、転がり軸受の軌道輪を製造する際に、軸受鋼からなる環状のワークＷの内周面に対して超仕上げ加工を行うものである。

加工装置１は、ワークＷをその軸線Ｘ１回りに回転させる主軸（回転部）２と、回転中のワークＷの外周面が押し付けられ得る一対のシュー３と、ワークＷの内周面を加工する砥石（加工具）４とを備えている。主軸２は、上下方向に延びて配置されており、その上端面２ａはワークＷの軸方向の一側面が載置される載置面とされている。

本実施形態の加工装置１は、従来の加工装置のように主軸の上端面に載置されたワークを上方から押圧するクランプロールを備えていない。その代わりに、本実施形態では、主軸２の内部に、ワークＷを上端面２ａに載置した状態で磁力により吸着保持するためのマグネットチャック（図示省略）が設けられている。

ワークＷは、一対のシュー３に押し付けるために、当該ワークＷの中心がシュー中心に対してオフセットした状態で主軸２上に載置されるようになっている。なお、図１において、主軸２は、ワークＷと共に図中の時計回り方向に回転しているが、反時計回り方向に回転するものであってもよい。また、本実施形態では、回転部として、主軸２を用いる場合を例示しているが、ワークＷを上記のように回転させることができれば、主軸２以外の他の部材によって構成されていてもよい。

砥石４は、主軸２の上端面２ａに載置されたワークＷの内周面に摺接するように配置さる。その際、砥石４は、図示しない押圧手段によりワークＷの内周面に押し付けられるようになっている。したがって、この状態でワークＷを回転させることで、砥石４がワークＷの内周面全体に対して超仕上げ加工を行うことができる。

なお、砥石４は、図１（ａ）の平面視において９時の位置に配置されているが、その配置位置は任意に設定することができる。また、本実施形態では、加工具として砥石４を用いる場合を例示しているが、砥石４以外の他の工具を用いる場合にも適用することができる。

一対のシュー３は、平面視においてワークＷの軸線Ｘ１を中心として、ワークＷの周方向に所定間隔をおいて配置されている。図１（ａ）の例では、図中の１２時および９時の位置にそれぞれシュー３が配置されている。なお、シュー３は３個以上設けられていてもよい。また、シュー３の周方向の配置位置は任意の位置に設定することができる。
各シュー３は、固定架台（図示省略）に基端部が取り付けられたる支持部１１と、支持部１１の先端部において上方に突出して取り付けられた固定軸１２と、固定軸１２に設けられた転がり軸受１３とを備えている。

図２は、転がり軸受１３を示す拡大断面図である。図２において、転がり軸受１３は、ＳＵＪ３等の軸受鋼からなる汎用の深溝玉軸受によって構成されている。具体的には、転がり軸受１３は、内輪２１と、外輪２２と、内輪２１と外輪２２との間に転動可能に配置された複数の玉（転動体）２３とを備えている。内輪２１は上記固定軸１２に外嵌固定されている。

内輪２１の外周には、玉２３が転動する内輪軌道面２１ａが形成されている。外輪２２の内周には、内輪軌道面２１ａと対向する位置に、玉２３が転動する外輪軌道面２２ａが形成されている。複数の玉２３は、内輪２１と外輪２２との間に配置されている。これらの玉２３は、それぞれ内輪軌道面２１ａ及び外輪軌道面２２ａ上を転動可能であり、これによって、外輪２２は内輪２１に対して回転自在とされている。なお、複数の玉２３は、図示しない保持器により所定間隔で保持されている。

図１（ａ）及び（ｂ）において、ワークＷは上述のようにオフセットして配置されているため、回転中のワークＷの外周面は、転がり軸受１３の外輪２２の外周面に押し付けられた状態で接触している。このため、各外輪２２は、ワークＷの回転に伴って、固定軸１２の上下方向に延びる軸線Ｘ２回りに回転するようになっている。したがって、本実施形態では、転がり軸受１３の外輪２２が、その外周面に回転中のワークＷの外周面が接触することで回転するロール部１４とされている。なお、ロール部１４は、転がり軸受１３の外輪２２と別体に設けられていてもよい。

ところで、回転中のワークＷの内周面に砥石４の押し付け力が作用すると、ワークＷは、ロール部１４（外輪２２）と砥石４とにより径方向両側から挟まれることによって回転が停止し、加工不良が生じる場合がある。
このため、加工装置１は、上記加工不良を防止するために、ワークＷが正常に回転しているか否かを自動的に検出する必要がある。本実施形態の加工装置１は、ワークＷの回転に伴って回転するロール部１４が正常に回転しているか否かを検出するための検出部であるセンサ５を備えている。

センサ５は、例えば透過型の光電センサからなり、光を照射する投光部５ａと、照射された光を受光する受光部５ｂとを有する。投光部５ａは、支持部１１の幅方向一方側にブラケット１５を介して取り付けられ、受光部５ｂは、支持部１１の幅方向他方側にブラケット１６を介して取り付けられている。なお、上記の検出部としては、透過型の光電センサ以外に、反射型の光電センサや、後述する変形例のように磁気式の近接センサ等を用いてもよい。

図３は、本実施形態におけるセンサ５とロール部１４との位置関係を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図３（ａ）及び（ｂ）において、ロール部１４は、その周方向（回転方向）の一部の形状が変化している形状変化部２４を有している。本実施形態の形状変化部２４は、ロール部１４において軸方向一方側の外縁の一部を面取りすることによって形成された切り欠き部２４ａからなる。

センサ５の投光部５ａ及び受光部５ｂは、図３（ｂ）の側面視において外輪２２の前記軸方向一方側の外縁に対向配置されており、ロール部１４の回転中に上記切り欠き部２４ａを検出するようになっている。具体的には、図３（ａ）に示すように、ロール部１４の回転によって切り欠き部２４ａが図中の１２時付近の位置を通過するときは、投光部５ａから照射された光は、切り欠き部２４ａを通過して受光部５ｂで受光されるので、センサ５はＯＮ状態となる。また、切り欠き部２４ａが図中の１２時付近以外の位置を回転移動しているときは、投光部５ａから照射された光は、外輪２２の外縁部によって遮られるので、受光部５ｂは上記照射された光を受光できない。このため、センサ５はＯＦＦ状態に維持される。

以上のように、センサ５は、ロール部１４が回転しているときは、切り欠き部２４ａによって一定の周期でＯＮ状態となるので、加工装置１を制御するコントローラ（図示省略）は、上記周期の変化に基づいて、ロール部１４が正常に回転しているか否かを判断することができる。例えば、上記周期が閾値よりも短い場合は、ロール部１４が正常に回転していると判断し、上記周期が閾値よりも長い場合は、ロール部１４が正常に回転していないと判断することができる。

また、センサ５はロール部１４が１回転する毎にＯＮ状態となるので、上記コントローラは、センサ５の検出信号に基づいてロール部１４の回転数も検出することができる。このため、上記コントローラは、上記検出したロール部１４の回転数、ロール部１４とワークＷとの周長比率、主軸２に対するワークＷの滑りを考慮した補正係数等に基づいて、ワークＷの実際の回転数も算出することができる。

このようにすれば、上記コントローラは、例えば、ワークＷの実際の回転数と主軸２の回転数との差が閾値以上である場合、主軸２に対するワークＷの滑りが生じており、ワークＷが設定した加工条件で加工されていないと判断することができる。これにより、ワークＷの滑りに起因する加工不良を防止することができる。このような制御は、本実施形態のようにマグネットチャックの磁力によりワークＷを吸着保持する場合には、従来のクランプロールを用いてワークＷを押圧する場合に比べてワークＷの滑りが生じ易いので、特に有効である。

以上、本実施形態の加工装置１によれば、砥石４の押し付け力によりワークＷの回転が停止した場合には、シュー３のロール部１４も回転しなくなるので、センサ５によりロール部１４が正常に回転していないことを検出することができる。これにより、ワークＷの回転停止に起因するワークＷの加工不良を防止することができる。

また、ワークＷがシュー３のロール部１４に対して離反して回転した場合には、ロール部１４の外周面がワークＷの外周面に対して非接触となり、ロール部１４の回転速度が低下する。この回転速度の低下によりセンサ５はロール部１４が正常に回転していないことを検出することができる。これにより、シュー３からワークＷが離反することに起因するワークＷの加工不良も防止することができる。

さらに、センサ５は、シュー３のロール部１４が正常に回転しているか否かを検出するものであり、従来のようにワークＷを押圧するクランプロールの回転を検出していない。このため、本実施形態のようにクランプロールを含むクランプユニットを加工装置１に配置できない場合であっても、上記の両方に起因する加工不良を防止することができる。

また、ロール部１４に形成された形状変化部２４（切り欠き部２４ａ）を、センサ５により検出することで、ロール部１４が正常に回転しているか否かを判断することができるので、装置の構成を簡素化することができる。

図４は、センサ５およびロール部１４の変形例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本変形例のロール部１４は、外輪２２と、外輪２２の軸方向一方側を覆うように当該外輪２２に着脱自在に外嵌固定された断面コ字状の蓋部２５とを有している。この蓋部２５の外側面２５ａの外周部には、その周方向（回転方向）の一部の形状が変化する形状変化部２４として凹部２４ｂが形成されている。なお、本変形例の凹部２４ｂは、平面視において略矩形状に形成されているが、他の任意の形状に形成されていてもよい。

本変形例のセンサ５は、例えば磁気式の近接センサ５ｃからなる。近接センサ５ｃの検出面５ｃ１は、ロール部１４（蓋部２５）の回転中に上記凹部２４ｂが前方を通過する位置であって、かつ蓋部２５の外側面２５ａに近接対向する位置に配置されている。図４（ａ）では、近接センサ５ｃは、図中の６時の位置において蓋部２５の外側面２５ａの外周部に近接対向して配置されている。なお、近接センサ５ｃの配置位置は、検出面５ｃ１の前方を凹部２４ｂが通過する位置であって、かつ検出面５ｃ１が蓋部２５の外側面２５ａに近接対向する位置であれば、任意の位置に設定することができる。

これにより、ロール部１４の蓋部２５の回転中に、上記凹部２４ｂが図４（ａ）の６時付近以外の位置を回転移動しているときは、近接センサ５ｃの検出面５ｃ１は、蓋部２５の外側面２５ａに近接している。このため、近接センサ５ｃは上記外側面２５ａを検出したＯＮ状態に維持される。そして、上記凹部２４ｂが図４（ａ）の６時付近の位置を通過するとき、上記凹部２４ｂは、近接センサ５ｃの検出面５ｃ１に対して上記外側面２５ａよりも離れた位置を通過するので、近接センサ５ｃは凹部２４ｂを検出することができず、ＯＦＦ状態となる。

以上のように、近接センサ５ｃは、ロール部１４の蓋部２５が回転しているときは、凹部２４ｂによって一定の周期でＯＦＦ状態となるので、加工装置１のコントローラは、上記周期の変化に基づいてロール部１４が正常に回転しているか否かを判断することができる。例えば、上記周期が閾値よりも短い場合は、ロール部１４が正常に回転していると判断し、上記周期が閾値よりも長い場合は、ロール部１４が正常に回転していないと判断することができる。

本変形例によれば、形状変化部２４を有する蓋部２５が、転がり軸受１３の外輪２２に対して着脱自在に取り付けられているため、転がり軸受１３を交換するときに、蓋部２５を新しい転がり軸受１３に付け替えることで再利用することができる。このため、転がり軸受１３を交換するたびに、外輪２２に切り欠き部等の形状変化部２４を形成する必要がないので、転がり軸受１３の交換作業を短時間で容易に行うことができる。

図５は、ロール部１４の形状変化部２４の他の変形例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。なお、本変形例のセンサ５は、図４の変形例と同様に、近接センサ５ｃからなる。また、本変形例のロール部１４は、図３の実施形態と同様に、転がり軸受１３の外輪２２とされている。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、本変形例のロール部１４の一側面には、その周方向（回転方向）の一部の形状が変化する形状変化部２４として凸部２４ｃが接着固定されている。なお、本変形例の凸部２４ｃは、平板形状に形成されているが、他の任意の形状に形成されていてもよい。

本変形例の近接センサ５ｃの検出面５ｃ１は、ロール部１４の回転中に上記凸部２４ｃの被検出面２４ｃ１と所定の回転位置において近接対向するように配置されている。図５（ａ）では、近接センサ５ｃは、図中の６時の位置に配置されている。なお、近接センサ５ｃの配置位置は、凸部２４ｃの被検出面２４ｃ１と近接対向するようになっていれば、任意の位置に設定することができる。

これにより、ロール部１４が回転しているときに、上記凸部２４ｃが図５（ａ）の６時付近の位置を通過するときは、近接センサ５ｃの検出面５ｃ１は、凸部２４ｃの被検出面２４ｃ１と近接対向するため、近接センサ５ｃは被検出面２４ｃ１を検出したＯＮ状態となる。そして、上記凸部２４ｃが図５（ａ）の６時付近以外の位置を回転移動しているときには、近接センサ５ｃの検出面５ｃ１は、凸部２４ｃの被検出面２４ｃ１と近接対向しないため、近接センサ５ｃは、被検出面２４ｃ１を検出しないＯＦＦ状態に維持される。

以上のように、近接センサ５ｃは、ロール部１４が回転しているときは、凸部２４ｃによって一定の周期でＯＮ状態となるので、加工装置１のコントローラは、上記周期の変化に基づいてロール部１４が正常に回転しているか否かを判断することができる。例えば、上記周期が閾値よりも短い場合は、ロール部１４が正常に回転していると判断し、上記周期が閾値よりも長い場合は、ロール部１４が正常に回転していないと判断することができる。

なお、今回開示した実施形態は例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の構成と均等の範囲内での全ての変更が含まれる。例えば、本実施形態における加工装置は、クランプロールを備えていないが、ロール部を有するシューと、ロール部の回転を検出するセンサとを備えていれば、クランプロールを備えているものに適用してもよい。

また、本実施形態の加工装置は、ワークの内周面に対して超仕上げ加工を行う場合を例示しているが、ワークの外周面に対して超仕上げ加工を行うものや、ワークの内周面又は外周面に対して研削加工を行うものに適用してもよい。特に、研削加工を行う加工装置では、クランプロールを備えずにマグネットチャックによりワークを吸着保持するものが多いので有効である。

また、図３に示す切り欠き部２４ａ、又は図５に示す凸部２４ｃは、図４に示す変形例のように、外輪２２と別体の蓋部等に設けてもよい。また、形状変化部２４は、上記切り欠き部２４ａ、凹部２４ｂおよび凸部２４ｃに限定されるものではなく、他の任意の形状に形成されていてもよい。

１：加工装置、２：主軸（回転部）、３：シュー、４：砥石（加工具）、５ センサ（検出部）、１４ ロール部、２４ 形状変化部、Ｗ：ワーク、Ｘ１：ワークの軸線

Claims (2)

1. 環状のワークをその軸線回りに回転させる回転部と、
   回転中の前記ワークの外周面が押し付けられ得る複数のシューと、
   回転中の前記ワークを加工する加工具と、を備えている加工装置であって、
   前記各シューは、外周面が前記回転中のワークの外周面に接触することで回転するロール部を有し、
   前記複数のシューのうち少なくとも２つにおける前記ロール部のそれぞれが正常に回転しているか否かを検出するための検出部を備えていることを特徴とする加工装置。
2. 前記ロール部は、その回転方向の一部の形状が変化している形状変化部を有し、
   前記検出部は、前記形状変化部を検出可能なセンサからなる請求項１に記載の加工装置。

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