JP6715986B1

JP6715986B1 - ベルト研磨工具

Info

Publication number: JP6715986B1
Application number: JP2019069175A
Authority: JP
Inventors: 正敏佐藤; 前田　淳一; 淳一前田
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: WO2020202768A1; JP2020163552A

Abstract

【課題】被研磨面に形状変化を生じさせることのない、機械装着が可能なベルト研磨工具を提供する。【解決手段】本体部と、本体部に結合されたシャンク部と、動力発生部と、無端の研磨ベルトと、研磨ベルトを回転可能に支持するとともに、動力発生部より受けた回転動力を研磨ベルトに伝達する駆動ローラと、研磨ベルトを回転可能に支持する第１の従動ローラと、研磨ベルトを回転可能に支持するとともに、研磨時にワークに接触する研磨ベルトの部分を支持する第２の従動ローラである加工ローラと、加工ローラの回転軸線に直交する回動軸線まわりに加工ローラを回動可能に支持する加工ローラ支持部と、を備えるベルト研磨工具。【選択図】図３

Description

本発明は、複数のローラに巻き掛けられて循環回転する無端の研磨ベルトによってワークを研磨するベルト研磨工具に関する。

例えばプラスチック射出成形に用いられる金型の表面、又は真空チャンバ等に設けられる精密なシール面には、機能上あるいは美観の向上のため、通常は、切削加工後に研磨加工が実施される。研磨加工は、殆どの場合、作業者が手持ちの工具を使って手磨きで行われている。この手磨きは、熟練を要するだけでなく作業時間も長時間に及ぶことも多く、そのため、生産リードタイム短縮のネックになっている。

そのような手磨きの問題を解消するため、特許文献１では、マシニングセンタの主軸頭に装着され、かつ自動工具交換も適用されることが可能なベルト研磨工具（磨き加工用工具）が提案されている。

特開２００２−１８６６２号公報

通常、研磨加工は、被研磨面の形状を変えることなく面粗度のみを向上させるために行われる。つまり、被研磨面が例えばシール面であればシール面同士が密着できる形状を維持したまま、前工程で用いられたフライスにより生じた刃物マーク等を除去するために利用される。しかしながら、特許文献１のような従来型のベルト研磨工具を工作機械に装着して用いると、被研磨面の面粗度は向上するものの、熟練作業者の手磨きとは異なり、ベルト研磨工具の研磨ベルトと被研磨面との平行度の誤差を逐次検出できず、研磨ベルトの姿勢を被研磨面に倣わすことが困難である。そのため、被研磨面に対して研磨ベルトが平行度の誤差をもった状態で研磨されることとなり、その結果、被研磨面がベルト研磨工具に倣うように削られ、形状変化が生じることがあった。これにより、フライス加工により達成されていた形状が損なわれ、被研磨面がなすシール面同士の密着ができずシール性が損なわれることがあった。金型の場合も、フライス加工で得られた金型の形状が、従来型のベルト研磨工具によって形状変化し、金型に形成されていた意匠形状が損なわれることがあった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、被研磨面に形状変化を生じさせることのない、機械装着が可能なベルト研磨工具を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、ワークに対して相対的に移動及び位置決めが可能なヘッド部を有する機械の前記ヘッド部に装着されるベルト研磨工具であって、本体部と、前記機械の前記ヘッド部に装着されるシャンク部であって、前記本体部に結合されたシャンク部と、動力発生部と、無端の研磨ベルトと、前記研磨ベルトを回転可能に支持するとともに、前記動力発生部より受けた回転動力を前記研磨ベルトに伝達する駆動ローラと、前記研磨ベルトを回転可能に支持する第１の従動ローラと、前記研磨ベルトを回転可能に支持するとともに、研磨時に前記ワークに接触する前記研磨ベルトの部分を支持する第２の従動ローラである加工ローラと、前記加工ローラの回転軸線に直交する回動軸線まわりに前記加工ローラを回動可能に支持する加工ローラ支持部と、を備えるベルト研磨工具が提供される。

本発明では、加工ローラの部分における研磨ベルトが、加工ローラの回転軸線に直交する回動軸線まわりに回動可能であるように構成される。この構成により、被研磨面の形状変化の抑止という効果が得られる。これは、被研磨面に対する研磨ベルトの追随性が高められて研磨圧力の均一性が高められる結果であると考えられる。

工作機械と、その主軸頭に装着された本発明の実施形態によるベルト研磨工具の正面図である。本発明の実施形態によるベルト研磨工具の斜視図である。本発明の実施形態によるベルト研磨工具の側面図である。図３のベルト研磨工具の後面図である。図３のベルト研磨工具の加工ローラ部分の模式的部分拡大図である。図３のベルト研磨工具の加工ローラとそれが支持する研磨ベルトの部分をＹ軸方向で見た図であり、（ａ）は加工ローラが時計回りに回動した状態を示し、（ｂ）は反時計回りに回動した状態を示している。工作機械の主軸頭に装着された本発明の実施形態によるベルト研磨工具の側面図であって、クーラントの流れを模式的に示す図である。

図１は、一般的な立形マシニングセンタである工作機械１００と、それに装着された本発明の実施形態によるベルト研磨工具１０を示す図である。図１の工作機械１００は、工場の床面に固定された基台としてのベッド１０２、ベッド１０２の上面でＹ軸方向に移動可能に設けられたＹ軸スライダ１０４であってワーク８がクランプ固定されるＹ軸スライダ１０４、ベッド１０２の図１の右側の上面から立設されたコラム１０８、コラム１０８の前面でＸ軸方向（図１では紙面に垂直な方向）に移動可能に設けられたＸ軸スライダ１１０、Ｘ軸スライダ１１０に対してＺ軸方向に移動可能に設けられたＺ軸スライダ１１２、及びＺ軸スライダ１１２に固定され、主軸１１４を鉛直な回転軸線Ｒｓを中心として回転可能に支持する主軸頭１１６を具備する。工作機械１００がこのように構成されているので、主軸頭１１６は、ワーク８に対して相対的に移動及び位置決めが可能である。また、工作機械１００は、図示しない制御盤及び自動工具交換装置も具備する。

図１に示される工作機械１００の主軸頭１１６は、二面拘束の一タイプであるＨＳＫ型のシャンクを把持するように構成されている。

本発明の実施形態によるベルト研磨工具１０は、図２、３及び４に示されるように、本体部２０と、工作機械１００の主軸頭１１６によって把持されるシャンク部１２であって本体部２０に結合されたシャンク部１２と、動力発生部２８と、無端の研磨ベルト４０と、研磨ベルト４０を回転可能に支持する３つのローラ、即ち、駆動ローラ３４、第１の従動ローラである張力調整ローラ４２、及び第２の従動ローラである加工ローラ５４とを具備する。また、ベルト研磨工具１０は、張力調整部４４と、加工ローラ支持部５６と、駆動ローラ３４を回転可能に支持するとともに、張力調整部４４及び加工ローラ支持部５６を支持するローラ支持基板３６とを具備する。さらに、ベルト研磨工具１０は、クーラントを流通させる導管６２も具備する。ただし、導管６２は、図７にのみ示され、図１、２、３、４では作図が省略される。研磨ベルト４０は、環状に形成された無端の一般的なタイプのものであり、その外面に結合された研磨材を有する。

ベルト研磨工具１０のシャンク部１２は、工作機械１００の主軸頭１１６によって把持される先端側のテーパ部１４と、本体部２０に結合される円筒状の延長部１６と、延長部１６とシャンク部１２との間のフランジ部１８とを具備する。本実施形態では、ベルト研磨工具１０は、主軸頭１１６から動力発生部２８にトルクが伝達されるものではないが、自動工具交換装置による工具交換の自動化を行うために、及び主軸によってベルト研磨工具１０を把持して主軸モータを用いて主軸の回転軸周りにベルト研磨工具１０の向きを割り出すために、そのテーパ部１４とフランジ部１８とによってＨＳＫ型のシャンクが形成されている。シャンク部１２の内部及び本体部２０の後述する水平部分２２には、図示しないが、主軸頭１１６から供給されるクーラントを動力発生部２８に供給するためのクーラントの流路が形成されている。

本実施形態では、シャンク部１２は、二面拘束のＨＳＫ型のシャンクとして機能するものであるが、本発明においては、ベルト研磨工具１０が装着される機械は工作機械に限定されない。したがって本発明におけるベルト研磨工具は、それが装着される機械のヘッド部に応じて様々なタイプのシャンク部を備えてよい。たとえば、シャンク部の先端側にフランジを設けてボルトで接続するタイプ、あるいはシャンク部外周に雄ねじを形成しそれを相手の機械のヘッド部にねじ込むタイプ等であってもよい。

ベルト研磨工具１０の本体部２０は、図４に示されるように、Ｙ軸方向で見ると逆Ｌ字形に形成されており、その水平部分２２の上面にはシャンク部１２の延長部１６が結合されている。また、水平部分２２の上面には後述する第１スプリング３８の上端を引っ掛けるためのスプリング取付板２６も固定されている。本体部２０の鉛直部２４には動力発生部２８が取り付けられている。また、鉛直部２４には、ローラ支持基板３６が本体部２０に対して揺動可能に取り付けられている。

動力発生部２８は、流体モータ３０と動力伝達部３２とを具備する。流体モータ３０は、公知の一般的なものであるので詳しくは説明しないが、工作機械１００の主軸頭１１６からシャンク部１２及び本体部２０の水平部分２２を介して供給されたクーラントによって回転駆動されるように構成されている。動力伝達部３２は、流体モータ３０から受けた回転動力を駆動ローラ３４に伝達するように、図示しない歯付ベルトと、図示しない二つの歯付プーリである入力プーリと出力プーリとを具備する。本実施形態では、流体モータ３０はクーラントによって回転駆動されるものであるが、クーラント以外を用いて駆動されるモータでもよい。例えば、圧縮空気によって駆動される流体モータでも可能である。

ローラ支持基板３６は、駆動ローラ３４を回転可能に支持する主部３６ａと、主部３６ａから図３の紙面に垂直な方向に突出した突出部３６ｂとを有しており、突出部３６ｂによって、張力調整部４４及び加工ローラ支持部５６が支持されている。ローラ支持基板３６の、図３の右上端部には引張コイルスプリングである第１スプリング３８の下端が引っ掛けられている。第１スプリング３８の上端は、本体部２０の水平部分２２の上面に固定されたスプリング取付板２６に引っ掛けられている。ローラ支持基板３６は、駆動ローラ３４の回転軸線Ｒｄと同軸の揺動軸線Ａｓまわりに揺動するように、本体部２０の鉛直部２４に設けられた図示しない軸受部によって軸支されている。第１スプリング３８と揺動軸線Ａｓの位置から、図３で見ると反時計回りの回転付勢力がローラ支持基板３６に作用することがわかる。

駆動ローラ３４、張力調整ローラ４２、及び加工ローラ５４は、Ｘ軸方向に延びる回転軸線Ｒｄ、Ｒ_１、Ｒ_２をそれぞれ有している。それら３種のローラに対して、環状の研磨ベルト４０が巻き掛けられて循環回転される。３種のローラのうち、加工ローラ５４が最も下側に配置されている。これは、加工ローラ５４によって支持される研磨ベルト４０の部分がワーク８の被研磨面８ｓに接触して研磨を行うからである。

加工ローラ５４と研磨ベルト４０との間の接触角θ、即ち、加工ローラ５４と研磨ベルト４０とが接触している円弧の中心角θが６０度未満となるように３種のローラが配置されている。接触角θは、加工ローラ５４の拡大模式図である図５において図示される。このように、加工ローラ５４と研磨ベルト４０との間の接触角θを６０度未満にすることによって、ベルト外れが起こり難くなるとともに、後述する加工ローラ５４の回動運動（ローリング）が阻害されない。なお図５において、直線Ａｄは接触角θの二等分線である。

加工ローラ５４に支持された研磨ベルト４０の部分は、研磨時に、ワーク８の被研磨面８ｓに押し付けられる。一方、ローラ支持基板３６は第１スプリング３８によって回転付勢力を与えられているので、研磨の際に加工ローラ５４に支持された研磨ベルト４０の部分が被研磨面８ｓに接触してからの主軸頭１１６のＺ軸方向の移動量（以下、「押付け移動量」と呼ぶ）に応じた押付力が得られる。つまり、押付け移動量が一定になるように主軸頭１１６の位置を設定すれば、第１スプリング３８のたわみ量に応じたほぼ一定の押付力を得ることができる。また、第１スプリング３８を異なるばね定数のものに交換することによって押付力を調節できることも理解されよう。

駆動ローラ３４は、比較的大きな外径を有しており、そのシャフト３７が、動力伝達部３２の図示しない出力プーリに連結されるとともに、ローラ支持基板３６によって回転可能に支持されている。本実施形態では、駆動ローラ３４は、図３で見たとき時計回りに回転する。

第１の従動ローラである張力調整ローラ４２は、本実施形態では、研磨ベルト４０の外れを防止するためのフランジ４２ａを両端面に備えており、また、張力調整部４４を介してローラ支持基板３６によって回転可能に支持されている。張力調整部４４は、張力調整ローラ４２を軸支する略Ｈ字形の張力調整部軸受金具４６と、張力調整部軸受金具４６に結合されたスタッド４８と、スタッド４８に外挿される圧縮コイルスプリングである第２スプリング５０と、スタッド４８の位置をローラ支持基板３６の突出部３６ｂに対して固定するための図示しないロックネジを具備している。

図３で見たとき、スタッド４８と張力調整部軸受金具４６は、矢印Ｂで示される斜め下方向に延びている。スタッド４８は、ローラ支持基板３６の突出部３６ｂに矢印Ｂの方向であけられた穴（図示せず）により滑動可能に支持されていて、張力調整ローラ４２を軸支する張力調整部軸受金具４６は、第２スプリング５０によって矢印Ｂの方向に付勢されている。そのため、張力調整ローラ４２も矢印Ｂ方向に付勢され、その結果、３種のローラに巻き掛けられた研磨ベルト４０にも第２スプリング５０の付勢力に基づく張力が生じる。研磨ベルトを交換する際には、張力調整部軸受金具４６及び張力調整ローラ４２をＢ方向と反対方向に押し込んだ状態でスタッド４８に図示しないロックねじ又は差し込みピンを差し入れてローラ支持基板３６に対して固定し、かつ第２スプリングが圧縮された状態にする。

ただし本発明においては、張力調整部４４を有しない、したがって、第１の従動ローラ４２がローラ支持基板３６によって直接的に軸支されるベルト研磨工具の実施形態も可能である。

加工ローラ５４は、前述したとおり、加工ローラ支持部５６を介してローラ支持基板３６の突出部３６ｂによって支持されている。加工ローラ支持部５６は、被研磨面８ｓに対する加工ローラ５４及びそれが支持する研磨ベルト４０の追随性を高めるように、加工ローラ５４の回転軸線Ｒ_２に直交する回動軸線Ａｒまわりに回動可能に加工ローラ５４を支持する。このため、加工ローラ支持部５６は、加工ローラ５４を軸支する略コの字状の加工ローラ軸受金具５８と、ローラ支持基板３６の突出部３６ｂに回動軸線Ａｒ方向にあけられた穴によって回動可能に軸支されたピン６０であって、加工ローラ軸受金具５８に連結されたピン６０とを具備する。本明細書では、加工ローラ５４の回動軸線Ａｒまわりの回動を加工ローラ５４のローリングということもある。

回動軸線Ａｒは、加工ローラ５４の回転軸線Ｒ_２に直交しており、さらに本実施形態では、図３に示されるように、加工ローラ５４の下流側で張力調整ローラ４２へ至る研磨ベルト４０に平行に延びている。ただし、本発明においては、回動軸線Ａｒは、加工ローラ５４の下流側の研磨ベルト４０に非平行であってもよい。例えば、回動軸線Ａｒが水平（Ｙ軸）方向に延びる実施形態も可能である。回動軸線Ａｒは、ローリングの効果、即ち研磨ベルト４０の被研磨面８ｓに対する追随性が高まる方向に延びるように、加工ローラ５４の下流側で延びる研磨ベルト４０の方向や、接触が想定される被研磨面８ｓの向きを考慮して定められる。

図６は、加工ローラ５４とそれが支持する研磨ベルト４０の部分をＹ軸方向で見た図であり、そこでは研磨ベルト４０の横断面が示されている。図６の（ａ）は加工ローラ５４が回動軸線Ａｒを中心にして時計回りに中立位置から＋α度回動した状態を示し、図６の（ｂ）は反時計回りに−α度回動した状態を示している。

図６に示されるように研磨ベルト４０が回動軸線Ａｒを中心にして回動可能であるように構成することによって、従来タイプのベルト研磨工具で発生していた被研磨面８ｓの形状変化が抑止される。これは、被研磨面８ｓに対する研磨ベルト４０の追随性が高められて、研磨圧力の均一性も高められる結果と考えられる。

図７は、前述の実施形態においてクーラントＣが工作機械１００及びベルト研磨工具１０をどのように流れるかを模式的に示す図である。図７において破線で示されるクーラントＣは、工作機械１００の主軸頭１１６から、ベルト研磨工具１０のシャンク部１２の中心及び本体部２０を貫通するクーラント流路（図示せず）を通って、流体モータ３０に供給されて流体モータ３０を作動させる。流体モータ３０を作動させた後のクーラントＣは、本体部２０の水平部分２２を横に通って本体部２０の外側で延びる横Ｕ字状の導管６２内に導かれる。そしてクーラントＣは、ワーク８の被研磨部、即ち、研磨ベルト４０が接触している被研削面８ｓの部分の近くに配置された導管６２の下端から被研磨部へ吹きかけられる。このように、本実施形態では、流体モータ３０を作動させた後のクーラントＣが、ワークの被研磨部の冷却、潤滑、及び清掃を行う加工液として利用される。図７では、クーラントＣの経路が主軸の中心を通るスルースピンドル方式として描かれているが、クーラントＣの経路が主軸の中心を通らず、主軸頭のハウジング側を通るサイドスルー方式でもよい。

その他の実施形態
ローラ支持基板３６を具備しないベルト研磨工具の実施形態も本発明において可能である。その場合、駆動ローラ３４、張力調整ローラ４２を軸支する張力調整部４４、及び加工ローラ５４を軸支する加工ローラ支持部５６は、本体部２０によって支持される。

前述の実施形態では、ベルト研磨工具１０が装着される機械はマシニングセンタ等の工作機械１００であったが、本発明によるベルト研磨工具は、ワーク８に対して相対的に移動及び位置決めが可能などんな機械のヘッド部にも装着され得る。例えば、ロボットのヘッド部に装着されるベルト研磨工具も本発明において可能である。その場合のベルト研磨工具の動力発生部は、好適には、流体モータ３０に代えて電動モータを備えるであろう。

１０ベルト研磨工具
１２シャンク部
２０本体部
２８動力発生部
３４駆動ローラ
３６ローラ支持基板
４２張力調整ローラ（第１の従動ローラ）
５４加工ローラ（第２の従動ローラ）
５６加工ローラ支持部
１００工作機械
１１６主軸頭
Ａｒ回動軸線

Claims

ワークに対して相対的に移動及び位置決めが可能なヘッド部を有する機械の前記ヘッド部に装着されるベルト研磨工具であって、
本体部と、
前記機械の前記ヘッド部に装着されるシャンク部であって、前記本体部に結合されたシャンク部と、
スルースピンドル方式で前記機械の前記ヘッド部から前記シャンク部を介して供給される流体を駆動流体として利用する流体モータである動力発生部と、
無端の研磨ベルトと、
前記研磨ベルトを回転可能に支持するとともに、前記動力発生部より受けた回転動力を前記研磨ベルトに伝達する駆動ローラと、
前記研磨ベルトを回転可能に支持する第１の従動ローラと、
前記研磨ベルトを回転可能に支持するとともに、研磨時に前記ワークに接触する前記研磨ベルトの部分を支持する第２の従動ローラである加工ローラと、
前記加工ローラの回転軸線に直交する回動軸線まわりに前記加工ローラを回動可能に支持する加工ローラ支持部と、
を備えることを特徴としたベルト研磨工具。
前記駆動ローラ、前記第１の従動ローラ、及び前記加工ローラ支持部を支持するローラ支持基板であって、前記加工ローラによって支持された前記研磨ベルトの部分が前記ワークに対して接離するように、前記本体部によって揺動可能に支持されるローラ支持基板と、
前記ローラ支持基板を揺動の一方向に付勢する付勢手段と、
をさらに具備する請求項１に記載のベルト研磨工具。
前記第１の従動ローラが、ベルト脱落防止のためのフランジを備える、請求項１に記載のベルト研磨工具。
前記研磨ベルトの張力を調整する張力調整部をさらに具備しており、前記第１の従動ローラが、前記張力調整部を介して前記ローラ支持基板によって支持されている、請求項２に記載のベルト研磨工具。
前記加工ローラと前記研磨ベルトとの接触角が６０度未満である、請求項１に記載のベルト研磨工具。
前記機械がマシニングセンタであり、前記ヘッド部が前記マシニングセンタの主軸頭であり、前記シャンク部が前記マシニングセンタの前記主軸頭に把持されるように形成されたテーパ部を具備する、請求項１に記載のベルト研磨工具。
前記流体がクーラントであり、該クーラントが、研磨加工中にワークの被研磨部に吹きかけられるように構成されている、請求項１に記載のベルト研磨工具。