JP7017651B2 - ラッピング治具、ラッピング装置およびラッピング方法 - Google Patents

Description

この発明は、総型加工ツールによりボールねじナットのねじ溝を研削加工してラップ仕上げする際のボールねじナットの保持に関するものである。

従来、産業用ロボットに装備される駆動機構の一つにボールねじ機構がある。このボールねじ機構に用いられるボールねじナットは、内部にボールが転動する螺旋状のねじ溝が形成されている。このねじ溝は、切削加工により所定の形状に形成された後、総型加工ツールによる研削加工、いわゆるラッピング加工によって最終的な寸法に仕上げられる。

このラッピング加工は、例えば特許文献１に示されているようなラッピング装置を使用して行われている。この特許文献１に記載の装置では、３個のチャック爪を備えたチャック手段（本発明の「ラッピング治具」に相当）によってボールねじナットが保持されている。また、チャック手段の上方位置では、軸体構造を有するラップバー（本発明の「総型加工ツール」に相当）の軸心を上下方向に延びる回転中心軸と一致させた状態で当該ラップバーが回転しながら上下方向に往復移動可能に設けられている。そして、回転しているラップバーが所定の回転数と所定の送り速度にて、チャック手段で保持されたボールねじナット内に螺合されていき、それによってラッピング加工が施される。

特開２００２－２９２５２０号公報（図７）

このように特許文献１のラッピング装置では、ボールねじナットはチャック手段で固定的に保持され、ラップバーは上下方向に延設されたレールに沿って昇降する。つまり、当該ラッピング装置では、チャック手段により保持されたボールねじナットの軸心はラップバーの軸心（回転中心軸）と一致していることを前提としてラッピング加工を行う。したがって、例えばチャック手段によるボールねじナットの保持姿勢およびラップバーの設置姿勢のうちの少なくとも一方が不適切である場合、両者の軸心がずれて不一致となり、十分な加工精度でラッピング加工を行うことが困難である。特に、切削加工と研削加工との間に行われる熱処理によってボールねじナットに歪みが生じると、チャック手段によるボールねじナットの保持姿勢が不良なものとなり、従来装置では対応することができなかった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ボールねじナットの保持姿勢を柔軟に調整して総型加工ツールによるラップ仕上げを良好に行うことができるラッピング技術を提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、第１方向に延びる回転中心軸まわりに回転しながら第１方向に往復移動する、総型加工ツールによりねじ溝が研削加工されてラップ仕上げされるボールねじナットを保持するラッピング治具であって、回転中心軸上に固定的に配置される治具ベースと、治具ベースに取り付けられ、総型加工ツールの外側面のうちねじ溝に摺接してねじ溝を研削加工している加工領域に倣って治具ベースに対するボールねじナットの姿勢を変化させながらボールねじナットを保持する倣い保持部とを備えることを特徴としている。

また、本発明の第２態様は、第１方向に延びる軸体構造を有する総型加工ツールによりボールねじナットのねじ溝を研削加工してラップ仕上げするラッピング装置であって、上記ラッピング治具と、第１方向に延びる回転中心軸まわりに総型加工ツールを回転させながら総型加工ツールを第１方向にラッピング治具に保持されたボールねじナットに対して往復移動させるツール駆動部とを備えることを特徴としている。

さらに、本発明の第３態様は、第１方向に延びる軸体構造を有する総型加工ツールによりボールねじナットのねじ溝を研削加工してラップ仕上げするラッピング方法であって、上記ラッピング治具によりボールねじナットを保持する第１工程と、第１方向に延びる回転中心軸まわりに総型加工ツールを回転させながら総型加工ツールを第１方向にラッピング治具に保持されたボールねじナットに対して往復移動させる第２工程とを備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、第１方向に延びる回転中心軸まわりに総型加工ツールを回転させながら総型加工ツールを第１方向にボールねじナットに対して往復移動させることでボールねじナットのねじ溝が研削加工されてラップ仕上げされる。このラップ仕上げに際し、ボールねじナットは、総型加工ツールの外側面のうちねじ溝に摺接してねじ溝を研削加工している加工領域に倣ってボールねじナットの姿勢を変化させながら保持される。このため、総型加工ツールの軸心とボールねじナットの軸心とが一致した状態でラップ仕上げが行われる。

以上のように、総型加工ツールの外側面のうちねじ溝に摺接してねじ溝を研削加工している加工領域に倣ってボールねじナットの姿勢を変化させながらボールねじナットを保持するラッピング治具を用いてラップ仕上げを行う。したがって、ボールねじナットの保持姿勢を柔軟に調整して総型加工ツールによるラップ仕上げを良好に行うことが可能となっている。

本発明に係るラッピング装置の第１実施形態を示す図である。 図１に示すラッピング装置で使用されるラッピング治具を示す斜視図である。 図１に示すラッピング装置の電気的構成を示すブロック図である。 ラップ仕上げ中におけるラッピング治具の動作を模式的に示す図である。 ラップ仕上げ前後におけるラッピング治具２の動作を模式的に示す図である。 図１に示すラッピング装置によるラップ仕上げの手順を示すフローチャートである。 図１に示すラッピング装置によるラップ仕上げの手順を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態に係るラッピング装置によるラップ仕上げの追加手順を模式的に示す図である。

図１は本発明に係るラッピング装置の第１実施形態を示す図である。また、図２は図１に示すラッピング装置で使用されるラッピング治具を示す斜視図である。さらに、図３は図１に示すラッピング装置の電気的構成を示すブロック図である。ラッピング装置１は、鉛直方向Ｚに延設された軸体構造を有する総型加工ツール（以下単に「加工ツール」という）１００の軸心ＡＸ１を回転中心軸ＡＲと一致させた状態で加工ツール１００を回転中心軸ＡＲまわりに回転させながらＺ方向に往復移動させてラッピング治具２に保持されたボールねじナット２００（以下、単に「ナット２００」という）のねじ溝２０１を加工ツール１００により研削加工してラップ仕上げを行うものである。なお、図１および図２では、各図の方向関係を明確にするために、ＸＹＺ直角座標軸が示されている。これらの図には、鉛直方向Ｚは本発明の「第１方向」の一例に相当するものであり、Ｚ方向の矢印Ｚ１は加工ツール１００の往路方向を向いており、Ｚ方向の矢印Ｚ２は加工ツール１００の復路方向を向いている。この鉛直方向ＺならびにＺ方向と直交する水平方向Ｘ、ＹによりＸＹＺ直角座標軸が図１および図２に示されている。また、Ｙ方向は本発明の「第２方向」の一例に相当するものであり、Ｙ方向の矢印Ｙ１は正面側から見てラッピング装置１の左側を向いており、Ｙ方向の矢印Ｙ２はラッピング装置１の右側を向いている。また、Ｘ方向は本発明の「第３方向」の一例に相当するものであり、Ｘ方向の矢印Ｘ１はラッピング装置１の正面側を向いており、Ｘ方向の矢印Ｘ２はラッピング装置１の背面側を向いている。さらに、図１中の矢印Ｒは加工ツール１００の回転方向を示している。

ラッピング装置１は、図１に示すように、基台３と、この基台３の正面側上部に装着されたボールねじナット用支持装置４と、基台３の背面側上部に立設された上部支持台５と、この上部支持台５に昇降装置６を介して支持された昇降ヘッド７と、この昇降ヘッド７に設けられた回転駆動装置８とを備えている。これらのうちボールねじナット用支持装置４では、操作用レバー４１を操作することによりテーブル４２が鉛直方向Ｚに昇降するように構成されている。そして、テーブル４２の上面にラッピング治具２が固定されるとともに、当該ラッピング治具２によりナット２００を着脱自在に保持可能となっている。なお、ラッピング治具２の詳しい構成および動作については、後で詳述する。

ナット２００を保持するラッピング治具２の上方では、図１に示すように、昇降ヘッド７が鉛直方向Ｚに往復移動可能に設けられ、昇降装置６により昇降駆動される。昇降装置６は、図１に示すように鉛直方向Ｚに延びる上部支持台５の正面（Ｘ１方向側）に取付けられた左右一対のスライドレール６１、６１（図１ではＹ２方向側のみを図示）と、これらのスライドレール６１、６１に昇降自在に支持されたスライダ６２と、このスライダ６２における左右方向Ｙの中央部に取付けられたボールねじナット６３と、このボールねじナット６３を貫通して鉛直方向Ｚに延びるボールねじ軸６４と、このボールねじ軸６４の上端部に接続された昇降用モータ６５などによって構成されている。そして、ラッピング装置１全体を制御する制御装置９からの指令に応じて昇降用モータ６５が正回転することで次のように構成される昇降ヘッド７を往路方向（Ｚ１方向側）に移動させる一方、逆回転することで昇降ヘッド７を復路方向（Ｚ２方向側）に移動させることが可能となっている。

昇降ヘッド７は、図１に示すように、スライダ６２の前面に取付けられたスピンドルハウジング７１と、このスピンドルハウジング７１の内部に軸受（図示省略）によって回転自在に支持された筒状のスピンドル７２と、このスピンドル７２に取付けられたタップチャック７３などによって構成されている。スピンドルハウジング７１の上端部であって両側部には、ワイヤ７４を介して重量相殺用のウエイト７５が接続されている。ワイヤ７４は、上部支持台５の上端部に設けられたプーリ７６、７６に架け渡され、上部支持台５内に収容されたウエイト７５とスピンドルハウジング７１とを接続している。

スピンドル７２の上端部はスピンドルハウジング７１の上端部から上方に突出し、スピンドル７２の下端部はスピンドルハウジング７１の下端部から下方に突出している。スピンドル７２の上端部には加工ツール１００を回転させるための回転駆動装置８が接続されている。この回転駆動装置８は、スピンドルハウジング７１の上端部から前方（Ｘ１方向側）に延びる支持板８１に取付けられた減速機８２と、この減速機８２の上に装備された回転駆動用モータ８３と、減速機８２からスピンドル７２の上端部に動力を伝達するためのベルト式伝動装置８４などによって構成されている。このため、制御装置９からの指令に応じて回転駆動用モータ８３が作動することでスピンドル７２を回転中心軸ＡＲまわりに回転させることが可能となっている。

このスピンドル７２の下端部には、図１への図示を省略するが、テーパーソケットが下方に向けて開口するように形成されており、タップチャック７３のテーパーシャンクが取付けられている。そして、タップチャック７３に対して加工ツール１００の上端部が把持され、軸心ＡＸ１を回転中心軸ＡＲと一致させた状態で加工ツール１００がタップチャック７３に装着される。そして、制御装置９からの指令に応じて、回転駆動用モータ８３が作動することで加工ツール１００は回転中心軸ＡＲまわりに回転するとともに昇降用モータ６５が作動することで加工ツール１００は鉛直方向Ｚに往復移動、つまりＺ軸移動する。このように加工ツール１００を回転中心軸ＡＲまわりに回転させながら鉛直方向Ｚに往復移動させることで加工ツール１００の外側面に電着や接着などにより付着された砥粒がナット２００のねじ溝２０１を研削加工する。こうしてナット２００に対するラップ仕上げを実行可能となっている。なお、ラップ仕上げを行っている間、次に説明するように、ナット２００は加工ツール１００の外側面に倣い、ナット２００の軸心ＡＸ２（図２、図６参照）が回転中心軸ＡＲ（加工ツール１００の軸心ＡＸ１）と一致するようにナット２００の姿勢を調整可能となっている。一方、ラップ仕上げ前後においては、ナット２００はラッピング治具２により所定の初期姿勢で保持される。このようにナット２００を保持するラッピング治具２の構成および動作について図２、図４Ａおよび図４Ｂを参照しつつ説明する。

図４Ａおよび図４Ｂは図２に示すラッピング治具の部分断面図であり、図４Ａはラップ仕上げ中におけるラッピング治具２の動作を模式的に示し、図４Ｂはラップ仕上げ前後におけるラッピング治具２の動作を模式的に示している。ラッピング治具２は、図２、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、加工ツール１００の回転中心軸ＡＲの延長線上においてテーブル４２の上面に固定的に配置される治具ベース２１と、後で詳述するように加工ツール１００の外側面の形状に倣って治具ベース２１に対するナット２００の姿勢を変化させながらナット２００を保持する倣い保持部２２とを備えている。

治具ベース２１は鉛直上方（Ｚ２方向側）からの平面視で額縁形状を有する枠体であり、その中央空間でナット２００がナット保持部材２３に保持されている。本実施形態では、ナット保持部材２３は治具台２３１と支持枠２３２とを有しており、ナット２００を保持する治具台２３１が水平方向から取り囲まれた状態で支持枠２３２により支持されている。そして、このナット保持部材２３を変位させてナット２００の姿勢を調整するために、倣い保持部２２は以下のように構成されて、回転中心軸ＡＲに対するナット２００の傾斜姿勢を調整する傾斜調整機能と、回転中心軸ＡＲに対するナット２００の水平位置を調整する水平調整機能とを兼ね備えている。

倣い保持部２２は、可動枠２４０と第１揺動支軸２４１と第２揺動支軸２４２とで構成されたジンバル機構２４を有している。より詳しくは、可動枠２４０は治具ベース２１と同様に額縁形状を有する枠体であり、治具ベース２１の中央空間でナット保持部材２３を水平方向から取り囲むように配置されている。この可動枠２４０と治具ベース２１との間において第１揺動支軸２４１がＹ方向で離間する２個所に設けられている。これら２つの揺動支軸２４１は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、いずれもインナーブッシュ２４１ａ、スライドシャフト２４１ｂおよび連結ピン２４１ｃを有しており、ナット保持部材２３で保持されたナット２００を挟んで対称配置されている。このため、ここではＹ２方向側の第１揺動支軸２４１の構成を説明し、Ｙ１方向側については説明を省略する。

治具ベース２１のＹ２方向側の側壁では、Ｘ方向における略中央位置でＹ方向に貫通孔が設けられるとともに当該貫通孔に円筒状のインナーブッシュ２４１ａがＹ方向に嵌挿されている。このインナーブッシュ２４１ａの中空部分にスライドシャフト２４１ｂがインナーブッシュ２４１ａに対してＹ方向にスライド自在に挿入されている。スライドシャフト２４１ｂには貫通孔がＹ方向に穿設されている。そして、当該貫通孔に連結ピン２４１ｃがＹ２方向側からＹ１方向側に向けて挿通され、その先端部が可動枠２４０のＹ２方向側の側壁に連結されている。また、Ｙ１方向側についてもＹ２方向側と同様に、第１揺動支軸２４１が設けられている。このため、これら２つの第１揺動支軸２４１により可動枠２４０は治具ベース２１に対してＹ方向まわりに揺動自在となるとともに、可動枠２４０、スライドシャフト２４１ｂおよび連結ピン２４１ｃが一体的にＹ方向にスライド自在となっている。

また、可動枠２４０とナット保持部材２３との間において第２揺動支軸２４２がＸ方向で離間する２個所に設けられている。これら２つの揺動支軸２４２は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、いずれもインナーブッシュ２４２ａ、スライドシャフト２４２ｂおよび連結ピン２４２ｃを有しており、ナット保持部材２３で保持されたナット２００を挟んで対称配置されている。このため、ここではＸ２方向側の第２揺動支軸２４２の構成を説明し、Ｘ１方向側については説明を省略する。

可動枠２４０のＸ２方向側の側壁では、Ｙ方向における略中央位置でＸ方向に貫通孔が設けられるとともに当該貫通孔に円筒状のインナーブッシュ２４２ａがＸ方向に嵌挿されている。このインナーブッシュ２４２ａの中空部分にスライドシャフト２４２ｂがインナーブッシュ２４２ａに対してＸ方向にスライド自在に挿入されている。スライドシャフト２４２ｂには、貫通孔がＸ方向に穿設されており、当該貫通孔に連結ピン２４２ｃがＸ２方向側からＸ１方向側に向けて挿通され、その先端部が支持枠２３２のＸ２方向側の側壁に連結されている。また、Ｘ１方向側についてもＸ２方向側と同様に、第２揺動支軸２４２が設けられている。このため、これら２つの第２揺動支軸２４２により支持枠２３２は可動枠２４０に対してＸ方向まわりに揺動自在となるとともに、支持枠２３２、スライドシャフト２４２ｂおよび連結ピン２４２ｃが一体的にＸ方向にスライド自在となっている。

このように本実施形態では、ジンバル機構２４を設けたことでナット保持部材２３を回転中心軸ＡＲに対して傾斜させてナット２００の傾斜姿勢を変化させることが可能となっている。また、第１揺動支軸２４１および第２揺動支軸２４２がそれぞれＹ方向およびＸ方向のすべり軸受構造を有し、本発明の「移動機構」として機能し、ナット保持部材２３をＹ方向およびＸ方向に移動させることが可能となっている。つまり、移動機構によって回転中心軸ＡＲに対するナット２００の水平位置を変化させることが可能となっている。このため、図４Ａに示すように、可動枠２４０および支持枠２３２が自由に変位できるときには、ラップ仕上げを実行するために加工ツール１００の外側面がナット２００のねじ溝２０１に摺接して研削加工が実行される際に、加工ツール１００の外側面に倣ってナット２００が傾斜したり、水平移動したりする。このため、後で説明する図６に示すようにナット２００の軸心ＡＸ２が回転中心軸ＡＲ（加工ツール１００の軸心ＡＸ１）と一致するようにナット２００の姿勢を調整可能となっている。なお、本明細書では、このように加工ツール１００に倣ってナット２００の姿勢を変化させることができるモードを「倣い設定モード」と称する。

ここで、ラップ仕上げのみを考慮すると、ラッピング治具２を常時倣い設定モードに設定しておくことも考えられる。しかしながら、ラッピング治具２にナット２００を装着する際の作業性、ラップ仕上げを実行するために加工ツール１００をナット２００のねじ溝２０１に挿入する際の位相確保やラップ仕上げ終了後にナット２００を取り外す際の作業性などを考慮すると、ラップ仕上げの前後においてナット２００を位相確保などに好適な初期位置に位置決めするとともに当該初期位置からナット２００が変位するのを規制するのが望ましい。そこで、本実施形態では、上記倣い設定モード以外に、ナット２００を初期位置に位置決めするとともに初期位置からの変位を規制する「初期設定モード」を設け、これらを切り替えるためのモード切替機構２５を設けている。

モード切替機構２５は、Ｘ方向においてナット２００を初期位置に位置決めして固定するエアシリンダ２５１と、Ｙ方向においてナット２００を初期位置に位置決めして固定するエアシリンダ２５２とを有している。エアシリンダ２５１のピストン部２５１ｐに対応し、貫通孔２１１、２４０１および凹部２３２１がそれぞれ治具ベース２１、可動枠２４０および支持枠２３２のＹ１方向側の壁部に設けられ、ナット２００が初期位置に位置した際には、これらはＹ方向に直線状に並ぶ。したがって、加工ツール１００に倣って可動枠２４０および支持枠２３２が治具ベース２１に対してＸ方向に変位していたとしても、制御装置９からの指令に応じてエアシリンダ２５１のピストン部２５１ｐがＹ２方向側に伸長することでＸ方向において可動枠２４０および支持枠２３２を初期位置に戻す。つまり、貫通孔２１１、２４０１および凹部２３２１へのピストン部２５１ｐの進入により、治具ベース２１、可動枠２４０および支持枠２３２がピストン部２５１ｐによりＹ方向に串刺され、その過程で図４Ａに示す状態から図４Ｂに示す状態に移行してＸ方向においてナット２００は初期位置に位置決めされる。

また、Ｙ方向における位置決めについてもＸ方向と同様である。すなわち、エアシリンダ２５２のピストン部２５２ｐに対応し、貫通孔２１２および凹部２４０２がそれぞれ治具ベース２１および可動枠２４０のＸ２方向側の壁部に設けられ、ナット２００が初期位置に位置した際には、これらはＸ方向に直線状に並ぶ。したがって、加工ツール１００に倣って可動枠２４０および支持枠２３２が治具ベース２１に対してＹ方向に変位していたとしても、制御装置９からの指令に応じてエアシリンダ２５２のピストン部２５２ｐがＸ１方向側に伸長することでＹ方向において可動枠２４０および支持枠２３２を初期位置に戻す。つまり、貫通孔２１２および凹部２４０２へのピストン部２５２ｐの進入により、治具ベース２１および可動枠２４０がピストン部２５２ｐによりＸ方向に串刺され、その過程で図４Ａに示す状態から図４Ｂに示す状態に移行してＹ方向においてナット２００は初期位置に位置決めされる。

このようにエアシリンダ２５１、２５２の伸長動作によって、図４Ｂに示すように、ピストン部２５１ｐ、２５２ｐが進入してナット保持部材２３は水平方向において初期位置に位置決めする。これによって、設計上では、ナット保持部材２３に保持されるナット２００の軸心（図２、図６中の符号ＡＸ２）は加工ツール１００の回転中心軸ＡＲと一定の範囲内で一致する。こうした位置決め動作と同時に、その位置で回転中心軸ＡＲに対するナット２００の水平移動および傾斜が規制される、つまりジンバル機構２４がロックされる（初期設定モード）。

逆に、エアシリンダ２５１、２５２の収縮動作によって、図４Ａに示すように、ピストン部２５１ｐ、２５２ｐがそれぞれ治具ベース２１の貫通孔２１１、２１２に後退し、上記ジンバル機構２４のロックが解除される。この状態でラップ仕上げを実行するために加工ツール１００がナット２００のねじ溝２０１に挿入されて往復移動すると、当該ナット２００は加工ツール１００に倣って回転中心軸ＡＲに対して水平移動するとともに傾斜し、ナット２００の軸心ＡＸ２が回転中心軸ＡＲ（加工ツール１００の軸心ＡＸ１）と一致した状態で加工ツール１００の外側面がねじ溝２０１に適切に摺接する（倣い設定モード）。そして、加工ツール１００の往復動作に伴って加工ツール１００の外側面に付着する砥粒によってねじ溝２０１が良好に研削される。

このように構成されたラッピング装置１を制御するために、制御装置９が設けられている。この制御装置９は、はＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成される演算処理部９１を備えている。演算処理部９１には、記憶部９２、モータ制御部９３と、シリンダ制御部９４と、外部入出力部９５と、表示部９６と、入力部９７とがそれぞれ接続されている。そして、演算処理部９１は、記憶部９２に予め記憶されているプログラムにしたがって装置各部を制御してラップ仕上げを実行する。

モータ制御部９３は、昇降用モータ（Ｚ軸モータ）６５を駆動させて加工ツール１００を昇降させ、また回転駆動用モータ（Ｒ軸モータ）８３を駆動させて加工ツール１００を回転中心軸ＡＲまわりに回転させる。また、モータ制御部９３はモータ６５、８３を駆動制御する際の電流値をモータトルクに関連する情報として演算処理部９１に与える。したがって、演算処理部９１は当該情報に基づいて加工ツール１００の回転に異常が発生しているか否かを高精度に検出することが可能となっている。

シリンダ制御部９４は、エアシリンダ２５１、２５２に与える圧縮空気を制御することによりピストン部２５１ｐ、２５２ｐを伸縮させ、初期設定モードと倣い設定モードとの間でモード切替を行う。

外部入出力部９５は、いわゆるインターフェースであって、ラッピング装置１に設けられる各種センサ類９５１から出力される検出信号が取り込まれるように構成されている。これらの検出信号にはタップチャック７３の位置を検出する近接センサ９５１ａからの信号が含まれおり、当該信号に基づいて演算処理部９１はタップチャック７３でのフローティング異常の有無を検出することが可能となっている。

表示部９６は、表示画面を有する液晶表示装置等から構成され、ラッピング装置１の状態等を表示画面上に表示する。入力部９７は、キーボード等から構成され、オペレータの手動による操作によって外部からの入力を受け付けるようになっている。

上記のように構成されたラッピング装置１では、記憶部９２に記憶されたプログラムが演算処理部９１に読み出され、演算処理部９１によって装置各部が以下のように制御されてナット２００のラップ仕上げが実行される。以下、図４Ａ、図４Ｂ、図５および図６を参照しつつラッピング装置１によるラップ仕上げについて説明する。

図５は図１に示すラッピング装置によるラップ仕上げの手順を示すフローチャートである。また、図６は図１に示すラッピング装置によるラップ仕上げの手順を模式的に示す図である。なお、同図の（ａ）、（ｂ）、（ｄ）欄中の白抜き矢印はエアシリンダ２５１、２５２の伸長動作によってジンバル機構２４に対してロックが作用している状態を示し、同図の（ｃ）欄中の破線はエアシリンダ２５１、２５２の収縮動作によってジンバル機構２４のロックが解除されて回転中心軸ＡＲに対するナット２００の水平移動動作および傾斜動作が自由となっている状態を示している。

オペレータはラップ仕上げ前のナット２００の一方端面２０２を加工ツール１００に向けた状態で当該ナット２００をラッピング治具２にセットする（本発明の「第１工程」の一例に相当）。このとき、ラッピング装置１の各部は原点位置に位置している。つまり、図１に示すように、昇降ヘッド７に取り付けられた加工ツール１００は回転を停止した状態でラッピング治具２から鉛直上方、つまりＺ２方向に離れた原点位置Ｐ１（図６）に位置決めされている。また、ラッピング治具２では、エアシリンダ２５１、２５２が伸長し（図４Ｂ）、ジンバル機構２４をロックしている。これによって、回転中心軸ＡＲに対するナット保持部材２３の水平移動および傾斜を防止し、オペレータによるナット保持部材２３へのナット２００の装着を容易なものとしている。

ラッピング治具２へのナット２００のセットが完了すると、オペレータによりラップ仕上げの開始指令が入力部９７を介して制御装置９に与える。これを受けて、制御装置９の演算処理部９１は装置各部を以下のように制御してナット２００のラップ仕上げを実行する。まず、昇降用モータ（Ｚ軸モータ）６５が作動し、図６の（ａ）欄に示すように、加工ツール１００を原点位置Ｐ１からナット２００の直上位置Ｐ２まで降下させる（ステップＳ１）。この加工ツール１００の降下は比較的高速で実行される一方、加工ツール１００の回転は停止されている。

直上位置Ｐ２への降下が完了すると、昇降用モータ６５は回転速度を落とし、加工ツール１００の降下速度を低速に切り替える。また、この低速降下に同期して回転駆動用モータ（Ｒ軸モータ）８３が作動して加工ツール１００の正回転を開始させる（ステップＳ２）。ここで、「正回転」とは加工ツール１００を降下させながら加工ツール１００の外側面に付着する砥粒でねじ溝２０１を研削してラッピングさせる方向を意味し、「正回転」と反対の「逆回転」とは加工ツール１００を上昇させながら加工ツール１００の外側面に付着する砥粒でねじ溝２０１を研削してラッピングさせる方向を意味する。

こうして、加工ツール１００を正回転させながら降下させていくと、図６の（ｂ）欄に示すように、加工ツール１００の先端部がナット２００のＺ２方向側の端部をすべりながらねじ溝２０１と位相が合致して進入する。このとき、加工ツール１００の軸心ＡＸ１とナット２００の軸心ＡＸ２とが大きくずれている場合や加工ツール１００の先端部がねじ溝２０１に対して位相不一致となっている場合、加工ツール１００に対して回転方向（Ｒ軸方向）に多大なトルクが付加されるという問題（Ｒ軸トルク異常）や加工ツール１００と接続されたタップチャック７３が想定以上に伸縮するという問題（フローティング異常）が発生する。これらの問題が発生したまま動作を実行すると、ラップ仕上げの不良、加工ツール１００の短寿命化や装置故障などを引き起こす。そこで、本実施形態では、図６の（ｂ）欄に示すように、加工ツール１００が予め設定した初期挿入位置Ｐ３まで降下して初期挿入量（例えばナット２００に対して１／３程度の挿入した量）だけナット２００に挿入されるまでに、昇降用モータ６５の電流値をモニターすることでＲ軸トルク異常を監視するとともに近接センサ９５１ａによりフローティング異常を監視している（ステップＳ３、Ｓ４）。ここで、Ｒ軸トルク異常を検出するために、加工ツール１００に付加されるトルクをトルクセンサにより直接計測してもよい。また、フローティング異常を検出するセンサは近接センサ９５１ａに限定されるものではなく、位置検出センサ全般を用いることができる。

上記ステップＳ３でＲ軸トルク異常およびフローティング異常のうちの少なくとも一方が検出されると、制御装置９は昇降用モータ６５および回転駆動用モータ８３を停止するとともに表示部９６に異常発生による装置停止を報知する（ステップＳ５）。このアラーム報知を確認したオペレータは入力部９７を介して昇降用モータ６５や回転駆動用モータ８３などを操作して上記異常の解消を図りつつ加工ツール１００を原点位置Ｐ１に戻すなどにより装置各部を原点復帰させる。そして、異常が解消されてラップ仕上げの再トライの準備が完了すると、オペレータは入力部９７を操作して再スタート指令を制御装置９に与える。この再スタート指令を受け付ける（ステップＳ６で「ＹＥＳ」）と、制御装置９はステップＳ１に戻ってラップ仕上げを再トライする。

一方、Ｒ軸トルク異常およびフローティング異常が発生することなく、加工ツール１００の初期挿入が完了する（ステップＳ４で「ＹＥＳ」）と、エアシリンダ２５１、２５２が収縮して（図４Ａ）、ジンバル機構２４のロックを解除する（ステップＳ７）。このとき、ナット保持部材２３に保持されているナット２００の軸心ＡＸ２が加工ツール１００の回転中心軸ＡＲと一致している場合にはナット保持部材２３の移動はなく、その位置が維持される。一方、不一致となっている場合には、加工ツール１００の外側面に倣ってナット保持部材２３が回転中心軸ＡＲに対して水平移動および／または傾斜し、その結果、ナット保持部材２３に保持されているナット２００の軸心ＡＸ２が加工ツール１００の回転中心軸ＡＲと一致する。

ジンバル機構２４のロック解除後、ラップ仕上げに適合する回転速度および移動速度で加工ツール１００の回転およびＺ方向への往復移動（以下「加工ツール１００の回転往復移動」という）が開始される（ステップＳ８）。つまり、加工ツール１００は正回転で回転されながらラップ仕上げに適した速度でＺ１方向に降下されることで、加工ツール１００の外側面のうちＺ方向における中央領域１０１（図６の（ｃ）欄）が本発明の「加工領域」としてねじ溝２０１に摺接し、当該中央領域１０１に付着する砥粒によりねじ溝２０１が研削される。逆に、加工ツール１００は逆回転で回転されながらＺ２方向に上昇することで、上記中央領域１０１がねじ溝２０１に摺接して当該中央領域１０１に付着する砥粒によりねじ溝２０１が研削される。このように正逆回転する加工ツール１００が往復移動する際、ナット２００のねじ溝２０１は加工ツール１００の外側面に倣い、回転中心軸ＡＲに対する水平移動および傾斜が適宜実行されてナット２００の軸心ＡＸ２が加工ツール１００の回転中心軸ＡＲと一致した状態でラップ仕上げが実行される（本発明の「第２工程」の一例に相当）。

こうしてラップ仕上げを行っている間にＲ軸トルク異常が発生する可能性がある。そこで、本実施形態では、上記回転往復移動の回数が予めオペレータにより指摘された値だけ繰り返される間、演算処理部９１は昇降用モータ６５の電流値に基づいてＲ軸トルク異常の発生を監視する（ステップＳ９、Ｓ１０）。そして、Ｒ軸トルク異常が発生したとき（ステップＳ９で「ＹＥＳ」）、演算処理部９１は昇降用モータ６５および回転駆動用モータ８３の駆動を一時的に停止して加工ツール１００の回転往復移動を中断し、それに続いて一定量だけ低速で反転駆動する。例えば加工ツール１００を正回転させつつＺ１方向に降下させている際にＲ軸トルク異常が発生すると、加工ツール１００を一定量だけ逆回転させつつＺ２方向に上昇させる。一方、加工ツール１００を逆回転させつつＺ２方向に上昇させている際にＲ軸トルク異常が発生すると、加工ツール１００を一定量だけ正回転させつつＺ１方向に降下させる。その後で、ステップＳ８に戻って加工ツール１００の回転往復移動が再開される。

上記加工ツール１００の回転往復移動の回数が指摘値に到達してナット２００のラップ仕上げが完了する（ステップＳ１０で「ＹＥＳ」）と、加工ツール１００は逆回転されつつＺ２方向に上昇され、原点位置Ｐ１に戻った（ステップＳ１２）後で、加工ツール１００の回転および移動を停止する。また、ラッピング治具２では、エアシリンダ２５１、２５２が伸長し（図４Ｂ）、ジンバル機構２４をロックする。こうして１つのナット２００に対する一連の処理が完了する。

以上のように、本実施形態では、加工ツール１００の外側面のうちねじ溝２０１の研削加工を行う中央領域１０１（本発明の「加工領域」に相当）に倣ってナット保持部材２３を回転中心軸ＡＲに対して水平移動および傾斜させている。これによって、ラップ仕上げ中において、ナット２００の軸心ＡＸ２が加工ツール１００の回転中心軸ＡＲと一致するようにナット２００の姿勢は調整される。したがって、加工ツール１００の軸心とナット２００の軸心が一致した状態でねじ溝２０１を研削加工することができ、加工ツール１００によるナット２００のラップ仕上げを高精度に行うことができる。

また、加工ツール１００の軸心ＡＸ１とナット２００の軸心ＡＸ２とが一致した状態でラップ仕上げが行われるため、ラップ仕上げ中に加工ツール１００に対して余分な外力、例えば曲げ応力が作用するのを防止することができ、加工ツール１００の寿命を伸ばすことができる。

また、ナット２００をラッピング治具２にセットする際に、モード切替機構２５により初期設定モードに切り替えられている。つまりジンバル機構２４をロックしてナット保持部材２３に保持されたナット２００を初期位置に位置決めており、この状態でナット２００を安定してラッピング治具２にセットすることができる。

また、加工ツール１００の回転往復移動によりラップ仕上げを行う前にねじ溝２０１と位相を合せながら加工ツール１００の先端部をナット２００に挿入する必要があるが、本実施形態では初期設定モードを維持したまま上記した初期挿入が行われる。したがって、ナット２００の変位を規制しつつ初期挿入を安定して行うことが可能となっている。

さらに、ラップ仕上げを終了した後に、モード切替機構２５によって倣い設定モードから初期設定モードに戻される。したがって、ラップ仕上げ済のナット２００をラッピング治具２から安定して取り外すことができる。

上記した実施形態では、回転中心軸ＡＲが本発明の「第１方向に延びる回転中心軸」の一例に相当している。また、昇降装置６と回転駆動装置８との組み合わせが本発明の「ツール駆動部」として機能している。また、ナット２００のＺ２方向側の端面２０２が本発明の「ボールねじナットの一方端面」の一例に相当し、ナット２００のＺ１方向側の端面２０３が本発明の「ボールねじナットの他方端面」の一例に相当している。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、ナット２００の一方端面２０２を加工ツール１００に向いた状態でのみ回転往復移動を指定回数、例えば２Ｎ回行ってラップ仕上げしているが、第１実施形態と同様にしてラップ仕上げを行った後で、ラッピング治具２を上限反転させ、例えば図７に示すようにナット２００の他方端面２０３を加工ツール１００に向いた状態でラップ仕上げを行ってもよい（第２実施形態）。このように互いに異なる２態様でラップ仕上げを行うことで仕上げ精度をさらに向上させることができる。また、第２実施形態における回転往復移動の回数については、ナット２００の一方端面２０２を加工ツール１００に向いた状態でＮ回行い、ナット２００の他方端面２０３を加工ツール１００に向いた状態でＮ回行うように構成してもよい。

また、上記実施形態では、倣い保持部２２がナット保持部材２３を回転中心軸ＡＲに対して傾斜させてナット２００の傾斜姿勢を変化させる傾斜機能以外に、ナット保持部材２３をＹ方向およびＸ方向に移動させて回転中心軸ＡＲに対して水平シフトさせてナット２００の水平姿勢を変化させる移動機能を付加している。この変形例として、ナット保持部材２３をＸ方向にシフト移動させる移動機構のみを付加したり、逆にナット保持部材２３をＹ方向にシフト移動させる移動機構のみを付加したりしてもよい。

また、倣い保持部２２がナット保持部材２３をＹ方向およびＸ方向に移動させて回転中心軸ＡＲに対して水平シフトさせてナット２００の水平姿勢を変化させる移動機能のみを有するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、互いに直交するＺ方向、Ｙ方向およびＸ方向を本発明の「第１方向」、「第２方向」および「第３方向」として設定しているが、Ｙ方向またはＸ方向を本発明の「第１方向」に設定し、残りの２方向をそれぞれ「第２方向」および「第３方向」として設定してもよい。また、本発明の「第１方向」、「第２方向」および「第３方向」が互いに直交していることは必須事項ではなく、互いに交差するように設定してもよい。

この発明は、総型加工ツールによりボールねじナットのねじ溝を研削加工してラップ仕上げするラッピング技術全般に適用可能である。

１…ラッピング装置
２…ラッピング治具
６…昇降装置（ツール駆動部）
８…回転駆動装置（ツール駆動部）
２１…治具ベース
２２…倣い保持部
２３…ナット保持部材
２４…ジンバル機構
２５…モード切替機構
１００…（総型）加工ツール
１０１…中央領域（加工領域）
２００…（ボールねじ）ナット
２０１…ねじ溝
２０２…（一方）端面
２０３…（他方）端面
２４０…可動枠
２４１…第１揺動支軸
２４２…第２揺動支軸
ＡＲ…回転中心軸
ＡＸ１…（加工ツールの）軸心
ＡＸ２…（ボールねじナットの）軸心
Ｘ…水平方向（第３方向）
Ｙ…左右方向（第２方向）
Ｚ…鉛直方向（第１方向）

Claims (11)

1. 第１方向に延びる回転中心軸まわりに回転しながら前記第１方向に往復移動する、総型加工ツールによりねじ溝が研削加工されてラップ仕上げされるボールねじナットを保持するラッピング治具であって、
   前記回転中心軸上に固定的に配置される治具ベースと、
   前記治具ベースに取り付けられ、前記総型加工ツールの外側面のうち前記ねじ溝に摺接して前記ねじ溝を研削加工している加工領域に倣って前記治具ベースに対する前記ボールねじナットの姿勢を変化させながら前記ボールねじナットを保持する倣い保持部と
   を備えることを特徴とするラッピング治具。
2. 請求項１に記載のラッピング治具であって、
   前記倣い保持部は、前記ボールねじナットを保持するナット保持部材と、前記第１方向と交差する第２方向まわり並びに前記第１方向および前記第２方向と交差する第３方向まわりに前記ナット保持部材を揺動させて前記回転中心軸に対する前記ボールねじナットの傾斜を変化させるジンバル機構とを有するラッピング治具。
3. 請求項２に記載のラッピング治具であって、
   前記ジンバル機構は、
   可動枠と、
   前記治具ベースと前記可動枠との間において前記第２方向で離間する２個所に設けられて前記治具ベースに対して前記可動枠を前記第２方向まわりに揺動自在に支持する第１揺動支軸と、
   前記可動枠と前記ナット保持部材との間において前記第３方向で離間する２個所に設けられて前記可動枠に対して前記ナット保持部材を前記第３方向まわりに揺動自在に支持する第２揺動支軸と
   を有するラッピング治具。
4. 請求項３に記載のラッピング治具であって、
   前記第１揺動支軸は前記可動枠と一体的に前記治具ベースに対して前記第２方向にスライド自在に設けられているラッピング治具。
5. 請求項３または４に記載のラッピング治具であって、
   前記第２揺動支軸は前記ナット保持部材と一体的に前記可動枠に対して前記第３方向にスライド自在に設けられているラッピング治具。
6. 請求項１に記載のラッピング治具であって、
   前記倣い保持部は、前記ボールねじナットを保持するナット保持部材と、前記第１方向と交差する第２方向並びに前記第１方向および前記第２方向と交差する第３方向に前記ナット保持部材を移動させて前記第２方向および前記第３方向を含む平面内での前記ボールねじナットの位置をシフト移動させる移動機構とを有するラッピング治具。
7. 請求項２ないし６のいずれか一項に記載のラッピング治具であって、
   前記第２方向は前記第１方向に対して直交する方向であり、
   前記第３方向は前記第１方向および前記第２方向に対して直交する方向であるラッピング治具。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載のラッピング治具であって、
   前記倣い保持部に保持される前記ボールねじナットを前記治具ベースに対して予め設定された初期位置に位置決めしつつ前記ボールねじナットの変位を規制する初期設定モードと、前記ボールねじナットの変位の規制を解除して前記ボールねじナットの姿勢の変化を許容する倣い設定モードとを切り替えるモード切替機構をさらに備えるラッピング治具。
9. 第１方向に延びる軸体構造を有する総型加工ツールによりボールねじナットのねじ溝を研削加工してラップ仕上げするラッピング装置であって、
   請求項１ないし８のいずれか一項に記載のラッピング治具と、
   前記第１方向に延びる回転中心軸まわりに前記総型加工ツールを回転させながら前記総型加工ツールを前記第１方向に前記ラッピング治具に保持された前記ボールねじナットに対して往復移動させるツール駆動部と
   を備えることを特徴とするラッピング装置。
10. 第１方向に延びる軸体構造を有する総型加工ツールによりボールねじナットのねじ溝を研削加工してラップ仕上げするラッピング方法であって、
    請求項１ないし８のいずれか一項に記載のラッピング治具により前記ボールねじナットを保持する第１工程と、
    前記第１方向に延びる回転中心軸まわりに前記総型加工ツールを回転させながら前記総型加工ツールを前記第１方向に前記ラッピング治具に保持された前記ボールねじナットに対して往復移動させる第２工程とを備えることを特徴とするラッピング方法。
11. 請求項１０に記載のラッピング方法であって、
    前記第１工程は、前記第１方向における前記ボールねじナットの一方端面が前記総型加工ツールを向いた状態で前記ボールねじナットを保持する工程であり、
    前記第２工程は、
    前記ボールねじナットの一方端面が前記総型加工ツールを向いた状態で前記総型加工ツールを往復移動させる工程と、
    前記ラッピング治具を反転させて前記第１方向における前記ボールねじナットの他方端面が前記総型加工ツールを向くように前記ラッピング治具を位置決めする工程と、
    前記ボールねじナットの前記他方端面が前記総型加工ツールを向いた状態で前記総型加工ツールを往復移動させる工程と
    を有するラッピング方法。

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