JP7518538B2 - 砥石揺動装置およびネジ軸の超仕上装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボールネジのネジ軸の溝を超仕上する装置に関する。

ボールネジは、直線運動を回転運動または回転運動を直線運動に変換する機械要素であり、半導体製造装置および工作機械等の工業用装置、航空宇宙機器および自動車等の運搬機器、ならびに、医療機器およびロボット等を含め、その利用分野は極めて広い。
ボールネジはサーボモータと組み合わされて使用されることが多く、高い動作精度が求められる。また、ボールネジは動作音をより低くすることが求められ、そのためボールネジを構成するネジ軸、ナットおよびボールの摺動面は平滑であることが好ましい。

ボールネジの構成要素の一つであるネジ軸の平滑化について、ネジ軸のゴシックアーク溝との接触により事前に成形された砥石を、ゴシックアーク溝断面形状に対する特定の揺動軸回りに揺動させ、溝内の２つの曲面（フランク）を同時に超仕上する方法が提案されている（特許文献１）。
ネジ軸のゴシックアーク溝の超仕上において、砥石のまたぎ幅方向の各半分をそれぞれ異なるフランクに接触させ、溝内で揺動する砥石とゴシックアーク溝とが連続した接触加工線となるように揺動軸の傾斜角および揺動軸の位置を設定する方法も提案されている（特許文献２）。

特開２００３－１４５４１０号公報 特開２００３－１５９６４１号公報

しかし、特許文献１および特許文献２におけるゴシックアーク溝の超仕上方法は、主に砥石の揺動軸とゴシックアーク溝との好適な位置関係を提案するもので、この好適な砥石の揺動軸の位置決定に基づいてゴシックアーク溝の超仕上処理を実現する装置については、具体的に提示されていない。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、ボールネジのネジ軸におけるゴシックアーク溝の超仕上処理を実現できる砥石揺動装置および超仕上装置を提供することを目的とする。

本発明に係る砥石揺動装置は、砥石保持部、砥石押圧部および揺動モータを有する。砥石保持部は、超仕上に用いる砥石を収容するための貫通する砥石孔、および砥石が砥石孔から脱落するのを防止する砥石脱落防止装置を備える。砥石押圧部は、砥石孔に収容された砥石を砥石孔が貫通する方向の一方に向けて押圧するシリンダ装置を備える。
揺動モータは、シリンダ装置が砥石を研磨対象物の被研磨面に押圧した状態で、砥石孔が貫通する方向に直交する方向を揺動軸として砥石保持部および砥石押圧部を一体として揺動させて被研磨面を超仕上可能に構成される。

砥石孔は、貫通方向に直交する断面形状が揺動軸方向を長手方向とする矩形である。
砥石脱落防止装置は、砥石孔におけるその長手方向の一方の内面近くに挿入された板状の砥石押部、前記長手方向の一方の内面と砥石保持部における前記長手方向の一方側の端面とを貫通する雌ネジ、および雌ネジに螺合する雄ネジを有する。
砥石脱落防止装置は、雄ネジを雌ネジに進入させて砥石押部を砥石孔内の砥石に押圧することにより砥石の砥石孔からの脱落を防止するように形成されている。
シリンダ装置は、砥石における砥石孔が貫通する方向の他方の端面を押圧する。

シリンダ装置としてエアシリンダを用いるのが好ましい。
好ましくは、揺動モータのシャフトの軸心の延長が砥石の揺動軸に一致するように形成される。
本発明に係る超仕上装置は、前述した砥石揺動装置、ボールネジのネジ軸の両端を支持してネジ軸を回転させるネジ軸回転装置、およびネジ軸回転装置が支持するネジ軸の軸心
方向に砥石揺動装置を往復移動させる移動装置を有する。超仕上装置は、ネジ軸回転装置がネジ軸を１回転させる間に、移動装置が砥石揺動装置をネジ軸の１ピッチ分の距離移動させるように構成される。

本発明によると、ボールネジのネジ軸におけるゴシックアーク溝の超仕上処理を実際に行うことができる砥石揺動装置および超仕上装置を提供することができる。

図１は超仕上装置の斜視図である。 図２は超仕上装置の平面図である。 図３は超仕上装置の正面図である。 図４は超仕上装置の右側面図である。 図５は砥石揺動装置の側面図である。 図６は砥石ヘッドの斜視図である。 図７は砥石ヘッドの正面図である。 図８は砥石ヘッドの平面図である。 図９は砥石ヘッドの左側面図である。 図１０は図７におけるＡ－Ａ矢視断面図である。 図１１は超仕上げ装置によりネジ軸のゴシックアーク溝の超仕上を行う様子を示す図である。 図１２は他の形態による砥石押圧部を示す図である。

図１は超仕上装置１の斜視図、図２は超仕上装置１の平面図、図３は超仕上装置１の正面図。図４は超仕上装置１の右側面図、図５は砥石揺動装置２の側面図、図６は砥石ヘッド３の斜視図、図７は砥石ヘッド３の正面図、図８は砥石ヘッド３の平面図、図９は砥石ヘッド３の左側面図、図１０は図７におけるＡ－Ａ矢視断面図である。
超仕上装置１は、ネジ軸回転装置４、砥石揺動装置２および砥石ヘッド移動装置５を有する。ネジ軸回転装置４および砥石ヘッド移動装置５は、基台６に支持される。基台６は、超仕上装置１の各構成要素を支持する基礎をなす部分である。

ネジ軸回転装置４は、主軸台１２および心押台１３からなる。
主軸台１２および心押台１３は、それぞれが超仕上対象のネジ軸Ｗの両端面を支えるためのセンタ１４，１５を有する。主軸台１２は主軸１６を備え、主軸１６はサーボモータ１７により正回転および逆回転する。サーボモータ１７は、図示しない制御装置によりその回転が制御される。

主軸１６にはケレが固定されている。ケレは、センタ１４，１５が支える超仕上対象のネジ軸Ｗを主軸１６と一体に回転させる働きをする。
主軸台１２および心押台１３は、それぞれその下部に一体化されたアリガタがいずれも基台６に固定されたアリミゾ１８に嵌め入れられている。主軸台１２および心押台１３は、センタ１４，１５の並び方向（主軸１６の回転軸方向、アリミゾ１８が伸びた方向）に別個に移動可能である。主軸台１２および心押台１３は、超仕上対象のネジ軸Ｗの長さおよびその溝の位置に応じてそれぞれの位置が決定され、その並び方向への移動がそれぞれの固定装置１９ａ，１９ｂにより個別に制限される。

砥石揺動装置２は、砥石ヘッド３および揺動モータ２１を有する。
図６～図１０を参照して、砥石ヘッド３は、接続部２２、砥石保持部２３および砥石押圧部２４からなる。
接続部２２は、所謂フランジに類似する形態を有する円形の厚い板である。
砥石保持部２３は、支柱部２５および支持部２６を有する。支柱部２５は断面が略半円の柱状であり、断面半円の弦に相当する面を上に向け断面円弧の曲率中心を円形の接続部２２の中心に一致させて、接続部２２に一体化されている。支持部２６は、接続部２２から突出する支柱部２５の端部に一体化されて前記端部からさらに外方に突出する。支持部２６は、支柱部２５における半円断面の弦に直交する方向に貫通する砥石孔２７を有する
。砥石孔２７は貫通方向に直交する断面が矩形であり、その矩形断面の長手方向が支柱部２５における突出方向に一致する。

砥石保持部２３は、砥石孔２７からの砥石Ｓｔの脱落を防止するための砥石脱落防止装置２８を備える。
図１０を参照して、砥石脱落防止装置２８は、砥石押部２９、六角穴付全ネジ３０、緩み止めナット３１および支持部２６に設けられた雌ネジ３２からなる。
砥石押部２９は、砥石孔２７における矩形断面の幅方向を短辺とする矩形の板の長手方向の一方の端が直角に折れ曲がって僅かに突出した、「Ｌ」字状の形状を有する。

支持部２６の砥石孔２７に収容される砥石Ｓｔは、砥石孔２７の断面と略同じ矩形形状の断面を有するが、その長手方向寸法は砥石孔２７の長手方向寸法と比較して砥石押部２９の厚さ分より僅かに小さい。
雌ネジ３２は、支持部２６の突出する側の端面、つまり支柱部２５から離れた側の端面に開口し、この端面と砥石孔２７とを貫通する。

砥石保持部２３が砥石孔２７内に砥石Ｓｔを収容するとき、砥石押部２９は、直角に折れ曲がった端側を上に且つ端の直角に折れ曲がって突出する部分を外方に位置させて、砥石孔２７と砥石Ｓｔとにより生ずる隙間に嵌り込んでいる。
砥石脱落防止装置２８は、上記状態で、六角穴付全ネジ３０を螺合する雌ネジ３２に進入させ砥石押部２９を砥石Ｓｔの側面に押圧させることにより、砥石孔２７からの砥石Ｓｔの脱落を防止する。

なお、六角穴付全ネジ３０は、砥石孔２７からの砥石Ｓｔの自然落下が防止でき且つ外力（例えば砥石押圧部２４による力）が加えられたときに砥石孔２７内を砥石Ｓｔが移動可能な程度の進入度合いで螺合される。
砥石押圧部２４は、アーム３５、エアシリンダ３６および押圧棒３７を有する。
アーム３５は、支柱部２５から離れた支柱部２５の上方において接続部２２から支柱部２５の突出方向と同方向に延び、延びた先でエアシリンダ３６（のシリンダ）を支持する。

エアシリンダ３６は、そのロッド３８の先端部が支柱部２５側に位置するように、またそのロッド３８の軸心が断面半円の支柱部２５の軸心（断面半円の中心）に直交し且つ砥石孔２７の開口の略中央の上方となるようにして、アーム３５に一体化されている。
押圧棒３７は、短冊状の長い板であり、その長手方向をロッド３８の軸心方向に一致させてその長手方向の一方の端がエアシリンダ３６のロッド３８の先端部に（間接的に）連結されている。

揺動モータ２１は、そのシャフトが砥石ヘッド３の接続部２２に連結されて特定の角度内で正転と逆転を繰り返すことにより、砥石ヘッド３を往復揺動させる。その揺動中心（揺動軸）は揺動モータ２１のシャフトの軸心の延長に一致し、図５、図７等において符合Ｃｓで示される。揺動モータ２１は、後述する砥石ヘッド移動装置５の移動体４１に固定され、移動体４１とともに移動する。揺動モータ２１にはサーボモータが使用される。

砥石ヘッド移動装置５は、移動体４１、一対のリニアガイド４２，４２、ボールネジ４３およびサーボモータ４４を備える。一対のリニアガイ４２，４２は、そのレール４５，４５が互いに平行に且つ主軸台１２と心押台１３との並び方向に伸びて基台６に固定されている。ボールネジ４３は、そのネジ軸４６がレール４５，４５の中間にこれらと平行に配されている。ネジ軸４６の両端の軸受けは基台６に固定されている。

移動体４１は、その上面に砥石揺動装置２（の揺動モータ２１）を非固定的に保持している。移動体４１は、その下方にリニアガイド４２，４２のブロックおよびボールネジ４３のボールナットが固定されている。
ネジ軸４６の一端には、サーボモータ４４が連結されている。サーボモータ４４は、基台６に固定されている。サーボモータ４４は、図示しない制御装置によりその回転が制御されて、移動体４１をリニアガイド４２，４２が伸びた方向に往復移動させる。

砥石ヘッド移動装置５は、ネジ軸回転装置４の横（図２では上）に配される。
なお、砥石揺動装置２は、移動体４１に対して移動体４１の移動方向に直交する方向（図２の上下方向）に移動可能であり、且つこの直交する方向（図２の上下方向）に対して正逆のいずれにも傾斜可能である。さらに砥石揺動装置２は、砥石回転装置２からの超仕上後のネジ軸Ｗの取り出し、未加工のネジ軸Ｗの砥石揺動装置２への取り付けに砥石Ｓｔが干渉しないように、若干の上方への移動が可能である。

図１１は超仕上げ装置１によりネジ軸Ｗのゴシックアーク溝の超仕上を行う様子を示す図である。ここで（ａ）は超仕上時の斜視図、（ｂ）は超仕上時にネジ軸Ｗの軸心Ｃａおよび砥石Ｓｔの揺動軸Ｃｓのいずれにも直交する上方から砥石Ｓｔ等を見た図である。なおネジ軸Ｗのゴシックアーク溝（以下「溝」と略すことがある）の超仕上において、（ａ），（ｂ）のいずれも砥石Ｓｔが左から右に移動し、ネジ軸Ｗはその右端から見たときに時計回りに回転する。

砥石Ｓｔの研磨面（溝表面を研磨する面）の（断面）形状は、予めネジ軸Ｗの溝の（断面）形状に合わせて所定の形状に仕上げられている。
超仕上げ装置１によるネジ軸Ｗのゴシックアーク溝の超仕上は、砥石Ｓｔの揺動軸Ｃｓがネジ軸回転装置４に取り付けられたネジ軸Ｗの溝の延びる方向に一致するように、つまりネジ軸Ｗの軸心Ｃａおよび砥石Ｓｔの揺動軸Ｃｓのいずれにも直交する上方から見たとき（図１１（ｂ））ネジ軸Ｗの溝が延びる方向と砥石Ｓｔの揺動軸Ｃｓとが一致するように、移動体４１の移動方向に対する砥石揺動装置２の傾きが調整される。

ネジ軸Ｗの溝の超仕上は、例えば図１１においては砥石揺動装置２（移動体４１、砥石ヘッド３）を左から右に移動させて行われる。ネジ軸Ｗの溝の超仕上における砥石揺動装置２のネジ軸Ｗ軸心方向への移動は、片道のみ、一往復または数往復のいずれかを選択可能である。
超仕上げ装置１は、ネジ軸回転装置４がネジ軸Ｗを（右端から見たとき時計回りに）１回転させる間に、砥石ヘッド移動装置５が砥石揺動装置２をネジ軸Ｗの１ピッチ分右に移動させる。そして、砥石揺動装置２は、ネジ軸Ｗが回転し砥石ヘッド３が左から右に移動する間、砥石Ｓｔを砥石揺動装置２が揺動軸Ｃｓ回りに高速で揺動させる。また、この間、砥石ヘッド３におけるエアシリンダ３６には加圧エアがそのシリンダ内に供給され、ロッド３８が伸張して押圧棒３７が砥石Ｓｔをネジ軸Ｗの溝に向けて押圧する。

超仕上げ装置１は、砥石Ｓｔを揺動させながらネジ軸Ｗの溝が設け設けられた部分を左端から右端まで移動させて溝の超仕上を行う。溝部分の右端に砥石Ｓｔが到達するとエアシリンダ３６への加圧エアの供給が停止され、超仕上げ装置１は次のネジ軸Ｗの超仕上に備える。砥石ヘッド３における砥石Ｓｔは、ネジ軸Ｗの溝による支えを失った後も、砥石脱落防止装置２８の砥石押部２９により適度な力で砥石孔２７の内面に押しつけられ、砥石孔２７からの下方への落下が防止される。

図１２は他の形態による砥石押圧部２４Ｂを示す図である。
砥石押圧部２４Ｂは、アーム３５、エアシリンダ３６、押圧棒３７Ｂおよび付勢部材３９Ｂを有する。
砥石押圧部２４Ｂにおけるアーム３５およびエアシリンダ３６は、その形態および砥石ヘッド３における働き等が前述した砥石押圧部２４と同一であり、その説明を省略する。

押圧棒３７Ｂは、短冊状のやや厚い板であり、その長手方向をロッド３８の軸心方向に一致させてその長手方向の一方の端がエアシリンダ３６のロッド３８の先端部に連結されている。押圧棒３７Ｂは、ロッド３８に連結された側とは反対側の端部に付勢部材３９Ｂを揺動可能に支持する。
付勢部材３９Ｂは、弾性部５１Ｂおよび連結部５２Ｂとからなる。弾性部５１Ｂは、砥石孔２７に嵌め入れられた砥石Ｓｔを上から見たときの矩形形状（上述した矩形断面と同意）と略同じ大きさの弾性を有する短冊状の薄板で形成されている。

弾性部５１Ｂは、その矩形形状における長手方向の両端から内方がいずれも平らな当接部５３Ｂ，５３Ｂとなっている。弾性部５１Ｂは、２つの当接部５３Ｂ，５３Ｂの間に、その厚さ方向の一方に凸状に湾曲または盛り上がる中間部５４Ｂを有する。
連結部５２Ｂは、中間部５４Ｂの凸状に突出する表面に一体化され、弾性部５１Ｂの幅
方向に間隔を有し向き合って外方に拡がった、一対の薄板である。

付勢部材３９Ｂは、連結部５２Ｂが揺動ピン５５Ｂにより押圧棒３７Ｂの端部に揺動可能に連結されている。付勢部材３９Ｂは、その矩形形状における幅方向に軸心が延びた揺動ピン５５Ｂを中心に揺動可能である。
砥石押圧部２４Ｂは、その付勢部材３９Ｂにおける当接部５３Ｂ，５３Ｂの砥石Ｓｔに対する押圧面積が砥石押圧部２４における押圧棒３７（の先端）の砥石Ｓｔに対する押圧面積に比べて大きく砥石Ｓｔへの押圧力が広い範囲に分散するので、砥石Ｓｔの局部的な破損の虞が減少する。

また、付勢部材３９Ｂはその当接部５３Ｂ，５３Ｂが砥石Ｓｔの長手方向端近傍を押圧する。ところで、砥石Ｓｔのネジ軸Ｗの溝の円形断面における法線方向についての押圧力は砥石Ｓｔの長手方向の端ほど小さくなる。付勢部材３９Ｂは、当接部５３Ｂ，５３Ｂが砥石Ｓｔの長手方向端近傍を押圧することによって、砥石Ｓｔの長手方向の端近傍におけるネジ軸Ｗの溝表面に対する押圧力の低下を減少させる効果が期待できる。

上述の実施形態において、砥石押圧部２４，２４Ｂにおけるエアシリンダ３６に代えて油圧シリンダを用いることができる。
その他、超仕上げ装置１、および超仕上げ装置１の各構成または全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

本発明は、ボールネジのネジ軸の溝を超仕上する装置に利用することができる。

１ 超仕上げ装置
２ 砥石揺動装置
４ ネジ軸回転装置
５ 砥石ヘッド移動装置（移動装置）
２１ 揺動モータ
２３ 砥石保持部
２４，２４Ｂ 砥石押圧部
２７ 砥石孔
２８ 砥石脱落防止装置
２９ 砥石押部
３０ 六角穴付全ネジ（雄ネジ）
３２ （支柱部２５に設けられた）雌ネジ
３６ エアシリンダ（シリンダ装置）
Ｃｓ 揺動軸
Ｓｔ 砥石
Ｗ ボールネジのネジ軸

Claims (4)

1. 砥石保持部と、
   砥石押圧部と、
   揺動モータと、を有し、
   前記砥石保持部は、超仕上に用いる砥石を収容するための貫通する砥石孔、および前記砥石が前記砥石孔から脱落するのを防止する砥石脱落防止装置を備え、
   前記砥石押圧部は、前記砥石孔に収容された前記砥石を前記砥石孔が貫通する方向の一方に向けて押圧するシリンダ装置を備え、
   前記揺動モータは、前記シリンダ装置が前記砥石を研磨対象物の被研磨面に押圧した状態で、前記砥石孔が貫通する方向に直交する方向を揺動軸として前記砥石保持部および前記砥石押圧部を一体として揺動させて前記被研磨面を超仕上可能に構成され、
   前記砥石孔は、前記貫通する方向に直交する断面形状が前記揺動軸方向を長手方向とする矩形であり、
   前記砥石脱落防止装置は、
   前記砥石孔におけるその長手方向の一方の内面近くに挿入された板状の砥石押部と、 前記長手方向の一方の内面と前記砥石保持部における前記長手方向の一方の側の端面とを
   貫通する雌ネジと、
   前記雌ネジに螺合する雄ネジと、を有し、
   前記雄ネジを前記雌ネジに進入させて前記砥石押部を前記砥石孔内の前記砥石に押圧することにより前記砥石の前記砥石孔からの脱落を防止するように形成され、
   前記砥石における前記砥石孔が貫通する方向の他方の端面を前記シリンダ装置が押圧する
   ことを特徴とする砥石揺動装置。
2. 前記シリンダ装置がエアシリンダである
   請求項１に記載の砥石揺動装置。
3. 前記揺動モータのシャフトの軸心の延長が前記揺動軸に一致する
   請求項１または請求項２に記載の砥石揺動装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の砥石揺動装置と、
   ボールネジのネジ軸の両端を支持して前記ネジ軸を回転させるネジ軸回転装置と、
   前記ネジ軸回転装置が支持する前記ネジ軸の軸心方向に前記砥石揺動装置を往復移動させる移動装置と、を有し、
   前記ネジ軸回転装置が前記ネジ軸を１回転させる間に、前記移動装置が前記砥石揺動装置を前記ネジ軸の１ピッチ分の距離移動させるように構成された
   ことを特徴とするネジ軸の超仕上装置。

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