JPH06190702A - 球面研削装置および研削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通常研削と仕上げ研削を一連の操作として行
い、精度が高く、互換性のある製品を安定供給すること
ができる球面研削装置および研削方法を提供する。 【構成】 円板状の砥石７と、該円板状の砥石７を回転
可能に支持する砥石台１と、該砥石台１に隣接し、前記
円板状砥石７の回転軸に対して平行に配置されたテーブ
ル２と、該テーブル２を平行に往復運動させる移動手段
と、前記テーブル２の一端に載置された主軸台３と、該
主軸台３に対向して設けられた心押台と、主軸台３の前
記円板状砥石の回転軸に対して平行に延びた主軸４と、
該主軸４の先端部で被研削物を固定するフランジ５と、
前記主軸４をフランジ５ごと回転する回転手段とを有す
る球面研削装置において、前記フランジ５に固定され、
前記円板状砥石７で研削された被研削物の球面を前記円
板状砥石よりも粒度が細かい砥石によってさらに研削す
る仕上げ研削装置を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、球面研削装置および研
削方法に係り、特にミシンのクランクシャフト等、高度
な表面精度が要求される球体面を研削するのに好適な球
面研削装置および研削方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ミシンにおいてクランクシャフトは代表
的な駆動装置であり、該クランクシャフトの回転運動は
各種ロッドを介してミシンの各部に伝達される。ロッド
とクランクシャフトとの連結部はボールジョイントとな
っており、例えば針棒クランクロッド等のロッドはクラ
ンクシャフトの球体部に嵌合されている。このようなボ
ールジョイントにおける球体部の表面研磨には高度な精
度が要求される。

【０００３】従来、ミシンのクランクシャフトの球体部
研削方法としては、例えば高速回転する円板状砥石を用
いた円筒研削方法や、円筒研削機によって表面粗さ３．
０Ｓ程度に研削した後、いわゆる油擦り、またはラッピ
ングを行ってさらにその表面を仕上げる方法が採られて
いた。ここで、油擦り方法とは、一旦、円筒研削機で通
常の研削を行った後、球体部（以下、ボールということ
がある）とロッドとを連結し、注油した後、ジョイント
部が滑らかに摺動するようになるまで回動させる方法で
ある。また、ラッピング方法とは、前記油擦り方法にお
ける油の代りに砥石の粉粒体（以下、シャーという）を
マシン油で溶いたもの（ラッピング剤）を用いる方法で
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記円
筒研削機のみによる研削では表面粗さ０．８Ｓ以下は得
られない。０．８Ｓ以下を得ようとすると１００番以上
の砥石が必要となり、研削に長時間を要するだけでな
く、目づまりによる研磨焼けが発生し、表面硬度が低下
するという問題が生じる。また油擦り法は、操作が煩雑
で、生産効率が極端に低いという問題がある。さらにラ
ッピング法は、ボールまたはロッド表面にシャーが食い
込んでしまい、洗浄のみではこれを落とすことができ
ず、そのまま製品化すればジョイント面の摩耗が促進さ
れ、寿命が著しく低下するという問題がある。またラッ
ピング処理したボールは、いわゆる肩上がり状態とな
り、ジョイント部の摺動不良が生じ易いという欠点があ
る。さらに、油擦り法やラッピング法は、特定のボール
とロッドをセットとしてその摺動面を仕上げるものであ
る。従って、例えばロッドのみが損傷した場合に、他の
ロッドを代用しようとすると、最初から仕上げ工程をや
り直さねばならず、部品の互換性が得られないという問
題がある。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、通常の研削と仕上げ研削とを一連の操作として
行い、一定精度を有する互換性のある部品を安定供給す
ることができる球面研削装置および研削方法を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の第１の発明は、円板状の砥石と、該円板状の砥石
を円形平面の中心点を直角に通る軸を中心として回転可
能に支持する砥石台と、該砥石台に隣接し、前記円板状
砥石の回転軸に対して平行に配置されたテーブルと、該
テーブルを前記円板状砥石の回転軸に対して平行に往復
運動させる移動手段と、前記テーブルの一端に載置され
た主軸台と、該主軸台の前記円板状砥石の回転軸に対し
て平行に延びた主軸と、該主軸の先端部で被研削物を固
定するフランジと、前記主軸をフランジごと回転する回
転手段とを有する球面研削装置において、前記フランジ
に固定され、前記円板状砥石の凹状の円周面で研削され
た被研削物の球面を前記円板状砥石よりも粒度が細かい
砥石によってさらに研削する仕上げ研削装置を設けたこ
とを特徴とする球面研削装置に関する。

【０００７】本願の第２の発明は、円板状の砥石と、該
円板状の砥石を円形平面の中心点を直角に通る軸を中心
として回転可能に支持する砥石台と、該砥石台に隣接
し、前記円板状砥石の回転軸に対して平行に配置された
テーブルと、該テーブルを前記円板状砥石の回転軸に対
して平行に往復運動させる移動手段と、前記テーブルの
一端に載置された主軸台と、該主軸台の前記円板状砥石
の回転軸に対して平行に延びた主軸と、該主軸の先端部
で被研削物を固定するフランジと、前記主軸をフランジ
ごと回転する回転手段とを有する球面研削装置の前記フ
ランジに固定された被研削物の球面を、前記円板状砥石
の凹状の円周面で研削し、次いで該球面に前記円板状砥
石よりも粒度が細かい砥石を押圧してさらに研削するこ
とを特徴とする球面研削方法に関する。

【０００８】

【作用】高速回転する円板状砥石を用いる球面研削装置
に、前記円板状砥石で研削された被研削物の球面を、前
記円板状砥石よりも粒度が細かい砥石によってさらに研
削する仕上げ研削装置を設けたことにより、前記円板状
砥石で研削されて表面粗さが、例えば１〜２Ｓ程度に仕
上げられた被研削物の球面を、続けて研削して表面粗さ
を、例えば０．４〜０．８Ｓとすることができる。従っ
て、軸ずれすることなく、被研削物の表面精度を向上さ
せることができる。

【０００９】本発明において円板状の砥石とは、通常の
研削用砥石であって、例えば６０〜８０番の砥石粒を円
板状に成形したものである。円板状砥石の円周面は、被
研削物の球面に嵌合するように凹状に加工されている。
本発明において、円板状砥石の凹状円周面で研削された
被研削物の球面は、さらに細かい砥石粒からなる砥石に
よって続けて研削される。この研削は、仕上げ研削と呼
ばれる。超仕上げ研削では、一旦円板状砥石で研削され
た球面がさらに５〜２０μｍ研削される。仕上げ研削用
砥石は、例えば６００〜８００番の砥石粒を、例えば外
径１０mm、内径８mmの中空円筒状に成形したものであ
る。このような中空円筒状砥石の被研削物のボール面に
当接する面は、該ボール面に嵌合するように、外周から
内周に向かって窪んだ傾斜面となっている。中空円筒状
砥石の外径および内径、ボールとの当接面の傾斜角度等
は被研削物の大きさ、種類等によって任意に決定され
る。

【００１０】本発明において、仕上げ用砥石は所定の弾
性を有する弾性体、例えばスプリングを介して被研削物
に押圧されることが好ましい。これによって研削開始時
と終了時の砥石押圧力が前記スプリングの弾性力のみと
なるので、該仕上げ研削用砥石の破損および損傷を防止
することができる。被研削物と砥石との位置決めおよび
研削寸法の検出は、例えば自動位置決め装置および自動
定寸装置を用いて行われる。

【００１１】被研削物の中心軸と被研削球体部の位置が
偏心している場合、例えばミシン用クランクシャフトの
球体面を研削する場合等は、偏心ジグを用いて偏心を補
正することが好ましい。

【００１２】

【実施例】次に本発明を実施例によってさらに詳細に説
明する。図１は、本発明の一実施例を示す球面研削装置
の要部説明図である。この装置は、円板状の砥石７と、
該円板状の砥石７を円形平面の中心軸を直角に通る軸を
中心として回転可能に支持する砥石台１と、該砥石台１
に隣接し、前記円板状砥石７の回転軸に対して平行に配
置されたテーブル２と、該テーブル２を前記円板状砥石
７の回転軸に対して平行に往復運動させる、図示省略し
た移動手段と、前記テーブル２の一端に載置された、主
軸台３および該主軸台３に対向する位置に載置され、図
示省略した心押台と、前記主軸台３の前記円板状砥石７
の回転軸に対して平行に延びた主軸４と、該主軸４の先
端部で被研削物を固定するフランジ５と、前記主軸４を
フランジ５ごと回転する、図示省略した回転手段と、前
記フランジ５に固定され、前記円板状砥石７で研削され
た被研削物の球面を前記円板状砥石よりも粒度が細かい
砥石８によってさらに研削する仕上げ研削装置９とから
主として構成されている。前記円板状砥石７の円周面は
被研削物の球面に嵌合するように凹状に加工されてい
る。円板状砥石７の円形平面に沿った延長線は前記主軸
台３の主軸４の中心軸に沿った延長線と直交する位置関
係にある。円板状砥石７と主軸４は、それぞれ前記延長
線上を移動することができる。なお、１０は偏心ジグ、
１１は端面位置決め装置、１２は自動定寸装置、１３は
注油装置、１８は自動定寸装置用の油圧装置である。

【００１３】このような構成において、例えばミシンの
クランクシャフトの球体面を研削する場合、クランクシ
ャフトの球体面は該クランクシャフトの軸に対して偏心
しているので、この偏心を補正するために偏心ジグが使
用される。図２は、偏心ジグ１０にクランクシャフト６
を固定した状態を示す説明図である。図において偏心ジ
グ１０にクランクシャフト６が装填され、該クランクシ
ャフト６の偏心した球体面１７が偏心ジグ１０の中心軸
上になるように補正された状態でストッパー１５によっ
て固定されている。図３は、前記偏心ジグ１０の原理を
示す説明図である。図において、偏心ジグ１０のクラン
クシャフト挿入孔１４は該偏心ジグ１０の中心点１６に
対して間隔Ａだけ偏心している。この偏心間隔Ａは、ク
ランクシャフト６の中心軸に対する球体面１７の偏心間
隔と等しくなっている。クランクシャフト６をクランク
シャフト挿入孔１４に挿入し、ストッパー１５で固定す
ることにより被研削物である球体面１７は、図３上、偏
心ジグ１０の中心点１６に重なるようになる。

【００１４】このようにしてクランクシャフト６が装填
された偏心ジグ１０は、図１の球面研削装置のフランジ
５に固定される。被研削物であるクランクシャフト６が
フランジ５にセットされた状態で球面研削装置が稼動さ
れる。球面研削装置が稼動されると、主軸４はクランク
シャフト６を伴って、例えば２００ｒｐｍで回転する。
そして主軸４はその後、円板状砥石７の回転軸に対して
平行移動するように延び、前記クランクシャフト６の被
研削球体面１７が前記円板状砥石７の移動線上に到達し
た時点で端面位置決め装置１１の指令を受けて停止す
る。その後、クランクシャフト６の球体面１７は、円板
状砥石７の移動線上で回転を続ける。次いで砥石台１
は、例えば１５００ｒｐｍで回転する円板状砥石７を伴
ってクランクシャフト６に接近し、前記高速回転する円
板状砥石７の凹状円周面をクランクシャフト６の球体面
１７に押圧する。このようにしてクランクシャフト６の
球体面１７の研削が始まる。このとき研削面には注油装
置１３から切削油が注油される。球体面１７の研削が進
み、所定量の研削が終了すると、自動定寸装置１２が作
動し、円板状砥石７は球体面１７から離れて所定の位置
へと移動し、その後停止する。次いで仕上げ研削装置９
が起動し、該仕上げ研削装置９の先端部に固定された中
空円筒状砥石８が中空軸を中心として約８００ｒｐｍで
回転する。この状態で仕上げ研削装置９の主軸が伸び、
回転する中空円筒状砥石８が回転する前記球体面１７に
押圧され、仕上げ研削が行われる。図４は、中空円筒状
砥石８とクランクシャフト６の球体面１７との位置関係
を示す拡大図である。図において、中空円筒状砥石８の
当接面は球体面１７に嵌合するように所定の角度で傾斜
している。研削開始時は、中空円筒状砥石８の主として
内周近傍の当接面によって研削が行われる。

【００１５】中空円筒状砥石８は弾性体であるスプリン
グ（図示省略）を介して球体面１７に押圧されているの
で、最初の押圧力は前記スプリングの縮小のために用い
られる。従って、スプリングが完全に縮んだ時点から球
体面１７の実質的な研削が始まる。このようにして仕上
げ研削が行なわれ、自動定寸装置１２で所定の仕上げ研
削が終了したことが検知されると、押圧力が徐々に弱め
られる。このとき押圧力が所定値よりも小さくなると、
前記縮んだ状態のスプリングが伸び始め、完全に伸び切
ったのち中空円筒状砥石８が球体面１７から離脱する。
前記スプリングが伸び始めてから完全に伸びきるまでの
間、例えば５秒間は、中空円筒状砥石８はスプリングの
弾性力だけで前記球面体１７に当接されることになる。
従ってわずかな押圧力による研削で研削面に光沢が付与
される。

【００１６】本実施例によれば、球面研削装置に、中空
軸を中心として回転する中空円筒状砥石８を有する仕上
げ研削装置９を設けたことにより、例えば６０〜８０番
の砥石による通常の研削と、６００〜８００番の砥石に
よる仕上げ研削を、ワンチャッキングで連続して行なう
ことができる。従って、仕上げ研削時の芯出しが不要と
なり、軸ずれのない表面精度の高い球面体が得られる。
また、互換性のある高品質の製品を短時間で安定して生
産することができ、生産性が著しく向上する。さらに、
従来のラッピング法等のようにシャーが研削表面に食い
込むことがないので、製品寿命を著しく延命することが
できる。また本実施例によれば円板状砥石で研削した
後、中空円筒状砥石で仕上げ研削することにより、従来
技術にみられる研磨焼けによる表面硬度の低下を回避す
ることができる。さらに、円板状砥石７のドレスインタ
ーバルを長くすることができる。

【００１７】本実施例によれば、仕上げ研削装置の中空
円筒状砥石８をスプリングを介して被研削物に押圧する
構成としたことにより、仕上げ研削終了時の押圧力を前
記スプリングの弾性力だけとすることができる。従っ
て、スプリングの弾性力を適当に選択することによって
微妙な押圧力が得られ、これによって被研削物表面に光
沢を付与することができる。

【００１８】本実施例で得られた球面体は、図４におけ
る寸法ＸとＹとの関係がＸ≧Ｙ、いわゆる肩ダレ状態と
なり、球面体とロッドとのジョイント部の摺動がより円
滑になる。ＸとＹとの差は１〜２μｍであることが好ま
しい。本実施例において偏心ジグ１０は、被研削物の種
類、大きさ等によって使い分けられる。また、偏心して
いないものを研削する場合は、偏心ジグを用いることな
く、被研削物を直接フランジ５で支持すればよい。

【００１９】本実施例において、切削油としては油性の
ものを使用することが好ましい。また中空円筒状砥石８
を押圧する弾性体としては、スプリングの他、例えば圧
縮空気等を用いることもできる。本実施例装置は、被研
削物および砥石の円弧方向運動（旋回運動）を伴わない
ので、被研削物の固定方法は片方支持であっても両方支
持であってもよい。

【００２０】

【発明の効果】本願の第１の発明によれば、球面研削装
置に仕上げ研削装置を設けたことにより、被研削物をワ
ンチャッキングしたままで、通常の研削と仕上げ研削を
連続工程として行なうことができる。従って、軸ずれを
生ずることなく、表面精度の高い製品が得られる。

【００２１】本願の第２の発明によれば、例えば６０〜
８０番の円板状砥石で表面精度を１〜２Ｓまで研削した
後、続けて、例えば６００〜８００番の中空円筒状砥石
で仕上げ研削を行なうことができる。従って、研削時間
が著しく短縮でき、生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である球面研削装置の要部説
明図。

【図２】偏心ジグと被研削物の関係を示す図。

【図３】偏心ジグの原理を示す説明図。

【図４】本発明の一実施例における被研削物と中空円筒
状砥石との位置関係を示す説明図。

【符号の説明】

１…砥石台、２…テーブル、３…主軸台、４…主軸、５
…フランジ、６…被研削物（クランクシャフト）、７…
円板状砥石、８…中空円筒状砥石、９…仕上げ研削装
置、１０…偏心ジグ、１１…端面位置決め装置、１２…
自動定寸装置、１３…注油装置、１４…クランクシャフ
ト挿入孔、１５…ストッパー、１６…偏心ジグ中心点、
１７…球体面、１８…自動定寸装置用油圧装置。

【手続補正書】

【提出日】平成５年１２月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】このような構成において、例えばミシンの
クランクシャフトの球体面を研削する場合、クランクシ
ャフトの球体面は該クランクシャフトの軸に対して偏心
しているので、この偏心を補正するために偏心ジグが使
用される。図２は、偏心ジグにクランクシャフトを固定
する状態を示す説明図、図３は偏心ジグの原理を示す説
明図である。図２および図３において、偏心ジグ１０に
はクランクシャフト挿入孔１４と、該クランクシャフト
挿入孔１４に挿入されたクランクシャフト６の位置決め
をするストッパー１５と、位置決めされたクランクシャ
フト６を固定する固定ねじ１９が設けられている。また
前記クランクシャフト挿入孔１４は偏心ジグ１０の中心
点１６に対して間隔Ａだけ偏心している。この偏心間隔
Ａは、クランクシャフト６の中心軸に対する球体面１７
の偏心間隔と等しくなっている。なお、２０は偏心ジグ
１０を前記球面研削装置のフランジ５に固定する際のね
じ孔である。このような構成の偏心ジグ１０にクランク
シャフト６を固定する場合、まず偏心ジグ１０のクラン
クシャフト挿入孔１４にクランクシャフト６を挿入し、
該クランクシャフト６の偏心した球体面１７が前記偏心
ジグ１０の中心軸線上になるように補正した後、ストッ
パー１５を回し、該ストッパー１５を前記クランクシャ
フト６に当接してクランクシャフト６の位置決めを行
う。次いで、この状態で固定ねじ１９を締めて前記クラ
ンクシャフト６を偏心ジグ１０に固定する。クランクシ
ャフト６の固定が終了した後、前記ストッパー１５を緩
めて該ストッパー１５をクランクシャフト６から離脱さ
せ、偏心ジグ１０から抜き取ることにより、前記クラン
クシャフト６の偏心ジグ１０への取り付けが完了する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円板状の砥石と、該円板状の砥石を円形
   平面の中心点を直角に通る軸を中心として回転可能に支
   持する砥石台と、該砥石台に隣接し、前記円板状砥石の
   回転軸に対して平行に配置されたテーブルと、該テーブ
   ルを前記円板状砥石の回転軸に対して平行に往復運動さ
   せる移動手段と、前記テーブルの一端に載置された主軸
   台と、該主軸台の前記円板状砥石の回転軸に対して平行
   に延びた主軸と、該主軸の先端部で被研削物を固定する
   フランジと、前記主軸をフランジごと回転する回転手段
   とを有する球面研削装置において、前記フランジに固定
   され、前記円板状砥石の凹状の円周面で研削された被研
   削物の球面を前記円板状砥石よりも粒度が細かい砥石に
   よってさらに研削する仕上げ研削装置を設けたことを特
   徴とする球面研削装置。
2. 【請求項２】 円板状の砥石と、該円板状の砥石を円形
   平面の中心点を直角に通る軸を中心として回転可能に支
   持する砥石台と、該砥石台に隣接し、前記円板状砥石の
   回転軸に対して平行に配置されたテーブルと、該テーブ
   ルを前記円板状砥石の回転軸に対して平行に往復運動さ
   せる移動手段と、前記テーブルの一端に載置された主軸
   台と、該主軸台の前記円板状砥石の回転軸に対して平行
   に延びた主軸と、該主軸の先端部で被研削物を固定する
   フランジと、前記主軸をフランジごと回転する回転手段
   とを有する球面研削装置の前記フランジに固定された被
   研削物の球面を、前記円板状砥石の凹状の円周面で研削
   し、次いで該球面に前記円板状砥石よりも粒度が細かい
   砥石を押圧して仕上げ研削することを特徴とする球面研
   削方法。