JPH11347896A - 芯無研削盤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リアシューとフロントシューとでバッキング
プレートに吸着されつつ回転される環状ワークを支持
し、砥石により環状ワークの外周面を研削加工する芯無
研削盤において、研削時に、砥石とワークとの接点に対
して反対側のワーク上の点とワークがリアシューに接す
る点とのなすリアシュー角を一定に保つ。 【解決手段】 リアシュー角とワークがフロントシュー
に接する点が垂直下方向に対してなすフロントシュー角
と、ワークの直径変化量あるいは砥石の切込量の少なく
とも１つと、に基づいて前記フロントシューの垂直方向
位置を調節するフロントシュー位置調整装置を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシュー支持タイプ芯
無し研削盤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１は従来の芯無研削盤の一般的な構成
を模式的に示した図である。図１において環状のワーク
（被加工物）１０３はその背面が、図示しないドライビ
ングプレート（バッキングプレート）のマグネットの引
力（マグネットチャック）によりあるいはロールやプレ
ートによる押しつけ力により押しつけられ、該背面とド
ライビングプレートとの間の摩擦力により、回転駆動さ
れる。即ち、ワークはフロントシュー１０１およびリア
シュー１０２に支持された状態で、回転中心Ｏを中心と
して時計回りに回転される。同時に砥石１０４がワーク
との接点Ａにおける接線運動方向がワークと同一となる
ように反時計回りに回転され、研削点Ａにおいて砥石１
０４を切り込ませて、シュー１０１、１０２にワーク１
０３が押しつけられるようにダウンカットする。

【０００３】図１に図示されているシュー１０１、１０
２はシューチップ１１０がシューピン１１１まわりに回
動可能なムーバブルシューである。芯無研削盤による研
削が進むとワークの寸法は変化するが、ムーバブルシュ
ーはそのピン１１１まわりの首振りによりワークの径変
化に追従した支持を行う。そのほかに、このような首振
りを行わない固定シューも用いる場合もある。

【０００４】フロントシューおよびリアシューを用いた
芯無研削盤においてフロントシュー１０１は図１に示さ
れるように鉛直方向から、ある角度βだけ傾いた位置に
おいてワークを支持するように配置する。これはワーク
を鉛直下方で支持すると、ワークの外面の微小な凹凸に
よりワークが上下動し、それに応じて研削点も上下して
しまうからである。ワークの回転を安定させるために、
通常フロントシュー１０１は砥石と干渉しない範囲内で
できるだけ砥石に近づけた位置に配置する。

【０００５】他方、リアシュー１０２はワークと砥石の
接点Ａの反対側から角度α（リアシュー角と称する）だ
け下方の位置においてワークと接するように配置する。
このリアシュー角αの値は研削によってもたらされるワ
ークの真円度に大きく影響することがよく知られてい
る。即ちリアシュー角αが、 α＝３６０°／（２ｎ＋１） −ｎは整数− ・・・・・・（式１） である時、研削されたワークの外周の多角形状のウェー
ビネス（波うち）が形成されてしまい、ワークの真円度
が損なわれる。リアシューがこの配置にあるとき、ワー
ク外周上の凸部が研削点に位置するときに、常にリアシ
ューがワーク凹部にはまりこんで該ワーク凸部を砥石か
ら逃がすという状態が繰り返され、ワークが回転しても
該凸部が研削されず、ウェービネスが残存してしまう。

【０００６】このことはリアシュー角が０度のときを考
えると理解しやすい。即ち、たとえば粗形成されたワー
クのシュー接触面に微小凹部が存在し、リアシューがワ
ーク凹部にはまりこんでいるとき、それと１８０°対向
する研削点においてワークは砥石から逃げる状態になる
ので、その部分に周囲より突出した凸部が形成される。
ワークが１８０°回転してリアシューがワーク凸部と接
する位置となるとき、反対側の凹部が研削点にあるわけ
であるが、リアシューが対向する凸部を押しつけている
ために凹部は他の場所より深く研削されることになり、
凹部状態が保存され、あるいは拡大してしまう。以下こ
の繰り返しとなり、この対向する凹部凸部の組み合わせ
は研削が進んでも解消されない。上記式１のリアシュー
角に設定した場合にも同様の事態が起こり、奇数多角形
状のウェービネスが残存することになる。それに対し
て、リアシュー角αを α＝３６０°／（２ｎ） −ｎは整数− ・・・・・・（式２） となるように設定すると、リアシュー部が凹のとき研削
点も凹、リアシュー部が凸のとき研削点も凸となり凸形
状が研削されて徐々に多角形状が解消され、真円に近づ
いていくことがよく知られている（ここではこの機能を
多角修正能と呼ぶ）。よってシュー支持型の芯無研削盤
では通常リアシュー角αは式２を満たすように設定され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上に説明したようにシ
ュー支持型の芯無研削盤ではリアシュー角αを式２を満
たすような角度（一般に１０°〜１５°）に設定する。
更にシューチップの先端Ｒはいかなる多角も残らないよ
うにＲ形状にする。シューとして固定シューを用いた場
合、ワークの研削が進みワーク外径が小さくなるにつれ
て、シューに支持された円形のワークの中心位置はフロ
ントシューとリアシューを結ぶ線分の垂直２等分線上を
移動する（図１で言えば左下方向に移動して行く）。従
ってシューチップをＲ形状としても、その接点は変化し
てしまうという問題があった。

【０００８】他方ムーバブルシューを用いた場合、ワー
ク径の変化に伴って首振りを行うので、常にワーク外径
になじむ角度に振れるが、シューの先端部がワークの仕
上がり直径に合わせて作られているので、加工始めの直
径の大きいときは曲面の両端での２点当たりとなり、多
角修正能が保証されないため真円度修正能力は限られ
る。また１つのシューチップで対応できるワーク径は１
対１なので、ワークの外径寸法が変わる度にシューチッ
プを取り替えなければならないので、多くのサイズのシ
ューチップを揃えなければならず、また小ロットの加工
の際にはその都度シューチップを交換しなければなら
ず、セット替えの時間がかかるいう問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は芯無研削盤にお
ける上記問題点を解決することを目的とするものであ
る。

【００１０】本発明の芯無研削盤は、バッキングプレー
トに吸着されつつ回転される環状ワークをリアシューと
フロントシューで支持し、砥石により環状ワークの外周
面を研削する芯無研削盤において、フロントシューの位
置を調節可能とし、ワークの直径変化に応じてフロント
シューの位置を調節することにより、リアシュー角αを
一定に保つことを特徴とする。このフロントシューの直
径変化に応じた位置調節は、具体的には、ワークの直径
変化あるいは砥石の切り込み量の変化をモニターし、そ
れに応じて制御することができる。

【００１１】フロントシューの位置調節によりリアシュ
ー角αを常に一定とできるので、理想的なワークの多角
修正能を実現でき、これによりウェービネスがなく真円
度の高い高精度の仕上がりワークを得ることができる。

【００１２】発明の一つの好適な態様においては、フロ
ントシューをそのワーク接触面を平面とした接線シュー
とし、該フロントシューを垂直方向に上下して位置調節
することでリアシュー角αを一定に保つ。

【００１３】本発明の別の態様では、芯無研削盤のリア
シューにおいて、環状ワーク周方向に３個乃至それ以上
の、バネ機構により互いに弾性的に接続されたシューチ
ップを並べて配し、シューチップの数が奇数の場合には
中央の１つ、偶数の場合には中央の２つのチップをワー
ク中心とシューチップ列の中心とを結ぶ中心線方向に進
退させるリアシュー位置調節装置を設ける。中央のシュ
ーチップの進退は好ましくはモータによって行う。

【００１４】このリアシュー位置調節機構により、広い
範囲のワーク径に対してリアシュー角α一定の状態で多
点（３点以上）当たりで支持ができ、バネ機構による弾
性と相まってガタがなく、剛性も高い安定した支持が可
能となり、高精度（真円度、ウェービネスに関して）の
ワーク研削が実現できる。加工開始から仕上げ完了まで
刻々変化する径寸法に合致したＲ寸法に調整するため、
最良の真円が得られる。調整はフロントシューの制御と
同様にワークの直径変化あるいは砥石の切り込み量の変
化をモニターすることにより行うことができる。中央シ
ューチップの位置調節により、ワークのＲに応じてシュ
ーチップ側のＲ（即ち、複数シューチップとワークの複
数の接点により形成されるＲ）を調節できることになる
ので、異なる径のワークを加工する場合にもシューチッ
プを交換する必要がなく、単にリアシュー位置調節機構
の調整により対応できるの。従って、従来シューチップ
交換に要していた手間が大幅に低減され、セット切り換
え時間が短縮される。また多点当たりとなることによ
り、支持が分散するため、シューチップの磨耗も減少す
る。

【００１５】発明のまた別の態様では、リアシューおよ
び／またはフロントシューの各シューチップをそれぞれ
シューに着脱可能とし、先端部を特徴的形状とすること
により、一つのシューチップで、所望のワーク加工形
状、特にころがり軸受の軸受溝の様々な加工形状に適合
できるようにする。即ち、シューチップ先端部形状をＲ
形状面、平坦形状面の２種の面がシューチップを研削盤
に装着した状態でワーク軸方向に隣接して並ぶように構
成する。これにより例えばころがり軸受の内輪溝の加工
に際して、玉軸受用のＲ溝研削の際にはシューチップの
Ｒ形状面で支持し、円錐ころ軸受用のテーパ溝研削の際
には同じくＲ形状面で支持し、円筒ころ軸受用の平坦溝
研削の際には平坦形状面で支持するというように、所望
の研削面形状に応じてワークとの接触面を変えて、一つ
のシューチップで、異なる研削面形状に対応することが
できる。従って、異なる加工形状に切り換える際もシュ
ーチップを交換する必要がなく、セット時間が短縮でき
る。またシューチップの種類も少なくできるので、コス
トも削減できる。

【００１６】支持面の切り換えは研削時のワークとシュ
ーチップとのワーク軸方向の相対位置を変えることによ
り行えばよい。具体的にはワークを吸着したバッキング
プレートをワーク軸方向に位置調節（進退）可能とする
ことが機構上簡単にできるので現実的であるが、シュー
自体のワーク軸方向位置を調節する機構とすることも可
能である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図２は本発明の芯無研削盤における
ワーク、シューおよび砥石の関係を示す図である。図２
においてワーク１は図示しないバッキングプレートによ
り背面からマグネット等によりチャックされ、リアシュ
ー２およびフロントシュー３に支持された状態で時計回
りに回転される。同時に砥石４は図２で反時計回りに回
転され、ワークとの接点Ｂにおいてワークを研削する。
図においてワーク１の外周面は研削初期の状態（外径Ｄ
₀ とする）を実線１ｂで表し、研削が進んで外径が小さ
くなった状態（外径Ｄ）を１点鎖線１ｃで表す。同様に
砥石の初期位置を実線４ｂで表し、長さｘだけ研削が進
んだ位置を一点鎖線４ｃで表す。後に詳述するように、
本装置はいずれの状態においてもリアシュー角αが一定
に保たれるような制御を行う。（図示の例ではα＝１５
°としているが、無論これに限定されるものではな
い。）

【００１８】リアシュー２およびフロントシュー３は台
座４にそれぞれ止めネジ２ｈ、３ｈにより位置を粗調整
して固定される。図２に示した実施形態ではフロントシ
ュー３のシューチップ３ａはワーク外周に接する接線シ
ューを用いている。シューチップ３ａはフロントシュー
３の上部の側面図である図３に示すように、ネジ３ｊに
よりフロントシュー本体３ｉに交換可能に取り付けられ
る。フロントシュー本体３ｉはその鋼材にワイヤーカッ
トや放電加工により形成した切欠き３ｋにより構成され
るバネ機構を一体的に有する。これによりシューチップ
３ａは適度な弾性をもって支持される。

【００１９】フロントシュー３は主に雄ねじ３ｂ，サー
ボモータ３ｃスプラインスリーブ３ｆからなる位置調節
機構を有する。サーボモータ３ｃのシャフトはスプライ
ンスリーブ３ｆを介して雄ねじ３ｂに接続されている。
スプラインスリーブ３ｆはモータのシャフトと雄ねじと
を、回転方向には力を伝え軸方向にはスライドするよう
に連結する。サーボモータが回転すると、回転はスプラ
インスリーブ３ｆにより雄ねじに伝達され、雄ねじはフ
ロントシュー本体３ｉに形成された雌ねじとの協同によ
り図２の上下方向に移動する。これに伴ってシューチッ
プ３ａが上下方向に進退する。より詳しくは、シューチ
ップ３ａの上方向への移動は雄ねじ３ｂの回転繰り出し
によりシュー本体３ｉの面３ｍを上方に押し上げること
により行い、下方への移動は雄ねじの下降に伴って、前
述のバネ機構の弾性力によりシューチップを固定したシ
ュー本体上部が元の位置に復帰することにより実現す
る。なお該位置調節機構はつまみ３ｇにより手動操作す
ることも可能である。

【００２０】サーボモータ３ｃの背面には周知のエンコ
ーダ３ｄが取り付けられており、該エンコーダによりモ
ータの回転数を、即ちシューチップの進退量をモニター
する。

【００２１】図２において、研削初期状態において、フ
ロントシューチップ３ａは符号１ｂで示すワーク１の外
周上の点ｄ（フロントシュー角β）においてワークを支
持している。リアシュー角αを一定に保つために、ワー
クの研削が進みワーク径が減少するのに伴って、位置調
節機構によりフロントシューチップ３ａを徐々に上に押
し上げていく。研削が進み、ワーク外径が一点鎖線１ｃ
で示す状態になったとき、フロントシューチップは図で
３ａ′として一点鎖線で示す位置となり、点ｄ′におい
てワークを支持する。その間フロントシューの垂直方向
位置を調節してリアシュー角αを一定に保つための条件
を以下において示す。

【００２２】図５はワーク外径変化に対応したフロント
シューの移動量を求めるための図である。図において研
削初期状態の直径Ｄ₀ におけるワーク外周と研削が進み
直径Ｄ（Ｄ₀ ＞Ｄ）となったときのワーク外周をそれぞ
れ大小の円で示す。

【００２３】ここで満たすべき条件は点ｂにおいてワー
ク外周がリアシュー角αを保ってリアシュー２（厳密に
は中央のリアシューチップ２ａ₂ の中点）と接している
こと、およびワーク外周がフロントシュー角βを保って
フロントシューのシューチップの接触面と接しているこ
とである。ここではリアシューのシューチップ位置は固
定としている。直線Ｓ₀ およびＳはそれぞれワーク半径
がＤ₀ およびＤのときのフロントシューのワーク接触面
の位置を表す（フロントシュー角は共にβ）。

【００２４】図より

【数１】 の諸式が得られる。またここで、Ｄ₀ −Ｄ＝ΔＤとおい
て、

【数２】 または

【数３】 であることがわかる。ここで、各符号の表すものは以下
の通りである。 α ：リアシュー角 β ：フロントシュー角 Ｄ₀ ：初期状態のワーク外径 Ｄ ：加工途中のワーク外径 ｘ ：砥石の切込量 ｙ ：フロントシューの垂直方向の移動量

【００２５】式３は砥石の送り量（切込量）ｘとフロン
トシューの移動量ｙとの関係を表している。従って、砥
石の送り量即ち砥石の移動量をモニターすれば、それに
基づいて必要な接触条件を満たすフロントシューの移動
量を決定できる。

【００２６】また式４はワークの径変化量ΔＤとフロン
トシューの移動量ｙとの関係を表している。従って、ワ
ークの径変化あるいは径そのものをモニターすれば、そ
れに基づいてフロントシューをどのように進退させるべ
きかが決定できる。

【００２７】なお、式３およびにおいて角度αおよびβ
は定数であるので、ｘとｙの関係およびΔＤとｙの関係
はリニアとなる。

【００２８】フロントシューの位置制御を行う制御系に
ついては、リアシューの制御と共に後述する。

【００２９】ここで図２に戻ってリアシュー２について
説明する。リアシュー２は先に説明したフロントシュー
３と類似した構造であるが、図２の実施形態においては
ネジ２ｊにより交換可能に取り付けられた３つのシュー
チップ２ａ₁ 、２ａ₂ 、２ａ₃ を有している。それぞれ
のシューチップは接線シューであり、それぞれ点ａ、
ｂ、ｃにおいてワーク外周に接する。リアシュー本体２
ｉはその鋼材にワイヤーカットや放電加工により形成し
た切欠き２ｋにより構成するバネ機構を一体的に有す
る。これによりシューチップ３ａは適度な弾性をもって
支持される。このバネ機構により３つのシューチップ２
ａ₁ 、２ａ₂ 、２ａ₃ は弾性的に連結される。なお、図
で点Ａ₁ 〜Ａ₃ はそれぞれ向かい合う切欠きの中点を表
す。

【００３０】リアシュー２は主に雄ねじ２ｂ、サーボモ
ータ２ｃ、スプラインスリーブ２ｆ、手動つまみ２ｇか
らなるリアシュー位置調節機構を有する。サーボモータ
２ｃのシャフトはスプラインスリーブ２ｆを介して雄ね
じ２ｂに接続されている。スプラインスリーブ２ｆはモ
ータのシャフトと雄ねじを回転方向には力を伝え軸方向
にはスライドするように連結する。サーボモータ２ｃが
回転すると、回転はスプラインスリーブ２ｆにより雄ね
じに伝達され、雄ねじはシュー本体２ｉに形成された雌
ねじとの協同により図２の上下方向に進退する。サーボ
モータ２ｃにはエンコーダ２ｄが取り付けてあり、これ
を用いてモータ２ｃの回転、即ち雄ねじ２ｂの進退量を
モニターできる。

【００３１】雄ねじ２ｂが上方（シューチップが取り付
けられている側）に進出すると、雄ねじ２ｂはリアシュ
ー本体２ｉの中央のシューチップ２ａ₂ が取り付けられ
ている基部の裏面２ｍを押す。これにより両側のシュー
チップ２ａ₁ および２ａ₂ はそれらの内側に隣接する切
欠き２ｋにおいて外側に開き、それにより３つのシュー
チップのワーク接触面どうしがなす角が変化する。ネジ
を下側に移動させると、それに応じて切欠き部のバネ作
用により、シューチップのワーク接触面がなす角は元の
状態に復帰する方向に変化する。即ち雄ねじ２ｂを進退
させると、雄ねじ２ｂの位置に応じて３つのシューチッ
プのワーク接触面のなす角が変化するわけである。

【００３２】本実施例の装置では、上述のようにリアシ
ュー位置調節機構によりシューチップのワーク接触面ど
うしのなす角を変化させ、研削時のワーク直径の変化に
追随して、３つのシューチップとワーク外周との間に常
に３点当たりが実現されるように制御する。

【００３３】また一つのワークの研削中のワーク径変化
に追従するのみならず、径の異なるワークロットの加工
に切り換える際にも、リアシュー位置調節機構を用いる
ことにより、幅広い範囲の径（Ｒ）を有するのワークに
対して、シューチップを交換することなく、シューチッ
プの３点当たりを実現することができる。

【００３４】以下において図６を参照して、異なる径の
ワークに対してリアシューチップの３点当たりを実現す
るためにはどのように中央のシューチップを進退すれば
よいかについて説明する。

【００３５】図６は図２に示した３つのリアシューチッ
プのうち、上側のシューチップ２ａ₁ と中央のシューチ
ップ２ａ₂ （の上半分）を、半径Ｒ₁ のワーク円弧と接
している状態（実線で示す）、および半径Ｒ₂ のワーク
円弧に接している状態（一点鎖線で示す）において示し
ている。Ｒ₁ はこの実施態様のリアシューで３点当たり
を実現できる最小のワーク半径であり、このＲ₁ のワー
クに対してリアシューはバネ機構に必要最小量の変形を
与えた状態で３点当たりとなるが、この状態を基準位置
とする。この状態が実線で示されている。この状態での
上２つのシューチップ２ａ₁ および２ａ₂ とワークとの
接点がそれそれＰ₀ （ｃ₁ ，０）およびＰ₁ （ｃ₂ ，２
ａ）として示されている。

【００３６】Ｒ₂ はＲ₁ よりも大きいワークの半径であ
る。この半径Ｒ₂ のワークに対して３点当たりを実現す
るために、リアシュー位置調節機構により中央のシュー
チップ２ａ₂ を一点鎖線で示される位置まで繰り出す。
このときの中央のシューチップ２ａ₂ の繰り出し量をΔ
ｘとする。このとき上側シューチップ２ａ₁ は図のよう
に角度Δθ回転して外側に開く。この状態で、半径Ｒ₂
のワークに対してシューチップ２ａ₁ および２ａ₂ はそ
れぞれＰ₀′（ｃ₁ ＋Δｘ，０）およびＰ₂′（ｘ₂′，
ｙ₂′）において接する。なお点Ｐ₁′（ｘ₁ ，ｙ₁′）
は点Ｐ₁ がΔθ回転した位置である。

【００３７】図６に示された寸法はそれぞれ以下のもの
を表す。 ａ：切欠き間の隔たりの２分の１。 ｒａ：切欠きの中点Ａ₁ （０，３ａ）と点Ｐ₁ とのシュ
ーチップ進退方向に垂直な方向の距離（上記距離ａの係
数ｒ倍として表現：図ではｒ＝１で表示した）。 Ｃ₁ ：切欠きの中点Ａ₂ と中央のシューチップ２ａ₂ の
半径Ｒ₁ のワーク接触面との距離。 Ｃ₂ ：切欠きの中点Ａ₁ を通り中央シューチップの進退
方向に垂直な平面Ｌと接点Ｐ₁ との距離。 φ₁ ：シューチップ２ａ₁ が半径Ｒ₁ のワークに接する
ときの接線角。 φ₂ ：シューチップ２ａ₁ が半径Ｒ₂ のワークに接する
ときの接線角。

【００３８】図６に示されたように直交座標系Ｘ−Ｙを
とると、点Ｐ₀ およびＰ₁ の座標はそれぞれＰ₀ （Ｃ
₁ ，０）およびＰ₁（ｃ₂ ，２ａ）となる。これが半径
Ｒ₁ の同一円弧上にあるための条件は Ｃ₂ ＝Ｃ₁ ＋２ａ² ／Ｒ₁ ・・・・・・（式５） である。同様に半径Ｒ₂ のときの接点Ｐ₀′（Ｃ₁ ＋Δ
ｘ，０）およびＰ₂′（ｘ₂′，ｙ₂′）が半径Ｒ₂ の円
弧上にあるための条件は

【数４】 となる。

【００３９】この２式から変数Ｒ₂ とΔｘの関係を求め
れば、

【数５】 となり、これをΔｘについて解けば、

【数６】 となる。但し、

【数７】 および

【数８】 とする。

【００４０】この式７からわかるように、最小半径Ｒ₁
のワークに接する自然状態から半径Ｒ₂ のワークに接す
るように中央のシューチップを繰り出す際の繰り出し量
Δｘは図６のパラメータａ，ｃ₁ ，Ｒ₁ およびＲ₂ によ
り計算できる。

【００４１】このうちａおよびｃ₁ はバネ機構の設計時
に設定する。一例としては２ａ≒Ｃ₁ とする。ａは中央
のシューチップの幅の２分の１であり、この幅に対しリ
アシューの全幅Ｗ≒６ａを目安に選択すれば既知の数値
となる。ａとｃ₁ とＲ₁ を定数とみなせば、式７は Δｘ＝ｆ（Ｒ₂ ） となる。即ち繰り出し量ΔｘはＲ₂ のみの関数となる。

【００４２】最小半径Ｒ₁ は一例としてはＲ₁ ＝１０
０、Ｒ２の最大値はＲ₂ ＝２００とし、１００〜２００
の範囲の異なる半径のワークに対してシューチップを交
換することなくリアシュー位置調節機構のみで対応する
ことができる。最小径Ｒ₁ のときに上中下の３つのシュ
ーチップでそれぞれワークに接する３点当たりを実現し
ておけばＲ₁ ＜Ｒ₂ の任意の半径Ｒ₂ のワークに対して
既知の値Ｒ₁ とその都度のＲ₂ の値を式７に代入してΔ
ｘを求めサーボモータへの指令値とすれば、任意の半径
のワークに対してバネ機構での３点あたりが保証され
る。

【００４３】式７を用い、Ｒ₂ の値に対するΔｘの値を
計算した。その一部を次の表１に例として示す。ここで
はＲ₁ ＝１００ｍｍ，ａ＝１０ｍｍ，Ｃ₁ ＝１２ｍｍと
し、Ｒ₂ ＝２００ｍｍまで段階的に変化させたときのΔ
ｘを求めた。

【表１】

【００４４】更に、上記の計算結果に基づいて描いたワ
ーク径Ｒ₂ と中央シューチップの繰り出し量Δｘとの関
係を図１０に示す。この線図に従ってワーク径に適合し
たΔｘ設定できる。実際にはΔｘの値は装置の制御系に
よりコンピュータ計算される。つまりこの例は、本発明
のリアシューを用いれば、一つのシューでΔｘを０〜
１．７５４ｍｍまで変化させることにより、外半径１０
０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲のワークに対して、シューチ
ップを交換することなく対応することができることを示
している。

【００４５】また式７を利用して研削途中でのワーク径
の変化（減少）に追随して常に３点当たりの状態で研削
を行うようにすることも可能である。即ち研削中に絶え
ずワーク半径Ｒをモニターし、モニターされたワーク径
の値を式７のＲ２に代入することにより繰り出し量Δｘ
を求め、他方エンコーダ２ｄを用いてサーボモータ２ｃ
による中央シューチップの繰り出し量をモニターし、該
繰り出し量が求めた繰り出し量Δｘとなるようにサーボ
モータを制御すればよい。この場合もちろんワーク径は
次第に減少するので、中央シューチップの繰り出し量は
減少するように、即ちワークから離れる方向に徐々に退
いて行くように制御される。

【００４６】研削中のワーク半径寸法に対してシューチ
ップの３点当たりを維持する方法について述べる。Ｒ寸
法が大きく変わるセット替え字については式７に示すΔ
ｘで調整するが、実際に行われる研削中の半径寸法の変
化は０．２〜０．４ｍｍ程度と小さいので線形と考え
る。そこで前出の式６−３を用い線形の近似式を求め
る。ΔｘがＲ₂ の関数であるから、式６−３をＲ₂ で微
分しＲ₂ の変化に対するΔｘの変化量を求めれば、

【数９】 この式を整理し、ｄＲ₂ ＝ｄＤ₂ （即ちＤ₂ ＝２Ｒ₂ ）
とおけば

【数１０】 式８により、ワーク径寸Ｄ₂ （Ｄ₂ ＝２Ｒ₂ ）の変化量
ｄＤ₂ に比例した補正量ｄΔｘを与えることにより、ワ
ーク半径に合致した３点接触が研削中に維持できる。

【００４７】次に式８に基づき、先の表１で用いた諸元
によりＲ₁ ＝１００ｍｍ，ａ＝１０ｍｍ，Ｃ₁ ＝１２ｍ
ｍとし、Ｒ₂ ＝１００ｍｍ（Δｘ＝０）のワークとし、
Ｒ₂＝１００ｍｍのときの（即ち図１０のグラフの原点
での）Ｒ₂ に対するΔｘの変化率（勾配）を求めると、

【数１１】 となる。図１０にこの勾配、即ち

【数１２】 の直線を原点から記入した。この図よりこの直線がほぼ
接線になっていることが認められる。従って、ワーク径
２００ｍｍ（Ｒ₂ ＝１００ｍｍ）で例えば取代（研削
量）０．４ｍｍとすると、中央シューチップの移動量は

【数１３】 となる。

【００４８】次に上記リアシューチップの位置制御、お
よび先に述べたフロントシューチップの位置制御を行う
制御系の例を図８に示す。該制御系は主に演算を行うＣ
ＰＵ１００、モータの制御を行うモータコントローラ１
１０、フロントシューチップ駆動用モータ３ｃおよびそ
のエンコーダ３ｄ、リアシューチップ駆動用モータ２ｃ
およびそのエンコーダ等からなる。

【００４９】まずリアシューチップの位置制御について
説明する。ＣＰＵ１００に最小ワーク半径Ｒ₁ 、ワーク
半径Ｒ₂ および図６に示したバネ機構の構成に関する値
ａおよびＣ₁ が入力される。ＣＰＵ１００はこれらのデ
ータにもとづいて、式７を用いて、動かすべきリアシュ
ー移動量Δｘを与えるモータ駆動量に応じたエンコーダ
カウント数を示すΔｘ位置指令値を計算して比較器１０
２に入力する。比較器からの出力に応じてモータ２ｃの
駆動が開始される。サーボモー２ｃに付設されたエンコ
ーダ２ｄは、モータ２ｃの実際の回転角に応じたパルス
を発生する。該パルスは比較器１０２に入力される。比
較器１０２において、位置指令値として与えられたカウ
ント数からエンコーダ３ｄから入力されたパルスカウン
ト数を減算していくことによって両カウント数を比較
し、値がゼロになった時点、即ち指令値と実際のモータ
の回転量とが一致した時点でモータを停止し、位置指令
をクリアする。

【００５０】またモータコントローラ１１０はそれぞれ
のシューチップの現在位置をモニターする現在位置カウ
ンタを備え、エンコーダからのパルス信号に基づいてフ
ロントシューチップおよびリアシューチップそれぞれの
現在位置を認識する。

【００５１】この点でセット完了となる。次に研削サイ
クルが始まるとワークの外径寸法のデータ、または砥石
の送り位置から外径寸法を計算し求め、式８により、研
削と同時に直径の減少量（ｄＤ₂ ）に対応した位置制御
（ｄΔｘ量の）が行われる。

【００５２】次にフロントシューチップの位置制御につ
いて説明する。まず、不図示の検出器等により発生した
信号に基づいて得たワークの直径あるいは径変化に対応
する情報ΔＤ、または砥石の切り込み量（水平方向移動
量）に対応する情報ｘをＣＰＵ１００に入力する。他方
ＣＰＵには設定されたリアシュー角αおよびフロントシ
ュー角βに関する情報も入力されている。ＣＰＵ１００
はこれらのデータにもとづいて、式３または式４を用い
て、動かすべきフロントシュー移動量ｙを与えるモータ
駆動量に応じたエンコーダカウント数を示すｙ位置指令
値を計算して比較器１０３に入力する。比較器からの出
力に応じてモータ３ｃの駆動が開始される。サーボモー
タ３ｃに付設されたエンコーダ３ｄは、モータ３ｃの実
際の回転角に応じたパルスを発生する。該パルスは比較
器１０３に入力される。比較器１０３において、位置指
令値として与えられたカウント数からエンコーダ３ｄか
ら入力されたパルスカウント数を減算していくことによ
って両カウント数を比較し、値がゼロになった時点、即
ち指令値と実際のモータの回転量とが一致した時点でモ
ータを停止し、位置指令をクリアする。

【００５３】研削開始と同時に、ワーク外径寸法または
砥石送り量のデータから式３または式４のいずれかに基
づいて、ＣＰＵ１００によりフロントシューの調整量ｙ
値を求め、研削を行いながらリアシューの調整（ｄΔｘ
量の調整）と同時に２軸制御がモータコントローラ１１
０により行われる。しかしこのｄＲ₂ の変化に伴うリア
シューのｄΔｘの調整時に、リアシュー角αの方向にワ
ークが動くのでフロントシューの移動量ｙを補正しなけ
ればならない。

【００５４】このときのΔｘに対する補正量Δｙを、図
７に記入した関係より求めると

【数１４】 が得られる。なお、ここではワーク径Ｄは一定とみなし
た。

【００５５】なお上に説明した図２のリアシュー２は奇
数個即ち３つのシューチップを有しているが、本発明の
シューチップの数はこれに限定されず、４つ以上のシュ
ーチップを用いることも可能である。図４に別の構成の
リアシュー２０を示す。このリアシュー２０は４つのリ
アシューチップ２ａ₁ 〜２ａ₂ を有している点を除いて
は図２のリアシューチップと同様である。図２に示され
ているリアシューチップ２の要素と同様の要素には同様
の参照符号を付けて説明を省略する。図４のリアシュー
２０のように偶数個のシューチップを有する場合には、
中央の２つのシューチップを同時に駆動して多点当たり
を実現する。それに対応してリアシュー２０には図のよ
うに中央の２つのシューチップ２ａ₁ および２ａ₂ を駆
動するために図２のリアシューチップのものと同様のシ
ューチップ位置調節機構が２つ設けられている。通常２
つのシューチップは同じ進退量で同時駆動され、ワーク
とａ、ｂ、ｃ、ｄの４点で接するよう制御される。

【００５６】続いて芯無研削盤において、特にころがり
軸受の内輪溝の加工時に効果的な頂面形状を有する本発
明のシューチップの一例を図９を参照して説明する。図
９（ａ）は該シューチップ６０の頂面即ちワーク接触面
の形状を示す図である。このシューチップ６０の頂面
は、曲線Ｒおよび直線Ｐの２種の面がシューチップ６０
を研削盤に装着した状態でワーク軸方向に隣接して並ぶ
ように構成する。図９（ｂ）にその断面形状を示す。

【００５７】図９（ｃ）〜（ｅ）はこのシューチップ６
０を各種のころがり軸受の内輪溝の加工に用いた場合の
ワーク（軸受内輪）３０、４０、５０とシューチップ６
０の接触状態を図式的に示した図である。

【００５８】図９（ｃ）は玉軸受３０用のＲ溝研削時の
状態を示す。この場合シューチップ６０はその曲線Ｒで
ワーク研削面に接している。シューチップ６０の曲線部
Ｒの曲率７半径ｒは軸受３０のＲ溝の曲率半径Ｌよりも
小さく、シューチップ６０は玉軸受３０の中心線から角
度γの点Ａで軸受３０の内輪溝に接している。この角度
γに従って、研削時に軸受３０とシューチップ６０との
間に働く押しつけ力、即ち図９（ｃ）の上下方向の押し
つけにより、玉軸受３０をバッキングプレート２５の側
（図９（ｃ）の左側）へ押しつける分力が発生する。

【００５９】図９（ｄ）は円錐ころ軸受４０用のテーパ
溝研削時の状態を示す。この場合シューチップ６０はそ
の曲線Ｒでワーク研削面に接している。図９（ｄ）には
テーパ溝のテーパ角度の異なる２種の軸受４０を実線と
破線で示す。それぞれの軸受面に対してシューチップ６
０の曲線部分Ｒの異なる位置で接している。即ち実線で
示したテーパ面には角度ε₁ の位置で接し、より急峻な
テーパ面には角度ε₂の位置で接している。

【００６０】図９（ｅ）は円筒ころ軸受５０用の溝また
は全種類の（その他あらゆる状態の）研削時の状態を示
す。この場合シューチップ６０はその直線Ｐでワーク研
削面に接している。

【００６１】以上のように、このシューチップ６０は一
つのシューチップで異なる形状の軸受溝の研削に適合で
きる。各種の溝形状に合わせて適切な接触面に接触させ
るためには、ワークをチャックするバッキングプレート
をワーク軸方向に可動とし、ワークとシューチップとの
軸方向の相対位置を調節することで、所望の接触を得れ
ばよい。

【００６２】このようにこのシューチップ６０を用いれ
ば研削対象の形状がが変わった場合でもシューチップを
交換する必要がなく、単にワークとシューチップの軸方
向位置を調整するだけでよいので簡単にセット替えでき
る。

【００６３】なお図２に示した本発明の芯無研削盤の実
施形態においては、フロントシュー位置調節機構および
リアシュー位置調節機構の両方を備えているが、これら
は必ずしも組み合わせて用いる必要はなく、それぞれの
位置調節機構を単独で用いてもよい。また該実施形態で
はフロントシューのシューチップは単一の接線シューと
したが、リアシューと同様に複数のシューチップを用い
ることもできる。

【００６４】

【発明の効果】本発明は芯無研削盤においては、フロン
トシューの位置調節によりリアシュー角αを常に一定と
できるので、理想的なワークの多角修正能を実現でき、
これによりウェービネスがなく真円度の高い高精度の仕
上がりワークを得ることができる。これは例えばフロン
トシューをそのワーク接触面を平面とした接線シューと
し、該フロントシューを垂直方向に上下して位置調節す
ることで実現でき、機構的にも簡単である。

【００６５】本発明では、芯無研削盤のリアシューにお
いて、環状ワークの軸方向に垂直な平面に沿って、ワー
ク周方向に３個乃至それ以上のバネ機構により互いに弾
性的に接続されたシューチップを並べて配し、シューチ
ップの数が奇数の場合には中央の１つ、偶数の場合には
中央の２つのチップをワーク中心とシューチップ列の中
心とを結ぶ中心線方向に進退させるリアシュー位置調節
装置を設けることにより、広い範囲のワーク径に対して
リアシュー角α一定の状態で多点（３点以上）当たりで
支持ができ、バネ機構による弾性と相まってガタがな
く、剛性も高い安定した支持が可能となり、高精度（真
円度、ウェービネスに関して）が実現できる。中央シュ
ーチップの位置調節により、ワークのＲに応じてシュー
チップ側のＲ（複数シューチップにより形成されるＲ）
を調節できることになるので、異なる径のワークを加工
する場合にもシューチップを交換する必要がなく、単に
位置調節機構の調整により対応できるので、従来シュー
チップ交換に要していた手間が大幅に低減され、セット
切り換え時間が短縮される。また多点当たりとなること
により、支持が分散するため、シューチップの磨耗も減
少する。

【００６６】更に本発明では、リアシューおよび／また
はフロントシューの各シューチップをそれぞれシューに
着脱可能とし、シューチップ先端部形状をＲ面、平坦面
の２種の面がシューチップを研削盤に装着した状態でワ
ーク軸方向に隣接して並ぶように構成したことにより、
例えばころがり軸受の内輪溝の加工に際して、玉軸受用
のＲ溝研削の際にはシューチップのＲ面で支持し、円錐
ころ軸受用のテーパ溝研削の際にもＲ面で支持し、円筒
ころ軸受用の平坦溝研削の際には平坦面で支持するとい
うように、所望の研削面形状に応じてワークとの接触面
を変えて、一つのシューチップで、異なる研削面形状に
対応することができる。従って、異なる加工形状に切り
換える際もシューチップを交換する必要がなく、セット
時間が短縮できる。またチップの種類も少なくできるの
で、コストも削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のシュー支持芯無研削盤の概要を示す図で
ある。

【図２】本発明の芯無研削盤の一実施形態を示す正面図
である。

【図３】図２に示されたフロントシューの上部の側面図
である。

【図４】４つのシューチップを有するリアシューの位置
実施形態を示す図である。

【図５】ワーク外径変化に追随するフロントシュー移動
量を求めるための図である。

【図６】ワークに接した状態でのリアシューチップとバ
ネ機構の状態を図式的に示した図である。

【図７】リアシューチップの繰り出し量の変化に応じた
フロントシュー移動量の補正量を求めるための図であ
る。

【図８】本発明の実施例の芯無研削盤の制御系を示すブ
ロック図である。

【図９】本発明の実施例の２つの面を連結した頂面を有
するシューチップと、そのシューチップと種々のワーク
の接触状態を示す図である。

【図１０】３つのシューチップを有するリアシューにお
いて、ワーク径の変化に対して、リアシューの３点当た
りを維持するための中央シューチップの繰り出し量の変
化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ ワーク ２、２０ リアシュー ３ フロントシュー ２ａ₁ 〜２ａ₄ 、３ａ シューチップ ２ｂ、３ｂ 雄ねじ ２ｃ、３ｃ サーボモータ ２ｄ、３ｄ エンコーダ ２ｆ、３ｆ スプラインスリーブ ２ｇ、３ｇ 手動つまみ ２ｈ、３ｈ 粗調整ネジ ２ｉ、３ｉ シュー本体 ２ｊ、３ｊ シューチップ取り付けネジ ２ｋ，３ｋ 切欠き ６０ シューチップ １００ ＣＰＵ １０２、１０３ 比較器 １１０ モータコントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リアシューとフロントシューとでバッキ
   ングプレートに吸着されつつ回転される環状ワークを支
   持し、砥石により環状ワークの外周面を研削加工する芯
   無研削盤において、研削時に、砥石とワークとの接点に
   対して反対側のワーク上の点とワークがリアシューに接
   する点とのなすリアシュー角と、ワークがフロントシュ
   ーに接する点が垂直下方向に対してなすフロントシュー
   角と、ワークの直径変化量あるいは砥石の切込量の少な
   くとも１つと、に基づいて前記フロントシューの垂直方
   向位置を調節するフロントシュー位置調整装置を有する
   芯無研削盤。