JP2005324294A

JP2005324294A - 摺動部材の球体研磨方法およびその球体研磨装置

Info

Publication number: JP2005324294A
Application number: JP2004145196A
Authority: JP
Inventors: Koichi Akazawa; 浩一赤澤
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2005-11-24

Abstract

【課題】ユニバーサルジョイントや医療材料のように、ステム部材と、このステム部材の一端に固着された球体とからなる摺動部材の前記球体の真球度の向上を可能ならしめる摺動部材の球体研磨方法を提供する。
【解決手段】ステム部材１０ａと、このステム部材１０ａの一端に固着された球体１０ｂとからなる摺動部材１０を回転主軸１の主回転軸１ａ回りに回転させながら、前記摺動部材１０の球体１ｂの表面を研磨する摺動部材１０の球体研磨方法において、前記球体１０ｂの表面に、この球体１０ｂの直径の０．８５以下の直径を有するリング砥石３を砥石軸２を介して押付け、この砥石軸２を、径方向の中心をとおる回転軸２ａ回りに回転させながら、前記球体１０ｂの中心を中心として３０度以上がＢ部での加工となるように揺動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばユニバーサルジョイントや医療材料（人工股関節）のように、ステム部材と、このステム部材の一端に固着された球体とからなる摺動部材の前記球体を研磨する摺動部材の球体研磨方法およびその球体研磨装置に関するものである。

ユニバーサルジョイントや医療材料のように、ステム部材と、このステム部材の一端に固着された球体とからなる摺動部材の前記球体に対しては、以下の機能が要求される。
（１）表面粗さ；耐磨耗性向上による長寿命化のために球体の表面の鏡面化が必要。
（２）真球度；偏磨耗の抑制および摺動の滑らかな摺動のために高い真球度が必要。
ボールベアリング等のように全体が球面の球体の研磨を行うものとしては、例えば後述する構成になる球体研磨装置が公知である。

先ず、第１従来例に係る球体研磨装置を、その内部構造を示す断面図の図４を参照しながら説明する。即ち、下部定盤１１と相対的に回転可能に配設された中心歯車２２を備えている。上部定盤１８は、昇降手段に連結され、昇降により下部定盤１１との間に所定のクリアランス２８を形成して作用位置と退避位置とに位置付けられるように構成され、遊星歯車４０は、外周歯車２０と中心歯車２２とに噛合する球体研磨装置１０を構成する。
このような球体研磨装置１０によれば、遊星歯車４０に形成された球体収容孔４１に球体が収容され、遊星歯車４０が自転しながら中心歯車２２の周りを公転すると共に、この球体が上部定盤１８の研磨布１８ａと、下部定盤１１の研磨布１１ａとによって挟持されて表面が満遍なく研磨されるため、両研磨布の間に形成されるクリアランスに対応する直径を有する高精度の球体が形成される（例えば、特許文献１参照。）。

次に、第２従来例に係る球体研磨装置を、その概略的な斜視図の図５を参照しながら説明する。ドラム形砥石６０はその外周部に研磨材が固着され、その片軸端に連結された駆動モータ６２により回転されるようになっている。前記研磨材の表面は周方向にのびるＶ溝、半円弧溝等の凹溝６３がドラム周方向に複数本並んで形成されている。ドラム形砥石６０を包囲するようにこのドラム形砥石６０の外周部に半割状円筒盤６１が同心状に、かつこのドラム形砥石６０の外周面に対して所定の隙間をもって配置されている。半割状円筒盤６１はその外周部の複数の位置でこの円筒盤外周の接線方向に沿った軸線を持つガイドローラ６５によって支持されており、これらのガイドローラ６５の駆動により半割状円筒盤６１はドラム形砥石６０の接線方向に揺動するようになっている。

半割状円筒盤６１の上側および下側の開口部は球体の排出口６６または供給口６７と異なり、これらの開口部６６，６７に球体４６を導出または導入するシュート６８，６９が取付けられる。ドラム形砥石６０の上側周部で球体４６が飛散するのを防止するために、半割状円筒盤６１の上側開口部にはドラム形砥石６０の上側周部を覆うカバー７０が設けられている。半割状円筒盤６１とドラム形砥石６０との間で１パスの研磨作用を受けて排出口６６から排出側シュート６８を経て導き出された球体４６は、後述する構成になる機外の球体循環装置を経て再び供給側シュート６９および供給口６７から半割状円筒盤６１とドラム形砥石６０との間に導入され、次パスの研磨作用を受けるというようなサイクルが複数回繰返される。

前記球体循環装置は、球体４６の収容と送出を兼ねた円筒状のストレージコンベヤ７１である。排出側シュート６８から取出された球体４６はストレージコンベヤ７１の円筒収容部７２に収容され、この収容部７２の一方向回転板の作用で球体４６はこの円筒収容部７２の出口７３へ向かって順次移動し、この出口７３から球体４６が供給側シュート６９上へ送出される。半割状円筒盤６１は、図示しない揺動駆動機構に連結され、ドラム形砥石６０を囲包した状態で、つまり、ドラム形砥石６０の端部週面の球体移動路が半割状円筒盤６１から軸方向外方へ露出しない範囲でドラム形砥石６０の軸線方向に揺動される。
このような半割状円筒盤６１の軸方向揺動およびドラム形砥石６０の回転動作によって、ドラム形砥石６０と半割状円筒盤６１の間を通過する球体４６は砥石外周の接線方向を軸線としてその回りに回転（スピン）すると共に、ドラム形砥石６０の周方向に転動しつつ研削される。即ち、スピンしながら削られることとなり、１パスで球体４６の表面全体が研削され、加工能率および真球度が向上する（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００１−３８６０８号公報特開２００１−６２６９０号公報

ところが、上記従来例１，２に係る装置の場合には、ユニバーサルジョイントのように、ステム部材と、このステム部材の一端に固着された球体とからなる摺動部材の前記球体の表面を加工することができない。そこで、その模式的構成説明図の図６に示すような球体研磨装置（従来例３）により加工していた。これは、ステム部材１０ａと球体１０ｂとからなる摺動部材１０を回転主軸１１の主回転軸１１ａとなす角度が所定角度の回転軸１２ａ回り回転される砥石軸１２と、この砥石軸１２に取付けられ、この砥石軸１２を介して前記球体１１ｂの表面に押付けられるリング砥石１３と、前記砥石軸１２を揺動させる図示しない砥石軸揺動機構とから構成されている。このような構成になる球体研磨装置によれば、リング砥石１３の砥粒の粒度を調整することにより球体１０ｂの表面粗さを低減することができ、球体１０ｂの表面を必要とされる鏡面に加工することができる。

これまでは、球体１０ｂの直径に対してリング砥石１３の直径をできるだけ大きくすると共に、このリング砥石１３を支持する砥石軸１２の揺動範囲を小さくすることにより、球体１０ｂの表面加工状態が安定し、真球度が向上すると考えられてきた。しかしながら、球体１０ｂの真球度に関しては、球体の真球度説明図の図７に示すように、球体１０ｂの頂点が凹んだ形状となり、必要とされる真球度を有する球体１０ｂを得るのが困難である。これは、加工部位による研削方向の違い説明図の図８に示すように、リング砥石１３の加工部位、つまりリング砥石１３のＡ部とＢ部とにより研削方向が異なることによる加工量の差に起因すると考えられる。なお、リング砥石１３のＡ部とは「リング砥石の揺動方向と直交する方向における両端部付近」のことであり、またリング砥石１３のＢ部とは「リング砥石の揺動方向における両端部付近」のことである。

従って、本発明の目的は、例えばユニバーサルジョイントや医療材料のように、ステム部材と、このステム部材の一端に固着された球体とからなる摺動部材の前記球体の真球度の向上を可能ならしめる、摺動部材の球体研磨方法およびその球体研磨装置を提供することである。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、従って上記課題を解決するために本発明の請求項１に係る摺動部材の球体研磨方法が採用した手段は、ステム部材と、このステム部材の一端に固着された球体とからなる摺動部材を回転主軸により、前記摺動部材の長手方向の中心と一致する前記回転主軸の主回転軸回りに回転させながら、前記摺動部材の球体の表面を研磨する摺動部材の球体研磨方法において、前記球体の表面に、この球体の直径の０．８５以下の直径を有するリング砥石を砥石軸を介して押付け、この砥石軸を、径方向の中心をとおる回転軸回りに回転させながら、前記球体の中心を中心として３０度以上が、このリング砥石の揺動方向における両端部付近での加工となるように揺動させることを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係る摺動部材の球体研磨装置が採用した手段は、ステム部材と、このステム部材の一端に固着された球体とからなる摺動部材を、この摺動部材の長手方向の中心と一致する主回転軸回りに回転させる回転主軸を備え、この回転主軸により回転される前記摺動部材の球体の表面を研磨する摺動部材の球体研磨装置において、前記回転主軸の主回転軸と同一平面上に設けられ、前記主回転軸とのなす角度が１３５度の回転軸回り回転される第１砥石軸を介して前記球体に押付けられ、前記球体の直径の０．８５以下の直径を有する第１リング砥石と、前記回転主軸とのなす角度が９０度であって、かつ前記第１砥石軸の回転軸となす角度が１３５度の回転軸回り回転される第２砥石軸を介して前記球体に押付けられ、前記球体の直径の０．８５以下の直径を有する第２リング砥石と、前記第１砥石軸と第２砥石軸とを、前記球体の中心を中心として１５度以上が、このリング砥石の揺動方向における両端部付近での加工となるように揺動させる砥石軸揺動機構とからなることを特徴とするものである。

従来、摺動部材の球体の直径に対してリング砥石の直径をできるだけ大きくすると共に、揺動範囲を小さくすることにより、球体の表面を加工していたが、本発明の請求項１に係る摺動部材の球体研磨方法、請求項２に係る摺動部材の球体研磨装置では、これとは逆に、球体の直径の０．８５以下の直径を有するリング砥石を球体の表面に押付け、このリング砥石を従来よりも大きく揺動させる。従って、本発明の請求項１に係る摺動部材の球体研磨方法、請求項２に係る摺動部材の球体研磨装置によれば、球体の表面の広い範囲が、このリング砥石の揺動方向における両端部付近での加工となるから、球体の真球度が向上する。

以下、本発明の形態１に係る摺動部材の球体研磨装置を、添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の形態１に係る摺動部材の球体研磨装置の模式的構成説明図である。

この球体研磨装置は、ステム部材１０ａと球体１０ｂとからなる摺動部材１０を、この摺動部材１０の長手方向の中心と一致する主回転軸１ａ回りに回転させる回転主軸１を備えている。そして、この回転主軸１の主回転軸１ａとのなす角度が所定角度（例えば、１３５°）の回転軸２ａ回り回転される砥石軸２と、この砥石軸２に取付けられ、この砥石軸２を介して前記球体１ｂの表面に押付けられるリング砥石３と、前記砥石軸２を揺動させる図示しない砥石軸揺動機構とから構成されている。以上の説明からよく理解されるように、この球体研磨装置の構成は、ユニバーサルジョイントのように、ステム部材に接合されている球体の表面を加工する従来例３に係る球体研磨装置の主要構成と同構成であるが、下記の点において相違する。

即ち、前記リング砥石３の直径は、前記球体１ｂの直径の０．８５以下に設定されている。そして、このリング砥石３を支持する砥石軸２は、前記球体１０ｂの中心を中心として３０度以上が、このリング砥石３の揺動方向における両端部付近であるＢ部での加工となるように、図示しない砥石揺動機構により揺動されるように設定されている。

本発明の形態１に係る摺動部材１の球体研磨装置によれば、摺動部材１０の球体１０ｂの直径の０．８５以下の直径を有するリング砥石３を球体１０ｂの表面に押付け、このリング砥石３を３０度揺動させる。従って、球体１０ｂの表面の広い範囲がリング砥石３の揺動方向における両端部付近での加工となるため、この球体１０ｂの真球度が向上する。
即ち、砥石軸２の揺動角度を大きく（研削速度を大きく）して、リング砥石３の揺動方向における両端部付近でできるだけ球体１０ｂの全体を加工することにより、球体１０ｂの真円度（真球度）が向上する。

次に、本発明の形態２に係る摺動部材の球体研磨装置を、添付図面を参照しながら説明する。図２は本発明の形態２に係る摺動部材の球体研磨装置の模式的構成説明図である。
なお、上記実施の形態１と同一のものについては、同一符号を付して説明する。

即ち、上記形態１に係る球体研磨装置の場合には、リング砥石の直径を小さくするに連れて、必要となるリング砥石の揺動範囲を大きくする必要がある。このような球体研磨装置の揺動範囲には限界があるために、必要とする揺動範囲を実現することができない場合がある。そこで、本形態２に係る球体研磨装置では、リング砥石を支持する砥石軸を２本設け、２軸式にしたものである。

詳しくは、ステム部材１０ａと、このステム部材１０ａの一端に固着された球体１０ｂとからなる摺動部材１０を、この摺動部材１０の長手方向の中心と一致する主回転軸１ａ回りに回転させる回転主軸１を備えている。そして、この回転主軸１の主回転軸１ａと同一平面上に設けられ、前記主回転軸１ａとのなす角度が１３５度の回転軸２ａ回り回転される第１砥石軸２を介して前記摺動部材１０の球体１０ｂの表面に押付けられ、この球体１０ｂの直径の０．８５以下の直径を有する第１リング砥石３を備えている。また、前記主回転軸１ａとのなす角度が９０度であって、かつ前記第１砥石軸２の回転軸２ａとなす角度が１３５度の回転軸４ａ回り回転される第２砥石軸４を介して前記球体１ｂの表面に押付けられ、この球体１ｂの直径の０．８５以下の直径を有する第２リング砥石５を備えている。さらに、前記第１砥石軸２と第２砥石軸４とを、前記球体１ｂの中心を中心としてそれぞれ１５度以上が、これら第１，２リング砥石３，５の揺動方向における両端部付近での加工となるように揺動させる、図示しない砥石軸揺動機構を備えている。

本発明の形態２に係る摺動部材の球体研磨装置によれば、砥石軸が２軸であるため、第１，２リング砥石３，５をそれぞれ１５度ずつ揺動させることにより、上記形態１に係る球体研磨装置で加工した場合と同等の真球度を有する球体１ｂを得ることができる。

以下、上記形態１に係る球体研磨装置を用いて、リング砥石の直径を変え、揺動角度を変えた場合の球体の真円度を求めた実験例を、下記表１に示す。なお、この実験で用いたリング砥石はメタルボンドダイヤモンド砥石であり、砥粒の粒度は＃４００である。

上記表１に示す結果を、揺動角度が１５°の場合を黒丸印で、揺動角度が３０°の場合を一重丸印で、揺動角度が４０°の場合を二重丸印でそれぞれ示すと、縦軸に球体の真円度（μｍ）をとり、横軸に砥石の径／球体の径をとって示す「球体と砥石の径比と、真円度との関係説明図」の図３に示すとおりである。この図３によれば、砥石軸を、球体の中心を中心として３０度以上揺動させた場合、リング砥石の直径を球体の直径の０．９以下にすれば、真円度が優れた球体を得るのに一応の効果が得られることが分かる。なお、好ましくは０．８５以下であり、より好ましくは０，８以下である。

以上では、形態１に係る球体研磨装置を用いた実験例を説明したが、形態２に係る球体研磨装置を用いれば、２軸式であるため、第１，２砥石軸２，４をそれぞれ１５°以上揺動させることにより、上記実施例と同等の真円度を有する球体を得ることができる。

本発明の形態１に係る摺動部材の球体研磨装置の模式的構成説明図である。本発明の形態２に係る摺動部材の球体研磨装置の模式的構成説明図である。本発明の形態１に係る摺動部材の球体研磨装置による実施例に関し、球体と砥石の径比と、真円度との関係説明図である。第１従来例に係る球体研磨装置の内部構造を示す断面図である。第２従来例に係る球体研磨装置の概略的な斜視図である。従来例３に係る球体研磨装置の模式的構成説明図である。球体の真球度説明図である。加工部位による研削方向の違い説明図である。

符号の説明

１…回転主軸，１ａ…主回転軸
２…砥石軸または第１砥石軸，２ａ…回転軸
３…リング砥石または第１リング砥石
４…第２砥石軸，４ａ…回転軸
５…第２リング砥石
１０…摺動部材，１０ａ…ステム部材，１０ｂ…球体

Claims

ステム部材と、このステム部材の一端に固着された球体とからなる摺動部材を回転主軸により、前記摺動部材の長手方向の中心と一致する前記回転主軸の主回転軸回りに回転させながら、前記摺動部材の球体の表面を研磨する摺動部材の球体研磨方法において、前記球体の表面に、この球体の直径の０．８５以下の直径を有するリング砥石を砥石軸を介して押付け、この砥石軸を、径方向の中心をとおる回転軸回りに回転させながら、前記球体の中心を中心として３０度以上が、このリング砥石の揺動方向における両端部付近での加工となるように揺動させることを特徴とする摺動部材の球体研磨方法。
ステム部材と、このステム部材の一端に固着された球体とからなる摺動部材を、この摺動部材の長手方向の中心と一致する主回転軸回りに回転させる回転主軸を備え、この回転主軸により回転される前記摺動部材の球体の表面を研磨する摺動部材の球体研磨装置において、前記回転主軸の主回転軸と同一平面上に設けられ、前記主回転軸とのなす角度が１３５度の回転軸回り回転される第１砥石軸を介して前記球体に押付けられ、前記球体の直径の０．８５以下の直径を有する第１リング砥石と、前記回転主軸とのなす角度が９０度であって、かつ前記第１砥石軸の回転軸となす角度が１３５度の回転軸回り回転される第２砥石軸を介して前記球体に押付けられ、前記球体の直径の０．８５以下の直径を有する第２リング砥石と、前記第１砥石軸と第２砥石軸とを、前記球体の中心を中心として１５度以上が、このリング砥石の揺動方向における両端部付近での加工となるように揺動させる砥石軸揺動機構とからなることを特徴とする摺動部材の球体研磨装置。