JP3855744B2

JP3855744B2 - 超仕上げ方法および装置

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Publication number: JP3855744B2
Application number: JP2001345255A
Authority: JP
Inventors: 忠一佐藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2021-11-09
Also published as: JP2003145409A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物の曲面形成部位の超仕上げ方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動調心ころ軸受のころのように、太鼓状の形状を有する被加工物の外面に対して超仕上げ加工を施す方法として、被加工物の外面を切削するための砥石を、被加工物外面の曲率の中心に対応する中心位置を中心として揺動運動させることにより、被加工物の外面の超仕上げ加工を行うものがある。
【０００３】
この方法を実現するための装置構成について図１５を参照しながら具体的に説明する。図１５は従来の超仕上げ装置の主要部構成を示す正面図および側面図である。
【０００４】
従来の超仕上げ装置は、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、鉛直方向に立ち上がるコラム２０２に昇降可能に支持されているベース２０１を備える。ベース２０１には、互いに間隔をおいて配置されている２つの回転軸２０５が設けられ、各回転軸２０５には、それぞれ対応する垂直リンクアーム２０３の一端が回転可能に支持されている。各垂直リンクアーム２０３は、２つの水平リンクアーム２０４で連結されている。各水平リンクアーム２０４の各端は、それぞれ対応する垂直リンクアーム２０３に回転可能に連結されている。各水平リンクアーム２０４には、それぞれ２つの砥石ホルダ２０６が連結されている。各砥石ホルダ２０６は、互いに間隔をおいて配置され、各砥石ホルダ２０６には、加圧シリンダ２０７がそれぞれ取り付けられている。各加圧シリンダ２０７は、砥石２０８を被加工物２１２（例えば自動調心ころ軸受のころ）に押し付け可能に砥石２０８を保持する。
【０００５】
垂直リンクアーム２０３の一方には、伝達部材２０９の一端が連結され、伝達部材２０９の他端は、駆動モータ２１１の出力軸に固着されている駆動アーム２１０に連結されている。駆動モータ２１１の回転出力は、駆動アーム２１０を介して伝達部材２０９に伝達され、伝達部材２０９を駆動する。この伝達部材２０９の運動により、一方の垂直リンクアーム２０３は、その一端が支持されている回転軸２０５を中心に揺動する。この一方の垂直リンクアーム２０３の揺動に連動して各水平リンクアーム２０４が運動して他方の垂直リンクリンクアーム２０３を対応する回転軸２０５を中心に揺動させる。そして、各砥石ホルダ２０６が被加工物２１２の外面の曲率Ｒの中心に一致する位置を中心として揺動する。これにより、砥石ホルダ２０６の加圧シリンダ２０７に保持されている砥石２０８は、被加工物２１２の外面の曲率Ｒに等しい曲率の円弧に沿って揺動する。この際、砥石２０８は、加圧シリンダ２０７により所定の圧力で被加工物２１２に押し付けられている。
【０００６】
これに対し、例えば玉軸受の内輪の軌道溝など、被加工物における曲率が小さい部位に超仕上げを施す場合、図１６に示す装置が用いられる。図１６は従来の被加工物における曲率が小さい部位に超仕上げを施す装置の主要部構成を示す正面側断面図、側面側断面図および砥石の先端周囲を示す断面図である。
【０００７】
この装置は、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、砥石２２２を保持するための砥石ホルダ２２１を備える。砥石ホルダ２２１内には、砥石２２２を被加工物２２０の曲率Ｒが小さい仕上げ対象部位（例えば玉軸受の内輪の軌道溝）に押し付けるための加圧機構の加圧ピストン２２４が組み込まれている。この加圧ピストン２２４のヘッド部には、図１６（ａ）に示すように、Ｖ字形状の溝が形成されている。砥石ホルダ２２１の先端部には、Ｏリング２２３が組み込まれている。砥石ホルダ２２１は、揺動中心Ｏsの周りに揺動される。
【０００８】
超仕上げ加工を行う際、砥石ホルダ２２１は、揺動中心Ｏsが被加工物２２２の仕上げ対象部位の曲率Ｒの中心に一致するように、位置決めされる。そして、砥石２２０が被加工物２２０の仕上げ対象部位に押し付けられた状態で砥石２２１が揺動中心Ｏsを中心に揺動半径Ｒで揺動される。これにより、被加工物２２０の仕上げ対象部位が超仕上げされることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
玉軸受の内輪の軌道溝など、被加工物における曲率が小さい部位に超仕上げを施す装置（図１６に示す）の場合、構造が簡素でまた揺動半径Ｒ（被加工物の曲率）が小さいので、小型化することができるとともに、揺動速度が通常１０００回毎分程度と大きいので、超仕上げの加工能率を高くすることができる。また、２軸構造（バランスウェイト構造）を採用し、互いに逆向きに運動させることによって、振動的にバランスを取ることができる。このため、加工精度、粗さが良い仕上りを得ることができる。また、装置としての振動も小さく、近傍にある加工装置（例えば、研削盤）に与える振動の影響を小さくすることができる。
【００１０】
しかしながら、球面ころの外面などのように大きな曲率Ｒの部位に対する超仕上げを行う場合には、大きな曲率Ｒに対して寸法調整範囲が大となり、装置自体が大型化する。また、砥石ホルダの質量が増し、かつ曲率Ｒが大との相乗効果により遠心力による振動が大きくなる。
【００１１】
また、曲率Ｒが大きな仕上げ対象部位に超仕上げを施す装置（図１５に示す）の場合、構造が複雑で、揺動機構全体の質量が大きく、さらに振動的にバランスをとることができないので、揺動速度を２００回毎分程度に抑える必要があり、加工能率が低くなる。また、精度、粗さが良い仕上げを得ることができない。
【００１２】
本発明の目的は、構造を簡素化することができ、曲率が小さい超仕上げ対象部位の超仕上げの場合と同様に、高い加工能率で、精度および粗さが良い仕上げを得ることができる超仕上げ装置および方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被加工物の曲面形成部位の超仕上げ方法において、軸線と直交する第１の方向へ移動可能なように基台上に支持されている回転軸に該回転軸の軸線と直交する第２の方向へ所定距離をおいて砥石を取り付けるとともに、該回転軸に対して偏心する偏心カム部材を同軸上に取り付け、前記偏心カム部材に当接する規制部材および前記偏心カム部材を前記第１の方向へ前記規制部材に向けて付勢する付勢部材を前記基台に設け、前記偏心カムが前記規制部材に当接されかつ前記回転軸が前記付勢部材により付勢された状態で前記回転軸を角度的に回転駆動することにより、前記回転軸を前記第１の方向へ移動させながら前記砥石を前記回転軸の周りに揺動させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、被加工物の曲面形成部位の超仕上げ装置において、基台と、軸線と直交する第１の方向へ前記基台上を移動可能なように支持されている回転軸と、前記回転軸に該回転軸の軸線と直交する第２の方向へ所定距離をおいて取り付けられている砥石と、前記回転軸に同軸上に取り付けられ、該回転軸に対して偏心する偏心カム部材と、前記基台に設けられ、前記偏心カム部材に当接されている規制部材と、前記基台に設けられ、前記偏心カム部材を前記第１の方向へ前記規制部材に向けて付勢する付勢部材と、前記回転軸を角度的に回転駆動する駆動機構とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明では、偏心カムが規制部材に当接され、回転軸が付勢部材により付勢された状態で回転軸を角度的に回転駆動することにより、回転軸を所定方向へ移動させながら砥石を回転軸の周りに揺動させるので、回転軸の軸線から砥石の先端位置までの直線距離および偏心カム部材の偏心量を適宜設定することによって、被加工物の超仕上げ部位に対応する曲率半径の軌道に沿って砥石の先端を揺動させることが可能になる。また、この揺動機構を簡素化された構造で実現することが可能となる。さらに、揺動機構全体の質量が小さくすることができるので、揺動速度を増すことが可能になり、加工能率の向上を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
まず、本発明に係る超仕上げ方法を実現するための装置の基本構成について図１ないし図４を参照しながら説明する。図１は本発明に係る超仕上げ方法を実現するための装置の基本構成を示す側面図および正面図、図２は図１の砥石先端位置Ｐが回転軸の回転に応じて描く軌跡を示す図、図３は図１の回転軸の中心から砥石先端位置Ｐまでの直線距離ｒ0を変数とした場合の偏心カムの偏心量ｅと曲率半径（超仕上げ加工半径）Ｒ0との関係を示す図、図４は図１の偏心カムの偏心量ｅを変数とした場合の回転軸の中心から砥石先端位置Ｐまでの直線距離ｒ0と曲率半径（超仕上げ加工半径）Ｒ0との関係を示す図である。
【００１８】
超仕上げ装置の基本構成は、図１に示すように、ガイドレール部１ａが設けられているベース１を備える。ベース１には、スピンドル装置２が搭載され、スピンドル装置２は、ガイドレール部１ａに案内されながらｘ軸方向に移動可能なように構成されている（図１（ｂ）を参照）。スピンドル装置２は、ガイドレール１ａの案内方向と直交する方向に伸びる回転軸２ａを有し、回転軸２ａの一端には、砥石ホルダ３が取り付けられている。砥石ホルダ３は、かぎ状の部材から構成され、その先端３ａには、砥石４が取り付けられている。回転軸２ａの他端には、偏心カム５およびプーリ７が取り付けられている。偏心カム５は、回転軸２ａに偏心して取り付けられている円板からなる。プーリ７には、駆動モータ（図示せず）の駆動力を伝達するためのタイミングベルト８が巻き掛けられている。偏心カム５の両側には、規制部材６ａ，６ｂがそれぞれ配置されている。一方の規制部材６ａは、ベース１に固定され、偏心カム５の側面に当接するように位置決めされている。他方の規制部材６ｂは、ベース１にｘ軸方向に移動可能に取り付けられ、ばね部材（図示せず）により偏心カム５の側面に押し付けられるように付勢されている。
【００１９】
ここで、上記駆動モータにより図１（ｂ）に示す矢印の方向に回転軸２ａを角度的に回転させる場合を考える。まず、上記駆動モータにより回転軸２ａを一方の方向（図１（ｂ）において時計方向）へ角度的に回転駆動すると、回転軸２ａの回転に伴い偏心カム５が回転される。この際、偏心カム５は固定側の規制部材６ａに当接しながら回転するので、偏心カム５の回転により規制部材６ｂは、上記ばね部材の付勢力に抗しながらｘ軸方向に移動されることになる。これにより、回転軸２ａは、回転しながらその回転角度θに応じてｘ軸方向に移動される。また、上記駆動モータにより回転軸２ａを他方の方向（図１（ｂ）において反時計方向）へ角度的に回転駆動すると、同様に、回転軸２ａは、回転しながらその回転角度θに応じてｘ軸方向に移動される。
【００２０】
回転軸２ａがｘ軸方向に移動しながら回転すると、この回転軸２ａに取り付けられている砥石ホルダ３は、ｘ軸方向に移動しながら回転軸２ａの周りに回転することになる。このとき、砥石ホルダ３の砥石４の先端位置Ｐが描く軌跡Ｐ（ｘ，ｙ）は、図２に示すように、ｘ−ｙ座標系の原点Ｏから観て、次の（１）式で表される楕円となる。
【００２１】
｛ｘ／（ｒ0＋ｅ）｝²＋（ｙ／ｒ0）²＝１ …（１）
ｒ0：回転軸２ａの中心Ｏｓから砥石４の先端位置Ｐまでの直線距離
ｅ：偏心カム５の回転軸２ａに対する偏心量
Ｏc：偏心カム５の中心（回転軸２ａの回転角度θに応じて移動する）
次に、偏心カム５の偏心量ｅと距離ｒ0と曲率半径Ｒ0との関係を考える。この曲率半径Ｒ0は、ｘ−ｙ座標系においてｘ＝０とした場合の曲率半径であり、所定位置に保持された被加工物の超仕上げ対象部位に対して砥石４の先端位置Ｐが描くべき軌跡の曲率半径を表すことになる。この曲率半径Ｒ0は、次の（２）式により表される。
【００２２】
Ｒ0＝（ｒ0＋ｅ）²／ｒ0＝（１＋ｅ／ｒ0）²・ｒ0 …（２）
まず、偏心カム５の偏心量ｅを固定値とし、上記距離ｒ0を変数とした場合に、これらと曲率半径Ｒ0との関係を考える。ここでは、距離ｒ0と偏心量ｅとの関係をｒ0＝γ・ｅで表すものとすると、曲率半径Ｒ0と偏心量ｅとの比Ｒ0／ｅは、上記（２）式から次の（３）式で表される。
【００２３】

ここで、γ＜１とした場合のＲ0／ｅとγとの関係を図３に示す。図３から分かるように、非線形ではあるが、γ＝０．３〜０．０５であるときに、Ｒ0／ｅが５．６〜２２．０となり、約４倍の範囲の値が得られる。例えば、ｅ＝１５ｍｍとすると、γ＝０．３の場合、ｒ0＝１５×０．３＝４．５ｍｍ、Ｒ0＝５．６×１５＝８４ｍｍとなる。また、γ＝０．０５の場合、ｒ0＝１５×０．０５＝０．７５ｍｍ、Ｒ0＝２２．０×１５＝３３０ｍｍとなる。
【００２４】
また、回転軸２ａの回転角度θに応じて砥石４の先端位置Ｐがｘ軸方向へ移動する移動量ｘsは、次の（４）式により表される。
【００２５】
ｘs＝（ｅ＋ｒ0）sinθ …（４）
上記（４）式により、上記各場合における移動量ｘsは、１９．５sinθ〜１５．７５sinθとなり、例えば移動量ｘs＝３ｍｍとした場合、回転角度θ＝０．０３２π（ｒａｄ）〜０．０４１π（ｒａｄ）となる。
【００２６】
また、上記距離ｒ0を固定値とし、偏心カム５の偏心量ｅを変数とした場合の曲率半径Ｒ0と上記ｒ０の関係を考える。上記（２）式に従えば、曲率半径Ｒ0と上記距離ｒ0との比Ｒ0／ｒ0と、偏心量ｅと上記距離ｒ0との比ｅ／ｒ0との間で、図４に示すような関係が得られる。図４から分かるように、線形的に、ｅ／ｒ0＝０．４〜１．５の範囲で、Ｒ0／ｒ0＝２．０〜６．２となり、約３倍の範囲の値が得られる。例えば、ｒ0＝３５ｍｍとすると、ｅ／ｒ0＝０．４の場合、ｅ＝３５×０．４＝１４ｍｍ、Ｒ0＝３５×２．０＝７０ｍｍとなる。また、ｅ／ｒ0＝１．５の場合、ｅ＝３５×１．５＝５３．５ｍｍ、Ｒ0＝３５×６．２＝２１８ｍｍとなる。
【００２７】
また、上記各場合における移動量ｘsは、上記（４）式により、４９sinθ〜８８．５sinθとなり、例えば移動量ｘs＝２ｍｍとした場合、回転角度θ＝０．０１８π（ｒａｄ）〜０．００７π（ｒａｄ）となる。
【００２８】
このように、回転軸２ａの中心Ｏｓから砥石４の先端位置Ｐまでの直線距離ｒ0および偏心カム５の偏心量ｅを適宜設定することによって、小さい回転角度θの範囲で、被加工物の超仕上げ部位に対応する曲率半径の軌道に沿って砥石４の先端を揺動させることが可能になる。また、この揺動機構を簡素化された構造で実現することが可能となる。さらに、揺動機構全体の質量が小さくすることができるので、揺動速度を増すことが可能になり、加工能率の向上を図ることができる。よって、本方法によれば、構造を簡素化することができ、曲率が小さい超仕上げ対象部位の超仕上げの場合と同様に、高い加工能率で、精度および粗さが良い仕上げを得ることができる超仕上げ装置を提供することができる。
【００２９】
（第1実施の形態）
次に、本発明の第１実施の形態に係る超仕上げ装置について図５ないし図８を参照しながら説明する。図５（ａ）は本発明の第１実施の形態に係る超仕上げ装置の構成を示す上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿って得られた縦断面図、図６（ａ）は図５の偏心カムの正面図、図６（ｂ）は図５の偏心カムの側面図、図６（ｃ）は図５の偏心カムの斜視図、図７（ａ）は図５の砥石ホルダの構成を示す縦断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢから見た矢視図、図８（ａ）は砥石ホルダの先端部の他の構成例の正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ線に沿って得られた断面図である。
【００３０】
本実施の形態における超仕上げ装置は、上述した基本構成に基づくものであるが、本実施の形態では、振動を打ち消し合うことが可能な２軸構造とし、各軸を１つの駆動モータで駆動する構成とする。
【００３１】
具体的には、本実施の形態の超仕上げ装置は、図５に示すように、床などの支持面に置かれるベース１１を備える。ベース１１には、２つのスライダ１２，１３が互いに対向するように搭載されている。
【００３２】
スライダ１２は、ベース１１の上面に設けられた一対のガイドレール１４ａ，１４ｂに沿って摺動する複数のリニアガイド１２ａを有し、複数のリニアガイド１２ａによりガイド一対のガイドレール１４ａ，１４ｂに案内されながらベース１１上を移動可能に構成されている。スライダ１２には、ガイドレール１４ａ，１４ｂと直交する方向に伸びるスピンドル１６が回転可能に支持されている。スピンドル１６の一端１６ａには、リンク部材３２が取り付けられ、その他端１６ｂには、砥石ホルダ２０が取り付けられている。この砥石ホルダ２０の詳細構成については後述する。
【００３３】
また、スピンドル１６には、偏心カム１８が取り付けられている。この偏心カム１８は、図６に示すように、リング部１８ａと、リング部１８ａに対して偏心してかつ一体的に連なるカム部１８ｂとから構成され、カム部１８ｂは、リング部１８ａの孔部に対応する部分を切り欠いた円板からなる。偏心カム１８は、リング部１８ａがスピンドル１６と同軸上になるようにスピンドル１６に嵌合されている。これにより、偏心カム１８のカム部１８ｂは、その中心がスピンドル１６の中心に対して偏心量ｅ分だけ偏心してスピンドル１６に取り付けられていることになる。
【００３４】
砥石ホルダ２０は、図７に示すように、スピンドル１６の他端１６ｂに取り付けられているベース部４０を有し、ベース部４０には、ホルダ部４７を案内するための一対のガイドレール４１が設けられている。ホルダ部４７は、かぎ状の形状を有し、そのベース部４０に対向する部位には、ボールねじ機構４２と、各ガイドレール４１に摺動可能に係合する一対のリニアガイド４６とが設けられている。ボールねじ機構４２は、ねじ軸４４と、ホルダ部４７に固定されているナット部４５とを含み、ねじ軸４４はベース部４０に固定されている駆動モータ４３により回転駆動される。ねじ軸４４の回転運動に伴いナット部４５は、ねじ軸４４に沿って移動するので、ホルダ部４７はベース部４０に対して相対的に移動される。ホルダ部４７の先端部位４７ａには、保持部材４８が取り付けられ、この保持部材４８と先端部位４７ａとの間に砥石４９が保持されている。砥石４９は、その先端位置とスピンドル１６の中心との距離がｒ0になるように位置決めされている。被加工物５０（例えば球面ころに相当する）の曲率半径Ｒに一致する曲率Ｒ０で揺動される。ここで、砥石４９による超仕上げの際には、被加工物５０は一対のローラ５１間に挟持されて砥石４９の先端に対して位置決めされるとともに、ローラ５１の回転により被加工物５０が回転される。
【００３５】
このような構成の砥石ホルダを用いることによって、ホルダ部４７の相対移動により、砥石４９を被加工物５０に対して所定の加圧力で押し付けることが可能になる。また、砥石４９の摩耗などによって砥石４９の先端位置が被加工物５０に対して鉛直方向に変化した場合に、砥石４９の先端位置と被加工物５０の鉛直方向の位置調整が可能になる。
【００３６】
スライダ１３は、スライダ１２と同様に、ベース１１の上面に設けられた一対のガイドレール１５ａ，１５ｂに沿って摺動する複数のリニアガイド１３ａを有し、複数のリニアガイド１３ａにより一対のガイドレール１５ａ，１５ｂに案内されながらベース１１上を移動可能に構成されている。スライダ１３には、ガイドレール１５ａ，１５ｂと直交する方向に伸びるスピンドル１７が回転可能に支持されている。スピンドル１７の一端１７ａには、リンク部材３３が取り付けられ、その他端１７ｂには、砥石ホルダ２１が取り付けられている。この砥石ホルダ２１は、砥石ホルダ２０と同じ構成を有し（図７を参照）、ここでは、その説明は省略する。
【００３７】
また、スピンドル１７には、偏心カム１９が取り付けられている。この偏心カム１９は、偏心カム１８と同様に構成され、リング部１９ａとカム部１９ｂとを有する（図６を参照）。これにより、偏心カム１９のカム部１９ｂは、その中心がスピンドル１７の中心に対して偏心量ｅ分だけ偏心してスピンドル１７に取り付けられていることになる。
【００３８】
スライダ１２とスライダ１３との間には、転がり軸受からなる２つの規制部材２３，２４が設けられ、各規制部材２３，２４は軸２２に同軸上に支持されている。軸２２の各端は、それぞれベース１１に設けられている支持部材２２ａ，２２ｂに支持されている。規制部材２３は、その外周面がスピンドル１６に取り付けられた偏心カム１８のカム部１８ｂの外周面に当接するように、規制部材２４は、その外周面がスピンドル１７に取り付けられた偏心カム１９のカム部１９ｂの外周面に当接するようにそれぞれ配置されている。
【００３９】
スライダ１２は、ばね部材３５により、偏心カム１８のカム部１８ｂが規制部材２３に押し付けられる方向に付勢されている。ばね部材３５は、ベース１１に固定されている保持部材３４に保持されている。同様に、スライダ１３は、ばね部材３７により、偏心カム１９のカム部１９ｂが規制部材２４に押し付けられる方向に付勢されている。ばね部材３７は、ベース１１に固定されている保持部材３６に保持されている。
【００４０】
スピンドル１６のリンク部材３２は、図５（ｂ）に示すように、リンク部材３０を介して中間リンク２８のアーム部２８ｂに連結されている。また、スピンドル１７のリンク部材３３は、リンク部材３１を介して中間リンク２８のアーム部２８ｃに連結されている。中間リンク２８には、上記アーム部２８ｂおよびアーム部２８ｃとともに、アーム部２８ａが設けられている。アーム部２８ｂとアーム部２８ｃとは、同一直線上に沿って互いに逆向きに突出し、アーム部２８ａは、アーム部２８ｂに対して垂直に突出する。中間リンク２８は、軸箱２９に支持されている。中間リンク２８のアーム部２８ａは、リンク部材２７の一端に連結され、リンク部材２７の他端は、駆動モータ２５の回転運動を揺動運動に変換するための変換部材２６に連結されている。変換部材２６は駆動モータ２５の出力軸（図示せず）に固定され、変換部材２６におけるリンク部材２７との連結点は、駆動モータ２５の出力軸に対して偏心量Ｅ1分偏心した位置にある。この偏心量Ｅ1は、各スピンドル１６，１７の回転角度θの最大値を規定する。
【００４１】
このようなリンク機構により、駆動モータ２５の回転運動は各スピンドル１６，１７の揺動運動に変換され、各スピンドル１６，１７は、互いに逆向きに角度的に回転運動される。スピンドル１６が例えば一方の方向（図５（ｂ）において時計方向）へ角度的に回転駆動されると、スピンドル１６の回転に伴い偏心カム１８が回転される。この際、偏心カム１８はそのカム部１８ｂが規制部材２３に当接された状態で回転するので、偏心カム１８の回転によりスライダ１２は、ばね部材３５の付勢力に抗しながらガイドレール１４ａ，１４ｂに沿って移動される。これにより、スピンドル１６は、回転しながらその回転角度θに応じてガイドレール１４ａ，１４ｂの案内方向に移動される。
【００４２】
スピンドル１６が一方の方向へ回転駆動された場合には、スピンドル１７は他方の方向（反時計方向）へ角度的に回転駆動される。この場合も、スピンドル１６の場合と同様に、偏心カム１９の回転によりスライダ１３は、ばね部材３７の付勢力に抗しながらガイドレール１５ａ，１５ｂに沿って移動される。これにより、スピンドル１７は、回転しながらその回転角度θに応じてガイドレール１５ａ，１５ｂの案内方向に移動されることになる。
【００４３】
また、スピンドル１６が他方の方向（反時計方向）へ回転駆動された場合には、スピンドル１７は一方の方向（時計方向）へ角度的に回転駆動される。この場合も、同様に、各スピンドル１６，１７は、回転しながらその回転角度θに応じてガイドレール１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの案内方向に移動されることになる。
【００４４】
スピンドル１６，１７が回転駆動されると、スピンドル１６，１７に取り付けられている砥石ホルダ２０，２１は、ガイドレール１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの案内方向に移動しながらスピンドル１６，１７の周りに角度的に回転されることになる。このとき、砥石ホルダ２０，２１の砥石４９の先端位置は、スピンドル１６，１７の中心から砥石２０，２１の先端位置までの直線距離ｒ0および偏心カム１６，１７の偏心量ｅに応じて決定された曲率半径の軌道に沿って移動する。即ち、砥石ホルダ２０，２１を、砥石４９の先端位置が所定位置に保持された被加工物５０の超仕上げ対象部位の曲率半径に沿って移動するように揺動させることができる。
【００４５】
よって、本実施の形態では、２つのスピンドル１６，１７を同時に逆向きに駆動することによって、振動的にバランスを取ることができ、揺動速度をより速くすることが可能である。
【００４６】
なお、本実施の形態では、ホルダ部４７の先端部位４７ａと保持部材４８との間に砥石４９が保持するように構成されているが、この構成は、砥石４９の傾斜成分に誤差が発生せず、また被加工物５０の姿勢（軸方向位置および傾斜）が変わる可能性がないことを前提としたものであるが、超仕上げにおいては、前工程（研削工程）で得られた被加工物５０の超仕上げ対象部位の形状を崩さずに、その粗さを良くすることが望まれているので、上記構成に代えて、砥石４９が被加工物５０の姿勢の変化に追従可能なならい機構を用いることが好ましい。
【００４７】
具体的には、図８に示すように、砥石ホルダのホルダ部４７の先端部位４７ａには、中間部材５２がピボット５３を介して取り付けられ、この中間部材５２と先端部位４７ａとの間には、Ｏリング５５が嵌め込まれている。中間部材５２には、複数のねじ部材５６により保持部材５４が取り付けられ、中間部材５２と保持部材５４との間に砥石４９が挟持されている。この構成により、砥石４９が被加工物５０の姿勢の変化に追従可能になり、前工程（研削工程）で得られた被加工物５０の超仕上げ対象部位の形状を崩さずに、その粗さを良くすることが確実に行われる。
【００４８】
（第２実施の形態）
次に、本発明の第２実施の形態について図９を参照しながら説明する。図９（ａ）は本発明の第２実施の形態に係る超仕上げ装置の主要部構成を示す上面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＤ−Ｄ線に沿って得られた縦断面図である。
【００４９】
上述の第１実施の形態が規制部材として転がり軸受を用いることに対し、本実施の形態では、規制部材としてリニアガイドを用いる。これ以外の構成は上述の第１実施の形態に同じであり、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は省略または簡略化する。
【００５０】
具体的には、図９に示すように、スライダ１２とスライダ１３との間には、偏心カム１８，１９のカム部１８ｂ，１９ｂに当接される規制部材６１が設けられている。規制部材６１は、支柱６３に設けられたガイドレール６２に係合しながら鉛直方向に摺動可能なリニアガイドからなる。規制部材６１は、各スピンドル１６，１７の加点に伴い偏心カム１８，１９が回転されると、各偏心カム１８，１９から鉛直方向上向きまたは下向きへの力を受けることになり、この受けた力の方向へ移動される。
【００５１】
このように、規制部材６１としてリニアガイドを用いることによって、さらに構造を簡素化することができる。また、規制部材６１の偏心カム１８，１９のカム部１８ｂ，１９ｂとの当接面が平面であるので、転がり軸受のように誤差が発生しない。さらに、規制部材６１が各偏心カム１８，１９から受ける力は、同一作用線上にあるので、負荷容量、剛性などの観点から、規制部材６１にリニアガイドを用いることは有利である。
【００５２】
（第３実施の形態）
次に、本発明の第３実施の形態について図１０および図１１を参照しながら説明する。図１０（ａ）は本発明の第３実施の形態に係る超仕上げ装置の構成を示す上面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の超仕上げ装置の正面図、図１１は偏心カム機構の構成例を示す断面図である。
【００５３】
本実施の形態の超仕上げ装置は、図１０に示すように、ベース７１を備え、ベース７１には、２つのスライダ７２，７３が互いに対向するように搭載されている。
【００５４】
スライダ７２は、ベース７１の上面に設けられた一対のガイドレール７４ａ，７４ｂに沿って滑動する複数のリニアガイド７２ａを有し、複数のリニアガイド７２ａにより一対のガイドレール７４ａ，７４ｂに案内されながらベース７１上を移動可能に構成されている。スライダ７２には、ガイドレール７４ａ，７４ｂと直交する方向に伸びるスピンドル７６が回転可能に支持されている。スピンドル７６の一端７６ａには、リンク部材９０が取り付けられ、その他端７６ｂには、砥石ホルダ８０が取り付けられている。この砥石ホルダ８０の構成は、図７に示す構成と同じであり、ここでは、その説明は省略する。
【００５５】
スライダ７３は、スライダ７２と同様に、ベース７１の上面に設けられた一対のガイドレール７５ａ，７５ｂに沿って滑動する複数のリニアガイド７３ａを有し、複数のリニアガイド７３ａにより一対のガイドレール７５ａ，７５ｂに案内されながらベース７１上を移動可能に構成されている。スライダ７３には、ガイドレール７５ａ，７５ｂと直交する方向に伸びるスピンドル７７が回転可能に支持されている。スピンドル７７の一端７７ａには、リンク部材９１が取り付けられ、その他端７７ｂには、砥石ホルダ８１が取り付けられている。この砥石ホルダ８１は、砥石ホルダ８０と同じ構成を有する（図７を参照）。
【００５６】
スライダ７２とスライダ７３との間には、偏心カム機構が設けられている。この偏心カム機構は、ベース７１に固定されている軸箱８８と、軸箱８８に支持されている回転軸８７とを有し、回転軸８７の一端にはリンク部材８９が、その他端には支持板８６が設けられている。支持板８６には、一対の台座８５（一方のみを示す）が締結され、各台座８５には、互いに所定の間隔をおいて配置されている２つの軸８２ａ，８３ａが取り付けられている。ここで、各台座８５は、各軸８２ａ，８３ａが回転軸８７の中心から距離ｅ（偏心量）分離れた位置になるようにそれぞれ配置されている。軸８２ａには円板８２が回転可能に支持され、軸８３ａには、円板８２の直径と同じ直径を有する円板８３が回転可能に支持されている。円板８２はその縁部がスライダ７２に設けられた当接部７２ｂに、円板８３はその縁部がスライダ７３に設けられた当接部７３ｂにそれぞれ当接するように位置決めされている。
【００５７】
スライダ７２は、ばね部材１０３により、当接部７２ｂが円板８２に押し付けられる方向に付勢されている。ばね部材１０３は、ベース７１に固定されている保持部材１０２に保持されている。同様に、スライダ７３は、ばね部材１０５により、当接部７３ｂが円板８３に押し付けられる方向に付勢されている。ばね部材１０５は、ベース７１に固定されている保持部材１０４に保持されている。
【００５８】
スピンドル７６のリンク部材９０は、リンク部材９７を介して中間リンク部材９６に連結され、中間リンク部材９６は、リンク部材９４を介して、回転軸８７のリンク部材８９に連結されている。ここで、中間リンク部材９６は、軸線の周りに回転する円板からなり、中間リンク部材９６におけるリンク部材９７との連結点およびリンク部材９４との連結点は、所定位置に設けられている。スピンドル７７のリンク部材９１は、リンク部材９９を介して中間リンク部材９８に連結され、中間リンク部材９８は、リンク部材９５を介して、回転軸８７のリンク部材８９に連結されている。ここで、中間リンク部材９８は、その軸線の周りに回転する円板からなり、中間リンク部材９８におけるリンク部材９９との連結点およびリンク部材９５との連結点は、所定位置に設けられている。
【００５９】
回転軸８７のリンク部材８９は、回転軸８７と同軸上の円板からなり、上記リンク部材９４，９５とともに、リンク部材９３の一端が連結されている。リンク部材９３の他端は、駆動モータ９２の回転運動を揺動運動に変換するための変換部材（図示せず）に連結されている。この変換部材は駆動モータ９２の出力軸（図示せず）に固定され、変換部材におけるリンク部材９３との連結点は、駆動モータ９２の出力軸に対して偏心量Ｅ2分偏心した位置にある。この偏心量Ｅ2は、各スピンドル７６，７７および回転軸８７の回転角度θの最大値を規定する。
【００６０】
このようなリンク機構により、駆動モータ９２の回転運動は各スピンドル７６，７７および回転軸８７の揺動運動に変換される。回転軸８７は、角度的に回転運動され、これに連動して各スピンドル７６，７７は、互いに逆向きに角度的に回転運動される。例えば回転軸８７が時計方向（図１０（ｂ）において）へ角度的に回転されると、スピンドル７６は反時計方向へ、スピンドル７７は時計方向へ角度的に回転される。また、回転軸８７の回転に伴い支持板８６が回転軸８７の周りに時計方向へ角度的に回転される。この支持板８６の回転に伴い各円板８２，８３が回転軸８７を中心に時計方向へ揺動すると、スライダ７２は、ばね部材１０３の付勢力により、当接部７２ｂが円板８２に当接された状態でガイドレール７４ａ，７４ｂに沿って円板８２に向けて移動される。スライダ７３は、ばね部材１０５の付勢力により、当接部７３ｂが円板８３に当接された状態でガイドレール７５ａ，７５ｂに沿って円板８３に向けて移動される。
【００６１】
また、回転軸８７が反時計方向（図１０（ｂ）において）へ角度的に回転された場合も同様である。
【００６２】
このよう構成により、スピンドル７６，７７に取り付けられている砥石ホルダ８０，８１は、ガイドレール７４ａ，７４ｂ，７５ａ，７５ｂの案内方向に移動しながらスピンドル７６，７７の周りに回転することになる。このとき、砥石ホルダ８０，８１の砥石の先端位置は、スピンドル７６，７７の中心から砥石の先端位置までの直線距離ｒ0および上記偏心カム機構の偏心量ｅに応じて決定された曲率半径の軌道に沿って移動する。即ち、砥石ホルダ８０，８１を、砥石の先端位置が所定位置に保持された被加工物の超仕上げ対象部位の曲率半径に沿って移動するように揺動させることができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、２つのスピンドル７６，７７を同時に逆向きに駆動することによって、振動的にバランスを取ることができ、揺動速度をより速くすることが可能である。
【００６４】
また、本実施の形態において、偏心カム機構の偏心量ｅを調整可能にする場合には、図１１に示すような偏心カム機構を用いればよい。この偏心カム機構は、図１１に示すように、回転軸８７に設けられた支持板１１６を有し、この支持板１１６には、あり溝１１６ａが形成されている。支持板１１６には、一対の台座１１５が対応する止めねじ１１９によりあり溝１１６ａを介して締結され、各台座１１５には、それぞれ軸１１３が取り付けられている。各軸１１３には、上記円板８２，８３に相当する転がり軸受１１１が支持されている。各台座１１５は、それぞれの軸１１３が回転軸８７の中心から距離ｅ（偏心量）分離れた位置になるようにそれぞれ配置されている。また、各台座１１５には、止めねじ１１９を受け入れるための位置調整用穴部１１５ａが形成され、各台座１１５間の間隔即ち偏心量ｅは基準プラグ１１７により調整することが可能である。基準プラグ１１７はその軸線が回転軸８７と同軸上になるように支持板１１６に形成された穴に嵌合される。例えば、異なる幅の複数の基準プラグ１１７を準備し、偏心量ｅに応じた幅の基準プラグ１１７を支持板１１６に取り付けることによって、各台座１１５間の間隔即ち軸１１３と回転軸８７との距離（偏心量）ｅを調整することができる。この間隔の調整により、各台座１１５の支持板１１６に対する相対位置が変化した場合、その位置変化に伴い各台座１１５における止めねじ１１９の位置は変化するが、位置調整用穴部１１５ａが設けられているので、各台座１１５の相対位置の調整後も、調整前と同じように、各台座１１５を支持板１１６に止めねじ１１９により取り付けることができる。
【００６５】
このような構成の偏心カム機構を設けることによって、偏心量ｅを容易に調整することができる。その結果、砥石の先端位置が描く軌跡の曲率半径を容易に変更することができ、曲率が異なる複数の被加工物の超仕上げに対応することが可能になる。
【００６６】
また、本実施の形態の超仕上げ装置は、球面ころだけでなく、内外輪の軌道溝の超仕上げに適用することも可能である。この場合、一方のスピンドルのみを揺動させ、他方のスピンドルを負荷マスとして追従させるように構成すればよい。
【００６７】
（第４実施の形態）
次に、本発明の第４実施の形態について図１２ないし図１４を参照しながら説明する。図１２は本発明に係る超仕上げ装置を用いた超仕上げラインの構成を模式的に示す図、図１３は図１２の超仕上げラインにおいて被加工物の超仕上げを実施している状態を示す図、図１４は図１２のラインにおけるボックスの移動を模式的に示す図である。
【００６８】
本実施の形態では、研削ラインから受けた被加工物を、上述の各実施の形態で示した超仕上げ装置のいずれかを用いて超仕上げを行うラインを説明する。
【００６９】
現状の研削盤では、３．６秒のサイクルタイムが実現可能であるが、この研削盤のサイクルタイムに１対１で対応するためには、超仕上げラインにおいて、２つの砥石ホルダを設けた場合（２軸の場合）、サイクルタイムを３．６秒で実現する必要がある。この３．６秒のサイクルタイムの実現には、比較的交差角に影響されずに目詰まりが少ない砥石（例えばＣＢＮ砥石）を使用し、被加工物の回転数を増大させることが条件となる。また、被加工物のローディング、アンローディングに要する時間を短くすることが重要である。そこで、超仕上げラインにおいては、被加工物の支持に２ロール方式（図７を参照）を用い、また被加工物の搬送にボックスを用いる。
【００７０】
具体的には、図１２に示すように、本ラインは、研削ラインからの被加工物１５１を受け取る入口部１５０と、超仕上げを行う加工部１６０と、超仕上げ後の被加工物１５１を排出する出口部１７０とを含み、入口部１５０から出口部１７０への被加工物１５１の搬送には、ボックス１５２が用いられる。ボックス１５２には、被加工物１５１をそれぞれ保持する２つの保持部１５２ａが設けられている。
【００７１】
ボックス１５２は、移動台１５３に搭載されている。この移動台１５３には、送りねじ機構およびリニアガイドが組み込まれている。送りねじ機構はねじ軸１５３ａおよび移動台１５３に固定されているナット部（図示せず）を有し、このねじ軸１５３ａは上記ナット部に螺合され、駆動モータ１５６により駆動される。移動台１５３のリニアガイド１５４は水平ガイドレール１５５に摺動可能に係合されている。駆動モータ１５６によりねじ軸１５３ａが駆動されると、移動台１５３は、水平ガイドレール１５５に沿って移動される。
【００７２】
移動台１５３は、図１３に示すように、複数の支持部材１５８に支持され、各支持部材１５８は、ベース１７４に固定されている支柱１７３に設けられた垂直ガイドレール１７２に沿って鉛直方向に移動可能に構成されている。各支持部材１５８には、送りねじ機構１５９および垂直ガイドレース１７２に摺動可能に係合する複数のリニアガイド１７１が設けられている。各支持部材１５８の送りねじ機構１５９は駆動モータ１５７により駆動され、これにより各支持部材１５８は鉛直方向に移動される。各支持部材１５８の鉛直方向への移動により移動台１５３を鉛直方向へ移動させることが可能である。
【００７３】
入口部１５０においては、研削ラインから２つの被加工物１５１を受け取り、各被加工物１５１をボックス１５２に積載する。被加工物１５１を積載したボックス１５２は、移動台１５３の移動により加工部１６０に送られる（図１４のＡ１）。
【００７４】
加工部１６０においては、図１２および１３に示すように、ボックス１５２に積載された２つの被加工物１５１を互いに対向する一対のローラ１６３間に保持する。この際、各被加工物１５１は、２つの砥石ホルダ１６１にそれぞれ保持されている砥石１６２に対してそれぞれ位置決めされ、回転される。各砥石１６２は、上述の各実施の形態において説明したように、対応する被加工物１５１の加工対象部位に押し付けられながらこの部位の曲率半径で揺動する。これにより、各被加工物１５１の加工対象部位が超仕上げされる。
【００７５】
そして、超仕上げ後の被加工物１５１を積載したボックス１５２は、移動台１５３の移動により出口部１７０に送られる。出口部１７０においては、移動台１５３を鉛直方向下方へ向けて移動し（図１４のＡ２）、ボックス１５２に積載されている被加工物１５１を外部に排出する。この後、ボックス１５２は、移動台１５３の移動により入口部１５０に戻され（図１４のＡ３）、移動台１５３は鉛直方向上方へ向けて移動される（図１４のＡ４）。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、偏心カムが規制部材に当接され、回転軸が付勢部材により付勢された状態で回転軸を角度的に回転駆動することにより、回転軸を所定方向へ移動させながら砥石を回転軸の周りに揺動させるので、回転軸の軸線から砥石の先端位置までの直線距離および偏心カム部材の偏心量を適宜設定することによって、被加工物の超仕上げ部位に対応する曲率半径の軌道に沿って砥石の先端を揺動させることが可能になる。また、この揺動機構を簡素化された構造で実現することが可能となる。さらに、揺動機構全体の質量が小さくすることができるので、揺動速度を増すことが可能になり、加工効率の向上を図ることができる。即ち、構造を簡素化することができ、曲率が小さい超仕上げ対象部位の超仕上げの場合と同様に、高い加工効率で、精度および粗さが良い仕上げを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超仕上げ方法を実現するための装置の基本構成を示す図である。
【図２】図１の砥石先端位置Ｐが回転軸の回転に応じて描く軌跡を示す図である。
【図３】図１の回転軸の中心から砥石先端位置Ｐまでの直線距離ｒ0を変数とした場合の偏心カムの偏心量ｅと曲率半径（超仕上げ加工半径）Ｒ0との関係を示す図である。
【図４】図１の偏心カムの偏心量ｅを変数とした場合の回転軸の中心から砥石先端位置Ｐまでの直線距離ｒ0と曲率半径（超仕上げ加工半径）Ｒ0との関係を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明の第１実施の形態に係る超仕上げ装置の構成を示す上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿って得られた縦断面図である。
【図６】（ａ）は図５の偏心カムの正面図、（ｂ）は図５の偏心カムの側面図、（ｃ）は図５の偏心カムの斜視図である。
【図７】（ａ）は図５の砥石ホルダの構成を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢから見た矢視図である。
【図８】（ａ）は砥石ホルダの先端部の他の構成例の正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿って得られた断面図である。
【図９】（ａ）は本発明の第２実施の形態に係る超仕上げ装置の主要部構成を示す上面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿って得られた縦断面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の第３実施の形態に係る超仕上げ装置の構成を示す上面図、（ｂ）は（ａ）の超仕上げ装置の正面図である。
【図１１】偏心カム機構の構成例を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る超仕上げ装置を用いた超仕上げラインの構成を模式的に示す図である。
【図１３】図１２の超仕上げラインにおいて被加工物の超仕上げを実施している状態を示す図である。
【図１４】図１２のラインにおけるボックスの移動を模式的に示す図である。
【図１５】従来の超仕上げ装置の主要部構成を示す正面図および側面図である。
【図１６】従来の被加工物における曲率が小さい部位に超仕上げを施す装置の主要部構成を示す正面側断面図、側面側断面図および砥石の先端周囲を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１１，７１ベース
２ａ回転軸
３，２０，２１砥石ホルダ
４，４９砥石
５，１８，１９偏心カム
６ａ，６ｂ，２３，２４，６１規制部材
１６，１７スピンドル
３５，３７，１０３，１０５ばね部材

Claims

被加工物の曲面形成部位の超仕上げ方法において、軸線と直交する第１の方向へ移動可能なように基台上に支持されている回転軸に該回転軸の軸線と直交する第２の方向へ所定距離をおいて砥石を取り付けるとともに、該回転軸に対して偏心する偏心カム部材を同軸上に取り付け、前記偏心カム部材に当接する規制部材および前記偏心カム部材を前記第１の方向へ前記規制部材に向けて付勢する付勢部材を前記基台に設け、前記偏心カムが前記規制部材に当接されかつ前記回転軸が前記付勢部材により付勢された状態で前記回転軸を角度的に回転駆動することにより、前記回転軸を前記第１の方向へ移動させながら前記砥石を前記回転軸の周りに揺動させることを特徴とする超仕上げ方法。
被加工物の曲面形成部位の超仕上げ装置において、基台と、軸線と直交する第１の方向へ前記基台上を移動可能なように支持されている回転軸と、前記回転軸に該回転軸の軸線と直交する第２の方向へ所定距離をおいて取り付けられている砥石と、前記回転軸に同軸上に取り付けられ、該回転軸に対して偏心する偏心カム部材と、前記基台に設けられ、前記偏心カム部材に当接されている規制部材と、前記基台に設けられ、前記偏心カム部材を前記第１の方向へ前記規制部材に向けて付勢する付勢部材と、前記回転軸を角度的に回転駆動する駆動機構とを備えることを特徴とする超仕上げ装置。