JP5295307B2 - 球体回転装置、球体回転方法及び球体回転装置を利用した応用機 - Google Patents
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第1に、球体を回転自在に受持する一対のローラと、この一対のローラをそれぞれ回転駆動するサーボモータと、前記両サーボモータを制御して前記球体の1回転中に一対のローラの角速度を高低変化させながら一方のローラが高角速度のときに他方が低角速度となるように回転させる制御手段とを備えている点にある。
第3に、前記制御手段は、一対のローラを角速度高低変化させながら回転する途中に相対速度差を付けて球体を回動させる回動制御機能を有している点にある。
第5に、前記一対のローラ間に対向して、一対のローラに当接する球体を下方から支承するサポート手段が設けられており、このサポート手段は、球体と下方から摺接する受持シューで形成されている点にある。
第6に、前記一対のローラ間に対向して、一対のローラに対して球体を押さえかつ押さえ位置から退避可能なプレッシャー手段が設けられており、このプレッシャー手段は、球体と球心より上側で当接して回転するプレッシャー球体で形成されている点にある。
また、前記技術的課題を解決する本発明の球体回転方法の技術的手段は次の通りである。
第1に、一対のローラで球体を回転自在に受持し、サーボモータにより一対のローラをそれぞれ回転駆動し、サーボモータを制御して球体の1回転中に一対のローラの角速度を高低変化させながら一方のローラが高角速度のときに他方が低角速度となるように回転する点にある。
第3に、一対のローラを角速度高低変化させながら回転する途中に、前記サーボモータを制御して一対のローラを同時に回転しながら相対速度差を付けて球体を回動させる点にある。
第1に、球体回転装置を備え、前記球体の表面を研削する研削機構が設けられ、研削機構は、球体に対向して配置された砥石と、この砥石を軸心廻りに回転しながらその先端部を球体の表面に押圧する砥石駆動手段とを有している点にある。
第3に、球体回転装置を備え、球体の表面を検査する検査器又は球体の表面を測定する測定器が設けられている点にある。
図1〜図13は第1実施形態を示している。図1において、球体回転装置A1は、対向内方に先細り形状に形成され、同一軸心M上に対向配置されていて、球体1を回転自在に受持する一対のテーパローラ3,4と、この一対のテーパローラ3,4をそれぞれ回転駆動するローラ駆動手段5,6と、この両ローラ駆動手段5,6を制御する制御手段7とを備えている。前記球体回転装置A1と、球体1の表面を研削する研削機構8とで球体研磨機(応用機)B1が構成されている。
前記サポートローラ9は球体1と下方から当接して回転するローラであり、一対のローラ3,4間に対向して、一対のローラ3,4に当接する球体1を下方から支承するサポート手段Gを構成している。
上フレーム14の左右方向中央に取付台23が装着され、この取付台23にサポートローラ9とプレッシャーローラ10とが取り付けられている。サポートローラ9は球体1の下方に配置され、ベアリングにより構成され、その外輪が球体1を左右軸廻りに回転自在に支持している。
前記プレッシャーローラ10は、図6に示すように支持腕31の先端部に左右方向の回転軸心廻りに回転自在に支持されている。支持腕31は取付台23に左右方向の支軸32廻りに回動自在に支持されており、この支持腕31の末端と取付台23との間に弾発するためのバネ24及び摺動体34が設けられている。
前記支持腕31、摺動体34及びバネ24等によりプレッシャーローラ10の付勢手段33が構成され、付勢手段33で一対のテーパローラ3,4に対する球体1のスリップを抑制している。従って、球体1のスリップを効果的に防止できて、テーパローラ3,4の回転に伴って球体1をスムーズに回転させることができ、球体1の研削や測定を良好になし得る。
前記制御手段7は、サーボモータ27,28及び砥石駆動手段41に制御信号を出力することによって、ローラ駆動手段5,6及び研削機構8を制御し、球体1の1回転中に一対のテーパローラ3,4の角速度を高低変化させながら一方のテーパローラ3,4が最高角速度のときに他方が最低角速度となるように回転させる。但し、テーパローラ3,4の最高角速度と最低角速度とは、多少のずれは許容され、高角速度と低角速度とが対応していればよい。
テーパローラ3,4の回転角度が0°から90°に近づくと、次第に左テーパローラ3の角速度が右テーパローラ4の角速度よりも大になるため、球体1の回転軸心Lが、左テーパローラ3側から離れると共に右テーパローラ4側に近づくように球心O廻りに揺動する。
テーパローラ3,4の回転角度が180°から270°に近づくと、次第に右テーパローラ4の角速度が左テーパローラ3の角速度よりも大になるため、球体1の回転軸心Lが、右テーパローラ4側から離れると共に左テーパローラ4側に近づくように球心O廻りに揺動する。
図9は、図8に示すように球体1の1回転中に一対のテーパローラ3,4の角速度を高低変化させながら一方のテーパローラ3,4が最高角速度のときに他方が最低角速度となるように回転させた場合の球体1の動きを調べるため、テーパローラ3,4の軸心Mと軸直角の先端位置の球体1表面(球体1の上側中央)にペンを当ててそのペンが描く図形を表したものである。
この制御手段7の回動制御機能43は、一対のテーパローラ3,4を角速度高低変化させて球体1を回転軸心L廻りに回転させながら極軸S廻りに回転させる途中に、研削機構8による球体1表面への砥石39の押圧を解除させ、その後に一対のテーパローラ3,4を同時に回転しながら相対速度差を付けて回転軸心L及び極軸S廻りにとは異なる方向に球体1を回動させるようにしたものである。即ち、一対のテーパローラ3,4を角速度高低変化させる角速度高低変化区間Uの途中に、一対のテーパローラ3,4を同時に回転しながら相対速度差を付けて球体1を回動させる相対速度差区間Vを設けたものである。
即ち、図12(a)に示すように、一対のテーパローラ3,4を角速度高低変化させながら回転させると共に、砥石39を軸心廻りに回転しながら加圧して、球体1の表面を研削し、その途中で、まず、砥石39の加圧を切り、その後に左テーパローラ3を高速で右テーパローラ4を低速でそれぞれ回転させ、これにより一対のテーパローラ3,4を速度差を付けて同時に回転しながらこのテーパローラ3,4の速度差により球体1を回動させ、球体1の上極点P1に対向する位置を移動させる。
又は、図12(b)に示すように、一対のテーパローラ3,4を角速度高低変化させながら回転させると共に、砥石39を軸心廻りに回転しながら加圧して、球体1の表面を研削し、その途中で、まず、砥石39の加圧を切りその後両テーパローラ3,4の回転を停止させる。次に、両テーパローラ3,4の回転を開始し左テーパローラ3を右テーパローラ4よりも速い速度で回転させ、これにより一対のテーパローラ3,4を同時に回転しながら相対速度差を付けて球体1を回動させ、球体1の上極点P1に対向する位置を移動させる。その後、両テーパローラ3,4の回転を停止させ、次に一対のテーパローラ3,4を角速度高低変化させながら回転させ、砥石39を軸心廻りに回転しながら加圧する。以上の動作を繰り返して所定期間おきに順次球体1の上極点P1に対向する位置を移動させながら、球体1の表面を砥石39で研削する。
而して、図13に示すように、両テーパローラ3,4が同一角速度のときの球体1の回転軸心LをL1とすると、回転軸心L1はテーパローラ3,4の軸心Mに平行に生じ、回転軸心L1は球心Oを通る左右方向の直線になる。球体1は回転軸心L1を中心に回転し、テーパローラ3,4の角速度に高低変化をつけると、回転軸心L1と直交する極軸Sがつくられる。テーパローラ3,4の軸心Mと球体1の回転軸心L1とに鉛直な直線を鉛直線Nとすると、前記極軸Sは球体1の回転軸心L1と鉛直線Nとに鉛直な直線となり、この極軸Sは球心Oを通り、球体1は極軸Sを中心に周回する。この球体1の周回中にテーパローラ3,4に速度差を付けると、テーパローラ3,4によって球体1の左右接触点での移動に差がつき、テーパローラ3,4の速度差回転に伴って極軸Sがあたかも傾動するように球体1が回動する。前記球体1の周回は極軸Sの経度方向の回転である。
以上のように、上極点P1では、球体1の同一部分が頻繁に通ることになるが、制御手段7は、一対のテーパローラ3,4を角速度高低変化させながら回転する途中に相対速度差を付けて球体1を回動させる回動制御機能43を有しているので、図13に示すように、以前上極点P1及びその近傍であった部分が、上側中央位置から徐々にずれ動き、一対のテーパローラ3,4の軸心Mと直角でかつ球体1の球心Oに対向して配置した円筒状の砥石39は、軸心廻りに回転しながらその先端部を球体1の表面にリング状に押圧接当させると、砥石39で球体1の表面を極めて高精度で研削することが可能になる。
図示省略しているが、球体1とテーパローラ3,4との接触点におけるテーパローラ3,4の回転軸27a,28a廻りのローラ回転径dが、前記接触点における球体1の回転軸心L廻りの球体回転径Dの略2倍に設定され、テーパローラ3,4が半回転する間に、球体1が略1回転するようにしている。
従って、制御手段7は両テーパローラ3,4に角速度の高低変化を与えており、球体1の1回転中に一対のテーパローラ3,4の角速度を高低変化させながら一方のテーパローラ3,4が最高角速度のときに他方が最低角速度となるように回転し、球体1の1回転に対して両テーパローラ3,4の高角速度部位の位相が180°ずらされ、一対のテーパローラ3,4の半回転中にその角速度が正弦波となって球体1の回転周期で変化するようにしている。
図14(b)に示すように、一対のテーパローラ3,4を角速度高低変化させながら回転させると共に、砥石39を軸心廻りに回転しながら加圧して、球体1の表面を研削し、その途中で、砥石39の加圧を切ることなく、時間長さ変更区間Wの前半側では、左テーパローラ3の高角速度域及び右テーパローラ4の低角速度域を短く形成し、時間長さ変更区間Wの後半側では、左テーパローラ3の高角速度域及び右テーパローラ4の低角速度域を長く形成して、左テーパローラと右テーパローラ4とを同期させて高低変化させながら高角速度及び低角速度の時間長さを長短変更させ、これにより、図14(a)に示すように、1〜13の如く球体1を回動させ、球体1の上極点P1に対向する位置を移動させる。
なお、図14に示す制御手段7による一対のローラ駆動手段5,6及び研削機構8の他の制御例の場合も、時間長さ変更区間Wの前後間で砥石39の加圧を切るようにしてもよい。
検査器51は光センサや超音波センサ等により構成され、球体1表面の凹凸や球体1表面の欠陥を検出する。測定器52は光センサや超音波センサ等により構成され、球体1の表面の曲率や荒さや滑らかさを測定する。
この受持シュー59は球体1の表面と点接触し、球体1が一対のテーパローラ3,4による回転、角速度高低変化による回転及び上極点P1に対向する位置の移動をするときに、それらの運動に抵抗をほとんど与えることなく受持する。
プレッシャー手段Rは、第1実施形態と同様に、支持腕31の揺動により球体1に対して遠近方向移動可能にしてもよいが、ここでは、球体1の球心Oと接点とを通る中心線J方向に直線的に移動自在に設けて、付勢手段33によって球体1に付勢している。
前記測定子60は球体1に対する砥石39の通る軌跡上で、球体1を受持するローラ3,4及び受持シュー59と可及的に等距離で、かつ砥石39及びプレッシャー手段Rとの干渉を避けるように、砥石39とプレッシャー球体61との間に配置されている。
また、相対速度差区間Vで一対のテーパローラ3,4を同時に回転しながら相対速度差を付けて球体1を回動させているが、これに代え、相対速度差区間Vで一対のテーパローラ3,4のうちの一方のみを回転し他方を停止することによって、一対のテーパローラ3,4に相対速度差を付けて球体1を回動させるようにしてもよい。
3 左テーパローラ
4 右テーパローラ
5 ローラ駆動手段
6 ローラ駆動手段
7 制御手段
8 研削機構
9 サポートローラ
10 プレッシャーローラ
21 ローラ回転軸
22 ローラ回転軸
33 付勢手段(バネ)
39 砥石
41 砥石駆動手段
43 回動制御機能
51 検査器
52 測定器
59 受持シュー
61 プレッシャー球体
A 球体回転装置
B 応用機
X 押さえ位置
Y 退避可能な位置
M 軸心
O 球心
D 球体回転径
d ローラ回転径
G サポート手段
R プレッシャー手段
T 定寸装置
Claims (12)
- 球体(1)を回転自在に受持する一対のローラ(3,4)と、この一対のローラ(3,4)をそれぞれ回転駆動するサーボモータ(27,28)と、前記両サーボモータ(27,28)を制御して前記球体(1)の1回転中に一対のローラ(3,4)の角速度を高低変化させながら一方のローラ(3,4)が高角速度のときに他方が低角速度となるように回転させる制御手段(7)とを備えており、
前記制御手段(7)は、一対のローラ(3,4)を角速度高低変化させながら回転する途中に、球体(1)の少なくとも1回転における高角速度の時間長さを長短変更する回動制御機能(43)を有していることを特徴とする球体回転装置。 - 球体(1)を回転自在に受持する一対のローラ(3,4)と、この一対のローラ(3,4)をそれぞれ回転駆動するサーボモータ(27,28)と、前記両サーボモータ(27,28)を制御して前記球体(1)の1回転中に一対のローラ(3,4)の角速度を高低変化させながら一方のローラ(3,4)が高角速度のときに他方が低角速度となるように回転させる制御手段(7)とを備えており、
前記一対のローラ(3,4)間に対向して、一対のローラ(3,4)に当接する球体(1)を下方から支承するサポート手段(G)が設けられており、このサポート手段(G)は、球体(1)と下方から摺接する受持シュー(59)で形成されていることを特徴とする球体回転装置。 - 球体(1)を回転自在に受持する一対のローラ(3,4)と、この一対のローラ(3,4)をそれぞれ回転駆動するサーボモータ(27,28)と、前記両サーボモータ(27,28)を制御して前記球体(1)の1回転中に一対のローラ(3,4)の角速度を高低変化させながら一方のローラ(3,4)が高角速度のときに他方が低角速度となるように回転させる制御手段(7)とを備えており、
前記一対のローラ(3,4)間に対向して、一対のローラ(3,4)に対して球体(1)を押さえかつ押さえ位置(X)から退避可能なプレッシャー手段(R)が設けられており、このプレッシャー手段(R)は球心(O)より上側で球体(1)と当接して回転するプレッシャー球体(61)で形成されていることを特徴とする球体回転装置。 - 一対のローラ(3,4)に対する球体(1)のスリップを抑制すべく前記プレッシャー手段(R)を球体(1)に付勢する付勢手段(33)が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の球体回転装置。
- 前記制御手段(7)は、一対のローラ(3,4)を角速度高低変化させながら回転する途中に相対速度差を付けて球体(1)を回動させる回動制御機能(43)を有していることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の球体回転装置。
- 一対のローラ(3,4)の離間幅が調整可能に設定されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の球体回転装置。
- 一対のローラ(3,4)は対向内方に先細り形状のテーパローラで形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の球体回転装置。
- 一対のローラ(3,4)で球体(1)を回転自在に受持し、サーボモータ(27,28)により一対のローラ(3,4)をそれぞれ回転駆動し、サーボモータ(27,28)を制御して球体(1)の1回転中に一対のローラ(3,4)の角速度を高低変化させながら一方のローラ(3,4)が高角速度のときに他方が低角速度となるように回転し、
一対のローラ(3,4)を角速度高低変化させながら回転する途中に、球体(1)の少なくとも1回転における高角速度の時間長さを長短変更することを特徴とする球体回転方法。 - 一対のローラ(3,4)を角速度高低変化させながら回転する途中に、前記サーボモータ(27,28)を制御して一対のローラ(3,4)を同時に回転しながら相対速度差を付けて球体(1)を回動させることを特徴とする請求項8に記載の球体回転方法。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の球体回転装置を備え、前記球体(1)の表面を研削する研削機構(8)が設けられ、研削機構(8)は、球体(1)に対向して配置された砥石(39)と、この砥石(39)を軸心廻りに回転しながらその先端部を球体(1)の表面に押圧する砥石駆動手段(41)とを有していることを特徴とする球体回転装置を利用した応用機。
- 一対のローラ(3,4)の軸心(M)に直角でかつ球体(1)の球心(O)と砥石(39)の軸心(F)とを通る面上で球体(1)の表面と接触して球体直径寸法を測定してサーボモータ(27,28)を制御する定寸装置(T)が設けられていることを特徴とする請求項10に記載の球体回転装置を利用した応用機。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の球体回転装置を備え、球体(1)の表面を検査する検査器(51)又は球体(1)の表面を測定する測定器(52)が設けられていることを特徴とする球体回転装置を利用した応用機。
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