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発明の名称 平面研削方法及び平面研削装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−156682
公開日 平成10年(1998)6月16日
出願番号 特願平8−334701
出願日 平成8年(1996)11月29日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】村上 智司 (外2名)
発明者 須沢 俊昭
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 加工面に対し垂直な軸を中心として被加工物を回転させ、該被加工物の回転中心軸と平行な軸を中心として回転するといし車により、該被加工物の加工面を研削加工する平面研削方法において、前記被加工物の加工個数又は前記といし車の研削加工時間に基づき、前記被加工物の回転方向を反転させることを特徴とする平面研削方法。
【請求項2】 被加工物を保持する被加工物保持治具と、加工面に対し垂直な軸を中心として前記被加工物を回転させる被加工物回転手段と、前記被加工物の回転中心軸と平行な軸を中心として回転するといし車とを備えた平面研削装置において、前記被加工物の加工個数又は前記といし車の研削加工時間に基づき、前記被加工物の回転方向を反転させるように、前記被加工物回転手段の作動を制御する制御装置を設けたことを特徴とする平面研削装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、加工面に対し垂直な軸を中心として被加工物を回転させながら、といし車により当該被加工物の加工面(上下両面又はその一方面等)を研削加工する平面研削方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】被加工物の加工面を研削加工する所謂平面研削方法及び装置には様々な方式のものがあるが、その中の一つとして、加工面に対し垂直な軸を中心として被加工物を回転させ、当該被加工物の回転中心軸と平行な軸を中心として回転するといし車により、当該被加工物の加工面を研削加工するという平面研削方法及び装置が従来より知られている。
【0003】そして、本出願人は係る平面研削装置を、実公平4−13076号公報において既に開示している。添付図面の図5乃至図7にはこの装置の概略構成を示しているが、同図に示すように、この装置は、上下に所定間隔をあけて並設した上といし車31及び下といし車32と、被加工物Wを保持し、これを前記上下といし車31,32間に導くキャリア手段Kとを備えてなる立軸両頭研削装置である。
【0004】前記キャリア手段Kは、被加工物保持治具15を備えたキャリア11と、このキャリア11を支持すべく垂設したキャリア軸22と、更にこのキャリア軸22を回動自在に支持する軸受ブロック21とを備えてなるものである。前記被加工物保持治具15は円筒状をした部材からなり、当該円筒内に被加工物Wを保持するとともに、その外周部にはギヤ16を備えている。また、円筒状の前記キャリア軸22内には出力軸12が内装され、その上方端にはピニオン13が、下方端にはホイール18がそれぞれ設けられており、このホイール18が原動機20のホイール19に連結し、前記ピニオン13が中間ギヤ14を介して前記被加工物保持治具15のギヤ16と連結している。そして、これら出力軸12,ピニオン13,ホイール18,ホイール19,原動機20が被加工物Wを回転させる手段、即ち、被加工物回転手段として機能する。また、前記キャリア軸22にはキャリアギヤ23が設けられており、このキャリアギヤ23にウォームギヤ(図示せず)等を歯合させて、キャリア軸22を回動させることにより、図5に示すように、キャリア11が矢示X方向に揺動するようになっている。尚、軸受ブロック21は装置のベッドに固定されている。
【0005】また、上記実公平4−13076号公報には明示されていないが、上記装置は、上下といし車31,32を駆動するといし車駆動手段33及び原動機20等の各駆動部の作動を制御する制御装置40を当然に備えている。
【0006】而して、この装置によれば、キャリア軸22を回動させて、間隔が適宜調整された上といし車31と下といし車32との間に被加工物Wを挿入するとともに、原動機20により出力軸12を回転させて、被加工物保持治具15に保持される被加工物Wを所定方向に自転させることにより、被加工物Wの上下面を同時に研削加工することができるようになっている。また、この装置は被加工物Wを自転させることで、平面度及び平行度についてその上下面を高精度に加工することができるという特徴を備えている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従来の研削装置について、本発明者が更に研究を進めた結果、以下に述べるような知見を得るに至った。以下、当該知見について添付図面の図8及び図9に基づき説明する。
【0008】図8(a)は、図6における矢視B−B方向の図であり、上といし車31の研削作用を説明するための説明図である。同図に示すように、上といし車31の回転方向(実線で示す矢印)と被加工物Wの回転方向(2点鎖線で示す矢印)が一致しているとすると(双方とも左回り)、被加工物Wの領域Q1 (上半円分)では、上といし車31の回転方向と同方向における、被加工物Wの回転速度ベクトルが上といし車31のそれと逆方向になる一方、領域R1 (下半円分)では同ベクトルが上といし車31のそれと順方向になる。従って、上といし車31の外周部分における被加工物Wに対する相対的な周速度は減少される一方、内周部分における相対的な周速度は増加されることになる。
【0009】これを、図8(a)の軸線O1 −P1 における場合を例に、更に具体的に説明する。図8(b)には軸線O1 −P1 における速度分布を示しており、2点鎖線は被加工物Wの速度分布Vwを示し、実線は上といし車31の速度分布Vtを示し、破線は被加工物Wの速度分布と上といし車31の速度分布とを合成した、上といし車31と被加工物Wとの速度差分布V(前記周速度に相当)を示している。この図から、上といし車31と被加工物Wとの相対的な周速度Vは、上といし車31の内周部側が外周部側よりも高くなっていることが分かる。
【0010】一般に、といし車の周速度が高いほど研削性が良く、逆に低いほど研削性が悪く、しかも目詰りを生じやすいことが知られているが、上述した上といし車31と被加工物Wの関係によると、上といし車31の内周部側においては研削性が良好であり、砥粒の摩耗,破砕脱落,自生発刃という砥粒の自生作用が促進され、その消耗が促進される。一方、上といし車31の外周部側においては研削性が悪く、所謂目詰り現象を生じて、上記砥粒の自生作用が抑制されるため、その消耗が抑制される。その結果、上といし車31は図8(c)に示すような偏摩耗を生じる。尚、図8(c)は、上といし車31の摩耗状態を概念的に示したものであり、その摩耗状態が厳密な意味でこのようになることまでをも示すものではない。
【0011】また、図9(a)は、図6における矢視C−C方向の図であり、下といし車32の研削作用を説明するための説明図である。同図に示すように、下といし車32の回転方向(実線で示す矢印)と被加工物Wの回転方向(2点鎖線で示す矢印)が反対方向となっているとすると(尚、一般的に上といし車31と下といし車32とはその回転方向が逆になっていることが多い。)、被加工物Wの領域Q2(上半円分)では、下といし車32の回転方向と同方向における、被加工物Wの回転速度ベクトルが下といし車32のそれと順方向になる一方、領域R2 (下半円分)では同ベクトルが下といし車32のそれと逆方向になる。従って、下といし車32の外周部分における被加工物Wに対する相対的な周速度は増加される一方、内周部分における被加工物Wに対する相対的な周速度は減少される。
【0012】これを、図9(a)の軸線O2 −P2 における場合を例に、更に具体的に説明する。図9(b)には軸線O2 −P2 における速度分布を示しており、2点鎖線は被加工物Wの速度分布Vwを示し、実線は下といし車32の速度分布Vtを示し、破線は被加工物Wの速度分布と下といし車32の速度分布とを合成した、下といし車32と被加工物Wとの速度差分布Vを示している。この図から、下といし車32と被加工物Wとの相対的な周速度Vは、下といし車32の外周部側が内周部側よりも高くなっていることが分かる。
【0013】このため、下といし車32の外周部側においては研削性が良好であり、上記砥粒の自生作用が促進され、その消耗が促進される。一方、下といし車32の内周部側においては研削性が悪く、所謂目詰り現象を生じて、上記砥粒の自生作用が抑制されるため、その消耗が抑制される。その結果、下といし車32は図9(c)に示すような偏摩耗を生じる。尚、図9(c)は、図8(c)と同様に下といし車32の摩耗状態を概念的に示したものである。
【0014】以上のように、加工面に対し垂直な軸を中心として被加工物を回転させながら、といし車により当該被加工物の加工面を研削加工するという従来の平面研削にあっては、といし車が偏摩耗するという傾向を有するものであった。そして、このようなといし車の傾向的な偏摩耗(といし形状の異常)により、被加工物Wの平面度,平行度といった加工精度が悪化して、これを規格内に維持できなくなり、最終的にはといし車の形状を修正するという作業(以下、「ツルーイング」という)を余儀なくされていたのである。
【0015】本発明者は、このようなといし車の傾向的な偏摩耗現象を踏まえた上で、といし車のツルーイングの頻度を極力少なくして、装置の稼働率を向上させるべく本発明を完成させたものである。従って、本発明は、被加工物を回転させながら研削加工する平面研削において、といし車のツルーイングの頻度を少なくし、装置の稼働率を向上させることのできる平面研削方法及び装置の提供を目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段及び効果】上記課題を解決するための本発明は、加工面に対し垂直な軸を中心として被加工物を回転させ、該被加工物の回転中心軸と平行な軸を中心として回転するといし車により、該被加工物の加工面を研削加工する平面研削方法であって、前記被加工物の加工個数又は前記といし車の研削加工時間に基づき、前記被加工物の回転方向を反転させることを特徴とするものである。
【0017】そして、このような平面研削方法を実施するための装置としては、被加工物を保持する被加工物保持治具と、加工面に対し垂直な軸を中心として前記被加工物を回転させる被加工物回転手段と、前記被加工物の回転中心軸と平行な軸を中心として回転するといし車とを備え、前記被加工物の加工個数又は前記といし車の研削加工時間に基づき、前記被加工物の回転方向を反転させるように、前記被加工物回転手段の作動を制御する制御装置を備えたものが好適である。
【0018】加工面に対し垂直な軸を中心として被加工物を回転させ、当該被加工物の回転中心軸と平行な軸を中心として回転するといし車により、当該被加工物の加工面を研削加工する平面研削方法にあっては、従来技術の欄で説明したとおり、といし車と被加工物の回転方向が同方向であれば、といし車と被加工物との相対的な周速度が外周部側では低く、内周部側では高いため、といし車の外周部側よりも内周部側の方が多く摩耗することとなる。一方、といし車と被加工物の回転方向が逆方向であれば、といし車と被加工物との相対的な周速度が外周部側では高く、内周部側では低いため、といし車の内周部側よりも外周部側の方が多く摩耗することとなる。
【0019】従って、被加工物の加工個数又は前記といし車の研削加工時間に基づいて、適宜被加工物の回転方向を反転すると、といし車の外周部側と内周部側とで摩耗割合が逆転し、その摩耗状態が均整化されることになる。これによって、といし車の寿命が伸び、必要なツルーイング回数が減少して、研削装置の稼働率を向上することができる。
【0020】また、研削中に砥粒の切刃は摩耗して研削作用をなす方の角度は鈍化するが、反対側の角度はこれとは逆に比較的鋭くなっている。従って、被加工物を反転させることで、この鋭くなっている側を研削に用いることができ、反転前に比べて研削性を高めることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一具体的な実施形態について添付図面に基づいて説明する。
【0022】まず、当該実施形態に係る平面研削装置(以下、「本装置」という)について図1乃至図3に基づき説明する。尚、図1は、本装置の概略構成を、一部を断面図,一部をブロック図で示す正面図である。
【0023】同図に示すように、本装置は、上述した従来の立軸両頭研削装置と略同様の構成を備えるものであり、従来の制御装置40に代えて機能の異なる制御装置1を設け、更に、この制御装置1に接続して、といし車が被加工物Wを加工したその個数を制御装置1に入力する加工個数入力手段2を設けて構成したものであり、他の構成については従来装置と同様である。従って、同様の構成については従来装置と同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【0024】前記制御装置1は、外部よりの信号を受けてといし車駆動手段33等の本装置の各駆動部の作動を制御する機能を勿論備えるが、その他に、前記加工個数入力手段2から入力された被加工物Wの加工個数に基づき、被加工物Wの加工個数が所定の設定値に達した場合に、原動機20の回転方向を反転させるように原動機20の作動を制御するという機能を有する。
【0025】具体的には、制御装置1は、CPU,RAM,ROM及びI/Oポート等からなるマイクロコンピュータで構成され、図2に示す処理を実行するプログラムを備えている。即ち、この処理は、まず、原動機20の回転方向を反転させる基礎となる被加工物Wの加工個数を設定し(ステップS1)、ついで加工個数入力手段2から入力される被加工物Wの加工個数を読取り(ステップS2)、当該加工個数が前記設定値に達したか否かを判断し(ステップS3)、加工個数が設定値に達した場合に原動機20に対し回転方向を反転するように信号を出力する(ステップS4)。ついで、加工個数入力手段2にカウントをリセットするように出力した(ステップS5)後、ステップS6において当該処理を終了するまで、同様の処理を継続する。
【0026】尚、加工個数入力手段2には、例えば公知のカウンター等を用いることができる。即ち、作業者が本装置の起動ボタンを押す回数をこのカウンターによりカウントし、そのデータを前記制御装置1に入力するようにすればよい。
【0027】次に、以上の構成を備えた本装置による研削加工方法(以下、「本方法」という)について説明する。まず、上述した図8及び図9に示すような方向に上下といし車31,32及び被加工物Wが回転しているものとして、被加工物Wを上といし車31と下といし車32との間に挿入しこれを研削加工すると、上述したように、上といし車31についてはその内周部側が偏摩耗する一方、下といし車32についてはその外周部側が偏摩耗して、上下といし車31,32は図3(a)の状態から図3(b)に示す状態となる。このままの状態で、研削加工を継続すると上述したように被加工物Wの平面度,平行度が規格外となるため、制御装置1は上述した処理により、原動機20の回転方向を反転させる。これにより、被加工物Wの回転方向が反転される。
【0028】被加工物Wの回転方向が反転される、即ち、図8及び図9における被加工物Wの回転方向が逆になると、上述した上下といし車31,32と被加工物Wとの相対的な周速度が上といし車31と下といし車32との間で逆転し、上といし車31については外周部側の方が内周部側よりも前記相対的周速度が高くなり、下といし車32については内周部側の方が外周部側よりも相対的周速度が高くなる。その結果、上といし車31については外周部側が摩耗し、下といし車32については内周部側が摩耗して、上下といし車31,32は図3(c)に示すように一旦偏摩耗が解消された状態となり、その後、図3(d)に示すように当該摩耗が更に進んだ状態となる。
【0029】そして、このままの状態で、研削加工を継続すると上述したように被加工物Wの平面度,平行度が規格外となるため、制御装置1は上述した処理により、再び原動機20の回転方向を反転させ、被加工物Wの回転方向を反転する。そして以後同様にして被加工物Wを反転させることにより、被加工物Wの平面度,平行度等を規格内に保ちつつ、継続して当該被加工物Wの研削を行うことができるのである。尚、上下といし車31,32の研削作用面が相当に劣化し、被加工物Wの平面度,平行度等を規格内に維持できなくなった場合には、上下といし車31,32の研削作用面をツルーイングするとよい。
【0030】尚、図3は、上記図8(c)及び図9(c)と同様に、といし車の摩耗状態を概念的に示したものであり、その摩耗状態が厳密な意味でこのようになるということまでをも示すものではない。
【0031】以上のように、本装置及び本方法によれば、被加工物Wを適宜反転させることで、上下といし車31,32の偏摩耗を解消することができ、上下といし車31,32に対してツルーイングを行う間隔を長くすることができる。従って、装置の稼働率を高めることができる。
【0032】ちなみに、従来の研削方法と本方法とを、実際のツルーイング間隔について比較したところ、本方法による方が数段に優れていた。具体的には、外径が585mm,内径が345mm,厚さが75mmの一般的に使用されるといし車を前記上下といし車31,32に用いて、外径が150mm,内径が90mm,厚さが7mmである焼結金属の被加工物Wを、上下といし車31,32の回転数を500rpm,被加工物Wの回転数を45rpmとし、取代を上下面で0.5mmとした研削条件の下、従来方法により、即ち、被加工物Wを反転させないで研削加工したところ、上下といし車31,32のツルーイングを必要とする迄の間に加工できた被加工物Wの個数は40個であったが、同条件の下、被加工物Wを30個加工する毎に当該被加工物Wを反転させるようにした本方法により研削加工したところ、前記ツルーイングを必要とする迄の間に120個の被加工物Wを加工することができた。このように、本方法によれば、ツルーイング間隔を従来に比べて3倍に延長することができたのである。
【0033】また、研削中に砥粒の切刃は摩耗して研削作用をなす方の角度は鈍化するが、反対側の角度はこれとは逆に比較的鋭くなっている。従って、被加工物を反転させることで、この鋭くなっている側を研削に用いることができ、反転前に比べて研削性を向上させることができる。
【0034】以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明方法及び装置がこの形態に限定されるものでないことはいうまでもなく、当然にその他の様々な形態を採り得る。例えば、被加工物Wを反転させる制御装置1の処理については、図4に示すような処理であっても差し支えない。
【0035】即ち、この処理は、上下といし車31,32の研削時間によって被加工物Wを反転させるものであり、まず、被加工物Wを反転させる基礎となるといし車の研削加工時間を設定し(ステップS11)、ついで、例えば、稼働時間積算計等から入力されるといし車の研削加工時間を読取り(ステップS12)、当該研削加工時間が前記設定値に達したか否かを判断し(ステップS13)、研削加工時間が設定値に達した場合に原動機20に対し、被加工物Wの回転方向を反転するように信号を出力する(ステップS14)。ついで、稼働時間積算計等をリセットするように出力した(ステップS15)後、ステップS6において当該処理を終了するまで、同様の処理を継続する。
【0036】この場合は、上下といし車31,32の偏摩耗状態を研削加工時間から推定するものであり、上述した研削個数による場合と同様にといし車のツルーイング間隔を従来に比べて長くすることができる。
【0037】また、被加工物Wを反転させるための基礎データとなる前記研削加工個数及び研削加工時間は一つの設定値に限られず、例えば、被加工物Wの反転に伴い、漸次設定値を少なくするように設定しても良い。また、被加工物Wの正転時と逆転時とでその設定値を変えても良い。
【0038】また、本装置においては制御装置1にマイクロコンピュータを用いたが、これに限られるものではなく、同様の機能を果たすものであればどのような構成のものでも良い。例えば、シーケンス回路による制御であっても何ら差し支えない。
【0039】また、本装置において、前記制御装置1が、所定の加工サイクルを自動的に連続して実施する所謂自動運転可能に制御するものである場合には、当該制御装置1を、前記加工個数入力手段2或いは前記稼働時間積算計を内蔵するものとして構成しても良く、その際には、加工サイクルの終了信号を加工個数としてカウントしても良い。更に、被加工物Wをローダ,アンローダする際に当該被加工物Wを検知してこれを加工個数としてカウントしても良い。
【0040】また、本発明における平面研削装置は、上述した本装置のような立軸両頭研削装置に限られず、立軸,横軸であると、単頭,両頭であるとを問わず、両頭である場合にも両といし車の回転方向は、反対方向でも同じ方向でもどちらでも良い。また、本発明の平面研削方法及び装置において、研削加工中に、キャリアギヤ23を介してキャリア11を図5に示すX方向に揺動させる、所謂オシレートを行えば、更に、上下といし車31,32の偏摩耗が抑制され、といし車のツルーイング間隔を長くすることができる。




 

 


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