JP3690396B2

JP3690396B2 - ラッピング加工装置およびラッピング加工方法

Info

Publication number: JP3690396B2
Application number: JP2003058954A
Authority: JP
Inventors: 正博小又; 雅彦飯泉; 清長谷川; 崇荻野; 智浩近藤; 和夫武田; 孝文渡辺; 義之千田; 靖志松下
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: JP2004268162A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラッピングフィルムを用いたラッピング加工装置およびラッピング加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種機械部品の高精度化、高能率化の要求により、加工の精密性の必要が高まっている。加工の精密性を向上するものとして、ラッピングフィルムによる超仕上げ加工が注目されている。
【０００３】
ラッピングフィルムを用いた超仕上げ加工は、片面に砥粒が接着されたラッピングフィルムを砥粒面と反対側からシューによりワークに押付け、ワークに回転を与えると同時に、オシレーション（振動）も与えて微細な切削を行う加工である。
【０００４】
ラッピングフィルムは、ロールテープ状に形成されており、供給リールから巻取りリールまで送り出しが可能となっている。ラッピングフィルムは、ワークの加工中には送り出されないように固定され、一つの加工が終わると所定量送り出されて次の加工に用いられている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、このようなラッピング加工では、ある１つの加工が始まると、これが完了するまではラッピングフィルムの位置は固定されたままである。これでは、加工途中にラッピングフィルムが目詰まりし、または砥粒が脱落して加工能力が低下した場合でも、そのまま加工が続行されることとなり、所望の表面粗さを得ることができない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２３７１１６号公報（図１、図２参照）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、加工途中にラッピングフィルム表面の砥粒の状態が不均一になっても安定した表面粗さを得ることができるラッピング加工装置およびラッピング加工方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のラッピング加工装置は、ワークを回転自在に保持する保持手段と、薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルムと、押付け部材を複数個保持し、該押付け部材により前記ラッピングフィルムの砥粒面を前記ワークに押付ける押付け部材保持手段と、前記ラッピングフィルムを送り出すフィルム送り出し手段と、を有し、隣接する前記押付け部材間の距離は、前記ラッピングフィルムの送り出し方向における前記押付け部材の幅の整数倍であり、前記フィルム送り出し手段は、加工停止中に、前記隣接する前記押付け部材間の距離分だけ前記ラッピングフィルムを送り出す。
【０００９】
また、本発明のラッピング加工方法は、片面に砥粒が接着されたラッピングフィルムを砥粒と反対側から押付け部材によりワークに押付け、前記ワークに回転を与えると同時に、前記ワークに対して相対的な振動を前記ラッピングフィルムに与えて、前記ワークの表面を加工するラッピング加工方法であって、前記押付け部材は複数個が押付け部材保持手段により保持されて、前記ワークに押付けられ、隣接する前記押付け部材間の距離は、前記ラッピングフィルムの送り出し方向における前記押付け手段の幅の整数倍であり、前記ラッピングフィルムは、加工停止中において、前記隣接する前記押付け部材間の距離分だけ送り出される。
【００１０】
【発明の効果】
本発明のラッピング加工装置およびラッピング加工方法によれば、押付け部材間の距離を押付け部材の幅の整数倍として、押付け部材間の距離分ラッピングフィルムを送り出すことによって、ラッピングフィルムの表面を重複せずに使用することができ、安定した加工を得ることができる。さらに、ラッピングフィルムをほとんど無駄なく全面に亘って使用することができる。
【００１１】
【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。
【００１２】
（第１の実施の形態）
最初に本発明が適用されるラッピング加工装置の概略構成について説明し、その後に本発明の特徴となる部分について説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施形態に係るラッピング加工装置を示す概略構成図、図２はシュー押付手段の閉状態を示す概略断面図、図３はシュー押付手段の開状態を示す概略断面図である。なお、説明の便宜上、ワークの軸線方向（図１において左右方向）をＸ方向と定義し、Ｘ方向に対して直交する水平方向（図１において紙面に直交する方向）をＹ方向と定義し、Ｘ方向に対して直交する鉛直方向（図１において上下方向）をＺ方向と定義する。
【００１４】
図１、２において、本実施形態のラッピング加工装置について概説すれば、非伸縮性でかつ変形可能な薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルム１（図２参照）と、ラッピングフィルム１の背面側に配置されたシュー２（図２参照）と、シュー２（押付け部材）をワークＷの加工面に向けて押付けてラッピングフィルム１の砥粒面をワークＷに押付けるシュー押付手段１０と、ワークＷを保持し回転駆動する回転駆動手段２０（保持手段）と、ワークＷとラッピングフィルム１相互間でオシレーションを生じさせるオシレーション手段３０とを有し、ワークＷを回転しつつこれにラッピングフィルム１を押圧しラッピング加工を施すに当り、前記シュー押付手段１０、回転駆動手段２０あるいはオシレーション手段３０等の作動状態を適宜検知し、制御部Ｃで制御している。なお、本実施形態のワークＷは、断面円弧状の加工面を有するもの、例えば、クランクシャフトのジャーナル部やピン部等のような断面真円状の加工面を有するものである。
【００１５】
以下、詳述する。
【００１６】
まず、ラッピングフィルム１は、種々のタイプがあるが、本実施形態では、基材が非伸縮性の高い材料、例えば、板厚が２５μｍ〜１３０μｍ程度のポリエステルなどから構成され、この基材の一面には、数μｍ〜２００μｍ程度の粒径を有する多数の砥粒（具体的には、酸化アルミニウム、シリコンカーバイド、ダイアモンド等からなる）が接着剤により取り付けられている。砥粒は、基材の一面に全面にわたって接着してもよく、また、所定幅の無砥粒領域を間欠的に形成したものであっても良い。基材の他面には、ゴムあるいは合成樹脂等からなる抵抗材料（図示せず）が取り付けられているが、場合によっては滑り止め加工を施しても良い。
【００１７】
このラッピングフィルム１は、図２に示すように、モータＭ₃により駆動される巻取りリール６（フィルム送り出し手段）の回転により、ラッピング加工装置の枠体等に支持された供給リール５から引き出され、後述の押圧アーム１１、１２の先端に設けられたフィルムローラＲ₁、Ｒ₅、Ｒ₂等にガイドされ、巻取りリール６に巻取られるが、供給リール５と巻取りリール６の近傍にはロック装置７（図４参照）が設けられ、このロック装置７の作動により全体に所定のテンションが付与された状態で保持される。
【００１８】
前記シュー２は、ゴムまたは合成樹脂あるいはアルミ等の金属により構成された比較的剛性を有するものであり、図２、４に示すように、内面側はワークＷの加工面に沿うように円弧面とされているが、外周側はシューケース３ａ、３ｂ（押付け部材保持手段）に保持され、押圧アーム１１、１２に保持されている。
【００１９】
シュー押付手段１０は、各シュー２が先端部に設けられた押圧アーム１１、１２と、これら押圧アーム１１、１２の後端に設けられ、所定の加圧力で両シュー２をワークＷの加工面に向かって押付ける流体圧シリンダ１３と、シューの押圧力を調節する押圧力調節手段１５とを有している。
【００２０】
前記シュー押付手段１０は、流体圧シリンダ１３が作動すると、支持ピン１４を中心として両押圧アーム１１、１２が、図２に示す閉状態と、図３に示す開状態になる。両押圧アーム１１、１２の回動は、ラッピングフィルム１と共に行なわれ、閉じ回動によりシュー２がラッピングフィルム１を介してワークＷを加圧し、開き回動によりワークＷとシュー２の当接を解除する。
【００２１】
なお、押圧力調節手段１５は、シューケース３ａ、３ｂを押圧する押圧力をカム１６により調節し、シュー２のワークＷの加工面に対する押圧力を調節する。
【００２２】
回転駆動手段２０は、図１において、主軸２１を回転自在に支持するヘッドストック２２と、主軸２１の先端に連結されワークＷの一端を把持するチャック２３と、主軸２１にベルト２４を介して連結された主軸モータＭ₁と、ワークＷの他端を支持するセンタを備えるテールストック２５とを有している。
【００２３】
ワークＷは、ヘッドストック２２とテールストック２５との間にセットされ、主軸モータＭ₁の回転がベルト２４、主軸２１及びチャック２３を介して伝達され、回転することになるが、これらヘッドストック２２とテールストック２５は、Ｙ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル２６上に設けられ、このテーブル２６は、Ｘ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル２７上に配置されている。
【００２４】
オシレーション手段３０は、テーブル２７の端部に当接する偏心回転体３３と、偏心回転体３３を回転駆動するオシレーション用のモータＭ₂と、テーブル２７の端部に偏心回転体３３を常時当接させるためのばね等の弾性手段３４と、を有し、偏心回転体３３をモータＭ₂により回転してテーブル２７をＸ方向に往復移動し、ワークＷ全体をＸ方向にオシレーションするものである。
【００２５】
オシレーション手段３０によるオシレーションの振幅は、モータＭ₂の軸心に対する偏心回転体３３の偏心量により定められ、オシレーションの速度は、モータＭ₂の回転速度により制御される。偏心回転体３３の回転位置は、ロータリエンコーダ３５により検出される。なお、偏心量の調節は、モータＭ₂に軸と偏心回転体３３との嵌合部分に調節板を挿入するなどの手段が使用されるが、流体圧手段などを利用しても良く、種々の手段がある。
【００２６】
特に、本実施形態では、ラッピングフィルム１の送り量、シュー２の幅、シュー２間の距離の関係を具体的に規定し、ラッピングフィルム１の重複使用を防止して加工を安定させており、ここに本発明の要部がある。
【００２７】
以下、要部に着目して説明する。
【００２８】
図４は、本発明の要部を示す概略構成図である。
【００２９】
本発明のラッピング加工装置では、ラッピングフィルム１を介してワークを挟み込む一組のシューケース３ａ、３ｂにｎ個（図４では３個）のシュー２がそれぞれ保持されている。ラッピングフィルム１の送り出し方向におけるシュー２の幅をＬ、同一のシューケース３ａに保持されて隣接するシュー２間の距離をＴとして示している。また１回の加工が終わった時点での、ラッピングフィルム１の送り出し量をａとする。
【００３０】
このとき、上記Ｔ、Ｌ、ａを、次式により示される関係とする。
【００３１】
Ｔ：Ｌ：ａ＝ｎ：１：ｎ（ｎ：整数） … 式（１）
本発明のラッピング加工装置では、Ｔ、Ｌ、ａを式（１）に合致するように定めることによって、すなわち、Ｔの距離と同じだけラッピングフィルム１を送り出し、シューの幅をＴの整数分の一の長さに定めることによって、ラッピングフィルム１の全体を無駄なく使用できることを特徴とする。
【００３２】
次に、実際に上記式（１）に従って、シュー２の幅Ｌ、シュー２間の距離Ｔ、ラッピングフィルム１の送り出し量ａを定めた場合にラッピングフィルム１の砥粒面がどのように使用されるかについて、具体例を挙げて説明する。
【００３３】
（具体例１）
具体例１では、シュー２の数ｎを３個、シュー２の幅をＬ、シュー２間の距離をＴとし、上記式（１）に基づいてＴ＝３×Ｌの関係となるようにしている。また、ラッピングフィルム１の送り出し量ａ＝３×Ｌである。便宜上、図５の説明中では、３つの並んで配置されているシュー２を、図面左から第１シュー２ａ、第２シュー２ｂ、第３シュー２ｃと称する。
【００３４】
図５は、ラッピングフィルム１の送り出しと使用済み砥粒面の関係を示す図である。
【００３５】
ラッピング加工装置では、シュー２の位置は固定されており、送り出しによりシュー２の位置に止まったラッピングフィルム１の砥粒面が加工に使用される。図５では、シュー２により砥粒面がワークに押付けられて加工が行われる工程は省略し、単にシュー２に押付けられる砥粒面と、ラッピングフィルム１の送り出しの関係のみを示している。図面上、加工に使用された使用済み砥粒面は灰色、未使用の部分は白色に示している。
【００３６】
まず、初期状態では、ラッピングフィルム１は未使用の状態で３個のシュー２ａ〜ｃの位置に止まり、この３箇所で使用される。ここで、ラッピングフィルム１上の３箇所の使用済み砥粒面のうち送り出し方向一番後ろの使用済み箇所１７（図５中最も左側の使用済み箇所）の移動に着目する。
【００３７】
初期状態から１回送り後には、送り出し量ａ＝３Ｌだけラッピングフィルム１が送り出され、図５中に白抜き矢印で示すように、使用済み箇所１７は、第２シュー２ｂのちょうど手前まで送り出される。同様に、初期状態で、第２シュー２ｂにより使用された使用済み部分は、第３シュー２ｃの手前まで送り出される。
【００３８】
２回送り後は、さらに白抜き矢印で示すように、使用済み箇所１７は第３シュー２ｃの２つ手前、すなわち、第３シュー２ｃからＬだけ離れた位置まで送り出される。
【００３９】
３回送り後は、さらに白抜き矢印で示すように、使用済み箇所１７は第３シュー２ｃのちょうど奥まで送り出される。この時点で、図面からわかるように、４つの使用済み部分が並び、４回送り後には、これらの並んだ使用済み部分が順に送り出されていくことになる。
【００４０】
このように、４回送り後は、第３シュー２ｃを通過するラッピングフィルム１は、全面が均等に使用されることとなる。加えて、使用済み箇所１７の移動を追ってわかるように、使用済み箇所１７は、第１シュー２ａで使用された以外で再度他のシュー２の位置で止まることはなく、このことから、使用済み箇所が再使用されていないことがわかる。
【００４１】
以上のように、シュー２の数ｎ＝３個として、上記式（１）に従ってシュー２間の距離およびラッピングフィルム１の送り量を決定した場合には、ラッピングフィルム１の表面を重複せずに使用することができ、結果として安定した加工を得ることができる。さらに、ラッピングフィルム１をほとんど無駄なく全面に亘って使用することができる。
【００４２】
（具体例２）
さらに、具体例２として、シュー２の個数ｎ＝４個、シュー２間隔Ｔ、シュー２の幅Ｌ、ラッピングフィルム１の送り量ａとして、上記式（１）に当てはめＴ＝４Ｌ＝ａとした場合について説明する。
【００４３】
図６は、ラッピングフィルム１の送り出しと使用済み砥粒面の関係を示す図である。
【００４４】
図５の説明の場合と同様に、便宜上シュー２は図面左から第１〜第４シュー２ａ〜ｄと称する。
【００４５】
図６に示すように、まず初期状態では、シュー２の個数分、４箇所で砥粒面が使用される。次に、使用済み箇所１８（図６中一番左の使用済み箇所）に着目すれば、１回送り後には、３Ｌだけ送り出される。したがって、第２シュー２ｂのちょうど手前まで送り出される。
【００４６】
次に、第２シュー２ｂにより使用済みになった箇所と使用済み箇所１８とは２回送り後には第３シュー２ｃのちょうど手前まで送り出される。さらに、第３シュー２ｃにより使用済みになった箇所から使用済み箇所１８までが、３回送り後には第４シュー２ｄの手前まで送り出される。
【００４７】
このように、各シュー２の手前に連続する使用済みになった箇所の数が次第に多くなっていき、最終的に第４シューを超えた後、すなわち、５回送り後には、砥粒面が重複して使用されず、かつ隙間なく使用されて送り出されていることとなる。砥粒面の同一箇所が重複して使用されないので、安定したワークの加工を得ることができる。加えて、第４シューを超えたラッピングフィルム１の砥粒面は、全面に亘って隙間なく使用されているので、ラッピングフィルム１の使用に無駄がなく、資源を有効に活用することができ、コストの低減を図ることができる。
【００４８】
（具体例３）
さらに、確認的に、シュー２の数ｎ＝２個で、シュー２間隔Ｔ、シュー２の幅Ｌ、ラッピングフィルム１の送り量ａとして、Ｔ＝２Ｌ＝ａの関係とした具体例３について説明する。
【００４９】
図７は、ラッピングフィルム１の送り出しと使用済み砥粒面の関係を示す図である。
【００５０】
図５および図６と同様に、初期状態で使用される使用済み箇所１９は、１回送り後に第２シューの手前まで送り出され、２回送り後に第２シューの奥まで送り出される。このように、第２シューを超えた後のラッピングフィルム１は、砥粒面を一度ずつ使用された状態で送り出される。したがって、砥粒面の同一箇所を複数回使用することがないので、均等な加工を達成することができ、また、ラッピングフィルム１全体に亘って砥粒面を使用できるので、ラッピングフィルム１を無駄なく有効に使用することができる。
【００５１】
以上説明してきたように、本実施の形態では、シュー２の数、シュー２間隔Ｔ、シュー２の幅Ｌ、ラッピングフィルム１の送り量ａを式（１）に基づいて、定めているので、ラッピングフィルム１の重複使用を防止し、安定したワークの加工を得ることができる。また、上記式（１）に従えば、ラッピングフィルム１を隙間なく使用することができ、ラッピングフィルム１の無駄を無くし、コストを低減することができる。
【００５２】
（第２の実施の形態）
理想的には、第１実施形態で説明した式（１）に従って、シュー２の数ｎ、シュー２間隔Ｔ、シュー２の幅Ｌを決めれば、安定した加工を得ることができるが、送り出しのずれや、ラッピングフィルム１のすべり等により、上記理論を完全に実行することは困難である。上記説明では、一組のシューケース３ａ、３ｂのうち、片方のシューケース３ａに保持されているシュー２を経由するラッピングフィルム１についてだけを説明していたが、一のシューケース３ａを経由した後に、ラッピングフィルム１は、フィルムローラＲ₅を経由してさらに他のシューケース３ｂを経由するように送り出される構造となっている（図２参照）。
【００５３】
したがって、シューケース３ａを経由する際に、上記理論通りにいかなかった場合、次のシューケース３ｂを経由する際に、砥粒面の同一箇所を複数回使用することとなったり、未使用箇所を使用することとなったりして、安定した加工を得られないことがある。そこで、第２実施形態では、新たな構成を追加することにより、さらに確実に安定した加工が得られるようにしている。
【００５４】
第２実施形態におけるラッピング加工装置の全体構成については第１実施形態とほとんど同じなので、その説明は省略し、要部のみを説明する。
【００５５】
第２実施形態のラッピングフィルム１加工装置では、第１実施形態の構成に加えて、一組のシューケース３ａ、３ｂ間に、ラッピングフィルム１表面の砥粒状態を検出するカメラ８（検出手段）をさらに含み、検出手段による検出結果に基づいて、ラッピングフィルム１の送り出し量を補正するものである。
【００５６】
図８は、第２実施形態の要部を示す概略構成図である。
【００５７】
図８に示すように、ラッピングフィルム１の砥粒面を検出するためのカメラ８が配置されている。カメラ８は、シューケース３ａを経由して、シューケース３ｂを経由する前の砥粒面を検出するべく、ラッピングフィルム１の送り出し経路上において、２つのシューケース３ａ、３ｂ間に配置されている。カメラ８は、画像処理装置８１に接続されており、撮影した砥粒面の画像を画像処理装置８１に送信する。画像処理装置８１は、制御部Ｃに接続されており、画像処理結果を制御部Ｃに送信する。
【００５８】
制御部Ｃは、受信した画像処理結果に基づき、ラッピングフィルム１の送り量を補正する。具体的には、画像処理結果に基づき、通常シューケース３ａを経由する際に生じる目詰まりよりも多く目詰まりしている部分が検出された場合には、該部分がシューケース３ｂを経由する際に使用されないように、送り出し量を補正する。ここで補正の対象となるラッピングフィルム１の送り出し量は、第１実施形態におけるフィルム送り出し量ａである。
【００５９】
このように随時ラッピングフィルム１の砥粒面を検出してフィルム送り出し量を補正することによって、理論通りにラッピングフィルム１の送り出しができていない場合でも、これを補正することができ、より安定した加工を得ることができる。
【００６０】
なお、上記実施形態１、２では、クランクシャフトをラッピング加工する場合について説明してきたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、カムシャフトをワークとしてカムローブ部を仕上げ加工する場合にも適用することができる。カムローブ部を仕上げ加工する際には特に高精度が要求されるので、第２実施形態において説明したように、１度使用した砥粒面を再使用しないように送り出し量を補正することはきわめて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るラッピング加工装置を示す概略構成図である。
【図２】シュー押付手段の閉状態を示す概略断面図である。
【図３】シュー押付手段の開状態を示す概略断面図である。
【図４】本発明の要部を示す概略構成図である。
【図５】ラッピングフィルムの送り出しと使用済み砥粒面の関係を示す図である。
【図６】ラッピングフィルムの送り出しと使用済み砥粒面の関係を示す図である。
【図７】ラッピングフィルムの送り出しと使用済み砥粒面の関係を示す図である。
【図８】第２実施形態の要部を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…ラッピングフィルム、
２、２ａ〜ｄ…シュー、
３、３ａ、３ｂ…シューケース、
５…供給リール、
６…巻取りリール、
７…ロック装置、
８…カメラ、
１０…シュー押付手段、
２０…回転駆動手段、
３０…オシレーション手段、
８１…画像処理装置、
Ｃ…制御部、
Ｍ₃…モータ、
Ｒ₅…フィルムローラ、
Ｌ…シュー幅、
Ｔ…シュー間隔、
Ｗ…ワーク。

Claims

ワークを回転自在に保持する保持手段と、
薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルムと、
押付け部材を複数個保持し、該押付け部材により前記ラッピングフィルムの砥粒面を前記ワークに押付ける押付け部材保持手段と、
前記ラッピングフィルムを送り出すフィルム送り出し手段と、
を有し、
隣接する前記押付け部材間の距離は、前記ラッピングフィルムの送り出し方向における前記押付け部材の幅の整数倍であり、
前記フィルム送り出し手段は、加工停止中に、前記隣接する前記押付け部材間の距離分だけ前記ラッピングフィルムを送り出すラッピング加工装置。
前記押付け部材は、前記整数倍の値と同じ個数だけ前記一の押付け部材保持手段に保持される請求項１に記載のラッピング加工装置。
前記押付け部材保持手段は、前記ワークを両側から挟むように二つ一組であり、
前記押付け部材保持手段間において前記ラッピングフィルム表面の砥粒状態を検出する検出手段をさらに含み、
前記送り出し手段は、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記ラッピングフィルムの送り出し量を補正する請求項１または請求項２に記載のラッピング加工装置。
片面に砥粒が接着されたラッピングフィルムを砥粒と反対側から押付け部材によりワークに押付け、前記ワークに回転を与えると同時に、前記ワークに対して相対的な振動を前記ラッピングフィルムに与えて、前記ワークの表面を加工するラッピング加工方法であって、
前記押付け部材は複数個が押付け部材保持手段により保持されて、前記ワークに押付けられ、
隣接する前記押付け部材間の距離は、前記ラッピングフィルムの送り出し方向における前記押付け手段の幅の整数倍であり、
前記ラッピングフィルムは、加工停止中において、前記隣接する前記押付け部材間の距離分だけ送り出されるラッピング加工方法。
前記押付け部材は、前記整数倍の値と同じ個数だけ前記一の押付け部材保持手段に保持される請求項４に記載のラッピング加工方法。
前記押付け部材は複数個ずつ一組の押付け部材保持手段により保持され、該保持手段が前記ワークを両側から挟むことにより該ワークに押付けられ、
前記押付け部材保持手段間において前記ラッピングフィルム表面の砥粒状態を検出し、該検出結果に基づいて、前記ラッピングフィルムの送り出し量を補正する請求項４または請求項５に記載のラッピング加工方法。