JPH0241867A - 球研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高い研磨効率および精度で球を研磨する球研
磨装置に関し、詳しくは、高価で取扱いにくい磁性流体
を用いなくとも、同様の高い研磨効率および真球度で研
磨でき、特にボールベアリング等に使用される球体の研
磨に適した、球研磨装置に関する。

［従来の技術］ 従来、ボールヘアリング等の球体、特にジェットエンジ
ンや真空装置の軸受に不可欠なセラミックス製ボールベ
アリング等のように高い精度が必要とされる球体を高い
研磨効率で研磨する球研磨装置としては、例えば第４図
に示すような、磁性流体を用いたものが知られている。

この球研磨装置は、同図に示すように、砥粒を含む磁性
流体１８中において、被研磨球２をガイドリング５、浮
子１９および駆動ラップ１間で保持しながら駆動ラップ
１を回転させることにより研磨するものである。そして
、研磨に際しては、浮子１９がガイドリング５の下部に
設けた磁石２０によって磁性流体１８とともに浮揚力を
受ける。したがフて、駆動ラップ１の回転により浮子１
９上をいわば公転運動する被研磨球２は、浮子１９によ
って、適正な加工圧力で駆動ラップ１下端の接触面１０
に押し付けられる。また、浮子１９も被研磨球２の転動
によフて回転する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来技術によれば、研磨効率
や研磨精度においては優れているものの、使用する磁性
流体が高価であるという欠点がある。また、磁性流体に
は、取り扱いにくいという側面もある。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、
磁性流体を用いずに上述のような高い精度および効率を
達成できる球研磨装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 第１図は、本発明の球研磨装置の一例を示す断面図であ
る。

上記目的を達成するため・本発明では、同図に示すよう
に、回転可能な駆動ラップ１と、被研磨球２に接してこ
れを駆動ラップ１に対して押し付ける加圧ラップ３と、
加圧ラップ３が被研磨球２を駆動ラップ１に対して押し
付けるように加圧ラップ３に力を加える加圧手段４と、
駆動ラップ１の回転によって転動する被研磨球２の運動
方向を円形に拘束するガイドリング５とを備え、被研磨
球２をラップ液６中で駆動ラップ１、加圧ラップ３およ
びガイドリング５により保持しつつ駆動ラップ１を回転
させることにより研磨するようにしている。

加圧手段４は緩衝部材７を備え、これを介して加圧ラッ
プ３に力を伝えるようにするのが好ましい。

さらに、第２図および第３図は、加圧手段４の他の例を
示す断面図である。加圧手段４は第２図に示すように、
スラストベアリング８を備え、これを介して加圧ラップ
３に力を加えて加圧ラップ３が回転できるようにする場
合もある。また、第３図に示すように、加圧ラップ３を
回転させる加圧ラップ回転手段９を備え、これにより加
圧ラップ３を強制的に回転できるようにする場合もある
。

第１図の駆動ラップ１は、垂直軸を中心として水平回転
が可能であり、下端部にテーパ状の接触面１０を有する
。研磨に際しては、この接触面１０において被研磨球２
に接触し、これを転動させる。また駆動ラップｔは被研
磨球２の研磨によって摩耗するので、それに伴なって下
降できるように上下動も可能である。

接触面１０は加圧ラップ３とガイドリング５の内壁面と
の間の円形軌道上に被研磨球２を保持し、安定かつスム
ーズに回転研磨するために重要な役割を果たしており、
球体の真球度の向上に寄与する。接触面１０の鉛直方向
に対する傾斜角Ｅは２０〜８０度が好ましい。８０度を
越えた場合は被研磨球２をガイドリング５の内壁面に押
し付ける力が弱くなり、また２０度未満の場合は被研磨
球２に効果的に接触面１０から加工圧がかからないため
、それぞれ被研磨球２の運動が不安定となり真球度が向
上しない。

ｙｉＡｆｆｌＩＩＩラップ１の材質としては、荒削りの
研磨の場合には特に制限されず、例えば５ＬＪ３３０４
等のステンレス鋼、真鍮、アルミニウム等の金属が挙げ
られ、また仕上げの場合には鋳鉄、セラミックス、樹脂
等の脆性材料からなるものが好ましい。

ガイドリング５の内壁面は、ガイドリングの振動を抑制
するためにゴムあるいは樹脂等でライニングされている
ことが好ましい。

加圧ラップ３の材質としては、金属、プラスチック、セ
ラミックス、ゴム等の種々の材料を適宜選択して使用で
きる。

ラップ液６中には通常、砥粒が含有されるが、この砥粒
はとしては、例えばＡＩＬ２０ｓ（コランダム）、５ｉ
Ｃ（炭化ケイ素：カーボランダム）、ダイヤモンド等の
公知の研摩用砥粒を適宜選択して使用することができる
。また、このような砥粒を、ラップ液６中に含有させる
代りに、駆動ラップ１下端の接触面１ｏに固定して用い
てもよい。

ガイドリング５は、通常、０（オー）リング１１を介し
て加圧ラップ３に取り付けられており、ガイドリンク５
と加圧ラップ３とによって砥粒を含んだラップ液６が貯
められる。研磨により砥粒が粉砕され研磨効率が低下し
た場合などに、ラップ液はガイドリング５に設けられた
排液口１２等を介して排出され、交換される。

また、上記０リングの代わりに磁性流体シールを用いる
こともできる。この場合は、例えば、加圧ラップ３の側
面に対向するガイドリング５の内壁に永久磁石や電磁石
等が設けられ、その形成される磁場により加圧ラップ３
とガイドリング５間に磁性流体シールが構成される。こ
の方法によれば、ガイドリング５の下端を加圧ラップ３
の上面レベルより上昇させることにより速やかにラップ
液６を排出し、交換することができる。！磁石を用いた
場合は、その電流を停止して磁性流体シールを解除する
ことにより、加圧ラップ３とガイドリング５間からラッ
プ液６を排出することもできる。なお、この磁性流体シ
ールは第４図に示すような、接触面１０がほぼ加圧ラッ
プ上面に対向して水平に設けられているような球研磨装
置においても適用でき、この場合、例えば、外客器１５
の内壁に磁石１６が設けられ、これにより該内壁と加圧
ラップ３間にｌ１１１性流体シール１７が構成され、外
客器１５の昇降等を伴なって上記同様の機能に供される
。

加圧手段４としては、油、水、空気等の流体を圧力伝達
媒体としたシリンダピストン機構、水の浮力を応用した
もの、ばね等の弾性体を使用したもの、その他のデッド
ウェイト方式によるもの等が使用できる。特にエアシリ
ンダは緩衝手段としても作用するので好ましい。水の浮
力を応用したものとは、例えば、加圧ラップ３の下方に
上下方向の案内を介して浮子を連結し、これを水中に位
置させたものとして構成することができる。デッドウェ
イト方式によるものとは、駆動ラップ１に対し加圧ラッ
プ３を一定の荷重で押し付けるものであり、例えば、ロ
ーラーとローブを用いた機構や、てこの原理を応用して
重錘を作用させるような機構などが利用できる。

緩衝部材７としては、ゴム板等が使用できるが、被研磨
球２の凸部等による衝撃を吸収する際のレスポンスを高
めるため加圧ラップ３の直下に設けることが好ましい。

スラストベアリング８としては、例えば、ボールベアリ
ング式のものが摩擦抵抗が少なくて好ましい。

加圧ラップ回転手段９は、例えば第３図に示すように、
加圧ラップ３に回転駆動力を伝える駆動軸１３、および
駆動軸１３を回転させる不図示の駆動手段を備える。こ
の場合、加圧手段４の駆動部分としては、例えば、同図
に示すように、２または３木のエアシリンダ１４を使用
することができる。

［作用］ このような本発明の球研磨装置では、ラップ液６中で加
圧手段４によって加圧ラップ３を上昇ざせ、被研磨球２
を加圧ラップ３の上面、駆動ラップ１下端部の接触面１
０およびガイドリング５の内壁面で保持する。そして、
ＩｆＪ、動ラップ１を駆動させ、水平方向に回転させる
ことによって、被研磨球２にその回転運動が伝達される
。これにより、被研磨球２はラップ液６中で円軌道上を
転動する。このようにして被研磨球２とラップ液６との
間に相対運動が生じることによって、被研磨球２が保持
されている面、特に駆動ラップ１下端部のテーパ状の接
触面１０において研磨が効率良く行なわれる。

この研磨に際しては、特に被研磨球２が研磨初期の粗形
球体である場合には、その凸部への応力集中が著しく、
衝悠による激しい表面の破壊等が生じがちであるが、こ
のような衝撃は特に緩１對部材７によって効果的に吸収
される。したがって、加圧手段４による加圧圧力や駆動
ラップ１の回転数を下げる必要がなく、結果的に高い効
率で研磨が行なわれる。

また、スラストベアリング８を備える場合は、運動する
被研磨球２から受ける摩擦力によって、加圧ラップ３が
回転し、これにより研磨精度の向上が図られる。−加圧
ラップ駆動手段９を備える場合も、同様の効果をもって
精度よく研磨が行なわれる。

［実施例コ 以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１ 第１図に示す断面形状を有する研磨装置を用いて試験を
行なった。駆動ラップはステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）
製で直径３０ｍｍ、高さ３０　ｍｍ。

ラップ角度（＃斜角度）Ｅは４５°である。ガイドリン
グの内径は３７ｍｍであり、ガイドリング内壁の被研磨
球体と接触する部分にはウレタンゴムの内張りを設けで
ある。研磨砥粒としてはＧＣ＃４００を用いている。ま
た、加圧ラップは上面がアクリル製で直径３５ｍｍであ
り、緩衝部材を設けないかわりに加圧手段としては緩衝
作用もあるエアシリンダを用いて、加圧荷重は５００ｇ
となるように調整しである。

この装置を用いて、直径７．７　ｍｍ、真球度２０μｍ
の窒化ケイ素（Ｓ　１３ＮＪ　）素球１１個を、駆動ラ
ップを９０００　ｒ、ｐ、ｍ、で４０分回転させて研磨
した。

この結果得られた球の真球度は２．０μｍであり、研磨
率は２．５μｍ／ｍｉｎであった。

去」Ｃ１且 さらにスラストボールヘアリングを設けて加圧ラップが
回転できるようにした以外は実施例１と同様の装置およ
び条件で同様の被研磨球の研磨を行なった。

この結果真球度１．５μｍの球が得られ、研磨率は　２
．２μｍ　／　ｍｉ口であった。

比較例１ 加圧ラップおよび加圧手段ならびにラップ液として第４
図に示すような平板状の浮子、磁石および磁性流体（Ｗ
−４０）を用いた以外は、実施例１と同様の装置および
条件で同様の被研磨球の研磨を行なった。

この結果、得られた球の真球度は１７μｍであり、研磨
率は１．９μｍ／ｍｉｎであった。

以上のように実施例１および２の結果は、比較例１の結
果とほぼ同等の結果を示しており、エアシリンダおよび
Ｎｉ街材の使用が磁性流体を用いた場合と同等の真球度
および研磨効率を得るのに有効であることがわかる。そ
して特に、スラストベアリングの使用は真球度の高上に
寄与していることがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、緩衝部材やエアシ
リンダさらにはスラストベアリングを用いることにより
研磨効率および真球度を向上させることができる。した
がって、磁性流体を用いないエアシリンダ等の加圧手段
によっても高価で取扱いが不便な磁性流体を用いた場合
と同等の研磨効率および真球度を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る球研磨装置の断面図
、 第２図および第３図は、第１図の装置の加圧手段の他の
例を示す断面図、 第４図は、ｔｎ性流体シールを適用した球研磨装置を例
示する断面図、そして 第５図は、従来例に係る球研磨装置の断面図である。 １　： ２　： ３　： ４　： ５　； ６　； ７　： ８　： 駆動ラップ、 被研磨球、 加圧ラップ、 加圧手段、 ガイドリング、 砥粒を含んだラップ液、 緩衝材、 スラストベアリング、 加圧ラップ回転手段、 ：接触面、 ：シール材、 ：排ン夜口、 ：駆動軸。 第 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転可能な駆動ラップと、被研磨球に接してこれを
   該駆動ラップに対して押し付ける加圧ラップと、該加圧
   ラップが被研磨球を該駆動ラップに対して押し付けるよ
   うに該加圧ラップに力を加える加圧手段と、該駆動ラッ
   プの回転によって転動する被研磨球の運動方向を円形に
   拘束するガイドリングとを備え、被研磨球を、ラップ液
   中で該駆動ラップ、加圧ラップおよびガイドリング間に
   保持しつつ該駆動ラップを回転することにより研磨する
   ことを特徴とする球研磨装置。 ２、回転可能な駆動ラップと、被研磨球に接してこれを
   該駆動ラップに対して押し付ける加圧ラップと、該加圧
   ラップが被研磨球を該駆動ラップに対して押し付けるよ
   うに該加圧ラップに力を加える加圧手段と、該駆動ラッ
   プの回転によつて転動する被研磨球の運動方向を円形に
   拘束するガイドリングとを備え、被研磨球を、ラップ液
   中で該駆動ラップ、加圧ラップおよびガイドリング間に
   保持しつつ該駆動ラップを回転することにより研磨する
   球研磨装置において、該加圧手段は、緩衝部材を備え、
   これを介して該加圧ラップに力を加えることを特徴とす
   る球研磨装置。 ３、回転可能な駆動ラップと、被研磨球に接してこれを
   該駆動ラップに対して押し付ける加圧ラップと、該加圧
   ラップが被研磨球を該駆動ラップに対して押し付けるよ
   うに該加圧ラップに力を加える加圧手段と、該駆動ラッ
   プの回転によって転動する被研磨球の運動方向を円形に
   拘束するガイドリングとを備え、被研磨球を、ラップ液
   中で該駆動ラップ、加圧ラップおよびガイドリング間に
   保持しつつ該駆動ラップを回転することにより研磨する
   球研磨装置において、該加圧手段は、スラストベアリン
   グを備え、これを介して該加圧ラップに力を加えること
   を特徴とする球研磨装置。