JPH0760638A - 内面研削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、チャッキングリングの内部に工作
物を挿入した状態で固定して当該工作物の内面を研削す
る内面研削方法に関し、内面研削加工でリング状形状を
形成する際に、工作物をスリットの入ったチャッキング
リングに挿入してから固定し、従来の加工方法では困難
とされていたセラミックなどの脆性材料、低強度材料の
重研削、低強度形状の加工に対し、生産性、精度、設備
や保守面において簡単かつ高精度で固定し、内面研削す
る方法を実現することを目的とする。 【構成】 工作物３の外径φｄとほぼ同寸法の内径φＤ
を有し、軸方向にスリット２を入れたチャッキングリン
グ１の内部に工作物３を挿入した状態で当該チャッキン
グリング１を固定金具４で固定した後、当該工作物３の
内面を研削するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、チャッキングリングの
内部に工作物を挿入した状態で固定して当該工作物の内
面を研削する内面研削方法に関するものである。

【０００２】リング形状を形成するための内面研削加工
において、特に脆性材料の重研削および薄肉リングなど
の低強度材の研削を行なうときに工作物を外周から可及
的に均一に保持して精度良好に内面研削することが望ま
れている。

【０００３】

【従来の技術】従来、図７に示す内面研削盤における工
作物は、３本から６本の爪例えば図８に示すように３本
の爪を持つスクロールチャックや油圧チャックからなる
固定金具を用いて固定し、砥石によって内面を研削して
所望の寸法に加工するようにしていた。また、空気圧や
油圧によってゴムや金属の薄肉スリーブを膨張させ、工
作物を把握して固定し、加工するようにしていた。以下
簡単に説明する。

【０００４】図７は、内面研削盤例を示す。ここで、チ
ャックは、工作物を３本の爪で固定する固定金具であ
る。砥石は、チャックで固定した工作物の内面を研削す
る砥石である。

【０００５】主軸台は、チャックを保持して回転させる
ものである。砥石台は、砥石を軸方向に移動および軸の
周りに回転する機構を持つものである。

【０００６】テーブルは、砥石台および主軸台を載せる
テーブルである。フレームは、テーブル、主軸台、砥石
台などを載せるものである。図８は、図７の内面研削盤
のチャックに工作物を固定し、砥石で内面研削する様子
を模式的に示したものである。チャックは３つの爪を持
ち、当該爪によって工作物が保持されている。そして、
保持された工作物の内面を回転する砥石で内面研削す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の上述した固定金
具で工作物を固定して内面研削加工していたのでは、セ
ラミックなどの脆性材料、特に衝撃強度や引張強度の低
さのため、治具類による固定・把握、研削抵抗といった
力によって割れや亀裂が非常に発生し易いという問題が
あった（図８参照）。

【０００８】特に図８に示すようなリング形状の内面研
削の場合、チャックによって外周に加えられる把握力
は、理想的には静水圧が外周面全体に作用する形が望ま
しい。しかし、現実には３〜６方向から点接触や線接触
に近い形で把握力が作用し、局部的な変形や曲げ応力
（引張応力）による破損が生じやすい。これは、チャッ
クの爪により、工作物の外周全体を抑えるという構造が
困難であることと、爪の把握面と工作面とが必ずしも同
一でなく均一に密着しないことによる。この変形や破損
を避けるために、チャックの動作力を下げると、チャッ
クの動作不良、把握面の面圧、接触面の減少のため、デ
ッドレングス（工作物の軸方向の制止）などの工作物の
確実な把握が確保できず、砥石・工作物間の研削抵抗を
主とする力により、工作物の脱落・損傷、加工精度の低
下、爪の破損といった事態を招くという問題があった。

【０００９】従来の複数の爪により、工作物を把握する
方式を理想的な状態に近づけるには、爪の本数を増やす
などして多方向から工作物を把握し、工作物の外周面の
真円度や面精度といった精度を向上させ、爪の把握面を
それぞれできるだけ一致させることが望まれていると共
に、チャック自体の剛性を下げずに動作性を向上させる
ことが望まれている。

【００１０】以上の問題点などを解決するために、空気
圧や油圧によりゴムや金属性の薄いスリーブを膨張さ
せ、工作物を把握することが行われているが、いずれも
精度が低い、把握力が低い、高価であるという問題があ
った。

【００１１】本発明は、これらの問題を解決するため、
内面研削加工でリング状形状を形成する際に、工作物を
スリットの入ったチャッキングリングに挿入してから固
定し、従来の加工方法では困難とされていたセラミック
などの脆性材料、低強度材料の重研削、低強度形状の加
工に対し、生産性、精度、設備や保守面において簡単か
つ高精度で固定し、内面研削する方法を実現することを
目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１を参照して課題を解
決するための手段を説明する。図１において、チャッキ
ングリング１は、工作物３の外径φｄとほぼ同寸法の内
径φＤを有し、軸方向にスリット２を入れたものであっ
て、例えば（φＤ−φｄ）が−０．２〜＋０．５ｍｍを
もつものである。

【００１３】工作物３は、内面研削の対象の工作物であ
って、外面の外径φｄを持つものである。固定金具４
は、工作物３の挿入されたチャッキングリング１を固定
する金具である。

【００１４】

【作用】本発明は、図１に示すように、チャッキングリ
ング１の内部に工作物３を挿入した状態で当該チャッキ
ングリング１を固定金具４に固定した後、チャッキング
リング１の内部に把握した工作物３の内面を研削するよ
うにしている。

【００１５】この際、チャッキングリング１の内径φＤ
と、工作物３の外径φｄとの差（φＤ−φｄ）が−０．
２〜＋０．５ｍｍとするようにしている。また、工作物
３が長尺の場合に、複数のチャッキングリング１に分割
してこれらによってそれぞれ固定するようにしている。

【００１６】従って、内面研削加工でリング状形状を形
成する際に、工作物３をスリット２の入ったチャッキン
グリング１に挿入してから全外周面から均一に締めつけ
て固定し、従来の加工方法では困難とされていたセラミ
ックなどの脆性材料、低強度材料の重研削、低強度形状
の加工に対し、生産性、精度、設備や保守面において簡
単かつ高精度で固定することが可能となる。

【００１７】

【実施例】次に、図１から図６を用いて本発明の実施例
の構成および動作を順次詳細に説明する。

【００１８】図１の（ａ）は、斜めから見たときの構成
図を示す。これは、図７に示すような内面研削盤の固定
金具（チャック）４に本発明に係るチャッキングリング
１に工作物３を挿入して固定したときの様子を示す。

【００１９】図１の（ａ）において、チャッキングリン
グ１は、工作物３の外径φｄとほぼ同寸法の内径φＤを
有し、軸方向にスリット２を入れたものであって、例え
ば（φＤ−φｄ）が−０．２〜＋０．５ｍｍを持ち、図
示のように内面研削盤の固定金具（チャック）４に固定
するためのものである。

【００２０】スリット２は、チャッキングリング１の軸
方向に設けたスリットであって、チャッキングリング１
の外周から固定金具で中心方向に押されたときに工作物
３の外周面に接するように当該チャッキングリング１の
サイズを小さくするためのものである。

【００２１】工作物３は、内面研削盤によって内面研削
する対象の工作物であって、例えば円筒形状の焼結フェ
ライトなどであり、外面の外径φｄを持つものである。
固定金具４は、内面研削盤のチャックなどであって、内
側に工作物３を挿入したチャッキングリング１を固定す
るものである。

【００２２】次に、図１の（ｂ）の順序に従って、図１
の（ａ）の構成のもとで、内面研削の加工を行なうとき
の手順を詳細に説明する。図１の（ｂ）において、Ｓ１
は、外径基準面の研削を行なう。これは、内面研削しよ
うとする工作物３の外径の精度が充分でない場合に、当
該工作物３の外径の基準面を出すために外径研削を行
い、チャッキングリング１によって可及的に外周の全面
で確実かつ高精度で把握されるように、前処理を行な
う。

【００２３】Ｓ２は、チャッキングリング１への工作物
３の挿入を行なう。これは、スリット２を設けたチャッ
キングリング１の内部に、Ｓ１で外径基準面の出した工
作物３を挿入する。

【００２４】Ｓ３は、チャッキングリング１＋工作物３
の固定金具（チャック爪）の中心へ挿入する。これによ
り、図１の（ａ）に示す固定金具（チャック）の中心
に、工作物３の挿入されたチャッキングリング１が挿入
されたこととなる。

【００２５】Ｓ４は、チャックによるチャッキングリン
グ１＋工作物３の締め付けを行なう。これは、図１の
（ａ）に示すように、Ｓ３で挿入されたチャッキングリ
ング１＋工作物３を、内方向に向かって３つの爪で締め
付けで固定する。この際、後述するように、チャッキン
グリング１の外側からチャックによって３方向から徐々
に締め付けられるため、当該チャッキングリング１の外
周方向が縮んで工作物３に面接触して均一に締め付ける
（図４および図５を用いて後述する）。

【００２６】Ｓ５は、工作物３の内面研削する。これ
は、Ｓ４で固定した工作物３の内面を砥石で研削する。
Ｓ６は、チャッキングリング１＋工作物２の固定金具
（チャック）からの取り外しを行なう。

【００２７】Ｓ７は、チャッキングリング１からの工作
物３の抜き取りを行なう。以上によって、工作物３をチ
ャッキングリング１の内部に挿入して内面研削盤の固定
金具４の中心に挿入して固定し、内面研削を行った後、
固定金具４からチャッキングリング１＋工作物３を取り
外し、工作物３を抜き取る。これらにより、固定金具４
で固定する際に、スリット２のあるチャッキングリング
１の内側に工作物３を挿入して固定するため、当該工作
物３の外周から均一に面で押圧して固定でき、簡単な構
成で脆性材料の工作物３を固定して破損なく、しかも高
精度で内面研削することが可能となる。

【００２８】図２は、本発明の具体例説明図（その１）
を示す。これは、固定金具４、チャッキングリング１、
および工作物３の例を示す。図２の（ａ）は、チャック
（３つ爪）を示す。ここでは、図示のように、チャック
の開いた状態では、φ２８（直径が２８ｍｍを表す）を
持つものである。

【００２９】図２の（ｂ）は、チャッキングリング１の
例を示す。ここでは、図２の（ｃ）の工作物３の寸法に
対応して、図示のような寸法を持つ。ここで、チャッキ
ングリング１は、弾性、可ぎょう性、繰り返し使用に耐
えるための硬さが必要であると共に、工作物３の精度に
影響を与えないために肉厚の均一性が必要である。併せ
て、チャッキングの形式、工作物３の強度、必要となる
加工精度を勘案して、チャッキングリング１の形状を設
定する。チャッキングリング１の肉厚は厚い程耐久性が
高くなると共に、チャッキングリング１自身の精度も向
上するが、均一な把握を阻害する。長さは工作物３と同
程度でよい。長尺になる程、チャッキングリング１自身
の精度は低くできる。しかし、工作物３の長さと直径の
比が２：１を越える場合には、短いチャッキングリング
２を２つ、あるいはそれ以上に分割する。材質は、ＨＲ
Ｃ６０程度の硬さを持つものが望ましいが、弾性や可ぎ
ょう性、熱処理や機械加工、製作コストといった限界が
ある。これらの条件から量産では、例えば外径がφ２８
ｍｍ、内径がφ２５ｍｍ、長さが３０ｍｍで、１ｍｍ幅
のスリット２を持つ形状とした。材質はＨＲＣ３５程度
の調質鋼を用いた。

【００３０】図２の（ｃ）は、工作物の例を示す。ここ
では、焼結フェライトであって、図示のように、 ・加工前の内径がφ１９．５〜２０．５ｍｍ ・加工時の外径がφ２５ｍｍ（外径研削済） とした。

【００３１】次に、図２の条件のもとで、内面研削する
ときの処理手順を図３を用いて詳細に説明する。図３
は、本発明の具体例説明図（その２）を示す。

【００３２】図３の（ａ）は、固定金具（チャック）４
にチャッキングリング１および工作物３を固定した状態
を示す。これは、図２の（ａ）の固定金具（チャック）
４の３つの爪の中心部分に、工作物３の入れたチャッキ
ングリング１を挿入し、３つの爪を中心に向かって繰り
出して締めつけ、固定した状態である。

【００３３】図３の（ｂ）は、図３の（ａ）の状態を軸
方向から見た図を示す。ここでは、固定金具（チャッ
ク）４の３つの爪をそれぞれ中心方向に繰り出し、チャ
ッキングリング１の外周から均一に押圧する。これによ
り、チャッキングリング１が若干縮んで内側の工作物３
に面接触して外周から均一に締めつけて固定している。
このチャッキングリング１が若干縮むときスリット３の
部分で当該縮みが吸収される。

【００３４】以上のように、チャッキングリング１の内
側に工作物３を入れ、これら両者を固定金具４の爪で外
周から締めつけて固定することにより、チャッキングリ
ング１の内側の工作物３は当該チャッキングリング１の
全面あるいは多くの面から均一に締め付けられるので、
本発明の内面研削する焼結フェライトの工作物３であっ
ても、損傷する率が従来１０〜２０％もあったものがほ
ぼ完全に無くすことができた。このとき、本発明のチャ
ッキングリング１の内側に工作物３を入れる構成では、
固定金具４による締めつけ力を従来の約８０％程度の落
としても充分固定ができた。

【００３５】次に、図４および図５を用いて、工作物３
とチャッキングリング１の嵌め合いについて詳細に説明
する。図４の（ａ）は、外径／内径を示す。

【００３６】図４の（ａ−１）は、工作物３の外径を示
す。図示のように、工作物３の外径をφｄとする。図４
の（ａ−２）は、チャッキングリング１の内径を示す。
図示のように、チャッキングリング１の内径をφＤとす
る。

【００３７】図４の（ｂ）は、工作物３とチャッキング
リング１の嵌め合い例を示す。 φＤ＜φｄは、望ましくない。 （Ａ） φＤとφｄの差が０．２を越えると、人手で工
作物３をチャッキングリング１に挿入する作業が非常に
困難となる（材質が硬い程、著しくなる）。

【００３８】（Ｂ） 挿入時にφＤ面と、φｄ面が強く
擦り合うので傷や磨耗が発生する。 （Ｃ） 図５の（ａ−１）に示すように、間隙が発生す
ると、爪の把握力が一部に集中し、チャッキングリング
１を使用したことによる逆効果となる。また、爪とチャ
ッキングリング１、工作物３の摩擦面に摩擦力は、チャ
ッキングリング１が閉じるのを阻害する方向を持ち、各
接触面で強い摩擦が生じてそこに傷や凹みなどの損傷を
引き起こす。

【００３９】φＤ≒φｄは、望ましい。 （Ａ） φＤ面とφｄ面を密着させるために必要な力が
最も小さくなる。

【００４０】（Ｂ） チャッキングリング１の締め付け
時の変形が殆どなく、疲労を起こし難い。 （Ｃ） 但し、に比べると、工作物３の挿入時の磨耗
が発生し易い。

【００４１】φＤ＞φｄは、望ましい。 （Ａ） チャッキングリング１への工作物３の挿入時の
磨耗は起き難い。

【００４２】（Ｂ） 但し、これも程度の問題でφＤ＞
φｄが極端になると、締めつけ時のチャッキングリング
１の変形が大となり、疲労を起こし易い。 （Ｃ） 締めつけ時に変形を許容するための、スリット
２の幅が増え、これが爪と干渉する（図５の（ｂ）参
照）。

【００４３】（Ｄ） 締めつけ時に爪の把握面と、チャ
ッキングリング１の外周面との間の円周方向の擦過が生
じ、これが増大して、相手の面に傷や磨耗が発生する
（図５の（ｃ）参照）。

【００４４】図５は、本発明の工作物とチャッキングリ
ングの嵌め合い説明図（その２）を示す。図５の（ａ）
は、把握力の集中例（図４の（ｂ）のの（Ｃ））を示
す。これは、φＤ＜φｄの場合の把握力の集中例を示
す。

【００４５】図５の（ａ−１）は、３つの爪でチャッキ
ングリング１を締め付ける様子を示す。この場合には、
矢印を付したチャッキングリング１の位置に爪による把
握力が集中する。

【００４６】図５の（ａ−２）は、３つの爪でチャッキ
ングリング１を締め付ける様子を示す。この場合には、
矢印を付したチャッキングリング１と、爪の位置の面で
矢印の方向にそれぞれ摩擦力が発生し、当該面に傷がつ
くこととなる。

【００４７】図５の（ｂ）は、爪とスリットの干渉例
（（図４の（ｂ）のの（Ｃ））を示す。これは、φＤ
＞φｄの場合の爪とスリット２の干渉例を示す。図５の
（ｂ−１）は、スリット幅Ｇの計算例を示す。ここで
は、図示のように、 ・スリット幅Ｇ＝（φＤ−φｄ）π であるので、今、 ・φＤ＝２７ ・φｄ＝２５ とすると、 ・スリット幅Ｇ＝（２７−２５）π≒６．３（ｍｍ） となる。

【００４８】図５の（ｂ−２）は、スリットの部分を３
つの爪で締めつけたときに当該スリットの部分のチャッ
キングリング１が爪にあたって干渉する様子を示す。こ
のようにφＤ＞φｄが極端になると、スリットの部分の
チャッキングリング１が３つの爪で締めつけたときの変
形で当該爪にあたって干渉し、工作物３を固定できない
事態が発生する場合がある。

【００４９】図５の（ｃ）は、爪とチャッキングリング
間の摩擦例（図４の（ｂ）のの（Ｄ））を示す。これ
は、φＤ＞φｄの場合の爪とチャッキングリング１間の
摩擦例である。

【００５０】図５の（ｃ−１）は、スリットの部分を３
つの爪で締めつけを開始したときの様子を示す。この状
態では、図示の爪のａの部分がチャッキングリング１に
接触している。

【００５１】図５の（ｃ−２）は、スリットの部分が３
つの爪で更に締めつけたときの様子を示す。この状態で
は、図示の爪のｂの部分がチャッキングリング１に接触
している。従って、図５の（ｃ−１）のａから（ｃ−
２）のｂの位置まで擦過が、３つの爪によるチャッキン
グリング１の締めつけ時に発生し、当該ａ−ｂ間の距離
の部分に傷が発生することとなる。

【００５２】図６は、真円度の実測例を示す。これは、
内面研削盤で図２の（ｃ）と同寸法の工作物３を内面研
削した後、その内面の真円度を実測したものである。図
６の（ａ）は、本発明例を示す。これは、図２の（ｃ）
の寸法の焼結フェライトのリング状の工作物３を、図２
の（ｂ）のチャッキングリング１に挿入し、図２の
（ａ）のチャックによって締めつけ、内面研削盤で内面
研削を行なう。この内面研削した後の工作物３の内面の
真円度を実測したものである。ここで、１目盛りが４μ
ｍであるので、ここでは、６μｍの真円度が得られたこ
ととなる（図中の“Ｏ：６μｍ”は真円度が６μｍを表
す）。

【００５３】図６の（ｂ）は、従来例を示す。これは、
既述した図８に示すように、図２の（ｃ）の工作物３を
図２の（ａ）のチャックによって直接に締めつけて固定
し、図７の内面研削盤の砥石で内面研削したときの当該
工作物３の内面の真円度を測定したものであり、ここで
は、４８μｍの真円度しか得られない（図中の“Ｏ：４
８μｍ”は真円度が４８μｍを表す）。

【００５４】以上の実測例から判明するように、従来の
図８に示すように薄肉の工作物３をチャックで直接に締
めつけて内面研削した場合には真円度が４８μｍしか得
られなかったものが、本発明によれば工作物３をチャッ
キングリング１内に挿入してチャックで間接的に締めつ
けて内面研削した場合には真円度が６μｍとなり、極め
て本発明が優れているかが実験によって確かめられた。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内面研削加工でリング状形状を形成する際に、工作物３
をスリット２の入ったチャッキングリング１に挿入して
から固定した状態で、内面研削する構成を採用している
ため、固定金具４で固定したときにチャッキングリング
１が工作物３を面で締め付けることとなり、当該工作物
３の外周面から均一に力を加えて固定することができ
る。これにより、従来の固定方法では困難とされていた
セラミックなどの脆性材料、低強度材料の重研削、低強
度形状の工作物３を確実かつ損傷することなく固定する
こと可能となり、特に固定金具４であるチャックによる
締め付け力を従来の約８０％位に低減しても充分に工作
物３を固定でき、更に損傷率を減らすことが可能となっ
た。これらにより、以下の効果が得られた。

【００５６】（１） 脆性材料の内面研削時に問題とな
る亀裂の発生率が、従来のチャッキングリング１を使用
しない場合には１０〜２０％近い発生率が、本発明のチ
ャッキンリング１の使用によりほぼ０％近くまで抑える
ことができ、生産性が大幅に向上した。

【００５７】（２） 工作物３の内面研削後の精度は、
既述した図６の（ｂ）の真円度４８μｍが本発明のチャ
ッキングリング１の使用により図６の（ａ）の真円度６
μｍ程度まで向上できた。これは、工作物３の全外周に
均一な面でチャックからの締め付け力が働いたため、お
よび把握力の効率が良くなって締め付け力を少し弱く
（８０％位）することができたためである。

【００５８】（３） 脆性材料である焼結フェライトの
工作物３の肉厚は２ｍｍ以下であっても、内面研削して
充分な真円度が得られ（図２の（ｃ）の場合には、加工
後の肉厚が（２５−２１）／２＝２ｍｍ）、従来の直接
のチャックによる固定では困難な薄肉の加工物３も安定
かつ確実に固定して内面研削可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例説明図である。

【図２】本発明の具体例説明図（その１）である。

【図３】本発明の具体例説明図（その２）である。

【図４】本発明の工作物とチャッキングリングの嵌め合
い説明図（その１）である。

【図５】本発明の工作物とチャッキングリングの嵌め合
い説明図（その２）である。

【図６】真円度の実測例である。

【図７】内面研削盤例である。

【図８】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１：チャッキングリング ２：スリット ３：工作物 ４：固定金具（チャック） ：φＤ＜φｄの嵌め合い例（φＤ：チャッキングリン
グの内径、φｄ：工作物の外径） ：φＤ≒φｄの嵌め合い例 ：φＤ＞φｄの嵌め合い例

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作物（３）の外径φｄとほぼ同寸法の内
   径φＤを有し、軸方向にスリット（２）を入れたチャッ
   キングリング（１）の内部に工作物（３）を挿入した状
   態で当該チャッキングリング（１）を固定金具（４）で
   固定した後、当該工作物（３）の内面を研削することを
   特徴とする内面研削方法。
2. 【請求項２】上記チャッキングリング（１）の内径φＤ
   と、上記工作物（３）の外径φｄとの差（φＤ−φｄ）
   が−０．２〜＋０．５ｍｍとしたことを特徴とする請求
   項１記載の内面研削方法。
3. 【請求項３】上記工作物（３）が長尺の場合に、複数の
   チャッキングリング（１）に分割したことを特徴とする
   請求項１および請求項２記載の内面研削方法。