JPH0794089B2

JPH0794089B2 - 研磨装置

Info

Publication number: JPH0794089B2
Application number: JP1287081A
Authority: JP
Inventors: 正典望月
Original assignee: ISEL Co Ltd
Current assignee: ISEL Co Ltd
Priority date: 1989-11-01
Filing date: 1989-11-01
Publication date: 1995-10-11
Anticipated expiration: 2010-10-11
Also published as: JPH03149131A

Description

【発明の詳細な説明】［利用分野及び発明の概要］本発明は、研磨装置、特に、内周面の研磨装置に関する
ものである。

［従来技術及びその課題］最近では、部品や金型の高精度化の要求が強く、これら
製品表面の高精度な研磨が必要になっている。製品の外
周表面の研磨は簡単であるが、透孔部分や凹陥部の内周
面の研磨は困難である。このような部分の研磨装置とし
て、放電加工電極を用いた装置が実公昭51−37050号公
報に開示されている。

このものは、放電加工用電極をクロスヘッドに取付け、
このクロスヘッドを一対のモータによってXY平面で偏心
運動を行うようにしたものである。この偏心運動による
電極と被加工面との接触により内周面の研磨が可能とな
る。

しかしながら、この従来の装置は、クロスヘッドに一対
のモータを組み込むものであるから、全体を専用の工作
機械としなければならない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、『凹陥
部又は貫通孔部等の内周面に研磨用工具を偏心運動状態
で対接させて研磨する為の研磨装置』において、フライ
ス盤等の汎用工作機械のそのまま適用出来るようにする
ことをその課題とする。

［技術的手段］上記課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は
『下端に工具保持部（22）を備え且上方に開放する中空
主体部（２）と、この中空主体部（２）内に収容されこ
の中空主体部（２）にＺ軸方向の高周波振動を発生させ
る振動発生器（３）と、前記中空主体部（２）の上方開
放端部に接近して設けられ且工作機械の保持具（Ｈ）に
保持される軸部（J₀）が上面中央から突出する蓋板と、
この蓋板から下方に垂下する一対の垂下舌片から構成さ
れると共にこの垂下舌片の対向内面がＸ軸に平行な第１
平面（24）（24）としたホルダ（J₁）と、前記中空主体
部（２）の上端から前記一対の垂下舌片間に突出する一
対の突出片から構成されると共にこの突出片の対向内面
がＹ軸に平行な第２平面（25）（25）となったホルダ
（J₃）と、前記各ホルダの前記第１、第２平面に対面す
る平面を外周に設け且断面外周が正方形となった中間体
（J₂）と、前記中間体と各ホルダとの対面部間に介在さ
れ且中間体と各ホルダとをＺ軸方向に係合させる転がり
直動機構と、前記蓋板と中間体（J₂）との間に介装され
且Ｘ軸方向に一定範囲往復駆動させる為の第１駆動手段
（41）と、中空主体部（２）と中間体（J₂）との間に介
装され且Ｙ軸方向に一定範囲往復駆動させる第２駆動手
段（42）とからなり、前記第１駆動手段（41）と前記第
２駆動手段（42）に位相差のある負荷電流を供給するこ
とにより前記中空主体部（２）が前記軸（J₀）に対して
偏心運動をするようにし、前記第１、第２駆動手段及び
振動発生器（３）への電気供給部を備えた』ことであ
る。

［作用］本発明の上記技術的手段は次のように作用する。

蓋板のホルダ（J₁）と中間体（J₂）とはＸ軸方向に相対
移動可能である。また、中空主体部（２）のホルダ
（J₃）と中間体（J₂）とはＹ軸方向に相対移動可能であ
る。従って、中空主体部（２）は蓋板の軸（J₀）を中心
にして偏心運動可能である。

また、中間体と各ホルダとの対面部間には、Ｚ軸方向に
係合させる転がり直動機構が介在されるから、前記中間
体と各ホルダとは抜止め状態に連結されている。従っ
て、軸（J₀）を工作機械の保持具（Ｈ）に保持させて、
工具保持部（22）に研磨用工具（20）を保持させ、この
研磨用工具を被研磨面に対応させて、第１、第２駆動手
段（41）（42）を作動させると共に振動発生器（３）を
作動させると、駆動工具保持部（22）に取付けた研磨用
工具（20）によって前記被研磨面が研磨される。

この研磨の際、第１駆動手段（41）及び第２駆動手段
（42）には位相差のある負荷電流を供給することから、
蓋板と中間体（J₂）とのＸ軸方向の相対移動と、他方の
中空主体部（２）と中間体（J₂）とのＹ軸方向にの相対
対移動とが交互にくり返されて、研磨用工具（20）に
は、偏心運動が生じる。同時に振動発生器（３）による
Ｚ軸方向の往復運動が生じる。被研磨面と研磨用工具
（20）との対面部が前記偏心運動と相対的軸線方向振動
によって研磨され、前記対面部を被研磨面の全周にわた
って順次移動させることにより被加工面の全周が同様の
研磨度合に仕上げられる。

［効果］本発明は上記構成であるから次の特有の効果を有する。

ホルダ（J₁）（J₂）と中間体（J₂）との組み合わせによ
って、保持部（Ｈ）に取り外し可能に連結される蓋板と
中空主体部（２）とが、Ｘ軸、Ｙ軸方向の相対移動が可
能となり、偏心運動出来るようにする為の構成が従来の
ものに比べて大幅に簡素化出来る。さらに、中空主体部
（２）に収容した振動発生器（３）によって中空主体部
（２）がＺ軸方向に振動されるから、研磨効率が向上す
る。

また、ホルダ（J₁）（J₂）と中間体（J₂）との間には転
がり直動機構が介在されるから、Ｘ軸、Ｙ軸方向の相対
移動に要する駆動力が軽減出来る。換言すれば、第１駆
動手段（41）及び第２駆動手段（42）による駆動力が小
さな場合でも、十分な移動力が得られる。

また、汎用工作機械の保持部（Ｈ）に装着して、電気供
給部に電源接続すると、前記第１、第２駆動手段及び振
動発生器（３）が動作出来るものとなるから、大げさな
専用の装置を用意する必要がない。

転がり直動機構によってホルダ（J₁）（J₃）と中間体
（J₂）とが抜止め状態に連結されるから、前記３者の抜
止めの為の構造が簡素化出来る。

［実施例］以下、本発明の実施例を第１図から第12図に基いて説明
する。

．全体構造についてこの実施例では、第１図に示すように、研磨用工具（2
0）を下端に取付けた中空主体部（２）内に振動発生器
（３）を内蔵させ、この振動発生器（３）を第１駆動手
段（41）及び第２駆動手段（42）を介して工作機械の支
持体（21）の先端に設けたチャックに保持されるもので
ある。この支持体（21）はベッド（１）又はベッド支持
部に固着され、前記中空主体部（２）はベッド（１）の
上方に位置する。尚、ここで、前記ベッド（１）は、第
２図に示すように、器体の上面において前後左右方向に
微調整可能に支持されている。従って、ベッド（１）に
支持させたワーク（Ｗ）と研磨用工具（20）との位置合
わせは、このベッドの位置合わせによって行うこととな
る。

．工具駆動機構について前記振動発生器（３）としては、第３図〜第５図に示す
ように、高周波振動発生器を採用し、工具保持部（22）
を備える中空主体部（２）を大略逆円錐台形状とし、そ
の内部に上方に開放する中空部（23）を形成してこの中
空部内に振動発生器（３）を収容固定している。従っ
て、この振動発生器（３）の振動方向と同期して中空主
体部（２）及びこれの工具保持部（22）に取付けた研磨
用工具（20）が振動することとなる。ここで、前記振動
発生器（３）の振動方向は、中空主体部（２）の軸線の
方向に設定されている。

次に、前記中空主体部（２）は、オルダム継手構造と同
様の構成とした継手（Ｊ）を介して支持体（21）の先端
に装備させた保持具（Ｈ）に保持される。この為、前記
継手（Ｊ）の上面には軸部（J₀）が突出し、これが前記
保持部（Ｈ）に保持される。

また、この継手（Ｊ）内に第１駆動手段（41）及び第２
駆動手段（42）を具備させてある。

前記継手（Ｊ）は、両端に位置する一対のホルダ（J₁）
（J₃）とこれらの間に介装される中間体（J₂）とから構
成されるが、一方のホルダ（J₃）は中空主体部（２）の
上端において上方に突出する一対の突出片から構成さ
れ、この突出辺の対向内面がＹ軸及びＺ軸に平行な第２
平面（25）（25）となっている。他方のホルダ（J₁）
は、下方に垂下する一対の垂下舌片から構成され、この
垂下舌片の対向内面がＸ軸及びＺ軸に平行な第１平面
（24）（24）となっており、前記一対の垂下舌片からな
るホルダ（J₁）は保持具（Ｈ）に保持される円板部（2
6）から垂下する。従って、中間体（J₂）はホルダ
（J₃）の第２平面（25）（25）に沿ってＹ軸方向に水平
移動可能であり、且、ホルダ（J₁）の第１平面（24）
（24）に沿ってＸ軸方向に水平移動可能となる。ここ
で、中間体（J₂）と各ホルダとの対接部には多数の鋼球
を介装して移動抵抗を軽減しているので、中間体（J₂）
は各ホルダに対して軽い駆動力でＸ軸Ｙ軸方向に相対移
動可能である。

そしてホルダ（J₁）と、中間体（J₂）のＹ軸に平行な辺
の中央部とを、第１駆動手段（41）を介して連結し、ホ
ルダ（J₃）と、中間体（J₂）のＸ軸に平行な辺の中央部
とを、第２駆動手段（42）を介して連結してある。前記
第１・第２駆動手段（41）（42）は共に、第３図に示す
ように、板状の一対の圧電素子（P₁）（P₂）からなり、
これら圧電素子が弾性金属板（40）の両面にその極性が
反対向きとなるように添着され、前記弾性金属板（40）
を基準電圧として各素子の反対側には相互に逆方向の電
圧が印加されるようになっている。前記圧電素子（P₁）
（P₂）としては、印加電圧大きさ及び方向に応じて長さ
方向の歪が生じる形式のものとしてあり、圧電素子
（P₁）（P₂）にはそれぞれ逆方向の電圧が印加されるこ
とから印加電圧に応じて弾性金属板（40）の先端部が正
逆方向（Ｘ軸方向又はＹ軸方向）に湾曲することとな
り、この結果、中間体（J₂）はホルダ（J₁）との関係で
Ｘ軸方向に往復移動し、ホルダ（J₃）は中間体（J₂）と
の関係でＹ軸方向に往復移動することとなる。

従って、この実施例のものでは、第１駆動手段（41）を
構成する圧電素子によってＸ軸方向の移動力が付与さ
れ、第２駆動手段（42）を構成する圧電素子によってＹ
軸方向の移動力が付与されることとなる。

尚、この研磨用工具（20）の駆動機構は、中空主体部
（２）内に振動発生器（３）を収容し、この中空主体部
（２）と支持体（21）に保持された保持具（Ｈ）とを継
手（Ｊ）によって結合し、この継手（Ｊ）の中間体
（J₂）とホルダ（J₃）との間に弾性金属板（40）と圧電
素子（P₁）（P₂）からなる第２駆動手段（42）を介装
し、ホルダ（J₁）と中間体（J₂）との間に同様な構成の
第１駆動手段（41）を介装して、研磨用工具（20）を軸
線方向に高周波振動させると共に、研磨用工具（20）を
自転させることなく水平面上において所定の軌跡で周回
移動させるようにしたものであるから、軸線方向の高速
度の往復移動と水平面上での周回移動とを実現するため
の機構が小型化できる点で、特に有益である。

尚、保持具（Ｈ）を支持体（21）の上端部に昇降自在に
装着するための構成としては、通常のボール盤と同様な
ラック−ピニオン機構が採用されており、ピニオン駆動
軸に連設したレバーの操作によって保持具（Ｈ）に装備
させた研磨用工具（20）が一定ストローク昇降駆動でき
る。従って、このレバー操作によって研磨用工具（20）
をヘッド（１）にセットしたワーク（Ｗ）の被研磨面
（10）内に挿入できるものであり、この後で、ヘッド
（１）を微調整して研磨用工具（20）の挿入位置を偏心
させることも可能である。

．角穴内周面等のように、被研磨面（10）となる内周
面が四つの平面からなる場合前記第１・第２駆動手段（41）（42）の振動を制御する
ための制御装置としては、第６図のような構成のものが
採用できる。

このものでは、第１・第２駆動手段（41）（42）の圧電
素子（P₁）（P₂）には方形波電圧が印加されるようにな
っており、このためモノマルチバイブレータ（MM₁）（M
M₂）を直列に接続して第一段のモノマルチバイブレータ
（MM₁）の逆出力端子（Ｘ）からの出力を第二段のモノ
マルチバイブレータ（MM₂）に入力せ、このモノマルチ
バイブレータ（MM₂）の逆出力端子（Ｘ）からの出力をA
ND回路（53）を介してモノマルチバイブレータ（MM₁）
の入力側に帰還させており、前記AND回路（53）の他方
の入力端子に押しボタンスイッチ（54）からの出力が入
力されている。

そして、モノマルチバイブレータ（MM₁）の正出力端子
（Ｑ）からの出力が駆動回路を介して第１駆動手段（4
1）に印加されている。他方のモノマルチバイブレータ
（MM₁）の逆出力端子（Ｘ）からの出力は遅延回路（5
5）を介して駆動回路から第２駆動手段（42）に入力さ
れており、この実施例では、前記遅延回路（55）による
遅延周期を3/4周期に設定してある。

尚、前記駆動回路は、極性を逆方向に設定した圧電素子
（P₁）（P₂）の並列回路に基準電圧に対して正逆の二方
向の電圧が印加されるようにしたものであり、このため
に、一方の増幅用トランジスタ（T₁）及び電源（E₁）と
からなる回路と、他方の増幅用トランジスタ（T₂）及び
電源（E₂）とからなる回路とが共に、前記圧電素子
（P₁）（P₂）の並列回路に接続されている。そして、前
記増幅用トランジスタ（T₁）のベースにはモノマルチバ
イブレータ（MM₁）の正出力端子（Ｑ）からの出力が印
加され、他方の増幅用トランジスタ（T₂）には正出力端
子（Ｑ）からの反転出力が入力されるようになってい
る。

これにより、モノマルチバイブレータ（MM₁）の正出力
端子（Ｑ）からは第７図（Ａ）のような方形波が出力さ
れ、遅延回路（55）からは同図の（Ｃ）のような方形波
が出力される。そして、上記駆動回路を組合せたことか
ら、圧電素子（P₁）（P₂）からなる第１駆動手段（41）
には、基準電圧を「０」とした場合において、第７図の
（Ｂ）に示すように、正逆方向の電圧が交互に印加され
ることとなる。

他方の第２駆動手段（42）の駆動回路も上記第１駆動手
段（41）の駆動回路と同様であり、第２駆動手段（42）
には基準電圧を「０」とした場合において正逆方向の電
圧が交互に印加されることとなるが、逆出力端子（Ｘ）
からの出力が遅延回路（55）によって3/4周期ズラされ
ていることから、それに応じて、同図の（Ｄ）に示すよ
うに、第２駆動手段（42）への印加電圧は正出力端子
（Ｑ）の出力に対しての3/4周期の位相ズレが生じたも
のとなる。この結果、研磨用工具（20）の移動距離のＸ
軸方向成分の経時的変化が同図（Ｅ）のようになり、逆
に研磨用工具（20）の移動距離のＹ軸方向成分の経時的
変化が同図（Ｆ）のようになる。同図に示す区間（L₁）
では、第８図に示す正方形開口の第１辺（l₁）に沿って
研磨用工具（20）が被研磨面（10）に加圧された状態で
移動し、その後、同様の状態で区間（L₂）では第２辺
（l₂）に沿って研磨用工具（20）が移動し、区間（L₃）
では第３辺（l₃）に沿って研磨用工具（20）が移動し、
区間（L₄）では第４辺（l₄）に沿って研磨用工具（20）
が被研磨面（10）に加圧された状態で移動する。

従って、この実施例のものでは、被研磨面（10）と研磨
用工具（20）との間の四つの対向平面のうちの圧接平面
の組が順次変化すると共に、前記圧接平面相互が被研磨
面（10）の周回方向に移動する。つまり、ワーク（Ｗ）
に形成した被研磨面（10）に対して研磨用工具（20）
が、第８図に示すように、研磨用工具（20）の中心
（Ｇ）が同図に示す矢印の軌跡で移動することとなり、
第１辺（l₁）〜第４辺（l₄）に沿う各平面が、これに対
向する研磨用工具（20）の平面によって水平方向に摺擦
され、この摺擦平面が順次変化する。尚、摺擦時におけ
る研磨用工具（20）と被研磨面（10）との対面部の圧接
力を確保するため、自由状態における研磨用工具（20）
のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動ストローク（l₀）は、研
磨用工具（20）と被研磨用（10）との間隙より大きく設
定されている。

以上のことから、この実施例のものでは、研磨用工具
（20）と被研磨面（10）との間隙に形を介在させ、振動
発生器（３）を動作状態として第１・第２駆動手段（4
1）（42）を以上に詳述した過程で動作を繰り返すと、
各穴の内周面が自動的に研磨されることとなる。

．穴や円形の凹陥部の内周面を研磨する場合この場
合には第９図に示す第１制御手段（51）及び第２制御手
段（52）が採用できる。この第２実施例のものでは、発
信回路（56）からの正弦波出力を非反転の第１増幅回路
（58）を介して第１駆動手段（41）に印加されると共
に、前記発信回路（56）からの出力を遅延回路（57）を
介して非反転の第２増幅回路（59）から第２駆動手段
（42）に印加されている。ここで、前記遅延回路（57）
は、発信回路（56）からの正弦波出力を1/4周期ずらせ
て出力させるようにしたもので、この実施例では、前記
発信回路（56）が第１制御手段（51）として機能し、こ
の発信回路と遅延回路（56）との組合せが第２制御手段
（52）となる。

このものでは、第１増幅回路（58）からの出力波形は、
第10図の（Ａ）のようになり、第２増幅回路（59）から
の出力波形は同図の（Ｂ）のようになる。従って、被研
磨面（10）の中心は、これら二つの波形が合成された軌
跡で移動できることとなり、被研磨面（10）の中心は水
平面上で円運動をすることとなる。

そして、このものでは、自由状態における前記被研磨面
（10）の中心（Ｇ）の軌跡の半径を研磨用工具（20）と
被研磨面（10）との間隙よりも大きく設定して、上記過
程で第１・第２駆動手段（41）（42）を駆動させるが、
このとき、ワーク（Ｗ）の研磨用工具（20）の中心と被
研磨面（10）の中心とを偏心させて、第11図のようにセ
ットし、この初期セット状態において被研磨面（10）の
胴部が研磨用工具（20）に一定の圧接力で圧接されるよ
うにする。尚、このセット位置では、中心（Ｇ）の運動
軌跡の始点と対向する研磨用工具（20）の母線と被研磨
面（10）の母線とが対接するようにする。つまり、研磨
用工具（20）及び被研磨面（10）の母線でＸ軸の正方向
の母線相互が対接するようにする。

ワーク（Ｗ）を上記のようにセットできるようにするた
め、この実施例では、ワーク（Ｗ）を載置するベッド
（１）を左右方向に微調整可能に構成している。

従って、予め設定された自由状態における中心（Ｇ）の
移動軌跡半径を「Ｒ」とし、被研磨面（10）と研磨用工
具（20）とを同心とした場合の間隙を「ｒ」とすると、
研磨用工具（20）を被研磨面（10）に挿入しない状態に
おける研磨用工具（20）の中心と中心（Ｇ）の偏心量を
「Ｒ−ｒ」に設定する。この場合には、研磨用工具（2
0）を被研磨面（10）に嵌入した状態において、上記の
経過で第１・第２駆動手段（41）（42）を駆動させる
と、中心（Ｇ）の円運動軌跡の半径は「ｒ」に一致し、
前記偏心量に相当する圧接力が研磨用工具（20）の移動
軌跡全域において研磨用工具（20）から被研磨面（10）
に作用することとなる。

なお、この場合においても、研磨剤（Ｋ）を被研磨面
（10）と研磨用工具（20）との間に介在させ、しかも、
中空主体部（２）に具備させた振動発生器（３）を動作
状態とすることは言うまでもなく、研磨用工具（20）は
軸線方向に高周波振動しながら、前記軌跡で移動するこ
ととなって、丸穴や円形の凹陥部の内周面が自動的に研
磨される。

この実施例のものは、被研磨面（10）の端部の平面形状
が円形のものに対応させるようにしたが、これを被研磨
面（10）の端部の平面形状が楕円や第12図に示すような
非円形のものにも対応させ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の装置の使用例の側面図，第２
図はその正面図，第３本発明の実施例の第４図に於ける
Ｉ−Ｉ断面図，第４図はII−II断面図，第５図は本発明
実施例の分解斜視図，第６図は第１・第２駆動手段（4
1）（42）の第１実施例の説明図，第７図はこの実施例
の各部の出力状態を示すタイムチャート，第８図はこの
実施例の被研磨面（10）と研磨用工具（20）との関係及
び移動経路説明図，第９図は第１・第２駆動手段（41）
（42）の第２実施例の説明図，第10図はこの実施例の各
部の出力状態を示すタイムチャート，第11図はこの実施
例の被研磨面（10）と研磨用工具（20）との関係及び移
動経路の説明図，第12図は被研磨面（10）と研磨用工具
（20）の他の形態の関係図であり、図中、（10）……被研磨面、（１）……ヘッド（20）……研磨用工具、（３）……振動発生器（Ｋ）……研磨剤、（21）……支持体（２）……チャック、（41）……第１駆動手段（Ｗ）……ワーク、（42）……第２駆動手段（51）……第１制御手段、（52）……第２制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凹陥部又は貫通孔部等の内周面に研磨用工
具を偏心運動状態で対接させて研磨する為の研磨装置に
おいて、下端に工具保持部（22）を備え目上方に開放す
る中空主体部（２）と、この中空主体部（２）内に収容
されこの中空主体部（２）にＺ軸方向の高周波振動を発
生させる振動発生器（３）と、前記中空主体部（２）の
上方開放端部に接近して設けられ目工作機械の保持具
（Ｈ）に保持される軸部（J₀）が上面中央から突出する
蓋板と、この蓋板から下方に垂下する一対の垂下舌片か
ら構成されると共にこの垂下舌片の対向内面がＸ軸に平
行な第１平面（24）（24）としたホルダ（J₁）と、前記
中空主体部（２）の上端から前記一対の垂下舌片間に突
出する一対の突出片から構成されると共にこの突出片の
対向内面がＹ軸に平行な第２平面（25）（25）となった
ホルダ（J₃）と、前記各ホルダの前記第１、第２平面に
対面する平面を外周に設け且断面外周が正方形となった
中間体（J₂）と、前記中間体と各ホルダとの対面部間に
介在され且中間体と各ホルダとをＺ軸方向に係合させる
転がり直動機構と、前記蓋板と中間体（J₂）との間に介
装され且Ｘ軸方向に一定範囲往復駆動させる為の第１駆
動手段（41）と、中空主体部（２）と中間体（J₂）との
間に介装され且Ｙ軸方向に一定範囲往復駆動させる第２
駆動手段（42）とからなり、前記第１駆動手段（41）と
前記第２駆動手段（42）に位相差のある負荷電流を供給
することにより前記中空主体部（２）が前記軸（J₀）に
対して偏心運動をするようにし、前記第１、第２駆動手
段及び振動発生器（３）への電気供給部を備えた研磨装
置。
【請求項２】第１、第２駆動駆動手段（41）（42）を、
印加電圧に応じて歪みの生じる圧電素子を用いた往復駆
動素子とした請求項１に記載の研磨装置。