JPH1158193A - 平面研削方法及び平面研削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 砥石２８の端面で研削を行う平面研削装置に
おいて、部分的で狭小の部位に対しても、高精度の研削
ができるようにする。 【解決手段】 公転駆動装置により、ベルト伝動手段３
４を介して回転可能にされた筒軸２３の先端部に対し、
偏心軸受３７を設ける。この偏心軸受３７には、砥石軸
２５を回転自在に設けておき、この砥石軸２５の先に砥
石２８を設ける。砥石軸２５は、等速自在継手４５を有
する連結軸２６により、自転駆動装置２７と連結し回転
可能にする。これにより、砥石２８は、自転と公転とを
同時に行いつつ、研削を行う。自転速度は低速にし、公
転速度は高速にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面研削方法及び
平面研削装置に関わり、より詳しくは、例えばバルブシ
ートの弁座表面を研削する技術に関する。なお、本明細
書における「平面研削」とは、砥石を用いた加工であっ
て、荒仕上げレベルの研削から、超仕上げ等のいわゆる
研磨レベルまでの広い範囲を包含するものとする。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種、平面研削装置として、例
えば特開昭６０−１９１７５０号公報に記載のものが公
知である。この平面研削装置は、砥石を自転・公転させ
ながら、ワークを加工するものである。なお、参考とし
て、株式会社養賢堂の昭和５２年２月２０日発行に係る
「最新機械製作」第２７５〜２７７頁には、内面研削に
用いる装置の一例として、遊星運動機構を有したものが
記載されている。この内面研削盤も、砥石を自転・公転
させるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】バルブシートをワーク
とする場合、その弁座面を従来の平面研削装置によって
加工することは困難であった。すなわち、バルブシート
は異形物であるため、上記弁座面の中心を回転中心とし
てバルブシートを回転させることは、偏心荷重の発生や
チャックの困難性等がネックとなり、不適である。そこ
で、バルブシートを静止状態にして弁座表面を研削する
ことになる。

【０００４】しかし、上記平面研削装置は、砥石の公転
半径を比較的大きくとっており、自転を高速、公転を低
速にして加工するものであるのに対し、上記バルブシー
トの弁座面は部分的で、且つ凹部内で狭小であるためで
ある。また、上記バルブシートにおいて、弁座面には高
いシール性を持たせる必要があるため、同心円状の加工
模様を付けるのが最適とされるが、上記平面研削装置に
よる加工では、どうしても顕著な網目状をした加工模様
が生じてしまい、シール性能の向上が図れないというこ
とがあった。

【０００５】一方、従来の内面研削装置では、砥石をそ
の軸方向へ送りながら砥石の外周側面で加工するもので
あるため、バルブシートの弁座面表面を加工することが
できないことは言うまでもない。本発明は、上記事情に
鑑みてなされたものであって、バルブシート等の異形物
をワークとする場合も研削が容易且つ良好に行えるよう
にした平面研削方法及び平面研削装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、次の技術的手段を講じた。即ち、本発
明に係る平面研削方法では、砥石を自転させ且つ公転さ
せて、この砥石端面で静止状態のワーク表面の所定箇所
を研削するに際し、前記ワークに対する、前記公転回転
数を自転回転数よりも高くしている。このような方法で
あると、加工の主たる作用を砥石の公転により生じさせ
ることができ、その公転半径を比較的小さくして、バル
ブシートの弁座面のように部分的で、且つ狭小の部位の
加工に適したものにできることになる。

【０００７】静止状態のワークからみて砥石の自転回転
数が略零になるよう、自転回転数を設定すれば、同心円
状の加工模様を得ることができる。従って、バルブシー
トの弁座面においてシール性能を向上させるような場合
に、好適となる。砥石の加工送りを流体圧により行い、
その送り停止を前記流体圧に抗するストッパーで行うと
共に、このストッパーの位置を自動制御する方法を採用
すれば、砥石の加工送りを正確且つ確実にできる。従っ
て、超仕上げ等の高精度の加工にも適したものとなる。

【０００８】一方、本発明に係る平面研削装置では、砥
石を装備可能なヘッドを有する平面研削装置において、
前記ヘッドには、内径偏心部を有する筒軸が回転自在に
支持されると共に、この筒軸を回転駆動する公転駆動装
置が設けられ、前記偏心部に砥石軸が回転自在に支持さ
れると共に、前記ヘッドには、この砥石軸を回転駆動す
る自転駆動装置が設けられ、この自転駆動装置と砥石軸
とは自在継手を介して結合されている。

【０００９】このように自転駆動装置と砥石軸とを自在
継手によって結合する構造であれば、公転駆動装置だけ
でなく、自転駆動装置をも固定状態にすることができ
る。従って、砥石の公転を高速化することの実現が可能
になるものであり、構造の簡潔化、及び故障の防止等が
図れるものである。前記砥石軸をワークに対して接近さ
せる砥石送り装置が設けられ、この砥石送り装置は、流
体圧により砥石をワークに接触させるものである。この
砥石送り装置には、流体圧に抗して前記砥石軸の移動を
阻止するストッパー制御装置が設けられており、このス
トッパー制御装置は、ストッパーの位置が自動制御可能
になっている。

【００１０】この構成により、砥石の加工送りを正確且
つ確実にでき、超仕上げ等の高精度の加工にも適したも
のとなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図６は、研削工程の一例を模式的
に示した平面図であって、ローディング（ワークセッ
ト）ステーション１、荒仕上げステーション２、仕上げ
ステーション３、ポスト（検査）ステーション４、アン
ローディング（ワーク取出）ステーション５が円形に配
置されており、これらの中央部で円形状をした旋回テー
ブル６が間欠回動するようになっている。そして、例え
ばこのうち荒仕上げステーション２や仕上げステーショ
ン３等において、本発明に係る平面研削装置８が設置さ
れている。

【００１２】なお、本実施形態では、図７（ａ）に示す
ような平板状をしたバルブシートをワークＷとし、この
ワークＷにおいて弁ポート１０等の開口縁部に設けられ
た円環状弁座面１１の表面を研削したり、図７（ｂ）に
示すような異形パイプの端面１１の表面を、同心状の研
磨目が形成されるよう研削する。図２は本発明に係る平
面研削装置８の全体側面図であり、この平面研削装置８
は、ベッド１２及びコラム１３を有した装置本体１４
と、この装置本体１４のコラム１３に対してメイン昇降
装置１６により大ストロークで昇降可能に設けられたサ
ドル１７と、このサドル１７に対してサブ昇降装置１８
により小ストロークで昇降可能に設けられたヘッド１９
とを有している。

【００１３】この平面研削装置８に対し、上記した旋回
テーブル６は、ベッド１２の上部を水平に通過可能にな
っている。まず、ヘッド１９について説明する。ヘッド
１９は、ヘッド基枠２２に対して軸心を縦方向に向けて
回転自在に保持された筒軸２３と、この筒軸２３を回転
駆動する公転駆動装置２４と、筒軸２３の筒孔内部で回
転自在に保持された砥石軸２５と、この砥石軸２５を、
中間連結軸２６を介して回転駆動する自転駆動装置２７
とを有している。そして、上記砥石軸２５の先に砥石２
８が設けられる。

【００１４】図１に示すように、ヘッド基枠２２には軸
受ケース２９を内装した箱型ブラケット３０が設けら
れ、上記筒軸２３は、この軸受ケース２９の内部に設け
られた上下の軸受具３１，３２により回転中心Ｐまわり
で回転自在に保持されている。すなわち、この回転中心
Ｐが公転軸となる。そして、この筒軸２３の上部にタイ
ミングプーリ等の駆動入力ホイール３３が設けられ、こ
の駆動入力ホイール３３へ掛け渡されるタイミングベル
ト等の伝動部材３４を介して公転駆動装置２４（図２参
照）からの回転駆動が筒軸２３へ伝えられるようになっ
ている。

【００１５】筒軸２３において、砥石軸２５を保持する
部分の筒孔内の内径は、筒軸２３の回転軸心Ｐに対して
偏心した偏心部３６とされており、この偏心部３６に、
更に偏心軸受３７が装入されている。上記砥石軸２５
は、この偏心軸受３７の内部に設けられた上下の軸受具
３８，３９により回転中心Ｑまわりで回転自在に保持さ
れている。すなわち、この回転中心Ｑが自転軸となる。

【００１６】従って、上記筒軸２３を回転させたとき、
砥石軸２５はその自転用回転中心Ｑが公転用回転中心Ｐ
まわりで円周移動することになる。なお、図３に示すよ
うに偏心軸受３７の下端面には、軸受ケース２９に対す
る固定用ボルト４０の挿通部分に円弧状長孔４１が設け
られており、軸受ケース２９の下端面には、偏心軸受３
７を取り囲むようにして角度表示目盛４２が設けられて
いる。

【００１７】そのため、ボルト４０を緩めることによ
り、長孔４１の範囲で偏心軸受３７を回動させることが
でき、これによって公転用回転中心Ｐと自転用回転中心
Ｑとの偏心量を調節することができる。また、一旦、ボ
ルト４０を外してしまえば、偏心軸受３７の回動量を長
孔４１のピッチ幅に応じて大きくとることも可能である
ため、これによって長孔４１の範囲を超えた偏心量調節
も可能になる。

【００１８】なお、軸受ケース２９（図１参照）の内部
に設けられた上下の軸受具３１，３２や、偏心軸受３７
の内部に設けられた上下の軸受具３８，３９は、軸受ケ
ース２９、筒軸２３、偏心軸受３７等の各周壁中を通っ
て設けられた通路４３，４４へ供給されるミスト状潤滑
剤により、潤滑及び冷却されるようになっている。公転
駆動装置２４及び自転駆動装置２７（図２参照）は、上
記ヘッド基枠２２に対して固定されている。これらに
は、いずれも減速機を備えた可変速制御可能な電動モー
タ又は流体圧モータが用いられている。

【００１９】このように公転駆動装置２４だけでなく、
自転駆動装置２７をもヘッド基枠２２に固定しているた
め、砥石軸２５と自転駆動装置２７とを連結する中間連
結軸２６は、少なくとも一端部に自在継手４５（図１参
照）を有したものとしてある。本実施形態では、入力側
（即ち、自転駆動装置２７側）を自在継手４５とし、出
力側（即ち砥石軸２５側）を弾性カップリング４６とし
ている。この自在継手４５には等速ボールジョイントを
用いた。なお、前記弾性カップリング４６に代えて等速
ボールジョイント４５を用いて、軸方向及び径方向の変
化を吸収するようにしてもよい。また、不等速自在継手
を中間連結軸２６の両端部へ設け、最終出力は等速回転
となるように構成してもよい。

【００２０】次に、メイン昇降装置１６（図２参照）に
ついて説明する。メイン昇降装置１６は、上記したよう
に装置本体１４のコラム１３に対してサドル１７を大ス
トロークで昇降可能にしたものであるが、その構造は従
来公知の縦型工作機械等で普通に採用されている昇降装
置と同様で、例えば、流体圧シリンダやネジ送り機構等
を用いている。

【００２１】次に、サブ昇降装置１８について説明す
る。サブ昇降装置１８は、砥石送り装置４８とストッパ
ー制御装置４９とを有している。図３及び図４に示すよ
うに、砥石送り装置４８は、サドル１７の上下の支持片
１７ａ，１７ｂ間で縦方向に架設保持された一対のガイ
ドバー５２と、これらガイドバー５２に上下動自在に保
持された昇降台５３と、サドル１７の上部支持片１７ａ
から両ガイドバー５２の中間部で平行状に吊り下げられ
た吊り軸５４と、昇降台５３内において吊り軸５４の下
端部まわりで構成されるシリンダ駆動部５５と、このシ
リンダ駆動部５５の上部に設けられたマイクロリフト駆
動部５６とを有している。

【００２２】そして、上記した昇降台５３に対して、前
記の箱型ブラケット３０及びヘッド基枠２２（即ち、ヘ
ッド１９全体）が固定関係にされている。シリンダ駆動
部５５は、昇降台５３に形成したシリンダ孔５３ａの長
さに対して、これより短いプランジャ５８を吊り軸５４
の下端部へボルト５９によって連結し、シリンダ孔５３
ａの上下を閉塞する蓋６０，６１の各内側寄りへ向けて
連通する上下の流体通路６２，６３を介して、シリンダ
孔５３ａ内へエア等の流体を選択的に加圧供給可能にな
ったものである。

【００２３】すなわち、このシリンダ駆動部５５は、プ
ランジャ５８を固定側とし、シリンダ孔５３ａ側、即
ち、昇降台５３側が昇降する、いわゆる複動型シリンダ
となっている。このシリンダ駆動部５５による昇降台５
３の下降駆動、即ち、流体圧による下向き加圧により、
砥石軸２５の先の砥石２８を、旋回テーブル６（図２参
照）上で保持されたワークＷへ接触させるようにする。

【００２４】マイクロリフト駆動部５６は、吊り軸５４
の中間部に固定された下向きテーパ部材６５と、この下
向きテーパ部材６５まわりを取り囲むようにして昇降台
５３に固定された外筒体６６と、下向きテーパ部材６５
と外筒体６６との周隙間へ挿入可能な楔片６７を有した
コレット６８と、このコレット６８を下向きテーパ部材
６５から離反方向へ付勢するバネ６９と、コレット６８
の移動範囲を規制する中底支持体７０とを有し、且つ吊
り軸５４の内部及び中底支持体７０中に設けられた流体
通路７１，７２を通じて、コレット６８の下面へエア等
の流体を加圧供給可能になったものである。

【００２５】コレット６８の楔片６７は、吊り軸５４ま
わりで筒状となる部材に対し、周方向複数箇所へ軸方向
のスリットを入れることで、スリット相互間へ形成させ
たものである。従って、径方向へ拡縮可能な弾性を有し
ている。すなわち、このマイクロリフト駆動部５６は、
流体通路７１，７２へ流体を供給することで、コレット
６８を上昇させ、楔片６７を下向きテーパ部材６５と外
筒体６６との周隙間へ圧入させ、これにより昇降台５３
と吊り軸５４とを間接的不動状態にロックできるように
なっている。

【００２６】従って例えば、上記シリンダ駆動部５５に
おいて、シリンダ孔５３ａの長手方向中立位置へプラン
ジャ５８を位置付けた状態にして、マイクロリフト駆動
部５６を上記のロック状態にすれば、そのままメイン昇
降装置１６を作動させても昇降台５３を安定状態に保持
できるため、このような使い方が可能になる。一方、図
２に示すようにストッパー制御装置４９は、昇降台５３
側の適所に設けられた当たり片７５と、この当たり片７
５が所定だけ下降したときにこれと接触干渉するように
設けられたストッパー７６と、このストッパー７６を昇
降可能にする位置制御部７７とを有している。ストッパ
ー７６及び位置制御部７７は、サドル１７に対して設け
てもよいが、スペース的な理由から、装置本体１４側の
適所に設ける方が好適である。

【００２７】位置制御部７７は、減速機付きモータ等の
駆動部７８によって送りねじ機構７９を回転駆動させ、
もってストッパー７６の保持台８０を昇降させるもの
で、ストッパー７６の停止位置を、微小ストロークから
メイン昇降装置１６によるサドル１７の昇降に合わせた
大ストロークにわたり、適宜且つ高精度で変更調節可能
になっている。

【００２８】そして、駆動部７８は、装置本体１４に対
するサドル１７の昇降量を考慮したうえで、１回の研削
で砥石２８が磨耗する平均的な量等を予め記憶したデー
タ、又は１回の研削ごとに測定される砥石２８の残量や
人為的入力等により、１回の研削ごとにストッパー７６
を所定量ずつ下降させるべく、ＮＣ制御される。すなわ
ち、このストッパー制御装置４９は、シリンダ駆動部５
５（図４参照）により昇降台５３（砥石軸２５及び砥石
２８）が流体圧下降されるとき、昇降台５３側の当たり
片７５と装置本体１４側のストッパー７６とを当接さ
せ、上記流体圧に抗して昇降台５３の下降を高精度位置
で阻止するものである。

【００２９】即ち、このストッパー７６は、砥石２８の
下降位置を制御すると共に、砥石２８の下降速度を制御
するものである。このストッパー制御装置４９におい
て、１回の研削でストッパー７６を下降させた下降デー
タ（昇降台５３、ひいては砥石２８の下端レベルの下降
データに相当）は、研削後のワークＷが下流側のポスト
ステーション４（図６参照）で検査されたときの測定デ
ータと照合され、その合否や誤差等に対する修正制御値
として、荒仕上げステーション２や仕上げステーション
３へとフィードバックされるようになっている。

【００３０】なお、図示は省略するが、砥石２８の磨耗
量が使用限度に達したとき、これを検出するために、昇
降台５３とサドル１７との相互間には、昇降台５３の下
降限度を検出するための近接スイッチや各種センサ類が
設けられている。このような構成を具備した平面研削装
置８（図２参照）を、図６に示すように荒仕上ステーシ
ョン２と仕上げステーション３に配置し、図７（ａ）に
示すワークＷの円環状弁座１１の表面を加工する具体例
を説明する。

【００３１】円環状弁座１１の外径は７ｍｍ、砥石外径
８ｍｍ、砥石内径５ｍｍ、公転軸Ｐと自転軸Ｑの偏心量
４ｍｍとして、前記荒仕上ステーション２では、筒軸２
３（公転軸）の回転数を＋５００ｒｐｍとし、砥石軸２
５（自転軸）の回転数を−４０００ｒｐｍとした。尚、
回転数の＋−は、回転方向が正逆であることを意味す
る。

【００３２】仕上げステーション３では、２段階仕上が
行われ、その第１段階は、筒軸２３の回転数を＋５００
ｒｐｍとし、砥石軸２５の回転数を＋４０００ｒｐｍと
した。最終仕上段階は、筒軸２３の回転数を＋２５００
ｒｐｍとし、砥石軸２５の回転数を＋２５００ｒｐｍと
した。この最終仕上段階において、ワークＷに対する砥
石軸２５の回転は零になり、円環状弁座１１の表面に同
心円状の研磨目が形成される。

【００３３】尚、荒ステーションと仕上ステーションと
に分けないで、１ステーションで荒と仕上加工を連続し
て行う場合は、荒においては、筒軸２３の回転数を＋５
００ｒｐｍとし、砥石軸２５の回転数を＋４０００ｒｐ
ｍとし、仕上においては、筒軸２３の回転数を＋２５０
０ｒｐｍとし、砥石軸２５の回転数を＋２５００ｒｐｍ
とした。

【００３４】ところで、同心円状の研磨目を得るだけな
ら、筒軸２３の偏心位置に砥石を固定すればよい。しか
し、砥石を固定した場合、砥石とワークとの接触位置が
一定となり、砥石の偏磨耗が生じる。しかし、本発明の
ように、砥石軸を自転軸として回転可能とすることによ
り、その偏磨耗を防止することができる。尚、本発明は
上記実施形態に限定されるものではない。

【００３５】例えば、サブ昇降装置１８の砥石送り装置
４８において、使用する流体圧をエアによるものとした
が、油圧や水圧に代えることも可能である。砥石軸２５
に対して振動をも与えられる構造にすることで、超仕上
げ等のいわゆる研磨レベルの研削を行うことも可能にな
る。その他、各部の細部にわたる部材の形状・構造や駆
動方式等は、従来公知のものに適宜変更可能である。

【００３６】ワークＷは、バルブシート等に限定される
ものではなく、ノズルシール面をはじめ、その他、平面
部分の研削を目的とするものであれば何でもよい。もと
より、異形物であることや、平板状物であることが限定
されるものでもない。また、材質も特に限定されるもの
ではない。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る平面研削方法では、砥石を自転させ且つこの自転回
転数より高速で公転させて（ワークから見て）、静止状
態のワークを研削するので、部分的で且つ狭小の部位の
加工に適している。ワークからみて砥石が自転しない状
態とした場合、同心円状の加工模様を得ることができ、
バルブシートの弁座面においてシール性能を向上させる
ような場合に、好適となる。

【００３８】砥石の加工送りをストッパーによる当たり
止め方式とし、このストッパーを自動制御して位置付け
るようにすれば、超仕上げ等の高精度の加工に適したも
のにできる。一方、本発明に係る平面研削装置では、公
転駆動装置によって回転駆動される筒軸の内径偏心部に
砥石軸が設けられ、この砥石軸が自在継手を介して自転
駆動装置によって回転駆動される構造であるので、自転
駆動装置を固定でき、砥石の公転速度を高速化可能にな
っている。

【００３９】砥石を流体圧によりワークへ接触させる砥
石送り装置に対し、流体圧に抗して砥石の送りを阻止す
るストッパー制御装置が設けておけば、超仕上げ等の高
精度の加工に適したものにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２の一部（ヘッド）を拡大して示す側断面図
である。

【図２】本発明に係る平面研削装置を概略的に示す全体
側面図である。

【図３】図４に対応する底面図である。

【図４】図２の一部（砥石送り装置）を拡大して示す側
断面図である。

【図５】ワークに対する研削状況を示す平面図である。

【図６】本発明の平面研削装置が実施される研削工程の
一例を模式的に示す平面配置図である。

【図７】ワークの一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

２ 荒仕上げステーション ３ 仕上げステーション ６ 旋回テーブル ８ 平面研削装置 １２ ベッド １３ コラム １４ 装置本体 １９ ヘッド ２３ 筒軸 ２４ 公転駆動装置 ２５ 砥石軸 ２７ 自転駆動装置 ２８ 砥石 ３６ 偏心部 ４５ 自在継手 ４８ 砥石送り装置 ４９ ストッパー制御装置 ７６ ストッパー Ｗ ワーク

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 砥石（２８）を自転させ且つ公転させ
   て、該砥石（２８）端面で静止状態のワーク（Ｗ）表面
   の所定箇所を研削する平面研削方法であって、 前記ワーク（Ｗ）に対する、前記公転回転数を自転回転
   数よりも高くしたことを特徴とする平面研削方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の平面研削方法において、 静止状態のワーク（Ｗ）からみて砥石（２８）の自転回
   転数が略零になるよう、自転回転数が設定されているこ
   とを特徴とする平面研削方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の平面研削方法において、 前記砥石（２８）の加工送りを流体圧により行い、その
   送り停止を前記流体圧に抗するストッパー（７６）で行
   うと共に、該ストッパー（７６）の位置を自動制御する
   ことを特徴とする平面研削方法。
4. 【請求項４】 砥石（２８）を装備可能なヘッド（１
   ９）を有する平面研削装置において、 前記ヘッド（１９）には、内径偏心部（３６）を有する
   筒軸（２３）が回転自在に支持されると共に、該筒軸
   （２３）を回転駆動する公転駆動装置（２４）が設けら
   れ、 前記偏心部（３６）に砥石軸（２５）が回転自在に支持
   されると共に、前記ヘッド（１９）には、該砥石軸（２
   ５）を回転駆動する自転駆動装置（２７）が設けられ、
   該自転駆動装置（２７）と砥石軸（２５）とは自在継手
   （４５）を介して結合されていることを特徴とする平面
   研削装置。
5. 【請求項５】 前記砥石軸（２５）をワーク（Ｗ）に対
   して接近させる砥石送り装置（４８）が設けられ、該砥
   石送り装置（４８）は、流体圧により砥石（２８）をワ
   ーク（Ｗ）に接触させるものであって、 前記流体圧に抗して前記砥石軸（２５）の移動を阻止す
   るストッパー制御装置（４９）が設けられており、該ス
   トッパー制御装置（４９）は、ストッパー（７６）の位
   置が自動制御可能になっていることを特徴とする請求項
   ４記載の平面研削装置。