JP2000176739A - 円形穴の仕上加工方法および一枚刃リーマ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】円形穴を高い真円度かつ良好な面粗度で仕上加
工するリーマを得る。 【解決手段】リーマ１０のボデー１２の外周面に、軸方
向に延びる主溝２０を形成する。一方の溝側面２２に
は、クーラント噴射口２６を形成し、他方の側面２８の
先端角部にはチップ３２を固定して、第一，第二主切れ
刃，副切れ刃４２，すくい面３４および第一副逃げ面４
０を備えた刃部７０を形成する。主溝２０に隣接して副
溝５０を形成する。副溝５０の主溝２０に近い側の側面
を第二逃げ面５２とし、反対側の溝側面６０をボデー１
２の外周面に直角に形成する。ボデー１２の溝２０，５
０が形成されていない部分の外周面を案内面７４とす
る。案内面７４の半径は、副切れ刃４２の旋回半径より
も３．５μｍ〜５．５μｍ小さい。案内面７４が案内
し、刃部７０が円形穴の内周面の仕上加工を行う。副溝
５０の溝側面６０は、切りくずが案内面７４と円形穴の
内周面との間に入り込むことを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム製品
に形成された円形穴の仕上加工方法およびその方法の実
施に好適なリーマに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム製品に形成された円形穴
を、高い真円度および良好な面粗度で仕上げることがし
ばしば必要になる。そのために従来は、直径方向に隔た
った２個所に切れ刃を備え、それら切れ刃と９０度位相
を異にする２個所にガイドパッドを備えた二枚刃リーマ
や、９０度の等角度間隔で４つの切れ刃を備えた四枚刃
リーマ等が使用されていた。しかし、例えば、真円度７
μｍ、面粗度６ｚ等の厳しい要求を安定して満たすこと
はできなかった。なお、銃身などの深穴の仕上げには従
来からガンリーマと称される一枚刃のリーマが使用され
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題，課題解決手段，作用お
よび効果】本発明は、アルミニウム製品の円形穴を高い
真円度および良好な面粗度で仕上加工し得る方法および
その方法の実施に好適なリーマを得ることを課題として
成されたものであり、本発明によって、下記各態様の仕
上加工方法および一枚刃リーマが得られる。各態様は請
求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に
応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これ
は、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合わ
せの理解を容易にするためである。なお、本明細書に記
載の技術的特徴およびそれらの組合わせが以下のものに
限定されると解釈されるべきではない。 （１）アルミニウム製品に形成された円形穴の内周面を
仕上加工する方法であって、超硬合金から成る円柱状部
の外周面に、その円柱状部の軸線に平行な成分を有する
方向に延びる溝を１本形成し、その溝の側面の先端角部
に超高温高圧焼結体製の切れ刃を設けてボデーとすると
ともに、そのボデーの案内面の中心角を２４０度以上と
した一枚刃リーマによりリーマ加工する仕上加工方法
（請求項１）。案内面を超硬合金で形成し、切れ刃を超
高温高圧焼結体で形成し、かつ、案内面の中心角を２４
０度以上とした一枚刃リーマを用いて、アルミニウム製
品の円形穴を仕上加工すると、真円度および面粗度の優
れた内周面が得られる。案内面の中心角を２４０度以上
とすることにより、切削時のリーマの半径方向移動を２
４０度以上の方向から押え込むことが可能となり、円形
穴の真円度，円筒度を向上させることができる。案内面
の中心角は２５５度以上とすることが望ましく、２７０
度以上とすることがさらに望ましい。本仕上加工方法に
は、後述の (3)項ないし (10) 項の一枚刃リーマが一層
好適である。 （２）超硬合金から成る円柱状部の外周面に、その円柱
状部の軸線に平行な成分を有する方向に延びる溝を１本
形成し、その溝の側面の先端角部に超高温高圧焼結体製
の切れ刃を設けてボデーとするとともに、そのボデーの
案内面の中心角を２４０度以上とした一枚刃リーマ（請
求項２）。本リーマは、上記溝は円柱状部の軸線に平行
な直刃リーマでも、溝が円柱状部の軸線まわりにねじれ
たねじれ刃リーマでもよい。超高温高圧焼結体として
は、ダイヤモンド粉末（例えば、天然ダイヤモンドの成
形品と人造ダイヤモンドとの混合物）の焼結体や、立方
晶型窒化ほう素を超高温高圧で合成したＣＢＮ焼結体等
が採用可能である。本一枚刃リーマは、上述のようにア
ルミニウム製品の円形穴を仕上げるために案出されたも
のであり、アルミニウム製品の仕上加工に特に適してい
るが、用途はそれに限定されるわけではない。 （３）前記円柱状部の外周面に、前記１本の溝である主
溝に隣接して副溝を形成し、その副溝の主溝側の側面の
少なくとも一部を、すくい面と共同して前記切れ刃のう
ちの副切れ刃を形成する副逃げ面とするとともに、副溝
の主溝から遠い側の側面を、前記外周面にほぼ直角とし
てスクレーパを形成した (2)項に記載の一枚刃リーマ
（請求項３）。切れ刃を形成するためには、すくい面と
逃げ面とが必要である。切れ刃はそれら両面の交線とし
て形成されるからである。そして、主切れ刃と共に切れ
刃を成す副切れ刃を形成するための副逃げ面は、副切れ
刃の旋回軌跡である円筒面（副切れ刃に後述のバックテ
ーパが付けられる場合には、厳密にはテーパ面となる
が、テーパはごく小さいため円筒面と見なすことができ
る）に、副切れ刃上において接する接平面に対して、内
側へ傾斜して形成されることが必要である。副逃げ面
は、第一副逃げ面とそれより傾斜角が大きい第二副逃げ
面とにより構成されることもある。いずれにしても、副
逃げ面をそのまま案内面と交差させれば、理論的にはエ
ッジが形成されるが、実際には副逃げ面と案内面との交
差角が１８０度に近いため明確なエッジは形成されず、
また、副逃げ面のエッジ近傍の部分と円形穴内周面との
間に角度の小さいくさび状の隙間が形成される。そのた
め、万一、副逃げ面と円形穴内周面との間の隙間に切屑
が侵入すれば、その切屑はくさび作用によって、案内面
と円形穴内周面との間に引き込まれ、円形穴内周面に擦
り傷を生じさせたり、案内面に凝着して案内面の面粗度
や寸法精度を低下させる。これを防止するためには、切
屑排出用の溝である主溝に隣接して副溝を形成し、その
副溝の副切れ刃に近い側の側面を副逃げ面とし、副切れ
刃から遠い側の側面を案内面にほぼ直角とすることが有
効である。このほぼ直角な溝側面は、円形穴内周面に付
着した切屑をすくい取るスクレーパの機能を果たすから
である。このようにスクレーパを設ければ、万一、副溝
内に切屑が侵入しても、その切屑が案内面と円形穴内周
面との間に侵入することを良好に防止し得るため、円形
穴内周面に擦り傷が生じたり、案内面に切屑が凝着した
りすることを回避することができ、円形穴の真円度や面
粗度を一層向上させることができる。 （４）前記副溝に開口するクーラント噴射口を形成した
(3)項に記載の一枚刃リーマ（請求項４）。クーラント
噴射口から副溝に噴射されたクーラントは、副溝内の切
屑を洗い流して案内面と穴内周面との間に侵入すること
を防止するとともに、案内面と穴内周面との潤滑および
冷却を行う。それによって、一層良好な仕上げ加工が可
能となる。クーラント噴射口は、主溝にも設けることが
望ましい。 （５）前記案内面の半径を前記副切れ刃の旋回半径より
３〜２０μｍ小さくした(2)項ないし (4)項に記載の一
枚刃リーマ（請求項５）。案内面の半径は、副切れ刃の
旋回半径より小さくすることが必要であるが、副切れ刃
の旋回半径と案内面の半径との差が過小であれば、案内
面の面積が大きいがゆえにバニッシュ作用が高すぎ、案
内面に溶着が発生する。逆に、過大であれば、案内面と
円形穴内周面との間に切屑が侵入して案内面に溶着し、
円形穴内周面の面粗度を低下させる。さらに案内性に劣
るため、円形穴の真円度も低下させる。副切れ刃の旋回
半径と案内面の半径との差は、一般的には、３〜２０μ
ｍの範囲から選定されることが望ましく、３〜１２μｍ
の範囲から選定されることがさらに望ましい。また、加
工用途に応じて、３〜７μｍ、８〜１２μｍの範囲から
選定することも可能である。 （６）前記円柱状部の、軸方向において前記副切れ刃よ
り基端側でかつ前記溝（主溝，副溝）とは直径方向に隔
たった位置に、溝の形成によって生じる動的アンバラン
スを打ち消すバランス用切欠を形成した (2)項ないし
(5)項のいずれか一つに記載の一枚刃リーマ。バランス
用切欠を形成して動バランスをとれば、高速で回転させ
ても心振れが生じることがなく、高精度の円形穴を高能
率で仕上加工することができる。動バランスを取る上で
は、溝と軸方向が同じである部分にバランス用切欠を形
成することが望ましいが、副切れ刃と軸方向の位置が同
じである部分には、案内面の中心角をできる限り大きく
するために、バランス用切欠を形成することは望ましく
ない。 （７）前記案内面に、その案内面の直径を先端側から基
端側に向かって僅かに減少させるバックテーパを付けた
(2)項ないし (6)項のいずれか一つに記載の一枚刃リー
マ。 （８）前記副切れ刃に、その副切れ刃の旋回半径を前記
ボデーの先端側から基端側に向かって僅かに減少させる
バックテーパを付けた (2)項ないし (7)項のいずれか一
つに記載の一枚刃リーマ。 （９）前記主溝にチップ取付座を形成し、そのチップ取
付座に、超硬合金台に超高温高圧焼結体を固着して成る
チップを取り付け、そのチップに前記副切れ刃を形成し
た (2)項ないし (8)項のいずれか一つに記載の一枚刃リ
ーマ。ボデーはそれ自体超硬合金製であるため、ボデー
に直接超高温高圧焼結体を固着させてもよいが、超高温
高圧焼結体を固着させた別体のチップを製造し、ボデー
本体に取り付ける方が、超高温高圧焼結体の形成が容易
であり、製造コストを低減させ得る。 （１０）前記ボデーより直径の小さいシャンクを設けた
(2)項ないし (9)項のいずれか一つに記載の一枚刃リー
マ。

【０００４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態である
一枚刃リーマを図面に基づいて詳細に説明する。図１お
よび図２において、１０は概して段付円柱状を成すリー
マであり、超硬合金製のボデー１２と、ボデー１２より
小径のシャンク１４とを備えている。リーマ１０の中心
部には、クーラント穴１６が軸方向に形成されている。
リーマ１０は、シャンク１４において図示しないリーマ
ホルダに保持されるようになっており、このリーマホル
ダを介してリーマ１０が主軸（図示省略）に取り付けら
れるようになっている。主軸は、図示しない主軸台に回
転可能に保持されており、主軸台は図示しない送り装置
により主軸の軸方向に移動させられる。これらリーマホ
ルダおよび主軸等の構成は、一般に知られたものであ
り、本発明とは直接関係がないため、説明を省略する。

【０００５】ボデー１２は比較的短い円柱状をなし、外
周面にはリーマ１０の軸線に平行に延びる主溝２０が形
成されている。この主溝２０の一方の側面２２には、ク
ーラント穴２４の先端開口であるクーラント噴射口２６
が形成されている。クーラント穴２４は、後端側ほど軸
線に接近する向きに傾斜しており、前記クーラント穴１
６に連通している。したがって、図示しないクーラント
供給装置からクーラント穴１６を通って供給されるクー
ラントは、このクーラント穴２４のクーラント噴射口２
６から噴射される。

【０００６】ボデー１２の溝２０の他方の側面２８の先
端角部には、チップ取付座としての切欠３０が形成さ
れ、ダイヤモンド焼結体（超硬合金台の上に人造ダイヤ
モンドを超高温高圧で焼結したもの）のチップ３２が嵌
合され、ろう付けにより固着されている。チップ３２
は、溝２０の側面２８と同一平面上にあるすくい面３４
を有している。図３に示すように、チップ３２は、ボデ
ー１２の先端面より僅かに軸方向に突出し、その突出部
に第一主切れ刃３６および第二主切れ刃３８が形成され
ている。また、チップ３２は、すくい面３４と交差する
第一副逃げ面４０を有し、すくい面３４と第一副逃げ面
４０との交線により副切れ刃４２が形成されている。第
一主切れ刃３６は、副切れ刃４２につながるコーナ側に
形成され、第一主切れ刃３６の副切れ刃４２から遠い側
の端に第二主切れ刃３８がつながっている。第一主切れ
刃３６は、リーマ１０の軸線に直交する平面に対する傾
斜角度が第二主切れ刃３８より大きくされている。

【０００７】ボデー１２の外周面において、第一副逃げ
面４０に周方向において隣接する位置には、主溝２０と
同様に軸方向に延び、主溝２０よりも浅い副溝５０が形
成されている。この副溝５０の主溝２０に近い側の溝側
面は、上記第一副逃げ面４０とそれにつながる第二副逃
げ面５２とにより構成されている。第二副逃げ面５２
は、第一逃げ面４０からすくい面３４より遠ざかる方向
に延びている。第一逃げ面４０および第二逃げ面５２
は、副切れ刃４２の旋回軌跡である円筒面に副切れ刃４
２の位置において接する接平面に対して、ボデー１２の
内側へ傾斜して形成されており、第二逃げ面５２の傾斜
角度は第一逃げ面４０のそれより大きくされている。第
二逃げ面５２には、クーラント穴２４と同じ傾斜角度で
かつ周方向に異なる位相でクーラント穴１６に連通する
クーラント穴５６のクーラント噴射口５８が開口してい
る。また、溝５０の第二逃げ面５２とは反対側の溝側面
６０は、ボデー１２の外周面に対して直角に形成されて
いる。

【０００８】上記すくい面３４，第一，第二主切れ刃３
６，３８，第一，第二逃げ面４０，５２および副切れ刃
４２等が刃部７０を構成している。また、ボデー１２の
主溝２０および副溝５０が形成されていない部分は、案
内部７２とされ、その案内部７２の外周面が案内面７４
とされている。案内面７４は、その中心角が２７０度以
上となる範囲に形成されている。

【０００９】チップ３２は、リーマ１０の半径方向にお
いても僅かに突出しており、副切れ刃４２のリーマ軸線
からの距離（以下、これを副切れ刃４２の旋回半径と称
する）は、ボデー１２の案内面７４の半径より大きくさ
れている。なお、本実施形態においては、副切れ刃４２
には、軸方向に逃げを与えるためのバックテーパが付さ
れており、副切れ刃４２の旋回半径は、後端側ほど僅か
に小さくなるのであるが、その副切れ刃４２の後端にお
いても、副切れ刃４２の旋回半径は案内面７４の半径よ
りもδだけ大きく形成されている。本実施形態において
は、この差δが３．５μｍ〜５．５μｍとされている。
また、案内部７２にもごく僅かではあるが軸方向にバッ
クテーパが付されている。

【００１０】ボデー１２のシャンク１４側である基端部
であって、主溝２０および副溝５０が形成された部分と
は直径方向に隔たった部分には、ボデー１２の外周部が
平面により切り欠かれた切欠８０が形成されている。こ
の切欠８０は、主溝２０および副溝５０の形成によるリ
ーマ１０の動的アンバランスを打ち消すためのものであ
る。

【００１１】以上のように構成されたリーマ１０は、ア
ルミニウム製品に形成された円形穴の内周面（例えば、
車両用エンジンにおけるシリンダヘッドのリフタ穴）の
仕上加工に使用される。リーマ１０が主軸に取り付けら
れ、主軸により回転させられつつ送り装置により前進さ
せられることにより、リーマ１０のボデー１２が円形穴
に挿入され、主として第一主切れ刃３６と副切れ刃４２
との互いに隣接する部分により内周面が仕上げ加工され
る。このときリーマ１０は案内面７４に良好に案内され
つつ加工を行う。また、切削加工中には、クーラント噴
射口２６，５８からクーラントが供給されることによ
り、ボデー１２と円形穴の内周面との間に生じる摩擦が
軽減され、かつ、両部材間に発生した熱が運び去られ
る。したがって、本仕上加工方法によれば、高い真円度
かつ良好な面粗度の内周面を有する円形穴を得ることが
できる。

【００１２】本実施形態のリーマ１０においては、加工
中に切りくずが副切れ刃４２の第一，第二逃げ面４０，
５２側にまわり込んでも、副溝５０の直角に形成された
溝側面６０によりすくい取られ、案内面７４と円形穴の
内周面との隙間に切りくずが入り込むことが良好に回避
される。溝側面６０がスクレーパとして機能するのであ
る。また、加工中は、クーラント噴射口５８から副溝５
０内へクーラントが供給されるため、このクーラントに
より副逃げ溝５０内の切りくずが洗い流され、案内面７
４と円形穴の内周面との間に入り込むことが防止され
る。したがって、一層高い真円度かつ良好な面粗度の円
形穴を得ることができる。

【００１３】本発明に係る一枚刃リーマにより、従来と
比較して高い真円度および良好な面粗度で仕上げ加工す
ることができることは、以下の実験結果から明らかであ
る。図４には、従来の等角度間隔で４つの切れ刃を備え
た四枚刃リーマと、本発明の一枚刃リーマとによって、
同一条件でシリンダヘッドのリフタ穴を仕上げ加工した
際の各穴（本実験の場合、インテイクバルブ側８個およ
びエキゾーストバルブ側８個）の真円度がそれぞれ示さ
れている。図４（ａ）に示すように、従来の四枚刃リー
マにおいては、真円度７μｍ以下の要求を満たすことが
できない場合が生ずるのに対し、図４（ｂ）に示すよう
に、本発明における一枚刃リーマにおいては、全ての穴
において真円度７μｍ以下の要求が余裕を持って満たさ
れている。

【００１４】図５に別の実験結果を示す。図５には、本
発明に係る一枚刃リーマであって、副切れ刃の旋回半径
と案内面の半径との差が３種類に異なるリーマによって
図４の場合と同様にシリンダヘッドのリフタ穴の仕上げ
加工を行った際の、各穴の真円度および面粗度の測定結
果が示されている。のリーマは、上記差が５μｍ、
のリーマは１０μｍ、のリーマは１５μｍである。本
実験においては、上記３種類のリーマにより、インテイ
クバルブ側のリフタ穴８個とエキゾーストバルブ側のリ
フタ穴８個との仕上げ加工をリーマ毎に２回行い、各リ
フタ穴のうちそれぞれ奇数番目と偶数番目とのもの４個
ずつについての真円度および面粗度を計測した。図５の
結果から明らかなように、高い真円度および良好な面粗
度を得るためには、副切れ刃の旋回半径と案内面の半径
との差が１０μｍ以下であることが望ましく、特に、本
実施形態と同様５μｍである場合に、より高い真円度と
面粗度とが得られる。

【００１５】以上本発明の一実施形態を詳細に説明した
が、これは文字通り例示であり、例えば、チップ３２を
ろう付けによりボデー１２に固定する代わりに、クラン
プ装置により取り外し可能に取り付けたり、刃先位置調
節装置により刃先位置を調節可能にしたりすることも可
能であり、その他、いちいち例示することはしないが、
当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態
で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるリーマを示す正面図
である。

【図２】上記リーマの左側面図である。

【図３】上記リーマのチップが設けられた部分を拡大し
て示す図である。

【図４】本発明に係るリーマと従来のリーマとにより円
形穴の内周面の仕上げ加工を行った際の各穴の真円度を
それぞれ示す図表である。

【図５】本発明に係るリーマであって、副切れ刃の旋回
半径と案内面の半径との差がそれぞれ異なる３つのリー
マにより、円形穴の内周面の仕上げ加工を行った際の各
穴の真円度および面粗度をそれぞれ示す図表である。

【符号の説明】

１０：リーマ １２：ボデー １４：シャンク
２０：主溝 ２６：クーラント噴射口 ２８：側面
３２：チップ ３４：すくい面 ３６：第一主
切れ刃 ３８：第二主切れ刃 ４０：第一副逃げ面
４２：副切れ刃 ５０：副溝 ５２：第二副逃
げ面 ５８：クーラント噴射口 ６０：溝側面
７０：刃部 ７４：案内面 ８０：切欠

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富岡 三彦 愛知県豊田市吉原町平子26番地 富士精工 株式会社内 (72)発明者 中ノ瀬 哲郎 愛知県豊田市吉原町平子26番地 富士精工 株式会社内 (72)発明者 中村 元志 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 酒井 博康 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 安田 俊博 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3C050 EB01 EB05 EB09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム製品に形成された円形穴の
   内周面を仕上加工する方法であって、超硬合金から成る
   円柱状部の外周面に、その円柱状部の軸線に平行な成分
   を有する方向に延びる溝を１本形成し、その溝の側面の
   先端角部に超高温高圧焼結体製の切れ刃を設けてボデー
   とするとともに、そのボデーの案内面の中心角を２４０
   度以上とした一枚刃リーマによりリーマ加工することを
   特徴とする仕上加工方法。
2. 【請求項２】 超硬合金から成る円柱状部の外周面に、
   その円柱状部の軸線に平行な成分を有する方向に延びる
   溝を１本形成し、その溝の側面の先端角部に超高温高圧
   焼結体製の切れ刃を設けてボデーとするとともに、その
   ボデーの案内面の中心角を２４０度以上としたことを特
   徴とする一枚刃リーマ。
3. 【請求項３】 前記円柱状部の外周面に、前記１本の溝
   である主溝に隣接して副溝を形成し、その副溝の主溝側
   の側面の少なくとも一部を、すくい面と共同して前記切
   れ刃のうちの副切れ刃を形成する副逃げ面とするととも
   に、副溝の主溝から遠い側の側面を、前記外周面にほぼ
   直角としてスクレーパを形成したことを特徴とする請求
   項２に記載の一枚刃リーマ。
4. 【請求項４】 前記副溝に開口するクーラント噴射口を
   形成したことを特徴とする請求項３に記載の一枚刃リー
   マ。
5. 【請求項５】 前記案内面の半径を前記切れ刃の旋回半
   径より３〜２０μｍ小さくしたことを特徴とする請求項
   ２ないし４のいずれか一つに記載の一枚刃リーマ。