JP2004283996A

JP2004283996A - ボーリングバー

Info

Publication number: JP2004283996A
Application number: JP2003082165A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Matsumoto; 淳松本
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】特殊な材質を使うことなく製造コストを維持した状態で、高強度のボーリングバーを提供すること。
【解決手段】ボーリングバー１２の本体部の断面は、切刃１６の装着部を含む側の外周形状が、切刃１６による加工孔１８の内周面切削時に必要なクリアランスが確保できる最大径である基本径からなる円弧状であり、切刃１６側外周に対向する側の外周形状は、前記基本径を有する円弧形状から所定の領域分を除去した形状であり、切刃１６先端を前記除去領域の範囲内で加工孔１８の内周面から離反する方向に所定の安全距離だけシフトできるように形成した。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削加工に用いるボーリングバー、特にエンジンのシリンダやクランクシャフト孔等の中グリ加工に使用するボーリングバーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等のエンジン加工において、例えばクランクジャーナル孔やヘッド（シリンダ）のカムジャーナル孔のラインボーリング加工では、加工精度を高く維持する必要がある。また、エンジン生産性の向上のため、各部の加工は短時間で行う必要がある。加工時間を短縮して加工する場合、例えば加工速度を速くするとボーリングバーに係る負荷が大きくなる。この負荷の増加によりボーリングバーの撓みを生じ、この撓みによるボーリングバーの振動により加工精度の維持が困難になる。加工精度維持向上のため、ボーリングバーの強度を強くし、剛性を向上させる必要があり、加工時の撓みを抑えることのできるボーリングバーの提案が種々行われている。
【０００３】
この具体的方法としては、部分的に超硬材をつなぎ、あるいは埋め込む方法（例えば、特許文献１〜３、参照）または炭素繊維との複合材を材料として使用する方法等がある（例えば、特許文献４〜５、参照）。
【０００４】
前述した部分的に超硬材をつなぐ技術は、例えば、特許文献１に開示されている。これは、図９に示すように、ボーリングバーの棒状本体１０２において、鋼材からなる刃物取付部１０４と超硬材からなる継手部１０６とを交互に結合したものである。この結合部分は、刃物取付部１０４の端面に形成された図示しない凹部と、継手部１０６の端面に突設された凸部とが嵌合するように構成されている。さらに、この嵌合部分に長手方向に直交する方向からピン又はネジ等の固定用部材を貫挿させて固定している。
【０００５】
また、炭素繊維との複合材を材料として使用する技術は、例えば、特許文献５に開示されている。このボーリングバーは、図１０に示すように、軸状のシャンク部１１０の先端に切削チップ１１２を保持するヘッド部１１４を設けている。シャンク部１１０は、内部長さ方向に補剛部材１１６を有しこの補剛部材１１６の外周面に繊維強化複合材１１８を積層して構成している。また、ヘッド部１１４と補剛部材１１６とは一体形成されており、材質上、繊維強化複合材１１８よりも高い曲げ弾性率を有している。
【０００６】
【特許文献１】
実開平５−１２００８号公報
【特許文献２】
実開平５−７４７１３号公報
【特許文献３】
特開２００１−２５９０８号公報
【特許文献４】
実開平５−３９８０６号公報
【特許文献５】
特開平９−２７７１０６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術において、部分的に超硬材をつなぐ技術では、ボーリングバーそのものを製造するのに高い精度を必要とし製造の困難性が生じる。また、この超硬材をつなぐ方法は、例えばボルト止めや接着材による結合方法等が用いられるが、異種材間の結合を行うことになるので、剛性向上のための調整の困難性が生じる。また、炭素繊維との複合材の場合は、切削中の切粉による摩耗に弱いため耐久性に問題が生じる。また、ボーリングバーの製造にあたり、コスト高になると考えられる。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、特殊な材質を使わずに製造コストを維持した状態で、高強度のボーリングバーを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載のボーリングバーは、棒状の本体部と、該本体部の先端外側に装着された切刃とを有し、ワークに形成された所定長さの断面円形の加工孔の内周面を回転動作及び前記長さ方向への移動動作により切削するボーリングバーにおいて、前記本体部の長さ方向に直交する断面は、前記切刃の装着部を含む切刃側外周の形状が、前記切刃による切削時における前記本体部の外周面と前記加工孔の内周面との間に切削加工時に必要なクリアランスが確保される最大径である基本径を有する円弧状とされ、前記切刃側外周に対向する側の外周形状が、前記基本径を有する円弧形状よりも所定の領域分が除去された形状とされ、前記除去された所定の領域は、加工孔へのボーリングバー挿入時に、前記切刃先端が前記加工孔の内周面に衝突しないように前記内周面から離反する方向に安全距離だけシフトさせることのできる領域であることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、ボーリングバー断面形状は基本径を有する円弧の部分と、この円弧形状から安全距離を確保し得る所定の領域分を除去した部分とから形成されることになる。一方、通常のボーリングバー断面形状は真円になっているが、通常のボーリングバーを切削加工時に必要なクリアランスが確保され且つ加工孔への挿入時にシフトができる大きさの真円にした場合よりも、本発明に係るボーリングバーの方が断面積を大きくすることができる。このため、本発明に係るボーリングバーは、大きくなった断面積だけ撓みの少ない剛性の高いものとすることができ、撓みによるボーリングバーの振動を減少して精度の高い加工を行うことができる。なお、上記クリアランスは、ボーリングバーが加工孔を切削する時に、加工孔との間隙に切削粉が詰まったり、振動等により、ボーリングバーが加工孔に接触するのを防止するために必要となるものである。
【００１１】
請求項２の発明に係るボーリングバーは、請求項１記載のボーリングバーにおいて、切刃側外周に対向する側の外周形状が、基本径と同じかそれ以上の大きさの径を有し、切刃先端と基本径中心とを結ぶ線に沿って、基本径中心から所定距離、切刃先端側に移動された中心を有する円弧であることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、ボーリングバー断面形状は上記２種類の円弧形状で形成されている。この円弧形状により、上記クリアランスおよびシフトの条件を満たしながらボーリングバー断面を加工孔の開口形状に近付け、ボーリングバー断面積をできるだけ大きくするものである。すなわち、ボーリングバー断面形状の最適化を図ったものである。
【００１３】
請求項３の発明に係るボーリングバーは、請求項１記載のボーリングバーにおいて、切刃側外周に対向する側の外周形状を、２つの直線を主体とする山形形状としたものである。
【００１４】
この構成によれば、切刃の装着部に対向する側の外周形状を直線を主体としたよりシンプルな形状とすることにより、ボーリングバーの製造の容易化を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明によるボーリングバーの実施の形態を詳細に説明する。実施の形態の具体的構成を示すにあたり、ボーリングバーによる加工の一般的、初期工程を図１、図２により説明する。図１は、ボーリングバー１２の先端を加工孔１８に（矢印１００方向に）挿入する時の状態を示している。
【００１６】
ボーリングバー１２は図示しないシャンクの一端に備えられており、ボーリングバー１２の先端部には長さ方向に直交する方向に突出する切刃１６が設けられている。そして、ボーリングバー１２を所定位置まで挿入した後の矢印２００方向への引き抜き動作中に切刃１６の先端部の刃先１６ａで、ワーク加工面を切削するものである。ボーリングバー１２を加工孔１８に挿入する前は、ボーリングバー１２は符号Ｂで示したオフセット状態になっている。この「オフセット状態」はボーリングバー１２で加工孔１８を切削加工する時の状態でもあるので、この位置のまま挿入動作を行うと、刃先１６ａが加工孔１８に当たり、ボーリングバー１２を挿入できない。従って、挿入する時は、符号Ａで示したようにオフセット量Ｗ１だけシフトさせた「セット状態」にして加工孔１８に挿入する。
【００１７】
図２は、切刃１６の刃先１６ａが加工孔１８内面を切削する工程の例を示している。まず、ボーリングバー１２を上記シフトさせた状態でワーク加工孔１８に挿入する。そして、一点鎖線３００で示したように切刃１６が加工孔１８の反対側の開口から出た状態にする。次に、ボーリングバー１２を上記「オフセット状態」にし、回転動作を開始する。そして、ボーリングバー１２の引き抜き動作を行うことにより、刃先１６ａがワーク加工孔１８の内周面を切削する。すなわち、図上矢印２００方向へボーリングバー１２を漸次的に移動させつつ加工を行うものである。
【００１８】
図３は、本発明に係るボーリングバー１２の実施の形態を示しており、本発明の特徴的事項であるボーリングバー１２の断面形状を示したものである。図はボーリングバー１２の長さ方向と直交する面の断面図であって、加工孔１８にボーリングバー１２を上記「セット状態」で挿入した状態である。本実施の形態では、ボーリングバー１２の断面の内、切刃１６が備えられた側（以下Ｕサイドとする）を形成する円弧と、このＵサイドと対向する側（以下Ｄサイドとする）で上記円弧の所定領域を除去した円弧とでボーリングバー１２の断面形状が形成されている。Ｕサイドの円弧が基本円弧であり、Ｄサイドの円弧が補助円弧である。
【００１９】
ここで、基本円弧は、「オフセット状態」で取り得る最大の径である基本径を有する円弧である。すなわち、本実施の形態では、「オフセット状態」において、基本円弧中心を軸にボーリングバー１２を回動させ加工孔１８を切削し、かつ、Ｕサイドでボーリングバー１２外周面と加工孔１８の内周面に必要なクリアランスが確保されるようにした最大の径としている。本実施の形態におけるクリアランスについては、後述する。
【００２０】
図中、Ｏ２は、図示した「セット状態」での基本円弧の中心点、ｒ１は基本円弧１４の半径である。Ｏ３は「セット状態」での補助円弧１５の中心点、ｒ２は補助円弧１５の半径である。Ｏ４は加工孔１８の中心点、Ｒは加工孔１８の半径である。Ｏ１は図４に示した「オフセット状態」の基本円弧１４の中心点であり、Ｗ１はオフセット量である。Ｋは基本円弧の「セット状態」での中心点Ｏ２と「オフセット状態」での中心点Ｏ１とを結ぶ線であり、点Ｐ１及びＰ２は基本円弧１４と補助円弧１５の交点である。なお、刃先１６ａは線Ｋ上にある。
【００２１】
図４は、図３のボーリングバー１２の位置を「オフセット状態」にしたものである。すなわち、基本円弧１４の中心点がＷ１だけオフセットされてＯ１にある状態である。図中一点鎖線Ｌは刃先１６ａにより切削される領域を示す。図に示したように、切削加工時の回動中心であるＯ１は、加工孔の中心Ｏ４と一致しているので、ボーリングバー１２のＵサイドの外周面と加工孔１８内周面との間のクリアランスＣ１は、加工孔径Ｒと基本径ｒ１の差の量として加工孔１８の径方向に均一に確保されている。
【００２２】
このボーリングバー１２の断面形状の設計方法として、２つのポイントを決定する。第１のポイントはボーリングバー１２の位置が「オフセット状態」（切削加工時）にある時のクリアランスＣ１の量を決定することである。このクリアランスＣ１の量は、切削時にボーリングバー１２と加工孔１８との間隙に切削粉が詰まったり、振動等により、ボーリングバー１２が加工孔１８に接触しないように適宜決定される。従って、基本径ｒ１は、点Ｏ１を基本円弧中心点としてクリアランスＣ１を維持するように決定する。
【００２３】
第２のポイントはボーリングバー１２の加工孔１８への挿入時において、「セット状態」へシフトできるようにすることである。図３に基づいて説明すると、「セット状態」でボーリングバー１２を加工孔１８に挿入する時に、刃先１６ａが加工孔１８の内周面に衝突しないようにするための安全距離を確保するものであり、Ｄサイドでは、ボーリングバー断面と加工孔１８の内周面との線Ｋ上の距離Ｗ３が確保されるようにすると共に、その状態で刃先１６ａと加工孔１８の内周面との間には距離Ｗ２が確保されるようにしている。距離Ｗ２及びＷ３は、刃先１６ａやボーリングバー１２の外周面が加工孔１８の内周面に当たらないようにすることのできる距離である。
【００２４】
なお、上述の条件を確保するため、補助円弧１５の半径ｒ２は、基本円弧１４の半径ｒ１と同等かそれ以上とするのが好適である。このため、補助円弧１５の中心点Ｏ３は、図３の「セット状態」では線Ｋ上に加工孔１８の中心点Ｏ４から所定量ｘだけ刃先１６ａ側に移動させた点に位置させている。そして、補助円弧１５の半径ｒ２は中心点が点Ｏ３にあって、前述した距離Ｗ３を維持するように決定する。
【００２５】
図５は、図３及び図４に示した実施の形態に係るボーリングバー１２の断面形状に関してこれに内接するように真円２４を描いたものである。すなわち、「セット状態」において作業上必要なクリアランスが確保されるという条件（第１のポイント）と、「オフセット状態」から「セット状態」にシフトできるという条件（第２のポイント）を充たす真円を示したものである。
【００２６】
この真円２４をボーリングバー１２の断面形状とした場合、「セット状態」では、上記量Ｗ２及びＷ３を確保でき、切削加工中には本実施の形態に係るボーリングバー１２の場合のクリアランスＣ１より大きなクリアランスが確保される。
【００２７】
しかし、図中斜線部２６で示したように、本実施の形態に係るボーリングバー１２の断面より真円２４の断面は小さい。換言するならば、本形態のボーリングバー１２の断面は真円２４より斜線部２６の分だけ大きく、撓みや捩じれに対し強度的に優れ剛性を向上し得る。すなわち、特殊な材質を使わずに製造コストを維持した状態で、高強度のボーリングバーを得ることができる。従って、加工時間を短縮して加工する場合、例えば加工速度を速くするとボーリングバーに係る負荷が大きくなるが、負荷が増加してもボーリングバー１２の断面積の増によりボーリングバー１２の撓みを減少して、撓みによるボーリングバー１２の振動を減少し精度の高い加工を行うことが可能となる。
【００２８】
図６は、本発明に係るボーリングバー１２の他の実施の形態を示し、図３と同じくボーリングバー１２を加工孔１８に「セット状態」で挿入した時の断面形状を示したものである。図中前述した実施の形態の構成要素と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２９】
まず、基本円弧１４の半径ｒ１の大きさと、「オフセット状態」の基本円弧１４の中心点Ｏ１の位置および「セット状態」の基本円弧中心点Ｏ２の位置は、上記実施の形態と同一条件で決定される。本実施の形態の特徴的事項は、上述した実施の形態について、補助円弧１５の中心の位置と半径ｒ２の大きさについて他の設定を行ったことである。
【００３０】
具体的には、「セット状態」におけるボーリングバー１２の断面形状のＤサイドの外周面と加工孔１８の内周面との間の線Ｋ方向における距離Ｗ３を、Ｄサイド全域に亘り、共通となるように設定したものである。すなわち、補助円弧１５の半径ｒ２の大きさを、加工孔１８の半径Ｒと等しくし、「セット状態」での補助円弧１５の中心点Ｏ３を、加工孔１８の中心点Ｏ４から線Ｋ上に量Ｗ３だけ刃先１６ａ側に移動させた位置に設定する。
【００３１】
この補助円弧１５の形状により、「セット状態」すなわち、ボーリングバー１２の加工孔１８への挿入時にボーリングバー１２のＤサイドにおけるシフト方向（線Ｋ方向）へのずれの許容量Ｗ３を共通に確保しつつ、ボーリングバー１２の断面を加工孔１８の開口形状に近付け、ボーリングバー１２の断面積をできるだけ大きくしたものである。なお、本実施の形態においても切削加工時の必要なクリアランスと「セット状態」へシフトするための領域が確保されていることは上述の通りである。
【００３２】
図７は、本発明に係るボーリングバー１２の更に他の実施の形態を示したものである。図は、上述した実施の形態同様、ボーリングバー１２を加工孔１８に「セット状態」で挿入した時の断面形状を示したものである。図中前述した実施の形態と同一の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３３】
本実施の形態においても、基本円弧１４の半径ｒ１の大きさと、「オフセット状態」の基本円弧１４の中心点Ｏ１の位置および「セット状態」の基本円弧中心点Ｏ２の位置は、上記実施の形態と同一条件で決定されている。本実施の形態は、上述した実施の形態について、補助円弧１５の中心の位置と半径ｒ２の大きさについて、更に他の設定を行ったものである。
【００３４】
具体的には、ボーリングバー１２の断面形状のＤサイドの外周面と加工孔１８の内周面との間の加工孔１８の径方向における距離Ｗ４を、ボーリングバー１２の「セット状態」においてＤサイド全域に亘り共通の量になるようにしている。すなわち、「セット状態」における補助円弧１５の中心点Ｏ３を、加工孔１８の中心点Ｏ４と同じ位置とし、補助円弧１５の半径ｒ２の大きさを、ボーリングバー１２の断面形状のＤサイドの外周面と加工孔１８の内周面との間の距離Ｗ４とするように設定したものである。
【００３５】
この補助円弧１５の形状により、「セット状態」すなわち、ボーリングバー１２の加工孔１８への挿入時にボーリングバー１２のＤサイドにおける加工孔１８の径方向へのずれの許容量を共通の距離Ｗ４として確保しつつ、ボーリングバー１２の断面を加工孔１８の開口形状に近付け、ボーリングバー１２の断面積をできるだけ大きくしたものである。また、本実施の形態においてもボーリングバー１２は、切削加工時のクリアランスおよび「セット状態」へシフトするための領域を確保する条件を充たしているのは上述の通りである。
【００３６】
なお、本実施の形態では刃先１６ａは調整ネジ３４と締め付けネジ３６とでボーリングバー１２に取り付けられており、刃先１６ａの突出量Ｆを調整することができるようにしている。
【００３７】
図８は、本発明に係るボーリングバー１２の更に他の実施の形態を示したものである。図中、図３に示した実施の形態と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図は「セット状態」でボーリングバー１２を加工孔１８に挿入したもので、基本円弧１４は図３に示した実施の形態と同一の条件で形成されている。
【００３８】
そして、特徴的な事項は補助円弧部分の設定にあり、具体的には、ボーリングバー１２のＤサイドの断面形状は円弧形状ではなく、多面形状、すなわち、平坦面２８、３０及び３２とから形成されている。そして、ボーリングバー１２の加工孔１８への挿入時における「セット状態」において刃先１６ａと加工孔１８の内周面との距離Ｗ２を確保すると共に、Ｄサイドでは線Ｋ上における平坦面３０と加工孔１８の内周面との距離Ｗ３を確保している。この単純な３つの平坦面２８，３０，３２でボーリングバー１２のＤサイドの断面形状を形成することにより、ボーリングバー１２の複雑な製造工程が不要となり精度の良い製造が可能となり、ボーリングバー１２を製造の際の迅速化が図れる。
【００３９】
以上説明した各実施の形態のボーリングバー１２の材質としては、例えば、鋼、鋳鉄、アルミニウム、真鍮等が使用可能であり、特に超硬材や炭素繊維との複合材である必要はない。
【００４０】
なお、本発明の構成は、上記各実施の形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るボーリングバーによれば、このボーリングバーが切削加工時に必要なクリアランスを確保するという条件及び「セット状態」にシフトできるという前提の下で、断面が真円のボーリングバーの場合よりも断面積を大きくすることができる。これにより特殊な材質を使用すること無く、剛性の高い高強度なボーリングバーが得られ、撓みによるボーリングバーの振動を減少して精度の高い加工を行うことができる。更に、ボーリングバーの製造時に特に材料を限定する必要がないので、製造上特殊な材質を使わずに製造コストを維持した状態で、高強度のボーリングバーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボーリングバーを加工孔に挿入する時の態様を示した平面図である。
【図２】本発明に係るボーリングバーで加工孔を切削する態様を示した立面図である。
【図３】本発明に係るボーリングバーの実施の形態を示した図であって、「セット状態」におけるボーリングバーの断面図である。
【図４】図３のボーリングバーであって、「オフセット状態」におけるボーリングバーの断面図である。
【図５】図３のボーリングバーの断面と真円とを比較した図である。
【図６】本発明に係るボーリングバーの別の実施の形態を示した図であって、「セット状態」のボーリングバーの断面図である。
【図７】本発明に係るボーリングバーの更に別の実施の形態を示した図であって、「セット状態」のボーリングバーの断面図である。
【図８】本発明に係るボーリングバーの更に別の実施の形態を示した図であって、「セット状態」のボーリングバーの断面図である。
【図９】従来技術に関する説明図である。
【図１０】従来技術に関する説明図である。
【符号の説明】
１２ボーリングバー
１４基本円弧
１５補助円弧
１６切刃
１８加工孔
２４真円

Claims

棒状の本体部と、該本体部の先端外側に装着された切刃とを有し、
ワークに形成された所定長さの断面円形の加工孔の内周面を回転動作及び前記長さ方向への移動動作により切削するボーリングバーにおいて、
前記本体部の長さ方向に直交する断面は、
前記切刃の装着部を含む切刃側外周の形状が、前記切刃による切削時における前記本体部の外周面と前記加工孔の内周面との間に切削加工時に必要なクリアランスが確保される最大径である基本径を有する円弧状とされ、
前記切刃側外周に対向する側の外周形状が、前記基本径を有する円弧形状よりも所定の領域分が除去された形状とされ、
前記除去された所定の領域は、加工孔へのボーリングバー挿入時に、前記切刃先端が前記加工孔の内周面に衝突しないように前記内周面から離反する方向に安全距離だけシフトさせることのできる領域であることを特徴とするボーリングバー。
前記切刃側外周に対向する側の外周形状が、
前記基本径と同じかそれ以上の大きさの径を有し、前記切刃先端と前記基本径中心とを結ぶ線に沿って、前記基本径中心から所定距離、前記切刃先端側に移動された中心を有する円弧であることを特徴とする請求項１に記載のボーリングバー。
前記切刃側外周に対向する側の外周形状が、２つの直線を主体とする山形形状であることを特徴とする請求項１に記載のボーリングバー。