JP2011083861A - 中ぐり工具 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量である上に、耐磨耗性と高い剛性をあわせ持つ中ぐり工具を提供することにある。
【解決手段】軸状の工具本体１０に切削具２０が設けられ、工具本体１０を軸方向に往復運動することで被加工物に設けられた穴を中ぐり加工する中ぐり工具であって、工具本体１０が、炭素繊維強化複合材で形成された基材１１と、工具本体１０の表面１０ｂに施された硬質メッキからなる硬質メッキ層１３と、基材１１と硬質メッキ層１３との間に施され、硬質メッキ１３の濡れ性を高める下地メッキからなる下地層１２と、を備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物に設けられた穴を荒加工または仕上げ加工する中ぐり工具に関する。

中ぐり工具は、被加工物に設けられた穴を荒加工または仕上げ加工するときに利用されている。例えば、内燃機関のシリンダブロックのクランクシャフト穴を加工する場合、中ぐり工具の一種であるラインボーリングバーが利用されている。クランクシャフト穴の加工は、ラインボーリングバーをシリンダブロックのクランクシャフト穴に挿入し、ラインボーリングバーを回転しつつ軸方向に往復運動することにより行われている。

このようにラインボーリグバーが動作しており、耐磨耗性と高い剛性とをあわせ持つことが要求されている。そのため、ラインボーリングバーとして、従来、鋼鉄製の工具が利用されていた。しかし、工具による加工精度の更なる向上が求められ、中ぐり工具自体の質量による変形、振動も無視できなくなり、更なる軽量化が検討されている。例えば、特許文献１には高剛性複合材料バーが開示されている。高剛性複合材料バーは、静的剛性の高い材料で製作された円柱状の金属バーと、金属バーの一方の端部に接続され、比剛性の高い複合材料で製作された円柱状の複合材料バーと、金属バーと複合材料バーの外周を取り囲む連結部材とで構成されている。

特表２００４−５３５９４２号公報（例えば、段落［００２３］〜［００２９］、［図１１］など参照）

上述した高剛性複合材料バーは、その一部が複合材料バーであるため、全てが鋼鉄からなる工具と比べて軽量であるものの、この高剛性複合材料バーの一部に金属バーを具備するものであり、金属バーの部分も軽量化することが望まれていた。

以上のことから、本発明は前述した課題を解決するために為されたものであって、軽量である上に、耐磨耗性と高い剛性をあわせ持つ中ぐり工具を提供することを目的としている。

上述した課題を解決する本発明に係る中ぐり工具は、
軸状の工具本体に切削具が設けられ、当該工具本体を軸方向に往復運動することで被加工物に設けられた穴を中ぐり加工する中ぐり工具であって、
前記工具本体は、炭素繊維強化複合材で形成された基材と、
前記工具本体の表面に施された硬質メッキからなる硬質メッキ層と、
前記基材と前記硬質メッキ層との間に施され、前記硬質メッキの濡れ性を高める下地メッキからなる下地層と、を備えた
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する本発明に係る中ぐり工具は、
軸状の工具本体に切削具が設けられ、当該工具本体を軸方向に往復運動することで被加工物に設けられた穴を中ぐり加工する中ぐり工具であって、
前記工具本体は、炭素繊維強化複合材で形成された基材と、
前記基材の表面に硬質な粉末が溶射されて形成された溶射被膜層と、を備えた
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する本発明に係る中ぐり工具は、上述した中ぐり工具であって、
前記工具本体が、中空状に形成されている
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する本発明に係る中ぐり工具は、上述した中ぐり工具であって、
前記硬質メッキが、硬質クロムメッキである
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する本発明に係る中ぐり工具は、上述した中ぐり工具であって、
前記下地メッキが、銅メッキ、鉄メッキ、またはクロムメッキである
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する本発明に係る中ぐり工具は、上述した中ぐり工具であって、
前記硬質な粉末が、タングステンカーバイト（ＷＣ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１種を含有している
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する本発明に係る中ぐり工具は、上述した中ぐり工具であって、
前記工具本体に前記切削具を固定する固定穴が設けられ、
前記切削具が、前記被加工物を加工する切削加工チップと、
前記切削加工チップを保持する保持具と、
前記固定穴に挿入されて、前記保持具を前記工具本体に固定する固定具と
を備えた
ことを特徴とする。

本発明に係る中ぐり工具によれば、上述した構成にすることで、軽量である上に、耐磨耗性と高い剛性をあわせ持つものとなる。これにより、中ぐり工具の撓み、振動が抑制されて、高精度な加工を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る中ぐり工具を模式的に示した図であって、図１（ａ）にその全体を示し、図１（ｂ）に図１（ａ）における囲み線Ｉの拡大を示す。 本発明の一実施形態に係る中ぐり工具が具備する切削具の一例を示す図であって、図２（ａ）に中ぐり工具に切削具を取り付けた状態の平面を示し、図２（ｂ）に図２（ａ）におけるｂ−ｂ断面を示し、図２（ｃ）に図２（ａ）におけるｃ−ｃ断面を示す。 本発明の一実施形態に係る中ぐり工具による被加工物の加工手順の一例を説明するための図である。 本発明の他実施形態に係る中ぐり工具の工具本体の断面を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態に係る中ぐり工具を支持する支持ブッシュの他例を示す図である。

本発明に係る中ぐり工具の一実施形態について、図１〜図３を参照して詳細に説明する。

本実施形態にて、中ぐり工具の一種であるラインボーリングバーに適用した場合について説明する。ラインボーリングバーは、軸状の工具本体に設けられた複数の切削具を具備する。工具本体を回転しつつ軸方向に往復運動することで、被加工物に設けられた穴を中ぐり加工することができる。ラインボーリングバー１は、図１（ａ）に示すように、筒状に形成された工具本体１０を具備する。これにより、工具本体１０の強度が低下することなく、当該工具本体１０を効果的に軽量化することができる。

工具本体１０の一方の端部には工具ホルダ４０が設けられる。工具ホルダ４０は、工具支持部４１、工具固定部４２、連結部４３を具備する。工具支持部４１は、工具本体１０の内周部１０ａに嵌め込み可能に形成されており、工具支持部４１の外周部４１ａと工具本体１０の内周部１０ａは接着剤で固定される。工具固定部４２は、工作機械（中ぐり盤）の主軸頭に取付可能に形成される。工具支持部４１と工具固定部４２とは連結部４３を介して連結される。

工具本体１０の軸方向（長手方向）には、中ぐり工具が加工する被加工物の穴、例えば、シリンダブロックのクランクシャフト穴に対応して、切削具２０を固定する固定穴１４が複数設けられる。固定穴１４に対向する箇所には、後述する調整ネジ２８を回転するための回転工具を挿入可能な工具用穴１５が設けられる。工具用穴１５の段差部１５ａは、図２（ｂ）に示すように、後述するバイトホルダ２３の他方の端部側が嵌め込み可能に形成されている。

切削具２０は、図２（ａ）および図２（ｂ）ならびに図２（ｃ）に示すように、切削加工チップ２１、バイト（保持具）２２、バイトホルダ（固定具）２３を具備する。バイトホルダ２３は、筒部（保持部）２４と、筒部２４の一方の端部に接続されるフランジ部２５とを具備する。

切削加工チップ２１は、ボルト３３によりバイト２２の先端部に着脱自在に固定される。バイト２２の下端部近傍には、後述する固定ネジ２９の頭部が当接する長穴２２ａが形成される。

筒部２４の一方の端部側は、筒部２４内にバイト２２が挿入可能に形成される。筒部２４の他方の端部側には、調整ネジ２８（径方向位置調整手段）の雄ねじ部（図示せず）が噛み合い可能な雌ねじ部（図示せず）が形成される。図示しない回転工具で調整ネジ２８を回転することにより、調整ネジ２８が工具本体１０の径方向に移動して、バイト２２の位置は工具本体１０の径方向で調整される。これにより、切削加工チップ２１の位置は、工具本体１０の径方向にて調整される。なお、切削加工チップ２１の位置を調整した後には、工具用穴１５は蓋部材（図示せず）で覆われて、工具用穴１５内への切削屑などの侵入が防止される。筒部２４にはその内周壁部と外周壁部を貫通し、固定ネジ２９（固定手段）が噛み合い可能なボルト穴２４ａが形成される。固定ネジ２９によりバイト２２がバイトホルダ２３に固定される。

フランジ部２５は、略長方形状に形成される。フランジ部２５の長手方向における両端部側には、切欠き部２６およびボルト穴２７がそれぞれ設けられる。一方の端部側の切欠き部２６と他方の端部側の切欠き部２６とは対向する箇所に設けられる。両端部に設けられたボルト穴２７は、切欠き部２６に連通する連通部２７ａがそれぞれ設けられる。フランジ部２５は、固定穴１４の段差部１４ａに嵌め込まれ、ボルト３１およびナット３２で工具本体１０に固定される。バイトホルダ２３を取り外し不要な場合は、工具本体１０とバイトホルダ２３を接着しても良い。

ここで、上述した工具本体１０は、図１（ｂ）に示すように、基材１１と下地層１２と硬質メッキ層１３とを具備する。基材１１は、炭素繊維複合強化複合材（ＣＦＲＰ；Carbon Fiber Reinforced Plastic）で作製される。このように基材１１をＣＦＲＰで作製することにより、ラインボーリングバー１自体の軽量化を図ることができ、剛性を高めることができる。

下地層１２は、後述する硬質メッキの濡れ性を向上させるものである下地メッキからなり、基材１１の表面１１ａに設けられる。下地メッキとしては、銅メッキ、鉄メッキ、クロムメッキなどが挙げられる。下地メッキのメッキ処理方法として、電気メッキ、無電解メッキなどの従来のメッキ処理方法が挙げられる。このように下地メッキが、銅メッキ、鉄メッキ、クロムメッキであることにより、大幅な製造コスト増を抑制できる。

硬質メッキ層１３は、硬質メッキからなり、下地層１２の表面１２ａに設けられる。言い換えると、工具本体１０の表面１０ｂに硬質メッキ層１３が設けられる。これにより、ラインボーリグバー（中ぐり工具）１として利用に耐えうる強度および剛性が得られる。さらに、ラインボーリングバー１を軸方向に往復運動した場合に、後述するラインボーリングバー１を支持する支持ブッシュ５５，５６との摩擦、切削屑、例えば、ラインボーリングバー１による切削屑に対して耐磨耗性が向上する。その上、ラインボーリングバー１自体の取り扱い性が向上する。硬質メッキとしては、硬質クロムメッキなどが挙げられる。硬質メッキのメッキ処理方法としては、電気メッキ、無電解メッキなどの従来のメッキ処理方法が挙げられる。このように硬質メッキが硬質クロムメッキであることにより、大幅な製造コスト増を抑制できる。

ここで、上述したラインボーリングバーを用いて被加工物の穴を加工する場合について図３を参照して具体的に説明する。
まず、中ぐり盤の主軸頭５１にラインボーリングバー１のホルダ４２を固定する。被加工物の一例として、内燃機関のシリンダブロック５２をテーブル５４に固定する。テーブル５４の前後には、支持ブッシュ５５，５６がそれぞれ配置される。支持ブッシュ５５，５６は、内筒５５ａ，５６ａと外筒５５ｂ，５６ｂとからなり、内筒５５ａ，５６ａは外筒５５ｂ，５６ｂに対して、軸受５５ｃ，５６ｃにより軸を中心として回転可能に支持されている。
続いて、図３（ａ）に示すように、シリンダ５３によりテーブル５４を上下動させてラインボーリングバー１の中心軸Ｃ１とクランクシャフト穴５２ａの中心軸Ｃ２とを上下方向においてオフセットさせる。

続いて、図３（ｂ）中に矢印Ｂで示すように、ラインボーリングバー１をクランクシャフト穴５２ａに挿入する。このように、ラインボーリングバー１をクランクシャフト穴５２ａに挿入する際には、ラインボーリングバー１の中心軸Ｃ１とクランクシャフト穴５２ａの中心軸Ｃ２とが上下方向においてオフセットさせているため、ラインボーリングバー１の切削加工チップ２１がクランクシャフト穴５２ａに接触することなく、ラインボーリングバー１をクランクシャフト穴５２ａに挿入することができる。

続いて、図３（ｃ）中に矢印Ｃで示すように、シリンダ５３によりテーブル５４を上下動させて、ラインボーリングバー１の中心軸Ｃ１とクランクシャフト穴５２ａの中心軸Ｃ２とを重ならせる。この状態にて、ラインボーリングバー１を回転しつつ、ラインボーリングバー１の軸方向へ往復運動することにより、クランクシャフト穴５２ａに加工を施している。

よって、本実施形態に係る中ぐり工具によれば、工具本体１０が炭素繊維強化複合材で形成された基材１１と、工具本体１０の表面１０ｂに形成された硬質メッキ層１３と、基材１１と硬質メッキ層１３との間に形成された下地層１２とを、備えたことにより、工具本体１０自体が炭素繊維強化複合材で形成されることで軽量であり、工具本体１０の表面１０ｂに硬質メッキ層１３が設けられたことで、耐磨耗性と高い剛性をあわせ持つものとなる。これにより、中ぐり工具の撓み、振動が抑制されて、高精度な加工を行うことができる。

切削具２０が、切削加工チップ２１とバイト２２とバイトホルダ２３とを備えたことにより、工具本体１０の基材１１が炭素繊維強化複合材であっても、切削具２０を容易に工具本体１０に固定することができる。

なお、上記では、基材１１と硬質メッキ層１３の間に施された下地層１２を備えた工具本体１０をラインボーリングバー１（中ぐり工具）に適用して説明したが、例えば図４に示すように、炭素繊維強化複合材（ＣＦＲＰ）で形成された基材１１１と、基材１１１の表面１１１ａに溶射硬質粒子（硬質な粉末）１１２が溶射されて形成された溶射被膜層１１３とを、備えた工具本体１１０をラインボーリングバー（中ぐり工具）に適用することも可能である。すなわち、工具本体１１０の内周部１１０ａ側に基材１１１が配置される一方、工具本体１１０の表面１１０ｂ側に溶射被覆層１１３が配置された工具本体１１０をラインボーリングバーに適用することも可能である。このようなラインボーリングバーであっても、上述したラインボーリングバー１と同様な作用効果を奏する。前述した溶射硬質粒子としては、タングステンカーバイト（ＷＣ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。これらのような溶射硬質粒子を用いることで、ラインボーリングバーを支持する支持ブッシュとの摩擦、切削屑、例えば、ラインボーリングバーによる切削屑に対して耐磨耗性が向上する。

上記では、ラインボーリングバー１を２つの支持ブッシュ５５，５６で回転可能に支持する場合について説明したが、図５に示すように、ラインボーリングバー１を１つの支持ブッシュ５５で回転可能に支持することも可能である。

上記では、支持ブッシュ５５，５６として、内筒５５ａ，５６ａと外筒５５ｂ，５６ｂとの間に軸受５５ｃ，５６ｃを配置して、内筒５５ａ，５６ａを回転可能に支持する回転支持ブッシュ（転がり軸受け）を用いて説明したが、滑り支持ブッシュ（滑り軸受け）を用いることも可能である。

上記では、中ぐり工具としてラインボーリングバー１に適用した場合について説明したが、工具本体の一方の端部に１つの切削具が設けられたリーマ、もしくは支持ブッシュのない中ぐり工具に適用することも可能である。リーマ、もしくは支持ブッシュのない中ぐり工具に適用した場合であっても、上述した中ぐり工具と同様な作用効果を奏する。

本発明に係る中ぐり工具は、軽量である上に、耐磨耗性と高い剛性をあわせ持ち、工具の撓み、振動が抑制されて、高精度な加工を行うことができるため、工作機械産業にとって有用である。更に工具の軽量化により、自動工具交換装置など工具の搬送、移送手段が小型化、簡易となるため、機械全体への費用削減効果は大きい。

１ ラインボーリングバー
１０ 工具本体
１１ 基材
１２ 下地層
１３ 硬質メッキ層
２０ 切削具
２１ 切削加工チップ
２２ バイト
２３ バイトホルダ
２４ 筒部
２５ フランジ部
２６ 切欠き部
２７ ボルト穴
２８ 調整ネジ
２９ 固定ネジ
５１ 主軸頭
５２ シリンダブロック
５３ シリンダ
５４ テーブル
５５，５６ 支持ブッシュ
１１０ 工具本体
１１１ 基材
１１２ 溶射硬質粒子
１１３ 溶射被膜層

Claims (7)

1. 軸状の工具本体に切削具が設けられ、当該工具本体を軸方向に往復運動することで被加工物に設けられた穴を中ぐり加工する中ぐり工具であって、
   前記工具本体は、炭素繊維強化複合材で形成された基材と、
   前記工具本体の表面に施された硬質メッキからなる硬質メッキ層と、
   前記基材と前記硬質メッキ層との間に施され、前記硬質メッキの濡れ性を高める下地メッキからなる下地層と、を備えた
   ことを特徴とする中ぐり工具。
2. 軸状の工具本体に切削具が設けられ、当該工具本体を軸方向に往復運動することで被加工物に設けられた穴を中ぐり加工する中ぐり工具であって、
   前記工具本体は、炭素繊維強化複合材で形成された基材と、
   前記工具本体の表面に硬質な粉末が溶射されて形成された溶射被膜層と、を備えた
   ことを特徴とする中ぐり工具。
3. 請求項１または請求項２に記載された中ぐり工具であって、
   前記工具本体が、中空状に形成されている
   ことを特徴とする中ぐり工具。
4. 請求項１に記載された中ぐり工具であって、
   前記硬質メッキが、硬質クロムメッキである
   ことを特徴とする中ぐり工具。
5. 請求項１または請求項４に記載されたボーリングバーであって、
   前記下地メッキが、銅メッキ、鉄メッキ、またはクロムメッキである
   ことを特徴とする中ぐり工具。
6. 請求項２に記載された中ぐり工具であって、
   前記硬質な粉末が、タングステンカーバイト（ＷＣ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも１種を含有している
   ことを特徴とする中ぐり工具。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載された中ぐり工具であって、
   前記工具本体に前記切削具を固定する固定穴が設けられ、
   前記切削具は、前記被加工物を加工する切削加工チップと、
   前記切削加工チップを保持する保持具と、
   前記固定穴に挿入されて、前記保持具を前記工具本体に固定する固定具と
   を備えた
   ことを特徴とする中ぐり工具。

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