JP2017074629A

JP2017074629A - 有底の穴の内面研磨装置

Info

Publication number: JP2017074629A
Application number: JP2015201976A
Authority: JP
Inventors: 雄大伊藤; Takehiro Ito
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2017-04-20

Abstract

【課題】有底の穴の内面全体を、穴の軸方向に沿った方向に容易に且つ適切に研磨することができる研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨装置は、有底の穴Ｈの開口部Ｈａから嵌挿される治具１と、治具１を穴Ｈに対して相対的に軸周りＲに回転駆動する回転駆動手段２と、流動性を有する研磨材を循環供給する研磨材循環手段３と、を備えている。治具１は、穴Ｈに嵌挿したときに先端部１ｂが穴Ｈの底部Ｈｂに達し、基端部１ａが穴Ｈの開口部Ｈａから突き出る軸方向長さを有しており、先端部１ｂは、穴Ｈの底部Ｈｂの凹曲面状の形状と対応して、凸曲面状の形状に成形されている。治具１には、穴Ｈに嵌挿した際に、穴Ｈの内面との間に研磨材を流通させるための流路５を形成する溝１０が形成されている。流路５の両端部には、研磨材循環手段３の供給管路３０と回収管路３１がそれぞれ連結される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば管状物やブロック状の部材などに行き止まり状に形成された底部を有する穴、すなわち有底の穴の内面を研磨するための装置に関する。

例えば金型内や、金型に設けられる鋳抜きピン、入子など（以下、鋳抜きピン、入子などを含めて金型という）に冷却流体を流通させるための冷却穴は、ドリル加工や放電加工によって形成することができる。冷却穴の内面の性状は、かかる冷却穴から発生する金型の割れに影響する。

ここで、ドリル加工は一般に、予め設定された断面の大きさ（径）よりも小さく形成された下孔に刃具を進入させ、軸周りに回転させて、その内面を切削して設定された径の穴を形成する。そのため、ドリル加工では、図４のように刃具の跡（加工傷Ｋ）が冷却穴Ｈの内面に軸周り沿って残る。このようにドリル加工により形成された冷却穴は、そのままでの状態では、加工傷を起点として破壊が進行する。また、放電加工により形成された冷却穴の場合には、放電加工後の加工肌が溶融急冷組織となっていることから、割れが発生し易い。このようにして発生した冷却穴からの割れは修正が難しく、金型の廃却に直結する。そのため、金型の冷却穴の内面を研磨する必要がある。また、金型の冷却穴以外にも、内面を研磨する必要のある場合がある。

管状物の内孔を研磨するための技術として、特許文献１が知られている。特許文献１には、砥粒を有する細長の樹脂体の多数本と、複数の金属線とを一緒に捻じることによって作製された研磨部の両端に棒状物が取り付けられてなる研磨工具が開示されている。そして、特許文献１には、研磨工具を管状物の内孔の一方から挿入し、他方から取り出して、該内孔に該研磨部が当接するように位置させた後、研磨液を該内孔に供給しながら、該棒状物を互いに引っ張り合った状態で回転させることによって該内孔を該研磨部で研磨することを特徴とする管状物の内孔の研磨方法が記載されている。

特開平４−２１０３６６号公報

上記特許文献１にあっては、研磨工具を管状物の内孔の一方から挿入し、他方から取り出して使用するものであるため、研磨する対象が、研磨工具を挿入する一方と、研磨工具を取り出す他方とを有する貫通した管状物の内孔に限られており、有底の穴の内面を研磨することができない。

また、有底の穴Ｈが図４に示したようにドリルＤによる加工で形成されたものである場合、ドリルＤによる加工傷Ｋを消失させるように研摩するためには、加工傷Ｋに直交する方向、すなわち穴Ｈの軸方向（図４では左右方向）に沿って内面を研磨する必要がある。また、有底の穴Ｈが放電加工により形成されたものである場合であっても、特にその穴Ｈが冷却穴の場合には、内部に冷却流体などを流通させることに鑑みて、穴の軸方向に沿って内面を研磨することが望ましい。

ここで、上記特許文献１に参照されるような研磨工具を有底の穴の開口部から挿入し、穴の軸周りに回転させて内面を研磨することが考えられる。しかしながら、この場合には、穴の内面の周方向またはらせん状に研磨することとなり、穴の軸方向に研磨することができない。上述したように、図４に示したように穴Ｈがドリル加工により形成されたものである場合には特に、穴の内面の周方向に形成された加工傷Ｋと同じ方向に研摩することとなり、加工傷Ｋと直交する方向に研摩して消失させることができない。

さらに、図４に示したように、穴Ｈの底部Ｈｂが凹曲面状に形成されている場合があり、かかる凹曲面状の底部Ｈｂを適切に研磨する必要がある。しかしながら、上述したように研磨工具を穴Ｈの開口部Ｈａから挿入して軸Ｃ周りに回転させることにより内面を研摩する従来の技術にあっては、穴Ｈの内面の特に凹曲面状に形成された底部Ｈｂを研磨工具の先端部が適切に研磨することは困難である。

本発明は、上述した問題を優位に解決するためになされたもので、有底の穴の内面全体を、穴の軸方向に沿った方向に容易に且つ適切に研磨することができる研磨装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、内面を研磨すべき底部を有する穴に軸周りに回転可能に嵌挿される治具と、該治具を前記穴に対して相対的に軸周りに回転駆動する回転駆動手段と、流動性を有する研磨材を供給する供給管路、及び、供給した研磨材を回収する回収管路とを含む研磨材循環手段とを備え、前記治具は、前記穴に嵌挿した際に先端部が前記底部に達する軸方向長さを有するとともに、前記先端部の形状が前記底部と対応するよう形成されており、前記治具の表面における基端部の所定箇所から前記先端部に向かって軸方向に延び、前記先端部を経由して前記基端部の所定箇所とは異なる箇所へ向かって軸方向に延びて、前記治具を前記穴に嵌挿した際に前記穴の内面との間に前記研磨材を流通させる流路を形成する溝が連続して形成されており、前記研磨材循環手段の供給管路と回収管路は、前記治具の溝と前記穴の内面との間に形成された流路の両端部にそれぞれ連結されていることを特徴とする。

本発明では、治具を有底の穴に嵌挿する。治具の先端部は、穴の底部に達する。そして、穴の底部が曲面状に形成されている場合など、その穴の底部の形状と対応して治具の先端部が形成されている。治具を穴に嵌挿することにより、治具の表面に連続して形成された溝が穴の内面との間に流路を形成する。この流路の一方の端部に研磨材循環手段の供給管路を連結し、他方の端部に研磨材循環手段の回収管路を連結して、研磨材循環手段により流路に流動性を有する研磨材を供給循環させる。研磨材が流路を流動することにより、穴の内周面を軸方向に沿って研磨し、また穴の底部の形状に応じて研磨する。そして、回転駆動手段により治具を穴に対して相対的に軸周りに回転駆動すると、治具に形成された溝の内面に対する位置が変更し、内面の異なる位置を研磨することができる。その結果、穴の内面全体を適切に研磨することができる。なお、回転駆動手段による治具の軸周りの回転は、一方向に限定されることはなく、双方への回転、すなわち回動を含むことができる。
本発明によれば、治具を穴に嵌挿した際に、治具の軸方向に沿って形成された溝と穴の内面との間に形成された流路を研磨材が流通するので、穴の底部が曲面状に形成されている場合であっても、かかる曲面状に形成された底部を含め、有底の穴の内面全体を、穴の軸方向に沿った方向に容易に且つ適切に研磨することができる。

なお、前記治具の溝は、前記ポンプの供給管路が接続される側から、前記ポンプの回収管路が接続される側に向かって、経路の断面積が同じかまたは漸次縮小するように形成されていることが望ましい。
このように溝を形成することにより、流路内で循環される研磨材の流速を低下させることなく適切に制御して、内面の研磨に必要なエネルギーを付与することができ、また、内面を必要以上に研磨するのを防止することができる。

本発明の有底の穴の内面研磨装置の実施の一形態を説明するために示した一部断面図である。穴に対して治具を嵌挿し、流路の開口部に研磨材循環手段の供給管路と回収管路とをそれぞれ連結する状態を示した説明図である。穴に治具を嵌挿した状態を示した横断面図である。ドリル加工により穴を形成する状態を説明するために示した断面図である。

本発明の有底の穴の内面研磨装置の一形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。以下の説明では、同じ構成要素または相当する構成要素に対して同一符号を付するものとする。

この実施の形態において、有底の穴Ｈは、金型内に設けられる管状の鋳抜きピンまたは入子Ｍの内部に断面が円形で直線状に形成された冷却媒体を流通させるためのもので、一端Ｈａが開口しており、先端が行き止まり状で底部Ｈｂを有している。穴Ｈの軸方向とは、図１に鎖線で示した中心軸Ｃに沿った上下方向を意味し、軸周りとは、図１に矢印Ｒで示した方向を意味する。穴Ｈの底部Ｈｂは、所定の曲率を有する凹曲面状に形成されている。なお、本発明で研磨する対象となる有底の穴Ｈは、管状の鋳抜きピンまたは入子Ｍ等の管状物に限定されることはなく、ブロック状の部材に形成されたものを含むことができる。また、本発明で内面を研磨する対象とする底部Ｈｂを有する穴Ｈは、たとえばドリル加工または放電加工により形成されたものなど、特に形成するための手法に限定されることはなく、また、金型の冷却媒体を流通させるためのもの以外の目的で形成されたものにも適用することができる。

研磨装置は、有底の穴Ｈの開口部Ｈａから嵌挿される治具１と、治具１を穴Ｈに対して相対的に軸周りＲに回転駆動する回転駆動手段２と、流動性を有する研磨材を循環供給する研磨材循環手段３と、を備えている。

治具１は、全体が略棒状に成形されたもので、穴Ｈに嵌挿したときに先端部１ｂが穴Ｈの底部Ｈｂに達し、基端部１ａが穴Ｈの開口部Ｈａから突き出る軸方向長さを有している。治具１の断面における大きさ、すなわち径は、穴Ｈ内で治具１が軸周りＲに回転し得る程度に穴Ｈの断面における径よりもわずかに小径に成形されている。さらに、治具１の先端部１ｂは、穴Ｈの底部Ｈｂの凹曲面状の形状と対応して、凸曲面状の形状に成形されている。治具１の表面には治具１の外側に開放する溝１０が形成されている。

治具１の溝１０は、図１に示すように、治具１の基端部１ａにおける周面の所定の箇所から軸方向に沿って先端部１ｂに延び、さらに先端部１ｂの反対側に延び、さらにまたこの先端部１ｂの反対側から軸方向に沿って基端部１ａの周面における所定の箇所とは反対側の箇所（中心軸Ｃからみて互いに１８０度の位相で）に延びるように、連続して形成されている。図３に示したように、この実施の形態の溝１０は、断面略円形で、全領域に亘って同じ断面の大きさで、且つ、治具１の外側に開放する幅が均一となるよう形成されている。溝１０の断面形状を略円形とすることにより、流動性を有する研磨材が流通する流路５（後述する）の断面における流速や圧力を均一に制御することができる。しかしながら、溝１０の断面形状は、略円形に限定されることはなく、たとえば略矩形やＶ字などとすることも本発明に含むことができる。また、溝１０を形成する手法は、特に限定されることはなく、たとえば切削加工などにより形成することができ、また、加工性を考慮して治具１を分割構造としてもよい。さらに、液体研磨剤の流速や圧力を制御するために、本発明における溝１０は、全領域に亘って同じ断面の大きさで形成されることに限定することはなく、研磨材循環手段３の供給管路３０（後述する）を連結する側から回収管路３１（後述する）を連結する側に向かって僅かに漸次縮小するよう形成することもできる。また、溝１０の開放する幅は、全長に亘って均一にすることに限定されることはなく、研磨する穴Ｈの断面形状等に応じて変化するよう形成することができる。

治具１は、研磨材に対して、研磨する穴Ｈの内面よりも耐摩耗性を有する材質が好ましく、高硬度（例えば、Ｈｖ６００以上）、あるいは硬化メッキを施した材料を採用することができる。

この実施の形態の回転駆動手段２は、穴Ｈが形成された鋳抜きピンまたは入子Ｍを把持する把持機構２０と、この把持機構２０を軸周りに所定量の角度で制御可能に相対回転させるモータ２１とを備えている。そして、把持機構２０は、鋳抜きピンまたは入子Ｍを把持・開放するよう開閉する爪２０ａを備えている。本実施の形態では、回転駆動手段２は鋳抜きピンまたは入子Ｍを回転駆動するものであるが、本発明の回転駆動手段は、これに限らず、治具１と穴Ｈとを相対的に回転させることができるものであればよく、治具１を中心軸Ｃ周りに回転させるよう構成してもよい。また、本発明の回転駆動手段２は、治具１と穴Ｈとを相対的に一方向に回転させるものだけでなく、双方向に反復回転させる、すなわち回動駆動するものを含む。そして、後述する理由から、治具１と穴Ｈとを相対的に回転させる角度は、３６０度または１８０度とすることができ、さらに、３６０度以上とすることもできる。

研磨材循環手段３は、ポンプにより構成されている。研磨材循環手段３の吐出側には供給管路３０が接続されており、吸入側には回収管路３１が接続されている。特に上述したように回転駆動手段２が治具１を軸周りに回転駆動するものである場合には、供給管路３０と回収管路３１はフレキシブルホースにより構成することができる。供給管路３０と回収管路３１の先端部には、治具１の溝１０と穴Ｈの内面とにより形成される流路５の両端開口に嵌合される栓材３３が設けられている。そして、供給管路３０と回収管路３１の先端は、流路５と連通することができるよう、栓材３３を貫通している。

流動性を有する研磨材としては、穴Ｈが形成された管状の鋳抜きピンまたは入子Ｍを構成する材質以上の硬度を有する材質からなる砥粒を含む液体研磨剤を採用することができる。液体研磨剤は、たとえばＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯなど、セラミック系の砥粒を含むものを採用することができる。砥粒の粒度は、最小径が１０〜２０μｍ（耐水研摩紙＃８００〜１５００に相当）の粒径であることが好ましい。研磨する穴Ｈの内面が粗い場合には、上述した最小径よりも粒径が大きい砥粒を含む液体研磨剤を用いることができる。

次に、以上のように構成された装置を用いて穴Ｈの内面を研磨する工程を説明する。この実施の形態においては、図２に示すように、回転駆動手段２の把持機構２０の爪２０ａにより鋳抜きピンまたは入子Ｍを把持する。このとき、鋳抜きピンまたは入子Ｍの穴Ｈの中心軸Ｃは、回転駆動手段２の把持機構２０の回転中心軸と一致している。

この鋳抜きピンまたは入子Ｍの把持と前後して、治具１を鋳抜きピンまたは入子Ｍの穴Ｈに嵌挿する。このとき、図１に示したように、治具１の先端部１ｂが穴Ｈの底部Ｈｂに接しており、基端部１ａが穴Ｈの開口部Ｈａから僅かに突出する状態となる。そして、治具１に形成された溝１０は、穴Ｈの内面と協働して流路５を形成する。流路５は、治具１に形成された溝１０の開放している幅で穴Ｈの内面に露出している。流路５の両端開口には、研磨材循環手段３の供給管路３０と回収管路３１の先端に設けられた栓材３３がそれぞれ嵌合される。これにより、研磨材循環手段３の供給管路３０と回収管路３１が流路５と接続される。

この状態で、研磨材循環手段３により流路５に液体研磨剤を供給循環すると、その結果、穴Ｈの内面における流路５に露出している部分が穴Ｈの内面の周方向の長さで流路５内で液体研磨剤の流通する方向に沿って研磨されることとなる。そして、穴Ｈの凹面状に形成された底部Ｈｂは、その凹曲面状と対応するように凸曲面状に成形された治具１の先端部１ｂにも溝１０が形成されていることにより、適切に研磨されることとなる。

このとき、溝１０が断面円形で形成されていることにより、流路５の断面における液体研磨剤の流速や圧力を均一に制御することができる。なお、研磨材循環手段３の流路５に供給する液体研磨剤の圧力や流速は、液体研磨剤の粘性などの特性や、研磨する穴Ｈの内面の性状、溝１０の開放幅、液体研磨剤を流路５に供給循環させる時間など、穴Ｈの適切な研磨に必要な要素に基づいて設定することができる。また、流路５を形成する溝１０の断面の大きさは、研磨材循環手段３の供給管路３０を連結する側から回収管路３１を連結する側に向かって大きくなると、液体研磨材の流速が低下するとともに、穴Ｈの内面付近での面圧を制御することができず、その結果、研磨による穴Ｈの内面の面粗度を向上させるためのエネルギを付与することができない、または、他の部分が必要以上に研磨されることが懸念される。しかしながら、本発明における溝１０の断面の大きさは、全領域に亘って同じか、または、研磨材循環手段３の供給管路３０を連結する側から回収管路３１を連結する側に向かって僅かに漸次縮小するよう形成されている。そのため、液体研磨材の流速を低下させることがなく、穴Ｈの内面付近での面圧を制御することができ、その結果、研磨による穴Ｈの内面の面粗度を向上させるためのエネルギを付与するとともに、他の部分を必要以上に研磨することがない。

溝１０の開放する幅で穴Ｈの内面が研磨されると、回転駆動手段２により治具１と穴Ｈが形成された鋳抜きピンまたは入子Ｍを相対的に軸Ｃ周りに所定の角度で回転させ、穴Ｈの内面のまだ研摩していない部分と溝１０との間で流路５を形成して液体研磨剤を流通させる工程を順次繰り返して行い、穴Ｈの内面を全面に亘って研磨する。なお、本発明の有底の穴の内面研磨装置は、回転駆動手段２により治具１と穴Ｈが形成された鋳抜きピンまたは入子Ｍを相対的に軸Ｃ周りに回転させながら連続的に流路５に液体研磨材を流通させて穴Ｈの内面を研磨することもできる。

なお、研磨の開始から終了までに、回転駆動手段２によって治具１と穴Ｈが形成された鋳抜きピンまたは入子Ｍとを相対的に中心軸Ｃ周りに１８０度回転させることにより、穴Ｈの内面全体に流路５が露出することとなり、その結果、穴Ｈの内面全体を研摩することができる。そして、必要な面粗度が得られるまで、回転駆動手段２によって治具１と穴Ｈが形成された鋳抜きピンまたは入子Ｍとを相対的に中心軸Ｃ周りに１８０度の範囲で反復して回動させればよい。しかしながら、必要に応じて、回転駆動手段２により治具１と穴Ｈが形成された鋳抜きピンまたは入子Ｍとを相対的に中心軸Ｃ周りに回転させる角度を３６０度の範囲とすることもでき、さらに、必要な面粗度が得られるまで３６０度以上回転させてもよい。

Ｈ：穴、Ｈａ：開口部、Ｈｂ：底部、Ｃ：中心軸、Ｒ：軸周りの回転、１：治具、１ａ：基端部、１ｂ：先端部、２：回転駆動手段３：研磨材循環手段、５：流路、１０：溝、３０：供給管路、３１：回収管路

Claims

内面を研磨すべき底部を有する穴に軸周りに回転可能に嵌挿される治具と、
該治具を前記穴に対して相対的に軸周りに回転駆動する回転駆動手段と、
流動性を有する研磨材を供給する供給管路、及び、供給した研磨材を回収する回収管路とを含む研磨材循環手段とを備え、
前記治具は、前記穴に嵌挿した際に先端部が前記底部に達する軸方向長さを有するとともに、前記先端部の形状が前記底部と対応するよう形成されており、前記治具の表面における基端部の所定箇所から前記先端部に向かって軸方向に延び、前記先端部を経由して前記基端部の所定箇所とは異なる箇所へ向かって軸方向に延びて、前記治具を前記穴に嵌挿した際に前記穴の内面との間に前記研磨材を流通させる流路を形成する溝が連続して形成されており、
前記研磨材循環手段の供給管路と回収管路は、前記治具の溝と前記穴の内面との間に形成された流路の両端部にそれぞれ連結されていることを特徴とする有底の穴の内面研磨装置。