JP2018103289A - リーマ - Google Patents

Abstract

【課題】砥粒固定部の先端側から吐出される切削油の流速を高め、切り屑の堆積を抑制することができるリーマを提供する。
【解決手段】リーマ１は、外周面に設けられた複数の砥粒固定部２と、該砥粒固定部２間に設けられた溝部３と、軸心Ｃに設けられた切削油供給路６と、軸方向に沿う複数箇所に傾斜状に設けられ、切削油供給路６と溝部３の底面４とを連通する連通路５とを備え、各溝部３の底面４が、基端側から先端側に向かって浅くなるように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、リーマに関する。

先端部にリーマ部を有し、基端側に砥石部を有する棒状の加工工具が知られている。
砥石部は、短冊状の砥石により構成され、ボデーの外周面に等間隔に設けられている。砥石は、ボデーの外周面に砥粒を電着した電着砥石である。ボデーの砥石部間には溝が形成されている。ボデーの軸心には、クーラント孔が軸方向に延在して設けられている。クーラント孔と各溝とは連結路により連通されており、各連結路は、各溝の底面に噴出口を有している。リーマ部において荒加工を行い、砥石部にて仕上げ加工が行われる。砥石部にて仕上げ加工を行う際、噴出口から噴出される切削油により被削材の切り屑が砥石部から除去されると共に、加工部が冷却される。

特開２００２−５９３１４号公報

砥石部の外径はリーマ部より僅かに大きいため、砥石部の先端部側では穴径を広げる作用を生じ、切りくずの発生量が多くなる。切削油の供給が不十分な場合、砥石部の先端側の砥粒間に切り屑が堆積する。切り屑が堆積すると、被削材の加工面を傷つけたり、面粗さを悪化する要因となったりする。これを避けるため、砥石部の砥粒間に詰まった切り屑の除去を頻繁に行ったり、工具の交換頻度を上げたりする必要があり、精度の確保に手間が掛かる。

本発明の一態様によると、リーマは、基端側と先端側とを有する軸形状の本体と、前記本体の外周面に設けられた複数の砥粒固定部と、前記本体の前記砥粒固定部間に設けられた溝部と、前記本体の軸心に設けられた切削油供給路と、前記本体の軸方向に沿う複数箇所に傾斜状に設けられ、前記切削油供給路と前記溝部の底面とを連通する連通路とを備え、前記各溝部の底面が、前記基端側から前記先端側に向かって浅くなるように形成されている。

本発明によれば、先端側から吐出される切削油の流速が高められ、切り屑の堆積を抑制することができる。

本発明のリーマの第１の実施形態の断面図である。 図１に図示されたリーマの側面図であり、軸心から上半部側を断面図として示す図である。 図２に図示されたリーマの砥粒固定部の先端部の拡大図である。 リーマの先端面からの距離と流速との関係を示す特性図である。 本発明のリーマの第２の実施形態を示し、軸心から上半部側を断面図として示す側面図である。 本発明のリーマの第３の実施形態を示し、軸心から上半部側を断面図として示す側面図である。 本発明のリーマの第４の実施形態を示し、軸心から上半部側を断面図として示す側面図である。

−第１の実施形態−
以下、図１〜図４を参照して、本発明のリーマの第１の実施形態を説明する。
図１は、本発明のリーマの第１の実施形態の断面図であり、図２は、図１に図示されたリーマの側面図であり、軸心から上半部側を断面図として示す側面図である。
リーマ１は、先端側と、後端側である基端側とを有し、軸状に形成されている。
リーマ１の基端側の後端部は、ストレートシャンクやテーパシャンク形状とされ（図示せず）、工具ホルダを介して工作機械に取付けられる。

リーマ１本体の外周面には、所定の角度毎に砥粒固定部２が設けられている。換言すれば、砥粒固定部２は、リーマ１本体の外周面に沿って、所定ピッチで配置されている。各砥粒固定部２は、軸心Ｃ方向に延在されている。各砥粒固定部２間には、溝部３が形成されている。溝部３は、砥粒固定部２よりも基端側に長く延在されている。

リーマ１本体には、軸心Ｃと同軸に、切削油供給路６が形成されている。切削油供給路６は基端側から延在され、リーマ１本体の先端面１ａよりも手前の位置で終端している。つまり、切削油供給路６は、先端が塞がれた止まり孔となっている。
切削油供給路６と溝部３の底面４とは、複数の連通路５により連通されている。各連通路５は、基端側から先端側に向けて軸心Ｃから離間する方向に傾斜されている。各連通路５は、溝部３の底面４に切削油が吐出される切削油吐出口５ａを有し、軸方向に沿って配列されている。
切削油供給路６の基端側から不図示の切削油供給装置により切削油を送り込むことにより、切削油供給路６および各連通路５を介して、各切削油吐出口５ａから切削油が吐出される。連通路５は、基端側から先端側に向けて軸心Ｃから離間する方向に傾斜されているため、切削油吐出口５ａから吐出される切削油は、基端側から先端面１ａ側に向けて流れる。なお、切削油供給路６には、例えば、１．０〜７．０ＭＰａ程度の圧力の切削油を供給する。切削油としては、油性切削油や水溶性切削油を使用することができる。

図３は、図２に図示されたリーマの砥粒固定部の先端部の部分断面図である。
リーマ１本体の砥粒固定部２の外表面には、ダイヤモンドやＣＢＮ等の超硬質の砥粒１３が固定材１４により固定されている。砥粒１３は、電着やろう付け等により砥粒固定部２の外表面に固定される。砥粒１３は、切削油が砥粒１３の間に入り込み易く、かつ、切り屑を流れ易くするために、砥粒１３は均等なサイズを用いることが好ましく、また、砥粒１３がほぼ等間隔に配列された構造とすることが好ましい。しかし、これに限らず、不均一なサイズの砥粒を用いたり、ランダムな配置にしたりしてもよい。砥粒サイズは、例えば、数十μｍ〜数百μｍである。砥粒１３の間隔は、用いる砥粒サイズより大きくするのが好ましい。

図３に図示されるように、砥粒固定部２の先端部は、先端面１ａ側から基端側に向かって直径（半径）が拡大する食いつき部１０と、食いつき部１０から基端側に向かって直径が減少するバックテーパ部１１を有する構造とされている。食いつき部１０とバックテーパ部１１の境界部が、最大（半）径部Ｒmaxとなる。

連通路５は、機械加工や放電加工等により例えば、断面円形に形成する。連通路５の直径は、例えば、１．０〜２．０ｍｍ程度に設定される。連通路５は、一つの溝部に対して最大径部Ｒmax近傍に１つ以上と、工具基端側に１つ以上を配置する。図２に示す実施形態では、１つの溝部３に対して軸方向に沿って連通路５が３つ形成された構造として例示されている。

溝部３の底面４は、先端側の半径Ｒtが基端側の半径Ｒfよりも大きい傾斜面に形成されている。つまり、溝部３の底面４の深さは、基端側よりも先端側が浅くなっている。
溝部３の深さは、例えば、０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ程度に設定する。好ましい一例として、溝部３の深さは、基端側で１．５ｍｍ程度、先端側で０．５ｍｍ程度とすることができる。なお、溝部３の深さは、固定材１４が固着される前の砥粒固定部２の砥粒固定面（外表面）から溝部３の底面４までの径方向の長さとして定義される。

食いつき部１０は、被削材（図示せず）の孔の直径を拡大するように作用し、最大径部Ｒmaxで、加工する孔径の寸法と加工面の仕上げ精度をほぼ決定する。バックテーパ部１１は、最大径部Ｒmaxから基端側に向かって直径が減少していくため、最大径部Ｒmaxに近い領域で加工面と接触してガイドとして作用する。したがって、食いつき部１０と最大径部Ｒmaxが切り屑を発生させる主な領域となる。

なお、リーマ１に食いつき部１０およびバックテーパ１２を形成する方式としては、リーマ１の外周形状を軸方向に沿って所定のテーパ形状にし、該テーパ形状に沿って砥粒１３を配置して固定する方式や、リーマ１を、その全長に亘りストレート形状に形成した後、砥粒固定部２に砥粒１３を固定し、固定した砥粒１３を、該砥粒１３の高さ（厚さ）方向の上面を結んだ輪郭が所定のテーパ形状となるようにダイヤモンド砥石等を用いて加工する方式等がある。
なお、前者の場合においても、ダイヤモンド砥石等を用いて砥粒の先端の高さを揃えるツルーイングと呼ばれる加工が行われる。

上記のように構成されたリーマ１を使用して、被削材に孔の仕上げ加工を行う方法を説明する。
まず、リーマ１の基端側のシャンク部（図示せず）を工具ホルダ（図示せず）で把持して、工作機械の回転駆動装置（図示せず）に装着する。そして、切削油供給路６に切削油供給装置（図示せず）を接続する。軸心廻りの振れ量を調整可能な機構を有する工具ホルダを用い、リーマ１の基端側のシャンク部を工具ホルダで把持した状態で、リーマ１の軸心Ｃの振れ量を小さくしておくと、加工する穴の真円度や円筒度を小さくするのに効果的である。
この状態で回転駆動装置と切削油供給装置とを駆動して、切削油を連通路５の切削油吐出口５ａから吐出させながら、リーマ１を軸心Ｃ廻りに回転させ、この状態で、被削材の加工孔（図示せず）にリーマ１の食いつき部１０側から挿入する。リーマ１を被削材の加工孔の深さ方向に直進させ、砥粒固定部２の砥粒１３で加工孔の内周面を切削していく。これにより、被削材の加工孔の内周面が仕上げられる。

加工中は、被削材の加工孔の内周面と溝部３で囲まれた空間（図示せず）が切削油の主な流路となる。上述した通り、本実施形態のリーマ１は、基端側から先端側に向かって溝部３の深さが浅くなる構造となっており、従って、リーマ１の先端側ほど、流路の断面積が減少している。このため、リーマ１の先端側における切削油の流速が高められる。また、各溝部３に複数の連通路５が設けられ、かつ、各連通路５は基端側から先端側に向かって傾斜して形成されている。このため、基端側の連通路５の切削油吐出口５ａから吐出された切削油が先端側に向かって溝部３内を流れるので、先端側に向かうほど切削油の供給量が増加する。これにより、リーマ１の先端側において、流速の高い切削油が溝部３から溢れ出して、砥粒固定部２に供給される。
このように、切り屑の主な発生領域となる食いつき部１０と最大径部Ｒmaxに流速の高い切削油が大量に供給されるため、切り屑を砥粒固定部２の外部へ排出させることができ、砥粒１３間に切り屑が堆積するのを抑制することができる。

図４は、リーマの先端面１ａからの距離と流速との関係を示す特性図である。
図４において、黒丸は、溝部３の底面４が傾斜面となっている本実施形態の場合であり、白三角は溝部３の底面４が平坦（傾斜無し）にされた比較例の場合である。図４における流速は、溝部３の底面４が平坦（傾斜無し）のリーマ１の先端面１ａからの距離０ｍｍの値を１．０として示している。
流体解析には、ＡＮＳＹＳ ＣＦＸ（サイバーネット社）を用いた。リーマ１は、直径２５ｍｍ、砥粒固定部の長さ３０ｍｍ、溝部３の数は８個、溝部３と砥粒固定部２の幅（周方向の長さ）は同一、基端側の溝部３の深さは１．５ｍｍとした。これらの条件は、本実施形態と比較例とで共通である。溝部３の底面４の深さが、基端側から先端側まで一定の比較例と、基端側に対し先端側で１．０ｍｍ浅くなる傾きを有する本実施形態とを比較した。なお、砥粒固定部２には砥粒１３は形成せず、切削油の切削油供給路６への供給圧力は３．０ＭＰａ、リーマ１の食いつき部１０の長さは３ｍｍとした。

図４は、リーマ１の直径より２００μｍ大きい加工孔にリーマ１を挿入した状態において、砥粒固定部２の周方向中央部におけるリーマ１の先端面１ａからの距離と流速との関係を示す。これは、固定材１４の表面からの突き出し高さが１３０μｍの砥粒１３が、被削材の加工面に３０μｍ切り込んだ状態を想定している。
図４を参照すると下記の事項を確認することができる。
食いつき部１０の先端面１ａからの距離３ｍｍまでを比較すると、比較例に比べて、本実施形態では、流速が約５〜１５倍程度高い。これにより、先端側の溝部３の深さを浅くすることにより、切り屑の発生量の大きいリーマ１の先端側の砥粒固定部２を流れる切削油の流速を向上できることが確認された。同一断面積の流路では、流速が高くなれば流量が増加する。つまり、切り屑の発生量の大きい先端側の砥粒固定部２に供給される切削油の流量を増大させることができる。このため、リーマ１の砥粒固定部２の先端側の切り屑の堆積が抑制される。これにより、長期にわたって安定した高精度な加工孔の仕上げ加工等が可能となる。

上述した第１の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）リーマ１は、外周面に設けられた複数の砥粒固定部２と、該砥粒固定部２間に設けられた溝部３と、軸心Ｃに設けられた切削油供給路６と、軸方向に沿う複数箇所に、基端側から先端側に向けて軸心Ｃから離間する方向に傾斜する傾斜状に設けられ、切削油供給路６と溝部３の底面４とを連通する連通路５とを備え、各溝部３の底面４が、基端側から先端側に向かって浅くなるように形成されている。溝部３の底面４の深さは、基端側から先端側に向かって浅くなるように形成されているため、先端側ほど流路の断面積が減少している。このため、リーマ１の先端側における切削油の流速が高められる。また、各溝部３に複数の連通路５が設けられ、かつ、各連通路５は基端側から先端側に向かって傾斜して形成されている。このため、各連通路５の切削油吐出口５ａから吐出された切削油が先端側に向かって溝部３内を流れ、これにより先端側に向かうほど切削油の供給量が増加する。従って、リーマ１の先端側において、流速の高い切削油が溝部３から溢れ出して、砥粒固定部２に供給される。上記２つの要因が相俟って、切り屑を砥粒固定部２の外部へ排出させる作用が大幅に向上し、砥粒１３間に切り屑が堆積するのを長期にわたりに抑制することができる。
なお、溝部３の底面４を、基端側から先端側に向かって浅くなる構造とするには、上記実施形態以外に種々の態様がある。以下に、他の態様の例を示す。

−第２の実施形態−
図５は、本発明のリーマの第２の実施形態を示し、軸心から上半部側を断面図として示す側面図である。
第２の実施形態は、各溝部２１の底面２２ａ〜２２ｃを、段状に構成した一例を示す。
この実施形態では、各溝部２１には、２つの段差部２３ａ、２３ｂと、各段差部２３ａ、２３ｂの端部から軸心と平行に延在される平坦な底面２２ａ、２２ｂ、２２ｃが形成されている。底面２２ａは段差部２３ａの下端から基端側に延在されており、底面２２ｂは段差部２３ａの上端と段差部２３ｂの下端との間に延在され、底面２２ｃは段差部２３ｂの上端からリーマ１の先端面１ａまで延在されている。底面２２ｃの長手方向の領域に対応するリーマ１本体の外周面に、図３に図示される食いつき部１０と砥粒固定部２の最大径部Ｒmaxが設けられている。

溝部２１の底面２２ａ〜２２ｃの深さは、底面２２ａ、２２ｂ、２２ｃの順に浅くなっている。つまり、溝部２１は、階段状に形成され、基端側から先端側に向けて順次浅くなる、軸心Ｃと平行な平坦な底面２２ａ、２２ｂ、２２ｃを有する構造となっている。そして、溝部２１の底面２２ａ〜２２ｃのそれぞれには、切削油供給路６に連通する連通路５の切削油吐出口５ａが設けられている。
第２の実施形態の他の構造は、第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態においても、溝部２１の底面２２ａ〜２２ｃが、基端側から先端側に向かって浅くなるように形成された構造を有する。このため、リーマ１の先端側における切削油の流速が高められる。また、各溝部２１の底面２２ａ〜２２ｃに、それぞれ、基端側から先端側に向かって軸心Ｃから離間する方向に傾斜して形成された連通路５の切削油吐出口５ａが設けられている。このため、各連絡路５の切削油吐出口５ａから吐出された切削油が先端側に向かって溝部３内を流れ、これにより先端側に向かうほど切削油の供給量が増加する。従って、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
加えて、第２の実施形態では、溝部２１に段差部２３ａ、２３ｂが設けられているため、連通路５の切削油吐出口５ａから吐出した切削油が段差部２３ａ、２３ｂに衝突し、切削油の流れが、軸心Ｃと直交する方向に変化する。つまり、切削油がリーマ１の円周方向の砥粒固定部２に向かって流れる。これにより、砥粒固定部２の食いつき部１０と最大径部Ｒmaxの近傍を流れる切削油の供給量が増大し、流速が一層高まるという作用が生じる。

なお、第２の実施形態において、段差部２３ａ、２３ｂの数は、１つまたは３以上とすることができる。また、溝部２１の底面２２ａ〜２２ｃのそれぞれと切削油供給路６を連通する連通路５の数は、複数としてもよい。あるいは、連通路５は、先端側の底面２２ｃと、最も基端側の底面２２ａとにそれぞれ、１つずつ設ける構造としてもよい。

−第３の実施形態−
図６は、本発明のリーマの第３の実施形態を示し、軸心から上半部側を断面図として示す側面図である。
第３の実施形態は、各溝部３１に、１つの段差部３３を設け、段差部３３の基端側および先端側の底面３２ａ、３２ｂが、それぞれ、先端側に向けて浅くなる傾斜状に形成された構造を有する。

第３の実施形態では、溝部３１は、先端側近傍に１つの段差部３３を有する。段差部３３には、基端側に向けて深くなる方向の傾斜面とされた底面３２ａが形成されている。また、段差部３３の先端側には、先端側に向けて浅くなる方向の傾斜面とされた底面３２ｂが形成されている。底面３２ｂの長手方向の領域に対応するリーマ１本体の外周面に、図３に図示される食いつき部１０と砥粒固定部２の最大径部Ｒmaxが設けられている。

底面３２ａには、２つの連通路５の切削油吐出口５ａが設けられており、底面３２ｂには、１つの連通路５の切削油吐出口５ａが設けられている。
第３の実施形態の他の構造は、第１の実施形態と同様である。

第３の実施形態においても、溝部３１の底面３２ａ、３２ｂが、基端側から先端側に向かって浅くなるように形成された構造を有する。また、各溝部３１の底面３２ａ、３２ｂに、それぞれ、基端側から先端側に向かって軸心Ｃから離間する方向に傾斜して形成された連通路５の切削油吐出口５ａが設けられている。さらに、第３の実施形態では、溝部３１に段差部３３が設けられている。このため、第３の実施形態においても、第２の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

なお、第３の実施形態において、段差部３３の数は、２つ以上とすることができる。また、溝部３１の底面３２ａ、３２ｂのそれぞれと切削油供給路６を連通する連通路５の数は、複数としてもよい。あるいは、連通路５は、先端側の底面３２ｂと、最も基端側の底面３２ａとに、それぞれ、１つずつ設けるだけの構造としてもよい。

−第４の実施形態−
図７は、本発明のリーマの第４の実施形態を示し、軸心から上半部側を断面図として示す側面図である。
第４の実施形態は、図５に図示された第２の実施形態に対し、段差部４３ａ〜４３ｃの数を多くし、連通路５の数を削減した構造を有する。

第４の実施形態では、溝部４１は、３つの段差部４３ａ、４３ｂ、４３ｃを有する。段差部４３ａの基端部側には底面４２ａが設けられ、段差部４３ａと段差部４３ｂとの間には底面４２ｂが設けられ、段差部４３ｂと段差部４３ｃとの間には底面４２ｃが設けられ、段差部４３ｃの先端面１ａ側には底面４２ｄが設けられている。底面４２ａ〜４２ｄの深さは、底面４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの順に浅くなっている。底面４２ｄの長手方向の領域に対応するリーマ１本体の外周面に、図３に図示される食いつき部１０と砥粒固定部２の最大径部Ｒmaxが設けられている。

第４の実施形態においては、先端面１ａ側から２番目の底面４２ｃと最も基端側の底面４２ａのそれぞれに切削油吐出口５ａを有する連通路５が１つずつ設けられているが、底面４２ａと底面４２ｄの間に位置する底面４２ｂと、最も先端面１ａ側の底面４２ｄには、連通路５は設けられていない。しかし、底面４２ａおよび底面４２ｃのそれぞれに設けられた切削油吐出口５ａから吐出した切削油は、溝部４１内を基端側から先端側に向けて流れ、段差部４３ａ〜４３ｃまたは段差部４３ｃのみを乗り越えて最も先端面１ａ側の底面４２ｄ上に供給される。
このため、第４の実施形態においても、第２の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

なお、上記実施形態において、傾斜状の底面４、３２ａ、３２ｂの傾斜面は、直線状とする以外に、湾曲状としたり、傾斜角が異なる複数の傾斜面を組み合わせたりしてもよい。また、溝部２１に複数の段差部２３ａ〜２３ｂ、４３ａ〜４３ｃを設ける場合、各段差部２３ａ〜２３ｂ、４３ａ〜４３ｃの段差高さは異なるようにしてもよい。

溝部３、２１、３１、４２の底面４、２２ａ〜２３ｃ、３２ａ〜３２ｂ、４２ａ〜４２ｄは、軸心Ｃと平行な底面２２ａ〜２３ｃ、４２ａ〜４２ｄと、軸心Ｃに対して傾斜する底面４、３２ａ〜３２ｂとを組み合わせて構成するようにしてもよい。

段差部２３ａ〜２３ｂ、３３、４３ａ〜４３ｃは、軸心Ｃに対して直交する方向に延在される構成に限られるものではなく、軸心Ｃに対して傾斜する方向に延在される構成にすることもできる。また、段差部２３ａ〜２３ｂ、３３、４３ａ〜４３ｃと底面２２ａ〜２３ｃ、３２ａ〜３２ｂ、４２ａ〜４２ｄとが交差する角部に、面取りを設けるようにしてもよい。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１ リーマ
２ 砥粒固定部
３ 溝部
４ 底面
５ 連通路
６ 切削油供給路
１３ 砥粒
２１、３１、４１、 溝部
２２ａ〜２２ｃ，３２ａ、３２ｂ、４２ａ〜４２ｄ 底面
２３ａ、２３ｂ、３３、４３ａ〜４３ｃ 段差部（段部）
Ｃ 軸心

Claims (5)

1. 基端側と先端側とを有する軸形状の本体と、
   前記本体の外周面に設けられた複数の砥粒固定部と、
   前記本体の前記砥粒固定部間に設けられた溝部と、
   前記本体の軸心に設けられた切削油供給路と、
   前記本体の軸方向に沿う複数箇所に傾斜状に設けられ、前記切削油供給路と前記溝部の底面とを連通する連通路とを備え、
   前記各溝部の底面が、前記基端側から前記先端側に向かって浅くなるように形成されている、リーマ。
2. 請求項１に記載のリーマにおいて、
   前記各溝部の底面は、前記基端側から前記先端側に向かって浅くなるように形成された少なくとも１つの傾斜面を有する、リーマ。
3. 請求項１に記載のリーマにおいて、
   前記各溝部は、前記基端側から前記先端側にかけて１つ以上の段部を有する、リーマ。
4. 請求項３に記載のリーマにおいて、
   前記各溝部の、前記基端側から前記段部まで、前記段部間または前記段部から前記先端側までの底面のうち、少なくとも１つは軸心と平行である、リーマ。
5. 請求項３に記載のリーマにおいて、
   前記各溝部の、前記基端側から前記段部まで、前記段部間または前記段部から前記先端側までの底面のうち、少なくとも１つは、前記基端側から前記先端側に向かって浅くなるように形成された傾斜面である、リーマ。
   

Images