JP2019048357A - 内径加工工具 - Google Patents

Abstract

【課題】穴の加工精度の低下を抑制しつつ、加工箇所を冷却でき穴の内径の寸法も計測できる内径加工工具を提供することを課題とする。【解決手段】加工対象物の穴内で回転することにより前記穴内の内面を研削する内径加工工具であって、刃部を有した本体部と、前記本体部の回転中心軸線上に基端から先端側に延び、非加工時に前記穴の内径の寸法を計測するためのエアーが前記基端側から供給され、加工時には冷却水が前記基端側から供給される第１流路と、前記第１流路から径方向外側に延びて前記本体部の外周面に開口した第２流路と、前記第１流路又は前記第２流路から前記本体部の先端側に延びた第３流路と、前記第３流路から径方向外側に延びて前記本体部の外周面に開口した第４流路と、上流側から前記エアーの圧力を受けた場合であっても前記第３又は第４流路を閉鎖した状態に維持し、上流側から前記エアーの圧力よりも大きい前記冷却水の圧力を受けることにより前記第３又は第４流路を開放する開閉弁と、を備えた内径加工工具。【選択図】図２

Description

本発明は、内径加工工具に関する。

加工対象物の穴内で回転することにより穴内の内面を研削する内径加工工具が知られている。このような内径加工工具には、加工時に加工箇所を冷却する冷却水を噴射する流路と、非加工時に穴の内径の寸法を計測するためのエアーを噴射する流路とが個別に形成されたものが知られている。冷却水用の流路とエアー用の流路とは、内径加工工具の径方向に離れた位置に形成されている。このような内径加工工具に冷却水やエアーを供給するために、ロータリージョイントが用いられる場合がある（例えば特許文献１参照）。ロータリージョイントは、ハウジングと、ハウジングに対して相対回転可能に配置されて内径加工工具が接続された回転軸とを備えている。ロータリージョイントの回転軸には、内径加工工具の冷却水用の流路とエアー用の流路とにそれぞれ連通するように、冷却水用の流路とエアー用の流路とが個別に形成されている。ロータリージョイントの回転軸に形成された冷却水用の流路とエアー用の流路も、内径加工工具の冷却水用の流路とエアー用の流路と同様に、径方向に離れた位置に形成されている。

ＷＯ２００９−０１３９１２号公報

上記のようにロータリージョイントを用いると、ロータリージョイントの回転軸と内径加工工具との全体での軸方向の長さが長くなる。このため、これら全体での剛性が低下する可能性がある。これにより、加工時に内径加工工具の回転中心が安定せずに、加工精度が低下する可能性がある。

そこで本発明は、穴の加工精度の低下を抑制しつつ、加工箇所を冷却でき穴の内径の寸法も計測できる内径加工工具を提供することを目的とする。

上記目的は、加工対象物の穴内で回転することにより前記穴内の内面を研削する内径加工工具であって、刃部を有した本体部と、前記本体部の回転中心軸上に基端から先端側に延び、非加工時に前記穴の内径の寸法を計測するためのエアーが前記基端側から供給され、加工時には冷却水が前記基端側から供給される第１流路と、前記第１流路から径方向外側に延びて前記本体部の外周面に開口した第２流路と、前記第１流路又は前記第２流路から前記本体部の先端側に延びた第３流路と、前記第３流路から径方向外側に延びて前記本体部の外周面に開口した第４流路と、上流側から前記エアーの圧力を受けた場合であっても前記第３又は第４流路を閉鎖した状態に維持し、上流側から前記エアーの圧力よりも大きい前記冷却水の圧力を受けることにより前記第３又は第４流路を開放する開閉弁と、を備えた内径加工工具によって達成できる。

第１流路は、冷却水用の流路とエアー用の流路として共用され、本体部の回転中心軸上に基端から先端側に延びている。このため、第１流路に冷却水とエアーとを択一的に供給できればよいため、ロータリージョイントを用いることなく、内径加工工具に供給できる。これにより、穴の加工精度の低下を抑制でき、加工箇所を冷却でき穴の内径の寸法も計測できる。

本発明によれば、穴の加工精度の低下を抑制しつつ、加工箇所を冷却でき穴の内径の寸法も計測できる内径加工工具を提供できる。

図１は、内径加工工具の説明図である。 図２Ａは、第３流路を閉鎖した開閉弁の拡大図であり、図２Ｂは、第３流路を開放した開閉弁の拡大図である。

図１は、内径加工工具１の説明図である。内径加工工具１は、加工対象物の穴内で回転することにより穴の内面を研削するための工具である。内径加工工具１の基端側にはスピンドル４０が接続され、スピンドル４０の基端側にはモータ５０が接続され、モータ５０の基端側にはジョイント部６０が接続されている。モータ５０の回転動力がスピンドル４０を介して内径加工工具１に伝達され、これにより内径加工工具１は、その中心軸線Ｃを中心として高速回転される。尚、スピンドル４０、モータ５０、及びジョイント部６０は、これらの中心軸線が内径加工工具１の中心軸線Ｃと一致するように配置されている。内径加工工具１は、例えばボーリング加工やホーニング加工に用いられる。

内径加工工具１について説明する。内径加工工具１の本体部１０は、基端部１１、先端部１２、外周面１３を有している。外周面１３には、穴の内面を研削する刃部１８が周方向に間隔を空けて複数固定されている。本体部１０内には、流路２０が形成されている。流路２０は、第１流路２１、第２流路２３、第３流路２５、及び第４流路２７を含む。第１流路２１は、中心軸線Ｃ上に基端部１１の端面から先端部１２側に本体部１０の中央付近まで延びている。第１流路２１は、内径加工工具１の回転中心である中心軸線Ｃ上に形成されているため、内径加工工具１の回転によって第１流路２１の径方向の位置は略変わらない。第２流路２３は、第１流路２１の先端側から径方向外側に延びており外周面１３で開口している。第３流路２５は、第１流路２１から先端部１２側に本体部１０の途中まで延びている。尚、詳しくは後述するが第３流路２５には開閉弁３０が設けられている。第４流路２７は、第３流路２５の先端側から径方向外側に延びており外周面１３で開口している。第４流路２７の開口近傍に刃部１８が固定されている。

流路２０には、ジョイント部６０、モータ５０、及びスピンドル４０を介して、加工時には加工箇所を冷却するための冷却水が流通し、非加工時には加工対象物の穴の内径を計測するためのエアーが流通する。冷却水は、第２流路２３から噴射されると共に、刃部１８の近傍で開口した第４流路２７からも噴射されるため、加工箇所を適切に冷却できる。計測用のエアーは、内径加工工具１の回転が停止している非加工時に加工対象物の穴内で流路２０の一部を介して噴射され、詳しくは後述するがこのエアーの流量に基づいて穴の内径の寸法が計測される。

開閉弁３０は、上述したように第３流路２５上に設けられており、流路２０内に何も供給されていない場合や上述した計測用のエアーが供給されている場合には第３流路２５を閉鎖した状態に維持する。これにより、流路２０内に計測用のエアーが供給された場合には、エアーは第３流路２５及び第４流路２７は流通せずに、第１流路２１及び第２流路２３のみを流通して内径加工工具１の外部へ噴射される。流路２０に冷却水が供給された場合には、冷却水は第１流路２１及び第２流路２３を流通し、冷却水の圧力により開閉弁３０は第３流路２５を開放し、第３流路２５及び第４流路２７を流通する。即ち、冷却水は第２流路２３及び第４流路２７から内径加工工具１の外部へ噴射される。基端部１１の端面に開口した第１流路２１には、冷却水及びエアーがジョイント部６０、モータ５０、及びスピンドル４０を介して択一的に供給される。

次に、スピンドル４０、モータ５０、及びジョイント部６０について説明する。尚、図１において理解を容易にするために、スピンドル４０、モータ５０、及びジョイント部６０については断面で示している。最初にスピンドル４０について説明する。スピンドル４０は、基端部１１に固定された軸部４１と、軸部４１の周方向外側に配置された円筒部４３とを有している。軸部４１と円筒部４３との間には円筒部４３に対して軸部４１の回転を許容するベアリング４４が介在している。円筒部４３に対して軸部４１が回転することにより基端部１１も回転し、内径加工工具１が回転する。軸部４１には、中心軸線Ｃ上に延び、第１流路２１に連通した流路４２が形成されている。

モータ５０は、ロータ５１と、ロータ５１の外周側に配置されたコイル５３とを有している。ロータ５１の先端は、軸部４１の基端が固定されている。ロータ５１の外周部には複数の磁石が固定されている。コイル５３は、ロータ５１の外側に配置されたステータに巻回されている。コイル５３が通電されることにより、ステータが励磁され、ステータと磁石との間に発生する磁力によって、ロータ５１が回転する。ロータ５１には、中心軸線Ｃ上に延び、流路４２に連通した流路５２が形成されている。

ジョイント部６０は、ロータ５１を回転可能に支持した固定支持部６１を有している。固定支持部６１の先端側の内径は、ロータ５１の基端側の外径よりも大きく形成されている。固定支持部６１の先端側とロータ５１の基端側とは、ベアリング６４を介して回転可能に接続されている。また、固定支持部６１とロータ５１との間には、冷却水及び計測用のエアーの漏れを防ぐシール部材６３が配置されている。固定支持部６１には、中心軸線Ｃ上に延び、第１流路２１に連通した流路６２が形成されている。

ジョイント部６０の流路６２には、切替弁８０を介して冷却水供給源８１及びエアー供給源８２が接続されている。切替弁８０は、冷却水供給源８１から流路６２、５２、４２、及び２０への冷却水の供給を規制してエアー供給源８２から流路６２、５２、４２、及び２０へのエアーの供給を許容する状態と、エアー供給源８２から流路６２、５２、４２、及び２０へのエアーの供給を規制して冷却水供給源８１から流路６２、５２、４２、及び２０への冷却水の供給を許容する状態とに切り換えることができ、例えば三方弁である。切替弁８０は、後述する制御装置８４により制御される。

次に、計測用のエアーにより加工対象物の穴の内径の寸法を計測する手順について説明する。内径加工工具１の基端部１１側に連結された主軸の回転駆動を停止させた後、ＮＣ装置８６からシーケンサ８５へ計測指令が出力され、シーケンサ８５から制御装置８４へ計測指令信号が出力されて、制御装置８４により切替弁８０、冷却水供給源８１、エアー供給源８２の制御が開始される。具体的には、冷却水供給源８１からジョイント部６０、モータ５０、及びスピンドル４０を介しての流路２０への冷却水の供給が停止され、切替弁８０により冷却水供給源８１から流路２０への冷却水の供給を規制しエアー供給源８２から流路２０へのエアーの供給を許容する状態に切替えられて、エアー供給源８２からジョイント部６０を介して流路２０にエアーが供給される。ここで、上述したように開閉弁３０によりエアーは第１流路２１及び第２流路２３を流通し第２流路２３から噴射される。このときにＡ／Ｅ変換器８３はエアーの背圧を検出し、これらの検出信号をデジタル信号に変換して制御装置８４へ出力する。制御装置８４では、Ａ／Ｅ変換器８３から出力された圧力検出信号からエアーの流量を求め、このエアーの流量と、予め記憶されているエアーの流量と穴の内径の関係を表すデータに基づいて加工対象物の穴の内径の寸法が測定される。

以上のように、内径加工工具１にはエアーの流路と冷却水の流路とが共用された第１流路２１が形成されている。このため、ロータリージョイントを用いずとも、内径加工工具１に冷却水及びエアーを択一的に供給できる。従って、ロータリージョイントを用いる場合と比較して、一体的に回転する部材全体での軸方向の長さ、即ち本実施例では内径加工工具１の軸方向の全体の長さは短くなっている。これにより全体の剛性を確保でき、加工時での内径加工工具１の回転中心を安定させることができる。従って、加工精度、具体的には穴の真円度や真直度の精度の低下が抑制される。

ここで、例えばエアー及び冷却水の一方が流通する内管と、内管の外側に配置されエアー及び冷却水の他方が流通する外管とを備えた２重管構造を、内径加工工具１の中心軸線Ｃに沿って設けることも考えられる。しかしながら２重管構造を採用することにより、製造コストの増大や耐久性が低下することが懸念される。特に、エアーと冷却水との圧力差が大きい場合には、このような圧力差に耐えうる２重管構造を採用しようとすると製造コストが増大する可能性がある。本実施例の内径加工工具１の流路２０では、このような２重管構造を採用する必要がないため、製造コストの増大や耐久性の低下が抑制されている。

次に、開閉弁３０について詳しく説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、開閉弁３０周辺の拡大図である。図２Ａは、第３流路２５を閉鎖した開閉弁３０の拡大図であり、図２Ｂは、第３流路２５を開放した開閉弁３０の拡大図である。開閉弁３０は、第３流路２５の内径が部分的に拡大した収納室２５ｈに収納されている。開閉弁３０は、弁体３１、バネ３３、及びシール部材３５を有している。弁体３１は、収納室２５ｈ以外の部分での第３流路２５の内径よりも外径が大きいフランジ部３１１、フランジ部３１１よりも外径が小さくフランジ部３１１の厚み方向にフランジ部３１１の厚みよりも長い胴部３１３を含む。フランジ部３１１は上流側に位置し、胴部３１３は下流側に位置するように収納室２５ｈ内に配置されている。バネ３３は、コイル状のバネであり、収納室２５ｈの下流側の端部と弁体３１のフランジ部３１１との間に配置されており、弁体３１を第１流路２１側に向けて付勢している。また、シール部材３５は、フランジ部３１１と収納室２５ｈの上流側の端部との間に配置されており、弾性を有したゴム製であり、気密性を担保している。

弁体３１に上流側から圧力が作用していない場合や、計測用のエアーが第１流路２１に供給されて弁体３１に作用した場合であっても、図２Ａに示したようにバネ３３の付勢力により弁体３１はシール部材３５に密着して、第３流路２５は閉鎖した状態に維持される。即ち、エアーは開閉弁３０よりも下流側に流通することが規制される。これに対して、冷却水が第１流路２１に供給されて弁体３１に作用した場合には、冷却水がバネ３３の付勢力に抗して弁体３１がシール部材３５から離れるように下流側へ移動し、図２Ｂに示すように第３流路２５が開放した状態となる。これにより、冷却水は開閉弁３０よりも下流側に流通することが許容される。尚、計測用のエアーの圧力は例えば０．２ＭＰａであり、冷却水の圧力は例えば２〜５ＭＰａである。また、弁体３１の長さやバネ３３の付勢力は、冷却水の圧力を受けた場合であっても弁体３１の下流側の端部が第３流路２５を塞がないように設定されている。このように第１流路２１に供給される流体の圧力に応じて開閉弁３０は開閉状態が切替えられる。

ここで、加工時には冷却水は第１流路２１に加えて第２流路２３にも流通する。このため、加工時での第１流路２１及び第２流路２３内の温度上昇も抑制される。これにより、非加工時での第１流路２１及び第２流路２３を通過するエアーの温度変化を抑制できる。これにより、穴の内径の寸法計測の誤差を抑制できる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

尚、上記実施例では開閉弁３０は第３流路２５上に設けられて第３流路２５を開閉するが、これに限定されない。計測用のエアーが第４流路２７から噴射されることを規制することができるのであれば、このような開閉弁を第４流路２７上に設けてもよい。この場合、第４流路２７は第３流路２５から本体部１０の両側に延びているため、両側に延びた流路のそれぞれに開閉弁を設ける必要がある。

上記実施例では、第１流路２１と第３流路２５とは略同一延長線上に形成されているが、これに限定されない。例えば、第３流路が第２流路を介して第１流路と連通しており、第３流路が第１流路の延長線上から外れた位置に形成されていてもよい。

上記実施例では第４流路２７は第３流路２５から本体部１０の両側に延びているがこれに限定されない。例えば、第４流路は、第３流路２５から本体部１０の片側にのみ延びていてもよい。同様に、第２流路２３は、第１流路２１から本体部１０の両側に延びているがこれに限定されずに、第２流路は、第１流路２１から本体部１０の片側にのみ延びていてもよい。

１ 内径加工工具
１０ 本体部
１１ 基端部
１２ 先端部
２０ 流路
２１ 第１流路
２３ 第２流路
２５ 第３流路
２７ 第４流路
３０ 開閉弁

Claims (1)

1. 加工対象物の穴内で回転することにより前記穴内の内面を研削する内径加工工具であって、
   刃部を有した本体部と、
   前記本体部の回転中心軸線上に基端から先端側に延び、非加工時に前記穴の内径の寸法を計測するためのエアーが前記基端側から供給され、加工時には冷却水が前記基端側から供給される第１流路と、
   前記第１流路から径方向外側に延びて前記本体部の外周面に開口した第２流路と、
   前記第１流路又は前記第２流路から前記本体部の先端側に延びた第３流路と、
   前記第３流路から径方向外側に延びて前記本体部の外周面に開口した第４流路と、
   上流側から前記エアーの圧力を受けた場合であっても前記第３又は第４流路を閉鎖した状態に維持し、上流側から前記エアーの圧力よりも大きい前記冷却水の圧力を受けることにより前記第３又は第４流路を開放する開閉弁と、を備えた内径加工工具。

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