JP3700222B2 - バニシ仕上加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、加工部材に設けた貫通孔の寸法を精度良く修正するために行われるバニシ仕上加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、加工部材である円筒状部材の内周面を仕上げる方法として、砥石を使用した内面研削が行われる。
この研削加工では、円筒状部材の内周面に対して、砥石を、急速接近、研削、スパークアウト、後退の手順で移動させることで行われる。このとき、研削後の仕上寸法の精度を向上させるために、ＮＣ制御、インプロセス寸法測定等が付加される場合もある。
【０００３】
しかし、上記ＮＣ制御やインプロセス寸法測定等が付加された研削加工であっても、例えば、砥石の摩耗、加工部材の回転精度、機械の応答速度、研削液によるインプロセスゲージの揺れなどの様々な要因によって、仕上寸法の絶対値のバラツキを１〜２μｍφ以下にすることは困難であり、通常、上記バラツキは４μｍ程度となる。このとき、上記研削加工による上記仕上寸法のバラツキを小さくしようとする場合には、研削速度を遅くしたりスパークアウトの時間を長くするなど若干の改善方法はあるものの、加工時間が長くなり且つ加工コストが高価なものとなる。
【０００４】
このため、通常は、上記研削加工の後工程として、ホーニング盤による仕上加工を施したり、熟練者によるハンドラップを行い、さらには、内径寸法の選別が行われているのが実情である。但し、これらの方法では、設備費や人件費が高価なものとなる。
また、従来、上記研削加工の後工程として、バニシ仕上加工により内径寸法の修正が行われる場合もある。
【０００５】
この従来のバニシ仕上加工は、円筒状部材の内周面に対し精度の良い適正な寸法の超硬球を単に貫通させることで、内径寸法の修正を行うものである。
即ち、図７に示すように、ベース部材２０上に設置された円筒状部材１の貫通孔１ａの上端開口部に、当該貫通孔１ａの径よりも若干大きい寸法の超硬球２１を載せ、続けて、ピストンロッド２２により上側から上記超硬球２１を貫通孔１ａ内に圧入して貫通させるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のバニシ仕上加工方法では、内径寸法は修正されるものの、貫通孔の形状が崩れて良品とならないおそれがあるという問題がある。
例えば、内径寸法が３．９９７mmφの円筒状部材１に対し、４．０２６mmφの超硬球２１を貫通させた場合、加工後の円筒状部材１の内径寸法は、４．０００mmφとなり、２９μｍφの締代で３μｍφの寸法修正が行われたことになる。ここで、上記円筒部材の諸元は図２に示すものとする。
【０００７】
しかし、円筒状部材１の加工前と加工後の内周面形状を測定すると、図８に示す形状になっている。ここで、図８中、（ａ）は加工前の形状を、（ｂ）は加工後の形状を示している。この図８から分かるように、加工前に０・３μｍの中凸形状（軸方向中央に向けて内径が小さくなる形状）をしていたものが、加工後は逆に、０．３μｍの中凹形状（軸方向中央に向けて内径が大きくなる形状）となってしまい、加工前の形状が維持されていない。
【０００８】
即ち、研削加工により上記中凸形状に加工されたにもかかわらず、従来のバニシ仕上加工方法で仕上加工を施すと、内周面形状が中凹形状となってしまう。
なお、上記内周面形状が中凹形状となるのは、円筒状部材１において開口端部側の方が軸方向中央部側に比べて拘束力が小さいため、上記開口端部側の方が、上記超硬球２１の通過による塑性変形量よりも弾性変形量の割合が大きいためと推測される。
【０００９】
ここで、加工後に上記のような中凹形状になると、軸方向中央の内径が大径となり且つ開口端部側が小径となるので、加工後の内径寸法が測定しにくく軸方向の寸法が定め難い。この結果、挿入する軸部材との締代を設定し難い。さらに、開口端部側が小径となるので、貫通孔１ａに軸部材が挿入し難くなるという欠点を持つ。
【００１０】
これに対して、加工後の内周面形状が上記中凸形状であれば、軸方向中央側の内径が小径となるため内径寸法が測定し易くなると共に、開口端部部分がテーパ状となって軸部材を挿入する際の案内面を構成し当該軸部材が挿入し易くなるという利点を持つ。
本願発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、簡易な手段によって、内径寸法の修正精度を向上すると共に貫通孔の形状を制御可能なバニシ仕上加工方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載のバニシ仕上加工方法は、加工部材に設けた貫通孔に球状体を貫通させ内径寸法を所望の寸法に仕上げるバニシ仕上加工方法において、上記球状体を貫通させる前に、上記貫通孔の少なくとも一方の開口端部側に対し、上記球状体より大径の球状体を、上記開口端部から所定圧入量だけ圧入した後に該開口端部側に抜くことを特徴としている。
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記貫通用球状体の径を、上記貫通穴の内径寸法のバラツキに基づいて決定することを特徴とするものである。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、下記式で求められる圧入率δを５％以上３０％以下とし、且つ、下記式で求められるボール径差率εを０．０５％以上とすることを特徴とするものである。
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載した構成に対し、下記式で求められる平均締代率ｘm を、０．７％以上１．１％以下とすることを特徴とするものである。
次に、請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載した構成に対し、加工する加工部材を、その貫通孔の内径寸法の大きい又は小さいいずれか一つの順に並べ、その内径寸法の最大値側又は最小値側からのいずれかから、下記式で求められる締代率ｘの最大値と最小値との差であるΔｘが０．０５以下となる上記加工部材ごとに、貫通用球状体の径を定めて使用することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明においては、目的とする球状体を貫通する前に、貫通孔の開口端部に上記目的とする球状体と同径又は大径の球状体を圧入して、開口端部側を予め拡径し、その後に目的とする球状体を貫通することで、貫通孔の形状を中凸形状に維持したまま寸法の修正が行われる。
このとき、上記目的とする球状体と同径又は大径の球状体の径の選択や圧入量などを調整することで、加工後の貫通孔の形状を加工前と同様な形状としたり、若干，中凸状にするなど形状調整が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
まず装置の構成を説明する。本実施の形態の装置は、図１に示すように、加工部材である円筒状部材１を軸を上下にして設置するためのベース部材２と、上記ベース部材２を回転させる回転アクチュエータ３と、上記円筒状部材１の貫通孔１ａを貫通する貫通用球状体４と、上記貫通孔１ａの開口端部を拡径するための拡径用球状体５と、上記球状体４，５を貫通孔１ａ内に圧入するための図外の上側シリンダ装置と、圧入した上記拡径用球状体５を上側に抜くための図外の下側シリンダ装置とを備える。
【００１４】
上記ベース部材２は、円筒状部材１を上下から挟持可能な側面視略コ字形状に形成されている。即ち、軸を上下に向けて設置される上記円筒状部材１の下端面に当接する下側ベース２ａと、該円筒状部材１の上端面に当接する上側ベース２ｂと、上下方向に延在して上記下側ベース２ａと上側ベース２ｂとを連結する連結部２ｃとから構成される。上記下側ベース２ａ及び上側ベース２ｂには、それぞれ、設置する円筒状部材１の貫通孔１ａよりも大径の開口２ｄ，２ｅが開設し、その開口２ｄ，２ｅは、円筒状部材１の貫通孔１ａに圧入される球状体４，５が余裕を持って通過可能な大きさとなっている。
【００１５】
上記ベース部材２の連結部２ｃの中央部には、回転アクチュエータ３の駆動軸３ａが連結される。その駆動軸３ａは軸を水平にして配設され、その駆動軸３ａが正逆１８０°回転することで、上記ベース部材２は反転、即ち、上側ベース２ｂが下側に下側ベース２ａが上側に位置するように旋回する。
上記回転アクチュエータ３は、例えばサーボモータを本体３ｂとして構成され、その回転軸を上記駆動軸３ａとする。勿論、回転アクチュエータ３は、これに限定されるものではなく、上記ベース部材２を反転可能であれば他の周知のアクチュエータであっても構わない。
【００１６】
また、上記上側ベース２ｂの上方には、図外の上側シリンダ装置が配設される。その上側シリンダ装置のピストンロッド６は、軸を上下に向け、且つ、上記ベース部材２に設置された円筒状部材１の貫通孔１ａと同心になるように設定されている。そして、当該ピストンロッド６は、伸縮することで上記貫通孔１ａに上側から挿通可能となっている。
【００１７】
同様に、上記下側ベース２ａの下方には、図外の下側シリンダ装置が配設される。その下側シリンダ装置のピストンロッド７も、軸を上下に向け、且つ、上記ベース部材２に設置された円筒状部材１の貫通孔１ａと同心になるように設定される。そして、当該ピストンロッド７は、伸縮することで上記貫通孔１ａに下側から挿通可能となっている。
【００１８】
また、拡径用球状体５は、貫通用球状体４よりも若干大径の球状体である。この拡径用球状体５及び上記貫通用球状体４は、それぞれ超硬合金によって作製されている。
なお、図１中、８は、上記ベース部材２を設置するためのボルスタであって、左右方向に移動可能となっている。
【００１９】
次に、上記装置の動作や作用等について説明する。
まず、ベース部材２の上側ベース２ｂと下側ベース２ａとの間に円筒状部材１を取り付ける。このとき、上記上側ベース２ｂと下側ベース２ａとに設けた開口２ｄ，２ｅと、円筒状部材１の貫通孔１ａとをほぼ同心としておく。
ここで、ワークとしての上記円筒状部材１は、前加工である研削加工が施されて所定の内径寸法となっているとする。
【００２０】
次に、上記円筒状部材１の上端に拡径用球状体５を載置し、上側シリンダ装置を作動する。これによって、上側シリンダ装置のピストンロッド６を下方に伸ばして上記拡径用球状体５を下方に押し込み、当該拡径用球状体５を、円筒状部材１の貫通孔１ａの上端部内に所定圧入量Ｐだけ圧入する。
次に、上記上側シリンダ装置のピストンロッド６を縮めて元の位置に戻すと共に、下側シリンダ装置を作動する。そして、該下側シリンダ装置のピストンロッド７を下側から上記貫通孔１ａに挿入し、上記圧入した拡径用球状体５を上方に押し上げ上側の開口端部側に抜く。
【００２１】
次に、上記拡径用球状体５を一旦退避させた後に、回転アクチュエータ３を作動し、その駆動軸３ａを１８０度回転させることで、ベース部材２を反転する。これによって、円筒状部材１のボルスタ８側に位置していた開口端部側が上方を向く。
次いで、円筒状部材１の上端開口部上に再び拡径用球状体５を載置した後、上記と同様に、上側シリンダ装置及び下側シリンダ装置を順次，作動させて、拡径用球状体５を貫通孔１ａの上端開口部内に所定圧入量Ｐだけ圧入した後、その拡径用球状体５を圧入した開口端部側、即ち上方に抜く。
【００２２】
これによって、貫通孔１ａの両端開口部に対する予備加工が終了し、当該貫通孔１ａの両端開口部がそれぞれ拡径する。
次に、上記拡径用球状体５を貫通用球状体４に交換し、該貫通用球状体４を円筒状部材１の上端開口部上に載置する。その後、上側シリンダ装置を作動させ、ピストンロッド６を伸ばして上記貫通用球状体４を上側から押し込み、当該貫通用球状体４を、従来と同様に貫通させることで、仕上加工が完了する。
【００２３】
これによって、従来と同様に円筒状部材１の寸法修正が行われると共に、貫通孔１ａの両端開口部に上記のような予備加工を施すことで、円筒状部材１の貫通孔１ａの形状を調整可能となる。
特に、本実施の形態では、従来のような貫通用球状体４による貫通だけのバニシ仕上加工では軸方向中央部よりも小径となりやすい軸方向端部を、予め拡径するように予備加工を施しているので、加工前の中凸形状を維持したり、より良好な中凸形状に成形することが可能となる。このことは、また、貫通孔１ａの軸方向の内径差を従来よりも小さく設定可能となり、仕上寸法を高精度に修正することも可能となる。
【００２４】
また、装置構成が簡単なために、作業の熟練も必要とせず、また作業時間も短い。
なお、上記実施の形態では、貫通孔１ａの軸方向両端部に対し拡径用球状体５を使用して予備加工を行っているが、一方の軸方向端部だけに上記予備加工を行うようにしてもよい。
【００２５】
また、上記実施の形態の装置は、一つの装置によって上記予備加工と貫通用球状体４を貫通される本加工とを行う構成にすることで装置のコンパクト化を図っているが、必ずしも同一装置で上記予備加工と本加工とを行う必要はない。上記予備加工と本加工とを別工程とし、それぞれ別の装置によって行うようにしてもよい。
【００２６】
また、上記実施の形態では、加工部材である円筒状部材１の軸を上下に向けて加工を行う装置構成で説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、円筒状部材１の軸を横方向に向けた状態で横方向から球状体４，５を圧入して仕上加工するような装置構成にしてもよい。
また、上記拡径用球状体５及び貫通用球状体４は、例えば窒化珪素セラミック素材から作製してもよいし、セラミックスコーティングを施してもよい。要は、円筒状部材１の貫通孔１ａを圧延可能な硬さを持っていればよい。
【００２７】
また、上記実施の形態では、加工部材として円筒状部材１を例として説明しているが、これに限定されるものではない。要は、円柱状の貫通孔が設けられ且つその貫通孔に所定の寸法精度が要求される部材であれば、他の形状の加工部材であってもよい。
【００２８】
【実施例】
本願発明に基づくバニシ仕上加工を、上記装置を使用し、次のような条件の基に行った。
条件：
上記加工部材：加工前の内径寸法が３．９９６６mmφの円筒状部材
なお、円筒状部材の諸元は図２に示すものとする。
【００２９】
その設定仕上寸法 ：４．００００mmφ
拡径用球状体の直径 ：４．０２６mmφ
拡径用球状体の圧入量 ：０．８mm
貫通用球状体の直径 ：４．０２４mmφ
上記仕上加工を施すことにより、加工後の円筒状部材１の内径寸法は、３．９９９０５mmφとなり、２７．４μｍφの締代で２．４５μｍφの寸法修正が行われた。
【００３０】
また、円筒状部材１の加工前と加工後の軸方向の内径形状を測定したところ、図３に示すような形状が得られた。ここで、図３中、（ａ）は加工前の形状を示し、（ｂ）は加工後の形状を示している。この図３に示す結果から、加工後も加工前の中凸形状が維持されていることが分かる。
このように、本発明に基づくバニシ仕上加工を施すと、簡易に、加工前の中凸形状を維持しつつ寸法修正が行われることが分かる。
【００３１】
ここで、上記本願発明に基づくバニシ仕上加工における、拡径用球状体５の貫通用球状体４に対する径差や、該拡径用球状体５の圧入量Ｐなどの適正な値の設定範囲について説明する。
まず、上記装置を使用し下記の条件で、締代率ｘと、貫通用球状体４を貫通させた後の内径寸法の内径寸法拡大率ｙとの関係を求めると、図４に示す関係を得た。
条件：
円筒状部材の諸元：５．２mmφ×４mmφ×４mmｈ（図２参照）
拡径用球状体の直径 ＝ 貫通用球状体の直径Ｄ ＋ ２μｍ
圧入量Ｐ：０．８mm
ここで、
とする。
【００３２】
この図４から分かるように、締代率ｘが増大するほど内径寸法拡大率ｙが急増していることが分かり、上記図４から、上記締代率ｘと内径寸法拡大率ｙとは、次の実験式によって表される関係が成立する。
【００３３】
【数１】
【００３４】
ここで、下記説明では、上記締代率ｘの上限を０．８％とし、上記内径寸法拡大率ｙの上限を０．１２５％として説明する。
次に、本願発明に基づくバニシ仕上加工を行った後における、貫通孔１ａが凸形状を維持可能な条件について説明する。
拡径用球状体５の圧入率δと貫通孔１ａの形状変化量（凸量）の突出率Ｃとの関係を、ボール径差率εを変化させて求めてみたところ、図５に示す結果を得た。
【００３５】
ここで、
圧入率δ ＝ Ｐ／ｂ
Ｐ：拡径用球状体の圧入量
ｂ：円筒状部材の軸方向の長さ
を表している。
【００３６】
本願実施例では、貫通孔１ａの径寸法を拡張して寸法修正を施した際に、研削加工時（加工前）の凸形状を維持したいので、上記突出率Ｃが０％以上でなければならない。
上記図５から分かるように、従来のように単に貫通用球状体４を貫通させるだけでは（ε＝０）、突出率Ｃが−１２．５％、即ち中凹形状となるのに対し、本願発明に基づくバニシ仕上加工では、圧入率δに合わせて上記ボール径差率εを適宜選択することで、加工後の軸方向の形状を中凸形状にすることが出来ることが分かる。
【００３７】
そして、上記図５から、加工後の形状を中凸形状に維持するためには、上記ボール径差率εを０．０５％以上にしなければならず、望ましくは０．１％以上に設定することが好ましい。
即ち、上記ボール径差率εを０．１％以上に設定することで、ほぼどの圧入率δを採用しても中凸形状を維持可能となる。即ち、上記ボール径差率εを０．１％以上に設定することで、拡径球状体５の圧入量Ｐの制御をラフにすることが可能となる。
【００３８】
ここで、加工後も中凸形状を維持して寸法測定や軸の挿入などが行い易ければよいので、積極的に突出率Ｃを大きくするような加工は必要なく、加工後も中凸形状が維持可能であれば製品として問題はない。つまり、下限の突出率Ｃが圧入率δの全域（０〜３０％）に渡って選択できればよい。また、上記圧入率δは最大５０％まで選択できるが、ボール径差率εを０．１％以上の範囲で自由に選択すれば圧入率δに関係なく中凸形状を維持可能となる。
【００３９】
なお、上記ボール径差率εは、貫通孔１ａの開口端部をどの程度だけ予め拡径すればよいかの割合を示しているとも言える。
また、上記図５から分かるように、ボール径差率εに応じて圧入率δを適宜選択することで加工後も中凸形状を維持可能となる。例えば、ボール径差率εを０．０５％に設定した場合、圧入率δを２５％に設定すればよい。この点から、上記ボール径差率εは、拡径用球状体５をどこまで圧入しなければならないかを決定する値となる。
【００４０】
次に、本願発明に基づく内径寸法修正の精度の向上について説明する。
加工前のロット内の内径寸法のバラツキに対し、このバラツキを改善するためには上記締代Ｘを幾らにすればよいかを説明する。このために、平均締代率ｘ m に対するΔｙ／Δｘの関係を求めたところ、図６に示す結果を得た。
ここで、
Δｙ：加工後におけるロット内の寸法バラツキ（μｍ）
Δｘ：寸法公差（０〜−４μｍ）
を示している。
【００４１】
上記Δｙ／Δｘは、公差又は加工前の寸法のバラツキに対する、加工後の上記バラツキの減少の割合を示すものである。即ち、このΔｙ／Δｘは、小さい程良く、Δｙ／Δｘ＝０．５とは、加工前の寸法バラツキを加工後には加工前の１／２のバラツキに改善出来ることを示している。例えば、前加工である研削加工による仕上寸法のバラツキが４μｍであれば、加工後は２μｍのバラツキに改善されることを示す。
【００４２】
このΔｙ／Δｘをいくらに設定するかによって、平均締代率ｘm の適正範囲は異なり、また、上記Δｙ／Δｘは０．７，０．６などと所望の値に設定可能であるが、加工後の寸法バラツキを加工前の略０．５以下に設定すると、上記図６から、上記平均締代率ｘm として０．７〜１．１％の範囲で選択しなければならないことが分かる。
【００４３】
即ち、上記平均締代率ｘm の設定の仕方によって寸法バラツキの改善の度合いを調整することが可能であり、上記平均締代率ｘm を０．７〜１．１％、好ましくは０．７５〜１．０５％となるように設定することで、上記Δｙ／Δｘを０．６若しくは０．５以下とすることが可能となり、加工前のロットバラツキを０．５若しくは０．６の比以下に減少することができる。
【００４４】
ここで、上記図６は、次のようにして求められる。
貫通用球状体の径：Ｄ（mm）
加工前における内径寸法のロット最大寸法：ｄMAX （mm）
加工前における内径寸法のロット最小寸法：ｄMIN （mm）
ロットの最大締代ＸMAX （μｍ）＝Ｄ −ｄMIN ＞ ０ ・・・（２）
ロットの最小締代ＸMIN （μｍ）＝Ｄ −ｄMAX ＞ ０ ・・・（３）
とすると、
上記（１）式に基づき、
内径拡張量ＹMAX 、ＹMIN は、下記式で表される。
【００４５】
【数２】
【００４６】
さらに、拡大後の内径寸法は、
ｄｆMAX （mm）＝ｄMAX ＋ＹMIN
ｄｆMIN （mm）＝ｄMIN ＋ＹMAX
と表せる。
従って、対象とするロット内の加工後の内径寸法バラツキΔｙは、次にように求められる。
【００４７】
この式で、ｄMAX −ｄMIN ＝Δｘ（寸法公差）とすると、Δｙは、次式で表される。
【００４８】
【数３】
【００４９】
ここで、上記（２）式及び（３）式より、
ＸMAX −ＸMIN ＝ｄMAX −ｄMIN ＝Δｘ
従って、 ＸMAX ＝ＸMIN ＋Δｘとなる関係を使用している。
そして、Δｘ＝（０−（４））＝４μｍ、内径寸法４mm（呼称寸法）の図２に示す円筒状部材１をワークとした例での実験結果を求めてみると、次に示す表１を得る。
【００５０】
【表１】
【００５１】
ここで、貫通用球状体４の直径Ｄ及び内径寸法ｄb （ｄMAX ，ｄMIN ）は、目標とする円筒状部材１の内径寸法（呼称寸法）である４．０００mmφに対する偏差分で示している。後述する表中であっても同様である。
また、表１中のΔｙ及びΔｙ／Δｘは、表１の上段の諸元に対し上記（６）式を用いて求めたものである。
【００５２】
そして、上記図６から、平均締代率ｘm を０．７５〜１．０５％の範囲に設定すれば、｜Δｙ／Δｘ｜≦０．５、即ちΔｘ＝４μｍでΔｙ≦２μｍとすることができることが分かる。
このように、平均締代率ｘm を０．７〜１．１の範囲に設定することで、上記Δｙ／Δｘを０．６以下とすることが可能となり、好ましくは、平均締代率を０．７５〜１．０５の範囲に設定することで、Δｙ／Δｘを０．５以下とすることが可能となる。即ち、寸法修正の精度を従来よりも大幅に向上させることが可能となる。
【００５３】
次に、上記寸法修正の精度をさらに向上するために、ロット内の寸法バラツキに対し、ロット内の締代率ｘの差分Δｘが０．０５以下となるように貫通用球状体４の径を複数選択して求めてみると、下記表２に示す結果を得た。
なお、上記ロット内の締代率ｘの差分Δｘとは、ロット内の最大締代率と最小締代率との差分である。
【００５４】
【表２】
【００５５】
ここで、
内径寸法拡張量Ｙは、上記（４）式に基づき求めた値
をそれぞれ表している。
【００５６】
この表２に表されるように、上記条件によって貫通用球状体４の径を複数選択して寸法修正を行うと、加工前の加工部材のバラツキ寸法が３．５μｍであるのに対し、加工後のバラツキ寸法は、計算値で０．５５μｍ、実測値で０．８μｍとなり、上記｜Δｙ／Δｘ｜＝０．１６となって０．５をはるかに下回る、即ち、貫通用球状体４の直径を適宜，選択することで、更に寸法修正の精度が向上することが分かる。
【００５７】
ここで、上記表２において、NO. １〜NO. ３は、同一の貫通用球状体４（直径の偏差分が＋２４μｍ）を使用し、上記締代率ｘの差分Δｘは０．０２３であり、NO. ４〜NO. ５は、同一の貫通用球状体４（直径の偏差分が＋２２μｍ）を使用し、上記締代率ｘの差分Δｘは０．００５である。
上記表２の比較例として、貫通用球状体４の直径の偏差分が＋２４μｍの同一の球状体だけを使用した場合を求めて見ると、次に表される表３のような結果が得られる。
【００５８】
【表３】
【００５９】
この表３では、上記締代率ｘの差分Δｘは０．０８８と０．０５よりも大きい値となり。この場合には、加工前の加工部材のバラツキ寸法が３．５μｍであるのに対し、加工後のバラツキ寸法は２．０６μｍとなり、上記｜Δｙ／Δｘ｜＝０．５９となる。即ち、締代率ｘの差分Δｘが０．０５よりも大きいと、上記｜Δｙ／Δｘ｜＞０．５となることが分かる。
【００６０】
同様にして、別のサンプルで、ロット内の寸法バラツキに対し、ロット内の締代率ｘの差分Δｘが０．０５以下となるように貫通用球状体４の径を複数選択して求めてみると、次の表４に示す結果を得た。
【００６１】
【表４】
【００６２】
加工前の加工部材のバラツキ寸法が３．５５μｍであるのに対し、加工後のバラツキ寸法は、計算値で１．４５μｍ、実測値で１．２μｍとなり、上記｜Δｙ／Δｘ｜＝０．３４となって０．５を下回る。この場合も、貫通用球状体４の径を適宜，選択することで、より寸法修正の精度が向上していることが分かる。
ここで、上記表４において、NO. １〜NO. ４は、同一の貫通用球状体４（直径の偏差分が＋２４μｍ）を使用し、上記締代率ｘの差分Δｘは０．０４であり、NO. ４〜NO. ５は、同一の貫通用球状体４（直径の偏差分が＋２０μｍ）を使用し、上記締代率ｘの差分Δｘは０．０４である。
【００６３】
上記表４の比較例として、貫通用球状体４の径の偏差分が＋２４μｍの同一の球状体だけを使用した場合を求めて見ると、下記表５のような結果が得られる。
【００６４】
【表５】
【００６５】
この表５では、上記締代率ｘの差分Δｘは０．１１と０．０５よりも大きい値となる。この場合には、加工前の加工部材のバラツキ寸法が３．５５μｍであるのに対し、加工後のバラツキ寸法は２．０８μｍとなり、上記｜Δｙ／Δｘ｜は０．５９となる。
以上のように、対象とするロット内の締代率ｘの差分Δｘが大きくなると、上記加工後のバラツキの改善度合いを示す｜Δｙ／Δｘ｜が大きくなることが分かり、当該ロットの締代率ｘの差分Δｘを０．０５％以下に抑えるように貫通用球状体４の径を選択することで、｜Δｙ／Δｘ｜を０．５以下に抑えることが可能となる。
【００６６】
即ち、対象とするロット内の締代率ｘの差分Δｘに応じて貫通用球状体４の径を適宜選択することで、同一径の貫通用球状体４を使用する場合に比べて加工後のバラツキが抑えられ寸法修正の精度が向上する。
上述のことから、加工する円筒状部材１を、その内径寸法の大きい又は小さいいずれか一つの順に並べ、その内径寸法の最大値又は最小値側からのいずれかから、前記締代率ｘの最大値と最小値との差（Δｘ）が０．０５以下となる円筒状部材１毎に貫通する貫通用球状体４の径を定めて用いることで、バラツキの度合いを加工前の半分以下に低減することが可能となる。
【００６７】
このとき、上述のように、平均締代率ｘm が０．７５〜１．０５の範囲となる様に締代Ｘを選択すると、両者の効果によって更に寸法修正後のバラツキの低減が可能となり、修正後の寸法精度が向上する。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のバニシ仕上加工方法を使用すると、簡単な方法によって、加工後の貫通孔の形状を加工前の中凸形状に維持しつつ内径寸法を所望の寸法に仕上げることが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るバニシ仕上加工方法に使用する装置を示す概念図である。
【図２】加工部材である円筒状部材の諸元を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例における円筒状部材の内周面形状を示す図であり、（ａ）は加工前の形状を、（ｂ）は加工後の形状をそれぞれ示している。
【図４】本発明の実施例における締代率と内径寸法拡大率との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例におけるボール径差率を変化させた場合の圧入量と突出量との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例における平均締代率とバラツキの改善度合との関係を示す図である。
【図７】従来のバニシ仕上加工方法に使用する装置を示す概念図である。
【図８】従来のバニシ仕上加工方法における円筒状部材の内周面形状を示す図であり、（ａ）は加工前の形状を、（ｂ）は加工後の形状をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１ 円筒状部材（加工部材）
１ａ 貫通孔
２ ベース部材
３ 回転アクチュエータ
４ 貫通用球状体
５ 拡径用球状体
６ 上側シリンダ装置のピストンロッド
７ 下側シリンダ装置のピストンロッド
ｘ 締代率
ｘm 平均締代率
ｙ 内径寸法拡大率
Ｐ 圧入量
δ 圧入率
Ｃ 突出率
ε ボール径差
【発明の属する技術分野】
本願発明は、加工部材に設けた貫通孔の寸法を精度良く修正するために行われるバニシ仕上加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、加工部材である円筒状部材の内周面を仕上げる方法として、砥石を使用した内面研削が行われる。
この研削加工では、円筒状部材の内周面に対して、砥石を、急速接近、研削、スパークアウト、後退の手順で移動させることで行われる。このとき、研削後の仕上寸法の精度を向上させるために、ＮＣ制御、インプロセス寸法測定等が付加される場合もある。
【０００３】
しかし、上記ＮＣ制御やインプロセス寸法測定等が付加された研削加工であっても、例えば、砥石の摩耗、加工部材の回転精度、機械の応答速度、研削液によるインプロセスゲージの揺れなどの様々な要因によって、仕上寸法の絶対値のバラツキを１〜２μｍφ以下にすることは困難であり、通常、上記バラツキは４μｍ程度となる。このとき、上記研削加工による上記仕上寸法のバラツキを小さくしようとする場合には、研削速度を遅くしたりスパークアウトの時間を長くするなど若干の改善方法はあるものの、加工時間が長くなり且つ加工コストが高価なものとなる。
【０００４】
このため、通常は、上記研削加工の後工程として、ホーニング盤による仕上加工を施したり、熟練者によるハンドラップを行い、さらには、内径寸法の選別が行われているのが実情である。但し、これらの方法では、設備費や人件費が高価なものとなる。
また、従来、上記研削加工の後工程として、バニシ仕上加工により内径寸法の修正が行われる場合もある。
【０００５】
この従来のバニシ仕上加工は、円筒状部材の内周面に対し精度の良い適正な寸法の超硬球を単に貫通させることで、内径寸法の修正を行うものである。
即ち、図７に示すように、ベース部材２０上に設置された円筒状部材１の貫通孔１ａの上端開口部に、当該貫通孔１ａの径よりも若干大きい寸法の超硬球２１を載せ、続けて、ピストンロッド２２により上側から上記超硬球２１を貫通孔１ａ内に圧入して貫通させるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のバニシ仕上加工方法では、内径寸法は修正されるものの、貫通孔の形状が崩れて良品とならないおそれがあるという問題がある。
例えば、内径寸法が３．９９７mmφの円筒状部材１に対し、４．０２６mmφの超硬球２１を貫通させた場合、加工後の円筒状部材１の内径寸法は、４．０００mmφとなり、２９μｍφの締代で３μｍφの寸法修正が行われたことになる。ここで、上記円筒部材の諸元は図２に示すものとする。
【０００７】
しかし、円筒状部材１の加工前と加工後の内周面形状を測定すると、図８に示す形状になっている。ここで、図８中、（ａ）は加工前の形状を、（ｂ）は加工後の形状を示している。この図８から分かるように、加工前に０・３μｍの中凸形状（軸方向中央に向けて内径が小さくなる形状）をしていたものが、加工後は逆に、０．３μｍの中凹形状（軸方向中央に向けて内径が大きくなる形状）となってしまい、加工前の形状が維持されていない。
【０００８】
即ち、研削加工により上記中凸形状に加工されたにもかかわらず、従来のバニシ仕上加工方法で仕上加工を施すと、内周面形状が中凹形状となってしまう。
なお、上記内周面形状が中凹形状となるのは、円筒状部材１において開口端部側の方が軸方向中央部側に比べて拘束力が小さいため、上記開口端部側の方が、上記超硬球２１の通過による塑性変形量よりも弾性変形量の割合が大きいためと推測される。
【０００９】
ここで、加工後に上記のような中凹形状になると、軸方向中央の内径が大径となり且つ開口端部側が小径となるので、加工後の内径寸法が測定しにくく軸方向の寸法が定め難い。この結果、挿入する軸部材との締代を設定し難い。さらに、開口端部側が小径となるので、貫通孔１ａに軸部材が挿入し難くなるという欠点を持つ。
【００１０】
これに対して、加工後の内周面形状が上記中凸形状であれば、軸方向中央側の内径が小径となるため内径寸法が測定し易くなると共に、開口端部部分がテーパ状となって軸部材を挿入する際の案内面を構成し当該軸部材が挿入し易くなるという利点を持つ。
本願発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、簡易な手段によって、内径寸法の修正精度を向上すると共に貫通孔の形状を制御可能なバニシ仕上加工方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載のバニシ仕上加工方法は、加工部材に設けた貫通孔に球状体を貫通させ内径寸法を所望の寸法に仕上げるバニシ仕上加工方法において、上記球状体を貫通させる前に、上記貫通孔の少なくとも一方の開口端部側に対し、上記球状体より大径の球状体を、上記開口端部から所定圧入量だけ圧入した後に該開口端部側に抜くことを特徴としている。
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記貫通用球状体の径を、上記貫通穴の内径寸法のバラツキに基づいて決定することを特徴とするものである。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、下記式で求められる圧入率δを５％以上３０％以下とし、且つ、下記式で求められるボール径差率εを０．０５％以上とすることを特徴とするものである。
本発明においては、目的とする球状体を貫通する前に、貫通孔の開口端部に上記目的とする球状体と同径又は大径の球状体を圧入して、開口端部側を予め拡径し、その後に目的とする球状体を貫通することで、貫通孔の形状を中凸形状に維持したまま寸法の修正が行われる。
このとき、上記目的とする球状体と同径又は大径の球状体の径の選択や圧入量などを調整することで、加工後の貫通孔の形状を加工前と同様な形状としたり、若干，中凸状にするなど形状調整が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
まず装置の構成を説明する。本実施の形態の装置は、図１に示すように、加工部材である円筒状部材１を軸を上下にして設置するためのベース部材２と、上記ベース部材２を回転させる回転アクチュエータ３と、上記円筒状部材１の貫通孔１ａを貫通する貫通用球状体４と、上記貫通孔１ａの開口端部を拡径するための拡径用球状体５と、上記球状体４，５を貫通孔１ａ内に圧入するための図外の上側シリンダ装置と、圧入した上記拡径用球状体５を上側に抜くための図外の下側シリンダ装置とを備える。
【００１４】
上記ベース部材２は、円筒状部材１を上下から挟持可能な側面視略コ字形状に形成されている。即ち、軸を上下に向けて設置される上記円筒状部材１の下端面に当接する下側ベース２ａと、該円筒状部材１の上端面に当接する上側ベース２ｂと、上下方向に延在して上記下側ベース２ａと上側ベース２ｂとを連結する連結部２ｃとから構成される。上記下側ベース２ａ及び上側ベース２ｂには、それぞれ、設置する円筒状部材１の貫通孔１ａよりも大径の開口２ｄ，２ｅが開設し、その開口２ｄ，２ｅは、円筒状部材１の貫通孔１ａに圧入される球状体４，５が余裕を持って通過可能な大きさとなっている。
【００１５】
上記ベース部材２の連結部２ｃの中央部には、回転アクチュエータ３の駆動軸３ａが連結される。その駆動軸３ａは軸を水平にして配設され、その駆動軸３ａが正逆１８０°回転することで、上記ベース部材２は反転、即ち、上側ベース２ｂが下側に下側ベース２ａが上側に位置するように旋回する。
上記回転アクチュエータ３は、例えばサーボモータを本体３ｂとして構成され、その回転軸を上記駆動軸３ａとする。勿論、回転アクチュエータ３は、これに限定されるものではなく、上記ベース部材２を反転可能であれば他の周知のアクチュエータであっても構わない。
【００１６】
また、上記上側ベース２ｂの上方には、図外の上側シリンダ装置が配設される。その上側シリンダ装置のピストンロッド６は、軸を上下に向け、且つ、上記ベース部材２に設置された円筒状部材１の貫通孔１ａと同心になるように設定されている。そして、当該ピストンロッド６は、伸縮することで上記貫通孔１ａに上側から挿通可能となっている。
【００１７】
同様に、上記下側ベース２ａの下方には、図外の下側シリンダ装置が配設される。その下側シリンダ装置のピストンロッド７も、軸を上下に向け、且つ、上記ベース部材２に設置された円筒状部材１の貫通孔１ａと同心になるように設定される。そして、当該ピストンロッド７は、伸縮することで上記貫通孔１ａに下側から挿通可能となっている。
【００１８】
また、拡径用球状体５は、貫通用球状体４よりも若干大径の球状体である。この拡径用球状体５及び上記貫通用球状体４は、それぞれ超硬合金によって作製されている。
なお、図１中、８は、上記ベース部材２を設置するためのボルスタであって、左右方向に移動可能となっている。
【００１９】
次に、上記装置の動作や作用等について説明する。
まず、ベース部材２の上側ベース２ｂと下側ベース２ａとの間に円筒状部材１を取り付ける。このとき、上記上側ベース２ｂと下側ベース２ａとに設けた開口２ｄ，２ｅと、円筒状部材１の貫通孔１ａとをほぼ同心としておく。
ここで、ワークとしての上記円筒状部材１は、前加工である研削加工が施されて所定の内径寸法となっているとする。
【００２０】
次に、上記円筒状部材１の上端に拡径用球状体５を載置し、上側シリンダ装置を作動する。これによって、上側シリンダ装置のピストンロッド６を下方に伸ばして上記拡径用球状体５を下方に押し込み、当該拡径用球状体５を、円筒状部材１の貫通孔１ａの上端部内に所定圧入量Ｐだけ圧入する。
次に、上記上側シリンダ装置のピストンロッド６を縮めて元の位置に戻すと共に、下側シリンダ装置を作動する。そして、該下側シリンダ装置のピストンロッド７を下側から上記貫通孔１ａに挿入し、上記圧入した拡径用球状体５を上方に押し上げ上側の開口端部側に抜く。
【００２１】
次に、上記拡径用球状体５を一旦退避させた後に、回転アクチュエータ３を作動し、その駆動軸３ａを１８０度回転させることで、ベース部材２を反転する。これによって、円筒状部材１のボルスタ８側に位置していた開口端部側が上方を向く。
次いで、円筒状部材１の上端開口部上に再び拡径用球状体５を載置した後、上記と同様に、上側シリンダ装置及び下側シリンダ装置を順次，作動させて、拡径用球状体５を貫通孔１ａの上端開口部内に所定圧入量Ｐだけ圧入した後、その拡径用球状体５を圧入した開口端部側、即ち上方に抜く。
【００２２】
これによって、貫通孔１ａの両端開口部に対する予備加工が終了し、当該貫通孔１ａの両端開口部がそれぞれ拡径する。
次に、上記拡径用球状体５を貫通用球状体４に交換し、該貫通用球状体４を円筒状部材１の上端開口部上に載置する。その後、上側シリンダ装置を作動させ、ピストンロッド６を伸ばして上記貫通用球状体４を上側から押し込み、当該貫通用球状体４を、従来と同様に貫通させることで、仕上加工が完了する。
【００２３】
これによって、従来と同様に円筒状部材１の寸法修正が行われると共に、貫通孔１ａの両端開口部に上記のような予備加工を施すことで、円筒状部材１の貫通孔１ａの形状を調整可能となる。
特に、本実施の形態では、従来のような貫通用球状体４による貫通だけのバニシ仕上加工では軸方向中央部よりも小径となりやすい軸方向端部を、予め拡径するように予備加工を施しているので、加工前の中凸形状を維持したり、より良好な中凸形状に成形することが可能となる。このことは、また、貫通孔１ａの軸方向の内径差を従来よりも小さく設定可能となり、仕上寸法を高精度に修正することも可能となる。
【００２４】
また、装置構成が簡単なために、作業の熟練も必要とせず、また作業時間も短い。
なお、上記実施の形態では、貫通孔１ａの軸方向両端部に対し拡径用球状体５を使用して予備加工を行っているが、一方の軸方向端部だけに上記予備加工を行うようにしてもよい。
【００２５】
また、上記実施の形態の装置は、一つの装置によって上記予備加工と貫通用球状体４を貫通される本加工とを行う構成にすることで装置のコンパクト化を図っているが、必ずしも同一装置で上記予備加工と本加工とを行う必要はない。上記予備加工と本加工とを別工程とし、それぞれ別の装置によって行うようにしてもよい。
【００２６】
また、上記実施の形態では、加工部材である円筒状部材１の軸を上下に向けて加工を行う装置構成で説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、円筒状部材１の軸を横方向に向けた状態で横方向から球状体４，５を圧入して仕上加工するような装置構成にしてもよい。
また、上記拡径用球状体５及び貫通用球状体４は、例えば窒化珪素セラミック素材から作製してもよいし、セラミックスコーティングを施してもよい。要は、円筒状部材１の貫通孔１ａを圧延可能な硬さを持っていればよい。
【００２７】
また、上記実施の形態では、加工部材として円筒状部材１を例として説明しているが、これに限定されるものではない。要は、円柱状の貫通孔が設けられ且つその貫通孔に所定の寸法精度が要求される部材であれば、他の形状の加工部材であってもよい。
【００２８】
【実施例】
本願発明に基づくバニシ仕上加工を、上記装置を使用し、次のような条件の基に行った。
条件：
上記加工部材：加工前の内径寸法が３．９９６６mmφの円筒状部材
なお、円筒状部材の諸元は図２に示すものとする。
【００２９】
その設定仕上寸法 ：４．００００mmφ
拡径用球状体の直径 ：４．０２６mmφ
拡径用球状体の圧入量 ：０．８mm
貫通用球状体の直径 ：４．０２４mmφ
上記仕上加工を施すことにより、加工後の円筒状部材１の内径寸法は、３．９９９０５mmφとなり、２７．４μｍφの締代で２．４５μｍφの寸法修正が行われた。
【００３０】
また、円筒状部材１の加工前と加工後の軸方向の内径形状を測定したところ、図３に示すような形状が得られた。ここで、図３中、（ａ）は加工前の形状を示し、（ｂ）は加工後の形状を示している。この図３に示す結果から、加工後も加工前の中凸形状が維持されていることが分かる。
このように、本発明に基づくバニシ仕上加工を施すと、簡易に、加工前の中凸形状を維持しつつ寸法修正が行われることが分かる。
【００３１】
ここで、上記本願発明に基づくバニシ仕上加工における、拡径用球状体５の貫通用球状体４に対する径差や、該拡径用球状体５の圧入量Ｐなどの適正な値の設定範囲について説明する。
まず、上記装置を使用し下記の条件で、締代率ｘと、貫通用球状体４を貫通させた後の内径寸法の内径寸法拡大率ｙとの関係を求めると、図４に示す関係を得た。
条件：
円筒状部材の諸元：５．２mmφ×４mmφ×４mmｈ（図２参照）
拡径用球状体の直径 ＝ 貫通用球状体の直径Ｄ ＋ ２μｍ
圧入量Ｐ：０．８mm
ここで、
【００３２】
この図４から分かるように、締代率ｘが増大するほど内径寸法拡大率ｙが急増していることが分かり、上記図４から、上記締代率ｘと内径寸法拡大率ｙとは、次の実験式によって表される関係が成立する。
【００３３】
【数１】
ここで、下記説明では、上記締代率ｘの上限を０．８％とし、上記内径寸法拡大率ｙの上限を０．１２５％として説明する。
次に、本願発明に基づくバニシ仕上加工を行った後における、貫通孔１ａが凸形状を維持可能な条件について説明する。
拡径用球状体５の圧入率δと貫通孔１ａの形状変化量（凸量）の突出率Ｃとの関係を、ボール径差率εを変化させて求めてみたところ、図５に示す結果を得た。
【００３５】
ここで、
圧入率δ ＝ Ｐ／ｂ
Ｐ：拡径用球状体の圧入量
ｂ：円筒状部材の軸方向の長さ
【００３６】
本願実施例では、貫通孔１ａの径寸法を拡張して寸法修正を施した際に、研削加工時（加工前）の凸形状を維持したいので、上記突出率Ｃが０％以上でなければならない。
上記図５から分かるように、従来のように単に貫通用球状体４を貫通させるだけでは（ε＝０）、突出率Ｃが−１２．５％、即ち中凹形状となるのに対し、本願発明に基づくバニシ仕上加工では、圧入率δに合わせて上記ボール径差率εを適宜選択することで、加工後の軸方向の形状を中凸形状にすることが出来ることが分かる。
【００３７】
そして、上記図５から、加工後の形状を中凸形状に維持するためには、上記ボール径差率εを０．０５％以上にしなければならず、望ましくは０．１％以上に設定することが好ましい。
即ち、上記ボール径差率εを０．１％以上に設定することで、ほぼどの圧入率δを採用しても中凸形状を維持可能となる。即ち、上記ボール径差率εを０．１％以上に設定することで、拡径球状体５の圧入量Ｐの制御をラフにすることが可能となる。
【００３８】
ここで、加工後も中凸形状を維持して寸法測定や軸の挿入などが行い易ければよいので、積極的に突出率Ｃを大きくするような加工は必要なく、加工後も中凸形状が維持可能であれば製品として問題はない。つまり、下限の突出率Ｃが圧入率δの全域（０〜３０％）に渡って選択できればよい。また、上記圧入率δは最大５０％まで選択できるが、ボール径差率εを０．１％以上の範囲で自由に選択すれば圧入率δに関係なく中凸形状を維持可能となる。
【００３９】
なお、上記ボール径差率εは、貫通孔１ａの開口端部をどの程度だけ予め拡径すればよいかの割合を示しているとも言える。
また、上記図５から分かるように、ボール径差率εに応じて圧入率δを適宜選択することで加工後も中凸形状を維持可能となる。例えば、ボール径差率εを０．０５％に設定した場合、圧入率δを２５％に設定すればよい。この点から、上記ボール径差率εは、拡径用球状体５をどこまで圧入しなければならないかを決定する値となる。
【００４０】
次に、本願発明に基づく内径寸法修正の精度の向上について説明する。
加工前のロット内の内径寸法のバラツキに対し、このバラツキを改善するためには上記締代Ｘを幾らにすればよいかを説明する。このために、平均締代率ｘ m に対するΔｙ／Δｘの関係を求めたところ、図６に示す結果を得た。
ここで、
Δｙ：加工後におけるロット内の寸法バラツキ（μｍ）
Δｘ：寸法公差（０〜−４μｍ）
【００４１】
上記Δｙ／Δｘは、公差又は加工前の寸法のバラツキに対する、加工後の上記バラツキの減少の割合を示すものである。即ち、このΔｙ／Δｘは、小さい程良く、Δｙ／Δｘ＝０．５とは、加工前の寸法バラツキを加工後には加工前の１／２のバラツキに改善出来ることを示している。例えば、前加工である研削加工による仕上寸法のバラツキが４μｍであれば、加工後は２μｍのバラツキに改善されることを示す。
【００４２】
このΔｙ／Δｘをいくらに設定するかによって、平均締代率ｘm の適正範囲は異なり、また、上記Δｙ／Δｘは０．７，０．６などと所望の値に設定可能であるが、加工後の寸法バラツキを加工前の略０．５以下に設定すると、上記図６から、上記平均締代率ｘm として０．７〜１．１％の範囲で選択しなければならないことが分かる。
【００４３】
即ち、上記平均締代率ｘm の設定の仕方によって寸法バラツキの改善の度合いを調整することが可能であり、上記平均締代率ｘm を０．７〜１．１％、好ましくは０．７５〜１．０５％となるように設定することで、上記Δｙ／Δｘを０．６若しくは０．５以下とすることが可能となり、加工前のロットバラツキを０．５若しくは０．６の比以下に減少することができる。
【００４４】
ここで、上記図６は、次のようにして求められる。
貫通用球状体の径：Ｄ（mm）
加工前における内径寸法のロット最大寸法：ｄMAX （mm）
加工前における内径寸法のロット最小寸法：ｄMIN （mm）
ロットの最大締代ＸMAX （μｍ）＝Ｄ −ｄMIN ＞ ０ ・・・（２）
ロットの最小締代ＸMIN （μｍ）＝Ｄ −ｄMAX ＞ ０ ・・・（３）
とすると、
上記（１）式に基づき、
内径拡張量ＹMAX 、ＹMIN は、下記式で表される。
【００４５】
【数２】
さらに、拡大後の内径寸法は、
ｄｆMAX （mm）＝ｄMAX ＋ＹMIN
ｄｆMIN （mm）＝ｄMIN ＋ＹMAX
と表せる。
従って、対象とするロット内の加工後の内径寸法バラツキΔｙは、次にように求められる。
【００４７】
【００４８】
【数３】
ここで、上記（２）式及び（３）式より、
ＸMAX −ＸMIN ＝ｄMAX −ｄMIN ＝Δｘ
従って、 ＸMAX ＝ＸMIN ＋Δｘとなる関係を使用している。
そして、Δｘ＝（０−（４））＝４μｍ、内径寸法４mm（呼称寸法）の図２に示す円筒状部材１をワークとした例での実験結果を求めてみると、次に示す表１を得る。
【００５０】
【表１】
ここで、貫通用球状体４の直径Ｄ及び内径寸法ｄb （ｄMAX ，ｄMIN ）は、目標とする円筒状部材１の内径寸法（呼称寸法）である４．０００mmφに対する偏差分で示している。後述する表中であっても同様である。
また、表１中のΔｙ及びΔｙ／Δｘは、表１の上段の諸元に対し上記（６）式を用いて求めたものである。
【００５２】
そして、上記図６から、平均締代率ｘm を０．７５〜１．０５％の範囲に設定すれば、｜Δｙ／Δｘ｜≦０．５、即ちΔｘ＝４μｍでΔｙ≦２μｍとすることができることが分かる。
このように、平均締代率ｘm を０．７〜１．１の範囲に設定することで、上記Δｙ／Δｘを０．６以下とすることが可能となり、好ましくは、平均締代率を０．７５〜１．０５の範囲に設定することで、Δｙ／Δｘを０．５以下とすることが可能となる。即ち、寸法修正の精度を従来よりも大幅に向上させることが可能となる。
【００５３】
次に、上記寸法修正の精度をさらに向上するために、ロット内の寸法バラツキに対し、ロット内の締代率ｘの差分Δｘが０．０５以下となるように貫通用球状体４の径を複数選択して求めてみると、下記表２に示す結果を得た。
なお、上記ロット内の締代率ｘの差分Δｘとは、ロット内の最大締代率と最小締代率との差分である。
【００５４】
【表２】
ここで、
内径寸法拡張量Ｙは、上記（４）式に基づき求めた値
【００５６】
この表２に表されるように、上記条件によって貫通用球状体４の径を複数選択して寸法修正を行うと、加工前の加工部材のバラツキ寸法が３．５μｍであるのに対し、加工後のバラツキ寸法は、計算値で０．５５μｍ、実測値で０．８μｍとなり、上記｜Δｙ／Δｘ｜＝０．１６となって０．５をはるかに下回る、即ち、貫通用球状体４の直径を適宜，選択することで、更に寸法修正の精度が向上することが分かる。
【００５７】
ここで、上記表２において、NO. １〜NO. ３は、同一の貫通用球状体４（直径の偏差分が＋２４μｍ）を使用し、上記締代率ｘの差分Δｘは０．０２３であり、NO. ４〜NO. ５は、同一の貫通用球状体４（直径の偏差分が＋２２μｍ）を使用し、上記締代率ｘの差分Δｘは０．００５である。
上記表２の比較例として、貫通用球状体４の直径の偏差分が＋２４μｍの同一の球状体だけを使用した場合を求めて見ると、次に表される表３のような結果が得られる。
【００５８】
【表３】
この表３では、上記締代率ｘの差分Δｘは０．０８８と０．０５よりも大きい値となり。この場合には、加工前の加工部材のバラツキ寸法が３．５μｍであるのに対し、加工後のバラツキ寸法は２．０６μｍとなり、上記｜Δｙ／Δｘ｜＝０．５９となる。即ち、締代率ｘの差分Δｘが０．０５よりも大きいと、上記｜Δｙ／Δｘ｜＞０．５となることが分かる。
【００６０】
同様にして、別のサンプルで、ロット内の寸法バラツキに対し、ロット内の締代率ｘの差分Δｘが０．０５以下となるように貫通用球状体４の径を複数選択して求めてみると、次の表４に示す結果を得た。
【００６１】
【表４】
加工前の加工部材のバラツキ寸法が３．５５μｍであるのに対し、加工後のバラツキ寸法は、計算値で１．４５μｍ、実測値で１．２μｍとなり、上記｜Δｙ／Δｘ｜＝０．３４となって０．５を下回る。この場合も、貫通用球状体４の径を適宜，選択することで、より寸法修正の精度が向上していることが分かる。
ここで、上記表４において、NO. １〜NO. ４は、同一の貫通用球状体４（直径の偏差分が＋２４μｍ）を使用し、上記締代率ｘの差分Δｘは０．０４であり、NO. ４〜NO. ５は、同一の貫通用球状体４（直径の偏差分が＋２０μｍ）を使用し、上記締代率ｘの差分Δｘは０．０４である。
【００６３】
上記表４の比較例として、貫通用球状体４の径の偏差分が＋２４μｍの同一の球状体だけを使用した場合を求めて見ると、下記表５のような結果が得られる。
【００６４】
【表５】
この表５では、上記締代率ｘの差分Δｘは０．１１と０．０５よりも大きい値となる。この場合には、加工前の加工部材のバラツキ寸法が３．５５μｍであるのに対し、加工後のバラツキ寸法は２．０８μｍとなり、上記｜Δｙ／Δｘ｜は０．５９となる。
以上のように、対象とするロット内の締代率ｘの差分Δｘが大きくなると、上記加工後のバラツキの改善度合いを示す｜Δｙ／Δｘ｜が大きくなることが分かり、当該ロットの締代率ｘの差分Δｘを０．０５％以下に抑えるように貫通用球状体４の径を選択することで、｜Δｙ／Δｘ｜を０．５以下に抑えることが可能となる。
【００６６】
即ち、対象とするロット内の締代率ｘの差分Δｘに応じて貫通用球状体４の径を適宜選択することで、同一径の貫通用球状体４を使用する場合に比べて加工後のバラツキが抑えられ寸法修正の精度が向上する。
上述のことから、加工する円筒状部材１を、その内径寸法の大きい又は小さいいずれか一つの順に並べ、その内径寸法の最大値又は最小値側からのいずれかから、前記締代率ｘの最大値と最小値との差（Δｘ）が０．０５以下となる円筒状部材１毎に貫通する貫通用球状体４の径を定めて用いることで、バラツキの度合いを加工前の半分以下に低減することが可能となる。
【００６７】
このとき、上述のように、平均締代率ｘm が０．７５〜１．０５の範囲となる様に締代Ｘを選択すると、両者の効果によって更に寸法修正後のバラツキの低減が可能となり、修正後の寸法精度が向上する。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のバニシ仕上加工方法を使用すると、簡単な方法によって、加工後の貫通孔の形状を加工前の中凸形状に維持しつつ内径寸法を所望の寸法に仕上げることが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るバニシ仕上加工方法に使用する装置を示す概念図である。
【図２】加工部材である円筒状部材の諸元を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例における円筒状部材の内周面形状を示す図であり、（ａ）は加工前の形状を、（ｂ）は加工後の形状をそれぞれ示している。
【図４】本発明の実施例における締代率と内径寸法拡大率との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例におけるボール径差率を変化させた場合の圧入量と突出量との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例における平均締代率とバラツキの改善度合との関係を示す図である。
【図７】従来のバニシ仕上加工方法に使用する装置を示す概念図である。
【図８】従来のバニシ仕上加工方法における円筒状部材の内周面形状を示す図であり、（ａ）は加工前の形状を、（ｂ）は加工後の形状をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１ 円筒状部材（加工部材）
１ａ 貫通孔
２ ベース部材
３ 回転アクチュエータ
４ 貫通用球状体
５ 拡径用球状体
６ 上側シリンダ装置のピストンロッド
７ 下側シリンダ装置のピストンロッド
ｘ 締代率
ｘm 平均締代率
ｙ 内径寸法拡大率
Ｐ 圧入量
δ 圧入率
Ｃ 突出率
ε ボール径差
Claims (5)
- 加工部材に設けた貫通孔に貫通用球状体を貫通させ内径寸法を所望の寸法に仕上げるバニシ仕上加工方法において、上記球状体を貫通させる前に、上記貫通孔の少なくとも一方の開口端部側に対し、上記貫通用球状体よりも大径の拡径用球状体を、上記開口端部から所定圧入量だけ圧入した後に該開口端部側に抜くことを特徴とするバニシ仕上加工方法。
- 上記貫通用球状体の径を、上記貫通穴の内径寸法のバラツキに基づいて決定することを特徴とする請求項１に記載したバニシ仕上加工方法。
- 下記式で求められる圧入率δを５％以上３０％以下とし、且つ、下記式で求められるボール径差率εを０．０５％以上とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載したバニシ仕上加工方法。
- 下記式で求められる平均締代率ｘ m を、０．７％以上１．１％以下とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載したバニシ仕上加工方法。
- 加工する加工部材を、その貫通孔の内径寸法の大きい又は小さいいずれか一つの順に並べ、その内径寸法の最大値側又は最小値側からのいずれかから、下記式で求められる締代率ｘの最大値と最小値との差であるΔｘが０．０５以下となる上記加工部材ごとに、貫通用球状体の径を定めて使用すること を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載したバニシ加工方法。
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|---|---|---|---|
| JP31833095A JP3700222B2 (ja) | 1995-12-06 | 1995-12-06 | バニシ仕上加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP31833095A JP3700222B2 (ja) | 1995-12-06 | 1995-12-06 | バニシ仕上加工方法 |
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