JP3713194B2 - 平面用バニシング工具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの表面の平面部分に接触して転圧加工を行うための平面用ローラバニシング工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワークの表面の仕上げ加工を行う手段としては、ローラをワークの表面の微小な凹凸に押圧してわずかに塑性変形させることで平面粗さを減少させる転圧加工があげられる。この転圧加工は、旋盤等の工作機械にバニシング工具を装着することにより、研削仕上げやラップ仕上げに比べて、簡便に短時間で精度の高い仕上げ加工ができるというメリットを有している。
ここで、ワークの表面のうちの平面部分にローラを押し当てて転圧加工を行うバニシング工具を、特に平面用バニシング工具という。この平面用バニシング工具は、工作機械の回転運動や直進運動可能な駆動機構の主軸に固定可能なシャンクにスプリングを介して円盤状のフレームを連結し、このフレームに放射状に形成した溝とマンドレルとでローラを支持する構成を有している。ローラはマンドレルによりワークの表面のうちの平面部分（以下、単に表面と称する）に向けて押圧されており、ローラをワークの表面に当接させた状態でシャンクを回転させると、ローラが回転（自転）しながら、フレームの中心に対して円運動（公転）する。これにより、ローラの円運動の軌跡に沿ってワークの表面が転圧加工される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワークの加工面が大きい場合は、平面用バニシング工具をワークに対して相対的に平行移動させる必要があるが、平面用バニシング工具をワークに対して相対的に平行移動させると、移動方向の前側のローラで転圧加工されたワークの表面部分が、移動方向の後側のローラで重複して転圧加工されることになる。ここで、平行移動の過程においてワークの表面が重複して転圧加工されると、ワークの表面に微妙な盛り上がりや窪みが発生することがあり、ワークの面粗さを低下させる原因となっていた。
従って、本発明の解決する課題は、平面用バニシング工具をワークに対して相対的に移動させながらワークの表面を転圧加工する際に、平面用バニシング工具の移動に起因する加工不良を無くすことで所望の面粗さを得ることができる平面用バニシング工具を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、駆動機構に装着可能なシャンクを有し、シャンクの先端にワークの平面を回転しながら転圧する転圧手段を支持するフレームを備えた平面用バニシング工具において、フレームは、シャンクに固定されるスペーサと、転圧手段をワークに向けて押圧する押圧部を有するマンドレルとにより、シャンクの中心軸に対して直角な方向に遊動可能に支持されており、押圧部は傾斜を有していることを特徴とする平面用バニシング工具とした。
【０００５】
このような構成によれば、フレームがシャンクに対して遊動可能に構成されているので、平面用バニシング工具がワークに対して平行移動すると、シャンクの中心軸に対してフレームが移動方向の後側に相対的に移動する。このとき、マンドレルの押圧部が傾斜を有しているので、移動方向の前後に位置する転圧手段とマンドレルの押圧部との接触状況が変わる。つまり、移動方向の前側の転圧手段にかかる押圧力が増大するので、この転圧手段の転圧力が増大する。一方、移動方向の後側の転圧手段にかかる押圧力が減少するので、この転圧手段による転圧力は減少する。これにより、ワークの平面への転圧加工は実質的に前側のローラのみにより行われ、ワークの表面は重複して転圧加工されないので、ワークの表面の盛り上がりや窪みの発生を防止できる。また、このような平面用バニシング工具は、シャンクを介して工作機械の主軸のストロークや押圧量を直接的にフレームおよびローラに及ぼすことができるので、ワークの表面の転圧量を精度良く制御することができる。
なお、「遊動可能」とは、ある部材（フレーム）が、外部からの力を受けた場合に、その力の向きと同一の方向に移動可能であることを意味している。
【０００６】
また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の平面用バニシング工具において、転圧手段が、フレームに形成された溝に挿入されたテーパ付きローラまたはボールであることとした。
【０００７】
このような構成によれば、平面用バニシング工具の平行移動時に、移動方向の前後に位置する転圧手段とマンドレルの押圧部との接触状況を容易に、かつ、大きく変化させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参考にして説明する。
図１（ａ）の側面の一部破断側面図、（ｂ）の底面図、および図２の分解図に示すように、平面用バニシング工具１は、中心軸Ｃに沿って配置された、細長のシャンク２と、リング状のマンドレル３と、放射状の溝４を有する円盤状のフレーム５から構成されている。また、この溝４には、押圧部であるテーパを有するローラ６が挿入されている。
【０００９】
次に、この平面用バニシング工具１の各構成要素について以下に説明する。なお、以下の説明において上側とは図１（ａ）の上側を、下側とは図１（ａ）の下側を意味するものとする。
まず、シャンク２は、中心軸Ｃに沿って貫通穴７を有する本体部８と、本体部８の下方において本体部８から円周方向に突出するフランジ部９とから構成されている。
本体部８の上端部８ａは、図示しない工作機械からのクーラント供給管を貫通穴７に固定するための結合溝１０を有している。また、本体部８の下端８ｂ（先端）には、ネジ溝１１が形成されている。
さらに、フランジ部９の下面９ａには、等間隔に複数のネジ穴１２が形成されており、このネジ穴１２にはノックピン１３がねじ込まれている。
【００１０】
また、マンドレル３は、円筒状の部材であり、その下面は、下向きに凸形状となる押圧部であるテーパ面１５を形成しており、テーパ面１５の外周部は、段差部１６を有している。そして、マンドレル３の上面には、ノックピン１３の突出位置に対応する位置に凹部１４が形成されている。
マンドレル３は、この凹部１４にノックピン１３を挿入することでシャンク２に対する回転を防止すると共に、マンドレル３の側部を係止する筒状のロックカバー１７をシャンク２のフランジ部９の側面にねじ込むことでフランジ部９に固定されている。
【００１１】
図２に示すように、フレーム５は、円盤状の部材であり、中心位置に円形の開口部１７を有しており、フレーム５の周縁部分は、上方に向けて壁部１８が立設している。また、フレーム５は開口部１７を中心として放射状に細長の溝４が形成されており、この溝４にローラ６が挿入される。
【００１２】
ここで、フレーム５の開口部１７の周辺部は、下側からスペーサ１９により支えられるようにしてシャンク２の本体部８に支持される。
スペーサ１９は、下端に鍔２０を有する筒状部材であり、シャンク２の本体部８の下端部８ｂに皿ネジ２２により固定される。これにより、図１に示すようにフレーム５の開口部１７の縁に形成された突出部２１は、スペーサ１９の鍔２０により下側から支えられることになる。
このように構成することで、工作機械の主軸のストローク量および押圧力を直接、フレーム５およびローラ６に伝えることができるので、ワークＷの表面の転圧量を正確に制御することができる。
【００１３】
なお、開口部１７の内径はスペーサ１９の円筒部の外径よりも大きいので、開口部１７の突出部２１の内径とスペーサ１９の円筒部の外径の間には、図３に示すような隙間２３ａが形成されている。また、開口部１７の外径とスペーサの鍔２０の外形との間にも、ほぼ同じ隙間２３ｂが形成されている。
【００１４】
また、図２に示すようにフレーム５の壁部１８は、上面１８ａと内面１８ｂを有し、マンドレル３の段差部１６は下面１６ａと側面１６ｂを有しており、図３に示すようにフレーム５は、上面１８ａを下面１６ａに当接させることでマンドレル３に支持されている。
ここで、フレーム５の壁部１８の内面１８ｂとマンドレル３の段差部１６の側面１６ｂとの間にも、前記とほぼ同様な隙間２４ａ（図３参照）が形成されている。
【００１５】
従って、フレーム５は、中心部がスペーサ１９により上向きに支えられ、周縁部がマンドレル３の段差部１６により下向きに押さえ付けられるので、中心軸Ｃの方向には遊びはほとんどない。一方、中心軸Ｃに垂直な方向（図１の左右方向）にはそれぞれ隙間２３ａ，２３ｂ，２４ａがあるので、フレーム５はこの方向には移動が可能である。つまり、フレーム５は、中心軸Ｃに垂直な方向に遊動可能となっている。
【００１６】
ローラ６は、フレーム５の半径方向（開口部１７から壁部１８に向かう方向）に径が大きくなるようなテーパを有しており、その両端部は、ワークＷの表面ととの噛み込みを防止するために面取り加工が施されている。
なお、ローラ６は、下部または側部がフレーム５の溝４の縁に線接触することで落下が防止され、ローラ６の上部がマンドレル３のテーパ面１５と線接触することで、ワークＷの表面側に押圧されている。
【００１７】
また、この平面用バニシング工具１は、本体部８の上端部８ａ側の結合溝１０からクーラントを貫通穴７に供給することでワークＷの表面にクーラントを供給しながら転圧加工をすることができる。
図１に示すように、本体部８の下端部８ｂのネジ溝１１には、貫通穴７から本体部８の外周面に貫通するように形成された連絡穴２５が形成されている。さらに、本体部８の外面には、連絡穴２５に連なるように下向きに縦溝２６が刻まれている。従って、クーラントは、本体部８の下端部８ｂの皿ネジ２２の端面位置まで貫通穴７内を流動し、連絡穴２５および縦溝２６を通って、フレーム５に流れ落ちる。そして、フレーム５とマンドレル３のテーパ面１５との間から、フレーム５の溝４を通って、ワークＷの表面に噴出する。
【００１８】
次に、この平面用バニシング工具１を用いてワークＷの表面に転圧加工を行う手順について説明する。なお、ここでは平面用バニシング工具１がワークＷに対して平行移動するものとして説明するが、平面用バニシング工具１を固定し、ワークＷを載置したテーブルを平行移動させるか、その両者を平行移動するように構成しても良い。
【００１９】
まず、平面用バニシング工具１のシャンク２に好適なツールホルダを介して、例えば、フライス盤やマシニングセンタ等の工作機械の駆動機構の主軸に固定する。これにより、平面用バニシング工具１の中心軸Ｃは、平面用バニシング工具１の回転軸となる。
次に、図３に示すように、工作機械を操作し、平面用バニシング工具１のローラ６をワークＷの表面に当接させる。そして、フレーム５の溝４とローラ６との隙間からクーラントを供給しつつ、工作機械の主軸を回転させて、平面用バニシング工具を中心軸Ｃに対して矢印Ａの方向に回転させる。これにより各ローラ６は、矢印ａの向きに自転しながら、中心軸Ｃを中心として矢印Ａの向きに公転する。
ここで、主軸のストローク量でローラ６がワークＷの表面を転圧加工する転圧量が適切な値（例えば、０．０２〜０．０５ｍｍ）となるように制御することで、ワークＷの表面の凸部が所定の転圧量だけ塑性変形し、ワークＷの表面が環状に鏡面仕上げされる。
【００２０】
この状態で所定時間、ワークＷの表面の転圧加工を行ったら、平面用バニシング工具１を図４の矢印Ｂの方向に平行移動させる。このとき、主にワークＷの表面とローラ６との間に生じる摩擦力により、フレーム５には主軸の進行方向とは逆向きの力がかかる。ここで、前記のようにフレーム５は中心軸Ｃに対して垂直な方向に遊動可能に構成されているため、フレーム５の位置が、図４に示すように、中心軸Ｃの位置に対して後方に所定量ｄだけずれる。この所定量ｄは、前記の隙間２３ａ，２３ｂ，２４ａの幅により決まるものであり、フレーム５が所定量ｄだけ後方に移動すると、図２に示した左側の壁部１８の内面１８ｂとマンドレル３の左側の段差部１６の側面１６ｂが当接し、フレームの開口部１７の左側とスペーサ１９の左側とが当接する。つまり、図４の左側の隙間２３ａ，２３ｂ，２４ａがなくなり、その分だけ図中の右側の隙間２３ａ，２３ｂ，２４ａが大きくなる。
【００２１】
ここで、この平面用バニシング工具１のマンドレル３はローラ６を押圧する押圧部がテーパ面１５であるため、フレーム５の位置が中心軸Ｃの位置に対して後方にずれると、進行方向の前側、後側の位置するローラ６ａ，６ｂのそれぞれとマンドレル３のテーパ面１５との接触状態が変化する。
進行方向の後側のローラ６ａは、マンドレル３のテーパ面１５の高い位置でテーパ面１５と線接触することになるので、そのぶんだけローラ６ａがワークＷの表面側に押圧される力が小さくなる。従って、ローラ６ａがワークＷの表面を転圧する力が小さくなるので、ローラ６ａによるワークＷの表面の転圧は実質的に行われなくなる。
【００２２】
一方、進行方向の前側のローラ６ｂは、マンドレル３のテーパ面１５の低い位置でテーパ面１５と線接触することになるので、そのぶんだけローラ６ａは、ワークＷの表面に強く押圧されることになる。従って、ローラ６ａがワークＷの表面を転圧する力が大きくなる。
従って、平面用バニシング工具１の平行移動時に、実質的に進行方向の前側のローラ６ｂのみによりワークＷの表面の転圧加工が行われる。よって、後側のローラ６ａによってワークＷの表面が重複して転圧加工されることがないので、ワークＷの表面の盛り上がりや、窪みの発生を防止できる。
【００２３】
このとき、主軸の平行移動時にフレーム５にかかっていた進行方向後向きの力が消えるので、フレーム５の位置は、図３に示す位置に戻り、工作機械の主軸とフレーム５の中心とが一致する。
従って、この位置において、ワークＷの表面の転圧加工を行い、以降、前記の動作を繰り返して、ワークＷの残りの領域についても鏡面仕上げを行う。なお、転圧加工の加工幅が平面用バニシング工具１の有効加工径よりも大きい場合は、加工面を二回以上重ね合わせるようにして転圧加工することが望ましい。
【００２４】
このような平面用バニシング工具１は、フレーム５を中心軸Ｃに対して垂直な方向に遊動可能に構成すると共に、ローラ６の押圧部にテーパ面１５を用いることで、平面用バニシング工具１の平行移動時にローラ６によるワークＷの表面の転圧力を容易に制御することができる。従って、広範囲の転圧加工を精度良く、迅速に行うことができる。
【００２５】
次に、本発明の別の実施の形態を図を用いて説明する。なお、図５（ａ）、（ｂ）において図１と同じ構成要素について同一の符号を付して、その説明を省略する。
図５（ａ）に示すように、この平面用バニシング工具５１は、フレーム５５の開口部１７を中心として複数の丸穴５４を形成し、各丸穴５４に転圧手段である球形のボール５６を挿入している。
転圧手段をボール５６にすることで、ローラ６を用いた場合に比べて、同一面積のフレーム５，５５内に配置できる転圧手段の数を増加させることができる。また、ボール５６は転がりに方向性がないため、ワークＷの表面との間のスリップが少なくなるので、ワークＷに対して平面用バニシング工具５１を高速回転させることが可能となる。
さらに、このボール５６をワークＷの表面に向けて押圧するマンドレル５３の押圧部６５は、曲面形状を有しており、押圧部６５とボール５６とが点接触をするように配置されている。
【００２６】
ここで、フレーム５５の開口部６７は、突出部６１においてスペーサ５９の鍔７０に下側から支持されている。なお、突出部６１とスペーサ５９の内筒部との間には隙間７３ａが、開口部６７と鍔７０との間には隙間７３ｂがそれぞれ形成されている。
また、フレーム５５の周縁部に立設する壁部６８の内面６８ｂとマンドレル５３の段差部の側面６６ｂとの間にも隙間７４ａが形成されている。
【００２７】
図５（ｂ）に示すように、この平面用バニシング工具５１がワークＷの表面に対して矢印Ｂの方向に平行移動すると、スペーサ５９とマンドレル５３により中心軸Ｃに垂直な方向に遊動可能に支持されているフレーム５５は、図中の左側の壁部６８の内面６８ｂとマンドレル５３の側面６６ｂとが当接するまで後方に移動する。また、このとき、フレーム５５の開口部６７の左側とスペーサ５９の左側とが当接する。一方、図中の右側に位置する隙間７３ａ，７３ｂ，７４ａが非平行移動時に比べて大きくなる。
【００２８】
これにより、マンドレル５３の押圧部６５とボール５６との接触位置が変化する。すなわち、進行方向の後側のボール５６ａは、押圧部６５の曲線形状に沿って高い位置で押圧されることになるので、ボール５６ａのワークＷの表面に対する転圧力が減少する。一方で、進行方向の前側のボール５６ｂは、押圧部６５の曲線形状に沿って低い位置で押圧されることになるので、ボール５６ｂのワークＷの表面に対する転圧力が増大する。
このようにマンドレル５３の押圧部６５とボール５６との接触位置が変化することで、平面用バニシング工具５１の進行方前側のボール５６ｂによってのみ転圧加工が行われることになるので、ワークの表面は重複加工されないようになる。従って、ワークＷの表面の盛り上がりや窪み発生を防止できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、フレームをシャンクの中心軸に対して直角な方向に遊動可能に支持すると共に、転圧手段をワークに向けて押圧する押圧部が傾斜を有する平面用バニシング工具とした。従って、平面用バニシング工具をワークに対して相対的に平行移動させた際に、移動方向の前後に位置する転圧手段とマンドレルの押圧部との接触状況を容易に制御することができるので、転圧手段がワークの表面に及ぼす転圧力の増減を容易に制御することができる。これにより、簡単な構成で、平行移動の重複した転圧加工を防止できるので、ワークの表面に窪みや盛り上がりが発生しない。よって、ワークの表面の仕上げ加工を迅速に、かつ、精度良く行うことができる。
特に、転圧手段をテーパ付きローラまたはボールとすると、平面用バニシング工具をワークに対して相対的に平行移動させた時に、転圧手段とマンドレルの押圧部との接触状況を容易に、かつ、大きく変化させることができる。従って、簡単な構成でワークの表面の仕上げ加工をさらに精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の平面用バニシング工具の実施の形態を示す、（ａ）一部破断側面図、（ｂ）底面図である。
【図２】 平面用バニシング工具の下部の分解図である。
【図３】 平面用バニシング工具でワークの表面に転圧加工を行っている状態を示す説明図である。
【図４】 平面用バニシング工具をワークの表面に対して平行移動させた状態を示す説明図である。
【図５】 本発明の別の実施の形態における、（ａ）転圧加工時、（ｂ）平行移動時の平面用バニシング工具を示す説明図である。
【符号の説明】
１，５１ 平面用バニシング工具
２ シャンク
３，５３ マンドレル
４，５４ 溝
５，５５ フレーム
６，５６ ローラ （転圧手段）
８ 本体部
１５ テーパ面 （押圧部）
１９，５９ スペーサ
２３ａ，２３ｂ，２４ａ，７３ａ，７３ｂ，７４ａ， 隙間
５６ ボール （転圧手段）
６５ 押圧部

Claims (2)

1. 駆動機構に装着可能なシャンクを有し、前記シャンクの先端にワークの平面を回転しながら転圧する転圧手段を支持するフレームを備えた平面用バニシング工具において、
   前記フレームは、前記シャンクに固定されるスペーサと、前記転圧手段を前記ワークに向けて押圧する押圧部を有するマンドレルとにより、前記シャンクの中心軸に対して直角な方向に遊動可能に支持されており、前記押圧部は傾斜を有していることを特徴とする平面用バニシング工具。
2. 前記転圧手段は、前記フレームに形成された溝に挿入されたテーパ付きローラまたはボールであることを特徴とする請求項１に記載の平面用バニシング工具。

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