JP3811570B2 - 内径仕上加工方法およびリーマ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向に間隔をあけて直列に並んだ複数の穴の内径をリーマにより仕上げ加工する内径仕上加工方法およびその加工方法の実施に好適なリーマに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばエンジンのカムシャフト穴のように、軸方向に間隔をあけて直列に並んだ複数の穴の内径を高い同心度および寸法精度で仕上加工することがしばしば必要になる。この要求を満たすために、従来は、一枚刃のリーマが使用されており、その一枚の刃の刃先位置を微調整する刃先位置調整装置が設けられることもあった。一枚刃のリーマとしては、外周面に先端から基端に向かって軸方向に延びる複数のランドを備え、それらランドの一つに主切れ刃および副切れ刃が形成されたものが好適であり、これら主切れ刃および副切れ刃は、ランドの一つに固定された超硬合金より硬度の高い高硬度焼結体チップ等により形成されることが望ましい。
しかし、直列に並んだ複数の穴の内径の同心度および寸法精度の要求が高い場合には、上記のようなリーマを使用してもなお要求を満たすことは容易ではなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段，作用および効果】
本発明は、以上の事情を背景としてされたものであり、したがってその課題は、直列に並んだ複数の穴の内径の同心度および寸法精度の要求が高い場合でも、容易にその要求を満たし得る内径仕上加工方法およびその加工方法の実施に好適なリーマを得ることである。
本発明によって、下記各態様の内径仕上加工方法およびリーマが得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、各項に記載の特徴の組合わせの可能性の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の特徴およびそれらの組合わせが以下のものに限定されるわけではない。
（１）軸方向に間隔をあけて直列に並んだ複数の穴の内径をリーマにより仕上加工する方法であって、
前記リーマとして、外周面に先端から基端に向かって延びる少なくとも１つのランドを備え、その少なくとも１つのランドの旋回半径が前記先端近傍の一定長さ部分においてその一定長さ部分に隣接する部分より小さくされ、その一定長さ部分が先端小径部、それに隣接する部分が案内部とされ、先端小径部の前記少なくとも１つのランドの少なくとも１つに主切れ刃と副切れ刃とが形成され、その副切れ刃の旋回半径が、前記先端小径部における前記少なくとも１つのランドの旋回半径より大きく、前記案内部における前記少なくとも１つのランドの旋回半径より小さくされたものを使用し、前記直列に並んだ複数の穴の端のものから順に前記主切れ刃および副切れ刃により内径仕上加工を行い、その内径仕上加工が終わった穴に前記案内部の外周面を嵌合させた状態で次の穴の内径仕上加工を行う内径仕上加工方法（請求項１）。
本方法の実施に使用されるリーマの主切れ刃および副切れ刃は案内部と一体的に形成することも可能であるし、主切れ刃および副切れ刃を備えたスローアウェイチップをリーマに取り外し可能に取り付けることも可能である。また、刃先位置（副切れ刃の旋回半径）の微調整が可能な刃先位置調整装置を備えたリーマとすることも可能である。
軸方向に間隔をあけて直列に並んだ複数の穴の内径が本方法により仕上加工される際には、最初の穴は通常のリーマによる場合と同様に加工が行われる。しかし、２個目の穴が加工される際には、最初に加工された穴にリーマの案内部が締まり嵌合ないしそれに近い状態で嵌合され、実質上半径方向に移動不能となっており、そのように精度良く案内されている部分から比較的近い位置において２個目の穴の内径仕上加工が行われるため、最初の穴と２個目の穴との高い同心度が保証されるとともに、２個目の穴の高い寸法精度が保証される。特に、主切れ刃および副切れ刃と案内部とを一体的に形成し、同一の工程で加工する場合には、両者に微小な旋回半径差を付与することが容易であり、かつ、刃先位置調整を行う必要がない。刃先位置を微調整する刃先位置調整装置を有するものにおいては通常の作業者では十分な調整ができず、専門の調整者が必要であるほど調整が困難なのであるが、その作用が不要となるのである。
なお、２個目以降の穴の加工時にはそれ以前に加工された穴の内周面とリーマの案内部とが締まり嵌合するように、先端小径部と案内部との旋回半径を選定すれば、特に高い同心度および加工精度が得られるが、締まり嵌合しない場合でも、副切れ刃の旋回半径を案内部における前記複数のランドの旋回半径より小さくすれば、従来に比較して同心度および加工精度を向上させることができる。
（２）前記複数の穴が３個以上であり、前記案内部の外周面を２個以上の穴に嵌合させた状態で少なくとも１個の穴の内径仕上加工を行う(1) 項に記載の内径仕上加工方法。
仕上加工すべき穴が３個以上である場合には、最初の２個の穴については上記の通りであるが、３個目の穴が加工される際にはリーマの案内部が加工済みの２個の穴を直列に貫通し、軸方向において互いに離れた２点において案内された伏態で３個目の穴が加工されるため、それら３個の穴の高い同心度が保証される。４個目以降の穴についても同様である。
（３）外周面に先端から基端に向かって延びる少なくとも１つのランドを備え、その少なくとも１つのランドの旋回半径が前記先端近傍の一定長さ部分においてその一定長さ部分に隣接する部分より小さくされ、その一定長さ部分が先端小径部、それに隣接する部分が案内部とされ、先端小径部の前記少なくとも１つのランドの少なくとも１つに主切れ刃と副切れ刃とが形成され、その副切れ刃の旋回半径が、前記先端小径部における前記少なくとも１つのランドの旋回半径より大きく、前記案内部における前記少なくとも１つの旋回半径より小さくされたリーマ（請求項２）。
(1) 項に記載の内径仕上加工方法を実施するに適したリ一マが得られる。
（４）前記案内部の旋回半径と前記副切れ刃の旋回半径との差が、３０μｍ以内である (3)項に記載のリーマ（請求項３）。
上記差は、副切れ刃の旋回半径が大きいほど大きくされるべきものであるが、一般的には、２０μｍ以内とされることが望ましく、１０μｍ以内とされることが特に望ましい。
（５）前記主切れ刃および副切れ刃が、前記先端小径部の先端に固定された超硬合金より硬度の高い高硬度チップにより形成された (3)項または (4)項に記載のリーマ（請求項４）。
主切れ刃および副切れ刃を高硬度チップにより形成すれば切れ味が良くなり、仕上加工された穴の内周面の面粗さおよび寸法精度が良くなるとともに、主切れ刃および副切れ刃の耐久性が向上し、リーマの寿命が長くなる効果が得られる。一般に、主切れ刃が摩耗した場合には、高硬度チップを先端側から研磨して再使用され、研磨によりチップが短くなれば廃棄される。高硬度チップとしては、例えば、超硬合金台の上に人造ダイヤモンドを超高温高圧で焼結したものや、超硬合金台の上にＣＢＮ（立法晶型窒化ほう素）を超高温高圧で合成したもの等が使用可能である。
（６）前記副切れ刃と前記案内部との少なくとも一方にバックテーパが付けられており、前記先端小径部および前記案内部の旋回半径がそれら先端小径部および案内部の最大旋回半径で表される (3)ないし (5)項のいずれか１つに記載のリーマ。
副切れ刃に、基端側ほど旋回半径が小さくなるバックテーパを付けることは不可欠ではないが、望ましい。また、案内部には、案内機能の点からすればバックテーパを付けないことが望ましいが、案内部の先端側より基端側が大径となることを回避するために、基端側に向かってごく僅かなバックテーパを設けてもよい。バックテーパを付ける場合には、前記 (4)項における案内部の旋回半径と副切れ刃の旋回半径との比較は、先端側の最も半径の大きい部分の旋回半径である最大旋回半径同士で行うものとする。
（７）前記ランドを複数備え、前記主切れ刃と副切れ刃との交点と当該リーマの軸線とを含む一平面より、主切れ刃および副切れ刃を有するランド側の半分の領域である第１領域においては、前記複数のランドの互いに隣接するものの角度間隔が、反対側の半分の領域である第２領域における角度間隔より狭い (3)ないし (6)項のいずれか１つに記載のリ一マ。
主切れ刃および副切れ刃により切削加工が行われる場合には、それらに作用する切削抵抗力がランドを介して穴の内周面により受けられ、リーマの撓みが防止されるのであるが、切削抵抗力は一定ではなく増減するため、リーマが切削抵抗力により撓まされる向きとは逆向きに撓むことも防止されることが望ましい。また、リーマの軸線位置を一義的に規定するためにも、第１，第２の両領域にランドを設けることが必要である。一方、ランドの数を多くすれば、それだけリーマの回転抵抗が増大するため、ランドの数は少ないことが望ましい。したがって、切削抵抗力を伝える必要がある第１領域においてランドの外周面積を大きくし、第２領域においては小さくすることが望ましいのである。
（８）前記主切れ刃および副切れ刃を有するランドから直径方向に隔たった位置に前記複数のランドの１つが設けられた (3)ないし (7)項のいずれか１つに記載のリーマ。
（９）前記第１領域に、前記主切れ刃および副切れ刃が形成されたランドの他に２個のランドが設けられ、前記第２領域に、前記主切れ刃および副切れ刃が形成されたランドから直径方向に隔たったランドの他に１個のランドが設けられた (8)項に記載のリーマ。
（１０）前記ランドを１つ備えた (3)ないし(6) 項のいずれか１つに記載のリーマ。
（１１）前記少なくとも１つのランドが当該リーマの軸線に平行な真っ直ぐのランドである (3)ないし (10) 項のいずれか１つに記載のリーマ。
（１２）前記少なくとも１つのランドが、当該リーマの軸線のまわりに捩じれたスパイラルランドである (3)ないし (10) 項のいずれか１つに記載のリーマ。
（１３） (3)項ないし(12)項のいずれか１つに記載されたリーマと、
そのリーマの基端部を保持して、工作機械の主軸に着脱されるリーマホルダとを含むリーマ装置。
リーマを工作機械の主軸に、取付位置の高い再現性を保証しつつ着脱するためには、リーマの基端部に相当大がかりな取付部を設けることが必要である。この取付部をリーマとは別体のリーマホルダとすれば、取付部は複数のリ一マに対して共通に使用することが可能となり、工具コストの低減を図り得る。
（１４）前記リーマと前記リーマホルダとの間に、両者の軸線の相対位置と相対傾きとの少なくとも一方を補正する補正装置が設けられた(13)項に記載のリーマ装置。
上記のように、リーマをリーマホルダに着脱可能とする場合には、リーマのリーマホルダに対する取付位置の調整を可能とすることが望ましい。同心度および寸法精度の要求が高い場合には、例えば、互いに嵌合してリーマとリーマホルダとの軸線の相対位置決めを行う嵌合突部と嵌合凹部とを設けても、両者の嵌合のみでは要求精度を満たすことはできない場合が多いからである。
（１５）前記リーマが、基端部に半径方向外向きのフランジを備え、そのフランジの等角度間隔位置に３本以上の軸方向調節ねじが前記リーマホルダの端面に当接可能に設けられ、それら軸方向調節ねじの間に、フランジを軸方向調節ねじを介して前記リーマホルダに押しつけるボルトが設けられて、それらボルトと軸方向調節ねじとが前記相対傾きを補正する補正装置を構成している(14)項に記載のリーマ装置。
（１６）前記リーマと前記リーマホルダとがそれぞれ互いに軸方向に嵌合する嵌合突部と嵌合凹部とを備え、かつ、嵌合凹部の周壁の等角度間隔位置に３本以上の半径方向調節ねじが前記嵌合突部の外周面に当接可能に設けられ、それら半径方向調節ねじが前記軸線の相対位置を補正する補正装置を構成している(13)ないし(15)項に記載のリーマ装置。
【０００４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１において、１０はリーマホルダである。リーマホルダ１０は概して段付きの円筒状を成しており、リーマホルダ１０の中央部が本体部１２，後端部側（図１において右方）が小径の嵌合部１４，前端部側（図１において左方）がリーマ１６を保持するリーマ保持部１８とされている。嵌合部１４は、後部ほど小径となるテーパ外周面２０を備えており、図３に示す工作機械の主軸２４に取り付けられるようになっている。主軸２４は、図示しない主軸台に回転可能に保持されており、主軸台は図示しない送り装置により主軸２４の軸方向に移動させられる。
【０００５】
主軸２４はその回転軸線と同軸に延びる主軸穴２６を備えている。主軸穴２６の主軸２４の端面２８に開口する部分は大径穴部とされている。大径穴部の開口近傍部はリーマホルダ１０の嵌合部１４のテーパ外周面２０に対応するテーパ内周面とされている。また、大径穴部内には、段付円筒状の嵌合部材３０が嵌合され、相対移動不能に固定されている。嵌合部材３０は、軸方向に延び、直径が主軸穴２６の小径穴部と同じである貫通穴３２を有している。嵌合部材３０は大径部において主軸穴２６に嵌合されるとともに、小径部が主軸穴２６の開口側へ向かって延び出させられている。嵌合部材３０の小径部には、貫通穴３２に達する一対の半径方向穴３８が形成されており、各半径方向穴３８はボール４０を半径方向に移動可能かつ軸方向には実質的に移動不能に保持している。
【０００６】
主軸穴２６にはクランプロッド４４が挿通されている。クランプロッド４４は主軸２４に設けられた図示しないロッド駆動装置によって主軸穴２６内を軸方向に進退させられるようになっており、先端部が嵌合部材３０の貫通穴３２に嵌入可能とされている。その先端部の外周面には、前記ボール４０が嵌入可能な一対のボール収容切欠４６が形成されるとともに、各ボール収容切欠４６からクランプロッド４４の先端へ向かう一対の傾斜面４８が形成されている。傾斜面４８は先端側ほどクランプロッド４４の軸線から遠ざかる向きに傾斜している。また、ボール収容切欠４６および傾斜面４８の横断面形状はそれぞれほぼ半円形および弓形であり、ボール４０をできる限り広い面で受けるようにされている。クランプロッド４４の中心には、クーラント穴５０が形成されている。
【０００７】
一方、図１に示すように、リーマホルダ１０の嵌合部１４は軸方向穴５２を有し、直径方向に隔たった２箇所に軸方向に延びる切欠５４を備えている。また、各切欠５４から９０度隔たった部分に、嵌合部１４の外周面から半径方向に延びて軸方向穴５２へ開口する一対の貫通穴５６を備えている。各貫通穴５６は嵌合部１４の外周面においては開口部が円形とされているが、嵌合部１４の内周面に向かうほどリーマホルダ１０の軸方向の寸法が大きくされ、長穴とされている。それによって、図３に示すように、貫通穴５６の嵌合部１４の後端面６０側の部分に半径方向内向きの傾斜面６２が形成される。傾斜面６２の傾斜方向はクランプロッド４４の傾斜面４８とは逆向きとされており、傾斜角度の絶対値が傾斜面４８のそれより大きくされている。
嵌合部１４の軸方向穴５２の内周面にはＯリング６４が嵌装されている。また、リーマホルダ１０の本体部１２の外周面には円環状の係合溝７０が形成されている。
【０００８】
主軸２４にリーマホルダ１０が取り付けられていない状態では、クランプロッド４４は前進端位置にあり、ボール収容切欠４６内のボール４０は嵌合部材３０の半径方向穴３８から外周側には突出していない。リーマホルダ１０の嵌合部１４の貫通穴５６と嵌合部材３０の半径方向穴３８との位相が合致させられた状態で、作業者の手により、あるいは係合溝７０に係合した自動工具交換装置により、嵌合部１４が主軸穴２６に嵌合されれば、クランプロッド４４のボール収容切欠４６，嵌合部材３０の半径方向穴３８および嵌合部１４の貫通穴５６が連通させられ、ボール４０が貫通穴５６に嵌入可能となる。また、嵌合部１４の切欠５４に嵌合部材３０の図示省略の係合突起が嵌入し、リーマホルダ１０の回転を防止する状態となる。
なお、リーマ１６は主軸２４に対して常に図２に示す同一の相対位相で取り付けられることが望ましいため、リーマホルダ１０が主軸２４に対して１８０度異なる別の位相、リーマ１６がリーマホルダ１６に対して９０度，１８０度あるいは−９０度異なる別の位相で取り付けられることを防止すべく、各部材にはそれぞれ図示しない合マークが付けられている。
【０００９】
この状態で、クランプロッド４４がロッド駆動装置により主軸穴２６内へ引き込まれれば、図３に示すように、ボール４０がクランプロッド４４の傾斜面４８へ乗り上げ、半径方向穴３８を経て貫通穴５６へ嵌入させられ、傾斜面６２に当接させられる。したがって、２つの斜面の効果によりリーマホルダ１０の嵌合部１４が、リーマホルダ１０の本体部１２の端面７６が主軸２４の端面２８に当接するまで主軸穴２６に引き込まれ、嵌合部１４のテーパ外周面２０が主軸穴２６のテーパ内周面に密着させられてリーマホルダ１０が主軸２４に固定される。また、Ｏリング６４が嵌合部材３０の先端部に接触する。
【００１０】
一方、ロッド駆動装置によりクランプロッド４４が、その先端面がリーマホルダ１０の嵌合部１４の軸方向穴５２の底面に当接するまで前進させられれば、ボール収容切欠４６がボール４０を収容可能となり、リーマホルダ１０の主軸２４からの離脱が許容される。
【００１１】
図４および図５に示すように、リーマホルダ１０のリーマ保持部１８において、本体部１２とは反対側の端面８０には、嵌合穴８２が形成されている。嵌合穴８２の底面にはクーラント穴８４が開口し、クーラント穴８４は軸方向に延びて嵌合部１４の軸方向穴５２に連通している。リーマ保持部１８の端面８０にはまた、嵌合穴８２より外周側において周方向に隔たった４箇所に等角度間隔に雌ねじ穴８６がそれぞれ形成されている。また、リーマ保持部１８において端面８０から小距離軸方向に隔たった位置には、リーマホルダ１０の周壁を貫通する雌ねじ穴８７が、上記各雌ねじ穴８６とは位相を異にする４箇所に等角度間隔にそれぞれ形成されている。各雌ねじ穴８７には、六角穴付き平先止めねじである半径方向調節ねじ８８が螺合されている。半径方向調節ねじ８８の六角穴８９に外側から工具を係合させて回転させることにより、半径方向調節ねじ８８の嵌合穴８２の内周面からの突出長さを適宜調節することができる。
【００１２】
嵌合穴８２には、リーマ１６が嵌合される。リーマ１６は、軸方向に延びるリーマ本体９０と、フランジ９８とを備えている。リーマ本体９０の一端部は、刃部９２を有する先端小径部９４とされ、反対側の基端部がシャンク９６とされており、そのシャンク９６に半径方向外向きに突出するフランジ９８が設けられているのである。フランジ９８のリーマ本体９０が延び出す端面１００とは反対側の端面１０２からは、端面形状がほぼ円形の嵌合突部１０４が軸方向に突出しており、前記嵌合穴８２に嵌合させられる。フランジ９８には、軸方向に貫通する貫通穴１０５が形成されている。貫通穴１０５は、嵌合突部１０４側が小径となる段付状とされ、肩面が形成されている。なお、これらリーマ本体９０およびフランジ９８は加工の都合上別体とされているが、フランジ９８の貫通穴１０５にリーマ本体９０のシャンク９６が上記肩面に当接するまで挿入された状態で、焼き嵌めにより一体化されている。
【００１３】
図６および図７に示すように、嵌合突部１０４の外周部には、等角度間隔に隔たった４箇所の弓形の部分が切り欠かれて平面１０６が形成されている。フランジ９８には、等角度間隔で隔たった４箇所であって各平面１０６に対応する位置に雌ねじ穴１０８が軸方向に形成されている。この雌ねじ穴１０８には六角穴付き平先止めねじである軸方向調節ねじ１１０が螺合されている。軸方向調節ねじ１１０も、半径方向調節ねじ８８と同様、六角穴１１１に工具を係合させて回転させることにより、先端部のフランジ９８の端面１０２からの突出長さを適宜調節することができる。また、フランジ９８において、上記雌ねじ穴１０８とは位相を異にする４箇所には、等角度間隔でボルト穴１１２がそれぞれ形成されている。
【００１４】
リーマ１６をリーマホルダ１０に取り付ける際には、リーマホルダ１０のリーマ保持部１８の雌ねじ穴８６とリーマ１６のフランジ９８のボルト穴１１２との位相、およびリーマ保持部１８の雌ねじ穴８７とフランジ９８の雌ねじ穴１０８との位相がそれぞれ一致させられた状態で、フランジ９８の端面１０２とリーマホルダ１０の端面８０とが当接するまでリーマ１６の嵌合突部１０４がリーマホルダ１０の嵌合穴８２に嵌入させられる。そして、ボルト穴１１２を通して雌ねじ穴８６にボルト１１４が緩く締められた状態で、図４に示すように、半径方向調節ねじ８８の先端面１１８が嵌合穴８２の内周面から突出して平面１０６に当接させられる。各半径方向調節ねじ８８の嵌合穴８２からの突出長さがそれぞれ調節されることにより、リーマ１６とリーマホルダ１０との両軸線の相対位置のずれが補正される。また、図５に示すように、各軸方向調節ねじ１１０の先端面１２２がリーマホルダ１０の端面８０に当接させられるとともに、各軸方向調節ねじ１１０のフランジ９８の端面１０２からの突出長さが調節されることにより、リーマ１６とリーマホルダ１０との両軸線の相対傾きが補正される。これにより、リーマ１６とリーマホルダ１０との軸線が精度良く一致する状態でリーマ１６がリーマホルダ１０に保持され、ボルト１１４が固く締められることによりリーマ１６がリーマホルダ１０に固定される。
【００１５】
リーマ本体９０は、前記シャンク９６と、シャンク９６の先端面から軸方向に延び出すボデー１２８とを備えている。ボデー１２８は、前記刃部９２を有する先端小径部９４と、先端小径部９４とシャンク９６との間の部分であって先端小径部９４より軸方向に長く延びる案内部１３０とを備えている。リーマ本体９０の中心部には、クーラント穴１３２が軸方向に延びて形成されており、リーマ１６がリーマホルダ１０に取り付けられた状態でリーマホルダ１０のクーラント穴８４と連通する。ボデー１２８には、図８の（ａ）に示すように、先端小径部９４から案内部１３０までリーマ１６の軸線に平行に真っ直ぐに延びる溝１３４，１３５，１３６，１３７，１３８が形成され、そして、図８の（ｂ）に示すように、溝１３４，１３６，１３７，１３８の溝底面の一部をそれぞれ含むほぼ弓形の外周部が切り欠かれることにより、複数（本実施形態の場合５個）のランド１４０，１４１，１４２，１４３，１４４がそれぞれ形成されている。したがって、これらランド１４０〜１４４もリーマ１６の軸線に平行に真っ直ぐに延びている。また、溝１３４〜１３８が等角度間隔では形成されていないため、ランド１４０〜１４４の形成位置も等角度間隔ではない。ランド１４０〜１４４の形成位置については後に説明する。
【００１６】
ランド１４０の先端小径部９４には、上記溝１３４より深い溝１４８が形成されている。溝１４８の底面には、図１に示すように、軸方向に隔たった２箇所にそれぞれクーラント穴１５０，１５２が開口している。クーラント穴１５０，１５２は、後端側ほど軸線に接近する向きに傾斜しており、前記クーラント穴１３２に連通している。したがって、図示しないクーラント供給装置から主軸２４側のクーラント穴５０を通ってリーマホルダ１０のクーラント穴１３２に供給されるクーラントは、これらクーラント穴１５０，１５２から吐出される。
【００１７】
図９に示すように、ランド１４０の溝１４８の先端側の溝側面には、チップ取付座としての切欠１５４が形成され、ダイヤモンド焼結体（超硬合金台の上に人造ダイヤモンドを超高温高圧で焼結したもの）のチップ１５６が嵌合され、ろう付けにより固定されている。チップ１５６は、溝１４８の溝側面と同一平面上にあるすくい面１５８を有している。図１０に示すように、チップ１５６は、リーマ本体９０の先端面より僅かに軸方向に突出し、その突出部に食付き部１６０が設けられ、ここに主切れ刃１６２が形成されている。また、チップ１５６は、すくい面１５８と交差するマージン１６４を有し、すくい面１５８とマージン１６４との交線により副切れ刃１６６が形成されている。上記すくい面１５８，主切れ刃１６２，マージン１６４および副切れ刃１６６等により前記刃部９２が構成されている。
【００１８】
副切れ刃１６６のリーマ軸線からの距離（以下、これを旋回半径と称する）は、先端小径部９４における各ランド１４０〜１４４の各旋回半径より大きくされている。なお、本実施形態においては、副切れ刃１６６には、軸方向に逃げを与えるためのバックテーパが付されており、副切れ刃１６６の旋回半径は後端側（案内部１３０側）ほど僅かに小さくなるのであるが、その副切れ刃１６６の後端部においても、副切れ刃１６６の旋回半径は先端小径部９４の各ランド１４０〜１４４の旋回半径よりも大きくされている。また、先端小径部９４における各ランド１４０〜１４４にもごく僅かではあるが軸方向にバックテーパが付されている。
【００１９】
ここで、チップ１５６の主切れ刃１６２と副切れ刃１６６との交点とリーマ１６の軸線とを含む一平面よりランド１４０側の半分の領域を第１領域とし、反対側の半分を第２領域とすると、図２に示すように、第１領域には、ランド１４０の他、ランド１４１，１４２が設けられており、第２領域には、ランド１４４が設けられている。また、ランド１４０と直径方向に隔たった位置にはランド１４３が設けられている。つまり、上記第１領域側には第２領域側より狭い角度間隔で２個のランド１４１，１４２が設けられていることになる。なお、各ランド１４１〜１４４の幅はほぼ等しくされ、ランド１４０の幅は他のランド１４１〜１４４の幅より小さくされている。
【００２０】
リーマ本体９０の前記案内部１３０における各ランド１４０〜１４４の旋回半径は、先端小径部９４の各ランド１４０〜１４４の旋回半径より大きくされ、かつ、副切れ刃１６６の旋回半径よりも大きくされている。したがって、各ランド１４０〜１４４の先端小径部９４と案内部１３０との間には図１０に誇張して示すように段差が形成されている。本実施形態においては、案内部１３０の各ランド１４０〜１４４にも軸方向にごく僅かにバックテーパが付されており、案内部１３０のシャンク９６に隣接する後端側が先端小径部９４に隣接する先端側よりも僅かに小径となるのであるが、その案内部１３０の後端側においても、各ランド１４０〜１４４の旋回半径は副切れ刃１６６の旋回半径より大きくなるようにこのバックテーパが付されている。本実施形態においては、案内部１３０の各ランド１４０〜１４４の最大旋回半径（案内部１３０の先端部側の旋回半径）と副切れ刃１６６の最大旋回半径（副切れ刃１６６の主切れ刃１６２に隣接する部分の旋回半径）との差が８μｍとされている。
【００２１】
以上のように構成されたリーマ１６により、軸方向に間隔をあけて直列に並んだ複数の穴の内径が仕上げ加工される。その一例として車両用エンジンのカムシャフト穴の内径仕上げ加工について図１１に基づいて説明する。
シリンダヘッド１７０はヘッド本体に複数個の軸受キャップが固定されることにより構成されるが、軸受キャップが固定された状態では、図１１に概略的に示すように、軸方向に間隔をあけて直列に並んだ状態で複数個のカムシャフト穴（図１１には１７２，１７４，１７６で表される３個のみが示されている）が形成される。なお、シリンダヘッドの構造は一般に知られたものであるため、その詳細な図示および説明を省略する。
【００２２】
各カムシャフト穴１７２，１７４，１７６の内径の仕上げ加工の際には、まず、リーマ１６および主軸２４が回転させられつつ前記送り装置により前進させられることにより、リーマ１６の先端小径部９４側が、外側からヘッド本体のカムシャフト穴１７２に挿入され、主切れ刃１６２および副切れ刃１６６の互いに隣接する部分により内周面が切削加工される。このとき主切れ刃１６２および副切れ刃１６６に作用する切削抵抗力は、前記第１領域側に設けられた２個のランド１４１，１４２と、ランド１４０と直径方向に隔たったランド１４３とを介してカムシャフト穴１７２の内周面に受けられることにより、リーマ１６が第１領域側に撓むことが防止され、また、ランド１４１，１４２とは反対側の前記第２領域側にリーマ１６が撓むこともランド１４４により防止されるため、リーマ１６は精度良く一直線まわりに回転する。また、切削加工時にはクーラント穴１５０，１５２からクーラントが供給され、リーマ１６とカムシャフト穴１７２との間に生じる摩擦を軽減し、かつ、両部材間の摩擦により発生した熱を運び去る。
【００２３】
カムシャフト穴１７２の仕上げ加工が終了すれば、リーマ１６はさらに前進させられてカムシャフト穴１７４に接近させられる。このとき、リーマ１６の案内部１３０はカムシャフト穴１７２に締まり嵌合しており、カムシャフト穴１７２の案内によってリーマ１６の軸線とカムシャフト穴１７６の中心線とが精度良く一致した状態に保たれる。本実施形態においては、副切れ刃１６６の旋回半径と案内部１３０の旋回半径とがそのように選定されているのであり、加工済みのカムシャフト穴１７２の内径とリーマ１６の案内部１３０の旋回半径との寸法差である締めしろは、副切れ刃１６６の旋回半径と案内部１３０の旋回半径との差（８μｍ）にほぼ等しくなる。この状態でリーマ１６の先端小径部９４がカムシャフト穴１７４に挿入され、カムシャフト穴１７２と同様にして内周面の仕上げ加工が行われる。また、上記のように案内部１３０の各ランド１４０〜１４４がカムシャフト穴１７２に締まり嵌合された状態でリーマ１６が回転させられるため、バニシング作用によりカムシャフト穴１７２の面粗さが向上させられる。
【００２４】
カムシャフト穴１７４の仕上げ加工が終了すれば、リーマ１６はカムシャフト穴１７４を貫通してさらに前進させられ、先端小径部９４がカムシャフト穴１７６に挿入される。このとき、リーマ１６の案内部１３０はカムシャフト穴１７２，１７４にそれぞれ締まり嵌合されることになり、リーマ１６の案内部１３０が軸方向に互いに離れた２点において精度良く案内された状態でカムシャフト穴１７８の加工が行われる。このようにして全てのカムシャフト穴の仕上げ加工が終了すれば、リーマ１６は後退させられる。
【００２５】
本実施形態においては、リーマ１６の案内部１３０を加工済みのカムシャフト穴に締まり嵌合させることにより、精度良く案内させた状態で次のカムシャフト穴を加工できるため、各カムシャフト穴の同心度が高く、かつ、寸法精度の高いカムシャフト穴を形成することができる。したがって、本実施形態の加工方法およびリーマは、特に高い同心度および寸法精度が要求される複数の穴の内径仕上加工に好適なものである。
【００２６】
本実施形態におけるリーマ１６のように、案内部１３０の旋回半径を副切れ刃１６６の旋回半径より大きくすることにより、軸方向に並ぶ複数の穴の高い同心度が保証されることは、図１２に示す実験結果から明らかである。図１２には、副切れ刃の刃先の旋回半径と案内部の旋回半径との差（刃先径−案内部径）の値がそれぞれ異なる３つのリーマ（そのうち２つは、旋回半径差が負の値であるリーマであり、残りの１つは正の値であるリーマである）により、シリンダヘッドのカムシャフト穴の内径仕上加工を行った際の各穴の同心度（直径に対する値で示す）の測定結果が示されている。各カムシャフト穴の同心度は、一般に知られた同心度測定器により測定され、軸方向の両端に位置する２つのカムシャフト穴の各中心同士を結んだ直線から、他のカムシャフト穴の内周面の各部までの距離の最大値と最小値との差により表されている。なお、それぞれのリーマについて、エキゾーストバルブ側のカムシャフト穴とインテイクバルブ側のカムシャフト穴とにおける各同心度がそれぞれ示されている。
【００２７】
図１２の測定結果によれば、案内部の旋回半径が副切れ刃の旋回半径より大きい方が、従来のように案内部の旋回半径より副切れ刃の旋回半径の方が大きい場合と比較して同心度の高いカムシャフト穴を得ることができ、特に、案内部の旋回半径と副切れ刃の旋回半径との差が４μｍ以上であれば高い同心度が得られ、本実施形態のように８μｍ程度とすればさらに高い同心度が保証される。
以上本発明の一実施形態を詳細に説明したが、これは文字通り例示であり、本発明は、特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるリーマとそれを保持するリーマホルダを示す正面図である。
【図２】上記リーマおよびリーマホルダの左側面図である。
【図３】上記リーマホルダが主軸に取り付けられた状態を示す正面図（一部断面）である。
【図４】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図５】上記リーマおよびリーマホルダの要部を示す正面断面図である。
【図６】上記リーマのフランジを示す正面図である。
【図７】上記フランジの右側面図である。
【図８】上記リーマのランドの形成方法を説明するための図である。
【図９】上記リーマのチップが設けられた部分を拡大して示す図である。
【図１０】上記リーマの要部を拡大して示す正面図である。
【図１１】上記リーマにより内径仕上加工が行われている状態を示す正面（一部断面）図である。
【図１２】リーマの副切れ刃の刃先の旋回半径と案内部の旋回半径との差と、複数のカムシャフト穴の同心度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：リーマホルダ １６：リーマ ２４：主軸 端面：８０ ８８：半径方向調節ねじ ９４：先端小径部 １０６：平面 １１０：軸方向調節ねじ １３０：案内部 １４０，１４１，１４２，１４３，１４４：ランド １５６：チップ １６２：主切れ刃 １６６：副切れ刃 １７２，１７４，１７６：カムシャフト穴

Claims (4)

1. 軸方向に間隔をあけて直列に並んだ複数の穴の内径をリーマにより仕上げ加工する方法であって、
   前記リーマとして、外周面に先端から基端に向かって延びる少なくとも１つのランドを備え、その少なくとも１つのランドの旋回半径が前記先端近傍の一定長さ部分においてその一定長さ部分に隣接する部分より小さくされ、その一定長さ部分が先端小径部、それに隣接する部分が案内部とされ、先端小径部の前記少なくとも１つのランドの少なくとも１つに主切れ刃と副切れ刃とが形成され、その副切れ刃の旋回半径が、前記先端小径部における前記少なくとも１つのランドの旋回半径より大きく、前記案内部における前記少なくとも１つのランドの旋回半径より小さくされたものを使用し、前記直列に並んだ複数の穴の端のものから順に前記主切れ刃および副切れ刃により内径仕上加工を行い、その内径仕上加工が終わった穴に前記案内部の外周面を嵌合させた伏態で次の穴の内径仕上加工を行うことを特徴とする内径仕上加工方法。
2. 外周面に先端から基端に向かって延びる少なくとも１つのランドを備え、その少なくとも１つのランドの旋回半径が前記先端近傍の一定長さ部分においてその一定長さ部分に隣接する部分より小さくされ、その一定長さ部分が先端小径部、それに隣接する部分が案内部とされ、先端小径部の前記少なくとも１つのランドの少なくとも１つに主切れ刃と副切れ刃とが形成され、その副切れ刃の旋回半径が、前記先端小径部における前記少なくとも１つのランドの旋回半径より大きく、前記案内部における前記少なくとも１つのランドの旋回半径より小さくされたことを特徴とするリーマ。
3. 前記案内部の旋回半径と前記副切れ刃の旋回半径との差が、３０μｍ以内である請求項２に記載のリーマ。
4. 前記主切れ刃および副切れ刃が、前記先端小径部の先端に固定された超硬合金より硬度の高い高硬度焼結体チップにより形成された請求項２または３に記載のリーマ。

Images