JP3907900B2 - ボーリング加工装置および加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工具を備えた回転ロッドが、支持部に挿入支持されつつ被加工孔に挿入された状態で、回転ロッドが回転および軸方向移動しながら、被加工孔の内面を工具にて切削加工するボーリング加工装置および加工方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、被加工孔の加工精度を、コストの上昇を極力抑えた上で高めることを目的としている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、工具を備えた回転ロッドが、支持部に挿入支持されつつ被加工孔に挿入された状態で、前記回転ロッドが回転および軸方向移動しながら、前記被加工孔の内面を前記工具にて切削加工するボーリング加工装置において、前記回転ロッドと支持部との間に流体軸受を設けるとともに、前記回転ロッドと支持部との間に前記流体軸受に使用する作動流体が保持される複数の容積部を円周方向に沿って設け、前記回転ロッド内に、前記流体軸受に使用する作動流体を前記容積部に吐出する吐出流路を設け、この吐出流路の前記容積部への開口部に絞り部を設け、前記各容積部の円周方向端部の前記回転ロッドと支持部との間に、前記容積部に吐出された作動流体を圧力降下させるための隙間となるランド部を設け、このランド部を、前記回転ロッドと支持部との間に設けた作動流体逃がし部に連通させた構成としてある。
【０００４】
上記構成によれば、回転ロッドが回転して工具により被加工孔を加工する際に、回転ロッドは、支持部に対し流体軸受により浮上した状態で支持される。
また、回転ロッドが支持部に支持される際に、容積部に作動流体が保持されて流体軸受が形成される。このとき、作動流体は、回転ロッド内から吐出流路を経て回転ロッドの表面の容積部に吐出され、流体軸受を形成する。
そして、作動流体は、吐出流路の絞り部を経て回転ロッドの表面の容積部に吐出されることで、供給圧が調整される。この際、容積部に吐出された作動流体は、ランド部を通って作動流体逃がし部に流れることで、圧力降下する。
【０００５】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、支持部は、回転ロッドと一体となって回転可能な回転スリーブを備え、この回転スリーブと回転ロッドとの間に静圧流体軸受が設けられている。
【０００６】
上記構成によれば、回転ロッドが回転して工具により被加工孔を加工する際には、回転スリーブも回転ロッドと一体となって回転し、このとき回転ロッドは、回転スリーブに対し静圧流体軸受により浮上した状態で支持される。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構成において、容積部は、回転ロッドの外周面に設けた凹部と支持部の内周面との間に形成されている。
【００１１】
上記構成によれば、回転ロッドが支持部に支持される際に、回転ロッドの外周面に設けた凹部と支持部の内周面との間に形成された容積部に、作動流体が保持されて流体軸受が形成される。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１または２の発明の構成において、容積部は、支持部の内周面に設けた凹部と回転ロッドの外周面との間に形成されている。
【００１３】
上記構成によれば、回転ロッドが支持部に支持される際に、支持部の内周面に設けた凹部と回転ロッドの外周面との間に形成された容積部に、作動流体が保持されて流体軸受が形成される。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項の発明の構成において、回転ロッド内に、流体軸受に使用する作動流体の流路を設け、この流路は、軸方向に延長される供給流路と、この供給流路に連通し回転ロッドのほぼ中心位置から放射状に延長されて回転ロッドの表面に開口する前記吐出流路とを備えている。
【００１５】
上記構成によれば、回転ロッド内の供給流路に供給された作動流体は、回転ロッドのほぼ中心から吐出流路を経て回転ロッドの表面に吐出され、流体軸受を形成する。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項の発明の構成において、絞り部は、着脱可能に構成されている。
【００１９】
上記構成によれば、絞り部を適宜交換することで、流体軸受における作動流体の供給圧を最適条件に設定可能となる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項５または６の発明の構成において、作動流体の流路には、切削液を吐出する切削液吐出口が連通し、前記作動流体は加工時に使用する切削液を兼用している。
【００２１】
上記構成によれば、流体軸受専用の作動流体流路および作動流体が不要となる。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項７の発明の構成において、切削液吐出口は、絞り部で構成されている。
【００２３】
上記構成によれば、絞り部によって作動流体流路内における作動流体の圧力低下が回避される。
【００２４】
請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれか１項の発明の構成において、回転ロッドは、回転および軸方向の移動により中仕上加工および最終仕上加工を順次行う中仕上加工用工具および最終仕上加工用工具が、軸方向に沿って所定間隔をおいて外周部に設けられ、容積部は、前記中仕上加工および前記最終仕上加工を行う際の前記回転ロッドの軸方向移動範囲で、前記回転ロッドと前記支持部との間に形成されている。
上記構成によれば、回転ロッドが、回転および軸方向の移動により中仕上加工および最終仕上加工を順次行う際に、回転ロッドの軸方向移動範囲で、回転ロッドと前記支持部との間に容積部が形成される。
請求項１０の発明は、工具を備えた回転ロッドを、支持部により流体軸受を介して支持しつつ、被加工孔に挿入した状態で、前記回転ロッドが回転および軸方向移動しながら、前記被加工孔の内面を前記工具にて切削加工するボーリング加工方法であって、前記切削加工時に、前記流体軸受に使用する作動流体が、前記回転ロッド内に円周方向に沿って設けた複数の吐出流路から、該吐出流路の回転ロッド表面の開口部に設けた絞り部を経て、該作動流体が保持される複数の容積部に流入し、この容積部に流入した作動流体が、前記容積部の円周方向端部の前記回転ロッドと支持部との間に設けた隙間となるランド部から、前記回転ロッドと支持部との間に設けた作動流体逃がし部に流出することで、前記容積部に吐出された作動流体を圧力降下させる加工方法としてある。
【００２５】
上記加工方法によれば、回転ロッドが回転して工具により被加工孔を加工する際に、回転ロッドは、支持部に対し流体軸受により浮上した状態で支持される。
また、回転ロッドが支持部に支持される際に、容積部に作動流体が保持されて流体軸受が形成される。このとき、作動流体は、回転ロッド内から吐出流路を経て回転ロッドの表面の容積部に吐出され、流体軸受を形成する。
そして、作動流体は、吐出流路の絞り部を経て回転ロッドの表面の容積部に吐出されることで、供給圧が調整される。この際、容積部に吐出された作動流体は、ランド部を通って作動流体逃がし部に流れることで、圧力降下する。
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、工具を備えた回転ロッドが回転して被加工孔を加工する際に、回転ロッドは、支持部に対し流体軸受により浮上した状態で支持されるので、加工時における回転ロッドと支持部との同軸度が確保されて加工精度が向上するとともに、回転ロッドおよび支持部相互の摩耗が回避されることから、相互間の隙間の維持管理が不要になる。この場合、工程追加などによる加工精度向上を目的とした設備投資増は必要なく、トータルコストの上昇は極力抑えられる。
また、回転ロッドと支持部との間に、流体軸受に使用する作動流体が保持される複数の容積部を備えているので、回転ロッドが支持部に支持される際に、容積部に作動流体が保持されて流体軸受を確実に形成することができる。
さらに、回転ロッド内に、容積部に作動流体を吐出する複数の吐出流路をそれぞれ設けたので、各吐出流路の流路抵抗が均一化し、作動流体の回転ロッド表面の容積部への供給圧が安定化する。
また、吐出流路の回転ロッド表面の容積部への開口部に絞り部を設けたので、容積部に吐出される作動流体の圧力を調整することができる。この際、容積部に吐出された作動流体は、ランド部を通って作動流体逃がし部に流れることで、圧力降下する。
【００２６】
請求項２の発明によれば、工具を備えた回転ロッドが回転して被加工孔を加工する際には、回転スリーブも回転ロッドと一体となって回転し、このとき回転ロッドは、回転スリーブに対し静圧流体軸受により浮上した状態で支持されるので、加工時における回転ロッドと回転スリーブとの同軸度が確保されて加工精度が向上するとともに、回転ロッドおよび回転スリーブ相互の摩耗が回避されることから、相互間の隙間の維持管理が不要になる。この場合、工程追加などによる設備投資増はなく、コストの上昇は極力抑えられている。
【００２９】
請求項３の発明によれば、容積部は、回転ロッドの外周面に設けた凹部と支持部の内周面との間に形成されているので、加工時に回転ロッドが支持部に対して軸方向に移動しても、凹部の軸方向長さを、支持部の軸方向長さ内に収まるよう設定することで、流体軸受を構成することができる。
【００３０】
請求項４の発明によれば、容積部は、支持部の内周面に設けた凹部と回転ロッドの外周との間に形成されているので、加工時に回転ロッドが軸方向に移動しても、容積部が確保されて流体軸受を構成することができる。
【００３１】
請求項５の発明によれば、回転ロッド内にて軸方向に延長される供給流路に対し、回転ロッドのほぼ中心位置から放射状に延長されて回転ロッドの表面に開口する複数の吐出流路を連通して設けたので、各吐出流路の流路抵抗が均一化し、作動流体の回転ロッド表面への供給圧が安定化する。
【００３３】
請求項６の発明によれば、絞り部は、着脱可能に構成されているので、絞り部を適宜交換することで、流体軸受における作動流体の圧力を最適条件に設定することができ、軸受性能を向上させることができる。
【００３４】
請求項７の発明によれば、作動流体の流路には、切削液を吐出する切削液吐出口が連通し、前記作動流体は加工時に使用する切削液を兼用しているので、流体軸受専用の作動流体流路および作動流体が不要となり、その分設備コストの上昇を抑制できる。
【００３５】
請求項８の発明によれば、切削液吐出口は、絞り部で構成されているので、絞り部によって作動流体流路内における作動流体の圧力低下が回避され、軸受性能を所望に維持又は変更することができる。
【００３６】
請求項９の発明によれば、中仕上加工および最終仕上加工を行う際の回転ロッドの軸方向移動範囲で、回転ロッドと支持部との間に容積部が形成されるので、中仕上加工から最終仕上加工終了までの間に流体軸受を構成することができる。
請求項１０の発明によれば、工具を備えた回転ロッドが回転して被加工孔を加工する際に、回転ロッドは、支持部に対し流体軸受により浮上した状態で支持されるので、加工時における回転ロッドと支持部との同軸度が確保されて加工精度が向上するとともに、回転ロッドおよび支持部相互の摩耗が回避されることから、相互間の隙間の維持管理が不要になる。この場合、工程追加などによる設備投資増はなく、コストの上昇は極力抑えられている。
また、回転ロッドが支持部に支持される際に、回転ロッドと支持部との間の複数の容積部に作動流体が保持されて流体軸受を確実に形成することができる。
さらに、作動流体は、回転ロッド内の各吐出流路を通って回転ロッドの表面の容積部に流出するので、各吐出流路の流路抵抗が均一化し、作動流体の容積部への供給圧が安定化する。
また、作動流体は、吐出流路の回転ロッド表面の容積部への開口部に設けた絞り部を経て、容積部に吐出されるので、作動流体の圧力を調整することができる。この際、容積部に吐出された作動流体は、ランド部を通って作動流体逃がし部に流れることで、圧力降下させることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００３８】
図１は、この発明の実施の一形態を示すボーリング孔加工装置の断面図である。この加工装置は、自動車用エンジンのシリンダブロック１における被加工孔としてのクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの内面に対し、仕上加工を行うものであり、主軸５の先端にオルダムカップリング７を介して回転ロッドとしてのアーバ９が連結されている。
【００３９】
アーバ９は、クランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅに挿通された状態で、周囲に取り付けられる中仕上加工用工具１１および最終仕上加工用工具１３，１５により、回転かつ図中で左方向に後退しながら加工を行う。
【００４０】
一方、上記シリンダブロック１が位置決め固定される治具側には、アーバ９を支持する支持部としての三つのスリーブ、すなわち先端スリーブ１７、後端スリーブ１９および中間スリーブ２１がそれぞれ設置されている。先端スリーブ１７は、図中で右側端部のクランクシャフトベアリング孔３ｅより右側に突出した先端部付近を、後端スリーブ１９は、図中で左側端部のクランクシャフトベアリング孔３ａより左側の基端部付近を、中間スリーブ２１は、クランクシャフトベアリング孔３ｃ，３ｄ相互間を、それぞれ支持する。
【００４１】
上記した三つの各スリーブ１７，１９，２１は、いずれもスリーブ本体２３，２５，２７にベアリング２９，３１，３３を介して回転スリーブ３５，３７，３９が回転可能に設けられている。回転スリーブ３５，３７，３９の内面には、溝３５ａ，３７ａ，３９ａが軸方向全長にわたり形成されている。この溝３５ａ，３７ａ，３９ａは、アーバ９を回転スリーブ３７，３９，３５に挿入する際に、中仕上加工用工具１１および仕上加工用工具１３，１５が通過する。
【００４２】
中間スリーブ２１における回転スリーブ３９には、上記した溝３９ａに対向する側にも溝３９ｂが形成されている。一方、アーバ９の外周には、この溝３９ｂおよび前記した溝３５ａ，３７ａにそれぞれ入り込んでキーの役目を果たす連結具４０がアーバ９の長手方向の３ケ所に取り付けられている。アーバ９の表面から突出した各連結具４０の頭部が溝３５ａ，３７ａ，３９ｂに入り込むことで、アーバ９と回転スリーブ３５，３７，３９とが一体回転する。
【００４３】
先端スリーブ１７および基端スリーブ１９は、両側にクランクシャフトベアリング孔３ｃ，３ｄが配置される中間スリーブ２１のように、設置スペースの制約が少ないことから、中間スリーブ２１に比べ全体として大型に形成されている。また、回転スリーブ３５，３７の軸方向長さは、スリーブ本体２３，２５より長く形成されて左右に突出しており、一方中間スリーブ２１における回転スリーブ３９の軸方向長さはスリーブ本体２７とほぼ同じ長さとなっている。
【００４４】
アーバ９と各回転スリーブ３５，３７，３９との間には、静圧流体軸受４１，４３，４５がそれぞれ形成され、加工時には、アーバ９が回転スリーブ３５，３７，３９に対して微小隙間を介して浮上した状態となる。
【００４５】
先端スリーブ１７および後端スリーブ１９における静圧流体軸受４１および４３は、図１の拡大されたＡ−Ａ断面図である図２（但し、スリーブ本体２３は省略してある。）および同Ｂ−Ｂ断面図である図３（但し、スリーブ本体２５は省略してある。）に示すように、アーバ９の外周面の円周方向適宜位置に、凹部としての平面部４７および４９がそれぞれ複数形成され、この平面部４７，４９と回転スリーブ３５，３７との間に形成される容積部としてのポケット５１，５３に作動流体が供給される構成となっている。平面部４７，４９に代えて凹曲面部としてもよい。
【００４６】
平面部４７，４９は、図１に示すように、軸方向長さが、回転スリーブ３５，３７の同長さに対して1/2もしくは1/3程度に設定され、アーバ９が、図１の最終仕上加工開始位置よりさらに右方向に前進した２点鎖線で示す中仕上加工開始位置から、図４に示す最終仕上加工終了位置まで左方向に後退移動する間において、回転スリーブ３５，３７の内面に対向する位置にある。つまり、仕上加工を行っている間は、平面部４７，４９と回転スリーブ３５，３７との間にポケット５１，５３が形成されて静圧流体軸受４１，４３が形成されることになる。
【００４７】
また、図２および図３に示すように、アーバ９の左右両側部における平面部４７相互間および平面部４９相互間には、流体逃がし溝９ｂおよび９ｃがそれぞれ形成されている。先端スリーブ１７における流体逃がし溝９ｂは、左側端部が平面部４７とほぼ同位置にあり、右側端部はアーバ９の先端に開放している。後端スリーブ１９における流体逃がし溝９ｃは、左側端部が平面部４９と同位置にあり、右側端部は図４に示す加工終了時に回転スリーブ３７の右側端部より僅かに突出して外部に開放した状態となっている。
【００４８】
さらに、図２および図３に示すように、アーバ９の下部における平面部４７相互間および平面部４９相互間にも流体逃がし溝９ｄおよび流体逃がし用平面部９ｅがそれぞれ形成されている。流体逃がし溝９ｄは、図１に示すように、右側端部がアーバ９の先端に開放する一方、左側端部が図１の状態でクランクシャフトベアリング孔３ｂ，３ｃ相互間に位置している。中間スリーブ２１においては、この流体逃がし溝９ｄに、前記した連結具４０が取り付けられてその頭部が溝３９ｂに入り込んだ状態となる。流体逃がし用平面部９ｅは、流体逃がし溝９ｃと同様に、図１に示すように左側端部が平面部４９と同位置にあり、右側端部は図４に示す加工終了時に回転スリーブ３７の右側端部より僅かに突出して外部に開放した状態となっている。
【００４９】
一方、中間スリーブ２１における静圧流体軸受４５は、図１の拡大されたＣ−Ｃ断面図である図５（但し、スリーブ本体２７は省略してある。）に示すように、回転スリーブ３９の内周面の円周方向適宜位置に、凹部としての凹曲面部５５が複数形成され、この凹曲面部５５とアーバ９との間に形成される容積部としてのポケット５７に作動流体が供給される構成となっている。
【００５０】
中間スリーブ２１は、前述したように両側にクランクシャフトベアリング孔３ｃ，３ｄがあることから軸方向長さが制限されて短いので、作動流体が供給されるポケットをアーバ９側に設けたのでは、アーバ９の軸方向移動によって流体軸受が構成できず、このため上記したように、回転スリーブ３９側に凹曲面部５５を形成することで、仕上加工開始から図４の最終仕上加工終了まで静圧流体軸受を構成することが可能となる。
【００５１】
また、図５に示すように、回転スリーブ３９の左右両側部における凹曲面部５５相互間には流体逃がし溝３９ｃが、下部側の凹曲面部５５よりさらに下部側には流体逃がし溝３９ｄがそれぞれ形成されている。これら各流体逃がし溝３９ｃ，３９ｄは、軸方向両端に開放している。
【００５２】
アーバ９内には、主軸５側に一端が開口してオルダムカップリング７を介して切削液兼作動流体となる水溶性切削油剤が供給される二つの供給流路としての切削液兼作動流体流路５９が軸方向に沿って形成されている。切削液兼作動流体流路５９は、図２，図３および図５に示すように、アーバ９の下部側に位置しており、先端側および後端側の各スリーブ１７，１９においては（図２，図３）、ほぼ半径方向に延びる吐出流路６１，６２を介して対応するポケット５１，５３にそれぞれ連通している。吐出流路６１相互，６２相互がそれぞれ交差する部位よりポケット５１，５３側の吐出流路６１，６２には、分岐吐出流路６３，６４の一端が連通し、分岐吐出流路６３，６４の他端は、対応するポケット５１，５３にそれぞれ連通している。そして、吐出流路６１，６２および分岐吐出流路６３，６４のポケット５１，５３側の開口部には、絞り部としての絞り調整用プラグ６５が着脱可能に取り付けられている。
【００５３】
上記した二つの吐出流路６１相互および二つの吐出流路６２相互は、アーバ９のほぼ中心位置で交差しており、このため、切削液兼作動流体流路５９に供給され作動流体は、この交差しているほぼ中心位置から放射状に各ポケット５１，５３に吐出されることとなる。
【００５４】
図５に示すように、中間スリーブ２１においては、二つの切削液兼作動流体流路５９相互を両端にて連通する水平方向の吐出流路６７と、吐出流路６７の両端から上方に延び、中仕上加工用工具１１および最終仕上加工用工具１３，１５が取り付けられる切欠端面９ａに開口する吐出流路６９とが、アーバ９内に形成されている。吐出流路６７の両端２ヶ所および吐出流路６９の上端部付近には、それぞれポケット５７に連通させるための絞り部としての絞り調整用プラグ７１が着脱可能に取り付けられている。中仕上加工用工具１１および最終仕上加工用工具１３，１５は、アーバ９内に埋め込まれた状態で設置される工具ホルダ７３に保持されている。
【００５５】
図５中で左側の吐出流路６９の上端開口部には、給水圧確保用プラグ７５が装着され、給水圧確保用プラグ７５には、絞り部として切削液吐出口７７が形成されている。所定のノズル径の切削液吐出口７７を備えた給水圧確保用プラグ７５を設けることで、切削液が切削液吐出口７７から吐出されても、ポケット５１，５３，５７への供給圧を所定に維持することが可能となる。一方、図５中で右側の吐出流路６９の上端開口は封止栓７９によって封止されている。
【００５６】
ポケット５１，５３，５７の円周方向両端部には、ランド部８１，８３，８５がそれぞれ形成されている。このランド部８１，８３，８５は、ポケット５１，５３，５７に吐出された作動流体を所定に圧力降下させる部分であり、アーバ９と各回転スリーブ３５，３７，３９との間の軸受隙間に相当する。例えば図２のＤ部で示すランド部８１を拡大したものが、図６であり、ランド部８１には、隙間ｈ０が形成されている。ランド部８１は流体逃がし溝９ｂ，９ｄおよび溝３５ａに、ランド部８３は流体逃がし溝９ｃ，流体逃がし用平面部９ｅおよび溝３７ａに、ランド部８５は流体逃がし溝３９ｃ，３９ｄおよび溝３９ａに、それぞれ連通している。
上記した流体逃がし溝９ｂ，９ｃ，９ｄ，３９ｃ，３９ｄ，流体逃がし用平面部９ｅ，溝３５ａ，３７ａ , ３９ａは、回転ロッドと支持部との間に設けた流体逃がし部を構成している。
【００５７】
静圧流体軸受の性能を所定に確保するためには、上記したランド部８１，８３，８５の隙間ｈ０の寸法および、絞り調整用プラグ６５，７１のノズル径ｄ０の寸法が重要な要素を占める。
【００５８】
図７ないし図９は、先端スリーブ１７および後端スリーブ１９において、アーバ９の回転スリーブ３５，３７に対する偏心率と、偏心したときのアーバ９を中心に戻す力に相当する負荷容量（Ｎ）との関係を、ノズル径ｄ０＝０．５ｍｍ（図７）、０．６ｍｍ（図８）、０．７ｍｍ（図９）について、それぞれ作動流体の給水圧Ｐｓを、３．０ＭＰａ、２．０ＭＰａ、１．０ＭＰａと変化させ、かつランド部隙間ｈ０を、７μｍ、１０μｍ、１３μｍと変化させて示したものである。図１０ないし図１２は、中間スリーブ２１についての上記と同様のグラフである。
【００５９】
また、図１３ないし図１５は、先端スリーブ１７および後端スリーブ１９において、ランド部隙間ｈ０に相当する軸受隙間（μｍ）と、アーバ９を１μｍ偏心させるのに必要な力に相当する静剛性（Ｎ／μｍ）との関係を、ノズル径ｄ０＝０．５ｍｍ（図１３）、０．６ｍｍ（図１４）、０．７ｍｍ（図１５）について、それぞれ作動流体の給水圧Ｐｓを、３．０ＭＰａ、２．０ＭＰａ、１．０ＭＰａと変化させて示したものである。図１６ないし図１８は、中間スリーブ２１についての上記と同様のグラフである。
【００６０】
これらのグラフから、負荷容量および静剛性が共に満足し、かつ給水圧については常用使用にて問題のない点を考慮すると、ランド部隙間ｈ０＝１０μｍ、絞り調整用プラグ６５，７１のノズル径ｄ０＝０．６ｍｍ、給水圧Ｐｓ＝３．０ＭＰａが最適であると判断した。
【００６１】
このように設定された静圧流体軸受４１，４３，４５を備えた加工装置にてクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅを仕上加工するが、ここでは軸受に及ぼす工具からの背分力負荷を減らすために、仕上工程内を中仕上加工と最終仕上加工とに分けている。さらに最終仕上工程では、五つのクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅに対し、最終仕上加工用工具１３により三つのクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｃ，３ｅを、最終仕上加工用工具１５によりクランクシャフトベアリング孔３ｂ，３ｄを、それぞれ加工するようにしている。
【００６２】
加工作業は、まず主軸５の図１中で右方向への前進移動により、アーバ９を、図１に示す位置よりさらに右方向の二点鎖線で示す位置（アーバ９の先端が回転スリーブ３５の右端部に相当する位置）にセットする。このとき、アーバ９と各回転スリーブ３５，３７，３９とは、連結具４０の頭部が溝３５ａ，３７ａ，３９ｂにぞれぞれ入り込むことで、一体回転可能となっている。
【００６３】
また、アーバ９をクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅに挿入する際には、シリンダブロック１をアーバ９に対して僅かに上昇させることで、アーバ９の中心とクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの中心とを相互にずらす。これにより、中仕上加工用工具１１および最終仕上加工用工具１３を装着した状態のアーバ９を、クランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅに挿入可能となる。挿入後は、シリンダブロック１を下降させて、アーバ９とクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの中心が相互に一致する正規の位置にて位置決め固定する。
【００６４】
アーバ９を上記した図１の二点鎖線で示し位置にセットした状態で、アーバ９の回転に伴って回転スリーブ３５，３７，３９が回転しつつ、アーバ９を主軸５の後退移動により回転スリーブ３５，３７，３９に対し、図１中で左方向に後退させる。これにより、まず五つの中仕上加工用工具１１により、五つのクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅがそれぞれ同時に中仕上加工される。図１は、この中仕上加工が終了し、続いて行われる最終仕上加工開始直前の状態である。
【００６５】
上記図１の状態から、さらにアーバ９が回転しながら後退することで、三つの最終仕上加工用工具１３により三つのクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｃ，３ｅが最終仕上加工され、続いて二つの最終仕上加工用工具１５により残りの二つのクランクシャフトベアリング孔３ｂ，３ｄが最終仕上加工される。
【００６６】
アーバ９が回転して上記したような仕上加工が行われる際には、アーバ９内の切削液兼作動流体流路５９内に供給される水溶性切削油剤が、先端スリーブ１７および後端スリーブ１９においては吐出流路６１，６３および６２，６４を経て、絞り調整用プラグ６５からポケット５１，５３に吐出される。一方、中間スリーブ２１においては、水溶性切削油剤が、吐出流路６７，６９を経て、絞り調整用プラグ７１からポケット５７に吐出されるとともに、給水圧確保用プラグ７５の切削液吐出口７７から工具近傍に切削液として吐出される。
【００６７】
各ポケット５１，５３，５７に吐出された水溶性切削油剤は、静圧流体軸受４１，４３，４５として作用し、アーバ９を回転スリーブ３５，３７，３９に対して浮上させた状態とする。このとき特に先端スリーブ１７および後端スリーブ１９においては、水溶性切削油剤は、吐出流路６１，６３相互および吐出流路６２，６４相互がそれぞれ交差する、アーバ９のほぼ中心部から放射状にポケット５１および５３に吐出されるので、複数のポケット５１および５３に対し流路抵抗が均一化して安定して供給され、静圧流体軸受としての軸受特性が向上する。
【００６８】
各ポケット５１，５３，５７に吐出される水溶性切削油剤は、絞り調整用プラグ６５，７１を通過することで、ポケット５１，５３，５７内の圧力が所望に確保される。また、絞り調整用プラグ６５，７１は、着脱可能に構成されているので、静圧流体軸受として条件変更に容易に対応することができる。
【００６９】
上記したように、アーバ９は、加工作業時において回転スリーブ３５，３７，３９に対し静圧流体軸受を介して浮上した状態で支持されるので、加工時におけるアーバ９と回転スリーブ３５，３７，３９との同軸度が確保されて加工精度が向上するとともに、アーバ９および回転スリーブ３５，３７，３９相互の摩耗が回避されることから、相互間の隙間の維持管理が不要になる。この場合、工程追加などによる設備投資増はなく、コストの上昇は極力抑えられたものとなっている。
【００７０】
表１は、加工終了後のクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの真円度および同軸度を、静圧流体軸受を使用した本加工装置と、同軸受を使用せず、アーバを回転スリーブ内に単に挿入しただけの加工装置とで、比較して示したものである。真円度とは、真円に対する半径方向の振れ量で、同軸度とは両端のクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｅの中心を通る直線に対する中央三つのクランクシャフトベアリング孔３ｂ，３ｃ，３ｄの中心のずれ量を表している。また、真円度では、加工面が全周ＡＬ（アルミニウム合金）の場合と、ベアリングキャップ側（図１中で下部側）の半分の加工面にＦＣ（鋳鉄）を鋳込んだ場合とを示している。
【００７１】
【表１】
これによれば、静圧流体軸受を使用した本加工装置の方が、同軸受を使用しない加工装置に比べ、真円度および同軸度ともに優れていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示すボーリング加工装置の断面図である。
【図２】図１の拡大されたＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の拡大されたＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１の加工装置における加工終了後の断面図である。
【図５】図１の拡大されたＣ−Ｃ断面図である。
【図６】図２のＤ部の詳細を示した拡大された説明図である。
【図７】図１の加工装置における先端スリーブおよび後端スリーブでの絞り調整用プラグのノズル径が０．５ｍｍの場合の偏心率と負荷容量との相関図である。
【図８】同ノズル径が０．６ｍｍの場合の偏心率と負荷容量との相関図である。
【図９】同ノズル径が０．７ｍｍの場合の偏心率と負荷容量との相関図である。
【図１０】図１の加工装置における中間スリーブの絞り調整用プラグのノズル径が０．５ｍｍの場合の偏心率と負荷容量との相関図である。
【図１１】同ノズル径が０．６ｍｍの場合の偏心率と負荷容量との相関図である。
【図１２】同ノズル径が０．７ｍｍの場合の偏心率と負荷容量との相関図である。
【図１３】図１の加工装置における先端スリーブおよび後端スリーブでの絞り調整用プラグのノズル径が０．５ｍｍの場合の軸受隙間と静剛性との相関図である。
【図１４】同ノズル径が０．６ｍｍの場合の軸受隙間と静剛性との相関図である。
【図１５】同ノズル径が０．７ｍｍの場合の軸受隙間と静剛性との相関図である。
【図１６】図１の加工装置における中間スリーブでの絞り調整用プラグのノズル径が０．５ｍｍの場合の軸受隙間と静剛性との相関図である。
【図１７】同ノズル径が０．６ｍｍの場合の軸受隙間と静剛性との相関図である。
【図１８】同ノズル径が０．７ｍｍの場合の軸受隙間と静剛性との相関図である。
【符号の説明】
１ シリンダブロック
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ クランクシャフトベアリング孔（被加工孔）
９ アーバ（回転ロッド）
１１ 中仕上加工用工具（工具）
１３，１５ 最終仕上加工用工具（工具）
１７ 先端スリーブ（支持部）
１９ 後端スリーブ（支持部）
２１ 中間スリーブ（支持部）
３５，３７，３９ 回転スリーブ
４１，４３，４５ 静圧流体軸受（流体軸受）
４７，４９ 平面部（凹部）
５１，５３，５７ ポケット（容積部）
５５ 凹曲面部（凹部）
５９ 切削液兼作動流体流路（供給流路、作動流体の流路）
６１，６２ 吐出流路（作動流体の流路）
６３，６４ 分岐吐出流路（作動流体の流路）
６５，７１ 絞り調整用プラグ（絞り部）
７７ 切削液吐出口（絞り部）
【発明の属する技術分野】
この発明は、工具を備えた回転ロッドが、支持部に挿入支持されつつ被加工孔に挿入された状態で、回転ロッドが回転および軸方向移動しながら、被加工孔の内面を工具にて切削加工するボーリング加工装置および加工方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、被加工孔の加工精度を、コストの上昇を極力抑えた上で高めることを目的としている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、工具を備えた回転ロッドが、支持部に挿入支持されつつ被加工孔に挿入された状態で、前記回転ロッドが回転および軸方向移動しながら、前記被加工孔の内面を前記工具にて切削加工するボーリング加工装置において、前記回転ロッドと支持部との間に流体軸受を設けるとともに、前記回転ロッドと支持部との間に前記流体軸受に使用する作動流体が保持される複数の容積部を円周方向に沿って設け、前記回転ロッド内に、前記流体軸受に使用する作動流体を前記容積部に吐出する吐出流路を設け、この吐出流路の前記容積部への開口部に絞り部を設け、前記各容積部の円周方向端部の前記回転ロッドと支持部との間に、前記容積部に吐出された作動流体を圧力降下させるための隙間となるランド部を設け、このランド部を、前記回転ロッドと支持部との間に設けた作動流体逃がし部に連通させた構成としてある。
【０００４】
上記構成によれば、回転ロッドが回転して工具により被加工孔を加工する際に、回転ロッドは、支持部に対し流体軸受により浮上した状態で支持される。
また、回転ロッドが支持部に支持される際に、容積部に作動流体が保持されて流体軸受が形成される。このとき、作動流体は、回転ロッド内から吐出流路を経て回転ロッドの表面の容積部に吐出され、流体軸受を形成する。
そして、作動流体は、吐出流路の絞り部を経て回転ロッドの表面の容積部に吐出されることで、供給圧が調整される。この際、容積部に吐出された作動流体は、ランド部を通って作動流体逃がし部に流れることで、圧力降下する。
【０００５】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、支持部は、回転ロッドと一体となって回転可能な回転スリーブを備え、この回転スリーブと回転ロッドとの間に静圧流体軸受が設けられている。
【０００６】
上記構成によれば、回転ロッドが回転して工具により被加工孔を加工する際には、回転スリーブも回転ロッドと一体となって回転し、このとき回転ロッドは、回転スリーブに対し静圧流体軸受により浮上した状態で支持される。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構成において、容積部は、回転ロッドの外周面に設けた凹部と支持部の内周面との間に形成されている。
【００１１】
上記構成によれば、回転ロッドが支持部に支持される際に、回転ロッドの外周面に設けた凹部と支持部の内周面との間に形成された容積部に、作動流体が保持されて流体軸受が形成される。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１または２の発明の構成において、容積部は、支持部の内周面に設けた凹部と回転ロッドの外周面との間に形成されている。
【００１３】
上記構成によれば、回転ロッドが支持部に支持される際に、支持部の内周面に設けた凹部と回転ロッドの外周面との間に形成された容積部に、作動流体が保持されて流体軸受が形成される。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項の発明の構成において、回転ロッド内に、流体軸受に使用する作動流体の流路を設け、この流路は、軸方向に延長される供給流路と、この供給流路に連通し回転ロッドのほぼ中心位置から放射状に延長されて回転ロッドの表面に開口する前記吐出流路とを備えている。
【００１５】
上記構成によれば、回転ロッド内の供給流路に供給された作動流体は、回転ロッドのほぼ中心から吐出流路を経て回転ロッドの表面に吐出され、流体軸受を形成する。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項の発明の構成において、絞り部は、着脱可能に構成されている。
【００１９】
上記構成によれば、絞り部を適宜交換することで、流体軸受における作動流体の供給圧を最適条件に設定可能となる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項５または６の発明の構成において、作動流体の流路には、切削液を吐出する切削液吐出口が連通し、前記作動流体は加工時に使用する切削液を兼用している。
【００２１】
上記構成によれば、流体軸受専用の作動流体流路および作動流体が不要となる。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項７の発明の構成において、切削液吐出口は、絞り部で構成されている。
【００２３】
上記構成によれば、絞り部によって作動流体流路内における作動流体の圧力低下が回避される。
【００２４】
請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれか１項の発明の構成において、回転ロッドは、回転および軸方向の移動により中仕上加工および最終仕上加工を順次行う中仕上加工用工具および最終仕上加工用工具が、軸方向に沿って所定間隔をおいて外周部に設けられ、容積部は、前記中仕上加工および前記最終仕上加工を行う際の前記回転ロッドの軸方向移動範囲で、前記回転ロッドと前記支持部との間に形成されている。
上記構成によれば、回転ロッドが、回転および軸方向の移動により中仕上加工および最終仕上加工を順次行う際に、回転ロッドの軸方向移動範囲で、回転ロッドと前記支持部との間に容積部が形成される。
請求項１０の発明は、工具を備えた回転ロッドを、支持部により流体軸受を介して支持しつつ、被加工孔に挿入した状態で、前記回転ロッドが回転および軸方向移動しながら、前記被加工孔の内面を前記工具にて切削加工するボーリング加工方法であって、前記切削加工時に、前記流体軸受に使用する作動流体が、前記回転ロッド内に円周方向に沿って設けた複数の吐出流路から、該吐出流路の回転ロッド表面の開口部に設けた絞り部を経て、該作動流体が保持される複数の容積部に流入し、この容積部に流入した作動流体が、前記容積部の円周方向端部の前記回転ロッドと支持部との間に設けた隙間となるランド部から、前記回転ロッドと支持部との間に設けた作動流体逃がし部に流出することで、前記容積部に吐出された作動流体を圧力降下させる加工方法としてある。
【００２５】
上記加工方法によれば、回転ロッドが回転して工具により被加工孔を加工する際に、回転ロッドは、支持部に対し流体軸受により浮上した状態で支持される。
また、回転ロッドが支持部に支持される際に、容積部に作動流体が保持されて流体軸受が形成される。このとき、作動流体は、回転ロッド内から吐出流路を経て回転ロッドの表面の容積部に吐出され、流体軸受を形成する。
そして、作動流体は、吐出流路の絞り部を経て回転ロッドの表面の容積部に吐出されることで、供給圧が調整される。この際、容積部に吐出された作動流体は、ランド部を通って作動流体逃がし部に流れることで、圧力降下する。
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、工具を備えた回転ロッドが回転して被加工孔を加工する際に、回転ロッドは、支持部に対し流体軸受により浮上した状態で支持されるので、加工時における回転ロッドと支持部との同軸度が確保されて加工精度が向上するとともに、回転ロッドおよび支持部相互の摩耗が回避されることから、相互間の隙間の維持管理が不要になる。この場合、工程追加などによる加工精度向上を目的とした設備投資増は必要なく、トータルコストの上昇は極力抑えられる。
また、回転ロッドと支持部との間に、流体軸受に使用する作動流体が保持される複数の容積部を備えているので、回転ロッドが支持部に支持される際に、容積部に作動流体が保持されて流体軸受を確実に形成することができる。
さらに、回転ロッド内に、容積部に作動流体を吐出する複数の吐出流路をそれぞれ設けたので、各吐出流路の流路抵抗が均一化し、作動流体の回転ロッド表面の容積部への供給圧が安定化する。
また、吐出流路の回転ロッド表面の容積部への開口部に絞り部を設けたので、容積部に吐出される作動流体の圧力を調整することができる。この際、容積部に吐出された作動流体は、ランド部を通って作動流体逃がし部に流れることで、圧力降下する。
【００２６】
請求項２の発明によれば、工具を備えた回転ロッドが回転して被加工孔を加工する際には、回転スリーブも回転ロッドと一体となって回転し、このとき回転ロッドは、回転スリーブに対し静圧流体軸受により浮上した状態で支持されるので、加工時における回転ロッドと回転スリーブとの同軸度が確保されて加工精度が向上するとともに、回転ロッドおよび回転スリーブ相互の摩耗が回避されることから、相互間の隙間の維持管理が不要になる。この場合、工程追加などによる設備投資増はなく、コストの上昇は極力抑えられている。
【００２９】
請求項３の発明によれば、容積部は、回転ロッドの外周面に設けた凹部と支持部の内周面との間に形成されているので、加工時に回転ロッドが支持部に対して軸方向に移動しても、凹部の軸方向長さを、支持部の軸方向長さ内に収まるよう設定することで、流体軸受を構成することができる。
【００３０】
請求項４の発明によれば、容積部は、支持部の内周面に設けた凹部と回転ロッドの外周との間に形成されているので、加工時に回転ロッドが軸方向に移動しても、容積部が確保されて流体軸受を構成することができる。
【００３１】
請求項５の発明によれば、回転ロッド内にて軸方向に延長される供給流路に対し、回転ロッドのほぼ中心位置から放射状に延長されて回転ロッドの表面に開口する複数の吐出流路を連通して設けたので、各吐出流路の流路抵抗が均一化し、作動流体の回転ロッド表面への供給圧が安定化する。
【００３３】
請求項６の発明によれば、絞り部は、着脱可能に構成されているので、絞り部を適宜交換することで、流体軸受における作動流体の圧力を最適条件に設定することができ、軸受性能を向上させることができる。
【００３４】
請求項７の発明によれば、作動流体の流路には、切削液を吐出する切削液吐出口が連通し、前記作動流体は加工時に使用する切削液を兼用しているので、流体軸受専用の作動流体流路および作動流体が不要となり、その分設備コストの上昇を抑制できる。
【００３５】
請求項８の発明によれば、切削液吐出口は、絞り部で構成されているので、絞り部によって作動流体流路内における作動流体の圧力低下が回避され、軸受性能を所望に維持又は変更することができる。
【００３６】
請求項９の発明によれば、中仕上加工および最終仕上加工を行う際の回転ロッドの軸方向移動範囲で、回転ロッドと支持部との間に容積部が形成されるので、中仕上加工から最終仕上加工終了までの間に流体軸受を構成することができる。
請求項１０の発明によれば、工具を備えた回転ロッドが回転して被加工孔を加工する際に、回転ロッドは、支持部に対し流体軸受により浮上した状態で支持されるので、加工時における回転ロッドと支持部との同軸度が確保されて加工精度が向上するとともに、回転ロッドおよび支持部相互の摩耗が回避されることから、相互間の隙間の維持管理が不要になる。この場合、工程追加などによる設備投資増はなく、コストの上昇は極力抑えられている。
また、回転ロッドが支持部に支持される際に、回転ロッドと支持部との間の複数の容積部に作動流体が保持されて流体軸受を確実に形成することができる。
さらに、作動流体は、回転ロッド内の各吐出流路を通って回転ロッドの表面の容積部に流出するので、各吐出流路の流路抵抗が均一化し、作動流体の容積部への供給圧が安定化する。
また、作動流体は、吐出流路の回転ロッド表面の容積部への開口部に設けた絞り部を経て、容積部に吐出されるので、作動流体の圧力を調整することができる。この際、容積部に吐出された作動流体は、ランド部を通って作動流体逃がし部に流れることで、圧力降下させることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００３８】
図１は、この発明の実施の一形態を示すボーリング孔加工装置の断面図である。この加工装置は、自動車用エンジンのシリンダブロック１における被加工孔としてのクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの内面に対し、仕上加工を行うものであり、主軸５の先端にオルダムカップリング７を介して回転ロッドとしてのアーバ９が連結されている。
【００３９】
アーバ９は、クランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅに挿通された状態で、周囲に取り付けられる中仕上加工用工具１１および最終仕上加工用工具１３，１５により、回転かつ図中で左方向に後退しながら加工を行う。
【００４０】
一方、上記シリンダブロック１が位置決め固定される治具側には、アーバ９を支持する支持部としての三つのスリーブ、すなわち先端スリーブ１７、後端スリーブ１９および中間スリーブ２１がそれぞれ設置されている。先端スリーブ１７は、図中で右側端部のクランクシャフトベアリング孔３ｅより右側に突出した先端部付近を、後端スリーブ１９は、図中で左側端部のクランクシャフトベアリング孔３ａより左側の基端部付近を、中間スリーブ２１は、クランクシャフトベアリング孔３ｃ，３ｄ相互間を、それぞれ支持する。
【００４１】
上記した三つの各スリーブ１７，１９，２１は、いずれもスリーブ本体２３，２５，２７にベアリング２９，３１，３３を介して回転スリーブ３５，３７，３９が回転可能に設けられている。回転スリーブ３５，３７，３９の内面には、溝３５ａ，３７ａ，３９ａが軸方向全長にわたり形成されている。この溝３５ａ，３７ａ，３９ａは、アーバ９を回転スリーブ３７，３９，３５に挿入する際に、中仕上加工用工具１１および仕上加工用工具１３，１５が通過する。
【００４２】
中間スリーブ２１における回転スリーブ３９には、上記した溝３９ａに対向する側にも溝３９ｂが形成されている。一方、アーバ９の外周には、この溝３９ｂおよび前記した溝３５ａ，３７ａにそれぞれ入り込んでキーの役目を果たす連結具４０がアーバ９の長手方向の３ケ所に取り付けられている。アーバ９の表面から突出した各連結具４０の頭部が溝３５ａ，３７ａ，３９ｂに入り込むことで、アーバ９と回転スリーブ３５，３７，３９とが一体回転する。
【００４３】
先端スリーブ１７および基端スリーブ１９は、両側にクランクシャフトベアリング孔３ｃ，３ｄが配置される中間スリーブ２１のように、設置スペースの制約が少ないことから、中間スリーブ２１に比べ全体として大型に形成されている。また、回転スリーブ３５，３７の軸方向長さは、スリーブ本体２３，２５より長く形成されて左右に突出しており、一方中間スリーブ２１における回転スリーブ３９の軸方向長さはスリーブ本体２７とほぼ同じ長さとなっている。
【００４４】
アーバ９と各回転スリーブ３５，３７，３９との間には、静圧流体軸受４１，４３，４５がそれぞれ形成され、加工時には、アーバ９が回転スリーブ３５，３７，３９に対して微小隙間を介して浮上した状態となる。
【００４５】
先端スリーブ１７および後端スリーブ１９における静圧流体軸受４１および４３は、図１の拡大されたＡ−Ａ断面図である図２（但し、スリーブ本体２３は省略してある。）および同Ｂ−Ｂ断面図である図３（但し、スリーブ本体２５は省略してある。）に示すように、アーバ９の外周面の円周方向適宜位置に、凹部としての平面部４７および４９がそれぞれ複数形成され、この平面部４７，４９と回転スリーブ３５，３７との間に形成される容積部としてのポケット５１，５３に作動流体が供給される構成となっている。平面部４７，４９に代えて凹曲面部としてもよい。
【００４６】
平面部４７，４９は、図１に示すように、軸方向長さが、回転スリーブ３５，３７の同長さに対して1/2もしくは1/3程度に設定され、アーバ９が、図１の最終仕上加工開始位置よりさらに右方向に前進した２点鎖線で示す中仕上加工開始位置から、図４に示す最終仕上加工終了位置まで左方向に後退移動する間において、回転スリーブ３５，３７の内面に対向する位置にある。つまり、仕上加工を行っている間は、平面部４７，４９と回転スリーブ３５，３７との間にポケット５１，５３が形成されて静圧流体軸受４１，４３が形成されることになる。
【００４７】
また、図２および図３に示すように、アーバ９の左右両側部における平面部４７相互間および平面部４９相互間には、流体逃がし溝９ｂおよび９ｃがそれぞれ形成されている。先端スリーブ１７における流体逃がし溝９ｂは、左側端部が平面部４７とほぼ同位置にあり、右側端部はアーバ９の先端に開放している。後端スリーブ１９における流体逃がし溝９ｃは、左側端部が平面部４９と同位置にあり、右側端部は図４に示す加工終了時に回転スリーブ３７の右側端部より僅かに突出して外部に開放した状態となっている。
【００４８】
さらに、図２および図３に示すように、アーバ９の下部における平面部４７相互間および平面部４９相互間にも流体逃がし溝９ｄおよび流体逃がし用平面部９ｅがそれぞれ形成されている。流体逃がし溝９ｄは、図１に示すように、右側端部がアーバ９の先端に開放する一方、左側端部が図１の状態でクランクシャフトベアリング孔３ｂ，３ｃ相互間に位置している。中間スリーブ２１においては、この流体逃がし溝９ｄに、前記した連結具４０が取り付けられてその頭部が溝３９ｂに入り込んだ状態となる。流体逃がし用平面部９ｅは、流体逃がし溝９ｃと同様に、図１に示すように左側端部が平面部４９と同位置にあり、右側端部は図４に示す加工終了時に回転スリーブ３７の右側端部より僅かに突出して外部に開放した状態となっている。
【００４９】
一方、中間スリーブ２１における静圧流体軸受４５は、図１の拡大されたＣ−Ｃ断面図である図５（但し、スリーブ本体２７は省略してある。）に示すように、回転スリーブ３９の内周面の円周方向適宜位置に、凹部としての凹曲面部５５が複数形成され、この凹曲面部５５とアーバ９との間に形成される容積部としてのポケット５７に作動流体が供給される構成となっている。
【００５０】
中間スリーブ２１は、前述したように両側にクランクシャフトベアリング孔３ｃ，３ｄがあることから軸方向長さが制限されて短いので、作動流体が供給されるポケットをアーバ９側に設けたのでは、アーバ９の軸方向移動によって流体軸受が構成できず、このため上記したように、回転スリーブ３９側に凹曲面部５５を形成することで、仕上加工開始から図４の最終仕上加工終了まで静圧流体軸受を構成することが可能となる。
【００５１】
また、図５に示すように、回転スリーブ３９の左右両側部における凹曲面部５５相互間には流体逃がし溝３９ｃが、下部側の凹曲面部５５よりさらに下部側には流体逃がし溝３９ｄがそれぞれ形成されている。これら各流体逃がし溝３９ｃ，３９ｄは、軸方向両端に開放している。
【００５２】
アーバ９内には、主軸５側に一端が開口してオルダムカップリング７を介して切削液兼作動流体となる水溶性切削油剤が供給される二つの供給流路としての切削液兼作動流体流路５９が軸方向に沿って形成されている。切削液兼作動流体流路５９は、図２，図３および図５に示すように、アーバ９の下部側に位置しており、先端側および後端側の各スリーブ１７，１９においては（図２，図３）、ほぼ半径方向に延びる吐出流路６１，６２を介して対応するポケット５１，５３にそれぞれ連通している。吐出流路６１相互，６２相互がそれぞれ交差する部位よりポケット５１，５３側の吐出流路６１，６２には、分岐吐出流路６３，６４の一端が連通し、分岐吐出流路６３，６４の他端は、対応するポケット５１，５３にそれぞれ連通している。そして、吐出流路６１，６２および分岐吐出流路６３，６４のポケット５１，５３側の開口部には、絞り部としての絞り調整用プラグ６５が着脱可能に取り付けられている。
【００５３】
上記した二つの吐出流路６１相互および二つの吐出流路６２相互は、アーバ９のほぼ中心位置で交差しており、このため、切削液兼作動流体流路５９に供給され作動流体は、この交差しているほぼ中心位置から放射状に各ポケット５１，５３に吐出されることとなる。
【００５４】
図５に示すように、中間スリーブ２１においては、二つの切削液兼作動流体流路５９相互を両端にて連通する水平方向の吐出流路６７と、吐出流路６７の両端から上方に延び、中仕上加工用工具１１および最終仕上加工用工具１３，１５が取り付けられる切欠端面９ａに開口する吐出流路６９とが、アーバ９内に形成されている。吐出流路６７の両端２ヶ所および吐出流路６９の上端部付近には、それぞれポケット５７に連通させるための絞り部としての絞り調整用プラグ７１が着脱可能に取り付けられている。中仕上加工用工具１１および最終仕上加工用工具１３，１５は、アーバ９内に埋め込まれた状態で設置される工具ホルダ７３に保持されている。
【００５５】
図５中で左側の吐出流路６９の上端開口部には、給水圧確保用プラグ７５が装着され、給水圧確保用プラグ７５には、絞り部として切削液吐出口７７が形成されている。所定のノズル径の切削液吐出口７７を備えた給水圧確保用プラグ７５を設けることで、切削液が切削液吐出口７７から吐出されても、ポケット５１，５３，５７への供給圧を所定に維持することが可能となる。一方、図５中で右側の吐出流路６９の上端開口は封止栓７９によって封止されている。
【００５６】
ポケット５１，５３，５７の円周方向両端部には、ランド部８１，８３，８５がそれぞれ形成されている。このランド部８１，８３，８５は、ポケット５１，５３，５７に吐出された作動流体を所定に圧力降下させる部分であり、アーバ９と各回転スリーブ３５，３７，３９との間の軸受隙間に相当する。例えば図２のＤ部で示すランド部８１を拡大したものが、図６であり、ランド部８１には、隙間ｈ０が形成されている。ランド部８１は流体逃がし溝９ｂ，９ｄおよび溝３５ａに、ランド部８３は流体逃がし溝９ｃ，流体逃がし用平面部９ｅおよび溝３７ａに、ランド部８５は流体逃がし溝３９ｃ，３９ｄおよび溝３９ａに、それぞれ連通している。
上記した流体逃がし溝９ｂ，９ｃ，９ｄ，３９ｃ，３９ｄ，流体逃がし用平面部９ｅ，溝３５ａ，３７ａ , ３９ａは、回転ロッドと支持部との間に設けた流体逃がし部を構成している。
【００５７】
静圧流体軸受の性能を所定に確保するためには、上記したランド部８１，８３，８５の隙間ｈ０の寸法および、絞り調整用プラグ６５，７１のノズル径ｄ０の寸法が重要な要素を占める。
【００５８】
図７ないし図９は、先端スリーブ１７および後端スリーブ１９において、アーバ９の回転スリーブ３５，３７に対する偏心率と、偏心したときのアーバ９を中心に戻す力に相当する負荷容量（Ｎ）との関係を、ノズル径ｄ０＝０．５ｍｍ（図７）、０．６ｍｍ（図８）、０．７ｍｍ（図９）について、それぞれ作動流体の給水圧Ｐｓを、３．０ＭＰａ、２．０ＭＰａ、１．０ＭＰａと変化させ、かつランド部隙間ｈ０を、７μｍ、１０μｍ、１３μｍと変化させて示したものである。図１０ないし図１２は、中間スリーブ２１についての上記と同様のグラフである。
【００５９】
また、図１３ないし図１５は、先端スリーブ１７および後端スリーブ１９において、ランド部隙間ｈ０に相当する軸受隙間（μｍ）と、アーバ９を１μｍ偏心させるのに必要な力に相当する静剛性（Ｎ／μｍ）との関係を、ノズル径ｄ０＝０．５ｍｍ（図１３）、０．６ｍｍ（図１４）、０．７ｍｍ（図１５）について、それぞれ作動流体の給水圧Ｐｓを、３．０ＭＰａ、２．０ＭＰａ、１．０ＭＰａと変化させて示したものである。図１６ないし図１８は、中間スリーブ２１についての上記と同様のグラフである。
【００６０】
これらのグラフから、負荷容量および静剛性が共に満足し、かつ給水圧については常用使用にて問題のない点を考慮すると、ランド部隙間ｈ０＝１０μｍ、絞り調整用プラグ６５，７１のノズル径ｄ０＝０．６ｍｍ、給水圧Ｐｓ＝３．０ＭＰａが最適であると判断した。
【００６１】
このように設定された静圧流体軸受４１，４３，４５を備えた加工装置にてクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅを仕上加工するが、ここでは軸受に及ぼす工具からの背分力負荷を減らすために、仕上工程内を中仕上加工と最終仕上加工とに分けている。さらに最終仕上工程では、五つのクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅに対し、最終仕上加工用工具１３により三つのクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｃ，３ｅを、最終仕上加工用工具１５によりクランクシャフトベアリング孔３ｂ，３ｄを、それぞれ加工するようにしている。
【００６２】
加工作業は、まず主軸５の図１中で右方向への前進移動により、アーバ９を、図１に示す位置よりさらに右方向の二点鎖線で示す位置（アーバ９の先端が回転スリーブ３５の右端部に相当する位置）にセットする。このとき、アーバ９と各回転スリーブ３５，３７，３９とは、連結具４０の頭部が溝３５ａ，３７ａ，３９ｂにぞれぞれ入り込むことで、一体回転可能となっている。
【００６３】
また、アーバ９をクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅに挿入する際には、シリンダブロック１をアーバ９に対して僅かに上昇させることで、アーバ９の中心とクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの中心とを相互にずらす。これにより、中仕上加工用工具１１および最終仕上加工用工具１３を装着した状態のアーバ９を、クランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅに挿入可能となる。挿入後は、シリンダブロック１を下降させて、アーバ９とクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの中心が相互に一致する正規の位置にて位置決め固定する。
【００６４】
アーバ９を上記した図１の二点鎖線で示し位置にセットした状態で、アーバ９の回転に伴って回転スリーブ３５，３７，３９が回転しつつ、アーバ９を主軸５の後退移動により回転スリーブ３５，３７，３９に対し、図１中で左方向に後退させる。これにより、まず五つの中仕上加工用工具１１により、五つのクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅがそれぞれ同時に中仕上加工される。図１は、この中仕上加工が終了し、続いて行われる最終仕上加工開始直前の状態である。
【００６５】
上記図１の状態から、さらにアーバ９が回転しながら後退することで、三つの最終仕上加工用工具１３により三つのクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｃ，３ｅが最終仕上加工され、続いて二つの最終仕上加工用工具１５により残りの二つのクランクシャフトベアリング孔３ｂ，３ｄが最終仕上加工される。
【００６６】
アーバ９が回転して上記したような仕上加工が行われる際には、アーバ９内の切削液兼作動流体流路５９内に供給される水溶性切削油剤が、先端スリーブ１７および後端スリーブ１９においては吐出流路６１，６３および６２，６４を経て、絞り調整用プラグ６５からポケット５１，５３に吐出される。一方、中間スリーブ２１においては、水溶性切削油剤が、吐出流路６７，６９を経て、絞り調整用プラグ７１からポケット５７に吐出されるとともに、給水圧確保用プラグ７５の切削液吐出口７７から工具近傍に切削液として吐出される。
【００６７】
各ポケット５１，５３，５７に吐出された水溶性切削油剤は、静圧流体軸受４１，４３，４５として作用し、アーバ９を回転スリーブ３５，３７，３９に対して浮上させた状態とする。このとき特に先端スリーブ１７および後端スリーブ１９においては、水溶性切削油剤は、吐出流路６１，６３相互および吐出流路６２，６４相互がそれぞれ交差する、アーバ９のほぼ中心部から放射状にポケット５１および５３に吐出されるので、複数のポケット５１および５３に対し流路抵抗が均一化して安定して供給され、静圧流体軸受としての軸受特性が向上する。
【００６８】
各ポケット５１，５３，５７に吐出される水溶性切削油剤は、絞り調整用プラグ６５，７１を通過することで、ポケット５１，５３，５７内の圧力が所望に確保される。また、絞り調整用プラグ６５，７１は、着脱可能に構成されているので、静圧流体軸受として条件変更に容易に対応することができる。
【００６９】
上記したように、アーバ９は、加工作業時において回転スリーブ３５，３７，３９に対し静圧流体軸受を介して浮上した状態で支持されるので、加工時におけるアーバ９と回転スリーブ３５，３７，３９との同軸度が確保されて加工精度が向上するとともに、アーバ９および回転スリーブ３５，３７，３９相互の摩耗が回避されることから、相互間の隙間の維持管理が不要になる。この場合、工程追加などによる設備投資増はなく、コストの上昇は極力抑えられたものとなっている。
【００７０】
表１は、加工終了後のクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの真円度および同軸度を、静圧流体軸受を使用した本加工装置と、同軸受を使用せず、アーバを回転スリーブ内に単に挿入しただけの加工装置とで、比較して示したものである。真円度とは、真円に対する半径方向の振れ量で、同軸度とは両端のクランクシャフトベアリング孔３ａ，３ｅの中心を通る直線に対する中央三つのクランクシャフトベアリング孔３ｂ，３ｃ，３ｄの中心のずれ量を表している。また、真円度では、加工面が全周ＡＬ（アルミニウム合金）の場合と、ベアリングキャップ側（図１中で下部側）の半分の加工面にＦＣ（鋳鉄）を鋳込んだ場合とを示している。
【００７１】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示すボーリング加工装置の断面図である。
【図２】図１の拡大されたＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の拡大されたＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１の加工装置における加工終了後の断面図である。
【図５】図１の拡大されたＣ−Ｃ断面図である。
【図６】図２のＤ部の詳細を示した拡大された説明図である。
【図７】図１の加工装置における先端スリーブおよび後端スリーブでの絞り調整用プラグのノズル径が０．５ｍｍの場合の偏心率と負荷容量との相関図である。
【図８】同ノズル径が０．６ｍｍの場合の偏心率と負荷容量との相関図である。
【図９】同ノズル径が０．７ｍｍの場合の偏心率と負荷容量との相関図である。
【図１０】図１の加工装置における中間スリーブの絞り調整用プラグのノズル径が０．５ｍｍの場合の偏心率と負荷容量との相関図である。
【図１１】同ノズル径が０．６ｍｍの場合の偏心率と負荷容量との相関図である。
【図１２】同ノズル径が０．７ｍｍの場合の偏心率と負荷容量との相関図である。
【図１３】図１の加工装置における先端スリーブおよび後端スリーブでの絞り調整用プラグのノズル径が０．５ｍｍの場合の軸受隙間と静剛性との相関図である。
【図１４】同ノズル径が０．６ｍｍの場合の軸受隙間と静剛性との相関図である。
【図１５】同ノズル径が０．７ｍｍの場合の軸受隙間と静剛性との相関図である。
【図１６】図１の加工装置における中間スリーブでの絞り調整用プラグのノズル径が０．５ｍｍの場合の軸受隙間と静剛性との相関図である。
【図１７】同ノズル径が０．６ｍｍの場合の軸受隙間と静剛性との相関図である。
【図１８】同ノズル径が０．７ｍｍの場合の軸受隙間と静剛性との相関図である。
【符号の説明】
１ シリンダブロック
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ クランクシャフトベアリング孔（被加工孔）
９ アーバ（回転ロッド）
１１ 中仕上加工用工具（工具）
１３，１５ 最終仕上加工用工具（工具）
１７ 先端スリーブ（支持部）
１９ 後端スリーブ（支持部）
２１ 中間スリーブ（支持部）
３５，３７，３９ 回転スリーブ
４１，４３，４５ 静圧流体軸受（流体軸受）
４７，４９ 平面部（凹部）
５１，５３，５７ ポケット（容積部）
５５ 凹曲面部（凹部）
５９ 切削液兼作動流体流路（供給流路、作動流体の流路）
６１，６２ 吐出流路（作動流体の流路）
６３，６４ 分岐吐出流路（作動流体の流路）
６５，７１ 絞り調整用プラグ（絞り部）
７７ 切削液吐出口（絞り部）
Claims (10)
- 工具を備えた回転ロッドが、支持部に挿入支持されつつ被加工孔に挿入された状態で、前記回転ロッドが回転および軸方向移動しながら、前記被加工孔の内面を前記工具にて切削加工するボーリング加工装置において、前記回転ロッドと支持部との間に流体軸受を設けるとともに、前記回転ロッドと支持部との間に前記流体軸受に使用する作動流体が保持される複数の容積部を円周方向に沿って設け、前記回転ロッド内に、前記流体軸受に使用する作動流体を前記容積部に吐出する吐出流路を設け、この吐出流路の前記容積部への開口部に絞り部を設け、前記各容積部の円周方向端部の前記回転ロッドと支持部との間に、前記容積部に吐出された作動流体を圧力降下させるための隙間となるランド部を設け、このランド部を、前記回転ロッドと支持部との間に設けた作動流体逃がし部に連通させたことを特徴とするボーリング加工装置。
- 支持部は、回転ロッドと一体となって回転可能な回転スリーブを備え、この回転スリーブと回転ロッドとの間に静圧流体軸受が設けられていることを特徴とする請求項１記載のボーリング加工装置。
- 容積部は、回転ロッドの外周面に設けた凹部と支持部の内周面との間に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のボーリング加工装置。
- 容積部は、支持部の内周面に設けた凹部と回転ロッドの外周面との間に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のボーリング加工装置。
- 回転ロッド内に、流体軸受に使用する作動流体の流路を設け、この流路は、軸方向に延長される供給流路と、この供給流路に連通し回転ロッドのほぼ中心位置から放射状に延長されて回転ロッドの表面に開口する前記複数の吐出流路とを備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のボーリング加工装置。
- 絞り部は、着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のボーリング加工装置。
- 作動流体の流路には、切削液を吐出する切削液吐出口が連通し、前記作動流体は加工時に使用する切削液を兼用していることを特徴とする請求項５または６に記載のボーリング加工装置。
- 切削液吐出口は、絞り部で構成されていることを特徴とする請求項７記載のボーリング加工装置。
- 回転ロッドは、回転および軸方向の移動により中仕上加工および最終仕上加工を順次行う中仕上加工用工具および最終仕上加工用工具が、軸方向に沿って所定間隔をおいて外周部に設けられ、容積部は、前記中仕上加工および前記最終仕上加工を行う際の前記回転ロッドの軸方向移動範囲で、前記回転ロッドと前記支持部との間に形成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項にボーリング加工装置。
- 工具を備えた回転ロッドを、支持部により流体軸受を介して支持しつつ、被加工孔に挿入した状態で、前記回転ロッドが回転および軸方向移動しながら、前記被加工孔の内面を前記工具にて切削加工するボーリング加工方法であって、前記切削加工時に、前記流体軸受に使用する作動流体が、前記回転ロッド内に円周方向に沿って設けた複数の吐出流路から、該吐出流路の回転ロッド表面の開口部に設けた絞り部を経て、該作動流体が保持される複数の容積部に流入し、この容積部に流入した作動流体が、前記容積部の円周方向端部の前記回転ロッドと支持部との間に設けた隙間となるランド部から、前記回転ロッドと支持部との間に設けた作動流体逃がし部に流出することで、前記容積部に吐出された作動流体を圧力降下させることを特徴とするボーリング加工方法。
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