JP3984602B2 - ローラバニシングツール本体、およびローラバニシングツール - Google Patents

Description

本発明は、転圧加工用ローラバニシングツールに係り、特に、コンパクトで小径の内径に適用でき、外面、端面加工もできる多用途に適し、しかも、良好な仕上がり面を得ることができるワーク押圧力の調整が可能なローラバニシングツールに関する。

一般に，外径バイトやボーリングバー等による切削加工の加工面は、面粗度に一定の限界があるため、切削加工後にローラバニシング加工を施し，面粗度を大幅に向上させ，鏡のように滑らかな面に仕上げることが行われている。ローラバニシング加工の原理は，金属表面をローラで転圧して「山の部分」を押しならして平滑な仕上がり面を得るもので，塑性加工法の一種である。短時間で表面粗さが向上するとともに、表面が加工硬化するため、耐久性、耐磨耗性にも優れた仕上がり面が得られるという特徴を有している。

図５は、従来のローラバニシングツール３０の構成を示す断面図である。図５に示すように、例えば、旋盤等の加工機の主軸にチャックが装着され、そのチャックによって円筒形のワークＷが把持され、回転する。回転したワークＷの内周面にローラバニシングツール３０のローラ３２ａが挿入され、ワークに通常０．１〜０．３ｍｍ程度押し込まれ、ワーク押圧力が発生する。このワーク押圧力は、ヘッド軸３４ｂの回動軸３９を介して、コイルばね３７ａにより発生する付勢力に抗してヘッド軸３４ｂを回動する。このように、ローラバニシングツール３０は、回動軸３９を中心として、てこの原理を用い、ワークに作用させるワーク押圧力をヘッド軸３４ｂの軸線に対し直角に作用させるという特徴を有している。具体的には、ヘッド軸３４ｂの軸方向と直角方向に円柱状の穴を明け、その中にばね座３７ｂとワッシャ３７ｃとでコイルばね３７ａを挟むように内蔵する構成としている。従って、シャンク３５の軸方向ではコンパクトになり、構造も簡易である。
米国ＥＬＬＩＯＴＴ社カタログ（輸入代理店；日東交易株式会社）

しかしながら、従来のバニシングツール３０では、ヘッド軸３４ｂの径方向にコイルばね３７ａが内蔵されているため、構造的にシャンク３５の外径が大きくなり、小径の内径に適応できないという問題があった（φ６０ｍｍ以下に適用できない）。したがって、小径の内径面を加工する際には、ツールを内径専用のマルチローラタイプに交換しなければならないという問題があった。また、構造的に、ばねによるワーク押圧力の調整範囲も限定的な狭い範囲となり、その範囲を超えるとばね自体を交換しなければならず、生産性の向上に支障をきたすという問題があった。一方で、コンパクト化を図ることと、ワーク押圧力の調整範囲を拡大することは、相反する要請であり、これらの問題点を総合的に１つのツールで解決することは困難であると考えられていた。

そこで、本発明者は、創意工夫を凝らし、これらの問題点を総合的に解決するために本願発明を創案したものであり、コンパクトで小径の内径（φ３０ｍｍ程度まで）に適用でき、外面、端面加工もできる多用途に適し、しかも、良好な仕上がり面を得ることができるワーク押圧力の調整が可能なローラバニシングツールを提供することを課題とする。

請求項１に係るローラバニシングツール本体１の発明は、加工機に装着される筒状のシャンク５と、前記シャンク５内に回動軸９を介して内設され、ワーク押圧力によって回動するヘッド４とを備えたローラバニシングツール本体１であって、前記筒状のシャンク５に内挿されたプッシャ８端面に、シャンク５軸方向へ付勢する付勢手段と、前記付勢手段により発生する付勢力を調整する付勢力調整手段と、前記付勢力をヘッド軸４ｂに伝達し、前記付勢力の方向を前記ヘッド軸４ｂの回動方向へ変換する付勢力変換手段とを備え、転圧加工時に発生する前記回動方向のワーク押圧力を制御することを特徴とするローラバニシングツール本体１である。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のローラバニシングツール本体１であって、前記付勢力変換手段は、前記回動軸９を介して内設されるヘッド４のヘッド軸４ｂのプッシャ側端面に形成され、前記回動方向及びプッシャ８側に開放する凹部溝４ｃに、回転軸を介して回転自在に配置されるガイドローラ６と、プッシャ８の前記ヘッド軸４ｂ側端面に形成される凹部傾斜面８ｂとが当接し、付勢することにより、前記付勢力をヘッド軸４ｂに伝達し、前記付勢力の方向を前記回動方向へ変換することを特徴とするローラバニシングツール本体１である。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載のローラバニシングツール本体１と、前記ヘッド４のヘッドボディ４ａに配置された転圧加工用の回転自在なローラユニット２とを備えたことを特徴とするローラバニシングツール１０である。

請求項１に係る発明によれば、コンパクトで小径の内径（φ３０ｍｍ以上）に適用でき、外径、端面加工もできる多用途に適し、しかも、うねり等のない良好な仕上がり面を得ることができる押圧力の調整が可能なローラバニシングツール本体を提供することができる。

請求項２に係る発明によれば、付勢力変換手段の構成により、コンパクト化を達成しながら、付勢力の方向を軸方向から径方向であるワーク押圧力の方向へ変換することができる。したがって、小径の内径に適用でき、外面、端面加工もできる多用途に適し、しかも、うねり等のない良好な仕上がり面を得ることができる押圧力の調整が可能なローラバニシングツール本体を提供することができる。

請求項３に係る発明によれば、コンパクトで小径の内径に適用でき、外径、端面加工もできる多用途に適し、しかも、うねり等のない良好な仕上がり面を得ることができる押圧力の調整が可能なローラバニシングツールを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は，本発明の一実施形態であるローラバニシングツール１０の構成を示す断面図である。説明の便宜のために誇張して描かれている場合がある。ローラバニンシングツール１０は，転圧加工のためのローラユニット２を備えている。ローラユニット２は，ローラピン２ｅを介して，ヘッドボディ４ａに偏芯させて外径寄り（ワークと接触側）に配置されている。これは、転圧加工時に，ヘッドボディ４ａがワークに接触しないようにするためである。また、ローラユニット２は、ヘッド軸に対して数度の傾斜をもって配置され、ローラの外周は円錐台形状をしている。これは、非加工時は、傾斜しているヘッド軸４ｂを転圧加工時には、ワークの加工面とローラ２ｅの外周面をほぼ平行に保ち、適切なワークへの接触面を確保するとともに、スペース効率を高め、小径の内径加工に適応するためである。

ローラユニット２は，ニードルベアリング２ｂが内蔵されたローラ２ａと、スラスト荷重を受けるためのスラストベアリング２ｃと，軸方向の押圧力を発生させるための皿ばね２ｄと，ローラピン２ｅとで主に構成されている。ローラピン２ｅは，円柱形状であって，中央部にはつば部（フランジ）が形成され、先端側外周部には，ローラ２ａ等が嵌入配置されている。具体的には、ローラピン２ｅの先端側は、付勢力を発生する皿ばね２ｄが備えられ，スペーサ２ｈを介して、スラストベアリング２ｃが挿着され、ニードルベアリング２ｂが内蔵されたローラ２ａが嵌入され、カバー２ｆに挟持されて六角穴付き皿ボルト２ｇでローラピン２ｅにねじ止めされている。他方、ローラピン２ｅの後端側外周部には、ねじ加工が施されており、ヘッドボディ４ａにねじ込み固定されている。なお、通常は、振動等によるねじの緩みを防止するため、図示しないストッパーボルト等によりねじの抜け止めを行なう。

ヘッド４は、シャンク５から突出したヘッドボディ４ａとシャンク５に内挿されるヘッド軸４ｂから構成されている。ヘッド軸４ｂには、回動軸９が設けられており、一例として、回動軸９であるピンでシャンク５と結合されワーク押圧力の方向に回動可能にシャンク５内に配置されている。

シャンク５は、円筒形状を有する。シャンク５の内周中央部付近には、一例として、スライドブッシュ５ａが嵌入されている。シャンク５内周面とプッシャ８の外周面との間隙を適切に保持し、プッシャ８の軸方向への摺動抵抗を減少させ、押圧力の制御を円滑に行なうことにより、ローラ２ａのワークＷ被加工面の凹凸への追従性をより向上させることができるからである。したがって、シャンク５内周面には前記スライドブッシュ５ａが突出して形成されている。

図２は、付勢力変換手段の具体的構成を示す断面図である。図２（ａ）は、ヘッド軸４ｂの軸端の構成を示す図１の部分拡大図であり、図２（ｂ）は、そのＡ矢視を示す平面図である。ヘッド軸４ｂの端面４ｄには、凹部溝４ｃが形成されている。この凹部溝４ｃは、前記ヘッド軸４ｂの端面４ｄに、回動方向と同一方向に開放して形成され、この溝部４ｃに回転軸６ａを介してガイドローラ６が配置される。このガイドローラ６は、ヘッド軸４ｂの前記回動方向（ワーク押圧力の方向）と同一の方向に回転するように配置される。また、ガイドローラ６がヘッド軸４ｂに対して偏芯して配置されているのは、後記するプッシャ８の端面８ｂに形成された凹部傾斜面８ｂとガイドローラ６の外周面とを当接させて、ガイドローラ６を介して、付勢力の方向を前記回動方向へ変換するためである。かかる構成によれば、シャンク５の径方向ではコンパクト化を図りながら、付勢力の方向を前記ワーク押圧力の方向へ確実に伝達し、変換ができる。

図２（ｃ）は、プッシャ８の詳細な形状を説明するための断面図である。図２（ｄ）は、そのＢ矢視を示す平面図である。プッシャ８は、一例として、片方の端面にはつば部が形成されており、後記する付勢手段により、付勢力がシャンク軸方向、ヘッド軸４ｂ側に作用する。付勢力変換手段等の作用については、後記する。

図３（ａ）は、付勢手段、及び付勢力調整手段の具体的構成を示す斜視図である。付勢手段、及び付勢力調整手段は、シャンク軸と同一方向に設けている。このため、シャンク５の径方向ではコンパクトに構成でき、小径の内径加工に適応できる。付勢手段は、一例として、複数の皿ばね１６で構成されている。必要な付勢力を皿ばね１６によって確保するとともに、多様な組合せを可能とするためである。したがって、炭素鋼・ステンレス等の鉄系から、銅・アルミ合金等の非鉄系まで幅広く適用できる付勢力を得ることができる。かかる構成によれば、付勢力変換手段と相俟って、シャンク５の径方向ではコンパクト化を図りながら、従来では小径の内径加工（φ６０ｍｍ以下）に適用できなかったが、内径がφ３０ｍｍまで適用ができる。したがって、ツールの交換をすることなく、一本のツールで多用途に適用でき、加工範囲を広げることができることから、段取り時間を削減できる。

図３（ｂ）および（ｃ）は、前記皿ばね１６の組合せの一例を示す断面図である。本実施形態においては、炭素鋼・ステンレス等の鉄系にあっては、図３（ｂ）に示すように、皿ばね１６を５枚重ね（並列）に８組作り、５枚重ねを交互に反転して直列に組み合せている。一方、銅・アルミ合金等の非鉄系にあっては、図３（ｃ）に示すように、皿ばね１６を２枚重ね（並列）にして、これを交互に反転して直列に組み合せている。ここで、皿ばねは、並列に用いるとばねの荷重定数はＮ倍（Ｎは皿ばねの数量）となり、直列に用いると１／Ｎとなる。一方、ばねの単位荷重当たりのたわみ量は、並列では変化しないが、直列ではＮ倍となる。本実施形態においては、適切な荷重が得られるように多様に組み合わせて使用することができる。かかる構成によれば、ばねを交換することなく、個々のばねの組み合わせのみによって幅広い範囲のワーク押圧力を得ることができる。

付勢力調整手段は、一例として、アジャストボルト１２とスラストベアリング１４で構成されている。アジャストボルト１２は、シャンク５開放側端面にシャンク５から突出してつば部が配置され、つばの外周面にはアジャストボルト１２の回転調整用の孔が設けられている。たとえば、この孔に工具等を挿入してアジャストボルト１２を回転することができる。なお、無負荷時や緩めるときには指で回転しやすいようにローレット加工を施しておくことも行なわれる。

次に、本実施形態に係るローラバニシングツール１０の作用について説明する。
図１（ａ）は、非加工時の状態を示し、図１（ｂ）は、転圧加工時の状態を示している。ここでは、一例として、内径加工時のものである。図１（ａ）の非加工時には、ワーク押圧力が作用しないため、付勢力発生手段により発生した付勢力がプッシャ８の前記凹部傾斜面８ｂを介してガイドローラ６の外周面に伝達される。その結果、ヘッド軸４ｂは本図Ｖ矢視の方向へ回動し、ガイドローラ６は、シャンク５内面とプッシャ８の前記凹部傾斜面８ｂとで付勢挟持される状態となる。

一方、図１（ｂ）の転圧加工時には、ワーク押圧力が作用するため、その反作用としてヘッド４は、本図矢視Ｐの方向へ回動力を受け、ヘッド軸４ｂは本図Ｑの方向へ回動力を受ける。かかる回動力は、ガイドローラ６を介してプッシャ８に伝達され、プッシャ８は前記凹部傾斜面８ｂを介して水平方向分力を受ける。したがって、転圧加工時においては、ワークが受ける押圧力と付勢手段により発生する付勢力が釣り合って、ヘッド軸４ｂは水平状態を保ち、いわゆるフローティング状態で転圧加工が進められる。その結果、ワークの被加工面の面粗度に起因する山と谷の微妙な変動を吸収し、ワーク押圧力が適正に制御されるため、加工表面にうねり等が発生することもなく、良好な仕上がり面が得られる。なお、前記付勢力は、前記付勢力調整手段により、最適な付勢力に設定調整することができる。具体的には、経験的に、軟鉄等の鉄系では、１０００〜１４００（Ｎ）が適しており、銅合金等の非鉄系では、１００〜３４０（Ｎ）が適している。ただし、材質ごと、及び前加工の表面粗度等の条件の相違により調整が必要な場合には、アジャストボルト１２で調整する。

さらに、各構成要素ごとの作用について説明する。ローラ２ａは例えば、旋盤等により回転するワークに押圧接触され、ローラ２ａは回転しながら転圧加工を行う。アジャストボルト１２は、そのつば下外周部にねじ加工が施されており、シャンク５内周面側にねじで嵌合されているため、アジャストボルト１２を右に回して前進させると付勢力が増大し、左に回して後退させると付勢力が減少するので、付勢力を最適な値に調整することができる。なお、スラストベアリング１４が備えられているのは、アジャストボルト１２の回転調整時の摩擦抵抗を低減し、円滑な調整を可能とするためである。

以上、本発明について最良と思われる実施の形態について説明した。しかし、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、同一の技術的思想の範囲内で適宜変更して実施することができる。以下、その内容について説明する。
図４は、請求項１における付勢力変換手段の実施例を示す断面図である。請求項１に記載の付勢力変換手段は、請求項２に記載のいわゆるガイドローラ方式に限定されることなく、以下のように実施することも可能である。図４（ａ）は、ヘッド軸４ｂを一体形状の曲面で構成したものであり、図４（ｂ）は、ガイドローラにニードルベアリングを用いたものであり、図４（ｃ）は、ヘッド軸４ｂの傾斜面に鋼球やコロを埋め込んだ構成としたものである。なお、これらは一例を示したものであり、限定的に解釈されてはならない。
また、転圧加工用のローラ２ａにあっては、本実施形態ではシングルタイプの例を示したものであり、これに限定されることなく種々のローラに適用でき、付勢手段にあっては、本実施形態では皿ばねを使用しているが、コイルばねを使用してもよいし、ガスや液圧式でもよく、これらを併用することもできる。プッシャ８にあっては、本実施形態ではつば付を採用しているがこれに限定されるものではなく、ストレート形状であってもよい。

本発明の一実施形態であるローラバニシングツールの構成を示す断面図である。 付勢力変換手段の具体的構成を示す断面図である。（ａ）はヘッド軸の軸端の構成を示す図１の部分拡大図、（ｂ）はそのＡ矢視を示す平面図、（ｃ）はプッシャの詳細な形状を説明するための断面図、（ｄ）はそのＢ矢視を示す平面図である。 （ａ）は付勢手段、付勢力調整手段の具体的構成を示す斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は皿ばねの組み合わせの一例を示す断面図である 付勢力変換手段の実施例を示す断面図である。 従来のバニシングツールの構成を示す断面図である。

符号の説明

１ ローラバニシングツール本体
２ ローラユニット
２ａ ローラ
２ｂ ニードルべアリング
２ｃ スラストベアリング
２ｄ 皿ばね
２ｅ ローラピン
２ｆ カバー
２ｇ 六角穴付皿ボルト
２ｈ スペーサ
４ ヘッド
４ａ ヘッドボディ
４ｂ ヘッド軸
４ｃ 凹部溝
４ｄ ヘッド軸端面
５ シャンク
５ａ スライドブッシュ
６ ガイドローラ
６ａ 回転軸
８ プッシャ
８ａ つば部
８ｂ 凹部傾斜面
９ 回動軸
１０ ローラバニシングツール
１２ アジャストボルト
１４ スラストベアリング
１６ 皿ばね

Claims (3)

1. 加工機に装着される筒状のシャンク（５）と、前記シャンク（５）内に回動軸（９）を介して内設され、ワーク押圧力によって回動するヘッド（４）とを備えたローラバニシングツール本体であって、
   前記筒状のシャンク（５）に内挿されたプッシャ（８）端面に、シャンク（５）軸方向へ付勢する付勢手段と、
   前記付勢手段により発生する付勢力を調整する付勢力調整手段と、
   前記付勢力をヘッド軸（４ｂ）に伝達し、前記付勢力の方向を前記ヘッド軸（４ｂ）の回動方向へ変換する付勢力変換手段とを備え、
   転圧加工時に発生する前記回動方向のワーク押圧力を制御することを特徴とするローラバニシングツール本体（１）。
2. 前記付勢力変換手段は、前記回動軸（９）を介して内設されるヘッド４のヘッド軸（４ｂ）のプッシャ側端面に形成され、前記回動方向及びプッシャ（８）側に開放して形成された凹部溝（４ｃ）に、回転軸を介して前記回動方向に回転自在に配置されるガイドローラ（６）と、
   プッシャ（８）の前記ヘッド軸（４ｂ）側端面に形成される凹部傾斜面（８ｂ）とが当接し、付勢することにより、前記付勢力をヘッド軸（４ｂ）に伝達し、前記付勢力の方向を前記回動方向へ変換することを特徴とする請求項１に記載のローラバニシングツール本体（１）。
3. 請求項１に記載のローラバニシングツール本体（１）と、
   前記ヘッド（４）のヘッドボディ（４ａ）に配置された転圧加工用の回転自在なローラユニット（２）と、
   を備えたことを特徴とするローラバニシングツール（１０）。

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