JP4051053B2 - ローラバニシング工具 - Google Patents
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Description
本発明は、円筒状の被加工物の外周面または穴の内周面を転圧して鏡面仕上げするローラバニシング工具に関し、特に、前加工寸法にバラツキがあっても径の自動補正を行うトルク・変位変換機構を内蔵し、自動補正機構を構成したローラバニシング工具に関する。
従来、円筒形の外周面、または、内周面を鏡面仕上げする加工として、バニシング加工が知られている。バニシング加工は、超硬チップによる旋削加工、ボーリング加工の引き目をローラによって転圧することにより、転圧した被加工物（ワーク）の表面が鏡面になり、寸法精度の向上と表面の硬化とが同時に達成できるため、広く利用されている。
たとえば、ＮＣ旋盤の刃物台に前記ローラバニシング工具を装着して使用する場合は、主軸台のチャックにワーク（Ｗ）を固定して回転させ、ワークの加工面に対して機械的にローラバニシング工具を押圧ないし移動させて加工する。マシニングセンタのような回転する主軸にローラバニシング工具を装着する場合は、ワークを固定してローラバニシング工具を加工穴に嵌入し移動させて加工する。すなわち、ローラを使用したローラバニシング加工（以下、バニシング加工という）は、ワークまたはローラの少なくとも一方を回転させてワークの外周面や内周面等にローラを押圧し、切削加工で生じた超硬チップの引き目によるワークの表面の微小な凹凸を押し潰し、塑性変形させて鏡面に近い面粗度に仕上げるとともに、真円度を向上させ、ワークの表面を硬化させる（たとえば、特許文献１参照）。
なお、従来、ツール径の自動制御式のバニシング工具には、ボールネジのようなヘリカル（角度θ：フィードアングル）に配置されたスプリングローラが使用されていた。
特開平１０−７１５６４号公報（段落００２５〜００７０、図１〜図２）
たとえば、ＮＣ旋盤の刃物台に前記ローラバニシング工具を装着して使用する場合は、主軸台のチャックにワーク（Ｗ）を固定して回転させ、ワークの加工面に対して機械的にローラバニシング工具を押圧ないし移動させて加工する。マシニングセンタのような回転する主軸にローラバニシング工具を装着する場合は、ワークを固定してローラバニシング工具を加工穴に嵌入し移動させて加工する。すなわち、ローラを使用したローラバニシング加工（以下、バニシング加工という）は、ワークまたはローラの少なくとも一方を回転させてワークの外周面や内周面等にローラを押圧し、切削加工で生じた超硬チップの引き目によるワークの表面の微小な凹凸を押し潰し、塑性変形させて鏡面に近い面粗度に仕上げるとともに、真円度を向上させ、ワークの表面を硬化させる（たとえば、特許文献１参照）。
なお、従来、ツール径の自動制御式のバニシング工具には、ボールネジのようなヘリカル（角度θ：フィードアングル）に配置されたスプリングローラが使用されていた。
しかしながら、微小なトルク変動を正確に軸方向に変換する従来のツール径の自動制御は、微小のばらつきを有するワークに限られていたので、前加工径のばらつきを微小の公差内に抑えなければならないという問題があった。
また、このスプリングローラでは、初期の段階でそれ自身にねじれが発生し、微小なトルク変動を正確に軸方向へ変換させることができなかったため、前加工径の寸法を揃えなければならないという問題があった。
さらに、スプリングローラの安定した特性を確保するために形状精度および外面の面粗度を向上させる必要があり、コスト高になるという問題があった。
さらに、スプリングローラは繰返し使用することによりへたりが発生し、無負荷位置（原位置）が変化してしまうという問題があった。
なお、以下の説明では、ワーク径によっても異なるが、微小のばらつきとは、およそ±０．０３ｍｍ未満をいい、大きめのばらつきとは、およそ±０．０３ｍｍ以上をいう。
また、このスプリングローラでは、初期の段階でそれ自身にねじれが発生し、微小なトルク変動を正確に軸方向へ変換させることができなかったため、前加工径の寸法を揃えなければならないという問題があった。
さらに、スプリングローラの安定した特性を確保するために形状精度および外面の面粗度を向上させる必要があり、コスト高になるという問題があった。
さらに、スプリングローラは繰返し使用することによりへたりが発生し、無負荷位置（原位置）が変化してしまうという問題があった。
なお、以下の説明では、ワーク径によっても異なるが、微小のばらつきとは、およそ±０．０３ｍｍ未満をいい、大きめのばらつきとは、およそ±０．０３ｍｍ以上をいう。
そこで、本発明は、これらの問題点を解決するために創案されたものであり、微小なトルクの変動を正確に軸方向の変位に変換し、前加工径の大きめのばらつきがあっても対応でき、また、コスト高にならず、また、繰返し使用してもへたりのない、無負荷位置（原位置）が変化しないローラバニシング工具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工具（１０）の発明は、被加工物、またはシャンク（３）が回転駆動機構によって回転駆動され、棒状またはテーパに形成されたシャンク部（３ａ）を有するシャンク（３）と、ヘッド（５）の内周面に形成されたテーパ（５ｔ）上を前記ヘッド（５）の回転に伴って転動することにより、棒状の被加工物の外周面を転圧加工する複数のローラ（１）と、前記シャンク（３）と前記ヘッド（５）とを、前記ヘッド（５）の負荷トルクによってボール（１３）を介して相対的に回動させることによりトルクを軸方向の変位に変換するトルク・変位変換機構（Ｔ）と、前記トルク・変位変換機構（Ｔ）による軸方向の変位により第２コイルバネ（１６）の付勢力を変化させ、前加工径にバラツキがあっても、ハブ（９）に連結されたヘッド（５）が軸方向へ移動して加工径の自動補正を行う径自動補正機構（Ｅ）とを備え、被加工物の外周面をローラの転圧によってバニシング加工する外周面加工用のローラバニシング工具であって、前記トルク・変位変換機構（Ｔ）は、リング状の一端面に複数のすり鉢状の窪み（１１ａ）が形成された固定輪（１１）と、同様のリング状の一端面に複数のすり鉢状の窪み（１２ａ）が対向するように形成された可動輪（１２）と、前記固定輪（１１）の窪み（１１ａ）と、前記可動輪（１２）の窪み（１２ａ）に挟持された複数のボール（１３）と、を備えたことを特徴とする。
請求項２に係るローラバニシング工具（２０）の発明は、被加工物、またはシャンク（３）が回転駆動機構によって回転駆動され、棒状またはテーパに形成されたシャンク部（３ａ）を有するシャンク（３）と、マンドレル（２５）の外周面に形成されたテーパ（２５ｔ）上をその回転に伴って転動することにより、被加工物の穴、または、円管状の内周面を転圧加工する複数のローラ（１）と、前記シャンク（３）と前記マンドレル（２５）とを、前記マンドレル（２５）の負荷トルクによってボール（１３）を介して相対的に回動させることによりトルクを軸方向の変位に変換するトルク・変位変換機構（Ｔ）と、前記トルク・変位変換機構（Ｔ）による軸方向の変位により第２コイルバネ（１６）の付勢力を変化させ、前加工径にバラツキがあっても、テーパ（２５ｔ）を有するマンドレル（２５）が軸方向へ移動して、加工径の自動補正を行う径自動補正機構（Ｅ）とを備え、被加工物の穴、または、円管状の内周面をローラの転圧によってバニシング加工する内周面加工用のローラバニシング工具であって、前記トルク・変位変換機構（Ｔ）は、リング状の一端面に複数のすり鉢状の窪み（１１ａ）が形成された固定輪（１１）と、同様のリング状の一端面に複数のすり鉢状の窪み（１２ａ）が対向するように形成された可動輪（１２）と、前記固定輪（１１）の窪み（１１ａ）と、前記可動輪（１２）の窪み（１２ａ）に挟持された複数のボール（１３）と、を備えたことを特徴とする。
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工具（２０）であって、丸棒の外周面をテーパ状のローラの転圧によってバニシング加工する外周面加工用の油圧、または、空圧によるローラバニシング工具であって、前記固定輪（１１）を支持するハウジング（８）と、前記可動輪（１２）を支持するハブ（９）との間のスペースにリング状のシリンダ（１７）を形成し、前記シリンダ（１７）に油圧または空圧を供給し、前記トルク・変位変換機構（Ｔ）による軸方向の変位によってシリンダ（１７）による付勢力が変化し、前加工径にバラツキがあっても、ハブ（９）に連結されたテーパを有するヘッド（５）を軸方向へ移動させて、径の自動補正を行う径自動補正機構（Ｅ）を備えたことを特徴とする。
請求項１に係る発明によれば、ローラが受ける押圧力の反力を受けるヘッドの負荷トルクを、軸方向の変位に変換するためのトルク・変位変換機構を設け、前加工寸法に大きめのバラツキがあっても径の自動補正を行う径自動補正機構を備えたことにより、外周面の径に合わせて径の自動補正を行うことができる。また、トルク・変位変換機構に摩擦係数の小さいボール（鋼球）を設けたことにより、微小なトルクの変動を正確に軸方向の変位に変換することができる。さらに、コスト高にならず、また、繰返し使用してもへたりのない、無負荷位置（原位置）が変化しない外周面加工用のローラバニシング工具を提供することができる。
請求項２に係る発明によれば、ローラが受ける押圧力の反力をマンドレルが受け、さらに、マンドレルが受ける負荷トルクを軸方向の変位に変換するためのトルク・変位変換機構を設け、前加工寸法に大きめのバラツキがあっても径の自動補正を行う径自動補正機構を備えたことにより、内周面の径に合わせて径の自動補正を行うことができる。また、トルク・変位変換機構にボールを設けたことにより、微小なトルクの変動を正確に軸方向の変位に変換することができる。また、コスト高にならず、さらに、繰返し使用してもへたりのない、無負荷位置（原位置）が変化しない内周面加工用のローラバニシング工具を提供することができる。
請求項３に係る発明によれば、ハウジングと、ハブとの間のスペースにリング状のシリンダを形成し、前記シリンダに油圧（作動油）、または、空圧（エア）を供給し、油圧、または、空圧による圧力調整をできるようにしたことにより、機構が簡素化され、信頼性の向上が図れる。また、自動機械へ搭載可能であり、ワーク径に大きめのばらつきがあってもそのワーク径に合わせて自動制御することができるため、機械の連続運転による生産性の向上ができる。
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１〜第４の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るローラバニシング工具を示し、図１（ａ）は左側面図、図１（ｂ）は半断面の正面図である。図１に示すように、ローラバニシング工具１０は、棒状のワークＷの外周面加工用である。ローラバニシング工具１０は、棒状のワークＷを転圧加工する複数のローラ１と、この複数のローラ１を保持するフレーム２と、工作機械へ装着する装着部を有するシャンク３と、フレーム２を支持するステム６と、トルク・変位変換機構Ｔ1 へ向かって付勢する第２コイルバネ１６を支持し、可動輪１２を保持するハブ９と、固定輪１１を保持するフランジ７と、フランジ７を支持するハウジング８と、スラストベアリング４に付勢する第１コイルバネ１４と、転圧加工の際にローラ１の反力を受けるヘッド５と、ヘッド５の位置を調整するヘッド５の位置調整手段Ｆ1 と、前記第２コイルバネ１６の付勢力を調整する付勢力調整手段Ｇ1 と、から主に構成されている。
なお、図中の左側を前方、または、先端といい、右側を後方、または、後端という。
以下、本発明の第１〜第４の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るローラバニシング工具を示し、図１（ａ）は左側面図、図１（ｂ）は半断面の正面図である。図１に示すように、ローラバニシング工具１０は、棒状のワークＷの外周面加工用である。ローラバニシング工具１０は、棒状のワークＷを転圧加工する複数のローラ１と、この複数のローラ１を保持するフレーム２と、工作機械へ装着する装着部を有するシャンク３と、フレーム２を支持するステム６と、トルク・変位変換機構Ｔ1 へ向かって付勢する第２コイルバネ１６を支持し、可動輪１２を保持するハブ９と、固定輪１１を保持するフランジ７と、フランジ７を支持するハウジング８と、スラストベアリング４に付勢する第１コイルバネ１４と、転圧加工の際にローラ１の反力を受けるヘッド５と、ヘッド５の位置を調整するヘッド５の位置調整手段Ｆ1 と、前記第２コイルバネ１６の付勢力を調整する付勢力調整手段Ｇ1 と、から主に構成されている。
なお、図中の左側を前方、または、先端といい、右側を後方、または、後端という。
径自動補正機構Ｅ1 を構成する各部位について、詳細に説明する。
シャンク３は、ツールホルダ等を介して工作機械である加工機械の刃物台または主軸に固定される形状が棒状またはテーパに形成されたシャンク部３ａと、シャンク部３ａから拡径されておねじ３ｂが形成されたシャンク本体３ｃと、シャンク本体３ｃから縮径されたスリーブ状のシャンク先端部３ｄと、シャンク先端部３ｄの端面３ｅに止り穴が形成された穴部３ｆとから形成されている。
前記シャンク３の穴部３ｆの底面３ｇには、スラストベアリング４が挿入され、シャンク３の穴部３ｆとステム６との間には、このスラストベアリング４に向かって押し付け勝手に付勢する第１コイルバネ１４が介装されている。
このステム６は、リング状であり、外周面に段差が設けられ、シャンク先端部３ｄの内周面端部に設けられた止め輪と、この止め輪によって形成されたスペースに第１コイルバネ１４が介装されている。
シャンク３は、ツールホルダ等を介して工作機械である加工機械の刃物台または主軸に固定される形状が棒状またはテーパに形成されたシャンク部３ａと、シャンク部３ａから拡径されておねじ３ｂが形成されたシャンク本体３ｃと、シャンク本体３ｃから縮径されたスリーブ状のシャンク先端部３ｄと、シャンク先端部３ｄの端面３ｅに止り穴が形成された穴部３ｆとから形成されている。
前記シャンク３の穴部３ｆの底面３ｇには、スラストベアリング４が挿入され、シャンク３の穴部３ｆとステム６との間には、このスラストベアリング４に向かって押し付け勝手に付勢する第１コイルバネ１４が介装されている。
このステム６は、リング状であり、外周面に段差が設けられ、シャンク先端部３ｄの内周面端部に設けられた止め輪と、この止め輪によって形成されたスペースに第１コイルバネ１４が介装されている。
フレーム２は、有底の円筒状であり、転圧加工するテーパ形状の複数のローラ１が、たとえば、９個配置されている。フレーム２の円筒状の後端部は、底部が閉塞状に形成され、この底部が前記ステム６の先端部６ｃに、ボルト６ｄによって固定されている。
ハウジング８は、前記シャンク本体３ｃのおねじ３ｂに螺合され、拡径されて前記シャンク先端部３ｄを円筒状に包囲するように延設されている。
ハウジング８が延設された先端部８ａには、開口部を閉鎖するようにフランジ７がボルト８ｂによって固定され、内周面の隙間にブッシュ１５が嵌入されている。
フランジ７は、リング状であり、その一端面に大きなリング溝が形成されており、このリング溝に固定輪１１が嵌入されて保持されている。
また、シャンク本体３ｃのおねじ３ｂに螺合されたハウジング８の外周面には、同様におねじ８ｃが設けられ、回動自在にアジャストナット２１が螺合している。
ハウジング８が延設された先端部８ａには、開口部を閉鎖するようにフランジ７がボルト８ｂによって固定され、内周面の隙間にブッシュ１５が嵌入されている。
フランジ７は、リング状であり、その一端面に大きなリング溝が形成されており、このリング溝に固定輪１１が嵌入されて保持されている。
また、シャンク本体３ｃのおねじ３ｂに螺合されたハウジング８の外周面には、同様におねじ８ｃが設けられ、回動自在にアジャストナット２１が螺合している。
トルク・変位変換機構Ｔ1 は、シャンク３とヘッド５との間に内蔵されている。つまり、トルク・変位変換機構Ｔ1 は、図２で後記するように固定輪１１と、可動輪１２と、ボール１３とから構成され、ヘッド５にかかる負荷トルクによってボール１３を介して固定輪１１と可動輪１２を相対的に回動させることにより、トルクを軸方向の変位に変換するものである。ブッシュ１５は、前記シャンク先端部３ｄの外周面に摺動可能に嵌合されている。ハブ９はこのブッシュ１５を挟み込むようにそのブッシュ１５の外周に嵌合されている。このハブ９は、前記トルク・変位変換機構Ｔ1 を構成する固定輪１１の対向位置にボール１３を挟持した可動輪１２を保持している。
なお、負荷トルクとは、加工押圧力により発生し、ヘッド５から伝達される回転トルクをいう。
第２コイルバネ１６は、たとえば、５等配された位置に５個配置され、この第２コイルバネ１６の左端がガイド１６ａ、右端がガイドピン１６ｂによって支持されている。
なお、負荷トルクとは、加工押圧力により発生し、ヘッド５から伝達される回転トルクをいう。
第２コイルバネ１６は、たとえば、５等配された位置に５個配置され、この第２コイルバネ１６の左端がガイド１６ａ、右端がガイドピン１６ｂによって支持されている。
ヘッド５は、リング状に形成され、内周面には前方が広がるようにテーパ５ｔが形成されている。ヘッド５は、前記ハブ９の先端部９ａに設けられ、止めネジ９ｂによってハブ９に固定されている。そして、転圧加工の際、ローラ１が受ける反力は、ヘッド５の内周面で受ける。前記フレーム２に配置された複数のローラ１は、ワークＷとヘッド５の内周面に挟まれた状態で、自転しながら公転する。このテーパ５ｔが形成されたテーパ部の幅は広くなっており、軸方向に移動されることにより、前記ローラ１が当接する当接位置が変わることによって、ツール径を変え、バラツキのあるワーク径φDに対応できるようになっている。ローラ１はテーパを有しており、そのテーパ角は、ヘッド５のテーパ５ｔのちょうど半分になっている。
ヘッド５の位置調整手段Ｆ1 は、ヘッド５の位置を調整する。この位置調整手段Ｆ1 は、ハウジング８とアジャストリング２２とロックナット２３によって構成されている。ヘッド５のテーパ５ｔの位置を変えるには、ハブ９の位置、つまり、ハウジング８の位置を軸（左右）方向へ変えることにより可能となる。したがって、ワーク径に対応させるには、ハウジング８を回動させることにより、ハウジング８を軸方向へ移動させてヘッド５の位置を変える。その後、ハウジング８の位置をアジャストリング２２とロックナット２３によって固定する。詳しくは、シャンク本体３ｃのおねじ３ｂにはハウジング８が螺合されており、ハウジング８の後端面には複数の凹部８ｄが形成されている。また、前記おねじ３ｂには、キー溝３ｋが形成されている。
スライドキー２２ｋとアジャストリング２２は、ピン２２ｐによって一体に連結されている。また、アジャストリング２２の左端面には複数の凸部２２ｃが形成され、前記凹部８ｄへ凸部２２ｃが嵌入できるようになっており、また、シャンク本体３ｃのおねじ３ｂにはロックナット２３が螺合され、アジャストリング２２の凸部２２ｃが外れないようにロックナット２３によって固定する。
その結果、ハウジング８の位置を軸方向に変えて調整した後、ハウジング８の凹部８ｄにアジャストリング２２の凸部２２ｃを軸方向へスライドさせ、凸部２２ｃを凹部８ｄに嵌入し、最後にゆるみ止めのロックナット２３によって固定する。さらに、ロックナット２３は、ゆるみ防止のために止めネジ２３ａによって固定可能になっている。
スライドキー２２ｋとアジャストリング２２は、ピン２２ｐによって一体に連結されている。また、アジャストリング２２の左端面には複数の凸部２２ｃが形成され、前記凹部８ｄへ凸部２２ｃが嵌入できるようになっており、また、シャンク本体３ｃのおねじ３ｂにはロックナット２３が螺合され、アジャストリング２２の凸部２２ｃが外れないようにロックナット２３によって固定する。
その結果、ハウジング８の位置を軸方向に変えて調整した後、ハウジング８の凹部８ｄにアジャストリング２２の凸部２２ｃを軸方向へスライドさせ、凸部２２ｃを凹部８ｄに嵌入し、最後にゆるみ止めのロックナット２３によって固定する。さらに、ロックナット２３は、ゆるみ防止のために止めネジ２３ａによって固定可能になっている。
付勢力調整手段Ｇ1 は、可動輪１２を固定輪１１へ付勢する第２コイルバネ１６の付勢力を調整する機構を備えている。この付勢力調整手段Ｇ1 は、第２コイルバネ１６とそれを支持するガイド１６ａと、ガイドピン１６ｂと、アジャストナット２１等によって構成されている。
ガイド１６ａはリング状であり、５等配に配置された穴によって第２コイルバネ１６の前端部を支持している。
ガイドピン１６ｂは、ハウジング８の拡径部側面に穿設された穴に嵌合され、第２コイルバネ１６の後端部の内周面を支持している。
アジャストナット２１は、ハウジング８のおねじ８ｃに螺合され、ガイドピン１６ｂとの当接面には、スラストベアリング２１ｃが装着されている。
アジャストナット２１の止めネジ２１ｂをゆるめ、アジャストナット２１を右回転させると、バネの付勢力（バネ荷重）が強くなり、左回転させるとバネの付勢力が弱くなる。
なお、最適なバネ荷重は、２〜３個の試加工により決めればよい。
その結果、アジャストナット２１を締め込みガイドピン１６ｂが前方（図中左）へ移動すると、第２コイルバネ１６がたわみ、第２コイルバネ１６の付勢力は、ガイド１６ａからスラストベアリング２４を介してハブ９を押圧し可動輪１２を押圧してボール１３を挟持する力を強くする。
ガイド１６ａはリング状であり、５等配に配置された穴によって第２コイルバネ１６の前端部を支持している。
ガイドピン１６ｂは、ハウジング８の拡径部側面に穿設された穴に嵌合され、第２コイルバネ１６の後端部の内周面を支持している。
アジャストナット２１は、ハウジング８のおねじ８ｃに螺合され、ガイドピン１６ｂとの当接面には、スラストベアリング２１ｃが装着されている。
アジャストナット２１の止めネジ２１ｂをゆるめ、アジャストナット２１を右回転させると、バネの付勢力（バネ荷重）が強くなり、左回転させるとバネの付勢力が弱くなる。
なお、最適なバネ荷重は、２〜３個の試加工により決めればよい。
その結果、アジャストナット２１を締め込みガイドピン１６ｂが前方（図中左）へ移動すると、第２コイルバネ１６がたわみ、第２コイルバネ１６の付勢力は、ガイド１６ａからスラストベアリング２４を介してハブ９を押圧し可動輪１２を押圧してボール１３を挟持する力を強くする。
図２はトルク・変位変換機構の模式図であり、図２（ａ）は斜視図と、可動輪が回動する回動方向Nと、ボールの移動方向Yと、可動輪が軸方向に変位する変位方向Zを示すベクトル図である。図２（ａ）に示すように、トルク・変位変換機構Ｔ は、固定輪１１と、可動輪１２と、複数のボール１３から構成されている。このトルク・変位変換機構Ｔは、シャンク３（図１参照）によって固定される固定輪１１と、軸と直角（Ｘ）方向へ可動する可動輪１２と、たとえば、３個のボール１３とから構成されている。
固定輪１１は、リング状に形成されており、可動輪１２側の端面に３個のすり鉢状の窪み１１ａが形成されている。３個のすり鉢状の窪み１１ａは、ここでは１２０°の円錐形状である。
可動輪１２には、同様に固定輪１１側の端面に３個のすり鉢状の窪み１２ａが形成されている。そして、前記固定輪１１の窪み１１ａと可動輪１２の窪み１２ａによって形成された隙間にそれぞれボール１３が装着されて挟持されている。
固定輪１１は、リング状に形成されており、可動輪１２側の端面に３個のすり鉢状の窪み１１ａが形成されている。３個のすり鉢状の窪み１１ａは、ここでは１２０°の円錐形状である。
可動輪１２には、同様に固定輪１１側の端面に３個のすり鉢状の窪み１２ａが形成されている。そして、前記固定輪１１の窪み１１ａと可動輪１２の窪み１２ａによって形成された隙間にそれぞれボール１３が装着されて挟持されている。
図２（ｂ）は動作前であり、図２（ａ）に示すＨ矢視の側面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）に示すＩ−Ｉ線の断面図である。
図２（ｃ）に示すように、固定輪１１のすり鉢状の窪み１１ａと、可動輪１２のすり鉢状の窪み１２ａにボール１３が挿入されて挟持されている。このとき、固定輪１１と可動輪１２の外形幅寸法はｗである。
図２（ｄ）は動作後であり、図２（ａ）に示すＨ矢視の側面図、図２（ｅ）は図２（ｄ）に示すＪ−Ｊ線の断面図である。
図２（ｅ）に示すように、ローラ１（図１参照）の回転力がヘッド５に伝達されると、ヘッド５が第２コイルバネ１６の付勢力に勝り、その可動輪１２が回転（Ｎ）方向へｘだけずれる。そうすると、１２０°のすり鉢状の窪み１１ａ，１２ａの傾斜角によって転動したボール１３は、Ｙ方向へ移動する（図２（ａ）のベクトル図参照）。そして、このボール１３のＹ方向への移動によって、可動輪１２はＺ方向へｚ量だけ移動（変位）する。
このとき、固定輪１１と可動輪１２の外形幅寸法は、ｗ＋ｚになる。これはトルクが軸方向の変位に変換させるもので、これをトルク・変位変換機構Ｔ という。
このように、ローラ１がワーク（被加工物）Wの外周面を押圧することによって、ローラ１が受ける押圧力の反力と回転力による負荷トルクは、可動輪１２を回動させる。この回動によって、円錐形状の窪みに挟持されたボールを転動させ、軸方向の変位に変換し、第２コイルバネ１６の付勢力を変える。この付勢力の変化によって前加工寸法に大きめのバラツキがあっても加工径の自動補正を行うことができる。
図２（ｃ）に示すように、固定輪１１のすり鉢状の窪み１１ａと、可動輪１２のすり鉢状の窪み１２ａにボール１３が挿入されて挟持されている。このとき、固定輪１１と可動輪１２の外形幅寸法はｗである。
図２（ｄ）は動作後であり、図２（ａ）に示すＨ矢視の側面図、図２（ｅ）は図２（ｄ）に示すＪ−Ｊ線の断面図である。
図２（ｅ）に示すように、ローラ１（図１参照）の回転力がヘッド５に伝達されると、ヘッド５が第２コイルバネ１６の付勢力に勝り、その可動輪１２が回転（Ｎ）方向へｘだけずれる。そうすると、１２０°のすり鉢状の窪み１１ａ，１２ａの傾斜角によって転動したボール１３は、Ｙ方向へ移動する（図２（ａ）のベクトル図参照）。そして、このボール１３のＹ方向への移動によって、可動輪１２はＺ方向へｚ量だけ移動（変位）する。
このとき、固定輪１１と可動輪１２の外形幅寸法は、ｗ＋ｚになる。これはトルクが軸方向の変位に変換させるもので、これをトルク・変位変換機構Ｔ という。
このように、ローラ１がワーク（被加工物）Wの外周面を押圧することによって、ローラ１が受ける押圧力の反力と回転力による負荷トルクは、可動輪１２を回動させる。この回動によって、円錐形状の窪みに挟持されたボールを転動させ、軸方向の変位に変換し、第２コイルバネ１６の付勢力を変える。この付勢力の変化によって前加工寸法に大きめのバラツキがあっても加工径の自動補正を行うことができる。
たとえば、前加工の軸径がφ３０．０ｍｍと、φ３０．３ｍｍとでは、直径に０．３ｍｍの差があり、ローラ１が受ける押圧力（負荷）にも大きな差が生じる。この押圧力の反力にワークの回転が加わった負荷トルクにも差が生じることになる。そして、図２（ｅ）に示すように、この負荷トルクは、可動輪１２をＮ方向へ寸法ｘだけのずれを生じさせ、ボール１３によって、軸（Ｚ）方向へ可動輪１２を寸法ｚの変位量に変換し、第２コイルバネ１６をたわませる。
その結果、この第２コイルバネ１６のたわみの変化によって、第２コイルバネ１６の付勢力が変化し、この付勢力の変化によってハブ９に連結されたテーパ５ｔを有するヘッド５も後退するため、径が大きくなる方向へ０．３ｍｍ分だけ自動補正されることになる。
すなわち、トルク・変位変換機構Ｔ1 を内蔵した径自動補正機構Ｅによって、前加工寸法にバラツキがあっても径の自動補正を行いながらローラバニシング加工を行い、負荷トルクの変動に伴い、減少に伴い、軸方向の変位が解消すると、また、元の位置にもどるようになっており、無負荷位置（原位置）が変化しないローラバニシング工具となっている。
その結果、この第２コイルバネ１６のたわみの変化によって、第２コイルバネ１６の付勢力が変化し、この付勢力の変化によってハブ９に連結されたテーパ５ｔを有するヘッド５も後退するため、径が大きくなる方向へ０．３ｍｍ分だけ自動補正されることになる。
すなわち、トルク・変位変換機構Ｔ1 を内蔵した径自動補正機構Ｅによって、前加工寸法にバラツキがあっても径の自動補正を行いながらローラバニシング加工を行い、負荷トルクの変動に伴い、減少に伴い、軸方向の変位が解消すると、また、元の位置にもどるようになっており、無負荷位置（原位置）が変化しないローラバニシング工具となっている。
つづいて、図１を参照して動作について説明する。
図１（ｂ）に示すように、ローラバニシング工具１０は、ツールの初期設定について説明する。まず、ツール径の初期設定は、ロックナット２３をゆるめ、アジャストリング２２を後退させてハウジング８の凹部８ｄとアジャストリング２２の凸部２２ｃとの係合を解除し、ツール径の調整範囲の下限に設定するため、最小のワーク径φDより０．０５〜０．１０ｍｍ程小さくセットする。
つぎに、付勢力の初期設定を行う。このローラバニシング工具１０は、第２コイルバネ１６の付勢力（バネ荷重）によってツール径を自動制御する。この付勢力は、ワークの材質、硬度、加工径、および表面あらさに応じて、最適値に設定する。そのために、アジャストナット２１の止めネジ２１ｂをゆるめ、アジャストナット２１を右回転させると、付勢力が強くなり、左回転させると、付勢力が弱くなる。
ローラバニシング工具１０によるバニシング加工は、ローラ１による転圧加工であり、転圧された量だけ、外径が縮小する。したがって、所定の公差寸法内に仕上げるには外径の縮小量を予め考慮しておくとよい。たとえば、φ３０ｍｍでは０．０２〜０．０４ｍｍである。
図１（ｂ）に示すように、ローラバニシング工具１０は、ツールの初期設定について説明する。まず、ツール径の初期設定は、ロックナット２３をゆるめ、アジャストリング２２を後退させてハウジング８の凹部８ｄとアジャストリング２２の凸部２２ｃとの係合を解除し、ツール径の調整範囲の下限に設定するため、最小のワーク径φDより０．０５〜０．１０ｍｍ程小さくセットする。
つぎに、付勢力の初期設定を行う。このローラバニシング工具１０は、第２コイルバネ１６の付勢力（バネ荷重）によってツール径を自動制御する。この付勢力は、ワークの材質、硬度、加工径、および表面あらさに応じて、最適値に設定する。そのために、アジャストナット２１の止めネジ２１ｂをゆるめ、アジャストナット２１を右回転させると、付勢力が強くなり、左回転させると、付勢力が弱くなる。
ローラバニシング工具１０によるバニシング加工は、ローラ１による転圧加工であり、転圧された量だけ、外径が縮小する。したがって、所定の公差寸法内に仕上げるには外径の縮小量を予め考慮しておくとよい。たとえば、φ３０ｍｍでは０．０２〜０．０４ｍｍである。
そこで、ローラバニシング工具１０をＮＣ旋盤の刃物台に固定し、ワークを回転数６００ｍｉｎ-1で回転させる。そして、ローラ１が複数配置された円筒状のフレーム２にワークWを挿通する。そうすると、ローラ１がワーク加工面に接触してワークW加工面を加圧し、このワークW加工面を転圧（塑性変形）によって加工面の表面を滑らかな鏡面に仕上げる。
これらを整理すると、径自動補正機構E1 は、この前記トルク・変位変換機構Ｔ1 による軸方向の変位により第２コイルバネ１６の付勢力を変化させ、ハブ９に連結されたヘッド５が軸方向へ移動して、前加工径に大きめのバラツキがあっても加工径の自動補正を行うものである。
たとえば、ワークの前加工径にバラツキがあっても、トルク・変位変換機構Ｔ1 を内蔵した径自動補正機構Ｅ1 により、ワークの前加工径に追従してツール径は、ローラ１の軸方向の位置を変えて自動的にツール径を変える。
つまり、前加工径の小さなワークに、ローラバニシング工具１０を挿入すると、第２コイルバネ１６の付勢力がバニシング圧に勝り、ハブ９がツール先端側に移動し、ツール径は自動的に小さくなる。ただし、予めセットされたツール径より小さくなることはない。
その反対に、前加工径の大きめなワークWに、ローラバニシング工具１０を挿入すると、バニシング圧が第２コイルバネ１６の付勢力に勝り、ハブ９がシャンク３側に移動し、ツール径は自動的に大きくなる。
たとえば、ワークの前加工径にバラツキがあっても、トルク・変位変換機構Ｔ1 を内蔵した径自動補正機構Ｅ1 により、ワークの前加工径に追従してツール径は、ローラ１の軸方向の位置を変えて自動的にツール径を変える。
つまり、前加工径の小さなワークに、ローラバニシング工具１０を挿入すると、第２コイルバネ１６の付勢力がバニシング圧に勝り、ハブ９がツール先端側に移動し、ツール径は自動的に小さくなる。ただし、予めセットされたツール径より小さくなることはない。
その反対に、前加工径の大きめなワークWに、ローラバニシング工具１０を挿入すると、バニシング圧が第２コイルバネ１６の付勢力に勝り、ハブ９がシャンク３側に移動し、ツール径は自動的に大きくなる。
＜第２の実施形態＞
図３は本発明の第２の実施形態に係るローラバニシング工具を示し、（ａ）は左側面図、（ｂ）は半断面の正面図である。
概略の構成は、図１に示すローラバニシング工具１０と同様であるが、付勢力調整手段Ｇ2 が異なるので、その構成について説明する。図３に示すように、図１に示す第２コイルバネ１６の代わりに、リング状を形成するシリンダ１７がハウジング８とハブ９との間のスペースに設けられている。シリンダ１７にはハウジング８に設けられた油圧または空圧を通す導通孔（図示せず）と導通溝８ｅが連通されており、これらを流通してハブ９を押圧し、ボール１３を挟持する可動輪１２を押圧する。
図３は本発明の第２の実施形態に係るローラバニシング工具を示し、（ａ）は左側面図、（ｂ）は半断面の正面図である。
概略の構成は、図１に示すローラバニシング工具１０と同様であるが、付勢力調整手段Ｇ2 が異なるので、その構成について説明する。図３に示すように、図１に示す第２コイルバネ１６の代わりに、リング状を形成するシリンダ１７がハウジング８とハブ９との間のスペースに設けられている。シリンダ１７にはハウジング８に設けられた油圧または空圧を通す導通孔（図示せず）と導通溝８ｅが連通されており、これらを流通してハブ９を押圧し、ボール１３を挟持する可動輪１２を押圧する。
また、図１に示すアジャストナット２１の位置には、スイベルジョイント１８が配設されている。スイベルジョイント１８の両側面にはリング状の薄いスラストリング１９を介し、ハウジング８の外周面との当接面には、供給された油圧または空圧が漏洩しないように複数のシール１８ｃが装着されている。その結果、スイベルジョイント１８に設けられた供給口１８ａから供給された油圧または空圧は、これらのシール１８ｃによって封止され、かつ、スイベルジョイント１８は、ワーク固定、および、工具回転の仕様に備えて回転可能に装着されている。
このような、油圧、空圧方式による圧力調整をできるようにしたトルク・変位変換機構を利用したバニシングツールとしては、外周面用の他に、内外面テーパ、平面、曲面加工用に利用することができる。
このような、油圧、空圧方式による圧力調整をできるようにしたトルク・変位変換機構を利用したバニシングツールとしては、外周面用の他に、内外面テーパ、平面、曲面加工用に利用することができる。
つづいて、付勢力調整手段Ｇ2 の動作について図面を参照して説明する。図３に示すように、ローラバニシング工具２０は、バネ荷重の代わりに油圧力または空圧力でツール径を自動制御する。油圧は非圧縮性であるため、高圧力仕様は油圧を使用し、空圧はばねのように圧縮性があるため、低圧仕様は空圧を使用するとよい。以下、空圧で説明すると、この空圧による荷重は、ワークの材質、硬度、加工径、および表面あらさ等に応じて、最適値に設定するが、この空圧では、図示しない空圧装置の圧力調整弁を操作して空圧を調整すればよい。
なお、ローラバニシング工具２０の付勢力調整手段Ｇ2 のほかに、トルク・変位変換機構Ｔ2 を内蔵した径自動補正機構Ｅ2 については、図１に示すローラバニシング工具１０と同様であるため、同一の部位には同符合を付し、重複する説明は省略する。
なお、ローラバニシング工具２０の付勢力調整手段Ｇ2 のほかに、トルク・変位変換機構Ｔ2 を内蔵した径自動補正機構Ｅ2 については、図１に示すローラバニシング工具１０と同様であるため、同一の部位には同符合を付し、重複する説明は省略する。
＜第３の実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態に係るローラバニシング工具の半断面の正面図である。図４に示すように、ローラバニシング工具３０は、トルク・変位変換機構Ｔ3 がローラ１よりも後方にあるタイプであり、ワークWに形成された穴の内周面加工用のローラバニシング工具である。なお、図１と同じ部位には同符合を付し重複する説明は省略する。
径自動補正機構Ｅ3 を構成する各部位について、詳細に説明する。
シャンク３は、加工機械の刃物台または主軸に固定されるシャンク部３ａと、前記シャンク部３ａから拡径されて延設された外周面におねじ３ｂが形成されたシャンク本体３ｃと、前記シャンク本体３ｃからさらに拡径されて延設された外周面におねじ３ｍが形成されたスリーブ状のシャンク先端部３ｄと、前記シャンク先端部３ｄの端面３ｅに止り穴が形成された穴部３ｆとから形成されている。
図４は、本発明の第３の実施形態に係るローラバニシング工具の半断面の正面図である。図４に示すように、ローラバニシング工具３０は、トルク・変位変換機構Ｔ3 がローラ１よりも後方にあるタイプであり、ワークWに形成された穴の内周面加工用のローラバニシング工具である。なお、図１と同じ部位には同符合を付し重複する説明は省略する。
径自動補正機構Ｅ3 を構成する各部位について、詳細に説明する。
シャンク３は、加工機械の刃物台または主軸に固定されるシャンク部３ａと、前記シャンク部３ａから拡径されて延設された外周面におねじ３ｂが形成されたシャンク本体３ｃと、前記シャンク本体３ｃからさらに拡径されて延設された外周面におねじ３ｍが形成されたスリーブ状のシャンク先端部３ｄと、前記シャンク先端部３ｄの端面３ｅに止り穴が形成された穴部３ｆとから形成されている。
マンドレル２５は、棒状であり、後端部近傍がフランジ部２５ｂ付きで形成されており、シャンク３のシャンク先端部３ｄの端面３ｅに形成された穴部３ｆに第２コイルバネ１６が挿入されている。マンドレル２５の後部穴２５ｄにはスラストベアリング４が挿入され、第２コイルバネ１６を包囲して後端部２５ａが軸方向へ摺動可能に装着されている。
また、マンドレル２５の左端部近傍にはフランジ部２５ｂが形成され、そのフランジ部２５ｂから縮径して前方へ延設されている。
トルク・変位変換機構Ｔ3 は、マンドレル２５と、シャンク先端部３ｄとの間に内蔵されている。可動輪１２は、フランジ部２５ｂに当設され、固定輪１１は、前記シャンク先端部３ｄを閉鎖するように設けられ、シャンク先端部３ｄにピンによって固定されている。そして、固定輪１１と可動輪１２との間にボール１３が挟持されている。
ローラ１は、たとえば、６個配置され、フレーム２に保持され、マンドレル２５の先端部２５ｃのテーパ２５ｔに当接して配置されている。
ステム６ａは、前記フレーム２に接続されている。また、ステム６ｂは、前記ステム６ａにベアリング２９を介して接続され、前記シャンク先端部３ｄを包囲するように円筒状に延設されて配置されている。
ハウジング８は、前記ステム６ｂの外周面に配置され、前記ステム６ｂをたえず後退方向に付勢する第１コイルバネ１４を介装して設けられ、その結果、ステム６ｂは、軸方向へ前進可能に装着されている。
また、マンドレル２５の左端部近傍にはフランジ部２５ｂが形成され、そのフランジ部２５ｂから縮径して前方へ延設されている。
トルク・変位変換機構Ｔ3 は、マンドレル２５と、シャンク先端部３ｄとの間に内蔵されている。可動輪１２は、フランジ部２５ｂに当設され、固定輪１１は、前記シャンク先端部３ｄを閉鎖するように設けられ、シャンク先端部３ｄにピンによって固定されている。そして、固定輪１１と可動輪１２との間にボール１３が挟持されている。
ローラ１は、たとえば、６個配置され、フレーム２に保持され、マンドレル２５の先端部２５ｃのテーパ２５ｔに当接して配置されている。
ステム６ａは、前記フレーム２に接続されている。また、ステム６ｂは、前記ステム６ａにベアリング２９を介して接続され、前記シャンク先端部３ｄを包囲するように円筒状に延設されて配置されている。
ハウジング８は、前記ステム６ｂの外周面に配置され、前記ステム６ｂをたえず後退方向に付勢する第１コイルバネ１４を介装して設けられ、その結果、ステム６ｂは、軸方向へ前進可能に装着されている。
位置調整手段Ｆ3 は、ローラ１の位置を調整する。ローラ１の位置調整手段Ｆ3 は、ハウジング８と、アジャストナット２１ａと、アジャストリング２２とによって構成されている。マンドレル２５の先端部のテーパ２５ｔの位置（寸法B）を変えるには、フレーム２の位置、つまり、ステム６とハウジング８の位置を軸（左右）方向へ変えることにより可能となる。したがって、ワーク径に対応するために、ハウジング８を回動することにより、アジャストナット２１ａを軸方向へ移動させて全体的にローラ１の位置を移動する。その後、ハウジング８の位置をアジャストリング２２によって固定する。
詳しくは、アジャストナット２１ａは、前記シャンク本体３ｃのおねじ３ｍに螺合されている。アジャストナット２１ａの外周面に埋め込まれたキー８ｋは、ハウジング８の内周面に設けられたキー溝に嵌入され、ハウジング８と一体に回動するように構成されている。
その結果、ローラ１の位置を左方向に変えて調整する場合は、ハウジング８を右回転させることによって、移動可能である。
詳しくは、アジャストナット２１ａは、前記シャンク本体３ｃのおねじ３ｍに螺合されている。アジャストナット２１ａの外周面に埋め込まれたキー８ｋは、ハウジング８の内周面に設けられたキー溝に嵌入され、ハウジング８と一体に回動するように構成されている。
その結果、ローラ１の位置を左方向に変えて調整する場合は、ハウジング８を右回転させることによって、移動可能である。
付勢力調整手段Ｇ3 は、可動輪１２を付勢する第２コイルバネ１６の付勢力を調整する。この付勢力調整手段Ｇ3 は、マンドレル２５と、第２コイルバネ１６と、それを支持するガイドピン１６ｂと、アジャストナット２１等によって構成されている。
第２コイルバネ１６は、前端（図中の左端）部がスラストベアリング４を介してマンドレル２５の後部穴２５ｄにより支持され、後端部は、フランジを有するガイドピン１６ｂにより第２コイルバネ１６の内径が支持され、フランジ面に当接している。また、ガイドピン１６ｂは、前記シャンク３の穴部３ｆの底面３ｇに挿通され、ピン１６ｃに当接している。
アジャストナット２１は、前記シャンク本体３ｃのおねじ３ｂに螺合され、第２コイルバネ１６の付勢力を調整するピン１６ｃを保持している。
その結果、アジャストナット２１の回動によってピン１６ｃが移動すると、ガイドピン１６ｂも移動し、第２コイルバネ１６をたわませる。第２コイルバネ１６の付勢力は、スラストベアリング４を介してマンドレル２５を押圧し、可動輪１２を押圧してボール１３を挟持する。シャンク本体３ｃの外周面には目盛りが設けられており、寸法Ｃにより付勢力の調整がし易くなっている。
第２コイルバネ１６は、前端（図中の左端）部がスラストベアリング４を介してマンドレル２５の後部穴２５ｄにより支持され、後端部は、フランジを有するガイドピン１６ｂにより第２コイルバネ１６の内径が支持され、フランジ面に当接している。また、ガイドピン１６ｂは、前記シャンク３の穴部３ｆの底面３ｇに挿通され、ピン１６ｃに当接している。
アジャストナット２１は、前記シャンク本体３ｃのおねじ３ｂに螺合され、第２コイルバネ１６の付勢力を調整するピン１６ｃを保持している。
その結果、アジャストナット２１の回動によってピン１６ｃが移動すると、ガイドピン１６ｂも移動し、第２コイルバネ１６をたわませる。第２コイルバネ１６の付勢力は、スラストベアリング４を介してマンドレル２５を押圧し、可動輪１２を押圧してボール１３を挟持する。シャンク本体３ｃの外周面には目盛りが設けられており、寸法Ｃにより付勢力の調整がし易くなっている。
つづいて、図面を参照して動作について説明する。
図４に示すように、ローラバニシング工具３０は、ツール径の初期設定を行う。そのためには、アジャストリング２２をゆるめ、アジャストリング２２を後退させ、ハウジング８を回動させて最小の加工径より０．０５〜０．１０ｍｍ程大きく設定する。
そして、ローラバニシング工具３０をＮＣ旋盤の刃物台（図示せず）に固定し、ワークＷを回転数６００ｍｉｎ-1で回転させ、ローラ１を保持した円筒状のフレーム２をワークWの穴に挿入する。すると、ローラ１がワーク加工面に接触して加圧し、転圧によって加工面の表面を滑らかな鏡面に仕上げる。
仮に、ワークＷの前加工径に大きめのばらつきがあっても、トルク・変位変換機構Ｔ3を内蔵した径自動補正機構Ｅ3 により、ワークＷの前加工径に追従してツール径φＡは自動的に変えることができる。
すなわち、前加工径の小さなワークＷに、ローラバニシング工具３０を挿入すると、バニシング圧が第２コイルバネ１６の付勢力に勝り、マンドレル２５がシャンク３側に移動して、ツール径φＡは自動的に小さくなる。つまり、バニシング圧と第２コイルバネ１６の付勢力がバランスした状態で加工する。
その反対に、前加工径の大きなワークＷに、ローラバニシング工具３０を挿入すると、第２コイルバネ１６の付勢力がバニシング圧に勝り、マンドレル２５が工具先端側方向に移動して、ツール径φＡは自動的に大きくなる。同様に、バニシング圧と第２コイルバネ１６の付勢力がバランスした状態で加工する。
図４に示すように、ローラバニシング工具３０は、ツール径の初期設定を行う。そのためには、アジャストリング２２をゆるめ、アジャストリング２２を後退させ、ハウジング８を回動させて最小の加工径より０．０５〜０．１０ｍｍ程大きく設定する。
そして、ローラバニシング工具３０をＮＣ旋盤の刃物台（図示せず）に固定し、ワークＷを回転数６００ｍｉｎ-1で回転させ、ローラ１を保持した円筒状のフレーム２をワークWの穴に挿入する。すると、ローラ１がワーク加工面に接触して加圧し、転圧によって加工面の表面を滑らかな鏡面に仕上げる。
仮に、ワークＷの前加工径に大きめのばらつきがあっても、トルク・変位変換機構Ｔ3を内蔵した径自動補正機構Ｅ3 により、ワークＷの前加工径に追従してツール径φＡは自動的に変えることができる。
すなわち、前加工径の小さなワークＷに、ローラバニシング工具３０を挿入すると、バニシング圧が第２コイルバネ１６の付勢力に勝り、マンドレル２５がシャンク３側に移動して、ツール径φＡは自動的に小さくなる。つまり、バニシング圧と第２コイルバネ１６の付勢力がバランスした状態で加工する。
その反対に、前加工径の大きなワークＷに、ローラバニシング工具３０を挿入すると、第２コイルバネ１６の付勢力がバニシング圧に勝り、マンドレル２５が工具先端側方向に移動して、ツール径φＡは自動的に大きくなる。同様に、バニシング圧と第２コイルバネ１６の付勢力がバランスした状態で加工する。
＜第４の実施形態＞
図５は、本発明の第４の実施形態に係るローラバニシング工具の半断面の正面図である。図５に示すように、ローラバニシング工具４０は、トルク・変位変換機構Ｔ4 がローラよりも前方にあるタイプであり、ワークWに形成された穴の内周面加工用のローラバニシング工具である。図４と同じ部位には同符合を付し、重複する説明は省略する。
径自動補正機構Ｅ4 を構成する各部位について、詳細に説明する。
シャンク３は、工作機械の刃物台または主軸に固定されるシャンク部３ａと、前記シャンク部３ａから縮径されて延設された外周面におねじ３ｂが形成されたシャンク本体３ｃと、前記シャンク本体３ｃから、さらに延設されたスリーブ状のシャンク先端部３ｄと、前記シャンク先端部３ｄの端面に設けられためねじ３ｎとから形成されている。
図５は、本発明の第４の実施形態に係るローラバニシング工具の半断面の正面図である。図５に示すように、ローラバニシング工具４０は、トルク・変位変換機構Ｔ4 がローラよりも前方にあるタイプであり、ワークWに形成された穴の内周面加工用のローラバニシング工具である。図４と同じ部位には同符合を付し、重複する説明は省略する。
径自動補正機構Ｅ4 を構成する各部位について、詳細に説明する。
シャンク３は、工作機械の刃物台または主軸に固定されるシャンク部３ａと、前記シャンク部３ａから縮径されて延設された外周面におねじ３ｂが形成されたシャンク本体３ｃと、前記シャンク本体３ｃから、さらに延設されたスリーブ状のシャンク先端部３ｄと、前記シャンク先端部３ｄの端面に設けられためねじ３ｎとから形成されている。
第１マンドレル２６は、棒状に形成されており、前記シャンク先端部３ｄのめねじ３ｎに、第１マンドレル２６の後端部のおねじ２６ａが螺入され、一体になっている。また、後端部近傍には第２コイルバネ１６のバネ径分に相当するフランジ径を有するフランジ部２６ｂが形成されている。そして、このフランジ部２６ｂの前方側には、先端に向かって順に第２コイルバネ１６と、スラストベアリング４ａと、マンドレル２５と、トルク・変位変換機構Ｔ4 を構成する可動輪１２、ボール１３、固定輪１１とを挿通し、さらに、先端部に形成されたおねじ２６ｃに、スラストベアリング４ｂを介してスラストリングナット２８が螺入され、止めネジ２８ａによって固定されている。
マンドレル２５は、リング状で、外周面がテーパ２５ｔを形成しており、ローラ１の当接位置により工具径φＡが異なり、加工径は調整可能になっている。
マンドレル２５は、リング状で、外周面がテーパ２５ｔを形成しており、ローラ１の当接位置により工具径φＡが異なり、加工径は調整可能になっている。
フレーム２は、ローラ１を保持している。転圧加工のためのローラ１は、前記マンドレル２５の外周部に、たとえば、１２個配置されている。
ステム６は、フレーム２に接続され、前記シャンク先端部３ｄに挿通されている。
ハウジング８には、ステム６の抜け止めが設けられ、かつ、軸方向へ移動可能に第１コイルバネ１４が介装されている。
アジャストナット２１は、ハウジング８の内周面に設けられたキー８ｋに係合し、一体になってステム６の後端面にスラストベアリング４ｃを介して前記シャンク部３ａのおねじ３ｂに螺合している。そして、アジャストリング２２もスライドキー２１ｋをアジャストナット２１に係合させた後、ゆるみ防止のために前記おねじ３ｂに螺合している。
ステム６は、フレーム２に接続され、前記シャンク先端部３ｄに挿通されている。
ハウジング８には、ステム６の抜け止めが設けられ、かつ、軸方向へ移動可能に第１コイルバネ１４が介装されている。
アジャストナット２１は、ハウジング８の内周面に設けられたキー８ｋに係合し、一体になってステム６の後端面にスラストベアリング４ｃを介して前記シャンク部３ａのおねじ３ｂに螺合している。そして、アジャストリング２２もスライドキー２１ｋをアジャストナット２１に係合させた後、ゆるみ防止のために前記おねじ３ｂに螺合している。
位置調整手段Ｆ4 は、ローラ１の位置を調整する。この位置調整手段Ｆ4 は、フレーム２と、ステム６と、ハウジング８と、アジャストリング２２と、アジャストナット２１とによって構成されている。マンドレル２５のテーパ２５ｔの位置を変えるには、フレーム２の位置、つまり、ステム６とハウジング８の位置を軸（左右）方向へ変えることにより可能となる。したがって、ハウジング８を回動することにより、アジャストリング２２を軸方向へ移動させてローラ１の位置を移動する。その後、アジャストリング２２の図示しない凹部にスライドキー２１ｋを嵌入し、ハウジング８の位置をアジャストナット２１によって固定する。
付勢力調整手段Ｇ4 は、第２コイルバネ１６とそれを支持する第１マンドレル２６と、マンドレル２５と、トルク・変位変換機構Ｔ4 と、スラストリングナット２８等によって構成されている。この付勢力調整手段Ｇ4 は、可動輪１２を付勢するための第２コイルバネ１６の付勢力を調整する。第１マンドレル２６には、スライドキー２６ｋが埋設されており、固定輪１１の内周面に設けられたキー溝をスライドできるようになっている。
第２コイルバネ１６は、第１マンドレル２６に挿通されている。
ここで、先端のスラストリングナット２８を回動することにより、第２コイルバネ１６がたわみ、第２コイルバネ１６の付勢力は、スラストベアリング４ａと、マンドレル２５とを介して可動輪１２を押圧してボール１３を挟持する。
第２コイルバネ１６は、第１マンドレル２６に挿通されている。
ここで、先端のスラストリングナット２８を回動することにより、第２コイルバネ１６がたわみ、第２コイルバネ１６の付勢力は、スラストベアリング４ａと、マンドレル２５とを介して可動輪１２を押圧してボール１３を挟持する。
つづいて、図面を参照して動作について説明する。
図５に示すように、ローラバニシング工具４０は、前記同様ツール径の初期設定を行う。そして、ローラバニシング工具４０を加工機械のＮＣ旋盤の刃物台に固定し、ワークを回転数６００ｍｉｎ-1で回転させ、ローラ１を保持した円筒状のフレーム２をワークWに挿入する。すると、ローラ１がワーク加工面に接触して加圧し、転圧によって加工面を滑らかな鏡面に仕上げる。
仮に、ワークＷの前加工径に大きめのばらつきがあっても、トルク・変位変換機構Ｔ4 が内蔵された径自動補正機構Ｅ4 により、ワークＷの前加工径に追従してツール径φＡは自動的に変えることができる。
つまり、径自動補正機構Ｅ4 により、前加工径の小さなワークＷに、ローラバニシング工具４０を挿入すると、バニシング圧が第２コイルバネ１６の付勢力に勝り、マンドレル２５がシャンク３側に移動して、ツール径φＡは自動的に小さくなる。つまり、バニシング圧と第２コイルバネ１６の付勢力がバランスした状態で加工する。
その反対に、径自動補正機構Ｅ4 により、前加工径の大きなワークに、ローラバニシング工具４０を挿入すると、第２コイルバネ１６の付勢力がバニシング圧に勝り、マンドレル２５が工具先端側方向に移動して、ツール径φＡは自動的に大きくなる。同様に、バニシング圧と第２コイルバネ１６の付勢力がバランスした状態で加工する。
図５に示すように、ローラバニシング工具４０は、前記同様ツール径の初期設定を行う。そして、ローラバニシング工具４０を加工機械のＮＣ旋盤の刃物台に固定し、ワークを回転数６００ｍｉｎ-1で回転させ、ローラ１を保持した円筒状のフレーム２をワークWに挿入する。すると、ローラ１がワーク加工面に接触して加圧し、転圧によって加工面を滑らかな鏡面に仕上げる。
仮に、ワークＷの前加工径に大きめのばらつきがあっても、トルク・変位変換機構Ｔ4 が内蔵された径自動補正機構Ｅ4 により、ワークＷの前加工径に追従してツール径φＡは自動的に変えることができる。
つまり、径自動補正機構Ｅ4 により、前加工径の小さなワークＷに、ローラバニシング工具４０を挿入すると、バニシング圧が第２コイルバネ１６の付勢力に勝り、マンドレル２５がシャンク３側に移動して、ツール径φＡは自動的に小さくなる。つまり、バニシング圧と第２コイルバネ１６の付勢力がバランスした状態で加工する。
その反対に、径自動補正機構Ｅ4 により、前加工径の大きなワークに、ローラバニシング工具４０を挿入すると、第２コイルバネ１６の付勢力がバニシング圧に勝り、マンドレル２５が工具先端側方向に移動して、ツール径φＡは自動的に大きくなる。同様に、バニシング圧と第２コイルバネ１６の付勢力がバランスした状態で加工する。
ここで、図１に示すローラバニシング工具１０を整理すると、丸棒の外周面をテーパ状のローラの転圧によってバニシング加工する外周面加工用のローラバニシング工具であって、加工機械の刃物台または主軸に装着されるシャンク部３ａと、前記シャンク部３ａから拡径されて延設された外周面におねじ３ｂが形成されたシャンク本体３ｃと、前記シャンク本体３ｃから縮径されたスリーブ状のシャンク先端部３ｄと、前記シャンク先端部３ｄの端面３ｅに止り穴が形成された穴部３ｆと、が形成されたシャンク３と、前記シャンク３の穴部３ｆの底面３ｇにスラストベアリング４が挿入され、このスラストベアリング４に向かって押し付け勝手に付勢する第１コイルバネ１４が前記シャンク先端部３ｄの内周面との間に介装されたステム６と、前記ステム６の先端部６ｃに固定され、転圧加工のためのローラ１を複数配置したフレーム２と、前記シャンク本体３ｃのおねじ３ｂに螺合され、拡径されて前記シャンク先端部３ｄを包囲するように円筒状に延設された先端部８ａにトルク・変位変換機構Ｔ1 の前記固定輪１１が保持されたフランジ７を固定するハウジング８と、前記シャンク先端部３ｄの外周面に軸方向へ摺動可能なブッシュ１５が嵌入され、そのブッシュ１５を挟むようにそのブッシュ１５の外周に嵌合され、ボール１３を挟持するトルク・変位変換機構Ｔ1 の可動輪１２を保持するハブ９と、前記ハブ９に付勢してボール１３を挟持する可動輪１２に付勢する第２コイルバネ１６と、前記ハブ９の先端部９ａに設けられ、前記フレーム２に配置された複数のローラ１の外周面に当接し反力を受けるリング状のヘッド５と、ヘッドの位置を調整するヘッドの位置調整手段Ｆ1 と、前記可動輪１２へ付勢する第２コイルバネ１６の付勢力を調整する付勢力調整手段Ｇ1 と、を備えたことを特徴とするローラバニシング工具である。
ローラバニシング工具１０は、固定輪１１と、可動輪１２と、固定輪１１と可動輪１２のすり鉢状の窪みによって互いに挟持された摩擦抵抗の小さい複数のボール１３とから構成されたトルク・変位変換機構Ｔ1 を設けた径自動補正機構Ｅ1 を構成したので、微小なトルクの変動を正確に軸方向の変換することができる。また、コスト高にならず、また、繰返し使用してもへたりのない、無負荷位置（原位置）が変化しないローラバニシング工具１０を提供することができる。
図４に示すローラバニシング工具３０について整理すると、被加工物の穴、または、円管状の内周面をテーパ状のローラの転圧によってバニシング加工する内周面加工用のローラバニシング工具３０であって、加工機械の刃物台または主軸に装着されるシャンク部３ａと、前記シャンク部３ａから拡径されて延設された外周面におねじ３ｂが形成されたシャンク本体３ｃと、前記シャンク本体３ｃからさらに拡径されて延設された外周面におねじ３ｍが形成されたスリーブ状のシャンク先端部３ｄと、前記シャンク先端部３ｄの端面３ｅに止り穴が形成された穴部３ｆと、が形成されたシャンク３と、前記シャンク３の穴部３ｆの底面３ｇには、前記ピン１６ｃが挿通されそのピン１６ｃに当接するガイドピン１６ｂにより後端が支持され、先端がスラストベアリング４を介してマンドレル２５の後部穴２５ｄにより前端が支持された第２コイルバネ１６と、前記シャンク３の穴部３ｆに後端部２５ａが挿通され、後端部２５ａ近傍にフランジ部２５ｂが形成され、先端部２５ｃがテーパに形成されたマンドレル２５と、前記マンドレル２５のフランジ部２５ｂと前記シャンク先端部３ｄとの間には、シャンク先端部３ｄを閉鎖するようにトルク・変位変換機構Ｔ3 の可動輪１２とボール１３を介して、シャンク先端部３ｄに固定された固定輪１１と、前記マンドレル２５の先端部２５ｃに転圧加工のためのローラ１が複数配置され、前記ローラ１を保持するフレーム２と、ローラ１の位置を調整する位置調整手段Ｆ3 と、前記可動輪１２へ付勢する第２コイルバネ１６の付勢力を調整する付勢力調整手段Ｇ3 と、を備えたことを特徴とするローラバニシング工具である。
ローラバニシング工具３０は、シャンク先端部３ｄとマンドレル２５との間に固定輪１１と、可動輪１２と、固定輪１１と可動輪１２の窪みによって互いに挟持された複数のボール１３とから構成されるトルク・変位変換機構Ｔ3 を内蔵した径自動補正機構Ｅ3 を設けたので、微小なトルクの変動を正確に軸方向の変位に変換することができる。また、コスト高にならず、また、繰返し使用してもへたりのない、無負荷位置（原位置）が変化しないローラバニシング工具を提供することができる。
図５に示すローラバニシング工具４０について整理すると、被加工物の穴、または、円管状の内周面をテーパ状のローラの転圧によってバニシング加工する内周面加工用のローラバニシング工具４０であって、加工機械の刃物台または主軸に装着されるシャンク部３ａと、シャンク部３ａから縮径されて延設された外周面におねじ３ｂが形成されたスリーブ状のシャンク先端部３ｄと、シャンク先端部３ｄの端面に設けられためねじ３ｎとが形成されたシャンク３と、前記シャンク先端部３ｄのめねじ３ｎに、棒状で後端部に形成されたおねじ２６ａが螺入され、後端部近傍にフランジ部２６ｂが形成され、このフランジ部２６ｂの前方側に、順に第２コイルバネ１６と、スラストベアリング４ａと、マンドレル２５と、トルク・変位変換機構Ｔ４の可動輪１２と、ボール１３と、固定輪１１とが挿通され、先端部のおねじ２６ｃにスラストベアリング４ｂを介してスラストリングナット２８が螺入された第１マンドレル２６と、前記マンドレル２５の外周部に転圧加工のためのローラ１が複数配置され、前記ローラ１を保持するフレーム２と、ローラ１の位置を調整する位置調整手段Ｆ４と、前記可動輪１２へ付勢する第２コイルバネ１６の付勢力を調整する付勢力調整手段Ｇ４と、を備えたことを特徴とするローラバニシング工具である。
ローラバニシング工具４０は、マンドレル２５に挿通した第１マンドレル２６とスラストリングナット２８との間に固定輪１１と、可動輪１２と、複数のボール１３とから構成されるトルク・変位変換機構Ｔ4 を内蔵した径自動補正機構Ｅ4 を設けたので、微小なトルクの変動を正確に軸方向の変位に変換することができる。また、コスト高にならず、また、繰返し使用してもへたりのない、無負荷位置（原位置）が変化しないローラバニシング工具を提供することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されることなく、適宜変更して実施することが可能である。たとえば、トルク・変位変換機構Ｔを構成する固定輪１１と可動輪１２は、リング状の一端面に複数のすり鉢状の窪みを形成し、ボール１３を挟持したが、すり鉢状の窪みの代わりに断面がＶ溝の溝を設けてもよい。また、角度は１２０°としたが、その他の角度、または複合した角度や曲面にしてもかまわない。
なお、対象ワークとしては、トルクコンバータのハブ（スリーブ）外周面、オートマチックミッション部品の回転摺動内外周面、ショックアブソーバのケース内周面、ステアリング・ケースの内周面、ガス器具の継手、流量調整弁や銃器の弾倉などの微小テーパ部品の内外周面、プリンタシャフト外周面、コピー機紙送りシャフト外周面等が好適である。
なお、対象ワークとしては、トルクコンバータのハブ（スリーブ）外周面、オートマチックミッション部品の回転摺動内外周面、ショックアブソーバのケース内周面、ステアリング・ケースの内周面、ガス器具の継手、流量調整弁や銃器の弾倉などの微小テーパ部品の内外周面、プリンタシャフト外周面、コピー機紙送りシャフト外周面等が好適である。
１ ローラ
２ フレーム
３ シャンク
３ａ シャンク部
３ｂ，３ｍ おねじ
３ｃ シャンク本体
３ｄ シャンク先端部
３ｅ 端面
３ｆ 穴部
３ｇ 底面
３ｋ キー溝
３ｎ めねじ
４，４ａ，４ｂ，４ｃ スラストベアリング
５ ヘッド
５ｔ テーパ
６，６ａ，６ｂ ステム
６ｃ 先端部
６ｄ ボルト
７ フランジ
８ ハウジング
８ａ 先端部
８ｂ ボルト
８ｃ おねじ
８ｄ 凹部
８ｅ 導通溝
８ｋ スライドキー
９ ハブ
９ａ 先端部
９ｂ 止めネジ
１０，２０，３０，４０ ローラバニシング工具
１１ 固定輪
１１ａ，１２ａ 窪み
１２ 可動輪
１３ ボール
１４ 第１コイルバネ
１５ ブッシュ
１６ 第２コイルバネ
１６ａ ガイド
１６ｂ ガイドピン
１６ｃ ピン
１７ シリンダ
１８ スイベルジョイント
１８ａ 供給口
１８ｃ シール
１９ スラストリング
２１，２１ａ アジャストナット
２１ｂ，２２ｄ 止めネジ
２１ｋ，２２ｋ スライドキー
２２ アジャストリング
２２ｃ 凸部
２２ｐ ピン
２３ ロックナット
２３ａ，２８ａ 止めネジ
２４ スラストベアリング
２５ マンドレル
２５ａ 後端部
２５ｂ，２６ｂ フランジ部
２５ｃ 先端部
２５ｄ 後部穴
２５ｔ テーパ
２６ 第１マンドレル
２６ａ，２６ｃ おねじ
２８ スラストリングナット
２９ ベアリング
Ｅ，Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3，Ｅ4 径自動補正機構
Ｆ，Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3，Ｆ4 位置調整手段
Ｇ，Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，Ｇ4 付勢力調整手段
Ｔ，Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4 トルク・変位変換機構
２ フレーム
３ シャンク
３ａ シャンク部
３ｂ，３ｍ おねじ
３ｃ シャンク本体
３ｄ シャンク先端部
３ｅ 端面
３ｆ 穴部
３ｇ 底面
３ｋ キー溝
３ｎ めねじ
４，４ａ，４ｂ，４ｃ スラストベアリング
５ ヘッド
５ｔ テーパ
６，６ａ，６ｂ ステム
６ｃ 先端部
６ｄ ボルト
７ フランジ
８ ハウジング
８ａ 先端部
８ｂ ボルト
８ｃ おねじ
８ｄ 凹部
８ｅ 導通溝
８ｋ スライドキー
９ ハブ
９ａ 先端部
９ｂ 止めネジ
１０，２０，３０，４０ ローラバニシング工具
１１ 固定輪
１１ａ，１２ａ 窪み
１２ 可動輪
１３ ボール
１４ 第１コイルバネ
１５ ブッシュ
１６ 第２コイルバネ
１６ａ ガイド
１６ｂ ガイドピン
１６ｃ ピン
１７ シリンダ
１８ スイベルジョイント
１８ａ 供給口
１８ｃ シール
１９ スラストリング
２１，２１ａ アジャストナット
２１ｂ，２２ｄ 止めネジ
２１ｋ，２２ｋ スライドキー
２２ アジャストリング
２２ｃ 凸部
２２ｐ ピン
２３ ロックナット
２３ａ，２８ａ 止めネジ
２４ スラストベアリング
２５ マンドレル
２５ａ 後端部
２５ｂ，２６ｂ フランジ部
２５ｃ 先端部
２５ｄ 後部穴
２５ｔ テーパ
２６ 第１マンドレル
２６ａ，２６ｃ おねじ
２８ スラストリングナット
２９ ベアリング
Ｅ，Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3，Ｅ4 径自動補正機構
Ｆ，Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3，Ｆ4 位置調整手段
Ｇ，Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，Ｇ4 付勢力調整手段
Ｔ，Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4 トルク・変位変換機構
Claims (3)
- 被加工物、またはシャンク（３）が回転駆動機構によって回転駆動され、棒状またはテーパに形成されたシャンク部（３ａ）を有するシャンク（３）と、
ヘッド（５）の内周面に形成されたテーパ（５ｔ）上を前記ヘッド（５）の回転に伴って転動することにより、棒状の被加工物の外周面を転圧加工する複数のローラ（１）と、
前記シャンク（３）と前記ヘッド（５）とを、前記ヘッド（５）の負荷トルクによってボール（１３）を介して相対的に回動させることによりトルクを軸方向の変位に変換するトルク・変位変換機構（Ｔ）と、
前記トルク・変位変換機構（Ｔ）による軸方向の変位により第２コイルバネ（１６）の付勢力を変化させ、前加工径にバラツキがあっても、ハブ（９）に連結されたヘッド（５）が軸方向へ移動して加工径の自動補正を行う径自動補正機構（Ｅ）とを備え、
被加工物の外周面をローラの転圧によってバニシング加工する外周面加工用のローラバニシング工具であって、
前記トルク・変位変換機構（Ｔ）は、リング状の一端面に複数のすり鉢状の窪み（１１ａ）が形成された固定輪（１１）と、
同様のリング状の一端面に複数のすり鉢状の窪み（１２ａ）が対向するように形成された可動輪（１２）と、
前記固定輪（１１）の窪み（１１ａ）と、前記可動輪（１２）の窪み（１２ａ）に挟持された複数のボール（１３）と、
を備えたことを特徴とするローラバニシング工具。 - 被加工物、またはシャンク（３）が回転駆動機構によって回転駆動され、棒状またはテーパに形成されたシャンク部（３ａ）を有するシャンク（３）と、
マンドレル（２５）の外周面に形成されたテーパ（２５ｔ）上をその回転に伴って転動することにより、被加工物の穴、または、円管状の内周面を転圧加工する複数のローラ（１）と、
前記シャンク（３）と前記マンドレル（２５）とを、前記マンドレル（２５）の負荷トルクによってボール（１３）を介して相対的に回動させることによりトルクを軸方向の変位に変換するトルク・変位変換機構（Ｔ）と、
前記トルク・変位変換機構（Ｔ）による軸方向の変位により第２コイルバネ（１６）の付勢力を変化させ、前加工径にバラツキがあっても、テーパ（２５ｔ）を有するマンドレル（２５）が軸方向へ移動して、加工径の自動補正を行う径自動補正機構（Ｅ）とを備え、
被加工物の穴、または、円管状の内周面をローラの転圧によってバニシング加工する内周面加工用のローラバニシング工具であって、
前記トルク・変位変換機構（Ｔ）は、リング状の一端面に複数のすり鉢状の窪み（１１ａ）が形成された固定輪（１１）と、
同様のリング状の一端面に複数のすり鉢状の窪み（１２ａ）が対向するように形成された可動輪（１２）と、
前記固定輪（１１）の窪み（１１ａ）と、前記可動輪（１２）の窪み（１２ａ）に挟持された複数のボール（１３）と、
を備えたことを特徴とするローラバニシング工具。 - 丸棒の外周面をテーパ状のローラの転圧によってバニシング加工する外周面加工用の油圧、または、空圧によるローラバニシング工具であって、
前記固定輪（１１）を支持するハウジング（８）と、前記可動輪（１２）を支持するハブ（９）との間のスペースにリング状のシリンダ（１７）を形成し、前記シリンダ（１７）に油圧または空圧を供給し、前記トルク・変位変換機構（Ｔ）による軸方向の変位によってシリンダ（１７）による付勢力が変化し、前加工径にバラツキがあっても、ハブ（９）に連結されたテーパを有するヘッド（５）を軸方向へ移動させて、径の自動補正を行う径自動補正機構（Ｅ）を備えたことを特徴とする請求項１に記載のローラバニシング工具。
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- 2004-07-12 JP JP2004204046A patent/JP4051053B2/ja active Active
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