JP4212990B2 - 穴加工工具 - Google Patents

Description

本発明は、例えばエンジンのシリンダーヘッドにおけるバルブ穴の開口部など、ワークに形成された加工穴の開口部を所定の形状に加工するための穴加工工具に関する。

この種の穴加工工具は、軸線回りに回転される工具本体の先端面に穿設された取付孔に、長尺の略円柱状をなすリーマ（穴加工工具）が上記軸線と同軸に装着され、かつ、工具本体の先端部外周に、上記軸線に対して傾斜する切刃が設けられたものである（例えば、特許文献１参照）。
そして、工具本体が、その軸線回りに回転されつつ軸線方向の先端側へ向かって送られると、上記工具本体の取付孔に装着されたリーマが、例えばエンジンのシリンダーヘッドにおけるバルブ穴（ワークに形成された加工穴）を所定の内径に仕上げるとともに、上記工具本体の先端部外周に設けられた切刃が、このバルブ穴の開口部（ワークに形成された加工穴の開口部）にバルブヘッドが当接するバルブシート面を形成するようになっている。

また、このような穴加工工具においては、加工時に上記切刃に作用する切削抵抗のうちの背分力により、工具本体が切刃とは反対側に振られてビビリ振動が発生し、加工精度の低下を招いてしまうという問題がある。
そのため、工具本体の先端部外周に、切刃によって加工された加工面に摺接可能なガイド面を有するパットを、上記切刃に対して上記軸線を挟んで略反対側に位置するように設けることにより、このガイドパットで工具本体を案内しながら加工することが行われている。

ところで、図６に示すように、バルブ穴１００の開口部に形成されるバルブシート面１０１は、バルブ穴１００の穴奥側（図６における左側）から開口側（図６における右側）へ向かうにしたがいテーパ角θ１，θ２，θ３が順次増大していく第一〜第三テーパ面１１０，１２０，１３０（複数のテーパ面）からなる多段テーパ状とされていることが多い（なお、バルブシート面１０１を構成する第一〜第三テーパ面１１０，１２０，１３０のうち、最も穴奥側に位置する第一テーパ面１１０のテーパ角θ１は６０゜、この第一テーパ面１１０に連なる第二テーパ面１２０のテーパ角θ２は９０゜、この第二テーパ面１２０に連なるとともに最も開口側に位置する第三テーパ面１３０のテーパ角θ３は１２０゜に設定される（θ１＜θ２＜θ３））。

このように、バルブシート面１０１が多段テーパ状をなしている場合、工具本体の先端部外周には、第一テーパ面１１０を形成するための第一切刃（工具本体の軸線に対する傾斜角がθ１／２に設定される）と、第二テーパ面１２０を形成するための第二切刃（工具本体の軸線Ｏに対する傾斜角がθ２／２に設定される）と、第三テーパ面１３０を形成するための第三切刃（工具本体の軸線に対する傾斜角がθ３／２に設定される）とが、工具本体の周方向で略等間隔に設けられるとともに、これら第一〜第三切刃のそれぞれに対して軸線を挟んで略反対側に位置するように第一〜第三パットが設けられる。
特開２００２−５９３１３号公報

しかしながら、複数の切刃（第一〜第三切刃）及び複数のパット（第一〜第三パット）が工具本体の先端部外周に設けられた従来の穴加工工具では、複数のパットのガイド面すべての傾斜角が、複数の切刃のうちの一つと同一に設定され、かつ、複数のパットのガイド面すべての位置が、上記一つの切刃から工具本体の後端側へ所定量後退させられているだけであった。
そのため、加工時において複数の切刃のそれぞれに作用する切削抵抗のうちの主分力を効果的に受けることができず、これに起因して工具本体に生じるビビリ振動を確実に抑制することができないものであった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、工具本体に生じるビビリ振動を確実に抑制することができる穴加工工具を提供することを目的とする。

上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は以下のような構成を採用した。
すなわち、請求項１に記載の発明は、ワークに形成された加工穴の開口部を、この加工穴の穴奥側から開口側へ向かうにしたがいテーパ角が順次増大していく複数のテーパ面からなる多段テーパ状に加工するための穴加工工具であって、軸線回りに回転される工具本体の外周に、前記複数のテーパ面のそれぞれを形成する複数の切刃が設けられるとともに、これら複数の切刃のそれぞれに対して工具回転方向後方側に隣接するように複数のパットが設けられており、前記複数の切刃のそれぞれが前記軸線に対してなす傾斜角と、この切刃の工具回転方向後方側に隣接する前記パットのガイド面が前記軸線に対してなす傾斜角とが略同一に設定されていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明では、複数の切刃のそれぞれに対して工具回転方向後方側に隣接するように、この切刃と同一の傾斜角のガイド面を有するパットを設けるようにしている。
そのため、一の切刃によって加工されたテーパ面に対して、この一の切刃のすぐ工具回転方向後方側に隣接するパットのガイド面を摺接させることによって、工具本体を案内しながら加工するようになるので、複数の切刃のそれぞれに対して作用する切削抵抗のうち、工具回転方向後方側へ向けて作用する主分力を効果的に受けることができ、工具本体に生じるビビリ振動を確実に抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を添付した図１〜図５を参照しながら説明する。
本発明の第一実施形態による穴加工工具は、上述した図６に示したような形状のバルブシート面１０１を形成するために用いられるものであり、その工具本体１０は、図１に示すように、軸線Ｏ回りに回転される軸線Ｏを中心とした略多段円柱状をなしている。
工具本体１０の先端に位置する先端面１１には、軸線Ｏ方向の後端側へ向かって延びる軸線Ｏを中心とした取付孔１２が穿設されており、この取付孔１２には、図示は省略するが、長尺の略円柱状をなす穴加工工具としてのリーマが軸線Ｏと同軸に装着されている。

また、工具本体１０の先端部外周には、第一チップ２１と第二チップ２２と第三チップ２３とが工具本体１０の周方向で略等間隔に配置されるように取り付けられており、これにともない、第一チップ２１に形成された略直線状の第一切刃２１Ａと第二チップ２２に形成された略直線状の第二切刃２２Ａと第三チップ２３に形成された略直線状の第三切刃２３Ａとが工具本体１０の周方向で略等間隔に配置されるように設けられていることになる。

ここで、図２において第一〜第三切刃２１Ａ，２２Ａ，２３Ａの軸線Ｏ回りの回転軌跡を図示しているように、第一切刃２１Ａは、図６に示したバルブシート面１０１の第一テーパ面１１０を形成し、第二切刃２２Ａは、図６に示したバルブシート面１０１の第二テーパ面１２０を形成し、第三切刃２３Ａは、図６に示したバルブシート面１０１の第三テーパ面１３０を形成するように配置されている。

そのため、第一切刃２１Ａ（第一切刃２１Ａの軸線Ｏ回りの回転軌跡）には第一テーパ面１１０に対応する傾斜角（軸線Ｏに対してθ１／２の傾斜角）が、第二切刃２２Ａ（第二切刃２２Ａの軸線Ｏ回りの回転軌跡）には第二テーパ面１２０に対応する傾斜角（軸線Ｏに対してθ２／２の傾斜角）が、第三切刃２３Ａ（第三切刃２３Ａの軸線Ｏ回りの回転軌跡）には第三テーパ面１３０に対応する傾斜角（軸線Ｏに対してθ３／２の傾斜角）が与えられ、かつ、これら第一切刃２１Ａと第二切刃２２Ａと第三切刃２３Ａとが軸線Ｏ回りの回転軌跡を互いにオーバーラップさせている。

このとき、形成すべきバルブシート面１０１が図６に示すような多段テーパ状をなしていて、第一切刃２１Ａの第一テーパ面１１０に対する接触長さが、第二切刃２２Ａの第二テーパ面１２０に対する接触長さよりも大きくなっていることから、第一〜第三切刃２１Ａ，２２Ａ，２３Ａに作用する切削抵抗のうちの背分力は、第一切刃２１Ａ、第二切刃２２Ａ、第三切刃２３Ａの順に小さくなっていくとともに、第一〜第三切刃２１Ａ，２２Ａ，２３Ａに作用する切削抵抗のうちの主分力も、第一切刃２１Ａ、第二切刃２２Ａ、第三切刃２３Ａの順に小さくなっていく。

これに対応するようにして、工具本体１０の周方向で略等間隔に配置された第一切刃２１Ａと第二切刃２２Ａと第三切刃２３Ａとは、最も大きな背分力及び主分力が作用する第一切刃２１Ａを基準として、この第一切刃２１Ａの工具回転方向Ｔ後方側に、第三切刃２３Ａ、第二切刃２２Ａが順次配置されている。

さらに、工具本体１０の先端部外周には、第一切刃２１Ａに対して工具回転方向Ｔ後方側に隣接するとともに第二切刃２２Ａに対して軸線Ｏを挟んで略反対側に位置するように第一パット３１が設けられ、第二切刃２２Ａに対して工具回転方向Ｔ後方側に隣接するとともに第三切刃２３Ａに対して軸線Ｏを挟んで略反対側に位置するように第二パット３２が設けられ、第三切刃２３Ａに対して工具回転方向Ｔ後方側に隣接するとともに第一切刃２１Ａに対して軸線Ｏを挟んで略反対側に位置するように第三パット３３が設けられている。
これら第一〜第三パット３１，３２，３３のそれぞれは、切刃によって加工された加工面に摺接可能な第一〜第三ガイド面３１Ａ，３２Ａ，３３Ａを有しており、それらの軸線Ｏ回りの回転軌跡は図３〜図５に示すようになっている。

図３に示すように、第一ガイド面３１Ａの軸線Ｏ回りの回転軌跡は、その軸線Ｏに対する傾斜角が、この第一ガイド面３１Ａ（第一パット３１）の工具回転方向Ｔ前方側に隣接している第一切刃２１Ａの軸線Ｏに対する傾斜角（θ１／２）と略同一に設定されるようになっており、この第一ガイド面３１Ａが、第一切刃２１Ａによって形成される第一テーパ面１１０に対して摺接可能とされている。

また、第一ガイド面３１Ａの軸線Ｏ回りの回転軌跡は、第一テーパ面１１０を形成する第一切刃２１Ａよりも軸線Ｏ方向の後端側（図３における左側）へ向かって後退量Ｓ１だけ後退させられている。
この後退量Ｓ１は、第一切刃２１Ａから、工具回転方向Ｔ後方側へ向かって一つめに位置する第一パット３１（第一切刃２１Ａの工具回転方向Ｔ後方側に隣接する第一パット３１）の第一ガイド面３１Ａまでの領域についての軸線Ｏに対する中心角α１〔゜〕（本実施形態では、α１＝６０゜）と、工具本体１０が一回転するごとにこの工具本体１０が軸線Ｏ方向の先端側へ向かって送られるときの送り量ｆｒ〔ｍｍ／ｒｅｖ．〕とに基づいて決定されるものであり、具体的には、後退量Ｓ１が、（α１／３６０゜）×ｆｒ〔ｍｍ／ｒｅｖ．〕に設定されている。

図４に示すように、第二ガイド面３２Ａの軸線Ｏ回りの回転軌跡は、その軸線Ｏに対する傾斜角が、この第二ガイド面３２Ａ（第二パット３２）の工具回転方向Ｔ前方側に隣接している第二切刃２２Ａの軸線Ｏに対する傾斜角（θ２／２）と略同一に設定されるようになっており、この第二ガイド面３２Ａが、第二切刃２２Ａによって形成される第二テーパ面１２０に対して摺接可能とされている。

また、第二ガイド面３２Ａの軸線Ｏ回りの回転軌跡は、第二テーパ面１２０を形成する第二切刃２２Ａよりも軸線Ｏ方向の後端側（図４における左側）へ向かって後退量Ｓ２だけ後退させられている。
この後退量Ｓ２は、第二切刃２２Ａから、工具回転方向Ｔ後方側へ向かって一つめに位置する第二パット３２（第二切刃２２Ａの工具回転方向Ｔ後方側に隣接する第二パット３２）の第二ガイド面３２Ａまでの領域についての軸線Ｏに対する中心角α２〔゜〕（本実施形態では、α２＝６０゜）と、工具本体１０が一回転するごとにこの工具本体１０が軸線Ｏ方向の先端側へ向かって送られるときの送り量ｆｒ〔ｍｍ／ｒｅｖ．〕とに基づいて決定されるものであり、具体的には、後退量Ｓ２が、（α２／３６０゜）×ｆｒ〔ｍｍ／ｒｅｖ．〕に設定されている。

図５に示すように、第三ガイド面３３Ａの軸線Ｏ回りの回転軌跡は、その軸線Ｏに対する傾斜角が、この第三ガイド面３３Ａ（第三パット３３）の工具回転方向Ｔ前方側に隣接している第三切刃２３Ａの軸線Ｏに対する傾斜角（θ３／２）と略同一に設定されるようになっており、この第三ガイド面３３Ａが、第三切刃２３Ａによって形成される第三テーパ面１３０に対して摺接可能とされている。

また、第三ガイド面３３Ａの軸線Ｏ回りの回転軌跡は、第三テーパ面１３０を形成する第三切刃２３Ａよりも軸線Ｏ方向の後端側（図５における左側）へ向かって後退量Ｓ３だけ後退させられている。
この後退量Ｓ３は、第三切刃２３Ａから、工具回転方向Ｔ後方側へ向かって一つめに位置する第三パット３３（第三切刃２２Ａの工具回転方向Ｔ後方側に隣接する第三パット３３）の第三ガイド面３３Ａまでの領域についての軸線Ｏに対する中心角α３〔゜〕（本実施形態では、α３＝６０゜）と、工具本体１０が一回転するごとにこの工具本体１０が軸線Ｏ方向の先端側へ向かって送られるときの送り量ｆｒ〔ｍｍ／ｒｅｖ．〕とに基づいて決定されるものであり、具体的には、後退量Ｓ３が、（α３／３６０゜）×ｆｒ〔ｍｍ／ｒｅｖ．〕に設定されている。

以上説明したような本実施形態では、第一切刃２１Ａの工具回転方向Ｔ後方側に隣接するようにして、この第一切刃２１Ａの傾斜角（θ１／２）と同一傾斜角の第一ガイド面３１Ａを有する第一パット３１を設け、第二切刃２２Ａの工具回転方向Ｔ後方側に隣接するようにして、この第二切刃２２Ａの傾斜角（θ２／２）と同一傾斜角の第二ガイド面３２Ａを有する第二パット３２を設け、第三切刃２３Ａの工具回転方向Ｔ後方側に隣接するようにして、この第三切刃２３Ａの傾斜角（θ３／２）と同一傾斜角の第三ガイド面３３Ａを有する第三パット３３を設けている。

そのため、第一切刃２１Ａによって加工された第一テーパ面１１０に対しては、この第一切刃２１Ａのすぐ工具回転方向Ｔ後方側に隣接する第一パット３１の第一ガイド面３１Ａを摺接させ、第二切刃２２Ａによって加工された第二テーパ面１２０に対しては、この第二切刃２２Ａのすぐ工具回転方向Ｔ後方側に隣接する第二パット３２の第二ガイド面３２Ａを摺接させ、第三切刃２３Ａによって加工された第三テーパ面１３０に対しては、この第三切刃２３Ａのすぐ工具回転方向Ｔ後方側に隣接する第三パット３３の第三ガイド面３３Ａを摺接させて、工具本体１０を案内しながら加工することができる。
したがって、第一〜第三切刃２１Ａ，２２Ａ，２３Ａのそれぞれに対して作用する切削抵抗のうち、工具回転方向Ｔ後方側に向けて作用する主分力を効果的に受けることができ、工具本体１０に生じるビビリ振動を確実に抑制することができる。

本発明の実施形態による穴加工工具の工具本体をその軸線方向の先端側から見たときの説明図である。 加工穴の開口部と切刃との位置関係を示す説明図である。 加工穴の開口部と切刃及びパットとの位置関係を示す説明図である。 加工穴の開口部と切刃及びパットとの位置関係を示す説明図である。 加工穴の開口部と切刃及びパットとの位置関係を示す説明図である。 バルブ穴の開口部に形成されるバルブシート面を示す断面図である。

符号の説明

１０ 工具本体
２１ 第一チップ
２１Ａ 第一切刃
２２ 第二チップ
２２Ａ 第二切刃
２３ 第三チップ
２３Ａ 第三切刃
３１ 第一パット
３１Ａ 第一ガイド面
３２ 第二パット
３２Ａ 第二ガイド面
３３ 第三パット
３３Ａ 第三ガイド面
１００ バルブ穴
１０１ バルブシート面
１１０ 第一テーパ面
１２０ 第二テーパ面
１３０ 第三テーパ面
Ｏ 軸線
Ｔ 回転方向

Claims (1)

1. ワークに形成された加工穴の開口部を、この加工穴の穴奥側から開口側へ向かうにしたがいテーパ角が順次増大していく複数のテーパ面からなる多段テーパ状に加工するための穴加工工具であって、
   軸線回りに回転される工具本体の外周に、前記複数のテーパ面のそれぞれを形成する複数の切刃が設けられるとともに、これら複数の切刃のそれぞれに対して工具回転方向後方側に隣接するように複数のパットが設けられており、
   前記複数の切刃のそれぞれが前記軸線に対してなす傾斜角と、この切刃の工具回転方向後方側に隣接する前記パットのガイド面が前記軸線に対してなす傾斜角とが略同一に設定されていることを特徴とする穴加工工具。
   

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