JP4497887B2

JP4497887B2 - 複合加工工具

Info

Publication number: JP4497887B2
Application number: JP2003360804A
Authority: JP
Inventors: 淳一前田
Original assignee: Makino J Co Ltd
Current assignee: Makino J Co Ltd
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2023-10-21
Also published as: JP2005125416A

Description

本発明は、工作機械の主軸に装着され、内燃機関のシリンダヘッドのバルブシート及びバルブガイド穴を加工する複合加工工具に関する。

内燃機関の吸排気弁は、シリンダヘッドに設けられたバルブシートと、バルブシートに対して同心にシリンダヘッドに設けられた筒状のバルブガイドと、バルブガイドのバルブガイド穴に案内されてバルブシートのシート面に対して気密に当接して気筒内を密閉する弁体とを具備している。弁体はバルブガイド穴内に収容されバルブガイド穴に沿って摺動するステムと、ステムの先端に設けられシート面に当接、離反する扁平円錐状のバルブヘッドとを具備している。バルブヘッドには、シート面に当接して気筒内の気密性を維持する弁フェースが形成されている。一方、バルブシートは、シート面として、バルブヘッドの弁フェースが当接して気筒内の気密を維持する当たり面と、該当たり面を挟んで両側に設けられた第１の逃げ面、第２の逃げ面とを含んでおり、各々がバルブガイド穴の中心軸線に関して所定の異なる角度に形成されている。

このような吸排気弁においては、気筒内の気密性を維持するために、弁フェースは当たり面に対して正確に当接させなければならない。そのために、当たり面の真円度及び半径、並びにバルブガイド穴とバルブシート、特にその当たり面との同心度は高精度に仕上げなければならない。そのため、このようなバルブシート及びバルブガイドの加工においては、工具交換を伴うことなく連続的にバルブシート及びバルブガイド穴の加工を行うことができる複合加工工具が提案されている。

従来技術として、特許文献１は、バルブシートのシート面とバルブガイド穴の仕上げ加工を行う複合加工工具を開示している。この複合加工工具は、シート面を加工するカッタが工具本体に固定され、バルブガイド穴を加工するリーマが工具本体に対してその軸線方向に往復移動可能に設けられており、工具本体を前進させてカッタによりシート面を加工すると共に、リーマによりバルブガイド穴加工時のパイロット穴を加工し、その後、工具本体を後退させ、スルースピンドル方式によるクーラントの供給圧力でリーマを前進させてバルブガイド穴の加工を行うようになっている。

米国特許第５，７７５，８５３号明細書

従来、特許文献１に記載のような複合加工工具においては、クーラントの供給圧力はリーマの駆動に使用され、シート面加工用カッタが工具本体に固定されているので、バルブシートの三つのシート面、すなわち一つの当たり面と二つの逃げ面とを同時に加工していた。ところが、三つのシート面を同時に加工すると、切削抵抗が大きくなり、その結果、いわゆるビビリが生じることがある。このビビリは、バルブシートの当たり面の加工精度に悪影響を与え、気筒内の気密性を低下させる問題を生じさせる。

本発明は前述の問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、内燃機関のシリンダヘッドのバルブシートのシート面の加工を高精度に行うことができるようにした複合加工工具を提供することにある。

前述の目的を達成するため、内燃機関のシリンダヘッドのバルブガイド穴と、バルブガイド穴の中心軸線に対して予め定められた角度をなす該シリンダヘッドのバルブシートの当たり面及び逃げ面とを加工する複合加工工具において、工作機械の主軸に装着される工具本体と、前記工具本体に対して軸線方向に進退可能に保持されたバルブガイド穴加工用リーマと、前記工具本体に固定された第１のカッタと、予め定められた方向における第１の極端位置と第２の極端位置との間で移動可能に前記工具本体に保持された第２のカッタとを備え、第１のピストンが前記工具本体に形成された第１のピストン室内に軸線方向に移動可能に配設されていると共に、第２のピストンが前記第１のピストンに形成された第２のピストン室内に軸線方向に移動可能に配設され、前記第１のピストン室と前記第２のピストン室とが第１のピストンに形成された連通路を介して連通しており、前記工作機械から前記第１のピストン室に供給される流体の圧力に応じて前記第１のピストン及び第２のピストンが軸線方向に移動し、前記第２のカッタが前記第２のピストンと連動すると共に、前記バルブガイド穴加工用リーマが前記第１のピストンと連動するようになっており、前記第１のカッタ及び前記第２のカッタのうちの一方が前記バルブガイド穴の中心軸線に対して前記当たり面と同じ角度で延びる切刃を有した当たり面加工用カッタからなり且つ前記第１のカッタ及び前記第２のカッタのうちの他方が前記バルブガイド穴の中心軸線に対して前記逃げ面と同じ角度で延びる切刃を有した逃げ面加工用カッタからなり、前記第１の極端位置は、前記工具本体を前記バルブガイド穴の中心軸線の方向に移動させて前記第１のカッタを前記バルブシートに接触させたときに、前記第１の極端位置の前記第２のカッタが前記バルブシートに接触しないように定められ、前記第２の極端位置は、前記工具本体を前記バルブガイド穴の中心軸線方向に移動させて前記第２の極端位置の前記第２のカッタを前記バルブシートに接触させたときに、前記第１のカッタが前記バルブシートに接触しないように定められている複合加工工具が提供される。

本発明の複合加工工具は、バルブガイド穴加工用リーマと、バルブシートのシート面を加工するための第１のカッタ及び第２のカッタとを備えているので、工具交換を行うことなく、バルブガイド穴とバルブシートの両方を加工することができ、バルブガイド穴とバルブシートのシート面との同心度を高精度に仕上げることができる。また、本発明の複合加工工具では、第２のカッタを第１の極端位置に移動させると、第２のカッタをバルブシートに接触させることなく第１のカッタをバルブシートに接触させることができ、第２のカッタを第２の極端位置に移動させると、第１のカッタをバルブシートに接触させることなく第２のカッタをバルブシートに接触させることができる。したがって、当たり面用カッタを当たり面用カッタと逃げ面用カッタを同時にバルブシートに接触させることなく、バルブシートの加工を行うことができる。

また、マシニングセンタなど汎用の工作機械はスルースピンドル方式やスルーホルダ方式などにより工具にクーラントなどの流体を供給できるようになっており、工作機械から供給される流体の圧力を利用してバルブガイド穴加工用リーマの中心軸線方向移動及び第２のカッタの移動を行わせることができるので、本発明の複合加工工具を専用機で使用するだけではなく、汎用の工作機械で自動工具交換により主軸に装着して使用することも可能となる。

また、前記逃げ面は前記シリンダヘッドにおいて前記当たり面を挟んで設けられた第１の逃げ面及び第２の逃げ面からなり、前記逃げ面加工用カッタは第１の逃げ面加工用カッタ及び第２の逃げ面加工用カッタからなり、前記第１の逃げ面加工用カッタの切刃、前記第２の逃げ面加工用カッタの切刃が、それぞれ、前記バルブガイド穴の前記中心軸線に対して前記第１の逃げ面、前記第２の逃げ面と同じ角度で延びる複合加工工具が提供される。

本発明の複合加工工具によれば、当たり面加工用カッタと逃げ面加工用カッタを同時にバルブシートに接触させることなく、バルブシートの加工を行うことができるので、加工の際にビビリを発生させることを回避でき、シリンダヘッドの気筒内の気密性を向上させる効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１はバルブガイド穴加工用リーマ及び当たり面加工用カッタが後退位置にあるときの本発明の複合加工工具の断面図、図２はバルブガイド穴加工用リーマ及び当たり面加工用カッタが前進位置にあるときの図１の複合加工工具の断面図、図３はバルブシートの説明図、図４及び図５は図１の複合加工工具でバルブシートを加工するときのバルブシートと各カッタとの位置関係を示している複合加工工具の先端部の拡大図、図６及び図７は図２の複合加工工具でバルブシートを加工するときのバルブシートと各カッタとの位置関係を示している複合加工工具の先端部の拡大図、図８は本発明の複合加工工具を装着したマシニングセンタの概略図である。

先ず、図８を参照して、本発明の複合加工工具１０を装着する工作機械の一例であるマシニングセンタ１００について説明する。マシニングセンタ１００は、ベッド１０１と、ベッド１０１の前部上面においてＺ軸方向に延びるＺ軸ガイド１０３に沿って往復移動可能に設けられたテーブル１０５と、ベッド１０１の後部上面においてＺ軸に対して垂直なＸ軸方向に延びるＸ軸ガイド１０７に沿って往復移動可能に設けられたコラム１０９と、コラム１０９の前面においてＸ軸、Ｚ軸に垂直なＹ軸方向に延びるＹ軸ガイド１１１に沿って往復移動可能に設けられ主軸１１５をＺ軸周りに回転可能に支持する主軸頭１１３とを具備している。

主軸１１５の先端にはテーパ穴が形成されており、このテーパ穴に複合加工工具１０のテーパ部１２を係合させて、複合加工工具１０を主軸１１５に装着する。また、切削加工用のクーラントは、主軸１１５の後端から先端へ向けて主軸１１５を貫通させていわゆるスルースピンドル方式により複合加工工具１０に供給される。また、テーブル１０５の上面にはワークとして内燃機関のシリンダヘッドＷが固定され、その際、シリンダヘッドＷは、そのバルブガイド穴Ｗｐの中心軸線が主軸１１５の中心軸線に合致するように配置される。

ここでは、マシニングセンタ１００が、クーラントをスルースピンドル方式で複合加工工具１０に供給するとして説明しているが、本発明の複合加工工具１０が装着される工作機械はこのタイプのものに限定されるものではない。例えば、クーラントをスルーホルダ方式で複合加工工具１０に供給するタイプの工作機械において本発明の複合加工工具１０を使用することも可能である。

図１を参照すると、複合加工工具１０は、円筒状の主ハウジング１１と、主ハウジング１１の先端部に取り付けられる概ね円錐状の先端ハウジング１３とを具備し、主ハウジング１１及び先端ハウジング１３で工具本体を形成している。主ハウジング１１の基端部には、マシニングセンタ１００の主軸１１５の先端部に形成されたテーパ穴に係合するテーパ部１２が設けられている。なお、以下の複合加工工具の説明において、「後」とはテーパ部１２の側を意味し、「前」又は「先」とはテーパ部と逆の側を意味するものとする。

主ハウジング１１及び先端ハウジング１３からなる工具本体内には第１のピストン室１１ａが形成されており、第１のピストン室１１ａ内には、第１のピストン１５が付勢バネ（図示せず）で後方に付勢された状態で主ハウジング１１に対して中心軸線Ｏの方向に摺動可能に配設されている。さらに、第１のピストン１５内には第２のピストン室１５ａが形成されており、第２のピストン室１５ａ内には、第２のピストン１７が同じく付勢バネ（図示せず）で後方に付勢された状態で第１のピストンに対して中心軸線Ｏの方向に摺動可能に配設されている。そして、第１のピストン１５に係合する当たり面加工用カッタ２７が第１のピストン１５に連動して工具本体に対して予め定められた方向に移動し、第２のピストン１７に連結されたバルブガイド穴加工用リーマ２１が第２のピストン１７に連動して工具本体に対して中心軸線Ｏに沿って移動するようになっている。なお、第１のピストン１５及び第２のピストン１７は中心軸線Ｏに垂直な断面において楕円形若しくは偏心、又は回り止めピンの形式となっており、複合加工工具１０による加工中に主ハウジング１１に対して回転しないようになっている。同様に、第２のピストン１７も中心軸線Ｏに垂直な断面において楕円形若しくは偏心、又は回り止めピンの形式となっており、複合加工工具１０による加工中に第１のピストン１５に対して回転しないようになっている。

主ハウジング１１には、さらに、テーパ部１２から中心軸線Ｏに沿って先端部に向かって延びるクーラント供給路１１ｂと、第１のピストン室１１ａにおいて第１のピストン１５の後方側に形成された空間（以下、第１のピストン室１１ａの後方側空間と記載する）とクーラント供給路１１ｂとを連通させるクーラント通路１１ｃと、該第１のピストン室１１ａの後方側空間と主ハウジング１１の外部とを連通させるクーラント排出路１１ｄとが形成されている。クーラント供給路１１ｂは、主ハウジング１１のテーパ部１２がマシニングセンタ１００の主軸１１５のテーパ穴に装着されたときに、マシニングセンタ１００の主軸１１５に形成されたクーラント供給路と連通し、主軸１１５からクーラントの供給を受けることができるようになっている。クーラント通路１１ｃは第１のピストン室１１ａの中心軸線方向の後端面に開口しており、第１のピストン１５が第１のピストン室１１ａにおいて中心軸線方向の後端面に当接しているときでも、クーラント通路１１ｃを介して第１のピストン室１１ａの後方側空間にクーラントを供給できるようになっている。クーラント排出路１１ｄは、主ハウジング１１の後端部の周壁に設けられた環状溝から半径方向外方に延びており、第１のピストン１５が中心軸線Ｏの方向に後方に移動するとき、第１のピストン室１１ａの後方側空間内のクーラントを外部に排出し、第１のピストン１５の後方への移動を容易にさせる機能を果たしている。

同様の機能を果たす通気路１３ｂが先端ハウジング１３にも形成されている。通気路１３ｂは第１のピストン室１１ａの中心軸線方向の前端面に形成された凹部内に開口しており、第１のピストン１５が中心軸線Ｏの方向に移動するとき、第１のピストン室１１ａにおいて第１のピストン１５の前方側に形成された空間（以下、第１のピストン室１１ａの前方側空間と記載する）の通気を可能とさせ、第１のピストン１５の前方への移動を容易にさせる機能を果たしている。

また、第１のピストン１５には、第１のピストン室１１ａと第２のピストン室１５ａとを連通させる連通路１５ｂがさらに形成されている。連通路１５ｂは、第２のピストン室１５ａの中心軸線方向の後端面から中心軸線Ｏに沿って延びており、第２のピストン１７が第２のピストン室１５ａの後端面に当接しているときでも、連通路１５ｂを介して第２のピストン室１５ａにおいて第２のピストン１７の後方側に形成された空間（以下、第２のピストン室１５ａの後方側空間と記載する）にクーラントを供給できるようになっている。

このように第１のピストン室１１ａ及び第２のピストン室１５ａが構成されているので、マシニングセンタ１００の主軸１１５からクーラント供給路１１ｂ及びクーラント通路１１ｃを通して第１のピストン室１１ａの後方側空間にクーラントが供給されると、クーラントの圧力により第１のピストン１５が第１のピストン室１１ａ内において付勢バネの作用に抗して前方に移動せしめられる。さらに、第１のピストン室１１ａに供給されたクーラントは連通路１５ｂを通して第２のピストン室１５ａの後方側空間に供給され、クーラントの圧力により第２のピストン１７が第２のピストン室１５ａ内において付勢バネの作用に抗して前方に移動せしめられる。尚、第１のピストン１５や第２のピストン１７を付勢バネで後方へ移動させる構造に代えて、スプールでクーラント流路を切換えて、ピストンを後方へ移動させる方法もある。

上述した当たり面加工用カッタ２７は、先端ハウジング１３の外周部に形成された凹部内に配設されており、バルブガイド穴Ｗｐの中心軸線に関してバルブシート２９の当たり面Ｉ（図３を参照）と同じ角度αで延びる切刃２７ａと、切刃２７ａと直角方向に延びる連結ピン部２７ｂとを有している。連結ピン部２７ｂは、先端ハウジング１３に形成されたスリット部１３ｃを通って、第１のピストン１５の前端部に形成されたピン穴１５ｄに摺動可能に挿入され、第１のピストン１５と当たり面加工用カッタ２７とを係合させている。このような構成により、第１のピストン１５の中心軸線Ｏの方向の移動に応じて、当たり面加工用カッタ２７の連結ピン部２７ｂがピン穴１５ｄに沿って摺動し、切刃２７ａを当たり面Ｉと平行に保ったまま当たり面加工用カッタ２７が凹部の底の傾斜面に沿って先端ハウジング１３の凹部内を移動する。

また、バルブガイド穴加工用リーマ２１は、長尺の軸部２１ａと、軸部２１ａの先端部に設けられリーマ加工によりバルブガイド穴Ｗｐを仕上げるためのリーマ切刃部２１ｂとを有しており、軸部２１ａは、先端ハウジング１３の外周面から中心軸線Ｏに沿って第１のピストン室１１ａまで延びる中心孔１３ａを通って第２のピストン１７に形成された中心孔１７ａ内に挿入されている。そして、軸部２１ａの後端部は第２のピストン１７に形成された止めネジ孔１７ｂに螺合された止めネジ２３によって第２のピストン１７に固定されている。さらに、先端ハウジング１３に形成された中心孔１３ａとバルブガイド穴加工用リーマ２１の軸部２１ａとの間には超硬ブッシュ２５が挿設されている。なお、主ハウジング１１、第２のピストン１５には、それぞれ、半径方向に延びる止めネジ挿入孔１１ｅ、１５ｃが形成されており、これら止めネジ挿入孔１１ｅ、１５ｃを通して、第２のピストン１７に形成された止めネジ孔１７ｂに止めネジ２３を挿入する。また、主ハウジング１１の止めネジ挿入孔１１ｅは、止めネジ２３を止めネジ孔１７ｂに螺合させた後、異物の進入を防ぐために止め栓１９によって閉鎖される。

なお、図１及び図２には示されていないが、先端ハウジング１３の先端部には図４〜図７に示されているように、第１の逃げ面加工用カッタ３１及び第２の逃げ面加工用カッタ３３が固定されており、当たり面加工用カッタ２７、第１の逃げ面加工用カッタ３１、第２の逃げ面加工用カッタ３３が中心軸線Ｏ周りに１２０°の間隔で配置されている。

ここで、図３を参照して、当たり面加工用カッタ２７、第１の逃げ面加工用カッタ３１、第２の逃げ面加工用カッタ３３について詳細に説明する。バルブシート２９は、バルブヘッド（図示せず）の弁フェースが当接して気筒内の気密性を維持する当たり面Ｉと、当たり面Ｉを挟んで中心軸線方向両側に形成される第１の逃げ面ＩＩ及び第２の逃げ面ＩＩＩとを含んでいる。当たり面Ｉ、第１の逃げ面ＩＩ、第２の逃げ面ＩＩＩは、第１の逃げ面ＩＩ、当たり面Ｉ、第２の逃げ面ＩＩＩへと次第に急峻となるように各々バルブガイド穴の中心軸線に関して所定の異なる角度に形成されている。特に、図３においては、バルブガイド穴の中心軸線に関する当たり面Ｉの角度を参照符号αで示している。

第１の逃げ面加工用カッタ３１、第２の逃げ面加工用カッタ３３はそれぞれバルブガイド穴Ｗｐの中心軸線に関して第１の逃げ面ＩＩ、第２の逃げ面ＩＩＩと平行に延びる切刃３１ａ、３３ａを有しており、第１の逃げ面加工用カッタ３１の切刃３１ａがバルブシート２９の第１の逃げ面ＩＩに接触するとき、第２の逃げ面加工用カッタ３３の切刃３３ａもバルブシート２９の第２の逃げ面ＩＩＩに接触するように先端ハウジング１３に固定されている。

一方、当たり面加工用カッタ２７は、上述したように、バルブガイド穴Ｗｐの中心軸線に関して角度αの方向に延びる切刃２７ａを有しており、第１のピストン１５の中心軸線Ｏの方向の移動に連動して、切刃２７ａがバルブガイド穴Ｗｐの中心軸線に対する角度を角度αに保ちながら先端ハウジング１３の凹部内を移動する。当たり面加工用カッタ２７の移動方向及び移動距離は、当たり面加工用カッタ２７がそのストロークにおける第１の極端位置にあるときに、当たり面加工用カッタ２７の切刃２７ａをバルブシート２９に接触させることなく第１の逃げ面加工用カッタ３１の切刃３１ａ及び第２の逃げ面加工用カッタ３３の切刃３３ａでバルブシート２９の第１の逃げ面ＩＩ及び第２の逃げ面ＩＩＩを加工し、当たり面加工用カッタ２７がそのストロークにおける第２の極端位置にあるときに、第１の逃げ面加工用カッタ３１の切刃３１ａ及び第２の逃げ面加工用カッタ３３の切刃３３ａをバルブシート２９に接触させることなく当たり面加工用カッタ２７の切刃２７ａでバルブシート２９の当たり面Ｉを加工することができるように定められている。例えば、当たり面加工用カッタ２７を中心軸線Ｏを斜めに横切る予め定められた方向に移動可能とさせ、当たり面加工用カッタ２７が中心軸線Ｏの方向において第１及び第２の逃げ面加工用カッタ３１、３３よりも後方に配置される図４及び図５に示される位置を第１の極端位置、当たり面加工用カッタ２７が中心軸線Ｏの方向において第１及び第２の逃げ面加工用カッタ３１、３３よりも前方に配置される図６及び図７に示される位置を第２の極端位置とすることができる。

なお、図１及び図２においては、当たり面加工用カッタ２７が先端ハウジング１３に形成された凹部内を中心軸線Ｏに対して角度αの方向に移動するようになっているが、上述したように当たり面加工用カッタ２７の切刃２７ａがバルブガイド穴の中心軸線に対して角度αを保つことができれば他の構成も可能である。

以下、図４〜図７を参照して、図１及び図２に示されている複合加工工具の動作を説明する。
先ず、主軸１１５を所定の回転速度にて回転させた状態で、テーブル１０５をＺ軸方向にコラム１０９に対して接近動作させ、ワークとしてのシリンダヘッドＷにドリルなどで予め形成されたバルブガイド穴Ｗｐの下穴の中心軸線と複合加工工具の中心軸線Ｏとを一致させた状態でシリンダヘッドＷを複合加工工具１０に対して相対的に接近させる。このとき、主軸１１５を通した複合加工工具１０のクーラント供給路１１ｂに対するクーラントの供給は停止するか又はクーラントの供給圧力を第１のピストン１５及び第２のピストン１７に作用する付勢バネ（図示せず）の付勢力より小さくすることにより、第１のピストン１５及び第２のピストン１７を図１に示されている位置に配置する。なお、第２のピストン１７が第２のピストン室１５ａにおいて中心軸線方向後方に移動するのに伴って、第２のピストン室１５ａの後方側空間内のクーラントは連通路１５ｂを通して第１のピストン室１１ａの後方側空間に移動し、第１のピストン室１１ａの後方側空間内のクーラントはクーラント排出路１１ｄを通して工具本体の外部に排出されるので、第１のピストン１５及び第２のピストン１７の中心軸線方向後方への移動が妨げられることはない。

第１のピストン１５及び第２のピストン１７が図１に示されている位置に配置されているとき、第１のピストン１５に係合する当たり面加工用カッタ２７は先端ハウジング１３に固定されている第１及び第２の逃げ面加工用カッタ３１、３３よりも中心軸線方向後方の位置（以下、後方位置と記載する）に配置され、第２のピストン１７に連結されているバルブガイド穴加工用リーマ２１も工具本体としての先端ハウジング１３及び主ハウジング１１に対して中心軸線方向後方へ後退した位置に配置される。この状態でテーブル１０５をコラム１０９に対してＺ軸方向に移動させて複合加工工具１０をシリンダヘッドＷに係合させると、図４に示されているように、第１の逃げ面加工用カッタ３１の切刃３１ａが中心軸線Ｏ周りに回転しながらバルブシート２９の第１の逃げ面ＩＩに押圧され、第１の逃げ面ＩＩが仕上げられる。同時に、第２の逃げ面加工用カッタ３３の切刃３３ａも中心軸線Ｏ周りに回転しながらバルブシート２９の第２の逃げ面ＩＩＩに押圧され、第２の逃げ面ＩＩＩが仕上げられる。一方、当たり面加工用カッタ２７は、図４及び図５に示されているように、第１及び第２の逃げ面加工用カッタ３１、３３がバルブシート２９に接触する位置まで複合加工工具１０とシリンダヘッドＷとが相対移動しても、バルブシート２９に接触することはなく、当たり面Ｉの加工は行われない。また、バルブガイド穴加工用リーマ２１のリーマ切刃部２１ｂもシリンダヘッドＷに予め加工されたバルブガイド穴Ｗｐの下穴に係合することはなく、バルブガイド穴Ｗｐの加工も行われない。尚、リーマ２１が例えば１０ｍｍほどバルブガイド穴Ｗｐに挿入された状態で逃げ面ＩＩ、ＩＩＩを加工し、同心加工のパイロットの役目をさせてもよい。

次に、テーブル１０５をコラム１０９に対してＺ軸方向に離反動作させることにより、複合加工工具１０がシリンダヘッドＷから相対的に引き離される。複合加工工具１０がシリンダヘッドＷから所定距離引き離された後、主軸１１５を通した複合加工工具１０のクーラント供給路１１ｂに対するクーラントの供給を開始するか又はクーラントの供給圧力を第１のピストン１５及び第２のピストン１７に作用する付勢バネ（図示せず）の付勢力より大きくする。すると、クーラント供給路１１ｂに供給されたクーラントは、クーラント通路１１ｃを通して第１のピストン室１１ａの後方側空間に供給され、その圧力により第１のピストン１５が中心軸線方向前方に移動させられ、図２に示されている位置に配置される。同時に、第１のピストン室１１ａに供給されたクーラントが連通路１５ｂを通して第２のピストン室１５ａの後方側空間に供給され、その圧力により第２のピストン１７が中心軸線前方に移動させられ、図２に示されている位置に配置される。なお、第２のピストン室１５ａにおける第２のピストン１５の前方側の空間（以下、第２のピストン室１５ａの前方側空間と記載する）は第１のピストン室１１ａに開放されているので、第２のピストン１７が第２のピストン室１５ａ内を中心軸線方向前方に移動するのに伴って、第２のピストン室１５ａの前方側空間内の空気は第１のピストン室１１ａの前方側の空間に移動し、第１のピストン室１１ａの前方側空間の空気は通気路１３ｂを通して工具本体の外部に排出されるので、第１のピストン１５及び第２のピストン１７の前方への移動が妨げられることはない。

第１のピストン１５及び第２のピストン１７が図２に示されている位置に配置されているとき、第１のピストン１５に係合する当たり面加工用カッタ２７は先端ハウジング１３に固定されている第１及び第２の逃げ面加工用カッタ３１、３３よりも中心軸線方向前方の位置（以下、前進位置と記載する）に配置され、第２のピストン１７に連結されているバルブガイド穴加工用リーマ２１は工具本体としての先端ハウジング１３及び主ハウジング１１に対して中心軸線方向前方へ前進した位置に配置される。この状態でテーブル１０５をコラム１０９に対してＺ軸方向に移動させて複合加工工具１０をシリンダヘッドＷに接近させると、図６及び図７に示されているように、バルブガイド穴加工用リーマ２１のリーマ切刃部２１ｂがシリンダヘッドＷに形成されたバルブガイド穴Ｗｐの下穴に係合し、複合加工工具１０を回転させながらシリンダヘッドＷに対してバルブガイド穴Ｗｐの中心軸線に沿って複合加工工具１０を前進させることにより、バルブガイド穴Ｗｐが仕上げられる。なお、バルブガイド穴Ｗｐの加工の際、バルブガイド穴加工用リーマ２１には切削抵抗が作用するが、バルブガイド穴加工用リーマ２１が固定されている第２のピストン１７は、中心軸線Ｏに垂直な断面において楕円形若しくは偏心、又は回り止めピンの形式となっていることから、第１のピストン１５に対して回転することはない。

さらに複合加工工具１０をバルブガイド穴Ｗｐの中心軸線に沿って前進させることにより、図６に示されているように、当たり面加工用カッタ２７の切刃２７ａが中心軸線Ｏ周りに回転しながらバルブシート２９の当たり面Ｉに押圧され、当たり面Ｉが仕上げられる。このようにバルブガイド穴Ｗｐと当たり面Ｉの加工が同時に行われることから、バルブガイド穴と当たり面Ｉとは正確に同心に仕上げられ、シリンダヘッドＷの気筒内の気密性を向上させる。

一方、第１及び第２の逃げ面加工用カッタ３１、３３は、図６及び図７に示されているように、当たり面加工用カッタ２７がバルブシート２９に接触する位置まで複合加工工具１０とシリンダヘッドＷとが相対移動しても、バルブシート２９に接触することはなく、第１及び第２の逃げ面ＩＩ、ＩＩＩの加工は行われない。

このように、本発明の複合加工工具１０を使用すれば、複合加工工具１０の当たり面加工用カッタ２７、第１の逃げ面加工用カッタ３１、第２の逃げ面加工用カッタ３３がバルブシート２９の三つの表面、すなわち当たり面Ｉ、第１及び第２の逃げ面ＩＩ、ＩＩＩを同時に加工することなく、バルブシート２９を仕上げることができるので、加工の際に切削抵抗により複合加工工具１０にビビリが発生することを防止でき、シリンダヘッドＷの気筒の気密性をさらに向上させることができる。

以上、図示された実施形態を参照して本発明の複合加工工具を説明したが、本発明の複合加工工具は図示された実施形態に限定されるものではない。例えば、図示された実施形態では、当たり面加工用カッタが工具本体に対して移動可能であり且つ第１及び第２の逃げ面加工用カッタが工具本体に固定されているが、当たり面加工用カッタが工具本体に固定され且つ第１及び第２の逃げ面加工用カッタが工具本体に対して移動可能となっていてもよい。また、当たり面加工用カッタ２７を移動させるのにクーラント圧力を利用する構造を示したが、これに代えて、マシニングセンタに付属するＵ軸モータを利用して、機械的に移動させる構造にすることもできる。

バルブガイド穴加工用リーマ及び当たり面加工用カッタが後退位置にあるときの本発明の複合加工工具の断面図である。バルブガイド穴加工用リーマ及び当たり面加工用カッタが前進位置にあるときの図１の複合加工工具の断面図である。バルブシートの説明図である。図１の複合加工工具でバルブシートを加工するときのバルブシートと各カッタとの位置関係を示している複合加工工具の先端部の拡大図である。中心軸線周りに図４とは異なる角度から見た複合加工工具の先端部の拡大図である。図２の複合加工工具でバルブシートを加工するときのバルブシートと各カッタとの位置関係を示している複合加工工具の先端部の拡大図である。中心軸線周りに図６とは異なる角度から見た複合加工工具の先端部の拡大図である。本発明の複合加工工具を装着したマシニングセンタの概略図である。

符号の説明

１０複合加工工具
１１主ハウジング
１１ａ第１のピストン室
１３先端ハウジング
１５第１のピストン
１５ａ第２のピストン室
１７第２のピストン
２１バルブガイド穴加工用リーマ
２７当たり面加工用カッタ
２９バルブシート
３１第１の逃げ面加工用カッタ
３３第２の逃げ面加工用カッタ

Claims

内燃機関のシリンダヘッドのバルブガイド穴と、バルブガイド穴の中心軸線に対して予め定められた角度をなす該シリンダヘッドのバルブシートの当たり面及び逃げ面とを加工する複合加工工具において、
工作機械の主軸に装着される工具本体と、前記工具本体に対して軸線方向に進退可能に保持されたバルブガイド穴加工用リーマと、前記工具本体に固定された第１のカッタと、予め定められた方向における第１の極端位置と第２の極端位置との間で移動可能に前記工具本体に保持された第２のカッタとを備え、第１のピストンが前記工具本体に形成された第１のピストン室内に軸線方向に移動可能に配設されていると共に、第２のピストンが前記第１のピストンに形成された第２のピストン室内に軸線方向に移動可能に配設され、前記第１のピストン室と前記第２のピストン室とが第１のピストンに形成された連通路を介して連通しており、前記工作機械から前記第１のピストン室に供給される流体の圧力に応じて前記第１のピストン及び第２のピストンが軸線方向に移動し、前記第２のカッタが前記第２のピストンと連動すると共に、前記バルブガイド穴加工用リーマが前記第１のピストンと連動するようになっており、前記第１のカッタ及び前記第２のカッタのうちの一方が前記バルブガイド穴の中心軸線に対して前記当たり面と同じ角度で延びる切刃を有した当たり面加工用カッタからなり且つ前記第１のカッタ及び前記第２のカッタのうちの他方が前記バルブガイド穴の中心軸線に対して前記逃げ面と同じ角度で延びる切刃を有した逃げ面加工用カッタからなり、前記第１の極端位置は、前記工具本体を前記バルブガイド穴の中心軸線の方向に移動させて前記第１のカッタを前記バルブシートに接触させたときに、前記第１の極端位置の前記第２のカッタが前記バルブシートに接触しないように定められ、前記第２の極端位置は、前記工具本体を前記バルブガイド穴の中心軸線方向に移動させて前記第２の極端位置の前記第２のカッタを前記バルブシートに接触させたときに、前記第１のカッタが前記バルブシートに接触しないように定められていることを特徴とする複合加工工具。
前記逃げ面は前記シリンダヘッドにおいて前記当たり面を挟んで設けられた第１の逃げ面及び第２の逃げ面からなり、前記逃げ面加工用カッタは第１の逃げ面加工用カッタ及び第２の逃げ面加工用カッタからなり、前記第１の逃げ面加工用カッタの切刃、前記第２の逃げ面加工用カッタの切刃が、それぞれ、前記バルブガイド穴の前記中心軸線に対して前記第１の逃げ面、前記第２の逃げ面と同じ角度で延びる請求項１に記載の複合加工工具。