JP5670585B2

JP5670585B2 - 回転工具

Info

Publication number: JP5670585B2
Application number: JP2013552978A
Authority: JP
Inventors: ウルフガングレンプ、; ジークフリートグルーラー、; アルフレッドオスタータグ、
Original assignee: Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Current assignee: Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2032-02-10
Also published as: CN103442848B; EP2673116B1; DE102011050662A1; BR112013020278A2; JP2014504962A; KR20160032280A; MX2013009073A; PL2673116T3; KR101643673B1; US20130340222A1; DE102011050662B4; US9616546B2; ES2523293T3; WO2012107582A1; CN103442848A; EP2673116A1; KR20140002747A

Description

本発明は、請求項１の前文に係る回転工具並びに回転加工方法（ｍｅｔｈｏｄｏｆｒｏｌｌｉｎｇ）に関する。

コネクティングロッドの穴等の円筒空間（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｃｌｅａｒａｎｃｅ）を加工するための回転工具が公知であり、外側に向かって押圧力を与えながら、円筒空間の内部側面上で回転体を回転させる。

特許文献１には、流体によってボールを加工面に押圧する回転工具が開示されている。各ボールに対応して静圧軸受が設けられ、静圧軸受には流体が供給される。

上述した回転工具には、かなりの漏洩（漏出）が生じ、流体又はエマルジョンの損失が生じるという欠点がある。

欧州特許第１２７５４７２Ｂ１号公報

本発明の目的は、流体又はエマルジョンの損失を低減することができる回転工具を提供することにある。

上記目的は、請求項１の特徴を備える回転工具及び請求項１６の特徴を備える加工方法によって達成される。

本発明に係る回転工具は、円筒空間の内部側面を加工（特に平滑化）するための回転工具である。回転工具は、回転駆動可能な回転工具内に保持され、内部側面に沿った周囲経路上を回転工具によって駆動することができる少なくとも１つの回転体を有する。少なくとも１つの回転体を回転工具の径方向空間に挿入し、径方向空間に沿って内側から外側に向かって加圧流体を供給することができる。本発明によれば、流体はエアロゾルである。エアロゾルは気体と混合した流体であり、静圧軸受及び潤滑用に機能する。この場合、必要な流体の量は、最小量潤滑（ＭＱＬ）に基づいて先行技術に対して減少させることができる。

本発明のさらなる有利な構成は従属請求項に記載されている。

特に好適な実施形態において、エアロゾルは、空気と混合した冷却潤滑剤である。空気は環境から安価に得ることができる。冷却潤滑剤は潤滑を行うと共に熱を排出することができる。

特に好適な実施形態において、少なくとも１つの回転体はボールである。この場合、少なくとも１つのボールが円筒空間の内部側面に沿って移動する周囲経路は螺旋状である。これにより、長さの異なる円筒空間を平滑化することができる。

本発明に係る回転工具の好適な実施形態において、各径方向空間はシートリングを有し、シートリングは、径方向空間に挿入されたボールと共にエアロゾルのための弁を形成し、弁は、ボールが円筒空間に接触する際に開く。従って、ボールがロードされない場合には径方向空間は閉じられ、エアロゾルが漏れることはない。これにより、必要な流体の量をさらに減少させることができる。

回転工具と円筒空間との間で力を均一に分散させるために、回転工具の外周部にはボールをそれぞれ含む２又は３つの径方向空間が均等に配置されていることが特に好ましい。

特に好適な用途として、回転工具はコネクティングロッドの穴に使用される。径方向空間及びシートリングはスリーブに形成することができる。この場合、スリーブは回転工具に接着することができる。

あるいは、スリーブは回転工具に挿入され、回転工具内においてねじ止め締め具（ワーク保持ストラップ等）によって保持されている。これにより、ボールを含むスリーブを容易に交換することができる。

特に好適な実施形態において、回転工具は、外周部に配置され、エアロゾルが供給される、外側を向いたクリーニングノズルを含む。これにより、製造後に、第１の工程において本発明に係る工具によって円筒空間をクリーニングすることができる（特に加工屑を除去することができる）。工具内で利用されるエアロゾルは、その圧力によってクリーニングを容易にし、特に洗浄のためのクリーニング液として使用することができる。

特に好適な実施形態において、クリーニングノズルは、回転工具の外周部において、回転工具の回転方向で少なくとも一つの回転体に対して（例えば９０°）前方に偏っているかオフセットされている。

特に好適な実施形態において、クリーニングノズルは回転工具の回転方向に対して傾斜している。傾斜角は、例えば４５°である。

特に好適な実施形態において、クリーニングノズルは回転工具の直線的な送り方向に対して傾斜している。傾斜角は、例えば４５°である。

上記３つの実施形態（特にそれらの組み合わせ）により、クリーニングに使用するエアロゾル噴流を回転体の前方に噴射し、円筒空間の一部を最初にクリーニングし（特に加工屑を除去し）、その直後に回転体を同じ加工サイクルで使用することができる。

回転工具の外周部にて対向する２つの回転体を含む実施形態において、クリーニングノズルは２つの回転体に対して９０°偏位又はオフセットされている。そのため、クリーニングノズルは、２つの回転体の間において回転工具の外周部に配置される。

クリーニングノズルは、ノズル本体に形成され、長手方向流路から回転工具の外周に向かってほぼ径方向に延びる穴であってもよい。ノズル本体に設けられた径方向流路が長手方向流路を穴と連通させていてもよい。ノズル本体は回転工具に接着することができる。

ノズル本体と少なくとも１つの回転体は、回転工具の共通の平面（断面）上に配置されていてもよい。この場合、エアロゾルが各径方向に散布される中央位置は長手方向流路に形成されている。

好適な実施形態において、本発明に係る回転工具は、少なくとも１つの回転体へのエアロゾルの供給を実施（接続）又は遮断（非接続）することができる急速空気弁を含み、少なくとも１つの回転体へのエアロゾルの供給は急速空気弁を介して弱めることもできる。

クリーニングノズルを含む回転工具は、クリーニングノズルへのエアロゾルの供給を急速空気弁によって切り替える（オン／オフ）こともできることが好ましい。

特に好適な実施形態において、急速空気弁は、回転工具の回転数に応じた遠心力に対応して回路によって切り替えられる。切り替え回転数は例えば３０００ｒｐｍであってもよく、回転工具の回転数が＞３０００ｒｐｍの時には回転体にエアロゾルを供給し、場合によってはクリーニングノズルにもエアロゾルを供給し、回転工具の回転数が＜３０００ｒｐｍの時にはエアロゾルを供給しない。回転数が上昇する場合には、回転数が減少する場合とは異なる切り替え回転数とすることができる（ヒステリシス）。また、急速空気弁の非接続により、回転体へのエアロゾルの供給を弱め、場合によってはクリーニングノズルへのエアロゾルの供給も弱めることもできる。

上記回転工具を使用して円筒空間を加工する本発明に係る方法は、回転工具の第１の回転数及びエアロゾルの第１の圧力で回転工具を直線的に移動させ、少なくとも１つのボールをシートリングから引き上げることによって少なくとも１つのボールを円筒空間に移動させる工程と、回転工具を直線的に移動させながら、第１の回転数よりも高い加工回転数及び第１の圧力よりも高いエアロゾルの加工圧力（例えば、５５バール）で円筒空間を平滑化（ｓｍｏｏｔｈ−ｒｏｌｌｉｎｇ）又はローラーバニシング（ｒｏｌｌｅｒ−ｂｕｒｎｉｓｈｉｎｇ：艶出し）する工程と、加工回転数及びエアロゾルの加工圧力で回転工具を直線的に移動させることによって少なくとも１つのボールを円筒空間から除去する工程と、を含む。

少なくとも１つのボールの移動は、回転工具に対して円筒空間を直線的に移動させて行うか、円筒空間に対して回転工具を直線的に移動させて行うことができる。回転工具に対して円筒空間を直線的に移動させる場合には、逆機械（ｉｎｖｅｒｓｅｍａｃｈｉｎｅ）に本発明に係る回転工具と共にさらなる回転工具を配置し、１つの加工ステーションから別の加工ステーションまで円筒空間を含むワークを移動させることができるという利点がある。

クリーニングノズルを含む本発明に係る方法回転工具の動作時には、ローラーバニシングの前にクリーニングノズルを作動させることが好ましい。この場合、ローラーバニシング時にエアロゾルを直ちに効率的に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る回転工具を含む回転機械の部分横断面図及び部分概略図を示す。本発明の第２の実施形態に係る回転工具を示す斜視図である。本発明の第３の実施形態に係る回転工具を示す斜視図である。本発明の第４の実施形態に係る回転工具を示す部分断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、回転機械の部分横断面図及び部分概略図を示す。回転機械は、固定されたハウジング３に対して回転駆動される回転工具１を含む。

回転工具１の部分５の一部は、コネクティングロッド４の穴２に挿入されている。コネクティングロッド４は支持体６に固定されており、回転工具１に対して並進的に移動させることができる（両矢印を参照）。

コネクティングロッド４の穴２に挿入された回転工具１の部分５は実質的に円筒状である。径方向に延びる２つの対向するスリーブ８ａ，８ｂが部分５に挿入されている。スリーブ８ａ，８ｂの径方向の外側端部には、制限部材（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）によってシートリングが形成されている（図１では詳細に図示せず）。ボール１０ａ，１０ｂの大部分はスリーブ８ａ，８ｂ内に収容され、ボール１０ａ，１０ｂは２つの実質的に異なる位置に配置される。すなわち、アイドリング位置（図示せず）では、ボール１０ａ，１０ｂはシートリングと封止接触し、動作位置では、ボール１０ａ，１０ｂはシートリングから離れてコネクティングロッドの穴２の内壁に向かって引き上げられると共に回転工具１の長手軸１４の方向に内向きに駆動される。なお、図１は上記作動位置を示している。

スリーブ８ａ，８ｂには、長手軸１４に沿って工具の内部を延びる長手方向流路１２を介して加圧エアロゾルが内側から供給される。エアロゾルは周囲空気と冷却潤滑剤の混合物である。周囲空気はコンプレッサ１６によって吸引・圧縮され、エアフローメータ１８を介して混合ユニット２０に供給される。周囲空気と並行して、冷却潤滑剤が潤滑剤供給装置２２によって混合装置２０に供給される。潤滑剤供給装置２２は容器及びポンプを含む。混合装置２０においてエアロゾル（通気した冷却潤滑剤）が生成される。

エアロゾルは、プログラマブル回路２４を介して回転式供給装置２６に供給される。回路２４は逆止め弁によって形成され、回転式供給装置２６は固定エアロゾルライン２８を回転エアロゾルライン３０に連結する。エアロゾルライン３０は長手方向流路１２に接続され、長手方向流路１２はスリーブ８ａ，８ｂに接続されている。

コネクティングロッドの穴２のボールバニシングでは、回路２４を開き、エアロゾルによって例えば５５バールの圧力（約１５０Ｎｍの力）によってボール１０ａ，１０ｂを径方向の外側に押し出す。ボール１０ａ，１０ｂはシートリングから離れてコネクティングロッドの穴２に接触し、エアロゾルが等しく加工領域へと通過する環状空間が形成される。工具ホルダ（ＨＳＫ）７を介して工具１に伝達される駆動装置の回転並びに同時に行われる支持体６によるコネクティングロッド４の直線的な移動により、ボール１０ａ，１０ｂは比較的高い押圧力でコネクティングロッドの穴２内を螺旋経路に沿って回転し、コネクティングロッドの穴２が平滑化される。

図１に示す第１の実施形態では、２つのスリーブ８ａ，８ｂが工具１の対応する径方向穴に挿入され、その内部で接着されている。図２は、本発明の第２の実施形態に係る回転工具１０１を示す斜視図である。工具ホルダ（ＨＳＫ）７、長手方向流路１２、スリーブ８ａ，８ｂ及びボール１０ａ，１０ｂは、第１の実施形態と同様に構成されている。図２では、長手方向流路１２は示しておらず、２つのスリーブのうちのスリーブ８ａ及び２つのボールのうちのボール１０ａのみを示している。

第１の実施形態とは異なり、各スリーブ８ａは工具１０１の空間内において締め具１０９ａ（ワーク保持ストラップ）（図２では１つの締め具１０９ａのみを示す）によって保持されている。２つの締め具１０９ａは径方向のねじ止め接続部を有し、スリーブ８ａの外側端面とオーバーラップして工具１０１の部分１０５に固定的に接続されている。この場合、各締め具１０９ａは、本発明に係る工具１０１を使用する際にコネクティングロッドの穴２に接触しないように穴に挿入されている（図２を参照）。

図３は、本発明の第３の実施形態に係る回転工具２０１を示す斜視図である。回転工具２０１は部分２０５を含み、部分２０５の少なくとも一部は、ローラーバニシング時にコネクティングロッド４（図１を参照）のより小さな穴２内に並進かつ回転して移動させる。２つのボール１０ａ、２つのスリーブ８ａ及び２つの締め具１０９ａは上記実施形態と同様に構成され、図３では上側に設けられたボール１０ａ、スリーブ８ａ及び締め具１０９ａのみを示している。

第３の実施形態では、クリーニングノズル２３２及び急速空気弁２３４が設けられている。クリーニングノズル２３２は、下記の２つの観点で４５°傾斜したエアロゾル噴流２３６を発生させる。エアロゾル噴流は、工具２０１の送り方向２３８に対して４５°傾斜し、回転方向２４０（図４を参照）に対して４５°傾斜している。クリーニングノズル２３２には、本発明に係る工具２０１の内部で使用されるエアロゾルが供給される。

第３の実施形態に係る工具２０１の動作時には、工具２０１を送り方向２３８に沿ってコネクティングロッドの穴２（図１を参照）内に移動させると共に、長手軸を中心として回転させ、コネクティングロッドの穴２内において各ボール１０ａ及びエアロゾル噴流２３６の衝突位置が螺旋状に移動する。参照符号２４２ａはボール１０ａの移動方向を示し、参照符号２４４はエアロゾル噴流２３６の衝突位置の移動方向を示している。

工具２０１の内部には急速空気弁２３４が設けられている（図３では概略的に示す）。急速空気弁２３４は、工具２０１の速度に応じてばねに対して調節される弁本体を有する。従って、急速空気弁２３４は、比較的高い速度の場合にはエアロゾルを２つのボール１０ａ及びクリーニングノズル２３２に供給し、比較的低い速度の場合又は停止時にはエアロゾルを供給せず、部分２０５内においてエアロゾルを案内する流路を急速に開放する。これはオリフィス２４６を介して行われる。

図４は、第３の実施形態に係る回転工具２０１の部分２０５の端面の部分断面図である。クリーニングノズル２３２は、実質的に中空の円筒状ノズル本体２４８の端部キャップに形成された穴である。ノズル本体２４８は、長手方向流路１２から部分２０５の外周に向かって径方向に延びている。そのため、ノズル本体２４８の長手軸２５０は径方向に延びている。図３を参照して上述したように、クリーニングノズル（穴）２３２及びクリーニングノズル２３２から噴射されるエアロゾル噴流２３６は上述した２つの観点で４５°の角度を有し、図４では回転方向２４０における角度のみを示している。すなわち、ノズル本体２４８の径方向に延びる長手軸２５０に対して４５°の角度となっている。長手軸２５０に沿って径方向の流路２５２が形成され、ノズル本体２４８内を延びる長手方向流路１２から流路２５２を介してエアロゾルが穴２３２に供給される。

動作モードでは、工具２０１を約５０００ｒｐｍまで加速し、図３に示す送り方向２３８に沿って急速なプリストロークでコネクティングロッドの穴２付近まで移動させる（図１を参照）。次に、送り方向２３８に沿って動作移動させ、約５０〜６０バールの圧力でクリーニング及びローラーバニシングを同時に行う。その後、回転駆動を停止し、約２０００ｒｐｍで急速空気弁２３４を開く。ボール１０ａ，１０ｂの圧力及び径方向の力が急速に減少し、急速なバックストロークにより、工具２０１は送り方向２３８とは反対の方向にコネクティングロッドの穴２（図１を参照）から取り出される。そして、別のコネクティングロッド４（図１を参照）を工具２０１に向かって移動させる。

別の動作モードでは、約６〜８バールでクリーニングノズル２３２のみを作動させ、送り方向２３８に沿ってコネクティングロッドの穴２（図１を参照）内に急速に移動させる。次に、速度を増加させ、急速空気弁２３４を閉じる。その後、約５０〜６０バールでバックストローク及びローラーバニシングを行う。この動作モードでは、クリーニングノズル２３２の屈曲（傾斜）及びエアロゾル噴流２３６の衝突位置の前進は省略することができる。

本願は円筒空間の内部側面を加工（特に平滑化）するための回転工具を開示する。回転工具は、回転駆動可能な回転工具内に保持され、前記内部側面に沿った周囲経路上を回転工具によって駆動することができる少なくとも１つの回転体を有する。前記少なくとも１つの回転体は回転工具の径方向空間に挿入され、径方向空間に沿って内側から外側に向かって加圧流体を供給することができる。本発明によれば、流体はエアロゾルである。エアロゾルは気体と混合した流体であり、静圧軸受及び潤滑用に機能する。この場合、必要な流体の量（最小量潤滑（ＭＱＬ））を先行技術に対して減少させることができる。

１，１０１，２０１回転工具
２コネクティングロッドの穴
３ハウジング
４コネクティングロッド
５，１０５，２０５部分
６支持体
７工具ホルダ
８ａ，８ｂスリーブ
１０ａ，１０ｂボール
１２長手方向流路
１４長手軸
１６コンプレッサ
１８エアフローメータ
２０混合装置
２２潤滑剤供給装置
２４回路
２６回転式供給装置
２８，３０エアロゾルライン
１０９ａ締め具
２３２クリーニングノズル
２３４急速空気弁
２３６エアロゾル噴流
２３８送り方向
２４０回転方向
２４２ａ移動方向
２４４移動方向
２４６オリフィス
２４８ノズル本体
２５０長手軸
２５２径方向流路

Claims

円筒空間を加工するための回転工具（１；１０１；２０１）であって、前記回転工具（１；１０１；２０１）内に保持され、前記回転工具によって駆動することができる少なくとも１つの回転体（１０ａ，１０ｂ）を含み、前記少なくとも１つの回転体（１０ａ，１０ｂ）は、前記回転工具（１；１０１；２０１）の径方向空間に挿入され、前記径方向空間に沿って外側に向けて加圧流体が供給されることで、前記少なくとも１つの回転体（１０ａ，１０ｂ）が前記径方向空間に沿って押し出され、前記流体はエアロゾルであることを特徴とする回転工具。
請求項１において、前記少なくとも１つの回転体はボール（１０ａ，１０ｂ）である回転工具。
請求項２において、各径方向空間はシートリングを有し、前記シートリングは、前記ボール（１０ａ，１０ｂ）と共に前記エアロゾルのための弁を形成し、前記弁は、前記ボール（１０ａ，１０ｂ）が前記円筒空間に接触する際に開く回転工具。
請求項２又は３において、前記回転工具（１；１０１；２０１）の外周部には前記ボール（１０ａ，１０ｂ）をそれぞれ含む２又は３つの径方向空間が均等に配置されている回転工具。
請求項１〜４のいずれか１項において、前記円筒空間はコネクティングロッドの穴（２）である回転工具。
請求項３〜５のいずれか１項において、前記径方向空間及び前記シートリングはスリーブ（８ａ，８ｂ）に形成されている回転工具。
請求項６において、前記スリーブ（８ａ，８ｂ）は前記回転工具（１；１０１；２０１）に挿入され、前記回転工具（１；１０１；２０１）内においてねじ止め締め具（１０９ａ）によって保持されている回転工具。
請求項１〜７のいずれか１項において、エアロゾルが供給され、外周部に配置されたクリーニングノズル（２３２）を含む回転工具。
請求項８において、前記クリーニングノズル（２３２）は、前記回転工具（１；１０１；２０１）の回転方向（２４０）に対して傾斜している回転工具。
請求項８又は９において、前記クリーニングノズル（２３２）は、前記回転工具（１；１０１；２０１）の送り方向（２３８）に対して傾斜している回転工具。
請求項８〜１０のいずれか１項において、前記クリーニングノズル（２３２）は、ノズル本体（２４８）に形成され、長手方向流路（１２）から外周に向かってほぼ径方向に延びる穴であり、前記ノズル本体（２４８）に設けられた径方向流路（２５２）は前記長手方向流路（１２）を前記穴と連通させている回転工具。
請求項１１において、前記ノズル本体（２４８）と前記少なくとも１つの回転体（１０ａ，１０ｂ）が一平面上に配置されている回転工具。
請求項１〜１２のいずれか１項において、前記少なくとも１つの回転体（１０ａ，１０ｂ）へのエアロゾルの供給を実施又は遮断することができる急速空気弁（２３４）を含み、前記少なくとも１つの回転体（１０ａ，１０ｂ）へのエアロゾルの供給は前記急速空気弁（２３４）を介して弱めることができる回転工具。
請求項８〜１２のいずれか１項において、前記少なくとも１つの回転体（１０ａ，１０ｂ）へのエアロゾルの供給を実施又は遮断することができる急速空気弁（２３４）を含み、前記クリーニングノズル（２３２）へのエアロゾルの供給を、前記急速空気弁（２３４）を介して実施又は遮断することができる回転工具。
請求項１３又は１４において、前記急速空気弁（２３４）は、前記回転工具（１；２０１）の回転数に応じて切り替えることができる回転工具。
請求項３〜１５のいずれか１項に記載の回転工具（１；２０１）を使用して円筒空間を加工する方法であって、
前記回転工具（１；１０１；２０１）の第１の回転数及び前記エアロゾルの第１の圧力で前記回転工具（１；１０１；２０１）を直線的に移動させ、前記少なくとも１つのボール（１０ａ，１０ｂ）を前記シートリングから引き上げることによって前記少なくとも１つのボール（１０ａ，１０ｂ）を前記円筒空間に移動させる工程と、
前記回転工具（１；１０１；２０１）を直線的に移動させながら、前記第１の回転数よりも高い加工回転数及び前記第１の圧力よりも高い前記エアロゾルの圧力で前記円筒空間を平滑化する工程と、
前記加工回転数及び前記エアロゾルの前記加工圧力で前記回転工具（１；１０１；２０１）を直線的に移動させることによって前記少なくとも１つのボール（１０ａ，１０ｂ）を前記円筒空間から離れるように移動させる工程と、
を含む方法。
請求項１６において、前記少なくとも１つのボール（１０ａ，１０ｂ）の移動は、前記回転工具（１；１０１；２０１）に対して前記円筒空間を直線的に移動させて行うか、または前記円筒空間に対して前記回転工具（１；１０１；２０１）を直線的に移動させて行う方法。