JP6173977B2 - ローラバニシング工具 - Google Patents

Description

本発明はローラバニシング工具に係り、特にツール径追従機構を備えたローラバニシング工具に関する。

ローラバニシング工具は、ローラを回転させながらワークに押圧して円筒状の穴内面を塑性変形させて鏡面仕上げする。ローラバニシング工具は、加工部位の穴径寸法のばらつきやツール径の設定に数十μｍの違いがあると仕上がりに影響を及ぼすため、穴径のばらつきに自動的に対応（ツール径に追従）できる変位機構と調整バネ機構を備えたローラバニシング工具が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載されたローラバニシング工具は、変位機構にかかる回転負荷トルクの変動を予め定められた設定値に保たれるように調整バネ機構によって制御している。変位機構は、シャンクと駆動体との間に配置されたローラユニットを備えており、ローラユニットの可撓性ローラの遊星運動とフィードアングルによる送り機構を利用して、回転負荷トルクの変化によって駆動体をシャンクに対して相対的に軸方向移動させることによって、ばらつきに対応できるようになっている。

特許第３２４５６３８号公報（段落００４４〜００５４、図１、図３）

しかしながら、特許文献１に記載されたローラバニシング工具では、ハウジング内に変位機構が配設されるため、ハウジングの構造が複雑になり外形サイズも大きくなるので、装着可能な加工機が制約されるという問題があった。
また、可撓性のローラは消耗品であり交換が必要になるが、ハウジングの構造が複雑なのでメンテナンスがしにくいという問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、構造を簡素化し部品点数を削減して小型化するとともに、メンテナンス性を向上させたツール径追従機能を備えたローラバニシング工具を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、加工機に装着するシャンクと、このシャンクに連結されたハウジングと、このハウジングに対して回転自在に支持された円筒状のローラ支持部材と、このローラ支持部材に装着されたテーパ形状のローラと、このローラのテーパ形状に適合したテーパ形状部を有するマンドレルと、を有するローラバニシング工具であって、前記シャンクと前記マンドレルとを連結するツール径追従機構を備え、前記ツール径追従機構は、前記シャンクの先端部に形成された円筒形状部と、この円筒形状部に螺旋状に設けられたリード溝と、このリード溝に沿って螺旋状に移動自在に配設されたピン部材と、前記マンドレルに形成され前記ピン部材が挿通されたピン部材挿通孔と、前記シャンクに装着され前記マンドレルを前方に付勢する付勢手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明は、ツール径追従機構を備えたことで、マンドレルの回転負荷トルクと軸方向力とをバランスさせてバニシング加工時における押圧力を自動調整することができる。つまり、本発明は、ワークの内径のばらつき等に柔軟に対応してツール径を自動調整することで、バニシング加工時における押圧力を好適に保持することができる。このため、均一な仕上げ面を形成することができる。
また、摺動性に優れたプラトー面を容易に形成できる。バニシング加工は、表面の凹凸の凸部をローラで押し潰すことによって鏡面仕上げをすることができるが、摺動性に優れた表面を形成するときは、表面に理想的な凹部と凸部を形成する必要がある。バニシ量が数μｍ変化すると、凹部と凸部の大きさは大きく変化する。そのため、一般的には、数μｍ以上の寸法公差で量産加工している機械部品に対して、ローラバニシング加工前の内径大きさがミクロン代で変化するため、一定のバニシ量で加工ができず、一定の大きさの凹部と凸部を成形することは困難であった。しかし、本発明によれば、穴径にばらつきがあってもツール径追従機構によりバニシ量を一定に保つことができるため、一定の凹部と凸部、つまり良好なプラトー面を安定して形成することができる。
これにより、本発明に係るローラバニシング工具を用いて摺動性を必要とする機械部品にプラトー面を加工することができ、機械部品の摺動性能を向上させることができる。

本発明は、シャンクの先端部に形成された円筒形状部に螺旋状に設けられたリード溝を備え、このリード溝に沿って移動自在に配設されたピン部材によってシャンクとマンドレルを連結してツール径追従機構の主要部を構成することで、シャンクの内部にツール径追従機構を収容することができるため、ハウジングの外形寸法を小さくして工具全体を小型化することができる。

このようにして、本発明に係るローラバニシング工具は、取り扱い性がよく操作性を向上させることができるとともに、使用適用範囲を拡大して種々の加工機で好適に使用することができる。
また、ハウジング内に可撓性ローラを収容する必要がないため、ハウジングの構成を簡素化して部品点数および消耗品を削減するとともに、分解組立て性を向上させることができる。

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工具であって、前記付勢手段は、付勢力を調整する付勢力調整手段を備えたこと、を特徴とする。

かかる構成によれば、本発明は、付勢力調整手段を備えたことで、バニシング加工時における押圧力を適切に調整することができるため、均一な仕上げ面を形成することができる。

本発明に係るローラバニシング工具は、構造を簡素化して部品点数を削減して小型化するとともに、メンテナンス性を向上させ、且つ均一な仕上げ面を形成ことができる。

本発明の実施形態に係るローラバニシング工具の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るシャンクおよびアジャストリング周りの構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るツール径追従機構の動作を説明するための平面図であり、（ａ）は加工前の状態、（ｂ）は加工中において（ａ）よりもマンドレルが後退した状態、（ｃ）は加工中において（ｂ）よりもさらにマンドレルが後退した状態である。

本発明の実施形態に係るローラバニシング工具について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
ローラバニシング工具１は、図１に示すように、加工機（不図示）に装着して回転駆動させるシャンク２と、このシャンク２に連結されたハウジング３と、シャンク２とハウジング３とを連結するアジャストリング４と、ローラ支持部材であるフレーム５と、このローラ支持部材５に装着されたテーパ形状のローラ５１と、このローラ５１のテーパ形状に適合したテーパ形状部６１ｂを有するマンドレル６と、シャンク２とマンドレル６とを連結して加工押圧力を自動調整するツール径追従機構８と、を備えている。

なお、本実施形態においては、シャンク２を加工機（不図示）に装着して回転駆動する使用形態を例として説明するが、これに限定されるものではなく、シャンク２を加工機に固定しワーク（不図示）を回転させて加工することもできる。

以下の説明において、説明の便宜上、シャンク２の側（図１の右側）を後部、ローラ５１の側（図１の左側）を前部という。各構成部材においても同様に前後方向を定めるものとする。

シャンク２は、筒状の部材であり、加工機（不図示）に装着可能な形状をなした小径部２１と、外周ねじ２３が形成された円筒形状部である拡径部２２と、拡径部２２の前部側に螺旋状に設けられたリード溝２４（図２参照）と、拡径部２２の後部側に形成された軸方向溝２５（図２参照）と、を備えている。

なお、本実施形態においては、小径部２１と拡径部２２とを一体として構成したが、これに限定されるものではなく、それぞれ別体として構成して連結してもよい。また、リード溝２４が形成される拡径部２２の先端部（円筒形状部）を拡径部２２から分割して構成してもよい。

ハウジング３は、シャンク２に連結されるハウジング本体３１と、ハウジング本体３１の先端部に螺入して固定されるハウジングナット３２と、フレーム５を回転自在に支持する軸受３３と、ハウジングナット３２に装着されフレーム５を後方の軸受３３に付勢するスプリング３４と、を備えている。スプリング３４は、スラストリング３４ａとストップリング３４ｂでフレーム５に係止されている。

ハウジング本体３１は、後端面に円周方向に沿って切り欠き状に形成された複数の凹部３１ａ（図２参照）と、前端面に形成されたねじ部３１ｂと、内周部に形成された内周ねじ３１ｃと、を備えている。凹部３１ａはアジャストリング４の鉤部４１（図２参照）と係合され、ねじ部３１ｂはハウジングナット３２と螺合され、内周ねじ３１ｃはシャンク２の外周ねじ２３に螺合されている。

かかる構成により、ハウジングナット３２は、ねじ部３１ｂを介してハウジング本体３１に固定されている。ハウジング本体３１は、内周ねじ（回転溝）３１ｃをシャンク２の外周ねじ（回転溝）２３に螺合させることで、ハウジング本体３１をシャンク２に対して回転させることにより軸方向に移動させることができる。

ハウジングナット３２は、フレーム５を回転自在に支持する部材であり、スプリング３４によってフレーム５を後方に付勢しながら、軸受３３によってフレーム５を回転自在に支持している。

アジャストリング４は、図２に示すように、リング状の形状をなし、前端面に設けられハウジング本体３１に形成された凹部３１ａに係合される鉤部４１と、鉤部４１に対して周方向で１８０度反対側の内周部に形成されたスライドキー４２と、シャンク２にアジャストリング４を固定するための止めねじ４３（図１参照）と、を備えている。スライドキー４２は、ピン４２ａによってアジャストリング４に固定されている。

アジャストリング４は、シャンク２の拡径部２２に形成された軸方向溝２５にスライドキー４２を係合させた状態で軸方向にスライド移動できるようになっている。
このため、アジャストリング４は、スライドキー４２を軸方向溝２５に係合させてスライドさせながら、ハウジング本体３１を少し回転させて鉤部４１をハウジング本体３１の凹部３１aとハウジング３（ハウジング本体３１とハウジングナット３２）とを一体として回転可能に連結することができる。

フレーム５は、図１に示すように、円筒形状をなして形成され先端部には複数のローラ５１が円周上に出没自在に配設されている。
ローラ５１は、先端部が拡径され、後端部が縮径されたテーパ形状をなし、マンドレル６の外周面に支持された状態でワーク（不図示）の内周面に押圧されて転動（自転）しながらマンドレル６（第１マンドレル６１の先端部）の外周面上を円周方向に移動（公転）してワーク（不図示）の内周面をバニシング加工する。なお、複数のローラ５１が内接する仮想円の直径をツール径δという。なお、ツール径δは、一般的にワークの内径よりも１０〜４０μｍ程度大きくなるように設定する。バニシ量を大きくしたいときはツール径δを大きく設定する。

マンドレル６は、前方側に配設された棒状の第１マンドレル６１と、第１マンドレル６１に連結された筒状の第２マンドレル６２と、を備えている。マンドレル６は、第１マンドレル６１の後部に形成された外周ねじ部６１ａを第２マンドレル６２の前部に形成された内周ねじ部６２ａに螺合させ、連結ナット６３を締めて、第１マンドレル６１と第２マンドレル６２が一体として回転できるように連結されている。

第１マンドレル６１の先端部には、ローラ５１のテーパ形状に適合したテーパ形状部６１ｂが形成されている。第２マンドレル６２には、軸方向中央部にピン部材挿通孔６２ｂが軸方向に直交する方向に貫通して形成され、後端部には付勢手段であるスプリング８２が装着されるガイド穴が形成されている。

〈ツール径調整機構〉
ツール径調整機構は、マンドレル６に対して軸方向にフレーム５を移動させてツール径δを調整する機構である。ツール径δの調整は、アジャストリング４の止めねじ４３を緩めて、アジャストリング４を後方にスライドさせて鉤部４１と凹部３１ａの係合を解除すると、シャンク２に対してハウジング３を回転させて軸方向に移動させることができる。

ハウジング３をシャンク２に近づける方向（後方）に移動させると、ハウジング３に支持されたフレーム５が後方２に移動するため、第１マンドレル６１のテーパ形状部６１ｂに沿ってツール径δを拡大させることができる。一方、ハウジング３をシャンク２から遠ざける方向（前方）に移動させると、ハウジングナット３２に支持されたフレーム５が前方に移動するため、第１マンドレル６１のテーパ形状部６１ｂに沿ってツール径δを縮小させることができる。

〈ツール径追従機構〉
ツール径追従機構８は、ワーク（不図示）の内径寸法にばらつきがあるような場合や微小なテーパを有するような場合であっても、マンドレル６の回転負荷トルクと軸方向力とをバランスさせて加工押圧力を適切に自動調整して、なめらかな超精密仕上げ面を形成するための機構である。

ツール径追従機構８は、シャンク２の先端部に形成された円筒形状部を有する拡径部２２に螺旋状に設けられたリード溝２４（図２参照）と、このリード溝２４に沿って移動自在に配設されたピン部材８１と、第２マンドレル６２に形成されたピン部材挿通孔６２ｂと、シャンク２に装着され第２マンドレル６２を前方に付勢する付勢手段であるスプリング８２と、スプリング８２のねじれを防止するためのベアリング８３と、スプリング８２の付勢力を調整する付勢力調整手段である六角穴付きねじ８４と、を備えている。

ピン部材８１は、第２マンドレル６２に形成されたピン部材挿通孔６２ｂに貫通して挿通された中空ピン８１ａと、中空ピン８１ａの両端部に装着された六角穴付きボルト８１ｂおよび軸受８１ｃと、を備えている。
軸受８１ｃは、外輪がリード溝２４に案内されるように装着され（図３（ａ）参照）、六角穴付きボルト８１ｂと第２マンドレル６２の外周面との間に介装されている。

続いて、本発明の実施形態に係るローラバニシング工具１におけるツール径追従機構８の動作について、図３を参照しながら説明する。
図３は、ツール径追従機構８の動作を説明するための平面図であり、（ａ）は加工前の状態、（ｂ）は加工中においてマンドレル６に過大な負荷トルクＴ１が作用して（ａ）の状態よりもマンドレル６が軸方向にＳ１だけ後退した状態、（ｃ）は加工中において（ｂ）よりもさらに過大な負荷トルクＴ２が作用してマンドレル６が軸方向にＳ２だけ後退した状態である。

本発明の実施形態に係るローラバニシング工具１は、図示しない加工機にシャンク２を装着して回転駆動させると、ツール径追従機構８を介してシャンク２からマンドレル６に駆動トルクが伝達される。ローラ５１をワークの内周面（不図示）に押圧した状態でマンドレル６を回転させながらバニシング加工が行われるが、ワークの内径寸法にばらつきがあると加工中においてマンドレル６に過大な負荷トルクＴ１が作用して、軸方向分力Ｆ１が生じる。

この軸方向分力Ｆ１がスプリング８２の付勢力に抗してピン部材８１がリード溝２４に沿って軸方向に後退しながら回転する（図３（ｂ）参照）。このときに生じる軸方向分力Ｆ１がバニシング加工時における過度な押圧力を低減して適正な押圧力に調整する。
図３（ｃ）に示すように、さらに過大な負荷トルクＴ２が作用してマンドレル６が軸方向にＳ２だけ後退した状態でも同様である。

本発明の実施形態に係るローラバニシング工具１は、ツール径追従機構８を備えたことで、マンドレル６の回転負荷トルクと軸方向力とをバランスさせてバニシング加工時における押圧力を自動調整することができるため、なめらかな超精密仕上げ面を形成ことができる。そして、リード溝２４のねじれ角度（リード量）を工具の仕様に応じて適宜設定することでツール径δの追従範囲を好適に設定することができる。

本発明の実施形態に係るローラバニシング工具１は、シャンク２の先端部に設けられた螺旋状のリード溝２４に沿って移動自在に配設されたピン部材８１によってシャンク２とマンドレル６を連結してツール径追従機構８を構成することで、シャンク２の内部にツール径追従機構８を収容することができるため、ハウジング３の外形寸法を小さくして工具を小型化することができる。

このため、本発明の実施形態に係るローラバニシング工具１は、取り扱い性がよく操作性を向上させることができるとともに、使用適用範囲を拡大して種々の加工機で好適に使用することができる。また、ハウジング３内に可撓性ローラを収容する必要がないため、ハウジング３の構成を簡素化して部品点数および消耗品を削減するとともに、分解組立て性を向上させることができる。

〈分解組立て性〉
本発明の実施形態に係るローラバニシング工具１の分解組立ての仕方について主として図１を参照しながら説明する。
ハウジングナット３２を緩めて、スプリング３４と一緒にハウジング本体３１から外すと、フレーム５をローラ５１と一緒に外すことができる。このとき、軸受３３も外す。

第１マンドレル６１は、連結ナット６３を緩めてから第１マンドレル６１を回すと第２マンドレル６２から外すことができる。アジャストリング４は、止めねじ４３を緩めると軸方向溝２５に沿って軸方向に移動させて外すことができる。アジャストリング４を外すと、ハウジング本体３１を回転させることができるため、シャンク２に対してハウジング本体３１を回転させてハウジング本体３１を外す。

ツール径追従機構８の分解は、まずピン部材８１を分解してはずす。ピン部材８１は、六角穴付きボルト８１ｂを緩めて、軸受８１ｃを外してから、中空ピン８１ａを第２マンドレル６２のピン部材挿通孔６２ｂから引き抜いて外す。
そうすると、シャンク２から第２マンドレル６２を引き抜くことができるため、スプリング８２とベアリング８３を一緒に取り出す。

このようにして、本発明の実施形態に係るローラバニシング工具１は、容易に分解することができる。組み付けの仕方は分解の手順の逆であるから説明は省略する。本発明の実施形態に係るローラバニシング工具１は、取り扱い性がよく容易に分解ができるため、メンテナンス性が良好である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、マンドレル６の先端部にローラ５１を配設して１段式ローラタイプを構成したが、これに限定されるものではなく、ローラ５１の後方にさらにローラ５１とはツール径の異なるローラ（不図示）を設けて２段式ローラタイプを構成することもできる。

１ ローラバニシング工具
２ シャンク
３ ハウジング
４ アジャストリング
５ ローラ支持部材（フレーム）
６ マンドレル
８ ツール径追従機構
２４ リード溝
２５ 軸方向溝
３１ ハウジング本体
３２ ハウジングナット
３３ 軸受
３４ スプリング
５１ ローラ
６１ 第１マンドレル（マンドレル）
６１ａ 外周ねじ部
６１ｂ テーパ形状部
６２ 第２マンドレル（マンドレル）
６２ａ 内周ねじ部
６２ｂ ピン部材挿通孔
８１ ピン部材
８２ スプリング（付勢手段）
８３ ベアリング
Ｆ１ 軸方向分力
Ｆ２ 軸方向分力
Ｔ１ 負荷トルク
Ｔ２ 負荷トルク

Claims (2)

1. 加工機に装着するシャンクと、このシャンクに連結されたハウジングと、このハウジングに対して回転自在に支持された円筒状のローラ支持部材と、このローラ支持部材に装着されたテーパ形状のローラと、このローラのテーパ形状に適合したテーパ形状部を有するマンドレルと、を有するローラバニシング工具であって、
   前記シャンクと前記マンドレルとを連結するツール径追従機構を備え、
   前記ツール径追従機構は、
   前記シャンクの先端部に形成された円筒形状部と、
   この円筒形状部に螺旋状に設けられたリード溝と、
   このリード溝に沿って螺旋状に移動自在に配設されたピン部材と、
   前記マンドレルに形成され前記ピン部材が挿通されたピン部材挿通孔と、
   前記シャンクに装着され前記マンドレルを前方に付勢する付勢手段と、
   を備えたことを特徴とするローラバニシング工具。
2. 前記付勢手段は、付勢力を調整する付勢力調整手段を備えたこと、
   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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