JP6201730B2 - 深穴加工装置および深穴加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、深穴加工装置および深穴加工方法に関する。

従来より、金属又は樹脂などの非加工物（以下「ワーク」という）にドリルにより穴あけ加工を行い、または、ワークに形成された穴の内壁をリーマにより仕上げ加工を行う深穴加工装置が知られている。以下、本明細書において、ドリル又はリーマを「刃具」という。また、本明細書において、深穴とは、穴の直径よりも深さが深いものをいう。
特許文献１に記載の深穴加工装置は、ワークに穴あけ加工を行う刃具の径外側にガイドブッシュを備えている。ガイドブッシュは、刃具を高速回転したときに生じる刃具の刃先の振れ回りを抑制する。

特開２００２−３２１１１１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の深穴加工装置は、ガイドブッシュの内壁と刃具とが接触する構成である。そのため、刃具を高速回転すると、摩擦により発熱量が増加し、又は、ガイドブッシュが摩耗するおそれがある。これにより、ガイドブッシュの耐久性が低下し、ガイドブッシュを使用可能な期間が短くなることが懸念される。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ガイドブッシュの耐久性を高めることの可能な深穴加工装置および深穴加工方法を提供することを目的とする。

第１発明は、軸周りに回転する刃具によりワークに穴あけ加工等を行う深穴加工装置において、刃具の外周から離して設けた円筒形状のガイドブッシュは、刃具の外周に向けて気体または液体を噴出する噴出孔、刃具の軸方向の一方及び他方に刃具の外周との間から漏れ出す気体又は液体の漏れ出し量を規制する二つの規制部、及び、径内方向の内壁に液体を貯留可能な溝部を有することを特徴とする。また、第１発明では、ガイドブッシュは、ワークに穴あけ加工又は仕上げ加工を行うとき、刃具の排出通路が刃具の外周よりも径内側に設けられた箇所であって外周の軸方向に垂直な断面形状が円形状となる箇所の径外方向に設けられることを特徴とする。また、第１発明では、刃具は、ガイドブッシュに非接触で回転可能であることを特徴とする。

第２発明は、深穴加工方法の発明である。この深穴加工方法は、ガイドブッシュの噴出孔から噴出する気体または液体の圧力を、刃具とガイドブッシュの内壁とが非接触に維持される程度に調整することを特徴とする。
これにより、ガイドブッシュと刃具との摩擦による発熱及び摩耗を抑制することができる。

本発明の第１実施形態による深穴加工装置の構成図である。 深穴加工装置が備える刃具の先端部分の断面図である。 深穴加工装置が備えるガイドブッシュの断面図である。 深穴加工装置が備えるガイドブッシュの展開図である。 深穴加工の際の刃具の動きを示す説明図である。 第２実施形態による深穴加工装置のガイドブッシュの展開図である。 第３実施形態による深穴加工装置のガイドブッシュの断面図である。 第４実施形態による深穴加工装置のガイドブッシュの展開図である。 第５実施形態による深穴加工装置の斜視図である。 図９のＸ−Ｘ線の断面図である。 第５実施形態による深穴加工装置の構成図である。 第６実施形態による深穴加工装置の斜視図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線の断面図である。 第７実施形態による深穴加工装置の斜視図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線の断面図である。 第７実施形態による深穴加工装置の構成図である。 第７実施形態による深穴加工装置の構成図である。

以下、本発明による実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図５に示す。第１実施形態の深穴加工装置１は、金属または樹脂などのワーク２に穴あけ加工を行うものである。
図１に示すように、深穴加工装置１は、回転機構１０、刃具２０、及びガイドブッシュ３０などを備える。
回転機構１０として、例えば小型スピンドルモーターが例示される。刃具２０は、軸方向の一端が回転機構１０に取り付けられ、回転機構１０の駆動により軸周りに回転する。

刃具２０によりワーク２に穴あけ加工を行う様子を図２に示す。
刃具２０は、外周壁よりも径内側に供給通路２２と排出通路２３を有する、いわゆるＢＴＡ（Ｂｏｒｉｎｇ＆Ｔｒｅｐａｎｎｉｎｇ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）式のものである。
刃具２０の外周には、環状の案内壁２１が設けられている。供給通路２２は、刃具２０の軸方向に延び、その案内壁２１よりも刃具２０の先端側に開口する。この供給通路２２は、刃具２０の先端に切削液を供給可能である。
排出通路２３は、刃具２０の軸中心に設けられ、刃具２０の先端に開口する。この排出通路２３は、ワーク２の穴あけ加工により生じた切屑を切削液と共に排出可能である。
なお、図２では、切削液の流れを矢印Ａ−Ｅで示している。

上述した案内壁２１は、刃具２０の先端部がワーク２の穴に入り込んだとき、その穴の内壁に摺接して刃具２０の振れ回りを抑制するものである。なお、この案内壁２１は、ワーク２の穴に入り込むまでは刃具２０の振れ回り抑制の機能を発揮しない。

図１に示すように、ガイドブッシュ３０は、ワーク２の近傍に設けられ、刃具２０を挿通可能である。ワーク２の近傍にガイドブッシュ３０を設けることにより、回転機構１０の取り付け箇所を支点とする刃具２０の振れ回りを有効に抑制することが可能である。
なお、ガイドブッシュ３０に挿通される刃具２０は、供給通路２２及び排出通路２３が外周壁よりも径内側に設けられていることから、外周に溝などが設けられておらず、その断面形状が円形である。

図３及び図４に示すように、ガイドブッシュ３０は、刃具２０の径外側に、刃具２０の外周から僅かに離して設けられる。ガイドブッシュ３０は、噴出孔３１、規制部３２、及び溝部３３を有する。
噴出孔３１は、ガイドブッシュ３０の内周壁に開口し、ガイドブッシュ３０の径内側へ気体または液体を噴出可能である。本実施形態の噴出孔３１は、油圧供給手段３から供給された油を刃具２０の外周に向けて所定の圧力で噴出する。
溝部３３は、ガイドブッシュ３０の内周壁に設けられ、噴出孔３１から噴射された油を貯留可能である。本実施形態の溝部３３は、噴出孔３１の開口を中心としてＸ字状に延びるＸ溝３４と、複数のディンプル３５を有する。

規制部３２は、ガイドブッシュ３０の軸方向の一方及び他方において、ガイドブッシュ３０の内壁に溝部３３が設けられていない個所である。規制部３２は、刃具２０の外周とガイドブッシュ３０との間から気体または液体が漏れ出す量を規制する。図３では、噴出孔３１に供給される油の流れを矢印Ｆで示し、規制部３２の外周と規制部３２との間から漏れ出す油の流れを矢印Ｇで示している。噴出孔３１の開口から噴出する油の流量と、刃具２０の外周と規制部３２との間から漏れ出す油の流量を調整することにより、刃具２０の外周とガイドブッシュ３０との間に貯留される油圧が決定する。刃具２０の外周と規制部３２との間から漏れ出す油の流量は、その間の距離ｄにより定められる。
なお、規制部３２から漏れ出した油は、図示しないフィルタによって異物を取り除いた後、再利用することが可能である。

次に、上述した深穴加工装置１を用いた深穴加工方法について説明する。
深穴加工方法は、噴出工程、圧力調整工程、及び穴加工工程を含む。
噴出工程では、油圧供給手段３からガイドブッシュ３０の噴出孔３１に油を供給し、その噴出孔３１開口から油を噴出させる。
圧力調整工程では、油圧供給手段３から噴出孔３１に供給する油圧を、刃具２０とガイドブッシュ３０の内壁とを非接触に維持可能な程度に調整する。刃具２０は高速回転するほど刃先が振れ回りやすいので、刃具２０を回転数を高くする程、油圧供給手段３から噴出孔３１に供給する油圧を高圧にすることが好ましい。
また、刃具２０の外周と規制部３２との距離ｄが近い場合、油圧供給手段３から噴出孔３１に供給する油圧を低く調整することが可能である。一方、刃具２０の外周と規制部３２との距離ｄが遠い場合、油圧供給手段３から噴出孔３１に供給する油圧を高く調整する。

そして、穴加工工程では、回転機構１０の駆動により刃具２０を軸周りに回転し、ワーク２に穴あけ加工を行う。このとき、刃具２０の供給通路２２を通じて刃具２０の先端に切削液を供給し、ワーク２の穴あけ加工により生じた切屑を切削液と共に排出通路２３を通じて排出する。
刃具２０の先端部に設けられた環状の案内壁２１がワーク２の穴の内壁と摺動する前まで、刃具２０はガイドブッシュ３０によって振れ回りが抑制される。ガイドブッシュ３０は、刃具２０と非接触で刃具２０の振れ回りを抑制する。

ガイドブッシュ３０が刃具２０の振れ回りを抑制する様子を図５に示す。なお、図５では、ガイドブッシュ３０の溝部３３を省略してある。
穴加工工程では、刃具２０を高速に回転するに従い、遠心力が増し、刃具２０の先端が振れ回る傾向にある。そのため、ガイドブッシュ３０の中心軸Ｏ１の周りを刃具２０の中心軸Ｏ２が公転する。このときのガイドブッシュ３０の内壁と刃具２０との間の油圧を、図５の一点鎖線α及び矢印βで示す。この油圧は、ガイドブッシュ３０の内壁と刃具２０との距離が近いほど高圧となり、ガイドブッシュ３０の内壁と刃具２０との距離が遠いほど低圧となる。したがって、油の反発力により、ガイドブッシュ３０の内壁と刃具２０との間に油膜γが形成され、刃具２０はガイドブッシュ３０の内壁に非接触で回転する。その結果、ガイドブッシュ３０の内壁と刃具２０との摩擦によるトルクむらがなくなることで、刃具２０の振れ回りがさらに抑制される。また、仮にガイドブッシュ３０の内周または刃具２０の外周の断面形状が製造公差により真円でないとしても、その影響による振れ回りが油膜γによって低減される。

第１実施形態では次の作用効果を奏する。
（１）第１実施形態の深穴加工装置１は、刃具２０の外周に向けて油を噴出可能な噴出孔３１を有するガイドブッシュ３０を備えている。これにより、ガイドブッシュ３０の内壁と刃具２０との間に油膜γが形成され、刃具２０はガイドブッシュ３０の内壁と非接触で回転する。したがって、ガイドブッシュ３０と刃具２０との摩擦による発熱及び摩耗が抑制されるので、ガイドブッシュ３０の耐久性を高めることができる。

（２）第１実施形態では、刃具２０の供給通路２２及び排出通路２３は、刃具２０の外周壁よりも径内側に設けられる。これにより、刃具２０の外周を円筒状にすることが可能である。そのため、ガイドブッシュ３０の規制部３２と刃具２０との隙間から漏れ出す油の流量を規制し、ガイドブッシュ３０の内側の油圧を維持することが可能である。したがって、ガイドブッシュ３０の内壁と刃具２０との間に油膜γを形成することができる。

（３）第１実施形態では、ガイドブッシュ３０は、その軸方向の一方及び他方の内壁に規制部３２を有する。規制部３２と刃具２０との隙間ｄの調整により、ガイドブッシュ３０の内側の油圧を維持することができる。

（４）第１実施形態では、ガイドブッシュ３０は、その径内方向の内壁に溝部３３を有する。溝部３３が油を貯留することにより、ガイドブッシュ３０の内側の油圧は一定に維持される。したがって、ガイドブッシュ３０の内壁と刃具２０との間に油膜γを形成することができる。

（５）第１実施形態の深穴加工方法では、ガイドブッシュ３０の噴出孔３１から噴出する油圧は、ガイドブッシュ３０の内壁と刃具２０との間に油膜γが形成可能な程度に調整される。これにより、ガイドブッシュ３０の内壁と刃具２０とが非接触で回転するので、ガイドブッシュ３０と刃具２０との摩擦による発熱及び摩耗を抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の深穴加工装置について、図６を参照して説明する。なお、以下、複数の実施形態において、上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、深穴加工装置のガイドブッシュ４０は、その径内方向の内壁に、複数の細孔４１を有する多孔質材料を有する。図６は、ガイドブッシュ４０の内壁の展開図であり、多孔質材料の有する複数の細孔４１を模式的に拡大して示したものである。第２実施形態では、この多孔質材料の複数の細孔４１が、特許請求の範囲に記載の噴出孔に相当する。
ガイドブッシュ４０は、図示しない空気供給手段から供給された空気を多孔質材料の細孔４１を通じて所定の圧力で噴出する。なお、空気供給手段は、工場設備のコンプレッサーなどが例示される。

ガイドブッシュ４０は、軸方向の一方及び他方の内壁において、ガイドブッシュ４０の内壁と刃具２０の外周との間から漏れる空気の流量を規制する。多孔質材料の細孔４１から噴出する空気の流量と、ガイドブッシュ４０の内壁と刃具２０の外周との隙間から漏れる空気の流量とを調整することにより、ガイドブッシュ４０と刃具２０との間に貯留される気圧が定まる。
ガイドブッシュ４０の内壁と刃具２０との間に空気の層が形成されることにより、刃具２０はガイドブッシュ４０の内壁と非接触で回転する。

第２実施形態では、ガイドブッシュ４０は、その径内方向の内壁に、複数の細孔４１を有する多孔質材料を有する。これにより、その多孔質材料の複数の細孔４１から刃具２０の全周に向けて空気を噴出し、ガイドブッシュ４０の内壁と刃具２０との間に空気の層を形成することが可能である。したがって、ガイドブッシュ４０と刃具２０との摩擦による発熱及び摩耗を抑制し、ガイドブッシュ４０の耐久性を高めることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態の深穴加工装置について、図７を参照して説明する。
第３実施形態では、ガイドブッシュ５０の径内方向の内壁は、軸方向から見て、３個の円弧面５１，５２，５３により形成されている。円弧面５１，５２，５３は、径外方向に凸状である。これにより、ガイドブッシュ５０の内壁と刃具２０との距離が近い箇所が刃具２０の円周上に等間隔で３か所形成される。一方、ガイドブッシュ５０の内壁と刃具２０との距離が遠い箇所が刃具２０の円周上に等間隔で３か所形成される。ガイドブッシュ５０の内壁と刃具２０との距離が近い箇所の油圧による反発力は、ガイドブッシュ５０の内壁と刃具２０との距離が遠い箇所の油圧による反発力よりも大きいものとなる。

ガイドブッシュ５０の噴出孔５４，５５，５６は、ガイドブッシュ５０の内壁と刃具２０との距離が遠い箇所に開口し、油圧供給手段３から供給された油を所定の圧力で噴出する。そのため、この噴出孔５４，５５，５６は、ガイドブッシュ５０の内壁と刃具２０との距離が近い箇所の油圧による反発力を阻害することがない。また、この噴出孔５４，５５，５６は、ガイドブッシュ５０の内壁と刃具２０との距離が遠い全ての箇所に設けられるので、ガイドブッシュ５０の内側の油圧のばらつきが抑制される。

第３実施形態では、ガイドブッシュ５０は内壁が３個の円弧面５１，５２，５３により形成されている。これにより、ガイドブッシュ５０の内壁に、油圧による反発力の大きい箇所が３箇所形成される。したがって、油膜の３点支持によって刃具２０の振れ回りを抑制することができる。
なお、第３実施形態では、３個の円弧面５１，５２，５３によりガイドブッシュ５０の内壁を形成したが、ガイドブッシュ５０の内壁は３個以上の奇数個の円弧面によって形成すればよい。これにより、ガイドブッシュ５０は奇数の箇所で刃具２０を支持することが可能になり、刃具２０の振れ回りを抑制することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態の深穴加工装置について、図８を参照して説明する。図８は、深穴加工装置のガイドブッシュ６０の内壁の展開図である。
第４実施形態では、ガイドブッシュ６０は、その径内方向の内壁に、３個の噴出孔６１，６２，６３と、複数のＶ字型の溝部６４と、規制部６５を有する。
噴出孔６１，６２，６３は、油圧供給手段３から供給された油を所定の圧力で噴出する。溝部６４は、噴出孔６１，６２，６３から噴射された油を貯留可能である。
第４実施形態では、上述した第１〜第３実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態の深穴加工装置について、図９から図１１を参照して説明する。なお、図９、図１２、図１４では、ガイドブッシュ３０を部分断面図として示している。
第５実施形態では、刃具２０は、排出通路２４，２５が軸中心よりも径外方向に２本設けられている。２本の排出通路２４，２５は、刃具２０の先端部側と回転機構側に開口している。排出通路２４，２５は、刃具２０の先端部側に切屑導入口２６を有し、回転機構側に切屑排出口２７を有する。
図９及び図１０に示すように、刃具２０は、排出通路２４，２５の径外側を覆うカバー部２８を有する。刃具２０は、カバー部２８を有する箇所において、その外周が円筒状に形成される。ガイドブッシュ３０は、カバー部２８の径外側に設けられる。

ここで、図１１に示すように、カバー部２８の軸方向の長さをＬ１とし、ガイドブッシュ３０の長さをＬ２とする。また、ワーク２の穴あけ加工４の深さをＬ３とする。このとき、カバー部２８の軸方向の長さＬ１は、ガイドブッシュ３０の長さＬ２と、ワークの穴あけ加工４の深さＬ３との和よりも長い。即ち、Ｌ１＞Ｌ２＋Ｌ３ である。これにより、ガイドブッシュ３０の規制部３２とカバー部２８との隙間から気体又は液体が漏れる流量を規制することが可能である。したがって、ガイドブッシュ３０とカバー部２８との間に貯留される気圧または油圧を維持し、その間に空気の層又は油膜を形成することができる。

第５実施形態では、穴あけ加工によって生じた切屑を複数の排出通路２４，２５によって良好に排出することが可能であると共に、ガイドブッシュ３０と刃具２０との摩擦による発熱及び摩耗を抑制することができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態の深穴加工装置について、図１２及び図１３を参照して説明する。
第６実施形態では、刃具２０は、排出通路２９を軸中心に備えている。この排出通路２９は、刃具２０の先端部側に切屑導入口２６を有し、回転機構側に切屑排出口２７を有する。
図１３に示すように、刃具２０は、排出通路２９の径外側を覆うカバー部２８を有する。刃具２０は、カバー部２８を有する箇所において、その外周が円筒状に形成される。ガイドブッシュ３０は、カバー部２８の径外側に設けられる。そのため、ガイドブッシュ３０とカバー部２８との間に気圧または油圧が貯留され、その間に空気の層又は油膜が形成される。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態の深穴加工装置について、図１４から図１７を参照して説明する。
第７実施形態では、刃具２０は、排出通路を備えていない。ガイドブッシュ３０は、刃具２０の先端切欠部２００よりも回転機構側に設けられる。
図１５に示すように、刃具２０は、先端切欠部２００よりも回転機構側が円柱状である。そのため、ガイドブッシュ３０と刃具２０の外周との間に気圧または油圧が貯留され、その間に空気の層又は油膜が形成される。

図１６に示すように、第７実施形態の刃具２０は、ワーク２に貫通した貫通孔５の内壁の仕上げ加工を行うことが可能である。この場合、切削により生じた切屑は、貫通孔５の刃具２０と反対側の開口６から排出される。
また、図１７に示すように、第７実施形態の刃具２０は、ワーク２に形成された止まり穴７の内壁の仕上げ加工を行うことが可能である。この止まり穴７は、横方向に開口部８が設けられている。この場合、止まり穴７の仕上げ加工により生じた切屑は、その開口部８から排出される。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、ワークに穴あけ加工を行う深穴加工装置について説明した。これに対し、他の実施形態では、深穴加工装置は、ワークに形成された穴の内壁の仕上げ加工を行うものであってもよい。
本発明の刃具は、軸周りに回転してワークに穴あけ加工又は仕上げ加工を行う刃具であれば、いずれの構成であってもよい。
本発明は、上記複数の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１ ・・・深穴加工装置
２ ・・・ワーク
１０・・・回転機構
２０・・・刃具
２２・・・供給通路
３０，４０，５０，６０・・・ガイドブッシュ
３１，４１，５４，５５，５６，６１，６２，６３・・・噴出孔

Claims (7)

1. 軸周りに回転してワーク（２）に穴あけ加工又は仕上げ加工を行うことが可能なよう設けられ、軸方向に延びて前記ワークの穴あけ加工又は仕上げ加工により生じた切屑を排出可能な排出通路（２３，２９）を有する刃具（２０）と、
   前記刃具を回転する回転機構（１０）と、
   前記刃具の外周から離して設けられ、前記回転機構により回転する前記刃具の外周に向けて気体または液体を噴出する噴出孔（３１，４１，５４，５５，５６，６１，６２，６３）、前記刃具の軸方向の一方及び他方に前記刃具の外周との間から前記刃具の外周に向けて噴出される気体又は液体が漏れ出し可能に設けられ当該気体又は液体の漏れ出し量を規制する二つの規制部（３２，６５）、及び、径内方向の内壁に液体を貯留可能な溝部（３３，６４）を有する円筒形状のガイドブッシュ（３０，４０，５０，６０）と、
   を備え、
   前記ガイドブッシュは、前記刃具によって前記ワークに穴あけ加工又は仕上げ加工を行うとき、前記刃具の前記排出通路が前記刃具の外周よりも径内側に設けられた箇所であって外周の軸方向に垂直な断面形状が円形状となる箇所の径外方向に設けられ、
   前記刃具は、前記ガイドブッシュに非接触で回転可能なことを特徴とする深穴加工装置（１）。
2. 前記ガイドブッシュ（４０）は、その径内方向の内壁に、前記刃具の外周に向けて気体を噴出可能な複数の細孔（４１）を有する多孔質材料を有することを特徴とする請求項１に記載の深穴加工装置。
3. 前記ガイドブッシュ（５０）の径内方向の内壁は、軸方向から見て、３以上の奇数の円弧面（５１，５２，５３）により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の深穴加工装置。
4. 前記排出通路（２３）は、前記刃具の軸中心に設けられることを特徴とする請求項１に記載の深穴加工装置。
5. 前記刃具は、前記排出通路（２４，２５，２９）の径外側を覆うカバー部（２８）を有し、
   前記カバー部の軸方向の距離（Ｌ１）は、前記ワークの穴あけ加工の深さ（Ｌ３）と前記ガイドブッシュの軸方向の長さ（Ｌ２）との和よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の深穴加工装置。
6. 請求項１に記載の深穴加工装置を用いた深穴加工方法であって、
   前記ガイドブッシュの前記噴出孔から気体または液体を噴出させる噴出工程と、
   前記気体または液体の圧力を、前記ガイドブッシュの内壁と前記刃具とが非接触に維持される程度に調整する圧力調整工程と、を含むことを特徴とする深穴加工方法。
7. 前記圧力調整工程では、
   前記ガイドブッシュの軸方向の一方及び他方に設けられた前記規制部と前記刃具の外周との距離が近い程、前記噴出孔から噴出する気体または液体の圧力を低く調整し、
   前記ガイドブッシュの前記規制部と前記刃具の外周との距離が遠い程、前記噴出孔から噴出する気体または液体の圧力を高く調整することを特徴とする請求項６に記載の深穴加工方法。

Images