JPH06143008A - 孔整形加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】予め被加工物にあけた孔に溶接用の面取り部な
どの整形加工を施す場合、外部からの機械的作業のみに
よって加工を行う。 【構成】主軸２１に取付けられたアウタシャフト２２
と、その中心部に一体回転可能に、かつ軸方向に一定範
囲スライド可能に挿入され、先端側に向ってスプリング
３０により付勢されたインナシャフト２３とを備える。
インナシャフト２３の先端に出没可能なカッタ２４を備
え、整形加工位置まで移動した前進位置で停止させる位
置決め機構２５を備える。カッタ２４をアウタシャフト
２２から突出させるとともにアウタシャフト２２の逆動
作に関連してカッタを２４アウタシャフトに退入させる
カム機構２６を備える。給油通路５１に給油を行う給油
機構２７を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば熱交換器の管板
に形成される管孔の水室内側隅角部を面取り加工する場
合等に適用される孔整形加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９に、被加工物である熱交換器の一例
として、原子力発電プラントや火力発電プラントに適用
される高圧給水加熱器の構成を示している。

【０００３】水室１の内部が仕切板２によって給水入口
室３と給水出口室４とに二分され、各室３，４に給水入
口孔５および給水出口孔６が開設されている。

【０００４】給水入口室３と給水出口室４とは多数の加
熱チューブ７によって接続され、この加熱チューブ７は
本体胴８によって囲まれている。本体胴８には蒸気入口
９および蒸気出口１０が形成されている。

【０００５】運転時には、蒸気入口９から本体胴８に供
給される加熱用の蒸気が、給水入口室３から水室１内を
経て加熱チューブ７に流動する給水ｂを加熱する。

【０００６】ところで水室１に供給される給水ｂは、プ
ラントによっては３００kgf/cm² 以上の高圧となるた
め、水室１は耐圧強度を考慮して球形状とされる場合が
多い。また、高圧給水が本体胴側へ漏洩するのを防止す
るため、図１０に示すように、加熱チューブ７の管端７
ａを溶接部１１によって管板１ａに固着する場合が多
い。

【０００７】このような加熱チューブ７の溶接のため、
通常は図１１に示すように、管板１ａに予め管孔１２を
形成した後、溶接開先として水室１の内部（給水出入口
室３，４側）に面取り部１３の整形加工を施している。
この面取り部１３には、管孔径Ｄ、開先深さｎ、および
開先角度θについて高精度が要求される。

【０００８】従来、このような面取り部１３の整形加工
を行う場合、例えば図１２に示すように、水室１を上下
逆にして、その内部にマグネット式のボール盤１３を搬
入し、作業者１４も内部に入って手作業で行うことが多
い。

【０００９】また、図１３に示すように、水室１を縦状
態として、その内部に作業者１４が入り、外側から管孔
１２に挿入した回転軸１５に内部から作業者が面取り用
カッタ１６を装着して作業する場合もある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１２に示
す手作業による場合には、ボール盤１３等の位置決めが
面倒で安定性も悪く、整形加工に高精度が出にくい。ま
た、管板１ａ表面の材質がＳＵＳ３０４等のステンレス
鋼の場合、マグネット式ボール盤１３が着磁しないため
作業能率が悪く、危険性を伴う場合もある。さらに同作
業では、管板１ａを上向きにして作業を行うので、管板
１ａの内表面を損傷する可能性もある。

【００１１】一方、図１３に示す作業では、整形加工自
体は機械的に行えるものの、カッタ１６の着脱は手作業
によるため、作業性が悪く、また加工精度も比較的悪く
なり易い。

【００１２】このように、従来の作業においては、狭い
室内での手作業が必要であったことから、作業能率が低
く、高精度の加工が困難であり、また熟練を必要とする
など多くの問題があった。

【００１３】本発明はこのような事情にに鑑みてなされ
たもので、予め被加工物にあけた孔に溶接用の面取り部
などの整形加工を施す場合、外部からの機械的作業のみ
によって加工が行え、したがって被加工物内での手作業
を省略して加工が容易かつ安全に、しかも高能率・高精
度で行える孔整形加工装置を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、軸心周りの回転および軸方向に沿う進退
動作を行なう主軸を有する駆動機構と、この駆動機構の
主軸に一端が同軸的に取付けられて一体動作し、その他
端が自由先端とされて被加工物に形成された孔の開口端
側から奥側に挿入可能なアウタシャフトと、このアウタ
シャフトの中心部に一体回転可能に、かつ軸方向に一定
範囲スライド可能に挿入され、前記アウタシャフトの先
端側に向ってスプリングにより付勢されたインナシャフ
トと、このインナシャフトの先端に連結され前記アウタ
シャフトの内部から軸心と交差する方向に出没可能とさ
れたカッタと、前記インナシャフトに一体的に設けられ
前記カッタが整形加工位置まで移動した前進位置で前記
被加工物の表面に当接して前記インナシャフトを停止さ
せる位置決め機構と、この位置決め機構による前記イン
ナシャフトの停止位置から前記アウタシャフトの前進に
関連して前記カッタを前記アウタシャフトから突出させ
るとともに前記アウタシャフトの逆動作に関連して前記
カッタを前記アウタシャフトに退入させるカム機構と、
前記インナシャフトの内部に形成され吐出口が前記カッ
タに臨む給油通路ならびに前記アウタシャフトとインナ
シャフトとの摺接部に形成されて前記カッタ突出位置で
互いに連通し前記給油通路に給油を行う開閉通路を有す
る給油機構とを備えたものである。

【００１５】

【作用】このような構成の本発明に係る孔整形加工装置
によれば、被加工物に形成された孔の内奥部における面
取り加工、あるいは段差形成加工等を手作業を必要とし
ないで行うことができる。

【００１６】すなわち、孔整形加工時には、まず駆動機
構の主軸の軸方向前進移動によって、アウタシャフトを
被加工物の孔に挿入してゆく。このとき、インナシャフ
トはアウタシャフト内で一定範囲軸方向にスライド可能
であるが、スプリングによって先端側に向って付勢され
た状態にあることから、最初はインナシャフトがアウタ
シャフトとともに軸方向に一体的に前進移動する。

【００１７】アウタシャフトが被加工物側に所定位置ま
で前進したとき、位置決め機構が被加工物の端面に当接
し、この位置決め機構と一体的なインナシャフトが停止
する。なお、この当接停止位置を整形加工位置として設
定しておく。つまり、本発明においては、インナシャフ
トに設けたカッタが加工位置まで移動した時に、位置決
め機構が被加工物の端面に当接するように設定してお
く。その設定操作は、加工モデルによるシミュレーショ
ンまたは計算等によって行うことができる。

【００１８】この位置決め機構の被加工物への当接によ
って、インナシャフトが停止した後、なおもアウタシャ
フトを付勢力に抗して前進させる。インナシャフトが停
止した状態でアウタシャフトのみが前進すると、アウタ
シャフトとインナシャフトとの相対動作によってカム機
構が働き、カッタはアウタシャフトから軸方向と交差す
る方向に移動して突出する。この突出量は、アウタシャ
フトの移動量によって定まる。

【００１９】駆動機構によるアウタシャフトの回転は任
意の時期に行え、例えば最初の軸方向移動時から行うこ
ともできる。このアウタシャフトの回転に伴ってカッタ
が回転し、カッタの突出量に応じて被加工物の孔の奥側
内面が切削され、これにより整形加工が行える。このカ
ッタによる切込み量の設定は、アウタシャフトの前進量
に基づくカッタの突出量によって行われる。

【００２０】また、カッタが突出するアウタシャフトの
移動位置で、給油機構の開閉通路が互いに連通状態とな
り、この給油機構の給油通路を介してカッタ部に切削油
の供給が行われ、切削加工は所定の冷却状態で円滑に行
え、発生した切屑は外部に排出される。これにより、切
屑詰りが防止されるとともに、切れ味が向上して加工精
度が良好となる。

【００２１】切削終了後は、前記の逆動作、すなわちア
ウタシャフトの後退を行なわせる。このとき、最初はア
ウタシャフトのみが後退動作し、インナシャフトは一定
範囲まで留っている。このインナシャフト停止状態下で
のアウタシャフトの相対移動によって、カッタがアウタ
シャフトの内方に戻るとともに、給油機構の開閉通路が
閉じて切削油の供給が止まる。

【００２２】その後、なおもアウタシャフトが後退し、
インナシャフトとの相対スライド可能な範囲を越える位
置まで後退すると、インナシャフトも後退し、位置決め
機構も被加工物から離間する。そして、アウタシャフト
の先端が孔から抜け出る位置まで後退して１行程が終了
する。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図６を参照
して説明する。

【００２４】本実施例の孔整形加工装置は、熱交換器の
管板１ａに形成される管孔１２の水室１内側を溶接開先
として面取り加工するためのものである。同装置は図１
に示すように、大別して駆動機構２１、アウタシャフト
２２、インナシャフト２３、カッタ２４、位置決め機構
２５、カム機構２６、給油機構２７等を備える。

【００２５】駆動機構２１は、モータおよびギア等の図
示しない駆動部と、この駆動部に連結された主軸２１ａ
とを有する。主軸２１ａは、軸心ｃ周りの回転および軸
方向（図の上下方向）ｄに沿う進退動作を行なうように
なっており、先端面（下端面）にシャフト挿着用の開口
部２１ｂが形成されている。

【００２６】アウタシャフト２２は図１，図２および図
３に示すように、太径長尺な円柱状のもので、テーパ状
の一端（図の上端；基端）が駆動機構２１の主軸２１ａ
の開口部２１ｂに同軸的に嵌合挿着されて主軸２１ａと
一体動作するようになっており、他端（図の下端；先
端）が自由端となっている。このアウタシャフト２２の
自由端が管板１ａに形成された管孔１２に挿入可能とさ
れている。なお、アウタシャフト２２の軸方向中間部お
よび自由端側には、軸直角方向に貫通するスリット状の
溝孔２８，２９がそれぞれ穿設されている。

【００２７】また、インナシャフト２３は細径なパイプ
状のもので、アウタシャフト２２にあけた中心孔２２ａ
に摺動可能に挿着されている。このインナシャフト２３
の一端（図の上端）が、アウタシャフト２２の中心孔２
２ａに挿入した圧縮コイルスプリング３０によって、他
端側（図の下端側）に付勢されている。この付勢力に対
するインナシャフト２３の係止等については、後述する
位置決め機構２５とともに説明する。インナシャフト２
３の下端には、整形加工用のカッタ２４がリンク３１を
介して首振り可能に連結されている。３２はインナシャ
フト２３の下端に固定されたピンクレビス、３３はピン
クレビス３２とリンク３１とを連結する連結ピン、３４
はリンク３１とカッタ２４とを連結する連結ピンであ
る。これらカッタ２４およびリンク３１等は、前述した
アウタシャフト２２の先端側の溝孔２９に挿入されてい
る。

【００２８】カッタ２４は細長プレート状のもので、一
側縁に面取り用の切刃２４ａを有する。このカッタ２４
を駆動するカム機構２６は、カッタ２４のプレート部分
に穿設した一対の傾斜状のカム孔３５と、アウタシャフ
ト２２の先端側軸心位置に設けられ各カム孔３５に係合
する一対のカムピン３６とによって構成されている。そ
して、インナシャフト２３がアウタシャフト２２に対し
て図１の所定引上げ位置にあるときには、同図のように
カム孔３５の上端部にカムピン３６が係合して、カッタ
２４はアウタシャフトの溝孔２９内に収納された状態と
なっており、一方、インナシャフト２３がアウタシャフ
ト２２に対して図４に示すように、所定引き下げ位置ま
で移動（前進）したときには、同図のようにカム孔３５
の下端部にカムピン３６が係合して、カッタ２４がアウ
タシャフト２２の軸心と交差する方向に押動され、溝孔
２９から側方に突出する。この状態でカッタ２４がアウ
タシャフト２２とともに回転すると、面取り用の切削、
すなわち整形加工が行われるものである。

【００２９】このような切削位置を設定するのが位置決
め機構２５である。位置決め機構２５は、アウタシャフ
ト２２の軸方向中間部の外周面にスライドベアリング３
７を介して摺動可能に嵌合したスライドリング３８と、
このスライドリング３８の外周面に螺合した段付き筒状
のストッパボックス３９と、このストッパボックス３９
の下端に螺合した筒状のストッパ４０とを有する構成と
されている。詳述すると、ストッパボックス３９はねじ
部４１を介してスライドリング３８に軸方向位置を調整
可能に螺合され、この螺合部分において両者が所定の軸
方向螺合位置で止めねじ４２により固定されている。ま
た、ストッパボックス３９は下端側が小径となる段部４
３を有し、この段部４３下の小径部分に、その外周のね
じ部４４を介してストッパ４０が軸方向位置を調整可能
に螺合され、この螺合部分において両者が所定の軸方向
螺合位置で止めねじ４５により固定されている。ストッ
パ４０の径は、管孔１２よりも大径とされている。

【００３０】アウタシャフト２２には、スライドベアリ
ング３７が軸方向に所定距離ｈ相対移動したときに当接
してその移動を停止する一対のストッパリング４６，４
７が設けられている。すなわち、これらストッパリング
４６，４７に当接する距離ｈの範囲でスライドベアリン
グ３７が軸方向に距離ｈだけ移動できる。

【００３１】一方、アウタシャフト２２の中間部の溝孔
２８に挿入する配置で、インナシャフト２３にローラホ
ルダ４８が被嵌され、止めねじ４９で固定されている。
このローラホルダ４８に複数のガイドローラ５０が取付
けられ、このガイドローラ５０がストッパボックス３９
の段部４３の表面に当接して回動し得るようになってい
る。

【００３２】したがって、通常は図１に示すように、イ
ンナシャフト２３がアウタシャフト２２内で圧縮コイル
スプリング３０によって図の下方に付勢されており、こ
の付勢力によってインナシャフト２３に固定状態とされ
たガイドローラ５０がストッパボックスの段部４３に当
接してこれを押下げ、ストッパボックス３９と固定状態
にあるスライドベアリング３７が下側のストッパリング
４７に当接し、この状態でアウタシャフト２２に対して
インナシャフト２３が軸方向で停止しているものであ
る。

【００３３】また、この状態においては同時に、図１に
示すように、カム機構２６を構成するカムピン３６がカ
ッタ２４のカム孔３５の上端部に係合して、カッタ２４
がアウタシャフトの溝孔２９内に収容されて非突出状態
となっている。

【００３４】この状態からアウタシャフト２２が下降す
ると、ストッパ４０が管板１ａに当接するとともに、ガ
イドローラ５０が段部４３に当接してインナシャフト２
３が下降不能に停止保持されているので、アウタシャフ
ト２２のみが下降することになる。

【００３５】したがって、アウタシャフト２２のみが図
４に示すように下降して、カムピン３６がそれにつれて
加工するから、カムピン３６がカム溝３５の下端側に係
合し、カッタ２４はカム作用によって側方に押出され、
前述した切削位置に突出するものである。よって、この
状態で駆動機構２１によってアウタシャフト２２が回転
すると、面取り用の整形加工としての切削が行われる。
カッタ２４の切削位置は、ストッパ４０の管板１ａに対
する当接位置によって定まるから、管板１ａの厚さｔに
対応してストッパ４０とストッパボックス３９との螺合
度合を調節しておけばよい。

【００３６】ここで給油機構２７について説明する。イ
ンナシャフト２３の中心部に給油通路５１が穿設され、
この給油通路５１はカッタ２４に臨む吐出口５２に連通
している。一方、アウタシャフト２２とインナシャフト
２３との摺接部には、カッタ２４が切削用として突出す
るシャフト２２，２３同士の相対スライド位置で互いに
連通して給油通路５１に給油を行う開閉通路５３，５４
が設けられている。アウタシャフト２２の開閉通路５４
部位は給油リング５５で囲まれ、この給油リング５５に
給油配管５６が接続されている。なお、給油リング５５
および給油配管５６はアウタシャフト２２とともに軸方
向に移動可能である。ただし、アウタシャフト２２の回
転は許容する。その際のシールはシールリング５７によ
って行われるようになっている。

【００３７】次に作用を説明する。上記構成の本実施例
に係る孔整形加工装置によれば、管板１ａに形成された
管孔１２の内奥部における面取り加工を手作業を必要と
しないで行うことができる。

【００３８】すなわち、管孔１２の面取り用の整形加工
時には、駆動機構２１の主軸２１ａを回転と同時に軸方
向に前進（図１では下降）させ、アウタシャフト２２を
管板１ａの管孔１２に挿入してゆく。このとき、インナ
シャフト２３はアウタシャフト２２内で一定範囲軸方向
にスライド可能であるが、圧縮コイルスプリング３０に
よって先端側（下方）に向って付勢されてストッパリン
グ４７に当接しているので、図１の如く最初はインナシ
ャフト２３がアウタシャフト２２とともに軸方向に一体
的に前進移動（下降）する。

【００３９】アウタシャフト２２が管板１ａの管孔１２
内に挿通されて図１に示す所定位置まで前進したとき、
位置決め機構２５のストッパ４０が管板１ａの外端面ｅ
に当接し、この位置決め機構２５と一体的なインナシャ
フト２３が停止する。そこで、この当接停止位置を整形
加工位置として設定しておく。つまり、本実施例におい
ては、インナシャフト２３に設けたカッタ２４が加工位
置まで移動した時に、位置決め機構２５が管板１ａの外
端面ｅに当接するように設定しておく。その設定操作
は、加工モデルによるシミュレーションまたは計算等に
よって行うことができる。

【００４０】この位置決め機構２５の管板１ａへの当接
によって、インナシャフト２３が停止した後、なおもア
ウタシャフト２２を圧縮コイルスプリング３０の付勢力
に抗して前進させる。インナシャフト２３が停止した状
態でアウタシャフト２２のみが前進すると、アウタシャ
フト２２とインナシャフト２３との相対動作によってカ
ム機構２６が働き、カッタ２４は図４に示すように、ア
ウタシャフト２２から軸心と交差する方向に移動して突
出する。

【００４１】しかして、アウタシャフト２２の回転に伴
ってカッタ２４が回転し、カッタ２４の突出量に応じて
管板１ａの管孔１２の裏面側が切削され、これにより溶
接開先形成用の面取り加工が行える。このカッタ２４に
よる切込み量の設定は、アウタシャフト２２の前進量に
基づくカッタ２４の突出量によって行われる。

【００４２】また、カッタ２４が突出するアウタシャフ
ト２２の移動位置で、図６に示すように、給油機構２７
の開閉通路５３，５４が互いに連通状態となり、この給
油機構２７の給油通路５１を介してカッタ２４部に切削
油の供給が行われ、切削加工は所定の冷却状態で円滑に
行え、発生した切屑は外部に排出される。これにより、
切屑詰りが防止されるとともに、切れ味が向上して加工
精度が良好となる。

【００４３】切削終了後は、前記と逆動作、すなわちア
ウタシャフト２２の後退を行なわせる。このとき、最初
はアウタシャフト２２のみが後退動作し、インナシャフ
ト２３は圧縮コイルスプリング３０の付勢力が作用する
一定位置まで停止している。このインナシャフト２３の
停止状態下のアウタシャフト２３の相対移動によって、
カッタ２４がアウタシャフト２２の溝孔２９の内方に戻
るとともに、図５に示すように、給油機構２７の開閉通
路５３，５４が閉じて切削油の供給が止まる。その後、
なおもアウタシャフト２２が後退し、インナシャフト２
３との相対スライド可能な範囲を越える位置まで後退す
ると、インナシャフト２２も後退し、位置決め機構２５
も管板１ａから離間する。そして、アウタシャフト２３
の先端が管孔１２から抜け出る位置まで後退して１行程
が終了する。

【００４４】なお、本発明は、前記実施例に示した面取
り用の整形加工に限らず、カッタ形状を変えることによ
り、種々の整形加工に適用することができる。例えば図
７に示すように、カッタ２４が複数段の鍔状切刃２４ｂ
を有する構造とすれば、孔１２ａ内面にリング状溝を形
成するものとすることができる。また、図８に示すよう
に、カッタ２４の軸方向両端部に切刃２４ａ，２４ｃを
設けた構成とすれば、被加工物の孔１２ａ周囲の両端面
位置での整形加工が行える。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、予め被
加工物にあけた孔に溶接用の面取り部などの整形加工を
施す場合、外部からの機械的作業のみによって加工が行
え、したがって被加工物内での手作業を省略して加工が
容易かつ安全に、しかも高能率・高精度で行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図で、切削前の
状態を示す図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図。

【図４】前記実施例における切削状態を示す図。

【図５】前記実施例おける給油機構を示す部分拡大図
で、通路閉状態を示す図。

【図６】同実施例おける給油機構を示す部分拡大図で、
通路開状態を示す図。

【図７】本発明の他の実施例を示す部分断面図。

【図８】本発明のさらに他の実施例を示す部分断面図。

【図９】被加工物を例示した図で、熱交換機の断面図。

【図１０】図９に示す孔部の拡大図。

【図１１】図１０に示す孔部の加工時の状態を示す図。

【図１２】従来技術を示す図。

【図１３】他の従来技術を示す図。

【符号の説明】

１ａ 被加工物（管板） １２ 孔（管孔） ２１ 駆動機構 ２１ａ 主軸 ２２ アウタシャフト ２３ インナシャフト ２４ カッタ ２５ 位置決め機構 ２６ カム機構 ２７ 給油機構 ３０ スプリング（圧縮コイルスプリング） ５１ 給油通路 ５２ 吐出口 ５３，５４ 開閉通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸心周りの回転および軸方向に沿う進退
   動作を行なう主軸を有する駆動機構と、この駆動機構の
   主軸に一端が同軸的に取付けられて一体動作し、その他
   端が自由先端とされて被加工物に形成された孔の開口端
   側から奥側に挿入可能なアウタシャフトと、このアウタ
   シャフトの中心部に一体回転可能に、かつ軸方向に一定
   範囲スライド可能に挿入され、前記アウタシャフトの先
   端側に向ってスプリングにより付勢されたインナシャフ
   トと、このインナシャフトの先端に連結され前記アウタ
   シャフトの内部から軸心と交差する方向に出没可能とさ
   れたカッタと、前記インナシャフトに一体的に設けられ
   前記カッタが整形加工位置まで移動した前進位置で前記
   被加工物の表面に当接して前記インナシャフトを停止さ
   せる位置決め機構と、この位置決め機構による前記イン
   ナシャフトの停止位置から前記アウタシャフトの前進に
   関連して前記カッタを前記アウタシャフトから突出させ
   るとともに前記アウタシャフトの逆動作に関連して前記
   カッタを前記アウタシャフトに退入させるカム機構と、
   前記インナシャフトの内部に形成され吐出口が前記カッ
   タに臨む給油通路ならびに前記アウタシャフトとインナ
   シャフトとの摺接部に形成されて前記カッタ突出位置で
   互いに連通し前記給油通路に給油を行う開閉通路を有す
   る給油機構とを備えたことを特徴とする孔整形加工装
   置。