JP4262188B2 - ツール径可変型ローラバニシングツール - Google Patents

Description

本発明は、ツール径可変型のローラバニシングツールに関する。

一般に、切削加工の加工面は、面粗度に一定の限界があり、いわゆる山と谷の部分の引き目を形成している。したがって、面圧が高くなり、機械的強度等の機能面で問題が生じるほか、見た目の美しさも損なわれる。そこで、切削加工後にローラバニシング加工を施し、面粗度を大幅に向上させて、鏡のように滑らかな面に仕上げることが行われている。
ローラバニシング加工の原理は、金属表面をローラで転圧して、「山の部分」を押し潰して、加工面を平滑に仕上げるもので、塑性加工法の一種である。研削加工と異なり、短時間で表面粗さが向上するとともに、表面が加工硬化するため、被加工面は、機械的強度が向上し、耐久性、耐磨耗性にも優れている。バニシング加工の例として、図１０にギアシャフトの加工例を示す。
株式会社スギノマシン、ホームページ（ローラバニシング工具ＣＳＡ型、ＳＡ型） （ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｕｇｉｎｏ．ｃｏｍ／ｍｅｎｕ／ｍｅｎｕ＿ｉｎｄｅｘ／ｙｏｔｏ／ｉｄｘ＿ｒｏｌｌｅｒ＿ｂ．ｈｔｍｌ）

ところで、一般に、バニシング加工においては、ワーク入口部（加工開始箇所付近）では、転圧ローラが被加工面に対し、点接触となりやすく、局部的に大きな加工押圧力が発生し、バニシ代（加工代）が過大となり易い。バニシ代が過大となると、被加工面の「山の部分」が押し潰されるのではなく、金属組織の塑性流動により、加工表面が押し流されて、局部的に観察すると、一部分だけ盛り上がるという現象が認められる
図１１は、従来のバニシング加工の加工表面の状態を示す図であり、（ａ）は加工前の状態を示し、（ｂ）は加工後の状態を示す。図１１（ｂ）に示すように、ワーク入口部において、バニシング加工により、１．５ミクロン程度、加工表面が盛り上がっているのがわかる。
このような盛り上がり現象は、非常に微小ではあるが、高精度・高耐久性が要求される重要機能部品や精密部品等においては、大きな問題となる。したがって、必要に応じて、前加工で予めこの盛り上がり量を見込んでその部位をテーパ状に加工したり、バニシ代を小さく設定したりして、盛り上がりを防止していた。

しかしながら、前加工でテーパ状に加工したり、バニシ代を小さくして何回かに分けてバニシ加工をしたりするのでは、生産性が悪いという問題点があった。
そこで、本発明は、被加工面の塑性流動を防止して、より平坦で良好な加工表面を形成できるツール径可変型のローラバニシングツールを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、加工機に装着するシャンクと、このシャンクの先端側に同軸上に回転自在に結合された円筒状のフレームと、このフレームの円周上に回転自在に複数装着され、テーパを備えたローラと、この複数のローラに外接するように、前記ローラの前記テーパに対応したテーパを備え、前記シャンクと一体回転可能なヘッドとを有し、前記ローラと前記ヘッドとは、前記シャンク軸方向に対し、相対的にスライド移動することにより、ツール径を調整するツール径調整機構を備えたツール径可変型のローラバニシングツールであって、前記ローラを装着したフレームまたは前記ヘッドと一体的に結合され、前記シャンク軸方向に摺動可能に前記シャンクに外嵌された可動ハブと、この可動ハブを取り囲むように形成され、前記可動ハブを前記シャンク軸方向に摺動自在に保持するシリンダ部と、このシリンダ部の内部に形成され、前記可動ハブを仕切りとして、前記可動ハブの前後に形成された２つの独立した流体圧力室と、この流体圧力室にそれぞれ連通される流体の導入口を有し、前記シャンク軸に対し、回転自在に嵌装されたスイベルジョイントと、前記導入口から前記各流体圧力室に通じる前記シリンダ部に形成された２系統の流路と、を備え、前記ヘッドは、円筒状に形成され、その内周面が前記複数のローラに外接するように前記ローラを装着したフレームに嵌装され、前記可動ハブは、外周面につばを備えた円筒状に形成され、前記ヘッドと一体に結合されるとともに、前記シャンク軸方向に摺動可能に前記シャンクに外嵌され、前記シリンダ部は、前記シャンクに一体回転可能に外嵌されたハウジングで構成され、このハウジングの内周面で前記可動ハブのつばの外周面を摺動自在に保持し、前記２つの独立した流体圧力室は、前記可動ハブの前記つばを仕切りとして、そのつばの前後にそれぞれ形成されたことを特徴とする外周面加工用のツール径可変型ローラバニシングツールとして構成した。

このように、本発明に係る外径加工用のツール径可変型ローラバニシングツールにおいては、シリンダ部を各導入口からそれぞれ流体圧力室まで通じる流路を備えたハウジングとして構成したことにより、各流体圧力室にそれぞれの流路から圧力流体を導入、または排出し、可動ハブを軸方向にスライドさせ、ヘッドとローラの相対位置関係を変化させることによって、バニシング加工途中においても、所定の位置でツール径を自動的に変化させることができる。

請求項２に係る発明は、加工機に装着するシャンクと、このシャンクの先端側に同軸上に回転自在に結合された円筒状のフレームと、このフレームの円周上に回転自在に複数装着され、テーパを備えたローラと、この複数のローラに内接するように、前記ローラの前記テーパに対応したテーパを備え、前記シャンクと一体回転可能なヘッドとを有し、前記ローラと前記ヘッドとは、前記シャンク軸方向に対し、相対的にスライド移動することにより、ツール径を調整するツール径調整機構を備えたツール径可変型ローラバニシングツールであって、前記ローラを装着したフレームまたは前記ヘッドと一体的に結合され、前記シャンク軸方向に摺動可能に前記シャンクに内装された可動ハブと、この可動ハブを取り囲むように形成され、前記可動ハブを前記シャンク軸方向に摺動自在に保持するシリンダ部と、このシリンダ部の内部に形成され、前記可動ハブを仕切りとして、前記可動ハブの前後に形成された２つの独立した流体圧力室と、この流体圧力室にそれぞれ連通される流体の導入口を有し、前記シャンク軸に対し、回転自在に嵌装されたスイベルジョイントと、前記導入口から前記各流体圧力室に通じる前記シリンダ部に形成された２系統の流路と、を備え、前記ヘッドは、棒状に形成され、その外周面が前記複数のローラに内接するように前記ローラを装着したフレームに嵌装され、前記シャンクの前端側には、前記シャンク軸方向に途中止めの穴が形成され、この穴を塞ぐように、内周面を備えた円筒状のヘッドホルダが前記シャンクの前端側に固着され、前記可動ハブは、前記シャンク軸方向に摺動可能に前記シャンクの穴に内装されるとともに、前記ヘッドホルダの内周面に摺動自在に貫通されて、前記シリンダの穴内に到達するように配置された前記ヘッドと一体に結合され、前記シリンダ部は、前記シャンクと、前記ヘッドホルダとを備え、前記ヘッドホルダの内周面と前記ヘッドの外周面とをキーで連結して、前記シャンクと前記ヘッドとが一体として回転しながら前記キーに沿って当該ヘッドがスライド移動可能に構成したことを特徴とする内周面加工用のツール径可変型ローラバニシングツールである。
このように、本発明に係る内径加工用のツール径可変型ローラバニシングツールにおいては、シリンダ部を各導入口からそれぞれ流体圧力室まで通じる流路を備えたシャンクおよびヘッドホルダを備えて構成したことにより、各流体圧力室にそれぞれの流路から圧力流体を導入、または排出し、シャンクの前端側に形成された穴に内装された可動ハブを軸方向にスライドさせ、ヘッドとローラの相対位置関係を変化させることによって、バニシング加工途中においても、所定の位置でツール径を自動的に変化させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のツール径可変型のローラバニシングツールであって、前記２つの流体圧力室の少なくとも一方に前記シャンク軸方向の摺動移動量を規制する方向にシムリングを配置したことを特徴とする。
このように、本発明は、流体圧力室にシムリングを配置したことにより、そのシムの厚さ、枚数の変更により、可動ハブのスライド量を調整することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のツール径可変型ローラバニシングツールであって、前記圧力流体は、エアまたは不活性ガスであることを特徴とする。
このように、本発明は、流体圧力として、エア等を使用する構成としたことにより、動力源の入手が容易であり、扱い易く、しかも汚染等を防止することができる。

請求項１から請求項４に記載の本発明によれば、被加工面の塑性流動を防止して、より平坦で良好な加工表面を形成できるツール径可変型のローラバニシングツールを提供することができる。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明を実施するための第１の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態に係るローラバニシングツール（以下、単に「ツール」という場合がある。）は、外周面加工用の例を示し、流体圧力として、エア圧を採用している。図１は、本実施形態に係るローラバニシングツールの構成を示す図であり、（ａ）はツール前端側を示す左側面図であり、（ｂ）は半断面を示す正面図である。図２は、ツールの前端側の構成を示す図１（ｂ）の部分拡大図であり、図３はツールの後端側の構成を示す図１の部分拡大図である。なお、各図において、ローラ２の構造等の詳細部は誇張して図示する場合があり、また、図２においては、説明の便宜上、スイベルジョイントを図面上省略している。
ここで、ツールの前端側（先端側）とは、転圧加工のローラを備えた側をいい、ツールの後端側とは、加工機に装着されるシャンク５の装着部を有する側をいう。また、この用語は、ツール１の各構成部材についても適用する。

図１に示すように、本実施形態に係るローラバニシングツール１は、ツールの軸を構成するシャンク５と、ツール先端側に備えられた転圧加工のためのローラ２と、このローラ２を装着するフレーム３と、ローラ２に外接するように嵌挿されたヘッド４と、このヘッド４に一体に連結されるシャンク５に対して摺動自在な可動ハブ６と、先端側にフランジ８１を具備して構成されたハウジング８と、シャンク５に対して回転自在に装着されたスイベルジョイント９と、ツール後端側に配置されたアジャストリング１４とを備えて構成されている。

シャンク５は、外周面先端側が拡径された段部５ａを有する段付きの軸であって、中央部の縮径された外周面には雄ねじ５ｂが形成されている。また、ツールの後端側は、旋盤等の加工機に装着するための装着部５ｃが形成され、所定の口径ないし形状を備えている。
シャンク５の先端側の拡径された段部５ａは、有底の筒状を形成し、内周側にはフレーム３が装着され、外周面にはブッシュ５ｄを介して可動ハブ６が摺動自在に嵌挿される。
シャンク５の胴体部には、ハウジング８が雄ねじ５ｂに螺合されているため、このハウジング８を回転することにより、ハウジング８を前進または後退できるように構成されている。
シャンク５の後部には、図面上で、上側が平坦に削ぎ落とされたフライスカット面５ｅを備えており、ハウジング８のストッパの機能を果たすアジャストリング１４が装着される。

図１に加えて図２を参照しながら、ツール前部の構成について説明する。
フレーム３は、有底の円筒形状をなし、先端部にはローラ２が回転自在に円周上に９個等間隔に配列されている（図１（ａ）参照）。図２に示すように、フレーム３の底部は肉厚に形成され、ディスタンスブロック１６が挿入される穴３ｂを備えている。また、外周面の後端側には、若干縮径された段部３ａを備えており、この段部３ａをシャンク５前端側内周面の段部と嵌合させている。

ディスタンスブロック１６は、前端面の外周につば１６ａを備えた円柱状を形成しており、このつば１６ａの端面には、同一のピッチサークル上に３箇所の座ぐり穴１６ｂが形成されている。このディスタンスブロック１６を介して、フレーム３がシャンク５前端側の内周面底部５ｆに取付ボルト１６ｅで回転自在に固着されている。
具体的には、フレーム３の底部後端面３ｃ側には、スラストベアリング１６ｃを配置し、フレーム３の底部内周面側にも、スラストベアリング１６ｃを配置し、さらに、その上に波ワッシャ１６ｄを装着してディスタンスブロック１６のつば１６ａでフレーム３を保持し、フレーム３を取付ボルト１６ｅでシャンク５に回転可能に挟持している。

転圧加工用のローラ２は、フレーム３の前端に回転自在に装着され、円柱形状を形成しているが、前端が拡径され、後端が縮径されたテーパ角θを備えている。このテーパ角θを備えていることにより、ツール径Ｄを調整することが可能となる。
ここで、外径加工用のツール径Ｄとは、ツール１による転圧加工の加工径をいい、円周上に配置された複数のローラ２に内接する包絡線で形成される内接円の径を意味する。

ヘッド４は、厚肉の円筒状に形成されている。ヘッド４の外周面後部には、縮径された段部４ａが形成され、この段部４ａに可動ハブ６が嵌入される。また、この段部４ａには、平坦なフライスカット面４ｂが後端側を高くした傾斜面として形成され、可動ハブ６のスライド移動に対応してヘッド４が抜けにくい構造としている。
ヘッド４の内周面前端側は、ローラ２の外周面と線接触により、互いに係合して当接するように構成されており、ローラ２のテーパ角θに合わせて、ヘッドの内周面前端側が拡径され、後端側が縮径されたテーパ角θを備えている。ヘッド４の内周面後端は、ローラ２が装着されたフレーム３が挿入されるため、フレーム３の外径より若干大きい内径を備えている。

可動ハブ６は、外周面につば６ａを備えた円筒状に形成されている。このつば６ａの前端側（フランジ８１と対面する側）には、つば６ａの外周面に沿って円周状に段部６ｂが形成されている。
可動ハブ６は、その内周面が、シャンク５前部の拡径された段部５ａの外周面にブッシュ５ｄを介して嵌挿され、シャンク５と摺動して、軸方向にスライド移動可能に構成されている。可動ハブ６の前端側は、ヘッド４の外周面の段部４ａに嵌入され、ヘッド４と一体的に回り止めねじ６ｅで固定されている。
したがって、可動ハブ６とヘッド４とは、一体で回転するとともに、可動ハブ６のスライド移動に伴って、ヘッド４も軸方向にスライド移動するように構成されている。
また、可動ハブ６は、フランジ８１と一体回転可能にノックピン６ｆで連結されているため、フランジ８１およびフランジ８１と一体に連結されたハウジング８とも一体回転可能に構成されている。
ただし、フランジ８１とは、ノックピン６ｆで結合されているため、可動ハブ６は、このノックピン６ｆの軸方向にはスライド移動可能である。具体的には、ノックピン６ｆは、可動ハブ６側には圧入されているが、フランジ８１側とは所定のクリアランスが設けられており、摺動可能に構成されている。
なお、メンテナンス性等を考慮して、ヘッド４と可動ハブ６とは、分割構造としたが、これに限定されることはなく、一体構造とすることも可能である。また、可動ハブ６は、外周面につば６ａを備えた一体的な構成としたが、これに限定されるものできなく、前記つば６ａを前記外周面から分割して構成してもよい。

可動ハブ６の後端側外周面には、一例として、３枚のシムリング１３が可動ハブ６の外周面に嵌入されるように装着されている。このシムリング１３は、大きな内径を有するリング状に形成されており、可動ハブ６が後端側に移動すると、可動ハブ６のつば６ａがシムリング１３を介してハウジング内周面段部８ｄに当接するように構成されている。

ハウジング８は、本実施形態においては、フランジ８１を備えて構成されている。このフランジ８１は、前端部に外周面が拡径されたつば８１ａを備えた円筒状をなしており、このつば８１ａのつば面でハウジング８前端面と当接し、つば下の縮径された外周面でハウジング８の前端側の内周面にＯリング２３を介して密着嵌入されている。
また、フランジ８１のつば面には、ハウジング８に形成されたエア流路を避けて、６箇所の座ぐり穴が備えられており、フランジ８１は、固定ねじ１８により、ハウジング８の前端面に固着されている。
なお、請求項１に記載の「ハウジング」は、このフランジ８１を備えた構成のハウジングを意味する。このように、「ハウジング」は、適宜、分割構造とすることが可能である。

また、ハウジング８は、２つの円筒を結合させた形状をなしており、ツール前端側の拡径部８２と、後端側の縮径部８３とで構成されている。
前端側の拡径部８２は、有底の円筒形状をなしており、内周面は、２段階の段部が形成され、前側の拡径された段部８ａは、可動ハブ６のつば６ａの外周面と嵌合され、後側の縮径された段部８ｂの内周面は、可動ハブ６のつば下後側の外周面６ｄと嵌合される。そして、底部には、シャンク５が挿入される穴８ｃが形成され、この穴８ｃはハウジング８の縮径部８３の後端まで貫通している。なお、拡径部８２の外周面は、ツール１の外形を構成している。
ハウジング後端側の縮径部８３は、その内周面には、シャンク５と螺合される雌ねじ８ｄが形成され（図３参照）、外周面中央部には、ボールベアリング９３、回転軸シール９４を介してスイベルジョイント９１，９２が嵌装され、外周面の後端部には、若干縮径して、ストッパ９５が装着される雄ねじ８ｅが形成されている。
また、ハウジング８の後端面には、円周上に複数の凹溝８ｆが配列され、アジャストリング１４の端面に放射状に形成された複数の凸状の爪１４ｂと嵌合される。

さらに、ハウジング８には、エア圧力室１０，１１に圧縮エアを供給する２系統の流路８４，８５が形成されている（図１、図２参照）。
図３に示すように、第１流路８４は、第１スイベルジョイント９１に形成された第１導入口９１ａの第１導入室９１２ａから第１圧力室１０まで連通する流路であり、第２流路８５は、第２スイベルジョイント９２に形成された第２導入口９２ａの第２導入室９２２ａから第２圧力室１１まで連通する流路である。

ここで、２つのエア圧力室（流体圧力室）について説明する。
図２に示すように、第１圧力室１０は、可動ハブ６のつば６ａの前方に位置し、ハウジング８の内周面段部８ａと、フランジ８１後端面と、可動ハブ６のつば面と、可動ハブ６の前端側外周面６ｃとで囲まれたリング状の空洞に形成されている。
一方、第２圧力室１１は、可動ハブ６のつば６ａの後方に位置し、ハウジング８の内周面段部８ａと、その内周面段部８ａの底部８ｄと、および可動ハブ６の後端側外周面６ｄとで囲まれたリング状の空洞に形成されている。

第１および第２圧力室１０，１１は、パッキン等のシール部材で密閉されているため、可動ハブ６が回転、スライドしても、エアの圧力が保持できるように構成されている。具体的には、第１圧力室１０と第２圧力室１１の間は、可動ハブ６のつば外周面に配置されたシールリング２２により、流通が遮断されている。その他、第１圧力室１０については、フランジ８１の縮径された外周面に配置されたＯリング２３、および可動ハブ６のつば下前端側外周面６ｃに配置されたパッキン２１により、密閉されている。また、第２圧力室１１については、可動ハブ６のつば下後端側外周面６ｄに配置されたパッキン２１により、密閉されている。

したがって、可動ハブ６をピストンに見立てれば、第１圧力室１０にエアが導入された場合には、可動ハブ６は、シムリング１３を介してハウジング内周面底部８ｄと当接するまで後方に移動し、一方、第２圧力室１１にエアが導入された場合には、可動ハブ６は、前方に移動し、可動ハブ６のつば６ａの前面がフランジ８１の端面に当接するまで移動する。
かかる構成により、シムリング１３の厚みや枚数を変更することにより、可動ハブ６のスライド移動量を変更することができ、ツール径の変化量を調整し、適切なバニシ代を設定することが可能になる。

図３は、ツールの後端側を説明するための図１の部分拡大図である。
図３に示すように、スイベルジョイント９は、第１スイベルジョイント９１と、第２スイベルジョイント９２と、ボールベアリング９３と、回転軸シール９４と、ストッパ９５とを備えて構成されている。

第１スイベルジョイント９１は、肉厚の円筒状をなしており、第１導入口９１ａを備えている。この第１導入口９１ａは、第１導入室９１２ａ、および外周面から第１導入室９１２ａへ連通する第１連通孔９１１ａを備えている。この第１導入室９１２ａからハウジング８の第１流路８４を経由して、第１圧力室１０まで流路が形成されている。また、第１スイベルジョイント９１の外周面の後端側には、縮径された段部を備えており、この段部と第２スイベルジョイント９２の内周面の前端側の段部とが嵌合して、両者が結合される。
第１スイベルジョイント９１の内周面の前端側には、ボールベアリング９３が嵌入されており、ハウジング８に対して、回転自在に構成されている。また、前記第１連通孔９１１ａにつながる第１導入室９１２ａの両側には、回転軸シール９４が配置されており、第１導入室９１２ａの気密を確保するとともに、第１導入室９１２ａと第２導入室９２２ａとが隔離されている。

第２スイベルジョイント９２は、肉厚の円筒状をなしており、第２導入口９２ａを備えている。この第２導入口９２ａは、第２導入室９２２ａ、および外周面から第２導入室９２２ａへ連通する第２連通孔９２１ａを備えている。この第２導入室９２２ａからハウジング８の第２流路８５を経由して、第２圧力室１１まで流路が形成されている。
第２スイベルジョイント９２の内周面の後端側には、ボールベアリング９３が嵌入されており、ハウジング８に対して、回転自在に構成されている。また、前記第２連通孔９２１ａにつながる第２導入室９２２ａの両側には、回転軸シール９４が配置されており、第２導入室９２２ａの気密を確保するとともに、第１導入室９１２ａと第２導入室９２２ａとの流通が遮断されている。

第１スイベルジョイント９１と第２スイベルジョイント９２とは、連結ボルト９６により、連結された状態で、ハウジング８の後端側外周面にボールベアリング９３を介して装着され、ハウジング８に対し、回転自在にストッパ９５で固着されている。このストッパ９５は、リング状をなし、内周面には、ハウジング８と螺合される雌ねじが形成されており、外周面には、止めねじ穴９５ａが形成されている。

ハウジング８の後方には、アジャストリング１４が備えられている。アジャストリング１４は、円盤状のリング形状をなしており、内周面は、シャンク５に挿入される。また、外周面には、外周面から内周面に達するようにねじ穴１４ａが設けられている。このねじ穴１４ａに止めねじ１４ｃを嵌入してシャンク５とアジャストリング１４とを固着する。
また、アジャストリング１４には、ハウジング８の後端面と対面する端面に凸状の爪１４ｂが数箇所設けられており、この爪１４ｂをハウジング８の後端面の凹溝８ｆに嵌入させて、ハウジング８をシャンク５と一体回転可能に固定している。

ここで、図１から図３を参照して、ツール径調整機構について説明する。
ツール径調整機構は、ローラ２の外周面に形成された軸方向に沿うテーパとヘッド４の内周面に形成されたテーパ面との嵌合の位置関係を調整することにより、ツール径を調整する機構である。
すなわち、ローラ２は、フレーム３を介してシャンク５に固定されているため、ヘッド４をローラ２に対して相対的に前進させると、ヘッド４の内周面の縮径されたテーパ面がローラ２と当接し、ツール径は縮小される。一方、ヘッド４をローラ２に対して後退させると、ツール径Ｄは拡大する。このヘッド４を前進または後退させる機構がツール径調整機構を意味する。
具体的には、シャンク５の中央部外周面には、ハウジング８の内周面が螺合されており、ハウジング８には、フランジ８１および可動ハブ６を介してヘッド４が連結されているため、ハウジング８をシャンク５に対して回転することにより、ヘッド４を前進または後退させ、ヘッド４とローラ２との位置関係を調整して、ツール径Ｄを調整することができる。このツール径Ｄの調整機構により、ワークの前加工寸法に対して、予め適切なバニシ代を設定することができる。なお、ツール径Ｄの調整後は、アジャストリング１４の爪とハウジング端面の凹溝８ｆを嵌合させ、アジャストリング１４の止めねじ１４ｃでアジャストリング１４をシャンク５に固定している。

続いて、エア配管の構成について説明する。
図４は、本実施形態に係るツールの導入口に導入するエア配管を示す図である。図４に示すように、エア源からエアコンビネーションＡＣを経由して、切換バルブＣＶのＰポートからＡポートへ連結され、第１導入口９１ａの第１連通孔９１１ａ、および第１導入室９１２ａを経て、ハウジング８の第１流路８４から第１圧力室１０へ圧力エアが供給される。一方、第１圧力室１０へ圧力エアが供給されると、可動ハブ６は後方へ移動し、それに伴い、第２圧力室１１のエアは、ハウジング８の第２流路８５を通り、第２スイベルジョイントの第２導入口９２ａの第２導入室９２２ａへ入り、第２連通孔９２１ａを経由して切換バルブＣＶのＢポートからＲポートへ向かい、大気中へ排出される。この経路を辿る場合には、ツール径Ｄは拡大側にシフトされる。

また、被加工面Ｗａの所定の位置で、位置信号やドグ等によりツールの位置を検知して、切換バルブＣＶを作動させることにより、第２圧力室１１に圧力エアを供給して、可動ハブ６を前進させ、ツール径を縮小側に切り換えることができる。
ここで、エアコンビネーションＡＣは、エアフィルタ、およびエアレギュレータ等により構成されている。また、切換バルブＣＶは、ソレノイドバルブ、またはメカニカルバルブを使用して、位置センサ、ドグまたはＭコード等により、電気的または機械的にバルブを切り換えることができる。なお、本実施形態においては、ローラレバー式の５ポートメカニカルバルブを使用している。

さらに、本ツールに使用されるエア配管治具の例を説明する。図５、および図６は、エア配管治具の構成を示す図であり、図５は正面図、図６は側面図を示す。
図５および図６に示すように、第１導入口９１ａ、および第２導入口９２ａにはカプラ１５１を接続して切換バルブＣＶからエアを導入している。そして、治具のフレーム１５２からアーム１５３を介して、スイベルジョイント９１，９２を保持している。
また、アーム１５３には、ドグプレート１５４が連結されており、このドグプレート１５４が切換バルブＣＶのローラレバーＣＶａに当接すると（図６参照）、その位置でバルブが切り換わるように構成されている。
なお、本実施形態においては、トルクコンバータの加工用の治具を示したが、エア配管治具の構成は、ワークの形状等に合わせて適宜定めるものである。

次に、第１の実施形態に係るローラバニシングツールの作用について説明する。
図７は、本ツールの作用を説明するための加工手順を示す工程図であり、（ａ）は加工開始前、（ｂ）は加工開始位置、（ｃ）はツール径の変更位置、（ｄ）は加工終了位置を示す。本図では、便宜上、ワークを加工機のベッドに固定し、ツール１をマシニングセンタ等の加工機のスピンドル軸に装着したものを想定している。

図７（ａ）に示すように、加工前においては、第１圧力室１０にエアが導入（Ｐ）され、第２圧力室１１のエアは排出（Ｒ）されているため、ヘッド４は図面上で上方にシフトされた位置にあり、可動ハブ６のつば面後端側がシムリング１３に当接している（図２参照）。この初期設定の状態では、シムリング１３で径差を調整し（図１参照）、例えば、ワークの被加工面Ｗａに対し、バニシ代を０．０７５ｍｍに設定しておく。
この状態で、図７（ｂ）に示すように、ワークの被加工面Ｗａにローラ２の先端が到達し、バニシ加工が開始され、さらに、図７（ｃ）に示す位置まで、ツールは加工機により前進して、ワーク入口部のバニシング加工を行う。ワーク入口部においては、金属表面の塑性流動が生じやすいため、この箇所のバニシ代は他の部分より若干小さく設定される。

ツールが図７（ｃ）の位置に到達すると、ローラレバーＣＶａがドグプレート１５４に当接し（図６参照）、このローラレバーＣＶａが作動して、バルブポートが切り換えられる（図４参照）。図７（ｃ）は、その切り換えられた状態を示している。具体的には、第２圧力室１１にエアが導入され、可動ハブ６が図面上で下方へシフトされることにより、ヘッド４が前進して、相対的に転圧ローラ２が後退した位置となるため、ヘッド４の内周面テーパの縮径された部分が転圧ローラ２の外周面と当接し、ツール径は縮小され、バニシ代は大きくなる。
なお、本実施形態においては、図７（ｄ）に示すように、切換後のバニシ代を０．１ｍｍとしている。また、図７（ｂ）の位置から（ｃ）の位置までのワークの入口部の範囲を、一例として、１ｍｍとしているが、これらの設定値は、ワークの材質および前加工状態等に即して、試し加工の後、適宜定められるものである。

このように、ツール径可変型バニシングツールは、塑性流動の発生しやすいワーク入口部では、バニシ代を小さく設定して、その箇所を通過した位置でバルブを切り換えることにより、ツール加工径を縮小して、バニシ代を大きくしている。
かかる作用により、塑性流動の発生しやすいワーク入口部では、バニシ代を小さくして、塑性流動を防止しながら、その箇所を通過した時点で、ツール径を変化させて、通常のバニシ代を確保することにより、加工性能を向上させながら、塑性流動による盛り上がりを防止して、より平坦で良好な加工表面に仕上げることができる。
この加工表面の状態を図８に示す。図８（ａ）は加工前の被加工面の状態を示すグラフ、（ｂ）は本ツール径可変型バニシングツールで加工した場合の被加工面の状態を示すグラフである。これらのグラフにおいて、縦軸には面粗度を、横軸にはワークの位置を示している。図８（ｂ）と図１１（ｂ）とを比較すると、本ツールによれば、ワーク入口部の加工表面の盛り上がりを防止できることがわかる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、内径加工用のツール径可変型ローラバニシングツールであり、第１の実施形態に係る外径加工用のローラバニシングツールと技術思想は同一であるので、構成が相違する点のみを説明する。

図９は、第２の実施形態に係るローラバニシングツールの構成を説明するための半断面図である。図９に示すように、内径加工用のツール径可変型ローラバニシングツール１′は、シャンク５′と、転圧ローラ２′と、この転圧ローラ２′を装着するフレーム３′と、転圧ローラ２′に内接するように嵌挿されたヘッド４′と、ヘッド４′に一体に連結され、シャンク５′に対して摺動自在な可動ハブ６′と、シャンク５′に対して回転自在に装着され、第１導入口９１ａ′および第２導入口９２ａ′を備えたスイベルジョイント９′と、この第１導入口９１ａ′および第２導入口９２ａ′からそれぞれ第１圧力室１０′および第２圧力室１１′まで連通する第１流路８４′および第２流路８５′と、ツール径調整機構とを備えて構成されている。

シャンク５′は、外周面の前側が拡径され、後側が若干縮径された段付軸として構成されている。この前側の拡径された外周面は、スイベルジョイント９′の保持部であり、後側が加工機に装着する装着部５ｃ′である。
シャンク５′の前端側は、途中止めの穴が形成され、有底の円筒状を構成しており、前記穴の内周面には可動ハブ６′がシャンク軸方向に摺動自在に内装されている。
なお、本実施形態においては、ハウジングは構成されておらず、スイベルジョイント９′の各導入口９１ａ′，９２ａ′からシャンク５′に形成された第１流路８４′、第２流路８５′を通り、それぞれ直接第１圧力室１０′および第２圧力室１１′に連通されている。

可動ハブ６′は、有底の円筒形状を形成しており、外周面には、中央付近につばが形成され、このつばの外周面で、パッキン２１′を介して、シャンク５′の内周面と密着嵌合されている。一方、可動ハブ６′の内周面側は、ヘッド軸４２′が螺入して固着されている。さらに、このヘッド軸４２′には、ローラ２′に内接するように配置されたテーパヘッド４１′が連結されている。
このように、本実施形態においては、可動ハブ６′は、テーパヘッド４１′およびヘッド軸４２′を備えて構成されるヘッド４′に連結されており、可動ハブ６′のスライド移動により、テーパヘッド４１′がローラ２′に対して相対移動することによって、ツール径Ｄ′を変化させる構成としている。
ここで、外径加工用のツール径Ｄ′とは、ツールによる転圧加工の加工径をいい、円周上に配置された複数のローラ２′の外接円の径を意味する（図９参照）。
なお、本実施形態においては、可動ハブ６′の外周面につばを備えて構成したが、これに限定されるものではなく、必ずしもつばを形成する必要はない。

ヘッド軸４２′は、前端部および後端部に縮径された段部を有する円柱形状を備えている。前端部の段部４２ａ′は、雄ねじが形成され、テーパヘッド４１が′螺入されている。後端部の段部には４２ｂ′、可動ハブ６′が螺入して固着されている。中央部外周面には、キー溝４３ｂ′が形成され、キー４４′が圧入されている。

ヘッドホルダ４３´は、外周面につばを備えた円筒状に形成されている。ヘッドホルダ４３´の内周面は、ヘッド軸４２′が嵌入される貫通穴を備え、内周面の前端側から途中止めでキー溝が形成されている。

本実施形態においては、ヘッド軸４２′、ヘッドホルダ４３′、およびシャンク５′は一体回転可能に構成されている。
すなわち、ヘッド軸４２′は、ヘッドホルダ４３′の内周面に嵌合して保持され、このヘッドホルダ４３′が、シャンク５′前端側に形成された前記穴の内周面に嵌合され、前記穴を塞ぐように配置されて固定ボルト４５′で固着されている。
また、ヘッドホルダ４３′とヘッド軸４２′とは、ヘッド軸４２′に圧入されたキー４４′で連結されているため、一体回転可能であるとともに、ヘッド軸４２′は、このキー４４′に沿ってスライド移動可能に構成されている。

ヘッドホルダ４３′のつば下前側外周面４３ａ′には、雄ねじが形成されており、調整リング３４′内周面の雌ねじと螺合されている。

調整リング３４′は、有底の円筒状に形成されており、外周面は、ツールの外形を構成し、前端はやや縮径され、雄ねじが形成されている。この雄ねじにカバー３３′が螺合されている。調整リング３４′の拡径された内周面には、その底部にスラストベアリング３６′が組み込まれており、フレームホルダ３２′を回転自在に保持している。また、調整リング３４′の後部の縮径された内周面には、雌ねじが形成されており、ヘッドホルダ４３′のつば下外周面４３ａ′に羅合され、固定リング３７′でロックされている。
カバー３３′は、リング状に形成され、内周面には段部を備え、この段部に雌ねじが形成され、調整リング３４′の前端に螺入されている。

次に、本実施形態に係るツール前端側の構成について説明する。
フレーム３′は、フレームヘッド３１′と、このフレームヘッド３１′に連結されるフレームホルダ３２′を備えて構成されている。フレームヘッド３１′は、円筒状をなし、前部にはローラを円周上に装着している。
前記フレームホルダ３２′は、円筒形状をなしており、その外周面には、３つの段部３２ａ′，３２ｂ′，３２ｃ′を備えている。この段部３１ａ′は、ツール外形面を構成し、その前端部には、雄ねじが形成されており、フレームヘッド３１′が螺入されている。段部３２ｂ′には、カバー３３′の内周面が嵌合される。また、このカバー３３′とそれに対面するフレームホルダ３２′の後部側つば面との間には、スプリング３５′が配置されており、ローラ２′を後方へ付勢している。

本実施形態に係るツール径調整機構は、ヘッドホルダ４３ａ′に螺合された調整リング３４′を回転させることにより、ローラ２′をヘッド４′に対して相対的に移動させてツール径を調整する構成としている。

ツール径の切換機構は、第１の実施形態と同様に、第１圧力室１０′および第２圧力室１１′に圧縮エアを導入または排出することにより、可動ハブ６′を軸方向スライドさせる構成としている。
また、本実施形態におけるシリンダ部（請求項１に記載の「シリンダ部」に相当）は、主としてシャンク５′とヘッドホルダ４３′で構成され、シャンク５′の前端側に形成された穴の内部に第１圧力室１０′および第２圧力室１１′が形成されている。具体的には、第１圧力室１０′は、可動ハブ６′の前部に形成されており、シャンク５′の穴の内周面、ヘッドホルダ４３ａ′の後端面、ヘッド軸４２′、および可動ハブ６′で囲まれたリング状の圧力室であり、第２圧力室１１′は、可動ハブ６′の後部に形成されており、シャンク５′の穴の内周面、シャンク５′穴の内周面の底部、および可動ハブ６′の後端面で囲まれた円盤状の圧力室である。

本実施形態における第１流路８４′および第２流路８５′は、シャンク５′内に形成されている。すなわち、第１スイベルジョイント９１′に形成された第１導入口９１ａ′から第１圧力室１０′へ通じる第１流路８４′は、シャンク５の外周面から内周面側に貫通しており、第１導入口９１ａ′に形成されたリング状の第１導入室９１２ａ′から第１圧力室１０′に達している。
一方、第２スイベルジョイント９２′に形成された第２導入口９２ａ′から第２圧力室１１′へ通じる第２流路８５′は、第１流路８４′の後方に配置され、シャンク５′の外周面から内周面側に貫通しており、第２導入口９２ａ′に形成されたリング状の第２導入室９２２ａ′から第２圧力室１１′に達している。

以上、本発明について最良と思われる実施の形態について説明した。しかし、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、同一の技術的思想の範囲内で適宜変更して実施することができる。
例えば、本実施形態においては、流体としてエアを採用したが、請求項１に係る発明においては、油圧を使用することもできる。既存設備の内容、および制御速度等種々の条件から任意に選択することができる。

第１の実施形態に係るツール径可変型ローラバニシングツールの構成を示す図であり、（ａ）はツール前端側を示す左側面図、（ｂ）は半断面を示す正面図である。 第１の実施形態に係るバニシングツール前端側の構成を示す図１の部分拡大図である。 第１の実施形態に係るバニシングツールの後部側の構成を示す図１の部分拡大図である。 エア配管の構成を示す図である エア配管治具の構成を示す正面図である。 エア配管治具の構成を示す側面図である。 第１の実施形態に係るバニシングツールの作用を説明するための加工手順を示す工程図であり、（ａ）は加工開始前、（ｂ）は加工開始位置、（ｃ）はツール径の変化位置、（ｄ）は加工終了位置を示す。 第１の実施形態に係るバニシングツールによる加工表面の状態を示すグラフである。 第２の実施形態に係るツール径可変型ローラバニシングツールの構成を示す半断面図である。 従来のバニシングツールによる加工を説明するための図である。 従来のバニシングツールによる加工表面の状態を示すグラフである。

符号の説明

１，１′ ローラバニシングツール
２，２′ ローラ
３，３′ フレーム
３１′ フレームヘッド
３２′ フレームホルダ
３３′ カバー
３４′ 調整リング
３５′ スプリング
３６′ スラストベアリング
３７′ 固定リング
４，４′ ヘッド
４１′ テーパヘッド
４２′ ヘッド軸
４３′ ヘッドホルダ
４４′ キー
４５′ 固定ボルト
５，５′ シャンク
６，６′ 可動ハブ
８ ハウジング
８１ フランジ
８２ 拡径部
８３ 縮径部
８４，８４′ 第１流路
８５，８５′ 第２流路
９，９′ スイベルジョイント
９１，９１′ 第１スイベルジョイント
９１ａ，９１ａ′ 第１導入口
９１１ａ，９１１ａ′ 第１連通孔
９１２ａ，９１２ａ′ 第１導入室
９２，９２′ 第２スイベルジョイント
９２ａ，９２ａ′ 第２導入口
９２１ａ，９２１ａ′ 第２連通孔
９２２ａ，９２２ａ′ 第２導入室
９３，９３′ ボールベアリング
９４ 回転軸シール
９５ ストッパ
９６ 連結ボルト
１０，１０′ 第１圧力室
１１，１１′ 第２圧力室
１４ アジャストリング
１６ ディスタンスブロック
１８ 取付ボルト
１９ 固定ボルト
２１ パッキン
２２ シールリング
２３ Ｏリング
ＡＣ エアコンビネーション
ＣＶ 切換バルブ
θ テーパ角
Ｄ、Ｄ′ ツール径

Claims (4)

1. 加工機に装着するシャンクと、このシャンクの先端側に同軸上に回転自在に結合された円筒状のフレームと、このフレームの円周上に回転自在に複数装着され、テーパを備えたローラと、この複数のローラに外接するように、前記ローラの前記テーパに対応したテーパを備え、前記シャンクと一体回転可能なヘッドとを有し、前記ローラと前記ヘッドとは、前記シャンク軸方向に対し、相対的にスライド移動することにより、ツール径を調整するツール径調整機構を備えたツール径可変型ローラバニシングツールであって、
   前記ローラを装着したフレームまたは前記ヘッドと一体的に結合され、前記シャンク軸方向に摺動可能に前記シャンクに外嵌された可動ハブと、
   この可動ハブを取り囲むように形成され、前記可動ハブを前記シャンク軸方向に摺動自在に保持するシリンダ部と、
   このシリンダ部の内部に形成され、前記可動ハブを仕切りとして、前記可動ハブの前後に形成された２つの独立した流体圧力室と、
   この流体圧力室にそれぞれ連通される流体の導入口を有し、前記シャンク軸に対し、回転自在に嵌装されたスイベルジョイントと、
   前記導入口から前記各流体圧力室に通じる前記シリンダ部に形成された２系統の流路と、を備え、
   前記ヘッドは、円筒状に形成され、その内周面が前記複数のローラに外接するように前記ローラを装着したフレームに嵌装され、
   前記可動ハブは、外周面につばを備えた円筒状に形成され、前記ヘッドと一体に結合されるとともに、前記シャンク軸方向に摺動可能に前記シャンクに外嵌され、
   前記シリンダ部は、前記シャンクに一体回転可能に外嵌されたハウジングで構成され、このハウジングの内周面で前記可動ハブのつばの外周面を摺動自在に保持し、
   前記２つの独立した流体圧力室は、前記可動ハブの前記つばを仕切りとして、そのつばの前後にそれぞれ形成されたことを特徴とする外周面加工用のツール径可変型ローラバニシングツール。
2. 加工機に装着するシャンクと、このシャンクの先端側に同軸上に回転自在に結合された円筒状のフレームと、このフレームの円周上に回転自在に複数装着され、テーパを備えたローラと、この複数のローラに内接するように、前記ローラの前記テーパに対応したテーパを備え、前記シャンクと一体回転可能なヘッドとを有し、前記ローラと前記ヘッドとは、前記シャンク軸方向に対し、相対的にスライド移動することにより、ツール径を調整するツール径調整機構を備えたツール径可変型ローラバニシングツールであって、
   前記ローラを装着したフレームまたは前記ヘッドと一体的に結合され、前記シャンク軸方向に摺動可能に前記シャンクに内装された可動ハブと、
   この可動ハブを取り囲むように形成され、前記可動ハブを前記シャンク軸方向に摺動自在に保持するシリンダ部と、
   このシリンダ部の内部に形成され、前記可動ハブを仕切りとして、前記可動ハブの前後に形成された２つの独立した流体圧力室と、
   この流体圧力室にそれぞれ連通される流体の導入口を有し、前記シャンク軸に対し、回転自在に嵌装されたスイベルジョイントと、
   前記導入口から前記各流体圧力室に通じる前記シリンダ部に形成された２系統の流路と、を備え、
   前記ヘッドは、棒状に形成され、その外周面が前記複数のローラに内接するように前記ローラを装着したフレームに嵌装され、
   前記シャンクの前端側には、前記シャンク軸方向に途中止めの穴が形成され、この穴を塞ぐように、内周面を備えた円筒状のヘッドホルダが前記シャンクの前端側に固着され、
   前記可動ハブは、前記シャンク軸方向に摺動可能に前記シャンクの穴に内装されるとともに、前記ヘッドホルダの内周面に摺動自在に貫通されて、前記シリンダの穴内に到達するように配置された前記ヘッドと一体に結合され、
   前記シリンダ部は、前記シャンクと、前記ヘッドホルダとを備え、
   前記ヘッドホルダの内周面と前記ヘッドの外周面とをキーで連結して、前記シャンクと前記ヘッドとが一体として回転しながら前記キーに沿って当該ヘッドがスライド移動可能に構成したことを特徴とする内周面加工用のツール径可変型ローラバニシングツール。
3. 前記２つの流体圧力室の少なくとも一方に前記シャンク軸方向の摺動移動量を規制する方向にシムリングを配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のツール径可変型ローラバニシングツール。
4. 前記圧力流体は、エアまたは不活性ガスであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のツール径可変型ローラバニシングツール。
   

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