JP6028059B2 - 内面加工工具 - Google Patents

Description

本発明は、刃具でボアの内面を切削する内面加工工具に関する。

例えば、シリンダブロックのボアは、ボーリング工具で切削される。
ボーリング工具として、円柱状の本体部に刃具を取付け、本体部に設けた刃具押出し機構で刃具を本体部の外周面から出没させるようにし、突出した刃具でボアの内面を切削するものが知られている（例えば、特許文献１（図１）参照。）。

特許文献１の図１に示されるように、スピンドル軸（２４）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）に、シャフト（６６）が通され、このシャフト（６６）がサーボモータ（２２）で軸方向に移動される。シャフト（６６）が移動することで、先端の砥石（３６）が径方向に移動する。

特許文献１の図１に示されるように、サーボモータ（２２）の回転運動は、ボールねじ（９０）により直線運動に変換される。
ボールねじ（９０）は伝達効率が高いため、サーボモータ（２２）の型番を下げることができるという利点を有する。反面、ボールねじ（９０）は精密機構であるため、高価であり、衝撃への耐久性が乏しい。

そこで、安価で取り扱いが容易なエアシリンダへの代替が検討されてきた。
エアシリンダが内蔵するエアは圧縮性流体であるため、刃具に一定以上の外力が掛かるとピストンが後退し、衝撃を吸収するという利点を有する。

反面、ピストンの後退に連動して刃具が移動するため、加工精度の維持が困難になる。
しかし、安価なボーリング工具が求められる中、加工精度を維持しつつエアシリンダの採用が可能な構造が求められる。

特開２００７−３１３６１９号公報

本発明は、加工精度を維持しつつエアシリンダの採用が可能な内面加工工具を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、円柱状の本体部に刃具を取付け、前記本体部に設けた刃具押出し機構で前記刃具を前記本体部の外周面から出没させるようにし、突出した前記刃具で円筒の内面を切削する内面加工工具において、
前記刃具に作用する切削抵抗で前記刃具が没方向移動すること、を抑制する刃具移動抑制機構が備えられており、
前記刃具押出機構は、前記本体部に軸方向に移動可能に内蔵されたテーパー軸と、このテーパー軸を軸方向に移動する駆動部と、前記本体部に放射状に内蔵され前記テーパー軸で径方向へ移動するロッドとを備え、
前記刃具移動抑制機構は、前記テーパー軸の先端に設けられ前記本体部側の部材に摺接して制動作用を発揮する遠心式ブレーキであることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、遠心式ブレーキは、テーパー軸の先端に取付けられる円板と、この円板に揺動自在に取付けられるアームと、このアームの先端に設けられるウエイト部と、このウエイト部が摺接する本体部側の部材とからなることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、本体部の先端に筒部材が取付けられ、この筒部材に遠心式ブレーキが収納され、ウエイト部が摺接する本体部側の部材は筒部材であり、この筒部材の内周面が粗面とされていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、刃具移動抑制機構により、刃具の移動を抑制することができ、加工精度を良好に維持することができる。刃具の移動が制限されるため、駆動部としてエアシリンダの採用が可能となる。
よって、本発明によれば、加工精度を維持しつつエアシリンダの採用が可能な内面加工工具が提供される。
また、刃具移動抑制機構は、テーパー軸の先端に設けられ本体部側の部材に摺接して制動作用を発揮する遠心式ブレーキである。ボーリング工具を高速で回転すると遠心式ブレーキが制動作用を発揮して、本体部にテーパー軸を連結する。結果、テーパー軸の移動が抑制され、刃具の移動が制限される。
遠心式ブレーキは刃具の近傍に設けられるために、効果的に刃具の移動を抑制することができる。

請求項２に係る発明では、遠心式ブレーキは、アームと、ウエイト部と、ウエイト部が摺接する本体部側の部材とからなる。遠心式ブレーキは構成が簡単であり、外部から電気エネルギーなどを供給する必要がない。

請求項３に係る発明では、本体部の先端に筒部材が取付けられ、筒部材の内周面が粗面とされている。粗面により、遠心式ブレーキの制動力を、より高めることができる。

本発明に係るボーリング工具の断面図である。 図１の２−２線断面図である。 図１の３−３線断面図である。 遠心式ブレーキの作用図である。 別の形態の遠心式ブレーキの原理図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１に示すように、内面加工工具としてのボーリング工具１０は、中心に中空部１１を有する円柱状の本体部１２と、この本体部１２の中空部１１に収納される段付きスリーブ１３と、この段付きスリーブ１３の大径部１４に嵌められる第１ピストン１５と、この第１ピストン１５から軸方向に前方へ延びてピストンロッドを兼ねると共に段付きスリーブ１３の小径部１６に嵌められる第２ピストン１７と、中空部１１に収納される第３ピストン１８と、中空部１１に収納され第３ピストン１８を段付きスリーブ１３の先端面へ付勢するばね１９及びばね受け２１と、このばね受け２１を支えつつ本体部１２の先端に取付けられる筒部材２２と、この筒部材２２を貫通するようにして第３ピストン１８から延びるピストンロッド２３に嵌められたテーパー軸２４と、筒部材２２に摺動自在に取付けられ放射方向へ延びてテーパー軸２４で押し出されるプッシュロッド２５、２５と、ピストンロッド２３の先端に設けられる刃具移動抑制機構４０と、筒部材２２の先端開口を塞ぐリッド２６とを備えている。

本体部１２の基部には、第１ピストン１５の背面へ圧縮空気を送るエア通路２７が設けられる。また、第２ピストン１７と第３ピストン１８の間の閉空間には、オイル２８が充填されている。
エア通路２７を介して圧縮空気が送られると、第１ピストン１５が前進し、この第１ピストン１５と共に第２ピストン１７が前進する。すると、オイル２８を介して第３ピストン１８が押され、ピストンロッド２３と共にテーパー軸２４が前進する。テーパー軸２４が前進すると、プッシュロッド２５、２５が径外方へ押される。

本実施例では、テーパー軸２４を軸方向に移動させる駆動部２０は、第３ピストン１８と、オイル２８と、第１・第２ピストン１５、１７と、エア通路２７とで構成される。第１ピストン１５の受圧面積が第２ピストン１７より大きいため、油圧よりも低圧の圧縮空気であっても、軸力を稼ぐことができる。オイル２８は非圧縮性流体であるため、第３ピストン１８の位置を正確の保持させることができる。

しかし、駆動部２０は、エアシリンダのみ、又は油圧シリンダのみであってもよい。ただし、エアシリンダのみである場合は、作動媒体が圧縮性流体であるため、ピストンの位置が変化し易く、位置精度が低下する可能性がある。

また、油圧シリンダのみの場合は、位置精度は良好であるが、応答性に難があり、ピストンの移動速度が遅くなる。
この点、本実施例であれば、応答性のよい圧縮エアと位置精度のよいオイルを使用するので、応答性と位置精度がよくなる。

図２に示すように、円柱状の本体部１２には、複数（この例では６個）の荒加工用刃具３１と、複数（この例では６個）の仕上げ用刃具３２が交互に配置されており、仕上げ用刃具３２の下にプッシュロッド２５が各々配置される。なお、刃具３１、３２は、研削砥石であってもよい。
テーパー軸２４が図面おもて側へ移動すると、プッシュロッド２５が径方向に移動し、プッシュロッド２５により、没状態の仕上げ用刃具３２が突出状態になる。

すなわち、図１に示すプッシュロッド２５とテーパー軸２４と駆動部２０とで、刃具押出機構３０が構成される。

図３に示すように、刃具移動抑制機構４０は、例えば、遠心式ブレーキである。刃具移動抑制機構としての遠心式ブレーキ４０は、ピストンロッド２３（又は、テーパー軸２４）の先端に取付けられる円板４１と、この円板４１に揺動自在に取付けられるアーム４２と、このアーム４２を閉じ方向へ付勢するトーションばね４３と、アーム４２の先端に一体形成されるウエイト部４４と、筒部材２２の内周面４５とからなる。

筒部材２２と共に円板４１が図面反時計方向に高速で回転すると、遠心力が発生し、トーションばね４３に抗してウエイト部４４が径外方へ移動する。
すると、図４（ａ）に示すように、ウエイト部４４が筒部材２２の内周面４５に当接する。
図４（ｂ）に示すように、ウエイト部４４が筒部材２２の内周面４５に当たることで、ウエイト部４４と筒部材２２との間で摩擦力が発生する。結果、テーパー軸２４の軸方向移動が抑制される。

なお、工具の回転方向に対し、回転方向上流側に円板４１とアーム４２の結合部４７を設け、回転方向下流側にウエイト部４４を設けると良い。すると、遠心力を有効に活用でき、確実にブレーキをかけることができる。

好ましくは、筒部材２２の内周面４５は粗面とする。粗面にすることで、摩擦係数が増大し、摩擦力を増大させることができる。
図１にて、テーパー軸２４を前進させて、仕上げ用刃具３２を本体部１２から突出させた状態で、ワークのボアを切削（研削）すると、切削抵抗により、大きな力が仕上げ用刃具３２に加わる。

オイル２８の存在である程度までは仕上げ用刃具３２が没方向へ移動することは阻止できる。しかし、それ以上の力を受けると、第１ピストン１５が後退し、仕上げ用刃具３２が没方向へ移動する心配がある。

次に、遠心式ブレーキ４０の変更例を説明する。
図５（ａ）に示すように、遠心式ブレーキ４０Ｂは、ピストンロッド（図１、符号２３）で支持されるディスク５１と、このディスク５１に取付けられるブレーキロータ５２とを備える。この例では、ディスク５１とブレーキロータ５２を別体としたが、一体であってもよい。

ブレーキロータ５２は、ディスク５１に嵌められる筒状基部５３と、この筒状基部５３に１個の結合部４７を介して連結され、筒状基部５３をほぼ全周にわたって囲うウエイト部４４とからなる。ウエイト部４４と筒状基部５３とは、結合部４７を除く部位が環状溝５４で分割されている。そして、ウエイト部４４は、環状溝５４側から延びる放射溝５５で切り込まれる。

ウエイト部４４は、１枚の金属円板又は樹脂円板に、環状溝５４や放射溝５５を切り込むことで、容易に得られ、安価である。また、ウエイト部４４は、樹脂の金型成形によっても製造可能であり、樹脂成形であれば射出成形持に環状溝５４や放射溝５５が形成できるため、製造コストを更に下げることができる。

矢印に沿って、回されると、放射溝５５がくさび形に広がり、結果、ウエイト部４４は、径外方へ移動し、筒部材（図３、符号２２）に摺接する。

図５（ｂ）に示す遠心式ブレーキ４０Ｃは、結合部４７が、複数個（この例では２個）である点が、遠心式ブレーキ４０Ｂと異なり、その他は遠心式ブレーキ４０Ｂと同一であるため、符号を流用して、詳細な説明は省略する。

図５（ａ）、（ｂ）に示す遠心式ブレーキ４０Ｂ、４０Ｃは、図３に示す遠心式ブレーキ４０より構造が単純であり、安価である。
なお、遠心式ブレーキは、遠心作用を利用して制動作用を発揮することができる機構であれば、構造、形式は任意である。

本発明では、切削時に刃具移動抑制機構４０が作動して、テーパー軸２４の後退移動を抑制するため、仕上げ用刃具３２が没方向へ移動する心配はない。
そのために、安価なエアシリンダの作用が可能になったともいえる。

尚、刃具移動抑制機構４０は、遠心式ブレーキの他、本体部１２から止めピンをテーパー軸２４へ出没させる機構でもよく、要は、必要時に、テーパー軸２４の軸方向移動を制限することができる機構であれば形式、構造は問わない。

また、ボーリング工具１０は、荒加工用刃具３１と仕上げ用刃具３２の双方を備えることが望ましいが、仕上げ用刃具３２のみを備えるものであってもよい。
実施例においては、ボーリング工具について開示したが、刃具として研削砥石を用いたホーニング工具でも良い。

本発明は、エンジンシリンダのボアを切削するボーリング工具に好適である。

１０…内面加工工具（ボーリング工具）、１１…中空部、２０…駆動部、２２…本体部側の部材（筒部材）、２４…テーパー軸、２５…プッシュロッド、３０…刃具押出機構、３２…刃具（仕上げ用刃具）、４０、４０Ｂ、４０Ｃ…刃具移動抑制機構（遠心式ブレーキ）、４１…円板、４２…アーム、４３…トーションばね、４４…ウエイト部、４５…筒部材の内周面、４７…結合部。

Claims (3)

1. 円柱状の本体部に刃具を取付け、前記本体部に設けた刃具押出し機構で前記刃具を前記本体部の外周面から出没させるようにし、突出した前記刃具で円筒の内面を切削する内面加工工具において、
   前記刃具に作用する切削抵抗で前記刃具が没方向移動すること、を抑制する刃具移動抑制機構が備えられており、
   前記刃具押出機構は、前記本体部に軸方向に移動可能に内蔵されたテーパー軸と、このテーパー軸を軸方向に移動する駆動部と、前記本体部に放射状に内蔵され前記テーパー軸で径方向へ移動するロッドとを備え、
   前記刃具移動抑制機構は、前記テーパー軸の先端に設けられ前記本体部側の部材に摺接して制動作用を発揮する遠心式ブレーキであることを特徴とする内面加工工具。
2. 前記遠心式ブレーキは、前記テーパー軸の先端に取付けられる円板と、この円板に揺動自在に取付けられるアームと、このアームの先端に設けられるウエイト部と、このウエイト部が摺接する前記本体部側の部材とからなることを特徴とする請求項１記載の内面加工工具。
3. 前記本体部の先端に筒部材が取付けられ、この筒部材に前記遠心式ブレーキが収納され、前記ウエイト部が摺接する前記本体部側の部材は前記筒部材であり、この筒部材の内周面が粗面とされていることを特徴とする請求項２記載の内面加工工具。
   
   

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