WO2018190038A1

WO2018190038A1 - 孔内面切削装置及び方法

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Publication number: WO2018190038A1
Application number: PCT/JP2018/008770
Authority: WO
Inventors: 明之西谷; 道子遠田; 良樹伊禮; 彰中西
Original assignee: 株式会社Ihi
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2018-10-18
Also published as: EP3560642A1; US20190337058A1; EP3560642A4; US10946456B2; EP3560642B1; JP6791369B2; JPWO2018190038A1

Abstract

孔内面切削装置（１）は、切削具（２０ｃ）を有する回転部（２０ｂ）及び本体部（２０ａ）からなる加工ヘッド（２０）と、回転部（２０ｂ）を回転させる回転ロッド（４１）と、加工ヘッド（２０）をストロークさせるストロークロッド（３１）と、を備えている。本体部（２０ａ）には、加工ヘッド（２０）を貫通孔の径方向に位置決めする少なくとも三つの位置決め機構（２２Ａ～２２Ｃ）が設けられている。各位置決め機構（２２Ａ～２２Ｃ）は、放射状に配置された三つのスライダ（２５）、スライダ（２５）の先端にそれぞれ設けられたガイドローラ（２６）、スライダ（２５）を径外方に押し出すピストン（２３）、及び、ピストン（２３）を作動させる液圧室（２４）を有している。位置決め機構（２２Ａ～２２Ｃ）の液圧室（２４）の液圧をそれぞれ互いに独立して制御する制御部がさらに設けられている。

Description

孔内面切削装置及び方法

　本開示は、ワーク[workpiece]に形成された貫通孔の内面を切削する装置及び方法に関する。

　下記特許文献１は、長尺中空シャフトに形成された貫通孔[penetrating hole]の内面を切削する装置を開示している。当該装置では、回転する切削刃を有する加工ヘッドは、貫通孔の軸方向に移動される。この際、加工ヘッドから放射状に突出された三つのローラが貫通孔の内面に押し付けられて、加工ヘッドの貫通孔内での位置が保持されている。三つのローラは加工ヘッドの前後二カ所に設けられており、これにより、加工ヘッドの中心軸が貫通孔の軸方向に一致される。

日本国特開２０１０－１８８４８４号公報

　しかし、上記特許文献１に開示された装置では、貫通孔の内径が緩やかに変化する場合は貫通孔の内面を切削できる。しかし、貫通孔の内径が局所的に減少したり拡張したりする場合（即ち、内面上に周状突起や周状溝が形成されている場合）には、ローラが当該周状突起や周状溝を通過する際に、軸方向の抵抗が高くなり、軸方向への移動ができなかった。

　本開示の目的は、ワークに形成された貫通孔の内径が局所的に減少したり拡張したりする場合でも、高精度に貫通孔の内面を切削することのできる孔内面切削装置及び方法[an apparatus and a method for cutting an inner surface of a hole]を提供することである。

　本開示の第１の特徴は、ワークに形成された貫通孔の内面を切削する孔内面切削装置であって、前記ワークを保持するワーク保持装置と、前記貫通孔内に挿入可能で、かつ、前記貫通孔の前記内面を切削する切削具[cutting tool]を有し、その中心軸の回りに回転可能なヘッド回転部及び前記ヘッド回転部を回転可能に保持するヘッド本体部を有する加工ヘッドと、前記貫通孔の一端から当該貫通孔内に挿入可能で、前記ヘッド回転部と連結されて、回転駆動源によって回転されることで前記ヘッド回転部を回転させるヘッド回転ロッドと、前記貫通孔の他端から当該貫通孔内に挿入可能で、前記ヘッド本体部と連結されて、ストローク駆動源によってストロークされることで前記加工ヘッドを前記貫通孔の軸方向にストロークさせるヘッドストロークロッドと、を備えており、前記加工ヘッドの前記ヘッド回転部及び前記ヘッド回転ロッドには、前記切削具を前記軸方向に垂直な径方向に移動可能な切削具移動機構が設けられており、前記ヘッド本体部には、前記中心軸に沿って少なくとも三カ所に、前記加工ヘッドを前記貫通孔内で前記径方向に位置決めする複数の位置決め機構が設けられており、前記位置決め機構のそれぞれが、放射状に均等に配置された前記径方向にスライド可能な少なくとも三つのスライダ、前記スライダの先端にそれぞれ設けられた前記貫通孔の前記内面と接触するガイドローラ、前記スライダを前記径方向の外方に押し出すピストン、及び、前記ピストンを作動させる液圧室を有しており、前記孔内面切削装置が、前記位置決め機構の前記液圧室の液圧をそれぞれ互いに独立して制御する制御部をさらに備えている、孔内面切削装置を提供する。

　本開示の第２の特徴は、ワークに形成された貫通孔の内面を切削する孔内面切削方法であって、上述した第１の特徴の孔内面切削装置を用いて前記貫通孔の前記内面を切削するに際して、前記位置決め機構のうちの一つが貫通孔の内径が局所的に減少する局所縮径部に接近した際には、前記弁機構によって、前記局所縮径部に対応する前記位置決め機構の前記液圧室の圧力を他の前記位置決め機構の前記液圧室の圧力よりも低くする、孔内面切削方法を提供する。

　上記第１又は第２の特徴によれば、加工ヘッドの少なくとも三か所に設けられた位置決め機構によって、切削具の位置を高精度に保持できる。ワークに形成された貫通孔の内径が局所的に減少したり拡張したりする部分がある場合でも、複数の位置決め機構の何れか一つがそのような部分を通過する際には、複数の位置決め機構の他の残りによって加工ヘッドの中心軸は貫通孔の軸方向に一致される。従って、ワークに形成された貫通孔の内面を高精度に切削できる。

孔内面切削装置の実施形態の全体構成を示す概略側面図である。上記孔内面切削装置によって加工されるワークである長尺中空シャフトの概略側面図である。上記孔内面切削装置の加工ヘッドの断面図である。（ａ）及び（ｂ）は上記加工ヘッドに液圧路を示す断面図である。上記孔内面切削装置の構成を示すブロック図である。上記加工ヘッドがワーク内面上の周状突起を通過する際（通過前）の断面図である。上記加工ヘッドがワーク内面上の周状突起を通過する際（通過中）の断面図である。上記加工ヘッドがワーク内面上の周状突起を通過する際（通過後）の断面図である。上記加工ヘッドがワーク内面上の周状溝を通過する際（通過前）の断面図である。上記加工ヘッドがワーク内面上の周状溝を通過する際（通過中）の断面図である。上記加工ヘッドがワーク内面上の周状溝を通過する際（通過後）の断面図である。上記加工ヘッドがワーク内面上の周状突起（周状溝）を通過する際の油圧制御のフローチャートである。

　実施形態に係る孔内面切削装置（孔内面切削方法）について説明する。まず、孔内面切削装置[hole inner-surface cutting apparatus]１の全体構成について説明する。図１に示されるように、孔内面切削装置１は、その中央に位置するワーク保持装置[workpiece hold device]１０と、ワーク保持装置１０の一側（図１中左側）に位置するヘッドストローク装置[head stroke device]３０と、ワーク保持装置１０の他側（図１中右側）に位置するヘッド回転装置[head rotation device]４０とを備えている。ワーク保持装置１０、ヘッドストローク装置３０、及び、ヘッド回転装置４０は、テーブル５０上に一列に並べて配置されている。なお、ワーク保持装置１０、ヘッドストローク装置３０、及び、ヘッド回転装置４０は、壁面上に垂直に並べて設置されてもよい。

　本実施形態におけるワーク２は、例えば図２に示されるような長尺中空シャフトである。中空シャフト２は、約３ｍの長さを有し、その両端の直径は拡張されている。中空シャフト２には、その軸方向に沿って貫通孔２ｈが形成されている。貫通孔２ｈの両端の内径も拡張されている。貫通孔２ｈの中央部の内径は約９０ｍｍである。貫通孔２ｈの内面上には、後述する周状突起[circumferential protrusion]２ｒ又は周状溝[circumferential groove]２ｇが形成されているが、図２には示されていない。なお、本実施形態のワークは中空シャフト２であるが、貫通孔が形成されていれば、図２に示されるような中空シャフトに限定されない。中空シャフト２は、図１中では一点鎖線で概略的に示されている。

　ワーク保持装置１０は、中空シャフト（ワーク）２の貫通孔２ｈ内面を切削する際に、中空シャフト２を保持する。中空シャフト２は、その軸方向が後述する加工ヘッド[working head]２０の移動方向と一致するように保持される。ワーク保持装置１０は、中空シャフト２の両端を保持する一対のチャック１２及び１３を有している。互いに対向して配置されたチャック１２及び１３は、具体的には、三つ以上の爪を有するスクロールチャックである。一対のチャック１２及び１３の間には、中空シャフト２を下方から支持する、又は、中空シャフト２を挟止する複数のホルダ１４も設けられている。チャック１２及び１３並びにホルダ１４によって、貫通孔２ｈの軸方向が加工ヘッド２０の移動方向に一致するように（中空シャフト２が撓まないように）、中空シャフト２が保持される。なお、ワーク２が中空シャフトでない場合、ワーク保持装置１０は、ワーク２に形成された貫通孔（２ｈ）の軸方向が加工ヘッド２０の移動方向に一致するようにワーク２を保持する。

　中空シャフト２の貫通孔２ｈの内面を切削する加工ヘッド２０は、その一端（ヘッド回転部２０ｂ）に後述するヘッド回転ロッド４１が連結されてワーク保持装置１０に保持された中空シャフト２の貫通孔２ｈの一端から貫通孔２ｈ内に挿入される。その後、貫通孔２ｈの他端側で、加工ヘッド２０の他端（ヘッド本体部２０ａ）に後述するヘッドストロークロッド３１が連結される。あるいは、加工ヘッド２０は、ヘッドストロークロッド３１と連結された後に貫通孔２ｈに挿入され、さらに、ヘッド回転ロッド４１と連結される。加工ヘッド２０については追って詳しく説明する。

　ヘッドストローク装置３０は、ヘッドストロークロッド３１、及び、ロッドストローク機構３２を備えている。ヘッドストロークロッド３１の先端（図１中右端）は加工ヘッド２０（ヘッド本体部２０ａ）に連結（固定）される。ヘッドストロークロッド３１には、加工ヘッド２０に油圧を供給する三つの液圧路３１ａ（図４参照）が設けられている。液圧路３１ａは、後述する油圧ユニット６０に接続されている。液圧路３１ａに関しては油圧ユニット６０や加工ヘッド２０と共に追って説明する。

　ロッドストローク機構３２は、ヘッドストロークロッド３１をストロークさせて、ヘッドストロークロッド３１の先端に連結された加工ヘッド２０をストロークさせる。ロッドストローク機構３２は、ヘッドストロークロッド３１の基端に固定されたブロック３２ａ、ブロック３２ａに形成された送り孔３２ｂと螺合する送りねじ３２ｃ、送りねじ３２ｃを回転させるストローク駆動源（送りモータ）３２ｄを備えている。送りねじ３２ｃは、ヘッドストロークロッド３１と平行に配されている。送りねじ３２ｃは、送りモータ３２ｄによって回転されることで、ブロック３２ａ（送り孔３２ｂ）を介して、ヘッドストロークロッド３１及び加工ヘッド２０を、加工ヘッド２０の中心軸方向（即ち、ワーク保持装置１０に保持された中空シャフト２の貫通孔２ｈの軸方向）にストロークさせる。送りモータ３２ｄは、後述する制御部[controller]（制御盤[control console]）７０に接続されており、制御部７０によって制御される。

　なお、ロッドストローク機構３２の機構は、高精度にヘッドストロークロッド３１及び加工ヘッド２０をストロークさせることができれば、上述した機構に限定されない。例えば、ボールねじ機構、ラックアンドピニオン機構、ベルト／チェーン駆動機構、リニアアクチュエータ、なども利用可能である。

　ヘッド回転装置４０は、ヘッド回転ロッド４１、及び、ロッド回転機構４２を備えている。ヘッド回転ロッド４１の先端（図１中左端）は加工ヘッド２０（のヘッド回転部２０ｂ）に連結（固定）される。ヘッド回転ロッド４１内には、加工ヘッド２０の切削具２０ｃを加工ヘッド２０の中心軸に垂直な方向（貫通孔２ｈの軸方向に垂直な方向、即ち、貫通孔２ｈの径方向）に移動させるためのスライドシャフト４１ａがスライド可能に収納されている。ヘッド回転ロッド４１には、加工ヘッド２０に切削液[cutting fluid]（クーラント[coolant]）を供給するクーラント供給路４１ｂ（切削液の供給路：図３参照）も設けられている。クーラント供給路４１ｂは、後述するクーラントユニット８０に接続されている。クーラント供給路４１ｂに関してはクーラントユニット８０や加工ヘッド２０と共に追って説明する。

　ロッド回転機構４２は、ヘッド回転ロッド４１を回転させて、ヘッド回転ロッド４１の先端に連結された加工ヘッド２０のヘッド回転部２０ｂを回転させる。ロッド回転機構４２は、テーブル上をスライド可能なスライド台４２ａ、及び、スライド台４２ａ上に設けられてヘッド回転ロッド４１を回転する回転駆動源４２ｂを備えている。スライド台４２ａは、上述したヘッドストローク装置３０によって加工ヘッド２０がストロークされると、加工ヘッド２０のストロークに追従してスライドする。回転駆動源４２ｂは、ヘッド回転ロッド４１を回転可能に保持するとともに、その回転モータでギア機構を介してヘッド回転ロッド４１を回転させる。回転駆動源４２ｂは、後述する制御部（制御盤）７０に接続されており、制御部７０によって制御される。

　ロッド回転機構４２は、ヘッド回転ロッド４１を回転可能に支持する、固定ホルダ４２ｃ及び可動ホルダ４２ｄも備えている。固定ホルダ４２ｃは、テーブル５０上に固定されている。可動ホルダ４２ｄは、スライド台４２ａと固定ホルダ４２ｃとの間でスライド可能である。可動ホルダ４２ｄは、ワイヤやチェーンなどによってスライド台４２ａに繋がれている。スライド台４２ａ上には、上述したスライドシャフト４１ａをスライドさせるアクチュエータ４２ｅも設けられている。アクチュエータ４２ｅによる加工ヘッド２０の切削具２０ｃの移動については、追って説明する。アクチュエータ４２ｅも、後述する制御部（制御盤）７０に接続されており、制御部７０によって制御される。

　次に、加工ヘッド２０について説明する。図３に示されるように、加工ヘッド２０は、回転しないヘッド本体部[head main body]２０ａと、回転可能なヘッド回転部[head rotatable body]２０ｂとからなる。ヘッド本体部２０ａとヘッド回転部２０ｂとは、ベアリング２０ｄを介して結合されている。上述したように、ヘッド本体部２０ａは、ヘッドストロークロッド３１の先端と連結され、ヘッド回転部２０ｂは、ヘッド回転ロッド４１の先端と連結される。

　ヘッド本体部２０ａは、円筒状[hollow cylindrical]のケース２１を有している。そして、ケース２１には、加工ヘッド２０の中心軸に沿って三つの位置決め機構[positioning mechanisms]２２Ａ～２２Ｃが設けられている。位置決め機構２２Ａ～２２Ｃは、加工ヘッド２０の中心軸が貫通孔２ｈの軸と一致するように、貫通孔２ｈ内で加工ヘッド２０を位置決めする[position the working head 20]。三つの位置決め機構２２Ａ～２２Ｃを、後述するヘッド回転部２０ｂの切削具２０ｃから順に第１機構２２Ａ、第２機構２２Ｂ及び第３機構２２Ｃと呼ぶ。

　位置決め機構２２Ａ～２２Ｃは、向きは異なるが同じ構成を有している。ここでは、位置決め機構２２Ａ～２２Ｃを総称して位置決め機構２２と呼んで、その構成を以下に説明する。位置決め機構２２は、ピストン２３と、液圧室２４と、三つのスライダ２５と、自由回転可能なガイドローラ２６とを有している。ピストン２３は、加工ヘッド２０の中心軸方向にスライド可能である。液圧室２４は、ピストン２３の基端側に形成されている。各スライダ２５は、ピストン２３によって加工ヘッド２０の径方向にスライド可能である。各ガイドローラ２６は、スライダ２５上に設けられて貫通孔２ｈの内面に押し付けられる。ピストン２３の基端側は円柱形で、先端側は円錐形である。図３では、ピストン２３の基端はケース２１の内部に設けられた隔壁２７と当接されているが、ピストン２３の基端の周縁には段差が形成されており、この段差によってケース２１の内周面、隔壁２７及びピストン２３との間に液圧室２４が形成されている。

　上述したヘッドストロークロッド３１に設けられた液圧路３１ａは、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、ヘッド本体部２０ａのケース２１にも延設されている。ヘッドストロークロッド３１とヘッド本体部２０ａとが連結されると、三つの液圧路３１ａは、三つの液圧室２４にそれぞれ連通される。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示される、ケース２１に形成された液圧路３１ａは、加工ヘッド２０の中心軸方向に沿って見た際に均等に配置されている必要はない。液圧路３１ａは、ヘッドストロークロッド３１の液圧路３１ａを三つの液圧室２４にそれぞれ連通させれば、それらの経路はどのように形成されてもよい。ただし、圧力損失を極力生じさせない経路が設計される。

　一つの位置決め機構２２には三つのスライダ２５が設けられるが、加工ヘッド２０の中心軸方向に沿って見た際に三つのスライダ２５が放射状に均等に（即ち、中心角１２０°毎に）配置される（図３では一つのスライダ２５のみが見える）。スライダ２５の内端は、ピストン２３円錐部の傾斜に合わせた傾斜を有している。このため、液圧室２４の液圧によってピストン２３がスライダ２５側にスライドする（作動される）と、三つのスライダ２５は均等に径方向の外方に押し出される。この結果、スライダ２５の外端に取り付けられたガイドローラ２６が貫通孔２ｈの内面に均等に押し付けられる。三つのガイドローラ２６が貫通孔２ｈの内面に均等に押し付けられることで、加工ヘッド２０の中心軸が貫通孔２ｈの軸に一致される。

　なお、ピストン２３と対向して、ガイドピン２８が突設されており、ガイドピン２８はピストン２３に形成されたガイド孔２９に挿入されている。ガイドピン２８及びガイド孔２９は、加工ヘッド２０の中心軸と平行であり、ピストン２３のスライドをガイドする。ガイドピン２８及びガイド孔２９によって、ピストン２３の傾きが抑止され、ピストン２３は円滑にスライドされ得る。

　本実施形態では、加工ヘッド２０の中心軸に沿って、切削具２０ｃから、第１機構２２Ａのスライダ２５、第１機構２２Ａの液圧室２４、第２機構２２Ｂのスライダ２５、第２機構２２Ｂの液圧室２４、第３機構２２Ｃの液圧室２４、及び、第３機構２２Ｃのスライダ２５がこの順で配設されている。なお、液圧室２４とスライダ２５との間には必然的にピストン２３が配置される。言い換えれば、切削具２０ｃに近い第１機構２２Ａ及び第２機構２２Ｂでは、スライダ２５（ガイドローラ２６）が切削具２０ｃ側に配置され、切削具２０ｃから遠い第３機構２２Ｃでは、液圧室２４が切削具２０ｃ側に配置される。この配置については追って詳しく説明する。

　このように、加工ヘッド２０の中心軸を貫通孔２ｈの軸に一致させる位置決め機構２２が、当該中心軸に沿って三つ（２２Ａ～２２Ｃ）設けられているため、ヘッド本体部２０ａ、即ち、加工ヘッド２０は貫通孔２ｈ内で傾くことなく高精度に位置決めされ得る。加工ヘッド２０が高精度に位置決めされるので、後述するヘッド回転部２０ｂの切削具２０ｃの位置も高精度に位置決めされ、高精度の切削を行うことができる。

　図３に示されるように、ベアリング２０ｄを介してヘッド本体部２０ａと結合されたヘッド回転部２０ｂは、回転可能な回転ボディ２０ｅ、及び、回転ボディ２０ｅ内に収納された切削具２０ｃを有している。切削具２０ｃは、上述した径方向にスライド可能であり、その先端には、切削刃[cutting insert]２０ｆが固定されている。切削具２０ｃの基端側の平側面には、傾斜された複数の係合溝２０ｇが形成されている。

　上述したヘッド回転ロッド４１の内部に設けられたスライドシャフト４１aの先端にも、傾斜された複数の被係合溝４１ｃが形成されている。係合溝２０ｇ及び被係合溝４１ｃは互いにスライド可能に係合している。従って、スライドシャフト４１aがスライドされると、係合溝２０ｇ及び被係合溝４１ｃの係合によって、切削具２０ｃが径方向に移動される。即ち、係合溝２０ｇ、被係合溝４１ｃ、スライドシャフト４１ａ及びアクチュエータ４２ｅは、切削具２０ｃを径方向に移動可能な切削具移動機構を構成している。切削具２０ｃの径方向移動によって、切削刃２０ｆの位置を調整でき、切削径を調整できる。この切削径の調整は、ヘッド回転部２０ｂが回転していても行える。即ち、貫通孔２ｈの内面の切削中でも切削径を調整することが可能である。

　図３では、切削具２０ｃは回転ボディ２０ｅ内に収納されている。この状態で加工ヘッド２０を貫通孔２ｈに挿入すれば、切削刃２０ｆが保護され得る。貫通孔２ｈの内面を切削する際には、切削具２０ｃは図３に示される状態から径方向に突出される（図６～図１１参照）。

　なお、スライドシャフト４１aは、被係合溝４１ｃが形成されている先端部のみがヘッド回転ロッド４１と共に回転し、当該先端部よりも基端側は回転せず、先端部と基端側との間はロータリジョイントで結合されている。即ち、スライドシャフト４１aの基端側は、回転する中空のヘッド回転ロッド４１の内部で回転せずにスライドされる。

　また、本実施形態では、位置決め機構２２は三つ（２２Ａ～２２Ｃ）設けられたが、少なくとも三つ設けられれば、四つ以上設けられてもよい。さらに、本実施形態では、各位置決め機構２２において、スライダ２５（ガイドローラ２６）は三つ設けられたが、少なくとも三つ設けられれば、四つ以上設けられてもよい。ただし、構造をできるだけ簡素にし、かつ、加工ヘッド２０の中心軸を貫通孔２ｈの軸に一致させるには、各位置決め機構２２に三つのスライダ２５（ガイドローラ２６）を設けるのが最も好ましい。

　さらに、本実施形態では、ヘッドストロークロッド３１が（図１及び図３の左方に）引かれることで、切削具２０ｃによって中空シャフト２の貫通孔２ｈの内面が切削される。しかし、向きの異なる切削具２０ｃを用意することで、ヘッドストロークロッド３１が（図１及び図３の右方に）押されることで、切削具２０ｃによって中空シャフト２の貫通孔２ｈの内面が切削されてもよい。

　次に、図５のブロック図を参照しつつ、上述した油圧ユニット６０、制御部７０、及び、クーラントユニット８０等も含めた、孔内面切削装置１のシステム構成について説明する。図５に示されるように、制御部７０は、油圧ユニット６０とも接続されており、油圧ユニット６０も制御している。油圧ユニット６０は、位置決め機構２２の液圧室２４に供給する液圧を生じさせるオイルタンク６１及びオイルポンプ６２を有している。なお、オイルポンプ６２で液圧を高めたオイルをオイルタンク６１に溜めた後に、液圧室２４へと供給してもよい。オイルタンク６１及びオイルポンプ６２が、液圧室２４に液圧を供給する液圧源を構成している。

　上述した液圧路３１ａは、単一の液圧源から三つに分岐されている。分岐された三つの液圧路３１ａ上には、液圧室２４に供給される液圧を調整する弁機構６３がそれぞれ設けられている。このため、三つの液圧室２４の液圧は、弁機構６３によって独立して調整可能である。本実施形態の弁機構６３は減圧弁である。制御部７０によって弁機構６３が制御され、所望の液圧室２４の液圧が減じられる。液圧室２４の液圧が減じられると、液圧室２４の容積が小さくなり、スライダ２５（ガイドローラ２６）がケース２１内へと格納される。

　制御部７０は、クーラントユニット８０とも接続されており、クーラントユニット８０も制御している。クーラントユニット８０は、切削具２０ｃの近傍にクーラントを噴出するためのクーラントタンク８１及びクーラントポンプ８２を有している。なお、切削具２０ｃ近傍で切削部分に噴出されたクーラントは切削時の摩擦を抑制すると共に切削で生じる熱を冷却する。クーラントは、回収されて再処理装置８３で切削屑などが除去された後に再度クーラントタンク８１に戻される。

　上述したように、制御部７０は、ヘッドストローク装置３０のストローク駆動源（送りモータ）３２ｄにも接続されており、加工ヘッド２０のストロークも制御している。この際、加工ヘッド２０のストローク位置は、送りモータ３２ｄの回転数（ストローク駆動源の制御情報）に基づいて、制御部７０によって把握されている。なお、送りモータ３２ｄの回転数ではなく、送りねじ３２ｃの回転数や、ギア機構が介在する場合はギアの回転数によって、加工ヘッド２０のストローク位置が把握されてもよい。なお、ワーク２をワーク保持装置１０上に保持させた後、切削を始める前に、加工ヘッド２０のストローク位置の初期位置が設定される。

　また、制御部７０は、ヘッド回転装置４０の回転駆動源４２ｂにも接続されており、加工ヘッド２０のヘッド回転部２０ｂ、即ち、切削具２０ｃの回転位置も制御している。この際、切削具２０ｃの回転位置は、回転駆動源４２ｂの状態に基づいて、制御部７０によって把握されている。なお、回転駆動源４２ｂ自体の状態ではなく、ギア機構が介在する場合はギアの回転数によって、切削具２０ｃの回転位置が把握されてもよい。なお、ワーク２をワーク保持装置１０上に保持させた後、切削を始める前に、加工ヘッド２０の回転位置の初期位置が設定される。

　また、制御部７０は、ヘッド回転装置４０のアクチュエータ４２ｅにも接続されており、切削具２０ｃの切削径も制御している。この際、切削具２０ｃの切削径（径方向の位置）は、アクチュエータ４２ｅの制御状態（切削具移動機構の制御情報）に基づいて、制御部７０によって把握されている。なお、アクチュエータ４２ｅの状態ではなく、スライドシャフト４１ａのスライド位置を検出する検出器を設けて切削具２０ｃの切削径を把握してもよい。なお、ワーク２をワーク保持装置１０上に保持させた後、切削を始める前に、加工ヘッド２０の切削径が初期設定される（切削刃２０ｆの先端位置が設定される）。

　次に、周状突起２ｒが形成されている貫通孔２ｈの内面を上述した構成を有する孔内面切削装置１によって切削する際の加工ヘッド２０の動作を、図１２のフローチャート及び図６～図８を参照しつつ説明する。図６～図８には、第１機構２２Ａのガイドローラ２６が周状突起２ｒを通過する場合が示されている。図１２のフローチャートは、第１機構２２Ａ～第３機構２２Ｃのそれぞれに対して実行されている。ここでは、図６～図８に示されるように第１機構２２Ａを例にして説明する。

　なお、加工ヘッド２０は、ヘッドストロークロッド３１によって図中左方に引かれて移動される。従って、第１機構２２Ａのガイドローラ２６は、周状突起２ｒの局所縮径部[local diameter-reduction portion]Ｘを通過して周状突起２ｒに乗り上げ、その後、周状突起２ｒの局所拡径部[local diameter-expansion portion]Ｙを通過して周状突起２ｒを越える。

　上述したように、中空シャフト２が取り付けられた後に、加工ヘッド２０の初期位置が設定される。また、中空シャフト２の形状データも予め制御部７０に入力される。従って、第１機構２２Ａのガイドローラ２６が周状突起２ｒに達するまでに加工ヘッド２０が初期位置からどのくらいストロークするかが予め分かっている。制御部７０は、第１機構２２Ａのガイドローラ２６が周状突起２ｒの局所縮径部Ｘに近づいたか否かを監視している（ステップＳ１０）。例えば、ガイドローラ２６が局所縮径部Ｘに所定距離まで接近したらステップＳ１０が肯定される。この所定距離は、固定的に設定されてもよいし、加工ヘッド２０のストローク速度に応じて変えられてもよい。

　図６に示されるように、第１機構２２Ａのガイドローラ２６が周状突起２ｒの局所縮径部Ｘに近づいたと判定される（ステップＳ１０でＹＥＳ）と、制御部７０によって第１機構２２Ａに対応する弁機構（減圧弁）６３が制御され、第１機構２２Ａの液圧室２４の液圧が減じられる（ステップＳ２０）。即ち、第１機構２２Ａの液圧室２４の液圧は、第２機構２２Ｂ及び第３機構２２Ｃの液圧室２４の液圧よりも低くされる。第１機構２２Ａの液圧室２４の液圧が減じられるので、加工ヘッド２０のストロークによってガイドローラ２６が周状突起２ｒの局所縮径部Ｘに達しても、図７に示されるように、スライダ２５は局所縮径部Ｘに押されて円滑に径内方向にスライドされ、加工ヘッド２０のストロークが阻害されることはない。

　また、第１機構２２Ａの液圧室２４の液圧が減じられている間は、第１機構２２Ａは加工ヘッド２０の位置決めには貢献しない。しかし、残りの二つの第２機構２２Ｂ及び第３機構２２Ｃによって、加工ヘッド２０の中心軸が貫通孔２ｈの軸に一致されるので、切削具２０ｃの位置は高精度に制御され、高精度の切削がそのまま維持される。ステップＳ２０の後は、制御部７０は、第１機構２２Ａのガイドローラ２６が周状突起２ｒの局所縮径部Ｘを通過したか否かを監視している（ステップＳ３０）。例えば、ガイドローラ２６が局所縮径部Ｘから所定距離だけ離れたらステップＳ３０が肯定される。この所定距離は、固定的に設定されてもよいし、加工ヘッド２０のストローク速度に応じて変えられてもよい。

　第１機構２２Ａのガイドローラ２６が周状突起２ｒの局所縮径部Ｘを通過したと判定される（ステップＳ３０でＹＥＳ）と、制御部７０によって第１機構２２Ａに対応する弁機構（減圧弁）６３が制御され、第１機構２２Ａの液圧室２４の液圧が増加されて復元される（ステップＳ４０）。即ち、第１機構２２Ａの液圧室２４の液圧は、第２機構２２Ｂ及び第３機構２２Ｃの液圧室２４の液圧まで増加される。第１機構２２Ａの液圧室２４の液圧が復元されるので、スライダ２５は径外方に突出されて、図８に示されるように、ガイドローラ２６は再び貫通孔２ｈの内面に押し付けられる。従って、三つの位置決め機構２２Ａ～２２Ｃの全てで加工ヘッド２０が位置決めされて、加工ヘッド２０の中心軸が貫通孔２ｈの軸に一致される。即ち、切削具２０ｃの位置は高精度に制御され、高精度の切削がそのまま維持される。

　なお、ガイドローラ２６が局所縮径部Ｘを通過したことを監視するための上述した所定距離よりも周状突起２ｒの幅の方が大きい場合、ガイドローラ２６が周状突起２ｒの内周面と接触しているとき（図７参照）に液圧室２４の液圧が復元されることもある。この場合、ガイドローラ２６は、局所拡径部Ｙに達した後は、復元された液圧室２４の液圧によって径外方に移動され、やはり図８の状態となる。この場合も、加工ヘッド２０のストロークが阻害されることはない。

　次に、周状溝２ｇが形成されている貫通孔２ｈの内面を孔内面切削装置１によって切削する際の加工ヘッド２０の動作を、図１２のフローチャート及び図９～図１１を参照しつつ説明する。図９～図１１には、第１機構２２Ａのガイドローラ２６が周状溝２ｇを通過する場合が示されている。図１２のフローチャートは、周状突起２ｒに対してだけではなく、周状溝２ｇにも適用できるものであり、第１機構２２Ａ～第３機構２２Ｃのそれぞれに対して実行されている。ここでは、図９～図１１に示されるように第１機構２２Ａを例にして説明する。第１機構２２Ａのガイドローラ２６は、周状溝２ｇの局所拡径部Ｙを通過して周状溝２ｇに入り、その後、周状溝２ｇの局所縮径部Ｘを通過して周状溝２ｇを渡る。

　上述した周状突起２ｒの場合と同様に、制御部７０は、第１機構２２Ａのガイドローラ２６が周状溝２ｇの局所縮径部Ｘに近づいたか否かを監視している（ステップＳ１０）。上述したように、ガイドローラ２６が局所縮径部Ｘまであと所定距離となったらステップＳ１０が肯定される。即ち、手前の周状溝２ｇの局所拡径部Ｙに関しては、液圧室２４の液圧は制御されない。もし、局所縮径部Ｘに対する液圧室２４の液圧制御が始まる前にガイドローラ２６が局所拡径部Ｙに達した場合は、液圧室２４の液圧に応じてスライダ２５が径外方にスライドされてガイドローラ２６が周状溝２ｇの底面に押し付けられる場合もあり得る。もちろん、ガイドローラ２６が局所拡径部Ｙに達する前にステップＳ１０が肯定される場合もあり得る。

　本実施形態では、図９に示されるように、第１機構２２Ａのガイドローラ２６が周状溝２ｇの局所拡径部Ｙに近づいた状態では局所縮径部Ｘに近づいたとはまだ判定されない（ステップＳ１０でＮＯ）。しかし、図１０に示されるように、ガイドローラ２６が周状溝２ｇに入ってからガイドローラ２６が周状溝２ｇの局所縮径部Ｘに近づいたと判定される（ステップＳ１０でＹＥＳ：周状溝２ｇの幅より上述した所定距離の方が短い）。このとき、上述したように、ガイドローラ２６が周状溝２ｇの底面に向けて径外方に移動している。

　ステップＳ１０が肯定されると、制御部７０によって第１機構２２Ａに対応する弁機構（減圧弁）６３が制御され、第１機構２２Ａの液圧室２４の液圧が減じられる（ステップＳ２０）。即ち、第１機構２２Ａの液圧室２４の液圧は、第２機構２２Ｂ及び第３機構２２Ｃの液圧室２４の液圧よりも低くされる。第１機構２２Ａの液圧室２４の液圧が減じられるので、加工ヘッド２０がさらにストロークされてガイドローラ２６が周状溝２ｇの局所縮径部Ｘに達すると、図１１に示されるように、スライダ２５は局所縮径部Ｘに押されて円滑に径内方向にスライドされ、加工ヘッド２０のストロークが阻害されることはない。

　第１機構２２Ａの液圧室２４の液圧が減じられている間は、第１機構２２Ａは加工ヘッド２０の位置決めには貢献しない。しかし、残りの二つの第２機構２２Ｂ及び第３機構２２Ｃによって、加工ヘッド２０の中心軸が貫通孔２ｈの軸に一致されるので、切削具２０ｃの位置は高精度に制御され、高精度の切削がそのまま維持される。ステップＳ２０の後は、制御部７０は、第１機構２２Ａのガイドローラ２６が周状溝２ｇの局所拡径部Ｙを通過したか否かを監視している（ステップＳ３０）。上述したように、ガイドローラ２６が局所縮径部Ｘから所定距離だけ離れたらステップＳ３０が肯定される。

　第１機構２２Ａのガイドローラ２６が周状溝２ｇの局所縮径部Ｘを通過したと判定される（ステップＳ３０でＹＥＳ）と、制御部７０によって第１機構２２Ａに対応する弁機構（減圧弁）６３が制御され、第１機構２２Ａの液圧室２４の液圧が増加されて復元される（ステップＳ４０）。即ち、第１機構２２Ａの液圧室２４の液圧は、第２機構２２Ｂ及び第３機構２２Ｃの液圧室２４の液圧まで増加される。第１機構２２Ａの液圧室２４の液圧が復元されるので、図１１に示されるように、ガイドローラ２６は再び貫通孔２ｈの内面に押し付けられる。従って、三つの位置決め機構２２Ａ～２２Ｃの全てで加工ヘッド２０が位置決めされて、加工ヘッド２０の中心軸が貫通孔２ｈの軸に一致される。即ち、切削具２０ｃの位置は高精度に制御され、高精度の切削がそのまま維持される。

　本実施形態の孔内面切削装置１によれば、加工ヘッド２０が、その中心軸に沿って（少なくとも）三つの位置調整機構２２（２２Ａ～２２Ｃ）を備えている。そして、三つの位置調整機構２２の液圧室２４の液圧は、制御部７０によってそれぞれ互いに独立して制御できる。このため、三つの位置調整機構２２のいずれか一つが貫通孔２ｈ内に形成された周状突起２ｒや周状溝２ｇ（即ち、局所縮径部Ｘ）を通過する際でも、少なくとも二つの位置調整機構２２によって加工ヘッド２０の中心軸が貫通孔２ｈの軸と一致される。従って、切削具２０ｃの位置は高精度に維持され、高精度の切削を行うことができる。

　特に、本実施形態の孔内面切削方法によれば、周状突起２ｒや周状溝２ｇ（即ち、局所縮径部Ｘ）を通過する位置調整機構２２の液圧室の液圧が、制御部７０によって、その他の位置調整機構２２の液圧室２４の液圧よりも低くされる。従って、加工ヘッド２０のストロークが局所縮径部Ｘによって阻害されることがなく、切削具２０ｃの位置は高精度に維持され、高精度の切削を行うことができる。

　本実施形態では、位置調整機構２２の液圧室２４に供給される液圧は、単一の液圧源（オイルタンク６１及びオイルポンプ６２）によって発生され、それぞれ独立した液圧路３１ａによって液圧室２４に供給される。そして、各液圧路３１ａ上に、液圧を調整する弁機構６３がそれぞれ配設されている。このため、通常は、単一の液圧源から均一な液圧を複数の液圧室２４に供給することができる。そして、いずれか一つの位置調整機構２２が周状突起２ｒや周状溝２ｇ（即ち、局所縮径部Ｘ）を通過する際には、当該位置調整機構２２の液圧室２４の液圧のみを弁機構６３によって調整することができる。従って、液圧の供給系統を簡素に構成することができると共に、確実な液圧制御を行うことができる。

　また、本実施形態では、加工ヘッド２０の中心軸に沿って、切削具２０ｃから、第１機構２２Ａのスライダ２５、第１機構２２Ａの液圧室２４、第２機構２２Ｂのスライダ２５、第２機構２２Ｂの液圧室２４、第３機構２２Ｃの液圧室２４、及び、第３機構２２Ｃのスライダ２５がこの順で配設されている。切削具２０ｃの最も近くに第１機構２２Ａのスライダ２５、即ち、ガイドローラ２６が配されているので、切削具２０ｃの位置を高精度に保持でき、高精度の切削を行うことができる。ここで、第１機構２２Ａのガイドローラが周状突起２ｒや周状溝２ｇ（即ち、局所縮径部Ｘ）を通過する際には、第１機構２２Ａは加工ヘッド２０の位置決めに寄与しないこととなる。しかし、第２機構２２Ｂのスライダ２５、即ち、ガイドローラ２６が、切削具２０ｃのできるだけ近くに配設されているため、切削具２０ｃの位置を高精度に保持でき、高精度の切削を行うことができる。この時、第３機構２２Ｃのスライダ２５（ガイドローラ２６）は、第２機構２２Ｂのスライダ２５（ガイドローラ２６）からできるだけ遠くに配設される。このため、第２機構２２Ｂ及び第３機構２２Ｃによって、加工ヘッド２０の貫通孔２ｈ内での軸傾きが効果的に抑制され、高精度の切削を行うことができる。

　さらに、本実施形態では、ヘッドストロークロッド３１及びヘッド本体部２０ａに液圧路３１ａが設けられ、ヘッド回転ロッド４１及びヘッド回転部２０ｂにクーラント供給路４１ｂが設けられている。このように両者を分離することで、液圧及びクーラントを確実に加工ヘッド２０に供給できる。また、両者を分離することで、加工ヘッド２０内の流路形成が簡素化できるので加工ヘッド２０の小型化を実現できる。その結果、より小径の貫通孔に対応することができる。また、クーラントがヘッド回転部２０ｂ、即ち、切削具２０ｃの近傍に供給されるため、安定した切削を行うことができる。

　またさらに、本実施形態では、加工ヘッド２０のストローク位置が、送りモータ３２ｄの回転数（ストローク駆動源の制御情報）に基づいて、制御部７０によって検出される。従って、ストローク位置の検出のためのセンサを別に設ける必要がなく、簡素な構成で高精度の切削を行うことができる。位置決め機構２２（ガイドローラ２６）の何れかの周状突起２ｒや周状溝２ｇ（即ち、局所縮径部Ｘ）への接近もこのストローク位置に基づいて検出されるので、この点からも高精度の切削に寄与している。

　同様に、切削具２０ｃの切削径（径方向の位置）は、アクチュエータ４２ｅの制御状態（切削具移動機構の制御情報）に基づいて、制御部７０によって検出される。従って、切削径の検出のためのセンサを別に設ける必要がなく、簡素な構成で高精度の切削を行うことができる。

　また、本実施形態では、位置決め機構２２（ガイドローラ２６）の何れかが周状突起２ｒや周状溝２ｇ（即ち、局所縮径部Ｘ）を通過した後に、その液圧室２４の液圧が復元されるので、周状突起２ｒや周状溝２ｇ（即ち、局所縮径部Ｘ）の影響を受けない間は安定して高精度の切削を行うことができる。

　本開示の孔内面切削装置及び方法は、ワークに形成された貫通孔の内面を切削する装置及び方法として利用可能である。

Claims

　ワークに形成された貫通孔の内面を切削する孔内面切削装置であって、
　前記ワークを保持するワーク保持装置と、
　前記貫通孔内に挿入可能で、かつ、前記貫通孔の前記内面を切削する切削具を有し、その中心軸の回りに回転可能なヘッド回転部及び前記ヘッド回転部を回転可能に保持するヘッド本体部を有する加工ヘッドと、
　前記貫通孔の一端から当該貫通孔内に挿入可能で、前記ヘッド回転部と連結されて、回転駆動源によって回転されることで前記ヘッド回転部を回転させるヘッド回転ロッドと、
　前記貫通孔の他端から当該貫通孔内に挿入可能で、前記ヘッド本体部と連結されて、ストローク駆動源によってストロークされることで前記加工ヘッドを前記貫通孔の軸方向にストロークさせるヘッドストロークロッドと、を備えており、
　前記加工ヘッドの前記ヘッド回転部及び前記ヘッド回転ロッドには、前記切削具を前記軸方向に垂直な径方向に移動可能な切削具移動機構が設けられており、
　前記ヘッド本体部には、前記中心軸に沿って少なくとも三カ所に、前記加工ヘッドを前記貫通孔内で前記径方向に位置決めする複数の位置決め機構が設けられており、
　前記位置決め機構のそれぞれが、放射状に均等に配置された前記径方向にスライド可能な少なくとも三つのスライダ、前記スライダの先端にそれぞれ設けられた前記貫通孔の前記内面と接触するガイドローラ、前記スライダを前記径方向の外方に押し出すピストン、及び、前記ピストンを作動させる液圧室を有しており、
　前記孔内面切削装置が、前記位置決め機構の前記液圧室の液圧をそれぞれ互いに独立して制御する制御部をさらに備えている、孔内面切削装置。
　請求項１に記載の孔内面切削装置であって、
　前記孔内面切削装置が、前記液圧室に液圧を供給する液圧源、前記液圧源と前記液圧室のそれぞれとを接続する液圧路、及び、前記液圧路上に設けられ、前記制御部によって制御されて前記液圧室のそれぞれに供給される前記液圧を調整する弁機構、をさらに備えている、孔内面切削装置。
　請求項２に記載の孔内面切削装置であって、
　前記ヘッドストロークロッド及び前記ヘッド本体部が前記液圧路を有し、前記ヘッド回転ロッド及び前記ヘッド回転部が前記切削具近傍に切削液を供給する供給路を有している、孔内面切削装置。
　請求項１～３の何れか一項に記載の孔内面切削装置であって、
　前記ストローク駆動源が前記制御部によって制御され、前記制御部が前記ストローク駆動源の制御情報に基づいて前記加工ヘッドの前記貫通孔内での前記軸方向の位置を検出する、孔内面切削装置。
　請求項１～４の何れか一項に記載の孔内面切削装置であって、
　前記切削具移動機構が前記制御部によって制御され、前記制御部が前記切削具移動機構の制御情報に基づいて前記切削具の前記貫通孔内での前記径方向の位置を検出する、孔内面切削装置。
　孔内面切削装置を用いてワークに形成された貫通孔の内面を切削する孔内面切削方法であって、
　請求項１に記載の孔内面切削装置を用いて前記貫通孔の前記内面を切削するに際して、
　前記位置決め機構のうちの一つが貫通孔の内径が局所的に減少する局所縮径部に接近した際には、前記弁機構によって、前記局所縮径部に対応する前記位置決め機構の前記液圧室の圧力を他の前記位置決め機構の前記液圧室の圧力よりも低くする、孔内面切削方法。
　請求項６に記載の孔内面切削方法であって、
　前記ストローク駆動源が前記制御部によって制御され、前記制御部が前記ストローク駆動源の制御情報に基づいて前記加工ヘッドの前記貫通孔内での前記軸方向の位置を検出し、
　前記位置決め機構の前記一つが前記局所縮径部に接近するのを前記制御部によって監視する、孔内面切削方法。
　請求項６又は７に記載の孔内面切削方法であって、
　前記位置決め機構のうちの前記一つが前記局所縮径部を通過した後に、前記弁機構によって、前記局所縮径部に対応する前記位置決め機構の前記液圧室の圧力を他の前記位置決め機構の前記液圧室の圧力に戻す、孔内面切削方法。