JP5779779B2 - 中ぐり加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物を中ぐり加工する中ぐり加工装置に関する。

従来より、中ぐり加工を行うための種々の装置が提案されてきたが、近年は、一般的な円形の穴のみならず、非円形の穴を形成するための中ぐり加工が要望されている。例えば、特許文献１の中ぐり加工装置は、棒状に延びる工具ホルダーの先端に設けられた工具を、圧電素子によって径方向に突出させている。そして、圧電素子によって工具の突出長さを調整しながら、工具ホルダーを軸回りに回転させることで、非円形の穴を形成する中ぐり加工を行っている。
また、出願人は以前、図８及び図９に示すような中ぐり加工装置を開発している（特願２０１０−０３９０４７参照）。この中ぐり加工装置１００は、中空の主軸１０２と、所定の軸線１１０回りに主軸１０２を回転自在に支持するテーブル１０３と、を備えている。また、中ぐり加工装置１００は、棒状に延び、主軸１０２とともに同軸で回転する工具ホルダー１０１と、工具ホルダー１０１の先端部に設けられ、径方向に突出する工具１１１と、主軸１０２と工具ホルダー１０１との間に設けられ、工具ホルダー１０１を軸線１１０から傾斜させる傾動ユニット１０４と、を備えている。また、この中ぐり加工装置１００は、主軸１０２内で軸線１１０方向に往復動可能なドローバー１０７と、主軸１０２を軸線１１０回りに回転させる第１の駆動手段（図示せず）と、ドローバー１０７を軸線１１０方向に往復動させる第２の駆動手段（図示せず）と、を備えている。
そして、傾動ユニット１０４は、軸線１１０方向においてドローバー１０７と工具ホルダー１０１との間に連結され、主軸１０２の一端部との間に隙間を介して配置される基部１４２と、主軸１０２の一端部において軸線１１０から径方向に離れた位置に固定された固定部１４４と、基部１４２と固定部１４４とを径方向に連結する連結部１４３と、を備えており、固定部１４４及び連結部１４３の少なくとも一方が弾性変形可能に構成されている。
このような構成によれば、第１の駆動手段により主軸１０２を回転させると、これと共に工具ホルダー１０１が回転し、工具ホルダー１０１の先端の工具１１１により被加工物ｗの中ぐり加工が行われる。また、工具ホルダー１０１の回転中に第２の駆動手段によりドローバー１０７を往復動させると、これと共に基部１４２が往復動する。また、このときに、連結部１４３が弾性変形しながら基部１４２を支持している。そして、基部１４２が往復動すると、工具ホルダー１０１が傾動するので、中ぐり加工における中ぐり穴の径が変化する。これにより、非円形の穴を形成することができる。

特開平１１−１７９６０５号公報

しかしながら、上記の図８及び図９に示す構成では、長期間にわたって繰り返し何度も中ぐり加工を行い、その度に基部１４２が往復動して連結部１４３が弾性変形すると、連結部１４３の復元力が弱くなってゆき、基部１４２が元の位置に戻らなくなることがあった。そのため、基部１４２の位置が元の位置からずれてしまい、その結果、一定の加工精度を維持するのが困難になっていた。特に、傾動ユニット１０４を軽量化するとずれが大きくなることがあり、工具ホルダー１０１の回転バランスが乱れることがあった。したがって、この点を改良する余地が残されていた。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、一定の品質で繰り返し中ぐり加工をすることができる中ぐり加工装置の提供を目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための中ぐり加工装置であって、軸線方向に沿った中空部を有する回転可能な主軸と、前記主軸を前記軸線回りに回転駆動する主軸駆動手段と、前記主軸の一端部に傾動ユニットを介して連結され、前記主軸と共に回転可能な工具ホルダーと、前記工具ホルダーに保持された工具と、前記主軸の軸線方向に沿ってスライド可能なように前記中空部に挿入されたドローバーと、前記ドローバーを前記軸線方向にスライドさせるドローバー駆動手段と、を備えている。また、前記傾動ユニットは、前記主軸の軸線から離間した位置で前記主軸の一端部に固定された固定部と、前記工具ホルダーに固定された基部と、前記固定部と前記基部とが一体となるように両者を繋ぐ連結部であって、前記基部が前記主軸に対して離間または接近するときに弾性変形する連結部と、を備えており、前記ドローバーの先端は、前記基部を押圧するように当該基部に当接可能であり、前記基部には、前記固定部と反対側の位置にバランス部材が固定されている。

このような構成によれば、ドローバーにより基部を押圧したとしても、基部にバランス部材が固定されているので、基部の押圧を解除したときに、バランス部材の重みにより基部が確実に元の位置に戻る。したがって、傾動ユニットを元の状態に保つことができ、品質を維持することができる。その結果、一定の品質で繰り返し中ぐり加工をすることができる。

本発明に係る中ぐり加工装置によれば、一定の品質で繰り返し中ぐり加工をすることができる。

本発明の一実施形態に係る中ぐり加工装置の側面図である。 中ぐり加工装置の要部を示す断面図である。 中ぐり加工装置の要部を示す断面図である。 図３を左方から見た図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 他の実施形態に係る中ぐり加工装置の要部を示す断面図である。 図６のＡ−Ａ断面図である。 従来の中ぐり加工装置の側面図である。 従来の中ぐり加工装置の要部を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る中ぐり加工装置の側面図であり、図２及び図３は、この中ぐり加工装置の要部を示す断面図である。また、図４は、図３を左方から見た図である。なお、以下の説明では、図の左方を「前」とし、右方を「後」として説明する。

本実施形態に係る中ぐり加工装置１は、被加工物ｗを中ぐり加工する装置であって、図１〜図４に示すように、軸線Ｘ方向（図１の左右方向）に延びる回転可能な主軸２と、この主軸２を軸線Ｘ回りに回転駆動する主軸駆動手段３とを備えている。また、中ぐり加工装置１は、主軸２の一端部（前端部）に傾動ユニット６を介して連結された工具ホルダー４と、工具ホルダー４に保持された工具５とを備えている。また、中ぐり加工装置１は、軸線Ｘ方向に沿ってスライド可能なドローバー７と、このドローバー７を軸線Ｘ方向にスライドさせるドローバー駆動手段８とを備えている。

被加工物ｗは例えばエンジンのピストン等であり、中ぐり加工装置１により被加工物ｗに中ぐり穴を形成することができる。この中ぐり穴は、例えばエンジンピストンとコンロッドとをつなぐ連結ピンの挿入穴などである。また、この被加工物ｗは、図示しない被加工物保持手段により保持されている。

主軸２は、軸線Ｘ方向（図１の左右方向）に延びる金属部材から構成されており、内部を直線状にくり貫くことにより形成された中空部９を有している。この中空部９は、軸線Ｘ方向に沿って主軸２の一端部（前端部）から他端部（後端部）まで延びており、主軸２を貫通している。これにより主軸２は、ほぼ円筒状に形成されている。

主軸駆動手段３は、主軸２を軸線Ｘ回りに回転駆動できる構成であれば特に限定されるものではないが、本実施形態では、ケーシング内の軸を回転させることができるビルトイン形式の公知のモーターを用いている。また、主軸駆動手段３は前後方向（図１の左右方向）に移動可能なテーブル１１上に設置されており、テーブル１１を軸線Ｘ方向に沿って前後に移動させることにより、主軸駆動手段３および主軸２を軸線Ｘ方向に沿って前後に移動させることができるように構成されている。テーブル１１の構成は特に限定されるものではないが、本実施形態では、基台１２上の図示しないレールの上に配置することにより、レールに沿って前後に移動させることができる。また、テーブル１１の移動量は、制御装置１３により適宜調整可能である。

工具ホルダー４は、平板状のホルダー連結部４０と、ホルダー連結部４０から軸線Ｘ方向に延びる軸部４１とを備えている。ホルダー連結部４０は、主軸２の前方において、ボルトにより傾動ユニット６に固定されている。また、軸部４１は、ホルダー連結部４０の中央部分から軸線Ｘに沿って前方に向かって棒状に延びており、その先端部には工具５が固定されている。このような工具ホルダー４は、傾動ユニット６によって主軸２に固定されており、主軸２の回転と共に回転する。

工具５は、工具ホルダー４の回転により被加工物ｗを中ぐり加工できるものであれば特に限定されないが、例えば、先鋭な金属からなる強固な刃物を用いることができる。この工具５は、工具ホルダー４の軸部４１の前端部外周面に着脱可能に取り付けられている。

ドローバー７は、軸線Ｘ方向に延びる棒状部材から構成されており、軸線Ｘに沿って往復動可能、かつ、軸線Ｘ回りに回転可能なように主軸２の中空部９に挿入されている。また、ドローバー７は、先端部に押圧部７０を備えており、押圧部７０の前端面が球面を成し主軸２の前端に一致するように配置されている。この押圧部７０は、焼入鋼から形成されており、ドローバー７が前方に移動することにより、先端の押圧部７０が主軸２の前端（中空部９の前端）から主軸２の前方へ突出し、傾動ユニット６を押圧するように構成されている。また、ドローバー７の後端部は、主軸２の後端（中空部９の後端）から主軸２の後方へ突出しており、ドローバー駆動手段８に接続されている。

ドローバー駆動手段８は、ドローバー７を軸線Ｘ方向に往復移動させることができる構成であれば特に限定されないが、例えば、公知のリニアアクチュエータを用いることができる。図５は、図１のＡ−Ａ断面図である。本実施形態のドローバー駆動手段（リニアアクチュエータ）８は、図１及び図５に示すように、水平に配置された本体ケース８２と、本体ケース８２の内部に配置された板状のスライダ８５と、スライダ８５の左右両面に固定された複数の磁石８６，８６・・と、を備えている。また、ドローバー駆動手段８は、磁石８６が固定されたスライダ８５を囲むようにスライダ８５の左右両側にそれぞれ配置された一対のコイルケース８３、８３と、各コイルケース８３の内部に配置された複数のコイル８４，８４・・とを備えている。また、ドローバー駆動手段８は、更に、スライダ８５の前端部及び後端部をそれぞれ支持する複数の支持部材８７，８７・・を備えている。

スライダ８５は、前後方向（図の左右方向）に直線状に延びており、本体ケース２内を軸線Ｘ方向に沿って前後に往復動できるように配置されている。また、スライダ５の前端部にはベアリング９０が固定されており、このベアリング９０には、ドローバー７の後端部が回転可能に固定されている。これにより、スライダ８５の往復動を、ベアリング９０を介してドローバー７に伝達することができる。

このようなドローバー駆動手段８によれば、コイル８４に通電することにより、通電時のコイル８４と磁石８６との相互作用により本体ケース８２に対してスライダ８５が軸線Ｘ方向に相対移動する。そして、スライダ８５の往復動が、ベアリング１１５を介して、ドローバー７に伝達される。スライダ８５の移動量は図示しない制御装置によりコイル８４への通電量を制御することによって、適宜調整することができる。また、コイル８４の通電方向（電流の方向）を変換することにより、スライダ８５の移動方向を変換することができる。

次に、傾動ユニットについて添付図面を参照して詳細に説明する。図２〜図４に示すように、傾動ユニット６は、工具ホルダー４に固定された基部６０と、主軸２の前端部に固定された固定部６１と、基部６０の一端部と固定部６１とを連結する連結部６２とを備えている。また、傾動ユニット６は、基部６０の他端部に固定されたバランス部材６３を備えている。

基部６０は、工具ホルダー４のホルダー連結部４０の後端面に当接しており、このホルダー連結部４０にボルトによって固定されている。また、基部６０は、その後端部にドローバー７の先端の押圧部７０が当接する当接部６６を備えており、ドローバー７により前方へ押圧されるように構成されている。基部６０と主軸２の前端部との間には、前記押圧部７０の突出量により所定寸法にまで変化する隙間ｔが設けられている。

固定部６１は、軸線Ｘから離間した位置において、主軸２の前端から前方へ突出するように主軸２に固定されている。本実施形態では、固定部６１は、主軸２が回転していない状態で、軸線Ｘから上方へ離間した位置に配置され、主軸２の上端部にボルトにより固定されている。また、連結部６２は、板状に形成され、基部６０の上端部と固定部６１の前端部とを連結している。

連結部６２は、固定部６１と基部６０とが一体となるように両者を繋いでいる。また、連結部６２は、金属から形成されており、基部６０が主軸に対して離間または接近するときに弾性変形可能となっている。これにより、基部６０がドローバー７によって前方へ押圧されると、連結部６２が弾性変形により屈曲する。これにより、図３の点線Ｙで示すように、基部６０が連結部６２付近を回動中心として揺動し、これに伴って工具ホルダー４も傾動する。その結果、工具５が軸線Ｘから偏心する。

また、バランス部材６３は、固定部６１とは相反する方向（固定部６１と反対側の位置）において、軸線Ｘから離間した位置で基部６０に固定されている。本実施形態では、バランス部材６３は、主軸２が回転していない状態で、軸線Ｘから下方へ離間した位置に配置され、基部６０の下端部にボルトにより固定されている。このバランス部材６３は、基部６０に対する重りとなる構成であれば特に限定されないが、本実施形態では金属により形成されている。このバランス部材６３の重量は適宜変更可能である。

続いて、以上のような構成を備える中ぐり加工装置１により被加工物ｗを中ぐり加工する方法について説明する。

被加工物ｗを中ぐり加工するときは、まず、被加工物ｗと中ぐり加工装置１との位置を調節し、被加工物ｗに工具５を接触させた状態で、主軸駆動手段３を作動させることにより主軸２を回転させ、主軸２に連結された工具ホルダー４を回転させる。これにより、工具ホルダー４に固定された工具５を軸線Ｘまわりで回転させ、工具５の回転により被加工物ｗを中ぐり加工する。その結果、所定の口径の中ぐり穴が被加工物ｗに形成される。

次に、被加工物ｗの中ぐり穴の口径を補正したいときは、ドローバー駆動手段８を作動させることにより、ドローバー７を軸線Ｘ方向に沿って前方へスライドさせ、このドローバー７により工具ホルダー４の基部６０を前方へ押圧する。基部６０が押圧されると、工具ホルダー４の固定部６１および連結部６２が弾性変形し、この弾性変形に伴って基部６０が連結部６２近傍を回動中心として揺動する。その結果、基部６０に固定された工具ホルダー４が傾動し、工具ホルダー４の先端に固定された工具５が軸線Ｘから矢示Ｙ方向に偏心する。このようにして工具５の位置が補正される。続いてこの状態で、上述と同様に主軸駆動手段３を作動させることにより主軸２を回転させ、主軸２に連結された工具ホルダー４を回転させると、工具５が回転し、工具５の位置が補正された状態で被加工物ｗが中ぐり加工されるので、中ぐり穴の口径が補正され、所望の口径の中ぐり穴を有する被加工物ｗが得られる。

中ぐり加工終了後、ドローバー駆動手段８を逆方向に作動させ、ドローバー７を後方へ牽引する。これにより基部６０の押圧が解除され、その結果、工具５が元の位置に戻る。このとき、本発明の中ぐり加工装置によれば、基部６０にバランス部材６３が固定されているので、このバランス部材６３の重みにより基部６０が確実に元の位置に戻る。したがって、傾動ユニット６を元の状態に保つことができ、品質を維持することができる。その結果、一定の精度で繰り返し中ぐり加工をすることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、主軸駆動手段３は、ビルトイン形式の公知のモーターを用いていたが、外部のモーターからギアやベルトを介して主軸２に回転動力を伝達する構成であってもよい。このような構成によっても、主軸２を軸線Ｘ回りに回転させることができ、被加工物ｗを中ぐり加工することができる。

また、上記実施形態では、ドローバー駆動手段８としてリニアアクチュエータを用いていたが、これに限定されず、例えば、モーターやボールネジ等を備え、回転運動を直線運動に変換する公知の構成を採用することもできる。このような構成によっても、ドローバー７を前後方向にスライドさせることができる。

また、上記実施形態では、固定部６１および連結部６２の両者が弾性変形する構成であったが、これに限定されず、固定部６１または連結部６２のいずれか一方が弾性変形する構成であってもよい。このような構成によっても、基部６０を回動させることができる。

また、上記実施形態において、中ぐり加工装置１と被加工物ｗとの軸方向（前後方向）の相対位置を調節するときは、テーブル１１を移動させて調節することもできるが、被加工物ｗを保持する被加工物保持手段を移動させて調節することもできる。

また、上記実施形態では、ドローバー７により傾動ユニット６の基部６０を押圧する構成であったが、基部６０を牽引する構成であってもよい。これについて、図６は、他の実施形態に係る中ぐり加工装置の要部を示す断面図である。また、図７は、図６のＡ−Ａ断面図である。なお、図６又は図７において、図３又は図４と同様の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図６及び図７に示すように、傾動ユニット６は、工具ホルダー４に固定された基部６０と、この基部６０を主軸２の先端部に固定する固定部６１と、基部６０の一端部と固定部６１とを連結する連結部６２とを備えている。基部６０の背面と主軸２の前端部との間には、後述するドローバー７の退入の程度により所定寸法から０にまで変化する隙間ｔ２が設けられている。また、隙間ｔ２の初期の所定寸法を維持するためにＯリングなどの弾性材が配置されている。

基部６０の内部には、ドローバー７の先端部に連結されるトラニオン部材６７が配置されている。トラニオン部材６７は、基部６０の中央部に配置されており、基部６０がドローバー７に対して軸受を介し回動するように、基部６０とドローバー７とを連結支持している。このような構成によれば、ドローバー７が後方（図面右方）にスライドすると、このドローバー７により基部６０が牽引され、この基部６０が弾性材（Oリング）を圧縮しつつ、矢示Ｚ方向に揺動する。その結果、基部６０に固定された工具ホルダー４が傾動し、工具ホルダー４の先端に固定された工具５が軸線Ｘから矢示Ｚ方向に偏心する。このようにして工具５の位置が補正される。

１ 中ぐり加工装置
２ 主軸
３ 主軸駆動手段
４ 工具ホルダー
５ 工具
６ 傾動ユニット
７ ドローバー
８ ドローバー駆動手段
９ 中空部
１１ テーブル
４０ 連結部
４１ 軸部
６０ 基部
６１ 固定部
６２ 連結部
６３ バランス部材
７０ 押圧部

Claims (1)

1. 軸線方向に沿った中空部を有する回転可能な主軸と、
   前記主軸を前記軸線回りに回転駆動する主軸駆動手段と、
   前記主軸の一端部に傾動ユニットを介して連結され、前記主軸と共に回転可能な工具ホルダーと、
   前記工具ホルダーに保持された工具と、
   前記主軸の軸線方向に沿ってスライド可能なように前記中空部に挿入されたドローバーと、
   前記ドローバーを前記軸線方向にスライドさせるドローバー駆動手段と、を備え、
   前記傾動ユニットは、
   前記主軸の軸線から離間した位置で前記主軸の一端部に固定された固定部と、
   前記工具ホルダーに固定された基部と、
   前記固定部と前記基部とが一体となるように両者を繋ぐ連結部であって、前記基部が前記主軸に対して離間または接近するときに弾性変形する連結部と、を備えており、
   前記連結部は、前記固定部及び前記基部より前記軸線方向の長さが短い板状に形成され、
   前記ドローバーの先端は、前記基部を押圧するように当該基部に当接可能であり、
   前記基部には、前記固定部と反対側の位置に重りが固定されている、中ぐり加工装置。

Images