(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の回転主軸に取り付けられ、ワークに断面非真円形状の穴を中ぐり加工する中ぐり工具であって、
加工対象の前記ワークの穴の断面と相似形状であって、軸線を中心とした非真円形状のカム面を有し、中ぐり加工中は回転が阻止されるカム軸と、
前記軸線を中心として前記カム軸に対し相対回転可能に設けられた回転体と、を備え、
前記回転体は、
前記工作機械の回転主軸に装着されるシャンク部と、
該回転体の外周面から突設された刃部と、
径方向に移動可能に設けられ、前記シャンク部の回転に伴い前記カム面上を移動するとともに、前記カム面の形状に応じて径方向に変位する移動部材と、
前記移動部材の径方向の変位に追従して前記刃部が径方向に変位するように前記刃部を支持する支持機構と、を有することを特徴とした中ぐり工具。
【請求項２】
請求項１に記載の中ぐり工具において、
前記支持機構は、
前記軸線に沿って延在する弾性板部材と、
前記シャンク部に固定され、前記弾性板部材を径方向に弾性変形可能に支持する支持部材とを有し、
前記刃部および前記移動部材は、前記弾性板部材に一体に取り付けられている、中ぐり工具。
【請求項３】
主軸頭に回転可能に支持された回転主軸と、
該回転主軸に取り付けられた、請求項１または２に記載の中ぐり工具と、
前記回転主軸の内部を貫通し、先端部が前記中ぐり工具の前記カム軸に係合し、前記カム軸を所定位相に保持するように前記主軸頭に回り止めされた非回転ロッドと、を有することを特徴とした工作機械。
【請求項４】
請求項３に記載の工作機械において、
前記カム軸は、前記回転体の内部に、前記回転体に対し相対回転可能に支持されており、さらに前記カム軸は、その軸線方向の一端部に、前記カム面が設けられ、軸線方向の他端部に、前記非回転ロッドに所定位相で係合する係合部が設けられている、工作機械。
【請求項５】
請求項４に記載の工作機械において、
前記非回転ロッドは、軸線方向に移動可能に支持され、
前記中ぐり工具が前記回転主軸に取り付けられたときに、前記非回転ロッドが前記係合部に係合されずに軸方向に移動したことを検出する係合検出部をさらに有する工作機械。
【請求項６】
請求項４に記載の工作機械において、
前記カム面は、断面形状が軸線方向に沿って変化しており、
前記カム軸を前記シャンク部に対して軸線方向に移動可能に支持するカム軸支持部と、
前記非回転ロッドを介して前記カム軸を軸線方向に駆動する駆動部と、をさらに有する工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面形状が非真円の穴をワークに加工する中ぐり工具および工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ワークに非円形状の穴を中ぐり加工するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、主軸に弾性変形体を介して中ぐり工具を取り付けるとともに、弾性変形体に圧電素子を組み付ける。そして、ロータリーエンコーダで検知した主軸の回転角に同期するように、スリップリングを介して圧電素子に駆動電流を供給する。これにより、弾性変形体を弾性変形させて中ぐり工具を径方向に変位させ、ワークに非円形状の穴を加工する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１８５１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、回転体である弾性変形体に圧電素子を組み付け、スリップリングを介して圧電素子に駆動電流を供給する構成であるため、ノイズの発生が問題となり、安定した中ぐり加工動作を行うことが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様である中ぐり工具は、工作機械の回転主軸に取り付けられ、ワークに断面非真円形状の穴を中ぐり加工する中ぐり工具であって、加工対象の前記ワークの穴の断面と相似形状であって、軸線を中心とした非真円形状のカム面を有し、中ぐり加工中は回転が阻止されるカム軸と、軸線を中心としてカム軸に対し相対回転可能に設けられた回転体と、を備える。回転体は、工作機械の回転主軸に装着されるシャンク部と、回転体の外周面から突設された刃部と、径方向に移動可能に設けられ、シャンク部の回転に伴いカム面上を移動するとともに、カム面の形状に応じて径方向に変位する移動部材と、移動部材の径方向の変位に追従して刃部が径方向に変位するように刃部を支持する支持機構と、を有する。
【０００６】
また、本発明の一態様である工作機械は、主軸頭に回転可能に支持された回転主軸と、回転主軸に取り付けられた上記中ぐり工具と、回転主軸の内部を貫通し、先端部が中ぐり工具のカム軸に係合し、カム軸を所定位相に保持するように主軸頭に回り止めされた非回転ロッドと、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、非真円形状のカム面上を移動する移動部材の径方向の変位に追従して刃部が径方向に変位するようにしたので、スリップリング等を介さずに刃部が非真円の移動軌跡を描くようになり、安定した中ぐり加工動作によりワークに非真円の穴を加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る工作機械の全体構成を概略的に示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る中ぐり工具により加工されるワークの一例を示す斜視図。
【図３】図２のワークの穴の断面形状を示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る中ぐり工具の外観形状を示す側面図。
【図５】図４とは異なる方向から見た、本発明の第１の実施形態に係る中ぐり工具の外観形状を示す側面図。
【図６】図４のVI-VI線断面図。
【図７】図６の要部拡大図。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る工作機械を構成する主軸の前側の構成を示す断面図。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る工作機械を構成する主軸の後側の構成を示す断面図。
【図１０】図７の変形例を示す図。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る中ぐる工具の要部構成を示す断面図。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る工作機械を構成する主軸の要部構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
−第１の実施形態−
以下、図１〜図１０を参照して本発明による工作機械の一実施形態について説明する。本発明の実施形態で用いられる工作機械は、中ぐり加工を行うものであるが、以下では、横形のマシニングセンタを用いて中ぐり加工を行うものとして説明する。図１は、本発明の実施形態に係る工作機械１００の全体構成を概略的に示す図である。
【００１０】
図１に示すように、工作機械（マシニングセンタ）１００は、ベッド１と、ベッド１上に水平方向（Ｚ方向）にスライド可能に立設されたコラム２と、コラム２に上下方向（Ｙ方向）に昇降可能に支持された主軸頭３と、主軸頭３に回転可能に支持され、軸線Ｌ０を中心に回転する主軸４と、主軸４に取り付けられた工具１０とを有する。ベッド１上にはＺ方向と直交する水平方向（Ｘ方向）にスライド可能にテーブル５が支持されている。テーブル５上にはイケール６が取り付けられ、イケール６に、工具１０に面してワークＷが取り付けられている。
【００１１】
この構成により工具１０と、イケール６を介してテーブル５上に取り付けられたワークＷとは、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に相対移動し、ワークＷが加工される。工具１０は、外周面に刃部１１が突設された中ぐり工具であり、ワークＷに、軸線Ｌ０を中心とした穴Ｗａが中ぐり加工される。なお、図示は省略するが、工作機械１００は、工具１０を自動交換する自動工具交換機能を有し、主軸４には中ぐり工具１０以外の種々の工具を装着可能である。
【００１２】
図２は、ワークＷの一例を示す斜視図であり、模擬的に表したエンジン（例えば４気筒エンジン）のシリンダブロックＣＢである。シリンダブロックＣＢに、工具１０によって円筒形状の所定深さＤ１のシリンダ穴ＣＢａ（Ｗａ）が加工される。シリンダブロックＣＢの端面におけるシリンダ穴ＣＢａの周囲には、シリンダヘッドＣＨを取り付けるためのねじ穴ＣＢｂが加工されている。シリンダヘッドＣＨには、ねじ穴ＣＢｂに対応して貫通穴ＣＨａが開口され、貫通穴ＣＨａを貫通したボルトＢをねじ穴ＣＢｂに螺合することで、加工後のシリンダブロックＣＢの端面に、シリンダヘッドＣＨが取り付けられる。
【００１３】
図３は、シリンダヘッドＣＨの取付後のシリンダ穴ＣＢａの形状を示す図である。ねじ穴ＣＢｂにボルトＢが螺合してシリンダブロックＣＢにボルトＢの締結力が作用すると、シリンダ穴ＣＢａの周囲に作用する力の分布が不均一となり、シリンダブロックＣＢは、シリンダ穴ＣＢａを中心として周方向不均一に径方向に変形する。このため、図３の実線Ｓ１に示すように、シリンダブロックＣＢに真円形状のシリンダ穴ＣＢａを加工すると、シリンダヘッド取付後のシリンダ穴ＣＢａは、実線Ｓ２に示すように非真円形状（花びら形状）となる。
【００１４】
この点を考慮して本実施形態では、シリンダ穴ＣＢａを図３の点線Ｓ３で示す非真円形状に加工するように中ぐり工具１０を構成する。点線Ｓ３は、シリンダヘッド取付時のシリンダ穴ＣＢａの変形を考慮して、予めシリンダ穴ＣＢａの所定位相における径を、その変形分だけずらしたものであり、これによりシリンダヘッド取付後のシリンダ穴ＣＢａを真円形状（実線Ｓ１）とすることができる。なお、本実施形態でいう非真円とは、真円に対して凹凸のある円形状のことであり、凹凸の大きさは、材料のひずみ量程度の値である。例えば、本実施形態の凹凸の大きさは数１０μｍ程度のものであり、目で見て明らかな楕円形状とは異なる。
【００１５】
図４、図５は、本発明の第１の実施形態に係る中ぐり工具１０の外観形状を示す側面図であり、図６は、図４のVI-VI線断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図示のように互いに直交する３方向を前後方向、左右方向および上下方向と定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。前後方向は、図１のＺ方向に相当する。前後方向に延在する軸線Ｌ１は工具１０の中心線である。工具１０は軸線Ｌ１を中心に回転するため、上下方向、左右方向のうち、軸線Ｌ１に近い方を内径側、遠い方を外径側と呼ぶこともある。
【００１６】
図６に示すように、工具１０は、前後方向の軸線Ｌ１に沿って延在するカム軸１１と、軸線Ｌ１を中心としてカム軸１１に対し相対回転可能に設けられた回転体２０とを備える。工具１０が主軸４に取り付けられた状態において、工具１０の軸線Ｌ１は主軸４の軸線Ｌ０（図１）に一致する。
【００１７】
図７は、図６の要部拡大図である。図７に示すように、カム軸１１は、軸線Ｌ１を中心とした非真円形状のカム面１２を有するカム部１１０と、カム部１１０の後方においてカム部１１０よりも大径の円筒面を有する大径部１１１と、大径部１１１の後方において大径部１１１よりも小径の円筒面を有する小径部１１２とを有する。
【００１８】
カム軸１１（小径部１１２）の後端面には、非回転ロッド６０（図８）が係合する係合溝１３が形成され、カム軸１１（カム部１１０）の前端面には、カム軸１１を回転操作するための係合溝１４が形成されている。係合溝１３，１４は、軸線Ｌ０に交差する真直な形状、すなわちマイナス形状である。
【００１９】
大径部１１１の前端部には径方向に突出した段部１１３が設けられ、段部１１３の後端面にベアリング（アンギュラベアリング）２６が当接している。小径部１１２の外周面にはねじ部が形成され、ねじ部にナット１１４が螺合し、突起部１１３とナット１１４との間に、カラー１１５を介して前後一対のベアリング２６が支持されている。カム面１２は、加工対象であるワークＷの穴Ｗａ、すなわち図３の点線Ｓ３で示すワーク穴Ｗａと相似形状である。なお、カム面１２には、摩耗を防止するための表面処理が施されている。
【００２０】
図６に示すように、回転体２０は、主軸４に装着されるシャンク部２１０を有する工具ホルダ２１と、工具ホルダ２１の前面にボルト２２により固定されたベアリングホルダ２３と、回転体２０の外周面から突設された上下一対の刃部２４と、カム面１２を転動する上下一対のカムフォロワ２５と、カムフォロワ２５の転動に伴い刃部２４が径方向（図６の上下方向）に変位するように刃部２４を支持する支持機構３０とを有する。回転体２０は、ベアリングホルダ２３の前面よりも後方においては、軸線Ｌ１を中心とした周方向対称形状を呈し、ベアリングホルダ２３の前面よりも前方においては、軸線Ｌ１を中心として上下方向対称形状を呈する。回転体２０の前後方向長さ、とくにベアリングホルダ２３から刃部２４までの長さは、ワークＷの穴Ｗａの深さに応じて決定される。
【００２１】
シャンク部２１０は略円筒形状を呈し、その外周面は、後方に向けてテーパ状に縮径している。シャンク部２１０の内周面には、周方向全周にわたって凹部２１ａが設けられ、凹部２１ａの後端面に、後方に向けて傾斜した傾斜面２１ｂが形成されている。工具ホルダ２１は、シャンク部２１０の前方に円筒状のフランジ部２１１を有し、フランジ部２１１の外周面には、自動工具交換用のＶ溝２１ｃが形成されている。フランジ部２１１の後端面は、シャンク部２１０よりも径方向外側および内側にそれぞれ延在し、シャンク部２１０の径方向外側および内側において、それぞれ軸線Ｌ１に垂直な端面２１ｄ，２１ｅが形成されている。
【００２２】
図７に示すように、ベアリングホルダ２３の前端部には、径方向内側に突出した段部２３１が形成されている。ベアリングホルダ２３の内周面には、前後一対のベアリング２６が挿入され、ベアリング２６の内側に、カム軸１１（大径部１１１）が回転可能に支持されている。ベアリング２６は、ベアリングホルダ２３の段部２３１および工具ホルダ２１との間隙を埋めるカラー２３２の間に挟持されるとともに、大径部１１１の段部１１３およびカム軸１１に螺合されたナット１１４との間に挟持され、ベアリング２６を介して、回転体２０に対するカム軸１１の軸方向位置が固定されている。
【００２３】
図４〜６に示すように、支持機構３０は、前後方向に延在する左右一対の支持部材３１，３２と支持部材３１，３２の間に介装された弾性板部材３３とを有する。支持部材３１，３２は、ベアリングホルダ２３と一体に形成され、ベアリングホルダ２３の前端面から前方に延在している。支持部材３１の右側面および支持部材３２の左側面はそれぞれ平坦に形成され、図４に示すように、支持部材３１，３２は所定距離ΔＤだけ離れて配置されている。弾性板部材３３は、所定距離ΔＤに相当する左右方向の幅を有する板部材であり、その前後方向長さおよび上下方向長さは、支持部材３１，３２の前後方向長さおよび上下方向長さとほぼ同一である。
【００２４】
図６に示すように、弾性板部材３３は、前後方向に延在するスリット３３０を介して大径板部３３１と小径板部３３２とに分割され、大径板部３３１と小径板部３３２とは、前端の連結板部３３３で連結されている。大径板部３３１の前部上端面および前部下端面には、それぞれ先端に切刃２４ａを有する刃部２４が取り付けられている。小径板部３３２には、軸線Ｌ１に沿って貫通穴３３４が開口されている。小径板部３３２の前端部には貫通穴３３ａが開口されている。小径板部３３２の後端面は大径板部３３１の後端面よりも前方に位置し、小径板部３３２の後方に空間部３４が形成されている。カム軸１１の前部のカム部１１０は空間部３４に配置されている。
【００２５】
図４，５に示すように、支持部材３１，３２の前端部の左右外側面にはそれぞれ座面３５が設けられている。座面３５には、弾性板部材３３の貫通穴３３ａに対応して貫通穴３５ａが開口されている。弾性板部材３３は、貫通穴３３ａ，３５ａを貫通した不図示のボルトにナットが螺合することで、支持部材３１，３２の間に挟持、固定されている。これにより弾性板部材３３は、その前端部が支持部材３１，３２に片持ちで支持され、大径板部３３１は前端部（貫通穴３３ａ）を支点にして上下方向に弾性変形可能である。
【００２６】
図７に示すように、弾性板部材３３の大径板部３３１の後端部には、上下方向に貫通穴３６が開口され、貫通穴３６の入口（外径側）には、貫通穴３６を前後方向に拡大した上下方向所定深さの座グリ部３６ａが設けられている。貫通穴３６にはカムフォロワサポート３７が挿入され、カムフォロワサポート３７の先端部は、小径板部３３２の後方の空間部３４に突出している。カムフォロワ２５は、回転体であるローラ部２５１と、ローラ部２５１を回転可能に支持する軸部２５２とを有し、カムフォロワサポート３７の内径側端部に軸部２５２が支持されている。
【００２７】
貫通穴３６には、カムフォロワサポート３７の径方向外側に、カムフォロワサポート３７を固定するための固定部材３８が挿入されている。固定部材３８は、座グリ部３６ａに対応した形状のフランジ部３８ａを有する。フランジ部３８ａは、座グリ部３６ａに挿入され、フランジ部３８ａを貫通した前後一対のボルト３９ａにより、弾性板部材３３の大径部３３１に固定されている。固定部材３８の前後方向中央部には、上下方向に貫通してねじ部３８ｂが設けられ、ねじ部３８ｂに押し付けボルト３９ｂが螺合されている。
【００２８】
押し付けボルト３９ｂの先端面は、カムフォロワサポート３７の径方向外側端面３７ａに当接している。これによりカムフォロワサポート３７に対し、押し付けボルト３９ｂのねじ込み量に応じた径方向内側への押し付け力を付加することができる。したがって、押し付けボルト３９ｂのねじ込み量を調整することで、カムフォロワ２５がカム面１２を滑らかに転動するように、カム面１２とカムフォロワ２５との接触圧力を設定することができる。
【００２９】
図５に示すように、支持部材３１，３２の後端部には、左右方向に向けて上下一対のねじ穴３５ｂが開口されている。ねじ穴３５ｂは、図７のカムフォロワサポート３７に対応した位置に設けられ、ねじ穴３５ｂに螺合した図示しないボルトの先端部がカムフォロワサポート３７の左右側面に当接することで、カムフォロワサポート３７の左右方向（軸線Ｌ１を中心とした周方向）のがたつきを防止することができる。
【００３０】
以上のように構成された中ぐり工具１０の動作を説明する。カム軸１１の回転を阻止した状態でシャンク部２１０に回転動力が伝達されると、軸線Ｌ１を中心に回転体２０（工具ホルダ２１、ベアリングホルダ２３、支持部材３１，３２、弾性板部材３３等）が回転する。回転体２０の回転により、カムフォロワ２５がカム面１２を転動し、カムフォロワサポート３７は、ねじ穴３５ｂに螺合されたボルトにより周方向の位置を拘束されながら径方向に変位する。これにより、弾性板部材３３の大径板部３３１は、カム面１２の形状に応じて前端部（貫通穴３３ａ）を支点にして径方向に変形する。その結果、刃部２４が径方向に変位し、切刃２４ａの先端がカム面１２の形状に応じた非真円の軌跡を描き、ワークＷに図３の点線Ｓ３で示すような非真円形状の穴Ｗａを加工することができる。
【００３１】
次に、工作機械１００の主軸４の構成を説明する。主軸４は、モータにより回転する回転機能の他、工具１０をクランプして主軸４の回転動力を工具１０に伝達するクランプ機能と、工具１０のカム軸１１の回転を阻止する回転阻止機能とを有する。
【００３２】
図８，図９は、本発明の第１の実施形態に係る工作機械を構成する主軸４の構成を示す断面図である。なお、図８，図９は、主軸４に工具１０を取り付けた状態を示しており、以下では、説明の便宜上、図４〜図７に合わせて前後方向を定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。図８，図９は、それぞれ主軸４の前側および後側の構成を示している。主軸４の中心軸Ｌ０と工具１０の中心軸Ｌ１とは同一直線上にある。主軸４はモータを内蔵しているが、この点の図示は省略する。
【００３３】
まず、クランプ機能について説明する。図８，９に示すように、円筒形状の主軸４は、その前端部および後端部がそれぞれベアリング４１，４２を介して主軸頭３の内側に回転可能に支持されている。主軸４の前端部には、テーパ形状の工具装着穴４３が形成され、工具装着穴４３の後方に収容空間４４が形成され、さらにその後方に中心穴４５が形成されている。主軸４の後端部には、蓋４６が取り付けられている。主軸前端部の内側には、工具装着穴から収容空間にかけてチャック爪４７が配置されている。
【００３４】
図８に示すように、チャック爪４７は、前端部が径方向に拡縮可能に構成され、チャック爪４７の内部に、軸線Ｌ０に沿って進退可能にドローバー４８が挿入されている。ドローバー４８の前端部は段付き状に径が拡大しており、その段付き部の後端部外周面に傾斜面４８ａが形成されている。チャック爪４７の前端部外周には、工具ホルダ２１の凹部２１ａの傾斜面２１ｂに係合可能な傾斜面４７ａが形成され、チャック爪４７の後端部内周面には、ドローバー４８の傾斜面４８ａに係合可能な傾斜面４７ｂが形成されている。
【００３５】
中心穴４５には、軸線Ｌ０に沿って皿ばね５０が配置され、皿ばね５０の前方には皿ばね押え５１が配置されている。皿ばね押え５１は、中心穴４５の前端面４５ａに当接し、この皿ばね押え５１に皿ばね５０の前端部が当接し、皿ばね５０の前端部の位置を規制している。皿ばね５０の後端部は、ドローバー４８の後端部に螺合したナット５２の前端面に当接し、皿ばね５０はナット５２のねじ込みにより圧縮されている。これにより、ドローバー４８には、ナット５２を介して皿ばね５０による後方への付勢力が常時作用している。
【００３６】
図９に示すように、主軸頭３の後端部には、アンクランプシリンダ５３が固定され、アンクランプシリンダ５３の後端面にはキャップ５４が取り付けられている。アンクランプシリンダ５３の内部には、前後方向に移動可能にアンクランプピストン５５が配置されている。アンクランプシリンダ５３の内周面には凹部５３ａが形成され、アンクランプピストン５５の外周面には凸部５５ａが設けられている。凸部５５ａは凹部５３ａに収容され、凸部５５ａの前後に油室５６ａ，５６ｂが形成されている。油室５６ａ，５６ｂには、それぞれアンクランプシリンダ５３を貫通した油路５７ａ，５７ｂが連通し、油路５７ａ，５７ｂを介して油室５６ａ，５６ｂに圧油を供給可能となっている。
【００３７】
図８，９では、シャンク部２１０が工具装着穴４３に挿入され、工具ホルダ２１の後端面２１ｄが主軸の前端面４ａに当接している。さらに、チャック爪４７の前側の傾斜面４７ａがシャンク部２１の傾斜面２１ｂに、後側の傾斜面４７ｂがドローバー４８の傾斜面４８ａに、それぞれ係合している。このとき、ドローバー４８は、皿ばね５０により後方に付勢されており、この付勢力はチャック爪４７を介してシャンク部２１０に作用する。これにより工具１０が後方に引き込まれ、主軸４にクランプされる。
【００３８】
このクランプ状態からアンクランプシリンダ５３の油路５７ｂを介して油室５６ｂに圧油が供給されると、アンクランプピストン５５が前方に押動される。これによりアンクンラプピストン５５の前端部に設けられた押し当て部５５ｂがドローバー４８の後端面に当接し、皿ばね５０の付勢力に抗してドローバー４８が前方に移動する。ドローバー４８の前方移動により、ドローバー４８の傾斜面４８ａがチャック爪４７の傾斜面４７ｂから離間し、チャック爪４７に作用した後方への付勢力が解除される。その結果、チャック爪４７とシャンク部２１０との係合が解除され、主軸４がアンクランプ状態となり、主軸４から工具１０を取り外し可能となる。
【００３９】
一方、工具１０をアンクランプ状態からクランプ状態とするときは、アンクランプシリンダ５３の油路５７ａを介して油室５６ａに圧油が供給される。これにより、アンクランプピストン５５が後方に押動され、ドローバー４８が皿ばね５０の付勢力により後方に移動する。その結果、チャック爪４７を介してシャンク部２１０に後方への引き込み力が作用し、工具１０が主軸４にクランプされる。
【００４０】
次に、主軸４の回転阻止機能について説明する。図８に示すように、ドローバー４８は断面円筒形状であり、ドローバー４８の内部に非回転ロッド６０が挿入されている。非回転ロッド６０の前端部には、カム軸１１の後端部の係合溝１３に係合する係合凸部６１が形成されている。係合凸部６１は、係合溝１３に対応した形状、すなわち軸線Ｌ０に交差する真直ぐな形状である。
【００４１】
図９に示すように、非回転ロッド６０は、アンクランプピストン５５およびキャップ５４を貫通して延在し、後端部にストッパ６２が設けられている。キャップ５４の貫通穴５４１と非回転ロッド６０の外周面にはキー溝が設けられ、キー溝に回り止めキー６６が挿入され、非回転ロッド６０が所定位相に保持されている。ストッパ６２の前方には、アンクランプピストン５５の内側空間５５ｂにおいて径方向に突出した鍔部６３が設けられている。鍔部６３とキャップ５４の前端面との間にはコイルばね６５が介装され、非回転ロッド６０は、コイルばね６５のばね力により前方に付勢されている。ストッパ６２はキャップ５４の後端面に当接し、非回転ロッド６０の前方への移動を制限している。
【００４２】
キャップ５４の後端面には、リミットスイッチ６７が取り付けられている。リミットスイッチ６７は、図示のようにストッパ６２がキャップの後端面に当接した状態でオフする。一方、非回転ロッド６０が後方に移動すると、ストッパ６２がリミットスイッチ６７に接触し、リミットスイッチ６７はオンする。このようにリミットスイッチ６７のオン、オフにより、非回転ロッド６０の軸方向位置を検出することができる。リミットスイッチ６７からの信号は、図示しない制御部に入力される。
【００４３】
第１の実施形態に係る工作機械１００の主要な動作について説明する。ワーク加工時には、主軸４の回り止めキー６６の位相に合わせてワークＷが配置される。工具１０のシャンク部２１０は主軸４の工具装着穴４３に挿入され、工具１０が主軸４にクランプされる。工具１０をクランプした状態では、工具１０のカム軸１１の後端の係合溝１３と非回転ロッド６０の前端の係合凸部６１とが当接する。このとき、係合溝１３の位相が係合凸部６１の位相に一致していなければ、係合溝１３に係合凸部６１が係合せず、非回転ロッド６０はばね６５の付勢力に抗して後方に移動し、リミットスイッチ６７がオンする。非回転ロッド６０が後方に移動すると、ばね６５が縮退されてばね６５の付勢力が増大し、工具１０内におけるベアリング２６の摩擦力も増大する。
【００４４】
リミットスイッチ６７のオン信号が制御部に入力されると、制御部は主軸４に内蔵されたモータに制御信号を出力し、主軸４をゆっくりと回転させる。主軸４が回転すると、ベアリング２６の摩擦力によりカム軸１１が連れ回る。これによりカム軸１１の位相が非回転ロッド６０の位相に位置合わせされ、係合溝１３に係合凸部６１を係合させることができる。係合溝１３に係合凸部６１が係合すると、非回転ロッド６０が前方に移動し、リミットスイッチ６７がオフする。リミットスイッチ６７のオフ信号が制御部に入力されると、制御部はワークＷの加工動作を開始する。
【００４５】
なお、主軸４を回転させてもリミットスイッチ６７がオフしないとき、工具１０の回転体２０のみが回転し、カム軸１１が回転していないおそれがある。この場合、工具１０の先端から細長のドライバ等の工具（以下、回転工具と呼ぶ）を貫通穴３３４に挿入し、この回転工具の先端部をカム軸１１の先端部の係合溝１４に係合してカム軸１１を回転させ、係合溝１３に係合凸部６１を係合させることもできる。
【００４６】
係合溝１３に係合凸部６１が係合した状態で主軸４を回転させると、主軸４と一体に工具１０の回転体２０が回転する。このとき、カム軸１１の回転は非回転ロッド６０により阻止されているため、カムフォロワ２５がカム面１２を転動し、カムフォロワサポート３７および固定部材３８がカム面１２の形状に応じて径方向に変位する。これにより回転体２０の弾性板部材３３が径方向に弾性変形し、刃部２４が径方向に変位し、ワークＷに非真円形状の穴Ｗａを加工することができる。
【００４７】
第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）第１の実施形態に係る工具１０は、軸線Ｌ１を中心とした非真円形状のカム面１２を有するカム軸１１と、軸線Ｌ１を中心としてカム軸１１に対し相対回転可能に設けられた回転体２０とを備え、回転体２０は、工作機械１００の主軸４に装着されるシャンク部２１０と、回転体２０の外周面から突設された刃部２４と、径方向に移動可能に設けられ、シャンク部２１０の回転に伴いカム面１２上を移動するとともに、カム面１２の形状に応じて径方向に変位するカムフォロワ２５と、カムフォロワ２５の径方向の変位に追従して刃部２４が径方向に変位するように刃部２４を支持する支持機構３０とを有する。このように工具１０にカム機構を設けることで、スリップリング等を介さずに刃部２４が非真円の移動軌跡を描くようになり、安定した中ぐり加工動作によりワークＷに非真円の穴Ｗａを加工することができる。
【００４８】
（２）支持機構３０は、軸線Ｌ１に沿って延在する弾性板部材３３と、シャンク部２１０（工具ホルダ２１）に固定され、弾性板部３３を径方向に弾性変形可能に支持する支持部材３１，３２とを有し、刃部２４およびカムフォロワ２５を、弾性板部材３３と一体に設けるようにした。これにより、カムフォロワ２５の径方向の変位に応じて刃部２４を良好に径方向に変位させることができる。
【００４９】
（３）第１の実施形態に係る工作機械は、主軸４と、主軸４に取り付けられた工具１０と、主軸４の内部を貫通し、先端部が工具１０のカム軸１１に係合して、カム軸１１を所定位相に保持する非回転ロッド６０とを有する。これにより工具１０のカム軸１１を所定位相に保持した状態で回転体２０を回転させることができ、ワークＷにカム面１２の形状に応じた非真円形状の穴Ｗａを容易に加工することができる。
【００５０】
（４）回転体２０の内部にカム軸１１を回転体２０に対し相対回転可能に支持し、さらにカム軸１１の軸線方向の一端部に、カム面１２を設け、軸線方向の他端部に、非回転ロッド６０に所定位相で係合する係合溝１３を設けるようにした。これにより工具１０の内部にカム面１２を非回転状態で配置することが可能である。
【００５１】
（５）非回転ロッド６０を、ばね６５を介して軸線方向に移動可能に支持し、工具１０が主軸４に取り付けられたときに、非回転ロッド６０が係合溝１３に係合されずに軸方向に移動したことを検出するリミットスイッチ６７を設けるようにした。これにより外部からは目視できない工具１０の内部における非回転ロッド６０とカム軸１１との係合の有無を検出することができる。
【００５２】
（６）工具１０の弾性板部材３３に軸線Ｌ１に沿って貫通穴３３４を開口し、貫通穴３３４を介して挿入した回転工具により、カム軸１１を外部から回転操作可能としたので、カム軸１１の位相を非回転ロッド６０の位相に確実に合わせることができる。
【００５３】
なお、上記実施形態（図７）では、カム軸１１の前端部外周面にカム面１２を形成するようにしたが、カム軸１１の内周面にカム面１２を形成することもできる。図１０は、その一例を示す図である。図１０では、カム軸１１のカム部１１０の前端面に凹部が設けられ、凹部の周面が非真円形状のカム面１２とされている。カム面１２にはカムフォロワ２５のローラ部２５１が当接している。カムフォロワサポート３７にはねじ部３７ｂが設けられ、ねじ部３７ｂに引張りボルト３９ｃが螺合している。引張りボルト３９ｃの操作により、カムフォロワサポート３７が径方向外側に引っ張られ、これによりカム面１２とカムフォロワ２５との接触圧力を調整することができる。
【００５４】
−第２の実施形態−
図１１、図１２を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。以下では、第１の実施形態との相違点を主に説明する。第１の実施形態では、工具１０の回転体２０に対するカム軸１１の軸方向位置を固定したが、第２の実施形態では、カム軸１１の軸方向位置を変更可能に構成する。
【００５５】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る中ぐり工具１０の要部構成を示す断面図である。なお、図６，７と同一の箇所には同一の符号を付している。第２の実施形態に係る工具１０の外観形状は、図４，５と同一である。
【００５６】
図１１に示すように、カム軸１１は、径方向に突出した鍔部１５を境にして前方にカム部１２を、後方にスプライン部１６を有する。スプライン部１６の外周面には、前後方向にスプライン軸が形成されている。スプライン部１６の径方向外側にはスリーブ１７が配置され、スリーブ１７の内周面に形成されたスプライン穴とスプライン部１６とが係合している。これにより、カム軸１１はスリーブ１７に対する位相を固定したまま、スリーブ１７内を前後方向に移動可能となっている。
【００５７】
スリーブ１７の前端部外周面には、突起部１７１が設けられ、突起部１７１の後方にベアリング２６が装着されている。スリーブ１７の後端部外周面にはねじ部が形成され、ねじ部にナット１７２が螺合し、突起部１７１とナット１７２との間にベアリング２６が支持されている。カム面１２の断面形状は前後方向において一定ではない。すなわち、カム面１２を前部１２ａ、中間部１２ｂ、後部１２ｃの３つの領域に分け、各領域における断面をそれぞれ第１断面、第２断面、第３断面とすると、これら第１断面〜第３断面の断面形状は互いに異なっている。例えば第１断面が非真円形状であり、後方にかけて非真円の度合いが徐々に小さくなり、第３断面は真円形状となっている。
【００５８】
このようにカム面１２の断面形状を変更するのは、ワークＷの穴Ｗａの形状を軸線方向にかけて変更するためである。すなわち、図２に示すようにワークＷがシリンダブロックＣＢである場合、シリンダヘッドＣＨが取り付けられる部位近傍にはボルトＢの大きな締結力が作用するのに対し、シリンダヘッドＣＨから離れた部位には大きな締結力は作用しない。このため、シリンダブロックＣＢの変形量はシリンダ穴ＣＢａの深さ方向によって異なり、それに応じてシリンダ穴ＣＢａの形状（非真円の度合い）を変える必要がある。
【００５９】
この点を考慮して、第２の実施形態では、軸線方向におけるカム面１２の断面形状を変更する。この場合のカム面１２の断面形状は、シリンダヘッドＣＨを取り付けた際のシリンダ穴ＣＢａの深さ方向における変形量の違いを考慮して決定される。なお、第２の実施形態では、カムフォロワ２５がカム面１２に点接触するようにローラ部２５１の外周面にクラウニングが施されている。これにより、ローラ部２５１がカム面１２の前部１２ａと中間部１２ｂあるいは中間部１２ｂと後部１２ｃに同時に接触することが防止される。
【００６０】
弾性板部材３３の内径板部３３２の後端部には、スラストベアリング７１を介してばね受け７２が支持され、ばね受け７２にばね７３が装着されている。ばね７３の前端部はばね受け７２の後端面に当接し、後端部はカム軸１１の前端面に当接している。これによりカム軸１１に後方への付勢力が作用し、カム軸１１の鍔部１５がスリーブ１７の前端面に当接している。なお、スラストベアリング７１およびばね受け７２にはそれぞれ軸線Ｌ１に沿った貫通穴が開口され、回転工具をカム軸１１の前端面の係合溝１４まで挿入可能となっている。
【００６１】
主軸４は、第１の実施形態と異なり、非回転ロッド６０を前後方向に駆動する駆動部８０を有する。図１２は、本発明の第２の実施形態に係る工作機械１００を構成する主軸４の要部構成、とくに後端部の構成を示す断面図である。なお、図９と同一の箇所には同一の符号を付している。図１２に示すように、駆動部８０は、サーボモータ８１と、サーボモータ８１の回転を前後方向の動力に変換し、非回転ロッド６０に伝達する動力伝達機構８２とを有する。
【００６２】
アンクランプシリンダ５３の後端部に固定されたキャップ５４は、後方に膨出した膨出部５４２を有し、膨出部５４２の後端面にサーボモータ８１が固定されている。キャップに開口された貫通穴５４１の径は前側で拡大し、拡径部５４３が形成されている。動力伝達機構８２は、カップリング８３を介してサーボモータ８１の出力軸に連結されたボールねじ８４と、ボールねじ８４に螺合されたナット８５と、拡径部５４３の内周面に前後方向に延設されたレール８６と、ナット８５と一体に設けられ、レール８６に係合して前後方向に移動する移動台８７とを有する。
【００６３】
移動台８７の前端部は、非回転ロッド６０の後端部に連結されている。移動台８７の後端部にはナットブラケット８８が取り付けられ、ナットブラケット８８の前面にナット８５が固定されている。ボールねじ８４は、拡径部５４３よりも後方におけるキャップ５４の貫通穴５４１の内周面に、ベアリング８９を介して回転可能に支持されている。
【００６４】
第２の実施形態では、サーボモータ８１の回転量に応じてボールねじ８４が回転し、ボールねじ８４の回転により、ナット８５を介して移動台８７が前後方向に移動する。これにより非回転ロッド６０が前後方向に移動し、カムフォロワ２５とカム面１２との接触部位が変化する。その結果、カムフォロワ２５を断面形状が互いに異なるカム面１２の前部１２ａ、中間部１２ｂ、後部１２ｃへと相対移動させることができ、ワーク穴Ｗａの加工深さに応じて刃部２４の移動軌跡を適宜変更することができる。このとき、サーボモータ８１は、工作機械１００のＺ軸の送りを駆動するサーボモータ（図示せず）と同期制御することが必要である。
【００６５】
このように第２の実施形態では、断面形状が軸線方向（前後方向）に沿って変化するようにカム面１２を構成した上で、スプライン部１６を介してカム軸１１をシャンク部２１０に対して軸線方向に移動可能に支持し、さらに駆動部８０（サーボモータ８１、動力伝達機構８２）により、非回転ロッド６０を介してカム軸１１を軸線方向に駆動するようにした。これにより、加工すべきワーク穴Ｗａの形状に応じて刃部２４の移動軌跡を変化させることができ、加工深さに応じて非真円の度合いが異なるシリンダブロックＣＢのシリンダ穴ＣＢａ等を良好に加工することができる。
【００６６】
また、回転体２０（弾性板部材３３）とカム軸１１との間にスラストベアリング７１を介してばね７３を介装するようにしたので、サーボモータ８１の回転により前方に移動したカム軸１１を、ばね７３の付勢力により後方に戻すことができる。また、非回転ロッド６０の前端面の係合凸部６１とカム軸１１の後端面の係合溝１３の位相が一致せずに、カム軸１１が非回転ロッド６０により前方に押された場合の逃げ代を確保することができる。
【００６７】
（変形例）
上記実施形態では、スリット３３０を介して弾性板部材３３を大径板部３３１と小径板部３３２とに分割し、大径板部３３１に刃部２４とカムフォロワ２５とを一体に設けて、カムフォロワ２５の径方向の変位に追従して刃部２４が径方向に変位するようにしたが、支持機構３０の構成はこれに限らない。例えば、弾性板部材３３にスリット３３０を設けずに、小径部３３２を除去するようにしてもよい。また、弾性板部材３３ではなく、他の径方向に変位可能な部材に刃部２４とカムフォロワ２５とを支持し、カムフォロワ２５の径方向の移動に応じて刃部２４を径方向に移動させるようにしてもよい。カム面１２上を移動する移動部材として、カム面１２を転動するカムフォロワ２５を用いたが、カム面１２を摺動する摺動部材等、他の移動部材を用いるようにしてもよい。
【００６８】
上記実施形態では、回転体２０の外周面に、周方向２箇所に刃部２４を取り付けたが、刃部２４の個数や取付位置はこれに限らない。カム軸１１の端部に係合溝１３を設けるようにしたが、非回転ロッド６０の先端部に所定位相で係合するのであれば、係合部の構成はいかなるものでもよい。上記実施形態（図９）では、非回転ロッド６０がカム軸１１に係合されずに軸方向に移動したことを、リミットスイッチ６７により検出するようにしたが、係合検出部の構成はこれに限らない。リミットスイッチに代えて、例えば近接センサを用いることができる。上記実施形態（図１１）では、スプライン部１６を介してカム軸１１をシャンク部２１０に対して軸線方向に移動可能に支持するようにしたが、カム軸支持部の構成も上述したものに限らない。サーボモータ８１とボールねじ８４等により駆動部８０を構成したが、非回転ロッド６０を介してカム軸１１を軸線方向に駆動するのであれば駆動部の構成はいかなるものでもよい。
【００６９】
上記実施形態では、工作機械１００として横形マシニングセンタを用いたが、立形マシニングセンタや中ぐり盤等、他の工作機械にも本発明の中ぐり工具を同様に適用することができる。シリンダブロックＣＢをワークＷとしたが、ワークＷはこれに限らない。ワークＷに加工される非真円の穴Ｗａの形状も上述したものに限らない。
【００７０】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００７１】
４    主軸
１０    中ぐり工具
１１    カム軸
１２    カム面
１３    係合溝
１６    スプライン部
２０    回転体
２４    刃部
２５    カムフォロワ
３０    支持機構
３１，３２    支持部材
３３    弾性板部材
６０    非回転ロッド
６７    リミットスイッチ
８０    駆動部
１００    工作機械
２１０    シャンク部
【図１】
0005602218.tif 000002
【図２】
0005602218.tif 000003
【図３】
0005602218.tif 000004
【図４】
0005602218.tif 000005
【図５】
0005602218.tif 000006
【図６】
0005602218.tif 000007
【図７】
0005602218.tif 000008
【図８】
0005602218.tif 000009
【図９】
0005602218.tif 000010
【図１０】
0005602218.tif 000011
【図１１】
0005602218.tif 000012
【図１２】
0005602218.tif 000013