(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱あるいは円筒状の被加工物を包囲するように配設した内周面テーパ状の工具ヘッドと、前記工具ヘッドのテーパ状内周面及び前記被加工物の外周面に接触し周方向に均等に配置されて係止され、前記テーパとは逆方向のテーパ状側面を有する略円柱形状の複数の工具ローラと、前記工具ヘッドに対し同軸的に配置され、前記工具ローラを自転自在に嵌合係止したローラ溝を有し、前記被加工物を貫通させその長手方向に移動可能にした中空部を形成したフレームと、前記工具ヘッドと前記フレームを包囲するように配設した装置ハウジングとを備え、前記工具ローラが前記フレームの軸線に対して所定角度傾斜して配設される外径転圧加工装置において、
前記工具ローラを前記被加工物の前記外周面の回りを相対的に回転させるために前記工具ヘッド又は前記フレームを回転させる駆動手段を備え、
前記ローラ溝の前記工具ローラ接触端部に工具チップを取り付け、
前記工具チップが工具チップヘッドを有し、前記フレームが前記ローラ溝の前記工具ローラ接触端部側であって前記フレームの外周面側に凹部を有し、前記工具チップが前記ローラ溝内の前記工具ローラ接触端部側に密着して収納され、前記工具チップヘッドが前記凹部に密着して収納されることを特徴とする外径転圧加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の外径転圧加工装置において、
前記工具チップの硬度が前記工具ローラの硬度より低いものである外径転圧加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向に比較的長い円柱あるいは円筒状の被加工物の外表面を連続的にバニシ加工する外径転圧加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、アルミニウム管、鋼管又はシャフト管などの金属の外径すなわち外周表面を短時間で効率的に比較的高度に鏡面仕上げする加工方法としてロ−ラバニシ仕上げがある。この方法は、被加工物の表面をロ−ラで転圧し、わずかな塑性変形を与えて仕上げるもので表面の鏡面化による摺動抵抗の減少と耐食性の向上、表面硬度の上昇による耐摩耗性の向上、表面近傍の圧縮残留応力発生による疲労強度の改善、微小変形による寸法修正の可能性など多数の長所を有するためよく利用されている。
【０００３】
また、比較的長尺な円柱、円筒などの外表面を仕上げる装置として実公平７−１５７２３号公報に記載の装置がある。この装置では円筒状の工具ヘッド内周面に複数の工具ロ−ラを接触させて配置し、工具ロ−ラはフレ−ムに自転自在に係止され、さらにフレ−ムの軸線に対して所定の角度だけ傾斜して配置されている。
【０００４】
フレ−ムを回転させると工具ロ−ラは自転しながら被加工物の外周面上を螺旋運動する。工具ロ−ラはフレ−ム内の溝に拘束され、フレ−ムは軸方向に移動しないよう筒状部材に回転自在に固定されているため、相対的に被加工物が軸方向に送られることになる。すなわち、フレ−ムに回転トルクを加えると回転駆動力の一部が送り力となるため、被加工物の送り駆動のための別の動力は必要ない。加工作業により送り力が発生するため、被加工物には工具ロ−ラ以外の回転保持部（チャック）が必要ないことを意味する。
【０００５】
また、工具ヘッドは内周面にテ−パを有しており、この工具ヘッドのテーパとは逆のテ−パ状の側面を有する略円柱状の工具ロ−ラが工具ヘッド内周面に密着してフレ−ムと一体となって軸方向に移動可能に取り付けられている。従って、フレ−ムを軸方向に移動調整することにより被加工物の外径に対応させて工具径を設定することができる。この装置は、ＯＡ機器のガイドシャフト、モータシャフト、ＶＴＲのピン、複写機用ドラム、ショックアブソーバのピストンロッド等、種々の中実及び中空シャフトの外面仕上げ用として利用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この装置では、工具ローラがフレーム内の溝に拘束され、フレームは軸方向に移動しないように筒状部材に回転自在に固定されているため、フィードアングルによる工具ローラの送り力Ｐｆがフレームのローラ溝の工具ローラ接触端部に直接付加される。工具ローラはフレームのローラ溝内で高速回転しながらローラ溝の接触端面に前記送り力Ｐｆで押し付けられるため、フレームのローラ溝の工具ローラ接触端面が所定時間経過すると摩耗し、所定の仕上がり精度が得られなくなるので、この摩耗を減少させたいという要望があった。
【０００７】
本発明は、上記要望を実現するという課題を達成するためになされたものであって、フレームのローラ溝接触端部の接触面の耐摩耗性を向上させ寿命延長を図ることを第一の目的とする。また、ローラ溝接触端部の接触面の摩耗が進行しても摩耗部分のみ短時間で着脱可能とし、補修時間の短縮と消耗部品コストを削減することを第二の目的とする。但し、フレームのローラ溝接触端部の接触面の耐摩耗性を向上させることにより工具ローラが早期に摩耗することがあってはならない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１に記載の外径転圧加工装置は、円柱あるいは円筒状の被加工物を包囲するように配設した内周面テーパ状の工具ヘッドと、前記工具ヘッドのテーパ状内周面及び前記被加工物の外周面に接触し周方向に均等に配置されて係止され、前記テーパとは逆方向のテーパ状側面を有する略円柱形状の複数の工具ローラと、前記工具ヘッドに対し同軸的に配置され、前記工具ローラを自転自在に嵌合係止したローラ溝を有し、前記被加工物を貫通させその長手方向に移動可能にした中空部を形成したフレームと、前記工具ヘッドと前記フレームを包囲するように配設した装置ハウジングとを備え、前記工具ローラが前記フレームの軸線に対して所定角度傾斜して配設される外径転圧加工装置において、前記工具ローラを前記被加工物の前記外周面の回りを相対的に回転させるために前記工具ヘッド又は前記フレームを回転させる駆動手段を備え、前記ローラ溝の前記工具ローラ接触端部に工具チップを取り付け、前記工具チップが工具チップヘッドを有し、前記フレームが前記ローラ溝の前記工具ローラ接触端部側であって前記フレームの外周面側に凹部を有し、前記工具チップが前記ローラ溝内の前記工具ローラ接触端部側に密着して収納され、前記工具チップヘッドが前記凹部に密着して収納されることを特徴とする。
【０００９】
前記課題を解決するため、請求項２に記載の外径転圧加工装置は、請求項１に記載の外径転圧加工装置において、前記工具チップの硬度が前記工具ローラの硬度より低いものである。前記工具チップの硬度は前記工具ローラの硬度より僅かに低いものであることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の外径転圧加工装置は工具ヘッド、工具ローラ、フレーム、装置ハウジングを備える。
本発明の外径転圧加工装置を、円柱あるいは円筒状の被加工物を包囲するように配設した内周面テ−パ状の工具ヘッドと、前記工具ヘッドのテ−パ状内周面及び前記被加工物の外周面に接触し周方向に均等に配置されて係止され、前記テーパとは逆方向のテーパ状側面を有する略円柱形状の複数の工具ロ−ラと、前記工具ヘッドに対し同軸的に配置され、前記工具ロ−ラを自転自在に嵌合係止したローラ溝を有し、前記被加工物を貫通させその長手方向に移動可能にした中空部を形成したフレ−ムと、前記工具ヘッドと前記フレームを包囲するように配設した装置ハウシングとを備えるよう構成させ、前記工具ロ−ラを前記フレームの軸線に対して所定角度傾斜して配設させる。
【００１１】
さらに前記フレームを固定とし前記工具ヘッドに回転用のプーリなどの回転駆動手段を備え付け、前記工具ヘッドを回転させることで前記工具ローラを自転させ、これにより被加工物を回転させ軸方向に装置内部へ向かって移動させる。被加工物からみれば、工具ローラは自転しながら被加工物の回りを螺旋状に回転する。
または工具ヘッドを固定とし前記フレームに回転用のプーリなどの回転駆動手段を備え付け、前記フレームを回転させることで前記工具ローラを自転させかつ被加工物の回りを回転させる。これにより被加工物は回転し軸方向に装置内部へ向かって移動する。
【００１２】
工具ローラはフレーム内のローラ溝に拘束され、バニシ加工中はフレームからみると工具ローラ自身は高速で自転しており、フィードアングルの送り力Ｐｆでローラ溝の接触端部の接触面に押し付けられている。従って、長時間使用するとフレームのローラ溝の接触端部の接触面は工具ローラの回転接触摩擦により摩耗が進行する。この対策として、フレームのローラ溝接触端部の接触面の高硬度に熱処理された工具鋼など、耐摩耗性の高い工具チップが取り付けられてある。
【００１３】
本発明の実施例について図面を参照にして説明する。
図１に示すように工具ロ−ラ１はフレ−ム３の被加工物３４側に刻設されたロ−ラ溝３５に嵌遊されて工具ヘッド２の貫通穴１０１の内周面に密着して配設されている。工具ロ−ラ１の形状は左側の外径が細く右側に行くに従って太くなるテ−パ形状となっている。工具ヘッド２の貫通穴１０１の形状は先端が狭く奥側が徐々に広がるようなテ−パ状に形成されている。両テ−パは方向が逆で工具ロ−ラのテ−パが工具ヘッド内周面の傾斜よりわずかに大きいため、工具径は被加工物の挿入方向に対しバックテ−パを有する。工具ロ−ラ１と工具ヘッド２の軸方向接触位置を変えると、工具ロ−ラ１は貫通穴１０１のテ−パに添って移動しフレ−ム３のロ−ラ溝３５から出没し工具径が拡大、縮小する。
【００１４】
工具ヘッドステム５の外周部左側にはキ−７を介してプ−リ８が係止され、このプ−リ８にはベルト（図示せず）がかけられ、電動機（図示せず）により回転駆動される。電動機回転数は、インバ−タで任意に設定出来るようにする。工具ヘッドステム５の外周でプ−リ８の右側にはスペ−サ１１をはさんでボ−ルベアリング２３が固設される。このボ−ルベアリング２３の半径方向外側に、ハウジング２２が配置されている。工具ヘッドステム５の右端には工具ヘッドステムエンド１３をボルトで取り付け、スペ−サ１１、ボ−ルベアリング２３、工具ヘッドステムエンド１３の順序で左から右へ軸方向に並んでいる。
【００１５】
ベアリングカバ−１０が異物混入防止及びボ−ルベアリング２３の軸方向位置決めのためボ−ルベアリング２３の左側に位置してハウジング２２にボルト止めされている。スペ−サ１４はボ−ルベアリング２３の軸方向位置決めのためボ−ルベアリング２３の右側上部に取り付けられている。ハウジング２２はボ−ルベアリング２３、工具ヘッドステム５、工具ヘッドステムエンド１３を包囲する配置になっている。
【００１６】
フレ−ム３は右端部に鍔部を有し、左端部に結合ボス部を有するフレ−ムステム９と六角穴付ボルト６を介して結合されている。フレ−ムステム９の内側にはワ−クガイド２１が挿入されている。被加工物３４はフレ−ム３左端から供給され、ワ−クガイド２１の右端から装置外に排出される。
フレ−ムステム９の中央部にはこれを包囲してフレ−ムステムスライドガイド１５がブッシュ１２を介して配置され、フレ−ムステムスライドガイド１５はハウジング２２にボルト止めされている。フレ−ムステム９の右側にはピストンロッド１７が固定されている。アジャストリング１９及びロックナット２０はこのピストンロッド１７のフレームステム９への固定用部材であり、これらの部品を操作し被加工物外径のバラツキを考慮して工具径の最小値の初期設定を行なう。
【００１７】
ピストンロッド１７の右端最上部には回り止めロール２９を垂直に差し込むためのネジ穴を加工する。回り止めロール２９を軸方向に摺動可能とする溝であって、その側壁のガイド機能によってピストンロッド１７の軸回り回転を防止する溝を有する回り止めブロック１８がシリンダハウジング１６にボルト止めされている。これにより、ピストンロッド１７、フレ−ムステム９、及びフレ−ム３は一体となって軸方向に摺動し、回転をしないように拘束される。
【００１８】
ピストンロッド１７を包囲してシリンダハウシング１６が配設され、空間部１０２を形成している。この空間部１０２にエアー供給ポート２４を通じて圧力流体が導入され、この流体の圧力により生じた推力がピストンロッド１７に働き、この推力はフレ−ムステム９を介してフレ−ム３に伝達され工具ロ−ラ１の被加工物送り力に対抗する力となっている。ピストンロッド１７の外周面と接するシリンダハウジング１６の内周面に加工された溝にはダストシール３０がはめ込まれ、ダストが空間部１０２に入り込むのを防止している。空間部１０２にはコイルバネなどの弾性体を取り付けても推力を発生させることができる。適切な流体の圧力は、被加工物の外径、材質、熱処理、表面粗さ等を考慮して所定の値に決定する。
【００１９】
工具ロ−ラ１は図５に示すように工具ヘッド２あるいはフレ−ム３の軸線に対し所定角度θ傾斜して配置してあるので、被加工物を静止させて考えると、工具ロ−ラ１は、自転しながら被加工物の外周面を螺旋状に公転する。実際には、前記工具ロ−ラは自転のみ行ない公転はしないように拘束されているので、相対的に被加工物は前記工具ロ−ラの自転とは逆の方向に回転し、前記軸方向とは逆の方向へ移動して連続的にバニシ加工される。
【００２０】
また、工具ヘッド２を静止させて考えると、工具ロ−ラ１は前記工具ヘッドに対しても自転しながらテ−パの内周面を螺旋状に公転する。実際には、前記工具ロ−ラは公転しないように拘束されているが、相対的に前記工具ヘッドの軸方向奥側に移動する送り力が発生し、この送り力に対抗して前記推進力を作用させて所定のバニシ圧となるよう工具径を自動制御する。工具ロ−ラ１の先端部は大きなＲ形状となっており、被加工物が円滑に噛み込むよう配慮してある。
【００２１】
工具ローラ１はローラ溝３５の内部で高速回転を行い、送り力Ｐｆでローラ溝後端面に押し付けられる。この部分の摩耗の対策として、図２及び図３に示すように工具チップ３６を取り付けてある。
図４に示すように、工具チップ３６はフレーム３の外周方向からローラ溝３５の装置内部側の接触端部（接触後端部）の接触面に差し込む構造となっており、専用工具を使用しなくても短時間で交換が可能となっている。前記工具チップ３６は工具チップヘッド３７を有し前記フレーム３のローラ溝３５の接触後端面のフレーム外周側に形成された凹部３８に密着して差し込み、同時に工具チップ３６をローラ溝内の工具ローラ接触後端側に密着して差し込む。このように差し込むだけで工具チップ３６の軸方向及び周方向の位置決め固定がなされると同時に、工具チップ３６がフレーム３の内径側に落下することもない。バニシ加工中はフレーム３の外径側には工具ヘッド２が配設されているため工具チップ３６は外径方向にも拘束されローラ溝接触後端部から外れることはない。
【００２２】
また、工具チップ３６は高硬度に熱処理された工具鋼などを用いるが、工具ローラ１の摩耗を抑えるため工具チップ３６の硬度を工具ローラ１よりわずかに低く設定することが望ましい。さらに工具チップ３６は、工具ローラ１との摩擦力を減少させ摩耗の進行を抑えるため回転接触面が鏡面仕上げされている。
【００２３】
なお、被加工物の加工の際には、被加工物及び工具の洗浄、潤滑、冷却を目的として工作液を供給する必要があり、以下のごとく行われる。工作液はフレームステムスライドガイド１５の右側外周部に設けられた工作液供給ポート２５により工具内部に供給する構造となっている。供給された工作液は工具ヘッドステム５の内周面とフレームステムスライドガイド１５の外周面、及びフレームステム９の外周面に囲まれた空間を通過し、工具先端部に供給される。この時、工作液がボールベアリング２３取付け部やシンリンダハウジング１６部に侵入しないよう、オイルシール２６及びパッキンでシールされている。
【００２４】
本実施例では、装置ハウジングを固定で先端工具をユニットで装着可能構造となっている。先端工具ユニットは図１に示すように、工具ローラ１、工具ヘッド２、フレーム３、工具ヘッドステム５、セットスクリュー３３、フレーム３の被加工物挿入方向の先端にセットスクリュー３３によって取り付けられるフレームカバー３１、工具ヘッドカバー２７、工具ヘッドカバー２７を工具ヘッドステム５に取付けて工具ヘッド２の抜止めを防止する六角穴付きボルト４、位置決めキー３２、工具ヘッド２を工具ヘッドステム５に係止するキー２８、フレーム３をフレームステム９に係止する抜止め付ボルト６で構成されている。
【００２５】
先端工具の取付け要領は、まず先端工具をユニットとして工具ヘッドステム５内部に差し込む。この時、フレームステム９のキー溝と位置決めキー３２、及び工具ヘッドステム５のキー溝とキー２８は目視で合わせながら差し込まなければならない。
【００２６】
工具ヘッド２に設けられた貫通穴１０３に六角棒スパナを差し込み、抜止め付ボルト６を締め込んでフレーム３をフレームステム９に固定する。
フレームステム９のネジ穴と抜止め付ボルト６の円周方向の位置は、位置決めキー３２により一致しており、また抜止め付ボルト６とセットスクリュー３３の円周方向の位置を合わせるだけで、外部からでも、確実に抜止め付ボルト６を締め込むことができる。
工具ヘッドカバー２７をかぶせ、六角穴付きボルト４を締め込んで取付けが完了する。取り外しは、取付けと逆の順序で行う。
【００２７】
【発明の効果】
フレームに加工されたローラ溝に係止された工具ローラが接触する接触端部に高硬度で耐摩耗性の高い工具チップを取り付けることにより、工具寿命の著しい延長を図ることができた。また、工具チップは安価で着脱が容易なため、補修時間の短縮と消耗部品のコストの削減が達成された。さらに、工具チップの硬度は工具ローラよりわずかに低く設定されているため、加工に最も重要な部分である工具ローラの寿命短縮は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の装置の正面部分断面図である。
【図２】フレームの工具ローラ付近の部分拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】工具チップのフレームへの組み込みを説明した説明図である。
【図５】工具ロ−ラと被加工物の動きの関係を示した説明図である。
【符号の説明】
１・・・工具ロ−ラ                      ２・・・工具ヘッド
３・・・フレ−ム                        ４・・・六角穴付ボルト
５・・・工具ヘッドステム                ６・・・六角穴付ボルト
７・・・キ−                            ８・・・プ−リ
９・・・フレ−ムステム                  １０・・・ベアリングカバ−
１１・・・スペ−サ                      １２・・・ブッシュ
１３・・・工具ヘッドステムエンド        １４・・・スペ−サ
１５・・・フレ−ムステムスライドガイド  １６・・・シリンダハウジング
１７・・・ピストンロッド                １８・・・回り止めブロック
１９・・・アジャストリング              ２０・・・ロックナット
２１・・・ワ−クガイド                  ２２・・・ハウジング
２３・・・ボ−ルベアリング              ２４・・・エア−供給ポ−ト
２５・・・工作液供給ポ−ト              ２６・・・オイルシ−ル
２７・・・工具ヘッドカバ−              ２８・・・キ−
２９・・・回り止めロ−ル                ３０・・・ダストシ−ル
３１・・・フレ−ムカバ−                ３２・・・位置決めキ−
３３・・・セットスクリュ−              ３４・・・被加工物
３５・・・ロ−ラ溝                      ３６・・・工具チップ
３７・・・工具チップヘッド              ３８・・・凹部
１０１・・・貫通穴                      １０２・・・空間部
１０３・・・貫通穴
【図１】
0003726854.tif 000002
【図２】
0003726854.tif 000003
【図３】
0003726854.tif 000004
【図４】
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【図５】
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