(57)【要約】本発明は、互いに軸方向距離を置いて円周方向に延びる複数の微小溝からなる規定された微小構造を設けることによって、特に金属製工作物のボアの円筒面、例えば、内燃機関のシリンダボア又はシリンダスリーブのピストン支持面を粗面化するための粗面化ツール（１）に関する。粗面化ツール（１）は、回転軸（２）を中心に回転するように駆動可能なツール基体（１２）と、互いに所定の距離でツール基体（１２）上に配置されている複数の円周方向切削の切削ツールとを備える。本発明によれば、切削ツールは、それぞれサイドミリングカッタ（２１〜３３）によって形成され、各サイドミリングカッタ（２１〜３３）は、互いに軸方向距離を置いて配置された複数の切削歯を有する少なくとも１つの切削要素（２１ｂ〜３３ｂ）を備える。さらに、本発明は、円筒面を粗面化する方法に関する。
2019528189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに軸方向距離を置いて円周方向に延びる複数の微小溝からなる規定された微小構造を設けることによって、特に金属製工作物のボアの円筒面、例えば、内燃機関のシリンダボア又はシリンダライナのピストン支持面を粗面化するための粗面化ツール（１）において、
回転軸（２）を中心に回転するように駆動可能なツール基体（１２）と、
互いに所定の軸方向距離でツール基体（１２）上に配置されている複数の円周方向切削の切削ツールと、
を備え、
前記切削ツールは、それぞれサイドミリングカッタ（２１〜３３）によって形成され、
各サイドミリングカッタ（２１〜３３）は、互いに軸方向距離を置いて配置された複数の切削歯を有する少なくとも１つの切削要素（２１ｂ〜３３ｂ）を備える、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の粗面化ツール（１）において、
各サイドミリングカッタ（２１〜３３）は、前記円周方向に互いに等しい角距離で配置されている複数の切削要素（２１ｂ〜３３ｂ）を備える、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項３】
請求項２に記載の粗面化ツール（１）において、
各サイドミリングカッタ（２１〜３３）の前記切削要素（２１ｂ〜３３ｂ）の前記切削歯は、前記円周方向に整列して配置されている、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の粗面化ツール（１）において、
各切削要素（２１ｂ〜３３ｂ）の前記切削歯は、軸方向に一列に配置されている、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の粗面化ツール（１）において、
各切削歯は、所定の長さと高さによって規定される矩形の輪郭を有する、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項６】
請求項５に記載の粗面化ツール（１）において、
前記所定の長さは、２００〜４００μｍの範囲内にあり、前記所定の高さは、６０〜２００μｍの範囲内にある、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の粗面化ツール（１）において、
連続する２つの歯の間の軸方向距離は、１００〜２００μｍの範囲内にある、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の粗面化ツール（１）において、
前記サイドミリングカッタ（２１〜３３）は、前記ツール基体（１０）に交換可能に固定されている、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の粗面化ツール（１）において、
前記サイドミリングカッタ（２１〜３３）は、積極的に及び／又は非積極的に前記ツール基体（１０）に接続されている、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の粗面化ツール（１）において、
前記サイドミリングカッタ（２１〜３３）は、前記回転方向において、積極的に前記ツール基体（１０）に固定されている、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項１１】
請求項１０に記載の粗面化ツール（１）において、
前記サイドミリングカッタ（２１〜３３）は、フェザーキー（１４）によって前記回転方向において前記ツール基体（１０）に固定されている、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の粗面化ツール（１）において、
前記サイドミリングカッタ（２１〜３３）は、前記軸方向において、非積極的に前記ツール基体（１０）に固定されている、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項１３】
請求項１２に記載の粗面化ツール（１）において、
前記サイドミリングカッタ（２１〜３３）は、クランプねじ（１６）によって前記軸方向において前記ツール基体（１０）に固定されている、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３までのいずれか一項に記載の粗面化ツール（１）において、
軸方向に連続する２つのサイドミリングカッタ（２１〜３３）間の距離は、前記サイドミリングカッタ（２１〜３３）の間に配置されたスペーサによって画定される、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載の粗面化ツール（１）において、
連続する２つのサイドミリングカッタ（２１〜３３）間の距離は、２つの前記サイドミリングカッタ（２１〜３３）の前記切削要素（２１ｂ〜３３ｂ）の切削輪郭が前記円周方向に所定の寸法だけ重なるように画定される、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５までのいずれか一項に記載の粗面化ツール（１）において、
軸方向に連続する２つのサイドミリングカッタ（２１〜３３）は、２つの前記サイドミリングカッタ（２１〜３３）の前記切削要素（２１ｂ〜３３ｂ）が互いに所定の角距離に配置されるように、それぞれ、前記回転軸（２）を中心として互いに対して回転されている、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項１７】
請求項１６に記載の粗面化ツール（１）において、
前記軸方向に連続する２つのサイドミリングカッタ（２１〜３３）は、それぞれ、前記切削要素（２１ｂ〜３３ｂ）が螺旋状に配置されるように、前記回転軸を中心として互いに対して回転されている、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７までのいずれか一項に記載の粗面化ツール（１）において、
前記ツール基体（１０）の軸方向延長部を構成し、前記粗面化ツール（１）を工作機械システムの着脱点又は接合面に接続するためのシャンク部（１１）を備える、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項１９】
請求項１から請求項１８までのいずれか一項に記載の粗面化ツール（１）において、
前記切削要素（２１ｂ〜３３ｂ）に冷却用潤滑剤を供給するための内部冷却用潤滑剤供給システムを備える、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項２０】
請求項１から請求項１９までのいずれか一項に記載の粗面化ツール（１）において、
複数のサイドミリングカッタ（２１〜３３）によって形成される前記粗面化ツール（１）の切削部（１２）は、機械加工される前記円筒面の長さ以上の長さを有する、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項２１】
請求項１から請求項２０までのいずれか一項に記載の粗面化ツール（１）において、
前記複数のサイドミリングカッタ（２１〜３３）は、前記複数のサイドミリングカッタ（２１〜３３）のそれぞれよりも大きな切削輪郭幅を有する２つの更なるサイドミリングカッタ（２０、３４）の間で、軸方向に配置されている、
ことを特徴とする粗面化ツール（１）。
【請求項２２】
互いに軸方向距離を置いて配置された複数の切削歯をそれぞれ含み、互いに軸方向距離を置いて配置された複数の切削要素を備える粗面化ツールを用いて、特に、請求項１から請求項２１までのいずれか一項に記載の粗面化ツールを用いて、機械加工される円筒面の長さ以上の軸方向長さに亘って、互いに軸方向距離を置いて円周方向に延びる複数の微小溝からなる規定された微小構造を設けることによって、特に金属製工作物のボアの円筒面、例えば、内燃機関のシリンダボア又はシリンダライナのピストン支持面を粗面化する方法において、
前記ボア軸に沿って前記ボアに粗面化ツールを導入することと、
前記粗面化ツールの前記切削要素の前記切削歯が前記ボアの円筒面の所定の深さに切り込まれるまで、回転する前記粗面化ツールを半径方向外側に動かすことと、
前記ボア軸を中心に３６０°の軌道に沿って前記回転する粗面化ツールを回転させることと、
前記粗面化ツールを半径方向内側に移動させることと、
前記ボア軸に沿って前記粗面化ツールを前記ボアから引き出すことと、
を備える、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに軸方向距離を置いて円周方向に延びる複数の微小溝からなる規定された微小構造を設けることによって、特に金属製工作物のボアの円筒面、例えば、内燃機関のシリンダボア又はシリンダライナのピストン支持面を粗面化するための粗面化ツール及び粗面化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高いトライボロジー応力（tribological stress）に晒される金属工作物のボアの表面、例えば、内燃機関のシリンダボア又はシリンダライナのピストン支持面は、特に溶射によって塗布される表面層のための健全な接着剤ベースを達成するために、非切削ツール又は切削ツールを使用して機械的に粗面化される。
【０００３】
例えば、ＤＥ１０  ２０１３  ０１１  ７２６  Ａ１号は、互いに軸方向距離を置いて配置され、ツール基体に固定され、円周方向に切削を行う鋸刃の形態の複数（例えば５〜１００個）の切削ツールを含む粗面化ツールを提案している。内燃機関のシリンダボアの壁に第１の複数の円周方向溝を形成するために、その長手方向中心軸を中心に回転する粗面化ツールは、まず、ボア軸に沿ってボア内に導入され、次いで、鋸刃が円筒面に所望の深さに切り込まれるまで、円筒面の方向に半径方向外側に動かされる。続いて、回転する切削ツールは、ボア軸を中心とする３６０°の軌道に沿って動かされ、これにより、鋸刃の数に対応する数の円周方向に延びる複数の溝が同時に円筒面に切り込まれる。鋸刃の数は、円筒面に形成する必要がある溝の数より少ないため、粗面化ツールは、まず、半径方向内側に戻された後、所望の寸法のみボア軸に沿って変位され、次いでボア軸を中心に３６０°の軌道に沿って半径方向外向きに再び動かされ、これにより、第２の複数の溝が円筒面に形成される。この工程は、必要な数の溝が形成されるまで繰り返す必要がある。
【０００４】
ＤＥ１０  ２０１３  ０１１  ７２６Ａ１号に提案されている粗面化ツールでは、各鋸刃は、３６０°の円運動中に、機械加工される円筒面に１つの円周方向溝しか形成できない。ＤＥ１０  ２０１３  ０１１  ７２６Ａ１号に提案されている方法では、所定の長さの円筒面に（鋸刃の数より多い）所定数の円周方向溝からなる微小構造を形成するためには、粗面化ツールの軸方向の動き、半径方向外向きの動き、３６０°の回転、及び半径方向内向きの動きをそれぞれ含む複数の機械加工サイクルが必要である。しかしながら、この種の複数の機械加工サイクルの実行は、時間がかかり、再現性のある精度で規定された微小溝構造を形成するためには、粗面化ツールを精密に制御する必要がある。
【０００５】
これに代えて、１回の加工サイクルのみで円筒面を加工するために、機械加工される円筒面に形成するべき微小溝の数に対応する数の鋸刃を粗面化ツールに設けることが考えられる。ＤＥ１０  ２０１３  ０１１  ７２６Ａ１号で提案されている粗面化ツールでは、各鋸刃の切削歯の切削幅及び断面輪郭は、それぞれ、形成される溝の溝幅又は溝断面に対応する。粗面化プロセスのための従来の溝幅は、マイクロメートルの範囲内、例えば、１００μｍから２００μｍの間であるため、鋸刃の切削歯は、これに対応した極薄の切削輪郭を有する必要がある。更に、鋸刃は、溝の間のウェブ幅に対応する距離だけ互いに離間している必要がある。従来のウェブ幅も同様にマイクロメートルの範囲内、例えば１００μｍであるため、粗面化ツールは、１回の加工サイクルでその全長に亘って円筒面の加工を実現するために、複数の繊細な鋸刃を備える必要がある。しかしながら、このような繊細な鋸刃では、ワークピースの機械加工中に切削歯に切削力が発生するため、振動の危険性が非常に高い。このため、鋸刃又は粗面化ツールの耐用年数が短くなるだけでなく、規定された微小構造の精度の再現性も低下する。
【０００６】
更に、多数の繊細な鋸刃を有する粗面化ツールの構成又は組立は、組立中の鋸刃への損傷を防止し、機械加工の精度を損なう可能性がある組立誤差が防止されるように、ツール基体に鋸刃を配置する必要があるため、時間がかかり、要求も厳しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明は、ＤＥ１０  ２０１３  ０１１  ７２６Ａ１号に基づいて、特に金属製工作物のボアの円筒面、例えば、内燃機関のシリンダボア又はシリンダライナのピストン支持面を粗面化するための粗面化ツールであって、互いに規定された軸方向距離を置いて円周方向に延びる複数の微小溝からなる規定された微小構造を形成することによって、高い振動剛性及び安定性、並びに非常に容易な組立及び生産性によって特徴付けられる粗面化ツールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、請求項１の特徴を有する粗面化ツールによって達成される。従属請求項の目的は、有利な改良及び実施形態を提供することである。
【０００９】
本発明の粗面化ツールは、長手方向中心軸又は回転軸を中心に回転するように駆動できるツール基体と、ツール基体上に互いに所定の軸方向距離を置いて配置され、同じ公称直径を有する複数の円周方向切削の切削ツールとを備える。従来技術と同様に、切削ツール又は粗面化ツールの公称直径は、機械加工するべき円筒面の内径よりも小さい。但し、本発明の粗面化ツールの円周方向切削の切削ツールは、先に説明した従来技術とは異なり、それぞれ、互いに軸方向距離を置いて配置された複数の切削歯を有する少なくとも１つの円周方向切削の切削要素を備えるサイドミリングカッタによって形成されている。この目的のために、各サイドミリングカッタは、通常、サイドミリングカッタを担持するツール基体のピン状の受け部を収容するための中央凹部を含むことができる。各切削要素は、特に、形成される微小構造の輪郭に対応し、互いに軸方向距離を置いて配置された複数の個々の切削歯からなる微細な歯を有する。これにより、各サイドミリングカッタは、１つの機械加工サイクルで、すなわち粗面化ツールの３６０°の円運動で、円筒面に、少なくとも１つの切削要素の切削歯の切削歯数に対応する数の円形に延びる微小溝を同時に切削できる。切削歯によって画定される各切削要素の切削形状は、形成するべき所望の微小構造に適合される。
【００１０】
したがって、各切削要素は、ＤＥ１０  ２０１３  ０１１  ７２６Ａ１号による粗面化ツールの各鋸刃の幅よりも遥かに大きい切削輪郭幅を有する。各切削要素の切削輪郭幅がより大きいために、各サイドミリングカッタ、したがって、粗面化ツールは、全体として、より高い振動剛性及び安定性を実現できる。
【００１１】
更に、サイドミリングカッタの数がより少ないため、粗面化ツールの組立が容易になり、且つ精度の信頼性が高まる。これによって、全体として、切削要素の切削輪郭に対応する、微小溝構造の精度に関する高い再現性を保証できる。
【００１２】
各サイドミリングカッタは、複数の構成要素から構成してもよく、すなわちモジュール式に設計してもよく、又は一体的に、すなわちモノリシックに設計してもよい。モジュール式設計では、各サイドミリングカッタは、前述の中央凹部を有するミリングカッタ基体と、ミリングカッタ基体上に保持された少なくとも１つの切削要素とから構成できる。少なくとも１つの切削要素は、例えば、クランピング又はねじ止めによって交換可能に、又は例えば、はんだ付け、接着等によって恒久的にミリングカッタ基体上に保持されてもよい。各切削要素は、例えば、ＰＣＤ多結晶ダイヤモンド（polycrystalline diamond：ＰＣＤ）材料のカッティングプレート、カッティングバー、カッティングインサート、又は同等のカッティングボディにより形成され、ミリングカッタ基体に直接的に、又は例えばカートリッジによって間接的に固定される。少なくとも１つの切削要素をミリングカッタ基体に交換可能に固定することにより、切削要素が磨耗したとき又は粗面化ツールを所望の微小構造に適合させる必要があるとき、各切削要素を容易に交換できる。これに対し、少なくとも１つの切削要素をミリングカッタ基体に恒久的に固定すると、粗面化ツールの組立を単純化できる。サイドミリングカッタをモノリシックに実現する場合、各切削要素は、それぞれのサイドミリングカッタの一体的機能部分を構成する。この場合も、粗面化ツールの組立を単純化できる。
【００１３】
表面品質の一貫性を保ち、したがって円筒面の機械加工長全体に亘る後のコーティングのための一貫した接着剤ベースを達成するために、各サイドミリングカッタの少なくとも１つの切削要素の切削歯は、互いに同一の軸方向距離を置いて、すなわち、同じ軸方向ピッチで配置され、同一の歯の輪郭を有していることが好ましい。切削要素を同一に設計することにより、サイドミリングカッタの製造が単純化され、これにより、粗面化ツールの組立が単純化され、製造コストが最小化される。
【００１４】
高い生産性を達成するために、各サイドミリングカッタは、同一の角距離だけ互いに円周方向に間隔を置いて、すなわち、同じ角度ピッチで配置された複数の切削要素を含むことが好ましい。好ましい実施形態では、サイドミリングカッタは、それぞれ８つの切削要素で実現され、すなわち、８つの切削要素は、各サイドミリングカッタの円周に亘って互いに同一の角距離を置いて配置される。この場合、サイドミリングカッタの各切削要素の切削歯は、円周方向に整列して配置され、すなわち、サイドミリングカッタの切削要素の切削歯が軸方向に同一に配置され又はサイドミリングカッタの切削要素が同一の切削輪郭をそれぞれ有していると有利である。複数の同一の切削要素を同一の軸方向位置に配置することにより、各切削要素に加わる切削力の応力、並びに円筒面に規定の微小構造を形成するための機械加工時間を最小限に抑えることができる。
【００１５】
更に、互いから軸方向距離を置いて配置されている各切削要素の切削歯は、軸方向に一列に、すなわち、回転軸に平行に配置されてもよく、これにより、各サイドミリングカッタは、直線的に溝が掘られるように効果的に実現される。
【００１６】
好ましい実施形態では、各切削歯は、所定の長さ及び高さによって画定される矩形の輪郭を有し、所定の長さは、２００〜４００μｍの範囲内であってもよく、所定の高さは、６０〜２００μｍの範囲内であってもよい。連続して配置される２つの歯の間の軸方向距離は、１００〜２００μｍの範囲内であってもよい。なお、切削歯は、例えば、矩形輪郭に代えて又は矩形輪郭に加えて、円形輪郭、台形輪郭及び／又は蟻継ぎ輪郭、並びにこれらの輪郭の組み合わせを有していてもよい。更に、切削歯は、対称的輪郭及び／又は対称的断面輪郭を有していてもよく、これらを組み合わせた輪郭を有していてもよい。
【００１７】
好ましい実施形態では、複数のサイドミリングカッタは、好ましくは、切削要素の数及び切削要素の構成が同一になるように実現され、これにより、粗面化ツールの３６０°の回転運動によって、複数のサイドミリングカッタの長さに対応する長さに亘って、複数のサイドミリングカッタにより、互いに同一の軸方向距離で円周方向に延びる同一の深さ及び長さの複数の微小溝からなる微小溝構造を円筒面に形成できる。
【００１８】
複数のサイドミリングカッタの前及び／又は後に、切削要素の構成に関して複数のサイドミリングカッタとは異なる更なるサイドミリングカッタが設けられてもよい。例えば、前及び／又は後のサイドミリングカッタは、２つの切削歯の間により大きなギャップを有し、したがって、例えば、形成するべき微小溝構造の始まりと終わりをそれぞれ識別するためのより広い切削輪郭を有する。
【００１９】
サイドミリングカッタは、好ましくは、交換可能にツール基体に固定され、これにより、粗面化ツールを異なる機械加工条件、特に形成される微小構造、機械加工される円筒面の長さ等に比較的柔軟に適合させることができる。この目的のために、サイドミリングカッタは、回転方向及び軸方向において、積極的に及び／又は非積極的にツール基体に接続されることが好ましい。
【００２０】
サイドミリングカッタは、回転方向に、すなわちトルクが伝達されるように、シャフト−ハブ接続と同様に、サイドミリングカッタとツール基体との間に配置されるフェザーキー等の駆動機構を用いて、技術的に単純に且つ高い費用効率で、回転方向に、すなわちトルクが伝達されるようにツール基体に固定できる。この場合、全てのサイドミリングカッタは、共通の駆動機構によってツール基体に固定されることが好ましい。共通の駆動機構を使用することにより、ツール基体とサイドミリングカッタとの間の高いトルク伝達が可能になり、粗面化ツールの組立が単純化され、また、サイドミリングカッタをツール基体上で軸方向に変位させることができるため、サイドミリングカッタ間の距離を容易に調整できる。
【００２１】
駆動機構は、サイドミリングカッタを支持するツール基体の受け部に設けられた外周側に開口する長手方向溝内のツール基体側に収容されてもよい。各サイドミリングカッタは、サイドミリングカッタの側面に、１つの長手方向溝又は複数の長手方向溝のいずれかを備えることができ、これらはそれぞれスプライン付きハブと同様に中央凹部の内周の内側に向かって開かれている。各サイドミリングカッタが１つの長手方向溝のみを有する場合、ツール基体上の各サイドミリングカッタの回転位置は、明確に規定される。各サイドミリングカッタが、規定された及び好ましくは同一の角距離のみ互いに離間した複数の長手方向溝を有する場合、各サイドミリングカッタは、長手方向溝の数に対応する数の回転位置でツール基体に固定できる。これにより、サイドミリングカッタの少なくとも１つの切削要素がそれぞれ一列に、又は螺旋線若しくは螺旋に沿って軸方向に延びるように、サイドミリングカッタを配置できる。これにより、粗面化ツールは、全体として、直線的に溝が掘られた又は螺旋溝が掘られた形式で実現できる。切削要素を螺旋状に配置することにより、機械加工時の応力が低減され、動作の円滑性が高くなる。フェザーキー溝を複数設けることにより、異なる回転位置でサイドミリングカッタをツール基体に選択的に固定できる。
【００２２】
上述した駆動機構接続部の代替として、サイドミリングカッタは、スプライン軸／スプラインハブ接続部又は多角形ハブ／多角形シャフト接続部と同様に、固定回転式にツール基体に接続されてもよい。したがって、サイドミリングカッタは、それぞれ、スプライン付きハブ又は内側に多角形輪郭を有する中央凹部を備えることができ、一方、ツール基体は、サイドミリングカッタを支持する受け部にスプライン軸又は外側に多角形輪郭を有することができる。サイドミリングカッタとツール基体との間をこのように積極的に接続することにより、ツール基体上のサイドミリングカッタの回転位置を柔軟に適合させることができ、これにより、サイドミリングカッタの各切削要素又は円周方向切刃の範囲を機械加工条件に対して最適化できる。例えば、サイドミリングカッタは、サイドミリングカッタの少なくとも１つの切削要素が、それぞれ軸方向に一列に、又は螺旋線若しくは螺旋に沿って延びるように、ツール基体に固定されてもよい。これにより、粗面化ツールは、全体として、直線的に溝が掘られた又は螺旋溝が掘られた形式で実現できる。
【００２３】
上述の積極的な接続では、ツール基体上でサイドミリングカッタを軸方向で変位させることができるため、サイドミリングカッタ間の距離を容易に調整できる。
【００２４】
サイドミリングカッタは、軸方向において、非積極的にツール基体に固定されることが好ましい。これは、適用可能であれば、サイドミリングカッタ間に配置されたスペーサスリーブやスペーサリング等のスペーサによって、ツール基体側の軸方向ストッパとツール基体の端面に螺入するクランプねじとの間でサイドミリングカッタをクランプすることによって、容易に達成できる。スペーサにより、軸方向に連続するサイドミリングカッタ間の距離を理想的に調整でき、サイドミリングカッタを互いに等しい距離に配置できる。
【００２５】
軸方向に連続する２つのサイドミリングカッタ間の距離は、特に、２つのサイドミリングカッタの切削要素の切削輪郭幅が、２つのサイドミリングカッタのミリングカッタ基体の幅よりそれぞれ大きい場合、２つのサイドミリングカッタの切削要素の多歯切削輪郭が、円周方向又は切削方向からみて規定された寸法だけ重なるように調整できる。換言すれば、２つのサイドミリングカッタの切削要素によって形成される微小構造は、規定された寸法だけ重なり合う。これにより、円筒面に、所望の加工長に亘って、全ての円周方向微小溝が互いに等しい軸方向距離で配置される一貫した微小構造を形成できる。
【００２６】
軸方向に連続する２つの切削要素の切削輪郭が重なることを可能にするために、２つのサイドミリングカッタは、２つのサイドミリングカッタの切削要素が円周方向又は切削方向から見て前後に配置され、機械加工すべき円筒面に時間差をもって切り込まれるように、互いに回転していることが好ましい。
【００２７】
本発明の粗面化ツールは、ツール基体に接続され、粗面化ツールを工作機械システムの着脱点又は接合面に接続するためのシャンク部を更に備えていてもよい。この実施形態では、粗面化ツールは、ツール基体を有するエンドミリングカッタを形成し、ツール基体は、シャンク部と、サイドミリングカッタが配置されている前述の受け部とに機能的に分割できる。
【００２８】
好ましい実施形態では、本発明の粗面化ツールは、切削要素に冷却用潤滑剤を供給するための内部冷却用潤滑剤供給システムを更に含む。
【００２９】
粗面化ツールが、互いに軸方向距離を置いて配置され、それぞれ、機械加工される円筒面の長さ以上の軸方向長さに亘って、互いに軸方向距離を置いて配置されている複数の切削歯を含む複数の切削要素を備える場合、最初に、機械加工するべき円筒面の外に配置された粗面化ツールを、所望の深さまでボア軸に沿ってボア内に導入し、粗面化ツールの切削要素の切削歯がボアの円筒面の所定の深さに切り込まれるまで、回転する粗面化ツールを半径方向外側に動かし、次に、ボア軸を中心に３６０°の軌道に沿って粗面化ツールを一周させ、次に、粗面化ツールを半径方向内側に動かし、最後に、ボア軸に沿って粗面化ツールをボアから引き出すことによって、円筒面を粗面化できる。したがって、先に説明した粗面化ツールとは異なり、本発明の粗面化ツールを用いれば、１回の機械加工サイクルで円筒形の表面を粗面化できる。
【００３０】
以下では、添付の図面を参照して、本発明の粗面化ツールの好ましい実施形態を説明する。以下は、図面の説明である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の粗面化ツールの側面図である。
【図２】本発明の粗面化ツールの正面図である。
【図３】本発明の粗面化ツールの分解斜視図である。
【図４】図１の丸で囲まれた部分Ｈの詳細を示す拡大図である。
【図５】図１の丸で囲まれた部分Ｊの詳細を示す拡大図である。
【図６】図１の丸で囲まれた部分Ｇの詳細を示す拡大図である。
【図７】図１の丸で囲まれた部分Ｋの詳細を示す拡大図である。
【図８】本発明の粗面化ツールを用いて円筒面に形成された微小溝構造の切削形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の粗面化ツールの好ましい実施形態について、図１〜図６を参照して詳細に説明する。粗面化ツールは、円形ミリングカッタの形式で実現され、互いに軸方向距離を置いて円周方向に延びる複数の微小溝からなる規定された微小構造を形成することによって、特に金属製工作物のボアの円筒面、例えば、内燃機関のシリンダボア又はシリンダライナのピストン支持面を機械的に粗面化し、特に溶射によって塗布される表面層のための強固な接着剤ベースを達成するように設計されている。
【００３３】
この目的のために、粗面化ツール１は、図示のようなモジュール設計を有し、長手方向中心軸又は回転軸２を中心として回転するように駆動できるツール基体１０と、ツール基体上に互いに所定の軸方向距離を置いて配置された複数の円周方向切削の切削ツール２０〜３４とを備え、特に、図示の実施形態では、１５個の円周方向切削の切削ツールを備える。
【００３４】
ツール基体１０は、機能的にシャンク部１１と受け部１２とに分割できる。粗面化ツール１は、シャンク部１１によって（図示されていない）工作機械システムの着脱点又は接合面に接続できる。この目的のために、図示の実施形態におけるシャンク部１１は、当業者に周知の中空シャンクテーパ（hollow shank taper：ＨＳＫ）を含む。図示の実施形態における基体１０は、粗面化ツール１がエンドミリングカッタを形成するようにシャンク部１１を有する。受け部１２は、基体１０のピン状の延長部として形成され、複数の切削ツール２０〜３４を支持する。全ての切削ツール２０〜３４は、例えば７０ｍｍである同じ公称直径Ｄを有し、粗面化ツール１の切削部１３を構成する。例えば、１５４ｍｍの長さＬを有する粗面化ツール１の切削部１３の公称直径Ｄは、機械加工される円筒面の内径（図示せず）より小さい。したがって、図示の実施形態では、粗面化ツール１は、シャフト部１１と受け部１２とに機能的に分割できるツール基体１０を有するエンドミリングカッタを形成し、その上に切削ツール２０〜３４が配置されている。
【００３５】
本発明の粗面化ツール１において、円周方向切削の切削ツール２０〜３４は、図示の実施形態では、それぞれ、複数の構成要素からなるサイドミリングカッタによって形成されている。各サイドミリングカッタ２０〜３４は、特に、円盤形のミリングカッタ基体２０ａ〜３４ａと、複数の円周方向切削の切削要素２０ｂ〜３４ｂとを含み、具体的には、図示の実施形態では、８個の円周方向切削の切削要素を含む。各ミリングカッタ基体２０ａ〜３４ｃは、中央凹部２０ｃ〜３４ｃを有し、中央凹部２０ｃ〜３４ｃは、所定の隙間嵌めによってツール基体１０のピン状の受け部１２を収容し、その外周に、切削要素の数に対応する複数の受けポケット２０ｄ〜３４ｄを備え、これらの受けポケットは、それぞれのサイドミリングカッタ２０〜３４の切削方向又は円周方向に互いに等しい角距離で、すなわち同じ角度ピッチで配置され、それぞれ切削要素２０ｂ〜３４ｂのうちの１つを収容する。
【００３６】
各切削要素２０ｂ〜３４ｂは、多結晶ダイヤモンド（polycrystalline diamond：ＰＣＤ）材料で形成されており、対応する受けポケット２０ｄ〜３４ｄ内で、それぞれのミリングカッタ基体２０ａ〜３４ａにはんだ付けによって固定されている。各切削要素２０ｂ〜３４ｂは、特に、形成するべき微小溝構造の輪郭に対応する繊細な歯を含み、互いに軸方向距離を置いて配置された複数の個々の切削歯から構成されている（これについては、図４〜図７を参照）。切削歯によって画定される各切削要素２０ｂ〜３４ｂの多歯切削輪郭は、形成するべき所望の微小構造に適合される。図示の実施形態では、第２〜第１４のサイドミリングカッタ２１〜３３の切削要素２１ｂ〜３３ｂの切削歯は、互いに約１７０μｍの軸方向距離で、すなわち、同じ軸方向ピッチで配置されており、同一の矩形の歯形を有している。更に、図示の実施形態では、第２〜第１４のサイドミリングカッタ２１〜３３の切削要素２１ｂ〜３３ｂの切削歯は、それぞれ、約２８０μｍの長さ及び約１４７μｍの高さを有する。なお、この切削輪郭は、必須ではなく、変更してもよい。
【００３７】
したがって、第２〜第１４のサイドミリングカッタ２１〜３３は、同一の切削要素を備え、第１及び第１５のサイドミリングカッタ２０、３４の間に軸方向にクランプされた複数のサイドミリングカッタを構成する。第１及び第１５のサイドミリングカッタ２０、３４の切削要素２０ｂ、３４ｂは、それぞれ、これらの略中心において、第１のサイドミリングカッタ２０では約１２５０μｍ及び第１５のサイドミリングカッタ３４では約９００μｍ（図４及び図６参照）という、より大きい歯の間隙をそれぞれ有するという事実を別にして、第１及び第１５のサイドミリングカッタ２０、３４の切削要素２０ｂ、３４ｂの切削歯もまた、互いに同じ軸方向距離に配置され、すなわち、第２〜第１４のサイドミリングカッタ２１〜２３の切削歯２１ｂ〜３３ｂと同じ軸方向ピッチを有し、同じ矩形の歯形を有する。歯の間隙がより大きいため、図１及び図３に示すように第１のサイドミリングカッタ２０及び第１５のサイドミリングカッタ３４は、それぞれ、第２〜第１３のサイドミリングカッタ（例えば、図１のＢ２４参照）よりも大きい切削輪郭幅Ｂ２０、Ｂ３４を有する。
【００３８】
更に、互いに軸方向距離を置いて配置されている全ての切削要素２０ｂ〜３４ｂの切削歯は、軸方向に一列に、すなわち回転軸２に平行に配置されている。したがって、各サイドミリングカッタ２０〜３４は、直線溝が掘られた形式で実現されている。サイドミリングカッタの円周方向に連続する切削要素２０ｂ〜３４ｂは、同じ切削輪郭を有する。更に、各サイドミリングカッタ２０〜３４の切削要素２０ｂ〜３４ｂの切削歯は、円周方向に整列するように配置されている。この結果、各サイドミリングカッタ２０〜３４は、各切削要素２０ｂ〜３４ｂの切削歯の数に対応する数の微小溝、例えば、２１個の微小溝を切削できる。図１及び図３は、更に、各切削要素２０ｂ〜３４ｂの切削輪郭幅が、それぞれのサイドミリングカッタ２０〜３４の円盤状ミリングカッタ基体２０ａ〜３４ａの（最大）幅より僅かに大きいことを示している。したがって、各切削要素２０ｂ〜３４ｂは、それぞれのサイドミリングカッタ２０〜３４の円盤状ミリングカッタ基体２０ａ〜３４ａから所定の寸法だけ軸方向に突出している。
【００３９】
サイドミリングカッタ２０〜３４は、ツール基体１０に交換可能に固定されることが好ましい。このために、ツール基体１０の受け部１２上にそれぞれ所定の隙間嵌めで配置されたサイドミリングカッタ２０〜３４は、回転方向及び軸方向に、それぞれ、積極的に及び非積極的にツール基体１０に接続されている。サイドミリングカッタ２０〜３４は、シャフト−ハブ接続と同様に、サイドミリングカッタ２０〜３４とツール基体１０との間に配置されているフェザーキー１３の形態の駆動機構によって、回転方向に、すなわち、トルクが伝達されるようにツール基体に固定されている。この場合、全てのサイドミリングカッタ２０〜３４は、共通のフェザーキー３４によってツール基体１０に固定されることが好ましい。図３ｂに示すように、フェザーキー１３は、サイドミリングカッタ２０〜３４を担持する受け部１２上の長手方向溝１４内に収容されたツール基体の側面上にある。サイドミリングカッタの側面において、図示の実施形態における各サイドミリングカッタ２０〜３４は、中央凹部２０ｃ〜２４ｃの内周に１つのみの長手方向溝２０ｄ〜３４ｄを有する。したがって、ツール基体１０上の各サイドミリングカッタ２０〜３４の回転位置は、特に、ツール基体１０上に配置されたサイドミリングカッタ２０〜３４が互いに対して回転し、サイドミリングカッタ２０〜３４の切削要素２０ｂ〜３４ｂがそれぞれ螺旋線又は螺旋に沿って延びるように、明確に規定されている。したがって、軸方向に連続する２つのサイドミリングカッタの切削要素２０ｂ〜３４ｂは、円周方向又は切削方向から見て互いの後ろに配置され、時間差をもって機械加工される円筒面に切り込まれる。したがって、粗面化ツール１の切削部１３は、全体として、螺旋状に溝が掘られるように実現されている。
【００４０】
サイドミリングカッタ２０〜３４は、軸方向において、非積極的にツール基体１０に固定されることが好ましい。図示の実施形態では、これは、サイドミリングカッタ間に配置されたスペーサリングの形態のスペーサ３５〜４９によって、ツール基体側の軸方向ストッパ１５と、ツール基体１０の端面に螺入するクランプねじ１６との間で、サイドミリングカッタ２０〜３４をクランプすることによって達成される。図１、図３ａ及び図３ｂに示すように、クランプねじ１６は、ヘッドねじの形式で実現され、そのヘッド１７は、第１のサイドミリングカッタ２０のミリングカッタ基体２０ａを押圧する。したがって、ピン状の受け部１２に配置されたサイドミリングカッタ２０〜３４は、ツール基体１０とクランプねじ１６との間で軸方向に非積極的な態様でクランプされ、スペーサリング３５〜４９によって画定される軸方向距離のみ離間する。サイドミリングカッタ２０〜３４は、切削方向又は回転方向において、上述のフェザーキー１４によって明確に規定された回転位置で、積極的に基体１０に固定される。
【００４１】
図示の実施形態では、スペーサリング３４〜４９は、サイドミリングカッタ２０〜３４が互いに同じ距離に配置されるように、サイドミリングカッタ２０〜３４間の距離を調整する。具体的には、この距離は、２つの連続して配置されたサイドミリングカッタ２０〜３４の切削要素２０ｂ〜３４ｂの多歯切削輪郭が、円周方向又は切削方向に規定された寸法だけ重なるように、選択される。換言すれば、２つのサイドミリングカッタ２０〜３４の切削要素２０ｂ〜３４ｂによって形成される微小構造は、規定された寸法だけ重なり合う。
【００４２】
図示の実施形態では、粗面化ツールは、切削要素２０ｂ〜３４ｂに冷却用潤滑剤を供給するための内部冷却用潤滑剤供給システム（図示せず）を更に備える。図１及び図３は、冷却用潤滑剤供給システムの出口開口部２０ｅ〜３４ｅを示しており、これらは、受けポケット２０ｄ〜３４ｄ内にあり、ここを介して冷却用潤滑剤が切削要素に供給される。
【００４３】
図示の実施形態では、サイドミリングカッタ２０〜３４によって形成された粗面化ツールの切削部は、粗面化される円筒面の長さと少なくとも同じ長さの軸方向長さＬを有する。
【００４４】
本発明によれば、円筒面を粗面化する際、まず、粗面化ツール１の長手方向中心軸又は回転軸２がボア軸と整列するように、機械加工するべき円筒面の外で粗面化ツール１を位置決めする。続いて、回転する粗面化ツール１が、ボア軸に沿って所望の軸方向深さまでボア内に導入され、次いで切削歯２０ｂ〜３４ｂが所望の径方向深さまで円筒面に切り込まれるまで半径方向外向きに移動される。そして、粗面化ツール１は、所望の半径方向深さに対応する半径で３６０°の軌道に沿ってボア軸の周りを移動される。この３６０°の円運動の後、粗面化ツールは、再度半径方向内側に戻され、穴からボア軸に沿って引き戻される。
【００４５】
したがって、本発明の粗面化ツールは、１回の機械加工サイクルで、すなわち３６０°の円運動で、円周方向に延びる複数の微小溝を同時に円筒面に切り込むことができる。切削歯によって画定される各切削要素の切削形状は、形成するべき所望の微小構造に適合される。
【００４６】
図を参照して説明した本発明の粗面化ツールの好ましい実施形態は、例えば、以下に説明するように変形することもできる。
【００４７】
図示の実施形態とは異なり、サイドミリングカッタの数は、１５より多くても少なくてもよい。サイドミリングカッタの数を調整することにより、３６０°の円運動によって粗面化される円筒面の長さに粗面化ツールの切削部の長さを適合させることができる。
【００４８】
切削部は、切削要素の数及び切削要素の切削形状に関して同一に構成されたサイドミリングカッタから構成してもよい。換言すれば、図示の実施形態の第１及び第１５のサイドミリングカッタ２０、３４の切削輪郭は、第２〜第１４のサイドミリングカッタ２１〜３３とは、異なっているが、これは必要条件ではない。
【００４９】
図示の実施形態とは異なり、各切削要素の切削輪郭幅は、ミリングカッタ基体の幅に対応していてもよく、これより小さくてもよい。
【００５０】
例えば、切削歯は、矩形の輪郭に代えて、円形の輪郭、台形の輪郭及び／又は蟻継ぎ輪郭、並びに前述の輪郭の任意の組み合わせを有してもよい。更に、切削歯は、対称的輪郭及び／又は対称的断面輪郭を有していてもよく、これらを組み合わせた輪郭を有していてもよい。
【００５１】
切削要素の材料は、ＰＣＤ材料に限定されず、例えば、硬質合金等、機械加工プロセスで使用される全ての従来の材料を含む。
【００５２】
更に、切削要素は、例えば、クランプ又はねじ込みによって、ミリングカッタ基体に交換可能に保持されてもよい。更に、切削要素は、切削プレート、切削バー、切削インサート又は同等の切削体によって形成され、直接的に、又は図示の実施形態と同様にカートリッジによって間接的に、ミリングカッタ基体に固定されてもよい。
【００５３】
これに代えて、サイドミリングカッタは、一体的に、すなわちモノリシックに実現することもできる。
【００５４】
更に、図示の実施形態では、８個の切削要素を示しているが、互いに等しい角距離で、すなわち同じ角度ピッチで配置されている切削要素の数は、これと異なっていてもよい。
【００５５】
更に、互いに軸方向距離を置いて配置されている各切削要素の切削歯は、回転軸に対して平行ではなく、互いに対して回転方向又は円周方向にずれるように配置し、これらが効果的に螺旋状に延びるようにしてもよい。
【００５６】
サイドミリングカッタは、回転方向に積極的に固定されるために、すなわち、トルクが伝達されるように、それぞれスプライン付きハブと同様に、中央凹部の内周の内側に向かって開いている複数の長手方向溝を備えてもよい。これにより、各サイドミリングカッタの回転位置を柔軟に変更でき、例えば、サイドミリングカッタの切削要素がそれぞれ列状に、又は螺旋線若しくは螺旋に沿って軸方向に延びるようにサイドミリングカッタを配置できる。これにより、粗面化ツールは、全体として、直線的に溝が掘られた又は螺旋溝が掘られた形式で実現できる。
【００５７】
図示のフェザーキー接続を使用する代わりに、スプライン軸／スプラインハブ接続又は多角形ハブ／多角形シャフト接続と同様に、サイドミリングカッタを回転方向に積極的に、すなわち、トルクが伝達されるように、ツール基体に固定してもよい。この場合、サイドミリングカッタは、スプライン付きハブ又は内側に多角形輪郭を有する中央凹部をそれぞれ備えることができ、一方、ツール基体は、サイドミリングカッタを支持する受け部に、スプライン付きシャフト又は外側に多角形輪郭を有する。
【００５８】
図示の実施形態とは異なり、軸方向に連続する２つのサイドミリングカッタ間の距離は、円周方向又は切削方向から見て、２つのサイドミリングカッタの切削要素の多歯切削輪郭が重ならず、２つのサイドミリングカッタの切削要素によって形成される微小構造が軸方向に同一平面上で又は互いに規定された距離で互いに前後するように調整してもよい。
【００５９】
図示のＨＳＫシャンク部に代えて、粗面化ツールは、急勾配テーパ（steep taper：ＳＫ）シャンク部等を含んでもよい。更に、シャンク部は、省略してもよく、この場合、ピン状受け部によって形成された基体は、異なる手法でクランプオン又はクランプインされてもよい。
【００６０】
切削要素に冷却用潤滑剤を供給するための内部冷却用潤滑剤供給システムは、必須ではない。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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