(57)【要約】【課題】深穴加工装置において、ピエゾ素子を用いることによる不具合を解消しつつ真直度の高い深穴を工作物に対して形成可能とする。【解決手段】流体の噴出により生じる力によってボーリングバーあるいは工作物の回転軸と直交する半径方向の位置を調節する位置調節手段１００を備える。【選択図】図４
2011183500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削刃が設けられたボーリングバーの先端部を工作物に当接させ、規定の回転軸を中心として前記ボーリングバーあるいは前記工作物を回転することによって前記工作物に対して穴を形成する深穴加工装置であって、
流体の噴出により生じる力によって前記ボーリングバーあるいは前記工作物の前記回転軸と直交する半径方向の位置を調節する位置調節手段を備えることを特徴とする深穴加工装置。
【請求項２】
前記流体は、前記切削刃と前記工作物との間に供給される切削油であることを特徴とする請求項１記載の深穴加工装置。
【請求項３】
前記ボーリングバーを固定とし、前記工作物を回転することを特徴とする請求項１または２記載の深穴加工装置。
【請求項４】
前記位置調節手段は、
前記半径方向に開口された複数の噴出口と、
各噴出口への前記流体の供給量を調節可能な供給装置と、
前記ボーリングバーの上記半径方向の位置を検出する検出装置と、
該検出装置の検出結果に基づいて前記供給装置を制御する制御装置と
を備えることを特徴とする請求項３記載の深穴加工装置。
【請求項５】
前記検出装置は、レーザ干渉計であることを特徴とする請求項４記載の深穴加工装置。
【請求項６】
前記回転軸方向から見た前記切削刃の位置を０°とした場合に、少なくとも９０°と１８０°の位置に前記噴出口が配置されていることを特徴とする請求項４または５記載の深穴加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深穴加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ジェットエンジンのシャフトには当該シャフトの延在方向に深穴を形成する場合があり、このような深穴は、一般的に深穴が形成されていないシャフトに対して深穴加工装置を用いて形成されている。
深穴加工装置は、深穴の形成対象であるシャフト等の工作物と、先端部に切削刃が設置されたボーリングバーとを規定の回転軸に一致させて突き合わせて配置し、工作物あるいはボーリングバーを回転することによって上記深穴を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１５９６０７号公報
【特許文献２】特開平３−２６４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、深穴加工装置では、工作物とボーリングバーとの上記規定の回転軸に対する位置ズレによって、深穴の真直度が低下する。また、ボーリングバーの先端部における切削刃の配置状態、工作物とボーリングバーとを軸方向に移動させるための押圧装置の移動誤差、工作物における硬度の偏り、深穴の形成領域における温度変化、ボーリングバーの剛性と工作物の切削性とのバランス等の様々な要因によって、深穴加工装置では、深穴の真直度が低下する。
【０００５】
これに対して、特許文献１では、ボーリングバー（深穴加工工具）の周面に対してピエゾ素子を配置し、深穴の形成途中にピエゾ素子によって深穴の内壁面を押圧することによって、ボーリングバーの上記回転軸と直交する半径方向の位置を調節する技術が提案されている。
【０００６】
しかしながら、深穴の加工途中では、上述のようにボーリングバーと工作物とのいずれかが回転されることによって、ボーリングバーと工作物とは相対的に回転移動した状態とされている。
このため、ボーリングバーの周面に設置されたピエゾ素子は、常に深穴の内壁面に対して摺動することとなり、劣化が著しく、頻繁なメンテナンスが必要となる。
また、ピエゾ素子は、電圧が印加されることによって変位するものである。このため、ピエゾ素子の配置位置まで電圧を印加するための配線が設置されることとなり、漏電対策として複雑な水密構造を採用する必要もある。
さらに、ピエゾ素子が深穴の内壁面と常に接しているため、工作物あるいはボーリングバーの回転トルク及び軸方向への移動トルクが余計に必要となる。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、深穴加工装置において、上述のようなピエゾ素子を用いることによる不具合を解消しつつ真直度の高い深穴を工作物に対して形成可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００９】
第１の発明は、切削刃が設けられたボーリングバーの先端部を工作物に当接させ、規定の回転軸を中心として上記ボーリングバーあるいは上記工作物を回転することによって上記工作物に対して穴を形成する深穴加工装置であって、流体の噴出により生じる力によって上記ボーリングバーあるいは上記工作物の上記回転軸と直交する半径方向の位置を調節する位置調節手段を備えるという構成を採用する。
【００１０】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記流体が、上記切削刃と上記工作物との間に供給される切削油であるという構成を採用する。
【００１１】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記ボーリングバーを固定とし、上記工作物を回転するという構成を採用する。
【００１２】
第４の発明は、上記第３の発明において、上記位置調節手段が、上記半径方向に開口された複数の噴出口と、各噴出口への上記流体の供給量を調節可能な供給装置と、上記ボーリングバーの上記半径方向の位置を検出する検出装置と、該検出装置の検出結果に基づいて上記供給装置を制御する制御装置とを備えるという構成を採用する。
【００１３】
第５の発明は、上記第４の発明において、上記検出装置が、レーザ干渉計であるという構成を採用する。
【００１４】
第６の発明は、上記第４または第５の発明において、上記回転軸方向から見た上記切削刃の位置を０°とした場合に、少なくとも９０°と１８０°の位置に上記噴出口が配置されているという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、位置調節手段による流体の噴出により生じる力によってボーリングバーあるいは工作物の半径方向の位置が調節可能とされている。
このような本発明によれば、位置調節手段が深穴の内壁面と接触することなく、ボーリングバーあるいは工作物の半径方向の位置を調節することができる。このため、工作物あるいはボーリングバーの回転負荷及び軸方向への移動負荷を大きくすることなく半径方向の位置を調節することができ、工作物あるいはボーリングバーの回転トルク及び軸方向への移動トルクを余計に必要とすることがない。
さらに、本発明によれば流体を用いてボーリングバーあるいは工作物の半径方向の位置を調節するため、水密構造を採用する必要がない。
このように本発明によれば、ピエゾ素子を用いることなくボーリングバーあるいは工作物の半径方向の位置を調節することができるため、ピエゾ素子を用いることによる不具合を解消しつつ真直度の高い深穴を工作物に対して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態における深穴加工装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における深穴加工装置の先端部を拡大した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における深穴加工装置の先端部を回転軸方向から見た正面図である。
【図４】本発明の一実施形態における深穴加工装置が備える位置調節機構を含むブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係る深穴加工装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１８】
図１は、本実施形態の深穴加工装置Ｓ１の概略構成図である。
本実施形態の深穴加工装置Ｓ１は、工作物Ｗに対して深穴を形成するためのものであり、穴の深さが穴の径の１００倍以上の深穴を形成可能とするものである。この深穴加工装置Ｓ１は、図１に示すように、モータ１と、主軸台２と、工作物用振れ止め部３と、圧力台４と、ボーリングバー用振れ止め部５と、中ぐり台６と、スライド駆動装置７と、干渉計８と、ボーリングバー９とを備えている。
【００１９】
モータ１は、工作物Ｗを回転するための回転動力を発生するものであり、主軸台２と接続されている。
【００２０】
主軸台２は、モータ１から伝達される回転動力によって工作物Ｗを回転するものである。この主軸台２は、工作物Ｗの深穴を形成する側と反対側の端部を把持し、工作物Ｗを回転可能に支持している。
【００２１】
工作物用振れ止め部３は、主軸台２によって回転される工作物Ｗの先端側（深穴が形成される側）が回転中に振れることを防止するためのものであり、工作物Ｗの先端寄りを工作物Ｗが回転可能なように支持している。
【００２２】
工作物Ｗは、本実施形態の深穴可能装置Ｓ１によって深穴が形成されるものであり、例えばジェットエンジンのシャフト等である。そして、工作物Ｗは、主軸台２及び工作物用振れ止め部３に支持されることによって、規定の回転軸Ｌを中心として回転される。
【００２３】
圧力台４は、ボーリングバー９の先端部側を支持するものであり、スライド駆動装置７によって発生される動力をボーリングバー９の先端部に伝達することによって、ボーリングバー９の先端部を工作物Ｗにおける深穴の加工領域に押圧するものである。
【００２４】
ボーリングバー用振れ止め部５は、工作物Ｗの回転につれてボーリングバー９が振れることを防止するためのものであり、ボーリングバー９の中央部を支持している。
【００２５】
中ぐり台６は、ボーリングバー９の後端部を把持しており、ボーリングバー９をスライド可能に支持している。
【００２６】
スライド駆動装置７は、ボーリングバー９を工作物Ｗ側に向けて移動するための動力を発生するものであり、圧力台４に対して接続されている。
【００２７】
干渉計８は、ボーリングバー９の回転軸Ｌと直交する半径方向の位置を検出するものである。干渉計８は、回転軸Ｌ方向から見た場合におけるボーリングバー９の上下方向への移動を検出するための第１レーザ光Ｌ１（図２参照）と、回転軸Ｌ方向から見た場合におけるボーリングバー９の左右方向への移動を検出するための第２レーザ光Ｌ２（図２参照）とを用いてボーリングバー９の半径方向の位置を検出する２軸式の干渉計である。
【００２８】
ボーリングバー９は、工作物Ｗに対して深穴を形成するためのものであり、圧力台４、ボーリングバー用振れ止め部５及び中ぐり台６によって、軸方向から見た中心を回転軸Ｌに合わせて配置されている。
【００２９】
図２は、ボーリングバー９の先端部側を拡大した断面図である。また、図３は、ボーリングバー９を回転軸Ｌ方向から見た正面図である。
これらの図に示すように、ボーリングバー９は、切削刃９ａと、回収口９ｂと、回収流路９ｃと、第１導光路９ｄと、第２導光路９ｅと、第１反射ミラー９ｆと、第２反射ミラー９ｇと、噴出口９ｈと、供給流路９ｉとを備えている。
【００３０】
切削刃９ａは、工作物Ｗに直接当接し、工作物Ｗを削り取ることによって深穴を形成するものである。この切削刃９ａは、図３に示すように、ボーリングバー９の先端部に設置されており、回転軸Ｌよりも上部の領域に設置されている。
【００３１】
回収口９ｂは、切削刃９ａと工作物Ｗとの間に供給される切削油を切子と共にボーリングバー９の内部に取り込むための開口である。この回収口９ｂは、図３に示すように、ボーリングバー９の先端部に形成されており、回転軸Ｌよりも下部の領域に設けられている。なお、ここで言う切子とは、切削刃９ａが工作物Ｗを削り取ることによって生じる切削屑である。
【００３２】
回収流路９ｃは、回収口９ｂと接続され、回収口９ｂから回収された切削油が流れる流路であり、ボーリングバー９の内部に形成されている。なお、後に説明するが、回収流路９ｃは、フィルタ１３を介して回収装置１４と接続されている（図４参照）。
【００３３】
第１導光路９ｄは、干渉計８から射出される上記第１レーザ光Ｌ１が通過する通路であり、ボーリングバー９の内部に回転軸Ｌに沿って形成されている。
第２導光路９ｅは、干渉計８から射出される上記第２レーザ光Ｌ２が通過する通路であり、ボーリングバー９の内部に回転軸Ｌに沿って形成されている。
なお、本実施形態においては、図３に示すように、回転軸Ｌ方向から見て、第１導光路９ｄ及び第２導光路９ｅが回転軸Ｌの上方に形成され、回転軸Ｌ側から第１導光路９ｄ、第２導光路９ｅの順に配列されている。
【００３４】
第１反射ミラー９ｆは、第１レーザ光Ｌ１を反射するものであり、第１導光路９ｄの奥端部に配置されている。
第２反射ミラー９ｇは、第２レーザ光Ｌ２を反射するものであり、第２導光路９ｅの奥端部に配置されている。
【００３５】
噴出口９ｈは、切削油を噴出する開口であり、ボーリングバー９の周面において半径方向に開口されている。
ここで、本実施形態においては、図３に示すように、回転軸Ｌを中心として当該回転軸Ｌ方向から見た切削刃９ａの位置を０°とした場合に、９０°の位置と１８０°の位置とに各々噴出口９ｈが設けられている。なお、以下の説明において、９０°の位置に配置された噴出口９ｈを第１噴出口９ｈａと称し、１８０°の位置に配置された噴出口９ｈを第２噴出口９ｈｂと称する。
【００３６】
供給流路９ｉは、噴出口９ｈに対して供給される切削油の流路であり、ボーリングバー９の内部に回転軸Ｌに沿って形成されている。この供給流路９ｉは、第１噴出口９ｈａと第２噴出口９ｈｂとの各々に対して設けられている。なお、以下の説明において、第１噴出口９ｈａに接続する供給流路９ｉを第１供給流路９ｉａ（図４参照）と称し、第２噴出口９ｈｂに接続する供給流路９ｉを第２供給流路９ｉｂ（図４参照）と称する。
【００３７】
また、本実施形態の深穴加工装置Ｓ１は、図１〜図３においては示していないが、図４のブロック図に示すように、第１供給装置１０（供給装置）と、第２供給装置１１（供給装置）と、制御装置１２と、フィルタ１３と、回収装置１４とを備えている。
【００３８】
第１供給装置１０は、第１噴出口９ｈａへ切削油Ｘを供給すると共にその供給量を調節可能なものであり、第１供給流路９ｉａを介して第１噴出口９ｈａと接続されている。
第２供給装置１１は、第２噴出口９ｈｂへ切削油Ｘを供給すると共にその供給量を調節可能なものであり、第２供給流路９ｉｂを介して第２噴出口９ｈｂと接続されている。
【００３９】
制御装置１２は、本実施形態の深穴加工装置Ｓ１の動作全体を制御するものである。そして、制御装置１２は、図４に示すように、第１供給装置１０及び第２供給装置１１と電気的に接続されており、第１供給装置１０から第１噴出口９ｈａに供給される切削油Ｘの供給量（すなわち第１噴出口９ｈａからの切削油Ｘの噴出量）を制御し、第２供給装置１１から第２噴出口９ｈｂに供給される切削油Ｘの供給量（すなわち第２噴出口９ｈｂからの切削油Ｘの噴出量）を制御する。
【００４０】
フィルタ１３は、回収流路９ｉａを介して回収口９ｂと接続されており、回収口９ｂから回収した切削油Ｘに含まれる切子を除去するものである。
回収装置１４は、フィルタ１３によって切子が除去された切削油Ｘを回収するものである。なお、回収された切削油Ｘは、再び第１供給装置１０あるいは第２供給装置１１によって第１噴出口９ｈａあるいは第２噴出口９ｈｂに供給されるようにしても良い。
【００４１】
そして、本実施形態の深穴加工装置Ｓ１においては、図４に示すように、上述した構成のうち、第１噴出口９ｈａ、第２噴出口９ｈｂ、第１供給装置１０、第２供給装置１１、制御装置１２及び干渉計８を備えて、ボーリングバーの半径方向の位置を調節する位置調節機構１００（位置調節手段）が構成されている。
【００４２】
このような位置調節機構１００は、切削油Ｘの噴出により生じる力によってボーリングバー９の半径方向の位置を調節するものである。
具体的には、位置調節機構１００は、干渉計８を用いてボーリングバー９の回転軸Ｌに対するズレ量を取得し、制御装置１２によって当該ズレ量を正すために必要な各噴出口９ｈ（第１噴出口９ｈａ及び第２噴出口９ｈｂ）からの切削油の噴出量を算出し、各噴出口９ｈから算出した噴出量の切削油が噴出されるように制御装置１２によって第１供給装置１０及び第２供給装置１１を制御する。
【００４３】
そして、工作物Ｗが回転している状態で、第１噴出口９ｈａと第２噴出口９ｈｂとから切削油が噴出すると、噴出された切削油が工作物Ｗとボーリングバー９との間全体に充填されて工作物Ｗの内壁面とボーリングバー９の周面とが非接触な状態にて工作物Ｗを回転することができる。つまり、第１噴出口９ｈａと第２噴出口９ｈｂとから切削油が噴出すると、ボーリングバー９は静圧軸受で軸支された状態と同様になる。
【００４４】
なお、位置調節機構１００は、ボーリングバー９の半径方向の位置が図３において回転軸Ｌよりも下方にずれている場合には、下方に向けて開口された第１噴出口９ｈａから噴出される切削油の噴出量を増加させることによってボーリングバー９を上昇させる。
また、位置調節機構１００は、ボーリングバー９の半径方向の位置が図３において回転軸Ｌよりも上方にずれている場合には、下方に向けて開口された第１噴出口９ｈａから噴出される切削油の噴出量を減少させることによってボーリングバー９を下降させる。
また、位置調節機構１００は、ボーリングバー９の半径方向の位置が図３において回転軸Ｌよりも右側にずれている場合には、右側に向けて開口された第２噴出口９ｈｂから噴出される切削油の噴出量を増加させることによってボーリングバー９を左方向に移動させる。
また、位置調節機構１００は、ボーリングバー９の半径方向の位置が図３において回転軸Ｌよりも左側にずれている場合には、右側に向けて開口された第２噴出口９ｈｂから噴出される切削油の噴出量を減少させることによってボーリングバー９を右方向に移動させる。
【００４５】
そして、このような構成を有する本実施形態の深穴加工装置Ｓ１において工作物Ｗに対して深穴を形成する場合には、モータ１を駆動することによって工作物Ｗを回転し、ボーリングバー９を回転方向に対して固定した状態でスライド駆動装置７を駆動することによって軸方向に移動させる。これによって、切削刃９ａが工作物Ｗを削りとることによって深穴が形成される。
【００４６】
以上のような本実施形態の深穴加工装置Ｓ１によれば、位置調節機構１００による切削油の噴出により生じる力によってボーリングバー９の半径方向の位置が調節可能とされている。
このような本実施形態の深穴加工装置Ｓ１によれば、位置調節機構１００が深穴の内壁面と接触することなく、ボーリングバー９の半径方向の位置を調節することができる。このため、工作物Ｗの回転負荷及びボーリングバー９の軸方向への移動負荷を大きくすることなく半径方向の位置を調節することができ、工作物Ｗの回転トルク及びボーリングバー９の軸方向への移動トルクを余計に必要とすることがない。
さらに、本実施形態の深穴加工装置Ｓ１によれば切削油を用いてボーリングバー９の半径方向の位置を調節するため、水密構造を採用する必要がない。
このように本実施形態の深穴加工装置Ｓ１によれば、ピエゾ素子を用いることなくボーリングバー９の半径方向の位置を調節することができるため、ピエゾ素子を用いることによる不具合を解消しつつ真直度の高い深穴を工作物Ｗに対して形成することができる。
【００４７】
また、本実施形態においては、従来から深穴加工装置において用いられている切削油を噴出することによってボーリングバー９の位置調整を行うため、従来の深穴加工装置に対して装置構成を複雑化することなくボーリングバー９の位置調節を行うことができる。
【００４８】
また、本実施形態においては、回転方向においてボーリングバー９を固定し、工作物Ｗを回転させる構成を採用している。つまり、ボーリングバー９と工作物Ｗとのうち、大径の方を回転駆動させている。このため、回転中における位置ズレを抑制することができる。
【００４９】
また、本実施形態においては、第１噴出口９ｈａ、第２噴出口９ｈｂ、第１供給装置１０、第２供給装置１１、制御装置１２及び干渉計８を備えて、ボーリングバー９の半径方向の位置を調節する位置調節機構１００が構成されている。
このような構成を採用することによって、実際に、真直度の高い深穴を工作物Ｗに対して形成することができる。
【００５０】
また、本実施形態においては、ボーリングバー９の半径方向の位置を検出する検出装置として干渉計を用いている。このため、僅かなボーリングバー９の位置ズレを検出することができる。
また、本実施形態においては、第１噴出口９ｈａ、第２噴出口９ｈｂからの切削油の噴出量の調整によってボーリングバー９の僅かな位置調節が可能となっている。このため、干渉計を用いて検出したサブミクロンオーダの位置ズレを正すことが可能となっている。
【００５１】
また、本実施形態においては、回転軸Ｌを中心として当該回転軸Ｌ方向から見た切削刃９ａの位置を０°とした場合に、９０°の位置と１８０°の位置とに各々噴出口９ｈが設けられている。
このため、切削刃９ａが工作物Ｗを削り取る際の反力を、噴出口９ｈから切削油を噴出する際の反力で打ち消すことが可能となり、ボーリングバー９と工作物Ｗとの位置を安定させることができる。
【００５２】
また、本実施形態においては、工作物Ｗあるいはボーリングバー９が振動した際に、切削油が第１噴出口９ｈａ、第２噴出口９ｈｂに対して出入りするため、ダンピング効果を期待できる。
【００５３】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５４】
例えば、上記実施形態においては、ボーリングバー９を回転方向に固定し、工作物Ｗを回転する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、工作物Ｗを回転方向に固定し、ボーリングバー９を回転する構成を採用しても良い。
このような場合には、例えば、位置調節機構は、工作物Ｗに向けて切削油を噴射し、工作物Ｗを切削油で押し出すことによって工作物Ｗの半径方向の位置調整を行う。このように、本発明は、ボーリングバー９の半径方向の位置調整を行う構成に限定されるものではなく、工作物Ｗの半径方向の位置調整を行う構成を採用することも可能である。
【００５５】
また、上記実施形態においては、本発明における流体として切削油を用いる構成を採用した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、水等の他の流体を本発明における流体として用いることも可能である。
【００５６】
また、上記実施形態においては、位置調節機構１００が、第１噴出口９ｈａ、第２噴出口９ｈｂ、第１供給装置１０、第２供給装置１１、制御装置１２及び干渉計８を備えている構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、位置調節機構が他の構成からなっても良い。例えば、第１供給装置１０と第２供給装置１１とを一体化しても良い。また、干渉計８を１軸のレーザ光のみで上下方向及び左右方向の位置ズレを検出可能なものとすることも可能である。さらには、干渉計８に換えて、ＣＣＤセンサ等によってレーザ光の位置を検出することによって位置ズレを検出するレーザ計測器を用いることも可能である。
【００５７】
また、上記実施形態においては、回転軸Ｌを中心として当該回転軸Ｌ方向から見た切削刃９ａの位置を０°とした場合に、９０°の位置と１８０°の位置とに各々噴出口９ｈが設けられている構成を採用した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、さらに多数の噴出口９を設置しても良く。また、噴出口を上述の９０°の位置と１８０°の位置とからずれて配置しても良い。
【符号の説明】
【００５８】
Ｓ１……深穴加工装置、８……干渉計（検出装置）、９……ボーリングバー、９ａ……切削刃、９ｈ……噴出口、１０……第１供給装置（供給装置）、１１……第２供給装置（供給装置）、１２……制御装置、１００……位置調節機構（位置調節手段）、Ｌ……回転軸、Ｘ……切削油（流体）
【図１】
2011183500.tif 000003
【図２】
2011183500.tif 000004
【図３】
2011183500.tif 000005
【図４】
2011183500.tif 000006