(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
つかみ部を有する多数の切刃を寸法順に配列した内面ブローチにおいて、前記つかみ部を有する本体は前記つかみ部に続いて、テーパ部と、被加工物の最小内径よりやや小さい外径を有する円筒部と、前記円筒部の外周に切刃を有せず、前記被加工物に設けられた前加工溝に嵌合可能に長手方向に伸びる案内部と、が順次設けられ、かつ前記つかみ部の反対側に棒状の延出部を有した合金鋼で一体に形成されており、前記延出部に中空円筒状の１の組立体が嵌合され、前記組立体を前記円筒部の円筒後端部とロックナットとの間で前記組立体を前記円筒後端部に付勢するようにして挟持固定するようにされ、前記組立体は外周に前記多数の切刃が超硬合金材料で組立体と一体に焼結され、前記組立体の切刃の前部に前記案内部と同相、同形に長手方向に組立体側案内部が設けられ、前記組立体にのみに切刃が設けられていることを特徴とする超硬ブローチ。
【請求項２】
前記組立体の切刃の谷径は被加工物の加工しない内径とわずかな隙間をもって嵌合し刃殺しがされていることを特徴とする請求項１記載の超硬ブローチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は本体の外周に軸方向に多数の切刃を配置されたブローチであって、特に切刃の材質が超硬合金である超硬ブローチに関する。さらに、被加工材料が焼入後の例えばロックウェルかたさで５０ＨＲＣ以上の高硬度材の加工に適した超硬ブローチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のブローチ加工では、被加工物（ワーク）の硬度が２０〜３０ＨＲＣ（ロックウェルかたさＣスケール：以下同じ）以下の加工物を対象に行っている。このため加工物はブローチ加工後、硬度を上げるための熱処理をされる物が多い。例えば、自動車のミッション部品は、インボリュートスプライン穴をブローチ加工された後、インボリュートスプライン部を浸炭焼き入れされる。このときの焼き入れ部の硬度は６０ＨＲＣ以上であり、浸炭深さは約１ｍｍである。しかし、浸炭焼き入れすると熱処理歪みが発生するので、予め熱処理時の変形を考慮して狙い形状を決め焼入れ前のワークを加工していた。しかし、変形量が不安定なため、例えば焼入れ後のインボリュートスプライン部の精度（径寸法、歯筋、ピッチなど）が目標形状にならない場合がある等の問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、焼き入れ後にさらに精度の高いブローチ加工を行いたいのであるが、従来の高速度工具鋼材料をその切刃に用いたブローチでは、熱処理後の加工物等の高硬度材の加工は不可能であり、仮に加工しても、刃先の摩耗やチッピングなどにより刃具の寿命が極端に短くなり実用的ではない。また、ダイヤモンド等を電着させた超砥粒電着ブローチに軸方向に微少振動与えながら加工を行う振動ブローチ加工が行われているが、加工代が限られており、機械構造も複雑で、加工速度も低く、一般化していない。また、熱処理歪み量は０．０７ｍｍ以上の加工物が多いのであるが、現在の振動ブローチ加工の取り代は径で０．０７ｍｍ以下と小さく熱処理歪みを完全に除去できない部品が多く又加工能率が悪いという問題があった。
【０００４】
一方、超硬合金の切刃を用いることにより、切削性能の向上が望めるので、超硬チップをブローチの外周にロー付、くさびクランプ等により配設したものがある。しかし、これらの超硬ブローチを用いて熱処理後の高硬度材のブローチ加工を行うとチップに欠落等が発生し易いという問題があった。また、欠落防止のために例えば切刃を一体にした超硬のブローチは製作も困難で価格も高い、重量が大きい、引きブローチではつかみ部の靱性が弱いという問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、かかる問題点に鑑みて、チップの欠落がない超硬ブローチを容易に製作し、つかみ部の靱性を確保し、コストダウンが可能な超硬ブローチを提供することである。さらに、熱処理等によって硬くされたあるいは硬い高硬度材料等のブローチ加工が容易な超硬ブローチを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、つかみ部を有する多数の切刃を寸法順に配列した内面ブローチにおいて、前記つかみ部を有する本体は前記つかみ部に続いて、テーパ部と、被加工物の最小内径よりやや小さい外径を有する円筒部と、前記円筒部の外周に切刃を有せず、前記被加工物に設けられた前加工溝に嵌合可能に長手方向に伸びる案内部と、が順次設けられ、かつ前記つかみ部の反対側に棒状の延出部を有した合金鋼で一体に形成されており、前記延出部に中空円筒状の１の組立体が嵌合され、前記組立体を前記円筒部の円筒後端部とロックナットとの間で前記組立体を前記円筒後端部に付勢するようにして挟持固定するようにされ、前記組立体は外周に前記多数の切刃が超硬合金材料で組立体と一体に焼結され、前記組立体の切刃の前部に前記案内部と同相、同形に長手方向に組立体側案内部が設けられ、前記組立体にのみに切刃が設けられている超硬ブローチを提供することにより上記課題を解決した。
【０００７】
即ち、外周に切刃を有する円筒状の超硬合金で一体に焼結成形された超硬合金の組立体からなる部分と靱性のある合金鋼からなるつかみ部、テーパ部、円筒部、案内部を一体にされた本体部分とを、円筒後端部とロックナットとの間で組立体を円筒後端部に付勢するようにして挟持固定して、一体に組み付けて一本のブローチとしたので、靱性の少ない超硬合金のようなつかみ部のすべりや破損の問題がない。また、超硬合金材料からなる切刃部分は組立体に一体焼結されているので、欠落することがない。なお、合金鋼は例えば、工具鋼、軸受鋼等であり、ブローチ一般に使用されている高速度工具鋼が好ましい。また、従来のヘリカルブローチ等では円筒状の外周に切刃を設けた部材を荒仕上げ部の後方に組み付けるようにしたものがあるが、切刃の材質は荒刃、仕上げ刃とも同じであり、切刃研削加工上等での干渉を防ぐために分離したもので、本発明とは目的が異なる。
【０００８】
被加工物が高硬度でない場合は、本体を高速度工具鋼とし、例えば荒削り部を本体側に設け、仕上げ部に超硬合金材料の組立体を設ける等加工条件を変化させることができる。しかしながら、被加工物が焼入れ後の高硬度のブローチ加工では、合金工具鋼では不足する。そこで、前記本体は前記つかみ部と延出部との間、即ち、前記つかみ部に続いて、テーパ部と、被加工物の最小内径よりやや小さい外径を有する円筒部と、前記円筒部の外周に切刃を有せず、被加工物に設けられた前加工溝に嵌合可能に長手方向に伸びる案内部を有しており、前記切刃は超硬合金材料の組立体にのみ設けるようにして超硬合金材の切刃でブローチ加工するようにした。
【０００９】
即ち、本体側では被加工物の前加工溝に案内部が嵌合して被加工物とブローチとの位相を合わせ位置決めが自動的になされる。さらに、組立体の切刃の前部に前記案内部と同相、同形に長手方向に組立体側案内部を設けるので、切刃に達するまでの間に確実に位置決めされる。なお、高硬度材の加工においては、切刃部のブローチ速度を４０ｍ／ｍｉｎ以上の高速でおこなうのが好ましい。このため、両案内部は切削速度を上げるための助走区間も兼ねている。また、案内部の長さは長い方が好ましい。
【００１０】
また、高硬度材の加工においては精度を確保するためできるかぎり確実な被加工物と超硬ブローチとの位置決めをしたい。そこで、請求項２の発明においては、組立体の切刃の谷径は被加工物の加工しない内径とわずかな隙間をもって嵌合し、刃殺しをするようにした。これにより被加工物の内径と組立体の切刃の谷径とがしっかり嵌合するので、確実な位置決めができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。図１の（ａ）は本発明の実施の形態を示す超硬ブローチの一部を切り欠いた側面図、（ｂ）は同Ｃ−Ｃ線断面図、（ｃ）は同Ｂ−Ｂ線断面図、（ｄ）は同Ａ−Ａ線断面図、（ｅ）は同後つかみ部を下側からみた図、図２の（ａ）は図１に記載の本体２の側面図、（ｂ）は同Ｆ−Ｆ線断面図、（ｃ）は同Ｅ−Ｅ線断面図、（ｄ）は同Ｄ−Ｄ線断面図、（ｅ）は同後つかみ部を下側からみた図、図３の（ａ）は図１に記載の組立体３の一部を切り欠いた側面図、（ｂ）は左側から見た正面図、（ｃ）は同Ｇ−Ｇ線断面図、（ｄ）は刃形の詳細拡大図である。図１に示す超硬ブローチ１は幅が８ｍｍで４個のスプライン溝を有するスプラインのスプライン溝を加工するものであり、被加工物の材質はＳＣＭ４１５で熱処理したものである。加工部分はスプライン溝の外径のみであり、熱処理前にφ４７．８ｍｍであったものをφ４８ｍｍ即ち片側０．１ｍｍを加工するものである。図１及び図２に示すように、超硬ブローチ１の本体２は高速度工具鋼材料を用いて製作されており、一端にブローチ加工するためブローチを引き抜くためのつかみ部１１が形成され続いて被加工物の最小内径よりやや小さい外径を有する円筒部１２を有する。円筒部１２とつかみ部１１間にはテーパ部１３が設けられている。円筒部１２の外周に被加工物のスプライン溝に嵌合可能な案内部１４が長手方向に４ヶ所設けられている。案内部１４はつかみ部側で徐々に幅、高さが増加するようにされた漸増部１５が設けられ被加工物のスプライン溝に嵌合位置決めし易いにようにされている。円筒部１２の反つかみ部側、即ち図でみて右側端面（円筒後端部）１６より棒状の延出部１７が伸びており、延出部の先端に後ろつかみ部１８が設けられている。後ろつかみ部１８より左方向に向かって調整部１９、ロックナット嵌合部２０、止め溝２１が順に設けられている。図１、２に示すように、円筒後端部１６の延出部１７を挟んで二面幅２２ａ、２２ｂを形成する凸部２２が設けられている。
【００１２】
図１乃至図３に示すように、本体２の円筒後端部１６とロックナット４間に中空円筒状の組立体３が挟持されている。組立体３の中空穴３１は延出部１７に嵌合するようにされ、外周には順次刃丈が高くなるように切刃３２が設けられ、超硬合金材料で一体に焼結されている。組立体３の一端、図でみて左側に二面幅３３ａ、３３ｂをもつ凹部３３が形成され、本体２の凸部２２に嵌合するようにされ、凹部３３と凸部２２とでドライブフラットを形成して、本体２と組立体３との回転方向の位置ずれを防止する。また、組立体３の凹部３３側の外周には本体２の案内部１４と同相、同寸法、同形状の組立体側案内部３４が長手方向に４ヶ所設けられている。組立体案内部３４の両側は若干のテーパ面取りがされている。図３に示す、切刃のない谷径部３５は刃殺しを行い、被加工物の既に加工済みの下穴部と嵌合するようにされている。符号３６は逃げ部である。
【００１３】
延出部１７先端より組立体３が挿入され、延出部１７と中空穴３１、凸部２２と凹部３３を案内部１４と組立体側案内部３４と一致するように嵌合させ、組立体後端（図でみて右側端）３７にロックナット４を当接させ、ロックナットに斜めに空けられた雌ねじ４１に止めボルト４２を螺着させその先端４２ａを止め溝に２１当接させ本体２の円筒後端部１６に付勢するようにして組立体３を挟持固定する。かかる構成により、超硬の切刃を有しながら、つかみ部は靱性を有する超硬ブローチとした。また、案内部１４、組立体側案内部３４、刃殺し部３５により被加工物と組立体３の切刃部３２との位置合わせが確実に行われ、精度の高いブローチ加工を実現できる。
【００１４】
なお、図３（ｄ）に示すように、切刃強度を増加させるために、超硬合金製の組立体の切刃のすくい角は負角とし、その範囲は０°〜−３０°が好ましい。また、逃げ角を１〜２°とするのがよい。さらに、切刃に硬質被膜（ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ等）を被覆してもよい。また、超硬ブローチ加工においては、せん断時の発生熱を切り屑に吸収させるために切削速度を４０ｍ／ｍｉｎ以上にするのが好ましい。また、案内部等の長さは長い方がよいが、実施例では円筒部長さで６０ｍｍ、組立体凹部側端面から第１切刃まで５０ｍｍとした。回転方向の位置あわせは、超硬合金材料の強度の面から、凹凸の２面幅で嵌合させたが、ノックピン、スプリングピン等の他の位置決め嵌合方法でもよい。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、超硬合金の組立体からなる部分と合金鋼からなるつかみ部、テーパ部、円筒部、案内部を一体にされた本体部分とを円筒後端部とロックナットとの間で組立体を円筒後端部に付勢するようにして挟持固定し、一体に組み付けて一本のブローチとしたので、つかみ部のすべりや破損、切刃の欠落を防止でき、コストダウンを可能とし、また、高硬度材料のブローチ加工が容易な超硬ブローチを提供するものとなった。さらには、熱処理変形の予測が難しい複雑な形状のものや、熱処理後の精度を高く要求されるものでも、高精度、高寿命で高速なブローチ加工が可能となった。さらにまた、超硬合金の切刃は円筒状の組立体を交換すればよいので、切刃摩耗時の取り替えも簡単、容易であり、経済的である。
【００１６】
また、本体側では被加工物の加工溝である下加工形状に案内部及び組立体側案内部を嵌合させ被加工物とブローチとの位置決めをおこなえるので高精度の加工が可能となった。さらに、組立体の切刃の谷径は被加工物の内径とわずかな隙間をもって嵌合し、刃殺しされ、これにより被加工物の内径と組立体の切刃の谷径とがしっかり嵌合するので、確実な位置決めができる等の効果を奏するものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態を示す超硬ブローチの一部を切り欠いた側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｅ）は（ａ）の後つかみ部を下側からみた図である。
【図２】（ａ）は図１に記載の本体２の側面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｅ）は（ａ）の後つかみ部を下側からみた図である。
【図３】（ａ）は図１に記載の組立体３の一部を切り欠いた側面図、（ｂ）は（ａ）を左側から見た正面図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面図、（ｄ）は（ａ）刃形の詳細拡大図である。
【符号の説明】
１    超硬ブローチ
２    本体
３    組立体
４    ロックナット
１１  つかみ部
１２  円筒部
１３  テーパ部
１４  案内部
１６  円筒後端部
１７  延出部
３１  中空穴
３２  切刃
３４  組立体側案内部
３５  谷径部（刃殺し部）
【図１】
0004730754.tif 000002
【図３】
0004730754.tif 000003
【図２】
0004730754.tif 000004