(57)【要約】【課題】構造の複雑化を伴うことなく切削加工時におこる切削振動を効果的に防止し得るボーリングバーを提供する。【解決手段】ボーリングバー１０の軸部本体１２の先端部１２ｂに延長軸部１３を延設し、延長軸部１３に、延長軸部１３の外周面との間に切削液の滞留を可能とするクリアランス１９を有すると共に軸方向に遊びを持って円筒状のバランサ１７を装着する。切削加工時に、クリアランスに滞留された切削液が回転により攪拌され、切削液の圧力変化によって延長軸部１３に求心力が働き、軸部本体１２は、振幅が最も大きくなる先端側で振動が抑制される。【選択図】  図１
2007054929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動部によって回転駆動される軸部本体と、
該軸部本体の先端部近傍に固定された切刃と、を有するボーリングバーにおいて、
前記軸部本体に、
前記先端部に該軸部本体と同軸上に延設された円柱状の延長軸部と、
該延長軸部に、該延長軸部の外周面との間に切削液の滞留を可能とするクリアランスを有すると共に、軸方向に遊びを持って装着された円筒状のバランサと、
が設けられたことを特徴とするボーリングバー。
【請求項２】
前記延長軸部を前記軸部本体の外径よりも小径とし、前記延長軸部に前記バランサを挿通して前記軸部本体と前記延長軸部との境界の段部に係止し、前記延長軸部の先端部に固定手段を固定して、前記延長軸部に前記バランサが装着されていることを特徴とする請求項１に記載のボーリングバー。
【請求項３】
前記バランサは、
前記軸部本体寄りの端部の内周面が、前記軸部本体の方向に内径が大きくなるテーパ状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のボーリングバー。
【請求項４】
前記軸部本体と前記延長軸部の境界に形成される前記段部は、
前記軸部本体から前記延長軸部に向かう方向に外径が小さくなるテーパ状に形成されたことを特徴とする請求項２又は３に記載のボーリングバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被削物のボーリング加工を行うボーリングバーに関し、特に加工精度を向上させ得るボーリングバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より被削物（ワーク）に深穴を形成するボーリング加工が知られている。ボーリング加工は、中ぐり用バイト（以下、「切刃」と言う）が設けられたボーリングバーを回転駆動部となる工作機械の回転主軸（スピンドル）に取り付け、ボーリングバーを回転させながらワークに形成された下穴の軸方向に移動させ、切刃で所定の位置に高精度な深穴を加工する。この種のボーリングバーは、切削加工時に切削振動（びびり）が起こり、ワークの切削面に悪影響を及ぼすことが知られている。この切削振動は、主に切削加工時における切刃と、ワークの切削面との間に生じる切削負荷やボーリングバーの軸心と重心のずれにより起こるぶれにより与えられた力が、弾性体であるボーリングバーに撓みを与えることにより起こる。切削振動を抑えるために、ボーリングバーは剛性が高い超鋼材で形成されているが、切削振動を解消することは困難である。
【０００３】
これに対処するため、例えば、ボーリングバーを駆動側基端と先端の２箇所で支持し、更に、中央部をカウンターウエイトで挟持しボーリングバーの振動を防止する技術（特許文献１）、比重の大きな金属部材で形成されるボーリングバーホルダーに、ボーリングバーを稼動可能な状態で挿入し、ボーリングバーの振動を逆位相であるボーリングホルダーの振動によって打ち消し、防振を図る技術（特許文献２）、ボーリングバーに他の材料を埋め込み、軸心と重心の位置を一致させて切削振動を減少する技術（特許文献３）、ボーリングバーを保持するボーリングバーホルダーと、このボーリングバーホルダーに取り付けられる防振部材との間に、弾性体とオイルを介在させることによりダンパを構成し、ボーリングバーの振動を抑制する技術などが知られている（特許文献４）。
【０００４】
【特許文献１】実開平７−６０８号公報
【特許文献２】特開平１０−１２８６３５号公報
【特許文献３】特開平１１−２０７５５３号公報
【特許文献４】特開２０００−７９５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１の発明によれば、ボーリングバーを基端と先端で支持する装置などが大掛かりであるため、構造の複雑化が不可避となる。また、特許文献２の発明によれば、防振部材をボーリングバーの基部の近傍に取り付けているが、基部の近傍は先端部に比べれば遥かに剛性が高く、振動の振幅が非常に小さい。従って、このような位置に防振部材を設置してもあまり効果は得られず、場合によっては振動を増加させてしまうことにもなりかねない。
【０００６】
特許文献３の発明によれば、軸心と重心の位置のずれによる切削振動には対処できるが、ボーリングバーは超鋼材で形成されているので、異種金属を埋め込んだことによる剛性の低下は避けられず、ボーリングバーに大きな切削負荷がかかれば、剛性が低下した分だけ振動振幅が増加してしまう。従って、必ずしも振動を低下させることができるとは言えない。
【０００７】
また、上記特許文献４の発明によれば  特許文献２の発明と同様に防振部材をボーリングバーの基部の近傍に取り付けているので、特許文献２の場合と同様の問題がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造の複雑化を伴うことなく切削加工時におこる切削振動を効果的に防止することのできるボーリングバーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する請求項１に記載のボーリングバーの発明は、回転駆動部によって回転駆動される軸部本体と、該軸部本体の先端部近傍に固定された切刃と、を有するボーリングバーにおいて、前記軸部本体に、前記先端部に該軸部本体と同軸上に延設された円柱状の延長軸部と、該延長軸部に、該延長軸部の外周面との間に切削液の滞留を可能とするクリアランスを有すると共に、軸方向に遊びを持って装着された円筒状のバランサと、が設けられたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のボーリングバーにおいて、前記延長軸部を前記軸部本体の外径よりも小径とし、前記延長軸部に前記バランサを挿通して前記軸部本体と前記延長軸部との境界の段部に係止し、前記延長軸部の先端部に固定手段を固定して、前記延長軸部に前記バランサが装着されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のボーリングバーにおいて、前記バランサは、前記軸部本体寄りの端部の内周面が、前記軸部本体の方向に内径が大きくなるテーパ状に形成されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載のボーリングバーにおいて、前記軸部本体と前記延長軸部の境界に形成される前記段部は、前記軸部本体から前記延長軸部に向かう方向に外形が小さくなるテーパ状に形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によると、ボーリングバーの軸部本体の先端部に延設された円柱状の延長軸部の外周面と円筒状のバランサの間にあるクリアランスに切削液を滞留させることにより、バランサは延長軸部に対してフローティング支持された状態になる。切削加工中は軸部本体が高速で回転しているので、延長軸部とバランサとの間のクリアランス内部に滞留している切削液は、延長軸部の外周面の摩擦力により攪拌される。従って、切削負荷等により軸部本体の延長軸部が変位しても、クリアランスの幅が小さくなった部分で切削液の圧力が上昇し、抵抗力による求心作用が働くため元の位置に戻ろうとする力が働く。これにより、軸部本体は、先端側で振動を抑制される。また、この振動の抑制が、切削負荷が掛かる切刃よりも先端側で行われるので、効果的な振動振幅の抑制となる。更に、軸部本体の先端部に延長軸部を延設し、延長軸部にバランサを設けるという簡単な付加構造で構成することが可能であり、構造の複雑化を伴うことがない。
【００１４】
請求項２の発明によると、バランサは軸部本体と延長軸部の境界に形成される段部と延長軸部の先端部に固定される固定手段との間で遊びを持った状態で装着され、これにより、バランサの延長軸部への取り付けを簡素に実現できる。
【００１５】
請求項３の発明によると、バランサの軸部本体寄りの端部の内周面に、軸部本体の方向に内径が大きくなるテーパ面が設けられていることにより、軸部本体側からの切削液のクリアランスへの流入口の開口面積が増加し、切削液の供給がスムーズとなり、延長軸部とバランサとの間のクリアランスにおける切削液の滞留状態を常に良好に保つことができる。従って、上述の求心作用を安定して得ることができる。
【００１６】
請求項４の発明によると、軸部本体と延長軸部の境界に形成される段部が延長軸部に向けて外径が小さくなるテーパ状とされていることにより、クリアランスへの切削液の供給がよりスムーズとなり、クリアランスにおける切削液の滞留状態もより良好に保つことができる。従って、上述の求心作用をより安定して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
本実施の形態におけるボーリングバー１０は、加工対象として図３に示す自動車用エンジンのシリンダヘッド２４におけるバルブガイド穴２６と排気バルブ（吸気バルブでもよい）のバルブシート装着孔２８を同時に切削加工するものである。
【００１９】
図１は、実施の形態に係るボーリングバーの側面図であり、ボーリングバー１０の軸部本体１２の基部１２ａは、回転駆動部としての図示しない工作機械の回転主軸（スピンドル）に取り付け固定され、軸部本体１２は軸線Ｏを中心として回転可能でかつ、軸線Ｏ方向に前後進移動可能とされる。軸部本体１２の先端部１２ｂには、全体が同径の円柱状の延長軸部１３が軸部本体１２と同軸上に延設されており、延長軸部１３には後述する円筒状のバランサ１７が装着される。また、バルブガイド穴２６を切削加工するための第１の切刃１８が軸部本体１２の先端部１２ｂ近傍に固定されており、バルブシート装着孔２８を切削加工するための第２の切刃２０が軸部本体１２の基部１２ａ側に固定されている。
【００２０】
図２は、ボーリングバーの先端部の詳細図である。図示のように軸部本体１２の先端部１２ｂには軸部本体１２よりも小径の延長軸部１３が延設されており、軸部本体１２と延長軸部１３の境界である段部１４は、延長軸部１３側に向けて外径が小さくなるテーパ状に形成されている。また、延長軸部１３の先端部の外周囲には溝部１５が設けられており、この溝部１５に固定手段の一例としてのスナップリング１６が嵌着固定される。なお、固定手段はスナップリングに限定されず、他の種々の手段を採用してもよい。
【００２１】
すなわち、延長軸部１３に円筒状のバランサ１７を挿通して軸部本体１２と延長軸部１３との境界の段部１４に係止し、延長軸部１３の先端部に形成された溝部１５にスナップリング１６を嵌着固定して、延長軸部１３にバランサ１７が装着されている。
【００２２】
バランサ１７の内径は、バランサ１７の内周面と延長軸部１３の外周面との間に所定幅のクリアランス１９が形成されるサイズとされ、また、バランサ１７の軸方向の長さは、スナップリング１６と段部１４との間で所定の遊びを持って保持されるサイズに設定されている。延長軸部１３とバランサ１７との間に形成されるクリアランス１９は、後述するように切削液が滞留するスペースとなる。更に、このバランサ１７の軸部本体１２寄りの端部内周面は、軸部本体１２側に向かって内径が大きくなるテーパ面１７ａとされている。
【００２３】
また、延長軸部１３とバランサ１７との間のクリアランス１９に切削液を流入させる切削液供給部として、図示しない回転駆動部側の送給手段により送給される切削液をクリアランスに供給する切削液通路３０が、回転駆動部側から軸部本体１２の内部の略中心部を軸方向に貫き延長軸部１３の内部の途中まで伸長している。切削液通路３０は、その途中で周方向に分岐し切刃１８に切削液を供給するための第１供給口３４に連通すると共に、先端部で周方向に屈曲しクリアランス１９位置に開口する第２供給口３６に連通している。これにより、回転駆動部側から送給される切削液を切刃１８すなわち切削部に供給すると共に、第２クーラント供給口３６からクリアランス１９内に容易に供給することができる。なお、第１供給口３４から流出した切削液も段部１４とテーパ面１７ａとの間隙からクリアランス１９に流入するので、クリアランス１９は常に確実に切削液で充満される。
【００２４】
以上の構成に係るボーリングバー１０の作用について説明する。加工対象のシリンダヘッド２４は、バルブガイド穴２６、バルブシート装着穴２８位置に夫々下穴が形成されている。
【００２５】
ボーリングバー１０の軸部本体１２をバルブシート装着孔２８側の下穴から挿入し、ボーリングバー１０を上述のように高速で回転させ切削加工を行う。このとき第１の切刃１８によりバルブガイド孔２６が加工されると共に、第２の切刃２０によりバルブシート装着孔２８が加工される。また、切削加工時は、上述のように図示しない送給手段から切削液通路３０を介して切削部に切削液４０が供給されると共に、延長軸部１３とバランサ１７との間のクリアランス１９に切削液が供給されて、切削液４０はクリアランス１９内に滞留した状態となる。
【００２６】
図４は、切削加工中の状態を表す延長軸部１３の横端面図である。上述のように切削液４０はクリアランス１９内に滞留し、バランサ１７は延長軸部１３にフローティング支持された状態となる。後に詳述するが、延長軸部１３の高速回転による切削液の挙動により、延長軸部１３の中心１３ａとバランサ１７の中心１７ｂを一致させる求心力が働き、延長軸部１３は元の位置（延長軸部１３の中心１３ａとバランサ１７の中心１７ｂが一致する位置）からのずれが防止される。
【００２７】
図５は、切削加工中における切削負荷等により、延長軸部１３の中心１３ａが変位した状態を表す説明図である。強い切削負荷等により、図示のように、延長軸部１３が元の位置（延長軸部１３の中心１３ａとバランサ１７の中心１７ｂが一致していた位置）から図上左方向に変位した状況において、クリアランス１９の符号Ｘで示した位置の切削液４０は、延長軸部１３とバランサ１７との間で圧迫され圧力が高い状態となり、符号Ｙで示した位置或いは、符号Ｚで示した位置に移動しようとする。ここで、ボーリングバー１０すなわち延長軸部１３の回転方向が、同図に示すように、時計回り方向であれば、軸部本体１２が高速回転していることと、延長軸部１３の外表面１３ｂによる摩擦力と切削液４０の粘性により、符号Ｙの位置にある切削液４０に対しては符号Ｘの位置に巻き込む方向の力が加わっている。これにより、符号Ｘの位置の切削液４０は符号Ｙの位置から流れ込んでくる切削液４０に押され、符号Ｙの方向へ移動することができない。
【００２８】
この結果、符号Ｘの位置の切削液４０は符号Ｚの位置に流れるが、符号Ｙの位置から巻き込まれた充分な量の切削液４０が符号Ｘの位置に流れ込んでくる。従って、符号Ｘの位置には切削液４０が充満滞留する状態となり、延長軸部１３は同図の矢印の方向（バランサ１７の中心１７ｂ方向）に力を受けることになり、延長軸部１３の中心１３ａとバランサ１７の中心１７ｂが一致する位置に戻る。
【００２９】
以上のように本実施の形態によれば、軸部本体１２の高速回転によるクリアランス１９内部の切削液４０が攪拌されることにより、延長軸部１３が元の位置より少しでも変位すれば、瞬時に強い求心作用が得られることが理解される。従って、軸部本体１２の切削加工中の切削振動を簡素な構成で効果的に抑制でき、加工精度を向上することができる。すなわち、軸部本体１２の先端部１２ｂに延長軸部１３を延設し、延長軸部１３にバランサ１７を設けるという簡単な付加構造で構成することが可能であり、構造の複雑化を伴うことなく、効果的な振動振幅の抑制を図ることができる。
【００３０】
本実施の形態に係るボーリングバーは、剛性が低く最も振動振幅が高い延長軸部１３の振動を抑制できるので、防振効果が高くワークの加工面にビリがほとんど生じない。また、この防振手段には、複雑な構造を必要としない。
【００３１】
また、バランサ１７は軸部本体１２と延長軸部１３の境界に形成された段部１４と延長軸部１３の先端部に嵌着固定されるスナップリング（固定手段）１６との間で遊びを持った状態で装着されるので、バランサ１７の延長軸部１３への取り付けを簡素に実現できる。
【００３２】
さらに、バランサ１７の軸部本体１２寄りの端部の内周面に、軸部本体１２の方向に内径が大きくなるテーパ面１７ａが設けられているので、軸部本体１２側からの切削液のクリアランス１９への流入口の開口面積が増加し、クリアランス１９に対する切削液の供給がスムーズとなり、延長軸部１３とバランサ１７との間のクリアランス１９における切削液の滞留状態を常に良好に保つことができ、上述の求心作用を安定して得ることができる。
【００３３】
また、軸部本体１２と延長軸部１３の境界に形成される段部１４が延長軸部１３に向けて外径が小さくなるテーパ状に形成されているので、クリアランス１９への切削液の供給がよりスムーズとなり、クリアランス１９における切削液の滞留状態もより良好に保つことができて、上述の求心作用をより安定して得ることができる。  なお、本発明が適用されるボーリングバーは、上記実施の形態に限定されず、発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本実施の形態では、切削液供給部としてボーリングバー１０に切削液通路３０、第１供給口３４、及び、第２供給口３６を設けているが、ボーリングバー１０自体に切削液供給部を設けることなく、ボーリングバー１０の外部に設けられた切削液吐出ノズルから噴射された切削液を延長軸部１３とバランサとの間のクリアランス１９に供給しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ボーリングバーの一部断面側面図
【図２】ボーリングバーの先端部の詳細図。
【図３】加工対象としての自動車用エンジンのシリンダヘッドの断面図
【図４】切削加工中の状態を表す延長軸部及びバランサの横断面拡大図
【図５】切削加工中における負荷等により延長軸部の中心が変位した状態を表す説明図
【符号の説明】
【００３５】
１０    ボーリングバー
１２    軸部本体
１２ｂ  先端部
１３    延長軸部
１３ａ  中心
１４    段部
１６    スナップリング（固定手段）
１７    バランサ
１７ａ  テーパ面
１７ｂ  中心
１９    クリアランス
４０    切削液
【図１】
2007054929.tif 000003
【図２】
2007054929.tif 000004
【図３】
2007054929.tif 000005
【図４】
2007054929.tif 000006
【図５】
2007054929.tif 000007