(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動機に装着して回転駆動する筒状のシャンク部に、転圧加工のための筒状のフレームを同軸に連結し、該フレームに転圧加工のための複数のローラを径方向に出没自在に且つ回転自在に係合するローラ係合溝を周方向に間隔を隔てて形成し、各ローラ係合溝に前記ローラを係合するとともに、前記シャンク部内およびフレーム内に、先端部が前記複数のローラを径方向内方側から回転支持すべくテーパ状に形成されたマンドレルを回転自在に収容し、前記シャンク部内に前記マンドレルをシャンク部側よりフレーム側に付勢すべく弾発手段を設けるとともに、前記マンドレルの前記フレームに対する軸方向の位置を移動しツール径を設定するための調節手段を設けたことを特徴するローラバニシングツール。
【請求項２】
前記フレームのローラ係合溝に、前記フレームが加工方向と逆方向に回転されたとき、前記マンドレルを前記フレーム側から前記シャンク側に移動させるためのフィードアングルを設定した請求項１記載のローラバニシングツール。
【請求項３】
前記マンドレルの外周面と前記フレームの内面との間にこのマンドレルをフローティング可能とするためのクリアランスを設定した請求項１又は２記載のローラバニシングツール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被加工孔の内面を仕上加工するためのローラバニシングツールに関するものであり、特に、自動車、家電製品、半導体等幅広い分野の小物部品の孔内面を複数のローラの転圧によって仕上げるためのローラバニシングツールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種、ローラバニシングツールとしては、たとえば、実公昭６４−２７５号公報に開示されているようなものが知られている。図５(ａ)，(ｂ)は係るローラバニシングツール１１１を示し、筒状のフレーム１１２の先端外周部にワークＷの被加工穴Ｗ１の内面を転圧加工するための複数のローラ１１３，１１３，…を出没自在に且つ回転自在に係合し、前記フレーム１１２内に、これらローラ１１３，１１３，…をフレーム１１２の軸芯側から回転支持するとともに、回転駆動力を伝達するように形成されたマンドレル１１４を内蔵し、このマンドレル１１４を、シャンク１１５を介して工作機械、ボール盤等の駆動機によって回転駆動するよう構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記ローラバニシングツール１１１においては、被加工孔Ｗ１の内径に対して複数のローラ１１３，１１３，…の包絡円の直径(以下、ツール径という)を設定するときは、前記フレーム１１２の外周に嵌挿されたハウジング部１１６の後部に形成されたねじ孔１１７に螺入させて支持されているマンドレル１１４を前後方向に移動させ、マンドレル１１４のテーパー状の先端部と各ローラ１１３との接点位置の変更によってフレーム１１２の外周面に対する各ローラ１１３の出没度を調節する。しかし、このように、ツール径調節のための機構をフレーム１１２の外側に配置する構成では、ツール長の短縮や小型化には自ずと限界があり、有効な小型・軽量化を図ることはできない。
【０００４】
従って、この種のローラバニシングツールでは、シャンク１１５より先端側のフレーム１１２およびハウジング部１１６の突出長は自ずと長くなり、小型のマシニングセンターや小型のＮＣ旋盤等に取り付けて使用することはできない。
【０００５】
また、マンドレル１１４を駆動し、マンドレル１１４から伝達される回転駆動力によってローラ１１３，１１３，…を駆動する方式では、たとえ、マンドレル１１４とフレーム１１２との間に径方向のクリアランスを設定してもフローティング機能は得られず、従って、被加工孔との偏芯に良好に対応することもできない。
【０００６】
また、フレーム１１２の軸芯線に沿わせて配置された細径なマンドレル１１４を回転駆動する構成のため、ツール剛性は低く、高回転による能率の改善も困難となる。
【０００７】
さらに、ツール径の設定のために、フレーム１１２を軸方向に移動させてツール径を設定する構造のため、ツール径を微調節するときは、ローラ１１３，１１３，…の位置も移動することになり、都度、駆動機側でストロークの再調節が必要となる。
【０００８】
そこで本発明はこの種の課題を解決するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、駆動機に装着して回転駆動する筒状のシャンク部に、転圧加工のための筒状のフレームを同軸に連結し、該フレームに転圧加工のための複数のローラを径方向に出没自在に且つ回転自在に係合するローラ係合溝を周方向に間隔を隔てて形成し、各ローラ係合溝に前記ローラを係合するとともに、前記シャンク部内およびフレーム内に、先端部が前記複数のローラを径方向内方側から回転支持すべくテーパ状に形成されたマンドレルを回転自在に収容し、前記シャンク部内に前記マンドレルをシャンク部側よりフレーム側に付勢すべく弾発手段を設けるとともに、前記マンドレルの前記フレームに対する軸方向の位置を移動しツール径を設定するための調節手段を設けたローラバニシングツールを提供するものである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記フレームのローラ係合溝に、前記フレームが加工方向と逆方向に回転されたとき、前記マンドレルを前記フレーム側から前記シャンク側に移動させるためのフィードアングルを設定したローラバニシングツールを提供するものである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記マンドレルの外周面と前記フレームの内面との間にこのマンドレルをフローティング可能とするためのクリアランスを設定したローラバニシングツールを提供するものである。
【００１２】
[作用]
請求項１記載の発明では、前記ワークの被加工穴に前記フレームを正回転駆動しながら挿入すると、各ローラは、マンドレルのテーパー状の先端部に接し、相互間に発生する摩擦力によって自転を開始する。
【００１３】
このとき、マンドレルは回転自在に支持されていて回転方向にフリーであるため、各ローラはフレームの回転によって従属回転される。被加工孔の内面に対するローラの転圧力は、ツール径と被加工孔の差によって決定される。
【００１４】
フレームを駆動する構造とすると、遊星運動の原理によってローラを従来のマンドレルを駆動する構造と比較して高速送り加工をすることができる。
【００１５】
もちろん、フレームにマンドレルを同心に配置する構造とすると回転精度が良好となるため、高速回転が可能となるとともに、回転駆動するシャンク部にフレームが同軸に連結されているためフレームの回転精度が良好となり、ローラを高精度でかつ、高速回転で回転することができる。このため、トータルの能率は従来例と比較して大幅に向上する。
【００１６】
請求項２記載の発明では、前記フレームを逆回転したときはフィードアングルθの作用でマンドレルに後退力が作用し、この後退力が前記弾発手段の付勢力に打ち勝ったときツール径が縮小される。従って、フレームを逆回転するだけで被加工孔からフレームを簡単に抜き取ることが可能となる。
【００１７】
また、請求項２記載の発明では、各ローラ係合溝にはフィードアングルが設けられている。フレームを正転させるとツール径は初期設定値に保たれる。後退時には、フレームを逆転するとテーパー付きのマンドレルがシャンク部の方向に後退しローラは径方向内方に沈み込む。このためツール径が縮小され、早戻しが可能となる。フレームをワークの内部から抜き出すとシャンク部に内臓されている弾発手段の蓄圧された付勢力によってツール径は初期状態に復帰する。
【００１８】
さらに、請求項３記載の発明では、マンドレルがラジアル方向にフレームの内径とマンドレルの内径とのクリアランス分だけフローティングするため、被加工物との少々の芯ずれ位置でのツール径設定でも加工精度を維持できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１ないし図４を参照して説明する。
【００２０】
図１は本実施の形態に係るローラバニシングツールを示す。図示されるようにローラバニシングツール１の本体は円筒状のフレーム２とシャンク部３とから成り、工作機械等の駆動機（図示せず）に取り付けられて駆動される円筒状のシャンク部３の先端に、転圧加工のためのフレーム２を同軸に連結している。
【００２１】
前記フレーム２には先端外周部２ａに複数のローラ係合溝４，４，…が周方向に間隔を隔てて設けられ、各ローラ係合溝４，４，…に転圧加工のためのローラ５が径方向に出没自在に且つ回転自在に係合される。前記ローラ係合溝４，４，は前記フレーム２の軸芯線に対して所定角度θ傾いて設定されており、フレーム２の軸方向内方から前記ローラ係合溝４，４，…に係合されている前記ローラ５，５…が、フレーム２およびシャンク部３内に内蔵されているマンドレル６の先端部６ａに回転支持されている。
【００２２】
前記マンドレル６は、前記シャンク部３の後端面に開口する挿入口３ａよりフレーム２およびシャンク部３内に挿入されていて、マンドレル６の先端部６ａはフレーム２の先端側に向かって順次縮径されたテーパーとなっている。
【００２３】
前記フレーム２および前記シャンク部３は捩じり、曲げ等、機械的強度に対応させて断面係数が設定される。
【００２４】
そして、前記シャンク部３の後部内に設けられたアジャストスクリュー７に前記マンドレル６の後部を支持し、マンドレル６の外周面とフレーム２の内面およびシャンク部３の内面との間に設定された径方向のクリアランスＳ１により前記マンドレル６をフローティング支持している。
【００２５】
この場合、前記アジャストスクリュー７は有底筒体状に形成されており、スクリュー本体となる筒状部７ａの外周面に前記シャンク部３の内周面の雌ねじ３ｂと螺合する雄ねじ7ｂを設け、底部となるフランジ７ｃの軸芯部に前記マンドレル６の後部を支持するための軸支孔７ｄを設けている。
【００２６】
そして、筒状部７ａには、このアジャストスクリュー７の回転によって前記マンドレル６に対する支持位置の設定のため、螺入方向後方に臨んで開口したすり割り７ｆが形成され、前記マンドレル６の前記フレーム２に対する軸方向の位置を移動しツール径を設定する調節手段として前記シャンク部３の挿入口３ａに挿入されているアジャストリング８の挿入軸部８ａに、前記すり割り７ｆに係合するピン９が取り付けられている。この場合、前記アジャストリング８の挿入軸部８ａは前記筒状部７ａの内面に摺動自在に且つ、挿抜自在に嵌合され、シャンク部３の後部外周に螺入されたセットスクリュー１０の押圧力によって軸方向の移動および回転が規制される。
【００２７】
さらに、前記マンドレル６には、前記アジャストスクリュー７のフランジ７ｃを挟んで前記マンドレル６の先端側と後端側とにスラストベアリング１1ａ，１１ｂが嵌合され、これらスラストベアリング１１ａ，１１ｂの軸方向外側にスラストベアリング１１ａ，１１ｂの軸方向の位置を設定するための軸用止め輪１２ａ，１２ｂが取り付けられ、さらに、先端側の軸用止め輪１２ａと前記アジャストスクリュー７のフランジ７ｃとの間に両者に弾発力を付勢する弾発手段としての圧縮コイルばね１３が介設されている。
【００２８】
従って、前記アジャストリング８の正転、逆転によりアジャストスクリュー７とアジャストリング８の軸方向の相対位置が変化する。すなわち、ローラ５に対するマンドレル６のテーパー付き先端部６ａの位置が移動して、所定のツール径に微調節できる。
【００２９】
もちろん、無負荷時、つまり、ワークＷの被加工孔Ｗ１の内面加工前は、前記圧縮コイルばね１３のセットフォースによって、前記ローラ５，５，…の包絡円の直径(以下、ツール径という)を最大に保持しておくことが可能となり、また、この状態でのローラ５，５，…のガタ付きを防止することが可能となる。
【００３０】
そして、前記ローラ係合溝４，４，…の傾斜角(フィードアングル)θは、前記フレーム２が前記ワークＷの被加工孔Ｗ１に挿入され、工作機械の回転駆動力によって逆転方向に駆動されたときに、前記マンドレル６が弾発手段としての前記圧縮コイルばね１３の付勢力に抗して前記フレーム２側から前記シャンク部３側に移動されるように設定され、またマンドレル６の後端面とアジャストリング８の挿入軸部８ａの前端面との間にクリアランスＳ２が設定されている。さらに、前記アジャストリング８及び挿入軸部８ａには、前記シャンク部３内にオイルクーラントを供給するために両端面に開口する孔または切欠等の通路１４が設けられる。
【００３１】
以下、本実施の形態に係るローラバニシングツール1の作動を説明する。
図１及び図２に示すように、ワークＷの被加工穴Ｗ１に前記フレーム２を正転方向に回転駆動しながら挿入する。ローラ５，５，…は被加工穴Ｗ１の内面、および、マンドレル６の先端部６ａの外周面に接し、相互間に発生する摩擦力によって自転を開始する。このとき、前記マンドレル６は前記ローラ５，５，…と前記アジャストスクリュー７の軸支孔７ｄに支持されていて回転方向にフリーであるため、前記ローラ５，５，…の回転に伴い従属回転されることになる。
【００３２】
シャンク部２内に組み込まれた圧縮スプリング１３は、常時、マンドレル６を先端側に押し付け、その結果として無負荷時の初期設定ツール径を維持する。ただし、図３に示すように、フレーム７を逆回転したときは前記フィードアングルθの作用でマンドレル６に後退力が作用するため、後退力が圧縮スプリング１３の力に打ち勝ったときにツール径が縮小することになる。
【００３３】
このように、フレーム２を駆動する構造とすると、ローラ５，５，…を従来のマンドレルを駆動する構造と比較して３〜４倍の高速送り加工をすることができる。すなわち、遊星運動の原理から、従来のマンドレル１１４を１０００ｍｉｎ-1で回転させた場合と本発明のフレーム２を１０００ｍｉｎ-1で回転させた場合について比較すれば、本発明は送り速度を３〜４倍速くしてもローラ１本当たりの送り量は同等で同一の仕上がりが得られる。もちろん、前記したように、フレーム２を回転駆動する構造とすると、従来のマンドレル１１４を駆動する構造と比較して剛性が高くなり、フレーム２にマンドレル６を同心に配置する構造とすると回転精度が良好となり、高速回転が可能となる。従って、トータルの能率は従来例と比較して６〜７倍に向上する。
【００３４】
また、ローラバニシングツール１を回転駆動した状態では、前記したようにマンドレル６は増速回転するが、一対のスラストベアリング１１ａ，１１ｂによって支持されているため、円滑に回転する。
【００３５】
図１に示すように、前記マンドレル６はラジアル方向に拘束されておらず、図４にも示すように、フレーム２の内径とマンドレル６の外径のクリアランスＳ１分だけフローティング支持されている。また、ローラバニシングツール１を回転駆動して被加工孔Ｗ１の内面を加工するときは、図４に示すように、ローラバニシングツール１と被加工孔Ｗ１との間に芯ずれがあっても、形状精度が悪化することがない。よって、被加工孔Ｗ１をより高精度に仕上げることができる。
【００３６】
また、ツール径を微調節してもローラ５，５，…の軸方向の位置は移動することがないため、止まり穴を加工するときに有効となる。つまり、従来のローラバニシングツール１１１で止まり穴を加工する場合にはツール径を変化させると、その都度、駆動機の前進端の位置を微調節する必要があるが、本実施形態に係るローラバニシングツール１にあっては、ローラ５，５，…の位置は変化しないため、駆動機のストロークは一定で微調節が不要となる。
さらに、駆動機(図示せず)のセンタースピンドルから供給されたオイルクーラントを前記通路１４に接続すると、オイルクーラントは途中で外部に漏れることなく、フレーム先端の開口１５および各ローラ係合溝４から噴出することになる。このため、最良の潤滑状態が保証され、冷却および潤滑しながら孔の内面加工を行うことが可能となるので、より高精度の鏡面加工を行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】
この発明は上記一実施の形態に詳述したように次の如き優れた効果を発揮する。
(１)ツール径を調節するための調節手段および弾発手段をフレーム及びシャンク部の内部に備えることができるため、シャンク部より前方のフレームを全て有効加工長とすることができる。従って、小型のマシニングセンタやＮＣ旋盤などツールの突出量に制限がある小型駆動機に取り付けて使用することができる。
【００３８】
(２)フレームを駆動する構造であるため、従来のマンドレル駆動方式と比較して高速送り加工をすることができる。さらに、フレームを回転駆動するように構成したので、ツール全体の剛性が高くなる。また、フレームにシャンク部を同軸に連結したので、回転精度が良好となり、高速回転が可能となりトータルの能率を飛躍的に向上することができる。
【００３９】
(３)マンドレルはラジアル方向に拘束されておらず、マンドレルをフローティング可能とするためフレームの内面とマンドレルの外面とのクリアランスを設定したので、ツールと被加工孔とに芯ずれがあっても形状精度を悪化させずに高精度に仕上げることができる。
【００４０】
(４)テーパー付きのマンドレルを軸方向に移動してツール径を調節するように構成し、ローラの位置を移動することがないように構成したので、止まり穴を容易に加工することができる。
【００４１】
(５)構造がコンパクトで小さくなり、部品点数も減少してローコストとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るローラバニシングツールの一実施の形態を示し、図１(ａ)はローラバニシングツールの半断面図、図１(ｂ)はアジャストスクリューとアジャストリングの構造を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るローラバニシングツールの一実施の形態を示し、被加工孔に対するローラバニシングツールの正転前進状態を示す解説図である。
【図３】本発明に係るローラバニシングツールの一実施の形態を示し、被加工孔からローラバニシングツールを抜き出すときの逆転戻し状態を示す解説図である。
【図４】本発明に係るローラバニシングツールの一実施の形態を示し、被加工孔に対するローラバニシングツールの偏芯の吸収状態を示す解説図である。
【図５】従来例を示し、図５(ａ)はローラバニシングツールの半断面図、図５(ｂ)はマンドレルの先端部、及びフレームに対するローラの接触状態を示す図５(ａ)のＸ−Ｘ断面図である。
【符号の説明】
２  フレーム
３  シャンク部
５  ローラ
６  マンドレル
６ａ  マンドレルの先端部
８  アジャストリング(調節手段)
１３  圧縮コイルばね(弾発手段)
θ  フィードアングル
Ｓ１  クリアランス
【図１】
0003809060.tif 000002
【図２】
0003809060.tif 000003
【図３】
0003809060.tif 000004
【図４】
0003809060.tif 000005
【図５】
0003809060.tif 000006