JP2001260017A - バニシング仕上げ加工方法及びその加工工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】一般の汎用機械に取り付け可能で、一工程で管
端のつば出し成形加工を行う管端部加工工具を提供す
る。 【解決手段】汎用機械の回転駆動部に連結するシャンク
と、該シャンクに係止されたフレームと、該フレームに
介装された１以上の管端拡開用ローラと、前記フレーム
内部で軸受を介して回転自在に保持されたマンドレルと
で構成した管端部加工工具であって、前記ローラの中間
部にくぼみ部を形成し、該くぼみ部以外のローラ両端外
周面を前記マンドレルのテーパ外周面に接するように配
置したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的小さなサイ
ズの内表面のバニシ加工、特に極小径の内面テーパや球
面の加工輪郭形状に合わせたバニシ加工を行うバニシン
グ仕上げ加工方法とその加工工具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】切削工具で切削加工した表面に、ローラ
を転がして切削加工で生じた表面の小さな凹凸を平滑に
するローラバニシング加工法が、鏡面に近い表面粗度で
耐腐食性を向上した仕上がり面が得られたり、塑性加工
により表面を加工硬化して耐摩耗性を向上したり等の優
れた利点を備えているため、機械加工後の最終仕上げ加
工方法として多用されている。

【０００３】特に、気体や液体用バルブのテーパシール
面には、シール面の耐久性と気密性の保持が要求される
ため最終表面仕上げ加工として、テーパ形状を合わせた
フレーム上に配置させた複数のローラを備えたマルチロ
ーラバニシング工具によるローラバニシング加工が採用
され、品質の向上とコストダウンに効果を発揮してい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たテーパ面加工用マルチローラバニシング工具は、構造
や強度的に極小径のテーパ内面用としては製作が困難な
ため、理想的なローラバニシング加工ができなかった。
そこで、従来の極小径のテーパ内面の最終仕上げ加工と
しては、ローラバニシング工具の代わりに、研削やラッ
ピングあるいはバフ仕上げ加工を行っていたため加工時
間が長くかかり生産性が悪く、しかもこれらの作業には
熟練を要するといった問題点があった。

【０００５】さらに、ラッピングやバフ仕上げ加工を行
った極小径の内側テーパ面には、ローラバニシング加工
によって得られる耐腐食性や耐摩耗性といった加工面に
おける優れた利点が期待できなかった。

【０００６】本発明は、以上のような問題点に鑑みてな
されたものであり、極小径のテーパ内面や球面等の加工
輪郭形状に合わせてローリング部材で転圧加工するバニ
シング仕上げ加工方法とその加工工具を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明に係るバニシング仕上げ加工
方法は、先端部に被加工物の加工輪郭形状に合致させた
バニシ加工部を有したマンドレルの中心を前記加工輪郭
形状の軸心と偏芯させて加工表面に押し当て、該加工表
面上で前記マンドレルのバニシ加工部を転圧させること
を特徴とする。

【０００８】本発明の加工方法は、マンドレルの先端部
を被加工物（ワーク）の加工輪郭形状に合わせたバニシ
加工部とすることで、マンドレル自体を従来のローラと
同様にワークの加工表面に直接押し当てて転圧させる、
所謂、ローラバニシング加工方法が得られる構成とし、
さらに、前記マンドレルの中心、つまりバニシ加工部の
中心軸とワークの加工輪郭形状の軸心とを偏芯（オフセ
ット）させることで転圧加工に必要なバニシ量を確保す
る構成としたものである。

【０００９】請求項２に記載の発明に係るバニシング仕
上げ加工工具は、先端部に被加工物の加工輪郭形状に合
致させたバニシ加工部を有したマンドレルと、該マンド
レルを内部に軸受を介して回転自在かつ摺動可能に保持
するシャンクと、該シャンク内部に配置され前記マンド
レルに加工用押し付け力を付勢する押圧力調整手段とを
備えたことを特徴とする。

【００１０】本発明によるバニシング工具は、被加工物
の加工輪郭形状に合わせたバニシ加工部を備えたマンド
レル自体を軸受を介して回転自在としたため、従来のロ
ーラバニシング工具におけるローラの役割がマンドレル
１本で可能な構成としている。加えて、前記バニシ加工
部がワークの加工表面に押し付ける力を適切な加工圧に
制御してマンドレルに付勢できるように押圧力調整手段
を備えた構成とした。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載のバニシング仕上げ加工工具において、前記押圧
力調整手段が、前記シャンクと前記マンドレルとの間に
介装した弾性部材と、該弾性部材の圧縮力の調整を行う
調整手段とにより構成したことを特徴とする。

【００１２】マンドレルに付勢する押し付け力の押圧力
調整手段を圧縮コイルスプリングや皿ばね等の弾性部材
とネジ込み式セットスクリューの調整手段とで構成して
工具シャンク内部に配設したものである。

【００１３】

【作用】請求項１の発明によれば、ローリング部材とし
てマンドレル自体が従来のローラの役割である被加工物
の加工表面形状に合わせた転圧加工を行うことが可能で
あり、しかも適当なバニシ量の確保もマンドレルの中心
軸とワークの加工輪郭形状の軸心とを偏芯させることで
容易に可能としているため、マンドレルを相対的に回転
してワークの加工表面に押し当てるだけで、従来不可能
であった極小径のテーパ内面にローラバニシング加工と
同様なバニシング仕上げ加工が可能となった。

【００１４】なお、マンドレルの先端部に設けたバニシ
加工部の形状をワークの加工輪郭形状に合わせて成形す
ることにより、極小径のテーパ内面や球面あるいは曲面
等の複雑な形状の内面仕上げに適用できる。

【００１５】請求項２の発明によれば、１本でローリン
グ部材としたマンドレルの先端部にバニシ加工部を設け
て回転自在に構成したため、工具シャンク部を旋盤等の
工作機械の刃物台に取り付けてワークの加工表面にマン
ドレル先端部を相対的に回転させながら押し付けるだけ
で、マンドレル自体で従来のローラ如くワークの加工表
面上を転圧させることが可能となり、ローラバニシング
加工と同様なバニシング仕上げ加工が極小径のテーパ内
面等に適用できるようになった。

【００１６】シャンク内部の中空部には、加工圧を制御
するために圧縮スプリングや皿ばね等の弾性部材が組み
込まれているため工具に軸方向の送りを与えるだけでマ
ンドレルの押し付け力を制御し、その先端に設けたバニ
シ加工部が適切な加工圧でワークの加工表面を押圧する
ので、容易に作業が完了できる。工具自身で鏡面加工を
自動的に完了できるため熟練の作業者でなくても加工作
業が可能である。しかも、加工圧の調整は、シャンク後
端部の中心に配置したネジ込み式セットスクリューで容
易に設定できるようになっている。

【００１７】さらに、本発明による工具のマンドレルの
先端部に設けたバニシ加工部の中心軸が、ワークの加工
表面形状の中心軸と偏芯するように工作機械の刃物台に
取りつけることも容易に可能で、同形状であれば、1本
のツールで様々なサイズの加工も可能となった。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第一の実施形態に
ついて、図面を参照して説明する。図１は、本発明によ
るバニシング仕上げ加工工具を表す図であり、上半分が
断面を表し下半分が外観を表す全体正面図である。

【００１９】このバニシング仕上げ加工工具１０は、基
本構成として、旋盤等の図示しない工作機械の刃物台に
取り付けるシャンク１と、このシャンク１の内部で回転
自在に保持され且つ加工する被加工物（ワーク）の表面
輪郭形状に合致させたバニシ加工部２を有するマンドレ
ル３と、シャンク１の内部中空部に設けられてマンドレ
ル３の押圧力の調整を行う押圧力調整手段４とを備えて
いる。

【００２０】シャンク１は、上部にクランプ用平坦部を
部分的に設けた略円筒状の外観を形成し、先端側に作業
者が保持操作しやすい鍔部１ａを形成し、内部は段付き
中空部１ｂを形成し、後端部の中央には中空部１ｂに抜
けるねじ孔１ｃが設けられている。

【００２１】マンドレル３は、先端部がワークの加工表
面輪郭形状で後端部が大径の段付き円筒形状としてお
り、シャンク１の中空部１ｂの先端側に配置され、バニ
シ加工部２をシャンク１の先端鍔部１ａの端面から突出
させて小径円筒部の外周にニードルベアリング５を介し
て回転自在且つ摺動可能にシャンク１の内部の中空部１
ｂで保持されている。なお、マンドレル３の突出量はス
ペーサ９により調整可能であり、中空部１ｂの先端部は
オイルシール１１で保護されている。

【００２２】なお、本実施例では、ワークの加工表面輪
郭形状を極小径のテーパ内面とし、その加工用としてマ
ンドレル３の先端部に設けたバニシ加工部２の形状は、
先端が尖った円錐形状としているためマンドレル自体の
剛性を高め、しかも、マンドレルとテーパ接触面の転が
りの周速差を緩和できた。さらに、原理的には限りなく
ゼロに近い極小径のテーパ内面仕上げ加工にもローラバ
ニシング加工法が適用できる構成となった。もちろん、
球面や曲面の複雑な形状の内面に適用すべき形状のバニ
シ加工部をマンドレル３の先端部に成形することも可能
である。

【００２３】押圧力調整手段４は、シャンク１の中空部
１ｂ内で、マンドレル３の後端部に配置された前後２個
のスラストベアリング６ａ、６ｂに挾持された圧縮コイ
ルスプリング７とシャンク１の後端部のねじ孔１ｃに螺
挿した六角穴付きセットスクリュー８とで構成され、工
具の軸方向の移動でマンドレル３のバニシ加工部２がワ
ークの加工表面部に適切な荷重を負荷できる構造となっ
ている。

【００２４】シャンク１の中空部１ｂでマンドレル３後
端部とシャンク１後端部とで形成した空間部の前側に配
置されたスラストベアリング６ａは、マンドレル３の大
径円筒部端面に当接させているため、マンドレル３自体
の回転を妨げない。また、前記中空部１ｂの空間部後側
に配置されたスラストベアリング６ｂはセットスクリュ
ー８の前端部と当接させてセットスクリュー８の軸方向
の移動に追従可能とし、両スラストベアリング６ａ、６
ｂで挾んだ圧縮コイルスプリング７を圧縮または伸張す
る。

【００２５】押圧力調整手段４は、加工圧のプリロード
（押圧力）の調整を行うものである。つまり、六角穴付
きセットスクリュー８をバーレンチ等で回転させること
により、スラストベアリング６ｂを工具前部へ送る。一
方、スラストベアリング６ａはマンドレル３の後端部に
当接しその軸方向移動ができないため、圧縮コイルスプ
リング７が圧縮状態となり、加工に必要な押し付け力が
生じる。

【００２６】図１に示すように構成されたバニシング仕
上げ加工工具１０を使って、極小径のテーパ内面加工を
行う作動手順は次の通りである。なお、図２に、ワーク
２１のテーパ内面部２２をマンドレル３の先端部に設け
た円錐形状のバニシ加工部２で加工中の被加工部の拡大
図を示す。図３は、図２におけるＡ−Ａ矢視断面図を示
す。

【００２７】ワーク２１を図示しない旋盤のチャックで
保持し、回転駆動可能にセットする。次にマンドレル３
の先端部に設けた円錐状のバニシ加工部２の傾斜面とワ
ーク２１のテーパ内面部２２のテーパ面とを一致させな
がら、ワーク２１の中心軸２３ＣＬとバニシ加工部２の
中心軸２４ＣＬとを偏芯（オフセット）させて、バニシ
ング仕上げ加工工具１０のシャンク１を前記旋盤の刃物
台に取り付ける。なお、取り付けの際、加工のバニシ量
や加工面の幅等を考慮し、オフセット量を適切な量に調
整する。

【００２８】次に、バニシング仕上げ加工工具１０の後
端部に配置したセットスクリュー８を回転して、工具に
内蔵された圧縮スプリング７を圧縮または伸張して、バ
ニシ加工に必要な押し付け力を調節する。

【００２９】ワーク２１を回転し、刃物台に取り付けた
バニシング仕上げ加工工具１０を軸方向に押圧力調整手
段４でプリロードとして設定された所定の加工圧となる
まで前進させて、マンドレル３のバニシ加工部２をテー
パ内面部２２に押し当て前進端で数秒間ドウェルさせ
る。マンドレル３は回転自在に構成しているため、ワー
ク２１の回転に合わせてマンドレル３も転圧回転しなが
ら、テーパ内面部２２の表面の凹凸をマンドレル３のバ
ニシ加工部２で平滑にする、所謂、ローラバニシング加
工を行う。一定時間の転圧加工後、バニシング仕上げ加
工工具１０を後退させてバニシング仕上加工を終了す
る。

【００３０】なお、本発明の実施例ではワークの回転に
よる転圧加工方式としたが、本発明のバニシ仕上げ加工
工具を回転駆動させる回転駆動ユニットや偏芯回転駆動
ユニットに取り付けて同様にバニシング仕上げ加工を行
うことも可能であることは述べるまでもない。

【００３１】また、本発明では押圧力調整手段としてバ
ネ定数１０Ｎ／ｍｍの圧縮コイルスプリングと六角穴付
きセットスクリューで構成したが、シャンク内部で回転
自在且つ摺動可能に保持されたマンドレルにプリロード
を加える機構であれば、加工工具の軸方向に移動させる
上記構成に限定されるものではない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
係るバニシング仕上げ加工方法によれば、従来不可能で
あった極小径のテーパ内面や球面あるいは曲面等の複雑
な形状の内面仕上げにローラバニシング加工が可能とな
り、表面を鏡面状に仕上げるだけではなく、従来のロー
ラバニシング加工による優れた利点である精度向上や耐
腐食性の向上、さらに耐摩耗性の向上等の効果が得られ
るようになった。特に気体や液体用バルブのテーパシー
ル面の最終仕上げに、最適のローラバニシング加工方法
が適用可能となったのは、大きな効果である。

【００３３】また、請求項２の発明に係るバニシング仕
上げ加工工具によれば、単一マンドレルの先端部に加工
輪郭形状に合致させたバニシ加工部を備え、従来のロー
ラの役割りをさせる構成としたため、極小径のテーパ内
面等の仕上げ加工に、従来採用できなかったローラバニ
シング加工を上述如く適用できるようになったばかり
か、本発明の加工工具を旋盤等の一般の工作機械に取り
つけるだけで誰でも一様なバニシ加工ができるように、
押圧調整手段付きの簡単な構成としたため非常に作業性
が良く、作業者にも熟練した技能が要求されない効果が
ある。

【００３４】なお、本実施例で使用した先端が尖った円
錐形状の単一マンドレルの場合、ワークに対する工具の
オフセット量や取付け角度を調整することにより、ワー
ク毎に専用工具となってサイズ違いのワークに適用でき
ない従来のマルチローラバニシング工具と違い、１台の
工具である程度の範囲内で様々なサイズやテーパ角度の
各種ワークを加工できるようになったため、汎用性が高
く、しかも応用範囲を拡大できるものとなった。

【００３５】さらに、請求項３の発明によれば、押圧調
整手段を一般的な圧縮コイルスプリングとセットスクリ
ューで構成したため容易にバニシ加工圧のプリロード設
定が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるバニシング仕上げ加工工具を表す
図であり、上半分が断面を表し下半分が外観をあらわす
全体正面図である。

【図２】本発明によるバニシング仕上げ加工工具のマン
ドレルの先端部で加工している被加工部の拡大図であ
る。

【図３】図２に示した被加工部の拡大図におけるＡ−Ａ
矢視断面図である。

【符号の説明】

１ シャンク ２ バニシ加工部 ３ マンドレル ４ 押圧力調整手段 ５ ニードルベアリング ６ａ，６ｂ スラストベアリング ７ 圧縮コイルスプリング ８ セットスクリュー １０ バニシング仕上げ加工工具 ２１ 被加工物（ワーク）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部に被加工物の加工輪郭形状に合致
   させたバニシ加工部を有したマンドレルの中心を前記加
   工輪郭形状の軸心と偏芯させて加工表面に押し当て、該
   加工表面上で前記マンドレルのバニシ加工部を転圧させ
   ることを特徴とするバニシング仕上げ加工方法。
2. 【請求項２】 先端部に被加工物の加工輪郭形状に合致
   させたバニシ加工部を有したマンドレルと、該マンドレ
   ルを内部に軸受を介して回転自在かつ摺動可能に保持す
   るシャンクと、該シャンク内部に配置され前記マンドレ
   ルに加工用押し付け力を付勢する押圧力調整手段とを備
   えたことを特徴とするバニシング仕上げ加工工具。
3. 【請求項３】 前記押圧力調整手段が、前記シャンクと
   前記マンドレルとの間に介装した弾性部材と、該弾性部
   材の圧縮力の調整を行う調整手段とにより構成したこと
   を特徴とする請求項２に記載のバニシング仕上げ加工工
   具。