JP3851392B2 - 外径転圧加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向に比較的長い円柱あるいは円筒状の被加工物の外表面を連続的にバニシ加工する外径転圧加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、金属の表面を比較的高度に仕上げる加工方法としてロ−ラバニシ仕上げがある。この方法は、被加工物の表面をロ−ラで転圧し、わずかな塑性変形を与えて仕上げるもので表面の鏡面化のよる摺動抵抗の減少と耐食性の向上、表面硬度の上昇による耐摩耗性の向上、表面近傍の圧縮残留応力発生による疲労強度の改善、微小変形による寸法修正の可能性など多数の長所を有するためよく利用されている。ロ−ラバニシ仕上げは種々の形態の加工面に対応して各種形状の工具が使用されているが、一般的には工具ロ−ラを加工面に対し機械的に押圧しながら加工面上を移動させ加工が行われる。すなわち、被加工物に対して工具を回転駆動するとともに推進駆動させて、加工位置を変えながら所望の範囲にバニシ加工を施すものである。
【０００３】
また、比較的長尺な円柱、円筒などの外表面を仕上げる装置として実公平７−１５７２３号公報に記載の装置がある。この装置では円筒状の工具ヘッド内周面に複数の工具ロ−ラを接触させて配置し、工具ロ−ラはフレ−ムに回転自在に係止され、さらにフレ−ムの軸線に対して所定の角度だけ傾斜して配置されている。
フレ−ムを回転させると工具ロ−ラは被加工物の外周面上を螺旋運動する。工具ロ−ラはフレ−ム内の溝に拘束され、フレ−ムは軸方向に移動しないよう筒状部材に回転自在に固定されているため、相対的に被加工物が軸方向に送られることになる。すなわち、フレ−ムに回転トルクを加えると回転駆動力の一部が送り力となるため、被加工物の送り駆動のための別の動力は必要ない。加工作業により送り力が発生するため、被加工物には工具ロ−ラ以外の回転保持部（チャック）が必要ないことを意味する。
【０００４】
また、工具ヘッドは内周面にテ−パを有しており、このテ−パは奥に行くに従って径が小さくなっている。この工具ヘッドとは逆のテ−パを有する工具ロ−ラが工具ヘッド内周面に密着してフレ−ムと一体となって軸方向に移動可能に取り付けられている。従って、フレ−ムを軸方向に移動調整することにより被加工物の外径に対応させて工具径を設定することができる。この装置は、ＯＡ機器のガイドシャフト、モ−タシャフト、ＶＴＲのピン複写機用ドラム等、種々の中実及び中空シャフトの外面仕上げようとして利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この装置では、加工開始前に工具径を被加工物の外径に対応した適正値に精密に設定する必要があり、装置作動中に工具径を変更することはできない。工具径変更のためには装置を停止しなければならず、作業効率が低下してしまう。従って、被加工物を連続加工するためには、前工程加工において厳しい寸法制限を設けなければならず、前加工により多くの時間を要し、さらに加工精度の高い工作機械の導入が必要であった。また、前加工寸法のバラツキが大きいと、表面の仕上りが不十分であったり、逆に過負荷により加工表面が剥離することがあった。
【０００６】
また、工具ロ−ラはフレ−ムの溝に拘束されフレ−ム溝の奥の後端面に接触する。この溝の奥の後端面は工具ロ−ラの回転に起因する摩耗によりさらに奥側に後退する。従来の工具ヘッドの中空内周のテ−パは奥に向かってテ−パ内径が小さくなる構造であるため、フレ−ムの摩耗が進行すると工具ロ−ラは奥側に移動しかつ半径方向内側に移動する。よって、工具径が縮小し、これが原因で摩耗が加速度的に集中して進行する。従って、わずかな摩耗が発生してもフレ−ムの寿命となり、フレ−ムの交換が必要となった。
【０００７】
従来の工具ロ−ラは、図７に示すように、その被加工物挿入側２７は被加工物排出側２８より外径が大きいテ−パ構造となっており、作動中はフレ−ムの溝の斜め上側の側端面に押されて拘束されている。従って、被加工物挿入側は被加工物排出側より外径が大きい分周速が速いので、被加工物挿入側に対応するフレ−ムの側端面は被加工物排出側に対応する側端面と比較して摩耗が速く進行する。よって、工具ロ−ラの拘束姿勢は図７上で右回りに回転する方向に変化する。これは、工具ロ−ラのフィ−ドアングルが減少することを意味し、被加工物の送り速度（被加工物から見れば、自己推進速度）が減少することになる。最終的にはフィ−ドアングルがゼロ近くまで減少し、被加工物は自己推進しなくなるのであった。
【０００８】
そこで、本発明では装置作動中に、被加工物の外径誤差変化に応じて、工具径を自動的に制御する機構を有し、被加工物の外径寸法にバラツキがあっても、連続作業ができるような装置を提供しようとするものである。すなわち、被加工物の外周加工の製作誤差などによる外径の変化に追従して工具径が変化するように対処することで、連続したバニシ加工を可能とし、作業時間の短縮化、前加工寸法制限の緩和を図ることを目的とする。さらに、フレ−ム及び工具ロ−ラの摩耗を減少させ工具寿命を長くすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明のうちで請求項１に記載の外径転圧加工装置は、円柱あるいは円筒状の被加工物を包囲するように配設され、その中空部内周の径が被加工物排出方向に向かって大きくなる内面テーパを有する工具ヘッドと、被加工物挿入側が細く、被加工物排出側が太くなっており、その外周面は工具ヘッドの内周テーパ形状とは逆のテーパ形状を有し、前記工具ヘッドのテーパ内面及び前記被加工物の外周面に接触し周方向に均等に配置されて係止された複数の工具ロ−ラと、前記工具ヘッドの内面テーパ内に配置され、前記工具ロ−ラを自転可能かつ当該被加工物との接触面を平行に保ったまま被加工物の半径方向に移動可能に嵌合係止し、前記被加工物を貫通させその長手方向に挿入排出可能にした中空部が形成されたフレ−ムとを備え、前記工具ヘッドと前記フレームとはそれぞれの長手方向中心軸が前記被加工物の長手方向中心軸と一致するように配置され、前記工具ローラが前記フレ−ムの軸線に対して所定角度傾斜して配設（図３参照）された外径転圧加工装置において、
前記工具ヘッドとフレームとの保持形態の関係を、いずれか一方は前記被加工物の長手方向中心軸回りに回転不能に拘束され、かつその中心軸線方向に移動可能な変位手段として保持され、他方は前記被加工物の長手方向中心軸線方向に移動不能に固定され、かつ結合された駆動手段に回転駆動を受けてその中心軸回りに回転可能な回転手段として保持される関係とし、
前記駆動手段による回転手段の回転により発生する被加工物の送り力と逆方向の所定の推力を前記変位手段に作用させる推力作用手段を備えることを特徴とする。
但し、少なくとも特許請求の範囲の欄及び問題を解決するための手段の欄において、特段の記述がなければ、軸とは前記被加工物の長手方向中心軸をいう。この軸は前記工具ヘッド、前記フレ−ムの長手方向中心軸に一致する。
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明のうちで請求項２に記載の外径転圧装置は、請求項１に記載の外径転圧加工装置において、前記推力作用手段を、ピストンとシリンダからなる往復摺動機構とし、これを前記変位手段と一体化して連結し、前記シリンダに圧力流体を導入して、この流体の圧力により生じた推力を前記所定の推力として前記ピストンを介して前記変位手段に作用させる。一体化して連結する代わりに一体化構造としてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の外径転圧加工装置は、円筒形状でありその中空部内周面に奥に向かって広がるテ−パ部を有する工具ヘッド、この工具ヘッドのテ−パ部に接触して係止され前記テ−パとは方向のみ逆で同じ傾斜のテ−パを有する工具ロ−ラと、前記工具ヘッドの中空部に前記工具ヘッドに対して同軸的に配置され、前記工具ロ−ラを回転自在に係止したフレ−ムと、前記工具ヘッド、前記工具ロ−ラ、及び前記フレ−ムを収納するためのハウジングとからなり、前記工具ロ−ラは前記フレ−ムの軸線に対して所定角度傾斜して前記フレ−ムに嵌合係止され、周方向均等に配置されている。被加工物は円柱状または円筒状でなければならず、フレ−ムに形成された中空部内部に押し込まれ、その外周部に工具ロ−ラが圧力接触し工具ロ−ラの回転運動及び相対的螺旋運動によって軸方向の移動運動（送り）を受け、あるいは場合によって回転運動をも受け、被加工物外周表面はバニシ加工を受ける。
【００１２】
さらに、本発明の外径転圧加工装置は工具ロ−ラを工具ヘッドに対して相対的に軸方向へ移動させる変位手段と、工具ロ−ラの相対的螺旋運動により発生する被加工物の送り力Ｐｆと平衡する推力Ｆをこの変位手段に作用させてこの変位手段を制御する推力作用手段とを備える。工具ロ−ラと工具ヘッドの間の相対的軸方向移動を生じさせるには
（１）フレ−ムが軸方向の変位手段であって、フレ−ムにより工具ロ−ラを軸方向移動させ、工具ヘッドが軸方向に固定されている場合と、
（２）工具ヘッドが軸方向の変位手段であって、工具ヘッドが軸方向に移動し、工具ロ−ラが軸方向に固定されている場合とがある。
【００１３】
（１）の場合は、工具ロ−ラは工具ヘッドのテ−パ内周面に沿って変位手段であるフレ−ムによって軸方向に移動させられる。また、工具ヘッドは軸方向は固定であるが、軸回りの回転を受ける（図５参照）。
この構成において、工具ヘッドにはプ−リなどの回転伝達部材が取り付けられてベルトなどを介して電動機などと結合され、回転（ＤＨ方向）を受ける。ここにおいて、フレ−ムは回転しないように拘束され、かつ推力作用手段により推力Ｆを受けて軸方向に摺動可能なように保持されている。前記工具ロ−ラは前記フレ−ムの軸線に対して、つまり被加工物の軸線にたいして所定角度（フィ−ドアングル）傾斜して取り付けられているので、被加工物側の方を静止させて考えれば、前記工具ロ−ラは被加工物の外周を自転しつつ螺旋状に公転し、軸方向に移動する。しかし、実際には、前記工具ロ−ラは自転（ＤＲ方向）のみ行ないフレ−ムに対して公転及び軸方向移動はしないようにフレ−ムの中に拘束されている。よって、被加工物の方が前記工具ロ−ラの自転とは逆の方向の回転トルクを受けて回転（ＤＷ方向）し、前記工具ロ−ラより前記軸方向とは逆の方向への送り力Ｐｆを受けて、移動しバニシ加工を受ける。
【００１４】
また、前記工具ロ−ラの送り力Ｐｆと平衡させるため、推力作用手段により推力Ｆをフレ−ムに作用させ、フレ−ムに工具ロ−ラの送り力Ｐｆ方向とは逆の方向の力を発生させる。加工作業中は、原則として被加工物の送り力Ｐｆとこの推力Ｆが均衡しているので、フレ−ム及び工具ロ−ラは軸方向に摺動しない。しかし、被加工物の径の変化により 前記送り力Ｐｆと前記推力Ｆの均衡が破れたときは、フレ−ムが工具ロ−ラと一体になって工具ヘッドの内周面に添って軸方向に摺動する。ここにおいて、工具ヘッドは内周面にテ−パ形状を有し、工具ロ−ラは外周面にこれとは逆のテ−パ形状を有するので、工具ロ−ラは被加工物との接触面を平行に保ったまま半径方向にも移動し、被加工物の外径の変化に対応して工具径が変化する。
【００１５】
前記送り力Ｐｆが前記推力Ｆより大きい場合、工具ロ−ラが軸方向奥側に移動し工具径は拡大する。工具径の拡大に伴い工具ロ−ラと被加工物との間の接触力Ｐｗ（バニシ力）（図４参照）が減少し、その反力として工具ロ−ラと工具ヘッドとの間の接触力Ｐｈも減少する。また、工具ロ−ラの送り力Ｐｆは工具ロ−ラと工具ヘッドの間の摩擦により伝達されるため、結果的に、工具ロ−ラと工具ヘッドの間の摩擦力μＰｈ・ｃｏｓα（２αは工具ヘッド内周テ−パのテ−パ角）が前記推力Ｆと均衡するまで工具径は拡大する。ここで、摩擦係数μは潤滑状態が同じであれば一定のため、バニシ力Ｐｗと推力Ｆは比例関係にありバニシ力Ｐｗは推力Ｆを変化させることにより制御できる。被加工物の外径の変化により、前記送り力Ｐｆと前記推力Ｆの均衡が破れた時は、フレ−ムが工具ロ−ラと一体となって工具ヘッドの内周面に添って軸方向に左右に摺動し工具径は自動制御される。
【００１６】
加工作業開始前は工具ロ−ラの送り力Ｐｆは発生せず推力Ｆのみ作用しているので、工具ロ−ラは工具ヘッドの内周面テ−パ先端側の径の小さい方の場所に位置しており工具径は最小値となっている。工具ロ−ラ先端部は被加工物が円滑に噛み込めるよう大きなＲ形状となっているため、被加工物をわずかに押し込むだけで工具ロ−ラのフィ−ドアングルが作用して、被加工物は容易に噛み込まれ同時に所定のバニシ圧となるよう前記の工具径を自動制御する機構が働く。
また、噛み込み後加工作業中は被加工物の外径が変わらない限り、送り力Ｐｆは変化せず推力Ｆと均衡して工具径は変わらない。被加工物の外径が増加すれば、送り力Ｐｆが推力Ｆを上回り工具ロ−ラが軸方向工具ヘッドのテ−パの奥側に摺動し、送り力Ｐｆが推力Ｆと均衡するまで工具径は増大する。
【００１７】
逆に被加工物の外径が減少すれば、推力Ｆが送り力Ｐｆを上回り、工具ロ−ラが軸方向工具ヘッドのテ−パ先端側に摺動し、送り力Ｐｆが推力Ｆと均衡するまで工具径は減少する。被加工物が通過し加工作業が終了すれば、工具ロ−ラの送り力Ｐｆは消滅し、推力Ｆのみ作用するので、工具ロ−ラは工具ヘッドの先端側の所定の場所まで摺動し加工作業前の状態と同じく最小値となる。なお、工具ロ−ラの軸方向摺動可能範囲は、所定の範囲に設定されているので、工具径も所定の最大値と最小値を有する。被加工物の外径は工具径の最大値と最小値の間になければならない。
【００１８】
上記（２）の場合は、工具ヘッドが軸方向に移動し、工具ロ−ラは軸方向には移動しない。しかし、工具ヘッドから見れば、工具ロ−ラは工具ヘッドのテ−パ内周面に沿って軸方向に相対的に移動する。また、工具ロ−ラを嵌合係止するフレ−ムは軸方向に固定されているが、軸回りの回転を受ける。
この構成において、フレ−ムにはプ−リなどの回転伝達部材が取り付けられてベルトなどを介して電動機などと結合され、回転を受ける。ここにおいて、工具ヘッドは回転しないように拘束され、かつ推力作用手段により推力Ｆを受けて軸方向に摺動可能なように保持されている。工具ロ−ラはフレ−ムの軸線に対して、つまり被加工物の軸線にたいして所定角度（フィ−ドアングル）傾斜して取り付けられているのは（１）の場合と同様であるが、フレ−ムが軸回りに回転するので工具ロ−ラは被加工物の外周を自転しつつ螺旋状に公転し、被加工物に対して相対的に軸方向に移動する（図２参照）。しかし、工具ロ−ラはフレ−ムに対しては軸方向移動はしないようにフレ−ムの中に拘束されている。一方フレ−ムは軸方向に固定されているので、被加工物はこの相対的軸方向移動とは逆の方向の送り力Ｐｆを受けて、この逆の方向へ実際に移動する（図３参照）。
【００１９】
また、前記被加工物の送り力Ｐｆと平衡させるため、推力作用手段により被加工物の送り力Ｐｆ方向とは逆の方向の推力Ｆを工具ヘッドに作用させる。加工作業中は、被加工物の送り力Ｐｆとこの推力Ｆが均衡しているので、工具ヘッドは軸方向に摺動しない。しかし、被加工物の径の変化により 前記送り力Ｐｆと前記推力Ｆの均衡が破れたときは、工具ヘッドが軸方向に移動するので、工具ロ−ラは工具ヘッドの内周面に添って軸方向に相対的に摺動する。ここにおいて、（１）と同様に工具ヘッドは内周面にテ−パ形状を有し、工具ロ−ラは外周面にこれとは逆のテ−パ形状を有するので、工具ロ−ラは被加工物との接触面を平行に保ったまま半径方向に移動し、被加工物の外径の変化に対応して工具径が変化する。
【００２０】
前記送り力Ｐｆが前記推力Ｆより大きい場合、工具ヘッドが軸方向先端側に移動するので工具ロ−ラは工具ヘッドに対して軸方向奥側に相対的に移動し工具径は拡大する。工具径の拡大に伴い工具ロ−ラと被加工物との間の接触力Ｐｗ（バニシ力）（図４参照、但し、推力Ｆは工具ヘッド２に働き方向は左から右）が減少し、その反力として工具ロ−ラと工具ヘッドとの間の接触力Ｐｈも減少する。また、工具ロ−ラの送り力Ｐｆは工具ロ−ラと工具ヘッドの間の摩擦により伝達されるため、結果的に、工具ロ−ラと工具ヘッドの間の摩擦力μＰｈが前記推力Ｆと均衡するまで工具径は拡大する。ここで、摩擦係数μは潤滑状態が同じであれば一定のため、バニシ力Ｐｗと推力Ｆは比例関係にありバニシ力Ｐｗは推力Ｆを変化させることにより制御できる。被加工物の外径の変化により、前記送り力Ｐｆと前記推力Ｆの均衡が破れた時は、工具ヘッドが軸方向に左右に摺動し、工具ロ−ラは軸方向移動しない。しかし、工具ヘッドからみると工具ロ−ラは工具ヘッドの内周面に添って相対的に軸方向に左右（工具ヘッドの動きとは逆）に摺動し工具径は自動制御される。
【００２１】
加工作業開始前は工具ロ−ラの送り力Ｐｆは発生せず工具ヘッドへの推力Ｆのみ作用しているので、工具ロ−ラは工具ヘッドの内周面テ−パ先端側の径の小さい方の場所に位置しており工具径は最小値となっている。工具ロ−ラ先端部は被加工物が円滑に噛み込めるよう大きなＲ形状となっているため、被加工物をわずかに押し込むだけで工具ロ−ラのフィ−ドアングルが作用して、被加工物は容易に噛み込まれ同時に所定のバニシ圧となるよう前記の工具径を自動制御する機構が働く。
また、噛み込み後加工作業中は被加工物の外径が変わらない限り、送り力Ｐｆは変化せず推力Ｆと均衡して工具径は変わらない。被加工物の外径が増加すれば、送り力Ｐｆが推力Ｆを上回り工具ロ−ラが軸方向工具ヘッドのテ−パの奥側に相対的に摺動し（実際には工具ヘッドが先端側に摺動し）、送り力Ｐｆが推力Ｆと均衡するまで工具径は増大する。
【００２２】
逆に被加工物の外径が減少すれば、推力Ｆが送り力Ｐｆを上回り、工具ロ−ラが軸方向工具ヘッドのテ−パ先端側に相対的に摺動し（実際には工具ヘッドがテ−パ奥側に摺動し）、送り力Ｐｆが推力Ｆと均衡するまで工具径は減少する。被加工物が通過し加工作業が終了すれば、工具ロ−ラの送り力Ｐｆは消滅し、推力Ｆのみ作用するので、工具ロ−ラは工具ヘッドの先端側の所定の場所まで相対的に摺動し（実際には工具ヘッドが工具ヘッドの奥方向の所定の位置まで摺動し）加工作業前の状態と同じく最小値となる。なお、工具ロ−ラの相対的軸方向摺動可能範囲（実際には工具ヘッドの軸方向摺動可能範囲）は、所定の範囲に設定されているので、工具径も所定の最大値と最小値を有する。被加工物の外径は工具径の最大値と最小値の間になければならない。
【００２３】
推力作用手段を、ピストンとシンリンダからなる往復摺動機構とし変位手段と一体化して連結させ、圧力流体により前記ピストンに推力Ｆを作用させる。
前記（１）の場合はフレ−ムの中空部と同一内径の中空部をもつ円筒形のフレ−ムステムの外周部にピストンを取付けこれをシリンダハウジングで覆い空間を形成し、シリンダを構成する。さらに、フレ−ムステムをフレ−ムと一体化して連結させている。
前記（２）の場合は工具ヘッドの外周部に一体化した（または一体化して連結することにより構成された）ピストン構造を設け、これをシリンダハウジングで覆い空間を形成し、シリンダを構成する。前記（１）及び（２）の場合ともに、シリンダに圧力流体を導入してピストンに推力Ｆを作用させる。
【００２４】
上述したように、工具ロ−ラはフレ−ム内のロ−ラ溝に拘束され、バニシ加工中はフレ−ムからみると工具ロ−ラ自身は自転しており、ロ−ラ溝後端面に押し付けられている。
従って、長時間使用するとフレ−ムのロ−ラ溝後端面は工具ロ−ラの回転接触摩擦により摩耗が進行する（図６参照）。ところで、工具ヘッド内側テ−パは奥に向かって広がる形状となっているため、摩耗が進行すると工具径が拡大する。例えば、複数のロ−ラ溝のうち１箇所のみ集中的に摩耗したと仮定すると、この部分のみ工具径が拡大することになり、工具ロ−ラと被加工物の接触圧力が低下し、フィ−ドアングルによる送り分力が減少するため、この部分のロ−ラ溝後端面の摩耗はほとんど進行しなくなる。
【００２５】
一方他の工具ローラのロ−ラ溝後端面の摩耗は進行するため、最終的には全ての工具ロ−ラの工具径が一定値になるようバランスしながら摩耗が進行する。このようにロ−ラ溝後端面の摩耗の進行はバランスしているため、摩耗が進行してもロ−ラバニシングの機能上問題がなく、従来品と比較してフレ−ム寿命は、つまり工具寿命は格段に延長される。
従来の工具ヘッドの内面テ−パは奥に向かって狭くなる形状となっているため、本願発明にかかる装置とは逆に１箇所のロ−ラ径が摩耗すると、その部分の工具径が縮小し、加速度的に集中して摩耗が進行する。従って、わずかな摩耗でもフレ−ムは寿命となり交換する必要があった。
なお、工具ヘッドの内面テ−パが奥に向かって広がる構造は本願発明の外径転圧加工装置だけではなく従来のセンタレス外径転圧加工装置、例えば、実公平７−１５７２３号の公報で本願出願人が提案したものにも適用できる。
【００２６】
さらに、上述したように被加工物を自己推進させるため、工具ロ−ラのフレ−ム内配置にあたって、フィ−ドアングルが設けられているが、本願発明の外径転圧加工措置では、工具ヘッド内面テ−パが奥に向かって広がる形状となっているため、工具ロ−ラは被加工物挿入側が細く、被加工物排出側が太くなっている。そのため、工具ロ−ラが被加工物の外周を転がると、工具ロ−ラの外径の違いにより工具ロ−ラの被加工物排出側の周速が被加工物挿入側の周速より速くなるため、フレ−ムの工具ロ−ラ被加工物排出側に対応する側端面は被加工物挿入側に対応する側端面より速く摩耗が進行する。これは、図２において工具ロ−ラが反時計方向に回転するように姿勢を変え、フィ−ドアングルθが大きくなる方向である。
【００２７】
工具ロ−ラはフレ−ムのロ−ラ溝で保持されており、長期間使用すると、フィ−ドアングルは初期の設定値より大きくなるようにロ−ラ溝の側端面の摩耗が進行する。一方、従来の外径転圧加工装置では、前述のようにこれとは逆にフィ−ドアングルが小さくなる方向に摩耗が進行するため、長時間使用すると自己推進力が低下して加工タクトが長くなり、最終的には自己推進作用がなくなるという問題があったが、本願発明の外径転圧加工装置では摩耗が進行しても逆に自己推進力が増加し、加工タクトが短くなる。
【００２８】
本発明においては、推力作用手段に所定の圧力流体をかけてバニシ圧が一定になるように制御されるものであるが、同じ構成で別の制御、つまり、加工中に推力作用手段にかける流体圧力を変動させながら制御することにより、数μから数十μの範囲内において被加工物の表面形状を意図的に凹凸状態にすることも可能であり、加工用途の広がりを達成した。これにより、コピー機の紙送りローラの加工のように、ローラ両端面の径をローラ中央部より大きく形成することもできる。
【００２９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図１を基にして説明する。第１図は、本発明の好適な一実施例を示す縦断側面図である。１は工具ロ−ラ、２は工具ヘッド、３はフレ−ム、４は六角穴付止ねじ、５は工具ヘッドステム、６は六角穴付ボルト、７はキ−、８はプ−リ、９はフレ−ムステム、１０はベアリングカバ−、１１はスペ−サ、１２はブッシュ、１３は工具ヘッドステムエンド、１４はスペ−サ、１５はフレ−ムステムスライドガイド、１６はシリンダハウジング、１７はピストンロッド、１８は回り止めブロック、１９はアジャストリング、２０はロックナット、２１はワ−クガイド、２２はハウジング、２３はボ−ルべアリング、２４はワンタッチ継手、２５はロ−ラ溝である。
【００３０】
工具ロ−ラ１はフレ−ム３の左端側に刻設されたロ−ラ溝２５に嵌遊されて工具ヘッド２の貫通穴１０１の内周面に密着してに配設されている。工具ロ−ラ１の形状は左側の外径が細く右側に行くに従って太くなるテ−パ形状となっている。工具ヘッド２の貫通穴１０１の形状は先端が狭く奥側が徐々に広がるようなテ−パ状に形成されている。両テ−パは方向が逆で工具ロ−ラのテ−パが工具ヘッド内周面の傾斜よりわずかに大きいため、工具径は被加工物の挿入方向に対しバックテ−パを有する。工具ロ−ラ１と工具ヘッド２の軸方向接触位置を変えると、工具ロ−ラ１は貫通穴１０１のテ−パに添って移動しフレ−ム３のロ−ラ溝２５から出没し工具径が拡大、縮小する。工具ヘッド２の外周面右側に一段外径の小さい段部１０２を設ける。一方、工具ヘッドステム５の内周部左端に一段内径の大きい段部１０３を設け、段部１０３に段部１０２が嵌合するように工具ヘッド２を工具ヘッドステム５に挿入し、六角穴付付止ねじ４で係合する。
【００３１】
工具ヘッドステム５の外周部左側にはキ−７を介してプ−リ８が係止され、このプ−リ８にはベルト（図示せず）がかけられ、電動機（図示せず）により回転駆動される。電動機回転数は、インバ−タで任意に設定出来るようにする。工具ヘッドステム５の外周でプ−リ８の右側にはスペ−サ１１をはさんでボ−ルベアリング２３が固設される。このボ−ルベアリング２３の半径方向外側に、ハウジング２２が配置されている。工具ヘッドステム５の右端には工具ヘッドステムエンド１３をボルトで取り付け、スペ−サ１１、ボ−ルベアリング２３、工具ヘッドステムエンド１３の順序で左から右へ軸方向に並んでいる。ベアリングカバ−１０が異物混入防止及びボ−ルベアリング２３の軸方向位置決めのためボ−ルベアリング２３の左側に位置してハウジング２２にボルト止めされている。スペ−サ１４はボ−ルベアリング２３の軸方向位置決めのためボ−ルベアリング２３の右側上部に取り付けられている。ハウジング２２はボ−ルベアリング２３、工具ヘッドステム５、工具ヘッドステムエンド１３を包囲する配置になっている。
【００３２】
フレ−ム３は右端部に鍔部を有し、左端部に鍔部を有するフレ−ムステム９と六角穴付ボルト６を介して結合されている。フレ−ムステム９の内側にはワ−クガイド２１が挿入されている。被加工物はフレ−ム３左端から供給され、ワ−クガイド２１の右端から排出される。
フレ−ムステム９の中央部にはこれを包囲してフレ−ムステムスライドガイド１５がブッシュ１２を介して配置され、フレ−ムステムスライドガイド１５はハウジング２２にボルト止めされている。フレ−ムステム９の右側にはピストンロッド１７が固定されている。アジャストリング１９及びロックナット２０はこのピストンロッド１７の固定用部材であり、これらの部品を操作し被加工物外径のバラツキを考慮して工具径の最小値の初期設定を行なう。
【００３３】
ピストンロッド１７の右端外周部には回り止め用の切欠きを加工し、この切欠きに入り込んで設置される凸部を内周面に有する回り止めブロック１８がシリンダハウジング１６にボルト止めされている。これにより、ピストンロッド１７、フレ−ムステム９、及びフレ−ム３は一体となって軸方向にしゅう動し、回転をしないように拘束されている。
ピストンロッド１７を包囲してシリンダハウシング１６が配設され、空間部１０４を形成している。この空間部にワンタッチ継手２４を通じて圧力流体が導入され、この流体の圧力により生じた推力Ｆがピストンロッド１７に働き、この推力Ｆはフレ−ムステム９を介してフレ−ム３に伝達され工具ロ−ラ１の送り力Ｐｆに対抗する力となっている。この空間部にはコイルバネなどの弾性体を取り付けても推力Ｆを発生させることができる。適切な流体の圧力は、被加工物の外径、材質、熱処理、表面粗さ等を考慮して所定の値に決定する。
【００３４】
工具ロ−ラ１は第２図に示すように工具ヘッド２あるいはフレ−ム３の軸線に対し所定角度θ傾斜して配置してあるので、被加工物を静止させて考えると、工具ロ−ラ１は、自転しながら被加工物の外周面を螺旋状に公転する。実際には、前記工具ロ−ラは自転のみ行ない公転はしないように拘束されているので、相対的に被加工物は前記工具ロ−ラの自転とは逆の方向に回転し、前記軸方向とは逆の方向へ移動して連続的にバニシ加工される。また、工具ヘッド２を静止させて考えると、工具ロ−ラ１は前記工具ヘッドに対しても自転しながらテ−パの内周面を螺旋状に公転する。実際には、前記工具ロ−ラは公転しないように拘束されているが、相対的に前記工具ヘッドの軸方向奥側に移動する送り力Ｐｆが発生し、この送り力Ｐｆに対抗して前記推進力を作用させて所定のバニシ圧となるよう工具径を自動制御する。工具ロ−ラ１の先端部は大きなＲ形状となっており、被加工物が円滑に噛み込むよう配慮してある。なお、被加工物の加工の際には、被加工物及び工具の洗浄、潤滑、冷却を目的として工作液を供給する必要がある。
【００３５】
【発明の効果】
以上において詳述した通り本発明によれば、円筒状で内周面に奥に向かって広がるテ−パ部を有する工具ッドのそのテ−パ部に接触して係止され前記テ−パと逆の方向のテ−パを有する工具ロ−ラと、この工具ロ−ラを回転自在に係止したフレ−ムと、前記工具ヘッド、前記ロ−ラ、及び前記フレ−ムを収納するためのハウジングとからなり、前記フレ−ムに被加工物の送り力に平衡する推力を作用させるための形状部を設け、この形状部を覆いかつ空間を形成するためシリダ−ハウジングを前記ハウジングに取付けてこの形成された空間に圧力流体を導入する。前記フレ−ムは回転をしないようにかつ所定距離範囲摺動自在に拘束し、前記工具ヘッドには回転を伝達するための部材を取り付け、前記ロ−ラは前記フレ−ムの軸線に対して所定角度（フィ−ドアングル）傾斜して取り付けたものであり付加工作業開始前は前記工具ロ−ラは前記工具ヘッド先端部の最小工具径の位置にある。
【００３６】
被加工物を前記工具ロ−ラに噛み込ませるため被加工物をわずかに押し込むと、フィ−ドアングルが作用して被加工物は容易に噛み込まれ、同時に工具径を自動制御する機構が働く。加工作業中に被加工物の外径が増加すれば、送り力が推力を上回り、工具ロ−ラが軸方向工具ヘッドのテ−パの奥側に摺動し、送り力が推力と均衡するまで工具径は増大する。逆に被加工物の外径が減少すれば、推力が送り力を上回り、工具ロ−ラが軸方向工具ヘッドのテ−パの先端側の方向に摺動し、送り力と推力が均衡するまで工具径は減少する。
【００３７】
従って、本発明では加工作業中に、バニシ圧が一定になるよう工具径を自動的に設定することができ、被加工物の外径寸法にバラツキがあっても、装置を停止することなく連続作業ができる。すなわち、加工に際して、被加工物の前加工寸法に対応した最適工具径に自動的に設定することができ、被加工物の外周各部分の外径が変化すれば工具径はそれ追従して変化する。従って、連続して希望の表面粗さが有られる、品質の安定したバニシ加工が可能となり、作業の効率化、作業時間の短縮、前加工寸法制限の緩和を達成し得るため加工精度の高い高価な工作機械の導入も不要となる。さらに、オ−ババニシングを防ぐことができるので、工具寿命の延長も期待できる。
【００３８】
また、本発明によれば、被加工物の外径の特別な検出装置、及び変換機構が不要であり構造が複雑とならず安定した応答特性が得られる。さらに、工具ロ−ラの摩耗が全体的に均一に進行し、長時間の使用によりフィ−ドアングルが増加し、被加工物の自己推進力が増加するので工具ローラの使用時間が大幅に長くなり装置の工具寿命が大幅に延長された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例正面部分断面図である。
【図２】工具ロ−ラと被加工物の動きの関係を示した説明図である。
【図３】工具ロ−ラと工具ヘッドの関係を断面にて示した説明図である。
【図４】実施例において工具ロ−ラに作用する力を説明した説明図である。
【図５】図４におけるＡ−Ａ断面図である。
【図６】工具ローラの摩耗とその位置関係を示した説明図である。
【図７】従来品の工具ロ−ラと被加工物の動きの関係を示した説明図である。
【符号の説明】
１・・・工具ロ−ラ、 ２・・・工具ヘッド、
３・・・フレ−ム ４・・・六角穴付止めねじ
５・・・工具ヘッドステム ６・・・六角穴付ボルト
７・・・キ− ８・・・プ−リ
９・・・フレ−ムステム １０・・・ベアリングカバ−
１１・・・スペ−サ １２・・・ブッシュ
１３・・・工具ヘッドステムエンド １４・・・スペ−サ
１５・・・フレ−ムステムスライドガイド１６・・・シリンダハウジング
１７・・・ピストンロッド １８・・・回り止めブロック
１９・・・アジャストリング ２０・・・ロックナット
２１・・・ワ−クガイド ２２・・・ハウジング
２３・・・ボ−ルベアリング ２４・・・ワンタッチ継手
２５・・・ロ−ラ溝 ２６・・・被加工物
２７・・・工具ローラの被加工物挿入側
２８・・・工具ローラの被加工物排出側
１０１・・貫通穴 １０２・・段部
１０３・・段部
θ ・・・フィ−ドアングル
Ｆ ・・・推力 Ｐｗ・・・バニシ力
μＰｈ・・摩擦力 Ｐｈ・・・接触力
Ｐｆ・・・送り力
ＤＨ・・・工具ヘッドの回転方向 ＤＷ・・・被加工物の回転方向
ＤＲ・・・工具ロ−ラの回転方向

Claims (2)

1. 円柱あるいは円筒状の被加工物を包囲するように配設され、その中空部内周の径が被加工物排出方向に向かって大きくなる内面テーパを有する工具ヘッドと、
   被加工物挿入側が細く、被加工物排出側が太くなっており、その外周面は工具ヘッドの内周テーパ形状とは逆のテーパ形状を有し、前記工具ヘッドのテーパ内面及び前記被加工物の外周面に接触し周方向に均等に配置されて係止された複数の工具ロ−ラと、
   前記工具ヘッドの内面テーパ内に配置され、前記工具ロ−ラを自転可能かつ当該被加工物との接触面を平行に保ったまま被加工物の半径方向に移動可能に嵌合係止し、前記被加工物を貫通させその長手方向に挿入排出可能にした中空部が形成されたフレ−ムとを備え、
   前記工具ヘッドと前記フレームとはそれぞれの長手方向中心軸が前記被加工物の長手方向中心軸と一致するように配置され、
   前記工具ローラが前記フレ−ムの軸線に対して所定角度傾斜して配設された外径転圧加工装置において、
   前記工具ヘッドとフレームとの保持形態の関係を、いずれか一方は前記被加工物の長手方向中心軸回りに回転不能に拘束され、かつその中心軸線方向に移動可能な変位手段として保持され、他方は前記被加工物の長手方向中心軸線方向に移動不能に固定され、かつ結合された駆動手段に回転駆動を受けてその中心軸回りに回転可能な回転手段として保持される関係とし、
   前記駆動手段による回転手段の回転により発生する被加工物の送り力と逆方向の所定の推力を前記変位手段に作用させる推力作用手段を備えることを特徴とする外径転圧加工装置。
2. 前記推力作用手段を、ピストンとシリンダからなる往復摺動機構とし、これを前記変位手段と一体化して連結し、前記シリンダに圧力流体を導入して、この流体の圧力により生じた推力を前記所定の推力として前記ピストンを介して前記変位手段に作用させる請求項１に記載の外径転圧加工装置。

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