JP6511245B2

JP6511245B2 - 交差穴バリ取り工具と交差穴バリ取り方法

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Description

本発明は、交差穴バリ取り工具と交差穴バリ取り方法に関し、特に、円筒形状の貫通路と球面内面等の曲面の被加工物内面との間の交差穴に生じるバリを、その交差稜線部に沿って略均一な面幅にバリ取り切削できる交差穴バリ取り工具と交差穴バリ取り方法に関する。

板材や管材等の被加工物に対して、ドリル等による切削工具を用いて穿設加工をしたとき、被加工物と加工穴との交差稜線部には、全周に亘って材料の反り返ったバリが発生する。バリが交差稜線部に残存していると、被加工物の固定・測定や精密加工が阻害されたり、作業者の怪我等の様々な弊害をもたらす。このバリを除去するため、穿設加工後の交差稜線部にはバリ取り加工が施される。

ところが、被加工物の外側から内側の中空部へ向けて貫通穴を穿設加工した場合は、交差稜線部に発生するバリは被加工物の中空部内側へ向かって反り返ってしまう。また、被加工物の中空部内周面が球面や円筒面等の曲面である場合は、貫通穴の交差稜線部は一般的には三次元状に歪んだ閉曲線となってしまう。

このため、被加工物の中空部にできる複雑な形状の交差稜線部にバリが発生した場合、刃先を被加工物内部の交差稜線部に直接作用させ、交差稜線部に沿って刃先を移動させてバリの除去をしなければならないことから、刃物の構造や移動軌跡等が複雑化しバリ取り加工が困難となると共に、加工後の加工面等が不均一なものとなる。

とくに、図１２に示すような回転弁のボデーの内周面（球面部）に外側から流出入口を穿設加工した場合は、交差稜線部は歪んだ三次元状の楕円形状となり、稜線全周に亘ってシール摺動面側にバリが生じる。流出入口に対向して回転弁体に装着された流体封止用のシール部材は、この交差稜線部の外周縁全周に亘って摺動する。しかし前述のようにバリが生じたまま使用すれば、シール部材の封止摺動面はバリに損傷されて封止性能が低下する。また、この交差稜線部のバリを従来のバリ取り工具でバリ取り加工した場合であっても、その加工面が稜線全周に亘って均一な面幅に加工できないため、弁体の開閉に伴いシール部材の摺動面が偏磨耗し、シール部材の寿命低下が生じる。さらに、上記のような不均一な加工面幅が形成されるため、封止面は加工面の外周全体を十分な当接幅をもって被覆する必要性が生じることから、流出入口寸法に対して相当に大径のシール部材が必要となり、シール部材を収容する弁室や弁体等の大型化も避けられず、また製品コスト等も悪化してしまう。従って、特に回転弁においては、被加工物半球状内周面（球面部）の交差稜線部をバリ取り加工する場合は、単にバリを除去するのみならず、その全周に亘って均一な加工面幅に仕上げる必要がある。

従来は、このような中空部内周面の交差穴に生じたバリの除去は、主にドリル刃のようなバリ取り専用の回転工具を被加工物の中空部に侵入させて切削する機械的加工や、交差稜線部の形状に合わせて手作業によりヤスリがけする研磨加工で行われていた。

特許文献１乃至特許文献４は、このような機械的加工に関する先行技術である。特許文献１では、回転軸方向に凸円弧状となった外周面を有する刃先をバリ形成箇所へ当てて切削するバリ取り用工具が開示されている。特許文献２では、先端部に球状の刃先を有する工具を３次元的に並行移動させつつ被加工物中空部内面に発生したバリに刃先を当てて面取りする技術が開示されている。特許文献３は、周縁部にバリが発生した貫通穴に、貫通穴側から被加工物中空内部へカッタを侵入させ、被加工物とカッタを付勢させつつバリをカッタの自転と公転の組み合わせで切削するバリ取り方法等が開示されている。

また、被加工物の形状や工具経路等の３次元的な数値制御加工プログラムを入力し、刃物を交差稜線部の形状に合わせて自動的に移動させて切削するＮＣ工作機械も公知である。例えば特許文献４では、円筒形状の刃物を被加工物内部の交差穴に対して傾斜当接させてバリを除去するバリ取り方法と、その方法を数値制御で動作する多関節ロボットに応用したバリ取り用ロボットシステムが開示されている。

さらに、上記のような機械的加工とは異なるバリ取り加工の手段もあり、バリに電流を集中させて溶出させる電気研磨等による電気的加工や、被加工物内部に砥粒を圧送してバリを研磨除去する加工も公知である。

特開２００５−７４５２３号公報特開平１０−５０７号公報特開平５−２０８３０７号公報特開２００９−７２８７２号公報

しかしながら、上記のような従来の機械的加工では、球面や円筒面等の被加工物内側中空部の内周面と貫通路との交差稜線部に発生しているバリを、単一形状の先端部（刃先）を回転させて加工箇所に当てる簡単かつ確実な回転切削加工によって、その交差稜線部の全周に亘って均一な加工面幅であって、かつ全面に亘って均質な面粗度である加工面に仕上げることができないという問題点がある。

すなわち、特許文献１又は特許文献２に記載のバリ取り加工は、刃先形状が単なる球形状のため、バリが発生している交差稜線部の全周に亘って均一幅に切削しようとすれば、交差稜線部の形状に応じて刃先を何度も当てたり複数の刃物を使い分ける、或は刃物や被加工物の操作を複雑化せねばならないという問題点がある。また、刃先を何度も当てる切削では刃先と交差稜線部の接触箇所ごとに接触角度や接触圧力等の条件が異なるため、加工面の面幅や面粗度は不均一となるおそれがある。特に被加工物内面が球状中空形状などの場合には、内面と貫通路の交差稜線部の形状は三次元状に歪んだ形状になり、バリ取り工具の刃先を、被加工物内側から接近させなければ適切にバリを除去できない場合が有る。このような場合は、例えば特許文献３に開示されるような貫通路側から侵入させる工具では、バリ取り面の面幅が不均一な仕上がりとなるため、用途によっては使用できない。

一方で、先端部の形状を交差稜線部の形状に応じた複合曲線にて形成すれば、刃先設計が複雑化するため刃物の製造が困難となる問題点がある。

また、特許文献４のようなＮＣ工作機械による切削加工面は、数値制御される微細な刃先移動によって不連続的に掻き取るように仕上げられるため、多数の切削痕が残存した凹凸面となる。このような切削痕は、成型する曲面の形状、刃先の形状・サイズ或は数値制御の分解能等に依らないことである。このため、図１２に示すような回転弁のボデーの交差稜線部を一般的なＮＣ工作機械でバリ取り加工した場合、加工後の加工面は、その中心から放射状に延びるような面が微小な段部を介して貼り合わされるように形成された凹凸面となってしまう。

さらにＮＣ工作機械では、三次元的に交差稜線部に沿った複雑な数値制御プログラムの作成、特殊な加工設備の準備等、単純な機械的切削加工と比較して、さまざまなコスト負担が発生するという問題点もある。

さらに、上記のような機械的加工以外には、流体研磨や手作業によるバリ取り加工が挙げられるが、これらの手段による場合、バリ取り可能な面幅寸法に制限がある、加工面の仕上がり精度が成り行きとなり品質が不安定となる、２次バリや３次バリが発生しやすい、等のさまざまな問題点がある。

そこで本発明は、上記問題点を解決するために開発に至ったものであり、その目的とするところは、被加工物に外側から貫通路を穿設した際、この貫通路と被加工物内部の中空部内周面との交差稜線部に発生する交差穴バリのバリ取り加工において、交差稜線部の形状に幾何学的に適応したバリ取り工具の先端部（刃先）の形状を形成し、この交差稜線部に当該工具の先端部を１度当て回転切削することで、その加工面を交差稜線部全周に亘って略均一な面幅であって、かつ全面に亘って凹凸のない均質な加工面にすることができる交差穴バリ取り工具を提供し、もって工具本体及び加工製品の製造工程を大幅に簡素化して量産性等を向上させて製造コストを大幅に低減することである。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、円筒形状の貫通路の中心軸が被加工物内の球面部の球心を通過せず、かつ球状中空部の直径Ｙを通過する方向へ向けて貫通路が球状中空部へ穿設され、貫通路と球状中空部の内周面との交差稜線部に発生する交差穴バリを回転軸を軸心として先端部を回転させて切削する工具本体であって、この工具本体は、先端部および軸方向基端側のシャンクを備え、先端部の形状は、円の直径軸を設定し、直径軸と並行であって所定の偏心距離だけ離れた偏心軸を設定し、偏心軸が円に切り取られる線分と、この線分を弦として定まる円上の劣弧とからなる弓形の閉領域を設定し、この弓形を偏心軸の周りに回転して形成される弓形回転体の外面形状を設定し、この外面形状の一部を先端部の形状とし、この先端部には、工具本体の回転動径方向に等間隔に設けた複数の溝部を備え、この溝部に沿って切刃を形成すると共に、偏心距離の設定を、直径軸方向に設定したバリ取り幅によって定まり、中心軸および直径の右ネジ方向である軸方向のバリ取り幅が、バリ取り幅と同一となるように調整することにより、加工面の面幅が全周に亘って略均一幅に仕上げることができるようにした交差穴バリ取り工具である。

請求項２に係る発明は、切刃を２枚刃又は３枚刃とした交差穴バリ取り工具である。

請求項３に係る発明は、交差穴バリ取り工具を使用した交差穴バリ取り方法であって、先端部の位置を被加工物に対する所定位置まで回転軸を直径軸に並行に移動させることで交差稜線部に発生したバリを回転切削する交差穴バリ取り方法である。

請求項１に係る発明によれば、交差穴バリ取り工具の先端部の形状は、被加工物内の球状中空部内周面（球面部）と貫通路との交差稜線部の形状に、幾何学的に適応している。このため、当該工具により交差稜線部をバリ取り加工する際、先端部を一度当てる回転切削で、その加工面の全周に亘って略均一な面幅であって、かつ凹凸のない均質な加工面に仕上げることができる。また、工具本体は、シャンクと先端部を備え、先端部の形状は単一形状の簡素な構造であるため、工具本体の量産性を向上し、刃物製造コストの低減ができる。
また本発明の交差穴バリ取り工具で加工すると、被加工物内の中空部内周面と貫通路の交差点において、内周面の接線と加工面の接線がなす角度（接線角）が鈍角となるように加工面を形成できる。これにより、加工後の加工面外周にバリ取り工具の回転切削による２次バリが発生することを抑制することができる。

請求項２に係る発明によれば、被加工物の形状に応じて適宜切刃や溝部の形状や数を調整することができる。例えば、切削時に切屑が溝部を通じて外部へ排出されやすくなるように先端部に適宜形状の溝部を形成すれば、切屑による仕上げ面への悪影響を抑制できる。

請求項３に係る発明によれば、凹状の球面部に形成され三次元状に歪んだ交差稜線部の交差穴バリであっても、工具本体の連続的な微細な変位調整や姿勢変更等といった複雑な動作制御を要さず、先端部を交差稜線部へ接近させて当てるだけの簡素な動作でバリ取り加工することができ、しかもその加工面は、交差稜線部全周に亘って略均一な面幅であって、かつ凹凸のない均質な加工面に仕上げることができる。

また、流出入口とボデー内周面との交差稜線部に発生するバリを交差穴バリ取り工具で回転切削しているため、この加工面は、その交差稜線部全周に亘って略均一な面幅であって、かつ凹凸のない均質な加工面となる。このため、シール部材が摺動面の当接箇所によって不均一に接触することを抑制し、シール部材の摩耗の偏向を防止する。従って、シール部材のシール性を長期に亘って維持することができると共に、封止する流出入口の口径に応じたシール部材の大型化を回避できるので、コンパクトな回転弁を提供することができる。
しかもこの回転弁は、半球内面形状の弁体収納部に半球面形状の弁体を挿入することで、コンパクト性を確保しつつ流出入口口径をフルボア口径にでき、流出入口を連通させたときの流量や排気量を大きく確保できる。また、排気口径を適宜に調整することで、排気時間を所定以内の短い時間に抑えることができる。さらに、ボデーをワンピース構造にできることから、配管作業時の部品のゆるみがなく、ボデーからの空気漏れを確実に防止し、部品構成を簡略化し、狭い空間にも配置できる。

さらに、二方弁、三方弁、又は四方弁等の回転弁に適宜用いることができる。

（ａ）は本発明に係る交差穴バリ取り工具の一例を示す側面外形図を、（ｂ）は弓形回転体の側面外形図を、（ｃ）は球面の側面外形図を示す。交差穴バリ取り工具の先端部の形状である弓形回転体の形成を示す概念図である。（ａ）は本発明に係る交差穴バリ取り工具の他例を示す側面図を、（ｂ）は（ａ）の斜視図を示す。（ａ）は半球面被加工物の斜視説明図を、（ｂ）は（ａ）の半球面被加工物に本発明に係る交差穴バリ取り工具を使用した状態を示す一部切断斜視説明図である。図４（ａ）のＢ−Ｂ断面を上下反転させ、座標軸と視認方向を示した説明図である。（ａ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面の要部拡大図を、（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面の要部を上下反転させて座標軸を設けた拡大断面説明図を示す。（ａ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ断面に座標軸を設けた斜視説明図を、（ｂ）は（ａ）をＹ軸方向から視たＸＺ平面に座標軸を設けた拡大断面説明図を示す。半球面被加工物の交差稜線部の形状を示しており、（ａ）は視点αから視たバリ取りをおこなっていない交差稜線部の形状を、（ｂ）は視点αから視た交差稜線部を公知の球面形状先端部の工具でバリ取りをおこなった形状を、（ｃ）は視点αから視た交差稜線部を本発明に係る交差穴バリ取り工具でバリ取りをおこなった形状を示す。また、（ｄ）は視点βから視た（ａ）に示す交差稜線部の形状を、（ｅ）は視点βから視た（ｂ）に示す形状を、（ｆ）は視点βから視た（ｃ）に示す形状を示す。（ａ）は図７（ｂ）のＸＺ平面要部拡大図を、（ｂ）は（ａ）図において示す（イ）部の拡大詳細図を示す。（ａ）は回転弁のボデー内部に本発明に係る交差穴バリ取り工具の先端部を配置した断面図を、（ｂ）は本発明の交差穴バリ取り工具でバリ取り加工した後の（ａ）のＤ−Ｄ断面図を示す。（ａ）は回転弁のボデー内部に公知の球面形状先端部のバリ取り工具の先端部を配置した断面図を、（ｂ）は公知の球面形状先端部でバリ取り加工した後の（ａ）のＥ−Ｅ断面図を示す。回転弁の縦断面図を示す。回転弁の外観の斜視図を示す。被加工物の各例を示したもので、（ａ）は円筒状中空部を有する円筒面被加工物を公知の球面形状先端部のバリ取り工具でバリ取り加工した断面斜視図を、（ｂ）は円筒状中空部を有する円筒面被加工物を本発明に係る交差穴バリ取り工具でバリ取り加工した断面斜視図を、（ｃ）はスプール弁の半裁断面図を示す。更に他例を示したもので、円筒状中空部を有する円筒面被加工物を本発明に係る交差穴バリ取り工具でバリ取り加工した断面斜視図を示す。

以下に、本発明の交差穴バリ取り工具と交差穴バリ取り方法並びにこれを用いて加工した回転弁の好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１においては、（ａ）は本発明に係る交差穴バリ取り工具の一例である工具本体１の側面外形図、（ｂ）は先端部の形状を示す弓形回転体の側面外形図、（ｃ）は球の側面外形図すなわち真円を示している。

図１（ａ）において工具本体１は、円筒状の軸方向基端側のシャンク２と、回転切削をおこなう軸方向先端側の先端部３を備える。図において上側を基端側として工作機械等の主軸に回転軸４を軸心に回転自在に保持され、先端部３に設けた複数の切刃で被加工物を回転切削することでバリ取りをおこなう。先端部３の形状は、回転軸４を軸心として先端部３を回転させた際に、切刃が形成する回転軌跡面の形状であり、その形状は以下に説明する弓形回転体の外面形状により形成できる。

図２において円１００を設定し、その円１００の直径を形成する一つの直径軸１０１をとり、円１００と同一平面上において、直径軸１０１に並行であって円１００の半径より小さい所定の偏心距離εだけ直径軸１０１と離れた偏心軸１０２をとり、偏心軸１０２が円１００に切り取られる線分１０３を弦に設定し、その弦１０３により切り取られる円１００上の劣弧１０４を設定し、弦１０３と劣弧１０４とで包囲される閉領域の弓形１０５を設定する。この弓形１０５を偏心軸１０２（弦１０３）の周りに３６０°回転させて形成される回転体が弓形回転体である。

図２に示す図形要素は、それぞれ図１に対応しており、図１（ａ）の回転軸４および図１（ｂ）の補助線６は、図２における偏心軸１０２に対応し、図１（ｃ）の補助線７は、図２における直径軸１０１に対応している。すなわち、図１における劣弧９の形状は図２における劣弧１０４に対応し、図１における先端部３の形状は、図２における弓形１０５を偏心軸１０２（弦１０３）の周りに３６０°回転し形成した弓形回転体に対応している。

図１（ｂ）の補助線１０は弓形回転体を上下に２等分しており、図１（ａ）の補助線１１と一致する。すなわち図１（ａ）の先端部３は、図１（ｂ）の弓形回転体を補助線１０よりやや上側で横断して２分割し下側分割体の外面形状に一致するように形成されている。このため、図１（ａ）に示す先端部３の形状は、図１（ｂ）に示す弓形回転体の外面形状の一部となっている。また、先端部３の外径はシャンク２の円柱径より大径となっているため、工具本体１は先端部３を頭部としたつくし型形状となっている。

図３において、先端部３には、工具本体１の回転動径方向に等間隔に設けた３つの溝部１２と、この溝部１２に沿って形成された切刃５とを有した３枚刃が形成されている。切刃５の枚数は、２枚刃や４枚刃でもよく、先端部３の形状に影響がない限り、切刃５や溝部１２の形状や数等は、被加工物の材質や加工方法等に応じて任意に選択できる。回転切削された切屑は、この溝部１２へすくい込まれるように除去される。

本例では図３（ａ）に示すように、切刃５の形状が、側面視においては工具本体１の回転軸４の方向と並行となるように溝部１２の形状を形成しているが、この溝部１２の形状は、回転軸４の方向に対して切刃５が傾斜する、或は切刃５がねじれるような曲線状となるように形成してもよい。さらに、溝形状によっては切刃５を肉厚を持たせた強度の高い形状に形成することもできる。

次に、上記の偏心距離εの設定について説明する。

図４（ａ）において、半球面被加工物１３は内部に球状中空部１４を有しており、この球状中空部１４の内周面は、凹状球面形状に形成された球面部１５となっている。この球面部１５に対して、円筒形状であって中心軸を有する貫通路１６が球面部１５の対向位置まで貫通し、球面部１５に交差稜線部２００が２つ形成されている。貫通路１６の中心軸は、球面部１５の球心は通過せず、球面部１５の球心を通過する端面１８が形成する平面に垂直であって球面部１５の球心を通過する平面内に含まれており、かつ、端面１８が形成する平面に並行である。この貫通路１６は、半球面被加工物１３外部から穿設しており、交差稜線部２００の全周に亘って、球状中空部１４の球心に向かって反り返った交差穴バリが発生している。

図４（ａ）において、Ａ−Ａ断面は貫通路１６の中心軸に垂直であって球面部１５の球心点１９を通過する断面、Ｂ−Ｂ断面は貫通路１６の中心軸を含み端面１８が形成する平面に垂直な断面、Ｃ−Ｃ断面は貫通路１６の中心軸を含み端面１８が形成する平面に並行な断面を示している。このため、Ａ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面は、互いに垂直である。

図５は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面を上下反転させた断面図である。Ｘ軸は、図７に示すＸ軸に対応し、Ｙ軸は、図６、図７（ａ）に示すＹ軸に対応している。また、視点αは球面部１５の球心点１９から貫通路１６の中心軸上の点Ｍへの視認方向、視点βは貫通路の中心軸上の点Ｏから貫通路１６の中心軸に沿って交差稜線部２００への視認方向を示している。

図６（ａ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面視における貫通路１６の拡大図であり、図５における視点βからの貫通路１６の交差稜線部２００を示している。図６（ａ）におけるＹ軸は、図４（ａ）において端面１８が形成する平面に垂直で球面部１５の球心点１９を通過する軸である。Ｚ軸は、図４（ａ）において端面１８が形成する平面に並行で貫通路１６の中心軸を垂直に通過する軸である。

図６（ａ）において、直径φｄの貫通路１６にＹ軸上下方向にそれぞれ長さＣ_１のバリ取り幅を設定する。バリ取り幅Ｃ_１は、バリ取りの目標値に応じて適宜設定することができる。

図６（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面視の上下反転させた拡大図である。図６（ｂ）におけるＸ'軸は、貫通路１６の中心軸と並行であって端面１８の形成する平面に含まれる軸である。Ｙ軸は、Ｘ'軸に垂直で球面部１５の球心点１９を通過し球面部１５方向を正方向とした軸（図６（ａ）のＹ軸に対応）である。

図６（ｂ）において、円２０は、先端部の形状が単一の球面形状に形成されている球状先端部の側面視を示しており、円２０の直径軸である線２１は図１（ｃ）の補助線７に、中心点２２は図１（ｃ）の中心点２２に対応する。前記球状先端部の半径Ｓは、貫通路１６の直径φｄとその上下の交差穴バリ取り幅Ｃ_１の和より大径である。

点Ａは、貫通路１６の内面２３からＹ軸正方向にＣ_１の距離にある貫通路１６の中心軸と並行な直線と球面部１５との交点、点Ｂは、貫通路１６の内面２３からＹ軸負方向にＣ_１の距離にある貫通路１６の中心軸と並行な直線と球面部１５との交点、円２０は点Ａ及び点Ｂを通過するように配置した状態を示している。点Ｅは、円２０と貫通路１６の中心軸の交点である。点Ｍは、Ｘ'Ｚ平面内で球面部１５が描く円弧状で点Ａ、Ｂが形成する弧ＡＢと、貫通路１６の中心軸の交点である。円２０の中心点２２の位置は、２点Ａ、Ｂの位置と前記球状先端部の半径Ｓ（円２０の半径）により一意に定まる。

ここで、距離ｘ及び距離ｙは、球心点１９と中心点２２とのＸ'軸方向距離及びＹ軸方向距離を、Ｌは球心点１９と貫通路１６の中心軸のＹ軸方向距離を、Ｒは球面部１５の半径を、Ｒ'は球心点１９と点ＭのＸ'軸方向距離を、Ｘ_１は点Ｅ及び線２１のＸ'軸方向距離をそれぞれ示している。点Ｏは、貫通路１６の中心軸とＹ軸が直行した交点であり、
点Ｏ'は貫通路１６の中心軸と線２１の交点である。

この時、以下の関係式が成り立つ。

図７（ａ）は、半球面被加工物１３の図４（ａ）のＣ−Ｃ断面であり、貫通路１６は、その中心軸を通過するＣ−Ｃ断面で２等分されている。貫通路１６の中心軸に一致するようにＸ軸を設け、そのＸ軸に対してＹ軸及びＺ軸を、前述した図と一致するように図示している。

図７（ｂ）は、図７（ａ）のＸＺ平面視である。円２５は、図６（ｂ）において円２０を線２１を回転軸として回転形成した前記球状先端部を、ＸＺ平面で切断したときの外径を図示したものである。２点Ｃ、点Ｄは、それぞれＸＺ平面内における円２５と球面部１５との交点を示しており、円２５の中心点Ｏ'がＸ軸上にあることから、２点Ｃ、Ｄは貫通路１６の中心軸（Ｘ軸）に対して軸対称位置となる。点Ｅは貫通路１６の中心軸と円２０の交点であり、図６（ｂ）の点Ｅと一致する。

上記のように、円２５は前記球状先端部を示しており、球面部１５と前記球状先端部の交点Ｃ（又は交点Ｄ）と貫通路１６の内面２３のＺ軸方向距離をＣ_２とすると、Ｃ_２はＹ軸方向のバリ取り幅Ｃ_１より大きくなる。

図８（ａ）は、半球面被加工物１３の貫通路１６を、図５に示す視点αから視た交差稜線部２００の形状を示している。交差稜線部２００は円筒形状の貫通路１６と球面部１５との交差線であるから、視点αからはＸ'Ｙ平面内に含まれる補助線２６に対しては対称であるが、ＸＺ平面内に含まれる補助線２６’に対しては非対称となる歪んだ楕円形状となる。一方で、図５に示す視点βからは、図６（ａ）（或は図８（ｄ））に示すように、貫通路１６の交差稜線部２００は真円形状となる。

図８（ｂ）において稜線２０１は、球面部１５を前記球状先端部で切削した時の交差線であり、視点αからはほぼ真円形状となり、視点βからは図８（ｅ）に示すようにＸ'Ｙ平面内に含まれる補助線２６に対して対称な楕円形状となる。また、前記球状先端部で切削した時の貫通路１６の内面２３との交差線が稜線２０２であり、この稜線２０２と稜線２０１との間に形成される曲面が、前記球状先端部による加工面２０３となる。

また、図８（ｂ）及び図８（ｅ）に示す幅Ｃ_１'及び幅Ｃ_１”は、図６（ｂ）のＹ軸方向のバリ取り幅Ｃ_１を、視点αおよびβからそれぞれ視ているため、視点αから視るとバリ取り幅Ｃ_１'及び幅Ｃ_１”は互いに僅かに異なるが、視点βから視ると同じである。図８（ｂ）の幅Ｃ_２'は、図７（ｂ）のＺ軸方向のバリ取り幅Ｃ_２を視点αから視たバリ取り幅であり、幅Ｃ_２'はＣ_１'又はＣ_１”より大きくなる。このように、前記球状先端部により交差穴バリ取りをおこなうと、加工面２０３の面幅は不均一となる。

そこで、本発明では図６（ｂ）の円２０の半径Ｓを維持したまま回転軸２１を偏心（移動）させて弓形回転体を形成し、ＸＺ平面上の回転径を縮小させることでＹ軸方向のバリ取り幅とＸＺ平面方向のバリ取り幅を同一となるように調整する。

図７（ｂ）において、貫通路１６の内面２３からＺ軸方向にＣ_１の距離にある貫通路１６の中心軸と並行な直線と、球面部１５の交点をＣ'、Ｄ'とする。これら２つの交点Ｃ'、Ｄ'と交点Ｅを通る円を偏心円２７とする。点Ｏ''は、この偏心円２７の中心点である。

ここで、Ｘ_２は点Ｏと点Ｃ'（又は点Ｄ'）のＸ軸方向距離を、ｈは点Ｃ'（又は点Ｄ'）と点ＥのＸ軸方向距離を、φｄは貫通路１６の直径を、ｒは上記の偏心円２７の半径を、偏心距離εは円２５の中心点Ｏ'と偏心円２７の中心点Ｏ''のＸ軸方向距離を、それぞれ示している。
上記から、以下の関係式が成り立つ。

図１（ａ）に示す本発明に係る先端部３の形状は、上記数６にて導出されるεを偏心距離として、図２に示した図形操作で得られる形状、すなわち偏心軸１０２により形成される弓形回転体の外面形状である。

また、図７（ｂ）に示す偏心円２７は、ＸＺ平面断面における本発明の交差穴バリ取り工具の先端部３が球面部１５を回転切削している状態を示している。したがって、点Ｏ'は図２の直径軸１０１に対応し、点Ｏ''は図２の偏心軸１０２及び図１（ａ）の回転軸４に対応している。

図８（ｃ）において、稜線２０５は球面部１５を本発明の交差穴バリ取り工具の先端部３で回転切削したときの交差線、稜線２０６は貫通路１６の内面２３を本発明の交差穴バリ取り工具の先端部３で回転切削したときの交差線であり、これらの稜線２０５と稜線２０６との間に形成される曲面がバリ取りによる加工面２０４を形成している。視点αから視ると幅Ｃ_１'及びＣ_１”はやや異なっているが、図８（ｆ）に示すように視点βから視ると全周に亘って略均一なバリ取り幅となっている。

図７（ｂ）において円２５の中心点Ｏ'（図６（ｂ）の線２１）から偏心距離εだけ離れた位置に偏心軸（図６（ｂ）の線２８）を設けることで、図２の概念図と同様に線２８と円２５で包囲される閉領域の弓形回転体が形成でき、図６（ｂ）のＸ'Ｙ平面視の前記球状先端部の半径Ｓを維持したまま、図７（ｂ）のＸＺ平面内における前記球状先端部の回転径を半径Ｘ_１から半径ｒまで縮小することができる。このため、図８（ｆ）（或は図８（ｃ））に示すように加工面２０４の面幅は全周に亘って略均一幅に仕上げることができる。

このように本発明に係る工具本体１であれば、先端部３の形状をバリが発生した交差稜線部の対角距離（短径と長径）に適応した形状に調整することができる。本発明は、球面形状の先端部を有する刃物による回転切削で、交差稜線部の加工面の面幅が不均一となる場合に効果的であり、特に交差稜線部の形状が面対称な凸閉曲線形状であれば、多くの場合有効である。例えば、図６（ｂ）において貫通路１６の中心軸とＹ軸がやや傾斜して交差している場合でも有効であり、さらに、後述するように被加工物が円筒内周面の場合も有効である。

図９（a）は、図６（ｂ）の貫通路１６と球面部１５の交差部の拡大詳細図を示している。稜線２０５とＸＺ平面の交点Ｃ'（図７（ｂ）の点Ｃ'と一致）において、接線ＰはＸＺ断面における球面部１５の接線を、接線ＱはＸＺ断面における加工面２０４の接線を、角θは２接線Ｐ、Ｑのなす接線角を示している。図９（ｂ）は、（ａ）に示す（イ）部の拡大詳細図であり、加工面２０４と球面部１５とは稜線２０５で鈍角に交差している。

ここで一般的に、被加工物を刃物で切削した場合、切刃が被加工物に侵入する領域と切刃が被加工物から離脱する領域に分けられ、この切刃が被加工物から離脱する領域では、被加工物が切刃によって掬い上げられる。

例えば、図７（ｂ）において、偏心円２７は切削時の本発明に係る先端部３を模式的に示しているが、その回転方向が、図において反時計回りの場合は、点Ｄ'側の領域、すなわち、図８（ｃ）、図８（ｆ）においては中心線２６より右側の稜線２０５で、半球面被加工物が掬い上げられる。このように、切刃により被加工物が掬い上げられる領域では、切削による２次バリが発生し易い。

一方で、切刃のすくい面と被加工物表面とが形成する交差角度と、加工面稜線部に発生するバリとの関係については、一般的には以下のような事実が知られている。

被加工物の表層付近を切削する刃が、被加工物の表面と所定の交差角度にて被加工物から離脱する場合、切刃すくい面と被加工物の交差角度が９０°程度の場合は、切屑は未切削の被加工物の表面部分と共に掬い上げられたまま加工面稜線部付近に残存し、バリとなりやすい。しかしながら交差角度が１３５°程度以上と大きい角度である場合は、切刃が被加工物の表面から離脱する際、未切削の余分な被加工物の表面部分の掬い上げが抑制され、バリがほとんど発生しなくなる。

本発明に係る工具で回転切削した場合、図９に示す接線Ｐ、接線Ｑのなす接線角θは、任意に設定可能なバリ取り幅Ｃ_１や偏心距離εに依存している。従って、加工対象となる半球面被加工物１３の形状に応じて、この接線角θが１３５°程度より大きい角度となるようにバリ取り幅Ｃ_１や偏心距離εを調整すれば、被加工物が掬い上げられる領域で２次バリの発生を抑制できるため、さらに好適である。

次いで、本実施形態の作用を説明する。図４（ｂ）に示すように、本発明に係る工具本体１にて半球面被加工物１３の交差稜線部２００のバリ取り加工をする場合は、球面部１５の開口側より先端部３を被加工物内へ侵入させ、工具本体１を回転させて交差稜線部２００に押圧させることで面取り加工する。この面取り加工による加工面が図８（ｃ）、図８（ｆ）に示す加工面２０４となる。

先ず、工作機械の主軸にシャンク２を回転可能に取り付け、工具本体１の先端部３を半球面被加工物１３内の切削対象である交差稜線部に接近させる。この接近動作では、工具本体１の回転軸４と半球面被加工物１３の端面１８が形成する平面を略垂直に保持したまま刃先３を球面部１５の内部へ侵入させることができれば十分であり、切削箇所に応じた工具本体１の姿勢変更等の複雑な動作は不要である。

次いで工具本体１を適当な回転数で回転させつつ、回転軸４を半球面被加工物１３に対する所定位置まで移動させることで、回転している先端部３（切刃５）を交差稜線部２００へ押圧して回転切削する。このため、本発明に係る交差バリ取り方法では、工具本体１と被加工物の相対的な移動を３次元的に組み合わせるだけの動作で、半球面被加工物１３の交差稜線部２００のバリ取り加工が実現できる。

本例において、切削時の先端部３の位置は、弓形回転体の中心点を図６（ｂ）の点２４、回転軸を図６（ｂ）の偏心軸２８および図７（ｂ）の点Ｏ''の位置とすればよい。すなわち、弓形回転体の中心点２４のＸ'ＹＺ座標を（Ｘ'、Ｙ、Ｚ）＝（ｘ＋ε、ｙ、０）となる位置まで移動させて回転切削するだけで、図８（ｃ）、図８（ｆ）に示すような全周に亘って略均一なバリ取り幅の加工面２０４に仕上げることができる。

この加工面２０４は、工具本体１の先端部３を交差稜線部２００に押圧して回転切削するため、加工面２０４は、その全周に亘って略均一な面幅であって、かつ回転切削工程の簡素化による加工製品（回転弁等）の製造コストも低減できる。この加工面２０４は、回転切削によりＸＺ平面方向に僅かに線状の切削跡が残るものの、その面粗度は均質で凹凸面とはならない。

また、本発明に係る工具本体１は、シャンク２と、弓形回転体で形成される先端部３とからなる簡素な構造であるため、複雑な形状の刃物とに比べ、工具の製造コストを低減し、維持管理費の低減にも貢献することができる。

また、工具本体１の操作は、工具の並行移動による単純な操作なので、通常の旋削機械にて使用することができ、ＮＣ工作機械のように３次元座標の数値プログラムの作成や、複雑な操作手段等を必要としない。さらに、加工形状によっては一つの加工機で素材加工（切削、中ぐり、穴あけなど）からバリ取りまで加工を完結することができる。このため、加工工程を簡素化して製造コストを低減することができ、しかも工程分割の低減により短時間で高品質な製品に仕上げることができる。

次に、本発明に係る工具本体１を、回転弁のボデー３０に使用した使用例を説明する。本例におけるボデー３０の内部は、以下に説明するように上記の半球面被加工物１３と同様に、内周面が凹状球面形状に形成された球面部３４を有している。

図１０（ａ）は、バリ取り加工前のボデー３０の縦断面図を示している。ボデー３０は、例えば、青銅や黄銅、ステンレスなどの材料によりワンピース構造に形成され、貫通路１６に対応する流出入口３１、３２（貫通路１６に対応）と、これら流出入口３１、３２に交差する排気口３３とを有している。ボデー３０の内周の一部には、球面部３４（球面部１５に対応）を有する弁体収容部３５（球状中空部１４に対応）が形成され、この弁体収容部３５の上部側に軸装部３６が設けられ、下部側には開口部３７が開口するように形成されている。これら流出入口３１、３２は、ボデー３０の外側から内側へ穿設加工されており、交差稜線部３８には全周に亘って内側へ反ったバリが発生している。また、弓形回転体の外形３９は、本発明に係る工具本体１の弓形回転体状の先端部３を交差稜線部３８へ押圧した状態を模式的に示している。円４０は、外径３９の基準となる球（球状先端部）の外形を模式的に示したものである。補助線７は、円４０の直径軸を示し、補助線６は、弓形回転体の回転軸、すなわち、図１（ａ）の回転軸４に対応している。この先端部３の弓形回転体を形成する偏心距離εは、上記のごとくボデー３０の諸数値より導出することができる。

図１０（ｂ）は、本発明の工具本体１の先端部３で交差稜線部３８をバリ取り加工した後の図１０（ａ）のＤ−Ｄ断面である。稜線４１は、先端部３が切削する球面部３４の交差線であり、流出入口３１の中心軸に垂直な断面視（図５の視点βに対応）では、流出入口３１および稜線４１は、真円形状で示される。稜線４１、４２の間に形成される面が、バリ取り加工による加工面４３であり、これらは図８（ｃ）における稜線２０５、２０６、加工面２０４に対応している。図示するように、加工面４３の面幅は、全周に亘って略均一なバリ取り幅となっている。

一方で、図１１（ａ）は単一球面状に形成された球状先端部を交差稜線部３８へ押圧した状態を模式的に示しており、補助線７は上記の直径軸２１に対応する。図１１（ｂ）は、前記球状先端部で交差稜線部３８をバリ取り加工した後の図１１（ａ）のＥ−Ｅ断面である。稜線４５は、先端部３が切削する球面部３４の交差線であり、流出入口３１の中心軸に垂直な断面視（図５の視点βに対応）では、流出入口３１は、真円形状で示される。稜線４２’、４５の間に形成される面が、バリ取り加工による加工面４６であり、これらは図８（ｂ）における稜線２０２、２０１、加工面２０３に対応している。図示するように、加工面４６の面幅は、横幅が広く縦幅が狭い不均一な面幅となっている。

図１２は、他例の回転弁２９のボデー３０’に弁体４７を取付けた縦断面図であり、図１３は、この回転弁２９の外観の斜視図である。この回転弁２９は、例えば鉄道車両用急速排気弁等として好適なバルブである。なお、この回転弁２９のボデー３０’について、上記ボデー３０と同一部分は同一符号を付し、その説明を省略する。

弁体４７は、ボデー３０'の開口部３７より弁体収納部３５に挿入され、上下方向に位置決めされた状態で回転自在に取付けられる。弁体４７は球状面部４９が一部に設けられ、本例では、この弁体４７の外周面は半球状の球状面部４９からなっている。

球状面部４９の外周面には、流出入口３１、３２、又は排気口３３と連通可能な複数の貫通口５０が３方に形成され、これら貫通口５０と交差する横方向には、流出入口３１、３２、又は排気口３３と対向可能な装着溝５１が形成されている。装着溝５１には、流出入口３１、３２又は排気口３３を閉止可能な弾性を有するシール部材５３が着脱可能に装着されている。本例では、装着溝５１は円形凹溝であり、シール部材５３はこの円形凹溝５１に嵌合可能な円板状に形成されている。貫通口５０は、流出入口３１、３２、又は排気口３３と略同一径のフルボア形に形成され、これら流出入口３１、３２、又は排気口３３に連通したときの圧力損失が抑えられている。

弁体４７の上部にはハンドル５４を取付可能な上ステム５５が一体又は別体に設けられ、この上ステム５５のハンドル装着位置には嵌合突部５６が形成されている。上ステム５５との対向側には下ステム５７が一体に設けられている。弁体４７は、球面部３４に装入可能な形状であり、この場合、貫通口５０とシール部材５３とが流出入口３１、３２、又は排気口３３に対向するように回転して流路を切換え可能となっている。

弁体４７に装着されるシール部材５３は、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）又はカーボンファイバー入りのＰＴＦＥなどの高分子材料により形成される。シール部材５３は、弁体４７を回転したときにこの弁体４７と一体に回動して流出入口３１、３２、又は排気口３３をそれぞれシール可能であり、一方、流出入口３１、３２、又は排気口３３からずれたときに流体を流すことができる。

蓋部材５８は、スラストワッシャ等を介して開口部３７を被蓋可能な形状に設けられ、その上部外周には円柱部５９が形成されている。弁体４７の下ステム５７と蓋部材５８の挿着穴部５９との間には、上下面が皿ばねからなるばね部材６０が装着され、このばね部材６０の弾発力でシール部材５３を押圧し、流出入口３１、３２、又は排気口３３の何れか一つが密封閉止され、流出入口３１、３２と排気口３３、或は流出入口３１、３２同士が貫通口５０を介して連通可能に設けられている。

図１２に示すように、外側から流出入口３１、３２を穿設し弁室内の交差稜線部３８にバリが少しでも残存している場合、弁の開閉操作時に、その交差稜線部３８周辺と摺接するシール部材５３が損傷されるおそれがある。シール部材５３は交差穴バリに接触し物理的に損傷すると流体を直接密閉するシール部材としての機能を失ってしまう。このため、交差稜線部３８に発生したバリは、確実に除去しておく必要がある。

また、バリを除去することができても、例えば図１１（ｂ）に示すように加工面の面幅が不均一な場合、弁体４７を回転した時に球面部３４とシール部材５３の摺動面が当接箇所によって不均一となり、シール部材５３の寿命を縮め効果的なシール性能の維持ができない。このため交差穴バリ取り加工は、交差稜線部３８の全周に亘って均一となるように仕上げなければならない。

そこで、図１０（ａ）に示すように本発明に係る工具本体１の先端部３を用いて交差稜線部３８のバリ取り加工をすれば、図１０（ｂ）に示すように、全周に亘って均一な面幅となる加工面４３に仕上げることができる。このように仕上げた回転弁では、シート部材５３の摺動面の状態を維持できる。

このように、工具本体１はボデー内の中空部が球面状となっている被加工物の交差穴バリ取り加工に使用できるので、二方弁、三方弁、四方弁等へ使用することもできる。

次に、図１４に基づいて、本発明の他の実施形態を説明する。本例における円筒面被加工物１３１は、内部に円筒状中空部６１を有しており、この円筒状中空部６１の内周面は、凹状円筒面形状に形成された円筒面部１５１となっている。この円筒面部１５１に対して本発明の工具本体１を使用している。

図１４（ａ）において、１６１は円筒形状の貫通路であり、その中心軸は円筒面部１５１の中心軸と直交しており、この貫通路１６１と円筒面部１５１との交差穴バリを、単一球面形状に形成された球状先端部で回転切削した形状を示している。交差線６２は前記球状先端部で回転切削した場合の円筒面部１５１との交差線、稜線６３は前記球状先端部で回転切削した場合の貫通路１６１の内面２３１との交差線をそれぞれ示しており、稜線６２と稜線６３との間に形成される面が前記球状先端部による加工面６４である。この加工面６４は、図８（ｂ）で示した加工面２０３と同様に、面幅が図において縦方向の幅と横方向の幅が異なる不均一な面幅となっている。

図１４（ｂ）は、本発明に係る工具本体１を使用し、円筒面被加工物１３１と貫通路１６１の交差穴バリを回転切削した円筒被加工物１３１の斜視図を示している。稜線６５は工具本体１の先端部３で回転切削した場合の円筒面部１５１との交差線、稜線６６は工具本体１で回転切削した場合の貫通路１６１の内面２３１との交差線をそれぞれ示しており、稜線６５と稜線６６との間に形成される面が先端部３による加工面６７である。この加工面６７は、図８（ｃ）で示した加工面２０４と同様に、面幅が全周に亘って略均一な面幅となっている。このように本発明に係る工具本体１を円筒面被加工物１３１に使用すれば、略均一な面幅でバリ取り加工することができる。

円筒面被加工物１３１に使用する工具本体１の先端部３の偏心距離εは、前述の半球面被加工物１３における場合と同様に導出することができる。

図１４（ｂ）においてＦ−Ｆ断面は、円筒面被加工物１３１の中心軸及び貫通路１６１の中心軸を含む平面である。Ｇ−Ｇ断面は、貫通路１６１の中心軸を含みＦ−Ｆ断面に垂直な平面である。先ず、このＦ−Ｆ断面を、図６（ｂ）のＸ'Ｙ平面と仮想し、貫通路１６１に対してＹ軸方向上下にバリ取り幅が同じになるように設定し、円筒被加工物１３１とバリ取りの交点Ａ、Ｂを通過する半径Ｓの球状先端部の円を配置する。Ｇ−Ｇ断面を、図７（ｂ）のＸＺ平面と仮想した場合、球状先端部による円筒被加工物１３１の左右のバリ取り幅は、上下バリ取り幅より大きくなる。そこで、前述したように図７（ｂ）のＣ'、Ｄ'と交点Ｅを通る偏心円２７を設定し、球状先端部の中心点Ｏ'と偏心円２７の中心点Ｏ''のＸ軸方向距離を偏心距離εとする。この偏心距離εが、図６（ｂ）の偏心距離に対応するため、偏心軸２８周りに回転して形成される弓形回転体を先端部３の形状とすることで、加工面の対角のバリ取り幅（短径と長径）が略均一となる工具本体１を得ることができる。

また本例においても、図１４（ｂ）に示す加工面６７と円筒面部１５１の接線角θは鈍角になり、２次バリが発生しにくい先端部の形状に調整することができる。

図１４（ｃ）は、円筒面被加工物１３１の一例として電磁弁のスプールの半裁断面図を示している。６８は流体の流出入口を、６９は円筒内面を矢印方向に摺動する弁体を示している。弁体６９は、円筒内面を摺動し、円筒内面と弁体との間で流体を封止する構造であり、封止性を維持するために流出入口６８の円筒内面開口部に発生した交差穴バリは、単に除去するだけでなく、特に摺動方向において均一な面幅に切削する必要がある。このような円筒内面開口部の交差穴バリ取り加工に、本発明に係る工具本体１を応用でき、均一な面幅に加工することで摺動部の寿命を延命させる効果もある。

図１５は、貫通路１６１が円筒内面１５１の中心軸と傾斜して交差している円筒面被加工物１３１を示している。図１４と同様に、７０は管通路の稜線、７１は円筒内面の稜線、７２は加工面を示している。本発明に係る工具本体１は、このような場合にも応用できる。

貫通路１６１の中心軸が円筒内面の中心軸に対して傾斜しているため、図１４に示した直交している場合と比較して偏心距離が大きく取れない。これにより加工面の面幅の均一化の効果はやや小さくなるものの、このような場合でも面幅を略均一化する効果がある。

更に、本発明は、前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。

１工具本体
２シャンク
３先端部
５切刃
１２溝部
１３半球面被加工物
１３１円筒面被加工物
１４球状中空部
６１円筒状中空部
１５、３４球面部
１５１円筒面部
１６、３１、３２、１６１貫通路（流出入口）
２００、３８交差稜線部
２０４、４３、６７、７２本発明の先端部による加工面
２０３、４６、６４球状先端部による加工面
２９回転弁
３０、３０’ ボデー
４７弁体
５３シール部材
１００円（球状先端部）
１０１直径軸
１０２偏心軸
１０４劣弧
１０５弓形
ε 偏心距離
θ 接線角
α、β 視点（矢視）

Claims

円筒形状の貫通路１６の中心軸Ｘが被加工物１３内の球面部１５の球心１９を通過せず、かつ前記球状中空部１４の直径Ｙを通過する方向へ向けて前記貫通路１６が前記球状中空部１４へ穿設され、前記貫通路１６と前記球状中空部１４の内周面との交差稜線部２００に発生する交差穴バリを回転軸４を軸心として先端部３を回転させて切削する工具本体１であって、この工具本体１は、先端部３および軸方向基端側のシャンク２を備え、前記先端部３の形状は、円１００の直径軸１０１を設定し、前記直径軸１０１と並行であって所定の偏心距離εだけ離れた偏心軸１０２を設定し、前記偏心軸１０２が前記円１００に切り取られる線分１０３と、この線分１０３を弦として定まる前記円１００上の劣弧１０４とからなる弓形１０５の閉領域を設定し、この弓形１０５を前記偏心軸１０２の周りに回転して形成される弓形回転体の外面形状を設定し、この外面形状の一部を前記先端部３の形状とし、この先端部３には、前記工具本体１の回転動径方向に等間隔に設けた複数の溝部１２を備え、この溝部１２に沿って切刃５を形成すると共に、前記偏心距離εの設定を、前記直径Ｙ軸方向に設定したバリ取り幅Ｃ _１によって定まり、前記中心軸Ｘおよび前記直径Ｙの右ネジ方向であるＺ軸方向のバリ取り幅Ｃ _２が、前記バリ取り幅Ｃ _１と同一となるように調整することにより、加工面２０４の面幅が全周に亘って略均一幅に仕上げることができるようにしたことを特徴とする交差穴バリ取り工具。
前記切刃５を２枚刃又は３枚刃とした請求項１に記載の交差穴バリ取り工具。
請求項１又は２に記載の交差穴バリ取り工具を使用した交差穴バリ取り方法であって、前記先端部３の位置を前記被加工物１３に対する所定位置まで前記回転軸４を前記直径Ｙ軸に並行に移動させることで前記交差稜線部２００に発生したバリを回転切削することを特徴とする交差穴バリ取り方法。