内壁加工方法及びその装置
【課題】２つのクランク軸を用いることで、従来必要としたクランク軸の偏心量を徐々に可変させる複雑な構成の偏心量可変機構を不要として、コストダウンを図ることができる内壁加工方法と内壁加工装置とを提供するものである。
【解決手段】クランクアーム１６の一端にカッタ７２を着脱自在に取付け、そのクランクアーム１６の他端に、第一クランク軸１２によってクランク運動させられる第一クランクピン１４を連結する。第二クランク軸２０によってクランク運動させられる第二クランクピン２２によってクランクアーム１６の長さの途中を支持し、しかもそのクランクアーム１６は第二クランクピン２２に対して往復移動自在とする。加工時に第一クランクピン１４の位相と第二クランクピン２２の位相とを徐々に変化させることによって、カッタ７２の移動軌跡である楕円形状の大きさを変えることができる。
【解決手段】クランクアーム１６の一端にカッタ７２を着脱自在に取付け、そのクランクアーム１６の他端に、第一クランク軸１２によってクランク運動させられる第一クランクピン１４を連結する。第二クランク軸２０によってクランク運動させられる第二クランクピン２２によってクランクアーム１６の長さの途中を支持し、しかもそのクランクアーム１６は第二クランクピン２２に対して往復移動自在とする。加工時に第一クランクピン１４の位相と第二クランクピン２２の位相とを徐々に変化させることによって、カッタ７２の移動軌跡である楕円形状の大きさを変えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部材の穴等の内壁に加工を行うための内壁加工方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、貫通穴や一端閉鎖穴を形成した部材において、穴の内壁に溝等を加工を施す場合がある。部材の穴の内壁を加工するものとして、特許文献１の溝加工装置が知られている。
【０００３】
ここで、特許文献１の溝加工装置について、図５に基づいて説明する。ベッド４０の上に加工物保持装置４２が水平方向に移動可能に取付けられ、その加工物保持装置４２に少なくとも一方が開放された空間即ち穴４４を形成したワーク４６を保持固定する。ベッド４０の上には、偏心半径（偏心量）を可変できるクランク装置４８が取付けられる。偏心半径を可変できるクランク装置４８は、クランク軸５０と、このクランク軸５０に対して半径Ｒだけ偏心した位置に備えられるクランクピン５２と、このクランクピン５２に一端付近を連結したクランクアーム５４と、クランクピン５２の偏心半径を可変させるための偏心半径可変装置（図示せず）と、クランク軸５０に取付けたプーリ兼はずみ車５６と、このプーリ５６を回転させるための電動機５８と、プーリ５６と電動機５８との間に掛け渡されるベルト６０等から成る。
【０００４】
加工物保持装置４２の設置位置とクランク装置４８の設置位置との間のベッド４０の上には、支柱６２が固定されている。支柱６２の上部には支軸６４が固定され、その支軸６４に筒状の摺動受部材６６が揺動自在に支持されている。この筒状の摺動受部材６６に、前記クランクアーム５４が摺動自在に挿通支持されている。クランクアーム５４には長溝６８が形成されており、その長溝６８に前記支軸６４が挿通される。即ち、クランクアーム５４は、支軸６４を中心に揺動自在であると共に、支軸６４に対してその長手方向に往復移動できるように設定されている。クランクアーム５４の他端にはカッタ保持装置７０が取付けられており、そのカッタ保持装置７０に加工工具であるカッタ７２が着脱自在に取付けられる。プーリ兼はずみ車５６と電動機５８とベルト６０とで、クランク軸５０のダイナミックバランスを補正する。
【０００５】
図５に示した溝加工装置でワーク４６の穴４４の内壁を加工する場合には、ワーク４６の穴４４にカッタ７２を挿入して、クランク装置４８を作動させる。ここで、クランクピン５２とクランクアーム５４と支軸６４とカッタ７２との位置関係をスケルトンで図６に示す。図６（１）において、クランクピン５２の偏心半径を例えば半径Ｒ１とする。クランクピン５２の回転中心を中心点Ｏとすれば、クランクピン５２は中心点Ｏを中心として偏心半径Ｒ１の円Ｐ１の上を移動するものとする。クランクアーム５４は支軸６４に沿って往復移動をするので、カッタ７２は楕円Ｑ１上を移動することになる。
【０００６】
その後、クランク装置４８の偏心半径可変装置（図示せず）を操作して、１サイクル毎にクランクピン５２の偏心半径を徐々に大きくしてゆく。図６（２）に示すように、クランクピン５２は中心点Ｏを中心として半径Ｒ２（Ｒ1＜Ｒ２）の円Ｐ２の上を移動するようになる。これによって、カッタ７２は、楕円Ｑ２に沿って移動する。
【０００７】
図７（１）に示すように、ワーク４６の穴４４にカッタ７２を挿入し、クランクピン５２は中心点Ｏを中心として偏心半径Ｒ１の円Ｐ１の上を移動させる。カッタ７２の移動範囲が楕円Ｑ１の位置では、カッタ７２は、ワーク４６の穴４４の内壁７４に接触しないものとする。その後、クランクピン５２の偏心半径をＲ１から徐々に大きくする。これによって、ワーク４６の穴４４の内壁７４にカッタ７２が接触して、内壁７４を徐々に切削する。クランクピン５２の偏心半径を徐々に大きくして、最大の偏心半径Ｒを半径Ｒ２とすると、カッタ７２が楕円Ｑ２に沿って移動することで加工が完了し、ワーク４６の穴４４の内壁７４に所望の加工が施される。なお、加工の際に加工物保持装置４２を移動させることで、軸方向に沿って同じ深さの溝を形成することが可能となる。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−３４７１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の溝加工装置では、クランク軸５０の偏心半径を可変させるために偏心半径可変装置（図示せず）を備えているが、その偏心半径可変装置（図示せず）の機構が複雑であり、しかもその偏心半径可変装置（図示せず）は高価なものであるため、溝加工装置全体の製造コストが高くなっていた。また、クランク軸５０の偏心半径の変化量が大きいため、ダイナミックバランスを補正しにくいという欠点があった。更に、クランクピン５２の偏心半径の最大値を半径Ｒ２とした場合、それ以上に偏心半径を大きくすることができないので、溝の深さをより大きく形成することができないという欠点があった。
【００１０】
本発明は、２つのクランク軸を用いることで、従来必要としたクランク軸の偏心量を徐々に可変させる複雑な構成の偏心量可変機構を不要として、コストダウンを図ることができる内壁加工方法と内壁加工装置とを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る内壁加工方法は、ワークの内部空間の内壁を加工工具で加工する方法において、クランクアームの一端に加工工具を取付け、前記クランクアームの他端付近に第一クランク軸によって回転させられる第一クランクピンを連結し、前記クランクアームの長さの途中位置を第二クランク軸によって回転させられる第二クランクピンまたはその第二クランクピンの動きに応じてクランク運動する支持部材のいずれかによって摺動自在に支持し、前記加工工具でワークの内壁を加工する際に、前記第一クランクピンの位相と前記第二クランクピンの位相とを徐々に変化させることを特徴とすることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係る内壁加工装置は、ワークの内部空間の内壁を加工工具で加工する装置において、第一クランク軸と、前記第一クランク軸によってクランク運動させられる第一クランクピンと、第二クランク軸と、前記第二クランク軸によってクランク運動させられる第二クランクピンと、一端に加工工具を着脱自在に取付けられると共に他端付近に前記第一クランクピンを連結されるものであって、前記第二クランクピンまたはその第二クランクピンに揺動自在に支持される支持部材でその長さの途中を往復移動自在に支持されるクランクアームと、加工時に前記第一クランクピンの位相と前記第二クランクピンの位相とを徐々に変化させる制御手段とを有することを特徴とするものである。本発明は、前記第一クランクピンのクランク運動の半径をＲとし、前記第二クランクピンのクランク運動の半径をｒとし、前記クランクアームの一端に取付けた前記加工工具の位置と前記第一クランクピンの回転中心点との間の距離をＡとし、前記クランクアームの一端に取付けた前記加工工具の位置と前記第二クランクピン２２の回転中心点との間の距離をａとすれば、Ｒ：ｒの比率をほぼＡ：ａの比率としたことを特徴とするものである。本発明は、カウンタバランス用軸と、そのカウンタバランス用軸と前記第一クランク軸とによって三角形になる位置に配置されるアイドラ軸と、前記カウンタバランス用軸と前記第一クランク軸と前記アイドラ軸とに掛け渡されるタイミングベルトとを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、第一クランクピンと第二クランクピンとの相対的な位相を徐々にずらしながら第一クランク軸と第二クランク軸とを回転させることで、ワークの内壁を加工することができるものである。即ち、本発明は、第一クランクピンと第二クランクピンとの相対的な位相を徐々にずらしながら加工を行うもので、第一クランクピンの偏心半径Ｒと第二クランクピンの偏心半径ｒとを一定に保ちながら加工を行うものである。よって、本発明では従来の溝加工装置のような加工時にクランクピンの偏心半径を徐々に可変させるための偏心半径可変装置を設ける必要が無くなり、装置の製造コストを大幅に低減することができる。また、本発明では、加工時に第一クランクピンの偏心半径が変化しないため、ダイナミックバランスを補正しにくいという従来の欠点を無くすことができる。本発明では、更に、第一クランクピンの偏心半径Ｒと第二クランクピンの偏心半径ｒとの少なくとも一つを変更するだけで、溝の深さを大きくすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に本発明を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る内壁加工装置の一実施例を示す正面図、図２は図１の主な構成要素をスケルトンで示した構成図である。図1及び図２において、図５乃至図７と同一参照番号は同一部材を示す。ベッド４０の上に加工物保持装置４２が移動可能に取付けられ、その加工物保持装置４２に穴４４を有するワーク４６を保持固定する。ベッド４０の上の加工物保持装置４２と反対側の位置には、第一クランク装置１０が取付けられる。第一クランク装置１０は、第一クランク軸１２と、この第一クランク軸１２に対して半径Ｒだけ偏心した位置に備えられる第一クランクピン１４と、この第一クランクピン１４に一端を支持されたクランクアーム１６等から成る。ここで、第一クランク軸１２の回転中心を図１及び図２で中心点Ｏ１とすると、第一クランク軸１２の回転により、第一クランクピン１４は中心点Ｏ１を中心としてクランク運動する。即ち、第一クランクピン１４は中心点Ｏ１を中心として偏心半径Ｒの円Ｐ１の上を遊星回転する。
【００１５】
本発明では、加工物保持装置４２と第一クランク装置１０との間のベッド４０の上に、第二クランク装置１８を備える。第二クランク装置１８は、第二クランク軸２０と、この第二クランク軸２０に対して半径ｒだけ偏心した位置に備えられる第二クランクピン２２と、この第二クランクピン２２に揺動自在に取付けられるものであって前記クランクアーム１６を摺動自在に挿通支持する支持部材２４とからなる。ここで、第二クランク軸２０の回転中心を図１及び図２で中心点Ｏ２とすると、第二クランク軸２０の回転により、第二クランクピン２２は中心点Ｏ２を中心としてクランク運動する。即ち、第二クランクピン２２は中心点Ｏ２を中心として偏心半径ｒの円Ｐ２の上を遊星回転する。
【００１６】
本発明では、第一クランク装置１０の第一クランク軸１２の位相と第二クランク装置１８の第二クランク軸２０の位相とを相対的に変化させるためのコンピュータ等の制御手段２６を備える。
【００１７】
図１に示すように、第一クランク装置１０の付近に、カウンタバランス用軸２８と、アイドラ軸３０とを備える。第一クランク装置１０の第一クランク軸１２はモータ（図示せず）によって駆動させられる。第一クランク装置１０の第一クランク軸１２と、カウンタバランス用軸２８と、アイドラ軸３０とを、それぞれ平行でしかも三角形位置に配置し、第一クランク軸１２とカウンタバランス用軸２８とアイドラ軸３０とにタイミングベルト３４を掛け渡す。本発明では、カウンタバランス用軸２８と、アイドラ軸３０と、タイミングベルト３４とで、第一クランク軸１２のダイナミックバランスの補正を行う。
【００１８】
次に、第一クランクピン１４と第二クランクピン２２とクランクアーム１６とカッタ７２との位置関係の移動状態をスケルトンで図２に示す。本発明では、第一クランク装置１０による第一クランクピン１４の円Ｐ１における回転角速度（回転時間）と、第二クランク装置１８による第二クランクピン２２の円Ｐ２における回転角速度（回転時間）とを同一とし、しかも第一クランクピン１４の円Ｐ１における位相と第二クランクピン２２の円Ｐ２における位相とを同一とする。図２において、円Ｐ１の中心点Ｏ１と、円Ｐ２の中心点Ｏ２とを同一直線（この直線を「直線Ｌ」とする）上に配置し、直線Ｌと円Ｐ１や円Ｐ２の右側との交点を角度０度（３６０度）とし、直線Ｌと円Ｐ１や円Ｐ２の左側との交点を角度１８０度とする。図２（１）の状態は、第一クランクピン１４の位置は円Ｐ１の０度の位置にあり、第二クランクピン２２の位置も円Ｐ２の０度の位置にあるよう設定する。この図２（１）の状態では、クランクアーム１６もカッタ７２も直線Ｌ上に位置する。
【００１９】
図２（１）の状態から第一クランクピン１４も第二クランクピン２２も、同位相で９０度反時計方向に回転した状態を図２（２）とし、同位相で１８０度反時計方向に回転した状態を図２（３）とし、同位相で２７０度反時計方向に回転した状態を図２（４）とする。３６０度反時計方向に回転した状態は図２（１）に戻る。ここで、第一クランクピン１４偏心半径Ｒと第二クランクピン２２の偏心半径ｒとの関係は、図１に示すように、クランクアーム１６の自由端に取付けられたカッタ７２と中心点Ｏ１までの距離をＡとし、クランクアーム１６の自由端に取付けられたカッタ７２と中心点Ｏ２までの距離をａとすると、Ｒ：ｒの比率はほぼＡ：ａの比率とすることが望ましい。図２（１）の状態において、カッタ７２を直線Ｌ上に配置し、Ｒ：ｒ≒Ａ：ａに設定することにより、第一クランクピン１４と第二クランクピン２２とが３６０度の回転角度のどの位置においても、カッタ７２は扁平な∞形状（ほぼ直線Ｌに近い形状）の上を往復移動する。このカッタ７２の往復移動距離は、図２（１）と図２（３）とのカッタ７２の位置の間隔であり、この間隔は第一クランクピン１４の円Ｐ１の直径（２Ｒ）である。このように、第一クランクピン１４も第二クランクピン２２が同位相で回転した時に、Ｒ：ｒの比率はほぼＡ：ａの比率とすることで、カッタ７２が直線に近い動きを行い、ワーク４６の空間４４内にカッタ７２を挿入することができる。
【００２０】
次に、クランクアーム１６の他の移動状態を図３に基づいて説明する。この図３では、第一クランクピン１４の円Ｐ１における回転角速度（回転時間）と、第二クランク装置１８による第二クランクピン２２の円Ｐ２における回転角速度（回転時間）とを同一とするが、第一クランクピン１４の位相と第二クランクピン２２の位相とを異なるものとする。図３（１）の状態は、第一クランクピン１４の位置を円Ｐ１の０度の位置（直線Ｌと円Ｐ１の右側との交点に位置する）とし、第二クランクピン２２の位置を円Ｐ２の１８０度の位置（直線Ｌと円Ｐ２の左側との交点に位置する）とする。即ち、第一クランクピン１４と第二クランクピン２２との位相を１８０度異なるものとする。この図３（１）の状態では、クランクアーム１６もカッタ７２も直線Ｌ上に位置する。
【００２１】
図３（１）の状態から第一クランクピン１４も第二クランクピン２２も９０度反時計方向に回転した状態を図３（２）に示す。この図３（２）の状態では、第一クランクピン１４は９０度の位置にあり、第二クランクピン２２は２７０度の位置にある。図３（２）では、第一クランクピン１４は直線Ｌより上方にあり、第二クランクピン２２は直線Ｌより下方にあるため、クランクアーム１６は直線Ｌに対して反時計方向に角度θだけ傾斜した状態となる。この結果、カッタ７２は直線Ｌから直角方向に距離Ｓだけ下方に離れた所に位置する。
【００２２】
図３（２）の状態から第一クランクピン１４も第二クランクピン２２も更に９０度反時計方向に回転した状態を図３（３）に示す。この図３（３）の状態では、第一クランクピン１４は１８０度の位置にあり、第二クランクピン２２は０度の位置にある。第一クランクピン１４も第二クランクピン２２も直線Ｌ上にあるため、クランクアーム１６もカッタ７２も直線Ｌ上に位置する。この図３（３）におけるカッタ７２の位置は、図３（１）のカッタ７２の位置よりも円Ｐ１の直径の距離（２Ｒ）だけ図３で右側に位置する。
【００２３】
図３（３）の状態から第一クランクピン１４も第二クランクピン２２も更に９０度反時計方向に回転した状態を図３（４）に示す。この図３（４）の状態では、第一クランクピン１４は２７０度の位置にあり、第二クランクピン２２は９０度の位置にある。図３（４）では、第一クランクピン１４は直線Ｌより下方にあり、第二クランクピン２２は直線Ｌより上方にあるため、クランクアーム１６は直線Ｌに対して時計方向に角度θだけ傾斜した状態となる。この結果、カッタ７２は直線Ｌから直角方向に距離Ｓだけ上方に離れた所に位置する。
【００２４】
図３（１）、図３（２）、図３（３）、図３（４）、図３（１）、……の順に第一クランクピン１４と第二クランクピン２２を回転させることにより、カッタ７２は２Ｒと２Ｓとの一方を長軸とし、他方を短軸とする楕円Ｑ（図３（１））の上を移動することになる。
【００２５】
カッタ７２が直線Ｌに対して直角方向に離れる距離Ｓは、第一クランクピン１４に対する第二クランクピン２２の位相をずらすことによって、変化させることができる。図２のように、第一クランクピン１４と第二クランクピン２２との位相のずれを０度とすると、距離Ｓはほぼゼロである。第一クランクピン１４の位相に対する第二クランクピン２２の位相差を０度（図２）から徐々に変化させることで、距離Ｓ（縦方向の楕円の長さ）を徐々に大きくすることができる。第一クランクピン１４に対する第二クランクピン２２の位相差が徐々に変化して最大１８０度（図３の（２）及び（４））になった時に、距離Ｓは最大となる。第一クランクピン１４と第二クランクピン２２との位相差の変化は、制御手段２６によって制御する。
【００２６】
ワーク４６の穴４４にカッタ７２を挿入し（図７）、カッタ７２がワーク４６の穴４４の内壁７４にほぼ接触する位置まで、第一クランクピン１４に対する第二クランクピン２２の位相をずらして距離Ｓ（図３）を大きくする。その後、更に第一クランクピン１４に対する第二クランクピン２２の位相差を徐々に大きくすると、カッタ７２はワーク４６の穴４４の内壁７４に食い込む楕円の位置に沿って移動する。カッタ７２が移動する楕円の大きさを徐々に大きくすることで、ワーク４６の穴４４の内壁７４をカッタ７２で加工することができる。その上、ワーク４６を保持する加工物保持装置４２をベッド４０に対して移動させることで、ワーク４６の軸方向の加工長さを調節することができる。
【００２７】
図１においては、第二クランクピン２２はクランクアーム１６を貫通する状態とした。しかし、図４に示すように、第二クランクピン２２は、クランクアーム１６を貫通しない位置、即ちクランクアーム１６より下位に配置し、第二クランクピン２２に揺動自在に取付けた支持部材３６でクランクアーム１６の長さの途中を支持するようにする。この図４においても、クランクアーム１６は図２や図３の動きと同一の動きを行うことができる。
【００２８】
距離Ｓの大きさを更に大きくしたい場合には、第一クランクピン１４の偏心半径Ｒをより大きなものにするように第一クランク装置１０の部品を交換するか、第二クランクピン２２の偏心半径ｒをより小さなものにするように第二クランク装置１８の部品を交換するかの少なくとも一方を変更すれば良い。これによって、カッタ７２が移動する楕円の大きさを大きくすることができ、深い溝の加工を行うことができる。
【００２９】
本発明では、第一クランクピン１４の位相と第二クランクピン２２の位相とを相対的に変化させるだけでカッタ７２の移動軌跡である楕円の大きさを変化させることができる。即ち、本発明は、従来の溝加工装置に必要としたクランクピンの偏心半径を加工時に可変させるための機構を省略することができるため、装置の製造コストを大幅に低減することができる。本発明では、加工時にクランク軸の偏心量を変える必要が無いため、従来のようなダイナミックバランスが補正しにくいという欠点を無くすことができる。更に、溝の深さを大きく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る内壁加工装置の一実施例を示す正面図である。
【図２】図１の主な構成要素の動きをスケルトンで示した構成図である。
【図３】図２の状態から２つのクランクピンの位相を変化させた状態を示すスケルトンで示した構成図である。
【図４】第二クランクピンとそれに揺動自在に支持される支持部材とを示す部分正面図である。
【図５】従来の溝加工装置を示す正面図である。
【図６】図５の主な構成要素の動きをスケルトンで示した構成図である。
【図７】従来の溝加工装置でワークの内壁を加工している状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１２ 第一クランク軸
１４ 第一クランクぴん
１６ クランクアーム
２０ 第二クランク軸
２２ 第二クランクぴん
２４ 支持部材
２６ 制御手段
２８ カウンタバランス用軸
３０ アイドラ軸
３４ タイミングベルト
３６ 支持部材
４６ ワーク
７２ カッタ
７４ 内壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部材の穴等の内壁に加工を行うための内壁加工方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、貫通穴や一端閉鎖穴を形成した部材において、穴の内壁に溝等を加工を施す場合がある。部材の穴の内壁を加工するものとして、特許文献１の溝加工装置が知られている。
【０００３】
ここで、特許文献１の溝加工装置について、図５に基づいて説明する。ベッド４０の上に加工物保持装置４２が水平方向に移動可能に取付けられ、その加工物保持装置４２に少なくとも一方が開放された空間即ち穴４４を形成したワーク４６を保持固定する。ベッド４０の上には、偏心半径（偏心量）を可変できるクランク装置４８が取付けられる。偏心半径を可変できるクランク装置４８は、クランク軸５０と、このクランク軸５０に対して半径Ｒだけ偏心した位置に備えられるクランクピン５２と、このクランクピン５２に一端付近を連結したクランクアーム５４と、クランクピン５２の偏心半径を可変させるための偏心半径可変装置（図示せず）と、クランク軸５０に取付けたプーリ兼はずみ車５６と、このプーリ５６を回転させるための電動機５８と、プーリ５６と電動機５８との間に掛け渡されるベルト６０等から成る。
【０００４】
加工物保持装置４２の設置位置とクランク装置４８の設置位置との間のベッド４０の上には、支柱６２が固定されている。支柱６２の上部には支軸６４が固定され、その支軸６４に筒状の摺動受部材６６が揺動自在に支持されている。この筒状の摺動受部材６６に、前記クランクアーム５４が摺動自在に挿通支持されている。クランクアーム５４には長溝６８が形成されており、その長溝６８に前記支軸６４が挿通される。即ち、クランクアーム５４は、支軸６４を中心に揺動自在であると共に、支軸６４に対してその長手方向に往復移動できるように設定されている。クランクアーム５４の他端にはカッタ保持装置７０が取付けられており、そのカッタ保持装置７０に加工工具であるカッタ７２が着脱自在に取付けられる。プーリ兼はずみ車５６と電動機５８とベルト６０とで、クランク軸５０のダイナミックバランスを補正する。
【０００５】
図５に示した溝加工装置でワーク４６の穴４４の内壁を加工する場合には、ワーク４６の穴４４にカッタ７２を挿入して、クランク装置４８を作動させる。ここで、クランクピン５２とクランクアーム５４と支軸６４とカッタ７２との位置関係をスケルトンで図６に示す。図６（１）において、クランクピン５２の偏心半径を例えば半径Ｒ１とする。クランクピン５２の回転中心を中心点Ｏとすれば、クランクピン５２は中心点Ｏを中心として偏心半径Ｒ１の円Ｐ１の上を移動するものとする。クランクアーム５４は支軸６４に沿って往復移動をするので、カッタ７２は楕円Ｑ１上を移動することになる。
【０００６】
その後、クランク装置４８の偏心半径可変装置（図示せず）を操作して、１サイクル毎にクランクピン５２の偏心半径を徐々に大きくしてゆく。図６（２）に示すように、クランクピン５２は中心点Ｏを中心として半径Ｒ２（Ｒ1＜Ｒ２）の円Ｐ２の上を移動するようになる。これによって、カッタ７２は、楕円Ｑ２に沿って移動する。
【０００７】
図７（１）に示すように、ワーク４６の穴４４にカッタ７２を挿入し、クランクピン５２は中心点Ｏを中心として偏心半径Ｒ１の円Ｐ１の上を移動させる。カッタ７２の移動範囲が楕円Ｑ１の位置では、カッタ７２は、ワーク４６の穴４４の内壁７４に接触しないものとする。その後、クランクピン５２の偏心半径をＲ１から徐々に大きくする。これによって、ワーク４６の穴４４の内壁７４にカッタ７２が接触して、内壁７４を徐々に切削する。クランクピン５２の偏心半径を徐々に大きくして、最大の偏心半径Ｒを半径Ｒ２とすると、カッタ７２が楕円Ｑ２に沿って移動することで加工が完了し、ワーク４６の穴４４の内壁７４に所望の加工が施される。なお、加工の際に加工物保持装置４２を移動させることで、軸方向に沿って同じ深さの溝を形成することが可能となる。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−３４７１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の溝加工装置では、クランク軸５０の偏心半径を可変させるために偏心半径可変装置（図示せず）を備えているが、その偏心半径可変装置（図示せず）の機構が複雑であり、しかもその偏心半径可変装置（図示せず）は高価なものであるため、溝加工装置全体の製造コストが高くなっていた。また、クランク軸５０の偏心半径の変化量が大きいため、ダイナミックバランスを補正しにくいという欠点があった。更に、クランクピン５２の偏心半径の最大値を半径Ｒ２とした場合、それ以上に偏心半径を大きくすることができないので、溝の深さをより大きく形成することができないという欠点があった。
【００１０】
本発明は、２つのクランク軸を用いることで、従来必要としたクランク軸の偏心量を徐々に可変させる複雑な構成の偏心量可変機構を不要として、コストダウンを図ることができる内壁加工方法と内壁加工装置とを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る内壁加工方法は、ワークの内部空間の内壁を加工工具で加工する方法において、クランクアームの一端に加工工具を取付け、前記クランクアームの他端付近に第一クランク軸によって回転させられる第一クランクピンを連結し、前記クランクアームの長さの途中位置を第二クランク軸によって回転させられる第二クランクピンまたはその第二クランクピンの動きに応じてクランク運動する支持部材のいずれかによって摺動自在に支持し、前記加工工具でワークの内壁を加工する際に、前記第一クランクピンの位相と前記第二クランクピンの位相とを徐々に変化させることを特徴とすることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係る内壁加工装置は、ワークの内部空間の内壁を加工工具で加工する装置において、第一クランク軸と、前記第一クランク軸によってクランク運動させられる第一クランクピンと、第二クランク軸と、前記第二クランク軸によってクランク運動させられる第二クランクピンと、一端に加工工具を着脱自在に取付けられると共に他端付近に前記第一クランクピンを連結されるものであって、前記第二クランクピンまたはその第二クランクピンに揺動自在に支持される支持部材でその長さの途中を往復移動自在に支持されるクランクアームと、加工時に前記第一クランクピンの位相と前記第二クランクピンの位相とを徐々に変化させる制御手段とを有することを特徴とするものである。本発明は、前記第一クランクピンのクランク運動の半径をＲとし、前記第二クランクピンのクランク運動の半径をｒとし、前記クランクアームの一端に取付けた前記加工工具の位置と前記第一クランクピンの回転中心点との間の距離をＡとし、前記クランクアームの一端に取付けた前記加工工具の位置と前記第二クランクピン２２の回転中心点との間の距離をａとすれば、Ｒ：ｒの比率をほぼＡ：ａの比率としたことを特徴とするものである。本発明は、カウンタバランス用軸と、そのカウンタバランス用軸と前記第一クランク軸とによって三角形になる位置に配置されるアイドラ軸と、前記カウンタバランス用軸と前記第一クランク軸と前記アイドラ軸とに掛け渡されるタイミングベルトとを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、第一クランクピンと第二クランクピンとの相対的な位相を徐々にずらしながら第一クランク軸と第二クランク軸とを回転させることで、ワークの内壁を加工することができるものである。即ち、本発明は、第一クランクピンと第二クランクピンとの相対的な位相を徐々にずらしながら加工を行うもので、第一クランクピンの偏心半径Ｒと第二クランクピンの偏心半径ｒとを一定に保ちながら加工を行うものである。よって、本発明では従来の溝加工装置のような加工時にクランクピンの偏心半径を徐々に可変させるための偏心半径可変装置を設ける必要が無くなり、装置の製造コストを大幅に低減することができる。また、本発明では、加工時に第一クランクピンの偏心半径が変化しないため、ダイナミックバランスを補正しにくいという従来の欠点を無くすことができる。本発明では、更に、第一クランクピンの偏心半径Ｒと第二クランクピンの偏心半径ｒとの少なくとも一つを変更するだけで、溝の深さを大きくすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に本発明を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る内壁加工装置の一実施例を示す正面図、図２は図１の主な構成要素をスケルトンで示した構成図である。図1及び図２において、図５乃至図７と同一参照番号は同一部材を示す。ベッド４０の上に加工物保持装置４２が移動可能に取付けられ、その加工物保持装置４２に穴４４を有するワーク４６を保持固定する。ベッド４０の上の加工物保持装置４２と反対側の位置には、第一クランク装置１０が取付けられる。第一クランク装置１０は、第一クランク軸１２と、この第一クランク軸１２に対して半径Ｒだけ偏心した位置に備えられる第一クランクピン１４と、この第一クランクピン１４に一端を支持されたクランクアーム１６等から成る。ここで、第一クランク軸１２の回転中心を図１及び図２で中心点Ｏ１とすると、第一クランク軸１２の回転により、第一クランクピン１４は中心点Ｏ１を中心としてクランク運動する。即ち、第一クランクピン１４は中心点Ｏ１を中心として偏心半径Ｒの円Ｐ１の上を遊星回転する。
【００１５】
本発明では、加工物保持装置４２と第一クランク装置１０との間のベッド４０の上に、第二クランク装置１８を備える。第二クランク装置１８は、第二クランク軸２０と、この第二クランク軸２０に対して半径ｒだけ偏心した位置に備えられる第二クランクピン２２と、この第二クランクピン２２に揺動自在に取付けられるものであって前記クランクアーム１６を摺動自在に挿通支持する支持部材２４とからなる。ここで、第二クランク軸２０の回転中心を図１及び図２で中心点Ｏ２とすると、第二クランク軸２０の回転により、第二クランクピン２２は中心点Ｏ２を中心としてクランク運動する。即ち、第二クランクピン２２は中心点Ｏ２を中心として偏心半径ｒの円Ｐ２の上を遊星回転する。
【００１６】
本発明では、第一クランク装置１０の第一クランク軸１２の位相と第二クランク装置１８の第二クランク軸２０の位相とを相対的に変化させるためのコンピュータ等の制御手段２６を備える。
【００１７】
図１に示すように、第一クランク装置１０の付近に、カウンタバランス用軸２８と、アイドラ軸３０とを備える。第一クランク装置１０の第一クランク軸１２はモータ（図示せず）によって駆動させられる。第一クランク装置１０の第一クランク軸１２と、カウンタバランス用軸２８と、アイドラ軸３０とを、それぞれ平行でしかも三角形位置に配置し、第一クランク軸１２とカウンタバランス用軸２８とアイドラ軸３０とにタイミングベルト３４を掛け渡す。本発明では、カウンタバランス用軸２８と、アイドラ軸３０と、タイミングベルト３４とで、第一クランク軸１２のダイナミックバランスの補正を行う。
【００１８】
次に、第一クランクピン１４と第二クランクピン２２とクランクアーム１６とカッタ７２との位置関係の移動状態をスケルトンで図２に示す。本発明では、第一クランク装置１０による第一クランクピン１４の円Ｐ１における回転角速度（回転時間）と、第二クランク装置１８による第二クランクピン２２の円Ｐ２における回転角速度（回転時間）とを同一とし、しかも第一クランクピン１４の円Ｐ１における位相と第二クランクピン２２の円Ｐ２における位相とを同一とする。図２において、円Ｐ１の中心点Ｏ１と、円Ｐ２の中心点Ｏ２とを同一直線（この直線を「直線Ｌ」とする）上に配置し、直線Ｌと円Ｐ１や円Ｐ２の右側との交点を角度０度（３６０度）とし、直線Ｌと円Ｐ１や円Ｐ２の左側との交点を角度１８０度とする。図２（１）の状態は、第一クランクピン１４の位置は円Ｐ１の０度の位置にあり、第二クランクピン２２の位置も円Ｐ２の０度の位置にあるよう設定する。この図２（１）の状態では、クランクアーム１６もカッタ７２も直線Ｌ上に位置する。
【００１９】
図２（１）の状態から第一クランクピン１４も第二クランクピン２２も、同位相で９０度反時計方向に回転した状態を図２（２）とし、同位相で１８０度反時計方向に回転した状態を図２（３）とし、同位相で２７０度反時計方向に回転した状態を図２（４）とする。３６０度反時計方向に回転した状態は図２（１）に戻る。ここで、第一クランクピン１４偏心半径Ｒと第二クランクピン２２の偏心半径ｒとの関係は、図１に示すように、クランクアーム１６の自由端に取付けられたカッタ７２と中心点Ｏ１までの距離をＡとし、クランクアーム１６の自由端に取付けられたカッタ７２と中心点Ｏ２までの距離をａとすると、Ｒ：ｒの比率はほぼＡ：ａの比率とすることが望ましい。図２（１）の状態において、カッタ７２を直線Ｌ上に配置し、Ｒ：ｒ≒Ａ：ａに設定することにより、第一クランクピン１４と第二クランクピン２２とが３６０度の回転角度のどの位置においても、カッタ７２は扁平な∞形状（ほぼ直線Ｌに近い形状）の上を往復移動する。このカッタ７２の往復移動距離は、図２（１）と図２（３）とのカッタ７２の位置の間隔であり、この間隔は第一クランクピン１４の円Ｐ１の直径（２Ｒ）である。このように、第一クランクピン１４も第二クランクピン２２が同位相で回転した時に、Ｒ：ｒの比率はほぼＡ：ａの比率とすることで、カッタ７２が直線に近い動きを行い、ワーク４６の空間４４内にカッタ７２を挿入することができる。
【００２０】
次に、クランクアーム１６の他の移動状態を図３に基づいて説明する。この図３では、第一クランクピン１４の円Ｐ１における回転角速度（回転時間）と、第二クランク装置１８による第二クランクピン２２の円Ｐ２における回転角速度（回転時間）とを同一とするが、第一クランクピン１４の位相と第二クランクピン２２の位相とを異なるものとする。図３（１）の状態は、第一クランクピン１４の位置を円Ｐ１の０度の位置（直線Ｌと円Ｐ１の右側との交点に位置する）とし、第二クランクピン２２の位置を円Ｐ２の１８０度の位置（直線Ｌと円Ｐ２の左側との交点に位置する）とする。即ち、第一クランクピン１４と第二クランクピン２２との位相を１８０度異なるものとする。この図３（１）の状態では、クランクアーム１６もカッタ７２も直線Ｌ上に位置する。
【００２１】
図３（１）の状態から第一クランクピン１４も第二クランクピン２２も９０度反時計方向に回転した状態を図３（２）に示す。この図３（２）の状態では、第一クランクピン１４は９０度の位置にあり、第二クランクピン２２は２７０度の位置にある。図３（２）では、第一クランクピン１４は直線Ｌより上方にあり、第二クランクピン２２は直線Ｌより下方にあるため、クランクアーム１６は直線Ｌに対して反時計方向に角度θだけ傾斜した状態となる。この結果、カッタ７２は直線Ｌから直角方向に距離Ｓだけ下方に離れた所に位置する。
【００２２】
図３（２）の状態から第一クランクピン１４も第二クランクピン２２も更に９０度反時計方向に回転した状態を図３（３）に示す。この図３（３）の状態では、第一クランクピン１４は１８０度の位置にあり、第二クランクピン２２は０度の位置にある。第一クランクピン１４も第二クランクピン２２も直線Ｌ上にあるため、クランクアーム１６もカッタ７２も直線Ｌ上に位置する。この図３（３）におけるカッタ７２の位置は、図３（１）のカッタ７２の位置よりも円Ｐ１の直径の距離（２Ｒ）だけ図３で右側に位置する。
【００２３】
図３（３）の状態から第一クランクピン１４も第二クランクピン２２も更に９０度反時計方向に回転した状態を図３（４）に示す。この図３（４）の状態では、第一クランクピン１４は２７０度の位置にあり、第二クランクピン２２は９０度の位置にある。図３（４）では、第一クランクピン１４は直線Ｌより下方にあり、第二クランクピン２２は直線Ｌより上方にあるため、クランクアーム１６は直線Ｌに対して時計方向に角度θだけ傾斜した状態となる。この結果、カッタ７２は直線Ｌから直角方向に距離Ｓだけ上方に離れた所に位置する。
【００２４】
図３（１）、図３（２）、図３（３）、図３（４）、図３（１）、……の順に第一クランクピン１４と第二クランクピン２２を回転させることにより、カッタ７２は２Ｒと２Ｓとの一方を長軸とし、他方を短軸とする楕円Ｑ（図３（１））の上を移動することになる。
【００２５】
カッタ７２が直線Ｌに対して直角方向に離れる距離Ｓは、第一クランクピン１４に対する第二クランクピン２２の位相をずらすことによって、変化させることができる。図２のように、第一クランクピン１４と第二クランクピン２２との位相のずれを０度とすると、距離Ｓはほぼゼロである。第一クランクピン１４の位相に対する第二クランクピン２２の位相差を０度（図２）から徐々に変化させることで、距離Ｓ（縦方向の楕円の長さ）を徐々に大きくすることができる。第一クランクピン１４に対する第二クランクピン２２の位相差が徐々に変化して最大１８０度（図３の（２）及び（４））になった時に、距離Ｓは最大となる。第一クランクピン１４と第二クランクピン２２との位相差の変化は、制御手段２６によって制御する。
【００２６】
ワーク４６の穴４４にカッタ７２を挿入し（図７）、カッタ７２がワーク４６の穴４４の内壁７４にほぼ接触する位置まで、第一クランクピン１４に対する第二クランクピン２２の位相をずらして距離Ｓ（図３）を大きくする。その後、更に第一クランクピン１４に対する第二クランクピン２２の位相差を徐々に大きくすると、カッタ７２はワーク４６の穴４４の内壁７４に食い込む楕円の位置に沿って移動する。カッタ７２が移動する楕円の大きさを徐々に大きくすることで、ワーク４６の穴４４の内壁７４をカッタ７２で加工することができる。その上、ワーク４６を保持する加工物保持装置４２をベッド４０に対して移動させることで、ワーク４６の軸方向の加工長さを調節することができる。
【００２７】
図１においては、第二クランクピン２２はクランクアーム１６を貫通する状態とした。しかし、図４に示すように、第二クランクピン２２は、クランクアーム１６を貫通しない位置、即ちクランクアーム１６より下位に配置し、第二クランクピン２２に揺動自在に取付けた支持部材３６でクランクアーム１６の長さの途中を支持するようにする。この図４においても、クランクアーム１６は図２や図３の動きと同一の動きを行うことができる。
【００２８】
距離Ｓの大きさを更に大きくしたい場合には、第一クランクピン１４の偏心半径Ｒをより大きなものにするように第一クランク装置１０の部品を交換するか、第二クランクピン２２の偏心半径ｒをより小さなものにするように第二クランク装置１８の部品を交換するかの少なくとも一方を変更すれば良い。これによって、カッタ７２が移動する楕円の大きさを大きくすることができ、深い溝の加工を行うことができる。
【００２９】
本発明では、第一クランクピン１４の位相と第二クランクピン２２の位相とを相対的に変化させるだけでカッタ７２の移動軌跡である楕円の大きさを変化させることができる。即ち、本発明は、従来の溝加工装置に必要としたクランクピンの偏心半径を加工時に可変させるための機構を省略することができるため、装置の製造コストを大幅に低減することができる。本発明では、加工時にクランク軸の偏心量を変える必要が無いため、従来のようなダイナミックバランスが補正しにくいという欠点を無くすことができる。更に、溝の深さを大きく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る内壁加工装置の一実施例を示す正面図である。
【図２】図１の主な構成要素の動きをスケルトンで示した構成図である。
【図３】図２の状態から２つのクランクピンの位相を変化させた状態を示すスケルトンで示した構成図である。
【図４】第二クランクピンとそれに揺動自在に支持される支持部材とを示す部分正面図である。
【図５】従来の溝加工装置を示す正面図である。
【図６】図５の主な構成要素の動きをスケルトンで示した構成図である。
【図７】従来の溝加工装置でワークの内壁を加工している状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１２ 第一クランク軸
１４ 第一クランクぴん
１６ クランクアーム
２０ 第二クランク軸
２２ 第二クランクぴん
２４ 支持部材
２６ 制御手段
２８ カウンタバランス用軸
３０ アイドラ軸
３４ タイミングベルト
３６ 支持部材
４６ ワーク
７２ カッタ
７４ 内壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの内部空間の内壁を加工工具で加工する方法において、クランクアームの一端に加工工具を取付け、前記クランクアームの他端付近に第一クランク軸によって回転させられる第一クランクピンを連結し、前記クランクアームの長さの途中位置を第二クランク軸によって回転させられる第二クランクピンまたはその第二クランクピンの動きに応じてクランク運動する支持部材のいずれかによって摺動自在に支持し、前記加工工具でワークの内壁を加工する際に、前記第一クランクピンの位相と前記第二クランクピンの位相とを徐々に変化させることを特徴とする内壁加工方法。
【請求項２】
ワークの内部空間の内壁を加工工具で加工する装置において、第一クランク軸と、前記第一クランク軸によってクランク運動させられる第一クランクピンと、第二クランク軸と、前記第二クランク軸によってクランク運動させられる第二クランクピンと、一端に加工工具を着脱自在に取付けられると共に他端付近に前記第一クランクピンを連結されるものであって、前記第二クランクピンまたはその第二クランクピンに揺動自在に支持される支持部材でその長さの途中を往復移動自在に支持されるクランクアームと、加工時に前記第一クランクピンの位相と前記第二クランクピンの位相とを徐々に変化させる制御手段とを有することを特徴とする内壁加工装置。
【請求項３】
前記第一クランクピンのクランク運動の半径をＲとし、前記第二クランクピンのクランク運動の半径をｒとし、前記クランクアームの一端に取付けた前記加工工具の位置と前記第一クランクピンの回転中心点との間の距離をＡとし、前記クランクアームの一端に取付けた前記加工工具の位置と前記第二クランクピン２２の回転中心点との間の距離をａとすれば、Ｒ：ｒの比率をほぼＡ：ａの比率としたことを特徴とする請求項２記載の内壁加工装置。
【請求項４】
カウンタバランス用軸と、そのカウンタバランス用軸と前記第一クランク軸とによって三角形になる位置に配置されるアイドラ軸と、前記カウンタバランス用軸と前記第一クランク軸と前記アイドラ軸とに掛け渡されるタイミングベルトとを有することを特徴とする請求項２または３記載の内壁加工装置。
【請求項１】
ワークの内部空間の内壁を加工工具で加工する方法において、クランクアームの一端に加工工具を取付け、前記クランクアームの他端付近に第一クランク軸によって回転させられる第一クランクピンを連結し、前記クランクアームの長さの途中位置を第二クランク軸によって回転させられる第二クランクピンまたはその第二クランクピンの動きに応じてクランク運動する支持部材のいずれかによって摺動自在に支持し、前記加工工具でワークの内壁を加工する際に、前記第一クランクピンの位相と前記第二クランクピンの位相とを徐々に変化させることを特徴とする内壁加工方法。
【請求項２】
ワークの内部空間の内壁を加工工具で加工する装置において、第一クランク軸と、前記第一クランク軸によってクランク運動させられる第一クランクピンと、第二クランク軸と、前記第二クランク軸によってクランク運動させられる第二クランクピンと、一端に加工工具を着脱自在に取付けられると共に他端付近に前記第一クランクピンを連結されるものであって、前記第二クランクピンまたはその第二クランクピンに揺動自在に支持される支持部材でその長さの途中を往復移動自在に支持されるクランクアームと、加工時に前記第一クランクピンの位相と前記第二クランクピンの位相とを徐々に変化させる制御手段とを有することを特徴とする内壁加工装置。
【請求項３】
前記第一クランクピンのクランク運動の半径をＲとし、前記第二クランクピンのクランク運動の半径をｒとし、前記クランクアームの一端に取付けた前記加工工具の位置と前記第一クランクピンの回転中心点との間の距離をＡとし、前記クランクアームの一端に取付けた前記加工工具の位置と前記第二クランクピン２２の回転中心点との間の距離をａとすれば、Ｒ：ｒの比率をほぼＡ：ａの比率としたことを特徴とする請求項２記載の内壁加工装置。
【請求項４】
カウンタバランス用軸と、そのカウンタバランス用軸と前記第一クランク軸とによって三角形になる位置に配置されるアイドラ軸と、前記カウンタバランス用軸と前記第一クランク軸と前記アイドラ軸とに掛け渡されるタイミングベルトとを有することを特徴とする請求項２または３記載の内壁加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２８４６２８（Ｐ２００８−２８４６２８Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３００５７（Ｐ２００７−１３００５７）
【出願日】平成１９年５月１６日（２００７．５．１６）
【出願人】（５９３１８６０４６）株式会社新機械技研 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１６日（２００７．５．１６）
【出願人】（５９３１８６０４６）株式会社新機械技研 (9)
【Ｆターム（参考）】
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