複合加工工具
【課題】スカイビング加工部、バニシング加工部、およびディンプル成形部を備えた複合加工工具を提供する。
【解決手段】シャンク２と、シャンク２に固定されたマンドレル３と、マンドレル３に対して回転自在に外嵌されたフレーム４と、フレーム４に保持された転動部材（５１）によりワークＷの内周面Ｗ１にバニシング加工を行うバニシング加工部５と、フレーム４に出没自在に保持された転圧部材（６１）によりディンプル成形を行うディンプル成形部６と、シャンク２の先端部に固定されたボディ８１に配設され切削加工を行なうスカイビング加工部８と、を備えた複合加工工具１であって、マンドレル３の外周部には、周方向に沿って交互に配設された凹部と凸部からなる略多角形状の凹凸形状部が形成され、凹部と凸部が回転しながら交互に転圧部材（６１）に係合することで、転圧部材（６１）がフレーム４から出没してディンプル成形を行う。
【解決手段】シャンク２と、シャンク２に固定されたマンドレル３と、マンドレル３に対して回転自在に外嵌されたフレーム４と、フレーム４に保持された転動部材（５１）によりワークＷの内周面Ｗ１にバニシング加工を行うバニシング加工部５と、フレーム４に出没自在に保持された転圧部材（６１）によりディンプル成形を行うディンプル成形部６と、シャンク２の先端部に固定されたボディ８１に配設され切削加工を行なうスカイビング加工部８と、を備えた複合加工工具１であって、マンドレル３の外周部には、周方向に沿って交互に配設された凹部と凸部からなる略多角形状の凹凸形状部が形成され、凹部と凸部が回転しながら交互に転圧部材（６１）に係合することで、転圧部材（６１）がフレーム４から出没してディンプル成形を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合加工工具に関し、特に、スカイビング加工部、バニシング加工部、およびディンプル成形部を備えた複合加工工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリンダ等被加工物の穴の内面に切削とローラバニシング仕上げを同時に行う複合加工ツールが知られている。この複合加工ツールは、一方に切削加工を行うスカイビング加工部を設け、他方にローラバニシング加工を行うバニシング加工部を備えており、ツールを被加工部の内面に前進させるとスカイビング加工部の切削刃が被加工物内面を切削し、ツール後退時にバニシング加工部のローラがバニシング仕上げを行うものである。また、この種の複合加工ツールでは、前進時に切削とバニシング加工の両方を行うタイプのものもある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、シリンダ等の摺動面にディンプルを形成してバニシング加工を行う複合加工ツールがある。この種の複合加工ツールは、摺動面にバニシング加工を施すことで、耐久性、耐摩耗性を向上させると共に、潤滑性をよくするための油溜りとなるディンプルを成形するものである（例えば、特許文献２）。
この種の複合加工ツールは、同じリテーナに設置されたボールとローラが、リテーナ内部で回転している多角形状のマンドレルの凸部と接触したときに、ボールがリテーナから外側方向へ飛び出し被加工物内面に押し付けられることによってディンプルを成形しながら、ローラの転圧作用によって加工表面を滑らかに仕上げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−９４７５０号公報
【特許文献２】特開２００７−３０１６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これら従来の複合加工工具では、シリンダ等の被加工物の内面に切削、バニシング加工、およびディンプル成形加工を施す場合には、少なくとも２工程となり、それぞれの工程で使用される２種類のツールが必要になるため、工数もコストもかかってしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、前記した問題点を解決すべく、スカイビング加工部、バニシング加工部、およびディンプル成形部を備えた複合加工工具を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、筒状に形成され加工機に装着されるシャンクと、このシャンクに固定されたマンドレルと、このマンドレルに対して回転自在に外嵌されたフレームと、このフレームに保持された転動部材によりワークの内周面にバニシング加工を行うバニシング加工部と、前記フレームに出没自在に保持された転圧部材により前記ワークの内周面にディンプル成形を行うディンプル成形部と、前記シャンクの先端部に固定されたボディと、このボディに配設され切削加工を行なうスカイビング加工部と、を備えた複合加工工具であって、前記マンドレルの外周部には、周方向に沿って交互に配設された凹部と凸部からなる略多角形状の凹凸形状部が形成され、前記凹部と凸部が回転しながら交互に前記転圧部材に係合することで、当該転圧部材が前記フレームから出没して前記ディンプル成形を行うことを特徴とする。
【０００８】
なお、本発明において、バニシング加工を行う部材を「転動部材」、ディンプル成形を行う部材を「転圧部材」と呼称して便宜上両者を区別したが、「転動」と「転圧」の用語により厳格に動作を区別する趣旨ではない。
【０００９】
本発明に係る複合加工工具によれば、先端部にスカイビング加工部を備え、その後方にバニシング加工部とディンプル成形部を備えたことで、複合加工工具（ツール）の送り動作によりスカイビング加工とバニシング加工とディンプル成形加工を１ストローク内（前進時、または前進および後退時）で行うことができる。このため、本発明に係る複合加工工具は、加工工数を低減して生産性を向上させながら、耐久性が高く摺動特性の優れた仕上げ加工面を得ることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の複合加工工具であって、前記転動部材と前記転圧部材は、前記フレームの周方向に沿って交互に配設され、前記凹凸形状部の凸部は、前記マンドレルの外周面と同じ高さまたは当該外周面よりも低い高さからなる拡径部であり、前記凹部は、前記凸部の高さよりも低い高さで形成された縮径部であり、前記転動部材は、当該転動部材の両端外周部が前記マンドレルの軸方向に対して前記凹凸形状部を跨いで当該マンドレルの外周面に当接するように配設されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る複合加工装置によれば、前記転動部材と前記転圧部材は、前記凹凸形状部に係合するように前記フレームの周方向に沿って交互に配設され、当該転動部材の両端外周部が前記マンドレルの軸方向に対して前記凹凸形状部を跨いで当該マンドレルの外周面に当接するように配設されていることで、前記マンドレルを回転させると前記転動部材は前記凹凸形状部の凸部（マンドレルの外周面）に当接しながら転動してワークの内周面にバニシング加工を行い、一方、転圧部材は、前記凹凸形状部の凹部と凸部に交互に当接しながら径方向に出没してワークの内周面にディンプル成形を行うことができる。
【００１２】
このようにして、本発明に係る複合加工装置は、転動部材と転圧部材をフレームに適宜バランスよく配列することで、ワークの内周面に好適な形状のディンプル（油溜りとしての利用や摺動特性の向上に資する）を成形しながらバニシング加工を行なうことができるため、より耐久性が高く摺動特性の優れた仕上げ加工面を得ることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の複合加工工具であって、前記フレームの外周面には、クーラントを当該フレームの後端側から先端側へ流し出す縦溝が、前記転動部材と前記転圧部材の間に軸方向に沿って形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る複合加工装置によれば、前記縦溝を前記転動部材と前記転圧部材の間に軸方向に沿って形成したことで、前記縦溝、前記転動部材、および前記転圧部材を前記フレーム上にバランスよく配設することができる。
このため、前記縦溝により、ツールの先端部のスカイビング加工部までクーラントを供給することができるため、切削加工による切粉を円滑に排出しながら、バランスよくバニシング加工とディンプル成形加工を行なうことができる。このようにして、本発明に係る複合加工装置は、スカイビング加工とバニシング加工とディンプル成形加工を円滑に効率よく実現して生産性を向上させることができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合加工工具であって、前記マンドレルは、外周部に前記転動部材および転圧部材と接触するテーパを備えていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る複合加工装置によれば、外周部に前記転動部材および転圧部材と接触するテーパを備えていることで、マンドレルとフレームの軸方向における位置関係を調整することにより、前記転動部材および転圧部材の出没状態を適宜調整することができるため、ワークの使用条件に合わせた好適なバニシング加工およびスカイビング加工が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る複合加工工具は、スカイビング加工とバニシング加工とディンプル成形を円滑に効率よく１ストロークで実現することができるため、加工工数を低減して生産性を向上させながら、耐久性が高く摺動特性の優れた仕上げ加工面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る複合加工工具の構成を説明するための半断面図であり、（ａ）はスカイビング加工径を拡大した状態、（ｂ）はスカイビング加工径を縮小した状態を示す。
【図２】本発明の実施形態に係る複合加工工具の後部の構成を説明するための要部半断面図である。
【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は本発明の実施形態に係る複合加工工具により成形されたディンプルの状態を示す模式図である。
【図４】凹凸形状部とローラおよびボールとの関係を説明するための図であり、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）のローラ周りの要部拡大図である。
【図５】本発明の実施形態に係る複合加工工具のディンプル成形の様子を示すボール周りの要部断面図であり、（ａ）はディンプルを成形する状態、（ｂ）はディンプルが成形されない状態を示す。
【図６】本発明の実施形態に係る複合加工工具のスカイビング加工部の構成を説明するための要部半断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る複合加工工具におけるディンプルの成形状態を示す図であり、（ａ）はボールの配列を示す断面図、（ｂ）は成形されたディンプルの状態を示す模式図である。
【図８】比較例におけるディンプルの成形状態を示す図であり、（ａ）と（ｂ）は第１の比較例、（ｃ）と（ｄ）は第２の比較例を示し、（ａ）と（ｃ）はボールの配列を示す断面図、（ｂ）と（ｄ）は成形されたディンプルの状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態に係る複合加工工具１について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、説明の便宜上、複合加工工具１において、シャンク２が配設された側を後側（後部）といい、その反対側を前側（先端側、前部）という。
【００２０】
本発明の実施形態に係る複合加工工具１は、例えば、回転駆動させながら軸方向の送り装置を備えたマシニングセンタ等の図示しない加工機やスカイビング加工専用機に装着して使用することができる。
【００２１】
なお、スカイビング加工専用機は、図示は省略するが、切り屑の排出と潤滑、冷却、洗浄の目的で複合加工工具１にクーラントを供給し、ワークＷ（図１（ａ）参照）の一方の端部からワークＷの内面を通って他方の端部までクーラントを流通させながらワークＷの内面を高精度に効率よく加工し、耐摩耗性および表面粗さを飛躍的に向上させることができる。
このため、スカイビング加工専用機によれば、特に、建設機械やフォークリフトの油圧・空圧シリンダチューブ、各種ショックアブソーバ等のように過酷な条件下で使用され耐荷重性・耐久性が要求されるシリンダ部材等のワークＷの内面を好適に加工することができる。
【００２２】
本発明の実施形態に係る複合加工工具１は、図１（ａ）に示すように、図示しない加工機に装着されるシャンク２と、このシャンク２に固定されたマンドレル３と、このマンドレル３対して回転自在に外嵌されたフレーム４と、このフレーム４に保持された転動部材であるローラ５１からなるバニシング加工部５と、フレーム４から出没自在に保持された転圧部材であるボール６１からなるディンプル成形部６と、シャンク２の先端部に固定されたボディ８１と、このボディ８１に配設され切削加工を行なうスカイビング加工部８と、スカイビング加工による切削加工径であるスカイビング加工径δ１を拡大（図１（ａ））ないし縮小（図１（ｂ）のδ２）させるリトラクト機構ＲＴと、リトラクト機構ＲＴを駆動する往復移動機構９と、を備えている。
【００２３】
複合加工工具１は、図１に示すように、先端側から供給されるワークＷに対して、先端部に配設されたスカイビング加工部８でスカイビング加工を行なう。そして、スカイビング加工後に連続して、スカイビング加工部８よりも後方に直列して配設されたバニシング加工部５でバニシング仕上げを行い、同時にディンプル成形部６で油溜りとしての利用や摺動特性の向上に資するディンプル成形を行うことができる。
【００２４】
複合加工工具１は、本実施形態においては、ワークＷに対して前進時にスカイビング加工を行い、後退時にバニシング加工およびディンプル成形を行ういわゆる２ＷＡＹ方式の例について説明するが、ワークＷに対して前進時にスカイビング加工、並びにバニシング加工およびディンプル成形を行ういわゆる１ＷＡＹ方式を採用することもできる。
【００２５】
シャンク２は、図２に示すように、外径が縮径され中央部から先端側を構成する胴部２１と、後部側を構成する拡径された機械装着部２２と、先端部から後端部まで貫通する貫通孔からなる内周部２３と、を備えた略円筒形状をなしている。シャンク２の先端部にはボディ８１がキー８１ａで固定され（図１（ａ）参照）、胴部２１の外周部にはキー３ａと固定リング３ｂでマンドレル３が固定される。シャンク２は、機械装着部２２を加工機（不図示）に装着して回転するようになっている。
シャンク２の内周部２３には、リトラクトバー９１が進退自在に挿入され、リトラクトバー９１の後方にはピストン９２が摺動自在に装着されて、後記する往復移動機構９を構成している。
【００２６】
マンドレル３は、略円筒形状をなし、外周部には凹部３１ａと凸部３１ｂからなる凹凸形状部３１が形成され（図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）、（ｂ）参照）、外周部は後部側が縮径されたテーパＴＰ（図４参照）を備え、テーパＴＰにローラ５１およびボール６１が接触して係合するようになっている。
なお、本実施形態においては、２ＷＡＹ方式を採用しているため、テーパＴＰは、図４に示すように、後部側が縮径されているが、１ＷＡＹ方式を採用する場合には、本実施形態とは逆に後部側が拡径されたテーパを形成する。
【００２７】
凹凸形状部３１は、図３（ａ）に示すように、凹部３１ａと凸部３１ｂが交互に配設され、例えば、凹凸形状部３１における断面視において円周１５等分された略多角形の形状をなして構成することができる。具体的には、凹凸形状部３１は、周方向に沿って１回りするように軸方向における一定の範囲Ｌ１で（図４（ａ）参照）、円筒形状の部材から外周面３１ｃをそぎ落とすようにして周方向に沿ってそれぞれ１５箇所の凹部３１ａと凸部３１ｂを交互に形成して、凸部３１ｂが滑らかな曲面で形成された１５角形の略多角形状に形成されている。
【００２８】
ここで、凹凸形状部３１の凸部３１ｂは、マンドレル３の円筒形状部材の外周面３１ｃと同じ高さからなる拡径部（図５（ａ）参照）であり、凹部３１ａは、凸部３１ｂよりも低い高さの縮径部（図５（ｂ）参照）であり、外周面３１ｃから低くなるようにそぎ落として形成されている。
【００２９】
なお、本実施形態においては、加工し易くローラ５１をより強固に支持するために凸部３１ｂの高さをマンドレル３の外周面３１ｃの高さと同じにしたが、これに限定されるものではなく、凹部３１ａは外周面３１ｃからそぎ落として形成しなくてもよいし、凸部３１ｂの高さは、外周面３１ｃと同じ高さでなくてもよく、凹部３１ａよりも高く外周面３１ｃよりも低ければよい。
【００３０】
そして、凹凸形状部３１は、図４に示すように、フレーム４に保持されたボール６１およびローラ５１に係合するようにマンドレル３に形成されている。
具体的には、ボール６１は、マンドレル３が回転すると、凹凸形状部３１の凹部３１ａと凸部３１ｂに交互に遭遇して当接するように係合されている（図５参照）。一方、ローラ５１は、ローラ５１の両端外周部５１ａ，５１ｂが凹凸形状部３１を跨いでマンドレル３の外周面３１ｃに当接するように凹凸形状部３１に係合されている（図４（ｂ）参照）。
【００３１】
フレーム４は、図１（ａ）に示すように、マンドレル３に回転自在に外嵌された円筒状の部材であり、フレーム４には、ローラ５１が回転自在に保持され（図４（ｂ）参照）、ボール６１が出没自在に保持されるとともに、加工時に供給されるクーラントをフレーム４の後端側から先端側へ流し出す縦溝４１がローラ５１とボール６１の間に軸方向に沿って形成されている。
ローラ５１とボール６１は、一例として図３（ａ）に示すように、それぞれ周方向において５個ずつの合計１０箇所に１０等配で配設されている。
【００３２】
なお、フレーム４には、図１（ａ）に示すように、フレーム４を軸方向に移動させて位置を調整する位置調整機構４００が設けられている。
位置調整機構４００は、図２に示すように、フレーム４に一体として連結されたステム４０１と、シャンク２の外周部に螺入されたアジャストナット４０２と、を備え、アジャストナット４０２は、スラストベアリング４０３を介して、ステム４０１を軸方向に進退させるように構成されている。
【００３３】
かかる構成により、アジャストナット４０２を回転させてステム４０１に連結されたフレーム４を軸方向に進退させることで、マンドレル３に形成されたテーパＴＰ（図４（ｂ）参照）に沿ってローラ５１およびボール６１がフレーム４から出没し、ローラ５１によるバニシング加工径およびボール６１によるディンプルＤ（図５参照）の深さを調整できるようになっている。
【００３４】
バニシング加工部５は、図１に示すように、ローラ５１が転動しながらワークＷの内周面Ｗ１を押圧するように公転してバニシング加工（転圧加工）を行う部分である。
ローラ５１は、図４に示すように、凹凸形状部３１の軸方向長さＬ１よりも長いローラ長さＬ２を有する形状をなし、ローラ５１の両端外周部５１ａ，５１ｂがマンドレル３の軸方向に対して凹凸形状部３１を跨いでマンドレル３の外周面３１ｃに当接するように配設されている（図４（ｂ）参照）。
なお、バニシング加工部５において、線接触するローラ５１を使用することで、ディンプル成形部６により成形されたディンプルＤ（図５（ａ）参照）の周囲に隆起するように形成されたカエリが生じるような場合でも、この隆起したカエリを押しつぶすようにして、良好な仕上げ面を得ることができる。
【００３５】
かかる構成により、ローラ５１は、マンドレル３が回転しても凹凸形状部３１の凹部３１ａには当接することなく、常にマンドレル３の外周面３１ｃ（凹凸形状部３１の凸部３１ｂ）に当接して支持されながら凹部３１ａの上方を通過するため、径方向に振動することなく安定して転動しながらバニシング加工を行うことができる。
【００３６】
具体的には、図３（ａ）に示すように、マンドレル３が時計回りに回転すると（図のＲ参照）、ローラ５１は、反時計回りに自転するので（図のＲ１参照）、ワークＷの内周面Ｗ１（図１（ｂ）参照）に沿って押し付けられながら時計回りに公転（図のＲ２参照）して、バニシング加工を行う。このとき、ローラ５１の公転運動により、フレーム４も同様に時計回りに回転する（図のＲ２参照）。
【００３７】
ディンプル成形部６は、図５に示すように、マンドレル３の回転（図５のＲ参照）によりボール６１がフレーム４から出没することで、ワークＷの内周面Ｗ１にディンプルＤ（図３（ｂ）を併せて参照）の成形を行う部分である。
具体的には、マンドレル３が時計回りに回転して、ボール６１が、凹凸形状部３１の凸部３１ｂに遭遇して当接すると、径方向外側に回転しながら押し出されるのでワークＷの内周面Ｗ１にディンプルＤが成形される（図５（ａ）参照）。一方、マンドレル３がさらに回転して、ボール６１が凹凸形状部３１の凹部３１ａに遭遇すると、径方向内側に入り込むのでディンプルＤは形成されない（図５（ｂ）参照）。
【００３８】
このとき、フレーム４が時計回りに回転しているので、ボール６１は、ディンプルＤを成形しながら時計回りに公転するため（図３（ａ）のＲ２参照）、マンドレル３の回転方向（周方向）では、凸部３１ｂがボール６１に当接するたびにボール６１が径方向外側に押し出されながら公転するので、ワークＷ（図１参照）の内周面Ｗ１には周方向に長く延びたディンプルＤが形成される（図３（ｂ）参照）。
そして、同時にマンドレル３は送り方向に送られるため、マンドレル３の送り方向（前進方向）と周方向の動作を合わせると図３（ｂ）のようなディンプルＤが形成される。
【００３９】
図３（ｂ）は、本実施形態におけるローラ５１とボール６１がそれぞれ５個ずつの合計１０箇所に１０等配で配設され、マンドレル３の多角形状が１５角形の場合（図３（ａ）参照）におけるワークＷの内周面Ｗ１に形成されたディンプルＤの状態を示したものである。図３（ｂ）に示すように、本実施形態では、ワークＷの内周面Ｗ１においてディンプルＤが適切な割合で均一に成形されていることがわかる。そして、図３（ａ）に示すように、加工時に供給されるクーラントをフレーム４の後端側から先端側へ流し出す縦溝４１（図２参照）の断面積も十分に確保されているため、ワークＷの内周面Ｗ１に好適な摺動特性を得ることができる。
【００４０】
このようにして、複合加工装置１は、ローラ５１とボール６１をフレーム４に適宜バランスよく配列し、ローラ５１とボール６１の間には縦溝４１を軸方向に形成することで、ワークＷの内周面Ｗ１に好適な形状のディンプルＤを成形しながらバニシング加工を行ない、かつ、縦溝４１により切削加工による切粉を円滑に排出することができる。このため、スカイビング加工とバニシング加工とディンプル成形加工を円滑に効率よく実現して生産性を向上させながら、耐久性が高く摺動特性の優れた仕上げ加工面を得ることができる。
【００４１】
続いて、本実施形態（図３）と同じ回転数および送り速度における比較例について、図７を参照しながら説明する。
図７（ｂ）は、ローラ５１とボール６１がそれぞれ６個ずつの合計１２箇所に１２等配で配設され、マンドレル３の多角形状が１２角形の場合（図７（ａ）参照）におけるワークＷの内周面Ｗ１に形成されたディンプルＤの状態を示したものである。
図７（ａ）に示すように、この条件では、本実施形態（図３参照）と比較すると、ローラ５１とボール６１の数をそれぞれ１個ずつ増やし、マンドレル３の多角形状の角数も１５角形から１２角形に減らしている。
したがって、ディンプルＤの分布状態は、本実施形態（図３参照）よりもディンプルＤの間隔が若干密に形成されているが、均一に成形されている（図７（ｂ）参照）。そして、図７（ａ）に示すように、加工時に供給されるクーラントをフレーム４の後端側から先端側へ流し出す縦溝４１（図２）参照）の断面積も確保されているため、本実施形態（図３参照）の場合と同様に、ワークＷの内周面Ｗ１に好適な摺動特性を得ることができる。
【００４２】
図８（ｂ）は、ローラ５１とボール６１がそれぞれ８個ずつの合計１６箇所に１６等配で配設され、マンドレル３の略多角形状が１６角形の場合（図８（ａ）参照）におけるワークＷの内周面Ｗ１に形成されたディンプルＤの状態を示したものである。
図８（ａ）に示すように、この条件では、本実施形態（図３参照）と比較すると、ローラ５１とボール６１の数をそれぞれ３個ずつ増やし、マンドレル３の多角形状の角数も１５角形から１６角形に増やしている。したがって、ディンプルＤの分布状態は、本実施形態（図３参照）よりもディンプルＤの間隔が狭くなり密に形成されているため（図８（ｂ）参照）、油溜りとしての高い効果を期待する場合には好適な条件となるが、クーラントを供給する縦溝４１（図２参照）の断面積が減少する。
【００４３】
図８（ｄ）は、ローラ５１とボール６１がそれぞれ周方向において６個ずつの合計１２箇所に１２等配で配設され、マンドレル３の多角形状が１８角形の場合（図８（ｃ）参照）におけるワークＷの内周面Ｗ１に形成されたディンプルＤの状態を示したものである。
図８（ｃ）に示すように、この条件では、本実施形態（図３参照）と比較すると、ローラ５１とボール６１の数をそれぞれ１個ずつ増やし、マンドレル３の多角形状の角数を１５角形から１８角形に増やしている。
したがって、ディンプルＤの分布状態は、本実施形態（図３参照）よりもディンプルＤの周方向におけるディンプルＤの個々の間隔が長くなるため（図８（ｄ）参照）、均一な密のディンプルＤを形成できない状態となる。
【００４４】
スカイビング加工部８は、図６に示すように、筒状に形成されたボディ８１の外周部に配設された切削加工刃であるチップＣを固定するカートリッチ８２と、このカートリッチ８２の底部に配設された調整ブロック８３と、ボディ８１に進退自在に内挿されたリトラクトピン８４と、を備えている。
【００４５】
カートリッチ８２は、駒形の形状をなし、ボディ８１の外周部に形成された凹部８１ｂに嵌め込まれて図示しない付勢手段によりボディ８１の中心方向に付勢されるようにして装着されている。かかる構成により、この図示しない付勢手段によりスカイビング加工径δ１を小さくする方向に付勢されるため、カートリッチ８２の底部に配設された調整ブロック８３がリトラクトピン８４を押し付けて密着するように作用する。
【００４６】
カートリッチ８２の底部には、軸方向に勾配を有する溝８２ａが形成され、この溝８２ａに調整ブロック８３がはまり込むようにして、軸方向に位置調整自在に調整ねじ８３ａで固定されている。かかる構成により、調整ブロック８３を溝８２ａに沿って軸方向に移動させることで、スカイビング加工径δ１を調整することができる。
【００４７】
具体的には、位置調整ねじ８３ａにより調整ブロック８３を前進方向に移動させるとスカイビング加工径δ１（図１（ａ）参照）が縮小し、調整ブロック８３を後退方向に移動させるとスカイビング加工径δ１が拡大する。このように、調整ブロック８３を溝８２ａに沿って軸方向に移動させることで、切削加工径δ１を微調整することができるため、要求される品質等に応じて柔軟な対応が可能となる。
【００４８】
なお、カートリッチ８２の中央部にはガイド８６が取り付けられている。ガイド８６は、スカイビング加工面にポート穴等がある場合にカッタ（チップＣ）が穴に落ち込まないように取り付ける部品であり、ガイド８６とチップＣとは同じ高さになるように取り付けられる。
【００４９】
調整ブロック８３には、リトラクトピン８４の方向（ボディ８１の中心方向）に向かって、リトラクトピン８４の大径部８４ａまたは小径部８４ｂと係合可能な凸部８３ｂが形成されている。
リトラクトピン８４は、付勢手段８４ｃにより後退方向に付勢された状態でリトラクトバー９１との間に遊びλ（図１（ａ））を設けてボディ８１の内周部に装着され、調整ブロック８３の凸部８３ｂと係合される大径部８４ａと小径部８４ｂとを備えた段付き形状に形成されている。
【００５０】
かかる構成により、スカイビング加工径δ１を拡大（図１（ａ））ないし縮小（図１（ｂ）のδ２）させるリトラクト機構ＲＴを構成する。すなわち、付勢手段８４ｃにより、リトラクトピン８４が後退した状態では、図１（ａ）に示すように、リトラクトピン８４の大径部８４ａと調整ブロック８３の凸部８３ｂが係合して、スカイビング加工径δ１が拡大された状態となる。
【００５１】
一方、後記する往復移動機構９により、リトラクトバー９１を介してリトラクトピン８４が前進した状態では、リトラクトピン８４の大径部８４ａと調整ブロック８３の凸部８３ｂとの係合が解除され、リトラクトピン８４の小径部８４ｂと調整ブロック８３の凸部８３ｂとが係合されるため、図１（ｂ）に示すように、スカイビング加工径δ１（図１（ａ））が縮小されてδ２となる。
【００５２】
なお、ボディ８１の外周面には、図１（ａ）に示すように、台のようにボディ８１の外周面から突出して形成されたガイドパット８５が数箇所取り付けられている。このガイドパット８５は、ワークＷを安定して保持することで、振動を抑制し安定した加工精度を保つ役割を果たしている。
【００５３】
往復移動機構９は、図２に示すように、ボディ８１に内挿されたリトラクトピン８４と同軸になるようにシャンク２に内挿されたリトラクトバー９１と（図１参照）、リトラクトバー９１に固定されたピストン９２と、このピストン９２を前進方向に移動させる流体供給路９３と、ピストン９２を後退方向に付勢する付勢手段であるスプリング９４と、を備えている。
【００５４】
かかる構成により、往復移動機構９は、図示しないエア供給源から流体供給路９３にエア（動力源としての圧力流体）を供給または停止することで、リトラクトバー９１を前進または後退させることができる。
具体的には、流体供給路９３にエアを供給しない状態では、図１（ａ）に示すように、スプリング９４によりリトラクトバー９１が後退位置に戻されている。このため、リトラクト機構ＲＴを構成するリトラクトピン８４も付勢手段８４ｃにより後退位置に戻されている（図６参照）。
一方、流体供給路９３にエアを供給すると、このエアの流体圧力により、スプリング９４の付勢力に抗してピストン９２が前進するため、リトラクトバー９１を前進させることができる。
【００５５】
このように、往復移動機構９によれば、流体供給路９３を設けてピストン９２からリトラクトバー９１を介してリトラクトピン８４をエアで駆動することで、簡易な構成でリトラクト機構ＲＴの安定した動作を確保することができる。
【００５６】
続いて、以上のように構成された本実施形態に係る複合加工工具１の動作について説明する。複合加工工具１は、図１（ａ）に示すように、先端側から供給されるワークＷに対して、リトラクト機構ＲＴにより切削加工径δ１を拡径した状態で先端部に配設されたスカイビング加工部８でスカイビング加工を行なう。
【００５７】
そして、スカイビング加工後に連続して、ワークＷの後退時には、図１（ｂ）に示すように、リトラクト機構ＲＴにより切削加工径を縮小して（切削加工径δ２）、スカイビング加工部８よりも後方に直列して配設されたバニシング加工部５でバニシング仕上げを行い、同時にディンプル成形部６でディンプル成形を行うことができる。
【００５８】
このため、リトラクト機構ＲＴを設けたことで、バニシング加工およびディンプル成形加工時における切削加工刃であるチップＣによるワークとの干渉を確実に防止することができる（図１（ｂ）参照）。
【００５９】
このようにして、複合加工工具１は、複合加工工具１またはワークＷの送り動作によりスカイビング加工とバニシング加工とディンプル成形加工を１ストローク内で行うことができるため、加工工数を低減して生産性を向上させながら、耐久性が高く摺動特性の優れた仕上げ加工面を得ることができる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、複合加工工具１の前進送り時にスカイビング加工を行ない、後退時にバニシング加工とディンプル成形を行なうようにしたが、これに限定されるものではなく、生産性を考慮して前進送り時にスカイビング加工、バニシング加工、およびディンプル成形を同時に行ない、後退時は早戻しするようにしてもよい。
【００６１】
また、本実施形態においては、凹凸形状部３１に対してローラ５１とボール６１が係合するように構成したが、ローラ５１とボール６１を軸方向に沿って並べ、ボール６１に係合する位置に凹凸形状部３１を形成してローラ５１には凹凸形状部３１が係合しないようにすることもできる。
【００６２】
また、本実施形態においては、バニシング加工部５の転動部材をローラ５１で構成し、ディンプル成形部６の転圧部材をボール６１で構成したが、これに限定されるものではなく、転動部材をボール（球体）で構成し、転圧部材をローラで構成することもできる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 複合加工工具
２ シャンク
３ マンドレル
３ａ キー
３ｂ 固定リング
４ フレーム
５ バニシング加工部
６ ディンプル成形部
８ スカイビング加工部
９ 往復移動機構
３１ 凹凸形状部
３１ａ 凹部
３１ｂ 凸部
３１ｃ 外周面
４１ 縦溝
５１ ローラ（転動部材）
５１ａ，５１ｂ 両端外周部
６１ ボール（転圧部材）
８１ ボディ
Ｃ チップ（切削加工刃）
Ｄ ディンプル
ＲＴ リトラクト機構
ＴＰ テーパ
Ｗ ワーク
Ｗ１ 内周面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合加工工具に関し、特に、スカイビング加工部、バニシング加工部、およびディンプル成形部を備えた複合加工工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリンダ等被加工物の穴の内面に切削とローラバニシング仕上げを同時に行う複合加工ツールが知られている。この複合加工ツールは、一方に切削加工を行うスカイビング加工部を設け、他方にローラバニシング加工を行うバニシング加工部を備えており、ツールを被加工部の内面に前進させるとスカイビング加工部の切削刃が被加工物内面を切削し、ツール後退時にバニシング加工部のローラがバニシング仕上げを行うものである。また、この種の複合加工ツールでは、前進時に切削とバニシング加工の両方を行うタイプのものもある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、シリンダ等の摺動面にディンプルを形成してバニシング加工を行う複合加工ツールがある。この種の複合加工ツールは、摺動面にバニシング加工を施すことで、耐久性、耐摩耗性を向上させると共に、潤滑性をよくするための油溜りとなるディンプルを成形するものである（例えば、特許文献２）。
この種の複合加工ツールは、同じリテーナに設置されたボールとローラが、リテーナ内部で回転している多角形状のマンドレルの凸部と接触したときに、ボールがリテーナから外側方向へ飛び出し被加工物内面に押し付けられることによってディンプルを成形しながら、ローラの転圧作用によって加工表面を滑らかに仕上げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−９４７５０号公報
【特許文献２】特開２００７−３０１６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これら従来の複合加工工具では、シリンダ等の被加工物の内面に切削、バニシング加工、およびディンプル成形加工を施す場合には、少なくとも２工程となり、それぞれの工程で使用される２種類のツールが必要になるため、工数もコストもかかってしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、前記した問題点を解決すべく、スカイビング加工部、バニシング加工部、およびディンプル成形部を備えた複合加工工具を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、筒状に形成され加工機に装着されるシャンクと、このシャンクに固定されたマンドレルと、このマンドレルに対して回転自在に外嵌されたフレームと、このフレームに保持された転動部材によりワークの内周面にバニシング加工を行うバニシング加工部と、前記フレームに出没自在に保持された転圧部材により前記ワークの内周面にディンプル成形を行うディンプル成形部と、前記シャンクの先端部に固定されたボディと、このボディに配設され切削加工を行なうスカイビング加工部と、を備えた複合加工工具であって、前記マンドレルの外周部には、周方向に沿って交互に配設された凹部と凸部からなる略多角形状の凹凸形状部が形成され、前記凹部と凸部が回転しながら交互に前記転圧部材に係合することで、当該転圧部材が前記フレームから出没して前記ディンプル成形を行うことを特徴とする。
【０００８】
なお、本発明において、バニシング加工を行う部材を「転動部材」、ディンプル成形を行う部材を「転圧部材」と呼称して便宜上両者を区別したが、「転動」と「転圧」の用語により厳格に動作を区別する趣旨ではない。
【０００９】
本発明に係る複合加工工具によれば、先端部にスカイビング加工部を備え、その後方にバニシング加工部とディンプル成形部を備えたことで、複合加工工具（ツール）の送り動作によりスカイビング加工とバニシング加工とディンプル成形加工を１ストローク内（前進時、または前進および後退時）で行うことができる。このため、本発明に係る複合加工工具は、加工工数を低減して生産性を向上させながら、耐久性が高く摺動特性の優れた仕上げ加工面を得ることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の複合加工工具であって、前記転動部材と前記転圧部材は、前記フレームの周方向に沿って交互に配設され、前記凹凸形状部の凸部は、前記マンドレルの外周面と同じ高さまたは当該外周面よりも低い高さからなる拡径部であり、前記凹部は、前記凸部の高さよりも低い高さで形成された縮径部であり、前記転動部材は、当該転動部材の両端外周部が前記マンドレルの軸方向に対して前記凹凸形状部を跨いで当該マンドレルの外周面に当接するように配設されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る複合加工装置によれば、前記転動部材と前記転圧部材は、前記凹凸形状部に係合するように前記フレームの周方向に沿って交互に配設され、当該転動部材の両端外周部が前記マンドレルの軸方向に対して前記凹凸形状部を跨いで当該マンドレルの外周面に当接するように配設されていることで、前記マンドレルを回転させると前記転動部材は前記凹凸形状部の凸部（マンドレルの外周面）に当接しながら転動してワークの内周面にバニシング加工を行い、一方、転圧部材は、前記凹凸形状部の凹部と凸部に交互に当接しながら径方向に出没してワークの内周面にディンプル成形を行うことができる。
【００１２】
このようにして、本発明に係る複合加工装置は、転動部材と転圧部材をフレームに適宜バランスよく配列することで、ワークの内周面に好適な形状のディンプル（油溜りとしての利用や摺動特性の向上に資する）を成形しながらバニシング加工を行なうことができるため、より耐久性が高く摺動特性の優れた仕上げ加工面を得ることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の複合加工工具であって、前記フレームの外周面には、クーラントを当該フレームの後端側から先端側へ流し出す縦溝が、前記転動部材と前記転圧部材の間に軸方向に沿って形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る複合加工装置によれば、前記縦溝を前記転動部材と前記転圧部材の間に軸方向に沿って形成したことで、前記縦溝、前記転動部材、および前記転圧部材を前記フレーム上にバランスよく配設することができる。
このため、前記縦溝により、ツールの先端部のスカイビング加工部までクーラントを供給することができるため、切削加工による切粉を円滑に排出しながら、バランスよくバニシング加工とディンプル成形加工を行なうことができる。このようにして、本発明に係る複合加工装置は、スカイビング加工とバニシング加工とディンプル成形加工を円滑に効率よく実現して生産性を向上させることができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合加工工具であって、前記マンドレルは、外周部に前記転動部材および転圧部材と接触するテーパを備えていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る複合加工装置によれば、外周部に前記転動部材および転圧部材と接触するテーパを備えていることで、マンドレルとフレームの軸方向における位置関係を調整することにより、前記転動部材および転圧部材の出没状態を適宜調整することができるため、ワークの使用条件に合わせた好適なバニシング加工およびスカイビング加工が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る複合加工工具は、スカイビング加工とバニシング加工とディンプル成形を円滑に効率よく１ストロークで実現することができるため、加工工数を低減して生産性を向上させながら、耐久性が高く摺動特性の優れた仕上げ加工面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る複合加工工具の構成を説明するための半断面図であり、（ａ）はスカイビング加工径を拡大した状態、（ｂ）はスカイビング加工径を縮小した状態を示す。
【図２】本発明の実施形態に係る複合加工工具の後部の構成を説明するための要部半断面図である。
【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は本発明の実施形態に係る複合加工工具により成形されたディンプルの状態を示す模式図である。
【図４】凹凸形状部とローラおよびボールとの関係を説明するための図であり、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）のローラ周りの要部拡大図である。
【図５】本発明の実施形態に係る複合加工工具のディンプル成形の様子を示すボール周りの要部断面図であり、（ａ）はディンプルを成形する状態、（ｂ）はディンプルが成形されない状態を示す。
【図６】本発明の実施形態に係る複合加工工具のスカイビング加工部の構成を説明するための要部半断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る複合加工工具におけるディンプルの成形状態を示す図であり、（ａ）はボールの配列を示す断面図、（ｂ）は成形されたディンプルの状態を示す模式図である。
【図８】比較例におけるディンプルの成形状態を示す図であり、（ａ）と（ｂ）は第１の比較例、（ｃ）と（ｄ）は第２の比較例を示し、（ａ）と（ｃ）はボールの配列を示す断面図、（ｂ）と（ｄ）は成形されたディンプルの状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態に係る複合加工工具１について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、説明の便宜上、複合加工工具１において、シャンク２が配設された側を後側（後部）といい、その反対側を前側（先端側、前部）という。
【００２０】
本発明の実施形態に係る複合加工工具１は、例えば、回転駆動させながら軸方向の送り装置を備えたマシニングセンタ等の図示しない加工機やスカイビング加工専用機に装着して使用することができる。
【００２１】
なお、スカイビング加工専用機は、図示は省略するが、切り屑の排出と潤滑、冷却、洗浄の目的で複合加工工具１にクーラントを供給し、ワークＷ（図１（ａ）参照）の一方の端部からワークＷの内面を通って他方の端部までクーラントを流通させながらワークＷの内面を高精度に効率よく加工し、耐摩耗性および表面粗さを飛躍的に向上させることができる。
このため、スカイビング加工専用機によれば、特に、建設機械やフォークリフトの油圧・空圧シリンダチューブ、各種ショックアブソーバ等のように過酷な条件下で使用され耐荷重性・耐久性が要求されるシリンダ部材等のワークＷの内面を好適に加工することができる。
【００２２】
本発明の実施形態に係る複合加工工具１は、図１（ａ）に示すように、図示しない加工機に装着されるシャンク２と、このシャンク２に固定されたマンドレル３と、このマンドレル３対して回転自在に外嵌されたフレーム４と、このフレーム４に保持された転動部材であるローラ５１からなるバニシング加工部５と、フレーム４から出没自在に保持された転圧部材であるボール６１からなるディンプル成形部６と、シャンク２の先端部に固定されたボディ８１と、このボディ８１に配設され切削加工を行なうスカイビング加工部８と、スカイビング加工による切削加工径であるスカイビング加工径δ１を拡大（図１（ａ））ないし縮小（図１（ｂ）のδ２）させるリトラクト機構ＲＴと、リトラクト機構ＲＴを駆動する往復移動機構９と、を備えている。
【００２３】
複合加工工具１は、図１に示すように、先端側から供給されるワークＷに対して、先端部に配設されたスカイビング加工部８でスカイビング加工を行なう。そして、スカイビング加工後に連続して、スカイビング加工部８よりも後方に直列して配設されたバニシング加工部５でバニシング仕上げを行い、同時にディンプル成形部６で油溜りとしての利用や摺動特性の向上に資するディンプル成形を行うことができる。
【００２４】
複合加工工具１は、本実施形態においては、ワークＷに対して前進時にスカイビング加工を行い、後退時にバニシング加工およびディンプル成形を行ういわゆる２ＷＡＹ方式の例について説明するが、ワークＷに対して前進時にスカイビング加工、並びにバニシング加工およびディンプル成形を行ういわゆる１ＷＡＹ方式を採用することもできる。
【００２５】
シャンク２は、図２に示すように、外径が縮径され中央部から先端側を構成する胴部２１と、後部側を構成する拡径された機械装着部２２と、先端部から後端部まで貫通する貫通孔からなる内周部２３と、を備えた略円筒形状をなしている。シャンク２の先端部にはボディ８１がキー８１ａで固定され（図１（ａ）参照）、胴部２１の外周部にはキー３ａと固定リング３ｂでマンドレル３が固定される。シャンク２は、機械装着部２２を加工機（不図示）に装着して回転するようになっている。
シャンク２の内周部２３には、リトラクトバー９１が進退自在に挿入され、リトラクトバー９１の後方にはピストン９２が摺動自在に装着されて、後記する往復移動機構９を構成している。
【００２６】
マンドレル３は、略円筒形状をなし、外周部には凹部３１ａと凸部３１ｂからなる凹凸形状部３１が形成され（図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）、（ｂ）参照）、外周部は後部側が縮径されたテーパＴＰ（図４参照）を備え、テーパＴＰにローラ５１およびボール６１が接触して係合するようになっている。
なお、本実施形態においては、２ＷＡＹ方式を採用しているため、テーパＴＰは、図４に示すように、後部側が縮径されているが、１ＷＡＹ方式を採用する場合には、本実施形態とは逆に後部側が拡径されたテーパを形成する。
【００２７】
凹凸形状部３１は、図３（ａ）に示すように、凹部３１ａと凸部３１ｂが交互に配設され、例えば、凹凸形状部３１における断面視において円周１５等分された略多角形の形状をなして構成することができる。具体的には、凹凸形状部３１は、周方向に沿って１回りするように軸方向における一定の範囲Ｌ１で（図４（ａ）参照）、円筒形状の部材から外周面３１ｃをそぎ落とすようにして周方向に沿ってそれぞれ１５箇所の凹部３１ａと凸部３１ｂを交互に形成して、凸部３１ｂが滑らかな曲面で形成された１５角形の略多角形状に形成されている。
【００２８】
ここで、凹凸形状部３１の凸部３１ｂは、マンドレル３の円筒形状部材の外周面３１ｃと同じ高さからなる拡径部（図５（ａ）参照）であり、凹部３１ａは、凸部３１ｂよりも低い高さの縮径部（図５（ｂ）参照）であり、外周面３１ｃから低くなるようにそぎ落として形成されている。
【００２９】
なお、本実施形態においては、加工し易くローラ５１をより強固に支持するために凸部３１ｂの高さをマンドレル３の外周面３１ｃの高さと同じにしたが、これに限定されるものではなく、凹部３１ａは外周面３１ｃからそぎ落として形成しなくてもよいし、凸部３１ｂの高さは、外周面３１ｃと同じ高さでなくてもよく、凹部３１ａよりも高く外周面３１ｃよりも低ければよい。
【００３０】
そして、凹凸形状部３１は、図４に示すように、フレーム４に保持されたボール６１およびローラ５１に係合するようにマンドレル３に形成されている。
具体的には、ボール６１は、マンドレル３が回転すると、凹凸形状部３１の凹部３１ａと凸部３１ｂに交互に遭遇して当接するように係合されている（図５参照）。一方、ローラ５１は、ローラ５１の両端外周部５１ａ，５１ｂが凹凸形状部３１を跨いでマンドレル３の外周面３１ｃに当接するように凹凸形状部３１に係合されている（図４（ｂ）参照）。
【００３１】
フレーム４は、図１（ａ）に示すように、マンドレル３に回転自在に外嵌された円筒状の部材であり、フレーム４には、ローラ５１が回転自在に保持され（図４（ｂ）参照）、ボール６１が出没自在に保持されるとともに、加工時に供給されるクーラントをフレーム４の後端側から先端側へ流し出す縦溝４１がローラ５１とボール６１の間に軸方向に沿って形成されている。
ローラ５１とボール６１は、一例として図３（ａ）に示すように、それぞれ周方向において５個ずつの合計１０箇所に１０等配で配設されている。
【００３２】
なお、フレーム４には、図１（ａ）に示すように、フレーム４を軸方向に移動させて位置を調整する位置調整機構４００が設けられている。
位置調整機構４００は、図２に示すように、フレーム４に一体として連結されたステム４０１と、シャンク２の外周部に螺入されたアジャストナット４０２と、を備え、アジャストナット４０２は、スラストベアリング４０３を介して、ステム４０１を軸方向に進退させるように構成されている。
【００３３】
かかる構成により、アジャストナット４０２を回転させてステム４０１に連結されたフレーム４を軸方向に進退させることで、マンドレル３に形成されたテーパＴＰ（図４（ｂ）参照）に沿ってローラ５１およびボール６１がフレーム４から出没し、ローラ５１によるバニシング加工径およびボール６１によるディンプルＤ（図５参照）の深さを調整できるようになっている。
【００３４】
バニシング加工部５は、図１に示すように、ローラ５１が転動しながらワークＷの内周面Ｗ１を押圧するように公転してバニシング加工（転圧加工）を行う部分である。
ローラ５１は、図４に示すように、凹凸形状部３１の軸方向長さＬ１よりも長いローラ長さＬ２を有する形状をなし、ローラ５１の両端外周部５１ａ，５１ｂがマンドレル３の軸方向に対して凹凸形状部３１を跨いでマンドレル３の外周面３１ｃに当接するように配設されている（図４（ｂ）参照）。
なお、バニシング加工部５において、線接触するローラ５１を使用することで、ディンプル成形部６により成形されたディンプルＤ（図５（ａ）参照）の周囲に隆起するように形成されたカエリが生じるような場合でも、この隆起したカエリを押しつぶすようにして、良好な仕上げ面を得ることができる。
【００３５】
かかる構成により、ローラ５１は、マンドレル３が回転しても凹凸形状部３１の凹部３１ａには当接することなく、常にマンドレル３の外周面３１ｃ（凹凸形状部３１の凸部３１ｂ）に当接して支持されながら凹部３１ａの上方を通過するため、径方向に振動することなく安定して転動しながらバニシング加工を行うことができる。
【００３６】
具体的には、図３（ａ）に示すように、マンドレル３が時計回りに回転すると（図のＲ参照）、ローラ５１は、反時計回りに自転するので（図のＲ１参照）、ワークＷの内周面Ｗ１（図１（ｂ）参照）に沿って押し付けられながら時計回りに公転（図のＲ２参照）して、バニシング加工を行う。このとき、ローラ５１の公転運動により、フレーム４も同様に時計回りに回転する（図のＲ２参照）。
【００３７】
ディンプル成形部６は、図５に示すように、マンドレル３の回転（図５のＲ参照）によりボール６１がフレーム４から出没することで、ワークＷの内周面Ｗ１にディンプルＤ（図３（ｂ）を併せて参照）の成形を行う部分である。
具体的には、マンドレル３が時計回りに回転して、ボール６１が、凹凸形状部３１の凸部３１ｂに遭遇して当接すると、径方向外側に回転しながら押し出されるのでワークＷの内周面Ｗ１にディンプルＤが成形される（図５（ａ）参照）。一方、マンドレル３がさらに回転して、ボール６１が凹凸形状部３１の凹部３１ａに遭遇すると、径方向内側に入り込むのでディンプルＤは形成されない（図５（ｂ）参照）。
【００３８】
このとき、フレーム４が時計回りに回転しているので、ボール６１は、ディンプルＤを成形しながら時計回りに公転するため（図３（ａ）のＲ２参照）、マンドレル３の回転方向（周方向）では、凸部３１ｂがボール６１に当接するたびにボール６１が径方向外側に押し出されながら公転するので、ワークＷ（図１参照）の内周面Ｗ１には周方向に長く延びたディンプルＤが形成される（図３（ｂ）参照）。
そして、同時にマンドレル３は送り方向に送られるため、マンドレル３の送り方向（前進方向）と周方向の動作を合わせると図３（ｂ）のようなディンプルＤが形成される。
【００３９】
図３（ｂ）は、本実施形態におけるローラ５１とボール６１がそれぞれ５個ずつの合計１０箇所に１０等配で配設され、マンドレル３の多角形状が１５角形の場合（図３（ａ）参照）におけるワークＷの内周面Ｗ１に形成されたディンプルＤの状態を示したものである。図３（ｂ）に示すように、本実施形態では、ワークＷの内周面Ｗ１においてディンプルＤが適切な割合で均一に成形されていることがわかる。そして、図３（ａ）に示すように、加工時に供給されるクーラントをフレーム４の後端側から先端側へ流し出す縦溝４１（図２参照）の断面積も十分に確保されているため、ワークＷの内周面Ｗ１に好適な摺動特性を得ることができる。
【００４０】
このようにして、複合加工装置１は、ローラ５１とボール６１をフレーム４に適宜バランスよく配列し、ローラ５１とボール６１の間には縦溝４１を軸方向に形成することで、ワークＷの内周面Ｗ１に好適な形状のディンプルＤを成形しながらバニシング加工を行ない、かつ、縦溝４１により切削加工による切粉を円滑に排出することができる。このため、スカイビング加工とバニシング加工とディンプル成形加工を円滑に効率よく実現して生産性を向上させながら、耐久性が高く摺動特性の優れた仕上げ加工面を得ることができる。
【００４１】
続いて、本実施形態（図３）と同じ回転数および送り速度における比較例について、図７を参照しながら説明する。
図７（ｂ）は、ローラ５１とボール６１がそれぞれ６個ずつの合計１２箇所に１２等配で配設され、マンドレル３の多角形状が１２角形の場合（図７（ａ）参照）におけるワークＷの内周面Ｗ１に形成されたディンプルＤの状態を示したものである。
図７（ａ）に示すように、この条件では、本実施形態（図３参照）と比較すると、ローラ５１とボール６１の数をそれぞれ１個ずつ増やし、マンドレル３の多角形状の角数も１５角形から１２角形に減らしている。
したがって、ディンプルＤの分布状態は、本実施形態（図３参照）よりもディンプルＤの間隔が若干密に形成されているが、均一に成形されている（図７（ｂ）参照）。そして、図７（ａ）に示すように、加工時に供給されるクーラントをフレーム４の後端側から先端側へ流し出す縦溝４１（図２）参照）の断面積も確保されているため、本実施形態（図３参照）の場合と同様に、ワークＷの内周面Ｗ１に好適な摺動特性を得ることができる。
【００４２】
図８（ｂ）は、ローラ５１とボール６１がそれぞれ８個ずつの合計１６箇所に１６等配で配設され、マンドレル３の略多角形状が１６角形の場合（図８（ａ）参照）におけるワークＷの内周面Ｗ１に形成されたディンプルＤの状態を示したものである。
図８（ａ）に示すように、この条件では、本実施形態（図３参照）と比較すると、ローラ５１とボール６１の数をそれぞれ３個ずつ増やし、マンドレル３の多角形状の角数も１５角形から１６角形に増やしている。したがって、ディンプルＤの分布状態は、本実施形態（図３参照）よりもディンプルＤの間隔が狭くなり密に形成されているため（図８（ｂ）参照）、油溜りとしての高い効果を期待する場合には好適な条件となるが、クーラントを供給する縦溝４１（図２参照）の断面積が減少する。
【００４３】
図８（ｄ）は、ローラ５１とボール６１がそれぞれ周方向において６個ずつの合計１２箇所に１２等配で配設され、マンドレル３の多角形状が１８角形の場合（図８（ｃ）参照）におけるワークＷの内周面Ｗ１に形成されたディンプルＤの状態を示したものである。
図８（ｃ）に示すように、この条件では、本実施形態（図３参照）と比較すると、ローラ５１とボール６１の数をそれぞれ１個ずつ増やし、マンドレル３の多角形状の角数を１５角形から１８角形に増やしている。
したがって、ディンプルＤの分布状態は、本実施形態（図３参照）よりもディンプルＤの周方向におけるディンプルＤの個々の間隔が長くなるため（図８（ｄ）参照）、均一な密のディンプルＤを形成できない状態となる。
【００４４】
スカイビング加工部８は、図６に示すように、筒状に形成されたボディ８１の外周部に配設された切削加工刃であるチップＣを固定するカートリッチ８２と、このカートリッチ８２の底部に配設された調整ブロック８３と、ボディ８１に進退自在に内挿されたリトラクトピン８４と、を備えている。
【００４５】
カートリッチ８２は、駒形の形状をなし、ボディ８１の外周部に形成された凹部８１ｂに嵌め込まれて図示しない付勢手段によりボディ８１の中心方向に付勢されるようにして装着されている。かかる構成により、この図示しない付勢手段によりスカイビング加工径δ１を小さくする方向に付勢されるため、カートリッチ８２の底部に配設された調整ブロック８３がリトラクトピン８４を押し付けて密着するように作用する。
【００４６】
カートリッチ８２の底部には、軸方向に勾配を有する溝８２ａが形成され、この溝８２ａに調整ブロック８３がはまり込むようにして、軸方向に位置調整自在に調整ねじ８３ａで固定されている。かかる構成により、調整ブロック８３を溝８２ａに沿って軸方向に移動させることで、スカイビング加工径δ１を調整することができる。
【００４７】
具体的には、位置調整ねじ８３ａにより調整ブロック８３を前進方向に移動させるとスカイビング加工径δ１（図１（ａ）参照）が縮小し、調整ブロック８３を後退方向に移動させるとスカイビング加工径δ１が拡大する。このように、調整ブロック８３を溝８２ａに沿って軸方向に移動させることで、切削加工径δ１を微調整することができるため、要求される品質等に応じて柔軟な対応が可能となる。
【００４８】
なお、カートリッチ８２の中央部にはガイド８６が取り付けられている。ガイド８６は、スカイビング加工面にポート穴等がある場合にカッタ（チップＣ）が穴に落ち込まないように取り付ける部品であり、ガイド８６とチップＣとは同じ高さになるように取り付けられる。
【００４９】
調整ブロック８３には、リトラクトピン８４の方向（ボディ８１の中心方向）に向かって、リトラクトピン８４の大径部８４ａまたは小径部８４ｂと係合可能な凸部８３ｂが形成されている。
リトラクトピン８４は、付勢手段８４ｃにより後退方向に付勢された状態でリトラクトバー９１との間に遊びλ（図１（ａ））を設けてボディ８１の内周部に装着され、調整ブロック８３の凸部８３ｂと係合される大径部８４ａと小径部８４ｂとを備えた段付き形状に形成されている。
【００５０】
かかる構成により、スカイビング加工径δ１を拡大（図１（ａ））ないし縮小（図１（ｂ）のδ２）させるリトラクト機構ＲＴを構成する。すなわち、付勢手段８４ｃにより、リトラクトピン８４が後退した状態では、図１（ａ）に示すように、リトラクトピン８４の大径部８４ａと調整ブロック８３の凸部８３ｂが係合して、スカイビング加工径δ１が拡大された状態となる。
【００５１】
一方、後記する往復移動機構９により、リトラクトバー９１を介してリトラクトピン８４が前進した状態では、リトラクトピン８４の大径部８４ａと調整ブロック８３の凸部８３ｂとの係合が解除され、リトラクトピン８４の小径部８４ｂと調整ブロック８３の凸部８３ｂとが係合されるため、図１（ｂ）に示すように、スカイビング加工径δ１（図１（ａ））が縮小されてδ２となる。
【００５２】
なお、ボディ８１の外周面には、図１（ａ）に示すように、台のようにボディ８１の外周面から突出して形成されたガイドパット８５が数箇所取り付けられている。このガイドパット８５は、ワークＷを安定して保持することで、振動を抑制し安定した加工精度を保つ役割を果たしている。
【００５３】
往復移動機構９は、図２に示すように、ボディ８１に内挿されたリトラクトピン８４と同軸になるようにシャンク２に内挿されたリトラクトバー９１と（図１参照）、リトラクトバー９１に固定されたピストン９２と、このピストン９２を前進方向に移動させる流体供給路９３と、ピストン９２を後退方向に付勢する付勢手段であるスプリング９４と、を備えている。
【００５４】
かかる構成により、往復移動機構９は、図示しないエア供給源から流体供給路９３にエア（動力源としての圧力流体）を供給または停止することで、リトラクトバー９１を前進または後退させることができる。
具体的には、流体供給路９３にエアを供給しない状態では、図１（ａ）に示すように、スプリング９４によりリトラクトバー９１が後退位置に戻されている。このため、リトラクト機構ＲＴを構成するリトラクトピン８４も付勢手段８４ｃにより後退位置に戻されている（図６参照）。
一方、流体供給路９３にエアを供給すると、このエアの流体圧力により、スプリング９４の付勢力に抗してピストン９２が前進するため、リトラクトバー９１を前進させることができる。
【００５５】
このように、往復移動機構９によれば、流体供給路９３を設けてピストン９２からリトラクトバー９１を介してリトラクトピン８４をエアで駆動することで、簡易な構成でリトラクト機構ＲＴの安定した動作を確保することができる。
【００５６】
続いて、以上のように構成された本実施形態に係る複合加工工具１の動作について説明する。複合加工工具１は、図１（ａ）に示すように、先端側から供給されるワークＷに対して、リトラクト機構ＲＴにより切削加工径δ１を拡径した状態で先端部に配設されたスカイビング加工部８でスカイビング加工を行なう。
【００５７】
そして、スカイビング加工後に連続して、ワークＷの後退時には、図１（ｂ）に示すように、リトラクト機構ＲＴにより切削加工径を縮小して（切削加工径δ２）、スカイビング加工部８よりも後方に直列して配設されたバニシング加工部５でバニシング仕上げを行い、同時にディンプル成形部６でディンプル成形を行うことができる。
【００５８】
このため、リトラクト機構ＲＴを設けたことで、バニシング加工およびディンプル成形加工時における切削加工刃であるチップＣによるワークとの干渉を確実に防止することができる（図１（ｂ）参照）。
【００５９】
このようにして、複合加工工具１は、複合加工工具１またはワークＷの送り動作によりスカイビング加工とバニシング加工とディンプル成形加工を１ストローク内で行うことができるため、加工工数を低減して生産性を向上させながら、耐久性が高く摺動特性の優れた仕上げ加工面を得ることができる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、複合加工工具１の前進送り時にスカイビング加工を行ない、後退時にバニシング加工とディンプル成形を行なうようにしたが、これに限定されるものではなく、生産性を考慮して前進送り時にスカイビング加工、バニシング加工、およびディンプル成形を同時に行ない、後退時は早戻しするようにしてもよい。
【００６１】
また、本実施形態においては、凹凸形状部３１に対してローラ５１とボール６１が係合するように構成したが、ローラ５１とボール６１を軸方向に沿って並べ、ボール６１に係合する位置に凹凸形状部３１を形成してローラ５１には凹凸形状部３１が係合しないようにすることもできる。
【００６２】
また、本実施形態においては、バニシング加工部５の転動部材をローラ５１で構成し、ディンプル成形部６の転圧部材をボール６１で構成したが、これに限定されるものではなく、転動部材をボール（球体）で構成し、転圧部材をローラで構成することもできる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 複合加工工具
２ シャンク
３ マンドレル
３ａ キー
３ｂ 固定リング
４ フレーム
５ バニシング加工部
６ ディンプル成形部
８ スカイビング加工部
９ 往復移動機構
３１ 凹凸形状部
３１ａ 凹部
３１ｂ 凸部
３１ｃ 外周面
４１ 縦溝
５１ ローラ（転動部材）
５１ａ，５１ｂ 両端外周部
６１ ボール（転圧部材）
８１ ボディ
Ｃ チップ（切削加工刃）
Ｄ ディンプル
ＲＴ リトラクト機構
ＴＰ テーパ
Ｗ ワーク
Ｗ１ 内周面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成され加工機に装着されるシャンクと、
このシャンクに固定されたマンドレルと、
このマンドレルに対して回転自在に外嵌されたフレームと、
このフレームに保持された転動部材によりワークの内周面にバニシング加工を行うバニシング加工部と、
前記フレームに出没自在に保持された転圧部材により前記ワークの内周面にディンプル成形を行うディンプル成形部と、
前記シャンクの先端部に固定されたボディと、
このボディに配設され切削加工を行なうスカイビング加工部と、を備えた複合加工工具であって、
前記マンドレルの外周部には、周方向に沿って交互に配設された凹部と凸部からなる略多角形状の凹凸形状部が形成され、前記凹部と凸部が回転しながら交互に前記転圧部材に係合することで、当該転圧部材が前記フレームから出没して前記ディンプル成形を行うことを特徴とする複合加工工具。
【請求項２】
前記転動部材と前記転圧部材は、前記凹凸形状部に係合するように前記フレームの周方向に沿って交互に配設され、
前記凹凸形状部の凸部は、前記マンドレルの外周面と同じ高さまたは当該外周面よりも低い高さからなる拡径部であり、前記凹部は、前記凸部の高さよりも低い高さで形成された縮径部であり、
前記転動部材は、当該転動部材の両端外周部が前記マンドレルの軸方向に対して前記凹凸形状部を跨いで当該マンドレルの外周面に当接するように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の複合加工工具。
【請求項３】
前記フレームの外周面には、クーラントを当該フレームの後端側から先端側へ流し出す縦溝が、前記転動部材と前記転圧部材の間に軸方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項２に記載の複合加工工具。
【請求項４】
前記マンドレルは、外周部に前記転動部材および転圧部材と接触するテーパを備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合加工工具。
【請求項１】
筒状に形成され加工機に装着されるシャンクと、
このシャンクに固定されたマンドレルと、
このマンドレルに対して回転自在に外嵌されたフレームと、
このフレームに保持された転動部材によりワークの内周面にバニシング加工を行うバニシング加工部と、
前記フレームに出没自在に保持された転圧部材により前記ワークの内周面にディンプル成形を行うディンプル成形部と、
前記シャンクの先端部に固定されたボディと、
このボディに配設され切削加工を行なうスカイビング加工部と、を備えた複合加工工具であって、
前記マンドレルの外周部には、周方向に沿って交互に配設された凹部と凸部からなる略多角形状の凹凸形状部が形成され、前記凹部と凸部が回転しながら交互に前記転圧部材に係合することで、当該転圧部材が前記フレームから出没して前記ディンプル成形を行うことを特徴とする複合加工工具。
【請求項２】
前記転動部材と前記転圧部材は、前記凹凸形状部に係合するように前記フレームの周方向に沿って交互に配設され、
前記凹凸形状部の凸部は、前記マンドレルの外周面と同じ高さまたは当該外周面よりも低い高さからなる拡径部であり、前記凹部は、前記凸部の高さよりも低い高さで形成された縮径部であり、
前記転動部材は、当該転動部材の両端外周部が前記マンドレルの軸方向に対して前記凹凸形状部を跨いで当該マンドレルの外周面に当接するように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の複合加工工具。
【請求項３】
前記フレームの外周面には、クーラントを当該フレームの後端側から先端側へ流し出す縦溝が、前記転動部材と前記転圧部材の間に軸方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項２に記載の複合加工工具。
【請求項４】
前記マンドレルは、外周部に前記転動部材および転圧部材と接触するテーパを備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合加工工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１２５８６０（Ｐ２０１２−１２５８６０Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７８１０９（Ｐ２０１０−２７８１０９）
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００１３２１６１）株式会社スギノマシン (144)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００１３２１６１）株式会社スギノマシン (144)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]