JP2005238440A - 被削材を切削加工するための工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 被削材を切削加工するための工具において、冷却／潤滑剤の汚れによる操作ユニットへの悪影響を防止する。
【解決手段】 この工具は、被削材を切削加工するための工具であって、冷却／潤滑剤供給部（５）と、操作部材（４５）および操作媒体回路を備え工具（１）の付加機能を作動開始するための操作ユニット（１１）と、を有している。この工具は、一方では冷却／潤滑剤（１５）で、かつ他方では操作媒体（１７）で付勢可能な分離部材が設けられることによって、操作ユニット（１１）が冷却／潤滑剤供給部（５）から分離されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載されている、被削材を切削加工するための工具に関するものである。

本件出願で対象となる種類の工具は公知である。本件出願で特に対象となるのは、一方では加工される被削材表面を冷却／潤滑する役目を果たすとともに、他方では、操作部材と操作媒体とを有する工具の操作ユニットを作動開始させる役目も果たす、冷却／潤滑剤供給部を有している工具である。

本件出願で対象とする種類の操作ユニットは、例えば部分工具として用いられて特殊な加工ステップを実施することができる付加部材の引込み・繰出しといった、工具の付加機能を作動開始させる役目を果たす。このような種類の操作ユニットを備える工具は、例えば加工された穴壁に溝を加工し、あるいは、内燃機関のエンジンブロックにバルブシートを加工し、これに直接に関連してバルブガイドを加工するために利用することができる。

回路の中で循環する冷却／潤滑剤は、被削材を切削加工するときに発生する、例えば珪素粒子等の不純物を含んでいることが知られており、こうした不純物は、操作ユニットの高い磨耗や可動粒子の付着につながるという理由から、操作ユニットにとって不都合である。そのため、このような不都合を少なく抑えるために、高いコストのかかるフィルタ対策が必要となる。しかし、磨耗現象は多大なコストをかけなくては完全に回避することができない。

冷却／潤滑剤供給部と、操作部材および操作媒体回路を備える操作ユニットとを有する、被削材を切削加工するための工具も公知である（特許文献１）。この操作ユニットは冷却／潤滑剤供給部から分離されている。その分離の要諦は、冷却／潤滑剤供給部が工具の切れ刃に付属しており、被削材の加工時に被削材との間で作用する切れ刃に冷却／潤滑剤を供給する役目をするという点にある。操作装置は、冷却／潤滑剤供給部から分離された独自の媒体供給部を有しており、圧縮空気または作動油の供給を受ける。つまり、この工具は、一方では冷却／潤滑剤供給部を備えることを特徴としており、また他方では、分離された圧縮空気供給部または作動油供給部を備えることを特徴としている。このことは、工具の構造を高価なものにしている。
ドイツ特許出願公開第１００４４９７２−Ａ１号明細書

そこで、本発明の課題は、このような欠点を回避する、冒頭に述べた種類の工具を提供することにある。

この課題を解決するために、請求項１に記載の構成要件を有する工具が提案される。この工具では、操作ユニットが冷却／潤滑剤供給部から完全に分離されており、それにより、冷却／潤滑剤の汚れによる操作ユニットへの悪影響が起こり得ないようにすることが意図されている。この工具は、一方では冷却／潤滑剤で付勢可能な、かつ他方では操作ユニットを作動開始させる役目をする操作媒体で付勢可能な分離部材が設けられことを特徴としている。この分離部材により、操作部材およびその操作媒体が汚れから確実に防護される。

分離部材が膜として構成されている工具の実施形態が格別に好ましい。この膜は、一方では冷却／潤滑剤供給部、他方では操作媒体と接触する。このように、両方の媒体の機械的な分離を成立させ、物質の化学特性や工具の作動時に発生する温度に合わせて膜を製作し、それによって高い耐久性を確保することが可能である。

その他の実施形態は他の従属請求項に記載されている。

次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。

工具１はシャンク３を有しており、このシャンクによって直接的に、またはアダプタ等を介して、工具１を通常回転させる工作機械と連結可能である。部分縦断面図は、本例では工具の中心軸７に対して同心的に延びる供給通路９を有する冷却／潤滑剤供給部５を示している。

工具１は、工具１の付加機能を具体化する役目をする、基本的に周知の操作ユニット１１を含んでいる。この工具は、例えば穴表面の切削加工に用いることができ、リーマを含んでいる。工具で製作または加工された穴表面に溝を加工するために、操作ユニット１１によって、中心軸７に対して半径方向に可動の切削装置を作動開始することができる。あるいは、本例で対象としている種類の操作ユニット１１は、それ以外の数多くの利用目的に供することができる。決定的に重要なのは、付加機能を具体化するために、工具の他の加工形態に関わりなく操作ユニットを作動開始可能なことである。

操作ユニット１１は、ここに示す工具１では、冷却／潤滑剤供給部５を介して制御される。このように、工具１の設計を高価で故障しやすいものにする追加の作動開始装置を省略することができる。例えば、第１の加工ステップを工具１によって所与の冷却／潤滑剤圧力ｐ１で実施し、操作ユニット１１を作動開始させるために、この圧力をいっそう高い値ｐ２に高めることが可能である。操作ユニット１１は、冷却／潤滑剤圧力が特定の限界値を超えたときに初めて反応して付加機能を作動開始させるように設計されている。

通常の工作機械では、冷却／潤滑剤が回路の中で循環しており、工具の使用時に削ぎ取られる切屑が除去される。フィルタ装置は、高いコストを要するにもかかわらず、操作ユニット１１に不都合な影響を及ぼす残滓が冷却／潤滑剤の中に残るのを完全に回避することはできない。その理由から、特に珪素粒子が障害となる。珪素粒子は非常に研磨作用が高いからである。図面に示している工具の実施形態は、操作ユニット１１が冷却／潤滑剤回路から完全に分離されており、すなわち、冷却／潤滑剤と接触することがないという特徴がある。このことを具体化するために、一方では操作ユニット１１に付属する操作媒体１７と協働し、また他方では冷却／潤滑剤と協働する分離部材が設けられている。分離部材は、これら両方の媒体が互いに接触しないように構成されている。

例えば、分離部材は、中心軸の方向に穴の中で変位可能なピストンとして構成されていてよい。この穴は円筒状に構成されるのが好ましく、この分離部材は円筒ピストンである。ピストン外面と円筒穴の内面との間の接触領域には、適当なシール手段を設けることができる。決定的に重要なのは、分離部材および場合により設けられるシール手段が、一方の冷却／潤滑剤および他方の操作媒体によって攻撃されない材料でできており、それにより、操作ユニット１１およびこれに付属する操作媒体１７と、冷却／潤滑剤回路およびこれに伴う冷却／潤滑剤媒体との完全な分離が保証されることである。

ピストンとして可動に構成された分離部材に代えて、張り渡されて縁部のところで固定され、操作媒体１７を冷却／潤滑剤回路から分離し、例えば変形することによって冷却／潤滑剤回路の圧力変動を操作媒体１７に伝達する可撓性のプレートを設けることもできる。

ここに図示した実施形態では、一方では供給通路９を通って運び込まれる冷却／潤滑剤１５で付勢される膜１３として分離部材が構成されている。他方では、この膜は操作ユニット１１の操作媒体１７で付勢されており、冷却／潤滑剤１５と操作媒体１７は膜１３によって互いに完全に分離された状態に保たれる。

図面が明らかに示しているように、膜１３は室１９を２つの領域に分けており、第１の部分室２１は供給通路１９と流体接続されており、第２の部分室２３は操作媒体１７を含んでいる。

図面に断面図で示している室１９は、中心軸１７に対して垂直な方向で見て、実質的に円形に構成されている。この室は、図面の断面図が示すように、湾曲した２つの仕切壁２５および２７を有しており、これらの仕切壁は仮想的な中心面２９に対して実質的に左右対称または鏡像対称に構成されており、外方に向かって反対の方向に湾曲している。膜１３に一方の側で圧力が作用すると、膜は他方の側に向かって湾曲することができる。仕切壁２５および２７は、最大限偏向した膜１３の輪郭に呼応するように構成されるのが好ましい。それにより、膜１３が場合により仕切壁２５、２７に当接し、それによって支持されるので、膜１３が損傷する危険性が最低限に抑えられる。

ここに図示した工具１では、部分室２１は少なくとも１つの連絡通路３１、３１’を介して供給通路９とつながっており、それによって冷却／潤滑剤供給部５とつながっている。このように、供給通路９を介して運び込まれる冷却／潤滑剤は、連絡通路３１、３１’を介して部分室２１へ到達することができる。

供給通路９は分配室３３に連通しており、この分配室から連絡通路３１、３１’が発するとともに、本例では複数の穴でできた、工具１の本体３７にある通路３５が発している。この通路は、二重矢印３９で図示しているように、被削材の切削加工が行われる領域へと冷却／潤滑剤を誘導する。

操作媒体１７で満たされた第２の部分室２３は、本体３７の少なくとも１つの穴によって具体化される第１の通路４１を介して、内部に操作ピストン４５が可動に支承された圧力室４３とつながっている。圧力室４３の壁部４７に対して、操作ピストン４５は適当なシール装置４９により封止されている。

圧力室４３と反対を向いているほうの操作ピストン４５の側には、補償室５１が設けられており、この補償室の内部では圧力室４３よりも低い圧力が発生しているので、圧力室４３で圧力が生成されると、操作ピストン４５が補償室５１の方向に向かって動く。

ここに図示した工具１では、操作ピストン４５は中心軸７に対して同軸に配置されるのが好ましい。操作ピストンは復帰装置５３と協働し、この復帰装置は例えばガス圧ばねとして構成されており、部分室２３およびこれに伴う圧力室４３に第１の圧力ｐ１があるときに、操作ユニット１１が作動停止される図面に示す初期位置へと操作ピストン４５が押し戻されるように働く。

図面に示す工具１では、復帰装置５３のガス圧ばねは、本例では中心軸７に対して横向きに延びるストッパピンとして構成された、適当な受け部５５に支持されている。

図面に示す状態では、部分室２１および２３の内部で、例えばｐ１である同じ大きさの圧力が生じているので、膜１３は偏向しておらず、中心面２９に位置している。工具１が供給通路９の領域と圧力室４３の領域でいずれも無圧のときにも、膜１３はこの位置にある。

冷却／潤滑剤供給部５の圧力が高まると、冷却／潤滑剤は供給通路９と、分配室３３と、連絡通路３１、３１’とを介して、圧力＞ｐ１のもとで第１の部分室２１に到達する。柔軟な膜１３により、膜１３が仕切壁２７に向かう方向へ偏向することで、この高い圧力ｐ２を部分室２３へ伝えることができる。それによって操作媒体１７が部分室２３から第１の通路４１を通って圧力室４３へ送出される。このことは、少なくとも、圧力ｐ２によって復帰装置５３の背圧が克服される場合に起こる。この場合、操作ピストン４５は、補償室５１に向かう方向へ右方に動く。中心軸７の方向で測ったときの補償室５１の長さは、圧力室４３と向かい合うほうの補償室５１の仕切壁５７が、操作ピストン４５に対するストッパとしての役目をするように設定されている。このように、操作ピストンは、図面に示す位置から中心軸７に沿って仕切壁５７まで動くことができる。このような操作ピストン５３の軸方向のスライドが、工具１の付加機能を実行するために適当なやり方で利用される。

例えば、穴壁に溝が製作された後、あるいは面取りが製作された後に付加機能を作動停止させために、冷却／潤滑剤供給部５の圧力を高い値ｐ２から低い値ｐ１まで下げることによって、操作ユニット１１が作動停止する。

圧力室４３の圧力が低下すると、復帰装置５３は、操作ピストン４５を再び図面に示す初期位置へと戻るように変位させることができ、このとき、操作媒体１７は、圧力室４３から第１の通路４１を介して部分室２３へ押し戻される。その結果として、膜１３が再び図面に示す初期位置へと弾性作用で復帰する。

操作ユニット１１は、一方では圧力室４３、他方では部分室２３とそれぞれ流体接続されたバルブ装置５９を有している。つまりこのバルブ装置は、操作ユニット１１の制御経路または入力部に設けられている。バルブ装置は、逆止め弁として構成されるのが好ましく、部分室２３と圧力室４３の間の第２の通路６１に、部分室２３の圧力が圧力室４３よりも高くなると第２の通路６１が閉じるように配置される。圧力関係がこれと逆ならば、操作媒体１７は、圧力室４３から妨げられることなく第２の通路６１を介して第２の部分室２３へ到達することができる。つまり、この場合、圧力室４３と第２の部分室２３の間に追加の接続が成立する。圧力室４３から流れ戻る操作媒体１７は、第１の通路４１と第２の通路６１の両方を通って流れることができる。

ここで説明しているバルブ装置５９の実施形態は、図面に示す位置から、操作ピストン４５が仕切壁５７に当接する第２の位置への操作ピストン４５の第１の運動が、第１の通路４１における操作媒体１７の流速によって規定されるという結果につながる。この流速に影響を与えるために、特に調整可能な絞り部６３を第１の通路４１に設けることができる。この絞り部は、操作ユニット１１が作動開始されるときに、操作ピストン４５の速度を所定の値に制限する役目を果たす。

操作ユニット１１が作動停止されるとき、すなわち第１の圧力室２１の圧力低下によって第２の圧力室２３の圧力降下が起こるとき、操作媒体１７は追加的に第２の通路６３を介して第２の部分室２３に流れ戻ることができる。このように、操作ユニット１１が作動停止するときの操作ピストン４５の運動は、作動開始のときよりもはるかに迅速に行うことができる。

以上の説明から明らかなように、絞り部６３とバルブ装置５９が適当に設計されていれば、操作ピストン４５の運動に逆の影響を与えることも可能である。すなわち、作動停止のときよりも作動開始のときにはるかに急速に操作ピストンを繰り出すことも可能である。

図１は、室１９を中心軸２９の領域で開くことができる様子を示している。本図には、例えばネジ６７、６７’等の適当なやり方で基部６９に取り付けられた蓋６５が明らかに見られる。図面に示す蓋６５が閉じた状態のとき、蓋６５と基部６９の間には膜１３がしっかり挟み込まれ、それによって部分室２１および２３が圧力のもとでも漏れを生じないで分離される。位置固定をするために、例えば基部６９の波状突起７１等の適当な手段をここに設けることができる。

分離部材として利用される膜１３そのものは、工具１の作動時に生じる圧力状況に耐えることができるように構成されている。例えば、膜は、場合により相応の補強部を有する弾性材料でできていてよい。原則として、金属膜（波形付けされたものも含む）を利用することができる。しかしながら、冷却／潤滑剤供給部５で圧力変動が生じたときの膜１３のいっそう大きな偏向を確保するために、膜はプラスチック等からなるのが好ましく、適当な繊維で補強することができる。

膜１３は、複合材料で製作されるのが格別に好ましく、すなわち多層であってよく、一方の側には冷却剤１５に対して特別に耐性の高い材料を有し、他方の側には操作媒体１７に合わせて特別に適合化された材料を有している。これらの材料は、工具１が使用される温度状況にも合わせて適合化しなくてはならない。

全体として、操作ユニット１１が工具１の冷却／潤滑剤供給部５から完全に分離されているのは明らかである。このことは、操作ユニット１１によって作動開始・作動停止される部分についてばかりでなく、つまり操作ピストン５と連結された工具部分ばかりでなく、操作ピストン４５の制御側についても言える。操作ピストンは、冷却／潤滑剤１５の中にある何らかの不純物がいかなる状況のもとでも入り込むことがない操作媒体１７、例えばオイルとのみ接触する。

このことは、操作ユニット１１の非常に高い動作信頼性につながるとともに、冷却／潤滑剤を洗浄するときに通常払わなくてはならないコストを低減させる。

工具を部分縦断面図で示す原理図である。

符号の説明

１・・・工具、３・・・シャンク、５・・・冷却／潤滑剤供給部、７・・・中心軸、９、１９・・・供給通路、１１・・・操作ユニット、１３・・・膜、１５・・・冷却／潤滑剤、１７・・・操作媒体、２１・・・第１の部分室、２３・・・第２の部分室、２５、２７、５７・・・仕切壁、２９・・・中心面、３１、３１’・・・連絡通路、３３・・・分配室、３５・・・通路、３７・・・本体、４１・・・第１の通路、４３・・・圧力室、４５・・・操作ピストン、４７・・・壁部、４９・・・シール装置、５１・・・補償室、５３・・・復帰装置、５５・・・受け部、５９・・・バルブ装置、６１・・・第２の通路、６３・・・絞り部、６５・・・蓋、６７、６７’・・・ネジ、６９・・・基部、７１・・・波状突起。

Claims (13)

1. 被削材を切削加工するための工具（１）であって、
   冷却／潤滑剤供給部（５）と、
   操作部材（４５）および操作媒体回路を備え、工具（１）の付加機能を作動開始させるための操作ユニット（１１）と、を有し、
   一方では冷却／潤滑剤（１５）で、かつ他方では操作媒体（１７）で付勢可能な分離部材が設けられることによって、操作ユニット（１１）が冷却／潤滑剤供給部（５）から分離されていることを特徴とする、被削材を切削加工するための工具。
2. 前記分離部材は、膜（１３）として構成されている、請求項１に記載の工具。
3. 前記膜（１３）は、一方が冷却／潤滑剤供給部（９）他方が操作媒体（１７）にそれぞれ流体接続された室（１９）を区切っている、請求項２に記載の工具。
4. 前記室（１９）は、平面図で見て円形である、請求項３に記載の工具。
5. 前記室（１９）は、仮想的な中心面（２９）に対して鏡像対称に配置されていて外方に向かって反対方向へ湾曲する曲った仕切壁（２５、２７）を有している、請求項３または４に記載の工具。
6. 前記膜（１３）は、無圧状態または平衡状態のときに中心面（２９）に配置されている、請求項２から５のいずれか１項に記載の工具。
7. 前記膜は金属でできており、または金属を含んでいる、請求項２から６のいずれか１項に記載の工具。
8. 前記膜はプラスチックでできており、またはプラスチックを含んでいる、請求項２から６のいずれか１項に記載の工具。
9. 前記膜は多層であり、特別に耐冷却剤性／耐潤滑剤性の表面と、特別に耐操作媒体性の表面とを有している、請求項２から８のいずれか１項に記載の工具。
10. 前記膜（１３）は複合材料でできている、請求項１から９のいずれか１項に記載の工具。
11. 操作部材（４５）と協働する復帰装置（５３）を備えている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の工具。
12. 特に操作媒体回路に配置されたバルブ装置（５９）を備えている、請求項１から１１のいずれか１項に記載の工具。
13. 前記バルブ装置（５９）は、運動方向に応じて操作部材（４５）の異なる運動速度を可能にする逆止め弁を有している、請求項１２に記載の工具。

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