特許 7559422 ラインボーリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】ラインボーリング装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 5/06 20060101AFI20240925BHJP

   B24B 33/02 20060101ALI20240925BHJP

   B23B 41/12 20060101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

B24B5/06

B24B33/02

B23B41/12

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020138689

(22)【出願日】2020-08-19

(65)【公開番号】P2022034811

(43)【公開日】2022-03-04

【審査請求日】2023-07-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】原田 淳一

【審査官】亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－１６６９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３０５６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２０５８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１－１２１１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１１４４０１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ５／０６

Ｂ２４Ｂ ３３／０２

Ｂ２３Ｂ ２９／０２

Ｂ２３Ｂ ３５／００ － ４１／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

母機と、
一方側に自在継手が設けられた第１の固定部を有し、他方側に第１の研削部を有し、前記第１の固定部が加工機本体に固定される第１の加工工具と、
一方側に自在継手が設けられた第２の固定部を有し、他方側に第２の研削部を有し、前記第２の固定部側が前記加工機本体に固定される第２の加工工具と、
前記第１の加工工具と、前記第２の加工工具と、により加工される加工対象物を治具ベース上で固定する治具と、
前記母機に設けられ、前記治具ベースを回転させることで、前記治具の向きを変更させるターンテーブルと、を備え、
前記治具は、
前記加工対象物の一方の端部が前記治具ベースに対して位置決めされた箇所の近傍で、前記治具ベース上に配置され、前記治具ベースと固定された前部サポートと、
前記加工対象物の他方の端部が前記治具ベースに対して位置決めされた箇所の近傍で、前記治具ベース上に配置され、前記治具ベースと固定された後部サポートと、
前記前部サポートと前記後部サポートの間に配置されているとともに、前記治具ベース上に配置され、前記治具ベースと固定された中間サポートと、
前記治具ベースに固定されるとともに、前記加工対象物の上方を固定するワーククランパと、を有し、
前記ワーククランパに前記加工対象物が固定された状態で、かつ、前記加工機本体に対して前記第１の固定部が固定されている前記第１の加工工具の前記第１の研削部が、前記前部サポートと前記中間サポートの両方にサポートされた状態で、前記加工対象物の加工を行い、
前記ターンテーブルを回転動作させることで、前記治具の向きを変更し、
その後、前記加工機本体に対して前記第２の固定部が固定されている前記第２の加工工具の前記第２の研削部が、前記後部サポートと前記中間サポートの両方にサポートされた状態で、前記加工対象物の加工を行う、
ラインボーリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ラインボーリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等に用いられるエンジンにおいて、シリンダーとクランケースとを一体化させたシリンダブロックが用いられている。このシリンダブロックでは、クランクシャフト用軸受け部について、ラインボーリング加工が行われる。エンジンの他部位の加工と比較しても、同軸度等の加工精度の高精度化が要求される加工である。

【0003】

従来、このような分野の技術として、特開２０１２－１３５８２４号公報がある。この公報では、１つの加工工具でシリンダブロックの中ぐり加工することによるクランクシャフト用軸受け部の加工方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－１３５８２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここでラインボーリング装置では、加工工具が母機に固定されており、加工対象物が治具に固定された状態で加工を行う。このようなラインボーリング装置では、母機の熱変異による加工工具の位置ずれや、治具に固定された加工対象物の向きを変更するためのターンテーブルの停止精度の低さにより、加工対象物の加工精度が低下するおそれがある。

【0006】

また、前述した従来の加工方法では、１つの加工工具で加工を実施しているため、加工対象物や加工工具のタワミ変形の影響によって、加工精度が悪化してしまうおそれがある。

【0007】

本発明は、加工対象物の加工精度の低下を抑制したラインボーリング装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明にかかるラインボーリング装置は、母機と、一方側に自在継手が設けられた第１の固定部を有し、他方側に第１の研削部を有し、前記第１の固定部が加工機本体に固定される第１の加工工具と、一方側に自在継手が設けられた第２の固定部を有し、他方側に第２の研削部を有し、前記第２の固定部側が前記加工機本体に固定される第２の加工工具と、前記第１の加工工具と、前記第２の加工工具と、により加工される加工対象物を治具ベース上で固定する治具と、前記母機に設けられ、前記治具ベースを回転させることで、前記治具の向きを変更させるターンテーブルと、を備え、前記治具は、前記加工対象物の一方の端部が前記治具ベースに対して位置決めされた箇所の近傍で、前記治具ベース上に配置され、前記治具ベースと固定された前部サポートと、前記加工対象物の他方の端部が前記治具ベースに対して位置決めされた箇所の近傍で、前記治具ベース上に配置され、前記治具ベースと固定された後部サポートと、前記前部サポートと前記後部サポートの間に配置されているとともに、前記治具ベース上に配置され、前記治具ベースと固定された中間サポートと、前記治具ベースに固定されるとともに、前記加工対象物の上方を固定するワーククランパと、を有し、前記ワーククランパに前記加工対象物が固定された状態で、かつ、前記加工機本体に対して前記第１の固定部が固定されている前記第１の加工工具の前記第１の研削部が、前記前部サポートと前記中間サポートの両方にサポートされた状態で、前記加工対象物の加工を行い、前記ターンテーブルを回転動作させることで、前記治具の向きを変更し、その後、前記加工機本体に対して前記第２の固定部が固定されている前記第２の加工工具の前記第２の研削部が、前記後部サポートと前記中間サポートの両方にサポートされた状態で、前記加工対象物の加工を行う。
これにより、母機の位置ずれや動作精度に起因した、加工対象物への精度の影響を低減させることができる。

【発明の効果】

【0009】

これにより、加工対象物の加工精度の低下を抑制したラインボーリング装置を提供することができる。更に高精度な加工精度を維持しつつ、設備・治具・工具の大幅な小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】ラインボーリング装置の構成の一例を示した図である。

【図2】各サポートの同軸度ずれについて示した図である。

【図3】第１の加工工具と第２の加工工具の構成の一例を示した図である。

【図4】第１の加工工具の内部構成の一例を示す部分拡大図である。

【図5】ラインボーリング装置を用いて加工対象物の加工を行う際の動作フローの一例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、ラインボーリング装置１は、母機（図示せず）と、治具１１と、第１の加工工具１２と、第２の加工工具１３と、を備える。なお図１において、第１の加工工具１２及び第２の加工工具１３は、治具１１から外された状態であるとともに、後述する加工機本体に対しても固定されていない状態である。

【0012】

母機には、ターンテーブル（図示せず）を介して治具１１が載置されている。なお以下では、ターンテーブルを回転させる前の治具１１の状態を第１の状態とし、ターンテーブルを回転させることによって、治具１１が水平方向に回転した後の状態を第２の状態とする。言い換えると、治具１１では、治具１１の中心を通る上下方向の軸を回転中心軸として、第１の状態からターンテーブルが１８０°回転することにより、第２の状態となるものとして説明する。

【0013】

ここで、ラインボーリング装置１の加工機本体には、第１の加工工具１２や、第２の加工工具１３が固定される。また加工機本体では、第１の加工工具１２と、第２の加工工具１３の持ち換えを行うことができる。なお、加工機本体の動作は、ＮＣ（Numerical Control）により制御されている。

【0014】

後に詳述するように、ターンテーブルの動作により治具１１の向きが変更された状態で、治具１１に設けられた中間サポート２４と、前部サポート２２又は後部サポート２３に、第１の加工工具１２や第２の加工工具１３が挿入される。これにより、治具１１に固定されている加工対象物の加工を、第１の加工工具１２や第２の加工工具１３を用いて行う。

【0015】

なおここでは、加工対象物とはクランクシャフトであり、５個のクランクジャーナルを有するものとして説明する。また、加工対象物であるクランクシャフトは、治具１１上において、後述するＹ方向に延在するように配置されるものとして説明する。

【0016】

治具１１は、治具ベース２１と、治具ベース２１上において前方側に配置される前部サポート２２と、治具ベース２１上において後方側に配置される後部サポート２３と、前部サポート２２と後部サポート２３との間に配置される中間サポート２４と、加工対象物を吊り下げ固定するワーククランパ２５と、を備える。なお、治具１１にはノックピン（図示せず）が設けられており、このノックピンとワーククランパ２５により加工対象物が位置決めされる。

【0017】

治具ベース２１は、ＸＹ方向に延在しているベースである。なお、Ｘ方向とＹ方向は互いに直交するとともに、ＸＹ方向に直交している上下方向をＺ方向とする。また、治具１１が第１の状態及び第２の状態において、前後方向をＹ方向とする。

【0018】

前部サポート２２は、加工対象物の前方側が、治具ベース２１に対して位置決めされて固定されている箇所の近傍に配置されている。より具体的には、前部サポート２２は、治具１１が第１の状態において、治具１１の前側に配置され、治具ベース２１上に固定されている。前部サポート２２は円筒状であり、前後方向に貫通する孔部２２ａが形成されている。

【0019】

後部サポート２３は、加工対象物の後方側が、治具ベース２１に対して位置決めされ固定されている箇所の近傍に配置されている。より具体的には、後部サポート２３は、治具１１が第１の状態において、治具１１の後側に配置され、治具ベース２１上に固定されている。後部サポート２３は円筒状であり、前後方向に貫通する孔部２３ａが形成されている。

【0020】

中間サポート２４は、治具ベース２１上に固定されているとともに、前部サポート２２と、後部サポート２３との間に配置されている。中間サポート２４は円筒状であり、治具１１が第１の状態において、前後方向に貫通する孔部２４ａが形成されている。

【0021】

ここで図２に示すように、前部サポート２２、後部サポート２３、中間サポート２４は、治具ベース２１及び治具１１に対して、高精度に位置決めされて配置されている。より具体的には、中間サポート２４の孔部２４ａは、前部サポート２２の孔部２２ａ及び後部サポート２３の孔部２３ａに対して、同軸度のずれが約５μｍ以内であるように配置されている。

【0022】

典型的には、前部サポート２２の孔部２２ａと、後部サポート２３の孔部２３ａと、中間サポート２４の孔部２４ａは、一直線上に配置されている。

【0023】

さらにここでは、前部サポート２２から中間サポート２４までの距離は、後部サポート２３から中間サポート２４までの距離に比べて、長いものとして説明する。

【0024】

ワーククランパ２５は、治具ベース２１に固定されている。ワーククランパ２５は、加工対象物の上方を固定した状態でクランプする。これにより、ワーククランパ２５は、加工対象物を、前部サポート２２や、後部サポート２３、中間サポート２４によってサポートされた状態で配置される第１の加工工具１２又は第２の加工工具１３によって加工可能であるように配置して固定する。

【0025】

図３に示すように、第１の加工工具１２は、一端部側に設けられた自在継手を有する第１の固定部３１と、他端部側に第１の固定部３１から延在する第１の研削部３２と、を有する。なお典型的には、自在継手は、第１の固定部３１に内蔵されている。

【0026】

第１の固定部３１は、治具１１が第１の状態であるときに、加工機本体に連結されて固定される。

【0027】

第１の研削部３２は、第１の固定部３１から延びる円柱状の延在部３２ａと、延在部３２ａの側面に形成された加工部３２ｂと、を有する。第１の研削部３２は、治具１１が第１の状態であるときに、延在部３２ａが治具１１に向けて延在している。言い換えると、第１の研削部３２の延在部３２ａは、第１の固定部３１から、Ｙ方向における後方側に向けて延びるように配置されている。

【0028】

ここで、第１の固定部３１に設けられている自在継手では、第１の研削部３２を、第１の固定部３１に対してＸＹ方向に自在に動作可能である状態で保持している。言い換えると、第１の研削部３２は、第１の固定部３１の自在継手により、円柱状である延在部３２ａの径方向に自在に動作可能である。

【0029】

さらに第１の固定部３１に設けられている自在継手では、第１の研削部３２を、第１の固定部３１に対してＺ方向を回転軸中心とした軸周り方向に回転可能である状態で保持している。言い換えると、第１の研削部３２は、第１の固定部３１に設けられている自在継手により、ターンテーブルの回転に合わせて生じる治具１１の向きのずれに合わせて、角度を調整可能である。

【0030】

すなわち、第１の固定部３１に設けられている自在継手により、第１の研削部３２は、延在部３２ａの径方向にフローティングされた状態であるとともに、第１の固定部３１に対する角度方向にフローティングされた状態である。

【0031】

例えば図４に示すように、第１の固定部３１と第１の研削部３２との間は、ベアリングを介して接続することができるが、このベアリング隙を利用して径方向のフローティングを実現することができる。また例えば、ベアリング押さえカバーに隙を確保することによって、角度方向のフローティングを実現することができる。自在継手であれば他の機構であってもよい。

【0032】

第１の研削部３２の延在部３２ａは、前部サポート２２の孔部２２ａから挿入されるとともに、その先端部が中間サポート２４の孔部２４ａに挿入されてサポートされた状態となる。例えば、この状態で加工部３２ｂが加工対象物に当接することで、加工対象物を加工することができる。

【0033】

第２の加工工具１３は、一端部側に設けられた自在継手を有する第２の固定部４１と、他端部側に第２の固定部４１から延在する第２の研削部４２と、を有する。

【0034】

第２の固定部４１は、治具１１が第２の状態であるときに、加工機本体に連結されて固定される。

【0035】

第２の研削部４２は、第２の固定部４１から延びる円柱状の延在部４２ａと、延在部４２ａの側面に形成された加工部４２ｂと、を有する。第２の研削部４２は、治具１１が第２の状態であるときに、延在部４２ａが治具１１に向けて延在している。言い換えると、第２の研削部４２の延在部４２ａは、第２の固定部４１から、Ｙ方向における後方側に向けて延びるように配置されている。

【0036】

ここで、第２の固定部４１に設けられている自在継手では、第２の研削部４２を、第２の固定部４１に対してＸＹ方向に自在に動作可能である状態で保持している。言い換えると、第２の研削部４２は、第２の固定部４１の自在継手により、円柱状である延在部４２ａの径方向に自在に動作可能である。

【0037】

さらに第２の固定部４１に設けられている自在継手では、第２の研削部４２を、第２の固定部４１に対してＺ方向を回転軸中心とした軸周り方向に回転可能である状態で保持している。言い換えると、第２の研削部４２は、第２の固定部４１に設けられている自在継手により、ターンテーブルの回転に合わせて生じる治具１１の向きのずれに合わせて、角度を調整可能である。

【0038】

すなわち、第２の固定部４１に設けられている自在継手により、第２の研削部４２は、延在部４２ａの径方向にフローティングされた状態であるとともに、第２の固定部４１に対する角度方向にフローティングされた状態である。

【0039】

例えば、第２の固定部４１と第２の研削部４２との間は、ベアリングを介して接続することができるが、このベアリング隙を利用して径方向のフローティングを実現することができる。また例えば、ベアリング押さえカバーに隙を確保することによって、角度方向のフローティングを実現することができる。自在継手であれば他の機構であってもよい。すなわち、第２の加工工具１３の内部構成は、図４に示した第１の加工工具１２の内部構成と同様の構成にすることができる。

【0040】

第２の研削部４２の延在部４２ａは、後部サポート２３の孔部２３ａから挿入されるとともに、その先端部が中間サポート２４の孔部２４ａに挿入されてサポートされた状態となる。例えば、この状態で加工部４２ｂが加工対象物に当接することで、加工対象物を加工することができる。

【0041】

なお、第２の加工工具１３の第２の研削部４２の延在部４２ａの長さは、第１の加工工具１２の第１の研削部３２の延在部３２ａの長さに比べて短く形成されている。

【0042】

次に、図５を参照して、ラインボーリング装置１を用いて加工対象物を加工する際のフローについて説明する。

【0043】

治具１１上に加工対象物を搬入する（Ｓ１）。このとき加工対象物は、治具１１に設けられたノックピンと、ワーククランパ２５とにより、位置決めされた状態で固定される。

【0044】

なお加工対象物は、Ｙ方向において前部サポート２２と後部サポート２３との間に収まるように配置される。また、中間サポート２４は、加工対象物の中に位置した状態となる。その結果、前部サポート２２と後部サポート２３と中間サポート２４は、加工対象物の加工部位の延在方向と同軸上に配置された状態となる。さらにここで、ラインボーリング装置１の加工機本体の主軸の方向は、加工対象物の加工部位の延在方向と平行である。

【0045】

ラインボーリング装置１の加工機本体に、第１の加工工具１２を結合させる（Ｓ２）。ここで、第１の加工工具１２の第１の固定部３１が、加工機本体に固定される。

【0046】

第１の加工工具１２の延在部３２ａを、前部サポート２２の孔部２２ａに挿入する。さらに、延在部３２ａの先端を中間サポート２４の孔部２４ａに挿入する（Ｓ３）。このように第１の加工工具１２を配置した状態で、延在部３２ａに設けられた加工部３２ｂが加工対象物に当接する。これにより例えば、第１の加工工具１２は、加工対象物に１番、２番、３番ジャーナルの加工を行う。すなわち、第１の加工工具１２では、加工対象物における前面側加工を行う。

【0047】

この加工が行われるとき、第１の加工工具１２の第１の固定部３１は、自在継手を介して加工機本体に固定されている。そのため第１の加工工具１２では、第１の加工工具１２を固定している加工部本体と治具１１との位置関係に関わらず、延在部３２ａが、前部サポート２２と中間サポート２４を結ぶ軸に沿って配置された状態となる。したがって、第１の加工工具１２の配置精度については、前部サポート２２と中間サポート２４の同軸度が転写される。

【0048】

このようにして、ワーククランパ２５に加工対象物が固定された状態で、かつ、一方側である第１の固定部３１が加工機本体に固定された第１の加工工具１２の他方側である第１の研削部３２が、前部サポート２２と中間サポート２４の両方に当接してサポートされた状態で、第１の研削部３２が加工対象物の加工を行うことができる。

【0049】

第１の加工工具１２による加工対象物の１番、２番、３番ジャーナルの加工が終了したら、第１の加工工具１２を中間サポート２４の孔部２４ａ及び前部サポート２２の孔部２２ａから抜き取る（Ｓ４）。

【0050】

加工機本体では、第１の加工工具１２を取り外し、第２の加工工具１３を取り付ける（Ｓ５）。このとき、第２の加工工具１３の第２の固定部４１が、加工機本体に固定される。

【0051】

また、ラインボーリング装置１では、治具１１を載置しているターンテーブルを１８０°回転させる（Ｓ６）。これにより、第２の加工工具１３は、後部サポート２３の孔部２３ａに挿入可能であるように、後部サポート２３に対向した状態となる。

【0052】

第２の加工工具１３の延在部４２ａを、後部サポート２３の孔部２３ａに挿入する。さらに、延在部３２ａの先端を中間サポート２４の孔部２４ａに挿入する（Ｓ７）。このように第２の加工工具１３を配置した状態で、延在部４２ａに設けられた加工部４２ｂが加工対象物に当接する。これにより例えば、第２の加工工具１３は、加工対象物に４番、５番ジャーナルの加工を行う。すなわち、第２の加工工具１３では、加工対象物における後面側加工を行う。

【0053】

この加工が行われるとき、第２の加工工具１３の第２の固定部４１は、自在継手を介して加工機本体に固定されている。そのため第２の加工工具１３では、第２の加工工具１３を固定している加工部本体と治具１１との位置関係に関わらず、延在部４２ａが、後部サポート２３と中間サポート２４を結ぶ軸に沿って配置された状態となる。したがって、第２の加工工具１３の配置精度については、後部サポート２３と中間サポート２４の同軸度が転写される。

【0054】

このようにして、ワーククランパ２５に加工対象物が固定された状態で、かつ、一方側である第２の固定部４１が加工機本体に固定された第２の加工工具１３の他方側である第２の研削部４２が、後部サポート２３と中間サポート２４の両方に当接してサポートされた状態で、第２の研削部４２が加工対象物の加工を行うことができる。

【0055】

したがって、第１の加工工具１２では、第１の固定部３１に設けられた自在継手を利用し、第２の加工工具１３では、第２の固定部４１に設けられた自在継手を介して、加工機本体に固定される。これにより、治具１１が載置されている母機の主軸熱変異や、ターンテーブルの停止位置精度等の母機側の精度悪化の影響と、治具１１とを分離することができる。

【0056】

さらに治具１１では、前部サポート２２、後部サポート２３、中間サポート２４の位置精度を利用し、同軸度を治具１１内で保証することができる。

【0057】

そのため、前部サポート２２、後部サポート２３、中間サポート２４に対して、第１の加工工具１２や第２の加工工具１３を挿入し、これらの工具をサポートさせた状態で行うならい加工において、各サポートの高精度な同軸度を転写させた状態で、加工対象物への高精度加工を実現することができる。

【0058】

この方法によれば、前部サポート２２、後部サポート２３、中間サポート２４の全ての固定サポートを利用するため、これらのサポートの位置精度を出しやすく、かつ、精度の維持も容易である。

【0059】

また、第１の加工工具１２が、加工対象物の前面側の第１、第２、第３のジャーナルを加工した後に、治具１１の向きを変更して、第２の加工工具１３が、加工対象物の後面側の第４、第５のジャーナルを加工する。そのため、加工を実行する際に、各加工工具において、サポート間の距離を短くすることができ、加工の際の歪みの発生を低減させることができる。以上により、高精度な加工精度を維持しつつ、設備・治具・工具の大幅な小型化することができる。

【0060】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。すなわち上記の記載は、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされており、当業者であれば、実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。

【符号の説明】

【0061】

１ ラインボーリング装置
１１ 治具
１２ 第１の加工工具
１３ 第２の加工工具
２１ 治具ベース
２２ 前部サポート
２２ａ 孔部
２３ 後部サポート
２３ａ 孔部
２４ 中間サポート
２４ａ 孔部
２５ ワーククランパ
３１ 第１の固定部
３２ 第１の研削部
３２ａ 延在部
３２ｂ 加工部
４１ 第２の固定部
４２ 第２の研削部
４２ａ 延在部
４２ｂ 加工部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】