JP2005224917A - ホーニング砥石 - Google Patents

Abstract

【課題】 砥石の破損や剥がれがなく、また砥石台自体の加工精度への悪影響をなくし、しかも、砥石の使用範囲が大きな構造を備えるホーニング砥石を提供する。
【解決手段】 砥石台６に、四角柱状の砥石５が一体的に接合固定されてなり、砥石５の砥石台６に対する接合構造は、ホーニングツールに装着された状態におけるホーニングツールの回転方向に対して、砥石５の内径側底面と背面が砥石台６に接合固定されてなるとともに、外周砥石面１０ａと前面１０ｂが露出して設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明はホーニング砥石に関し、さらに詳細には、ホーニング盤のホーニングツールに交換可能に取り付けられるホーニング砥石の構造に関する。

ホーニング加工は、例えば、精密中ぐり、研削などによって仕上げられた工作物（以下ワークと称する）の内径面をさらに平滑にするとともに、この内径面の加工精度も向上させる目的で、細粒砥石をワーク内径面に面接触させて軽く研削する仕上げ方法であって、ラップ仕上や超仕上と共に最もすぐれたワーク表面を造ることができる精密仕上法の一つである。

このホーニング加工を行う専用工作機械としてホーニング盤があり、その一般的な基本構造は、１個〜数個のホーニング砥石を保持するホーニングツールを備えてなり、このホーニングツールとワークとの間に相対的な回転運動と往復運動とを行わせるとともに、上記ホーニング砥石に所定の圧力を加えて、同時に多量の工作液を注ぎながら、ワーク表面の工作を行うようにされている。

ところで、上記ホーニング砥石は、上記ホーニングツールに交換可能に取り付けられる形態とされ、その一般的な基本構造は、図５（ａ）に示すように、砥石台ａの上面に砥石ｂが接着剤、半田付けあるいは鑞付け等の適宜の接合手段ｃによって一体的に接合固定されてなる。そして、このホーニング砥石Ｇ1は、図５（ｂ）に示すように、ホーニング盤におけるホーニングツールのマンドレルｄの砥石溝ｅに取外し交換可能に装着される。

そして、具体的には図示しないが、ホーニング盤の駆動により、上記ホーニングツールのマンドレルｄが、ワークの被加工穴に挿入されるとともに、回転運動しながら往復運動して、その外周に突出する上記砥石ｂにより被加工穴のホーニング加工が行われる。

しかしながら、このような構造のホーニング砥石においては、次のような問題があった。

すなわち、上記接合手段ｃとして接着剤や半田付けが用いられている場合は、その接着力が弱いために、ホーニング加工時に砥石ｂにかかる負荷が大きいと、砥石ｂが砥石台ａから剥がれ落ちてしまうおそれがあり、比較的寿命が短くて、ランニングコストが高くつくという問題がある。しかも、特に、ホーニングツールに数個のホーニング砥石Ｇ1、Ｇ1、…が装着される構造においては、一つのホーニング砥石Ｇ1が破損等により短期に寿命がくると、他の残りの未だ使用可能なホーニング砥石Ｇ1、Ｇ1、…もすべて同時に交換しなければならず、非常に不経済であった。

また、接合手段ｃとして鑞付けが用いられている場合には、上述した砥石ｂの剥がれ落ちの問題は少ないが、その製造時の作業性が非常に悪いという問題があった。つまり、例えば、砥石台ａがアルミニウム製の場合には、この砥石台ａに対する砥石ｂの接着が困難である。一方、砥石台ａが鋼製の場合（一般に焼入れ鋼を使用）には、砥石台aに対する砥石ｂの接着性は良好であるが、反面、その加熱接着時の高熱によって砥石台ａの硬度が低下し、これがため、砥石台ａの熱変形によって、ホーニング砥石Ｇ1の形状精度が悪くなるという不具合が発生し、最悪の場合には使用できないという事態も生じ得る。

さらに、上記いずれの構造においても、ホーニング加工中においてはホーニング砥石Ｇ1に回転方向Ｘの外力が作用するところ、この砥石ｂにかかる負荷は、上記マンドレルｄの砥石溝ｅの砥石背面側部位（図５（ｂ）において下側の点線で囲まれた部位）が受けて、ここで負担することになる。ところが、上述したように、マンドレルｄは一般に焼入れ鋼からなるため、砥石ｂがマンドレルｄの上記砥石溝ｅの部位に接触することにより、マンドレルｄが負けて早く磨耗してしまい、その寿命が短くなるという問題があった。

この点に関して、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、プラスチック製の砥石台ｆ内に、砥石ｇがその外周砥石面のみを露出させた状態で埋設されてなる、モールドタイプのホーニング砥石Ｇ2も開発されており、このホーニング砥石Ｇ2においては、砥石ｇの周囲が砥石台ｆにより囲繞されて被覆されており、砥石台ｆによる砥石ｇの強い保持力が得られる構造とされている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、このようなモールドタイプのホーニング砥石Ｇ2では、図６（ｂ）に示すように、砥石ｇの周囲全体が砥石台ｆにより被覆されていることから、構造上必然的に、砥石ｇの幅Ａが砥石ｇの周囲を被覆する砥石台ｆの周壁ｈの厚みＢの分だけ狭く薄くなってしまう。これがため、ホーニング砥石Ｇ2の幅、つまり砥石台ｆの幅Ｃが狭いものでは、砥石ｇの幅Ａがより一層薄くなってしまい、この点において砥石寿命が短くなるという問題が新たに生じていた。

また、モールドタイプのホーニング砥石Ｇ2では、ホーニング加工中において、砥石ｇが磨耗すると、この磨耗と共に砥石台ｆの周壁ｈも削られていくことになる。この際、マンドレルｄの回転方向（進行方向）Ｘに対して前面側となる周壁ｈ（図６（ｂ）において下側の点線で囲まれた部位）が削られると、この周壁ｈの切屑ないしは切粉がそのまま砥石ｇの外周砥石面とワークの被加工穴内径面との間に巻き込まれて、噛み込むことになる。

そして、その結果として、ワークが鋳鉄や生材等の柔らかい材質はもちろんのこと、ワークが硬い材質のものであっても、上記周壁ｈの切屑ないしは切粉が原因で、ワークの被加工穴内径面に傷が付くことがあり、ワークが硬い材質のものであっても軽い（薄い）キズが付き、これにより、研削面の仕上げ精度の低下を招くという問題もあった。
実開平１−８４９６９号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、砥石の破損や剥がれがなく、また砥石台自体の加工精度への悪影響（砥石台の切屑ないしは切粉がワークへ噛み込み等）をなくし、しかも、砥石の使用範囲が大きな構造を備えるホーニング砥石の提供にある。

上記目的を達成するため、本発明のホーニング砥石は、ホーニングツールに交換可能に取り付けられる棒状のものであって、上記ツール本体に装着支持される砥石台に、四角柱状の砥石が一体的に接合固定されてなり、この砥石の上記砥石台に対する接合構造は、上記ホーニングツールに装着された状態におけるホーニングツールの回転方向に対して、砥石の内径側底面と背面が上記砥石台に接合固定されてなるとともに、外周砥石面と前面が露出して設けられていることを特徴とする。

好適な実施態様として、上記砥石台に、上記ホーニングツールに装着された状態におけるホーニングツールの回転方向に対して、少なくとも前面側および外周面側が開放された砥石接合凹部が設けられ、この砥石接合凹部に、四角柱形状の上記砥石が所定の接合手段を介して嵌合固定される。より具体的には、例えば、上記砥石台の接合凹部と砥石は、上記ホーニングツールに装着された状態におけるホーニングツールの回転方向に対して、上記砥石台が上記砥石の内径側底面、背面および左右側面の部位を覆うように接合固定されてなる。

また、上記砥石の背面に接合する上記砥石台の部位は、研削加工時に砥石の受ける回転方向の外力に対する砥石の補強壁として機能するように構成されるのが望ましく、この場合、上記砥石の前面が、上記砥石台の前面と面一に形成されるとともに、上記砥石の背面に接合する上記砥石台の部位の厚さ寸法が、上記砥石の補強壁として機能し得る範囲内において可及的に小さく設定されるのが好適である。

さらに、上記砥石の外周砥石面は、目的に応じて、上記砥石台の外周面から所定高さだけ突出した状態で配置される。

上記砥石としては、微小なダイヤモンド砥粒やＣＢＮ砥粒等の超砥粒がメタルボンド等の結合材料により結合されてなる超砥粒砥石が好適であり、上記砥石台は、アルミニウム、鋼等の金属材料からなる場合や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプラスチック材料からなる場合がある。また、上記接合手段としては、エポキシ系樹脂接着剤等の接着剤や半田付けが好適に採用される。

本発明によれば、ホーニングツールのツール本体に装着支持される砥石台に、四角柱状の砥石が一体的に接合固定されてなり、この砥石の上記砥石台に対する接合構造は、上記ホーニングツールに装着された状態におけるホーニングツールの回転方向に対して、砥石の内径側底面と背面が上記砥石台に接合固定されてなるから、砥石と砥石台の接合が二面接合で大きな接着力が得られ、しかも、ホーニングツールの回転方向に対して、砥石の背面が砥石台により囲繞され補強される構造であるから、ホーニング加工時に砥石にかかる大きな負荷に対しても、砥石が砥石台から剥がれ落ちてしまうことはない。

これにより、消耗品である長い砥石寿命を確保してランニングコストを低く抑えることができる。特に、ホーニングツールに数個のホーニング砥石が装着されて、これらのホーニング砥石がすべて同時に交換される構造においては、非常に経済的である。

また、砥石と砥石台の接合が二面接合で大きな接着力が得られることから、接合手段として従来のような鑞付けを用いる必要がなく、鑞付けの欠点であった、製造時の作業性の悪さや、加熱接着による高熱の砥石台への悪影響も有効に防止できる。

さらに、ホーニングツールの回転方向に対して、砥石の背面が砥石台により囲繞されているから、ホーニング加工中にホーニング砥石に回転方向の外力が作用しても、マンドレルの砥石溝との接触はホーニング砥石の砥石台の一部であることから、この接触によりマンドレルが負けて早く磨耗する不具合はなく、マンドレルの寿命を短くすることもない。

また、上記のように砥石と砥石台の接合が二面接合とされているから、砥石の周囲全体が砥石台により被覆される構造のモールドタイプのホーニング砥石に比較して、構造上、砥石の幅を広く厚く設定することができる。これにより、砥石の大きな使用範囲を確保して、砥石寿命を長く確保できる。この効果は、特に、ホーニング砥石の幅が狭いものにおいて顕著である。

また、ホーニング加工中において、砥石が磨耗すると、この磨耗と共に砥石台の周壁部分も削られていくことになるが、本発明においては、この砥石台の周壁部は、ホーニングツールの回転方向（進行方向）に対して前面側には存在しないので、砥石台の切屑ないしは切粉が砥石の外周砥石面とワークの被加工穴内径面との間に巻き込まれて、噛み込むことがない。

これにより、従来のモールドタイプのホーニング砥石のように、砥石台の切屑ないしは切粉が原因で、ワークの被加工穴内径面に傷が付いて、研削面の仕上げ精度の低下を招くという問題も有効に防止され、ホーニング加工の高い仕上げ精度が確保される。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明に係るホーニング砥石を図１および図２に示し、このホーニング砥石１は、具体的には図３および図４に示すように、ホーニングツール２のツール本体であるマンドレル３に交換可能に取り付けられる棒状のものである。

図示のホーニングツール２は、単一のホーニング砥石１を備えるもので、図示しないホーニング盤の回転主軸先端つまり下端に交換可能に装着されて使用される。上記マンドレル３の先端部には、上記ホーニング砥石１を収容保持する砥石溝３ａが開口されるとともに、この砥石溝３ａに上記ホーニング砥石１が径方向へ突出可能にかつ取外し交換可能に装着されている。また、マンドレル３の先端側内部には、図４（ｂ）に示すように、上記ホーニング砥石１を拡張動作させる拡張ロッド４が軸方向へ往復移動可能に設けられており、上記ホーニング盤の砥石切込み装置（図示省略）によって、上記拡張ロッド４の先端ウェッジ４ａによりホーニング砥石１が径方向外方へ拡張（切込み）動作される。

ホーニング砥石１の具体的構造は、図１および図２に示すように、砥石５と砥石台６が一体的に接合固定されてなる。

砥石５は四角柱状のもので、微小な砥粒が結合材料により結合されてなり、砥粒としては、ＷＡ、ＧＣ等の一般的な砥粒や、ダイヤモンド、ＣＢＮ等の超砥粒が目的に応じて用いられ、また、結合材料としては、ビトリファイドボンドやメタルボンド等が目的に応じて用いられる。図示の実施形態の砥石５は、微小なダイヤモンド砥粒やＣＢＮ砥粒等の超砥粒がメタルボンド等の結合材料により結合されてなる超砥粒砥石である。

砥石台６は、マンドレル３に装着支持される部位で、その構成材料としては、アルミニウム、鋼等の金属材料や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプラスチック材料が好適に用いられる。図示の実施形態の砥石台６はアルミニウム製とされている。

砥石台６には、図１（ｂ）に示すように、砥石接合凹部７が設けられており、この砥石接合凹部７に上記砥石５が所定の接合手段８を介して一体的に嵌合固定されている。

上記接合手段８としては、エポキシ系樹脂接着剤等の接着剤や、半田付けが好適に採用され、図示の実施形態においてはエポキシ系樹脂接着剤が採用されている。

また、上記砥石５の上記砥石台６に対する接合構造は、上記ホーニングツール２に装着された状態におけるホーニングツール２の回転方向Ｘに対して、砥石５の内径側底面５ａと背面５ｂが上記砥石台６に接合固定されてなるとともに、外径側表面１０ａと前面１０ｂが露出して設けられている。外径側表面１０ａがホーニング砥石１の外周砥石面として機能する。

具体的には、上記砥石台６に、上記ホーニングツール２の回転方向Ｘに対して、少なくとも前面側および外周面側が開放された砥石接合凹部７が設けられ、この砥石接合凹部７に、上記砥石５が上記接合手段８を介して嵌合固定されている。そして、上記砥石５の背面５ｂに接合する上記砥石台６の部位６ａが、研削加工時に砥石５の受ける回転方向Ｘの外力に対する砥石５の補強壁として機能するように構成されている。

図示の実施形態のホーニング砥石１においては、図示のごとく、砥石接合凹部７が、砥石５の内径側底面５ａ、背面５ｂに加えて、左右側面５ｃ、５ｄの部位も囲繞して覆う形状とされ、これにより、砥石５の外周砥石面１０ａと前面１０ｂを除いたすべての面が接合固定されて、より大きな接合保持力が得られる構造とされている。

また、上記砥石５の前面１０ｂは、図２（ａ）に示すように、上記砥石台６の前面と面一に形成されるとともに、砥石５の背面に接合する上記砥石台６の部位つまり補強壁６ａの厚さ寸法Ｂは、上記砥石５の補強壁として機能し得る範囲内において可及的に小さく設定されている。

さらに、上記砥石５の外周砥石面１０ａは、図１（ａ）および図２（ｂ）、（ｄ）に示すように、砥石台６の外周面から所定高さｈだけ突出した状態で配置されている。

このように砥石５と砥石台６が一体接合されてなるホーニング砥石１は、その平面外周輪郭形状が上記マンドレル３の砥石溝３ａの内周輪郭形状に対応して形成されるとともに、その底面１ａがマンドレル３に内装された上記拡張ロッド４の先端ウェッジ４ａの傾斜面に対応した傾斜面とされて、拡張ロッド４の軸方向前方へ移動により、この拡張ロッド４の先端ウェッジ４ａとホーニング砥石１の底面１ａとの協働作用して、ホーニング砥石１がマンドレル３の外周面から径方向外方へ拡張（切込み）動作されることとなる。

しかして、以上のように構成されたホーニング砥石１はホーニングツール２のマンドレル３に交換可能に取り付けられて使用される。このホーニングツール２は、図示しないホーニング盤の回転主軸先端に装着されて、ホーニング盤の駆動により、そのマンドレル３が、図示しないワークの被加工穴に挿入されるとともに、回転運動しながら往復運動して、その外周に突出する上記砥石１により被加工穴のホーニング加工が行われる。

この場合、ホーニング加工中においてはホーニング砥石1に回転方向Ｘの外力が作用するところ、ホーニング砥石1における砥石５と砥石台６との間には大きな接合保持力が得られ、ホーニング加工時に砥石にかかる大きな負荷に対しても、砥石５が砥石台６から剥がれ落ちてしまうことはない。

すなわち、ホーニング砥石1における砥石５の砥石台６に対する接合構造は、上記ホーニングツール２の回転方向Ｘに対して、砥石５の内径側底面５ａと背面５ｂが上記砥石台６に接合固定されてなるから、砥石５と砥石台６の接合が二面接合で大きな接着力が得られ、しかも、ホーニングツール２の回転方向Ｘに対して、砥石５の背面５ｂが砥石台６により囲繞され補強される構造とされている（図示の実施形態においては、砥石台６の砥石接合凹部７が、砥石５の内径側底面５ａ、背面５ｂに加えて、左右側面５ｃ、５ｄの部位も囲繞して覆う形状とされ、これにより、砥石５の外周砥石面１０ａと前面１０ｂを除いたすべての面が接合固定されている）。これにより、砥石５と砥石台６との間には大きな接合保持力が得られ、その結果、ホーニング加工時に砥石５にかかる大きな負荷に対しても、砥石５が砥石台６から剥がれ落ちてしまうことはなく、寿命が長い。

また、砥石５と砥石台６の接合が二面接合（図示の実施形態においては、さらに強力な四面接合）で大きな接着力が得られることから、接合手段８として従来のような鑞付けを用いる必要がなく、上述のごとくエポキシ系樹脂接着剤等の接着剤や、半田付けで十分である。この結果、接合手段８として鑞付けを採用する場合の欠点であった、製造時の作業性の悪さや、加熱接着による高熱の砥石台への悪影響も有効に防止できる。

さらに、ホーニングツール２の回転方向Ｘに対して、砥石５の背面５ｂが砥石台６の補強壁６ａにより囲繞され補強されているから、ホーニング加工中にホーニング砥石１に回転方向Ｘの外力が作用しても、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、マンドレル３の砥石溝３ａとの接触は、ホーニング砥石１の砥石台６の補強壁６ａであることから、この接触によりマンドレル３が負けて早く磨耗するというような不具合はない。

また、砥石５と砥石台６の接合が少なくとも二面接合とされているから、図６（ａ）、（ｂ）に示すような、砥石ｇの周囲全体が砥石台ｆ（ｈ、ｈ）により被覆される構造のモールドタイプのホーニング砥石Ｇ２に比較して、構造上、砥石５の幅Ａを広く厚く設定することができる。これにより、砥石５の大きな使用範囲を確保して、砥石寿命を長く確保できる。この効果は、特に、ホーニング砥石Ｃの幅が狭いものにおいて顕著である。

また、ホーニング加工中において、砥石５が磨耗すると、この磨耗と共に砥石台６の補強壁６ａを含めた周壁部分も削られていくことになるが、本実施形態においては、この砥石台６の周壁部は、ホーニングツール２の回転方向Ｘに対して前面側には存在しないので、砥石台６の切屑ないしは切粉が砥石５の外周砥石面１０ａとワークの被加工穴内径面との間に巻き込まれて、噛み込むことがない。これにより、図６に示すモールドタイプのホーニング砥石のように、砥石台ｆの切屑ないしは切粉が原因で、ワークの被加工穴内径面に傷が付いて、研削面の仕上げ精度の低下を招くという問題も有効に防止され、ホーニング加工の高い仕上げ精度が確保される。

なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれに限定されることなく、その範囲において種々の設計変更が可能である。

例えば、図示の実施形態のホーニング砥石１は、その適用対象が単一のホーニング砥石を備えるホーニングツール２用のものであるが、本発明は３個あるいは４個など複数個のホーニング砥石を備えるホーニングツール用のものにも適用可能であることはもちろんである。

本発明のホーニング砥石を示し、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は分解斜視図である。 同じく同ホーニング砥石を示し、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は底面図および図２（ｄ）は背面図である。 同ホーニング砥石が装着されるホーニングツールのマンドレルを示し、図３（ａ）は前方から見た分解斜視図、図３（ｂ）は後方から見た分解斜視図である。 同じく同ホーニング砥石を装着したホーニングツールのマンドレルを示し、図４（ａ）はホーニング砥石装着部の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 従来のホーニング砥石を示し、図５（ａ）はホーニング砥石の正面図、、図５（ｂ）は同ホーニング砥石を装着したホーニングツールの図４（ｂ）に対応した平面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 従来の他のホーニング砥石を示す図で、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は平面図である。

符号の説明

１ ホーニング砥石
２ ホーニングツール
Ｘ ホーニングツールの回転方向
３ マンドレル
３ａ マンドレルの砥石溝
５ 砥石
５ａ 砥石の内径側底面
５ｂ 砥石の背面
６ 砥石台
６ａ 砥石台の補強壁
７ 砥石台の砥石接合凹部
８ 接合手段
１０ａ 砥石の外周砥石面
１０ｂ 砥石の前面

Claims (11)

1. ホーニングツールに交換可能に取り付けられる棒状のものであって、
   前記ツール本体に装着支持される砥石台に、四角柱状の砥石が一体的に接合固定されてなり、
   この砥石の前記砥石台に対する接合構造は、前記ホーニングツールに装着された状態におけるホーニングツールの回転方向に対して、砥石の内径側底面と背面が前記砥石台に接合固定されてなるとともに、外周砥石面と前面が露出して設けられている
   ことを特徴とするホーニング砥石。
2. 前記砥石台に、前記ホーニングツールに装着された状態におけるホーニングツールの回転方向に対して、少なくとも前面側および外周面側が開放された砥石接合凹部が設けられ、
   この砥石接合凹部に、四角柱形状の前記砥石が所定の接合手段を介して嵌合固定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のホーニング砥石。
3. 前記砥石台の接合凹部と砥石は、前記ホーニングツールに装着された状態におけるホーニングツールの回転方向に対して、前記砥石台が前記砥石の内径側底面、背面および左右側面の部位を覆うように接合固定されてなる
   ことを特徴とする請求項２に記載のホーニング砥石。
4. 前記砥石の背面に接合する前記砥石台の部位が、研削加工時に砥石の受ける回転方向の外力に対する砥石の補強壁として機能するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のホーニング砥石。
5. 前記砥石の前面が、前記砥石台の前面と面一に形成されるととともに、前記砥石の背面に接合する前記砥石台の部位の厚さ寸法が、前記砥石の補強壁として機能し得る範囲内において可及的に小さく設定されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のホーニング砥石。
6. 前記砥石の外周砥石面は、前記砥石台の外周面から所定高さだけ突出した状態で配置されている
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のホーニング砥石。
7. 前記砥石は、微小なダイヤモンド砥粒やＣＢＮ砥粒等の超砥粒がメタルボンド等の結合材料により結合されてなる超砥粒砥石であることを特徴とする請求項１に記載のホーニング砥石。
8. 前記砥石台が、アルミニウム、鋼等の金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載のホーニング砥石。
9. 前記砥石台が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプラスチック材料からなることを特徴とする請求項１に記載のホーニング砥石。
10. 前記接合手段が、エポキシ系樹脂接着剤等の接着剤であることを特徴とする請求項２に記載のホーニング砥石。
11. 前記接合手段が、半田付けであることを特徴とする請求項２に記載のホーニング砥石。

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