JP2006239835A

JP2006239835A - ホーニング加工装置およびホーニング加工方法

Info

Publication number: JP2006239835A
Application number: JP2005061071A
Authority: JP
Inventors: Yuji Miyano; 勇治宮野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】砥石をシリンダボア内面に対し安定した圧力で押し付け、シリンダボア内面を変形させることなくホーニング加工を行えるようにする。
【解決手段】油圧シリンダ２５を前進駆動して砥石３１をシリンダライナ５に押し当て、シリンダライナ５を変形させない圧力で安定させた後に、電磁バルブ４１を閉じて油圧シリンダ２５内の油を閉じ込める。この状態で加工を開始する際に、電磁石４７に通電し、ねずみ鋳鉄からなるシリンダライナ５に対して吸引作用を発揮させ、電磁石４７と連結ブロック２３を介して一体の砥石３１をシリンダライナ５に向けて移動させ押し付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒内面に対しホーニングヘッドに設けた砥石を押し付けつつホーニングヘッドを回転させることで、円筒内面を研削加工するホーニング加工装置およびホーニング加工方法に関する。

従来から、エンジンの性能向上と環境対策を行う上で、シリンダボア内面に対するピストンリングの潤滑性および密閉性を確保するために、シリンダボア内面に対してホーニング加工を行っている。

ホーニング加工では、例えば下記特許文献１に記載のように、油圧などにより押される押棒にテーパコーンを一体に設け、このテーパコーンを前記押棒により押し込むことで砥石台を拡張させ、砥石台の外周部に一体に備える砥石をシリンダボア内面に向けて押し付ける。
特開平６−２７００５０号公報

しかしながら、上記した従来のホーニング加工装置にあっては、テーパコーンを押し込むことで、砥石を拡張させてシリンダボア内面に押し付ける構成であるため、砥石をシリンダボア内面に対して安定した圧力で押し付けることができない上に、シリンダボア内面を構成するシリンダライナの薄肉化や、シリンダブロックのアルミ合金化による軽量化に伴って、シリンダボア内面を変形させる恐れがあり、シリンダボアの真円度、円筒度の悪化や、研削取り代の必要以上の増加を招くという問題がある。

そこで、本発明は、砥石をシリンダボア内面に対して安定した圧力で押し付け、シリンダボア内面を変形させることなくホーニング加工を行えるようにすることを目的としている。

本発明は、円筒内面に対しホーニングヘッドに設けた砥石を押し付けつつ前記ホーニングヘッドを回転させることで、前記円筒内面を研削加工するホーニング加工装置において、前記円筒内面に前記砥石を押し付けるべく、前記円筒内面を前記ホーニングヘッドの中心側に向けて吸引する吸引手段を前記ホーニングヘッドに設けたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、吸引手段により円筒内面をホーニングヘッドの中心側に向けて吸引することで、円筒内面に砥石を押し付けるようにしたので、従来のテーパコーンの押し込みにより砥石を拡張させる場合に比較して、砥石をシリンダボア内面に対して安定した圧力で押し付けることができ、シリンダボア内面の変形を抑えつつホーニング加工を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わるホーニング加工装置の正面断面図、図２は、同平面断面図である。エンジンのシリンダブロック１に形成したシリンダボア３には、ねずみ鋳鉄からなる円筒形状のシリンダライナ５を設けてあり、このシリンダライナ５の円筒内面５ａに、ホーニングヘッド７を用いてホーニング加工を行う。

ホーニングヘッド７は、図示しない上下動駆動機構および回転駆動機構によって、図１中で上下方向に移動してシリンダボア３内に対して進退移動可能であるとともに、シリンダボア３の軸線を中心として回転可能である。

ホーニングヘッド７は、図１に示す主軸９の下端に、基端側端板１１と先端側端板１３とをそれぞれ備え、これら各端板１１，１３相互間には、図２中の断面三角形状で示す中心部材１５を備えている。中心部材１５の下端は先端側端板１３に連結している。

上記した基端側端板１１と先端側端板１３とは、図２に示すように、中心部材１５の三角形状部の三つの頂点の外周側に位置する断面扇形状の外周部材１７により互いに連結している。

外周部材１７内には、図２中で紙面に直交する方向に延びるエア通路１９を設けるとともに、エア通路１９に一端が連通し、他端が外周部材１７の外部のシリンダライナ５に対向するよう開口するエアノズル２１を設ける。エア通路１９には外部の図示しないエア供給源からエアを導入し、このエアをエアノズル２１からシリンダライナ５に向けて吐出する。このときの吐出圧または吐出量に基づいて、シリンダライナ５の内径を図示しないエアマイクロメータによって測定する。

図２に示すように、円周方向に３つ設けた外周部材１７の相互間における、前記中心部材１５の三角形状部の三つの辺に対応する位置には、連結ブロック２３を配置する。連結ブロック２３は、その両側の外周部材１７近傍に形成したシリンダ取付面２３ａに、流体圧駆動手段としての油圧シリンダ２５を装着してある。この油圧シリンダ２５は、図１中で上下方向に沿って複数（ここでは４個）設けてあり、そのピストンロッド２７の先端は、砥石用台座２９の凹部２９ａに連結している。

砥石用台座２９は、図１中で上下両端面２９ｂ，２９ｃが、基端側端板１１，先端側端板１３に対してそれぞれ移動可能に接触し、外周面に砥石３１を装着している。また、砥石用台座２９の図１中で上下方向中央部と連結ブロック２３との間には、砥石用台座２９を連結ブロック２３側に引き寄せる方向に作用する砥石リターンスプリング３２を設けている。

前記した油圧シリンダ２５には、連結ブロック２３内に形成した油圧通路２３ｂが連通し、油圧通路２３ｂは図１中で連結ブロック２３の上端に接続する油圧ホース３３の一端に連通している。油圧ホース３３は、主軸９の下端に形成した空間部９ａ内に収容し、その他端は、分岐部３５を介して図１中で上下方向に延びる油圧配管３７の下端に接続する。油圧配管３７の上方の端部は、図示しない外部の油圧源に接続する。

油圧配管３７は、主軸９内の中心に形成した貫通孔９ｂに挿入してあり、また、油圧配管３７の途中には電磁バルブ４１を設けてある。電磁バルブ４１は、貫通孔９ｂの下端に設けた保持部４３上に固定し、電磁バルブ４１より下部の油圧配管３７は、この保持部４３を貫通してその下方の空間部９ａの分岐部３５に接続する。

図２に示すように、一つの連結ブロック２３に二つの油圧シリンダ２５を介してそれぞれ保持されている二つの砥石用台座２９相互間には、電磁石ガイド部材４５を設けている。電磁石ガイド部材４５は、図１中で上下方向に延び、その両端部が上下に位置する基端側端板１１および先端側端板１３に接合されてこれらと一体化している。

電磁石ガイド部材４５には、図２中で紙面に直交する方向に延びるガイド凹部４５ａを設け、このガイド凹部４５ａに吸引手段としての電磁石４７を移動可能に収容する。電磁石４７に使用するコイルの引出線４７ａは、前記した空間部９ａから保持部４３を貫通させ、貫通孔９ｂを通して図示しない外部の電源に接続する。

また、電磁石ガイド部材４５は、電磁石４７の先端側を覆うように配置した保護プレート４５ｂを備えている。この保護プレート４５ｂは、ホーニング加工時に発生する切り屑の電磁石４７への付着を防止する機能を有する。

電磁石４７は、図１に示すように、上下２個を一組としてそれらの内側に配置してある磁性体材料からなるヨーク４９に接合固定して、このヨーク４９と２個の電磁石４７とで、１個のＵ字形状の磁石５１を構成している。すなわち、ここでは、２個の電磁石４７と１個のヨーク４９とからなるＵ字形状の磁石５１が、図１中で上下方向に３個備えている。

また、各ヨーク４９相互間と、ヨーク４９と基端側端板１１および先端側端板１３と間には、非磁性体材料からなる磁気遮蔽ブロック５３を介装し、磁気漏れを防いでいる。この磁気遮蔽ブロック５３およびヨーク４９は、図２に示すように連結ブロック２３に形成した凹部２３ｃに固定してある。

図１に示す３個のヨーク４９と４個の磁気遮蔽ブロック５３は連結ブロック２３と一体であり、連結ブロック２３に取り付けた油圧シリンダ２５，砥石用台座２９および砥石３１と、ヨーク４９に固定した電磁石４７とが、互いに一体となって、ホーニングヘッド７内にてシリンダライナ５に対して接近離反する方向に移動する。

また、図１中で上下方向中央に位置するＵ字形状の磁石５１における上下２個の電磁石４７相互間には、押圧手段としての遠心力キャンセル用兼リターンスプリング５５を配置している。遠心力キャンセル用兼リターンスプリング５５は、前記した電磁石ガイド部材４５の保護プレート４５ｂの内面から突出しているスプリングリテーナ５７と、図１中で上下方向中央に位置するヨーク４９との間に介装してあり、３個のＵ字形状の磁石５１を連結ブロック２３とともにホーニングヘッド７の中心側に向けて押し付ける。

次に、上記した本実施形態の作用を、図３に示す動作説明図に基づき説明する。ホーニングヘッド７をシリンダボア３内に挿入する前においては、砥石３１は、リターンスプリング３２によりシリンダライナ５から離れる方向に戻された状態である。

このとき、油圧シリンダ２５は、ピストンロッド２７が進退移動方向の中央に位置し、この状態で電磁バルブ４１を閉じている。また、電磁石４７への通電は行っておらず、したがって遠心力キャンセル用兼リターンスプリング５５により、電磁石４７は連結ブロック２３や砥石３１などと一体となって、図１，図２に示すようにホーニングヘッド７の中心側へ移動している。

この状態でホーニングヘッド７をシリンダボア３内に挿入し、挿入後に、電磁バルブ４１を開くとともに、油圧シリンダ２５に対して外部の油圧源から作動油を供給し、そのピストンロッド２７を前進移動させて砥石３１をシリンダライナ５に押し付ける。ここでの砥石３１のシリンダライナ５に押し付ける力は、シリンダライナ５を変形させないような安定した力となるよう設定する。

このとき、ホーニングヘッド７の加工のための回転および上下方向の移動は停止しており、電磁石４７への通電も停止したままである。

砥石３１がシリンダライナ７に押し付けられて接触した後は、電磁バルブ４１を閉じることで、油圧シリンダ２５内の油を閉じ込め、砥石３１がシリンダライナ５を押し付ける力を前記したような安定したものとしてシリンダライナ５の変形を防ぐ。

その後ホーニングヘッド７を回転させつつ上下動させて加工開始となるが、このまま加工すると、砥石３１が摩耗してシリンダライナ５を押し付ける圧力が低下するため、ここで電磁石４７に通電しシリンダライナ５に対して吸引力を発生させる。

これにより、図４に示すように、電磁石４７を含むＵ字形状の磁石５１や、砥石３１を保持する連結ブロック２３などが、一体となってシリンダライナ５に向けて、遠心力キャンセル用兼リターンスプリング５５の弾性力に抗して接近移動する。その結果、砥石３１は、電磁石４７の吸引力により、シリンダライナ５に押し付けられることになる。

このように、加工開始時に、砥石３１が電磁石４７の吸引力により常にシリンダライナ５に対して押し付ける力を付与することで、加工によって砥石３１が摩耗しても、シリンダライナ５を押し付ける力を安定して確保でき、従来のようにテーパコーンを押し込むことで、砥石を拡張させてシリンダボア内面に押し付ける構成に比較して、シリンダライナ５の変形を抑えつつホーニング加工を精度よく行うことができ、シリンダボア３の真円度、円筒度の悪化や、研削取り代の必要以上の増加を防止することができる。

また、従来のようにテーパコーンを押し込むことで、砥石を拡張させてシリンダボア内面に押し付ける機構のような摩耗部の発生を回避しているので、押し付け圧力の精度の維持および耐久性を向上できる。

このような加工を行う過程で、エアノズル２１からシリンダライナ５に向けてエアを吐出して、このときの吐出圧または吐出量に基づいてエアマイクロメータがシリンダライナ５の内径を測定する、この測定値が所定値に達したら、ホーニングヘッド７をシリンダボア３内から抜き出すとともに、電磁石４７への通電を停止する。このときホーニングヘッド７の回転は継続してしる。

なお、電磁石４７への通電停止の時期は、ホーニングヘッド７がシリンダボア３内に挿入されている間は、シリンダライナ５に対する吸引力が作用するようなタイミングとする。これにより、ホーニングヘッド７をシリンダボア３内から抜き出す際に、砥石３１がシリンダライナ５に押し付ける力が作用したままとなり、ホーニングヘッド７抜き出し時の砥石３１のがたつきを防止することができ、抜き出し作業をスムーズに行える。

ホーニングヘッド７をシリンダボア３内から抜き出した後、電磁石４７による吸引力がなくなると、遠心力キャンセル用兼リターンスプリング５５の作用により、Ｕ字形状の磁石５１が、連結ブロック２３や砥石３１などとともに、遠心力をキャンセルするようにシリンダライナ５から離反する方向に移動し、図４の状態から図２の初期位置に戻る。

このとき、ホーニングヘッド７の回転および上下の移動を停止させ、電磁バルブ４１を開としてリターンスプリング３２の作用により、油圧シリンダ２５のピストンロッド２７を後退させて初期位置に戻し、次のシリンダライナ５に対するホーニング加工に備える。

また、電磁石４７は、砥石３１とともにシリンダライナ５に対して接近離反移動可能としたので、電磁石４７への通電により発生するシリンダライナ５に対する吸引力によって、砥石３１を、電磁石４７とともにシリンダライナ５に向けて移動させその円筒内面５ａに押し付けることができる。

上記した砥石３１をホーニングヘッド７の外周の円周方向に沿って複数設け、この複数の砥石３１のうち２個を一組とし、この一組毎に電磁石４７を設けたので、全砥石３１を安定した圧力でシリンダライナ５に押し付けることができ、研削効率が向上する。

このとき電磁石４７の円周方向両側に、砥石３１を１個ずつ設けているので、全砥石３１をより安定した圧力でシリンダライナ５に押し付けることができる。

また、シリンダライナ５をホーニング加工する前の状態で、砥石３１をシリンダライナ５に向けて押し付け、その押し付け状態を、供給される作動油を密閉保持して固定する油圧シリンダ２５を設けたので、その後のホーニング加工時には、電磁石４７の吸引力による砥石３１のシリンダライナ５への押し付け力を確実に作用させることができる。

さらに、シリンダライナ５を吸引する手段として電磁石４７を用いることで、砥石３１をシリンダライナ５に押し付ける圧力を、研削量に応じて迅速に対応させることができ、砥石３１の目詰まりを解消させる、いわゆる砥石の自生を促進させることができる。

また、ホーニングヘッド７は、電磁石４７をホーニングヘッド７の中心に向けて押圧する遠心力キャンセル用兼リターンスプリング５５を備えているので、ホーニングヘッド７をシリンダボア３内から抜き出すときに、ホーニングヘッド７が回転する際の遠心力と、遠心力キャンセル用兼リターンスプリング５５の弾性力とが釣り合うように設定することで（このとき電磁石４７の通電は停止）、加工最後のホーニングヘッド７の抜き出し時の砥石３１とシリンダライナ５との微少な接触を可能とし、ホーニングヘッド７の抜き出し作業がよりスムーズとなる。

なお、シリンダライナ５を吸引する吸引手段として、電磁石４７に代えて例えば空気により吸引する構成でも構わない。

本発明の一実施形態に係わるホーニング加工装置の正面断面図である。図１のホーニング加工装置の平面断面図である。図１のホーニング加工装置の動作説明図である。図１のホーニング加工装置で電磁石が吸引動作した状態を示す、図２に相当する平面断面図である。

符号の説明

５ａシリンダライナの円筒内面
７ホーニングヘッド
２５油圧シリンダ（流体圧駆動手段）
３１砥石
４７電磁石（吸引手段）
５５遠心力キャンセル用兼リターンスプリング（押圧手段）

Claims

円筒内面に対しホーニングヘッドに設けた砥石を押し付けつつ前記ホーニングヘッドを回転させることで、前記円筒内面を研削加工するホーニング加工装置において、前記円筒内面に前記砥石を押し付けるべく、前記円筒内面を前記ホーニングヘッドの中心側に向けて吸引する吸引手段を前記ホーニングヘッドに設けたことを特徴とするホーニング加工装置。
前記吸引手段は、前記砥石とともに前記円筒内面に対して接近離反移動可能であることを特徴とする請求項１に記載のホーニング加工装置。
前記砥石を前記ホーニングヘッド外周の円周方向に沿って複数設け、この複数の砥石のうち２個以下を一組とし、この一組毎に前記吸引手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載のホーニング加工装置。
前記吸引手段の円周方向両側に、前記砥石を１個ずつ設けたことを特徴とする請求項３に記載のホーニング加工装置。
前記円筒内面をホーニング加工する前の状態で、前記砥石を前記円筒内面に向けて押し付け、その押し付け状態を、供給される流体を密閉保持して固定する流体圧駆動手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のホーニング加工装置。
前記吸引手段は、電磁石であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のホーニング加工装置。
前記ホーニングヘッドは、前記吸引手段を前記ホーニングヘッドの中心に向けて押圧する押圧手段を備えていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載のホーニング加工装置。
円筒内面に対しホーニングヘッドに設けた砥石を押し付けつつ前記ホーニングヘッドを回転させることで、前記円筒内面を研削加工するホーニング加工方法において、前記ホーニングヘッドに設けた吸引手段により、前記円筒内面を前記ホーニングヘッドの中心側に向けて吸引することで、前記円筒内面に前記砥石を押し付けることを特徴とするホーニング加工方法。