JP2010089174A - ホーニングヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】内径測定用のエアを噴射させるためのノズル部材を備えたホーニングヘッドにおいて、メンテナンスの負担を軽減する。
【解決手段】ホーニングヘッド１０は、ホーニング装置の主軸１に連結されるヘッド本体１２と、その周囲に交互に並ぶ砥石１８及びガイドパッド２２と、砥石１８をヘッド本体１２の径方向に変位させる駆動軸２６等とを備える。ヘッド本体１２のうちヘッド本体１２及びガイドパッド２２よりも主軸１側の位置であって当該砥石１８等に近接する位置には、穴径測定用のエアを噴射させるための噴射口４６を備えたノズル部材４０が外嵌、装着されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホーニングヘッドに関し、特に、内径計測用のエアを噴射させるためのノズル部材を備えたホーニングヘッドに関するものである。

上記のようなホーニングヘッドとして例えば特許文献１に記載されるものが知られている。この文献１に記載されるホーニングヘッドは、筒状のヘッド本体の周囲に砥石とガイドパッドとが周方向に並んだ状態で設けられており、ヘッド本体に挿入された駆動軸の移動に伴い砥石がヘッド本体に対して径方向に変位するように構成されている。砥石およびガイドパッドとは、共にヘッド本体の軸方向に延びる細長の形状とされており、ガイドパッドはボルト等によってヘッド本体の外周面に固定されている。

そして、一部のガイドパッドは、長手方向に分割されており、これらの間にエアノズル（ノズル部材）が配置されている。エアノズルはヘッド本体に対して接着又はろう付けにより固定されており、ヘッド本体の内部に形成されたエア供給通路を通じてエア供給源に連通、接続されている。エア供給通路には、エアの圧力（背圧）を電気信号に変換して出力するセンサが設けられており、加工中、前記エアノズルからエアを噴射させてその圧力を前記センサにより検出することにより加工穴の内径を測定するようになっている。
特開２００７−６９３３１号公報

上記従来のホーニングヘッドにおいて、加工穴の穴径を正確に測定するにはエアノズルの状態が重要であり、例えばエアノズルの先端が磨耗等により変形すると、測定精度に大きく影響する。この点、上記従来のホーニングヘッドでは、エアノズルがガイドパッドの長手方向における途中部分、つまり加工中、常に切粉や砥粒に曝される位置に設けられているため、エアノズルに摩耗による変形が生じ易いと考えられる。従って、加工穴の穴径を正確に測定するには、エアノズルの交換等を含めてメンテナンスを比較的短期間で行うことが必要となり、煩雑であるという課題がある。

しかも、従来のホーニングヘッドは、上記の通り、ヘッド本体に対してエアノズルが接着又はろう付けされているため交換が容易でなく、また、エアノズルの交換時には、ホーニング装置から一旦ホーニングヘッドを取り外し、一部のガイドパッドをヘッド本体から取外した上でエアノズルを交換する必要があるため、長期的に作業を中断する必要がある。従って、この点を改善することが求められる。

なお、予備のホーニングヘッドを予め準備しておき、ホーニングヘッドを付け替えることも考えられるが、これでは設備費用が嵩むこととなり必ずしも得策とは言えない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、内径測定用のエアを噴射させるためのノズル部材を備えたホーニングヘッドにおいて、そのメンテナンス負担を軽減することができるホーニングヘッドを提供することを目的とする。

ガイドパッドの途中部分にエアノズル（ノズル部材）を設けている主な理由は、砥石と位置と同じ位置で常に穴径を測定する方が砥石の切込み送り量を制御する上で信頼性が高いというものである。しかし、実際には、砥石に近接した位置であれば砥石と同じ位置で穴径を測定しなくても、工作物の材質やホーニングヘッドの駆動条件等から砥石による加工位置の穴径をある程度正確に予測することは可能であり、本発明は、このような観点に着目して成されたものである。すなわち、本発明は、ホーニング装置の主軸に連結される筒状のヘッド本体を有し、このヘッド本体の周囲に、複数の砥石と複数のガイドパッドとが所定の配列で放射状に設けられると共に、穴径測定用のエアを噴射させるためのノズル部材が設けられ、前記主軸の駆動により前記砥石をヘッド本体と共に加工穴内で回転させながら当該加工穴内でその軸方向に往復移動させるようにされたホーニングヘッドにおいて、前記ノズル部材が、前記ヘッド本体のうち前記砥石およびガイドパッドよりも前記主軸側の位置であって前記砥石の主軸側の端部を基準として前記往復移動のストローク長の範囲内に設けられているものである。

このようなホーニングヘッドの構成によれば、砥石やガイドパッドに対してエアノズルが主軸側にずれた位置に設けられているため、ガイドパッドの途中部分にエアノズルが設けられる従来のホーニングヘッドと比べると、加工中にノズル部材が切粉や砥粒（砥石から脱落した砥粒）に曝され難くなり、ノズル部材の摩耗等による変形を有効に抑えることが可能となる。

より具体的には、前記ノズル部材は、その外周面上にエアの噴射口を有するリング状をなし、前記ヘッド本体の外周面上に外嵌されているものである。

このような構成によれば、ホーニングヘッドの重量バランスを損なうことなく砥石やガイドパッドが設けられる位置よりも主軸側の位置に難なくノズル部材を設けることができる。

この場合、前記ヘッド本体は、その先端部分に前記砥石及びガイドパッドを保持するツール保持部を有し、かつこのツール保持部よりも前記主軸側の部分の外径が前記ツール保持部の外径よりも小さく設定されており、前記ノズル部材は、その一端を前記ツール保持部に突き当てた状態で前記ツール保持部よりも主軸側の部分に外嵌され、前記突き当て側とは反対側の位置において前記ヘッド本体に装着される抜け止め部材と前記ツール保持部とにより軸方向に拘束された状態で前記ヘッド本体に組付けられているのが好適である。

この構成によれば、ノズル部材をヘッド本体に対して容易に交換することが可能となる。すなわち、抜け止め部材を取り外してツール保持部とは反対側にノズル部材を引き抜くことによりヘッド本体から容易にノズル部材を取り外すことができ、また、これと逆の手順に従うことで、容易にヘッド本体にノズル部材を組付けることができる。

なお、前記ノズル部材は、前記噴射口の周辺部分がそれ以外の部分よりも硬い材料により構成されているのが好適である。

この構成によれば、噴射口の部分の磨耗等による変形を有効に防止しながらノズル部材のそれ以外の部分を安価な材料で製作することができる。

また、前記ノズル部材は、その外周面上に前記主軸側から砥石側への加工液の供給を可能とする溝部を有するものであるのが好適である。

この構成によれば、砥石やガイドパッドが設けられる部分より主軸側の位置にリング状のノズル部材を設けるようにしながらも、砥石による加工部分に対して主軸側から難なく加工液を供給することが可能となる。

本発明の請求項１，２に係るホーニングヘッドによれば、従来に比べて、加工中にノズル部材が切粉や砥粒に曝され難くなり、摩耗等によるノズル部材の変形を効果的に抑えることが可能となる。従って、その分、メンテナンス頻度を低減させることができる。また、請求項３〜５に係るホーニングヘッドによれば、従来比べて、ノズル部材の交換を簡単、かつ速やかに行うことが可能となり、その分、メンテナンス作業性を向上せることができる。

本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は本発明に係るホーニングヘッドの構成を断面図で概略的に示している。同図において符号１はホーニング装置の主軸で、この主軸１の先端（下端）にホーニングヘッド１０が連結されている。そして、図外の駆動装置により前記主軸１が駆動されることにより、この主軸１と一体にホーニングヘッド１０が昇降および回転（軸回りの回転）駆動されるようになっている。

同図に示すように、ホーニングヘッド１０は上下方向に細長い円筒状のヘッド本体１２を有している。ヘッド本体１２は、その先端（下端）側から順位に、ツール保持部１２Ａ、ノズル保持部１２Ｂ及び連結部１２Cを有しており、これらツール保持部１２Ａ、ノズル保持部１２Ｂ及び連結部１２Ｃは、その順番で径が小さく形成されている。

ホーニングヘッド１０は、前記連結部１２Ｃが主軸１の下端部に連結されることによりホーニング装置に取付けられている。具体的には、主軸１の先端部には、図２に示すように、ホーニングヘッド１０の嵌合用凹部２が形成されており、この嵌合用凹部にヘッド本体１２の前記連結部１２Ｃが嵌入され、連結部１２Ｃに設けられたロックピン１３で主軸１に係止（ロック）されている。すなわち、図３に示すように、嵌合用凹部２の側面には軸方向に延びる縦穴３ａとその末端から周方向に延びる横穴３ｂとからなる逆Ｌ字型の係止穴３が形成されており、同図中に一点鎖線矢印で示すように、ロックピン１３を係止穴３の縦穴３ａに挿入しながら連結部１２Ｃを嵌合用凹部２に差込み、主軸１とヘッド本体１２（連結部１２Ｃ）とを相対的に回転させてロックピンを横穴３ｂの奥端部に突き当てることにより、ホーニングヘッド１０が主軸１の先端に嵌合した状態にロックされている。なお、係止穴３の横穴３ｂは縦穴３ａに対して主軸１の回転駆動方向（図３中の実線矢印方向）と逆向きに設けられており、これによって加工中は、慣性により主軸１に対するホーニングヘッド１０のロック状態が保持される。

図１に戻って、ヘッド本体１２の前記ツール保持部１２Ａには、上下方向に延びかつ径方向に貫通する複数のスリット１４が放射状に形成されている。各スリット１４にはそれぞれ、上下方向に細長いプレート状の砥石ホルダ１６が収容されている。各砥石ホルダ１６は、ヘッド本体１２の径方向（図１では左右方向；以下、単に径方向という）に変位可能に収容され、ヘッド本体１２の中心からみ見てこれら砥石ホルダ１６の外側面１６ａにはそれぞれ、上下方向に細長い砥石１８が接着又はろう付けされている。

各砥石ホルダ１６には、これらの外側から一体にリング状の弾性部材２５が装着されており、これにより各砥石ホルダ１６がヘッド本体１２に対してその径方向内側に向かって付勢されている。

前記ヘッド本体１２の中心には、その軸方向に延びかつヘッド本体１２に対して軸方向に相対的に変位可能な駆動軸２６が挿入されており、この駆動軸２６の移動に伴い各砥石１８が砥石ホルダ１６と一体に径方向に変位するようになっている。すなわち、駆動軸２６の途中部分には、先端（下端）に向かって先細りとなる円錐台形状のガイド面２７ａ，２８ａを備えた駆動部２７，２８が上下二段に設けられており、他方、砥石ホルダ１６にはそれぞれ、駆動部２７，２８の前記ガイド面２７ａ，２８ａに当接するテーパ状の被ガイド面１７ａ，１７ｂが上下二段に形成されている。これにより、駆動軸２６がヘッド本体１２に対して下降すると前記弾性部材２５の弾発力に抗して各砥石１８が砥石ホルダ１６と一体的に径方向外側に変位し、逆に駆動軸２６がヘッド本体１２に対して上昇すると前記弾性部材２５の弾発力により各砥石１８が砥石ホルダ１６と一体的に径方向内側に変位するようになっている。

駆動軸２６は、その上端部がヘッド本体１２（連結部１２Ｃ）から上方に突出して前記主軸１内に挿入されており、駆動軸２６の基端（上端）に設けられるジョイント２９を介して主軸１内に配置される図外のプッシュロッドに連結されている。また、駆動軸２６にはコイルスプリング３０が装着されており、これによってコイルスプリング３０がヘッド本体１２に対して上向きに付勢されている。つまり、ホーニング装置に搭載されるアクチュエータの作動により前記プッシュロッドが下向きに移動すると、コイルスプリング３０の弾発力に抗して駆動軸２６が下降し、逆に前記プッシュロッドが上向きに移動すると、コイルスプリング３０の弾発力により駆動軸２６がプッシュロッドに追従して上昇するようになっている。

前記ツール保持部１２Ａには、さらに各スリット１４の間の位置にそれぞれガイドパッド２２が固定されている。従って、ツール保持部１２Ａには、前記砥石１８とガイドパッド２２とが周方向に交互に並んで設けられている。

ガイドパッド２２は、各砥石１８の偏摩耗を防止するものである。各ガイドパッド２２は、超硬合金等からなる上下方向に細長の形状を有しており、それぞれガイド面（図１では左側の面）がヘッド本体１２の中心に対して同一円上に並ぶようにツール保持部１２Ａの外周面上にボルト２４によって固定されている。なお、前記の各砥石１８は、前記駆動軸２６が上昇端位置にある状態では、砥石面が各ガイドパッド２２のガイド面より径方向内側に位置する所定の退避位置に配置されるようになっている。

ヘッド本体１２の前記ノズル保持部１２Ｂには、穴径測定用のエアを噴射するためのノズル部材４０が外嵌、装着されている。このノズル部材４０は上下方向に扁平なリング状の部材であり、図１に示すように、一方側の端面（図１では下端面）をツール保持部１２Ａの端面に突き当てた状態でノズル保持部１２Ｂの外周面上に外嵌され、前記ノズル保持部１２Ｂに装着されるＣ型止め輪等の抜け止めリング５２によって前記突き当て側とは反対側からカラー５０を介して拘束されている。これによりノズル保持部１２Ｂにノズル部材４０が固定されている。

ノズル部材４０は、図４に示すよう、外向きに湾曲する断面円弧状の面を有する複数の凸状部４２と、これら凸状部４２の間に形成され、内向きに湾曲する断面円弧状の面を有する溝部４４とが周方向に並んだ形状を有しており、図示の例では、４つの凸状部４２及び溝部４４がそれぞれ交互に並んでいる。各凸状部４２の外周面は、ノズル部材４０（ヘッド本体１２）の中心に対して同一円上に並ぶように形成されており、当該円の半径は各ガイドパッド２２のガイド面が並ぶ円の半径と等しく設定されている。

４つの凸状部４２のうち径方向に並ぶ一組の凸状部４２には、内径測定用の前記エアを噴射するための噴射口４６がそれぞれ設けられており、互いに径方向反対向きにエアを噴射するようになっている。詳しく説明すると、ノズル部材４０の内周面には、その周方向に亘って周溝４８が形成されており、この周溝４８の内底面に開口して各噴射口４６に至る貫通孔が形成されている。そして、ヘッド本体１２側にエア供給通路３２が形成されており、このエア供給通路３２の一端が前記ノズル保持部１２Ｂのうち前記ノズル部材４０の周溝４８に対向する位置に開口している。これによりエア供給通路３２を通じて供給されるエアがノズル部材４０の前記周溝４８内に導入されつつ各噴射口４６に案内され、これら噴射口４６から噴射されるようになっている。

エア供給通路３２はヘッド本体１２の内部をその軸方向に沿って延びており、その基端（上端）部は前記連結部１２Ｃの外周面上に開口している。他方、主軸１の前記嵌合用凹部２の内周面であってエア供給通路３２の前記開口部に対向する位置にはエア導入口５が形成されている。つまり、主軸１にはエア供給用の配管６が固定されており、この配管６を通じて供給されるエアが前記エア導入口５を介してヘッド本体１２のエア供給通路３２に導入されることにより前記各噴射口４６に案内されるようになっている。

なお、噴射口４６を有する凸状部４２の外周面のうち噴射口４６の周辺部分はそれ以外の部分よりも高い硬度をもって構成されている。具体的には、ノズル部材４０の全体がＳ４５Ｃ等の材料から構成され、凸状部４２の外周面に超硬合金のチップ４２ａが埋込まれ、このチップ４２ａに前記噴射口４６が形成されている。これは被加工面や切粉等との接触による摩耗から噴射口４６を保護するためである。噴射口４６をもたない凸状部４２についても同様に超硬合金のチップ４２ａが埋込まれており、これにより噴射口４６に対応する部分が強化されている。

なお、図１中符号４７，４８は、ノズル部材４０に組込まれたシール部材であり、ノズル部材４０とヘッド本体１２及びカラー５０との間をシールすることにより前記エアの漏れを防止するようになっている。

次に、上記のようなホーニングヘッド１０の作用効果について説明する。

ホーニングヘッド１０を用いて工作物をホーニング加工するには、まず、各砥石１８を退避位置に配置した状態で、ホーニングヘッド１０を工作物の加工穴に挿入する。そして、主軸１を駆動することによりホーニングヘッド１０を回転させると共に加工穴に沿って往復移動させ、この駆動中に各砥石１８を径方向外側に移動さて加工穴の内周面に各砥石１８を接触させる。

加工中は、各噴射口４６から被加工穴の内面に対してエアを噴射させ、その際のエアの圧力（背圧）を図外のセンサにより検出することにより被加工穴の穴径を測定する。そして、その測定値に基づいて各砥石１８の径方向への移動量、すなわち切込み送り量を制御することにより被加工穴を目標径まで加工する。

ここで、上記のホーニングヘッド１０によれば、ノズル部材４０が砥石１８やガイドパッド２２よりも上側（主軸１）にずれた位置に設けられているため、ガイドパッドの途中部分にエアノズルが設けられる従来のホーニングヘッドに比べると、加工中にノズル部材４０（特に、噴射口４６）が切粉や砥粒に曝され難い。また、加工中は、上記のように砥石１８を加工穴に沿って往復移動させながらホーニング加工を行うが、その場合、砥石１８が被加工穴の上端部に位置すると必然的にノズル部材４０は加工穴の外側に位置するため、加工中、常にエアノズルが被加工穴内にある従来のホーニングヘッドに比べると、ノズル部材４０が加工穴内にある時間が低減され、これによってもノズル部材４０が切粉や砥粒に曝され難くなる。

従って、上記のホーニングヘッド１０によると、従来のホーニングヘッドに比べて切粉や砥粒等との接触によるノズル部材４０の変形を効果的に抑えることができ、その結果、ノズル部材４０のメンテナンス頻度を低減することができる。特に、このホーニングヘッド１０では、上記のように、ノズル部材４０は、噴射口４６の周辺部分が超硬合金のチップ４２ａにより構成されているので噴射口４６の摩耗等による変形が生じ難く、この点でもノズル部材４０のメンテナンス頻度を低減することができる。

また、上記のホーニングヘッド１０では、予め交換用のノズル部材４０を準備しておけば、次の手順に従ってノズル部材４０の交換を簡単、かつ速やかに行うことができる。すなわち、（１）ホーニングヘッド１０を捻って主軸１に対する連結部１２Ｃのロック状態を解除し、ホーニングヘッド１０を主軸１から下方に引き抜く、（２）ロックピン１３及び抜け止めリング５２を取り外し、図５に示すように、カラー５０及びノズル部材４０を連結部１２Ｃ側に移動させながらヘッド本体１２から取り外す、（３）上記（２）と逆の手順でノズル部材４０をヘッド本体１２に装着する、（４）上記（１）と逆の手順でホーニングヘッド１０を主軸１に連結する。

従って、エアノズルが接着剤やろう付けによりヘッド本体に対して固定されている従来のホーニングヘッドに比べると、ノズル部材４０の交換を非常に簡単に、かつ速やかに行うことができるという利点もある。なお、ロックピン１３の取り外しは、当該ロックピン１３に形成されている雌ねじ１３ａ（図２参照）に図外の治具を螺合挿入し、この治具戸共にヘッド本体１２からロックピン１３を引き抜くことにより行う。

また、加工中には、砥石１８による加工位置に対して主軸１側から加工液が供給されるが、上記ホーニングヘッド１０によれば、上記の通り、ノズル部材４０の外周面上に加工液供給用の溝部４４が形成されているため、砥石１８より主軸１側に上記のようなリング状のノズル部材４０を備えていながらも、加工液の供給を難なく行うことができるという利点もある。

ところで、以上説明したホーニングヘッドは、本発明に係るホーニングヘッドの好ましい実施形態の一例であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、ヘッド本体１２に設けられたエア供給通路３２を通じてノズル部材４０（噴射口４６）に内径測定用のエアを供給する構成となっているが、勿論、配管を通じてノズル部材４０に直接エアを供給するように構成してもよい。

また、上記実施形態のホーニングヘッド１０では、ノズル部材４０は、ヘッド本体１２に対して抜き差しする構成であるが、例えばノズル部材４０をその径方向沿った割線によって分割可能な構成とし、各分割片をヘッド本体１２（ノズル保持部１２Ｂ）に対してその外側から抱き合わせて結合させる構成としてもよい。この構成によれば、主軸１からホーニングヘッド１０を取り外すことなくノズル部材４０の交換を行うことが可能となり、よりメンテナンス性が向上する。

また、上記実施形態では、ノズル部材４０は、外周面上に噴射口４６を備えたリング状の構成であるが、ノズル部材４０は、内径測定用のエアを適切に噴射することができれば、上記実施形態以外の構成であっても構わない。また、ノズル部材４０は、必ずしも実施形態のように砥石１８の直ぐ上方位置に設けられている必要はなく、砥石１８から多少離間する位置に設けられているものであってもよい。但し、砥石１８によるホーニング加工中に穴径を測定するには、ノズル部材４０（特に噴射口４６）は、砥石１８の主軸１側の端部を基準としてホーニングヘッド１０の往復移動のストローク長の範囲内に設けられている必要がある。

本発明に係るホーニングヘッドを示す断面図（主軸に装着された状態）である。 ホーニングヘッドの連結部の構造と主軸の構造を示す要部断面図である。 主軸とホーニングヘッドとの連結部分（特にロック機構）を示すホーニングヘッド等の側面図である。 ノズル部材の構造を示す断面図（図１のＩＶ−ＩＶ断面図）である。 エアノズル（ノズル部材）の交換手順を説明するホーニングヘッドの分解断面図である。

符号の説明

１ 主軸
１０ ホーニングヘッド
１２ ヘッド本体
１２Ａ ツール保持部
１２Ｂ ノズル保持部
１２Ｃ 連結部
１６ 砥石ホルダ
１８ 砥石
２２ ガイドパッド
２６ 駆動軸
４０ ノズル部材
４６ エアノズル

Claims (5)

1. ホーニング装置の主軸に連結される筒状のヘッド本体を有し、このヘッド本体の周囲に、複数の砥石と複数のガイドパッドとが所定の配列で放射状に設けられると共に、穴径測定用のエアを噴射させるためのノズル部材が設けられ、前記主軸の駆動により前記砥石をヘッド本体と共に加工穴内で回転させながら当該加工穴内でその軸方向に往復移動させるようにされたホーニングヘッドにおいて、
   前記ノズル部材は、前記ヘッド本体のうち前記砥石およびガイドパッドよりも前記主軸側の位置であって前記砥石の主軸側の端部を基準として前記往復移動のストローク長の範囲内に設けられていることを特徴とするホーニングヘッド。
2. 請求項１に記載のホーニングヘッドにおいて、
   前記ノズル部材は、その外周面上にエアの噴射口を有するリング状をなし、前記ヘッド本体の外周面上に外嵌されていることを特徴とするホーニングヘッド。
3. 請求項２に記載のホーニングヘッドにおいて、
   前記ヘッド本体は、その先端部分に前記砥石及びガイドパッドを保持するツール保持部を有し、かつこのツール保持部よりも前記主軸側の部分の外径が前記ツール保持部の外径よりも小さく設定されており、前記ノズル部材は、その一端を前記ツール保持部に突き当てた状態で前記ツール保持部よりも主軸側の部分に外嵌され、前記突き当て側とは反対側の位置において前記ヘッド本体に装着される抜け止め部材と前記ツール保持部とにより軸方向に拘束された状態で前記ヘッド本体に組付けられていることを特徴とするホーニングヘッド。
4. 請求項２又は３に記載のホーニングヘッドにおいて、
   前記ノズル部材は、前記噴射口の周辺部分がそれ以外の部分よりも硬い材料により構成されていることを特徴とするホーニングヘッド。
5. 請求項２乃至４の何れか一項に記載のホーニングヘッドにおいて、
   前記ノズル部材は、その外周面上に前記主軸側から砥石側への加工液の供給を可能とする溝部を有することを特徴とするホーニングヘッド。

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