JP2011194525A - ホーニングマシン - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでボア内周面における塑性流動の発生を抑えることができるホーニングマシンを提供する。
【解決手段】ワーク１のボア２に挿入されるホーニングヘッド４と、ホーニングヘッド４に取り付けられた砥石５と、ホーニングヘッド４に連結された主軸６と、主軸６を軸回りに回転させる駆動機構７とを備えたホーニングマシン３であって、主軸６とホーニングヘッド４との連結部が、主軸６を軸回りに正回転及び逆回転させても主軸６とホーニングヘッド４との連結状態を保持できる正逆回転対応連結部１７であり、駆動機構７が、主軸６を軸回りに正回転及び逆回転させる回転制御部２７を有する。ホーニングヘッド４の砥石５でボア２の内周面を研削するホーニング中に、回転制御部２７によってホーニングヘッド４の回転方向を正回転と逆回転とに切り替え、塑性流動の発生を抑える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ワークに形成されたボアの内周面を研削加工するホーニングマシンに関する。

図１に、エンジンのシリンダブロック（ワーク）１に形成されたシリンダボア（ボア）２の内周面を研削する従来のホーニングマシン３ｊを示す。

このホーニングマシン３ｊは、シリンダボア２に挿入されるホーニングヘッド４と、ホーニングヘッド４にシリンダボア２の内周面を研削するために取り付けられた砥石５と、ホーニングヘッド４をシリンダボア２に対して同心的に回転させるためにホーニングヘッド４に連結された主軸（ホーニングスピンドル）６と、主軸６を軸回りに回転させると共に主軸６を軸方向に往復移動させる駆動機構７とを備えている。砥石５は、ホーニングヘッド４の周方向に間隔を隔てて複数取り付けられており、シリンダボア２の内周面に向けて所定の拡張圧で押し付けられるようになっている。

図２に示すように、従来のホーニングマシン３ｊにおいては、主軸６とホーニングヘッド４との連結部（脱着部）は、ホーニングヘッド４の上部に設けた挿入凸部８を主軸６の下部に設けたパイプ状の被挿入凹部９に挿入し、挿入凸部８に取り付けたピン１０を被挿入凹部９にＬ字状に形成した係合溝１１に係合させるようにした片側押し付け構造１２が採用されていた。また、主軸６は、駆動機構７に連結された駆動主軸６ａと、ホーニングヘッド４に連結された被駆動主軸６ｂとを連結して構成され、駆動主軸６ａと被駆動主軸６ｂとの連結部は、駆動主軸６ａに形成したねじ穴１３に被駆動主軸６ｂに設けたねじロッド１４を螺合させるねじ込み構造１５が採用されていた。

このため、主軸６の回転方向は、一方向のみが許容されていた。すなわち、片側押し付け構造１２のピン１０の係合溝１１への押し付け方向と、ねじ込み構造１５のねじロッド１４とねじ穴１３とのねじ込み方向とは、同方向に設定されており、その方向に主軸６を回転させることは問題ないが、それとは逆方向に主軸６を回転させると、ねじ込み構造１５のねじ穴１３とねじロッド１４とが緩もうとし、片側押し付け構造１２のピン１０が係合溝１１から外れようとする。よって、主軸６の回転方向を一方向のみとし、ホーニングヘッド４をその方向にのみ回転させてシリンダボア２の内周面を研削している。

ところで、ホーニングヘッド４を回転させてシリンダボア２の内周面を研削すると、シリンダボア２の内周面に回転方向に沿った塑性流動が発生し、内周面の組織が流れてしまい、油保持の溝や鋳物のカーボンの空間が押し潰され、潤滑性が低下することが知られている。すなわち、図３（ａ）に示すように、シリンダボア２の内周面には、油保持の溝１６や鋳物のカーボンの空間が存在するが、ホーニングヘッド４を回転させてシリンダボア２の内周面を研削すると、図３（ｂ）に示すように、シリンダボア２の内周面に回転方向Ａに沿った塑性流動が発生し、油保持の溝１６や鋳物のカーボンの空間が押し潰されてしまう。よって、ホーニングヘッド４を一方向にのみ回転させて研削を行うと、塑性流動が進行してしまい、潤滑性の大幅な低下を招く。

塑性流動を抑制する対策として、ホーニング工程を荒工程、仕上げ工程に分割し、荒工程と仕上げ工程とで主軸６の回転方向（ホーニングヘッド４の回転方向）を逆にする技術が知られている（特許文献１参照）。

特許第４１７７０５２号公報

しかし乍ら、この場合、塑性流動の発生比率が荒工程に偏ることが多く、効果が出ないことがある。すなわち、最初の荒工程で塑性流動が発生して或る程度まで進行してしまうため、その後の仕上げ工程でホーニングヘッド４の回転方向を逆にしても、一旦進行してしまった塑性流動を戻すことは困難となる。例えば、荒工程後、仕上げ工程取代を少なくすると、荒工程で発生した塑性流動が残ってしまう場合がある。

塑性流動の発生比率を荒工程と仕上げ工程とでバランスを取って各工程での塑性流動を相殺するためには、荒工程と仕上げ工程とで取り代（研削量）や塑性流動の発生状況を均一に制御する必要がある。このため、一般的に寿命が短い砥石５を選定しなければならない、また、荒工程と仕上げ工程とで取り代の配分の管理も必要となるので、要求表面性状等の品質から求められる取り代配分では塑性流動が残る場合もある。よって、荒工程と仕上げ工程とで回転を逆にすることは、一般には行われていない。

また、塑性流動を抑える別の対策として、ホーニングヘッド４の砥石５に軟らかいものを用いたり、砥石５の拡張圧を通常よりも小さくすること等も行われている。

しかし乍ら、以上述べたような従来の種々の対策は、設備投資の増加、工程数の増加、砥石寿命の低下、加工費の増大、砥石の低拡張圧による加工速度の低下を招き、効率がよいとはいえず、コストアップに繋がる。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、低コストでボア内周面における塑性流動の発生を抑えることができるホーニングマシンを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、ワークに形成されたボアに挿入されるホーニングヘッドと、該ホーニングヘッドに前記ボアの内周面を研削するために取り付けられた砥石と、前記ホーニングヘッドを前記ボアに対して回転させるために前記ホーニングヘッドに連結された主軸と、該主軸を軸回りに回転させると共に前記主軸を軸方向に往復移動させる駆動機構とを備えたホーニングマシンであって、前記主軸と前記ホーニングヘッドとの連結部が、前記主軸を軸回りに正回転及び逆回転させても前記主軸と前記ホーニングヘッドとの連結状態を保持できる正逆回転対応連結部であり、前記駆動機構が、前記主軸を軸回りに正回転及び逆回転させる回転制御部を有するホーニングマシンである。

前記主軸が、前記駆動機構に連結された駆動主軸と、一端が該駆動主軸に連結され他端が前記ホーニングヘッドに連結された被駆動主軸とを有し、前記駆動主軸と前記被駆動主軸との連結部が、前記駆動主軸を軸回りに正回転及び逆回転させても前記駆動主軸と前記被駆動主軸との連結状態を保持できる正逆回転対応連結部であってもよい。

本発明に係るホーニングマシンによれば、次のような効果を発揮できる。
（１）主軸とホーニングヘッドとの連結部を正逆回転対応連結部とし、主軸の駆動機構に主軸を正回転及び逆回転させる回転制御部を備えたので、ホーニングヘッドによるボア内周面の研削中に、主軸の回転方向を正回転と逆回転とに切り替えることができる。この結果、ボア内周面における塑性流動の発生を抑えることができる。
（２）かかる効果は、既存のホーニングマシンに対し、連結部を正逆回転対応連結部に改変し、駆動機構に回転制御部を付加するのみで達成できるので、極めて低コストで達成できる。

従来例を示すホーニングマシンの概略図である。 図１の主軸及びホーニングヘッドの拡大図である。 シリンダボア内周面における塑性流動を示す説明図であり、（ａ）はホーニング加工前のシリンダボアの断面図、（ｂ）はホーニング加工後の塑性流動が発生したシリンダボアの断面図である。 本発明の一実施形態に係るホーニングマシンの概略図である。 図４の主軸及びホーニングヘッドの拡大図である。 図４の砥石及びシリンダボア内周面の拡大図である。

本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図４に示すように、本実施形態に係るホーニングマシン３は、エンジンのシリンダブロック（ワーク）１に形成されたシリンダボア（ボア）２の内周面を研削するものである。

このホーニングマシン３は、シリンダボア２に挿入されるホーニングヘッド４と、ホーニングヘッド４にシリンダボア２の内周面を研削するために取り付けられた砥石５と、ホーニングヘッド４をシリンダボア２に対して同心的に回転させるためにホーニングヘッド４に連結された主軸６と、主軸６を軸回りに回転させると共に主軸６を軸方向に往復移動させる駆動機構７とを備えている。砥石５は、ホーニングヘッド４の周方向に間隔を隔てて複数取り付けられており、シリンダボア２の内周面に向けて所定の拡張圧で押し付けられるようになっている。

本発明の特徴は、主軸６とホーニングヘッド４との連結部を、主軸６を軸回りに正回転及び逆回転させても主軸６とホーニングヘッド４との連結状態を保持できる正逆回転対応連結部１７とし、駆動機構７に、主軸６を軸回りに正回転及び逆回転させる回転制御部２７を備えた点にある。加えて、主軸６を、駆動機構７に連結された駆動主軸６ａと、一端が駆動主軸６ａに連結され他端がホーニングヘッド４に連結された被駆動主軸６ｂとから構成し、駆動主軸６ａと被駆動主軸６ｂとの連結部を、駆動主軸６ａを軸回りに正回転及び逆回転させても駆動主軸６ａと被駆動主軸６ｂとの連結状態を保持できる正逆回転対応連結部１８としている。

図５に示すように、駆動主軸６ａと被駆動主軸６ｂとを連結する正逆回転対応連結部１８は、駆動主軸６ａの下端に設けた駆動側フランジ１９と、被駆動主軸６ｂの上端に設けた被駆動側フランジ２０と、駆動側フランジ１９と被駆動側フランジ２０とを締結するボルトナット等の締結部材２１とを有する。かかる正逆回転対応連結部１８は、駆動主軸６ａを軸回りに正回転及び逆回転させても、従来の図２に示すねじ込み構造１５の連結部とは異なり、駆動主軸６ａと被駆動主軸６ｂとの連結状態を適正に保持できる。なお、正逆回転対応連結部１８は、上記構成に限定されるものではなく、駆動主軸６ａを正逆回転したとき駆動主軸６ａと被駆動主軸６ｂとの連結状態を適正に保持できる構成であればどのような構成であってもよい。

図５に示すように、主軸６（被駆動主軸６ｂ）とホーニングヘッド４とを連結する正逆回転対応連結部１７は、ホーニングヘッド４の上部に設けた挿入凸部２２と、被駆動主軸６ｂの下部に設けたパイプ状の被挿入凹部２３と、挿入凸部２２を被挿入凹部２３に挿入した状態で両者を側方から串刺しにするピン２４とを有する。ピン２４は、挿入凸部２２を被挿入凹部２３に挿入した状態で両者に形成された穴に図５の紙面裏表方向から貫通され、挿入凸部２２と被挿入凹部２３とを連結する。かかる正逆回転対応連結部１７は、被駆動主軸６ｂが軸回りに正回転及び逆回転されても、従来の図２に示す片側押し付け構造１２の連結部とは異なり、被駆動主軸６ｂとホーニングヘッド４との連結状態を適正に保持できる。

また、挿入凸部２２と被挿入凹部２３との間には僅かな挿入代（隙間）が設定されているため、その隙間の範囲で挿入凸部２２（ホーニングヘッド４）が被挿入凹部２３（被駆動主軸６ｂ）に対してピン２４を中心に首振り可能となる。これにより、砥石５によるシリンダボア２の研削性能が向上する。なお、正逆回転対応連結部１７は、上記構成に限定されるものではなく、被駆動主軸６ｂが正逆回転されたとき被駆動主軸６ｂとホーニングヘッド４との連結状態を適正に保持できる構成であればどのような構成であってもよい。

図４に示すように、主軸６（駆動主軸６ａ、被駆動主軸６ｂ）を軸回りに回転させると共に主軸６を軸方向に往復移動させる駆動機構７は、主軸６を軸回りに回転駆動する回転駆動部２５と、主軸６を軸方向（上下方向）に往復移動する往復駆動部２６と、主軸６の回転方向を正回転と逆回転とに切り替えるための回転制御部（コンピュータ等）２７とを有する。

回転駆動部２５は、ホーニングマシン３の基台２８に設けられた柱２９に上下方向に移動可能に装着された移動ブロック３０に取り付けられており、主軸６を鉛直軸回りに回転可能に支持する図示しない軸受部と、主軸６を鉛直軸回りに正回転方向及び逆回転方向に回転駆動するためのモータ３１と、モータ３１の回転を主軸６に伝達する伝達機構（ギヤ、チェーン等）３２とを備えている。

往復駆動部２６は、移動ブロック３０を柱２９に設けたガイドレール３３に沿って上下方向に移動するためのモータ３４と、モータ３４の回転力を移動ブロック３０の上下方向の移動に変換する図示しない駆動機構（ボールねじ等を用いたねじ送り機構やラックアンドピニオン機構等）とを備えている。

回転制御部（コンピュータ等）２７は、回転駆動部２５のモータ３１の回転方向を切り替えることで、主軸６の回転方向を正回転と逆回転とに制御する機能を有する。具体的には、従来から存在するモータ３１の回転制御プログラムに、モータ３１の正逆回転を切り替えるプログラムを追加した。また、回転制御部２７は、従来と同様に、モータ３１の回転速度を調節することで主軸６の回転速度を制御し、往復駆動部２６のモータ３４の回転速度及び回転角度（基準位置からの総回転数）を調節することで移動ブロック３０の昇降速度及び上下位置を制御する機能をも有する。

本実施形態に係るホーニングマシン３の作用を述べる。

このホーニングマシン３によれば、駆動主軸６ａと被駆動主軸６ｂとの連結部を正逆回転対応連結部１８とし、被駆動主軸６ｂとホーニングヘッド４との連結部を正逆回転対応連結部１７とし、駆動機構７に駆動主軸６ａの回転方向を正回転と逆回転とに切り替える回転制御部２７を備えたので、ホーニングヘッド４によるシリンダボア２の内周面の研削中に、主軸６の回転方向を正回転と逆回転とに切り替えることができる。よって、ホーニングヘッド４によりシリンダボア２の内周面を研削（ホーニング）している途中で、ホーニングヘッド４の回転方向を正回転から逆回転に或いは逆回転から正回転に変更することができ、シリンダボア２の内周面における塑性流動の発生を抑えることができる。

すなわち、ホーニングヘッド４を正回転させてシリンダボア２をホーニングしているときに、シリンダボア２の内周面に仮に塑性流動が生じても、その塑性流動が深刻な状態（ホーニングヘッド４を逆回転させても打ち消すことができない状態）にまで進行する前に、ホーニングヘッド４の回転方向を逆回転に切り替えることで、一旦発生した程度の軽い塑性流動を打ち消す（相殺する）ことができる。また、ホーニングヘッド４の正回転中に、塑性流動が生じる前にホーニングヘッド４を逆回転に切り替えることで、塑性流動の発生自体を抑制することもできる。

なお、特許文献１に記載されたもののように、ホーニング工程を荒工程、仕上げ工程に分割し、荒工程と仕上げ工程とでホーニングヘッドの回転方向を逆にすることで塑性流動の抑制を図った場合、荒工程中（例えば取り代２０μｍ）はホーニングヘッドの回転方向が一方向であるため、荒工程中に生じた塑性流動が荒工程を終了するまでに深刻な状態にまで進行してしまい、その後、仕上げ工程（例えば取り代５μｍ）でホーニングヘッドの回転方向を逆方向としても、一旦発生した程度の重い塑性流動を打ち消すことは困難となる。

他方、本実施形態に係るホーニングマシン３によれば、ホーニングヘッド４によるシリンダボア２の内周面のホーニング中に、ホーニングヘッド４の回転方向を正回転と逆回転とに切り替えることができるので、荒工程、仕上げ工程の夫々の工程内でホーニングヘッド４を正回転、逆回転に切り替えてシリンダボア２をホーニングすることで、各工程において、塑性流動の発生を防ぐことができ、或いは一旦発生した軽い塑性流動を打ち消すことができる。

よって、このホーニングマシン３を用いたホーニング加工によれば、ホーニング前に図３（ａ）に示すようにシリンダボア２の内周面に存在する油保持の溝１６や鋳物のカーボンの空間が、ホーニング後に図３（ｂ）に示すように塑性流動によって押し潰されることが回避され、潤滑性の低下を防止でき、潤滑性の高いシリンダボア２を得ることができる。

また、本実施形態に係るホーニングマシン３によれば、荒工程と仕上げ工程とで取り代の配分や加工条件を自由に設定できる。例えば、荒工程で多大な塑性流動が発生する砥石５を採用しても、その荒工程中に回転方向を正回転と逆回転とに切り替えることで、塑性流動を抑制できる。また、塑性流動が生じやすい（不安定な）砥石５を用いても、荒工程及び仕上げ工程の夫々において回転方向を切り替えることで、各工程での塑性流動の発生を抑えることができ、仕上げ取代配分や仕上げ工法が自由となる。よって、寿命が長い材質の砥石５やスペックの低い砥石５を採用することが可能となり、コストダウンとなる。

以上述べた効果は、図１に示す既存のホーニングマシン３ｊに対し、駆動主軸６ａと被駆動主軸６ｂとの連結部を正逆回転対応連結部１８に改変し、被駆動主軸６ｂとホーニングヘッド４との連結部を正逆回転対応連結部１７に改変し、駆動主軸６の駆動機構７に回転制御部２７を追加するのみで達成できるので、僅かなコストで容易に改変できる。よって、極めて低コストでシリンダボア２の内周面の塑性流動を抑制でき、潤滑性の高いシリンダボア２を得ることができる。

また、ホーニングヘッド４の回転方向を正回転と逆回転とに切り替えてホーニングしているので、図６に示すように、ホーニングヘッド４に取り付けた砥石５のシリンダボア２の内周面に対する移動方向が、正回転と逆回転とで矢印Ｂ、Ｃに示すように交互に切り替わる。このため、砥石５の砥粒の削り方向が正回転と逆回転とで交互に変化し、砥石５の先端（シリンダボア２の対向部）において正回転で削れる傾斜と逆回転で削れる傾斜とが逆向きとなり、常に切れ味のよい砥粒の状態が保たれ、砥石５の切れ味を良好な状態に確保できる。

よって、加工効率が向上し、これに伴って塑性流動が抑制される。また、加工時間を短縮できる。また、加工効率が向上することで、今までは使用できなかったスペックの砥石５の採用が可能となる。よって、砥石５の長寿命化を推進でき、加工コストを低減できる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では主軸６を駆動主軸６ａと被駆動主軸６ｂとから構成したが、これら駆動主軸６ａと被駆動主軸６ｂとを一体化してワンピースの主軸６を用いてもよい。この場合、駆動主軸６ａと被駆動主軸６ｂとを連結する正逆回転対応連結部１８は不要となる。

また、本発明に係るホーニングマシン３は、塑性流動を抑制するという効果に加えて砥石５の切れ味を常に良好な状態に維持できるという効果をも発揮できるので、シリンダブロック１のシリンダボア２をホーニングするものに限られず、ワークのボア（穴）をホーニングするものであれば全てのホーニング設備に適用できる。

１ ワーク（シリンダブロック）
２ ボア（シリンダボア）
３ ホーニングマシン
４ ホーニングヘッド
５ 砥石
６ 主軸
６ａ 駆動主軸
６ｂ 被駆動主軸
７ 駆動機構
１７ 正逆回転対応連結部
１８ 正逆回転対応連結部
２７ 回転制御部

Claims (2)

1. ワークに形成されたボアに挿入されるホーニングヘッドと、
   該ホーニングヘッドに前記ボアの内周面を研削するために取り付けられた砥石と、
   前記ホーニングヘッドを前記ボアに対して回転させるために前記ホーニングヘッドに連結された主軸と、
   該主軸を軸回りに回転させると共に前記主軸を軸方向に往復移動させる駆動機構とを備えたホーニングマシンであって、
   前記主軸と前記ホーニングヘッドとの連結部が、前記主軸を軸回りに正回転及び逆回転させても前記主軸と前記ホーニングヘッドとの連結状態を保持できる正逆回転対応連結部であり、
   前記駆動機構が、前記主軸を軸回りに正回転及び逆回転させる回転制御部を有する
   ことを特徴とするホーニングマシン。
2. 前記主軸が、前記駆動機構に連結された駆動主軸と、一端が該駆動主軸に連結され他端が前記ホーニングヘッドに連結された被駆動主軸とを有し、
   前記駆動主軸と前記被駆動主軸との連結部が、前記駆動主軸を軸回りに正回転及び逆回転させても前記駆動主軸と前記被駆動主軸との連結状態を保持できる正逆回転対応連結部である
   請求項１に記載のホーニングマシン。

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