JP2017127939A

JP2017127939A - 研削工具

Info

Publication number: JP2017127939A
Application number: JP2016009768A
Authority: JP
Inventors: 準野間崎; Jun Nomazaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-07-27

Abstract

【課題】構成を複雑にすることなく、砥石を保持する摺動部材の、加工対象孔の径方向に沿うスムーズな進退運動を維持できる研削工具を提供する。【解決手段】本研削工具１では、摺動部材１２とスリットの内壁面（支持面）との摺動面、詳しくは、摺動部材１２の側面１２ａ、１２ｂにＤＬＣコーティングが施されている。これにより、摺動部材１２の側面１２ａ、１２ｂとスリットの内壁面との間の摺動性が向上され、さらに、ＤＬＣコーティングは、撥水性にも優れているために研削カスの残存を抑制することができ、ひいては、構成を複雑にすることなく、摺動部材１２の、加工対象孔の径方向に沿うスムーズな進退運動を維持することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、加工対象孔の内壁面のホーニング加工に使用される研削工具に関するものである。

一般に、研削工具のホーンヘッドには、周方向に間隔を置いて放射状に配置される複数の砥石と、各砥石と加工対象孔の内壁面との間の接触状態を良好に維持するために、各砥石を加工対象孔の径方向に沿って進退（拡縮）させる拡縮機構とが備えられている。この拡縮機構は、円錐台状部を有し、軸方向に移動可能な拡縮用ロッドと、砥石を保持し、拡縮用ロッドの周りに周方向に間隔を置いて放射状に複数配置され、拡縮用ロッドの円錐台状部に接触して、拡縮用ロッドの軸方向への移動に伴って加工対象孔の径方向に沿って進退運動する摺動部材と、該摺動部材を加工対象孔の径方向に沿って摺動可能に挟持する支持面とを備えている。

この研削工具によるホーニング加工は、水溶性クーラントの環境下で行われており、ホーニング加工により発生した研削カスが摺動部材と支持面との間にクーラントと共に滞留する。その後、滞留したクーラントが非動作時に気化して、研削カスのみが残存するようになる。この研削カスの残存により、その状態でホーニング加工を実施しようとすると、各摺動部材が加工対象孔の径方向に沿ってスムーズに前進することができず加工に不都合を及ぼすことになる。一方、ホーニング加工の完了時においても、各摺動部材が加工対象孔の径方向に沿って完全に後退することができず、その結果、各砥石が加工対象孔の内壁面に接触した状態であるために、ホーンヘッドを加工対象孔から抜き取る動作時に、加工対象孔の内壁面が各砥石により損傷する等の不具合が発生することになる。

上述した問題を解決すべく提案された特許文献１には、研削工具内に流路を設け、該流路に洗浄液を流すことにより、内部に堆積した切粉や剥離砥粒等を外部に排出する研削工具が開示されている。

特開２００１−２４６５４９号公報

しかしながら、特許文献１に係る研削工具では、研削工具内に流路を設ける必要があり、しかも、この流路に洗浄液を送入する送入装置をも備える必要があり、研削工具の製造コストが高くなり採用することが困難となる。要するに、特許文献１に係る研削工具では、切粉や剥離砥粒等を外部に排出するための構成が複雑化して、製造コストが高くなる虞があり採用することが困難となる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、構成を複雑にすることなく、砥石を保持する摺動部材の、加工対象孔の径方向に沿うスムーズな進退運動を維持できる研磨工具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、ホーンヘッドの支持面によって摺動可能に支持された、砥石を保持する摺動部材を、加工対象孔の内壁面に向かって前進させてホーニング加工を行う研削工具であって、前記摺動部材と前記支持面との摺動面にＤＬＣコーティングが施されることを特徴とするものである。
なお、摺動部材は、ホーンヘッドを構成する円筒状のハウジングの周壁部に形成されたスリット内に支持されており、前記支持面は、スリットの内壁面、具体的には、スリットの軸方向に沿う一対の内壁面、及び周方向に沿う一対の内壁面に相当する。
また、ＤＬＣコーティングは、摺動部材と支持面との摺動面として、摺動部材側の摺動面にコーティングしてもよいし、支持面側の摺動面にコーティングしてもよい。

請求項１の発明によれば、摺動部材と支持面との摺動面にＤＬＣコーティングが施されるので、摺動部材と支持面との間の摺動性が向上され（低摩擦）、さらに、ＤＬＣコーティングは、撥水性にも優れているために、摺動部材と支持面との間の研削カスが水溶性クーラントと共に排出され易くなり、研削カスの残存を抑制することができる。これにより、本研削工具においては、構成を複雑にすることなく、摺動部材の、加工対象孔の径方向に沿うスムーズな進退運動を維持することができる。しかも、ＤＬＣコーティングは、耐摩耗性及び低相手攻撃性に対しても優れているので、本研削工具の寿命を向上させることができる。

図１（ａ）は、本実施形態に係る研削工具のホーンヘッドの内部構造を示す斜視図であり、（ｂ）は、ハウジングのスリットに摺動部材が配置された状態の斜視図であり、（ｃ）は、ハウジングのスリットだけを示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る研削工具のホーンヘッド内部の拡縮機構を説明するための断面図である。図３（ｂ）は、本実施形態に係る研削工具に採用した、砥石を含む摺動部材の、加工対象孔の周方向に沿う側面図であり、（ａ）及び（ｃ）は、摺動部材の、加工対象孔の軸方向に沿う側面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る研削工具１は、図１に示すように、加工対象孔５（例えば、シリンダブロックのボア）の内壁面６をホーニング加工するものである。本研削工具１は、周方向に間隔を置いて放射状に配置される複数の砥石２と、各砥石２と加工対象孔５の内壁面６との間の接触状態を良好に維持するために、各砥石２を加工対象孔５の径方向に沿って進退運動させる拡縮機構３と、該拡縮機構３を収容する円筒状のハウジング４とを有するホーンヘッド１０を備えている。なお、このホーンヘッド１０には、該ホーンヘッド１０を昇降させる昇降用モータ（図示略）を含む昇降装置（図示略）が連結される。また、このホーンヘッド１０には、該ホーンヘッド１０を回転させる回転用モータ（図示略）が連結される。

拡縮機構３は、第１及び第２円錐台状部２１ｂ、２２ｂを有し、軸方向に移動自在に支持される拡縮用ロッド１１と、砥石２を保持して、ハウジング４の各スリット１７内にそれぞれ配置され、拡縮用ロッド１１の第１及び第２円錐台状部２１ｂ、２２ｂに接触して、拡縮用ロッド１１の軸方向への移動に伴ってスリット１７内を加工対象孔５の径方向に沿って進退運動する摺動部材１２とを備えている。

図１及び図２に示すように、ハウジング４は、拡縮機構３を収容するべく円筒状に形成される。ハウジング４は、小径ハウジング１５及び大径ハウジング１６が軸方向に沿って一体的に接続されて構成される。大径ハウジング１６がホーンヘッド１０の先端側（図２の下端側）に位置する。大径ハウジング１６の周壁部には、周方向に間隔を置いて放射状に複数のスリット１７が形成される。各スリット１７は軸方向に長く形成される。これらスリット１７内に摺動部材１２が加工対象孔５の径方向に沿って進退自在（摺動自在）に支持される。また、ハウジング４の大径ハウジング１６の外壁面における軸方向両端部には、後述する第１リング３１を収容すべく環状に延びる第１環状溝部１９と、後述する第２リング３２を収容すべく環状に延びる第２環状溝部２０とがそれぞれ形成される。これら第１及び第２環状溝部１９、２０は、各スリット１７と交差するように形成される。

拡縮用ロッド１１は、ハウジング４と同心状に該ハウジング４に対して軸方向に移動自在に支持される。該拡縮用ロッド１１は、該拡縮用ロッド１１を軸方向に沿って移動させる、拡縮用モータ（図示略）を含む回転直動機構（図示略）に連結される。拡縮用ロッド１１には、第１及び第２拡縮用コマ２１、２２が軸方向に沿って間隔を置いて一体的にそれぞれ形成される。第１拡縮用コマ２１は、第１円柱状部２１ａと第１円錐台状部２１ｂとが一体的に接続されて構成される。第１円錐台状部２１ｂがホーンヘッド１０の先端側（図２の下端側）に位置する。一方、第２拡縮用コマ２２も、第２円柱状部２２ａと第２円錐台状部２２ｂとが一体的に接続されて構成される。第２円錐台状部２２ｂがホーンヘッド１０の先端側（図２の下端側）に位置する。第１拡縮用コマ２１の第１円柱状部２１ａと、第２拡縮用コマ２２の第２円柱状部２２ａとは、同じ外径を有している。第１拡縮用コマ２１の第１円錐台状部２１ｂと、第２拡縮用コマ２２の第２円錐台状部２２ｂとは、ホーンヘッド１０の先端（図２において下端）に向かって先細りとなるようにそれぞれ形成される。第１円錐台状部２１ｂのテーパ面の軸方向に対する傾斜角度と、第２円錐台状部２２ｂのテーパ面の軸方向に対する傾斜角度とは同一である。
なお、本実施形態では、拡縮ロッド１１に、２つの拡縮用コマ２１、２２を一体的に設けているが、１つの拡縮用コマを一体的に設けてもよい。

図１〜図３に示すように、摺動部材１２は、板状で軸方向に沿う縦長のコ字状に形成される。該摺動部材１２の厚さ寸法は、ハウジング４に設けたスリット１７の幅寸法に略一致する。摺動部材１２の軸方向に沿う高さ寸法は、ハウジング４に設けたスリット１７の高さ寸法に略一致する。その結果、摺動部材１２は、ハウジング４のスリット１７の内壁面１８、すなわち、軸方向に沿う一対の内壁面１８ａ、１８ａ（図１（ｂ）参照）及び周方向に沿う一対の内壁面１８ｂ、１８ｂ（図１（ｂ）参照）より支持される。摺動部材１２の、加工対象孔５の内壁面６と対向する一側面に、軸方向に延びる細長い板状の砥石２が固着される。一方、摺動部材１２の、砥石２と反対側の他側面には、第１テーパ部２５と第２テーパ部２６とが軸方向に沿って間隔を置いて一体的に形成される。摺動部材１２の、第１テーパ部２５と第２テーパ部２６との間の部位は、その幅寸法（短手側寸法）が小さくなるように凹設される。これら第１及び第２テーパ部２５、２６は、拡縮用ロッド１１に設けた第１及び第２拡縮用コマ２１、２２の第１及び第２円錐台状部２１ｂ、２２ｂに対応する位置に形成される。

第１及び第２テーパ部２５、２６は、いずれも、ホーンヘッド１０の先端（図２において下端）に向かって漸次その摺動部材１２の幅寸法（短手側寸法）が大きくなる傾斜面２５ａ、２６ｂを有している。第１及び第２テーパ部２５、２６の傾斜面２５ａ、２６ａの軸方向に対する傾斜角度は同一であり、拡縮用ロッド１１の第１及び第２円錐台状部２１ｂ、２２ｂのテーパ面の軸方向に対する傾斜角度と同一である。第１及び第２テーパ部２５、２６は、図３（ａ）、（ｃ）に示すように、摺動部材１２の傾斜面２５ａ、２６ａ（砥石２側と反対側の他側面）に向かってその厚みが漸次薄くなるように形成される。また、摺動部材１２の一側面（砥石２側）で、その軸方向両端部には、第１及び第２溝部２８、２９がそれぞれ形成される。各摺動部材１２の第１溝部２８に伸縮自在の第１リング３１が巻回される。一方、各摺動部材１２の第２溝部２９に伸縮自在の第２リング３２が巻回される。

図３に示すように、摺動部材１２の表面の略全域（コーティング加工時に摺動部材１２を把持する部位を除く）にＤＬＣ（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ）コーティングが施されている（図３の黒塗部分）。このＤＬＣコーティングは、ダイヤモンド結合とグラファイト結合を併せ持つ構造を有し、高硬度、摺動性（低摩擦）、耐摩耗性、低相手攻撃性及び撥水性等に優れた特長を兼ね備えている。ＤＬＣコーティングは、１０００〜８０００の硬度（Ｈｖ）を有するものが採用される。ＤＬＣコーティングの膜厚は、０．１〜２０μｍの所定値に設定される。ＤＬＣコーティングの色調は、黒色等が採用される。ＤＬＣコーティングの色調を目視することにより、再処理の要否を容易に判断することが可能になる。ＤＬＣコーティングにより、摺動部材１２の側面１２ａ、１２ｂの面粗度を所定値（例えば、面粗度Ｒａを０．２μｍ以下）に設定することができる。

そして、図１及び図２に示すように、ハウジング４内に拡縮用ロッド１１をハウジング４に対して同心状に配置して、ハウジング４の各スリット１７内に外方に砥石２が配置されるように摺動部材１２をそれぞれ挿入する。その結果、各摺動部材１２は、各スリット１７の、軸方向に沿う一対の内壁面１８ａ、１８ａ及び周方向に沿う一対の内壁面１８ｂ、１８ｂより支持され、各スリット１７内で軸方向及び周方向への移動が規制される。この時、拡縮用ロッド１１の第１拡縮用コマ２１を構成する第１円錐台状部２１ｂのテーパ面に、各摺動部材１２の第１テーパ部２５の傾斜面２５ａを当接させると共に、第２拡縮用コマ２２を構成する第２円錐台状部２２ｂのテーパ面に、各摺動部材１２の第２テーパ部２６の傾斜面２６ａを当接させる。さらに、各摺動部材１２の第１溝部２８に第１リング３１を巻回して、各摺動部材１２の第２溝部２９に第２リング３２を巻回する。これら第１及び第２リング３１、３２の付勢力により、各摺動部材１２はハウジング４の内方に向かって付勢され、各摺動部材１２の第１テーパ部２５の傾斜面２５ａが、第１拡縮用コマ２１を構成する第１円錐台状部２１ｂのテーパ面に密着すると共に、各摺動部材１２の第２テーパ部２６の傾斜面２６ａが、第２拡縮用コマ２２を構成する第２円錐台状部２２ｂのテーパ面に密着する。

以上のように構成した、研削工具１のホーンヘッド１０において、拡縮用モータを駆動させ、拡縮用ロッド１１を軸方向に移動させると、拡縮用ロッド１１の第１拡縮用コマ２１を構成する第１円錐台状部２１ｂのテーパ面が、各摺動部材１２の第１テーパ部２５の傾斜面２５ａに対して摺動すると共に、第２拡縮用コマ２２を構成する第２円錐台状部２２ｂのテーパ面が、各摺動部材１２の第２テーパ部２６の傾斜面２６ａに対して摺動する。そして、各摺動部材１２は、その、加工対象孔５の軸方向に沿う両側面１２ａ、１２ａ及び加工対象孔５の周方向に沿う両側面１２ｂ、１２ｂが、ハウジング４の各スリット１７の、軸方向に沿う一対の内壁面１８ａ、１８ａ及び周方向に沿う一対の内壁面１８ｂ、１８ｂに対して摺動しながら、加工対象孔５の径方向に沿って前進又は後退する。

なお、ハウジング４のスリット１７の内壁面１８、すなわち、軸方向に沿う一対の内壁面１８ａ、１８ａ及び周方向に沿う一対の内壁面１８ｂ、１８ｂが、摺動部材１２を加工対象孔５の径方向に沿って摺動可能に支持する支持面に相当する。

また、本実施形態に係る研削工具１には、ホーニング加工時、各砥石２と加工対象孔５の内壁面６との接触圧を検出するための接触圧検出手段（図示略）と、ホーニング加工時、加工対象孔５の内径を検出する内径検出手段（図示略）とが備えられており、接触圧検出手段からの検出信号と、内径検出手段からの検出信号とに基づいて、拡縮用モータの駆動、すなわち各砥石２の加工対象孔５の径方向に沿う前進運動（拡縮用ロッド１１の軸方向への移動）を制御するように構成される。

次に、本発明の実施形態に係る研削工具１の作用を説明する。
まず、本研削工具１のホーンヘッド１０を、各摺動部材１２を最も後退させた状態で、昇降装置の駆動により加工対象孔５内に挿入する。
次に、回転用モータ及び昇降装置を駆動させて、ホーンヘッド１０を高速回転させると共に、軸方向に沿って往復運動させながら、拡縮用モータを駆動させ、拡縮用ロッド１１を軸方向に沿って前進させることで、各摺動部材１２を、第１及び第２リング３１、３２の付勢力に対抗しつつ、ハウジング４の各スリット１７内を加工対象孔５の径方向に沿って前進させる。そして、各砥石２により、加工対象孔５の内壁面６を、その内径が所定値に到達するまでホーニング加工を行う。このホーニング加工時、上述したように、接触圧検出手段からの検出信号と、内径検出手段からの検出信号とに基づいて、拡縮用モータの駆動、すなわち各砥石２の前進運動（拡縮用ロッド１１の移動）を制御するようにしている。また、各砥石２と、加工対象孔５の内壁面６との間の接触状態を所定条件にて維持できるように、拡縮用モータの駆動を制御するようにしている。

次に、ホーニング加工が完了すると、拡縮用ロッド１１を軸方向に沿って後退させることで、第１及び第２リング３１、３２の付勢力により、各摺動部材１２を、ハウジング４の各スリット１７内を加工対象孔５の径方向に沿って最大限後退させる。その後、昇降装置の駆動により、ホーンヘッド１０を加工対象孔５内から抜き取り、次の加工対象孔５のホーニング加工が開始される。

このホーニング加工時、拡縮ロッド１１の軸方向に沿う移動により、拡縮ロッド１１の第１拡縮用コマ２１を構成する第１円錐台状部２１ｂのテーパ面が、各摺動部材１２の第１テーパ部２５の傾斜面２５ａに対して摺動すると共に、第２拡縮用コマ２２を構成する第２円錐台状部２２ｂのテーパ面が、各摺動部材１２の第２テーパ部２６の傾斜面２６ａに対して摺動するようになるが、各摺動部材１２の第１及び第２テーパ部２５、２６の傾斜面２５ａ、２６ａには、ＤＬＣコーティングが施されているので、各摺動部材１２の第１及び第２テーパ部２５、２６の傾斜面２５ａ、２６ａと、拡縮ロッド１１の第１及び第２円錐台状部２１ｂ、２２ｂの各テーパ面との間の摺動性が向上される。

さらに、ホーニング加工時、各摺動部材１２の、加工対象孔５の軸方向に沿う両側面１２ａ、１２ａ、及び加工対象孔５の周方向に沿う両側面１２ｂ、１２ｂが、ハウジング４の各スリット１７の内壁面１８、すなわち、軸方向に沿う一対の内壁面１８ａ、１８ａ及び周方向に沿う一対の内壁面１８ｂ、１８ｂに対して摺動しながら、各摺動部材１２が加工対象孔５の径方向に沿って進退運動するが、各摺動部材１２の、加工対象孔５の軸方向に沿う両側面１２ａ、１２ａ、及び加工対象孔５の周方向に沿う両側面１２ｂ、１２ｂにはＤＬＣコーティングが施されているので、各摺動部材１２の側面１２ａ、１２ｂと各スリット１７の内壁面１８との間の摺動性が向上され、しかも、ＤＬＣコーティングは、撥水性にも優れており、各摺動部材１２の側面１２ａ、１２ｂと各スリット１７の内壁面１８との間から水溶性クーラントと共に研削カスが排出され易くなるために、該研削カスの残存を抑制することができる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る研削工具１では、摺動部材１２とハウジング４のスリット１７の内壁面１８との摺動面、詳しくは、摺動部材１２の、ハウジング４のスリット１７の軸方向に沿う一対の内壁面（支持面）１８ａ、１８ａが接触する、加工対象孔５の軸方向に沿う両側面１２ａ、１２ａ、及びスリット１７の周方向に沿う一対の内壁面（支持面）１８ｂ、１８ｂが接触する、加工対象孔５の周方向に沿う両側面１２ｂ、１２ｂにＤＬＣコーティングが施されているので、ホーニング加工時、各摺動部材１２が、ハウジング４の各スリット１７の内壁面１８に対して摺動しながら、加工対象孔５の径方向に沿って進退運動する際、各摺動部材１２の側面１２ａ、１２ｂと各スリット１７の内壁面（支持面）１８との間の摺動性が向上され、しかも、ＤＬＣコーティングは、撥水性にも優れているために研削カスの残存を抑制することができる。これにより、本研削工具１の構成を複雑にすることなく、各摺動部材１２の、加工対象孔５の径方向に沿うスムーズな進退運動を維持することができる。さらに、ＤＬＣコーティングは、耐摩耗性及び低相手攻撃性に対しても優れているので、本研削工具１の寿命を向上させることができる。

また、本実施形態に係る研削工具１では、摺動部材１２の表面の略全域にＤＬＣコーティングを施されているので、拡縮用ロッド１１の第１及び第２円錐台状部２１ｂ、２２ｂの各テーパ面と、各摺動部材１２の第１及び第２テーパ部２５、２６の傾斜面２５ａ、２６ａとの間の摺動性を向上させることができる。また、摺動部材１２の表面の略全域にＤＬＣコーティングを施すことにより、ホーニング加工時の水溶性クーラントの環境下においても、摺動部材１２の腐食を抑制することができ、本研削工具１の寿命をさらに向上させることができる。

なお、本実施形態に係る研削工具１では、摺動部材１２とハウジング４のスリット１７の内壁面１８との摺動面、詳しくは、摺動部材１２の、加工対象孔５の軸方向に沿う両側面１２ａ、１２ａ、及び加工対象孔５の周方向に沿う両側面１２ｂ、１２ｂにＤＬＣコーティングが施されているが、ハウジング４のスリット１７の内壁面１８、詳しくは、軸方向に沿う一対の内壁面１８ａ、１８ａ、及び周方向に沿う一対の内壁面１８ｂ、１８ｂにＤＬＣコーティングを施してもよい。

また、本実施形態に係る研削工具１では、摺動部材１２の表面の略全域にＤＬＣコーティングが施されているが、摺動部材１２の、少なくとも、加工対象孔５の軸方向に沿う両側面１２ａ、１２ａ、及び加工対象孔５の周方向に沿う両側面１２ｂ、１２ｂに限定してＤＬＣコーティングを施すように構成してもよい。

１研削工具，２砥石，５加工対象孔，６内壁面，１０ホーンヘッド，１２摺動部材，１２ａ、１２ｂ側面，１７スリット，１８内壁面（支持面），１８ａ内壁面（軸方向に沿う内壁面），１８ｂ内壁面（周方向に沿う内壁面），

Claims

ホーンヘッドの支持面によって摺動可能に支持された、砥石を保持する摺動部材を、加工対象孔の内壁面に向かって前進させてホーニング加工を行う研削工具であって、
前記摺動部材と前記支持面との摺動面にＤＬＣコーティングが施されることを特徴とする研削工具。