JP2020138266A - ホーニング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダの内周面に凹凸が生成されることを抑制することができるホーニング装置を提供する。【解決手段】ホーニング装置１０では、砥石１６及び砥石ホルダ１７の揺動中心がテーパ部材３０及び３１とシュー１８の２つの当接箇所の軸方向の中央に配置されている。これにより、砥石１６の往復運動の方向の反転時に、砥石１６にかかる荷重を２つの当接箇所に均等に分散させることができる。その結果、砥石１６の挙動が安定し、シリンダの内周面に凹凸が生成されることを抑制する。【選択図】図１

Description

本発明は、ホーニング装置に関する。

従来より、シリンダ（円筒部材）の内周面をホーニング加工するホーニングヘッドを備えるホーニング装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。ホーニングヘッドは、２つのテーパ部材を備える回転軸と、当該２つのテーパ部材の外周を囲むように配置され、複数の砥石が外周に沿って等間隔に配置されたシューとを備えている。

特許文献１及び２では、砥石がばね支持部（弾性部材）を介してシューに装着されている。シリンダの内周面をホーニング加工する場合、砥石は、シリンダの内周面の径変化に沿って首振り揺動しながら回転し、且つ軸方向に沿って上下に往復運動（レシプロ運動）をする。そして、シリンダの上下端にて、砥石の往復運動の方向を反転する。

特開２０１２−８６２８２号公報 特開２０１８−９９７６２号公報

従来のホーニングヘッドでは、砥石をシューに装着するばね支持部が、シューとテーパ部材との２つの当接箇所の中央に配置されていないので、当該２つの当接箇所にかかる荷重に偏りが発生する。

特に、砥石の往復運動の方向を反転する際には、砥石をシリンダの内周面に押し付ける力の方向が上下に変動するため、砥石にかかる荷重が変動する。砥石にかかる荷重は、２つの当接箇所にかかる荷重の偏りにより、２つの当接箇所に均等に分散させることができず、砥石の挙動が不安定になり、シリンダの内周面の上下端に凹凸が生成されるという課題がある。

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、シリンダの内周面に凹凸が生成されることを抑制することができるホーニング装置を提供することを目的とする。

本発明に係るホーニング装置は、軸方向に延伸するスリットを有する中空のヘッド本体と、前記ヘッド本体の内部に設けられ、前記軸方向に移動可能で且つ前記軸方向に沿って上下に配置された第１テーパ部材及び第２テーパ部材と、前記第１テーパ部材及び前記第２テーパ部材と当接し、前記ヘッド本体のスリットに拡径方向及び縮径方向に移動可能に取り付けられたシューと、前記軸方向に延在する砥石と、前記拡径方向に延びる長孔を有し、前記砥石を保持し、前記拡径方向及び前記縮径方向に移動可能に且つ前記長孔に差し込まれたピンを中心に揺動可能に前記シューに装着される砥石保持部材と、前記シューと前記砥石保持部材との間に配置され、前記砥石保持部材を前記拡径方向に付勢する弾性部材と、を備え、前記砥石及び前記砥石保持部材の揺動の中心が、前記第１テーパ部材及び前記第２テーパ部材と前記シューとの２つの当接箇所の前記軸方向の中央に配置されていることを特徴とする。

上述した本発明のホーニング装置によれば、シリンダの内周面に凹凸が生成されることを抑制することができる。

本実施の形態に係るホーニング装置を示す図である。 （Ａ）はホーニングヘッドの水平方向の断面図であり、（Ｂ）は変形例に係るホーニングヘッドの水平方向の断面図である。 軸方向に径変化のある円形状の断面を有するシリンダの内周面の一例を示す図である。 ホーニングヘッドが軸方向に３段分の砥石を備えている場合のシリンダの内周面と砥石との位置関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は本実施の形態に係るホーニング装置を示す図である。図２（Ａ）はホーニングヘッドの水平方向の断面図であり、図２（Ｂ）は変形例に係るホーニングヘッドの水平方向の断面図である。図３は、軸方向に径変化のある円形状の断面を有するシリンダの内周面の一例を示す図である。

本実施の形態に係るホーニング装置１０は、例えば、図３に示す軸方向に径変化のある円形状の断面を有するシリンダの内周面１００をホーニング加工する装置である。尚、図１の上側がホーニング装置１０の上側を示し、図１の下側がホーニング装置１０の下側を示すものとする。軸方向は、回転軸Ｐに沿った鉛直方向（図１の上下方向）であり、拡径方向は回転軸Ｐから放射状に径が広がる方向であり、縮径方向は回転軸Ｐに向かって径が縮む方向である。

図１に示すように、ホーニング装置１０は、図３のシリンダの内周面１００をホーニング加工するホーニングヘッド１１と、ホーニングヘッド１１と連結され、回転軸Ｐを中心としてホーニングヘッド１１を回転させるユニバーサルジョイント１２と、ユニバーサルジョイント１２介してホーニングヘッド１１を回転させると共に上下方向（即ち回転軸Ｐの軸方向）に往復移動させる駆動装置１３とを備えている。

ホーニングヘッド１１は、軸方向に延伸するスリット１４を有する中空のヘッド本体１５と、ヘッド本体１５のスリット１４に拡径方向及び縮径方向に移動可能に取り付けられたシュー１８とを備えている。複数の砥石１６は、ホーニングヘッド１１の外周に等間隔に、かつ、ホーニングヘッド１１の回転軸Ｐから等距離の位置に設けられている。

砥石１６は、軸方向に延在し、砥石保持部材としての砥石ホルダ１７に保持される。砥石ホルダ１７の中心には、拡径方向に延びる長孔２１が形成されている。長孔２１に固定ピン１９を差し込まれて、砥石１６及び砥石ホルダ１７は、シュー１８に取り付けられる。弾性体２０はシュー１８と砥石ホルダ１７との間に配置され、砥石ホルダ１７を拡径方向に付勢する。砥石１６及び砥石ホルダ１７は、弾性体２０により拡径方向へ押圧支持される。この構造により、砥石１６及び砥石ホルダ１７は拡径方向及び縮径方向に移動可能に且つ固定ピン１９を中心に揺動可能にシュー１８に装着される。なお、砥石１６を押圧支持する複数の弾性体２０は、長さ及びばね定数が互いに同じである。

本実施の形態では、図２（Ａ）に示すように、１つの砥石１６は、１つの砥石ホルダ１７に保持されるが、図２（Ｂ）に示すように、複数の砥石１６が１つの砥石ホルダ１７に保持されてもよい。この場合、複数の砥石１６はホーニングヘッド１１の外周に沿って並列に配置される。図２（Ｂ）の場合、図２（Ａ）と比べて、研削面積が増加するので、ホーニング加工の効率を向上させることができる。

ヘッド本体１５の内部には、軸方向に移動可能な２つのテーパ部材３０及び３１が設けられている。第１テーパ部材としてのテーパ部材３０は第２テーパ部材としてのテーパ部材３１の軸方向上側に配置されている。テーパ部材３０及び３１には、円筒形状の下部部分を下方に向けて縮径方向に傾斜させた円筒斜面３２及び３３がそれぞれ形成されている。シュー１８には、下方に向けて縮径方向に傾斜する上部斜面４１及び下部斜面４２が形成されており、上部斜面４１には円筒斜面３２が当接し、下部斜面４２には円筒斜面３３が当接する。

２つのテーパ部材３０及び３１を軸方向下方に移動させると、円筒斜面３２及び３３により、シュー１８の上部斜面４１及び下部斜面４２が拡径方向に押し広げられ、それにより、砥石１６が拡径方向に押し出される。一方、２つのテーパ部材３０及び３１を軸方向上方に移動させると、戻りばね４３及び４４の収縮力により、シュー１８の上部斜面４１及び下部斜面４２が縮径方向に引き込まれ、それにより、砥石１６が縮径方向に引き込まれる。

ホーニングヘッド１１は、シリンダの内部に挿入されて、シリンダの円形状の内周面１００のホーニング加工をする。シリンダにホーニングヘッド１１を挿入する時は、ホーニングヘッド１１の外径をシリンダの内径よりも小さくする必要があるため、テーパ部材３０及び３１を軸方向上方に移動させて、砥石１６を縮径方向に引き込んだ状態で、シリンダにホーニングヘッド１１を挿入する。そして、シリンダの内周面１００のホーニング加工を開始する時は、テーパ部材３０及び３１を軸方向下方に移動させて、砥石１６を拡径方向に押し出し、その状態でホーニング加工を開始する。

本実施の形態では、砥石１６は、シリンダの径変化に沿って固定ピン１９を中心に首振り揺動しながら回転軸Ｐ中心に回転し、軸方向上下に往復運動（レシプロ運動）をする。ホーニング加工時には、シリンダの上下端にて、砥石１６の往復運動の方向を反転させるが、このとき、砥石１６に加わる力の方向が大きく変動するため、砥石１６の挙動を安定させる必要がある。

このため、本実施の形態では、図１に示すように、砥石１６及び砥石ホルダ１７の揺動中心（即ち、砥石１６及び砥石ホルダ１７の軸方向の中心）がテーパ部材３０及び３１とシュー１８の２つの当接箇所（即ち、円筒斜面３２と上部斜面４１との当接箇所、及び円筒斜面３３と下部斜面４２との当接箇所）の軸方向の中央に配置されている。これにより、砥石１６の往復運動の方向の反転時に、砥石１６にかかる荷重を２つの当接箇所に均等に分散させることができる。その結果、砥石１６の挙動が安定し、シリンダの内周面１００に凹凸が生成されることを抑制することができる。尚、当接箇所は、当接部分の軸方向の中心、即ち当接中心である。

尚、砥石１６が揺動した場合でも、砥石１６は２つの当接箇所の間に位置し、２つの当接箇所の外側（即ち、円筒斜面３２と上部斜面４１との当接箇所よりも軸方向上側、及び円筒斜面３３と下部斜面４２との当接箇所よりも軸方向下側）に、はみ出ないように構成されている。これは、砥石１６が２つの当接箇所の外側にはみ出ると、砥石１６にかかる荷重を２つの当接箇所に均等に分散させることができなくなるためである。例えば、砥石１６が円筒斜面３２と上部斜面４１との当接箇所よりも軸方向上側にはみ出ると、砥石１６にかかる荷重は、円筒斜面３３と下部斜面４２との当接箇所よりも円筒斜面３２と上部斜面４１との当接箇所に多くかかる。

砥石１６の軸方向の長さＬ１は、テーパ部材３０及び３１とシュー１８の２つの当接箇所の間隔よりも短い。砥石１６の軸方向の長さＬ１が、当該２つの当接箇所の間隔とほぼ同じか又は当該２つの当接箇所の間隔よりも長いと、砥石１６にかかる荷重を２つの当接箇所に均等に分散させることができなくなるためである。図３に示すようにシリンダの内周面１００の軸方向の長さをＬ２とした場合に、砥石１６の軸方向の長さＬ１は、長さＬ２の１／４〜１／１０倍であることが好ましい。

また、ホーニングヘッド１１は、軸方向に１段の砥石１６を備えており、軸方向に複数段分（２段以上）の砥石を備えていない。例えば、ホーニングヘッド１１が軸方向に３段分の砥石１６を備えている場合のシリンダの内周面１００と砥石１６との位置関係を図４に示す。この場合、弾性体２０に支持される３段の砥石１６を用いるため、軸方向の内周面１００の形状を調整するオーバートラベル（即ち、内周面１００の上下端で砥石１６の一部を内周面１００から外す研削調整）を行っても、全ての砥石１６を内周面１００から外すことはできないので、内周面１００の中央部が多く研削され、内周面１００の形状が崩れる。

内周面１００の上下端で全ての砥石１６を一旦内周面１００から外すと、弾性体２０の弾性力で砥石１６が拡径方向に飛び出し、研削を継続することができない。砥石１６を内周面１００に戻すには、一旦テーパ部材３０及び３１を軸方向上方に移動させて、砥石１６を縮径方向に引き込んだ状態で、シリンダにホーニングヘッド１１を再挿入し、テーパ部材３０及び３１を軸方向下方に移動させて、砥石１６を拡径方向に押し出す必要がある。この場合、シリンダの内周面１００に砥石１６との当接跡が形成され、ボーニング加工の効率が著しく悪化する。このため、本実施の形態にかかるホーニングヘッド１１は、軸方向に１段の砥石１６を備えている。

以上説明したように、本実施の形態に係るホーニング装置１０では、砥石１６及び砥石ホルダ１７の揺動中心がテーパ部材３０及び３１とシュー１８の２つの当接箇所の軸方向の中央に配置されている。これにより、砥石１６の往復運動の方向の反転時に、砥石１６にかかる荷重を２つの当接箇所に均等に分散させることができる。その結果、砥石１６の挙動が安定し、シリンダの内周面１００に凹凸が生成されることを抑制することができる。

尚、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。

１０ ホーニング装置、１１ ホーニングヘッド、１２ ユニバーサルジョイント、１３ 駆動装置、１４ スリット、１５ ヘッド本体、１６ 砥石、１７ 砥石ホルダ、１８ シュー、１９ 固定ピン、２０ 弾性体、２１ 長孔、３０，３１ テーパ部材、３２，３３ 円筒斜面、４１ 上部斜面、４２ 下部斜面、１００ 内周面

Claims (1)

1. 軸方向に延伸するスリットを有する中空のヘッド本体と、
   前記ヘッド本体の内部に設けられ、前記軸方向に移動可能で且つ前記軸方向に沿って上下に配置された第１テーパ部材及び第２テーパ部材と、
   前記第１テーパ部材及び前記第２テーパ部材と当接し、前記ヘッド本体のスリットに拡径方向及び縮径方向に移動可能に取り付けられたシューと、
   前記軸方向に延在する砥石と、
   前記拡径方向に延びる長孔を有し、前記砥石を保持し、前記拡径方向及び前記縮径方向に移動可能に且つ前記長孔に差し込まれたピンを中心に揺動可能に前記シューに装着される砥石保持部材と、
   前記シューと前記砥石保持部材との間に配置され、前記砥石保持部材を前記拡径方向に付勢する弾性部材と、を備え、
   前記砥石及び前記砥石保持部材の揺動の中心が、前記第１テーパ部材及び前記第２テーパ部材と前記シューとの２つの当接箇所の前記軸方向の中央に配置されていることを特徴とするホーニング装置。

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