JP4223934B2 - ホーニング加工ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、金属体に開けた円筒状の孔もしくは穴の内径を研削加工するホーニング加工
ヘッドに関する。

金属体に円筒状の孔もしくは穴を必要とする場合、ドリルや穴ぐりバイト等の切削工具
等で加工するか、物と孔もしくは穴が一体の型を用いて鋳造等により同時加工する。何れも、孔もしくは穴に得られる精度は高くはなく、物を接触させて摺動させるか、精密な嵌合を要する場合、孔もしくは穴にも高精度の仕上がりが要求される。このためホーニング加工ヘッドと呼ぶ研削工具を研削機に装着して砥石加工により要求を満たす。通常、円筒状の研削工具は孔もしくは穴径毎に用意される専用品である。

研削工具は円筒の半径（放射状）方向の外周面に複数個のスリットを配置する。スリッ
ト内に砥石付き砥石台を挿入し、砥石台の底を斜面に接触させ、斜面の動きを砥石に伝えて半径方向に動かし、砥石を被加工物に接触させて研削する。砥石台に、被加工物に接触中に起きる不要な動きを止め、被加工物から離れた時の砥石脱落を防止する手段を施す。該手段は、砥石台にリング状のばねを掛け各砥石台に軸心に収束する半径方向の力を付勢するもの、砥石台と斜面の間にあり溝を設ける場合がある。何れも、スリット内の砥石付き砥石台は半径線上を往復移動する。
特開昭５４−１１９１９２号マイクロフィルム 実開昭５８−４４１６０号マイクロフィルム

特許文献１の図１に示すホーニング加工ヘッドは、複数の砥石付き砥石台の両端にリン
グ状の引張ばねを掛け、半径方向に力を付勢して拘束する構造である。本構造は、引張ばねの劣化や切断等の損傷の他、砥石台両端を引張ばねで占拠し、砥石の有効長を減ずる。また、穴底等の隅加工に使用する時、先端寄りの引張ばねの位置に工夫を要する。特許文献２の図５，６に示すホーニング加工ヘッドは、砥石台と角錐の間にあり溝を設けた構造である。本構造は、スリットと砥石台及び砥石台と角錐の形状と精度が絡み調整に手間がかかる。何れも、多数のスリットと砥石台を使用し、製作上の課題がある。

円筒周囲に並べたスリット内を摺動する砥石付き砥石台は、被加工物に触れて砥石自身
を減らしながら相手を研削する。砥石は一定範囲の粒度の砥粒をバインダーで固めて造るが、砥粒の粒度と表面形状で砥粒同士の隙間形状が異なり、バインダーによる接着状態にも微妙な差を与える。加えて、ヘッドの製作精度も関連して、スリット内を摺動する全砥石の被加工物に対する接触状態に差がでることにより、砥石毎に磨耗状態が相違して均一磨耗には程遠い。

本出願人は、同時使用した複数個の砥石の磨耗状態に差がある事に対して、放射状にス
リットと砥石付き砥石台を配置する構造が適切かの是非を検討し、ホーニング加工ヘッドに於けるスリットと砥石付き砥石台の役割を減らし、組立や保守の手間を減らす構造を思考した。その結果、ヘッド本体からスリットと砥石台を排除して砥石を外周面に直に固定し、ヘッド本体を特定方向にのみ動かす構造を開発した。本方式は従来方式で得られる研削精度に劣ることなく、砥石の均一磨耗の課題の向上にも貢献した。

本発明のホーニング加工ヘッドは、中空軸（１１）の先端部（１２）にスリット（１４）を設け、連結台（３１）をスリット内に摺動可能に挿入すると共に、前記中空軸内に前記連結台（３１）の移動手段を内蔵させ、砥石（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）を備えたヘッド本体（２）で前記中空軸先端部（１２）を挟むと共に、前記中空軸の先端部（１２）と前記ヘッド本体（２）を摺動可能とし、前記ヘッド本体（２）は、二分割された外周面（３）を有し、それぞれの外周面（３）の両側端に設けた係止部（５）同士の間に、弾性体（３７）による外れ止め手段を施して前記二分割された外周面（３）同士が接近する方向に力を付勢して嵌め合わせ、前記二分割された外周面（３）同士を離す方向に動かす時は、前記移動手段による前向きの動きを前記連結台（３１）を介して前記ヘッド本体（２）に伝え、前記両ヘッド本体（２）同士を近づける方向に動かす時は、前記移動手段による後向きの動きを前記連結台（３１）を介して前記前記ヘッド本体（２）に伝えることを特徴とする。

本発明のホーニング加工ヘッドから次の効果を得た。複数の砥石付き砥石台が放射状に
配置したスリット内を個々に摺動する構造の従来方法に代えて、全ての砥石をへッド本体外周面に直接接着固定し、一組の砥石付きへッド本体を特定方向に往復動させる構造とした。その結果、精度を要する加工部分と部品数が大幅に減り、製造コストを大幅に減らした。

砥石の接続手段についても、本発明の全砥石を外周面に接着固定したへッド本体を、砥
石に代えて動かす方式は、従来方式の全砥石付き砥石台を引張ばねで結束するか、あり溝で接続する手段に較べると、組込時の調整作業の内容が単純化された上、一組のヘッド本体の側面をリング状の弾性体で結束するだけで済むため、ホーニング加工ヘッドの組立が簡単にできた。

外周面に固定する複数の砥石は、直径線の両側に対峙する砥石を一対とし、必要に応じ
て、一対毎の砥石の長さを変えることができる。新品の砥石の時に一組のヘッド本体が動くと、移動方向に当たる外周面に固定した砥石から研削が始まる。砥石の磨耗が進みヘッド本体が更に動くと、左右の新品の砥石が順に研削に参加する仕組みである。研削が進むと砥石の接触面の形状は被加工面の曲率に等しくなる。

次の被加工面に磨耗した砥石付きヘッド本体を使用すると、被加工面に対する研削は両
端の砥石から始まる。砥石の磨耗が進みヘッド本体が動くと、中側の砥石が研削に参加する。このように砥石と被加工面の関係は、砥石を交換しない限り被加工面が代わる毎に、加工の過程で研削に参加する砥石の順序が異なることが特徴である。この構造は砥石の有効利用に役立つ。

また、砥石端部を直接利用できることは穴底等の端部加工にとって非常に都合がよい。
ヘッド本体の外周面に固定する砥石の長さは、ヘッド本体の長さ（軸心方向）の範囲内で自由に選択できるし、ヘッド本体長さを伸ばすと長尺の被加工面に対応できる。従って、スリット内を砥石付き砥石台が動く従来方式とは異なる砥石の用法は、砥石の有効利用の向上に寄与した。

本発明のヘッド本体は、短い円柱を中心から二分割した外周面に相当する円弧を有し、
円弧両端に外れ止めの係止部を備える。外周面両端から内側に複数の砥石を固定する複数の砥石取付座を形成し、分割面から外周面に向けて形成した方形断面状の溝を摺動面とする。溝底に連結台と接続する係合穴を設け、ヘッド本体と連結台の間にピンを介在させ両者を着脱可能に接続する。ヘッド本体の外周面に形成した砥石取付座に、選択した長さの砥石を接着剤で固定する。

中空軸先端部を方形断面とし、方形断面の平行する横の二面の一方の面から他方の面に
向けて貫通するスリットを設ける。方形断面の縦の二面をヘッド本体との摺動面に使用する。方形断面から円形断面に移行する部分に鍔を設け、ヘッド本体の中空軸心方向への移動を鍔で規制する。中空軸内に連結台の移動手段を内臓して、スリット内に摺動可能に挿入した連結台を動かす。

移動手段を構成する調整軸の先端から後端に向けてＶ字状に二つの傾斜面を設け、連結
台を傾斜面と接触させ、傾斜面の動きを連結台を介してヘッド本体に伝える。中空軸先端の方形断面とヘッド本体の溝を嵌合する際に、両ヘッド本体の外れ止め手段として、ヘッド本体側面の係止台を利用して、Ｏリング・ゴムリング・ばね等から選択した弾性体で結束し、両ヘッド本体に閉じる方向の弾力を付勢する。

ホーニング加工ヘッドは研削機に接続する部分と調整軸以外の移動手段は同様な構造で
ある。従って、本発明に於ける主要構成部品は、一組のヘッド本体と方形断面を持つ中空軸と調整軸及び二組のスリットと連結台で、精度を要する部品数は少ない。運動も直線方向に単純化されるが、被加工物に対する研削精度が低下することはない。製作と組立が容易なことも従来方式にない特徴を持つホーニング加工ヘッドである。ヘッド本体は円柱から加工する以外に鋳造品を仕上げてもよい。

図１（Ａ，Ｂ，Ｃ）はホーニング加工ヘッドの平面図と図１（Ａ）のａ−ａ線に沿う断面図及び正面図である。図２は、図１の分解斜視図である。図３（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）はヘッド本体の正面図・側面図・平面図・図３（Ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図・底面図である。図４（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は中空軸の平面図・図４（Ａ）のｃ−ｃ線に沿う断面図・正面図・背面図である。図５（Ａ，Ｂ，Ｃ）は調整軸の正面図・図５（Ａ）のｄ−ｄ線に沿う断面図・平面図である。図６は押軸の側面図である。図７（Ａ，Ｂ，Ｃ）は連結台の平面図・正面図・図７（Ａ）のｅ−ｅ線に沿う断面図である。図８（Ａ，Ｂ，Ｃ）と図９（Ａ，Ｂ）は被加工面と砥石の接触状態を示した。

図１（Ａ，Ｂ，Ｃ）のように、ホーニング加工ヘッド１の一組のヘッド本体２は、中空軸１１の先端部１２を両面から挟むように取付け、先端部の平行な二面１８を摺動面として双方向に直線移動させ、ヘッド本体外周面３の砥石１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを順に被加工物（図示せず）に接触させて研削する。ヘッド本体を動かす移動手段は、中空軸内に摺動可能に挿入した調整軸２１を前後進させ、調整軸先端のＶ字状の傾斜面２３に接触する連結台３１の底３３を押して上下に動かす（矢印参照）。

調整軸２１の後端（右側軸端）の穴２４に押軸２６を嵌めてピン２５で固定し、固定し
た押軸にカラー２７を通し、後ろに長いばね２８を挿入して抜け止め２９を施して移動手段を構成する。中空軸１１に調整軸を挿入して、中空軸側のピン孔１６からカラーにピン１９を差して回り止めをする。従って、押軸に力を加えると調整軸が前進し、同時にカラーに塞き止められたばねが圧縮される。力を除くとばねの反発力で調整軸が後退し、原位置に戻る構造である。中空軸先端部１２の方形断面の長手方向と平行する二面１３にスリット１４を配置する。

連結台３１は中空軸１１のスリット１４に規制されてスリット内を摺動し、連結台に接
するヘッド本体２を直線方向に動かす。一組のヘッド本体の両側面に設けた係止台５に弾性体３７のＯリングを掛け、両ヘッド本体に閉じる力が働くように弾力を付勢する。従って、両ヘッド本体は調整軸２１が後退すると自力で動き閉じる。ヘッド本体の外周面３に砥石１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを接着剤で直に固定するので、ヘッド本体にスリットは造られていない。

図２のように、ホーニング加工ヘッド１には中空軸先端部１２の方形断面の二面１３に
設けた各一個のスリット１４があるが、ヘッド本体２を中空軸心の直角方向に押す部材に過ぎない。このため、従来方式に較べてホーニング加工ヘッドからスリットと砥石台の数が大幅に減少した。また、調整軸２１先端のＶ字状の傾斜面２３と連結台の間に拘束手段の必要がなく、スリットも連結台を案内する役割りだけに止まる。この結果、高精度の加工部分が減少し、ヘッドの製作コストを減らし、組立の容易さを向上した。

図３（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）から図７（Ａ，Ｂ，Ｃ）にホーニング加工ヘッド１に関わ
る主要部品を単体で示した。図３（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）はヘッド本体２で同じものを二個対称配置して使用する。円弧の一部をヘッド本体の外周面３として、砥石取付用の座４を複数設け、円弧の仮想延長線の両端内側に弾性体３７のＯリング用係止台５を設ける。ヘッド本体の合せ目６側から円弧側に方形断面の溝７を形成し、溝奥にスリット１４内の連結台上面３２のピン３５と接続するピン穴８を設ける。ヘッド本体の溝は中空軸先端部１２の方形断面の縦の二面１８と嵌合する。

図４（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は中空軸１１である。ヘッド本体２の方形断面の溝７と嵌め合
わすため、中空軸左寄り先端部１２は方形断面に仕上げる。方形断面の横の二面１３の中央を貫通するスリット１４を配置する。中空軸先端から始まる方形断面は鍔１５で終り、鍔はヘッド本体の右方向への動きを規制する。二段に開けた中空部１７には移動手段を内蔵する。鍔以降から右側の軸端２０に至る外面形状は、ホーニング加工ヘッドを装着する研削機側の形状で決まるが、装着自体は本発明とは直接関係なく説明は省略する。

図５（Ａ，Ｂ，Ｃ）は調整軸２１で、丸棒左端から二等分角度でＶ字状の傾斜面２３を
付け、右端に押軸２６の取付穴２４と回り止めぴん孔２５を設ける。中空軸１１内に調整軸を挿入する際、スリット００開口面と傾斜面が一致する様に配置する。図６は押軸で中空軸に固定する。図７（Ａ，Ｂ，Ｃ）はピン３５付き連結台３１で、スリット１４内を摺動する連結台のピン穴３４に固定したピンは、ヘッド本体２の溝７奥のピン穴８と嵌合して、ヘッド本体を直線方向に規制しながら動かす。連結台の底３３は調整軸傾斜面と同じ角度である。

図１から図９を使用してホーニング加工ヘッド１の動きと働きを説明する。中空軸１１
に内蔵した調整軸２１は押軸２６の右側軸端３０を研削機側から押すと移動する。同時に抜け止め２９を施して固定したカラー２７により塞き止められたばね２８が圧縮される。調整軸が移動すると傾斜面２３に接する連結台３１の底３３が押し上げられ、連結台はスリット１４内壁に沿いながら移動し、ピン３５を介して接続したヘッド本体２を動かす。一組のヘッド本体を弾性体３７のＯリングで結束するので、ヘッド本体が開くと弾力を増し、調整軸を後退した時にヘッド本体を戻り易くする。

図８（Ａ）は研削機に新しい砥石付きホーニング加工ヘッド１を装着した時である。調
整軸２１の動きは、傾斜面２３から砥石台３１を経て、ヘッド本体２に直線運動として伝わる。曲率がｒの時、図８（Ｂ）の矢印方向にヘッド本体がＲ−ｒ動くと、外周面３の移動方向に固定した一対の最大長の砥石１０Ａが、内半径Ｒの被加工面に接触して研削を開始する。この段階では砥石１０Ｂは内側の角が被加工面に当たる程度で、砥石１０Ｃは研削に参加していない。砥石の磨耗と共にヘッド本体が更に動くと、両脇の二対（四本）の砥石１０Ｂが研削に参加し、最後に残り二対（四本）の砥石１０Ｃが研削に参加する。

ヘッド本体外周面３の砥石１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが、研削に寄与し始める時間は砥石
毎に僅かな差がある。砥石の磨耗が進み両脇の砥石が順に研削に参加して全砥石が研削に参加すると、図８（Ｃ）のように砥石面の曲率はｒから被加工面の内径Ｒ′に等しい曲率に変化する。この状態のヘッド本体２を図９（Ａ）の内半径Ｒの次の被加工面の研削に再利用すると、砥石面の曲率がＲ′のため、最初と異なり図９（Ｂ）の両端の砥石１０Ｃが被加工面に最初に接する。砥石の磨耗が進みヘッド本体が動くと中側の砥石が順に研削に参加して砥石の交換迄繰り返す。このように、砥石は被加工面が代わる毎に、最初に研削に参加する砥石の位置が異なり、砥石全体の磨耗が進み好ましい結果が得られる。

ヘッド本体外周面３に設けた複数の砥石取付用の座４については、該座の長さの範囲内
で砥石の長さを使用目的に合わせて自由に決められるので、研削機にホーニング加工ヘッド１を装着すると孔もしくは穴の加工に好都合である。また、何の障害もなく砥石端を使用することができることは、穴底等の端面加工に於いて多数の砥石端面が効果的に研削に寄与するので、好ましい仕上面が得られる。また、ヘッド本体２の特定方向への動きは、中空軸先端部２２のスリット１４と方形断面の縦の二面１８による摺動面と鍔１５と連結台３１で規制するので、研削に影響を与えることは全くない。

各図を利用してホーニング加工ヘッド１の組立の手順を簡単に説明する。調整軸２１に
押軸２６をピン孔２５を利用してピン止めし、カラー２７とばね２８を挿入して抜け止め２９を施して移動手段を組立てる。中空軸１１に移動手段を挿入し、中空部１７の中頃に設けた段でカラーを受けピン１９で中空軸に固定する。中空軸先端部１２のスリット１４の開口方向に調整軸の傾斜面２３を合わせる。砥石１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ付きヘッド本体２に連結台３１を接続し、連結台をスリットに挿入し、ヘッド本体の係止台５を利用してＯリングで結束すると組立が完了する。

この組立は、全砥石付き砥石台を引張ばねで結束するかあり溝で接続する従来方式と、
本発明の全砥石をヘッド本体２の外周面３に接着固定する方式を較べると、後者の二組のスリット１４と連結台３１はヘッド本体を動かす推進体で研削に直接関係がないため、ホーニング加工ヘッド１の組み立てに際して、スリットと連結台を含む嵌合部分の調整作業内容が格段に単純化されるので組み立てやすい。ヘッド本体は側面をリング状の弾性体で結束するだけなので組み立も簡単である。尚、ヘッド本体と連結台の接続に先立ち連結台をスリットに挿入してもよい。

本発明の研削工具は円筒状の孔もしくは穴の研削が目的で、ヘッド本体を中空軸に直角
な一方向だけに動かす構造を採用している。本構造に於いてヘッド本体の動きを規制する要素は、中空軸先端部の方形断面と鍔とスリットと連結台である。従って、ヘッド本体を中空軸に対して直角方向に動かすスリットと連結台に角度を付け、ヘッド本体外周面も角度付きとして砥石を固定すると、円錐面の研削工具としての利用も考えられる。

（Ａ，Ｂ，Ｃ）は実施例のホーニング加工ヘッドの平面図と同図（Ａ）のａ−ａ線に沿う断面図及び正面図である。 図１の分解斜視図である。 （Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）はヘッド本体の正面図・側面図・平面図・同図（Ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図・底面図である。 （Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は中空軸の平面図・同図（Ａ）のｃ−ｃ線に沿う断面図・正面図・背面図である。（Ａ，Ｂ）は上構造体の軸受固定位置を含めた断面図である。 （Ａ，Ｂ，Ｃ）は調整軸の正面図・図５（Ａ）のｄ−ｄ線に沿う断面図・平面 図である。 押軸の側面図である。 （Ａ，Ｂ，Ｃ）は連結台の平面図・正面図・同図（Ａ）のｅ−ｅ線に沿う断面図である。 （Ａ，Ｂ，Ｃ）は被加工面と新しい砥石の接触状態で、（Ａ）は研削開始前、（Ｂ）は研削開始時、（Ｃ）は全砥石が被加工面に接した時である。 （Ａ，Ｂ）は被加工面と砥石の接触状態で、（Ａ）は図８（Ｃ）の砥石による研削開始前、（Ｂ）は全砥石が被加工面に接した時である。連結台の平面図・正面図・同図（Ａ）のｅ−ｅ線に沿う断面図である。

符号の説明

１ ホーニング加工ヘッド
２ ヘッド本体
３ 外周面
４ 砥石取付座
５ 係止台
６ 合せ目
７ 溝
８，１６ ピン孔
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 砥石
１１ 中空軸
１２ 先端部
１４ スリット
１５ 鍔
１７ 中空部
１９，３５ ピン
２０ 軸端
２１ 調整軸
２２ 先端
２３ 傾斜面
２６ 押軸
２７ カラー
２８ ばね
３０ 軸端
３１ 連結台
３３ 底
３７ 弾性体

Claims (8)

1. 中空軸（１１）の先端部（１２）にスリット（１４）を設け、連結台（３１）をスリット内に摺動可能に挿入すると共に、前記中空軸内に前記連結台（３１）の移動手段を内蔵させ、
   砥石（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）を備えたヘッド本体（２）で前記中空軸先端部（１２）を挟むと共に、前記中空軸の先端部（１２）と前記ヘッド本体（２）を摺動可能とし、
   前記ヘッド本体（２）は、二分割された外周面（３）を有し、それぞれの外周面（３）の両側端に設けた係止部（５）同士の間に、弾性体（３７）による外れ止め手段を施して前記二分割された外周面（３）同士が接近する方向に力を付勢して嵌め合わせ、
   前記二分割された外周面（３）同士を離す方向に動かす時は、前記移動手段による前向きの動きを前記連結台（３１）を介して前記ヘッド本体（２）に伝え、
   前記二分割された外周面（３）同士を近づける方向に動かす時は、前記移動手段による後向きの動きを前記連結台（３１）を介して前記ヘッド本体（２）に伝えることを特徴とするホーニング加工ヘッド。
2. 前記ヘッド本体（２）の前記外周面（３）に前記砥石（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）を固定する砥石取付座（４）を形成し、前記二分割された外周面（３）の間に断面方形状の溝（７）を形成し、この溝（７）の底に連結台（３１）と接続するピン穴（８）を設けた請求項１に記載のホーニング加工ヘッド。
3. 前記砥石（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）を前記ヘッド本体（２）の前記外周面（３）に形成した前記砥石取付座（４）に接着剤で固定した請求項１又は２に記載のホーニング加工ヘッド。
4. 前記ヘッド本体（２）と前記連結台（３１）の間にピン（３５）を介在させ、着脱自在に両者を接続した請求項１ないし３の何れかに記載のホーニング加工ヘッド。
5. 前記二分割された外周面（３）に施した前記弾性体（３７）による抜け止め手段がＯリングである請求項１ないし４の何れかに記載のホーニング加工ヘッド。
6. 前記中空軸（１１）に鍔（１５）を設け、前記ヘッド本体（２）の中空軸（１１）の軸心方向への移動を規制した請求項１ないし５の何れかに記載のホーニング加工ヘッド。
7. 前記中空軸（１１）の前記先端部（１２）に設けた前記スリット（１４）が、方形断面の平行する二面の一方の面から他方の面に貫通するように開けられた請求項１ないし６の何れかに記載のホーニング加工ヘッド。
8. 前記移動手段を構成する調整軸（２１）先端からＶ字状に二つの傾斜面（２３）を後端に向けて設けた請求項１ないし７の何れかに記載のホーニング加工ヘッド。