JP5375203B2 - 粗面加工方法及び粗面加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、円形の穴の内面に対し、溶射皮膜を形成する前に螺旋状の溝を形成して粗面化する粗面加工方法及び粗面加工装置に関する。

自動車用エンジンの重量低減及び排気処理対応に効果のあるライナレスアルミシリンダブロックのシリンダボア内面に対して溶射皮膜を形成する際に、その前工程として、溶射皮膜の密着性を高める目的で、シリンダボア内面を粗面化する必要がある。

粗面化する方法としては、シリンダボア内面に対しねじ切加工を行うとともに、ねじ切加工によって発生する突部の先端をむしり取るようにして破断して微細凹凸部となる破断面を形成する（下記特許文献１参照）。

特開２００６−１５９３８８号公報

ところが、上記した従来の技術では、ねじ状部分の突部を、ねじ切り加工動作に伴ってむしり取るようにして破断しているため、突部を除去した後の破断面の高さが不均一になる恐れがある。このため、その後形成する溶射皮膜の膜厚を、高さの最も高い破断面を基準とする必要が生じ、高さの低い破断面の膜厚が必要以上に厚くなって溶射量の無駄が発生する懸念がある。

そこで、本発明は、突部を除去した後の破断面の高さを均一化して、その後の溶射皮膜を形成する際の溶射量の無駄を抑えることを目的としている。

本発明は、円形の穴の内面に対し螺旋状の溝を形成する螺旋溝形成工程と、螺旋状の溝形成により発生する突部の先端を破断して除去する突部破断工程と、を有し、前記突部破断工程は、互いに隣接する突部と突部との間の前記溝に前記破断工具を挿入して該溝をその幅方向に押し広げるようにして前記突部の先端を破断することを特徴とする。

本発明によれば、切削工具により螺旋状の溝を形成した後に、この螺旋溝形成工程とは別工程として破断工具を用いて突部を破断するようにしているので、破断後に形成される破断面の高さを均一化しやすく、したがって、その後の溶射皮膜を形成する際の溶射量の無駄を抑えることができる。
また、本発明によれば、破断工具を螺旋状の溝に挿入して該溝をその幅方向に押し広げるようにして突部の先端を破断しているので、突部の破断をより確実に実施することができる。

本発明の第１の実施形態に係わる粗面加工具によってワークの円形の穴の内面を粗面化加工する状態を簡略化して示した説明図である。 図１の粗面加工具における破断工具の斜視図である。 （ａ）は図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図である。 破断工具の他の例を示す斜視図である。 （ａ）は図４のＣ−Ｃ断面図、（ｂ）は図４のＤ−Ｄ断面である。 図１の切削工具により円形の穴の内面にねじ切加工している状態を示す作用説明図である。 図１の破断工具により山部の先端を破断して破断面を形成する状態を示す作用説明図である。 図１の破断工具により破断加工を行っている状態を示す、図１のＥ−Ｅ断面に対応する断面図である。 破断工具先端の回転軌跡円に対する破断工具先端の形状を、（ａ），（ｂ）としてそれぞれ２種示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係わる粗面加工具１により、ワーク３に形成してある円形の穴５の内面を粗面化加工する状態を簡略化して示している。なお、ワーク３としては例えばエンジンのシリンダブロックであり、そのシリンダボアが円形の穴５となる。

上記した粗面加工具１は、ボーリングバーに相当する工具保持具７の先端側の大径となっている工具保持部９の外周に、切削工具１１と破断工具１３とを、工具保持具７の軸方向に沿って並べて取り付けてある。なお、これらの切削工具１１及び破断工具１３は、工具保持部９の外周部に形成してある平坦な取付面９ａに、ねじなどの固定具１５，１７を用いて取り付けている。

ここで、切削工具１１は工具保持部９の先端側近傍に位置し、破断工具１３は切削工具１１に隣接するように軸方向基部側に位置し、かつこれら各工具１１，１３相互間の間隔Ｌは、切削工具１１によって形成する螺旋状の溝であるねじ切り加工後の谷部１９の軸方向間隔（ピッチ）Ｐに対応している。すなわち、Ｌ＝Ｐである。なお、谷部１９の軸方向間隔Ｐは、加工時での工具保持具７の回転速度と、矢印Ｍで示す軸方向の送り速度によって決定され、これに対応して各工具１１，１３相互間の間隔Ｌを決定する。

切削工具１１は、ねじ切り加工を行う一般的なものを使用する。一方、破断工具１３は、図２に斜視図として示すように、固定具１７の挿入孔２１ａを備える工具本体部２１の先端に切刃形成部２３を備えている。切刃形成部２３は、工具本体部２１に対しその先端部から加工時での円形の孔５の内面に向けて膨出する先端膨出部２５を備えるとともに、工具保持具７の回転方向前方側（図１中で紙面手前側）に向けて膨出する前方膨出部２７を備えている。

そして、この前方膨出部２７の工具保持具７の回転方向前方側に、この回転方向に対向するほぼ二等辺三角形状の前方平坦面２７ａと、前方平坦面２７ａの両側２辺に連続する一対の三角形状の傾斜面２７ｂ，２７ｃとを備えている。

この三角形状の傾斜面２７ｂ，２７ｃは、前方膨出部２７が谷部１９に入り込んだときに、該谷部１９をその幅方向（図１中で上下方向）に押し広げるようにして谷部１９の両側に位置する突部としての山部２９の先端を破断する拡張部を構成している。また、工具保持具７の工具送り方向前方側の傾斜面２７ｂは、工具保持具７が軸方向に向けて相対移動する際の該軸方向移動前方側の突部２９の側面に亀裂を発生させる切刃部を構成している。

上記した傾斜面２７ｂ，２７ｃは、図２のＡ−Ａ断面図である図３（ａ）及び、図２のＢ−Ｂ断面図である図３（ｂ）に示すように、工具送り方向に対する傾斜角度を同等として互いに同一形状としてあるが、図４，図５に示すように、工具送り方向前方側の傾斜面２７ｂの傾斜角度を、同後方側の傾斜面２７ｃの傾斜角度に対して小さくすることが望ましい。

次に作用を説明する。図１に示すように、工具保持具７を回転させた状態で円形の穴５内に挿入し矢印Ｍで示す軸方向に移動させることで、図６（ａ）や図６（ｂ）に示すように、切削工具１１により円形の穴５の内面にねじ切加工して谷部１９を形成する。図６（ａ）は、図６（ｂ）に比較して谷部１９のピッチＰを大きくすることで、山部２９の先端に端面２９ａを形成している。

そして、上記図６のようにして形成した谷部１９内には、工具保持具７を回転させつつ円形の穴５内にて矢印Ｍで示す軸方向に移動させる過程で、図７に示すように、工具保持具７よりも回転方向後方側でかつ工具送り方向の後方側に位置する破断工具１３の切刃形成部２３が入り込むことで、山部２９の先端を破断片３１として破断して破断面３３を形成する。

この際、山部２９と山部２９との間の谷部１９内に入り込んだ切刃形成部２３は、図７に示すように、前方膨出部２７が谷部１９をその幅方向に押し広げるように拡張させ、特に工具送り方向前方側の傾斜面２７ｂで山部２９の側面である斜面に亀裂３５を発生させる。これと同時に、工具送り方向後方側の傾斜面２７ｃは、既に亀裂３５の入っている山部２９を工具送り方向と反対側に押し付けることで、該山部２９の先端を破断片３１として除去することになる。

このように、本実施形態によれば、切削工具１１により螺旋状の溝をねじ切り加工した後に、該螺旋溝加工工程とは別工程として破断工具１３を用いて山部２９の先端を破断するようにしている。このため、山部２９に対する破断片３１の除去量が均一化し、破断後の破断面３３の高さを均一化しやすいものとなる。破断面３３の高さが均一化することで、その後形成する溶射皮膜の膜厚を破断面３３全体で均一化でき、破断面３３の高さの不均一化による溶射量の無駄を抑えることができる。

なお、上記した破断面３３の高さとは、図７に示すように、谷部１９の最深部からの高さ寸法Ｈとする。

特に、本実施形態では、切刃形成部２３を谷部１９に挿入して該谷部１９をその幅方向に押し広げるようにして山部２９の先端を破断しているので、山部２９の破断をより確実に実施することができる。

この際、本実施形態では、工具送り方向前方側の傾斜面２７ｂで山部２９の斜面に亀裂３５を発生させた後、同後方側の傾斜面２７ｃで山部２９の先端を、亀裂３５側に押し倒すようにして破断片３１を発生させて除去しているので、破断面３３の高さを均一化する上で極めて有効である。

また、図４，図５のように、上記した工具送り方向前方側の傾斜面２７ｂの工具送り方向に対する傾斜角度を小さくすることで、山部２９への加圧力をより大きくすることができ、亀裂３３をより確実かつ大きく発生させることができ、山部２９の破断をより確実に実施することができる。

また、本実施形態では、切削工具１１と破断工具１３とを同一の工具保持具７に取り付けている。このため、谷部１９を形成するねじ切り加工と、山部２９の先端を除去して破断面３３を形成する破断加工とを、別工程でありながら、一括して行えるので、これら各工具１１，１３を別々の工具保持具に取り付けて別々に加工する場合に比較して加工効率が向上し、加工コストを低く抑えることができる。

なお、上記した実施形態では、切削工具１１と破断工具１３とを、工具保持具７の軸方向に沿って並べて取り付けているが、破断工具１３を、切削工具１１に対し工具保持具７の回転方向後方側に例えば９０度ずらした位置に取り付けてもよい。この場合には、切削工具１１によるねじ切り加工の後、工具保持具７が９０度回転した直後に破断工具１３により破断加工することになる。したがって、この場合の図１での破断工具１３の取付位置としては、二点鎖線で示すように図１中で紙面裏側となる。

これに対し、図１の実線での取付位置の場合には、切削工具１１によるねじ切り加工の後、工具保持具７が１回転（３６０度回転）した後に破断工具１３により破断加工することになる。

なお、切削工具１１と破断工具１３とを、それぞれ別々の工具保持具に取り付けて別々に加工するようにしてもよい。この場合には、切削工具１１によるねじ切り加工と、破断工具１３による破断加工との間で、工具回転速度及び工具送り速度を互いに同等として行う必要がある。すなわち、切削工具１１によって形成した谷部１９に沿って破断工具１３が移動するようにして加工することになる。

図８は、図１の破断工具１３により破断加工を行っている状態を示す、図１のＥ−Ｅ断面に対応する断面図である。図９は、破断工具１３の先端形状を（ａ），（ｂ）として別々の例を示している。

図９（ａ）は、先端膨出部２５の先端面２５ａと、一対の傾斜面２７ｂ，２７ｃを備える前方膨出部２７の先端面２７ｄとを、同一の円弧面上に位置する形状とした上で、この同一の円弧面を、工具保持具７が回転する際の前方膨出部２７の先端２７ｅの回転軌跡円に重なるようにしている。

これにより、前方膨出部２７の傾斜面２７ｂ，２７ｃで破断加工を行いつつ工具保持具７が回転する際に、先端膨出部２５及び前方膨出部２７の各先端面２５ａ及び２７ｄによる加工表面（円形の穴５の内面）に対する摩擦抵抗が小さくなって加工抵抗を低減することができ、工具寿命を長くすることが可能となる。

一方、図９（ｂ）は、図９（ａ）と同様に、先端膨出部２５の先端面２５ａと、一対の傾斜面２７ｂ，２７ｃを備える前方膨出部２７の先端面２７ｄとを同一の円弧面（曲面）としているが、この同一の円弧面（２５ａ，２７ｄ）が、前方膨出部２７の先端２７ｅの回転軌跡円３７よりも内側に位置している。

これにより、前方膨出部２７の傾斜面２７ｂ，２７ｃで破断加工を行いつつ工具保持具７が回転する際に、先端膨出部２５及び前方膨出部２７の各先端面２５ａ及び２７ｄが加工表面から離反した状態となるので、加工時での摩擦抵抗を図９（ａ）に比較してより小さく抑えることができ、加工抵抗をさらに低減することができる。

すなわち、上記図９（ａ），（ｂ）の例では、破断工具１３における前方膨出部２７の先端２７ｅの回転半径は、破断工具１１の工具本体部２１の先端の回転半径以上となっている。

なお、上記図９（ｂ）の例では、先端膨出部２５及び前方膨出部２７の各先端面２５ａ及び２７ｄを、同一の円弧面とせずに同一の平面としてもよい。

５ 円形の穴
７ 工具保持具
１１ 切削工具
１３ 破断工具
１９ 谷部（螺旋状の溝）
２１ 破断工具の工具本体部
２７ｂ，２７ｃ 傾斜面（拡張部）
２７ｂ 傾斜面（切刃部）
２７ｅ 前方膨出部の先端
２９ 山部（突部）
３７ 前方膨出部の先端の回転半径

Claims (6)

1. 円形の穴の内面に対し切削工具を用いて螺旋状の溝を形成する螺旋溝形成工程と、前記螺旋状の溝形成により発生する突部の先端を、破断工具を用いて前記螺旋状の溝に沿って相対移動させることで破断して除去する突部破断工程と、を有し、
   前記突部破断工程は、互いに隣接する突部と突部との間の前記溝に前記破断工具を挿入して該溝をその幅方向に押し広げるようにして前記突部の先端を破断することを特徴とする粗面加工方法。
2. 円形の穴の内面に対し螺旋状の溝を形成する切削工具と、この切削工具による前記螺旋状の溝形成により発生する突部の先端を、前記螺旋状の溝に沿って相対移動させることで破断して除去する破断工具と、を有し、
   前記破断工具は、互いに隣接する突部と突部との間の前記溝に入り込んで該溝をその幅方向に押し広げるようにして前記突部の先端を破断する拡張部を備えていることを特徴とする粗面加工装置。
3. 前記切削工具と前記破断工具とを同一の工具保持具に設けたことを特徴とする請求項２に記載の粗面加工装置。
4. 前記拡張部は、前記破断工具が、前記螺旋状の溝に沿って相対移動しつつ前記円形の穴の軸方向に向けて相対移動する際の該軸方向移動前方側に、前記突部の側面に亀裂を発生させる切刃部を備えていることを特徴とする請求項２または３に記載の粗面加工装置。
5. 前記拡張部は、前記破断工具の前記軸方向の移動方向に対して傾斜する一対の傾斜面を備え、前記切刃部は、この一対の傾斜面のうち前記軸方向移動前方側の傾斜面の傾斜角度を、同後方側の傾斜面の傾斜角度に対して小さくすることで形成したことを特徴とする請求項４に記載の粗面加工装置。
6. 前記破断工具における拡張部の先端の回転半径は、前記破断工具の工具本体部の先端の回転半径以上であることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の粗面加工装置。

Images