JP5377429B2

JP5377429B2 - ホーニング砥石

Info

Publication number: JP5377429B2
Application number: JP2010152409A
Authority: JP
Inventors: 貴裕中尾; 邦彦池尻; 康広樋代; 浩樹嶋岡
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2030-07-02
Also published as: JP2012011522A

Description

本発明は、自動車用エンジンのシリンダ内面などのホーニング加工に使用するホーニング砥石に関する。

新品エンジンを始動した時、シリンダ内面に形成された油溜まり用溝の間の山部分が、往復運動するピストンリングによって削り取られてエンジンオイルに混入し、エンジンオイルと共にエンジン内部に供給されて摺動面に入り込み、焼き付きを起こすことがある。このような現象を防止するため、被加工面であるシリンダ内面に形成された油溜まり溝の間の山部分を、事前に削り取ってプラトー面を創り出す加工が行われている。

このようなプラトー面を創出する方法として、従来、図５に示すような加工方法が採用されている。即ち、図５（ａ）に示すように、被削材Ｗに対し♯１４０（平均粒径１０７μｍ）〜＃２００（平均粒径７６μｍ）のメタルダイヤモンド砥石で粗加工を施した後、図５（ｂ）に示すように、♯３２５（平均粒径４６μｍ）〜＃６００（平均粒径３０μｍ）のメタルダイヤモンド砥石で仕上げ加工を施すことによって被加工面に油溜まり溝Ｔを形成し、最後に、図５（ｃ）に示すように、♯１０００（平均粒径１５μｍ）〜＃２０００（平均粒径８μｍ）のメタルダイヤモンド砥石を用いて、隣り合う油溜まり溝Ｔの間の山部分Ｍを削り取ることによってプラトー面Ｐを形成するという方法が採用されている。

一方、本願発明に関連する先行技術として、例えば、特許文献１記載の「ホーニング砥石」、特許文献２記載の「被加工物の内筒内面仕上げ方法及びホーニングヘッド構造」、特許文献３記載の「研削工具」などがある。

特開平９−４７９５７号公報特開平７−８８７５７号公報特開昭６１−１００３５２号公報

図５に示す従来の加工方法は、被加工面に油溜まり溝Ｔ及びプラトー面Ｔを創り出すまでに、３つの加工工程が必要であるため、多くの労力と時間が費やされている。また、これらの加工を行うためには、粒径の異なる砥粒が配設された少なくとも３種類の砥石を必要とする。

一方、特許文献１記載の砥石は、超砥粒を固着した砥粒層部と、ＷＡ砥粒またはＧＣ砥粒を固着した砥粒層部とを接合して一つの砥石としたものであるが、加工作業の初期段階においては、超砥粒を固着した砥粒層部と、ＷＡ砥粒（またはＧＣ砥粒）を固着した砥粒層部と、の間の砥粒先端高さの差が有効に存在するので、被加工面にプラトー面が形成されるが、連続加工を行うと、前記砥粒先端高さの差がなくなり、プラトー面が形成されなくなる傾向が生じる。また、特許文献１記載の砥石は、二つの砥粒層部を接合するという手間がかかる上、これらの砥粒層部間での砥粒配設条件のばらつきが大きく、砥石の摩耗も不均一となり、加工後の真円度や均一な面粗さを確保することが困難である。

また、特許文献２記載の砥石は、一つの砥石に粗加工用の粗い砥粒と仕上げ加工用の細かい砥粒を混在させた砥石であるが、加工中に粗い砥粒を脱落させることによって被加工面にプラトー面を形成するものであるため、砥石寿命が短く、連続加工を行ったときに粗い砥粒と細かい砥粒との間の砥粒先端高さの差がなくなり、プラトー面が形成されなくなる。また、粗い砥粒と細かい砥粒とを単に混在させただけでは、個々の砥石内あるいは複数個の砥石間での砥粒配設条件のばらつきが大きく、砥石の摩耗も不均一となり、加工後の真円度や均一な面粗さを確保することが困難である。

さらに、特許文献３記載の砥石は、超砥粒と、その平均粒径の１／３以下の粒径の微細超砥粒とを含有する砥粒層を設けることにより、耐摩耗性を高めたものであるが、これにより、砥石の摩耗が抑制され、砥石自生が行われ難くなるため、砥粒の先端高さが揃ってしまい、被加工面にプラトー面を形成することができなくなる。

本発明が解決しようとする課題は、自動車用エンジンのシリンダ内面などの円形孔の内面に対する油溜まり溝の形成工程及びプラトー面の創出工程を短縮化することができるホーニング砥石を提供することにある。

本発明のホーニング砥石は、ホーニング加工装置のホーニングヘッドの円周方向に沿った複数箇所に取り付けられる砥石であって、被加工面に油溜まり溝を形成するための主砥粒と、前記超砥粒より粒径の小さな二次砥粒と、が混在するレジンボンド砥粒層を備え、前記レジンボンド砥粒層を構成するレジンボンドのヤング率を１８ＧＰa〜３０ＧＰａとしたことを特徴とする。

このような構成とすれば、本発明のホーニング砥石を用いて円形孔の内面などの被加工面に研削加工（従来の仕上げ加工に相当する研削加工）を施したとき、前記レジンボンド砥粒層から被加工面に加えられる加工圧によって主砥粒がレジンボンド層中に沈み込み、レジンボンド面が被加工面に接触する状態となる。この過程において、主砥粒によって被加工面に無数の細かな油溜まり溝が形成されるとともに、隣り合う油溜まり溝の間の山部分が二次砥粒によって削り取られるため、油溜まり溝の形成及びプラトー面の創出を一工程で完了させることができる結果、工程を短縮化することができる。

なお、レジンボンドのヤング率が１８ＧＰａ未満であると、主砥粒の沈み込みが増大して、主砥粒自体の突き出しを確保することができず、油溜まり溝を形成できなくなるので、ホーニング加工が成立せず、砥石としての実用性が失われ、３０ＧＰａを超えると、主砥粒の沈み込みが減少して、二次砥粒が作用しなくなるので、プラトー面が形成されなくなる。従って、レジンボンドのヤング率は前記範囲が好適である。

この場合、主砥粒としては、ダイヤモンド砥粒、ｃＢＮ砥粒などが好適であり、二次砥粒としては、ｃＢＮ砥粒、ＧＣ砥粒、ＷＡ砥粒などが好適であり、レジンボンドとしては、フェノール樹脂が好適であるが、これらに限定するものではない。

ここで、前記主砥粒の粒径に対する前記二次砥粒の粒径の大小比率が１／８〜３／４であることが望ましい。

このような構成とすれば、主砥粒が被加工面に油溜まり溝を形成し、隣り合う油溜まり溝の間の山部分を二次砥粒が、削り取ってプラトー面を形成するという工程が効率良く行われる。なお、二次砥粒の粒径が主砥粒の３／４より大きくなると、油溜まり溝の間の山部分だけでなく、油溜まり溝内にも砥粒が食込むようになるため、プラトー面が形成されなくなり、１／８より小さくなると、研削能力が不足して油溜まり溝の間の山部分を除去することができなくなるため、プラトー面が形成されなくなる。従って、主砥粒の粒径に対する二次砥粒の粒径の大小比率は前記範囲が好適である。

また、前記主砥粒の粒径は、＃２００（平均粒径７６μｍ）〜＃６００（平均粒径３０μｍ）であることが望ましい。

このような構成とすれば、被加工面に、最適なサイズの油溜まり溝を保有するプラトー面を創出することができる。なお、主砥粒の粒径が＃２００（平均粒径７６μｍ）より大きくなると深い油溜まり溝が形成されるのでエンジン潤滑油の消費量が増大し、＃６００（平均粒径３０μｍ）より小さくなると浅い油溜まり溝しか形成されないので、エンジン潤滑油を溜める作用が低下し、エンジンの焼き付きを防止する効果も低下する。従って、前記主砥粒の粒径は前記範囲が好適である。

一方、前記二次砥粒の含有率が２．５％〜５０％（体積比）であることが望ましい。このような構成とすれば、隣り合う油溜まり溝の間の山部分が適切に削り取られた理想的なプラトー面を形成することができる。

なお、前記二次砥粒の含有率が２．５％より小さくなると、被加工面に作用する砥粒数が少なくなり、油溜まり溝の間の山部分を削り取る程度の充分な研削能力を得られなくなり、５０％より大きくなると、レジンボンド量が相対的に減少して砥粒保持力が低下し、異常摩耗が生じ、砥石として機能しなくなる。従って、前記二次砥粒の含有率（体積比）は、前記範囲が好適である。

また、前記二次砥粒の含有率（体積比）が、主砥粒の含有率（体積比）の１．０倍〜２．５倍であることが望ましい。このような構成とすれば、隣り合う油溜まり溝の間の山部分が適切に削り取られた、理想的な形状のプラトー面を形成することができる。

なお、前記二次砥粒の含有率（体積比）が主砥粒の含有率（体積比）の１．０倍より小さくなると、被加工面に作用する砥粒数が少なくなり、油溜まり溝の間の山部分を削り取る程度の充分な研削能力が得られなくなり、主砥粒の含有率（体積比）の２．５倍より大きくなると、二次砥粒が耐摩耗材として働き、砥石の自生作用が抑制されるため、連続加工性が阻害される。従って、前記二次砥粒の含有率（体積比）は前記範囲が好適である。

本発明により、自動車用エンジンのシリンダ内面などの円形孔の内面に対する油溜まり溝の形成工程及びプラトー面の創出工程を短縮化することができるホーニング砥石を提供することができる。

本発明の実施形態であるホーニング砥石を組み込んだホーニング加工装置を示す断面図である。図１に示すホーニング砥石の斜視図である。図２のＡ−Ａ線における断面図である。図３に示すホーニング砥石による加工状態を示す断面図である。円形孔の内面のホーニング加工におけるプラトー面の創出工程を示す工程図である。

図１に示すように、本実施形態のホーニング砥石１０は、台金であるシュー１３に固着された状態でホーニング装置（図示せず）のホーニングヘッド１１の円周方向に沿った複数箇所に取り付けられている。ホーニングヘッド１１の内部には、テーパコーン１２が上下動可能に挿入され、複数のホーニング砥石１０付きのシュー１３がテーパコーン１２の外周側に等間隔に係合されている。研削作業中は、テーパコーン１２の下降により、シュー１３を介してホーニング砥石１０が、被加工面である、シリンダ孔１４の内面１４ａに向けて押圧される。

図２，図３に示すように、シュー１３の長手方向に沿って固着されたホーニング砥石１０は、シリンダ孔１４の内面１４ａに油溜まり溝Ｔ（図５参照）を形成するための主砥粒１５と、主砥粒１５より粒径の小さな二次砥粒１６と、が混在するレジンボンド砥粒層１７を備え、レジンボンド砥粒層１７を構成するレジンボンド１８のヤング率を２２ＧＰａとしている。レジンボンド１８はフェノール樹脂によって形成されている。

ここで、ホーニング砥石１０の製造方法について説明する。フェノール樹脂粉末（体積比４８．７５％）と、主砥粒１５である＃４００（平均粒径３７μｍ）のダイヤモンド砥粒（体積比１８．７５％）と、二次砥粒１６である＃８００（平均粒径２０μｍ）のＧＣ砥粒（体積比３２．５％）と、を攪拌機（図示せず）にて混合し、これによって得られた混合物（図示せず）を成形金型（図示せず）に充填する。この後、前記成形金型を所定の成形機械にセットし、成形圧力８００ｋｇ/ｃｍ²、成形温度１７０℃の条件下で加圧加温し、ホーニング砥石１０の原形（図示せず）を成形する。

成形されたホーニング砥石１０の原形を、エポキシ系樹脂の接着剤を用いてシュー１３に接着して、ホーニングヘッド１１に組み込んだ後、その状態でホーニングヘッド１１を円筒研削盤（図示せず）の加工軸に取り付け、ＧＣ砥石を用いて、所定の外径になるようにツルーイングを施すと、ホーニング加工に使用可能なホーニング砥石１０が完成する。なお、前述したホーニング砥石１０の製造方法は、一例であって、これに限定するものではない。

次に、図１に示すように、複数のホーニング砥石１０を備えたホーニングヘッド１１を用いてシリンダ孔１４の内面１４ａにホーニング加工を施した場合について説明する。この場合のホーニング砥石１０の構成及び加工条件などは、以下に示す通りであるが、これに限定するものではない。

ホーニングヘッド１１の回転数：３００ｒｐｍ
ホーニングヘッド１１の主軸往復速度：２０ｍ／ｍｉｎ
ホーニング砥石１０の配置本数：６本
レジンボンド砥粒層１７のサイズ：長さ７５ｍｍ×高さ４ｍｍ×幅４ｍｍ
レジンボンド１８のヤング率：２２ＧＰａ
レジンボンド１８の材質：フェノール樹脂
主砥粒１５の粒径：３７μｍ（♯４００）
二次砥粒１６の粒径：２０μｍ（♯８００）
主砥粒１５の粒径に対する二次砥粒１６の粒径の大小比率：２０／３７（約１／２）
二次砥粒１６の含有率（体積比）：３２．５％
主砥粒１５の含有率に対する二次砥粒１６の含有率の割合：１．７倍

このような条件下で、図１に示すように、シリンダ孔１４の内面１４ａにホーニング加工を施すと、図４に示すように、ホーニング砥石１０のレジンボンド砥粒層１７から内面１４ａに加わる加工圧によって主砥粒１５がレジンボンド１８中に沈み込み、レジンボンド砥粒層１７の表面１７ａが内面１４ａに接触する状態となる。この過程において、主砥粒１５によって内面１４ａに、図５（ｃ）に示すような無数の細かな油溜まり溝Ｔが形成されるとともに、隣り合う油溜まり溝Ｔの間の山部分Ｍが二次砥粒１６によって削り取られプラトー面Ｐが形成される。このように、ホーニング砥石１０を用いることにより、従来の加工方法では二工程を要していた、油溜まり溝Ｔの形成工程及びプラトー面Ｐの創出工程が一工程で完了するようになるため、ホーニング工程を大幅に短縮化することができる。

従来、図５（ｂ），（ｃ）に示す二つの工程に６０秒〜９０秒程度の時間を要していたが、ホーニング砥石１０を使用することにより、図５（ｂ），（ｃ）に示す加工を一工程で完了することができ、それに要する時間も３０秒〜６０秒程度に短縮することができた。また、ホーニング砥石１０を使用することにより、ホーニング盤１軸分の投資費用を抑制し、ホーニング盤の設置スペースも削減することができる。

さらに、前記ホーニング加工過程においては、図５（ｃ）に示すように、プラトー面Ｐに、油溜まり溝Ｔより細かな複数の微細溝ｔ（溝Ｔよりも幅及び深さの小さな微細溝ｔ）が形成され、これらの微細溝ｔも油溜まり溝Ｔと同様の油溜め作用を発揮するので、エンジンの焼き付き防止に有効である。

本発明のホーニング砥石は、自動車用エンジンのシリンダ内面などのホーニング加工において広く利用することができる。

１０ホーニング砥石
１１ホーニングヘッド
１２テーパコーン
１３シュー
１４シリンダ孔
１４ａ内面
１５主砥粒
１６二次砥粒
１７レジンボンド砥粒層
１７ａ表面
１８レジンボンド
Ｍ山部分
Ｐプラトー面
Ｔ油溜まり溝
ｔ微細溝

Claims

ホーニング加工装置のホーニングヘッドの円周方向に沿った複数箇所に取り付けられる砥石であって、被加工面に油溜まり溝を形成するための主砥粒と、前記主砥粒より粒径の小さな二次砥粒と、が混在するレジンボンド砥粒層を備え、前記レジンボンド砥粒層を構成するレジンボンドのヤング率を１８ＧＰａ〜３０ＧＰａとしたことを特徴とするホーニング砥石。
前記主砥粒の粒径に対する前記二次砥粒の粒径の大小比率が１／８〜３／４であることを特徴とする請求項１記載のホーニング砥石。
前記主砥粒の粒径が＃２００（平均粒径７６μｍ）〜＃６００（平均粒径３０μｍ）であることを特徴とする請求項１または２記載のホーニング砥石。
前記二次砥粒の含有率が２．５％〜５０％（体積比）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のホーニング砥石。
前記二次砥粒の含有率（体積比）が、主砥粒の含有率（体積比）の１．０倍〜２．５倍であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のホーニング砥石。