JP6241612B2 - シリンダブロックの加工方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダブロックのボアをシリンダブロック上面側からホーニング加工する前に、ボア下部のホーニング工具逃がし部を切削加工するシリンダブロックの加工方法及び装置に関するものである。

シリンダブロックのボアをシリンダブロック上面側からホーニング工具によって加工する場合、ホーニング工具の干渉を生じることなくボア下部のホーニング加工を行うために、ボア下部にホーニング工具逃がし部を加工する。
従来、このような逃がし部の加工は、特許文献１に記載のように、シリンダブロックの上面側からボア内に挿入した回転切削工具を偏心回転させることで行っていた。

特開２００７−２７０８２３号公報（段落[００２１]〜[００２３]）

上記従来技術では、シリンダブロック上面側から回転切削工具を挿入して加工するため、同工具のＬ／Ｄ（工具突出長／工具径）が大きくなって工具回転数、周速、送り量等の加工速度条件を上げることが困難になる。また、回転切削工具を偏心回転させる必要があることも加わって、加工時間が長くなる。

本発明の課題は、シリンダブロックのボアホーニング加工前に行う、ボア下部のホーニング工具逃がし部の加工時間を大幅に短縮できるシリンダブロックの加工方法及び装置を提供することにある。

上記課題は、シリンダブロックの加工方法及び装置を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。

以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、各々対応する。

（１） シリンダブロックのボアをシリンダブロック上面側からホーニング工具によって加工する前に、回転切削工具を用いてボア下部のホーニング工具逃がし部の切削加工を行うシリンダブロックの加工方法において、前記回転切削工具を、工具軸方向に対して傾斜するテーパ状の傾斜面を外周面に有する断面形状が三角形状または台形の第１移動部材と、前記第１移動部材の傾斜面にそれぞれ摺接する傾斜面を内側面に有する複数の第２移動部材と、前記第２移動部材の先端部における側面にそれぞれ突出して設けられた刃とを備え、前記第１移動部材が前記第２移動部材に対して工具軸方向に移動することにより前記刃が工具径方向に拡縮移動可能に構成し、前記回転切削工具をその軸方向に移動させて前記先端部を前記シリンダブロックのボア下部のホーニング工具逃がし部を形成する下面側から挿入し、前記刃が前記シリンダブロックのボア下部のホーニング工具逃がし部を形成する部分と対応する位置で、前記第１移動部材を前記第２移動部材に対して工具軸方向に移動させて前記刃を工具径方向に拡張させ、前記回転切削工具を軸周り方向に回転させて前記刃の切削によって前記ホーニング工具逃がし部の切削加工を行うことを特徴とするシリンダブロックの加工方法。
（２） シリンダブロックのボアをシリンダブロック上面側からホーニング工具によって加工する前に、ボア下部のホーニング工具逃がし部の切削加工を行うシリンダブロックの加工装置であって、工具軸方向に対して傾斜するテーパ状の傾斜面を外周面に有する断面形状が三角形状または台形の第１移動部材と、前記第１移動部材の傾斜面にそれぞれ摺接する傾斜面を内側面に有する複数の第２移動部材と、前記第２移動部材の先端部における側面にそれぞれ突出して設けられた刃とを備え、前記第１移動部材を前記第２移動部材に対して工具軸方向に移動させることにより前記刃が工具径方向に拡縮移動する回転切削工具と、前記第１移動部材を前記第２移動部材に対して工具軸方向に移動させて、前記刃を前記工具径方向に拡縮移動させる第１駆動機構と、前記回転切削工具を軸周り方向に回転させると共に、軸方向に移動させる第２駆動機構と、前記シリンダブロックのボア下部のホーニング工具逃がし部を形成する下面側から前記回転切削工具を挿入可能に前記シリンダブロックを固定する作業台と、前記第１，第２駆動機構に駆動制御信号を与えて、前記回転切削工具の軸方向の移動、軸回り方向の回転、及び前記刃の工具径方向の拡縮移動を各々制御し、前記ホーニング工具逃がし部の切削加工を実行させる制御手段と、を具備することを特徴とシリンダブロックの加工装置。

（１）項に記載の発明によれば、シリンダブロックのボアホーニング加工前に、回転切削工具をシリンダブロックのボアの下面側から挿入して、回転切削工具の刃を工具径方向に進退させて切削加工を行い、ボア下部にホーニング工具逃がし部を形成するので、ボア下部のホーニング工具逃がし部の加工時間を大幅に短縮できるシリンダブロックの加工方法を提供できる。
（２）項に記載の発明によれば、簡易な構成で、回転切削工具をシリンダブロックのボアの下面側から挿入して、回転切削工具の刃を工具径方向に進退させて切削加工を行い、ボア下部にホーニング工具逃がし部を形成することができる機構を実現でき、したがって、シリンダブロックのボアホーニング加工前に行う、ボア下部のホーニング工具逃がし部の加工時間を大幅に短縮できるシリンダブロックの加工装置を提供できる。

シリンダブロックの一例を示す斜視図である。 同上シリンダブロックにおけるボア下部のホーニング工具逃がし部の加工を説明するための図１中のII-II断面概略図である。 本発明の一実施形態に係るシリンダブロックの加工方法に使用される回転切削工具の概要を示す図である。 同上加工方法の手順説明図である。 同上加工方法によるホーニング工具逃がし部の加工前の様子を示す図である。 同上加工方法によるホーニング工具逃がし部の加工後の様子を示す図である。 同上加工方法で使用される回転切削工具の具体的な構成例を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るシリンダブロックの加工装置を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
本発明は、例えば図１に例示するシリンダブロック１のボア２を、シリンダブロック上面側からホーニング工具によって加工する前に、図２に例示するボア２下部のホーニング工具逃がし部２ａの切削加工を行うシリンダブロックの加工方法に係るものである。なお図中では、便宜上、切削加工により除かれる範囲にハッチングを付し、符号（２a）で示している。

図３に、本発明の一実施形態に係るシリンダブロックの加工方法（本発明加工方法）において、ホーニング工具逃がし部２ａの切削加工に使用される回転切削工具の概要を示す。図３（ａ）は縦断面図、同（ｂ）は底面図である。
本発明加工方法においては、矢印αで示すように、径方向（工具径方向）に刃５ａを進退できる回転切削工具（刃具）５が使用される。図３に示す例では、二対、回転角９０°間隔で合計４枚の刃５ａが径方向に拡縮（拡張・縮小）自在に、工具先端部の側面（工具径方向外側側面）５ｂに突出して設けられている。刃５ａの数は、上記４枚の他、例えば回転角６０°間隔、合計６枚等であってもよい。回転切削工具５の具体的な構成例については、後述する。
上記回転切削工具５は、矢印βに示すように軸回り方向に回転でき、また矢印γに示すように軸方向に移動できる。なお、図３（ａ）中、一点鎖線は、回転切削工具５の回転中心軸を示す。

本発明加工方法は、上記回転切削工具５を使用し、図４（ａ）〜（ｄ）に例示する手順によってボア２下部のホーニング工具逃がし部２ａの切削加工を行う方法である。この切削加工は、シリンダブロック１の下面側からの切削によって行う。また本実施形態では、４つのボア２を有するシリンダブロック１を例示して説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、上下面を逆にして、適宜の作業台上に載置、固定されたシリンダブロック１の下面側（図中、上方）からシリンダブロック１内、詳しくはクランクケース内部３（ボア２下部。図ではボア２の上側）に回転切削工具５を挿入する。回転切削工具５は、クランクケース内部３に、刃５ａが設けられた先端部側からボア２下部に向けて下降される（矢印γａ参照）。この際、各刃５ａは、径方向内側に退いた状態（縮小状態）にある。

次に、図４（ｂ）に示すように、回転切削工具５の刃５ａがホーニング工具逃がし部２ａの図中、上端部に対向する位置に達すると、回転切削工具５が軸回り方向に回転すると共に、その刃５ａが径方向外側に進み（拡張し）、切削を開始する。その後、設定された取り代分の切削を行いながら回転切削工具５を下降する（矢印αａ，β，γａ参照）。

回転切削工具５の刃５ａがホーニング工具逃がし部２ａの図中、下端部に達すると、つまり切削を終了すると、図４（ｃ）に示すように、回転切削工具５は軸回り方向の回転を停止する。また、回転切削工具５の各刃５ａは、矢印αｂに示すように径方向内側に退く（縮小する）。
その後、回転切削工具５は、図４（ｃ）に示す状態を保持したまま、図４（ｄ）に示すように上昇し（矢印γｂ参照）、シリンダブロック１のボア２下部、１箇所についてのホーニング工具逃がし部２ａの切削加工を完了する。
以下同様に、シリンダブロック１の残る３箇所におけるボア２下部のホーニング工具逃がし部２ａの切削加工を行い、シリンダブロック１における全てのボア２下部のホーニング工具逃がし部２ａの切削加工を完了する。
この図４（ａ）〜（ｄ）に示す動作中、回転切削工具５の回転中心軸〔図３（ａ）中の一点鎖線参照〕の位置は変わらない。すなわち、回転切削工具５を偏心回転させることはない。

上述したホーニング工具逃がし部２ａの加工前の様子を図５に、加工後の様子を図６に各々拡大して示す。両図とも、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）図中の要部拡大図であり、シリンダブロック１の上下の向きは図１、図２と同様の向きとされている。なお図中、５１はシリンダライナである。
図５（ａ），（ｂ）中、斜線を付して示すホーニング工具逃がし部２ａが、図６（ａ），（ｂ）示すように切削加工により除去されることにより、ホーニング工具の干渉が生じることなくボア２下部のホーニング加工を行える。

図６（ｂ）では、切削除去されたホーニング工具逃がし部２ａの形状がシリンダブロック１下面（図中、下方）に向かうに従って下り傾斜（径が漸減）し、テーパ形状を示している。これは、回転切削工具５の刃５ａを図４（ｂ）に示す切削開始時に径方向外側に進ませ（拡張させ）ながら、回転切削工具５をシリンダブロック１の上面側（図中、上方）に移動させたことを意味する。またこのことは、上述したように図４（ａ）〜（ｄ）に示す動作中、回転切削工具５の回転中心軸の位置を変更させていない、つまり偏心回転させていないことをも意味する。
このような切削加工によれば、ホーニング工具逃がし部２ａとしての作用効果が比較的少ない箇所（上記ホーニング加工を行うボア２下部から一番離れた箇所）については必要最小限の切削量、時間で済むことになる。

上記回転切削工具５の具体的な構成、特に工具径方向に刃５ａを進退（拡縮）させる構成を例示すれば、図７（ａ），（ｂ）の通りである。図７（ａ）は加工前の状態、同（ｂ）は加工時の状態、ここでは第２移動部材５ｄが径方向外側に最も進んだ状態を示す。
図示するように、回転切削工具（刃具）５は、第１移動部材５ｃと第２移動部材５ｄと刃５ａとで主構成をなす。
第１移動部材５ｃは、モータ等の駆動源を含む第１駆動機構７１によって工具軸方向（図中、上下方向）に直線移動（矢印γ参照）するもので、その直線移動方向に沿って傾斜する傾斜面５ｅを工具径方向外側に有する。この傾斜面５ｅは、ここでは第１移動部材５ｃの断面形状を三角形又は台形（逆三角形又は逆台形）に形成することにより与えられている。
第２移動部材５ｄは、第１移動部材５ｃの傾斜面５ｅの上記矢印γ方向の移動に伴ってその直線移動方向と交差、詳しくは直交する方向、つまり工具径方向に直線移動させるため、第１移動部材５ｃの傾斜面５ｅに摺接する傾斜面５ｆを有する。この傾斜面５ｆは、第１移動部材５ｃの断面形状に対応する、輪郭形状が三角形又は台形（逆三角形又は逆台形）の第１移動部材移動空間５iを第２移動部材５ｄの工具径方向内側に形成することにより与えられている。
刃５ａは、第２移動部材５ｄの上記直線移動に伴ってその移動方向、つまり工具径方向に進退移動（矢印α参照）するもので、図３に例示する回転切削工具５と同様に回転角９０°間隔で合計４枚（二対）配設されている。
図７中、５ｇは基台であって、適切な構造により第２移動部材５ｄを、単独で工具軸方向に移動させることなく工具径方向には移動できるように保持する。この基台５ｇには、第１移動部材５ｃを、矢印γ方向に移動できるように第１駆動機構７１に連結する送りねじ５ｈが挿通、保持されている。この送りねじ５ｈは、第１移動部材５ｃのねじ穴に螺合されている。加えて、第１移動部材５ｃと第２移動部材５ｄとは、適切な構造により、相対回転不能となるように構成されている。

上述した構成例において、回転切削工具５は、第１駆動機構７１が駆動して送りねじ５ｈが軸回り方向に回転すると、その回転方向によって第１移動部材５ｃが下降又は上昇され、これにより第２移動部材５ｄは径方向外側に進み又は径方向内側に退く。したがって刃５ａも、第２移動部材５ｄと同様に径方向外側に進み又は径方向内側に退く（拡縮する）。第２移動部材５ｄは、径方向外側に進んだ状態から径方向内側に退く際にも、その傾斜面５ｆが第１移動部材５ｃの傾斜面５ｅに摺接するように構成されている。
ここで、第２移動部材５ｄの径方向外側への移動は、第１移動部材５ｃの傾斜面５ｅによって、第２移動部材５ｄの傾斜面５ｆが径方向外側へと押し出されることにより生じるものである。一方、第２移動部材５ｄの径方向内側への移動は、例えば、第２移動部材５ｄを、常時、径方向内側へと付勢するばねを配置し、若しくは、第１移動部材５ｃの傾斜面５ｅと第２移動部材５ｄの傾斜面５ｆとに、軸方向に延びるあり溝とこれに係合するほぞとを形成することにより、実現させることができる。
したがって、ホーニング工具逃がし部２ａ〔図４（ａ）〜（ｄ）参照〕においては、第２移動部材５ｄを介して刃５ａを径方向外側に進め（拡開し）、それ以外の非切削箇所においては、刃５ａを径方向内側に退ける（縮小する）ように動作される。このような刃５ａの進退（拡縮）動作は、第１駆動機構７１の回転（正転又は逆転）の制御によって行われる。
この図７（ａ），（ｂ）に例示した回転切削工具５は、モータ等の駆動源を含む第２駆動機構７２によって、全体が軸方向（図中、上下方向）に直線移動できると共に、軸回り方向（矢印β参照）に回転できる。そして、この第２駆動機構７２及び上記第１駆動機構７１による駆動制御によって、図４（ａ）〜（ｄ）に示すボア２下部のホーニング工具逃がし部２ａの切削加工を行える。

ここで、図５及び図７を参照して、回転切削工具５の径寸法と、ホーニング工具逃がし部２ａ切削時に回転切削工具５が挿入されるクランクケース内部３（ボア２下部）の最小寸法との関係について述べる。
すなわち回転切削工具５は、図７（ａ）に示す加工前の状態、つまり各々回転角で１８０°離れた二対の刃５ａ，５ａ；５ａ，５ａが共に径方向内側に最も退いた状態（縮小状態）にある場合の径をＤ１としたとき、この径Ｄ１は、図５（ａ），（ｂ）に示すクランクケース内部３の最小寸法ｄ１より小さく設定される。また、図７（ｂ）に示す加工時の状態、つまり回転切削工具５の第２移動部材５ｄが径方向外側に最も進んだ状態にある場合の第２移動部材５ｄの径をＤ２としたとき、この径Ｄ２もクランクケース内部３の最小寸法ｄ１より小さく設定される。
以上の設定：Ｄ１＜ｄ１、Ｄ２＜ｄ１により、回転切削工具５（第２移動部材５ｄ）の干渉が生じることなく、シリンダブロック１の下面側からの切削によるホーニング工具逃がし部２ａの加工が行える。
なお、第２移動部材５ｄの側面（工具径方向外側側面）５ｂからの刃５ａの突出長Ｌ１は、次のように設定されている。すなわち、第２移動部材５ｄが最大径Ｄ２に達する前に、つまり第２移動部材５ｄの側面５ｂがクランクケース内部３の最小寸法ｄ１をなす箇所に接触する前に、図５中のホーニング工具逃がし部２ａの左右方向端部まで切削できる寸法に設定されている。

以上説明したように本発明加工方法では、ホーニング工具逃がし部２ａの加工を、径方向に刃５ａを進退（拡縮）できる回転切削工具５を使用し、シリンダブロック１の下面側からの切削によって行うようにした。
したがって本発明加工方法によれば、回転切削工具５の前記Ｌ／Ｄを小さくすることができて、工具回転数、周速、送り量等の加工速度条件を上げることが容易になる。加えて、回転切削工具５を偏心回転させる必要もなくなり、ホーニング工具逃がし部２ａの加工時間を大幅に短縮できる。

図８は、上述した本発明加工方法の一実施形態が適用された装置（シリンダブロックの加工装置）の一例を示すブロック図である。
図８に例示する本発明加工装置は、回転切削工具５、第１駆動機構７１、第２駆動機構７２、第１制御手段８１、第２制御手段８２、及び主制御手段８３を備えてなる。
なお図示例では、第１制御手段８１、第２制御手段８２と、主制御手段８３との間の信号の授受は無線により行うので、一対の信号送受信器８４，８５も備えている。第１制御手段８１、第２制御手段８２と、主制御手段８３との間の信号の授受を有線、例えば有線ＬＡＮによって行うようにしてもよく、この場合は無線用の一対の信号送受信器８４，８５は不要となる。

図示構成において、回転切削工具５、第１駆動機構７１及び第２駆動機構７２は、図７に例示したものと特に変わるところはない。
第１制御手段８１は、第１駆動機構７１に駆動制御信号を与えて、回転切削工具５の刃５ａの進退移動（矢印α参照）を自動制御する手段である。また第２制御手段８２は、第２駆動機構７２に駆動制御信号を与えて、回転切削工具５全体の軸方向の移動（矢印γ参照）及び軸回り方向の回転（矢印β参照）を各々自動制御する手段である。
主制御手段８３は、ＮＣ（Numerical Control）装置等からなり、切削加工全体を統合制御する手段であり、予め与えられたデータ及びプログラム等に基づいて切削加工を実行させる制御信号を第１制御手段８１及び第２制御手段８２に与える。ここでは、ホーニング工具逃がし部２ａ（図５参照）の位置、範囲及び加工速度条件等の制御信号を信号送受信器８４，８５を介して第１制御手段８１及び第２制御手段８２に与える。

このように構成された本発明加工装置は、次のように動作する。
すなわち、上記のように主制御手段８３から制御信号を受けた第１制御手段８１は、同制御信号に基づいた駆動制御信号を第１駆動機構７１に与える。これにより第１駆動機構７１は、回転切削工具５の刃５ａに対して上記制御信号に基づく進退移動（矢印α参照）を行わせる。
また、主制御手段８３から上記制御信号を受けた第２制御手段８２は、同制御信号に基づいた駆動制御信号を第２駆動機構７２に与える。これにより第２駆動機構７２は、回転切削工具５に対して上記制御信号に基づく軸方向の移動（矢印γ参照）及び軸回り方向の回転（矢印β参照）を各々行わせる。
これら第１駆動機構７１及び第２駆動機構７２による回転切削工具５に対する駆動制御により、ホーニング工具逃がし部２ａ（図５参照）の切削加工が自動的に実行される。

以上説明したように本発明加工装置では、ホーニング工具逃がし部２ａの加工を、径方向に刃５ａを自動的に進退（拡縮）できる回転切削工具５を使用し、シリンダブロック１の下面側からの切削によって行うようにした。
したがって本発明加工装置によれば、回転切削工具５の前記Ｌ／Ｄを小さくすることができて、工具回転数、周速、送り量等の加工速度条件を上げることが容易になる。加えて、回転切削工具５を偏心回転させる必要もなくなり、ホーニング工具逃がし部２ａ（図５参照）の加工時間を大幅に短縮できる。

１：シリンダブロック、２：ボア、２ａ：ホーニング工具逃がし部、５：回転切削工具、５ａ：刃、５ｃ：第１移動部材、５ｄ：第２移動部材、５ｅ，５ｆ：傾斜面、７１：第１駆動機構、７２：第２駆動機構、８１：第１制御手段、８２：第２制御手段、８３：主制御手段。

Claims (2)

1. シリンダブロックのボアをシリンダブロック上面側からホーニング工具によって加工する前に、回転切削工具を用いてボア下部のホーニング工具逃がし部の切削加工を行うシリンダブロックの加工方法において、
   前記回転切削工具を、工具軸方向に対して傾斜するテーパ状の傾斜面を外周面に有する断面形状が三角形状または台形の第１移動部材と、前記第１移動部材の傾斜面にそれぞれ摺接する傾斜面を内側面に有する複数の第２移動部材と、前記第２移動部材の先端部における側面にそれぞれ突出して設けられた刃とを備え、前記第１移動部材が前記第２移動部材に対して工具軸方向に移動することにより前記刃が工具径方向に拡縮移動可能に構成し、
   前記回転切削工具をその軸方向に移動させて前記先端部を前記シリンダブロックのボア下部のホーニング工具逃がし部を形成する下面側から挿入し、前記刃が前記シリンダブロックのボア下部のホーニング工具逃がし部を形成する部分と対応する位置で、前記第１移動部材を前記第２移動部材に対して工具軸方向に移動させて前記刃を工具径方向に拡張させ、前記回転切削工具を軸周り方向に回転させて前記刃の切削によって前記ホーニング工具逃がし部の切削加工を行うことを特徴とするシリンダブロックの加工方法。
2. シリンダブロックのボアをシリンダブロック上面側からホーニング工具によって加工する前に、ボア下部のホーニング工具逃がし部の切削加工を行うシリンダブロックの加工装置であって、
   工具軸方向に対して傾斜するテーパ状の傾斜面を外周面に有する断面形状が三角形状または台形の第１移動部材と、前記第１移動部材の傾斜面にそれぞれ摺接する傾斜面を内側面に有する複数の第２移動部材と、前記第２移動部材の先端部における側面にそれぞれ突出して設けられた刃とを備え、前記第１移動部材を前記第２移動部材に対して工具軸方向に移動させることにより前記刃が工具径方向に拡縮移動する回転切削工具と、
   前記第１移動部材を前記第２移動部材に対して工具軸方向に移動させて、前記刃を前記工具径方向に拡縮移動させる第１駆動機構と、
   前記回転切削工具を軸周り方向に回転させると共に、軸方向に移動させる第２駆動機構と、
   前記シリンダブロックのボア下部のホーニング工具逃がし部を形成する下面側から前記回転切削工具を挿入可能に前記シリンダブロックを固定する作業台と、
   前記第１，第２駆動機構に駆動制御信号を与えて、前記回転切削工具の軸方向の移動、軸回り方向の回転、及び前記刃の工具径方向の拡縮移動を各々制御し、前記ホーニング工具逃がし部の切削加工を実行させる制御手段と、
   を具備することを特徴とシリンダブロックの加工装置。

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