JP6283386B2 - ホーニング加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、周方向の両端部間に非連続部が設けられた弧状の内周面を研削するホーニング加工方法に関する。

円筒状のワークの内周摺動面を仕上げ加工する場合、潤滑性能及び量産性に優れる等の観点からホーニング加工を採用することが好ましい。ホーニング加工に用いるホーニングヘッドは、略円柱形状であり、その軸方向に沿って延在する棒状の砥石が、その周方向に沿って間隔をおいて複数個装着されている。この砥石の延在方向が軸心に沿うようにワークの内部にホーニングヘッドを挿入し、砥石を回転させながらワークの内周面に適切な面圧を掛けて接触させることで研削が可能になっている。

このようなホーニング加工では、ワークの内周面に軸心に沿って延在する溝や開口等が形成されている場合、換言すると、ワークの周方向の両端部間に非連続部が設けられ内周面が弧状である場合、良好に研削を行うことが困難になる懸念がある。すなわち、上記の非連続部を形成する両端部間の距離が砥石の幅よりも大きいと、研削の際に非連続部に砥石が入り込んでしまう。これによりワークの軸心とホーニングヘッドの回転中心とにずれが生じることで、ワークの内周面を均等に研削することが困難になり加工精度が低下してしまうことが想定される。

そこで、特許文献１には、溝が形成されたワークの内周面を該溝の幅よりも狭い幅の砥石を用いてホーニング加工する際に、加工精度が低下すること抑制するための方法が提案されている。具体的には、複数個のワークを、互いの溝の周方向の位置が異なるように積層して保持し、これらのワークの内周面に同時に砥石を接触させてホーニング加工を施す。これによって、砥石全体が溝に入り込むことを回避して、ワークの軸心とホーニングヘッドの回転中心とにずれが生じることを抑制する。

特開昭５８−１５５１６７号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法のように積層したワーク同士で溝の周方向の位置がそれぞれ異なると、ホーニング加工の際、内周面に対して砥石が接触と非接触とを繰り返して断続的に研削が行われることになる。この場合、加工負荷が連続的に変動してしまうため、結局、ワークの内周面を高精度に研削することは困難である。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、非連続部が形成された弧状の内周面を高精度に研削することが可能なホーニング加工方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、周方向の両端部間に非連続部が設けられた弧状の内周面を備えるワークの該内周面を研削するホーニング加工方法であって、複数個の前記ワークを積層して互いの相対位置を固定する固定工程と、積層した前記ワークの内部に形成される中空の軸心に沿って延在する砥石が周方向に沿って間隔をおいて複数個装着されたホーニングヘッドを回転させて、複数個の前記ワークの内周面をともに研削する研削工程と、を有し、前記固定工程では、前記研削工程で、前記ワークごとに、前記軸心を介して前記非連続部と対向する内周面の部位に対し前記軸心に直交する方向に加えられる加工負荷について、積層方向の両端側に配置した前記ワーク同士の合力と、積層方向の中央側に配置した前記ワーク同士の合力とが、積層方向の中央で互いに反対向きに生じるように複数個の前記ワークの相対位置を固定することを特徴とする。

以下では、研削工程で、ワークの軸心を介して非連続部と対向する内周面の部位に対し、軸心に直交する方向に加えられる加工負荷を単に加工負荷ともいう。上記のように相対位置を固定したワークでは、積層方向の両端側の加工負荷の合力（第１合力）が、積層方向の中央に生じる。この第１合力は、積層方向の中央側のワークの加工負荷の合力（第２合力）と方向が互いに反対で大きさが同じとなる。

このため、本発明に係るホーニング加工方法によれば、積層方向の中央で、複数個のワーク全体の加工負荷を均衡させることができる。これによって、砥石が延在方向に対して傾くことや、加工負荷が変動することを抑制して、非連続部が形成された弧状の内周面を高精度に研削することが可能になる。

上記のホーニング加工方法において、前記固定工程では、偶数個の前記ワークを積層し、複数個の前記ワークのうち、積層方向の一端側と他端側とに配置する端部側ワークを合計した個数と、積層方向の中央側に配置する中央側ワークを合計した個数とを等しくし、前記端部側ワークは全て、互いの前記非連続部の周方向の位置が同一の第１周方向位置となり、前記中央側ワークは全て、互いの前記非連続部の周方向の位置が同一の第２周方向位置となり、前記第１周方向位置と前記第２周方向位置とが、周方向に１８０°異なるように、複数個の前記ワークの相対位置を固定することが好ましい。

この場合、第１合力と第２合力とを積層方向の中央で容易に均衡させて、非連続部が形成された弧状の内周面を高精度に研削することができる。

上記のホーニング加工方法において、隣接して配置される少なくとも２つの前記砥石の、周方向に最も離間した側面同士の距離が、前記非連続部を介した前記両端部間の距離よりも小さい場合に、本発明に係るホーニング加工方法を好適に適用することができる。

上記のホーニング加工方法において、前記ワークは、周方向の両端部間に開口が設けられた断面略Ｃ字形状のインナーカムであることが好ましい。このようなインナーカムの内周摺動面は、高精度に研削する必要があるため、本発明に係るホーニング加工方法を好適に適用することができる。

また、本発明は、周方向の両端部間に開口が設けられ、該開口を介してカムシャフトの外軸にその径方向から取り付けられる断面略Ｃ字形状のインナーカムであって、内周摺動面にホーニング加工跡であるクロスハッチが形成され、且つ真円度が１０μｍよりも小さいことを特徴とする。

本発明に係るインナーカムは、ホーニング加工により量産的に得ることができ、且つ内周面が摺動に適した高精度で高性能な面性状に加工されているため品質にも優れる。

本発明では、積層方向の中央で、複数個のワーク全体の加工負荷を均衡させることができるため、砥石が延在方向に対して傾くことや、加工負荷が変動することを抑制して、非連続部が形成された弧状の内周面を高精度に研削することが可能になる。

本発明の実施形態に係るインナーカムを備えるカムシャフトの概略分解斜視図である。 図１のカムシャフトのインナーカムが固定された部位の概略断面図である。 図１のインナーカムの内周摺動面に形成されたクロスハッチを説明するための概略斜視図である。 図１のインナーカムの内周面をホーニング加工するホーニングヘッドの要部概略正面図である。 図４のホーニングヘッドの部分断面図である。 本発明に係るホーニング加工方法について説明するための説明図である。 比較例に係るホーニング加工方法について説明するための説明図である。

本発明に係るホーニング加工方法及びこれによって内周面が研削されたインナーカムについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係るインナーカム１０は、アウターカム１２と軸方向に沿って隣接するようにカムシャフト１４に備えられ、該アウターカム１２とともにロッカーアーム（不図示）を駆動する。これによって、内燃機関の気筒に設けられたエンジンバルブ（何れも不図示）を開閉する。本実施形態では、３気筒の内燃機関のエンジンバルブを開閉するべく、３組のインナーカム１０及びアウターカム１２が備えられる。

先ず、カムシャフト１４の具体的な構成について説明する。カムシャフト１４は、外周にアウターカム１２が一体成形された筒状の外軸１６と、該外軸１６の内部に回転可能に配設される内軸１８と、該内軸１８に後述するように固定されるインナーカム１０とを備えている。アウターカム１２は、外軸１６の軸方向に沿って、所定の間隔をおいて設けられた３つからなる。なお、図１に示す通り、隣接するアウターカム１２の長径方向同士は、３６０°を前記気筒の数である３で除した角度、すなわち、１２０°をなすように配置される。

外軸１６は、３つのアウターカム１２が設けられた部位にそれぞれ隣接して３組みの切欠２０が形成されている。一組の切欠２０は、外軸１６の径方向に対向するように設けられる。また、切欠２０のそれぞれは、外軸１６の周方向に沿って延在する円弧状である。外軸１６の切欠２０に隣接する両側の部位のうち、アウターカム１２と反対側には細径部２２がそれぞれ形成されている。細径部２２は、外軸１６の外径を部分的に小さくするべく、該外軸１６の外周壁の径方向の両端側が切り欠かれた部位である。

内軸１８は、外軸１６の内径よりも小さい直径の中実の丸棒である。このため、外軸１６内に同軸となるように内軸１８を配設することで、互いの内周面と外周面の間にはクリアランスが形成される。また、内軸１８は、その径方向に沿って延在する貫通孔であるピン孔２４が、該内軸１８の軸方向に沿って間隔をおいて３つ設けられる。

インナーカム１０は、その周方向の両端部間に開口が設けられた断面略Ｃ字形状であり、外軸１６のアウターカム１２のそれぞれと隣接する部位に周方向に沿って摺動可能に取り付けられる３つからなる。インナーカム１０の開口を形成する両端部間の距離は、外軸１６の細径部２２の外径よりも僅かに大きく、外軸１６のインナーカム１０が取り付けられる部位の外径よりも小さい。

これによって、開口を介して外軸１６の細径部２２をインナーカム１０内に挿入した後、該インナーカム１０を外軸１６の軸方向に沿って摺動させることで、アウターカム１２と隣接する位置に取り付けることができる。この際、インナーカム１０は、外軸１６の周方向の半分（１８０°）以上を覆うように周方向の長さが設定されているため、該外軸１６から脱離することを抑制できる。

上記の通り、カムシャフト１４では、アウターカム１２に対して位相がずれた部分のみインナーカム１０のプロフィールが使用される。このため、インナーカム１０では、プロフィールが使用されない部位を開口とした断面略Ｃ字形状とすることで、円筒状のインナーカムに比して軽量化を図ることができる。また、インナーカム１０を形成するために必要な材料の量を低減してコストの削減を図ることもできる。さらに、インナーカム１０を断面略Ｃ字形状とすることで、アウターカム１２を設けた後の外軸１６に対して、その径方向からインナーカム１０を取り付けることができる。このため、カムシャフト１４の製造工程を簡素化すること及び効率化することができる。

インナーカム１０には、上記のように外軸１６に取り付けられた際に、切欠２０及びピン孔２４と対向する一組の挿通孔２６が形成されている。図２に示すように、挿通孔２６及び切欠２０を介してピン孔２４にピン２８を圧入することにより、内軸１８にインナーカム１０が固定される。これによって、インナーカム１０は、内軸１８とともに回転可能となっている。

すなわち、外軸１６に対して内軸１８を相対的に回転させることで、インナーカム１０が内軸１８に追従回転（いわゆる連れ回り）して、外軸１６の外周面を周方向に沿って摺動する。その結果、アウターカム１２とインナーカム１０の相対位置を可変とすることができ、これによって、エンジンバルブの開時間を任意に制御することが可能になる。

また、図３に示すように、インナーカム１０は、ホーニング加工により研削処理が施さることで、内周面にホーニング加工跡であるクロスハッチ１１が形成されるとともに、真円度が１０μmよりも小さくなっている。なお、クロスハッチ１１の交差角２θ（クロスハッチ角）は０°〜１８０°の溝を形成しており、オイル溜りとして摺動面に良好な潤滑をもたらす。つまり、インナーカム１０は、量産性に優れるホーニング加工によって、内周摺動面が高精度に研削されることで良好な真円度を有する。これによって、上記のようにインナーカム１０の内周面と、外軸１６の外周面とを周方向に沿って良好に摺動させて、アウターカム１２に対するインナーカム１０の相対位置を高精度に調整することが可能である。

本発明に係るホーニング加工方法は、上記のように、高精度に研削することが求められる断面略Ｃ字形状のインナーカム１０の内周面に対して好適に適用することができる。このため、本実施形態では、ホーニング加工を施す対象のワークがインナーカム１０である場合を例に挙げて説明する。しかしながら、特にこれに限定されるものではなく、本発明に係るホーニング加工方法は、周方向の両端部間に非連続部が設けられた弧状の内周面を備えるワークの内周面を研削加工する場合であれば、同様に適用することができる。

このホーニング加工方法は、図４及び図５に示すホーニングヘッド３０を用いて行うことができる。ホーニングヘッド３０は、略円柱形状であり、後端側が、例えば、自在継手等を介して加工装置の取付部（何も不図示）にフローティング状態で連結される。このため、後述するように積層されて相対位置が固定された複数個のインナーカム１０の中空の軸心に倣って、ホーニングヘッド３０の軸方向を変位させることが可能になっている。また、ホーニングヘッド３０は、加工装置によって軸方向に沿って昇降可能である。

具体的には、ホーニングヘッド３０は、略円筒形状の本体軸部３１と、砥石３２と、拡縮バー３４と、砥石シュー３６とを備えている。本体軸部３１の先端側には、４個の切欠３１ａが形成され、後述するように、該切欠３１ａを介して砥石３２が突出可能となっている。砥石３２は、本体軸部３１の周方向に沿って間隔をおいて装着される４個（図６参照）からなり、本体軸部３１の軸方向に沿って延在する棒形状である。また、隣接して配置される少なくとも２つの砥石３２の、周方向に最も離間した側面同士の距離が、インナーカム１０の開口を形成する両端部間の距離よりも小さく設定される。

拡縮バー３４は、本体軸部３１の内部に、該本体軸部３１と略同軸に配設され、基端側がスプリング（不図示）を介して加工装置に取り付けられるとともに、先端側の複数箇所（本実施形態では３箇所）にテーパ状面を有する拡径部３８が形成されている。拡縮バー３４は、前記スプリングにより、本体軸部３１の先端側に常時弾発付勢され、該スプリングの付勢力に抗して加工装置に牽引された場合に、該本体軸部３１の後端側に向かって軸方向に沿って移動可能となっている。

砥石シュー３６は、砥石３２と同数の４個からなり、これらは、本体軸部３１の内部であって、拡径部３８と砥石３２との間にそれぞれ配設されている。砥石シュー３６と砥石３２とは一体に固定され、本体軸部３１の軸心に向かって、スプリングバンド（不図示）等によって弾発付勢されている。砥石シュー３６の拡縮バー３４に臨む部位には、拡径部３８のテーパ状面と対応する形状のテーパ状面を有する凹部４０がそれぞれ形成されている。

従って、本体軸部３１の先端側に向かって拡縮バー３４を移動させると、凹部４０のテーパ状面に沿って拡径部３８のテーパ状面が摺動するため、砥石シュー３６が拡縮バー３４に押圧される。これによって、砥石シュー３６が、前記スプリングバンドの付勢力に抗して本体軸部３１の軸心から離間する方向に移動する。その結果、砥石シュー３６に一体に固定された砥石３２が、切欠３１ａを介して本体軸部３１の外周面から突出する長さ（突出量）が大きくなる。

これとは逆に、本体軸部３１の基端側に向かって拡縮バー３４を移動させると、本体軸部３１の軸心側に向かって砥石３２を移動させることができるため、前記突出量を小さく、ないしはゼロにすることができる。このように本体軸部３１に対する拡縮バー３４の相対位置を調整することによって、砥石３２の突出量を調整できるため、ホーニング加工の際に加工面に掛かる面圧の大きさを調整することができる。なお、図４及び図５は、前記突出量を最大とした状態を示す。また、本実施形態においては、拡縮バー３４の付勢にスプリングを用いていたが、スプリングに換えて、油圧シリンダーを用いてもよい。

本実施形態に係るホーニング加工方法は、降下したホーニングヘッド３０の先端側がインナーカム１０の中空に挿入されるように、先ず、ホーニングヘッド３０の下方に、インナーカム１０を配置してワークホルダ（不図示）で固定する固定工程を行う。次に、図６に示すように、ホーニングヘッド３０を降下させて、砥石３２の延在方向と、積層したインナーカム１０の中空の軸心とを沿わせた状態で、砥石３２を回転させながらインナーカム１０の内周面に適切な面圧を掛けて接触させる。

これによって、複数個のインナーカム１０の内周面をともに研削する研削工程を行う。この際、インナーカム１０の軸心を介して開口と対向する内周面の部位に対し、軸心に直交する方向に加えられる加工負荷を、以下、単に加工負荷ともいう。

このホーニング加工方法では、固定工程において、以下に説明するように複数個のインナーカム１０の相対位置を固定することで、研削工程において、インナーカム１０の内周面を高精度に研削することが可能になる。

本実施形態では、複数個のインナーカム１０として、４個のインナーカム１０を積層して、互いの相対位置を固定することとする。以下では、これら４個のインナーカム１０をそれぞれ区別するべく、積層方向の下方側から順に第１インナーカム１０ａ、第２インナーカム１０ｂ、第３インナーカム１０ｃ、第４インナーカム１０ｄともいう。換言すると、第１インナーカム１０ａ、第２インナーカム１０ｂ、第３インナーカム１０ｃ、第４インナーカム１０ｄを総称してインナーカム１０ともいう。

積層方向の両端側に配置した第１インナーカム１０ａと第４インナーカム１０ｄ（端部側ワーク）に加えられる加工負荷Ｘ１同士の合力を第１合力Ｙ１とする。また、積層方向の中央側に配置した第２インナーカム１０ｂと第３インナーカム１０ｃ（中央側ワーク）に加えられる加工負荷Ｘ２同士の合力を第２合力Ｙ２とする。これらの第１合力Ｙ１と第２合力Ｙ２とが、積層方向の中央で互いに反対向きに生じるように第１インナーカム１０ａ〜第４インナーカム１０ｄの相対位置を固定する

つまり、積層方向の両端側に配置される合計２個の第１インナーカム１０ａと第４インナーカム１０ｄの開口の周方向の位置を互いに同一の第１周方向位置とする。また、積層方向の中央側に配置される合計２個の第２インナーカム１０ｂと第３インナーカム１０ｃの開口の周方向の位置を互いに同一の第２周方向位置とする。これらの第１周方向位置と第２周方向位置とが、周方向に１８０°異なるように、第１インナーカム１０ａ〜第４インナーカム１０ｄの相対位置を固定する。

この状態で、研削工程を行うことで、積層方向の中央で、第１インナーカム１０ａ〜第４インナーカム１０ｄ全体の加工負荷を均衡させることができる。これによって、砥石３２が延在方向に対して傾くことや、加工負荷が変動することを抑制して、第１インナーカム１０ａ〜第４インナーカム１０ｄの内周面を高精度に研削することが可能になる。このようにして研削されたインナーカム１０の内周面にはホーニング加工跡としてクロスハッチ１１が形成される。また、真円度を１０μｍよりも小さくすることができるため、上記の通り、インナーカム１０の内周面と、外軸１６の外周面とを周方向に沿って良好に摺動させて、アウターカム１２とインナーカム１０の相対位置を高精度に調整することができる。

なお、例えば、図７に示す比較例のように、隣接するインナーカム１０の開口の周方向の位置が互い違いとなるようにインナーカム１０を積層すると、積層方向の中央で全体の加工負荷を均衡させることができない。すなわち、開口の周方向の位置が互いに同一である第１インナーカム１０ａ及び第３インナーカム１０ｃの加工負荷Ｖ１同士の合力Ｗ１と、第２インナーカム１０ｂ及び第４インナーカム１０ｄの加工負荷Ｖ２同士の合力Ｗ２とでは、互いの大きさは同じであるが、積層方向の位置が一致しない。

このため、砥石３２（ホーニングヘッド３０）を、軸心から傾斜させる方向Ｚに力が作用する。その結果、インナーカム１０の中空の軸心とホーニングヘッド３０の回転中心とが連続的に変化して、加工精度が低下してしまう。その結果、真円度が１０μｍより小さいインナーカム１０を得ることが困難になる。

以上から、本実施形態に係るホーニング加工方法によれば、インナーカム１０の開口が形成された弧状の内周面を高精度に研削することができる。また、４個のインナーカム１０を同時に研削することができるため、量産性や加工効率にも優れる。

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

上記の実施形態に係るホーニング加工方法では、４個のインナーカム１０を積層して、互いの相対位置を固定することとしたが、積層するインナーカム１０の個数はこれに限定されるものではない。例えば、８個のインナーカム１０を積層する場合、積層方向の一端側と他端側に２個ずつのインナーカム１０を、開口の周方向の位置が第１周方向位置となるように合計４個配置する。また、積層方向の中央側に４個のインナーカム１０を、開口の周方向の位置が第２周方向位置となるように配置する。これによって、積層方向の中央で、インナーカム１０全体の加工負荷を均衡させることができるため、砥石３２が延在方向に対して傾くことや、加工負荷が変動することを抑制して、インナーカム１０の内周面を高精度に研削することが可能になる。

また、上記の実施形態に係るホーニング加工方法では、４個の砥石３２を備えるホーニングヘッド３０を用いることとしたが、砥石３２の個数は複数個であればよい。

さらに、上記の実施形態に係るインナーカム１０は、３気筒の内燃機関用のカムシャフト１４に備えられることとしたが、内燃機関の気筒の数は３に限定されるものでもない。

１０…インナーカム １２…アウターカム
１４…カムシャフト １６…外軸
１８…内軸 ２０、３１ａ…切欠
２２…細径部 ２４…ピン孔
２６…挿通孔 ３０…ホーニングヘッド
３１…本体軸部 ３２…砥石
３４…拡縮バー ３６…砥石シュー
３８…拡径部 ４０…凹部

Claims (4)

1. 周方向の両端部間に非連続部が設けられた弧状の内周面を備えるワークの該内周面を研削するホーニング加工方法であって、
   複数個の前記ワークを積層して互いの相対位置を固定する固定工程と、
   積層した前記ワークの内部に形成される中空の軸心に沿って延在する砥石が周方向に沿って間隔をおいて複数個装着されたホーニングヘッドを回転させて、複数個の前記ワークの内周面をともに研削する研削工程と、
   を有し、
   前記固定工程では、前記研削工程で、前記ワークごとに、前記軸心を介して前記非連続部と対向する内周面の部位に対し前記軸心に直交する方向に加えられる加工負荷について、積層方向の両端側に配置した前記ワーク同士の合力と、積層方向の中央側に配置した前記ワーク同士の合力とが、積層方向の中央で互いに反対向きに生じるように複数個の前記ワークの相対位置を固定することを特徴とするホーニング加工方法。
2. 請求項１記載のホーニング加工方法において、
   前記固定工程では、偶数個の前記ワークを積層し、複数個の前記ワークのうち、積層方向の一端側と他端側とに配置する端部側ワークを合計した個数と、積層方向の中央側に配置する中央側ワークを合計した個数とを等しくし、
   前記端部側ワークは全て、互いの前記非連続部の周方向の位置が同一の第１周方向位置となり、
   前記中央側ワークは全て、互いの前記非連続部の周方向の位置が同一の第２周方向位置となり、
   前記第１周方向位置と前記第２周方向位置とが、周方向に１８０°異なるように、複数個の前記ワークの相対位置を固定することを特徴とするホーニング加工方法。
3. 請求項１又は２記載のホーニング加工方法において、
   隣接して配置される少なくとも２つの前記砥石の、周方向に最も離間した側面同士の距離は、前記非連続部を介した前記両端部間の距離よりも小さいことを特徴とするホーニング加工方法。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のホーニング加工方法において、
   前記ワークは、周方向の両端部間に開口が設けられた断面略Ｃ字形状のインナーカムであることを特徴とするホーニング加工方法。
   

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