JP6387857B2 - 砥石成形治具、および、これを用いた砥石成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、砥石成形治具、および、これを用いた砥石成形装置に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、周方向で互いに間隔を空けて設けられる砥石とガイドとを有するホーニングツールが知られている。このホーニングツールを用いてワークの円筒状の被加工面をホーニング加工するとき、砥石の加工面の形状は、そのまま被加工面に転写される。そのため、砥石の加工面を成形する作業は、加工精度に直結する重要な作業である。

従来、砥石の成形作業は、やすりを用いて手作業により行われている。加工面の曲面形状を崩さずにワークへの当たり率が約１００％になるまで、成形と当たり確認とが繰り返し行われる。通常、当たり率が約１００％になるまでの成形回数は２０回程度であり、時間は１００分程度必要となる。

特表２０１３−５３４４７４号公報

上述のように、砥石の成形作業には多くの工数がかかることから、この作業を自動化することが望まれている。成形作業の自動化を実現するためには、内周面にやすりを設けた筒状の治具（砥石成形治具）を用いることが考えられる。この砥石成形治具の内周面に砥石が接触するようホーニングツールを挿入しつつ回転させることによって、砥石が、砥石成形治具の内周面に密着するよう成形される。

しかし、ガイド付きのホーニングツールにおいて、上述の砥石成形治具を用いて砥石を成形する場合、砥石のみならず、ガイドも削れる。そのため、事前に高精度に機械加工されたガイドの寸法とその精度が崩れるという問題があった。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガイドの寸法とその精度を保ったまま、砥石の成形作業を自動化できる砥石成形治具、および、これを用いた砥石成形装置を提供することである。

本発明は、ワークの被加工面を加工する砥石と、砥石に対して周方向に間隔を空けて設けられ被加工面を摺動するガイドと、を有するホーニングツールに用いられ、砥石を被加工面に密着するよう曲面状に成形する砥石成形治具である。砥石成形治具は、第１保持部と、第２保持部と、成形部とを備える。

第１保持部は、横断面形状が円弧状である第１溝を有する。第１溝の内壁面は、ガイドが摺動する摺動面である。第２保持部は、第１保持部に固定され、第１溝と向かい合う位置に、横断面形状が円弧状である第２溝を有する。成形部は、第２溝の内壁面に固定され、砥石を成形する成形面を有する。第２溝の前記内壁面の曲率半径は、前記摺動面の曲率半径よりも前記成形部の厚みの分だけ大きく設定されている。摺動面と成形面とは、加工後の被加工面の内径と同じ内径をもつ円筒面を形成している。

このように構成された砥石成形治具において、砥石が成形面に接触し且つガイドが摺動面に接触する状態を保ったまま、ホーニングツールを軸心まわりに揺動させることによって、ガイドを削らずに砥石を成形することができる。したがって、ガイドの寸法とその精度を保ったまま、砥石の成形作業を自動化できる砥石成形治具、および、これを用いた砥石成形装置が得られる。

本発明の第１実施形態による砥石成形治具と、これが用いられるホーニングツールとを示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図２の砥石成形治具において、ホーニングツールの砥石が成形面の一端に動いた状態を示す図である。 図２の砥石成形治具において、ホーニングツールの砥石が成形面の他端に動いた状態を示す図である。 図１のホーニングツールがワークを加工している様子を示す図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 図１の砥石成形治具を用いた砥石成形装置を示す図である。 本発明の第２実施形態による砥石成形治具を示す断面図である。 本発明の第３実施形態による砥石成形治具を示す断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。図面は、構成を分かり易くするために模式的に示されている。図面に示された各部の寸法、角度および寸法比は、必ずしも正確なものではない。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による砥石成形治具を図１〜図４に示す。砥石成形治具４０は、ホーニングツール１０に用いられる。

（ホーニングツール）
先ず、ホーニングツール１０について図５および図６を参照して説明する。
ホーニングツール１０は、ツール本体１１と、拡張ロッド１２と、ホーニング砥石１３と、２つのガイド１４とを有する。
ツール本体１１は筒状である。ツール本体１１の一端部１５は、ホーニング盤の主軸３５に把持されるシャンク部である。ツール本体１１の他端部１６には、周方向の一箇所に通孔１７が形成されている。

拡張ロッド１２は、ツール本体１１の内部に挿入されている。拡張ロッド１２の先端部には、ウェッジ１８が形成されている。ウェッジ１８は、先細り形状であり、傾斜面１９を有する。
ホーニング砥石１３は、砥石２０と、砥石２０が固定された支持体２１と、を有する。砥石２０は、通孔１７から径方向外側へ突き出すよう設けられており、ワーク３０の被加工面３１を加工する。支持体２１は、傾斜面１９と係合する係合面２２を有する。砥石２０の通孔１７からの突き出し量は、拡張ロッド１２の軸方向位置に応じて変化する。

ガイド１４は、砥石２０に対して周方向に間隔を空けて設けられ、ツール本体１１の他端部１６の外壁に固定されている。ガイド１４は、加工を行わず、被加工面３１を摺動しながらホーニングツール１０の回転をガイドする役割を担う。
このように構成されたホーニングツール１０は、ワーク３０の被加工穴に挿入されて、軸心ＡＸまわりに回転されつつ軸方向へ往復移動されることによって、被加工面３１をホーニング加工する。

（砥石成形治具）
次に、砥石成形治具４０について図１〜図４を参照して説明する。
砥石成形治具４０は、砥石２０を被加工面３１に密着するよう曲面状に成形する治具である。砥石成形治具４０は、第１保持部４１と、第２保持部４２と、「成形部」としての電着砥石層４３とを備える。

第１保持部４１は、横断面形状が円弧状である第１溝４４と、第１溝４４を挟んだ両側に位置する一対の組み合わせ面４５と、を有する。第１溝４４の内壁面は、ガイド１４の摺動する摺動面４６である。一対の組み合わせ面４５は同一平面上にある。

第２保持部４２は、第１溝４４と向かい合う位置に設けられた、横断面形状が円弧状である第２溝４７と、第２溝４７を挟んだ両側に位置する組み合わせ面４８と、を有する。一対の組み合わせ面４８は同一平面上にある。第１保持部４１と第２保持部４２とは、組み合わせ面同士が組み合わせられ、図示しない締結具等によって互いに固定されている。
電着砥石層４３は、第２溝４７の内壁面に固着されており、砥石２０を成形する成形面４９を有する。

摺動面４６と成形面４９とは、加工後の被加工面３１の内径と同じ内径をもつ円筒面を形成している。このことから、第２溝４７の内壁面は、電着砥石層４３の厚みを見込んだ径となるよう形成されている。つまり、第２溝４７の内壁面の曲率半径は、摺動面４６の曲率半径よりも電着砥石層４３の厚みだけ大きく設定されている。電着砥石層４３の厚みは、電着砥石層４３の粒度に応じて変わる。

摺動面４６の周方向長さは、成形面４９の周方向長さよりも長い。一方、成形面４９の周方向長さと摺動面４６の周方向長さとの割合は、ホーニングツール１０が軸心ＡＸまわりに回転して砥石２０が成形面４９の一端から他端まで動くとき、ガイド１４が成形面４９に接触することなく常に摺動面４６だけに接触するように設定されている。つまり、図３に示すように、砥石２０が成形面４９の一端に位置するとき、ガイド１４は、摺動面４６だけに接触している。また、図４に示すように、砥石２０が成形面４９の他端に位置するとき、ガイド１４は、摺動面４６だけに接触している。
成形面４９の曲率半径の許容される寸法範囲の最大値である最大許容寸法は、加工後の被加工面３１の曲率半径と同じ、または、加工後の被加工面３１の曲率半径よりも小さく設定されている。

（砥石成形装置）
次に、砥石成形治具４０を用いた砥石成形装置について図７を参照して説明する。
砥石成形装置５０は、砥石成形治具４０と、ホーニングツール１０が取り付けられる主軸５１と、主軸５１を駆動する駆動部５２と、を備える。砥石成形治具４０は、所定の位置で把持具５３に固定されている。駆動部５２は、第１アクチュエータ５４と、第２アクチュエータ５５と、第３アクチュエータ５６と、制御ユニット５７とを有する。第１アクチュエータ５４は、主軸５１を軸心ＡＸまわりに回転させる駆動力を発生する。第２アクチュエータ５５は、主軸５１を軸方向へ移動させる駆動力を発生する。第３アクチュエータ５６は、拡張ロッド１２を軸方向へ押す駆動力を発生する。制御ユニット５７は、第１〜第３アクチュエータ５４、５５、５６を制御して、砥石２０が成形面４９に接触し且つガイド１４が摺動面４６に接触する状態を保ったまま、ホーニングツール１０を軸心ＡＸまわりに揺動させつつ軸方向へ往復運動させる。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、砥石成形治具４０は、第１保持部４１と、第２保持部４２と、電着砥石層４３とを備える。第１保持部４１は、横断面形状が円弧状である第１溝４４を有する。第１溝４４の内壁面は、ガイド１４の摺動する摺動面４６である。第２保持部４２は、第１保持部４１に固定され、第１溝４４と向かい合う位置に、横断面形状が円弧状である第２溝４７を有する。電着砥石層４３は、第２溝４７の内壁面に固着され、砥石２０を成形する成形面４９を有する。摺動面４６と成形面４９とは、加工後の被加工面３１の内径と同じ内径をもつ円筒面を形成している。

このように構成された砥石成形治具４０において、砥石２０が成形面４９に接触し且つガイド１４が摺動面４６に接触する状態を保ったまま、ホーニングツール１０を軸心ＡＸまわりに揺動させることによって、ガイド１４を削らずに砥石２０を成形することができる。したがって、砥石成形治具４０を用いれば、ガイド１４の寸法とその精度を保ったまま、砥石２０の成形作業を自動化できる。

また、第１実施形態では、砥石成形治具４０は、１つの砥石２０と２つのガイド１４とを有するホーニングツール１０に用いられる。そして、摺動面４６の周方向長さは、成形面４９の周方向長さよりも長い。
したがって、ホーニングツール１０を比較的大きく軸心ＡＸまわりに揺動させたとしても、ガイド１４が削れることを回避できる。

また、第１実施形態では、成形面４９の周方向長さと摺動面４６の周方向長さとの割合は、ホーニングツール１０が軸心ＡＸまわりに回転して砥石２０が成形面４９の一端から他端まで動くとき、ガイド１４が常に摺動面４６だけに接触するように設定されている。
したがって、ホーニングツール１０を比較的大きく軸心ＡＸまわりに揺動させたとしても、ガイド１４が削れることを確実に回避できる。

また、第１実施形態では、成形面４９の曲率半径の寸法公差の最大値は、加工後の被加工面３１の曲率半径と同じ、または、加工後の被加工面３１の曲率半径よりも小さく設定されている。
したがって、砥石２０の加工面２３の曲率半径は、加工後の被加工面３１の曲率半径以下になる。そのため、砥石２０の加工面２３の曲率半径が加工後の被加工面３１の曲率半径よりも大きくなることに起因してホーニング加工の加工精度が低下すること、を回避できる。

また、第１実施形態では、上述の砥石成形治具４０を用いた砥石成形装置５０は、ホーニングツール１０が取り付けられる主軸５１と、主軸５１を駆動する駆動部５２と、を備える。駆動部５２は、砥石２０が成形面４９に接触し且つガイド１４が摺動面４６に接触する状態を保ったまま、ホーニングツール１０を軸心ＡＸまわりに揺動させつつ軸方向へ往復運動させる。
したがって、ガイド１４を削らずに砥石２０を成形することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態では、図８に示すように、砥石成形治具６０の電着砥石層６１は、周方向の１箇所に凹部６２を有する。したがって、砥石２０を成形するとき生じる加工屑を凹部６２に逃がして、電着砥石層６１の目詰まりを防止することができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態では、図９に示すように、砥石成形治具７０の第２保持部７１は、凹部６２の底から外部まで貫通する通孔７２を有する。したがって、砥石２０を成形するとき必要な切削油を通孔７２から供給することができる。

［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、砥石成形装置は、専用機ではなく、ホーニング盤を利用して構成してもよい。つまり、砥石成形治具を取り付けて、「砥石が成形面に接触し且つガイドが摺動面に接触する状態を保ったまま、ホーニングツールを軸心まわりに揺動させつつ軸方向へ往復運動させる」ようプログラムを設定したホーニング盤であってもよい。
本発明の他の実施形態では、砥石成形治具の成形部は、電着砥石に限らず、他の砥石または刃具であってもよい。

本発明の他の実施形態では、電着砥石層の凹部は複数設けられてもよい。
本発明の他の実施形態では、ホーニングの砥石とガイドとの合計個数は４つ以上であってもよい。
本発明の他の実施形態では、ホーニングツールのガイドは、ツール本体と同一部材であってもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０・・・ホーニングツール
１４・・・ガイド
２０・・・砥石
３０・・・ワーク
３１・・・被加工面
４１・・・第１保持部
４２、７１・・・第２保持部
４３、６１・・・電着砥石層（成形部）
４４・・・第１溝
４６・・・摺動面
４７・・・第２溝
４９・・・成形面

Claims (7)

1. ワーク（３０）の被加工面（３１）を加工する砥石（２０）と、前記砥石に対して周方向に間隔を空けて設けられ前記被加工面を摺動するガイド（１４）と、を有するホーニングツール（１０）に用いられ、前記砥石を前記被加工面に密着するよう曲面状に成形する砥石成形治具であって、
   横断面形状が円弧状である第１溝（４４）を有し、前記第１溝の内壁面が前記ガイドの摺動する摺動面（４６）である第１保持部（４１）と、
   前記第１保持部に固定され、前記第１溝と向かい合う位置に、横断面形状が円弧状である第２溝（４７）を有する第２保持部（４２、７１）と、
   前記第２溝の内壁面に固定され、前記砥石を成形する成形面（４９）を有する成形部（４３、６１）と、
   を備え、
   前記第２溝の前記内壁面の曲率半径は、前記摺動面の曲率半径よりも前記成形部の厚みの分だけ大きく設定されており、
   前記摺動面と前記成形面とは、加工後の前記被加工面の内径と同じ内径をもつ円筒面を形成していることを特徴とする砥石成形治具。
2. １つの前記砥石と２つの前記ガイドとを有する前記ホーニングツールに用いられ、
   前記摺動面の周方向長さは、前記成形面の周方向長さよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の砥石成形治具。
3. 前記成形面の周方向長さと前記摺動面の周方向長さとの割合は、前記ホーニングツールが軸心まわりに回転して前記砥石が前記成形面の一端から他端まで動くとき、前記ガイドが常に前記摺動面だけに接触するように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の砥石成形治具。
4. 前記成形面の曲率半径の許容される寸法範囲の最大値である最大許容寸法は、加工後の前記被加工面の曲率半径と同じ、または、加工後の前記被加工面の曲率半径よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の砥石成形治具。
5. 前記成形部（６１）は、周方向の１箇所または複数箇所に凹部（６２）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の砥石成形治具。
6. 前記第２保持部（７１）は、前記凹部の底から外部まで貫通する通孔（７２）を有することを特徴とする請求項５に記載の砥石成形治具。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の砥石成形治具と、
   前記ホーニングツールが取り付けられる主軸（５１）と、
   前記砥石が前記成形面に接触し且つ前記ガイドが前記摺動面に接触する状態を保ったまま、前記ホーニングツールを軸心まわりに揺動させつつ軸方向へ往復運動させる駆動部（５２）と、
   を備えることを特徴とする砥石成形装置。

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