JP7166190B2 - ホーニングツールを用いた加工方法及びホーニングツール - Google Patents

Description

本発明は、ホーニングツールを用いた加工方法及びホーニングツールに関する。

従来より、回転軸の先端に取り付けたホーニング砥石を被加工孔の内径面に押し付け、軸周りに回転させつつ、軸方向に往復移動させながら、ホーニング砥石に一定の切り込み量をもって切込動作を与え、内径面を研磨するホーニング加工機が知られている。

そして、このホーニング加工機に用いられるホーニングツールとして、例えば、特許文献１のように、拡張する形状のロッドの外周面を、砥石台が摺動することにより、ホーニング砥石の突出量を変化させて小径の被加工孔を研磨可能とするものや、特許文献２のように、粗加工用の砥石と、仕上げ加工用の砥石とが、ロッドの周方向に交互に配置され、それぞれの突出量を調整することによって、使用する砥石を切り替え可能なものが提案されている。

特開２００６－３４６８３７号公報 特開２０１２－１８３６１４号公報

しかしながら、特許文献１のように小径のロッドに砥石台を設けた場合、砥石台の姿勢が安定し難く、軸方向のストロークや回転による荷重によりワーク加工面に対し砥石は動いて安定しないため、仕上がり精度を均一にすることが困難であった。

また、特許文献２のような複雑な機構を小径のロッドに適用させることは現実的でなかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、生産効率が高く、安定した加工精度の得られるホーニングツールを用いた加工方法及びホーニングツールを提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、砥石装着プレートの径方向内端部がロッドの溝部へ嵌め込まれると、溝部の側壁へ砥石装着プレートの側壁が当接するとともに、挿通孔の周方向の側壁へ砥石装着プレートの側壁が当接するように構成したことによって、安定した仕上げ加工を可能とした。

具体的には、第１の発明では、
ホーニングツールを用いた加工方法において、
軸方向に往復移動可能なロッドと、
径方向外端部にホーニング砥石を有し、径方向内端部が上記ロッドの外周面を摺動可能な砥石装着プレートと、
上記砥石装着プレートの軸方向両端に設けられ、該砥石装着プレートを軸中心へ向かって付勢することにより支持する付勢部材と、
円筒形状をなして上記ロッドの外周を覆い、上記ホーニング砥石及び上記砥石装着プレートが周方向に隙間を有して挿通される挿通孔が形成されたツール本体と、を備え、
上記ロッドは、上記挿通孔の周方向の中心からずれた位置に上記砥石装着プレートの径方向内端部を嵌め込み可能な溝部が形成されたホーニングツールを準備する工程と、
上記砥石装着プレートを上記挿通孔の周方向の略中心に位置させた状態でホーニングツールを回転駆動し、該回転によって該砥石装着プレートの径方向外端部が回転方向後側に傾き、上記ホーニング砥石の角部がワーク加工面に当接した状態でワークを加工する粗加工工程と、
上記ホーニング砥石の挙動を変化させる（例えば、回転負荷や砥石拡張の繰り返し等を行う）ことによって、上記砥石装着プレートの径方向内端部が上記ロッドの溝部へ嵌め込まれる変位工程と、
上記変位工程後に、上記溝部の側壁へ上記砥石装着プレートの一方側の側壁が当接するとともに、上記挿通孔の側壁へ該砥石装着プレートの他方側の側壁が当接し、上記ホーニング砥石とワーク加工面との接触点におけるワーク加工面の接線と、該砥石装着プレートの中心線とのなす角度のうち、回転方向前側の角度が粗加工工程時よりも大きくなった状態でワークを加工する仕上げ工程と、を備える。

第２の発明では、
軸方向に往復移動可能なロッドと、
径方向外端部にホーニング砥石を有し、径方向内端部が上記ロッドの外周面を摺動可能な砥石装着プレートと、
上記砥石装着プレートの軸方向両端に設けられ、該砥石装着プレートを軸中心へ向かって付勢することにより支持する付勢部材と、
円筒形状をなして上記ロッドの外周を覆い、上記ホーニング砥石及び上記砥石装着プレートが周方向に隙間を有して挿通される挿通孔が形成されたツール本体と、を備え、
上記ロッドは、上記挿通孔の周方向の中心からずれた位置に溝部が上記砥石装着プレートの径方向内端部を嵌め込み可能に形成され、
上記溝部へ上記砥石装着プレートの径方向内端部が嵌め込まれた状態では、該溝部の側壁へ該砥石装着プレートの一方側の側壁が当接するとともに、上記挿通孔の周方向の側壁へ該砥石装着プレートの他方側の側壁が当接し、嵌め込まれる前と比して、上記ホーニング砥石とワーク加工面との接触点におけるワーク加工面の接線と、該砥石装着プレートの中心線とのなす角度のうち、回転方向前側の角度が大きくなるように構成されている。

これらの構成によると、ホーニング砥石及び砥石装着プレートは、挿通孔の側壁との間に隙間を有するため、砥石装着プレートを挿通孔の周方向の略中心に位置させた状態から回転駆動すると、砥石装着プレートの径方向外端部が回転方向後側に傾く。この状態において、ホーニング砥石の回転方向前側の角部がワーク加工面に当接することで、ホーニング砥石のエッジが用いられるため加工負荷が小さくなり、切れ味は大幅に上がり、粗加工の精度と修正能力を向上させることができる。

そして、粗加工の状態からホーニング砥石の挙動を変化させる、例えば、回転負荷や砥石拡張の繰り返し等を行うことにより、砥石装着プレートを起こす方向（回転方向前側）に力が働く。このとき、砥石装着プレートの回転方向後側の角部は挿通孔の側壁に当接しているため、反動力で砥石装着プレートの径方向内端部が回転方向後側へ移動し、ロッドの溝部内へ嵌め込まれる。溝部は、挿通孔の周方向の中心からずれた位置に形成されているため、砥石装着プレートの径方向内端部が嵌め込まれた状態では、溝部の側壁へ砥石装着プレートの一方側の側壁が当接するとともに、挿通孔の周方向の側壁へ砥石装着プレートの他方側の側壁が当接する。砥石装着プレートは、溝部の側壁と挿通孔の側壁によって回転方向の前後を支持されるため回転時の姿勢が安定する。また、ホーニング砥石とワーク加工面との接触点におけるワーク加工面の接線と、ホーニング砥石の中心線とのなす角度のうち、回転方向前側の角度は粗加工時よりも大きくなり、ホーニング砥石の端面がワーク加工面に略全面で当接する。ホーニング砥石がワーク加工面に全面当たりして仕上げ加工ができるため、良好なホーニング加工形態を示したワーク加工面が得られる。

以上説明したように、本発明によれば、ホーニング砥石の挙動を変化させることによりロッドの径方向内端部を溝部へ嵌め込み可能とし、ホーニング砥石とワーク加工面との接触点におけるワーク加工面の接線と、ホーニング砥石の中心線とのなす角度が変化するように構成されているため、１種類のホーニング砥石を用いて粗加工と仕上げ加工を行うことが可能であり、生産効率が良い。また、径方向内端部が溝部内へ嵌め込まれると砥石装着プレートの姿勢が安定するため、仕上げ加工を精度良く行うことができる。

本発明の実施形態に係るホーニングツールの要部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るホーニングツールでワークを研削している状態を示す断面図である。 ロッドの外周部に砥石装着プレートが当接している状態を示すホーニングツールの要部断面図である。 ロッドの溝部に砥石装着プレートが嵌め込まれた状態を示す図３相当図である。 図３のＡ－Ａ線端面図である。 粗加工時を示す図５相当図である。 図４のＢ－Ｂ線端面図である。 図６の一部拡大図である。 図７の一部拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１及び図２は本発明の実施形態のホーニングツール１０を示し、図２はワーク８０を固定治具９１，９２で固定して加工している状態の縦断面図である。本実施形態のホーニングツール１０は、回転軸Ｘを有し、基端側がホーニング加工機の駆動装置（図示しない）に連結されている。ホーニング加工機自体は、公知の構造のものであって良く、例えば駆動装置とは、回転軸Ｘを回転及び上下往復させるものであり、回転速度及び上下往復速度が制御可能となっている。回転軸Ｘの回転方向は限定されるものではないが、本実施形態は、回転軸Ｘを反時計回りに回転させてホーニング加工を行うものである（図５乃至図９の矢印Ｅ参照）。

図１及び図２に示すように、ホーニングツール１０は、ロッド３０と、ロッド３０の外周を覆うツール本体２０とを有し、上下方向に延びて基端側が駆動装置に連結され、軸方向に上下往復移動可能、且つ、軸周りに回転可能であり、先端側がワーク８０に設けられた被加工孔へ挿入される。なお、本実施形態ではホーニングツール１０の回転軸Ｘは上下方向に延びているが、これに限定されず、例えば水平方向に延びていても良い。

ツール本体２０は、円筒形状をなしてロッド３０の外周を覆い、その軸は回転軸Ｘと一致する。ツール本体２０には、周方向に間隔を空けて複数の挿通孔２２が形成され、挿通孔２２には砥石装着プレート４０及びホーニング砥石５０が挿通されている。挿通孔２２は、砥石装着プレート４０及びホーニング砥石５０の外形に対応し、軸方向に沿って長く、周方向は図５に示すように、砥石装着プレート４０が挿通孔２２の周方向略中心において径方向に直立した状態で、砥石装着プレート４０の径方向外端部４１の側壁４１ａ，４１ｂと挿通孔２２の側壁２２ａ，２２ｂとの間にそれぞれ隙間Ｓを有するように形成されている。

ロッド３０は、図２乃至図４に示すように、回転軸Ｘに沿ってツール本体２０の内周に収容され、ツール本体２０とともに回転及び上下往復移動可能に駆動されるように構成されている。さらにロッド３０は、ツール本体２０とは独立して、ツール本体２０の内部を上下方向に進退可能に駆動されるように構成されている。ロッド３０は、円柱状の基端側ロッド３１と円錐状の先端側ロッド３２から構成され、先端側ロッド３２の外周に砥石装着プレート４０及びホーニング砥石５０を備える。

先端側ロッド３２は、先端側に向かって径が小さくなる円錐形状であり、回転軸Ｘに対して傾斜した曲面状の外周部３３を有する。図４乃至図７に示すように、外周部３３には、砥石装着プレート４０の径方向内端部４２を嵌め込み可能な溝部３４が軸方向に沿って形成されている。

溝部３４は、先端側ロッド３２の外周部３３に形成され、平面状の側壁３４ａ及び底壁３４ｂにより略Ｌ字形状をなす。底壁３４ｂは、軸方向に対して外周部３３の傾斜角度と同じ角度で傾斜するように形成されている。溝部３４はツール本体２０の挿通孔２２に対応し、挿通孔２２の周方向の中心線Ｃからずれた位置に設けられている。より詳しくは、砥石装着プレート４０が挿通孔２２の周方向略中心において径方向に直立した状態（図５）から、隙間Ｓの寸法分、砥石装着プレート４０が回転方向後側へ移動した際（図７）、砥石装着プレート４０の径方向内端部４２が溝部３４へ嵌め込まれ、図９に示すように、溝部３４の回転方向前側に位置する側壁３４ａに砥石装着プレート４０の径方向内端部４２の回転方向前側の側壁４２ａが当接するように溝部３４が形成されている。

また、先端側ロッド３２の外周部３３には、挿通孔２２及び溝部３４に対応する複数の砥石装着プレート４０が放射状に配置されている。本実施形態では３つの砥石装着プレート４０が用いられているが、数は限定されるものではなく、例えば１つでも良い。

砥石装着プレート４０は、ホーニング砥石５０を備える径方向外端部４１（以下単に「外端部４１」という）と、ロッド３０の外周部３３を摺動可能な径方向内端部４２（以下単に「内端部４２」という）とからなる。

砥石装着プレート４０の外端部４１は略四角柱状であるが、図８に示すように、ホーニング砥石５０の周方向両側に位置する角部４１ｄ，４１ｅのうち、回転方向前側の角部４１ｄには段部４１ｃが形成され、回転方向前側の角部４１ｄと回転方向後側の角部４１ｅは段違いとなっている。

砥石装着プレート４０の内端部４２は、外端部４１より肉薄に形成され、ロッド３０に当接する面は外周部３３に沿う傾斜面４２ｂとなっている。また、砥石装着プレート４０は、軸方向の両端に設けられた付勢部材６０によって、軸中心へ向かって常時付勢されている。本実施形態においては、付勢部材６０として板バネを用いているが、これに限られず、例えばゴム等であっても良い。

ホーニング砥石５０は、砥石装着プレート４０の外端部４１の基端側寄りの位置に固定されており、略四角柱状であるが、ワーク加工面８０ａに当接する面は曲面状となっている。周方向の寸法は、砥石装着プレート４０の外端部４１に収まるほどであり、軸方向の寸法は、砥石装着プレート４０よりも短い。

（本実施形態によるホーニング加工の手順）
以上のように構成されたホーニングツール１０をホーニング加工機へ装着し、ワーク８０の被加工孔に対してホーニング加工を行う際の手順を図に基づいて説明する。

まず加工前の状態において、図５に示すように、砥石装着プレート４０は挿通孔２２の周方向略中心において径方向に直立し、挿通孔２２の周方向の中心線Ｃと砥石装着プレート４０の中心線Ｄが略重なり合っている状態であり、砥石装着プレート４０の外端部４１の側壁４１ａ，４１ｂと挿通孔２２の側壁２２ａ，２２ｂとの間にはそれぞれ隙間Ｓを有する。この状態において、ホーニング砥石５０とワーク加工面８０ａとの接触点におけるワーク加工面８０ａの接線と、砥石装着プレートの中心線Ｄとのなす角度は略垂直である。そして、ホーニングツール１０は下降方向に駆動され、先端がワーク８０の被加工孔へと挿入される。

ホーニング砥石５０をワーク加工面８０ａに押し当てた状態で、ホーニングツール１０を回転駆動させると、図６に示すように、砥石装着プレート４０は回転による負荷によって、内端部４２が挿通孔２２の周方向略中心に位置したまま、外端部４１が回転方向後側に倒れる。詳しくは、図８に示すように、砥石装着プレート４０の中心線Ｄが回転方向後側に傾くとともに、外端部４１の回転方向後側の角部４１ｅが、挿通孔２２の回転方向後側の側壁２２ｂに当接し、ホーニング砥石５０の回転方向前側の角部５０ｅがワーク加工面８０ａに接触することにより、粗加工が行われる。このとき、ホーニング砥石５０とワーク加工面８０ａとの接触点におけるワーク加工面８０ａの接線Ｌと、砥石装着プレートの中心線Ｄとのなす角度のうち、回転方向前側の角度αは回転前と比して小さくなっている。

ロッド３０がツール本体２０の内部を上方から下方へ駆動されると、砥石装着プレート４０は外周部３３によって徐々に径方向外側へと押し出され、ホーニング砥石５０が回転して形成する円の軌跡は径方向に拡張する。このように、ホーニングツール１０の回転と上下往復運動が駆動されながら、ワーク加工面８０ａへの切込み量が調節され、ワーク加工面８０ａがホーニング加工される。

そして、図６及び図８の状態において、回転数を上げることにより回転方向の負荷を変動させると、砥石装着プレート４０の回転方向後側の角部４１ｅは挿通孔２２の側壁２２ｂに当接しているため、反動力で砥石装着プレート４０の内端部４２がロッド３０の溝部３４内へ嵌め込まれ、図７及び図９に示す状態となる。溝部３４は、挿通孔２２の周方向の中心線Ｃから回転方向後側に隙間Ｓの寸法分ずれた位置に形成されているため、砥石装着プレート４０の内端部４２が嵌め込まれると、内端部４２の回転方向前側（一方側）の側壁４２ａが溝部３４の側壁３４ａへ当接するとともに、外端部４１の回転方向後側（他方側）の側壁４１ｂが挿通孔２２の側壁２２ｂへ当接する。このとき、ホーニング砥石５０とワーク加工面８０ａとの接触点におけるワーク加工面８０ａの接線Ｌと、ホーニング砥石５０の中心線Ｄとのなす角度のうち、回転方向前側の角度βは粗加工時の角度αよりも大きくなる。

（本実施形態の作用効果）
このように本実施形態では、砥石装着プレート４０の側壁４１ａ，４１ｂと挿通孔２２の側壁２２ａ，２２ｂとの間に隙間Ｓを有するため、ホーニングツール１０の回転駆動によって砥石装着プレート４０の姿勢が傾く。その際、ホーニング砥石５０の回転方向前側の角部５０ｅがワーク加工面８０ａに接触することで、ホーニング砥石５０のエッジが加工に用いられるため、加工負荷が小さくなり、切れ味は大幅に上がり、粗加工の効率が良い。

そして、溝部３４が挿通孔２２の周方向の中心から回転方向後側へずれた位置に形成されているため、粗加工の状態からホーニングツール１０の回転負荷を変化させると、砥石装着プレート４０の内端部４２が溝部３４内へ嵌め込まれ、ホーニング砥石５０とワーク加工面８０ａとの接触点におけるワーク加工面８０ａの接線Ｌと、ホーニング砥石５０の周方向の中心線Ｄとのなす角度のうち、回転方向前側の角度βが粗加工時の角度αよりも大きくなる。これによりホーニング砥石５０がワーク加工面８０ａに全面当たりして研磨を行い、仕上げ加工ができるため、良好なホーニング加工形態を示したワーク加工面８０ａが得られる。

またこのとき、内端部４２の回転方向前側（一方側）の側壁４２ａが溝部３４の側壁３４ａへ当接するとともに、外端部４１の回転方向後側（他方側）の側壁４１ｂが挿通孔２２の側壁２２ｂへ当接することにより、砥石装着プレート４０は、回転方向の前後両側を支持され回転時の姿勢が安定するため、仕上げ加工の精度が良い。

なおホーニング砥石５０が、砥石装着プレート４０上の基端部側に偏って位置していることにより、砥石装着プレート４０の基端部側と先端部側とでは回転の変動等を与えることで捻じれが生じる。そのため、回転負荷を変化させた際に砥石装着プレート４０の内端部４２はロッド３０の溝部３４内への移動が容易となる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としても良い。

例えば、砥石装着プレート４０の内端部４２をロッド３０の外周部３３から溝部３４内へ嵌め込む方法としては、ホーニングツール１０の回転数を変化させるほか、ストロークの変化や、ロッド３０の回転を利用しても良く、さらに、これらの方法を組み合わせても良い。また、加工終了後に、砥石装着プレート４０が溝部３４内から外周部３３へ持ち上げられるように、ロッド３０や溝部３４の端部を変形しても良い。

１０ ホーニングツール
２０ ツール本体
２２ 挿通孔
２２ａ 側壁（回転方向前側）
２２ｂ 側壁（回転方向後側）
３０ ロッド
３１ 基端側ロッド
３２ 先端側ロッド
３３ 外周部
３４ 溝部
３４ａ 側壁
３４ｂ 底壁
４０ 砥石装着プレート
４１ 径方向外端部
４１ａ 側壁（一方側）
４１ｂ 側壁（他方側）
４１ｃ 段部
４１ｄ 角部（回転方向前側）
４１ｅ 角部（回転方向後側）
４２ 径方向内端部
４２ａ 側壁（一方側）
５０ ホーニング砥石
６０ 付勢部材
８０ ワーク
８０ａ ワーク加工面
９１，９２ 固定治具

Claims (2)

1. ホーニングツールを用いた加工方法において、
   軸方向に往復移動可能なロッドと、
   径方向外端部にホーニング砥石を有し、径方向内端部が上記ロッドの外周面を摺動可能な砥石装着プレートと、
   上記砥石装着プレートの軸方向両端に設けられ、該砥石装着プレートを軸中心へ向かって付勢することにより支持する付勢部材と、
   円筒形状をなして上記ロッドの外周を覆い、上記ホーニング砥石及び上記砥石装着プレートが周方向に隙間を有して挿通される挿通孔が形成されたツール本体と、を備え、
   上記ロッドは、上記挿通孔の周方向の中心からずれた位置に上記砥石装着プレートの径方向内端部を嵌め込み可能な溝部が形成されたホーニングツールを準備する工程と、
   上記砥石装着プレートを上記挿通孔の周方向の略中心に位置させた状態でホーニングツールを回転駆動し、該回転によって該砥石装着プレートの径方向外端部が回転方向後側に傾き、上記ホーニング砥石の角部がワーク加工面に当接した状態でワークを加工する粗加工工程と、
   上記ホーニング砥石の挙動を変化させることによって、上記砥石装着プレートの径方向内端部が上記ロッドの溝部へ嵌め込まれる変位工程と、
   上記変位工程後に、上記溝部の側壁へ上記砥石装着プレートの一方側の側壁が当接するとともに、上記挿通孔の側壁へ該砥石装着プレートの他方側の側壁が当接し、上記ホーニング砥石とワーク加工面との接触点におけるワーク加工面の接線と、該砥石装着プレートの中心線とのなす角度のうち、回転方向前側の角度が粗加工工程時よりも大きくなった状態でワークを加工する仕上げ工程と、
   を備えることを特徴とするホーニングツールを用いた加工方法。
2. 軸方向に往復移動可能なロッドと、
   径方向外端部にホーニング砥石を有し、径方向内端部が上記ロッドの外周面を摺動可能な砥石装着プレートと、
   上記砥石装着プレートの軸方向両端に設けられ、該砥石装着プレートを軸中心へ向かって付勢することにより支持する付勢部材と、
   円筒形状をなして上記ロッドの外周を覆い、上記ホーニング砥石及び上記砥石装着プレートが周方向に隙間を有して挿通される挿通孔が形成されたツール本体と、を備え、
   上記ロッドは、上記挿通孔の周方向の中心からずれた位置に溝部が上記砥石装着プレートの径方向内端部を嵌め込み可能に形成され、
   上記溝部へ上記砥石装着プレートの径方向内端部が嵌め込まれた状態では、該溝部の側壁へ該砥石装着プレートの一方側の側壁が当接するとともに、上記挿通孔の周方向の側壁へ該砥石装着プレートの他方側の側壁が当接し、嵌め込まれる前と比して、上記ホーニング砥石とワーク加工面との接触点におけるワーク加工面の接線と、該砥石装着プレートの中心線とのなす角度のうち、回転方向前側の角度が大きくなるように構成されていることを特徴とするホーニングツール。

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