JPH10328998A - 内燃機関のシリンダボア及びシリンダライナ内面の溝加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダブロックのような被加工物の内孔を
薄幅のスライシングブレードで深溝を形成するスライシ
ングホーニングを行うことにより、オイル保持量をコン
トロールし耐摩耗性，耐焼付性の向上を図る内燃機関の
シリンダボア及びシリンダライナ内面の溝加工装置を提
供する。 【解決手段】 溝加工装置１はベッド７上に載置される
コラム８に上下方向（Ｚ軸方向）に沿って摺動自在に支
持される主軸台６に装置される回転機構部２と被加工物
のシリンダブロック９等を載置するベッド７上のＸ−Ｙ
テーブル３等からなる。シリンダブロック９のボア１９
にスライシングブレード５を挿入して所定の切り込みを
行うことにより、適宜の形状，溝幅，深さ，本数等の深
溝が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダブロック
のボア等の内孔をホーニング加工した後に微細深溝加工
をする溝加工装置に係り、特に内孔のオイル保持量を制
御することにより耐摩耗性，耐焼付性を向上するに好適
な内燃機関のシリンダボア及びシリンダライナ内面の溝
加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンはガソリンエンジン
に比べてその特性上、設定寿命（エンジンオーバホール
サイクル）が長い。また、ピストン内圧力もディーゼル
エンジンはガソリンエンジンに比べて極めて高く、特に
シリンダのライナ内面の上死点に加わる負荷や該上死点
においてピストンリングおよびオイルリング等に作用す
る負荷は極めて大きい。そのため、特にディーゼルエン
ジンの構成部品は材質や加工精度に厳しい品質特性が要
求され、特にシリンダライナの内孔は高精度な形状等の
要請に応えるためホーニング加工が施されている。ホー
ニング加工は独特なクロスハッチ溝を形成することがで
き、該クロスハッチ溝の角度，溝幅，溝深さをコントロ
ールすることにより、前記要請を充足させることが可能
である。

【０００３】しかしながら、近年では、更にホーニング
表面粗さのパラメータとして、初期馴染み性（初期焼き
付き性），寿命，オイル保持量等に関する規格項目が設
定され、この規格を満足させるための加工方法として様
々のものが採用されている。具体的な加工方法として
は、プラトーホーニングや、特にオイル保持量のコント
ロールと材質強度の向上を目的とする高周波又はレーザ
焼き入れのような表面改質技術や、レーザホーニングの
ような加工方法が実用化されている。

【０００４】プラトーホーニングは、径寸法出しのため
の荒ホーニングと、図１８に示す深溝ａを形成する中仕
上げホーニングとバリおよびカエリ取りやプラトー面生
成のための仕上げホーニングの加工工程からなる。な
お、深溝ａはＧＣ又はＤＩＡ等の砥石で生成され、プラ
トー面はコルク，ＧＣ，ＤＩＡ等の砥石で生成される。
特開昭６４−７８７５５号公報に開示する「ホーニング
装置」は、プラトーホーニング加工を行うホーニング装
置であり、特に、ホーニングヘッドのホーニング砥石の
出入量を調整制御して高精度のホーニング加工を行う制
御装置を備えることを特徴とするものである。

【０００５】高周波又はレーザ焼き入れによる表面改質
技術は、図１９に示すように被加工物の寸法ｂで示す焼
き入れ範囲に図示のようなパターンの焼入部３３を高周
波又はレーザにより形成するものである。焼入部３３と
焼き入れされていない部分との間に微量の段差が生じ、
その部分にオイルが保持されることおよび焼入部３３の
硬度向上により寿命の向上を図るものである。なお、こ
の加工方法の場合、焼き入れにより変形が生ずるため、
焼き入れ変形部の修正のための第１の荒ホーニングが必
要になる。更に、径寸法出しのための荒ホーニングと、
深溝形成のための中仕上げホーニングと、プラトー面生
成のための仕上げホーニングの４工程が必要になる。

【０００６】レーザホーニング加工方法は、図２０に示
すように、被加工物の所望の場所に任意の溝幅Ｗと溝深
さＴの溝３４をレーザ加工により形成するものである。
特開平７−４００６８号公報の「工作物の表面を精密加
工するための方法」はレーザホーニング加工に関する技
術を開示するものである。なお、この加工方法はレーザ
放射の前に被加工物の内孔を仕上げ寸法に加工し、放射
後にホーニング加工等によるブラッシングが行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】プラトーホーニング加
工方法は、前記したように砥粒による加工のため、深溝
の形成される頻度，深さ，溝幅等の制御や安定化が難し
い。また、深溝の深さにも限界がある。更に、ＧＣ砥石
の場合は短寿命であり、管理も煩雑となる。また、高周
波焼き入れによるものは、焼き入れ後の変形を修正する
ホーニング加工に特殊な技術やノウハウが必要となり、
かつ工程数も４工程あり作業時間が長くなる。また、焼
き入れ設備が必要となる。また、レーザ焼き入れによる
ものは変形が少ないため３工程でよいが、前処理が必要
になり、量産性が悪く、かつ設備コストやそのランニン
グコストが高くなる問題点がある。また、レーザホーニ
ング加工方法によるものは、特殊な設備を必要とすると
共に、特定メーカの固有の特殊技術であり、コスト高と
なる。

【０００８】本発明は、以上の問題点を解決するもの
で、被加工物の所望の場所に任意の溝幅，深さ，本数お
よび形状の溝を高精度に、かつ安価に形成することがで
き、オイル保持量のコントロールができ、耐摩耗性，耐
焼付性の向上が図れる内燃機関のシリンダボア及びシリ
ンダライナ内面の溝加工装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の目的を
達成するために、マシニングセンタ等の工作機械に採用
され上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能な主軸台に着脱可
能に装着され円盤状の切断砥石を有する回転機構部と、
被加工物を載置すると共にＸ軸およびＹ軸方向に移動す
るワーク搭載移動機構部とを有し、前記切断砥石を被加
工物の内孔に喰い込ませて溝加工を行う溝加工装置であ
って、前記切断砥石が単一の円盤状ブレード又は複数枚
の薄幅の円盤状ブレードを積重したものからなる内燃機
関のシリンダボア及びシリンダライナ内面の溝加工装置
を構成するものである。また、前記ワーク搭載移動機構
部が、自動制御されるＸ−Ｙテーブルであり、前記ワー
ク搭載移動機構部が、Ｃ軸まわりに回転する回転機構部
上に載置されることを特徴とするものである。

【００１０】荒ホーニングおよび中仕上げホーニングさ
れた被加工物の所定位置には円盤状の切断砥石が接触し
切り込みを行う。この状態で被加工物をワーク搭載移動
機構部等により所定位置に移動することにより被加工物
の内孔にはリング溝や点線状の溝群が容易に形成され
る。深溝の深さは機械的に自由にコントロールされ、溝
幅も切断砥石の寸法，形状により所望の寸法，規格に容
易に形成することができる。また、高精度加工も可能で
あり、品質の安定化が図れる。また、ホーニング用の砥
石に比べてランニングコストも安い。また、高周波やレ
ーザを用いないため設備コストの低減が図れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の溝加工装置の実施
の形態を図面を参照して詳述する。まず、図１により、
本発明の溝加工装置１の概要構造を示す。主軸台６はベ
ッド７上に載置されるコラム８に上下方向（Ｚ軸方向）
に沿って移動自在に支持される。一方、ベッド７上には
ワーク搭載移動機構部の一つであるＸ−Ｙテーブル３が
載置される。なお、本例では省略されているが、Ｘ−Ｙ
テーブル３はＣ軸（Ｚ軸方向の回転軸）まわりに回転す
る回転機構部の一つであるＣ軸テーブル上に載置される
ものでもよい。なお、Ｘ−Ｙテーブル３や前記Ｃ軸テー
ブルは図略の制御装置によりＸ軸，Ｙ軸，Ｃ軸まわりの
所定位置に位置決め制御される。

【００１２】主軸台６には図１に示すように前記切断砥
石であるスライシングブレード５を備えた回転機構部２
が着脱可能に装着される。また、Ｘ−Ｙテーブル３上に
は被加工物の１つであるシリンダブロック９が載置され
る。また、図１に示すように、スライシングブレード５
の切刃の近傍にはクーラント用のノズル１０の噴出口が
配置される。

【００１３】図２は回転機構部２の実施の形態を示すも
のである。高速で回転するエアスピンドル１１の回転軸
１２にはフランジ１３が挿着される。研削部１４を外周
に形成する薄幅のスライシングブレード５はフランジ１
３のボス部１５に嵌着されると共にフランジ１３および
フランジ１６間に挟持され、回転軸１２のねじ部１７に
螺着されるナット１８により回転軸１２に固定される。
エアスピンドル１１を図１に示した主軸台６に装着し、
図略の空気源とエアスピンドル１１とを連結することに
よりスライシングブレード５は高速で回転駆動される。

【００１４】Ｘ−Ｙテーブル３上に載置されたシリンダ
ブロック９をＸ，Ｙ方向に移動すると共に主軸台６をＺ
方向に移動し、スライシングブレード５をシリンダブロ
ック９の内孔であるボア１９に挿入することによりボア
１９内に溝加工をすることができる。

【００１５】次に、図３乃至図６により回転機構部２を
用いたスライシングホーニング加工方法の概要を説明す
る。まず、本発明の溝加工装置１の装着されるマシニン
グセンタとは異なる他のホーニング機械等により荒いメ
ッシュのホーニング砥石による荒ホーニングが行われ
る。なお、荒ホーニングはボーリング目の除去と径寸法
出しを目的とする。図３は荒ホーニングされたボア１９
の面粗度を示すものでボア１９は約Ｒｚ７乃至１５［μ
ｍ］に加工される。次に、中仕上げ用のホーニング砥石
により中仕上げホーニングを行う。なお、中仕上げホー
ニングはベース面加工のためである。ボア１９は図４に
示すようにＲｚ２乃至５［μｍ］に仕上げられる。次
に、中仕上げホーニングを終了した被加工物を図１に示
したマシニングセンタ等の溝加工装置１に移し、図２に
示したスライシングブレード５によるスライシングホー
ニングを行う。なお、スライシングホーニングは寿命の
向上とオイル保持量のコントロールのためである。これ
により、図５に示すように溝幅Ｗ［μｍ］で深さＴ［μ
ｍ］の深溝２７が加工される。なお、深溝２７は後に説
明するが一本のみならず複数本形成され、図５では二本
の深溝２７，２７が示されており、その間隔はＰ［ｍ
ｍ］である。スライシングホーニングが終了したら被加
工物を溝加工装置１から前記のホーニング機械等に移し
仕上げホーニングを行う。なお、仕上げホーニングはバ
リおよびカエリ取りやプラトー面生成のためである。仕
上げ用のホーニング砥石によりボア１９を仕上げること
により図６に示すように面粗度がＲｚ１乃至２［μｍ］
となる。なお、図６（ａ）は仕上げホーニング後におけ
るボア１９の内面を模式的に表示したものであり、図６
（ｂ）は実際のボア１９の仕上げ面を示すものである。
前記において、Ｗ，Ｔ，Ｐの具体的数値やスライシング
ブレード５の幅寸法についてはシリンダブロック９のボ
ア１９の寸法やエンジン性能や使用条件等を考慮し、経
験的，実験的，理論的に設定される。

【００１６】図７乃至図１３はスライシングホーニング
による深溝加工を直列４気筒エンジンのシリンダブロッ
ク９に適用した加工工程を示すものである。まず、図７
に示すように、Ｘ−Ｙテーブル３をＸ，Ｙ方向に移動し
てＸ−Ｙテーブル３上に載置されたシリンダブロック９
のボア１９の１つをスライシングブレード５と相対向す
る位置に位置決めする。次に、図８に示すように、スラ
イシングブレード５をＺ方向に沿って下向させ、ボア１
９の所定の深溝加工位置の最上段に相当する位置に位置
決めする。次に、シリンダブロック９をＸ方向に移動
し、図９に示すように、溝深さＴに相当する分だけスラ
イシングブレード５をボア１９の内面に切り込ませる。

【００１７】次に、図９におけるスライシングブレード
５のブレード中心２８が図１０に示す点線の円周２９に
沿うようにシリンダブロック９をＸ，Ｙ方向に移動させ
る。なお、図示していないが、ボア１９の中心ＯをＣ軸
テーブル（図略）の中心に一致させてＣ軸テーブルを回
転させて図９の状態から図１０の状態にしてもよい。以
上により、ボア１９の最上段には溝深さＴの深溝のリン
グ溝３０（図１２）が形成される。

【００１８】次に、図１１に示すように、スライシング
ブレード５を２番目のリング溝３０の加工位置までＺ方
向に沿って下降させて位置決めし、前記と同様な手順に
よる深溝加工を行うことにより第２段目のリング溝３０
が形成される。以下、同様の動作を繰返し行うことによ
り、図１２に示すように１つのボア１９内に複数列のリ
ング溝３０が刻設される。１つ目のボア１９の深溝加工
が終了したら、図１３に示すようにシリンダブロック９
をＸ方向に移動し、２つ目のボア１９とスライシングブ
レード５とを相対向する位置に位置決めし、前記と同様
の深溝加工を行うことにより同様なリング溝３０が形成
される。以下、３つ目，４つ目のボア１９についても同
様な加工が行われる。

【００１９】前記のスライシングボーリング加工方法で
は、ボア１９にリング溝３０を形成した実施の形態を説
明したが、図１４乃至図１６はリング溝３０の替りに点
線状に配置される溝群３１を形成する実施の形態を示
す。前記の図９に示したものと同様に図１４に示すよう
に、ボア１９に溝深さＴで溝長さＬの切り込みを行い溝
３２を形成する。次に、シリンダブロック９をＸ方向に
移動してスライシングブレード５をボア１９の内面から
離した後、図１４に示したスライシングブレード５のブ
レード中心２８がボア１９の中心Ｏとの関係位置におい
て図１５の角度αの位置にくるようにシリンダブロック
９をＸ，Ｙ方向に移動する。なお、角度αは適宜の値に
設定される。この状態で、シリンダブロック９をＸ，Ｙ
方向に移動し、図１５に示すようにスライシングブレー
ド５をボア１９の内面に切り込ませる。これにより、図
１４に示した溝３２から角度αだけ離れた位置に同一形
状の溝３２が形成される。なお、この２つの溝３２，３
２は連続溝ではなく、点線状に分離されたものとなる。
同様の加工を繰返し行うことにより、溝３２を点線状に
連ねた溝群３１が形成され、図１６に示すように溝群３
１の複数列が形成される。なお、本例では、溝群３１を
点線状としたが、角度αだけ進めるごとにＺ方向にスラ
イシングブレード５を適宜ピッチだけ送ることによりス
パイラル状の溝を形成することもできる。

【００２０】図１６に示すように、隣接する溝群３１，
３１はいずれも点線状に形成されているが、本例では千
鳥状に配置される。なお、千鳥状に配列しなくてもよ
く、各列の点線のピッチを変化させてもよい。また、リ
ング溝３０および溝群３１についても各列のものの溝深
さは一定でなくてもよい。

【００２１】前記のスライシングボーリング加工は、単
一（一枚）のスライシングブレード５を用いて前記した
加工工程による複数列リング溝３０および溝群３１を加
工したが、一度に複数列のリング溝３０および溝群３１
を加工することもできる。図１７はそのための回転機構
部２ａを示す。本例では同一形状の複数枚のスライシン
グブレード５が回転軸１２ａに装着される。図２に示し
たフランジ１３，１６等がそのまま採用され、図２のも
のより軸長の長いねじ部１７ａに螺合するナット１８に
より複数枚のスライシングブレード５が回転軸１２ａに
沿って固定される。この回転機構部２ａにより、図１０
および図１５に示した溝加工を行うことにより、図１２
および図１６に示した複数列のリング溝３０および溝群
３１が形成される。

【００２２】以上の説明では、被加工物としてシリンダ
ブロック９を採用したが、勿論これに限定するものでは
ない。また、深溝の形状，深さ，溝幅やパターン等につ
いても前記のものに限定するものでない。

【００２３】

【発明の効果】

１）本発明の請求項１に記載の内燃機関のシリンダボア
及びシリンダライナ内面の溝加工装置によれば、切断砥
石により各種形状の溝幅，深さ，本数の深溝を被加工物
の内孔の任意の場所に加工形成することができるため、
ホーニング加工による精度向上効果に加えて寿命の向上
やオイル保持量のコントロールができ、耐摩耗性や耐焼
付性の向上が図れる。また、溝が単一の切断砥石により
エンジンの必要特性に合わせて所定位置に正確に加工で
きると共に、複数枚の切断砥石を用いることにより深溝
加工効率を向上することができる。本溝加工装置はマシ
ニングセンタのような通常の数値制御工作機械に回転機
構部を装着した比較的簡単なもので、設備コストの低減
が図れる。また、マシニングセンタ等をベースにするた
め要求品質に対して十分に対応することができる。 ２）本発明の請求項２に記載の内燃機関のシリンダボア
及びシリンダライナ内面の溝加工装置によれば、ワーク
搭載移動機構部として通常のＸ−Ｙテーブルを採用でき
るため、比較的安価に実施できる。 ３）本発明の請求項３に記載の内燃機関のシリンダボア
及びシリンダライナ内面の溝加工装置によれば、回転機
構部を用いることにより、深溝加工の一層の効率化が図
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関のシリンダボア及びシリンダ
ライナ内面の溝加工装置の全体概要構造を示す斜視図。

【図２】本発明に使用される単一のスライシングブレー
ドを有する回転機構部を示す一部軸断面図。

【図３】荒ホーニングされた被加工物の内孔の面粗度を
示す模式図。

【図４】中ホーニングされた被加工物の内孔の面粗度を
示す模式図。

【図５】本発明の内燃機関のシリンダボア及びシリンダ
ライナ内面の溝加工装置におけるスライシングブレード
によって内孔に加工された深溝を示す模式図。

【図６】深溝加工後に仕上ホーニングされた被加工物の
内孔の面形状を拡大表示した模式図。

【図７】シリンダブロックにリング溝を加工する加工手
順を示す模式図。

【図８】シリンダブロックにリング溝を加工する次の加
工手順を示す模式図。

【図９】スライシングブレードによる最初の切り込み状
態を示す平面図。

【図１０】リング溝の加工を説明するための平面図。

【図１１】複数列のリング溝の加工手順を説明するため
の模式図。

【図１２】複数列のリング溝が加工されたボアを示す軸
断面図。

【図１３】多数個のボアにリング溝を加工する手順を説
明するための模式図。

【図１４】点線状の溝群の最初の切り込み状態を示す平
面図。

【図１５】溝群の加工を説明するための平面図。

【図１６】複数列の溝群が加工されたボアを示す軸断面
図。

【図１７】複数枚のスライシングブレードを備えた回転
機構部を示す一部軸断面図。

【図１８】プラトーホーニング加工方法による内孔の加
工面の形状を拡大表示した模式図。

【図１９】高周波又はレーザによる表面改質技術におけ
る焼入部の形状を拡大表示した模式図。

【図２０】レーザホーニングによって加工された内孔の
加工面の形状を拡大表示した模式図。

【符号の説明】

１ 溝加工装置 ２ 回転機構部 ２ａ 回転機構部 ３ Ｘ−Ｙテーブル ５ スライシングブレード ６ 主軸台 ７ ベッド ８ コラム ９ シリンダブロック １０ ノズル １１ エアスピンドル １２ 回転軸 １２ａ 回転軸 １３ フランジ １４ 研削部 １５ ボス部 １６ フランジ １７ ねじ部 １７ａ ねじ部 １８ ナット １９ ボア ２７ 深溝 ２８ ブレード中心 ２９ 円周 ３０ リング溝 ３１ 溝群 ３２ 溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マシニングセンタ等の工作機械に採用さ
   れ上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能な主軸台に着脱可能
   に装着され円盤状の切断砥石を有する回転機構部と、被
   加工物を載置すると共にＸ軸およびＹ軸方向に移動する
   ワーク搭載移動機構部とを有し、前記切断砥石を被加工
   物の内孔に喰い込ませて溝加工を行う溝加工装置であっ
   て、前記切断砥石が単一の円盤状ブレード又は複数枚の
   薄幅の円盤状ブレードを積重したものからなることを特
   徴とする内燃機関のシリンダボア及びシリンダライナ内
   面の溝加工装置。
2. 【請求項２】 前記ワーク搭載移動機構部が、自動制御
   されるＸ−Ｙテーブルである請求項１に記載の内燃機関
   のシリンダボア及びシリンダライナ内面の溝加工装置。
3. 【請求項３】 前記ワーク搭載移動機構部が、Ｃ軸まわ
   りに回転する回転機構部上に載置されることを特徴とす
   る請求項１に記載の内燃機関のシリンダボア及びシリン
   ダライナ内面の溝加工装置。