(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内面の仕上げ加工に用いられる砥石と、
前記砥石を径方向に拡張自在に保持して回転する回転機構と、
前記砥石を油圧力で径方向に拡張させる拡張機構と、
シリンダ径方向の所定距離を加工するのに要した所要時間を測定する定寸機構とを備え、
砥石をシリンダ内面に接して回転させるとともに油圧力でシリンダ内面に向け拡張させることにより砥石を自生させつつシリンダ内面を仕上げ加工するホーニング方法において、
前記定寸機構によりあらかじめ設定した一定刻みに達する毎に信号を出してその信号の時間間隔をシリンダ径方向の一定の刻み距離（Δｄ）を加工するのに要した所要時間（ｔ）として計測し、
前記所要時間（ｔ）が、目標時間（ｔ０）より短いときには油圧力を低下させ、長いときには油圧力を上昇させ、
１つのシリンダを加工するサイクルタイム中に、前記一定の刻み距離（Δｄ）ごとの前記所要時間（ｔ）に対して前記計測と前記油圧力を低下又は上昇させることを繰り返し行うことを特徴とするホーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのシリンダの内面を平坦に加工するホーニング方法及びホーニング装置に係り、サイクルタイムが安定するホーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのシリンダの内面は、ピストンリングが接して摺動する摺動面であり、平坦に加工することが要求される。しかし、平坦に加工するとは言っても、全くの鏡面に加工するのではない。シリンダ内面が全くの鏡面になると、ピストンリングが焼き付いてしまう。シリンダ内面には、潤滑油が溜まるように微小な溝が適宜な間隔で形成される。
【０００３】
このようなシリンダ内面の加工を砥石でもって行うのがホーニング装置である。ホーニング装置は、シリンダ内面に接するように保持した砥石をシリンダ内面に向けて押し出しながら回転することにより、シリンダ内面を研磨する。以下、砥石をシリンダ内面に向けて押し出す動作を慣例に従い拡張と言う。
【０００４】
シリンダ内面を平坦に加工し、かつ、溝を形成するために、粗さの異なる複数種類の砥石を取り替えて使用する。図６に示されるように、粗さの大きい砥石で研磨したシリンダ内面には、開口が広く深さが深い溝Ｍが形成される。このシリンダ内面を粗さの細かい砥石で研磨すると、図７に示されるように、溝Ｍの山の部分が研磨され、全体的には平坦でありながら適宜な感覚で溝を有するシリンダ内面が形成される。
【０００５】
ところで、砥石は使用していくうちに研磨力が低下し、切れ味が落ちてくる。粗さの大きい砥石で研磨した後、粗さの細かい砥石で研磨するときに、切れ味が落ちた砥石を強い力で強引に拡張して加工すると、シリンダ内面に塑性流動が生じ、擦られたところが潰れて溝が塞がってしまう。
【０００６】
しかし、砥石には自生作用がある。砥石は、硬くて鋭くほぼ一定の大きさに形成された微小な砥粒が、柔らかくて剥がれやすいボンド材に埋め込まれた構造を有する。砥石の切れ味が落ちるのは、表面に露出している砥粒が丸まるからである。砥粒が丸まるとシリンダ内面との抵抗が大きくなってボンド材が砥粒を伴って剥げ落ち、その内層にある新鮮な砥粒が露出するので、切れ味が復活する。これを自生作用という。
【０００７】
前述のように砥石の切れ味が落ちてくると塑性流動が起きやすいが、そのまま研磨を続けると、自生作用によって切れ味が復活し、塑性流動は起きなくなる。塑性流動を少なくするには、より柔らかいボンド材を用いた砥石を使うとよいが、反面、砥石の摩耗が促進されて砥石の寿命が短くなる。ボンド材が硬めで寿命が長い砥石を使うと、逆に、塑性流動が防ぎ難くなるというジレンマがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−３００２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
砥石を拡張する拡張機構には、油圧式と機械式（ボールネジ式）がある。
【００１０】
従来の油圧式拡張機構は、時間的に一定の油圧力で砥石を拡張するものである。砥石が常に一定の力で拡張されるので、塑性流動が起きにくい油圧力を設定しておけば、塑性流動は抑えられる。しかし、砥石が常に一定の力で拡張されるので、砥粒が丸まって砥石の切れ味が悪くなると、同じ拡張量（加工した内径距離）を拡張するのにかかる所要時間が砥石の切れ味が良いときに比べ長くなる。この結果、１つのシリンダを加工するのに要する時間（サイクルタイム）も安定しない。また、砥石の切れ味が良いときは所要時間が短い反面、仕上がり面の粗度が大きくなり加工品質は良好でない。砥石の切れ味が落ちると仕上がり面の粗度が小さくなり加工品質は良好となる。
【００１１】
機械式拡張機構は、強力なモータを用いて一定の速度で砥石を拡張するものである。砥石の切れ味が良いときも落ちたときも、同じ拡張量を拡張するのにかかる所要時間が一定であり、サイクルタイムも一定である。しかし、強引に砥石を拡張するので、塑性流動が起きやすい。塑性流動で溝が塞がるので、加工品質は良好でない。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、加工の品質が安定し、サイクルタイムが安定するホーニング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明のホーニング方法は、シリンダ内面の仕上げ加工に用いられる砥石と、前記砥石を径方向に拡張自在に保持して回転する回転機構と、前記砥石を油圧力で径方向に拡張させる拡張機構と、シリンダ径方向の所定距離を加工するのに要した所要時間を測定する定寸機構とを備え、砥石をシリンダ内面に接して回転させるとともに油圧力でシリンダ内面に向け拡張させることにより砥石を自生させつつシリンダ内面を仕上げ加工するホーニング方法において、前記定寸機構によりあらかじめ設定した一定刻みに達する毎に信号を出してその信号の時間間隔をシリンダ径方向の一定の刻み距離（Δｄ）を加工するのに要した所要時間（ｔ）として計測し、前記所要時間（ｔ）が、目標時間（ｔ０）より短いときには油圧力を低下させ、長いときには油圧力を上昇させ、１つのシリンダを加工するサイクルタイム中に、前記一定の刻み距離（Δｄ）ごとの前記所要時間（ｔ）に対して前記計測と前記油圧力を低下又は上昇させることを繰り返し行うものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１６】
（１）加工の品質が安定する。
【００１７】
（２）サイクルタイムが安定する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態を示すホーニング装置の構成図である。
【図２】図１のホーニング装置の砥石部分の水平断面図である。
【図３】本発明の制御手順を説明する図である。
【図４】サイクルタイム内での加工距離の遷移を示すグラフである。
【図５】加工距離に対する所要時間のグラフである。
【図６】粗さの大きい砥石で研磨したシリンダ内面のイメージ図である。
【図７】粗さの大きい砥石で研磨後、粗さの細かい砥石で研磨したシリンダ内面のイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１に示されるように、本発明に係るホーニング装置１は、シリンダ内面Ｓの仕上げ加工に用いられる砥石２と、砥石２を径方向に拡張自在に保持して回転する回転機構３と、砥石２を油圧力で径方向に拡張させる拡張機構４と、シリンダ径方向の所定距離を加工するのに要した所要時間を測定する定寸機構５と、所要時間が目標時間より短いときには油圧力を低下させ、所要時間が目標時間より長いときには油圧力を上昇させる所要時間安定化手段６とを備える。
【００２１】
砥石２は、砥粒がボンド材に埋め込まれた構造を有し、自生作用を有する。砥石２は、片端に垂直面、反対端に斜面を有するベース板１１の垂直面に固定される。ベース板１１は、図２のように被加工物であるシリンダ内面Ｓに直交するようシリンダ直径上に起立され、シリンダ内面Ｓに砥石２を臨ませて回転機構３に保持される。
【００２２】
回転機構３は、モータ１２によりプーリベルト１３を介して回転される垂直回転筒１４と、垂直回転筒１４の下端に設けられたホーニングヘッド１５とを有する。ホーニングヘッド１５は、図２のようにベース板１１を径方向に移動自在に保持するスロット１６を周方向に複数個有し、各スロット１６にそれぞれベース板１１を保持することができる。この構造により、回転機構３は砥石２を拡張自在に保持することができる。
【００２３】
拡張機構４は、油圧シリンダまたは油圧式サーボモータからなる押し下げ機構１７と、押し下げ機構１７に連結され回転機構３の垂直回転筒１４に挿通されたロッド１８と、ロッド１８の下端に設けられたドローバ１９とを有する。ドローバ１９は、下端に向けて経が細くなるよう円錐状に形成され、その円錐状表面にベース板１１の斜面が接するように構成されている。
【００２４】
図２には、当該断面とは高さが異なる位置でのドローバ１９とベース板１１の接触面の水平断面が想像線（一点鎖線）で示されている。ドローバ１９が押し下げられると、想像線の径が拡がり、ベース板１１が押されて砥石２が拡張される。したがって、図１のように、押し下げ機構１７によりドローバ１９を時間的に連続して押し下げると、砥石２が時間的に連続して拡張される。砥石２の拡張力は、押し下げ機構１７の押し下げ力、すなわち油圧力に比例する。
【００２５】
定寸機構５は、ホーニングヘッド１５の外面とシリンダ内面Ｓとのギャップを測定する従来から知られているエアーマイクロメータ２０と、エアーマイクロメータ２０の読み値があらかじめ設定した一定刻みに達するごとに信号を出してその信号の時間間隔を、シリンダ径方向の所定距離を加工するのに要した所要時間として測定する時間測定器２１とを有する。
【００２６】
ホーニング装置１には、ホーニングヘッド１５をシリンダの長手方向に移動させるために、回転機構３と拡張機構４の全体を上昇下降させる昇降機構（図示せず）を設けてもよい。
【００２７】
所要時間安定化手段６は、シーケンサにあらかじめ書き込まれた手順を実行することにより実現される。
【００２８】
図３に示されるように、本発明の制御手順は、ホーニングヘッド１５の外面とシリンダ内面Ｓとのギャップであるシリンダ径方向の距離が、一定の刻み距離Δｄずつｄ１、ｄ２、ｄ３、…と増大するものとしたとき、距離ｄ１のときに時間測定を開始し、距離ｄ２のときに時間測定を終了して、刻み距離Δｄを加工するのに要した所要時間ｔを求める。この所要時間ｔを反映して距離ｄ２から距離ｄ３までの間の拡張圧を設定する。距離ｄ２から距離ｄ３までの所要時間は、その次の拡張圧に反映する。この手順が繰り返し行われる。
【００２９】
以下、本発明のホーニング装置１の動作を説明する。
【００３０】
シリンダ内面Ｓの仕上げ加工は、シリンダ内面Ｓに接する砥石２を回転機構３によって回転させてシリンダ内面Ｓを研磨することで行われる。このとき、砥石２は時間経過に伴い切れ味が落ちていくが、拡張機構４によって砥石２をシリンダ内面Ｓに向け拡張させることにより砥石２を自生させつつ加工が継続される。
【００３１】
図４に示されるように、従来の油圧式拡張機構を用いたホーニング装置では、時間的に一定の油圧力で砥石を拡張するので、砥石の切れ味が落ちているとき、距離ｄ１から距離ｄ２まで刻み距離Δｄを加工するのに所要時間ｔ１を要する。自生作用によって砥石の切れ味が復活したときは、距離ｄ４から距離ｄ５まで刻み距離Δｄを加工するのに所要時間ｔ２を要する。砥石の切れ味が変動を繰り返すことにより、刻み距離Δｄを加工する所要時間は不安定であり、この結果、１つのシリンダを加工するサイクルタイムが不安定となる。
【００３２】
図５に示されるように、図４の各刻み距離Δｄごとの所要時間を同じ原点のグラフに示すと、所要時間ｔ１は所要時間ｔ２に比べて長い。
【００３３】
本発明では、目標時間ｔ０を設定しておき、測定された所要時間がｔ１のように目標時間ｔ０より長いときは、拡張圧を高くする。拡張圧が高くなると、砥石２の自生作用が促進されると共に、所要時間が短くなる。
【００３４】
測定された所要時間がｔ２のように目標時間ｔ０より短いときは、拡張圧を下げる。拡張圧が下がると、所要時間は長くなるが、塑性流動が低減されると共に、仕上がり面の粗度が小さくなり、加工品質が良好となる。
【００３５】
このような制御を繰り返すことにより、毎回の刻み距離Δｄごとの所要時間が目標時間ｔ０に収束する。この結果、毎回の刻み距離Δｄにおける加工品質が均一化されて安定する。また、毎回の刻み距離Δｄごとの所要時間が目標時間ｔ０に安定化したことで、１つのシリンダを加工するサイクルタイムが安定し、１日の生産量を管理することが容易となる。よって、品質と生産量がそれぞれ最適化されることになる。
【符号の説明】
【００３６】
１  ホーニング装置
２  砥石
３  回転機構
４  拡張機構
５  定寸機構
６  所要時間安定化手段
【図１】
0005633208.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005633208.tif 000004
【図４】
0005633208.tif 000005
【図５】
0005633208.tif 000006
【図６】
0005633208.tif 000007
【図７】
0005633208.tif 000008