(57)【要約】【課題】水溶性ホーニングのように過酷な潤滑環境であっても、油溜まりとして十分に機能する鮮明なクロスハッチを形成することができ、且つ、量産品に適用可能なホーニング加工方法を提供する。【解決手段】砥石４をボア内周面Ｗ１に衝突させて、砥石４の表面における砥粒４ａの間の研削屑Ｄを除去することにより、砥石４の目立てを行う目立て工程Ｓ２と、砥石４をボア内周面Ｗ１に切り込んで研削する切り込み工程Ｓ３と、砥石４の径方向位置を固定した状態で、ボア内周面Ｗ１の弾性縮径によりボア内周面Ｗ１を研削しながら、砥石４を軸方向に複数回往復させるスパークアウト工程Ｓ４とを行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素系の砥粒を有する砥石を用いてワークの円筒状内周面を研削するホーニング加工方法であって、
前記砥石を前記ワークの円筒状内周面に衝突させて、前記砥石の表面における前記砥粒の間の異物を除去することにより前記砥石の目立てを行う目立て工程と、前記砥石を前記ワークの円筒状内周面に切り込んで研削する切り込み工程と、前記砥石の径方向位置を固定した状態で、前記ワークの円筒状内周面の弾性縮径により当該円筒状内周面を研削しながら、前記砥石を軸方向に複数回往復させるスパークアウト工程とを有するホーニング加工方法。
【請求項２】
水溶性潤滑剤を用いて行う請求項１記載のホーニング加工方法。
【請求項３】
前記砥石に有機質ワックスを含浸させた請求項２記載のホーニング加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの円筒状内周面にホーニング加工を施す方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホーニング加工は、ワークの円筒状内周面に砥石を内側から押し付けた状態で、円筒状内周面の周方向に砥石を回転させると共に軸方向に砥石を移動させることにより、円筒状内周面を研削する加工方法である（例えば、特許文献１）。
【０００３】
ホーニング加工により研削された円筒状内周面は、優れた寸法精度（真円度及び円筒度）で仕上げられると共に、砥石に含まれる砥粒により斜め格子状の細かな傷（クロスハッチ）が付けられる。これらの特性から、ホーニング加工は例えばシリンダブロックのボア内周面の加工に好適に適用され、この場合、クロスハッチが油溜まりとして機能して、ピストンとボア内周面との間の潤滑性が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６８１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１には、ホーニング加工に用いられる砥石として、例えば、ダイヤモンドの砥粒を含むＤＩＡ砥石や、炭化珪素系の砥粒を含むＧＣ砥石が示されている。
【０００６】
ダイヤモンドの砥粒は、非常に硬くて長寿命であるが、整った多角形状の比較的球形に近い形状を成しているため切れ味があまり良くない。このため、ＤＩＡ砥石でホーニング加工を行うと、ワーク表面にバリ、カエリ、潰れ等が多発すると共に、ワーク表面が塑性流動を起こしてクロスハッチの溝がふさがれ、クロスハッチが不鮮明になって油溜まりとしての機能を十分に果たさない恐れがある。最近、環境保護の観点から、潤滑性の高い油性潤滑剤に換えて、水溶性潤滑剤が使用され始めているが、水溶性潤滑剤を用いたホーニング加工では、油性潤滑剤を用いた場合と比べて潤滑環境がより過酷となるため、上記の不具合がさらに顕著になる。
【０００７】
一方、ＧＣ砥石は、砥粒が鋭く尖った形状を成しているため切れ味は非常に良い。しかし、ホーニング加工を繰り返し行うことで、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、砥石４の表面から突出した砥粒４ａの間に研削屑Ｄが詰まり、砥石４の表面における砥粒４ａの突出量が小さくなって、切れ味が低下する。特に、水溶性潤滑剤を使用した場合は研削屑Ｄが堆積しやすいため、量産品に対して水溶性潤滑剤を用いたホーニング加工を施すにあたり、ＧＣ砥石を適用することは難しい。
【０００８】
本発明の解決すべき課題は、水溶性潤滑剤のように過酷な潤滑環境であっても、油溜まりとして十分に機能する鮮明なクロスハッチを形成することができ、且つ、量産品に適用可能なホーニング加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は、炭化珪素系の砥粒を有する砥石を用いてワークの円筒状内周面を研削するホーニング加工方法であって、前記砥石を前記ワークの円筒状内周面に衝突させて、前記砥石の表面における前記砥粒の間の異物を除去することにより前記砥石の目立てを行う目立て工程と、前記砥石を前記ワークの円筒状内周面に切り込んで研削する切り込み工程と、前記砥石の径方向位置を固定した状態で、前記ワークの円筒状内周面の弾性縮径により当該円筒状内周面を研削しながら、前記砥石を軸方向に複数回往復させるスパークアウト工程とを有するホーニング加工方法を提供する。
【００１０】
ここで、「径方向」及び「軸方向」とは、それぞれワークの円筒状内周面の径方向及び軸方向のことを意味する。
【００１１】
上記のように、砥石をワークの内周面に衝突させて、このときの衝撃で砥石の目立てを行うことにより、砥石表面から砥粒を再び突出させて切れ味を復元させることができる。すなわち、砥石４の衝突時の衝撃により、図５（ｂ）に示すように砥粒４ａの間の研削屑Ｄが除去され、あるいは、図６（ｂ）に示すように砥石４の表層（砥石４の表面の砥粒４ａ、研削屑Ｄ、及び、バインダー４ｂ）が剥がれ落ち、砥石４の表面から砥粒４ａを突出させることができる。このように、切れ味が鋭くなったＧＣ砥石を用いて、その後の切り込み工程及びスパークアウト工程を行うことで、ワークの内周面に良好なクロスハッチを形成することができる。本発明者らの検証によれば、スパークアウト工程において、砥石を軸方向で複数回、好ましくは３回以上往復させることで、特に鮮明なクロスハッチが得られることが明らかとなった。
【００１２】
上記のホーニング加工方法によれば、水溶性潤滑剤を用いた過酷な潤滑環境下であっても、鮮明なクロスハッチを得ることができる。
【００１３】
例えば、硫黄成分を含むバインダーで砥粒を保持した砥石を使用すると、硫黄成分が砥石とワークとの摺動部に供給され、潤滑性が高められる。しかし、水溶性潤滑剤を用いた場合、硫黄成分が溶け出し、潤滑性が低下する恐れがある。そこで、水溶性潤滑剤を用いたホーニング加工では、水溶性潤滑剤に溶け出さない有機質ワックスを含浸させた砥石を用いることで、有機質ワックスを摺動部に供給して潤滑性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明のホーニング加工方法によれば、潤滑性の低い環境下であっても、油溜まりとして十分に機能する鮮明なクロスハッチを形成することができ、且つ、量産品にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ホーニング加工装置の断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【図３】ホーニング加工方法のフローチャートである。
【図４】砥石の切り込み圧Ｐの時間ｔに対する変化を示すグラフである。
【図５】（ａ）は砥粒の間に研削屑が詰まった状態を示す砥石表面の断面図であり、（ｂ）は研削屑が除去された状態を示す同断面図である。
【図６】（ａ）は砥粒の間に研削屑が詰まった状態を示す砥石表面の断面図であり、（ｂ）は砥石の表層が剥がれ落ちた状態を示す同断面図である。
【図７】耐スカッフ性試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
本実施形態では、図１に示すように、ホーニング加工装置（図１ではホーニングヘッドＨのみを示す）により、シリンダブロックＷのボア内周面Ｗ１にホーニング加工を施す場合を示す。ホーニングヘッドＨは、図１及び図２に示すように、ヘッド本体１と、ヘッド本体１に連結された中空の回転軸２と、ヘッド本体１に収容されたシュー３、砥石４、及びテーパコーン５と、回転軸２の内周に配され、テーパコーン５に連結されたロッド６とを有する。本実施形態では、テーパコーン５が軸方向に離隔した２箇所に設けられ、各テーパコーン５がロッド６で連結されている。尚、以下の説明において、「軸方向」とはホーニングヘッドＨの回転軸Ｙ方向（すなわちボア内周面Ｗ１の中心軸方向）のことを意味し、「径方向」及び「円周方向」とはそれぞれ回転軸Ｙを中心とした径方向及び円周方向のことを意味する。
【００１８】
ヘッド本体１は、略円筒状をなし、内部空間１ａと、外周面１ｂに開口し、内部空間１ａと外周空間とを径方向に連通する連通空間１ｃとを有する（図２参照）。ヘッド本体１の内部空間１ａには、テーパコーン５及びロッド６が収容される。本実施形態では、連通空間１ｃが円周方向等間隔の８箇所に形成され、各連通空間１ｃにそれぞれシュー３及び砥石４が収容される。尚、連通空間１ｃの数は上記に限らず、例えば４，６，１２箇所等であってもよい。
【００１９】
シュー３は、連通空間１ｃの内部で径方向移動可能に収容され、テーパコーン５のテーパ面５ａと平行な傾斜面３ａと、砥石４と当接する外周面３ｂとを有する。砥石４は、炭化珪素系の砥粒をバインダーで固めたＧＣ砥石であり、シュー３の外径端に設けられている。砥石４のバインダーには例えばビトリファイドが使用され、バインダーに有機ワックス、特にカルナバワックスを含浸している。シュー３は、弾性部材（図示省略）により内径側に付勢されており、これにより、常時は砥石４の外径端が、ボア内周面Ｗ１の内径寸法よりも若干小さくなっている。
【００２０】
回転軸２はモータ（図示省略）及び第１のシリンダ（図示省略）に接続される。モータを駆動すると、回転軸２を介して、ホーニングヘッドＨ全体が回転軸Ｙを中心に回転し、第１のシリンダを駆動すると、回転軸２を介してホーニングヘッド全体が回転軸Ｙ方向に移動する。ロッド６は第２のシリンダ（図示省略）に接続され、第２のシリンダを駆動すると、ロッド６及びテーパコーン５がヘッド本体１に対して回転軸Ｙ方向に移動する。
【００２１】
以下、上記構成のホーニング加工装置を用いて、シリンダブロックＷのボア内周面Ｗ１にホーニング加工を施す方法を詳しく説明する。
【００２２】
ホーニング加工は、荒加工工程と仕上げ加工工程とを経て行われる。荒加工工程では、ボア内周面Ｗ１にホーニング加工を施し、ボア内周面Ｗ１のおおよその寸法精度（真円度及び円筒度）に加工される。すなわち、荒加工工程では、寸法精度がそれ程求められず、且つ、その後の仕上げ工程で表面が削り取られるのでクロスハッチの状態も問われない。従って、荒加工工程では、耐久性の高いダイヤモンド砥粒を含む砥石を用いることができる。尚、荒加工工程におけるホーニング加工手順（切り込み圧、切り込み時間等）は特に限定されないが、例えば後述の仕上げ加工工程と同様の手順で行えば、同じ制御プログラムを使用することができる。
【００２３】
仕上げ加工工程は、本発明のホーニング加工方法が適用され、荒加工工程が施された内周面に、上記構成のホーニング加工装置によってホーニング加工を施す。具体的には、図３に示すように、ボア内周面Ｗ１にホーニングヘッドＨを挿入する工程Ｓ１と、砥石４の目立てを行う工程Ｓ２と、砥石４でボア内周面Ｗ１を切り込んで研削する工程Ｓ３と、砥石４の切り込みを停止して研削するスパークアウト工程Ｓ４とを経て行われる。本実施形態では、仕上げ加工工程の潤滑剤として、水溶性潤滑剤が使用される。以下、各工程について詳しく説明する（ホーニングヘッドＨの構成は図１及び図２に基づく）。
【００２４】
（１）ヘッド挿入工程Ｓ１
まず、第１のシリンダ（図示省略）を駆動してホーニングヘッドＨを降下させ、ボア内周面Ｗ１に挿入する。これと共に、モータ（図示省略）を駆動してホーニングヘッドＨを回転させる。
【００２５】
（２）目立て工程Ｓ２
次に、第２のシリンダ（図示省略）を駆動してロッド６及びテーパコーン５を押し下げ、テーパコーン５のテーパ面５ａを介してシュー３を外径側に押し出し、これにより砥石４を外径側に突出させる。このとき、第２のシリンダを急速で駆動することで、砥石４を急速に突出させ、ボア内周面Ｗ１に衝突させる。この衝突時の衝撃により、図５（ｂ）に示すように砥石４の表面における砥粒４ａ間の研削屑Ｄが除去され、あるいは、図６（ｂ）に示すように砥石４の表層が剥がれ落ち、これにより砥石４の表面における砥粒４ａの突出量が大きくなる。このとき、砥石４をボア内周面Ｗ１に衝突させる速度は、２５φμｍ／ｓ以上、好ましくは３０φμｍ／ｓ以上に設定すると良い。尚、砥石４の衝突速度が速すぎるとボア内周面Ｗ１を損傷する恐れがあるため、衝突速度は５０φμｍ／ｓ以下に設定すると良い。尚、φμｍ／ｓは、ホーニングヘッドＨの直径方向寸法（図２にＬで示す）の１秒あたりの広がり量を示し、一の砥石４の変位量の２倍に相当する。
【００２６】
（３）切り込み工程Ｓ３
上記目立て工程Ｓ２で砥石４をボア内周面Ｗ１に衝突させた後、ホーニングヘッドＨを軸方向で往復させながら回転させてボア内周面Ｗ１を研削する。このとき、ロッド６を押し下げながら研削を行うことで、砥石４をボア内周面Ｗ１に切り込ませながら研削が行われる。上記のように、切り込み工程Ｓ３の直前で砥石４の目立てが行われているため、切れ味の鋭い砥石４で切り込みを行うことができる。
【００２７】
具体的に、切り込み工程Ｓ３は、図４に示すように、砥石４の切り込み圧をＰ１から徐々に高めながらボア内周面Ｗ１を研削する予備切り込みステップＳ３１と、切り込み圧をＰ２に維持しながらボア内周面Ｗ１を研削する第１切り込みステップＳ３２と、切り込み圧をＰ３（＜Ｐ２）に維持しながらボア内周面Ｗ１を研削する第２切り込みステップＳ３３とを有する。何れのステップでも、砥石４を外径側に突出させながら、すなわち砥石４をボア内周面Ｗ１に切り込ませながら、研削が行われる。
【００２８】
（４）スパークアウト工程Ｓ４
切り込み工程Ｓ３が終了したら、ホーニングヘッドＨを回転・昇降させながら、砥石４を僅かに後退させ、切り込み圧をＰ４（＜Ｐ３）とする。この状態で砥石４の径方向位置を固定し、ボア内周面Ｗ１を研削する。
【００２９】
スパークアウト工程Ｓ４では、上記のように砥石４の径方向位置が固定されているため、砥石４がボア内周面Ｗ１に切り込むことはないが、ボア内周面Ｗ１の弾性縮径（スプリングバック）により、砥石４とボア内周面Ｗ１とが圧接され、研削が行われる。このため、スパークアウト工程Ｓ４の初期は、砥石４とボア内周面Ｗ１とが比較的強い力で圧接されているが、ボア内周面Ｗ１が研削されるにつれて圧接力が徐々に小さくなる（図４では、簡略化して一定圧力Ｐ４で示している）。これにより、ボア内周面Ｗ１に砥石４がほとんど押し付けられることなく研削が行われるため、ボア内周面Ｗ１の表面で塑性流動が起こりにくく、鮮明なクロスハッチが得られる。特に、上記の目立て工程Ｓ２を経た切れ味の鋭い砥石４でスパークアウト工程Ｓ４を施すことで、塑性流動がより一層起こりにくくなり、より鮮明なクロスハッチが得られる。また、スパークアウト工程Ｓ４において、ホーニングヘッドＨをボア内周面Ｗ１で軸方向に複数回（好ましくは３回以上）往復させることで、さらに鮮明なクロスハッチが得られる。一方、ホーニングヘッドＨを６回以上往復させても、ボア内周面Ｗ１のスプリングバックがほぼ完了しているため、砥石４がボア内周面Ｗ１と接触せず、研削がほとんど施されない。以上より、ホーニングヘッドＨの往復回数は３〜５回が適当であり、中でも加工時間が短い３回が最適である。
【００３０】
以上により、シリンダヘッドのボア内周面Ｗ１のホーニング加工が完了する。本発明のホーニング加工方法による仕上げ加工が施されたボア内周面Ｗ１は、水溶性潤滑剤の環境下であっても鮮明なクロスハッチを得ることができる。
【実施例１】
【００３１】
本発明の有用性を確認するために、本発明に係るホーニング加工方法が施されたワーク内周面（実施例）と、従来のホーニング加工方法が施されたワーク内周面（比較例１，２）とを用意し、それぞれの耐スカッフ性を評価した。具体的には、ワークの内周面にリング体（図示省略）を押し付けて摺動させ、その摺動抵抗が急激に高まるまでの時間を計測した。実施例及び比較例１，２における諸元は、下記の表１に示すとおりである。
【表１】
2011125952.tif 000003
【００３２】
結果を図７に示す。この結果から、本発明の実施例に係るホーニング加工が施されたワークは、ＤＩＡ砥石を用いた比較例１の２倍程度の耐スカッフ性が得られることが明らかとなった。また、実施例では、水溶性潤滑剤を用いたにも関わらず、油性潤滑剤環境下でＧＣ砥石を用いた比較例２と同等の耐スカッフ性が得られることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００３３】
１     ヘッド本体
２     回転軸
３     シュー
４     砥石
４ａ   砥粒
５     テーパコーン
６     ロッド
Ｄ     研削屑
Ｈ     ホーニングヘッド
Ｓ１   ヘッド挿入工程
Ｓ２   目立て工程
Ｓ３   切り込み工程
Ｓ３１ 予備切り込みステップ
Ｓ３２ 第１切り込みステップ
Ｓ３３ 第２切り込みステップ
Ｓ４   スパークアウト工程
Ｗ     シリンダブロック
Ｗ１   ボア内周面
【図１】
2011125952.tif 000004
【図２】
2011125952.tif 000005
【図３】
2011125952.tif 000006
【図４】
2011125952.tif 000007
【図５】
2011125952.tif 000008
【図６】
2011125952.tif 000009
【図７】
2011125952.tif 000010