(57)【要約】【課題】簡単な構成で、確実且つ容易に加工効率を向上させると共に設備コストを低減させることができるエンジンブロックのボア内面の加工方法を提供する。【解決手段】第１の形状精度までボアの下穴Ｂの内面を加工する荒ボーリング加工工程を行い、次いで、切削工具１を自転させてこの切削工具１に設けられた加工刃具３により断続的に切削加工を行いつつ、下穴Ｂの内面に沿って所定の径で公転移動させることにより第２の形状精度まで下穴Ｂの内面を切削加工する仕上ボーリング加工工程を行い、その後、所望する形状精度に下穴Ｂの内面を研削加工する仕上ホーニング加工工程を行う。さらに、荒ボーリング加工工程または仕上ボーリング加工工程を行う際に、下穴Ｂの端部の開口で切削工具１の公転移動径を漸次変更しながら軸方向に移動させて、面取り加工を連続して行う。【選択図】    図２
2004181607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンブロックに形成されたボアの内面を加工する方法であって、
切削工具を自転させつつボアの内面に沿って所定の径で公転移動させて切削工具に設けられた刃具により断続的に切削加工して所定の形状精度までボアの内面を加工するボーリング加工工程を行い、
その後、所望する形状精度にボアの内面をホーニング加工するホーニング加工工程を行うことを特徴とするエンジンブロックのボア内面の加工方法。
【請求項２】
ボーリング加工工程に先だって、予備形状精度までボアの内面を予め加工する予備ボーリング加工工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンブロックのボア内面の加工方法。
【請求項３】
切削工具の公転移動径を変更して、表面取り加工と裏面取り加工の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンブロックのボア内面の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンブロックのボア内面の加工方法に関し、特に、荒ボーリング加工によりエンジンブロックに形成されたボアの内面を加工する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンブロックのボア内面の加工方法に関する従来の技術としては、一般に、ダイカスト法などにより成形されたシリンダブロックのボアとなる下穴をボーリング加工し、その後、精密仕上のために、ホーニング加工を行っている。
図４にも示すように、ボーリング加工では、中仕上加工工程（荒ボーリング加工工程Ｓ１０）の後、ファインボーリング仕上加工工程（仕上ボーリング加工工程Ｓ２０）を行い、ホーニング加工では、荒仕上ホーニング加工工程Ｓ３０と、仕上ホーニング加工工程Ｓ４０との２工程で、合計４工程を行うことが知られている（特許文献１あるいは特許文献２の従来の技術を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８‐２６７３５３号公報
【特許文献２】
特開平９−２５４０１１号公報
【０００４】
特許文献２には、ファインボーリング仕上加工工程Ｓ２０に用いられるボーリング手段として、加工チップ（加工刃具）が取付けられた回転自在な加工スピンドルを備え、当該加工スピンドルは軸線方向に進退移動自在に設けられていることが記載されている（段落番号０００５）。すなわち、従来のファインボーリング仕上加工工程では、図５に示すように、加工工具１’の中心軸線Ｇ’がボアとなる下穴Ｂの中心軸線Ｋと一致し、加工刃具３’が下穴Ｂの内面に常時接した状態で連続して切削加工を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１および特許文献２にあっては、ホーニング加工における加工効率が悪い部位について、仕上ホーニング加工工程Ｓ４０での研削加工が他の部位に比べて少なくなるようにすべくテーパ形状として仕上ホーニング加工工程Ｓ４０が完了したときに他の部位と合わせ全体として均一化するために、その従来の技術において一般的に荒ホーニング加工工程Ｓ３０で他の部位よりも研削を多量に行っていたのに対して、仕上ボーリング加工工程Ｓ２０での切削加工を他の部位よりも多量に行うことにより、先に述べた荒ホーニング加工工程Ｓ３０を不要にしようとするものであった。
【０００６】
そして、従来のファインボーリング加工工程Ｓ２０では、図５に示したように、加工刃具３’が下穴Ｂの内面に常時接した状態で連続して切削加工を行うものであったため加工刃具３’の摩耗が早く、また、摩擦により温度が上昇することから、切削加工速度が制限されて加工効率を向上させることができないという問題や、切削液を供給しなければならず設備コストがかかるなどの問題があった。
また、従来の荒ホーニング加工工程Ｓ３０では、目の粗い砥石によって下穴Ｂの内面の表面に塑性流動層が厚く形成されるため、後の仕上ホーニング加工工程Ｓ４０での取り代が増大し、エンジンブロックＷを構成する素材に無駄が生じると共に、加工効率が低下するという問題もあった。
【０００７】
さらに、エンジンブロックＷのボアの両端開口には、通常、ピストンなどの組立て便宜のために、それぞれ面取り部Ｂａ、Ｂｂ（図３を参照）が形成されるが、従来の技術にあっては加工径の変更が困難であるため、一般に荒ボーリング加工工程Ｓ１０に先立って専用の設備によって下穴の下端開口に面取り部Ｂｂを形成しておき（裏面取り）、主軸またはホルダの所定の軸方向位置に表面取り部形成用刃具を設けて、荒ボーリング加工工程Ｓ１０または仕上ボーリング加工工程Ｓ２０を行い、工具１’を軸方向に下降させたときに表面取り部形成用刃具が下穴Ｂの上端開口の表面取りを行うようにしていた。そのために、設備を簡略化することができず、工程数が多く煩雑であるという問題もあった。
【０００８】
本発明は、上述した問題を優位に解決するためになされたもので、簡単な構成で、確実且つ容易に加工効率および加工形状精度を向上させると共に設備コストを低減させることができるエンジンブロックのボア内面の加工方法を提供することを目的としたものである。
また、本発明は、上述した問題を優位に解決するためになされたもので、簡単な構成で、確実且つ容易に下穴に面取りを施すことができるエンジンブロックのボア内面の加工方法を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１のエンジンブロックのボア内面の加工方法に係る発明は、上記目的を達成するため、エンジンブロックに形成されたボアの内面を加工する方法であって、切削工具を自転させつつボアの内面に沿って所定の径で公転移動させて切削工具に設けられた刃具により断続的に切削加工して所定の形状精度までボアの内面を加工するボーリング加工工程を行い、その後、所望する形状精度にボアの内面をホーニング加工するホーニング加工工程を行うことを特徴とするものである。
また、請求項２のエンジンブロックのボア内面の加工方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明において、ボーリング加工工程に先だって、予備形状精度までボアの内面を予め加工する予備ボーリング加工工程を行うことを特徴とするものである。
さらに、請求項３のエンジンブロックのボア内面の加工方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１または２に記載の発明において、切削工具の公転移動径を変更して、表面取り加工と裏面取り加工の少なくとも一方を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１の発明では、ボーリング加工工程において、切削工具を自転させつつボアの内面に沿って所定の径で公転移動させて切削工具に設けられた刃具により断続的に切削加工して、所望する形状精度に満たない所定の形状精度にボア内面を切削加工する。切削刃具は断続的に切削加工を行うためにその摩耗が抑えられると共に温度上昇することがないので、加工効率を向上させることが可能となり、また、従来の技術のように切削液を必要としないので、ドライ加工が可能となる。そして、本発明のボーリング加工工程では切削刃具が断続的に無理なく切削加工を行うために、形成された所定の形状精度は、従来の技術の荒ホーニング加工工程と略同じくらいのレベルの形状精度となる。したがって、本発明では、従来の技術の荒ホーニング加工工程を行う必要がないため、ボーリング加工工程の後にホーニング加工工程を行って所望する加工精度のボアを少ない設備で容易に形成する。
請求項２の発明では、請求項１に記載の発明において、ボーリング加工工程に先だって、予備形状精度までボアの内面を予め加工する予備ボーリング加工工程を行う。これにより、ボーリング加工工程で所定の形状精度までボアの内面を確実に加工することが可能となる。
請求項３の発明では、請求項１または２に記載の発明において、仕上ホーニング加工工程を行う際に、ボアの端部の開口において切削工具の公転移動径を漸次変更しながら軸方向に移動させることにより、表面取り加工と裏面取り加工の少なくとも一方を連続して行うことが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のエンジンブロックのボアの内面の加工方法の実施の一形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。なお、同一符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明のエンジンブロックＷのボアの内面の加工方法は、概略、切削工具１を自転させつつボアとなる下穴Ｂの内面に沿って所定の径で公転移動させて切削工具１に設けられた刃具３により下穴Ｂの内面を断続的に切削加工して、所定の形状精度までボアの内面を加工するボーリング加工工程Ｓ１を行い、その後、所望する形状精度に下穴Ｂの内面を研削加工するホーニング加工工程Ｓ２を行うものである。
また、本発明のエンジンブロックＷのボアの内面の加工方法は、この実施の形態の場合、ボーリング加工工程Ｓ１に先だって、予備形状精度まで下穴Ｂの内面を予め加工する予備ボーリング加工工程Ｓ０を行っておくものである。
さらに、本発明のエンジンブロックＷのボアの内面の加工方法は、予備ボーリング加工工程Ｓ０またはボーリング加工工程Ｓ１を行う際に、下穴Ｂの端部の開口において切削工具１の公転移動径を漸次変更しながら軸方向に移動させて、表面取り加工と裏面取り加工（図３を参照）の少なくとも一方を連続して行い、面取り部Ｂａ、Ｂｂの少なくとも一方を形成するものである。
【００１２】
図１は、本発明により行われる各工程を概念的に示したブロック図であり、図２は、ボーリング加工工程Ｓ１で、ボアとなる下穴Ｂの内面を断続的に切削加工するための加工刃具として複数の切刃３が設けられた切削工具１の、自転と下穴Ｂの内面に沿って移動する公転を概念的に説明するための底面図であり、図３は、ボーリング加工工程Ｓ１に用いられるボーリング装置の構成の概略を説明するために示した断面図である。
【００１３】
図３に示すように、この実施の形態で仕上ボーリング加工工程で使用されるボーリング装置は、切削工具１が、ホルダ２の先端部の外周に切刃３を複数設けた構成とされている。工具１のホルダ２は、主軸４の先端に取付けられて、その中心軸線Ｇ回りに回転駆動されると共に、公転径調整機構６によってハウジング５の中心軸線（下穴Ｂの中心軸線の延長線上に配置される）Ｋに対して所定量偏心するように調整された状態で所定の速度で主軸４の中心軸線Ｇが中心軸線Ｋの周りを回転する、すなわち公転するように駆動される。
【００１４】
公転径調整機構６は、図３に示した実施の形態の場合、軸受７、７を介して主軸４をその中心軸線Ｇ回りに回転可能に担持する偏心軸８と、軸受９、９を介して偏心軸８をその中心軸線Ｈ回りに回転可能に担持すると共にハウジング５に対してその中心軸線Ｋ回りに回転可能に支持された公転軸１０とを備えた構成とされている。公転軸１０は、その外周面と内周面とが偏心するように成形されてなるもので、その外周面の中心軸線Ｈ回りにハウジング５に対して回転駆動される。偏心軸８は、その外周面と内周面とが偏心するように成形されてなるもので、通常の状態では公転軸１０と共に回転される。公転軸１０と偏心軸８とが相対的に軸周りに回転することによって、主軸４に取付けられた工具１の中心軸線Ｇの偏心量が、すなわち切削工具１の公転径が変更される。
【００１５】
このように構成されたボーリング装置は、ハウジング５の中心軸線Ｋが下穴Ｂの中心軸線と同軸となるように位置決めされた状態でその中心軸線Ｋに沿って昇降移動される（図３の場合Ｚ方向）。そして、図２に示すように、工具１が自転駆動されると共に公転駆動されることによって、各切刃３が下穴Ｂの内面に対して断続的に接して切削加工を行うこととなる。また、切刃３が下穴Ｂの端部開口近傍で中心軸線Ｋに沿って昇降移動しつつ、公転径調整機構６によって工具１の公転径が変更されることにより、下穴Ｂの内面のボーリング加工工程と連続して表面取り部Ｂａを形成するための加工と裏面取り部Ｂｂを形成するための加工の少なくとも一方を行うことができる。
【００１６】
ダイカスト法などによって成形されたエンジンブロックＷのボアとなる箇所には下穴Ｂが形成されている。本発明の方法では、成形されたエンジンブロックのボアとなる下穴の形状精度からボーリング加工工程で所定の形状精度に切削加工することが困難である場合など、必要あるときには予備ボーリング加工工程Ｓ０（図１）で、従来から用いられているボーリング装置または上述したボーリング装置を使用して、下穴Ｂの内面を予備の形状精度まで切削加工する。なお、予備の形状精度とは、ダイカスト法などによって成形されたままのエンジンブロックＷの下穴Ｂの形状精度からホーニング工程Ｓ２で研削加工される最終的なボアの形状精度までの間であって、後のボーリング加工工程Ｓ１で所定の形状精度に切削加工する可能性を残した形状精度をいう。また、成形されたエンジンブロックのボアとなる下穴の形状精度が比較的良好である場合には、予備ボーリング加工工程Ｓ０を行うことなく、最初に上述したボーリング装置などを使用してボーリング加工工程Ｓ１を行う。
【００１７】
上述したように構成されたボーリング装置を用いてボーリング加工工程Ｓ１を行って下穴Ｂの内面を所定の形状精度まで切削加工するとき、ボーリング装置は、下穴Ｂの内面を切削加工するための切削工具１の公転径に応じて公転軸１０と偏心軸８との相対的な回転が決定されて、中心軸線Ｋから偏心している。また、ハウジング５は、その中心軸線Ｋが下穴Ｂの中心軸線の延長線上に位置するように位置決めされて、中心軸線Ｋ方向に沿って昇降移動される。そのため、工具１がその中心軸線Ｇ回りに自転駆動されると共に、ハウジング５の中心軸線Ｋ回りに公転駆動されて下穴Ｂの内面に沿って周方向および軸方向（Ｚ方向）に移動して、下穴Ｂの内面が所定の形状精度まで切削加工される。このとき、本発明では、各切刃３が切削工具１の自転によって下穴Ｂの内面に断続的に接して切削加工を行うことになる。
【００１８】
後述する実施例で明白となるように、本発明のボーリング加工工程（図１のＳ１）による下穴Ｂの所定の形状精度は、従来の荒ホーニング加工工程（図４のＳ３０）による下穴Ｂの形状精度と同等のレベルとなる。そのため、本発明では、切削工具を自転させつつボアの内面に沿って所定の径で公転移動させて切削工具に設けられた刃具により断続的に切削加工することにより、所定の形状精度までボアの内面を加工する、という簡単な単一のボーリング加工工程Ｓ１を行うだけで、連続して刃具３’により切削加工を行う従来の仕上ボーリング加工工程（図４のＳ２０）と荒ホーニング加工工程（図４のＳ３０）との２つの工程と同等の形状精度を得ることができる。したがって、従来の仕上ボーリング加工工程（図４のＳ２０）と荒ホーニング加工工程（図４のＳ３０）との２つの工程に替えて、本発明のボーリング加工工程（図１のＳ１）を単独で行うだけで済むこととなり、工程数およびそのための設備が低減して効率が向上する。
【００１９】
さらに、本発明では、切刃３’が常に下穴Ｂの内面に接して連続切削加工を行うの従来の技術（図５を参照）と比較して、切刃３の摩耗が抑えられることから寿命が延び、また、下穴Ｂの内面から離れている間に冷却されるために温度上昇することがないことから切削工具１の自転と公転の少なくとも一方の速度を上昇させることが可能となって切削効率を向上させることができ、しかも、冷却を目的としたクーラントなどの切削液を供給する必要がなくなるため、ドライ加工が可能となり、設備コストを低減させることができる。
なお、ボーリング加工工程（Ｓ１）において切削加工された下穴Ｂの面粗さは、切刃３が設けられた主軸４の自転と偏心軸８および公転軸１０の回転による公転との回転比率、ホルダ２に設ける切刃３の数、あるいは、公転軸１０の一回転当りのハウジング５の軸方向（Ｚ方向）の移動速度（工具１の一公転当りの軸方向速度）などを制御することによって要求されるレベルに調整することができる。
【００２０】
本発明のボーリング加工工程（Ｓ１）が完了すると、続いてホーニング加工工程（図１のＳ２）を行い、内面が最終的に所望する形状精度に仕上げられたボアを形成する。すなわち、ボアの内面には、仕上ホーニング用の砥石により油溝として機能するクロスハッチが形成される。また、本発明によるボーリング加工工程（Ｓ１）では、従来の技術のように除去が必要となる塑性流動層が厚く形成されないため、ホーニング加工工程（Ｓ２）での研削加工による必要取り代を少なくすることができ、加工効率を向上させることができる。
【００２１】
なお、上述したように構成されたボーリング加工装置（図３）を用いて下穴Ｂの内面を切削加工するときに、下穴Ｂの上方端と下方端の少なくとも一方の開口に工具１が位置するとき、公転径調整機構６の公転軸１０と偏心軸８とを相対的に軸周りに回転させて主軸４に取付けられた工具１の公転径を変更させながら軸方向に昇降移動させることによって、図３に示したように、表面取りと裏面取りによる面取り部Ｂａ、Ｂｂの少なくとも一方の形成を下穴Ｂの切削加工と連続して行うことができる。
【００２２】
【実施例】
以下に、本発明のボーリング加工工程（図１のＳ１）による形状精度と、従来の技術の仕上ボーリング加工工程および荒ホーニング加工工程（図４のＳ２０およびＳ３０）による形状精度との実施例を比較するために示す。
従来の技術（図５）によって仕上ボーリング加工工程（図４のＳ２０）が行われた下穴Ｂの形状精度は、真円度が下穴Ｂの上方位置で６．５μｍ、中間位置で６．２μｍ、下方位置で９．０μｍ、平行度がＸ方向で１０．２μｍ、Ｙ方向で９．０μｍ、円筒度が２１．５μｍ、表面粗さが９．３Ｒｚ（旧ＪＩＳ）、表面硬度がＨｖ３０５であった。
また、従来の荒ホーニング加工工程（図４のＳ３０）が行われた下穴Ｂの形状精度は、真円度が下穴Ｂの上方位置で５．８μｍ、中間位置で５．６μｍ、下方位置で５．４μｍ、平行度がＸ方向で６．９μｍ、Ｙ方向で７．０μｍ、円筒度が８．７μｍ、表面粗さが７．４Ｒｚ（旧ＪＩＳ）、表面硬度がＨｖ３０２であった。
【００２３】
これに対して、本発明のボーリング加工工程（図１のＳ１）による下穴Ｂの形状精度は、真円度が下穴Ｂの上方位置で５．８μｍ、中間位置で４．０μｍ、下方位置で６．５μｍ、平行度がＸ方向で５．５μｍ、Ｙ方向で７．５μｍ、円筒度が１０．７μｍ、表面粗さが４．１Ｒｚ（旧ＪＩＳ）、表面硬度がＨｖ２４２であった。
【００２４】
以上のことから明白であるように、本発明のボーリング加工工程（図１のＳ１）による下穴Ｂの形状精度は、従来の荒ホーニング加工工程（図４のＳ３０）による下穴Ｂの形状精度と同等のレベルとなる。したがって、従来の仕上ボーリング加工工程（図４のＳ２０）と荒ホーニング加工工程（図４のＳ３０）との２つの工程は、本発明におけるボーリング加工工程（図１のＳ１）単独に替えることができ、したがって、工程数は少なくすることができる。
【００２５】
【発明の効果】
発明によれば、簡単な構成で、確実且つ容易に加工効率をおよび加工形状精度向上させると共に設備コストを低減させることができるエンジンブロックのボア内面の加工方法を提供することができる。
また、本発明によれば、簡単な構成で、確実且つ容易に下穴の加工と連続して面取りを施すことができるエンジンブロックのボア内面の加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンジンブロックのボア内面の加工方法の手順を示すブロック図である。
【図２】本発明の仕上ボーリング加工工程に用いられるボーリング装置の工具の下穴に対する自転と公転の動きを説明するための概念図である。
【図３】仕上ボーリング加工工程に用いられるボーリング装置の実施の一形態を示す断面図である。
【図４】従来のエンジンブロックのボア内面の加工方法の手順を示すブロック図である。
【図５】従来の仕上ボーリング加工工程に用いられるボーリング装置の工具の下穴に対する動きを説明するための概念図である。
【符号の説明】
Ｗ      エンジンブロック
Ｂ      ボアの下穴
１      切削工具
３      切刃（加工刃具）
Ｋ      ハウジングの中心軸線
Ｈ      工具の中心軸線
Ｓ０    予備ボーリング加工工程
Ｓ１    ボーリング加工工程
Ｓ２    ホーニング加工工程
【図１】
2004181607.tif 000003
【図２】
2004181607.tif 000004
【図３】
2004181607.tif 000005
【図４】
2004181607.tif 000006
【図５】
2004181607.tif 000007