(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工ライン上を搬送される円筒内面を備えたワークに対し、砥石を備えたホーニングヘッドを、軸方向に移動させつつ回転させて前記円筒内面を研削加工するホーニング加工方法において、荒加工工程で、荒加工砥石を備えたホーニングヘッドを用いて前記円筒内面に対して荒加工を行った後、アイドル工程で、前記荒加工工程で使用したホーニングヘッドを、前記円筒内に対して引き抜き、挿入しない状態で、前記ワークに対して冷却液を供給しつつ、前記ワークを所定時間放置してスプリングバックを発生させ、その後の仕上げ加工工程で、仕上げ加工砥石を備えたホーニングヘッドを前記荒加工工程とは逆方向に回転させて、前記荒加工工程で発生した塑性流動を打ち消すようにホーニング加工を行い、前記ワークの円筒内面に黒鉛を露出させることを特徴とするホーニング加工方法。
【請求項２】
前記冷却液の温度は、前記荒加工工程および前記仕上げ加工工程で使用する冷却液の温度と同等とすることを特徴とする請求項１記載のホーニング加工方法。
【請求項３】
前記アイドル工程でのワークの放置時間は、少なくとも３０秒であることを特徴とする請求項１または２に記載のホーニング加工方法。
【請求項４】
加工ライン上を搬送される円筒内面を備えたワークに対し、砥石を備えたホーニングヘッドを、軸方向に移動させつつ回転させて前記円筒内面を研削加工するホーニング加工装置において、前記加工ラインは、荒加工砥石を備えたホーニングヘッドを用いて前記円筒内面に対して荒加工を行う荒加工工程と、仕上げ加工砥石を備えたホーニングヘッドを用いて前記円筒内面に対して仕上げ加工を行う仕上げ加工工程とを同一ライン上に備え、前記荒加工工程と前記仕上げ加工工程との間に、前記荒加工工程で使用したホーニングヘッドを、前記円筒内に対して引き抜き、挿入しない状態で、前記ワークに対して冷却液を供給しつつ、前記荒加工後のワークを所定時間放置してスプリングバックを発生させるアイドル工程を設け、前記仕上げ加工工程は、前記ホーニングヘッドの回転方向が前記荒加工工程と逆方向であり、前記荒加工工程で発生した塑性流動を打ち消すようにして前記ワークの円筒内面に黒鉛を露出させることを特徴とするホーニング加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工ライン上を搬送される円筒内面を備えたワークに対し、砥石を備えたホーニングヘッドを、軸方向に移動させつつ回転させて前記円筒内面を研削加工するホーニング加工方法および加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒内面を備えたワークとして、例えばシリンダブロックのシリンダボアは、エンジン性能を決定する重要部位であるため、形状精度と面性状に対する要求が高い。形状精度としては、ピストン摺動抵抗を低減させるため、真円度および円筒度を可能な限り高精度にすることが求められる。また、面性状はピストンの焼き付き（スカッフ）を低減させるために、オイルを保持できる面粗さの確保と、固定潤滑剤である黒鉛がボア表面にできるだけ多く露出していることが望ましい。
【０００３】
これらの条件を満足させるため、図８に示すように、シリンダボア１のボア内周面に対しては、砥石３を備えたホーニングヘッド５を挿入し、このホーニングヘッド５を回転かつ軸方向移動させて研削加工を行うホーニング加工を実施している（下記特許文献１，２参照）。上記した砥石３は、円周方向に複数備えており、半径方向外側、つまりシリンダボア１のボア内周面に向けて、所定の拡張圧にて押し付けながら加工を行うようになっている。
【０００４】
上記したホーニング加工では、その前処理であるボーリング加工での面粗さを除去するため、ある一定量の取り代が必要となる。このため、通常ではホーニング加工時間を最小にするため、取り代の大部分を研削能率が高い荒ホーニング加工で行い、荒ホーニング加工後、形状精度および面性状向上を狙った研削能率が低い仕上げホーニング加工を行っている。
【特許文献１】特開平５−５７５９７号公報
【特許文献２】特開平５−５７５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、荒ホーニング加工時には、上記したように取り代を多くするため、砥石３のシリンダボア１に対する押し付け圧力である拡張圧による変形が大きなものとなっている。図９（ａ）は荒ホーニング加工時でのシリンダボア１の変形状態を示している。これによれば、シリンダボア１の図中で上部の開口側が半径方向外側へ大きく広がる一方、図中で下部側の内径が小さくなるよう変形している。
【０００６】
この変形状態で、砥石３による拡張圧を解除し、ワークを放置すると、押し付けられていたシリンダボア１の内周面が中心側に戻る作用、すなわち矢印Ｓで示すスプリングバックが発生し、例えば図９（ｂ）のような形状となる。
【０００７】
ところが、上記図９（ａ）のように変形した状態のまま継続してその後の仕上げホーニング加工を行うと、この加工中に、上記したスプリングバックの影響を受けて、高精度な形状確保が困難になる上、固定潤滑剤である黒鉛のボア表面への露出度が不充分になるという問題がある。
【０００８】
そこで、この発明は、特に固定潤滑剤である黒鉛の加工表面への露出度を充分なものとすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、加工ライン上を搬送される円筒内面を備えたワークに対し、砥石を備えたホーニングヘッドを、軸方向に移動させつつ回転させて前記円筒内面を研削加工するホーニング加工方法において、荒加工工程で、荒加工砥石を備えたホーニングヘッドを用いて前記円筒内面に対して荒加工を行った後、アイドル工程で、前記荒加工工程で使用したホーニングヘッドを、前記円筒内に対して引き抜き、挿入しない状態で、前記ワークに対して冷却液を供給しつつ、前記ワークを所定時間放置してスプリングバックを発生させ、その後の仕上げ加工工程で、仕上げ加工砥石を備えたホーニングヘッドを前記荒加工工程とは逆方向に回転させて、前記荒加工工程で発生した塑性流動を打ち消すようにホーニング加工を行い、前記ワークの円筒内面に黒鉛を露出させることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、仕上げ加工では荒加工とは逆方向にホーニングヘッドを回転させるので、仕上げ加工で発生する加工面の塑性流動が、荒加工時での塑性流動とは逆方向に発生して荒加工時での塑性流動を打ち消す作用が働き、仕上げ加工での塑性流動が小さくなるとともに、微小なバリの発生も抑制されて、高精度な加工面を得ることができ、ワークの加工面に黒鉛を露出させることができて該加工面の潤滑性能を高めることができる。
また、荒加工工程と仕上げ加工工程との間にワークを所定時間放置するアイドル工程を備えているので、このアイドル工程中に冷却液が供給されてワークのスプリングバックによる変形が発生し、その後の仕上げ加工でのスプリングバックによる影響を排除でき、高精度な形状確保および高い黒鉛露出度が達成される。そして、このアイドル工程は、荒加工工程と仕上げ加工工程との間の同一ライン上に設定されているので、別途専用の放置スペースが不要になるとともに、無駄時間の発生もなく、加工時間の延長が回避されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の一形態に係わるホーニング加工方法を示している。（ａ）は、ホーニング加工における荒加工工程で、（ｃ）は、ホーニング加工における仕上げ加工工程である。そして、荒加工工程（ａ）と仕上げ加工工程（ｃ）との間に、ワークを所定時間放置するアイドル工程（ｂ）を設けてあり、これら各工程は、同一の加工ライン上に設定されている。この同一ライン上を、ワークとして、円筒内面を備えたエンジンのシリンダブロック１１が、荒加工工程（ａ），アイドル工程（ｂ），仕上げ加工工程（ｃ）の順に搬送される。
【００１３】
上記図１（ａ）の荒加工工程で示すように、シリンダブロック１１のシリンダボア１３内には、ホーニングヘッド１５が挿入されている。ホーニングヘッド１５の外周部には、図中で上下方向に長い直方体状の荒加工砥石１７が、円周方向に沿って等間隔に複数設けてある。
【００１４】
この荒加工砥石１７は、図示しない拡張圧機構によってシリンダボア１３の内周面に向けて所定の拡張圧力Ｔ1で押し付け可能となっている。このような荒加工砥石１７を備えたホーニングヘッド１５は、図中で上下方向の軸方向に移動しつつ回転しながら、シリンダボア１３の内周面に対して荒ホーニング加工を行う。
【００１５】
上記したシリンダブロック１１は、図１（ｃ）の仕上げ加工においては、仕上げ加工砥石１９を備えたホーニングヘッド２１を用いて、シリンダボア１３が仕上げ加工される。この仕上げ加工砥石１９も、前記した荒加工砥石１７と同様に、図中で上下方向に長い直方体状のものが、円周方向に沿って等間隔に複数設けられるとともに、図示しない拡張圧機構によってシリンダボア１３の内周面に向けて所定の拡張圧力Ｔ２で押し付け可能となっている。
【００１６】
このような仕上げ加工砥石１９を備えたホーニングヘッド２１も、荒加工時と同様に軸方向に移動しつつ回転するが、この回転方向は、荒加工時とは逆方向となっている。
【００１７】
そして、上記した各工程（ａ），（ｂ），（ｃ）には、シリンダボア１３内に冷却液としてのクーラントを供給するクーラントノズル２３，２５，２７がそれぞれ設置されている。上記した各クーラントノズル２３，２５，２７には、共通のクーラント供給源２９から配管３１を介して供給される。
【００１８】
荒加工工程（ａ）でシリンダボア１３に対して荒加工がなされたシリンダブロック１１は、次のアイドル工程（ｂ）へ搬送され、ここで所定時間として６０秒間放置される。この放置されている間には、その前後の荒加工工程（ａ）および仕上げ加工工程（ｃ）にて、他のシリンダブロックに対して荒加工および仕上げ加工がそれぞれなされている。なお、アイドル工程（ｂ）でのシリンダブロック１１の放置時間は、少なくとも３０秒間あればよい。
【００１９】
荒加工工程（ａ）での荒加工直後は、図１（ｂ）の二点鎖線で示すように、荒加工砥石１７による拡張圧力Ｔ1によってシリンダボア１３が、前記図９（ａ）と同様に変形している。この変形状態から、次のアイドル工程（ｂ）で、シリンダボア１３内にホーニングヘッドを挿入せずに、シリンダブロック１１を放置することで、シリンダボア１３は、図１（ｂ）における実線で示すように、スプリングバックＳの作用によって収縮変形する。
【００２０】
この収縮変形後のシリンダボア１３は、図２に示すように、放置時間を６０秒とすることで、スプリングバック量がほぼ最大の状態となる。このようにスプリングバック量が最大となった状態のシリンダボア１３は、上記図１（ｂ）の実線で示すように、二点鎖線で示す荒加工直後の形状のように図中で上部の直径が大きく、下部ほど直径が小さくなる形状とは異なり、軸方向に沿って互いにほぼ同内径の凹部１３ａ，１３ｂ，…を有するとともに、この凹部に隣接する互いにほぼ同内径の凸部１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，…をそれぞれ有するものとなっている。
【００２１】
上記したように、荒加工後６０秒間放置されたシリンダブロック１１は、次の仕上げ加工工程（ｃ）へ搬送され、ここで仕上げ加工砥石１９を備えたホーニングヘッド２１を、荒加工工程（ａ）とは逆方向に回転させて、仕上げホーンニング加工を行う。
【００２２】
荒加工工程（ａ）では、多くの取り代を短時間で加工するため、拡張圧力Ｔ1を仕上げ加工時の拡張圧力Ｔ２よりも数倍以上にして行う。このため、荒加工後のシリンダブロック１１のスプリングバックが非常に大きく、このスプリングバックによる戻り変形がほぼほぼ最大となるまで、上記したように約６０秒要している。
【００２３】
このようなアイドル工程（ｂ）を設定することによる効果としては、以下の２点が挙げられる。
【００２４】
１点は、仕上げ加工中に、荒加工後のスプリングバックの影響が極めて小さいので、仕上げ加工単独の実力でほぼ加工精度が決定できる。他の１点は、次に示す通りである。
【００２５】
荒加工中は、シリンダボア１３が、図１（ｂ）の２点鎖線で示すように、荒加工砥石１７によって押し広げられた形状となっているが、加工終了後に６０秒放置した時点では、図１（ｂ）の実線で示すように凹部１３ａ，１３ｂ，…および凸部１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，…が発生するため、この凹凸により、仕上げ加工砥石１９の加工面への当たりが、図３に示すように局部当たりとなる。
【００２６】
このとき、仕上げ加工砥石１９は、一定力Ｆで加工面に押し付けられるので、仕上げ加工砥石１９における局部当たりしている部位の面圧は増加する。ホーニング加工は面圧の増加とともに、砥石における砥粒の加工面への食い込み量が増し、研削能率が増加する特徴を持っている。このため、加工時間は、加工面に凹凸がある場合の方が、ない場合（砥石が加工面に対して全面当たりする場合）よりも短くなる。
【００２７】
ここで、上記した加工面における凸部１３ｃ，１３ｄ，１３ｅの凹部１３ａ，１３ｂからの突出量ｈ（図３参照）は、仕上げ加工での取り代の約３０％〜５０％あり、この場合での仕上げ加工時での加工時間は、従来と比較して、約１０％低減する結果が得られている。
【００２８】
また、図４に示すように、仕上げ加工砥石１９の砥粒３３は、加工面３５への食い込み量が増加することで負荷が増加し、破粋３３ａが発生しやすくなり（砥石としてのいわゆる自生作用が活発になる）、新しい切刃３３ｂが生まれて切れ味が向上する。なお、図４中で矢印Ａで示す方向が仕上げ砥石１９の移動方向であり、符号３７は荒加工工程（ａ）で発生した塑性流動、３９はこの塑性流動３７による抵抗力（負荷）を示す。
【００２９】
これにより、研削抵抗低減→ボア変形低減・塑性流動低減→加工精度向上と、連鎖的に効果が発生する。
【００３０】
上記した仕上げ加工を継続していくと、仕上げ加工砥石１９の加工面３５への局部当たりは次第になくなり、全面当たりとなるが、砥粒３３が切れ味を保った状態であるため、加工完了（砥石が全面当たりしてからの加工完了までの加工代は、約φ１０〜１５μｍ）まで、上記した効果は継続される。
【００３１】
これらの作用により、シリンダボア１３の形状精度（真円度，円筒度）は、図５に示すように、アイドル工程（ｂ）を設けた場合の加工方法Ｃが、従来の加工方法Ａと比較して、約３０％向上する。また、シリンダボア１３の内周面への黒鉛露出度に関しては、図６に示すように、アイドル工程（ｂ）を設けた場合の加工方法Ｃは、従来の加工方法Ａに比較して、４０％の向上が見られる。
【００３２】
黒鉛露出度が向上する理由は、塑性流動の低減であるが、この件に関しては、後述する。
【００３３】
次に、仕上げ加工工程（ｃ）でのホーニングヘッド２１の回転方向を、荒加工工程（ａ）でのホーニングヘッド１５の回転方向に対して逆方向にする場合の効果を以下に述べる。
【００３４】
前述したように、荒加工工程（ａ）においては、荒加工砥石１７による拡張圧力Ｔ1は大きく、また研削能率向上のため荒加工砥石１７の砥粒の粒度が、仕上げ砥石１９に比べて大きいものを使用している。このため、図７に示すように、荒加工によって、比較的深さＬの深い塑性流動３７および微小なバリ４１を有する加工面３５となる。また、この影響で加工面３５の表面に露出しない黒鉛４３も多数発生する。
【００３５】
仕上げ加工工程（ｃ）でのホーニングヘッド２１の回転方向を荒加工に対して逆にすることは、砥粒３３が荒加工での塑性流動３７と逆目方向に動くことであり、一般的に知られている材料の引き剥がし効果が起きるとともに、仕上げ加工砥石１９の砥粒３３による塑性流動３７ａは、荒加工での塑性流動３７とは逆方向に発生するため、荒加工での塑性流動を打ち消す作用が働く。
【００３６】
これらの作用で、仕上げ加工での塑性流動３７ａは小さく、また微小なバリ４１も発生しにくい加工面３５ａを得ることができる。黒鉛４３ａも小さい塑性流動３７ａの影響を受けにくいため、表面に露出しやすくなり、黒鉛４３ａの露出度としては、図６に示すように、仕上げ逆回転を行う加工方法Ｂは、従来の加工方法Ａと比較して約２０％向上する。また、形状精度については、図５に示すように、仕上げ逆回転を行う加工方法Ｂは、従来の加工方法Ａと比較して約３０％向上する。
【００３７】
従来のように仕上げ加工を荒加工と同一方向にホーニングヘッドを回転させて加工した場合について述べると、上記の効果が得られず、仕上げ加工による効果のみとなるため、例えばコルク材を砥石に代えて用いるコルクホーニングや、仕上げ砥石よりさらに粒度の細かい砥粒を備えた砥石によるプラトーホーニング加工などの付加的な加工を行う必要があり、コスト増加を招くものとなる。
【００３８】
次に、アイドル工程（ｂ）を設けた場合と、仕上げ加工工程（ｃ）でホーニングヘッドを逆回転させる場合とを組み合わせた場合の効果について説明する。
【００３９】
アイドル工程（ｂ）を設けた場合の効果で述べたように、砥石の切れ味の向上により、研削抵抗が低減し、加工面の形状精度が向上する。これに逆回転による作用が加わると、さらに研削抵抗が低減し、図５の加工方法Ｄ（Ｂ＋Ｃ）のように、加工面の形状精度がさらに約１０％向上し、従来の加工方法Ａに比べ、トータルで４０％向上することになる。また、黒鉛露出度については、図６の加工方法Ｄ（Ｂ＋Ｃ）のように、従来の加工方法Ａに比べ、６０％の向上が見られる。
【００４０】
仕上げ加工工程（ｃ）でのホーニングヘッドの逆回転による作用は、図４に示すように、荒加工での塑性流動３７に打ち勝つように仕上げ加工砥石１９の砥粒３３が動くことによる研削抵抗（負荷）３９の増加と、材料の引き剥がし効果による研削抵抗低減とがほぼ同等になり、トータルとしての研削効率が充分ではない。
【００４１】
しかし、アイドル工程（ｂ）による作用に、上記した逆回転による作用が加わると、塑性流動の抵抗分が砥粒にさらなる負荷３９となり、アイドル工程（ｂ）を設けただけでは自生作用を受けなかった砥粒までが自生することになり、切れ味の良い砥粒がさらに増加する。この結果、研削抵抗がアイドル工程（ｂ）を設けただけのときよりも低減され、加工面の形状精度が向上するのである。
【００４２】
このような形状精度の向上には、荒加工工程（ａ）での荒加工砥石１７の拡張速度を低下させることもなく、また仕上げ加工時間を長くすることもしていないので、加工時間の延長は回避されている。
【００４３】
次に、アイドル工程（ｂ）でクーラントを供給することによる効果を説明する。
【００４４】
アイドル工程（ｂ）では、図１に示したように、共通のクーラント供給源２９から、荒加工工程（ａ），アイドル工程（ｂ），仕上げ加工工程（ｃ）のすべてに同一温度条件のクーラントを供給するようにしている。荒加工後のアイドル工程（ｂ）でワークを単に放置したのでは、クーラントを供給している荒加工の後に、急激な温度変化を生じ、シリンダボア内周面のスプリングバック量が、温度変化の影響を受けて均等とならず、仕上げ加工での取り代も多く必要になることから、仕上げ加工時間も多く必要となる。
【００４５】
そこで、アイドル工程（ｂ）にてクーラントを供給することで、スプリングバック量をより均等に発生させ、これにより仕上げ加工時間の短縮が達成される。
【００４６】
なお、上記したアイドル工程（ｂ）で供給するクーラントは、荒加工工程（ａ）と仕上げ加工工程（ｃ）との共通のクーラント供給源２９を使用する必要はなく、単独のクーラント供給源を使用してもよいが、共通のクーラント供給源２９を使用することで、各工程でのクーラント温度がほぼ同等となり、アイドル工程（ｂ）にて別途専用のクーラント供給源を設ける必要がなく、装置全体の簡素化を達成することができる。
【００４７】
本発明によれば、同一ライン上の荒加工工程と仕上げ加工工程との間にワークを所定時間放置するアイドル工程を備えているので、このアイドル工程中にワークのスプリングバックによる変形が発生し、その後の仕上げ加工でのスプリングバックによる影響を排除でき、高精度な形状確保および高い黒鉛露出度が達成される。そして、このアイドル工程は、荒加工工程と仕上げ加工工程との間の同一ライン上に設定されているので、別途専用の放置スペースが不要になるとともに、無駄時間の発生もなく、加工時間の延長が回避されている。
【００４８】
また、上記したアイドル工程でワークに冷却液を供給することで、ワークの温度変化が全体として均一化し、スプリングバック量も加工面全体として均一化するので、仕上げ加工での取り代が必要以上に多くなることがなく、仕上げ加工時間の短縮化を図ることができる。
【００４９】
さらに、アイドル工程で供給する冷却液の温度を、荒加工工程および仕上げ加工工程で使用する冷却液の温度と同等とすることで、冷却液の供給源を共用でき、アイドル工程にて別途専用の冷却液供給源を設ける必要がなく、装置全体の簡素化を達成することができる。
【００５０】
また、アイドル工程でのワークの放置時間を、少なくとも３０秒とすることで、荒ホーニング加工後のスプリングバック作用による戻り変形量が充分となり、その後の仕上げ加工でのプリングバックの影響を排除することができる。ワークの放置時間が、３０秒に達していないと、図３に示すように、荒ホーニング加工後のスプリングバック作用による戻り変形量が不充分であり、その後の仕上げ加工にてプリングバックの影響を受けてしまう。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この発明の実施の一形態に係わるホーニング加工方法を示す加工工程図である。
【図２】荒加工後のワークの放置時間とスプリングバック量との相関図である。
【図３】仕上げ加工砥石の加工面への当たり状態を示す説明図である。
【図４】砥石の自生作用を示す説明図である。
【図５】加工面の形状精度を、従来例と本発明とで比較して示した説明図である。
【図６】加工面に露出する黒鉛の解放度を、従来例と本発明とで比較して示した説明図である。
【図７】加工面の面性状向上の原理を示す説明図である。
【図８】ホーニング加工を示す断面図である。
【図９】シリンダボアの断面図で、（ａ）は荒加工直後のもの、（ｂ）は荒加工後所定時間放置したものを示す。
【符号の説明】
【００５２】
１１  シリンダブロック（ワーク）
１５，２１  ホーニングヘッド
１７  荒加工砥石
１９  仕上げ加工砥石
３７  荒加工での塑性流動
３７ａ  仕上げ加工での塑性流動
４３，４３ａ  黒鉛
【図１】
0004666178.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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