(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形孔の内面をホーニング加工しクロスハッチを形成させるホーニング加工装置に取り付けて使用される砥石であって、縦長の基板の縦横方向に規則的に砥粒が配置され、かつ、基板の基準面から砥粒が離れた状態で前記基準面からの砥粒先端高さが一定範囲に揃えられ、前記基板の上部の砥粒配置の開始位置が、ホーニング加工装置のホーニングヘッドの円周方向複数箇所に取り付けられる砥石毎に異なる位置とされているホーニング加工用砥石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円形孔の内面のホーニング加工用砥石、とくに車両などのエンジンのシリンダーボア内面をホーニング加工するのに好適なホーニング加工用砥石に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両や船舶などのエンジンのシリンダーボアは、使用にともなって内面が偏摩耗するとともに、使用前に内面に形成していたクロスハッチの凹凸がなくなって鏡面化する。シリンダーボア内面が偏摩耗すると、ピストンリングとの気密性が低下し、ブローバイが発生し、ピストンリングがシリンダーボア内面をスクラッチする危険性が増す。また、シリンダーボア内面が鏡面化すると潤滑油の保持性が低下し、潤滑油の消費量および摩擦摩耗速度が増加する。このため、ある期間エンジンを使用した後に、ホーニングマシンを用いてシリンダーボア内面の偏摩耗を除去し、真円近くに修正するとともに、クロスハッチを再形成させるためのホーニング加工が行われる。
【０００３】
ホーニング加工を行うための装置としては、一般に、本体外周の円周方向複数箇所に取り付けられた砥石と、本体内部に上下動可能に挿入されたテーパコーンと、テーパコーンの下降によって砥石をシリンダーボア内面に向けて押圧するシューとを備えたホーニングヘッドと、このホーニングヘッドを回転および軸方向移動させる駆動機構を有する装置が使用される。このようなホーニング装置に使用される砥石には、通常、縦長の基板に砥粒を固着した砥石が用いられ、加工過程において、砥石が取り付けられたホーニングヘッドが回転および上下動することによって、砥石の砥粒による研削条痕が互いに交差して、ホーニング加工特有のクロスハッチがシリンダーボア内面に形成される。このクロスハッチは、シリンダーボア内面において潤滑油の保持や拡がりを助けるオイルピットの役目を果たし、その傾斜角度は、ホーニングヘッドの回転速度と上下動速度との比によって異なるが通常３０度前後の角度であり、全面にわたって傾斜角度と凹凸は均一化されていることが望ましいものである。
【０００４】
ところで、上記のようなホーニング装置では、ホーニングヘッドにはテーパコーンを上下動させる油圧シリンダーなどが接続されており、これらが一体となったユニットが回転および上下動することになる。このユニットは全体として重量が重いために、設定した所定の回転速度および上下動速度に対してユニットが追従しにくく、動きが不安定になる。この結果、シリンダーボア内面に形成されるクロスハッチは、傾斜角度が不均一で、太さも一定しておらず、不明瞭なものとなる。不明瞭なクロスハッチは、オイルピットとしての役目を十分果たせず、潤滑油の保持が十分なされないことから潤滑油消費量の増大およびピストンの初期スカッフを招く原因となる。
【０００５】
このような問題に対する方策として、ホーニング加工の最終仕上げ加工の際に、ホーニングヘッドの回転速度および軸方向移動速度を、最終仕上げ加工の前段階の加工の際の同速度より低くするようにした加工方法が提案されている（特許文献１参照）。このホーニング加工方法によれば、最終仕上げ加工の際に、砥石を支持するホーニングヘッドの回転速度および軸方向移動速度をそれぞれ低下させることで、その動きが安定化し、これによりシリンダーボア内面に形成されるクロスハッチの傾斜角度と太さが均一化する、とされている。
【特許文献１】特開平７−７５９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載のホーニング加工方法は、専らホーニングヘッドの動きに着目し、重量のあるユニットを安定した速度で回転あるいは上下動させることで、クロスハッチの傾斜角度と太さを均一化させるという方法であり、クロスハッチの不明瞭な点がある程度改善される効果があることは認められる。しかしながら、クロスハッチがオイルピットとしての役目を十分に果たし、ばらつきのないエンジン性能を発揮させるためには、クロスハッチの傾斜角度と太さの均一化だけでは不十分であり、研削条痕の間隔や深さも含めて均一化する必要がある。
【０００７】
砥粒による研削条痕の間隔や深さのばらつきは、ホーニングヘッドに取り付けられる砥石の、砥粒の配設条件に依存する。ところが、従来のホーニング装置においては、ホーニングヘッドの構造や駆動制御に関する改良に重点がおかれ、砥石に関しては、研削効率を高めるための改良のほかには、クロスハッチの均一性に係わる改良はほとんど考慮されていないのが実状である。このため、従来のホーニング砥石は、砥粒の配置にさしたる規則性はなく、また、個々の砥粒の突き出し高さのばらつきも大きく、ホーニングヘッドの回転や上下動を安定化することによってクロスハッチの傾斜角度を均一化することができたとしても、研削条痕の間隔および深さのばらつきが大きく、これがオイルピットとしての機能に影響し、ひいてはエンジン性能にばらつきを生じる原因となっている。
【０００８】
このようなクロスハッチの不均一の問題は、エンジンのシリンダーボア内面のホーニング加工に限らず、ギヤ、コンロッドのような、孔の内面にオイルピットとしてのクロスハッチの形成を必要とする円形孔のホーニング加工においても生じる問題である。
本発明の目的は、被加工面にクロスハッチを形成させるホーニング加工において、クロスハッチの傾斜角度を均一化するとともに、研削条痕の間隔および深さのばらつきを最小限にするホーニング加工用砥石を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、エンジンのシリンダーボア内面などのホーニング加工において、被加工面に形成させるクロスハッチの傾斜角度を均一化するとともに、研削条痕の間隔および深さのばらつきを最小限にするためのホーニング砥石の砥粒配設条件について鋭意検討した結果、ホーニングヘッドに取り付けられる複数個の砥石それぞれについて、ホーニングヘッドの回転速度と上下動速度および所望のクロスハッチ傾斜角度に応じて規則的に砥粒を配置することと、砥粒の先端高さを揃えることが、クロスハッチの均一性を高めるのに有効であるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち本発明のホーニング加工用砥石は、円形孔の内面をホーニング加工しクロスハッチを形成させるホーニング加工装置に取り付けて使用される砥石であって、縦長の基板の縦横方向に規則的に砥粒が配置され、かつ、基板の基準面から砥粒が離れた状態で前記基準面からの砥粒先端高さが一定範囲に揃えられ、前記基板の上部の砥粒配置の開始位置が、ホーニング加工装置のホーニングヘッドの円周方向複数箇所に取り付けられる砥石毎に異なる位置とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
砥粒を配設する縦長の基板への砥粒配設条件として、基板の縦横方向に規則的に砥粒を配置した砥石とすることにより、砥粒による研削条痕の間隔、すなわちホーニングヘッドの回転と上下動によって形成されるクロスハッチの間隔が規則的になり、たとえば基板の縦方向に一定間隔で砥粒を配置すれば、クロスハッチの間隔も一定になる。また、基板の基準面から砥粒が離れた状態で前記基準面からの砥粒先端高さを一定範囲に揃えることにより、砥粒による研削条痕の深さ、すなわちクロスハッチの深さも一定範囲に揃うことになる。ここで、使用する砥粒の粒径を一定範囲内に揃えれば、個々の研削用痕の幅も一定範囲に揃えることができる。さらに、基板上部の砥粒配置の開始位置を複数個の砥石毎に順次ずらすことにより、各砥石の各砥粒がそれぞれ一つの研削条痕をつけることとなる。かくしてクロスハッチの均一化が得られ、エンジンのシリンダーボアのホーニング加工に適用した場合は、オイルピットとしての機能が向上し、エンジン性能のばらつきを低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のホーニング加工用砥石は、従来公知のホーニング加工装置に装着して使用することができる。砥石の寸法形状はホーニング加工装置によって異なるが、どのような寸法形状の砥石であっても、本発明に従った砥粒の配設条件とすることで、均一なクロスハッチを形成することができる。
【００１３】
本発明のホーニング加工用砥石においては、従来の砥石において使用されている砥粒を使用することができる。たとえば、一般砥粒としてのＷＡ砥粒やＧＣ砥粒、超砥粒としてのダイヤモンド砥粒やｃＢＮ砥粒を使用することができる。砥粒の粒度には特に制限はないが、好ましくは粒度＃３０〜＃１４０の範囲内で、できるだけ粒径の揃った砥粒であることが望ましい。砥粒の粒径が揃っていれば、研削条痕の幅（クロスハッチの太さ）が揃うことになる。砥粒を固着する方法としては、砥粒を規則的にかつ均一に配列させる点から、電着やろう付けが好ましい。
【００１４】
砥粒の配設条件は、まず第１に、基板の縦横方向に規則的に砥粒を配置することである。砥粒の配置が不規則であると、クロスハッチの間隔が不規則になる。規則的に配置する方法としては、砥石が回転しながら上下動するときの個々の砥粒の移動軌跡が研削条痕すなわちクロスハッチになることからして、最も単純には基板の縦方向に一定間隔で砥粒を配置するのが適当である。さらに基板の横方向にも一定間隔で砥粒を配置すれば、さらに細かい間隔で均一な研削条痕を形成させることができる。
【００１５】
砥粒配設条件の第２は、基板の基準面からの砥粒先端高さを一定範囲に揃えることである。砥粒先端高さが揃っていれば、研削条痕の深さ（クロスハッチの深さ）が揃うことになる。このためには、できるだけ粒径の揃った砥粒を使用するとともに、必要に応じてツルーイングを施して、砥粒先端高さを揃えることが望ましい。
【００１６】
砥粒配設条件の第３は、ホーニングヘッドの円周方向複数箇所に取り付けられる砥石毎に、基板上部の砥粒配置の開始位置を順次ずらすことである。複数個の各砥石が同時に回転しながら上下動するときの砥粒による研削条痕がクロスハッチとなるので、砥石ごとの砥粒の配置位置が同一の場合と上下方向の配置位置を変えた場合とで、研削条痕の間隔が変わり、その結果、開始位置が同一の場合は研削条痕の間隔を均一かつ密にするには、砥石本数を増やすか、砥粒間隔を狭くするか、上下運動の速度を落とすか回転速度を高めることが必要となる。そこで、複数個の砥石毎に、基板上部の砥粒配置の開始位置を順次ずらすことにより、同一条件でも研削条痕を密に形成できる。砥粒配置の開始位置をどの程度ずらすかは、ホーニングヘッドの回転速度と上下動速度および砥粒間隔にもよるが、砥石４個セットの場合は砥粒間隔の１／４ずつ、６個セットの場合は１／６ずつ、８個セットの場合は１／８ずつずらすのが好適である。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明の実施例におけるホーニング加工装置のホーニングヘッドの横断面の構造を示す図である。ホーニング装置およびホーニングヘッド自体は公知であり、図１に示すように、駆動機構（図示せず）により回転自在かつ上下動自在なホーニングヘッド本体１の内部にテーパコーン２が上下動可能に挿入され、テーパコーン２の外周部には円周方向９０度毎に砥石３ａ〜３ｄを備えたシュー４ａ〜４ｄが係合されている。テーパコーン２の下降によってシュー４ａ〜４ｄを介して砥石３ａ〜３ｄは被加工面であるシリンダーボア内面Ｓに向けて押圧される構造になっている。
【００１８】
シリンダーボア内面Ｓのホーニング加工を行うときは、ホーニングヘッドをシリンダーボア内に挿入し、ホーニングヘッドを回転させるとともに上下動させる。テーパコーン２を下降させて砥石３ａ〜３ｄをシリンダーボア内面Ｓに押圧することにより、シリンダーボア内面Ｓは砥石３ａ〜３ｄによって研削され、シリンダーボアは真円近くに修正されるとともに、シリンダーボア内面Ｓにクロスハッチが再形成される。
【００１９】
図２は本実施例における砥石の砥粒配置状態を示す模式図であり、４個の砥石を展開した状態で示している。同図に示すように、砥石３ａ〜３ｄには、縦長の長方形状の基板３１ａ〜３１ｄの表面に格子状に砥粒Ｄがろう付けにより固着されている。各砥石３ａ〜３ｄとも、個々の砥粒どうしの配置間隔は同じであるが、基板上部の砥粒配置の開始位置は砥石毎に異なった位置とされている。具体的には、図１に示すように砥石３ａから右回りに砥石３ｂ、砥石３ｃ、砥石３ｄとし、ホーニングヘッドが左回転であるとしたときに、砥粒配置の開始位置が砥石３ａ、砥石３ｂ、砥石３ｃ、砥石３ｄの順に下方に位置するように砥粒を配置している。
【００２０】
このように、各砥石の基板の縦横方向に規則的に砥粒を配置することにより、ホーニングヘッドを回転させてホーニング加工を行ったときに、砥粒による研削条痕の間隔、すなわちクロスハッチの間隔が一定になり、また、基板上部の砥粒配置の開始位置を砥石毎に順次ずらすことにより、研削条痕が密に形成される。
【００２１】
さらに本実施例の砥石においては、基板の基準面からの砥粒先端高さが一定範囲に揃えられている。図３は図２の砥石の断面を拡大して示す模式図であり、同図に示すように、砥石３の基板３１の表面３２に砥粒Ｄがろう付けにより固着されており、個々の砥粒Ｄはほぼ同じ粒径の砥粒を使用して、個々の砥粒Ｄの基板基準面（基板３１の表面３２）から砥粒先端までの高さｈがほぼ同じになるようにしている。これにより、クロスハッチの深さも一定範囲に揃えられる。
〔試験例〕
【００２２】
本発明の効果を確認するために、図２に示した砥粒配置の砥石（発明品）と、砥粒を不規則に配置した砥石（従来品）とを使用してホーニング加工を行い、加工能率および加工精度を測定した。
（試験条件）
加工機械：ホーニングマシン
被加工体：ガソリンエンジンのシリンダーボア、内径８０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ
砥石表面寸法：縦８０ｍｍ、横５ｍｍ
砥粒：ダイヤモンド砥粒、粒径３００〜３５０μｍ（平均３２０μｍ）砥粒間隔０．９ｍｍ
【００２３】
試験結果を表１および図４に示す。
【００２４】
【表１】
0004776160.tif 000002
【００２５】
図４に示すように、発明品の砥石を使用した場合（同図の（ａ））は、従来品の砥石を使用した場合（同図の（ｂ））に比して、均一な研削条痕（クロスハッチ）を形成させることができた。また、従来品の砥石の場合は砥粒の配設が不均一であるため、細かなクロスハッチを均一に形成させるにはホーニングヘッドの上下往復動を数回から数十回行う必要があったが、発明品の砥石の場合は１回の往復動で均一なクロスハッチを形成することができ、加工時間を大幅に短縮することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上、本発明のホーニング加工用砥石をエンジンのシリンダーボア内面のホーニング加工を例にとって説明したが、本発明に係る砥石は、エンジンのシリンダーボアに限らず、孔の内面にオイルピットとしてのクロスハッチの形成を必要とする円形孔のホーニング加工に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例におけるホーニング加工装置のホーニングヘッドの横断面の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例における砥石の砥粒配置状態を示す模式図である。
【図３】図２の砥石の断面を拡大して示す模式図である。
【図４】加工後の表面粗さを示す模式図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ホーニングヘッド本体
２  テーパコーン
３，３ａ〜３ｄ  砥石
３１，３１ａ〜３１ｄ  基板
３２  基準面
４ａ〜４ｄ  シュー
Ｄ  砥粒
Ｓ  シリンダーボア内面
ｈ  砥粒先端高さ
【図１】
0004776160.tif 000003
【図２】
0004776160.tif 000004
【図３】
0004776160.tif 000005
【図４】
0004776160.tif 000006