(57)【要約】【課題】  砥石の径方向位置を可変とする機構について、高精度が要求されることなく、砥石の径方向位置を所望に設定できるようにする。【解決手段】  主軸１３の回転に伴うホーニングヘッド７の回転により、外周部に設けた４つの砥石９によりシリンダボア内面５ａをホーニング加工する。ホーニング加工時には、主軸１３の回転に同期して、主軸１３と一体に回転する主軸頭１４に設けた砥石拡張用モータ３５を駆動し、ボールねじ機構を介してねじ部２７と一体の拡張ロッド２３をテーパコーン１７とともに下降させ、砥石９を拡張させる。この際、砥石拡張用モータ３５は正逆回転を周期的に繰り返すことで、ホーニングヘッド７の１回転当たり４回周期的に砥石９を拡張させ、シリンダボア内面５ａを、円周方向等間隔の４箇所に凹部を形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に砥石を備えたホーニングヘッドをワークの円筒部内に挿入してその内面を加工する際に、前記砥石を、前記ホーニングヘッド内に設けた拡張部材の軸方向移動により径方向外側へ拡張移動させることで、前記円筒部内面を加圧しつつホーニング加工を行うホーニング加工方法において、前記砥石を、円周方向等間隔位置に複数設け、前記ホーニングヘッドの回転に伴って、前記複数の砥石が、前記円筒部内面における円周方向等間隔の複数の特定位置にて径方向外側に向けて拡張移動するように、前記拡張部材を軸方向に向けて移動させることで、前記円筒部内面における複数の特定位置に凹部を形成することを特徴とするホーニング加工方法。
【請求項２】
前記ワークは、エンジンのシリンダブロックであり、このシリンダブロックのシリンダボア内面をホーニング加工し、前記円筒部内面に凹部を形成する複数の特定位置は、前記シリンダブロックにシリンダヘッドを固定する際に使用する固定具の設定位置に対応していることを特徴とする請求項１に記載のホーニング加工方法。
【請求項３】
外周部に砥石を備えたホーニングヘッドをワークの円筒部内に挿入してその内面を加工する際に、前記砥石を、前記ホーニングヘッド内に設けた拡張部材の軸方向移動により径方向外側へ拡張移動させることで、前記円筒部内面を加圧しつつホーニング加工を行うホーニング加工装置において、前記砥石を、円周方向等間隔位置に複数設け、前記ホーニングヘッドの回転に伴って、前記複数の砥石が、前記円筒部内面における円周方向等間隔の複数の特定位置にて径方向外側に向けて拡張移動するように、前記拡張部材を軸方向に向けて移動させる拡張部材駆動手段を設けたことを特徴とするホーニング加工装置。
【請求項４】
前記拡張部材駆動手段は、前記拡張部材に対して同軸上に一体化して設けたねじ部と、このねじ部に螺合するナットとからなるボールねじ機構を備えるとともに、前記ナットを前記ホーニングヘッドの回転に同期させて回転させる駆動部を備えていることを特徴とする請求項３に記載のホーニング加工装置。
【請求項５】
前記ワークは、エンジンのシリンダブロックであり、このシリンダブロックのシリンダボア内面をホーニング加工し、前記円筒部内面に凹部を形成する複数の特定位置は、前記シリンダブロックにシリンダヘッドを固定する際に使用する固定具の設定位置に対応していることを特徴とする請求項３または４に記載の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、外周部に砥石を備えたホーニングヘッドをワークの円筒部内に挿入してその内面を加工する際に、砥石を、ホーニングヘッド内に設けた拡張部材の軸方向移動により径方向外側へ拡張移動させることで、円筒部内面を加圧しつつホーニング加工を行うホーニング加工方法およびホーニング加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのシリンダボアなど真円度が要求される円筒部内面に対し、ホーニング加工を行うことで真円度の精度を高めることができるが、ホーニング加工後のシリンダブロックに、シリンダヘッドを締結ボルトにより締結固定する際には、シリンダボアのボルト締結部近傍が内側に突出するよう変形する。
【０００３】
すなわち、ホーニング加工後のシリンダボア内面は、前記ボルト締結部に対応する部位が内側に突出することから、円周方向に沿って凹凸形状となり、このため使用時でのシリンダボアの真円度が損なわれるものとなる。
そこで、例えば下記特許文献１に記載のように、締結ボルトの締付け荷重が負荷されることによるシリンダボアの真円度低下を避けるために、砥石の径方向位置をホーニングヘッ
ドの回転に同期して可変としたものがある。
【０００４】
これは、砥石をその内側からテーパ面で押圧して径方向外側に拡張させるテーパコーンのさらに内側に、円柱状カムを回転可能に設置し、この円柱状カムの回転により、砥石の径方向位置をホーニングヘッドの回転に同期して可変となるようにしている。
【特許文献１】特開２０００−２７１８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来のホーニング加工装置では、円柱状カムをテーパコーンの内側で摺動回転させて砥石の径方向位置を変化させるため、円柱状カムを精度よく加工する必要があり、また摺動部が磨耗することから、円柱状カムを精度よく加工したとしても、使用に伴って精度が低下し、砥石の径方向位置を所望に設定できなくなる恐れがある。
【０００６】
そこで、本発明は、砥石の径方向位置を可変とする機構について、高精度が要求されることなく、砥石の径方向位置を所望に設定できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、外周部に砥石を備えたホーニングヘッドをワークの円筒部内に挿入してその内面を加工する際に、前記砥石を、前記ホーニングヘッド内に設けた拡張部材の軸方向移動により径方向外側へ拡張移動させることで、前記円筒部内面を加圧しつつホーニング加工を行うホーニング加工方法において、前記砥石を、円周方向等間隔位置に複数設け、前記ホーニングヘッドの回転に伴って、前記複数の砥石が、前記円筒部内面における円周方向等間隔の複数の特定位置にて径方向外側に向けて拡張移動するように、前記拡張部材を軸方向に向けて移動させることで、前記円筒部内面における複数の特定位置に凹部を形成することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ホーニングヘッドの回転に伴って、複数の砥石が、円周方向等間隔の複数の特定位置にて径方向外側に、拡張移動するよう拡張部材を軸方向に向けて移動させることで、円筒部内面における複数の特定位置に凹部を形成するようにしたので、砥石の径方向位置を変化させるための機構として、高精度な加工が要求される円柱状カムを必要とすることなく、砥石の径方向位置を所望に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態を示すホーニング加工装置の断面図、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。このホーニング加工装置は、ワークとしてのエンジンのシリンダブロック１における円筒部となるシリンダライナ３のシリンダボア５の内面５ａを、ホーニングヘッド７の外周部に設けた複数の砥石９を用いてホーニング加工する。ホーニングヘッド７は、主軸モータ１１の回転により回転する主軸１３の下端に設け、主軸１３およびその外側の主軸頭１４とともに回転する。
【００１１】
前記した砥石９は、図２に示すように、円周方向等間隔に４つ設け、その内側が砥石台座１５に支持されている。砥石台座１５のさらに内側には拡張部材としてのテーパコーン１７を設置する。砥石９および砥石台座１５は、図２に示すように、ヘッド本体１９に形成してある放射状の溝１９ａ内に径方向に移動可能に収容している。
【００１２】
テーパコーン１７は、上下２箇所に図１中で下部側ほど外径が小さくなるテーパ面１７ａを備え、このテーパ面１７ａに対応して砥石台座１５にも台座テーパ面１５ａを設け、テーパコーン１７の図１中で下方への移動により、テーパ面１７ａが台座テーパ面１５ａを加圧し、砥石９を砥石台座１５を介して径方向外側へ移動させて拡張させる。また、テーパコーン１７は、ヘッド本体１９の底板部１９ｂとの間に設けたリターンスプリング２１により上方へ押し付けられている。
【００１３】
上記したテーパコーン１７の上端部には、拡張ロッド２３の下端を連結する。拡張ロッド２３は、ヘッド本体１９内にて軸方向に延びるヘッド貫通孔１９ｃに挿入されて、軸方向に移動可能である。
【００１４】
上記した拡張ロッド２３のヘッド本体１９上部に対応する位置には、ねじ部２７を形成し、ねじ部２７には、内周部に雌ねじを有する従動ギア兼ナット２９を螺合する。ねじ部２７および従動ギア兼ナット２９により、ボールねじ機構を構成している。
【００１５】
従動ギア兼ナット２９の外周部に形成したギア部には駆動ギア３１を噛合させ、これら従動ギア兼ナット２９および駆動ギア３１は、ヘッド本体１９の上部に一体化しているギアボックス部３３内に回転可能に収容して支持させる。駆動ギア３１は、前記した主軸頭１４の側部に固定した駆動部としての砥石拡張用モータ３５の駆動軸３７に連結する。
【００１６】
すなわち、砥石拡張用モータ３５の駆動により、駆動ギア３１を介して従動ギア兼ナット２９が回転し、従動ギア兼ナット２９の回転に基づくボールねじ機構の作用により、ねじ部２７が、ねじ部２７と一体の拡張ロッド２３およびテーパコーン１７とともに軸方向に移動する。
【００１７】
上記した砥石拡張用モータ３５，駆動ギア３１および、ボールねじ機構（従動ギア兼ナット２９，ねじ部２７）により、拡張部材駆動手段を構成している。
【００１８】
前述したように、主軸モータ１１の駆動によりホーニングヘッド７が回転するが、主軸モータ１１以下のホーニングヘッド７を含む全体は、図示しない油圧シリンダなどの上下駆動機構によって上下動し、ホーニングヘッド７をシリンダボア５に対して軸方向に往復移動させる。
【００１９】
また、図２に示すように、本ホーニング加工装置は、ヘッド本体１９の溝１９ａ相互間に対応する部位に、エアを噴出するエアノズル３９を設け、エアノズル３９から噴出するエアの背圧を検知してシリンダボア５の内径を計測する、定寸装置を備えている。
【００２０】
ここで、シリンダブロック１は、図示しないシリンダヘッドを、通常シリンダボア５の周囲の円周方向等間隔位置にて、固定具としての締結ボルトにより締結固定する。この際、ホーニング加工によりシリンダボア５を真円加工している場合には、図３におけるボルト締付時のボア変形モードの解析（３次元応力解析や熱による歪解析など）結果で示すように、円周方向等間隔位置（ボルト締結位置近傍）にて矢印Ｆ方向に向けて押し潰されたように内側に突出する変形を受ける。
【００２１】
そこで、本実施形態では、シリンダボア５における円周方向等間隔部位の４箇所の上記突出変形する部位に対し、ホーニング加工する際にあらかじめ上記突出する分を余計に加工すべく凹部を形成する。すなわち、このホーニング加工によってシリンダボア５の内面５ａを、円周方向に沿って４箇所の等間隔位置の特定位置に凹部が形成されるようにする。
【００２２】
そして、この凹部形成部位は、シリンダブロック１の円周方向等間隔位置４箇所のおける、図示しないシリンダヘッドを固定するための締結ボルトの締結位置に相当する。
【００２３】
したがって、上記のように周囲４箇所に凹部を形成するようホーニング加工した後に、この凹部近傍位置にて締結ボルトを用いてシリンダヘッドを締結固定することで、凹部に対応する部位が、ボルト締結によって内側へ突出して、凹部以外の他の部位と半径方向位置がほぼ同一となり、シリンダヘッド組付時において、全体としてシリンダボア５の真円度が向上する。
【００２４】
次に、上記のように周囲４箇所に凹部を形成するホーニング加工方法について説明する。図４は、ホーニング加工時の動作を示すフローチャートである。まず、図１に示す主軸モータ１１を含み、主軸モータ１１から下部側のホーニングヘッド７を含む全体部分を、図示しない上下駆動機構によって下降させて、図１に示すように、ホーニングへッド７をシリンダボア５内に挿入する（ステップＳ１）。
【００２５】
その後、砥石拡張用モータ３５を駆動し、ボールねじ機構を介して拡張ロッド２３を下降させ、これに伴い下降するテーパコーン１７が砥石台座１５を介して砥石９を径方向外側に移動させて拡張させる（ステップＳ２）。
【００２６】
砥石９の拡張により、砥石９がシリンダボア５の内面５ａに接触した状態を、前記したエアノズル３９を備える定寸装置によって検知し（ステップＳ３）、検知後、砥石９を規定量退避させるよう砥石拡張用モータ３５を前記とは逆方向に回転駆動する（ステップＳ４）。
【００２７】
この状態から、主軸モータ１１を駆動して、主軸１３から先の部分全体を、主軸頭１４を含めて一体的に回転させると同時に、図示しない上下駆動機構により、上記回転する部分を主軸モータ１１とともに軸方向に往復移動させる。
【００２８】
そして、本実施形態では、ＮＣ制御により上記主軸モータ１１の回転駆動に同期させて、砥石拡張用モータ３５を駆動してホーニング加工を行う（ステップＳ５）。その際、砥石拡張用モータ３５は、正逆回転駆動を、図５に示すような周期で繰り返し行う。すなわち、ホーニングヘッド７が主軸モータ１１により１回転（３６０°）する間に、砥石９が径方向外側に周期的に４回突出するよう拡張ロッド２３を周期的に下降させる。この砥石９を突出させる位置は、シリンダブロック１にシリンダヘッドを固定するための締結ボルトの締結位置に対応している。
【００２９】
図６は、砥石９を周囲４箇所にて突出させて加工したシリンダボア５の内面５ａの形状を模式的に示しており、円周方向４箇所の等間隔の特定位置に、凹部５ｂが形成されている。この凹部５ｂが、シリンダブロック１に締結ボルトを用いてシリンダヘッドを固定する際に、内側に向けて突出変形し、シリンダヘッド組付後のシリンダボア５は二点鎖線で示すような真円となる。
【００３０】
上記した本実施形態によれば、ホーニングヘッド７の回転に伴って、４つの砥石９が円周方向４箇所の特定位置にて径方向外側に拡張移動するように、砥石拡張用モータ３５の主軸モータ１１に対する同期駆動によりテーパコーン１７を軸方向に向けて移動させることで、シリンダボア５の内面５ａに対し、前記特定位置にて凹部５ｂを形成するようにしたので、砥石９の径方向位置を変化させるための機構として、従来使用していた、テーパコーンの内側にて摺動回転させる円柱状カムが不要となることから、円柱状カムに対して行う高精度な加工技術が不要となり、このような加工技術を必要とすることなく砥石９の径方向位置を所望に設定した状態で、締結ボルトの締結による変形をあらかじめ想定したボア形状となるようホーニング加工することができる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、砥石９を拡張させる特定位置を円周方向等間隔の４箇所としているが、ボルト締結部が６箇所であれば、それに合わせて砥石９を６回拡張させればよい。つまり、ホーニングヘッド７が１回転する間に、砥石拡張用モータ３５の正逆回転駆動により砥石９を６回拡張させる。
【００３２】
また、上記したようなボルト締結による変形だけでなく、エンジンが燃焼する際に変形する分を想定して、上記したようなホーニング加工を行うことで、エンジン燃焼時に、シリンダボアを真円とすることができる。  
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態を示すホーニング加工装置の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】シリンダボア変形モードの解析結果を示す説明図である。
【図４】ホーニング加工時の動作を示すフローチャートである。
【図５】ホーニングヘッドの回転角と砥石の拡張速度との相関図である。
【図６】砥石を周囲４箇所にて突出させて加工したシリンダボア内面の形状を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  シリンダブロック（ワーク）  
７  ホーニングヘッド
９  砥石
５ａ  シリンダボアの内面（円筒部の内面）
５ｂ  シリンダボアに形成した凹部
１７  テーパコーン（拡張部材）
２７  ねじ部（拡張部材駆動手段）
２９  従動ギア兼ナット（ナット，ボールねじ機構，拡張部材駆動手段）
３１  駆動ギア（ボールねじ機構，拡張部材駆動手段）
３５  砥石拡張用モータ（駆動部，拡張部材駆動手段）
【図１】
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【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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