(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面に沿うＸ軸及びＹ軸方向に沿って移動自在に形成され装置本体側に載置されるＸＹテーブルと、垂直方向のＺ軸方向に沿って前記装置本体上に立設されるコラムと、円盤状のスライシングブレードを回転自在に中心支持する支持軸と、前記コラム側にＺ軸方向及びＸ軸又はＹ軸方向に沿って移動自在に支持されＺ軸方向に沿う回転軸を枢支すると共に該回転軸の駆動機構部を有する回転軸支持機構部と、前記回転軸を一端側に連結し前記支持軸を前記回転軸に近接又はこれから離隔すべくＸ軸又はＹ軸方向に沿って移動自在に支持すると共に前記支持軸を回転駆動する駆動部を有する支持軸移動機構部と、前記スライシングブレードとシリンダボアとの接触時に発生する弾性波を検出すべく前記装置本体側に配設される第１のセンサと、前記スライシングブレードと前記シリンダボアとの間の間隔を検出すべくスライシングブレード側又はシリンダブロック側に設けられその検出信号によって前記支持軸移動機構部を位置制御する第２のセンサとを備えるシリンダボアの内面微細溝加工装置により前記シリンダブロックの複数個の前記シリンダボア内に微細溝をＺ軸方向に沿って複数列加工するための加工方法であって、前記シリンダブロックを前記ＸＹテーブル上に位置決め搭載する第１の手順と、それぞれの前記シリンダボアに対応する前記回転軸支持機構部を動作し前記回転軸と前記シリンダボアとの中心位置決めを行う第２の手順と、前記スライシングブレードを前記シリンダボアの微細溝加工位置に移動すると共に第１のセンサによる検出信号の発する位置まで前記支持軸移動機構部を作動する第３の手順と、前記支持軸移動機構部により前記スライシングブレードを所定の微細溝の溝深さに相当する位置まで移動する第４の手順と、前記回転軸を回転し前記スライシングブレードを回転軸まわりに旋回させて微細溝加工を行う第５の手順と、該微細溝加工中において、前記第２のセンサにより検出した前記間隔を常時一定値に保持すべく前記支持軸移動機構部の移動位置制御を行う第６の手順と、前記スライシングブレードをＺ軸方向に移動し前記第３乃至第６の手順を繰り返す第７の手順とを行うことを特徴とするシリンダボアの内面微細溝加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのシリンダブロックのシリンダボアの内面に微細溝を高精度に、かつ効率的に加工するに好適なシリンダボアの内面微細溝加工装置及び加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのシリンダブロックには気筒数に対応して複数個のシリンダボアが形成されている。このシリンダボアの内面はピストンリングが押圧状態で摺動するため耐摩耗性を向上させる必要がある。そのため、従来よりシリンダボアの内面はホーニング加工され、表面粗さを低減してピストンリングとの摩擦抵抗を軽減させるように処理されていた。しかしながら、エンジンの高性能化，高速化に伴って従来のホーニング加工だけでは不十分となり、シリンダボアの内面に潤滑油を保持するための微細溝を形成する必要が生じた。この微細溝の加工方法として各種のものがあるが、従来における代表的な加工方法としてはプラトホーニングによるもの及びレーザホーニングによるものが挙げられる。
【０００３】
プラトホーニングは、所定のホーニング加工仕上げされたシリンダボアを粗めのホーニング砥石を用いて加工し、まず、図１２（ａ）に示すように内面に深い溝を作る。次に、仕上げホーニング砥石を用いてシリンダボアの内面を円滑に仕上げ加工し、図１２（ｂ）に示すように適宜深さの微細溝１４ａを形成するものである。
【０００４】
一方、レーザホーニングは、所定のホーニング加工仕上げされたシリンダボアの内面に、図１３に示すように数１０［μｍ］のスポット径の微細溝１４ｂをレーザにより加工し、次に、仕上げホーニング砥石を用いてシリンダボアの内面を円滑に仕上げ加工するものである。この加工方法は前記のプラトホーニングによる微細溝１４ａに較べて形状の安定した微細溝１４ｂを形成し得る特徴を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記のプラトホーニング及びレーザホーニングによる微細溝の加工方法はそれぞれ特徴を有するものであるが、次のような問題点がある。プラトホーニングの場合は、粗めのホーニング砥石と仕上げホーニング砥石等の専用の工具が必要となり工具コストが高くなる問題点がある。また、シリンダボアの入口側からの連続加工しか行われず、シリンダボアの任意の場所に微細溝１４ａを加工することが困難である。更に、粗めのホーニング砥石による深い溝加工をした後、砥石を取り換えて仕上げホーニング砥石による仕上げ加工が必要となり、加工時間がかかる問題点がある。また、レーザホーニングによるものは、装置自体が非常に高価であり、設備コスト高となるという問題点がある。
【０００６】
本発明は、以上の問題点を解決するもので、シリンダボアの内面の任意の位置に微細溝を高精度に、かつ比較的短時間に加工することができると共に、加工状態や工具摩擦等をインプロセスにモニタリングして切り込み量の制御を行い、所定の微細溝を加工するようにしたシリンダボアの内面微細溝加工方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するために、水平面に沿うＸ軸及びＹ軸方向に沿って移動自在に形成され装置本体側に載置されるＸＹテーブルと、垂直方向のＺ軸方向に沿って前記装置本体上に立設されるコラムと、円盤状のスライシングブレードを回転自在に中心支持する支持軸と、前記コラム側にＺ軸方向及びＸ軸又はＹ軸方向に沿って移動自在に支持されＺ軸方向に沿う回転軸を枢支すると共に該回転軸の駆動機構部を有する回転軸支持機構部と、前記回転軸を一端側に連結し前記支持軸を前記回転軸に近接又はこれから離隔すべくＸ軸又はＹ軸方向に沿って移動自在に支持すると共に前記支持軸を回転駆動する駆動部を有する支持軸移動機構部と、前記スライシングブレードとシリンダボアとの接触時に発生する弾性波を検出すべく前記装置本体側に配設される第１のセンサと、前記スライシングブレードと前記シリンダボアとの間の間隔を検出すべくスライシングブレード側又はシリンダブロック側に設けられその検出信号によって前記支持軸移動機構部を位置制御する第２のセンサとを備えるシリンダボアの内面微細溝加工装置により前記シリンダブロックの複数個の前記シリンダボア内に微細溝をＺ軸方向に沿って複数列加工するための加工方法であって、前記シリンダブロックを前記ＸＹテーブル上に位置決め搭載する第１の手順と、それぞれの前記シリンダボアに対応する前記回転軸支持機構部を動作し前記回転軸と前記シリンダボアとの中心位置決めを行う第２の手順と、前記スライシングブレードを前記シリンダボアの微細溝加工位置に移動すると共に第１のセンサによる検出信号の発する位置まで前記支持軸移動機構部を作動する第３の手順と、前記支持軸移動機構部により前記スライシングブレードを所定の微細溝の溝深さに相当する位置まで移動する第４の手順と、前記回転軸を回転し前記スライシングブレードを回転軸まわりに旋回させて微細溝加工を行う第５の手順と、該微細溝加工中において、前記第２のセンサにより検出した前記間隔を常時一定値に保持すべく前記支持軸移動機構部の移動位置制御を行う第６の手順と、前記スライシングブレードをＺ軸方向に移動し前記第３乃至第６の手順を繰り返す第７の手順とを行うシリンダボアの内面微細溝加工方法を特徴とするものである。
【００１０】
シリンダブロックをＸＹテーブル上に位置決め搭載し、回転軸支持機構部を作動し、回転軸とシリンダボアの中心合わせを行う。次に、支持軸移動機構部を作動し、スライシングブレードをシリンダボアの内面に接触する位置まで移動すると共に、回転軸支持機構部を作動してスライシングブレードをＺ軸方向に移動し、微細溝を加工する位置にセットする。この状態は第１のセンサにより検出される。次に、回転軸支持機構部を作動し、回転軸まわりに支持軸を旋回せしめ、支持軸移動機構部をＸ軸又はＹ軸方向に移動せしめて所定の溝深さになるようにスライシングブレードをシリンダボアの内面に切り込ませる。以上により、所定位置において微細溝が加工される。シリンダボアの内面とスライシングブレード側との間の間隔に変化がある場合には、常に一定深さの微細溝を加工すべく第２のセンサの検出信号により支持軸移動機構部の位置制御を行う。所定位置における微細溝加工が終了したら、スライシングブレードをＺ軸方向に移動せしめ、前記と同様な加工方法により順次、複数列の微細溝の溝加工を行う。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のシリンダボアの内面微細溝加工装置の実施の形態を図面を参照して詳述する。図１にシリンダボアの内面微細溝加工装置の全体概要構造を示す。シリンダボアの内面微細溝加工装置１は、大別してＸＹテーブル２と、コラム３と、スライシングブレード５を支持する支持軸４と、回転軸６を枢支する回転軸支持機構部７と、支持軸移動機構部８等とからなる。以下、これ等の構造を順次説明する。
【００１２】
装置本体のベッド１１上にはＸＹテーブル２が載置される。ＸＹテーブル２は、ベッド１１上にＹ軸方向に沿って移動自在に支持されるＹテーブル１２と、Ｙテーブル１２上にＸ軸方向に沿って移動自在に支持されるＸテーブル１３とからなる。シリンダブロック９（以下、ワーク９という）は位置決め手段１４（図２）等を介してＸテーブル１３上の所定位置に固定される。ワーク９にはシリンダボア１０が形成される。なお、本例ではワーク９に２個のシリンダボア１０が穿孔されているが、勿論シリンダボア１０の数は２個に限らない。なお、２個のシリンダボア１０，１０のボアピッチをＰ（図３）とする。以上の構造により、ワーク９のシリンダボア１０はベッド１１に対しＸＹ方向の任意の位置に位置決め固定される。なお、Ｘ軸及びＹ軸により形成されるＸＹ平面が水平面に相当する。また、説明の都合上、シリンダボア１０の内径寸法をＤとする。
【００１３】
図１に示すように、コラム３はベッド１１上にＺ軸方向に沿って立設して載置される。なお、Ｚ軸は前記ＸＹ軸と直交する垂直軸に相当する。また、コラム３にはＺ軸方向に沿うガイド２１が設けられている。
【００１４】
図１，図３，図７，図９等に示すように、支持軸４はＺ軸方向に沿って配設される円筒軸からなり、その下端にはスライシングブレード５が回転可能にブレード挟持手段２２等を介して固定される。なお、スライシングブレード５は薄肉の円盤体からなり、外径に切刃（図略）が形成される。スライシングブレード５の切刃の刃厚は微細溝２０（図７）の溝幅にほぼ等しいものからなる。また、その外径寸法を説明の都合上ｄ（図４）とする。
【００１５】
コラム３にはスライドブロック１５がガイド２１に案内され、Ｚ軸方向に沿って移動自在に支持される。また、スライドブロック１５には回転軸支持機構部７がスライドブロック１５にＵ軸（図１）方向に沿って形成されたガイド２３に沿ってＵ軸方向に移動自在に支持される。なお、本例では、シリンダボア１０が２個形成されているため、これに対応して回転軸支持機構部７は２セット配設される。また、本例ではＵ軸はＸ軸と同一方向のものからなるが、Ｕ軸はＹ軸と同一方向でもよい。
【００１６】
回転軸支持機構部７は、スライドブロック１５に移動自在に支持される箱本体１６と、箱本体１６に枢支されＺ軸方向に沿って配設される回転軸６と、箱本体１６内に収納され回転軸６を回転駆動する駆動機構部（図略）等とから形成される。
【００１７】
支持軸移動機構部８はブロック体１７と、ブロック体１７内に収納され、ブロック体１７側に保持される支持軸４をＸｔ方向（図１）に沿って移動させるための移動機構部（図略）や支持軸４を回転駆動する駆動部（図略）等を有するものからなり、ブロック体１７の一端側には回転軸６が固定される。なお、本例ではＸｔ方向はＸ方向と同一であるがＹ方向と同一であってもよい。
【００１８】
以上の構造のシリンダボアの内面微細溝加工装置により、ワーク９のシリンダボア１０に微細溝２０（図７）を加工する加工方法を説明する。なお、微細溝２０の加工は以下に述べる第１のセンサ１８や第２のセンサ１９がなくても可能であるが、高精度の微細溝２０を自動的に、かつシリンダボア１０の内径寸法Ｄにバラツキや偏径があっても所定の深さの微細溝２０を加工するためには第１のセンサ１８や第２のセンサ１９が必要である。そのため、以下の加工方法の説明では第１及び第２のセンサ１８，１９を備えたシリンダボアの内面微細溝加工装置における微細溝２０の加工方法について説明する。それに先立って第１のセンサ１８及び第２のセンサ１９を説明する。
【００１９】
第１のセンサ１８は、スライシングブレード５の外周がシリンダボア１０の内面に接触した瞬間を検出するセンサであり、本例では第１のセンサ１８としてＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサが採用されるが、勿論これに限定するものではない。ＡＥとは、工具やワーク等の固体の変形及び破壊等に伴って解放されるエネルギーが弾性波（ＡＥ波）として伝播する現象をいい、前記ＡＥセンサはこの弾性波を検出するセンサである。具体的に説明すると、スライシングブレード５がシリンダボア１０の内面に接触するとＡＥ波が発生するが、前記ＡＥセンサはこの接触瞬間を検出するセンサとして使用される。勿論、ＡＥセンサ波は加工中にも生じ、かつスライシングブレード５の破損時にも発生する。従って、前記ＡＥセンサを設けることにより、その波形からスライシングブレード５とシリンダボア１０との接触や正常切削加工の状態やスライシングブレード５の破壊状態を検出することができる。なお、本例では検出精度を考慮して前記ＡＥセンサは図１に示すように回転軸支持機構部７の箱本体１６に装着されているが、ＡＥ波を検出できるならば装置本体の他のいずれの場所でも構わない。
【００２０】
第２のセンサ１９は、シリンダボア１０の内面とスライシングブレード５の切刃の先端との関係位置を検出するものであるが、本例では支持軸４の外周に固着される。スライシングブレード５と支持軸４との関係位置は固定されており、支持軸４の外周とスライシングブレード５の外周との寸法関係も既知のため、支持軸４に第２のセンサ１９を固定して支持軸４の外周とシリンダボア１０の内面との間隔ｈ（図７）を検出することによりシリンダボア１０の内面とスライシングブレード５との関係寸法を検出することが可能である。勿論、第２のセンサ１９は支持軸４以外の所に装着してもよい。第２のセンサ１９としては接触式や非接触式の各種のセンサが適用される。接触式としては、例えば、接触式タッチセンサが挙げられ、非接触式としては、非接触高精度レーザ変位計等が挙げられる。なお、これ等はすべて公知技術であり、説明を省略する。
【００２１】
次に、第１のセンサ１８や第２のセンサ１９を用いた本発明のシリンダボアの内面微細溝加工装置によるシリンダボア１０の微細溝２０の加工方法を図１０のフローチャート及び図１乃至図９を用いて説明する。図２に示すようにワーク９をＸＹテーブル２上に搭載し、位置決め手段１４を用いて所定位置に位置決め固定する（ステップ１００）。次に、２個のシリンダボア１０，１０のそれぞれに対応する回転軸支持機構部７の箱本体１６，１６をスライドブロック１５に沿ってＵ軸方向に移動させ、図３に示すように、その回転軸６，６をワーク９のそれぞれのシリンダボア１０の中心に位置決めする（ステップ１０１）。図３ではシリンダボア１０，１０間のボアピッチがＰで表示されているが、このＰの値が変化しても箱本体１６，１６はそれぞれ独立にスライドブロック１５に支持されているため、シリンダボア１０の中心に回転軸６，６を正確に中心位置決めすることは容易にできる。
【００２２】
次に、支持軸移動機構部８を作動し、支持軸４，４を回転軸６，６に近接する方向に移動せしめ、支持軸４，４に連結されているスライシングブレード５，５がシリンダボア１０，１０内に楽に挿入し得る位置まで支持軸４，４を移動させる（ステップ１０２）。図２はその状態を示す。次に、スライドブロック１５をコラム３のガイド２１に案内させてＺ軸方向に沿って下降せしめ、スライシングブレード５，５をそれぞれシリンダボア１０，１０内に挿入すると共に、スライシングブレード５，５の下降位置を調整して微細溝２０，２０を加工すべき位置にセットする（ステップ１０３）。
【００２３】
次に、図２に示すように、支持軸移動機構部８を作動し支持軸４，４を回転軸６，６から離隔するＸｔ軸方向に沿って移動せしめ、スライシングブレード５，５の外周をシリンダボア１０，１０の内面に接触させる（ステップ１０４）。前記ＡＥセンサはこの接触位置を検出する。なお、この場合、支持軸４，４の外周とシリンダボア１０，１０の内面との間の間隔ｈがシリンダボア１０，１０の全内周において同一の寸法になっているかを第２のセンサ１９により確認し、回転軸６，６の中心位置の再調整を行う（ステップ１０５）。
【００２４】
次に、図４に示すように、支持軸移動機構部８を作動し、支持軸４，４をシリンダボア１０，１０の内面に近接する方向に移動し、スライシングブレード５，５の外周をシリンダボア１０，１０に喰い込ませる（ステップ１０６）。勿論、この場合、支持軸４，４を回転駆動することは必要である。次に、支持軸４を回転しながら回転軸６を回転駆動することにより所定の溝深さの微細溝２０が加工される（ステップ１０８）。次に、図４により、回転軸６，支持軸４等の関係位置と微細溝２０の加工方法をわかり易く説明する。図示のように回転軸６は内径寸法Ｄのシリンダボア１０の中心に位置決めされる。微細溝２０の溝深さをδとすると、回転軸６から微細溝２０の溝底までの寸法ＲはＤ／２＋δとなる。スライシングブレード５の外径がｄが表示されているため、支持軸４と回転軸６との間隔ａはＤ／２＋δ−ｄ／２＝Ｒ−ｄ／２となる。すなわち、支持軸４を回転軸６からａ寸法だけ離れた位置に移動して回転させ、回転軸６を回転するとスライシングブレード５の外周は寸法Ｒの旋回半径で回転軸６まわりに旋回し、シリンダボア１０には溝深さδの微細溝２０が形成される。
【００２５】
以上のことは、図５に示すように、シリンダボア１０の内面が、真円の場合において成立する。しかしながら、図６に示すように、シリンダボア１０の内径が場所によって相異する場合は、前記した加工方法では溝深さの相異する加工が行われる。すなわち、場所により図示のように溝深さδが溝深さδ′のように相異する結果となる。溝深さが相異すると微細溝２０内に溜る潤滑油の量にバラツキが生じ、ピストンリングが偏摩耗する不具合が生ずる。そこで、本発明のシリンダボアの内面微細溝加工方法では第２のセンサ１９等を用いた加工方法が採用される。
【００２６】
図７に示すように、支持軸４に固着された第２のセンサ１９はシリンダボア１０の内面との間隔ｈを検出する（ステップ１０７）。この間隔ｈの値がシリンダボア１０の全内周にわたって一定ならば、そのまま微細溝２０の加工が進められる（ステップ１０８）。一方、第２のセンサ１９が検出した間隔ｈの値が所定の微細溝２０の溝深さδを形成できない値の場合には、第２のセンサ１９に連結されている制御装置２４が支持軸移動機構部８の位置制御を指令する（ステップ１０９）。これにより、支持軸４の位置がその都度調整される（ステップ１１０）。以上の位置調整によりステップ１０８の微細溝２０の加工が行われる。図８はその状態を示すものである。
【００２７】
以上の加工方法により、シリンダボア１０には１本の微細溝２０が所定位置に形成されるが、引き続き次の微細溝２０を加工する場合には（ステップ１１１）、図９に示すように、スライシングブレード５をＺ軸方向に移動せしめ（ステップ１１２）、前記した加工手順を行うことにより同様に行われる。なお、スライシングブレード５をＺ軸方向に移動するには、本例の場合はスライドブロック１５をＺ軸方向に移動して行うが、その前に、支持軸４を回転軸６に近傍する方向に移動し、加工済の微細溝２０から離すことは勿論である。以上により、シリンダボア１０の内面には複数列の微細溝２０が順次形成される。
【００２８】
本発明のシリンダボアの内面微細溝加工装置及び加工方法では、単にスライシングブレード５を所定位置で自転及び旋回せしめることにより、微細溝２０を加工するため、従来技術に較べて加工が容易に行われ、加工効率の向上が図れる。また、微細溝２０の溝幅や溝深さが正確に形成され、高精度の溝加工が行われる。また、前記したように、シリンダボア１０の内面の内径が場所によって相異する場合でも、スライシングブレード５の切り込み深さがその都度調整され、所望の一定の深さの微細溝２０が形成される。また、前記ＡＥセンサを配設するため、スライシングブレード５による加工状態がモニタリングされ、その摩耗や破損等をタイムリに検出することができる。
【００２９】
図１１は、支持軸４に複数枚のスライシングブレード５を装着した場合を示す。これにより、シリンダボア１０の内面に複数列の微細溝２０を同時に加工することができ、加工時間の短縮が図れる。
【００３０】
【発明の効果】
１）本発明の請求項１に記載のシリンダボアの内面微細溝加工方法によれば、加工状態をモニタリングしながら、シリンダボアの内面の内径の相異に関係なく、所定の寸法の微細溝を高精度に、かつ自動的に加工することができ、かつスライシングブレードの破損等の不具合も確認することが出来、製品の品質の安定化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリンダボアの内面微細溝加工装置の概要構造を示す斜視図。
【図２】ＸＹテーブル上に載置されたシリンダブロックと、これに係合するスライシングブレードを示す模式図。
【図３】回転軸支持機構部の回転軸とシリンダボアとの位置合わせ状態を説明するための模式図。
【図４】回転軸，支持軸，スライシングブレードとシリンダボアとの関係位置をわかり易く説明するための模式図。
【図５】シリンダボアの内面の内径が一定の場合における微細溝の溝深さの状態を示す平面図。
【図６】シリンダボアの内面の内径が場所により相異する場合における微細溝の溝深さの状態を示す平面図。
【図７】第２のセンサによる検出方法とそれによるスライシングブレードの位置調整を説明するための構成図。
【図８】シリンダボアの内面の内径が場所により相異する場合においてスライシングブレードの位置調整を行った場合の微細溝の溝深さの状態を示す平面図。
【図９】本発明のシリンダボアの内面微細溝加工装置による複数列の微細溝の加工方法を説明するための模式図。
【図１０】本発明のシリンダボアの内面微細溝加工方法を説明するためのフローチャート。
【図１１】１本の支持軸に複数枚のスライシングブレードを装着した場合を示す模式図。
【図１２】従来のプラトホーニングによる微細溝の形成状態を説明するための部分拡大図。
【図１３】従来のレーザホーニングによる微細溝の形成状態を説明するための部分拡大図。
【符号の説明】
１    シリンダボアの内面微細溝加工装置
２    ＸＹテーブル
３    コラム
４    支持軸
５    スライシングブレード
６    回転軸
７    回転軸支持機構部
８    支持軸移動機構部
９    シリンダブロック（ワーク）
１０  シリンダボア
１１  ベッド
１２  Ｙテーブル
１３  Ｘテーブル
１４  位置決め手段
１５  スライドブロック
１６  箱本体
１７  ブロック体
１８  第１のセンサ（ＡＥセンサ）
１９  第２のセンサ
２０  微細溝
２１  ガイド
２２  ブレード挟持手段
２３  ガイド
２４  制御装置
【図１】
0003765176.tif 000002
【図２】
0003765176.tif 000003
【図３】
0003765176.tif 000004
【図４】
0003765176.tif 000005
【図５】
0003765176.tif 000006
【図６】
0003765176.tif 000007
【図７】
0003765176.tif 000008
【図８】
0003765176.tif 000009
【図９】
0003765176.tif 000010
【図１０】
0003765176.tif 000011
【図１１】
0003765176.tif 000012
【図１２】
0003765176.tif 000013
【図１３】
0003765176.tif 000014