(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホーンの外周部分に砥石を装着して構成されたホーニングヘッドを円柱状に形成された孔部内において回転および進退させ、前記孔部の一端部と他端部における前記ホーニングヘッドのオーバーラン寸法とが異なる場合に、前記一端部と他端部における前記ホーニングヘッドのオーバーラン寸法の差に応じて前記ホーニングヘッドの進退駆動スケジュールに前記一端部と他端部における前記ホーニングヘッドのオーバーラン寸法の差を補うスケジュールを挿入して前記孔部の内面を研削加工するホーニング加工方法において、
前記進退駆動スケジュールは、前記孔部の両端部におけるオーバーラン寸法を含めたストローク範囲内で前記ホーニングヘッドを進退させるメインストローク領域と、
前記孔部の一端部または他端部のうち前記オーバーラン寸法が短い側で、前記一端部と他端部における前記ホーニングヘッドのオーバーラン寸法の差を補うために該メインストローク領域に挿入され、前記ホーニングヘッドを進退させるサブストローク領域とから構成され、
前記進退駆動スケジュールを、以下の第１から第１１の工程を実施することで決定することを特徴とするホーニング加工方法。
（１）  最初のサブストローク挿入時の砥石の上端の接触領域の軌跡：曲線ｙ＝ｇ（θ）を求める第１の工程
（２）  前記最初のサブストローク挿入時の砥石の下端の接触領域の軌跡：曲線ｙ＝ｈ（θ）を求める第２の工程
（３）  前記第１の工程と第２の工程で求めたこれら曲線に囲まれた領域Ａを求める第３の工程
（４）  前記第３の工程で求めた前記領域Ａと、τをＴ≦τ≦Ｅの範囲で変化させた直線ｙ＝τ（Ｔ≦τ≦Ｅ）とが交わる線分Ｂ（τ）を求める第４の工程
（５）  前記Ｔ≦τ≦Ｅの範囲内のＢ（τ）から、前記最初のサブストローク挿入時のＢ（τ）の最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎを求める第５の工程
（６）  メインストローク領域と該メインストローク領域に挿入されるサブストローク領域との割合が前記最初のサブストローク挿入時の割合とは異なる他の割合で次なるサブストローク領域を挿入する第６の工程
（７）  前記次なるサブストローク挿入時の砥石の上端の接触領域の軌跡：曲線ｙ＝ｇ（θ）を求める第７の工程
（８）  前記次なるサブストローク挿入時の砥石の下端の接触領域の軌跡：曲線ｙ＝ｈ（θ）を求める第８の工程
（９）  前記第７の工程と第８の工程で求めたこれら曲線に囲まれた領域Ａを求める第９の工程
（１０）  前記Ｔ≦τ≦Ｅの範囲内のＢ（τ）から、前記次なるサブストローク挿入時のＢ（τ）の最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎを求める第１０の工程
（１１）  これら前記最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎとの差が最小値または最小に近い値になるようにメインストローク領域と該メインストローク領域に挿入されるサブストローク領域との割合を決定する第１１の工程
この場合、
・Ｔは、前記孔部の上端位置を示し、
・Ｅは、前記孔部の下端位置を示し、
・「割合」は、メインストローク領域の回数とサブストローク領域の回数との比を示す。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホーニング加工方法に関し、一層詳細には、研削精度を向上させることが可能なホーニング加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダ等の円柱状に形成された孔部の内面を研削加工するための加工方法として、ホーニング加工方法が用いられている。このホーニング加工方法は、ホーンの外周部分に砥石を装着して構成されたホーニングヘッドを孔部内において回転および進退させることによって、前記孔部の内面の研削加工を行う加工方法である。
【０００３】
両端が開口されている孔部に対してホーニング加工を施す場合には、前記孔部の両端部において、ホーニングヘッドを所定の寸法だけオーバーランさせながら加工を行う。これは、孔部の軸線方向において、砥石によって研削される量を均一化し、所望の径の円柱状に孔部を形成するためである。
【０００４】
ところで、孔部の一端部が閉塞されている場合や、孔部の一端部近傍に他の部材が設けられている場合には、この一端部においては、ホーニングヘッドのオーバーラン寸法を十分に確保することができない。
【０００５】
図６は、孔部１内面の展開図を示している。この図６中、符号ＴおよびＥは、それぞれ、孔部１の上端位置および下端位置を示している。また、曲線３ａおよび３ｂは、それぞれ、ホーニングヘッドを構成する１つの砥石の上端位置および下端位置の変位を示している。すなわち、図６の孔部１においては、下端部のオーバーラン寸法Ｎ（孔部１の下端位置Ｅと、ホーニングヘッドの下端位置の下側ピーク位置Ｅ′との間の寸法）が、上端部のオーバーラン寸法Ｍ（所望のオーバーラン寸法であり、孔部１の上端位置Ｔと、ホーニングヘッドの上端位置の上側ピーク位置Ｔ′との間の寸法）に比べて小さい。
【０００６】
図６中、斜線を付している領域は、ホーニングヘッドが１回転する間に移動する１つの砥石の軌跡を示している。すなわち、この領域は、１つの砥石が研削する孔部１内面の表面積を示している。
【０００７】
また、図７は、孔部１の軸線方向における各位置（縦軸）において、ホーニングヘッドが１回転する間に１つの砥石が接する円周方向に沿った距離Ｌの総和（横軸）を軸線方向における分布として示している。すなわち、図７中、斜線を付している領域は、１つの砥石が研削する孔部１内面の表面積を示している。なお、ホーニングヘッドの全ての砥石が研削する孔部１内面の表面積も、図７と同様の分布図で示される。
【０００８】
図６に示すように、孔部１の下端部におけるホーニングヘッドのオーバーラン寸法Ｎが、孔部１の上端部におけるオーバーラン寸法Ｍに比べて小さいとき、図７に示すように、孔部１の下端位置Ｅ近傍における孔部１内面の研削表面積が、孔部１の上端位置Ｔ近傍における研削表面積に比べて大きく減少してしまう。
【０００９】
このような問題を解消するための加工方法が、例えば、特開平５−３１６６４号公報に開示されている。この加工方法は、ホーニングヘッドに設けられた砥石の径方向に沿った外側方向への拡張力を調整することができように構成されている。このため、前記加工方法においては、孔部の一端部におけるオーバーラン寸法を十分に確保することができない場合にも、この一端部近傍において砥石の拡張力を増加させることによって、孔部内周面の研削量を均一化することが可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の加工方法においては、孔部の円周方向に沿って壁面の剛性が変化しているような場合には、加工された孔部の断面形状の真円度が低下してしまうおそれがある。
【００１１】
例えば、図８に示すように、加工対象である孔部がシリンダブロック５に形成されたシリンダ７であり、シリンダブロック５におけるシリンダ７の周りにウォータジャケットを構成する空洞部９が形成されているような場合には、シリンダ７の内壁に、剛性が低い部分ｖ（空洞部９に近接する部分）と、剛性が高い部分ｕ（空洞部９に近接しない部分）が生じる。
【００１２】
図９に示すように、このようなシリンダ７に対して、砥石に拡張力を加えながらホーニング加工を施すと、シリンダ７の内壁における剛性が高い部分ｕの研削量が、剛性が低い部分ｖの研削量よりも多くなってしまい、真円度の高いシリンダ７を得ることができなくなるという不都合が生じる。
【００１３】
本発明は、前記の不都合を解決するためになされたものであり、真円度が高く、しかも、円筒度が良好な孔部を得ることが可能なホーニング加工方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るホーニング加工方法は、ホーンの外周部分に砥石を装着して構成されたホーニングヘッドを円柱状に形成された孔部内において回転および進退させ、前記孔部の一端部と他端部における前記ホーニングヘッドのオーバーラン寸法とが異なる場合に、前記一端部と他端部における前記ホーニングヘッドのオーバーラン寸法の差に応じて前記ホーニングヘッドの進退駆動スケジュールに前記一端部と他端部における前記ホーニングヘッドのオーバーラン寸法の差を補うスケジュールを挿入して前記孔部の内面を研削加工するホーニング加工方法において、
前記進退駆動スケジュールは、前記孔部の両端部におけるオーバーラン寸法を含めたストローク範囲内で前記ホーニングヘッドを進退させるメインストローク領域と、
前記孔部の一端部または他端部のうち前記オーバーラン寸法が短い側で、前記一端部と他端部における前記ホーニングヘッドのオーバーラン寸法の差を補うために該メインストローク領域に挿入され、前記ホーニングヘッドを進退させるサブストローク領域とから構成され、
前記進退駆動スケジュールを、以下の第１から第１１の工程を実施することで決定することを特徴とするホーニング加工方法。
（１）  最初のサブストローク挿入時の砥石の上端の接触領域の軌跡：曲線ｙ＝ｇ（θ）を求める第１の工程
（２）  前記最初のサブストローク挿入時の砥石の下端の接触領域の軌跡：曲線ｙ＝ｈ（θ）を求める第２の工程
（３）  前記第１の工程と第２の工程で求めたこれら曲線に囲まれた領域Ａを求める第３の工程
（４）  前記第３の工程で求めた前記領域Ａと、τをＴ≦τ≦Ｅの範囲で変化させた直線ｙ＝τ（Ｔ≦τ≦Ｅ）とが交わる線分Ｂ（τ）を求める第４の工程
（５）  前記Ｔ≦τ≦Ｅの範囲内のＢ（τ）から、前記最初のサブストローク挿入時のＢ（τ）の最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎを求める第５の工程
（６）  メインストローク領域と該メインストローク領域に挿入されるサブストローク領域との割合が前記最初のサブストローク挿入時の割合とは異なる他の割合で次なるサブストローク領域を挿入する第６の工程
（７）  前記次なるサブストローク挿入時の砥石の上端の接触領域の軌跡：曲線ｙ＝ｇ（θ）を求める第７の工程
（８）  前記次なるサブストローク挿入時の砥石の下端の接触領域の軌跡：曲線ｙ＝ｈ（θ）を求める第８の工程
（９）  前記第７の工程と第８の工程で求めたこれら曲線に囲まれた領域Ａを求める第９の工程
（１０）  前記Ｔ≦τ≦Ｅの範囲内のＢ（τ）から、前記次なるサブストローク挿入時のＢ（τ）の最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎを求める第１０の工程
（１１）  これら前記最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎとの差が最小値または最小に近い値になるようにメインストローク領域と該メインストローク領域に挿入されるサブストローク領域との割合を決定する第１１の工程
この場合、
・Ｔは、前記孔部の上端位置を示し、
・Ｅは、前記孔部の下端位置を示し、
・「割合」は、メインストローク領域の回数とサブストローク領域の回数との比を示す。
【００１６】
このようにすることによって、真円度が高く、しかも、円筒度が良好な孔部を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るホーニング加工方法について、それを実施する装置との関係において好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係るホーニング加工装置（単に、加工装置とも記す。）１０の概略的な構成を示している。
【００１９】
加工装置１０は、ホーニングヘッド１２を備えており、このホーニングヘッド１２は、円柱状のホーン１４と、該ホーン１４の外周面に軸線方向と平行に設けられた複数の平面矩形状の砥石１６とから構成されている。この場合、砥石１６を含めたホーニングヘッド１２の直径は、加工装置１０による被加工材料であるシリンダブロック等のワーク２０に形成された孔部２２（例えば、シリンダ）の直径に応じて設定されている。
【００２０】
ホーニングヘッド１２には、同軸状に固定された回転軸２４を介して、回転駆動機構２６および進退駆動機構２８が連結されている。
【００２１】
回転駆動機構２６は、図示しないモータ、減速機構等によって構成されており、このモータの回転に伴ってホーニングヘッド１２が回転駆動される。
【００２２】
一方、進退駆動機構２８は、図示しない油圧シリンダ等によって構成されており、この油圧シリンダの進退動作に伴なってホーニングヘッド１２が進退駆動される。なお、エアシリンダや電動アクチュエータ等を用いて進退駆動機構２８を構成するようにしてもよい。
【００２３】
また、加工装置１０は、コントローラ４０、回転駆動用ドライバ４２および進退駆動用ドライバ４４を備えている。
【００２４】
コントローラ４０は、回転駆動用ドライバ４２に対して、回転駆動機構２６を構成するモータの回転速度を指示する回転速度信号Ｓａを供給する。回転駆動用ドライバ４２は、この回転速度信号Ｓａに基づく駆動用電流Ｉａを回転駆動機構２６に供給する。この駆動用電流Ｉａの供給に伴なって、回転駆動機構２６のモータが回転駆動される。
【００２５】
また、コントローラ４０は、進退駆動用ドライバ４４に対して、進退駆動機構２８を構成する油圧シリンダの進退動作を指示する指示信号Ｓｂを供給する。進退駆動用ドライバ４４は、この指示信号Ｓｂに基づく油圧Ｐｂの圧油を進退駆動機構２８に供給する。この圧油の供給に伴なって、進退駆動機構２８の油圧シリンダが進退駆動される。
【００２６】
図２に示すように、孔部２２の上端部におけるホーニングヘッド１２のオーバーラン寸法Ｍは、所望の値（研削量が軸線方向に沿ってほぼ均一化される値）に設定される。一方、孔部２２の下端部の近傍には、部材４６（例えば、シリンダヘッド）が配置されているため、この下端部におけるホーニングヘッド１２のオーバーラン寸法Ｎは、所望の値より小さくなる。
【００２７】
すなわち、ホーニングヘッド１２は、孔部２２の軸線方向に沿った位置ｙが、該孔部２２の上端位置Ｔから上にオーバーラン寸法Ｍだけ離れた位置Ｔ′から、孔部２２の下端位置Ｅから下にオーバーラン寸法Ｎだけ離れた位置Ｅ′までのストロークＳの範囲内において進退駆動される。なお、孔部２２の軸線方向における中心位置をＯで示し、ホーニングヘッド１２の軸線方向における中心位置をＯ′で示す。
【００２８】
ホーニングヘッド１２は、図３に示す位置スケジュール（時間ｔ−位置ｙスケジュールであり、進退駆動スケジュールとも記す。）に基づいて進退駆動される。
【００２９】
具体的には、コントローラ４０から進退駆動用ドライバ４４に対して、ホーニングヘッド１２を位置スケジュールに基づく、例えば、各ピーク間において進退動作させる指示が指示信号Ｓｂとして供給されると、進退駆動用ドライバ４４は前記位置スケジュールに基づいて進退駆動機構２８（実際は図示しない油圧シリンダ）を駆動すべく、この進退駆動機構２８に対して油圧Ｐｂの圧油を供給する。そして、この圧油の供給に伴って、ホーニングヘッド１２が前記位置スケジュールに基づいて進退駆動される。
【００３０】
この位置スケジュールは、ホーニングヘッド１２を前記ストロークＳの範囲内の全域で進退させるためのメインストローク領域と、ホーニングヘッド１２を孔部２２の下端部近傍の範囲内で進退させるためのサブストローク領域とによって構成されている。すなわち、サブストローク領域は、孔部２２の下端部におけるオーバーラン寸法Ｎの不足分（オーバーラン寸法Ｍとの差）を補うために設けられている。
【００３１】
なお、図３中、メインストローク領域における曲線ｆ１およびサブストローク領域における曲線ｆ２は、コントローラ４０によって制御しようとするホーニングヘッド１２の各時間ｔにおける中心位置Ｏ′を表している。この場合、曲線ｆ１および曲線ｆ２は、正弦曲線、または、直線と直線とを曲線で結んだ曲線（略正弦曲線とも記す。）である。
【００３２】
サブストローク領域は、メインストローク領域における正側（孔部２２における下端側）のピーク位置に挿入される。この実施の形態においては、サブストローク領域は、メインストローク領域の３周期毎に１周期分の割合で挿入されているが、他の割合で位置スケジュールを構成するようにしてもよい。これらメインストローク領域とサブストローク領域との割合の決定方法については後述する。
【００３３】
図３の位置スケジュールに基づいてホーニングヘッド１２の進退駆動を行った場合、ホーニングヘッド１２が１回転する間に移動する１つの砥石１６の軌跡は、図４で示される。この図４は、孔部２２内面の展開図を示している。図４中、符号ＴおよびＥは、それぞれ、孔部２２の上端位置および下端位置を示している。また、曲線ｆ３（θ）およびｆ４（θ）は、それぞれ、ホーニングヘッド１２の回転角度θに対する前記砥石１６の上端位置および下端位置の変位を示している。
【００３４】
なお、上述したように、図４の孔部２２においては、下端部のオーバーラン寸法Ｎ（孔部２２の下端位置Ｅと、ホーニングヘッド１２の下端位置の下側ピーク位置Ｅ′との間の寸法）が、上端部のオーバーラン寸法Ｍ（所望のオーバーラン寸法であり、孔部２２の上端位置Ｔと、ホーニングヘッド１２の上端位置の上側ピーク位置Ｔ′との間の寸法）に比べて小さい。
【００３５】
図４中、斜線を付している領域Ａは、ホーニングヘッド１２の１つの砥石１６が研削する孔部２２内面の表面積を示している。
【００３６】
また、図５は、孔部２２の軸線方向における各位置（縦軸）において、ホーニングヘッド１２が１回転する間に１つの砥石１６が接する円周方向に沿った距離Ｌの総和（横軸）を軸線方向における分布として示している。すなわち、図５中、斜線を付している領域は、１つの砥石１６が研削する孔部２２内面の表面積を示している。なお、ホーニングヘッド１２の全ての砥石１６が研削する孔部２２内面の表面積も、図５と同様の分布図で示される。
【００３７】
図５に示すように、本実施の形態においては、孔部２２の下端位置Ｅ近傍における研削表面積と、孔部２２の上端位置Ｔ近傍における研削表面積とが、ほぼ同じとなる。すなわち、従来技術に係るホーニング加工方法による場合（図５中、２点鎖線で示す。）に比べて、加工後の孔部２２の円筒度が良好となる。
【００３８】
次に、位置スケジュールにおけるメインストローク領域とサブストローク領域との割合の決定方法の一例について、図４を参照しながら説明する。
【００３９】
図４中、斜線を付した領域（孔部２２の内面と砥石１６とが接触する領域）Ａの上端位置を、孔部２２内面の円周方向に沿った位置（ホーニングヘッド１２の回転角度θ）の関数ｙ＝ｇ（θ）で表した場合、このｇ（θ）は次の（１）式で表される。
【００４０】
【数１】
0003735487.tif 000002
【００４１】
一方、図４中、領域Ａの下端位置を回転角度θの関数ｙ＝ｈ（θ）で表した場合、このｈ（θ）は次の（２）式で表される。
【００４２】
【数２】
0003735487.tif 000003
【００４３】
これら曲線ｙ＝ｇ（θ）および曲線ｙ＝ｈ（θ）に囲まれた領域Ａと、直線ｙ＝τ（Ｔ≦τ≦Ｅ）とが交わる部分の長さをＢ（τ）とすると、このＢ（τ）の値はτの値に応じて変化する。そこで、Ｔ≦τ≦Ｅの範囲内におけるＢ（τ）の最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎを求め、これら最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎとの差が最小値または最小に近い値となるようにメインストローク領域とサブストローク領域との割合を決定する。この場合、孔部２２の研削表面積をｙ方向においてほぼ均一化させ、円筒度が良好な孔部２２を得ることが可能な位置スケジュールを構成することができる。
【００４４】
このように、本実施の形態に係るホーニング加工方法においては、孔部２２の一端部においてホーニングヘッド１２の十分なオーバーラン寸法を確保することができない場合においても、オーバーラン寸法の不足分を補うように構成された所定の位置スケジュールに基づいてホーニングヘッド１２を進退駆動することによって、真円度が高く、しかも、円筒度が良好な孔部２２を得ることができる。
【００４５】
この場合、前記位置スケジュールは、略正弦曲線状の曲線ｆ１で示されるメインストローク領域と、同じく略正弦曲線状の曲線ｆ２で示されるサブストローク領域とによって構成されている。従って、位置スケジュールの組立を容易に行うことができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明に係るホーニング加工方法によれば、孔部の両端部におけるオーバーラン寸法の差に応じてホーニングヘッドの進退駆動スケジュールを変化させることによって、真円度が高く、しかも、円筒度が良好な孔部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るホーニング加工装置の構成を概略的に示す図面である。
【図２】図１のホーニング加工装置を構成するホーニングヘッドとワークの孔部との位置関係を示す断面図である。
【図３】図１のホーニングヘッドを進退駆動させるべき位置スケジュールを示す図面である。
【図４】図３の位置スケジュールに従って進退駆動されたホーニングヘッドによって研削される孔部内面を示す展開図である。
【図５】図３の位置スケジュールに従って進退駆動されたホーニングヘッドによって研削される孔部内面の表面積の分布図である。
【図６】従来技術に係るホーニング加工方法において進退駆動されたホーニングヘッドによって研削される孔部内面を示す展開図である。
【図７】従来技術に係るホーニング加工方法において進退駆動されたホーニングヘッドによって研削される孔部内面の表面積の分布図である。
【図８】従来技術に係るホーニング加工方法による加工対象であるシリンダブロックを示す断面図である。
【図９】従来技術に係るホーニング加工方法による加工対象であるシリンダブロックにホーニング加工が施された後の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…加工装置                  １２…ホーニングヘッド
１６…砥石                      ２０…ワーク
２２…孔部                      ２６…回転駆動機構
２８…進退駆動機構              ４０…コントローラ
４２…回転駆動用ドライバ        ４４…進退駆動用ドライバ
【図１】
0003735487.tif 000004
【図２】
0003735487.tif 000005
【図３】
0003735487.tif 000006
【図４】
0003735487.tif 000007
【図５】
0003735487.tif 000008
【図６】
0003735487.tif 000009
【図７】
0003735487.tif 000010
【図８】
0003735487.tif 000011
【図９】
0003735487.tif 000012