JP2004066435A - ホーニング工具およびその工具を用いたホーニング加工法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステンレス鋼，アルミニウム合金，銅または銅合金などのような軟質合金金属の工作物における小径の孔を、高精度で高能率に加工できるホーニング工具およびその工具を用いたホーニング加工法を提供する。
【解決手段】小径孔のホーニング加工に用いられるホーニング工具１であって、研削要部における砥粒１１の粒度分布が少なくともその砥粒径の１個以上の間隔で配置されて、その根元部を工具母材（台金）に金属結合材で固着されている。また、前記ホーニング工具を用いて回転すると同時にオシレーション運動を付加して、工具１の砥粒１１の分布状態とオシレーション運動との相乗効果で研削屑の排除を促し、研削精度を向上させる。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてステンレス鋼，アルミニウム合金，銅または銅合金のように、研削加工時に研削屑が砥粒に付着しやすい軟質の金属にてなる被加工物を、効率よく高精度でホーニング加工できるホーニング工具およびその工具を用いたホーニング加工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステンレス鋼，アルミニウム合金，銅または銅合金のような工作物に高精度の孔加工するには、リーマやダイヤモンド切れ刃を付着させてなるドリルが用いられている。
【０００３】
また、工作物における孔加工に際して精密な仕上面を得るには、主にホーニング加工が施されている。このホーニング加工は、他の精密仕上げ加工と比較して、工作機械の精度に頼ることなく高精度の加工が可能であるとともに、真円度に加えて真直度も得られやすいという長所を有している。そのために、シリンダや直線的な孔などの内面の仕上加工に多く採用されている。
【０００４】
このようなホーニング加工を実施する技術に関しては既に多くの提案がなされており、加工によって効率よく真円度と真直度を高めるために、砥石を回転させるとともに直線往復動させる方式の加工方法が採用されている。このような技術については、例えば特許第３０８３３７８７号公報や特許第２９０００２７号公報などによって知られている。
【０００５】
前記特許第３０８３３７８７号公報によって開示されているホーニング加工方法およびそのホーニング装置では、ホーニングツールの回転運動に、微小な回転振動を重畳的に付加させながらホーニング加工を行うこと、および工作物の孔径面の軸線周りに回転するとともに軸線方向に往復動できる回転主軸と、その回転主軸に微振動を重畳的に付与する手段を備えて、その回転主軸にホーニングツールを取付けるようにされた装置であり、回転運動と往復運動にさらに微振動を付加することで加工精度を高め得る旨記載されている。
【０００６】
また、特許第２９０００２７号公報に開示のものでは、小径でテーパ穴状や盲穴状の浅い穴の内径を主に精密仕上げするためのホーニング装置として、回転運動に往復運動が同時に行えるようにされたカム機構を備えるホーニング装置が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ステンレス鋼，アルミニウム合金，銅または銅合金のように、軟質の金属にてなる被加工物の孔加工にリーマやドリルを用いる加工方では、切れ刃に切粉（切屑）が付着したり、構成刃先ができて高精度かつ高能率に仕上ることが困難である。また、研削加工時に研削屑が砥粒に付着しやすい軟質の金属による工作物の孔加工では、ダイヤモンドやＣＢＮの砥粒を金属母材の砥石アーバに電着で固着されたツールを用いて研削すると、砥粒の分布状態が不均一で砥粒が互いに接し合うような状態にあるので、砥粒によって削り取られた研削屑が砥粒間に引っ掛かって剥がれ落ち難く、結果的に砥石（ツール）の表面に固着して、粉の研削屑が加工面に悪影響を与え、加工精度の劣化を招くという問題点がある。
【０００８】
また、ホーニング加工に際して、前述の先行技術のように、回転運動に往復運動を付加して、砥粒による工作物の被削面の研削（研磨）を行わせると、その切削屑の砥粒に対する付着が改善されるが、現状のツールではやはり砥粒に切削屑が付着し易く、その切削屑の付着による加工精度の劣化は避けられない。
【０００９】
特に、小径の孔をホーニング加工するような場合、前記したように、リーマやダイヤモンド切れ刃を付されたドリルなど連続する刃を備えたツールでは高精度の加工が困難であり、一般的なホーニング加工にあっては、さらに、その研削部における砥粒の分布状態を効果的にすることがなされておらず、高精度で高能率に加工することが困難である。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、ステンレス鋼，アルミニウム合金，銅または銅合金などのような軟質合金金属の工作物における小径の孔を高精度で高能率に加工できるホーニング工具およびその工具を用いたホーニング加工法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、第１発明によるホーニング工具は、
小径孔のホーニング加工に用いられるホーニング工具であって、研削要部における砥粒の粒度分布が少なくともその砥粒径の１個以上の間隔で配置されて、その基部を工具母材に金属結合材で固着されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によれば、工具母材に対して砥粒の根元部（基部）を金属結合材によって固着させて、加工に寄与する砥粒の先端突出し部に金属結合材を付着させないようにされて、かつ砥粒同士を離して配置させることで、ホーニング加工に際して、工作物の被研削面部が研削されるとき、砥粒によって削り取られた研削屑が砥粒間を通過して排除されることになり、軟質で付着性の高い金属であっても、研削時に用いられるクーラントによって容易に排出されることになり、高精度の加工を施すことができるのである。
【００１３】
前記発明において、工具の最大径の部分よりシャンク側へ逃げ勾配にされたテーパ部が形成され、先端部に導入勾配部分を設けられている構造であるのがよい（第２発明）。また、前記先端部からシャンクに到るまでの砥粒付着範囲には、周面を複数に分断して軸線方向に砥粒の付着されない部分を形成されているのがよい（第３発明）。
【００１４】
このように構成することで、導入勾配を備える先端部で被削面を徐々に切り込んで研削屑を細分化しつつ最大径部分で所要寸法に研削され、こうして研削された研削屑が、最大径部分からシャンク側に移動しても、逃げ勾配が形成されているので、当該部分で加工済みの面を傷つけることなく排除できる。しかも、軸線方向に複数条の砥粒を備えない部分が設けられているので、当該部分を溝条に形成しておけば、それらの溝条部分に研削屑が流動して外部への排除効果を一層高めることができる。
【００１５】
また、前記発明において、工具の先端からシャンクに到るまでの砥粒付着部分では、砥粒が単層に金属結合材で母材に固着されているのが好ましい（第４発明）。このように構成されることにより砥粒を母材に対して確実に根元部で固着することができるので、砥粒が簡単に剥離することなく耐久性を高めることができるという効果が得られる。また、研削の順序としての砥粒の粒度分布も選択的に配置できることになり、工具としての性能向上を図ることができる。
【００１６】
第５発明は、前記第１発明〜第４発明によるホーニング工具を用いて、回転させながらオシレーション運動を付与させてワンパス研削することを特徴とするホーニング加工法である。
【００１７】
本発明によれば、前記発明による工具を回転させながらオシレーション運動を付与することにより、砥粒の分布を前述のように比較的粗く、かつ要部に連接する部分で逃がし角を付けた工具を用いることによって、砥粒に付着しそうになる研削屑を砥粒から離脱させて効率よく排出できることになり、加工性の困難な工作物であっても研削精度を向上させ得るという効果が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるホーニング工具の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１には本発明に係るホーニング工具の一実施形態を表わす全体側面図が示されている。図２には図１のＡ視拡大図が、図３には要部の拡大断面図が、図４には砥粒の分布態様を拡大して表す部分平面図が、それぞれ示されている。
【００２０】
本実施形態のホーニング工具１（以下、単にツール１という）は、工作物２０における小口径の孔２１をホーニング加工するのに使用されるものであり、図１によってその形態を示されるように、研削機能を有する研削部２は、その先端部分３を先細りのテーパ状にされ、この先端部分３に連接する所要区間を最大径にして主要研削部分４とされ、この主要研削部分４からシャンク７側に向かって僅かな逃がし勾配を付された仕上研削部分５が形成され、基部６を介して所要長さのシャンク７と一体に形成されている。
【００２１】
また、このツール１においては、前記研削部２の周面には、図２によって示されるように、複数の溝条９がほぼ等分されて先端から軸線方向に基部までに刻設されている。したがって、研削部２の周面は前記溝条９によって分断された状態に形成されている。この溝条９は、研削加工時に発生する研削屑を排出する役目を果たすものである。
【００２２】
前記ツール１の研削部２は、ツール母材（台金１０、この実施形態ではステンレス鋼が用いられる）の周面に、例えばダイヤモンド砥粒やＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）砥粒などの砥粒１１が所要の分布状態で固着されている。この実施形態で使用される砥粒１１は、その粒度として＃５０／６０，粒径０．２５〜０．３ｍｍのものが使用されている。
【００２３】
その研削部２における砥粒１１の分布状態は、図４に示されるように、砥粒１１の粒径の少なくとも一個以上の間隔を置いて周方向に多数列、その各列の軸方向の配置が順次一方の列に対して他方の列の砥粒が少しずつずれるようにして配置される。なお、各砥粒１１の配置は、特に限定されないが、回転方向の間隔Ｐに対して軸方向の間隔Ｐ’を大きくとるのが好適である。このようにして砥粒の配置を周面に沿って形成することにより、回転時の各列の砥粒１１が見掛け上連続状態に揃うようになされている。
【００２４】
このような砥粒１１の分布状態で台金１０に固着するには、まず、前記ツール１の研削部２表面に金属結合材（ろう材１２）として、例えばＮｉろう（成分　２．０％Ｂ，３．５％Ｓｉ，残りＮｉ）を５０〜８０μｍ程度に加工した箔を使用し、研削部２の表面に接着剤（図示せず）により接着させる。その後において、前記Ｎｉろうの箔表面に、予め前述のように砥粒１１を配列させて保持する可燃性の薄肉保持材（図示せず）、例えば紙シート，プラスチックフイルムなどを接着剤によって巻き付け固定させる。なお、砥粒１１の分布配列についてはパターンを決めた開口を有する別途用具によって砥粒の接着面を形成させ、その接着面に砥粒を付着させるようにする。
【００２５】
こうして台金１０の所要個所表面にろう材１２とパターン化された砥粒１１の可燃性保持材（紙シート，プラスチックフイルムなど）を固定させれば、接着剤が硬化した後に、まず加熱炉内で加熱（約４００℃程度まで）して、砥粒の保持材を焼却する。併せてろう材１２を軟化させ砥粒１１をパターンに沿って保持させる。こうすることで、ろう材１２・砥粒１１の脱落や偏析を防止することができる。さらに、前記ろう材１２の融点の約１００℃程度手前まで加熱して、５〜１０分間程度保持させる。こうすると、台金１０全体がろう材１２の融点近くに加熱され、台金１０の加熱むらを防ぐことが可能になる。しかる後、ろう材１２の融点まで一気に加熱して約３分程度保持した後、冷却することにより、ろう材１２を確実に溶融させて砥粒１１を台金１０に融着させるとともに、過熱による溶融ろう材の過剰な流動を防止して確実な砥粒１１の台金１０に対する固着を行うことができる。
【００２６】
このようにして得られた本実施形態のツール１は、その研削部２において砥粒１１が前述のパターンで根元部をろう材１２により台金１０に固定され、それら砥粒１１の尖端をろう材１２によって覆われることなく単層に配置されたものとなる。
【００２７】
また、本実施形態のツール１では、研削部２における先端部分３を先細りのテーパ状にして連接する主要研削部分４を最大径にするとともに、その周面部に形成される砥粒１１の分布密度が他の部分よりも密（ただし、前記パターンは保たれている）にして、それ以降の僅かな逃がし勾配を付された仕上研削部分５では前記主要研削部分４よりもやや粗となる分布密度に形成される。このようにすることで、工作物２０の被研削面を後述するように効果的に高精度で、かつ高能率に研削加工することができるのである。
【００２８】
次ぎに、前記のツール１を用いた加工法について説明する。その一実施形態としてアルミニウム合金製の工作物２０における孔加工について述べる。
【００２９】
この実施形態では軸方向のオシレーション運動機構を備えた研削盤（ホーニング盤）のツールヘッド部に前記ツール１のシャンク７を取り付け、所要回転速度（約１０００ｒ．ｐ．ｍ）で回転させると同時にオシレーション運動（１回転当り４回程度）を行わせつつ工作物２０の被研削孔２１に、ツール１の研削部先端部分３から進入させる。
【００３０】
前述のような条件の下で加工すると、工作物２０の被研削面は、テーパ状の先端部分３がツール１の導入の役目を果たし、軸芯を合わせて主要研削部分４によって所要の加工径となる取しろ分が研削される。この際、ツール１の研削部２の外周面に固着されている無数の砥粒１１は、前述のように固着している砥粒同士の間隔がその砥粒１１の最大径の１個以上に配置され、しかも回転する方向（軸線方向）には連続するような位置に並べて設けられているので、研削屑は砥粒間に残留することなく研削される。そして、ツール１の軸線方向の移動に伴い均一に研削される。
【００３１】
この研削部分にあっては、ツール１の回転とオシレーション運動によって、砥粒１１の尖端で被研削面が掘り起こされるような機能が与えられ、砥粒間が広く配されていることから研削屑が砥粒間に留まらず、排除させて周方向に複数条の溝条９が設けられて断続的に砥粒付着面を配した研削部２が被研削面に接する状態を呈することから、排除される研削屑が加工時に使用されるクーラントとともに前記溝条９の部分に移動して外部に排出される。
【００３２】
さらにツール１が進入すると、前記主要研削部分４によって研削されて発生した研削屑がすべて溝条９に移行することができないので、当然ツール１の移動に伴い仕上研削部分５に移行するものも生じるが、当該仕上研削部分５は前記主要研削部分４に対してシャンク７側へ逃がし勾配をつけた形状にされていると同時に砥粒１１の分布密度を前者に較べて粗にされているので、台金１０に付着した状態で移動する研削屑が再び砥粒１１に付着することはない。したがって、先に研削されている面に接して研削面を傷めることがなく、この仕上研削部分５の周面に配置される砥粒１１によって再度研削されて精密に仕上げられるのである。
【００３３】
このようにして、本実施形態のツール１による研削加工によれば、ツール１を所要距離移動させることにより、そのツール１に配置される砥粒１１の分布状態、言換えると研削屑が砥粒間を埋めるようなことのない残留現象を発生させずに、オシレーション運動を併用させることで、相乗的に研削機能が向上されることになる。その結果、ツール１をワンパスさせることにより高精度で、真円度の高いホーニング加工が行えるという効果が得られるのである。
【００３４】
以上の説明では、ツールの外周面に軸方向に複数の溝条を配分形成したものについて記載したが、このツールの直径がより小さい（小径）のものとなる場合には、前記溝条を台金に刻接することができないので、このような小径（例えばφ４ｍｍ以下）のものでは、図５にその断面を拡大して示されるように、例えば台金１０Ａの円周の４等分された部分に、砥粒１１が配置されない個所１５（溝条相当部分）を軸線方向に所要長さ設けることで、当該溝条相当部分１５の空白部分に研削屑を移動させてクーラントによって流動排出させるようにすることができる。
【００３５】
ちなみに、本発明によるホーニングツールに採用できる砥粒の粒度は、＃２０〜＃１０００のものが使用できる。また、砥粒間の間隔としては、粒径の２〜５倍とするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るホーニング工具の一実施形態を表わす全体側面図である。
【図２】図２は、図１のＡ視拡大図である。
【図３】図３は、要部の拡大断面図である。
【図４】図４は、砥粒の分布態様を拡大して表す部分平面図である。
【図５】図５は、ごく小径のホーニング工具の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　ツール（ホーニング工具）
２　　　　　　　　研削部
３　　　　　　　　研削部の先端部分
４　　　　　　　　研削部の主要研削部分
５　　　　　　　　研削部の仕上研削部分
７　　　　　　　　シャンク
９　　　　　　　　溝条
１０，１０Ａ　　　台金
１１　　　　　　　砥粒
１２　　　　　　　ろう材
１５　　　　　　　溝条相当部分

Claims (5)

1. 小径孔のホーニング加工に用いられるホーニング工具であって、研削要部における砥粒の粒度分布が少なくともその砥粒径の１個以上の間隔で配置されて、その基部を工具母材に金属結合材で固着されていることを特徴とするホーニング工具。
2. 前記工具の最大径の部分よりシャンク側へ逃げ勾配にされたテーパ部が形成され、先端部に導入勾配部分を設けられている構造である請求項１に記載のホーニング工具。
3. 前記工具において、先端部からシャンクに到るまでの砥粒付着範囲には、周面を複数に分断して軸線方向に砥粒の付着されない部分を形成されている請求項１または２に記載のホーニング工具。
4. 前記工具において、その先端からシャンクに到るまでの砥粒付着部分では、砥粒が単層に金属結合材で母材に固着されている請求項１，２または３のいずれかに記載のホーニング工具。
5. 前記請求項１〜４によるホーニング工具を用いて、回転させながらオシレーション運動を付与させてワンパス研削することを特徴とするホーニング加工法。

Images