JP2012051058A - ホーニング加工方法及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダの内面における摩擦抵抗の低減及び耐焼き付き性の向上を図る。
【解決手段】シリンダ２の内面３ａに対し、砥石１１を備えたホーニングヘッド５を、軸方向に移動させつつ回転させて前記シリンダの内面にクロスハッチの溝を加工するホーニング加工方法において、前記ホーニングヘッド５の砥石１１を前記シリンダ２の内面３ａにおける軸方向の中央部並びにその両端側の上端部及び下端部に対応させて三分割し、これら中央部の砥石１１ａ，よりも上端部及び下端部の砥石１１ｂ，１１ｃを強く前記シリンダ２の内面３ａに押圧することにより、シリンダ２の内面３ａにおける中央部のクロスハッチ８ａの溝９を浅く加工し、上端部及び下端部のクロスハッチ８ｂの溝１０を中央部のクロスハッチ８ａの溝９よりも深く加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば内燃機関等のシリンダの内面にクロスハッチを加工するホーニング加工方法及び加工装置に関するものである。

内燃機関等のシリンダの内面を研磨加工する技術として、砥石を取り付けた円柱状のホーニングヘッドをワークであるシリンダの内面に押し付けて、一定の面接触状態を保ちながら軸方向の往復運動と周方向の回転運動を行い、シリンダの内面を研磨するようにしたホーニング加工方法及び加工装置が知られている（特許文献１参照）。このホーニング加工方法及び加工装置によって、加工面には細かなクロスハッチ（網状の筋）が加工される。このクロスハッチにより、例えば内燃機関のシリンダの内面に潤滑油が保持され、そのシリンダの内面を摺動するピストンがシリンダの内面に焼き付くことを防止することができる。

特開２００４−９０１７８号公報

しかしながら、ホーニング加工によりシリンダの内面に加工されるクロスハッチは、シリンダの内面に彫られる網状ないし斜交平行線状の細かい筋ないし溝であるため、シリンダの内面の面粗度が悪化し、摩擦抵抗の増大を招き易い。シリンダの内面は、一般的に面粗度が良いほど、摩擦抵抗が低いことが知られているが、面粗度を向上させるためにクロスハッチの溝の深さを浅くすると、油保持性が低下して耐焼き付き性も低下し、ピストンの焼き付きが発生し易くなるという問題があった。

本発明は、前記事情を考慮してなされたものであり、シリンダの内面の摩擦抵抗の低減及び耐焼き付き性の向上を図ることができるホーニング加工方法及び加工装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、シリンダの内面に対し、砥石を備えたホーニングヘッドを、軸方向に移動させつつ回転させて前記シリンダの内面にクロスハッチの溝を加工するホーニング加工方法において、前記ホーニングヘッドの砥石を前記シリンダの内面における軸方向の中央部並びにその両端側の上端部及び下端部に対応させて三分割し、これら中央部の砥石よりも上端部及び下端部の砥石を強く前記シリンダの内面に押圧することにより、シリンダの内面における中央部のクロスハッチの溝を浅く加工し、上端部及び下端部のクロスハッチの溝を中央部のクロスハッチの溝よりも深く加工することを特徴とする。

この場合、前記下端部の砥石の押圧力を前記上端部の砥石の押圧力よりも弱くすることにより、下端部のクロスハッチの溝を、上端部のクラスハッチの溝よりも浅く加工することが好ましい。

また、本発明は、シリンダの内面に対し、砥石を備えたホーニングヘッドを、軸方向に移動させつつ回転させて前記シリンダの内面にクロスハッチの溝を加工するホーニング加工装置において、前記ホーニングヘッドの砥石を前記シリンダの内面における軸方向の中央部並びにその両端側の上端部及び下端部に対応させて三分割し、これらの砥石をシリンダの内面にそれぞれ押圧する押圧手段を設け、上端部及び下端部の砥石の押圧手段を中央部の砥石の押圧手段よりも押圧力を強く設定し、シリンダの内面における中央部のクロスハッチの溝を浅く加工し、上端部及び下端部のクロスハッチの溝を中央部のクロスハッチの溝よりも深く加工するように構成されていることを特徴とする。

この場合、前記下端部の砥石の押圧手段が前記上端部の砥石の押圧手段よりも押圧力を弱く設定されていることが好ましい。

前記押圧手段は、ばね又は油圧シリンダであることが好ましい。

本発明によれば、シリンダの内面における摩擦抵抗の低減及び耐焼き付き性の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係るホーニング加工装置の一例を概略的に示す図である。 図１のホーニング加工装置を用いたホーニング加工方法を示す説明図である。 ホーニング加工されたシリンダブロックのシリンダボア内面のクロスハッチの加工状態を概略的に示す図である。 （ａ）はシリンダボア内面の上端部と中央部のクロスハッチの加工状態を示す図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線拡大断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線拡大断面図である。 ホーニング加工装置の押圧手段を皿バネにした例を概略的に示す図である。 ホーニング加工装置の押圧手段を油圧シリンダにした例を概略的に示す図である。

以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。

図２に示すように、内燃機関のシリンダブロック１には単一又は複数のシリンダ２が設けられており、そのシリンダ２のボア３の内面（シリンダライナが装入されている場合にはシリンダライナの内面）３ａを研磨加工するためにホーニング加工装置４のホーニングヘッド５が挿入されるようになっている。このホーニングヘッド５を軸方向に移動させつつ回転させることにより、すなわちホーニングヘッド５に往復運動と回転を与えて前記シリンダ２の内面（円筒内面）３ａにクロスハッチの溝を加工するようになっている。

図３に示すように前記シリンダブロック１の下側の軸穴６にはクランク機構を構成する図示しないクランク軸が設けられ、このクランク軸に図示しないコンロッドを介して連結されたピストン７がシリンダ２内を上死点位置ｐａと下死点位置ｐｂとの間で往復運動をするようになっている。

前記クランク機構におけるピストン７の位置の時間変化曲線は、サインカーブを描き、ピストン速度は、シリンダ２内の軸方向中央部で最も早くなり、その両端部である上端部（上死点位置ｐａ）及び下端部（下死点位置ｐｂ）でゼロに近くなる。従って、ホーニング加工を施す場合には、シリンダ２の内面３ａを軸方向の中央部並びにその両端側の上端部及び下端部に三分割し、その中央部にクロスハッチ８ａの溝を浅く加工して摩擦抵抗を減らすことが好ましく、更に上端部及び下端部のクロスハッチ８ｂ，８ｃの溝を中央部のクロスハッチ８ａの溝よりも深く加工することで油膜を確保することが好ましい。

そこで、前記ホーニング加工装置４は、図１に示すように前記ホーニングヘッド５に設けられる砥石１１を前記シリンダ２の内面における軸方向の中央部並びにその両端側の上端部及び下端部に対応させて三分割し、中央部の砥石（中央砥石という）１１ａよりも上端部及び下端部の砥石（上端砥石、下端砥石という）１１ｂ，１１ｃを強く押圧することにより、図３及び図４の（ａ），（ｃ）に示すようにシリンダ２の内面３ａにおける中央部のクロスハッチ８ａの溝９を浅く加工し、図３，図４の（ａ），（ｂ）に示すように上端部及び下端部のクロスハッチ８ｂ，８ｃの溝１０を中央部のクロスハッチ８ａのそれ（溝）９よりも深く加工するように構成されている（なお、図４において、下端部のクロスハッチ８ｃは、上端部のクロスハッチ８ｂと同じであるため、図示省略する。）。なお、各砥石の目の粗さは同じである。

前記ホーニングヘッド５は、図１ないし図２に示すように筒状例えば円筒状又は角筒状の支持フレーム（ケーシング）１２を有し、この支持フレーム１２の上端部にはこの支持フレーム１２を軸回りに回転駆動するための電動モータ１３が取付けられている。前記支持フレーム１２の周面には、周方向に所定の間隔で複数例えば４組の砥石１１を径方向に移動調節可能に取付けるための長方形状の開口部１４が形成されている（図２参照）。各組の砥石１１は周方向に分割された４組の砥石台１５の外面に取付けられており、その砥石台１５が前記支持フレーム１２の各開口部１４に径方向に移動可能に支持されている。

前記砥石１１を径方向に移動調節する手段（拡張手段ともいう）として、図１に示すように前記支持フレーム１２内の中央部にはテーパーコーン１６が配置され、各砥石台１５の内面にはテーパーコーン１６の外面に摺接するテーパー面１５ａが形成されている。各砥石台１５と支持フレーム１２の間には、各砥石台１５を支持フレーム１２の径方向内方に付勢するバネ１７が設けられている。前記テーパーコーン１６の基端部には、これを軸方向に移動操作するための駆動部１８が設けられている。この駆動部１８は、駆動軸１９を軸方向に伸縮操作可能な例えば流体圧シリンダ又はネジ送り機構からなっている。図示例では、前記モータ１３の上端部に駆動部１８が配置され、駆動部１８の駆動軸１９が前記モータ１３の回転軸１３ａを貫通してテーパーコーン１６の上端部に接続されている。この場合、前記駆動軸１９が回転しないのに対し、前記テーパーコーン１６が砥石台１５及び支持フレーム１２と一緒に回転するため、前記駆動軸１９の先端部は、テーパーコーン１６の上端部にテーパーコーン１６の回転を許容するジョイント部材２０を介して接続されていることが好ましい。

前記ホーニングヘッド５を軸方向に移動操作する手段として、軸方向移動操作機構２１が設けられている。この軸方向移動操作機構２１は、垂直ガイドベース２２と、この垂直ガイドベース２２にＬＭガイド（Linear Motion Guide）２３を介して昇降自在に設けられた昇降プレート２４と、この昇降プレート２４をボールねじ機構２５を介して昇降操作する電動モータ２６とを備え、前記昇降プレート２４にブラケット２７を介して前記ホーニングヘッド５のモータ１３と駆動部１８が取付けられている。前記軸方向移動操作機構２１の垂直ガイドベース２２は、例えば加工ラインにおける所定の固定部に設けられている。

前記ホーニングヘッド５における砥石１１ａ，１１ｂ，１１ｃをシリンダ２の内面３ａにそれぞれ押圧する押圧手段として螺旋ばねからなる押圧ばね２８ａ，２８ｂ，２８ｃが設けられ、上端部及び下端部の砥石１１ｂ，１１ｃの押圧ばね２８ｂ，２８ｃが中央部の砥石１１ａの押圧ばね２８ａよりも押圧力（押付荷重ともいう）を強く設定されており、これによりシリンダ２の内面３ａにおける中央部のクロスハッチ８ａの溝９を浅く加工し、上端部及び下端部のクロスハッチ８ｂ，８ｃの溝１０を中央部のクロスハッチ８ａの溝９よりも深く加工するように構成されている。

この場合、砥石台１５の外面に砥石１１ａ，１１ｂ，１１ｃを径方向に移動可能に取付けるために、砥石１１ａ，１１ｂ，１１ｃの裏面部には凹部２９が設けられ、該凹部２９に筒状の支持部材３０が嵌合固定され、砥石台１５には各支持部材３０をホーニングヘッド５の径方向に移動可能に嵌合支持する孔部３１が形成されている。そして、前記凹部２９及び孔部３１を利用して前記押圧ばね２８ａ，２８ｂ，２８ｃが設けられている。

次に以上の構成からなるホーニング加工装置４の作用ないしホーニング加工方法について述べる。

先ず、軸方向移動操作機構２１によりホーニングヘッド５を下降させてワークであるシリンダブロック１のシリンダ２のボア３内に挿入し、拡張手段であるテーパーコーン１６を駆動部１８により下方に移動させ、これにより各砥石台１５を介して各組の砥石１１を径方向外方に拡張移動させて砥石１１をシリンダ２の内面３ａに押し当てる。この状態でモータ１３の駆動によりホーニングヘッド５を軸回りに回転させると共に、前記軸方向移動操作機構２１によりホーニングヘッド５を軸方向に往復移動させ、シリンダ２の内面３ａにクロスハッチの溝を加工する。

この場合、ホーニングヘッド５の砥石１１を前記シリンダ２の内面３ａにおける軸方向の中央部並びにその両端側の上端部及び下端部に対応させて三分割し、これらの砥石１１ａ，１１ｂ，１１ｃをシリンダ２の内面３ａにそれぞれ押圧する押圧ばね２８ａ，２８ｂ，２８ｃを設け、上端部及び下端部の砥石１１ｂ，１１ｃの押圧ばね２８ｂ，２８ｃを中央部の砥石１１ａの押圧ばね２８ａよりも押圧力を強く設定しているため、シリンダ２の内面３ａにおける中央部のクロスハッチ８ａの溝９を浅く加工し、上端部及び下端部のクロスハッチ８ｂの溝１０を中央部のクロスハッチ８ａの溝９よりも深く加工することができる。

シリンダ２内を往復するピストン７を有する内燃機関の場合、シリンダ２の軸方向中央部付近のピストン７の速度が最も早く、この部分の摩擦抵抗を減らすことが燃費の向上を図る上で効果的であり、また、上端および下端付近ではピストン７の速度がゼロに近く、油膜の確保が困難となるため、油膜確保を重視したクロスハッチ仕様とすることがピストンの焼き付きを防止する上で効果的である。

よって、中央部の砥石１１ａの押圧力を小さくすることにより、クロスハッチ８ａの溝９を浅くすることで摩擦抵抗を下げることが可能となり、上端部及び下端部の砥石１１ｂ、１１ｃの押圧力を大きくすることでクロスハッチ８ｂ、８ｃの溝１０を深くし、油膜を確保することが可能となる。また、この場合、上端部及び下端部の砥石１１ｂ、１１ｃの押圧力が大きくなることから、加工条件の適切化の一つとして、図２に示すようにシリンダ２内の上死点付近及び下死点付近を重点的に潤滑及び冷却するための加工油供給ノズル３２ａ，３２ｂをワークであるシリンダブロック１の上部と下部に配置することが好ましい。

本実施形態のホーニング加工装置ないしホーニング加工方法によれば、内燃機関のシリンダ２における耐焼き付き性を確保しつつ摩擦抵抗を下げることが可能となり、内燃機関の燃料消費率の向上及び出力の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、内燃機関のシリンダにおいて、燃焼圧力を強く受ける上端部（上死点側）に比して燃焼圧力を殆ど受けることがなく、また図３に示すようにピストン７を冷却するためにエンジンオイルを下方から噴射供給するオイルジェットノズル２８を備えている場合には、下端部（下死点側）の砥石１１ｃの押圧力を上端部（上死点側）の砥石１１ｂの押圧力よりも小さくしても良い。この場合、中間部の砥石１１ａ、下端部の砥石１１ｃ、上端部の砥石１１ｂの順に押圧力を段階的に大きくすることが好ましい。また、本発明は、内燃機関だけでなく、往復式のエアコンプレッサやポンプ等にも適用することが可能であり、これによりエアコンプレッサやポンプ等の消費馬力ないし負荷を低減することが可能となる。

砥石をシリンダの内面に押圧する押圧ばねとしては、図５に示すように板ばねであっても良い。この場合、上端部の砥石１１ｂ及び下端部の砥石１１ｃが共通の第１の板ばね３３ａを介して砥石台１５に設けられ、中央の砥石１１ａが第１の板ばね３３ａよりも押圧力の弱い第２の板ばね３３ｂを介して砥石台１５に設けられている。

砥石１１をシリンダ２の内面３ａに押圧する押圧手段としては、図６に示すように油圧シリンダ３４であっても良い。砥石台１５には各砥石１１ａ，１１ｂ，１１ｃに対応して油圧シリンダ３４のシリンダ部３４ａ，３４ｂ，３４ｃが設けられ、各砥石１１ａ，１１ｂ，１１ｃには前記シリンダ部３４ａ，３４ｂ，３４ｃに摺動自在に嵌合するピストン３５ａ，３５ｂ，３５ｃが設けられている。そして、各シリンダ部３４ａ，３４ｂ，３４ｃに油圧を供給する油圧通路３６ａ，３６ｂ，３６ｃが設けられ、これら油圧通路３６ａ，３６ｂ，３６ｃを介してシリンダ部３４ａ，３４ｂ，３４ｃに供給される油圧が中央部の砥石１１ａ側を小さく、上端部及び下端部の砥石１１ｂ，１１ｃ側を大きくなるように構成されている。

２ シリンダ
４ ホーニング加工装置
５ ホーニングヘッド
８ａ 中央部のクロスハッチ
８ｂ 上端部のクロスハッチ
８ｃ 下端部のクロスハッチ
９，１０ クロスハッチの溝
１１ａ 中央部の砥石
１１ｂ 上端部の砥石
１１ｃ 下端部の砥石
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 押圧ばね（押圧手段）
３４ 油圧シリンダ（押圧手段）

Claims (5)

1. シリンダの内面に対し、砥石を備えたホーニングヘッドを、軸方向に移動させつつ回転させて前記シリンダの内面にクロスハッチの溝を加工するホーニング加工方法において、前記ホーニングヘッドの砥石を前記シリンダの内面における軸方向の中央部並びにその両端側の上端部及び下端部に対応させて三分割し、これら中央部の砥石よりも上端部及び下端部の砥石を強く前記シリンダの内面に押圧することにより、シリンダの内面における中央部のクロスハッチの溝を浅く加工し、上端部及び下端部のクロスハッチの溝を中央部のクロスハッチの溝よりも深く加工することを特徴とするホーニング加工方法。
2. 前記下端部の砥石の押圧力を前記上端部の砥石の押圧力よりも弱くすることにより、下端部のクロスハッチの溝を、上端部のクラスハッチの溝よりも浅く加工することを特徴とする請求項１記載のホーニング加工方法。
3. シリンダの内面に対し、砥石を備えたホーニングヘッドを、軸方向に移動させつつ回転させて前記シリンダの内面にクロスハッチの溝を加工するホーニング加工装置において、前記ホーニングヘッドの砥石を前記シリンダの内面における軸方向の中央部並びにその両端側の上端部及び下端部に対応させて三分割し、これらの砥石をシリンダの内面にそれぞれ押圧する押圧手段を設け、上端部及び下端部の砥石の押圧手段を中央部の砥石の押圧手段よりも押圧力を強く設定し、シリンダの内面における中央部のクロスハッチの溝を浅く加工し、上端部及び下端部のクロスハッチの溝を中央部のクロスハッチの溝よりも深く加工するように構成されていることを特徴とするホーニング加工装置。
4. 前記下端部の砥石の押圧手段が前記上端部の砥石の押圧手段よりも押圧力を弱く設定されていることを特徴とする請求項３記載のホーニング加工装置。
5. 押圧手段が、ばね又は油圧シリンダであることを特徴とする請求項３又は４記載のホーニング加工装置。