シリンダボアの研削加工装置
【課題】研削工具の構造や加工時の制御の複雑化を抑制しつつ、シリンダボアの内周面を任意の非真円形状に成形可能なシリンダボアの研削加工装置を提供する。
【解決手段】移動制御部３９は、所定の経路に従って研削工具２９を移動させ、回転制御部３８は、研削工具２９を回転させ、温度制御部４１は、研削工具２９へ流入する前の研削液の温度を、所定の経路における研削工具２９の位置に対応して予め設定された目標温度に近づけるように制御し、研削作用面部５６がシリンダボア４３の内周面４３ａと接触することにより、シリンダボア４３の内周面４３ａを研削する。
【解決手段】移動制御部３９は、所定の経路に従って研削工具２９を移動させ、回転制御部３８は、研削工具２９を回転させ、温度制御部４１は、研削工具２９へ流入する前の研削液の温度を、所定の経路における研削工具２９の位置に対応して予め設定された目標温度に近づけるように制御し、研削作用面部５６がシリンダボア４３の内周面４３ａと接触することにより、シリンダボア４３の内周面４３ａを研削する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダボアの内周面を非真円形状に成形するシリンダボアの研削加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、外周部分に砥石を備えたホーニング工具をシリンダボア内に挿入し回転駆動する際に、砥石を微小移動させてシリンダボアの内周面に対する砥石の押付圧を変化させることにより、シリンダボアの内周面を非真円形状に成形するシリンダボアの研削加工装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１９３０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１は、ホーニング工具を回転駆動する際に、砥石を微小移動させる必要があるため、ホーニング工具の構造や加工時の制御が複雑となる。
【０００５】
そこで、本発明は、研削工具の構造や加工時の制御の複雑化を抑制しつつ、シリンダボアの内周面を任意の非真円形状に成形することが可能なシリンダボアの研削加工装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく、本発明のシリンダボアの研削加工装置は、最終加工前のシリンダボアの内周面を非真円形状に加工するシリンダボアの研削加工装置であり、研削工具と工具制御手段と研削液と温度検出手段と研削液供給手段と温度制御手段とを備える。
【０００７】
研削工具は、工具本体と研削作用面部と内部流路とを有する。工具本体は、回転軸を中心とした外周面を有する。研削作用面部は、工具本体の外周面上で砥粒を保持する。内部流路は、回転軸側の流入口から研削作用面部側の流出口まで工具本体の内部を巡回する。研削工具は、回転軸を中心とした回転時に研削作用面部がシリンダボアの内周面に接触することによってシリンダボアの内周面を研削する。工具制御手段は、シリンダボアの中心軸を中心とした仮想円周面上に設定された所定経路に従って研削工具を移動させるとともに、回転軸を中心として研削工具を回転させる。研削液は、研削工具の流入口へ流入し内部流路を流通して流出口から流出し、研削作用面部とシリンダボアの内周面との接触部分に供給される。研削液供給手段は、研削液の温度を変更して研削工具の流入口へ研削液を供給する。温度検出手段は、研削工具の流入口へ流入する前の研削液の温度を検出する。温度制御手段は、研削液供給手段を制御して、温度検出手段が検出する温度を、所定の経路における研削工具の位置に対応して予め設定された目標温度に近づける。
【０００８】
上記構成では、研削工具の回転時に、研削液は、研削工具の流入口から流入し内部流路を流通して流出口から流出し、研削作用面部とシリンダボアの内周面との接触部分に供給され、研削作用面部は、シリンダボアの内周面に接触することによってシリンダボアの内周面を研削する。研削液供給手段は、研削工具の流入口へ研削液を供給し、内部流路は、回転軸側の流入口から研削作用面部側の流出口まで工具本体の内部を巡回する。また、工具制御手段は、シリンダボアの中心軸を中心とした仮想円周面上に設定された所定の経路に従って研削工具を移動させるとともに、研削工具を回転させ、温度制御手段は、研削液供給手段を制御して、研削工具の流入口へ流入する前の研削液の温度を、所定の経路における研削工具の位置に対応して予め設定された目標温度に近づける。すなわち、研削液は、所定経路における研削工具の位置に対応して、その温度が変更された状態で工具本体の内部を巡回し、研削作用面部とシリンダボアの内周面との接触部分に供給される。これにより、所定経路における研削工具の位置に対応して、研削液が流通した内部流路近傍の工具本体が膨張又は収縮し、工具本体の径が変化し、研削作用面部は工具本体の径の変化に応じてシリンダボアの内周面を研削する。すなわち、研削液の温度を変更して、工具本体の膨張量を任意に制御することによって、単純な円運動を行う加工機（加工装置）を用いて、シリンダボアの内周面を所望の非真円形状に加工することができる。従って、研削工具の構造や加工時の制御の複雑化を抑制しつつ、工具本体の熱膨張を利用してシリンダボアの内周面を任意の非真円形状に加工することができる。
【０００９】
また、研削液供給手段は、研削液を低温及び低圧で貯留する第１タンクと、研削液を高温及び高圧で貯留する第２タンクと、第１タンクと研削工具の流入口とを連通して第１タンクの研削液を研削工具の流入口へ供給する第１管路と、第２タンクと第１管路とを連通して第１管路を流通する研削液に対して第２タンクの研削液を混入する第２管路と、第２管路を開閉する制御バルブと、を有してもよく、温度制御手段は、温度検出手段が検出する温度が目標温度に近づくように制御バルブを開閉制御してもよい。
【００１０】
上記構成では、第１管路は低温で第１タンクに貯留される研削液を研削工具の流入口へ供給し、第２管路は第１管路を流通する研削液に対して高温で第２タンクに貯留される研削液を混入するため、単体のタンクに貯留される研削液の温度を変更する場合に比べ、迅速に研削液の温度を変更することができる。
【００１１】
また、予め第２タンクに高圧で貯留された高温の研削液を、第１管路を流通する低温低圧の研削液に対して混入させるので、低温の研削液に高温の研削液をポンプによって加圧して混入する必要がなく、ポンプを駆動させるモータの発熱の影響を回避することができ、研削工具の流入口へ供給される研削液の温度を容易に管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のシリンダボア研削加工装置の外観図である。
【図２】シリンダボア研削加工装置のブロック構成図である。
【図３】図１の工具ユニットの断面図である。
【図４】研削工具を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のIVａ-IVａ矢視断面図、（ｂ）は（ａ）のIVｂ-IVｂ矢視断面図である。
【図５】図４の内部流路と異なる形状の内部流路を有する研削工具を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＶａ-Ｖａ矢視断面図、（ｂ）は（ａ）のＶｂ-Ｖｂ矢視断面図である。
【図６】工具ユニットの下側部分の要部断面図である。
【図７】開閉制御処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本実施形態のシリンダボア研削加工装置の外観図、図２はシリンダボア研削加工装置のブロック構成図である。なお、以下の説明における上下方向は、図１における上下方向に対応する。
【００１５】
図１及び図２に示すように、シリンダボア研削加工装置１は、研削液供給システム２と工具ユニット３とモータ２５と移動機構３２とを備える。
【００１６】
図３に示すように、工具ユニット３は、スピンドルシャフト２３と軸継手（カップリング）２４とメカニカルシール２８と研削工具２９と押さえ具３０とを有し、研削工具２９の研削作用面部５６がシリンダボア４３の内周面４３ａに接触することによって最終加工前のシリンダボア４３の内周面４３ａを研削する。
【００１７】
シリンダボア４３は、シリンダブロックに形成され、所定の内径の内周面４３ａを有する。
【００１８】
スピンドルシャフト２３の上端部６５は、ベアリング２６を介して移動機構３２の取付部３２ａに回転自在に支持される。スピンドルシャフト２３は、軸継手２４を介して接続されるモータ２５によって回転駆動される。スピンドルシャフト２３の下端部６６は、研削工具２９へ研削液を供給するスピンドルスルークーラント２７を一体的に有する。スピンドルスルークーラント２７には、押さえ具３０が螺合する雌ネジ２７ａが形成されている。
【００１９】
スピンドルシャフト２３の内部には、その外周面から回転軸４７に向かって延びる通液孔５４と、その上端から下端へ回転軸４７に沿って貫通する貫通孔５３とが形成されている。貫通孔５３の上部領域５３ａは、下部領域５３ｂよりも僅かに大きい内径を有する。この上部領域５３ａの下端には、上部領域５３ａと下部領域５３ｂとを遮蔽するシール４４が固定され、下部領域５３ｂを流通する研削液の上部領域５３ａへの流出はシール４４によって阻止される。
【００２０】
メカニカルシール２８は、内側の回転環（図示省略）と外側の固定環（図示省略）とを有し、回転環と固定環とは相対回転する。また、メカニカルシール２８は、通液孔５４を覆うようにスピンドルシャフト２３に取り付けられ、スピンドルシャフト２３の回転に伴う研削液の漏れを防ぐ。メカニカルシール２８の外周面には、取付穴４９が形成されている。取付穴４９には、研削液供給システム２の第１管路１１の一端部１１ａが取り付けられ、取付穴４９を介して、第１管路１１と通液孔５４とが連通する。
【００２１】
研削工具２９は、図４に示すように、工具本体５５と研削作用面部５６と内部流路５７とを有し、スピンドルシャフト２３の回転とともに回転する。
【００２２】
工具本体５５は、金属製で且つ回転軸４７を中心とする円板状の台金５８と、台金５８の上面及び下面を覆い台金に固定される上下のカバー５９とを有する。台金５８の径Ｄ１はカバー５９の径Ｄ２よりも大きく設定され、台金５８の外周面はカバー５９の外縁より外側に位置する。工具本体５５の中心部には、工具本体５５の上下面を貫通する挿通孔６０が形成されている。挿通孔６０は、スピンドルシャフト２３の貫通孔５３の内径とほぼ同じ径を有する。台金５８の上面及び下面には、工具本体５５の内周面から外周面に向かってほぼ等間隔であり、回転軸４７を中心として渦巻状である溝６２が形成されている。台金５８の上面及び下面の溝６２の上方及び下方は上下のカバー５９により閉止され、溝６２とカバー５９とによって内部流路５７が区画される。溝６２の内側の端部は、挿通孔６０と内部流路５７とを連通し、挿通孔６０から研削液が流入する内部流路５７の流入口４５となる。また、台金５８のうちカバー５９の外縁より外側の部分はその上面及び下面が開放され、溝６２のうちカバー５９の外縁よりも外側で開放された外周部分は、研削液が流出する内部流路５７の流出口４６となる。なお、台金５８の上面及び下面の溝６２は、工具本体５５の内周面から外周面に向かって、広範囲に形成されていればよく、渦巻状に限定されない。例えば、図５に示すように、内周面から外周面に向かってほぼ等間隔であり回転軸４７を中心とする複数の同心円状の溝６３と、径方向に隣接する溝６３同士を内周側から外周側に向かって互い違いに連通する溝６７とから成る形状でもよい。また、後述するように台金５８に形成された溝６２を流通する研削液の温度を変更することによって、台金５８を膨張及び収縮させてシリンダボア４３の内周面４３ａを所望の形状に研削するため、熱膨張係数が比較的高い金属製の台金５８を用いることが好ましく、例えばアルミニウム合金やステンレス鋼が好適に用いられる。
【００２３】
研削作用面部５６は、砥粒を保持するリング状の部材であり、工具本体５５の外径とほぼ同径の内周面を有する。研削作用面部５６の内周面は、工具本体５５の外周面に接着される。研削作用面部５６は、その外周面が回転しながらシリンダボア４３の内周面４３ａと接触することによってシリンダボア４３の内周面４３ａを研削する。なお、研削作用面部５６の外周面に流出口４６を形成し、研削作用面部５６の外周面から研削液を流出させてもよい。
【００２４】
図６に示すように、押さえ具３０は、面部５０と軸部５１とを一体的に有する。軸部５１は、面部５０の上面から上方へ延び、その外周面には、スピンドンルスルークーラント２７の雌ネジ２７ａと螺合する雄ネジ５１ａが形成されている。軸部５１の内部には、断面Ｕ状の空洞部５２が形成されている。軸部５１の下端部には、研削工具２９の流入口４５へ研削液を供給する供給穴４８が形成されている。
【００２５】
スピンドルシャフト２３の下端面と研削工具２９の上面とを接触させ、押さえ具３０の軸部５１が挿通孔６０を挿通した状態で、押さえ具３０の雄ネジ５１ａがスピンドルスルークーラント２７の雌ネジ２７ａに螺合し、押さえ具３０を締め付けることにより、研削工具２９はスピンドルシャフト２３と押さえ具３０とに挟まれて支持される。なお、本実施形態では、研削工具２９をスピンドルシャフト２３に直接取り付けているが、例えば、荒加工と仕上げ加工等の複数の工程を行う等によって研削工具２９の交換が必要な場合、フェイスミルアーバ等を介して、研削工具２９をスピンドルシャフト２３に取り付けてもよい。
【００２６】
研削液供給システム２は、室温タンク（第１タンク）５と高温タンク（第２タンク）６と第１管路１１と第２管路１２と貯留槽４と第３管路１０と温度センサ９とリリーフ弁１５と圧力制御弁１６、１７と逆止弁１８、１９と流量制御弁２０、２１と電磁弁２２とを有する。
【００２７】
貯留槽４は所定量の研削液を貯留し、貯留槽４に貯留される研削液の温度は熱源６４によって所定の室温に調整される。第３管路１０は、貯留槽４と室温タンク５及び高温タンク６とを連通し、室温タンク５及び高温タンク６へ貯留槽４内の研削液を供給する。室温タンク５及び高温タンク６へ供給される研削液は、モータ１４により駆動するポンプ１３で加圧される。第３管路１０には、リリーフ弁１５が設けられ、室温タンク５及び高温タンク６が研削液で満たされた場合、第３管路１０を流通する研削液を貯留槽４へ戻す。
【００２８】
室温タンク５に供給された研削液は、圧力制御弁１６によって所定の内圧（低圧）で貯留される。第１管路１１は、室温タンク５と工具ユニット３とを連通し、室温タンク５に貯留される研削液を工具ユニット３へ供給する。第１管路１１には流量制御弁２０が設けられ、室温タンク５から流出する研削液の流量が所定値に設定される。第１管路１１には逆止弁１８を設けられ、第１管路１１を流通する研削液の逆流を防ぐ。第１管路１１のうち、第１管路１１と第２管路１２との接続点から一端部１１ａまでの部分には、温度センサ９が設けられる。
【００２９】
高温タンク６に供給された研削液は、圧力制御弁１７によって室温タンク５よりも高い内圧（高圧）で貯留され、その温度はヒータ７及び温度センサ８によって所定の室温よりも数十度高い温度に調整される。第２管路１２は、高温タンク６と第１管路１１とを連通し、第１管路１１を流通する研削液に対して、高温タンク６に貯留される研削液を混入する。
【００３０】
第２管路１２には流量制御弁２１が設けられ、高温タンク６から流出する研削液の流量が所定値に設定される。また、第２管路１２には逆止弁１９が設けられ、第２管路１２を流通する研削液の逆流を防ぐ。さらに、第２管路１２には、電磁弁２２が設けられ、電磁弁２２が開いたとき、高温タンク６に貯留される研削液は第２管路１２を流通する。従って、電磁弁２２は、第２管路１２を開閉する制御バルブとして機能する。なお、流量制御弁１９と電磁弁２２とに代え、第２管路１２にサーボバルブを設け、サーボバルブの開度を調整してもよい。さらに、流量制御弁１８、１９と電磁弁２２とに代え、第２管路１２と第１管路１１との接続点において、２液混合バルブを設け、第１管路１１を流通する研削液に対し、第２管路１２を流通する研削液の混入を制御してもよい。また、第１管路１１又は第２管路１２を流通し、工具ユニット３に供給される研削液の温度は、可能な限り低下させないことが好ましく、高温タンク６、第１管路１１及び第２管路１２は断熱されていることが好ましい。
【００３１】
次に、シリンダボア研削加工装置１の温度センサ９と電磁弁２２とモータ２５と入力部３１と移動機構３２と表示装置３３と情報処理装置３４について説明する。
【００３２】
情報処理装置３４は、ＣＰＵ（Centrａl Processing Unit）３５と記憶部４２とを有する。情報処理装置３４は、汎用のパーソナルコンピュータであってもよく、専用の装置であってもよい。
【００３３】
記憶部４２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Ａccess Memory）などによって構成され、ＣＰＵ３５が各種処理を実行するための各種プログラムや各種データが記憶されている。各種プログラムには、ＣＰＵ３５が経路情報設定処理を実行するための経路情報設定プログラム、工具制御処理を実行するための工具制御プログラム及び開閉制御処理を実行するための開閉制御プログラムが含まれる。経路情報設定プログラムには、工具制御処理及び開閉制御処理で用いられる経路情報記憶テーブルが含まれる。経路情報設定プログラム、工具制御プログラム及び開閉制御プログラムは、各種ＣＤメディア（Compact Disc Mediａ）などの外部の記憶媒体から読み出されて記憶部４２に記憶されてもよく、インターネットなどのネットワークを介して取得されて記憶部４２に記憶されてもよい。また、経路情報記憶テーブルは、上記各プログラムとは別に記憶部４２に記憶されてもよい。
【００３４】
経路情報設定処理、工具制御処理及び開閉制御処理を実行するＣＰＵ３５は、経路情報設定部３６、画像制御部３７、回転制御部３８、移動制御部３９、温度検出部４０及び温度制御部４１として機能する。なお、ＣＰＵ３５の機能の一部を抽出して他の情報処理装置に設けてもよい。
【００３５】
入力部３１は、例えば操作ボタンやキーボードなどであり、作業者からの入力操作を受ける。作業者が入力部３１に対して入力操作を行うと、これに対応した操作信号が入力部３１から情報処理装置３４へ入力する。経路条件設定処理は、工具制御処理の開始前の作業者からの所定の入力操作により実行される。工具制御処理は、作業者が入力部３１に対して所定の入力操作を行うことにより実行される。
【００３６】
経路情報設定処理において、画像制御部３７は、所定の経路における研削工具２９の位置情報及びその位置情報に対応する研削液の目標温度の設定入力を求める要求画面を表示装置３３に表示させる。作業者は、所定の経路における研削工具２９の位置情報及びその位置情報に対応する研削液の目標温度を、入力部３１から入力することにより、所定の経路における研削工具２９の位置情報及びその位置情報に対応する研削液の目標温度の設定を行う。経路条件設定部３６は、入力された所定の経路における研削工具２９の位置情報及びその位置情報に対応する研削液の目標温度を、記憶部４２の経路情報記憶テーブルに記憶する。
【００３７】
工具制御処理において、回転制御部３８は、モータ２５によってスピンドルシャフト２３を回転させる。従って、回転制御部３８は、研削工具２９を支持するスピンドルシャフト２３を回転軸４７を中心として回転させる工具制御手段として機能する。
【００３８】
移動制御部３９は、記憶部４２に記憶された研削工具２９の位置情報を読み取り、移動機構３２を制御して、所定の経路に従ってスピンドルシャフト２３を所定速度で移動させる。従って、移動制御部３９は、研削工具２９が支持されるスピンドルシャフト２３を、所定の経路に沿って移動させる工具制御手段として機能する。
【００３９】
開閉制御処理において、温度検出部４０は、温度センサ９からの検出信号に基づいて、第１管路１１を流通する研削液の温度を、所定時間毎に検出する。従って、温度検出部４０は、研削工具２９の流入口４５へ流入する前の研削液の温度を検出する温度検出手段として機能する。
【００４０】
温度制御部４１は、移動制御部３９が読み出した研削工具２９の位置情報に対応する研削液の目標温度を経路情報記憶テーブルから読み出し、温度検出部４０が検出した温度と読み出した目標温度とを比較し、その差分に応じた所定時間だけ電磁弁２２を開く。所定時間は、室温タンク５内及び高温タンク６内の研削液の温度と圧力と流量制御弁２０、２１によって設定される流量と温度検出部４０が検出した温度と読み出した目標温度との関係によって、予め設定される。従って、温度制御部４１は、温度検出部４０が検出する温度が、所定の経路における研削工具２９の位置に対応して予め設定された目標温度に近づくように電磁弁２２の開閉を制御する温度制御手段として機能する。なお、温度制御部４１は、温度検出部４０が検出した温度と読み出した目標温度とを比較し、その差分に応じて電磁弁２２の開度を制御してもよい。
【００４１】
次に、本実施形態のシリンダボア研削加工装置１の動作について説明する。なお、図１、図３、図４、図５及び図６における矢印は、研削液の流れる方向を示す。
【００４２】
貯留槽４に貯留される研削液は、ポンプ１３により加圧され、第３管路１０を流通し、室温タンク５又は高温タンク６へ供給される。室温タンク５に貯留される研削液は、第１管路１１を流通し、メカニカルシール２８を介して、通液孔５４及び貫通孔５３の下部領域５３ｂを流通し、研削工具２９へ供給される。研削工具２９へ供給された研削液は、流入口４５から流入し、内部流路５７を流通し、流出口４６から流出する。研削作用面部５６がシリンダボア４３の内周面４３ａと接触した状態において、流出した研削液はその接触部分に供給され、研削工具２９はシリンダボア４３の内周面４３ａを研削する。
【００４３】
また、高温タンク６に貯留される研削液は、電磁弁２２が開いたとき、第２管路１２を流通する。また、第２管路１２を流通する高圧の研削液は、第１管路１１を流通する低圧の研削液に対し混入する。第２管路１２を流通する研削液の温度は、第１管路１１を流通する研削液の温度よりも高いため、第１管路１１を流通する研削液の温度が上昇する。これに伴い、内部流路５７を流通する研削液の温度が上昇し、研削工具２９が膨張する。この研削工具２９の膨張に応じて、シリンダボア４３の内周面４３ａが研削される。
【００４４】
研削工具２９が支持されるスピンドルシャフト２３は、移動機構３２によって、所定の経路に沿って移動する。所定の経路は、シリンダボア４３の中心軸６１からシリンダボア４３の半径よりも小さい所定距離に仮想的に設定される仮想円周面上で螺旋を描くように設定される。
【００４５】
電磁弁２２は、所定の経路における研削工具２９の位置情報に対応する研削液の目標温度に応じて、所定時間だけ開き、高温タンク６内の研削液を第２管路１２に流通させる。使用時のシリンダボア４３の内周面４３ａは、シリンダボア４３を有するシリンダブロックへのシリンダヘッドの締め付けやエンジン燃焼等によって非真円形状に変形する。このため、本実施形態による加工後のシリンダボア４３の内周面４３ａの形状は、上記変形が相殺されて使用時の内周面４３ａが真円形状となるように上記非真円形状の反転形状に設定される。設定された形状に応じて、研削液の目標温度が設定される。
【００４６】
次に、情報処理装置３４のＣＰＵ３５が実行する開閉制御処理について、図７を参照して説明する。図７は開閉制御処理のフローチャートである。開閉制御処理は、移動制御部３９が記憶部４２に記憶された研削工具２９の位置情報を読み取る毎に開始される。
【００４７】
開閉制御処理が開始されると、温度制御部４１は、移動制御部３９が読み出した研削工具２９の位置情報に対応する研削液の目標温度を読み出す（ステップＳ１）。
【００４８】
次に、温度検出部４０は、温度センサ９からの信号に基づいて、第１管路１１を流通する研削液の温度を検出する（ステップＳ２）。
【００４９】
次に、温度制御部４１は、温度検出部４０が検出した温度と読み出した目標温度とを比較し、その差分に応じた所定時間だけ電磁弁２２を開く（ステップＳ３）。所定時間経過後、ＣＰＵ３５は本処理を終了する。
【００５０】
なお、ステップＳ３の処理を実行した後、温度検出部４０は再度第１管路１１を流通する研削液の温度を検出し、温度制御部４１は、温度検出部４０が再度検出した温度と読み出した目標温度とを比較し、その差分に応じた所定時間だけ電磁弁２２を開いてもよい。
【００５１】
以上のように、本実施形態によれば、研削工具２９の回転時に、室温タンク５内の低温低圧の研削液は、第１管路１１を流通し、研削工具２９へ供給され、流入口４５から流入し、渦巻き状の溝６２とカバー５９とによって区画された内部流路５７を流通し、流出口４６から流出する。研削作用面部５６がシリンダボア４３の内周面４３ａと接触した状態において、流出した研削液はその接触部分に供給され、研削工具２９はシリンダボア４３の内周面４３ａを研削する。回転制御部３８は研削工具２９が支持されるスピンドルシャフト２３を回転させ、移動制御部３９はスピンドルシャフト２３を所定の経路に沿って移動させ、温度制御部４１は温度検出部４０が検出する温度が所定の経路における研削工具２９の位置に対応して予め設定された目標温度に近づくように電磁弁２２の開閉を制御する。電磁弁２２が開いたとき、高温タンク６内の高温高圧の研削液は第１管路１１を流通する低温低圧の研削液に対し混入し、第１管路１１を流通する研削液の温度を上昇させる。これにより、温度上昇した研削液が、研削工具２９へ供給される。すなわち、所定の経路における研削工具２９の位置に対応して、内部流路５７を流通する研削液の温度が上昇し、研削工具２９が膨張し、シリンダボア４３の内周面４３ａが研削される。従って、研削工具２９の構造や加工時の制御の複雑化を抑制しつつ、工具本体５５の熱膨張を利用して、シリンダボア４３の内周面４３ａを任意の非真円形状に加工することができる。
【００５２】
また、研削液は、その温度が上昇した状態で研削工具２９へ供給され、内部流路５７を流通するため、台金５８の温度が上昇し、台金５８は膨張する。従って、台金５８には、カバー５９とによって内部流路５７を区画する溝６２が形成されていればよく、特別な構造を設ける必要はない。
【００５３】
また、第１管路１１は室温タンク５に貯留されている低温の研削液を研削工具２９の流入口４５へ供給し、第２管路１２は第１管路１１を流通する研削液に対して高温タンク６に貯留されている高温の研削液を混入するため、単体のタンクに貯留されている研削液の温度を変更する場合に比べ、迅速に研削液の温度を変更することができる。
【００５４】
また、予め高温タンク６に高圧で貯留された高温の研削液を、第１管路１１を流通する低温低圧の研削液に対して混入させるので、低温の研削液に高温の研削液をポンプによって加圧して混入する必要がなく、ポンプを駆動させるモータの発熱の影響を回避することができ、研削工具２９の流入口４５へ供給される研削液の温度を容易に管理することができる。
【００５５】
また、第１管路１１及び第２管路１２には、流量制御弁２０、２１が設けられ、室温タンク５及び高温タンク６から流出する研削液の流量が所定値に設定される。室温タンク５及び高温タンク６を流出する研削液の流量を所望の値に設定できるため、研削工具２９の流入口４５へ供給される研削液の温度を容易に管理することができる。
【００５６】
また、メカニカルシール２８を、スピンドルシャフト２３の通液孔５４を覆うように取り付け、研削工具２９の近傍において、第１管路１１を流通する研削液を工具３へ供給するため、スピンドルシャフト２３の回転に伴うモータ２５及びベアリング２６の発熱の影響を回避することができ、研削工具２９の流入口４５へ供給される研削液の温度を容易に管理することができる。
【００５７】
また、研削工具２９の交換の際にフェイスミルアーバ等を用いる場合、マシニングセンタ等の熱源を有する装置を用いる場合に比べ、装置が作動した際の発熱の影響を回避でき、研削工具２９の流入口４５へ供給される研削液の温度を容易に管理することができる。
【００５８】
また、内部流路５７は、工具本体５５の内周面から外周面に向かってほぼ等間隔であり広範囲に形成されている溝６２とカバー５９とによって区画されるため、内部流路５７を流通する研削液は、工具本体５５の内周面から外周面に向かって、工具本体５５の内部のほぼ全体を流通する。よって、工具本体５５は、放射状に膨張又は収縮することができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、単体のシリンダボア４３に対する研削加工について説明したが、複数のシリンダボア４３に対して、本発明にかかるシリンダボア研削加工装置１により研削加工をすることが可能である。この場合、第１管路１１及び第２管路１２をシリンダボア４３の数だけ分岐させ、各々の第１管路１１は室温タンク５と各々の工具ユニット３とを連通し、各々の第２管路１２は高温タンク６といずれかの第１管路を連通すればよい。また、シリンダボア４３毎の加工後の変形を考慮した非真円形状に応じて、所定経路における研削工具２９の位置情報に対応する研削液の目標温度を予め設定すればよい。
【００６０】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、最終加工前のシリンダボアの内周面を非真円形状に加工するシリンダボアの研削加工装置に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１ シリンダボア研削加工装置
２ 研削液供給システム
３ 工具ユニット
５ 室温タンク（第１タンク）
６ 高温タンク（第２タンク）
８、９ 温度センサ
１１ 第１管路
１２ 第２管路
１６、１７ 圧力制御弁
２２ 電磁弁
２３ スピンドルシャフト
２７ スピンドルスルークーラント
２９ 研削工具
３４ 情報処理装置
３８ 回転制御部（工具制御手段）
３９ 移動制御部（工具制御手段）
４０ 温度検出部（温度検出手段）
４１ 温度制御部（温度制御手段）
４３ シリンダボア
４７ 回転軸
５５ 工具本体
５６ 研削作用面部
５７ 内部流路
６１ 中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダボアの内周面を非真円形状に成形するシリンダボアの研削加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、外周部分に砥石を備えたホーニング工具をシリンダボア内に挿入し回転駆動する際に、砥石を微小移動させてシリンダボアの内周面に対する砥石の押付圧を変化させることにより、シリンダボアの内周面を非真円形状に成形するシリンダボアの研削加工装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１９３０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１は、ホーニング工具を回転駆動する際に、砥石を微小移動させる必要があるため、ホーニング工具の構造や加工時の制御が複雑となる。
【０００５】
そこで、本発明は、研削工具の構造や加工時の制御の複雑化を抑制しつつ、シリンダボアの内周面を任意の非真円形状に成形することが可能なシリンダボアの研削加工装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく、本発明のシリンダボアの研削加工装置は、最終加工前のシリンダボアの内周面を非真円形状に加工するシリンダボアの研削加工装置であり、研削工具と工具制御手段と研削液と温度検出手段と研削液供給手段と温度制御手段とを備える。
【０００７】
研削工具は、工具本体と研削作用面部と内部流路とを有する。工具本体は、回転軸を中心とした外周面を有する。研削作用面部は、工具本体の外周面上で砥粒を保持する。内部流路は、回転軸側の流入口から研削作用面部側の流出口まで工具本体の内部を巡回する。研削工具は、回転軸を中心とした回転時に研削作用面部がシリンダボアの内周面に接触することによってシリンダボアの内周面を研削する。工具制御手段は、シリンダボアの中心軸を中心とした仮想円周面上に設定された所定経路に従って研削工具を移動させるとともに、回転軸を中心として研削工具を回転させる。研削液は、研削工具の流入口へ流入し内部流路を流通して流出口から流出し、研削作用面部とシリンダボアの内周面との接触部分に供給される。研削液供給手段は、研削液の温度を変更して研削工具の流入口へ研削液を供給する。温度検出手段は、研削工具の流入口へ流入する前の研削液の温度を検出する。温度制御手段は、研削液供給手段を制御して、温度検出手段が検出する温度を、所定の経路における研削工具の位置に対応して予め設定された目標温度に近づける。
【０００８】
上記構成では、研削工具の回転時に、研削液は、研削工具の流入口から流入し内部流路を流通して流出口から流出し、研削作用面部とシリンダボアの内周面との接触部分に供給され、研削作用面部は、シリンダボアの内周面に接触することによってシリンダボアの内周面を研削する。研削液供給手段は、研削工具の流入口へ研削液を供給し、内部流路は、回転軸側の流入口から研削作用面部側の流出口まで工具本体の内部を巡回する。また、工具制御手段は、シリンダボアの中心軸を中心とした仮想円周面上に設定された所定の経路に従って研削工具を移動させるとともに、研削工具を回転させ、温度制御手段は、研削液供給手段を制御して、研削工具の流入口へ流入する前の研削液の温度を、所定の経路における研削工具の位置に対応して予め設定された目標温度に近づける。すなわち、研削液は、所定経路における研削工具の位置に対応して、その温度が変更された状態で工具本体の内部を巡回し、研削作用面部とシリンダボアの内周面との接触部分に供給される。これにより、所定経路における研削工具の位置に対応して、研削液が流通した内部流路近傍の工具本体が膨張又は収縮し、工具本体の径が変化し、研削作用面部は工具本体の径の変化に応じてシリンダボアの内周面を研削する。すなわち、研削液の温度を変更して、工具本体の膨張量を任意に制御することによって、単純な円運動を行う加工機（加工装置）を用いて、シリンダボアの内周面を所望の非真円形状に加工することができる。従って、研削工具の構造や加工時の制御の複雑化を抑制しつつ、工具本体の熱膨張を利用してシリンダボアの内周面を任意の非真円形状に加工することができる。
【０００９】
また、研削液供給手段は、研削液を低温及び低圧で貯留する第１タンクと、研削液を高温及び高圧で貯留する第２タンクと、第１タンクと研削工具の流入口とを連通して第１タンクの研削液を研削工具の流入口へ供給する第１管路と、第２タンクと第１管路とを連通して第１管路を流通する研削液に対して第２タンクの研削液を混入する第２管路と、第２管路を開閉する制御バルブと、を有してもよく、温度制御手段は、温度検出手段が検出する温度が目標温度に近づくように制御バルブを開閉制御してもよい。
【００１０】
上記構成では、第１管路は低温で第１タンクに貯留される研削液を研削工具の流入口へ供給し、第２管路は第１管路を流通する研削液に対して高温で第２タンクに貯留される研削液を混入するため、単体のタンクに貯留される研削液の温度を変更する場合に比べ、迅速に研削液の温度を変更することができる。
【００１１】
また、予め第２タンクに高圧で貯留された高温の研削液を、第１管路を流通する低温低圧の研削液に対して混入させるので、低温の研削液に高温の研削液をポンプによって加圧して混入する必要がなく、ポンプを駆動させるモータの発熱の影響を回避することができ、研削工具の流入口へ供給される研削液の温度を容易に管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のシリンダボア研削加工装置の外観図である。
【図２】シリンダボア研削加工装置のブロック構成図である。
【図３】図１の工具ユニットの断面図である。
【図４】研削工具を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のIVａ-IVａ矢視断面図、（ｂ）は（ａ）のIVｂ-IVｂ矢視断面図である。
【図５】図４の内部流路と異なる形状の内部流路を有する研削工具を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＶａ-Ｖａ矢視断面図、（ｂ）は（ａ）のＶｂ-Ｖｂ矢視断面図である。
【図６】工具ユニットの下側部分の要部断面図である。
【図７】開閉制御処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本実施形態のシリンダボア研削加工装置の外観図、図２はシリンダボア研削加工装置のブロック構成図である。なお、以下の説明における上下方向は、図１における上下方向に対応する。
【００１５】
図１及び図２に示すように、シリンダボア研削加工装置１は、研削液供給システム２と工具ユニット３とモータ２５と移動機構３２とを備える。
【００１６】
図３に示すように、工具ユニット３は、スピンドルシャフト２３と軸継手（カップリング）２４とメカニカルシール２８と研削工具２９と押さえ具３０とを有し、研削工具２９の研削作用面部５６がシリンダボア４３の内周面４３ａに接触することによって最終加工前のシリンダボア４３の内周面４３ａを研削する。
【００１７】
シリンダボア４３は、シリンダブロックに形成され、所定の内径の内周面４３ａを有する。
【００１８】
スピンドルシャフト２３の上端部６５は、ベアリング２６を介して移動機構３２の取付部３２ａに回転自在に支持される。スピンドルシャフト２３は、軸継手２４を介して接続されるモータ２５によって回転駆動される。スピンドルシャフト２３の下端部６６は、研削工具２９へ研削液を供給するスピンドルスルークーラント２７を一体的に有する。スピンドルスルークーラント２７には、押さえ具３０が螺合する雌ネジ２７ａが形成されている。
【００１９】
スピンドルシャフト２３の内部には、その外周面から回転軸４７に向かって延びる通液孔５４と、その上端から下端へ回転軸４７に沿って貫通する貫通孔５３とが形成されている。貫通孔５３の上部領域５３ａは、下部領域５３ｂよりも僅かに大きい内径を有する。この上部領域５３ａの下端には、上部領域５３ａと下部領域５３ｂとを遮蔽するシール４４が固定され、下部領域５３ｂを流通する研削液の上部領域５３ａへの流出はシール４４によって阻止される。
【００２０】
メカニカルシール２８は、内側の回転環（図示省略）と外側の固定環（図示省略）とを有し、回転環と固定環とは相対回転する。また、メカニカルシール２８は、通液孔５４を覆うようにスピンドルシャフト２３に取り付けられ、スピンドルシャフト２３の回転に伴う研削液の漏れを防ぐ。メカニカルシール２８の外周面には、取付穴４９が形成されている。取付穴４９には、研削液供給システム２の第１管路１１の一端部１１ａが取り付けられ、取付穴４９を介して、第１管路１１と通液孔５４とが連通する。
【００２１】
研削工具２９は、図４に示すように、工具本体５５と研削作用面部５６と内部流路５７とを有し、スピンドルシャフト２３の回転とともに回転する。
【００２２】
工具本体５５は、金属製で且つ回転軸４７を中心とする円板状の台金５８と、台金５８の上面及び下面を覆い台金に固定される上下のカバー５９とを有する。台金５８の径Ｄ１はカバー５９の径Ｄ２よりも大きく設定され、台金５８の外周面はカバー５９の外縁より外側に位置する。工具本体５５の中心部には、工具本体５５の上下面を貫通する挿通孔６０が形成されている。挿通孔６０は、スピンドルシャフト２３の貫通孔５３の内径とほぼ同じ径を有する。台金５８の上面及び下面には、工具本体５５の内周面から外周面に向かってほぼ等間隔であり、回転軸４７を中心として渦巻状である溝６２が形成されている。台金５８の上面及び下面の溝６２の上方及び下方は上下のカバー５９により閉止され、溝６２とカバー５９とによって内部流路５７が区画される。溝６２の内側の端部は、挿通孔６０と内部流路５７とを連通し、挿通孔６０から研削液が流入する内部流路５７の流入口４５となる。また、台金５８のうちカバー５９の外縁より外側の部分はその上面及び下面が開放され、溝６２のうちカバー５９の外縁よりも外側で開放された外周部分は、研削液が流出する内部流路５７の流出口４６となる。なお、台金５８の上面及び下面の溝６２は、工具本体５５の内周面から外周面に向かって、広範囲に形成されていればよく、渦巻状に限定されない。例えば、図５に示すように、内周面から外周面に向かってほぼ等間隔であり回転軸４７を中心とする複数の同心円状の溝６３と、径方向に隣接する溝６３同士を内周側から外周側に向かって互い違いに連通する溝６７とから成る形状でもよい。また、後述するように台金５８に形成された溝６２を流通する研削液の温度を変更することによって、台金５８を膨張及び収縮させてシリンダボア４３の内周面４３ａを所望の形状に研削するため、熱膨張係数が比較的高い金属製の台金５８を用いることが好ましく、例えばアルミニウム合金やステンレス鋼が好適に用いられる。
【００２３】
研削作用面部５６は、砥粒を保持するリング状の部材であり、工具本体５５の外径とほぼ同径の内周面を有する。研削作用面部５６の内周面は、工具本体５５の外周面に接着される。研削作用面部５６は、その外周面が回転しながらシリンダボア４３の内周面４３ａと接触することによってシリンダボア４３の内周面４３ａを研削する。なお、研削作用面部５６の外周面に流出口４６を形成し、研削作用面部５６の外周面から研削液を流出させてもよい。
【００２４】
図６に示すように、押さえ具３０は、面部５０と軸部５１とを一体的に有する。軸部５１は、面部５０の上面から上方へ延び、その外周面には、スピンドンルスルークーラント２７の雌ネジ２７ａと螺合する雄ネジ５１ａが形成されている。軸部５１の内部には、断面Ｕ状の空洞部５２が形成されている。軸部５１の下端部には、研削工具２９の流入口４５へ研削液を供給する供給穴４８が形成されている。
【００２５】
スピンドルシャフト２３の下端面と研削工具２９の上面とを接触させ、押さえ具３０の軸部５１が挿通孔６０を挿通した状態で、押さえ具３０の雄ネジ５１ａがスピンドルスルークーラント２７の雌ネジ２７ａに螺合し、押さえ具３０を締め付けることにより、研削工具２９はスピンドルシャフト２３と押さえ具３０とに挟まれて支持される。なお、本実施形態では、研削工具２９をスピンドルシャフト２３に直接取り付けているが、例えば、荒加工と仕上げ加工等の複数の工程を行う等によって研削工具２９の交換が必要な場合、フェイスミルアーバ等を介して、研削工具２９をスピンドルシャフト２３に取り付けてもよい。
【００２６】
研削液供給システム２は、室温タンク（第１タンク）５と高温タンク（第２タンク）６と第１管路１１と第２管路１２と貯留槽４と第３管路１０と温度センサ９とリリーフ弁１５と圧力制御弁１６、１７と逆止弁１８、１９と流量制御弁２０、２１と電磁弁２２とを有する。
【００２７】
貯留槽４は所定量の研削液を貯留し、貯留槽４に貯留される研削液の温度は熱源６４によって所定の室温に調整される。第３管路１０は、貯留槽４と室温タンク５及び高温タンク６とを連通し、室温タンク５及び高温タンク６へ貯留槽４内の研削液を供給する。室温タンク５及び高温タンク６へ供給される研削液は、モータ１４により駆動するポンプ１３で加圧される。第３管路１０には、リリーフ弁１５が設けられ、室温タンク５及び高温タンク６が研削液で満たされた場合、第３管路１０を流通する研削液を貯留槽４へ戻す。
【００２８】
室温タンク５に供給された研削液は、圧力制御弁１６によって所定の内圧（低圧）で貯留される。第１管路１１は、室温タンク５と工具ユニット３とを連通し、室温タンク５に貯留される研削液を工具ユニット３へ供給する。第１管路１１には流量制御弁２０が設けられ、室温タンク５から流出する研削液の流量が所定値に設定される。第１管路１１には逆止弁１８を設けられ、第１管路１１を流通する研削液の逆流を防ぐ。第１管路１１のうち、第１管路１１と第２管路１２との接続点から一端部１１ａまでの部分には、温度センサ９が設けられる。
【００２９】
高温タンク６に供給された研削液は、圧力制御弁１７によって室温タンク５よりも高い内圧（高圧）で貯留され、その温度はヒータ７及び温度センサ８によって所定の室温よりも数十度高い温度に調整される。第２管路１２は、高温タンク６と第１管路１１とを連通し、第１管路１１を流通する研削液に対して、高温タンク６に貯留される研削液を混入する。
【００３０】
第２管路１２には流量制御弁２１が設けられ、高温タンク６から流出する研削液の流量が所定値に設定される。また、第２管路１２には逆止弁１９が設けられ、第２管路１２を流通する研削液の逆流を防ぐ。さらに、第２管路１２には、電磁弁２２が設けられ、電磁弁２２が開いたとき、高温タンク６に貯留される研削液は第２管路１２を流通する。従って、電磁弁２２は、第２管路１２を開閉する制御バルブとして機能する。なお、流量制御弁１９と電磁弁２２とに代え、第２管路１２にサーボバルブを設け、サーボバルブの開度を調整してもよい。さらに、流量制御弁１８、１９と電磁弁２２とに代え、第２管路１２と第１管路１１との接続点において、２液混合バルブを設け、第１管路１１を流通する研削液に対し、第２管路１２を流通する研削液の混入を制御してもよい。また、第１管路１１又は第２管路１２を流通し、工具ユニット３に供給される研削液の温度は、可能な限り低下させないことが好ましく、高温タンク６、第１管路１１及び第２管路１２は断熱されていることが好ましい。
【００３１】
次に、シリンダボア研削加工装置１の温度センサ９と電磁弁２２とモータ２５と入力部３１と移動機構３２と表示装置３３と情報処理装置３４について説明する。
【００３２】
情報処理装置３４は、ＣＰＵ（Centrａl Processing Unit）３５と記憶部４２とを有する。情報処理装置３４は、汎用のパーソナルコンピュータであってもよく、専用の装置であってもよい。
【００３３】
記憶部４２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Ａccess Memory）などによって構成され、ＣＰＵ３５が各種処理を実行するための各種プログラムや各種データが記憶されている。各種プログラムには、ＣＰＵ３５が経路情報設定処理を実行するための経路情報設定プログラム、工具制御処理を実行するための工具制御プログラム及び開閉制御処理を実行するための開閉制御プログラムが含まれる。経路情報設定プログラムには、工具制御処理及び開閉制御処理で用いられる経路情報記憶テーブルが含まれる。経路情報設定プログラム、工具制御プログラム及び開閉制御プログラムは、各種ＣＤメディア（Compact Disc Mediａ）などの外部の記憶媒体から読み出されて記憶部４２に記憶されてもよく、インターネットなどのネットワークを介して取得されて記憶部４２に記憶されてもよい。また、経路情報記憶テーブルは、上記各プログラムとは別に記憶部４２に記憶されてもよい。
【００３４】
経路情報設定処理、工具制御処理及び開閉制御処理を実行するＣＰＵ３５は、経路情報設定部３６、画像制御部３７、回転制御部３８、移動制御部３９、温度検出部４０及び温度制御部４１として機能する。なお、ＣＰＵ３５の機能の一部を抽出して他の情報処理装置に設けてもよい。
【００３５】
入力部３１は、例えば操作ボタンやキーボードなどであり、作業者からの入力操作を受ける。作業者が入力部３１に対して入力操作を行うと、これに対応した操作信号が入力部３１から情報処理装置３４へ入力する。経路条件設定処理は、工具制御処理の開始前の作業者からの所定の入力操作により実行される。工具制御処理は、作業者が入力部３１に対して所定の入力操作を行うことにより実行される。
【００３６】
経路情報設定処理において、画像制御部３７は、所定の経路における研削工具２９の位置情報及びその位置情報に対応する研削液の目標温度の設定入力を求める要求画面を表示装置３３に表示させる。作業者は、所定の経路における研削工具２９の位置情報及びその位置情報に対応する研削液の目標温度を、入力部３１から入力することにより、所定の経路における研削工具２９の位置情報及びその位置情報に対応する研削液の目標温度の設定を行う。経路条件設定部３６は、入力された所定の経路における研削工具２９の位置情報及びその位置情報に対応する研削液の目標温度を、記憶部４２の経路情報記憶テーブルに記憶する。
【００３７】
工具制御処理において、回転制御部３８は、モータ２５によってスピンドルシャフト２３を回転させる。従って、回転制御部３８は、研削工具２９を支持するスピンドルシャフト２３を回転軸４７を中心として回転させる工具制御手段として機能する。
【００３８】
移動制御部３９は、記憶部４２に記憶された研削工具２９の位置情報を読み取り、移動機構３２を制御して、所定の経路に従ってスピンドルシャフト２３を所定速度で移動させる。従って、移動制御部３９は、研削工具２９が支持されるスピンドルシャフト２３を、所定の経路に沿って移動させる工具制御手段として機能する。
【００３９】
開閉制御処理において、温度検出部４０は、温度センサ９からの検出信号に基づいて、第１管路１１を流通する研削液の温度を、所定時間毎に検出する。従って、温度検出部４０は、研削工具２９の流入口４５へ流入する前の研削液の温度を検出する温度検出手段として機能する。
【００４０】
温度制御部４１は、移動制御部３９が読み出した研削工具２９の位置情報に対応する研削液の目標温度を経路情報記憶テーブルから読み出し、温度検出部４０が検出した温度と読み出した目標温度とを比較し、その差分に応じた所定時間だけ電磁弁２２を開く。所定時間は、室温タンク５内及び高温タンク６内の研削液の温度と圧力と流量制御弁２０、２１によって設定される流量と温度検出部４０が検出した温度と読み出した目標温度との関係によって、予め設定される。従って、温度制御部４１は、温度検出部４０が検出する温度が、所定の経路における研削工具２９の位置に対応して予め設定された目標温度に近づくように電磁弁２２の開閉を制御する温度制御手段として機能する。なお、温度制御部４１は、温度検出部４０が検出した温度と読み出した目標温度とを比較し、その差分に応じて電磁弁２２の開度を制御してもよい。
【００４１】
次に、本実施形態のシリンダボア研削加工装置１の動作について説明する。なお、図１、図３、図４、図５及び図６における矢印は、研削液の流れる方向を示す。
【００４２】
貯留槽４に貯留される研削液は、ポンプ１３により加圧され、第３管路１０を流通し、室温タンク５又は高温タンク６へ供給される。室温タンク５に貯留される研削液は、第１管路１１を流通し、メカニカルシール２８を介して、通液孔５４及び貫通孔５３の下部領域５３ｂを流通し、研削工具２９へ供給される。研削工具２９へ供給された研削液は、流入口４５から流入し、内部流路５７を流通し、流出口４６から流出する。研削作用面部５６がシリンダボア４３の内周面４３ａと接触した状態において、流出した研削液はその接触部分に供給され、研削工具２９はシリンダボア４３の内周面４３ａを研削する。
【００４３】
また、高温タンク６に貯留される研削液は、電磁弁２２が開いたとき、第２管路１２を流通する。また、第２管路１２を流通する高圧の研削液は、第１管路１１を流通する低圧の研削液に対し混入する。第２管路１２を流通する研削液の温度は、第１管路１１を流通する研削液の温度よりも高いため、第１管路１１を流通する研削液の温度が上昇する。これに伴い、内部流路５７を流通する研削液の温度が上昇し、研削工具２９が膨張する。この研削工具２９の膨張に応じて、シリンダボア４３の内周面４３ａが研削される。
【００４４】
研削工具２９が支持されるスピンドルシャフト２３は、移動機構３２によって、所定の経路に沿って移動する。所定の経路は、シリンダボア４３の中心軸６１からシリンダボア４３の半径よりも小さい所定距離に仮想的に設定される仮想円周面上で螺旋を描くように設定される。
【００４５】
電磁弁２２は、所定の経路における研削工具２９の位置情報に対応する研削液の目標温度に応じて、所定時間だけ開き、高温タンク６内の研削液を第２管路１２に流通させる。使用時のシリンダボア４３の内周面４３ａは、シリンダボア４３を有するシリンダブロックへのシリンダヘッドの締め付けやエンジン燃焼等によって非真円形状に変形する。このため、本実施形態による加工後のシリンダボア４３の内周面４３ａの形状は、上記変形が相殺されて使用時の内周面４３ａが真円形状となるように上記非真円形状の反転形状に設定される。設定された形状に応じて、研削液の目標温度が設定される。
【００４６】
次に、情報処理装置３４のＣＰＵ３５が実行する開閉制御処理について、図７を参照して説明する。図７は開閉制御処理のフローチャートである。開閉制御処理は、移動制御部３９が記憶部４２に記憶された研削工具２９の位置情報を読み取る毎に開始される。
【００４７】
開閉制御処理が開始されると、温度制御部４１は、移動制御部３９が読み出した研削工具２９の位置情報に対応する研削液の目標温度を読み出す（ステップＳ１）。
【００４８】
次に、温度検出部４０は、温度センサ９からの信号に基づいて、第１管路１１を流通する研削液の温度を検出する（ステップＳ２）。
【００４９】
次に、温度制御部４１は、温度検出部４０が検出した温度と読み出した目標温度とを比較し、その差分に応じた所定時間だけ電磁弁２２を開く（ステップＳ３）。所定時間経過後、ＣＰＵ３５は本処理を終了する。
【００５０】
なお、ステップＳ３の処理を実行した後、温度検出部４０は再度第１管路１１を流通する研削液の温度を検出し、温度制御部４１は、温度検出部４０が再度検出した温度と読み出した目標温度とを比較し、その差分に応じた所定時間だけ電磁弁２２を開いてもよい。
【００５１】
以上のように、本実施形態によれば、研削工具２９の回転時に、室温タンク５内の低温低圧の研削液は、第１管路１１を流通し、研削工具２９へ供給され、流入口４５から流入し、渦巻き状の溝６２とカバー５９とによって区画された内部流路５７を流通し、流出口４６から流出する。研削作用面部５６がシリンダボア４３の内周面４３ａと接触した状態において、流出した研削液はその接触部分に供給され、研削工具２９はシリンダボア４３の内周面４３ａを研削する。回転制御部３８は研削工具２９が支持されるスピンドルシャフト２３を回転させ、移動制御部３９はスピンドルシャフト２３を所定の経路に沿って移動させ、温度制御部４１は温度検出部４０が検出する温度が所定の経路における研削工具２９の位置に対応して予め設定された目標温度に近づくように電磁弁２２の開閉を制御する。電磁弁２２が開いたとき、高温タンク６内の高温高圧の研削液は第１管路１１を流通する低温低圧の研削液に対し混入し、第１管路１１を流通する研削液の温度を上昇させる。これにより、温度上昇した研削液が、研削工具２９へ供給される。すなわち、所定の経路における研削工具２９の位置に対応して、内部流路５７を流通する研削液の温度が上昇し、研削工具２９が膨張し、シリンダボア４３の内周面４３ａが研削される。従って、研削工具２９の構造や加工時の制御の複雑化を抑制しつつ、工具本体５５の熱膨張を利用して、シリンダボア４３の内周面４３ａを任意の非真円形状に加工することができる。
【００５２】
また、研削液は、その温度が上昇した状態で研削工具２９へ供給され、内部流路５７を流通するため、台金５８の温度が上昇し、台金５８は膨張する。従って、台金５８には、カバー５９とによって内部流路５７を区画する溝６２が形成されていればよく、特別な構造を設ける必要はない。
【００５３】
また、第１管路１１は室温タンク５に貯留されている低温の研削液を研削工具２９の流入口４５へ供給し、第２管路１２は第１管路１１を流通する研削液に対して高温タンク６に貯留されている高温の研削液を混入するため、単体のタンクに貯留されている研削液の温度を変更する場合に比べ、迅速に研削液の温度を変更することができる。
【００５４】
また、予め高温タンク６に高圧で貯留された高温の研削液を、第１管路１１を流通する低温低圧の研削液に対して混入させるので、低温の研削液に高温の研削液をポンプによって加圧して混入する必要がなく、ポンプを駆動させるモータの発熱の影響を回避することができ、研削工具２９の流入口４５へ供給される研削液の温度を容易に管理することができる。
【００５５】
また、第１管路１１及び第２管路１２には、流量制御弁２０、２１が設けられ、室温タンク５及び高温タンク６から流出する研削液の流量が所定値に設定される。室温タンク５及び高温タンク６を流出する研削液の流量を所望の値に設定できるため、研削工具２９の流入口４５へ供給される研削液の温度を容易に管理することができる。
【００５６】
また、メカニカルシール２８を、スピンドルシャフト２３の通液孔５４を覆うように取り付け、研削工具２９の近傍において、第１管路１１を流通する研削液を工具３へ供給するため、スピンドルシャフト２３の回転に伴うモータ２５及びベアリング２６の発熱の影響を回避することができ、研削工具２９の流入口４５へ供給される研削液の温度を容易に管理することができる。
【００５７】
また、研削工具２９の交換の際にフェイスミルアーバ等を用いる場合、マシニングセンタ等の熱源を有する装置を用いる場合に比べ、装置が作動した際の発熱の影響を回避でき、研削工具２９の流入口４５へ供給される研削液の温度を容易に管理することができる。
【００５８】
また、内部流路５７は、工具本体５５の内周面から外周面に向かってほぼ等間隔であり広範囲に形成されている溝６２とカバー５９とによって区画されるため、内部流路５７を流通する研削液は、工具本体５５の内周面から外周面に向かって、工具本体５５の内部のほぼ全体を流通する。よって、工具本体５５は、放射状に膨張又は収縮することができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、単体のシリンダボア４３に対する研削加工について説明したが、複数のシリンダボア４３に対して、本発明にかかるシリンダボア研削加工装置１により研削加工をすることが可能である。この場合、第１管路１１及び第２管路１２をシリンダボア４３の数だけ分岐させ、各々の第１管路１１は室温タンク５と各々の工具ユニット３とを連通し、各々の第２管路１２は高温タンク６といずれかの第１管路を連通すればよい。また、シリンダボア４３毎の加工後の変形を考慮した非真円形状に応じて、所定経路における研削工具２９の位置情報に対応する研削液の目標温度を予め設定すればよい。
【００６０】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、最終加工前のシリンダボアの内周面を非真円形状に加工するシリンダボアの研削加工装置に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１ シリンダボア研削加工装置
２ 研削液供給システム
３ 工具ユニット
５ 室温タンク（第１タンク）
６ 高温タンク（第２タンク）
８、９ 温度センサ
１１ 第１管路
１２ 第２管路
１６、１７ 圧力制御弁
２２ 電磁弁
２３ スピンドルシャフト
２７ スピンドルスルークーラント
２９ 研削工具
３４ 情報処理装置
３８ 回転制御部（工具制御手段）
３９ 移動制御部（工具制御手段）
４０ 温度検出部（温度検出手段）
４１ 温度制御部（温度制御手段）
４３ シリンダボア
４７ 回転軸
５５ 工具本体
５６ 研削作用面部
５７ 内部流路
６１ 中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最終加工前のシリンダボアの内周面を非真円形状に加工するシリンダボアの研削加工装置であって、
回転軸を中心とした外周面を有する工具本体と、該工具本体の外周面上で砥粒を保持する研削作用面部と、前記回転軸側の流入口から前記研削作用面部側の流出口まで前記工具本体の内部を巡回する内部流路と、を有し、前記回転軸を中心とした回転時に前記研削作用面部が前記シリンダボアの内周面に接触することによって該シリンダボアの内周面を研削する研削工具と、
前記シリンダボアの中心軸を中心とした仮想円周面上に設定された所定の経路に従って前記研削工具を移動させるとともに、前記回転軸を中心として前記研削工具を回転させる工具制御手段と、
前記研削工具の前記流入口へ流入し前記内部流路を流通して前記流出口から流出し、前記研削作用面部と前記シリンダボアの内周面との接触部分に供給される研削液と、
研削液の温度を変更して前記研削工具の流入口へ研削液を供給する研削液供給手段と、
前記研削工具の流入口へ流入する前の研削液の温度を検出する温度検出手段と、
前記研削液供給手段を制御して、前記温度検出手段が検出する温度を、前記所定の経路における前記研削工具の位置に対応して予め設定された目標温度に近づける温度制御手段と、を備えた
ことを特徴とするシリンダボアの研削加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のシリンダボアの研削加工装置であって、
前記研削液供給手段は、研削液を低温及び低圧で貯留する第１タンクと、研削液を高温及び高圧で貯留する第２タンクと、前記第１タンクと前記研削工具の流入口とを連通して前記第１タンクの研削液を前記切削工具の前記流入口へ供給する第１管路と、前記第２タンクと前記第１管路とを連通して該第１管路を流通する研削液に対して前記第２タンクの研削液を混入する第２管路と、前記第２管路を開閉する制御バルブと、を有し、
前記温度制御手段は、前記温度検出手段が検出する温度が前記目標温度に近づくように、前記制御バルブを開閉制御する
ことを特徴とするシリンダボアの研削加工装置。
【請求項１】
最終加工前のシリンダボアの内周面を非真円形状に加工するシリンダボアの研削加工装置であって、
回転軸を中心とした外周面を有する工具本体と、該工具本体の外周面上で砥粒を保持する研削作用面部と、前記回転軸側の流入口から前記研削作用面部側の流出口まで前記工具本体の内部を巡回する内部流路と、を有し、前記回転軸を中心とした回転時に前記研削作用面部が前記シリンダボアの内周面に接触することによって該シリンダボアの内周面を研削する研削工具と、
前記シリンダボアの中心軸を中心とした仮想円周面上に設定された所定の経路に従って前記研削工具を移動させるとともに、前記回転軸を中心として前記研削工具を回転させる工具制御手段と、
前記研削工具の前記流入口へ流入し前記内部流路を流通して前記流出口から流出し、前記研削作用面部と前記シリンダボアの内周面との接触部分に供給される研削液と、
研削液の温度を変更して前記研削工具の流入口へ研削液を供給する研削液供給手段と、
前記研削工具の流入口へ流入する前の研削液の温度を検出する温度検出手段と、
前記研削液供給手段を制御して、前記温度検出手段が検出する温度を、前記所定の経路における前記研削工具の位置に対応して予め設定された目標温度に近づける温度制御手段と、を備えた
ことを特徴とするシリンダボアの研削加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のシリンダボアの研削加工装置であって、
前記研削液供給手段は、研削液を低温及び低圧で貯留する第１タンクと、研削液を高温及び高圧で貯留する第２タンクと、前記第１タンクと前記研削工具の流入口とを連通して前記第１タンクの研削液を前記切削工具の前記流入口へ供給する第１管路と、前記第２タンクと前記第１管路とを連通して該第１管路を流通する研削液に対して前記第２タンクの研削液を混入する第２管路と、前記第２管路を開閉する制御バルブと、を有し、
前記温度制御手段は、前記温度検出手段が検出する温度が前記目標温度に近づくように、前記制御バルブを開閉制御する
ことを特徴とするシリンダボアの研削加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２２４７１９（Ｐ２０１１−２２４７１９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９６７２１（Ｐ２０１０−９６７２１）
【出願日】平成２２年４月２０日（２０１０．４．２０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２０日（２０１０．４．２０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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