ホーニング加工用装置
【課題】マシニングセンタを用いたホーニング加工を低コストで実施可能にする。
【解決手段】定量ホーニング用と定圧ホーニング用の２種類の砥石３Ａ、３Ｂのいずれか一方を選択的に外周部から突出させ得るホーニング工具２を回転可能に保持し、回転しつつ回転軸方向に進退動可能な主軸４を有する工作機械の主軸４に装着され、主軸４の回転をホーニング工具２に伝達するホーニング加工用装置１００であって、外部から空気が供給されることで空気圧が上昇する定量用空気室３１と、定量用空気室３１の空気圧を利用して定量ホーニング用砥石３Ａをホーニング工具２の外周部から突出させるよう作動する定量拡張用部材１１と、外部から空気が供給されることで空気圧が上昇する定圧用空気室１４と、定量空気室１４の空気圧を利用して定圧ホーニング用砥石３Ｂをホーニング工具２の外周部から突出させるよう作動する定圧拡張用部材１２と、を備える。
【解決手段】定量ホーニング用と定圧ホーニング用の２種類の砥石３Ａ、３Ｂのいずれか一方を選択的に外周部から突出させ得るホーニング工具２を回転可能に保持し、回転しつつ回転軸方向に進退動可能な主軸４を有する工作機械の主軸４に装着され、主軸４の回転をホーニング工具２に伝達するホーニング加工用装置１００であって、外部から空気が供給されることで空気圧が上昇する定量用空気室３１と、定量用空気室３１の空気圧を利用して定量ホーニング用砥石３Ａをホーニング工具２の外周部から突出させるよう作動する定量拡張用部材１１と、外部から空気が供給されることで空気圧が上昇する定圧用空気室１４と、定量空気室１４の空気圧を利用して定圧ホーニング用砥石３Ｂをホーニング工具２の外周部から突出させるよう作動する定圧拡張用部材１２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに形成された円筒状の孔の内周面をホーニング加工する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークに形成された円筒状の孔、例えば内燃機関のシリンダブロックに形成されたシリンダ、の内周面のホーニング加工には、第１に、回転する砥石を一定圧力でワーク内面に接触させつつシリンダの軸方向に移動させて加工を行う定圧ホーニングがある。第２に、回転する砥石の軌跡の径（以下、砥石径という）を一定の速度で拡張させつつシリンダの軸方向に移動させて加工を行う定量ホーニングがある。そして、これら２種類のホーニング加工は、仕上げの段階に応じて使い分けられる。一般的には、定圧ホーニングは精密仕上げに、定量ホーニングは粗仕上げに用いられる。
【０００３】
このように、回転する砥石をシリンダの軸方向に移動させるだけでなく、砥石径を拡張させる機能が必要となる。このため、ホーニング加工は、専用の機械で行うことが一般的であった。そして、ホーニング加工を行う場合には、予めマシニングセンタ等の工作機械により円筒状の下穴を形成したワークを、マシニングセンタ等から外してホーニング専用の機械に取り付ける必要があった。このように、ワークに円筒状のシリンダを形成するために複数の工作機械が必要とされていた。そこで、設備費用やワークの取付けに要する工数を削減するために、マシニングセンタを用いてホーニング加工を行うことが検討されてきた。
【０００４】
マシニングセンタでホーニング加工を行うためには、砥石径を拡張する機能を付加する必要がある。例えば、マシニングセンタでの加工時に用いるクーラントを利用して、液圧により砥石径を拡張する手段が知られている。しかし、クーラントを利用して液圧を発生させるためには、専用の液圧回路や精密な液圧制御を行う外部液圧供給装置が必要となり、マシニングセンタに大がかりな改造を施さなければならない。このため、改造費が高価になってしまう。
【０００５】
そこで、砥石径の拡張をサーボモータにより行う装置が特許文献１に開示されている。これによれば、液圧回路等を設けるための改造は必要なくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２１６０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の装置のようにサーボモータを用いる場合には、サーボモータの動きを砥石径の拡張に変換するために、新たな軸を追加する必要がある。すなわち、特許文献１の装置でも、新たな軸を追加するという大規模な改造を施す必要がある。
【０００８】
そこで本発明では、マシニングセンタを用いたホーニング加工を低コストで実施可能にするための装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のホーニング加工用装置は、定量ホーニング用の砥石と、定圧ホーニング用の砥石の２種類の砥石のいずれか一方を選択的に外周部から突出させ得るホーニング工具を回転可能に保持する。また、回転しつつ回転軸方向に進退動可能な主軸を有する工作機械の主軸に装着され、前記主軸の回転を前記ホーニング工具に伝達する。そして、外部から空気が供給されることで内部の空気圧が上昇する定量用空気室と、定量用空気室の空気圧を利用して定量ホーニング用砥石をホーニング工具の外周部から突出させるよう作動する定量拡張用部材を備える。さらに、外部から空気が供給されることで内部の空気圧が上昇する定圧用空気室と、定量空気室の空気圧を利用して定圧ホーニング用砥石をホーニング工具の外周部から突出させるよう作動する定圧拡張用部材とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、外部から供給される空気を定量用空気室または定圧用空気室のいずれに供給するかによって、定量拡張用部材または定圧拡張用部材を選択的に作動させることができる。そして、定量拡張用部材または定圧拡張用部材を選択的に作動させるために外部から供給する必要があるのは空気だけである。したがって、空気の供給源を加工機械の周辺に設置し、そこから空気を供給するための配管を接続するだけでよい。このため、加工機械にほとんど改造を施す必要が無く、低コストでマシニングセンタ等の汎用加工機械を用いたホーニング加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る拡張ユニットの使用状態を示す図である。
【図２】拡張ユニットの定量ホーニング時の状態を示す構成図である。
【図３】ホーニング工具を先端側から見た図である。
【図４】拡張ユニットの定圧ホーニング時の状態を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る拡張ユニット１００の使用状態を示す図である。拡張ユニット１００は、マシニングセンタの主軸４に対して回転しない固定部１００Ａと、主軸４の回転軸４Ａを軸として回転する回転部１００Ｂとを有する。拡張ユニット１００は、回転部１００Ｂのテーパ部１が主軸４のテーパ穴６に固定される。ここでの固定方法は、一般的なマシニングセンタが工具を固定する方法と同様である。
【００１４】
また、固定部１００Ａのピン１０１が、マシニングセンタの非回転部である主軸カバー５に係合する。例えば、主軸カバー５にピン１０１の一部が係合するボスを設ける。なお、マシニングセンタ側に一切の改造を施さず、ピン１０１をマシニングセンタのいずれかの非回転部分に係合するような形状にしてもよい。
【００１５】
ホーニング工具２は、一端に後述する粗仕上げ用砥石３Ａ及び精密仕上げ用砥石３Ｂを備え、他端が拡張ユニット１００に固定される。具体的には、後述する図２における拡張ユニット１００のシリンダ１０に固定される。なお、以下の説明において、砥石を備える方の端部を先端、拡張ユニット１００に固定される側の端部を基端とする。ホーニング工具２は、ホーニング加工の段階に応じて、２種類の砥石のいずれかを選択的に使用することができる。
【００１６】
上記のような構成により、主軸４が回転すると回転部１００Ｂ及びホーニング工具２が回転する。なお、このとき固定部１００Ａは回転しない。
【００１７】
また、固定部１００Ａには、後述する空気配管２７、４５が接続されている。
【００１８】
図２は、拡張ユニット１００の構成を説明するための図であり、定量ホーニング時の状態を示している。なお、図中の破線は、拡張ユニット１００の物理的な形状を示すものではなく、拡張ユニット１００に含まれる構成とそれ以外の構成とを区別するためのものである。
【００１９】
拡張ユニット１００は、マシニングセンタの主軸４とホーニング工具２の間に設置し、外部からの空気圧供給によって、定圧ホーニングと定量ホーニングを切り替えて実行することができる。定圧ホーニングとは、一定圧力で砥石をワーク内面に押圧させながら行うホーニング加工である。一方、定量ホーニングとは、一定速度で砥石を工具の半径方向外側に送りながら行うホーニング加工である。ここでは、下穴を空けた後に、定量ホーニングで粗仕上げを行い、その後、定圧ホーニングで精密仕上げを行う。
【００２０】
図２に示すように、固定部１００Ａには、空気配管２７、４５が接続されている。空気配管２７はソレノイドバルブ５０を介してＩＮ配管５２またはＯＵＴ配管５３のいずれかと連通する。空気配管４５も同様に、ソレノイドバルブ５１を介してＩＮ配管５４またはＯＵＴ配管５５のいずれかと連通する。なお、ＩＮ配管５２及びＩＮ配管５４はいずれも図示しないコンプレッサに接続されている。このコンプレッサは一定の空気圧で空気を供給するものである。また、ＯＵＴ配管５３及びＯＵＴ配管５５はいずれも大気解放されている。
【００２１】
空気配管２７は、固定部１００Ａ内で分岐し、一方の空気配管２７Ａは空気ポンプ２０に接続されている。他方の空気配管２７Ｂはオイルタンク３０に接続されている。
【００２２】
空気ポンプ２０は、シリンダ２２内に摺動可能に収められたピストン２１と、ピストン２１をシリンダ２２の容積が小さくなる方向へ押圧するバネ２３とを備える。また、ピストン２１はシリンダ２２と同径の空圧側ピストン部２１Ｂとシリンダ２２と反対方向に突出する油圧側ピストン部２１Ａを有する。油圧側ピストン部２１Ａは第１オイル配管２４内に摺動可能に収められる。第１オイル配管２４は、シリンダ１０のオイル室１０Ａに接続されている。すなわち、空気ポンプ２０は空気圧を油圧に変換する機能を有する。また、第１オイル配管２４には、空気ポンプ２０からシリンダ１０方向の流れのみを許容するチェックバルブ２５が介装されている。
【００２３】
ピストン２１は、図２から明らかなように、構造上そのストロークが制限される。ここでは、シリンダ２２の容積が最小となるときの位置を上死点、最大となるときの位置を下死点とする。油圧側ピストン部２１Ａのチェックバルブ２５側の端部は、ピストン２１が上死点にあるときには、第２オイル配管２６との合流部より空気ポンプ２０側に位置し、ピストン２１が下死点にあるときには、油圧漸増用エリア２４Ａに位置する。なお、油圧漸増用エリア２４Ａは、第１オイル配管２４の、第２オイル配管２６との合流部直下からチェックバルブ２５までの空間である。
【００２４】
このような構造により、ピストン２１が１ストロークしたときにオイル室１０Ａに送り込まれるオイル量は一定になる。
【００２５】
オイルタンク３０は、内部に摺動可能に収められたオイルピストン３２を備える。オイルタンク３０内の、オイルピストン３２に対して空気配管２７Ｂとの接続部と反対側の空間はオイルが充填されたオイル室３３、同じく空気配管２７Ｂとの接続部側の空間は空気室３１となっている。また、空気室３１には、オイルピストン３２をオイル室３３側に押圧するバネ３４を備える。オイル室３３には第２オイル配管２６、第３オイル配管３５、及び第４オイル配管４３が接続されている。したがって、空気室３１内の圧力が上昇すると、オイルピストン３２がオイル室３３側に押圧されて、オイル室３３内の圧力も上昇する。すなわち、オイルタンク３０は、空気圧を油圧に変換する機能を有する。
【００２６】
第２オイル配管２６は第１オイル配管２４のチェックバルブ２５と空気ポンプ２０との間に接続されている。
【００２７】
第３オイル配管３５は、シリンダ１０のオイル室１０Ａに接続されており、チェックバルブ３６が介装されている。チェックバルブ３６は、オイルタンク３０からシリンダ１０方向の流れのみを許容する。つまりチェックバルブ３６は、ＩＮ配管５２から入力されてオイルタンク３０で変換された圧力よりシリンダ１０側の圧力の方が低いときに開く。
【００２８】
第４オイル配管４３は、シリンダ１０のオイル室１０Ａに接続されており、シリンダ１０からオイルタンク３０方向への流れのみを許容するチェックバルブ４４が介装されている。また、第４オイル配管４３のオイルタンク３０とチェックバルブ４４の間には、切り替え弁４０が介装されている。切り替え弁４０は、第４オイル配管４３の流路方向に対して直交する向きに進退動するピストン４１を備える。ピストン４１は、第４オイル配管４３の流路を遮断するロッド部４１Ｂと、ロッド部４１Ｂを第４オイル配管４３の流路と同方向に貫通する貫通孔４１Ａとを備える。切り替え弁４０は、初期状態ではバネ４２の弾性力によって、ロッド部４１Ｂが第４オイル配管４３の流路を遮断した状態に維持される。また、後述するように空気圧が供給することによって、貫通孔４１Ａが第４オイル配管４３の位置になるまで、ピストン４１をバネ４２の弾性力に抗して移動させることで、オイルタンク３０とシリンダ１０のオイル室１０Ａが連通した状態になる。
【００２９】
空気配管４５は、後述するシリンダ１０の空気室１４に接続されている。また、その一部は分岐して、切り替え弁４０に接続される切り替え弁用配管４６となっている。
【００３０】
また、図２ではソレノイドバルブ５０及びソレノイドバルブ５１が拡張ユニット１００の外部にあるが、両ソレノイドバルブ５０、５１を拡張ユニット１００に収納し、拡張ユニット１００にＩＮ配管５２、ＯＵＴ配管５３、ＩＮ配管５４、及びＯＵＴ配管５５を接続するようにしてもよい。
【００３１】
次に、回転部１００Ｂについて説明する。回転部１００Ｂは、シリンダ１０と、シリンダ１０の一端に設けられたテーパ部１とを備える。シリンダ１０の内部には、定量拡張用ロッド１１と、定圧拡張用ロッド１２とが摺動可能に収められている。定量拡張用ロッド１１と定圧拡張用ロッド１２は、後述するように直接または間接的に砥石を径方向外側に移動させるためのものである。
【００３２】
定量拡張用ロッド１１及び定圧拡張用ロッド１２は、それぞれピストン部１１Ａ、１２Ａとロッド部１１Ｂ、１２Ｂを備える。定圧拡張用ロッド１２のピストン部１２Ａ及びロッド部１２Ｂは、中心部に貫通孔を有し、この貫通孔を定量拡張用ロッド１１のロッド部１１Ｂが貫通している。
【００３３】
シリンダ１０内部の、定量拡張用ロッド１１のピストン部１１Ａよりテーパ部１側に画成される領域はオイル室１０Ａである。オイル室１０Ａには、第１オイル配管２４、第３オイル配管３５及び第４オイル配管４３が接続されている。なお、図２における各配管の接続位置は便宜上のものであり、これに限られるわけではない。後述する図４についても同様である。
【００３４】
また、定圧拡張用ロッド１２のピストン部１２Ａと定量拡張用ロッド１１のピストン部１１Ａの間に形成される空気室１４には、両者が離れる方向に弾性力を付勢するバネ１３が配置されている。
【００３５】
ピストン部１２Ａのバネ１３と反対側には、定圧拡張用ロッド１２に対して基端方向に弾性力を付勢するバネ１５が配置されている。定圧拡張用ロッド１２の基端側には、定圧拡張用ロッド１２の基端側への移動を制限するストッパー１６が設けられている。
【００３６】
なお、バネ１５の弾性係数は、バネ１３の弾性係数より大きい。
【００３７】
第１オイル配管２４、第３オイル配管３５及び第４オイル配管４３から、回転するシリンダ１０のオイル室１０Ａへのオイルの供給、及び空気配管４５から回転するシリンダ１０内の空気室１４への空気の供給は、公知の構成により実現すればよい。例えば、次のような公知の構成を適用し得る。
【００３８】
固定部１００Ａにシリンダ１０の外周を囲むように形成された筒状部２００の内周面に、各配管２４、３５、４３、４５が開口している。また、筒状部２００内周面の各配管２４、３５、４３、４５の開口部分には、環状溝２０１−２０４が形成されている。一方、シリンダ１０には、各配管２４、３５、４３、４５に対応する軸方向位置に、シリンダ１０の外周面から内周面まで貫通する貫通孔２０５−２０８を設ける。この構成により、筒状部２００に対してシリンダ１０が回転しても、各配管２４、３５、４３、４５とシリンダ１０のオイル室１０Ａまたは空気室１４とは、環状溝２０１−２０４を介して常時連通する。
【００３９】
図３は、ホーニング工具２を先端側から見た図である。ホーニング工具２の先端側には複数のスリット２Ａが放射状に設けられている。なお、本実施形態では、スリット２Ａは６箇所に設けられている。そして、各スリット２Ａには、砥石ホルダ３Ｃ、３Ｄが半径方向に進退可能に、かつ、砥石ホルダ３Ｃと砥石ホルダ３Ｄが周方向に交互に並ぶよう収容されている。砥石ホルダ３Ｃには粗仕上げ用砥石３Ａが、砥石ホルダ３Ｄには精密仕上げ用砥石３Ｂがそれぞれ取り付けられている。粗仕上げ用砥石３Ａは定量ホーニングに用い、精密仕上げ用砥石３Ｂは定圧ホーニングに用いる。
【００４０】
粗仕上げ用砥石３Ａと精密仕上げ用砥石３Ｂは、加工に使用する方が径方向外側に移動してホーニング工具２の外周から突出し、加工に使用しない方はホーニング工具２の外周より内側に収まっている。このような粗仕上げ用砥石３Ａや精密仕上げ用砥石３Ｂを径方向外側に移動させることを、拡張という。この拡張によって、ホーニング工具２が回転した場合の砥石の軌跡の径が大きくなる。
【００４１】
ホーニング工具２は、１つのホーニング工具２に２種類の砥石３Ａ、３Ｂを設け、いずれかを選択的に拡張し得るものである。そのための構成は、公知のものを適用することができる。例えば、次のような構成である。
【００４２】
砥石ホルダ３Ｃ、３Ｄの内周側の端面が、それぞれ専用の部材と当接する。そして、これらの専用部材は直線カムとしての機能を有しており、専用部材が回転軸４Ａに沿って先端方向に移動すると、砥石ホルダ３Ｃ、３Ｄは径方向外側に移動する。逆に、専用部材が基端側に移動すると、砥石ホルダ３Ｃ、３Ｄは径方向内側へ移動する。なお、砥石ホルダ３Ｃ、３Ｄの径方向内側への移動を補助するための弾性部材を設けてもよい。
【００４３】
そして、粗仕上げ用砥石３Ａを拡張するための専用部材と、精密仕上げ用砥石３Ｂを拡張するための専用部材が同軸状に配置されており、いずれか一方の専用部材を選択的に先端方向へ押圧することが可能である。
【００４４】
本実施形態では、粗仕上げ用砥石３Ａを拡張する為の専用部材は、拡張ユニット１００の定量拡張用ロッド１１に、精密仕上げ用砥石３Ｂを拡張するための専用部材は拡張ユニット１００の定圧拡張用ロッド１２に、それぞれ押圧されるものとする。このような構成により、粗仕上げ用砥石３Ａまたは精密仕上げ用砥石３Ｂのいずれかを選択的に拡張することができる。
【００４５】
なお、定量拡張用ロッド１１は、粗仕上げ用砥石３Ａを拡張していない状態、つまり粗仕上げ用砥石３Ａがホーニング工具２の外周より内側に有る状態における軸方向位置より基端側への移動が制限されている。例えば、図２に示すように、シリンダ１０内の定量拡張用ロッド１１が摺動する部位と油室１０Ａとの間に段差を設けることで制限する。
【００４６】
次に、上述したような構成の拡張ユニット１００を用いた定量ホーニング、及び定圧ホーニングについて図２、図４を参照して説明する。
【００４７】
まず、定量ホーニングについて図２を参照して説明する。ホーニング工具２をワークのシリンダ穴に挿入したら、ソレノイドバルブ５０をＩＮ配管５２と空気配管２７が連通する状態に切り替えて、図示しないコンプレッサにより空気を供給する。このとき、ソレノイドバルブ５１は、ＯＵＴ配管５５と空気配管４５が連通する状態に切り替える。また、切り替え弁４０で第４オイル配管４３を遮断した状態とする。これにより、空気ポンプ２０のシリンダ２２に空気が供給されて、ピストン２１にバネ２３の弾性力に抗する方向の空気圧が作用する。また、オイルタンク３０の空気室３１にも空気が供給されて、オイルピストン３２にバネ３４の弾性力に抗する方向の空気圧が作用する。したがって、オイルタンク３０のオイル室３３内のオイルが、第２オイル配管２６及び第３オイル配管３５に流出する。
【００４８】
第２オイル配管２６を流れたオイルは、第１オイル配管２４のチェックバルブ２５とピストン２１の間の空間に流入し、チェックバルブ２５を通過してシリンダ１０のオイル室１０Ａに流入する。
【００４９】
第３オイル配管３５を流れたオイルは、チェックバルブ３６を通過してシリンダ１０のオイル室１０Ａに流入する。オイルが流入することでオイル室１０Ａ内の圧力が高まると、定量拡張用ロッド１１が先端方向へ移動する。そして、定量拡張用ロッド１１の先端部が、後述する粗仕上げ用砥石３Ａを拡張するための部材を、粗仕上げ用砥石３Ａがワークに当接するまで押す。
【００５０】
なお、定量拡張用ロッド１１が先端方向へ移動すると、バネ１５より弾性係数の低いバネ１３が縮むだけで、定圧拡張用ロッド１２はバネ１５によりストッパー１６に押し付けられたまま移動しない。つまり、定圧拡張用ロッド１２を押圧する力はバネ１３に吸収され、精密仕上げ用砥石３Ｂはスリット２Ａ内に収まったままである。
【００５１】
粗仕上げ用砥石３Ａがワークに当接するまでオイル室１０Ａにオイルが流入したら、その後は、ソレノイドバルブ５０を介した空気供給を間欠的に定量ずつ行う。一回当たりの空気供給量は、ピストン２１を上死点から下死点までストロークさせる量とする。
【００５２】
このとき、オイル室１０Ａ内の油圧が高まっているため、第３オイル配管３５からオイル室１０Ａへのオイルの流入はない。一方、第２オイル配管２６から油圧漸増用エリア２４Ａへ送り込まれたオイルは、ピストン２１によってチェックバルブ２５を介してオイル室１０Ａへ送り込まれる。上述したように、ピストン２１が１ストロークしたときにオイル室１０Ａへ送り込まれるオイル量は一定である。具体的には、図２に示すように、油圧漸増用エリア２４Ａにあるオイル量となる。また、一回の空気供給でピストン２１は１ストロークする。そして、空気供給を停止してピストン２１を上死点に戻し、再び空気供給すれば、オイルタンク３０から油圧漸増用エリア２４Ａへオイルが供給される。
【００５３】
このように、空気を供給する度にオイル室１０Ａへ一定量のオイルが供給され、粗仕上げ用砥石３Ａが一定量ずつ拡張する。したがって、空気供給回数に基づいて粗仕上げ用砥石３Ａの拡張量を制御することができる。
【００５４】
図２の構成では、直接の制御対象は圧縮媒体である空気であるが、空気圧を油圧に変換する機能を有する空気ポンプ２０及びオイルタンク３０を用いることにより、非圧縮媒体であるオイルを定量ずつ送り出すことが可能となっている。その結果、粗仕上げ用砥石３Ａを定量ずつ拡張して行う定量ホーニングの実施が可能となっている。
【００５５】
なお、第３オイル配管３５を備え、粗仕上げ用砥石３Ａがワークに当接するまでは第１オイル配管２４と第３オイル配管３５の両方からオイル室１０Ａへオイルを供給するので、定量ホーニング開始までの時間を短縮することができる。より短縮するために、粗仕上げ用砥石３Ａがワークに当接するまでは、コンプレッサからの空気供給量は多い方が望ましい。
【００５６】
次に図４を参照して定圧ホーニングについて説明する。図４は図２と同様に拡張ユニット１００について示した図である。定圧ホーニングは定量ホーニングの終了後に行う。
【００５７】
定量ホーニングが終了したら、ソレノイドバルブ５０を空気配管２７とＯＵＴ配管５３が連通する状態に切り替える。また、ソレノイドバルブ５１を空気配管４５とＩＮ配管５４とが連通する状態に切り替える。これにより、切り替え弁４０が空気圧によってバネ４２の弾性力に抗して移動する。そして、貫通孔４１Ａが第４オイル配管４３の位置まで移動して第４オイル配管４３の遮断が解除される。
【００５８】
ＯＵＴ配管５３と空気配管２７が連通しているので、オイルタンク３０の空気室３１内の圧力は大気圧まで低下する。また、空気配管４５から空気が供給されることで空気室１４内の圧力が高まる。したがって、第４オイル配管４３の遮断が解除されると、定量ホーニング時に圧力が印加されていたオイル室１０Ａのオイルが、チェックバルブ４４を介してオイルタンク３０に戻り、定量拡張用ロッド１１が基端側へ移動する。
【００５９】
なお、チェックバルブ４４の開閉圧は、例えば、シリンダ１０側とオイルタンク３０側がいずれも大気圧になったら閉じ、オイルタンク３０側が大気圧でシリンダ１０側が大気圧を超えた場合に開くように設定する。
【００６０】
定量拡張用ロッド１１の基端側への移動が制限された後も空気配管４５からの空気の供給を続けると、空気室１４内の圧力がさらに高まり、定圧拡張用ロッド１２がバネ１５の弾性力に抗して先端方向に押圧される。これにより、精密仕上げ用砥石３Ｂが拡張する。
【００６１】
精密仕上げ用砥石３Ｂが拡張した後に空気室１４内の圧力を一定に保持した状態でホーニング加工を行うと、精密仕上げ用砥石３Ｂは一定圧力でワークに押し付けられることになるので、定圧ホーニングとなる。
【００６２】
なお、上記説明では、拡張ユニット１００がマシニングセンタに装着した状態で回転しない固定部１００Ａと、マシニングセンタの主軸と共に回転する回転部１００Ｂとを含んで構成される場合について説明したが、これに限られるわけではない。例えば、上述した固定部１００Ａの構成が回転部１００Ｂと一体に回転する構成であってもよい。この場合、空気配管２７、４５の接続部が、上述した環状溝２０１−２０３、貫通孔２０４−２０６、及び貫通孔２０７−２０９と同様の構造となる。
【００６３】
以上説明した本実施形態の効果をまとめると、次のようになる。
【００６４】
（１）外部から空気が供給されることで内部の空気圧が上昇する空気室３１と、空気室３１の空気圧を利用して粗仕上げ用砥石３Ａをホーニング工具２の外周部から突出させるよう作動する定量拡張用ロッド１１を備える。また、外部から空気が供給されることで内部の空気圧が上昇する空気室１４と、空気室１４の空気圧を利用して精密仕上げ用砥石３Ｂをホーニング工具２の外周部から突出させるよう作動する定圧拡張用ロッド１２を備える。したがって、外部から供給される空気を空気室３１または空気室１４のいずれに供給するかによって、定量拡張用ロッド１１または定圧拡張用ロッド１２を選択的に作動させることができる。すなわち、空気の供給先を変更するだけで、ホーニング工具を交換することなく、マシニングセンタによる定量ホーニングと定圧ホーニングを連続して行うことができる。
【００６５】
また、外部から供給するのは空気だけなので、空気の供給源をマシニングセンタの周辺に設置し、空気配管で拡張ユニット１００と空気の供給源とを接続すれば足りる。したがって、拡張ユニット１００を使用するにあたり、マシニングセンタにはほとんど改造を施す必要が無い。また、供給する空気を制御するだけで、粗仕上げから精密仕上げまでの一連の加工を、連続して行うことができる。なお、下穴を設けるボーリング加工からホーニング加工へ移行する際には、マシニングセンタのオートツールチェンジ機構によって拡張ユニット１００を主軸４に装着することができる。
【００６６】
（２）オイルタンク３０に空気を供給すると、オイルタンク３０からオイル室１０Ａにオイルが送られてオイル室１０Ａ内の油圧が上昇し、定量拡張用ロッド１１が上昇した油圧に押圧されて作動する。すなわち、拡張ユニット１００の外部からオイルを供給することなく、油圧を利用した定量ホーニングが可能となる。また、拡張ユニット１００の外部からオイルを供給するための構成が不要なので、オイル供給用の大がかりな改造も不要となる。
【００６７】
（３）空気ポンプ２０に一定量の空気を周期的に供給することで、オイル室１０Ａの油圧を一定量ずつ上昇させることができるので、定量ホーニング時に、粗仕上げ用砥石３Ａを一定量ずつ拡張することができる。
【００６８】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。例えば、拡張ユニット１００の空気圧を油圧に変換する構成を設けずに、定量拡張用ロッド１１をシリンダ１０内に空気を供給することで先端側へ移動させるようにしてもよい。この場合、シリンダ１０内の圧力をより高圧にすることで、定量ホーニングが可能となる。
【００６９】
また、定量拡張用ロッド１１及び定圧拡張用ロッド１２が砥石ホルダ３Ｃ、３Ｄをそれぞれ直接作動するようにホーニング工具２を構成してもよい。
【００７０】
さらに、上記説明ではマシニングセンタを使用する場合について説明したが、工具を保持する主軸を、回転させながら進退動させる機能を有する加工機械であれば、同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ テーパ部
２ ホーニング工具
３Ａ 粗仕上げ用砥石
３Ｂ 精密仕上げ用砥石
４ 主軸
５ 主軸カバー
６ テーパ穴
１０ シリンダ（シリンダ部材）
１１ 定量拡張用ロッド（定量拡張用部材）
１２ 定圧拡張用ロッド（定圧拡張用部材）
１４ 空気室（定圧用空気室）
２０ 空気ポンプ（油圧漸増用シリンダ部材）
２１ ピストン（油圧漸増用ピストン）
２１Ａ 油圧側ピストン部
２１Ｂ 空圧側ピストン部（ロッド部材）
２２ シリンダ（油圧漸増用空気室）
２４ 第１オイル配管（漸増用油圧配管）
２４Ａ 油圧漸増用エリア
２６ 第２オイル配管（漸増用オイル供給配管）
３０ オイルタンク
３１ 空気室（定量用空気室）
３５ 第３オイル配管
４０ 切り替え弁
４３ 第４オイル配管
５０ ソレノイドバルブ
５１ ソレノイドバルブ
１００ 拡張ユニット
１００Ａ 固定部
１００Ｂ 回転部
２００ 筒状部
２０１−２０４ 環状溝
２０５−２０８ 貫通孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに形成された円筒状の孔の内周面をホーニング加工する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークに形成された円筒状の孔、例えば内燃機関のシリンダブロックに形成されたシリンダ、の内周面のホーニング加工には、第１に、回転する砥石を一定圧力でワーク内面に接触させつつシリンダの軸方向に移動させて加工を行う定圧ホーニングがある。第２に、回転する砥石の軌跡の径（以下、砥石径という）を一定の速度で拡張させつつシリンダの軸方向に移動させて加工を行う定量ホーニングがある。そして、これら２種類のホーニング加工は、仕上げの段階に応じて使い分けられる。一般的には、定圧ホーニングは精密仕上げに、定量ホーニングは粗仕上げに用いられる。
【０００３】
このように、回転する砥石をシリンダの軸方向に移動させるだけでなく、砥石径を拡張させる機能が必要となる。このため、ホーニング加工は、専用の機械で行うことが一般的であった。そして、ホーニング加工を行う場合には、予めマシニングセンタ等の工作機械により円筒状の下穴を形成したワークを、マシニングセンタ等から外してホーニング専用の機械に取り付ける必要があった。このように、ワークに円筒状のシリンダを形成するために複数の工作機械が必要とされていた。そこで、設備費用やワークの取付けに要する工数を削減するために、マシニングセンタを用いてホーニング加工を行うことが検討されてきた。
【０００４】
マシニングセンタでホーニング加工を行うためには、砥石径を拡張する機能を付加する必要がある。例えば、マシニングセンタでの加工時に用いるクーラントを利用して、液圧により砥石径を拡張する手段が知られている。しかし、クーラントを利用して液圧を発生させるためには、専用の液圧回路や精密な液圧制御を行う外部液圧供給装置が必要となり、マシニングセンタに大がかりな改造を施さなければならない。このため、改造費が高価になってしまう。
【０００５】
そこで、砥石径の拡張をサーボモータにより行う装置が特許文献１に開示されている。これによれば、液圧回路等を設けるための改造は必要なくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２１６０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の装置のようにサーボモータを用いる場合には、サーボモータの動きを砥石径の拡張に変換するために、新たな軸を追加する必要がある。すなわち、特許文献１の装置でも、新たな軸を追加するという大規模な改造を施す必要がある。
【０００８】
そこで本発明では、マシニングセンタを用いたホーニング加工を低コストで実施可能にするための装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のホーニング加工用装置は、定量ホーニング用の砥石と、定圧ホーニング用の砥石の２種類の砥石のいずれか一方を選択的に外周部から突出させ得るホーニング工具を回転可能に保持する。また、回転しつつ回転軸方向に進退動可能な主軸を有する工作機械の主軸に装着され、前記主軸の回転を前記ホーニング工具に伝達する。そして、外部から空気が供給されることで内部の空気圧が上昇する定量用空気室と、定量用空気室の空気圧を利用して定量ホーニング用砥石をホーニング工具の外周部から突出させるよう作動する定量拡張用部材を備える。さらに、外部から空気が供給されることで内部の空気圧が上昇する定圧用空気室と、定量空気室の空気圧を利用して定圧ホーニング用砥石をホーニング工具の外周部から突出させるよう作動する定圧拡張用部材とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、外部から供給される空気を定量用空気室または定圧用空気室のいずれに供給するかによって、定量拡張用部材または定圧拡張用部材を選択的に作動させることができる。そして、定量拡張用部材または定圧拡張用部材を選択的に作動させるために外部から供給する必要があるのは空気だけである。したがって、空気の供給源を加工機械の周辺に設置し、そこから空気を供給するための配管を接続するだけでよい。このため、加工機械にほとんど改造を施す必要が無く、低コストでマシニングセンタ等の汎用加工機械を用いたホーニング加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る拡張ユニットの使用状態を示す図である。
【図２】拡張ユニットの定量ホーニング時の状態を示す構成図である。
【図３】ホーニング工具を先端側から見た図である。
【図４】拡張ユニットの定圧ホーニング時の状態を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る拡張ユニット１００の使用状態を示す図である。拡張ユニット１００は、マシニングセンタの主軸４に対して回転しない固定部１００Ａと、主軸４の回転軸４Ａを軸として回転する回転部１００Ｂとを有する。拡張ユニット１００は、回転部１００Ｂのテーパ部１が主軸４のテーパ穴６に固定される。ここでの固定方法は、一般的なマシニングセンタが工具を固定する方法と同様である。
【００１４】
また、固定部１００Ａのピン１０１が、マシニングセンタの非回転部である主軸カバー５に係合する。例えば、主軸カバー５にピン１０１の一部が係合するボスを設ける。なお、マシニングセンタ側に一切の改造を施さず、ピン１０１をマシニングセンタのいずれかの非回転部分に係合するような形状にしてもよい。
【００１５】
ホーニング工具２は、一端に後述する粗仕上げ用砥石３Ａ及び精密仕上げ用砥石３Ｂを備え、他端が拡張ユニット１００に固定される。具体的には、後述する図２における拡張ユニット１００のシリンダ１０に固定される。なお、以下の説明において、砥石を備える方の端部を先端、拡張ユニット１００に固定される側の端部を基端とする。ホーニング工具２は、ホーニング加工の段階に応じて、２種類の砥石のいずれかを選択的に使用することができる。
【００１６】
上記のような構成により、主軸４が回転すると回転部１００Ｂ及びホーニング工具２が回転する。なお、このとき固定部１００Ａは回転しない。
【００１７】
また、固定部１００Ａには、後述する空気配管２７、４５が接続されている。
【００１８】
図２は、拡張ユニット１００の構成を説明するための図であり、定量ホーニング時の状態を示している。なお、図中の破線は、拡張ユニット１００の物理的な形状を示すものではなく、拡張ユニット１００に含まれる構成とそれ以外の構成とを区別するためのものである。
【００１９】
拡張ユニット１００は、マシニングセンタの主軸４とホーニング工具２の間に設置し、外部からの空気圧供給によって、定圧ホーニングと定量ホーニングを切り替えて実行することができる。定圧ホーニングとは、一定圧力で砥石をワーク内面に押圧させながら行うホーニング加工である。一方、定量ホーニングとは、一定速度で砥石を工具の半径方向外側に送りながら行うホーニング加工である。ここでは、下穴を空けた後に、定量ホーニングで粗仕上げを行い、その後、定圧ホーニングで精密仕上げを行う。
【００２０】
図２に示すように、固定部１００Ａには、空気配管２７、４５が接続されている。空気配管２７はソレノイドバルブ５０を介してＩＮ配管５２またはＯＵＴ配管５３のいずれかと連通する。空気配管４５も同様に、ソレノイドバルブ５１を介してＩＮ配管５４またはＯＵＴ配管５５のいずれかと連通する。なお、ＩＮ配管５２及びＩＮ配管５４はいずれも図示しないコンプレッサに接続されている。このコンプレッサは一定の空気圧で空気を供給するものである。また、ＯＵＴ配管５３及びＯＵＴ配管５５はいずれも大気解放されている。
【００２１】
空気配管２７は、固定部１００Ａ内で分岐し、一方の空気配管２７Ａは空気ポンプ２０に接続されている。他方の空気配管２７Ｂはオイルタンク３０に接続されている。
【００２２】
空気ポンプ２０は、シリンダ２２内に摺動可能に収められたピストン２１と、ピストン２１をシリンダ２２の容積が小さくなる方向へ押圧するバネ２３とを備える。また、ピストン２１はシリンダ２２と同径の空圧側ピストン部２１Ｂとシリンダ２２と反対方向に突出する油圧側ピストン部２１Ａを有する。油圧側ピストン部２１Ａは第１オイル配管２４内に摺動可能に収められる。第１オイル配管２４は、シリンダ１０のオイル室１０Ａに接続されている。すなわち、空気ポンプ２０は空気圧を油圧に変換する機能を有する。また、第１オイル配管２４には、空気ポンプ２０からシリンダ１０方向の流れのみを許容するチェックバルブ２５が介装されている。
【００２３】
ピストン２１は、図２から明らかなように、構造上そのストロークが制限される。ここでは、シリンダ２２の容積が最小となるときの位置を上死点、最大となるときの位置を下死点とする。油圧側ピストン部２１Ａのチェックバルブ２５側の端部は、ピストン２１が上死点にあるときには、第２オイル配管２６との合流部より空気ポンプ２０側に位置し、ピストン２１が下死点にあるときには、油圧漸増用エリア２４Ａに位置する。なお、油圧漸増用エリア２４Ａは、第１オイル配管２４の、第２オイル配管２６との合流部直下からチェックバルブ２５までの空間である。
【００２４】
このような構造により、ピストン２１が１ストロークしたときにオイル室１０Ａに送り込まれるオイル量は一定になる。
【００２５】
オイルタンク３０は、内部に摺動可能に収められたオイルピストン３２を備える。オイルタンク３０内の、オイルピストン３２に対して空気配管２７Ｂとの接続部と反対側の空間はオイルが充填されたオイル室３３、同じく空気配管２７Ｂとの接続部側の空間は空気室３１となっている。また、空気室３１には、オイルピストン３２をオイル室３３側に押圧するバネ３４を備える。オイル室３３には第２オイル配管２６、第３オイル配管３５、及び第４オイル配管４３が接続されている。したがって、空気室３１内の圧力が上昇すると、オイルピストン３２がオイル室３３側に押圧されて、オイル室３３内の圧力も上昇する。すなわち、オイルタンク３０は、空気圧を油圧に変換する機能を有する。
【００２６】
第２オイル配管２６は第１オイル配管２４のチェックバルブ２５と空気ポンプ２０との間に接続されている。
【００２７】
第３オイル配管３５は、シリンダ１０のオイル室１０Ａに接続されており、チェックバルブ３６が介装されている。チェックバルブ３６は、オイルタンク３０からシリンダ１０方向の流れのみを許容する。つまりチェックバルブ３６は、ＩＮ配管５２から入力されてオイルタンク３０で変換された圧力よりシリンダ１０側の圧力の方が低いときに開く。
【００２８】
第４オイル配管４３は、シリンダ１０のオイル室１０Ａに接続されており、シリンダ１０からオイルタンク３０方向への流れのみを許容するチェックバルブ４４が介装されている。また、第４オイル配管４３のオイルタンク３０とチェックバルブ４４の間には、切り替え弁４０が介装されている。切り替え弁４０は、第４オイル配管４３の流路方向に対して直交する向きに進退動するピストン４１を備える。ピストン４１は、第４オイル配管４３の流路を遮断するロッド部４１Ｂと、ロッド部４１Ｂを第４オイル配管４３の流路と同方向に貫通する貫通孔４１Ａとを備える。切り替え弁４０は、初期状態ではバネ４２の弾性力によって、ロッド部４１Ｂが第４オイル配管４３の流路を遮断した状態に維持される。また、後述するように空気圧が供給することによって、貫通孔４１Ａが第４オイル配管４３の位置になるまで、ピストン４１をバネ４２の弾性力に抗して移動させることで、オイルタンク３０とシリンダ１０のオイル室１０Ａが連通した状態になる。
【００２９】
空気配管４５は、後述するシリンダ１０の空気室１４に接続されている。また、その一部は分岐して、切り替え弁４０に接続される切り替え弁用配管４６となっている。
【００３０】
また、図２ではソレノイドバルブ５０及びソレノイドバルブ５１が拡張ユニット１００の外部にあるが、両ソレノイドバルブ５０、５１を拡張ユニット１００に収納し、拡張ユニット１００にＩＮ配管５２、ＯＵＴ配管５３、ＩＮ配管５４、及びＯＵＴ配管５５を接続するようにしてもよい。
【００３１】
次に、回転部１００Ｂについて説明する。回転部１００Ｂは、シリンダ１０と、シリンダ１０の一端に設けられたテーパ部１とを備える。シリンダ１０の内部には、定量拡張用ロッド１１と、定圧拡張用ロッド１２とが摺動可能に収められている。定量拡張用ロッド１１と定圧拡張用ロッド１２は、後述するように直接または間接的に砥石を径方向外側に移動させるためのものである。
【００３２】
定量拡張用ロッド１１及び定圧拡張用ロッド１２は、それぞれピストン部１１Ａ、１２Ａとロッド部１１Ｂ、１２Ｂを備える。定圧拡張用ロッド１２のピストン部１２Ａ及びロッド部１２Ｂは、中心部に貫通孔を有し、この貫通孔を定量拡張用ロッド１１のロッド部１１Ｂが貫通している。
【００３３】
シリンダ１０内部の、定量拡張用ロッド１１のピストン部１１Ａよりテーパ部１側に画成される領域はオイル室１０Ａである。オイル室１０Ａには、第１オイル配管２４、第３オイル配管３５及び第４オイル配管４３が接続されている。なお、図２における各配管の接続位置は便宜上のものであり、これに限られるわけではない。後述する図４についても同様である。
【００３４】
また、定圧拡張用ロッド１２のピストン部１２Ａと定量拡張用ロッド１１のピストン部１１Ａの間に形成される空気室１４には、両者が離れる方向に弾性力を付勢するバネ１３が配置されている。
【００３５】
ピストン部１２Ａのバネ１３と反対側には、定圧拡張用ロッド１２に対して基端方向に弾性力を付勢するバネ１５が配置されている。定圧拡張用ロッド１２の基端側には、定圧拡張用ロッド１２の基端側への移動を制限するストッパー１６が設けられている。
【００３６】
なお、バネ１５の弾性係数は、バネ１３の弾性係数より大きい。
【００３７】
第１オイル配管２４、第３オイル配管３５及び第４オイル配管４３から、回転するシリンダ１０のオイル室１０Ａへのオイルの供給、及び空気配管４５から回転するシリンダ１０内の空気室１４への空気の供給は、公知の構成により実現すればよい。例えば、次のような公知の構成を適用し得る。
【００３８】
固定部１００Ａにシリンダ１０の外周を囲むように形成された筒状部２００の内周面に、各配管２４、３５、４３、４５が開口している。また、筒状部２００内周面の各配管２４、３５、４３、４５の開口部分には、環状溝２０１−２０４が形成されている。一方、シリンダ１０には、各配管２４、３５、４３、４５に対応する軸方向位置に、シリンダ１０の外周面から内周面まで貫通する貫通孔２０５−２０８を設ける。この構成により、筒状部２００に対してシリンダ１０が回転しても、各配管２４、３５、４３、４５とシリンダ１０のオイル室１０Ａまたは空気室１４とは、環状溝２０１−２０４を介して常時連通する。
【００３９】
図３は、ホーニング工具２を先端側から見た図である。ホーニング工具２の先端側には複数のスリット２Ａが放射状に設けられている。なお、本実施形態では、スリット２Ａは６箇所に設けられている。そして、各スリット２Ａには、砥石ホルダ３Ｃ、３Ｄが半径方向に進退可能に、かつ、砥石ホルダ３Ｃと砥石ホルダ３Ｄが周方向に交互に並ぶよう収容されている。砥石ホルダ３Ｃには粗仕上げ用砥石３Ａが、砥石ホルダ３Ｄには精密仕上げ用砥石３Ｂがそれぞれ取り付けられている。粗仕上げ用砥石３Ａは定量ホーニングに用い、精密仕上げ用砥石３Ｂは定圧ホーニングに用いる。
【００４０】
粗仕上げ用砥石３Ａと精密仕上げ用砥石３Ｂは、加工に使用する方が径方向外側に移動してホーニング工具２の外周から突出し、加工に使用しない方はホーニング工具２の外周より内側に収まっている。このような粗仕上げ用砥石３Ａや精密仕上げ用砥石３Ｂを径方向外側に移動させることを、拡張という。この拡張によって、ホーニング工具２が回転した場合の砥石の軌跡の径が大きくなる。
【００４１】
ホーニング工具２は、１つのホーニング工具２に２種類の砥石３Ａ、３Ｂを設け、いずれかを選択的に拡張し得るものである。そのための構成は、公知のものを適用することができる。例えば、次のような構成である。
【００４２】
砥石ホルダ３Ｃ、３Ｄの内周側の端面が、それぞれ専用の部材と当接する。そして、これらの専用部材は直線カムとしての機能を有しており、専用部材が回転軸４Ａに沿って先端方向に移動すると、砥石ホルダ３Ｃ、３Ｄは径方向外側に移動する。逆に、専用部材が基端側に移動すると、砥石ホルダ３Ｃ、３Ｄは径方向内側へ移動する。なお、砥石ホルダ３Ｃ、３Ｄの径方向内側への移動を補助するための弾性部材を設けてもよい。
【００４３】
そして、粗仕上げ用砥石３Ａを拡張するための専用部材と、精密仕上げ用砥石３Ｂを拡張するための専用部材が同軸状に配置されており、いずれか一方の専用部材を選択的に先端方向へ押圧することが可能である。
【００４４】
本実施形態では、粗仕上げ用砥石３Ａを拡張する為の専用部材は、拡張ユニット１００の定量拡張用ロッド１１に、精密仕上げ用砥石３Ｂを拡張するための専用部材は拡張ユニット１００の定圧拡張用ロッド１２に、それぞれ押圧されるものとする。このような構成により、粗仕上げ用砥石３Ａまたは精密仕上げ用砥石３Ｂのいずれかを選択的に拡張することができる。
【００４５】
なお、定量拡張用ロッド１１は、粗仕上げ用砥石３Ａを拡張していない状態、つまり粗仕上げ用砥石３Ａがホーニング工具２の外周より内側に有る状態における軸方向位置より基端側への移動が制限されている。例えば、図２に示すように、シリンダ１０内の定量拡張用ロッド１１が摺動する部位と油室１０Ａとの間に段差を設けることで制限する。
【００４６】
次に、上述したような構成の拡張ユニット１００を用いた定量ホーニング、及び定圧ホーニングについて図２、図４を参照して説明する。
【００４７】
まず、定量ホーニングについて図２を参照して説明する。ホーニング工具２をワークのシリンダ穴に挿入したら、ソレノイドバルブ５０をＩＮ配管５２と空気配管２７が連通する状態に切り替えて、図示しないコンプレッサにより空気を供給する。このとき、ソレノイドバルブ５１は、ＯＵＴ配管５５と空気配管４５が連通する状態に切り替える。また、切り替え弁４０で第４オイル配管４３を遮断した状態とする。これにより、空気ポンプ２０のシリンダ２２に空気が供給されて、ピストン２１にバネ２３の弾性力に抗する方向の空気圧が作用する。また、オイルタンク３０の空気室３１にも空気が供給されて、オイルピストン３２にバネ３４の弾性力に抗する方向の空気圧が作用する。したがって、オイルタンク３０のオイル室３３内のオイルが、第２オイル配管２６及び第３オイル配管３５に流出する。
【００４８】
第２オイル配管２６を流れたオイルは、第１オイル配管２４のチェックバルブ２５とピストン２１の間の空間に流入し、チェックバルブ２５を通過してシリンダ１０のオイル室１０Ａに流入する。
【００４９】
第３オイル配管３５を流れたオイルは、チェックバルブ３６を通過してシリンダ１０のオイル室１０Ａに流入する。オイルが流入することでオイル室１０Ａ内の圧力が高まると、定量拡張用ロッド１１が先端方向へ移動する。そして、定量拡張用ロッド１１の先端部が、後述する粗仕上げ用砥石３Ａを拡張するための部材を、粗仕上げ用砥石３Ａがワークに当接するまで押す。
【００５０】
なお、定量拡張用ロッド１１が先端方向へ移動すると、バネ１５より弾性係数の低いバネ１３が縮むだけで、定圧拡張用ロッド１２はバネ１５によりストッパー１６に押し付けられたまま移動しない。つまり、定圧拡張用ロッド１２を押圧する力はバネ１３に吸収され、精密仕上げ用砥石３Ｂはスリット２Ａ内に収まったままである。
【００５１】
粗仕上げ用砥石３Ａがワークに当接するまでオイル室１０Ａにオイルが流入したら、その後は、ソレノイドバルブ５０を介した空気供給を間欠的に定量ずつ行う。一回当たりの空気供給量は、ピストン２１を上死点から下死点までストロークさせる量とする。
【００５２】
このとき、オイル室１０Ａ内の油圧が高まっているため、第３オイル配管３５からオイル室１０Ａへのオイルの流入はない。一方、第２オイル配管２６から油圧漸増用エリア２４Ａへ送り込まれたオイルは、ピストン２１によってチェックバルブ２５を介してオイル室１０Ａへ送り込まれる。上述したように、ピストン２１が１ストロークしたときにオイル室１０Ａへ送り込まれるオイル量は一定である。具体的には、図２に示すように、油圧漸増用エリア２４Ａにあるオイル量となる。また、一回の空気供給でピストン２１は１ストロークする。そして、空気供給を停止してピストン２１を上死点に戻し、再び空気供給すれば、オイルタンク３０から油圧漸増用エリア２４Ａへオイルが供給される。
【００５３】
このように、空気を供給する度にオイル室１０Ａへ一定量のオイルが供給され、粗仕上げ用砥石３Ａが一定量ずつ拡張する。したがって、空気供給回数に基づいて粗仕上げ用砥石３Ａの拡張量を制御することができる。
【００５４】
図２の構成では、直接の制御対象は圧縮媒体である空気であるが、空気圧を油圧に変換する機能を有する空気ポンプ２０及びオイルタンク３０を用いることにより、非圧縮媒体であるオイルを定量ずつ送り出すことが可能となっている。その結果、粗仕上げ用砥石３Ａを定量ずつ拡張して行う定量ホーニングの実施が可能となっている。
【００５５】
なお、第３オイル配管３５を備え、粗仕上げ用砥石３Ａがワークに当接するまでは第１オイル配管２４と第３オイル配管３５の両方からオイル室１０Ａへオイルを供給するので、定量ホーニング開始までの時間を短縮することができる。より短縮するために、粗仕上げ用砥石３Ａがワークに当接するまでは、コンプレッサからの空気供給量は多い方が望ましい。
【００５６】
次に図４を参照して定圧ホーニングについて説明する。図４は図２と同様に拡張ユニット１００について示した図である。定圧ホーニングは定量ホーニングの終了後に行う。
【００５７】
定量ホーニングが終了したら、ソレノイドバルブ５０を空気配管２７とＯＵＴ配管５３が連通する状態に切り替える。また、ソレノイドバルブ５１を空気配管４５とＩＮ配管５４とが連通する状態に切り替える。これにより、切り替え弁４０が空気圧によってバネ４２の弾性力に抗して移動する。そして、貫通孔４１Ａが第４オイル配管４３の位置まで移動して第４オイル配管４３の遮断が解除される。
【００５８】
ＯＵＴ配管５３と空気配管２７が連通しているので、オイルタンク３０の空気室３１内の圧力は大気圧まで低下する。また、空気配管４５から空気が供給されることで空気室１４内の圧力が高まる。したがって、第４オイル配管４３の遮断が解除されると、定量ホーニング時に圧力が印加されていたオイル室１０Ａのオイルが、チェックバルブ４４を介してオイルタンク３０に戻り、定量拡張用ロッド１１が基端側へ移動する。
【００５９】
なお、チェックバルブ４４の開閉圧は、例えば、シリンダ１０側とオイルタンク３０側がいずれも大気圧になったら閉じ、オイルタンク３０側が大気圧でシリンダ１０側が大気圧を超えた場合に開くように設定する。
【００６０】
定量拡張用ロッド１１の基端側への移動が制限された後も空気配管４５からの空気の供給を続けると、空気室１４内の圧力がさらに高まり、定圧拡張用ロッド１２がバネ１５の弾性力に抗して先端方向に押圧される。これにより、精密仕上げ用砥石３Ｂが拡張する。
【００６１】
精密仕上げ用砥石３Ｂが拡張した後に空気室１４内の圧力を一定に保持した状態でホーニング加工を行うと、精密仕上げ用砥石３Ｂは一定圧力でワークに押し付けられることになるので、定圧ホーニングとなる。
【００６２】
なお、上記説明では、拡張ユニット１００がマシニングセンタに装着した状態で回転しない固定部１００Ａと、マシニングセンタの主軸と共に回転する回転部１００Ｂとを含んで構成される場合について説明したが、これに限られるわけではない。例えば、上述した固定部１００Ａの構成が回転部１００Ｂと一体に回転する構成であってもよい。この場合、空気配管２７、４５の接続部が、上述した環状溝２０１−２０３、貫通孔２０４−２０６、及び貫通孔２０７−２０９と同様の構造となる。
【００６３】
以上説明した本実施形態の効果をまとめると、次のようになる。
【００６４】
（１）外部から空気が供給されることで内部の空気圧が上昇する空気室３１と、空気室３１の空気圧を利用して粗仕上げ用砥石３Ａをホーニング工具２の外周部から突出させるよう作動する定量拡張用ロッド１１を備える。また、外部から空気が供給されることで内部の空気圧が上昇する空気室１４と、空気室１４の空気圧を利用して精密仕上げ用砥石３Ｂをホーニング工具２の外周部から突出させるよう作動する定圧拡張用ロッド１２を備える。したがって、外部から供給される空気を空気室３１または空気室１４のいずれに供給するかによって、定量拡張用ロッド１１または定圧拡張用ロッド１２を選択的に作動させることができる。すなわち、空気の供給先を変更するだけで、ホーニング工具を交換することなく、マシニングセンタによる定量ホーニングと定圧ホーニングを連続して行うことができる。
【００６５】
また、外部から供給するのは空気だけなので、空気の供給源をマシニングセンタの周辺に設置し、空気配管で拡張ユニット１００と空気の供給源とを接続すれば足りる。したがって、拡張ユニット１００を使用するにあたり、マシニングセンタにはほとんど改造を施す必要が無い。また、供給する空気を制御するだけで、粗仕上げから精密仕上げまでの一連の加工を、連続して行うことができる。なお、下穴を設けるボーリング加工からホーニング加工へ移行する際には、マシニングセンタのオートツールチェンジ機構によって拡張ユニット１００を主軸４に装着することができる。
【００６６】
（２）オイルタンク３０に空気を供給すると、オイルタンク３０からオイル室１０Ａにオイルが送られてオイル室１０Ａ内の油圧が上昇し、定量拡張用ロッド１１が上昇した油圧に押圧されて作動する。すなわち、拡張ユニット１００の外部からオイルを供給することなく、油圧を利用した定量ホーニングが可能となる。また、拡張ユニット１００の外部からオイルを供給するための構成が不要なので、オイル供給用の大がかりな改造も不要となる。
【００６７】
（３）空気ポンプ２０に一定量の空気を周期的に供給することで、オイル室１０Ａの油圧を一定量ずつ上昇させることができるので、定量ホーニング時に、粗仕上げ用砥石３Ａを一定量ずつ拡張することができる。
【００６８】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。例えば、拡張ユニット１００の空気圧を油圧に変換する構成を設けずに、定量拡張用ロッド１１をシリンダ１０内に空気を供給することで先端側へ移動させるようにしてもよい。この場合、シリンダ１０内の圧力をより高圧にすることで、定量ホーニングが可能となる。
【００６９】
また、定量拡張用ロッド１１及び定圧拡張用ロッド１２が砥石ホルダ３Ｃ、３Ｄをそれぞれ直接作動するようにホーニング工具２を構成してもよい。
【００７０】
さらに、上記説明ではマシニングセンタを使用する場合について説明したが、工具を保持する主軸を、回転させながら進退動させる機能を有する加工機械であれば、同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ テーパ部
２ ホーニング工具
３Ａ 粗仕上げ用砥石
３Ｂ 精密仕上げ用砥石
４ 主軸
５ 主軸カバー
６ テーパ穴
１０ シリンダ（シリンダ部材）
１１ 定量拡張用ロッド（定量拡張用部材）
１２ 定圧拡張用ロッド（定圧拡張用部材）
１４ 空気室（定圧用空気室）
２０ 空気ポンプ（油圧漸増用シリンダ部材）
２１ ピストン（油圧漸増用ピストン）
２１Ａ 油圧側ピストン部
２１Ｂ 空圧側ピストン部（ロッド部材）
２２ シリンダ（油圧漸増用空気室）
２４ 第１オイル配管（漸増用油圧配管）
２４Ａ 油圧漸増用エリア
２６ 第２オイル配管（漸増用オイル供給配管）
３０ オイルタンク
３１ 空気室（定量用空気室）
３５ 第３オイル配管
４０ 切り替え弁
４３ 第４オイル配管
５０ ソレノイドバルブ
５１ ソレノイドバルブ
１００ 拡張ユニット
１００Ａ 固定部
１００Ｂ 回転部
２００ 筒状部
２０１−２０４ 環状溝
２０５−２０８ 貫通孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する砥石の軌跡の径を一定量ずつ拡張させつつ加工を行う定量ホーニング用の砥石と、回転する砥石を一定圧力でワーク内面に接触させつつ加工を行う定圧ホーニング用の砥石の２種類の砥石のいずれか一方を選択的に外周部から突出させ得るホーニング工具を回転可能に保持し、回転しつつ回転軸方向に進退動可能な主軸を有する工作機械の主軸に装着され、前記主軸の回転を前記ホーニング工具に伝達するホーニング加工用装置において、
外部から空気が供給されることで内部の空気圧が上昇する定量用空気室と、
前記定量用空気室の空気圧を利用して前記定量ホーニング用砥石を前記ホーニング工具の外周部から突出させるよう作動する定量拡張用部材と、
外部から空気が供給されることで内部の空気圧が上昇する定圧用空気室と、
前記定圧用空気室の空気圧を利用して前記定圧ホーニング用砥石を前記ホーニング工具の外周部から突出させるよう作動する定圧拡張用部材と、
を備えることを特徴とするホーニング加工用装置。
【請求項２】
摺動可能に収められたオイルピストンによって内部が前記定量用空気室とオイルが充満するオイル室とに分けられたオイルタンクと、
前記定量拡張用部材が摺動可能に収められ、前記定量拡張用部材と内壁で油圧室を画成するシリンダ部材と、
前記オイルタンクと前記油圧室とを連通するオイル配管と、
を備え、
前記定量用空気室に空気を供給すると、上昇した空気圧により前記オイルピストンが押圧されることによって前記オイル室から前記油圧室にオイルが送られて前記油圧室内の油圧が上昇し、前記定量拡張用部材が上昇した油圧に押圧されて作動する請求項１に記載のホーニング加工用装置。
【請求項３】
内部に油圧漸増用ピストンが摺動可能に収められ、前記油圧漸増用ピストンと内壁で油圧漸増用空気室を画成する油圧漸増用シリンダ部材と、
前記油圧漸増用ピストンの前記油圧漸増用空気室とは反対側に突出するロッド部材と、
前記ロッド部材が摺動可能に収まり前記油圧室に接続される漸増用油圧配管と、
前記漸増用油圧配管に介装されたチェックバルブと、
前記オイルタンクの前記オイル室と前記漸増用油圧配管の前記チェックバルブと前記ロッド部材との間とを連通する漸増用オイル供給配管と、
をさらに備え、
前記油圧漸増用空気室に一定量の空気を周期的に供給することで、前記漸増用オイル供給配管を介して前記オイルタンクから前記漸増用油圧配管に供給されたオイルを一定量ずつ前記油圧室に供給し、前記定量拡張用部材を一定量ずつ作動させることができる請求項２に記載のホーニング用加工装置。
【請求項１】
回転する砥石の軌跡の径を一定量ずつ拡張させつつ加工を行う定量ホーニング用の砥石と、回転する砥石を一定圧力でワーク内面に接触させつつ加工を行う定圧ホーニング用の砥石の２種類の砥石のいずれか一方を選択的に外周部から突出させ得るホーニング工具を回転可能に保持し、回転しつつ回転軸方向に進退動可能な主軸を有する工作機械の主軸に装着され、前記主軸の回転を前記ホーニング工具に伝達するホーニング加工用装置において、
外部から空気が供給されることで内部の空気圧が上昇する定量用空気室と、
前記定量用空気室の空気圧を利用して前記定量ホーニング用砥石を前記ホーニング工具の外周部から突出させるよう作動する定量拡張用部材と、
外部から空気が供給されることで内部の空気圧が上昇する定圧用空気室と、
前記定圧用空気室の空気圧を利用して前記定圧ホーニング用砥石を前記ホーニング工具の外周部から突出させるよう作動する定圧拡張用部材と、
を備えることを特徴とするホーニング加工用装置。
【請求項２】
摺動可能に収められたオイルピストンによって内部が前記定量用空気室とオイルが充満するオイル室とに分けられたオイルタンクと、
前記定量拡張用部材が摺動可能に収められ、前記定量拡張用部材と内壁で油圧室を画成するシリンダ部材と、
前記オイルタンクと前記油圧室とを連通するオイル配管と、
を備え、
前記定量用空気室に空気を供給すると、上昇した空気圧により前記オイルピストンが押圧されることによって前記オイル室から前記油圧室にオイルが送られて前記油圧室内の油圧が上昇し、前記定量拡張用部材が上昇した油圧に押圧されて作動する請求項１に記載のホーニング加工用装置。
【請求項３】
内部に油圧漸増用ピストンが摺動可能に収められ、前記油圧漸増用ピストンと内壁で油圧漸増用空気室を画成する油圧漸増用シリンダ部材と、
前記油圧漸増用ピストンの前記油圧漸増用空気室とは反対側に突出するロッド部材と、
前記ロッド部材が摺動可能に収まり前記油圧室に接続される漸増用油圧配管と、
前記漸増用油圧配管に介装されたチェックバルブと、
前記オイルタンクの前記オイル室と前記漸増用油圧配管の前記チェックバルブと前記ロッド部材との間とを連通する漸増用オイル供給配管と、
をさらに備え、
前記油圧漸増用空気室に一定量の空気を周期的に供給することで、前記漸増用オイル供給配管を介して前記オイルタンクから前記漸増用油圧配管に供給されたオイルを一定量ずつ前記油圧室に供給し、前記定量拡張用部材を一定量ずつ作動させることができる請求項２に記載のホーニング用加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−７５３３４（Ｐ２０１３−７５３３４Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１４９７９（Ｐ２０１１−２１４９７９）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（０００１０２８６５）エヌティーエンジニアリング株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（０００１０２８６５）エヌティーエンジニアリング株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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