JPH0675821B2 - 表面処理方法及び工具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は工作物の表面、特に内燃機関の走行面をホーニ
ングと高圧噴射により加工する表面処理方法及び工具に
関するものである。

従来技術 精密加工の目的は、とりわけ機能に適した表面を形成さ
せることにある。ホーニング方法の典型的な適用例は、
オットーエンジン及びディーゼルエンジンのピストン走
行軌道の加工である。ホーニングとは粒子を結合させて
なる多刃工具を用いた切削であり、工具と工作物は常に
面接触している。この場合切削運動は回転運動と上下動
から構成される。ホーニングされた表面は交差する細い
切削痕跡を残し、通常の切削過程の場合と同様に工作物
は縁領域で変形する。処理された表面の構造を拡大して
みると、ホーニング溝の切削稜が剥ぎ取られて重なって
いるのが認められる。ホーニング溝の横断面は、この重
なり部分により部分的には下方よりも表面付近で小さく
なっている。ホーニングされた走行面のこのような表面
変形は専門用語で“材料褶曲部”と呼ばれるものである
が、ピストンリング・シリンダ走行面の走行特性に悪影
響を及ぼし、焦げ跡や侵食性を増大させ、ひいてはオイ
ルの初期消費を増大させる。

それ故ホーニング方法を利用する利用業者、特に内燃機
関の製造業者は、できるだけ材料褶曲部のない表面を生
じさせるように努力を払ってきたが、満足な成果を得る
には至らなかった。

例えば走行面を電気化学的にホーニングし、続いて液体
流を高圧で噴射する表面処理方法が知られている。

この表面処理方法の場合、電気化学的な処理によって生
じる残滓や目が粗くなった組織体を取り払わねばならな
いが、他方組織体の中に沈積した巣状のグラファイトを
破壊したり溶出させたりしてはならない。

この表面処理方法の欠点は、電気化学的な処理が技術的
に極めて面倒であり、ホーニング装置の耐腐食性に対す
る要求が高いことであり、総じて処理コストが高いこと
である。

さらに、走行面を機械的にホーニングした後噴射装置内
で高圧の噴射液で後処理する方法が知られている。この
方法も別個の噴射装置が必要なのでコストが高くなる。
またこの方法で得られる結果はあらゆるケースに満足の
いくものではない。これは主に、材料褶曲部を満足に除
去するために必要な噴射圧が組織体の中に沈積した巣状
のグラファイトを破壊することがあるためで、従って最
適な走行面を大量生産することができない。

目的 本発明の目的は、従来の欠点を解消すると共に、材料褶
曲部のない表面を得ることができ、一方組織体の中に沈
積した巣状のグラファイトを破壊したり溶出させたりし
ないような表面処理方法及び工具を提供することであ
る。

構成 本発明は、上記目的を達成するため、方法に関しては、
工作物の穴の表面を、ホーニング工程とブラッシング工
程に加えて高圧噴射工程により加工し、その際高圧噴射
工程とブラッシング工程を１つの作業工程で行ない、し
かもホーニング工程と同一の運動力学的条件のもとで行
なうことを特徴とし、工具に関しては、工具が、少なく
とも１つの噴射装置を有し、該噴射装置が、工具本体の
周囲に開口するノズル穴を備えていることを特徴とする
ものである。

効果 本発明によれば、ホーニング工程に加えて高圧噴射工程
とブラッシング工程とを１つの作業工程で行なうことに
より、工作物の穴の表面に１回の作業工程でブラッシン
グ処理と高圧噴射処理とを施すことができる。その際、
ホーニング及びブラッシングされている穴の表面に高圧
で衝突する液体が穴の表面に形成された材料褶曲部を解
離させ、搬出させるので、材料褶曲部のない滑らかな表
面を得ることができる。

また、本発明によれば、高圧噴射工程とブラッシング工
程をホーニング工程と同一の運動力学的条件（工具の回
転数、加工される穴の軸線方向における工具の行程運動
など）のもとで行なうので、ホーニング工程と高圧噴射
工程及びブラッシング工程とで工作物をセットし直す必
要がなく、表面処理を非常に効率的に行なうことができ
る。

実施例 次に、本発明の実施例を添付の図面を用いて説明する。

第１図に図示した装置は、エンジンのシリンダブロック
２のシリンダ穴１を加工するための装置である。シリン
ダ穴１は公知の方法で予め穿孔されており、穿孔後ホー
ニング機によってホーニングされる。第１図に図示した
加工段階は、噴射工具とブラシ工具とを組合せた噴射・
ブラシ工具３によって後処理されている段階である。噴
射・ブラシ工具３は回転駆動されており、シリンダ穴の
軸線方向に往復動する行程運動を実施している。この場
合、先行したホーニング過程と同一の運動力学的条件を
適用するのが有利である。

このため噴射・ブラシ工具３は、連結棒４を介して機械
スピンドル５と連結されている。機械スピンドル５は公
知の回転駆動装置（図示せず）によって回転駆動されて
いる。機械スピンドル５は、公知の方法で例えばピスト
ンシリンダ装置等の昇降装置（図示せず）によって上方
または下方へ交互に移動し、噴射・ブラシ工具３はシリ
ンダ穴１の走行面６の全領域にわたって螺旋状に何度も
案内される。工具本体12は、シリンダ穴１の走行面６に
当節するブラシ７を担持している。さらに工具本体12に
は噴射装置13が設けられている。噴射装置13はノズル穴
として形成された噴射口を具備し、この噴射口を介して
高圧噴射液体流がシリンダ穴１の走行面６に対して指向
されている。ノズル穴８は高圧源９と接続している。高
圧源９には適当な備蓄容器11から液体が、有利にはホー
ニングオイルが供給される。高圧源９とノズル穴８との
接続は、機械スピンドル５に設けられた分配機構10を介
して行なわれる。分配機構10は、高圧液体を例えば中空
に形成される連結棒４を介して噴射・ブラシ工具３に供
給する。

シリンダ穴１の走行面６は、作業行程で第１図の装置に
より液体の噴射を受けブラッシングされる。この場合噴
射・ブラッシング行程は同時に及び／または連続的に行
なうことができるが、これに関して噴射・ブラシ工具の
種々の変形例を用いて以下に詳細に説明する。

第２図と第３図は、予めホーニングされた走行面を噴射
・ブラッシング処理するための工具3aの図である。工具
3aは中空シリンダ状の工具本体14を有している。工具本
体14は、その外周に複数個の、例えば４個の等間隔に配
置された位置調整可能な工具部分を担持している。これ
らの工具部分はブラシ板として形成されている。ブラシ
板15は工具本体14の溝16で案内され、工具本体14の内部
空間18に設けられた位置調整装置19と押圧部材17を介し
て協働する。位置調整装置19は２個の円錐部20,21を有
している。これらの円錐部は押圧部材17と同じ傾斜をも
ち、位置調整装置19が軸方向に移動したときに押圧棒27
を介してブラシ板15が半径方向外側に移動するように押
圧部材17と協働する。

２つのブラシ板15の間には、工具本体14内を軸方向に延
び長穴22として形成された噴射装置13aの流体ダクトが
それぞれ１つずつ設けられている。流体ダクトの下端は
栓23によって閉塞されている。長穴22はそれぞれ横ダク
ト24に通じている。横ダクト24は、工具本体14の内部に
設けられた環状ダクト25に通じている。横ダクト24はそ
れぞれ外側を栓26によって閉塞されている。位置調整装
置19の押圧棒27を取り囲んでいる環状ダクト25は連結棒
４（第４図）内を延び、分配機構10と長穴22を介して高
圧源９と連通している。

各長穴22からは、軸方向に等間隔で重設され半径方向に
延びる複数個のノズル穴28が外側へ延びている（第２
図）。

有利な実施例では、ノズル穴28′は工具回転方向（矢印
29）にて下流側にあるブラシ板15の方向にして斜め前方
に傾斜している。工具本体14の長手方向中心軸線Ａと長
穴22の長手方向中心軸線Ａ′とを含んでいる軸面Ｅと、
ノズル穴28の長手方向軸線Ｌとの間の噴射角30は、約30
゜乃至60゜である。

噴射・ブラシ工具3aの回転方向（矢印29）は、事前のホ
ーニング加工とは逆の方向になるように選定されてい
る。従って、ノズル穴28,28′から高圧で流出する噴射
流が鋭角を成して、ホーニング加工時に生じるホーニン
グ溝の切削稜の重なりの方向へ向けられるようになって
いる。これによって切削稜がまっすぐに立上がり、次の
ブラシ板によって取り払われる。走行面の特に有利な表
面構造は、約100乃至700barの噴射圧で処理すると得ら
れる。

第４図は噴射・ブラシ工具の他の実施例である。工具3b
は少なくとも３個の、有利には４個または６個の半径方
向に位置調整可能なブラシ板31を担持している。第４図
に図示したように、高圧流体を供給するための長穴32
と、ブラシ板31内部のノズル穴35とを備えた噴射装置1
3′が設けられている。長穴32は、軸方向に延びる袋穴
によって形成されている。この袋穴の開口する上端に
は、圧力ホース34と結合されているニップル33が装着さ
れている。圧力ホース34は分配機構10（第１図）に接続
されており、従って袋穴32は高圧源９と接続されてい
る。

さらに第４図に示すように、前期の実施例と同様に各長
穴32からは、等間隔で軸方向に重設される複数個のノズ
ル穴35が半径方向外側へ延び、それぞれブラシ板31のブ
ラシ毛わく部の間に通じている。

第5a図乃至第5c図は、噴射装置13a乃至13cを一体的に組
み込んだブラシ板31の種々の実施例である。第5a図の噴
射装置13aでは、ブラシ板31の中心部の長穴32から半径
方向に延びるノズル穴35が設けられている。ノズル穴35
は２つのブラシ毛列36と37の間に延びている。この場
合、ブラシ板31（第４図）の長手方向に等間隔で相前後
して配置される複数個のノズル穴35を設けるのが有利で
ある。

特に好都合で集中的な噴射作用は、噴射装置13bが付加
的なノズル穴38或いは39をブラシ板31に有していると得
られる。ノズル穴38或いは39は長穴32から斜め外側へブ
ラシ毛列36と37の逆の側まで延びている（第5b図）。

第5c図に図示した実施例でも、第5b図に図示したような
斜めに延びる付加的なノズル穴を設けるのが有利であ
る。

第６図と第７図は、シリンダ穴の走行面を噴射・ブラッ
シング加工するために設けられる工具3cの特に有利な実
施例である。ホーニング加工を実施するため、工具は４
個のホーニング板50を具備している。これらのホーニン
グ板50は、公知の方法で第１の位置調整機構51により半
径方向に位置調整可能である。２個のホーニング板50の
間にはそれぞれ１つのブラシ板52が設けられている。ブ
ラシ板52は、同様に公知の方法で第２の位置調整機構53
を介してホーニング板50とは独立に位置調整可能であ
る。それぞれ４個のホーニング板とブラシ板を設けるの
が有利である。

高圧流体を噴射させるための噴射装置54は、第６図に示
すようにブラシ板52に一体的に組み込むことができ、第
４図のブラシ板31と同様に形成されている。

噴射装置54′は、第２図に関して説明した工具の構成に
対応して工具本体の中に設けることもできる。この場合
ホーニング板50とブラシ板52との間にはノズル穴55が設
けられている（第７図）。工具3cを用いると、１つの作
業工程で３つの方法ステップを順次または同時に実施す
ることができる。例えばホーニング工程の間に同時に噴
射させることができ、それによってホーニング砥石の切
削特性が最適な潤滑、放熱、削り屑の排出により改善さ
れ、ホーニング圧をより小さくさせることができる。こ
のことは材料褶曲部と呼ばれる重なり部分の形成を阻止
する。さらにホーニング圧が小さいと工具の変形も少な
くなり、加工精度も改善される。ホーニング加工が終了
するとすぐに噴射工程及び付加的なブラッシング工程が
行なわれる。ブラッシング工程が始まると工具の回転方
向が変化し、それによってホーニング工程時に生じた材
料褶曲部と呼ばれる重なり部分やつぶれた部分をまっす
ぐに立たせ、排出させることができる。ブラッシング工
程の間に高い噴射圧で作業すると特に良い結果が得られ
る。

第８図と第９図は工具の他の実施例である。工具3dは工
具の表面、特にシリンダ穴の走行面を処理する際にホー
ニング加工と高圧噴射工程とを組合せるために設けられ
ている。工具3dは６個のホーニング板56を有している。
これらのホーニング板56は周知のように工具本体57の周
囲に均等に分配して配置されており、位置調整機構58を
介して半径方向に位置調整可能である。

２つの隣接するホーニング板56の間には噴射装置60が工
具本体57内に設けられている。噴射装置60は２つの長穴
62と、半径方向外側へ向けられる一対のノズル穴61から
構成されている。長穴62は、横穴63及び軸方向に延びる
環状ダクト64に連通している。ノズル穴61には高圧源９
（第１図）から長穴62、横穴63、環状ダクト64及び分配
機構10を介して高圧流体が供給される。ノズル穴61は
（第９図）斜め外側にして回転方向（矢印65）にて後方
のホーニング板56の方向へ前方へ傾斜している。噴射角
度66が約30゜乃至60゜であると特に効果的な結果が得ら
れる。ノズル穴61と軸方向に延びる長穴62とは直径方向
に対向している。噴射工程はホーニング加工に続いて行
なわれ、例えば低い行程速度で実施される少なくとも１
つの行程の間に行なうことができる。しかしながら噴射
工程を、ホーニング加工終了後工具を工作物の穴から抜
き出す間に行ない、続いて表面をブラッシングするのが
有利である。

噴射工程は、少なくとも時間的にはホーニング加工の間
に行なうのが有利である。この場合、噴射装置を第２図
または第３図に関して説明した工具の場合と同様に形成
するのが有利である。この場合工具本体57内には、長手
方向に等間隔で分配して配置される複数個のノズル穴61
が設けられている。

第10図に図示した工具3eの実施例では、噴射装置70はホ
ーニング板71のなかに組み込まれている。ホーニング板
71は基板72を有している。基盤72にはホーニング砥石7
3′が例えば接着または蝋付け等によって固定されてい
る。基板72には袋穴として形成されている長穴74が設け
られている。長穴74は、ニップル75を介して圧力ホース
76と結合されている。圧力ホース76は分配機構10（第１
図）に接続され、それによって長穴74は高圧源９に結合
されている。

各長穴74には、等間隔で重設されるノズル穴77またはス
リットが接続している。ノズル穴77はほぼ半径方向外側
へ延びており、噴射媒体をホーニング砥石及び／または
ホーニング砥石のすぐ横を通過させて工作物の表面へ誘
導する。

噴射装置70a乃至70cを組み込んだホーニング板71の種々
の実施例を第11a図乃至11c図に図示する。

第11a図に図示した実施例では、ホーニング砥石73′は
幅広の基板72の溝85に収容されており、そこで接着層ま
たは蝋付け層78によって保持されている。従ってホーニ
ング砥石73′の両側に基板72の幅狭部79が形成されてい
る。基板72に設けられた噴射装置70aの中心部に設けら
れた長穴74からノズル穴77が斜め外側へ幅狭部79の両側
へ延びている。第11a図に示すように、噴射媒体は直接
ホーニング砥石73′の両側へ噴射され、従って考慮され
た噴射作用のほかにホーニング砥石に対する優れた冷却
作用及び潤滑作用が得られる。

第11b図に図示したホーニング板では、ホーニング砥石7
3′の有孔な構成により付加的な噴射媒体を噴射させる
ことができるので、上記の作用はさらに効果的になる。
このためホーニング砥石73′は基板72′側の背面に溝状
の凹部80を有している。この凹部80は、半径方向に延び
るように軸方向に間隔をもって重設される複数個の穴81
またはスリットを介して長穴74と連通している。基板7
2′は穴81の入口領域に隆起部82を具備している。この
隆起部82は、ホーニング砥石73′の溝状の凹部80の中へ
突出している。隆起部82により、ホーニング砥石が基板
に接着した際に起こりうる穴81の閉塞が避けられる。

砥石の粒子が細かい場合及び／または多孔性による結合
が小さい場合には、第11c図に図示したようにホーニン
グ砥石73′に付加的なノズル穴83を設けることができ
る。これらのノズル穴83は凹部80から外側へ延び、ホー
ニング砥石の作業面84に通じている。

図示した実施例のほかにも他の変形例が可能であること
はもちろんで、例えば構成が異なる噴射装置を工具の内
部で組合せること、即ち工具本体に噴射ノズルを設ける
ばかりでなく、ホーニング板及びブラシ板にも付加的な
噴射ノズルを設けることも可能である。

次に、本発明の実施様態を列記しておく。

（１）ホーニング後表面（６）を１つの作業工程で高圧
噴射処理し且つブラッシングすることを特徴とする、請
求項１に記載の方法。

（２）高圧噴射処理とブラッシング処理工程とを少なく
とも時間的には同時に行なうことを特徴とする、請求項
１または上記第１項に記載の方法。

（３）高圧噴射処理とブラッシング処理工程とをその前
に行なったホーニング工程と同じ運動学的条件で行なう
ことを特徴とする、請求項１、上記第１項または第２項
に記載の方法。

（４）高圧処理とブラッシング処理とを組合せた処理の
際の回転方向を、その前に行なったホーニング処理の際
の回転方向（29）に指向させることを特徴とする、請求
項１または上記第１項から第３項までのいずれか１つに
記載の方法。

（５）ホーニング処理と高圧噴射処理とブラッシング処
理とを１つの作業工程で行なうことを特徴とする、請求
項１または上記第１項から第４項までのいずれか１つに
記載の方法。

（６）ホーニング処理の間に少なくとも時間的には同時
に噴射処理を行なうことを特徴とする、上記第５項に記
載の方法。

（７）噴射処理をホーニング処理に引き続いて行なうこ
とを特徴とする、請求項１または上記第１項から第６項
までのいずれか１つに記載の方法。

（８）ホーニング処理終了後持ち上げ速度を減少させな
がら工具（３）を工作物の穴（１）から引き出す間に噴
射処理を行なうことを特徴とする、上記第７項に記載の
方法。

（９）約100乃至700barの高噴射圧で噴射処理を行なう
ことを特徴とする、請求項１または上記第１項から第８
項までのいずれか１つに記載の方法。

（10）工具（3,3a乃至3e）の周方向及び軸方向に、ほぼ
等間隔で配置される少なくとも２つの出口（8,28,28′,
35,38乃至40,55,61,77,81,83）が設けられ、該出口が、
備蓄容器（１）から液体を供給される分配機構（10）を
介して高圧源（９）と結合されていることを特徴とす
る、請求項２に記載の工具。

（11）工具部分（7,15,31,31′,52）が、周側に間隔を
もって配置される複数個のブラシ板によって形成されて
いることを特徴とする、請求項２または上記第10項に記
載の工具。

（12）工具部分（７）が工具（３）の工具本体（12）に
固定されていることを特徴とする、上記第11項に記載の
工具。

（13）工具部分（15,31,31′,50,52,56,71）が工具本体
（14）に対して半径方向に位置調整可能に配置されてい
ることを特徴とする、上記第12項に記載の工具。

（14）工具本体（14）が、噴射装置）13,13′,13a乃至1
3c,54,54′,60,70）の軸方向に延びる少なくとも１つの
流体ダクト（22,32,32′,62,74）を有し、該流体ダクト
が長穴として形成されていることを特徴とする、請求項
２または上記第10項から第13項までのいずれか１つに記
載の工具。

（15）流体ダクト（22,32,74）の軸方向に、互いに間隔
をもって配置される複数個の出口（8,28,28′,35,55,7
7）が設けられていることを特徴とする、上記第14項に
記載の工具。

（16）出口（28,28′,38,39,55,61,77）が、工具（3a乃
至3e）の回転方向（29,65）にて工具の前後に配置され
る工具部分（15,31,52,56,71）の方向に傾斜して延び、
出口（28′）の軸線（Ｌ）と工具軸線（Ａ）及び流体ダ
クト（22）の軸線（Ａ′）を含んでいる軸面（Ｅ）との
成す噴射角度（30,66）が約30゜乃至60゜であることを
特徴とする、上記第15項に記載の工具。

（17）出口（35,38乃至40,77,81,83）が工具部分（31,3
1′,52,71）の内部に設けられていることを特徴とす
る、請求項２または上記第10項から第16項までのいずれ
か１つに記載の工具。

（18）工具部分（31）が、半径方向に延びる少なくとも
１つの出口と工具部分の両側に延びる少なくとも２つの
出口（35,38,39）とを有し、これらの出口が、流体ダク
ト（32）から逆方向へ斜め外方に延びていることと、付
加的な出口（38,39）がブラシ毛列（36,37）の側方に通
じていることとを特徴とする、上記第17項に記載の工
具。

（19）出口（40,41）がブラシ毛列の固定穴によって形
成されていることを特徴とする、ことを特徴とする、上
記第17項または第18項に記載の工具。

（20）工具（3c）に、ホーニング板（50,56,71）及び噴
射装置（60,70）のほかにブラシ板（52）が設けられて
いることと、ホーニング板（50）が第１の位置調整機構
（51）により、そしてブラシ板（52）が第２の位置調整
機構（53）により半径方向に位置調整可能であることと
を特徴とする、請求項２または上記第10項から第19項ま
でのいずれか１つに記載の工具。

（21）噴射装置（54′）が工具本体に設けられているこ
とを特徴とする、請求項２または上記第10項から第20項
までのいずれか１つに記載の工具。

（22）噴射装置（60）が半径方向外側へ延びる一対の出
口（61）を有していることと、出口（61）が、斜め外方
にして回転方向（65）で後方のホーニング板（56）方向
に約30゜乃至60゜の噴射角度で延び、出口が、斜め両側
にして基板（73）の端面側幅狭部（79）の方向に傾斜し
ていることとを特徴とする、請求項２または上記第21項
に記載の工具。

（23）噴射装置（70）がホーニング板（71）に設けられ
ていることと、出口（77,81）がホーニング板（71）の
基板（73）に設けられていることとを特徴とする、請求
項２または上記第22項に記載の工具。

（24）ホーニング砥石（73′）と基板（72）の間に溝状
の凹部（80）が設けられ、該凹部が、ほぼ半径方向に延
びる出口（81）を介して長穴（74）と連通していること
と、基板（72）が、出口（81）の開口部領域に隆起部
（82）を有していることと、ホーニング砥石（73′）内
部の凹部から他の出口（83）が外側へ延び、該出口が、
ホーニング砥石（73′）の作業面（84）に通じているこ
ととを特徴とする、上記第23項に記載の工具。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施するための装置を示す
図、第２図は本発明による工具の第１実施例の軸断面
図、第３図は第２図の線Ｉ−Ｉによる断面図、第４図は
本発明による工具の他の実施例の軸断面図、第5a図乃至
第5c図はそれぞれ第４図の工具のブラシ板の実施例を示
す横断面図、第６図は本発明による工具の他の実施例の
軸断面図、第７図は第６図の線II−IIによる断面図、第
８図は本発明による工具の他の実施例の軸断面図、第９
図は第８図の線III−IIIによる断面図、第10図は本発明
による工具の他の実施例の軸断面図、第11a図乃至第11c
図はそれぞれ第10図の工具のホーニング板の変形実施例
の横断面図である。 3,3a乃至3e……工具 13,13′,13a乃至13c,54,54′,60,70……噴射装置 8,28,28′,35,38乃至40,55,61,77,81,83……出口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作物の穴の表面を加工する方法であっ
   て、穴の表面を、ホーニング工程とブラッシング工程と
   により、各工程で同一の運動力学的条件のもとで加工す
   る方法において、 工作物の穴の表面（６）を、ホーニング工程とブラッシ
   ング工程に加えて高圧噴射工程により加工し、その際高
   圧噴射工程とブラッシング工程を１つの作業工程で行な
   い、しかもホーニング工程と同一の運動力学的条件のも
   とで行なうことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】ほぼ筒状の工具本体（12,14）を有し、該
   工具本体（12,14）が、その周囲にブラシ（７）を備え
   ている、請求項１に記載の方法を実施するための工具に
   おいて、 工具（3,3aないし3e）が、少なくとも１つの噴射装置
   （13,13′,13aないし13c,54,54′,60,70）を有し、該噴
   射装置が、工具本体（12,14）の周囲に開口するノズル
   穴（8,28,28′,35,38,39,40,55,61,77,81,83）を備えて
   いることを特徴とする工具。