特許7023240ホーニングツール及びホーニング機械を使用して円筒形ボアに傾斜をつけるように設計、構成された回転対称で非円筒形ボアの形成方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-02-10
(45)【発行日】2022-02-21
(54)【発明の名称】ホーニングツール及びホーニング機械を使用して円筒形ボアに傾斜をつけるように設計、構成された回転対称で非円筒形ボアの形成方法
(51)【国際特許分類】
B24B 33/02 20060101AFI20220214BHJP
B24B 49/08 20060101ALI20220214BHJP
B24B 49/04 20060101ALI20220214BHJP
【ＦＩ】
B24B33/02
B24B49/08
B24B49/04 B
【請求項の数】
34
(21)【出願番号】P 2018551315
(86)(22)【出願日】2017-03-29
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-05-30
(86)【国際出願番号】 EP2017057458
(87)【国際公開番号】W WO2017167829
(87)【国際公開日】2017-10-05
【審査請求日】2020-03-06
(31)【優先権主張番号】102016105717.7
(32)【優先日】2016-03-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】510054153
【氏名又は名称】ゲーリンク テクノロジーズ ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100079049
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 淳
(74)【代理人】
【識別番号】100084995
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 和詳
(72)【発明者】
【氏名】リティ、 クラウス
(72)【発明者】
【氏名】ワーグナー、 アンドレアス
(72)【発明者】
【氏名】ヴァイプリンガー、 マヌエル
(72)【発明者】
【氏名】ウィーンズ、 アンドレアス
(72)【発明者】
【氏名】シャムネ、 ニコ
(72)【発明者】
【氏名】ペトラーシェク、 マルクス
【審査官】城野 祐希
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５１６５９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０２３５９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－０４７９５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６４－０７８７５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／１４６９１９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００７－０１５０３６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２４Ｂ ３３／０２
Ｂ２４Ｂ ４９／０８
Ｂ２４Ｂ ４９／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ホーニングツールを使用して回転対称で非円筒形ボアを製造する方法であって、ボアを最初にその全長（Ｌ）に沿ってホーニング加工するステップと、
ホーニングツールのストローク（Ｈ）でボアをホーニング加工するステップであって、ストローク（Ｈ）は、上側の反転位置（ＯＰ）と下側の反転位置（ＵＰ）とで限定される（Ｈ＝ＯＰ－ＵＰ）ステップと、
加工されるボアの長さに沿って変化する前記ボアの実直径（Ｄ ＩＳＴ ）を、ホーニング工程中に前記ホーニングツールのホーニングバーの反転位置（ＯＰｎ、ＵＰｎ）の間の領域で常時検出するステップと、
前記反転位置（ＯＰｎ、ＵＰｎ）の少なくとも１つに関して、前記ボアの前記実直径（ＤＩＳＴ）を指定された目標直径（ＤＳＯＬＬ（ＯＰｎ，ＵＰｎ））に対して常時比較するステップと、
前記実直径（ＤＩＳＴ）が前記ボアの１又は複数の領域（Ｌ－ｂ）における目標直径（ＤＳＯＬＬ（Ｌ－ｂ））より小さい前記ボアの１又は複数の領域（Ｌ－ｂ）に、前記ストローク（Ｈ）を継続的に制限するステップと、
を含み、
前記ホーニングツールのストローク（Ｈ）は、前記ボアの実直径（Ｄ ＩＳＴ ）の実測値に対応して段階的に縮小され、前記ボアの実直径（Ｄ ＩＳＴ ）が前記実直径（Ｄ ＩＳＴ ）の実測値に対応する目標直径（ＤＳＯＬＬ）よりも小さい領域（Ｌ－ｂ）でのみボアが加工されるようにする方法。
【請求項2】
前記実直径（ＤＩＳＴ，ｎ）が少なくとも１つの反転位置に関して前記目標直径（ＤＳＯＬＬ，ｎ（ＯＰｎ，ＵＰｎ））に等しい場合には、前記ストローク（Ｈｎ）がストローク（Ｈｎ+1）に縮小され、かつ前記縮小されたストローク（Ｈｎ+1）を有する前記ホーニングツールの前記ホーニングバーが前記反転位置又は領域（ＯＰｎ，ＵＰｎ）をそれ以上加工しないことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記縮小されたストローク（Ｈｎ+1）は、前記ストローク（Ｈｎ）から指定の量（ＤｅｌｔａＨ）を引いたものに等しいこと（Ｈｎ+1＝Ｈｎ－ＤｅｌｔａＨ）を特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記ホーニングツールの反転位置（ＯＰｎ+1，ＵＰｎ+1）において、最後にホーニング加工されたボア部分の前記実直径（ＤＩＳＴ）が、前記ホーニングツールの前記反転位置（ＯＰｎ+1、ＵＰｎ+1）の１つにおける前記ボアの前記目標直径（ＤＳＯＬＬ（ＯＰｎ+1，ＵＰｎ+1））に等しい場合には、前記ストローク（Ｈｎ+1）が更に縮小されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
少なくとも１つの新規反転位置（ＯＰ（ｎ+2））は、現時点での実直径（ＤＩＳＴ）をもとに、現在の目標直径（ＤＳＯＬＬ，ｎ）に直径の増分（ＤｅｌｔａＤ）を加えることにより決定される新規目標直径（ＤＳＯＬＬ，ｎ+2）によって決定され（ＤＳＯＬＬ，ｎ+2＝ＤｅｌｔａＤ＋ＤＳＯＬＬ，ｎ+1）、かつ前記少なくとも１つの新規反転位置（ＯＰ（ｎ+2））は、目標直径（ＤＳＯＬＬ（ｙ））が前記目標直径（ＤＳＯＬＬ（ｎ+2））に等しくなる位置にある、ことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項6】
前記ホーニングツールの反転位置（ＯＰｎ+2）における前記実直径（ＤＩＳＴ（ＯＰ（ｎ+2）））が、この反転位置（ＯＰ（ｎ+2））における前記ボアの前記目標直径（ＤＳＯＬＬ（ＯＰ（ｎ+2）））に等しい場合には、前記ホーニングツールの前記ストローク（Ｈｎ+2）が更に縮小されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記非円筒形ボアの修正目標形状（４２）は、前記ホーニング工程中の前記ボアの半径方向拡大（Ａｒ）を考慮に入れることを特徴とする、請求項１～請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
目標形状（３６）に上掛けされた修正目標形状（４２）は、半径方向の拡大及びホーニングプロセス中に生じる弾性的な半径方向拡大（Ａｒ）のない非円筒形ボアに対応することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記非円筒形ボアの目標形状（３６、４２）は、前記ボアの長手軸（Ｙ軸）の関数、具体的にはｎ次多項式として指定されることを特徴とする、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記非円筒形ボアの目標形状（３６、４２）は、数値表で指定されることを特徴とする、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
前記非円筒形ボアの前記目標形状（３６、４２）は、前記数値表の参照点間の内挿によって決定されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記ストローク（Ｈ）が減少するに連れて前記ホーニングツールのホーニングスピンドルの回転速度が増加することを特徴とする、請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
前記ストローク（Ｈ）が減少するに連れて前記ホーニングバーの接触圧力が増加することを特徴とする、請求項１～請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項14】
ホーニングツールを使用して非円筒形ボアに傾斜をつけるために設計されて構成されるホーニング機械であって、前記ホーニング機械は、ボアを最初にその全長（Ｌ）に沿ってホーニング加工されるように設計されて構成されており、
前記傾斜をつけることが、
ストローク（Ｈ＝ＯＰｎ－ＵＰｎ；ここでｎ＝１～ｍ）で前記ボアをホーニング加工するステップと、
ホーニング工程中に前記ホーニングツールのホーニングバーの反転位置（ＯＰｎ、ＵＰｎ）の間の領域で前記ボアの実直径（ＤＩＳＴ）を検出するステップと、
前記反転位置（ＯＰｎ、ＵＰｎ）の少なくとも１つに関して前記ボアの前記実直径（ＤＩＳＴ）を指定された目標直径（ＤＳＯＬＬ（ＯＰｎ，ＵＰｎ））に対して比較するステップと、
前記実直径（ＤＩＳＴ）が前記ボアの１又は複数の領域（Ｌ－ｂ）における目標直径（ＤＳＯＬＬ（Ｌ－ｂ））より小さい、前記ボアの１又は複数の領域（Ｌ－ｂ）に、前記ストローク（Ｈ）を制限するステップと、
を含み、
前記ホーニングツールのストローク（Ｈ）は、前記ボアの実直径（Ｄ ＩＳＴ ）の実測値に対応して段階的に縮小され、前記ボアの実直径（Ｄ ＩＳＴ ）が前記実直径（Ｄ ＩＳＴ ）の実測値に対応する目標直径（Ｄ ＳＯＬＬ ）よりも小さい領域（Ｌ－ｂ）でのみボアが加工されるようにするホーニング機械。
【請求項15】
前記ホーニング機械は、前記実直径（ＤＩＳＴ，ｎ
）が少なくとも１つの反転位置に関して前記目標直径（ＤＳＯＬＬ，ｎ（ＯＰｎ，ＵＰｎ））に等しい場合には、前記ストローク（Ｈｎ）がストローク（Ｈｎ+1）に縮小され、かつ前記縮小されたストローク（Ｈｎ+1）を有する前記ホーニングツールの前記ホーニングバーが前記反転位置又は領域（ＯＰｎ，ＵＰｎ）をそれ以上加工しないように設計されて構成されることを特徴とする、請求項１４に記載のホーニング機械。
【請求項16】
前記ホーニング機械は、前記縮小されたストローク行程（Ｈｎ+1）が、前記ストローク行程（Ｈｎ）から指定の量（ＤｅｌｔａＨ）を引いたものに等しくなる（Ｈｎ+1＝Ｈｎ－ＤｅｌｔａＨ）ように設計されて構成されることを特徴とする、請求項１５に記載のホーニング機械。
【請求項17】
反転位置（ＯＰｎ+1，ＵＰｎ+1）において、最後にホーニング加工されたボア部分の前記実直径（ＤＩＳＴ）が、前記ホーニングツールの前記反転位置（ＯＰｎ+1，ＵＰｎ+1）の１つにおける前記ボアの前記目標直径（ＤＳＯＬＬ（ＯＰｎ+1，ＵＰｎ+1））に等しい場合には、前記ストローク（Ｈｎ+1）が更に縮小されるように前記ホーニング機械は設計されて構成されることを特徴とする、請求項１６に記載のホーニング機械。
【請求項18】
少なくとも１つの新規反転位置（ＯＰ（ｎ+2））は、現時点での実直径（ＤＩＳＴ）をもとに、直径の増分（ＤｅｌｔａＤ）を現在の目標直径（ＤＳＯＬＬ，ｎ）に加えることにより決定される新規目標直径（ＤＳＯＬＬ，ｎ+2）によって決定され（ＤＳＯＬＬ，ｎ+2＝ＤｅｌｔａＤ＋ＤＳＯＬＬ，ｎ+1）、かつ前記少なくとも１つの新規反転位置（ＯＰ（ｎ+2））は、目標直径（ＤＳＯＬＬ（ｙ））が前記目標直径（ＤＳＯＬＬ（ｎ+2））に等しくなる位置にあるように前記ホーニング機械は設計されて構成されることを特徴とする、請求項１７に記載のホーニング機械。
【請求項19】
前記ホーニングツールの反転位置（ＯＰｎ+2）における前記実直径（ＤＩＳＴ（ＯＰ（ｎ+2）））が、この反転位置（ＯＰ（ｎ+2））における前記ボアの前記目標直径（ＤＳＯＬＬ（ＯＰ（ｎ+2）））に等しい場合には、前記ホーニングツールの前記ストローク（Ｈｎ+2）が更に縮小されるように前記ホーニング機械は設計されて構成されることを特徴とする、請求項１８に記載のホーニング機械。
【請求項20】
前記ホーニング機械は、前記非円筒形ボアの目標形状（３６、４２）が、前記ボアの長手軸（Ｙ軸）の関数、具体的にはｎ次多項式として指定されるように設計されて構成されることを特徴とする、請求項１４～請求項１９のいずれか一項に記載のホーニング機械。
【請求項21】
前記ホーニング機械は、目標形状（４２）が、前記ホーニング工程中の前記非円筒形ボアの半径方向拡大（Ａｒ）を考慮に入れるように設計されて構成されることを特徴とする、請求項１４～請求項１９のいずれか一項に記載のホーニング機械。
【請求項22】
前記ホーニング機械は、前記非円筒形ボアの目標形状（３６、４２）が、数値表で指定されるように設計されて構成されることを特徴とする、請求項１４～請求項２１のいずれか一項に記載のホーニング機械。
【請求項23】
前記ホーニング機械は、前記非円筒形ボアの前記目標形状（３６、４２）が、前記数値表の参照点間の内挿によって決定されるように設計されて構成されることを特徴とする、請求項２２に記載のホーニング機械。
【請求項24】
前記ホーニング機械は、前記ストローク（Ｈ）が減少するに連れて前記ホーニングツールのホーニングスピンドルの速度及び／又は前記ホーニングバーの接触圧力が増加するように設計されて構成されることを特徴とする、請求項１４～請求項２３のいずれか一項に記載のホーニング機械。
【請求項25】
傾斜のついた非円筒形ボアを有する被加工物であって、
ボアは最初にその全長（Ｌ）に沿ってホーニング加工され、
前記ボアに傾斜をつけることは、加工される前記ボアの長さ（Ｌ）の１／３より短い長さのホーニングバー（５）を備えるホーニングツールを使用して実行され、かつ前記ボアに傾斜をつける工程は、
ストローク（Ｈ＝ＯＰｎ－ＵＰｎ；ここでｎ＝１～ｍ）で前記ボアをホーニング加工するステップと、
ホーニング工程中に前記ホーニングツールの前記ホーニングバーの反転位置（ＯＰｎ、ＵＰｎ）の間の領域で前記ボアの実直径（ＤＩＳＴ）を検出するステップと、
前記反転位置（ＯＰｎ、ＵＰｎ）の少なくとも１つに関して前記ボアの実直径（ＤＩＳＴ）を指定された目標直径（ＤＳＯＬＬ（ＯＰｎ，ＵＰｎ））に対して比較するステップと、
前記実直径（ＤＩＳＴ）が前記目標直径（ＤＳＯＬＬ ）より小さい、前記ボアの１又は複数の領域（Ｌ－ｂ）に前記ストローク（Ｈ）を制限するステップと、
を含み、
前記ホーニングツールのストローク（Ｈ）は、前記ボアの実直径（Ｄ ＩＳＴ ）の実測値に対応して段階的に縮小され、前記ボアの実直径（Ｄ ＩＳＴ ）が前記実直径（Ｄ ＩＳＴ ）の実測値に対応する目標直径（Ｄ ＳＯＬＬ ）よりも小さい領域（Ｌ－ｂ）でのみボアが加工されることを特徴とする、被加工物。
【請求項26】
前記ボアに傾斜をつけるとき、前記実直径（ＤＩＳＴ，ｎ）が少なくとも１つの反転位置（ＯＰｎ、ＵＰｎ）に関して前記目標直径（ＤＳＯＬＬ，ｎ（ＯＰｎ，ＵＰｎ））に等しい場合には、前記ストローク（Ｈｎ）がストローク（Ｈｎ+1）に縮小され、かつ前記縮小されたストローク（Ｈｎ+1）を有する前記ホーニングツールの前記ホーニングバーが前記反転位置又は領域（ＯＰｎ，ＵＰｎ）をそれ以上加工しないことを特徴とする、請求項２５に記載の傾斜のついたボアを有する被加工物。
【請求項27】
前記縮小されたストローク行程（Ｈｎ+1）は、前記ストローク行程（Ｈｎ）から指定の量（ＤｅｌｔａＨ）を引いたものに等しい（Ｈｎ+1＝Ｈｎ－ＤｅｌｔａＨ）ことを特徴とする、請求項２５又は請求項２６に記載の傾斜のついたボアを有する被加工物。
【請求項28】
反転位置（ＯＰｎ+1，ＵＰｎ+1）において、最後にホーニング加工されたボア部分の前記実直径（ＤＩＳＴ）が、前記ホーニングツールの前記反転位置（ＯＰｎ+1，ＵＰｎ+1）の１つにおける前記ボアの前記目標直径（ＤＳＯＬＬ
（ＯＰｎ+1，ＵＰｎ+1））に等しい場合には、前記ストローク（Ｈｎ+1）が更に縮小されることを特徴とする、請求項２６に記載の傾斜のついたボアを有する被加工物。
【請求項29】
少なくとも１つの新規反転位置（ＯＰ（ｎ+2））は、現時点での実直径（ＤＩＳＴ）をもとに、現在の目標直径（ＤＳＯＬＬ，ｎ）に直径の増分（ＤｅｌｔａＤ）を加えることにより決定される新規目標直径（ＤＳＯＬＬ，ｎ+2）によって決定され（ＤＳＯＬＬ，ｎ+2＝ＤｅｌｔａＤ＋ＤＳＯＬＬ，ｎ+1）、かつ前記少なくとも１つの新規反転位置（ＯＰ（ｎ+2））は、目標直径（ＤＳＯＬＬ（ｙ））が前記目標直径（ＤＳＯＬＬ（ｎ+2））に等しくなる位置にある、ことを特徴とする、請求項２５に記載の傾斜のついたボアを有する被加工物。
【請求項30】
前記ホーニングツールの反転位置（ＯＰ（
ｎ+2
））における前記実直径（ＤＩＳＴ（ＯＰ（ｎ+2）））が、この反転位置（ＯＰ（ｎ+2））における前記ボアの前記目標直径（ＤＳＯＬＬ（ＯＰ（ｎ+2）））に等しい場合には、前記ホーニングツールの前記ストローク（Ｈｎ+2）が更に縮小されることを特徴とする、請求項２８に記載の傾斜のついたボアを有する被加工物。
【請求項31】
前記非円筒形ボアの目標形状（Ｄ（Ｙ））は、前記ボアの長手軸（Ｙ軸）の関数、具体的にはｎ次多項式として指定されることを特徴とする、請求項２５～請求項３０のいずれか一項に記載の傾斜のついたボアを有する被加工物。
【請求項32】
前記非円筒形ボアの目標形状（Ｄ（Ｙ））は、数値表で指定されることを特徴とする、請求項２５～請求項３０のいずれか一項に記載の傾斜のついたボアを有する被加工物。
【請求項33】
前記非円筒形ボアの前記目標形状（Ｄ（Ｙ））は、前記数値表の参照点間の内挿によって決定されることを特徴とする、請求項３２に記載の傾斜のついたボアを有する被加工物。
【請求項34】
前記ストローク（Ｈ）が減少するに連れて前記ホーニングツールのホーニングスピンドルの速度及び／又は前記ホーニングバーの接触圧力が増加することを特徴とする、請求項３０に記載の傾斜のついたボアを有する被加工物。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ホーニングツールを使用した、円筒形ボアに傾斜を付ける方法、並びに円筒形ボアの形成加工のための一連の工程に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車の製造業者は、往復ピストンエンジンを備えた車両群の燃料消費の継続的低減という長期的課題に直面している。往復ピストンエンジンにおいては、一方のピストン又はピストンリングとシリンダボアとの間の摩擦は、内部摩擦損失の大きな割合を占め、最大３５％に及ぶ。したがって、シリンダボア領域で摩擦を低減することが、燃料消費低減の大きな潜在的可能性を与える。
【0003】
ピストンとシリンダボアの間の摩擦を低減する１つの手法は、本出願人により開発された成形ホーニング加工であり、詳細は特許文献１に記載されている。この方法では、シリンダボアの取り付け時の応力及び／又は熱膨張による応力によって生じるシリンダ形状の歪みが、成形ホーニング加工中に相補的な隆起点又は凹部を形成することによって均一化される。この方法は非常に有効であり、さまざまな往復ピストンエンジンの製造時にうまく使用されている。
【0004】
内燃エンジンのシリンダボアをボトル形状とするためのホーニング方法は、特許文献２より公知である。ボトル形として記述された形状は、シリンダボアが直径の異なる２つの部分を有するものである。直径の小さい部分がシリンダヘッドの領域に設けられ、直径の大きい部分がクランクシャフトの領域に設けられる。これらの領域の間に円錐形遷移領域が形成される。これはボア全長の約５％～２０％を占める。
円筒形ボアをホーニングする方法であって、ホーニング加工中に、加工中のボアの直径を、ホーニング主軸の上側の反転位置ＺＵと下側の反転位置ＺＬとこれらの反転位置の間の中間点で測定する方法が特許文献３から公知である。そして、反転位置の間の中間点における直径ＤＭを反転位置における直径ＤＵ及びＤＬと比較する。直径の差ＤＭ－ＤＵ及びＤＭ－ＤＬに基づき、ホーニング主軸の上側の反転位置ＺＵと下側の反転位置ＺＬとを変更し、これによってボアの円筒度を向上させる。
円筒形ボアをホーニングする方法であって、ホーニング加工中に、加工中のボアの直径を、ホーニング主軸の上側の反転位置ＺＵと下側の反転位置ＺＬとこれらの反転位置の間の中間点で測定する方法が特許文献３から公知である。そして、反転位置の間の中間点における直径ＤＭを反転位置における直径ＤＵ及びＤＬと比較する。直径の差ＤＭ－ＤＵ及びＤＭ－ＤＬに基づき、ホーニング主軸の上側の反転位置ＺＵと下側の反転位置ＺＬとを変更し、これによってボアの円筒度を向上させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】欧州特許第２１７０５５６（Ｂ１）号明細書
【文献】独国特許出願第１０２０１３２０４７１４（Ａ１）号明細書
【文献】米国特許第４９４５６８５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、シリンダボアの経済的かつ再現性のある製造を可能とするホーニング方法を準備する目的に基づいており、そこではピストンリング、特にピストンスカートと、シリンダボアとの間の摩擦を最小化し、結果としてそのようなシリンダを装備する内燃車両のエミッション挙動及び燃料消費が最適化される。本発明はまた、このために設計されて装備されたホーニング機械を提供する目的にも基づいている。
【0007】
本方法は、連続生産において正確かつ安定したプロセスで、ユーザが指定する広範囲のシリンダボア形状の使用を可能とすることを意図している。この方法において、ユーザが指定する形状、例えば、円錐台形、ボトル形、あるいはｎ次多項式で定義可能な輪郭線などが、内燃車両の「シリンダボア」となり得る。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この目的は本発明によれば、円筒形ボア又は円筒形ボアの部分に傾斜をつける、請求項１による方法によって達成される。
【0009】
請求項１に記載の方法において、加工中にシリンダボアの長さに沿って変化するシリンダボア直径Ｄ（ｙ）を可能とする、測定装置を有するホーニングツールが使用される。測定装置としては空気測定ノズルが好適である。一般的に、ホーニングバーは加工されるボアの長さの１／３より短い長さである。ホーニングバーの長さが短いほど、目標形状の波長をより短くすることが可能である。それはバーの長さが増大するにつれてホーニングバーの長さより短い波長の目標形状が機械的に排除されるからである。測定装置は通常ホーニングバー同士の間に配置される。そうして材料除去のその場所でのボア直径が検出可能となる。
【0011】
本発明による方法は閉制御回路を有し、結果として加工中の常時測定（＝常時検出）によって加工対象のボアの長さに亘って様々な直径（ｙ）が測定されるようにする。そうして直径の実測値に対応してホーニングツールのストロークの直径を次第に縮小させて、ボアの実直径が目標直径よりもまだ小さいボアの領域のみが加工されるようにする。ボアの実直径がそこに指定された目標直径に等しい、ボアの１つ又は複数の領域では、それ以上の加工は起きない。「常時測定」とは、ホーニング工程中にボアの直径が連続的に、また時間的及び空間的に高分解能で検出されることを意味する。このようにして、加工されているボアのその時点での形状が、ホーニング工程中でのホーニング工程の制御のためにリアルタイムで取得可能である。
【0012】
常時測定であることで実形状と目標形状との間の連続比較が行われ、最小の送り変動で継続的にストローク転位が起き、結果として連続的な段差のない形状が製造される。ストローク転位の可能な最小量は、本質的に位置測定システムの分解能によってのみ指定される。
【0013】
本発明によるボアの直径Ｄ（ｙ）の制御により、様々な非円筒形輪郭線が、容易に安定したプロセスで、かつ最高の再現性で製造可能である。高い精度を達成可能な理由の１つは、ホーニングバーの切刃面上の損耗や接触圧力の変化などの効果が、本発明によるホーニング工程の結果に全く影響しないことである。それは、本発明による制御回路がこれらの影響を及ぼす変数を排除するからである。本発明による制御回路の制御変数は、ホーニングツールのストロークＯＰ－ＵＰである。ホーニングツールのストロークは、上側反転位置ＯＰと下側反転位置ＵＰによって制限される。
【0014】
本発明による方法は、請求項１に記載のステップを含む。これらのステップについて図２以下に関連してより詳細を説明する。
【0015】
本発明の更なる有利な実施形態において、ストロークＨｎを基にして、ホーニングツールの少なくとも１つの反転位置ＯＰｎ、ＵＰｎに対するボアの実直径が、これらの反転位置の１つでの目標直径に等しい場合には、ホーニングツールのストロークがストロークＨｎ＋１に縮小されるようになっている。そしてストロークＨｎがＨｎ＋１に縮小された後にそれまでの反転位置ＯＰｎ、ＵＰｎのボアの地点又は領域はそれ以上加工されないようになっている。このようにして、実直径ＤＩＳＴ（ｙ）が所望の目標直径ＤＳＯＬＬ（ｙ）よりまだ小さい、ボアの１又は複数の領域のみが更に加工されることが保証される。
【0016】
ストロークの縮小は様々な方法で実行可能である。制御技術の観点から非常に容易に実現可能な代替策では、縮小されたストロークＨｎ＋１に到達するためにストロークＨｎが常に指定の量ＤｅｌｔａＨだけ縮小される。ＤｅｌｔａＨの量は通常、ホーニング加工されるボアの全長の関数として選択される。所望の輪郭線もまたＤｅｌｔａＨの量に影響を及ぼし得る。
【0017】
ストロークＨｎ＋１は、更なる反転位置ＯＰｎ＋１、ＵＰｎ＋１において最後にホーニング加工されたボア部分の実直径ＤＩｓｔ（ｎ＋１）がこの反転位置ＯＰｎ＋１、ＵＰｎ＋１のボアの目標直径ＤＳｏｌｌＵＰｎ＋１に等しい場合には、更に縮小される。
【0018】
このように一定量だけストロークを縮小する代わりに、ボア又はホーニングバーの現時点での実直径を基にして、直径量ＤｅｌｔａＸを実直径に常に加えて、ストロークを縮小すべきときはいつも、この直径ＤＩｓｔ＋ＤｅｌｔａＸを有する所望のボアの輪郭線の切点が形成される。切断部位が次にホーニングツールの新規の反転位置ＯＰ、ＵＰを形成する。
【0019】
この代替法は、図に関連して以下で詳細を説明する（図４参照）。
【0020】
本発明によるとホーニング工程の開始時にはボアは通常全長に沿って加工されて、本発明による方法が円筒形ボアから始まるようになっている。
【0021】
加工されるボアの所望の目標形状又は輪郭線は、Ｙ軸（ボアの長手軸）の関数として、例えばｎ次多項式などの数学的関数として与えることができる。これとは別に、直径を数値表で指定することも可能である。Ｙ軸に沿うボアの異なる点に対応する直径は、この数値表に入力される。これらの参照点の間の中間値は内挿（線形又は累進）によって生成可能である。
【0022】
可能な限り一様なホーニングパターンを実現するために、ストロークの減少に連れてホーニングスピンドルの回転速度を増加させることが有利となり得る。そのようにすることで、ホーニングバーの切断特性及び研磨性能が第１近似では一定に維持される。一定の除去を実行するために、回転速度に代えてホーニングバーをボアに押し付ける接触圧を増加させることも可能である。２つの手段の組み合わせもまた可能である。
【0023】
本発明によるホーニング機械を使用することで、同じ利点が実現される。
【0024】
本発明の更なる利点及び有利な実施形態は、以下の図面とその説明及び特許請求の範囲から導くことが可能である。図面とその説明及び請求範囲で特定されるすべての特徴は、それ単独又は任意の組み合わせにおいて、本発明にとって重要であり得る。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1a】本発明による方法を使用して傾斜をつけた、もともと円筒形のボアの概略図である。
【図1b】本発明による方法を使用して傾斜をつけた、もともと円筒形のボアの概略図である。
【図2】本発明の方法の例示的実施形態の図である。
【図3】ストローク縮小の２つの代替法の１つの図である。
【図4】ストローク縮小の２つの代替法の１つの図である。
【図6a】本発明による方法の追加的実施形態の図である。
【図6b】本発明による方法の追加的実施形態の図である。
【図6c】本発明による方法の追加的実施形態の図である。
【図6d】本発明による方法の追加的実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
ボアの長手軸（Ｙ軸）方向に増加する直径Ｄ（ｙ）を有する円筒形ボアが図１ａに模式的に示される。上端ではボア１は直径Ｄ０である。直径Ｄ０は、プリホーニング後にボアがまだ円筒形であればそのボアの直径に対応する。プリホーニング後に、ボアはその全長Ｌに亘って直径Ｄ０を有する。
【0027】
本発明による方法の目的は、主として円錐形のボアを形成することである。図１に示す例では、本発明のホーニングを実行した後には、ボアは全長Ｌに亘って円錐形である。円錐形ホーニング加工されたボアの輪郭線を図１の符号１で示す。一般的にすべての図面において、同一構成要素又は方法に対しては同一の参照符号を用い、それぞれに対して違いのみが説明される。
【0028】
驚くべきことに、本発明による方法を用いることにより、傾斜をつけたボア又は他の非円筒形ボアを安定した最短プロセス時間で高精度に製造することが可能である。こうして、様々な輪郭線を指定することができる。
【0029】
本発明による方法を用いて製造可能な、様々なボア形状又は輪郭線の例を、図１ｂに示す。
【0030】
番号１～４の例示的実施形態では、最大直径ＤＭａｘがボアの下端に見られる。番号５の例では、最大直径が上端にも下端にもない回転対称形のボアも製造可能であることを示している。この例では最大直径ＤＭＡＸはボアの上端と下端の間にある。
【0031】
図２では、非円筒形の回転対称ボアの製造が４つのステップ（ａ、ｂ、ｃ及びｄ）で示されている。
【0032】
ボアの輪郭線は参照符号１で与えられる。非円筒形ボアでは、目標直径ＤＳＯＬＬは、長手軸Ｙの関数（ＤＳＯＬＬ＝ｆ（ｙ））である。
【0033】
図２に示す例示的実施形態では、ボアは上端に円筒形部分を有し、また下端に別の円筒形部分ｃを有する。上方部分ｂの直径は、下方部分ｃの直径ＤＳｏｌｌより小さい。
【0034】
本発明による方法の開始点は、ボアが直径ＤＩｓｔ，０の円筒形を有するように前加工された円筒形ブロックである。この状態では、本発明の方法による加工は、直径ＤＩｓｔ，０のボアに挿入されたホーニングバー（図示せず）を有するホーニングツールによって開始される。ボアはその全長に沿ってホーニング加工される。ホーニングツール又はそのホーニングバーの反転位置は、ＯＰ１及びＵＰ１で表される（図２ａ参照）。
【0035】
ホーニング工程により、ボアの直径ＤＩＳＴがＤＩｓｔ，０から始まって、これもまだ円筒形ボアである直径ＤＩｓｔ，１まで、全長に亘って均一に拡大される。
【0036】
この状態において、ボア直径ＤＩｓｔ，１は、領域ｂにおいて目標直径ＤＳｏｌｌ，１に等しいことが図２ｂから明らかである。ボアの実際の直径は、本発明によれば好ましくは、ホーニング工程中に判定されて、ボアの領域ｂでの目標直径ＤＳｏｌｌと比較される。
【0037】
ボア直径ＤＩｓｔが領域ｂで目標直径ＤＳｏｌｌ，１に等しくなると、本発明による方法では、ホーニングツールのストロークを縮小して領域ｂがそれ以上加工されないようにする。
【0038】
これは、上側反転位置ＯＰ（図２ｃ参照）を下側反転位置ＵＰの方向へ移して、「新しい」上側反転位置ＯＰ２が領域ｂの下にあるようにすることで達成される。領域ｂの下では、目標直径ＤＳｏｌｌ，２は領域ｂの目標直径ＤＳｏｌｌ，１よりも大きい。したがって、所望のボトル形状又はボトルネック形状の輪郭線１を実現するためには、領域ｂより下の領域では更にホーニング加工をしなければならない。
【0039】
反転位置ＯＰ２とＵＰ（図２ｃ参照）を有するホーニング工程中は、これから加工するボア部分には新しい目標値ＤＳｏｌｌ，２が適用される。加工中の加工領域の実際の値は、目標値ＤＳｏｌｌ，２と比較される。実際の値ＤＩｓｔが目標値ＤＳｏｌｌ，２に等しくなると、ストロークがさらに縮小されるか、あるいは所望の輪郭線１が形成され終えた場合には加工が終了する。
【0040】
ＯＰ２とＵＰの間の領域においてボアの実直径ＤＩｓｔが上側反転位置ＯＰ２での目標値に等しくなると、ストロークがさらに縮小される（図２ｃには示さず）。
【0041】
図２ｄは、所望の輪郭線１を組み立てる、３つの異なる目標直径ＤＳｏｌｌ １、ＤＳｏｌｌ，２、ＤＳｏｌｌ ３を示す。輪郭線１は、直径Ｄ１、Ｄ２及びＤ３を持つ複数の円筒形部分によって近似されることがこの図から明らかである。図２ａ～図２ｄの表示は大きく誇張されている。
【0042】
直径ＤＳｏｌｌ，１、ＤＳｏｌｌ，２、ＤＳｏｌｌ，３及び、それに対応する実際の直径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の差は、僅か千分の数ミリである。常時測定であるがゆえに、継続的なストローク延長もまた送りの最小の変動で発生して、連続的な無段階の形状が作製される。個々の送り変動は、ストローク移動のための位置センサの分解能によってのみ制限され、これは所望形状の局所的傾斜よりも実質的に小さい。後続のボア全長に亘る平滑化ホーニングにおいて、それまでに準備された形状が加工されて、所望の最終面粗さ形状となる。図２ｃ及び図２ｄの「段差」は非常に誇張して示されており、制御をよく理解するためのものである。空気圧による常時測定のために、継続的なストローク転位が生じ、それによって連続的な局所形状変化となる。
【0043】
本発明によるストローク縮小の第１の変動を図３を用いて示す。この変動は、「ＤｅｌｔａＸを決定するためのデフォルト定数ＤｅｌｔａＨ」として表される。
【0044】
ホーニングツール、又はホーニングツールに属するホーニングバー５が、上側反転位置ＯＰに１つと、下側反転位置ＵＰに１つ、ごく概略的に示されている。ホーニングバーのストロークは、ボアがその全長に沿ってホーニング加工される場合には、ＯＰ１とＵＰの距離に対応する。
【0045】
ホーニングツールの一部である空気測定ノズルが、図３及び図４に参照符号７で示されている。空気測定ノズル７は、ホーニングツールの上側反転位置にのみ示されている。空気測定ノズルはホーニングツールに組み込まれているために、ホーニングバー５と同一の運動を行う。ボアの実際の直径ＤＩＳＴが直径ＤＳＯＬＬ，１に達すると、ストローク行程Ｈ１（＝ＯＰ１－ＵＰ）はＤｅｌｔａＨだけ縮小される。
【0046】
ＤｅｌｔａＨの大きさは、制御システムのパラメータとしてホーニング機械のオペレータによって指定可能である。
【0047】
反転位置ＯＰ１のある、領域ｂのボアは、既に所望の目標直径ＤＳｏｌｌ（１）であるので、上側反転位置ＯＰ２が下側反転位置ＵＰに向かって下方向に転位する。新規の反転位置ＯＰ２は、従来の上側反転位置ＯＰ１からＤｅｌｔａＨだけ下側反転位置ＵＰに向かって移動させて得られる。
【0048】
第２の目標直径ＤＳｏｌｌ，２は、新規の第２反転位置ＯＰ２に関連する。第２の目標直径ＤＳｏｌｌ，２は、反転位置ＯＰ２の目標直径に等しい。
【0049】
反転位置ＯＰ２における新しい直径ＤＳｏｌｌ，２もまた、直径ＤＳｏｌｌ （１）に基づき、式ＤＳｏｌｌ，２＝ＤＳｏｌｌ，１＋ＤｅｌｔａＸを用いて決定可能である。
【0050】
ＤｅｌｔａＸの大きさは一定ではなく、上側反転位置ＯＰ１と新しい上側反転位置ＯＰ２における輪郭線の傾斜に依存する。ボアの輪郭線は、機械の制御部に例えば値の多項式又は数値表として格納されているので、反転位置での対応する目標直径は各反転位置ＯＰ、ＵＰに対して決定可能である。
【0051】
ホーニングツールのストロークの時間ｔに対する変化は、図３の右側にプロットされている。より大きなストロークである、Ｈ１＝ＯＰ１及びＵＰは最初の加工ステップで発生することは明らかである。第２のステップでは、ストロークＨ２は明らかにより小さい。（Ｈ＝ＯＰ２－ＵＰ）。
【0052】
変動の「ＤｅｌｔａＨを決定するためのデフォルト定数ＤｅｌｔａＸ」が図４に表示されており、以下で説明する。この変動において、直径ＤＩｓｔ又はＤＳｏｌｌ，１に基づき、定数ＤｅｌｔａＸが目標直径ＤＳｏｌｌ，１に加えられる。新しい上側反転位置ＯＰ２が輪郭線１と新目標直径ＤＳｏｌｌ，２＝ＤＳｏｌｌ，１＋ＤｅｌｔａＸの交点から決定される。この変動において、ＯＰ１とＯＰ２、あるいはＯＰｎとＯＰｎ＋１の間のストロークは一定量で縮小されるわけではない。ストロークの縮小量は、現在の上側反転位置ＯＰｎと新しい上側反転位置ＯＰｎ＋１との間の領域で輪郭線がどれだけ大きく変化するかに多少とも依存する。
【0053】
ストロークの縮小は、上側反転位置ＯＰの領域のみではなく、下側反転位置ＵＰの領域においても実行され得る。
【0054】
分かり易くするために、そのような例示的実施形態は示されていない。再び図１ｂのＮｏ．５を参照する。そこには、所望の目標形状を達成するために、上側反転位置ＯＰ並びに下側反転位置ＵＰの移動が必要な輪郭線が示されている。
【0055】
【0056】
斜線をつけた面９１、９２及び９３は、所望の輪郭線１を達成するために、材料をさらに除去しなければならない場所を示す。
【0057】
すべての図は概略表示であって、寸法通りではない。
【0058】
これまでに述べた変動の方法において、加工される（円筒形）ボアの壁は十分に厚く、ホーニング工程中にホーニングバーによって壁の半径方向に作用する力は、壁に対して全くあるいはごく僅かにしか変形を与えないものと仮定した。ホーニングバーが円筒形ボアに押し付けられる半径方向の力（接触圧力）は、ホーニング機械の給送装置又は制御器によってもたらされる。
【0059】
この原理は、準固定された被加工物構造体又は壁厚が一定の被加工物に対して機能する。これらの条件は実際には最近のシリンダークランクケースに対しては必ずしも存在せず、局所的な壁厚の変化、及び／又は加工力による加工中の高い給送力のために局所的な弾性変形が生じ、これによって加工材料が半径方向に拡張する（径方向拡大）。この拡大は弾性的であって、ホーニング工程が完了するとともに壁は「スプリングバック」する。こうして、完成した応力状態下での実際の形状は、目標形状から局所的に大きくずれる。この状況を図６ａ及び図６ｂに示す。図６ａにはシリンダボアの「半分」だけを示す。中心軸は一点鎖線３０で示す。本例ではシリンダボアの長さは、厚い壁部分３２と薄い壁部分３４から成る。所望の目標形状を３６で示す。
【0060】
ホーニング工程中にボアが薄い壁部分３４で半径方向に広がっていて、本発明の方法によって線３６に対応する所望の目標形状が作製されるとすると、ホーニング工程終了後にボアが半径方向にスプリングバックして図６ｂに示す線３８に従う実際形状となる。
【0061】
線３６と線３８を比較すれば、薄い壁部分３４における実際の形状と目標形状とは顕著なずれがあることが明らかである。
【0062】
この問題に対する本発明の解決策は、目標形状３６が少なくとも局所的に修正目標形状となることである。
【0063】
修正目標形状は、ホーニング工程完了後に径方向拡大なしで所望の目標形状３６となるために、ホーニング行程中にシリンダボアが想定すべき形状である。
【0064】
修正目標形状は目標形状３６に（特に薄い壁部分３４の領域において）径方向拡大を加えて得られる。図６ｃの修正目標形状を参照符号４２で示す。
【0065】
本発明による方法で、シリンダボアが修正目標形状４２にされると、ホーニング工程終了後の実際の形状３８と目標形状３６の偏位は最小となる。この状況を図６ｄに示す。
【0066】
言い換えれば、修正目標形状４２は、局所的に追加的に材料を除去することによってこれらの局所的に異なる半径方向の変形を相殺する。このようにして、非円筒形回転対称シリンダボアの直径を、シリンダボアの全長に亘って線４４同士の間の非常に狭い公差の範囲内に保持することが可能である。
【0067】
修正目標形状４２は、経験的に又は計算によって決定可能である。経験的に決定する場合、目標形状を複数の支持点において小さいステップ（例えば１～数マイクロメートルの範囲で）で修正して得られる具体的な結果に基づいて、応力状態でのシリンダボアの実際の形状（図６ｃの３８参照）が目標形状（図６ｃの３６参照）に対応するまで、目標形状から修正目標形状に繰り返し変更することで可能である。
【0068】
計算による決定の場合、薄い壁領域３４でのシリンダボアの径方向拡大（Ａｒ）は、ホーニングバーがシリンダ壁に押し付けられる力を基に少なくとも大まかに決定可能であり、この拡大を目標形状３６に加えることが可能である。目標形状を複数の支持点において小さいステップ（例えば１又は複数マイクロメートルの領域）で修正すれば、応力状態における実際の形状（図６ｃの３８参照）が目標形状（図６ｃの３６参照）に対応するまで、目標形状から開始して、達成される個々の結果で修正目標形状に繰り返し変更を加えることができる。
【図1a】
【図1b】
【図2a-2b】
【図2c】
【図2d】
【図3】
【図4】
【図5a】
【図5b】
【図5c】
【図5d】
【図6a】
【図6b】
【図6c】
【図6d】