JP2003094244A - 被加工面の微細加工方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏心に起因した円周方向の溝深さの差異が小
さく、極めて小さい切り込み量で鏡面に近い表面粗さを
得ることができ、さらに、凹凸の微細形状を同時かつ均
一に被加工面に加工し得る加工方法およびその装置を提
供する。 【解決手段】 加工物２１の加工面２１ａと被加工物２
２の被加工面２２ａとを輪郭線の外接曲線同士の接触と
なるように粘性流体を介して接触させ、加工物と被加工
物とを相対的に回転することにより、加工物および被加
工物に転がり／すべり運動を加えて被加工面を微細加工
する加工方法およびその装置であって、弾性流体潤滑
（ＥＨＬ）理論により予測される、接触点における粘性
流体の流体膜の厚さが所定の膜厚さとなるように、粘性
流体の流体温度、加工物と被加工物との相対的な回転速
度、および、加工物と被加工物との間の押し付け力を設
定して、被加工面を微細加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弾性流体潤滑（Ｅ
ＨＬ：Ｅｌａｓｔｉｃ Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ Ｌ
ｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ）理論により予測される流体膜の
厚さにより切り込み量を制御するようにした被加工面の
微細加工方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】被加
工物の被加工面を微細加工する従来の微細表面加工に
は、例えば、浸炭鋼の仕上げ加工である研削加工および
研磨加工がある。

【０００３】前者の研削加工は、定切り込み加工であ
り、切り込み量は、バイトを取り付けたステージの変位
制御によりなされている。切り込み量の精度はステージ
を変位させる精度に依存することから、数十μｍの切り
込み量が通常必要であり、加工取代をできるだけ小さく
することは困難である。また、加工後の表面粗さは、一
般的に、中心線平均粗さＲａ０．２μｍと比較的粗いも
のである。

【０００４】後者の研磨加工は、定圧加工であり、その
一例としてラップ加工がある。このラップ加工は、被加
工面を鏡面に近い面粗度に加工することができるもの
の、被加工面を微細な凹凸形状に加工することができ
ず、さらに、切り込み量の制御が煩雑であるという問題
がある。

【０００５】また、高硬度材料をＣＢＮ工具で仕上げ加
工する旋削技術であるハードターニングも知られてい
る。このハードターニングは、１回の作業で凹凸面を同
時に加工ができるので加工能率が高いものの、切り込み
量が多く、また凸部の粗さが比較的大きいという問題が
ある。さらに、ハードターニングや前述した研削加工の
場合には切り込み量をステージの変位で制御しているこ
とから、被加工物を支持したセンタと被加工物の軸心と
が偏心した状態で円周方向に溝加工を施した場合には、
溝の深さが円周方向にばらついてしまうという問題があ
る。

【０００６】また、特開２０００−１０７９４７号公報
に記載されているように、バニッシングも知られてい
る。このバニッシングは、被加工物の被加工面にローラ
を押し付けて転動させることにより表面層に塑性変形を
生じさせ、表面粗さおよび寸法精度の向上を図り、表面
層での加工硬化と圧縮残留応力の付与とを行う工法であ
る。しかしながら、バニッシングは、塑性加工を応用し
たものであるため、表面に微細な凹凸形状を形成すると
いうような表面粗さの制御が難しいという問題がある。

【０００７】このため、偏心に起因した円周方向の溝深
さの差異が小さく、極めて少ない切り込み量で鏡面に近
い表面粗さを得ることができ、しかも、凹凸の微細形状
を同時かつ均一に被加工面に加工し得る加工方法および
その装置の提案が要請されているところである。

【０００８】ところで、転がり軸受けや歯車などの機械
要素においては、二面の接触が輪郭線の外接曲線同士の
接触（以下、このような接触を「外接接触」とも言う）
となっている。また、自動車などに用いられるトロイダ
ル型無段変速機では、ディスクの転動面とパワーローラ
の外表面との接触が外接接触となっている。二面の接触
が外接接触の場合には接触圧力が極端に高くなるが、こ
のような状況下においても、接触点における二面間に潤
滑油の流体膜を介在させ、焼き付きや表面の摩耗を抑え
なければならない。このため、上述したトロイダル型無
段変速機などを設計するに当たっては、集中荷重を受け
る二表面間の転がり／すべり接触点の潤滑状態を、弾性
流体潤滑理論によって解析し、十分な膜厚を有する流体
膜が得られるようにしている。

【０００９】流体膜は固体面間に介在して焼き付きを防
止するとともに摩耗を低減することを目的としており、
この流体膜の膜厚が薄くなると、表面の摩耗が進行する
ことになる。したがって、流体膜の膜厚を予測できれ
ば、表面の摩耗を意図的に進行させることができること
になる。本願発明者らは、この点に着目し、流体膜の膜
厚を予測すれば、表面の摩耗量つまり切り込み量を支配
することができ、表面の微細加工に適用できることを見
出し、本発明を完成させるに至った。

【００１０】本発明は、このような背景の下になされた
ものであり、弾性流体潤滑理論により予測される、接触
点における粘性流体の流体膜の厚さにより被加工面の切
り込み量を制御することによって、偏心に起因した円周
方向の溝深さの差異が小さく、極めて小さい切り込み量
で鏡面に近い表面粗さを得ることができ、さらに、凹凸
の微細形状を同時かつ均一に被加工面に加工し得る加工
方法およびその装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記す
る手段により達成される。

【００１２】（１）加工物の加工面と被加工物の被加工
面とを輪郭線の曲線同士の接触となるように粘性流体を
介して接触させ、前記加工物と前記被加工物とを相対的
に回転することにより、前記加工物および前記被加工物
に転がり／すべり運動を加えて前記被加工面を微細加工
する加工方法であって、弾性流体潤滑理論により予測さ
れる、接触点における前記粘性流体の流体膜の厚さが所
定の膜厚さとなるように、前記粘性流体の流体温度、前
記加工物と前記被加工物との相対的な回転速度、およ
び、前記加工物と前記被加工物との間の押し付け力を設
定して、前記被加工面を微細加工してなる被加工面の微
細加工方法。

【００１３】弾性流体潤滑理論による流体膜の厚さは、
例えば、次式により予測される。

【００１４】 Ｈａｍｒｏｃｋ ＆ Ｄｏｗｓｏｎの式 Ｈ＝３．４２ｇｖ０．４９ｇＥ０．１７（１−ｅ−０．６８ｋ） … （１） ここで、 Ｕ： 速度パラメータ（ Ｕ＝η₀ｕ／（Ｅ′Ｒｘ）
） Ｗ： 荷重パラメータ（ Ｗ＝ｗ／（Ｅ′Ｒｘ２） ） Ｇ： 材料パラメータ（ Ｇ＝αＥ′ ） Ｈ： 膜厚パラメータ（ Ｈ＝（ｈ／Ｒｘ）（Ｗ／Ｕ）
） ｇｖ：粘性パラメータ（ ｇｖ＝ＧＷ３／Ｕ２ ） ｇＥ：弾性パラメータ（ ｇＥ＝Ｗ８／３／Ｕ２ ） η₀：粘性流体の大気圧下の粘度［ｍＰａ・ｓ］ α： 粘性流体の圧力粘度係数［ＧＰａ−１］ ｗ： トラクション部の押し付け力［Ｎ］ ｕ： トラクション部の転がり速度［ｍ／ｓ］ Ｒｘ：トラクション部の転がり方向等価曲率半径［ｍ］ Ｒｙ：トラクション部の転がり方向に垂直な等価曲率半
径［ｍ］ Ｅ′：トラクション部の等価縦弾性係数［ＧＰａ］ ｋ： 楕円パラメータ（ ｋ＝（Ｒｙ／Ｒｘ）２／π
） である。

【００１５】（２）前記加工物の前記加工面は、鏡面ま
たは規則的な凹凸形状に形成されていることを特徴とす
る上記（１）に記載の被加工面の微細加工方法。

【００１６】（３）加工物の加工面と被加工物の被加工
面とを輪郭線の曲線同士の接触となるように粘性流体を
介して接触させ、前記加工物と前記被加工物とを相対的
に回転することにより、前記加工物および前記被加工物
に転がり／すべり運動を加えて前記被加工面を微細加工
する加工装置であって、前記加工面と前記被加工面との
接触点に前記粘性流体を供給する流体供給部と、前記加
工物と前記被加工物とを相対的に回転させる回転駆動部
と、前記加工物と前記被加工物とを相対的に押し付ける
押し付け部と、前記粘性流体の流体温度を制御する温度
制御部と、前記回転駆動部による前記加工物と前記被加
工物との相対的な回転速度を制御する回転速度制御部
と、前記押し付け部による前記加工物と前記被加工物と
の間の押し付け力を制御する押し付け力制御部と、弾性
流体潤滑理論により予測される、接触点における前記粘
性流体の流体膜の厚さが所定の膜厚さとなるように、前
記粘性流体の流体温度、前記加工物と前記被加工物との
相対的な回転速度、および、前記加工物と前記被加工物
との間の押し付け力を設定する設定部と、前記設定部に
よる設定内容に基づいて前記温度制御部、前記回転速度
制御部および前記押し付け力制御部の作動を制御する制
御部と、を有してなる被加工面の微細加工装置。

【００１７】（４）前記加工物の前記加工面は、鏡面ま
たは規則的な凹凸形状に形成されていることを特徴とす
る請求項３に記載の被加工面の微細加工装置。

【００１８】

【発明の効果】上記のように構成した本発明は以下の効
果を奏する。

【００１９】請求項１に記載の発明によれば、弾性流体
潤滑理論により予測される、接触点における粘性流体の
流体膜の厚さにより被加工面の切り込み量を制御してい
るため、偏心に起因した円周方向の溝深さの差異が小さ
く、極めて小さい切り込み量で鏡面に近い表面粗さを得
ることができ、さらに、凹凸の微細形状を同時かつ均一
に被加工面に加工することができる。

【００２０】請求項２に記載の発明によれば、また、弾
性流体潤滑理論を応用した流体膜厚さにより切り込み量
を制御するため、鏡面加工および微細形状加工のいずれ
をも精度よく行うことができる。

【００２１】請求項３に記載の発明によれば、弾性流体
潤滑理論により予測される、接触点における粘性流体の
流体膜の厚さにより被加工面の切り込み量を制御してい
るため、偏心に起因した円周方向の溝深さの差異が小さ
く、極めて小さい切り込み量で鏡面に近い表面粗さを得
ることができ、さらに、凹凸の微細形状を同時かつ均一
に被加工面に加工し得る被加工面の微細加工装置を提供
できる。しかも、極めて小さい切り込み量の制御を、切
削バイトや研削砥石の送り量を制御して加工する装置に
比較して安価な装置で実現できる。

【００２２】請求項４に記載の発明によれば、また、弾
性流体潤滑理論を応用した流体膜厚さにより切り込み量
を制御するため、鏡面加工および微細形状加工のいずれ
をも精度よく行い得る被加工面の微細加工装置を提供で
きる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。

【００２４】図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明の実施形態に
係る被加工面の微細加工装置１０の要部を示す正面図お
よび側面図、図２（Ａ）は、微細加工装置１０が有する
モニタ部９０のブリッジ回路９１を示す図、図２（Ｂ）
は、加工物２１と被加工物２２との間の接触抵抗と分離
電圧との関係を示す図である。

【００２５】被加工面の微細加工装置１０は、加工物２
１の加工面２１ａと被加工物２２の被加工面２２ａとを
輪郭線の外接曲線同士の接触となるように油などの粘性
流体（以下、単に「流体」とも言う）を介して接触さ
せ、加工物２１と被加工物２２とを相対的に回転するこ
とにより、加工物２１および被加工物２２に転がり／す
べり運動を加えて被加工面２２ａを微細加工するもので
ある。

【００２６】微細加工装置１０は、被加工物２２を回転
自在に支持する支持部３０と、加工面２１ａと被加工面
２２ａとの接触点に粘性流体を供給する流体供給部４０
と、加工物２１と被加工物２２とを相対的に回転させる
回転駆動部５０と、加工物２１と被加工物２２とを相対
的に押し付ける押し付け部６０と、を有している。

【００２７】図示例の被加工物２２は、小径部と大径部
とからなる段付き円筒形状を有している。小径部の外周
面が被加工面２２ａに相当する。

【００２８】加工物２１は、例えば砥石であり、回転軸
３５を介して回転自在に保持され、外周面は、所定の曲
率半径の円弧面に形成されている。この外周面が加工面
２１ａに相当する。加工物２１の軸心と被加工物２２の
軸心とは平行をなし、加工面２１ａと被加工面２２ａと
は、輪郭線の外接曲線同士の接触（外接接触）となって
いる。

【００２９】支持部３０は、被加工物２２の長手方向両
側に配置されるセンタ３１、３２を有し、被加工物２２
は、その軸心上でセンタ３１、３２により支持されてい
る。さらに、被加工物２２の周囲に、加工物２１と２個
の支持ローラ３３、３４とが配置されている。支持ロー
ラ３３、３４のそれぞれは、回転軸３６、３７を介して
回転自在に保持され、外周面は、所定の曲率半径の円弧
面に形成されている。支持ローラ３３、３４の軸心と被
加工物２２の軸心とは平行をなしている。加工物２１お
よび支持ローラ３３、３４は、被加工物２２の軸心を中
心に略等間隔に配置され（図１（Ｂ）参照）、被加工物
２２の外周面に当接して被加工物２２を支持している。
これら加工物２１および支持ローラ３３、３４により支
持部３０が構成されている。

【００３０】前記流体供給部４０は、加工物２１と被加
工物２２との接触部位に粘性流体を供給する第１ノズル
４１と、支持ローラ３３、３４と被加工物２２との接触
部位に粘性流体を供給する第２ノズル４２と、を備え
る。粘性流体は、図示しない供給源から各ノズル４１、
４２に案内され、各ノズル４１、４２から各接触部位に
向けて供給される。粘性流体の供給量は、各ノズル４
１、４２に至る配管途上に設けられた図示しない流量調
整弁などによって調整される。なお、加工物２１と被加
工物２２との接触部位および支持ローラ３３、３４と被
加工物２２との接触部位にノズル４１、４２から粘性流
体を供給する形態に代えて、加工部分を粘性流体浴中に
設置して粘性流体を各接触部位に供給する形態にしても
よい。

【００３１】流体供給部４０には、接触部位に供給され
る粘性流体の流体温度を制御する温度制御部４４が接続
されている。温度制御部４４は、粘性流体の流体温度を
検出するセンサと、粘性流体を冷却する冷却装置と、粘
性流体を加熱する加熱装置とを備え、冷却装置および加
熱装置を適宜作動させて、粘性流体の流体温度を設定さ
れた温度に調整する。

【００３２】前記回転駆動部５０は、例えば、加工物２
１の回転軸３５に接続されたモータ５１を有する。モー
タ５１を駆動して加工物２１が回転すると、加工物２１
に接触している被加工物２２が従動回転し、加工物２１
と被加工物２２とが相対的に回転する。被加工物２２の
回転に伴ない、被加工物２２に接触している支持ローラ
３３、３４も従動回転する。モータ５１は、例えばステ
ッピングモータなどから構成されている。

【００３３】回転駆動部５０には、加工物２１と被加工
物２２との相対的な回転速度を制御する回転速度制御部
５２が接続されている。モータ５１は、回転速度制御部
５２からの信号に基づいて駆動し、加工物２１を所定の
回転数で回転駆動する。

【００３４】前記押し付け部６０は、例えば、回転軸３
５に被加工物２２の軸心に向かう方向の力を付勢する油
圧シリンダ６１などから構成されている。油圧シリンダ
６１に所定の圧力に昇圧された作動油を供給することに
より、加工物２１と被加工物２２とが相対的に押し付け
られる。

【００３５】押し付け部６０には、加工物２１と被加工
物２２との間の押し付け力を制御する押し付け力制御部
６２が接続されている。押し付け力制御部６２は、作動
油を所定の圧力に昇圧するコンプレッサやブースタなど
から構成されている。

【００３６】微細加工装置１０はさらに、弾性流体潤滑
理論により予測される、接触点における粘性流体の流体
膜の厚さが所定の膜厚さとなるように、粘性流体の流体
温度、加工物２１と被加工物２２との相対的な回転速
度、および、加工物２１と被加工物２２との間の押し付
け力を設定する設定部７０と、当該設定部７０による設
定内容に基づいて温度制御部４４、回転速度制御部５２
および押し付け力制御部６２の作動を制御する制御部と
してのコントローラ８０と、を有している。設定部７０
は、作業者が入力操作するキーボード、テンキーなどか
ら構成されている。

【００３７】弾性流体潤滑理論により算出される流体膜
（油膜）の厚さは、回転数、荷重、粘性流体の粘度、油
の圧力粘度係数および油温の関数である。弾性流体潤滑
理論を用いて油膜厚さｈを予測する式としては、以下に
示す、Ｈａｍｒｏｃｋ ＆Ｄｏｗｓｏｎの式(B. J. Har
mrock & D. Dowson, Proc. 5th Leeds-Lyon Symp.(197
8) 22)がある Ｈ＝３．４２ｇｖ０．４９ｇＥ０．１７（１−ｅ−０．６８ｋ） … （１） ここで、 Ｕ： 速度パラメータ（ Ｕ＝η０ｕ／（Ｅ′Ｒｘ）
） Ｗ： 荷重パラメータ（ Ｗ＝ｗ／（Ｅ′Ｒｘ２） ） Ｇ： 材料パラメータ（ Ｇ＝αＥ′ ） Ｈ： 膜厚パラメータ（ Ｈ＝（ｈ／Ｒｘ）（Ｗ／Ｕ）
） ｇｖ：粘性パラメータ（ ｇｖ＝ＧＷ３／Ｕ２ ） ｇＥ：弾性パラメータ（ ｇＥ＝Ｗ８／３／Ｕ２ ） η０：粘性流体の大気圧下の粘度［ｍＰａ・ｓ］ α： 粘性流体の圧力粘度係数［ＧＰａ−１］ ｗ： トラクション部の押し付け力［Ｎ］ ｕ： トラクション部の転がり速度［ｍ／ｓ］ Ｒｘ：トラクション部の転がり方向等価曲率半径［ｍ］ Ｒｙ：トラクション部の転がり方向に垂直な等価曲率半
径［ｍ］ Ｅ′：トラクション部の等価縦弾性係数［ＧＰａ］ ｋ： 楕円パラメータ（ ｋ＝（Ｒｙ／Ｒｘ）２／π
） である。

【００３８】微細加工装置１０にはさらに、加工状態を
把握するモニタ部９０が設けられている。モニタ部９０
は、例えば、電気抵抗法にて金属接触状況をモニタリン
グして、加工状態を把握するように構成されている。つ
まり、モニタ部９０は、図２（Ａ）に示されるブリッジ
回路９１を有し、直流電圧をかけ分離電圧を測定して、
加工物２１と被加工物２２との間の接触抵抗を測定して
いる。加工物２１と被加工物２２との間の接触抵抗と分
離電圧との関係が図２（Ｂ）に示される。本実施形態で
は、接触抵抗が１ＫΩ以下となるように加工条件（粘性
流体の流体温度、加工物２１と被加工物２２との相対的
な回転速度、および、加工物２１と被加工物２２との間
の押し付け力）を選定した。接触抵抗が１ＫΩより大き
くなると、加工面２１ａと被加工面２２ａとの間の流体
膜が比較的十分な厚さに形成されて、加工速度が遅くな
りすぎると考えられるからである。

【００３９】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００４０】まず、式（１）に基づいて、弾性流体潤滑
理論により予測される、接触点における粘性流体の流体
膜の厚さが所定の膜厚さとなるように、粘性流体の流体
温度、加工物２１と被加工物２２との相対的な回転速
度、および、加工物２１と被加工物２２との間の押し付
け力を決定する。ここに、流体膜の厚さと切り込み量と
の関係は、トライアンドエラーにより予め求められてお
り、この結果に基づいて、所望の切り込み量を実現する
のに適切な流体膜の厚さを求める。

【００４１】次に、作業者は、設定部７０を操作して、
決定した粘性流体の流体温度、加工物２１と被加工物２
２との相対的な回転速度、および、加工物２１と被加工
物２２との間の押し付け力を設定する。

【００４２】コントローラ８０は、設定部７０による設
定内容に基づいて、温度制御部４４、回転速度制御部５
２および押し付け力制御部６２の作動制御を開始する。

【００４３】温度制御部４４は、冷却装置および加熱装
置を適宜作動させて、粘性流体の流体温度を設定された
温度に調整する。流体温度が設定温度に達すると、流体
供給部４０は、加工物２１と被加工物２２との接触部位
に第１ノズル４１から粘性流体を供給し、支持ローラ３
３、３４と被加工物２２との接触部位に第２ノズル４２
から粘性流体を供給する。

【００４４】回転速度制御部５２は、回転駆動部５０の
モータ５１を駆動し、加工物２１を所定の回転数で回転
駆動する。

【００４５】押し付け力制御部６２は、押し付け部６０
の油圧シリンダに供給する作動油を所定の圧力に昇圧
し、押し付け部６０による加工物２１と被加工物２２と
の間の押し付け力を制御し、加工物２１と被加工物２２
とを一定の荷重で押し付ける。

【００４６】これにより、加工物２１および被加工物２
２は、加工面２１ａと被加工面２２ａと間に所定の膜厚
さの流体膜を発生させながら外接接触し、転がり／すべ
り運動が加えられる。この転がり／すべり運動により、
被加工面２２ａが加工面２１ａによって微細加工され
る。

【００４７】ここに、加工物２１の加工面２１ａが鏡面
に形成されている場合には、被加工物２２の被加工面２
２ａは、鏡面に加工される。一方、加工面２１ａが規則
的な凹凸形状に形成されている場合には、被加工面２２
ａは、加工面２１ａの形状が転写され、規則的な凹凸形
状をなす微細形状に加工される。

【００４８】本実施形態の微細加工装置１０によれば、
弾性流体潤滑理論により予測される、接触点における粘
性流体の流体膜の厚さにより被加工面２２ａの切り込み
量を制御しているため、偏心に起因した円周方向の溝深
さの差異が小さく、ナノオーダの極めて小さい切り込み
量で鏡面に近い表面粗さを得ることができ、しかも、凹
凸の微細形状を同時かつ均一に被加工面２２ａに加工す
ることができる。

【００４９】また、ナノオーダの切り込み制御を、切削
バイトや研削砥石の送り量を制御して加工する装置に比
較して安価な装置で実現できる。

【００５０】また、弾性流体潤滑理論を応用した流体膜
厚さにより切り込み量を制御するため、鏡面加工および
微細形状加工のいずれをも精度よく行うことができる。

【００５１】切り込み量は、荷重を増す程、回転数を遅
くする程、温度を大きくする程、粘性流体の粘度を小さ
くする程、大きくなる。

【００５２】なお、弾性流体潤滑理論による流体膜の厚
さを予測するための（１）式は例示であり、弾性流体潤
滑理論に基づく限りにおいて、他の予測式を用いてもよ
いことは言うまでもない。

【００５３】また、加工物２１の加工面２１ａに、Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＣＮ、ＣｒＮをコーティングすることにより一
層の加工精度の向上が見込まれる。さらに、被加工物２
２に、肌焼き鋼の浸炭焼入れ焼き戻し、肌焼き鋼の浸炭
窒化焼入れ焼き戻し、軸受鋼の焼入れ焼き戻し、軸受鋼
の浸炭焼入れ焼き戻し、軸受鋼の浸炭窒化焼入れ焼き戻
しのうちから選択される少なくともいずれか１つの処理
を施すことにより、一層の加工精度の向上が見込まれ
る。

【００５４】さらに、加工面と被加工面とが外接接触す
る形態は、図示した実施形態の場合に限られない。例え
ば、加工物の外周面が軸方向に沿ってフラットな円筒形
状を有し、被加工物の外周面が軸方向に沿う中央部分に
おいて所定の曲率半径で膨らんだクラウニング形状を有
する場合にも、加工面と被加工面とは外接接触する。

【００５５】さらに、被加工物として、トロイダル型無
段変速機におけるディスクに本実施形態の加工方法およ
び装置を適用した場合には、被加工面としての転動面を
ナノオーダの極めて小さい切り込み量で鏡面に近い表面
粗さに形成できる。

【００５６】

【実施例】次に、一実施例について説明する。図３は、
実施例における被加工面の微細加工装置の要部を示す側
面図である。

【００５７】加工物２１は、ＳＵＪ２鋼からなり、直径
が６０ｍｍ、厚さが１０ｍｍであり、外周面が軸方向に
沿ってフラットな円筒形状を有する。この加工物２１
は、ＳＵＪ２鋼を焼き入れ焼き戻した後に、転がり滑り
面を、研削後に多結晶ＣＢＮ切削工具を用いて切削加工
し、この後、テープラップにて凸部を削り落として製造
した。加工面２１ａとなる転がり滑り面の形状として、
溝幅が１５μｍ、溝ピッチ間隔が２９μｍ、溝深さが
２．５μｍの凹凸形状を得た。

【００５８】被加工物２２も同様に、ＳＵＪ２鋼からな
り、直径が６０ｍｍ、厚さが１０ｍｍであり、軸方向に
沿う中央部分において外周面が曲率半径Ｒ＝３０ｍｍで
膨らんだクラウニング形状を有する。この被加工物２２
は、ＳＵＪ２鋼を焼き入れ焼き戻してなる材を、研削し
た後にテープラップにより仕上げて製造した。被加工面
２２ａとなる転がり滑り面は、中心線平均粗さＲａが
０．０１μｍ、最大高さＲｙが０．１μｍに仕上げた。

【００５９】２つの支持ローラ３３、３４は、ＳＵＪ２
鋼からなり、直径が６０ｍｍ、厚さが１０ｍｍであり、
外周面が軸方向に沿ってフラットな円筒形状を有する。
これら支持ローラ３３、３４は、ＳＵＪ２鋼を焼き入れ
焼き戻した後に、転がり滑り面を、研削した後にテープ
ラップにより仕上げて製造した。被加工物２２に接触す
る転がり滑り面は、中心線平均粗さＲａが０．０１μ
ｍ、最大高さＲｙが０．１μｍに仕上げた。

【００６０】上記の加工物２１および被加工物２２を、
図３に示すように、微細加工装置１０に取り付け、４５
０ｋｇの押し付け荷重のもと、１２０℃に温度コントロ
ールした油を２リットル／ｍｉｎでノズルより転がり滑
り部に供給した。その後、平均転がり速度が３０ｍ／
ｓ、一定すべり率が３％となるように回転数を制御し、
加工を５分間行った。本試験条件において、平滑面を仮
定して算出される最小油膜厚さは、０．２５μｍであ
る。なお、モニタ部９０により、加工物２１と被加工物
２２との間の接触抵抗が１ＫΩ以下となるように試験条
件を選定した。

【００６１】図４（Ａ）（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞ
れ、加工前における加工物２１の加工面２１ａの形状、
加工前における被加工物２２の被加工面２２ａの形状お
よび加工後における被加工物２２の被加工面２２ａの形
状を示す図である。各図において、横軸は測定領域（単
位：ｍｍ）、縦軸は表面粗さ（単位：μｍ）を表してい
る。また、表面形状の測定には、表面粗さ形状測定装置
（（株）東京精密社製サーフコム１４００Ａ）を用い
た。

【００６２】図より明らかなように、加工面２１ａが規
則的な凹凸形状に形成された加工物２１を用いて被加工
物２２の被加工面２２ａを微細加工すると、加工面２１
ａの形状が被加工面２２ａに転写され、規則的な凹凸形
状をなす微細形状を凹部および凸部の両者を同時に、か
つ、均一に加工できた。被加工面２２ａの表面形状を測
定したところ、深さが０．１ｎｍ、溝ピッチ間隔が２９
μｍであった。

【００６３】

【比較例】比較例として、実施例により得られた溝形
状、具体的には図４（Ｃ）に示される溝形状を形成する
ように、多結晶ＣＢＮ切削工具を用いて切削加工を行っ
た。

【００６４】図５（Ａ）（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞ
れ、実施例について加工前における加工物２１の加工面
２１ａの形状を示した図４（Ａ）をスケールを変えて示
す図、実施例について加工後における被加工物２２の被
加工面２２ａの形状を示した図４（Ｃ）をスケールを変
えて示す図および比較例について加工後における被加工
物２２の被加工面２２ａの形状を示す図である。なお、
図４（Ａ）（Ｃ）をスケールを変えて図５（Ａ）（Ｂ）
に示したのは、実施例と比較例との対比を容易にするた
めである。各図において、横軸は測定領域（単位：ｍ
ｍ）、縦軸は表面粗さ（単位：μｍ）を表している。ま
た、表面形状の測定には、実施例と同様に、表面粗さ形
状測定装置（（株）東京精密社製サーフコム１４００
Ａ）を用いた。

【００６５】図５（Ｂ）と図５（Ｃ）とを比較すれば明
らかなように、切り込み量を実施例と同程度に小さくし
た比較例における切削加工では、芯出しの際の偏心に起
因して、被加工物２２の被加工面２２ａは規則的な凹凸
形状とならず、円周方向の溝深さの変化が不均一であっ
た。

【００６６】円周方向の溝深さの変化を均一にするため
には、切り込み量を大きくし、加工取代を多くする必要
があるが、仮に、加工取代を大きくすることを許容した
としても、工具摩耗量が多く、安定した加工が困難とな
る。

【００６７】上述した実施例においては、比較例との対
比により、偏心に起因した円周方向の溝深さの差異が小
さく、極めて小さい切り込み量で凹凸の微細形状を同時
かつ均一に被加工面に加工できることが明らかとなっ
た。

【００６８】また、本願発明の加工方法およびそれに用
いる装置は、内接接触の場合にも同様に適用できるもの
である。内接接触の場合の加工例を、図６（Ａ）（Ｂ）
に示す。このような場合でもこれまで説明してきたよう
な弾性流体潤滑理論やその理論に基づく手法を用いて、
円筒状の被加工物２２の被加工面２２ａである内側面の
加工にも適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明の実施形態に係
る被加工面の微細加工装置の要部を示す正面図および側
面図である。

【図２】 図２（Ａ）は、微細加工装置が有するモニタ
部のブリッジ回路を示す図、図２（Ｂ）は、加工物と被
加工物との間の接触抵抗と分離電圧との関係を示す図で
ある。

【図３】 実施例における被加工面の微細加工装置の要
部を示す側面図である。

【図４】 図４（Ａ）（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞ
れ、加工前における加工物の加工面の形状、加工前にお
ける被加工物の被加工面の形状および加工後における被
加工物の被加工面の形状を示す図である。

【図５】 図５（Ａ）（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞ
れ、実施例について加工前における加工物の加工面の形
状を示した図４（Ａ）をスケールを変えて示す図、実施
例について加工後における被加工物の被加工面の形状を
示した図４（Ｃ）をスケールを変えて示す図および比較
例について加工後における被加工物の被加工面の形状を
示す図である。

【図６】 内接接触の場合の被加工面の微細加工装置の
要部を示す側面図および正面図である。

【符号の説明】

１０…被加工面の微細加工装置。 ２１…加工物 ２１ａ…加工面 ２２…被加工物 ２２ａ…被加工面 ４０…流体供給部 ４４…温度制御部 ５０…回転駆動部 ５２…回転速度制御部 ６０…押し付け部 ６２…押し付け力制御部 ７０…設定部 ８０…コントローラ（制御部） ９０…モニタ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保田 芳輝 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 千葉 啓貴 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3C047 FF01 GG19 3C050 FC07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工物の加工面と被加工物の被加工面と
   を輪郭線の曲線同士の接触となるように粘性流体を介し
   て接触させ、前記加工物と前記被加工物とを相対的に回
   転することにより、前記加工物および前記被加工物に転
   がり／すべり運動を加えて前記被加工面を微細加工する
   加工方法であって、 弾性流体潤滑理論により予測される、接触点における前
   記粘性流体の流体膜の厚さが所定の膜厚さとなるよう
   に、前記粘性流体の流体温度、前記加工物と前記被加工
   物との相対的な回転速度、および、前記加工物と前記被
   加工物との間の押し付け力を設定して、前記被加工面を
   微細加工してなる被加工面の微細加工方法。
2. 【請求項２】 前記加工物の前記加工面は、鏡面または
   規則的な凹凸形状に形成されていることを特徴とする請
   求項１に記載の被加工面の微細加工方法。
3. 【請求項３】 加工物の加工面と被加工物の被加工面と
   を輪郭線の曲線同士の接触となるように粘性流体を介し
   て接触させ、前記加工物と前記被加工物とを相対的に回
   転することにより、前記加工物および前記被加工物に転
   がり／すべり運動を加えて前記被加工面を微細加工する
   加工装置であって、 前記加工面と前記被加工面との接触点に前記粘性流体を
   供給する流体供給部と、 前記加工物と前記被加工物とを相対的に回転させる回転
   駆動部と、 前記加工物と前記被加工物とを相対的に押し付ける押し
   付け部と、 前記粘性流体の流体温度を制御する温度制御部と、 前記回転駆動部による前記加工物と前記被加工物との相
   対的な回転速度を制御する回転速度制御部と、 前記押し付け部による前記加工物と前記被加工物との間
   の押し付け力を制御する押し付け力制御部と、 弾性流体潤滑理論により予測される、接触点における前
   記粘性流体の流体膜の厚さが所定の膜厚さとなるよう
   に、前記粘性流体の流体温度、前記加工物と前記被加工
   物との相対的な回転速度、および、前記加工物と前記被
   加工物との間の押し付け力を設定する設定部と、 前記設定部による設定内容に基づいて前記温度制御部、
   前記回転速度制御部および前記押し付け力制御部の作動
   を制御する制御部と、を有してなる被加工面の微細加工
   装置。
4. 【請求項４】 前記加工物の前記加工面は、鏡面または
   規則的な凹凸形状に形成されていることを特徴とする請
   求項３に記載の被加工面の微細加工装置。