JP2004237406A - 微細溝加工方法 - Google Patents

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Tatsuomi Nakayama
達臣 中山
Mamoru Saito
衛 斉藤
Kazuhiko Tanaka
一彦 田中
Minoru Ota
稔 太田
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Nissan Motor Co Ltd
日産自動車株式会社
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Abstract

【課題】微細溝加工を行う工具の形成が簡単になり、工具の長寿命化も図られるようにして、量産時の加工コストを大幅に低減する。超仕上げ加工工程で、微細溝間の凸部の平坦部分及びこれに連続する湾曲部分の成形を簡単にできるようにする。
【解決手段】回転させた状態において主軸9に直交する断面が円形状をなす被加工物Wの外周面Waに微細溝Dを形成するに際して、円板状をなし且つ断面が円弧状に窪む研削外周面16aを有する溝形成用砥石16の研削外周面16aを被加工物Wの外周面Waに接触させると共に、溝形成用砥石16と被加工物Wとを主軸9に沿って相対的に移動させて被加工物Wの外周面Waに微細溝Dを形成し、続いて、超仕上げ砥石により互いに隣接する微細溝D,D間における凸部Wbを所定量除去する。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転させた状態において回転軸に直交する断面が円形状をなす被加工物(例えば自動車用エンジンの構成部品やトランスミッションの構成部品)の外周面に数μmの微細溝を形成するのに用いられる微細溝加工方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、上記したような被加工物の外周面に微細溝を形成するに際しては、例えば、第1工程において、回転させた被加工物の外周面に対して精密に成形されたCBNバイトの先端を接触させて等間隔の溝を加工した後、第2工程において、超仕上げ砥石を用いて互いに隣接する溝間の凸部を除去することによって、凸部の先端部にほぼ平坦な部分を形成すると共にこれに連続する湾曲部分を形成するようにしており、このような微細溝を有するトラクションドライブ転動体は、高温下で優れたトラクション性能を発揮することが確認されている(例えば特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−307204号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の微細溝加工方法にあっては、第1工程で用いる工具(CBNバイト)の先端の成形に高い精度が要求される分だけ工具コストが高く、さらに、工具の先端が鋭利であるのに加えてこの先端の同一部分が常に工作物と接触することから摩耗が激しく、量産加工には不適であるという問題を有していた。
【0005】
また、第2工程における凸部の平坦部分及び湾曲部分の形成が非常に難しく、高度な技術が必要とされるという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【0006】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目して成されたもので、微細溝加工を行う工具を簡単に形成することができると共に、この工具の長寿命化を実現でき、その結果、量産時における加工コストを大幅に低減することが可能であり、加えて、超仕上げ加工時において、互いに隣接する微細溝間における凸部の平坦部分及びこれに連続する湾曲部分の成形(クラウニング)を簡単に行うことが可能である微細溝加工方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細溝加工方法は、回転させた状態において回転軸に直交する断面が円形状をなす被加工物の外周面に微細溝を形成するに際して、円板状をなし且つ断面が円弧状に窪む研削外周面を有する溝形成用砥石の上記研削外周面を被加工物の外周面に接触させると共に、上記溝形成用砥石と被加工物とを回転軸に沿って相対的に移動させて上記被加工物の外周面に微細溝を形成し、続いて、超仕上げ砥石を上記被加工物の外周面に接触させつつ回転軸に沿って相対的に移動させて、互いに隣接する微細溝間における凸部を所定量除去することを特徴としている。
【0008】
また、本発明の微細溝加工方法は、回転させた状態において回転軸に直交する断面が円形状をなし且つ回転軸に沿った中心断面上に円弧状輪郭部分を有する被加工物の外周面に微細溝を形成するに際して、円板状をなし且つ断面が円弧状に窪む研削外周面を有する溝形成用砥石の上記研削外周面を被加工物の外周面に接触させると共に、上記溝形成用砥石と被加工物とを上記外周面の円弧状輪郭部分に沿って相対的に移動させて上記被加工物の外周面の円弧状輪郭部分に微細溝を形成し、続いて、超仕上げ砥石を上記被加工物の外周面に接触させつつ上記円弧状輪郭部分に沿って相対的に移動させて、互いに隣接する微細溝間における凸部を所定量除去することを特徴としている。
【0009】
被加工物の外周面に微細溝及び溝間の凸部を形成するにあたって、砥石や切削バイトの先端を微細溝の断面形状そのものの形に成形しようとすると、工具の先端の丸みを極めて細かくしなくてはならないことから、事実上困難であり、一方、砥石や切削バイトの先端を溝間の凸部の断面形状そのものの形に成形しようとすることも困難である。
【0010】
本発明の微細溝加工方法において、被加工物の外周面に微細溝及び溝間の凸部を加工する溝形成用砥石には、断面が微細溝間の凸部よりも大きく円弧状に窪む研削外周面を形成すればよいので、工具の成形が容易なものとなり、加えて、工具として溝形成用砥石を用い得ることから、切削工具、例えば、CBNバイトよりも寿命が長くなる。そして、超仕上げ加工を行う段階では、微細溝間の凸部が既に湾曲部分をほぼ連続させた形状をなしているので、超仕上げ加工が簡単になされることとなる。
【0011】
【発明の効果】
本発明の微細溝加工方法によれば、上記した構成としているので、量産時における加工コストの大幅な低減が可能となって量産加工に適したものとなり、加えて、超仕上げ加工時において、互いに隣接する微細溝間における凸部の平坦部分及びこれに連続する湾曲部分の成形を簡単に行うことが可能になるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0012】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【0013】
図1〜図4は本発明の一実施例を示しており、図1に示すように、本発明の一実施例による微細溝加工方法に用いる加工装置1は、Z軸方向(図示左右方向)に移動するZ軸スライドテーブル2と、このZ軸スライドテーブル2に直交するX軸方向(図示上下方向)に移動するX軸スライドテーブル3を備えており、Z軸スライドテーブル2には主軸台4及び芯押し台5が設けてあると共に、X軸スライドテーブル3には砥石台6が設けてある。
【0014】
Z軸スライドテーブル2上の主軸台4は、電動機7と、様々な形状の被加工物Wを保持可能な保持ユニット8を端部に具備して電動機7により回転駆動される主軸9を備えていると共に、ダイヤモンド整形部10を備えている。このダイヤモンド整形部10は、電動機11及びこの電動機11によって回転駆動されるドレッサ軸12を具備しており、このドレッサ軸12の端部には、薄刃状のダイヤモンド砥石やダイヤモンド総型砥石等の成形及び目立て用の工具13を取付けるようになっている。
【0015】
一方、X軸スライドテーブル3上の砥石台6は、電動機14及びこの電動機14によって回転駆動される砥石軸15を具備しており、この砥石軸15の端部には、溝形成用砥石16を取付けるようになっている。この溝形成用砥石16は、円板状をなし且つ断面が円弧状に窪む研削外周面16aを有しており、主軸台4の保持ユニット8にセットした被加工物W、すなわち、回転させた状態で上記主軸9に直交する断面が円形状をなす被加工物W(この実施例では円筒形状部品)の外周面Waに微細溝を形成するものとしてある。
【0016】
この実施例において、図2に部分的に示すように、溝形成用砥石16の砥石幅をB、溝形成用砥石16の研削外周面16aにおける円弧状断面の曲率半径をR、被加工物Wが1回転する間の溝形成用砥石16と被加工物Wとの相対移動量をP、上記溝形成用砥石16によって被加工物Wの外周面Waに形成される微細溝Dの最低位置Lから微細溝D,D間における凸部Wbの最高位置Hまでの距離をhとした場合、B=2Rsinθ、P=2R(sinθ−sinθ)、h=R(cosθ−cosθ)の関係を満たすべく溝形成用砥石16の砥石幅B及び溝形成用砥石16の研削外周面16aにおける円弧状断面の曲率半径Rを設定するようにしている。
【0017】
例えば、θを10°とし、研削外周面16aにおける円弧状断面の曲率半径Rを100mmとすると、砥石幅Bは34.7mmとなり、この際、被加工物Wが1回転する間の溝形成用砥石16と被加工物Wとの相対移動量Pを0.2mmとすると、θは9.94°となり、このときの微細溝Dの最低位置Lから微細溝D,D間における凸部Wbの最高位置Hまでの距離hは17.6μmとなって、微細溝D,D間の凸部Wbよりも大きく円弧状に窪む断面の研削外周面16aとなる。なお、必要に応じて、溝形成用砥石16と被加工物Wとの相対移動量Pや距離hから砥石幅Bや曲率半径Rを求めることも可能である。
【0018】
そして、この実施例では、被加工物Wが1回転する間の溝形成用砥石16と被加工物Wとの相対移動量Pを2R(sinθ−sinθ)から得られる値と同じとしているが、2R(sinθ−sinθ)よりも1〜10%小さく設定することにより、溝形成用砥石16の外周角部をオーバーラップさせることも可能である。また、本実施例では、相対移動量Pを0.1〜0.3mm、溝形成用砥石16によって被加工物Wの外周面Waに形成される微細溝Dの最低位置Lから微細溝D,D間における凸部Wbの最高位置Hまでの距離を3〜9μmとしている。
【0019】
上記Z軸スライドテーブル2及びX軸スライドテーブル3は、油圧ユニット17を動力源としていて、制御装置18からの指令に基づいて図示矢印方向へそれぞれ移動するものとなっており、Z軸及びX軸の2軸の同時制御を行うことも可能となっている。
【0020】
上記した加工装置1により、被加工物Wの外周面Waに微細溝Dを形成するに際しては、まず、ダイヤモンド整形部10のドレッサ軸12に、成形及び目立て用工具としての薄刃状のダイヤモンド砥石13を取付けた後、制御装置18からの指令に従ってダイヤモンド砥石13及び砥石台6の砥石軸15に取付けた溝形成用砥石16をそれぞれ回転させて、ダイヤモンド砥石13で溝形成用砥石16に輪郭加工を行うことにより、断面が円弧状に窪む研削外周面16aを形成する。
【0021】
次いで、溝形成用砥石16を回転させたまま、油圧ユニット17によりZ軸スライドテーブル2及びX軸スライドテーブル3をそれぞれ動作させて、溝形成用砥石16の研削外周面16aを主軸台4の保持ユニット8にセットした被加工物Wの外周面Waに接触させると共に、溝形成用砥石16と被加工物Wとを主軸9に沿って相対的に移動させる。
【0022】
このとき、被加工物Wの外周面Waには、図3に示すように、微細溝Dが連続して形成され、被加工物Wが1回転する間の溝形成用砥石16と被加工物Wとの相対移動量Pが微細溝D,D間のピッチ(0.1〜0.3mm)となり、微細溝Dの最低位置Lから微細溝D,D間における凸部Wbの最高位置Hまでの距離は3〜9μmとなる。
【0023】
続いて、超仕上げ砥石を揺動させながら被加工物Wの外周面Waに擦りつけることによって、互いに隣接する微細溝D,D間における凸部Wbを所定量除去して凸部Wbの高さを2〜3μmとすると、図4に示すように、凸部Wbの頂上にほぼ平坦な部分Wc及びこれに連続する湾曲部分Wdが形成されることとなり、このような微細溝Dが形成された被加工物W(例えば、トラクションドライブ転動体)は、高温下で優れたトラクション性能を発揮することとなる。
【0024】
この実施例では、上記した連立方程式、すなわち、B=2Rsinθ、P=2R(sinθ−sinθ)、h=R(cosθ−cosθ)の関係を満たすべく溝形成用砥石16の砥石幅B及び溝形成用砥石16の研削外周面16aにおける円弧状断面の曲率半径Rを設定するようにしているので、被加工物Wの外周面Waに微細溝D及び溝D,D間の凸部Wbを簡単に形成し得ることとなる。
【0025】
また、被加工物Wが1回転する間の溝形成用砥石16と被加工物Wとの相対移動量Pを2R(sinθ−sinθ)から得られる値よりも1〜10%小さく設定することにより、溝形成用砥石16が被加工物Wの外周面Waにおいて移動方向に僅かにオーバーラップすることとなって、凸部Wbにほとんど段差のない連続面が形成されることとなる。
【0026】
さらに、上記実施例では、溝形成用砥石16を取付けた同一の加工装置1上において、ダイヤモンド砥石13で溝形成用砥石16に輪郭加工を行うことにより、断面が円弧状に窪む研削外周面16aを形成するようにしているので、CBN砥石16に研削外周面16aを精度良く成形し得ることとなり、加えて、砥石16の回転中心に対して振れの少ない精度の良い形状が得られることとなる。
【0027】
図5は本発明の他の実施例を示しており、図5に示すように、この実施例による微細溝加工方法が先の実施例による微細溝加工方法と相違するところは、加工装置21において、電動機14及び砥石軸15を一体で旋回させるロータリテーブル22を砥石台26に設けることにより、主軸9に沿った中心断面上に円弧状輪郭部分を有する被加工物Wの外周面Waに微細溝Dを容易に形成可能とした点にある。
【0028】
この加工装置21を用いて、主軸9に沿った中心断面上に円弧状輪郭部分を有する被加工物Wの外周面Waに微細溝Dを形成するに際しては、まず、ダイヤモンド砥石13で溝形成用砥石16に輪郭加工を行うことにより、断面が円弧状に窪む研削外周面16aを形成する。
【0029】
次いで、溝形成用砥石16を回転させたまま、油圧ユニット17によりZ軸スライドテーブル2及びX軸スライドテーブル3をそれぞれ動作させて、溝形成用砥石16の研削外周面16aを主軸台4の保持ユニット8にセットした被加工物Wの外周面Waに接触させると共に、ロータリテーブル22を動作させて、溝形成用砥石16を被加工物Wの外周面Waにおける円弧状輪郭部分に沿って移動させると、被加工物Wの円弧状輪郭部分を有する外周面Waには、微細溝Dが連続して形成されることとなる。
【0030】
続いて、超仕上げ砥石を揺動させながら被加工物Wの外周面Waに擦りつけることによって、互いに隣接する微細溝D,D間における凸部Wbを所定量除去しすると、この実施例においても凸部Wbの頂上にほぼ平坦な部分Wc及びこれに連続する湾曲部分Wdが形成されることとなり、したがって、このような微細溝Dが形成された被加工物W(トラクションドライブ転動体)も、高温下で優れたトラクション性能を発揮することとなる。
【0031】
なお、主軸9に沿った中心断面上に円弧状輪郭部分を有する被加工物Wの外周面Waに対する微細溝Dの加工は、先の実施例で用いた加工装置1のスライドテーブル2及びX軸スライドテーブル3を2軸同時制御することによっても簡単に行うことが可能である。
【0032】
本発明の微細溝加工方法の詳細な構成は、上記した実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による微細溝加工方法に用いる加工装置の概略構成説明図である。
【図2】本発明の一実施例による微細溝加工方法に用いる砥石の部分断面説明図である。
【図3】図2の砥石により加工がなされた後の被加工物を示す部分断面説明図である。
【図4】図2の砥石による加工後における超仕上げ工程後の被加工物を示す部分断面説明図である。
【図5】本発明の他の実施例による微細溝加工方法に用いる加工装置の部分概略構成説明図である。
【符号の説明】
1 加工装置
9 主軸(回転軸)
13 ダイヤモンド砥石(成形及び目立て用の工具)
16 溝形成用砥石
16a 溝形成用砥石の研削外周面
B 砥石幅
D 微細溝
H 凸部の最高位置
L 微細溝の最低位置
P 被加工物1回転あたりの溝形成用砥石と被加工物との相対移動量
R 研削外周面における円弧状断面の曲率半径
W 被加工物
Wa 被加工物の外周面
Wb 互いに隣接する微細溝間における凸部
Wc 凸部の平坦な部分
Wd 平坦な部分に連続する湾曲部分
h 微細溝の最低位置から微細溝間における凸部の最高位置までの距離

Claims (7)

  1. 回転させた状態において回転軸に直交する断面が円形状をなす被加工物の外周面に微細溝を形成するに際して、円板状をなし且つ断面が円弧状に窪む研削外周面を有する溝形成用砥石の上記研削外周面を被加工物の外周面に接触させると共に、上記溝形成用砥石と被加工物とを回転軸に沿って相対的に移動させて上記被加工物の外周面に微細溝を形成し、続いて、超仕上げ砥石により互いに隣接する微細溝間における凸部を所定量除去することを特徴とする微細溝加工方法。
  2. 回転させた状態において回転軸に直交する断面が円形状をなし且つ回転軸に沿った中心断面上に円弧状輪郭部分を有する被加工物の外周面に微細溝を形成するに際して、円板状をなし且つ断面が円弧状に窪む研削外周面を有する溝形成用砥石の上記研削外周面を被加工物の外周面に接触させると共に、上記溝形成用砥石と被加工物とを上記外周面の円弧状輪郭部分に沿って相対的に移動させて上記被加工物の外周面の円弧状輪郭部分に微細溝を形成し、続いて、超仕上げ砥石により互いに隣接する微細溝間における凸部を所定量除去することを特徴とする微細溝加工方法。
  3. 溝形成用砥石の砥石幅をB、溝形成用砥石の研削外周面における円弧状断面の曲率半径をR、被加工物1回転あたりの溝形成用砥石と被加工物との相対移動量をP、上記溝形成用砥石によって被加工物の外周面に形成される微細溝の最低位置から微細溝間における凸部の最高位置までの距離をhとした場合、B=2Rsinθ、P=2R(sinθ−sinθ)、h=R(cosθ−cosθ)の関係を満たすべく溝形成用砥石の砥石幅B及び溝形成用砥石の研削外周面における円弧状断面の曲率半径Rを設定した請求項1又は2に記載の微細溝加工方法。
  4. 被加工物1回転あたりの溝形成用砥石と被加工物との相対移動量を0.1〜0.3mmとした請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の微細溝加工方法。
  5. 溝形成用砥石によって被加工物の外周面に形成される微細溝の最低位置から微細溝間における凸部の最高位置までの距離を3〜9μmとした請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の微細溝加工方法。
  6. 被加工物1回転あたりの溝形成用砥石と被加工物との相対移動量を2R(sinθ−sinθ)から得られる値よりも1〜10%小さく設定した請求項3に記載の微細溝加工方法。
  7. 溝形成用砥石を取付けた加工機上において、上記溝形成用砥石に対して薄刃状のダイヤモンド砥石により輪郭加工を行って断面が円弧状に窪む研削外周面を形成する、又は上記溝形成用砥石の研削外周面における円弧状断面の曲率半径と同じ曲率半径で円弧状に突出する研削外周面を有するダイヤモンド総型砥石により上記溝形成用砥石に対してプランジ加工を行って断面が円弧状に窪む研削外周面を形成する請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の微細溝加工方法。
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