JP2004237406A - 微細溝加工方法 - Google Patents

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_１、Ｐ＝２Ｒ（ｓｉｎθ_１−ｓｉｎθ_２）、ｈ＝Ｒ（ｃｏｓθ_２−ｃｏｓθ_１）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_１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_２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_１−ｓｉｎθ_２）から得られる値と同じとしているが、２Ｒ（ｓｉｎθ_１−ｓｉｎθ_２）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_１、Ｐ＝２Ｒ（ｓｉｎθ_１−ｓｉｎθ_２）、ｈ＝Ｒ（ｃｏｓθ_２−ｃｏｓθ_１）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_１−ｓｉｎθ_２）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_１、Ｐ＝２Ｒ（ｓｉｎθ_１−ｓｉｎθ_２）、ｈ＝Ｒ（ｃｏｓθ_２−ｃｏｓθ_１）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_１−ｓｉｎθ_２）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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