JP2005144529A - マイクロロールフォーミング用工具 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のマイクロロールフォーミング用工具は、フォームローラにおける凹凸の加工が難しく、凸部に磨耗や欠損が生じるとフォームローラを交換しなければならない。
【解決手段】外周部に微小な凹凸を形成した円板状のローラ部材１を複数枚重ね合わせたフォームローラＲを備えた構成とし、ローラ部材の外周部に形成する凹凸を単純な形状にしても、これらを重ね合わせることでフォームローラ全体として複雑な凹凸を得ることができ、凸部に磨耗や欠損が生じた場合には、該当するローラ部材だけを交換すればよいので、工具価格を抑制して摺動部品の加工コストを低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のエンジン、トランスミッション及びアクスルなどの装置を構成する摺動部品に対して、その摺動面に低フリクション化を図るための微細な凹凸を形成するのに用いるマイクロロールフォーミング用工具に関するものである。

図６（ａ）は、マイクロロールフォーミング用工具を用いて、摺動部品の円筒状摺動面に微細な凹凸を形成する装置を説明する図である。摺動部品Ｗは、その外周を摺動面Ｓとしており、加工機において、一端部が主軸台１０１のチャッキング装置１０２に把持されている。マイクロロールフォーミング装置１０５は、加工機に保持された摺動部材Ｗの軸線方向（Ｚ方向）に往復動可能であると共に、摺動部材Ｗの方向（Ｘ方向）に向けて進退可能なシャフト１０７を備えており、このシャフト１０７の先端にマイクロロールフォーミング用工具１５０が取り付けてある。

マイクロロールフォーミング用工具１５０は、図示例の場合、シャフト１０７に連結するリテーナ１５１と、リテーナ１５１に対して回転自在に装着した回転軸１５２と、回転軸１５２に装着したフォームローラ１５３を備えている。このとき、フォームローラ１５３は、その回転軸が摺動部材Ｗの回転軸と平行になるように配置してある。また、フォームローラ１５３は、図６（ｂ）に示すように、外周部に微細な凸部１５３ａが千鳥状（円周方向及び軸線方向において凹凸が交互に並ぶ状態）に形成してある。そして、上記の装置は、摺動部品Ｗの摺動面Ｓにフォームローラ１５３の外周部を一定荷重で押し付けながら摺動部品Ｗを１回転させることにより、摺動面Ｓに微細な凹凸を形成する。
特開２００２−３６１３５１号公報

ところが、上記したような従来のマイクロロールフォーミング用工具にあっては、フォームローラが、図１（ｂ）に示す如く外周部に千鳥状の凹凸を有するものである場合、凹凸の加工が難しく、製作に長時間を要するほか、摺動部品の加工等によって一部の凸部に磨耗や欠損が生じると、フォームローラを交換しなければならないことから、摺動部品の加工コストを低減するうえでの改善が要望されていた。

本発明のマイクロロールフォーミング用工具は、外周部に微小な凹凸を形成した円板状のローラ部材を複数枚用い、これらのローラ部材を重ね合わせたフォームローラを備えたことを特徴としている。このマイクロロールフォーミング用工具におけるフォームローラでは、仮にローラ部材の外周部に形成する凹凸を単純な形状にしたとしても、凹凸形状が同一のローラ部材や凹凸形状が異なるローラ部材を選択的に使用したり、ローラ部材を重ね合わせる際に円周方向の位置を調整したりすることにより、フォームローラ全体としては、その外周部に複雑な凹凸が得られることとなる。また、一部の凸部に磨耗や欠損が生じた場合には、フォームローラ全体を交換する必要はなく、該当するローラ部材だけを交換すればよい。

本発明のマイクロロールフォーミング用工具によれば、ローラ部材の外周部に形成する凹凸形状を比較的簡単なものにしても、複数枚のローラ部材を重ね合わせるだけでフォームローラの外周部に所望の凹凸を得ることができるので、ローラ部材に対する凹凸の加工を容易にすることができるうえに、フォームローラの外周部に規則的又は不規則的な様々なパターンの凹凸を設けることが可能になり、しかも、一部の凸部に磨耗や欠損が生じた場合には、該当するローラ部材だけを交換することができるので、これにより工具価格を抑制することができると共に、摺動部品の加工コストを低減することができる。

図１は、本発明に係わるマイクロロールフォーミング用工具の一実施例を説明する図である。なお、本発明のマイクロロールフォーミング用工具は、以下の実施例においてフォームローラ及び回転軸を含むものとするが、例えば図６を用いて説明したようにリテーナ（１５１）などを含むものとしても良く、さらに、その他の詳細な構成が以下の実施例に限定されるものではない。また、当該マイクロロールフォーミング用工具で加工を行う摺動部材にあっても、とくに限定されることはなく、加工の際には、図６のように片持ち状態で保持するほか、長尺物である場合には両端を保持する。

図示のマイクロロールフォーミング用工具は、外周部に微小な凹凸を形成した円板状のローラ部材１を複数枚（図では３枚）重ね合わせたフォームローラＲを備えている。各ローラ部材１は、例えば、一般合金鋼、超硬及びセラミックスなどの材料から成ると共に、いずれも同一の部品であって、図１（ａ）に示すように、中央に、回転軸５を通すための軸穴２を有すると共に、外周部に、微細な凸部１ａと凹部１ｂが等間隔で交互に形成してある。なお、図面では、理解しやすくする都合上凹凸を大きく示しているが、実際の凹凸は図示よりもさらに小さい。

そして、フォームローラＲは、複数のローラ部材１を重ね合わせ、このとき、隣接するローラ部材１の凹凸が互いにずれる状態にして重ね合わせてあり、とくに図１（ｂ）及び（ｃ）に示す例では、隣接するローラ部材１の凸部１ａ及び凹部１ｂが、半ピッチだけずれる状態にして重ね合わせてある。また、フォームローラＲは、各ローラ部材１の軸穴２に回転軸５を嵌入して各ローラ部材１を一体化する。この際、回転軸５は、ローラ部材１の材料等に対応して、適宜の材料を選択し得ると共に、その両側に、重合したローラ部材１を挟持するような部材を設けても良い。このようにして、フォームローラＲは、その外周部に、微細な凹凸が千鳥状すなわち円周方向及び軸線方向において凹凸が交互に並ぶ状態に得られることとなる。

上記のフォームローラＲを備えたマイクロロールフォーミング用工具では、ローラ部材１の外周部に形成する凹凸が比較的単純な形状であるから、凹凸の加工が容易である。そして、各ローラ部材１を重ね合わせることにより、フォームローラＲ全体としては、外周部に千鳥状の如き複雑な凹凸が得られることとなる。つまり、複雑な凹凸形状を容易に得ることができる。

そしてさらに、フォームローラＲは、図６を用いて先に説明したように、摺動部品の摺動面に微細な凹凸を形成するマイクロロールフォーミングに用いられ、使用により一部の凸部１ａに磨耗や欠損が生じた場合には、全体を交換する必要はなく、該当するローラ部材１だけを交換すればよい。このように、上記マイクロロールフォーミング用工具は、凹凸の加工が容易であると共に、総合的に工具寿命が長いことから、工具価格を抑制することができ、ひいては当該工具を用いる摺動部品の加工コストを低減することができる。

また、上記のフォームローラＲは、各ローラ部材１を重ね合わせる際に円周方向の位置を調整することにより、異なる凹凸のパターンを自在に得ることができる。例えば、図２に示すように、隣接するローラ部材１の凸部１ａが部分的に重なるようにすることができる。さらに、図示例以外にも、凹凸を不規則的なパターンにしたり、凹凸の数や大きさあるいは形状が異なるローラ部材を組み合わせたりすることも可能である。

図３は、上記マイクロロールフォーミング用工具のフォームローラＲを製造する一例を示す図である。フォームローラＲを製造するには、まず、ローラ部材１となる円板状の素材１１を複数枚重ね合わせて、放電加工及び研削加工等により軸穴２を形成し、その軸穴２にシャフト２１を嵌合して各素材１１を重ね合わせた状態で固定する。

次に、図３（ａ）に示すように、シャフト２１とともに各素材１１を円筒研削盤に取り付けて、研削砥石２２により各素材１１の外周面を加工し、その後、図３（ｂ）に示すように、シャフト２１とともに各素材１１を別の研削盤に取り付けて、溝研削砥石２３により各素材１１の外周部に溝（凹部１ｂ）を形成する。

このとき、溝の深さは、摺動部品の摺動面に微細な凹凸を形成するためのマイクロロールフォーミング用工具の場合、例えば０．１ｍｍ以下の非常に浅いもので良い。そして、各素材１１に対して一つの溝加工を終了した後には、シャフト２１とともに各素材１１を所望のピッチ分だけ回転させて再び溝加工を行い、以下同様の加工を繰り返すことにより、各素材１１の全周にわたって凹凸を形成する。

また、上記の溝加工後には、必要に応じて円筒研削盤で再び研削加工を行うことで、溝加工時に発生したバリを除去してもよく、さらには、各素材１１をシャフト２１に固定したままでバレル加工などの遊離砥粒により研磨することで、凸部１ａに丸みを付けるようにしてもよい。

以上の工程により、外周部に凸部１ａと凹部１ｂを有するローラ部材１が得られることとなり、図１及び図２に示す如く各ローラ部材１を組み合わせることでフォームローラＲが完成する。このように、フォームローラＲの製造において、ローラ部材１の素材１１を重ね合わせた状態にして軸穴２、凸部１ａ及び凹部１ｂをそれぞれ同一工程で加工することにより、各ローラ部材１を効率良く成形することができると共に、各ローラ部材１の寸法が均一で高精度のものとなる。そして、各ローラ部材１を組み合わせたフォームローラＲによれば、摺動部品の摺動面に対して微細な凹凸を精度良く形成することができる。

また、各素材１１にバレル加工などの遊離砥粒により研磨を施して凸部１ａに丸みを付けることにより、摺動部品にフォームローラＲを押し付けた際の凸部１ａでの応力集中を緩和することができ、凸部１ａのチッピングや欠損を抑制することができる。

図４は、本発明に係わるマイクロロールフォーミング用工具の他の実施例を説明する図である。フォームローラＲにおけるローラ部材１は、図４（ａ）に示すように、外周部の凸部１ａ、凹部１ｂ及び軸穴２に加えて、キーを通すためのキー挿通部として軸穴２に連通する二つの切り欠き３ａ，３ｂを有している。これらの切り欠き３ａ，３ｂは、先述したように、ローラ部材１を成形する際に、複数の素材１１を重ね合わせた状態にして溝加工を行うことで形成することができ、これにより均一な寸法精度を得ることができる。

ここで、上記の二つの切り欠き３ａ，３ｂは、回転中心を基準として凹凸のピッチ角をθ１としたとき、互いの位相角度θ２が、ピッチ角θ１の整数倍に半ピッチ角を足した角度すなわちθ２＝Ｃ・θ１＋θ１／２（Ｃは整数）となるようにしてある。

そして、フォームローラＲは、例えばローラ部材１が三枚である場合には、図４（ｂ）に示すように、一枚目のローラ部材１の一方の切り欠き３ａと、二枚目のローラ部材１の他方の切り欠き３ｂと、三枚目のローラ部材１の一方の切り欠き３ａが互いに連通するように各ローラ部材１を重ね合わせることにより、図４（ｃ）に示すように、隣接するローラ部材１同士の凸部１ａ及び凹部１ｂが互いに半ピッチずれた状態となり、千鳥状の凹凸が得られることとなる。また、フォームローラＲは、各ローラ部材１の軸穴２に、各切り欠き３ａ，３ｂ，３ａに嵌入するキー５ａを一体的に備えた回転軸５を装着することにより、各ローラ部材１を一体化したものとなる。

このように、上記実施例のフォームローラＲを備えたマイクロロールフォーミング用工具では、先の実施例と同様の効果を得ることができるうえに、ローラ部材１に複数の切り欠き（キー挿通部）３ａ，３ｂを設けることで、例えば外周部の凹凸を千鳥状とするフォームローラＲの組み立てや、ローラ部材１の交換が非常に容易になると共に、各ローラ部材１の固定状態をより強固にすることができる。

なお、切り欠きの数は二つ以上であってもよい。また、上記したように隣接するローラ部材１同士の凹凸を互いに半ピッチずらせるには、隣接する切り欠きの位相角度θ２が、最低限として凹凸の半ピッチ（θ１／２）あればよいことになるが、この場合、切り欠き同士が重なったり、切り欠き同士の間が狭くなって機械的強度が不足したりする恐れがある。そこで、上記の如く切り欠きの位相角度θ２をピッチ角θ１の整数倍に半ピッチ角を足した角度とすることにより、切り欠きの重なりや強度低下を防ぐことができる。

図５は、本発明に係わるマイクロロールフォーミング用工具のさらに他の実施例を説明する図である。図示のフォームローラＲは、ローラ部材１と、ローラ部材１の直径よりも小さい直径を有する円板部材４とを交互に重ね合わせたものとなっている。

ローラ部材１及び円板部材４には、キーを通すためのキー挿通部として二つの貫通孔６ａ，６ｂが形成してある。貫通孔６ａ，６ｂは、先の実施例と同様に、ローラ部材１及び円板部材４の各素材を重ね合わせた状態にして同一工程で形成することにより、均一な寸法精度を得るができ、また、先の実施例と同様の位相角度で配置してある。そして、フォームローラＲは、先述の如くローラ部材１と円板部材４を交互に重ね合わせた後、軸穴２に回転軸５を嵌入し、また、互いに連通する貫通孔６ａ，６ｂにピン状のキー７を嵌入することによって各部材１，４を強固に一体化する。

上記のフォームローラＲを備えたマイクロロールフォーミング用工具では、先の実施例と同様の効果を得ることができるうえに、円板部材４を採用したことにより、フォームローラＲの軸線方向における凸部１ａ及び凹部１ｂのピッチを自由に変更することができ、例えば、摺動部品の摺動面に対して部分的に凹凸の形成を避ける場合に対処し得る。具体的には、摺動部品の摺動面の一部に穴があり、この穴の部分に凹凸を形成することが不要な場合や、その穴によりフォームローラＲの凸部１ａが欠損するような事態を避けたい場合において、円板部材４の使用が有効となる。したがって、厚さの異なる円板部材を用意しておくのがより望ましい。また、上記実施例のように、キー挿通部を貫通孔６ａ，６ｂとすれば、ドリル加工などによってキー挿通部をより簡単に且つ精度良く形成することができる。

本発明のマイクロロールフォーミング用工具の一実施例を説明する図であって、ローラ部材の斜視図（ａ）、回転軸とフォームローラの側面図（ｂ）及びフォームローラの正面図（ｃ）である。 図１に対してローラ部材の他の組み合わせ例を示す側面図である。 フォームローラの製造の一例を説明する各々斜視図（ａ）（ｂ）である。 本発明のマイクロロールフォーミング用工具の他の実施例を説明する図であって、ローラ部材の正面図（ａ）、フォームローラの正面図（ｂ）及び回転軸とフォームローラの斜視図（ｃ）である。 本発明のマイクロロールフォーミング用工具のさらに他の実施例を説明する図であって、フォームローラの側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 マイクロロールフォーミングを行う装置を示す説明図（ａ）及び従来のマイクロロールフォーミング用工具を示す斜視図（ｂ）である。

符号の説明

Ｒ フォームローラ
１ ローラ部材
１ａ 凸部
１ｂ 凹部
２ 軸穴
３ａ ３ｂ 切り欠き（キー挿通部）
４ 円板部材
５ 回転軸
５ａ ７ キー
６ａ ６ｂ 貫通孔（キー挿通部）
１１ 素材

Claims (10)

1. 外周部に微小な凹凸を形成した円板状のローラ部材を複数枚重ね合わせたフォームローラを備えたことを特徴とするマイクロロールフォーミング用工具。
2. フォームローラにおいて、隣接するローラ部材同士が、外周部の凹凸を互いにずらせた状態にして重ね合わせてあることを特徴とする請求項１に記載のマイクロロールフォーミング用工具。
3. フォームローラにおいて、ローラ部材と、ローラ部材の直径よりも小さい直径を有する円板部材とを交互に重ね合わせたことを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロロールフォーミング用工具。
4. フォームローラを構成する各部材が、回転軸を通すための軸穴と、キーを通すためのキー挿通部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロロールフォーミング用工具。
5. フォームローラを構成する各部材が、軸穴の円周方向に沿って少なくとも二つのキー挿通部を有しており、回転中心を基準にして、隣接するキー挿通部の位相角度が、ローラ部材の外周部に形成した凹凸のピッチ角の整数倍に半ピッチ角を足した角度であることを特徴とする請求項４に記載のマイクロロールフォーミング用工具。
6. キー挿通部が、軸穴に連通する切り欠きであることを特徴とする請求項４又は５に記載のマイクロロールフォーミング用工具。
7. キー挿通部が、貫通孔であることを特徴とする請求項４又は５に記載のマイクロロールフォーミング用工具。
8. フォームローラを構成するローラ部材は、円板状の素材を複数枚重ね合わせた状態にして全体の外周面を成形した後、同じく素材を重ね合わせた状態にして全体の外周面に複数の凹部を形成することにより、外周部に凹凸を形成したものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のマイクロロールフォーミング用工具。
9. フォームローラを構成するローラ部材は、円板状の素材の外周部に凹凸を形成した後、バレル加工などの遊離砥粒により研磨したものであることを特徴とする請求項８に記載のマイクロロールフォーミング用工具。
10. フォームローラを構成する各部材は、円板状の素材を複数枚重ね合わせた状態にしてキー挿通部を形成したものであることを特徴とする３〜９のいずれかに記載のマイクロロールフォーミング用工具。

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