JP2005335055A - 円形穴の加工装置及び加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物における円形穴の内周面に中ぐり加工と微細凹部を形成する場合、従来では個別の工程で行っていたため、総加工時間が長く、設備費や製造コストが高いなどの問題点があった。
【解決手段】回転駆動される工具ホルダ４に、中ぐり加工用の刃具１１と、シリンダボアＢの直径よりも小さい直径を有し且つシリンダボアＢの中心軸と平行な回転軸１３により回転自在に保持された微細凹部形成用のフォームローラ１２を備えた構成とし、一台の加工装置において、シリンダボアＢの内周面に中ぐり加工と微細凹部を形成することを可能にし、総加工時間の短縮及び生産性の向上、設備費の低減、設備の占有床面積の縮小、並びに製造コストの低減を実現した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、自動車用エンジンのシリンダブロックにおけるシリンダボアの内周面に、中ぐり加工と、低フリクション化を実現するための微細凹部を形成するのに用いられる円形穴の加工装置及び加工方法に関するものである。

従来において、例えばシリンダブロックのシリンダボアの内周面に、中ぐり加工と微細凹部を形成するには、円形穴の内周面に中ぐり加工及びホーニングを行った後、ショットブラストにより円形穴の内周面に微細凹部を形成していた。ショットブラストでは、円形穴の内周面に、所定形状の透孔を有するマスキングシートを貼り付け、次いで、同内周面に、圧縮空気とともにセラミックス等の小径粒子を投射することにより、透孔により露出している内周面に微細凹部を形成する。その後、マスキングシートを取り外し、洗浄工程を経た後、再びホーニングを行うことで、ショットブラストを行った際に微細凹部の周囲に生じた盛上り部分を除去し、加工を終了する。
特開２００２−３０７３１０号公報

しかしながら、上記したような従来の円形穴の加工にあっては、中ぐり加工と微細凹部の形成を個別の工程で行っていたため、総加工時間が長くなると共に、設備費や設備の占有床面積が大きくなるという不具合があり、とくに、微細凹部を形成するショットブラストの工程では、マスキングシートの貼り付け及び取り外しの作業が不可欠であって、このような作業が生産性の向上を阻む原因になっていると共に、マスキングシートが使い捨てであるために、マスキングシートの材料、透孔等の加工及び接着剤などによってマスキングに費用がかかり、これが製造コストを増大させているという問題点があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであって、被加工物の円形穴の内周面に中ぐり加工と微細凹部を形成するに際し、総加工時間の短縮及び生産性の向上、設備費の低減、設備の占有床面積の縮小、並びに製造コストの低減を実現することができる円形穴の加工装置及び加工方法を提供することを目的としている。

本発明の円形穴の加工装置は、被加工物における円形穴の内周面に、中ぐり加工と微細凹部を形成する加工装置であって、例えば工作機械の主軸ヘッドに装着して回転駆動される工具ホルダを備え、このような工具ホルダに、中ぐり加工用の刃具と微細凹部形成用のフォームローラを備えている。刃具は、少なくとも先端部が工具ホルダから半径方向に突出しており、工具ホルダとともに回転して円形穴の内周面に中ぐり加工を施す。

フォームローラは、円形穴の直径よりも小さい直径を有するとともに円形穴の中心軸と平行な回転軸により回転自在に保持してあって、少なくとも外周部の一部が工具ホルダから半径方向に突出しており、その外周部を円形穴の内周面に圧接させた状態にして工具ホルダを回転させると、円形穴の内周面に添って転動して同内周面に微細凹部を形成する。なお、円形穴の中心軸方向への刃具及びフォームローラの送りは、工具ホルダ及び被加工物の少なくとも一方を他方に対して近接離間させることで行う。

また、本発明の円形穴の加工方法は、上記加工装置を用いて、被加工物における円形穴の内周面に、中ぐり加工と微細凹部を形成するに際し、工具ホルダと被加工物を互いに近接する方向に相対移動させる往路移動において、刃具により円形穴の内周面に中ぐり加工を行い、その後、工具ホルダと被加工物を互いに離間させる方向に相対移動させる復路移動において、フォームローラにより円形穴の内周面に微細凹部を形成することを特徴としている。

本発明の円形穴の加工装置によれば、被加工物の円形穴の内周面に中ぐり加工と微細凹部を形成するに際し、一台の加工装置で中ぐり加工と微細凹部の形成を効率的に行うことができる。これにより、総加工時間の短縮及び生産性の向上、設備費の低減、設備の占有床面積の縮小、並びに製造コストの低減を実現することができると共に、とくに、微細凹部の形成では、従来のような使い捨てのマスキングシートを用いずにフォームローラによる機械加工を行うことから、高精度の微細凹部を効率良く形成することができると共に、生産性のさらなる向上や製造コストのさらなる低減を実現することができる。

本発明の円形穴の加工方法によれば、被加工物の円形穴の内周面に中ぐり加工と微細凹部を形成するに際し、一台の加工装置において工具ホルダと被加工物を近接離間させる間に、中ぐり加工と微細凹部の形成を連続的に行うことができる。これにより、総加工時間の短縮及び生産性の向上、設備費の低減、設備の占有床面積の縮小、並びに製造コストの低減を実現することができる。

以下、図面に基づいて、本発明に係わる円形穴の加工装置及び加工方法の一実施例を説明する。図１に一部を示す被加工物Ｗは、自動車用エンジンのシリンダブロックであり、円形穴であるシリンダボアＢの内周面に中ぐり加工と微細凹部の形成が行われる。

本発明の加工装置は、例えばＮＣ工作機械に適用することができる。図２に示す加工装置は、下向きに主軸１を突出させた主軸ヘッド２と、主軸ヘッド２の下側で被加工物を保持する支持台３を備えており、主軸１に工具ホルダ４を装着する。主軸ヘッド２は、垂直方向（Ｚ方向）に移動可能であり、また、支持台３は、水平面で直交する二軸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動可能である。工具ホルダ４は、図示しない自動工具交換装置により主軸１に対して着脱が行われ、装着状態において主軸１とともに回転駆動される。

上記の工具ホルダ４は、中ぐり加工用の刃具１１と微細凹部形成用のフォームローラ１２を備えている。フォームローラ１２は、材料がとくに限定されるものではないが、例えば、超硬、超硬以外の硬質金属やアルミナ、窒化珪素等のセラミックスなどから成るものであって、シリンダボアＢの直径よりも小さい直径を有するとともにシリンダボアＢの中心軸と平行な回転軸１３により回転自在に保持してある。

より詳しく説明すると、工具ホルダ４は、主軸１に装着する部位であるシャンク部４ａと、その下側に連続するボディ部４ｂを有すると共に、ボディ部４ｂの下側に弾性変形部１４を介してボーリングバー１５が設けてあり、このボーリングバー１５に刃具１１及びフォームローラ１２が取り付けてある。このとき、刃具１１及びフォームローラ１２は、工具ホルダ４の直径方向において、その一端側と他端側に設けてあり、互いに相反する向きに突出するように配置してある。

工具ホルダ４のシャンク部４ａには、その軸線上にエア通路１６が形成してある。エア通路１６は、工具ホルダ４の上端部で開口し、工具ホルダ４を主軸１に装着した状態で、主軸１内に設けたエア通路に連通する。主軸１内のエア通路は、図２に示す如く、主軸１の上部に設けた回転継手１７及びエア配管１８を介してエアコントローラ１９に接続してある。そして、工具ホルダ４のエア通路１６には、図外のエア供給源からの空気が供給され、この際、エアコントローラ１９により空気圧を制御する。

工具ホルダ４のボディ部４ｂの内部には、空油圧変換部２０が設けてある。空油圧変換部２０は、エア通路１６の下端部が連通する大径の第１シリンダ２１と、第１シリンダ２１の下側に連通する小径の第２シリンダ２２を備えている。第１シリンダ２１には、大径の第１ピストン２３が、摺動シール２４を介して上下に摺動可能に収容してあり、また、第２シリンダ２２には、連結ロッド２５により第１ピストン２３と一体化した小径の第２ピストン２６が、摺動シール２７を介して上下に摺動可能に収容してある。さらに、第２シリンダ２２における第２ピストン２６の下側は、作動油を充填した作動油空間２２ａになっている。

空油圧変換部２０は、先のエア通路１６に供給した空気の圧力が第１ピストン２３に作用すると、第１及び第２のピストン２３，２６が下降し、これにより作動油空間２２ａ内の油圧を増大させる。すなわち、空気圧を油圧に変換する。

工具ホルダ４における弾性変形部１４は、先述の如く相反する向きに配置した刃具１１及びフォームローラ１２を双方の配列方向に移動させる工具移動手段を構成する。この実施例の弾性変形部１４は、工具ホルダ４の本体であるボディ部４ｂに対して、ボーリングバー１５とともに刃具１１及びフォームローラ１２を保持し、且つ刃具１１及びフォームローラ１２の配列方向に付与した圧力により同配列方向に変形するものであって、その駆動源としてパワーユニット２８を内蔵している。

パワーユニット２８は、凸ブロック２９と凹ブロック３０を組み合わせて、双方の間に油圧空間３１を形成している。油圧空間３１は、工具ホルダ４のボディ部４ｂから弾性変形部１４にわたって形成した油通路３２を介して、空油圧変換部２０の作動油空間２２ａと連通している。また、弾性変形部１４には、凸ブロック２９の上端部の位置から図１中で左方向への水平部分を経て下方向に延出するスリット３３が形成してあると共に、凹ブロック３０の下端部の位置から図１中で右方向への水平部分を経て上方向に延出するスリット３４が形成してある。

上記の弾性変形部１４は、空油圧変換部２０により空気圧から変換した油圧が油圧空間３１に作用すると、スリット３３，３４を介して当該弾性変形部１４が弾性変形し、下側の移動部１４ａが図１中で左方向にシフトし、これによりボーリングバー１５とともに刃具１１及びフォームローラ１２を双方の配列方向に移動させる。

ここで、工具移動手段を構成する弾性変形部１４は、工具ホルダ４の回転軸をシリンダボアＢの中心軸に一致させた状態において、空気圧が作用していない初期状態では、図３に示すように、刃具１１の先端部がシリンダボアＢの半径方向外側に位置し且つフォームローラ１２の先端部がシリンダボアＢの半径方向内側に位置する状態に刃具１１及びフォームローラ１２を保持する。

また、弾性変形部１４は、工具ホルダ４の回転軸をシリンダボアＢの中心軸に一致させた状態において、最大移動状態では、図６に示すように、フォームローラ１２の先端部がシリンダボアＢの半径方向外側に位置し且つ刃具１１の先端部がシリンダボアＢの半径方向内側に位置する状態に刃具１１及びフォームローラ１２を保持する。

さらに、初期状態から最大移動状態に至るまでの間は、空気圧の増減に伴って刃具１１及びフォームローラ１２が移動することとなり、所定の空気圧を維持することで、シリンダボアＢの内周面に対する刃具１１の切り込み量及びフォームローラ１２の押し付け量を任意に且つ精度良く設定することができ、中ぐり加工及び微細凹部の形成を高精度に行うことができる。

上記構成を備えた加工装置を用いて、シリンダボアＢの内周面に中ぐり加工及び微細凹部の形成を行うには、工具ホルダ４とシリンダブロックＷを互いに近接する方向に相対移動させる往路移動において、刃具１１によりシリンダボアＢの内周面に中ぐり加工を行い、その後、工具ホルダ１とシリンダブロックＷを互いに離間させる方向に相対移動させる復路移動において、フォームローラ１２によりシリンダボアＢの内周面に微細凹部を形成する。

すなわち、工具ホルダ４の回転軸をシリンダボアＢの中心軸に一致させた状態において、図３に示す初期状態から刃具１１及びフォームローラ１２を移動させて、図４に示すように、シリンダボアＢの内周面に対する刃具１１の切り込み量を設定し、この状態で工具ホルダ４を回転駆動すると共に、主軸ヘッド２を下降させることにより、シリンダボアＢの上端部から下端部にわたって刃具１１による中ぐり加工を行う。この間、フォームローラ１２は、シリンダボアＢの内周面から離間している。

次に、図５に示す如く中ぐり加工を終了した後には、空気圧をさらに増加させることで刃具１１及びフォームローラ１２を移動させて、シリンダボアＢの内周面に対するフォームローラ１２の押し付け量を設定し、主軸ヘッド２を上昇させることにより、図６に示すように、シリンダボアＢの下端部から上端部にわたってフォームローラ１２による微細凹部の形成を行う。

つまり、当該加工装置では、フォームローラ１２の外周部をシリンダボアＢの内周面に圧接させた状態にして工具ホルダ４を回転させることで、フォームローラ１２をシリンダボアＢの内周面に添って転動させ、同内周面に微細凹部を形成する。この間、刃具１１は、シリンダボアＢの内周面から離間している。

このとき、フォームローラ１２は、例えば、外周部が連続した円弧である場合には、シリンダボアＢの内周面に溝状の微細凹部を連続的に形成することができ、外周部に微細凹部形成用の凸部を所定間隔で有する場合には、シリンダボアＢの内周面にディンプル状の微細凹部を所定間隔で形成することができる。なお、フォームローラ１２は、その回転軸１３をシリンダボアＢの中心軸と平行な状態にし、転動しつつシリンダボアＢの中心軸に沿って移動することで、微細凹部を螺旋状に連続形成することができるが、中心軸に沿う移動を間欠的に行うことで、微細凹部を一列毎（一周毎）に形成することもでき、さらには、シリンダボアＢの中心軸に対して回転軸１３を僅かに傾斜させた状態にして移動させても、上記と同様に微細凹部を螺旋状に連続形成することができる。

上記の如く微細凹部の形成を終了した後には、より望ましい例として、空気圧を調整してシリンダボアＢの内周面に対する刃具１１の切り込み量を再度設定し、刃具１１により同内周面に仕上げの中ぐり加工を行う。これにより、フォームローラ１２で微細凹部を形成した際に発生する微細凹部周囲の盛上り部を除去し、高品質の内周面を得ることができる。

以上のように、上記実施例の加工装置及び加工方法は、シリンダブロックＷのシリンダボアＢの内周面に中ぐり加工と微細凹部を形成するに際し、一台の加工装置で中ぐり加工と微細凹部の形成を効率的に行うことができる。これにより、総加工時間の短縮及び生産性の向上を実現し、設備費を大幅に低減することができると共に、設備の占有床面積を縮小することができ、製造コストの低減を実現することができる。また、とくに、微細凹部の形成では、従来のような使い捨てのマスキングシートを用いずにフォームローラ１２による機械加工を行うことから、高精度の微細凹部を効率良く形成することができると共に、生産性のさらなる向上及び製造コストのさらなる低減を実現する。

さらに、当該加工装置は、工具移動手段が、工具ホルダ４の回転軸をシリンダボアＢの中心軸に一致させた状態において、初期状態では、刃具１１の先端部がシリンダボアＢの半径方向外側に位置し且つフォームローラ１２の先端部がシリンダボアＢの半径方向内側に位置する状態に刃具１１及びフォームローラ１２を保持し、最大移動状態では、フォームローラ１２の先端部がシリンダボアＢの半径方向外側に位置し且つ刃具１１の先端部がシリンダボアＢの半径方向内側に位置する状態に刃具１１及びフォームローラ１２を保持することから、空気圧を増減させるだけの簡単な制御で、刃具１１の切り込み量及びフォームローラ１２の押し付け量の両方を高精度に設定することができる。

図７は、本発明の加工装置の他の実施例を説明する図である。
図示の加工装置は、工具ホルダ４において、ボディ部４ｂに、刃具１１及びフォームローラ１２を移動させる工具移動手段の駆動源であるステッピングモータ４０を備えている。また、ボディ部４ｂには、その半径方向へのガイド機構（図示せず）を介してスライド４１が摺動自在に連結してあり、このスライド４１にボーリングバー１５が取り付けてある。

ステッピングモータ４０は、出力軸としてスクリューシャフト４２を備えている。これに対して、スライド４１には、スクリューシャフト４２ともにボールねじを構成するボール内蔵型のナット４３が設けてある。そして、主軸１と工具ホルダ４の間に介装した回転端子などを用いてステッピングモータ４０への通電を行うと、スクリューシャフト４２及びナット４３によってステッピングモータ４０の回転をスライド４１の直線運動に変換し、スライド４１及びボーリングバー１５とともに刃具１１及びフォームローラ１２を移動させる。

上記の加工装置は、先の実施例と同様に刃具１１及びフォームローラ１２を移動させて中ぐり加工及び微細凹部の形成を行うこととなり、先の実施例と同様の効果を得ることができるうえに、ステッピングモータ４０に入力する電気信号により刃具１１及びフォームローラ１２の位置制御が行えるので、例えば工具ホルダ４に受信器を設けて電気信号を無線で送信することも可能になり、加工装置の構造の簡素化などを図ることもできる。

なお、上記各実施例では、初期状態において刃具１１の先端部が円形穴の半径方向外側に位置し且つフォームローラ１２の先端部が円形穴の半径方向内側に位置するものとしたが、その逆に、初期状態においてフォームローラ１２の先端部が円形穴の半径方向外側に位置し且つ刃具１１の先端部が円形穴の半径方向内側に位置するものとしても良い。

図８〜図１３は、本発明の加工装置及び加工方法のさらに他の実施例を説明する図である。なお、加工装置全体の基本構成は図２に示すものと同様である。

この実施例の加工装置は、シリンダボア（円形穴）Ｂの内径、真円度及び円筒度を測定するための変位測定手段５０を設けた測定ヘッド５１と、微細凹部形成用のフォームローラ１２を保持して回転駆動される工具ホルダ５２と、フォームローラ１２とシリンダボアＢの内周面とを相対的に接近離間させる進退駆動手段５３を備えている。フォームローラ１２は、シリンダボアＢの直径よりも小さい直径を有するとともにシリンダボアＢの中心軸と平行な回転軸１３により回転自在に保持してある

測定ヘッド５１は、図２に基づいて説明した加工装置において、自動工具交換装置により主軸１に対して着脱が行われ、装着状態において主軸１とともに回転駆動される。この測定ヘッド５１は、図８に示すように、下方向に延出するアーム部５４の先端に変位測定手段５０を備えており、主軸１に装着した状態で変位測定手段５０を主軸１の同軸上に保持する。

この実施例の変位測定手段５０は、シリンダボアＢの内周面にレーザ光Ｌを照射する非接触式の変位測定手段（レーザ変位計）であり、反射光を受光して内周面までの距離を測定することにより、シリンダボア（円形穴）Ｂの内径、真円度及び円筒度を測定する。また、変位測定手段５０は、シリンダボアＢの測定基準となるマスターリング５５を備えている。このマスターリング５５は、測定に際して、図示しないフレーム類によりシリンダボアＢの同軸上に保持される。

工具ホルダ５２は、測定ヘッド５１と同様に、図２に基づいて説明した加工装置において、自動工具交換装置により主軸１に対して着脱が行われ、装着状態において主軸１とともに回転駆動される。

この工具ホルダ５２は、図９及び図１０に示すように、主軸１に装着する部位であるシャンク部５２ａと、その下側に連続するボディ部５２ｂを有しており、ボディ部５２ｂの下側にフォームローラ１２を備えていると共に、この実施例では、ボディ部５２ｂに、フォームローラ１２とシリンダボアＢの内周面とを相対的に接近離間させる進退駆動手段５３が内蔵してある。

フォームローラ１２は、先の実施例と同様に、材料がとくに限定されるものではなく、例えば、超硬、超硬以外の硬質金属やアルミナ及び窒化珪素等のセラミックスなどから成るものであり、回転軸１３により回転自在に保持してある。このとき、フォームローラ１２の回転軸１３は、工具ホルダ５２の回転軸と平行であると共に、工具ホルダ５２の回転軸に対して偏心した位置にあり、フォームローラ１２の先端部が工具ホルダ５２の側面よりも外側に突出するようにフォームローラ１２を保持している。

進退駆動手段５３は、駆動源であるモータ５６と、モータ５６の出力軸としてのスクリューシャフト５７と、スクリューシャフト５７とともにボールねじを構成するボール内蔵型のナット５８と、ナット５８に連結され且つ図示しないガイド機構により案内されるスライド５９を備えており、このスライド５９にフォームローラ１２の回転軸１３が連結してある。

上記の進退駆動手段５３は、主軸１と工具ホルダ５２の間に介装した回転端子などを化介してモータ５６に通電が成され、スクリューシャフト５７の回転運動をスライド５９の直線運動に変換して、フォームローラ１２を工具ホルダ５２の半径方向へ往復移動させ、これによりフォームローラ１２をシリンダボアＢの内周面に対して進退させる。

上記構成を備えた加工装置を用いて、シリンダボアＢの内周面に微細凹部を形成するに際しては、最初に、図１１のステップＳ１において、マスターリング５５の測定を行う。すなわち、主軸１に測定ヘッド５１を装着し、主軸１の中心とシリンダボアＢの中心を一致させると共に、変位測定手段５０をマスターリング５５の内側まで下降させた後、主軸１とともに測定ヘッド５１を回転させてマスターリング５５を測定する。

なお、主軸１には図示しないロータリエンコーダが取り付けてあり、ロータリエンコーダで主軸１の回転角を検出することにより、その検出値に基づいて測定開始位置及び位相を把握することができる。

次に、図１１のステップＳ２において、シリンダボアＢの内周面を測定し、続いて、図１１のステップＳ３において、シリンダボアＢの内周面形状（内径、真円度及び円筒度）を計算する。すなわち、変位測定手段５０をシリンダボアＢの内側まで下降させた後、主軸１とともに測定ヘッド５１を回転させてシリンダボアＢを測定する。

このとき、当該加工装置では、主軸１の回転と下降を同期させることにより、図１２に示すように螺旋状の軌跡に沿って内周面を測定し、シリンダボアＢの中心軸に直交する断面Ｐのデータから真円度を算出すると共に、シリンダボアＢの中心軸に平行な断面Ｑから円筒度を算出する。

そして、図１１のステップＳ４において、図１３に示す測定結果を用いて加工プログラムを作成する。図１３では、主軸１の中心とマスターリング５５の中心とが完全に一致している場合を示しており、これにより計測マスタ波形は一定である。一方、シリンダボアＢの測定結果は、その中心と主軸１の中心とのずれ又は円筒度の影響により、ワーク測定波形に変位が生じている。

そこで、この実施例では、図１３に示すように、形成しようとする微細凹部の深さに応じて、ワーク測定波形に対して各位相で変位量（ローラ押し込み量）が一定に異なる加工プログラムを作成し、図１１のステップＳ５において、微細凹部の加工を開始する。

すなわち、測定終了後、主軸１に装着していた測定ヘッド５１を工具ホルダ５２と交換し、主軸１の中心とシリンダボアＢの中心を一致させると共に、フォームローラ１２をシリンダボアＢの内側まで下降させた後、進退駆動手段５３によりフォームローラ１２を前進させてシリンダボアＢの内周面に圧接させる。このとき、当該加工装置では、先の加工プログラムで設定した変位量（ローラ押し込み量）が得られるまでフォームローラ１２を前進させる。

そして、主軸１を回転駆動することにより、フォームローラ１２をシリンダボアＢの内周面に沿って転動させ、さらに、主軸１の回転と下降を同期させることにより、シリンダボアＢの内周面における所定範囲に微細凹部を形成する。

この際、当該加工装置及び加工方法では、加工プログラムに基づいて進退駆動手段５３を制御しており、この実施例では、加工プログラムが、ワーク測定波形に対して各位相で変位量が一定に異なるものであるから、微細凹部の深さが均一になるように進退駆動手段５３の制御、つまりフォームローラ１２とシリンダボアＢの内周面との位置調整が行われる。これにより、全体にわたって深さが均一な微細凹部が形成される。

このように、上記実施例の加工装置及び加工方法では、ショットブラストを用いた従来の微細凹部形成に比べて、微細凹部の高精度化、生産性の向上及び製造コストの低減を実現するうえに、シリンダボアＢの前加工精度に影響されることなく、高精度の微細凹部を規則的なパターンで効率良く形成することができ、被加工物Ｗの材質、シリンダボア（円形穴）Ｂの直径、及び形成する微細凹部の深さなどが異なる場合にもきわめて容易に対処することができる。

また、変位測定手段５０として非接触式のもの（レーザ変位計）を採用したので、シリンダボアＢの内周面に対する物理的な影響が無く、軟質の材料の測定にも好適である。さらに、変位測定手段５０がマスターリング５５を備えているので、シリンダボアＢの真円度や円筒度だけでなく、その内径寸法の測定が可能になり、微細凹部の深さ制御のさらなる高精度化に貢献することができる。そしてさらに、進退駆動手段５３を工具ホルダ５２に内蔵したことから、構造が軽量で且つコンパクトになり、加工プログラムに応じて迅速に動作制御し得るものとなる。

図１４は、本発明の加工装置における測定ヘッドの他の実施例を説明する図である。図示の測定ヘッド５１は、シリンダボアＢの内周面に接触する接触子６０Ａを備えた接触式の変位測定手段６０を備えている。この実施例の場合も、先の実施例と同様の作用及び効果を得ることができ、とくに、変位測定手段６０を含む測定ヘッド１の構造の簡略化や低価格化を実現することができる。

図１５は、本発明の加工装置を用いた加工方法の他の実施例を説明する図である。この実施例では、ワーク測定波形に対して各位相で変位量（ローラ押し込み量）が変化する加工プログラムを作成して、微細凹部の加工を開始する。

すなわち、当該加工装置及び加工方法では、加工プログラムに基づいて進退駆動手段５３を制御し、この実施例では、加工プログラムが、ワーク測定波形に対して各位相で変位量が変化するものであるから、微細凹部の深さが位相に応じて変化するように進退駆動手段５３の制御、つまりフォームローラ１２とシリンダボアＢの内周面との位置調整が行われる。これにより、深さが部分的に変化した微細凹部が形成される。

そして、上記の加工方法によれば、シリンダボアＢの内周面において、油溜りとなる微細凹部の深さを部分的に変化させることによって、局部的な油膜をコントロールし、フリクション低減や焼き付き性の向上を図ることができる。

なお、本発明の加工装置及び加工方法は、その詳細が上記各実施例に限定されるものではなく、構成の細部を適宜変更することができると共に、シリンダボア以外の円形穴における微細凹部形成にも当然適用可能である。

また、図１〜図７に示した実施例に８〜図１５に示した実施例を適用し、円形穴の中ぐり加工と微細凹部の形成の前に、円形穴の測定又は円形穴及びマスタリングの測定を行うようにして、中ぐり加工及び微細凹部の形成のさらなる高精度化を図ることもできる。

本発明の加工装置の一実施例を説明する工具ホルダの断面図である。 加工装置の全体を説明する斜視図である。 工具ホルダの初期状態を説明する概略的な側面図である。 中ぐり加工開始時の状態を説明する概略的な側面図である。 中ぐり加工終了時の状態を説明する概略的な側面図である。 微細凹部を形成している状態を説明する概略的な側面図である。 本発明の加工装置の他の実施例を説明する工具ホルダの概略的な側面図である。 本発明の加工装置のさらに他の実施例において、測定ヘッドを説明する断面図である。 本発明の加工装置のさらに他の実施例において、工具ホルダを説明する断面図である。 図９に示す工具ホルダの内部を示す断面図である。 加工装置の動作を説明するフローチャートである。 変位測定手段による測定要領を説明するシリンダボアの内周面の展開図である。 変位測定手段による測定結果及び加工プログラムを示すグラフである。 本発明の加工装置における測定ヘッドの他の実施例を説明する断面図である。 変位測定手段による測定結果及び加工プログラムの他の例を示すグラフである。

符号の説明

Ｂ シリンダボア（円形穴）
Ｗ シリンダブロック（被加工物）
４ 工具ホルダ
１１ 刃具
１２ フォームローラ
１３ 回転軸
１４ 弾性変形部（工具移動手段）
４０ ステッピングモータ（工具移動手段）
５０ 変位測定手段
５１ 測定ヘッド
５２ 工具ホルダ
５３ 進退駆動手段
５５ マスターリング
６０ 変位測定手段
６０Ａ 接触子

Claims (14)

1. 被加工物における円形穴の内周面に、中ぐり加工と微細凹部を形成する加工装置であって、回転駆動される工具ホルダに、中ぐり加工用の刃具と微細凹部形成用のフォームローラを備え、フォームローラは、円形穴の直径よりも小さい直径を有するとともに円形穴の中心軸と平行な回転軸により回転自在に保持してあることを特徴とする円形穴の加工装置。
2. 工具ホルダの直径方向において、刃具及びフォームローラを互いに相反する向きに配置すると共に、刃具及びフォームローラを双方の配列方向に移動させる工具移動手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の円形穴の加工装置。
3. 工具移動手段が、工具ホルダ本体に対して刃具及びフォームローラを保持し且つ双方の配列方向に付与した圧力により同配列方向に変形する弾性変形部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の円形穴の加工装置。
4. 工具移動手段が、刃具及びフォームローラを移動させる駆動源としてステッピングモータを備えていることを特徴とする請求項２に記載の円形穴の加工装置。
5. 工具移動手段は、工具ホルダの回転軸を円形穴の中心軸に一致させた状態において、初期状態では、刃具及びフォームローラのいずれか一方の先端部が円形穴の半径方向外側に位置し且つ他方の先端部が円形穴の半径方向内側に位置する状態に刃具及びフォームローラを保持すると共に、最大移動状態では、一方の先端部が円形穴の半径方向内側に位置し且つ他方の先端部が円形穴の半径方向外側に位置する状態に刃具及びフォームローラを保持する手段であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の円形穴の加工装置。
6. 被加工物における円形穴の内周面に微細凹部を形成する加工装置であって、円形穴の内径、真円度及び円筒度を測定するための変位測定手段を設けた測定ヘッドと、微細凹部形成用のフォームローラを保持して回転駆動される工具ホルダと、フォームローラと円形穴の内周面とを相対的に接近離間させる進退駆動手段を備え、フォームローラは、円形穴の直径よりも小さい直径を有するとともに円形穴の中心軸と平行な回転軸により回転自在に保持してあることを特徴とする円形穴の加工装置。
7. 変位測定手段が、円形穴の内周面に接触する接触子を備えた接触式の変位測定手段であることを特徴とする請求項６に記載の円形穴の加工装置。
8. 変位測定手段が、円形穴の内周面にレーザ光を照射する非接触式の変位測定手段であることを特徴とする請求項６に記載の円形穴の加工装置。
9. 変位測定手段が、円形穴の測定基準となるマスターリングを備えていることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の円形穴の加工装置。
10. 進退駆動手段が、工具ホルダに内蔵してあることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の円形穴の加工装置。
11. 請求項１〜５のいずれかに記載の円形穴の加工装置を用いて、被加工物における円形穴の内周面に、中ぐり加工と微細凹部を形成するに際し、工具ホルダと被加工物を互いに近接する方向に相対移動させる往路移動において、刃具により円形穴の内周面に中ぐり加工を行い、その後、工具ホルダと被加工物を互いに離間させる方向に相対移動させる復路移動において、フォームローラにより円形穴の内周面に微細凹部を形成することを特徴とする円形穴の加工方法。
12. フォームローラによる微細凹部の形成後、工具ホルダと被加工物を相対的に移動させると共に、刃具により円形穴の内周面に仕上げ中ぐり加工を行うことを特徴とする請求項１１に記載の円形穴の加工方法。
13. 請求項８〜１２のいずれかに記載の円形穴の加工装置を用いて、被加工物における円形穴の内周面に微細凹部を形成するに際し、変位測定手段により円形穴の測定を行った後、フォームローラにより円形穴の内周面に微細凹部を形成し、この際、変位測定手段による測定結果に基づいて、微細凹部の深さが均一になるように進退駆動手段を制御することを特徴とする円形穴の加工方法。
14. 請求項８〜１２のいずれかに記載の円形穴の加工装置を用いて、被加工物における円形穴の内周面に微細凹部を形成するに際し、変位測定手段により円形穴の測定を行った後、フォームローラにより円形穴の内周面に微細凹部を形成し、この際、変位測定手段による測定結果に基づいて、微細凹部の深さが変化するように進退駆動手段を制御することを特徴とする円形穴の加工方法。

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