JP2006159259A

JP2006159259A - マイクロフォーミング加工装置、マイクロフォーミング加工方法、エンジンのシリンダ内面の加工方法、およびエンジンのシリンダ

Info

Publication number: JP2006159259A
Application number: JP2004355376A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Uehara; 義貴上原; Minoru Ota; 稔太田; Kazuhiko Takashima; 和彦高嶋; Tatsuomi Nakayama; 達臣中山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】円筒状を呈する被加工物の内面に凹凸を加工するにあたって、加工時間を短縮することが可能なマイクロフォーミング加工装置およびマイクロフォーミング加工方法と、それらを適用したエンジンのシリンダ内面の加工方法と、当該エンジンのシリンダの内面の加工方法によって加工されたエンジンのシリンダを提供する。
【解決手段】円筒状を呈する被加工物１の内部に、円筒状を呈し、外側表面の少なくとも一部に被加工物１よりも高硬度な凸部９が形成される弾性体５が挿入され、さらに弾性体５の内部に成形部材３が挿入されて、成形部材３が弾性体５の内面を押し付けるように移動することによって、凸部９が被加工物１の内面に押し付けられて、被加工物１の内面に凹凸が加工される。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロフォーミング加工装置、マイクロフォーミング加工方法、エンジンのシリンダ内面の加工方法、およびエンジンのシリンダに関する。詳しくは、円筒状を呈する被加工物の内面に凹凸を加工するマイクロフォーミング加工装置およびマイクロフォーミング加工方法と、それらを適用したエンジンのシリンダ内面の加工方法と、当該エンジンのシリンダ内面の加工方法によって加工されたエンジンのシリンダに関する。

従来より、シリンダなど円筒状を呈する被加工物の内面に凹凸を加工する技術として、被加工物の内面に、マスクを貼り付けた後、ブラスト処理することで、被加工物の内面に凹凸を加工するものがある（特許文献１）。しかし、この加工方法において、マスク取り付け、ブラスト加工、マスク取り外し、洗浄など多くの工程を必要とするため、加工時間に長い時間を要する。
特開２００２−３０７３１０号公報

そこで本発明の目的は、円筒状を呈する被加工物の内面に凹凸を加工するにあたって、加工時間を短縮することが可能なマイクロフォーミング加工装置およびマイクロフォーミング加工方法と、それらを適用したエンジンのシリンダ内面の加工方法と、当該エンジンのシリンダの内面の加工方法によって加工されたエンジンのシリンダを提供する。

本発明の目的は、下記の手段により達成される。

（１）円筒状を呈する被加工物の内面に、凹凸を加工する装置であって、前記被加工物を支持する被加工物支持部と、外径が前記被加工物の内径よりも小さく、外側表面の少なくとも一部に被加工物よりも高硬度な凸部が形成され、円筒状を呈する弾性体と、前記弾性体を前記被加工物の内部に挿入した状態で保持できる弾性体保持部と、前記弾性体の内部に挿入可能な形状を呈する成形部材と、前記成形部材を前記弾性体の内部に挿入した状態で保持でき、かつ前記成形部材を、前記成形部材が前記弾性体の内面を押し付けるように移動させることが可能な成形部材保持部とを有し、前記弾性体が前記被加工物の内部に挿入され、かつ前記成形部材が前記弾性体の内部に挿入された状態において、前記成形部材が前記成形部材保持部によって前記弾性体の内面を押し付けるように移動させられることによって、前記凸部が前記被加工物の内面に押し付けられて、前記被加工物の内面に凹凸が加工されることを特徴とするマイクロフォーミング加工装置。

（２）前記成形部材保持部は、前記成形部材が前記弾性体の内面を押し付ける押し付け量が部分的に異なるように、前記成形部材を移動させることが可能であり、前記弾性体が前記被加工物の内部に挿入され、かつ前記成形部材が前記弾性体の内部に挿入された状態において、前記成形部材保持部によって前記成形部材が前記弾性体の内面を押し付ける押し付け量が部分的に異なるように移動させられることによって、前記凸部が前記被加工物の内面を部分的に異なる圧力で押し付けられて、前記被加工物の内面に異なる深さの凹凸が加工されることを特徴とする（１）に記載のマイクロフォーミング加工装置。

（３）前記成形部材保持部と前記弾性体保持部とは同軸上に配置されたことを特徴とする（１）または（２）に記載のマイクロフォーミング加工装置。

（４）前記成形部材保持部が前記成形部材を移動させることに関して数値制御可能であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置。

（５）前記成形部材保持部が前記成形部材を少なくとも前記被加工物の軸方向に移動させることに関して数値制御可能であることを特徴とする（４）に記載のマイクロフォーミング加工装置。

（６）前記成形部材保持部が前記成形部材を少なくとも前記被加工物の軸方向に対して垂直な平面において直交する２つの軸方向に移動させることに関して数値制御可能であることを特徴とする（４）に記載のマイクロフォーミング加工装置。

（７）前記成形部材保持部が前記成形部材を少なくとも前記被加工物の内部の円周方向に移動させることに関して数値制御可能であることを特徴とする（４）に記載のマイクロフォーミング加工装置。

（８）前記成形部材は、周方向に回転可能な軸部と、前記軸部に取り付けられる円盤状の部材と、を有することを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置。

（９）前記成形部材は、任意の方向に回転可能な球状の部材であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置。

（１０）前記成形部材は、それぞれ形状の異なる２つ以上の突起物を有し、前記突起物のいずれか１つが前記弾性体の内面を押し付けることを特徴とする（１）〜（８）のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置。

（１１）前記成形部材の外径は、前記弾性体の内径よりも大きく、かつ軸方向において部分的に変化することを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置。

（１２）前記成形部材を２つ有し、前記２つの成形部材が前記弾性体の軸方向の両側から前記弾性体の内部に挿入されることを特徴とする（１１）に記載のマイクロフォーミング加工装置。

（１３）前記弾性体が前記被加工物の内部に挿入された状態において、前記弾性体と前記被加工物の内面との間に挿入され得る形状を呈し、前記凸部よりも高硬度である治具と、
前記治具を前記弾性体と前記被加工物の内面との間に挿入した状態で保持できる治具保持装置とをさらに有することを特徴とする（１）〜（１２）のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置。

（１４）前記被加工物の内面に対して外径側から圧力を付加できる加圧部をさらに有することを特徴とする（１）〜（１３）のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置。

（１５）（４）〜（６）のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置を用いたマイクロフォーミング加工方法であって、
前記押し付け量を、少なくとも前記被加工物の円周方向に変化させることを特徴とするマイクロフォーミング加工方法・
（１６）（４）〜（６）のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置を用いるマイクロフォーミング加工方法であって、
前記押し付け量を、少なくとも前記被加工物の軸方向に変化させることを特徴とするマイクロフォーミング加工方法。

（１７）（１０）に記載のマイクロフォーミング加工装置を用いるマイクロフォーミング加工方法であって、前記弾性体の内面に押し付ける突起物を、当該突起物が押し付ける弾性体の内面における部位に応じて、変更することを特徴とするマイクロフォーミング加工方法。

（１８）（１）〜（１４）のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置を用いて被加工物であるエンジンのシリンダの内面を加工することを特徴とするエンジンのシリンダ内面の加工方法。

（１９）（１５）〜（１７）のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工方法を適用して被加工物であるエンジンのシリンダの内面を加工することを特徴とするエンジンのシリンダ内面の加工方法。

（２０）前記弾性体の外側表面に形成される凸部を、部位ごとに異なる形状で形成して、エンジンのシリンダの内面を加工することを特徴とする（１９）に記載のエンジンのシリンダ内面の加工方法。

（２１）（１４）に記載のマイクロフォーミング加工装置を用いて被加工物であるエンジンのシリンダ内面を加工するシリンダ内面の加工方法であって、前記加圧部は、前記シリンダの外周部に配置された冷却溝部内部に挿入される膨張性部材に圧力を付加することが可能であり、前記成形部材が前記弾性体の内面を押し付けると同時に、前記シリンダ内面が前記弾性体によって押圧される圧力と同等の圧力を、前記膨張性部材を膨張させることにより前記冷却溝部の内面に加圧することを特徴とするエンジンのシリンダ内面の加工方法。

（２２）（１４）に記載のマイクロフォーミング加工装置を用いて被加工物であるエンジンのシリンダ内面を加工するシリンダ内面の加工方法であって、前記加圧部は、前記シリンダの外周部に配置された冷却溝部に流体を圧入させる機構であり、前記成形部材が前記弾性体の内面を押し付けると同時に、前記シリンダ内面が前記弾性体によって押圧される圧力と同等の圧力を、前記流体を前記冷却用溝部に圧入することによって前記冷却用溝部の内面に加圧することを特徴とするエンジンのシリンダ内面の加工方法
（２３）（１８）〜（２２）のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダ内面の加工方法が適用されることによって、エンジンのシリンダ内面において、ピストンの上死点及び下死点の近傍と、その間の中央部とで、深さの異なる凹凸が形成されたことを特徴とするエンジンのシリンダ。

（２４）（１８）〜（２２）のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダ内面の加工方法が適用されることによって、エンジンのシリンダ内面において、ピストンのスカート部が当接する部位とそれ以外の部位とで、深さの異なる凹凸が形成されたことを特徴とするエンジンのシリンダ。

（２５）（１８）〜（２２）のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダ内面の加工方法が適用されることによって、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとを締結する部位からシリンダ内面までの最短距離に比例した深さの凹凸が形成されたことを特徴とするエンジンのシリンダ。

本発明によれば、円筒状を呈する被加工物の内部に、円筒状を呈し、外側表面の少なくとも一部に被加工物よりも高硬度な凸部が形成される弾性体が挿入され、さらに前記弾性体の内部に成形部材が挿入されて、前記成形部材が前記弾性体の内面を押し付けるように移動することによって、前期凸部が前記被加工物の内面に押し付けられて、前記被加工物の内面に凹凸が加工される。これにより、時間を要する工程を必要とせずに、短時間で被加工物の内面に凹凸を加工することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１から図９を用いて、本発明の第１の実施形態におけるマイクロフォーミング装置を説明する。

図１は、第１の実施形態におけるマイクロフォーミング加工装置１００の概略断面図である。第１の実施形態におけるマイクロフォーミング装置１００は、図に示す奥行き方向に移動可能とされ、略円筒形を呈する被加工物１を支持する被加工物支持部２と、ゴム系の材料または高分子材料などの材料によって形成され、外径が被加工物１の内部の径よりも小さく、円筒状を呈する弾性体５と、弾性体５の外側表面の少なくとも一部に設けられる凸部９と、鉛直方向に移動可能とされ、弾性体５を被加工物１の内部に挿入した状態で保持できる弾性体保持部６と、弾性体５の内部に挿入可能な形状を呈する成形部材３と、鉛直方向に移動可能とされ、成形部材３を弾性体５の内部に挿入した状態で回転可能に保持でき、かつ成形部材３を、成形部材３が弾性体５の内面を押し付けるように移動させることが可能な成形部材保持部４と、弾性体５が被加工物１の内部に挿入された状態において、弾性体５と被加工物１の内面との間に挿入され得る形状を呈する治具７と、治具７を被加工物１の内部に挿入した状態で保持できる治具保持装置８とを有する。成形部材３は、周方向に回転可能な軸部３ａと、軸部３ａに取り付けられる円盤状の円盤状の部材３ｂとから構成されている。また、成形部材保持部４と弾性体保持部６とは同軸上に配置されている。

図２は、弾性体５の外側表面の一部に形成された凸部を示す斜視図である。弾性体５の外側表面の一部において被加工物１より高硬度なダイヤモンドや超硬合金などの材料により形成された凸部９が形成されている。なお、凸部９は弾性体５の外側表面における全面に形成されてもよい。さらに、治具７は、凸部９の硬度と同等または凸部９より高硬度な材料によって形成される。

次に、第１の実施形態におけるマイクロフォーミング装置１００における加工工程について説明する。
まず、被加工物支持部２は、成形部材３の直下に被加工物１の内部が位置するように、被加工物１を移動させる。続いて、弾性体保持部６は、弾性体５を被加工物１の内部に挿入して、挿入した状態で弾性体５を保持する。続いて、成形部材保持部４は、成形部材３を弾性体５の内部に挿入する。

図３は、弾性体５の内部に挿入された成形部材３が、弾性体５の内部を移動する状態を示す断面図である。被加工物１の内部に弾性体５が挿入され、さらに弾性体５の内部に成形部材３が挿入された状態において、凸部９は、被加工物１の内面と対面するように配置されている。この状態から、成形部材保持部４は、成形部材３が弾性体５の内部における所定の位置に配置されるように、成形部材３を移動する。続いて、成形部材保持部４は、成形部材３の円盤状の部材３ｂが弾性体５の内面を所定の押し付け量（凸部９の先端が、被加工物１の内面に接触してから被加工物１の外径側に移動する量）で押し付けるように、成形部材３を移動させる。これに伴い、成形部材３の円盤状の部材３ｂが押し付けられている部位において、弾性体５は凸部９を均一な圧力で被加工物１の内面に押し付けて、凸部９が被加工物１の内面よりも高硬度であるために、凸部９の形状が被加工物１の内面に転写されて被加工物１の内面に凹凸が形成される。このように、凸部９の形状が転写されて被加工物１の凹凸が形成されることから、弾性体５の外周面に配置される凸部９の形状を変化させることによって、被加工物１の内面に所望の断面形状を呈する凹凸を形成することができる。図４は、成形部材３が弾性体５を押し付ける押し付け量と被加工物の内面に加工される凹凸の加工深さの相関を示す図である。凹凸の加工深さは、成形部材３が弾性体５の内面を押し付ける押し付け量に比例して増加するが、加工される凹凸の加工深さは、前記押し付け量よりも小さくなる。これにより、前記押し付け量を調整することによって、凹凸の加工深さを制御することが可能である。これに基づき、例えば、図３に示すように、成形部材保持部４は、成形部材３が弾性体５を押し付ける押し付け量を調整しながら、成形部材３を被加物１の軸方向または前記軸方向に対して垂直な方向に移動させることによって、被加工物１の内面において軸方向に様々な深さを有する凹凸が形成される。また、成形部材３が弾性体５の内面を押し付けるにあたって、円盤状の部材３ｂが弾性体５の内面を押し付けるために、成形部材３と弾性体５との摩擦を低減でき、弾性体５の内面へのダメージを軽減できる。

また、本実施形態において、被加工物１の内面において部分的に凹凸を加工しないことも可能である。以下に図５を用いて説明する。図５は、弾性体５の外側表面と被加工物１の内面との間に治具７が挿入された状態を示す断面図である。弾性体５と被加工物１の内面との間に凸部９よりも高硬度である治具７を挿入した後に、成形部材３が弾性体５の内面を押し付けることによって、治具７が位置する範囲内において、凸部９は被加工物１の内面を押し付けることが防止される。これにより、被加工物１の内面に部分的に凹凸を加工しないことが可能となる。なお、被加工物１の内部に挿入する順序は、弾性体５が先でも治具７が先であってもよい。

また、成形部材３の内部に挿入された成形部材３が移動する経路は、上記に限られない。図６は、弾性体５の内部に挿入された成形部材３が、弾性体５の内部を図３とは異なる経路で移動する状態を示す断面図である。成形部材保持部４は、円盤状の部材３ｂが弾性体５の内面を押し付けながら、成形部材３が弾性体５の軸心を中心に周方向に回転するように、成形部材３を移動させる。これにより、被加工物１の内面において周方向に均一な深さを有する凹凸が加工される。

また、成形部材保持部４が成形部材３を移動させることについて数値制御を行うことが可能とされる。この場合、本実施形態におけるマイクロフォーミング装置１００は数値制御を行なうための図示しない外部装置と接続され、あるいは当該数値制御を行なうための図示しない数値制御部が本実施形態におけるマイクロフォーミング装置１００に設けられる。また、数値制御される成形部材３の移動方向は、あらゆる方向に設定することが可能とされ、例えば、成形部材３が任意の方向に移動することについて数値制御を行うこととした場合には、被加工物１の内面における任意の部位に、任意の深さの凹凸を加工できる。また、成形部材３が少なくとも被加工物１の軸方向に移動することについて数値制御を行うこととした場合には、被加工物１の内面において軸方向に深さの異なる凹凸を加工できる。また、成形部材３が少なくとも被加工物１の軸方向に対して垂直な平面において直交する２つの軸方向に移動させることについて数値制御を行なうこととした場合には、被加工物１の内面において円周方向に深さの異なる凹凸を加工できる。また、成形部材３が少なくとも被加工物１の内部の円周方向に移動させることを数値制御を行なうこととした場合には、被加工物１の内面の円周方向における任意の位置において、成形部材３は弾性体５の内面へ押し付けを行うことが可能となる。また、上記の数値制御を行なうとともに、成形部材３が弾性体５の内面を押し付ける押し付け量を被加工物１の円周方向に変更しながら、加工を行なうことによって、被加工物１の内面において円周方向に深さの異なる凹凸を加工することが可能である。

また、本実施形態において、マイクロフォーミング装置１００に設けられる成形部材は上記に限られない。例えば、図７に示すように、任意の方向に回転可能な球状を呈する成形部材１０を設けることとしても良い。これにより、成形部材１０による押付け時に成形部材と弾性体５との摩擦を低減でき、弾性体５の内面へのダメージを軽減できる。

また、被加工物１の内面に所定の深さ分布を有する凹凸が加工されることが所望される場合には、図８に示すように、被加工物１の軸方向における全長以上の長さを有し、前記深さ分布に対応する表面形状を呈する成形部材１１を設けることとしても良い。この成形部材１１が被加工物１の全面にわたって円周方向に押し付けられることによって、被加工物１の内面に所望の深さ分布を有する凹凸を短時間で加工することが可能となる。

また、図９に示すように、それぞれ形状の異なる２つ以上の突起物１２ａ，１２ｂ，１２ｃを有する成形部材１２を設け、突起物１２ａ，１２ｂ，１２ｃのいずれか１つが弾性体５の内面を押し付けることとしてもよい。この場合、弾性体５の内面を押し付ける突起物を、当該突起物が押し付ける弾性体５の内面における部位に応じて、変更することによって、成形部材１２が弾性体５を押し付ける面積を変化させることが可能となる。

次に、図１０から１２を用いて、本発明の第２の実施形態におけるマイクロフォーミング装置１０１について説明する。なお、第１の実施形態と共通する箇所については、同一の名称および符号を用いる。また、第１の実施形態におけるマイクロフォーミング装置１００と、構成について共通するところは説明を省略し、相違する点について説明を行う。

図１０は、第２の実施形態におけるマイクロフォーミング加工装置１０１の概要断面図である。第２の実施形態におけるマイクロフォーミング装置１０１において、成形部材として、成形部材１３と成形部材１４と、マイクロフォーミング装置１０１の下方に配置され、鉛直方向に移動可能であり、被加工物１の内部に成形部材１４を挿入した状態で保持できる成形部材保持部１５とを有している。成形部材１３および成形部材１４の外径は、弾性体５の内径よりもわずかに大きく、かつ軸方向において部分的に変化しており、成形部材１３の先端部近傍の部分１３ａにおける外径は、成形部材保持部４近傍の部分１３ｂにおける外径よりも小さいものとされる。また、成形部材１４についても同様に、成形部材１４の先端部近傍の部分１４ａにおける外径は、成形部材保持部１５近傍の部分１４ｂにおける外径よりも小さいものとされる。なお、成形部材１３と１４とは、外径が弾性体５の内径よりもわずかに大きな部材であれば、それぞれの外径は異なっていてもよい。また、成形部材１３，１４、および弾性体５の軸心は、同軸上に配置されている。

次に、第２の実施形態におけるマイクロフォーミング装置１０１における加工工程について説明する。本実施形態において、被加工物１の内面に凹凸を加工するにあたって、成形部材１３と成形部材１４とのいずれか一方を弾性体５の内部に挿入して行うことも可能であり、両方を弾性体５の内部に挿入して行うことも可能である。

はじめに、成形部材１３を弾性体５の内部に挿入して加工を行う加工工程について述べる。

被加工物支持部２は、成形部材１３、被加工物１、および弾性体５の軸心が一致するように、被加工物１を移動させる。そして、弾性体保持部６は、弾性体５を被加工物１の内部に挿入して、挿入した状態で弾性体５を保持する。続いて、成形部材保持部４は成形部材１３を弾性体５の内部に弾性体５の上方から挿入する。

図１１は、第２の実施形態における成形部材１３が弾性体５の内部に挿入された状態を示す断面図である。成形部材１３は、弾性体５の内径よりも、わずかに大きな部材であるため、弾性体５の内部に成形部材１３が挿入されると、成形部材１３が挿入された部位において、弾性体５は外周方向に拡径され、弾性体５の外周面に配置された凸部９が被加工物１の内面に押し付けられて、当該内面に凹凸が加工される。この状態において、成形部材１３の外径が部分的に変化しているので、弾性体５を押し付ける押し付け量は部分的に異なり、被加工物１の内面に深さの異なる凹凸が加工される。この時の成形部材１３が弾性体５を押し付ける押し付け量と、被加工物１の内面に加工される凹凸の深さとの関係は、図４に示す関係と同様であるので、第２の実施形態において、成形部材１３の外径を変更することによって、被加工物１の内面に所望の深さを有する凹凸を加工できる。また、成形部材１３が弾性体５の内部に挿入されると同時に、被加工物１の内面が全面にわたって凹凸が加工されるので、短時間で深さの異なる凹凸の加工が可能とされる。

次に、成形部材１３に変えて、成形部材１４を弾性体５の内部に挿入して加工を行う場合の加工工程について説明するが、加工における作用効果は、成形部材１３を弾性体５の内部に挿入したときと同様であるので説明を省略する。被加工物支持部２は、成形部材１４、被加工物１、および弾性体５の軸心が一致するように、被加工物１を移動させる。そして、弾性体保持部６は、弾性体５を被加工物１の内部に挿入し、挿入した状態で弾性体５を保持する。続いて、成形部材保持部１５は成形部材１４を弾性体５の内部に弾性体５の下方から挿入する。

次に、弾性体の内部に、成形部材１３と成形部材１４とを挿入して加工を行う場合の加工工程について説明する。

被加工物支持部２は、成形部材１３、成形部材１４、被加工物１、および弾性体５の軸心が一致するように、被加工物１を移動させる。そして、弾性体保持部６は、弾性体５を被加工物１の内部に挿入して、挿入した状態で弾性体５を保持する。続いて、成形部材保持部４は成形部材１３を弾性体５の内部に弾性体５の上方から挿入し、これと同時に、成形部材保持部１５は、成形部材１４を弾性体５の内部に弾性体５の下方から挿入する。

図１２は、第２の実施形態における２つの成形部材１３，１４が弾性体５の内部に挿入された状態を示す断面図である。成形部材１３と成形部材１４とは、被加工物１の軸方向における中間位置において端面同士が突き合わせるようにして、弾性体５の内部に挿入されている。このように成形部材１３と成形部材１４とが弾性体５の内部に挿入されることによって、被加工物１の内面において、軸方向における中間部近傍位置１ａに、軸方向における端部近傍位置１ｂよりも、深さの浅い凹凸を加工することが可能となる。なお、図１２において、成形部材１３と成形部材１４とは線対称な形状を呈しているが、成形部材１３および成形部材１４外径が弾性体５の内径よりもわずかに大きな大きさであれば、成形部材１３と成形部材１４とは、非線対称な形状であってもかまわない。

また、上述した第１および第２の実施形態におけるマイクロフォーミング加工装置１００，１０１およびマイクロフォーミング加工方法は、エンジンのシリンダ内面に深さの異なる凹凸を形成するために適用することができる。これにより、シリンダの内面に深さの異なる凹凸が形成され、当該凹凸が潤滑油溜りとなってエンジンの摩擦損失を低減することができる。

また、上記のシリンダの内面に凹凸を加工するにあたって、弾性体５の外側表面に設けられる凸部を部位ごとに異なる形状で形成した上で、エンジンのシリンダの内面を加工することによって、シリンダの内面の各部位において摺動特性に合わせた凹凸を形成できるので、シリンダの摺動性能を向上させることができる。

次に、図１３から１８を用いて、本発明の第３の実施形態におけるマイクロフォーミング加工装置１０２を説明する。なお、第１の実施形態と共通する箇所については、同一の名称および符号を用いる。また、第１の実施形態におけるマイクロフォーミング装置１００と、構成について共通するところは説明を省略し、相違する点について説明を行う。

図１３は、第３の実施形態におけるマイクロフォーミング装置１０２の概略断面図である。本実施形態における被加工物は、円筒状を呈するエンジンのシリンダ１Ａとされる。シリンダ１Ａの外周部には、後述する図１４および１５に示すように、冷却用溝部１９が設けられている。

第３の実施形態におけるマイクロフォーミング装置１０２は、第１の実施形態におけるマイクロフォーミング装置１００の構成から、さらに、ゴム系または高分子材料等の材料により形成された複数の袋状を呈する変形防止治具１６（膨張性部材）と、鉛直方向に移動可能であり、変形防止治具１６を冷却用溝部１９に挿入した状態で保持できる変形防止治具保持部１７と、変形防止治具１６の内部に流体を圧入する図示しない圧力発生部とを有する。また、図示しない圧力発生部で発生した圧力を空気あるいは油などの流体を介して圧力が変形防止治具１６に伝わるように、図示しない圧力発生部から変形防止治具１６の内部まで、配管１８が接続されている。

次に、第３の実施形態におけるマイクロフォーミング装置１０２における加工工程について説明する。

まず、被加工物支持部２が、成形部材２０、シリンダ１Ａ、および弾性体５の軸心が一致するように、シリンダ１Ａを移動させた後、弾性体５がシリンダ１Ａの内部に挿入され、続いて、成形部材２０が弾性体５の内部に挿入される。また、変形防止治具保持部１７は、変形防止治具１６を冷却用溝部１９内に挿入し、挿入した状態で変形防止治具１６を保持する。

図１４は、第３の実施形態において、被加工物であるシリンダ１Ａの内面が加工されるときの状態を示す断面図である。

成形部材２０は、弾性体５の内部に挿入された後に、第１の実施形態および第２の実施形態と同様に、成形部材２０が弾性体５の内面を押し付けるが、この押し付けと同時に、図示しない圧力発生部は、成形部材２０が弾性体５の内面を押し付ける位置に対応する変形防止治具１６の部位に、シリンダ１Ａの内面が弾性体５によって押圧される圧力と同等の圧力を、流体を圧入することによって付加する。このとき図示しない圧力発生部によって付加される圧力は、成形部材２０の押し付け量と押し付け面積とによって決定される。これにより、シリンダ１Ａの内面が弾性体５によって内径側から押圧される圧力と、当該内面へ変形防止治具１６を介して外径側から伝達される圧力とが釣り合うことによって、シリンダ１Ａの内面の変形が生じることなく、シリンダ１Ａの内面に凹凸の加工ができるため、高精度な加工を行うことが可能となる。

なお、上述したシリンダ１Ａの内面へ外径側から圧力を伝達するための構成は、上記に限られない。以下に、図１５を用いて説明する。

図１５は、第３の実施形態において、被加工物であるシリンダ１Ａの内面が加工されるときの状態を示す図１４とは他態様の断面図である。シリンダ１Ａの内面へ外径側から圧力を伝達するにあたって、図示しない圧力発生部と接続される配管１８Ａを冷却用溝部１９内に挿入した上で、冷却用溝部１９を密閉し、図示しない圧力発生部から圧力を付加することとしてもよい。これにより、上記と同様に、シリンダ１Ａの内面の変形を抑えながら、凹凸の加工を行うことができ、高精度な加工が可能となる。

また、第１、第２または第３の実施形態において述べた加工方法をエンジンのシリンダ内面の加工に適用して、エンジンのシリンダの内面に凹凸を形成することによって、エンジンのシリンダとピストン間の摩擦を低減や焼きつき防止の効果や、組付け時のシリンダの変形を考慮した凹凸の深さ分布を得ることができる。以下に、図１６〜１８を用いて具体的に説明する。

例えば、第１、第２、または第３の実施形態において述べた加工方法がエンジンのシリンダ内面の加工に適用されることによって、図１６に示すように、エンジンのシリンダ１Ｂ内面において、ピストン２００の上死点の近傍１Ｂａ及び下死点の近傍１Ｂｂに、その間の中央部１Ｂｃよりも深さの深い凹凸を形成することができる。これにより、シリンダの内面において、油膜厚さが薄い部位であるピストン２００の上死点の近傍１Ｂａ及び下死点の近傍１Ｂｂに、深さの深い凹凸が形成されるので、厳しい摺動条件においても焼付きを防止できる。

また、第１および第２の実施形態において述べた加工方法がエンジンのシリンダ内面の加工に適用されることによって、図１７に示すように、エンジンのシリンダ１Ｃ内面において、ピストン２００のスカート部が当接する部位１Ｃａと、それ以外の部位１Ｃｂとで、深さの異なる凹凸を形成することが可能となる。これにより、ピストンスカートとシリンダ１Ｃの直接接触を低減することができる。図に示す例においては、ピストン２００のスカート部が当接する部位１Ｃａに、それ以外の部位１Ｃｂよりも、深さの深い凹凸を形成している。

さらに、第１および第２の実施形態において述べた加工方法がエンジンのシリンダ内面の加工に適用されることによって、図１８に示すように、エンジンのシリンダ１Ｄの内面において、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとを締結する部位３００からシリンダ１Ｄの内面までの最短距離（例えば、シリンダにおける内面位置１Ｄ１と内面位置１Ｄ１から最も近接する締結部位３００Ａまでの直線距離ｄ１）に比例した深さの凹凸を形成することが可能となる。これにより、シリンダヘッド取付け時のシリンダの変形による偏磨耗の影響を低減することができる。

第１の実施形態におけるマイクロフォーミング加工装置の概略断面図である。弾性体の外側表面の一部を示す斜視図である。弾性体の内部に挿入された成形部材が、弾性体の内部を移動する状態を示す断面図である。成形部材が弾性体を押し付ける押し付け量と被加工物の内面に加工される凹凸の加工深さの相関を示す図である。弾性体の外側表面と被加工物の内面との間に治具が挿入された状態を示す断面図である。弾性体の内部に挿入された成形部材が、弾性体の内部を図３とは異なる経路で移動する状態を示す断面図である。他態様の成形部材が弾性体の内部に挿入された状態を示す断面図である。他態様の成形部材が弾性体の内部に挿入された状態を示す断面図である。他態様の成形部材が弾性体の内部に挿入された状態を示す断面図である。第２の実施形態におけるマイクロフォーミング加工装置の概要断面図である。第２の実施形態における成形部材が弾性体の内部に挿入された状態を示す断面図である。第２の実施形態における２つの成形部材が弾性体の内部に挿入された状態を示す断面図である。第３の実施形態におけるマイクロフォーミング加工装置の概略断面図である。第３の実施形態において、被加工物であるシリンダの内面が加工されるときの状態を示す断面図である。第３の実施形態において、被加工物であるシリンダの内面が加工されるときの状態を示す図１４とは他態様の断面図である。本発明のエンジンのシリンダ内面の加工方法が適用されることによって、内面に凹凸が形成されたシリンダを示す断面図である。本発明のエンジンのシリンダ内面の加工方法が適用されることによって、内面に他態様の凹凸が形成されたシリンダを示す断面図である。本発明のエンジンのシリンダ内面の加工方法が適用されることによって、内面に他態様の凹凸が形成されたシリンダの一例を示す断面図である。

符号の説明

１被加工物、
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄシリンダ、
１Ｂａ上死点の近傍、
１Ｂｂ下死点の近傍、
１Ｂｃ中央部、
２被加工物支持部、
３，１０，１１，１２，１３，１４，２０成形部材、
３ａ軸部、
３ｂ円盤状の部材、
４成形部材保持部、
５弾性体、
６弾性体保持部、
７治具、
８治具保持装置、
９凸部、
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ突起物、
１５成形部材保持部、
１６変形防止治具（膨張性部材）、
１７変形防止治具保持部、
１９冷却用溝部、
１００，１０１，１０２マイクロフォーミング加工装置、
２００ピストン、
３００締結する部位。

Claims

円筒状を呈する被加工物の内面に、凹凸を加工するマイクロフォーミング加工装置であって、
前記被加工物を支持する被加工物支持部と、
外径が前記被加工物の内径よりも小さく、円筒状を呈する弾性体と、
前記弾性体の外側表面における少なくとも一部に形成され、被加工物よりも高硬度な凸部と、
前記弾性体を前記被加工物の内部に挿入した状態で保持できる弾性体保持部と、
前記弾性体の内部に挿入可能な形状を呈する成形部材と、
前記成形部材を前記弾性体の内部に挿入した状態で保持でき、かつ前記成形部材を、前記成形部材が前記弾性体の内面を押し付けるように移動させることが可能な成形部材保持部と、を有し、
前記弾性体が前記被加工物の内部に挿入され、かつ前記成形部材が前記弾性体の内部に挿入された状態において、前記成形部材が前記成形部材保持部によって前記弾性体の内面を押し付けるように移動させられることによって、前記凸部が前記被加工物の内面に押し付けられて、前記被加工物の内面に凹凸が加工されることを特徴とするマイクロフォーミング加工装置。
前記成形部材保持部は、前記成形部材が前記弾性体の内面を押し付ける押し付け量が部分的に異なるように、前記成形部材を移動させることが可能であり、
前記弾性体が前記被加工物の内部に挿入され、かつ前記成形部材が前記弾性体の内部に挿入された状態において、前記成形部材保持部によって前記成形部材が前記弾性体の内面を押し付ける押し付け量が部分的に異なるように移動させられることによって、前記凸部が前記被加工物の内面を部分的に異なる圧力で押し付けられて、前記被加工物の内面に異なる深さの凹凸が加工されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロフォーミング加工装置。
前記成形部材保持部と前記弾性体保持部とは同軸上に配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロフォーミング加工装置。
前記成形部材保持部が前記成形部材を移動させることに関して数値制御可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置。
前記成形部材保持部が前記成形部材を少なくとも前記被加工物の軸方向に移動させることに関して数値制御可能であることを特徴とする請求項４に記載のマイクロフォーミング加工装置。
前記成形部材保持部が前記成形部材を少なくとも前記被加工物の軸方向に対して垂直な平面において直交する２つの軸方向に移動させることに関して数値制御可能であることを特徴とする請求項４に記載のマイクロフォーミング加工装置。
前記成形部材保持部が前記成形部材を少なくとも前記被加工物の内部の円周方向に移動させることに関して数値制御可能であることを特徴とする請求項４に記載のマイクロフォーミング加工装置。
前記成形部材は、周方向に回転可能な軸部と、前記軸部に取り付けられる円盤状の部材と、を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置。
前記成形部材は、任意の方向に回転可能な球状の部材であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置。
前記成形部材は、それぞれ形状の異なる２つ以上の突起物を有し、前記突起物のいずれか１つが前記弾性体の内面を押し付けることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置。
前記成形部材の外径は、前記弾性体の内径よりも大きく、かつ軸方向において部分的に変化することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置。
前記成形部材を２つ有し、前記２つの成形部材が前記弾性体の軸方向の両側から前記弾性体の内部に挿入されることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロフォーミング加工装置。
前記弾性体が前記被加工物の内部に挿入された状態において、前記弾性体と前記被加工物の内面との間に挿入され得る形状を呈し、前記凸部よりも高硬度である治具と、
前記治具を前記弾性体と前記被加工物の内面との間に挿入した状態で保持できる治具保持装置と、をさらに有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置。
前記被加工物の内面に対して外径側から圧力を付加できる加圧部をさらに有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置。
請求項４〜６のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置を用いたマイクロフォーミング加工方法であって、
前記押し付け量を、少なくとも前記被加工物の円周方向に変化させることを特徴とするマイクロフォーミング加工方法・
請求項４〜６のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置を用いるマイクロフォーミング加工方法であって、
前記押し付け量を、少なくとも前記被加工物の軸方向に変化させることを特徴とするマイクロフォーミング加工方法。
請求項１０に記載のマイクロフォーミング加工装置を用いるマイクロフォーミング加工方法であって、
前記弾性体の内面に押し付ける突起物を、当該突起物が押し付ける弾性体の内面における部位に応じて、変更することを特徴とするマイクロフォーミング加工方法。
請求項１〜１４のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工装置を用いて被加工物であるエンジンのシリンダの内面を加工することを特徴とするエンジンのシリンダ内面の加工方法。
請求項１５〜１７のいずれか１つに記載のマイクロフォーミング加工方法を適用して被加工物であるエンジンのシリンダの内面を加工することを特徴とするエンジンのシリンダ内面の加工方法。
前記弾性体の外側表面に形成される凸部を、部位ごとに異なる形状で形成して、エンジンのシリンダの内面を加工することを特徴とする請求項１９に記載のエンジンのシリンダ内面の加工方法。
請求項１４に記載のマイクロフォーミング加工装置を用いて被加工物であるエンジンのシリンダ内面を加工するシリンダ内面の加工方法であって、
前記加圧部は、前記シリンダの外周部に配置された冷却溝部内部に挿入される膨張性部材に圧力を付加することが可能であり、前記成形部材が前記弾性体の内面を押し付けると同時に、前記シリンダ内面が前記弾性体によって押圧される圧力と同等の圧力を、前記膨張性部材を膨張させることにより前記冷却溝部の内面に加圧することを特徴とするエンジンのシリンダ内面の加工方法。
請求項１４に記載のマイクロフォーミング加工装置を用いて被加工物であるエンジンのシリンダ内面を加工するシリンダ内面の加工方法であって、
前記加圧部は、前記シリンダの外周部に配置された冷却溝部に流体を圧入させる機構であり、前記成形部材が前記弾性体の内面を押し付けると同時に、前記シリンダ内面が前記弾性体によって押圧される圧力と同等の圧力を、前記流体を前記冷却用溝部に圧入することによって前記冷却用溝部の内面に加圧することを特徴とするエンジンのシリンダ内面の加工方法
請求項１８〜２２のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダ内面の加工方法が適用されることによって、エンジンのシリンダ内面において、ピストンの上死点及び下死点の近傍と、その間の中央部とで、深さの異なる凹凸が形成されたことを特徴とするエンジンのシリンダ。
請求項１８〜２２のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダ内面の加工方法が適用されることによって、エンジンのシリンダ内面において、ピストンのスカート部が当接する部位とそれ以外の部位とで、深さの異なる凹凸が形成されたことを特徴とするエンジンのシリンダ。
請求項１８〜２２のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダ内面の加工方法が適用されることによって、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとを締結する部位からシリンダ内面までの最短距離に比例した深さの凹凸が形成されたことを特徴とするエンジンのシリンダ。