JP2006255813A - Device and method for machining fine recessed part - Google Patents
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Abstract
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(円形孔)の内周面や、クランクジャーナル,クランクピン,カムジャーナルなどの部材の外周面に、低フリクション化を実現するための微細な凹部(油だまり)を形成するのに用いられる微細凹部加工装置及び微細凹部加工方法に関するものである。 The present invention, for example, has a fine structure for realizing low friction on the inner peripheral surface of a cylinder bore (circular hole) in a cylinder block of an automobile engine and the outer peripheral surface of a member such as a crank journal, a crankpin, and a cam journal. The present invention relates to a fine concave portion processing apparatus and a fine concave portion processing method used to form a concave portion (oil sump).
従来、上記したようなシリンダブロックのシリンダボアの内周面に微細凹部を形成する場合には、ショットブラストが多く採用されている。このショットブラストでは、シリンダボア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た後、セラミックス等の小径粒子をシリンダボアの内周面に向けて圧縮空気とともに投射することで、内周面の透孔を通して露出している部分に凹部を形成するようにしている。 Conventionally, shot blasting is often used when forming a fine recess in the inner peripheral surface of the cylinder bore of the cylinder block as described above. In this shot blasting, a masking sheet having a predetermined shape of holes is affixed to the inner peripheral surface of the cylinder bore, and then small diameter particles such as ceramics are projected onto the inner peripheral surface of the cylinder bore together with compressed air, thereby A recess is formed in a portion exposed through the through hole of the surface.
そして、凹部を形成した後は、マスキングシートを取り外して洗浄するのに続いて、再びホーニングを行うことにより、上記ショットブラスト加工で凹部の周囲に生じた盛上り部分を除去するようにしている。
しかしながら、上記したようなショットブラストを用いた微細凹部の形成にあっては、微細な凹部を規則的に配置することが困難であり、加えて、円形孔の内周面に対するマスキングシートの貼り付け工程及び取り外し工程、並びに、洗浄工程が不可欠であって、このような作業が多い分だけ、加工コストが高くついてしまうという問題があり、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。 However, in the formation of fine recesses using shot blasting as described above, it is difficult to regularly arrange the fine recesses, and in addition, the masking sheet is attached to the inner peripheral surface of the circular hole. The process, the removal process, and the cleaning process are indispensable, and there is a problem that the processing cost is increased by the amount of such work, and it has been a conventional problem to solve these problems .
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、ワークの内周面又は外周面に対して精度良好に微細凹部を形成することができるのは勿論のこと、加工コストの低減を実現することが可能であり、加えて、微細凹部を形成する部位の塑性流動やスプリングバックを低減することができると共に、加工ローラに対する応力を緩和して加工ローラの長寿命化をも実現することが可能である微細凹部加工装置及び微細凹部加工方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-described conventional problems, and it is possible to form fine recesses with good accuracy on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the workpiece, as well as the processing cost. In addition, it is possible to reduce plastic flow and springback at the part where the minute recesses are formed, and also to reduce the stress on the processing roller and extend the life of the processing roller. It is an object of the present invention to provide a fine recess processing apparatus and a fine recess processing method that can be performed.
本発明は、ワークの内周面又は外周面に微細凹部を形成する微細凹部加工装置であって、外周面に微細な凹凸を具備してローラ軸周りに回転する加工ローラと、この加工ローラを上記ローラ軸と平行を成す中心軸に支持されるワークに接近離間させて加工ローラの外周面を上記ワークの内周面又は外周面に押し付け可能とした押圧機構と、微細凹部を形成すべき上記ワークの被加工部位を局所的に軟化させる軟化手段を備えている構成としたことを特徴としており、この微細凹部加工装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。 The present invention is a fine recess processing apparatus for forming fine recesses on the inner peripheral surface or outer peripheral surface of a workpiece, the processing roller having fine unevenness on the outer peripheral surface and rotating around a roller shaft, and the processing roller A pressing mechanism that allows the outer peripheral surface of the processing roller to be pressed against the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the work by being moved closer to and away from a work supported by a central axis that is parallel to the roller shaft, and the fine concave portion is to be formed. The present invention is characterized in that it includes a softening means for locally softening a work site of a workpiece, and the structure of the fine recess processing apparatus is used as a means for solving the above-described conventional problems.
また、本発明は、ワークの内周面に微細凹部を形成する微細凹部加工装置であって、加工ローラはワークの円形孔内に挿入されて、その外周面の微細な凹凸を上記円形孔の内周面に押し付けつつワークの中心軸周りに旋回して加工を行う構成としたことを特徴とし、さらに、本発明は、ワークの外周面に微細凹部を形成する微細凹部加工装置であって、加工ローラは中心軸周りに回転するワークの外周面に接近して、その外周面の微細な凹凸をワークの外周面に押し付けて加工を行うことを特徴としている。 The present invention is also a fine recess processing apparatus for forming a fine recess on the inner peripheral surface of a work, wherein the processing roller is inserted into the circular hole of the work, and the fine unevenness of the outer peripheral surface is formed in the circular hole. It is characterized in that it is configured to perform processing by turning around the center axis of the workpiece while pressing against the inner peripheral surface, and the present invention is a fine recess processing apparatus that forms a fine recess on the outer peripheral surface of the workpiece, The processing roller approaches the outer peripheral surface of the workpiece rotating around the central axis, and performs processing by pressing fine irregularities on the outer peripheral surface against the outer peripheral surface of the workpiece.
一方、本発明の微細凹部加工方法は、上記した微細凹部加工装置を用いてワークの内周面又は外周面に微細凹部を形成するに際して、軟化手段により微細凹部を形成すべき上記ワークの被加工部位を局所的に軟化させつつ(又は、微細凹部を形成すべき上記ワークの被加工部位を予測し、軟化手段により上記ワークの被加工部位を局所的に軟化させた後)、押圧機構によって加工ローラの外周面を上記ワークの被加工部位に押し付けて微細凹部を形成する構成としたことを特徴としており、この微細凹部加工方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。 On the other hand, the fine recess processing method of the present invention is the above-described work to be processed of the work to be formed with the softening means when the fine recess is formed on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the work using the fine recess processing apparatus. Machining with a pressing mechanism while locally softening the part (or after predicting the part to be processed of the workpiece on which fine recesses are to be formed and softening the workpiece to be processed locally by the softening means) It is characterized in that the outer peripheral surface of the roller is pressed against the part to be processed of the workpiece to form a fine concave portion, and the configuration of this fine concave portion processing method is a means for solving the above-described conventional problems.
本発明の微細凹部加工装置及び微細凹部加工方法では、押圧機構により加工ローラの外周面をワークの被加工部位に押し付けつつ(又は押し付ける前に)、レーザや超音波などの軟化手段を用いて微細凹部を形成すべきワークの被加工部位のみを局所的に軟化させるようになすと、加工ローラの外周面の微細な凹凸の転写性が向上することとなり、ワークの内周面又は外周面に対して精度良好に微細凹部を形成し得ることとなる。 In the fine recessed part processing apparatus and the fine recessed part processing method of the present invention, the pressing roller presses the outer peripheral surface of the processing roller against the work site of the work (or before pressing), and the soft part is made fine using a softening means such as a laser or an ultrasonic wave. If only the part to be processed of the workpiece where the recess is to be formed is locally softened, the transferability of fine irregularities on the outer peripheral surface of the processing roller will be improved, and the inner peripheral surface or outer peripheral surface of the workpiece will be improved. Therefore, it is possible to form fine concave portions with good accuracy.
また、微細凹部を形成する部位が軟化するので、塑性流動やスプリングバックが低減され、加えて、加工ローラに対する応力が緩和されるので、加工ローラの長寿命化が図られることとなる。 Moreover, since the site | part which forms a fine recessed part softens, a plastic flow and a spring back are reduced, and also the stress with respect to a processing roller is relieve | moderated, Therefore The lifetime of a processing roller is achieved.
そして、押圧機構により加工ローラの外周面をワークの被加工部位に押し付けつつ、軟化手段を用いて微細凹部を形成すべきワークの被加工部位のみを局所的に軟化させる場合には、微細凹部を形成する加工位置と軟化させる位置とを高精度に合致させる得ることとなり、一方、押圧機構により加工ローラの外周面をワークの被加工部位に押し付ける前に、軟化手段を用いて微細凹部を形成すべきワークの被加工部位のみを局所的に軟化させる場合には、軟化させる部位の範囲を高精度に制御し得ることとなる。 When the outer peripheral surface of the processing roller is pressed against the workpiece portion of the workpiece by the pressing mechanism and only the workpiece portion of the workpiece where the fine recess portion is to be formed is locally softened using the softening means, The processing position to be formed and the position to be softened can be matched with high accuracy. On the other hand, before pressing the outer peripheral surface of the processing roller against the part to be processed by the pressing mechanism, a fine recess is formed by using a softening means. When only the part to be processed of the workpiece to be softened is locally softened, the range of the part to be softened can be controlled with high accuracy.
本発明によれば、微細凹部を形成すべきワークの被加工部位の硬度を局所的に軟化させて加工することができるので、加工ローラの長寿命化及び加工コストの低減を実現したうえで、ワークの内周面又は外周面に対して精度良好に微細凹部を形成することが可能であり、加えて、微細凹部を形成する部位の塑性流動やスプリングバックを低減することができるという非常に優れた効果がもたらされる。 According to the present invention, since it is possible to process by locally softening the hardness of the work site of the workpiece to be formed with a fine recess, after realizing a long life of the processing roller and a reduction in processing cost, It is possible to form fine recesses with good accuracy with respect to the inner or outer peripheral surface of the workpiece, and in addition, it is extremely excellent that plastic flow and springback at the site where the fine recesses are formed can be reduced. Effect.
本発明の微細凹部加工装置において、軟化手段は指向性を有し、360°にわたって指向可能とした構成とすることが可能であり、この場合には、微細凹部を形成すべきワークの被加工部位を的確に軟化させ得ることとなる。 In the fine recess processing apparatus of the present invention, the softening means has directivity and can be configured to be capable of directing over 360 °. In this case, the work site of the workpiece on which the fine recess is to be formed Can be appropriately softened.
また、本発明の微細凹部加工装置において、ワークの微細凹部が形成された位置及び軟化手段により軟化させた位置をそれぞれ測定するCCDやカメラなどの位置測定手段を備えている構成を採用することができ、この構成を採用すると、微細凹部が形成された位置と軟化手段により軟化させた位置との間にずれが生じた際に、迅速に修正し得ることとなる。 Moreover, in the fine recessed part processing apparatus of the present invention, it is possible to employ a configuration including position measuring means such as a CCD or a camera for measuring the position where the fine recessed part of the workpiece is formed and the position softened by the softening means. If this configuration is adopted, when a deviation occurs between the position where the fine recess is formed and the position softened by the softening means, it can be corrected quickly.
さらに、本発明の微細凹部加工装置において、ワークの微細凹部が不要な加工不要部位を急速冷却する冷却手段を備えている構成とすることができ、この場合には、ワークの内周面又は外周面の全面を軟化手段により一旦軟化させた後、ワークの加工不要部位を急速冷却して高硬度化し得ることとなり、微細凹部を広範囲に形成する加工に適したものとなる。 Furthermore, in the fine recess processing apparatus of the present invention, it can be configured to have a cooling means for rapidly cooling a work unnecessary portion that does not require a fine recess of the work. In this case, the inner peripheral surface or the outer periphery of the work After the entire surface is once softened by the softening means, the work-unnecessary part of the workpiece can be rapidly cooled to increase the hardness, which is suitable for the process of forming fine recesses in a wide range.
さらにまた、本発明の微細凹部加工装置において、軟化手段をレーザ照射器とした構成を採用することができ、この構成を採用すると、ワークに接触することなく被加工部位を局所的に軟化させ得ることとなる、すなわち、ワークにダメージを与えることなく被加工部位を局所的に軟化させ得ることとなる。 Furthermore, in the fine recess processing apparatus of the present invention, a configuration in which the softening means is a laser irradiator can be adopted, and by adopting this configuration, the processing site can be locally softened without contacting the workpiece. That is, the part to be processed can be locally softened without damaging the workpiece.
一方、本発明の微細凹部加工方法において、軟化手段によりワークの被加工部位を局所的に軟化させる場合に、軟化させる度合を場所毎に変化させる構成とすることができ、この構成を採用すると、図5に示すように、軟化させる度合を左から順に変化させて軟化度小(高硬度)の軟化被加工部位SL,軟化度中(中硬度)の軟化被加工部位SM及び軟化度大(低硬度)の軟化被加工部位SHとすることで、加工ローラ11に荷重Fを付与した場合において、隣接する微細凹部の深さd1,d2,d3をデジタル的に変えることができる、すなわち、微細凹部の深さの制御を高精度に行い得ることとなる。
On the other hand, in the fine recess processing method of the present invention, when the work site of the workpiece is locally softened by the softening means, the degree of softening can be changed for each location, and when this configuration is adopted, As shown in FIG. 5, the degree of softening is changed in order from the left, and the softening processing part SL having a low softening degree (high hardness), the softening processing part SM having a medium softening degree (medium hardness), and a large softening degree (low) When the load F is applied to the
また、本発明の微細凹部加工方法において、軟化手段によりワークの被加工部位を局所的に軟化させる場合に、図6に示すように、形成すべき微細凹部Tの中央の溝底面部分Tbを局所的に軟化させたり、図7に示すように、形成すべき微細凹部Tの両側の溝壁部分Twを局所的に軟化させたりする構成を採用することができ、微細凹部Tの中央の溝底面部分Tbを局所的に軟化させる場合には、この溝底面部分Tbを高精度に加工し得ることとなり、一方、微細凹部Tの両側の溝壁部分Twを局所的に軟化させる場合には、この溝壁部分Twを高精度に加工し得ることとなる。 Further, in the fine recess processing method of the present invention, when the work portion of the workpiece is locally softened by the softening means, the groove bottom surface portion Tb at the center of the fine recess T to be formed is locally formed as shown in FIG. It is possible to employ a configuration in which the groove wall portions Tw on both sides of the fine recess T to be formed can be locally softened, as shown in FIG. When the portion Tb is locally softened, the groove bottom surface portion Tb can be processed with high accuracy. On the other hand, when the groove wall portions Tw on both sides of the fine recess T are locally softened, The groove wall portion Tw can be processed with high accuracy.
そして、上記した微細凹部加工装置を用いて加工された微細凹部を円形孔の内周面に有するワーク、例えば、微細凹部をシリンダボアの内周面に有するエンジンのシリンダブロックは、ピストンが摺動するシリンダボアの内周面の摩擦が低いものとなり、その結果、燃費の向上に寄与し得ることとなる。 A piston slides on a workpiece having a fine recess formed on the inner peripheral surface of a circular hole, for example, an engine cylinder block having a fine recess on the inner peripheral surface of a cylinder bore, processed using the above-described fine recess processing apparatus. The friction on the inner peripheral surface of the cylinder bore becomes low, and as a result, it can contribute to the improvement of fuel consumption.
図11及び図12は、いずれも微細凹部をシリンダボアの内周面に有するエンジンのシリンダブロックSBを示しており、図11の拡大部分に示すように、シリンダボアBの内周面Baにおけるピストンの上死点Bu及び下死点Blの近傍に形成された微細凹部Tの深さdを両死点Bu,Bl間の工程中央部分Bmに形成された微細凹部の深さdよりも深くしたり、図12の拡大部分に示すように、シリンダボアBの内周面Baにおけるピストンのスカート部当接部位Bsに形成された微細凹部Tの深さdを上記スカート部当接部位Bs以外の部位に形成された微細凹部Tの深さdよりも深くしたりすることができ、いずれの場合も、摺動面であるシリンダボアBの内周面Baの摩擦が低いものとなり、その結果、燃費の向上に寄与し得ることとなる。 11 and 12 both show a cylinder block SB of an engine having a fine recess on the inner peripheral surface of the cylinder bore. As shown in an enlarged portion of FIG. 11, the upper surface of the piston on the inner peripheral surface Ba of the cylinder bore B is shown. The depth d of the fine recess T formed in the vicinity of the dead center Bu and the bottom dead center Bl is made deeper than the depth d of the fine recess formed in the process center portion Bm between both dead points Bu, Bl, As shown in the enlarged portion of FIG. 12, the depth d of the fine recess T formed in the piston skirt contact portion Bs on the inner peripheral surface Ba of the cylinder bore B is formed in a portion other than the skirt contact portion Bs. In any case, the friction of the inner peripheral surface Ba of the cylinder bore B that is the sliding surface is low, and as a result, the fuel consumption is improved. Can contribute To become.
また、図13も微細凹部をシリンダボアの内周面に有するエンジンのシリンダブロックSBを示しており、図13の拡大部分に示すように、シリンダボアBの内周面Baに形成された微細凹部Tの深さdは、シリンダヘッドを固定するのに用いるボルト孔DからシリンダボアBの内周面Baまでの距離Xに比例して設定されている構成のシリンダブロックSBとすることができ、この場合にも、摺動面であるシリンダボアBの内周面Baの摩擦が低いものとなり、その結果、燃費の向上に寄与し得ることとなる。 FIG. 13 also shows an engine cylinder block SB having a fine recess on the inner peripheral surface of the cylinder bore. As shown in an enlarged portion of FIG. 13, the fine recess T formed on the inner peripheral surface Ba of the cylinder bore B is shown. The depth d can be a cylinder block SB having a configuration set in proportion to the distance X from the bolt hole D used to fix the cylinder head to the inner peripheral surface Ba of the cylinder bore B. However, the friction of the inner peripheral surface Ba of the cylinder bore B which is a sliding surface is low, and as a result, it can contribute to the improvement of fuel consumption.
一方、上記した微細凹部加工装置を用いて加工された微細凹部を外周面に有するワーク、例えば、クランクジャーナルやクランクピンやカムジャーナルやカムロブなどのエンジン用部材は、摺動面である外周面の摩擦が低いものとなり、その結果、燃費の向上に寄与し得ることとなる。 On the other hand, workpieces having fine recesses processed on the outer peripheral surface using the fine recess processing apparatus described above, for example, engine members such as a crank journal, a crankpin, a cam journal, and a cam lobe, are provided on the outer peripheral surface which is a sliding surface. The friction is low, and as a result, it can contribute to the improvement of fuel consumption.
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to a following example.
図2に示すように、この微細凹部加工装置1は、自動車用エンジンのシリンダブロックの円形孔であるシリンダボアの内周面に微細凹部を形成するNC工作機械であって、鉛直方向に移動可能な主軸ヘッド2に下向きに突出した状態で支持される主軸3と、主軸ヘッド2の下方において水平面内で互いに直交する二軸方向に移動可能としたワーク載置用のテーブル4と、主軸3に同軸に装着されて一体で回転するホルダ10を備えており、ホルダ10の主軸3に対する着脱は、図示しない自動工具交換装置によりなされるようになっている。
As shown in FIG. 2, this fine
上記ホルダ10は、図1に示すように、外周部に微細な凹凸を具備した加工ローラ11と、ローラ軸12を介してこの加工ローラ11を回転可能に支持するローラ支持部13と、このローラ支持部13を主軸3と直交する方向に移動可能に保持するハウジング14と、中心軸をホルダ10の回転軸Lに合致させたシリンダボアBの内周面Baに加工ローラ11を接近離間させてその外周面の微細な凹凸を押し付け可能とした押圧機構20と、微細凹部を形成すべきシリンダボアBの内周面Baの被加工部位を局所的に軟化させる軟化手段としてのレーザ照射器15を備えており、このレーザ照射器15は、ハウジング14の下端部にユニバーサルジョイント16を介して360°にわたって指向可能に取り付けてある。
As shown in FIG. 1, the
上記押圧機構20は、ローラ支持部13とハウジング14との間に位置させた圧縮コイルばね21と、ハウジング14の上端に内蔵した図示しないステッピングモータを具備しており、この押圧機構20のステッピングモータの作動により、ハウジング14の全体をシリンダボアBの内周面Baに対して接近させて、圧縮コイルばね21により加工ローラ11に対して主軸3と直交する方向の荷重を付与することで、シリンダボアBの内周面Baに加工ローラ11の微細な凹凸を押し付けるようにしている。なお、ハウジング14と圧縮コイルばね21との間には、図示しない圧電型のロードセルが設けてある。
The
この場合、ハウジング14の上端部には、微細凹部が形成された位置及びレーザ照射器15により軟化させた位置をそれぞれ測定する位置測定手段としてのカメラ17がユニバーサルジョイント18を介して取り付けてある。
In this case, a
上記した微細凹部加工装置1において、シリンダボアBの内周面Baに微細凹部を形成するに際しては、まず、主軸1とシリンダボアBの中心軸とをほぼ一致させるように位置決めをして、主軸1とともにホルダ10を下降させ、シリンダボアBに対して加工ローラ11を挿入する。
In the fine
次に、図2に実線で示すように、押圧機構20を作動させて、シリンダボアBの内周面Baに対して加工ローラ11を接触させ、ロードセルにより検出した荷重が予め設定した値になるまで押圧機構20の作動を継続させる。
Next, as shown by a solid line in FIG. 2, the
つまり、シリンダボアBの内周面Baに加工ローラ11が接触した後、押圧機構20の作動を継続させると、ローラ支持部13とハウジング14との間で圧縮コイルばね21が圧縮され、その反発力が荷重として加工ローラ11に付与されると共に、図示しないロードセルによりこの荷重が検出されることから、このロードセルの検出荷重が設定値になるまで押圧機構20の作動を継続させれば、シリンダボアBの内周面Baを所定の荷重で加圧し得ることとなる。
That is, after the
そして、上記のように、荷重の設定値を検出した段階において、押圧機構20の作動を停止するのに続いて、加工ローラ11の作用点に向けてセットしたレーザ照射器15からレーザを照射して、微細凹部を形成すべきシリンダボアBの内周面Baの被加工部位を局所的に軟化させつつ、主軸1とともにホルダ10を回転させると、シリンダボアBの内周面Baに押し付けられている加工ローラ11が回転軸L周りに旋回することとなり、図3に実線で示すように、この状態で主軸1の回転と下降速度とを同期させると、シリンダボアBの内周面Baの広い領域に微細な凹部が形成されることとなる。
Then, as described above, at the stage where the set value of the load is detected, after the operation of the
そして、微細凹部加工が終了すると、押圧機構20を作動させて、シリンダボアBの内周面Baから加工ローラ11を離間させるのに続いて、回転を停止した主軸1とともにホルダ10を上昇させて、シリンダボアBから加工ローラ11を離脱させる。
Then, when the fine recess processing is completed, the
上記加工中において、微細凹部が形成された位置及びレーザ照射により軟化させた位置の双方をカメラ17が撮影しており、これらの位置にずれが生じた際には、レーザ照射器15の照準を変えて軟化させる位置を修正する。
During the above processing, the
上記したように、この実施例による微細凹部加工装置1を用いた微細凹部加工方法では、微細凹部を形成すべきシリンダボアBの内周面Baの被加工部位にレーザを照射して局所的に軟化させつつ、加工ローラ11による加工を行うようにしているので、加工ローラ11の外周面の微細な凹凸の転写性が向上することとなり、シリンダボアBの内周面Baに対して精度良好に微細凹部を形成し得ることとなる。
As described above, in the fine concave portion processing method using the fine concave
また、微細凹部を形成する部位が軟化するので、塑性流動やスプリングバックが低減され、加えて、加工ローラ11に対する応力が緩和されるので、加工ローラ11の長寿命化が図られることとなる。
Moreover, since the site | part which forms a fine recessed part softens, a plastic flow and a spring back are reduced, and also the stress with respect to the
さらに、この実施例による微細凹部加工装置1を用いた微細凹部加工方法では、指向性を有するレーザ照射器15を軟化手段とし、このレーザ照射器15をハウジング14の下端部にユニバーサルジョイント16を介して360°にわたって指向可能に取り付けているので、シリンダボアBの内周面Baの微細凹部を形成すべき被加工部位を的確に、そして、ダメージを与えることなく軟化させ得ることとなる。
Furthermore, in the fine recess processing method using the fine
さらにまた、この実施例による微細凹部加工装置1を用いた微細凹部加工方法では、加工中において、微細凹部が形成された位置及びレーザ照射により軟化させた位置の双方をカメラ17で撮影するようにしているので、微細凹部が形成された位置と軟化させた位置との間にずれが生じた際に、迅速に対応し得ることとなる。
Furthermore, in the fine concave portion processing method using the fine concave
なお、この実施例では、加工ローラ11の作用点に向けてレーザ照射器15からレーザを照射するようにしたが、微細凹部を形成すべき被加工部位を予測し、図4の展開図に示すように、レーザ照射器15により上記被加工部位を局所的に軟化させた後、押圧機構20によって加工ローラ11の外周面を上記軟化した被加工部位Sに押し付けて微細凹部Tを形成するようにしてもよい。
In this embodiment, the laser is irradiated from the
ここで、上記した微細凹部加工装置1を用いた微細凹部加工方法において、レーザ照射器15によってシリンダボアBの内周面Baの被加工部位を局所的に軟化させる場合に、軟化させる度合を場所毎に変化させるようにしてもよく、この場合には、図5に示すように、軟化させる度合を左から順に変化させて軟化度小(高硬度)の軟化被加工部位SL,軟化度中(中硬度)の軟化被加工部位SM及び軟化度大(低硬度)の軟化被加工部位SHとすることで、加工ローラ11に荷重Fを付与した際に、隣接する微細凹部の深さd1,d2,d3をデジタル的に変えるなどといった、精度の高い制御を行い得ることとなる。
Here, in the fine recess processing method using the fine
また、上記した微細凹部加工装置1を用いた微細凹部加工方法において、レーザ照射器15によってシリンダボアBの内周面Baの被加工部位を局所的に軟化させる場合に、図6に示すように、形成すべき微細凹部Tの中央の溝底面部分Tbを軟化被加工部位Sbとしたり、図7に示すように、形成すべき微細凹部Tの両側の溝壁部分Twを軟化被加工部位Swとしたりしてもよく、微細凹部Tの中央の溝底面部分Tbを局所的に軟化させる場合には、溝底面部分Tbの盛り上がりを少なく抑え得ることとなり、一方、微細凹部Tの両側の溝壁部分Twを局所的に軟化させる場合には、シリンダボアBの内周面Baに対する溝壁部分Twの角度を90°に近付け得ることとなる。
Further, in the fine concave portion processing method using the fine concave
上記した微細凹部加工装置1を用いて加工された微細凹部をシリンダボアBの内周面Baに有するエンジンのシリンダブロックは、ピストンが摺動するシリンダボアBの内周面Baの摩擦が低いものとなり、その結果、燃費の向上に寄与し得ることとなる。
The cylinder block of the engine having the fine concave portion processed by using the fine concave
図8は、本発明の微細凹部加工装置の他の実施例を示しており、図8に示すように、この実施例における微細凹部加工装置31が、先の実施例における微細凹部加工装置1と相違するところは、レーザ照射器15をハウジング14に固定すると共に、シリンダボアBの内周面Baの微細凹部が不要な加工不要部位を急速冷却する冷却手段としてのガス噴射機32をハウジング14の下端部に固定した点にあり、他の構成は先の実施例における微細凹部加工装置1と同じである(図8ではカメラ17を省略してある)。
FIG. 8 shows another embodiment of the fine recess processing apparatus of the present invention. As shown in FIG. 8, the micro
この微細凹部加工装置31において、シリンダボアBの内周面Baに微細凹部を形成するに際しては、まず、主軸1とシリンダボアBの中心軸とをほぼ一致させるように位置決めをして、主軸1とともにホルダ10を下降させ、シリンダボアBに対して加工ローラ11を挿入するのに続いて、レーザ照射器15からレーザを照射させながら主軸1とともにホルダ10を回転させて、シリンダボアBの内周面Baの全面を一旦軟化させる。
In the fine
次いで、押圧機構20を作動させて、シリンダボアBの内周面Baに対して加工ローラ11を接触させ、ロードセルにより検出した荷重が予め設定した値になるまで押圧機構20の作動を継続させ、荷重の設定値を検出した段階において、押圧機構20の作動を停止するのに続いて、主軸1とともにホルダ10を回転させると、シリンダボアBの内周面Baに押し付けられている加工ローラ11が回転軸L周りに旋回することとなり、この状態で主軸1の回転と下降速度とを同期させると、シリンダボアBの内周面Baの広い領域に微細な凹部が形成されることとなる。
Next, the
次に、ガス噴射機32を作動させて、図9の展開図に示すように、シリンダボアBの内周面Baの微細凹部Tが形成されている軟化被加工部位S以外の部位、すなわち、微細凹部が不要な加工不要部位Cを急速冷却して高硬度化させる。
Next, by operating the
上記したように、この実施例による微細凹部加工装置31を用いた微細凹部加工方法では、レーザを照射してシリンダボアBの内周面Baの全面を軟化させたうえで加工ローラ11による加工を行うようにしているので、加工ローラ11の外周面の微細な凹凸の転写性が向上することとなり、シリンダボアBの内周面Baに対して精度良好に微細凹部を形成し得ることとなる。
As described above, in the fine concave portion processing method using the fine concave
また、ガス噴射機32から噴出させたガスによって、微細凹部が不要な加工不要部位を急速冷却して高硬度化し得ることから、微細凹部を広範囲に形成する加工に適したものとなる。
Further, the gas ejected from the
上記した実施例では、いずれも自動車用エンジンのシリンダブロックの円形孔であるシリンダボアBの内周面Baに微細凹部を形成する場合を示したが、これに限定されるものではなく、図10に示すように、微細凹部加工装置41を用いて、すなわち、中心軸周りに回転するワーク、例えば、クランクジャーナルやクランクピンやカムジャーナルやカムロブなどのエンジン用部材Wの外周面Waにローラ支持部53に支持された加工ローラ51を接近させて、この加工ローラ51の外周面の微細な凹凸をエンジン用部材Wの外周面Waに押し付けて加工を行うことで、微細凹部を形成するようにしてもよく、この微細凹部加工装置41を用いて加工された微細凹部を外周面Wに有する上記エンジン用部材Wでは、摺動面である外周面Waの摩擦が低いものとなり、その結果、燃費の向上に寄与し得ることとなる。
In each of the above-described embodiments, the case where the fine concave portion is formed on the inner peripheral surface Ba of the cylinder bore B which is a circular hole of the cylinder block of the automobile engine is shown. However, the present invention is not limited to this. As shown, a
また、本発明の微細凹部加工装置の詳細な構成は、上記した実施例に限定されるものではなく、他の構成として、例えば、加工ローラ11に微細な凹凸を複数列設けるような構成としたり、あるいは、加工ローラ11に付与する荷重を変えるために、圧縮コイルばね21を交換可能にしたりしてもよい。
Further, the detailed configuration of the fine recess processing apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and as another configuration, for example, the
さらに、上記した実施例では、押圧機構20が圧縮コイルばね21を備えている場合を例に挙げたが、一定の荷重を付与するような手段であればその他のものも適用可能であり、押圧機構20として空気圧又は油圧のアクチュエータを用いることも可能である。
Further, in the above-described embodiment, the case where the
さらにまた、上記した実施例では、レーザ照射器15を軟化手段としているが、これに限定されるものではなく、他の構成として、例えば、軟化手段として超音波を用いることも可能である。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
さらにまた、上記した実施例では、カメラ17を位置測定手段としているが、これに限定されるものではなく、他の構成として、例えば、位置測定手段としてCCDを用いることも可能である。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
さらにまた、上記した実施例では、ガス噴射機32を冷却手段としているが、これに限定されるものではなく、他の構成として、例えば、冷却手段として微粒液体噴射機を用いることも可能である。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
1,31,41 微細凹部加工装置
11,51 加工ローラ
12 ローラ軸
15 レーザ照射器(軟化手段)
17 カメラ(位置測定手段)
20 押圧機構
21 圧縮コイルばね(押圧機構)
32 ガス噴射機(冷却手段)
B シリンダボア
Ba シリンダボアの内周面
Bl ピストンの下死点
Bm 工程中央部分
Bs ピストンのスカート部当接部位
Bu ピストンの上死点
C 加工不要部位
D ボルト孔
SB シリンダブロック
T 微細凹部
Tb 微細凹部の溝底面部分
Tw 微細凹部の溝壁部分
W エンジン用部材(ワーク)
Wa エンジン用部材の外周面
X ボルト孔からシリンダボアの内周面までの距離
d 微細凹部の深さ
DESCRIPTION OF
17 Camera (position measuring means)
20
32 Gas injector (cooling means)
B Cylinder bore Ba Inner circumferential surface of the cylinder B1 Piston bottom dead center Bm Process center part Bs Piston skirt contact part Bu Piston top dead center C Processing unnecessary part D Bolt hole SB Cylinder block T Fine recess Tb Fine recess groove Bottom part Tw Groove wall part of fine recess W Member for engine (workpiece)
Wa Outer surface of engine member X Distance from bolt hole to inner surface of cylinder bore d Depth of minute recess
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