JP2006263762A - 微細凹部加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物の円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と共に、加工コストの低減を実現する微細凹部加工装置を提供する。
【解決手段】シリンダボアＢの内周面Ｂａに微細凹部を形成する微細凹部加工装置であって、同一径の一対のフォームローラ１３と、両フォームローラ１３を同軸上に並列配置したローラ支持部材１２と、ローラ軸１９に直交する揺動軸１１を介してローラ支持部材１２を揺動自在に保持する工具ホルダ１０を備え、内周面Ｂａの中心線とローラ軸１９とが平行になる状態に工具ホルダ１０を配置し、フォームローラ１３を内周面Ｂａに圧接させる圧縮コイルばね１６と、シリンダボアＢと工具ホルダ１０を内周面Ｂａの中心線回りに相対的に回転させて内周面Ｂａに圧接させたフォームローラ１３を転動させる主軸３を備え、内周面Ｂａに対してフォームローラ１３を常に垂直に圧接させるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、自動車用エンジンにおけるシリンダブロックのシリンダボアの内周面や、カムシャフトのジャーナル部の外周面などのように摺動接触を伴う被加工物の円周面に、低フリクション化を実現するための微細凹部（油だまり）を形成するのに用いられる微細凹部加工装置に関するものである。

従来、被加工物の円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た。このショットブラストでは、円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円周面に向けて圧縮空気とともに投射することで、円周面の透孔を通して露出している部分に微細凹部を形成するようにしている。

そして、微細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微細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。
特開２００２−３０７３１０

しかしながら、上記したようなショットブラストによる微細凹部の形成にあっては、微細凹部を規則的に配置することが困難であり、加えて、円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嵩むという問題があり、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。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、被加工物の円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と共に、加工コストの低減を実現することが可能である微細凹部加工装置を提供することを目的としている。

本発明の微細凹部加工装置は、被加工物の円周面に微細凹部を形成する微細凹部加工装置であって、同一径で外周部に凹部形成用の凸部を有する一対のフォームローラと、両フォームローラを同軸上に並列配置して回転自在に支持するローラ支持部材と、フォームローラのローラ軸に直交する揺動軸を介してローラ支持部材を揺動自在に保持するホルダを備えている。そして、被加工物に対して円周面の中心線とローラ軸とが平行になる状態にホルダを配置し、さらに、ホルダ側からローラ支持部材に荷重を付与して両フォームローラを円周面に圧接させる荷重付与手段と、被加工物とホルダを円周面の中心線回りに相対的に回転させることにより円周面に圧接させたフォームローラを同円周面に添って転動させる回転駆動手段を備えたことを特徴としている。

本発明の微細凹部加工装置は、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、被加工物の円周面に高精度の微細凹部を高効率で形成することができると共に、生産性の向上や製造コストの低減を実現することができ、とくに、一対のフォームローラを採用したことから、円周面に対してフォームローラの凹部形成用の凸部を常に垂直に圧接させることができるようになり、微細凹部のさらなる高精度化を実現することができると共に、二箇所同時に微細凹部の形成を行うことで、加工時間を大幅に短縮することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の微細凹部加工装置の一実施例を説明するが、微細凹部加工装置の詳細な構成は以下の実施例に限定されるものではない。

図２に示す微細凹部加工装置１は、自動車用エンジンのシリンダブロックを被加工物とし、被加工物の円周面すなわち円形穴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と、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の下側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な被加工物載置用のテーブル４と、主軸３に同軸に装着されて一体で回転する工具ホルダ（ホルダ）１０を備えており、図示しない自動工具交換装置により、主軸３に対して工具ホルダ１０の着脱を行うようになっている。

工具ホルダ１０は、図１に示すように、主軸３に装着する部位であるシャンク部１０Ａと、その下側に連続するボディ部１０Ｂを有すると共に、ボディ部１０Ｂの下側に、アダプタ１０Ｃを介してハウジング１０Ｄを備え、このハウジング１０Ｄに、揺動軸１１を介してローラ支持部材１２を揺動自在に連結すると共に、ローラ支持部材１２により、一対のフォームローラ１３，１３を回転自在に支持している。

アダプタ１０Ｃは、例えば図示しないステッピングモータを具備した移動機構を内蔵しており、この移動機構の作動により、シリンダブロックＣＢのシリンダボアＢの内周面Ｂａに対してハウジング１０Ｄ、ローラ支持部材１２及びフォームローラ１３を一体的に近接離間させる。

ハウジング１０Ｄは、片側に開放された筒状の中空体であって、内部には、軸線方向を水平にしたスプラインナット１４が嵌合固定してあり、このスプラインナット１４と先端に揺動軸１１を備えたプラインシャフト１５とを互いにスプライン結合して、揺動軸１１に連結したローラ支持部材１２を主軸３と直交する方向に移動自在に保持している。揺動軸１１は、その軸線方向が、水平面においてスプラインシャフト１５の軸線に直交する方向である。

また、ハウジング１０Ｄには、ホルダ１０側である当該ハウジング１０Ｄからローラ支持部材１２に荷重を付与して両フォームローラ１３，１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接させる荷重付与手段としての圧縮コイルばね１６が介装してあり、圧縮コイルばね１６の後方には、この圧縮コイルばね１６によりフォームローラに付与した荷重を検出する荷重検出手段としての圧電型のロードセル１７が設けてある。

つまり、この実施例では、ハウジング１０Ｄに、荷重付与手段である圧縮コイルばね１６や荷重検出手段であるロードセル１７がコンパクトに内蔵してあり、当該装置の構造の簡素化や小型化に貢献し得るものとなっている。

スプラインシャフト１５には、ハウジング１０Ｄ内の端部に、スプラインシャフト１５の直径よりも大径の止め具１８が固定してあり、この止め具１８は、圧縮コイルばね１６の伸びを抑えると共に、圧縮コイルばね１６が伸びきった際の衝撃を緩和し、ハウジング１０Ｄからローラ支持部材１２が脱落するのを阻止する。なお、図１においては、スプラインシャフト１５と圧縮コイルばね１６が同軸上に図示してあるが、実際には、これらは互いに干渉しない位置にずれて配置してある。

ローラ支持部材１２は、図３にも示すように揺動軸１１に揺動自在に連結してあって、上下に同軸状態で突出するローラ軸１９，１９を備えると共に、各ローラ軸１９，１９に軸受２０，２０を介してフォームローラ１３，１３が装着してあり、両フォームローラ１３，１３を同軸上に並列配置して回転自在に支持している。このとき、揺動軸１１とローラ軸１９は、互いに直交する位置関係にある。なお、軸受２０には、図示した玉軸受のほかに、すべり軸受などを用いることができる。

二つのフォームローラ１３，１３は、同一径であると共に、外周部に凹部形成用の凸部が一定間隔で設けてあり、シリンダボアＢの直径よりも小さい直径を有する。フォームローラ１３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、高い強度と靭性を有しており、被加工物が焼入れ鋼などの高硬度材料であっても微細凹部を形成することができる。凸部の高さは例えば１００μｍ程度であり、数μｍ又は数十μｍ程度の微細凹部を形成する。

ここで、微細凹部加工装置１は、微細凹部の加工対象となる円周面が、シリンダブロックＣＢにおけるシリンダボアＢの内周面Ｂａであるから、その内周面Ｂａの中心線Ｌ１と主軸３及び工具ホルダ１０の回転中心Ｌ２とが一致するように、シリンダボアＢに対して工具ホルダ１０を配置すると共に、この状態で、アダプタ１０Ｃ、ハウジング１０Ｄ、ローラ支持部材１２及び両フォームローラ１３，１３がシリンダボアＢの内側に対して挿脱可能である。

そして、微細凹部加工装置１は、内周面Ｂａの中心線Ｌ１とフォームローラ１３のローラ軸１９とが平行であると共に、工具ホルダ１０の回転中心Ｌ２に対してローラ軸１９がオフセットされた位置にある。

なお、この実施例では、主軸３が、回転駆動手段すなわち被加工物であるシリンダブロックＣＢとホルダである工具ホルダ１０をシリンダボアＢの内周面Ｂａの中心線Ｌ１回りに相対的に回転させることにより内周面Ｂａに圧接させたフォームローラ１３を同内周面Ｂａに添って転動させる手段に相当し、ここでは工具ホルダ１０を回転駆動する。

また、この実施例では、主軸ヘッド２が、送り駆動手段すなわち被加工物であるシリンダブロックＣＢとホルダである工具ホルダ１０をシリンダボアＢの内周面Ｂａの中心線Ｌ１に沿う方向に相対的に移動させる手段に相当し、ここでは工具ホルダ１０を送り駆動する。

さらに、この実施例では、アダプタ１０Ｃが、径方向駆動手段すなわち被加工物であるシリンダブロックＣＢとホルダである工具ホルダ１０をシリンダボアＢの内周面Ｂａに対してフォームローラ１３が近接離間する方向に相対的に移動させる手段に相当し、ここではフォームローラ１３を径方向に駆動する。

上記の微細凹部加工装置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、シリンダボアＢの中心線Ｌ１と工具ホルダ１０の回転中心Ｌ２とが一致するように位置決めをした後、主軸３とともに工具ホルダ１０を下降させ、シリンダボアＢ内に一対のフォームローラ１３，１３を挿入する。

次に、アダプタ１０Ｃ内の移動機構を作動させて、シリンダボアＢの内周面Ｂａに対して両フォームローラ１３，１３を接触させ、ロードセル１７により検出した荷重が予め設定した値になるまでアダプタ１０Ｃ内の移動機構の作動を継続させる。

つまり、シリンダボアＢの内周面Ｂａにフォームローラ１３，１３が接触した後、アダプタ１０Ｃ内の移動機構の作動を継続させると、ローラ支持部材１２とハウジング１０Ｄとの間で圧縮コイルばね１６が圧縮され、その反発力が荷重としてフォームローラ１３，１３に付与されると共に、ロードセル１７によりこの荷重が検出されることから、このロードセル１７の検出荷重が設定値になるまでアダプタ１０Ｃ内の移動機構の作動を継続させれば、フォームローラ１３，１３がシリンダボアＢの内周面Ｂａに所定荷重で圧接することとなり、これにより微細凹部の深さも決まる。

この際、微細凹部加工装置１では、ローラ支持部材１２によって同一径の二つのフォームローラ１３，１３を同軸上に並列配置すると共に、ローラ支持部材１２が揺動軸１１によって揺動自在に保持してあり、しかも、揺動軸１１が一対のフォームローラ１３，１３の中間に位置していると共に、フォームローラ１３，１３の中間に位置するローラ支持部材１２に対して圧縮コイルばね１６による荷重を付与しているので、シリンダボアＢの内周面Ｂａに対して両フォームローラ１３，１３の凸部が垂直に接触すると共に、両フォームローラ１３，１３に圧縮コイルばね１６による荷重が均一に付与される。

次に、上記のように荷重の設定値を検出して、アダプタ１０Ｃ内の移動機構の作動を停止した後、主軸３により工具ホルダ１０を回転駆動すると、シリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接している両フォームローラ１３，１３が連れ回りし、これらのフォームローラ１３，１３の転動によってシリンダボアＢの内周面Ｂａに微細凹部が形成される。そして、主軸（回転駆動手段）３の回転と主軸ヘッド（送り駆動手段）２の下降とを同期させることにより、シリンダボアＢの内周面Ｂａの広い領域に微細凹部を形成することができる。

このとき、微細凹部加工装置１では、フォームローラ１３，１３をシリンダボアＢの中心線Ｌ１に沿う方向に一定速度で直線移動させるだけで、内周面Ｂａに対して螺旋状に連続して微細凹部を形成することができる。このように螺旋状に連続形成する方が当然のことながら高効率である。

このように、上記の微細凹部加工装置１では、フォームローラ１３を用いた機械加工を行うことから、シリンダボアＢの内周面Ｂａに高精度な微細凹部を高効率で形成することができ、使い捨てのマスキングシートを用いてショットブラスト行う従来の微細凹部加工に比べて、生産性の向上や製造コストの低減を実現することができる。

そして、同一径の一対のフォームローラ１３，１３を採用したことから、シリンダボアＢの内周面Ｂａに対して両フォームローラ１３，１３の凸部を常に垂直に圧接させて、図４（ａ）に示す如く深さが均一な微細凹部Ｐを高精度に形成することができると共に、二箇所同時に微細凹部の形成を行うので、加工時間を大幅に短縮することができる。なお、フォームローラ１３を単体で用いると、部材間の精度誤差等によってシリンダボアＢの内周面Ｂａに対して凸部が傾斜して接触する可能性が高まり、この場合、図４（ｂ）に示す如く微細凹部Ｐの深さが不均一になる。

また、微細凹部加工装置１は、移動機構を内蔵したアダプタ１０Ｃ、すなわち内周面Ｂａに対してフォームローラ１３が近接離間する方向に相対的に移動させる径方向駆動手段を備えているので、内周面Ｂａに対するフォームローラ１３の圧接力を容易に変更して、異なる深さの微細凹部を形成することができ、加工中に微細凹部の深さを部分的に変化させることもできる。

さらに、微細凹部加工装置１は、荷重付与手段として圧縮コイルばね１６を採用しているので、装置構造を簡略化することができると共に、簡単な構造でありながらフォームローラ１３に充分な荷重を付与することができる。なお、荷重付与手段としては、ばねのほかにアクチュエータを用いることもでき、この場合には、アクチュエータ自体で荷重の増減を行うことが可能になる。

そしてさらに、微細凹部加工装置１は、荷重検出手段としてロードセル１７を採用したことにより、簡単な構造で付与荷重を正確に検出することができると共に、その検出信号を用いて例えば径方向駆動手段（アダプタ１０Ｃ）をフィードバック制御することで、形成される微細凹部が常に一定の深さとなるように荷重を制御することができ、また、微細凹部の深さが部分的に変化するように荷重を制御することも可能である。

上記の微細凹部加工装置１を用いて微細凹部の加工が施されたシリンダブロックＣＢは、シリンダボアＢの内周面Ｂａに高精度の微細凹部が規則的に形成されたものとなり、ピストンとの摺動接触において微細凹部が油だまりとして有効に機能し、エンジンの性能向上に貢献し得るものとなる。

図５は、ローラ支持部材の他の実施例を説明する図である。図示のローラ支持部材３２は、概略円筒状を成す部材であって、その外部に、揺動軸１１に装着する連結部３３を有している。この実施例では、揺動軸１１は、スプラインシャフト１５の先端に設けた連結部材３４に設けてある。

また、ローラ支持部材３２は、その内部に、二つの軸受３５，３５を並べて収容すると共に、軸受３５，３５の両側を位置決め固定する固定用部材３６，３７を備え、両軸受３５，３５により、一本のローラ軸３９の中間を回転自在に保持している。そして、ローラ軸３９の両端部近傍に、同一径のフォームローラ１３，１３が夫々固定してある。このようなローラ支持部材３２を用いた場合においても、先の実施例と同様の作用及び効果を得ることができる。

図６及び図７は、本発明の微細凹部加工装置の他の実施例を説明する図であって、図示の微細凹部加工装置５１は、自動車用エンジンのカムシャフトＣＳを被加工物とし、被加工物の円周面すなわち円柱部であるジャーナル部Ｊの外周面に微細凹部を形成する。カムシャフトＳは、図示例の場合、五個のジャーナルＪを有すると共に、各ジャーナルＪの間にカムＣを有している。

微細凹部加工装置５１は、主軸台５２と、主軸台５２に対して進退可能な心押し台５３を備えている。主軸台５２は、図示しないモータを内蔵すると共に、開閉動作する爪５４を設けたチャッキング装置５５を備えており、このチャッキング装置５５でカムシャフトＣＳの一端部を把持する。他方、心押し台５３は、チャッキング装置５５と同軸上に配置した尖頭状のセンタシャフト５６を備えており、このセンタシャフト５６をカムシャフトＣＳの他端部に係合させる。これにより、カムシャフトＣＳは、軸線方向を水平にした状態で軸回りに回転可能に保持される。

また、主軸台５２と心押し台５３で保持されたカムシャフトＣＳの上側には、カムシャフトＣＳの軸線方向（Ｚ方向）及び上下方向（Ｘ方向）に移動可能な工具ヘッド５７を備えており、工具ヘッド５７に、一対のフォームローラ１３，１３を備えた工具ホルダ（ホルダ）５８が取付けてある。

工具ホルダ５８は、円筒形状の部材であって、上端部に閉塞部材５９が固定してあると共に、内部下位側に円筒形状のスライダ６０が収容してあり、スライダ６０内に、ロッド６１がその軸線方向に摺動自在に設けてある。そして、ロッド６１の下端部に、軸線を水平方向とした揺動軸１１を介して、ローラ支持部材６２が揺動自在に連結してある。

また、工具ホルダ５８は、その内部において、ロッド６１の上端部にばね座６３が固定してあり、このばね座６３と閉塞部材５９の間には、ジャーナル部Ｊの外周面Ｊａに当接したフォームローラ１３に対して同外周面Ｊａへの荷重を付与する荷重付与手段として、圧縮コイルばね６４が設けてある。このとき、圧縮コイルばね６４の反ばね座側には、受圧部材６５が設けてあり、この受圧部材６５と閉塞部材５９との間には、圧縮コイルばね（荷重付与手段）６４によりフォームローラ１３に付与した荷重を検出する荷重検出手段として、圧電型のロードセル６６が設けてある。

つまり、この実施例では、工具ホルダ５８に、荷重付与手段である圧縮コイルばね６４や荷重検出手段であるロードセル６６がコンパクトに内蔵してあり、当該装置の構造の簡素化や小型化に貢献し得る。なお、荷重付与手段としては、圧縮コイルばね６４のほか、例えば空圧や油圧を用いたシリンダ等のアクチュエータを用いることも可能である。

ローラ支持部材６２は、棒状を成す部材であって、その中間部が揺動軸１１に連結してあると共に、両端部の下側にリテーナ６７，６７を備え、各リテーナ６７にローラ軸６８を介してフォームローラ１３を支持している。これにより、ローラ支持部材６２は、両フォームローラ１３，１３を同軸上に並列配置して回転自在に支持している。

また、各フォームローラ１３は、先の実施例と同様に、同一径を有すると共に、外周部に凹部形成用の凸部を一定間隔で有しており、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を材料としている。

ここで、微細凹部加工装置５１は、例えば数値制御される工作機械を用いることができる。すなわち、主軸台５２、心押し台５３及び工具ヘッド５７を備えた工作機械を用いることが可能であり、ロードセル６６の信号を図示しない配線により工作機械の制御装置に入力するようにして、その信号を微細凹部形成の際の動作制御に利用し得る。

また、微細凹部加工装置５１は、微細凹部の加工対象となる円周面が、カムシャフトＣＳにおけるジャーナル部Ｊの外周面Ｊａであるから、ジャーナル部Ｊの中心線Ｌ３とローラ軸６８とが平行になるように、カムシャフトＣＳに対して工具ホルダ５８を配置し、この際、各フォームローラ１３，１３が異なるジャーナル部Ｊ，Ｊに対応する。

なお、この実施例では、主軸台５２が、回転駆動手段すなわち被加工物であるカムシャフトＣＳとホルダである工具ホルダ５８をジャーナル部Ｊの中心線Ｌ３回りに相対的に回転させることにより外周面Ｊａに圧接させたフォームローラ１３を同外周面Ｊａに添って転動させる手段に相当し、ここではカムシャフトＣＳを回転駆動する。

また、この実施例では、工具ヘッド５７が、送り駆動手段すなわち被加工物であるカムシャフトＣＳとホルダである工具ホルダ５８をジャーナル部Ｊの中心線Ｌ３に沿う方向に相対的に移動させる手段に相当し、ここでは工具ホルダ５８を水平方向に送り駆動する。

さらに、この実施例では、同じく工具ヘッド５７が、径方向駆動手段すなわち被加工物であるカムシャフトＣＳとホルダである工具ホルダ５８をジャーナル部Ｊの外周面Ｂａに対してフォームローラ１３が近接離間する方向に相対的に移動させる手段に相当し、ここでは工具ホルダ５８を昇降させるのに伴ってフォームローラ１３を径方向に駆動する。

上記構成を備えた微細凹部加工装置５１は、主軸台５２及び心押し台５３によってカムシャフトＣＳを挟むように保持した後、工具ヘッド５７によってフォームローラ１３，１３を夫々のジャーナル部Ｊの外周面Ｊａに向けて前進させる。また、フォームローラ１３，１３が外周面Ｊａに当接した後には、圧縮コイルばね６４を圧縮してフォームローラ１３，１３を外周面Ｊａに押し付けると共に、圧縮コイルばね６４の圧縮に伴って発生した荷重をロードセル６６で検出する。

そして、微細凹部加工装置５１は、ロードセル６６で検出した荷重が所定値になったところで、工具ヘッド５７によるフォームローラ１３，１３の前進を停止すると共に、微細凹部の形成を開始する。すなわち、主軸台５２によりカムシャフトＣＳを軸回りに定速回転させることにより、フォームローラ１３，１３を連れ回りさせると共に、工具ヘッド５７でフォームローラ１３，１３をカムシャフトＣＳの軸線方向に移動させることによって、外周面Ｊａの全域にわたって微細凹部を形成する。その後、残りのジャーナル部Ｊにも同様の加工を順次行う。

この際、微細凹部加工装置５１では、ローラ支持部材６２によって同一径の二つのフォームローラ１３，１３を同軸上に並列配置すると共に、ローラ支持部材６２が揺動軸１１によって揺動自在に保持してあり、しかも、揺動軸１１が一対のフォームローラ１３，１３の中間に位置していると共に、フォームローラ１３，１３の中間に位置するローラ支持部材６２に対して圧縮コイルばね６４による荷重を付与しているので、各ジャーナル部Ｊの外周面Ｊａに対して両フォームローラ１３，１３の凸部が垂直に接触すると共に、両フォームローラ１３，１３に圧縮コイルばね６４による荷重が均一に付与される。

また、カムシャフトＣＳの軸線とフォームローラ１３，１３の軸線とが平行である場合には、外周面Ｊａに一列分（一周分）の微細凹部を形成した後、フォームローラ１３，１３の後退、横移動及び前進を順に行って、次の列の微細凹部を形成することになるが、微細凹部加工装置５１では、フォームローラ１３，１３をカムシャフトＣＳの軸線方向に一定速度で直線移動させるだけで、外周面Ｊａに対して螺旋状に連続して微細凹部を形成することができる。このように微細凹部を螺旋状に連続形成する方が当然のことながら高効率である。さらに、微細凹部を螺旋状に連続形成する場合、ロッド６１を軸回り方向に調整して、カムシャフトＣＳの軸線に対してフォームローラ１３，１３の軸線を僅かに傾斜させておいても良い。

なお、自動車エンジン用のカムシャフトＣＳに微細凹部を形成する場合、カムシャフトＣＳの回転速度は、例えば毎分１００回転程度であり、微細凹部を連続形成する際のフォームローラ１３，１３の移動速度は、例えばカムシャフト一回転あたり０．５ｍｍである。また、微細凹部の深さは、例えば１μｍ程度である。このような深さの微細凹部を形成する場合には、フォームローラ１３，１３に付与する荷重と、これにより形成される微細凹部の深さとの関係を予め求めておき、ロードセル６６による荷重が所定値になったところで加工を開始すればよい。

このように、上記の微細凹部加工装置５１では、先の実施例と同様に、フォームローラ１３，１３を用いた機械加工を行うことから、カムシャフトＣＳのジャーナル部Ｊの外周面Ｊａに高精度な微細凹部を高効率で形成することができ、使い捨てのマスキングシートを用いてショットブラスト行う従来の微細凹部加工に比べて、生産性の向上や製造コストの低減を実現することができる。

そして、一対のフォームローラ１３，１３を採用したことから、ジャーナル部Ｊの外周面Ｊａに対してフォームローラ１３，１３の凸部を常に垂直に圧接させて、図４（ａ）に示す如く深さが均一な微細凹部Ｐを高精度に形成することができると共に、二箇所同時に微細凹部の形成を行うことで、加工時間を大幅に短縮することができる。

また、微細凹部加工装置５１は、工具ヘッド５７、すなわち外周面Ｊａに対してフォームローラ１３が近接離間する方向に相対的に移動させる径方向駆動手段を備えているので、外周面Ｊａに対するフォームローラ１３の圧接力を容易に変更して、異なる深さの微細凹部を形成することができ、加工中に微細凹部の深さを部分的に変化させることもできる。

さらに、微細凹部加工装置５１は、荷重付与手段として圧縮コイルばね６４を採用しているので、装置構造を簡略化することができると共に、簡単な構造でありながらフォームローラ１３に充分な荷重を付与することができる。なお、荷重付与手段としては、ばねのほかにアクチュエータを用いることもでき、この場合には、アクチュエータ自体で荷重の増減を行うことが可能になる。

そしてさらに、微細凹部加工装置５１は、荷重検出手段としてロードセル６６を採用したことにより、簡単な構造で付与荷重を正確に検出することができると共に、その検出信号を用いて例えば径方向駆動手段（工具ヘッド５７）をフィードバック制御することで、形成される微細凹部が常に一定の深さとなるように荷重を制御することができ、また、微細凹部の深さが部分的に変化するように荷重を制御することも可能である。

上記の微細凹部加工装置５１を用いて微細凹部の加工が施されたカムシャフトＣＳは、ジャーナル部Ｊの外周面Ｊａに高精度の微細凹部が規則的に形成されたものとなり、シリンダヘッドにおける軸受部との摺動接触部分において微細凹部が油だまりとして有効に機能し、エンジンの性能向上にも貢献し得るものとなる。

なお、本発明に係わる微細凹部加工装置は、その構成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。例えば、上記各実施例では、回転駆動手段（主軸３、主軸台５２）、送り駆動手段（主軸ヘッド２、工具ヘッド５７）、及び径方向駆動手段（アダプタ１０Ｃ、工具ヘッド５７）として、被加工物（シリンダブロックＣＢ、カムシャフトＣＳ）及びホルダ（工具ホルダ１０，５８）のいずれか一方を駆動する場合を例示したが、他方を駆動したり被加工物とホルダの両方を駆動したりして、被加工物とホルダを相対的に移動させることが可能である。

また、被加工物としては、各実施例で説明したシリンダブロックＣＢ及びカムシャフトＣＳのほか、ピストン、クランクシャフト及びバランサシャフト（サイレントシャフト）などを挙げることができ、このほか、凹部形成用の凸部を複列に備えたフォームローラを用いることも可能である。

本発明の微細凹部加工装置の一実施例を説明する断面図である。 微細凹部加工装置の全体を説明する斜視図である。 ローラ支持部材及びフォームローラを説明する断面図である。 形成した微細凹部を示す断面図（ａ）及びフォームローラが傾いた状態で形成した微細凹部を示す断面図（ｂ）である。 ローラ支持部材の他の例を説明する断面図である。 本発明の微細凹部加工装置の他の実施例を説明する断面図である。 微細凹部加工装置の全体を説明する正面図である。

符号の説明

Ｂ シリンダボア（円形穴）
Ｂａ シリンダボアの内周面（円周面）
ＣＢ シリンダブロック（被加工物）
ＣＳ カムシャフト（被加工物）
Ｊ ジャーナル部（円柱部）
Ｊａ ジャーナル部の外周面（円周面）
１ ５２ 微細凹部加工装置
２ 主軸ヘッド（送り駆動手段）
３ 主軸（回転駆動手段）
１０ ５８ 工具ホルダ（ホルダ）
１０Ｃ アダプタ（径方向駆動手段）
１１ 揺動軸
１２ ３２ ６２ ローラ支持部材
１３ フォームローラ
１６ ６４ 圧縮コイルばね（荷重付与手段）
１７ ６６ ロードセル（荷重検出手段）
１９ ３９ ６８ ローラ軸
５２ 主軸台（回転駆動手段）
５７ 工具ヘッド（送り駆動手段、径方向駆動手段）

Claims (10)

1. 被加工物の円周面に微細凹部を形成する微細凹部加工装置であって、同一径で外周部に凹部形成用の凸部を有する一対のフォームローラと、両フォームローラを同軸上に並列配置して回転自在に支持するローラ支持部材と、フォームローラのローラ軸に直交する揺動軸を介してローラ支持部材を揺動自在に保持するホルダを備えると共に、被加工物に対して円周面の中心線とローラ軸とが平行になる状態にホルダを配置し、さらに、ホルダ側からローラ支持部材に荷重を付与して両フォームローラを円周面に圧接させる荷重付与手段と、被加工物とホルダを円周面の中心線回りに相対的に回転させることにより円周面に圧接させたフォームローラを同円周面に添って転動させる回転駆動手段を備えたことを特徴とする微細凹部加工装置。
2. 被加工物とホルダを円周面の中心線に沿う方向に相対的に移動させる送り駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の微細凹部加工装置。
3. 被加工物とホルダを円周面に対してフォームローラが近接離間する方向に相対的に移動させる径方向駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の微細凹部加工装置。
4. 荷重付与手段が、ホルダとローラ支持部材との間に介装したばねであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微細凹部加工装置。
5. 荷重付与手段によりフォームローラに付与した荷重を検出する荷重検出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の微細凹部加工装置。
6. 荷重検出手段がロードセルであることを特徴とする請求項５に記載の微細凹部加工装置。
7. 被加工物が円形穴を有し、円周面が円形穴の内周面であって、回転駆動手段がホルダを回転駆動する手段であると共に、ホルダの回転中心に対してローラ軸がオフセットされた位置に設けてあることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の微細凹部加工装置。
8. 被加工物が円柱部を有し、円周面が円柱部の外周面であって、回転駆動手段が被加工物を円柱部の軸線回りに回転駆動する手段であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の微細凹部加工装置。
9. 請求項７に記載の微細凹部加工装置を用いて、シリンダボアの内周面に微細凹部を形成したことを特徴とするエンジンのシリンダブロック。
10. 請求項８に記載の微細凹部加工装置を用いて、ジャーナル部の外周面に微細凹部を形成したことを特徴とするエンジンのカムシャフト。

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