JP2006297467A - 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】フォームローラ１３と、ローラ支持部材１２と、ローラ支持部材１２を保持する工具ホルダ１０と、フォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接させるアダプタ１０Ｃ及び圧縮コイルばね１６と、工具ホルダ１０を回転させる主軸３と、工具ホルダ１０に対するフォームローラ１３の変位を検出する変位検出手段１８を備え、変位検出手段１８による検出結果に基づいてアダプタ１０Ｃ及び主軸３を制御することで、微細凹部を高精度に形成すると共に、内周面Ｂａに対して低荷重で複数回加工を行って微細凹部を形成することで、フォームローラ１３の工具寿命の長期化を実現した。
【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ものであって、外周部に凹部形成用の凸部を有するフォームローラと、フォームローラを回転可能に支持するローラ支持部材と、円周面の中心線とフォームローラのローラ軸とが平行になる状態にローラ支持部材を保持する工具ホルダと、工具ホルダに設けられ且つフォームローラを円周面に圧接させるローラ圧接手段と、被加工物と工具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添ってフォームローラを転動させる回転駆動手段と、工具ホルダに対するフォームローラの変位を検出する変位検出手段を備えている。

ここで、被加工物の円周面としては、被加工物における円形穴の内周面や、被加工物における円柱部の外周面があり、とくに、円形穴の内周面に微細凹部を形成する場合には、工具ホルダにより、内周面（円周面）の中心線とフォームローラのローラ軸とが平行になる状態にローラ支持部材を保持したとき、内周面の中心線と工具ホルダの中心線を一致させると共に、フォームローラのローラ軸を工具ホルダの中心線に対してオフセットした位置にする。

そして、微細凹部加工装置は、変位検出手段による検出結果に基づいてローラ圧接手段及び回転駆動手段を制御し、より具体的には、工具ホルダに対するフォームローラの変位量や円周面に対するフォームローラの圧接荷重が変化するようにローラ圧接手段を制御すると共に、先に形成した微細凹部をより深く再加工するように回転駆動手段を逆方向に回転制御する。

本発明の微細凹部加工方法は、被加工物の円周面に微細凹部を形成するに際し、微細凹部の深さとこれに対応するフォームローラの変位量との関係に基づいて、フォームローラの変位量を設定する。ここで、当該微細凹部加工方法では、円周面にフォームローラを圧接させて微細凹部を形成するので、加工時には、工具ホルダに対するフォームローラの変位と、円周面に対するフォームローラの圧接荷重を伴うこととなる。したがって、フォームローラの変位量の設定は、円周面に対するフォームローラの圧接荷重を間接的に設定することでもある。

そして、微細凹部加工方法では、形成しようとする微細凹部の目標深さよりも小さい深さに対応するフォームローラの変位量を設定して同フォームローラを被加工物の円周面に圧接させ、被加工物と工具ホルダを円周面の中心線回りに相対的に回転させて円周面に添ってフォームローラを転動させる。これにより、円周面に目標深さよりも小さい深さの微細凹部を形成する。

その後、微細凹部加工方法では、フォームローラの変位量を増大させて、例えばフォームローラを逆方向に転動させることにより、円周面の同一箇所に少なくとも一回の再加工を行うこととし、これにより最終的に目標深さを有する微細凹部を形成する。

なお、再加工では、フォームローラの変位量を増大させて、微細凹部がさらに深くなるように加工を行うのであるが、この際には、微細凹部が第一回目の加工によって所定の深さ（目標深さよりも小さい深さ）に形成されているので、フォームローラの変位量を増大させても、微細凹部に対するフォームローラの圧接荷重が必ずしも増大することはなく、圧接荷重が一定となるように、あるいは減少又は増大するようにフォームローラの変位量を増大させることができる。

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る。

そして、微細凹部加工装置は、変位検出手段による検出結果に基づいてローラ圧接手段を制御することにより、加工中において、微細凹部の深さが常に均一になるようにしたり、微細凹部の深さを任意に変更したりすることができ、また、ローラ圧接手段及び回転駆動手段を制御することにより、微細凹部の深さが徐々に増大するように複数回の加工を行って所望の深さの微細凹部を形成し得るので、微細凹部を低荷重で且つ高精度に形成することができると共に、フォームローラへの応力を緩和して工具寿命の長期化を図ることができる。

本発明の微細凹部加工方法は、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図ることができるほか、微細凹部の深さが徐々に増大するように複数回の加工を行って所望の深さの微細凹部を形成することから、微細凹部を低荷重で且つ高精度に形成することができると共に、フォームローラへの応力を緩和して工具寿命の長期化を図ることができる。

図１〜図５は、本発明の微細凹部加工装置の一実施例を説明する図である。

図２に示す微細凹部加工装置１は、図１１に示す自動車用エンジンのシリンダブロックＣＢ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Ｂの内周面Ｂａ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、スプラインナット１４及びスプラインシャフト１５と、圧縮コイルばね１６を介してローラ支持部材１２が設けてあると共に、ローラ支持部材１２に、ローラ軸１９を介してフォームローラ１３が回転可能に設けてある。

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、軸線方向を水平にしたスプラインナット１４を備え、このスプラインナット１４と、ローラ支持部材１２に連結したスプラインシャフト１５とを互いにスプライン結合して、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。

圧縮コイルばね１６は、工具ホルダ１０側であるハウジング１０Ｄからローラ支持部材１２に荷重を付与してフォームローラ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であり、ハウジング１０Ｄと圧縮コイルばね１６との間には、内周面Ｂａに対するフォームローラ１３の圧接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。

また、ハウジング１０Ｄとローラ支持部材１２との間には、ハウジング１０Ｄ側の検出器１８Ａとローラ支持部材１２側の被検出部１８Ｂとから成る非接触式の変位検出手段１３が設けてあり、この変位検出手段１３でハウジング１０Ｄからローラ支持部材１２までの距離を測定することにより、工具ホルダ１０に対するフォームローラ１３の変位量を間接的に検出する。

このように、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、荷重検出手段であるロードセル１７及び変位検出手段１８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。

ローラ支持部材１２は、フォームローラ１３の近傍に、シリンダボアＢの内周面Ｂａに形成した微細凹部の深さを検出する深さ検出手段２０を備えている。この深さ検出手段２０は、接触式又は非接触式の周知の測定機器を用いることが可能であって、この実施例では、測定精度の向上や形成した微細凹部の保護などを図るために、非接触式のものを採用している。

フォームローラ１３は、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、被加工物に数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及びフォームローラ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。

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、軸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を昇降駆動する。

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。

そして、この実施例では、上記の径方向駆動手段（アダプタ１０Ｃ）及び荷重付与手段（圧縮コイルばね１６）が、ローラ圧接手段すなわち工具ホルダ１０に設けられ且つフォームローラ１３を内周面（円周面）Ｂａに圧接させる手段に相当し、変位検出手段１８による検出結果に基づいてローラ圧接手段（荷重付与手段：圧縮コイルばね１６，径方向駆動手段：アダプタ１０Ｃ）及び回転駆動手段（主軸３）を制御する。

なお、微細凹部加工装置１は、図示を省略したが、上記の如くローラ圧接手段からの検出結果に基づいて荷重付与手段及び回転駆動手段を制御する制御装置を備えており、この制御装置において、主軸ヘッド２やテーブル４などの動作制御も行う。

次に、上記の微細凹部加工装置の動作説明と共に、図３に示すフローチャートに基づいて本発明の微細凹部加工方法の一例を説明する。

微細凹部加工装置１を用いて、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内にフォームローラ１３を進入させる。

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に対してフォームローラ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。

ここで、本発明の微細凹部加工装置及び加工方法では、上記の如く内周面Ｂａにフォームローラ１３を圧接させる際に、ロードセル１７による検出荷重に基づいてアダプタ１０Ｃを制御するだけでなく、変位検出手段１８による検出変位量をも用いてアダプタ１０Ｃを制御するようにし、微細凹部の深さとこれに対応するフォームローラ１３の変位量との関係に基づいて、形成しようとする微細凹部の目標深さよりも小さい深さに対応するフォームローラ１３の変位量を設定して同フォームローラ１３を内周面Ｂａに圧接させる。

すなわち、微細凹部の深さ（目標深さＤｍａｘ）と、工具ホルダ１０に対するフォームローラ１３の変位量（最大変位量Ｈｍａｘ）と、シリンダボアＣＢの内周面Ｂａに対するフォームローラ１３の圧接荷重（最大荷重Ｆｍａｘ）は、互いに関連しているので、まず図３のステップＳ１において、目標深さＤｍａｘに相当する最大荷重Ｆｍａｘと、目標深さＤｍａｘよりも小さい一次深さＤ１を得るための一次荷重Ｆ１を設定し、ステップＳ２において、目標深さＤｍａｘに相当する最大変位量Ｈｍａｘと、一次深さＤ１に相当する一次変位量Ｈ１を設定する。

こののち、ステップＳ３において、先述の要領でフォームローラ１３をシリンダボアＣＢの内周面Ｂａに圧接させ、ステップＳ４において、ロードセル１７で検出した荷重が一次荷重Ｆ１になったか否かを判定し、又は変位検出手段１８で検出した変位量が一次変位量Ｈ１になったか否かを判定する。このとき、検出荷重が一次荷重Ｆ１に達していない場合（Ｎｏ）、又は検出変位量が一次変位量Ｈ１に達していない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ３に戻ってアダプタ１０Ｃによるフォームローラ１３の前進を継続する。

そして、検出荷重が一次荷重Ｆ１に達した場合（Ｙｅｓ）、又は検出変位量が一次変位量Ｈ１に達した場合（Ｙｅｓ）には、アダプタ１０Ｃによるフォームローラ１３の前進を停止し、ステップＳ５において、微細凹部の加工を開始する。つまり、主軸（回転駆動手段）３で工具ホルダ１０を回転させることにより、シリンダボアＣＢの内周面Ｂａに圧接させたフォームローラ１３を転動させて同内周面Ｂａにディンプル状の微細凹部を所定間隔で形成すると共に、主軸ヘッド（軸方向駆動手段）２を下降させることで、図４に示すように、内周面Ｂａの全体にわたって螺旋状の軌跡で微細凹部を連続的に形成する。これにより、図５（ａ）（ｂ）に示すように、一次深さＤ１の微細凹部Ｑが形成される。

次に、当該微細凹部加工方法では、ステップＳ６において、加工後におけるフォームローラ１３の変位量が最大変位量Ｈｍａｘになったか否かを判定し、この時点では、フォームローラ１３の変位量は一次変位量Ｈ１であるから、変位量が最大変位量Ｈｍａｘに達していない（Ｎｏ）と判定してステップＳ１に戻る。

ステップＳ１では、圧接荷重を二次荷重Ｆ２に設定し直し、ステップＳ２では、変位量を二次変位量Ｈ２に設定し直し、ステップＳ３において、アダプタ１０Ｃによりフォームローラ１３を前進させる。なお、ステップＳ１には、複数次の荷重及び変位量を予め設定することができ、これらは、当然のことながら最大荷重Ｆｍａｘ及び最大変位量Ｈｍａｘよりも小さい値である。

ステップＳ４では、ステップＳ１，Ｓ２で更新した荷重及び変位量について比較判定を行うこととなり、初回と同様の要領でロードセル１７及び変位検出手段１８の検出結果が二次荷重Ｆ２及び二次変位量Ｈ２になったか否かを判定した後、ステップＳ５において加工（再加工）を開始する。

なお、再加工では、一次深さＤ１の微細凹部を形成した後であるから、ステップＳ３でフォームローラ１３の変位量を増大させても、圧縮コイルばね１６による圧接荷重が必ずしも増大することはなく、一次荷重Ｆ１と二次荷重Ｆ２を等しくしたり、一次荷重Ｆ１に対して二次荷重Ｆ２を減少又は増大させたりすることができる。一方、フォームローラ１３の変位量は、工具ホルダ１０に対する変位量であるから、最大変位量Ｈｍａｘに達するまで増大する。

そして、ステップＳ５における再加工では、主軸（回転駆動手段）３を初回と同じ速度で逆回転させると共に、主軸ヘッド（軸方向駆動手段）２を初回の下降と同じ速度で上昇させることで、図４に示すように、初回の螺旋状軌跡に添ってフォームローラ１３を逆方向に転動させるようにし、同一箇所に加工を行う。これにより、図５（ｃ）（ｄ）に示すように、微細凹部Ｑの深さは二次深さＨ２となる。

このようにして、当該微細凹部加工装置及び加工方法では、シリンダボアＣＢの内周面Ｂａの同一箇所に少なくとも一回の再加工を行い、最終的にステップＳ６において、フォームローラ１３の変位量が最大変位量Ｈｍａｘになった（Ｙｅｓ）と判定したところで、加工終了（ステップＳ７）となる。これにより、目標深さＤｍａｘを有する微細凹部が形成される。

図６及び図７は、上記の如く複数回の加工により微細凹部を形成する場合において、微細凹部の深さとフォームローラの圧接荷重を示す説明図である。すなわち、形成しようとする微細凹部の目標深さＤｍａｘよりも小さい一次深さＤ１に対応するフォームローラ１３の一次変位量Ｈ１を設定して１回目の加工を行い、それ以降は、微細凹部の深さが徐々に増大するようにフォームローラ１３の変位量を設定して再加工を行う。

このとき、図６及び図７に示すように、１回目から３回目の加工では、フォームローラ１３の変位量は段階的に増大するが、フォームローラ１３の圧接荷重を一定にして加工を行うことができる。

その後は、図６に示すように、４回目の加工において、フォームローラ１３の圧接荷重を低下させると共に、同フォームローラ１３の変位量が最大変位量Ｈｍａｘとなるように設定して、目標深さＤｍａｘの微細凹部を形成したり、図７に示すように、４及び５回目の加工において、フォームローラ１３の圧接荷重を段階的に減少させると共に、同フォームローラ１３の変位量が段階的に最大変位量Ｈｍａｘとなるように設定して、最終的に目標深さＤｍａｘの微細凹部を形成したりすることができる。

以上のように、微細凹部加工装置１及び加工方法では、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、微細凹部加工装置１及び加工方法では、変位検出手段１８による検出結果に基づいてローラ圧接手段（荷重付与手段：圧縮コイルばね１６，径方向駆動手段：アダプタ１０Ｃ）及び回転駆動手段（主軸３）を制御するようにし、微細凹部の深さが徐々に増大するように複数回の加工を行って所望の深さ（目標深さ）の微細凹部を形成し得るので、微細凹部を低荷重で且つ高精度に形成することができ、フォームローラ１３への応力を緩和して工具寿命の長期化を図ることができる。

また、微細凹部加工装置１及び加工方法では、被加工物の材質や微細凹部の深さなどの条件によっては、一回の加工で目標深さの微細凹部を形成することも勿論可能であるが、複数回の加工を行うようにすれば、上記の如く工具寿命の長期化を実現できるうえに、低荷重でより深い微細凹部を形成することができる。

さらに、微細凹部加工装置１及び加工方法では、ロードセル１７及び変位検出手段１８の検出結果に基づいてアダプタ１０Ｃをフィードバック制御することで、微細凹部の深さが常に均一になるようにしたり、微細凹部の深さが部分的に異なるようにしたりすることが容易であると共に、これらの制御を一回の加工毎、又は一回の加工中に実施することができる。

さらに、微細凹部加工装置１は、深さ検出手段２０を備えているので、この深さ検出手段２０で形成後の微細凹部の深さを直接測定し、その検出結果に基づいてアダプタ１０Ｃをフィードバック制御するものとすれば、材料のスプリングバックによる影響を解消して微細凹部の深さをより高精度に管理することができる。

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、また、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、簡単な構造で圧接荷重を正確に検出することができる。

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、図１１に示すように、シリンダボアＢの内周面Ｂａに高精度の微細凹部Ｑが規則的に形成されたものとなり、図１１中に仮想線で示すピストンＰとの摺動接触において微細凹部Ｑ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。

また、上記の微細凹部加工装置１及び加工方法では、フォームローラ１３の変位量及び圧接荷重を変化させることができるので、被加工物がシリンダブロックＣＢである場合、シリンダボアＢの内周面Ｂａにおいて、ピストンＰの動作条件が異なる部位にその条件に適した深さの微細凹部を形成することができる。

すなわち、シリンダブロックＣＢでは、シリンダボアＢの内周面Ｂａにおいて、ピストンＰの上死点側である上側部位Ａ１、中間部位Ａ２及びピストンＰの下死点側である下側部位Ａ３のうちの少なくとも一つの部位に形成した微細凹部Ｑの深さが、他の部位に形成した微細凹部Ｑの深さと異なるようにし、より具体的には、図１２に示すように、ピストンＰの摺動と一時的な停止に対応する範囲である上側部位Ａ１及び下側部位Ａ３の微細凹部Ｑの深さを大きくし、ピストンＰの摺動のみに対応する範囲である中間部位の微細凹部Ｑの深さを小さくする。

これにより、シリンダボアＢの内周面Ｂａは、全体として、微細凹部Ｑの深さがピストンＰの動作条件により一層好適なものとなり、微細凹部Ｑが油だまりとしてより効果的に機能してエンジンの性能向上に貢献し得るものとなる。

図８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る。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図示の微細凹部加工装置は、先の実施例ではローラ圧接手段に含まれる荷重付与手段が圧縮コイルばねであったのに対して、荷重付与手段として伸縮駆動するアクチュエータ３０を備えたものとなっており、変位検出手段１８による検出結果に基づいて、ローラ圧接手段すなわちアダプタ１０Ｃ及びアクチュエータ３０と、回転駆動手段である主軸３を制御する。

上記の微細凹部加工装置にあっても、先の実施例と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、アクチュエータ３０の採用により、フォームローラ１３の変位量及び圧接荷重をより高精度に且つ連続的に調整することができ、また、アクチュエータ３０の伸縮ストロークが充分なものであれば、ローラ圧接手段に含まれる径方向駆動手段であるアダプタ１０Ｃを廃止して、装置構造のさらなる簡略化を図ることも可能である。

図９及び図１０は本発明の微細凹部加工装置のさらに他の実施例を説明する図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図９に示す微細凹部加工装置は、先の実施例では、ローラ支持部材にフォームローラを回転自在に設けていたのに対して、ローラ支持部材１２に、フォームローラ１３を回転駆動するローラ回転駆動手段３５と、フォームローラ１３を所定の回転位置で一時的に拘束するローラ位置決め手段３６を備えている。

ローラ回転駆動手段３５は、駆動源であるモータや減速機構を含み、フォームローラ３５を回転駆動すると共に、図示しない制御装置により動作制御することができる。また、ローラ位置決め手段３６は、ローラ支持部材１２に固定したケース３７と、ケース３７に収容したスプリング３８と、スプリング３８により付勢され且つ下向きに突没可能な係合子３９と、フォームローラ１３に形成され且つ係合子３９が係脱可能な係合凹部４０で構成してある。

なお、係合子３９と係合凹部４０との係合力は、フォームローラ１３に回転力が加わらない状態で同フォームローラ１３を保持すると共に、フォームローラ１３に回転力が加わると簡単に離脱する程度の力であって、微細凹部の加工中においてもフォームローラ１３の回転を何ら妨げるものではない。したがって、実際の係合凹部は、例えば図示例よりも浅いものとなる。

上記の微細凹部加工装置は、微細凹部の形成時において、工具ホルダ１０を回転駆動してフォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに添って転動させるのと同時に、ローラ駆動手段３５により、工具ホルダ１０の中心線回りとは逆方向にフォームローラ１３を回転駆動する。これにより、フォームローラ１３とシリンダボアＢの内周面Ｂａとの間における滑りを防止し、精度良く微細凹部を形成することができる。

また、１回目の加工が終了した時点で、ローラ位置決め手段３６の係合子３９と係合凹部４０が係合するようにし、あるいはフォームローラ１３を内周面Ｂａから離間させ、ローラ駆動手段３５によりフォームローラ１３を回転させて係合子３９と係合凹部４０が係合するようにし、１回目に形成した微細凹部とフォームローラ１３のいずれかの形成用凸部とが一致する状態にして、先の実施例と同様に再加工を開始する。

このとき、係合子３９と係合凹部４０との係合状態を判断するには、ローラ駆動手段３５に回転検出器を設け、これにより検出したフォームローラ１３の回転位置から双方の係合状態を判断したり、ローラ位置決め手段３６に設けたセンサ類で双方の係合状態を直接判断したりすることができる。

このようにして、上記の微細凹部加工装置は、複数回の加工を行っても、形成した微細凹部とフォームローラ１３の形成用凸部とが常に一致することとなり、これに上記した滑り防止機能も加わって微細凹部を高精度に形成する。

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、回転駆動手段として主軸３を、軸方向駆動手段として主軸ヘッド２を、径方向駆動手段としてアダプタ１０Ｃを例示したが、被加工物を回転及び移動させる手段も含まれる。また、溝状の微細凹部を形成するための鍔状の形成用凸部を備えたフォームローラや、凹部形成用の凸部を複列に備えたフォームローラなどを用いることも可能である。

また、被加工物としては、円形穴を有するもののほか、外周面に微細凹部が形成される円柱部を有するものであっても良く、具体的には、エンジン用のクランクシャフト、カムシャフト及びバランサシャフト（サイレントシャフト）などが挙げられる。

被加工物がクランクシャフトである場合には、クランクジャーナルの外周面やクランクピンの外周面に微細凹部を形成し、被加工物がカムシャフトである場合には、カムジャーナルの外周面やカムロブの外周面に微細凹部を形成し、また、被加工物がバランサシャフトである場合には、同じくジャーナルの外周面に微細凹部を形成することとなり、いずれの場合においても、微細凹部が油だまりとして機能して各部品の回転性能や摺動性能を高めることができ、ひいてはエンジンの性能向上に貢献し得るものとなる。

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。 微細凹部加工方法の一例を説明するフローチャートである。 シリンダボアの内周面に対するフォームローラの転動軌跡を示す斜視説明図（ａ）展開説明図（ｂ）である。 １回目の加工におけるフォームローラの転動軌跡を示す説明図（ａ）及び微細凹部の断面図（ｂ）、２回目の加工におけるフォームローラの転動軌跡を示す説明図（ｃ）及び微細凹部の断面図（ｄ）である。 加工毎の微細凹部の深さ、フォームローラの変位量及び圧接荷重の一例を示すグラフである。 加工毎の微細凹部の深さ、フォームローラの変位量及び圧接荷重の他の例を示すグラフである。 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。 本発明の微細凹部加工装置のさらに他の実施例を説明する断面図である。 図９に示す微細凹部加工装置におけるローラ位置決め手段を説明する斜視図である。 シリンダブロックを説明する図であって、シリンダボアの水平断面図（ａ）、全体の平面図（ｂ）及び断面図（ｃ）である。 微細凹部の深さを変化させた例を説明するシリンダボアの断面図（ａ）、及びシリンダブロックの断面図（ｂ）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）
１ 微細凹部加工装置
２ 主軸ヘッド（軸方向駆動手段）
３ 主軸（回転駆動手段）
１０ 工具ホルダ
１０Ｃ アダプタ（径方向駆動手段：ローラ圧接手段）
１２ ローラ支持部材
１３ フォームローラ
１６ 圧縮コイルばね（荷重付与手段：ローラ圧接手段）
１７ ロードセル（荷重検出手段）
１８ 変位検出手段
１９ ローラ軸
２０深さ検出手段
３０ アクチュエータ（荷重付与手段：ローラ圧接手段）
３５ ローラ駆動手段
３６ ローラ位置決め手段

Claims (17)

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、外周部に凹部形成用の凸部を有するフォームローラと、フォームローラを回転可能に支持するローラ支持部材と、円周面の中心線とフォームローラのローラ軸とが平行になる状態にローラ支持部材を保持する工具ホルダと、工具ホルダに設けられ且つフォームローラを円周面に圧接させるローラ圧接手段と、被加工物と工具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添ってフォームローラを転動させる回転駆動手段と、工具ホルダに対するフォームローラの変位を検出する変位検出手段を備え、変位検出手段による検出結果に基づいてローラ圧接手段及び回転駆動手段を制御することを特徴とする微細凹部加工装置。
2. 被加工物と工具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軸方向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. ローラ圧接手段が、工具ホルダ側からローラ支持部材に荷重を付与する荷重付与手段を含む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、ばねであることを特徴とする請求項３に記載の微細凹部加工装置。
5. 荷重付与手段が、伸縮駆動するアクチュエータであることを特徴とする請求項３に記載の微細凹部加工装置。
6. 荷重付与手段によるフォームローラの圧接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３〜５のいずれかに記載の微細凹部加工装置。
7. ローラ圧接手段が、円周面に対してフォームローラを近接離間する方向に駆動する径方向駆動手段を含む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. 円周面に形成した微細凹部の深さを検出する深さ検出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の微細凹部加工装置。
9. フォームローラを回転駆動するローラ回転駆動手段と、フォームローラを所定の回転位置で一時的に拘束するローラ位置決め手段を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の微細凹部加工装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の微細凹部加工装置を用いて、被加工物の円周面に微細凹部を形成するに際し、微細凹部の深さとこれに対応するフォームローラの変位量との関係に基づいて、形成しようとする微細凹部の目標深さよりも小さい深さに対応するフォームローラの変位量を設定して同フォームローラを被加工物の円周面に圧接させ、被加工物と工具ホルダを円周面の中心線回りに相対的に回転させて円周面に添ってフォームローラを転動させることにより、円周面に目標深さよりも小さい深さの微細凹部を形成し、その後、フォームローラの変位量を増大させて円周面の同一箇所に少なくとも一回の再加工を行うことにより、最終的に目標深さを有する微細凹部を形成することを特徴とする微細凹部加工方法。
11. 加工中にフォームローラの変位量を変化させることを特徴とする請求項１０に記載の微細凹部加工方法。
12. 請求項１〜９のいずれかに記載の微細凹部加工装置を用いて、クランクジャーナル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クランクシャフト。
13. 請求項１〜９のいずれかに記載の微細凹部加工装置を用いて、クランクピン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クランクシャフト。
14. 請求項１〜９のいずれかに記載の微細凹部加工装置を用いて、カムジャーナル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。
15. 請求項１〜９のいずれかに記載の微細凹部加工装置を用いて、カムロブ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。
16. 請求項１〜９のいずれか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。
17. シリンダボアの内周面において、ピストンの上死点側である上側部位、中間部位及びピストンの下死点側である下側部位のうちの少なくとも一つの部位に形成した微細凹部の深さが、他の部位に形成した微細凹部の深さと異なることを特徴とする請求項１７に記載のエンジンのシリンダブロック。
    

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