JP2006315082A

JP2006315082A - 微細凹部加工装置及び微細凹部加工方法

Info

Publication number: JP2006315082A
Application number: JP2006109278A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Takashima; 和彦高嶋; Minoru Ota; 稔太田; Yoshitaka Uehara; 義貴上原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2006-11-24
Anticipated expiration: 2026-04-12
Also published as: JP5051499B2

Abstract

【課題】円形穴の内周面に微細凹部を形成するに際し、ショットブラストを用いた従来の微細凹部の形成では、微細凹部を規則的に配置することが困難であると共に、製造コストが増大する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１０に、ローラ支持部材１２と、凹部形成用のフォームローラ１１と、フォームローラ１１をシリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接させる圧縮コイルばね２０を備えると共に、工具ホルダ１０をシリンダボアＢの中心線に沿う方向に移動させる主軸ヘッド２と、工具ホルダ１０の下降動作に伴ってフォームローラ１１をシリンダボアＢの内部に導くガイド体２を備え、高精度の微細凹部を規則的に形成すると共に、製造コストの低減を実現し、工具ホルダ１０を回転駆動しながらガイド体２４によりフォームローラ１１をシリンダボアＢに導くことで加工時間の短縮を実現した。
【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（円形穴）の内周面に、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。

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な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。

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。
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な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、円形穴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、被加工物の円形穴の内周面に対して精度良好に微細な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。

本発明の微細凹部加工装置は、被加工物の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、円形穴と同軸状態に配置して回転駆動される工具ホルダに、その回転軸に直交する方向に移動可能なローラ支持部材と、ローラ支持部材に対して工具ホルダの回転軸とオフセットされたローラ軸回りに回転自在に設けた凹部形成用のフォームローラと、ローラ支持部材に荷重を付与してフォームローラを円形穴の内周面に圧接させる荷重付与手段を備えている。そして、被加工物と工具ホルダを円形穴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ると共に、軸方向駆動手段による被加工物と工具ホルダの接近動作に伴ってフォームローラを円形穴の内部に導くガイド体を備えたことを特徴としている。

また、本発明の微細凹部加工装置は、上記の微細凹部加工装置を用いて被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成するに際し、円形穴の中心線と工具ホルダの回転軸とを一致させた状態にして工具ホルダを回転駆動する。その後、軸方向駆動手段により被加工物と工具ホルダを接近させるのに伴って、ガイド体により円形穴の内部にフォームローラを導くと共に、荷重付与手段により円形穴の内周面にフォームローラを圧接させる。そして、工具ホルダの回転駆動、及び軸方向駆動手段による被加工物と工具ホルダの接近動作を継続することにより、円形穴の内周面に沿ってフォームローラを転動させて、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、被加工物の円形穴の内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、軸方向駆動手段による被加工物と工具ホルダの接近動作に伴ってフォームローラを円形穴の内部に導くガイド体を採用したことから、工具ホルダを回転駆動しながらフォームローラを円形穴の内部に進入させることができ、これに連続して円形穴の内周面に微細凹部を形成し得るので、フォームローラの進入から微細凹部の形成終了に至るまでの加工時間を短縮することができる。

また、本発明の微細凹部加工方法は、被加工物の円形穴の内周面に高精度の微細凹部を高効率で形成して、生産性の向上や製造コストの低減を実現すると共に、工具ホルダを回転駆動しながらフォームローラを円形穴の内部に進入させて、これに連続して円形穴の内周面に微細凹部を形成することができるので、フォームローラの進入から微細凹部の形成終了に至るまでの加工時間を短縮することができる。

以下、図面に基づいて、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。

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、円形穴であるシリンダボアの内周面に微細な凹部を形成する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を有しており、ボディ部１０Ｂの下側には、アダプタ１０Ｃを介して、微細凹部形成用のフォームローラ１１と、フォームローラ１１を回転自在に支持するローラ支持部材１２と、ローラ支持部材１２を保持するハウジング１３を備えている。

フォームローラ１１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１１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な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程度のディンプル状の微細凹部を形成する。

ローラ支持部材１２は、その下部に、組合せアンギュラ玉軸受１５を介して支持軸１４を回転自在に備えており、支持軸１４の下部にフォームローラ１１が固定してある。このとき、主軸３による工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１に対して、支持軸１４によるフォームローラ１２のローラ軸Ｌ２とは平行であり且つオフセットされた位置にある。

ハウジング１３は、ボディ部１０Ｂにアダプタ１０Ｃを介して連結した中空ブロック状を成すものであって、下端側中空部分には、軸線方向を水平にしたスプラインナット１７が嵌合固定してあり、このスプラインナット１７と、ローラ支持部材１２に連結したスプラインシャフト１８とを互いにスプライン結合することで、ローラ支持部材１２を主軸３と直交する方向に移動可能にしている。この際、スプラインシャフト１８の端部に連結したローラ支持部材１２は、スプラインシャフト１８の軸心周りに微回動可能としてある。

ローラ支持部材１２と、ハウジング１３の上端側中空部分に嵌合したキャップ１９との間には、荷重付与手段としての圧縮コイルばね２０が介装してあり、ローラ支持部材１２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にフォームローラ１１の外周部を圧接させる。この場合、キャップ１９と圧縮コイルばね２０との間には、荷重検出手段としての圧電型のロードセル２１が設けてある。

また、スプラインシャフト１８には、ローラ支持部材１２と反対側の端部に、スプラインシャフト１８の直径よりも大径の止め具２２が固定してあり、この止め具２２は、圧縮コイルばね２０の伸びを抑えると共に、この圧縮コイルばね２０が伸びきった際の衝撃を緩和し、そして、ハウジング１３からローラ支持部材１２が脱落するのを阻止する。

さらに、圧縮コイルばね２０とロードセル２１の間には、圧縮コイルばね２０に予圧を与える調整駒２３が設けてあり、この調整駒２３の長さ（圧縮コイルばね２０の伸縮方向の長さ）を選択することで、予圧力を調整することができる。なお、ロードセル２１は、調整駒２３との接触部２１ａを球面状の突部としており、これにより、圧縮コイルばね２０の伸縮方向に対する倒れを吸収することができる。

ハウジング１３と連結したアダプタ１０Ｃは、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、ハウジング１３に保持したフォームローラ１１をシリンダボアＢの内周面Ｂａに対して近接離間させることができる。すなわち、この実施例では、アダプタ１０Ｃが、シリンダボアＢの内周面Ｂａに対してフォームローラ１１が近接離間する方向に同フォームローラ１１を移動させる径方向駆動手段に相当する。

上記の微細凹部加工装置１は、シリンダボア（円形穴）と同軸状態に配置して主軸３により回転駆動される工具ホルダ１０に、その回転軸Ｌ１に直交する方向に移動可能なローラ支持部材１２と、ローラ支持部材１２に対して工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１と平行で且つオフセットされたローラ軸Ｌ２回りに回転自在に設けた凹部形成用のフォームローラ１１と、ローラ支持部材１２に荷重を付与してフォームローラ１２をシリンダボア（円形穴）Ｂの内周面Ｂａに圧接させる荷重付与手段（圧縮コイルばね２０）を備えたものとなっている。

そして、上記の微細凹部加工装置１は、シリンダブロック（被加工物）ＣＢと工具ホルダ１０をシリンダボア（円形穴）Ｂの中心線Ｌ３に沿う方向に相対的に移動させる軸方向駆動手段として、工具ホルダ１０を昇降させる主軸ヘッド２を備えると共に、シリンダブロック（被加工物）ＣＢと工具ホルダ１０の接近動作、すなわちこの実施例では工具ホルダ１０の下降動作に伴ってフォームローラ１１をシリンダボア（円形穴）Ｂの内部に導くガイド体２４を備えている。

ガイド体２４は、ガイド専用の部材又はシリンダヘッドを模したダミーヘッドとすることができ、シリンダブロックＣＢの各シリンダボアＢに対応する位置にガイド穴２５が形成してあると共に、この実施例では、シリンダブロックＣＢの上部に取付けてある。ガイド穴２５は、上端を大径部とし且つ下端を小径部としたテーパ状を成しており、下端の小径部がシリンダボアＢと同じ直径を有している。

次に、上記構成を備えた微細凹部加工装置１の動作とともに本発明の微細凹部加工方法を説明する。

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、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１とシリンダボアＢの中心線Ｌ３とが一致するように位置決めをすると共に、アダプタ１０Ｃによりフォームローラ１１を内周面Ｂａ側へ前進させる。

このとき、フォームローラ１１の前進量は、後にフォームローラ１１を内周面Ｂａに圧接させた際に、圧縮コイルばね２０が圧縮され、その反発力が荷重としてフォームローラ１１に付与されるので、圧縮コイルばね２０の所定の圧縮量すなわちフォームローラ１１に所定荷重を付与し得る圧縮量に相当する量である。このため、加工前においては、圧縮コイルばね２０は圧縮されていないので、フォームローラ１１の外周部はシリンダボアＢの内周面Ｂａよりも外側に位置している。

こののち、微細凹部加工装置１は、主軸３によって工具ホルダ１０を回転駆動し、その後、主軸ヘッド２により工具ホルダ１０を下降させる。このとき、微細凹部加工装置１では、工具ホルダ１０の下降に伴って、フォームローラ１１がガイド体２４のガイド穴２５に当接し、フォームローラ１１がガイド穴２５の内面に沿って転動を開始すると共に、圧縮コイルばね２０を徐々に圧縮し、フォームローラ１１がシリンダボアＢの内周面Ｂａに到達した時点では、圧縮コイルばね２０が所定量だけ圧縮されて、内周面Ｂａに対してフォームローラ１１を所定の荷重で圧接させる。

そして、微細凹部加工装置１は、工具ホルダ１０の回転駆動及び下降動作を継続することにより、シリンダボアＢの内周面Ｂａに沿ってフォームローラ１１を転動させ、同内周面Ｂａに対して螺旋状の軌跡で広い領域に微細凹部を形成することができる。

また、上記の如く微細凹部を形成している間には、圧縮コイルばね２０による付与荷重をロードセル２１で検出し、その検出値が一定となるようにアダプタ１０Ｃを制御することで、内周面Ｂａに対するフォームローラ１１の圧接力を一定に維持し、これにより微細凹部の深さを均一にすることができる。なお、ロードセル２１の検出値に基づいて、微細凹部の深さが部分的に変化するようにアダプタ１０Ｃを制御することも可能である。

このように、この実施例による微細凹部加工装置１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１１による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、主軸ヘッド（軸方向駆動手段）２による工具ホルダ１０の下降動作に伴ってフォームローラ１１をシリンダボアＢの内部に導くガイド体２４を備えたことにより、加工時間を短縮することができる。

ここで、例えば、シリンダボアＢ内にフォームローラ１１を進入させた後、内周面Ｂａにフォームローラ１１を圧接させ、その後に工具ホルダ１０を回転駆動すると、既に内周面Ｂａにフォームローラ１１が圧接しているので、主軸３の立ち上がりロスが生じる。これに対して、当該微細凹部加工装置１では、ガイド体２４の採用により、工具ホルダ１０を回転駆動しながらフォームローラ１１をシリンダボアＢの内部に進入させて、これに連続して内周面Ｂａに微細凹部を形成することができるので、主軸３の立ち上がりロスを解消することができ、フォームローラ１１の進入から微細凹部の形成終了に至るまでの加工時間を短縮し得るものとなる。

また、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２０を採用したことにより、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１１に充分な荷重を付与することができ、さらに、荷重検出手段としてロードセル２１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。なお、荷重付与手段には、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。

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３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。

図示の工具ホルダ１０は、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、径方向駆動手段であるアダプタ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１７、スプラインシャフト１及び荷重付与手段である圧縮コイルばね２０を介してローラ支持部材３２を設けると共に、ローラ支持部材３２に軸受を介して支持軸（ローラ軸Ｌ２）１４が回転自在に設けてある。

なお、図３においては、スプラインシャフト１８と圧縮コイルばね２０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り、圧縮コイルばね２０には、先の実施例と同様に荷重検出手段であるロードセル（図示略）が設けてある。

また、この実施例では、支持軸１４が長尺状を成し、ローラ支持部材３２で支持軸１４の中間部を回転自在に支持すると共に、支持軸１４の下端部にフォームローラ１１を固定しており、支持軸１４の上端部にローラ状の接触子３３が固定してある。そして、その外周側には、軸方向駆動手段による被加工物と工具ホルダの接近動作、すなわちこの実施例では主軸ヘッド（図２参照）による工具ホルダ１０の下降動作に伴ってフォームローラ１１をシリンダボアＢの内部に導くガイド体３４を備えている。

ガイド体３４は、主軸ヘッドとシリンダブロックＣＢとの間において、図示しないフレーム類により支持してあり、シリンダボアＢの同軸上にガイド穴３５を有している。このガイド穴３５は、先の実施例と同様に、上端を大径部とし且つ下端を小径部としたテーパ状を成している。そして、ガイド体３４は、接触子３３がガイド穴３５の小径部に達したところでフォームローラ１１がシリンダボアＢの内部への進入を開始するように、高さやガイド穴３５の径が設定してある。

上記構成を備えた微細凹部加工装置は、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、先の実施例と同様に、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１とシリンダボアＢの中心線Ｌ３とが一致するように位置決めをすると共に、アダプタ１０Ｃによりフォームローラ１１を内周面Ｂａ側へ前進させてから、工具ホルダ１０を回転駆動し、その後、主軸ヘッド２により工具ホルダ１０を下降させる。

このとき、微細凹部加工装置では、工具ホルダ１０の下降に伴って、接触子３３がガイド体３４のガイド穴３５に当接し、接触子３３がガイド穴２５の内面に沿って転動を開始するのと同時に、接触子３３とともに支持軸１４及びフォームローラ１１が一体的に回転し、さらに、圧縮コイルばね２０を徐々に圧縮する。そして、接触子３３がガイド穴３５の小径部に達したところで、フォームローラ１１がシリンダボアＢの内周面Ｂａに達し、この時点で圧縮コイルばね２０が所定量だけ圧縮されて、内周面Ｂａに対してフォームローラ１１を所定の荷重で圧接させる。

そして、微細凹部加工装置は、工具ホルダ１０の回転駆動及び下降動作を継続することにより、シリンダボアＢの内周面Ｂａに沿ってフォームローラ１１を転動させ、同内周面Ｂａに対して螺旋状の軌跡で広い領域に微細凹部を形成する。

上記の微細凹部加工装置及び微細凹部加工方法は、先の実施例と同様に、シリンダボアＢの内周面Ｂａに高精度の微細凹部を効率的に形成することができると共に、フォームローラ１１の進入から微細凹部の形成終了に至るまでの加工時間を短縮することができ、しかも、フォームローラ１１をシリンダボアＢに向けて下降させている間には、接触子３３とガイド体３４を接触させてフォームローラ１１をシリンダボアＢの内部に導くので、その分だけフォームローラ１１の摩耗や欠けなどの恐れを回避することができ、フォームローラ１１の長寿命化に貢献し得るものとなる。

図４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。図示の微細凹部加工装置は、基本的に図１に示すものと同一構成であるが、スプラインナット（１７）及びスプラインシャフト（１８）に代えて、円筒部材４７とその内側に固定したアクチュエータ４８を備えると共に、ガイド体（２４）を用いないものとなっている。

アクチュエータ４８は、例えば収縮方向に駆動可能であり且つ伸張方向をフリーとした油圧シリンダであって、シリンダボアＢの内周面Ｂａとフォームローラ１１が離間する位置に同フォームローラ１１を保持するローラ抑止手段に相当する。

上記の微細凹部加工装置は、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、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１とシリンダボアＢの中心線Ｌ３とが一致するように位置決めをすると共に、ローラ抑止手段であるアクチュエータ４８により、ローラ支持部材１２をハウジング１３側に引き寄せて圧縮コイルばね２０を圧縮状態にし、且つシリンダボアＢの内周面Ｂａとフォームローラ１１が離間する状態にしてこれを維持する。

次に、主軸（図２参照）により工具ホルダ１０を回転駆動し、その後、主軸ヘッドにより工具ホルダ１０を下降させる。そして、フォームローラ１１がシリンダボアＢ内に進入したところで、アクチュエータ４８による拘束を解除して、圧縮コイルばね２０により内周面Ｂａにフォームローラ１１を圧接させ、さらに、工具ホルダ１０の回転駆動及び下降動作を継続することにより、内周面Ｂａに沿ってフォームローラ１１を転動させて、同内周面Ｂａに対して螺旋状の軌跡で広い領域に微細凹部を形成する。

上記の微細凹部加工装置及び微細凹部加工方法にあっても、先の各実施例と同様に、シリンダボアＢの内周面Ｂａに高精度の微細凹部を効率的に形成することができると共に、フォームローラ１１の進入から微細凹部の形成終了に至るまでの加工時間を短縮することができる。

図５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。図示の微細凹部加工装置は、基本的に図１に示すものと同一構成であって、ガイド体（２４）を用いないものとなっている。この実施例の場合は加工方法が先の実施例とは異なる。

すなわち、この実施例では、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、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１とシリンダボアＢの中心線Ｌ３とが一致するように位置決めをすると共に、径方向駆動手段であるアダプタ１０Ｃにより、シリンダボアＢの内周面Ｂａとフォームローラ１１とが離間するように、ハウジング１３からフォームローラ１１に至る部分を一体的に後退移動させる。

次に、主軸（図２参照）により工具ホルダ１０を回転駆動し、その後、主軸ヘッドにより工具ホルダ１０を下降させる。そして、フォームローラ１１がシリンダボアＢ内に進入したところで、アダプタ１０Ｃによりフォームローラ１１を前進移動させて、圧縮コイルばね２０により内周面Ｂａにフォームローラ１１を圧接させ、さらに、工具ホルダ１０の回転駆動及び下降動作を継続することにより、内周面Ｂａに沿ってフォームローラ１１を転動させて、同内周面Ｂａに対して螺旋状の軌跡で広い領域に微細凹部を形成する。

図６〜図９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り、図６は図５の矢視Ａを示し、図７は図５の矢視ＢをシリンダボアＢの内周面Ｂａの展開図に重ねて示している。

この実施例では、図６及び図７に示すように、スプラインシャフト１８の端部にその軸心周りに微回動可能に連結したローラ支持部材１２を傾けて、フォームローラ１１をその転動方向Ｔに対して平行にしている（転動方向Ｔに沿わせるようにしている）。

次に、主軸（図２参照）により工具ホルダ１０を回転駆動し、その後、主軸ヘッドにより工具ホルダ１０を下降させる。そして、フォームローラ１１がシリンダボアＢ内に進入したところで、アダプタ１０Ｃによりフォームローラ１１を前進移動させて、圧縮コイルばね２０により内周面Ｂａにフォームローラ１１を圧接させ、さらに、工具ホルダ１０の回転駆動及び下降動作を継続することにより、内周面Ｂａに沿ってフォームローラ１１を転動させて、同内周面Ｂａに対して図７に示す螺旋状の軌跡で広い領域に微細凹部を形成する。

このとき、フォームローラ１１をその転動方向Ｔに沿わせるようにしていることから、図８に示すように、フォームローラ１１の押付け荷重は内周面Ｂａの上下に均等にかかることとなり、その結果、加工後において、図９に示すように、断面形状がシリンダボアＢの軸方向に対称を成す微細凹部Ｂｂが得られることとなる。

この際、図１０に示すように、ローラ支持部材１２を傾けて（図７に示したローラ支持部材１２に対して反時計回り方向に傾けて）、フォームローラ１１がその転動方向Ｔに対して上方を向くようにすると、図１１に示すように、フォームローラ１１の押付け荷重は内周面Ｂａに対して常に下向きにかかることとなり、その結果、加工後において、図１２に示すように、断面形状がシリンダボアＢの軸方向に非対称を成す微細凹部Ｂｂが得られることとなる。

一方、図１３に示すように、ローラ支持部材１２を傾けて（図７に示したローラ支持部材１２に対して時計回り方向に傾けて）、フォームローラ１１がその転動方向Ｔに対して下方を向くようにすると、図１４に示すように、フォームローラ１１の押付け荷重は内周面Ｂａに対して常に上向きにかかることとなり、その結果、加工後において、図１５に示すように、断面形状がシリンダボアＢの軸方向に非対称を成す微細凹部Ｂｂが得られることとなる。

つまり、上記したように、フォームローラ１１の転動方向Ｔに対する角度を調整して摺動条件を変えることで、各摺動条件それぞれにおいて常に最適な微細凹部Ｂｂの断面を同一工具形状で得ることができ、効果的に摺動抵抗を下げることができる。

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、軸方向駆動手段として主軸ヘッド２を例示し、径方向駆動手段としてアダプタ１０Ｃを例示したが、被加工物であるシリンダブロックＣＢをシリンダボアＢの径方向や中心線Ｌ３に沿う方向に移動させたり、工具ホルダ１０とシリンダブロックＣＢの両方を移動させたりして、工具ホルダ１０とシリンダブロックＣＢを相対的に動作させることが可能である。

また、被加工物としては、上記実施例で説明したシリンダブロックＣＢに限らず、円形穴を有する被加工物であって、円形穴の内周面に微細凹部の加工を要する全ての被加工物に適用可能である。

本発明の微細凹部加工装置の一実施例を説明する要部の断面図である。微細凹部加工装置の全体を示す斜視図である。微細凹部加工装置の他の実施例を説明する要部の断面図である。微細凹部加工装置のさらに他の実施例を説明する要部の断面図である。微細凹部加工装置のさらに他の実施例を説明する要部の断面図である。図５の微細凹部加工装置においてローラ支持部材を傾けた状況をＡ方向に見た矢視図である。図５の微細凹部加工装置においてローラ支持部材を傾けた状況をＢ方向に見た矢視図を重ねて示したシリンダボアの内周面の展開図である。図７における摺動条件下の内周面に対するフォームローラの押付け荷重のかかり具合を示す拡大断面図である。図７の摺動条件下において内周面に形成された微細凹部示す拡大断面図である。図５の微細凹部加工装置においてローラ支持部材を角度を変えて傾けた状況をＢ方向に見た矢視図を重ねて示したシリンダボアの内周面の展開図である。図１０における摺動条件下の内周面に対するフォームローラの押付け荷重のかかり具合を示す拡大断面図である。図１０の摺動条件下において内周面に形成された微細凹部示す拡大断面図である。図５の微細凹部加工装置においてローラ支持部材を角度をさらに変えて傾けた状況をＢ方向に見た矢視図を重ねて示したシリンダボアの内周面の展開図である。図１３における摺動条件下の内周面に対するフォームローラの押付け荷重のかかり具合を示す拡大断面図である。図１３の摺動条件下において内周面に形成された微細凹部示す拡大断面図である。

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
Ｂｂ微細凹部
ＣＢシリンダブロック（被加工物）
Ｔ転動方向
１微細凹部加工装置
２主軸ヘッド（軸方向駆動手段）
１０工具ホルダ
１０Ｃアダプタ（径方向駆動手段）
１１フォームローラ
１２３２ローラ支持部材
２０圧縮コイルばね（荷重付与手段）
２１ロードセル（荷重付与手段）
２４３４ガイド体
４８アクチュエータ（ローラ抑止手段）

Claims

被加工物の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、円形穴と同軸状態に配置して回転駆動される工具ホルダに、その回転軸に直交する方向に移動可能なローラ支持部材と、ローラ支持部材に対して工具ホルダの回転軸とオフセットされたローラ軸回りに回転自在に設けた凹部形成用のフォームローラと、ローラ支持部材に荷重を付与してフォームローラを円形穴の内周面に圧接させる荷重付与手段を備えると共に、被加工物と工具ホルダを円形穴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と、軸方向駆動手段による被加工物と工具ホルダの接近動作に伴ってフォームローラを円形穴の内部に導くガイド体を備えたことを特徴とする微細凹部加工装置。
被加工物の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、円形穴と同軸状態に配置して回転駆動される工具ホルダに、その回転軸に直交する方向に移動可能なローラ支持部材と、ローラ支持部材に対して工具ホルダの回転軸とオフセットされたローラ軸回りに回転自在に設けた凹部形成用のフォームローラと、ローラ支持部材に荷重を付与してフォームローラを円形穴の内周面に圧接させる荷重付与手段を備えると共に、被加工物と工具ホルダを円形穴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と、円形穴の内周面とフォームローラが離間する位置に同フォームローラを保持するローラ抑止手段を備えたことを特徴とする微細凹部加工装置。
円形穴の内周面に対してフォームローラが近接離間する方向に同フォームローラを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。
被加工物の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、円形穴と同軸状態に配置して回転駆動される工具ホルダに、その回転軸に直交する方向に移動可能なローラ支持部材と、ローラ支持部材に対して工具ホルダの回転軸とオフセットされたローラ軸回りに回転自在に設けた凹部形成用のフォームローラと、被加工物と工具ホルダを円形穴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と、円形穴の内周面に対してフォームローラが近接離間する方向に同フォームローラを移動させる径方向駆動手段を備えたことを特徴とする微細凹部加工装置。
ローラ支持部材に荷重を付与してフォームローラを円形穴の内周面に圧接させる荷重付与手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の微細凹部加工装置。
荷重付与手段が、ばねであることを特徴とする請求項１〜３及び５のいずれかに記載の微細凹部加工装置。
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１〜３，５及び６のいずれかに記載の微細凹部加工装置。
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７に記載の微細凹部加工装置。
工具ホルダの回転駆動、及び軸方向駆動手段による被加工物と工具ホルダの接近動作を継続することで円形穴の内周面に沿って転動するフォームローラを、その転動方向に沿わせるべくローラ支持部材を傾け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。
工具ホルダの回転駆動、及び軸方向駆動手段による被加工物と工具ホルダの接近動作を継続することで円形穴の内周面に沿って転動するフォームローラを、その転動方向に対して上方又は下方に向かせるべくローラ支持部材を傾け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。
請求項１に記載の微細凹部加工装置を用いて被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成するに際し、円形穴の中心線と工具ホルダの回転軸とを一致させた状態にして工具ホルダを回転駆動し、その後、軸方向駆動手段により被加工物と工具ホルダを接近させるのに伴って、ガイド体により円形穴の内部にフォームローラを導くと共に、荷重付与手段により円形穴の内周面にフォームローラを圧接させ、続けて工具ホルダの回転駆動、及び軸方向駆動手段による被加工物と工具ホルダの接近動作を継続することにより、円形穴の内周面に沿ってフォームローラを転動させて、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微細凹部加工方法。
請求項２に記載の微細凹部加工装置を用いて被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成するに際し、円形穴の中心線と工具ホルダの回転軸とを一致させた状態にして工具ホルダを回転駆動すると共に、ローラ抑止手段により円形穴の内周面とフォームローラが離間する位置に同フォームローラを保持し、その後、軸方向駆動手段により円形穴の内部にフォームローラを進入させたところで、ローラ抑止手段を解除するとともに荷重付与手段により円形穴の内周面にフォームローラを圧接させ、続けて工具ホルダの回転駆動、及び軸方向駆動手段による被加工物と工具ホルダの接近動作を継続することにより、円形穴の内周面に沿ってフォームローラを転動させて、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微細凹部加工方法。
請求項４に記載の微細凹部加工装置を用いて被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成するに際し、円形穴の中心線と工具ホルダの回転軸とを一致させた状態にして工具ホルダを回転駆動すると共に、径方向駆動手段により円形穴の内周面とフォームローラが離間する位置に同フォームローラを後退させ、その後、軸方向駆動手段により円形穴の内部にフォームローラを進入させたところで、径方向駆動手段により円形穴の内周面に向けてフォームローラを前進させるとともに円形穴の内周面にフォームローラを圧接させ、続けて工具ホルダの回転駆動、及び軸方向駆動手段による被加工物と工具ホルダの接近動作を継続することにより、円形穴の内周面に沿ってフォームローラを転動させて、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微細凹部加工方法。
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形成された摺動部材であって、断面形状が円形穴の軸方向に対称を成す微細凹部が形成されていることを特徴とする摺動部材。
請求項１〜８，１０のいずれかに記載の微細凹部加工装置を用いて形成された摺動部材であって、断面形状が円形穴の軸方向に非対称を成す微細凹部が形成されていることを特徴とする摺動部材。
請求項１〜１０のいずれかに記載の微細凹部加工装置を用いて形成されたエンジンのシリンダブロックであって、シリンダボアの内周面に微細凹部が形成されていることを特徴とするエンジンのシリンダブロック。