JP2006334618A - 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微細凹部加工装置を提供する。
【解決手段】凸部を有するフォームローラ１６と、ローラ支持部材１４と、ローラ支持部材１４を保持する工具ホルダ１０と、ローラ圧接手段である圧縮コイルばね１３と、円周面に沿ってフォームローラ１６を転動させる主軸３と、フォームローラ１６のローラ軸回りの回転位相を検出するロータリエンコーダ２３を備え、予め測定したフォームローラ１６の各凸部の先端部面積とフォームローラ１６のローラ軸１５回りの回転位相に基づいて、フォームローラ１６の圧接荷重を増減させる制御を行うことにより、各凸部の先端部面積にばらつきがある場合でも微細凹部の深さを均一にする。
【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装置である。この微細凹部加工装置は、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、円周面の中心線回りに被加工物と工具ホルダを相対的に回転させることにより円周面に沿ってフォームローラを転動させる回転駆動手段と、フォームローラのローラ軸回りの回転位相を検出する回転位相検出手段を備えている。

そして、微細凹部加工装置は、予め測定したフォームローラの各凸部の先端部面積とフォームローラのローラ軸回りの回転位相に基づいて、ローラ圧接手段によるフォームローラの圧接荷重を増減させる制御を行うことを特徴としている。

より具体的には、微細凹部加工装置では、フォームローラの直径や凸部の数が一定であるから、フォームローラのローラ軸回りの回転位相を検出すると、円周面に圧接する凸部を特定することができる。そこで、円周面に圧接する凸部の先端部面積の大きさに応じてフォームローラの圧接荷重を増減させるようにし、先端部面積が大きい場合にはフォームローラの圧接荷重を増大させると共に、先端部面積が小さい場合にはフォームローラの圧接荷重を減少させる制御を行うこととなる。

本発明の微細凹部加工方法は、上記の微細凹部加工装置を用いて、被加工物の円周面に微差凹部を形成するに際し、フォームローラの各凸部の先端部面積を測定した後、被加工物の円周面にフォームローラを圧接させた状態にして、円周面の中心線回りに被加工物と工具ホルダを相対的に回転させることにより、円周面に沿ってフォームローラを転動させて同円周面に微細凹部を形成する。

そして、上記の如く微細凹部を形成する間に、フォームローラのローラ軸回りの回転位相を検出して円周面に圧接する凸部を特定すると共に、その凸部の先端部面積の大きさに応じてフォームローラの圧接荷重を増減させる制御、具体的には、先端部面積が大きい場合にはフォームローラの圧接荷重を増大させると共に、先端部面積が小さい場合にはフォームローラの圧接荷重を減少させる制御を行うことを特徴としている。

本発明の微細凹部加工装置によれば、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。

また、本発明の微細凹部加工装置によれば、予め測定したフォームローラの各凸部の先端部面積とフォームローラのローラ軸回りの回転位相に基づいて、ローラ圧接手段によるフォームローラの圧接荷重を増減させる制御を行うことから、各凸部の先端部面積にばらつきがある場合でも、圧接荷重の増減によって面圧が一定になるようにし、これにより微細凹部の深さを均一にすることができる。

本発明の微細凹部加工方法によれば、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図ることができ、また、各凸部の先端部面積にばらつきがある場合でも、圧接荷重の増減によって面圧を一定にして、微細凹部の深さを均一にすることができる。

図１〜図６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、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１１及びスプラインシャフト１２と、圧縮コイルばね１３を介してローラ支持部材１４が設けてあると共に、ローラ支持部材１４に、ローラ軸１５を介してフォームローラ１６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駆動源と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１４及びフォームローラ１６を一体的に近接離間させる。

ハウジング１０Ｄは、中空のブロック状を成すものであって、下端側には、軸線方向を水平にしたスプラインナット１１を備え、このスプラインナット１１と、ローラ支持部材１４に連結したスプラインシャフト１２とを互いにスプライン結合して、ローラ支持部材１４を主軸３と直交する方向に移動自在に保持している。

スプラインシャフト１２には、ローラ支持部材１４と反対側の端部に、スプラインシャフト１２よりも大径の止め具１７が固定してある。止め具１７は、圧縮コイルばね１３の伸びを抑えると共に、圧縮コイルばね１３が伸びきった際の衝撃を緩和し、また、ハウジング１０Ｄからローラ支持部材１４が脱落するのを阻止する。

圧縮コイルばね１３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１４に荷重を付与してフォームローラ１６をシリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接させるローラ圧接手段であり、ハウジング１０Ｄに固定したキャップ１８と圧縮コイルばね１３との間には、内周面Ｂａに対するフォームローラ１６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１９が設けてある。

また、圧縮コイルばね１３とロードセル１９の間には、圧縮コイルばね１３に予圧を与える調整駒２０が設けてあり、この調整駒２０の長さ（圧縮コイルばねの伸縮方向の長さ）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１９は、調整駒２０９との接触部を球面状の突部としており、これにより、圧縮コイルばね１３の伸縮方向に対する倒れを吸収することができる。

このように、この実施例では、ハウジング１０Ｄに、ローラ圧接手段である圧縮コイルばね１３、及び荷重検出手段であるロードセル１９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。

フォームローラ１６は、図５にも示すように、外周部に凹部形成用の凸部１６Ａ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１６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１６Ａの高さは例えば１００μｍ程度であり、被加工物に数μｍ若しくは数十μｍ程度の微細凹部を形成する。

フォームローラ１６のローラ軸１５は、ローラ支持部材１４に、組合せアンギュラ玉軸受２１及び止めねじ２２を介装して回転自在に設けてあると共に、ローラ支持部材１４との間に、フォームローラ１６のローラ軸１５回りの回転位相を検出する回転位相検出手段として、ロータリエンコーダ２３が設けてある。

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の回転中心線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１４及びフォームローラ１６がシリンダボアＢの内側に対して挿脱可能である。

また、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１６のローラ軸１５とが平行であると共に、工具ホルダ１０の回転中心線Ｌ２に対してローラ軸１５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１６を同内周面Ｂａに沿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、軸方向移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、ローラ圧接手段に含まれる径方向移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１６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１６を径方向に駆動する。

そして、微細凹部加工装置１は、後述する微細凹部の形成の際に、予め測定したフォームローラ１６の各凸部１６Ａの先端部面積と、フォームローラ１６のローラ軸１５回りの回転位相に基づいて、圧縮コイルばね（ローラ圧接手段）１３によるフォームローラ１６の圧接荷重を増減させる制御を行うものとしている。

上記のような制御を行う理由は、フォームローラ１６の各凸部１６Ａには、とくに円周方向の寸法（長さＬ）にばらつきが生じることがあり、これにより先端部面積にばらつきが生じると、以下に説明するように微細凹部の深さが不均一になるからである。

図３は、微細凹部を形成する試験装置を説明する図である。この試験装置は、ロックウェル式硬度測定器を用いて、超硬圧子１０１をアルミニウム合金製の板材１０２に圧接させることにより、板材１０２の表面に微細凹部を形成するものであり、この超硬圧子１０１の先端部の大きさ（長さＬ×幅）は一例として０．３２ｍｍ×０．０８ｍｍである。

また、図４は、上記の装置を用いて微細凹部を形成した際に、超硬圧子１０１の先端部に生じる面圧と微細凹部の深さとの関係を示すグラフであって、当然のことながら面圧の増大に伴って微細凹部の深さも増大する。

さらに、長さの相違により先端部面積が異なる超硬圧子１０１をいくつか用意し、板材１０２に対する超硬圧子１０１の圧接荷重（押付け荷重）を一定にして微細凹部を形成し、夫々の形成時の面圧と微細凹部の深さを測定した。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、板材１０２に対する超硬圧子１０１の圧接荷重（押付け荷重）が一定である場合、超硬圧子１０１の先端部の面積（長さＬ）が増大すると、面圧が低下して微細凹部の深さが減少することがわかる。

したがって、フォームローラ１６の各凸部１６Ａの先端部面積にばらつきがあると、圧接荷重を一定とした場合、先端部面積が大きい凸部１６では、面圧が小さくなって微細凹部の深さが小さくなり、先端部面積が小さい凸部１６では、面圧が大きくなって微細凹部の深さが大きくなる。

なお、フォームローラ１６の圧接荷重を一定としたうえで、微細凹部の深さの均一化を図るためには、各凸部１６Ａの先端部面積（長さＬ）が等しくなるようにフォームローラ１６を製造し、これにより面圧を一定にすることも当然考えられるが、この場合にはフォームローラ１６の製造管理が非常に厳しいものとなる。また、フォームローラ１６の凸部１６Ａには、加工によって摩耗や欠損が生じることがあるので、先端部面積のばらつきを避けることが難しい。

そこで、微細凹部加工装置１及び加工方法では、各凸部１６Ａの先端部面積のばらつきによって生じる微細凹部の深さの誤差を装置側で吸収し得るものとしており、以下に説明する微細凹部の形成に先立って、フォームローラ１６の各凸部１６Ａの先端部の面積と、任意の凸部を原位置とする各凸部の位置（角度）を求めるようにしている。

その後、微細凹部加工装置１及び加工方法では、シリンダボアＢの中心線Ｌ１と工具ホルダ１０の中心線Ｌ２とを一致させた状態にし、主軸ヘッド２を下降させてシリンダボアＢ内にフォームローラ１６を進入させた後、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１６を接触させ、ロードセル１９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１６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１４とハウジング１０Ｄとの間で圧縮コイルばね１３が圧縮され、その反発力が荷重としてフォームローラ１６に付与されると共に、ロードセル１９によりこの荷重が検出されることから、このロードセル１９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１６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。

こののち、微細凹部加工装置１は、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に圧接しているフォームローラ１６が転動して同内周面Ｂａにディンプル状の微細凹部を形成することとなり、これと同時に主軸ヘッド２を下降させることで、シリンダボアＢの内周面Ｂａに対して螺旋状の軌跡に沿って微細凹部を連続的に形成する。

このとき、微細凹部加工装置１及び加工方法では、ロードセル１９の検出結果を用いてアダプタ１０Ｃをフィードバック制御することで、圧縮コイルばね１３によるフォームローラ６の圧接荷重を一定にすることができるが、各凸部１６Ａの先端部面積にばらつきがあると、先述したように面圧が変化して微細凹部の深さが不均一になる。

そこで、予め測定したフォームローラ１６の各凸部１６Ａの先端部面積と、フォームローラ１６のローラ軸１５回りの回転位相に基づいて、圧縮コイルばね（ローラ圧接手段）１３によるフォームローラ１６の圧接荷重を増減させる制御を併用する。

微細凹部加工装置１及び加工方法では、予め各凸部１６Ａの先端部面積と夫々の位置が求めてあり、ロータリエンコーダ２３によってフォームローラ１６のローラ軸１５回りの回転位相を検出しているので、シリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接する凸部１６Ａを特定することができ、その凸部１６Ａの先端部面積を判断し得る。

そして、内周面Ｂａに圧接する凸部１６Ａの先端部面積が大きい場合には、アダプタ１０Ｃによりフォームローラ１６を前進させて圧接荷重を増大させ、これにより面圧を増大させて微細凹部の深さが大きくなるようにし、逆に、同凸部１６Ａの先端部面積が小さい場合には、アダプタ１０Ｃによりフォームローラ１６を後退させて圧接荷重を減少させ、これにより面圧を減少させて微細凹部の深さが小さくなるようにする。

すなわち、全体としては、図６に示すように、フォームローラ１６の回転位相における各凸部１６Ａの先端部面積（長さＬ）の変化、すなわち先端部面積のばらつきに対して、フォームローラ１６の圧接荷重（押付け荷重）がほぼ一致するように制御する。これにより、各凸部１６Ａの先端部面積の大小に係わらず面圧がほぼ一定になり、結果として微細凹部の深さが均一になる。

このように、微細凹部加工装置１及び加工方法では、フォームローラ１６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。

また、微細凹部加工装置１及び加工方法では、予め測定したフォームローラ１６の各凸部１６Ａの先端部面積とフォームローラ１６のローラ軸１５回りの回転位相に基づいて、圧縮コイルばね１３によるフォームローラ１６の圧接荷重を増減させる制御を行うことから、各凸部１６Ａの先端部面積（長さＬ）にばらつきがある場合でも、微細凹部の深さを均一にすることができる。

さらに、微細凹部加工装置１は、ローラ圧接手段として圧縮コイルばね１３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１６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１９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。

さらに、上記の微細凹部加工装置１及び加工方法では、加工中において、内周面Ｂａに対するフォームローラ１６の圧接荷重をロードセル１７によって常時検出し得るので、上記したように、フォームローラ１６の圧接荷重を均一にする基本制御を行いつつ各凸部１６Ａの先端部面積の大きさに応じて圧接荷重を変化させるだけでなく、フォームローラ１６の圧接荷重を任意に変化させて微細凹部の深さを部分的に異ならせることもでき、この場合には、各凸部１６Ａの先端部面積のばらつきに左右されることなく、各部位に所定の深さの微細凹部を形成し得ることとなる。

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、深さが均一な高精度の微細凹部が規則的に形成され、ピストンとの摺動接触においてこれらの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、ローラ支持部材３４が、フォームローラ１６を回転駆動するモータを内蔵していると共に、このモータの回転を検出することでフォームローラ１６のローラ軸１５回りの回転位相を検出するロータリエンコーダ（回転位相検出手段）２３を備えている。

また、微細凹部加工装置は、加工待機位置の工具ホルダ１０に対して、フォームローラ１６の凸部の先端部面積を測定する面積測定手段を備えている。この面積測定手段は、フォームローラ１６の凸部の先端部を撮像するＣＣＤカメラ４１と、ＣＣＤカメラ４１からの画像に基づいてフォームローラ１６の凸部の先端部面積を演算する演算処理装置４２を備えている。

上記の微細凹部加工装置は、微細凹部を形成する際に、工具ホルダ１０の回転によりフォームローラ１６を転動させると同時に、工具ホルダ１０の回転方向と逆方向にフォームローラ１６を回転駆動することで、被加工物とフォームローラ１６との間に滑りを生じさせることなく微細凹部を形成することができる。

そして、上記の如く微細凹部を形成する間に、演算処理装置４２から出力された先端部面積のデータに基づいて、アダプタ１０Ｃを駆動することによって圧縮コイルばね１３によるフォームローラ１６の圧接荷重を増減する制御を行うこととなり、これにより、先の実施例と同様に、フォームローラ１６の各凸部の先端部面積にばらつきがある場合でも、夫々の面圧をほぼ一定にして微細凹部の深さを均一にすることができる。

また、上記の微細凹部加工装置は、次の被加工物に加工を行う際に、面積測定手段によってフォームローラ１６の凸部の先端部を再度撮像し、必要に応じて、各凸部の先端部面積のデータを更新する。

つまり、微細凹部加工装置では、フォームローラ６の凸部に、加工による摩耗や欠損が生じ、これにより各凸部の先端部面積にばらつきが生じることがあるので、新な加工を行う度に各凸部の先端部面積のデータを求めることで、摩耗や欠損による先端部面積のばらつきに左右されることなく、常に各凸部の面圧をほぼ一定にして微細凹部の深さを均一にすることができる。

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５１は、概略棒状を成す被加工物Ｗの円周面すなわち円柱部Ａの外周面に微細凹部を形成する装置であって、テーブル５２上に、チャッキング装置５３を有する主軸台５４と、スライド５５により主軸台５４に対して進退可能な心押し台５６を相対向する配置で備えており、主軸台５４のチャッキング装置５３で被加工物Ｗの一端部を把持すると共に、心押し台５６で被加工物Ｗの他端部を回転自在に保持する。これにより、被加工物Ｗは、中心線を水平方向（Ｘ方向）にした状態で保持され、主軸台５４を駆動することで中心線回りの回転が与えられる。

また、微細凹部加工装置５１は、主軸台５４や心押し台５６の上位側に、垂直方向（Ｚ方向）及び水平方向（Ｘ方向）に移動可能な工具ヘッド５７を備えており、この工具ヘッド５７に工具ホルダ６０が取り付けてある。

工具ホルダ６０は、円筒形状を成すと共に、中心線を垂直方向にした状態で工具ヘッド５７に取り付けてあり、上端部に閉塞部材６１が嵌合固定してあると共に、下端側の内側に円筒形状のスライダ６２が固定してある。

スライダ６２の内側には、ローラ支持部材６３を構成するロッド６３Ａが垂直方向に摺動自在に挿設してあり、このロッド６３Ａの下端部には、同じくローラ支持部材６３を構成するリテーナ６３Ｂが連結してあり、このリテーナ６３Ｂにローラ軸１５を介してフォームローラ１６が回転自在に設けてある。この際、ローラ軸１５とその下位側で保持された被加工物Ｗの中心線は互いに平行となる。

工具ホルダ６０において、ロッド６３Ａの上端部には、当該ロッド６３Ａの下降位置を規制するストッパを兼ねるばね座６４が固定してあり、このばね座６４と閉塞部材６１の間に圧縮コイルばね６５が設けてある。また、圧縮コイルばね６５の上部には、受圧部材６６が設けてあり、この受圧部材６６と閉塞部材６１との間には、圧縮コイルばね６５による発生荷重を検出する圧電型のロードセル１９が設けてある。

この実施例では、圧縮コイルばね６５が、工具ホルダ４０に設けられ且つフォームローラ１６を円柱部Ａの外周面に圧接させるローラ圧接手段に相当し、ロードセル１９が、圧縮コイルばね（ローラ圧接手段）６５によるフォームローラ１６の圧接荷重を検出する荷重検出手段に相当する。

さらに、この実施例では、主軸台５４及び心押し台５６が、円柱部Ａの外周面の中心線回りに被加工物Ｗと工具ホルダ６０を相対的に回転させることにより同外周面に沿ってフォームローラ１６を転動させる回転駆動手段に相当し、ここでは被加工物Ｗを回転駆動する。

さらに、この実施例では、工具ヘッド５７が、被加工物Ｗと工具ホルダ６０を外周面の中心線に沿う方向に相対的に移動させる軸方向移動手段に相当し、ここでは工具ホルダ６０を移動させる。

さらに、この実施例では、工具ヘッド５７が、円柱部Ａの半径方向に被加工物Ｗと工具ホルダ６０を相対的に移動させる径方向移動手段に相当し、ここでは工具ホルダ６０を移動させる。この径方向移動手段はローラ圧接手段に含まれるもので、径方向移動手段を採用することにより、直径の異なる円柱部Ａにも容易に対処し得るものとなる。

さらに、微細凹部加工装置５１は、フォームローラ１６のローラ軸１５回りの回転位相を検出する回転位相検出手段として、主軸台５４に、ロータリエンコーダ２３を備えている。すなわち、この実施例では、一加工において、フォームローラ１６や円柱部Ａの直径は一定であるから、主軸台３４の主軸の回転をロータリエンコーダ１９で検出することにより、フォームローラ１６のローラ軸１５回りの回転位相を間接的に検出する。

上記構成を備えた微細凹部加工装置５１は、予めフォームローラ１６の各凸部の先端部面積と夫々の位置（角度）を測定し、主軸台５４及び心押し台５６により被加工物Ｗを保持した後、工具ヘッド５７によりフォームローラ１６を円柱部Ａに向けて前進（下降）させ、フォームローラ１６が円柱部Ａに当接した後には、圧縮コイルばね６５を圧縮し、その反発力を円柱部Ａの外周面に対するフォームローラ１６の圧接荷重として付与する。

また、ロードセル１９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１６の前進を停止し、その後、主軸台５４により被加工物Ｗを中心線回りに定速回転させることにより、フォームローラ１６を転動させると共に、工具ヘッド５７で工具ホルダ６０を被加工物Ｗの中心線に沿う方向（Ｘ方向）に移動させることにより、円柱部Ａの外周面に対して螺旋状の軌跡で微細凹部を連続的に形成する。

そして、微細凹部加工装置５１は、上記の如く微細凹部を形成する間に、先の実施例と同様に、フォームローラ１６のローラ軸１５回りの回転位相を検出して円柱部Ａの外周面に圧接する凸部を特定すると共に、その凸部の先端部面積の大きさに応じてフォームローラ１６の圧接荷重を増減させる制御を行うこととなり、これにより、フォームローラ１６の各凸部の先端部面積にばらつきがある場合でも、夫々の面圧をほぼ一定にして微細凹部の深さを均一にすることができる。

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。

また、凸部１６Ａの先端部面積に関して所定範囲のしきい値を設定し、そのしきい値から外れている凸部１６Ａのみに対してフォームローラ１６の圧接荷重の制御を行うこともできるが、上記各実施例のように各凸部１６Ａの先端部面積の大きさに応じて圧接荷重の制御を行えば、微細凹部の深さのさらなる均一化を実現し得る。

さらに、径方向駆動手段を含むローラ圧接手段としては、例えば、油圧等によってフォームローラ１６の径方向に変形する弾性変形部を備えたものや、伸縮駆動されるアクチュエータ類を用いることができ、例えばアクチュエータ類を用いれば、フォームローラ１６の圧接荷重をより自在に変化させることができる。

さらに、被加工物としては、自動車用エンジン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、円周面の直径の大小にかかわらずほぼ同一のパターンで微細凹部が形成されることとなり、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。 微細凹部を形成する試験装置を説明する斜視図である。 凸部の面圧と微細凹部の深さとの関係を示すグラフである。 フォームローラを説明する側面図（ａ）、正面図（ｂ）及び先端部の拡大図（ｃ）である。 フォームローラの回転位相における凸部の先端部面積（長さ）及び押付け荷重の変化を説明するグラフである。 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。

符号の説明

Ａ 円柱部
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）
Ｗ 被加工物
１ ５１ 微細凹部加工装置
２ 主軸ヘッド（軸方向移動手段）
３ 主軸（回転駆動手段）
１０ ６０ 工具ホルダ
１０Ｃ アダプタ（径方向移動手段）
１３ 圧縮コイルばね（ローラ圧接手段）
１４ ３４ ローラ支持部材
１５ ローラ軸
１６ フォームローラ
１６Ａ 凸部
１９ ロードセル（荷重検出手段）
２３ ロータリエンコーダ（回転位相検出手段）
４１ ＣＣＤカメラ（面積測定手段）
４２ 演算処理装置（面積測定手段）
５４ 主軸台（回転駆動手段）
５６ 心押し台（回転駆動手段）
５７ 工具ヘッド（径方向移動手段：軸方向移動手段）

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、円周面の中心線回りに被加工物と工具ホルダを相対的に回転させることにより円周面に沿ってフォームローラを転動させる回転駆動手段と、フォームローラのローラ軸回りの回転位相を検出する回転位相検出手段を備え、予め測定したフォームローラの各凸部の先端部面積とフォームローラのローラ軸回りの回転位相に基づいて、ローラ圧接手段によるフォームローラの圧接荷重を増減させる制御を行うことを特徴とする微細凹部加工装置。
2. 回転位相検出手段が、ローラ軸に設けたロータリエンコーダである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. 円周面の中心線に沿う方向に被加工物と工具ホルダを相対的に移動させる軸方向移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. ローラ圧接手段が、被加工物の円周面に対してフォームローラを近接離間する方向に移動させる径方向移動手段を含む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. ローラ圧接手段が、ばねであることを特徴とする請求項１〜４に記載の微細凹部加工装置。
6. ローラ圧接手段が、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８に記載の微細凹部加工装置。
7. ローラ圧接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１〜６のいずれかに記載の微細凹部加工装置。
8. 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。
9. フォームローラの凸部の先端部面積を測定する面積測定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. 面積測定手段が、フォームローラの凸部の先端部を撮像するＣＣＤカメラと、ＣＣＤカメラからの画像に基づいてフォームローラの凸部の先端部面積を演算する演算処理装置を備えていることを特徴とする請求項９に記載の微細凹部加工装置。
11. 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、被加工物の円周面に微差凹部を形成するに際し、フォームローラの各凸部の先端部面積を測定した後、被加工物の円周面にフォームローラを圧接させた状態にして、円周面の中心線回りに被加工物と工具ホルダを相対的に回転させることにより、円周面に沿ってフォームローラを転動させて同円周面に微細凹部を形成し、この間、フォームローラのローラ軸回りの回転位相を検出して円周面に圧接する凸部を特定すると共に、その凸部の先端部面積の大きさに応じてフォームローラの圧接荷重を増減させる制御を行うことを特徴とする微細凹部加工方法。
12. 円周面の中心線に沿う方向に被加工物と工具ホルダを相対的に移動させることを特徴とする請求項１１に記載の微細凹部加工装置。
13. 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、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。
14. 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、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。
15. 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、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。
16. 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、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。
17. 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、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。

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