JP2007021609A

JP2007021609A - 微細凹部加工方法

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Publication number: JP2007021609A
Application number: JP2005204079A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Uehara; 義貴上原; 和彦 ▲高▼嶋; Kazuhiko Takashima; Minoru Ota; 稔太田; Tatsuomi Nakayama; 達臣中山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】ワークの硬度分布に大きなばらつきが生じていたとしても、ワークの表面に均一な深さの微細凹部を形成することが可能である、すなわち、ワークの表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る微細凹部加工方法を提供する。
【解決手段】ワークＷの表面Ｗｓに微細凹部を形成する微細凹部加工方法であって、ワークＷの硬度を測って硬度分布を取得する硬度測定工程１と、この硬度測定工程１で取得した硬度分布に基づいて所定深さの微細凹部を形成すべく加工条件を調整して微細凹部加工を行う微細凹部加工工程２を経て、ワークＷの表面Ｗｓに微細凹部を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車用エンジンのクランクシャフトの外周面に、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方法に関するものである。

従来、上記したようなクランクシャフトの外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、クランクシャフトの外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クランクシャフトの外周面に向けて圧縮空気とともに投射することで、外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を用いて微細凹部を形成する場合において、クランクシャフトの硬度分布に大きなばらつきが生じていると、硬度の高い部分に形成された微細凹部と、硬度の低い部分に形成された微細凹部とでは各々の深さが異なってしまい、したがって、精度良好に微細凹部を形成することができるとは言い難いという問題があり、こ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、上記した従来の課題に着目してなされたもので、ワークの硬度分布に大きなばらつきが生じていたとしても、ワークの表面に均一な深さの微細凹部を形成することが可能である、すなわち、ワークの表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る微細凹部加工方法を提供することを目的としている。

本発明は、ワークの表面に微細凹部を形成する微細凹部加工方法であって、ワークの硬度を測って硬度分布を取得する硬度測定工程と、この硬度測定工程で取得した硬度分布に基づいて所定深さの微細凹部を形成すべく加工条件を調整して微細凹部加工を行う微細凹部加工工程を経て、上記ワークの表面に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。

本発明の微細凹部加工方法では、微細凹部加工を行う微細凹部加工工程に先立って、硬度測定工程においてワークの硬度分布を取得し、微細凹部加工工程においてこの硬度分布データに基づいて所定深さの微細凹部を形成すべく加工条件を調整するようにしているので、ワークの表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。

本発明によれば、例え、ワークの硬度分布が大幅にばらついていたとしても、ワークの表面に対して深さが均一な高精度の微細凹部を形成することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の微細凹部加工方法において、硬度測定工程における硬度分布の取得は、一日一回の定まった時刻や、硬度に大きく影響する熱処理条件の変更時に行い、ここで得た硬度分布データを次工程である微細凹部加工工程に送るが、後述するように、ワークの表面に圧痕を残す手法の硬度測定に使用したワークは、同じく後述する圧痕の除去を行わない限り、微細凹部加工工程にはまわさない。

本発明の微細凹部加工方法において、硬度測定工程では、ワークの表面に圧子を押し付け、これによってワークの表面に生じる圧痕の大きさ及び深さを測定して硬度分布を取得する構成とすることが可能である。この圧子を用いる場合、ワークの多くの箇所の硬度を測定することは困難であるが、大きな状況の変化がないようであれば、ほぼ一様な硬度分布になっていると判断してもよい。

また、本発明の微細凹部加工方法において、硬度測定工程では、外周面に複数の突起を円周方向に適宜間隔をおいて配置したローラを所定荷重でワークの表面に押し付けつつ表面上を相対的に移動させ、これによりワークの表面に連続して生じる圧痕の大きさ及び深さを画像測定装置などの硬度測定装置で測定して硬度分布を取得する構成を採用することができ、この構成を採用すると、ワーク表面の全体の硬度を連続して測定し得ることとなり、短時間でワーク表面の硬度分布を取得し得ることとなる。

この際、ワークの有効硬化層深さが十分にある場合には、ワークの硬度分布を取得する際にワークに生じた圧痕を取り除いて、次の微細凹部加工工程にまわすことができる。

すなわち、硬度測定工程においてワークの硬度分布を取得する際にワークに生じた圧痕を取り除く圧痕除去工程を硬度測定工程と微細凹部加工工程との間に設定した構成とすることが望ましい。

つまり、圧痕除去工程を設定すると、全てのワークの硬度分布を取得したうえで、これらの全てのワークに微細凹部加工を施すことができるので、全てのワークの表面に対して深さが均一な高精度の微細凹部を形成し得ることとなる。

さらに、本発明の微細凹部加工方法において、硬度測定工程では、ワークの表面に対して接触せずにワークの硬度分布を取得する非接触式の硬度測定装置を用いる構成としてもよく、この場合には、ワークに圧痕などのダメージを与えずに、ワークの硬度分布を取得し得ることとなる。

さらにまた、本発明の微細凹部加工方法において、微細凹部加工工程では、塑性加工によってワークの表面に微細凹部を形成する構成を採用することができ、この構成とすることで、三次元曲面に低コストで微細凹部を形成し得ることとなり、加えて、加工形状（断面形状）を任意に調整し得ることとなる。

さらにまた、本発明の微細凹部加工方法において、微細凹部加工工程では、外周面に微細な凹凸を有する加工ローラに荷重又は変位量を与えてワークの表面に押し付けつつ表面上を相対的に移動させて微細凹部を形成する構成を採用することができ、この構成とすることで、高速の塑性加工が可能となって、ワークの表面に対して深さが均一な高精度の微細凹部を短時間で形成し得ることとなる。

このように、塑性加工に加工ローラを用いる場合、硬度測定工程で取得した硬度分布に基づいて所定深さの微細凹部を形成すべく加工ローラに負荷する荷重を調整したり、硬度測定工程で取得した硬度分布に基づいて所定深さの微細凹部を形成すべく加工ローラの変位量を調整したりする構成を採用することがでる。

この場合には、微細凹部加工を行う微細凹部加工工程に先立って、硬度測定工程においてワークの硬度分布を取得し、微細凹部加工工程においてこの硬度分布データに基づいて所定深さの微細凹部を形成すべく加工ローラに負荷する荷重を調整したり加工ローラの変位量を調整したりするので、ワークの表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。

さらにまた、本発明の微細凹部加工方法では、微細凹部加工工程において、ボールブラストや、レーザ加工や、切削加工や、砥粒の噴射加工によってワークの表面に微細凹部を形成するようにしてもよい。

そして、上記した微細凹部加工方法を用いて加工された微細凹部を摺動面としての外周面に有するワーク、例えば、クランクシャフトやカムシャフトやバランサシャフトなどのエンジン部品は、その摺動面としての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。

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。

図１は、本発明の一実施例による微細凹部加工方法の工程図を示しており、図１に示すように、この実施例におけるワークの表面に微細凹部を形成する微細凹部加工方法は、ワークの硬度を測って硬度分布を取得する硬度測定工程１と、この硬度測定工程１で取得した硬度分布に基づいて所定深さの微細凹部を形成すべく加工条件を調整して微細凹部加工を行う微細凹部加工工程２を経て、ワークの表面に微細凹部を形成するようにしている。

この場合、硬度測定工程１では、図２に示すように、ワークＷの表面Ｗｓに圧子１０を押し付け、これによってワークＷの表面Ｗｓに生じる圧痕Ａの大きさＢ及び深さＣを測定して硬度分布を取得するようにしている。

上記のように圧子１０を用いる場合、ワークＷの多くの箇所の硬度を測定することは困難であるが、大きな状況の変化がないようであれば、ほぼ一様な硬度分布になっていると判断する。

一方、微細凹部加工工程２では、図３に示すように、荷重発生装置２０を用いてワークＷの表面Ｗｓに微細凹部を形成するようにしている。

この荷重発生装置２０は、外周面２１に微細な凹凸２２を有する加工ローラ２３と、ローラ軸２４を介してこの加工ローラ２３を回転可能に支持するローラ支持部２５と、このローラ支持部２５をローラ軸２４と直交する方向に移動可能に保持するハウジング２６と、ローラ支持部２５とハウジング２６との間に位置させた圧縮コイルばね２７と、ハウジング２６及び圧縮コイルばね２７との間に配置した荷重センサ２８を備えており、ハウジング２６の全体をワークＷの表面Ｗｓに対して接近させて（図３では下方向に移動させて）、圧縮コイルばね２７により加工ローラ２３に対して荷重を付与するよになっている。

つまり、この微細凹部加工工程２では、荷重発生装置２０を動作させることで、加工ローラ２３に荷重（又は変位量）を与えてワークＷの表面Ｗｓに押し付けつつ表面Ｗｓ上を相対的に移動させて（この実施例ではワークＷを回転軸Ｌ回りに回転させて）微細凹部を形成するようにしている。

この間、硬度測定工程１で得たワークＷの硬度分布に応じて、図４に示すように、所定深さの微細凹部を形成すべく加工ローラ２３に付与する荷重（又は変位量）を増減する。

上記した微細凹部加工方法では、微細凹部加工を行う微細凹部加工工程２に先立って、硬度測定工程１において、ワークＷの表面Ｗｓに圧子１１を押し付けることで生じる圧痕Ａの大きさＢ及び深さＣを測定してワークＷの硬度分布を取得し、微細凹部加工工程２において、この硬度分布データに基づいて所定深さの微細凹部を形成すべく加工ローラ２３に付与する荷重（又は変位量）を増減するようにしているので、ワークＷの表面Ｗｓに対して精度良好に微細凹部を形成し得ることとなる。

また、上記した微細凹部加工方法では、微細凹部加工工程２において、荷重発生装置２０を用いてワークＷの表面Ｗｓに微細凹部を形成するようにしているので、高速の塑性加工が可能となって、ワークＷの表面Ｗｓに対して深さが均一な高精度の微細凹部を短時間で形成し得ることとなる。

図５は、本発明の他の実施例による微細凹部加工方法の工程図を示しており、図５に示すように、この実施例における微細凹部加工方法が、先の実施例による微細凹部加工方法と相違するところは、硬度測定工程１においてワークＷの硬度分布を取得する際にワークＷに生じた圧痕Ａを取り除く圧痕除去工程３を硬度測定工程１と微細凹部加工工程２との間に設定した点にあり、他の構成は、先の実施例による微細凹部加工方法と同じである。

この実施例における微細凹部加工方法は、ワークＷの有効硬化層深さが十分にある場合に適した方法であり、このように、圧痕除去工程３を設定すると、全てのワークＷの硬度分布を取得したうえで、これらの全てのワークＷに微細凹部加工を施すことができるので、全てのワークＷの表面Ｗｓに対して深さが均一な高精度の微細凹部を形成し得ることとなる。

図６は、本発明のさらに他の実施例による微細凹部加工方法の硬度測定要領を示しており、図６に示すように、この実施例では、硬度測定工程１において、定圧発生装置３０及び硬度測定装置としての画像測定装置４０を用いてワークＷの硬度分布を取得するようにしている。

この定圧発生装置３０は、外周面３１に複数の突起３２を円周方向に適宜間隔をおいて配置したローラ３３と、ローラ軸３４を介してこのローラ３３を回転可能に支持するローラ支持部３５と、このローラ支持部３５をローラ軸３４と直交する方向に移動可能に保持するハウジング３６と、ローラ支持部３５とハウジング３６との間に位置させた圧縮コイルばね３７と、ハウジング３６及び圧縮コイルばね３７との間に配置した荷重センサ３８を備えており、ハウジング３６の全体をワークＷの表面Ｗｓに対して接近させて（図６では下方向に移動させて）、圧縮コイルばね３７によりローラ３３に対して荷重を付与するよになっている。

つまり、この硬度測定工程１では、定圧発生装置３０を動作させることで、ローラ３３を所定荷重でワークＷの表面Ｗｓに押し付けつつ表面Ｗｓ上を相対的に移動させ（この実施例ではワークＷを回転軸Ｌ回りに回転させ）、これによりワークＷの表面Ｗｓに連続して生じる圧痕Ａの大きさを画像測定装置４０で測定して硬度分布を取得するようにしている。

この微細凹部加工方法では、ワークＷの表面Ｗｓの全体の硬度を連続して測定し得ることとなり、短時間でワーク表面の硬度分布を取得し得ることとなる。

図７は、本発明のさらに他の実施例による微細凹部加工方法の硬度測定要領を示しており、図７に示すように、この実施例では、硬度測定工程１において、ワークＷの表面Ｗｓに対して接触せずにワークＷの硬度分布を取得する非接触式の硬度測定装置５０を用いており、この実施例による微細凹部加工方法では、ワークＷに圧痕などのダメージを与えずに、ワークＷの硬度分布を取得し得ることとなる。

本発明の微細凹部加工方法の一実施例を示す工程説明図である。（実施例１）図１の微細凹部加工方法の硬度測定要領を示す断面説明図である。図１の微細凹部加工方法の微細凹部加工要領を示す正面説明図である。図１の微細凹部加工方法におけるワークの硬度分布と加工ローラに付与する荷重との関係を示すグラフである。本発明の微細凹部加工方法の他の実施例を示す工程説明図である。（実施例２）本発明の微細凹部加工方法のさらに他の実施例における硬度測定要領を示す正面説明図である。本発明の微細凹部加工方法のさらに他の実施例おける硬度測定要領を示す正面説明図である。

符号の説明

１ワーク硬度測定工程
２微細凹部加工工程
３圧痕除去工程
１０圧子
２１外周面
２２微細な凹凸
２３加工ローラ
３１外周面
３２突起
３３ローラ
４０画像測定装置（硬度測定装置）
５０硬度測定装置
Ａ圧痕
Ｂ圧痕の大きさ
Ｃ圧痕の深さ
Ｗワーク
Ｗｓワークの表面

Claims

ワークの表面に微細凹部を形成する微細凹部加工方法であって、ワークの硬度を測って硬度分布を取得する硬度測定工程と、この硬度測定工程で取得した硬度分布に基づいて所定深さの微細凹部を形成すべく加工条件を調整して微細凹部加工を行う微細凹部加工工程を経て、上記ワークの表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。
硬度測定工程では、ワークの表面に圧子を押し付け、これによってワークの表面に生じる圧痕の大きさ及び深さを測定して硬度分布を取得する請求項１に記載の微細凹部加工方法。
硬度測定工程では、外周面に複数の突起を円周方向に適宜間隔をおいて配置したローラを所定荷重でワークの表面に押し付けつつ表面上を相対的に移動させ、これによりワークの表面に連続して生じる圧痕の大きさ及び深さを硬度測定装置で測定して硬度分布を取得する請求項１に記載の微細凹部加工方法。
硬度測定工程では、ワークの表面に対して接触せずにワークの硬度分布を取得する非接触式の硬度測定装置を用いる請求項１に記載の微細凹部加工方法。
硬度測定工程においてワークの硬度分布を取得する際にワークに生じた圧痕を取り除く圧痕除去工程を硬度測定工程と微細凹部加工工程との間に設定した請求項２又は３に記載の微細凹部加工方法。
微細凹部加工工程では、塑性加工によってワークの表面に微細凹部を形成する請求項１〜５のいずれか一つの項に記載の微細凹部加工方法。
微細凹部加工工程では、外周面に微細な凹凸を有する加工ローラに荷重又は変位量を与えてワークの表面に押し付けつつ表面上を相対的に移動させて微細凹部を形成する請求項１〜５のいずれか一つの項に記載の微細凹部加工方法。
硬度測定工程で取得した硬度分布に基づいて所定深さの微細凹部を形成すべく加工ローラに負荷する荷重を調整する請求項７に記載の微細凹部加工方法。
硬度測定工程で取得した硬度分布に基づいて所定深さの微細凹部を形成すべく加工ローラの変位量を調整する請求項７に記載の微細凹部加工方法。
微細凹部加工工程では、ボールブラストによってワークの表面に微細凹部を形成する請求項１〜５のいずれか一つの項に記載の微細凹部加工方法。
微細凹部加工工程では、レーザ加工によってワークの表面に微細凹部を形成する請求項１〜５のいずれか一つの項に記載の微細凹部加工方法。
微細凹部加工工程では、切削加工によってワークの表面に微細凹部を形成する請求項１〜５のいずれか一つの項に記載の微細凹部加工方法。
微細凹部加工工程では、砥粒の噴射加工によってワークの表面に微細凹部を形成する請求項１〜５のいずれか一つの項に記載の微細凹部加工方法。
請求項１〜１３のいずれかに記載の微細凹部加工方法を用いて加工された微細凹部を摺動面としての外周面に有することを特徴とするワーク。
請求項１〜１３のいずれかに記載の微細凹部加工装置を用いて加工された微細凹部を摺動面としての外周面に有することを特徴とするエンジン部品。
請求項１〜１３のいずれかに記載の微細凹部加工装置を用いて加工された微細凹部を摺動面としての外周面に有することを特徴とするクランクシャフト。
請求項１〜１３のいずれかに記載の微細凹部加工装置を用いて加工された微細凹部を摺動面としての外周面に有することを特徴とするカムシャフト。
請求項１〜１３のいずれかに記載の微細凹部加工装置を用いて加工された微細凹部を摺動面としての外周面に有することを特徴とするバランサシャフト。