JP2010105112A - ディンプル形成バニシング工具及びディンプル形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】専用の機械設備を用いることなく、ワークの外周面にディンプルを形成することができ、加工コストを低減することができるディンプル形成バニシング工具を提供することを課題とする。
【解決手段】ディンプル形成バニシング工具１であって、ヘッドボディ３０と、ヘッドボディ３０に形成されたローラ軸部３２に回転自在な状態で外嵌されたサポートローラ４０と、サポートローラ４０の外周に配置されたリテーナ５０と、リテーナ５０に回転自在な状態で保持されたローラ６０及びボール７０と、を備え、サポートローラ４０の外周面には、ボール７０に接触する凸部４４ａが形成され、サポートローラ４０が回転し、凸部４４ａがボール７０に接触することで、ボール７０がワークの表面に押し付けられることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの表面にディンプルを形成するバニシング工具及びディンプル形成方法に関する。

エンジンなどの摺動部品では、摺動面に微細な溝やディンプルを形成して、摺動面の潤滑性能を向上させることで、耐焼付性を向上させるとともに、摩擦抵抗を低減させることができる。摺動部品の外周面にディンプルを形成する方法としては、ＷＰＣ処理（微粒子ショットピーニング）やレーザ加工を用いた方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３４５０２２号公報（段落００１６、図５）

しかしながら、ＷＰＣ処理やレーザ加工を行うためには、専用の機械設備を用いる必要があるため、加工コストが高くなるという問題がある。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、専用の機械設備を用いることなく、ワークの外周面にディンプルを形成することができ、加工コストを低減することができるディンプル形成バニシング工具及びディンプル形成方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明のディンプル形成バニシング工具は、ヘッドボディと、前記ヘッドボディに形成されたローラ軸部に回転自在な状態で外嵌されたサポートローラと、前記サポートローラの外周に配置され、前記ヘッドボディに支持されているリテーナと、前記リテーナに回転自在な状態で保持されたローラ及びボールと、を備え、前記ローラの外周面は、前記リテーナの外面側に突出するとともに、前記リテーナの内面側で前記サポートローラの外周面に接触し、前記ボールの外面は、前記リテーナの外面側に出没自在であるとともに、前記リテーナの内面側に突出しており、前記サポートローラの外周面には、前記ボールに接触する凸部が形成され、前記ローラがワークの表面を転動すると、前記ローラの回転に連動して前記サポートローラが回転し、前記サポートローラの前記凸部が前記ボールに接触することで、前記ボールが前記ワークの表面に押し付けられることを特徴としている。

また、前記課題を解決するため、本発明のディンプル形成方法は、前記ディンプル形成バニシング工具を用いたディンプル形成方法であって、ワークの表面に前記ローラ及び前記ボールを接触させ、前記ワークの回転に伴って、前記ワークの表面で前記ローラが転動すると、前記ローラの回転に連動して前記サポートローラが回転し、前記サポートローラの前記凸部が前記ボールに接触することで、前記ボールが前記ワークの表面に押し付けられて、前記ワークの表面にディンプルが形成されることを特徴としている。

これらの構成では、ボールがワークの表面に押し付けられることで、ボールによるワークの表面へのピーニング効果により、ワークの表面にディンプルを形成することができる。具体的には、旋盤やマシニングセンタに組み付けたワークを回転させ、ワークの表面をローラが転動することで、ボールをワークの表面に押し付けることができる。すなわち、ワークにディンプルを形成するために専用の機械設備を用いることなく、旋盤やマシニングセンタなどの切削加工用の機械設備の駆動部による位置制御によって、ワークにディンプルを形成することができるため、加工コストを低減することができる。
また、ワークの表面にボールやローラを押し付けることで、ワークの表面硬度を高めるとともに、ワークに圧縮残留応力を付与することができる。
また、工具の送り方向の後側にローラを配置した場合には、ボールによってディンプルを形成したときに、ディンプルの周囲に生じる膨らみをローラによって平滑に加工することができる。

前記したディンプル形成バニシング工具において、前記ローラの回転軸線と、前記サポートローラの回転軸線とが平行に配置されていることが望ましい。

この構成では、ローラの外周面とサポートローラの外周面とを平行な状態で接触させることができるため、ローラとサポートローラとの間において回転力の伝達効率を高めることができる。

前記したディンプル形成バニシング工具において、前記サポートローラの外周面には、外周形状が多角形に形成された接触領域が設けられており、前記接触領域に形成された角部によって、前記凸部を形成することができる。

この構成では、サポートローラの外周形状を多角形に加工することで、凸部を簡単に形成することができる。

前記したディンプル形成バニシング工具において、前記リテーナには、一体の前記ボールと、前記ボールの両側に配置された二体の前記ローラと、が保持されているように構成することができる。

この構成では、工具の送り方向の前側となるローラでは、ワーク表面の切削による凹凸を平滑に加工し、その平滑に仕上げられた箇所にボールによってディンプルを形成することができる。さらに、工具の送り方向の後側となるローラでは、ボールによってワークの表面にディンプルを形成したときに、ディンプルの周囲に生じる膨らみを平滑に加工することができる。

本発明のディンプル形成バニシング工具及びディンプル形成方法によれば、ワークにディンプルを形成するための専用の機械設備を用いることなく、旋盤やマシニングセンタなどの切削加工用の機械設備の駆動部による位置制御によって、ワークにディンプルを形成することができるため、加工コストを低減することができる。また、ワークの表面硬度を高めるとともに、ワークに圧縮残留応力を付与することができる。また、ディンプルを形成したときに、ディンプルの周囲に生じる膨らみをローラによって平滑に加工することもできる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態では、旋盤やマシニングセンタに組み付けたワークを回転させ、このワークの外周面にディンプルを形成する場合を例として説明する。

ディンプル形成バニシング工具１は、図１（ａ）に示すように、ボディ１０と、このボディ１０内に挿入され、先端部がボディ１０の先端面から突出している駆動軸２０と、この駆動軸２０の先端面に取り付けられたヘッドボディ３０と、このヘッドボディ３０に形成されたローラ軸部３２に外嵌されたサポートローラ４０と、このサポートローラ４０の外周に配置されたリテーナ５０と、このリテーナ５０に回転自在な状態で保持されたローラ６０及びボール７０と、を備えている。

ボディ１０は、直方体の部材であり、側面には旋盤やマシニングセンタに保持される板状のシャンク１１が取り付けられている。また、ボディ１０の基端面には、先端部がボディ１０内に挿入されたプリロード調整ノブ１２が突設されている。

駆動軸２０は、ボディ１０内に挿入された円形断面の軸部材であり、先端部はボディ１０の先端面から突出している。駆動軸２０の先端部には、拡径されたフランジ部２１が形成されている。
また、駆動軸２０の基端部は、ボディ１０内においてスプリング（図示せず）を介してプリロード調整ノブ１２の先端部に連結されており、プリロード調整ノブ１２を操作することで、駆動軸２０の突出量を変更することができる。

ヘッドボディ３０は、図２に示すように、取付面３１ａが形成された板状の支持部３１と、取付面３１ａに立設されたローラ軸部３２と、支持部３１の基端部に形成された円板状のフランジ部３３と、を備えている。フランジ部３３の基端面が駆動軸２０（図１参照）のフランジ部２１の先端面に取り付けられることで、ヘッドボディ３０は駆動軸２０に支持されている。

ローラ軸部３２は、駆動軸２０（図１参照）の軸線方向に直交する軸線方向に形成された円形断面の軸部材である。
ローラ軸部３２の外周面において、軸方向の中間部には、潤滑溝３２ａが全周に亘って形成されている。この潤滑溝３２ａには、支持部３１及びローラ軸部３２の内部に形成された給油経路（図示せず）の一端が開口しており、支持部３１に設けられたグリースニップルＮから給油経路を通じて潤滑油を供給することができる。

リテーナ５０は、ヘッドボディ３０の取付面３１ａに取り付けられる円板状の取付部５１と、この取付部５１の先端側の縁部に立ち上げられた板状の保持部５２と、が形成されている。

取付部５１の中央部には、貫通孔５１ａが形成されており、取付部５１を取付面３１ａに取り付けたときには、支持部３１のローラ軸部３２が貫通孔５１ａに挿通された状態となる。

保持部５２は、取付部５１の先端側の縁部の一部（本実施形態では全周の約１／４）に立ち上げられており、取付部５１の縁部に沿って湾曲している。
図１（ｂ）に示すように、保持部５２の幅方向の中間部には、高さ方向に縦長な保持溝５３が貫通している。この保持溝５３は、後記するローラ６０及びボール７０が保持される部位である。

サポートローラ４０は、図２に示すように、円筒状の部材であり、その内周部にはベアリング４１が内装されている。このサポートローラ４０は、リテーナ５０の取付部５１よりも外側（図２における上側）でローラ軸部３２に外嵌され、ローラ軸部３２の軸回りに回転自在となっている。

なお、ベアリング４１と取付部５１との間には、環状のスペーサ４２を介在させている。また、ベアリング４１の上面には円板状のカバー４３が取り付けられる。このカバー４３の中心部に形成された貫通孔４３ａに挿通させた固定ボルト４３ｂを、ローラ軸部３２の上面に形成されたねじ孔３２ｂに螺着させることで、サポートローラ４０がローラ軸部３２に取り付けられている。

サポートローラ４０の外周面の上部には、複数の凸部４４ａ・・・が周方向に均等間隔で形成された接触領域４４が形成されている。本実施形態では、図３に示すように、接触領域４４の外周形状が多角形（本実施形態では十角形）に形成されており、外周面に形成された角部によって、十箇所の凸部４４ａ・・・が形成されている。

ローラ６０は、図２に示すように、ローラ軸部３２の軸線方向と平行な軸線方向に延びている円形断面の回転体である。このローラ６０は、リテーナ５０の保持溝５３内の下部に保持され（図１参照）、保持溝５３内で軸回りに回転自在となっている。ローラ６０の軸線方向と、ローラ軸部３２の軸線方向とが平行であるため、ローラ６０の回転軸線と、サポートローラ４０の回転軸線とは平行に配置されている。

また、保持溝５３内に保持されたローラ６０の外周面は、図１に示すように、リテーナ５０の外面側に突出するとともに、リテーナ５０の内面側に突出して、サポートローラ４０の外周面の下部に接触している。

ボール７０は、図２に示すように、リテーナ５０の保持溝５３内の上部に保持される球体であり（図１参照）、保持溝５３内で回転自在となっている。
ボール７０の外面は、リテーナ５０の外面側に突出しているとともに、ボール７０は保持溝５３内でリテーナ５０の厚み方向に移動自在となっている。すなわち、ボール７０の外面がリテーナ５０の外面側に出没自在となっている。また、ボール７０の外面はリテーナ５０の内面側にも突出している。

次に、前記本実施形態のディンプル形成バニシング工具１を用いたディンプル形成方法について説明する。
ディンプル形成バニシング工具１を用いてワークの外周面（表面）にディンプルを形成する場合には、まず、旋盤やマシニングセンタのチャックにワークを組み付けるとともに、図１に示すディンプル形成バニシング工具１をベッドに組み付ける。このとき、ヘッドボディ３０側をワーク側（先端側）に向けて配置する。
そして、ワークを回転させた状態で、旋盤やマシニングセンタの駆動部を用いて、ディンプル形成バニシング工具１をワーク側に移動させ、リテーナ５０から突出したローラ６０の外周面をワークの外周面に接触させる。

回転したワークにローラ６０が接触すると、ワークの外周面とローラ６０の外周面との間の摩擦抵抗によって、ローラ６０がワークの回転に連動して軸回りに回転する。さらに、ローラ６０の外周面とサポートローラ４０の外周面との間の摩擦抵抗によって、サポートローラ４０がローラ６０の回転に連動して軸回りに回転する。

図４に示すように、サポートローラ４０が回転し、サポートローラ４０の接触領域４４に形成された凸部４４ａがボール７０に接触すると、ボール７０はリテーナ５０の外側に押し出され、ワークの表面に強く押し付けられるため、ボール７０によるワークの表面へのピーニング効果により、ワークの表面にディンプルＤが形成される。
そして、サポートローラ４０の接触領域４４に形成された複数の凸部４４ａ・・・が断続的にボール７０に接触することで、ボール７０がワークの表面に対して振動しながら転動することになり、ワークの表面に複数のディンプルＤ・・・が形成される。
さらに、図１に示すディンプル形成バニシング工具１をワークの軸方向に移動させて、ワークの表面全体にディンプルを形成する。

以上のようなディンプル形成バニシング工具１及びディンプル形成方法では、ワークにディンプルを形成するための専用の機械設備を用いることなく、旋盤やマシニングセンタなどの切削加工用の機械設備の駆動部による位置制御によって、ワークにディンプルを形成することができるため、加工コストを低減することができる。
また、図４に示すように、ワークの表面にボール７０やローラ６０を押し付けることで、ワークの表面硬度を高めることができるとともに、ワークに圧縮残留応力を付与することができる。
また、ボール７０に対して工具の送り方向の後側にローラ６０を配置することで、ボール７０によってディンプルを形成したときに、ディンプルの周囲に生じる膨らみをローラ６０によって平滑に加工することができる。

また、図１に示すように、ローラ６０の回転軸線と、サポートローラ４０の回転軸線とが平行に配置されているため、ローラ６０の外周面とサポートローラ４０の外周面とを平行な状態で接触させることができるため、ローラ６０とサポートローラ４０との間において回転力の伝達効率を高めることができる。

また、図３に示すように、サポートローラ４０の外周面において、ボール７０に接触する接触領域４４の外周形状を多角形に形成し、接触領域４４に形成された角部によって、凸部４４ａを形成しているため、サポートローラ４０の外周面に複数の凸部４４ａ・・・を簡単に形成することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更が可能である。
本実施形態では、図３に示すように、サポートローラ４０の接触領域４４の外周形状を十角形に形成し、接触領域４４に十箇所の凸部４４ａ・・・を形成しているが、接触領域４４に形成する凸部４４ａの個数は限定されるものではない。例えば、接触領域の外周形状を十六角形に形成したサポートローラを用いた場合には、図５（ａ）に示すように、ワークの表面にディンプルが形成され、接触領域の外周形状を十二角形に形成したサポートローラを用いた場合には、図５（ｂ）に示すように、ワークの表面にディンプルが形成される。

また、図６に示すように、ボール７０の上下に二体のローラ６０，６０を配置してもよい。この構成では、工具の送り方向の前側となるローラ６０によって、ワーク表面の切削による凹凸を平滑に加工し、その平滑に仕上げられた箇所にボール７０によってディンプルを形成することができる。さらに、工具の送り方向の後側となるローラ６０では、ボール７０によってワークの表面にディンプルを形成したときに、ディンプルの周囲に生じる膨らみを平滑に加工することができる。

また、本実施形態では、図４に示すように、ワークの外周面にディンプルを形成しているが、図１に示すディンプル形成バニシング工具１のヘッドボディ３０をワークの内周部に挿入し、ローラ６０及びボール７０をワークの内周面に接触させることで、ワークの内周面にディンプルを形成することもできる。

本実施形態のディンプル形成バニシング工具を示した図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は先端側から見た図である。 本実施形態のディンプル形成バニシング工具の先端部を示した分解斜視図である。 本実施形態のディンプル形成バニシング工具の先端部を示した図で、図１のＡ−Ａ断面図である。 本実施形態のディンプル形成バニシング工具によって、ワークの表面にディンプルを形成するときの態様を示した拡大図である。 本実施形態のディンプル形成バニシング工具によって、ワークの表面に形成されるディンプルを示した図で、（ａ）は接触領域の外周形状を十六角形に形成したサポートローラを用いた場合の展開図、（ｂ）は接触領域の外周形状を十二角形に形成したサポートローラを用いた場合の展開図である。 他の実施形態のディンプル形成バニシング工具を示した図で、ボールの両側に二体のローラを配置した構成の側面図である。

符号の説明

１ ディンプル形成バニシング工具
１０ ボディ
１１ シャンク
２０ 駆動軸
２１ フランジ部
３０ ヘッドボディ
３１ 支持部
３１ａ 取付面
３２ ローラ軸部
３３ フランジ部
４０ サポートローラ
４１ ベアリング
４４ 接触領域
４４ａ 凸部
５０ リテーナ
５１ 取付部
５２ 保持部
５３ 保持溝
６０ ローラ
７０ ボール
Ｄ ディンプル

Claims (5)

1. ヘッドボディと、
   前記ヘッドボディに形成されたローラ軸部に回転自在な状態で外嵌されたサポートローラと、
   前記サポートローラの外周に配置され、前記ヘッドボディに支持されているリテーナと、
   前記リテーナに回転自在な状態で保持されたローラ及びボールと、を備え、
   前記ローラの外周面は、前記リテーナの外面側に突出するとともに、前記リテーナの内面側で前記サポートローラの外周面に接触し、
   前記ボールの外面は、前記リテーナの外面側に出没自在であるとともに、前記リテーナの内面側に突出しており、
   前記サポートローラの外周面には、前記ボールに接触する凸部が形成され、
   前記ローラがワークの表面を転動すると、前記ローラの回転に連動して前記サポートローラが回転し、前記サポートローラの前記凸部が前記ボールに接触することで、前記ボールが前記ワークの表面に押し付けられることを特徴とするディンプル形成バニシング工具。
2. 前記ローラの回転軸線と、前記サポートローラの回転軸線とが平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のディンプル形成バニシング工具。
3. 前記サポートローラの外周面には、外周形状が多角形に形成された接触領域が設けられており、前記接触領域に形成された角部によって、前記凸部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のディンプル形成バニシング工具。
4. 前記リテーナには、一体の前記ボールと、前記ボールの両側に配置された二体の前記ローラと、が保持されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のディンプル形成バニシング工具。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のディンプル形成バニシング工具を用いたディンプル形成方法であって、
   ワークの表面に前記ローラ及び前記ボールを接触させ、前記ワークの回転に伴って、前記ワークの表面で前記ローラが転動すると、前記ローラの回転に連動して前記サポートローラが回転し、前記サポートローラの前記凸部が前記ボールに接触することで、前記ボールが前記ワークの表面に押し付けられて、前記ワークの表面にディンプルが形成されることを特徴とするディンプル形成方法。

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