JP4281383B2 - 円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置および加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受や自動車部品などの円筒部材の外周表面に例えばオイル溜まりとして機能する凹部を形成する加工装置および加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動圧流体軸受にあっては表面に動圧発生溝が形成されたり、自動車部品にあっては表面にオイル溜まりとなる微小凹部が形成されたりすることがある。このように工作物の表面に凹部を形成する加工方法として、マスクブラスト法が公知である。
【０００３】
軸受や自動車部品などの円筒部材の外周表面に凹部を形成するマスクブラスト加工技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この加工方法は、動圧流体軸受の表面に動圧発生溝を形成する方法であって、まず、円筒部材の外周表面に所期形状の透孔を有するマスキングシートを接着剤などを使用して貼り付けてマスキングする。次いで、炭化珪素やアルミナなどの硬質小径粒子をそのマスキング面に投射することで、所定形状の凹部を形成している。
【０００４】
また、オイル溜まりとして機能する微小凹部を有する摺動部材も知られている（例えば、特許文献２参照）。この摺動部材は、単に微小凹部を有するというだけではなく、その凹部のエッジ部分にダレを形成し、摩擦トルク低減や耐焼き付き性向上などを図っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−５８７６５号公報
【特許文献２】
特開２０００−２３０５５５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された円筒部材の加工方法にあっては、透孔が予め形成されたマスキングフィルムを円筒部材の外周表面に接着剤などを使用して貼り付ける工程、硬質粒子をそのマスキング面に投射する工程、マスキングフィルムおよび接着剤を取り除く工程、の順に行われるため、製造効率が悪い。
【０００７】
また、マスキングフィルム接着作業は熟練を要する作業であり、接着剤の厚みを均一にすることが難しく、粒子の噴射によって形成される凹部の深さが場所によって一定せず、安定した品質の部品を提供することが困難である。
【０００８】
さらには、マスキングフィルム除去および洗浄工程にあっては、有機溶剤が使用されることがあり、有機溶剤を後処理する作業が必要となる。
【０００９】
一方で、この工法で形成される微小凹部はエッジ部分がシャープになるため、摺動部材として使用する場合、油膜切れを起こしやすく、保油性の効果が得られにくくなる。また、工作物が金属などの延性材料である場合には、硬質粒子の投射によって形成される凹部の周辺に塑性変形による微小な凸部が生じ、これを除去する目的で超仕上加工を施さねばならず、製造効率が悪く、製造コストが高くなるという問題点がある。
【００１０】
特許文献２に記載された摺動部材は、微小凹部のエッジ部分のダレを形成するために、バフ加工、ラッピング加工、あるいはポリッシング加工が施されている。つまり、凹部を形成する工程と、エッジ部のダレを形成する工程とは別個独立した工程であるから、製造効率が悪く、製造コストが高くなるという問題点がある。
【００１１】
本発明は、従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、製造効率が良好で、製造コストを低減し得る、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置および加工方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【００１３】
本発明は、表面に凹部を形成すべき円筒部材を回転駆動する第１の駆動手段と、
透孔が形成され可撓性を有するフィルム状のマスキング部材と、
前記マスキング部材を前記円筒部材の外周表面の一部に対して密着させる付勢力を当該マスキング部材に付与する少なくとも２つのローラ部材と、
前記マスキング部材を送る第２の駆動手段と、
硬質粒子を投射する投射手段と、を有してなり、
前記円筒部材の外周表面に密着した前記マスキング部材の前記透孔を通じて、前記投射手段から硬質粒子を投射することにより、前記円筒部材の外周表面に前記透孔のパターンに合致したパターンで凹部を形成する、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置である。
【００１４】
また、本発明は、表面に凹部を形成すべき円筒部材を回転駆動し、
透孔が形成され可撓性を有するフィルム状のマスキング部材を、少なくとも２つのローラ部材から付与される付勢力によって、前記円筒部材の外周表面の一部に対して密着させつつ送り、
前記円筒部材の外周表面に密着した前記マスキング部材の前記透孔を通じて、投射手段から硬質粒子を投射することにより、前記円筒部材の外周表面に前記透孔のパターンに合致したパターンで凹部を形成する、円筒部材の表面に凹部を形成する加工方法である。
【００１５】
【発明の効果】
本発明に係る加工装置および加工方法によれば、円筒部材の外周表面に、透孔パターンに合致したパターンで凹部を分布させることができ、凹部をオイル溜まりとして機能させる場合にあっては、摩擦し合う摺動面同士の接触部に十分に潤滑油を行き届かせ、潤滑性能を向上させることができる。
【００１６】
また、ローラ部材が、マスキング部材を円筒部材の外周表面の一部に対して密着させる付勢力を当該マスキング部材に付与する構成および方法であるので、円筒部材の外周表面に対するマスキング部材の密着および密着解除を簡単かつ迅速に行うことができるため、円筒部材の表面に凹部を形成する製造効率を高め、引いては、製造コストを低減することが可能となる。
【００１７】
さらに、熟練を要し煩雑なマスキング部材貼り付け工程が不要となることから、より均一な寸法の凹部を形成でき、安定した品質の製品を提供することが可能となる。
【００１８】
しかも、有機溶剤を使用することが一般的な、マスキング部材や接着剤の除去洗浄工程が不要となることから、有機溶剤を後処理する作業を大幅に軽減できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る、円筒部材Ｗの表面に凹部を形成する加工装置１０を示す構成図である。
【００２１】
当該加工装置１０は、概説すれば、表面に凹部１１を形成すべき円筒部材Ｗを回転駆動する第１の駆動手段２０と、透孔３１が形成され可撓性を有するマスキングフィルム３０（フィルム状のマスキング部材に相当する）と、マスキングフィルム３０を円筒部材Ｗの外周表面の一部に対して密着させる付勢力を当該マスキングフィルム３０に付与する少なくとも２つのガイドローラ４１、４２（ローラ部材に相当する）と、マスキングフィルム３０を送るためにガイドローラ４１、４２を回転駆動する第２の駆動手段５０と、硬質粒子６２を投射するショットブラスト装置６０（投射手段に相当する）と、を有している。円筒部材Ｗの外周表面が、表面に凹部１１を形成すべき加工部位となる。そして、円筒部材Ｗの外周表面に密着したマスキングフィルム３０の透孔３１を通じて、ショットブラスト装置６０から硬質粒子６２を投射することにより、円筒部材Ｗの外周表面に透孔３１のパターンに合致したパターンで凹部１１を形成している。図示例では、円筒部材Ｗの上部部分がショトブラスト処理により凹部１１が形成される加工部となる。加工部は、円筒部材Ｗの回転に伴って順次移動することになる。
【００２２】
以下、加工装置１０を詳述する。
【００２３】
前記第１の駆動手段２０は、円筒部材Ｗの回転軸を着脱自在に把持するチャック（図示せず）と、当該チャックに連結され円筒部材Ｗを回転駆動するモータなどから構成されている。円筒部材Ｗは、図中矢印で示される回転方向に回転する。円筒部材Ｗの回転速度は、モータの回転速度を調整することにより、可変自在となっている。
【００２４】
前記マスキングフィルム３０には、所期形状の透孔３１が所定のパターンで予め形成されている。透孔３１の所期形状は、例えば、直径５０〜１００μｍの円形の貫通穴である。透孔３１は、面積率が例えば５〜４０％となるように形成されている。なお、透孔３１が形成する所定のパターンを、以下、「透孔パターン」ともいう。
【００２５】
マスキングフィルム３０は、図示しない供給リールに繰り出し自在にロール状に巻回されている。マスキングフィルム３０は、供給リールから繰り出され、図中矢印で示されるように、図中右手側から加工装置１０に送り込まれ、図中左手側に送り出される。送り出されたマスキングフィルム３０は、図示しない巻取リールに巻き取られる。マスキングフィルム３０が備えるべき可撓性は、少なくとも、円筒部材Ｗの外周表面の一部に対して密着することが可能、つまり、円筒部材Ｗの外周表面の曲率半径に一致して湾曲することが可能なレベルでなければならない。このような可撓性を備える限りにおいて、マスキングフィルム３０の形成材料は特に限定されない。マスキングフィルム３０は、例えば、樹脂や、薄肉金属などの公知の材料から形成できる。
【００２６】
前記２つのガイドローラ４１、４２は、円筒部材Ｗを中心にして、マスキングフィルム３０の搬送方向の上流側および下流側にそれぞれ１個ずつ、対をなすように配置されている。ガイドローラ４１、４２の回転軸４１ａ、４２ａは、円筒部材Ｗの回転軸Ｗａよりも下方に位置する。ガイドローラ４１、４２の回転軸４１ａ、４２ａには、当該ガイドローラ４１、４２を押圧する弾発力を付勢する弾性手段４３が設けられている。弾性手段４３は、対をなすガイドローラ４１、４２が相互に接近するように斜め下方に向けてガイドローラ４１、４２を押圧している。弾性手段４３は、例えば、圧縮スプリングから構成されている。ガイドローラ４１、４２の表層には、マスキングフィルム３０との間ですべりが生じないように、摩擦抵抗を高めるゴムなどの弾性体層（図示せず）が設けられている。同様の目的で、ガイドローラ４１、４２の表層を粗面化してもよい。
【００２７】
図示例では、マスキングフィルム３０は、円筒部材Ｗの略上半分を覆い、円筒部材Ｗの図中左右両側で２つのガイドローラ４１、４２により押し下げられるように、掛け渡されている。このように掛け渡されたマスキングフィルム３０は、弾性手段４３により押圧される２つのガイドローラ４１、４２からの付勢力が付与され、円筒部材Ｗの外周表面の一部（円筒部材Ｗの略上半分の範囲）に対して密着して接している。弾性手段４３の弾発力は、マスキングフィルム３０を円筒部材Ｗの外周表面の一部に対して密着させる付勢力を当該マスキングフィルム３０に付与するという機能を２つのガイドローラ４１、４２に好適に発揮させる点を考慮して決定される。
【００２８】
前記第２の駆動手段５０は、２つのガイドローラ４１、４２の回転軸４１ａ、４２ａに連結され各ガイドローラ４１、４２を回転駆動するモータなどから構成されている。ガイドローラ４１、４２は、図中矢印で示される回転方向に回転する。ガイドローラ４１、４２は同期しながら回転し、マスキングフィルム３０を所定の送り速度で送り出す。マスキングフィルム３０の送り速度は、モータの回転速度を調整し、ガイドローラ４１、４２の回転速度を調整することにより、可変自在となっている。
【００２９】
前記ショットブラスト装置６０は、円筒部材Ｗの上方に配置され、加工部から所定距離離間した位置に、ブラストノズル６１の先端が配置されている。前記離間する距離は、例えば、１００ｍｍである。投射する硬質粒子６２やその投射条件（噴射圧力や噴射流量）は適宜選択できるが、一例を挙げれば、粒度＃８００のアルミナ砥粒からなる硬質粒子６２が、噴射圧力０．４ＭＰａ、噴射流量１００ｇ／ｍｉｎで投射される。
【００３０】
ブラストノズル６１と円筒部材Ｗとの間には、シャッタ６３が進退移動可能に配置されている。シャッタ６３の進退移動の制御は次のタイミングでなされる。つまり、シャッタ６３は、加工部への硬質粒子６２の投射を開始する瞬間に、ブラストノズル６１から加工部に至る経路を開くために後退移動され、ショットブラスト処理が終了した瞬間（例えば、円筒部材Ｗが１回転し終わった瞬間）に、ブラストノズル６１から加工部に至る経路を閉じるために前進移動される。
【００３１】
第１の実施形態に係る加工装置１０は、さらに、円筒部材Ｗの回転送りと、ガイドローラ４１、４２の回転によるマスキングフィルム３０の送りとを同期させて、第１と第２の駆動手段２０、５０を制御するコントローラ７０（回転駆動制御手段に相当する）を有している。例えば、コントローラ７０は、円筒部材Ｗが２回転／ｍｉｎの回転速度で回転するように第１の駆動手段２０の作動を制御し、さらに、ガイドローラ４１、４２の回転によるマスキングフィルム３０の送り速度が円筒部材Ｗの外周面における周速度に一致するように第２の駆動手段５０の作動を制御する。このような制御により、円筒部材Ｗの回転送りと、ガイドローラ４１、４２の回転によるマスキングフィルム３０の送りとが同期する。
【００３２】
次に、第１の実施形態の作用を説明する。
【００３３】
まず、供給リールにロール状に巻回されたマスキングフィルム３０を繰り出し、円筒部材Ｗの略上半分を覆い、２つのガイドローラ４１、４２により押し下げられるように、掛け渡す。
【００３４】
このように掛け渡されたマスキングフィルム３０に、弾性手段４３により押圧される２つのガイドローラ４１、４２からの付勢力を付与する。これにより、マスキングフィルム３０は、円筒部材Ｗの外周表面の一部（円筒部材Ｗの略上半分の範囲）に対して密着する。
【００３５】
次いで、コントローラ７０は、に第１と第２の駆動手段２０、５０の作動を制御し、円筒部材Ｗの回転送りと、ガイドローラ４１、４２の回転によるマスキングフィルム３０の送りとを同期させる。
【００３６】
円筒部材Ｗの回転送りとマスキングフィルム３０の送りとが同期した状態の下で、円筒部材Ｗの外周表面に密着しつつ送られるマスキングフィルム３０の透孔３１を通じて、ショットブラスト装置６０から硬質粒子６２をエアとともに吹き付ける。シャッタ６３は、硬質粒子６２の投射を開始する瞬間に後退移動され、ブラストノズル６１から加工部に至る経路が開かれる。
【００３７】
硬質粒子６２の投射は、円筒部材Ｗが少なくとも１回転する間中、継続されている。ショットブラスト処理が終了した瞬間、例えば、円筒部材Ｗが１回転し終わった瞬間に、硬質粒子６２の投射が停止され、さらに、シャッタ６３が前進移動され、ブラストノズル６１から加工部に至る経路が閉じられる。
【００３８】
その後、第１と第２の駆動手段２０、５０の作動を停止し、ガイドローラ４１、４２からマスキングフィルム３０に付与する付勢力を緩める。マスキングフィルム３０は円筒部材Ｗの外周表面に対する密着状態が解除されるので、加工済みの円筒部材Ｗを簡単に取り出すことができる。
【００３９】
以上の操作により、円筒部材Ｗの外周表面には、透孔３１の形状に対応した形状を有する微小な凹部１１が、透孔パターンに合致したパターンで形成される。
【００４０】
第１の実施形態によれば、表面に凹部１１を形成すべき円筒部材Ｗを回転駆動し、透孔３１が形成され可撓性を有するマスキングフィルム３０を２つのガイドローラ４１、４２から付与される付勢力によって円筒部材Ｗの外周表面の一部に対して密着させつつ送り、円筒部材Ｗの外周表面に密着したマスキングフィルム３０の透孔３１を通じて、ショットブラスト装置６０から硬質粒子６２を投射する加工方法およびこれを具現化した加工装置１０であるので、円筒部材Ｗの外周表面に、透孔パターンに合致したパターンで凹部１１を分布させることができる。凹部１１をオイル溜まりとして機能させる場合にあっては、摩擦し合う摺動面同士の接触部に十分に潤滑油を行き届かせて、潤滑性能を向上させることができる。
【００４１】
また、ガイドローラ４１、４２が、マスキングフィルム３０を円筒部材Ｗの外周表面の一部に対して密着させる付勢力を当該マスキングフィルム３０に付与する構成および方法であるので、ショットブラスト加工工程の前にマスキングフィルムを円筒部材の外周表面に接着剤などを使用して貼り付ける工程や、ショットブラスト加工工程の後にマスキングフィルムや接着剤を円筒部材から取り除く工程が不要となる。円筒部材Ｗの外周表面に対するマスキングフィルム３０の密着および密着解除を簡単かつ迅速に行うことができるため、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する製造効率を高め、引いては、製造コストを低減することが可能となる。
【００４２】
さらに、マスキングフィルムを接着剤を用いて被加工物に貼り付ける作業は本来熟練を要する作業であり、接着剤の厚みを均一にすることが難しい。しかしながら、本実施形態にあっては、熟練を要し煩雑なマスキングフィルム貼り付け工程が不要となることから、より均一な寸法の凹部１１を形成でき、安定した品質の製品を提供することが可能となる。
【００４３】
しかも、マスキングフィルムや接着剤を除去したり洗浄したりする工程では、一般的に有機溶剤が使用される。しかしながら、本実施形態にあっては、有機溶剤を使用しなければならない、マスキングフィルムや接着剤の除去洗浄工程が不要となることから、有機溶剤を後処理する作業を大幅に軽減できる。
【００４４】
また、円筒部材Ｗの回転送りとマスキングフィルム３０の送りとを同期させて凹部１１を形成する加工装置１０ないし加工方法であるため、円筒部材Ｗに対してマスキングフィルム３０の位置がずれることがなく、断面鋭角的なエッジ部を備える凹部１１を形成することができる。
【００４５】
（第１の実施形態の変形例）
上述した第１の実施形態は、第２の駆動手段５０によりガイドローラ４１、４２を回転駆動して、マスキングフィルム３０を加工部において送る形態である。しかしながら、第２の駆動手段５０は、マスキングフィルム３０を送る機能を発揮する限りにおいて適宜の形態に改変することができる。
【００４６】
例えば、マスキングフィルム３０の巻取リールの回転軸に第２の駆動手段５０としてのモータなどを連結し、マスキングフィルム３０を引っ張りつつ巻き取ることによって、マスキングフィルム３０を加工部において送る形態を採用することもできる。
【００４７】
かかる形態では、ガイドローラ４１、４２は、マスキングフィルム３０を円筒部材Ｗの外周表面の一部に対して密着させる付勢力を当該マスキングフィルム３０に付与する機能のみを発揮し、マスキングフィルム３０が送られるのに伴って従動回転する。
【００４８】
また、ガイドローラ４１、４２の個数は、図示例の２個の場合に限られものではない。マスキングフィルム３０の円筒部材Ｗの外周表面に対する密着状態をより確実なものとするために、３個以上のガイドローラ４１、４２を配置してもよい。
【００４９】
（第２の実施形態）
図２（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する加工装置１０ａを示す構成図、図２（Ｂ）は、エッジ部にダレ１２を形成した凹部１１を拡大して示す断面図である。なお、図１に示した第１の実施形態に係る加工装置１０と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００５０】
第２の実施形態に係る加工装置１０ａは、円筒部材Ｗとマスキングフィルム３０との接触面を相対的にずらすスリップ手段８０をさらに有している点で、第１の実施形態の加工装置１０と相違している。スリップ手段８０は、円筒部材Ｗの回転方向あるいは回転軸方向の少なくとも一方に振動を加える加振手段から構成することができる。
【００５１】
第２の実施形態では、スリップ手段８０を、円筒部材Ｗの回転方向および回転軸方向に超音波振動を加える加振装置８１（加振手段に相当する）から構成してある。振動の振幅は、例えば、２〜５μｍである。かかる超音波振動による加振により、円筒部材Ｗの加工部と、そこに密接しているマスキングフィルム３０とには、振動の振幅に応じた相対的なずれが生じることになる。
【００５２】
第１の実施形態で説明した作用に加えて、加振装置８１により円筒部材Ｗの回転方向および回転軸方向に超音波振動を加え、円筒部材Ｗとマスキングフィルム３０との接触面を相対的にずらしながら円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成すると、図２（Ｂ）に示すように、エッジ部にダレ１２が形成された凹部１１を得ることができる。ダレ１２のサイズは、円筒部材Ｗの回転軸に付与された振動の振幅に応じたサイズとなる。このようなダレ１２を凹部１１のエッジ部に形成することにより、摩擦トルクをさらに低減して、耐焼き付き性を向上させることができ、より優れた摺動特性を備える円筒部材Ｗを提供することができる。
【００５３】
また、凹部１１の形成と同じ工程においてダレ１２を形成できることから、凹部を形成する工程と、エッジ部のダレを形成する工程とを別個独立した工程とする場合に比べて、製造効率を高め、引いては、製造コストを低減することが可能となる。
【００５４】
また、振動を加える方向や振幅を調整すれば、マスキングフィルム３０の透孔３１の形状を基準にして、透孔３１の形状とは異なる形状の凹部１１を形成することもできる。
【００５５】
第２の実施形態によれば、円筒部材Ｗとマスキングフィルム３０との接触面を相対的にずらすスリップ手段８０をさらに有する加工装置１０ａであり、前記接触面を相対的にずらしつつ凹部１１を形成する加工方法であるので、円筒部材Ｗの外周面に形成される凹部１１の形状を自由にコントロールすることが可能となる。
【００５６】
また、スリップ手段８０を円筒部材Ｗの回転方向あるいは回転軸方向の少なくとも一方に振動を加える加振手段から構成して、前記接触面を相対的にずらしつつ凹部１１を形成する加工装置１０ａおよび加工方法であるので、凹部１１のエッジ部に適度なダレ１２を生じさせることが可能となり、マスクブラスト加工の１つの工程を行うだけで、摺動特性に優れる凹部形状を効率よく加工することができる。
【００５７】
（第３の実施形態）
図３（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る、円筒部材Ｗの回転送りとマスキングフィルム３０の送りとを非同期とした、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する加工装置において、マスキングフィルム３０の送りに対する円筒部材Ｗの回転送りの相対速度の制御パターンを示す図、図３（Ｂ）は、深さを調整した凹部１１を拡大して示す断面図である。なお、第３の実施形態に係る加工装置の構成は第１の実施形態に係る加工装置１０と同じであるため、加工装置の構成については図１を参照しつつ説明する。
【００５８】
第３の実施形態に係る加工装置は、第１の実施形態と同様に、第１と第２の駆動手段２０、５０の作動を制御するコントローラ７０を有している。但し、コントローラ７０は、円筒部材Ｗの回転送りと、マスキングフィルム３０の送りとを非同期させて、第１と第２の駆動手段２０、５０を制御する点で、第１の実施形態の加工装置１０と相違している。
【００５９】
第３の実施形態では、一対のガイドローラ４１、４２は同期しながら回転するが、コントローラ７０は、第１と第２の駆動手段２０、５０の作動を独立して制御している。図３（Ａ）に示される制御パターンのように、マスキングフィルム３０の送りに対する円筒部材Ｗの回転送りの相対速度は常にゼロつまり同期しておらず、マスキングフィルム３０の送りに同期した状態から加速されたり、加速された速度で一定に回転されたり、マスキングフィルム３０の送りと同期するように減速されたりするパターンを繰り返している。このように円筒部材Ｗの回転送りとマスキングフィルム３０の送りとを非同期としているため、円筒部材Ｗとマスキングフィルム３０とが相対的にずれることになる。
【００６０】
硬質粒子６２は常に一定の条件で投射されていることから、円筒部材Ｗとマスキングフィルム３０とを相対的にずらしながら円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成すると、マスキングフィルム３０の送りと同期する速度では凹部１１の深さが深く、円筒部材Ｗの回転送りの速度を速くすると、ショットブラスト加工の時間が短くなるので凹部１１の深さが浅くなる。円筒部材Ｗが１回転する間にショットブラスト加工が行われた結果、図３（Ｂ）に示すように、円筒部材Ｗの外周面には制御パターンにあわせて深さが調整された凹部１１を得ることができる。このように深さが調整された凹部１１は、動圧流体軸受の外周面に形成された場合に特に動圧効果を発揮する。
【００６１】
第３の実施形態によれば、円筒部材Ｗの回転送りとマスキングフィルム３０の送りとを非同期させて凹部１１を形成する加工装置ないし加工方法であるため、円筒部材Ｗとマスキングフィルム３０とが相対的にずれて、円筒部材Ｗの外周表面に形成される凹部１１の深さを自由にコントロールすることが可能となる。
【００６２】
なお、第３の実施形態に、第２の実施形態のスリップ手段８０を組み合わせてもよい。
【００６３】
（第４の実施形態）
図４（Ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る、硬質粒子６２の投射を断続的に行うようにした、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する加工装置１０ｂを示す構成図、図４（Ｂ）は、硬質粒子６２の投射の制御パターンを示す図である。
【００６４】
第４の実施形態に係る加工装置１０ｂは、ショットブラスト装置６０からの硬質粒子６２の投射量を調整する投射量調整手段９０をさらに有する点で、第１の実施形態の加工装置１０と相違している。投射量調整手段９０は、例えば、ブラストノズル６１でエアと混流される硬質粒子６２の量をコントロールするデジタル噴射制御方式や、ブラストノズル６１とマスキングフィルム３０面との間に遮蔽板を出し入れする方式などを採用できる。
【００６５】
第４の実施形態では、投射量調整手段９０により、ショットブラスト装置６０からの硬質粒子６２の投射をオン−オフ制御し、硬質粒子６２の投射を断続的に行わせつつ凹部１１を形成すようにしている。
【００６６】
コントローラ７０は、第１の実施形態と同様に、円筒部材Ｗの回転送りと、マスキング部材の送りとを同期させて、第１と第２の駆動手段２０、５０を制御している。硬質粒子６２は、図４（Ｂ）に示すように、投射量調整手段９０によりオン−オフ制御パターンで投射されている。硬質粒子６２はある程度の広がりをもって投射され、さらに、透孔３１は硬質粒子６２が投射された領域内を順次移動していることから、硬質粒子６２の投射をオンからオフに切り替えても、凹部１１の深さが段階的に変化することはなく、なだらかに浅くなるように変化する。このようにして、円筒部材Ｗの外周面には投射量の制御パターンにあわせて深さが調整された凹部１１が形成される。
【００６７】
第４の実施形態によれば、投射量調整手段９０によりショットブラスト装置６０からの硬質粒子６２の投射量を調整しつつ凹部１１を形成する加工装置１０ｂないし加工方法であるため、円筒部材Ｗの外周表面に到達する硬質粒子６２の量を制御することにより、円筒部材Ｗの外周表面に形成される凹部１１の深さを自由にコントロールすることが可能となる。
【００６８】
なお、第１〜第３の実施形態に、第４の実施形態の投射量調整手段９０を組み合わせてもよい。
【００６９】
（第５の実施形態）
図５は、本発明の第５の実施形態に係る、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する加工装置１０において、マスキングフィルム３０の送りに対する円筒部材Ｗの回転送りの相対速度の制御パターン、および、硬質粒子６２の投射の制御パターンを示す図である。
【００７０】
第５の実施形態は、第３の実施形態で説明した円筒部材Ｗの回転送りと、マスキングフィルム３０の送りとを非同期させて、第１と第２の駆動手段２０、５０を制御する点と、第４の実施形態で説明したショットブラスト装置６０からの硬質粒子６２の投射量を調整する投射量調整手段９０をさらに有する点と、を組み合わせたものである。
【００７１】
マスキングフィルム３０の送りに対する円筒部材Ｗの回転送りの相対速度は、図５に示すようなパターンに設定され、このパターンに合わせて、投射される硬質粒子６２のオン−オフ制御パターンを設定してある。
【００７２】
第５の実施形態によれば、円筒部材Ｗの回転送りとマスキングフィルム３０の送りとを非同期にすることによる効果と、硬質粒子６２の投射量を調整することによる効果とがあいまって、円筒部材Ｗの外周表面に形成される凹部１１の深さの制御をより確実に行うことが可能となる。
【００７３】
（第６の実施形態）
図６は、本発明の第６の実施形態に係る、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する加工装置１０を示す構成図である。
【００７４】
第１の実施形態では、表面に凹部１１を形成すべき加工部位を１個のみ含む円筒部材Ｗに対する加工装置１０および加工方法について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではない。第６の実施形態は、この点に鑑み、１本の軸状の円筒部材Ｗに複数の加工部位がある場合に、その加工部位の少なくとも２個所に対して、ガイドローラ４１、４２を介してマスキングフィルム３０を密着させ、その位置に対応してショットブラスト装置６０を配設し、一の円筒部材Ｗにおける複数の加工部位を同時に加工して、これら複数の加工部位に凹部１１を同時に形成するようにしたものである。
【００７５】
図６を参照して、１本の軸状の円筒部材Ｗは、シャフト部９５と、当該シャフト部９５よりも大径の５個の大径部９６とを有し、これら５個所に設けられた大径部９６が、表面に凹部１１を形成すべき加工部位となっている。そして、５個のショットブラスト装置６０を、それぞれの加工部位の位置に対応させて配置してある。なお、理解の容易のため、ガイドローラ４１、４２およびマスキングフィルム３０は図示省略してある。
【００７６】
加工時には、第１の実施形態と同様の条件で硬質粒子６２が投射され、被加工物である円筒部材Ｗが１回転した結果、円筒部材Ｗにおける複数の加工部位には、マスキングフィルム３０に設けられた透孔３１パターンに合致したパターンで凹部１１が同時に加工される。
【００７７】
第６の実施形態によれば、円筒部材Ｗは、表面に凹部１１を形成すべき加工部位を複数個所含み、これら加工部位のうち少なくとも２個所を同時に加工する加工装置１０および加工方法であるため、円筒部材Ｗにおける複数の加工部位に同時に凹部１１を形成することを通して製造効率を高め、安い製造コストで、加工部位を複数個所含んでいる円筒部材Ｗを提供することが可能になる。
【００７８】
なお、加工時の処理は、第２〜第５の実施形態で説明した手法を適宜組み合わせることができる。
【００７９】
（対比例）
透孔パターンを有するマスキングフィルムに接着剤を塗った後に、円筒部材の外周表面に貼り付け、そのマスキングフィルムの透孔を通じて、ショットブラスト装置から硬質粒子を投射することにより、円筒部材の外周表面に透孔パターンに合致したパターンで微小凹部を形成した。ブラスト条件は第１の実施形態と同様にした。
【００８０】
この結果、円筒部材１００の外周表面には、図７に示すように、マスキングフィルムの透孔パターンに対応した凹部１０１が形成されるものの、そのエッジ部には工作物の塑性変形による微小凸部１０２が形成された。この微小凸部１０２を除去してさらに適度なダレを形成するためにはラッピング加工などの追加の工程が必要となった。
【００８１】
以上説明したように、本発明は、摺動特性に優れる円筒部材の加工装置および加工方法において、マスクブラスト工法の開発を鋭意行ってきた結果、製造工程の簡略化に直結する大きな効果が得られる加工技術を見出したものであって、工業的に有益なものである。すなわち、本発明によれば、製造工程が簡便で製造コストが安く、有機溶剤を後処理する作業を大幅に軽減できる、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する加工装置および加工方法を提供できた。さらには、摺動特性の向上を目的として使用される円筒部材Ｗの外周表面に、微小凸部が形成されることなく、むしろエッジ部に適度なダレ１２が形成された凹部１１を安定した品質で形成し得る、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する加工装置および加工方法を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置を示す構成図である。
【図２】 図２（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置を示す構成図、図２（Ｂ）は、エッジ部にダレを形成した凹部を拡大して示す断面図である。
【図３】 図３（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る、円筒部材の回転送りとマスキングフィルムの送りとを非同期とした、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置において、マスキングフィルムの送りに対する円筒部材の回転送りの相対速度の制御パターンを示す図、図３（Ｂ）は、深さを調整した凹部を拡大して示す断面図である。
【図４】 図４（Ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る、硬質粒子の投射を断続的に行うようにした、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置を示す構成図、図４（Ｂ）は、硬質粒子の投射の制御パターンを示す図である。
【図５】 本発明の第５の実施形態に係る、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置において、マスキングフィルムの送りに対する円筒部材の回転送りの相対速度の制御パターン、および、硬質粒子の投射の制御パターンを示す図である。
【図６】 本発明の第６の実施形態に係る、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置を示す構成図である。
【図７】 円筒部材の表面に凹部を形成する対比例に係る加工装置および加工方法によって加工された、エッジ部に微小凸部が形成された凹部を示す断面図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ、１０ｂ…円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置
１１…凹部
２０…第１の駆動手段
３０…マスキングフィルム（フィルム状のマスキング部材）
３１…透孔
４１、４２…ガイドローラ（ローラ部材）
４３…弾性手段
５０…第２の駆動手段
６０…ショットブラスト装置（投射手段）
６２…硬質粒子
７０…コントローラ（回転駆動制御手段）
８０…スリップ手段
８１…超音波振動を加える加振装置（加振手段）
９０…投射量調整手段
９５…シャフト部
９６…大径部９６（複数個所の加工部位）
１０２…微小凸部
Ｗ…円筒部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受や自動車部品などの円筒部材の外周表面に例えばオイル溜まりとして機能する凹部を形成する加工装置および加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動圧流体軸受にあっては表面に動圧発生溝が形成されたり、自動車部品にあっては表面にオイル溜まりとなる微小凹部が形成されたりすることがある。このように工作物の表面に凹部を形成する加工方法として、マスクブラスト法が公知である。
【０００３】
軸受や自動車部品などの円筒部材の外周表面に凹部を形成するマスクブラスト加工技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この加工方法は、動圧流体軸受の表面に動圧発生溝を形成する方法であって、まず、円筒部材の外周表面に所期形状の透孔を有するマスキングシートを接着剤などを使用して貼り付けてマスキングする。次いで、炭化珪素やアルミナなどの硬質小径粒子をそのマスキング面に投射することで、所定形状の凹部を形成している。
【０００４】
また、オイル溜まりとして機能する微小凹部を有する摺動部材も知られている（例えば、特許文献２参照）。この摺動部材は、単に微小凹部を有するというだけではなく、その凹部のエッジ部分にダレを形成し、摩擦トルク低減や耐焼き付き性向上などを図っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−５８７６５号公報
【特許文献２】
特開２０００−２３０５５５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された円筒部材の加工方法にあっては、透孔が予め形成されたマスキングフィルムを円筒部材の外周表面に接着剤などを使用して貼り付ける工程、硬質粒子をそのマスキング面に投射する工程、マスキングフィルムおよび接着剤を取り除く工程、の順に行われるため、製造効率が悪い。
【０００７】
また、マスキングフィルム接着作業は熟練を要する作業であり、接着剤の厚みを均一にすることが難しく、粒子の噴射によって形成される凹部の深さが場所によって一定せず、安定した品質の部品を提供することが困難である。
【０００８】
さらには、マスキングフィルム除去および洗浄工程にあっては、有機溶剤が使用されることがあり、有機溶剤を後処理する作業が必要となる。
【０００９】
一方で、この工法で形成される微小凹部はエッジ部分がシャープになるため、摺動部材として使用する場合、油膜切れを起こしやすく、保油性の効果が得られにくくなる。また、工作物が金属などの延性材料である場合には、硬質粒子の投射によって形成される凹部の周辺に塑性変形による微小な凸部が生じ、これを除去する目的で超仕上加工を施さねばならず、製造効率が悪く、製造コストが高くなるという問題点がある。
【００１０】
特許文献２に記載された摺動部材は、微小凹部のエッジ部分のダレを形成するために、バフ加工、ラッピング加工、あるいはポリッシング加工が施されている。つまり、凹部を形成する工程と、エッジ部のダレを形成する工程とは別個独立した工程であるから、製造効率が悪く、製造コストが高くなるという問題点がある。
【００１１】
本発明は、従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、製造効率が良好で、製造コストを低減し得る、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置および加工方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【００１３】
本発明は、表面に凹部を形成すべき円筒部材を回転駆動する第１の駆動手段と、
透孔が形成され可撓性を有するフィルム状のマスキング部材と、
前記マスキング部材を前記円筒部材の外周表面の一部に対して密着させる付勢力を当該マスキング部材に付与する少なくとも２つのローラ部材と、
前記マスキング部材を送る第２の駆動手段と、
硬質粒子を投射する投射手段と、を有してなり、
前記円筒部材の外周表面に密着した前記マスキング部材の前記透孔を通じて、前記投射手段から硬質粒子を投射することにより、前記円筒部材の外周表面に前記透孔のパターンに合致したパターンで凹部を形成する、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置である。
【００１４】
また、本発明は、表面に凹部を形成すべき円筒部材を回転駆動し、
透孔が形成され可撓性を有するフィルム状のマスキング部材を、少なくとも２つのローラ部材から付与される付勢力によって、前記円筒部材の外周表面の一部に対して密着させつつ送り、
前記円筒部材の外周表面に密着した前記マスキング部材の前記透孔を通じて、投射手段から硬質粒子を投射することにより、前記円筒部材の外周表面に前記透孔のパターンに合致したパターンで凹部を形成する、円筒部材の表面に凹部を形成する加工方法である。
【００１５】
【発明の効果】
本発明に係る加工装置および加工方法によれば、円筒部材の外周表面に、透孔パターンに合致したパターンで凹部を分布させることができ、凹部をオイル溜まりとして機能させる場合にあっては、摩擦し合う摺動面同士の接触部に十分に潤滑油を行き届かせ、潤滑性能を向上させることができる。
【００１６】
また、ローラ部材が、マスキング部材を円筒部材の外周表面の一部に対して密着させる付勢力を当該マスキング部材に付与する構成および方法であるので、円筒部材の外周表面に対するマスキング部材の密着および密着解除を簡単かつ迅速に行うことができるため、円筒部材の表面に凹部を形成する製造効率を高め、引いては、製造コストを低減することが可能となる。
【００１７】
さらに、熟練を要し煩雑なマスキング部材貼り付け工程が不要となることから、より均一な寸法の凹部を形成でき、安定した品質の製品を提供することが可能となる。
【００１８】
しかも、有機溶剤を使用することが一般的な、マスキング部材や接着剤の除去洗浄工程が不要となることから、有機溶剤を後処理する作業を大幅に軽減できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る、円筒部材Ｗの表面に凹部を形成する加工装置１０を示す構成図である。
【００２１】
当該加工装置１０は、概説すれば、表面に凹部１１を形成すべき円筒部材Ｗを回転駆動する第１の駆動手段２０と、透孔３１が形成され可撓性を有するマスキングフィルム３０（フィルム状のマスキング部材に相当する）と、マスキングフィルム３０を円筒部材Ｗの外周表面の一部に対して密着させる付勢力を当該マスキングフィルム３０に付与する少なくとも２つのガイドローラ４１、４２（ローラ部材に相当する）と、マスキングフィルム３０を送るためにガイドローラ４１、４２を回転駆動する第２の駆動手段５０と、硬質粒子６２を投射するショットブラスト装置６０（投射手段に相当する）と、を有している。円筒部材Ｗの外周表面が、表面に凹部１１を形成すべき加工部位となる。そして、円筒部材Ｗの外周表面に密着したマスキングフィルム３０の透孔３１を通じて、ショットブラスト装置６０から硬質粒子６２を投射することにより、円筒部材Ｗの外周表面に透孔３１のパターンに合致したパターンで凹部１１を形成している。図示例では、円筒部材Ｗの上部部分がショトブラスト処理により凹部１１が形成される加工部となる。加工部は、円筒部材Ｗの回転に伴って順次移動することになる。
【００２２】
以下、加工装置１０を詳述する。
【００２３】
前記第１の駆動手段２０は、円筒部材Ｗの回転軸を着脱自在に把持するチャック（図示せず）と、当該チャックに連結され円筒部材Ｗを回転駆動するモータなどから構成されている。円筒部材Ｗは、図中矢印で示される回転方向に回転する。円筒部材Ｗの回転速度は、モータの回転速度を調整することにより、可変自在となっている。
【００２４】
前記マスキングフィルム３０には、所期形状の透孔３１が所定のパターンで予め形成されている。透孔３１の所期形状は、例えば、直径５０〜１００μｍの円形の貫通穴である。透孔３１は、面積率が例えば５〜４０％となるように形成されている。なお、透孔３１が形成する所定のパターンを、以下、「透孔パターン」ともいう。
【００２５】
マスキングフィルム３０は、図示しない供給リールに繰り出し自在にロール状に巻回されている。マスキングフィルム３０は、供給リールから繰り出され、図中矢印で示されるように、図中右手側から加工装置１０に送り込まれ、図中左手側に送り出される。送り出されたマスキングフィルム３０は、図示しない巻取リールに巻き取られる。マスキングフィルム３０が備えるべき可撓性は、少なくとも、円筒部材Ｗの外周表面の一部に対して密着することが可能、つまり、円筒部材Ｗの外周表面の曲率半径に一致して湾曲することが可能なレベルでなければならない。このような可撓性を備える限りにおいて、マスキングフィルム３０の形成材料は特に限定されない。マスキングフィルム３０は、例えば、樹脂や、薄肉金属などの公知の材料から形成できる。
【００２６】
前記２つのガイドローラ４１、４２は、円筒部材Ｗを中心にして、マスキングフィルム３０の搬送方向の上流側および下流側にそれぞれ１個ずつ、対をなすように配置されている。ガイドローラ４１、４２の回転軸４１ａ、４２ａは、円筒部材Ｗの回転軸Ｗａよりも下方に位置する。ガイドローラ４１、４２の回転軸４１ａ、４２ａには、当該ガイドローラ４１、４２を押圧する弾発力を付勢する弾性手段４３が設けられている。弾性手段４３は、対をなすガイドローラ４１、４２が相互に接近するように斜め下方に向けてガイドローラ４１、４２を押圧している。弾性手段４３は、例えば、圧縮スプリングから構成されている。ガイドローラ４１、４２の表層には、マスキングフィルム３０との間ですべりが生じないように、摩擦抵抗を高めるゴムなどの弾性体層（図示せず）が設けられている。同様の目的で、ガイドローラ４１、４２の表層を粗面化してもよい。
【００２７】
図示例では、マスキングフィルム３０は、円筒部材Ｗの略上半分を覆い、円筒部材Ｗの図中左右両側で２つのガイドローラ４１、４２により押し下げられるように、掛け渡されている。このように掛け渡されたマスキングフィルム３０は、弾性手段４３により押圧される２つのガイドローラ４１、４２からの付勢力が付与され、円筒部材Ｗの外周表面の一部（円筒部材Ｗの略上半分の範囲）に対して密着して接している。弾性手段４３の弾発力は、マスキングフィルム３０を円筒部材Ｗの外周表面の一部に対して密着させる付勢力を当該マスキングフィルム３０に付与するという機能を２つのガイドローラ４１、４２に好適に発揮させる点を考慮して決定される。
【００２８】
前記第２の駆動手段５０は、２つのガイドローラ４１、４２の回転軸４１ａ、４２ａに連結され各ガイドローラ４１、４２を回転駆動するモータなどから構成されている。ガイドローラ４１、４２は、図中矢印で示される回転方向に回転する。ガイドローラ４１、４２は同期しながら回転し、マスキングフィルム３０を所定の送り速度で送り出す。マスキングフィルム３０の送り速度は、モータの回転速度を調整し、ガイドローラ４１、４２の回転速度を調整することにより、可変自在となっている。
【００２９】
前記ショットブラスト装置６０は、円筒部材Ｗの上方に配置され、加工部から所定距離離間した位置に、ブラストノズル６１の先端が配置されている。前記離間する距離は、例えば、１００ｍｍである。投射する硬質粒子６２やその投射条件（噴射圧力や噴射流量）は適宜選択できるが、一例を挙げれば、粒度＃８００のアルミナ砥粒からなる硬質粒子６２が、噴射圧力０．４ＭＰａ、噴射流量１００ｇ／ｍｉｎで投射される。
【００３０】
ブラストノズル６１と円筒部材Ｗとの間には、シャッタ６３が進退移動可能に配置されている。シャッタ６３の進退移動の制御は次のタイミングでなされる。つまり、シャッタ６３は、加工部への硬質粒子６２の投射を開始する瞬間に、ブラストノズル６１から加工部に至る経路を開くために後退移動され、ショットブラスト処理が終了した瞬間（例えば、円筒部材Ｗが１回転し終わった瞬間）に、ブラストノズル６１から加工部に至る経路を閉じるために前進移動される。
【００３１】
第１の実施形態に係る加工装置１０は、さらに、円筒部材Ｗの回転送りと、ガイドローラ４１、４２の回転によるマスキングフィルム３０の送りとを同期させて、第１と第２の駆動手段２０、５０を制御するコントローラ７０（回転駆動制御手段に相当する）を有している。例えば、コントローラ７０は、円筒部材Ｗが２回転／ｍｉｎの回転速度で回転するように第１の駆動手段２０の作動を制御し、さらに、ガイドローラ４１、４２の回転によるマスキングフィルム３０の送り速度が円筒部材Ｗの外周面における周速度に一致するように第２の駆動手段５０の作動を制御する。このような制御により、円筒部材Ｗの回転送りと、ガイドローラ４１、４２の回転によるマスキングフィルム３０の送りとが同期する。
【００３２】
次に、第１の実施形態の作用を説明する。
【００３３】
まず、供給リールにロール状に巻回されたマスキングフィルム３０を繰り出し、円筒部材Ｗの略上半分を覆い、２つのガイドローラ４１、４２により押し下げられるように、掛け渡す。
【００３４】
このように掛け渡されたマスキングフィルム３０に、弾性手段４３により押圧される２つのガイドローラ４１、４２からの付勢力を付与する。これにより、マスキングフィルム３０は、円筒部材Ｗの外周表面の一部（円筒部材Ｗの略上半分の範囲）に対して密着する。
【００３５】
次いで、コントローラ７０は、に第１と第２の駆動手段２０、５０の作動を制御し、円筒部材Ｗの回転送りと、ガイドローラ４１、４２の回転によるマスキングフィルム３０の送りとを同期させる。
【００３６】
円筒部材Ｗの回転送りとマスキングフィルム３０の送りとが同期した状態の下で、円筒部材Ｗの外周表面に密着しつつ送られるマスキングフィルム３０の透孔３１を通じて、ショットブラスト装置６０から硬質粒子６２をエアとともに吹き付ける。シャッタ６３は、硬質粒子６２の投射を開始する瞬間に後退移動され、ブラストノズル６１から加工部に至る経路が開かれる。
【００３７】
硬質粒子６２の投射は、円筒部材Ｗが少なくとも１回転する間中、継続されている。ショットブラスト処理が終了した瞬間、例えば、円筒部材Ｗが１回転し終わった瞬間に、硬質粒子６２の投射が停止され、さらに、シャッタ６３が前進移動され、ブラストノズル６１から加工部に至る経路が閉じられる。
【００３８】
その後、第１と第２の駆動手段２０、５０の作動を停止し、ガイドローラ４１、４２からマスキングフィルム３０に付与する付勢力を緩める。マスキングフィルム３０は円筒部材Ｗの外周表面に対する密着状態が解除されるので、加工済みの円筒部材Ｗを簡単に取り出すことができる。
【００３９】
以上の操作により、円筒部材Ｗの外周表面には、透孔３１の形状に対応した形状を有する微小な凹部１１が、透孔パターンに合致したパターンで形成される。
【００４０】
第１の実施形態によれば、表面に凹部１１を形成すべき円筒部材Ｗを回転駆動し、透孔３１が形成され可撓性を有するマスキングフィルム３０を２つのガイドローラ４１、４２から付与される付勢力によって円筒部材Ｗの外周表面の一部に対して密着させつつ送り、円筒部材Ｗの外周表面に密着したマスキングフィルム３０の透孔３１を通じて、ショットブラスト装置６０から硬質粒子６２を投射する加工方法およびこれを具現化した加工装置１０であるので、円筒部材Ｗの外周表面に、透孔パターンに合致したパターンで凹部１１を分布させることができる。凹部１１をオイル溜まりとして機能させる場合にあっては、摩擦し合う摺動面同士の接触部に十分に潤滑油を行き届かせて、潤滑性能を向上させることができる。
【００４１】
また、ガイドローラ４１、４２が、マスキングフィルム３０を円筒部材Ｗの外周表面の一部に対して密着させる付勢力を当該マスキングフィルム３０に付与する構成および方法であるので、ショットブラスト加工工程の前にマスキングフィルムを円筒部材の外周表面に接着剤などを使用して貼り付ける工程や、ショットブラスト加工工程の後にマスキングフィルムや接着剤を円筒部材から取り除く工程が不要となる。円筒部材Ｗの外周表面に対するマスキングフィルム３０の密着および密着解除を簡単かつ迅速に行うことができるため、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する製造効率を高め、引いては、製造コストを低減することが可能となる。
【００４２】
さらに、マスキングフィルムを接着剤を用いて被加工物に貼り付ける作業は本来熟練を要する作業であり、接着剤の厚みを均一にすることが難しい。しかしながら、本実施形態にあっては、熟練を要し煩雑なマスキングフィルム貼り付け工程が不要となることから、より均一な寸法の凹部１１を形成でき、安定した品質の製品を提供することが可能となる。
【００４３】
しかも、マスキングフィルムや接着剤を除去したり洗浄したりする工程では、一般的に有機溶剤が使用される。しかしながら、本実施形態にあっては、有機溶剤を使用しなければならない、マスキングフィルムや接着剤の除去洗浄工程が不要となることから、有機溶剤を後処理する作業を大幅に軽減できる。
【００４４】
また、円筒部材Ｗの回転送りとマスキングフィルム３０の送りとを同期させて凹部１１を形成する加工装置１０ないし加工方法であるため、円筒部材Ｗに対してマスキングフィルム３０の位置がずれることがなく、断面鋭角的なエッジ部を備える凹部１１を形成することができる。
【００４５】
（第１の実施形態の変形例）
上述した第１の実施形態は、第２の駆動手段５０によりガイドローラ４１、４２を回転駆動して、マスキングフィルム３０を加工部において送る形態である。しかしながら、第２の駆動手段５０は、マスキングフィルム３０を送る機能を発揮する限りにおいて適宜の形態に改変することができる。
【００４６】
例えば、マスキングフィルム３０の巻取リールの回転軸に第２の駆動手段５０としてのモータなどを連結し、マスキングフィルム３０を引っ張りつつ巻き取ることによって、マスキングフィルム３０を加工部において送る形態を採用することもできる。
【００４７】
かかる形態では、ガイドローラ４１、４２は、マスキングフィルム３０を円筒部材Ｗの外周表面の一部に対して密着させる付勢力を当該マスキングフィルム３０に付与する機能のみを発揮し、マスキングフィルム３０が送られるのに伴って従動回転する。
【００４８】
また、ガイドローラ４１、４２の個数は、図示例の２個の場合に限られものではない。マスキングフィルム３０の円筒部材Ｗの外周表面に対する密着状態をより確実なものとするために、３個以上のガイドローラ４１、４２を配置してもよい。
【００４９】
（第２の実施形態）
図２（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する加工装置１０ａを示す構成図、図２（Ｂ）は、エッジ部にダレ１２を形成した凹部１１を拡大して示す断面図である。なお、図１に示した第１の実施形態に係る加工装置１０と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００５０】
第２の実施形態に係る加工装置１０ａは、円筒部材Ｗとマスキングフィルム３０との接触面を相対的にずらすスリップ手段８０をさらに有している点で、第１の実施形態の加工装置１０と相違している。スリップ手段８０は、円筒部材Ｗの回転方向あるいは回転軸方向の少なくとも一方に振動を加える加振手段から構成することができる。
【００５１】
第２の実施形態では、スリップ手段８０を、円筒部材Ｗの回転方向および回転軸方向に超音波振動を加える加振装置８１（加振手段に相当する）から構成してある。振動の振幅は、例えば、２〜５μｍである。かかる超音波振動による加振により、円筒部材Ｗの加工部と、そこに密接しているマスキングフィルム３０とには、振動の振幅に応じた相対的なずれが生じることになる。
【００５２】
第１の実施形態で説明した作用に加えて、加振装置８１により円筒部材Ｗの回転方向および回転軸方向に超音波振動を加え、円筒部材Ｗとマスキングフィルム３０との接触面を相対的にずらしながら円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成すると、図２（Ｂ）に示すように、エッジ部にダレ１２が形成された凹部１１を得ることができる。ダレ１２のサイズは、円筒部材Ｗの回転軸に付与された振動の振幅に応じたサイズとなる。このようなダレ１２を凹部１１のエッジ部に形成することにより、摩擦トルクをさらに低減して、耐焼き付き性を向上させることができ、より優れた摺動特性を備える円筒部材Ｗを提供することができる。
【００５３】
また、凹部１１の形成と同じ工程においてダレ１２を形成できることから、凹部を形成する工程と、エッジ部のダレを形成する工程とを別個独立した工程とする場合に比べて、製造効率を高め、引いては、製造コストを低減することが可能となる。
【００５４】
また、振動を加える方向や振幅を調整すれば、マスキングフィルム３０の透孔３１の形状を基準にして、透孔３１の形状とは異なる形状の凹部１１を形成することもできる。
【００５５】
第２の実施形態によれば、円筒部材Ｗとマスキングフィルム３０との接触面を相対的にずらすスリップ手段８０をさらに有する加工装置１０ａであり、前記接触面を相対的にずらしつつ凹部１１を形成する加工方法であるので、円筒部材Ｗの外周面に形成される凹部１１の形状を自由にコントロールすることが可能となる。
【００５６】
また、スリップ手段８０を円筒部材Ｗの回転方向あるいは回転軸方向の少なくとも一方に振動を加える加振手段から構成して、前記接触面を相対的にずらしつつ凹部１１を形成する加工装置１０ａおよび加工方法であるので、凹部１１のエッジ部に適度なダレ１２を生じさせることが可能となり、マスクブラスト加工の１つの工程を行うだけで、摺動特性に優れる凹部形状を効率よく加工することができる。
【００５７】
（第３の実施形態）
図３（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る、円筒部材Ｗの回転送りとマスキングフィルム３０の送りとを非同期とした、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する加工装置において、マスキングフィルム３０の送りに対する円筒部材Ｗの回転送りの相対速度の制御パターンを示す図、図３（Ｂ）は、深さを調整した凹部１１を拡大して示す断面図である。なお、第３の実施形態に係る加工装置の構成は第１の実施形態に係る加工装置１０と同じであるため、加工装置の構成については図１を参照しつつ説明する。
【００５８】
第３の実施形態に係る加工装置は、第１の実施形態と同様に、第１と第２の駆動手段２０、５０の作動を制御するコントローラ７０を有している。但し、コントローラ７０は、円筒部材Ｗの回転送りと、マスキングフィルム３０の送りとを非同期させて、第１と第２の駆動手段２０、５０を制御する点で、第１の実施形態の加工装置１０と相違している。
【００５９】
第３の実施形態では、一対のガイドローラ４１、４２は同期しながら回転するが、コントローラ７０は、第１と第２の駆動手段２０、５０の作動を独立して制御している。図３（Ａ）に示される制御パターンのように、マスキングフィルム３０の送りに対する円筒部材Ｗの回転送りの相対速度は常にゼロつまり同期しておらず、マスキングフィルム３０の送りに同期した状態から加速されたり、加速された速度で一定に回転されたり、マスキングフィルム３０の送りと同期するように減速されたりするパターンを繰り返している。このように円筒部材Ｗの回転送りとマスキングフィルム３０の送りとを非同期としているため、円筒部材Ｗとマスキングフィルム３０とが相対的にずれることになる。
【００６０】
硬質粒子６２は常に一定の条件で投射されていることから、円筒部材Ｗとマスキングフィルム３０とを相対的にずらしながら円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成すると、マスキングフィルム３０の送りと同期する速度では凹部１１の深さが深く、円筒部材Ｗの回転送りの速度を速くすると、ショットブラスト加工の時間が短くなるので凹部１１の深さが浅くなる。円筒部材Ｗが１回転する間にショットブラスト加工が行われた結果、図３（Ｂ）に示すように、円筒部材Ｗの外周面には制御パターンにあわせて深さが調整された凹部１１を得ることができる。このように深さが調整された凹部１１は、動圧流体軸受の外周面に形成された場合に特に動圧効果を発揮する。
【００６１】
第３の実施形態によれば、円筒部材Ｗの回転送りとマスキングフィルム３０の送りとを非同期させて凹部１１を形成する加工装置ないし加工方法であるため、円筒部材Ｗとマスキングフィルム３０とが相対的にずれて、円筒部材Ｗの外周表面に形成される凹部１１の深さを自由にコントロールすることが可能となる。
【００６２】
なお、第３の実施形態に、第２の実施形態のスリップ手段８０を組み合わせてもよい。
【００６３】
（第４の実施形態）
図４（Ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る、硬質粒子６２の投射を断続的に行うようにした、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する加工装置１０ｂを示す構成図、図４（Ｂ）は、硬質粒子６２の投射の制御パターンを示す図である。
【００６４】
第４の実施形態に係る加工装置１０ｂは、ショットブラスト装置６０からの硬質粒子６２の投射量を調整する投射量調整手段９０をさらに有する点で、第１の実施形態の加工装置１０と相違している。投射量調整手段９０は、例えば、ブラストノズル６１でエアと混流される硬質粒子６２の量をコントロールするデジタル噴射制御方式や、ブラストノズル６１とマスキングフィルム３０面との間に遮蔽板を出し入れする方式などを採用できる。
【００６５】
第４の実施形態では、投射量調整手段９０により、ショットブラスト装置６０からの硬質粒子６２の投射をオン−オフ制御し、硬質粒子６２の投射を断続的に行わせつつ凹部１１を形成すようにしている。
【００６６】
コントローラ７０は、第１の実施形態と同様に、円筒部材Ｗの回転送りと、マスキング部材の送りとを同期させて、第１と第２の駆動手段２０、５０を制御している。硬質粒子６２は、図４（Ｂ）に示すように、投射量調整手段９０によりオン−オフ制御パターンで投射されている。硬質粒子６２はある程度の広がりをもって投射され、さらに、透孔３１は硬質粒子６２が投射された領域内を順次移動していることから、硬質粒子６２の投射をオンからオフに切り替えても、凹部１１の深さが段階的に変化することはなく、なだらかに浅くなるように変化する。このようにして、円筒部材Ｗの外周面には投射量の制御パターンにあわせて深さが調整された凹部１１が形成される。
【００６７】
第４の実施形態によれば、投射量調整手段９０によりショットブラスト装置６０からの硬質粒子６２の投射量を調整しつつ凹部１１を形成する加工装置１０ｂないし加工方法であるため、円筒部材Ｗの外周表面に到達する硬質粒子６２の量を制御することにより、円筒部材Ｗの外周表面に形成される凹部１１の深さを自由にコントロールすることが可能となる。
【００６８】
なお、第１〜第３の実施形態に、第４の実施形態の投射量調整手段９０を組み合わせてもよい。
【００６９】
（第５の実施形態）
図５は、本発明の第５の実施形態に係る、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する加工装置１０において、マスキングフィルム３０の送りに対する円筒部材Ｗの回転送りの相対速度の制御パターン、および、硬質粒子６２の投射の制御パターンを示す図である。
【００７０】
第５の実施形態は、第３の実施形態で説明した円筒部材Ｗの回転送りと、マスキングフィルム３０の送りとを非同期させて、第１と第２の駆動手段２０、５０を制御する点と、第４の実施形態で説明したショットブラスト装置６０からの硬質粒子６２の投射量を調整する投射量調整手段９０をさらに有する点と、を組み合わせたものである。
【００７１】
マスキングフィルム３０の送りに対する円筒部材Ｗの回転送りの相対速度は、図５に示すようなパターンに設定され、このパターンに合わせて、投射される硬質粒子６２のオン−オフ制御パターンを設定してある。
【００７２】
第５の実施形態によれば、円筒部材Ｗの回転送りとマスキングフィルム３０の送りとを非同期にすることによる効果と、硬質粒子６２の投射量を調整することによる効果とがあいまって、円筒部材Ｗの外周表面に形成される凹部１１の深さの制御をより確実に行うことが可能となる。
【００７３】
（第６の実施形態）
図６は、本発明の第６の実施形態に係る、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する加工装置１０を示す構成図である。
【００７４】
第１の実施形態では、表面に凹部１１を形成すべき加工部位を１個のみ含む円筒部材Ｗに対する加工装置１０および加工方法について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではない。第６の実施形態は、この点に鑑み、１本の軸状の円筒部材Ｗに複数の加工部位がある場合に、その加工部位の少なくとも２個所に対して、ガイドローラ４１、４２を介してマスキングフィルム３０を密着させ、その位置に対応してショットブラスト装置６０を配設し、一の円筒部材Ｗにおける複数の加工部位を同時に加工して、これら複数の加工部位に凹部１１を同時に形成するようにしたものである。
【００７５】
図６を参照して、１本の軸状の円筒部材Ｗは、シャフト部９５と、当該シャフト部９５よりも大径の５個の大径部９６とを有し、これら５個所に設けられた大径部９６が、表面に凹部１１を形成すべき加工部位となっている。そして、５個のショットブラスト装置６０を、それぞれの加工部位の位置に対応させて配置してある。なお、理解の容易のため、ガイドローラ４１、４２およびマスキングフィルム３０は図示省略してある。
【００７６】
加工時には、第１の実施形態と同様の条件で硬質粒子６２が投射され、被加工物である円筒部材Ｗが１回転した結果、円筒部材Ｗにおける複数の加工部位には、マスキングフィルム３０に設けられた透孔３１パターンに合致したパターンで凹部１１が同時に加工される。
【００７７】
第６の実施形態によれば、円筒部材Ｗは、表面に凹部１１を形成すべき加工部位を複数個所含み、これら加工部位のうち少なくとも２個所を同時に加工する加工装置１０および加工方法であるため、円筒部材Ｗにおける複数の加工部位に同時に凹部１１を形成することを通して製造効率を高め、安い製造コストで、加工部位を複数個所含んでいる円筒部材Ｗを提供することが可能になる。
【００７８】
なお、加工時の処理は、第２〜第５の実施形態で説明した手法を適宜組み合わせることができる。
【００７９】
（対比例）
透孔パターンを有するマスキングフィルムに接着剤を塗った後に、円筒部材の外周表面に貼り付け、そのマスキングフィルムの透孔を通じて、ショットブラスト装置から硬質粒子を投射することにより、円筒部材の外周表面に透孔パターンに合致したパターンで微小凹部を形成した。ブラスト条件は第１の実施形態と同様にした。
【００８０】
この結果、円筒部材１００の外周表面には、図７に示すように、マスキングフィルムの透孔パターンに対応した凹部１０１が形成されるものの、そのエッジ部には工作物の塑性変形による微小凸部１０２が形成された。この微小凸部１０２を除去してさらに適度なダレを形成するためにはラッピング加工などの追加の工程が必要となった。
【００８１】
以上説明したように、本発明は、摺動特性に優れる円筒部材の加工装置および加工方法において、マスクブラスト工法の開発を鋭意行ってきた結果、製造工程の簡略化に直結する大きな効果が得られる加工技術を見出したものであって、工業的に有益なものである。すなわち、本発明によれば、製造工程が簡便で製造コストが安く、有機溶剤を後処理する作業を大幅に軽減できる、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する加工装置および加工方法を提供できた。さらには、摺動特性の向上を目的として使用される円筒部材Ｗの外周表面に、微小凸部が形成されることなく、むしろエッジ部に適度なダレ１２が形成された凹部１１を安定した品質で形成し得る、円筒部材Ｗの表面に凹部１１を形成する加工装置および加工方法を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置を示す構成図である。
【図２】 図２（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置を示す構成図、図２（Ｂ）は、エッジ部にダレを形成した凹部を拡大して示す断面図である。
【図３】 図３（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る、円筒部材の回転送りとマスキングフィルムの送りとを非同期とした、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置において、マスキングフィルムの送りに対する円筒部材の回転送りの相対速度の制御パターンを示す図、図３（Ｂ）は、深さを調整した凹部を拡大して示す断面図である。
【図４】 図４（Ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る、硬質粒子の投射を断続的に行うようにした、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置を示す構成図、図４（Ｂ）は、硬質粒子の投射の制御パターンを示す図である。
【図５】 本発明の第５の実施形態に係る、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置において、マスキングフィルムの送りに対する円筒部材の回転送りの相対速度の制御パターン、および、硬質粒子の投射の制御パターンを示す図である。
【図６】 本発明の第６の実施形態に係る、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置を示す構成図である。
【図７】 円筒部材の表面に凹部を形成する対比例に係る加工装置および加工方法によって加工された、エッジ部に微小凸部が形成された凹部を示す断面図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ、１０ｂ…円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置
１１…凹部
２０…第１の駆動手段
３０…マスキングフィルム（フィルム状のマスキング部材）
３１…透孔
４１、４２…ガイドローラ（ローラ部材）
４３…弾性手段
５０…第２の駆動手段
６０…ショットブラスト装置（投射手段）
６２…硬質粒子
７０…コントローラ（回転駆動制御手段）
８０…スリップ手段
８１…超音波振動を加える加振装置（加振手段）
９０…投射量調整手段
９５…シャフト部
９６…大径部９６（複数個所の加工部位）
１０２…微小凸部
Ｗ…円筒部材
Claims (14)
- 表面に凹部を形成すべき円筒部材を回転駆動する第１の駆動手段と、
透孔が形成され可撓性を有するフィルム状のマスキング部材と、
前記マスキング部材を前記円筒部材の外周表面の一部に対して密着させる付勢力を当該マスキング部材に付与する少なくとも２つのローラ部材と、
前記マスキング部材を送る第２の駆動手段と、
硬質粒子を投射する投射手段と、を有してなり、
前記円筒部材の外周表面に密着した前記マスキング部材の前記透孔を通じて、前記投射手段から硬質粒子を投射することにより、前記円筒部材の外周表面に前記透孔のパターンに合致したパターンで凹部を形成する、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置。 - 前記円筒部材の回転送りと、前記マスキング部材の送りとを同期させて、前記第１と第２の駆動手段を制御する回転駆動制御手段と、をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置。
- 前記円筒部材の回転送りと、前記マスキング部材の送りとを非同期させて、前記第１と第２の駆動手段を制御する回転駆動制御手段と、をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置。
- 前記円筒部材と前記マスキング部材との接触面を相対的にずらすスリップ手段をさらに有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置。
- 前記スリップ手段は、前記円筒部材の回転方向あるいは回転軸方向の少なくとも一方に振動を加える加振手段から構成されていることを特徴とする請求項４に記載の、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置。
- 前記投射手段からの硬質粒子の投射量を調整する投射量調整手段、をさらに有することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載の、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置。
- 前記円筒部材は、表面に凹部を形成すべき加工部位を複数個所含み、これら加工部位のうち少なくとも２個所を同時に加工することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一つに記載の、円筒部材の表面に凹部を形成する加工装置。
- 表面に凹部を形成すべき円筒部材を回転駆動し、
透孔が形成され可撓性を有するフィルム状のマスキング部材を、少なくとも２つのローラ部材から付与される付勢力によって、前記円筒部材の外周表面の一部に対して密着させつつ送り、
前記円筒部材の外周表面に密着した前記マスキング部材の前記透孔を通じて、投射手段から硬質粒子を投射することにより、前記円筒部材の外周表面に前記透孔のパターンに合致したパターンで凹部を形成する、円筒部材の表面に凹部を形成する加工方法。 - 前記円筒部材の回転送りと、前記マスキング部材の送りとを同期させて、前記凹部を形成することを特徴とする請求項８に記載の、円筒部材の表面に凹部を形成する加工方法。
- 前記円筒部材の回転送りと、前記ローラ部材の回転による前記マスキング部材の送りとを非同期させて、前記凹部を形成することを特徴とする請求項８に記載の、円筒部材の表面に凹部を形成する加工方法。
- 前記円筒部材と前記マスキング部材との接触面を相対的にずらしつつ、前記凹部を形成することを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれか一つに記載の、円筒部材の表面に凹部を形成する加工方法。
- 前記円筒部材の回転方向あるいは回転軸方向の少なくとも一方に振動を加える加振手段により、前記円筒部材と前記マスキング部材との接触面を相対的にずらすことを特徴とする請求項１１に記載の、円筒部材の表面に凹部を形成する加工方法。
- 前記投射手段からの硬質粒子の投射量を調整しつつ、前記凹部を形成することを特徴とする請求項８〜請求項１２のいずれか一つに記載の、円筒部材の表面に凹部を形成する加工方法。
- 前記円筒部材は、表面に凹部を形成すべき加工部位を複数個所含み、これら加工部位のうち少なくとも２個所を同時に加工することを特徴とする請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載の、円筒部材の表面に凹部を形成する加工方法。
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