JP4438432B2

JP4438432B2 - ラッピング加工方法

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Publication number: JP4438432B2
Application number: JP2004024608A
Authority: JP
Inventors: 公男西村; 正博小又; 和夫武田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: JP2005212075A

Description

本発明は、ワークの加工面を砥粒付きのラッピングフィルム（以下単にフィルムと称することもある）によりフィルムラッピング加工（以下単にラッピング加工）するラッピング加工方法と、この方法に使用されるハードシューに関する。

たとえば、車両のエンジン部品であるカムシャフトのカムロブ部やジャーナル部あるいはクランクシャフトのジャーナル部やピン部等のような断面円弧状の外周面を有するワークを仕上げ加工する場合は、最近、一面に砥粒が設けられた帯状をした長尺なラッピングフィルムを用いてラッピング加工されている。

このラッピング加工は、ワークの加工面をラッピングフィルムで覆い、対向配置されたシューでフィルムを背面側から加圧し、ラッピングフィルムをワークに押付けた状態でワークに回転を与えると同時にオシレーション（振動）も与え、ラッピングフィルムの砥粒面でワークを加工する超仕上げ加工である（たとえば、特許文献１参照。）。

このようなラッピングフィルムを用いたラッピング加工においては、ワークの軸方向に沿う加工面の形状が中凹状になる傾向がある。ワークに与えられるオシレーションは、帯状をしたラッピングフィルムの幅方向、つまり、ワークの軸方向にワークを往復動させることにより行なうが、ラッピングフィルムの砥粒面に沿ってワークを往復動させると、この砥粒面は、往復動するワークのエッジ部からダメージを受けて砥粒が早く摩耗したり剥離することになる。このような砥粒の摩耗や剥離は、ワークのエッジ部がラッピングフィルムの中央部より外側縁部で往復動するので、ラッピングフィルムの中央部より両外側縁部で生じ、この結果、ラッピングフィルム中央部での作用砥粒数より両外側縁部での作用砥粒数が少なくなり、ワークの加工面の除去量が両端部に比べて中央部が相対的に増加し、ワークの軸線方向に沿う加工面の形状が略中凹形状になる。

この略中凹形状は、顕微鏡などにより拡大視すれば明らかであるが、実際には、所定の曲率半径を有するきれいな円弧ではなく、比較的大きな凹部間に比較的短い凸部が存在する凹凸形状である。

このような凸部のある中凹形状では、加工面に要求される所望の真直度や面粗度が得られない。特に、自動車用エンジンの動弁システムにおける、カムシャフトにより直接バルブリフターを作動させる直動式のものでは、カムシャフトとバルブリフターとの間に作用する摩擦力が、燃費に直接影響することから、この摩擦力の低減が極めて重要であるが、最も摩擦力が発生するカムロブ部のトップ部付近が、前記凸部のある中凹形状となると、この凸部が平滑なバルブリフターに当接し、局部的に面圧が上がり、摩擦力が増大し、より円滑な作動が期待できない虞がある。

このため、前記ラッピングフィルムにより超仕上げ加工を行なう前に、カムノーズ部付近を逆に中凸状、いわゆるクラウニング形状に成形することもあるが、このようなクラウニング形状に成形する加工は、別途砥石を使用する設備が必要となり、コスト的な面で好ましくない。

このようなクラウニング形状に成形する加工を、ラッピングフィルムによるラッピング加工で行なうことも考えられるが、ラッピング加工は、一般に単位時間当たりの除去量が少なく、加工時間が長くなり、生産性が低減し、コスト的に不利となることから、実際的でないという問題がある。
特開平７−２３７１１６号公報（図１、図２参照）

本発明は、上記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、ラッピングフィルムを用いてラッピング加工するとき、ラッピングフィルムをワークの加工面に押し付けるシューに所定形状のハードシューを用い、短時間でワークの加工面をクラウニング形状に形成するラッピング加工方法と、このラッピング加工方法に使用されるハードシューを提供することを目的とする。

かかる目的を達成する第１の発明は、断面非真円の円弧状をしたワークの加工面にクラウニング部を形成するラッピング加工方法であって、前記ワークの加工面を、薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルムにより覆い、先端部が、前記ワークの軸方向で所定の曲率半径の凹形状面を有しかつ前記ワークの軸方向で前記ワークの加工面の幅より大きな幅を有するハードシューにより前記ラッピングフィルムを背面側から押圧し、前記ワークを回転駆動するとともに軸方向にオシレーションすることで前記ワークを加工してクラウニング部を形成することを特徴とするラッピング加工方法である。

第２の発明は、断面非真円の円弧状をしたワークの加工面にクラウニング部を形成するラッピング加工方法に使用され、前記ワークの加工面を覆うラッピングフィルムを背面側から押圧するハードシューであって、先端部が、前記ワークの軸方向で所定の曲率半径の凹形状面を有しかつ前記ワークの軸方向で前記ワークの加工面の幅より大きな幅を有することを特徴とするハードシューである。

本発明によれば、断面非真円の円弧状をしたワークの加工面にクラウニング部を、ラッピングフィルムを用いるラッピング加工方法により形成する場合、ワークの加工面を、薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルムにより覆い、このラッピングフィルムを背面側から、先端部が、前記ワークの軸方向で所定の曲率半径の凹形状面を有しかつ前記ワークの軸方向で前記ワークの加工面の幅より大きな幅を有するハードシューにより押圧した状態で、ワークを回転駆動するとともに軸方向にオシレーションすると、加工面をクラウニング形状に形成でき、しかも、ラッピング加工という一連の流れの中で、ワークの加工面にクラウニング加工を施すことができ、途中で異種作業が入り込まないので、作業能率が向上し、短時間で加工でき、また、付帯設備も不要となり、コスト的に有利となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明するが、まず、本発明方法に係るラッピング加工方法を概説した後、具体的に使用する装置および当該装置を使用するラッピング加工方法を述べる。
＜ラッピング加工方法の概要＞
図１は本発明方法に係るラッピング加工方法の加工状態を示し、（Ａ）はラッピング加工状態の要部を示す側面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。本実施形態では、ワークＷとして、図１Ａ，図１Ｂに示すように、断面非真円の円弧状の加工面を有するもの、たとえば、カムロブ部６１を有するカムシャフト６０であり、機械加工などにより成形されたものを使用する。

なお、本明細書における「断面非真円の円弧状」とは、回転中心から一の部位までの半径が他の部位までの半径と異なる円弧形状をいい、楕円形状や、図示したカムロブ部６１のような卵形状が含まれることはもちろんのこと、外形は円形状であるが回転中心が円中心から偏心したものも含まれる。

このカムロブ部６１は、まず、薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルム１１により覆われた状態でマイクロフィニッシュ加工機にセットされ、当該ラッピングフィルム１１を背面側からシュー７０により所定の加圧力で押圧する。

ここで使用されるシュー７０は、図１Ａに示すように、ラッピングフィルム１１に当接する側（以下、先端部）の、ワーク回転方向中央に凹部を有するシュー（以下、単に凹シューと称すことがある）であり、支持軸である揺動ピン２９を中心として揺動可能に支持されているが、比較的柔軟なソフトシューではなく、固いハードシューである。しかも、このシュー７０の先端部の形状は、図１Ｂに示すように、ワークＷの軸方向に所定の曲率半径ｒの凹形状面とされている。

特に、このハードシュー７０は、図１Ｂに示すように、成形粒子の粒度分布がワークＷの軸方向において中央部分Ｓ_１が密で、両側端部分Ｓ_２が粗とされている。ハードシュー７０は、成形粒子を電着方法により密着することにより構成しているが、成形粒子の粒度分布は、シュー７０全体が前記粒度分布を有するものでなく、少なくともシュー７０の先端部の表面部分であればよい。

このように形成されたシュー７０によりラッピングフィルム１１を背面側から押圧した状態で、ワークＷを回転駆動する（図１Ａの矢印）とともに軸方向にオシレーション（図１Ｂの白抜き矢印）すると、このオシレーション時に、ワークＷのエッジ部がシュー７０の両側端部にラッピングフィルム１１を介して強力に当るが、この両側端部分Ｓ_２は、成形粒子の粒度が粗となっているので、ラッピングフィルム１１やワークＷに対する当りを弱めることができる。

つまり、シュー７０が、仮に中央部分Ｓ_１のみでなく両側端部分Ｓ_２までも高密度であれば、クラウニング形状を創成する場合、オシレーション時にシュー７０の両側端部がラッピングフィルム１１を介してワークＷに強力に当り、面圧が高くなり、実質的に砥粒数が増大した状態となり、フィルム切れや、フィルムの背面に滑り止めとして添着されたフィルムバックコートの摩耗などが発生し、フィルムとシュー７０との間に滑りが生じ、加工効率が低下する虞がある。しかし、両側端部分Ｓ_２の粒度を粗とすれば、ラッピングフィルム１１を加圧する部分が粗となり、実質的に作用砥粒数が減少した状態となり、エッジ部の当りを弱めることができ、また、フィルム切れやフィルムバックコートの摩耗なども防止でき、加工効率が向上する。

したがって、カムロブ部６１の外周面６２は、シュー７０の形状に沿うように軸方向において中高状となる形状（クラウニング形状）に成形できる。この結果、カムシャフトのカムロブ部６１のように、外周面６２にクラウニング部の形成が要求されるワークの場合、いわゆるマイクロフィニッシュ加工機のみを使用してクラウニング部を形成する加工ができ、砥石などを用いて加工する付帯設備が不要となり、コスト的に有利となる。
＜ラッピング加工装置＞
次に、前記方法に使用する具体的なラッピング加工装置について説明する。

図２はラッピング加工装置の概略図、図３は同ラッピング加工装置の上下アーム閉状態を示す概略断面図、図４は同上下アームの開状態を示す概略断面図、図５（Ａ）はラッピング加工されるワークの一例であるカムシャフトを示す斜視図、図５（Ｂ）は同カムシャフトのカムロブ部各部位の説明図、図６は本発明に係るラッピング加工方法の第２工程でのラッピング加工状態を示し、（Ａ）はシュー近傍の側面図、（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。なお、前記図１に示す部材と共通する部材には同一符号を付すこととし、また、説明の便宜上、カムシャフト６０の軸線方向（図１において左右方向）をＸ方向、Ｘ方向に対して直交する水平方向（図１において紙面に直交する方向）をＹ方向、Ｘ方向に対して直交する鉛直方向（図１において上下方向）をＺ方向とする。

図２〜図４において、ラッピング加工装置１は、非伸縮性でかつ変形可能な薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルム１１と、ラッピングフィルム１１の背面側に配置されラッピングフィルム１１の砥粒面をワークＷに押付けるラッピング加工用のシュー７０と、ワークＷを回転駆動する回転駆動ユニット４０と、ワークＷおよびラッピングフィルム１１のうちの少なくとも一方にワークＷの軸線方向に沿うオシレーションを付与するオシレーションユニット５０と、を有し、回転するワークＷの加工面にラッピングフィルム１１を押圧しラッピング加工を施している。前記シュー７０は、所定の軸を中心に回動自在に保持されるとともにラッピングフィルム１１を介して加工面に複数箇所で当接する凹状先端部を有する凹シューから構成されている（図１（Ａ）参照）。

ワークＷとしては、図５（Ａ）に示すように、カムシャフト６０を挙げることができ、このカムシャフト６０におけるカムロブ部６１の外周面６２が、ラッピング加工を施す加工面となる。

このカムロブ部６１は、図５（Ｂ）に示すように、ベースサークルをなすベース部ｄ、カムのリフトを定めるトップ部ａ、トップ部ａの両側に連続し、エンジンのバルブを開き始めたり、閉じ始めたりするイベント部ｂ_１，ｂ_２、ベース部ｄからイベント部ｂ_１，ｂ_２へのアプローチをなすランプ部ｃ_１，ｃ_２の複数の部位を有し、軸心Ｏ（回転中心）から加工面までの半径は部位ごとに変化している。また、ベース部ｄは曲率半径が一定であるが、イベント部ｂ_１，ｂ_２はほぼ直線的であるため曲率半径が非常に大きく、トップ部ａは曲率半径が比較的小さくなる。このため、カムロブ部６１では、トップ部ａで最も摩擦力が発生することになるので、本来的にはこのトップ部ａがクラウニング形状であればよい。

さらに、ラッピング加工装置１につき詳述する。図２において、前記回転駆動ユニット４０は、主軸４１を回転自在に支持するヘッドストック４２と、主軸４１の先端に連結されカムシャフト６０の一端を把持するチャック４３と、主軸４１にベルト４４を介して接続される主軸モータＭ_１と、カムシャフト６０の他端を支持するセンタ４５を備えるテールストック４６と、を有している。

カムシャフト６０は、主軸モータＭ_１の回転動がベルト４４および主軸４１を介して伝達されて回転駆動される。主軸モータＭ_１の回転速度を変えることにより、ワーク回転速度が所望の速度に設定される。主軸４１には、加工中におけるワークＷの回転位置を検出するロータリエンコーダＳ_１が取付けられている。

ヘッドストック４２およびテールストック４６のそれぞれは、Ｙ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル４７，４８上に設けられ、これらテーブル４７，４８は、Ｘ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル４９上に配置されている。カムシャフト６０をヘッドストック４２とテールストック４６との間にセットしたり、カムシャフト６０を加工位置に移動したりするために、各テーブル４７，４８，４９が移動される。

前記オシレーションユニット５０は、テーブル４９の端面に当接する偏心回転体５１と、偏心回転体５１を回転駆動するオシレーション用モータＭ_２と、を有している。オシレーションユニット５０には、テーブル４９の端面と偏心回転体５１とを常時当接させるためにテーブル４９を偏心回転体５１に向けて押圧する弾発力を付勢するバネなどの弾性手段５２が設けられている。オシレーション用モータＭ_２の回転速度を変えることにより、オシレーション速度が所望の速度（たとえば、１０Ｈｚ）に設定される。

オシレーションの振幅は、オシレーション用モータＭ_２の軸心に対する偏心回転体５１の偏心量に基づいて定まる。

なお、偏心回転体５１の偏心量は、たとえば調整プレート（図示せず）の挿入枚数を変えるなどの公知の手段により調整自在となっている。偏心回転体５１の軸には、偏心回転体５１の回転位置を検出するロータリエンコーダＳ_２が取付けられている。また、図２中の符号「２００」は、ラッピング加工装置１の作動を制御するコントローラである。

前記ラッピングフィルム１１は、種々のタイプがあるが、本実施形態では、基材が非伸縮性の高い材料、たとえば、板厚が２５μｍ〜１３０μｍ程度のポリエステルなどから構成され、この基材の一面には、数μｍ〜２００μｍ程度の粒径を有する多数の砥粒（具体的には、酸化アルミニウム、シリコンカーバイト、ダイアモンドなどからなる）が接着剤により取付けられている。砥粒は、基材の一面に全面にわたって接着してもよく、また、所定幅の無砥粒領域を間欠的に形成したものであってもよい。基材の他面には、シュー７０に対する滑り止めのため、ゴムあるいは合成樹脂等からなる抵抗材料（図示せず）を取付けるバックコーティングか、場合によっては滑り止め加工が施されている。

図３および図４において、ラッピングフィルム１１は、供給リール１５から引き出され、上アーム２２の先端に設けられた一対の第１ガイドローラＲ_１と、上アーム２２の内方位置に取付けられている第２ガイドローラＲ_２と、下アーム２３の内方位置に取付けられている第３ガイドローラＲ_３と、下アーム２３の先端に設けられた一対の第４ガイドローラＲ_４などにガイドされ、巻取りリール１６に巻き取られる。巻取りリール１６にはモータＭ_３が接続されている。モータＭ_３を作動し巻取りリール１６を回転すると、供給リール１５からラッピングフィルム１１が順次繰り出される。ラッピングフィルム１１の繰り出し量を検出するために、巻取りリール１６の軸には、回転量を検出するロータリエンコーダＳ_３が取付けられている。供給リール１５および巻取りリール１６の近傍にはロック装置（図示せず）が設けられ、このロック装置の作動によりフィルム１１全体に所定のテンションが付与される。

前記対をなす上アーム２２および下アーム２３は、シュー７０を配置する先端部がＺ方向に相対的に開閉自在となるように、支持ピン２４に回動自在に支持されている。上アーム２２の後端部には、油圧あるいは空気圧などにより作動する流体圧シリンダ２５の一端がピン連結され、下アーム２３の後端部にはピストンロッド２６の先端がピン連結されている。ピストンロッド２６を突出すると、上下のアーム２２，２３は、支持ピン２４を中心として先端部が閉じ回動し、図３に示す閉状態となる。一方、ピストンロッド２６を後退させると、上下のアーム２２，２３は、図４に示す開状態となる。上下のアーム２２，２３の回動は、ラッピングフィルム１１と共に行なわれ、閉じ回動によりシュー７０がラッピングフィルム１１を介してカムロブ部６１に当接し、開き回動によりカムロブ部６１とシュー７０との当接を解除する。

前記シュー７０は、ワークＷの回転方向中央が凹状とされた凹シューであり、カムロブ部６１の加工面とは円弧状の２点での線接触となる。上下のシュー７０によりカムロブ部６１は４点支持されることから、当該カムロブ部６１を安定的に回転させることができる。

シュー７０は、揺動ピン２９を介してシューケース２８に回動自在に保持されている。シューケース２８は、上下のアーム２２，２３の先端部に形成した凹部２７の中に、ワークＷに対して進退移動自在に収納され、外側面が凹部２７の内側面にガイドされながら移動する。シューケース２８の背面には、圧縮コイルバネからなるワーククランプ用バネ３３が配置され、このバネ３３の弾発力でシュー７０が付勢され、ラッピングフィルム１１を介して加工面に押付けられる。上下の揺動ピン２９は、カムシャフト６０の軸心Ｏを通る線上に位置し、シュー押付け力をフィルム１１に効率的に作用させている。

ところで、従来のシューは、全体がある一つの材質から構成されていることから、シューの硬さを必要以上に硬くできない。シューの硬さを硬くし過ぎると、良好な面粗度を得にくく、シューの硬さを軟らかくすると、両端部に比べて中央部が僅かに窪んだ、前述の中凹形状になりやすい。シューが軟らかいと、その弾性作用により、カムロブ部６１の軸方向のエッジ部にラッピングフィルム１１が押付けられ易くなるからである。

そこで、本実施形態に係るシュー７０は、図１（Ｂ）に示すように、少なくとも先端部側表面のワークＷの軸方向での砥粒分布が、中央部が密、両側端部が粗とした、ハードシューが使用されている。このハードシュー７０は、ワークの軸方向で曲率半径ｒを有しているが、この曲率半径ｒとしては、実験によれば、１００ｍｍ〜１５００ｍｍが好ましいことが判明している。

図７はハードシュー７０の曲率半径ｒと得られるクラウニング量との関係を示すグラフである。クラウニング量として好ましい値が、５μｍ程度であるため、曲率半径ｒが１００ｍｍより小さいと、クラウニング量が大きくなり過ぎ、除去量も増大し、コスト的に不利となる。また、曲率半径ｒが１５００ｍｍを超えると、実効性のあるクラウニング量を得ることができず、図７から明らかなように、１００ｍｍ〜１５００ｍｍの範囲が好ましいことになる。

一方、別途設けられた装置で使用されるシュー７１は、全体がある一つの軟らかい材質から構成された凹シューからなるソフトシューであるが、既に中凸状に形成されたワークを成形するので、成形後のワークが中凹状となる虞はない。
＜ラッピング加工方法＞
次に、前記ラッピング加工装置を用いるラッピング加工方法は、ハードシューを使用した第１工程と、クラウニング部が形成された後のワークをソフトシューで仕上げ加工する第２工程と、からなっている。第１工程と第２工程は、シューがそれぞれ異なる別の装置を使用するが、装置構成としては同様であるため、第１工程につき詳述し、第２工程は、主としてシューに関してのみ説明する。

ラッピング加工は、まず、ヘッドストック４２とテールストック４６との間にカムシャフト６０をセットする。そして、流体圧シリンダ２５を作動し、ピストンロッド２６を突出すると、上下のアーム２２，２３が閉じ回動し、ラッピングフィルム１１をカムロブ部６１の加工面上にセットする。

上下のアーム２２，２３が開状態の間に、モータＭ_３を作動して巻取りリール１６を回転する。ラッピングフィルム１１は、所定量移動し、新規な砥粒面が加工面上にセットされる。供給リール１５近傍に設けられたロック装置をロックし、巻取りリール１６を回転すると、ラッピングフィルム１１に所定のテンションが付与され、巻取りリール１６近傍のロック装置をロックすると、所定のテンションが付与された弛みのないラッピングフィルム１１となる。

カムロブ部６１をクランプすると、ハードシュー７０がワーククランプ用バネ３３に付勢され、カムロブ部６１に押付けられ、ラッピングフィルム１１の砥粒面が加工面に押付けられる。そして、オシレーションユニット５０によりカムシャフト６０を軸方向にオシレーションしつつ、回転駆動ユニット４０によりカムシャフト６０を回転すると、ハードシュー７０がカムロブ部６１に倣って進退移動しながらラッピング加工が行なわれる。なお、カムシャフト６０は、多数のカムロブ部６１を有しているが、これらが一斉にラッピング加工される。

前記カムシャフト６０は、機械加工が完了した状態のものであり、カムロブ部６１の両側端部は略９０度のエッジ部を有しており、また、ハードシュー７０は、図１Ｂに示すように、先端部が円弧状をしている。

（第１工程）
このハードシュー７０を用いてラッピング加工の第１工程が行なわれるが、この第１工程は、前記概要で述べたものと同様であるが、まず、ハードシュー７０の両側端に設けられた「粗」の部分が、ラッピングフィルム１１を介してカムロブ部６１の両エッジ部と接触する。カムロブ部６１は、オシレーションされつつ回転されるので、カムロブ部６１の両エッジ部がラッピングフィルム１１に強力に当ることになるが、ハードシュー７０の「粗」の部分は、成形粒子が少なく、いわば押圧する部分が少ないので、単位時間当たりの除去量もラッピングフィルム１１の負担も少なく、ラッピングフィルム１１が破損したりあるいはバックコートが摩耗したりすることがなく、両エッジ部を円滑に除去することになる。

次に、ハードシュー７０の中央部に設けられた「密」の部分が、ラッピングフィルム１１を介してカムロブ部６１の外周面と接触する。ハードシュー７０の「密」の部分は、押圧する部分が多いので、単位時間当たりの除去量が多く、加工時間を短縮できる。また、この円弧状をしているハードシュー７０では、中央部は、カムロブ部６１のエッジ部が当りにくい部分でもあることから、オシレーションによりカムロブ部６１のエッジ部が移動して来ても、砥粒が受けるダメージは極めて少ない。

この結果、作用砥粒数について考察すれば、中央部と両側端部がほぼ同等になり、両端部に比べて中央部が相対的に増加することもなく、カムロブ部６１の加工面は、円弧状をしているハードシュー７０の形状に沿った形に成形され、両エッジ部が円弧状に切除されたクラウニング部が形成される。

この第１工程が完了した時点でのカムシャフトは、ラッピング加工という一連の作業で成形されるので、作業能率が向上し、短時間で成形でき、また、付帯設備も不要となるので、コスト的に有利となる。

（第２工程）
次に、第２工程を図６について説明する。第２工程は、第１工程でクラウニング形状が創成されたワークＷに対しラッピング加工を施し、クラウニング部６２ａを所定の面粗度に仕上げる工程である。クラウニング部が形成されたカムシャフト６０は、第１工程とは異なる別途設けられたラッピング加工装置にセットされ、仕上げ加工が施されるが、セット後、ラッピングフィルム１１を背面側からシュー７１により所定の加圧力で押圧し、ワークＷを回転駆動する（図６Ａの矢印）とともに軸方向にオシレーション（図６Ｂの白抜き矢印）しつつ、シュー７１による仕上げ加工が行なわれる。

仕上げ用ラッピング加工装置で使用されるシュー７１は、前述したハードシューではなく、比較的柔軟なソフトシューであり、先端部側の形状も凹形状ではなく、図６Ｂに示すように、先端部の面がワークＷの軸方向に直状に伸びる形状（以下、単に平面形状）を有する凹シューである。

このソフトシュー７１によりラッピングフィルム１１を背面側から押圧すると、ソフトシュー７１は、弾性変形量も大きいので、ラッピングフィルム１１を介してカムロブ部６１と接触すると、カムシャフト６０のクラウニング部に沿った状態になる。

したがって、加工面に対するラッピングフィルム１１の接触面積が従来よりも広くなり、ワークＷに対する単位時間あたりの作用砥粒数は増大し、砥粒による加工面の単位時間当たりの除去量が増加することになり、カムロブ部６１がオシレーションされつつ回転されると、加工面は、広範囲でラッピング加工され、短時間で加工され、クラウニング部であっても良好な面粗度に安定して仕上げることができる。特に、予めラッピング加工によりクラウニング部６２ａを形成した後に、同様のラッピング加工により仕上げ加工を施せば、一連のラッピング加工を行なう設備を用いて加工ができるので、作業性が向上し、コスト的にきわめて有利で、実用性が大である。

なお、ソフトシュー７１を使用すると、トップ部ａがシュー７１に入り込む場合あるいはシュー７１から抜け出る際の衝撃も吸収され、カムシャフト６０を高速回転しても、シュー７１とワークＷが離反せず、より円滑な加工が可能となり、この点からも加工時間の短縮が図られる。

この結果、クラウニング部６２ａが形成されたカムシャフト６０であっても、ソフトシュー７１がクラウニング部６２ａに沿った形状となり、これによりカムロブ部６１の加工面に対するラッピングフィルム１１の接触面積が広くなり、砥粒による加工面の単位時間当たりの除去量が増加し、加工面は、良好な面粗度に仕上げることができる。

以上説明したように、本実施形態に係るラッピング加工方法によれば、ワークＷに対してラッピングフィルム１１を押付けるハードシュー７０を、ワークＷの軸方向に所定の曲率半径ｒを有する凹状先端部とし、成形粒子の密度を両側端が「粗」、中央が「密」とされた、回動自在の凹シューとしたので、ワークＷのエッジ部分によるラッピングフィルム１１への悪影響を防止し、ラッピング加工によりクラウニング部６２ａを形成できる。また、クラウニング部６２ａが形成されたワークＷは、ラッピングフィルム１１がソフトシュー７１により押付けられるので、クラウニング部６２ａも、短時間に良好な面粗度に仕上げることができる。
＜実施例＞
本発明に係るラッピング加工方法と従来の方法によりカムシャフトをラッピング加工した場合の、カムロブ部のトップ部につき、形状と面粗度とを比較検討した。本発明方法では、第１工程は、厚さ３０μｍのラッピングフィルムを使用し、シューとしては、成形粒子を表面の中央部が「密」に、表面の両側端部が「粗」となるように電着し、曲率半径ｒが１００ｍｍの凹形状のハードシューを使用した。このハードシューによりラッピングフィルムをカムシャフトのカムロブ部に押し付けた状態で、カムシャフトを、回転数１５０ｒｐｍで回転しつつ、５００回／分、幅２ｍｍでオシレーションした。

次に、第２工程は、厚さ１５μｍのラッピングフィルムを使用し、シューとしては、先端部が平面形状であるが、ワークＷの回転方向の面が凹状とされた凹状ソフトシューを使用した。このラッピングフィルムをソフトシューによりクラウニング部が形成されたカムロブ部に押し付けた状態で、カムシャフトを回転数１８０ｒｐｍで回転しつつ、５００回／分、幅２ｍｍでオシレーションした。

図８（Ａ）は本発明方法により成形したトップ部の形状と、面粗度状態を示し、図８（Ｂ）は従来方法により成形したトップ部の形状と、面粗度状態を示す図である。本発明方法により成形したものは、図８（Ａ）に多少誇張して示すように、トップ部に滑らかな中高状のクラウニング部が形成され、このクラウニング部の高さは５μｍであった。これに対し、従来の方法により通常のハードシューである、凹シューを使用して、前記と同様の条件で加工した場合、図８（Ｂ）に多少誇張して示すように、短い凸部を有する略中凹状となった。両者の面粗度に関しては、同等の結果であった。

この結果から明らかなように、本発明方法では、所望の高さを有しかつ良好な面粗度を有するクラウニング部を備えたカムシャフトをラッピング加工のみによりを形成できることになり、このカムシャフトをエンジンに使用すると、バルブリフターとの間の面圧や摩擦力が低下し、極めて円滑に作動した。

本発明は、最終的にラッピング加工により仕上げ成形するカムシャフトのカムロブ部を、砥石などの付帯設備を使用することなく、ラッピング加工によりカムロブ部にクラウニング形状を創成し、短時間に所望の面粗度を有する最終製品に仕上げることができ、自動車用エンジンのカムシャフトなどの成形加工に適している。

本発明のワーク成形方法による加工状態を示し、（Ａ）はラッピング加工状態の要部を示す側面図、（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。ラッピング加工装置の概略図である。同ラッピング加工装置の上下アーム閉状態を示す概略断面図である。同上下アームの開状態を示す概略断面図である。（Ａ）はラッピング加工されるワークの一例であるカムシャフトを示す斜視図、（Ｂ）は同カムシャフトのカムロブ部各部位の説明図である。本発明によるラッピング加工方法の第２工程での加工状態を示し、（Ａ）はシュー近傍の側面図、（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。ハードシューの曲率半径とクラウニング量との関係を示すグラフである。成形されたクラウニング部の形状と、面粗度状態を示す図である。

符号の説明

１１…ラッピングフィルム、
４０…回転駆動ユニット、
５０…オシレーションユニット、
６０…カムシャフト、
６１…カムロブ部、
６２…カムロブ部の外周面（加工面）、
６２ａ…クラウニング部、
７０…ハードシュー、
７１…ソフトシュー、
ｒ…曲率半径、
Ｗ…ワーク。

Claims

断面非真円の円弧状をしたワークの加工面にクラウニング部を形成するラッピング加工方法であって、
前記ワークの加工面を、薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルムにより覆い、
先端部が、前記ワークの軸方向で所定の曲率半径の凹形状面を有しかつ前記ワークの軸方向で前記ワークの加工面の幅より大きな幅を有するハードシューにより前記ラッピングフィルムを背面側から押圧し、
前記ワークを回転駆動するとともに軸方向にオシレーションすることで前記ワークを加工してクラウニング部を形成することを特徴とするラッピング加工方法。
前記ハードシューにより前記ラッピングフィルムを押圧し、前記ワークの加工面にクラウニング部を形成した後、
このクラウニング部が形成されたワークの加工面を、ソフトシューによりラッピングフィルムを介して押圧しラッピング加工を施すことを特徴とする請求項１に記載のラッピング加工方法。
前記ソフトシューは、少なくとも前記ラッピングフィルムを押圧する面が、前記ワークの軸方向で平面形状となっていることを特徴とする請求項２に記載のラッピング加工方法。
前記ハードシューおよびソフトシューのラッピングフィルムを押圧する面は、前記ワークの回転方向の断面形状が凹状の凹シューである請求項３に記載のラッピング加工方法。
前記ハードシューは、前記曲率半径が１００ｍｍ〜１５００ｍｍである請求項１，２，４のいずれかに記載のラッピング加工方法。
前記ハードシューは、少なくともラッピングフィルムを押圧する面での成形粒子の粒度分布が、前記ワークの軸方向中央部が密、両側端部が粗としたことを特徴とする請求項１，２，４，５のいずれかに記載のラッピング加工方法。
前記ワークは、断面非真円の円弧状の外周面を有するカムロブ部を１つないし複数個備えたカムシャフトであり、先端部が、前記カムロブ部の軸方向で所定の曲率半径の凹形状面を有しかつ前記ワークの軸方向で前記ワークの加工面の幅より大きな幅を備えたハードシューにより前記ラッピングフィルムを背面側から押圧し、前記カムロブ部を回転駆動するとともに軸方向にオシレーションしつつ当該カムロブ部の外周面をクラウニング形状に形成することを特徴とする請求項１に記載のラッピング加工方法。