JP5087739B2 - シリンダブロックの周期構造体加工方法とシリンダブロックの周期構造体加工装置 - Google Patents
シリンダブロックの周期構造体加工方法とシリンダブロックの周期構造体加工装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5087739B2 JP5087739B2 JP2007037965A JP2007037965A JP5087739B2 JP 5087739 B2 JP5087739 B2 JP 5087739B2 JP 2007037965 A JP2007037965 A JP 2007037965A JP 2007037965 A JP2007037965 A JP 2007037965A JP 5087739 B2 JP5087739 B2 JP 5087739B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cylinder
- femtosecond laser
- rotating cylinder
- periodic structure
- cylinder block
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
第1に、本発明のシリンダブロックの周期構造体加工方法とその装置により製造されるシリンダブロックは、ピストンが往復動する上死点と下死点間のピストン摺動面に周期構造体を加工するとともに、上死点付近と下死点付近の周期溝の密度を高め、ピストン・ストロークの中間部分の周期溝の密度を粗く加工されている。これで、ピストンは、シリンダ内で往復動する上死点付近と下死点付近における速度が折り返し点で減速され摩擦係数が増加傾向になっても、周期溝密度を高めた加工が施されていることから、上記摩擦係数は低減されてエネルギーロスが低減される。また、ピストンのストローク途中の摩擦係数は、ピストンの移動速度が速いことから減少傾向となり周期溝密度を荒く加工しても増加しない。しかして、ピストンの往復運動に対してストローク全体の摩擦係数を均一に低下させられ、シリンダの耐久性が高められる上に、単気筒シリンダ又は多気筒シリンダに対する加工コストの低減や加工時間の短縮化が図れる。
また、シリンダ内周面におけるピストンの上死点付近と下死点付近の周期構造体の密度を高め、中間部分の密度を粗く加工する加工方法が確立でき、且つこの加工方法を確実に遂行する装置が提供できる。
そして、多気筒シリンダにおいて、各反射ミラーから各シリンダ内周面の全周にフェムト秒レーザを照射回転して周期構造体一斉に整列加工でき、多気筒シリンダに対する加工コストの低減や加工時間の短縮化ができる。
これにより、ピストンは、単気筒シリンダC1及び多気筒シリンダC2の内面で往復動する上死点P1付近と下死点P2付近における速度が折り返し点で減速され摩擦係数が増加傾向になっても、周期溝密度を高めた加工が施されているから、上記摩擦係数は低減されてエネルギーロスが低減される。また、ピストン・ストロークSOの途中の摩擦係数は、ピストンの移動速度が速いことから減少傾向となり周期溝密度を荒く形成しても増加しない。
まず、上記シリンダブロックCB1のシリンダ面60に微細周期性溝KMを加工する場合は、図5と図8〜図11に示すように、フェムト秒レーザ発振器10のレーザ出力部20Aからのフェムト秒レーザLOは、アイリスA1・シャッターST・平凹レンズR1を介して進行し、更に、レーザ加工ヘッド20の第一回転筒体41内の平凸レンズR2とλ/2板PとアイリスA2を介して進み、更に、第二回転筒体49内の周期性溝用ホモジナイザーH1から平凸レンズ(集光レンズ)R3を介して先端の反射ミラーMに至る。上記周期性溝用ホモジナイザーにする理由は、上記フェムト秒レーザ光LOのエネルギー波形は、図11(b)に示す山形の二次曲線のもので両裾のエネルギーが利用されない。そこで、図11(c)に示すように、その特性を改善する周期性溝用ホモジナイザーH1によりエネルギー分布を矩形に整形し、エネルギー効率を限り無く100%にすることが可能だからである。従って、エネルギー効率を問題にしなければ、上記周期性溝用ホモジナイザーH1は省略することも可能である。続いて、反射ミラーMで外径方向に曲げられたフェムト秒レーザLOは、シリンダブロックCB1のシリンダ面60に直線偏光の形(直径2mm前後)で照射される。即ち、フェムト秒レーザ光LOによる微細周期性溝KMの溝方向と加工面積は、フェムト秒レーザの偏光方向とフル−エンス(レーザ出力のエネルギー)に依存されるから、これらを制御しなければならない。従って、本発明の周期構造体加工装置100のように、三次元形状のシリンダブロックCB1のシリンダ面60を加工するに際して、フル−エンス(レーザ出力のエネルギー)が一定した状態では、フェムト秒レーザ光LOの直線偏光の方向を反射ミラーMの回転に伴って制御しなければならない。具体的には、上記第一回転筒体41の光学経路上に入れた上記λ/2板Pを、第二回転筒体49内の反射ミラーMとの回転位置の調節により、フェムト秒レーザLOの直線偏光の方向が制御される。即ち、図6に示すように、反射ミラーMの1回転(θh )に対して、λ/2板Pを半回転θp させることでシリンダブロックCB1のシリンダ面60に一様な方向(図示では、シリンダブロックCB1のシリンダ面60の軸芯方向O2にほぼ向けて整列させた方向)に微細周期性溝KMが加工される。(図9を参照)
先ず、上記シリンダブロックの周期構造体加工方法は、ビームエキスパンダ部20において、λ/2板Pと反射ミラーMとの作用を受けてシリンダブロックCB1のシリンダ内周面60(具体的には、エンジンの単気筒シリンダC1)に向けて偏向照射光LOを照射して微細周期性溝KMが加工される。即ち、レーザ出力部20Aは、支持体40に第一旋回筒体41と第二旋回筒体49とを備え、第一旋回筒体41のλ/2板Pにフェムト秒レーザ光LOを通過させて制御可能な直線偏光となって、上記第二旋回筒体49の反射ミラーMによりフェムト秒レーザLOが旋回軸線O1の方向から外径方向の外周に向けて進み、シリンダブロックCB1のシリンダ内周面60に向けて照射される。このとき、上記第一旋回筒体41と第二旋回筒体49とが旋回駆動手段SDにより回転される。即ち、第二旋回筒体49のレーザ照射部49Cが1回転回転されるに際して、上記λ/2板Pを上記反射ミラーの1/2の回転量で回転させることで、上記フェムト秒レーザLOをシリンダ内周面60の全周に照射回転してナノ周期構造の微細周期性溝KMが同一方向に整列加工される。その加工結果は、上記作用において、シリンダブロックCB1のシリンダ内周面60の軸芯方向への加工幅は、該シリンダブロックCB1のZ軸駆動手段9を−Z軸方向または+Z軸方向へ移動させて行なわれる。しかして、シリンダブロックCB1のシリンダ内周面60には、図1に示すように、任意寸法の加工幅(上死点P1と下死点P2間にわたるピストン・ストロークSO)となる摺動面60Aに、ナノ周期構造の微細周期性溝KMが加工される。
図15に示す周期構造体の密度特性図に見るように、加工開始点となる上死点P1付近のZ軸駆動手段9を−Z軸方向(軸芯方向)へ後退させる送りを最小として周期溝密度を高くする。そして、徐々に単気筒シリンダC1及び多気筒シリンダC2を−Z軸方向(軸芯方向)へ後退させる移動量とともに、送り速度を速め、ピストン・ストロークSOの途中の周期溝密度を幅広く荒く形成する。更に、加工終点となる下死点P2付近に接近すると、Z軸駆動手段9を−Z軸方向(軸芯方向)へ後退させる送りを最小として周期溝密度を高くする。上記周期溝密度の高い・荒い・その他のパターン形状は、Z軸駆動手段9を−Z軸方向(軸芯方向)へ後退させる送り速度特性・曲線により自由に変更可能である。その制御は、図3に示す制御手段200により行なわれる。即ち、中央制御部CPUからの指令でZ軸駆動手段9の駆動制御をプログラム及び運転するNC制御部NCにて送り速度特性・曲線を予めプログラム設定し、このプログラムにより駆動部DDがZ軸駆動手段9を−Z軸方向(軸芯方向)へ速度制御して実行される。勿論、Z軸駆動手段9の送りを+Z軸方向(軸芯方向)に移動させても良い。
即ち、反射ミラーユニットMUにより、各シリンダに対応して3組のレーザ照射部49´を備えた各反射ミラーからの直線偏光を各シリンダ内周面の全周に照射回転させて周期性溝またはディンプルまたはこれらの混合溝を一斉に整列加工することができ、加工コストの低減や加工時間の短縮化が飛躍的にできる。
2 基盤
3 ワーク制御テーブル
5 Y軸駆動手段
5A ワーク保持ベース
7 チャック手段
9 Z軸駆動手段
9A 垂直台
10 フェムト秒レーザ発振器
10A レーザ発生部
10B ファイバーレーザ発振器
10C パルスストレッチャー
10D Ti:sapphire再生増幅器
10E パルスコンプレッサー
10F レーザパワー減衰器
10G 励起用パルスグリーンレーザ
10H 電源制御部
10I 筐体温度安定化用冷却装置
20 ビームエキスパンダ部
20A レーザ出力部
30 X軸駆動手段
40 支持体
41 第一回転筒体
42 連絡筒
43 プーリー
44 プーリー
45 保持体
46 フランジ
47 回転軸
48 軸受体
49 第二回転筒体
49A 固定外筒
49B 可動内筒
49C,49D,49E レーザ照射部
50 プーリー
51 プーリー
60 シリンダ面
60A 摺動面
70 筐体
A1,A2 アイリス
CB1 単気筒シリンダブロック
CB2 多気筒シリンダブロック
C1 単気筒シリンダ
C2 多気筒シリンダ
CPU 中央制御部
DD 駆動部
DP ディンプル
KM 微細周期性溝
LO フェムト秒レーザ光
L1,L2,L3 分岐レーザ
G1,G2,G3 ガイドレール部材
KB1,KB2 確動ベルト
NC NC制御部
M1,M2,M3 モータ
MO 駆動モータ
MA,MB 反射ミラー
MU 反射ミラーユニット
TB タイミングベルト
MH ハーフミラー
H1 周期性溝用ホモジナイザー
H2 ディンプル加工用ホモジナイザー
H3 両者の混合加工用ホモジナイザー
P λ/2板
P1 上死点
P2 下死点
RO 回転
R1 平凹レンズ
R2,R3 平凸レンズ
SO ピストン・ストローク
S シャッター
S1〜S6 楕円スポット
SD 回転駆動手段
O1,O2 軸芯
ZA 挿入深さ位置
−Z、+Z Z軸方向
100 周期構造体加工装置
200 制御手段
Claims (5)
- フェムト秒レーザ発振器から発射される直線偏光のフェムト秒レーザを回転可能に設けた第一回転筒体内に導き、上記第一回転筒体内に配置されたλ/2板により直線偏光の偏光方向を変化させるとともに、上記第一回転筒体に対して軸芯を合わせて回転可能に設けられた第二回転筒体内に配置された集光レンズと反射ミラーとによりフェムト秒レーザを集光しつつ外径方向に進ませ、上記反射ミラーの外周囲にチャック手段で把持されたシリンダブロックの内周面を対面させて上記フェムト秒レーザを照射させ、上記反射ミラーを備えた上記第二回転筒体の回転1回転に対して上記λ/2板を備えた上記第一回転筒体を1/2回転させ、上記両筒体の回転に同期させながら上記チャック手段を上記シリンダブロックの内周面の軸芯方向へシリンダ内周面のピストンが往復動する上死点付近及び下死点付近の移動速度を速め中間部分の移動速度を遅くして周期性溝を同一方向に整列加工させることを特徴とするシリンダブロックの周期構造体加工方法。
- 上記反射ミラーに向かうフェムト秒レーザを、第二回転筒体内に備える集光レンズの前側に配置されたディンプル加工用ホモジナイザーまたは混合加工用ホモジナイザーに入射させることにより、上記シリンダ内周面にディンプルまたは混合の周期構造体を形成することを特徴とする請求項1記載のシリンダブロックの周期構造体加工方法。
- フェムト秒レーザ発振器と、上記フェムト秒レーザ発振器からの直線偏光のフェムト秒レーザを導入する回転可能な第一回転筒体と、上記第一回転筒体の筒内に設けられ直線偏光のフェムト秒レーザの偏光方向を変化させるλ/2板と、上記第一回転筒体に回転軸芯を合わせて配置される第二回転筒体と、上記第二回転筒体内に配置されフェムト秒レーザを集光させる集光レンズと、上記第二回転筒体の先端側に配置されフェムト秒レーザを外径方向に屈折させる反射ミラーと、上記第二回転筒体の回転1回転に対して上記第一回転筒体を1/2回転させる回転駆動手段と、上記反射ミラーの外周囲にシリンダ内周面の軸芯を合わせたシリンダブロックを把持するチャック手段と、上記チャック手段を上記シリンダブロックの内周面の軸芯方向へシリンダ内周面のピストンが往復動する上死点付近及び下死点付近の移動速度を速め中間部分の移動速度を遅く進退させるZ軸駆動手段と、を具備したことを特徴とするシリンダブロックの周期構造体加工装置。
- 上記反射ミラーに向かうフェムト秒レーザを第二回転筒体内に設けた集光レンズの前側に配置されたディンプル加工用ホモジナイザーまたは混合加工用ホモジナイザーに入射させることにより、上記シリンダ内周面にディンプルまたは混合の周期構造体を形成することを特徴とする請求項3記載のシリンダブロックの周期構造体加工装置。
- 上記第二回転筒体の先端部に、多気筒シリンダの各シリンダ内周面に周期構造体を一斉に整列加工する反射ミラーユニットを具備したことを特徴とする請求項3または4記載のシリンダブロックの周期構造体加工装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007037965A JP5087739B2 (ja) | 2007-02-19 | 2007-02-19 | シリンダブロックの周期構造体加工方法とシリンダブロックの周期構造体加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007037965A JP5087739B2 (ja) | 2007-02-19 | 2007-02-19 | シリンダブロックの周期構造体加工方法とシリンダブロックの周期構造体加工装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008200700A JP2008200700A (ja) | 2008-09-04 |
JP5087739B2 true JP5087739B2 (ja) | 2012-12-05 |
Family
ID=39778720
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007037965A Expired - Fee Related JP5087739B2 (ja) | 2007-02-19 | 2007-02-19 | シリンダブロックの周期構造体加工方法とシリンダブロックの周期構造体加工装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5087739B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6877297B2 (ja) * | 2016-11-16 | 2021-05-26 | 株式会社クボタ | レーザ加工装置、シリンダブロックの製造方法、及び、シリンダブロック |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS597018B2 (ja) * | 1978-09-22 | 1984-02-16 | 三菱重工業株式会社 | シリンダライナ |
-
2007
- 2007-02-19 JP JP2007037965A patent/JP5087739B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008200700A (ja) | 2008-09-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3060813B2 (ja) | レーザ加工装置 | |
JP4691166B2 (ja) | スキャナヘッド及び当該スキャナヘッドを用いた加工機器 | |
JP6071641B2 (ja) | 加工装置、加工方法 | |
JP5114874B2 (ja) | レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置 | |
JP4848297B2 (ja) | 外周体の周期構造体加工方法と外周体の周期構造体加工装置 | |
CN106271118A (zh) | 一种提高多孔径微孔激光加工质量的装置及方法 | |
JP5744991B2 (ja) | フェムト秒レーザー加工機 | |
CN202207858U (zh) | 用于不同极限孔径的紫外激光双光头精细加工装置 | |
JP2925835B2 (ja) | レーザ加工装置用手首構造 | |
JP2008296269A (ja) | レーザ加工機の多機能加工制御方法とレーザ加工機の多機能加工制御装置 | |
JP4981573B2 (ja) | レーザ加工機の多機能加工制御装置 | |
JP5087739B2 (ja) | シリンダブロックの周期構造体加工方法とシリンダブロックの周期構造体加工装置 | |
JP5066660B2 (ja) | 周期構造体の加工制御方法と周期構造体の加工制御装置 | |
JP2000071088A (ja) | レ−ザ加工機 | |
JP4848296B2 (ja) | 円筒内周面の周期構造体加工方法と円筒内周面の周期構造体加工装置 | |
KR100664573B1 (ko) | 레이저 가공 장치 및 방법 | |
CN102649194B (zh) | 一种光学盲点的激光加工方法及激光加工装置 | |
JP2007092098A (ja) | レーザ焼入方法およびレーザ焼入装置 | |
KR100650922B1 (ko) | 레이저 용접장치 | |
JPH09248684A (ja) | レーザ加工装置 | |
KR101638347B1 (ko) | 차량용 홀 가공장치 | |
JP7382553B2 (ja) | レーザ加工装置及びそれを用いたレーザ加工方法 | |
JP2018176257A (ja) | レーザ加工装置 | |
JP2013154380A (ja) | レーザ加工ヘッド | |
JP2004351443A (ja) | ロール表面の加工方法及び装置並びにエンボスロール |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100114 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110909 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110927 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111110 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120626 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120725 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150921 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150921 Year of fee payment: 3 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150921 Year of fee payment: 3 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |