JP2005319476A - 微細凹部加工装置及び微細凹部加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円形孔の内周面に対して精度良好に微細凹部を形成することができると共に、加工コストの低減を実現することが可能である微細凹部加工装置及び微細凹部加工方法を提供する。
【解決手段】シリンダボアＢの内周面Ｂａに微細凹部を形成する微細凹部加工装置であって、主軸３と、この主軸２に同軸装着されて一体で回転し且つ軸方向に移動可能としたホルダ１０と、外周部に微細な凹凸を具備した加工ローラ１１と、ホルダ１０に設けられて主軸３と平行を成すローラ軸回りに加工ローラ１１を回転可能に支持するアーム１２と、このアーム１２に対して加工ローラ１１の径方向の荷重を付与して中心軸をホルダ１０の回転軸Ｌに合致させたシリンダボアＢの内周面Ｂａに加工ローラ１１の微細な凹凸を押し付ける圧縮コイルばね２０を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、自動車用エンジンのシリンダブロックにおけるシリンダボア（円形孔）の内周面に、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装置に関するものである。

従来、上記したようなシリンダブロックのシリンダボアの内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、シリンダボアの内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シリンダボアの内周面に向けて圧縮空気とともに投射することで、内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た微細凹部の形成にあっては、微細な凹部を規則的に配置することが困難であり、加えて、円形孔の内周面に対するマスキングシートの貼り付け工程及び取り外し工程、並びに、洗浄工程が不可欠であって、このような作業が多い分だけ、加工コストが高くついてしまうという問題があり、これら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あり、円形孔の内周面に対して精度良好に微細凹部を形成することができると共に、加工コストの低減を実現することが可能である微細凹部加工装置及び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、円形孔の内周面に微細凹部を形成する微細凹部加工装置であって、主軸と、この主軸に同軸装着されて一体で回転し且つ軸方向に移動可能としたホルダと、外周部に微細な凹凸を具備した加工ローラと、上記ホルダに設けられて主軸と平行を成すローラ軸回りに加工ローラを回転可能に支持するローラ支持部と、このローラ支持部に対して加工ローラの径方向の荷重を付与して中心軸を上記ホルダの回転軸に合致させた円形孔の内周面に加工ローラの微細な凹凸を押し付ける荷重発生手段を設けた構成としたことを特徴としており、この微細凹部加工装置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。

また、本発明の微細凹部加工方法は、請求項１〜５のいずれかに記載の微細凹部加工装置を用いて円形孔の内周面に微細凹部を形成するに際して、ホルダの回転軸を円形孔の中心軸に合致させた後、荷重発生手段により円形孔の内周面に加工ローラの微細な凹凸を押し付けると共にホルダを回転させ、この状態でホルダ及び円形孔を相対的に軸方向に移動させ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。

本発明によれば、上記した構成としているので、円形孔の内周面に、溝状のみならずディンプル状の微細凹部を精度良くしかも効率良く形成することができ、加えて、円形孔の内周面に対して加工ローラの微細な凹凸を一定した荷重で押し付けることができるので、微細凹部を加工する前の加工面を精度良く仕上げておく必要がなく、すなわち、微細凹部を加工する前の工程を省略することができ、その結果、加工コストの大幅な低減を実現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装置において、ローラ支持部と、このローラ支持部に支持される加工ローラと、上記ローラ支持部に対して径方向の荷重を付与する荷重発生手段とをホルダの回転軸と直交する方向に一体的に移動させる移動機構をホルダに設けることができ、この場合には、加工する円形孔の内径の変化に対応し得ることとなる。

また、本発明の微細凹部加工装置において、構造の簡略化を図るため、荷重発生手段として圧縮コイルばねを採用することが望ましい。

さらに、本発明の微細凹部加工装置において、ローラ支持部に付与した加工ローラの径方向の荷重を検出するロードセル等の荷重検出手段を設けることが望ましく、この場合には、円形孔の内周面に対する加工ローラの押し付け荷重を常時モニタリングすることができるので、より精度の高い微細凹部の加工がなされることとなる。

一方、本発明の微細凹部加工方法において、ホルダの回転軸を円形孔の中心軸に合致させた後、荷重発生手段により円形孔の内周面に加工ローラの微細な凹凸を押し付けると共にホルダを回転させ、この状態でホルダ及び円形孔を相対的に軸方向に移動させるようにしているので、加工ローラの微細な凹凸の形状や、ホルダの回転数や円形孔に対する加工ローラの送り量を制御すれば、被加工面である円形孔の内周面に自由なパターンの微細凹部を形成し得ることとなる。

また、本発明の微細凹部加工方法において、荷重発生手段から加工ローラを支持する支持軸に対して付与する径方向の荷重を加工中に変化させてもよく、この場合には、円形孔の内面に、深さの異なる微細凹部を連続して形成し得ることとなる、すなわち、1つの円形孔の内面において形成する微細凹部の深さを変化させ得ることとなる。

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２に示すように、この微細凹部加工装置１は、自動車用エンジンのシリンダブロックの円形孔であるシリンダボアの内周面に微細凹部を形成するＮＣ工作機械であって、鉛直方向に移動可能な主軸ヘッド２に下向きに突出した状態で支持される主軸３と、主軸ヘッド２の下方において水平面内で互いに直交する二軸方向に移動可能としたワーク載置用のテーブル４と、主軸３に同軸に装着されて一体で回転するホルダ１０を備えており、ホルダ１０の主軸３に対する着脱は、図示しない自動工具交換装置によりなされるようになっている。

上記ホルダ１０は、図１に示すように、主軸３に装着する部位であるシャンク部１０Ａ及びその下側に連続するボディ部１０Ｂを有しており、このボディ部１０Ｂの下側には、外周部に微細な凹凸を具備した加工ローラ１１と、この加工ローラ１１を回転可能に支持するローラ支持部としてのアーム１２と、このアーム１２を保持するハウジング１３が設けてある。加工ローラ１１は、材料がとくに限定されるものではないが、例えば、超硬、超硬以外の硬質金属やアルミナ、窒化珪素等のセラミックスなどから成るものであって、シリンダボアＢの直径よりも小さい直径を有している。

上記加工ローラ１１を支持するアーム１２は、主軸３と平行に設けられて加工ローラ１１を固定した支持軸１４と、複列アンギュラ玉軸受１５を介して支持軸１４を回転可能に支持する支持部材１６を備えている。一方、ハウジング１３は、ボディ部１０Ｂにアダプタ１０Ｃを介して連結した中空ブロック状を成すものであって、下端側中空部分にはスプラインナット１７が嵌合固定してあり、このスプラインナット１７と、上記支持部材１６に連結させたスプラインシャフト１８とを互いにスプライン結合することで、アーム１２を主軸３と直交する方向に移動させることができるようにしている。

上記アーム１２の支持部材１６と、ハウジング１３の上端側中空部分に嵌めこんだキャップ１９との間には、荷重発生手段としての圧縮コイルばね２０が介装してあり、アーム１２の支持部材１６に対して主軸３と直交する方向（加工ローラ１１の径方向）の荷重を付与することで、中心軸を上記ホルダ１０の回転軸Ｌに合致させたシリンダボアＢの内周面Ｂａに加工ローラ１１の微細な凹凸を押し付けるようにしている。この場合、キャップ１９と圧縮コイルばね２０との間には、荷重検出手段としての圧電型のロードセル２１が設けてある。

また、ハウジング１３内のスプラインナット１７とスプライン結合するスプラインシャフト１８の支持部材１６とは反対側には、スプラインシャフト１８の直径よりも大径で且つウレタン樹脂などの軟質材料から成る止め具２２が固定してあり、この止め具２２は、圧縮コイルばね２０の伸びを抑えると共に、この圧縮コイルばね２０が伸びきった際の衝撃を緩和し、そして、ハウジング１３からアーム１２が脱落するのを阻止するものとなっている。

さらに、圧縮コイルばね２０とロードセル２１の間には、圧縮コイルばね２０に予圧を与える調整駒２３が設けてあり、この調整駒２３の長さ（圧縮コイルばね２０の伸縮方向の長さ）を選択することで、予圧力を調整することができるようにしてある。なお、ロードセル２１は、調整駒２３との接触部２１ａを球状の突部としており、これにより、圧縮コイルばね２０の伸縮方向に対する倒れを吸収することができるようにしてある。

上記ハウジング１３と連結したアダプタ１０Ｃは、図示しないステッピングモータを具備した移動機構を内蔵しており、この移動機構の作動により、ハウジング１３に保持した加工ローラ１１をシリンダボアＢの内周面Ｂａに対して近接離間させることができるようになっている。

上記した微細凹部加工装置１において、シリンダボアＢの内周面Ｂａに微細凹部を形成するに際しては、まず、主軸１とシリンダボアＢの中心軸とをほぼ一致させるように位置決めをして、主軸１とともにホルダ１０を下降させ、シリンダボアＢ内に加工ローラ１１を挿入する。

次に、アダプタ１０Ｃ内の移動機構を作動させて、シリンダボアＢの内周面Ｂａに対して加工ローラ１１を接触させ、ロードセル２１により検出した荷重が予め設定した値になるまでアダプタ１０Ｃ内の移動機構の作動を継続させる。

つまり、シリンダボアＢの内周面Ｂａに加工ローラ１１が接触した後、アダプタ１０Ｃ内の移動機構の作動を継続させると、アーム１２とハウジング１３との間で圧縮コイルばね２０が圧縮され、その反発力が荷重として加工ローラ１１に付与されると共に、ロードセル２１によりこの荷重が検出されることから、このロードセル２１の検出荷重が設定値になるまでアダプタ１０Ｃ内の移動機構の作動を継続させれば、シリンダボアＢの内周面Ｂａを所定の荷重で加圧し得ることとなる。

そして、上記のように、荷重の設定値を検出した段階において、アダプタ１０Ｃ内の移動機構の作動を停止し、主軸１とともにホルダ１０を回転させると、シリンダボアＢの内周面Ｂａに押し付けられている加工ローラ１１が連れ回りすることとなり、この加工ローラ１１の転動によって、シリンダボアＢの内周面Ｂａに微細な凹部が形成されることと成る。

この際、主軸１の回転と下降速度とを同期させると、シリンダボアＢの内周面Ｂａの広い領域に微細な凹部を形成することができる。

上記したように、この実施例による微細凹部加工装置では、微細な凹部を高精度で形成し得るので、シリンダボアＢの内周面Ｂａに施す前加工を省略することが可能となり、工程数の削減及び低コスト化を実現し得ることとなる。

また、加工ローラ１１の外周部の先端形状を選択することで、様々な形状の凹部を形成することができるほか、溝状に連続する凹部や点線状の不連続の凹部を形成することができ、この際、加工ローラ１１に付与する荷重を適宜変更することで、凹部の深さや幅を変えることも可能であり、いずれの場合も加工ローラ１１の転動で連続的に凹部を形成することから、加工効率も良好である。

さらに、加工ローラ１１の転動にともなって微細な凹部を形成するので、工具磨耗も非常に少ないものとなり、その結果、、工具寿命を長く持たせることができる。

本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、その他の様々な実施態様にも適用されるものである。例えば、加工ローラ１１に微細な凹凸を複数列設けるような構成としたり、あるいは、荷重発生手段の荷重を変えるために、圧縮コイルばね２０を交換可能にしたりしてもよい。また、荷重発生手段として圧縮コイルばね２０を例に挙げたが、一定の荷重を付与するような弾性体であればその他のものも適用可能である。

上記した微細凹部加工装置１を用いて円形孔の内周面に微細凹部を形成すると、この円形孔を有する部材の低コスト化が図られ、また、上記したように、微細凹部加工装置１を用いて自動車用部品、例えば、シリンダブロックのシリンダボアＢの内周面Ｂａに微細凹部を形成すると、部品の低コスト化が図られるのに加えて、フリクションの低減及びエンジン性能の向上を実現し得る。

本発明の微細凹部加工装置の一実施例を示す工具ホルダの断面説明図である。（実施例１） 図１に示した微細凹部加工装置の全体斜視説明図である。

符号の説明

１ 微細凹部加工装置
３ 主軸
１０ ホルダ
１１ 加工ローラ
１２ アーム（ローラ支持部）
２０ 圧縮コイルばね（荷重発生手段）
２１ ロードセル（荷重検出手段）
Ｂ シリンダボア（円形孔）
Ｂａ シリンダボアの内周面
Ｌ ホルダの回転軸

Claims (7)

1. 円形孔の内周面に微細凹部を形成する微細凹部加工装置であって、主軸と、この主軸に同軸装着されて一体で回転し且つ軸方向に移動可能としたホルダと、外周部に微細な凹凸を具備した加工ローラと、上記ホルダに設けられて主軸と平行を成すローラ軸回りに加工ローラを回転可能に支持するローラ支持部と、このローラ支持部に対して加工ローラの径方向の荷重を付与して中心軸を上記ホルダの回転軸に合致させた円形孔の内周面に加工ローラの微細な凹凸を押し付ける荷重発生手段を設けたことを特徴とする微細凹部加工装置。
2. ローラ支持部と、このローラ支持部に支持される加工ローラと、上記ローラ支持部に対して加工ローラの径方向の荷重を付与する荷重発生手段とをホルダの回転軸と直交する方向に一体的に移動させる移動機構をホルダに設けた請求項１に記載の微細凹部加工装置。
3. 荷重発生手段を圧縮コイルばねとした請求項１又は２に記載の微細凹部加工装置。
4. ローラ支持部に付与した径方向の荷重を検出する荷重検出手段を設けた請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の微細凹部加工装置。
5. 荷重検出手段をロードセルとした請求項４に記載の微細凹部加工装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の微細凹部加工装置を用いて円形孔の内周面に微細凹部を形成するに際して、ホルダの回転軸を円形孔の中心軸に合致させた後、荷重発生手段により円形孔の内周面に加工ローラの微細な凹凸を押し付けると共にホルダを回転させ、この状態でホルダ及び円形孔を相対的に軸方向に移動させることを特徴とする微細凹部加工方法。
7. 荷重発生手段から加工ローラを支持するローラ支持部に対して付与する径方向の荷重を加工中に変化させる請求項６に記載の微細凹部加工方法。

Images