JP4831453B2

JP4831453B2 - フォーミング用工具

Info

Publication number: JP4831453B2
Application number: JP2004094063A
Authority: JP
Inventors: 達臣中山; 和彦高嶋; 学和久田; 稔太田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005279669A

Description

本発明は、円柱部を有する被加工物に対して、円柱部の外周面に微細な凹部を多数形成するのに用いるフォーミング用工具に関し、より具体的には、自動車用エンジンやトランスミッション等の装置を構成する摺動部品に対して、その摺動面に低フリクション化を図るための微細な凹凸を形成するのに用いるフォーミング用工具に関するものである。

図７（ａ）は、円柱部を有する被加工物Ｗに対して、円柱部の外周面Ｓに微細な凹部を多数形成する装置を説明する図である。被加工物Ｗは、加工機において、一端部が主軸台１０１のチャッキング装置１０２に把持されている。フォーミング装置１０５は、チャッキング装置１０２で保持した被加工物Ｗの軸線方向（Ｚ方向）に往復動可能であると共に、被加工物Ｗの方向（Ｘ方向）に向けて進退可能なシャフト１０７を備えており、このシャフト１０７の先端にフォーミング用工具１５０が取り付けてある。

フォーミング用工具１５０は、シャフト１０７に連結するリテーナ１５１と、リテーナ１５１に対して回転可能に装着した回転軸１５２と、回転軸１５２に装着したフォームローラ１５３を備えている。フォームローラ１５３は、その回転軸１５２が被加工物Ｗの回転軸と平行になるように配置してある。このフォームローラ１５３の外周部には、図７（ｂ）にも示すように、凹部成形用の微細な凸部１５３ａが円周方向と軸線方向にわたって所定間隔で多数設けてある。

そして、上記の装置は、被加工物Ｗの外周面Ｓにフォームローラ１５３を一定荷重で押し付けながら被加工物Ｗを回転させることにより、フォームローラ１５３を連れ回りさせて、円柱部の外周面Ｓに微細な凹部を多数形成し、この際、フォーミング用工具１５０を被加工物Ｗの軸線方向に移動させることで、外周面Ｓの全体に多数の凹部を形成する。
特開２００２−３６１３５１号公報

ところで、例えば図６に示すように、被加工物がクランクシャフトＣＳであって、そのジャーナルＪやクランクピンＰである円柱部の外周面に対して、そのほぼ全体に多数の凹部を形成する場合、円柱部の近傍には半径方向にカウンタウエイトＣＷが張り出しているので、フォームローラを回転軸の軸線方向に移動させることが困難である。このため、円柱部の外周面に凹部を形成するには、回転軸の軸線方向への移動を行うことなく凹部を形成し得るフォームローラとして、多数の凸部を円周方向と軸線方向にわたって配列したフォームローラ（図７参照）を使用せざるを得なかった。

しかしながら、上記したようなフォームローラを備えた従来のフォーミング用工具にあっては、被加工物に対して、フォームローラの回転軸の軸線方向に並ぶ複数の凸部が同時に接触することから、その分押し付け荷重が増大し、これにより工具のみならずフォーミング装置全体が大型化するという問題点があり、また、被加工物の加工面のうねりや被加工物の位置決め誤差等によって加工面に傾きが生じている場合には、上記の複数の凸部を加工面に均一に接触させることが困難になるという問題点があることから、これらの問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、円柱部を有する被加工物に対して、円柱部の外周面に微細な凹部を多数形成するフォーミング用工具において、とくに、被加工物が、円柱部の近傍にフォーミング用工具の軸線方向の移動を妨げる干渉部分を有している場合でも、被加工物の円柱部の外周面に対して、小さな押し付け荷重で多数の凹部を高精度に形成することができるフォーミング用工具を提供することを目的としている。

本発明のフォーミング用工具は、円柱部を有する被加工物に対して、円柱部の外周面に微細な凹部を多数形成するフォーミング用工具であって、外周部に凹部成形用の多数の凸部を配置したフォームローラを備え、多数の凸部が、フォームローラの一周のみにわたって連続する螺旋に沿って所定間隔で配置してある構成としており、このフォームローラを一定荷重で円柱部の外周面に接触させて、円柱部の軸線回りに被加工物を回転させることにより、フォームローラを連れ回りさせて円柱部の外周面に微細な凹部を形成する。そして、被加工物を複数回回転させることにより、円柱部の外周面のほぼ全体に多数の凹部を形成する。

本発明のフォーミング用工具によれば、被加工物が、円柱部の近傍にフォーミング用工具の軸線方向の移動を妨げる干渉部分を有している場合でも、フォームローラを回転軸の軸線方向に移動させることなく、円柱部の外周面のほぼ全体に多数の凹部を形成することができ、この際、被加工物の円柱部の外周面における一箇所にごく一部の凸部だけが接触するので、押し付け荷重が小さいものとなり、これにより工具並びにフォーミング装置全体の小型化を図ることができると共に、例え被加工物の加工面が傾いている場合でも、加工面における一箇所にごく一部の凸部だけが接触するので、加工面の傾きの影響を殆ど受けることなく凹部を高精度に形成することができ、全ての凹部を均一に高精度に形成することができる。

図１は、本発明に係わるフォーミング用工具の一実施例を説明する図である。当該フォーミング用工具が対象とする被加工物は、とくに限定されることはないが、円柱部の近傍にフォーミング用工具の軸線方向の移動を妨げる干渉部分を有する被加工物、すなわち図６に示すクランクシャフトＣＳを挙げることができ、この場合、クランクピンＰやジャーナルＪが円柱部であり、カウンタウエイトＣＷが干渉部分に相当する。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すフォーミング用工具１は、フォーミング装置１０５のシャフト１０７に連結したリテーナ２と、リテーナ２に対して回転可能に設けた回転軸３と、回転軸３に装着したフォームローラ４を備えており、図１（ｃ）に示すクランクシャフトＣＳに対してフォームローラ４が進退し得るように保持されている。このとき、フォーミング装置１０５は、フォームローラ４の回転軸３とクランクピンＰの回転軸とが平行になるようにフォーミング用工具１を保持している。

フォームローラ４は、材料がとくに限定されることはないが、例えば、超硬、ハイス又はこれ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を材料としており、図７にも示すように、クランクシャフトＣＳのカウンタウエイトＣＷの間にリテーナ２とともに入り込んで、クランクピンＰに対応する幅寸法を有するものである。

フォームローラ４は、外周部に、凹部成形用の凸部４ａが所定間隔で螺旋状に配置してあり、この実施例では、フォームローラ４の凸部４ａが、同ローラ４の一周にわたって連続する螺旋に沿って配置してある。この螺旋は、フォームローラ４の一方の端面から他方の端面に至るものである。凸部４ａの高さは、例えば１００μｍ程度である。これらの凸部４ａは、フォームローラ４の回転軸方向から見て連続的な凹凸を形成するように並んでいるため、回転軸方向から研削やワイヤカットを行うことにより、複雑な形状ながらも比較的簡単に形成することができる。

さらに、フォームローラ４は、図２に示すように、回転中心から凸部４ａの先端部に至る半径Ｒが、クランクピンＰの中心から表面に形成される凹部底面までの距離ｒに対して非整数倍の大きさであり、さらに、図３に示すように、凸部４ａの先端が、同ローラ４の回転軸３を含む断面において円弧状を成している。なお、フォームローラ４とクランクピンＰの寸法関係は、フォームローラ４の半径Ｒに対して、クランクピンＰの中心から表面に形成される凹部底面までの距離ｒが非整数倍の大きさになることもあり得る。

ここで、フォーミング装置１０５は、クランクピンＰに接触したフォームローラ４に対して荷重を付与する手段や、その荷重を検出する手段を内蔵した構成とし、クランクピンＰに対するフォームローラ４の荷重が常に一定になるように制御して、各凹部の深さのさらなる均一化を図ることができる。

上記構成を備えたフォーミング用工具を用いて、クランクシャフトＣＳにおけるクランクピンＰの外周面に多数の微細な凹部を形成するには、図示しない保持手段によりクランクシャフトＣＳを回転可能に保持し、この際、クランクシャフトＣＳがクランクピンＰの回転軸の軸線回りに回転するように保持する。そして、クランクピンＰの外周面にフォームローラ４を一定荷重で接触させて、クランクシャフトＣＳを回転させることにより、フォームローラ４を連れ回りさせてクランクピンＰの外周面に微細な凹部を形成する。凹部の深さは例えば１μｍ程度である。

このとき、フォーミング用工具１は、フォームローラ４の外周部における凸部４ａが、同ローラ４の一周に及ぶ一本の螺旋に沿って一列に配置してあるので、図１（ｃ）に示すように、ごく一部の凸部４ａだけがクランクピンＰの外周面に当接することとなる。これにより、回転軸の軸線方向にも複数の凸部を配列した従来のフォームローラ（図７参照）に比べて、フォームローラ４の押し付け荷重が小さいものとなり、これにより工具並びにフォーミング装置の小型化を図ることができる。なお、クランクピンＰの外周面に接触する凸部４ａの数は、フォームローラ４の大きさ等によって異なるが、例えば１〜３個程度であり、上記従来のフォームローラに比べて明らかに少ない。

また、フォーミング用工具１は、フォームローラ４の半径Ｒが、クランクピンＰの中心から表面に形成される凹部底面までの距離ｒに対して非整数倍の大きさであるから、クランクピンＰが一回転した時点、又はフォームローラ４が一回転した時点で、既に形成した凹部に凸部４ａが対応することはなく、クランクピンＰの回転を継続することで未形成の部分に凹部を順次形成する。さらに、フォームローラ４の荷重等を制御して凹部深さを所定の値とし、フォームローラ４の半径Ｒが、クランクピンＰの中心から表面に形成される凹部底面までの距離ｒに対して非整数倍となるように凹部を形成するという方法も可能である。

このようにして、当該フォーミング用工具１は、クランクピンＰの両側に横移動の妨げとなるカウンタウエイトＣＷがある場合でも、クランクピンＰを複数回回転させることにより、フォームローラ４を回転軸３の軸線方向に移動させることなく、クランクピンＰの外周面のほぼ全体に微細な凹部を多数形成することができる。

さらに、フォーミング用工具１は、クランクピンＰのうねりやクランクシャフトＣＳの位置決め誤差等によって加工面に傾きが生じたとしても、上記の如くクランクピンＰの外周面にごく一部の凸部４ａだけが接触するので、加工面の傾きの影響を殆ど受けることなく凹部を高精度に形成することができ、しかも、凸部４ａの先端を円弧状にすることにより、加工面に凸部４ａを垂直に押し付けて凹部をより高精度に形成することができ、全ての凹部を均一に形成し得るものとなる。

なお、本実施例のように被加工物がクランクシャフトＣＳである場合には、クランクピンＰの外周面に凹部を形成するのに加えて、ジャーナルＪの外周面にも同様に凹部を形成することができる。また、フォームローラ４の押し付け荷重が小さいということは、被加工物がクランクシャフトＣＳのように長尺物である場合に、加工中のクランクシャフトＣＳが撓むのを防止することができ、これによっても凹部のさらなる高精度化を実現することができる。さらに、凸部４ａの先端を円弧状にすることで、凸部４ａが欠け難いものとなり、フォーミング用工具の長寿命化を実現することができる。

図４は、本発明に係わるフォーミング用工具の他の実施例を説明する図である。
図示のフォーミングローラ１４は、全体で同ローラ１４の一周分に対応し且つ互いに非連続である複数の螺旋に沿って凸部１４ａが配置してある。この実施例では、フォームローラ１４の半周分に設けた一方の螺旋と、同ローラ１４の残りの半周分に設けた他方の螺旋に沿って、凹部成形用の凸部１４ａが所定間隔で設けてある。各螺旋は、いずれもフォームローラ１４の一方の端面から他方の端面に至ると共に、互いに非連続である。

上記のフォームローラ１４を備えたフォーミング用工具にあっても、先の実施例と同様に、押し付け荷重を小さくして、加工中における被加工物の撓み防止や、工具並びにフォーミング装置の小型化を実現すると共に、加工面に傾きが生じている場合でも、その傾きの影響を殆ど受けることなく凹部を高精度に形成して、全ての凹部を均一に形成し得るものとなる。

図５は、本発明に係わるフォーミング用工具のさらに他の実施例を説明する図である。
図示のフォーミングローラ２４，３４は、回転軸３の軸線方向に配列した二条の螺旋に沿って凸部２４ａ，３４ａを配置したものである。なお、各螺旋は、図示の如くローラ一周にわたって連続している。図５（ａ）に示す実施例では、フォームローラ２４は、捩れ方向が同一の二条の螺旋に沿って凹部成形用の凸部２４ａを所定間隔で配置したものとなっている。また、図５（ｂ）に示す実施例では、フォームローラ３４は、軸線方向の半分に設けた一方の螺旋と、残りの半分に設けた他方の螺旋に沿って、凹部成形用の凸部３４ａを所定間隔で配置したものとなっており、一方及び他方の螺旋は互いに逆ねじ状を成している。

上記のフォームローラ２４，３４を備えたフォーミング用工具にあっても、先の各実施例と同様の効果を得ることができ、この際、二条の螺旋に沿って凸部２４ａ，３４ａが配置してあるので、先の各実施例に比べて加工面に接触する凸部２４ａ，３４ａの数が増えることになるが、それでも従来のフォームローラ（図７参照）に比べてフォームローラ２４，３４の押し付け荷重を充分に小さくすることができ、しかも、被加工物の回転数を少なくして、短時間で全ての凹部を形成することができる。

なお、本発明に係わるフォーミング用工具は、その詳細な構成が上記各実施例に限定されるものではない。また、当該フォーミング用工具は、フォームローラの外周部に、その一周のみにわたって連続する螺旋に沿って凹部成形用の凸部を配置しているので、フォームローラの円周方向及び軸線方向にわたって多数の凸部を配置した従来のものに比べて、凸部の数が大幅に少ないものとなり、これによりフォームローラの製造が容易になり、低コスト化なども実現することができる。

さらに、当該フォーミング用工具が対象とする被加工物は、実施例で説明したクランクシャフトＣＳ以外に、自動車用エンジンやトランスミッションを構成する各種部品を挙げることができ、これらの部品の摺動部分に微細な凹部を多数形成することにより、安価に油溜りを設けることができると共に、摺動部分の低フリクション化を実現し、ひいては自動車用エンジンやトランスミッションの機能向上に貢献することができる。

本発明に係わるフォーミング用工具の一実施例を説明する側面図（ａ）、正面図（ｂ）及び加工中の状態を示す正面図（ｃ）である。フォームローラとジャーナルとの寸法関係を示す説明図である。凸部の先端を説明する断面図である。本発明に係わるフォーミング用工具の他の実施例におけるフォームローラを説明する正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。本発明に係わるフォーミング用工具のさらに他の実施例におけるフォームローラの二例を説明する各々正面図（ａ）（ｂ）である。被加工物の一列としてクランクシャフトを示す説明図である。従来のフォーミング用工具を示す説明図（ａ）及びフォームローラの斜視図（ｂ）である。

符号の説明

１フォーミング用工具
４フォームローラ
４ａ凸部
１４フォームローラ
１４ａ凸部
２４フォームローラ
２４ａ凸部
３４フォームローラ
３４ａ凸部
ＣＳクランクシャフト（被加工物）
Ｊジャーナル（円柱部）
Ｐクランクピン（円柱部）

Claims

円柱部を有する被加工物に対して、円柱部の外周面に微細な凹部を多数形成するフォーミング用工具であって、外周部に凹部成形用の多数の凸部を配置したフォームローラを備え、多数の凸部が、フォームローラの一周のみにわたって連続する螺旋に沿って所定間隔で配置してあることを特徴とするフォーミング用工具。
フォームローラの凸部の先端が、同ローラの回転軸を含む断面において円弧状を成していることを特徴とする請求項１に記載のフォーミング用工具。
フォームローラの半径が、被加工物の円柱部中心から外周面に形成される凹部の底部までの距離に対して非整数倍の大きさであることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォーミング用工具。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォーミング用工具を用いて凹部を形成したことを特徴とする自動車用エンジン又はトランスミッションの部品。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォーミング用工具を用いて凹部を形成したことを特徴とするクランクシャフト。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォーミング用工具を用いて被加工物に対して凹部を形成する凹部形成方法であって、フォームローラの半径が、被加工物の円柱部中心からその表面に形成される凹部の底部までの距離に対して非整数倍になるように凹部深さを制御することを特徴とする凹部形成方法。