(57)【要約】【課題】ショットブラストを用いた従来の微細凹部の形成では、微細凹部を規則的に配置することが困難であると共に、製造コストが増大するなどの問題点があった。【解決手段】シリンダボアＢの内周面に微細凹部を形成する加工装置であって、主軸１側に連結され且つ関節部を有する屈曲アーム１１の先端部に、ローラ軸１８を介して加工ローラ１２を回転自在に装着し、屈曲アーム１１に、当該屈曲アーム１１の伸展又は収縮の動作とともにシリンダボアＢの内周面に当接した加工ローラ１２に対して同内周面への荷重を付与するねじりコイルばね１３Ａを備えた構成とし、微細凹部を規則的に且つ高精度に効率良く形成すると共に、生産性の向上や製造コストの低減を実現した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成する加工装置であって、回転駆動される主軸側に基端部を連結し且つ中間に関節部を有する屈曲アームと、外周部に微細凹部形成用の凸部を有する加工ローラを備えると共に、屈曲アームの先端部に、主軸と平行なローラ軸を介して加工ローラを回転自在に装着し、屈曲アームに、当該屈曲アームの伸展又は収縮の動作とともに円形穴の内周面に当接した加工ローラに対して同内周面への荷重を付与する荷重付与手段を備えたことを特徴とする微細凹部の加工装置。
【請求項２】
微細凹部の形成時において、屈曲アームにおける関節部の回動中心とローラ軸の中心とを結ぶ線をＬ１とし、円形穴の内周面と加工ローラとの接点における内周面の接線をＬ２としたときに、線Ｌ１と線Ｌ２の成す角度αが、α＜６０°であることを特徴とする請求項１に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項３】
荷重付与手段が、屈曲アームの収縮動作に伴って荷重を付与するばねであることを特徴とする請求項１又は２に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項４】
荷重付与手段が、屈曲アームを伸展動作させて荷重を付与するアクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項５】
荷重付与手段による付与荷重を検出する荷重検出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の微細凹部の加工装置。
【請求項６】
荷重検出手段が、歪ゲージであることを特徴とする請求項５に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項７】
主軸に装着されるホルダを備え、このホルダに、屈曲アーム及び加工ローラを円形穴の半径方向に一体的に移動させる移動機構を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の微細凹部の加工装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の加工装置を用いて被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成するに際し、主軸の中心線と円形穴の中心線とを一致させると共に、円形穴の内周面に当接させた加工ローラを荷重付与手段によって内周面に押し付けた状態にし、主軸を回転させることにより内周面に沿って加工ローラを転動させると共に、主軸及び被加工物を円形穴の中心線に沿って相対的に移動させて内周面に微細凹部を形成することを特徴とする微細凹部の加工方法。
【請求項９】
荷重検出手段で検出した値に基づいて荷重付与手段による付与荷重を制御することを特徴とする請求項８に記載の微細凹部の加工方法。
【請求項１０】
微細凹部の形成中において荷重付与手段による付与荷重を変化させることを特徴とする請求項８又は９に記載の微細凹部の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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の内周面に、低フリクション化を実現するための微細凹部（油溜り）を形成するのに用いられる微細凹部の加工装置及び加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、例えば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、円形穴の内周面に、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、同内周面に、圧縮空気とともにセラミックス等の小径粒子を投射することにより、透孔により露出している内周面に微細凹部を形成する。
【０００３】
そして、微細凹部を形成した後には、マスキングシートを取り外し、洗浄工程を経た後、ホーニングを行うことにより、ショットブラストを行った際に微細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た。
【特許文献１】特開２００２−３０７３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、微細凹部を規則的に配置することが困難であり、加えて、円形穴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ることから、このような作業が生産性の向上を阻む原因になっていると共に、マスキングシートが使い捨てであるために、マスキングシートの材料、透孔等の加工及び接着剤などによってマスキングに費用がかかり、これが製造コストを増大させているという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであって、被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成するに際し、内周面に対して微細凹部を規則的に且つ高精度に形成することができると共に、生産性の向上や製造コストの低減を実現することができる微細凹部の加工装置及び加工方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の微細凹部の加工装置は、被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成する加工装置であって、回転駆動される主軸側に基端部を連結し且つ中間に関節部を有する屈曲アームと、外周部に微細凹部形成用の凸部を有する加工ローラを備えると共に、屈曲アームの先端部に、主軸と平行なローラ軸を介して加工ローラを回転自在に装着している。
【０００７】
屈曲アームは、回動可能な関節部で屈曲した形態を成しており、加工ローラとともに主軸と一体的に回転する。そして、屈曲アームに、当該屈曲アームの伸展又は収縮の動作とともに円形穴の内周面に当接した加工ローラに対して同内周面への荷重を付与する荷重付与手段を備えている。
【０００８】
当該加工装置は、一般的な工作機械のように、主軸と被加工物を円形穴の中心線に沿って相対的に移動させる手段や、主軸と被加工物を円形穴の半径方向に相対的に移動させる手段を備えたものとすることができ、円形穴に屈曲アーム及び加工ローラを進入させた状態にして、円形穴の内周面に微細凹部を形成する。
【０００９】
本発明の微細凹部の加工方法は、上記の加工装置を用いて被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成するに際して、主軸の中心線と円形穴の中心線とを一致させると共に、円形穴の内周面に当接させた加工ローラを荷重付与手段によって内周面に押し付けた状態にする。
【００１０】
そして、主軸を回転させることにより、屈曲アーム及び加工ローラを一体的に回転させると共に、内周面に沿って加工ローラを転動させ、さらに、主軸及び被加工物を円形穴の中心線に沿って相対的に移動させることにより、内周面の所定範囲にわたって微細凹部を形成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の微細凹部の加工装置によれば、従来のような使い捨てのマスキングシートを用いずに加工ローラによる機械加工を行うことから、微細凹部を規則的に且つ高精度に効率良く形成することができると共に、生産性のさらなる向上や製造コストのさらなる低減を実現することができ、とくに、関節部を有し且つ荷重付与手段を備えた屈曲アームを採用したことから、円形穴の内周面に対して加工ローラを円滑に追従させながら微細凹部を形成することができる。
【００１２】
本発明の微細凹部の加工方法によれば、従来のような使い捨てのマスキングシートを用いずに加工ローラによる機械加工を行うことから、円形穴の内周面に微細凹部を規則的に且つ高精度に形成した被加工物を提供することができると共に、被加工物の生産性のさらなる向上や製造コストのさらなる低減を図ることができる。
【実施例】
【００１３】
以下、図面に基づいて、本発明に係わる微細凹部の加工装置及び加工方法の一実施例を説明する。図１に一部を示す被加工物Ｗは、自動車用エンジンのシリンダブロックであって、円形穴であるシリンダボアＢの内周面に微細凹部が形成される。
【００１４】
本発明の加工装置は、例えばＮＣ工作機械に適用することができる。図３に示す加工装置は、下向きに主軸１を突出させた主軸ヘッド２と、主軸ヘッド２の下側で被加工物を保持する支持台３を備えており、主軸１にホルダ４を装着する。主軸ヘッド２は、垂直方向（Ｚ方向）に移動可能であり、また、支持台３は、水平面で直交する二軸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動可能である。ホルダ４は、図示しない自動工具交換装置により主軸１に対して着脱が行われ、装着状態において主軸１とともに回転駆動される。
【００１５】
そして、加工装置は、図１に示すように、主軸１側であるホルダ４に基端部を連結した屈曲アーム１１と、外周部に微細凹部形成用の凸部１２ａを有する加工ローラ１２と、シリンダボアＢの内周面に当接した加工ローラ１２に対して同内周面への荷重を付与する荷重付与手段を備えている。
【００１６】
屈曲アーム１１は、中間部に回動可能な関節部を有して屈曲形態を成すものであって、ホルダ４に連結した第１リンク１４と、第１リンク１４に回動軸１５を介して連結した第２リンク１６を備えており、回動軸１５が関節部に相当する。第２リンク１６は、所定間隔をおいて対向する上下のリンク部材１６ａ，１６ｂを備えており、その先端部に、複列アンギュラ玉軸受１７及びローラ軸１８を介して、加工ローラ１２が回転自在に装着してある。このとき、回動軸（関節部）１５及びローラ軸１８は主軸１と平行関係にある。
【００１７】
加工ローラ１２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の直径より充分に小さい直径を有している。この実施例の加工ローラ１２は、円周方向に連続した鍔状の凸部１２ａを有しており、シリンダボアＢの内周面に溝状の微細凹部を連続形成する。なお、その他の凸部としては、円周方向に所定間隔で設けた歯車状のものがあり、この場合には、ディンプル状の微細凹部を所定間隔で形成する。
【００１８】
荷重付与手段は、屈曲アーム１１に設けてあって、屈曲アーム１１の伸展又は収縮の動作とともにシリンダボアＢの内周面に当接した加工ローラ１２に対して同内周面への荷重を付与するものであり、この実施例では、屈曲アーム１１の収縮動作に伴って荷重を付与するばねを採用している。より具体的には、荷重付与手段は、回動軸１５に介装したねじりコイルばね１３Ａであり、常態においては、屈曲アーム１１を約９０度に曲げた状態に保持している。
【００１９】
また、加工装置は、ねじりコイルばね（荷重付与手段）１３Ａによる付与荷重を検出する荷重検出手段１９を備えている。この荷重検出手段１９は、例えば歪ゲージを採用することで構造の小型化と高精度の検出が可能となり、例えばねじりコイルばね１３Ａの端部と第２リンク１６の間に介装して、ねじりコイルばね１３Ａの反発力である付与荷重を検出する。
【００２０】
さらに、加工装置は、図示を省略したが、荷重検出手段１９の検出信号が入力される制御装置を備えている。この制御装置は、主軸１、主軸ヘッド２及び支持台３の動作制御を行うほか、荷重検出手段１９が検出した値に基づいて可動部位の動作制御を行うことによって、ねじりコイルばね１３Ａによる付与荷重を制御することもできる。
【００２１】
上記の加工装置を用いて微細凹部の形成を行うには、図２に示すように、シリンダボアＢの中心線に対し、主軸１と同軸であるホルダ４の中心線を反加工ローラ側にオフセットした状態にして、シリンダボアＢ内に屈曲アーム１１や加工ローラ１２を進入させる。
【００２２】
次に、支持台３を移動させてシリンダボアＢの中心線とホルダ４の中心線が一致するように位置決めする。この間、加工ローラ１２がシリンダボアＢの内周面に当接し、双方の距離がさらに縮まると、屈曲アーム１１が収縮動作をするのに伴って、第１リンク１４と第２リンク１６の間でねじりコイルばね１３Ａに圧縮方向のねじれが与えられ、その反発力がシリンダボアＢ内周面に対する加工ローラ１２の押し付け荷重として付与される。
【００２３】
そして、上記のように位置決めをした後、主軸１を回転駆動すると、屈曲アーム１１や加工ローラ１２が主軸１と一体的に回転すると共に、加工ローラ１２がシリンダボアＢの内周面に添って転動し、同内周面に溝状の微細凹部を形成する。また、主軸１の回転駆動と主軸ヘッド２による主軸１の下降とを同期させると、シリンダボアＢの内周面には、中心線方向の所定範囲にわたって溝状の微細凹部が連続的に形成されることとなる。
【００２４】
ここで、当該加工装置では、微細凹部の形成中においては、屈曲アーム１１における関節部（回動軸１５）の回動中心とローラ軸１８の中心とを結ぶ線をＬ１とし、シリンダボアＢの内周面と加工ローラ１２との接点における内周面の接線をＬ２としたときに、線Ｌ１と線Ｌ２の成す角度αが、α＜６０°となるように、第１及び第２のリンク１４，１６の長さ、常態における両リンク１４，１６の角度、及びねじりコイルばね１３Ａのばね定数などが設定してある。
【００２５】
これは、線Ｌ１と線Ｌ２の成す角度αを６０°以上にすると、主軸１と加工ローラ１２との距離が離れすぎて、主軸１とともに回転する屈曲アーム１１が不安定になる恐れがあるからであり、上記の如く角度αを６０°未満にすることで、屈曲アーム１１が安定して関節部の動きが良いものとなり、シリンダボアＢの内周面に対する加工ローラ１２の追従性も良好になる。
【００２６】
また、当該加工方法では、荷重検出手段１９で検出した値をモニタリングすることで、微細凹部の形成状況を判断することができると共に、その検出値に基づいてねじりコイルばね１３Ａによる付与荷重を制御することができる。具体的には、例えば検出した値が減少した場合には、支持台３の移動により屈曲アーム１１が収縮するようにし、ねじりコイルばね１３Ａによる付与荷重を増大させることができ、逆に、検出した値が増大した場合には、屈曲アーム１１が伸展するようにして、付与荷重を減少させることができる。
【００２７】
つまり、荷重検出手段１９で検出した値に基づいて、付与荷重が一定になるようにフィードバック制御することができるので、シリンダボアＢの内径中心位置度、真円度及び円筒度を厳密に仕上げておかなくても、全体にわたって均一な深さ及び幅の微細凹部を形成することができ、これにより仕上げ工程を省略して総加工時間の短縮や低コスト化を図ることができる。
【００２８】
上記の如くフィードバック制御を行うようにすれば、シリンダボアＢの中心線と主軸１の中心線とがずれている場合でも、微細凹部を高精度に形成することができるので、初期の位置決め作業を簡単にすることも可能となり、これによっても総加工時間の短縮や低コスト化に貢献することができる。
【００２９】
さらに、当該加工方法では、微細凹部の形成中において、ねじりコイルばね１３Ａによる付与荷重を変化させる制御を行うこともでき、これにより、部分的に深さや幅の異なる微細凹部を形成することができる。
【００３０】
このようにして、当該加工装置及び加工方法は、従来のような使い捨てのマスキングシートを用いずに加工ローラ１２による機械加工を行うことから、微細凹部を規則的に且つ高精度に効率良く形成し、生産性のさらなる向上や製造コストのさらなる低減を実現するものとなる。
【００３１】
また、当該加工装置及び加工方法は、関節部（回動軸１５）を有し且つねじりコイルばね（荷重付与手段）１３Ａを備えた屈曲アーム１１を採用したことで、シリンダボアＢの内周面に対して加工ローラ１２を円滑に追従させながら微細凹部を形成することができ、このほか、加工ローラ１２の転動に伴って微細凹部を形成するので、工具摩耗も非常に少なく、長い工具寿命が得られるという利点がある。
【００３２】
図４は、本発明の加工装置の他の実施例を説明する図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３３】
この実施例の加工装置は、屈曲アーム１１を構成する第２リンク１６が一本の部材であり加工ローラ１２を片持ち状態で保持している。また、第１リンク１４と第２リンク１６を連結する回動軸（関節部）１５には、屈曲アーム１１の伸展又は収縮の動作とともにシリンダボアＢの内周面に当接した加工ローラ１２に対して同内周面への荷重を付与する荷重付与手段として、屈曲アーム１１を伸展動作させて荷重を付与するロータリーアクチュエータ１３Ｂが設けてある。
【００３４】
上記の加工装置は、先の実施例と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、ロータリーアクチュエータ１３Ｂによって屈曲アーム１１を自由に伸縮動作させることができ、これにより、付与荷重のより高精度な制御が可能となり、全体にわたって均一な微細凹部や部分的に深さが異なる微細凹部を高精度に且つ効率良く形成し得るものとなる。
【００３５】
図５は、本発明の加工装置のさらに他の実施例を説明する図であって、図示の加工装置は、主軸１に装着されるホルダ４に、屈曲アーム１１及び加工ローラ１２をシリンダボアＢの半径方向に一体的に移動させる移動機構２０が設けてある。この移動機構２０は、例えばステッピングモータを動力源とし、ホルダ４側の固定部分に対して屈曲アーム１１を連結する可動部分を水平に移動させるようになっている。
【００３６】
上記の加工装置は、先の実施例と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、主軸１や支持台３を動かさずに、加工ローラ１２をシリンダボアＢの内周面に対して近接離間させて、荷重付与手段（ねじりコイルばね１３Ａ）による付与荷重を精度良く調整することができる。
【００３７】
なお、本発明の加工装置及び加工方法は、その構成の細部が上記各実施例のみに限定されるものではなく、シリンダボア以外の円形穴にも当然適用可能であるほか、例えば、屈曲アームの関節部が複数である構成や、加工ローラ１２に微細凹部形成用の凸部を複数列設けた構成とすることができる。また、荷重付与手段として、ねじりコイルばねやロータリーアクチュエータを例示したが、各種のばねや成形品を含む弾性体や直動型のアクチュエータなどを用いることもできる。
【００３８】
さらに、上記各実施例では、主軸の主軸ヘッドがＺ方向に移動し、被加工物を載置する支持台がＸ方向及びＹ方向に移動するものとしたが、これらの移動手段及び移動方向は適宜変更することが可能であり、微細凹部の形成に際して、主軸側に連結した屈曲アーム及び加工ローラと円形穴を有する被加工物とが相対的に移動する構成であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】微細凹部の加工装置の一実施例を説明する平面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【図２】微細凹部の形成に際してシリンダボアに屈曲アーム及び加工ローラを進入させた状態を示す平面図である。
【図３】加工装置の全体を示す斜視図である。
【図４】微細凹部の加工装置の他の実施例を説明する側面図である。
【図５】微細凹部の加工装置のさらに他の実施例を説明する平面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００４０】
Ｂ      シリンダボア（円形穴）
Ｗ      被加工物
１      主軸
４      ホルダ
１１    屈曲アーム
１２    加工ローラ
１２ａ  微細凹部形成用の凸部
１３Ａ  ねじりコイルばね（荷重付与手段）
１３Ｂ  ロータリーアクチュエータ（荷重付与手段）
１５    回動軸（関節部）
１８    ローラ軸
１９    荷重検出手段
２０    移動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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