(57)【要約】【課題】工具が形成する微細凹部の傾きを極めて少なくし、工具が被加工物から受ける衝撃を緩和し得る微細凹部加工装置及び微細形状加工方法を提供すること。【解決手段】凸部と弾性部や可動部と取付部とを有する微細凹部形成用工具と、工具を摺動自在に支持する工具支持部材と、工具を被加工物に圧接させる荷重付与手段と、工具の荷重・変位検出手段とを備える微細凹部加工装置である。  凸部と弾性部や可動部と取付部とを有する微細凹部形成用工具１０と、工具１０を回転自在に支持する工具支持部材１１と、工具支持部材１１を保持する工具ホルダと、工具１０を円周面に圧接させる荷重付与手段１４と、工具ホルダを回転させる回転駆動手段と、工具の荷重検出手段１４．５と変位検出手段１５とを備える微細凹部加工装置である。  微細凹部形成前に、該形成部位を加熱・冷却する微細形状加工方法である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細凹部形成用工具と、工具支持部材と、荷重付与手段と、荷重・変位検出手段とを備える微細凹部加工装置であって、
上記微細凹部形成用工具は、先端から凸部と、弾性部及び／又は可動部と、取付部とを有し、該弾性部は被加工物よりも低硬度な材料より構成され、該可動部は取付部と凸部とが形成する屈折角θを−９０°＜θ＜９０°の範囲に屈折可能であり、
上記工具支持部材は、微細凹部形成用工具を前後へ摺動自在に支持し、
上記荷重付与手段は、微細凹部形成用工具に荷重を付与して該工具の凸部を被加工物に圧接させ、
上記荷重・変位検出手段は、微細凹部形成用工具の荷重及び／又は変位を検出する、ことを特徴とする微細凹部加工装置。
【請求項２】
微細凹部形成用工具と、工具支持部材と、工具ホルダと、荷重付与手段と、回転駆動手段と、荷重・変位検出手段とを備える微細凹部加工装置であって、
上記微細凹部形成用工具は、先端から凸部と、弾性部及び／又は可動部と、取付部とを有し、該弾性部は被加工物よりも低硬度な材料より構成され、該可動部は取付部と凸部とが−９０°＜θ＜９０°の範囲で屈折角θを形成するように屈折可能であり、
上記工具支持部材は、微細凹部形成用工具を回転自在に支持し、
上記工具ホルダは、被加工物に対して円周面の中心線と微細凹部形成用工具の回転軸とが平行になる状態に工具支持部材を保持し、
上記荷重付与手段は、工具ホルダ側から工具支持部材に荷重を付与して微細凹部形成用工具を円周面に圧接させ、
上記回転駆動手段は、工具ホルダを被加工物の内周面の中心線回りに相対的に回転させ、
上記荷重・変位検出手段は、工具ホルダに対する微細凹部形成用工具の荷重及び／又は変位を検出する、ことを特徴とする微細凹部加工装置。
【請求項３】
上記微細凹部形成用工具の凸部が、弾性部から突出し且つ突き出し量が微細凹部の加工深さに相当する長さであることを特徴とする請求項１又は２に記載の微細凹部加工装置。
【請求項４】
被加工物を部分的に加熱及び／又は冷却できる高硬度化手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の微細凹部加工装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の微細凹部加工装置を用いた微細形状加工方法であって、
検出される荷重及び／又は変位が一定となるように、荷重及び／又は変位を制御することを特徴とする微細形状加工方法。
【請求項６】
請求項４に記載の微細凹部加工装置を用いた微細形状加工方法において、
被加工物の表面に微細凹部を形成する前に、該形成部位を加熱及び／又は冷却することを特徴とする微細形状加工方法。
【請求項７】
クランクジャーナル、クランクピン、カムジャーナル、カムロブ及びシリンダボアから成る群より選ばれた少なくとも１種の部品の表面加工に適用することを特徴とする請求項５又は６に記載の微細形状加工方法。
【請求項８】
請求項５又は６に記載の微細形状加工方法を適用したことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細凹部加工装置及び微細形状加工方法に係り、更に詳細には、例えば、自動車用エンジンにおけるシリンダブロックのシリンダボアの内周面やカムシャフトのジャーナル部の外周面、トラクションドライブ式変速機の転動体の表面などのように摺動接触を伴う被加工物の表面に、低フリクション化を実現するための微細凹部（油だまり）を形成するのに用いられる微細凹部加工装置及び微細形状加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロロールフォーミング（ＭＲＦ）による微細加工は、スプリングなどを介してローラをワークに押し付けることにより行われており、常にほぼ一定の荷重がワークにかかるようになっていた（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３６１３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
かかる微細加工では、加工用工具（ローラ先端形状）が矩形であるため、該工具が傾いていると加工形状に大きく影響することが問題となっていた。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、工具が形成する微細凹部の傾きを極めて少なくし、工具が被加工物から受ける衝撃を緩和し得る微細凹部加工装置及び微細形状加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、工具の先端近傍に応力を緩和できる機構を設けることにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明の微細凹部加工装置は、微細凹部形成用工具と、工具支持部材と、荷重付与手段と、荷重・変位検出手段とを備える微細凹部加工装置であって、
上記微細凹部形成用工具は、先端から凸部と、弾性部及び／又は可動部と、取付部とを有し、該弾性部は被加工物よりも低硬度な材料より構成され、該可動部は取付部と凸部とが形成する屈折角θを−９０°＜θ＜９０°の範囲に屈折可能であり、
上記工具支持部材は、微細凹部形成用工具を前後へ摺動自在に支持し、
上記荷重付与手段は、微細凹部形成用工具に荷重を付与して該工具の凸部を被加工物に圧接させ、
上記荷重・変位検出手段は、微細凹部形成用工具の荷重及び／又は変位を検出する、ことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の他の微細凹部加工装置は、微細凹部形成用工具と、工具支持部材と、工具ホルダと、荷重付与手段と、回転駆動手段と、荷重・変位検出手段とを備える微細凹部加工装置であって、
上記微細凹部形成用工具は、先端から凸部と、弾性部及び／又は可動部と、取付部とを有し、該弾性部は被加工物よりも低硬度な材料より構成され、該可動部は取付部と凸部とが−９０°＜θ＜９０°の範囲で屈折角θを形成するように屈折可能であり、
上記工具支持部材は、微細凹部形成用工具を回転自在に支持し、
上記工具ホルダは、被加工物に対して円周面の中心線と微細凹部形成用工具の回転軸とが平行になる状態に工具支持部材を保持し、
上記荷重付与手段は、工具ホルダ側から工具支持部材に荷重を付与して微細凹部形成用工具を円周面に圧接させ、
上記回転駆動手段は、工具ホルダを被加工物の内周面の中心線回りに相対的に回転させ、
上記荷重・変位検出手段は、工具ホルダに対する微細凹部形成用工具の荷重及び／又は変位を検出する、ことを特徴とする。
【０００８】
更に、本発明の微細凹部加工装置の好適形態は、上記微細凹部形成用工具の凸部が、弾性部から突出し且つ突き出し量が微細凹部の加工深さに相当する長さであることを特徴とする。
【０００９】
更にまた、本発明の微細凹部加工装置の他の好適形態は、被加工物を部分的に加熱及び／又は冷却できる高硬度化手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の微細形状加工方法は、上記微細凹部加工装置を用い、被加工物の表面に微細凹部を形成する前に、該形成部位を加熱及び／又は冷却することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被加工物表面のうねりや芯ずれが抑制され、深さ、角度が均等な微細凹部を的確に形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の微細凹部加工装置について詳細に説明する。なお、本特許請求の範囲及び本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１３】
本発明の第１の微細凹部加工装置は、微細凹部形成用工具と、工具支持部材と、荷重付与手段と、荷重・変位検出手段とを備え、被加工物の表面に微細な窪み（大きさ１ｍｍ以下）を加工するものである。
【００１４】
ここで、図１に微細凹部加工装置の一例を示す。
この装置は、微細凹部形成用工具として、取付部２、弾性部３、凸部４で構成されるピン１を有する。また、弾性部３は、被加工物６よりも硬度の低い材料、凸部４は被加工物６よりも硬度の高い材料で構成されている。
【００１５】
例えば、被加工物が鋳鉄やアルミであるときは、上記弾性部は、ゴムや高分子材料などで構成でき、上記凸部は、例えば、セラミックスやダイヤモンドなどで構成できる。
【００１６】
また、ピン１は、工具支持部材５に支持され、装置の下方にある被加工物６に対して荷重できるよう上下方向に摺動自在となっている。
【００１７】
更に、ピン１の取付部２は、荷重付与手段としてのアクチュエーター７に連結されている。このアクチュエーター７は、ピン１に荷重を付与して凸部４を被加工物６に圧接させることができる。
なお、荷重付与手段は、特にアクチュエーターに限定されず、スプリングなども適宜使用できる。
【００１８】
更にまた、アクチュエーター７は、荷重検出手段として荷重センサー７．５、変位検出手段としての変位センサー８，及び制御用ＰＣ９に接続されている。この変位検出手段により、ピン１の荷重、変位のいずれか一方又は双方が検出され、アクチュエーター７に一定の荷重及び／又は変位が加わるように荷重、変位のいずれか一方又は双方が制御される。
【００１９】
このような構成により、図２及び図３に示すように、微細凹部が被加工物表面に倣って（垂直方向に）加工される。言い換えれば、被加工物表面に対して傾いた状態でピンが荷重されたときでも、被加工物表面に平行な凹部底面を有する微細凹部を形成できる。また、ピンの凸部が受ける衝撃を弾性部が吸収するので、ピンの寿命を延長できる。
一方、従来の装置では、ピンの荷重方向（被加工物表面に垂直）に対して先端が傾いていると、図４及び図５に示すように、被加工物表面のうねり、芯ずれにより、微細凹部が斜めに形成され凹部底面は均一な深さを有しないこととなる。
【００２０】
次に、本発明の第２の微細凹部加工装置は、微細凹部形成用工具と、工具支持部材と、工具ホルダと、荷重付与手段と、回転駆動手段と、荷重・変位検出手段とを備え、被加工物の表面（円筒状部品の内壁など）に微細な窪み（大きさ１ｍｍ以下）を加工するものである。
【００２１】
ここで、図６に微細凹部加工装置の一例を示す。
この装置は、微細凹部形成用工具として、円板上のフォームローラ１０を有する。また、フォームローラ１０は、外縁より、凸部、弾性部、取付部を有する。
ローラ支持部材１１は、工具ホルダ１２により被加工物に対して円周面の中心線とフォームローラのローラ軸とが平行になる状態にスプライン軸１３で保持されている。
【００２２】
また、フォームローラ１０は、ローラ支持部材１１により支持され、円周方向に自由に回転できる。
更に、荷重付与手段であるスプリング１４を用いて、工具ホルダ１２側からローラ支持部材１１に荷重を付与することにより、フォームローラ１０を被加工物の内周面に圧接させ得る。このとき、荷重検出手段である荷重センサー１４．５でフォームローラ１０に加えられる荷重を検出させ、変位検出手段である変位センサー１５で工具ホルダ１２に対するフォームローラ１０の変位を検出させ得る。
更にまた、図示しない回転駆動手段は、工具ホルダ１２を被加工物の内周面の中心線回りに相対的に回転させ得る。
なお、荷重付与手段は、特にスプリングに限定されず、アクチュエーターなども適宜使用できる。
【００２３】
このような構成により、第１の装置と同様に、被加工物表面に対して傾いてローラが荷重されたときでも、被加工物表面に平行な凹部底面を有する微細凹部を加工できる。また、ローラの凸部が受ける衝撃を弾性部が吸収するので、ローラの寿命を延長できる。
【００２４】
なお、上述の２つの装置においては、工具（ピン１又はローラ１０）には、弾性部の代わりに又は弾性部とともに、図７に示すような可動部を設けても良い。この可動部は、取付部と凸部とが形成する屈折角θを−９０°＜θ＜９０°の範囲に屈折できるようにする。
これにより、被加工物表面に大きな角度変化があっても、ピン１又はローラ１０をスムーズに追従させ、均等な深さを有する微細凹部を形成し得る。
【００２５】
また、上記微細凹部形成用工具の凸部は、弾性部から突出しており、その突き出し量が加工を行う微細形状の加工深さに相当する長さであることが好適である。
このときは、図８に示すように、工具を弾性部まで押し込んだときの荷重変化を測定することで、加工深さを高精度に制御して加工できる。
【００２６】
更に、被加工物を部分的に加熱、冷却のいずれか一方の処理又は双方の処理ができる高硬度化手段を備えることが好適である。
例えば、図９に示すように、レーザーや超音波などの局所加熱装置１６にて急速過熱し、ガスや液体などの冷媒で急速冷却することができる。また、このときはワーク６の局所部位を監視できるカメラ１７などを設置することが望ましい。
これにより、加工物表面を部分的に高硬度化させることで、被加工物と弾性部との硬度差を更に大きくして、被加工物表面への工具先端の微細形状の追従性を向上させ得る。
【００２７】
次に、本発明の微細形状加工方法について説明する。
この加工方法では、上記高硬度化手段を備える微細凹部加工装置を用い、被加工物の表面に微細凹部を形成する前に、該形成部位に加熱処理、冷却処理のいずれか一方又は双方を行い、微細凹部形成部位を高硬度化する。
これにより、弾性部や可動部がより有効に作用することとなり、微細凹部を的確に被加工物表面に形成できる。
【００２８】
また、本発明の微細形状加工方法は、クランクジャーナル、クランクピン、カムジャーナル、カムロブ又はシリンダボア、及びこれらの任意の組合せに係る部品の表面加工に適用することができる。
このときは、エンジンの摩擦を低減し燃費を向上させることができる。
例えば、図１０に示すように、自動車用エンジンのシリンダブロックを被加工物として、被加工物の円周面、即ち円形穴であるシリンダボアの内周面に微細凹部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の微細凹部加工装置の一例を示すする概略図である。
【図２】弾性部付き工具により微細凹部が形成される様子を示す概略図である。
【図３】本発明の装置で形成された微細凹部の一例を示す概略図である。
【図４】従来の工具により微細凹部が形成される様子を示す概略図である。
【図５】従来の装置で形成された微細凹部の一例を示す概略図である。
【図６】本発明の微細凹部加工装置の他の例を示すする概略図である。
【図７】可動部を有する微細凹部形成用工具の一例を示すする概略図である。
【図８】弾性部から突出する凸部を有する工具における荷重と凹部加工深さとの関係を示すグラフである。
【図９】高硬度化手段を備える微細凹部加工装置の一例を示す概略図である。
【図１０】微細凹部を形成するシリンダブロックの一例を示す平面図及び断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１，１０    微細凹部形成用工具（ピン、フォームローラ）
２    取付部
３    弾性部
４    凸部
５    工具支持部材
６    被加工物（ワーク）
７    アクチュエーター
７．５  荷重センサー
８    変位センサー
９    制御用ＰＣ
１１  ローラ支持部材
１２  工具ホルダ
１３  スプライン軸
１４  スプリング
１４．５  荷重センサー
１５  変位センサー
１６  局所加熱装置
１７  カメラ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006289471.tif 000010
【図９】
2006289471.tif 000011
【図１０】
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