(57)【要約】【課題】ワークの姿勢を調整する必要がなく加工時間を短縮すること。【解決手段】ディンプル加工方法において、レーザ光線をレンズを介してワークの曲面に集光して、該曲面にディンプルを加工する。ディンプル加工方法は、ワークの姿勢を決定するステップと、決定したワークの姿勢において、レンズとワークの曲面に対して加工を行う各加工点との距離と、レンズの焦点距離と、のズレ量を夫々算出するステップと、算出した各加工点のズレ量が予め設定された許容範囲以内となるように、各加工点を含む曲面を複数の加工エリアに分割するステップと、分割した加工エリア毎に、該加工エリア内の加工点のズレ量に応じてレンズの位置を調整してディンプルを加工するステップと、を含む。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光線をレンズを介してワークの曲面に集光して、該曲面にディンプルを加工するディンプル加工方法であって、
前記ワークの姿勢を決定するステップと、
前記決定したワークの姿勢において、前記レンズと前記ワークの曲面に対して加工を行う各加工点との距離と、前記レンズの焦点距離と、のズレ量を夫々算出するステップと、
前記算出した各加工点のズレ量が予め設定された許容範囲以内となるように、前記各加工点を含む曲面を複数の加工エリアに分割するステップと、
前記分割した加工エリア毎に、該加工エリア内の加工点のズレ量に応じて前記レンズの位置を調整して前記ディンプルを加工するステップと、
を含む、
ことを特徴するディンプル加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークにディンプルを加工するディンプル加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光線をワークの曲面に照射して、該曲面にディンプルを加工するディンプル加工方法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０３６８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ディンプル加工は、レーザ光線をレンズを利用してワークの一点に集束して加工を実現する。レンズと各加工点の距離と、レンズの焦点距離と、のズレ量が、許容範囲を超えてズレる場合、レンズが一点に集束できなくなる。このため、レーザ光線が均一形状のディンプルを形成できなくなる。このため、レンズと各加工点の距離と、レンズの焦点距離と、のズレ量を許容範囲内に収める必要が生じる。しかし、この場合、各加工点を加工する都度、ワークの姿勢を調整する必要があり、加工時間がかかるという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、ワークの姿勢を調整する必要がなく加工時間を短縮できるディンプル加工方法を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
レーザ光線をレンズを介してワークの曲面に集光して、該曲面にディンプルを加工するディンプル加工方法であって、
前記ワークの姿勢を決定するステップと、
前記決定したワークの姿勢において、前記レンズと前記ワークの曲面に対して加工を行う各加工点との距離と、前記レンズの焦点距離と、のズレ量を夫々算出するステップと、
前記算出した各加工点のズレ量が予め設定された許容範囲以内となるように、前記各加工点を含む曲面を複数の加工エリアに分割するステップと、
前記分割した加工エリア毎に、該加工エリア内の加工点のズレ量に応じて前記レンズの位置を調整して前記ディンプルを加工するステップと、
を含む、
ことを特徴するディンプル加工方法
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ワークの姿勢を調整する必要がなく加工時間を短縮できるディンプル加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るディンプル加工装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
【図２】固定治具の概略的な構成を示す側面図である。
【図３】歯車の加工範囲の一例を示す図である。
【図４】ワークの初期姿勢の一例を示す図である。
【図５】図２に示す固定治具をＣ方向から見た図であり、ワークの姿勢を決める位相合せ機構を示す図である。
【図６】レンズの焦点距離を説明するための図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るディンプル加工方法の処理フローを示すフローチャートである。
【図８】分割された加工エリアの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明の一実施形態に係るディンプル加工装置は、レーザ光線をレンズを介してワークの曲面に集光して、該曲面に複数のディンプルを加工する。例えば、ディンプルは数μｍ程度の径の微細な凹状部である。歯車の歯面などの摺動面にディンプルを形成することで、摺動面の油だまりを改善して油膜を形成し、摺動面の摩擦を低減することができる。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態に係るディンプル加工装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係るディンプル加工装置１は、ワークを固定する固定治具２と、ワークにレーザを照射するレーザ照射装置３と、固定治具２及びレーザ照射装置３を制御する制御装置４と、を備える。
【００１１】
なお、制御装置４は、例えば、制御処理、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）４１、ＣＰＵ４１によって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ４２、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）４３、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、それぞれ、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ４１、メモリ４２、及びインターフェイス部４３は、データバス４４などを介して相互に接続されている。
【００１２】
図２は、固定治具の概略的な構成を示す側面図である。
固定治具２は、水平方向ｄ１及びｄ２に移動可能な設備テーブル２１と、ワークＷを固定する固定部２２と、固定部２２を傾斜させる傾斜機構２３と、ワークＷを回転させるサーボモータ２４と、を有している。固定部２２は、治具センター２２１によりワークＷを前後で挟み込むことで、ワークＷを固定している。治具センター２２１には、ワークＷを所望の角度に回転させるサーボモータ２４が設けられている。サーボモータ２４は、制御装置４からの制御信号に応じて回転駆動する。傾斜機構２３は、固定部２２を所望の傾斜角度βに傾斜させることで、ワークＷを所望の傾斜角度βに傾斜させる。
【００１３】
レーザ照射装置３は、制御装置４からの制御信号に応じて、予め設定された照射方向で、短パルスのレーザ光線を、レンズで収束してワークＷに対して照射する。レーザ光線としては、例えば、パルス幅がピコ秒以下の短パルスと高パルスエネルギーを両立できるピコ秒レーザである。レーザ照射装置３は、このようなピコ秒レーザ光線をワークＷの曲面に照射すると、照射された部分がアブレーションされてディンプルが形成される。レーザ照射装置３には、当該レーザ照射装置３のレンズの位置を移動させる移動機構３１が設けられている。移動機構３１は、制御装置４からの制御信号に応じて、レーザ照射装置３のレンズを移動させ、レンズとワークＷとの距離を調整する。
【００１４】
メモリ４２には、例えば、複数のディンプルをワークＷの曲面に対して加工する際の加工範囲が設定されている。なお、ユーザが、マウス、キーボード、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、タッチパネル、携帯端末などの入力装置などを用いて、ワークＷの加工範囲を制御装置に設定してもよい。
【００１５】
ワークＷは、例えば、はすば歯車である。図３は、歯車の加工範囲の一例を示す図である。例えば、加工範囲として、被駆動側の歯車の歯先から噛合いピッチ円の部分（図３のＣ〜Ｄ）に設定されている。これは、駆動側の歯車の噛合いピッチ円から歯元の部分（図３のＢ〜Ａ）の潤滑を改善するために、相手歯車（被駆動側歯車）の歯先から噛合いピッチ円の部分にディンプルを加工することで実現するからである。
【００１６】
固定治具２の固定部２２の傾斜角度βは、例えば、ワークＷが歯車の場合、その歯車の噛合いピッチ円上の捩れ角に設定される。固定治具２の固定部２２の傾斜角度βと歯車の噛合いピッチ円上の捩れ角とが相殺され、レーザ光線の入射方向は、噛合いピッチ円の歯直角平面にある。例えば、図４に示す如く、レーザ光線が隣接歯の歯先に接して噛合いピッチ円上の歯幅中央点Ｐに入射し最大入射角度を実現するように、ワークＷの初期姿勢が設定される。また、歯幅中央点Ｐにレーザ光線を集中させ、レーザ照射装置３のレンズの初期高さが設定される。
【００１７】
図５は、図２に示す固定治具をＣ方向から見た図であり、ワークＷの姿勢を決める位相合せ機構を示す図である。例えば、図５に示す如く、上述したワークＷの初期姿勢を位相合せ機構５を用いて設定してもよい。位相合せ機構５は、固定治具２に固定される。例えば、位相合せ機構５は、一対の合せ部５１を用いて、歯車の歯を挟み込むことで位置決めを行う。歯車の第１番目の歯の位置決めを行い、そのとき位置合せ機構５の姿勢を決める。次の歯車については、その最初に決めた位置合せ機構の姿勢で、その次の歯車の初期姿勢を容易に決めることができる。
【００１８】
制御装置４は、設定されたレーザ光線の照射方向で、レンズと加工範囲内の各加工点との距離と、レンズの焦点距離と、のズレ量Ｄを、例えば、ワークＷの３次元モデルデータ（ＣＡＤ（computer-aided design）データなど）に基づいて算出する。制御装置４は、算出したズレ量Ｄと、予め設定された許容範囲と、に基づいて、複数の加工点を含む加工範囲を複数のエリアに分割する。
【００１９】
ところで、ディンプル加工は、図６に示す如く、レーザ光線をレンズを利用してワークＷの一点に集束して加工を実現する。レンズと各加工点の距離と、レンズの焦点距離と、のズレ量が、許容範囲（例えば、±Ｘｍｍ）を超えてズレる場合、レーザ光線が一点に集束できなくなる。このため、レーザ光線が均一形状（径、深さなど）のディンプルを形成できなくなる。したがって、レンズと各加工点の距離と、レンズの焦点距離と、のズレ量を許容範囲内に収める必要が生じる。しかし、各加工点を加工する都度、ワークＷの姿勢を調整する必要があり、加工時間がかかるという問題が生じる。なお、５軸制御などを行って、ワークＷの姿勢を調整することも考えられるが、その設備費が高額となる。
【００２０】
これに対し、本実施形態に係るディンプル加工装置１は、決定したワークＷの姿勢において、レンズと加工範囲の各加工点との距離と、レンズの焦点距離と、のズレ量Ｄを夫々算出し、算出した各加工点のズレ量Ｄが予め設定された許容範囲以内となるように、各加工点を含む曲面を複数の加工エリアに分割し、分割した加工エリア毎に、該加工エリア内の加工点のズレ量に応じてレンズの位置を調整してディンプルを加工する。
【００２１】
これにより、各加工エリアでは、加工点のズレ量が予め設定された許容範囲以内となるため、レーザ光線が一点に集束し、均一形状のディンプルが形成される。したがって、ワークＷの姿勢を調整する必要がないため加工時間を短縮できる。また、設備コストのかかる５軸制御を用いることなく、３軸制御によって上記ディンプル加工が実現できることから製造コストの低減に繋がる。
【００２２】
図７は、本発明の一実施形態に係るディンプル加工方法の処理フローを示すフローチャートである。
ワークＷが固定治具２に固定され、ワークＷの初期姿勢が決定される（ステップＳ１０１）。
【００２３】
制御装置４は、決定したワークＷの姿勢において、レンズと加工範囲の各加工点との距離と、レンズの焦点距離と、のズレ量Ｄを夫々算出する（ステップＳ１０２）。なお、制御装置４は、レンズと加工範囲の各加工点との距離を算出しているが、これに限定されない。ユーザがＰＣなどを用いて、レンズと加工範囲の各加工点との距離を算出し、制御装置４に入力してもよい。これにより、加工設備費の低減に繋がる。
制御装置４は、算出した各加工点のズレ量Ｄが予め設定された許容範囲以内となるように、設定された加工範囲を複数の加工エリアに分割する（ステップＳ１０３）。なお、ユーザがＰＣなどを用いて、算出した各加工点のズレ量Ｄが予め設定された許容範囲以内となるように、設定された加工範囲を複数の加工エリアに分割し、その分割した結果を制御装置４に入力していもよい。これにより、加工設備費の低減に繋がる。
【００２４】
制御装置４は、固定治具及びレーザ照射装置３を制御して、分割した加工エリア毎に、該加工エリア内の各加工点のズレ量に応じてレンズの位置を調整してレンズと加工エリアとの距離を調整し、ディンプルを加工する（ステップＳ１０４）。
【００２５】
ここで、上述した加工エリアについて詳細に説明する。図８は、分割された加工エリアの一例を示す図である。制御装置４は、例えば、図４に示す歯車の歯面の歯先〜噛合いピッチ円までの加工範囲を、図８に示す加工エリアＺ１〜Ｚ４に分割する。制御装置４は、図８に示す如く、算出した各加工点のズレ量Ｄが予め設定された許容範囲（±Ｘｍｍ）以内となるように、加工範囲を複数の加工エリアＺ１〜Ｚ４に分割する。
【００２６】
続いて、図４及び８を参照して、分割した加工エリア毎にディンプルを加工する方法の一例を詳細に説明する。図４に示すはすば歯車は、例えば、ｎ個の歯を有ており、１番目の歯を第１歯と称し、以降の歯についても同様に表記する。
【００２７】
まず、制御装置４は、加工範囲の加工エリアＺ１内の各加工点とレンズとの距離と、レンズの焦点距離とのズレ量Ｄの平均値（以下、平均ズレ量と称す）を算出する。制御装置４は、算出した加工エリアＺ１の平均ズレ量が許容範囲を超えているか否かを判断する。制御装置４は、加工エリアＺ１の平均ズレ量が許容範囲を超えていると判断した場合、平均ズレ量が許容範囲内に入るように、レーザ照射装置３の移動機構３１を制御して、レンズと加工エリアＺ１との距離を調整する。制御装置４は、例えば、図８に示す如く、加工エリアＺ１の平均ズレ量が許容範囲を超えていると判断し、平均ズレ量が許容範囲内に入るように、レーザ照射装置３のレンズを−Ｘ１ｍｍだけ移動させる（この場合、レンズを加工エリアＺ１にＸ１ｍｍだけ接近させる）。なお、制御装置４は、加工エリアＺ１の平均ズレ量が許容範囲を超えていないと判断した場合、レーザ照射装置３のレンズを移動させることなく、後述のディンプル加工を開始する。
【００２８】
制御装置４は、レーザ照射装置３を制御して、第１歯の加工範囲の加工エリアＺ１に対してレーザ光線を照射して、加工エリアＺ１内に複数のディンプルを加工する。次に、制御装置４は、固定治具２のサーボモータ２４を制御して、ワークＷを所定角度だけ回転させる。所定角度は、例えば、３６０°／ｎ（歯数）の角度に設定されている。制御装置４は、レーザ照射装置３を制御して、第２歯の加工範囲の加工エリアＺ１に対してレーザ光線を照射して、加工エリアＺ１内に複数のディンプルを加工する。制御装置４は、上記したワークＷの回転、及び加工エリアＺ１内のディンプル加工、を繰返し、全歯について、加工エリアＺ１のディンプル加工を行う。
【００２９】
制御装置４は、全歯について、加工エリアＺ１のディンプル加工が完了すると、固定治具２の設備テーブル２１を水平方向ｄ１に距離Ｌ１だけ移動させる。
【００３０】
制御装置４は、加工エリアＺ１と同様に、加工エリアＺ２の平均ズレ量が許容範囲を超えているか否かを判断する。この場合、制御装置４は、例えば、図８に示す如く、加工エリアＺ２の平均ズレ量が許容範囲を超えていると判断し、平均ズレ量が許容範囲内に入るように、レーザ照射装置３のレンズを−Ｘ２ｍｍだけ移動させる（この場合、レンズを加工エリアＺ２にＸ２ｍｍだけ接近させる）。
【００３１】
制御装置４は、加工エリアＺ１と同様に、レーザ照射装置３を制御して、第１歯〜第ｎ歯までの加工範囲の加工エリアＺ２に対してレーザ光線を照射して、加工エリアＺ２内に複数のディンプルを加工する。制御装置４は、全歯について、加工エリアＺ２のディンプル加工が完了すると、さらに、固定治具２の設備テーブル２１を水平方向ｄ１に距離Ｌ１だけ移動させる。
【００３２】
制御装置４は、加工エリアＺ１と同様に、加工エリアＺ３の平均ズレ量が許容範囲を超えているか否かを判断する。この場合、制御装置４は、例えば、図８に示す如く、加工エリアＺ３の平均ズレ量が許容範囲を超えていると判断し、平均ズレ量が許容範囲内に入るように、レーザ照射装置３のレンズを−Ｘ３ｍｍだけ移動させる（この場合、レンズを加工エリアＺ３にＸ３ｍｍだけ接近させる）。
【００３３】
制御装置４は、加工エリアＺ１と同様に、レーザ照射装置３を制御して、第１歯〜第ｎ歯までの加工範囲の加工エリアＺ３に対してレーザ光線を照射して、加工エリアＺ３内に複数のディンプルを加工する。制御装置４は、全歯について、加工エリアＺ３のディンプル加工が完了すると、固定治具２の設備テーブル２１の移動を行わず、加工エリアＺ４のディンプル加工を行う。
【００３４】
制御装置４は、加工エリアＺ１と同様に、加工エリアＺ４の平均ズレ量が許容範囲を超えているか否かを判断する。この場合、制御装置４は、例えば、図８に示す如く、加工エリアＺ３の平均ズレ量が許容範囲を超えていると判断し、平均ズレ量が許容範囲内に入るように、レーザ照射装置３のレンズを−Ｘ４ｍｍだけ移動させる（この場合、レンズを加工エリアＺ４にＸ４ｍｍだけ接近させる）。
【００３５】
制御装置４は、加工エリアＺ１と同様に、レーザ照射装置３を制御して、第１歯〜第ｎ歯までの加工範囲の加工エリアＺ４に対してレーザ光線を照射して、加工エリアＺ４内に複数のディンプルを加工する。
【００３６】
以上、本実施形態に係るディンプル加工装置１は、ワークの姿勢を決定し、決定したワークの姿勢において、レンズとワークの曲面に対して加工を行う各加工点との距離と、レンズの焦点距離と、のズレ量を夫々算出する。そして、ディンプル加工装置１は、算出した各加工点のズレ量が予め設定された許容範囲以内となるように、各加工点を含む曲面を複数の加工エリアに分割し、分割した加工エリア毎に、該加工エリア内の加工点のズレ量に応じてレンズの位置を調整してディンプルを加工する。これにより、各加工エリアでは、加工点のズレ量が許容範囲以内となるため、レーザ光線が一点に集束し、均一形状のディンプルが形成される。したがって、ワークＷの姿勢を調整する必要がないため加工時間を短縮できる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施形態において、制御装置４は、加工エリアの平均ズレ量が許容範囲を超えているか否かを判断しているが、これに限定されない。制御装置４は、加工エリアの各加工点のズレ量の最大値あるいは最小値が許容範囲を超えているか否かを判断してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１  ディンプル加工装置、２  固定治具、３  レーザ照射装置、４  制御装置、２１  設備テーブル、２２  固定部、２３  傾斜機構、２４  サーボモータ
【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】
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