(57)【要約】【課題】円筒部材、例えば、長尺状の円筒部材や薄肉中空状の円筒部材の外周面に微細凹部を形成する際に、曲がりの発生を抑制しつつ複雑な形状の微細凹部を形成することができ、近傍に干渉物のある円筒部材の外周面に微細凹部を形成する際にも、剛性を下げることなく外周面の全面にわたって１回の加工動作で微細凹部を形成することができる微細凹部加工装置を提供する。【解決手段】外周面２ａに微細な凹凸２ｂを有する加工ローラ２を備え、加工ローラ２の外周面２ａを円筒部材Ｗの外周面Ｗａに押し付けて微細凹部を形成する微細凹部加工装置において、加工ローラ２と平行を成すローラ３を設けると共に、加工ローラ２及びローラ３の双方を支持して加工ローラ２を円筒部材Ｗに押し付ける段階で加工ローラ２の押し付け位置とは円筒部材Ｗの円周方向にずらせた位置にローラ３の外周面３ａを押し付けるローラ支持部１０を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に微細な凹凸を有する加工ローラを備え、この加工ローラの外周面を回転する円筒部材の外周面に押し付けて微細凹部を形成する微細凹部加工装置において、上記加工ローラと平行を成すローラを設けると共に、上記加工ローラ及びローラの双方を支持して加工ローラを円筒部材に押し付ける段階で上記加工ローラの押し付け位置とは円筒部材の円周方向にずらせた位置に上記ローラの外周面を押し付けるローラ支持部を設けたことを特徴とする微細凹部加工装置。
【請求項２】
加工ローラ及びローラの各外周面同士を互いに向かい合わせて配置した請求項１に記載の微細凹部加工装置。
【請求項３】
ローラの外周面に、微細な凹凸が形成してある請求項１又は２に記載の微細凹部加工装置。
【請求項４】
ローラの少なくとも一部分を弾性体で形成してある請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の微細凹部加工装置。
【請求項５】
加工ローラ及びローラを互いに回転軸方向にずらせて配置した請求項１に記載の微細凹部加工装置。
【請求項６】
ローラの外周面に、加工ローラの外周面に形成した微細な凹凸とは異なる微細な凹凸が形成してある請求項１〜３，５のいずれか一つの項に記載の微細凹部加工装置。
【請求項７】
ローラ支持部は、先端部に加工ローラを回転可能に保持する一方のアームと、先端部にローラを回転可能に保持する他方のアームと、上記両アームをそれぞれ揺動させて加工ローラ及びローラを互いに接近離間させる揺動機構と、上記揺動機構を介して両アームをそれぞれ揺動させて上記加工ローラ及びローラの円筒部材に対する押し付け荷重を生じさせる荷重付与手段を具備している請求項１〜６のいずれか一つの項に記載の微細凹部加工装置。
【請求項８】
荷重付与手段を流体圧によるものとした請求項７に記載の微細凹部加工装置。
【請求項９】
加工ローラ及びローラの円筒部材に対する押し付け荷重を略等しく設定した請求項１〜８のいずれか一つの項に記載の微細凹部加工装置。
【請求項１０】
ローラ支持部は、先端部に加工ローラを回転可能に保持する一方のアームと、先端部にローラを回転可能に保持する他方のアームと、上記両アームをそれぞれ揺動させて加工ローラ及びローラを互いに接近離間させる揺動機構と、上記両アーム間に設けられて円筒部材に押し付けた上記加工ローラ及びローラを互いに引き寄せて円筒部材に対する押し付け荷重を生じさせる引張りばねを具備している請求項１〜６のいずれか一つの項に記載の微細凹部加工装置。
【請求項１１】
揺動機構は、両アームの各基端部を支持して円筒部材に向けて往復移動する支持部材を具備している請求項１０に記載の微細凹部加工装置。
【請求項１２】
加工ローラ及びローラの円筒部材に対する押し付け荷重を検知する検知手段を設けた請求項１〜１１のいずれか一つの項に記載の微細凹部加工装置。
【請求項１３】
円筒部材を間にしてこの円筒部材の加工ローラ及びローラが接触する側とは反対側における外周面に押圧力を付与する押圧力付与手段を設けた請求項１〜１２のいずれか一つの項に記載の微細凹部加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒部材の外周面、例えば、クランクピンやジャーナルやカムジャーナルの外周面に微細凹部を形成する際に用いられる微細凹部加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記したようなクランクピンやジャーナルやカムジャーナル等の干渉物がある円筒部材の外周面に微細な凹部を形成する場合には、上記干渉物がある都合上、外周面に微細な凹凸を有する加工ローラを円筒部材の回転軸方向に移動させることができないことから、総形の加工ローラを円筒部材の外周面に一定荷重で押し付けて微細な凹部を形成するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−４６００１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、上記したように、総形の加工ローラを用いて円筒部材の外周面に微細な凹部を形成する場合においても、干渉物がある関係で総形の加工ローラを保持するアームを大きくすることができないため、アームの大型化を抑えたことによる剛性上の懸念を拭いきれないという問題がある。この際、ローラの直径を大きくすることでアームとの干渉を回避することはできるが、この場合には、ローラの製作が極めて困難であって、コストアップを強いられるという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００５】
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、円筒部材、例えば、長尺状の円筒部材や薄肉中空状の円筒部材の外周面に微細凹部を形成する際に、曲がりの発生を抑制しつつ複雑な形状の微細凹部を形成することができるのに加えて、近傍に干渉物のある円筒部材の外周面に微細凹部を形成する際にも、剛性を下げることなく外周面の全面にわたって１回の加工動作で微細凹部を形成することができ、その結果、工程数の削減及び微細凹部の加工精度の大幅な向上を実現することが可能である微細凹部加工装置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】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、円筒部材の外周面に微細凹部を形成するに際して、加工ローラ及びこれとは異なるローラを円筒部材の外周面に押し付けるようになすことで、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、外周面に微細な凹凸を有する加工ローラを備え、この加工ローラの外周面を回転する円筒部材の外周面に押し付けて微細凹部を形成する微細凹部加工装置において、上記加工ローラと平行を成すローラを設けると共に、上記加工ローラ及びローラの双方を支持して加工ローラを円筒部材に押し付ける段階で上記加工ローラの押し付け位置とは円筒部材の円周方向にずらせた位置に上記ローラの外周面を押し付けるローラ支持部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。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、上記した構成としているので、曲がりの発生を抑えつつ、円筒部材の外周面、例えば、長尺状の円筒部材や薄肉中空状の円筒部材の外周面に複雑な形状の微細凹部を形成することができ、加えて、近傍に干渉物のある円筒部材の外周面に対しても、剛性を下げることなく全面にわたって１回の加工動作で微細凹部を形成することができ、その結果、工程数の削減及び微細凹部の加工精度の大幅な向上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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の微細凹部加工装置において、加工ローラ及びローラの各外周面同士を互いに向かい合わせて配置すると、押し付け力が円筒部材を間にして対向するようにして分散するため、円筒部材の変形（曲がり）が効率良く抑制されることとなる。
【００１０】
また、本発明の微細凹部加工装置において、ローラの外周面に微細な凹凸を形成すると、加工ローラの微細な凹凸と複合して、円筒部材の外周面には様々なパターンの微細凹部が形成されることとなり、ローラを円筒やクラウニング状のローラとすると、被加工物である円筒部材を拘束することができるので、精度の良い微細な凹部加工を行い得ることとなる。特にクラウニング状のローラとすると、被加工物が傾いた場合であったとしても確実に接触させることができる。
【００１１】
さらに、本発明の微細凹部加工装置において、ローラの少なくとも一部分を弾性体で形成すると、被加工物である円筒部材に傷を付けることなくたわみの抑制を行い得ることとなって、加工精度が向上する。
【００１２】
一方、本発明の微細凹部加工装置において、加工ローラ及びローラを互いに回転軸方向にずらせて配置すると、円筒部材の外周面の幅方向全体に同時に微細凹部を形成することができ、加えて、ローラ幅方向の寸法を小さく抑えつつも、円筒部材の外周面の全面を加工することができ、これにより、例えば、クランクピンやジャーナルなどの干渉する壁面を近傍に有する円筒部材であったとしても、全面に加工を施し得ることとなる。
【００１３】
そして、本発明の微細凹部加工装置において、ローラの外周面に、加工ローラの外周面に形成した微細な凹凸とは異なる微細な凹凸を形成すると、加工ローラ及びローラの各外周面同士が互いに対向している場合、２個のローラにより、例えば、縦横の溝が複合したパターンの微細凹部を形成し得るうえ、２個のローラの各外周面に微細な凹凸を形成する各々の工具の製作が容易となり、この際、例えば、加工ローラの幅方向右半分にのみ微細な凹凸を形成すると共に、ローラの幅方向左半分にのみ加工ローラの微細な凹凸とは異なる微細な凹凸を形成すると、円筒部材の外周面には、その幅方向の中心線を境にして左右で互いに異なるパターンの微細凹部が形成されることとなる、すなわち、円筒部材の外周面内に２通りのパターンの微細凹部が形成されることとなる。
【００１４】
さらにまた、本発明の微細凹部加工装置では、ローラ支持部として、先端部に加工ローラを回転可能に保持する一方のアームと、先端部にローラを回転可能に保持する他方のアームと、上記両アームをそれぞれ揺動させて加工ローラ及びローラを互いに接近離間させる揺動機構と、上記揺動機構を介して両アームをそれぞれ揺動させて上記加工ローラ及びローラの円筒部材に対する押し付け荷重を生じさせる荷重付与手段を具備した構成のローラ支持部を採用することができ、この場合、荷重付与手段を流体圧によるものとすることによって、すなわち、シリンダなどを用いることによって、加工ローラ及びローラの円筒部材への押し付け・離間が容易に成されることとなる。
【００１５】
そして、加工ローラ及びローラの円筒部材に対する押し付け荷重を略等しく設定すると、特別な位置合わせをしなくても、円筒部材に対して加工ローラ及びローラを均等な力で押し付け得ることとなる。
【００１６】
一方、他の構成のローラ支持部として、先端部に加工ローラを回転可能に保持する一方のアームと、先端部にローラを回転可能に保持する他方のアームと、上記両アームをそれぞれ揺動させて加工ローラ及びローラを互いに接近離間させる揺動機構と、上記両アーム間に設けられて円筒部材に押し付けた上記加工ローラ及びローラを互いに引き寄せて円筒部材に対する押し付け荷重を生じさせる引張りばねを具備している構成のローラ支持部を採用することができ、この場合、加工ローラ及びローラに対して、シリンダやポンプなどの付属装置を必要とせずに、簡単な構造で押し付け力を付与するし得ることとなる。
【００１７】
また、上記揺動機構において、両アームの各基端部を支持して円筒部材に向けて往復移動する支持部材を設けてもよく、この揺動機構では、支持部材を円筒部材に向けて移動させることにより、加工ローラ及びローラを円筒部材に接触させ、各々のアームが揺動して両者間の挟角が開く際に、引張りばねによる荷重が発生する。
【００１８】
つまり、両アームを開くための力を必要とせずに、円筒部材への加工ローラ及びローラの押し付け動作を繰り返すことが可能となる。
【００１９】
さらにまた、本発明の微細凹部加工装置において、加工ローラ及びローラの円筒部材に対する押し付け荷重を検知する検知手段を設けることができ、この場合には、検知された荷重から、加工ローラ及びローラの押し付け力をコントロールすることができ、これにより、円筒部材の外周面の違いに応じて荷重を変化させる際の条件設定が容易となる。
【００２０】
さらにまた、本発明の微細凹部加工装置において、円筒部材を間にしてこの円筒部材の加工ローラ及びローラが接触する側とは反対側における外周面に押圧力を付与する押圧力付与手段を設けてもよく、この場合には、円筒部材の外周面に微細凹部を形成する際に、円筒部材が曲がるのを回避することができるので、加工後における円筒部材の曲がりを抑制することが可能であり、その結果、微細凹部の加工精度が向上することとなる。
【実施例】
【００２１】
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。
【００２２】
［実施例１］
図１及び図２に示すように、この微細凹部加工装置１は、外周面２ａに微細な凹凸２ｂを有する加工ローラ２と、この加工ローラ２と平行を成し且つ各々の外周面２ａ，３ａ同士を互いに向かい合わせて配置したローラ３と、加工ローラ２及びローラ３の双方を支持するローラ支持部１０を備えており、図３にも示すように、ローラ３の外周面３ａには、加工ローラ２の外周面２ａに形成した微細な凹凸２ｂとは異なる微細な凹凸３ｂが形成してある。
【００２３】
ローラ支持部１０は、ヘッド１１と、先端部に加工ローラ２を回転可能に保持する一方のアーム１２と、先端部にローラ３を回転可能に保持する他方のアーム１３と、両アーム１２，１３をそれぞれ揺動させて加工ローラ２及びローラ３を互いに接近離間させる揺動機構と、この揺動機構を介して両アーム１２，１３をそれぞれ揺動させて加工ローラ２及びローラ３の円筒部材Ｗに対する押し付け荷重を生じさせる荷重付与手段としての流体圧シリンダ１４を具備しており、この実施例において、加工ローラ２及びローラ３の円筒部材Ｗに対する押し付け荷重（例えば３０〜１００Ｎ）をほぼ等しく設定している。
【００２４】
揺動機構は、両アーム１２，１３の各基端部側にそれぞれ設けた溝１２ａ，１３ａに、流体圧シリンダ１４の円筒部材Ｗの回転軸ＷＬに対して進退するロッド１４ａの先端に設けたスライダ１４ｂを摺動可能に係合させた構成を成しており、加工ローラ２を円筒部材Ｗに押し付ける段階において、流体圧シリンダ１４のロッド引き込み作動によって、加工ローラ２の押し付け位置とは円筒部材Ｗの円周方向にずらせた位置にローラ３の外周面３ａを押し付けて、加工ローラ２及びローラ３の各微細な凹凸２ｂ，３ｂを複合したパターンの微細凹部（例えば深さ３〜４μｍ、長さ５０〜５００μｍの微細凹部）を形成するようになっている。
【００２５】
上記した微細凹部加工装置１において、円筒部材Ｗの外周面Ｗａに微細凹部を形成するに際しては、まず、ローラ支持部１０を円筒部材Ｗの回転軸ＷＬに向けて移動させて、加工ローラ２を円筒部材Ｗの外周面Ｗａに接触させると、これと同時に、加工ローラ２の押し付け位置とは円筒部材Ｗの円周方向にずらせた位置にローラ３が接触する。
【００２６】
この段階において、流体圧シリンダ１４にロッド引き込み動作を行わせると、揺動機構を介して両アーム１２，１３がそれぞれ互いに接近する方向に揺動して、加工ローラ２及びローラ３の円筒部材Ｗに対する押し付け荷重が生じ、この状態で円筒部材Ｗを回転軸ＷＬ回りに回転させると、これに伴って加工ローラ２及びローラ３がそれぞれ回転し、円筒部材Ｗの外周面Ｗａには、加工ローラ２及びローラ３の各微細な凹凸２ｂ，３ｂを複合したパターンの微細凹部が形成されることとなる。
【００２７】
このとき、加工ローラ２及びローラ３は、各々の外周面２ａ，３ａ同士が互いに向かい合うようにして配置してあるので、押し付け力が円筒部材Ｗを間にして対向するようにして分散するため、円筒部材Ｗの変形（曲がり）が効率良く抑制されることとなる。
【００２８】
上記した微細凹部加工装置１では、加工ローラ２を回転可能に保持する一方のアーム１２と、ローラ３を回転可能に保持する他方のアーム１３と、これらのアーム１２，１３をそれぞれ揺動させて加工ローラ２及びローラ３を互いに接近離間させる揺動機構と、この揺動機構を介して両アーム１２，１３をそれぞれ揺動させて加工ローラ２及びローラ３の円筒部材Ｗに対する押し付け荷重を生じさせる流体圧シリンダ１４を具備した構成のローラ支持部１０を採用しているので、加工ローラ２及びローラ３の円筒部材Ｗへの押し付け・離間が容易に成されることとなる。
【００２９】
そして、加工ローラ２及びローラ３の円筒部材Ｗに対する押し付け荷重をほぼ等しく設定しているので、特別な位置合わせをしなくても、円筒部材Ｗに対して加工ローラ２及びローラ３を均等な力で押し付け得ることとなる。
【００３０】
また、この実施例において、ローラ３の外周面３ａには、加工ローラ２の外周面２ａに形成した微細な凹凸２ｂとは異なる微細な凹凸３ｂを形成しているので、加工ローラ２及びローラ３の各微細な凹凸２ｂ，３ｂを複合したパターンの微細凹部を形成し得るうえ、２個のローラ２，３の各外周面２ａ，３ａに微細な凹凸を形成する各々の工具の製作が容易となる。
【００３１】
この際、図４に示すように、加工ローラ２の幅方向右半分にのみ微細な凹凸２ｃを形成すると共に、ローラ３の幅方向左半分にのみ加工ローラ２の微細な凹凸２ｃとは異なる微細な凹凸３ｃを形成すると、円筒部材Ｗの外周面Ｗａには、その幅方向の中心線を境にして左右で互いに異なるパターンの微細凹部が形成されることとなる、すなわち、円筒部材Ｗの外周面Ｗａ内に２通りのパターンの微細凹部が形成されることとなる。
【００３２】
さらに、この微細凹部加工装置１において、ローラ３を円筒やクラウニング状のローラとしたり、ローラ３の少なくとも一部分を弾性体で形成したりすることができ、例えば、ローラ３をクラウニング状のローラとした場合には、被加工物である円筒部材Ｗの傾きを吸収して拘束することができるので、精度の良い微細な凹部加工を行い得ることとなり、ローラ３の少なくとも一部分を弾性体で形成した場合には、被加工物である円筒部材Ｗに傷を付けることなくたわみの抑制を行い得ることとなって、加工精度が向上する。
【００３３】
［実施例２］
図５に示すように、この微細凹部加工装置２１は、外周面２２ａに微細な凹凸２２ｂを有する加工ローラ２２と、この加工ローラ２２と平行を成し且つ加工ローラ２２に対して回転軸方向にずらせて配置したローラ２３と、加工ローラ２２及びローラ２３の双方を支持するローラ支持部３０を備えており、ローラ２３の外周面２３ａには、加工ローラ２２の外周面２２ａに形成した微細な凹凸２２ｂと同じパターンの微細な凹凸２３ｂが形成してある。
【００３４】
この場合、ローラ支持部３０は、先端部に加工ローラ２２を回転可能に保持する一方のアーム３２と、先端部にローラ２３を回転可能に保持する他方のアーム３３と、両アーム３２，３３の各基端部をそれぞれ揺動可能に支持して加工ローラ２２及びローラ２３を互いに接近離間させる支持部材３１を具備した揺動機構と、両アーム３２，３３間に設けられて円筒部材Ｗに押し付けた加工ローラ２２及びローラ２３を互いに引き寄せる引張りばね３４を備えており、このローラ支持部３０では、支持部材３1を円筒部材Ｗに向けて移動させることにより、加工ローラ２２及びローラ２３を円筒部材Ｗに接触させ、各々のアーム３２，３３が揺動して両者間の挟角が開く際に、引張りばね３４によって加工ローラ２２及びローラ２３の円筒部材Ｗに対する押し付け荷重を生じさせるようにしている。
【００３５】
つまり、この微細凹部加工装置２１では、シリンダやポンプなどの付属装置を必要とせずに、すなわち、両アームを開くための力を必要とせずに、簡単な構造で円筒部材Ｗへの加工ローラ２２及びローラ２３の押し付け動作を繰り返すことが可能となる。
【００３６】
また、上記した微細凹部加工装置２１では、各々の外周面２２ａ，２３ａに同じパターンの微細な凹凸２２ｂ，２３ｂを有する加工ローラ２２及びローラ２３を互いに回転軸方向にずらせて配置しているので、円筒部材Ｗの外周面Ｗａの幅方向全体に同時に微細凹部を形成することができ、加えて、ローラ２２，２３の幅方向の寸法を小さく抑えつつも、円筒部材Ｗの外周面Ｗａの全面を加工することができ、これにより、例えば、クランクピンやジャーナルなどの干渉する壁面を近傍に有する円筒部材Ｗであったとしても、全面に加工を施し得ることとなる。
【００３７】
上記した微細凹部加工装置２１において、加工ローラ２２及びローラ２３の円筒部材Ｗに対する押し付け荷重を検知する検知手段としてのセンサ２４を設けることができ、この場合には、センサ２４で検知された荷重から、加工ローラ２２及びローラ２３の押し付け力をコントロールすることが可能であり、これにより、円筒部材Ｗの外周面Ｗａの違いに応じて荷重を変化させる際の条件設定が容易となる。
【００３８】
［実施例３］
図６に示すように、この実施例の微細凹部加工装置３１が、先の実施例における微細凹部加工装置２１と異なるところは、円筒部材Ｗを間にしてこの円筒部材Ｗの加工ローラ２２及びローラ２３が接触する側とは反対側における外周面Ｗａに押圧力を付与する押圧力付与手段としての押圧ローラ２５を設けた点にあり、他の構成は先の実施例における微細凹部加工装置２１と同じである。
【００３９】
この実施例の微細凹部加工装置３１において、円筒部材Ｗの外周面Ｗａに微細凹部を形成する際に、円筒部材Ｗが曲がるのを回避することができるので、加工後における円筒部材Ｗの曲がりを抑制することが可能であり、その結果、微細凹部の加工精度が向上することとなる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
上記した微細凹部加工装置１，２１，３１を用いて円筒部材Ｗに微細凹部を形成すると、円筒部材Ｗの低コスト化が図られ、また、上記した微細凹部加工装置１，２１，３１を用いて自動車用部品、例えば、クランクシャフトやカムシャフト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、回転時の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。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の微細凹部加工装置の一実施例を示す側面説明図である。（実施例１）
【図２】図１に示した微細凹部加工装置の加工ローラの断面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。
【図３】図１に示した微細凹部加工装置のローラの断面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。
【図４】図１の微細凹部加工装置に用いられる加工ローラ及びローラの他の構成例を示す平面説明図である。
【図５】本発明の微細凹部加工装置の他の実施例を示す側面説明図（ａ）及び正面説明図（ｂ）である。（実施例２）
【図６】本発明の微細凹部加工装置のさらに他の実施例を示す側面説明図（ａ）及び正面説明図（ｂ）である。（実施例３）
【符号の説明】
【００４２】
１，２１，３１     微細凹部加工装置
２，２２           加工ローラ
３，２３           ローラ
２ａ，３ａ         ローラの外周面
２ｂ，３ｂ         微細な凹凸
２ｃ，３ｃ         微細な凹凸
１０，３０         ローラ支持部
１２，３２         一方のアーム
１３，３３         他方のアーム
１４               流体圧シリンダ（荷重付与手段）
２２ａ，２３ａ     ローラの外周面
２２ｂ，２３ｂ     微細な凹凸
２４               センサ（検知手段）
２５               押圧ローラ（押圧力付与手段）
３1                支持部材
３４               引張りばね
Ｗ                 円筒部材
Ｗａ               円筒部材の外周面
ＷＬ               円筒部材の回転軸
【図１】
2005297027.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005297027.tif 000005
【図４】
2005297027.tif 000006
【図５】
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【図６】
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