(57)【要約】【課題】被加工物の被加工面に微細な凹部を形成するに際し、マスキングシートを用いたショットブラストでは、生産性の向上が難しいとともに製造コストが大きいという問題点があった。【解決手段】シムＦの平面状被加工面Ｓ１に微細な凹部を形成する装置であって、シムＦを回転可能に保持する被加工物保持手段１と、外周部に凸部２ａを有するフォームローラ２を設けたフォーミング用工具３と、フォーミング用工具３を保持する工具保持手段４と、被加工面Ｓ１に当接したフォームローラ２に対して同被加工面Ｓ１への荷重を付与するコイルばね１５を備え、被加工面Ｓ１にフォームローラ２を所定荷重で当接させてシムＦ回転させることにより、フォームローラ２を連れ回りさせて被加工面Ｓ１に高精度の凹部を効率良く形成し、製造コストを低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の被加工面を有する被加工物に対して、その被加工面に微細な凹部を形成する装置であって、被加工物を被加工面に直交する軸回りに回転可能に保持する被加工物保持手段と、外周部に凹部形成用の凸部を有するフォームローラを回転可能に設けたフォーミング用工具と、被加工物の回転軸に対してフォームローラの回転軸が直交する状態にしてフォーミング用工具を保持する工具保持手段と、被加工面に当接したフォームローラに対して同被加工面への荷重を付与する荷重付与手段を備えると共に、被加工物保持手段及び工具保持手段が、被加工物の回転軸の軸線方向及びフォームローラの回転軸の軸線方向に相対的に移動可能であり、被加工面にフォームローラを所定荷重で当接させて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被加工面にその回転軸回りに所定間隔で凹部を形成することを特徴とする平面状被加工面を有する被加工物のフォーミング装置。
【請求項２】
フォームローラが、円周方向にわたって等ピッチで一列の凸部を有していることを特徴とする請求項１に記載の平面状被加工面を有する被加工物のフォーミング装置。
【請求項３】
フォームローラの凸部が、被加工物が複数回回転した時点において被加工面に所定間隔で凹部を形成するピッチに設定してあることを特徴とする請求項２に記載の平面状被加工面を有する被加工物のフォーミング装置。
【請求項４】
荷重付与手段によりフォームローラに付与した荷重を検知する荷重検知手段を備え、荷重検知手段で検知した荷重が所定値になったところで、被加工物の回転を開始することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の平面状被加工面を有する被加工物のフォーミング装置。
【請求項５】
フォーミング用工具が、荷重付与手段と荷重検知手段を内蔵していると共に、荷重検知手段が、荷重付与手段によりフォームローラに付与した荷重を検知するロードセルであることを特徴とする請求項４に記載の平面状被加工面を有する被加工物のフォーミング装置。
【請求項６】
被加工物保持手段が、被加工物の被加工面の裏側面を当接させる保持部材と、保持部材との間で被加工物を拘束して同保持部材に被加工面の裏側面を密着させる拘束手段を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の平面状被加工面を有する被加工物のフォーミング装置。
【請求項７】
被加工物が、内燃機関の動弁機構を構成するバルブリフタ又はシムであって、バルブリフタ又はシムにおけるカムとの接触面が平面状の被加工面であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の平面状被加工面を有する被加工物のフォーミング装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のフォーミング装置を用いて、平面状の被加工面を有する被加工物の被加工面に微細な凹部を形成するに際し、被加工物の回転に伴ってフォームローラを連れ回りさせて、被加工面に一周分の凹部を形成した後、被加工物保持手段及び工具保持手段をフォームローラの回転軸の軸線方向に相対的に移動させて、被加工面に次の一周分の凹部を形成することを特徴とする平面状被加工面を有する被加工物のフォーミング方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載のフォーミング装置を用いて、平面状の被加工面を有する被加工物の被加工面に微細な凹部を形成するに際し、被加工物の回転に伴ってフォームローラを連れ回りさせると共に、被加工物保持手段及び工具保持手段をフォームローラの回転軸の軸線方向に相対的に移動させながら被加工面に凹部を形成することを特徴とする平面状被加工面を有する被加工物のフォーミング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面状の被加工面を有する被加工物に対して、その被加工面に微細な凹部を形成するのに用いる装置及び方法に関し、例えば、内燃機関の動弁機構を構成するバルブリフタやシムにおいて、カムとの接触面に潤滑油を介して低フリクション化を実現す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装置及びフォーミング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被加工物の被加工面に微細な凹部を形成する方法としては、例えば図８に示すショットブラストによるものがあった。この方法では、所定形状の透孔１０１ａを多数形成したマスキングシート１０１を用い、被加工物Ｗの被加工面Ｓにマスキングシート１０１を貼り付けた後、噴射ノズル１０２から被加工面Ｓに向けて、圧縮空気とともにセラミックス等の小径粒子１０３を投射することで、透孔１０１ａにより露出している被加工面Ｓに凹部を形成する。その後、マスキングシート１０１を剥がし、洗浄工程などを経て被加工面Ｓに凹部を有する被加工物Ｗを得る。
【特許文献１】特開２０００−２２７１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記したような従来の方法にあっては、被加工物に所定の凹部を形成することはできるものの、マスキングシートの製造、貼り付け及び取り外しの作業が不可欠であって、このような作業が生産性の向上を阻む原因になっており、また、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。
【０００４】
本発明は、被加工物の平面状の被加工面に微細な凹部を形成するに際し、高精度の凹部を効率良く形成することができると共に、製造コストの低減を実現することができる平面状被加工面を有する被加工物のフォーミング装置及びフォーミング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】
【０００５】
本発明の平面状被加工面を有する被加工物のフォーミング装置は、平面状の被加工面を有する被加工物に対して、その被加工面に微細な凹部を形成する装置であって、被加工物を被加工面に直交する軸回りに回転可能に保持する被加工物保持手段と、外周部に凹部形成用の凸部を有するフォームローラを回転可能に設けたフォーミング用工具と、被加工物の回転軸に対してフォームローラの回転軸が直交する状態にしてフォーミング用工具を保持する工具保持手段と、被加工面に当接したフォームローラに対して同被加工面への荷重を付与する荷重付与手段を備えており、被加工物保持手段及び工具保持手段が、被加工物の回転軸の軸線方向及びフォームローラの回転軸の軸線方向に相対的に移動可能である。
【０００６】
そして、被加工面にフォームローラを所定荷重で当接させて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被加工面にその回転軸回りに所定間隔で凹部を形成するものとなっている。このとき、当該フォーミング装置を用いたフォーミング方法では、被加工物の回転に伴ってフォームローラを連れ回りさせて、被加工面に一周分の凹部を形成した後、被加工物保持手段及び工具保持手段をフォームローラの回転軸の軸線方向に相対的に移動させて、被加工面に次の一周分の凹部を形成するようにし、又は、被加工物の回転に伴ってフォームローラを連れ回りさせると共に、被加工物保持手段及び工具保持手段をフォームローラの回転軸の軸線方向に相対的に移動させながら被加工面に凹部を形成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の平面状被加工面を有する被加工物のフォーミング装置によれば、被加工物の平面状の被加工面に微細な凹部を形成するに際して、従来のような使い捨てのマスキングシートを用いずにフォームローラによる機械加工を行い、所定の荷重となるように被加工面にフォームローラの凸部を当接させることから、高精度の凹部を効率良く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、また、形態が異なる凹部の形成にも容易に対処することができる。
【０００８】
本発明の平面状被加工面を有する被加工物のフォーミング方法によれば、従来のマスキングシートを廃止して、微細な凹部を高精度に且つ効率良く形成し得ると共に、生産性の向上や製造コストの低減を図ることができ、とくに、被加工面に一周分毎の凹部を形成する方法では、複数の同心円に沿って凹部を形成することができ、また、被加工物保持手段及び工具保持手段を相対的に移動させながら凹部を形成する方法では、螺旋に沿って凹部を連続的に形成することができる。
【実施例】
【０００９】
図７は、本発明に係わる平面状被加工面を有する被加工物のフォーミング装置及びフォーミング方法において、被加工物の具体例として、内燃機関の動弁機構を構成するバルブリフタ及びシムを説明する図である。動弁機構は、図７（ａ）に示すように、ピストンＡの上側の燃焼室に対して吸気側及び排気側のバルブＢ，Ｂを備え、各バルブＢの上端部と夫々のカムシャフトＣとの間に、回転するカムＤと摺動接触するバルブリフタＥを備えている。このバルブリフタＥの上面には、カムＤとの間隔調整や強度向上のために、図７（ｂ）に示すようにシムＦを設けることがある。
【００１０】
そして、以下の実施例では、バルブリフタＥ又はシムＦを被加工物とし、これらの被加工物において、カムＤとの接触面を平面状の被加工面とし、その被加工面に微細な凹凸形状を形成することで低フリクション化を実現するものとしている。この低フリクション化の実現により、動弁機構の動作がより円滑なものとなり、ひいては内燃機関の燃費向上にも貢献し得るものとなる。
【００１１】
図１に示すフォーミング装置は、被加工物である円板状のシムＦに対して、平面状の被加工面Ｓ１に微細な凹部を形成するものである。フォーミング装置は、シムＦを被加工面Ｓ１に直交する軸回りに回転可能に保持する被加工物保持手段１と、外周部に凹部形成用の凸部２ａを有するフォームローラ２を回転可能に設けたフォーミング用工具３と、シムＦの回転軸に対してフォームローラ２の回転軸が直交する状態にしてフォーミング用工具３を保持する工具保持手段４と、被加工面Ｓ１に当接したフォームローラ２に対して同被加工面Ｓ１への荷重を付与する荷重付与手段を備えており、被加工物保持手段１及び工具保持手段４が、シムＦの回転軸の軸線方向及びフォームローラ２の回転軸の軸線方向に相対的に移動可能になっている。
【００１２】
この実施例の被加工物保持手段１は、図示しない駆動源によって回転駆動される保持部材５を備え、保持部材５の先端に適宜の固定手段を介してシムＦを固定する。この際、円板状のシムＦは、保持部材５の回転軸に対して同軸状に固定する。
【００１３】
フォームローラ２は、材料がとくに限定されるものではないが、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するもので、外周部には例えば段差１００μｍ程度の微細な凸部２ａが形成してあり、この実施例では、図２に示すように、円周方向にわたって等ピッチで凸部２ａが一列に設けてある。
【００１４】
フォーミング用工具３は、円筒形状のハウジング６と、ハウジング６の一端部（図１では右端部）に嵌合固定した閉塞部材７と、ハウジング６の他端部内側に嵌合固定した円筒形状のスライダ８を備えると共に、スライダ８内に、ロッド９がその軸線方向に摺動自在に設けてある。そして、ロッド９の先端側（図１では左端側）に、リテーナ１０及び回転軸１１を介して、先述のフォームローラ２が回転自在に設けてある。
【００１５】
また、ハウジング６内において、ロッド９の端部にはばね座１２が固定してあり、このばね座１２と閉塞部材７の間には、被加工面Ｓ１に当接したフォームローラ２に対して同被加工面Ｓ１への荷重を付与する荷重付与手段として、コイルばね１３が設けてある。このとき、コイルばね１３の反ばね座側には、受圧部材１４が設けてあり、この受圧部材１４と閉塞部材７との間には、荷重付与手段（１３）によりフォームローラ２に付与した荷重を検知する荷重検知手段として、圧電型のロードセル１５が設けてある。
【００１６】
つまり、この実施例では、フォーミング用工具３に、荷重付与手段であるコイルばね１３と荷重検知手段であるロードセル１５がコンパクトに内蔵してあり、当該装置の構造の簡素化や小型化に貢献し得るものとなっている。なお、荷重付与手段としては、コイルばね１３のほか、例えば空圧や油圧を用いたシリンダ類を用いることも可能である。
【００１７】
工具保持手段４は、Ｘ軸テーブル１６と、Ｘ軸テーブル１６に対して図中Ｘ方向に往復動可能なタレット１７を備えている。タレット１７は、図中Ｚ方向に往復動可能なスライド体１８を備え、スライド体１８にフォーミング用工具３が装着してある。このとき、工具保持手段４は、被加工物保持手段１に固定したシムＦの回転軸に対して、フォームローラ２の回転軸１１が直交する状態にフォーミング用工具３を保持している。これにより、フォームローラ２は、シムＦの回転軸の軸線方向（Ｚ方向）すなわちシムＦに対して進退する方向に往復動可能であると共に、当該フォームローラ２の回転軸１１の軸線方向（Ｘ方向）すなわちシムＦの半径方向に往復動可能になっている。
【００１８】
ここで、当該フォーミング装置は、例えば数値制御される工作機械を用いることができる。すなわち、被加工物保持手段１や工具保持手段４を備えた工作機械を用いることが可能であり、ロードセル１５の信号を図示しない配線により工作機械の制御装置に入力するようにして、その信号を後述する凹部形成の際の動作制御に利用する。
【００１９】
上記構成を備えたフォーミング装置は、被加工物保持手段１にシムＦを固定した後、工具保持手段４によりフォームローラ２をシムＦの被加工面Ｓ１に向けて前進させる。次いで、フォームローラ２が被加工面Ｓ１に当接した後には、コイルばね１３を圧縮してフォームローラ２を被加工面Ｓ１に押し付けると共に、コイルばね１３の圧縮に伴って発生した荷重をロードセル１５で検知する。
【００２０】
そして、フォーミング装置は、ロードセル１５で検知した荷重が所定値になったところで、フォームローラ２の前進を停止し、その後、被加工物保持手段１の保持部材５とともにシムＦを回転させることにより、フォームローラ２を連れ回りさせて被加工面Ｓ１にその回転軸回りに所定間隔で凹部を形成する。
【００２１】
なお、シムＦに形成する凹部の深さは、例えば１μｍ程度である。このような深さの凹部を形成する場合には、フォームローラ２に付与する荷重と、これにより形成される凹部の深さとの関係を予め求めておき、ロードセル１５で検出した荷重が所定値になったところで加工を開始すればよい。
【００２２】
上記フォーミング装置を用いたフォーミング方法としては、シムＦの回転に伴ってフォームローラ２を連れ回りさせて、被加工面Ｓ１の外周側に一周分の凹部を形成した後、フォームローラ２の後退、Ｘ方向への移動及び前進を順に行って、先の一周分の凹部よりも内側に次の一周分の凹部を形成し、同様の工程を繰り返し行う方法がある。これにより、図３に示すように、複数の同心円に沿って凹部Ｈを形成することができる。
【００２３】
また、上記フォーミング装置を用いた他のフォーミング方法としては、シムＦの回転に伴ってフォームローラ２を連れ回りさせると同時に、フォームローラ２をシムＦの外周側から回転中心側へ直線的に定速移動させる方法がある。これにより、図４に示すように、螺旋に沿って凹部Ｈを連続的に効率良く形成することができる。なお、上記の如く凹部Ｈを螺旋に沿って形成する場合には、フォーミング用工具３において、ロッド９を軸線回りに回動調整してフォームローラ２を僅かに傾けておくことで、凹部Ｈをより円滑に且つより高精度に形成することができる。
【００２４】
このように、上記フォーミング装置では、平面状の被加工面Ｓ１に微細な凹部Ｈを形成するに際し、従来のマスキングシート（図８参照）が廃止され、凹部Ｈの深さが例えば１μｍ程度であっても、高精度に且つ短時間で効率良く形成することができ、生産性の向上や製造コストの低減を実現し得るものとなる。
【００２５】
また、フォーミング装置では、単列の凸部２ａを有するフォームローラ２を用いたことにより、被加工面Ｓ１に対して極めて小さな荷重を付与するだけで微細な凹部Ｈを形成することができると共に、大量生産されるシムＦの被加工面Ｓ１に凹部Ｈを形成するに際して、フォームローラ２の押し付け力をほぼ一定にし得るので、凹部Ｈの深さのばらつきが極めて少なくなり、シムＦの品質向上に貢献することができ、このほか、既存の工作機械への適用が容易であると共に、荷重検知手段としてロードセル１５を用いたことにより、工作機械に対する信号の入力系も非常に簡単なものとなる。
【００２６】
さらに、フォーミング装置では、フォームローラ２に付与する荷重を制御して同フォームローラ２を被加工面Ｓ１に押し付けることから、シムＦの厚さにばらつきがある場合でも高精度の加工を行うことができ、また、温度変化等により被加工物保持手段１と工具保持手段４の間に変位が生じても高精度の加工が可能であり、且つ上述の如く凹部Ｈの深さをほぼ一定にし得るので、厳密な温度調節や凹部Ｈの深さの管理が不要となる。
【００２７】
さらに、フォーミング装置では、先述したフォーミング方法のほかに、シムＦの半径方向へのフォームローラ２の送りを変更したり、複数種類のフォームローラ２を用意したりすることで、形態が異なる凹凸形状にも容易に対処することができ、また、フォームローラ２の大きさや凸部２ａのピッチに応じて凹凸形状も異なるものとなる。
【００２８】
例えば、図３及び図４に示すように、外周側と内周側において一部の凹部ＨをシムＦの半径方向に一致させたり、外周側と内周側の全ての凹部ＨをシムＦの半径方向において互いにずらせたりすることができ、また、図３及び図４に示す凹部Ｈの配置例では、外周側と内周側の凹部Ｈ同士が離間したものとなっているが、外周側の凹部Ｈの間に内周側の凹部Ｈの一部が入り込むような配置にすることもできる。このように凹部Ｈの配置を適宜選択することにより、シムＦの被加工面Ｓ１すなわちカムＤとの接触面における潤滑油の流れ調整を図ることも可能になる。
【００２９】
さらに、フォーミング装置では、シムＦの外周側から凹部Ｈを形成するだけでなく、シムＦの回転中心側から凹部Ｈを形成しても良い。なお、当該フォーミング装置では、シムＦの回転によりフォームローラ２を連れ回りさせるので、被加工面Ｓ１に対するフォームローラ２の当接位置は同被加工面Ｓ１の回転中心以外の部分であり、また、シムＦの回転軸とフォームローラ２の回転軸１１は直交する配置であるが、上記の連れ回りを行うことから、より正確に言えば、フォームローラ２の回転軸１１の軸線が、被加工面Ｆ１の回転中心又はその近傍を通過するように、シムＦとフォームローラ２を配置する。
【００３０】
フォームローラ２は、シムＦが複数回回転した時点において、被加工面Ｓ１に所定間隔で一周分の凹部Ｈが形成されるように、凸部２ａのピッチを設定しておくことも可能である。この場合、被加工面Ｓ１に形成すべき一周分の凹部Ｈのピッチに対して、フォームローラ２の凸部２ａのピッチを二倍以上（シムＦの回転数倍）にすれば良いので、これにより凸部２ａの数を少なくすることができ、フォームローラ２の製作が容易になるという利点がある。
【００３１】
また、フォームローラ２は、軸線を含む断面において、凸部２ａの先端部を円弧状にすることも有効である。これにより、シムＦの被加工面Ｓ１に僅かな傾きがある場合でも被加工面Ｓ１に対して垂直にフォームローラ２の先端を押し付けることができ、これにより精度良く凹部Ｈを形成することができる。
【００３２】
さらに、フォームローラ２は、凸部２ａの形状に関して、フォームローラ２の回転軸１１の軸線方向の長さが、円周方向の長さよりも大きいものとすることにより、被加工面Ｓ１に形成した凹部ＨがシムＦの半径方向に長い形状となり、これにより、潤滑油の保持力が高まってフリクション低減の効果がより高められる。  
【００３３】
図５は、本発明に係わるフォーミング装置の他の実施例を説明する図である。この実施例では、被加工物が図７に示すバルブリフタＥであって、カムＤとの接触面となる平面状の被加工面Ｓ２に微細な凹部を形成する。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。
【００３４】
図示のフォーミング装置は、とくに、被加工物保持手段１が、被加工物保持手段が、バルブリフタＥの被加工面Ｓ２の裏側面を当接させる保持部材５と、保持部材５との間でバルフリフタＥを拘束して同保持部材５に被加工面Ｓ２の裏側面を密着させる拘束手段を備えている。
【００３５】
この実施例の拘束手段は、複数のジョー２１を備えたチャッキング装置２２であって、バルブリフタＥの被加工面Ｓ２側に各ジョー２１を係止させ、これらのジョー２１を保持部材５の基端方向（図５では左方向）に引き締めることにより、保持部材５の先端面に被加工面Ｓ２の裏側面を密着させる。なお、拘束手段としては、上記チャッキング装置２２のほか、被加工面Ｓ１に係止する部材を保持部材５にねじ結合するものや、被加工面Ｓ１に係止する部材をモータやシリンダにより駆動するものなどがある
【００３６】
上記フォーミング装置は、先の実施例と同様に動作して被加工面Ｓ２に凹部を形成することとなり、図６に示すように複数の同心円に沿って凹部Ｈを形成したり、螺旋に沿って凹部を形成したりすることができると共に、先の実施例と同様の効果が得られ、とくに、保持部材５にバルブリフタＥを密着させた状態にして凹部Ｈの形成を行うので、被加工面Ｓ１を有する部位の肉厚が小さい場合であっても、その部位を撓ませることなく、高精度に凹部Ｈを形成することができる。
【００３７】
なお、本発明に係わるフォーミング装置は、その構成が上記各実施例に限定されるものではなく、構成の細部を適宜変更することができる。各実施例では工具保持手段４がＸ及びＺの二軸方向に移動するものとしたが、被加工物保持手段１を移動可能にして被加工物（Ｅ，Ｆ）とフォームローラ２を相対的に移動させるようにしても良く、また、各実施例では、被加工物（Ｅ，Ｆ）に対してフォームローラ２が直線的に進退するものとしたが、フォーミング用工具３を揺動するようにし、これにより被加工物（Ｅ，Ｆ）に対してフォームローラ２を進退させる構成にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係わるフォーミング装置の一実施例を説明する断面図である。
【図２】フォームローラの側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。
【図３】同心円状に凹部を形成したシムの正面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図４】螺旋状に凹部を形成したシムの正面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図５】本発明に係わるフォーミング装置の他の実施例を説明する断面図である。
【図６】同心円状に凹部を形成したバルブリフタ正面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図７】被加工物の具体例であるバルブリフタを備えた内燃機関の動弁機構を示す説明図（ａ）及びシムを備えたバルブリフタの断面図（ｂ）である。
【図８】従来のショットブラストによる凹部形成を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ｅ          バルブリフタ（被加工物）
Ｆ          シム（被加工物）
Ｈ          凹部
Ｓ１  Ｓ２  被加工面
１          被加工物保持手段
２          フォームローラ
２ａ        凸部
３          フォーミング用工具
４          工具保持手段
５          保持部材
１３        コイルばね（荷重付与手段）
１５        ロードセル（荷重検知手段）
２２        チャッキング装置（拘束手段）
【図１】
2005254316.tif 000003
【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】
2005254316.tif 000009
【図８】
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