(57)【要約】【課題】  固形のピーニング材を用いることなく被改質材表面に壊食ピットを形成し、この壊食ピットに液状潤滑剤を含浸させることを可能とした被改質材加工方法および被改質材加工装置を提供する。【解決手段】  潤滑油２４が満たされる油槽２５中のコマ２３に上下方向の高周波振動ならびに水平方向の高周波振動を印加し、コマ２３に対向する位置に軸受けメタル２６を配置して、潤滑油２４中にてコマ２３と軸受けメタル２６の施工面２８との間隔にキャビテーション泡３１を生成し、この泡の生成と崩壊によって軸受けメタル２６の施工面２８に壊食ピット３５を穿孔して、この壊食ピット中に潤滑油２４を含浸させるようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被改質材を液状潤滑剤中に浸漬し、前記被改質材表面を前記液状潤滑剤中にて、前記被改質材表面形状に倣った表面形状を有するコマを用い、前記液状潤滑剤中にキャビテーション泡を生成せしめ、このキャビテーション泡の生成・崩壊によってなされるキャビテーションピーニング処理を施すことにより、前記被改質材表面に壊食ピットを穿孔し、前記壊食ピット中に前記液状潤滑剤を含浸することを特徴とする被改質材加工方法。
【請求項２】
前記コマは上下方法ならびに水平方向に振動させることを特徴とする請求項１記載の被改質材加工方法。
【請求項３】
前記コマの振動は５００Ｈｚ以上の高周波領域の振動であることを特徴とする請求項２記載の被改質材加工方法。
【請求項４】
前記被改質材表面と前記コマとの間隔は１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２または３記載の被改質材加工方法。
【請求項５】
前記被改質材は軸受けメタルであって、前記液状潤滑剤は潤滑油であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の被改質材加工方法。
【請求項６】
液状潤滑剤を満たす潤滑剤槽と、この潤滑剤槽中に設置されたコマと、このコマに接続された高周波振動発生装置とを具備し、前記コマに対して対向間隙に配置される被改質材表面に前記潤滑剤槽に満たされる前記液状潤滑剤中にて前記潤滑剤を含浸する壊食ピットを形成することを特徴とする被改質材加工装置。
【請求項７】
前記高周波振動発生装置は、前記コマに接続された垂直駆動軸と、この垂直駆動軸を駆動する第１高周波振動発生装置と、前記垂直駆動軸に連結された水平駆動軸と、この水平駆動軸を駆動する第２高周波振動発生装置から構成されており、前記コマは前記第１高周波振動発生装置からの上下振動ならびに前記第２高周波振動発生装置からの水平振動が印加されることを特徴とする請求項６記載の被改質材加工装置。
【請求項８】
前記コマ表面は前記被改質材表面形状に倣った形状に形成されていることを特徴とする請求項６または７記載の被改質材加工装置。
【請求項９】
前記液状潤滑剤槽中にはヒータならびに撹拌装置が設置されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項記載の被改質材加工装置。
【請求項１０】
前記液状潤滑剤は潤滑油であり、前記被改質材は軸受けメタルであることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項記載の被改質材加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャビテーション泡の崩壊時に発生する衝撃波を利用して軸受けなどの被改質材表面を効果的にピーニングする被改質材加工方法および被改質材加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受け面に潤滑油を良好に供給するために各種の方法が知られている。例えば、軸受け表面に微細な溝を加工し、加工された溝に潤滑油を溜めるようにして軸受け表面の油膜切れを防止する方法が実用化されている。しかしながら、この方法では微細な溝を湾曲面に精度よく加工するには多大な時間を必要としていた。
【０００３】
また、ころ案内用の鍔部が設けられている円錐ころ軸受けや円筒ころ軸受けのころ案内面に微小凹部を設け、この微小凹部に潤滑油が溜まるようにしたころ軸受けも知られている（特許文献１参照）。すなわち、この微小凹部はショットブラストあるいはショットピーニングによって形成される。例えば、ショットピーニングにはビッカース硬度６５０以上で粒径が１ｍｍ以下の鋼球が使用され、ころ案内面にこの鋼球を噴射することによって微小凹部が形成される。
【０００４】
しかしながら、この特許文献１の方法によるとショット材として鋼球を利用することから、鋼球の案内面への打撃に伴って鋼球が案内面にめり込むおそれがあり、めり込んだ鋼球の除去に手間がかかる。さらに、案内面にショット材を打撃する結果、粉塵あるいは金属破片が発生することとなり、これらを除去清掃する手間がかかる。また、形成された凹部に溜まる潤滑油量は少量であって、無給油メタルの特性を併せ持つ軸受けメタルの形成は困難である。
【０００５】
また、金属などの材料表面を改質する方法に、キャビテーション気泡の崩壊時に発生する衝撃波を被改質材表面に付与してピーニングを行う技術も知られている（特許文献２参照）。この方法によると固形のピーニング材を不要となり、大幅なコスト低下を図ることが可能である。しかしながら、清浄な清水中で動作させ被改質材表面に残留応力を生成する点に関して知られるところであって、他の利用についての開示は認められない。また、軸受け表面の焼き付け防止には、長時間の低速回転でも油膜切れが起きないようにする必要があり、無給油メタルの特性を併せ持つ軸受けメタルが求められていた。
【特許文献１】特開平６−２４１２３５号公報
【特許文献２】特開２００３−２２０５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した背景技術の課題を解決するために、固形のピーニング材を用いることなく軸受け表面に壊食ピットを形成し、この壊食ピットに潤滑油を含浸させることを可能とした被改質材加工方法および被改質材加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る被改質材加工方法は、被改質材を液状潤滑剤中に浸漬し、前記被改質材表面を前記液状潤滑剤中にて、前記被改質材表面形状に倣った表面形状を有するコマを用い、前記液状潤滑剤中にキャビテーション泡を生成せしめ、このキャビテーション泡の生成・崩壊によってなされるキャビテーションピーニング処理を施すことにより、前記被改質材表面に壊食ピットを穿孔し、前記壊食ピット中に前記液状潤滑剤を含浸することを要旨とする。
【０００８】
また、本発明に係る被改質材加工装置は、液状潤滑剤を満たす潤滑剤槽と、この潤滑剤槽中に設置されたコマと、このコマに接続された高周波振動発生装置とを具備し、前記コマに対して対向間隙に配置される被改質材表面に前記潤滑剤槽に満たされる前記液状潤滑剤中にて前記潤滑剤を含浸する壊食ピットを形成することを要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
無給油メタルの特性を併せ持つ軸受けメタルを形成すべく、固形のピーニング材を用いることなく軸受け表面に壊食ピットを形成し、この壊食ピットに潤滑油を含浸させることを可能とした。これにより無給油メタルの特性を併せ持つ被改質材の提供を可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に図を参照して本発明に係る実施形態を説明する。図１は本発明に係る軸受けピーニング装置の構成を示す図である。すなわち、ピーニング装置１１は、第１高周波振動発生装置１２ならびにこの第１高周波振動発生装置１２に接続されている第１高周波電源装置１３、第２高周波振動発生装置１４ならびにこの第２高周波振動発生装置１４に接続されている第２高周波電源装置１５を有している。
【００１１】
第１高周波振動発生装置１２には第１高周波コイル１６が設けられており、第１高周波電源装置１３から電源が供給される。同様に第２高周波振動発生装置１４には第２高周波コイル１７が設けられており、第２高周波電源装置１５から電源が供給される。そして、第１高周波コイル１６には第１振動子１８が接続されていて、第２高周波コイル１７には第２振動子１９が接続されている。
【００１２】
ここで、第１高周波振動発生装置１２の第１振動子１８は垂直方向への高周波振動を生成するように配置されており、第２高周波振動発生装置１４の第２振動子１９は水平方向への高周波振動を生成するように配置されている。第１振動子１８ならびに第２振動子１９はそれぞれ第１高周波電源装置１３、第２高周波電源装置１５から高周波電流が供給される。そして、第１高周波コイル１６ならびに第２高周波コイル１７に供給された高周波電流はそれぞれのコイルにて高周波の交番磁界に変換され、第１振動子１８、第２振動子１９に交番磁界が印加されて高周波にて伸縮運動を生成せしめる。
【００１３】
第１振動子１８には垂直駆動軸２０が接続されており、第２振動子１９には水平駆動軸２１が接続されている。水平駆動軸２１は水平駆動軸の中間に連結ピン２２によって連結されている。このようにして垂直駆動軸２０は第１振動子１８によって上下方向に振動し、水平駆動軸２１は第２振動子１９によって水平方向に振動するが、水平駆動軸２１が垂直駆動軸２０に連結されているため、垂直駆動軸２０は垂直方向ならびに水平方向の両振動が印加され上下振動ならびに水平振動がなされる。第1進胴子１８ならびに第２振動子１９のそれぞれは５００Ｈｚ以上の高周波領域で振動させることにより好結果が得られる。
【００１４】
垂直駆動軸２０の先端にはコマ２３が強固に接続されている。コマ２３は潤滑油２４が満たされている油槽２５に浸漬されている。油槽２５中であって、コマ２３に対向する位置には半円筒形状の軸受けメタル２６が架台２７上に固定されている。コマ２３の先端は軸受けメタル２６の内面、すなわちコマ２３と対向する施工面２８と同一形状に形成されている。この結果、コマ２３と軸受けメタル２６の施工面２８との間隔は対向位置のいずれにおいても同一間隔となっている。コマ２３と軸受けメタル２６の施工面２８との間隔は１０ｍｍ以下が好適である。
【００１５】
油槽２５の内部にはヒータ２９ならびに撹拌装置３０が挿入されている。ヒータ２９は油槽２５中の潤滑油２４の粘度を最適に保つための加温手段として用い、撹拌装置３０は油槽２５中の潤滑油２４の粘度ならびに温度を均一化するたに用いられる。
【００１６】
このような構成において、コマ２３に上下振動と水平振動を付与すると、所定の間隔を介して設置されている軸受けメタル２６に対向位置で上下振動と水平振動を行う。このときに、軸受けメタル２６の施工面２８とコマ２３との空間部にキャビテーション泡３１が発生・崩壊を繰り返しして行われ、キャビテーション泡３１の崩壊時に大きな衝撃波を発生する。
【００１７】
キャビテーション泡３１は、コマ２３と軸受けメタル２６の施工面２８の間に設けられた狭隘な空間部に発生する。上下方向の振動の振幅と水平方向の振幅との位相を適当な値に調整することにより、コマ２３のキャビテーション発生部３２は軸受けメタル２６に対して垂直に高周波にて振動させることができる。軸受けメタル２６に対してキャビテーション発生部３２を垂直に振動せしめることにより、微細なキャビテーション泡３１を狭隘な空間部に多量に発生することが可能である。
【００１８】
キャビテーション泡３１の崩壊時の衝撃波の圧力は、数百ＭＰａにも達する。このため、軸受けメタル２６以外でキャビテーション泡３１による壊食を防止するために、コマ外周部３６にはキャビテーション泡３１が発生しにくい弾力性のあるゴムなどにて被覆しておく。また、軸受けメタル２６においても非施工面である箇所には大きな空間部を設け、キャビテーション泡３１が発生しにくい非キャビテーション発生部を設けるようにするとよい。
【００１９】
次に図２を参照してキャビテーション泡３１とその衝撃波の作用原理を説明する。図２において、コマ２３のキャビテーション発生部３２と軸受けメタル２６の施工面２８は、潤滑油２４で満たされ、ギャップａの距離を保った状態でキャビテーション発生部３２が紙面の上方に瞬時に移動するとキャビテーション発生部３２の表面は瞬間的に負圧となり、潤滑油の飽和蒸気圧以下の圧力場が形成されて、キャビテーション泡３１と呼ばれる微細な泡が発生する。
【００２０】
次にキャビテーション発生部３２が紙面の下方に瞬時に移動すると、発生していたキャビテーション泡３1が圧力により崩壊する。このとき、数百ＭＰａに達する衝撃波が発生する。このとき発生する衝撃波３３は距離が大きくなるに従って拡散・減衰されるため、数十ｍｍ離れた施工面２８に対してはほとんど衝撃波３３としての作用を及ぼさないが、ギャップａを十ｍｍから数百μの値にすると、キャビテーション泡３１の崩壊によって生じた衝撃波３３は他のキャビテーション泡３１と相互に作用しながら衝撃波を発生し、その一部はキャビテーション発生部３２と施工面２８の間において反射波３４となり反射を繰り返す。
【００２１】
キャビテーション泡３１が高密度に狭い空間に発生するとこの傾向は顕著に現れる。これにより潤滑油中のキャビテーション泡３１によって生じた衝撃波３３を施工面２８の表面に作用させることにより、施工面２８の表面を衝撃波３３により壊食することができる。軸受けメタル２６の材質や硬さと所要の壊食深さにより、第１高周波振動発生装置１２と第２高周波振動発生装置１４の振動数とストロークと位相を適度に調整することによって、狭隘な空間にキャビテーション泡３１を高密度に発生させることができ、所要の壊食加工を行うことが可能である。
【００２２】
このように本発明によれば施工面が複雑に変化する軸受けメタルにおいても、軸受けメタルの施工面に沿って振動子のコマを倣い加工と同じように一定のギャップを保って振動させることが可能となり、複雑な曲面に対しても、潤滑油中のキャビテーション泡を面状に高密度に発生させることが可能となり、高いピーニング効果を得ることができる。
【００２３】
キャビテーション泡を高密度に発生した場合の加工深さは、ショットピーニングの数倍に達することが実験にて確かめられており、ウォータジェットによるピーニングのように高圧水による反力が発生せず、かつ平面を高密度に一度でピーニングすることができるため、ウォータジェットのように細いジェット流を施工面にトラバースして施工するトラバース装置も不要となる利点もある。
【００２４】
次に図３を参照して本発明の作用ならびに動作をさらに説明する。軸受けメタル２６は潤滑油２４中にてキャビテーション泡の衝撃波に長時間曝され、図３に示すような壊食により軸受けメタル２６の表面である施工面２８には微細な壊食ピット３５が穿孔される。潤滑油２４が加熱されて常温より粘度が低い状態になると、潤滑油２４は壊食ピット３５の隙間に含浸する。
【００２５】
このとき、壊食ピット３５の平均径は数μｍ程度あって、内部まで潤滑油２４が含浸する。壊食ピット３５は上述もしたように小孔状である。平均口径Ｌは数μｍ程度で、深さδは数μｍ〜数十μｍとなるが、これらの数値は軸受けメタルの材質や加工条件によって異なることになる。キャビテーションの発生強度と作用時間などを適当な値に制御することにより、壊食ピット３５の口径Ｌと穿孔の深さδとを所要の値に加工し目的とする潤滑面を確保する。
【００２６】
加熱された潤滑油２４中では軸受けメタル２６の施工面２８が熱によって膨張するため、軸受け表面の壊食ピット３５も広がる。この状態で潤滑油２４が壊食ピット３５に含浸された状態で軸受けメタル２６が常温に冷却されると、壊食ピット３５の奥に含浸された潤滑油２４はピットの奥に閉じ込められた状態となり簡単に外部に染み出さなくなる。これにより常温状態では軸受け表面に潤滑油が含浸された状態を維持することが可能となる。
【００２７】
次に本発明の施工工程のフローを図４を参照して説明する。キャビテーション作用による施工対象である軸受けメタル材をキャビテーション加工機に固定する（Ｓｔｅｐ１）。軸受けメタル材が取り付けられ、潤滑油中に浸漬されているキャビテーション加工機の油槽の温度を所定温度までヒータにて昇温する（Ｓｔｅｐ２）。次いで潤滑油中に浸漬されているコマを高周波で振動させ、コマの端面にキャビテーション泡の発生と崩壊を繰り返す（Ｓｔｅｐ３）。
【００２８】
潤滑油中のコマの端面に発生するキャビテーション泡の崩壊時に発生する衝撃波によって軸受けメタルの表面を所定の粗さと深さが生成されるようにキャビテーション発生条件と印加時間を調整し、壊食作用を軸受けメタル表面に作用させる（Ｓｔｅｐ４）。次に壊食作用が施された軸受けメタル表面の壊食ピットの内部の奥まで油槽中の潤滑油を含浸させる（Ｓｔｅｐ５）。次に油槽の潤滑油を含浸させた軸受けメタルを油槽から取り出して所定の温度まで冷却する（Ｓｔｅｐ６）。冷却された軸受けメタルの摺動面、表面を清掃して機器などに組み込み使用に供する（Ｓｔｅｐ７）。
【００２９】
なお、上述した本発明に係る実施形態では対象として軸受けメタルを例に説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、軸受けメタル以外であっても動作中に表面に潤滑剤を必要とする被改質材に適用できるものである。また、実施形態の説明では液状潤滑剤として潤滑油を例にしたが、他に油のみならずいわゆる液状潤滑剤に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態を説明するための構成図。
【図２】本発明の動作原理を説明するための模式図。
【図３】本発明の作用を説明するための要部拡大断面図。
【図４】本発明の実施形態の工程を説明するためのフロー図。
【符号の説明】
【００３１】
１１…ピーニング装置、１２…第1高周波振動発生装置、１３…第1高周波電源装置、１４…第２高周波振動発生装置、１５…第２高周波電源装置、１６…第1高周波コイル、１７…第２高周波コイル、１８…第1振動子、１９…第２振動子、２０…垂直駆動軸、２１…水平駆動軸、２２…連結ピン、２３…コマ、２４…潤滑油、２５…油槽、２６…軸受けメタル、２７…架台、２８…施工面、２９…ヒータ、３０…撹拌装置、３１…キャビテーション泡、３２…キャビテーション発生部、３３…衝撃波、３４…反射波、３５…壊食ピット、３６…コマ外周部、ａ…ギャップ、Ｌ…平均口径、δ…深さ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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