NACHITECHNICALREPORT

Machining

33B1

Vol.

May/2018■ 新商品・適用事例紹介

超仕上げ加工で表面性状の改善

マシニング事業「パワーフィニッシャの用途展開」"Expansion of Power Finisher Application"
Improvement of Surface Characteristics
with Super Finishing〈キーワード〉

仕上げ加工・ラップ加工・ポリッシュ・フィルムラップ
砥粒加工・寿命向上・騒音低減

工作機製造所／技術部

川端 光弘

Mitsuhiro Kawahata

超仕上げ加工で表面性状の改善「パワーフィニッシャの用途展開」

要旨

近年、化石燃料の枯渇化・地球温暖化・CO2削減の必要 性など、環 境意識の高まりに対し日本では自動車の燃費性能に向けてとり組み、成果を上げてきている。
パワーフィニッシャは、乗用車やトラックなどのエンジンやトランスミッション部品の回転すべりが生じる部位（軸受部）の低摩擦化や寿命向上に効果のある超仕上げ加工機であり、1990年より1. 軸受部の超仕上げ加工で省エネルギーに貢献

国内の各自動 車メーカーに販 売。加工技 術を熟成させ、独自にバリエーションを増やしてきた。

自動車の低燃費や高出力化は世界的なニーズ

本稿では、このパワーフィニッシャの表面性状をであり、このニーズに対応するためには、部品改善する超仕上げ加工で、新たな分野へ用途

摺 動 部 の 表 面 粗さを 小さくしてフリクション展開するとり組みについて紹介する。

（機械的摩擦損失）を低減することが有効と考えられている。近年、全世界へ日本車が進出・現地生産化が展開され、NACHIパワーフィニッシャも同様に全世界のエンジン工場へ広く使用され、またAbstract
Awareness of environmental issues such as
depletion of fossil fuel, global warming andnecessity of CO2 reduction has increased in recentyears. Responding to this, fuel efficiency for
automobiles has been worked on and has been
showing the results in Japan.
Power Finisher is a super-finish machine
tool that is effective for the machining of bearing
areas where rotational and sliding movements
occur in the engine and transmission parts inpassenger vehicles and trucks since its machining iseffective to reduce friction and improvement of
the lives of parts. Power Finisher was first soldto the Japanese automobile manufacturers
in 1990 and since that time NACHI has matured
the machining technology and added variety offunctions to the machine on its own.
In this paper, our undertaking will be
introduced to expand application of PowerFinisher to a new field as its super-finish
function improves surface finish.

日本車以外にも多く展開されている。
パワーフィニッシャの加工法は、面粗さの向上と真円度の改善が特長であり、高品質なすべり軸受面を創造することによりスムーズな回転を生み出し、自動車では燃費性能の向上やフリクションの低減に貢献している。また、高効率を目的として、カムシャフトやトランスミッションなど他の自動車部品への拡がりに加えて、建設機械や発電機用エンジン、コンプレッサー部品などへの展開がすすんでいる。

図1

1

パワーフィニッシャ MF650

2. パワーフィニッシャの加工システム
パワーフィニッシャの加工方法は、ポリッシ

パワーフィニッシャの加工では、前述のシステムングフィルム（砥粒のついたフィルム）をシューにより加工物の面粗さを向上させるが、最大の（バックアップ材）で加工物に押し当て、加工物に特長は、上記のシューを非常に硬い部材とし、この回転とオシレーション（軸方向の往復運動）を部品精 度を加工物に転写することで真円度も与えた加工法であり、一般的にはフィルムラップ改善できることである。

加工、ポリッシュ加工とも呼ばれ、研削加工した面をさらに仕上げる超仕上げ加工である。図2に加工システムを示す。

ポリッシングフィルム
シュー（バックアップ材）

ポリッシングフィルム
シュー（バックアップ材）

ツーリング拡大図

加工半径

バックアップシュー

オシレーション

ポリッシング
フィルム
円筒面
回転砥粒の軌跡

図2

NACHI TECHNICAL REPORT

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加工システム2

超仕上げ加工で表面性状の改善「パワーフィニッシャの用途展開」

3. 高精度な超仕上げ加工
高品質な軸受面は、フリクション（機械的摩擦損失）をできる限り少なくするための理想的な円筒表面であり、接触面積が広く、接触点の応力を［研削加工］小さくすること（表面に突起形状部分を無くす）が必要不可欠である。また、摺動面をすばやく流体潤 滑に移 行するためには、適 度な油 溜まりが必要である。
（図3）
回転すべりが生じる円筒表面を、摺動部に理想的な面性状に仕上げ（面粗さの向上）、なお［フィルムラップ加工］《理想的な表面》
表面に突起形状部分が無く、油溜りが確保されるかつ、信頼性の高いハードシューシステムと非圧縮性の高いポリッシングフィルムを使用して真円度を矯正することにより、高精度な仕上げ加工を実現した。図4に面粗さの向上、図5に真円度の改善を示す。

図3［研削加工］
1J 中央
Center［パワーフィニッシャ加工］
Ra
Rz
Rz.J940.302μm
1.819μm
1.294μm（μm） 粗さ曲線
（縦倍率：×5,000.00 横倍率：×15.00）
2.00.0

1J 中央
CenterRa
Rz
Rz.J940.025μm0.230μm
0.156μm（μm） 粗さ曲線（縦倍率：×5,000.00 横倍率：×15.00）
2.00.0−2.00mm−2.00mm3.33

加工前
Ra 0.302μm［研削加工］ 真円度：3.5μm

面粗さの向上［パワーフィニッシャ加工］ 真円度：0.9μm

909013545718027013503152253.33

加工後Ra 0.025μm
図445101802255μm

315
270×2,000

加工前
3.5μm

加工後
0.9μm
図53

プラトー表面

真円度の改善05μm×2,000

4. ボールねじへの用途展開
表面）をつくり出し、円滑な潤滑を行なうことがボールねじのボール転動面にも、フィルムラップできるようになる。騒音に影響する転動面リード加工が有効である。
ボールねじは、半導体製造装置・産業用ロボット・方向の凹凸は、フィルムにより凸部が除去され、工作機械などに多く使用され、長寿命化が要求真円形状に改善される。図6は、形状の改善を示す。

されている。また、自動車においても電動化がパワーフィニッシャの加工技術で、面性状とすすみ、ボールねじの使用率が増えることから、形状を改善することにより、ボールねじの長寿命寿命に加えて静粛性も問われる。

化と静粛性について向上させる。図7は、ボールフィルムラップ加工を施すことにより、ボールねじフィルムラップ機を示す。

転動面は油溜まりのある最適な面性状（プラトー
0°＋Y0°＋Y

90°

270°

90°

270°

−X＋X

−X＋X

2.00μm（×5,000）

2.00μm（×5,000）

180°−Y

180°−Y

研削後

フィルムラップ
図6

特許出願中

形状の改善

110

110a

104
110b

106

102112160108

基本仕様
対象工作物外径

φ20 〜φ30mm

対象工作物長さ

500 〜 900mm

図7
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ボールねじフィルムラップ機
4超仕上げ加工で表面性状の改善「パワーフィニッシャの用途展開」

5. 直動ガイドへの用途展開
平面部についても、面性状を向上することにより、長寿命化が可能である。

仕上がる。表面は、油溜まりのある最適な面性状（プラトー表面）に仕上げられ、円筒ころが転がる

円筒ころタイプの直動ガイドのブロックは、形状が複雑で一般的には研削加工が最終工程

際 に円 滑 な 潤 滑を 生 み 出 す。図8は、転 動 面フィルムラップの効果を示す。

である。円筒ころの転動面は平面であり、研削ボールねじ同様に、半導体製造装置・産業用加工で仕上られた表面はうねりがあり面粗さもロボット・工作機械などにも多く使用され、フィルム粗い。研削加工後にフィルムラップ加工を施す

ラップ加工の要求は、今後増えていくと考えられる。

ことにより、うねりを 改 善し 面 粗さも均 一に面粗さの改善
加工前（μm） 断面曲線（縦倍率：×5,000.00 横倍率：×20.00）
2.0Ra
Pt

0.190μm2.160μm0.0−2.00mm

2.505.00

加工後（μm） 断面曲線（縦倍率：×5,000.00 横倍率：×20.00）
2.0Ra
Pt

0.040μm
0.824μm0.0−2.00mm

2.505.00

うねりの改善加工前
Wt（μm） ろ波うねり曲線（縦倍率：×5,000.00 横倍率：×8.00）

0.968μm

2.00.0−2.00mm

6.3

12.518.825.0

加工後Wt（μm） ろ波うねり曲線（縦倍率：×5,000.00 横倍率：×8.00）

0.432μm

2.00.0−2.00mm

6.312.5

図8518.8

転動面フィルムラップの効果

25.0

6. めっき表面のフィルムラップ加工（用途展開）
シール摺動面についても、フィルムラップ加工が研削加工は砥石のドレスや、熱変形の影響を有効に展開されている。

避けるための暖機運転が必要であり、非効率的なシールの摺動面は、硬質クロムめっき処理を加工方法である。図9に、微小突起の改善を示す。

施すことが一般的だが、めっき処理後の表面には一方、フィルムラップ加工では、フィルムに接着微小突起が発生する。その微小突起は、シールにされた砥石により切削力は高く、バックアップ傷を付け油漏れなどの悪影響を与えることが多い。

シューにより形状が決まるため、砥石のような微小突起を除去する主な加工方法は、バフ加工、ドレスは必要なく、熱変形の影響も少ないことからもしくは研削加工があげられるが、バフ加工では暖機運転も必要ない。さらに、スルーフィード

切 削 力 が 小さく微 小 突 起 を除 去しきれ ない 。

方式を採用しており、生産性も非常によい。

加工前

2,000μm
レンズ MXB-2016Z：Normal：X60
H視野 5,054.60μm
分解能 2.63μm

加工後

2,000μm
レンズ MXB-2016Z：Normal：X60
H視野 5,054.60μm
分解能 2.63μm

図9

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微小突起の改善6

7. 今後の展開
パワーフィニッシャは、従来のすべり軸受面に加え、転がり軸受面・シール面といった摺動面の表面性状の改善に貢献している。市場の変化に伴い、摺動面の用途が変化していくかもしれないが、パワーフィニッシャの表面を高品質に仕上げる加工方法は、長寿命化や静粛性に対して期待が高まっていくと考えられる。
パワーフィニッシャの加工は、多くの分野の仕 上げ 工 程 で 今 後 の 活 躍 が 期 待され ている。
さらに、新たな分野への展開に挑戦していきたい。

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May / 2018〈発行〉2018 年 5 月 24 日株式会社 不二越 技術開発本部
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