バニシング加工方法
【課題】簡便且つ短時間にバニシング加工条件の設定をすることができるバニシング加工方法を提供する。
【解決手段】金属材料２に対するバニシング量Ｄｖとバニシング加工前の加工前表面粗さ値とローラ１の回転数Ｎとローラ１が移動する速度である送り速度ｆとを含むデータベースを作成し、データベースに格納されたデータに基づいてバニシング加工後の加工後表面粗さ値及びバニシング加工前後の寸法変化量Ｄｓに対する応答曲面を作成し、かかる応答曲面から要求表面粗さ値及び要求寸法を用いて金属材料２の加工前寸法及び加工前表面粗さ値並びにローラ１の回転数Ｎ及び送り速度ｆを導出し、導出した加工前寸法及び加工前表面粗さ値を有する金属材料２に対して導出した回転数Ｎ及び送り速度ｆでバニシング加工を行う。
【解決手段】金属材料２に対するバニシング量Ｄｖとバニシング加工前の加工前表面粗さ値とローラ１の回転数Ｎとローラ１が移動する速度である送り速度ｆとを含むデータベースを作成し、データベースに格納されたデータに基づいてバニシング加工後の加工後表面粗さ値及びバニシング加工前後の寸法変化量Ｄｓに対する応答曲面を作成し、かかる応答曲面から要求表面粗さ値及び要求寸法を用いて金属材料２の加工前寸法及び加工前表面粗さ値並びにローラ１の回転数Ｎ及び送り速度ｆを導出し、導出した加工前寸法及び加工前表面粗さ値を有する金属材料２に対して導出した回転数Ｎ及び送り速度ｆでバニシング加工を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バニシング加工方法に関し、特に、加工条件等を最適に設定できるバニシング加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属製品の耐摩耗性や疲労強度を向上させるための表面仕上げ法としてバニシング加工がある。バニシング加工とは、ローラ等のツールによって、材料表面を塑性変形させることにより表面の凹凸を均一にし、加工硬化によって材料の表面硬度を上昇させる方法である。この方法は、他の方法と比べて、短時間で表面粗さを小さくし、且つ、仕上げ面の硬度を向上できる等の利点を有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、円柱材料に対するローラバニシング加工において、ローラ間の径をツール径と呼び、バニシング加工前の円柱材料の径とツール径との差をバニシング量（又はバニシ量）と呼ぶ。そして、ローラバニシング加工を実施する際には、加工後に要求される材料の寸法や表面粗さに応じて、バニシング量、ローラの回転数、ローラの送り速度等の加工条件を適宜調節しなければならない。従来、これらの設定は、熟練者によって人手で行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２０２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の熟練者によるバニシング加工の条件設定では、コスト及び時間がかかるという問題があった。また、発明者らの研究によって、バニシング加工前の金属製品の表面粗さによってもバニシング加工による寸法変化量やバニシング加工後の表面粗さが変わってくるという知見が得られており、最適なバニシング加工の条件の設定は熟練者であっても困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、簡便且つ短時間にバニシング加工条件の設定をすることができるバニシング加工方法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】
本発明によれば、回転するローラで金属材料の表面を押し潰すバニシング加工を行って、前記金属材料の表面粗さ値及び寸法を要求表面粗さ値及び要求寸法にするバニシング加工方法であって、バニシング加工後の加工後表面粗さ値に対するバニシング量とバニシング加工前の加工前表面粗さ値との関係を示す第一応答曲面を作成する第一応答曲面作成工程と、前記第一応答曲面上の複数の任意の点を選択する任意点選択工程と、前記任意点選択工程で選択した各点のバニシング量及び加工前表面粗さ値について、前記加工後表面粗さ値に対する前記ローラの回転数と前記ローラが移動する速度である送り速度との関係を示す第二応答曲面をそれぞれ作成する第二応答曲面作成工程と、前記各第二応答曲面における前記加工後表面粗さ値の最大値に対するバニシング量及び加工前表面粗さ値との関係を示す第三応答曲面を作成する第三応答曲面作成工程と、前記各第二応答曲面における前記加工後表面粗さ値の最小値に対するバニシング量及び加工前表面粗さ値との関係を示す第四応答曲面を作成する第四応答曲面作成工程と、前記第三応答曲面と前記第四応答曲面とによって囲まれる空間について、前記加工後表面粗さ値が前記要求表面粗さ値以下となるバニシング量及び加工前表面粗さ値を選択する第一条件選択工程と、前記第一条件選択工程で選択したバニシング量及び加工前表面粗さ値について、前記加工後表面粗さ値に対する回転数及び送り速度の関係を示す第五応答曲面を作成する第五応答曲面作成工程と、前記第五応答曲面について前記加工後表面粗さ値が前記要求表面粗さ値以下となる回転数及び送り速度を選択する第二条件選択工程と、バニシング加工前後の寸法変化量に対する、前記バニシング量、前記加工前表面粗さ値、前記回転数及び前記送り速度のうちの二条件の関係を示す第六応答曲面を作成する第六応答曲面作成工程と、前記第六応答曲面の前記二条件に前記第一条件選択工程又は前記第二条件選択工程で選択した数値を代入して寸法変化量を決定し、決定した寸法変化量と前記要求寸法とを足した値を前記金属材料の加工前寸法として算出する第三条件算出工程と、前記第二条件選択工程で選択した回転数及び送り速度並びに前記第一条件選択工程で選択したバニシング量で、前記第三条件算出工程で算出した前記加工前寸法及び前記第一条件選択工程で選択した前記加工前表面粗さ値を有する金属材料にバニシング加工を実施するバニシング加工工程と、を有することを特徴とするバニシング加工方法が提供される。
【０００８】
前記任意点選択工程は、前記第一応答曲面の各頂点と前記第一応答曲面内を格子状に複数に分割した交点とを選択する工程であってもよい。
【０００９】
前記第一条件選択工程は、前記第三応答曲面と前記第四応答曲面とによって囲まれる空間について、前記加工後表面粗さ値が前記要求表面粗さ値となる平面又は前記要求表面粗さ値以下となる空間の重心点又は中心点のバニシング量及び加工前表面粗さ値を選択する工程であってもよい。
【００１０】
前記第二条件選択工程は、前記第五応答曲面について前記加工後表面粗さが前記要求表面粗さ値となる曲線又は前記要求表面粗さ値以下となる曲面の重心点又は中心点の回転数及び送り速度を選択する工程であってもよい。
【００１１】
前記表面粗さ値は、例えば、算術平均粗さ値又は最大高さ粗さ値である。
【００１２】
前記第一応答曲面作成工程よりも前に、前記第一乃至第六応答曲面を作成するためのデータを計測し、計測したデータを格納したデータベースを作成するデータベース作成工程を有していてもよい。
【００１３】
前記バニシング加工工程の前に、前記金属材料を前記第三条件算出工程で算出した前記加工前寸法及び前記第一条件選択工程で選択した前記加工前表面粗さ値を有する素材に加工する成型加工工程を有していてもよい。
【００１４】
また、本発明によれば、回転するローラで金属材料の表面を押し潰すバニシング加工を行って、前記金属材料の表面粗さ値及び寸法を要求表面粗さ値及び要求寸法にするバニシング加工方法であって、少なくとも、前記金属材料に対する、バニシング量と、バニシング加工前の加工前表面粗さ値と、前記ローラの回転数と、前記ローラが移動する速度である送り速度と、を含むデータベースを作成し、前記データベースに格納されたデータに基づいて、バニシング加工後の加工後表面粗さ値及びバニシング加工前後の寸法変化量に対する応答曲面を作成し、前記応答曲面から、前記要求表面粗さ値及び前記要求寸法を用いて、前記金属材料の加工前寸法及び加工前表面粗さ値並びに前記ローラの回転数及び送り速度を導出し、導出した前記加工前寸法及び前記加工前表面粗さ値を有する金属材料に対して、導出した前記回転数及び前記送り速度でバニシング加工を行う、ことを特徴とするバニシング加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明に係るバニシング加工方法によれば、所定のパラメータに基づく応答曲面を作成し、該応答曲面からバニシング加工条件を決定することができるので、簡便且つ短時間にバニシング加工条件の設定をすることができる。したがって、熟練者に頼ることなくバニシング加工の条件設定を行うことができる。
【００１６】
また、バニシング加工の条件を特定し、バニシング加工前の金属材料を所定の寸法及び粗さ値を有する形状に成型加工することにより、バニシング加工の条件設定や変更を行う回数を低減することができ、最適なバニシング加工の条件を維持したままバニシング加工を行うことができ、安定したバニシング加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】バニシング加工の原理を説明するための模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るバニシング加工方法に使用するバニシング工具を示す図であり、（ａ）は、バニシング量及びツール径、（ｂ）は回転数、（ｃ）は送り速度、を説明するための図である。
【図３】加工前表面粗さ値のバニシ量（直径）及び実際の直径変化量に対する分布図である。
【図４】金属材料のバニシング加工前後の表面形状の模式図であり、（ａ）は加工前表面粗さ値Ｒａが１〜３［μｍ］の場合、（ｂ）は加工前表面粗さ値Ｒａが５〜７［μｍ］の場合、を示している。
【図５】（ａ）はステンレス鋼、（ｂ）はチタン合金、のバニシング量と加工前表面粗さ値に対する寸法変化量の応答曲面を示し、（ｃ）はステンレス鋼、（ｄ）はチタン合金、のバニシング量と加工前表面粗さ値に対する加工後表面粗さ値の応答曲面を示している。
【図６】本発明の実施形態に係るバニシング加工方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係るバニシング加工方法に使用する応答曲面を示す模式図であり、（ａ）は第一応答曲面作成工程、（ｂ）は任意点選択工程、（ｃ）は第二応答曲面作成工程、（ｄ）は第三応答曲面作成工程及び第四応答曲面作成工程、（ｅ）及び（ｆ）は第一条件選択工程、（ｇ）は第五応答曲面作成工程、（ｈ）は第二条件選択工程、（ｉ）は第六応答曲面作成工程、を示している。
【図８】本発明の他の実施形態に係るバニシング加工方法に使用する応答曲面を示す図であり、（ａ）は第一条件選択工程、（ｂ）は第二条件選択工程、を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係るバニシング加工方法について、図１乃至図８を用いて説明する。最初に、バニシング加工の原理について説明する。ここで、図１は、バニシング加工の原理を説明するための模式図である。図２は、本発明の実施形態に係るバニシング加工方法に使用するバニシング工具を示す図であり、（ａ）は、バニシング量及びツール径、（ｂ）は回転数、（ｃ）は送り速度、を説明するための図である。図３は、加工前表面粗さ値のバニシ量（直径）及び実際の直径変化量に対する分布図である。図４は、金属材料のバニシング加工前後の表面形状の模式図であり、（ａ）は加工前表面粗さ値Ｒａが１〜３［μｍ］の場合、（ｂ）は加工前表面粗さ値Ｒａが５〜７［μｍ］の場合、を示している。図５は、（ａ）はステンレス鋼、（ｂ）はチタン合金、のバニシング量と加工前表面粗さ値に対する寸法変化量の応答曲面を示し、（ｃ）はステンレス鋼、（ｄ）はチタン合金、のバニシング量と加工前表面粗さ値に対する加工後表面粗さ値の応答曲面を示している。
【００１９】
バニシング加工とは、例えば、回転するローラ１によって円柱形状の金属材料２の表面を塑性変形させることにより表面の凹凸を均一にし、加工硬化によって材料の表面硬度を上昇させる方法である。具体的に説明すると、図１に示すように、領域ａでは、ローラ１が金属材料２の表面に押し付けられ徐々に加圧される。そして、領域ｂでは、接触圧力が金属材料２の降伏点を越えて塑性変形を起こす。領域ｃでは、ローラ１が加工面から離脱し、金属材料２は微小な距離Ｄｒだけ弾性回復する。この際、ローラ１が通った箇所は、表面の凹凸がならされて粗さが小さくなる。図中のＤｖは、ローラ１が金属材料２の表面から押し付けられる距離で、バニシング量（又はバニシ量）と呼ぶ。バニシング加工された表面は、加工硬化による硬度の上昇と表面層の引張残留応力が圧縮残留応力へと変化する。また、バニシング加工を実施する前の表面からバニシング加工を実施して距離Ｄｒだけ弾性回復した後の表面までの距離Ｄｓを寸法変化量と呼ぶ。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、ローラ１は、バニシングツール３に付属している。バニシングツール３は、ローラ１のツール径Ｄｔを調整することでバニシング量Ｄｖを変更することができる。また、バニシングツール３は、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ミーリングチャック４に固定された円柱形状の金属材料２の全面にバニシング加工を施すために、回転数Ｎ［ｒｐｍ］で回転し、送り速度ｆ［ｍｍ／ｒｅｖ］で往復運動をする。
【００２１】
加工方法には、バニシング量Ｄｖを一定にする方法とツール径Ｄｔを一定にする方法との２つの方法がある。バニシング量Ｄｖを一定にする方法での加工は、金属材料２に対してツール径Ｄｔを調整し、全ての金属材料２に対して同じバニシング量Ｄｖで加工を行う。ツール径Ｄｔを一定にする方法での加工は、金属材料２によってツール径Ｄｔを調整せずに加工を行うため、バニシング量Ｄｖは金属材料２の寸法によって異なる。
【００２２】
生産現場で用いる場合、ツール径Ｄｔを一定にする方法で加工を行う方が、金属材料２の寸法によってツール径Ｄｔを調整せずに済むために、バニシング量Ｄｖを一定にする方法よりも生産性が高い。そこで、本実施形態では、ツール径Ｄｔを一定にし、バニシング量Ｄｖを変化させて、バニシング加工を行う。
【００２３】
ここで、図３に示すように、金属材料２が、加工前表面粗さ値として算術平均粗さ値（以下、Ｒａ）が１〜３［μｍ］であるものとＲａが５〜７［μｍ］のものを使用して、バニシング加工におけるバニシ量（直径）［ｍｍ］と実際の直径変化量［ｍｍ］の関係を調べた。その結果、加工前表面粗さ値が大きいと直径変化量が大きくなるとことが分かった。なお、図３において、加工前表面粗さ値Ｒａが１〜３［μｍ］のデータを□で表示し、加工前表面粗さ値Ｒａが５〜７［μｍ］のデータを◆で表示している。
【００２４】
バニシング加工は、ローラ１を金属材料２の表面に押し付けることによって表面を滑らかにする加工法である。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ローラ１が押し付けられた山部分は、谷部分の隙間へと塑性流動を起こすと考えられる。図４（ａ）に示したＲａ５〜７の金属材料２の表面の谷部分は、図４（ｂ）に示したＲａ１〜３のものよりも広いため、変形できる領域が大きい。そのため、Ｒａ５〜７の加工後表面Ｓ２と加工前表面Ｓ１との距離である寸法変化量Ｄｓは、Ｒａ１〜３の加工後表面Ｓ３と加工前表面Ｓ１との距離である寸法変化量Ｄｓより大きくなる。従って、図３に示したように、加工前表面粗さが大きいと寸法変化量が大きくなるものと考えられる。
【００２５】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）、チタン合金（例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）ともに、加工前表面粗さ値が大きいほど寸法変化量が大きい傾向にあることが理解できる。また、バニシング量３〜５の範囲で比較すると、同じ加工前表面粗さ値のときに、同じバニシング量で加工を行っても、ステンレス鋼とチタン合金では寸法変化量に違いがある。これは、表面の凹凸が完全に埋まった後の寸法変化には、材料特性が関わってくるために、このような違いが出ると推測される。なお、図示した応答曲面は、バニシング量を１〜１０、加工前後表面粗さを１〜５、寸法変化量を０〜１０に各パラメータの基準で正規化している。
【００２６】
また、図５（ｃ）及び（ｄ）に示すように、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）と、チタン合金（例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）のバニシング量と加工前表面粗さ値とに対する加工後表面粗さ値の応答曲面は、ほぼ同様の変化をしている。バニシング加工によって表面の凹凸を埋めていく原理が材料の種類に関係なく同じためであると推測される。図示した応答曲面によれば、加工後表面粗さ値の向上効果が小さい曲面部分（図の奥側）と向上効果が大きい平面部分（図の手前側）で構成されていることが理解できる。加工前表面粗さ値が大きくても、バニシング量を大きくすることによって、加工後表面粗さ値を小さくすることができる。言い換えれば、バニシング量が一定であっても、加工前表面粗さ値を調整することによって、加工後表面粗さ値を調整することができる。なお、図示した応答曲面は、バニシング量を１〜１０、加工前後表面粗さを１〜５、寸法変化量を０〜１０に各パラメータの基準で正規化している。
【００２７】
上述したように、本発明者らは、鋭意研究した結果、加工前表面粗さ値が金属材料の寸法変化量と加工後表面粗さ値に影響を与えるパラメータであるとの知見を得た。また、図５の各図に示したように、寸法変化量及び加工後表面粗さ値は、バニシング量及び加工前表面粗さ値と相関関係があることも把握することができた。本発明は、かかる知見に基づくものであり、ツール径Ｄｔを一定にしてバニシング加工した場合であっても、所望の要求値を満たす寸法及び加工後表面粗さを有する金属材料が得られるようにしたものである。すなわち、本発明は、金属材料２のバニシング加工後に要求される寸法及び表面粗さ値から、バニシング加工前に必要な寸法及び表面粗さを決定し、バニシング加工するようにしたものである。
【００２８】
ここで、本発明の実施形態に係るバニシング加工方法の手順を説明する。図６は、本発明の実施形態に係るバニシング加工方法を説明するためのフローチャートである。また、図７は、本発明の実施形態に係るバニシング加工方法に使用する応答曲面を示す模式図であり、（ａ）は第一応答曲面作成工程、（ｂ）は任意点選択工程、（ｃ）は第二応答曲面作成工程、（ｄ）は第三応答曲面作成工程及び第四応答曲面作成工程、（ｅ）及び（ｆ）は第一条件選択工程、（ｇ）は第五応答曲面作成工程、（ｈ）は第二条件選択工程、（ｉ）は第六応答曲面作成工程、を示している。
【００２９】
本発明の実施形態に係るバニシング加工方法は、図６及び図７に示したように、回転するローラ１で金属材料２の表面を押し潰すバニシング加工を行って、金属材料２の表面粗さ値及び寸法を要求表面粗さ値及び要求寸法にするバニシング加工方法であって、バニシング加工後の加工後表面粗さ値に対するバニシング量Ｄｖとバニシング加工前の加工前表面粗さ値との関係を示す第一応答曲面Ａを作成する第一応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ１）と、第一応答曲面Ａ上の複数の任意の点Ｐ１〜Ｐ１５を選択する任意点選択工程（Ｓｔｅｐ２）と、任意点選択工程で選択した各点Ｐ１〜Ｐ１５のバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値について、加工後表面粗さ値に対するローラ１の回転数Ｎとローラ１が移動する速度である送り速度ｆとの関係を示す第二応答曲面Ｂ（Ｂ１〜Ｂ１５）をそれぞれ作成する第二応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ３）と、各第二応答曲面Ｂ１〜Ｂ１５における加工後表面粗さ値の最大値に対するバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値との関係を示す第三応答曲面Ａｍａｘを作成する第三応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ４）と、各第二応答曲面Ｂ１〜１５における加工後表面粗さ値の最小値に対するバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値との関係を示す第四応答曲面Ａｍｉｎを作成する第四応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ５）と、第三応答曲面Ａｍａｘと第四応答曲面Ａｍｉｎとによって囲まれる空間ＡＲ１について、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値以下となるバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値を選択する第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）と、第一条件選択工程で選択したバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値について、加工後表面粗さ値に対する回転数Ｎ及び送り速度ｆの関係を示す第五応答曲面Ｃ１を作成する第五応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ７）と、第五応答曲面Ｃ１について加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値以下となる回転数Ｎ及び送り速度ｆを選択する第二条件選択工程（Ｓｔｅｐ８）と、バニシング加工前後の寸法変化量Ｄｓに対する、バニシング量Ｄｖ、加工前表面粗さ値、回転数Ｎ及び送り速度ｆのうちの二条件の関係を示す第六応答曲面Ｍを作成する第六応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ９）と、第六応答曲面Ｍの二条件に第一条件選択工程又は第二条件選択工程で選択した数値を代入して寸法変化量Ｄｓを決定し、決定した寸法変化量Ｄｓと要求寸法とを足した値を金属材料２の加工前寸法として算出する第三条件算出工程（Ｓｔｅｐ１０）と、第二条件選択工程で選択した回転数Ｎ及び送り速度ｆ並びに第一条件選択工程で選択したバニシング量Ｄｖで、第三条件算出工程で算出した加工前寸法及び第一条件選択工程で選択した加工前表面粗さ値を有する金属材料２にバニシング加工を実施するバニシング加工工程（Ｓｔｅｐ１２）と、を有する。
【００３０】
また、図６に示したように、第一応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ１）よりも前に、第一応答曲面Ａ〜第六応答曲面Ｍを作成するためのデータを計測し、計測したデータを格納したデータベースを作成するデータベース作成工程（Ｓｔｅｐ０）を有していてもよい。
【００３１】
かかるデータベース作成工程（Ｓｔｅｐ０）は、例えば、所望の形状を有する金属材料２に対して、バニシング量Ｄｖ、ツール径Ｄｔ、加工前表面粗さ値、加工後表面粗さ値、ローラ１の回転数Ｎ、送り速度ｆ等のパラメータに関するデータを予め取得しておく工程である。このデータベースに格納されたパラメータの数値を用いて後述する応答曲面が作成される。また、金属材料２が類似する素材や形状を有する場合には、取得済みのデータを適宜補完してデータを算出するようにしてもよい。また、本実施形態において、表面粗さ値とは、例えば、算術平均粗さ値Ｒａや最大高さ粗さ値Ｒｚを意味し、十点平均粗さ値や中心線平均粗さ値等の他の粗さ値であってもよい。データベースには、これらの表面粗さ値の各データを格納しておき、要求表面粗さ値が、どの粗さ値（例えば、算術平均粗さ値Ｒａ、最大高さ粗さ値Ｒｚ等）であるかによって使い分けをする。
【００３２】
前記第一応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ１）は、加工後表面粗さ値に対するバニシング量Ｄｖとバニシング加工前の加工前表面粗さ値との関係を示す第一応答曲面Ａを作成する工程である。ここで、第一応答曲面Ａを作成する際に選択されるパラメータは、影響度の高いものから選択することが好ましい。影響度が高いということは、応答曲面の勾配が大きいことを意味する。したがって、制約条件を設定したときに考慮すべき範囲が、影響度の低いパラメータを選んだときよりも狭くなり、任意点選択工程（Ｓｔｅｐ２）において、任意の点を決定しやすくすることができる。また、上述したパラメータについてデータを取得し、要因効果図を作成したところ、加工前表面粗さ＞バニシング量Ｄｖ＞回転数Ｎ＞送り速度ｆの順で影響度が大きいことが把握できた。そこで、第一応答曲面Ａの作成には、パラメータとして、加工前表面粗さ及びバニシング量Ｄｖを選択している。
【００３３】
具体的には、図７（ａ）に示したように、加工後表面粗さ値（Ｚ軸）を応答値とするバニシング量Ｄｖ（Ｘ軸）と加工前表面粗さ値（Ｙ軸）との第一応答曲面Ａを作成する。その際、回転数Ｎ及び送り速度ｆには、任意の値を指定しておけばよい。なお、図示した第一応答曲面Ａは平面形状に模式化したものであり、実際には曲面形状に作成される（以下、図７の各図において同じ）。
【００３４】
前記任意点選択工程（Ｓｔｅｐ２）は、第二応答曲面Ｂを作成するために、第一応答曲面Ａから任意の点Ｐ１〜Ｐ１５を選択する工程である。具体的には、図７（ｂ）に示したように、第一応答曲面Ａの各頂点Ｐ１，Ｐ５，Ｐ１１，Ｐ１５と第一応答曲面Ａ内を格子状に複数に分割した交点Ｐ２〜Ｐ４，Ｐ６〜Ｐ１０，Ｐ１２〜Ｐ１４とを選択するようにすればよい。ここでは、任意の点として、Ｐ１〜Ｐ１５の１５点を選択しているが、これに限定されるものではなく、第一応答曲面Ａの形状に応じて、選択する点数を増減してもよいし、選択する点が粗密を有していてもよいし（例えば、平面部では選択する点数を少なくし、曲面部では選択する点数を多くする等）、無作為に複数の点を選択してもよい。
【００３５】
前記第二応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ３）は、各点Ｐ１〜Ｐ１５のバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値ごとに第二応答曲面Ｂ１〜Ｂ１５を作成する工程である。具体的には、図７（ｃ）に示したように、点Ｐ１のバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値について、加工後表面粗さ値（Ｚ軸）に対するローラ１の回転数Ｎ（Ｘ軸）と送り速度ｆ（Ｙ軸）との関係を示す第二応答曲面Ｂ１を作成し、同様の処理を点Ｐ２〜Ｐ１５について繰り返す。したがって、第二応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ３）においては、任意点選択工程（Ｓｔｅｐ２）で選択した点の個数だけ第二応答曲面Ｂが作成される。
【００３６】
前記第三応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ４）は、各第二応答曲面Ｂ１〜Ｂ１５に基づいて第三応答曲面Ａｍａｘを作成する工程である。具体的には、図７（ｄ）に示したように、各第二応答曲面Ｂ１〜Ｂ１５における加工後表面粗さ値の最大値から、加工後表面粗さ値を応答値とするバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値の近似曲面を算出して第三応答曲面Ａｍａｘを作成する。すなわち、かかる第三応答曲面Ａｍａｘは、第一応答曲面Ａを決定するパラメータであるローラ１の回転数Ｎ及び送り速度ｆを変化させた場合に応答値が最大となる曲面である。
【００３７】
前記第四応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ５）は、各第二応答曲面Ｂ１〜Ｂ１５に基づいて第四応答曲面Ａｍｉｎを作成する工程である。具体的には、図７（ｄ）に示したように、第二応答曲面Ｂ１〜Ｂ１５における加工後表面粗さ値の最小値から、加工後表面粗さ値を応答値とするバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値の近似曲面を算出して第四応答曲面Ａｍｉｎを作成する。すなわち、かかる第四応答曲面Ａｍｉｎは、第一応答曲面Ａを決定するパラメータであるローラ１の回転数Ｎ及び送り速度ｆを変化させた場合に応答値が最小となる曲面である。
【００３８】
前記第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）は、第三応答曲面Ａｍａｘ及び第四応答曲面Ａｍｉｎを用いて所望の要求表面粗さ値の条件を満たすバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値を決定する工程である。具体的には、図７（ｅ）に示したように、第三応答曲面Ａｍａｘと第四応答曲面Ａｍｉｎとによって囲まれる空間ＡＲ１を決定し、図７（ｆ）に示したように、空間ＡＲ１内において、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値以下となる空間ＡＲ２を決定する。この空間ＡＲ２内の範囲は、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値以下となる点の集合であり、どの点を選択しても所望の要求表面粗さ値の条件を満たす。したがって、この空間ＡＲ２から任意の点を選択することによって、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値以下となるバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値を選択することができる。また、任意の点として、空間ＡＲ２の重心点又は中心点を選択するようにしてもよい。
【００３９】
前記第五応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ７）は、第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で選択したバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値について第五応答曲面Ｃ１を作成する工程である。具体的には、図７（ｇ）に示したように、第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で選択したバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値に対して、データベースに格納されたデータを使用し、加工後表面粗さ値（Ｚ軸）を応答値とするローラ１の回転数Ｎ（Ｘ軸）及び送り速度ｆ（Ｙ軸）の第五応答曲面Ｃ１を作成する。
【００４０】
前記第二条件選択工程（Ｓｔｅｐ８）は、第五応答曲面Ｃ１について所望の要求表面粗さ値の条件を満たすローラ１の回転数Ｎ及び送り速度ｆを決定する工程である。具体的には、図７（ｈ）に示したように、第五応答曲面Ｃ１内において加工後表面粗さが要求表面粗さ値以下となる応答曲面Ｃ２を決定する。この応答曲面Ｃ２内の範囲は、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値以下となる点の集合であり、どの点を選択しても所望の要求表面粗さ値の条件を満たす。したがって、この応答曲面Ｃ２から任意の点を選択することによって、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値以下となる回転数Ｎ及び送り速度ｆを選択することができる。また、任意の点として、応答曲面Ｃ２の重心点又は中心点を選択するようにしてもよい。
【００４１】
前記第六応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ９）は、バニシング加工前後の寸法変化量Ｄｓに対する第六応答曲面Ｍを作成する工程である。ここで、第六応答曲面Ｍは、上述した第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で決定したバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値、第二条件選択工程（Ｓｔｅｐ８）で決定したローラ１の回転数Ｎ及び送り速度ｆから、寸法変化量Ｄｓを決定するための一工程である。いま、第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）及び第二条件選択工程（Ｓｔｅｐ８）により、バニシング量Ｄｖ、加工前表面粗さ値、回転数Ｎ及び送り速度ｆが全て決定していることから、これらのパラメータのうちどの二つのパラメータ（二条件）を選択しても、同じ結果を得ることができる。つまり、第六応答曲面Ｍを作成するために、この四つのパラメータから任意の２つのパラメータを形式的に選択すればよい。具体的には、図７（ｉ）に示したように、第六応答曲面Ｍは、例えば、寸法変化量Ｄｓ（Ｚ軸）を応答値とするバニシング量Ｄｖ（Ｘ軸）及び加工前表面粗さ値（Ｙ軸）の応答曲面である。勿論、第六応答曲面Ｍは、寸法変化量Ｄｓを応答値とする回転数Ｎ及び送り速度ｆの応答曲面であってもよい。
【００４２】
前記第三条件算出工程（Ｓｔｅｐ１０）は、寸法変化量Ｄｓを決定して加工前寸法を算出する工程である。具体的には、第六応答曲面Ｍをバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値に基づいて作成した場合には、第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で決定したバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値を第六応答曲面Ｍに適用して寸法変化量Ｄｓを決定する。また、第六応答曲面Ｍを回転数Ｎ及び送り速度ｆに基づいて作成した場合には、第二条件選択工程（Ｓｔｅｐ８）で決定した回転数Ｎ及び送り速度ｆを第六応答曲面Ｍに適用して寸法変化量Ｄｓを決定する。このようにして寸法変化量Ｄｓが決定すれば、これに要求寸法を加えることによって、加工前寸法を算出することができる。
【００４３】
上述した第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）によって加工前表面粗さ値が決定し、第三条件算出工程（Ｓｔｅｐ１０）によって加工前寸法を決定することができる。すなわち、この加工前表面粗さ値及び加工前寸法を満たすように金属材料２を成型すれば、第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で決定したバニシング量Ｄｖと、第二条件選択工程（Ｓｔｅｐ８）で決定したローラ１の回転数Ｎ及び送り速度ｆによってバニシング加工することによって、要求表面粗さ値及び要求寸法を満足する金属材料２を得ることができる。
【００４４】
そこで、図６に示したように、バニシング加工工程（Ｓｔｅｐ１２）の前に、金属材料２を第三条件算出工程（Ｓｔｅｐ１０）で算出した加工前寸法及び第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で選択した加工前表面粗さ値を有する形状に加工する成型加工工程（Ｓｔｅ１１）を有していてもよい。かかる成型加工によって、第三条件算出工程（Ｓｔｅｐ１０）で算出した加工前寸法及び第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で選択した加工前表面粗さ値を有する金属材料２を容易に入手することができる。かかる成型加工工程（Ｓｔｅ１１）において、コンピュータ等の制御装置を用いて、第三条件算出工程（Ｓｔｅｐ１０）で算出した加工前寸法及び第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で選択した加工前表面粗さ値を自動的に入力し、加工装置を制御するようにしてもよい。
【００４５】
前記バニシング加工工程（Ｓｔｅｐ１２）は、例えば、成型加工工程（Ｓｔｅ１１）により得られた所定の金属材料２に対して既に決定しているバニシング量Ｄｖ、回転数Ｎ及び送り速度ｆによりバニシング加工を行う工程である。本実施形態においては、加工前の金属材料２が所定の加工前寸法及び加工前表面粗さ値を有していることから、バニシング量Ｄｖ、回転数Ｎ及び送り速度ｆの条件を都度調整する必要がなく、バニシング加工の条件設定や変更を行う回数を低減することができ、最適なバニシング加工の条件を維持したままバニシング加工を行うことができ、安定したバニシング加工を行うことができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、所定のパラメータ（例えば、バニシング量Ｄｖ、加工前表面粗さ値、回転数Ｎ、送り速度ｆ等）に基づく応答曲面（例えば、第一応答曲面Ａ〜第六応答曲面Ｍ）を作成し、かかる応答曲面からバニシング加工条件を決定することができるので、熟練者に頼ることなく、簡便且つ短時間にバニシング加工条件の設定をすることができる。なお、上述したデータベース作成工程（Ｓｔｅｐ０）から第三条件算出工程（Ｓｔｅｐ１０）までは、図示しないコンピュータによって実行することが可能であり、かかるコンピュータを使用した場合には、より簡便且つ短時間にバニシング加工条件の設定をすることができる。
【００４７】
上述した本実施形態は、回転するローラ１で金属材料２の表面を押し潰すバニシング加工を行って、金属材料２の表面粗さ値及び寸法を要求表面粗さ値及び要求寸法にするバニシング加工方法であって、少なくとも、金属材料２に対する、バニシング量Ｄｖと、バニシング加工前の加工前表面粗さ値と、ローラ１の回転数Ｎと、ローラ１が移動する速度である送り速度ｆと、を含むデータベースを作成し、データベースに格納されたデータに基づいて、バニシング加工後の加工後表面粗さ値及びバニシング加工前後の寸法変化量Ｄｓに対する応答曲面（例えば、第一応答曲面Ａ〜第六応答曲面Ｍ）を作成し、かかる応答曲面から、要求表面粗さ値及び要求寸法を用いて、金属材料２の加工前寸法及び加工前表面粗さ値並びにローラ１の回転数Ｎ及び送り速度ｆを導出し、導出した加工前寸法及び加工前表面粗さ値を有する金属材料２に対して、導出した回転数Ｎ及び送り速度ｆでバニシング加工を行うものであると言い換えることもできる。
【００４８】
次に、本発明の他の実施形態に係るバニシング加工方法について図８を用いて説明する。ここで、図８は、本発明の他の実施形態に係るバニシング加工方法に使用する応答曲面を示す図であり、（ａ）は第一条件選択工程、（ｂ）は第二条件選択工程、を示している。
【００４９】
図８（ａ）に示したように、第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）においては、第三応答曲面Ａｍａｘと第四応答曲面Ａｍｉｎとによって囲まれる空間ＡＲ１において加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値となる平面Ｓを決定するようにしてもよい。すなわち、加工後表面粗さ値の条件として、特定の数値である要求表面粗さ値を使用するようにしてもよい。この平面Ｓ内の範囲は、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値となる点の集合であり、どの点を選択しても所望の要求表面粗さ値の条件を満たす。したがって、この平面Ｓから任意の点を選択することによって、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値となるバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値を選択することができる。また、任意の点として、平面Ｓの重心点又は中心点を選択するようにしてもよい。
【００５０】
図８（ｂ）に示したように、第二条件選択工程（Ｓｔｅｐ８）においては、第五応答曲面Ｃ１において加工後表面粗さが要求表面粗さ値となる曲線Ｌ（直線の場合を含む）を決定するようにしてもよい。すなわち、加工後表面粗さ値の条件として、特定の数値である要求表面粗さ値を使用するようにしてもよい。この曲線Ｌは、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値となる点の集合であり、どの点を選択しても所望の要求表面粗さ値の条件を満たす。したがって、この曲線Ｌから任意の点を選択することによって、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値となる回転数Ｎ及び送り速度ｆを選択することができる。また、任意の点として、曲線Ｌの重心点又は中心点を選択するようにしてもよい。
【００５１】
本発明は上述した実施形態に限定されず、例えば、金属材料２の形状は筒形状、曲面形状、平面形状等であってもよく、筒形状の内面及び曲面形状や平面形状の面上をバニシングするようにしてもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００５２】
１ ローラ
２ 金属材料
Ａ 第一応答曲面
Ａｍａｘ 第三応答曲面
Ａｍｉｎ 第四応答曲面
ＡＲ１，ＡＲ２ 空間
Ｂ，Ｂ１〜Ｂ１５ 第二応答曲面
Ｃ１ 第五応答曲面
Ｄｓ 寸法変化量
Ｄｖ バニシング量
ｆ 送り速度
Ｍ 第六応答曲面
Ｎ 回転数
Ｐ１〜Ｐ１５ 点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バニシング加工方法に関し、特に、加工条件等を最適に設定できるバニシング加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属製品の耐摩耗性や疲労強度を向上させるための表面仕上げ法としてバニシング加工がある。バニシング加工とは、ローラ等のツールによって、材料表面を塑性変形させることにより表面の凹凸を均一にし、加工硬化によって材料の表面硬度を上昇させる方法である。この方法は、他の方法と比べて、短時間で表面粗さを小さくし、且つ、仕上げ面の硬度を向上できる等の利点を有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、円柱材料に対するローラバニシング加工において、ローラ間の径をツール径と呼び、バニシング加工前の円柱材料の径とツール径との差をバニシング量（又はバニシ量）と呼ぶ。そして、ローラバニシング加工を実施する際には、加工後に要求される材料の寸法や表面粗さに応じて、バニシング量、ローラの回転数、ローラの送り速度等の加工条件を適宜調節しなければならない。従来、これらの設定は、熟練者によって人手で行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２０２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の熟練者によるバニシング加工の条件設定では、コスト及び時間がかかるという問題があった。また、発明者らの研究によって、バニシング加工前の金属製品の表面粗さによってもバニシング加工による寸法変化量やバニシング加工後の表面粗さが変わってくるという知見が得られており、最適なバニシング加工の条件の設定は熟練者であっても困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、簡便且つ短時間にバニシング加工条件の設定をすることができるバニシング加工方法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】
本発明によれば、回転するローラで金属材料の表面を押し潰すバニシング加工を行って、前記金属材料の表面粗さ値及び寸法を要求表面粗さ値及び要求寸法にするバニシング加工方法であって、バニシング加工後の加工後表面粗さ値に対するバニシング量とバニシング加工前の加工前表面粗さ値との関係を示す第一応答曲面を作成する第一応答曲面作成工程と、前記第一応答曲面上の複数の任意の点を選択する任意点選択工程と、前記任意点選択工程で選択した各点のバニシング量及び加工前表面粗さ値について、前記加工後表面粗さ値に対する前記ローラの回転数と前記ローラが移動する速度である送り速度との関係を示す第二応答曲面をそれぞれ作成する第二応答曲面作成工程と、前記各第二応答曲面における前記加工後表面粗さ値の最大値に対するバニシング量及び加工前表面粗さ値との関係を示す第三応答曲面を作成する第三応答曲面作成工程と、前記各第二応答曲面における前記加工後表面粗さ値の最小値に対するバニシング量及び加工前表面粗さ値との関係を示す第四応答曲面を作成する第四応答曲面作成工程と、前記第三応答曲面と前記第四応答曲面とによって囲まれる空間について、前記加工後表面粗さ値が前記要求表面粗さ値以下となるバニシング量及び加工前表面粗さ値を選択する第一条件選択工程と、前記第一条件選択工程で選択したバニシング量及び加工前表面粗さ値について、前記加工後表面粗さ値に対する回転数及び送り速度の関係を示す第五応答曲面を作成する第五応答曲面作成工程と、前記第五応答曲面について前記加工後表面粗さ値が前記要求表面粗さ値以下となる回転数及び送り速度を選択する第二条件選択工程と、バニシング加工前後の寸法変化量に対する、前記バニシング量、前記加工前表面粗さ値、前記回転数及び前記送り速度のうちの二条件の関係を示す第六応答曲面を作成する第六応答曲面作成工程と、前記第六応答曲面の前記二条件に前記第一条件選択工程又は前記第二条件選択工程で選択した数値を代入して寸法変化量を決定し、決定した寸法変化量と前記要求寸法とを足した値を前記金属材料の加工前寸法として算出する第三条件算出工程と、前記第二条件選択工程で選択した回転数及び送り速度並びに前記第一条件選択工程で選択したバニシング量で、前記第三条件算出工程で算出した前記加工前寸法及び前記第一条件選択工程で選択した前記加工前表面粗さ値を有する金属材料にバニシング加工を実施するバニシング加工工程と、を有することを特徴とするバニシング加工方法が提供される。
【０００８】
前記任意点選択工程は、前記第一応答曲面の各頂点と前記第一応答曲面内を格子状に複数に分割した交点とを選択する工程であってもよい。
【０００９】
前記第一条件選択工程は、前記第三応答曲面と前記第四応答曲面とによって囲まれる空間について、前記加工後表面粗さ値が前記要求表面粗さ値となる平面又は前記要求表面粗さ値以下となる空間の重心点又は中心点のバニシング量及び加工前表面粗さ値を選択する工程であってもよい。
【００１０】
前記第二条件選択工程は、前記第五応答曲面について前記加工後表面粗さが前記要求表面粗さ値となる曲線又は前記要求表面粗さ値以下となる曲面の重心点又は中心点の回転数及び送り速度を選択する工程であってもよい。
【００１１】
前記表面粗さ値は、例えば、算術平均粗さ値又は最大高さ粗さ値である。
【００１２】
前記第一応答曲面作成工程よりも前に、前記第一乃至第六応答曲面を作成するためのデータを計測し、計測したデータを格納したデータベースを作成するデータベース作成工程を有していてもよい。
【００１３】
前記バニシング加工工程の前に、前記金属材料を前記第三条件算出工程で算出した前記加工前寸法及び前記第一条件選択工程で選択した前記加工前表面粗さ値を有する素材に加工する成型加工工程を有していてもよい。
【００１４】
また、本発明によれば、回転するローラで金属材料の表面を押し潰すバニシング加工を行って、前記金属材料の表面粗さ値及び寸法を要求表面粗さ値及び要求寸法にするバニシング加工方法であって、少なくとも、前記金属材料に対する、バニシング量と、バニシング加工前の加工前表面粗さ値と、前記ローラの回転数と、前記ローラが移動する速度である送り速度と、を含むデータベースを作成し、前記データベースに格納されたデータに基づいて、バニシング加工後の加工後表面粗さ値及びバニシング加工前後の寸法変化量に対する応答曲面を作成し、前記応答曲面から、前記要求表面粗さ値及び前記要求寸法を用いて、前記金属材料の加工前寸法及び加工前表面粗さ値並びに前記ローラの回転数及び送り速度を導出し、導出した前記加工前寸法及び前記加工前表面粗さ値を有する金属材料に対して、導出した前記回転数及び前記送り速度でバニシング加工を行う、ことを特徴とするバニシング加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明に係るバニシング加工方法によれば、所定のパラメータに基づく応答曲面を作成し、該応答曲面からバニシング加工条件を決定することができるので、簡便且つ短時間にバニシング加工条件の設定をすることができる。したがって、熟練者に頼ることなくバニシング加工の条件設定を行うことができる。
【００１６】
また、バニシング加工の条件を特定し、バニシング加工前の金属材料を所定の寸法及び粗さ値を有する形状に成型加工することにより、バニシング加工の条件設定や変更を行う回数を低減することができ、最適なバニシング加工の条件を維持したままバニシング加工を行うことができ、安定したバニシング加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】バニシング加工の原理を説明するための模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るバニシング加工方法に使用するバニシング工具を示す図であり、（ａ）は、バニシング量及びツール径、（ｂ）は回転数、（ｃ）は送り速度、を説明するための図である。
【図３】加工前表面粗さ値のバニシ量（直径）及び実際の直径変化量に対する分布図である。
【図４】金属材料のバニシング加工前後の表面形状の模式図であり、（ａ）は加工前表面粗さ値Ｒａが１〜３［μｍ］の場合、（ｂ）は加工前表面粗さ値Ｒａが５〜７［μｍ］の場合、を示している。
【図５】（ａ）はステンレス鋼、（ｂ）はチタン合金、のバニシング量と加工前表面粗さ値に対する寸法変化量の応答曲面を示し、（ｃ）はステンレス鋼、（ｄ）はチタン合金、のバニシング量と加工前表面粗さ値に対する加工後表面粗さ値の応答曲面を示している。
【図６】本発明の実施形態に係るバニシング加工方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係るバニシング加工方法に使用する応答曲面を示す模式図であり、（ａ）は第一応答曲面作成工程、（ｂ）は任意点選択工程、（ｃ）は第二応答曲面作成工程、（ｄ）は第三応答曲面作成工程及び第四応答曲面作成工程、（ｅ）及び（ｆ）は第一条件選択工程、（ｇ）は第五応答曲面作成工程、（ｈ）は第二条件選択工程、（ｉ）は第六応答曲面作成工程、を示している。
【図８】本発明の他の実施形態に係るバニシング加工方法に使用する応答曲面を示す図であり、（ａ）は第一条件選択工程、（ｂ）は第二条件選択工程、を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係るバニシング加工方法について、図１乃至図８を用いて説明する。最初に、バニシング加工の原理について説明する。ここで、図１は、バニシング加工の原理を説明するための模式図である。図２は、本発明の実施形態に係るバニシング加工方法に使用するバニシング工具を示す図であり、（ａ）は、バニシング量及びツール径、（ｂ）は回転数、（ｃ）は送り速度、を説明するための図である。図３は、加工前表面粗さ値のバニシ量（直径）及び実際の直径変化量に対する分布図である。図４は、金属材料のバニシング加工前後の表面形状の模式図であり、（ａ）は加工前表面粗さ値Ｒａが１〜３［μｍ］の場合、（ｂ）は加工前表面粗さ値Ｒａが５〜７［μｍ］の場合、を示している。図５は、（ａ）はステンレス鋼、（ｂ）はチタン合金、のバニシング量と加工前表面粗さ値に対する寸法変化量の応答曲面を示し、（ｃ）はステンレス鋼、（ｄ）はチタン合金、のバニシング量と加工前表面粗さ値に対する加工後表面粗さ値の応答曲面を示している。
【００１９】
バニシング加工とは、例えば、回転するローラ１によって円柱形状の金属材料２の表面を塑性変形させることにより表面の凹凸を均一にし、加工硬化によって材料の表面硬度を上昇させる方法である。具体的に説明すると、図１に示すように、領域ａでは、ローラ１が金属材料２の表面に押し付けられ徐々に加圧される。そして、領域ｂでは、接触圧力が金属材料２の降伏点を越えて塑性変形を起こす。領域ｃでは、ローラ１が加工面から離脱し、金属材料２は微小な距離Ｄｒだけ弾性回復する。この際、ローラ１が通った箇所は、表面の凹凸がならされて粗さが小さくなる。図中のＤｖは、ローラ１が金属材料２の表面から押し付けられる距離で、バニシング量（又はバニシ量）と呼ぶ。バニシング加工された表面は、加工硬化による硬度の上昇と表面層の引張残留応力が圧縮残留応力へと変化する。また、バニシング加工を実施する前の表面からバニシング加工を実施して距離Ｄｒだけ弾性回復した後の表面までの距離Ｄｓを寸法変化量と呼ぶ。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、ローラ１は、バニシングツール３に付属している。バニシングツール３は、ローラ１のツール径Ｄｔを調整することでバニシング量Ｄｖを変更することができる。また、バニシングツール３は、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ミーリングチャック４に固定された円柱形状の金属材料２の全面にバニシング加工を施すために、回転数Ｎ［ｒｐｍ］で回転し、送り速度ｆ［ｍｍ／ｒｅｖ］で往復運動をする。
【００２１】
加工方法には、バニシング量Ｄｖを一定にする方法とツール径Ｄｔを一定にする方法との２つの方法がある。バニシング量Ｄｖを一定にする方法での加工は、金属材料２に対してツール径Ｄｔを調整し、全ての金属材料２に対して同じバニシング量Ｄｖで加工を行う。ツール径Ｄｔを一定にする方法での加工は、金属材料２によってツール径Ｄｔを調整せずに加工を行うため、バニシング量Ｄｖは金属材料２の寸法によって異なる。
【００２２】
生産現場で用いる場合、ツール径Ｄｔを一定にする方法で加工を行う方が、金属材料２の寸法によってツール径Ｄｔを調整せずに済むために、バニシング量Ｄｖを一定にする方法よりも生産性が高い。そこで、本実施形態では、ツール径Ｄｔを一定にし、バニシング量Ｄｖを変化させて、バニシング加工を行う。
【００２３】
ここで、図３に示すように、金属材料２が、加工前表面粗さ値として算術平均粗さ値（以下、Ｒａ）が１〜３［μｍ］であるものとＲａが５〜７［μｍ］のものを使用して、バニシング加工におけるバニシ量（直径）［ｍｍ］と実際の直径変化量［ｍｍ］の関係を調べた。その結果、加工前表面粗さ値が大きいと直径変化量が大きくなるとことが分かった。なお、図３において、加工前表面粗さ値Ｒａが１〜３［μｍ］のデータを□で表示し、加工前表面粗さ値Ｒａが５〜７［μｍ］のデータを◆で表示している。
【００２４】
バニシング加工は、ローラ１を金属材料２の表面に押し付けることによって表面を滑らかにする加工法である。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ローラ１が押し付けられた山部分は、谷部分の隙間へと塑性流動を起こすと考えられる。図４（ａ）に示したＲａ５〜７の金属材料２の表面の谷部分は、図４（ｂ）に示したＲａ１〜３のものよりも広いため、変形できる領域が大きい。そのため、Ｒａ５〜７の加工後表面Ｓ２と加工前表面Ｓ１との距離である寸法変化量Ｄｓは、Ｒａ１〜３の加工後表面Ｓ３と加工前表面Ｓ１との距離である寸法変化量Ｄｓより大きくなる。従って、図３に示したように、加工前表面粗さが大きいと寸法変化量が大きくなるものと考えられる。
【００２５】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）、チタン合金（例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）ともに、加工前表面粗さ値が大きいほど寸法変化量が大きい傾向にあることが理解できる。また、バニシング量３〜５の範囲で比較すると、同じ加工前表面粗さ値のときに、同じバニシング量で加工を行っても、ステンレス鋼とチタン合金では寸法変化量に違いがある。これは、表面の凹凸が完全に埋まった後の寸法変化には、材料特性が関わってくるために、このような違いが出ると推測される。なお、図示した応答曲面は、バニシング量を１〜１０、加工前後表面粗さを１〜５、寸法変化量を０〜１０に各パラメータの基準で正規化している。
【００２６】
また、図５（ｃ）及び（ｄ）に示すように、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）と、チタン合金（例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）のバニシング量と加工前表面粗さ値とに対する加工後表面粗さ値の応答曲面は、ほぼ同様の変化をしている。バニシング加工によって表面の凹凸を埋めていく原理が材料の種類に関係なく同じためであると推測される。図示した応答曲面によれば、加工後表面粗さ値の向上効果が小さい曲面部分（図の奥側）と向上効果が大きい平面部分（図の手前側）で構成されていることが理解できる。加工前表面粗さ値が大きくても、バニシング量を大きくすることによって、加工後表面粗さ値を小さくすることができる。言い換えれば、バニシング量が一定であっても、加工前表面粗さ値を調整することによって、加工後表面粗さ値を調整することができる。なお、図示した応答曲面は、バニシング量を１〜１０、加工前後表面粗さを１〜５、寸法変化量を０〜１０に各パラメータの基準で正規化している。
【００２７】
上述したように、本発明者らは、鋭意研究した結果、加工前表面粗さ値が金属材料の寸法変化量と加工後表面粗さ値に影響を与えるパラメータであるとの知見を得た。また、図５の各図に示したように、寸法変化量及び加工後表面粗さ値は、バニシング量及び加工前表面粗さ値と相関関係があることも把握することができた。本発明は、かかる知見に基づくものであり、ツール径Ｄｔを一定にしてバニシング加工した場合であっても、所望の要求値を満たす寸法及び加工後表面粗さを有する金属材料が得られるようにしたものである。すなわち、本発明は、金属材料２のバニシング加工後に要求される寸法及び表面粗さ値から、バニシング加工前に必要な寸法及び表面粗さを決定し、バニシング加工するようにしたものである。
【００２８】
ここで、本発明の実施形態に係るバニシング加工方法の手順を説明する。図６は、本発明の実施形態に係るバニシング加工方法を説明するためのフローチャートである。また、図７は、本発明の実施形態に係るバニシング加工方法に使用する応答曲面を示す模式図であり、（ａ）は第一応答曲面作成工程、（ｂ）は任意点選択工程、（ｃ）は第二応答曲面作成工程、（ｄ）は第三応答曲面作成工程及び第四応答曲面作成工程、（ｅ）及び（ｆ）は第一条件選択工程、（ｇ）は第五応答曲面作成工程、（ｈ）は第二条件選択工程、（ｉ）は第六応答曲面作成工程、を示している。
【００２９】
本発明の実施形態に係るバニシング加工方法は、図６及び図７に示したように、回転するローラ１で金属材料２の表面を押し潰すバニシング加工を行って、金属材料２の表面粗さ値及び寸法を要求表面粗さ値及び要求寸法にするバニシング加工方法であって、バニシング加工後の加工後表面粗さ値に対するバニシング量Ｄｖとバニシング加工前の加工前表面粗さ値との関係を示す第一応答曲面Ａを作成する第一応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ１）と、第一応答曲面Ａ上の複数の任意の点Ｐ１〜Ｐ１５を選択する任意点選択工程（Ｓｔｅｐ２）と、任意点選択工程で選択した各点Ｐ１〜Ｐ１５のバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値について、加工後表面粗さ値に対するローラ１の回転数Ｎとローラ１が移動する速度である送り速度ｆとの関係を示す第二応答曲面Ｂ（Ｂ１〜Ｂ１５）をそれぞれ作成する第二応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ３）と、各第二応答曲面Ｂ１〜Ｂ１５における加工後表面粗さ値の最大値に対するバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値との関係を示す第三応答曲面Ａｍａｘを作成する第三応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ４）と、各第二応答曲面Ｂ１〜１５における加工後表面粗さ値の最小値に対するバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値との関係を示す第四応答曲面Ａｍｉｎを作成する第四応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ５）と、第三応答曲面Ａｍａｘと第四応答曲面Ａｍｉｎとによって囲まれる空間ＡＲ１について、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値以下となるバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値を選択する第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）と、第一条件選択工程で選択したバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値について、加工後表面粗さ値に対する回転数Ｎ及び送り速度ｆの関係を示す第五応答曲面Ｃ１を作成する第五応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ７）と、第五応答曲面Ｃ１について加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値以下となる回転数Ｎ及び送り速度ｆを選択する第二条件選択工程（Ｓｔｅｐ８）と、バニシング加工前後の寸法変化量Ｄｓに対する、バニシング量Ｄｖ、加工前表面粗さ値、回転数Ｎ及び送り速度ｆのうちの二条件の関係を示す第六応答曲面Ｍを作成する第六応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ９）と、第六応答曲面Ｍの二条件に第一条件選択工程又は第二条件選択工程で選択した数値を代入して寸法変化量Ｄｓを決定し、決定した寸法変化量Ｄｓと要求寸法とを足した値を金属材料２の加工前寸法として算出する第三条件算出工程（Ｓｔｅｐ１０）と、第二条件選択工程で選択した回転数Ｎ及び送り速度ｆ並びに第一条件選択工程で選択したバニシング量Ｄｖで、第三条件算出工程で算出した加工前寸法及び第一条件選択工程で選択した加工前表面粗さ値を有する金属材料２にバニシング加工を実施するバニシング加工工程（Ｓｔｅｐ１２）と、を有する。
【００３０】
また、図６に示したように、第一応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ１）よりも前に、第一応答曲面Ａ〜第六応答曲面Ｍを作成するためのデータを計測し、計測したデータを格納したデータベースを作成するデータベース作成工程（Ｓｔｅｐ０）を有していてもよい。
【００３１】
かかるデータベース作成工程（Ｓｔｅｐ０）は、例えば、所望の形状を有する金属材料２に対して、バニシング量Ｄｖ、ツール径Ｄｔ、加工前表面粗さ値、加工後表面粗さ値、ローラ１の回転数Ｎ、送り速度ｆ等のパラメータに関するデータを予め取得しておく工程である。このデータベースに格納されたパラメータの数値を用いて後述する応答曲面が作成される。また、金属材料２が類似する素材や形状を有する場合には、取得済みのデータを適宜補完してデータを算出するようにしてもよい。また、本実施形態において、表面粗さ値とは、例えば、算術平均粗さ値Ｒａや最大高さ粗さ値Ｒｚを意味し、十点平均粗さ値や中心線平均粗さ値等の他の粗さ値であってもよい。データベースには、これらの表面粗さ値の各データを格納しておき、要求表面粗さ値が、どの粗さ値（例えば、算術平均粗さ値Ｒａ、最大高さ粗さ値Ｒｚ等）であるかによって使い分けをする。
【００３２】
前記第一応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ１）は、加工後表面粗さ値に対するバニシング量Ｄｖとバニシング加工前の加工前表面粗さ値との関係を示す第一応答曲面Ａを作成する工程である。ここで、第一応答曲面Ａを作成する際に選択されるパラメータは、影響度の高いものから選択することが好ましい。影響度が高いということは、応答曲面の勾配が大きいことを意味する。したがって、制約条件を設定したときに考慮すべき範囲が、影響度の低いパラメータを選んだときよりも狭くなり、任意点選択工程（Ｓｔｅｐ２）において、任意の点を決定しやすくすることができる。また、上述したパラメータについてデータを取得し、要因効果図を作成したところ、加工前表面粗さ＞バニシング量Ｄｖ＞回転数Ｎ＞送り速度ｆの順で影響度が大きいことが把握できた。そこで、第一応答曲面Ａの作成には、パラメータとして、加工前表面粗さ及びバニシング量Ｄｖを選択している。
【００３３】
具体的には、図７（ａ）に示したように、加工後表面粗さ値（Ｚ軸）を応答値とするバニシング量Ｄｖ（Ｘ軸）と加工前表面粗さ値（Ｙ軸）との第一応答曲面Ａを作成する。その際、回転数Ｎ及び送り速度ｆには、任意の値を指定しておけばよい。なお、図示した第一応答曲面Ａは平面形状に模式化したものであり、実際には曲面形状に作成される（以下、図７の各図において同じ）。
【００３４】
前記任意点選択工程（Ｓｔｅｐ２）は、第二応答曲面Ｂを作成するために、第一応答曲面Ａから任意の点Ｐ１〜Ｐ１５を選択する工程である。具体的には、図７（ｂ）に示したように、第一応答曲面Ａの各頂点Ｐ１，Ｐ５，Ｐ１１，Ｐ１５と第一応答曲面Ａ内を格子状に複数に分割した交点Ｐ２〜Ｐ４，Ｐ６〜Ｐ１０，Ｐ１２〜Ｐ１４とを選択するようにすればよい。ここでは、任意の点として、Ｐ１〜Ｐ１５の１５点を選択しているが、これに限定されるものではなく、第一応答曲面Ａの形状に応じて、選択する点数を増減してもよいし、選択する点が粗密を有していてもよいし（例えば、平面部では選択する点数を少なくし、曲面部では選択する点数を多くする等）、無作為に複数の点を選択してもよい。
【００３５】
前記第二応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ３）は、各点Ｐ１〜Ｐ１５のバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値ごとに第二応答曲面Ｂ１〜Ｂ１５を作成する工程である。具体的には、図７（ｃ）に示したように、点Ｐ１のバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値について、加工後表面粗さ値（Ｚ軸）に対するローラ１の回転数Ｎ（Ｘ軸）と送り速度ｆ（Ｙ軸）との関係を示す第二応答曲面Ｂ１を作成し、同様の処理を点Ｐ２〜Ｐ１５について繰り返す。したがって、第二応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ３）においては、任意点選択工程（Ｓｔｅｐ２）で選択した点の個数だけ第二応答曲面Ｂが作成される。
【００３６】
前記第三応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ４）は、各第二応答曲面Ｂ１〜Ｂ１５に基づいて第三応答曲面Ａｍａｘを作成する工程である。具体的には、図７（ｄ）に示したように、各第二応答曲面Ｂ１〜Ｂ１５における加工後表面粗さ値の最大値から、加工後表面粗さ値を応答値とするバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値の近似曲面を算出して第三応答曲面Ａｍａｘを作成する。すなわち、かかる第三応答曲面Ａｍａｘは、第一応答曲面Ａを決定するパラメータであるローラ１の回転数Ｎ及び送り速度ｆを変化させた場合に応答値が最大となる曲面である。
【００３７】
前記第四応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ５）は、各第二応答曲面Ｂ１〜Ｂ１５に基づいて第四応答曲面Ａｍｉｎを作成する工程である。具体的には、図７（ｄ）に示したように、第二応答曲面Ｂ１〜Ｂ１５における加工後表面粗さ値の最小値から、加工後表面粗さ値を応答値とするバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値の近似曲面を算出して第四応答曲面Ａｍｉｎを作成する。すなわち、かかる第四応答曲面Ａｍｉｎは、第一応答曲面Ａを決定するパラメータであるローラ１の回転数Ｎ及び送り速度ｆを変化させた場合に応答値が最小となる曲面である。
【００３８】
前記第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）は、第三応答曲面Ａｍａｘ及び第四応答曲面Ａｍｉｎを用いて所望の要求表面粗さ値の条件を満たすバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値を決定する工程である。具体的には、図７（ｅ）に示したように、第三応答曲面Ａｍａｘと第四応答曲面Ａｍｉｎとによって囲まれる空間ＡＲ１を決定し、図７（ｆ）に示したように、空間ＡＲ１内において、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値以下となる空間ＡＲ２を決定する。この空間ＡＲ２内の範囲は、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値以下となる点の集合であり、どの点を選択しても所望の要求表面粗さ値の条件を満たす。したがって、この空間ＡＲ２から任意の点を選択することによって、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値以下となるバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値を選択することができる。また、任意の点として、空間ＡＲ２の重心点又は中心点を選択するようにしてもよい。
【００３９】
前記第五応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ７）は、第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で選択したバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値について第五応答曲面Ｃ１を作成する工程である。具体的には、図７（ｇ）に示したように、第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で選択したバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値に対して、データベースに格納されたデータを使用し、加工後表面粗さ値（Ｚ軸）を応答値とするローラ１の回転数Ｎ（Ｘ軸）及び送り速度ｆ（Ｙ軸）の第五応答曲面Ｃ１を作成する。
【００４０】
前記第二条件選択工程（Ｓｔｅｐ８）は、第五応答曲面Ｃ１について所望の要求表面粗さ値の条件を満たすローラ１の回転数Ｎ及び送り速度ｆを決定する工程である。具体的には、図７（ｈ）に示したように、第五応答曲面Ｃ１内において加工後表面粗さが要求表面粗さ値以下となる応答曲面Ｃ２を決定する。この応答曲面Ｃ２内の範囲は、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値以下となる点の集合であり、どの点を選択しても所望の要求表面粗さ値の条件を満たす。したがって、この応答曲面Ｃ２から任意の点を選択することによって、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値以下となる回転数Ｎ及び送り速度ｆを選択することができる。また、任意の点として、応答曲面Ｃ２の重心点又は中心点を選択するようにしてもよい。
【００４１】
前記第六応答曲面作成工程（Ｓｔｅｐ９）は、バニシング加工前後の寸法変化量Ｄｓに対する第六応答曲面Ｍを作成する工程である。ここで、第六応答曲面Ｍは、上述した第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で決定したバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値、第二条件選択工程（Ｓｔｅｐ８）で決定したローラ１の回転数Ｎ及び送り速度ｆから、寸法変化量Ｄｓを決定するための一工程である。いま、第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）及び第二条件選択工程（Ｓｔｅｐ８）により、バニシング量Ｄｖ、加工前表面粗さ値、回転数Ｎ及び送り速度ｆが全て決定していることから、これらのパラメータのうちどの二つのパラメータ（二条件）を選択しても、同じ結果を得ることができる。つまり、第六応答曲面Ｍを作成するために、この四つのパラメータから任意の２つのパラメータを形式的に選択すればよい。具体的には、図７（ｉ）に示したように、第六応答曲面Ｍは、例えば、寸法変化量Ｄｓ（Ｚ軸）を応答値とするバニシング量Ｄｖ（Ｘ軸）及び加工前表面粗さ値（Ｙ軸）の応答曲面である。勿論、第六応答曲面Ｍは、寸法変化量Ｄｓを応答値とする回転数Ｎ及び送り速度ｆの応答曲面であってもよい。
【００４２】
前記第三条件算出工程（Ｓｔｅｐ１０）は、寸法変化量Ｄｓを決定して加工前寸法を算出する工程である。具体的には、第六応答曲面Ｍをバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値に基づいて作成した場合には、第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で決定したバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値を第六応答曲面Ｍに適用して寸法変化量Ｄｓを決定する。また、第六応答曲面Ｍを回転数Ｎ及び送り速度ｆに基づいて作成した場合には、第二条件選択工程（Ｓｔｅｐ８）で決定した回転数Ｎ及び送り速度ｆを第六応答曲面Ｍに適用して寸法変化量Ｄｓを決定する。このようにして寸法変化量Ｄｓが決定すれば、これに要求寸法を加えることによって、加工前寸法を算出することができる。
【００４３】
上述した第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）によって加工前表面粗さ値が決定し、第三条件算出工程（Ｓｔｅｐ１０）によって加工前寸法を決定することができる。すなわち、この加工前表面粗さ値及び加工前寸法を満たすように金属材料２を成型すれば、第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で決定したバニシング量Ｄｖと、第二条件選択工程（Ｓｔｅｐ８）で決定したローラ１の回転数Ｎ及び送り速度ｆによってバニシング加工することによって、要求表面粗さ値及び要求寸法を満足する金属材料２を得ることができる。
【００４４】
そこで、図６に示したように、バニシング加工工程（Ｓｔｅｐ１２）の前に、金属材料２を第三条件算出工程（Ｓｔｅｐ１０）で算出した加工前寸法及び第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で選択した加工前表面粗さ値を有する形状に加工する成型加工工程（Ｓｔｅ１１）を有していてもよい。かかる成型加工によって、第三条件算出工程（Ｓｔｅｐ１０）で算出した加工前寸法及び第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で選択した加工前表面粗さ値を有する金属材料２を容易に入手することができる。かかる成型加工工程（Ｓｔｅ１１）において、コンピュータ等の制御装置を用いて、第三条件算出工程（Ｓｔｅｐ１０）で算出した加工前寸法及び第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）で選択した加工前表面粗さ値を自動的に入力し、加工装置を制御するようにしてもよい。
【００４５】
前記バニシング加工工程（Ｓｔｅｐ１２）は、例えば、成型加工工程（Ｓｔｅ１１）により得られた所定の金属材料２に対して既に決定しているバニシング量Ｄｖ、回転数Ｎ及び送り速度ｆによりバニシング加工を行う工程である。本実施形態においては、加工前の金属材料２が所定の加工前寸法及び加工前表面粗さ値を有していることから、バニシング量Ｄｖ、回転数Ｎ及び送り速度ｆの条件を都度調整する必要がなく、バニシング加工の条件設定や変更を行う回数を低減することができ、最適なバニシング加工の条件を維持したままバニシング加工を行うことができ、安定したバニシング加工を行うことができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、所定のパラメータ（例えば、バニシング量Ｄｖ、加工前表面粗さ値、回転数Ｎ、送り速度ｆ等）に基づく応答曲面（例えば、第一応答曲面Ａ〜第六応答曲面Ｍ）を作成し、かかる応答曲面からバニシング加工条件を決定することができるので、熟練者に頼ることなく、簡便且つ短時間にバニシング加工条件の設定をすることができる。なお、上述したデータベース作成工程（Ｓｔｅｐ０）から第三条件算出工程（Ｓｔｅｐ１０）までは、図示しないコンピュータによって実行することが可能であり、かかるコンピュータを使用した場合には、より簡便且つ短時間にバニシング加工条件の設定をすることができる。
【００４７】
上述した本実施形態は、回転するローラ１で金属材料２の表面を押し潰すバニシング加工を行って、金属材料２の表面粗さ値及び寸法を要求表面粗さ値及び要求寸法にするバニシング加工方法であって、少なくとも、金属材料２に対する、バニシング量Ｄｖと、バニシング加工前の加工前表面粗さ値と、ローラ１の回転数Ｎと、ローラ１が移動する速度である送り速度ｆと、を含むデータベースを作成し、データベースに格納されたデータに基づいて、バニシング加工後の加工後表面粗さ値及びバニシング加工前後の寸法変化量Ｄｓに対する応答曲面（例えば、第一応答曲面Ａ〜第六応答曲面Ｍ）を作成し、かかる応答曲面から、要求表面粗さ値及び要求寸法を用いて、金属材料２の加工前寸法及び加工前表面粗さ値並びにローラ１の回転数Ｎ及び送り速度ｆを導出し、導出した加工前寸法及び加工前表面粗さ値を有する金属材料２に対して、導出した回転数Ｎ及び送り速度ｆでバニシング加工を行うものであると言い換えることもできる。
【００４８】
次に、本発明の他の実施形態に係るバニシング加工方法について図８を用いて説明する。ここで、図８は、本発明の他の実施形態に係るバニシング加工方法に使用する応答曲面を示す図であり、（ａ）は第一条件選択工程、（ｂ）は第二条件選択工程、を示している。
【００４９】
図８（ａ）に示したように、第一条件選択工程（Ｓｔｅｐ６）においては、第三応答曲面Ａｍａｘと第四応答曲面Ａｍｉｎとによって囲まれる空間ＡＲ１において加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値となる平面Ｓを決定するようにしてもよい。すなわち、加工後表面粗さ値の条件として、特定の数値である要求表面粗さ値を使用するようにしてもよい。この平面Ｓ内の範囲は、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値となる点の集合であり、どの点を選択しても所望の要求表面粗さ値の条件を満たす。したがって、この平面Ｓから任意の点を選択することによって、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値となるバニシング量Ｄｖ及び加工前表面粗さ値を選択することができる。また、任意の点として、平面Ｓの重心点又は中心点を選択するようにしてもよい。
【００５０】
図８（ｂ）に示したように、第二条件選択工程（Ｓｔｅｐ８）においては、第五応答曲面Ｃ１において加工後表面粗さが要求表面粗さ値となる曲線Ｌ（直線の場合を含む）を決定するようにしてもよい。すなわち、加工後表面粗さ値の条件として、特定の数値である要求表面粗さ値を使用するようにしてもよい。この曲線Ｌは、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値となる点の集合であり、どの点を選択しても所望の要求表面粗さ値の条件を満たす。したがって、この曲線Ｌから任意の点を選択することによって、加工後表面粗さ値が要求表面粗さ値となる回転数Ｎ及び送り速度ｆを選択することができる。また、任意の点として、曲線Ｌの重心点又は中心点を選択するようにしてもよい。
【００５１】
本発明は上述した実施形態に限定されず、例えば、金属材料２の形状は筒形状、曲面形状、平面形状等であってもよく、筒形状の内面及び曲面形状や平面形状の面上をバニシングするようにしてもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００５２】
１ ローラ
２ 金属材料
Ａ 第一応答曲面
Ａｍａｘ 第三応答曲面
Ａｍｉｎ 第四応答曲面
ＡＲ１，ＡＲ２ 空間
Ｂ，Ｂ１〜Ｂ１５ 第二応答曲面
Ｃ１ 第五応答曲面
Ｄｓ 寸法変化量
Ｄｖ バニシング量
ｆ 送り速度
Ｍ 第六応答曲面
Ｎ 回転数
Ｐ１〜Ｐ１５ 点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するローラで金属材料の表面を押し潰すバニシング加工を行って、前記金属材料の表面粗さ値及び寸法を要求表面粗さ値及び要求寸法にするバニシング加工方法であって、
バニシング加工後の加工後表面粗さ値に対するバニシング量とバニシング加工前の加工前表面粗さ値との関係を示す第一応答曲面を作成する第一応答曲面作成工程と、
前記第一応答曲面上の複数の任意の点を選択する任意点選択工程と、
前記任意点選択工程で選択した各点のバニシング量及び加工前表面粗さ値について、前記加工後表面粗さ値に対する前記ローラの回転数と前記ローラが移動する速度である送り速度との関係を示す第二応答曲面をそれぞれ作成する第二応答曲面作成工程と、
前記各第二応答曲面における前記加工後表面粗さ値の最大値に対するバニシング量及び加工前表面粗さ値との関係を示す第三応答曲面を作成する第三応答曲面作成工程と、
前記各第二応答曲面における前記加工後表面粗さ値の最小値に対するバニシング量及び加工前表面粗さ値との関係を示す第四応答曲面を作成する第四応答曲面作成工程と、
前記第三応答曲面と前記第四応答曲面とによって囲まれる空間について、前記加工後表面粗さ値が前記要求表面粗さ値以下となるバニシング量及び加工前表面粗さ値を選択する第一条件選択工程と、
前記第一条件選択工程で選択したバニシング量及び加工前表面粗さ値について、前記加工後表面粗さ値に対する回転数及び送り速度の関係を示す第五応答曲面を作成する第五応答曲面作成工程と、
前記第五応答曲面について前記加工後表面粗さ値が前記要求表面粗さ値以下となる回転数及び送り速度を選択する第二条件選択工程と、
バニシング加工前後の寸法変化量に対する、前記バニシング量、前記加工前表面粗さ値、前記回転数及び前記送り速度のうちの二条件の関係を示す第六応答曲面を作成する第六応答曲面作成工程と、
前記第六応答曲面の前記二条件に前記第一条件選択工程又は前記第二条件選択工程で選択した数値を代入して寸法変化量を決定し、決定した寸法変化量と前記要求寸法とを足した値を前記金属材料の加工前寸法として算出する第三条件算出工程と、
前記第二条件選択工程で選択した回転数及び送り速度並びに前記第一条件選択工程で選択したバニシング量で、前記第三条件算出工程で算出した前記加工前寸法及び前記第一条件選択工程で選択した前記加工前表面粗さ値を有する金属材料にバニシング加工を実施するバニシング加工工程と、
を有することを特徴とするバニシング加工方法。
【請求項２】
前記任意点選択工程は、前記第一応答曲面の各頂点と前記第一応答曲面内を格子状に複数に分割した交点とを選択する工程である、ことを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工方法。
【請求項３】
前記第一条件選択工程は、前記第三応答曲面と前記第四応答曲面とによって囲まれる空間について、前記加工後表面粗さ値が前記要求表面粗さ値となる平面又は前記要求表面粗さ値以下となる空間の重心点又は中心点のバニシング量及び加工前表面粗さ値を選択する工程である、ことを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工方法。
【請求項４】
前記第二条件選択工程は、前記第五応答曲面について前記加工後表面粗さが前記要求表面粗さ値となる曲線又は前記要求表面粗さ値以下となる曲面の重心点又は中心点の回転数及び送り速度を選択する工程である、ことを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工方法。
【請求項５】
前記表面粗さ値は、算術平均粗さ値又は最大高さ粗さ値である、ことを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工方法。
【請求項６】
前記第一応答曲面作成工程よりも前に、前記第一乃至第六応答曲面を作成するためのデータを計測し、計測したデータを格納したデータベースを作成するデータベース作成工程を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工方法。
【請求項７】
前記バニシング加工工程の前に、前記金属材料を前記第三条件算出工程で算出した前記加工前寸法及び前記第一条件選択工程で選択した前記加工前表面粗さ値を有する素材に加工する成型加工工程を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工方法。
【請求項８】
回転するローラで金属材料の表面を押し潰すバニシング加工を行って、前記金属材料の表面粗さ値及び寸法を要求表面粗さ値及び要求寸法にするバニシング加工方法であって、
少なくとも、前記金属材料に対する、バニシング量と、バニシング加工前の加工前表面粗さ値と、前記ローラの回転数と、前記ローラが移動する速度である送り速度と、を含むデータベースを作成し、
前記データベースに格納されたデータに基づいて、バニシング加工後の加工後表面粗さ値及びバニシング加工前後の寸法変化量に対する応答曲面を作成し、
前記応答曲面から、前記要求表面粗さ値及び前記要求寸法を用いて、前記金属材料の加工前寸法及び加工前表面粗さ値並びに前記ローラの回転数及び送り速度を導出し、
導出した前記加工前寸法及び前記加工前表面粗さ値を有する金属材料に対して、導出した前記回転数及び前記送り速度でバニシング加工を行う、ことを特徴とするバニシング加工方法。
【請求項１】
回転するローラで金属材料の表面を押し潰すバニシング加工を行って、前記金属材料の表面粗さ値及び寸法を要求表面粗さ値及び要求寸法にするバニシング加工方法であって、
バニシング加工後の加工後表面粗さ値に対するバニシング量とバニシング加工前の加工前表面粗さ値との関係を示す第一応答曲面を作成する第一応答曲面作成工程と、
前記第一応答曲面上の複数の任意の点を選択する任意点選択工程と、
前記任意点選択工程で選択した各点のバニシング量及び加工前表面粗さ値について、前記加工後表面粗さ値に対する前記ローラの回転数と前記ローラが移動する速度である送り速度との関係を示す第二応答曲面をそれぞれ作成する第二応答曲面作成工程と、
前記各第二応答曲面における前記加工後表面粗さ値の最大値に対するバニシング量及び加工前表面粗さ値との関係を示す第三応答曲面を作成する第三応答曲面作成工程と、
前記各第二応答曲面における前記加工後表面粗さ値の最小値に対するバニシング量及び加工前表面粗さ値との関係を示す第四応答曲面を作成する第四応答曲面作成工程と、
前記第三応答曲面と前記第四応答曲面とによって囲まれる空間について、前記加工後表面粗さ値が前記要求表面粗さ値以下となるバニシング量及び加工前表面粗さ値を選択する第一条件選択工程と、
前記第一条件選択工程で選択したバニシング量及び加工前表面粗さ値について、前記加工後表面粗さ値に対する回転数及び送り速度の関係を示す第五応答曲面を作成する第五応答曲面作成工程と、
前記第五応答曲面について前記加工後表面粗さ値が前記要求表面粗さ値以下となる回転数及び送り速度を選択する第二条件選択工程と、
バニシング加工前後の寸法変化量に対する、前記バニシング量、前記加工前表面粗さ値、前記回転数及び前記送り速度のうちの二条件の関係を示す第六応答曲面を作成する第六応答曲面作成工程と、
前記第六応答曲面の前記二条件に前記第一条件選択工程又は前記第二条件選択工程で選択した数値を代入して寸法変化量を決定し、決定した寸法変化量と前記要求寸法とを足した値を前記金属材料の加工前寸法として算出する第三条件算出工程と、
前記第二条件選択工程で選択した回転数及び送り速度並びに前記第一条件選択工程で選択したバニシング量で、前記第三条件算出工程で算出した前記加工前寸法及び前記第一条件選択工程で選択した前記加工前表面粗さ値を有する金属材料にバニシング加工を実施するバニシング加工工程と、
を有することを特徴とするバニシング加工方法。
【請求項２】
前記任意点選択工程は、前記第一応答曲面の各頂点と前記第一応答曲面内を格子状に複数に分割した交点とを選択する工程である、ことを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工方法。
【請求項３】
前記第一条件選択工程は、前記第三応答曲面と前記第四応答曲面とによって囲まれる空間について、前記加工後表面粗さ値が前記要求表面粗さ値となる平面又は前記要求表面粗さ値以下となる空間の重心点又は中心点のバニシング量及び加工前表面粗さ値を選択する工程である、ことを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工方法。
【請求項４】
前記第二条件選択工程は、前記第五応答曲面について前記加工後表面粗さが前記要求表面粗さ値となる曲線又は前記要求表面粗さ値以下となる曲面の重心点又は中心点の回転数及び送り速度を選択する工程である、ことを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工方法。
【請求項５】
前記表面粗さ値は、算術平均粗さ値又は最大高さ粗さ値である、ことを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工方法。
【請求項６】
前記第一応答曲面作成工程よりも前に、前記第一乃至第六応答曲面を作成するためのデータを計測し、計測したデータを格納したデータベースを作成するデータベース作成工程を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工方法。
【請求項７】
前記バニシング加工工程の前に、前記金属材料を前記第三条件算出工程で算出した前記加工前寸法及び前記第一条件選択工程で選択した前記加工前表面粗さ値を有する素材に加工する成型加工工程を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工方法。
【請求項８】
回転するローラで金属材料の表面を押し潰すバニシング加工を行って、前記金属材料の表面粗さ値及び寸法を要求表面粗さ値及び要求寸法にするバニシング加工方法であって、
少なくとも、前記金属材料に対する、バニシング量と、バニシング加工前の加工前表面粗さ値と、前記ローラの回転数と、前記ローラが移動する速度である送り速度と、を含むデータベースを作成し、
前記データベースに格納されたデータに基づいて、バニシング加工後の加工後表面粗さ値及びバニシング加工前後の寸法変化量に対する応答曲面を作成し、
前記応答曲面から、前記要求表面粗さ値及び前記要求寸法を用いて、前記金属材料の加工前寸法及び加工前表面粗さ値並びに前記ローラの回転数及び送り速度を導出し、
導出した前記加工前寸法及び前記加工前表面粗さ値を有する金属材料に対して、導出した前記回転数及び前記送り速度でバニシング加工を行う、ことを特徴とするバニシング加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−７１３８９（Ｐ２０１２−７１３８９Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１８５８４（Ｐ２０１０−２１８５８４）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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