微細凹部の加工装置
【課題】工具ホルダに対するフォームローラのオフセット量や工具ホルダの回転速度が変化しても、遠心力の影響を解消することができる微細凹部の加工装置を提供する。
【解決手段】シリンダボアＢの内周面Ｂａに微細凹部を形成する装置であって、回転駆動される工具ホルダ１０と、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１と直交する方向に移動可能なローラ支持部材１２と、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１と平行なローラ軸Ｌ２回りに回転自在なフォームローラ１３と、ローラ支持部材１２に荷重を付与してフォームローラ１３を内周面Ｂａに圧接させる荷重発生手段１４と、工具ホルダ１０の回転により生じた遠心力を検出する遠心力検出手段１５と、検出した遠心力に基づいて重心を調整するためのバランスウエイト１６を備えた加工装置とし、工具ホルダ１０を回転駆動した際の遠心力の影響を可及的に解消した。
【解決手段】シリンダボアＢの内周面Ｂａに微細凹部を形成する装置であって、回転駆動される工具ホルダ１０と、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１と直交する方向に移動可能なローラ支持部材１２と、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１と平行なローラ軸Ｌ２回りに回転自在なフォームローラ１３と、ローラ支持部材１２に荷重を付与してフォームローラ１３を内周面Ｂａに圧接させる荷重発生手段１４と、工具ホルダ１０の回転により生じた遠心力を検出する遠心力検出手段１５と、検出した遠心力に基づいて重心を調整するためのバランスウエイト１６を備えた加工装置とし、工具ホルダ１０を回転駆動した際の遠心力の影響を可及的に解消した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車用エンジンのシリンダブロックにおけるシリンダボア（円形穴）の内周面に、低フリクション化を実現するための油溜まりとして機能する多数の微細凹部を形成するのに用いられる微細凹部の加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、微細凹部の加工装置としては、回転駆動される工具ホルダに、ローラ支持部材を介して、工具ホルダの回転軸と平行なローラ軸回りに回転自在なフォームローラを設けたものがある。この加工装置は、被加工物の円形穴にフォームローラを入り込ませ、円形穴の中心線と工具ホルダの回転軸を一致させると共に、フォームローラを円形穴の内周面に所定荷重で圧接させる。そして、工具ホルダを回転駆動することで、円形穴の内周面に沿ってフォームローラを転動させ、同円形穴の内周面に微細凹部を形成する。
【０００３】
ところで、上記したような加工装置では、工具ホルダの回転軸に対してフォームローラのローラ軸がオフセットされた位置にあるので、工具ホルダの回転によりローラ支持部材及びフォームローラに遠心力が生じる。この遠心力は、回転速度の二乗に比例して大きくなる。このため、低荷重で加工するには工具ホルダの回転を低速にする必要があり、加工効率や加工コストの面で好ましくなかった。
【０００４】
そこで、従来の微細凹部の加工装置には、工具ホルダにおいて、ローラ支持部材やフォームローラを含む機能部に、重心調整用の錘を取り付けて、遠心力の影響をキャンセルし得る構成にしたものがあった（特許文献１参照）。この加工装置は、重心調整用の錘の採用により、高速回転時においても低荷重で加工することが可能になり、加工効率の向上や加工コストの節減を実現することができた。
【特許文献１】特開２００６−０２６６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記したような従来の微細凹部の加工装置は、機能部の所定位置に所定重量の錘を選択的に取り付ける構造であったため、工具ホルダに対するフォームローラのオフセット量や工具ホルダの回転速度によって変化する遠心力に充分に対処することが困難であるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、工具ホルダに対するフォームローラのオフセット量や工具ホルダの回転速度が変化しても、遠心力の影響を可及的に解消することができる微細凹部の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】
【０００７】
本発明の微細凹部の加工装置は、被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成する加工装置である。加工装置は、円形穴と同軸状態に配置して回転駆動される工具ホルダと、工具ホルダに対してその回転軸と直交する方向に移動可能なローラ支持部材と、ローラ支持部材に対して工具ホルダの回転軸と平行なローラ軸回りに回転自在に設けた微細凹部形成用のフォームローラを備えている。
【０００８】
さらに、加工装置は、ローラ支持部材に対してその移動方向に荷重を付与してフォームローラを円形穴の内周面に圧接させる荷重発生手段と、工具ホルダの回転によりローラ支持部材に生じた遠心力を検出する遠心力検出手段と、遠心力検出手段が検出した遠心力に基づいてローラ支持部材の重心を調整するためのバランスウエイトを備えている。本発明の微細凹部の加工装置は、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
上記構成において、フォームローラは、そのローラ軸が、工具ホルダの回転軸に対してオフセットされた位置にある。そして、フォームローラのオフセット方向と、工具ホルダに対するローラ支持部材の移動方向と、荷重発生手段による荷重の付与方向を同じ方向にするのがより望ましい。
【００１０】
また、本発明の微細凹部の加工方法は、被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成するに際し、加工前において、工具ホルダを回転させてローラ支持部材に生じた遠心力を検出し、その遠心力に基づいてバランスウエイトによりローラ支持部材の重心を調整し、その後、工具ホルダの回転軸と円形穴の中心線とを一致させると共に、フォームローラを円形穴の内周面に圧接させ、工具ホルダを回転駆動によりフォームローラを円形穴の内周面に沿って転動させて、円形穴の内周面に微細凹部を形成することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の微細凹部の加工装置及び加工方法によれば、工具ホルダに対するフォームローラのオフセット量や工具ホルダの回転速度が変化しても、遠心力の影響を可及的に解消することができる。これにより、微細凹部の高精度化、加工効率の向上及び加工コストの節減などに貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１３】
図２に示す微細凹部の加工装置１は、自動車用エンジンのシリンダブロックを被加工物としており、円形穴であるシリンダボアＢの内周面Ｂａに微細凹部を形成するＮＣ工作機械である。加工装置１は、鉛直方向に移動可能な主軸ヘッド２と、主軸ヘッド２に下向きに突出した状態で支持された主軸３と、主軸ヘッド２の下側において水平面内で互いに直交する二軸方向に移動可能な被加工物載置用のテーブル４と、主軸３に同軸に装着されて一体で回転駆動される工具ホルダ１０を備えている。
【００１４】
この実施形態では、昇降可能な主軸ヘッド２が、シリンダブロック（被加工物）と工具ホルダ１０をシリンダボア（円形穴）Ｂの中心線Ｌ３に沿う方向に相対的に移動させる軸方向移動手段を構成している。なお、主軸ヘッド２は、テーブル４と同様に、水平面内で互いに直交する二軸方向に移動可能な構成であっても良い。
【００１５】
工具ホルダ１０は、図１に示すように、主軸３に装着する部位であるシャンク部１０Ａと、その下側に連続するボディ部１０Ｂを有しており、ボディ部１０Ｂの下側には、アダプタ１０Ｃを備えている。
【００１６】
また、工具ホルダ１０は、アダプタ１０Ｃの下側に、ハウジング１１が一体的に設けてあり、ハウジング１１に、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１と直交する水平方向（図１ａ中で左右方向）に移動可能なローラ支持部材１２を備えている。ローラ支持部材１２には、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１と平行なローラ軸Ｌ２回りに回転自在な微細凹部形成用のフォームローラ１３が装着してある。ここで、フォームローラ１３は、そのローラ軸Ｌ２が、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１に対して、ローラ支持部材１２の移動方向と同方向（図１ａ中で右方向）にオフセットされた位置にある。
【００１７】
さらに、工具ホルダ１０は、ローラ支持部材１２に対してその移動方向に荷重を付与してフォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接させる荷重発生手段１４と、当該工具ホルダ１０の回転によりローラ支持部材１２に生じた遠心力を検出する遠心力検出手段１５と、遠心力検出手段１５が検出した遠心力に基づいてローラ支持部材１２の重心を調整するためのバランスウエイト１６を備えている。遠心力検出手段１５には、例えば、圧電型のロードセルを用いることができ、これにより、簡単な構成で高精度な遠心力検出が可能になる。
【００１８】
アダプタ１０Ｃは、ハウジング１１を固定したフレーム１７と、フレーム１７を案内するガイドバー２９と、作動油の導入によりフレーム１７を図１ａ中で右方向へ前進させるアクチュエータ（油圧シリンダ）１８と、作動油の排出とともにアクチュエータ１８を後退させる戻しばね１９等を備えている。このアダプタ１０Ｃは、ハウジング１１をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動（前後進）させる径方向移動手段を構成している。なお、径方向とは、シリンダボアＢやフォームローラ１３等の半径方向である。
【００１９】
ハウジング１１は、ローラ支持部材１２を水平方向に移動可能に保持するもので、下方向に開放された中空状の部材であり、図１ａ中で左側である一方側と、その反対側である他方側に、軸線を水平方向とした円筒部１１ａ，１１ｂを互いに同軸状に有している。
【００２０】
ローラ支持部材１２は、軸線を垂直にした概略円柱状の部材であって、ハウジング１１に設けた複数のクロスローラガイド２０によって上端部が水平方向に案内され、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１に直交する方向に移動可能である。そして、ローラ支持部材１２の下端部には、組合せアンギュラ玉軸受を含む垂直な支持軸２１を介して、フォームローラ１３が回転自在に装着してある。この支持軸２１の中心がローラ軸Ｌ２である。
【００２１】
フォームローラ１３は、シリンダボアＢの直径よりも小さい直径を有すると共に、外周部に微細凹部形成用の微細凸部を有している。このフォームローラ１３は、ディンプル状の微細凹部を形成する突起型の微細凸部を所定間隔で設けたものや、溝状の微細凹部を連続的に形成する鍔型の微細凸部を設けたものとすることができる。
【００２２】
また、フォームローラ１３は、材料がとくに限定されるものではないが、例えば、超硬、超硬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から成ると共に、高い強度と靭性を有しており、被加工物が焼入れ鋼などの高硬度材料であっても微細凹部を形成することができる。
【００２３】
荷重発生手段１４は、ハウジング１１の一方側の円筒部１１ａに端部を挿設したばね座２２と、ローラ支持部材１２との間に介装した圧縮コイルばねである。この荷重発生手段１４は、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１とシリンダボアＢの中心線Ｌ３とを一致させた状態において、ローラ支持部材１２に対して水平方向に荷重を付与することで、フォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接させる。
【００２４】
また、ハウジング１１において、一方側の円筒部１１ａの端部には、受圧部材２３が螺着してあり、受圧部材２３とばね座２２との間には、荷重発生手段１４すなわち圧縮コイルばねによる発生荷重を検出するための荷重検出手段２４が設けてある。この荷重検出手段２４には、例えば、圧電型のロードセルを用いることができ、これにより、簡単な構成で高精度な荷重検出が可能になる。
【００２５】
さらに、ハウジング１１において、他方側の円筒部１１ｂの端部には、調整ねじ２５が螺着してあり、調整ねじ２５と、ローラ支持部材１２に固定したストッパ２６との間に、遠心力検出手段１５が移動可能に収容してある。つまり、調整ねじ２６を操作することにより、遠心力検出手段１５の位置を自在に調整することができる。
【００２６】
さらに、ローラ支持部材１２には、軸線を水平方向とした複数の保持ロッド２７が固定してあり、各保持ロッド２７に対して、その軸線方向に位置調整可能な状態でバランスウエイト１６が装着してある。
【００２７】
ここで、工具ホルダ１０は、荷重検出手段２４、荷重発生手段（圧縮コイルばね）１４、及び遠心力検出手段１５を同軸線上に配置している。この際、工具ホルダ１０では、先述の如く、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１に対してフォームローラ１３のローラ軸Ｌ２がオフセットされた位置にあり、そのオフセット側（図１ａ中で右側）に、遠心力検出手段１５を配置すると共に、反オフセット側（図１ａ中で左側）に、荷重検出手段２４及びバランスウエイト１６を配置している。
【００２８】
また、この実施形態では、調整ねじ２５が、遠心力検出手段１５をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる検出位置調整手段を構成している。さらに、この実施形態では、バランスウエイト１６及び保持ロッド２７が、バランスウエイト１６をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる重心位置調整手段を構成している。つまり、この実施形態の検出位置調整手段及び重心位置調整手段は、調整操作を手作業で行うものである。
【００２９】
さらに、遠心力検出手段１５及び荷重検出手段２４にロードセルを用いた場合、これらの手段による検出信号は、ハウジング１１に設けたトランスミッタ２８を経て図外の制御装置に出力する。
【００３０】
次に、上記構成を備えた微細凹部の加工装置１の動作と共に、微細凹部の加工方法を説明する。
【００３１】
加工装置１は、加工前において、アダプタ１０Ｃのアクチュエータ１８に作動油を導入して、ハウジング１１、ローラ支持部材１２及びフォームローラ１３を一体的に前進させる。この際、ローラ支持部材１２は、アクチュエータ１８の動作と関係なく、荷重発生手段１４の作用により、図１（ａ）に示す隙間Ｓが零になる前進限の位置にある。
【００３２】
また、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１に対するフォームローラ１３のローラ軸Ｌ２のオフセット量は、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１とシリンダボアＢの中心線Ｌ３を一致させた状態を前提として、シリンダボアＢの材質及び内径や、フォームローラ１３の圧接荷重などに応じて予め設定してある。したがって、重心調整時のオフセット量は、図１（ａ）に示す状態よりも大きくなり、上記の如くアクチュエータ１８でハウジング１１を前進させるとさらに大きくなる。
【００３３】
次に、調整ねじ２５の操作により、遠心力検出手段１５を移動させる。すなわち、調整ねじ２５の操作により、遠心力検出手段１５を押動してストッパ２６に当接させ、上記のオフセット量が加工時の設定値になるまでローラ支持部材１２を押し戻す。これにより、図１（ａ）に示す如く隙間Ｓが生じる。
【００３４】
このとき、遠心力検出手段１５及び荷重検出手段２４には、その間に同軸状態で位置する荷重発生手段１４の反発力が加わるので、遠心力検出手段１５で検出した初期荷重Ｆ０と荷重検出手段２４で検出した初期荷重Ｆ１は同等（Ｆ０＝Ｆ１）となる。
【００３５】
次に、当該加工装置１では、上記の状態のままで工具ホルダ１０を加工時と同じ回転速度で回転駆動し、遠心力検出手段１５で検出した荷重を遠心力Ｆ２とする。この際、荷重発生手段１４やばね座２２は、遠心力による影響が発生しないように調整してある。
【００３６】
当該加工装置１では、遠心力Ｆ２が遠心力検出手段１５で検出した初期荷重Ｆ０よりも大きい場合（Ｆ２＞Ｆ０）場合には、ローラ支持部材１２に作用する遠心力がフォームローラ１３のオフセット側（図１ａ中で右側）に生じているので、ローラ支持部材１２に作用する遠心力が小さくなるように、バランスウエイト１６をフォームローラ１３の反オフセット側（図１ａ中で左側）に移動させる。
【００３７】
また、遠心力Ｆ２が遠心力検出手段１５で検出した初期荷重Ｆ０よりも小さい場合（Ｆ２＜Ｆ０）には、ローラ支持部材１２に作用する遠心力がフォームローラ１３の反オフセット側（図１ａ中で左側）に生じているので、ローラ支持部材１２に作用する遠心力が小さくなるように、バランスウエイト１６をフォームローラ１３のオフセット側（図１ａ中で右側）に移動させる。
【００３８】
なお、遠心力検出手段１５の初期荷重Ｆ０と荷重検出手段２４の初期荷重Ｆ１は同等であるから、重心調整においては、荷重検出手段２４の初期荷重Ｆ１と遠心力Ｆ２とを比較しても良い。そして、初期荷重Ｆ０，Ｆ１及び遠心力Ｆ２が等しくなった状態（Ｆ０＝Ｆ１＝Ｆ２）で重心調整を終了する。また、若干の遠心力の影響を許容し得る場合は、許容差を含む状態（Ｆ０≒Ｆ１≒Ｆ２）で重心調整を終了しても良い。
【００３９】
上記の如く重心調整を終了した後には、アダプタ１０Ｃのアクチュエータ１８から作動油を排出し、戻しばね１９の作用によって、ハウジング１１、ローラ支持部材１２及びフォームローラ１３を一体的に後退させる。また、調整ねじ２５を逆回転操作し、遠心力検出手段１５とストッパ２６を離間させると共に、ローラ支持部材１２を重心調整前の前進限に戻す。
【００４０】
こののち、加工装置１は、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１とシリンダボアＢの中心線Ｌ３を一致させた状態で、主軸３により工具ホルダ１０を回転駆動する。そして、主軸ヘッド２により、フォームローラ１３をシリンダボアＢ内の所定位置まで下降させたところで、アダプタ１０Ｃのアクチュエータ１８により、ハウジング１１、ローラ支持部材１２及びフォームローラ１３を一体的に前進させる。
【００４１】
フォームローラ１３の前進過程では、同ローラ１３がシリンダボアＢの内周面Ｂａに当接した後、荷重発生手段（圧縮コイルばね）１４が圧縮され、これによる発生荷重を荷重検出手段２４で検出している。そこで、荷重検出手段２４の検出荷重が所定値に達したところで、フォームローラ１３の前進を停止する。これにより、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１に対するフォームローラ１３のローラ軸Ｌ２のオフセット量は、予め決定した加工時の設定値になる。なお、フォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接させた後に、工具ホルダ１０を回転駆動するようにしても良い。
【００４２】
その後、加工装置１は、工具ホルダ１０の回転駆動を継続することにより、フォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに沿って転動させ、さらに、主軸ヘッド２により工具ホルダ１０を低速で下降させることにより、シリンダボアＢの内周面Ｂａに対して、中心線Ｌ３回りの螺旋に沿って広範囲に微細凹部を形成する。また、必要な範囲に微細凹部を形成した後には、アダプタ１０Ｃによりフォームローラ１３を後退させ、主軸ヘッド２によりフォームローラ１３をシリンダボアＢの外側まで上昇させる。
【００４３】
このように、上記の微細凹部の加工装置１及び加工方法によれば、加工前において、遠心力検出手段１５によりローラ支持部材１２に生じた遠心力を検出し、その遠心力に基づいてバランスウエイト１６によりローラ支持部材１２の重心調整を行うので、加工時における遠心力の影響を零又は限りなく零に近くすることができる。
【００４４】
また、上記の微細凹部の加工装置１及び加工方法によれば、加工時における遠心力の影響が殆ど無いので、工具ホルダ１０の回転開始から所定の回転速度に至る間において、フォームローラ１３の圧接荷重が変化することがなく、加工初期から高精度な微細凹部を形成することができる。
【００４５】
さらに、上記の微細凹部の加工装置１及び加工方法によれば、加工時における遠心力の影響が殆ど無いので、工具ホルダ１０を高速回転させてもフォームローラ１３の圧接荷重を小さく抑えることができる。これにより、加工時間のさらなる短縮化や、フォームローラ１３の長寿命化をも実現することができる。
【００４６】
そして、上記の微細凹部の加工装置１は、工具ホルダ１０に対するフォームローラ１３のオフセット量や工具ホルダ１０の回転速度が変化しても、上記の遠心力検出及び重心調整により、遠心力の影響を可及的に解消することができる。これにより、微細凹部の高精度化、加工効率の向上及び加工コストの節減などに貢献することができる。
【００４７】
また、上記実施形態の加工装置１及び加工方法では、加工時において、工具ホルダ１０を回転駆動すると共に、被加工物（シリンダブロック）と工具ホルダ１０を円形穴（シリンダボアＢ）の中心線Ｌ３に沿う方向に相対的に移動、具体的には工具ホルダ１０を下降させることから、シリンダボアＢの内周面Ｂａに対して、広範囲にわたって微細凹部を連続的に形成することができ、加工効率のさらなる向上を実現している。
【００４８】
さらに、上記実施形態の加工装置１では、工具ホルダ１０に、ローラ支持部材１２を移動可能に保持するハウジング１１と、ハウジング１１をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる径方向移動手段（アダプタ１０Ｃ）を備えているので、ローラ支持部材１２の前進量を大きく確保することができ、内径が異なる複数種のシリンダボアＢに容易に対処することができる。
【００４９】
このとき、例えば、シリンダボアＢの内径をＤ、フォームローラ１３の外径をｄとした場合、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１に対するフォームローラ１３のローラ軸Ｌ２のオフセット量が（Ｄ−ｄ）／２となるように位置調整をして加工を行えば良い。
【００５０】
また、上記の径方向移動手段（アダプタ１０Ｃ）を備えたものとすれば、工具ホルダ１０を回転させたままフォームローラ１３をシリンダボアＢ内に移動させ、その後、フォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接させることができるので、加工時間のさらなる短縮化を実現することができる。
【００５１】
さらに、上記実施形態の加工装置１では、荷重発生手段１４として圧縮コイルばねを採用することにより、油圧、空気圧及び電気等の配管及び配線の必要が無く、簡単な構成で充分な発生荷重を得ることができる。
【００５２】
さらに、上記実施形態の加工装置１では、荷重検出手段、荷重発生手段、及び遠心力検出手段を同軸線上に配置したことにより、装置構造の小型化や簡略化を実現したうえで、遠心力検出を正確に且つ容易に行うことができる。
【００５３】
さらに、上記実施形態の加工装置１では、バランスウエイト１６をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる重心位置調整手段として、手作業により操作するバランスウエイト１６及び保持ロッド２７を採用したことから、装置構造のさならる簡略化等を実現することができる。
【００５４】
さらに、上記実施形態の加工装置１では、遠心力検出手段１５をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる検出位置調整手段として、手作業により操作する調整ねじ２５を採用したことから、装置構造のさならる簡略化等を実現することができる。
【００５５】
図３は、本発明の微細凹部の加工装置の他の実施形態を説明する図である。なお、先の実施形態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。
【００５６】
図示の加工装置は、仮想線で示す主軸ヘッド２が、水平方向とくにフォームローラ１３のオフセット方向（図３中で左右方向）に移動可能であると共に、主軸定位置停止機能を有しており、主軸３の回転を停止させるときには、ローラ支持部材１２のオフセット位置が図３に示す通り工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１の右側に位置するようになっている。また、工具ホルダ１０は、シャンク部１０Ａ及びボディ部１０Ｂを備えると共に、先の実施形態で説明したアクチュエータ等を具備しないアダプタ１０Ｄを備えている。
【００５７】
この実施形態の加工装置は、先の実施形態と同じ要領でローラ支持部材１２に生じる遠心力を検出し、その検出値に基づいてローラ支持部材１２の重心調整を行い、フォームローラ１３とシリンダボアＢの内周面Ｂａとが干渉しない位置まで主軸ヘッド２をローラ支持部材１２のオフセット側（図３の左側）へ移動させた後、シリンダボアＢ内の所定位置までフォームローラ１３を下降させたところで、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１とシリンダボアＢの中心線Ｌ３が一致するように、主軸ヘッド２により工具ホルダ１０を移動させると共に、フォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接させる。この際、圧接荷重の設定は先の実施形態と同様である。
【００５８】
その後、加工装置は、先の実施形態と同様に、工具ホルダ１０を回転駆動してフォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに沿って転動させると共に、主軸ヘッド２により工具ホルダ１０を低速で下降させることにより、シリンダボアＢの内周面Ｂａに対して中心線Ｌ３回りの螺旋に沿って微細凹部を連続的に形成する。なお、工具ホルダ１０を回転駆動するのと同時に、テーブル４により、シリンダブロックをシリンダボアＢの中心線Ｌ３回りに回転させても良い。
【００５９】
図４は、本発明の微細凹部の加工装置のさらに他の実施形態を説明する図である。なお、先の実施形態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。
【００６０】
図示の加工装置は、工具ホルダ１０において、径方向移動手段、重心位置調整手段及び検出位置調整手段の各々が、伸縮駆動されるアクチュエータ及び回転駆動されるモータのいずれか一方を駆動源として含むものとなっている。
【００６１】
すなわち、径方向移動手段は、ハウジング１１をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる手段であって、具体的には、伸縮駆動されるアクチュエータ（油圧シリンダ）１８等を駆動源とするアダプタ１０Ｃである。
【００６２】
重心位置調整手段は、バランスウエイト１６をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる手段であって、具体的には、バランスウエイト１６と、バランスウエイト１６を移動可能に装着した保持ロッド２７と、駆動機構３１である。駆動機構３１は、アクチュエータ又はモータである駆動源と、その駆動力をバランスウエイト１６又は保持ロッド２７に伝達する動力伝達部を備えている。
【００６３】
検出位置調整手段は、遠心力検出手段１５をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる手段であって、具体的には、調整ねじ２５と、駆動機構３２である。駆動機構３２は、アクチュエータ又はモータである駆動源と、その駆動力を調整ねじ２５に伝達する動力伝達部を備えている。
【００６４】
そして、この実施形態の加工装置は、荷重検出手段２４及び遠心力検出手段１５からの検出信号に基づいて、径方向移動手段（アダプタ１０Ｃ）、重心位置調整手段（バランスウエイト１６、保持ロッド２７及び駆動機構３１）及び検出位置調整手段（調整ねじ２５及び駆動機構３２）を制御する自動制御手段３３を備えている。
【００６５】
なお、荷重検出手段２４及び遠心力検出手段１５からの検出信号は、先の実施形態と同様にトランスミッタ２８を経て自動制御手段３３に入力する。また、各駆動機構３１，３２は、工具ホルダ１０とともに回転することになるので、いずれも極力小型で軽量なものが望ましい。
【００６６】
上記構成を備えた加工装置は、アダプタ１０Ｃによりフォームローラ１３を前進させた後、遠心力検出手段１５及び荷重検出手段２４からの検出信号を参照しつつ、駆動機構３２により、遠心力検出手段１５を所定量移動させ、この状態で工具ホルダ１０を回転駆動して遠心力を検出する。そして、検出した遠心力に基づいて、駆動機構３１により、遠心力が小さくなるようにバランスウエイト１６を移動させて重心調整を行う。その後、加工装置は、微細凹部の加工工程に移行する。
【００６７】
つまり、この実施形態の加工装置は、先の実施形態と同様に、遠心力検出と重心調整を行った後に、微細凹部を加工することになるが、自動制御手段３３により、径方向移動手段（アダプタ１０Ｃ）、重心位置調整手段（バランスウエイト１６、保持ロッド２７及び駆動機構３１）及び検出位置調整手段（調整ねじ２５及び駆動機構３２）の夫々の動作を自動制御する。
【００６８】
上記の加工装置は、先の実施形態と同様の効果を得ることができるうえに、微細凹部の加工の全自動化を実現して、さらなる高効率化や低コスト化に貢献することができる。
【００６９】
なお、本発明の微細凹部の加工装置は、構成の細部が上記各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各手段等の構成を変更することが可能である。
【００７０】
また、上記の実施形態では、被加工物として、円形穴であるシリンダボアＢを有するシリンダブロックである場合を例示したが、本発明の微細凹部の加工装置は、円形穴であるシリンダボアを有するコンプレッサや、円形穴である軸孔を有するすべり軸受などのように、円形穴である摺動穴を有する各種摺動部材、とくに自動車用部品を構成する各種摺動部材に対して、その円形穴の内周面に微細凹部を形成するのに極めて有用である。
【００７１】
そして、上記のシリンダブロック、コンプレッサ及びすべり軸受といった各種摺動部材は、本発明の加工装置を用いて微細凹部を形成することで、円形穴の内周面に高精度な微細凹部を有するものとなり、とくに自動車用部品を構成する摺動部材においては、フリクションのさらなる低減やエンジン性能の向上などを実現し得るものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の微細凹部加工装置の一実施形態を説明する断面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【図２】微細凹部の加工装置の全体を示す斜視図である。
【図３】本発明の微細凹部加工装置の他の実施形態を説明する断面図
【図４】本発明の微細凹部加工装置のさらに他の実施形態を説明する断面図
【符号の説明】
【００７３】
Ｂ シリンダボア（円形穴）
Ｂａ 内周面
Ｌ１ 工具ホルダの回転軸
Ｌ２ ローラ軸
Ｌ３ シリンダボアの中心線
１ 加工装置
２ 主軸ヘッド（軸方向移動手段）
１０ 工具ホルダ
１０Ｃ アダプタ（径方向移動手段）
１１ ハウジング
１２ ローラ支持部材
１３ フォームローラ
１４ 荷重発生手段
１５ 遠心力検出手段
１６ バランスウエイト（重心位置調整手段）
２４ 荷重検出手段
２５ 調整ねじ（検出位置調整手段）
２７ 保持ロッド（重心位置調整手段）
３１ 重心位置調整手段の駆動機構
３２ 検出位置調整手段の駆動機構
３３ 自動制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車用エンジンのシリンダブロックにおけるシリンダボア（円形穴）の内周面に、低フリクション化を実現するための油溜まりとして機能する多数の微細凹部を形成するのに用いられる微細凹部の加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、微細凹部の加工装置としては、回転駆動される工具ホルダに、ローラ支持部材を介して、工具ホルダの回転軸と平行なローラ軸回りに回転自在なフォームローラを設けたものがある。この加工装置は、被加工物の円形穴にフォームローラを入り込ませ、円形穴の中心線と工具ホルダの回転軸を一致させると共に、フォームローラを円形穴の内周面に所定荷重で圧接させる。そして、工具ホルダを回転駆動することで、円形穴の内周面に沿ってフォームローラを転動させ、同円形穴の内周面に微細凹部を形成する。
【０００３】
ところで、上記したような加工装置では、工具ホルダの回転軸に対してフォームローラのローラ軸がオフセットされた位置にあるので、工具ホルダの回転によりローラ支持部材及びフォームローラに遠心力が生じる。この遠心力は、回転速度の二乗に比例して大きくなる。このため、低荷重で加工するには工具ホルダの回転を低速にする必要があり、加工効率や加工コストの面で好ましくなかった。
【０００４】
そこで、従来の微細凹部の加工装置には、工具ホルダにおいて、ローラ支持部材やフォームローラを含む機能部に、重心調整用の錘を取り付けて、遠心力の影響をキャンセルし得る構成にしたものがあった（特許文献１参照）。この加工装置は、重心調整用の錘の採用により、高速回転時においても低荷重で加工することが可能になり、加工効率の向上や加工コストの節減を実現することができた。
【特許文献１】特開２００６−０２６６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記したような従来の微細凹部の加工装置は、機能部の所定位置に所定重量の錘を選択的に取り付ける構造であったため、工具ホルダに対するフォームローラのオフセット量や工具ホルダの回転速度によって変化する遠心力に充分に対処することが困難であるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、工具ホルダに対するフォームローラのオフセット量や工具ホルダの回転速度が変化しても、遠心力の影響を可及的に解消することができる微細凹部の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】
【０００７】
本発明の微細凹部の加工装置は、被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成する加工装置である。加工装置は、円形穴と同軸状態に配置して回転駆動される工具ホルダと、工具ホルダに対してその回転軸と直交する方向に移動可能なローラ支持部材と、ローラ支持部材に対して工具ホルダの回転軸と平行なローラ軸回りに回転自在に設けた微細凹部形成用のフォームローラを備えている。
【０００８】
さらに、加工装置は、ローラ支持部材に対してその移動方向に荷重を付与してフォームローラを円形穴の内周面に圧接させる荷重発生手段と、工具ホルダの回転によりローラ支持部材に生じた遠心力を検出する遠心力検出手段と、遠心力検出手段が検出した遠心力に基づいてローラ支持部材の重心を調整するためのバランスウエイトを備えている。本発明の微細凹部の加工装置は、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
上記構成において、フォームローラは、そのローラ軸が、工具ホルダの回転軸に対してオフセットされた位置にある。そして、フォームローラのオフセット方向と、工具ホルダに対するローラ支持部材の移動方向と、荷重発生手段による荷重の付与方向を同じ方向にするのがより望ましい。
【００１０】
また、本発明の微細凹部の加工方法は、被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成するに際し、加工前において、工具ホルダを回転させてローラ支持部材に生じた遠心力を検出し、その遠心力に基づいてバランスウエイトによりローラ支持部材の重心を調整し、その後、工具ホルダの回転軸と円形穴の中心線とを一致させると共に、フォームローラを円形穴の内周面に圧接させ、工具ホルダを回転駆動によりフォームローラを円形穴の内周面に沿って転動させて、円形穴の内周面に微細凹部を形成することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の微細凹部の加工装置及び加工方法によれば、工具ホルダに対するフォームローラのオフセット量や工具ホルダの回転速度が変化しても、遠心力の影響を可及的に解消することができる。これにより、微細凹部の高精度化、加工効率の向上及び加工コストの節減などに貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１３】
図２に示す微細凹部の加工装置１は、自動車用エンジンのシリンダブロックを被加工物としており、円形穴であるシリンダボアＢの内周面Ｂａに微細凹部を形成するＮＣ工作機械である。加工装置１は、鉛直方向に移動可能な主軸ヘッド２と、主軸ヘッド２に下向きに突出した状態で支持された主軸３と、主軸ヘッド２の下側において水平面内で互いに直交する二軸方向に移動可能な被加工物載置用のテーブル４と、主軸３に同軸に装着されて一体で回転駆動される工具ホルダ１０を備えている。
【００１４】
この実施形態では、昇降可能な主軸ヘッド２が、シリンダブロック（被加工物）と工具ホルダ１０をシリンダボア（円形穴）Ｂの中心線Ｌ３に沿う方向に相対的に移動させる軸方向移動手段を構成している。なお、主軸ヘッド２は、テーブル４と同様に、水平面内で互いに直交する二軸方向に移動可能な構成であっても良い。
【００１５】
工具ホルダ１０は、図１に示すように、主軸３に装着する部位であるシャンク部１０Ａと、その下側に連続するボディ部１０Ｂを有しており、ボディ部１０Ｂの下側には、アダプタ１０Ｃを備えている。
【００１６】
また、工具ホルダ１０は、アダプタ１０Ｃの下側に、ハウジング１１が一体的に設けてあり、ハウジング１１に、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１と直交する水平方向（図１ａ中で左右方向）に移動可能なローラ支持部材１２を備えている。ローラ支持部材１２には、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１と平行なローラ軸Ｌ２回りに回転自在な微細凹部形成用のフォームローラ１３が装着してある。ここで、フォームローラ１３は、そのローラ軸Ｌ２が、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１に対して、ローラ支持部材１２の移動方向と同方向（図１ａ中で右方向）にオフセットされた位置にある。
【００１７】
さらに、工具ホルダ１０は、ローラ支持部材１２に対してその移動方向に荷重を付与してフォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接させる荷重発生手段１４と、当該工具ホルダ１０の回転によりローラ支持部材１２に生じた遠心力を検出する遠心力検出手段１５と、遠心力検出手段１５が検出した遠心力に基づいてローラ支持部材１２の重心を調整するためのバランスウエイト１６を備えている。遠心力検出手段１５には、例えば、圧電型のロードセルを用いることができ、これにより、簡単な構成で高精度な遠心力検出が可能になる。
【００１８】
アダプタ１０Ｃは、ハウジング１１を固定したフレーム１７と、フレーム１７を案内するガイドバー２９と、作動油の導入によりフレーム１７を図１ａ中で右方向へ前進させるアクチュエータ（油圧シリンダ）１８と、作動油の排出とともにアクチュエータ１８を後退させる戻しばね１９等を備えている。このアダプタ１０Ｃは、ハウジング１１をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動（前後進）させる径方向移動手段を構成している。なお、径方向とは、シリンダボアＢやフォームローラ１３等の半径方向である。
【００１９】
ハウジング１１は、ローラ支持部材１２を水平方向に移動可能に保持するもので、下方向に開放された中空状の部材であり、図１ａ中で左側である一方側と、その反対側である他方側に、軸線を水平方向とした円筒部１１ａ，１１ｂを互いに同軸状に有している。
【００２０】
ローラ支持部材１２は、軸線を垂直にした概略円柱状の部材であって、ハウジング１１に設けた複数のクロスローラガイド２０によって上端部が水平方向に案内され、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１に直交する方向に移動可能である。そして、ローラ支持部材１２の下端部には、組合せアンギュラ玉軸受を含む垂直な支持軸２１を介して、フォームローラ１３が回転自在に装着してある。この支持軸２１の中心がローラ軸Ｌ２である。
【００２１】
フォームローラ１３は、シリンダボアＢの直径よりも小さい直径を有すると共に、外周部に微細凹部形成用の微細凸部を有している。このフォームローラ１３は、ディンプル状の微細凹部を形成する突起型の微細凸部を所定間隔で設けたものや、溝状の微細凹部を連続的に形成する鍔型の微細凸部を設けたものとすることができる。
【００２２】
また、フォームローラ１３は、材料がとくに限定されるものではないが、例えば、超硬、超硬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から成ると共に、高い強度と靭性を有しており、被加工物が焼入れ鋼などの高硬度材料であっても微細凹部を形成することができる。
【００２３】
荷重発生手段１４は、ハウジング１１の一方側の円筒部１１ａに端部を挿設したばね座２２と、ローラ支持部材１２との間に介装した圧縮コイルばねである。この荷重発生手段１４は、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１とシリンダボアＢの中心線Ｌ３とを一致させた状態において、ローラ支持部材１２に対して水平方向に荷重を付与することで、フォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接させる。
【００２４】
また、ハウジング１１において、一方側の円筒部１１ａの端部には、受圧部材２３が螺着してあり、受圧部材２３とばね座２２との間には、荷重発生手段１４すなわち圧縮コイルばねによる発生荷重を検出するための荷重検出手段２４が設けてある。この荷重検出手段２４には、例えば、圧電型のロードセルを用いることができ、これにより、簡単な構成で高精度な荷重検出が可能になる。
【００２５】
さらに、ハウジング１１において、他方側の円筒部１１ｂの端部には、調整ねじ２５が螺着してあり、調整ねじ２５と、ローラ支持部材１２に固定したストッパ２６との間に、遠心力検出手段１５が移動可能に収容してある。つまり、調整ねじ２６を操作することにより、遠心力検出手段１５の位置を自在に調整することができる。
【００２６】
さらに、ローラ支持部材１２には、軸線を水平方向とした複数の保持ロッド２７が固定してあり、各保持ロッド２７に対して、その軸線方向に位置調整可能な状態でバランスウエイト１６が装着してある。
【００２７】
ここで、工具ホルダ１０は、荷重検出手段２４、荷重発生手段（圧縮コイルばね）１４、及び遠心力検出手段１５を同軸線上に配置している。この際、工具ホルダ１０では、先述の如く、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１に対してフォームローラ１３のローラ軸Ｌ２がオフセットされた位置にあり、そのオフセット側（図１ａ中で右側）に、遠心力検出手段１５を配置すると共に、反オフセット側（図１ａ中で左側）に、荷重検出手段２４及びバランスウエイト１６を配置している。
【００２８】
また、この実施形態では、調整ねじ２５が、遠心力検出手段１５をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる検出位置調整手段を構成している。さらに、この実施形態では、バランスウエイト１６及び保持ロッド２７が、バランスウエイト１６をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる重心位置調整手段を構成している。つまり、この実施形態の検出位置調整手段及び重心位置調整手段は、調整操作を手作業で行うものである。
【００２９】
さらに、遠心力検出手段１５及び荷重検出手段２４にロードセルを用いた場合、これらの手段による検出信号は、ハウジング１１に設けたトランスミッタ２８を経て図外の制御装置に出力する。
【００３０】
次に、上記構成を備えた微細凹部の加工装置１の動作と共に、微細凹部の加工方法を説明する。
【００３１】
加工装置１は、加工前において、アダプタ１０Ｃのアクチュエータ１８に作動油を導入して、ハウジング１１、ローラ支持部材１２及びフォームローラ１３を一体的に前進させる。この際、ローラ支持部材１２は、アクチュエータ１８の動作と関係なく、荷重発生手段１４の作用により、図１（ａ）に示す隙間Ｓが零になる前進限の位置にある。
【００３２】
また、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１に対するフォームローラ１３のローラ軸Ｌ２のオフセット量は、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１とシリンダボアＢの中心線Ｌ３を一致させた状態を前提として、シリンダボアＢの材質及び内径や、フォームローラ１３の圧接荷重などに応じて予め設定してある。したがって、重心調整時のオフセット量は、図１（ａ）に示す状態よりも大きくなり、上記の如くアクチュエータ１８でハウジング１１を前進させるとさらに大きくなる。
【００３３】
次に、調整ねじ２５の操作により、遠心力検出手段１５を移動させる。すなわち、調整ねじ２５の操作により、遠心力検出手段１５を押動してストッパ２６に当接させ、上記のオフセット量が加工時の設定値になるまでローラ支持部材１２を押し戻す。これにより、図１（ａ）に示す如く隙間Ｓが生じる。
【００３４】
このとき、遠心力検出手段１５及び荷重検出手段２４には、その間に同軸状態で位置する荷重発生手段１４の反発力が加わるので、遠心力検出手段１５で検出した初期荷重Ｆ０と荷重検出手段２４で検出した初期荷重Ｆ１は同等（Ｆ０＝Ｆ１）となる。
【００３５】
次に、当該加工装置１では、上記の状態のままで工具ホルダ１０を加工時と同じ回転速度で回転駆動し、遠心力検出手段１５で検出した荷重を遠心力Ｆ２とする。この際、荷重発生手段１４やばね座２２は、遠心力による影響が発生しないように調整してある。
【００３６】
当該加工装置１では、遠心力Ｆ２が遠心力検出手段１５で検出した初期荷重Ｆ０よりも大きい場合（Ｆ２＞Ｆ０）場合には、ローラ支持部材１２に作用する遠心力がフォームローラ１３のオフセット側（図１ａ中で右側）に生じているので、ローラ支持部材１２に作用する遠心力が小さくなるように、バランスウエイト１６をフォームローラ１３の反オフセット側（図１ａ中で左側）に移動させる。
【００３７】
また、遠心力Ｆ２が遠心力検出手段１５で検出した初期荷重Ｆ０よりも小さい場合（Ｆ２＜Ｆ０）には、ローラ支持部材１２に作用する遠心力がフォームローラ１３の反オフセット側（図１ａ中で左側）に生じているので、ローラ支持部材１２に作用する遠心力が小さくなるように、バランスウエイト１６をフォームローラ１３のオフセット側（図１ａ中で右側）に移動させる。
【００３８】
なお、遠心力検出手段１５の初期荷重Ｆ０と荷重検出手段２４の初期荷重Ｆ１は同等であるから、重心調整においては、荷重検出手段２４の初期荷重Ｆ１と遠心力Ｆ２とを比較しても良い。そして、初期荷重Ｆ０，Ｆ１及び遠心力Ｆ２が等しくなった状態（Ｆ０＝Ｆ１＝Ｆ２）で重心調整を終了する。また、若干の遠心力の影響を許容し得る場合は、許容差を含む状態（Ｆ０≒Ｆ１≒Ｆ２）で重心調整を終了しても良い。
【００３９】
上記の如く重心調整を終了した後には、アダプタ１０Ｃのアクチュエータ１８から作動油を排出し、戻しばね１９の作用によって、ハウジング１１、ローラ支持部材１２及びフォームローラ１３を一体的に後退させる。また、調整ねじ２５を逆回転操作し、遠心力検出手段１５とストッパ２６を離間させると共に、ローラ支持部材１２を重心調整前の前進限に戻す。
【００４０】
こののち、加工装置１は、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１とシリンダボアＢの中心線Ｌ３を一致させた状態で、主軸３により工具ホルダ１０を回転駆動する。そして、主軸ヘッド２により、フォームローラ１３をシリンダボアＢ内の所定位置まで下降させたところで、アダプタ１０Ｃのアクチュエータ１８により、ハウジング１１、ローラ支持部材１２及びフォームローラ１３を一体的に前進させる。
【００４１】
フォームローラ１３の前進過程では、同ローラ１３がシリンダボアＢの内周面Ｂａに当接した後、荷重発生手段（圧縮コイルばね）１４が圧縮され、これによる発生荷重を荷重検出手段２４で検出している。そこで、荷重検出手段２４の検出荷重が所定値に達したところで、フォームローラ１３の前進を停止する。これにより、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１に対するフォームローラ１３のローラ軸Ｌ２のオフセット量は、予め決定した加工時の設定値になる。なお、フォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接させた後に、工具ホルダ１０を回転駆動するようにしても良い。
【００４２】
その後、加工装置１は、工具ホルダ１０の回転駆動を継続することにより、フォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに沿って転動させ、さらに、主軸ヘッド２により工具ホルダ１０を低速で下降させることにより、シリンダボアＢの内周面Ｂａに対して、中心線Ｌ３回りの螺旋に沿って広範囲に微細凹部を形成する。また、必要な範囲に微細凹部を形成した後には、アダプタ１０Ｃによりフォームローラ１３を後退させ、主軸ヘッド２によりフォームローラ１３をシリンダボアＢの外側まで上昇させる。
【００４３】
このように、上記の微細凹部の加工装置１及び加工方法によれば、加工前において、遠心力検出手段１５によりローラ支持部材１２に生じた遠心力を検出し、その遠心力に基づいてバランスウエイト１６によりローラ支持部材１２の重心調整を行うので、加工時における遠心力の影響を零又は限りなく零に近くすることができる。
【００４４】
また、上記の微細凹部の加工装置１及び加工方法によれば、加工時における遠心力の影響が殆ど無いので、工具ホルダ１０の回転開始から所定の回転速度に至る間において、フォームローラ１３の圧接荷重が変化することがなく、加工初期から高精度な微細凹部を形成することができる。
【００４５】
さらに、上記の微細凹部の加工装置１及び加工方法によれば、加工時における遠心力の影響が殆ど無いので、工具ホルダ１０を高速回転させてもフォームローラ１３の圧接荷重を小さく抑えることができる。これにより、加工時間のさらなる短縮化や、フォームローラ１３の長寿命化をも実現することができる。
【００４６】
そして、上記の微細凹部の加工装置１は、工具ホルダ１０に対するフォームローラ１３のオフセット量や工具ホルダ１０の回転速度が変化しても、上記の遠心力検出及び重心調整により、遠心力の影響を可及的に解消することができる。これにより、微細凹部の高精度化、加工効率の向上及び加工コストの節減などに貢献することができる。
【００４７】
また、上記実施形態の加工装置１及び加工方法では、加工時において、工具ホルダ１０を回転駆動すると共に、被加工物（シリンダブロック）と工具ホルダ１０を円形穴（シリンダボアＢ）の中心線Ｌ３に沿う方向に相対的に移動、具体的には工具ホルダ１０を下降させることから、シリンダボアＢの内周面Ｂａに対して、広範囲にわたって微細凹部を連続的に形成することができ、加工効率のさらなる向上を実現している。
【００４８】
さらに、上記実施形態の加工装置１では、工具ホルダ１０に、ローラ支持部材１２を移動可能に保持するハウジング１１と、ハウジング１１をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる径方向移動手段（アダプタ１０Ｃ）を備えているので、ローラ支持部材１２の前進量を大きく確保することができ、内径が異なる複数種のシリンダボアＢに容易に対処することができる。
【００４９】
このとき、例えば、シリンダボアＢの内径をＤ、フォームローラ１３の外径をｄとした場合、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１に対するフォームローラ１３のローラ軸Ｌ２のオフセット量が（Ｄ−ｄ）／２となるように位置調整をして加工を行えば良い。
【００５０】
また、上記の径方向移動手段（アダプタ１０Ｃ）を備えたものとすれば、工具ホルダ１０を回転させたままフォームローラ１３をシリンダボアＢ内に移動させ、その後、フォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接させることができるので、加工時間のさらなる短縮化を実現することができる。
【００５１】
さらに、上記実施形態の加工装置１では、荷重発生手段１４として圧縮コイルばねを採用することにより、油圧、空気圧及び電気等の配管及び配線の必要が無く、簡単な構成で充分な発生荷重を得ることができる。
【００５２】
さらに、上記実施形態の加工装置１では、荷重検出手段、荷重発生手段、及び遠心力検出手段を同軸線上に配置したことにより、装置構造の小型化や簡略化を実現したうえで、遠心力検出を正確に且つ容易に行うことができる。
【００５３】
さらに、上記実施形態の加工装置１では、バランスウエイト１６をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる重心位置調整手段として、手作業により操作するバランスウエイト１６及び保持ロッド２７を採用したことから、装置構造のさならる簡略化等を実現することができる。
【００５４】
さらに、上記実施形態の加工装置１では、遠心力検出手段１５をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる検出位置調整手段として、手作業により操作する調整ねじ２５を採用したことから、装置構造のさならる簡略化等を実現することができる。
【００５５】
図３は、本発明の微細凹部の加工装置の他の実施形態を説明する図である。なお、先の実施形態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。
【００５６】
図示の加工装置は、仮想線で示す主軸ヘッド２が、水平方向とくにフォームローラ１３のオフセット方向（図３中で左右方向）に移動可能であると共に、主軸定位置停止機能を有しており、主軸３の回転を停止させるときには、ローラ支持部材１２のオフセット位置が図３に示す通り工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１の右側に位置するようになっている。また、工具ホルダ１０は、シャンク部１０Ａ及びボディ部１０Ｂを備えると共に、先の実施形態で説明したアクチュエータ等を具備しないアダプタ１０Ｄを備えている。
【００５７】
この実施形態の加工装置は、先の実施形態と同じ要領でローラ支持部材１２に生じる遠心力を検出し、その検出値に基づいてローラ支持部材１２の重心調整を行い、フォームローラ１３とシリンダボアＢの内周面Ｂａとが干渉しない位置まで主軸ヘッド２をローラ支持部材１２のオフセット側（図３の左側）へ移動させた後、シリンダボアＢ内の所定位置までフォームローラ１３を下降させたところで、工具ホルダ１０の回転軸Ｌ１とシリンダボアＢの中心線Ｌ３が一致するように、主軸ヘッド２により工具ホルダ１０を移動させると共に、フォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに圧接させる。この際、圧接荷重の設定は先の実施形態と同様である。
【００５８】
その後、加工装置は、先の実施形態と同様に、工具ホルダ１０を回転駆動してフォームローラ１３をシリンダボアＢの内周面Ｂａに沿って転動させると共に、主軸ヘッド２により工具ホルダ１０を低速で下降させることにより、シリンダボアＢの内周面Ｂａに対して中心線Ｌ３回りの螺旋に沿って微細凹部を連続的に形成する。なお、工具ホルダ１０を回転駆動するのと同時に、テーブル４により、シリンダブロックをシリンダボアＢの中心線Ｌ３回りに回転させても良い。
【００５９】
図４は、本発明の微細凹部の加工装置のさらに他の実施形態を説明する図である。なお、先の実施形態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。
【００６０】
図示の加工装置は、工具ホルダ１０において、径方向移動手段、重心位置調整手段及び検出位置調整手段の各々が、伸縮駆動されるアクチュエータ及び回転駆動されるモータのいずれか一方を駆動源として含むものとなっている。
【００６１】
すなわち、径方向移動手段は、ハウジング１１をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる手段であって、具体的には、伸縮駆動されるアクチュエータ（油圧シリンダ）１８等を駆動源とするアダプタ１０Ｃである。
【００６２】
重心位置調整手段は、バランスウエイト１６をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる手段であって、具体的には、バランスウエイト１６と、バランスウエイト１６を移動可能に装着した保持ロッド２７と、駆動機構３１である。駆動機構３１は、アクチュエータ又はモータである駆動源と、その駆動力をバランスウエイト１６又は保持ロッド２７に伝達する動力伝達部を備えている。
【００６３】
検出位置調整手段は、遠心力検出手段１５をローラ支持部材１２の移動方向と同方向に往復動させる手段であって、具体的には、調整ねじ２５と、駆動機構３２である。駆動機構３２は、アクチュエータ又はモータである駆動源と、その駆動力を調整ねじ２５に伝達する動力伝達部を備えている。
【００６４】
そして、この実施形態の加工装置は、荷重検出手段２４及び遠心力検出手段１５からの検出信号に基づいて、径方向移動手段（アダプタ１０Ｃ）、重心位置調整手段（バランスウエイト１６、保持ロッド２７及び駆動機構３１）及び検出位置調整手段（調整ねじ２５及び駆動機構３２）を制御する自動制御手段３３を備えている。
【００６５】
なお、荷重検出手段２４及び遠心力検出手段１５からの検出信号は、先の実施形態と同様にトランスミッタ２８を経て自動制御手段３３に入力する。また、各駆動機構３１，３２は、工具ホルダ１０とともに回転することになるので、いずれも極力小型で軽量なものが望ましい。
【００６６】
上記構成を備えた加工装置は、アダプタ１０Ｃによりフォームローラ１３を前進させた後、遠心力検出手段１５及び荷重検出手段２４からの検出信号を参照しつつ、駆動機構３２により、遠心力検出手段１５を所定量移動させ、この状態で工具ホルダ１０を回転駆動して遠心力を検出する。そして、検出した遠心力に基づいて、駆動機構３１により、遠心力が小さくなるようにバランスウエイト１６を移動させて重心調整を行う。その後、加工装置は、微細凹部の加工工程に移行する。
【００６７】
つまり、この実施形態の加工装置は、先の実施形態と同様に、遠心力検出と重心調整を行った後に、微細凹部を加工することになるが、自動制御手段３３により、径方向移動手段（アダプタ１０Ｃ）、重心位置調整手段（バランスウエイト１６、保持ロッド２７及び駆動機構３１）及び検出位置調整手段（調整ねじ２５及び駆動機構３２）の夫々の動作を自動制御する。
【００６８】
上記の加工装置は、先の実施形態と同様の効果を得ることができるうえに、微細凹部の加工の全自動化を実現して、さらなる高効率化や低コスト化に貢献することができる。
【００６９】
なお、本発明の微細凹部の加工装置は、構成の細部が上記各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各手段等の構成を変更することが可能である。
【００７０】
また、上記の実施形態では、被加工物として、円形穴であるシリンダボアＢを有するシリンダブロックである場合を例示したが、本発明の微細凹部の加工装置は、円形穴であるシリンダボアを有するコンプレッサや、円形穴である軸孔を有するすべり軸受などのように、円形穴である摺動穴を有する各種摺動部材、とくに自動車用部品を構成する各種摺動部材に対して、その円形穴の内周面に微細凹部を形成するのに極めて有用である。
【００７１】
そして、上記のシリンダブロック、コンプレッサ及びすべり軸受といった各種摺動部材は、本発明の加工装置を用いて微細凹部を形成することで、円形穴の内周面に高精度な微細凹部を有するものとなり、とくに自動車用部品を構成する摺動部材においては、フリクションのさらなる低減やエンジン性能の向上などを実現し得るものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の微細凹部加工装置の一実施形態を説明する断面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【図２】微細凹部の加工装置の全体を示す斜視図である。
【図３】本発明の微細凹部加工装置の他の実施形態を説明する断面図
【図４】本発明の微細凹部加工装置のさらに他の実施形態を説明する断面図
【符号の説明】
【００７３】
Ｂ シリンダボア（円形穴）
Ｂａ 内周面
Ｌ１ 工具ホルダの回転軸
Ｌ２ ローラ軸
Ｌ３ シリンダボアの中心線
１ 加工装置
２ 主軸ヘッド（軸方向移動手段）
１０ 工具ホルダ
１０Ｃ アダプタ（径方向移動手段）
１１ ハウジング
１２ ローラ支持部材
１３ フォームローラ
１４ 荷重発生手段
１５ 遠心力検出手段
１６ バランスウエイト（重心位置調整手段）
２４ 荷重検出手段
２５ 調整ねじ（検出位置調整手段）
２７ 保持ロッド（重心位置調整手段）
３１ 重心位置調整手段の駆動機構
３２ 検出位置調整手段の駆動機構
３３ 自動制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成する加工装置であって、
円形穴と同軸状態に配置して回転駆動される工具ホルダと、
工具ホルダに対してその回転軸と直交する方向に移動可能なローラ支持部材と、
ローラ支持部材に対して工具ホルダの回転軸と平行なローラ軸回りに回転自在に設けた微細凹部形成用のフォームローラと、
ローラ支持部材に対してその移動方向に荷重を付与してフォームローラを円形穴の内周面に圧接させる荷重発生手段と、
工具ホルダの回転によりローラ支持部材に生じた遠心力を検出する遠心力検出手段と、
遠心力検出手段が検出した遠心力に基づいてローラ支持部材の重心を調整するためのバランスウエイトを備えたことを特徴とする微細凹部の加工装置。
【請求項２】
被加工物と工具ホルダを円形穴の中心線に沿う方向に相対的に移動させる軸方向移動手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項３】
工具ホルダに、ローラ支持部材を移動可能に保持するハウジングと、ハウジングをローラ支持部材の移動方向と同方向に往復動させる径方向移動手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項４】
荷重発生手段が、圧縮コイルばねであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項５】
荷重発生手段による発生荷重を検出する荷重検出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項６】
荷重検出手段、荷重発生手段、及び遠心力検出手段を同軸線上に配置したことを特徴とする請求項５に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項７】
荷重検出手段及び遠心力検出手段の少なくとも一方がロードセルであることを特徴とする請求項５又は６に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項８】
バランスウエイトをローラ支持部材の移動方向と同方向に往復動させる重心位置調整手段を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項９】
遠心力検出手段をローラ支持部材の移動方向と同方向に往復動させる検出位置調整手段を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項１０】
径方向移動手段、重心位置調整手段及び検出位置調整手段の各々が、伸縮駆動されるアクチュエータ及び回転駆動されるモータのいずれか一方を駆動源として含み、荷重検出手段及び遠心力検出手段からの検出信号に基づいて径方向移動手段、重心位置調整手段及び検出位置調整手段を制御する自動制御手段を備えたことを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置を用いて、被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成するに際し、加工前において、工具ホルダを回転させてローラ支持部材に生じた遠心力を検出し、その遠心力に基づいてバランスウエイトによりローラ支持部材の重心を調整し、その後、工具ホルダの回転軸と円形穴の中心線とを一致させると共に、フォームローラを円形穴の内周面に圧接させ、工具ホルダを回転駆動によりフォームローラを円形穴の内周面に沿って転動させて、円形穴の内周面に微細凹部を形成することを特徴とする微細凹部の加工方法。
【請求項１２】
工具ホルダを回転駆動すると共に、被加工物と工具ホルダを円形穴の中心線に沿う方向に相対的に移動させることを特徴とする請求項１１に記載の微細凹部の加工方法。
【請求項１３】
被加工物が、円形穴である摺動穴を有する摺動部材であって、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置を用いて、摺動穴の内周面に微細凹部を形成したことを特徴とする摺動部材。
【請求項１４】
被加工物が、円形穴であるシリンダボアを有するシリンダブロックであって、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置を用いて、シリンダボアの内周面に微細凹部を形成したことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項１５】
被加工物が、円形穴であるシリンダボアを有するコンプレッサであって、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置を用いて、シリンダボアの内周面に微細凹部を形成したことを特徴とするコンプレッサ。
【請求項１６】
被加工物が、円形穴である軸孔を有するすべり軸受であって、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置を用いて、軸孔の内周面に微細凹部を形成したことを特徴とするすべり軸受。
【請求項１】
被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成する加工装置であって、
円形穴と同軸状態に配置して回転駆動される工具ホルダと、
工具ホルダに対してその回転軸と直交する方向に移動可能なローラ支持部材と、
ローラ支持部材に対して工具ホルダの回転軸と平行なローラ軸回りに回転自在に設けた微細凹部形成用のフォームローラと、
ローラ支持部材に対してその移動方向に荷重を付与してフォームローラを円形穴の内周面に圧接させる荷重発生手段と、
工具ホルダの回転によりローラ支持部材に生じた遠心力を検出する遠心力検出手段と、
遠心力検出手段が検出した遠心力に基づいてローラ支持部材の重心を調整するためのバランスウエイトを備えたことを特徴とする微細凹部の加工装置。
【請求項２】
被加工物と工具ホルダを円形穴の中心線に沿う方向に相対的に移動させる軸方向移動手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項３】
工具ホルダに、ローラ支持部材を移動可能に保持するハウジングと、ハウジングをローラ支持部材の移動方向と同方向に往復動させる径方向移動手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項４】
荷重発生手段が、圧縮コイルばねであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項５】
荷重発生手段による発生荷重を検出する荷重検出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項６】
荷重検出手段、荷重発生手段、及び遠心力検出手段を同軸線上に配置したことを特徴とする請求項５に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項７】
荷重検出手段及び遠心力検出手段の少なくとも一方がロードセルであることを特徴とする請求項５又は６に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項８】
バランスウエイトをローラ支持部材の移動方向と同方向に往復動させる重心位置調整手段を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項９】
遠心力検出手段をローラ支持部材の移動方向と同方向に往復動させる検出位置調整手段を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項１０】
径方向移動手段、重心位置調整手段及び検出位置調整手段の各々が、伸縮駆動されるアクチュエータ及び回転駆動されるモータのいずれか一方を駆動源として含み、荷重検出手段及び遠心力検出手段からの検出信号に基づいて径方向移動手段、重心位置調整手段及び検出位置調整手段を制御する自動制御手段を備えたことを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置を用いて、被加工物の円形穴の内周面に微細凹部を形成するに際し、加工前において、工具ホルダを回転させてローラ支持部材に生じた遠心力を検出し、その遠心力に基づいてバランスウエイトによりローラ支持部材の重心を調整し、その後、工具ホルダの回転軸と円形穴の中心線とを一致させると共に、フォームローラを円形穴の内周面に圧接させ、工具ホルダを回転駆動によりフォームローラを円形穴の内周面に沿って転動させて、円形穴の内周面に微細凹部を形成することを特徴とする微細凹部の加工方法。
【請求項１２】
工具ホルダを回転駆動すると共に、被加工物と工具ホルダを円形穴の中心線に沿う方向に相対的に移動させることを特徴とする請求項１１に記載の微細凹部の加工方法。
【請求項１３】
被加工物が、円形穴である摺動穴を有する摺動部材であって、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置を用いて、摺動穴の内周面に微細凹部を形成したことを特徴とする摺動部材。
【請求項１４】
被加工物が、円形穴であるシリンダボアを有するシリンダブロックであって、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置を用いて、シリンダボアの内周面に微細凹部を形成したことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項１５】
被加工物が、円形穴であるシリンダボアを有するコンプレッサであって、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置を用いて、シリンダボアの内周面に微細凹部を形成したことを特徴とするコンプレッサ。
【請求項１６】
被加工物が、円形穴である軸孔を有するすべり軸受であって、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の微細凹部の加工装置を用いて、軸孔の内周面に微細凹部を形成したことを特徴とするすべり軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２７５６１９（Ｐ２００９−２７５６１９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２８１３６（Ｐ２００８−１２８１３６）
【出願日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（３９１００３６６８）トーヨーエイテック株式会社 (145)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（３９１００３６６８）トーヨーエイテック株式会社 (145)
【Ｆターム（参考）】
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