JP2010099788A - 平面用ディンプル成形工具 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により目的に応じた多様な形態のディンプルを成形可能な平面用ディンプル成形工具を提供する。
【解決手段】加工機に装着して回転させるマンドレル２と、マンドレル２の先端部に固定された回転フレーム３と、回転フレーム３に突出して配設された押圧部材（３０）と、マンドレル２の外周部にベアリング４０を介して装着され回り止め（９）が付設されて配設されるステム４と、ステム４に固定され回転フレーム３に対面するように配設された固定フレーム５と、固定フレーム５に出没自在に配設されたディンプル成形用の転圧部材（Ｂ）と、を備え、転圧部材（Ｂ）は、押圧部材（３０）の回転軌道上に配設され、押圧部材（３０）により押圧されて固定フレーム５から突出することでディンプルを成形するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は平面用ディンプル成形工具に関し、特に簡易な構成により多様な形態のディンプルを成形することができる平面用ディンプル成形工具に関する。

一般に、エンジン摺動部品等の摺動表面に溝やディンプル等の凹凸を形成することで耐焼付性の向上や摩擦力の低減が行われている。ディンプルはＷＰＣ処理（微粒子ショットピーニング）やレーザ加工のような機械加工の他、キサゲのような手作業でも形成されている。また、ディンプルを形成するピーニング加工とバニシング加工を同時に行なうバニシング工具も知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００３−１５９６４８号公報（図１，２） 特開２００７−３０１６４５号公報（図１，２）

しかしながら、ＷＰＣ処理やレーザ加工を行なうには専用の機械設備を設けて、別個の加工ステーションで行なわなければならず、設備費用の面でも加工工数の面でも負担が大きいという問題があった。また、キサゲ仕上げでは、生産効率が悪く作業者の技能によって仕上げ面にばらつきが生じてしまうという問題があった。
また、特許文献１，２に記載された技術では、平坦面にディンプルを成形加工することができないという問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、簡易な構成により目的に応じた多様な形態のディンプルを成形することができる平面用ディンプル成形工具を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、加工機に装着して回転させるマンドレルと、このマンドレルの先端部に固定された回転フレームと、この回転フレームに突出して配設された押圧部材と、前記マンドレルの外周部にベアリングを介して装着され回り止めが付設されるステムと、このステムに固定され前記回転フレームに対面するように配設された固定フレームと、この固定フレームに出没自在に配設されたディンプル成形用の転圧部材と、を備え、前記転圧部材は、前記押圧部材の回転軌道上に配設され、前記押圧部材により押圧されて前記固定フレームから突出することでディンプルを成形するように構成したこと、を特徴とする平面用ディンプル成形工具である。

このように、本発明は、回転フレームに突出して配設された押圧部材が回転して、この押圧部材の回転軌道上に配設された転圧部材が固定フレームから出没してディンプルを成形するように構成したことで、回転フレームに突出して配設された押圧部材と、固定フレームに出没自在に配設された転圧部材と、を備えた簡易な構成によりディンプルを成形加工することができる。
また、転圧部材の大きさや配列、押圧部材の形態、加工機の送り速度や送り方向を適宜設定することで、形成されるディンプルの配列や大きさ、形状等の形態を任意に設定することも容易であるため、多様なディンプルの形態を容易に実現することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の平面用ディンプル成形工具であって、前記押圧部材は、Ｒ形状を有する円柱状または平坦面を有する角柱状の形状を備えていることを特徴とする。

かかる構成によれば、押圧部材は円弧や円等のＲ形状を有する円柱状の形状を備えることで、転圧部材にＲ形状の円周面が周方向に当接して瞬間的に転圧部材を押圧することができるため、円形のディンプルを成形することができる。
また、押圧部材は平坦面を有する角形状の形状を備えることで、外周の平坦面が継続的に転圧部材を押圧することができるため、長穴形状のディンプルを成形することができる。

本発明に係る平面用ディンプル成形工具は、簡易な構成により目的に応じた多様な形態のディンプルを成形することができる。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
参照する図面において、図１は本発明の実施形態に係る平面用ディンプル成形工具の全体構成を説明するための図であり、（ａ）は半断面図、（ｂ）は（ａ）のＹ方向矢視図である。図２は本発明の実施形態に係る平面用ディンプル成形工具の主要な部品を示す分解断面図である。図３はローラとボールとの関係を示す図であり、（ａ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線の部分拡大断面図であり、（ｂ）はボールの配列を示す図１（ａ）のＹ方向矢視図であり、（ｃ）は回転フレームにおけるローラの配列を示す図１（ａ）のＹ方向矢視図である。

なお、本発明の実施形態に係る平面用ディンプル成形工具１において、説明の便宜上、加工機械に装着されるシャンク２２ａが配設される側を後側といい、ワークに押圧してディンプルを形成するボールＢが配設される側を前側（先端側）という。

本発明の実施形態に係る平面用ディンプル成形工具１は、図１に示すように、図示しないマシニングセンタ等の加工機に装着して回転させるマンドレル２と、このマンドレル２の先端部にねじ２０で固定された回転フレーム３と、この回転フレーム３に突出して配設された押圧部材であるローラ３０と、マンドレル２の外周部にベアリング４０を介して装着されるステム４と、回転フレーム３に対面するように配設された固定フレーム５と、この固定フレーム５に出没自在に配設されたディンプル成形用の転圧部材であるボールＢと、固定フレーム５をステム４に固定するカバー６と、を備えている。

マンドレル２は、図２に示すように、全体として前側の拡径部２１と後側の縮径部２２とからなる段付きの丸棒形状からなり、縮径部２２には加工機（不図示）に装着されるシャンク２２ａ（図１）が形成されている。前側の拡径部２１の先端部には、回転フレーム３がピン２３を介してねじ２０で固定され、拡径部２１の外周部には、ベアリング４０が嵌装されている。
なお、シャンク２２ａは、本実施形態のようなストレート形状の他、テーパ形状のもの等、装着される加工機に適合できるように種々の形状が採用される。

回転フレーム３は、図２に示すように、ローラ３０をシャンク２２ａの軸回りに回転自在に保持する部材であり、中心部に取り付け穴３ａが形成され、この取り付け穴３ａの周りが厚肉で、周辺部が薄肉のフランジ状の円盤形状をなしている。
回転フレーム３は、マンドレル２と一体として回転するようにピン２３で結合され、ねじ２０で固定されている。回転フレーム３には、ローラ３０を収容する溝３０ａ（図３（ａ））が中心から外周方向へ放射状に円周８等配で形成されている（図３（ｃ）参照）。そして、ローラ３０が回転フレーム３の表面から突出して保持されるように溝３０ａに収容されている。
なお、本実施形態においては、ローラ３０を円周８等配で配設しているが、これに限定されるものではなく、ローラ３０の配置はボールＢの配置等により適切に設定される。

マンドレル２、転圧部材であるボールＢ、および押圧部材であるローラ３０には耐久性が要求されるため、特殊合金鋼を使用し熱処理をして硬度および靭性を向上させ、使用条件によっては、ＤＬＣ、ＴＩＮ、ＴＩＣＮ等の表面コーティング処理をしてさらに耐久性を向上させることもできる。

ローラ３０は、図３（ａ）に示すように、回転フレーム３に形成された溝３０ａに収容され、マンドレル２の先端面２ａ（図２を併せて参照）に当接するようにして回転フレーム３の表面３ｂからローラ３０の外周面が突出するようにして保持されている。
なお、ローラ３０は、ローラ３０の外周面が突出した状態でボールＢを押圧できるように保持されていれば遊嵌されていてもよく、ボールＢと当接した際に回転するようにしてもよい。

ステム４は、図２に示すように、マンドレル２の外周部にいわゆる連れ回り（ドラグ）を防止するベアリング４０を介して装着されている。そして、フランジ部材４１により、ベアリング４０を挟み込むようにして装着されている。また、ステム４には、加工機（付図示）に固定された回り止めのシャフト９（図１（ａ））が付設されている。
かかる構成により、加工機（付図示）に装着して回転させるマンドレル２に付随して回転することなく、回転不能に静止するようにして配設されている。

固定フレーム５は、図２に示すように、貫通穴５ａが形成された有底の筒形状をなし、底部にはボールＢを収容する溝５０ａ（図３（ａ）参照）が形成されている。そして、ボールＢは、固定フレーム５の表面５ｂから出没自在に溝５０ａに収容されている。
固定フレーム５は、ピン５１でステム４に連結された状態でカバー６をステム４にねじ込んで固定されているため（図１（ａ）参照）、回転フレーム３に付随して回転することなく、ステム４とともに回転不能に静止するようにして配設されている。

以上のように構成された本実施形態に係る平面用ディンプル成形工具１の動作について、主として図３を参照しながら説明する。
本実施形態に係る平面用ディンプル成形工具１は、図３（ａ）に示すように、マンドレル２を加工機（不図示）に装着して回転させると（Ｒ矢印）、マンドレル２の先端部に固定された回転フレーム３もピン２３（図１（ａ））を介して一体として回転する。そうすると、回転フレーム３の円周方向に配設されたローラ３０は、回転フレーム３の円周方向に沿って回転移動する（図３（ｃ）のＲ矢印）。

このとき、図３（ａ）に示すように、回転フレーム３に対面するように配設された固定フレーム５には、Ｒ方向に回転移動するローラ３０に当接するようにボールＢが配設されているため、ローラ３０とボールＢとが当接するとボールＢは固定フレーム５の表面から突出する方向（押圧力Ｆの方向）に当接する度に断続的に押圧されて、この押圧力ＦによってワークＷの表面が塑性変形することでディンプルｄが成形加工される。
一方、ローラ３０とボールＢとが当接しない状態では（図３（ａ）の中央部分）、ボールＢはワークＷの表面を転動するだけであり、ワークＷに押圧力は作用しないためディンプルｄは成形されない。

続いて、成形されるディンプルの形態（配列や形状）について、主として図４と図５を参照しながら説明する。
参照する図において、図４は本発明の実施形態に係る平面用ディンプル成形工具におけるボールによりディンプルが成形される様子を概念的示す図であり、（ａ）は、送り方向に工具を移動させてディンプルが成形される様子を示し、（ｂ）は工具を送り方向と直交する方向に移動させた場合のディンプルの配列を示す。図５（ａ）は本発明の実施形態に係る平面用ディンプル成形工具におけるボールの配列と成形されるディンプルの形態との関係を概念的に示す図であり、（ｂ）は本発明の他の実施例に係る角柱状の押圧部材の構成を示す断面図であり、（ｃ）は角柱状の押圧部材によるディンプルの形態を示す図である。

本発明の実施形態に係る平面用ディンプル成形工具１におけるボールＢにより平板状のワークＷにディンプルｄが成形される様子を簡略化して説明するために、図４（ａ）に示すように、３箇所のボールＢ（Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３）を仮想的に抜き出して説明する。
図３（ｃ）に示すように、回転フレーム３の回転により円周上８等配されたローラ３０が回転移動すると１回転あたり８回ボールＢが８本のローラ３０で叩かれてワークＷに押圧される（図３（ａ））。

このとき、図４（ａ）に示すように、ワークＷに対して平面用ディンプル成形工具１に送り方向に送りを与えると、送り方向に沿って１回転当たりディンプルｄ（ｄ１１，ｄ１２，ｄ１３）がそれぞれ連続して８個成形加工される。つまり、ボールＢ１１によりディンプルｄ１１が送り方向に沿って８個成形され、同様に、ボールＢ１２によりディンプルｄ１２が８個、ボールＢ１３によりディンプルｄ１３が８個成形される。
このようにして、固定フレーム５に配設された各ボールＢを８本のローラ３０がそれぞれ押圧することにより送り方向に沿って連続してディンプルｄを成形加工することができる。

なお、図４（ｂ）に示すように、送り方向に直交する方向に平面用ディンプル成形工具１をδだけ移動させた状態で、同様にしてワークＷに対して平面用ディンプル成形工具１に送り方向に送りを与えると、図４（ａ）で成形加工したディンプルｄ（ｄ１１，ｄ１２，ｄ１３）から移動量δだけずらした位置に並行してディンプルｄ′（ｄ１１′，ｄ１２′，ｄ１３′）を成形加工することができる。

このようにして、本発明の実施形態に係る平面用ディンプル成形工具１は、図５（ａ）に示すように、２１個のボールＢ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，・・・Ｂ２１）が送り方向に重ならないように送り方向に直交する方向に横並びに配設されているため、ボールＢ１を８本のローラ３０がそれぞれ押圧することによりディンプルｄ１が送り方向に連続して成形され、同様にボールＢ２によりディンプルｄ２が成形され、同様に逐次ボールＢ２１までディンプルｄ２１が連続して成形される。

続いて、本発明の他の実施例に係る四角柱形状の押圧部材を採用した場合について、図５（ｂ）と（ｃ）を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係る平面用ディンプル成形工具１では、ボールＢを押圧する押圧部材として円柱形状のローラ３０を採用したが、例えば図５（ｂ）に示すように、略四角柱形状の押圧部材３０′を採用した場合には、図５（ｃ）に示すような長穴形状のディンプルｄ′を成形加工することができる。

つまり、円柱形状のローラ３０の場合には、Ｒ形状を有する円柱状の形状を備えることで、ボールＢにＲ形状の円周面が周方向に当接して瞬間的にボールＢを押圧することができるため、円形のディンプルｄ（図５（ａ））を成形するのに対し、略四角柱形状の押圧部材３０′の場合には、平坦面３０ａ′（図５（ｂ））を有する四角形状の形状を備えることで、外周の平坦面３０ａ′を通過する間は継続的にボールＢを押圧することができるため、長穴形状のディンプルｄ′を成形することができる点で相違する。

このように、本発明の実施形態に係る平面用ディンプル成形工具１は、転圧部材であるボールＢの大きさや配列、押圧部材であるローラ３０の形態、加工機の送り速度や送り方向を適宜設定することで、形成されるディンプルｄ，ｄ′の配列や大きさ、形状等の形態を任意に設定することも容易であるため、多様なディンプルｄ，ｄ′の形態を容易に実現することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、ディンプルｄをボールＢ（球）としたが、これに限定されるものではなく、円錐形状等の他の形状を採用することもできる。

本発明の実施形態に係る平面用ディンプル成形工具の全体構成を説明するための図であり、（ａ）は半断面図、（ｂ）は（ａ）のＹ方向矢視図である。 本発明の実施形態に係る平面用ディンプル成形工具の主要な部品を示す分解断面図である。 ローラとボールとの関係を示す図であり、（ａ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線の部分拡大断面図であり、（ｂ）はボールの配列を示す図１（ａ）のＹ方向矢視図であり、（ｃ）は回転フレームにおけるローラの配列を示す図１（ａ）のＹ方向矢視図である。 本発明の実施形態に係る平面用ディンプル成形工具におけるボールによりディンプルが成形される様子を概念的示す図であり、（ａ）は、送り方向に工具を移動させてディンプルが成形される様子を示し、（ｂ）は工具を送り方向と直交する方向に移動させた場合のディンプルの配列を示す。 （ａ）は本発明の実施形態に係る平面用ディンプル成形工具におけるボールの配列と成形されるディンプルの形態との関係を概念的に示す図であり、（ｂ）は本発明の他の実施例に係る角柱状の押圧部材の構成を示す断面図であり、（ｃ）は角柱状の押圧部材によるディンプルの形態を示す図である。

符号の説明

１ 平面用ディンプル成形工具
２ マンドレル
２ａ 先端面
３ 回転フレーム
４ ステム
５ 固定フレーム
６ カバー
９ シャフト（回り止め）
３０ ローラ（押圧部材）
３０′ 押圧部材
３０ａ′ 平坦面
４０ ベアリング
Ｂ ボール（転圧部材）
ｄ，ｄ′ ディンプル
Ｆ 押圧力
Ｗ ワーク

Claims (2)

1. 加工機に装着して回転させるマンドレルと、
   このマンドレルの先端部に固定された回転フレームと、
   この回転フレームに突出して配設された押圧部材と、
   前記マンドレルの外周部にベアリングを介して装着され回り止めが付設されるステムと、
   このステムに固定され前記回転フレームに対面するように配設された固定フレームと、
   この固定フレームに出没自在に配設されたディンプル成形用の転圧部材と、を備え、
   前記転圧部材は、前記押圧部材の回転軌道上に配設され、前記押圧部材により押圧されて前記固定フレームから突出することでディンプルを成形するように構成したこと、
   を特徴とする平面用ディンプル成形工具。
2. 前記押圧部材は、Ｒ形状を有する円柱状または平坦面を有する角柱状の形状を備えていることを特徴とする請求項１に記載の平面用ディンプル成形工具。
   

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