JP4876740B2 - 微細形状加工装置、微細形状加工方法及び摺動部材 - Google Patents
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Description
例えば、外周面に凹凸のあるローラを被加工物に所定の荷重で押込み、被加工物を回転させ、被加工物表面に微細な凹凸を形成する加工装置及び加工方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。
また、かかる微細加工では、工具がすべり、凹凸パターンが乱れるという問題点があった。
以下の1〜3工程
1.被加工物表面を弾性体で研磨する被加工面研磨工程、
2.微細凹部形成筒部によって被加工物表面に微細な凹凸を加工する微細凹凸加工工程、
3.微細凹凸形状周辺の盛上がりを研磨ローラで研磨する凸部研磨工程、
より選ばれた少なくとも2つの工程を行うことを特徴とする。
押し付けられている部位の周速度と押付けられていない部位の周速度で速度差が発生し、この速度差によって凸部の全体又は一部を除去できる。
また、円筒状工具部材のすべりが低減されるので、微細形状のパターンを高精度に加工できる。
このときは、被加工物と、弾性体の間に大きなすべりを生じさせることができるので、微細な粒子を含んだ弾性体による研磨効果を増大できる。
このときは、弾性体付筒部を前進側に配設することで、微細な粒子を含んだ弾性体が、高硬度な凹凸を有する微細凹部形成筒部が加工する直前の被加工面を研磨することとなるので、前加工面を高精度に調整することができ、微細形状の精度を向上できる。また、弾性体付筒部を前進側に配設することで、微細凹部形成筒部が加工した直後の被加工面を弾性体付筒部が研磨するので、微細形状を加工しながら盛上がりの大きさを抑制することができ、微細形状加工工程の後工程での盛上がり除去加工時間を短縮できる。
このときは、1回の加工で微細な粒子を含んだ弾性体の研磨効果が複数回得られるので有効である。また、個々の弾性体に含まれる微細粒子の粒度を変えることで、粗加工、仕上げ加工を行うことも可能である。
これにより、弾性体内に微細粒子を均一分散するときは、被加工物と工具(高硬度な凹凸を有する微細凹部形成筒部)の摩擦が大きくなりすべりを更に低減できる。また、弾性体に微細粒子を規則的に配列することで、微細粒子を含んだ弾性体による研磨効果が大きくなりうる。
例えば、微細粒子の大きさは30〜0.1μm程度で用いることができる。
更に、同様の観点から、上記弾性体付筒部に含まれる微細粒子は、例えば、セラミックス、ダイヤモンドのいずれか一方又は双方を用いることが好適である。
更にまた、上記弾性体付筒部に繊維状の物質が含まれていることが好適である。このときは、微細な粒子を含む弾性体の強度が向上しうる。上記繊維状の物質としては、例えば、カーボンファイバー,カーボンナノチューブ,カーボンナノファイバー,ガラスファイバーなどを使用できる。
かかる微細形状加工装置は、上記第1の微細形状加工装置と同様に、外周面に高硬度な微細凹凸を有する円筒状の工具部材を備え、該円筒状工具部材を被加工物の表面に押付け、微細な凹部を加工しうるが、以下の点が異なる。
即ち、上記円筒状工具部材は、外周面に凹凸部が形成され、その凸部表面の全面又は一部に微細な粒子が配設されて成る。
このときは、高硬度な凹凸を有する円筒状工具部材の外周に微細な粒子が配設されるので、該円筒状工具部材と被加工物のすべりが低減され、高精度なパターンの微細形状が加工できる。
かかる微細形状加工装置は、上記第1の微細形状加工装置と同様に、外周面に高硬度な微細凹凸を有する円筒状の工具部材を備え、該円筒状工具部材を被加工物の表面に押付け、微細な凹部を加工しうるが、以下の点が異なる。
即ち、上記円筒状工具部材の外周面に凹凸部が形成され、その凸部表面の全面又は一部に微細な粒子を含有する弾性体が配設されて成る。
このときは、高硬度な凹凸を有する円筒状工具部材の外周に微細な粒子を含んだ弾性体が配設されるので、該円筒状工具部材の強度を向上できる
本発明は、上述した第1〜3の微細形状加工装置を使用して被加工物表面に微細な凹凸を加工するに当たり、
以下の1〜3工程
1.被加工物表面を弾性体で研磨する被加工面研磨工程、
2.微細凹部形成筒部によって被加工物表面に微細な凹凸を加工する微細凹凸加工工程、
3.微細凹凸形状周辺の盛上がりを研磨ローラで研磨する凸部研磨工程、
より選ばれた少なくとも2つの工程を行う微細形状加工方法である。
本発明の摺動部材は、上述の微細形状加工方法を用いて微細な凹凸を加工して成ることを特徴とする。
これにより、加工した微細形状は潤滑油溜まりとして利用でき、また潤滑油の流れを効率的に制御できるので、摺動部材の摩擦を低減することができる。
この微細形状加工装置は、被加工物1を保持するチャック2と、チャック2を回転させる主軸3と、外周面に微細な凸部を有する円盤状又は円筒状のフォームローラ部4(微細凹部形成筒部)と、フォームローラ部4の外径よりも大きく、フォームローラ部4と一体となり同軸で回転できる研磨ローラ部5(弾性体付筒部)とを有する。また、研磨ローラ部5は、フォームローラ部4の左右に設置され、微細な粒子を含んだ弾性体で構成される(5A及び5B)。
まず、被加工物1をチャック2に取り付け、回転可能な状態で保持させる。
次いで、フォームローラ部4が加工開始位置の真上になるようにボディ9を移動させる。
その後、ボディ9をZ方向に移動させ、フォームローラ部4及び研磨ローラ部5を被加工物1に所定の荷重で押付ける。続いて、被加工物1の回転と、フォームローラ部4及び研磨ローラ部5の被加工物回転軸方向の移動を開始させ、加工を開始する。
この微細な粒子はセラミックスやダイヤモンドなどの高硬度な材料であると更に研磨効果が大きくなる。
更に、フォームローラ部4の外周部の一部又は全面に弾性体10を設置することで、フォームローラ部4の破損を低減することもできる。
なお、本実施形態では、研磨ローラ部5が2個の例を示したが、研磨ローラ部は2個以上あってもよい。
この微細形状加工装置は、研磨ローラ減速部20を備える以外は、上述の微細形状加工装置(図2、図3)と同様の構成を有する。
また、本発明の微細形状加工装置を用いて微細な凹凸を加工した摺動部材は、例えば、自動車用のクランクやカム、バランサなどの摺動部に適用することができ、加工された微細な形状が潤滑油溜りとして機能したり、潤滑油の流れを制御したりすることができ、その摩擦を低減することができる。
2 チャック
3 主軸
4 フォームローラ部
5、5A、5B 研磨ローラ部
6 アーム
7 荷重発生部
8 荷重計測部
9 ボディ
10 駆動装置
20 研磨ローラ減速部
30 回転反転部
Claims (20)
- 微細な凹部を形成する微細凹部形成筒部と、微細な粒子からなる研磨材を含む弾性体を有する弾性体付筒部とを近設させた円筒状工具部材を備え、この円筒状工具部材を被加工物の表面に押し付けて微細な凹部を加工する微細形状加工装置において、
弾性変形させて被加工面に押し付けられている部位の周速度と押し付けられていない部位の周速度で速度差を生じさせて被加工面を研磨するように、上記弾性体付筒部の外径を微細凹部形成筒部の外径よりも大きくしたことを特徴とする微細形状加工装置。 - 上記微細凹部形成筒部と上記弾性体付筒部とが一体で構成され、これらは同一の回転軸により回転することを特徴とする請求項1に記載の微細形状加工装置。
- 上記微細凹部形成筒部と上記弾性体付筒部とが別体で構成され、これらは同一の回転軸により回転し、該弾性体付筒部の回転軸の摩擦が該微細凹部形成筒部の回転軸の摩擦よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の微細形状加工装置。
- 上記微細凹部形成筒部と上記弾性体付筒部とが別体で構成され、これらは異なる駆動力により回転し、該微細凹部形成筒部と該弾性体付筒部とが任意の回転速度で回転できることを特徴とする請求項1に記載の微細形状加工装置。
- 上記弾性体付筒部が上記微細凹部形成筒部に対して、加工時の送り方向の前進側及び/又は後進側に配設されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の微細形状加工装置。
- 上記弾性体付筒部が複数配設されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の微細形状加工装置。
- 上記弾性体付筒部に含まれている微細な粒子が均一に分散されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の微細形状加工装置。
- 上記弾性体付筒部に含まれている微細な粒子からなる研磨材が規則的に配列されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つの項に記載の微細形状加工装置。
- 上記弾性体付筒部は、外周面に微細な粒子の大きさよりも大きな凹凸を有しており、その凹凸面に当該研磨材が配設されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つの項に記載の微細形状加工装置。
- 上記弾性体付筒部に含まれている微細な粒子がセラミックス及び/又はダイヤモンドであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つの項に記載の微細形状加工装置。
- 上記弾性体付筒部に繊維状の物質が含まれていることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つの項に記載の微細形状加工装置。
- 外周面に高硬度な微細凹凸を有する円筒状の工具部材を備え、該円筒状工具部材を被加工物の表面に押し付け、微細な凹部を加工しうる微細形状加工装置において、
上記円筒状工具部材は、外周面に粒子の大きさよりも大きな凹凸部が形成され、その凸部表面の全面又は一部に研磨材となる微細な粒子を配設していることを特徴とする微細形状加工装置。 - 微細な凹部を形成する微細凹部形成筒部と、外周面に凹凸部が形成され、その凸部表面の全面又は一部に微細な粒子からなる研磨材を含有する弾性体を有する弾性体付筒部とを近設させた円筒状工具部材を備え、この円筒状工具部材を被加工物の表面に押し付けて微細な凹部を加工する微細形状加工装置において、
弾性変形させて被加工面に押し付けられている部位の周速度と押し付けられていない部位の周速度で速度差を生じさせて被加工面を研磨するように、上記弾性体付筒部の外径を微細凹部形成筒部の外径よりも大きくしたことを特徴とする微細形状加工装置。 - 請求項1〜13のいずれか1つの項に記載の微細形状加工装置を使用して被加工物表面に微細な凹凸を加工するに当たり、
以下の1〜3工程
1.被加工物表面を弾性体で研磨する被加工面研磨工程、
2.微細凹部形成筒部によって被加工物表面に微細な凹凸を加工する微細凹凸加工工程、
3.微細凹凸形状周辺の盛上がりを弾性体で研磨する凸部研磨工程、
より選ばれた少なくとも2つの工程を行うことを特徴とする微細形状加工方法。 - 請求項14に記載の微細形状加工方法を用いて微細な凹凸を加工したことを特徴とする摺動部材。
- 微細な凹凸を加工したジャーナル及び/又はピンを備えたクランクシャフトであることを特徴とする請求項15に記載の摺動部材。
- 微細な凹凸を加工したジャーナル及び/又はカムロブを備えたカムシャフトであることを特徴とする請求項15に記載の摺動部材。
- 微細な凹凸を加工したジャーナルを備えたバランサシャフトであることを特徴とする請求項15に記載の摺動部材。
- 微細な凹凸を加工したピストンピンであることを特徴とする請求項15に記載の摺動部材。
- 微細な凹凸を加工したシリンダボアであることを特徴とする請求項15に記載の摺動部材。
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