JP2014094429A - 鋼製部材の加工方法、フライス盤及びｃｖｔプーリシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】焼入れした鋼製部材に外溝を形成するときに、生産性を向上させることができる技術を提供することを課題とする。
【解決手段】図（ｂ）に示すように、軸部８１に一次切削による切削溝８１ａが形成されている。そこへ、回転中の超硬総形フライスカッタ７０を白抜き矢印のように軸部８１へ近づけ、切削溝８１ａに切り込む。
【効果】従来の粗砥石加工と仕上げ砥石加工を、本発明では一回の切削で実施するため、生産性を高めることができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、鋼製部材、特にＣＶＴプーリシャフトの外溝製造に好適な製造技術に関する。

車両に搭載される変速機構の一種として、可動シーブを含むベルト式無段変速機構（以下、ＣＶＴと略記する。）が広く採用される（例えば、特許文献１（図７）参照。）。

特許文献１の図７にＣＶＴの原理図が示されている。同図７に示されるように、ＣＶＴ（１００）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）は、駆動側可動プーリ（１０１）と、従動側可動プーリ（１０２）と、ベルト（１０３）とからなる。
さらに、駆動側可動プーリ（１０１）は、固定シーブ（１０４）と可動シーブ（１０５）とからなり、従動側可動プーリ（１０２）も、固定シーブ（１０６）と可動シーブ（１０７）とからなる。

例えば、一方の可動シーブ（１０５）を矢印Ａのごとく移動し、他方の可動シーブ（１０７）を矢印Ｂのごとく移動すると、ベルト（１０３）の掛かり位置が変化し、減速比を高めることができる。逆の動作で増速させることができる。

以上の変速動作を実現する上で、可動シーブはＡ、Ｂ方向には移動可能であるが、固定シーブ（１０４、１０６）に対しては空転不能にする必要がある。
軸方向移動可能で空転不能にする構造には、ボールスプライン溝が好適である。通常のスプライン連結では、軸側のスプライン溝とカップ側のスプライン溝とを接触させるため摩擦損失が大きい。この点、ボールスプライン連結では、スプラン溝とスプライン溝の間にボールを介在させるため、摩擦損失が小さくなる。

ボールスプライン連結に供するスプライン溝は、ボールスプライン溝と呼ばれる。ボールを円滑に転動させるためには、ボールスプライン溝は精密さが要求される。このようなボールスプライン溝は砥石で精密加工されることが知られている（例えば、特許文献２（図５）参照。）。

特許文献２の図５にＣＶＴプーリシャフトの加工方法が示されている。同図５（ａ）にて、軸部（１６）（括弧付き数字は、特許文献２に記載された符号を示す。以下同様）に、ホブ（３４）で、６条の外溝（２８）を形成する。次に、図５（ｂ）にて、砥石（３５）で、６条の外溝（２８）を仕上げる。

すなわち、ホブ（３４）により粗加工が施され、総形砥石（３５）により仕上げ加工が施されることで、精密な外溝（２８）が得られる。
ところで、特許文献２には明示されていないが、一般に、粗加工と仕上げ加工の間に焼入れなどの熱処理が施される。

熱処理により熱処理歪が発生する。この熱処理歪が、予め設定されている砥石による取り代に加算される。この加算された加工量は取り代よりは大きくなる。そこで、砥石による仕上げの前に、粗砥石による粗仕上げが必要となる。結果、粗砥石加工と仕上げ砥石加工の２工程が必要となり、砥石作業時間が延びて、生産性が低下する。

しかし、生産性の向上が求められる中、溝加工時間の短縮が求められる。

特開２００７−３８３８８公報 特開２００１−１５３２００公報

本発明は、鋼製部材に外溝などを形成するときに、生産性を向上させることができる技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、鋼製部材の加工方法において、
鋼製素材に一次切削を施すことで製品形状に近似させた切削品を得る一次切削工程と、
前記切削品に焼入れを施すことで熱処理品を得る熱処理工程と、
前記熱処理品に超硬総形フライスカッタで二次切削を施すことで製品を得る二次切削工程とからなることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、超硬総形フライスカッタは複数の切れ刃を有し、これらの切れ刃の１個だけを熱処理品に切り込むようにしたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の鋼製部品の加工方法における前記二次切削工程に供するフライス盤であって、
このフライス盤は、ベースと、このベースに移動自在に設けられ前記熱処理品を支えるテーブルと、前記ベースから起立するコラムと、このコラムに取付けられ主軸を支える主軸ケースと、前記コラムに取付けられ前記主軸を回転させる回転手段と、前記主軸の先端に取付けられる前記超硬総形フライスカッタとを備え、
前記主軸ケース及び前記コラムは、共に冷媒通路を有し、前記主軸ケース及び前記コラムが冷媒で強制冷却されることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、主軸ケースは、スライダを介してコラムに昇降自在に取付けられており、スライダは冷媒通路を有し、スライダが冷媒で強制冷却されることを特徴とする。

請求項５に係る発明では、超硬総形フライスカッタは、ＡｌＴｉＮで被覆されていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１記載の鋼製部品の加工方法で製造されるＣＶＴプーリシャフトであって、
軸部の外溝が前記超硬総形フライスカッタによる前記二次切削で形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、熱処理品に超硬総形フライスカッタで二次切削を施すことで製品を得る。

ここでいう超硬総形フライスカッタは、超硬合金による総形フライスカッタである。
超硬合金は、一般に定義される周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属の炭化物をＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの鉄系金属で焼結した複合材料であり、低温でも高温でも硬く高強度で諸物性が安定している。

総形フライスカッタとは、円板もしくは円筒体の外周面あるいは端面に多数の切れ刃を設け、これを回転させながら工作物を切削する工具のうち、特殊な形状の切れ刃を予め成形したフライスである。特殊な形状とは、溝の場合であれば、溝の内断面に対応する形（総形という。）を意味する。

そして、本発明では、超硬総形フライスカッタにより外溝などを一回で形成する。従来の粗砥石加工と仕上げ砥石加工を、本発明では一回の切削で実施するため、生産性を高めることができる。

請求項２に係る発明では、切れ刃の１個だけを熱処理品に切り込むようにしたので、びびりの発生を抑えることができ、仕上がり精度を向上させることができる。

請求項３に係る発明では、主軸ケース及びコラムは、共に冷媒通路を有し、冷媒で強制冷却される。
従来のコラムであれば、周囲の温度変化に対応して伸縮する。この伸縮により、保持している主軸ケースの位置が変化する。また、従来の主軸ケースであれば、内蔵する軸受の発熱により、寿命が短くなる。
この点、本発明によれば、主軸ケースを強制冷却するため、軸受の寿命の延ばすことができる。併せて、コラムを冷媒で強制冷却するため、周囲の温度が変化しても主軸ケースの位置が変わらない。結果、加工精度を高めることができる。

請求項４に係る発明では、主軸ケースは、スライダを介してコラムに昇降自在に取付けられ、スライダが冷媒で強制冷却される。
従来のスライダであれば、周囲の温度変化により伸縮する。この伸縮により、コラムと主軸ケースとの距離が変化する。結果、加工精度が低下する。対策として位置補正を行う必要があり、生産作業に影響する。
この点、本発明によれば、スライダを強制冷却するため、周囲の温度が変化してもコラムと主軸ケースとの距離が変化しない。結果、位置補正が不要となり、生産性が良好に維持される。

請求項５に係る発明では、超硬総形フライスカッタは、ＡｌＴｉＮで被覆されているため、超硬総形フライスカッタの寿命を延ばすことができる。工具交換頻度を小さくすることができ、生産性を高めることができる。

請求項６に係る発明では、軸部の外溝が超硬総形フライスカッタで形成されたＣＶＴプーリシャフトを提供する。
超硬総形フライスカッタにより外溝を一回で形成する。従来の粗砥石加工と仕上げ砥石加工を、本発明では一回の切削で実施するため、生産性を高めることができ、より安価なＣＶＴプーリシャフトが提供される。

本発明に係るフライス盤の正面図である。 本発明に係るフライス盤の左側面図である。 コラムの断面図である。 主軸の断面図である。 図４の５−５線断面図である。 本発明に係るＣＶＴプーリシャフトの製造工程を説明する図である。 砥石により研削と超硬総形フライスカッタによる切削の比較図である。 １個の切れ刃による作用図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１に示すように、フライス盤１０は、ベース１１と、このベース１１にレース１２を介してｘ軸に沿って移動可能に載せられるテーブル１３と、ベース１１の一端に設けられテーブル１３を移動させるテーブル移動手段１４と、テーブル１３にレール１５、１６を介してｘ軸に沿って移動可能に載せられるワークチャック部１７及び心押し台１８と、ベース１１から起立するコラム２０と、このコラム２０に取付けられる主軸ユニット５０、主軸回転手段４１及び主軸昇降手段４３とからなる。

テーブル移動手段１４と主軸昇降手段４３は、サーボモータにボールねじ機構とを組み合わせたものが好適である。
主軸回転手段４１は、誘導電動機などモータが好適であり、想像線で示すベルト４２でプーリ５７に連結される。

図２に示すように、コラム２０は、ベース１１にレール２１を介してｙ軸に沿って移動可能に載せられており、ベース１１に設けられるコラム移動手段２２により、位置決めされる。コラム移動手段２２は、サーボモータにボールねじ機構とを組み合わせたものが好適である。
コラム２０に、縦レール２３及びこの縦レール２３に沿って移動するスライダ４５を介して、主軸ユニット５０がｚ軸方向に移動可能に支持される。コラム２０に主軸昇降手段４３が設けられる。

スライダ４５は冷媒通路４６を有し、冷媒入口４７から冷媒を注入し、冷媒出口４８から暖まった冷媒を排出させることができるような構造にすることが望まれる。
コラム２０は箱体であり、背面に、冷却媒体の供給管２４と排出管２５が接続される。

図３に示すように、コラム２０は、断面コ字状のコラム本体２６と、このコラム本体２６内を十文字に仕切る縦壁２７及び横壁２８と、コラム本体２６の開口を塞ぐ蓋体２９と、この蓋体２９とコラム本体２６との水密性を確保するパッキン３１とからなる。

縦壁２７の下部及び上部に通穴３２、３３が設けられ、蓋体２９から遠い部位にて横壁２８に通穴３４が設けられている。
したがって、供給管２４から導入されるクーラント３５は矢印のように、縦壁２７と横壁２８で区画された４つの室３６〜３９を順に流れ、排出管２５から排出される。すなわち、室３６〜３９が冷媒（クーラント３５）を流す冷媒通路となる。

クーラント３５は、導入前に一定温度に管理される。連続してクーラント３５を流すことで、コラム２０はクーラント３５の温度にほぼ保たれ、周囲の温度が上下しても長さ及び幅が変わる心配はない。

図２において、心押し台１８の中心から主軸５６の中心までの距離Ｌは、最も重要な長さである。仮に、コラム２０が周囲の温度の上昇で熱膨張すると、コラム２０の幅寸法が大きくなり、結果、距離Ｌは標準状態（例えば２５℃）より小さくなる。
また、仮に、スライダ４５が周囲の温度の上昇で熱膨張すると、幅寸法（図面左右方向の寸法）が大きくなり、結果、距離Ｌは更に小さくなる。

対策の１つに、距離の補正がある。しかし、距離の補正は、例えば昼間と夜間のように気温の変化が起こる毎に行う必要があり、面倒である。

本発明のように、コラム２０を冷却する対策を講じることで、距離Ｌの変化が小さくなり、距離の補正が不要になる。加えて、スライダ４５を冷却する対策を講じることで、距離Ｌの変化がさらに小さくなる。

図４に示すように、主軸ユニット５０は、筒状の主軸ケース５１と、この主軸ケース５１に内側から嵌められ外周部に螺旋溝５２を有する内筒５３と、この内筒５３に軸受５４、５５を介して回転自在に支持される主軸５６と、主軸５６の上端に取付けられるプーリ５７と、内筒５３の上下開口を塞ぐリッド５８、５９とからなる。

主軸５６は毎分１０００回転程度で回される。この回転により軸受５４、５５は不可的に発熱する。
熱対策を講じないと、軸受５４、５５の寿命が短くなるため、対策が望まれる。

本発明では、次に述べる対策を講じる。
主軸ケース５１には、下にクーラントの供給口６１が設けられ、上に排出口６２が設けられる。矢印（１）のように供給口６１から供給されるクーラントは螺旋溝５２に沿って流れ、矢印（２）のように排出口６２から排出される。すなわち、螺旋溝５２は、冷媒を流す冷媒通路である。

クーラント３５は、導入前に一定温度に管理される。連続してクーラントを流すことで、主軸５６、内筒５３及び主軸ケース５１はクーラント３５の温度にほぼ保たれ、軸受５４、５５の温度上昇が抑えられる。

図５に示すように、超硬総形フライスカッタ７０は、ドーナツ状の基部７１に、複数枚（この例では１４枚）の刃部７２を備える。この刃部７２は、切れ刃７３と逃げ面７４と切粉排出溝７５とからなる。
刃部７２を、ＡｌＴｉＮで被覆することが望ましい。この被覆により、工具交換の頻度を小さくすることができる。

以上の述べたフライス盤１０の作用を次に述べる。
鍛造等で造形された鋼製素材に一次切削を施し、製品形状に近似した切削品を準備し（一次切削工程）、この切削品に焼入れなどの熱処理を施す（熱処理工程）。得られた熱処理品は、例えば図６（ａ）に示すプーリシャフト熱処理品８０である。

図６（ｂ）に示すように、一次切削によって軸部８１に切削溝８１ａが形成されている。そこへ、回転中の超硬総形フライスカッタ７０を白抜き矢印のように軸部８１へ近づけ、切削溝８１ａに切り込む（二次切削工程）。

熱処理品の軸部８１は硬い。この硬い軸部８１に切り込むと超硬総形フライスカッタ７０に、大きな反力が加わる。超硬総形フライスカッタ７０を支える軸受（図４、符号５４）が盛んに発熱するが、熱対策が講じられているため、問題とならない。

結果、図６（ｄ）に示すように、３条の外溝８２が軸部８１に形成される。すなわち、図６（ｃ）に示すように、外溝８２を軸部８１に備えるＣＶＴプーリシャフト８３が得られる。外溝８２はボールスプライン溝に相当する。

図６（ａ）〜（ｄ）は、熱処理品８０を出発材料として、この材料に、超硬総形フライスカッタ７０を１パスさせるだけで、所望の外溝８２を得た。
従来であれば、切削溝形成→熱処理→粗砥石加工→仕上げ砥石加工による外溝仕上げ加工を施すところ、本発明では、粗砥石加工を省いて、切削溝形成→熱処理→フライスカッタによる外溝形成としたので、一工程での溝形成が可能となり、コストダウンが図れる。

次に、本発明方法と従来の砥石による仕上げ方法との比較検討を行う。
図７（ａ）に示す砥石８４による研削では、砥石８４の外周面が研削面８５に密に接触している。そのため、クーラント管８６から供給されるクーラント３５が砥石８４の外周面と研削面８５との間に入らない。

これに対して、図７（ｃ）に示す超硬総形フライスカッタ７０による切削では、切粉排出溝７５にクーラント３５を投入することができるため、刃部７２と切削面８７との間に充分にクーラント３５を供給することができ、このクーラント３５で発生熱を冷却し、切粉を排出することができる。

次に、ＣＶＴプーリシャフト８３の外溝８２が、超硬総形フライスカッタ７０で切削されたか砥石８４で研削されたかの判別方法の一例を説明する。
図７（ｂ）に示すように、顕微鏡で拡大した研削面８５は、微細な凹８８、凸８９が存在する面であるが、凹８８、凸８９の出現に規則性がない。

一方、図７（ｄ）に示すように、切削面８７は、凸８９のピッチＰが一定である。この現象は、超硬総形フライスカッタ７０を往復させたときには顕著でなく、超硬総形フライスカッタ７０を１パスだけさせたときに顕著になる。
すなわち、図７（ｃ）に示す切れ刃７３で押されると凹８８が出現し、切れ刃７３が抜けて切粉排出溝７５に臨むと戻って凸８９ができる。以上により、等ピッチの凹８８が出現するか否かにより、切削面８７か研削面８５かが区別できる。

次に、超硬総形フライスカッタ７０の更なる好ましい形態を説明する。
図８（ａ）及び（ａ）のｂ部拡大図である（ｂ）に示すように、従来は、複数（この例では２個）の切れ刃７３Ａ、７３Ｂを同時に切り込ませる。切削能率が上がるからである。しかし、先行する切れ刃７３Ａが切削中に、次の切れ刃７３Ｂが熱処理品に衝突する。すると、大きな反力が超硬総形フライスカッタ７０に加わり、いわゆる、びびり現象が起こる。この現象は熱処理品が硬いため、顕著になる。

対策として、図８（ｃ）及び（ｃ）のｄ部拡大図である（ｄ）に示すように、切削に関与する切り刃の数を１個に限定する。すなわち、（ｄ）に示すように、切れ刃７３Ａが逃げた後に、切れ刃７３Ｂの切り込みが始まるようにする。結果、反力は半減し、びびりの発生を抑えることができる。

尚、本発明の二次切削は、ＣＶＴプーリシャフトの外溝の形成に適用したが、ＣＶＴプーリシャフトの他の部位の形成に適用することは差し支えない。
また、製品はＣＶＴプーリシャフトの他、焼入れ後に二次切削を施す精密部品であれば、種類は問わない。

また、コラムを冷却するに際し、本実施例は、全体に冷媒を満たした。コラムが立方体（又は直方体）であるため、水槽化することは容易である。しかし、コラムの一部に冷媒通路を設けることを妨げるものではない。

本発明の二次切削は、ＣＶＴプーリシャフトの外溝の形成に好適である。

１０…フライス盤、１１…ベース、２０…コラム、３５〜３９…冷媒通路（室）、４１…主軸回転手段、４５…スライダ、４６…スライダに形成される冷媒通路、５１…主軸ケース、５２…冷媒通路（螺旋溝）、５６…主軸、７０…超硬総形フライスカッタ、７３、７３Ａ、７３Ｂ…切れ刃、８０…熱処理品（プーリシャフト熱処理品）、８１…軸部、８２…外溝（ボールスプライン溝）、８３…ＣＶＴプーリシャフト。

Claims (6)

1. 鋼製部材の加工方法において、
   鋼製素材に一次切削を施すことで製品形状に近似させた切削品を得る一次切削工程と、
   前記切削品に焼入れを施すことで熱処理品を得る熱処理工程と、
   前記熱処理品に超硬総形フライスカッタで二次切削を施すことで製品を得る二次切削工程とからなることを特徴とする鋼製部材の加工方法。
2. 前記超硬総形フライスカッタは複数の切れ刃を有し、これらの切れ刃の１個だけを前記熱処理品に切り込むようにしたことを特徴とする請求項１記載の鋼製部材の加工方法。
3. 請求項１又は請求項２記載の鋼製部品の加工方法における前記二次切削工程に供するフライス盤であって、
   このフライス盤は、ベースと、このベースに移動自在に設けられ前記熱処理品を支えるテーブルと、前記ベースから起立するコラムと、このコラムに取付けられ主軸を支える主軸ケースと、前記コラムに取付けられ前記主軸を回転させる回転手段と、前記主軸の先端に取付けられる前記超硬総形フライスカッタとを備え、
   前記主軸ケース及び前記コラムは、共に冷媒通路を有し、前記主軸ケース及び前記コラムが冷媒で強制冷却されることを特徴とするフライス盤。
4. 前記主軸ケースは、スライダを介して前記コラムに昇降自在に取付けられており、前記スライダは冷媒通路を有し、前記スライダが冷媒で強制冷却されることを特徴とする請求項３記載のフライス盤。
5. 前記超硬総形フライスカッタは、ＡｌＴｉＮで被覆されていることを特徴とする請求項３又は請求項４記載のフライス盤。
6. 請求項１記載の鋼製部品の加工方法で製造されるＣＶＴプーリシャフトであって、
   軸部の外溝が前記超硬総形フライスカッタによる前記二次切削で形成されていることを特徴とするＣＶＴプーリシャフト。

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