JP3760762B2 - バニシング加工装置およびバニシング加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バニシング加工装置とその装置を用いたバニシング加工方法に関し、特に被加工物に形成された断面円弧状の環状溝にバニシングローラを押し付けながら滑らせることにより表面層に塑性変形を与えて、その環状溝表面を平滑に仕上げるためのバニシング加工装置とその装置を用いたバニシング加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
断面円弧状の溝にバニシング仕上げ加工を施す装置としては、その溝断面形状に適合するローラを押し付けて相対回転させるようにしたフィレットロール加工装置が一般的に知られている。特に特開平８−３２３６１６号公報においては、断面円弧状の溝の曲率半径寸法の変化や溝間寸法の変化に対応するため、溝の曲率半径よりも小さな曲率半径をもつバニシングローラを用い、バニシングローラを回転自在に配した二つ一組の軸受箱を被加工物の軸心と直交する軸心を回転中心としてそれぞれ回動可能に支持させると共に、軸受箱を相反する回動方向に回動させる駆動手段を設け、バニシングローラと被加工物との接触点をワークの溝曲率形状に沿って連続的に移動させるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにバニシングローラと被加工物との接触点をワークの溝曲率形状に沿って連続的に移動させるタイプのバニシング装置にあっては、軸受箱全体を積極的に回動させることによってバニシングローラの転動方向を変えるという構成であるため、バニシング装置全体の大きさが大きく小物部品の加工には適用できないという問題点がある。また、軸受箱の回動方向がバニシングローラの回転方向と直角の方向となっているのに加えて、バニシング加工のために大きな押圧力がかかっているため、軸受箱の回動方向には大きな摩擦抵抗が生じ、これに抗して回動させるためにはきわめて大きな駆動力が必要となるという問題点があった。
【０００４】
その一方、トロイダル型無段変速機において動力の伝達及び変速を行うパワーローラ内輪や入力ディスク及び出力ディスクは、ボールベアリング溝やトラクション面にバニシング仕上げによる圧縮残留応力を付加することで疲労耐久性能と耐摩耗性を著しく向上させることができる。しかしながら、このようなトロイダル型無段変速機要素の加工に上記従来技術を適用しようとすると、先に述べたように大きな押圧力がかかった状態でバニシングローラを回動させるためにはより大きな駆動力を要するという問題点があり、バニシング仕上げ加工によっては必ずしも十分な圧縮残留応力を付加することができない。
【０００５】
また、上記バニシング仕上げ加工に代わってショットピーニングによってトロイダル型無段変速機要素に圧縮残留応力を付加する方法では、投射口から被加工物表面に鋼球や短く切断した金属線等のショットを高速で投射するため、被加工物の被投射範囲内では等しい残留応力が付加され、例えば被加工物表面の近接する領域ごとに大きさが異なる残留応力を付加することがきわめて難しい。
【０００６】
本発明は以上のような課題に着目してなされたもので、装置の小型化を図りながら小さい駆動力で所期の目的であるバニシング加工を行えるようにし、併せて被加工物のうち必要な部位のみにバニシング仕上げによる圧縮残留応力を付加することで疲労耐久性能と耐摩耗性を向上させることができるようにしたバニシング加工装置とバニシング加工方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、断面円弧状の環状溝を有する被加工物についてその環状溝にバニシングローラを押し付けてバニシング加工を施す装置において、環状溝に押し付けられる回転可能なバニシングローラと、上記バニシングローラを挟んで環状溝と対向するように配置された略鼓形状のバックアップローラと、上記環状溝に対するバニシングローラの当接点とこのバニシングローラに対するバックアップローラの当接点とを結ぶ軸線を回転中心としてバニシングローラを傾転動作させる傾転手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
したがってこの請求項１の発明では、上記のように環状溝に対するバニシングローラの当接点とこのバニシングローラに対するバックアップローラの当接点とを結ぶ軸線を回転中心としてバニシングローラを傾転動作させると、バニシングローラと被加工物及びバックアップローラとの当接点においてバニシングローラが転がる方向が変わることにより、被加工物とバニシングローラの当接位置が連続的に変化するようになる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明を前提とした上で、上記傾転手段が、バニシングローラの回転中心を対称中心とした点対称位置に配置されてそのバニシングローラの表裏両面を該バニシングローラの回転中心を傾ける方向に押圧する押圧手段を備えていることを特徴とする。
【００１０】
したがってこの請求項２に記載の発明では、押圧手段にてバニシングローラをわずかに押圧することでそのバニシングローラの傾きが変化し、結果として上記のように被加工物とバニシングローラの当接位置が連続的に変化するようになる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明を前提とした上で、上記傾転手段は、環状溝に対するバニシングローラの当接点とこのバニシングローラに対するバックアップローラの当接点とを結ぶ軸線を回転中心としてバニシングローラを傾転動作させるのに代えて、環状溝とバニシングローラ同士およびバニシングローラと回転可能なバックアップローラ同士がそれぞれ当接している状態でバックアップローラをその回転中心を含む平面内で傾転動作させ、もってバニシングローラの回転中心を傾けるべくそのバニシングローラを傾転動作させるようになっていることを特徴とする。
【００１２】
したがって、この請求項３に記載の発明では、バックアップローラを傾転させることでバニシングローラの傾きが変化し、結果として上記と同様に被加工物とバニシングローラの当接位置が連続的に変化するようになる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明を前提とした上で、上記環状溝に対するバニシングローラの当接点の位置を検出する手段と、検出した当接点の位置情報をもとにバニシングローラと環状溝との当接点における面圧がどの位置でも一定となるような押圧力を演算する演算手段と、この演算手段から指示された押圧力をバニシングローラに付加する押圧力付加手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
したがって、この請求項４に記載の発明では、バニシングローラと環状溝との当接点が変化したとしても、どの位置においてもその面圧が常に一定となるように、すなわち環状溝のどの部分においてもバニシング仕上げに基づく圧縮残留応力の付加による疲労耐久性能と耐摩耗性とが一定のものとなるように制御される。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明における演算手段に代えて、検出した当接点の位置情報をもとにその当接点における面圧が当該当接点固有の所望の値となるような押圧力を演算する演算手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
したがって、この請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明と異なり、バニシングローラと環状溝との当接点が変化しつつも、要所要所においてその面圧を任意の大きさに調整することができ、その結果として環状溝の特定の領域ごとにバニシング仕上げに基づく圧縮残留応力の付加による疲労耐久性能と耐摩耗性とを異ならせることができるようになる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の装置を用いてトロイダル型無段変速機におけるパワーローラ内輪のボールベアリング溝の加工を行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の装置を用いてトロイダル型無段変速機におけるパワーローラ内輪のボールベアリング溝の加工を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、請求項４に記載の装置を用いてトロイダル型無段変速機における入力ディスク及び出力ディスクのトラクション面の加工を行うことを特徴とする。
【００２０】
さらに、請求項９に記載の発明は、請求項５に記載の装置を用いてトロイダル型無段変速機における入力ディスク及び出力ディスクのトラクション面の加工を行うことを特徴とする。
【００２１】
したがって、これら請求項６〜９に記載の発明では、トロイダル型無段変速機におけるパワーローラ内輪のボールベアリング溝あるいは入力ディスク及び出力ディスクのトラクション面の所定のバニシング加工が施されて、圧縮残留応力の付加による疲労耐久性能と耐摩耗性の向上を図ることができるようになる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、バニシングローラの当接点とこのバニシングローラに対するバックアップローラの当接点とを結ぶ軸線を回転中心としてバニシングローラを傾転動作させて、バニシングローラが転がる方向を変えることで被加工物とバニシングローラの当接位置が連続的に変化するようにしたものであるから、被加工物に形成された断面円弧状の環状溝に対しスムーズにバニシング加工を施すことができるとともに、従来のようにバニシングローラを支持している軸受箱全体全体を傾転させる場合と比べてローラ転がり方向を変えるための機構を小型化できるほか、きわめて小さい操作力でバニシングローラの転がり方向を変えることができる効果がある。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、上記バニシングローラを傾転させるにあたり、バニシングローラの表裏両面を傾転手段に具備させた押圧手段にて押圧するようにしたものであるから、ローラ転がり方向を変えるための機構をより一層小型化しつつ、きわめて小さい操作力でバニシングローラの転がり方向を変えることができるほか、上記ローラ転がり方向を変えるための機構が加工反力を直接的には受けないのでその機構を一段と小型化できる効果がある。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、バックアップローラを傾転させることでバニシングローラの傾きを変化させ、その結果として上記と同様に被加工物とバニシングローラの当接位置を連続的に変化させるようにしたものであるから、請求項２に記載の発明と全く同様の効果が得られる。
【００２５】
請求項４に記載の発明によれば、バニシングローラと環状溝との当接点が変化したとしても、どの位置においてもその面圧が常に一定となるように押圧力を制御するようにしたことから、請求項１に記載の発明と同様の効果に加えて、被加工面である環状溝全体について均一な圧縮残留応力を付加することができて、より一層の疲労耐久性能と耐摩耗性の向上を図ることができる効果がある。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明と異なり、バニシングローラと環状溝との当接点が変化しつつも、各部位ごとに必要とされる面圧が得られるように押圧力を制御するようにしたため、上記面圧を任意の大きさに調整して環状溝の特定の部位ごとに所望する大きさの圧縮残留応力を付加することができる。すなわち、圧縮残留応力を付加する部位を強度上必要な部位のみに限定することができるため、圧縮残留応力の付加による疲労耐久性能と耐摩耗性とを部位ごとに異ならせることができるとともに、加工歪みを小さくすることができる効果がある。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、請求項４に記載のバニシング加工装置を用いてトロイダル型無段変速機のパワーローラ内輪のボールベアリング溝をバニシング加工するものであるから、ボールベアリング溝の表面に均一な大きさの残留応力を付加することができると共に、仕上げ面粗さの悪化を防ぐことができる効果がある。
【００２８】
請求項７に記載の発明によれば、請求項５に記載のバニシング加工装置を用いてトロイダル型無段変速機のパワーローラ内輪のボールベアリング溝を加工するものであるから、ボールベアリング溝のうち特定の部位すなわち強度上必要な部位のみに所望する大きさの圧縮残留応力を付加して、加工歪みを小さくすることができる効果がある。
【００２９】
請求項８に記載の発明によれば、請求項４に記載のバニシング加工装置を用いてトロイダル型無段変速機の入力ディスク及び出力ディスクのトラクション面にバニシング加工を施すものであるから、トラクション面に均一な大きさの圧縮残留応力を付加することができると共に、仕上げ面粗さの悪化を防ぐことができる効果がある。
【００３０】
請求項９に記載の発明によれば、請求項５に記載のバニシング加工装置を用いてトロイダル型無段変速機の入力ディスク及び出力ディスクのトラクション面にバニシング加工を施すものであるから、トラクション面のうち特定の部位すなわち強度上必要な部位のみに所望する大きさの圧縮残留応力を付加して、加工歪みを小さくすることができる効果がある。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１〜図８は本発明に係るバニシング加工装置の第１の実施の形態を示す図で、特に図１は被加工物（以下、これをワークという）の一例を示しており、また図２はバニシング加工装置の全体構成を示している。なお、本実施の形態は請求項１，２に記載の発明に対応している。
【００３３】
図１に示すように、バニシング加工対象となるワークＷは中実円筒状もしくは円板状のものとして形成されていて、その一側面に断面略半円状をなす環状溝Ｓが形成されている。
【００３４】
バニシング加工装置は図２のほか図３，４に示すようにＮＣ旋盤１のヘッドストック２とテールストック３とを用いて構成されており、ワークＷはその円筒外周面を把持面としてヘッドストック２側のチャック４に把持されているとともに、上記バニシング加工装置の主体となるバニシング加工用の加工ヘッド５はテールストック３側のクイルスピンドル６に着脱可能に支持されている。
【００３５】
上記加工ヘッド５の先端部には略鼓形状をなす二つ一組のバックアップローラ７が互いに同一軸線上に位置するように配置されていて、各バックアップローラ７の外周面にはそれと対向するワークＷ側の環状溝Ｓと同一曲率の周溝７ａが形成されている。これらのバックアップローラ７は、ラジアルニードルベアリング８を介してバックアップローラ軸９に回転可能に支持されていて、バックアップローラ軸９は、ボルト１０をもってヘッド本体１１に固定された軸受ブロック１２および中央部の補助ブロック１３に軸受支持されている。なお、各バックアップローラ７の両側面と軸受ブロック１２および補助ブロック１３との間にはスラストベアリング１４が介装されている。
【００３６】
また、上記加工ヘッド５のヘッド本体１１はモールステーパ形状のシャンク部１４を有していて、このシャンク部１４をもってテールストック３側のクイルスピンドル６に着脱可能にテーパ結合される。
【００３７】
図３，４に示すように、ワークＷと各バックアップローラ７との間にはバックアップローラ軸９と直交するようなかたちで互いに平行な二本の制御軸１５，１６が配置される。各制御軸１５，１６はヘッド本体１１に設けた一対のアーム部１７の軸穴に回転可能に支持されているととにに、各制御軸１５，１６の一端は相互に独立したパルスモータ１８または１９の出力軸に連結されている。そして、各制御軸１５，１６の長手方向中央部にはクレビス部２０を介して略偏平状のバニシングローラ２１または２２が回転可能に装着されている。
【００３８】
上記各バニシングローラ２１，２２は、図５，６にも示すように制御軸１５または１６に固定されるピン２３と隙間をもって遊嵌的に装着されていて、各バニシングローラ２１，２２の外周面は対応するバックアップローラ７の周溝７ａに接触している。また、各クレビス部２０の内側面には図７にも示すようにバニシングローラ２１または２２の側面と対向するように合計４個の摺動部材２４，２５，２６，２７または２８，２９，３０，３１が配置されている。制御軸１５側においては、図７に示すように摺動部材２４〜２７はクレビス部２０の各内側面においてピン２３を対称中心とした点対称位置に配置され、他方、制御軸１６側においても摺動部材２８〜３１はクレビス部２０の各内側面においてピン２３を対称中心とした点対称位置に配置されるも、その対称関係が制御軸１５側とは逆となっている。そして、図５，６に示すように、バニシングローラ２１または２２を挟んで互いに対向する摺動部材の間隔がバニシングローラ２１または２２の厚みよりわずかに大きくなるように設定されているため、各摺動部材２４〜２７および２８〜３１の摺動面の方向とバニシングローラ２１，２２の軸直角平面とが一致している時は、バニシングローラ２１，２２の側面はいずれの摺動部材とも接触しないようになっている。
【００３９】
次に上記装置構成のもとでのバニシング加工時の動作について説明する。
【００４０】
図２のほか図３，４に示すように、ワークＷをチャック４に把持させた上でチャック４ごと回転させる一方、テールストック３のクイルスピンドル６を押し出して、バニシング加工用の加工ヘッド５をワークＷ側に移動させる。これにより、各バニシングローラ２１，２２はワークＷの環状溝Ｓに合致しつつ当接し、各バニシングローラ２１，２２はワークＷによる回転力を受けて同期回転する。同時に、各バニシングローラ２１，２２と各バックアップローラ７とはころがり接触しているため、これらバックアップローラ７も共に回転する。
【００４１】
この状態で、バニシングローラ２１，２２とワークＷ側の環状溝Ｓとの接触面での面圧がバニシング加工に必要な値になるように、加工ヘッド５をワークＷに対してさらに強く押し付ける。この時、ワークＷの回転数は例えば５００〜１０００ｒｐｍ、ワークＷに対する加工ヘッド５の押付力は例えば１４７０Ｎ程度とする。
【００４２】
次に、各パルスモータ１８，１９に回転指令を与えて一方の制御軸１５を右回転、他方の制御軸１６を左回転させると、第８図に示すように、一方の制御軸１５側では互いに点対称位置にある二つの摺動部材２４，２７がバニシングローラ２１の側面周縁部を押し、他方の制御軸１６側では同じく互いに点対称位置にある二つの摺動部材２８，３１がバニシングローラ２２の端面周縁部を押すかたちとなる。
【００４３】
その結果、各バニシングローラ２１，２２は、ワークＷ側の環状溝Ｓとの接触点とバックアップローラ７側の接触点を結ぶ軸線を回転中心として偶力を受けてその偶力作用方向にそれ自体の回転中心が傾くように傾転する。すなわち、各バニシングローラ２１，２２の軸直角平面（各バニシングローラ２１，２２の回転中心に対して直交する平面）と同じく各バックアップローラ７の軸直角平面（各バックアップローラ７の回転中心に対して直交する平面）とが非平行となる。
【００４４】
以上の説明から明らかなように、制御軸１５，１６およびパルスモータ１８，１９等はバニシングローラ２１，２２を傾転動作させるための傾転手段として機能し、また各摺動部材２４〜２７および２８〜３１は上記傾転動作の際にバニシングローラ２１または２２に直接接触してこれらを押圧する押圧手段として機能することになる。
【００４５】
こうして各バニシングローラ２１，２２が傾転することはローラ２１，２２自体の転動方向に対して舵角がつくことを意味し、この舵角がついた状態でバニシングローラ２１，２２が環状溝Ｓの表面を転動するため、舵角がついた分だけバニシングローラ２１，２２の転動する方向が変化して、バニシングローラ２１，２２と環状溝Ｓとの接触点がその環状溝Ｓの断面曲率形状に沿って連続的に移動することになる。その結果、ワークＷの環状溝Ｓの全面についてバニシングローラ２１，２２が順次押し付けられ、環状溝Ｓの表面には塑性変形による圧縮残留応力が付加されることから、それによって疲労耐久性能と耐摩耗性とが高められることになる。
【００４６】
このように本実施の形態によれば、ワークＷ側の環状溝Ｓと同じ曲率の周溝７ａをもつバックアップローラ７を用い、バニシングローラ２１，２２を環状溝Ｓの表面に垂直に押圧させると共に、バニシングローラ２１，２２の側面周縁部を摺動部材で押してバニシングローラ２１，２２の転動する方向を変化させるようにしたことから、バニシングローラ２１，２２の転動方向を変化させるための制御軸１５，１６等の機構が加工反力を直接受けることがないのでその構造を簡素化できるほか、小さな変位と小さな駆動力とでバニシングローラ２１，２２の転動方向を変化させることができるために加工ヘッド５全体を小型化することができる。
【００４７】
図９〜図１４には本発明に係るバニシング加工装置の第２の実施の形態を示す。なお、本実施の形態は請求項３に記載の発明に対応している。
【００４８】
図９，１０はバニシング加工のための加工ヘッド３３の詳細を示し、加工ヘッド３３は大きく分けてヘッド本体３４とホルダ３５とから構成されている一方、後述するようにワークＷ側の環状溝Ｓと同じ曲率の周溝３６ａを有する略鼓形状のバックアップローラ３６は、ニードルラジアルベアリング３７を介してバックアップローラ軸３８に回転可能に支持されている。バックアップローラ軸３８は加工ヘッド３３のヘッド本体３４に設けられた一対の軸受アーム部３９に両持ち支持されている。バックアップローラ３６の端面と軸受アーム部３９との間にはスラストベアリング４０が設けられており、後述する制御軸４７の軸中心とバックアップローラ３６の周溝３６ａの溝幅中心線とがともに同一軸線上に位置するように設定されている。
【００４９】
加工ヘッド３３のヘッド本体３４は、抜け止め用のボルト４１のほかラジアルベアリング４２とスラストベアリング４３とを介してホルダ３５に旋回可能に支持されている。また、ヘッド本体３４の外周にはリングギヤ４４が固定されている一方、ホルダ３５には出力軸４６ａにピニオンギヤ４５が固定されたパルスモータ４６が装着されていて、リングギヤ４４とピニオンギヤ４５とが互いに噛み合っている。すなわち、ヘッド本体３４に回転可能に支持されているバックアップローラ３６は、それ自体の回転中心を含む平面内でヘッド本体３４とともに回転可能となっている。
【００５０】
一方、制御軸４７はホルダ３５に設けた一対の軸受アーム部４８に回転可能に両持ち支持されている。制御軸４７の長手方向中央部には第１の実施の形態と同様にクレビス部４９が形成されており、このクレビス部４９に略偏平状のバニシングローラ５０が回転可能に装着されている。バニシングローラ５０は、図１１に示すようにクレビス部４９に固定されるピン５１と隙間をもって遊嵌的に装着されていて、バニシングローラ５０の外周面は対応するバックアップローラ３６の周溝３６ａに接触している。
【００５１】
そして、バニシング加工対象となるワークＷは図１２，１３に示すようにＮＣ旋盤５２のヘッドストック５３側のチャック５４に把持される一方、加工ヘッド３３は刃物台（ツールレスト）５５に固定され、この状態をもってバニシング加工に供される。
【００５２】
次に上記装置構成のもとでのバニシング加工時の動作について説明する。
【００５３】
図１２，１３図に示すように、ワークＷをチャック５４に把持させた上でチャック５４ごと回転させる一方、刃物台５５に送りを与えて加工ヘッド３３をワークＷ側に移動させる。バニシングローラ５０がワークＷの環状溝Ｓに当接するとそのワークＷの回転力によってバニシングローラ５０が回転し、同時にそのバニシングローラ５０に接触しているバックアップローラ３６も連れ回りによって回転する。
【００５４】
この状態で加工ヘッド３３をワークＷにさらに強く押し付け、バックアップローラ３６を介してバニシングローラ５０とワークＷとの接触点での面圧がバニシング加工に必要な値になるように設定する。そして、パルスモータ４６に回転指令を与えてリングギヤ４４とピニオンギヤ４５とを介してヘッド本体３４のみを回転させると、図１４に示すようにワークＷの溝幅中心線の法線方向とバックアップローラ３６の回転中心との間に相対的な角度差ができ、両者に挟まれるバニシングローラ５０とも相対的な角度差ができるため、第１の実施の形態と同様にバニシングローラ５０の転動方向に舵角がつくことになる。この状態でバニシングローラ５０がバックアップローラ３６と環状溝Ｓの表面を転動するため、それぞれの接触点が環状溝Ｓの断面曲率形状に沿って舵角のついた方向に移動し、バニシングローラ５０の転動する方向が変化する。
【００５５】
以上の説明から明らかなように、パルスモータ４６やリングギヤ４４、ピニオンギヤ４５およびヘッド本体３４等は、バックアップローラ３６を介してバニシングローラ５０を傾転動作させる傾転手段として機能することになる。
【００５６】
このように本実施の形態によれば、バックアップローラ３６の回転中心を傾斜させてバニシングローラ５０が転動する方向を変化させる構成としたので、小さな駆動力でバニシングローラ５０の転動する方向を変化させることができるとともに、加工ヘッド３３を小型化することができる。
【００５７】
図１５には本発明の第３の実施の形態として先の第１の実施の形態を変形した例を示す。なお、本実施の形態は請求項１，４に記載の発明に対応している。
【００５８】
図１５に示すように、ＮＣ旋盤６１には押圧力付加手段たる油圧シリンダ６２駆動のテールストック６３を配置し、そのテールストック６３と図２〜４と同様のバニシング加工用の加工ヘッド５との間には圧電型荷重計６４を配置するとともに、上記油圧シリンダ６２とその油圧源である油圧ポンプ６５とを油圧調整弁６６および油圧ホース６７を介して接続する。また、加工ヘッド５のうち各制御軸１５，１６の一方の端部には図２，３と同様にそれぞれパルスモータ１８，１９を接続し、他方の端部にはロータリーエンコーダ６８，６９を接続する。
【００５９】
なお、圧電型荷重計６４およびロータリーエンコーダ６８，６９の検出出力は演算手段たる制御装置７０に取り込まれるようになっている一方、ＮＣ旋盤６１の主軸モータやおよび油圧調整弁６６等の各種制御は上記制御装置７０によって一括して行われるようになっている。
【００６０】
このような構成において、制御装置７０から油圧調整弁６６に対して開弁指令を与えてその油圧調整弁６７を開くと、油圧シリンダ６２が伸長動作してテールストック６３をヘッドストック２の主軸側に押圧する。そして、加工ヘッド５に配置したバニシングローラ２１，２２がワークＷの環状溝Ｓに当接し、圧電型荷重計６４が検出する荷重が予め設定した値に達すると、制御装置７０からパルスモータ１８，１９に対して回転指令が与えられ、各制御軸１５，１６ひいてはバニシングローラ２１，２２が一定の角度範囲で傾転駆動されることにより、第１の実施の形態と同様にワークＷの環状溝Ｓにしてバニシングローラ２１，２２によるバニシング加工が施される。
【００６１】
上記各制御軸１５，１６の傾転角度はロータリエンコーダ６８，６９でリアルタイムで個別的に検出されて、制御装置７０に取り込まれる。制御装置７０には、制御軸１５，１６の傾転変化すなわち環状溝Ｓに対するバニシングローラ２１，２２の当接点の位置変化にかかわらずワークＷ側の環状溝Ｓに対するバニシングローラ２１，２２の面圧が常に一定となるような押付力設定値が傾転角度位置ごとに予め設定されていることから、制御装置７０は制御軸１５，１６の実測傾転角度に応じた押付力設定値をピックアップして圧力調整弁６６に指令を与え、油圧シリンダ６２に供給すべき油圧を可変制御する。
【００６２】
このように本実施の形態によれば、バニシングローラ２１，２２とワークＷ側の環状溝Ｓとの当接点の位置を変化させながらその当接点の位置を検出し、同当接点での面圧が常に一定となるような押圧力を制御装置７０にて演算し、その結果によりワークに対する加工ヘッド５の押付力を制御するようにしたので、ワークＷ側の環状溝Ｓの表面全面に均一な圧縮残留応力を付加することができる。
【００６３】
ここで、上記のようにワークＷ側の環状溝Ｓの表面全面に均一な圧縮残留応力を付加する場合のほか、環状溝Ｓの表面のうち特定の部位ごとに圧縮残留応力の付加による疲労耐久性能すなわちバニシング加工時の面圧を変えたい場合がある。
【００６４】
このような場合には、上記制御装置７０に、制御軸１５，１６の傾転角位置すなわち環状溝Ｓに対するバニシングローラ２１，２２の各当接点位置ごとに、所望する面圧を得るのに必要な押付力設定値を個別に設定しておき、制御軸１５，１６ひいてはバニシングローラ２１，２２の実測傾転角度に応じた押付力設定値をピックアップして圧力調整弁６６に指令を与えて油圧シリンダ６２に供給すべき油圧を可変制御し、もって環状溝Ｓの表面のうち特定の部位ごとに所望する大きさの圧縮残留応力を付加することができる。その結果として、圧縮残留応力の付加による疲労耐久性能の向上効果を環状溝Ｓのうち強度上必要な部位のみに限定することができ、過剰な圧縮残留応力の付加による加工歪みを小さくすることができる、なお、この変形例は請求項１，２に記載の発明のほか請求項５に記載の発明に対応している。
【００６５】
図１６には本発明の第４の実施の形態を示す。この第４の実施の形態では、加工対象ワークを第３の実施の形態（図１５参照）におけるワークＷに代えてトロイダル型無段変速機のパワーローラＷ１として、このパワーローラＷ１の環状溝たるボールベアリング溝Ｓ１にバニシング加工を施すようにしたものである。なお、この実施の形態は請求項１，２に記載の発明のほか請求項４，６に記載の発明に対応している。
【００６６】
より詳しくは、図１６（ただし、図４および図１５を参照のこと）に示すように、トロイダル型無段変速機のパワーローラＷ１をチャック４に把持させた上、バニシングローラ２１，２２とパワーローラＷ１側のボールベアリング溝Ｓ１との当接点の位置を変化させながらその当接点の位置すなわち各制御軸１５，１６に設けられたバニシングローラ２１，２２の傾転角度をロータリーエンコーダ６８，６９で検出し、同当接点での面圧が常に一定となるような押付力を制御装置７０にて演算し、その結果によりパワーローラＷ１に対する加工ヘッド５の押付力を可変制御する。こうすることにより、トロイダル型無段変速機のパワーローラＷ１のボールベアリング溝Ｓ１の各部全面に均一な大きさの圧縮残留応力を付加することができるとともに、仕上げ面粗さの悪化を防ぐことができる。
【００６７】
もちろん、バニシングローラ２１，２２がパワーローラＷ１の被加工面に及ぼす面圧が一定となるように制御するのに代えて、先に説明したように被加工面のうち特定の部位ごとに面圧が異なるように積極的にその面圧を可変制御することも可能である。この場合には、圧縮残留応力の付加による疲労耐久性能の向上効果をボールベアリング溝Ｓ１のうち強度上必要な部位のみに限定することができ、過剰な圧縮残留応力の付加による加工歪みを小さくすることができる、なお、この変形例は請求項５に記載の発明に対応している。
【００６８】
図１７〜図２１は本発明の第５の実施の形態を示す図で、この実施の形態では加工対象ワークをトロイダル型無段変速機の入力ディスク及び出力ディスク（以下、これらを総称して単にディスクという）として、そのディスクＷ２の環状溝たるトラクション面Ｓ３にバニシング加工を施すようにしたものである。なお、この実施の形態は請求項１，２に記載の発明のほか、請求項４，８に記載の発明に対応している。
【００６９】
図１９はワークたるディスクＷ２のトラクション面Ｓ２と対向するように配置されるバニシング加工用の加工ヘッド７１の詳細を示し、同図のほか図２０に示すように、ディスクＷ２はＮＣ旋盤９３のヘッドストック９４側のチャック７２に把持される一方、略鼓形状をなすバックアップローラ７３はラジアルニードルベアリング７４とスラストベアリング７５とを介して、加工ヘッド７１を構成することになるヘッド本体７６とホルダ７７に回転可能に両持ち支持される。上記ヘッド本体７６とホルダ７７とはボルト７８によって締結され、ヘッド本体７６は圧電型荷重計７９を介してＮＣ旋盤の刃物台８０に支持される。なお、上記バックアップローラ７３にはワークたるディスクＷ２側のトラクション面Ｓ２と同じ曲率の周溝７３ａが形成されている。
【００７０】
バニシング加工を司るバニシングローラ８１は、図１８に示すように制御軸８２の長手方向中央部のクレビス部８３に固定されるピン８４に隙間をもって遊嵌的かつ回転可能に装着される（図１１参照）。制御軸８２は、ヘッド本体７６とホルダ７７にボルト８５にて固定される一対のブラケット８６に回転可能に両持ち支持される。この制御軸８２の一端はパルスモータ８７に接続され、他端にはロータリエンコーダ８８が接続される。図１９は制御軸８２におけるクレビス部８３の内部に設けた摺動部材８９〜９２の配置を模式化したもので、この構造は基本的に図７に示したものと同じにしてある。
【００７１】
そして、図２０に示すように、上記圧電型荷重計７９およびロータリーエンコーダ８８の検出出力は演算手段たる制御装置９５に取り込まれるようになっている一方、ＮＣ旋盤９３の主軸モータやパルスモータ８７の各種制御および刃物台８０の送り制御は上記制御装置９５によって一括して行われるようになっている。
【００７２】
このような構成のもとでワークたるディスＷ２のトラクション面Ｓ２にバニシング加工を施すには、図１７，１８のほか図２０に示すように、ディスクＷ２をチャック７２に把持させた上でこのチャック７２ごと回転させる一方、刃物台８０に送りを与えて加工ヘッド７１をディスクＷ２側に移動させる。バニシングローラ８１がディスクＷ２のトラクション面Ｓ２に当接するとそのディスクＷ２の回転力によってバニシングローラ８１が回転し、同時にそのバニシングローラ８１に接触しているバックアップローラ７３も連れ回りによって回転する。
【００７３】
この状態で加工ヘッド７１をディスクＷ２にさらに強く押し付け、バックアップローラ７３を介してバニシングローラ８１とディスクＷ２との接触点での面圧がバニシング加工に必要な値になるように設定する。なお、この初期面圧の大きさは上記圧電型荷重計７９により管理するようにしてもよい。
【００７４】
そして、パルスモータ８７に回転指令を与えて制御軸８２を右回転させると、図２１に示すように制御軸８２側では互いに点対称位置にある二つの摺動部材８９，９２がバニシングローラ８１の側面周縁部を押すかたちとなる。その結果、バニシングローラ８１は、ディスクＷ２側のトラクション面Ｓ２との接触点とバックアップローラ７３側の接触点を結ぶ軸線を回転中心として偶力を受けてその偶力作用方向にそれ自体の回転中心が傾くように傾転する。すなわち、バニシングローラ８１の軸直角平面（バニシングローラ８１の回転中心に対して直交する平面）と同じくバックアップローラ７３の軸直角平面（バックアップローラ７３の回転中心に対して直交する平面）とが非平行となる。
【００７５】
こうしてバニシングローラ８１が傾転することは図２１に示すようにローラ８１自体の転動方向に対して舵角がつくことを意味し、この舵角がついた状態でバニシングローラ８１がトラクション面Ｓ２の表面を転動するため、舵角がついた分だけバニシングローラ８１の転動する方向が変化して、バニシングローラ８１とトラクション面Ｓ２との接触点がトラクション面Ｓ２の断面曲率形状に沿って連続的に移動することになる。その結果、ディスクＷ２のトラクション面Ｓ２の全面についてバニシングローラ８１が順次押し付けられ、トラクション面Ｓ２の表面には塑性変形による圧縮残留応力の付加されることから、それによって疲労耐久性能と耐摩耗性とが高められることになる。
【００７６】
このようなバニシング加工の過程において、バニシングローラ８１の傾転角をロータリーエンコーダ８８によって検出するとともに、そのバニシングローラ８１が被加工面に及ぼしている面圧を加工反力として圧電型荷重計７９によって検出して制御装置９５に取り込み、その面圧を加工反力として監視する。そして、制御装置９５には、制御軸８２ひいてはバニシングローラ８１の傾転変化すなわちトラクション面Ｓ２に対するバニシングローラ８１の当接点の位置変化にかかわらずディスクＷ２側のトラクション面Ｓ２に対するバニシングローラ８１の面圧が常に一定となるような圧力設定値が傾転角度位置ごとに予め設定されていることから、制御装置９５はバニシングローラ８１の実測傾転角度に応じた圧力設定値をピックアップして刃物台８０に送り指令として与え、上記面圧が一定となるように圧電型荷重計７９で監視しながらディスクＷ２に対する加工ヘッド７１の押付力を可変制御する。
【００７７】
このように、バニシングローラ８１とディスクＷ２側のトラクション面Ｓ２との当接点の位置を変化させながらその当接点の位置を検出し、同当接点での面圧が常に一定となるような押付力を制御装置９５にて演算し、その結果により加工ヘッド７１の押圧力を制御するようにしたので、ディスクＷ２側のトラクション面Ｓ２の表面全面に均一な圧縮残留応力を付加することができるとともに、仕上げ面粗さの悪化を防ぐことができる。
【００７８】
ここで、バニシングローラ８１が被加工面たるディスクＷ２のトラクション面Ｓ２に及ぼす面圧が一定となるように制御するのに代えて、先に説明したように被加工面のうち特定の部位ごとに面圧が異なるように積極的にその面圧を可変制御することも可能である。すなわち、上記制御装置９５に、バニシングローラ８１の傾転角位置すなわちディスクＷ２のトラクション面Ｓ２に対するバニシングローラ８１の各当接点位置ごとに所望する面圧を得るのに必要な加工ヘッド７１の押付力を個別に設定しておき、バニシングローラ８１の実測傾転角度に応じた設定値をピックアップした上でこれを刃物台８０の送り指令として与え、実際の加工反力を圧電型荷重計７９で監視しつつて加工ヘッド７１の押付力を可変制御する。
【００７９】
これにより、ディスクＷ２のトラクション面Ｓ２のうち特定の部位ごとに所望する大きさの圧縮残留応力を付加することができる。その結果として、圧縮残留応力の付加による疲労耐久性能の向上効果を上記トラクション面Ｓ２のうち強度上必要な部位のみに限定することができ、過剰な圧縮残留応力の付加による加工歪みを小さくすることができるようになる。なお、この変形例は請求項５，９に記載の発明に対応している。
【図面の簡単な説明】
【図１】バニシング加工の対象となるワークの一例を示す図で、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の右側面図。
【図２】本発明に係るバニシング加工装置の第１の実施の形態を示す構成説明図。
【図３】図２に示したバニシング加工ヘッドを中心とする要部拡大説明図。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面説明図。
【図５】図４に示す一方の制御軸の構成を示す図で、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の右側面図。
【図６】図４に示す他方の制御軸の構成を示す図で、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の右側面図。
【図７】図５，６に示した制御軸における摺動部材の配置を示す要部斜視図。
【図８】バニシングローラによる加工中の説明図で、（Ａ）は図４の要部拡大図、（Ｂ）は同図（Ａ）の側面説明図。
【図９】本発明の第２の実施の形態としてバニシング加工ヘッド構成を示す断面説明図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図。
【図１１】図１０に示す制御軸の要部拡大説明図。
【図１２】図９のバニシング加工ヘッドをＮＣ旋盤に適用した状態を示す構成説明図。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図。
【図１４】バニシングローラによる加工中の説明図で、（Ａ）は図１３の要部拡大図、（Ｂ）は同図（Ａ）の側面説明図。
【図１５】本発明の第３の実施の形態としてバニシング加工装置の全体構成を示す説明図。
【図１６】本発明の第４の実施の形態として図４のバニシング加工ヘッドをトロイダル型無段変速機のパワーローラの加工に適用した状態を示す要部拡大断面図。
【図１７】本発明の第５の実施の形態としてトロイダル型無段変速機の入出力ディスク加工用のバニシング加工ヘッドの構成を示す要部拡大断面図。
【図１８】図１７のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図。
【図１９】図１８に示した制御軸における摺動部材の配置を示す要部斜視図。
【図２０】図１７のバニシング加工ヘッドをＮＣ旋盤に適用した状態を示す構成説明図。
【図２１】図１７のバニシングローラによる加工中の説明図で、（Ａ）は図１７の要部拡大図、（Ｂ）は同図（Ａ）の側面説明図。
【符号の説明】
５…加工ヘッド
７…バックアップローラ
１５，１６…制御軸（傾転手段）
１８，１９…パルスモータ（傾転手段）
２１，２２…バニシングローラ
２４〜２７…摺動部材（押圧手段）
２８〜３１…摺動部材（押圧手段）
３３…加工ヘッド
３６…バックアップローラ
４６…パルスモータ（傾転手段）
４７…制御軸（傾転手段）
５０…バニシングローラ
６２…油圧シリンダ（押圧力付加手段）
６４…圧電型荷重計
６８，６９…ロータリーエンコーダ（位置検出手段）
７０…制御装置（演算手段）
７１…加工ヘッド
７３…バックアップローラ
７９…圧電型荷重計
８１…バニシングローラ
８２…制御軸（傾転手段）
８７…パルスモータ（傾転手段）
８８…ロータリーエンコーダ（位置検出手段）
８９〜９２…摺動部材（押圧手段）
９５…制御装置（演算手段）
Ｓ…環状溝
Ｓ１…ボールベアリング溝（環状溝）
Ｓ２…トラクション面（環状溝）
Ｗ…ワーク（被加工物）
Ｗ１…トロイダル型無段変速機のパワーローラ（ワーク）
Ｗ２…トロイダル型無段変速機の入出力ディスク（ワーク）

Claims (9)

1. 断面円弧状の環状溝を有する被加工物についてその環状溝にバニシングローラを押し付けてバニシング加工を施す装置において、
   環状溝に押し付けられる回転可能なバニシングローラと、
   上記バニシングローラを挟んで環状溝と対向するように配置された略鼓形状のバックアップローラと、
   上記環状溝に対するバニシングローラの当接点とこのバニシングローラに対するバックアップローラの当接点とを結ぶ軸線を回転中心としてバニシングローラを傾転動作させる傾転手段と、
   を備えたことを特徴とするバニシング加工装置。
2. 上記傾転手段は、バニシングローラの回転中心を対称中心とした点対称位置に配置されてそのバニシングローラの表裏両面を該バニシングローラの回転中心を傾ける方向に押圧する押圧手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工装置。
3. 上記傾転手段は、環状溝に対するバニシングローラの当接点とこのバニシングローラに対するバックアップローラの当接点とを結ぶ軸線を回転中心としてバニシングローラを傾転動作させるのに代えて、環状溝とバニシングローラ同士およびバニシングローラと回転可能なバックアップローラ同士がそれぞれ当接している状態でバックアップローラをその回転中心を含む平面内で傾転動作させ、もってバニシングローラの回転中心を傾けるべくそのバニシングローラを傾転動作させるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工装置。
4. 上記環状溝に対するバニシングローラの当接点の位置を検出する手段と、
   検出した当接点の位置情報をもとにバニシングローラと環状溝との当接点における面圧がどの位置でも一定となるような押圧力を演算する演算手段と、
   この演算手段から指示された押圧力をバニシングローラに付加する押圧力付加手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のバニシング加工装置。
5. 請求項４に記載の演算手段に代えて、検出した当接点の位置情報をもとにその当接点における面圧が当該当接点固有の所望の値となるような押圧力を演算する演算手段を備えていることを特徴とするバニシング加工装置。
6. 請求項４に記載の装置を用いてトロイダル型無段変速機におけるパワーローラ内輪のボールベアリング溝の加工を行うことを特徴とするバニシング加工方法。
7. 請求項５に記載の装置を用いてトロイダル型無段変速機におけるパワーローラ内輪のボールベアリング溝の加工を行うことを特徴とするバニシング加工方法。
8. 請求項４に記載の装置を用いてトロイダル型無段変速機における入力ディスク及び出力ディスクのトラクション面の加工を行うことを特徴とするバニシング加工方法。
9. 請求項５に記載の装置を用いてトロイダル型無段変速機における入力ディスク及び出力ディスクのトラクション面の加工を行うことを特徴とするバニシング加工方法。

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