JP5298896B2 - 爪部を有するテーパ付薄肉リングの加工方法およびチャック - Google Patents

Description

本発明は、シンクロナイズドリング等のような、爪部を有するテーパ付薄肉リングの加工方法およびチャックに関する。

自動車のトランスミッションに組み込まれるシンクロナイズドリングは、高い寸法精度が要求されるため、従来、熱処理後に内外周面がシューセンタレス研磨によって研磨仕上げされていた。具体的には、図５（ａ）に示すように、シンクロナイズドリング１００の研磨仕上げ加工は、まず、両端面１０３、１０４を平面研削盤の砥石１１０によって同時に平面研磨する。次いで、平面研磨された端面１０３を加工基準として、シューセンタレス研磨によって内外周面１０１、１０２を研磨仕上げするのが一般的な加工方法である。

また、切削加工によって、薄肉リング状ワークを寸法精度よく、また高い真円度で加工するようにした薄肉リング状ワークの切削加工方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の薄肉リング状ワークの切削加工方法は、チャッキングによるワーク加工面の変位量および変位の周方向位相を検出し、この検出データに基づいて、工具をワークの回転に同期させながら逐次進退させて加工する加工方法である。

特開平５−５７５６４号公報

ところで、図５に示すシンクロナイズドリング１００において、平面研磨された端面１０３を加工基準として、内外周面１０１、１０２を研磨仕上げする場合、内外周面１０１、１０２の加工精度（真円度）は、端面１０３の加工精度によって大きな影響を受ける。軸方向に突出する爪部１０５を有するシンクロナイズドリング１００では、爪部１０５近傍の軸方向剛性が高いのに対して、隣接する爪部１０５、１０５間の連結領域１０６の軸方向剛性が低い。

従って、シンクロナイズドリング１００の両端面１０３、１０４を、平面研削盤の砥石１１０によって平面研磨すると、連結領域１０６が、図５（ａ）において、下方に撓んだ（弾性変形）状態で研磨加工される。研磨加工後、加工時に下方に撓んでいた爪部１０５、１０５間の連結領域１０６が元の状態に戻ると、図５（ｂ）に示すように、端面１０３の爪部１０５に対応する部分１０３ａが相対的に凹んだ状態となって、端面１０３にうねりが生じる。従って、このような平面度がよくない端面１０３を加工基準として内外周面１０１、１０２を研磨仕上げすると、内外周面１０１、１０２の精度（真円度）に悪影響を及ぼす問題があった。

また、薄肉であるシンクロナイズドリング１００を熱処理すると、大きな歪み（特に、反り）が発生することが多く、両端面１０３、１０４の大きな歪みを平面研磨によって除去するには、長い加工時間を要し、加工効率が悪い問題があった。

特許文献１に記載の薄肉リング状ワークの切削加工方法は、切削加工によって薄肉リング状ワークの外周面を真円度よく加工する方法であり、本発明の研磨加工による真円度向上を目的として、端面を高精度に切削加工する技術とは異なるものである。また、特許文献１の切削加工方法では、具体的なチャック方法については記載されていない。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シンクロナイズドリング等のような、爪部を有するテーパ付薄肉リングを、簡単、且つ精度よく加工することができる加工方法およびチャックを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 内外周面が円錐状に形成されると共に軸方向または径方向に突出する爪部が設けられたテーパ付薄肉リングの加工方法であって、
前記テーパ付薄肉リングを熱処理する熱処理工程と、
前記爪部を旋盤のチャックに設けられた切欠き部に嵌合させると共に、前記薄肉リングの外周面の少なくとも３点をチャック爪によってクランプしてチャッキングし、前記爪部と反対側の端面を旋削加工するハードターニング工程と、
旋削加工された前記端面を加工基準として、前記テーパ付薄肉リングの内周面および前記外周面を砥石によって研磨加工する研磨仕上げ工程と、
を備えることを特徴とするテーパ付薄肉リングの加工方法。
（２） 前記ハードターニング工程において、前記テーパ付薄肉リングは、前記爪部の周方向位相と同一位相において前記チャック爪によって少なくともクランプされることを特徴とする上記（１）に記載のテーパ付薄肉リングの加工方法。
（３） 前記テーパ付薄肉リングはシンクロナイズドリングであることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のテーパ付薄肉リングの加工方法。
（４） 内外周面が円錐状に形成されると共に軸方向または径方向に突出する爪部が設けられたテーパ付薄肉リングをチャッキングして旋盤加工するためのチャックであって、
前記爪部と係合し、前記テーパ付薄肉リングの旋盤加工時に発生する切削抵抗に打ち勝って前記テーパ付薄肉リングを回転させる切欠き部と、
円錐状の前記外周面に当接して前記テーパ付薄肉リングを少なくとも３点で保持する少なくとも３つのチャック爪と、
を備えることを特徴とするチャック。
（５） 前記切欠き部と同一位相には、前記チャック爪が配置されていることを特徴とする上記（４）に記載のチャック。

本発明のテーパ付薄肉リングの加工方法によれば、熱処理が施されたテーパ付薄肉リングの爪部を旋盤のチャックに設けられた切欠き部に嵌合させて外周面の少なくとも３点をチャック爪によってクランプし、爪部と反対側の端面を旋削によってハードターニング加工し、更に、ハードターニング加工された端面を加工基準として、テーパ付薄肉リングの内周面および外周面を研磨仕上げ加工するようにしたので、ハードターニング加工時にテーパ付薄肉リングに作用する大きな回転方向の切削抵抗力を、爪部が嵌合する切欠き部によって受けることができる。

従って、従来のハードターニング加工によると、大きな力でチャッキングする必要があるが、本発明の加工方法によると、比較的弱いチャッキング力でのチャッキングが可能となり、一般的に薄肉リングの旋削加工において問題となるチャッキング時の弾性変形に起因する加工精度不良を防止することができ、研磨加工による加工と同等以上の精度で加工することができる。

また、ハードターニング加工（切削加工）は、研磨加工と比較して加工時の取り代を大きくすることができ、加工に先立つ熱処理によって歪みが生じても、この歪み部分を効率よく削除することができ、短時間で安価に加工することができる。更に、ドライ加工方法であるハードターニング加工によると、切削油や切削水を用いる必要がなく、環境に与える負荷が少ない。また、加工設備を簡易化することができ、設備コストの低減が可能である。

また、ハードターニング加工時にテーパ付薄肉リングをチャッキングするチャックは、爪部と係合する切欠き部を有するので、比較的小さなチャッキング力によるチャッキングでも、切削抵抗に打ち勝ってテーパ付薄肉リングを回転させることができる。また、円錐状の外周面に当接する少なくとも３つのチャック爪を有するので、チャッキングすることにより自動的にテーパ付薄肉リングの芯出しが可能となる。

本発明に係る爪部を有するテーパ付薄肉リングの加工手順を示す説明図である。 テーパ付薄肉リングの爪部をチャックの切欠き部に係合させてチャッキングする状態を示す斜視図である。 チャック爪によるテーパ付薄肉リングのクランプ位置を示す斜視図である。 他の形状の爪部を有するテーパ付薄肉リングの斜視図である。 従来の爪部を有するテーパ付薄肉リングの加工手順を示す概念図である。

以下、本発明に係る爪部を有するテーパ付薄肉リングの加工方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、テーパ付薄肉リングであるシンクロナイズドリング１０は、内外周面１１、１２が円錐状に形成されるリング状部材であり、大径側側面１３には、外周面１２に沿って径方向外方に傾斜しながら軸方向に突出する３つの爪部１５が形成されている。直径寸法は４０〜１２０ｍｍ程度、内外周面１１、１２間の肉厚ｔは、２〜５ｍｍ程度の薄肉となっており、肉厚比（直径÷肉厚）は１７〜５５程度となっている。

このようなシンクロナイズドリング１０では、反転成形（プレス成形）によって外形が形成されたシンクロナイズドリング素材１０Ａは、焼入れ等の熱処理が施される（図１（ａ）参照）。さらに、素材１０Ａは、旋盤のチャック３０にチャッキングされて小径側側面１４がハードターニング加工され（図１（ｂ）参照）、次いで、ハードターニング加工された小径側側面１４を加工基準面として、内外周面１１、１２が砥石２０、２１によって研磨加工されて仕上げられる（図１（ｃ）参照）。

本発明の加工方法の特長は、熱処理されたシンクロナイズドリング素材１０Ａの内外周面１１、１２を研磨加工する際の加工基準面を、ハードターニングによって精度よく加工することにある。立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）をはじめとする切削工具の発達により、焼入れ処理された高硬度鋼や難削材を直接旋削工具３５により切削加工で仕上げるハードターニング加工が多用されつつある。

ハードターニング加工は、切削抵抗が大きく、被加工物を油圧式チャック等によって大きな把握力で把持する必要がある。しかしながら、シンクロナイズドリング１０のような薄肉リングの加工においては、大きな把握力でチャッキングすると弾性変形してしまい、真円度や平坦度等の加工精度に悪影響を及ぼす虞がある。

弾性変形を抑制しながらチャッキング可能な従来のチャックとしては、小型のジョーを円周方向に多数配置したフローティング式のチャック等が知られている。しかし、チャッキング時の位置出し（同軸度）が困難であったり、設備が複雑で高価となることから、多品種生産を行う場合、製品ごとに高価な専用チャックを準備することはコストアップの要因となっている。

本発明のチャック３０は、薄肉リング形状のシンクロナイズドリング素材１０Ａを、弾性変形させることなくチャッキング可能なチャックであり、図２および図１（ｂ）に示すように、シンクロナイズドリング素材１０Ａの爪部１５と係合可能な３箇所の切欠き部３１と、円錐状の外周面１２に当接する複数（図２に示す実施形態では１２個）のチャック爪３２とを有する。このうち、３つのチャック爪３２は、切欠き部３１と同一位相に配置されている。

シンクロナイズドリング素材１０Ａは、大径側側面１３をチャック３０側に向け、爪部１５をチャック３０の切欠き部３１に係合させながら、チャック爪３２を径方向から外周面１２に当接させてチャック３０にチャッキングする。これによって、シンクロナイズドリング素材１０Ａは自動的に芯出しが行われる。

チャック爪３２のチャック形式は、ドローダウン、コレット、ダイアフラム、スクロール、フローティング等任意である。ただし、ワークの芯出しは、ドローダウン、コレット、ダイアフラム、スクロールの場合には、チャック爪の精度によって決まるが、フローティングの場合には、ワークを嵌合させる位置で決まるため、切欠き部等の形状を工夫する。また、動力源としては、圧縮空気や油圧等の使用が可能である。

また、外周面１２がテーパ状に形成されているので、大径側側面１３をチャック３０側に向けてチャッキングすれば、比較的弱い力でチャック爪３２を外周面１２に当接させたチャッキングでも、シンクロナイズドリング素材１０Ａの脱落が防止される。これによって、チャッキングによる弾性変形が抑制されるので、高精度の加工が可能となる。

更に、チャック爪３２が、少なくとも切欠き部３１と同一位相に配置されているので、爪部１５を切欠き部３１に係合させてチャッキングするだけで、図３に示すように、シンクロナイズドリング素材１０Ａは剛性が高い爪部１５近傍がチャック爪３２で押圧されて把持されることとなり、チャッキングによる弾性変形が抑制される。

このように、弾性変形が抑制されてチャック３０にチャッキングされたシンクロナイズドリング素材１０Ａは、図１（ｂ）に示すように、小径側側面１４がハードターニング用の旋削工具３５によってハードターニング加工される。このとき、シンクロナイズドリング素材１０Ａに作用する大きな切削抵抗は、爪部１５が係合する切欠き部３１によって受けられ、旋盤加工時に発生する切削抵抗に打ち勝ってシンクロナイズドリング素材１０Ａを回転させる。従って、比較的弱いチャッキング力によるチャッキングでも、確実に加工することができる。

また、ハードターニング加工は、砥石による研磨加工と比較して取り代を大きくすることができ、高精度、且つ効率的な加工が可能となる。大きな取り代の研磨加工では、加工時の発熱による焼入れ組織の焼戻りや、研磨加工面にうねりが生じて加工精度が悪くなる虞がある。また、ハードターニング加工は切削水等を使用しないドライ加工も可能であるので、切削水等が環境に与える負荷を軽減することができる。

尚、シンクロナイズドリング１０は、図４に示すように、爪部１５が小径側側面１４から内径方向に向かって突出する形状のシンクロナイズドリング１０等、他の形状のシンクロナイズドリング１０であっても、チャック３０の切欠き部３１を爪部１５と係合可能なように変形させることで容易に対応することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記の実施形態では、３つの爪部１５を有するシンクロナイズドリング１０について説明したが、これに限定されず、少なくとも爪部１５と同数の切欠き部３１を設けることにより、任意数の爪部１５を有するシンクロナイズドリング１０を加工することができる。

１０ シンクロナイズドリング（テーパ付薄肉リング）
１１ 内周面
１２ 外周面
１４ 小径側側面（爪部と反対側の端面）
１５ 爪部
２０ 砥石
２１ 砥石
３０ チャック
３１ 切欠き部
３２ チャック爪

Claims (5)

1. 内外周面が円錐状に形成されると共に軸方向または径方向に突出する爪部が設けられたテーパ付薄肉リングの加工方法であって、
   前記テーパ付薄肉リングを熱処理する熱処理工程と、
   前記爪部を旋盤のチャックに設けられた切欠き部に嵌合させると共に、前記薄肉リングの外周面の少なくとも３点をチャック爪によってクランプしてチャッキングし、前記爪部と反対側の端面を旋削加工するハードターニング工程と、
   旋削加工された前記端面を加工基準として、前記テーパ付薄肉リングの内周面および前記外周面を砥石によって研磨加工する研磨仕上げ工程と、
   を備えることを特徴とするテーパ付薄肉リングの加工方法。
2. 前記ハードターニング工程において、前記テーパ付薄肉リングは、前記爪部の周方向位相と同一位相において前記チャック爪によって少なくともクランプされることを特徴とする請求項１に記載のテーパ付薄肉リングの加工方法。
3. 前記テーパ付薄肉リングはシンクロナイズドリングであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のテーパ付薄肉リングの加工方法。
4. 内外周面が円錐状に形成されると共に軸方向または径方向に突出する爪部が設けられたテーパ付薄肉リングをチャッキングして旋盤加工するためのチャックであって、
   前記爪部と係合し、前記テーパ付薄肉リングの旋盤加工時に発生する切削抵抗に打ち勝って前記テーパ付薄肉リングを回転させる切欠き部と、
   円錐状の前記外周面に当接して前記テーパ付薄肉リングを少なくとも３点で保持する少なくとも３つのチャック爪と、
   を備えることを特徴とするチャック。
5. 前記切欠き部と同一位相には、前記チャック爪が配置されていることを特徴とする請求項４に記載のチャック。

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