JP5378850B2 - 金属リングの押し込み方法及び押込装置 - Google Patents

Description

本発明は、無段変速機（ＣＶＴ）等に用いられる無端状金属ベルトにおける金属リングを自動的にかつ大量に熱処理するための方法に関するものである。

自動車等の変速装置として用いられる無段変速機には、一対のプーリーに巻き掛けられる無端帯状金属ベルトが備えられている。この無端帯状金属ベルトは、少しずつ周長の異なる複数の無端帯状の金属リングをそれらの厚み方向に積層した積層金属リングを一対用い、これら一対の積層金属リングを幅方向から係合させて、板片状の多数のエレメントを互いに板厚方向に向かって環状に配列させた構成である。

上記の金属リングは、以下のようにして製造される。まず、マルエージング鋼、ステンレス鋼等の鋼材料の薄板の両端を円筒状になるように溶接する。この際、溶接の熱により鋼材料の一部が硬質化されてしまうため、この円筒状の鋼材料を溶体化して均質にする。次いで、この溶体化された円筒状の鋼材料を所定幅に裁断して無端帯状のリングを形成した後、所定厚さに圧延する。この圧延により金属組織が変形してしまうため、この圧延されたリングを再度溶体化して金属組織を再結晶させる。その後、溶体化されたリングを所定の周長に補正して、少しずつ周長の異なる金属リングを製造し、さらに、時効処理及び窒化処理を施すことにより硬度及び耐摩耗性を向上させている。

上記の窒化処理としては、金属リングを所定雰囲気内に所定時間保持するガス窒化法、ガス軟窒化法、塩浴窒化法等が知られている。このガス窒化法またはガス軟窒化法においては、金属リング全体が雰囲気に曝露されることが好ましく、これにより金属リングが均一に窒化される。

このような金属リングの窒化処理においては、多数の金属リングを保持しつつこれらを一度に窒化することを可能とした治具が用いられている。具体的には、上下に設けられた一対の懸架手段に金属リングを内周面側から垂直方向に懸架させる金属リングの窒化処理治具が報告されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この窒化処理治具では、金属リングを懸架させた構成であるため、加熱炉内で金属リングが不安定であり、また、加熱炉内における金属リングの充填率が低いため、金属リング数当たりの治具重量が大きく、熱処理時の熱効率が悪いといった問題を有していた。さらに、上側の懸架手段に当接する金属リングに負荷が集中し、窒化処理を行った際に金属リングの変形等が生じるといった問題も有していた。

また、金属リングをその径方向に挿入自在な枠体が設けられ、この枠体に備えられた複数の保持部材により、金属リングを外周面側から押圧して楕円形状に撓ませた状態で保持する金属リングの窒化処理治具が報告されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、この窒化処理治具においても、金属リングが垂直方向で楕円形状に保持されているため、窒化処理による金属リングの変形等の問題が解決されていなかった。なお、上記の変形等は、周長補正の工程にて周長の補正とともに矯正される場合もあるが、変形等が大きい場合には、周長の補正と併せてこの変形を矯正するための時間が掛かりすぎるという問題がある。

そこで、この問題に対しては、３本以上の平行なロッドが垂直方向に立設され、水平方向に突き出した二重円錐形のリング座が多数このロッドに設けられ、これらのロッド間に金属リングを挿入すると、隣接するリング座の傾斜面により形成されたＶ字型の凹部に金属リングが外周面側から挟持される構成となる金属リングの搬送ラックが報告されている（例えば、特許文献３参照。）。

しかしながら、この搬送ラックへの金属リングの取付及び取外は全て手作業によるため、大量の金属リングを取り付け又は取り外す作業には多くの時間が必要であり、また、生産数も制限されていた。また、上記のような従来技術において金属リングの取付及び取外作業の自動化を図ったとしても、金属リングを１本ずつ処理したのでは、大量の金属リングを全て処理し終えるまでに長時間を要することとなるため、生産数を制限するか装置を増設する必要があった。

特開２００２−１６１３１４号公報 特許第４２１９１８６号 特開２００８−２４００８５号公報

したがって、本発明は、上記問題点に鑑み、金属リングの熱処理を自動的にかつ大量に行うことを可能とした整列ストッカーへの金属リングの押し込み方法及び押込装置を提供することを目的としている。

本発明の金属リングの押し込み方法は、金属リングの外周よりも辺の長さの総和が長い開口部を備えると共に、平行かつ一定間隔で垂直方向に設けられた、複数の棚部材の間に、当該金属リングを押し込む方法であって、上記金属リングの押込方向先端が上記開口部上を通過する際に、上記金属リングの押込方向後端が浮き上がることを防ぐことを特徴としている。

また、本発明の金属リングの押込装置は、整列ストッカーと、リング受渡台と、リング整列機構とを備え、上記整列ストッカーは、複数の棚部材が平行にかつ一定間隔で支持されており、上記棚部材を上記リング受渡台と同一平面となるように上下方向に移動させる移動手段を備え、上記棚部材は、金属リングの外周より辺の長さの総和が長い開口部を有し、上記リング整列機構は、上記リング受渡台から上記整列ストッカーの上記棚部材に上記金属リングを押し込むために押圧するワークプッシャーを備えると共に、当該ワークプッシャーが押し込む金属リングにおける端部上面に当接するワーク落下防止部材を設けていることを特徴としている。

本発明によれば、大量の金属リングを整列ストッカーへ自動的に押し込むことを可能とし、これにより、金属リングの自動的かつ大量の熱処理を実現している。なお、多角形と円形とを比較すると、その周長が同じ時、それぞれが形成する形状の面積は、多角形よりも円形の方が大きくなることを利用して、整列ストッカーの棚部材に、整列リング移載ロボットハンドにより変形クランプした形状に対応する開口を設け、上方からの積載及び取り出しを実現している。

本発明の金属リングの押し込み方法を利用した金属リングの自動熱処方法の一実施形態を示す概念図である。 本発明における整列ストッカーの一実施形態を示した正面図である。 本発明における整列ストッカーの一実施形態を示した上面図である。 本発明における整列ストッカーの開口部と金属リングとの配置を示した概念図である。 本発明における整列ストッカーへの金属リングの押込工程を示した断面図である。 本発明における整列ストッカーへの金属リングの押込工程を示した上面図である。 本発明における整列ストッカーへの金属リングの押込工程を示した上面図である。 整列リング移載ロボットハンドの一実施形態を示した正面図である。 整列リング移載ロボットハンドの一実施形態を示した下面図である。 整列リング移載ロボットハンドを金属リング内に挿入した状態を示した下面図である。 整列リング移載ロボットハンドを金属リング内で拡張した状態を示した下面図である。 金属リングの熱処理治具の一実施形態を示す上面図である。 金属リングの熱処理治具の一実施形態を示す正面図である。 金属リングの熱処理治具に変形クランプされた金属リングを挿入した状態を示す上面図である。 金属リングの熱処理治具に挿入された変形クランプ金属リングを略円形状に復元した状態を示す上面図である。 整列ストッカーからの金属リングの引出工程を示した断面図である。

以下、図面を用いて本発明の金属リングの押し込み方法を利用した金属リングの自動熱処理方法及び本発明の金属リングの押込装置の実施形態について具体的に説明する。図１は本発明の押し込み方法を利用した金属リングの自動熱処方法の一実施形態を示す概念図である。この金属リングの自動熱処理方法では、まず、図１に示されたように、金属リング１が金属リング搬送コンベア２によりリング受渡台３に搬送される。リング受渡台３に搬送された金属リング１は、リング整列機構４によって整列ストッカー５に積載される。この整列ストッカー５に整列して積載された金属リング１は、この配置状態のまま整列リング移載ロボットハンド６によって熱処理治具７に移載して取り付けられる。

次いで、この金属リング１が積載された熱処理治具７は、治具移載ロボット８によって治具積載パレット９上に積み重ねられる。この治具積載パレット９は、パレット搬送コンベア１０によって熱処理炉内へ搬送され、積載された大量の金属リング１に対して所定の熱処理が実施される。

そして、熱処理を終えた金属リング１はこれまでの工程を逆に辿って１本ずつの金属リング１とされる。すなわち、熱処理後の治具積載パレット９は、パレット搬送コンベア１１によって熱処理炉から搬送される。治具積載パレット９に積み重ねられた熱処理治具７は、治具移載ロボット１２によって治具積載パレット９から下ろされる。熱処理治具７に整列して積載された金属リング１は、この配置状態のまま整列リング移載ロボットハンド１３によって熱処理治具７から取り外されて整列ストッカー１４に移載される。

その後、移載された金属リング１は、押出シリンダ１５によって整列ストッカー１４から押し出され、次いで、リング引出機構１６によって整列ストッカー１４からリング受渡台１７上に引き出される。引き出された金属リング１は、金属リング搬送コンベア１８によって搬送される。このようにして大量の金属リング１が自動的に治具付け、熱処理される。以下、これらの各工程を詳細に説明する。

１．金属リング整列工程
この工程においては、金属リング搬送コンベア２によりリング受渡台３に搬送されてくる金属リング１を、リング整列機構４によって整列ストッカー５に積載する。ここで、本発明における金属リング１は、マルエージング鋼、ステンレス鋼等の鋼材料の薄板の両端を円筒状になるように溶接し、溶接の熱により硬質化された部分を均質化するための溶体化を行った後、所定幅に裁断して無端帯状の金属リングとし、さらに、このの金属リングを所定厚さに圧延した後、金属組織を再結晶させるための溶体化を行い、必要に応じて周長補正を行ったものである。なお、この金属リング１は外力が付加されていない状態では略円環形状である。

また、本発明における整列ストッカー５は、大量の金属リングを垂直方向に整列して積載し得る同一の構成を２つ回転自在に並列したものであり、その一つの構成は、図２及び３に示されたように、複数の棚部材１０１が、上部板材１０２及び下部板材１０３の間において、複数の支持部材１０４〜１０９により、上部板材１０２及び下部板材１０３と平行に一定間隔で支持されている。この複数の棚部材１０１の間隔は、後述する熱処理治具に積載される複数の金属リングの間隔とほぼ等しい大きさであり、整列ストッカー５はこの間隔分上下に移動可能な構成であり、全ての棚部材１０１がリング受渡台３と同じ高さになるよう制御でき、これにより全ての棚部材１０１間に金属リング１を積載することができる。なお、図２は本発明における整列ストッカーの一実施形態を示した正面図であり、図３はその上面図である。

また、支持部材１０４及び１０９は金属リングの直径よりも離間しており、支持部材１０５〜１０８は金属リングが積載された際に金属リングの外周部に当接するように構成されている。これにより、図２における前方または図３における下方から金属リングを押し込むと、金属リングは支持部材１０４及び１０９間を通過し、金属リングの外周部が支持部材１０５〜１０８に当接するまで挿入される。

さらに、上部板材１０２及び棚部材１０１には、金属リングの外周よりも辺の長さの総和が長い六角形の開口部１１０が設けられている。この開口部１１０は、後述する金属リングの熱処理治具への移載の際に用いられるものであり、金属リングが完全に挿入された状態では何ら問題ないが、図４に示されたように、図面下方から金属リングを押し込み、点線、一点鎖線及び二点差線と挿入していく場合、点線で示された位置から一点鎖線で示された位置までの領域において、金属リングの端部が開口部１１０に傾斜して入り込んでしまうといった問題を有している。

そこで、本発明におけるリング整列機構４では、図５に示されたように、リング受渡台３から整列ストッカー５の棚部材１０１に金属リング１を押し込むための、シリンダ１１１及びワークプッシャー１１２に加えて、上記問題を解決するためのワーク落下防止部材１１３が設けられている。このワーク落下防止部材１１３は、図５及び６に示されたように、ワークプッシャー１１２とともにシリンダ１１１により整列ストッカー５側に押し出される構成であり、ワークプッシャー１１２が当接している金属リング１の端部の上面を覆うように配置されている。

そして、金属リング１が、リング整列機構４によって整列ストッカー５に押し込まれていくと、金属リング１の端部が上記開口部１１０に入り込もうとして、この開口部１１０側の端部とは反対側の端部、すなわちワークプッシャー１１２に当接している端部が浮き上がり始める。ところが、浮き上がり始めた端部の上面には、ワーク落下防止部材１１３が設けられているため、この金属リング１端部の浮き上がりが抑制され、棚部材１０１と平行な状態が維持されたまま金属リング１が棚部材１０１間に押し込まれていく。

その後、端部が開口部１１０に入り込む領域を金属リング１が通過すると、図５及び７に示されたように、ワーク落下防止部材１１３が棚部材１０１に当接することになるが、ワーク落下防止部材１１３はスプリング１１４を介してシリンダ１１１に設けられているため、棚部材１０１に当接した後はワーク落下防止部材１１３の移動が停止し、ワークプッシャー１１２のみによって金属リング１の外周部が支持部材１０５〜１０８に当接するまで押し込まれる。

そして、整列ストッカー５には、隣接する棚部材１０１の間隔分上方または下方に移動して、金属リング１が押し込まれていない棚部材１０１が、リング受渡台３と同一平面となるように上下方向に移動させる移動手段が備えられており、これにより、次の金属リング１を空の棚部材１０１間に押し込み、この動作を繰り返すことにより、大量の金属リング１を整列ストッカー５に積載し、垂直方向に整列させる。次いで、上記のようにして全ての棚部材１０１間に金属リングを積載及び整列させた整列ストッカー５を回転させて、並列する同一構成の整列ストッカーにおいても同様にして大量の金属リング１を積載及び整列させる。

２．熱処理治具への移載工程
この工程においては、整列リング移載ロボットハンド６によって、整列ストッカー５に整列して積載された大量の金属リング１をこの配置状態のまま熱処理治具７に移載して取り付ける。整列リング移載ロボットハンド６は、図８及び９に示されたように、ベース部２０１に備えられた駆動機構により３方向にそれぞれが拡張するフィンガー部材２０２が備えられており、このフィンガー部材２０２には２カ所の突起部２０３が設けられている。なお、図８は整列リング移載ロボットハンドの一実施形態を示した正面図であり、図９はその下面図である。

このような構成の整列リング移載ロボットハンド６は、図１０に示されたように、整列ストッカー５内で垂直方向に整列された略円形状の大量の金属リング１の径方向の中心に、上部板材１０２及び棚部材１０１における六角形の開口部１１０を通して上方からフィンガー部材２０２を垂直に挿入することができる。次いで、金属リング１の中心に挿入されたフィンガー部材２０２を３方向にそれぞれ拡張させることにより、図１１に示されたように、大量の金属リング１の内周面を突起部２０３が外方向に押し広げ、全ての金属リング１が六角形状に変形クランプされる。

そして、前述したように、上記開口部１１０の辺の長さの総和が、この六角形状に変形クランプされた金属リング１の外周よりも長くなるよう構成されているため、大量の金属リング１がクランプされたフィンガー部材２０２を上方に引き抜くことにより、整列された大量の金属リング１の全てをその整列状態のまま一度に取り出すことができる。

また、３本のフィンガー部材２０２のうちの１本の２カ所の突起部２０３には、金属リング１との接触部にクッション機構を設けることが好ましく、これにより、周長の異なる金属リング１を用いてもその差異を吸収することができる。

熱処理治具７は、図１２及び１３に示したように、蓋体３０１と底部３０２との間において、３本以上の平行な金属リング保持部材３０３が金属リング１の外周に当接するように垂直方向に立設され、蓋体３０１には、上記の変形クランプされた金属リング１の外周よりも辺の長さの総和が長い開口部３０４が設けられている。また、この金属リング保持部材３０３には、金属リング１に対向する面にのみ一定間隔で突起部３０５が設けられている。この突起部３０５は傾斜面を有しており、隣接する２つの突起部３０５の間に金属リング１の外周が挿入された場合に、金属リング１の外周端縁が上記の傾斜面に当接する構成である。さらに、金属リング保持部材３０３は、３本以上を平行に立設した際に、同じ高さにそれぞれの突起部が形成されるように構成されており、これらの隣接する突起部間に金属リング１が挿入された場合に、金属リング１が水平に挟持される。なお、図１２は金属リングの熱処理治具の一実施形態を示す上面図であり、図１３はその正面図である。

このような構成の熱処理治具７において、図１４に示されたように、上記のようにして大量の金属リング１がクランプされたフィンガー部材を、上方から開口部３０４へ挿入し、載置する金属リング１の外周と、載置される各金属リング保持部材３０３の凹部とが同じ高さになるように位置合わせする。そして、フィンガー部材を縮小させると、六角形に変形クランプされた金属リング１の形状が弾性力により略円形状に復元され、図１５に示されたように、金属リング１の外周端縁が金属リング保持部材３０３の凹部に挟持され、大量の金属リング１の全てが一度に水平に保持される。

３．金属リングの熱処理工程
この工程においては、治具移載ロボット８によって大量の金属リング１が積載された熱処理治具７を治具積載パレット９上に積み重ね、パレット搬送コンベア１０によってこの治具積載パレット９を熱処理炉内へ搬送した後、積載された大量の金属リング１に対して所定の熱処理が実施される。ここで、本発明においては、上記の治具積載パレット９は、熱処理治具７を５列２行２段の計２０個積み重ねることが好ましく、このような構成によれば、加熱炉内における金属リングの充填率が高く、低コストかつ効率よく熱処理することができる。

４．金属リングの引出工程
この工程においては、熱処理完了後、パレット搬送コンベア１１によって熱処理された治具積載パレット９を熱処理炉から搬送し、治具移載ロボット１２によって積み重ねられた熱処理治具７を治具積載パレット９から下ろす。そして、整列リング移載ロボットハンド１３によって、熱処理治具７に整列して積載された金属リング１を、この配置状態のまま熱処理治具７から取り外し、整列ストッカー１４に移載する。これらの動作については、上記の整列ストッカーから熱処理治具への移載及び熱処理の各工程を逆に辿るものであるため詳細な説明は省略する。

次いで、整列ストッカー１４に移載された金属リング１を、押出シリンダ１５によって整列ストッカー１４から押し出した後、リング引出機構１６によって整列ストッカー１４からリング受渡台１７上に引き出し、搬送コンベア１８によって次工程へ搬送される。

ここで、本発明における整列ストッカーからの金属リングの引出工程をより詳細に説明すると、まず、図１に示されたように、整列ストッカー１４に移載された金属リング１を、押出シリンダ１５によって整列ストッカー１４から押し出す。これにより、整列ストッカー１４の隣接する棚部材４０１間から金属リング１の端部を押し出すことができ、次工程の金属リング１の引出を可能としている。

次に、隣接する棚部材４０１間から押し出された金属リング１の内周面にワーク引掛け４０５を引掛ける。リング引出機構１６には、図１６（ａ）に示されたように、金属リング１の端部と当接する先端面４０２と、当接した金属リング１の端部の上面を覆うように配置されたワーク落下防止部材４０３とが設けられ、シリンダ４０４によって、整列ストッカー１４に押し込められた金属リング１に向けてリング受渡台１７上を摺動可能な構成となっている。また、このワーク落下防止部材４０３の先端部には、金属リング１の引出方向にのみ押し上げられ、押し上げられた状態で金属リング１の端部上方を通過し、この端部が通過した後に、金属リング１の内側に落下する構成の爪状のワーク引掛け４０５が設けられている。さらに、ワーク落下防止部材４０３の下面の長さは、ワーク引掛け４０５の長さよりも長く、金属リング１の引出方向に押し上げられた状態においても、ワーク引掛け４０５の先端とリング引出機構の先端面４０２との間は、金属リング１の厚さよりも大きく離間している。

そして、図１６（ｂ）に示されたように、シリンダ４０４により、金属リング１の端部にリング引出機構１６の先端を近接させていき、ワーク引掛け４０５を金属リング１の端部に当接させると、このワーク引掛け４０５が金属リング１の端部上方に押し上げられる。さらに、このワーク引掛け４０５が押し上げられた状態のまま、リング引出機構１６をさらに金属リング１に近接させると、図１６（ｃ）に示されたように、押し上げられたワーク引掛け４０５の先端が金属リング１の内側に入り込み、次いで、ワーク引掛け４０５の先端が落下して金属リング１の内側にワーク引掛け４０５が引掛けられる。

その後、シリンダ４０４によって、リング引出機構１６を引出方向に移動させることにより金属リング１がリング受渡台１４に引き出されるが、この際、リング整列ストッカー１４の棚部材４０１に設けられた開口部に、金属リング１の端部が入り込もうとして、この開口部側の端部とは反対側の端部、すなわちリング引出機構１６の先端面４０２に当接している端部が浮き上がり始める。ところが、浮き上がり始めた端部の上面には、ワーク落下防止部材４０３が設けられているため、この金属リング１端部の浮き上がりが抑制され、棚部材４０１と平行な状態が維持されたまま金属リング１が棚部材４０１間から引き出される。

次いで、図１６（ｄ）及び（ｅ）に示したように、リング受渡台１４は、引出方向と直交する方向に傾斜するように構成されている。そのため、リング受渡台１４を傾斜させることにより、ワーク引掛け４０５が金属リング１の内側から外れ、金属リング１が金属リング搬送コンベア１８まで滑り落ち、このコンベア１８により次工程に搬送される。

１…金属リング、２…金属リング搬送コンベア、３…リング受渡台、
４…リング整列機構、５…整列ストッカー、６…整列リング移載ロボットハンド、
７…熱処理治具、８…治具移載ロボット、９…治具積載パレット９

Claims (2)

1. 金属リングの外周よりも辺の総和が長い開口部を備えると共に、平行かつ一定間隔で垂直方向に設けられた、複数の棚部材の間に、当該金属リングを押し込む方法であって、
   上記金属リングの押込方向先端が上記開口部上を通過する際に、上記金属リングの押込方向後端が浮き上がることを防ぐことを特徴とする金属リングの押し込み方法。
2. 整列ストッカーと、リング受渡台と、リング整列機構とを備え、
   上記整列ストッカーは、複数の棚部材が平行にかつ一定間隔で支持されており、上記棚部材を上記リング受渡台と同一平面となるように上下方向に移動させる移動手段を備え、
   上記棚部材は、金属リングの外周より辺の総和が長い開口部を有し、
   上記リング整列機構は、上記リング受渡台から上記整列ストッカーの上記棚部材に上記金属リングを押し込むために押圧するワークプッシャーを備えると共に、当該ワークプッシャーが押し込む金属リングにおける端部上面に当接するワーク落下防止部材を設けていることを特徴とする金属リングの押込装置。

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