(57)【要約】【課題】無段変速機用部品のテーパ面の圧縮残留応力をばらつきが少なく、表面近傍で最大で、内部に行くに従って漸減させる加工方法を提供。【解決手段】ベルト駆動式無段変速機の金属製ベルトの接触するシーブ面を有する部品２のテーパ表面３を焼入し、超硬合金等の切削工具で切削加工し、研磨材被覆テープ１を切削加工後の加工面に、押圧かつ摺接させて仕上げ加工を行うテープラップ加工を施す。さらに、テーパ表面を仕上げると共に、テーパ表面及びテーパ表面からの深さが３０μｍの間での圧縮残留応力が−５００ＭＰａ〜−１２００ＭＰａの範囲となるようにテープラップ加工を施す。加工面の摺接方向はテーパ中心軸５３ａ回りの回転方向で、摺接方向とは直角方向にオシレーションする。研磨材被覆テープを研磨材被覆ポリエステルテープとする。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルト駆動式無段変速機の金属製ベルトの接触するシーブ面を有する部品のテーパ表面を焼入後、超硬合金又はＣＢＮからなる切削工具を用いたテーパ表面の切削加工により、油の性状を一定に保つための微少油溝を形成した後、前記切削加工後の加工面に研磨材被覆テープを押圧かつ摺接させて仕上げ加工を行うテープラップ加工を施したことを特徴とする無段変速機用部品のテーパ面の加工方法。
【請求項２】
前記テープラップ加工により、前記テーパ表面を仕上げると共に、前記テーパ表面及び前記テーパ表面からの深さが３０μｍの間での圧縮残留応力が−５００ＭＰａ〜−１２００ＭＰａの範囲となるように、テープラップ加工を施したことを特徴とする請求項１記載の無段変速機用部品のテーパ面の加工方法。
【請求項３】
前記研磨材被覆テープに対する前記テーパ表面の加工面の摺接方向はテーパ中心軸回りの回転方向であり、かつ、前記摺接方向とは直角方向にオシレーションされていることを特徴とする請求項１又は２記載の無段変速機用部品のテーパ面の加工方法。
【請求項４】
前記研磨材被覆テープは研磨材被覆ポリエステルテープであることを特徴とする請求項１又は２又は３記載の無段変速機用部品のテーパ面の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無段変速機用部品の製法、特に金属製ベルトの接触するシーブ面を有するようなベルト駆動式無段変速機用部品の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、シーブ面にテーパを施した２枚のディスクによってプーリを形成しこのプーリの溝幅を油圧により減増して前記プーリに巻掛けられる金属製ベルトの回転半径を減増させ変速比を変化させるべく変速制御するベルト駆動式無段変速機用ディスクの製法が記載されている。このものは、ディスクの金属性ベルトの接触するシーブ面に数値制御旋盤によってプーリの回転中心と同心に約０．８〜０．４ミクロンの表面粗さにシーブ面の油の性状を一定に維持する螺旋状溝部を切削し、次に超仕上げ作業により残留応力を生じさせるべくディスクのシーブ面に研削を施している。即ち、無段変速機用部品の表面に焼入後、切削加工を行い、最後に超仕上げ（ラップ）を施して無段変速機用部品の表面に圧縮残留応力を付与している。
【０００３】
このものの超仕上げ作業として、ラップ仕上げの場合について述べられており、ラップ仕上げ作業は、研削機にディスクのシーブ面に合致する形状の研削具を装着し、この研削具によってシーブ面を研削形成することが開示され、残留応力の状態は図７に示すように表面から内部に行くに従って残留応力が大きくなり、数十μｍ程度の深さで最大値となり、以降は残留応力が漸減したものが開示されている。
【０００４】
特許文献１でのラップ仕上げについては、前述した程度のことしか記載されておらず具体的にどのようなラップ盤かは明確ではない。かかるラップ装置は例えば、ＪＩＳ  Ｂ  ０１０５に示される超仕上げ盤、ラップ盤に相当するものと思われる。ＪＩＳ  Ｂ  ０１０５においては、超仕上げ盤とは「回転する工作物に、粒度の細かいといしを当て、軸方向に微小な振動を与えながら軸方向に送って工作物の表面を仕上げる工作機械」とされ、また、ラップ盤は「と粒及び加工液を混合したラップ剤を、ラップといわれる工具と工作物の間に入れ、両者に圧力を加えながら滑り動かし、工作物の加工面を滑らかに仕上げる工作機械。なお、と粒及びラップの代わりに、といしを使用するものもある」と定義されている。
【特許文献１】特許第２６８６９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、無段変速機用部品は金属同士が接触するため、表面近傍の圧縮残留応力が最大になることが好ましい。また、圧縮残留応力のばらつきが少ないことが望ましい。しかし、図７に示した特許文献１の例では、圧縮応力の単位が不明であり、どの程度の圧縮応力を得られるか不明である。また、定性的に表面よりも数十μｍの深さ位置に圧縮残留応力が最大となるように記載されており、かかる圧縮残留応力の分布は製品としては望ましくない。また、ラップ前、切削後の残留応力についての技術的な開示は全くない。
【０００６】
そこで、本発明者等は、切削後の残留応力について測定した。その結果を図５に示す。切削後の残留応力は、表面で＋４００ＭＰａ〜−３００ＭＰａであり、ばらつきが多く、表面からの深さが１０μｍ〜２０μｍで残留応力が最大となっている。さらに、このばらつきはそのままラップ仕上げ後のばらつきに反映される傾向にあった。また、このようなばらつきについては特許文献１には全く開示されていない。
【０００７】
本発明の課題はかかる問題点に鑑みて、無段変速機用部品のテーパ面の圧縮残留応力が表面近傍で最大となり、さらには、表面及び表面近傍の圧縮残留応力のばらつきが少ない加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、鋭意研究の結果、前述したＪＩＳ  Ｂ  ０１０５に記載相当のラップ盤による加工では、前述したように、表面よりも数十μｍの深さ位置に圧縮残留応力の最大値が発生し易く、また、切削後での圧縮残留応力にばらつきが残り易いのに対し、研磨材被覆テープを切削加工後の加工面に押圧かつ摺接させて仕上げ加工を行うテープラップ加工を用いて超仕上げを行うことにより、圧縮残留応力が表面近傍で最大になり、表面近傍の圧縮残留応力のばらつきが少なくなっていることを知得した。
【０００９】
この知得により、本発明においては、ベルト駆動式無段変速機の金属製ベルトの接触するシーブ面を有する部品のテーパ表面を焼入後、超硬合金又はＣＢＮからなる切削工具を用いたテーパ表面の切削加工により、油の性状を一定に保つための微少油溝を形成した後、前記切削加工後の加工面に研磨材被覆テープを押圧かつ摺接させて、仕上げ加工を行うテープラップ加工を施すといった、無段変速機用部品のテーパ面の加工方法を提供することにより前述した課題を解決した。なお、切削加工においては、超硬合金、ＣＢＮ材料からなる切削工具の使用により加工精度の向上、加工時間の短縮、加工表面のばらつきを減少させることができる。
【００１０】
さらに、前記テープラップ加工により、前記テーパ表面を仕上げると共に、前記テーパ表面及び前記テーパ表面からの深さが３０μｍの間での圧縮残留応力が−５００ＭＰａ〜−１２００ＭＰａの範囲にすることができる（請求項２）。
【００１１】
また、請求項３記載の発明においては、前記研磨材被覆テープに対する前記テーパ表面の加工面の摺接方向はテーパ中心軸回りの回転方向であり、かつ、前記摺接方向とは直角方向にオシレーションさせるのが好ましい。なお、引用文献１のものでは、オシレーションを与えることについては記載されておらず、また、引用文献１に記載の研削機にディスクのシーブ面に合致する形状の研削具を装着する旨の記載では、オシレーションを与える構成とすることは困難と思われる。これに対し、本発明においては、テープラップ装置を用いるのでオシレーションを容易に与えることができる。さらに、請求項４記載の発明においては、前記研磨材被覆テープは研磨材被覆ポリエステルテープとするのがよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、テーパ表面を焼入後、超硬合金又はＣＢＮからなる切削工具を用いたテーパ表面の切削加工後、研磨材被覆テープを使用したテープラップ加工を施すので、無段変速機用部品の表面の面粗さを向上させると共に、圧縮残留応力を付与し、さらに表面近傍の圧縮残留応力を最大とできるものとなった。また、切削後の圧縮残留応力にばらつきがある場合でも、テープラップ加工後は表面近傍の圧縮残留応力のばらつきを低減できるものとなった。
【００１３】
また、テーパ表面を仕上げ、テーパ表面及びテーパ表面からの深さが３０μｍの間の圧縮残留応力を−５００ＭＰａ〜−１２００ＭＰａの範囲としたので、無段変速機用部品のシーブ面を安定化し、摩耗を防止し、耐力を高め、長寿命化を図れるものとなった。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明によれば、オシレーションさせることにより、圧縮残留応力の平均化、均一化がさらに、向上するので、圧縮残留応力の表面及び深さ方向のばらつきもより少ないものとなった。さらに、請求項４に記載の発明によれば、テープラップにより研磨量、面粗さの向上が図れるものとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態の一例を図面を参照して説明する。図１は本発明のテープラップ加工をするためのテープラップ装置に被加工物を取付けた要部正面図、図２は図１のＡ方向からみた要部側面図、図３（ａ）はテープラップ装置のテープ部装着部の全体構成を示す概略正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図で、説明の便宜上シュー組立体、シリンダー及び本体の各部分の駆動連結関係を要部概略ブロック図で示す。図４は図３（ａ）のＡ方向からみて一部を切り欠いた概略側面図である。
【００１６】
図１乃至図４に示すように、テープラップ装置は、比較的非圧縮性の研磨材被覆テープ１と、テープ１研磨材被覆面を被加工物（ベルト駆動式無段変速機の金属製ベルトの接触するシーブ面を有する部品）２のテーパ表面３に接触させ押圧する比較的剛性の先端面４を有するシュー組立体５と、本体６に支持されシュー組立体を往復動させる移動装置１１とから構成されている。シュー組立体５の先端面４は、シュー組立体５に設けた回転される加工面である被加工物２表面３の半径方向に離隔した位置の２個の穴３５、３５’（３個以上の穴であってもよい）にそれぞれ挿入されたスプリング３７、３７’によって付勢されたピストン３６、３６’に支持されたものである。被加工物２は、図示しないテープラップ装置に取り付けられた本体６に取り付けられた（図示しない）ヘッドストックに回転可能に支持されたヘッドセンター５２と、テールストック５０に回転可能に支持されたテールセンター５１とにより、センタリングされ、回転軸５３ａ回りに回転（矢印５３）される。
【００１７】
シュー組立体５の先端面４は、回転される加工面である被加工物２表面３に対し半径方向に離隔した２個の穴３５、３５’（３個以上の穴であってもよい）に挿入されたスプリング３７、３７’によって付勢されたピストン３６、３６’に支持され、内周部３９と外周部４０との周速に差によらず、内周部３９と外周部４０とで研磨材被覆テープの加工面の表面に対する押し付け圧力を均等に制御され、効率的に均一な表面に仕上げることができるようにされている。
【００１８】
研磨材被覆テープ１は比較的非圧縮性の研磨材被覆テープとし、ここでは研磨材被覆ポリエステルテープを使用した。なお、テープを被加工物２表面３に接触させ押圧する比較的剛性の先端面を有するシュー組立体５として剛性表面は９０デュロメータＡの値を超える硬度を有し、かつ精密に加工されたホーニング砥石材料で形成されたインサートストーンを使用した先端面４を有するシュー組立体５を設けるようにすると好ましい。加工面３はテーパ面であるが、平面であってもよい。
【００１９】
テープラップ装置のテープ装着装置は、図３（ａ）、（ｂ）、図４に示すように、それぞれ本体６に支持された、テープ供給ホルダ７、テープ巻取ホルダ８及びシュー組立体５を往復動させる移動装置１１と、本体６に軸方向に移動可能に支持され、かつスプリング１０ｂに押されてシュー組立体端部５’に当接する移動軸１０を有し、シュー組立体５が移動装置１１により往動するとき、シュー組立体５の比較的剛性の先端面４が研磨材被覆テープ１を介して被加工物２表面３を押圧するようにされ、シュー組立体５が移動装置１１により復動したとき、移動軸１０はシュー組立体端部５’に押されて、スプリング１０ｂに抗して移動して、移動軸１１に設けた第１のスプライン１２と第２のスプライン１３（図４）と噛み合う第１の歯車１４と第２の歯車１５（図４）を介してテープ巻送り軸４３ａ，４３ｂ及びテープ巻取ホルダ８をそれぞれ回転させて、テープ巻送り軸４３ａ，４３ｂにより所定の長さだけの研磨材被覆テープ１を巻送らせた後、テープ巻取ホルダ８に巻取らせるようにされている。
【００２０】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、移動装置１１はシリンダであり、シリンダ１１を支持するシリンダ支持体１１１は本体６に固定され、シリンダ１１のシリンダロッド１１ａ端部がシュー組立体５に固定され、シュー組立体５はシリンダ支持体１１１に設けたスライド穴９’、９’に往復動可能に支持された案内スライド９、９上をシリンダロッド１１ａにより往復動可能にされている。シリンダ１１のピストン１１ｂが図示しない空圧装置の空気圧を受けて１１ｂ’に示す位置まで進むとき、シュー組立体５の先端面４は４’の位置までｙ方向に前進して、先端面４’がテープ１を介して被加工物２表面３を押圧するようにされ、被加工物２表面３が研磨材被覆テープ１によって極めて精密にミクロ仕上げされる。図３（ｂ）に示すように、シリンダ支持体１１１は本体６に固定されたリニアスライド２１のオシレーションスライド２２上にシュー組立体５と共に搭載され、シュー組立体５の先端面４を横方向ｘ方向に往復動させるオシレーション運動をさせるオシレーション装置２０のオシレーション連結棒２１がシリンダ支持体１１１に連結され、オシレーション連結棒２１を介してリニアスライド２２のオシレーションスライド２３、シリンダ支持体１１１、シリンダ１１及びシュー組立体５を全体として回転軸（ｘ）方向（表面３を摺接する先端面４の摺接方向とは直角方向）にオシレーション運動をさせる。
【実施例】
【００２１】
無段変速機の部品２のテーパ表面３を焼入後、ＣＢＮからなる切削工具を用いて、テーパ表面に切削加工を施した無段変速機用部品を、図１乃至図４に示すテープラップ装置に取付け、研磨材被覆テープ１をテーパ表面３に押圧かつ摺接させながらオシレーションさせて仕上げ加工を行った。図５は、本発明の切削加工後のテーパ表面の圧縮残留応力と表面からの深さの関係を示す図であり、図６は本発明のテープラップ加工後のテーパ表面の圧縮残留応力と表面からの深さの関係を示す図である。図５に示すように、切削加工後のテーパ面の圧縮残留応力は、テーパ表面で約＋４００ＭＰａ〜−３００ＭＰａであり、深さが約１０μｍ〜２０μｍ位置で約−９００〜−１１００ＭＰａと最大値となり、それ以降は深さが深くなるに従って漸減している。また、表面は＋の残留応力、即ち引張残留応力がかかっており、テーパ表面近傍の強度を著しく減じさせる。
【００２２】
これに対し、図６に示すように、本発明のテープラップ加工後のテーパ面は、テーパ表面及びテーパ表面から３０μｍの間で約−６００ＭＰａ〜−１１００ＭＰａと、切削加工後よりも高い圧縮残留応力となり、ばらつきも小さく、さらには、表面近傍で最大の圧縮残留応力を示し、その後は深くなるに従ってほぼ漸減している。また、深さ３０μｍより深い位置では、図５の切削後の残留応力とほぼ同じであり、本発明テープラップ加工においては、深さ３０μｍ程度までの表面改質が行われ、より深い位置では影響が少ないものといえる。これに対して、従来の特許文献１のものでは、単位が不明であるが、１００又は２００μｍという深い位置でも研削の場合と比べ残留応力に差が生じている。この点から見て、特許文献１のラップ加工は、かなり深い位置まで影響を受けており、本発明のテープラップ加工による作用・効果とは全く異なるものといえる。
【００２３】
このように、本発明の加工方法によれば、テーパ表面の圧縮残留応力を切削後より大きくできるとともに、テーパ表面近傍での圧縮残留応力のばらつきが小さくなり、また、表面近傍で最大の圧縮残留応力を示し、その後は深さが深くなるに従ってほぼ漸減し、均一で安定した分布となることがわかる。従って、応力勾配も小さいので、内部クラック等の発生も少なく長寿命の部品を提供することができるものとなった。
【００２４】
なお、本発明の実施の形態においては、切削後にテープラップ加工を行うようにしたが、切削後残留応力が大きく変化しない程度にペーパラップ、研磨等により面粗さを向上させた後、最終仕上げに、残留応力を与える本発明のテープラップ加工を施こすようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のテープラップ加工をするためのテープラップ装置に被加工物を取付けた要部正面図である。
【図２】図１のＡ方向からみた要部側面図である。
【図３】（ａ）はテープラップ装置のテープ部装着部の全体構成を示す概略正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線にそった概略断面図で、説明の便宜上シュー組立体、シリンダー及び本体の各部分の駆動連結関係を要部概略ブロック図で示す。
【図４】図３（ａ）のＡ方向からみて一部を切り欠いた概略側面図である。
【図５】本発明の切削加工後の切削後のテーパ表面の圧縮残留応力と表面からの深さの関係を示す図である。
【図６】本発明のテープラップ加工後のテーパ表面の圧縮残留応力と表面からの深さの関係を示す図である。
【図７】従来のラップ加工後のテーパ表面の圧縮残留応力と表面からの深さの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    研磨材被覆テープ
２    ベルト駆動式無段変速機の金属製ベルトの接触するシーブ面を有する部品
３    テーパ表面
５３ａ  テーパ中心軸（回転軸）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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