(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
穴内壁部の軸方向にブローチによる仕上げ代を有する軸回りに複数個等分に配置された第一の溝部と、前記穴内壁部の軸方向に設けられ、かつ軸回りに前記第一の溝部と同数及び同等分で複数個等分に配置された、又は、軸回りに前記第一の溝部の同数及び同等分で軸回り等分に２箇所に複数個等分に配置された前記第一の溝部に前記仕上げ代を加えた寸法より大きな第二の溝部と、を有する被ブローチ溝加工前部品を、前記全ての第一の溝を仕上加工可能な形状寸法にされ軸方向に形成されたブローチ刃列を前記第一の溝に応じた位置と、前記第二の溝に干渉することなく通過可能な位置と、に中心軸回りに複数設けられたブローチで、前記被ブローチ加工品と前記ブローチとの軸を同軸にして全ての前記第一の溝部を一度に加工し、所定数の被ブローチ溝加工部品のブローチ溝加工後に、前記ブローチを軸回りに回転させ、前記第一の加工に使用したブローチ刃列を前記第二の溝部に位置させ、前記第一の加工に使用しなかったブローチ刃列により新たな被ブローチ溝加工前部品の第一の溝部全部を一度に加工するようにしたことを特徴とするブローチ溝加工方法。
【請求項２】
前記被ブローチ溝加工前部品は硬さがＨＲＣ３５以上６５以下であり、前記ブローチのブローチ刃列の母材材質が超硬合金であることを特徴とする請求項１記載のブローチ溝加工方法。
【請求項３】
前記被ブローチ溝加工前部品は自動車の無段変速機用のプーリであって、前記第一の溝部はボール溝であることを特徴とする請求項２に記載のブローチ溝加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸方向溝が形成された中空部品及びその加工方法、特にブローチにより溝加工がされるブローチ溝加工方法及び被ブローチ溝加工部品に関し、さらに熱処理等により高い硬度にされた焼き入れ部品のブローチ溝加工方法及び被ブローチ溝加工部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、穴内壁の軸方向に延びる溝、例えば、キー溝やスプライン溝、セレーション溝等の加工にブローチ加工が用いられている。また、図１３に示すような、穴内部２３に、内周に１箇所、又は数カ所、あるいは、図１４に示すように一定の分割角度で等分に配置された、軸方向に延びる、同一形状の溝部３３を有する中空部品の溝加工も行われている。しかし、従来のブローチ加工では被加工部品は焼き入れ等による硬度上げがされていない、いわゆる生材を用いている。しかし、機械強度、表面硬度、強度等を増すためブローチ加工後焼き入れ処理等行うと、溝部３３に焼き入れ歪み等が発生し、必ずしも所望の精度を得られない。そこで、特許文献１の例においては、超硬ブローチを用いて焼き入れ後のＨＲＣ（ロックウエルＣスケール：以下同じ）４５〜６５相当の部品の溝を仕上げ加工する例が開示されている。また、かかる高硬度材の加工部品のブローチ加工では、ブローチ刃部に硬質皮膜を施すなどして、加工寿命延長の手段がとられている。また、特許文献２のものでは粉末高速度工具鋼にＴｉ、Ａｌ等のコーティングを施したブローチを用いてＨＲＣ３５〜５５相当の部品をブローチ加工している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２３９４２５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１７０８１６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる高硬度材の部品加工では、前述のようなブローチを用いてもブローチ刃の摩耗は生材に較べ大きくなる場合があり、この場合はブローチの交換の頻度が多くなるという問題があった。また、高硬度材の部品加工の場合は、加工抵抗を少なくして、ブローチ刃への負荷を小さくしたり、あるいは、溝表面の硬度を確保するために取り代が小さく高精度加工を必要とするという問題があった。また、かかる焼き入れ後の加工の多くは、仕上げ加工であり、高精度のブローチ加工が望まれる。また、超硬合金や粉末高速度鋼、コーティング等の要素はコスト増しとなる問題があった。一方、穴のほぼ全周に渡って軸方向溝が形成されるスプライン穴等の場合に較べ、図７に示したような、溝数の少ない溝加工にあっては、一回のブローチ加工での累計加工溝数は少ないので、一工具当たりの処理溝数は少なくコスト高のイメージがある。
【０００５】
本発明の課題は、上記問題点に鑑みて、比較的ブローチ加工溝数の少ないブローチ溝加工において、ブローチ工具の交換を少なくし、ブローチ工具全体の稼働率を上げ、コストを低減する高精度のブローチ溝加工方法を提供することである。さらには、段取りをし易くして、加工誤差を少ない高精度のブローチ溝加工方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、穴内壁部の軸方向にブローチによる仕上げ代を有する軸回りに複数個等分に配置された第一の溝部と、前記穴内壁部の軸方向に設けられ、かつ軸回りに前記第一の溝部と同数及び同等分で複数個等分に配置された、又は、軸回りに前記第一の溝部の同数及び同等分で軸回り等分に２箇所に複数個等分に配置された前記第一の溝部に前記仕上げ代を加えた寸法より大きな第二の溝部と、を有する被ブローチ溝加工前部品を、前記全ての第一の溝を仕上加工可能な形状寸法にされ軸方向に形成されたブローチ刃列を前記第一の溝に応じた位置と、前記第二の溝に干渉することなく通過可能な位置と、に中心軸回りに複数設けられたブローチで、前記被ブローチ加工品と前記ブローチとの軸を同軸にして全ての前記第一の溝部を一度に加工し、所定数の被ブローチ溝加工部品のブローチ溝加工後に、前記ブローチを軸回りに回転させ、前記第一の加工に使用したブローチ刃列を前記第二の溝部に位置させ、前記第一の加工に使用しなかったブローチ刃列により新たな被ブローチ溝加工前部品の第一の溝部全部を一度に加工するようにしたブローチ溝加工方法を提供することにより上記課題を解決した。
【０００７】
即ち、被加工部品には本来仕上げ加工すべき複数溝（本発明の第一の溝部）のみを設けるのが普通であるが、本発明においては、本来必要な第一の溝部より大きな第一の溝部と同数、又は倍数の第二の溝部を配置しブローチ刃列の逃げ溝とした部分を設けた。これにより、切れ刃が軸方向に並んで形成された仕上げ用ブローチ刃列を軸回りに複数配置したブローチの一部のブローチ刃列を用いて、被加工物とブローチとを同心にかつ一度に全部の第一の溝部を仕上げるが、第二の溝部即ち逃げ溝部を通る他のブローチ刃列は加工とは無関係となる。また、ブローチを軸回りに回転させることにより、第一の加工に使用したブローチ刃列を第二の溝部に位置させ、第一の加工に使用しなかったブローチ刃列により新たに第一の溝部を加工するようにしたので、適宜にブローチ刃列を選択して、新たなブローチ刃列によりブローチ仕上げ溝加工ができるので、一本のブローチの累計加工溝数を多くすることができる。また、ブローチを軸回りに回転するだけで新たな切れ刃を確保できるので、段取り替えが容易で、取付し易く、取付誤差も少ない。
【０００８】
なお、加工前部品は、鋳物や鍛造、切削加工により第一及び第二の溝を形成しておく。また、焼き入れ前又は焼き入れ後の部品でもよいが、焼き入れされていない部品や軟鋼、アルミニウム等の軟らかい材料は、ブローチを超硬合金や粉末高速度工具鋼を使用するまでもない。そこで、焼き入れ前に、第一及び第二の溝を同時に加工可能な刃列を有する一般のブローチ加工を行い、その後焼き入れしたものを粉末高速度工具鋼や超硬合金からなるブローチ刃（切れ刃）を有するブローチで加工する場合に適用するのがより好ましい。
【０００９】
また、ブローチ刃列の配置は種々のものがあるが、穴用ブローチとしてはブローチ外周に均等に配置するのが好ましい。また、高硬度材の加工代は少なく切削反力により切れ刃が加工面より逃げ易い。被ブローチ溝加工部品の第一の溝部は軸を中心にして等分に複数配置され、切れ刃が軸対称になるので軸を中心にして互いに反力が相殺され、切れ刃の逃げがすくなくなり、精度の高いブローチ溝加工方法を提供するものとなった。
【００１０】
また、軸回りに前記第一の溝部の同数及び同等分で複数個等分に軸回り２箇所に等分に配置された前記第一の溝部に前記仕上げ代を加えた寸法より大きな第二の溝部としてもよい。第一の溝と第二の溝を等分に配置すればブローチ刃列の周方向の回転により仕上げ加工を行うブローチ刃列の位置を容易に変更できる。従って、例えばある回転位置でブローチ加工した後、ブローチを等分した角度分回転させることにより、回転前に第二の溝部を通過していた未使用のブローチ刃列で第一の溝加工を行わせ、使用済みのブローチ刃列は第二の溝、即ち逃げ溝部を通過させることにより１本の工具での溝加工回数を増加することができる。なお、第一の溝と第二の溝は、ブローチの回転により常に未使用の刃列が新たに使用できるような配置にするのが好ましい。また、ブローチ刃列の周方向の数は第一の溝及び第二の溝の総数にあわせれば最大数となるが、第一の溝の他、第二の溝の位置に最低一箇所設ければブローチの回転による溝加工回数の増加を実現できる。
【００１１】
即ち、ブローチ刃列は例えば、第一の溝部位置と右側周方向に等分に複数配置できるようにされている。かかるブローチで第一の溝を加工するが、第一の溝部を加工するブローチ刃列の右隣側のブローチ刃列は右側の第二の溝を通過するようにされ干渉することなく第一の溝を加工できる。第一の溝部をブローチ加工した後、ブローチを軸回りに左方向に回転して、新たな切れ刃により第一の溝を加工する。使用済みのブローチ刃列は左側の第二の溝を通過するようにされる。第二の溝部が第一の溝部を中心に両側に等分に配置しているので、ブローチの刃列の最大数（第二の溝の半分）までブローチの回転による溝加工回数の増加を実現できる。
【００１２】
前述したように、加工部品は高硬度材である場合に有利であり、高硬度材の硬さは、鋼材の焼き入れ硬さのものが適当である。そこで、請求項２に記載の発明においては、被ブローチ溝加工前部品は硬さがＨＲＣ３５以上６５以下、より好ましくはＨＲＣ４５以上６５以下のものとした。さらに、高硬度材の加工に適した超硬合金をブローチのブローチ刃列の母材材質とした。
【００１３】
さらに、請求項３に記載の発明においては、前記被ブローチ溝加工前部品は自動車の無段変速機用のプーリであって、前記第一の溝部はボール溝であるブローチ溝加工方法とした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態について説明する。図１は３箇所の第一の溝部と第二の溝部とが等分に配設された本発明の被ブローチ溝加工前部品の正面図、図２の（ａ）は図１の部品を加工するためのブローチの側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１に示すような被ブローチ溝加工前部品（以下単に中空部品という）１は、ブローチ仕上げ加工される第一の溝部であるボール溝３が３箇所に設けられ、１２０°間隔で等分に配置されている。これは従来例で説明した図１４に関わる部品と同部品となる。このものでは、図１４のものに対して、さらに、各ボール溝を軸中心に対して６０°回転した位置に、第二の溝部である逃げ溝４が形成されている。逃げ溝４はボール溝３に仕上げ代を加えた仕上げ寸法より大きくされている。ボール溝及び逃げ溝は軸を回転中心として等分に６０°毎に配置されている。この部品を製作するため、仕上げ取りしろ付けたボール溝３と、ボール溝に仕上げ代を加えた寸法より大きな逃げ溝４をあらかじめブローチ加工で形成する。次に、部品を熱処理し、硬度をＨＲＣ６０に上げ、被ブローチ溝加工前部品とする。かかる部品の例としてはＣＶＴ（自動車の無段変速機用プーリ）のボール溝がある。
【００１５】
一方、ブローチは図２に示すように、ボール溝加工用の切れ刃列５，６が、６０°間隔で等分に配置され、ブローチ２本体のブローチ刃列即ち切れ刃の母材材質が超硬合金にされている。かかるブローチにより図１に示す被ブローチ溝加工前部品のボール溝３をブローチで最終寸法に仕上げる。図２（ｂ）（断面Ａ−Ａ）に示すように、このブローチ２には 最初に、ブローチの切れ刃５が中空部品１のボール溝３に、切れ刃６が中空部品の逃げ溝４に各々対応するようにブローチ２と中空部品１の位置関係を設定して、切れ刃５によりボール溝３を仕上げ加工する。切れ刃列６は逃げ溝４を干渉することなく通過し、加工には関わらない。次に、ブローチの切れ刃５が磨耗し、寿命となったら、ブローチと中空部品の位置関係を６０°ずらして、ブローチの切れ刃６が中空部品１のボール溝３に、切れ刃５が逃げ溝４に、各々対応するようにブローチと中空部品の位置関係を再設定して加工継続が可能となる。この結果従来の２倍の工具寿命が得られる。
【００１６】
図３は、本発明の第二の実施の形態を示し、第一の実施の形態に対し、さらに逃げ溝を増した場合の被ブローチ溝加工前部品の正面図である。図１と同様な部分には同符号を付す。図１、２の例では、ボール溝３から逃げ部４までの位置を６０°としたので、ブローチの軸回りの回転は６０°の一回である。同様に、ボール溝から逃げ部までの位置を４０°とし、さらに中空部品１１の全溝が等分になるように配置すると図３に示すように、逃げ部４を倍にすることができる。また、ブローチのブローチ刃列は９本とすることができる。この場合には、４０°毎にブローチを２回回転できるので、合計３回の繰り返し使用、即ちブローチ刃列の交換ができる。図４は、本発明の第三の実施の形態を示す被ブローチ溝加工前部品の正面図である。図１と同様な部分には同符号を付す。前述した図１、図３の場合は逃げ部４はボール溝３とほぼ相似形にしたが、図４に示すように、中空部品２１の穴壁面に図３の逃げ部４が全て入るような凹断面の凹部１４を設けて、図２の６本刃列や、図３に用いる９本刃列（図示しない）のブローチを使用しても良い。なお、この例ではいずれも第一の溝部（ボール溝）３は軸中心に対称に配置され、互いに切れ刃がバランスするようにされ、切れ刃の加工面からの反力による逃げを防止している。
【００１７】
２つのボール溝を中心軸に対して対称に設けたものが第四の実施の形態であり、図５は軸対称に配置された２つの第一の溝部（ボール溝）３と、軸を回転中心としてボール溝を中心にそれぞれ両側かつ等分に配置された４つの第二の溝部（逃げ溝）４，２４が配設された本発明の被ブローチ溝加工前部品５１の正面図、図６は図５の部品を加工するためのブローチ４２の断面図である。なお、第一の溝部はボール溝を例にとったが、角溝、スプライン溝、花びら状断面、その他種々の溝形状に適用できる。さらに、第一溝部と第二溝部とが干渉しなければ、２本や複数の溝を１本とした溝群を溝部とした場合にも適用できることはいうまでもない。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ブローチ工具の刃列が磨耗し、寿命が来た場合、ブローチを所定角度だけ回転して設置し、未使用の刃を順に使用することにより、廃棄に至るまでの期間が少なくとも２倍以上となり、部品１個あたりの加工単価を大幅に下げることができ、また、ブローチ工具全体の稼働率を上げ、コストを低減する高精度のブローチ溝加工方法、及びブローチ及び被ブローチ溝加工部品を提供するものとなった。さらに、回転するだけでよいので、段取りがし易く、取付誤差も少なくなるので、加工誤差を少ない高精度のブローチ溝加工方法、及び被ブローチ溝加工部品及びブローチを提供するものとなった。被ブローチ溝加工部品の第一の溝部は軸を中心にして等分に複数配置され、切れ刃が軸対称になるので軸を中心にして互いに反力が相殺され、切れ刃の逃げがすくなくなり、精度の高いブローチ溝加工方法となり、高硬度材の仕上げ加工を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】３箇所の第一の溝部と第二の溝部とが等分に配設された本発明の第一の実施の形態を示す被ブローチ溝加工前部品の正面図である。
【図２】（ａ）は図１の部品を加工するためのブローチの側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態を示す被ブローチ溝加工前部品の正面図である。
【図４】本発明の第三の実施の形態を示す被ブローチ溝加工前部品の正面図である。
【図５】本発明の第四の実施の形態を示す被ブローチ溝加工前部品の正面図である。
【図６】図５の部品を加工するためのブローチの断面図である。
【図７】従来のボール溝が３つの場合の被ブローチ溝加工部品の正面図である。
【符号の説明】
１、１１、２１、５１  被ブローチ溝加工前部品
２  ブローチ
３  第一の溝部（ボール溝）
４、１４、２４  第二の溝部（逃げ溝）
５、６  ブローチ刃列（切れ刃列）
２３  穴内壁部
【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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