軸物部材の製造方法
【課題】切削加工によらず軸物部材の外周に掘り下げ形状を形成する。
【解決手段】外周に掘り下げ形状１４を有する軸物部材の製造方法であって、軸形状の粗材２の内部に中空部４を形成する中空部形成工程Ｓ２と、粗材２の表層部２５を硬化させて表層部２５を粗材２の内側部分２６よりも硬くする表層部硬化工程Ｓ３と、硬化した表層部２５にロール３を押し付けて粗材２の外周に掘り下げ形状１４を形成するロール転造工程Ｓ５と、を含む。
【解決手段】外周に掘り下げ形状１４を有する軸物部材の製造方法であって、軸形状の粗材２の内部に中空部４を形成する中空部形成工程Ｓ２と、粗材２の表層部２５を硬化させて表層部２５を粗材２の内側部分２６よりも硬くする表層部硬化工程Ｓ３と、硬化した表層部２５にロール３を押し付けて粗材２の外周に掘り下げ形状１４を形成するロール転造工程Ｓ５と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸物部材、特に、外周に掘り下げ形状を有する軸物部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸物部材の中には、軸物部材の外周に掘り下げ形状（凹形状）を有するものがある。例えば、図１Ａに示すベルト式無段変速機に用いられる固定プーリは、シーブ面及び段差部を研磨加工する時に砥石が被研磨面以外と干渉しないように、シーブ面と軸部との接続部及び軸部の段差部に掘り下げ形状を有している。
【０００３】
このような掘り下げ形状はアンダーカット形状となるので、鍛造又は鋳造で形成しようとすると工数や金型が増え、製造コストが上昇する。このため、図１Ｂに示すような掘り下げ形状に対応する部位をＲ形状やテーパ形状に一旦成形し、その後、旋盤等を用いてこれらの部位を掘り下げ形状に切削加工することが一般的に行われている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４３６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、掘り下げ形状を切削加工で形成する場合は、材料の歩留まりが悪く、また、切り粉が発生するので廃棄物が増えてしまう。
【０００６】
また、複数の掘り下げ形状を形成するには、掘り下げ形状毎に切削加工を行う必要があるので、旋盤等の工作機械の台数・設置エリアが増え、加工時間も増えてしまう。
【０００７】
また、粗材を鍛造により成形する場合において切削加工を施すと、鍛造時に形成された鍛流線（メタルフロー）が切断されてしまい、軸物部材の強度が低下する。
【０００８】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、切削加工によらず軸物部材の外周に掘り下げ形状を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様によれば、外周に掘り下げ形状を有する軸物部材の製造方法であって、軸形状の粗材の内部に中空部を形成する中空部形成工程と、前記粗材の表層部を硬化させて前記表層部を前記粗材の内側部分よりも硬くする表層部硬化工程と、硬化した前記表層部にロールを押し付けて前記粗材の前記外周に前記掘り下げ形状を形成するロール転造工程と、を含むことを特徴とする軸物部材の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
上記態様によれば、切削加工によらず外周に掘り下げ形状を形成することができ、材料の歩留まり低下、切り粉の発生、工数増加、鍛流線切断による強度低下といった問題を回避することができる。
【００１１】
また、硬化した表層部と中空部とを形成した上でロール転造を行うようにしたことによって、ロール転造時に肉が表面に盛り上がるのが抑えられ、まくれ（軸部表面に肉が折り重なった状態）やシワの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】固定プーリの断面図である。
【図１Ｂ】固定プーリを製造する時に用いられる粗材の断面図である。
【図２Ａ】ロール転造工程を説明するための図である。
【図２Ｂ】ロール転造工程によって生じるまくれを説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態に係る固定プーリの製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１Ａは、ベルト式無段変速機の固定プーリ１の断面図を示している。固定プーリ１は、シーブ面１１と軸部１２との接続部、及び、軸部１２の段差部１３に、周方向に延びる掘り下げ形状１４（凹溝）を有している。掘り下げ形状１４は、この例では、シーブ面１１及び段差部１３を研磨仕上げする時に砥石が被研磨面以外と干渉するのを防止するための逃げとしての役割があるが、他の用途、例えば、他の部材を嵌め合わせるためであってもよい。
【００１５】
このような固定プーリ１を製造するにあたっては、一般的には、掘り下げ形状１４に対応する部位をＲ形状２１又はテーパ形状２２とした図１Ｂに示すような粗材２を鍛造又は鋳造により一旦成形し、その後、旋盤等による切削加工によってこれらの部位を掘り下げ形状１４に形成する。切削加工によるのは、掘り下げ形状１４がアンダーカット形状であるので、これを鍛造又は鋳造で成形しようとすると工数や金型が増え、製造コストが増大するからである。
【００１６】
しかしながら、掘り下げ形状１４を切削加工によって形成する場合は、従来技術の課題として挙げたように、材料の歩留まり低下、切り粉の発生、工数増加、鍛流線切断による強度低下といった問題が発生する。
【００１７】
そこで、出願人は、図２Ａに示すように、掘り下げ形状１４に対応する端面形状３１を有するロール３を粗材２に押し当て、ロール３の端面形状３１を粗材２に転写するロール転造によって掘り下げ形状１４を形成することを考案した。この方法によれば、切削加工に起因する上記様々な問題を解消することが可能である。
【００１８】
ただし、単にロール３を押し付けるだけでは所望の掘り下げ形状１４が得られない。これは、ロール３が粗材２と接触し始めた初期状態においては、ロール３が突起形状であるためにロール３と粗材２との間に隙間が生じ、該隙間に粗材２の肉が流れ、掘り下げ形状１４の周囲に肉が盛り上がってしまい、まくれ（軸部表面に肉が折り重なった状態）やシワといった欠陥を生じさせるからである。
【００１９】
図２Ｂは粗材２にロール３を押し付けていく途中の状態を示している。ロール３が押し付けられることで盛り上がった粗材２の肉は、ロール３が押し込まれるにつれて押し潰され、これが、まくれやシワの原因となる。
【００２０】
そこで、本実施形態に係る製造方法においては、ロール転造工程の前に、中空部形成工程、及び、表層部硬化工程を追加することで、上記肉の盛り上がりを抑制し、まくれやシワを生じさせることなく掘り下げ形状が形成されるようにした。
【００２１】
図３は、本実施形態に係る製造方法を説明するためのフローチャートである。これを参照しながら本実施形態に係る固定プーリ１の製造方法について説明する。
【００２２】
Ｓ１（鍛造工程）では、熱間鍛造又は冷間鍛造により、掘り下げ形状１４に対応する部位がＲ形状２１又はテーパ形状２２となった図１Ｂに示される粗材２が成形される。フロー右側は軸部１２の途中（図１の段差部１３に対応する部位）の拡大断面図である（以下同様）。
【００２３】
Ｓ２（中空部形成工程）では、ドリル加工により、粗材２の内部に軸方向に延びる中空部４が形成される。中空部４は少なくとも掘り下げ形状１４が形成される部位の内側に形成される。Ｓ２では、その他、必要な穴あけ加工等の機械加工が行われる。
【００２４】
Ｓ３（表層部硬化工程）では、粗材２の周囲に高周波加熱コイル５が配置され、高周波焼き入れにより粗材２の表層部２５が硬化され、表層部２５が内側部分２６よりも硬くなる。
【００２５】
具体的には、高周波加熱コイル５によって粗材２の表層部２５が加熱され、その後、水冷等により冷却される。この結果、表層部２５が硬化し、その厚さはおよそ２ｍｍ以内、硬さはロックウェル硬さでＨＲＣ３０程度である（内側部分２６の非硬化部の硬さはＨＲＣ０〜１０程度）。表層部２５の厚さ及び硬さは、後のＳ５のロール転造工程において、割れを発生させることなくロール３に相似する形状を粗材２に転写・形成することが可能な値に設定され、粗材２の材質によって異なる。
【００２６】
なお、表層部２５の硬さを調節するために、必要に応じて高周波加熱コイル５によって焼き戻しが行われる。
【００２７】
Ｓ４（清掃工程）では、粗材２の焼き入れ部分が清掃される。
【００２８】
Ｓ５（ロール転造工程）では、粗材２の表面にロール３が押し付けられ、掘り下げ形状１４が形成される。表層部２５が硬化しているので、ロール３を押し付ける際の初期状態においてロール３と粗材２との間に隙間があっても、該隙間に粗材２の肉が流れて表面に盛り上がることはない。
【００２９】
表層部２５が粗材２の内部に押し込まれると、これに応じて内側部分２６の肉が中空部４へと移動し、中空部４内に肉が押し出される。すなわち、表層部２５が硬化されていることに加え、内側部分２６の肉が中空部４内に移動することによって、粗材２の肉が表面に盛り上がるのが抑制される。
【００３０】
なお、図示しないが、複数の突起を有するロール３を用いれば１回の工程で複数の掘り下げ形状１４を同時に形成することが可能である。
【００３１】
したがって、上記製造方法によれば、切削加工によらず粗材２の外周に掘り下げ形状１４を形成することができ、切削加工に起因する、材料の歩留まり低下、切り粉の発生、工数増加、鍛流線切断による強度低下といった問題を抑えることができる（請求項１、２に対応する効果）。
【００３２】
さらに、硬化した表層部２５と中空部４とを形成した後にロール転造を行うようにしたことによって、肉が表面に盛り上がるのが抑えられ、まくれやシワの発生を防止することができる（請求項１、２に対応する効果）。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００３４】
例えば、上記実施形態では、無段変速機の固定プーリ１の製造方法に本発明を適用した例を示したが、本発明に係る製造方法は外周に掘り下げ形状を有する軸物部材の製造に広く利用である。
【００３５】
また、上記実施形態では、粗材２を鍛造により成形しているが、鋳造によって成形してもよい。
【００３６】
また、ドリル加工により中空部４を形成しているが、鍛造２（又は鋳造）によって同時に成形することも可能である。
【００３７】
また、Ｓ３では、高周波焼き入れによって表層部２５を硬化させているが、表層部２５を硬化させる方法はこれに限定されず、レーザー焼き入れ、火炎焼き入れ、ショットピーニング等であってもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１ 固定プーリ（軸物部材）
２ 粗材
３ ロール
４ 中空部
１４ 掘り下げ形状
２５ 表層部
２６ 内側部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸物部材、特に、外周に掘り下げ形状を有する軸物部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸物部材の中には、軸物部材の外周に掘り下げ形状（凹形状）を有するものがある。例えば、図１Ａに示すベルト式無段変速機に用いられる固定プーリは、シーブ面及び段差部を研磨加工する時に砥石が被研磨面以外と干渉しないように、シーブ面と軸部との接続部及び軸部の段差部に掘り下げ形状を有している。
【０００３】
このような掘り下げ形状はアンダーカット形状となるので、鍛造又は鋳造で形成しようとすると工数や金型が増え、製造コストが上昇する。このため、図１Ｂに示すような掘り下げ形状に対応する部位をＲ形状やテーパ形状に一旦成形し、その後、旋盤等を用いてこれらの部位を掘り下げ形状に切削加工することが一般的に行われている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４３６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、掘り下げ形状を切削加工で形成する場合は、材料の歩留まりが悪く、また、切り粉が発生するので廃棄物が増えてしまう。
【０００６】
また、複数の掘り下げ形状を形成するには、掘り下げ形状毎に切削加工を行う必要があるので、旋盤等の工作機械の台数・設置エリアが増え、加工時間も増えてしまう。
【０００７】
また、粗材を鍛造により成形する場合において切削加工を施すと、鍛造時に形成された鍛流線（メタルフロー）が切断されてしまい、軸物部材の強度が低下する。
【０００８】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、切削加工によらず軸物部材の外周に掘り下げ形状を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様によれば、外周に掘り下げ形状を有する軸物部材の製造方法であって、軸形状の粗材の内部に中空部を形成する中空部形成工程と、前記粗材の表層部を硬化させて前記表層部を前記粗材の内側部分よりも硬くする表層部硬化工程と、硬化した前記表層部にロールを押し付けて前記粗材の前記外周に前記掘り下げ形状を形成するロール転造工程と、を含むことを特徴とする軸物部材の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
上記態様によれば、切削加工によらず外周に掘り下げ形状を形成することができ、材料の歩留まり低下、切り粉の発生、工数増加、鍛流線切断による強度低下といった問題を回避することができる。
【００１１】
また、硬化した表層部と中空部とを形成した上でロール転造を行うようにしたことによって、ロール転造時に肉が表面に盛り上がるのが抑えられ、まくれ（軸部表面に肉が折り重なった状態）やシワの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】固定プーリの断面図である。
【図１Ｂ】固定プーリを製造する時に用いられる粗材の断面図である。
【図２Ａ】ロール転造工程を説明するための図である。
【図２Ｂ】ロール転造工程によって生じるまくれを説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態に係る固定プーリの製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１Ａは、ベルト式無段変速機の固定プーリ１の断面図を示している。固定プーリ１は、シーブ面１１と軸部１２との接続部、及び、軸部１２の段差部１３に、周方向に延びる掘り下げ形状１４（凹溝）を有している。掘り下げ形状１４は、この例では、シーブ面１１及び段差部１３を研磨仕上げする時に砥石が被研磨面以外と干渉するのを防止するための逃げとしての役割があるが、他の用途、例えば、他の部材を嵌め合わせるためであってもよい。
【００１５】
このような固定プーリ１を製造するにあたっては、一般的には、掘り下げ形状１４に対応する部位をＲ形状２１又はテーパ形状２２とした図１Ｂに示すような粗材２を鍛造又は鋳造により一旦成形し、その後、旋盤等による切削加工によってこれらの部位を掘り下げ形状１４に形成する。切削加工によるのは、掘り下げ形状１４がアンダーカット形状であるので、これを鍛造又は鋳造で成形しようとすると工数や金型が増え、製造コストが増大するからである。
【００１６】
しかしながら、掘り下げ形状１４を切削加工によって形成する場合は、従来技術の課題として挙げたように、材料の歩留まり低下、切り粉の発生、工数増加、鍛流線切断による強度低下といった問題が発生する。
【００１７】
そこで、出願人は、図２Ａに示すように、掘り下げ形状１４に対応する端面形状３１を有するロール３を粗材２に押し当て、ロール３の端面形状３１を粗材２に転写するロール転造によって掘り下げ形状１４を形成することを考案した。この方法によれば、切削加工に起因する上記様々な問題を解消することが可能である。
【００１８】
ただし、単にロール３を押し付けるだけでは所望の掘り下げ形状１４が得られない。これは、ロール３が粗材２と接触し始めた初期状態においては、ロール３が突起形状であるためにロール３と粗材２との間に隙間が生じ、該隙間に粗材２の肉が流れ、掘り下げ形状１４の周囲に肉が盛り上がってしまい、まくれ（軸部表面に肉が折り重なった状態）やシワといった欠陥を生じさせるからである。
【００１９】
図２Ｂは粗材２にロール３を押し付けていく途中の状態を示している。ロール３が押し付けられることで盛り上がった粗材２の肉は、ロール３が押し込まれるにつれて押し潰され、これが、まくれやシワの原因となる。
【００２０】
そこで、本実施形態に係る製造方法においては、ロール転造工程の前に、中空部形成工程、及び、表層部硬化工程を追加することで、上記肉の盛り上がりを抑制し、まくれやシワを生じさせることなく掘り下げ形状が形成されるようにした。
【００２１】
図３は、本実施形態に係る製造方法を説明するためのフローチャートである。これを参照しながら本実施形態に係る固定プーリ１の製造方法について説明する。
【００２２】
Ｓ１（鍛造工程）では、熱間鍛造又は冷間鍛造により、掘り下げ形状１４に対応する部位がＲ形状２１又はテーパ形状２２となった図１Ｂに示される粗材２が成形される。フロー右側は軸部１２の途中（図１の段差部１３に対応する部位）の拡大断面図である（以下同様）。
【００２３】
Ｓ２（中空部形成工程）では、ドリル加工により、粗材２の内部に軸方向に延びる中空部４が形成される。中空部４は少なくとも掘り下げ形状１４が形成される部位の内側に形成される。Ｓ２では、その他、必要な穴あけ加工等の機械加工が行われる。
【００２４】
Ｓ３（表層部硬化工程）では、粗材２の周囲に高周波加熱コイル５が配置され、高周波焼き入れにより粗材２の表層部２５が硬化され、表層部２５が内側部分２６よりも硬くなる。
【００２５】
具体的には、高周波加熱コイル５によって粗材２の表層部２５が加熱され、その後、水冷等により冷却される。この結果、表層部２５が硬化し、その厚さはおよそ２ｍｍ以内、硬さはロックウェル硬さでＨＲＣ３０程度である（内側部分２６の非硬化部の硬さはＨＲＣ０〜１０程度）。表層部２５の厚さ及び硬さは、後のＳ５のロール転造工程において、割れを発生させることなくロール３に相似する形状を粗材２に転写・形成することが可能な値に設定され、粗材２の材質によって異なる。
【００２６】
なお、表層部２５の硬さを調節するために、必要に応じて高周波加熱コイル５によって焼き戻しが行われる。
【００２７】
Ｓ４（清掃工程）では、粗材２の焼き入れ部分が清掃される。
【００２８】
Ｓ５（ロール転造工程）では、粗材２の表面にロール３が押し付けられ、掘り下げ形状１４が形成される。表層部２５が硬化しているので、ロール３を押し付ける際の初期状態においてロール３と粗材２との間に隙間があっても、該隙間に粗材２の肉が流れて表面に盛り上がることはない。
【００２９】
表層部２５が粗材２の内部に押し込まれると、これに応じて内側部分２６の肉が中空部４へと移動し、中空部４内に肉が押し出される。すなわち、表層部２５が硬化されていることに加え、内側部分２６の肉が中空部４内に移動することによって、粗材２の肉が表面に盛り上がるのが抑制される。
【００３０】
なお、図示しないが、複数の突起を有するロール３を用いれば１回の工程で複数の掘り下げ形状１４を同時に形成することが可能である。
【００３１】
したがって、上記製造方法によれば、切削加工によらず粗材２の外周に掘り下げ形状１４を形成することができ、切削加工に起因する、材料の歩留まり低下、切り粉の発生、工数増加、鍛流線切断による強度低下といった問題を抑えることができる（請求項１、２に対応する効果）。
【００３２】
さらに、硬化した表層部２５と中空部４とを形成した後にロール転造を行うようにしたことによって、肉が表面に盛り上がるのが抑えられ、まくれやシワの発生を防止することができる（請求項１、２に対応する効果）。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００３４】
例えば、上記実施形態では、無段変速機の固定プーリ１の製造方法に本発明を適用した例を示したが、本発明に係る製造方法は外周に掘り下げ形状を有する軸物部材の製造に広く利用である。
【００３５】
また、上記実施形態では、粗材２を鍛造により成形しているが、鋳造によって成形してもよい。
【００３６】
また、ドリル加工により中空部４を形成しているが、鍛造２（又は鋳造）によって同時に成形することも可能である。
【００３７】
また、Ｓ３では、高周波焼き入れによって表層部２５を硬化させているが、表層部２５を硬化させる方法はこれに限定されず、レーザー焼き入れ、火炎焼き入れ、ショットピーニング等であってもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１ 固定プーリ（軸物部材）
２ 粗材
３ ロール
４ 中空部
１４ 掘り下げ形状
２５ 表層部
２６ 内側部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に掘り下げ形状を有する軸物部材の製造方法であって、
軸形状の粗材の内部に中空部を形成する中空部形成工程と、
前記粗材の表層部を硬化させて前記表層部を前記粗材の内側部分よりも硬くする表層部硬化工程と、
硬化した前記表層部にロールを押し付けて前記粗材の前記外周に前記掘り下げ形状を形成するロール転造工程と、
を含むことを特徴とする軸物部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の軸物部材の製造方法であって、
前記表層部硬化工程では、前記ロール転造工程において前記表層部に割れを発生させることなく前記ロールに相似する掘り下げ形状を形成することができる硬さに前記表層部が硬化される、
ことを特徴とする軸物部材の製造方法。
【請求項１】
外周に掘り下げ形状を有する軸物部材の製造方法であって、
軸形状の粗材の内部に中空部を形成する中空部形成工程と、
前記粗材の表層部を硬化させて前記表層部を前記粗材の内側部分よりも硬くする表層部硬化工程と、
硬化した前記表層部にロールを押し付けて前記粗材の前記外周に前記掘り下げ形状を形成するロール転造工程と、
を含むことを特徴とする軸物部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の軸物部材の製造方法であって、
前記表層部硬化工程では、前記ロール転造工程において前記表層部に割れを発生させることなく前記ロールに相似する掘り下げ形状を形成することができる硬さに前記表層部が硬化される、
ことを特徴とする軸物部材の製造方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１４３７９９（Ｐ２０１２−１４３７９９Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３３０（Ｐ２０１１−５３３０）
【出願日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【出願人】（０００２３１３５０）ジヤトコ株式会社 (899)
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【出願人】（０００２３１３５０）ジヤトコ株式会社 (899)
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