JP2005022058A - トロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工方法及びボールスプライン溝加工装置並びにトロイダル型無段変速機の入力軸 - Google Patents

Abstract

【課題】 トロイダル型無段変速機の入力軸の軸中心に対するボールスプライン溝の優れた対称度を確保するとともに、切削加工効率を向上させる。
【解決手段】 入力軸１０５の外径部に形成される所望のボ−ルスプライン溝の断面形状と同一形状に形成された切れ刃、又は所望のボ−ルスプライン溝の断面形状の一部と同一形状に形成された切れ刃を、円周上に複数配置された円環状の切削工具１１を、入力軸に対して位置合わせした状態で、入力軸の外径部に切り込ませる。そして、切削工具をシャンク１２を中心として回転させるとともに、入力軸を支持するインデックステーブル１５及び芯押し台１６を、可動テーブル１４によって入力軸の軸方向に沿って所定量移動する。これにより、入力軸の外径部を切削工具によって切削加工し、外径部にボ−ルスプライン溝を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主として自動車や産業機械の変速機として用いられるトロイダル型無段変速機の入力軸にボールスプライン溝を切削加工により形成するトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工方法及びボールスプライン溝加工装置並びにトロイダル型無段変速機の入力軸に関する。

従来、トロイダル型無段変速機の入力軸の外径部にボールスプラインのボールスプライン溝を形成するため、溝加工を行う装置が種々知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。その一例として、図１３及び図１４に示すようなボールエンドミル１１０を備えたボールスプライン溝加工装置がある。ボールエンドミル１１０は、先端部の断面形状を、形成されるボールスプライン溝１１２の断面形状と同一形状に形成している。

即ち、図１５及び図１６を参照すると、ボールスプライン溝加工装置は、図示しない主軸に装着されたボールエンドミル１１０を、入力軸１１１の軸中心を通る線上で、かつ、入力軸１１１の軸方向と直交する方向から、入力軸１１１の外径部に対峙させる。そして、ボールスプライン溝加工装置は、ボールエンドミル１１０を回転させながら入力軸１１１に接近する側（図１５中左側）に移動させて外径部に切り込ませると共に、更に入力軸１１１の軸方向に沿って図１６中左方に移動させる。これにより、ボールスプライン溝加工装置は、入力軸１１１の外径部にボールスプライン溝１１２の１条分の切削加工を完了させる。その後、上述と同様の切削加工工程が必要条数分繰り返され、ボールスプライン溝１１２が完成される。このボールスプライン溝１１２の切削加工は、熱処理により硬化される前の工程で、熱処理後の研削仕上げのための取り代を付加した形状及び寸法で形成される。
特開平９−８８９８８号公報（第２頁） 特開平９−１３６２５４号公報（第２−３頁、第５図）

しかしながら、図１３に示すボールエンドミル１１０を用いたボールスプライン溝１１２の切削加工では、ボールエンドミル１１０の先端部の断面形状を、ボールスプライン溝１１２の断面形状と同一形状に形成するため、先端部の外径がφ１０ｍｍ程度しかなく、工具の強度が低い。

このため、１回当たりの切り込み量が小さくなり、切削効率が低下して切削加工時間が長くなるという問題があった。また、１回当たりの切り込み量を無理に大きくすると、ボールエンドミル１１０が大きく撓んで入力軸１１１に対して位置ずれを生じてしまい、入力軸１１１の軸中心に対するボールスプライン溝１１２の対称度が低下するという問題があった。また、入力軸１１１の軸中心に対するボールスプライン溝１１２の対称度が低い場合、後工程である研削仕上げ工程において、研削取り代が偏って研削取り代不足や研削取り代大による研削抵抗の増大を招くなどの不具合が生じる。

また、ボールエンドミル１１０の切れ刃が例えば２枚である場合、切削加工時、一方の切れ刃ではアップカット、他方の切れ刃ではダウンカットとなり、それぞれの切れ刃に作用する反力により、ボールエンドミル１１０には曲げ荷重が作用する。これによっても、ボールエンドミル１１０が入力軸１１１に対して位置ずれを生じてしまい、入力軸１１１の軸中心に対するボールスプライン溝１１２の対称度が低下してしまう。

更に、ボールエンドミル１１０の先端部外径が小さいことで、切削加工に必要な速度を得るためには、回転数を上げる必要があり、主軸の高速化が要求される。また、ボールエンドミル１１０の軸中心付近では、切削速度がほぼ０となり、その付近の切削後の表面は、ムシレ面となって面粗さが悪い状態となり、切削加工時間を更に延ばす要因となっている。

加えて、ボールエンドミル１１０のチップポケットは小さいため、大きな切削送りを行うと、図１４に示すような切り屑１１３が排出されずに詰まってしまい、ボールエンドミル１１０の切れ刃の刃先を欠損してしまう可能性がある。このため、切削条件を予め低めに設定しなければならず、切削効率が低下して切削加工時間が長くなるという問題があった。

本発明は、トロイダル型無段変速機の入力軸の軸中心に対するボールスプライン溝の優れた対称度を確保することができると共に、切削加工効率を向上させて切削加工時間の短縮を図ることができ、コストを低減することができるトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工方法及びボールスプライン溝加工装置を提供することを目的としている。

本発明の目的は、以下の構成によって達成される。
（１）トロイダル型無段変速機の入力軸にボールスプライン溝を切削加工により形成するボールスプライン溝加工方法であって、
前記入力軸の外径部に形成される所望のボールスプライン溝の断面形状と同一形状を有する切れ刃、又は所望のボールスプライン溝の断面形状の一部と同一形状を有する切れ刃を、円周上に所定の間隔をあけて複数配置した円環状の切削工具を用い、
前記切削工具を前記入力軸の軸方向と直交する方向に沿う回転軸を中心として回転するとともに、前記切削工具を前記入力軸に対して前記軸方向に沿って相対移動し、前記入力軸の外径部に前記ボールスプライン溝を切削加工することを特徴とするトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工方法。
（２）（１）に記載のボールスプライン溝加工方法を用いて加工されたボールスプライン溝を備えたことを特徴とするトロイダル型無段変速機の入力軸。
（３）トロイダル型無段変速機の入力軸にボールスプライン溝を切削加工により形成するボールスプライン溝加工装置であって、
前記入力軸の外径部に形成される所望のボールスプライン溝の断面形状と同一形状を有する切れ刃、又は所望のボールスプライン溝の断面形状の一部と同一形状を有する切れ刃を、円周上に所定の間隔をあけて複数配置された円環状の切削工具と、
前記切削工具を前記入力軸の軸方向と直交する方向に沿う回転軸を中心として回転するとともに、前記切削工具を前記入力軸に対して前記軸方向に沿って相対移動し、前記入力軸の外径部に前記ボールスプライン溝を切削加工する切削工具駆動手段と、
を備えたことを特徴とするトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工装置。

なお、切削工具駆動手段は、本実施形態では主軸と可動テーブルを備えた構成である。

本発明によれば、入力軸の外径部に形成される所望のボールスプライン溝の断面形状と同一形状を有する切れ刃、又は所望のボールスプライン溝の断面形状の一部と同一形状を有する切れ刃を、円周上に所定の間隔をあけて複数配置した円環状の切削工具を用い、切削工具を入力軸の軸方向と直交する方向に沿う回転軸を中心として回転させるとともに、切削工具を入力軸に対して入力軸の軸方向に沿って相対移動させ、切削工具によって入力軸の外径部にボールスプライン溝を切削加工して、外径部にボールスプライン溝を形成させる。

したがって、トロイダル型無段変速機の入力軸の軸中心に対するボールスプライン溝の優れた対称度を確保することができるとともに、切削加工効率を向上させて切削加工時間の短縮を図ることができ、コストを低減することができる。

以下、図１〜９を参照して、本発明の第１実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態であるトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工装置を示す概略側面図であり、図２は、図１のボールスプライン溝加工装置の概略平面図である。図３は、図１のボールスプライン溝加工装置の切削工具である総形フライスを示し、図３（ａ）はその正面図であり、図３（ｂ）はその断面図である。図４は、図３の切削工具による入力軸に対する切削加工時の状態を示す要部概略側面図であり、図５は、図１のボールスプライン溝加工装置のもう一つの切削工具である千鳥刃サイドカッターを示す断面図、図６は、切削加工後の入力軸のボールスプライン溝の形状例を示す要部概略断面図である。

図７は、図１のボールスプライン溝加工装置による切削加工対象となる入力軸が組み込まれたトロイダル型無段変速機を示す概略断面図であり、図８は、図７のトロイダル型無段変速機の入力軸を示す概略側面図、図９は、図８の入力軸のボールスプライン溝の形状例を示す要部概略断面図である。

図７を参照すると、トロイダル型無段変速機１００においては、複数のパワーローラ１０１が、入力側ディスク１０２及び出力側ディスク１０３間に回転自在に挟持されており、各パワーローラ１０１の回転中心の傾斜角度が変化されることにより、入力側ディスク１０２及び出力側ディスク１０３間での変速比が可変制御される。

入力側ディスク１０２はそれぞれ、ボールスプライン１０４を介して入力軸１０５に取り付けられており、入力軸１０５に対して相対回転不能かつ軸方向に沿って相対移動可能である。また出力側ディスク１０３はそれぞれ、入力軸１０５にベアリング１０６を介して相対回転可能に支持されている。

図７及び図８に示すように、トロイダル型無段変速機１００の入力軸１０５には、入力軸１０５をボール１０７を介して入力側ディスク１０２と嵌合させるためのボールスプライン１０４が形成されており、入力軸１０５の外径部には、ボール１０７を保持するためのボールスプライン溝１０８が形成されている。

ボールスプライン溝１０８は、例えば図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、軸方向と直交する方向に沿う断面形状として、偏心したＲの組み合わせであるゴシックアーク形状（図９（ａ））や単一Ｒ形状（図９（ｂ））等に形成されている。ボールスプライン溝１０８は、複数のボール１０７を軸方向に並べるために必要な長さの軸方向に沿うストレート部１０８ａを有すると共に、入力軸１０５の外径部の周方向に所定の間隔をあけて必要条数分設けられている。

次に、上述したトロイダル型無段変速機１００の入力軸１０５の外径部に、ボールスプライン溝１０８を切削加工により形成する第１実施形態のボールスプライン溝加工装置１０について、図１〜図６を参照して説明する。

ボールスプライン溝加工装置１０は、切削工具（総形フライス）１１をシャンク（棒状冶具）１２を介して回転駆動する主軸１３と、図示しないトラバース軸及び切り込み軸を備え、セットされる入力軸１０５の軸方向Ｌ１と軸方向Ｌ１と水平かつ直角な方向Ｌ２に移動可能な可動テーブル１４と、可動テーブル１４上に載置され、入力軸１０５の両端部をそれぞれ支持するインデックステーブル１５及び芯押し台１６とを備える。

切削工具１１は、図３に示されるように、全体として円環状に形成されており、入力軸１０５の外径部に形成される所望のボ−ルスプライン溝１０８の断面形状と同一形状に形成された切れ刃１１ａを、円周上に所定の間隔をあけて複数（本実施形態では１２枚）配置している。切削工具１１は、内径部１１ｂに形成されたキー溝１１ｃをシャンク１２のキー１２ａと嵌合させ、キー及びインローによりシャンク１２に相対回転不能であると共に、図４に示すナット１８によってシャンク１２に固定されている。

主軸１３は、シャンク１２を入力軸の軸方向と直交する方向に支持しており、シャンク１２を回転軸として切削工具１１を回転駆動する。また、主軸１３は、切削工具の中心軸と平行な方向Ｌ３に移動可能であり、シャンク１２に固定された切削工具１１をＬ３方向に移動可能とする。

ボールスプライン溝加工装置１０は、入力軸１０５の一端部（図１中左端部）をインデックステーブル１５のチャック１７によって把持するとともに、入力軸１０５の他端部（図１中右端部）のセンター穴１０５ａを芯押し台１６により保持することで入力軸１０５を固定している。なお、チャック１７のチャック爪の回転振れは、０．１ｍｍ以下とするとともに、入力軸１０５のセンター穴１０５ａと外径部との同軸度は、０．１ｍｍ以下としている。これらにより、入力軸１０５の外径部の回転振れは０．１ｍｍ以下となる。

以下、本実施形態のトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工方法について、説明する。

まず、円環状の切削工具１１がシャンク１２を介して主軸１３に取り付られる。そして、入力軸１０５をインデックステーブル１５及び芯押し台１６により可動テーブル１４上に支持すると共に、主軸１３は、切削工具１１を切れ刃１１ａの刃先円と入力軸１０５の外径部とが接触しない切り込み方向（図２中上方）に沿う所定位置で、幅方向中心が入力軸１０５の軸方向中心と一致する（芯ずれ０．０５ｍｍ以下となる）ように位置決めする。

次に、可動テーブル１４をトラバース軸に沿ってＬ１方向（図１中左右方向）に移動して、切削工具１１をＬ１方向の所望の位置に位置決めする。そして、切削工具１１を回転駆動した状態で、可動テーブル１４を切り込み軸に沿ってＬ２方向に移動して、切削工具１１を入力軸１０５に接近させる（図２中上側）。これにより、切削工具１１を入力軸１０５の外径部に切り込ませる。

更に、ボールスプライン溝加工装置１０は、トラバース軸に沿う可動テーブル１４のＬ１方向（図１中左方又は右方）への移動によって、切削工具１１を図１中左方又は右方に所定量移動させる。これにより、所望の長さのボ−ルスプライン溝１０８を、入力軸１０５の外径部に切削加工により形成させる。

ボ−ルスプライン溝１０８が所望の長さに達すると、ボールスプライン溝加工装置１０は、切削工具１１を切り込み軸に沿って入力軸１０５から離間する側（図２中下側）に移動させ、切削工具１１を入力軸１０５の外径部から離間させる。これにより、ボ−ルスプライン溝１０８の１条分の切削加工を完了させる。

その後、ボールスプライン溝加工装置１０は、インデックステーブル１５により入力軸１０５の次のボールスプライン溝１０８の加工位置を割り出し、再び上述した切削加工工程を繰り返すことにより、必要条数分のボ−ルスプライン溝１０８を形成する。

なお、本実施形態では、入力軸１０５の外径部に形成される所望のボールスプライン溝１０８の断面形状と同一形状に形成された切れ刃１１ａが円周上に所定の間隔をあけて複数配置された切削工具１１が用いられたが、所望のボールスプライン溝１０８の断面形状の一部と同一形状に形成された切れ刃が円周上に所定の間隔をあけて複数配置された切削工具であってもよく、図５に示されるように、所望のボールスプライン溝１０８の半断面である右断面或いは左断面と同一形状である各切れ刃が円周上に交互に成形された千鳥刃サイドカッターであってもよい。

また、本実施形態における所望のボールスプライン溝の断面形状とは、図６に示されるように、熱処理により硬化される前の工程で、熱処理後の研削仕上げのための取り代Ａ（０．０５ｍｍ以下）を付加した形状及び寸法を含む。

本実施形態によれば、図３及び図５に示すような切削工具１１は、図１３及び図１４に示す従来例のボールエンドミルに比較して、切れ刃１１ａの刃先円径を大きくすることができるので、低回転数でも十分な切削速度が得られる。

即ち、切削工具１１の外径を大きくすることができるので、切れ刃数を増加させることができるとともに、切削工具１１の切れ刃間の十分な距離を確保することができ、切り屑Ｂ（図３参照）を収容する切削工具１１のポケット空間１１ｄ（図３参照）の十分な容積を確保することができる。これにより、大きな切り込みと大きな送り速度で切削加工を行うことができる。加えて、切れ刃１１ａ周速を向上させることができ、高負荷の切削加工を可能として切削効率を向上させることができる。

また、切削工具１１が取付けられるシャンク１２の外径は、切削工具１１の外径部から切り込み深さ分引いた寸法まで拡大することができるため、切削工具１１の剛性を向上させることができ、切削反力による切削工具１１の撓みを小さくすることができる。これにより、切削加工精度を向上させることができる。

更に、切削工具１１に作用する切削反力は、切削工具１１のラジアル方向のみとなり、スラスト方向の切削反力は無視できる程度であるので、入力軸１０５の軸中心と切削工具１１との芯ずれが生じ難く、入力軸１０５の軸中心に対するボ−ルスプライン溝１０８の優れた対称度を確保することができる。これにより、後工程である研削仕上げ工程における研削取り代の偏りを回避することができ、研削取り代不足や研削取り代大による研削抵抗の増大等の不具合を防止することができる。

図１０は、本発明の第２実施形態であるトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工装置を示す要部概略側面図であり、図１１は、図１０のボールスプライン溝加工装置の右側面図である。

図１０及び図１１を参照すると、第２実施形態のボールスプライン溝加工装置２０では、切削工具１１の回転軸となるシャンク２１が、切削加工対象である入力軸１０５を挟んで主軸１３と反対側（図１０中下側）まで延設されており、シャンク２１の延設された端部（図１０中下端部）が、ベアリング２２を介して支持台２３に回転可能に支持されている。これにより、切削工具１１及びシャンク２１は、主軸１３及び支持台２３によって両端支持されることとなり、切削加工時における工具の剛性が更に向上される。

その他の構成及び作用については、上記第１実施形態と同様である。

図１２は、本発明の第３実施形態であるトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工装置を示す要部概略側面図である。

図１２を参照すると、第３実施形態のボールスプライン溝加工装置３０では、可動テーブル１４上に、インデックステーブル１５、芯押し台１６、主軸１３（図１参照）、シャンク１２、及び切削工具１１が、それぞれ複数個（本実施形態では２個）ずつ設けられており、複数（本実施形態では２本）の入力軸１０５を同時に切削加工可能に構成されている。これにより、切削加工効率の向上及び加工所要時間の短縮が図られる。

その他の構成及び作用については、上記第１実施形態と同様である。

なお、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。本実施形態では、可動テーブル１４をＬ１、Ｌ２方向に移動可能とし、主軸をＬ３方向に移動可能としたが、テーブルは固定テーブルとして、主軸をＬ１、Ｌ２、Ｌ３方向に移動可能としてもよい。

本発明の第１実施形態であるトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工装置を示す概略側面図である。 図１のボールスプライン溝加工装置の概略平面図である。 図１のボールスプライン溝加工装置の切削工具である総形フライスを示し、図３（ａ）はその正面図であり、図３（ｂ）はその断面図である。 図３の切削工具による入力軸に対する切削加工時の状態を示す要部概略側面図である。 図１のボールスプライン溝加工装置のもう一つの切削工具である千鳥刃サイドカッターを示す断面図である。 切削加工後の入力軸のボールスプライン溝の形状例を示す要部概略断面図である。 図１のボールスプライン溝加工装置による切削加工対象となる入力軸が組み込まれたトロイダル型無段変速機を示す概略断面図である。 図７のトロイダル型無段変速機の入力軸を示す概略側面図である。 図８の入力軸のボールスプライン溝の形状例を示す要部概略断面図であり、図９（ａ）は、ゴシックアーク形状を有するボールスプライン溝の断面図で、図９（ｂ）は単一Ｒ形状を有するボールスプライン溝の断面図である。 本発明の第２実施形態であるトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工装置を示す要部概略側面図である。 図１０のボールスプライン溝加工装置の右側面図である。 本発明の第３実施形態であるトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工装置を示す要部概略側面図である。 従来のトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工装置に用いられるボールエンドミルを示す斜視図である。 図１３の左側面図である。 従来のトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工装置を示す要部概略側面図である。 図１５の右側面図である。

符号の説明

１０，２０，３０ ボールスプライン溝加工装置
１１ 切削工具
１１ａ 切れ刃
１１ｂ 内径部
１２，２１ シャンク
１３ 主軸
１４ 可動テーブル
１５ インデックステーブル
１６ 芯押し台
１７ チャック
１００ トロイダル型無段変速機
１０１ パワーローラ
１０２ 入力側ディスク
１０３ 出力側ディスク
１０４ ボールスプライン
１０５ 入力軸
１０５ａ センター穴
１０６ ベアリング
１０７ ボール
１０８ ボールスプライン溝

Claims (3)

1. トロイダル型無段変速機の入力軸にボールスプライン溝を切削加工により形成するボールスプライン溝加工方法であって、
   前記入力軸の外径部に形成される所望のボールスプライン溝の断面形状と同一形状を有する切れ刃、又は所望のボールスプライン溝の断面形状の一部と同一形状を有する切れ刃を、円周上に所定の間隔をあけて複数配置した円環状の切削工具を用い、
   前記切削工具を前記入力軸の軸方向と直交する方向に沿う回転軸を中心として回転するとともに、前記切削工具を前記入力軸に対して前記軸方向に沿って相対移動し、前記入力軸の外径部に前記ボールスプライン溝を切削加工することを特徴とするトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工方法。
2. 請求項１に記載のボールスプライン溝加工方法を用いて加工されたボールスプライン溝を備えたことを特徴とするトロイダル型無段変速機の入力軸。
3. トロイダル型無段変速機の入力軸にボールスプライン溝を切削加工により形成するボールスプライン溝加工装置であって、
   前記入力軸の外径部に形成される所望のボールスプライン溝の断面形状と同一形状を有する切れ刃、又は所望のボールスプライン溝の断面形状の一部と同一形状を有する切れ刃を、円周上に所定の間隔をあけて複数配置された円環状の切削工具と、
   前記切削工具を前記入力軸の軸方向と直交する方向に沿う回転軸を中心として回転するとともに、前記切削工具を前記入力軸に対して前記軸方向に沿って相対移動し、前記入力軸の外径部に前記ボールスプライン溝を切削加工する切削工具駆動手段と、
   を備えたことを特徴とするトロイダル型無段変速機の入力軸のボールスプライン溝加工装置。

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