JP4957362B2 - Ｃｖｔ用シャフト及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の変速機として利用されるベルトドライブ方式無段変速機（ベルトドライブ方式には、ゴムベルト式、金属ベルト式、チェーンベルト式等を含む。以下、ベルト式無段変速機と記す。）に用いられるＣＶＴ用シャフトに関する。

一般的に、自動車等の変速機に利用されるベルト式無段変速機（ＣＶＴ）は、一対のシャフト（プライマリシャフト、セカンダリシャフト）を有している。各シャフトは、シャフトに固定された固定シーブとシャフトに摺動自在に装着された可動シーブとを有する。これら固定シーブと可動シーブとが、溝幅が可変のプーリ（プライマリプーリ、セカンダリプーリ）を構成する。また、この一対のプーリ間には、金属等のベルトが巻き掛けてあり、固定シーブと可動シーブとの溝幅を変化させることによって、変速可能に構成されている。

上記のＣＶＴのうち、シャフトと固定シーブ（以下、適宜、単にシーブという）とは、現状強度上の問題からほとんどが一体部品として製造されている。そして、このうちシーブの表面には、上述したような金属等のベルトが巻き掛けられ、走行中にベルトとの間に大きな負荷がかかった状態で使用されることから、優れた耐摩耗性の確保が必須となる。そのため、通常、浸炭や浸炭窒化等の処理を行って表面硬度を高めることにより、必要な耐摩耗性を確保している。

また、ごく一部に限定されるが、シャフトと固定シーブとを別体で製造し、後から一体化して製造される場合がある。この例としては、特許文献１の実施例に記載されているように、シャフトと固定側プーリをスプライン嵌合により結合したものや、非特許文献１に記載されているように、圧入により結合して一体部品とし、使用している例が報告されている。

しかしながら、上述したＣＶＴには、以下のような問題がある。
通常のＣＶＴの場合、シャフトは、浸炭や浸炭窒化等の処理をしなくても強度上問題なく、部分的に高周波等の焼入れをすれば充分な強度を確保することができる場合が多い。したがって、このような場合、シーブに使用される材料には、耐摩耗性を確保しなければならないために浸炭性に優れていることが要求されるが、シャフトに使用される材料にはそれが要求されない。

ところが、一体で製造される場合には、製造上当然のごとく、材料は１種類に固定して選択しなければならず、シャフト及びシーブについて各々に適した材料を選択することが不可能となるため、結果的に浸炭性を重視して材料を選択することになる。この結果、より高価な材料を選択しなければならなくなり、材料コストが増加するという問題が生じる。
また、一体の場合には、浸炭等の処理の際に当然のごとく一体部品全体を丸ごと処理する必要が生じる。そのため、部品が大きいことにより浸炭歪が大きくなるのはもちろんのこと、同じ大きさの浸炭処理炉であっても、１回に処理できる部品の数が大幅に少なくなり、生産性が低下すると共に、より多大なエネルギーが必要になるという問題がある。

また、スプライン嵌合や圧入により結合して製造される場合には、シャフトとシーブとの接触面が強固に固定された状態となっていないため、いくら精度を高めて製造したとしても、使用中における互いの接触面上の微小なズレを完全に防止することができず、長時間の使用によりフレッティング疲労を起こす可能性がある。
さらに、スプライン嵌合は、嵌合前に極めて高い精度での機械加工が必須となるため、製造コストが高くなるという問題がある。また、圧入の場合には、圧入代にもよるが、シャフトとシーブとの間の接触面をかなり大きくしないと充分な強度を得ることができず、部品が大きくなって重くなるという問題がある。

特開２００２−１０６６５８号公報 ＡＴＺ／ＭＴＺ"Ｄｅｒ ｎｅｕｅ Ａｕｄｉ Ａ４"，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ２０００，１３７〜１４０頁

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、別部材よりなるシャフトとシーブとを一体化させて固定し、寸法精度や耐久性に優れ、さらには生産性の向上、コストの低減を図ることができるＣＶＴ用シャフト及びその製造方法を提供しようとするものである。

第１の発明は、ベルト式無段変速機（以下、ＣＶＴという）に用いられるＣＶＴ用シャフトであって、
該ＣＶＴ用シャフトは、機械構造用鋼よりなる棒状のシャフト部と、該シャフト部に外挿する機械構造用鋼よりなる円盤状のシーブ部を塑性結合部と圧入部とを介して結合してなり、
該シーブ部は、上記シャフト部を挿入する挿入穴を有し、該挿入穴は、上記塑性結合部を形成するための結合内面部と、上記圧入部を形成するための圧入内面部とを軸方向に連ねて、かつ、上記圧入内面部がシーブ面に近い側に位置するように設けてなり、
上記結合内面部の内周面には、軸方向に歯筋を有すると共に内方に突出する複数の歯部を有しており、
上記圧入内面部の内周面は、平坦な面からなると共に上記歯部の内接円の径よりも小さい内径を有しており、
また、上記シーブ部は、上記シャフト部との結合の前に、少なくとも歯部の表面を硬化する硬化処理を施してあり、
上記シャフト部は、上記塑性結合部を形成するための結合外面部と、上記圧入部を形成するための圧入外面部とを軸方向に連ねて有しており、
上記結合外面部は、上記歯部の内接円の径よりも大きい外径を有しており、
上記圧入外面部は、上記歯部の内接円の径よりも小さい外径を有すると共に圧入可能なように上記圧入内面部の内径よりも大きい外径を有しており、
上記シーブ部の上記歯部は、表面硬さがＨｖ６００以上であり、上記シャフト部の上記結合外面部の表面硬さよりＨｖ３００以上大きく、
また、上記シーブ部の上記歯部は、上記シャフト部の軸線を含む軸平面となす角度がαである受圧面と、上記軸平面となす角度がβ（β＞α）である傾斜面とにより鋭角状を呈していると共に、上記受圧面を周方向における第１の方向に位置させた第１締結歯と、その反対側の第２の方向に上記受圧面を位置させた第２締結歯のいずれかを構成し、
上記第１締結歯を並べた第１領域と、上記第２締結歯を並べた第２領域とは、上記挿入穴の周方向に交互に配列されており、
上記第１締結歯の上記傾斜面と上記第２締結歯の上記傾斜面とが対面する部位には、上記受圧面と上記傾斜面とにより形成された谷部の外接円よりも内側に出ないように外方に位置し、対面する上記傾斜面を滑らかに繋いだ第１控え部を設けてあり、
上記結合外面部に上記歯部を食い込ませて上記結合外面部の一部を塑性流動させた上記塑性結合部を形成すると共に、上記圧入内面部に上記圧入外面部を圧入した上記圧入部を形成することにより、上記シャフト部と上記シーブ部とを一体的に結合していることを特徴とするＣＶＴ用シャフトにある（請求項１）。
第２の発明は、ベルト式無段変速機（以下、ＣＶＴという）に用いられるＣＶＴ用シャフトであって、
該ＣＶＴ用シャフトは、機械構造用鋼よりなる棒状のシャフト部と、該シャフト部に外挿する機械構造用鋼よりなる円盤状のシーブ部を塑性結合部と圧入部とを介して結合してなり、
該シーブ部は、上記シャフト部を挿入する挿入穴を有し、該挿入穴は、上記塑性結合部を形成するための結合内面部と、上記圧入部を形成するための圧入内面部とを軸方向に連ねて、かつ、上記圧入内面部がシーブ面に近い側に位置するように設けてなり、
上記結合内面部の内周面には、軸方向に歯筋を有すると共に内方に突出する複数の歯部を有しており、
上記圧入内面部の内周面は、平坦な面からなると共に上記歯部の内接円の径よりも小さい内径を有しており、
また、上記シーブ部は、上記シャフト部との結合の前に、少なくとも歯部の表面を硬化する硬化処理を施してあり、
上記シャフト部は、上記塑性結合部を形成するための結合外面部と、上記圧入部を形成するための圧入外面部とを軸方向に連ねて有しており、
上記結合外面部は、上記歯部の内接円の径よりも大きい外径を有しており、
上記圧入外面部は、上記歯部の内接円の径よりも小さい外径を有すると共に圧入可能なように上記圧入内面部の内径よりも大きい外径を有しており、
上記シーブ部の上記歯部は、表面硬さがＨｖ６００以上であり、上記シャフト部の上記結合外面部の表面硬さよりＨｖ３００以上大きく、
また、上記シーブ部の上記歯部は、軸方向に直交する断面において、該歯部間に形成される歯溝が該歯溝の外接円となる基準円よりも小径の円弧となり、かつ該基準円に内接する上記歯溝が周方向に規則的に並んで花びら形状を呈するように構成されており、
上記結合外面部に上記歯部を食い込ませて上記結合外面部の一部を塑性流動させた上記塑性結合部を形成すると共に、上記圧入内面部に上記圧入外面部を圧入した上記圧入部を形成することにより、上記シャフト部と上記シーブ部とを一体的に結合していることを特徴とするＣＶＴ用シャフトにある（請求項２）。

上記第１及び第２の発明のＣＶＴ用シャフトは、シャフト（プライマリシャフト、セカンダリシャフト）とシャフトに固定されるシーブ（固定シーブ）とで構成されたものである。
すなわち、上記ＣＶＴ用シャフトは、上記シャフト部と該シャフト部に外挿した上記シーブ部とを有している。そして、上記シャフト部と上記シーブ部とは、上記シャフト部の上記結合外面部に上記シーブ部の上記歯部を食い込ませ、上記結合外面部の一部を上記歯部間の歯溝に塑性流動（塑性変形）させた塑性結合部を形成すると共に、上記シーブ部の圧入内面部に上記シャフト部の圧入外面部を圧入させた圧入部を形成することによって一体的に結合している。そのため、両者間の結合力は非常に高い。

特に、上記結合外面部と上記歯部とは、接触面上において、塑性変形により圧縮の残留応力が働いた状態で強固に固定されるため、使用中においても接触面に微小のズレが繰り返し生じることを抑制でき、フレッティングの心配をする必要がない。
また、上記圧入部は、塑性結合部よりもシーブ面に近い側に設けられている。ここで、シーブ面は、ＣＶＴ用シャフトとして使用する際にベルトの巻き掛けによる負荷によってシーブ面の円周方向に最も高い引張応力が生じる部位であるが、上記圧入外面部と上記圧入内面部との接触面（圧入部の界面）はフラットであり、塑性結合部と比較して割れが発生し難い形状となっている。そのため、上記圧入内面部をシーブ面に近い側に位置するように設けることにより、応力集中を回避でき、シーブ面圧に対する強度を向上することができる。その結果、二部品結合という耐久性を確保するのに難しい工法を採用しているにも関わらず、必要な駆動伝達力は塑性結合部によって十分に確保して、ベルト巻き掛けによる大きな負荷にも十分耐え得る耐久性の確保を可能としたという大きな効果を有するものである。

また、上記シャフト部と上記シーブ部との間の結合力を充分に確保することができるため、非特許文献１に記載されているような圧入のみで製造したＣＶＴシャフトに比べて短い軸長で必要なねじり強度を確保することができる。これにより、生産性の向上、コストの低減を図ることができる。
また、結合力の高い塑性結合と、シーブ面圧に対する十分な強度を与える圧入とを組み合わせることによって、上記シャフト部と上記シーブ部との結合部分の接触面積を小さくすることができ、かつ、十分な耐面圧強度やねじり強度を有することができる。これにより、上記ＣＶＴ用シャフトの小型軽量化を実現することができる。

また、本発明のＣＶＴ用シャフトは、上述のごとく、上記シャフト部と上記シーブ部とをそれぞれ別部材で設け、これらを一体的に結合している。そのため、両者を一体品として設けた場合に比べて、上記ＣＶＴ用シャフトの寸法精度や生産性を向上させ、コストの低減に寄与することができる。

すなわち、別部材で設けることにより、上記シャフト部及び上記シーブ部の各部材の形状は一体品に比べて単純となり、小型軽量となる。そのため、各部材を精度よく加工、成形することができると共に、効率よく生産することができる。特に、上記シーブ部に浸炭等の硬化処理を施す際には、部材の単純化、小型化によって、同じ熱処理炉であっても１回の処理でより多くの個数を処理できるため、処理時間を短縮することができる。これにより、上記シャフト部と上記シーブ部とを結合させた上記ＣＶＴ用シャフトは、寸法精度や生産性が高いものとなり、コスト低減が期待できる。

さらに、上記シャフト部及び上記シーブ部を別部材で設けることにより、両者に対して、コスト、生産性、要求される性能等に見合った素材をそれぞれ選択的に用いて生産することができる。これにより、上記ＣＶＴ用シャフトにおけるコストの低減、性能の確保等を容易に行うことができる。

また、本発明における塑性結合は、硬度の高いものに対して硬度の低いものを塑性変形させ、両者を結合する方法である。したがって、本発明では、少なくとも上記シーブ部の上記歯部の硬度（表面硬さ）が、上記シャフト部の上記結合外面部よりも大きいことが前提となる。このため、上記シーブ部は、少なくとも上記歯部の表面について硬化処理を施してある。これにより、上記歯部の表面硬さを向上させることができ、上記結合外面部と上記歯部との塑性結合を精度よく行うことができる。
また、上記シーブ部における上記歯部以外の部分にも同時に、少なくとも表面を硬化させる硬化処理を施しておくことにより、金属等のベルトに接触し、摩耗の激しい上記シーブ部の耐摩耗性を向上させることができる。

このように、本発明によれば、別部材よりなるシャフトとシーブとを一体化させて構成し、寸法精度や耐久性に優れ、さらには生産性の向上、コストの低減を図ることができるＣＶＴ用シャフトを提供することができる。
なお、本発明では、主として塑性結合により必要なねじり強度確保しているため、ねじり強度を十分に確保できる場合には、圧入部の圧入代を０とし、シャフト部の圧入外面部の径をシーブ部の圧入内面部の径より小さくすることも可能である。但し、その場合でも結合品の精度確保のためには、両者の径の差を０．０５ｍｍ以内とすることが望ましい。

第３の発明は、ＣＶＴに用いられるＣＶＴ用シャフトの製造方法において、
機械構造用鋼よりなり、内周面に軸方向に歯筋を有すると共に内方に突出する複数の歯部とを有する結合内面部と、内周面が平坦な面からなると共に上記歯部の内接円の径よりも小さい内径を有する圧入内面部とを軸方向に連ねてなる挿入穴を中央に有する円盤状のシーブ部を準備するシーブ部準備工程と、
少なくとも上記歯部の表面を硬化するシーブ部硬化処理工程と、
機械構造用鋼よりなり、上記歯部の内接円の径よりも大きい外径の結合外面部と、上記歯部の内接円の径よりも小さい外径を有すると共に圧入可能なように上記圧入内面部の内径よりも大きい外径を有する圧入外面部とを軸方向に連ねて有する棒状のシャフト部を準備するシャフト部準備工程と、
上記シャフト部を上記シーブ部の上記挿入穴に挿入すると共に、上記結合外面部に上記歯部を食い込ませて上記結合外面部の一部を塑性流動させた塑性結合部を形成する塑性結合処理と、上記圧入内面部に上記圧入外面部を圧入した圧入部を形成する圧入処理とを有し、上記シャフト部と上記シーブ部とを一体的に結合する結合工程とを有し、
上記シーブ部準備工程では、上記シャフト部の軸線を含む軸平面となす角度がαである受圧面と、上記軸平面となす角度がβ（β＞α）である傾斜面とにより鋭角状に構成されていると共に、上記受圧面を周方向における第１の方向に位置させた第１締結歯と、その反対側の第２の方向に上記受圧面を位置させた第２締結歯を形成し、
上記第１締結歯を並べた第１領域と、上記第２締結歯を並べた第２領域とは、上記挿入穴の周方向に交互に配列し、
上記第１締結歯の上記傾斜面と上記第２締結歯の上記傾斜面とが対面する部位には、上記受圧面と上記傾斜面とにより形成された谷部の外接円よりも内側に出ないように外方に位置し、対面する上記傾斜面を滑らかに繋いだ第１控え部を設け、
上記シーブ部硬化処理工程では、上記シーブ部の上記歯部の表面硬さをＨｖ６００以上とし、上記シャフト部の上記結合外面部の表面硬さよりＨｖ３００以上大きくすることを特徴とするＣＶＴ用シャフトの製造方法にある（請求項９）。
第４の発明は、ＣＶＴに用いられるＣＶＴ用シャフトの製造方法において、
機械構造用鋼よりなり、内周面に軸方向に歯筋を有すると共に内方に突出する複数の歯部とを有する結合内面部と、内周面が平坦な面からなると共に上記歯部の内接円の径よりも小さい内径を有する圧入内面部とを軸方向に連ねてなる挿入穴を中央に有する円盤状のシーブ部を準備するシーブ部準備工程と、
少なくとも上記歯部の表面を硬化するシーブ部硬化処理工程と、
機械構造用鋼よりなり、上記歯部の内接円の径よりも大きい外径の結合外面部と、上記歯部の内接円の径よりも小さい外径を有すると共に圧入可能なように上記圧入内面部の内径よりも大きい外径を有する圧入外面部とを軸方向に連ねて有する棒状のシャフト部を準備するシャフト部準備工程と、
上記シャフト部を上記シーブ部の上記挿入穴に挿入すると共に、上記結合外面部に上記歯部を食い込ませて上記結合外面部の一部を塑性流動させた塑性結合部を形成する塑性結合処理と、上記圧入内面部に上記圧入外面部を圧入した圧入部を形成する圧入処理とを有し、上記シャフト部と上記シーブ部とを一体的に結合する結合工程とを有し、
上記シーブ部準備工程では、上記シーブ部の上記歯部を、軸方向に直交する断面において、該歯部間に形成される歯溝が該歯溝の外接円となる基準円よりも小径の円弧となり、かつ該基準円に内接する上記歯溝が周方向に規則的に並んで花びら形状を呈するように形成し、
上記シーブ部硬化処理工程では、上記シーブ部の上記歯部の表面硬さをＨｖ６００以上とし、上記シャフト部の上記結合外面部の表面硬さよりＨｖ３００以上大きくすることを特徴とするＣＶＴ用シャフトの製造方法にある（請求項１０）。

上記第３及び第４の発明のＣＶＴ用シャフトの製造方法は、上記結合工程において、塑性結合処理により上記シャフト部を上記シーブ部の上記挿入穴に挿入すると共に、上記結合外面部に上記歯部を食い込ませて上記結合外面部の一部を塑性流動（塑性変形）させた塑性結合部を形成し、圧入処理により上記圧入内面部に上記圧入外面部を圧入した圧入部を形成し、上記シャフト部と上記シーブ部とを一体的に結合する。これにより、本発明の製造方法によれば、上述したごとく、上記シャフト部と上記シーブ部との結合力が非常に高く、小型化を実現することができ、耐面圧強度やねじり強度等の強度が高く、耐久性を有し、性能が確保されたＣＶＴ用シャフトを、優れた寸法精度や生産性で、低コストで得ることができる。

上記第３及び第４の発明の製造方法は、上述したごとく、シーブ部準備工程と、シーブ部硬化処理工程と、シャフト部準備工程と、結合工程とを有する。
上記シーブ部準備工程においては、機械構造用鋼に対して、熱間鍛造、冷間鍛造、切削加工等を行うことにより、上記シーブ部を準備する。

また、上記シーブ部硬化処理工程においては、浸炭、浸炭窒化、高周波焼入のような表面及びその周辺部を集中して硬化させるいわゆる表面硬化処理や、部品全体をズブ焼入れ焼戻しすることにより内部まで同時に硬化させる調質処理等を適用し、少なくとも上記歯部の表面を硬化する。従って、必然的に実施する表面硬化処理に適した材料を選択する必要があり、特に、浸炭、浸炭窒化処理を行う場合は、Ｃｒ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼等の肌焼鋼が適している。

また、上記シャフト部準備工程においても、前期シーブ部準備工程と同様に、機械構造用鋼に対して、熱間鍛造、冷間鍛造、切削加工等を行うことにより、上記シャフト部を準備する。シャフト部も部分的に高強度が必要な部位に高周波焼入される場合はあるが、シーブ部よりは高強度を必要としないので、材料としてはＣｒ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼に比べ安価な炭素鋼（ＳＣ）を使用することができる。なお、必要に応じて、焼なまし、焼きならし処理を施してもよい。

次に、上記第１〜第４の発明においては、後述の図４に示すごとく、上記圧入内面部の内径をｄ₁、上記シーブ部の直径をｄ₂、中央径ｄ₃＝（ｄ₁＋ｄ₂）／２とした場合に、上記シーブ部の表面における上記中央径ｄ₃位置から中心軸に対して垂直な垂線を引いた場合に該垂線と上記挿入穴内面との交差する位置が圧入内面部であることが好ましい（請求項３、１１）。
この場合には、塑性結合部によるねじり強度と、圧入部による耐面圧強度の効果を特に良好に得ることができる。

圧入部が狭く、上記垂線と上記挿入穴内面との交差する位置が塑性結合部となるような場合には、圧入部に比べ割れが発生しやすい形状である塑性結合部より割れが発生しやすくなり、実際のベルト巻き掛けによる負荷に対する耐面圧強度が不十分になるおそれがある。

また、上記シーブ部の上記歯部は、表面硬さがＨｖ６００以上である。
この場合には、上記歯部の優れた強度特性によって、結合外面部に上記歯部を食い込ませて上記結合外面部の一部を塑性流動させることにより形成される上記塑性結合部がより安定した結合部となり、２部品の結合時の位置精度の安定性も高くすることができる。

また、上記シーブ部の上記歯部は、上記シャフト部の上記結合外面部の表面硬さよりＨｖ３００以上大きい。
すなわち、硬度差が小さい場合には、塑性結合時における上記結合外面部表面の塑性流動がスムーズに進まなくなり、結合後の寸法精度が低下する。したがって、硬度差をＨｖ３００以上としておくことにより、上記歯部と上記結合外面部との硬度差によって、塑性変形した上記結合外面部が上記歯部間に塑性流動し易くなり、より一層安定して、精度のよい上記塑性結合部を得ることができる。

また、上記シャフト部は、下記式により示される炭素当量Ｃｅｑが０．４以上の素材よりなり、上記シーブ部との結合前又は結合後に、上記結合外面部以外の少なくとも一部に、高周波焼入処理によって表面硬化処理を施してあることが好ましい（請求項４、１２）。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４、（各元素記号はそれぞれの質量％を意味する。）

勿論、結合外面部については高周波熱処理は行わないが、結合外面部以外の部位で高強度を必要とする部位に高周波焼入処理を施すことにより、上記シャフト部の表面硬さを高めることができる。なお、上記シャフト部の炭素当量Ｃｅｑが０．４未満の場合には、高周波焼入後の硬さ不足、強度不足、摺動部位の耐摩耗性の低下等の不具合を生じる場合がある。

また、上記シーブ部の上記歯部は、上記硬化処理を施した後に、ショットピーニング処理を施してあることが好ましい（請求項５、１３）。
この場合には、ショットピーニング処理を施すことにより、上記シーブ部の上記歯部に圧縮の残留応力が発生する。そのため、上記結合外面部と上記歯部との塑性結合の際、及びその後の使用時に、上記歯部の歯底面に生じる引張応力を低減させることができ、塑性結合後における上記シーブ部の遅れ破壊を抑制することができる。

また、上記第２及び第４の発明において、上記シーブ部の上記歯部は、軸方向に直交する断面において、該歯部間に形成される歯溝が該歯溝の外接円となる基準円よりも小径の円弧となり、かつ該基準円に内接する上記歯溝が周方向に規則的に並んで花びら形状（後述の図５、図６参照）を呈するように構成されている。
花びら形状を構成する歯部は、冷間鍛造で形成することができるためコストの低減を図ることができる。
また、歯溝部分が滑らかな曲線状に形成されているため、十分なねじり強度を得ることができるだけでなく、塑性結合後における歯元の引っ張り応力を緩和することができ、上記シーブ部の破裂、遅れ破壊、置き狂い等を抑制することができ、上記ＣＶＴ用シャフトの寸法精度を向上させることができる。なお、上記歯部は、細かいほどねじりトルクに対して高強度となる。

また、上記第１及び第３の発明において、塑性結合部において特に高いねじり強度を確保するために、上記シーブ部の歯部の形状を、以下のように形成する。
具体的には、上記歯部は、上記シャフト部の軸線を含む軸平面となす角度がαである受圧面と、上記軸平面となす角度がβ（β＞α）である傾斜面とにより鋭角状を呈していると共に、上記受圧面を周方向における第１の方向に位置させた第１締結歯と、その反対側の第２の方向に上記受圧面を位置させた第２締結歯のいずれかを構成し、上記第１締結歯を並べた第１領域と、上記第２締結歯を並べた第２領域とは、上記挿入穴の周方向に交互に配列されており、上記第１締結歯の上記傾斜面と上記第２締結歯の上記傾斜面とが対面する部位には、上記受圧面と上記傾斜面とにより形成された谷部の外接円よりも内側に出ないように外方に位置し、対面する上記傾斜面を滑らかに繋いだ第１控え部を設ける。

この場合には、シャフト部の結合外面部にシーブ部の歯部を食い込ませ、結合外面部の一部を歯部の谷部に塑性流動（塑性変形）させ、結合力が極めて高く、高いねじり強度を確保することができる塑性結合部を形成することができる。
また、上記歯部と上記結合外面部とを塑性結合する際に、上記第１締結歯の上記傾斜面と上記第２締結歯の上記傾斜面とが対面する部位には、最も大きな引張応力が発生する。そのため、その部位には、上記受圧面と上記傾斜面とにより形成された上記谷部の外接円よりも内側に出ないように外方に位置し、対面する上記傾斜面を滑らかに繋いだ上記第１控え部を設ける。すなわち、応力が集中する部位に滑らかな形状の上記第１控え部を設けることによって、発生する引張応力を低減することができる。これにより、塑性結合後における上記シーブ部の破裂、遅れ破壊、置き狂い等を抑制することができ、ＣＶＴ用シャフトの寸法精度を向上させることができる。

また、上記歯部と上記結合外面部との塑性結合の際に、上記第１控え部に発生する引張応力をさらに効果的に低減するために、上記第１控え部は、塑性流動した結合外面部との間に間隙を設けて配置されていることが好ましい。

また、上記第１締結歯の上記受圧面と上記第２締結歯の上記受圧面とが対面する部位には、上記結合外面部の外径よりも内側に出ないように外方に位置し、対面する上記受圧面を滑らかに繋いだ第２控え部を設けてあることが好ましい。
この場合には、塑性結合する際に上記第２控え部が障害とならないため、上記結合外面部の外径、上記歯部の内径の寸法精度にばらつきが生じても、上記結合外面部の塑性流動をスムーズに行うことができる。なお、塑性結合後において、上記第２控え部に上記結合外面部が当接するように上記第２控え部の寸法調整をしておくことにより、上記シャフト部と上記シーブ部との軸方向位置のズレを抑制することができ、上記ＣＶＴ用シャフトの寸法精度を向上させることができる。
また、上記谷部は、各谷部に発生する引張応力を低減するために、滑らかな曲線状に形成されていることが好ましい。

また、上記第１〜第４の発明において、上記シーブ部の上記結合内面部と上記圧入内面部との間には、上記歯部の内径よりも大きい内径を有する凹部が形成されていることが好ましい（請求項６、１４）。
この場合には、上記結合外面部と上記歯部との塑性結合の際に、上記結合外面部の一部が上記凹部に塑性流動することができ、上記ＣＶＴ用シャフトのシャフト部とシーブ部の位置精度を向上させることができる。

また、上記シャフト部の上記結合外面部は、その外周角部に傾斜した接触面を有しており、
上記歯部は、上記結合外面部を内周側に収容可能な大径先端部を有すると共に、その後端側に徐々に縮径する位置決め傾斜部を有しており、
上記塑性結合部は、上記歯部の上記大径先端部内に上記結合外面部を収容すると共に上記接触面と上記位置決め傾斜部とを当接した後に、上記歯部を上記結合外面部に食い込ませて形成してあることが好ましい（請求項７、１５）。
この場合には、上記シャフト部と上記シーブ部との軸方向の位置決めを行うことができ、上記ＣＶＴ用シャフトのシャフト部とシーブ部の位置精度を向上させることができる。

また、上記シャフト部は、上記結合外面部よりも外径が大きい外鍔部を有しており、
上記歯部の軸方向端面には、上記外鍔部に当接可能な先端当接面を有しており、上記塑性結合部形成状態において、上記外鍔部と上記先端当接面とが当接していることが好ましい（請求項８、１６）。
この場合には、上記シャフト部と上記シーブ部とは、充分に固定されたものとなる。

また、上記塑性結合処理と上記圧入処理は同時に開始しても良いし、上記塑性結合処理を開始した後に圧入処理を開始しても良いし、上記圧入処理を開始した後に塑性結合処理を開始しても良いが、特に、上記第３及び第４の発明のＣＶＴ用シャフトの製造方法では、上記結合工程は、上記圧入処理を開始した後に塑性結合処理を開始することが好ましい（請求項１７）。
この場合には、上記シャフト部と上記シーブ部との位置関係が精度よく固定された状態で塑性結合させることができるため、寸法精度のばらつきの少ないＣＶＴシャフトを製造することができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるＣＶＴ用シャフト及びその製造方法について、図を用いて説明する。
本例のＣＶＴ用シャフト１は、図１に示すごとく、自動車等の変速機に利用されるベルト式無段変速機（ＣＶＴ）に用いられるものであり、シャフト（シャフト部２）とシャフトに固定されるシーブ（シーブ部３）とで構成されている。

ＣＶＴ用シャフト１は、図１〜図９に示すごとく、機械構造用鋼よりなる棒状のシャフト部２と、該シャフト部２に外挿する機械構造用鋼よりなる円盤状のシーブ部３を、塑性結合部４と圧入部５とを介して結合してなる。

上記シーブ部３は、上記シャフト部２を挿入する挿入穴３１を有し、該挿入穴３１は、上記塑性結合部４を形成するための結合内面部３２と、上記圧入部５を形成するための圧入内面部３３とを軸方向に連ねて、かつ、上記圧入内面部３３がシーブ面３０に近い側に位置するように設けてなり、上記結合内面部３２の内周面には、軸方向に歯筋を有すると共に内方に突出する複数の歯部３４を有しており、上記圧入内面部３３の内周面は、平坦な面からなると共に上記歯部３４の内接円の径よりも小さい内径を有しており、また、上記シーブ部３は、上記シャフト部２との結合の前に、少なくとも歯部３４の表面を硬化する硬化処理を施してある。

上記シャフト部２は、上記塑性結合部４を形成するための結合外面部２１と、上記圧入部５を形成するための圧入外面部２２とを軸方向に連ねて有しており、上記結合外面部２１は、上記歯部３４の内接円の径よりも大きい外径を有しており、上記圧入外面部２２は、上記歯部３４の内接円の径よりも小さい外径を有すると共に圧入可能なように上記圧入内面部３３の内径よりも大きい外径を有している。

そして、上記シャフト部２の結合外面部２１に上記シーブ部３の歯部３４を食い込ませて上記結合外面部２１の一部を塑性流動させた上記塑性結合部４を形成すると共に、上記圧入内面部３３に上記圧入外面部２２を圧入した上記圧入部５を形成することにより、上記シャフト部２と上記シーブ部３とを一体的に結合している。
以下、これを詳説する。

図４、図５に示すごとく、シーブ部３は、上述したようにシャフト部２を挿入する挿入穴３１を有しており、挿入穴３１の結合内面部３２には、軸方向に歯筋を有すると共に内方に突出する複数の歯部３４を有している。上記歯部３４のシーブ面３０と反対側には、図６に示すごとく、上記結合外面部２１を内周側に収容可能な大径先端部３５を有すると共に、その後端側に徐々に縮径する位置決め傾斜部３６を有している。また、歯部３４の軸方向端面には、後述するシャフト部の外鍔部２３に当接可能な先端当接面３７を有している。上記シーブ部３の軸方向に直交する面である後端面９に対する先端当接面３７の傾斜角度γを１５０°、上記傾斜部３６と上記先端当接面３７とがなす角ωを１４０°とした。

図４に示すごとく、上記圧入内面部３３の内径をｄ₁、上記シーブ部３の直径をｄ₂、中央径ｄ₃＝（ｄ₁＋ｄ₂）／２とした場合に、上記シーブ部３の表面における上記中央径ｄ₃位置から中心軸Ｏに対して垂直な垂線を引いた場合に該垂線と上記挿入穴内面との交差する位置３１１は圧入内面部３３である。
本例では、上記圧入内面部３３の内径をｄ₁を４８ｍｍ、上記シーブ部３の直径をｄ₂を１５６ｍｍ、上記中央径ｄ₃を１０２ｍｍ、シーブ面の傾斜θを１１°とした。また、上記圧入部３３の軸方向の長さは８．５ｍｍとした。

そして、図５に示すごとく、上記シーブ部３の上記歯部３４は、基準円９１よりも小径の円弧９２を上記基準円９１に内接するように規則的に並べて形成される花びら形状を呈している。また、上記シーブ部３の上記結合内面部３２と上記圧入内面部３３との界面は、上記歯部３４の内径よりも大きい内径を有する凹部３８が形成されている。

また、図２、図３に示すごとく、シャフト部２は、円筒形状を呈しており、上記歯部３４の内接円の径よりも小さい外径を有すると共に圧入可能なように上記圧入内面部３３の内径よりも大きい外径の圧入外面部２２と、シーブ部３の歯部３４の内接円の径よりも大きい外径の結合外面部２１と、結合外面部２１よりも外径が大きい外鍔部２３とを有している。また、上記シャフト部２の上記結合外面部２１は、その外周角部に傾斜した接触面２４を有している。

また、図７〜図９に示すごとく、シャフト部２とシーブ部３とは、上記結合外面部２１に上記歯部３４を食い込ませて上記結合外面部２１の一部を塑性流動させた上記塑性結合部４を形成すると共に、上記圧入内面部３３に上記圧入外面部２２を圧入した上記圧入部５を形成することにより、上記シャフト部２と上記シーブ部３とを一体的に結合している。

上記塑性結合部４は、上記歯部３４の上記大径先端部３５内に上記結合外面部２１を収容すると共に上記接触面２４と上記位置決め傾斜部３６とを当接した後に、上記歯部３４を上記結合外面部２１に食い込ませて形成してある。また、上記塑性結合部形成状態において、上記外鍔部２３と上記先端当接面３７とが当接している。

また、シャフト部２及びシーブ部３の素材としては、いずれも機械構造用鋼を用いている。
シャフト部２の素材としては、炭素当量Ｃｅｑ（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４、各元素記号はそれぞれの質量％を意味する。以下同様。）が０．４以上のＳ４５Ｃ（炭素鋼）を用いた。
シーブ部３の素材としては、ＳＣＭ２０（クロムモリブデン鋼）を用いた。シーブ部３における歯部３４は、表面硬化処理としての浸炭処理（焼入れ、焼戻し）を施してあり、表面硬さがＨｖ７５０（ＪＩＳ Ｇ０５５７による硬化深さ０．５ｍｍ）である。

また、シャフト部２の結合外面部２１は、加熱処理（焼きならし）を施してあり、表面硬さがＨｖ２５０である。また、シャフト部２の結合外面部２１以外の部分において、より表面硬さが必要な部分には、表面硬化処理としての高周波焼入処理を施してある。

次に、ＣＶＴ用シャフト１の製造方法について、図を用いて説明する。
本例のＣＶＴ用シャフト１の製造方法は、図１〜図９に示すごとく、機械構造用鋼よりなり、内周面に軸方向に歯筋を有すると共に内方に突出する複数の歯部３４を有する結合内面部３２と、内周面が平坦な面からなると共に上記歯部３４の内接円の径よりも小さい内径を有する圧入内面部３３とを軸方向に連ねてなる挿入穴３１を中央に有する円盤状のシーブ部３を準備するシーブ部準備工程と、少なくとも上記歯部３４の表面を硬化するシーブ部硬化処理工程と、機械構造用鋼よりなり、上記歯部３４の内接円の径よりも大きい外径の結合外面部２１と、上記歯部３４の内接円の径よりも小さい外径を有すると共に圧入可能なように上記圧入内面部３３の内径よりも大きい外径を有する圧入外面部２２とを軸方向に連ねて有する棒状のシャフト部２を準備するシャフト部準備工程と、上記シャフト部２を上記シーブ部３の上記挿入穴３１に挿入すると共に、上記結合外面部２１に上記歯部３４を食い込ませて上記結合外面部２１の一部を塑性流動させた塑性結合部４を形成する塑性結合処理と、上記圧入内面部３３に上記圧入外面部２２を圧入した圧入部５を形成する圧入処理とを有し、上記シャフト部２と上記シーブ部３とを一体的に結合する結合工程とを有する。
以下、これを詳説する。

＜シーブ部準備工程＞
シーブ部３の素材として用いるＳＣＭ２０（クロムモリブデン鋼）を所定長さに切断する。その後、熱間鍛造、加熱処理（焼きならし）、冷間加工（塑性加工）、機械加工を行い、内周面に軸方向に歯筋を有すると共に内方に突出する複数の歯部３４を有する結合内面部３２と、内周面が平坦な面からなると共に上記歯部３４の内接円の径よりも小さい内径を有する圧入内面部３３とを軸方向に連ねてなる挿入穴３１を中央に有する円盤状のシーブ部３（図４、図５）を準備する。
なお、歯部３４の形状は、花びら形状を呈している（図５参照）。

＜シーブ部硬化処理工程＞
次に、シーブ部３に対して、表面硬化処理としての浸炭処理（焼入れ、焼戻し）を行い、シーブ部３の表面を硬化する。このとき、シーブ部３の歯部３４の表面硬さをＨｖ６００以上とする。本例では、歯部３４の表面硬さをＨｖ７５０とした。
なお、本工程におけるシーブ部３の硬化処理としては、浸炭処理に代えて、浸炭窒化処理、高周波焼入処理、調質処理等を行うこともできる。

＜ショットピーニング処理工程＞
次に、本例では、シーブ部硬化処理工程後、シーブ部３の歯部３４にショットピーニング処理を行う。

＜シャフト部準備工程＞
次に、シャフト部２の素材として用いる炭素当量Ｃｅｑが０．４以上のＳ４５Ｃ（炭素鋼）を所定長さに切断する。その後、加熱処理（焼きならし）、冷間加工（塑性加工、切削加工）を行い、シーブ部３における歯部３４の内接円の径よりも大きい外径の結合外面部２１と、上記歯部３４の内接円の径よりも小さい外径を有すると共に圧入可能なように上記圧入内面部３３の内径よりも大きい外径の圧入外面部２２を有する棒状のシャフト部２（図２及び図３）を準備する。
なお、本工程における加熱処理（焼きならし）は、必要がなければ省略することもできる。本例では、上記シャフト部の上記結合外面部の表面硬さをＨｖ２３０とした。

＜結合工程＞
次に、シャフト部２をシーブ部３の挿入穴３１に挿入し、シャフト部２とシーブ部３とを塑性結合処理及び圧入処理を施すことにより一体的に結合する。以下、これについて詳しく説明する。
（塑性結合処理）
上記塑性結合処理は、まず、図７に示すごとく、受け型６にシーブ部３をセットし、シャフト部２をシーブ部３の挿入穴３１に押し込んでいく。そして、図８に示すごとく、シーブ部３の歯部３４の大径先端部３５内にシャフト部２の結合外面部２１を収容すると共に、シャフト部２の接触面２４とシーブ部３の位置決め傾斜部３６とを当接させる。これにより、シャフト部２及びシーブ部３の軸方向の位置決めを行う。

その後、図９に示すごとく、シーブ部３の歯部３４をシャフト部２の結合外面部２１に食い込ませながら、すなわち、結合外面部２１を、図５及び図６に示す歯部３４間の歯溝３９に塑性流動させながら、シャフト部２の外鍔部２３とシーブ部３の先端当接面３７とが当接するまで、シャフト部２をシーブ部３の挿入穴３１に押し込んでいく。これにより、結合外面部２１の一部を歯部３４の歯溝３９に塑性流動させた塑性結合部４が形成され、結合される。

（圧入処理）
上記圧入処理は、上述したように、受け型６にシーブ部３をセットし、シャフト部２をシーブ部３の挿入穴３１に押し込んでいく。
その後、上記圧入内面部３３に、圧入可能なように上記圧入内面部３３の内径よりも大きい外径を有する上記圧入外面部２２を圧入していく。これにより、圧入部５が形成され、結合される。

＜シャフト部表面硬化処理工程＞
次に、本例では、塑性結合工程後、シャフト部の結合外面部以外の部分において、より表面硬さが必要な部分に高周波焼入処理を行う。
なお、このシャフト部表面硬化処理工程は、塑性結合工程前に行ってもよい。

＜仕上げ加工＞
最後に、シャフト部及びシーブ部の寸法を調整するための仕上げ加工（切削加工）を行う。
以上により、ＣＶＴ用シャフト１（図１）を得る。

次に、本例のＣＶＴ用シャフト１の作用効果を説明する。
本例のＣＶＴ用シャフト１は、シャフト部２とシャフト部２に外挿したシーブ部３とを有している。そして、シャフト部２とシーブ部３とは、上記シャフト部２の結合外面部２１に上記シーブ部３の歯部３４を食い込ませて上記結合外面部２１の一部を塑性流動させた塑性結合部４を形成し、上記シーブ部３の圧入内面部３３に上記シャフト部２の圧入外面部２２を圧入した圧入部５を形成することによって一体的に結合している。そのため、両者間の結合力は高くなる。

特に、上記塑性結合部４は、接触面上において、塑性変形により圧縮の残留応力が働いた状態で強固に固定されるため、使用中においても接触面に微小のズレが繰り返し生じることを抑制でき、フレッティングの心配をする必要がない。
また、上記圧入部分５は、接触面がフラットであるため、上記圧入内面部３３と上記圧入外面部２２との界面において割れが発生し難く、この割れにくい形状の圧入部を、本発明では、ベルトの巻き掛けにより最も高い引張応力が生じるシーブ面側に設けている。その結果、ＣＶＴ用シャフト１のシーブ面圧に対する強度を高めることができ、かつ耐久性を向上させることができる。

また、シャフト部２とシーブ部３との間の結合力を充分に確保することができるため、圧入のみで製造したＣＶＴシャフトに比べて短い軸長で必要なねじり強度を確保することができる。これにより、生産性を向上、コストの低減を図ることができる。
そして、結合力の高い塑性結合と、シーブ面圧に対する十分な強度を与える圧入とを組み合わせて用いることによって、シャフト部２とシーブ部３との結合部分の接触面積を小さくしても十分な耐面圧強度とねじり強度を確保することができ、ＣＶＴ用シャフト１の小型軽量化を実現することができると共に、優れた耐久力を得ることができる。

また、ＣＶＴ用シャフト１は、シャフト部２とシーブ部３とをそれぞれ別部材で設け、これらを一体的に結合している。そのため、両者を一体品として設けた場合に比べて、ＣＶＴ用シャフト１のシャフト部２とシーブ部３の位置精度や生産性を向上させることができる。すなわち、別部材で設けることにより、シャフト部２及びシーブ部３の各部材の形状は一体品に比べて単純となり、小型となる。そのため、各部材を精度よく加工、成形することができると共に、効率よく生産することができる。特に、シーブ部３及びシャフト部２に硬化処理を施す際には、部材の単純化、小型化によって処理時間を短縮することができる。これにより、シャフト部２とシーブ部３とを結合させたＣＶＴ用シャフト１は、位置精度や生産性が高いものとなる。

さらに、シャフト部２及びシーブ部３を別部材で設けて生産することにより、両者に対して、コスト、生産性、要求される性能等に見合った素材をそれぞれ選択的に用いることができる。これにより、ＣＶＴ用シャフト１におけるコストの低減、性能の確保等を容易に行うことができる。

また、シーブ部３の歯部３４は花びら形状を呈している。花びら形状の歯部３４は鍛造で形成できるため、コストの低減につながる。また、花びら形状の歯部３４は、歯溝部分３９が滑らかな曲線状に形成されているため、十分なねじり強度を得ることができるだけでなく、塑性結合後における歯元の引っ張り応力を緩和することができ、上記シーブ部３の破裂、遅れ破壊、置き狂い等を抑制することができ、耐久性を向上させることができる。
また、シーブ部３は、歯部３４の表面について硬化処理を施してある。これにより、歯部３４の表面硬さを向上させることができ、結合外面部２１と歯部３４との塑性結合を精度よく行うことができる。

また、本例において、シーブ部３の歯部３４は、シャフト部２の結合外面部２１の表面硬さよりＨｖ３００以上大きい。そのため、歯部３４と結合外面部２１との硬度差によって、塑性変形した結合外面部２１が歯部３４の谷部に塑性流動し易くなり、より一層安定して、精度のよい塑性結合部を得ることができる。

また、本例の製造方法において、シーブ部処理工程の後に、シーブ部３の歯部３４に、ショットピーニング処理を施すショットピーニング処理工程を行う。これにより、シーブ部３の歯部３４に圧縮の残留応力が発生する。そのため、塑性結合処理においてシャフト部２とシーブ部３とを塑性結合する際に、歯部３４に生じる引張応力を低減させることができ、塑性結合後のシーブ部３の遅れ破壊を抑制することができる。

このように、本例によれば、別部材よりなるシャフト部２とシーブ部３とを一体化させて構成し、シャフト部２とシーブ部３の位置精度や耐久性に優れ、さらには生産性の向上、コストの低減を図ることができるＣＶＴ用シャフトを提供することができる。

（実施例２）
本例は、ＣＶＴ用シャフトの耐面圧強度、ねじり強度、及び寸法精度を評価したものである。
本発明品としては、別部材よりなるシャフト部とシーブ部とを結合した実施例１のＣＶＴ用シャフト（試料Ｅ１）を準備した。
また、比較品としては、シャフト部とシーブ部とを圧入のみで結合した試料Ｃ１、シャフト部とシーブ部とを塑性結合のみで結合した試料Ｃ２を準備した。

試料Ｅ１は、シャフト部２の結合外面部２１の直径が５４ｍｍ、圧入外面部２２の直径が４８．０５ｍｍ、内穴径が１５ｍｍである。また、シーブ部３は、軸方向の高さが４０ｍｍ（圧入内面部の高さが８．５ｍｍ、結合内面部の高さが１５ｍｍ）、外径が１０２ｍ、シーブ面３０の傾斜が１１°である。また、結合内面部３２の歯部３４の突出高さは１ｍｍであり、歯部数は４０歯（第１締結歯４１：２０歯、第２締結歯４２：２０歯）、歯部の内接円の径は５３ｍｍ、圧入内面部３３の直径は４８ｍｍである。

また、試料Ｃ１は、結合部の軸長が試料Ｅ１と同一になるように、圧入代（７０μｍ）を径方向の両側に設けて圧入により結合部を形成している。シャフト部の圧入外面部の直径、内穴径、シーブ部３の軸方向の高さ（圧入内面部の高さ）、外径、シーブ面の傾斜角度、圧入内面部の直径は上記試料Ｅ１と同様のサイズにして行った。なお、各部材の素材、硬さ等の条件は、試料Ｅ１と同様である。また、熱処理としては、シャフト部及びシーブ部に浸炭処理を施してある。

また、試料Ｃ２は、結合部の軸長が試料Ｅ１と同一になるように、塑性結合により結合部を形成している。シャフト部の結合外面部の直径、内穴径、シーブ部の軸方向の高さ（結合内面部の高さ）、外径、シーブ面の傾斜角度、結合内面部の歯部の突出高さ、歯部数、歯部の内接円の径は上記試料Ｅ１と同様のサイズにして行った。なお、各部材の素材、硬さ等の条件は、試料Ｅ１と同様である。また、熱処理としては、シャフト部及びシーブ部に浸炭処理を施してある。

＜耐面圧強度＞
耐面圧強度の評価方法を、図１０〜図１２を用いて説明する。
図１０に示すごとく、ＣＶＴ用シャフト１について、シーブ部３の表面が下側にくるように、固定された下ジグ７１と、上下に可動する上ジグ７２とを用いてＣＶＴ用シャフト１を保持した。下ジグ７１には、２つの直径３５ｍｍの球７３がＣＶＴ用シャフト１の軸心を中心に１２０°（角度α）の位置に配置してある（図１１参照）。そして、上ジグ７２を下方（方向Ｂ）に向けてストロークさせることにより、上記ＣＶＴシャフト１のシーブ部３表面に圧力を負荷した。そして、図１１示すＤ点（角度β＝６０°（最大引張応力を受ける部分））に亀裂が入るまでに測定された最大負荷力を耐面圧強度とした。結果を図１２に示す。

上記図１２は、右縦軸には、耐面圧強度［Ｎ］をとり、左縦軸には、後述するねじり強度［Ｎｍ］をとり、横軸は、各試料の結合の仕方を記載した。同図における符号Ｅ１は試料Ｅ１、符号Ｃ１は試料Ｃ１、符号Ｃ２は試料Ｃ２の結果を示し、符号Ｓは耐面圧強度、符号Ｔはねじり強度を示す。

図１２より知られるごとく、シーブ部の表面側の結合部分が圧入によるフラットな結合部となっている試料Ｅ１及び試料Ｃ１は、シーブ部の表面側の結合部分が塑性結合による結合部である試料Ｃ２と比較して、割れが発生し難く、優れた耐面圧強度を示した。

＜ねじり強度＞
ねじり強度の測定は、シーブ部を回転しないように固定した状態でシャフト部にねじりトルクを負荷させる。
塑性結合部がねじりトルクに負けて塑性変形し始めるまでに測定された最大のねじりトルク、あるいは、圧入部の摩擦力が負けてすべりが生じるまでに測定された最大ねじりトルクを測定し、ねじり強度とした。結果を図１２に併せて示す。

図１２より知られるごとく、塑性結合部を有する試料Ｅ１及び試料Ｃ２は、圧入部のみからなる結合部を有する試料Ｃ１と比較して、優れたねじり強度を示した。
このように、圧入部と塑性結合部を組み合わせることによって、ねじり強度、耐面圧強度の両方について、バランス良く優れたＣＶＴ用シャフトを製造できることが確認できた。

なお、これは結合部の寸法を同一とした場合である。したがって、圧入の場合には、圧入部の軸方向の長さを長くして、同等のねじり強度となるようにすれば同様のねじり強度を得ることはできるが、その場合には、重量が増加するという別の問題が生じることとなる。
また、従来の一体品の場合、当然本発明のＣＶＴシャフトに比べてねじれ強度が高いものとなるが、最弱部位は、この試験で評価している位置ではなく、トルクを伝達する細径部となるため、本発明品は、上述したねじり強度であれば問題のない強度であるということができる。

＜寸法精度＞
寸法精度は、シーブ部の振れを測定し評価した。シーブ部の振れの測定は、シャフト部を１回転させた際のシーブ部の外周端における軸方向の変位を測定した。なお、試料については、結合後、仕上げ加工前の状態のものを測定した。
ここで、比較のために、素材としてＳＣＭ２０を用い、熱間鍛造によりシャフト部とシーブ部とを有する一体品を成形し、浸炭処理を施したものを別途用意した。

その結果、上記一体品は焼入による歪が大きくなりやすく、振れは０．１ｍｍであったのに対し、上記試料Ｅ１、試料Ｃ１、及び試料Ｃ２の振れは０．０５ｍｍであり、良好な結果を示した。すなわち、一体品に対して、別部材からなるＣＶＴ用シャフトは、焼入歪を小さくできるため、高精度化が可能になり、削り代を低減できる。
なお、比較として、上記シーブ部の上記歯部の表面硬さと、上記シャフト部の上記結合外面部の表面硬さの差が小さい（Ｈｖ２００（シーブ部の歯部がＨｖ６００、シャフト部の結合外面部がＨｖ４００））場合の評価を行ったところ、振れは０．３０ｍｍと大きくなった。従って、両者の硬さの差をＨｖ３００以上としないと、結合時の材料流れがスムーズに進まず、精度の良いＣＶＴ用シャフトの製造が困難となることがわかる。

これにより、本発明によれば、別部材よりなるシャフトとシーブとを一体化させて固定し、寸法精度や耐久性に優れ、さらには生産性の向上、コストの低減を図ることができるＣＶＴ用シャフト及びその製造方法を提供することができることが分かる。

（実施例３）
本例は、実施例１のシーブ部の歯部の花びら形状を後述する形状に変更し、ＣＶＴ用シャフト１０２を作製した例である。その他は、実施例１と同様に行った。
本例のシーブ部３０２は、図１３〜図１５に示すごとく、結合内面部３２に設けた各歯部３４は、シャフト部２の軸線を含む軸平面２００となす角度がαである受圧面８１と、軸平面となす角度がβ（β＞α）である傾斜面８２とにより鋭角状を呈している。なお、本例では、α＝０°であり、図示を省略した。

また、歯部３４は、受圧面８１を周方向における第１の方向Ｇ１（時計回りの方向）に位置させた第１締結歯３４１と、その反対側の第２の方向Ｇ２（反時計回りの方向）に受圧面８２を位置させた第２締結歯３４２とで構成されている。また、歯部３４において、第１締結歯３４１を並べた第１領域８３と、第２締結歯３４２を並べた第２領域８４とが、挿入穴３１の周方向に交互に配列されている。

また、図１４に示すごとく、第１締結歯３４１の傾斜面８２と第２締結歯３４２の傾斜面８２とが対面する傾斜面対面部位８５には、受圧面８１と傾斜面８２とにより形成された谷部８６の外接円８６０よりも内側に出ないように外方に位置し、対面する傾斜面８２を滑らかに繋いだ第１控え部８５１が設けてある。なお、谷部８６は、滑らかな曲線状に形成されている。

一方、図１５に示すごとく、第１締結歯３４１の受圧面８１と第２締結歯３４２の受圧面８１とが対面する受圧面対面部位８７には、歯部３４の内接円３４０よりも内側に出ないように外方に位置し、対面する受圧面８１を滑らかに繋いだ第２控え部８７１が設けてある。

本例のＣＶＴ用シャフト１０２の製造方法は、上記実施例１の製造方法のシーブ部準備工程を変更した以外は、実施例１と同様に行った。
シーブ部準備工程においては、まず、実施例１と同様の素材を所定長さに切断する。その後、熱間鍛造、加熱処理（焼きならし）、切削加工を行い、内周面に軸方向に歯筋を有すると共に内方に突出する複数の歯部３４を有する結合内面部３２と、内周面が平坦な面からなると共に上記歯部３４の内接円の径よりも小さい内径を有する圧入内面部とを軸方向に連ねてなる挿入穴３１を中央に有する円盤状のシーブ部３０２を準備する。
なお、歯部３４の形状は、上述したとおりである（図１３〜図１５参照）。

結合工程は実施例１と同様に行うが、得られたＣＶＴ用シャフトの塑性結合部は、図１３〜図１５に示すごとく、シャフト部２とシーブ部３とが、結合外面部の一部を歯部３４の受圧面８１と傾斜面８２とにより形成された谷部８６に塑性流動（塑性変形）させた塑性結合部４０２を形成している。
また、第１控え部８５１は、塑性流動（塑性変形）した結合外面部２１１との間に間隙８５２を設けた状態で配置されている。
また、第２控え部８７１は、塑性流動した結合外面部２１１に当接した状態で配置されている。
なお、図１４、図１５においては、結合前（塑性変形前）の結合外面部２１の外周面２１０を示してある。

次に、本例のＣＶＴ用シャフト１０２の作用効果を説明する。
本例のＣＶＴ用シャフト１０２は、シーブ部準備工程において、切削加工によって歯部の加工を行うため、実施例１の冷間鍛造による加工と比較すると、製造コストがかかる。しかしながら、塑性結合部４０２において、シャフト部２の結合外面部にシーブ部３０２の歯部３４を食い込ませ、結合外面部の一部を歯部３４の谷部８６に塑性流動（塑性変形）させ、特に高いねじり強度を確保することができる塑性結合部４０２を形成することができる。そのため、シャフト部２とシーブ部３０２との結合力が極めて高くなる。

また、第１締結歯３４１の傾斜面８２と第２締結歯３４２の傾斜面８２とが対面する傾斜面対面部位８５には、受圧面８１と傾斜面８２とにより形成された谷部８６の外接円８６０よりも内側に出ないように外方に位置し、対面する傾斜面８２を滑らかに繋いだ第１控え部８５１を設けてある。
シャフト部２とシーブ部３０２との塑性結合時において応力が集中する傾斜面対面部位８５に、滑らかな形状の第１控え部８５１を設けることによって、発生する引張応力を低減することができる。これにより、塑性結合後におけるシーブ部３０２の破裂、遅れ破壊、置き狂い等を抑制することができ、ＣＶＴ用シャフト１０２の寸法精度を向上させることができる。
また、本例のＣＶＴ用シャフト１０２は、その他、実施例１と同様の効果を得ることができる。

実施例１における、ＣＶＴ用シャフトを示す説明図。 実施例１における、シャフト部を示す説明図。 実施例１における、シャフト部を示す断面図。 実施例１における、シーブ部を示す断面図。 図４のＡ方向から見た図。 図４のＨ部をＡ方向から見た拡大図。 実施例１における、シャフト部及びシーブ部の結合前の状態を示す説明図。 実施例１における、塑性結合処理の位置決めの状態を示す説明図。 実施例１における、シャフト部及びシーブ部の結合後の状態を示す説明図。 実施例２における、耐圧面強度の測定方法を示す説明図。 図１１のＣ−Ｃ矢視断面図。 実施例２における、評価結果を示す図。 実施例３における、塑性結合部を示す説明図。 図１３のＥ部の拡大図。 図１３のＦ部の拡大図。

符号の説明

１ ＣＶＴ用シャフト
２ シャフト部
３ シーブ部
４ 塑性結合部
５ 圧入部

Claims (17)

1. ベルト式無段変速機（以下、ＣＶＴという）に用いられるＣＶＴ用シャフトであって、
   該ＣＶＴ用シャフトは、機械構造用鋼よりなる棒状のシャフト部と、該シャフト部に外挿する機械構造用鋼よりなる円盤状のシーブ部を塑性結合部と圧入部とを介して結合してなり、
   該シーブ部は、上記シャフト部を挿入する挿入穴を有し、該挿入穴は、上記塑性結合部を形成するための結合内面部と、上記圧入部を形成するための圧入内面部とを軸方向に連ねて、かつ、上記圧入内面部がシーブ面に近い側に位置するように設けてなり、
   上記結合内面部の内周面には、軸方向に歯筋を有すると共に内方に突出する複数の歯部を有しており、
   上記圧入内面部の内周面は、平坦な面からなると共に上記歯部の内接円の径よりも小さい内径を有しており、
   また、上記シーブ部は、上記シャフト部との結合の前に、少なくとも歯部の表面を硬化する硬化処理を施してあり、
   上記シャフト部は、上記塑性結合部を形成するための結合外面部と、上記圧入部を形成するための圧入外面部とを軸方向に連ねて有しており、
   上記結合外面部は、上記歯部の内接円の径よりも大きい外径を有しており、
   上記圧入外面部は、上記歯部の内接円の径よりも小さい外径を有すると共に圧入可能なように上記圧入内面部の内径よりも大きい外径を有しており、
   上記シーブ部の上記歯部は、表面硬さがＨｖ６００以上であり、上記シャフト部の上記結合外面部の表面硬さよりＨｖ３００以上大きく、
   また、上記シーブ部の上記歯部は、上記シャフト部の軸線を含む軸平面となす角度がαである受圧面と、上記軸平面となす角度がβ（β＞α）である傾斜面とにより鋭角状を呈していると共に、上記受圧面を周方向における第１の方向に位置させた第１締結歯と、その反対側の第２の方向に上記受圧面を位置させた第２締結歯のいずれかを構成し、
   上記第１締結歯を並べた第１領域と、上記第２締結歯を並べた第２領域とは、上記挿入穴の周方向に交互に配列されており、
   上記第１締結歯の上記傾斜面と上記第２締結歯の上記傾斜面とが対面する部位には、上記受圧面と上記傾斜面とにより形成された谷部の外接円よりも内側に出ないように外方に位置し、対面する上記傾斜面を滑らかに繋いだ第１控え部を設けてあり、
   上記結合外面部に上記歯部を食い込ませて上記結合外面部の一部を塑性流動させた上記塑性結合部を形成すると共に、上記圧入内面部に上記圧入外面部を圧入した上記圧入部を形成することにより、上記シャフト部と上記シーブ部とを一体的に結合していることを特徴とするＣＶＴ用シャフト。
2. ベルト式無段変速機（以下、ＣＶＴという）に用いられるＣＶＴ用シャフトであって、
   該ＣＶＴ用シャフトは、機械構造用鋼よりなる棒状のシャフト部と、該シャフト部に外挿する機械構造用鋼よりなる円盤状のシーブ部を塑性結合部と圧入部とを介して結合してなり、
   該シーブ部は、上記シャフト部を挿入する挿入穴を有し、該挿入穴は、上記塑性結合部を形成するための結合内面部と、上記圧入部を形成するための圧入内面部とを軸方向に連ねて、かつ、上記圧入内面部がシーブ面に近い側に位置するように設けてなり、
   上記結合内面部の内周面には、軸方向に歯筋を有すると共に内方に突出する複数の歯部を有しており、
   上記圧入内面部の内周面は、平坦な面からなると共に上記歯部の内接円の径よりも小さい内径を有しており、
   また、上記シーブ部は、上記シャフト部との結合の前に、少なくとも歯部の表面を硬化する硬化処理を施してあり、
   上記シャフト部は、上記塑性結合部を形成するための結合外面部と、上記圧入部を形成するための圧入外面部とを軸方向に連ねて有しており、
   上記結合外面部は、上記歯部の内接円の径よりも大きい外径を有しており、
   上記圧入外面部は、上記歯部の内接円の径よりも小さい外径を有すると共に圧入可能なように上記圧入内面部の内径よりも大きい外径を有しており、
   上記シーブ部の上記歯部は、表面硬さがＨｖ６００以上であり、上記シャフト部の上記結合外面部の表面硬さよりＨｖ３００以上大きく、
   また、上記シーブ部の上記歯部は、軸方向に直交する断面において、該歯部間に形成される歯溝が該歯溝の外接円となる基準円よりも小径の円弧となり、かつ該基準円に内接する上記歯溝が周方向に規則的に並んで花びら形状を呈するように構成されており、
   上記結合外面部に上記歯部を食い込ませて上記結合外面部の一部を塑性流動させた上記塑性結合部を形成すると共に、上記圧入内面部に上記圧入外面部を圧入した上記圧入部を形成することにより、上記シャフト部と上記シーブ部とを一体的に結合していることを特徴とするＣＶＴ用シャフト。
3. 請求項１又は２において、上記圧入内面部の内径をｄ₁、上記シーブ部の直径をｄ₂、中央径ｄ₃＝（ｄ₁＋ｄ₂）／２とした場合に、上記シーブ部の表面における上記中央径ｄ₃位置から中心軸に対して垂直な垂線を引いた場合に該垂線と上記挿入穴内面との交差する位置が圧入内面部であることを特徴とするＣＶＴ用シャフト。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、上記シャフト部は、下記式により示される炭素当量Ｃｅｑが０．４以上の素材よりなり、上記シーブ部との結合前又は結合後に、上記結合外面部以外の少なくとも一部に、高周波焼入処理によって表面硬化処理を施してあることを特徴とするＣＶＴ用シャフト。
   Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４、（各元素記号はそれぞれの質量％を意味する。）
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、上記シーブ部の上記歯部は、上記硬化処理を施した後に、ショットピーニング処理を施してあることを特徴とするＣＶＴ用シャフト。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、上記シーブ部の上記結合内面部と上記圧入内面部との間には、上記歯部の内径よりも大きい内径を有する凹部が形成されていることを特徴とするＣＶＴ用シャフト。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、上記シャフト部の上記結合外面部は、その外周角部に傾斜した接触面を有しており、
   上記歯部は、上記結合外面部を内周側に収容可能な大径先端部を有すると共に、その後端側に徐々に縮径する位置決め傾斜部を有しており、
   上記塑性結合部は、上記歯部の上記大径先端部内に上記結合外面部を収容すると共に上記接触面と上記位置決め傾斜部とを当接した後に、上記歯部を上記結合外面部に食い込ませて形成してあることを特徴とするＣＶＴ用シャフト。
8. 請求項１〜７のいずれか１項において、上記シャフト部は、上記結合外面部よりも外径が大きい外鍔部を有しており、
   上記歯部の軸方向端面には、上記外鍔部に当接可能な先端当接面を有しており、上記塑性結合部形成状態において、上記外鍔部と上記先端当接面とが当接していることを特徴とするＣＶＴ用シャフト。
9. ＣＶＴに用いられるＣＶＴ用シャフトの製造方法において、
   機械構造用鋼よりなり、内周面に軸方向に歯筋を有すると共に内方に突出する複数の歯部とを有する結合内面部と、内周面が平坦な面からなると共に上記歯部の内接円の径よりも小さい内径を有する圧入内面部とを軸方向に連ねてなる挿入穴を中央に有する円盤状のシーブ部を準備するシーブ部準備工程と、
   少なくとも上記歯部の表面を硬化するシーブ部硬化処理工程と、
   機械構造用鋼よりなり、上記歯部の内接円の径よりも大きい外径の結合外面部と、上記歯部の内接円の径よりも小さい外径を有すると共に圧入可能なように上記圧入内面部の内径よりも大きい外径を有する圧入外面部とを軸方向に連ねて有する棒状のシャフト部を準備するシャフト部準備工程と、
   上記シャフト部を上記シーブ部の上記挿入穴に挿入すると共に、上記結合外面部に上記歯部を食い込ませて上記結合外面部の一部を塑性流動させた塑性結合部を形成する塑性結合処理と、上記圧入内面部に上記圧入外面部を圧入した圧入部を形成する圧入処理とを有し、上記シャフト部と上記シーブ部とを一体的に結合する結合工程とを有し、
   上記シーブ部準備工程では、上記シャフト部の軸線を含む軸平面となす角度がαである受圧面と、上記軸平面となす角度がβ（β＞α）である傾斜面とにより鋭角状に構成されていると共に、上記受圧面を周方向における第１の方向に位置させた第１締結歯と、その反対側の第２の方向に上記受圧面を位置させた第２締結歯を形成し、
   上記第１締結歯を並べた第１領域と、上記第２締結歯を並べた第２領域とは、上記挿入穴の周方向に交互に配列し、
   上記第１締結歯の上記傾斜面と上記第２締結歯の上記傾斜面とが対面する部位には、上記受圧面と上記傾斜面とにより形成された谷部の外接円よりも内側に出ないように外方に位置し、対面する上記傾斜面を滑らかに繋いだ第１控え部を設け、
   上記シーブ部硬化処理工程では、上記シーブ部の上記歯部の表面硬さをＨｖ６００以上とし、上記シャフト部の上記結合外面部の表面硬さよりＨｖ３００以上大きくすることを特徴とするＣＶＴ用シャフトの製造方法。
10. ＣＶＴに用いられるＣＶＴ用シャフトの製造方法において、
    機械構造用鋼よりなり、内周面に軸方向に歯筋を有すると共に内方に突出する複数の歯部とを有する結合内面部と、内周面が平坦な面からなると共に上記歯部の内接円の径よりも小さい内径を有する圧入内面部とを軸方向に連ねてなる挿入穴を中央に有する円盤状のシーブ部を準備するシーブ部準備工程と、
    少なくとも上記歯部の表面を硬化するシーブ部硬化処理工程と、
    機械構造用鋼よりなり、上記歯部の内接円の径よりも大きい外径の結合外面部と、上記歯部の内接円の径よりも小さい外径を有すると共に圧入可能なように上記圧入内面部の内径よりも大きい外径を有する圧入外面部とを軸方向に連ねて有する棒状のシャフト部を準備するシャフト部準備工程と、
    上記シャフト部を上記シーブ部の上記挿入穴に挿入すると共に、上記結合外面部に上記歯部を食い込ませて上記結合外面部の一部を塑性流動させた塑性結合部を形成する塑性結合処理と、上記圧入内面部に上記圧入外面部を圧入した圧入部を形成する圧入処理とを有し、上記シャフト部と上記シーブ部とを一体的に結合する結合工程とを有し、
    上記シーブ部準備工程では、上記シーブ部の上記歯部を、軸方向に直交する断面において、上記歯部間に形成される歯溝の内壁面が所定の基準円よりも小径の円弧となり、上記歯溝が上記基準円に内接して周方向に規則的に並んで花びら形状を呈するように形成し、
    上記シーブ部準備工程では、上記シーブ部の上記歯部を、軸方向に直交する断面において、該歯部間に形成される歯溝が該歯溝の外接円となる基準円よりも小径の円弧となり、かつ該基準円に内接する上記歯溝が周方向に規則的に並んで花びら形状を呈するように形成し、
    上記シーブ部硬化処理工程では、上記シーブ部の上記歯部の表面硬さをＨｖ６００以上とし、上記シャフト部の上記結合外面部の表面硬さよりＨｖ３００以上大きくすることを特徴とするＣＶＴ用シャフトの製造方法。
11. 請求項９又は１０において、上記シーブ部準備工程では、上記圧入内面部の内径をｄ₁、中央径ｄ₃＝（ｄ₁＋ｄ₂）／２とした場合に、上記シーブ部の表面における上記中央径ｄ₃位置から中心軸に対して垂直な垂線を引いた場合に該垂線と上記挿入穴内面との交差する位置が圧入内面部とすることを特徴とするＣＶＴ用シャフトの製造方法。
12. 請求項９〜１１のいずれか１項において、上記シャフト部は、下記式により示される炭素当量Ｃｅｑが０．４以上の素材よりなり、上記塑性結合処理の前又は後に、上記結合外面部以外の少なくとも一部に、高周波焼入処理によって表面硬化処理を施すシャフト部表面硬化処理工程をさらに有することを特徴とするＣＶＴ用シャフトの製造方法。
    Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４、（各元素記号はそれぞれの質量％を意味する。）
13. 請求項９〜１２のいずれか１項において、上記シーブ部硬化処理工程の後に、上記シーブ部の上記歯部に、ショットピーニング処理を施すショットピーニング処理工程をさらに有することを特徴とするＣＶＴ用シャフトの製造方法。
14. 請求項９〜１３のいずれか１項において、上記シーブ部準備工程では、上記シーブ部の上記結合内面部と上記圧入内面部との間に、上記歯部の内径よりも大きい内径を有する凹部を形成することを特徴とするＣＶＴ用シャフトの製造方法。
15. 請求項９〜１４のいずれか１項において、上記シャフト部準備工程では、上記シャフト部の上記結合外面部は、その外周角部に傾斜した接触面を設け、
    上記シーブ部形成工程では、上記歯部に、上記結合外面部を内周側に収容可能な大径先端部を設けると共に、その後端側に徐々に縮径する位置決め傾斜部を設け、
    上記塑性結合工程では、上記歯部の上記大径先端部内に上記結合外面部を収容すると共に上記接触面と上記位置決め傾斜部とを当接した後に、上記歯部を上記結合外面部に食い込ませて上記塑性結合部を形成することを特徴とするＣＶＴ用シャフトの製造方法。
16. 請求項９〜１５のいずれか１項において、上記シャフト部準備工程では、上記シャフト部に、上記結合外面部よりも外径が大きい外鍔部を設け、
    上記歯部形成工程では、上記歯部の軸方向端面に、上記外鍔部に当接可能な先端当接面を設け、
    上記塑性結合処理では、上記外鍔部と上記先端当接面とを当接させることを特徴とするＣＶＴ用シャフトの製造方法。
17. 請求項９〜１６のいずれか１項において、上記結合工程は、上記圧入処理を開始した後に塑性結合処理を開始することを特徴とするＣＶＴ用シャフトの製造方法。

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