CN107407334A

CN107407334A - 球轴承以及球轴承的制造方法

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Publication number: CN107407334A
Application number: CN201680010567.4A
Authority: CN
Inventors: 藤田崇史; 根石丰; 成宫洋辉
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2017-11-28
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: US20180031040A1; EP3267058A4; EP3267058A1; JPWO2016140279A1; KR101965093B1; KR20170103014A; CN107407334B; WO2016140279A1; US10337559B2; JP6635109B2

Abstract

提供一种球轴承，在高负载时，在夹持体不存在面压力局部地变高的部位，抑制龟裂的发生，进而实现长寿命化。具备一对夹持体(12、14)和在一对夹持体之间被夹持为能够移动的至少一个滚动体(16)。一对夹持体各自的、与滚动体接触的部分的截面轮廓线(14a)在沿一对夹持体相对的第1方向(D1)最突出的位置(P)，曲率半径最小。截面轮廓线在截面内的与第1方向(D1)垂直的第2方向(D2)上，随着从位置(P)离开而曲率半径变大。截面轮廓线由单一函数构成。在将上述轮廓线的第2方向上的中点设为原点、将沿上述第2方向延伸的轴设为X轴并且将沿上述第1方向延伸的轴设为Y轴、将上述滚动体的半径设为R的情况下，上述截面轮廓线满足(1)式：X²/{2R(1+0.05)}＜Y＜X²/{2R(1‑0.05)} …(1)。

Description

球轴承以及球轴承的制造方法

技术领域

本发明涉及抑制龟裂的发生进而实现长寿命化的球轴承以及球轴承的制造方法。

背景技术

在钢铁、造纸、风力发电以及矿山等各领域所使用的各种机械以及汽车和铁道车辆中利用各种球轴承。这些球轴承在被施加高负载的严酷的条件下使用，因此有可能局部发生龟裂。

球轴承例如由JIS-B1518规定。在该规定中，在径向球轴承的情况下，优选内轮侧(外轮侧)的夹持体(区划形成滚珠(滚动球)移动的轨道的、球轴承的构成要素)的截面轮廓线具有滚珠直径的52％以下(53％以下)的槽曲率半径。另一方面，在推力球轴承的情况下，优选上轮侧和下轮侧的夹持体的截面轮廓线都具有滚珠直径的54％以下的槽曲率半径。然而，在该规定下的球轴承中，夹持体的截面轮廓线为具有单一的曲率半径的圆弧，因此无法充分确保负载时的滚珠与夹持体的接触面积。因此，尤其是在高负载时，高压施加于夹持体的与滚珠接触的部分，在该部分有可能发生龟裂。

因此，近年来公开了：进一步减小施加于夹持体的压力从而抑制龟裂发生的球轴承(日本特开2009-174691号公报：专利文献1)和大幅度提高负载容量来抑制龟裂发生的滚动机械要素(日本特许第3608163号公报：专利文献2)。

在专利文献1中公开了：具有由与滚珠的半径相同的半径的圆弧部和延长了该圆弧部的切线部构成的截面轮廓线的夹持体。根据专利文献1，相对于载荷适当选择圆弧部的周长，从而能够抑制差动滑动，并且能够充分确保滚珠与圆弧部的接触面积从而抑制施加于夹持体的面压力。

另外，在专利文献2中公开了具有由复合圆弧构成的截面轮廓线的夹持体，该复合圆弧是使曲率半径不同的多个圆弧平滑地连续的多个圆弧并且宽度方向中央的曲率半径比较小、宽度方向两侧的曲率半径比较大。根据专利文献2，通过采用上述构成，能够减小施加于夹持体的压力，该压力降低对于夹持体的表面的滚动疲劳以及滚珠上爬也有利地发挥作用，并且也能够减小差动滑动。

此外，除了专利文献1、2之外，还公开了：将滚珠的轨道形状设为二次曲线等的技术(日本特公昭40-7608号公报：专利文献3)和滚珠的轨道曲面的曲率半径随着从槽底向肩部行进而变化的技术(日本特开昭53-139047号公报：专利文献4)。

发明内容

发明要解决的问题

然而，像专利文献1(专利文献2)那样，在滚动体所接触的夹持体的截面轮廓线由圆弧与切线(多个圆弧)构成的情况下，存在以下可能：在高负载时，压力过度地施加于圆弧与切线的边界(圆弧彼此的边界)，进而发生龟裂从而无法实现球轴承的长寿命化。另外，像专利文献3(专利文献4)那样抽象地特定滚珠的轨道形状，从而不清楚是否能够切实地进行对施加于夹持体的压力的抑制。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供：在高负载时，抑制施加于夹持体的压力局部地变高从而抑制龟裂的发生，进而实现长寿命化的球轴承以及球轴承的制造方法。

用于解决问题的技术方案

为了解决上述问题，本发明人尤其对与滚动体接触的夹持体的面压力不会局部地变高的球轴承进行了研究，该夹持体区划形成滚动体移动的轨道。其结果，得到了以下见解：若不像曲线与曲线或曲线与直线那样由多个函数构成夹持体的与滚动体接触的部分的截面轮廓线，即，若由特定的单一函数构成该轮廓线，则在滚动体上面压力不会局部地变高，其结果，可抑制在球轴承上发生龟裂，进而能够实现球轴承的长寿命化。

另外，本发明人对上述球轴承的制造方法也一并进行了研究。其结果，得到了以下见解：上述球轴承能够通过冷压入也可以通过切削得到，特别是，在冷压入的情况下，优选使用特定的圆弧形状模具。

基于以上的见解，本发明人完成了发明。其要点如下。

[1]一种球轴承，具备一对夹持体和在上述一对夹持体之间被夹持为能够移动的至少一个滚动体，其特征在于，

上述一对夹持体各自的、与上述滚动体接触的部分的截面轮廓线在沿上述一对夹持体相对的第1方向最突出的位置，曲率半径最小，

上述截面轮廓线在上述截面内的与上述第1方向垂直的第2方向上，随着从上述位置离开而曲率半径变大，

上述截面轮廓线由单一函数构成，

在将上述轮廓线的第2方向上的中点设为原点、将沿上述第2方向延伸的轴设为X轴并且将沿上述第1方向延伸的轴设为Y轴、将上述滚动体的半径设为R的情况下，

上述截面轮廓线满足(1)式。

表达式1

X²/{2R(1+0.05)}＜Y＜X²/{2R(1-0.05)}···(1)

[2]一种球轴承的制造方法，该球轴承具备一对夹持体和在上述一对夹持体之间被夹持为能够移动的至少一个滚动体，该球轴承的制造方法的特征在于，

通过包括冷压入工序从而形成具有满足(3)式的轮廓线的凹部，

该冷压入工序中，对夹持体材料冷压入接触面的截面形状满足(2)式的曲率半径为r的圆弧形状模具，

在将上述滚动体的半径设为R、并且在上述球轴承的剖视时将沿上述一对夹持体相对的第1方向延伸的轴设为X轴且将沿与上述第1方向垂直的第2方向延伸的轴设为Y轴、将上述第1方向上的形成于上述夹持体的凹部的深度设为d的情况下，(2)式和(3)式分别为以下表达式：

表达式2

(R×d^0.307/0.550)^1/1.２８×(1-0.05)≤r≤(R×d^0.307/0.550)^1/1.２８×(1+0.05)···(2)

表达式3

X²/{2R(1+0.05)}＜Y＜X²/{2R(1-0.05)}···(3)

[3]一种球轴承的制造方法，该球轴承具备一对夹持体和在上述一对夹持体之间被夹持为能够移动的至少一个滚动体，该球轴承的制造方法的特征在于，

通过包括切削工序从而形成具有满足(4)式的轮廓线且深度为d的凹部，

该切削工序中，对夹持体材料进行切削，

在将上述滚动体的半径设为R、并且在上述球轴承的剖视时将沿上述一对夹持体相对的第1方向延伸的轴设为X轴且将沿与上述第1方向垂直的第2方向延伸的轴设为Y轴的情况下，(4)式为以下表达式：

表达式4

X²/{2R(1+0.05)}＜Y＜X²/{2R(1-0.05)}···(4)

[4]根据上述[2]或[3]所述的球轴承的制造方法，

通过上述冷压入工序或上述切削工序对上述夹持体材料进行加工，形成以上述深度d与满足(5)式的a之差(d-a)为上述第1方向上的凹部深度的中间体，

接着，依次进行对上述中间体实施淬火、回火的热处理工序和对热处理后的中间体冷压入上述[2]所述的圆弧形状模具的冷压入工序。

表达式5

0.1mm≤a≤0.2mm···(5)

发明的效果

在本发明的球轴承中，对区划形成滚珠移动的轨道的夹持体的、与滚动体接触的部分的截面轮廓线进行改良。其结果，根据本发明的球轴承，在高负载时，可避免在该夹持体上面压力局部地变高从而抑制龟裂的发生，进而能够实现球轴承的长寿命化。另外，根据本发明的球轴承的制造方法，能够适宜地得到具有上述性能的球轴承。

附图说明

图1是表示本发明的径向球轴承的俯视图。

图2是图1所示的球轴承的一部分截面立体图。

图3是表示图2的圆圈包围部分X的放大图。

图4与构成本发明的球轴承的夹持体的截面轮廓线相关，是表示曲率半径的导出方法的图。

图5是表示本发明的推力球轴承的分解立体图。

图6是图5所示的球轴承的一部分截面立体图。

图7是表示对构成球轴承的夹持体的截面轮廓线制作的FEM模型的图，(a)是以往的形状的情况，(b)是本发明预定的形状的情况。

图8是表示实施了的两种分析的初始状态的模型图，(a)表示单纯压入分析模型，(b)表示滚动分析模型。

图9是表示调查每10个步骤的(每个步骤施加18.33N的情况下的)接触面压力的变化的结果的图表(graph)，(a)表示与图7(a)所示的以往的类型相关的结果，(b)表示与图7(b)所示的本发明预定的类型相关的结果。

图10是表示在图7所示的两种类型的FEM模型的各情况下，施加了最大载荷1833N时的面压力分布的图表。

图11是表示在图7所示的两种类型的FEM模型的各情况下，最大面压力与平均一个球的载荷的关系的图表。

图12是表示本发明的球轴承的材料的制造过程的流程图。

图13是表示表2所示的夹持体的槽截面形状的图，(a)表示表2的样品No.4，(b)表示表2的样品No.13。

图14是表示使上模的凸部的曲率半径变化的情况下的SA材料和QT材料的各自的槽底曲率半径与槽深的关系的图表。

图15是表示将上模的凸部的曲率半径r设为5.1mm并且进行了QT材料的冷压入的情况下的槽深与压入量的关系的图表，×标记表示破损的压入量。

图16是表示对图15所示的夹持体进行了FEM应力分析时的结果的图。

具体实施方式

以下对本发明的球轴承的实施方式进行详细说明。此外，以下的实施方式不对本发明构成任何限定。另外，上述实施方式的构成要素中包括本领域技术人员能够容易置换、或者实际上相同的要素。进而，本领域技术人员能够在显而易见的范围内任意地组合上述实施方式所包含的各种方式。

<球轴承>

[本发明人的见解]

为了谋求球轴承的长寿命化，首先，减小施加于区划形成滚动体移动的轨道的一对夹持体的最大压力(以下具有称为“最大面压力”的情况)很有效。最大面压力通常是在夹持体的接触中心的面压力。在此，夹持体的接触中心是指：在剖视时，夹持体与滚动体的接触部分中的、处于沿该接触部分测得的距该接触部分的两端点为相等距离的位置。

该最大面压力与载荷成比例，并且与上述接触中心处的夹持体的截面轮廓线的曲率半径相关。具体而言，接触中心处的曲率半径越小则最大面压力越小。但是，在接触中心处的夹持体的截面轮廓线的曲率半径小于滚珠的曲率半径的情况下，在无负载时滚动体与夹持体没有在接触中心接触，随着增大载荷而将槽(具体而言，为接触中心周边)扩大的应力发生作用，因此作为前提，在接触中心的上述截面轮廓线的曲率半径为滚动体的曲率半径以上。

这样，以适当地控制最大面压力为前提，为了高水平地实现球轴承的长寿命化，特别地，不组合多个函数来构成夹持体的截面轮廓线而由特定的单一函数构成夹持体的截面轮廓线，这特别有效。这是因为：在由多个函数构成该轮廓线的情况下，在函数彼此的边界点与其他点相比，面压力变高，进而诱发龟裂的发生。

根据以上，若将夹持体的截面轮廓线设定为在接触中心(通常为槽底)曲率半径最小且随着从槽底离开而曲率半径变大这样的特定的单一函数，以能够减小最大面压力为前提，由于没有函数彼此的边界，因此能够抑制高面压力部位的产生。由此，能够高水平地抑制在作为球轴承的构成要素的一对夹持体上发生龟裂，进而能够实现球轴承的长寿命化。本发明人得到这样的见解并完成了以下所示的发明。

[第1实施方式(径向球轴承)]

图1是表示本发明的径向球轴承的俯视图。该图所示的径向球轴承10具备一对夹持体(内轮部12、外轮部14)和在一对夹持体12、14之间被夹持为能够移动的至少一个(在图所示的例中为八个)滚动体(滚珠16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g、16h)。

图1所示的径向球轴承10在上述构成下，例如，在使轴A嵌合于内轮部12并且固定了外轮部14的状态下，通过滚珠16a～16h移动，从而内轮部12旋转。

具体而言，在内轮部12旋转时，图1中的滚珠16a～16h一边自转一边顺时针或逆时针滚动(绕轴A公转)，与这些滚珠16a～16h接触的内轮部12向与滚珠16a～16h的公转方向相同的方向旋转。

图2是图1所示的球轴承的一部分截面立体图，图3是表示图2的圆圈部分X的放大图。即，图3是表示图1所示的作为夹持体的一方的外轮部14的截面轮廓线14a的图。根据该图，截面轮廓线14a在沿一对夹持体12、14相对的第1方向D1最突出的位置(右端点P1)曲率半径最小，在该截面内的与第1方向D1垂直的第2方向D2上，随着从上述位置P1离开而曲率半径变大，由单一函数构成。

此外，在图3中，虽然仅示出了截面轮廓线14a的一半，但实际上，截面轮廓线14a在图3的点P1的右侧也关于点P1对称地延伸。另外，在图3中，虽然仅图示出了作为夹持体的一方的外轮部14的截面轮廓线14a，但在本实施方式中，夹持体的另一方即未图示的内轮部12的截面轮廓线也具有同样的构造。

在这样的前提下，本实施方式的单一函数具体如下。

图4与构成本发明的球轴承的夹持体的截面轮廓线相关，是表示曲率半径的导出方法的图。如该图所示，若将与槽底接触的滚动体(滚珠)的曲率半径设为R，则能够利用勾股定理由(6)式表示R。

表达式6

整理(6)式由R进行表示，能够得到(7)式。

表达式7

作为在接触中心(槽底)曲率半径最小并且随着从槽底离开而滚珠的曲率半径变大这样的曲线，可以考虑椭圆、二次曲线等。在本说明书中，(6)式中的f(x)设为(8)式的二次函数。

表达式8

f_(x)＝ax²···(8)

将(8)式代入(7)式，能够得到(9)式。

表达式9

在槽底的曲率半径R′与滚珠的曲率半径R相等时，扩大槽的应力不发生作用，并且，接触面压力最小。槽底在图4中为X₁＝0，因此在(9)式中设为X₁＝0，在槽底的曲率半径R′为R′＝1/2a。因此，a＝1/2R，将其代入(8)式，能够得到(10)式。

表达式10

此外，通过(10)式得到的夹持体的截面轮廓线的形状为目标值。因此，考虑加工精度很重要，从而像(11)式那样在滚珠的曲率半径R上加上±5％的误差。此外，上述误差优选为0％～5％。

表达式11

在本实施方式中，截面轮廓线14a在第1方向D1上最突出的位置P1曲率半径最小，随着从位置P1朝向第2方向D2离开而曲率半径变大。通常，夹持体12、14的最大面压力施加于夹持体12、14的接触中心P1，接触中心P1处的上述曲率半径越小则最大面压力越小，通过采用上述构成，从而能够减小施加于夹持体12、14的最大面压力(作用1)。

另外，在本实施方式中，截面轮廓线14a由特定的单一函数构成，因此截面轮廓线14a平滑地延伸。因此，在截面轮廓线14a上的点中，不存在与其他点相比面压力显著变高的点(作用2)。

通过以上，根据本实施方式的径向球轴承，作用1(最大面压力的抑制作用)以及作用2(不存在被过度地施加面压力的部位的作用)互相作用，在滚珠16向内轮部12以及外轮部14分别负载时，可高水平地抑制夹持体(内轮部12和外轮部14)的龟裂的发生，进而能够实现球轴承的长寿命化。

此外，在本实施方式中，关于加工精度，如上所述，容许±5％的误差的理由如下。即，在误差为负的情况下，槽底的曲率半径变得比滚珠的半径小，在无负载时滚珠不与槽底接触。因此，滚珠与滚动槽在两点接触，在负载时扩大滚动槽的方向上的应力增加。在这样的状况下，在负载时因接触面积增加而最大面压力减少，差动滑动增加。因此，考虑最大面压力减少和差动滑动增加，将负的误差的容许范围设为小于-5％。但是，在误差为负的情况下，由于扩大滚动宽度这样的应力增加，因此最好避免负的误差。另一方面，在误差为正的情况下，槽底的曲率半径变得比滚珠的半径大，在无负载状态下滚珠与槽底一点接触。因此，扩大滚动宽度这样的应力不增加。然而，当误差变大时，最大面压力增加，因此，将其上限设为小于与圆弧槽的最大应力等同的+5％。

[第2实施方式(推力球轴承)]

图5是表示本发明的推力球轴承的分解立体图。该图所示的推力球轴承20具备一对夹持体(上轮部22、下轮部24)和在一对夹持体22、24之间被夹持为能够移动的至少一个(在图所示的例中为多个)滚动体(滚珠26a等)。

图5所示的推力球轴承20在上述构成下，例如，在使上轮部22、滚动体26以及下轮部24组合的状态下，使轴(未图示)嵌合于球轴承20，并且，例如在固定了下轮部24的状态下，通过使滚珠26a等移动，从而上轮部22旋转。

具体而言，在上轮部22旋转时，图5中的滚珠26a等一边自转一边顺时针或逆时针滚动(绕轴公转)，与这些滚珠16a等接触的上轮部22向与滚珠26a等的滚动方向相同的方向旋转。

图6是图5所示的球轴承的一部分截面立体图。此外，图6中的圆圈部分Y是包括作为图5所示的夹持体的一方的下轮部24的截面轮廓线的部分。圆圈部分Y所包括的下轮部24的截面轮廓线与上述的径向轴承(第1实施方式)的内轮部12的截面轮廓线14a(图3)为同一形状。因此，图6所示的下轮部24的截面轮廓线在沿一对夹持体22、24相对的第1方向D3最突出的位置，曲率半径最小，在该截面内的与第1方向D3垂直的第2方向D4上，随着从上述的位置离开而曲率半径变大，而且也是由特定的单一函数构成。

此外，在图6中，不仅作为夹持体的一方的下轮部24的轮廓线，而且作为夹持体的另一方的上轮部22的轮廓线也具有同样的构造。

在本实施方式中，一对夹持体22、24的截面轮廓线也在第1方向D3上最突出的位置，曲率半径最小，随着从该位置朝向第2方向D4离开而曲率半径变大。因此，能够减小施加于夹持体22、24的最大面压力(作用3)。

而且，在本实施方式中，截面轮廓线也由特定的单一函数构成，因此截面轮廓线平滑地延伸。因此，在截面轮廓线上的点中，不存在与其他的点相比面压力显著变高的点(作用4)。

通过以上，根据本实施方式的推力球轴承，也与上述的径向球轴承的情况同样，作用3(最大面压力的抑制作用)以及作用4(不存在被过度地施加面压力的部位)互相作用，在滚珠26a等向上轮部22以及下轮部24分别负载时，可高水平地抑制夹持体(上轮部22和下轮部24)的龟裂的发生，进而能够实现球轴承的长寿命化。

<球轴承的制造方法>

[本发明人的见解]

优选，本领域技术人员能够广泛地制造即能够通过各种各样的方法制造上述的球轴承(径向球轴承和推力球轴承)。根据这样的观点，本发明人对具备夹持体的球轴承的制造方法进行了研究，该夹持体具有满足式(12)的截面轮廓线的凹部。

表达式12

X²/{2R(1+0.05)}＜Y＜X²/{2R(1-0.05)}···(12)

其结果，发明人得到了以下见解：这样的球轴承能够通过至少一次的冷压入(冷锻)制造，也可以通过切削制造，还可以通过切削和冷压入的组合来制造。

具体而言，本发明人得到了以下见解：在通过至少一次的冷压入来制造上述的球轴承的情况下，使用特定的圆弧形状模具(上模冲头)，能够得到具有满足式(12)的截面轮廓线的凹部的夹持体。另外，本发明人得到了以下见解：在通过切削来制造上述的球轴承的情况下，根据公知的任意的技术，都能够得到具有满足式(12)的截面轮廓线的凹部的夹持体。

而且，本发明人得到以下见解：在多阶段地(例如，通过多次冷压入、或者通过至少一次切削和至少一次冷压入)进行凹部的形成的情况下，能够高精度地形成凹部的截面轮廓线。而且，本发明人得到了以下见解：在以穿插QT处理的多阶段工序如上所述进行凹部的形成的情况下，能够不在凹部的表面产生裂纹等地形成所期望的凹部，尤其是在作为最终形态的夹持体比较硬质的情况下，也能够有效地抑制裂纹等的产生。本发明人得到这样的见解而完成了以下所示的发明。

[第3实施方式(包括冷压入的球轴承的制造方法)]

本实施方式是包括至少一次冷压入的球轴承的制造方法。如图1所示，该制造方法是具备一对夹持体12、14和在一对夹持体12、14之间被夹持为能够移动的至少一个滚动体16(16a～16h)的球轴承10的制造方法。

通过冷压入(冷锻)形成的槽的槽底曲率半径与圆弧形状模具(上模冲头)的凸部的曲率半径和压入量相关。上述凸部的曲率半径越小且压入量越大则槽底的曲率半径越小。这是因为工件(夹持体材料)是弹塑性体。

另外，形成于工件的槽深与压入量和材质相关。即，压入量越大则形成越深的槽，即使压入量相同，硬材质的情况下所形成的槽浅。

形成的槽深d、圆弧形状模具的凸部的曲率半径r以及形成的槽底的曲率半径R′的关系能够由(13)式表记。

表达式13

R′＝0.550r^1.28d^-0.307···(13)

在通过冷压入形成滚动槽时，若将滚珠的半径设为R、将槽深设为d、将槽底的曲率半径设为R′，为了防止脱离优选d≧0.1R，为了将最大面压力抑制为较低，优选1.05R≧R′≧R。

接着，对满足这样的关系的圆弧形状模具的凸部的曲率半径r的取值范围进行研究，若r的误差为±5％以上，则难以在夹持体高精度地形成满足式(12)的轮廓线的凹部。此外，为了更高精度地形成上述轮廓线的凹部，优选将r的误差设为0％～5％。

因此，圆弧形状模具的凸部的曲率半径r如(14)式所示。

表达式14

(R×d^0.307/0.550)^1/1.28×(1-0.05)≤r≤(R×d^0.307/0.550)^1/1.28×(1+0.05)···(14)

根据以上，本实施方式的球轴承的制造方法包括冷压入工序，该冷压入工序中，对夹持体材料冷压入曲率半径为r的圆弧形状模具，在将滚动体16的半径设为R并且在球轴承10的剖视(例如，图1所示的情况)时将沿一对夹持体12、14相对的第1方向延伸的轴设为X轴、将沿与第1方向垂直的第2方向延伸的轴设为Y轴并将第1方向上的形成于夹持体12、14的凹部的深度设为d的情况下，该圆弧形状模具的接触面的截面形状满足(14)式。

经过这样的冷压入工序，能够在夹持体12、14形成具有满足上述(12)式的轮廓线的凹部。

[第4实施方式(包括切削的球轴承的制造方法)]

本实施方式是包括切削工序的球轴承的制造方法。本实施方式的制造方法也与第3实施方式的球轴承的制造方法同样，是如图1所示的球轴承10(包括夹持体12、14)的制造方法。在本实施方式中，作为切削工序，可以采用公知的切削方法中的任一种。根据本实施方式，经过该切削工序，能够在夹持体12、14形成具有满足上述(12)式的轮廓线的凹部。

[第5实施方式(多阶段地形成凹部的球轴承的制造方法)]

本实施方式是对夹持体多阶段地进行凹部的形成的球轴承的制造方法。例如，在对夹持体材料施行了第3实施方式的冷压入或第4实施方式的切削而得到中间体后，对该中间体施行实施淬火、回火的热处理，接着，对热处理后的中间体冷压入在第3实施方式中使用的圆弧形状模具。

尤其是，在对夹持体材料两个阶段地形成凹部的情况下，若将通过第一次冷压入或切削形成的凹部的深度设为d₁、将通过第二次或后阶段的冷压入形成的凹部的追加深度设为d₂，则上述(13)式能够改写成(15)式。

表达式15

R′＝0.550r^1.28(d₁+d₂)^-0.307···(15)

此外，在对夹持体材料一个阶段地形成凹部的情况下，若将通过第一次冷压入或切削形成的凹部的深度设为d₁、将此时的槽底的曲率半径设为R₁′，则上述(15)式能够改写成(16)式。

表达式16

R₁＝0.550r^1.28(d₁)^-0.307···(16)

在此，在对夹持体材料两个阶段地形成凹部时，对圆弧形状模具的凸部的曲率半径r的取值范围进行研究，上述的曲率半径r的误差Δ％能够如式(17)那样表记。

表达式17

R₂：第1阶段结束时(例如，切削工序结束时)的凹部的槽底的曲率半径

r：圆弧形状模具的凸部的曲率半径

例如，在(17)式中，若设为r：5.1mm、d₁：0.4mm、d₂：0.2mm，则根据(16)式第1阶段(冷压入)结束时的槽底的曲率半径R₁为5.86mm。在此，作为第1阶段，使用切削代替冷压入，能够得到具有+7.92％的误差的曲率半径R₂：6.33mm的凹部。与此相对，若施行第2阶段(冷压入)，则根据(17)式曲率半径比目标值r大4.99％，包含在目标曲率半径r的±5.0％以内，处于本专利的范围内。此外，在改变了第1阶段、第2阶段的圆弧状模具的曲率的情况下，通过上述的方法也能够预估第2阶段后的槽底的曲率。

此外，在以上所示的第3实施方式～第5实施方式的球轴承的制造方法中，在第1阶段的前后的至少任一时期进行淬火、回火(QT)、球化退火(SA)以及研磨中的至少一种，能够调整夹持体的表面性状从而优选。但是，在施行了QT而夹持体硬化后进行本申请的冷压入的情况下，从抑制裂纹等的产生的观点来看，优选形成于QT后的夹持体的凹部的深度的增量为0.2mm以下。

即，在对夹持体两个阶段地形成凹部的情况下，尤其是在第一阶段结束后施行QT的情况下，优选在夹持体硬化前的第一阶段将凹部的槽深设定得比较大，另一方面，在夹持体硬化后的第二阶段将凹部的槽深设定得比较小。由此，在第二阶段结束时，能够有效地抑制在夹持体的凹部的槽底及其附近产生裂纹。

通过以上，根据本发明的球轴承的制造方法，能够有利于形成具有二次函数截面的轮廓线的凹部的夹持体，能够使剖视时的凹部槽底的曲率半径接近滚珠半径，进而能够增大球轴承的疲劳寿命。

实施例

<球轴承>

首先，说明与球轴承相关的实施例。

图7是表示对构成球轴承的夹持体的截面轮廓线制作的FEM模型的图，(a)是以往的形状的情况，(b)是本发明预定的形状的情况。如该图所示，关于构成球轴承的夹持体的截面轮廓线，对以往的形状(曲率半径一定的圆)的情况(图7(a))与本发明预定的形状(作为一例的二次曲线(Y＝aX²(a为常数)))的情况(图7(b))，制作了FEM(有限元法)模型。此外，在制作这两种类型的模型方面，将两种模型的槽宽(5.0mm)以及槽深(0.656mm)设为相同。另外，在图7中，标号32表示滚珠，标号34、36表示夹持体。而且，在图7(b)中，将槽底的曲率半径设定为与滚珠的曲率半径(4.7625mm)相同。在该情况下，二次曲线的上述常数a为0.105。此外，滚珠的曲率半径为4.7625mm的情况下的上述式(12)中的左边和右边的二次函数所乘的常数分别约为0.0999875、0.1105125，因此采用了上述常数a(0.105)的二次曲线满足上述式(12)。

另外，图7(a)所示的圆弧槽的曲率半径R′能够使用槽深D、1/2槽宽W如(18)式地表示。

表达式18

在此，若将1/2槽宽W＝2.5mm、槽深D＝0.656mm代入，则得到曲率半径R′＝5.091mm。槽宽(5.0mm)以及槽深(0.656mm)设定为与本发明预定的形状相同的以往的形状的FEM模型将单一曲率圆弧槽的曲率半径设为了5.091mm。

从图7(a)、(b)所示的各FEM模型的形状可知，与以往的形状(图7(a))的滚珠32与夹持体34之间的间隙相比，本发明预定的形状(图7(b))的滚珠32与夹持体36之间的间隙小。由此可预想：关于图7(b)的类型，滚珠32与夹持体36的接触面积大，换言之，接触面压力低。

在这样的前提下，使用图7所示的FEM模型，以弄清产生的面压力的不同为目的进行了单纯压入分析和滚动分析这两种类型的分析。这些分析均为弹性分析。作为分析条件的相同项目，使用了由氮化硅(Si₃N₄)构成的滚珠(弹性模量：300GPa，泊松比：0.28)，并且使用了试验体(弹性模量：190GPa，泊松比：0.3)。将滚珠和试验体的库伦摩擦系数设为0.05，使用的求解器为Marc ver.2012r1。

图8是表示实施了的两种分析的初始状态的模型图，(a)表示单纯压入分析模型，(b)表示滚动分析模型。在单纯压入分析中，进行了使将试验体中心和滚珠中心的网格(mesh)细分割所得的部分彼此接触、分100个步骤施加最大载荷1833N的分析。与此相对，在滚动分析中，初始将滚珠倾斜配置在从试验体的中心离开2mm的位置，分100个步骤施加最大载荷1833N，此后，在沿槽的方向上分400个步骤使控制滚珠的移动的刚体移动4mm，由此模拟滚动。此外，在滚珠滚动了2mm的时间点使得试验体和滚珠的细微网格部彼此接触。

图9是以明确在任意的载荷区域中本发明预定的类型(二次曲线槽等)的最大面压力都比以往的类型(单一圆弧槽)的最大面压力低这一点为目的的、示出图8(a)所示的单纯压入分析的结果的图表，是表示在图7所示的两种类型的FEM模型的各情况下调查每10个步骤的(每个步骤施加了18.33N的情况下的)接触面压力的变化的结果的图表，(a)表示与以往的类型相关的结果，(b)表示与本发明预定的类型相关的结果。此外，在图9(a)、(b)中，纵轴表示面压力(负的值意味着压缩)，横轴表示从接触中心离开的槽宽方向上的位置。从图9(a)、(b)可判明，二次曲线槽比单一圆弧槽在相同载荷下的接触长度大，其结果，接触面积增加，由此面压力小。因此，基于该结果，可认为二次曲线槽的最大面压力也比单一圆弧槽低。

图10是表示图8(b)所示的滚动分析的结果的图表，是表示在图7所示的两种类型的FEM模型的各情况下施加了最大载荷1833N时的面压力分布的图表。从图10可判明：在构成球轴承的夹持体的截面轮廓线为二次曲线的情况下，与该截面轮廓线为单一圆弧的情况相比，因距槽宽中心的距离而引起的面压力的变化小，尤其是在距槽宽中心约小于1mm的范围内，面压力更小。

图11是表示在图7所示的两种类型的FEM模型的各情况下，最大面压力与平均一个球的载荷的关系的图表。从图11可判明：在球轴承的夹持体的截面轮廓线为二次曲线的情况下，与该截面轮廓线为单一圆弧的情况相比，在使面压力降低方面很有效。这在抑制龟裂的发生方面很重要。因此，基于该结果，也可以说，关于最大面压力，二次曲线槽比单一圆弧槽低。

根据以上的结果，根据本发明预定的类型的形状的球轴承，证实了最大面压力的抑制作用。

另外，在本发明预定的球轴承中，夹持体的截面轮廓线由特定的单一函数(二次曲线)构成，截面轮廓线上没有不平滑延伸的点等，因此，在截面轮廓线上的点中，不存在与其他的点相比面压力显著变高的点。因此，根据本发明预定的球轴承，理所当然也可实现不存在被过度地施加面压力的部位这一点(不存在被过度地施加面压力的部位的作用)。

因此，根据本发明预定的球轴承，最大面压力的抑制作用和不存在被过度地施加面压力的部位的作用互相作用，在滚珠等向各夹持体负载时，可高水平地抑制各夹持体的龟裂的发生，进而能够实现球轴承的长寿命化。

<球轴承的制造方法>

接着，对与球轴承的制造方法相关的实施例进行说明。

[与槽深和槽底曲率半径的关系相关的实施例]

由表1所示的组成的φ90的SUJ2圆棒制作经过了图12(单位为质量％)所示的各热处理工序的两种类型的冷压入用试验片(与球轴承的夹持体材料相当)。

表1

C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	Cr	Al	O
										0.99	0.24	0.37	0.009	0.001	0.01	0.03	0.42	0.012	0.0008

即，如图12所示，在1200℃、加热数量为1的条件下，将表1所示的组成的钢材从φ90mm锻造伸长为φ60mm，并切断成60φmm×300mm，在进行了球化退火(SA)后，施行粗加工(外径52.5mm×内径27.0mm×长度6.0mm)。接着，将粗加工材料直接形成为精加工SA材料(外径52.5mm×内径27.2mm×长度5.5mm)，并且进行淬火、回火(QT)而得到精加工QT材料(外径52.0mm×内径27.2mm×长度5.5mm)。

接着，分别对像上述那样得到的精加工SA材料(以下存在称为“SA材料”的情况)和精加工QT材料(以下存在称为“QT材料”的情况)施行冷压入(冷锻)。该冷压入使用了一般的冷锻机(负载能力6000kN的冷锻试验机)。另外，使用了曲率半径5.1mm、4.0mm、3.0mm三种类型的圆弧截面且具有环状的凸部的超硬(材质：RF06)的上模，并且使用了平板的下模。然后，使压入量变化，在夹持体材料(SA材料和QT材料)形成滚动槽，从而得到夹持体。

在各夹持体材料形成了滚动槽后，对滚动槽的形状等进行了测定。形状测定一般能够用光学式、激光式或触针式的形状测定机在测定宽度8mm以上、高度分辨率1μm以上以及水平分辨率5μm以上的条件下进行。在本测定中，使用キ一エンス社(keyence公司)的形状测定机(VK-X150)，对滚动槽的形状和滚动槽的深度进行了测定。表2示出了其结果。

表2

通过调查发现，表2所示的样品No.1～13的各夹持体在剖视时的槽形状均可以由二次函数近似。作为代表例，图13(a)、(b)分别示出样品No.4和样品No.13的各夹持体的槽截面形状。

而且，图14是表示槽底曲率半径与槽深的关系的图表。此外，图14的框外的各标记(例如，SA5.1)表示夹持体材料的材质和上模的曲率(mm)。

根据图14的结果可证明：即使在夹持体的材质进而变形阻力不同的情况下，也能够使用上模的凸部的曲率半径r和槽深d由式(19)表记槽底曲率半径R′。

表达式19

R′＝0.550r^1.28d^-0.307···(19)

根据以上可证明：与夹持体的材质无关，在将圆弧截面的上模向平板上的夹持体材料压入时，凹部的截面形状均呈现二次曲线的轮廓形状；并且，槽底的曲率半径与槽深由单一的关系式表记。

[与在夹持体两个阶段地形成凹部的情况下的效果相关的实施例]

接着，图15示出：在上述的“与槽深和槽底曲率半径的关系相关的实施例”中，将上模的凸部的曲率半径r设为5.1mm并且进行了QT材料的冷压入的情况下的槽深与压入量的关系。根据图15可判断，压入量为2.3mm时破损。

图16是表示对图15所示的夹持体进行了FEM应力分析时的结果的图。根据图16所示的分析结果，可认为在夹持体与上模的凸部的接触端产生了超过2500MPa的拉伸应力，因该应力而夹持体破损。根据图15的结果，若减小上模的凸部的曲率半径，则产生的拉伸应力变小，但是为了安全，优选将形成于由QT材料构成的夹持体材料的最大槽深设为0.2mm以下。

因此，例如，在最终想要将凹部的槽深设为0.6mm的情况下，优选的是：首先通过冷压入在没有进行QT的夹持体材料形成深度0.4mm左右的槽深的凹部，接着，在进行了QT处理后，通过再一次冷压入再形成0.2mm左右的槽深的凹部。

根据以上，本发明的球轴承的制造方法中的通过多阶段完成的夹持体的制造方法在以下方面有利：在比较软质的材料预先形成某个程度的槽深的凹部，接着在施行了QT处理后实施冷压入，由此，即使是硬质的夹持体，也能够高精度地形成具有所期望的截面轮廓线的夹持体，进而能够实现球轴承的长寿命化。

附图标记说明

10 径向球轴承

12 内轮部

14 外轮部

14a 轨道的截面轮廓线

16、26、32 滚珠

20 推力球轴承

22 上轮部

24 下轮部

34、36 夹持体

D 槽深

D1、D3 第1方向

D2、D4 第2方向

L 夹持体方向距离

P1、P2 点

W 1/2槽宽

Claims

1.一种球轴承，具备一对夹持体和在上述一对夹持体之间被夹持为能够移动的至少一个滚动体，其特征在于，

上述一对夹持体各自的、与上述滚动体接触的部分的截面轮廓线，在沿上述一对夹持体相对的第1方向最突出的位置，曲率半径最小，

上述截面轮廓线由单一函数构成，

在将上述轮廓线的第2方向上的中点设为原点、将沿上述第2方向延伸的轴设为X轴并且将沿上述第1方向延伸的轴设为Y轴、将上述滚动体的半径设为R的情况下，上述截面轮廓线满足(1)式：

表达式1

X²/{2R(1+0.05)}＜Y＜X²/{2R(1-0.05)} …(1)。

2.一种球轴承的制造方法，该球轴承具备一对夹持体和在上述一对夹持体之间被夹持为能够移动的至少一个滚动体，该球轴承的制造方法的特征在于，

上述冷压入工序中，对夹持体材料冷压入接触面的截面形状满足(2)式的曲率半径为r的圆弧形状模具，

表达式2

(R×d^0.307/0.550)^1/1.２８×(1-0.05)≤r≤(R×d^0.307/0.550)^1/1.２８×(1+0.05)…(2)

表达式3

X²/{2R(1+0.05)}＜Y＜X²/{2R(1-0.05)} …(3)。

3.一种球轴承的制造方法，该球轴承具备一对夹持体和在上述一对夹持体之间被夹持为能够移动的至少一个滚动体，该球轴承的制造方法的特征在于，

上述切削工序中，对夹持体材料进行切削，

表达式4

X²/{2R(1+0.05)}＜Y＜X²/{2R(1-0.05)} …(4)。

4.根据权利要求2或3所述的球轴承的制造方法，

接着，依次进行对上述中间体实施淬火、回火的热处理工序和对热处理后的中间体冷压入权利要求2所述的圆弧形状模具的冷压入工序，

(5)式为以下表达式：

表达式5

0.1mm≤a≤0.2mm …(5)。