JP2005042879A - 鋼板製軌道輪付きころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 多品種少量生産の場合に、硬化処理のための処理時間が短縮でき、設備も簡素なもので済み、品質向上が図り易く、かつ仕掛かり在庫が少なくて済む鋼板製軌道輪付きころ軸受を提供する。特に、鍔部の縁曲げを行う場合の工程削減を図る。
【解決手段】 鋼板製の外輪１と、ころ２とを備えた軸受において、外輪１の少なくとも軌道面１ａに高周波焼入れおよび焼き戻しを施す。外輪１はシェル型のものである。軌道面１ａの他に、片方の鍔部６の内面にも高周波焼入れおよび焼き戻しを施す。他方の鍔部７については、後の縁曲げのために生材の状態に残す。
【選択図】 図１

Description

この発明は、シェル型針状ころ軸受や、鋼板製の軌道輪を有するスラスト針状ころ軸受等の鋼板製軌道輪付きころ軸受に関する。

シェル型針状ころ軸受の外輪は、薄い鋼板を絞り加工した後、表面硬化したものであって、一般に内輪はない。表面硬化には、量産性に優れた浸炭焼入れ，焼き戻しが採用される。保持器のない総ころ軸受と保持器付き軸受とがあり、保持器付き軸受では、針状ころを保持器に分離しないように組立てた保持器付き針状ころを、外輪に組み込んだものとされる。外輪の両側の鍔部のうち、片側の鍔部は、保持器付き針状ころを組み込んだ後に縁曲げにより鍔部形状とする必要があり、その片側の鍔部となる部分には焼きなましが施される（例えば特許文献１）。焼きなましは、高周波焼きなましで行われる。
特開平１０−４６３１８号公報

従来の鋼板製軌道輪付きころ軸受は、いずれも軌道面の摩耗防止，耐久性向上のための硬化処理を浸炭焼入れ焼き戻しで行うものであるため、多品種少量生産の場合に、次の各課題がある。
・処理設備として浸炭炉が必要なうえ、その炉の管理が大変である。例えば、雰囲気ガス、温度、時間の設定や、焼入れ油の管理、炉の定期点検（保全）などが必要であり、多品種少量生産では、ロット変更毎に各設定の変更等が必要となり、非常に手間がかかる。
・小ロット品においては、浸炭の開始から完了するまでに長時間を要する。
・多くの個数を一度に熱処理しなければならないため、仕掛かり在庫が必要になる。
・頻繁なロット変更の場合には、異品混入などの心配があり、また突然停電などの熱処理不具合品が発生した場合に、数が多いために損害が多くなる。
・両鍔部付きのシェル型外輪の場合は、後の縁曲げのために、焼入れ、焼戻しの後に、さらに焼きなましが必要になる。

この発明の目的は、多品種少量生産の場合に、硬化処理のための処理時間が短縮でき、設備も簡素なもので済み、品質向上が図り易く、かつ仕掛かり在庫が少なくて済む鋼板製軌道輪付きころ軸受を提供することである。

この発明の他の目的は、鍔部の縁曲げを行う場合の工程が削減できるものとすることである

この発明の鋼板製軌道輪付きころ軸受は、鋼板製の軌道輪と、ころとを備えた軸受において、上記軌道輪の少なくとも軌道面に高周波焼入れ、および焼き戻しを施したことを特徴とする。焼き戻しは高周波焼き戻しでもよい。この鋼板製軌道輪付きころ軸受は、シェル型外輪のラジアルころ軸受であっても、スラストころ軸受であっても良い。
この構成によると、軌道輪の軌道面の硬化処理を高周波焼入れとするため、次の各利点が得られる。
ａ．浸炭炉が不要になり、炉の管理が不要となる。高周波コイルは必要になるが、浸炭炉の設備に比べると安価である。
ｂ．高周波焼入れでは、短時間で熱せられ、瞬間に冷却されるので、硬化処理の開始から完了までが短時間で行える。
ｃ．高効率で必要な時に必要な個数を熱処理すれば良いので、仕掛かり在庫が要らなくなる。
ｄ．製品による熱処理条件の変更が容易である。 ｅ．電力や焼入れが制御し易いので、異品混入がなく、また個々の製品の個別管理が行えて、品質レベルが高く得られる。

この発明において、シェル型外輪のころ軸受とする場合は、例えば、軌道輪となるシェル型の外輪の軌道面および片方の鍔部の内面に高周波焼入れ、および焼き戻しを施したものとされる。より具体的にはシェル型針状ころ軸受等に適用できる。
シェル型外輪のころ軸受において、保持器付きとする場合は、外輪の片方の鍔部を未形成の状態としておいて保持器付きころを外輪内に組み込み、その後に外輪の縁曲げによりもう片方の鍔部を形成する。この場合に、高周波焼き入れによると、希望部位だけを焼入れ処理することが容易であるため、後に縁曲げする片方の鍔部を生材の状態に残すことができる。そのため、軌道面焼入れ後に鍔部となる部分を焼きなます処理が不要となり、工程が削減される。

このようにシェル型外輪とする場合に、外輪の軌道面の硬さを、ビッカース硬さで、ＨＶ６５３以上とし、外輪のもう片方の鍔部の内面の硬さをＨＶ３００以下としても良い。
外輪の軌道面については、硬さを従来と同じくＨＶ６５３以上と硬くすることで、耐久性が確保される。また、外輪の後に縁曲げする方の鍔部については、硬さをＨＶ３００以下として柔らかな生材の状態に残すことにより、縁曲げ作業をより容易に行うことができる。

この発明において、スラストころ軸受に適用する場合は、軸方向に対向する一対の軌道輪、または片方の軌道輪を有するものとされる。この場合に、いずれかの軌道輪における少なくとも軌道面に高周波焼入れおよび焼き戻しを施したものとする。
スラストころ軸受に適用した場合も、シェル型ころ軸受の場合と同様に、高周波焼入れおよび焼き戻しの採用により、多品種少量生産の場合に、硬化処理のための処理時間が短縮でき、設備も簡素なもので済み、品質向上が図り易く、かつ仕掛かり在庫が少なくて済む。

この発明において、軌道輪の軌道面における高周波焼入れの有効硬化層深さは、上記軌道輪の軌道面に対する裏面に達しない深さであっても良い。
またこの発明において、軌道輪の材質は炭素を０．４％以上含む鋼板としても良い。材質が炭素を０．４％以上含む鋼板であると、高周波焼入れ，焼き戻しを良好に行うことができる。

この発明の鋼板製軌道輪付きころ軸受は、鋼板製の軌道輪の少なくとも軌道面に高周波焼入れおよび焼き戻しを施したものであるため、多品種少量生産の場合に、硬化処理のための処理時間が短縮でき、設備も簡素なもので済み、品質向上が図り易く、かつ仕掛かり在庫が少なくて済むなどの優れた効果が得られる。

この発明の第１の実施形態を図１，図２と共に説明する。この実施形態は、外輪シェル型のころ軸受に適用したものである。この鋼板製軌道輪付きころ軸受は、軌道輪であるシェル型の外輪１と、複数のころ２と、保持器３とで構成される。ころ２は、例えば針状ころである。複数のころ２は、保持器３の円周方向複数箇所に設けられた各ポケット３ａに分離しないように組立てられ、ころ２と保持器３とで保持器付きころ４が構成される。外輪１は、両側に鍔部６，７を有している。片方の鍔部６は、周壁部分１ｂと同じ板厚とされ、もう片方の鍔部７は周壁部分１ｂよりも薄肉とされている。

外輪１は、図２（Ｂ）に示すように、軌道面１ａと、片方の鍔部６に高周波焼入れおよび焼き戻しが施してあり、同図に有効硬化層深さの部分を交差斜線で示すように、焼入れによる硬化層８が形成されている。この硬化層８の有効硬化層深さは、外輪１の軌道面１ａに対する裏面となる外径面に達しない深さとされるが、外輪１の板厚や諸条件によっては外輪１の板厚の全体に有効硬化層深さが達するものとしても良い。

外輪１は、その製造過程として、鋼板を深絞りして底抜きすることで、図２（Ａ）のような片側の鍔部６を有する形状とされる。この段階で、もう片方の鍔部７となる部分７′は、周壁部１ａからそのまま円筒状に延びた形状とされている。また、この鍔部７となる部分７′は、周壁部１ａよりも薄肉となるようにプレス加工される。この形状にプレス加工が行われた後に、上記の高周波焼入れおよび焼き戻しが施される。上記深絞りや薄肉化等のプレス加工には、例えばトランスファープレスや、順送プレス、単能プレス等のプレス方法が採用される。鍔部７となる部分７′は、外輪１に保持器付きころ４を組み込んだ後に縁曲げによって鍔部７とされる。このとき、鍔部７となる部分７′は、焼入れの施されていない生材の状態であるため、容易に縁曲げを行うことができる。

外輪１となる鋼板の材質は、炭素（Ｃ）を０．４％以上含む鋼板が好ましい。例えば、機械構造用炭素鋼（Ｓ４０Ｃ〜Ｓ５５Ｃ）、機械構造用合金綱（ＳＣＭ４４０〜ＳＣＭ４４５）、機械構造用マンガン綱（ＳＭＮ４４３）、炭素工具鋼（ＳＫ５）等が使用される。従来の浸炭焼入れを行うものでは、浸炭鋼が用いられており、Ｃ量が０．１２〜０．２３％程度と低いが、高周波焼入れする場合は、鋼材に含まれる炭素だけで硬化させる必要があるため、Ｃ量が０．４％以上であることが好ましい。

外輪１の熱処理規格としては、使用する鋼材によってもプレス性の可否があって異なるが、例えば硬化層８の軌道面１ａとなる部分は、この軌道面１ａの全幅にわたり（例えば図２（Ｂ）のＡ，Ｂ，Ｃ点のいずれにおいても）、硬さがＨＶ６５３以上の範囲とされ、また有効硬化層深さが０．２５mm以上とされる。上記有効硬化層深さは、ＨＶ６５３以上の硬さを持つ範囲とした。軌道面１ａにおける０．５mm深さでは、ＨＶ３００以下、つまり生材程度の硬さとされる。外輪１の後に縁曲げする鍔部７となる部分７′（例えばＤ点）については、硬さをＨＶ３００以下とする。他方の鍔部６（例えばＥ点）は、表面の硬さをＨＶ６５３以上とし、ＨＶ６５３となる深さを０．１mm以上とする。なお、上記各部の表面における硬さは、深さ０．０２mmの位置の硬さで代用しても良い。すなわち、０．０２mmの深さ位置の硬さが上記の範囲であっても良い。上記の硬さは、例えば鋼材が炭素工具鋼（ＳＫ５）の場合に適用される。
次の表１に、従来品と上記実施形成品（開発品）との熱処理規格を比較して示す。

この構成のころ軸受によると、外輪１の軌道面１ａの硬化処理を高周波焼入れ，焼きもどしとしたため、次の各利点が得られる。
ａ．浸炭炉が不要になり、炉の管理が不要となる。高周波コイルは必要になるが、浸炭炉の設備に比べると安価である。
ｂ．高周波焼入れでは、短時間で熱せられ、瞬間に冷却されるので、硬化処理の開始から完了までが短時間で行える。
ｃ．高効率で必要な時に必要な個数を熱処理すれば良いので、仕掛かり在庫が要らなくなる。
ｄ．製品種類の違いによる熱処理条件の変更が容易である。
ｅ．焼入れ条件が制御し易いので、異品の発生を抑制でき、また個別の製品の個別管理が行えて、品質レベルが高く得られる。
個別の製品の管理としては、プレスから熱処理までを一貫工程で生産できるため、流れ作業的に各工程の出来ばえの検査が容易であり、特に熱処理前後の出来ばえの確認が可能で、かつ非常に容易となる。例えば、熱処理完成品の状態で傷による不具合が見つかった場合には、浸炭焼入れでは熱処理工程のどこで傷が発生したかがわからないために熱処理後品の全数の確認が必要になるが、高周波焼入れにより一貫生産が可能になると、熱処理前後に行う検査ですみ、改めて全数検査を行う必要がない。
ｆ．高周波焼入れにより、後に縁曲げする鍔部７となる部分７′を残して焼入れできるため、焼きなまし工程が不要で、１工程が削減される（表２参照）。この鍔部７の縁曲げ作業は、硬さがＨＶ３００以下の生材の状態で行えるため、従来の焼きなまし後の状態（硬さＨＶ５００程度）に比べて作業が容易である。
ｇ．また、上記のようにプレス工程から熱処理までの一貫生産が可能であり、そのライン長さや面記や、従来の浸炭焼き入れを行う場合に比べて飛躍的にコンパクトな構成とできる。

次の表２は、従来品と発明品との相違をまとめて比較したものである。

なお、上記実施形態は、単列のころ軸受に適用した場合につき説明したが、この発明は例えば図３に示すように、複列の鋼板製軌道輪付きころ軸受に適用することもできる。図３の例は、外輪１内に保持器付きころ４を軸方向に２個並べて設けたものである。その他の構成は第１の実施形態と同じである。

また、この発明は軌道輪を鋼板製としたスラストころ軸受にも適用することができる。図４はその一例を示す。この鋼板製軌道輪付きころ軸受は、軸方向に対向する一対の軌道輪１１Ａ，１１Ｂと、両軌道輪１１Ａ，１１Ｂの間に介在した複数のころ１２と、保持器１３とを備える。ころ１２は例えば針状ころである。複数のころ１２は、リング状の保持器１３の円周方向複数箇所に設けたられた各ポケット１３ａ内に分離しないように組立てられ、ころ１２と保持器１３とで保持器付きころ１４が構成される。上記両軌道輪１１Ａ，１１Ｂのうち、片方の軌道輪１１Ａは内輪となり、もう片方の軌道輪１１Ｂは外輪となる。内輪となる軌道輪１１Ａは内周円に鍔部１５を有し、外輪となる軌道輪１１Ｂは外周縁に鍔部１６を有している。これら鍔部１５および１６の円周方向複数箇所に、保持器１３と係合可能な加締突部１７，１８がそれぞれ設けられ、両軌道輪１１Ａ，１１Ｂと保持器付きころ１４との３者が互いに非分離とされている。なお、両側の軌道輪１１Ａ，１１Ｂは、鍔部１５，１６を有しないものであっても良い。

上記構成において、両側の軌道輪１１Ａ，１１Ｂにおける少なくとも軌道面１１Ａａ，１１Ｂａに高周波焼入れおよび焼き戻しが施されている。加締突部１７，１８を形成する部分については、焼入れを行わずに生材の状態で残すことが好ましい。軌道輪１１Ａ，１１Ｂの材質、および高周波焼入れ，焼き戻しの熱処理規格としては、例えば第１の実施形態に示した内容と同じ規格が用いられる。

このようにスラストころ軸受に適用した場合も、第１の実施形態に示すシェル型ころ軸受と同様に、高周波焼入れおよび焼き戻しの採用により、多品種少量生産の場合に、硬化処理のための処理時間が短縮でき、設備も簡素なもので済み、品質向上が図り易く、かつ仕掛かり在庫が少なくて済む。

なお、この発明をスラストころ軸受に適用する場合に、対向する両側の軌道輪１１Ａ，１１Ｂのうち、いずれか片方の軌道輪１１Ａ，１１Ｂのみに高周波焼入れ，焼き戻しを施しても良い。また、スラストころ軸受は、片方の軌道輪のみを有するものであって、その軌道輪に高周波焼入れ，焼き戻しを施しても良い。

この発明の第１の実施形態にかかる鋼板製軌道輪付きころ軸受の断面図である。 （Ａ），（Ｂ）はそれぞれ同軸受の外輪の製造過程を示す断面図および焼き入れ範囲を示す拡大断面図である。 この発明の他の実施形態にかかる鋼板製軌道輪付きころ軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる鋼板製軌道輪付きころ軸受の断面図である。

符号の説明

１…外輪（軌道輪）
１ａ…軌道面
２…ころ
３…保持器
４…保持器付きころ
６，７…鍔部
７′…鍔部となる部分
８…硬化層
１１Ａ，１１Ｂ…軌道輪
１２…ころ
１３…保持器

Claims (6)

1. 鋼板製の軌道輪と、ころとを備えた軸受において、上記軌道輪の少なくとも軌道面に高周波焼入れ、および焼き戻しを施したことを特徴とする鋼板製軌道輪付きころ軸受。
2. 請求項１において、軌道輪となるシェル型の外輪を有し、この外輪の軌道面および片方の鍔部の内面に高周波焼入れおよび焼き戻しを施した鋼板製軌道輪付きころ軸受。
3. 請求項２において、上記外輪の軌道面の硬さをＨＶ６５３以上とし、上記外輪の鍔部の内面の硬さをＨＶ３００以下とした鋼板製軌道輪付きころ軸受。
4. 請求項１において、軸方向に対向する一対の軌道輪、または片方の軌道輪を有するスラストころ軸受型の鋼板製軌道輪付きころ軸受であって、いずれかの軌道輪における少なくとも軌道面に高周波焼入れおよび焼き戻しを施した鋼板製軌道輪付きころ軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、軌道輪の軌道面における高周波焼入れの有効硬化層深さが、上記軌道輪の軌道面に対する裏面に達しない深さである鋼板製軌道輪付きころ軸受。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、上記軌道輪の材質が炭素を０．４％以上含む鋼板である鋼板製軌道輪付きころ軸受。

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