JP2005090590A

JP2005090590A - シェル型針状ころ軸受

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Publication number: JP2005090590A
Application number: JP2003323278A
Authority: JP
Inventors: Shinji Oishi; 真司大石; Masatoshi Niina; 正敏新名
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-16
Also published as: JP4508588B2

Abstract

【課題】シェル型外輪の筒部偏肉量を低減して、シェル型針状ころ軸受を大幅に長寿命化することである。
【解決手段】プレス加工で形成されるシェル型外輪の内径面に沿って複数の針状ころを配列したシェル型針状ころ軸受において、シェル型外輪の筒部偏肉量を１０μｍ未満とすることにより、シェル型針状ころ軸受を大幅に長寿命化できるようにした。
【選択図】図３

Description

この発明は、シェル型針状ころ軸受に関するものである。

外輪の内径面に沿って複数の針状ころを配列した針状ころ軸受には、絞り工程を含むプレス加工で形成されたシェル型外輪を用いるものがある。このシェル型外輪を用いるシェル型針状ころ軸受の用途は、製造コストが安価となる経済的優位性から多岐に渡っているが、近年、長寿命化を要求される用途が多くなっている。

従来のシェル型外輪のプレス加工の概略工程は、以下の通りである。まず、絞り工程で円形ブランクをカップ状に成形し、決め押し工程でカップ底コーナ部を所定のコーナ半径に決め押しする。こののち、底抜き工程でカップ底中央部を打ち抜いて外輪の一方の鍔を形成し、トリミング工程でカップ上端部を均一な高さにトリミングする。絞り工程または決め押し工程の後に、しごき工程を加える場合もある。通常、これらのプレス加工は、トランスファプレスや順送りプレスを用いて行われ、トランスファプレスを用いる場合は、円形ブランクの打ち抜き工程も一緒に組み込まれることが多い。なお、外輪の他方の鍔は、熱処理後の組立て工程で、カップ上端部を内方に折り曲げることにより形成される。

前記シェル型外輪のブランク素材には、ＳＣＭ４１５等の肌焼鋼の鋼板が用いられ、所定の製品強度を確保するために、プレス加工後に浸炭焼入れ、焼戻し等の熱処理を施される。肌焼鋼の鋼板はＳＰＣＣ等の軟鋼板に較べて炭素含有量が多く、絞り性の目安となるｒ値が低いので、絞り工程での絞り回数を複数回に分けて、１回当たりの絞り比を小さく設定している。

このように、シェル型外輪は多数のプレス加工工程を経て形成されるので、金型の精度誤差や、加工工程ごとの不均一なひずみの累積により、筒部の真円度や偏肉量等の寸法精度が削り加工で形成される外輪よりも劣り、軸受の寿命も短くなる。

このようなシェル型針状ころ軸受の寿命を向上させることを目的として、シェル型外輪の熱処理を軸受組立て後に行い、かつ、この熱処理を浸炭窒化処理後に、さらに焼入れ、焼戻しするものとして、外輪の外径真円度を高めるとともに、各軸受部品の強度も高めるようにしたシェル型針状ころ軸受の製造方法がある（例えば、特許文献１参照。）。

特許第３０７３９３７号公報（第１−２頁、第１−３図）

特許文献１に記載されたシェル型針状ころ軸受の製造方法は、軸受組立て後に熱処理を行うことにより、シェル型外輪の熱ひずみを低減してその外径真円度を高めることができるが、シェル型外輪のプレス加工工程は従来と同じであるので、筒部の偏肉量はあまり低減されない。ちなみに、従来のシェル型外輪の筒部偏肉量は、特許文献１に記載された製造方法のものも含めて、内径が２５ｍｍ程度のもので１０〜２０μｍである。

近年、自動車は高品質化、高性能化および耐久性向上が進み、これに伴って、
自動車部品に対するさらなる長寿命化と低コスト化が要求されるようになってきている。特に、カーエアコンやトランスミッション等に使用される軸受部品は、潤滑を含めた使用条件が非常に厳しく、長寿命化と低コスト化への要望が大きい。

そこで、この発明の課題は、シェル型外輪の筒部偏肉量を低減して、シェル型針状ころ軸受を大幅に長寿命化することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、プレス加工で形成されるシェル型外輪の内径面に沿って、複数の針状ころを配列したシェル型針状ころ軸受において、前記外輪の筒部偏肉量を１０μｍ未満とした構成を採用した。

本発明者らは、シェル型外輪の筒部偏肉量を変えたシェル型針状ころ軸受について軸受寿命試験を行い、後の図３に示すように、外輪の筒部偏肉量と軸受寿命は良い相関関係を有し、軸方向偏肉量を１０μｍ未満にすると、厳しい使用条件下でも十分な長寿命化を達成できることを確認した。

このシェル型外輪の筒部偏肉量の低減が軸受の長寿命化に効果があるのは、内径面での針状ころの転走が円滑になり、ころのスリップやがたつき等による内径面での局部的な摩耗や応力集中が抑制されるためと考えられる。

前記外輪の筒部偏肉量を１０μｍ未満とする手段としては、前記シェル型外輪を形成するプレス加工にしごき工程を設け、このしごき工程における前記外輪の外径面となる外径側しごき面での潤滑条件を、略流体潤滑状態とする手段を採用することができる。

本発明者らは、プレス試験機を用いて、ＳＣＭ４１５鋼板の絞りしごき試験を行い、カップ成形物の軸方向偏肉量を調査した。この結果、ダイス側（カップ成形物の外径側しごき面）に潤滑性の優れた高粘度プレス加工油を塗布すると、後の表１に示すように、カップ成形物の筒部偏肉量が１０μｍ未満に低減されることを確認した。

図７は、上記絞りしごき試験において、ダイス側に潤滑性の優れた潤滑油を塗布したときの、ブランク素材の面粗度とカップ成形物外径面の面粗度の観察結果を示す。カップ成形物外径面の面粗度はＲａ０．４４であり、ブランク素材の面粗度Ｒａ０．４９とあまり変わっていない。また、図８は、カップ成形物の上端部の板厚断面写真を示すが、通常の絞りしごき加工で成形したカップ成形物の上端部は、外径面側が著しく軸方向に延伸しているのに対して、ダイス側に潤滑性の優れた潤滑油を塗布したときのカップ成形物の上端部は、板厚方向で均一に軸方向へ延伸している。

これらの観察結果は、以下のように考えられる。すなわち、ダイス側に潤滑性の優れた潤滑油を塗布したときに、カップ成形物外径面の面粗度が素材の面粗度とあまり変わらなかったのは、カップ成形物の外径側しごき面では、加工される素材とダイスが殆ど接触しない略流体潤滑状態であったと考えられる。このようにダイス側の潤滑条件を略流体潤滑状態にすると、ダイスとの摩擦に起因する外径側しごき面での剪断力が殆どなくなって、ポンチとダイスの間のしごき部における応力が板厚方向で均一な圧縮応力状態となり、素材が板厚方向で均一に減厚変形する。このように素材が板厚方向で均一に減厚変形することにより、ポンチに接触するカップ成形物の内径面がポンチ表面に沿って軸方向へ相対移動し、カップ成形物のポンチ表面へのなじみがよくなるとともに、その軸方向での平均変形抵抗もより平準化されて、筒部偏肉量が低減されるものと考えられる。また、カップ成形物のポンチ表面へのなじみにより、その内径真円度も向上する。

一方、通常の絞りしごき加工では、ダイスとの摩擦に起因する剪断力でカップ成形物の外径面側が優先的に減厚変形し、図８に示したように、外径面側が著しく軸方向に延伸する。したがって、カップ成形物の内径面側はあまり減厚変形せず、ポンチ表面とも殆ど相対移動しないので、しごき加工を加えても、カップ成形物の筒部偏肉量や内径真円度はあまり改善されない。

また、前記外径側しごき面での潤滑条件を略流体潤滑状態とする加工方法では、図８に示したように、カップ成形物の上端面が板厚方向で均一になるので、ブランク径を小さくして歩留を向上させることができ、ブランク径を小さくすることにより、絞り加工に必要なプレス荷重も低減される。また、カップ成形物内径面のポンチ表面との相対移動により、外輪内径面の面粗度を細かく改善できることが期待される。

前記プレス加工の絞り工程での絞り回数を３回以下とし、前記しごき工程を、最終回の前記絞り工程と同時に行う絞りしごき工程とすることにより、プレス加工用の金型数と工程数を減らし、製造コストを低減することができる。また、絞り回数を減らすことにより、各金型の設定誤差等に起因する外輪の寸法精度低下も抑制される。

なお、絞りしごき加工では、単なる絞り加工よりも大きな絞り比が得られることが知られている。すなわち、絞り加工では縮みフランジの変形抵抗とフランジ部でのしわ押さえ力に起因する引張応力によるポンチ肩部での破断で絞り限界が決まるが、絞りしごき加工では、このポンチ肩部に作用するフランジ側からの引張応力がしごき部で遮断されるので、絞り限界が高くなって大きな絞り比を得ることができる。

前記絞り工程での絞り回数を１回とし、前記しごき工程をこの１回の絞り工程と同時に行う絞りしごき工程とすることにより、製造コストの低減と外輪の寸法精度向上を、さらに促進することができる。

この発明のシェル型針状ころ軸受は、シェル型外輪の筒部偏肉量を１０μｍ未満とすることにより、軸受寿命を大幅に延長し、長寿命化と低コストの両立を達成した。したがって、特に条件が非常に厳しいカーエアコンやトランスミッション等に用いても、十分に満足できる長寿命化と低コスト化を達成することができる。

前記外輪の筒部偏肉量を１０μｍ未満とする手段を、シェル型外輪を形成するプレス加工にしごき工程を設けて、このしごき工程における外輪の外径面となる外径側しごき面での潤滑条件を略流体潤滑状態とすることにより、カップ成形物の上端面が板厚方向で均一に近くなるので、ブランク径を小さくして歩留を向上させるとともに、絞り加工に必要なプレス荷重も低減することができる。また、カップ成形物内径面のポンチ表面との相対移動により、ころが転走する外輪内径面の面粗度を細かく改善できるので、使用中の音響レベルを低減することができる。

前記絞り工程での絞り回数を３回以下とし、しごき工程を、最終回の絞り工程と同時に行う絞りしごき工程とすることにより、プレス加工用の金型数と工程数を減らし、製造コストを低減することができる。また、絞り回数を減らすことにより、各金型の設定誤差等に起因する外輪の寸法精度低下も抑制することができる。

前記絞り工程での絞り回数を１回とし、しごき工程をこの１回の絞り工程と同時に行う絞りしごき工程とすることにより、製造コストの低減と外輪の寸法精度向上を、さらに促進することができる。

以下、図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。このシェル型針状ころ軸受は、図１に示すように、プレス加工で形成されたＳＣＭ４１５製シェル型外輪１の内径面２に沿って、複数の針状ころ３を配列したものであり、各針状ころ３は、同じくプレス加工で形成されたＳＰＣＣ製保持器４によって保持されている。外輪１の両端部には鍔１ａ、１ｂが形成されている。

図２は、前記シェル型外輪１を製造する概略の工程を示す。まずプレス加工により、ＳＣＭ４１５リン酸塩皮膜処理鋼鈑の円形ブランクが、１回の絞りしごき工程でカップ成形物とされ、決め押し工程でカップ底コーナ部が所定のコーナ半径に決め押し成形される。絞りしごき工程では、ダイス側に潤滑性の優れたプレス加工油が塗布され、外径側しごき面での潤滑条件が略流体潤滑状態とされる。つぎに、底抜き工程でカップ底中央部が打ち抜かれて外輪１の一方の鍔１ａ（図１参照）が形成され、トリミング工程でカップ上端部が均一な高さにトリミングされる。こののち、プレス加工された外輪１は、熱処理工程で浸炭焼入れ、焼戻し処理を施され、最後の組立て工程で、他方の鍔１ｂ（図１参照）が内方への折り曲げ加工により形成される。

上述した実施形態では、外輪のプレス加工における絞り工程を１回のみとし、しごき工程をこの１回の絞り工程と同時に行う絞りしごき工程としたが、絞り工程を３回以下の複数回とし、しごき工程を最終回の絞り工程と同時に行う絞りしごき工程としてもよく、しごき工程を絞り工程または決め押し工程の後で別に行ってもよい。また、特許文献１に記載されたもののように、軸受組立て後に熱処理を行ってもよい。

〔実施例Ａ〕
表１は、図２の製造工程で製造したシェル型外輪（実施例１〜６）と、従来の製造工程で製造したシェル型外輪（比較例１〜６）について、その筒部偏肉量を測定した結果を示す。測定した外輪の寸法は、外径２８ｍｍ、長さ１６ｍｍ、肉厚０．９５ｍｍであり、表１中には内径真円度の測定結果も示す。筒部偏肉量の測定にはマイクロメータを用い、外輪１の両端から各２ｍｍの位置と長さ方向中央位置の３箇所において、その周方向に９０°の位相で各４箇所、合計１２箇所を測定した。なお、内径真円度は、テーラーホブソン社製の真円度測定機（タリロンド）を用いて、筒部偏肉量の測定位置と同じ軸方向位置の３箇所で測定した。実施例のものは、いずれも筒部偏肉量が１０μｍ未満、内径真円度が１０μｍ以下となっている。なお、比較例１は、特許文献１に記載された製造方法で製造したものである。

上記実施例および比較例のシェル型針状ころ軸受について、軸受寿命試験を行った。各実施例および比較例のサンプル数は８個とし、軸受寿命はＬ１０寿命（サンプルの９０％が破損しないで使える時間）で評価した。試験条件は、以下の通りである。
・アキシアル荷重：９．８１ｋＮ
・回転速度：５０００ｒｐｍ
・潤滑油：スピンドル油ＶＧ２

図３は、上記軸受寿命試験における筒部偏肉量とＬ１０寿命の関係を示す。シェル型外輪の筒部偏肉量が１０μｍ未満である各実施例のものは、いずれもＬ１０寿命が２００時間を超え、軸受寿命が大幅に延長されていることが分かる。なお、筒部偏肉量が１０μｍ以上である比較例のものは、最も優れた比較例１でもＬ１０寿命が２００時間に満たない。

図４は、上記軸受寿命試験における内径真円度とＬ１０寿命の関係を示す。内径真円度についても、１０μｍ以下である各実施例のものはいずれもＬ１０寿命が２００時間を超え、軸受寿命が大幅に延長されている。

〔実施例Ｂ〕
図５（ａ）、（ｂ）は、図２の製造工程で製造したシェル型外輪について、内径面の面粗度を測定した結果の一例を示す。測定した外輪の寸法は、外径２８ｍｍ、長さ１６ｍｍ、肉厚０．９５ｍｍである。この測定には東京精密社製の表面粗さ測定機（サーフコム）を用い、周方向面粗度は、内径真円度と筒部偏肉量の測定位置と同じ軸方向位置の３箇所で測定し、軸方向面粗度は、周方向に９０°の位相で４箇所測定した。図５（ａ）は、外輪の長さ方向中央位置で測定した周方向面粗度であり、Ｒａ０．１８μｍと非常に細かくなっている。図示は省略するが、両端から各２ｍｍの位置で測定した周方向面粗度もＲａ０．０５〜０．３μｍの範囲にあり、図７に示したブランク素材や外径面の面粗度よりも細かくなっている。図５（ｂ）は、周方向の１つの位相で測定した軸方向面粗度であり、Ｒａ０．１５μｍとなっている。図示は省略するが、他の位相で測定した軸方向面粗度も、いずれもＲａ０．３μｍ以下と非常に細かくなっていた。

実施例として、上記外輪内径面の周方向面粗度をＲａ０．０５〜０．３μｍとしたシェル型針状ころ軸受を用意した。比較例として、同一軸受寸法で、外輪内径面の周方向面粗度がＲａ０．３μｍを超えるシェル型針状ころ軸受も用意した。

上記実施例および比較例の各シェル型針状ころ軸受を回転試験機に取り付け、音響測定試験を行った。試験条件は、以下の通りである。
・回転速度：４８００ｒｐｍ
・ラジアル荷重：１８０Ｎ
・潤滑：粘度２ｃＳｔ油塗布
・音響測定位置：軸受から４５°方向で距離１００ｍｍの位置

図６は、上記音響測定試験における音響レベルの測定結果を示す。内径面の周方向面粗度をＲａ０．０５〜０．３μｍとした実施例のものは、いずれも音響レベルが６０ｄＢ以下となり、比較例のものに較べて音響レベルが著しく低減されている。したがって、図２の製造工程で製造されたシェル型外輪を有するシェル型針状ころ軸受は、寿命の向上だけでなく、音響レベルも著しく低減することが分かる。

シェル型針状ころ軸受の実施形態を示す縦断面図図１のシェル型針状ころ軸受の概略の製造工程を示す工程図シェル型針状ころ軸受の軸受寿命試験におけるシェル型外輪の筒部偏肉量とＬ１０寿命の関係を示すグラフシェル型針状ころ軸受の軸受寿命試験におけるシェル型外輪の内径真円度とＬ１０寿命の関係を示すグラフａ、ｂは、それぞれ図２の製造工程で製造したシェル型外輪内径面の周方向と軸方向の面粗度を示すグラフシェル型針状ころ軸受の音響測定試験における外輪内径面の周方向面粗度と音響レベルの関係を示すグラフ絞りしごき試験におけるブランク素材の面粗度とカップ成形物外径面の面粗度を示すグラフ絞りしごき試験におけるカップ成形物上端部の板厚断面写真

符号の説明

１シェル型外輪
１ａ、１ｂ鍔
２内径面
３針状ころ
４保持器

Claims

プレス加工で形成されるシェル型外輪の内径面に沿って、複数の針状ころを配列したシェル型針状ころ軸受において、前記外輪の筒部偏肉量を１０μｍ未満としたことを特徴とするシェル型針状ころ軸受。
前記外輪の筒部偏肉量を１０μｍ未満とする手段が、前記シェル型外輪を形成するプレス加工にしごき工程を設け、このしごき工程における前記外輪の外径面となる外径側しごき面での潤滑条件を、略流体潤滑状態とするものである請求項１に記載のシェル型針状ころ軸受。
前記プレス加工の絞り工程での絞り回数を３回以下とし、前記しごき工程を、最終回の前記絞り工程と同時に行う絞りしごき工程とした請求項２に記載のシェル型針状ころ軸受。
前記絞り工程での絞り回数を１回とし、前記しごき工程をこの１回の絞り工程と同時に行う絞りしごき工程とした請求項３に記載のシェル型針状ころ軸受。
前記シェル型外輪の素材をリン酸塩皮膜処理鋼鈑とした請求項２乃至４のいずれかに記載のシェル型針状ころ軸受。