JP2005226719A - シェル型針状ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】雰囲気調整が不要で簡便な熱処理でシェル型外輪の製品品質を確保できるようにすることである。
【解決手段】シェル型外輪１の鋼板素材を、Ｃ含有量が０．３質量％以上で、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｏの少なくともいずれかの合金元素を含み、これらの合金元素の含有量がそれぞれ０．３５質量％以下のものとし、外輪１の軌道面２に高周波焼入れと、炉焼戻しまたは高周波焼戻しのいずれかを施し、軌道面２の表面硬さをビッカース硬度でＨＶ６５３以上とすることにより、浸炭焼入れや浸炭窒化処理等の雰囲気を調整する熱処理なしに、シェル型外輪１の基本的な製品品質である軌道面の表面硬さを十分に確保できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、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シェル型針状ころ軸受がある。プレス加工されるシェル型外輪の鋼板素材には、ＳＣＭ４１５等の低炭素構造用合金鋼板やＳＰＣ等の冷延プレス用鋼板が用いられ、軌道面の表面硬さ等の製品品質を確保するために、プレス加工後に浸炭焼入れや浸炭窒化処理等の熱処理を施されている（例えば、特許文献１参照。）。なお、シェル型外輪には、両軸端部が開放されたオープンエンド形のものと、一方の軸端部が閉塞されたクローズエンド形のものとがある。また、針状ころには、保持器に組み付けられて軸受へ組み込まれる保持器付きのものと、総ころ状態に軸受へ単体で組み込まれるものとがある。

前記シェル型外輪の製造工程は、以下の通りである。まず、絞りを数回に分けた絞り工程で鋼板素材の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。つぎに、オープンエンド形のものは、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、クローズエンド形のものは、底抜き工程を省略して、カップ底をクローズエンドとして利用する。つぎに、トリミング工程でカップ上端を均一な高さにトリミングするとともに、他方の鍔が形成されるカップ上端部を減厚加工する。こののち、熱処理工程で浸炭焼入れや浸炭窒化処理等をし、他方の鍔が形成される減厚加工部に焼きなましを施す。最後に、組立て工程で針状ころを組み込み、カップ上端部を内方に折り曲げて他方の鍔を形成する。

特許公報第３０７３９３７号（第１−２頁、第１−３図）

上述した従来のシェル型外輪の鋼板素材に用いられている低炭素構造用合金鋼板や冷延プレス用鋼板は、加工性が良いのでプレス加工が容易であるが、炭素含有量が少ないので、製品品質としての軌道面の表面硬さ等を確保するのに、浸炭焼入れや浸炭窒化処理等の雰囲気を調整した熱処理をする必要がある。このため、雰囲気炉等の熱処理設備が大きくなるとともに、炭素や窒素を拡散させるために熱処理時間が長くなる問題がある。また、雰囲気を調整する熱処理は、一度に多数の部品を処理しないと効率が悪いので、仕掛品が増大してリードタイムが長くなる問題もある。

そこで、本発明の課題は、雰囲気調整が不要で簡便な熱処理でシェル型外輪の製品品質を確保できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、鋼板のプレス加工で形成されるシェル型外輪の軌道面に沿って、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、前記鋼板の素材を、Ｃ含有量が０．３質量％以上で、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｏの少なくともいずれかの合金元素を含み、これらの合金元素の含有量がそれぞれ０．３５質量％以下のものとし、前記外輪の少なくとも軌道面に高周波焼入れと、炉焼戻しまたは高周波焼戻しのいずれかを施し、前記軌道面の表面硬さをビッカース硬度でＨＶ６５３以上とした構成を採用した。

すなわち、シェル型外輪の鋼板素材を、Ｃ含有量が０．３質量％以上で、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｏの少なくともいずれかの合金元素を含み、これらの合金元素の含有量がそれぞれ０．３５質量％以下のものとし、外輪の少なくとも軌道面に高周波焼入れと、炉焼戻しまたは高周波焼戻しのいずれかを施し、軌道面の表面硬さをビッカース硬度でＨＶ６５３以上とすることにより、Ｃ含有量が０．３質量％以上と多いことで、浸炭焼入れや浸炭窒化処理等の雰囲気を調整する熱処理なしに、シェル型外輪の基本的な製品品質である軌道面の表面硬さを十分に確保できるようにした。

前記Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｏの合金元素の含有量をそれぞれ０．３５質量％以下としたのは、これらの合金元素は単独または共存して焼入れ性を改善するが、それぞれ含有量が０．３５質量％を超えると、プレス加工性を低下させるからである。また、高周波焼入れは、雰囲気調整が不要で熱処理設備も小さくてすみ、熱処理時間も著しく短縮することができる。炉焼戻しや高周波焼戻しも、雰囲気調整が不要で簡便に行うことができる。

前記外輪の軌道面における高周波焼入れの深さは、前記軌道面の裏側の外径面に達しない深さであってもよい。

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、最終回の絞り工程をしごき加工を加える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カップ成形物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、絞り性があまりよくない炭素含有量が０．３質量％以上の鋼板素材であっても十分な絞り比を得ることができる。

前記鋼板素材を、リン酸塩皮膜処理が施されたものとすることにより、前記プレス加工におけるプレス加工油の保持能力を高め、より低級なプレス加工油を用いてシェル型外輪をプレス加工することができる。

本発明のシェル型針状ころ軸受は、シェル型外輪の鋼板素材を、Ｃ含有量が０．３質量％以上で、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｏの少なくともいずれかの合金元素を含み、これらの合金元素の含有量がそれぞれ０．３５質量％以下のものとし、外輪の少なくとも軌道面に高周波焼入れと、炉焼戻しまたは高周波焼戻しのいずれかを施し、軌道面の表面硬さをビッカース硬度でＨＶ６５３以上としたので、Ｃ含有量が０．３質量％以上と多いことで、浸炭焼入れや浸炭窒化処理等の雰囲気を調整する熱処理なしに、シェル型外輪の基本的な製品品質である軌道面の表面硬さを十分に確保することができる。

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、最終回の絞り工程をしごき加工を加える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、製造コストをさらに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カップ成形物の寸法精度低下も抑制することができる。

前記鋼板素材を、リン酸塩皮膜処理が施されたものとすることにより、プレス加工におけるプレス加工油の保持能力を高め、より低級なプレス加工油を用いてシェル型外輪をプレス加工することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。本発明に係るシェル型針状ころ軸受Ｓは、図１に示すように、鋼板のプレス加工で形成されたシェル型外輪１の軌道面２に沿って、複数の針状ころ３を配列したものである。このシェル型外輪１はオープンエンド形のものであり、両軸端部に鍔４ａ、４ｂが形成されている。また、針状ころ３は、保持器５に組み付けられた保持器付きのものである。

前記シェル型外輪１に用いられた鋼板素材は、Ｃ含有量が０．５２〜０．５８質量％、Ｓｉ含有量が０．１５〜０．３５質量％の構造用炭素鋼Ｓ５５Ｃであり、表面にリン酸塩皮膜処理を施されている。この鋼板素材は、Ｃ含有量が０．３質量％以上で、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの少なくともいずれかの合金元素を含み、これらの合金元素の含有量がそれぞれ０．３５質量％以下のものであればよく、他の構造用炭素鋼ＳＡＥ１０７０や工具鋼ＳＫ５等を用いることもできる。

図２は、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、前記リン酸塩皮膜処理を施した鋼鈑素材の円形ブランクが、１回の絞りしごき工程でカップ状に成形され、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。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４ａ（図１参照）が形成され、トリミング工程でカップ上端が均一な高さにトリミングされるとともに、他方の鍔４ｂ（図１参照）が形成されるカップ上端部が減厚加工される。こののち、プレス加工された外輪１は、熱処理工程で高周波焼入れと炉焼戻しまたは高周波焼戻しを施され、最後の組立て工程で、保持器５に組み付けられた針状ころ３を組み込まれ、他方の鍔４ｂが内方への直角な折り曲げ加工により形成される。

前記シェル型外輪１は、１回の絞りしごき工程でカップ状に成形されているので、金型の設定誤差等に起因する寸法精度低下が少ない。また、図示は省略するが、軌道面２の面粗度も、周方向および軸方向の両方でＲａ０．３μｍ以下と非常に細かくなっている。

図３は、上述した実施例のシェル型外輪１と、その変形例のシェル型外輪１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄとについて、高周波焼入れされた部分の焼入れパターンをハッチングで示す。変形例の外輪１ａ、１ｂは実施例と同じオープンエンド形のもので、外輪１ａは両方の鍔４ａ、４ｂを内方へ１８０°折り曲げたもの、外輪１ｂは他方の鍔４ｂのみを内方へ１８０°折り曲げたものである。また、変形例の外輪１ｃ、１ｄはクローズエンド形のもので、外輪１ｃは他方の鍔４ｂを実施例のものと同様に内方へ直角に折り曲げたもの、外輪１ｄは他方の鍔４ｂを内方へ１８０°折り曲げたものである。

図３中には、それぞれの外輪１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄについて、３ずつの焼入れパターンをＡ、Ｂ、Ｃの各列に示す。いずれもハッチングを施した部分が焼入れ部位であり、各焼入れパターンは、Ａ列のものが軌道面２側のみを部分的に高周波焼入れしたもの、Ｂ列のものが全体を高周波焼入れしたもの、Ｃ列のものが軌道面２と外径面との両側を部分的に高周波焼入れしたものである。Ａ列とＣ列の部分的に高周波焼入れしたものでは、針状ころ３の端面が当たる鍔４ａ、４ｂの部分も焼入れされているものがある。これらの焼入れパターンのものは、いずれも軌道面２の表面硬さがビッカース硬度でＨＶ６５３以上となっている。なお、高周波焼入れは、局部を順に短時間で加熱、冷却するので、Ｂ列のもののように全体を焼入れする場合も、Ａ列やＣ列のもののように部分的に焼入れする場合も、熱ひずみが生じ難い利点がある。

図４は、上記シェル型針状ころ軸受Ｓを組み込んだ自動車のエアコンディショナ用コンプレッサ１０を示す。このコンプレッサ１０は、主軸１１に固定された斜板１２の回転により、斜板１２上を摺動するシュー１３を介してピストン１４を往復動作させる両斜板タイプのものであり、ハウジング１５内の冷媒をピストン１４の往復動作で圧縮する。高速で回転駆動される主軸１１は、ラジアル方向を２つのシェル型針状ころ軸受Ｓで支持され、スラスト方向をスラスト針状ころ軸受１６で支持されている。上述したように、各シェル型針状ころ軸受Ｓの外輪１は、軌道面２の面粗度が細かく、かつ、寸法精度も優れているので、主軸１１の高速回転に伴う騒音の発生を抑制できるとともに、その耐久寿命も延長することができる。

図５は、上記シェル型針状ころ軸受Ｓを組み込んだ自動車のＡＢＳ用ピストンポンプ２０の駆動装置を示す。この駆動装置は、電動モータ２１の出力軸であるアーマチュアシャフト２２を、ポンプハウジング２３に形成された凹部２４に一対の玉軸受２５で支持し、その偏心部２２ａに嵌着したシェル型針状ころ軸受Ｓに、ピストンポンプ２０のピストン２６を直角に衝合支持したものである。したがって、電動モータ２１を回転駆動することにより、シェル型針状ころ軸受Ｓに衝合支持されたピストン２６が往復駆動され、ブレーキ液がポンプハウジング２３に設けられた吸引口２７から吸引されて、吐出口２８から吐出される。この場合のシェル型針状ころ軸受Ｓも、外輪１の軌道面２の面粗度が細かく、かつ、寸法精度も優れているので、ピストンポンプ２０作動に伴う騒音の発生を抑制できるとともに、その耐久寿命を延長することができる。

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、この１回の絞り工程をしごき加工を加える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、しごき加工を最終回の絞り工程で加えるようにしてもよい。また、本発明に係るシェル型針状ころ軸受は、針状ころを総ころ状態に組み込む形式のものにも採用することができる。

シェル型針状ころ軸受の実施形態を示す縦断面図 図１のシェル型外輪の概略の製造工程を示す工程図 図１のシェル型外輪とその変形例のシェル型外輪の焼入れパターンを示す断面図 図１のシェル型針状ころ軸受を組み込んだコンプレッサを示す縦断面図 図１のシェル型針状ころ軸受を組み込んだピストンポンプの駆動装置を示す縦断面図

符号の説明

Ｓ シェル型針状ころ軸受
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、 シェル型外輪
２ 軌道面
３ 針状ころ
４ａ、４ｂ 鍔
５ 保持器
１０ コンプレッサ
１１ 主軸
１２ 斜板
１３ シュー
１４ ピストン
１５ ハウジング
１６ スラスト針状ころ軸受
２０ ピストンポンプ
２１ 電動モータ
２２ アーマチュアシャフト
２３ ポンプハウジング
２４ 凹部
２５ 玉軸受
２６ ピストン
２７ 吸引口
２８ 吐出口

Claims (4)

1. 鋼板のプレス加工で形成されるシェル型外輪の軌道面に沿って、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、前記鋼板の素材を、Ｃ含有量が０．３質量％以上で、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｏの少なくともいずれかの合金元素を含み、これらの合金元素の含有量がそれぞれ０．３５質量％以下のものとし、前記外輪の少なくとも軌道面に高周波焼入れと、炉焼戻しまたは高周波焼戻しのいずれかを施し、前記軌道面の表面硬さをビッカース硬度でＨＶ６５３以上としたことを特徴とするシェル型針状ころ軸受。
2. 前記外輪の軌道面における高周波焼入れの深さを、前記軌道面の裏側の外径面に達しない深さとした請求項１に記載のシェル型針状ころ軸受。
3. 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、最終回の絞り工程をしごき加工を加える絞りしごき工程とした請求項１または２に記載のシェル型針状ころ軸受。
4. 前記鋼板の素材を、リン酸塩皮膜処理が施されたものとした請求項１乃至３のいずれかに記載のシェル型針状ころ軸受。

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