JP2005271197A - 金属製半加工品仕上げ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、金属製半加工品仕上げ方法を提供する。
【解決手段】 半加工品は方法の第１工程で硬化前に加工され、完成した部品では高い品質要求に応える必要のある高品質面が、その後バニシ仕上げされる。最後に半加工品は硬化される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、本発明は金属製半加工品仕上げ方法に関する。本発明は特に、等速継手（Gleichlaufgelenken）の半加工品ないしは部品の仕上げに関する。

金属製の多くの部品では、部品が仕上がりの状態で、要求された直径公差と真直度を持っていることが必要である。表面は非常に滑らか、つまり最大値を下回る値の粗さでなければならない。たとえばこうした要求は、上に乗った玉や針状ころが転がる軸受面にも当てはまる。

すでに知られている従来技術を、さらに続けて本発明をも、等速継手用三脚スパイダを例に説明する。但し本発明はこの種の部品のみに限定されない。

三脚スパイダは自在継手に使われ、自在継手はさらに等速継手に使われる。等速継手はたとえば前輪駆動車輌の動力伝達装置内に使われる。この種の継手は、車輪のたわみも跳ね返りも、またそれに伴う縦方向変位も、車輪の旋回も妨げない必要がある。

三脚スパイダはリング状のボスを持ち、その縦軸に対し放射状に位置合わせされたピボットがボスにつながり、ピボットは、それぞれピボットの軸の周囲に配置された転がり軸受け支持面を持つ。ピボットの上には、軸方向に円筒状の穴をあけ、針状ころを収めたころが置かれ、ころにピボットがかなり隙間なくかみ合っている。これによってころ支持体は、ピボットに対し軸方向に動かすことができる。これによって、継手外側と三脚スパイダが互いにある角度をとって回転するとき、ころ支持体上に収められた三脚ころが転がりながら導かれるのが可能になる。

ボスは貫通した開口を持ち、その内周に歯車が収められている。

三脚スパイダ製造の際、普通最初に半加工品のボス内面へ歯車を収める。それから適切な硬化法で硬化が行われる。選択肢にはたとえば急冷硬化、高周波焼入れ、熱浴焼入れ、窒化がある。硬化の後、硬化したピボットの加工が行われる。存在する許容差を除くため、また硬化の際変形、たとえばゆがみが避けられないので、この加工は必要である。また、部品は硬化中炭素の蓄積により膨らみ、体積が増える。どれだけ膨らむかも一定していない。

硬化後の加工として特に研削と旋削が適している。この方法では、硬化後の加工に使われる工具と機械に対する要求が高度になることが欠点である。したがって、硬化後の加工に使われる工具や機械の調達、維持にかかる費用が高くなる。これは特に、硬化後の旋削について当てはまる。

こうした理由から、上記方法の代替方法は、半加工品に、硬化後の加工が必要なくなるほど高品質の予備加工を、すでに硬化前に研削によって行っておくというものである。但し、研削にもかなりの欠点はある。研削によって発生する埃、ないしは必然的に発生する金属の研削屑と水または冷却液の乳濁液が健康を害し、環境を汚染するからである。また、研削後必ず慎重な洗浄工程が必要である。しかも研削工程に比較的時間がかかる。また、硬化中避けられない部品の膨らみが全く一定でないので、ゆがみによって最高３０μｍの表面誤差がほとんど避けられない。

すべての製造方法に言えるのは、高価な冷間押出しＮＮＳ（NearNetShape）半加工品が使われていることである。より安価な熱間鍛造部品を使う場合は、ピボットをまず予備旋削しておく必要がある。

本発明の課題は、低コストで実施できる金属製半加工品の仕上げ方法を生み出すことである。特に、硬化後の加工がなしで済むようにしたい。また、新しい方法は環境汚染を抑え、迅速かつ簡単に実施できるようにしたい。

本発明によれば、この課題は、以下の工程を特徴とする金属製半加工品仕上げ方法によって解決される。
１．半加工品の硬化前の加工
２．完成部品で高い品質要求に応える必要のある高品質面のバニシ仕上げ
３．半加工品の硬化

本発明による方法によれば、半加工品をすでに硬化前に、硬化後の加工がなしで済むように加工しておくことが可能である。本発明によれば、この場合最高の品質が要求される面は研削する必要がない。それに伴って研削工程で発生する欠点もすべてなくなる。本発明による方法は環境にやさしく、低コストで、簡単に実施できる。

高品質面とは、完成部品で最高の品質が要求される面のことである。たとえば軸受面、ガスケット座、ボールハブ等々である。

従来技術で欠点だった硬化工程の付随現象は、表面のバニシ仕上げでほぼ完全に除かれる。そこで、硬化時の膨らみは、その部分をあらかじめ琢磨しておくと、はるかに均等に現れることがわかった。このことからさらに、一方でその部分の表面粗さが明らかに減少し、他方バニシ仕上げにより圧縮応力が均等であるため、硬化前に旋削あるいは研削した表面に比べ、ゆがみの範囲がかなり小さい結果にもなる。

バニシ仕上げ工程はタンブリングとも呼ばれる。タンブリングは表面仕上げ方法のひとつで、よく磨かれた鋼ころが圧力をかけてあまり強さのない材料を加工する方法である。ころによって作られた圧力が材料の降伏点を超えると、こうして行われた冷間成形により、加工面の縁の層が立体的に成形される。

この成形は、接触面の割合が大きい、鏡のように滑らかな表面を作り出す。この接触面の割合の大きさが、タンブリングされた表面の、切削加工に対する大きな特徴である。タンブリングされた表面は、切削加工された表面に比べより滑らかで、より抵抗力がある。

バニシ仕上げにより、高い寸法安定性、接触面の割合の高さ、短い加工時間、比較的簡単な取り扱いが可能になる。また、バニシ仕上げ工程に標準機が使えることもよい点である。

さらに、知られているその他すべての方法と異なり、本発明による仕上げ方法を使う場合、熱間鍛造部品が使えることも大きな利点である。それによってかなり費用が節約される。

接触面の割合を高めるということは、滑らかな表面によって、その上に乗っているもの、たとえば針状ころ軸受の針状ころの軸受面が大きくなるということであり、それによって負荷が少なくなる、ないしはピーク負荷が小さくなる。これはこうした軸受の寿命にかなり影響を及ぼす。

上記三脚スパイダの仕上げで、ピボットの上に配置された転がり軸受の軸受面が、硬化後に示すゆがみが、４μｍより小さいことがわかった。これに対し、硬化工程の前に研削工程があると、ゆがみは２０〜３０μｍである。本発明によるバニシ仕上げ工程で加工されたピボットは、一部ピボットの膨らみが均等で、最大０．０２ｍｍであった。硬い状態で楕円率が非常に低く、最高で０．０５ｍｍだった。したがって、タンブリングの際膨らみをある程度抑えることが可能である。

以下の図面を参照して、三脚スパイダを使って、本発明をより詳細に説明する。

三脚スパイダ（１０）を使って本発明を説明する。但し、本発明は三脚スパイダの製作に限定されるものではない。図１，２から明らかなように三脚スパイダ（１０）は３つのピボット（１２）を持ち、このピボットはボス（１４）の周囲に配置されている。図示した施工形態では、各ピボット（１２）が外周上に転がり軸受の軸受面（１６）を持っている。ピボット（１２）は、図には示されていない転がり軸受の内輪にはまるように配置されている、ないしは設計されている。

転がり軸受の軸受面（１６）は、粗さと楕円率に関して非常に要求されるものが高いので、この軸受面を高品質面と呼ぶ。

ボス（１４）は、ボス内側表面に歯車（２２）のついた貫通する開口（２０）を持っている。

一般的に三脚スパイダ（１０）は半加工品から作られる。この半加工品はまず硬化前に加工される。このとき最初に歯車（２２）が作られ、その後ブローチ削り、旋削あるいは研削によって、三脚スパイダ（１０）の希望した最終的な形が作られる。その後半加工品の硬化が行われる。硬化の際炭素の蓄積により、半加工品のひずみや膨らみは避けられない。そこで半加工品には一般的に、最終的な形を作り、規定の許容値を守れるよう、硬化に引き続いて硬化後の加工が行われる。この加工の際にもやはり旋削工程が、つまりいわば硬化後の旋削が行われる。半加工品を硬化前に研削すると、硬化後の加工が必要ないことだけは知られている。しかし上述したように、研削には非常に多くの欠点があるので、本発明ではバニシ仕上げ工程で代替する。つまり、歯車（２２）を作った後、まず旋削あるいはブローチ削りによって三脚スパイダ（１０）ないしはピボット（１２）の基本形を作り、その後で転がり軸受の軸受面（１６）のバニシ仕上げによって、すでに硬化前に最終的な形を作る。

たとえばピボットの転がり軸受の軸受面（１６）は、円錐形に作られたケージローラを使って、たとえば７つの圧延針状ころと一緒に圧延される。回転するピボット（１２）はこのとき円錐形に作られたローラケージ内に導かれる。圧延針状ころによって調達された圧力は三脚スパイダ（１０）ないしはピボット（１２）の材料の降伏点を上回り、それによって縁の層の冷間成形が起こる。

タンブリングとも呼ばれるバニシ仕上げ工程前の表面にある程度粗さがあることが、実に都合のよいことがわかった。これは、この表面粗さがあると、「降伏しなかった」材料が、同様に存在している「谷」に押し込まれ得るからである。

図３および図４は、硬化後硬化した状態で旋削された転がり軸受の軸受面（１６）（図３）と、硬化後はそれ以上加工せず、但し硬化前にバニシ仕上げした転がり軸受の軸受面（１６）（図４）、それぞれの表面測定の結果を示している。測定に際し、転がり軸受の軸受面（１６）の粗さを、軸方向に、つまりスパイダ本体（１４）から始まって、自由端の方向に測定した。Ｙ軸には表面の変動をμｍ単位で示している。一方Ｘ軸には特定の偏差が表れる頻度をパーセンテージで示している。つまり結果としてできた校正曲線（２４）の描くカーブは、表面の材料の割合ないしは接触面の割合がどれだけ高いかを示しているのである。このとき、校正曲線（２４）ができるだけ迅速にＸ軸に対しほぼ平行に伸びるよう努めなければならない。つまり、表面の粗さは大部分が特定の値の前後を変動しており、したがってこの面に置かれた軸受やころは、最高の軸受面を持っているということである。

２つのグラフから、硬化前に表面をバニシ仕上げすると、校正曲線（２４）がすでに約１０％の範囲で、比較的まっすぐな、一定したカーブになることがわかる。従来技術によって作られたピボット（１２）では、事情は異なる。曲線はすべての帯域にわたって、つまり０〜１００％まで比較的急なカーブを描くのである。

２つの図から、本発明による方法で作られた部品、本例で挙げた例で言えばピボット（１２）が、硬化工程中に非常に均等に膨らみ、ゆがみがほとんどないことが結論付けられる。もしそうでなかったら、曲線の描くカーブは明らかにもっと急になっただろうし、粗さの変動がよりはっきりしただろう。

（三脚スパイダの）等速継手の継手内側部分の斜視図である。 図１の三脚スパイダを軸方向から見た図である。 従来技術で作られたピボットの、転がり軸受の軸受面を表面測定した校正曲線である。 本発明による方法で作られたピボットの、転がり軸受の軸受面を表面測定した校正曲線である。

符号の説明

１０ 三脚スパイダ
１２ ピボット
１４ スパイダ本体
１６ 軸受面
２２ 歯車

Claims (8)

1. 金属製半加工品仕上げ方法であって、
   １．半加工品を硬化前に加工する工程と、
   ２．完成部品で高い品質要求に応える必要のある高品質面をバニシ仕上げする工程と、
   ３．半加工品を硬化させる工程と、
   を有することを特徴とする方法。
2. 半加工品が熱間鍛造金属で作られている請求項１記載の方法。
3. 高品質面が転がり軸受の軸受面によって構成されている請求項１又は２記載の方法。
4. 高品質面がガスケット座によって構成されている請求項１乃至３の何れか１項記載の方法。
5. 高品質面がボールハブによって構成されている請求項１乃至３の何れか１項記載の方法。
6. 半加工品が等速継手の継手部によって構成されている請求項１乃至５の何れか１項記載の方法。
7. 半加工品が三脚スパイダ（１０）によって構成されている請求項６記載の方法。
8. 高品質面が三脚スパイダ（１０）のピボット（１２）上に配置された転がり軸受の軸受面（１６）によって構成されている請求項７記載の方法。

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