JP2006192556A - 平面加工方法及びスラスト軸受軌道輪 - Google Patents

Abstract

【課題】 浸炭窒化処理したワークを両頭平面研磨盤で平面加工する場合において、両方の砥石の研磨量に差が生じたとしても、ワーク両面の取り代を均等、且つそれぞれのワーク面の取り代（片面取り代）を所定取代範囲内に限定することができ、ワーク両面の表面窒素濃度を所定範囲内に限定し、ワーク両面に耐磨耗性を付与することができる平面加工方法と、その平面加工方法により平面加工されたスラスト軸受軌道輪を提供する。
【解決手段】 浸炭窒化処理したワーク１を両頭平面研磨盤１０で平面加工する平面加工方法であって、ワーク１を加工完了寸法Ｔ２に対して中間寸法Ｔ１まで加工した後に反転させあ、該ワーク１を加工完了寸法Ｔ２まで再度加工する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、耐磨耗性が要求される平板状ワークの平面加工方法の改良、および、その平面加工方法により平面加工されたスラスト軸受軌道輪に関する。

従来、耐磨耗性を要求される平板状ワーク、例えば、スラスト軸受の軌道輪は、鋼板から所定の形状に打ち抜いた後に浸炭窒化処理と焼戻し等の熱処理がされた後に、所定の板厚寸法、表面粗さ、平面度及び平行度を確保するように研磨仕上げされていた。打ち抜き後、熱処理の前に平面研削を実施して予め板厚寸法や平面度、平行度等の精度をある程度確保した後に熱処理を実施する場合もある。また、焼戻し時に熱処理変形を矯正して平面度を確保するために治具でワークを拘束した状態で焼戻しする矯正焼戻しを実施する場合もある。また、熱処理後に通常の研磨加工の代わりにバレル処理、ショットピーニング処理等の表面加工処理を実施した転がり軸受の外輪及び内輪が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２９４０４１号公報（第５頁）

ところで、浸炭窒化処理されたワークの表面窒素濃度と摩耗量の関係を求めた摩耗試験結果を図６に示す。表面窒素濃度がある値以上多くなると急激に摩耗量が減少している様子がグラフからわかる。したがって、ワーク表面に必要な耐磨耗性を付与するには、最終仕上げがされた状態でのワーク表面の窒素濃度を所定限度以上に限定する必要がある。

ワーク表面の窒素濃度を限定するためには、まず、浸炭窒化の熱処理条件を適正にして熱処理時の表面から深部への窒素濃度分布とそのばらつきを適正化した上で、その後の研磨工程での取り代とそのばらつきを適正化することが必要である。

表面窒素濃度の下限値から取り代の上限値が決まる他に、熱処理時の表面影響層を除去するために必要な取り代として取り代の下限値が決まり、所定取り代範囲が決まる。

そして、上記のスラスト軸受の軌道輪のようなワークを平面加工するには、従来では、両頭平面研磨盤等が使用されていた。
両頭平面研磨盤１０は、図２及び図３に示すように、同軸線上に配置される駆動回転自在の太陽歯車１１及び内歯歯車１２と、これら両歯車１１，１２に噛合して太陽歯車１１の回りを遊星運動する複数の外歯歯車状のワーク保持用キャリヤ１３と、各キャリヤ１３に保持されたワーク１の両面を研磨する砥石１４，１５を備えた駆動回転自在の上下の定盤１６，１７と、からなるもので、ワーク１を砥石１４，１５の間に挟み込んだ後、太陽歯車１１を回転させることによって、ワーク１は遊星運動するキャリヤ１３にガイドされて遊星運動する。この状態で回転する砥石１４と砥石１５でワーク１を加圧挟持することでワーク１の両平面が加工される。

ワークの加工状態は、砥石１４及び１５の仕様と加圧力、ドレス状態、回転数設定、ワークの遊星運動条件等の条件設定で制御することができる。

しかしながら、この両頭平面研磨盤を用いてワーク両面を平面加工する場合、両頭平面研磨盤の両方の砥石が同一の研磨性能であったとしても、クーラントと遊離砥粒の作用の違いや、ワークの表面状態の違いや、ワークとキャリヤの接触状態の違いや、砥石の研磨性能を確保するためのドレス状態の違い等によって、ワーク両面での研磨量に差が生じてしまい、図５に示すように、ワークの加工開始寸法Ｔ０を板厚Ｔ３になるように平面加工すると、それぞれのワーク面の取り代ａ３，ｂ３（片面取り代）が不均等になる。取り代が不均等になると取り代小側でも熱処理時の表面影響層を除去できるだけの加工開始寸法Ｔ０を設定しなければならず、取り代大側の取り代はいたずらに大きくなり、その面の表面窒素濃度は小さくなる。このような加工法では必要な耐摩耗性を持つスラスト軸受の軌道輪が得られないという問題があった。

除去しなければならない熱処理時の表面影響層は２０μ程度であり、研削性能差による取り代差は加工状態によるが通常状態でも多い場合にはａ３：ｂ３＝３：７程度になる。この場合、取り代小側の最低取り代は２０μ＜ａ３が必要で、反対側ではｂ３＝４７μ程度の取り代になる。両側では６７μ＜Ｔ３−Ｔ０の取り代が必要になり、Ｔ３＝Ｔ０＋６７μに取り代設定すれば、最大取り代ｂ３＝４７μ、最小取り代ａ３＝２０μで加工できる。

実際には加工開始寸法Ｔ０、加工完了寸法Ｔ３にばらつきがあるので、ばらつきを含めて最小取り代で問題なきように、設定取り代を大きくする必要がある。最大取り代はこの設定取り代変更分と寸法ばらつきの分だけさらに大きくなる。この状態では、適正な熱処理を実施したワークでは最大取り代を除去した面の表面窒素濃度は充分な濃度に不足するので必要な耐磨耗性が得られない。

また、両頭平面研磨盤の両面の研磨性能差を予想して、予め両方の砥石仕様を違える、または砥石回転数設定を違える等により両面の砥石の研磨性能差の均等化を図ることも考えられるが、充分な効果を得ることはできなかった。

本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、浸炭窒化処理したワークを両頭平面研磨盤で平面加工する場合において、両方の砥石の研磨量に差が生じたとしても、ワーク両面の取り代を均等、且つそれぞれのワーク面の取り代（片面取り代）を所定取代範囲内に限定することができ、ワーク両面の表面窒素濃度を所定範囲内に限定し、ワーク両面に耐磨耗性を付与することができる平面加工方法と、その平面加工方法により平面加工されたスラスト軸受軌道輪を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１） 浸炭窒化処理したワークを両頭平面研磨盤で平面加工する平面加工方法であって、前記ワークを加工完了寸法に対して中間寸法まで加工した後に反転させ、該ワークを前記加工完了寸法まで再度加工することを特徴とする平面加工方法。
（２） 前記平面加工は、複数の工程によって実施され、前記各工程は、前記ワークを加工完了寸法に対して中間寸法まで加工した後に反転させ、該ワークを前記加工完了寸法まで再度加工することを特徴とする（１）に記載の平面加工方法。
（３） （１）又は（２）に記載の方法により平面加工されたことを特徴とするスラスト軸受軌道輪。

本発明の平面加工方法によれば、浸炭窒化処理したワークを両頭平面研磨盤で平面加工する場合において、ワークを加工完了寸法に対して中間寸法まで加工した後に反転し、該ワークを加工完了寸法まで再度加工するので、両方の砥石の研磨量に差が生じたとしても、ワーク両面の取り代を均等にできる。これにより、熱処理時の表面影響層の除去に必要な最小取り代で決まる両面での取り代設定値を小さくできる。その結果、それぞれの面の取り代の最大値は、取り代が均等化されたことと、両面での取り代設定値を小さく設定できることの２つの効果により小さくなる。それで、充分なワーク表面窒素濃度を確保でき、そのワークに充分な耐磨耗性を付与することができる。

また、本発明の平面加工方法により平面加工されたスラスト軸受軌道輪は、スラスト軸受軌道輪の両面の表面窒素濃度が所定範囲内に限定されるので、スラスト軸受軌道輪の両面に耐磨耗性が付与される。さらに、本発明の副次的効果として、両面での取り代設定値を小さくすることにより、加工ロードが減り、加工サイクルタイムの減少等により、加工コストも減らすことができる効果もある。

以下、本発明の平面加工方法の一実施形態を説明するために、スラストニードル軸受軌道輪（スラスト軸受軌道輪）の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の平面加工方法を説明するための説明図、図２は本発明の平面加工方法に使用される両頭平面研磨盤の断面図、図３は本発明の平面加工方法に使用される両頭平面研磨盤の平面図、図４は浸炭窒化処理されたワークの表面窒素濃度とワーク表面からの距離の関係を示す分布図である。

まず、鋼板をプレス加工して、所定の外径、内径を有する円盤状のスラストニードル軸受軌道輪であるワーク１を形成する。次いで、このワーク１を、両頭平面研磨盤１０で所定の板厚寸法まで平面加工する。

この工程におけるワーク１の所定の板厚寸法とは、熱処理後の平面加工の取り代（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２）と、熱処理変形（板厚変化）とを考慮して、最終板厚寸法（加工完了寸法）Ｔ２が得られる板厚寸法である。また、ワーク１の材質としては、本実施形態では鋼を使用しているが、特に限定するものではなく、各種金属から適宜に選択できる。

ここで、本発明の平面加工方法に使用する両頭平面研磨盤１０について説明する。
両頭平面研磨盤１０は、図２及び図３に示すように、同軸線上に配置される駆動回転自在の太陽歯車１１及び内歯歯車１２と、これら両歯車１１，１２に噛合して太陽歯車１１の回りを遊星運動する複数の外歯歯車状のワーク保持用キャリヤ１３と、各キャリヤ１３に保持されたワーク１の両面を研磨する砥石１４，１５を備えた駆動回転自在の上下の定盤１６，１７と、からなるもので、ワーク１を砥石１４，１５の間に挟み込んだ後、太陽歯車１１を回転させることによって、ワーク１は遊星運動するキャリヤ１３にガイドされて遊星運動する。この状態で回転する砥石１４と砥石１５でワークを加圧挟持することでワーク１の両平面が加工される。

ワークの加工状態は、砥石１４及び１５の仕様と加圧力、ドレス状態、回転数設定、ワークの遊星運動条件等の条件設定で制御することができる。

ワークの取り代は加工中に上定盤１６の加圧位置をゲージで測定することで検出できる。

次に、ワーク１に浸炭窒化処理及び焼戻し処理を施す。これにより、ワーク１の板厚寸法は加工開始寸法Ｔ０に形成される。
なお、この焼戻し処理は、その方法を特に限定するものではないが、浸炭窒化処理で生じた反りを矯正するための治具でワーク１を拘束した状態で実施する方が望ましい。

続いて、加工開始寸法Ｔ０のワーク１を両頭平面研磨盤１０のキャリヤ１３にセットし、図１（ａ），（ｂ）に示すように、取り代ａ１，ｂ１を研磨する。これにより、ワーク１は中間板厚寸法（中間寸法）Ｔ１に平面加工される。
以下に、この工程の板厚寸法と取り代の関係式を表す。
Ｔ１＝Ｔ０−（ａ１＋ｂ１）
ワークの取り代は上定盤加圧位置測定ゲージによりインプロセスで監視でき、適正な取り代Ｔ０−Ｔ１、または適正な加工寸法Ｔ１になった時点で加工を中断することができる。

さらに、この中間板厚寸法Ｔ１に平面加工されたワーク１を反転し、再度両頭平面研磨盤１０のキャリヤ１３にセットし、図１（ｃ），（ｄ）に示すように、取り代ａ２，ｂ２を研磨する。これにより、ワーク１は最終板厚寸法（加工完了寸法）Ｔ２に平面加工され、加工が完了する。
以下に、この工程の板厚寸法と取り代の関係式を表す。
Ｔ２＝Ｔ１−（ａ２＋ｂ２）＝Ｔ０−（ｂ１＋ａ２）−（ａ１＋ｂ２）

また、この加工開始寸法Ｔ０から最終板厚寸法Ｔ２までの加工工程では、それぞれのワーク面の取り代（片面取り代）が、図４に示すように、熱処理時の表面影響層を除去するのに必要な最低取り代Ｐ_ｍｉｎ以上、必要窒素濃度下限値Ｎ_ｍｉｎにおける最大取り代Ｐ_ｍａｘ以下の所定取り代範囲Ｐ内で加工される必要がある。

除去しなければならない熱処理時の表面影響層は２０μであり、上記の加工方法でｂ１＋ａ２＝ａ１＋ｂ２の取り代で加工されると最低取り代は２０μ＜ｂ１＋ａ２＝ａ１＋ｂ２が必要で両側では４０μ＜Ｔ２−Ｔ０の取り代が必要になる。両面取り代が均等化されているので最大取り代もｂ１＋ａ２＝ａ１＋ｂ２＝２０μとなる。

この状態でも加工開始寸法Ｔ０、中間板厚寸法Ｔ１、加工完了寸法Ｔ２にばらつきがあるが、ばらつきを許容できるだけ最小取り代確保のため設定取り代を大きくしても、適正な熱処理を実施したワークをばらつきを含めた最大取り代だけ除去した面の表面窒素濃度は充分に確保でき、必要な耐磨耗性が得られる。

さらに、精度として、寸法、粗さ、平面度、厚さ不同、スクラッチを所定の範囲とすることも合せて必要である。

従って、本発明の平面加工方法によれば、浸炭窒化処理したワーク１を両頭平面研磨盤１０で平面加工する場合において、ワーク１を最終板厚寸法Ｔ２に対して中間板厚寸法Ｔ１まで加工した後に反転し、該ワーク１を最終板厚寸法Ｔ２まで再度加工するので、両頭平面研磨盤１０の両方の砥石１４，１５の研磨量に差が生じたとしても、ワーク両面の取り代ｂ１＋ａ２（ａ１＋ｂ２）を均等にできると共に、それぞれのワーク面の取り代ｂ１＋ａ２（ａ１＋ｂ２）を所定取代範囲内に限定できる。これにより、ワーク両面の表面窒素濃度を所定範囲内に限定できるので、ワーク両面に耐磨耗性を付与することができる。

本発明の平面加工方法により平面加工されたワーク１であるスラストニードル軸受軌道輪は、適正な熱処理がなされた上で、最大取り代が所定の範囲以下に限定されるので、その表面窒素濃度が所定限度以上に限定される。また、最小取り代は熱処理時の表面影響層の除去に必要な最小取り代以上確保されている。したがって、本発明の平面加工により加工されたワーク１であるスラストニードル軸受軌道輪は充分な耐磨耗性が付与される。

なお、粗さ精度を確保するために、複数の研磨性能の砥石を使用する等して、ワークを複数の工程によって平面加工する場合、例えば、粗加工用、仕上加工で２種類の砥石を使用し、ワークを２段加工する場合は、それぞれの工程で、ワークを加工完了寸法に対して中間板厚寸法まで加工した後に、加工を中断し、ワークを反転して、加工完了寸法まで再度加工することで、ワーク両面の取り代を均等にできると共に、熱処理時の表面影響層を除去して、それぞれのワーク面の取り代を所定の範囲以下に限定されるので、ワーク両面の表面窒素濃度を所定限度以上に限定できる。これにより、ワーク両面に充分な耐磨耗性が付与される。

なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、スラストニードル軸受軌道輪を平面加工した場合のみを示すが、これに限定されず、平板状ワークの両面を均等に平面加工するものであれば、いずれの場合にも適用してよい。

その他、両頭平面研磨盤及びワークの各部材の材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

本発明の平面加工方法を説明するための説明図である。 本発明の平面加工方法に使用される両頭平面研磨盤の要部断面図である。 本発明の平面加工方法に使用される両頭平面研磨盤の平面図である。 浸炭窒化処理されたワークの表面窒素濃度とワーク表面からの距離の関係を示す分布図である。 従来の平面加工方法を説明するため説明図である。 浸炭窒化処理されたワークの表面窒素濃度と摩耗量の関係を示す摩耗試験結果図である。

符号の説明

１ スラストニードル軸受軌道輪（ワーク）
１０ 両頭平面研磨盤
１１ 太陽歯車
１２ 内歯歯車
１３ キャリヤ
１４，１５ 砥石
１６，１７ 定盤

Claims (3)

1. 浸炭窒化処理したワークを両頭平面研磨盤で平面加工する平面加工方法であって、前記ワークを加工完了寸法に対して中間寸法まで加工した後に反転させ、該ワークを前記加工完了寸法まで再度加工することを特徴とする平面加工方法。
2. 前記平面加工は、複数の工程によって実施され、前記各工程は、前記ワークを加工完了寸法に対して中間寸法まで加工した後に反転させ、該ワークを前記加工完了寸法まで再度加工することを特徴とする請求項１に記載の平面加工方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法により平面加工されたことを特徴とするスラスト軸受軌道輪。

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