JP2006194320A - ころ軸受の製造方法及びころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】高いアキシアル荷重負荷能力を有するころ軸受を安定して製造することが可能な製造方法を提供する。また、アキシアル荷重負荷能力が高く且つそのバラツキが小さいころ軸受を提供する。
【解決手段】円筒ころ軸受は、つば３を有する内輪１と、つばを有する外輪と、複数のころ２と、を備えている。ころ２の面取り部２ｃは、ころ２の軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状が直線状となっており、このようなころ２は、線材にヘッダー加工を施してころ２と略同一形状に成形し粗加工ころを得る粗加工工程と、粗加工ころの外周面及び端面に研削加工を施して粗仕上げころを得る粗仕上げ工程と、粗仕上げころの外周面に超仕上げ加工を施す超仕上げ工程と、を経て製造される。粗加工工程においては、面取り部の断面形状が直線状で、且つ、外周面と面取り部とのなす角度θが１１９°以上１５０°以下である粗加工ころを製造する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ころ軸受の製造方法及び該製造方法により製造されたころ軸受に関する。

ころ軸受は、内輪及び外輪に備えられたつばのつば面ところの端面とが接触することにより、アキシアル荷重を受ける構造を有している。この接触面においては常に滑り摩擦が生じるので、接触面圧を低下させるために接触面積を広くすることが好ましい。よって、つばを高くする、軌道面の研削逃げの幅を小さくする、ころの面取り部の寸法を小さくする等の方法により、接触面積を大きくしてある。これにより、大きなアキシアル荷重が負荷された場合でも、つば面におけるかじりや摩耗が抑制される。
特開２００２−２５７１４２号公報

しかしながら、従来のころ軸受においては、ころの面取り部の寸法を小さくするとしても限界があり、したがって、ころ軸受のアキシアル荷重負荷能力にも限界があった。また、ころの面取り部の寸法は、ころの加工工程においてバラツキが生じやすく、その結果、前述の接触面積にバラツキが生じることとなるので、ころ軸受のアキシアル荷重負荷能力にもバラツキが生じやすかった。

ここで、ころの面取りの寸法のバラツキについて、詳細に説明する。一般に、ころは、線材（素材）にヘッダー加工（径が大きい場合は旋削加工が用いられる場合がある）を施してころと略同一形状に成形し、焼入れを施した後に、外周面及び端面に研削加工を施し、さらに外周面に超仕上げ加工を施すという工程により製造される。前述のヘッダー加工によって、外周面と端面との間には断面円弧状（ころの軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状であり、以降はアール形状と記すこともある）の面取り部が形成されるが、この面取り部がアール形状であると、端面に研削加工を施す際の研削取り代の変動により、面取り部の寸法に大きなバラツキが生じやすい。

このことを、図５を参照しながらさらに説明する。ころの面取り部がアール形状であると、研削加工が施される端面側部分においては、面取り部の表面の接線ところの外周面とのなす角度θが直角に近いので、端面の研削取り代の変動が小さくても、つば面と接触するころの端面の面積が大きく変動することとなる。すなわち、図５においては、端面の研削取り代がＡ１の場合はころの面取り部の寸法はＢ１となり、したがってつば面と接触するころの端面はＣ１となる。これに対して、端面の研削取り代がＡ２の場合はころの面取り部の寸法はＢ２となり、したがってつば面と接触するころの端面はＣ２となる。このように、端面の研削取り代が変動すると、つば面と接触するころの端面の面積が大きく変動し、その結果、ころ軸受のアキシアル荷重負荷能力も大きく変動することとなる。

そこで、本発明は上記のような従来の従来技術が有する問題点を解決し、高いアキシアル荷重負荷能力を有するころ軸受を安定して製造することが可能な製造方法を提供することを課題とする。また、アキシアル荷重負荷能力が高く且つそのバラツキが小さいころ軸受を提供することを併せて課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１のころ軸受の製造方法は、内輪及び外輪の少なくとも一方につばを備えるころ軸受を製造する方法であって、素材をころと略同一形状に加工して粗加工ころを得る粗加工工程と、前記粗加工ころの外周面及び端面に研削加工を施して粗仕上げころを得る粗仕上げ工程と、前記粗仕上げころの外周面に超仕上げ加工を施してころとする超仕上げ工程と、を備えるとともに、前記粗加工ころの外周面と端面との間に形成された面取り部は、前記ころの軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状が直線状であることを特徴とする。

また、本発明に係る請求項２のころ軸受の製造方法は、請求項１に記載のころ軸受の製造方法において、前記断面において、前記粗加工ころの外周面と前記面取り部とのなす角度が１１９°以上１５０°以下であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３のころ軸受の製造方法は、請求項１又は請求項２に記載のころ軸受の製造方法において、前記粗加工ころの端面と前記面取り部との境界に形成される稜部、及び、前記粗加工ころの外周面と前記面取り部との境界に形成される稜部は、曲面状であることを特徴とする。

さらに、本発明に係る請求項４のころ軸受の製造方法は、内輪及び外輪の少なくとも一方につばを備えるころ軸受を製造する方法であって、素材をころと略同一形状に加工して粗加工ころを得る粗加工工程と、前記粗加工ころの外周面及び端面に研削加工を施して粗仕上げころを得る粗仕上げ工程と、前記粗仕上げころの外周面に超仕上げ加工を施してころとする超仕上げ工程と、を備えるとともに、前記粗加工ころの外周面と端面との間に形成された面取り部は、端面側部分と外周面側部分とに分かれていて、前記端面側部分は、前記ころの軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状が直線状であり、且つ、前記粗加工ころの外周面と平行をなしていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項５のころ軸受の製造方法は、請求項４に記載のころ軸受の製造方法において、前記断面において、前記面取り部の端面側部分と前記粗加工ころの外周面とのなす角度が、１４０°以上１８０°未満であることを特徴とする。

さらに、本発明に係る請求項６のころ軸受の製造方法は、内輪及び外輪の少なくとも一方につばを備えるころ軸受を製造する方法であって、素材をころと略同一形状に加工して粗加工ころを得る粗加工工程と、前記粗加工ころの外周面及び端面に研削加工を施して粗仕上げころを得る粗仕上げ工程と、前記粗仕上げころの外周面に超仕上げ加工を施してころとする超仕上げ工程と、を備えるとともに、前記粗加工ころの外周面と端面との間に形成された面取り部は、前記ころの軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状が半径Ｒの円弧状であり、前記半径Ｒは前記ころの直径の４％以下であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項７のころ軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数のころと、を備えるとともに、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方がつばを有するころ軸受において、請求項１〜６のいずれか一項に記載のころ軸受の製造方法により製造されたことを特徴とする。

本発明のころ軸受の製造方法は、高いアキシアル荷重負荷能力を有するころ軸受を安定して製造することが可能である。また、本発明のころ軸受は、アキシアル荷重負荷能力が高く且つそのバラツキが小さい。

本発明に係るころ軸受の製造方法及びころ軸受の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、各図においては、同一又は相当する部分には同一の符号を付してある。
〔第一実施形態〕
図１の円筒ころ軸受は、内輪１と、図示しない外輪と、内輪１と前記外輪との間に転動自在に配された複数のころ２と、で構成されている。内輪１の外周面の軸方向両端部にはつば３が径方向外方に突出して設けられていて、このつば３の根元、すなわち、つば３のつば面１ａ（ころを案内し保持する機能を有する軸方向に対してほぼ垂直な面）と内輪１の軌道面１ｂとが交差する部分には、研削逃げ１ｃが設けられている。また、前記外輪の内周面の端部にもつばが径方向内方に突出して設けられていて、このつばの根元には研削逃げが設けられている。

また、ころ２の端面２ａはころ２の転動面２ｂに対して直角をなし、つば面１ａは軌道面１ｂに対して直角をなしていて、これら両面２ａ，１ａが接触することによりアキシアル荷重を受けるようになっている。さらに、ころ２の転動面２ｂ（外周面）と端面２ａとの間に形成された面取り部２ｃは、ころ２の軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状が直線状となっている。

ここで、ころ２の製造方法を説明する。ころ２は、線材（素材）にヘッダー加工又は旋削加工を施して完成品のころ２と略同一形状に成形し粗加工ころを得る粗加工工程と、粗加工ころに焼入れを施す焼入れ工程と、焼入れを施した粗加工ころの外周面及び端面に研削加工を施して粗仕上げころを得る粗仕上げ工程と、粗仕上げころの外周面に超仕上げ加工を施す超仕上げ工程と、を経て製造される。

このとき、粗加工工程においては、外周面と端面との間に形成された面取り部の断面形状（ころ２の軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状）が直線状となるような形状の粗加工ころを製造する。粗加工ころが上記のような形状であると、粗仕上げ工程において粗加工ころの端面に研削加工を施した際に研削取り代が変動しても、つば面１ａと接触することとなるころ２の端面２ａの面積の変動が小さい。図１を利用して説明すると、端面の研削取り代がＡ１の場合はころ２の面取り部２ｃの寸法はＢ１となり、したがってつば面１ａと接触するころ２の端面２ａはＣ１となる。これに対して、端面の研削取り代がＡ２の場合はころ２の面取り部２ｃの寸法はＢ２となり、したがってつば面１ａと接触するころ２の端面２ａはＣ２となる。このように、端面の研削取り代にバラツキがあっても、つば面１ａと接触するころ２の端面２ａの面積にはさほどバラツキは生じないので、その結果、ころ軸受のアキシアル荷重負荷能力のバラツキも小さい。また、つば面１ａと端面２ａとの接触面積を大きくすることができるので、ころ軸受に大きなアキシアル荷重が負荷された場合でも、つば面におけるかじりや摩耗が抑制される。

なお、前記断面において、粗加工ころの外周面と面取り部とのなす角度θは、１１９°以上１５０°以下であることが好ましい。１１９°未満であると、研削取り代の変動によるころ２の端面２ａの面積の変動が大きくなる場合がある。また、ころ２の端面２ａの面積が小さくなるので、ころ軸受のアキシアル荷重負荷能力が不十分となるおそれがある。一方、１５０°超過であると、主にヘッダー加工により粗加工ころを製造する際に、型の隅に線材が十分に行き渡らず、空洞ができてしまう可能性が考えられる。

また、粗加工ころについては、図２に示すように、端面と面取り部との境界に形成される稜部、及び、外周面と面取り部との境界に形成される稜部は、曲面状（図２では曲率半径Ｒ１，Ｒ２のアール形状）であることが好ましい。このような形状であれば、ヘッダー加工で粗加工ころを製造する際に、型に摩耗が生じにくい。なお、図２においては、円筒ころ軸受のうちころのみを示してある。

〔第二実施形態〕
第二実施形態の円筒ころ軸受の構造を、図３を参照しながら説明する。ただし、第二実施形態の円筒ころ軸受の構造は、第一実施形態の円筒ころ軸受とほぼ同様であるので、同様の部分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。
ころ２の転動面２ｂ（外周面）と端面２ａとの間に形成された面取り部２ｃは、端面側部分と外周面側部分とに分かれている。端面側部分は、ころ２の軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状が直線状であり、且つ、ころ２の転動面２ｂと平行をなしている。また、外周面側部分は、ころ２の軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状が曲率半径Ｒ３のアール形状である。そして、端面側部分と外周面側部分との間は、曲率半径Ｒ４のアール形状部分で連結されている。

ころ２の製造方法を説明すると、粗加工工程においては、外周面と端面との間に形成された面取り部の断面形状（ころ２の軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状）が上記のような形状（端面側部分と外周面側部分とに分かれた形状）の粗加工ころを製造する。粗加工ころの端面側部分は外周面と平行をなしているため、粗仕上げ工程において粗加工ころの端面に研削加工を施した際に研削取り代が変動しても、つば面１ａと接触することとなるころ２の端面２ａの面積の変動がほとんどない。図３を利用して説明すると、端面の研削取り代がＡ１の場合はころ２の面取り部２ｃの寸法はＢとなり、したがってつば面１ａと接触するころ２の端面２ａはＣとなる。これに対して、端面の研削取り代がＡ２の場合もころ２の面取り部２ｃの寸法はＢとなり、したがってつば面１ａと接触するころ２の端面２ａはＣとなる。このように、端面の研削取り代にバラツキがあっても、つば面１ａと接触するころ２の端面２ａの面積にはほとんどバラツキは生じないので、その結果、ころ軸受のアキシアル荷重負荷能力のバラツキもほとんどない。

なお、第二実施形態においては、直線状である端面側部分と転動面２ｂとは平行をなしていたが（すなわち、両者のなす角度は１８０°である）、両者のなす角度を１４０°以上１８０°未満とした場合でも、上記と同様の効果を得ることができる。ただし、両者のなす角度が１８０°に近い方がより大きな効果が得られる。両者のなす角度が１４０°未満であると、前記効果が十分に得られないおそれがある。
また、ころ２の端面２ａと面取り部２ｃとの境界に形成される稜部は、尖鋭な形状であるので、研削加工等を施して平坦状又は曲面状にすることが好ましい。

〔第三実施形態〕
第三実施形態の円筒ころ軸受の構造を、図４を参照しながら説明する。ただし、第三実施形態の円筒ころ軸受の構造は、ころの形状以外は第一実施形態の円筒ころ軸受と同様であるので、同様の部分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。また、図４においては、円筒ころ軸受のうちころのみを示してある。
ころ２の転動面２ｂ（外周面）と端面２ａとの間に形成された面取り部２ｃは、ころ２の軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状が曲率半径Ｒ５のアール形状である。この曲率半径Ｒ５は、ころ２の直径の４％以下とされており、従来一般的なものよりも曲率半径が小さい。

ころ２の製造方法を説明すると、粗加工工程においては、外周面と端面との間に形成された面取り部の断面形状（ころ２の軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状）が上記のような形状（小さい曲率半径のアール形状）の粗加工ころを製造する。粗加工ころの面取り部の曲率半径Ｒ５が小さいため、粗仕上げ工程において粗加工ころの端面に研削加工を施した際に研削取り代が変動しても、つば面１ａと接触することとなるころ２の端面２ａの面積の変動が小さい。すなわち、端面の研削取り代がＡ１からＡ２に変動することによるころ２の端面２ａの範囲の差異は、第三実施形態の場合はＸで、一点鎖線で示した従来の面取り部（大きい曲率半径Ｒ６のアール形状）を有する場合はＹである。両者を比較すると、図４から分かるようにＸがＹよりも小さい。

このように、端面の研削取り代にバラツキがあっても、つば面１ａと接触するころ２の端面２ａの面積にはさほどバラツキは生じないので、その結果、ころ軸受のアキシアル荷重負荷能力のバラツキも小さい。
なお、第一〜第三実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、第一〜第三実施形態においてはころ軸受の例として円筒ころ軸受をあげて説明したが、本発明は円筒ころ軸受に限らず、他の種類の様々なころ軸受に対して適用することができる。例えば、円すいころ軸受，自動調心ころ軸受，針状ころ軸受である。

また、円筒ころ軸受には、内輪及び外輪のいずれか一方の軌道輪に２つのつばが設けられていて、他方の軌道輪にはつばが設けられていないタイプと、内輪及び外輪のいずれか一方の軌道輪に２つのつばが設けられていて、他方の軌道輪に１つのつばが設けられているタイプとがあるが、どのようなタイプの円筒ころ軸受であっても、本発明を適用可能である。
さらに、第一及び第二実施形態においては、ころ２の軸方向に沿う平面で破断した場合の面取り部２ｃの断面形状は直線状であったが（第二実施形態の場合は、端面側部分が直線状）、直線に近い大きな曲率半径のアール形状であってもよい。

本発明のころ軸受は、一般産業，鉄鋼，鉄道，自動車，建設機械，工作機械等の分野において好適である。

本発明に係るころ軸受の第一実施形態である円筒ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。 第一実施形態の変形例を説明するころの部分縦断面図である。 本発明に係るころ軸受の第二実施形態である円筒ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。 本発明に係るころ軸受の第三実施形態を説明するころの部分縦断面図である。 従来の円筒ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。

符号の説明

１ 内輪
１ａ つば面
２ ころ
２ａ 端面
２ｂ 転動面（外周面）
２ｃ 面取り部
３ つば

Claims (7)

1. 内輪及び外輪の少なくとも一方につばを備えるころ軸受を製造する方法であって、素材をころと略同一形状に加工して粗加工ころを得る粗加工工程と、前記粗加工ころの外周面及び端面に研削加工を施して粗仕上げころを得る粗仕上げ工程と、前記粗仕上げころの外周面に超仕上げ加工を施してころとする超仕上げ工程と、を備えるとともに、前記粗加工ころの外周面と端面との間に形成された面取り部は、前記ころの軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状が直線状であることを特徴とするころ軸受の製造方法。
2. 前記断面において、前記粗加工ころの外周面と前記面取り部とのなす角度が１１９°以上１５０°以下であることを特徴とする請求項１に記載のころ軸受の製造方法。
3. 前記粗加工ころの端面と前記面取り部との境界に形成される稜部、及び、前記粗加工ころの外周面と前記面取り部との境界に形成される稜部は、曲面状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のころ軸受の製造方法。
4. 内輪及び外輪の少なくとも一方につばを備えるころ軸受を製造する方法であって、素材をころと略同一形状に加工して粗加工ころを得る粗加工工程と、前記粗加工ころの外周面及び端面に研削加工を施して粗仕上げころを得る粗仕上げ工程と、前記粗仕上げころの外周面に超仕上げ加工を施してころとする超仕上げ工程と、を備えるとともに、前記粗加工ころの外周面と端面との間に形成された面取り部は、端面側部分と外周面側部分とに分かれていて、前記端面側部分は、前記ころの軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状が直線状であり、且つ、前記粗加工ころの外周面と平行をなしていることを特徴とするころ軸受の製造方法。
5. 前記断面において、前記面取り部の端面側部分と前記粗加工ころの外周面とのなす角度が、１４０°以上１８０°未満であることを特徴とする請求項４に記載のころ軸受の製造方法。
6. 内輪及び外輪の少なくとも一方につばを備えるころ軸受を製造する方法であって、素材をころと略同一形状に加工して粗加工ころを得る粗加工工程と、前記粗加工ころの外周面及び端面に研削加工を施して粗仕上げころを得る粗仕上げ工程と、前記粗仕上げころの外周面に超仕上げ加工を施してころとする超仕上げ工程と、を備えるとともに、前記粗加工ころの外周面と端面との間に形成された面取り部は、前記ころの軸方向に沿う平面で破断した場合の断面形状が半径Ｒの円弧状であり、前記半径Ｒは前記ころの直径の４％以下であることを特徴とするころ軸受の製造方法。
7. 内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数のころと、を備えるとともに、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方がつばを有するころ軸受において、請求項１〜６のいずれか一項に記載のころ軸受の製造方法により製造されたことを特徴とするころ軸受。

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