JP2007260813A

JP2007260813A - 加工ツール及びローラバニシング加工ツール

Info

Publication number: JP2007260813A
Application number: JP2006087213A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Mikami; 剛三上; Hisashi Harada; 久原田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】ローラ等の物体の表面に微小な多数の突起を有する形態であって、その製造が容易な加工ツールを提供する。
【解決手段】ローラ３の表面に形成された穴３ａにボール４を入れてショットピーニング加工を施すことにより穴３ａの縁辺部３ｂを塑性変形させてボール４を固定する構成の加工ツールとする。
【選択図】図６

Description

本発明は、主としてローラバニシング加工に用いられるツールの構造に関する。

相手部材との間で相対的に転がり接触や滑り接触をする摺動部材には、繰り返し荷重が付与されることにより剥離等の損傷が生じ易い。このような損傷の発生を抑制して摺動部材の長寿命化を図るには、摺動部材の表面に潤滑油を保持して、相手部材との間に油膜が形成されるようにすればよい。そこで、表面塑性加工の一種であるローラバニシング加工により、摺動部材の表面に油溜めの微小な凹部を形成する方法が提案されている（例えば特許文献１参照。）。

この方法の実施には、摺動部材に押し当てる加工ツールとして、表面に微小な多数の突起を有するローラが使用される。この突起の形状が摺動部材の表面に転写されることにより、微小な凹部が形成される。加工ツールの構成・材質としては、例えば、ローラは鉄製、突起を成す物体は微小なセラミックス製の球体、とすることができる。また、セラミックス製の球体に代えて、摺動部材よりも硬い鋼球を使用することもできる。

特開２００４−１１６７６６号公報

しかしながら、ローラの表面に微小な多数の物体を埋め込んで固定するには、その１つずつについて、圧入やかしめ作業が必要となり、これは製造上容易なことではない。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、ローラ等の物体の表面に微小な多数の突起を有する形態であって、その製造が容易な加工ツールを提供することを目的とする。

本発明の加工ツールは、母材となる物体の表面に形成された多数の穴にそれぞれ加工用小物体が一部突出の状態で収容され、各穴の縁辺部がショットピーニング加工による塑性変形を生じて前記加工用小物体を固定していることを特徴とするものである。
このような加工ツールでは、加工用小物体が、ショットピーニング加工による穴の縁辺部の塑性変形により、母材となる物体に固定される。

また、本発明のローラバニシング加工ツールは、ローラの表面に形成された多数の穴にそれぞれローラバニシング加工用小物体が一部突出の状態で収容され、各穴の縁辺部がショットピーニング加工による塑性変形を生じて前記ローラバニシング加工用小物体を固定していることを特徴とするものである。
このようなローラバニシング加工ツールでは、ローラバニシング加工用小物体が、ショットピーニング加工による穴の縁辺部の塑性変形により、ローラに固定される。

本発明の加工ツール又はローラバニシング加工ツールによれば、加工用小物体がショットピーニング加工による穴の縁辺部の塑性変形により母材となる物体又はローラに固定されるので、圧入やかしめ等が不要となり、また、ショットの範囲を拡げることにより、多数の加工用小物体を同時に固定することができる。従って、このような加工ツールは製造が容易である。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。まず、本発明の加工ツールがどのように使用されるかについて説明する。
図１の（ａ）は、ローラバニシング加工が施される前の摺動部材１を示す斜視図であり、また、（ｂ）は、加工ツールを用いてローラバニシング加工が施された後の摺動部材１の斜視図である。（ａ）に示す摺動部材１は、例えば軸受鋼からなる素材に対して鍛造、旋削、熱処理等の既知の処理が施されたものである。

一方、（ｂ）に示す摺動部材１において、相手部材との接触面となる表面１ａには、多数の円形の微小な凹部１ｂが、摺動部材１の長手方向及びそれに直交する幅方向に所定のピッチで形成されている。図２は、図１の（ｂ）におけるＡ部の拡大図である。なお、凹部１ｂが形成されていない部分は、平滑面になっている。このような凹部１ｂにより、潤滑油を保持することができるので、相手部材との間に安定した充分な厚さの油膜を形成することができる。なお、表面１ａにおける凹部１ｂの存在割合（密度、単位面積あたりの個数等）は、用途や潤滑油の種類等に応じて適宜に設定される。また、形状も円形の他、楕円や、角形であってもよい。

図３は、図１の（ａ）から（ｂ）へローラバニシング加工をするときの状態を示す断面図である。当該加工は、加工ツール２を用いて行われる。この加工ツール２は、鉄製のローラ３と、その表面に形成された多数の穴に埋め込まれたローラバニシング加工用小物体４（以下、加工用小物体４という。）とによって構成されている。また、加工ツール２の軸方向の両端部は、ホルダ５によって軸周りに回転自在に、保持されている。

図１の（ａ）の状態の摺動部材１に対して垂直に、加工ツール２を押し当て、ホルダ５から所定の圧力を与えながら図３の矢印方向へ移動させると、摺動部材１の表面に加工用小物体４の突出部が食い込み、摺動部材１の表面１ａに塑性変形を生じさせる。こうして、加工用小物体４の突出部の形状が転写され、凹部１ｂが形成される。また、凹部１ｂが形成されない部分は平滑になる。このようなローラバニシング加工により、例えば表面から０．１５ｍｍの深さにおける残留圧縮応力が８００ＭＰａ以上付与されるとともに、硬さがＨＶ８００以上となるので、疲労強度が高められる。

次に、本発明の一実施形態による上記加工ツール２の構成について説明する。図４は、加工ツール２の母材となる物体であるローラ３を示す斜視図である。ローラ３は、例えば軸受鋼からなる円柱状の物体であり、左端部３Ｌ、右端部３Ｒを除く中央領域３Ｍの表面（周面）に、多数の小さな穴３ａが形成されている。この穴３ａの配列は、平面に展開されたとき、図１の（ｂ）に示す摺動部材１における、凹部１ｂの配列と一致する。一対のホルダ５（図３）は、穴３ａの設けられていない左端部３Ｌ及び右端部３Ｒと係合する。但し、ホルダの取り付け方はこれに限られず、種々の形態が可能である。

図５は、加工ツール２すなわち、ローラ３の各穴３ａ（図４）に加工用小物体４を一部突出の状態で収容し、かつ、固定した状態を示す斜視図である。加工用小物体４としては、セラミックス製又は摺動部材１（図１）より硬い軸受鋼製の微小なボールが使用される（以下、単にボール４という。）

図６は、任意の１つの穴３ａに着目して、これを拡大した断面図である。（ａ）において、穴３ａは例えばドリル５によって形成される。穴３ａの直径は、ボール４の直径より若干大きくする（＋０．５ｍｍ）。ドリル５による穴開けの場合、穴の底面は円錐状になるが、底面は球面や平面であってもよい。また、穴３ａは、ボール４の中心が穴３ａの中に入る深さ、言い換えれば、ボール４の過半体を収容する深さとする。次に、穴開け後のローラ３に対して熱処理（普通焼き入れ焼き戻し、浸炭・浸炭窒化処理、焼鈍し）が施される。

次に、ボール４を入れる前に、穴３ａ全体にショットピーニング加工（前加工）を施す。このショットピーニング加工の条件は、例えば、エア圧０．４９ＭＰａ、ノズル（図示せず。）とローラ３との距離１００ｍｍ、ショット粒の直径０．６ｍｍ（８００ＨＶ）、ショット時間５秒とする。
上記の前加工終了後、（ｂ）に示すように穴３ａにボール４を入れる。

ボール４を入れた後、（ｃ）に示すように、穴３ａのまわりにショットピーニング加工（ハードショット）を施す。このときのショットピーニング加工の条件は、例えば、エア圧０．４９ＭＰａ、ノズル（図示せず。）とローラ３との距離１００ｍｍ、ショット粒Ｓの直径０．６ｍｍ（８００ＨＶ）、ショット時間１０秒とする。なお、このとき、ボール４の表面をマスキングして、ショット粒Ｓが直接当たらないようにしてもよい。但し、ボール４がセラミックス製である場合は、ショット粒が当たっても影響を受けないので、マスキングの必要はない。

上記ショットピーニング加工の結果、（ｄ）に示すように、穴３ａの縁辺部３ｂが内側に塑性変形を生じ、若干隆起する。これにより、ボール４は固定され、脱落しないだけでなく、回転もしない状態となる。但し、脱落さえしなければ、回転しても構わない。なお、ショット粒の当て方を調整することにより、隆起をなるべく防止しながら、縁辺部３ｂを内側にのみ塑性変形させることも可能である。

このようなショットピーニング加工によるボール４の固定によれば、圧入やかしめ等が不要となり、また、ショットの範囲を拡げることにより、多数のボール４を同時に固定することができる。従って、このような加工ツール２は製造が容易である。また、穴３ａは任意の位置にあけることができるので、ボール４の配列形態をどのようにでも構成することができる。さらに、ショットピーニング加工により縁辺部３ｂに残留応力が付与され、耐久性が向上するという効果も得られる。

なお、上記実施形態の加工ツール２では、母材となる物体として円柱状のローラ３を用いたが、円錐ころで同様の加工ツールを作製することも可能である。また、玉軸受の内外輪のような断面が円弧状の軌道面に対しては、車輪のような形状を有する物体（ローラの一種）の外周面（軌道面と合わせた曲面形状）に加工用小物体を埋め込んだ加工ツールを作製することも可能である。さらには、球体の表面に加工用小物体を埋め込んだ加工ツールを作製することも可能である。

なお、上記実施形態の加工ツール２はローラバニシング加工用であるが、これに限られることなく他の用途であっても使用可能である。すなわち、ローラ等の表面に微小な多数の突起を有する型の形態を必要とする型押し加工ツールとなり得る。例えばエンボス加工用の加工ツールにもなり得る。

なお、上記実施形態では加工用小物体がボール４である場合について説明したが、ボール４に代えて円柱ころや円錐ころを使用することも可能である。
図７の（ａ）、（ｂ）は加工用小物体が円錐ころ４Ａであって、穴３ａの底面が平面である場合の断面図である。この場合、上記ボール４の場合と同様に、ショットピーニング加工で塑性変形した縁辺部３ｂにより円錐ころ４Ａを固定することができる。なお、円錐ころ４Ａを図示のように収容する場合は、円錐面の傾斜を利用して固定することができるので、ボール４のようにその過半体を穴３ａに収容しなければならない訳ではなく、過半体未満の一部でもよい。

一方、（ｃ）、（ｄ）は加工用小物体が円柱ころ４Ｂである場合の断面図である。この場合も同様にして固定可能ではあるが、円柱ころ４Ｂは一定径のため、固定された状態を安定して維持することはやや困難となる。例えば円柱ころ４Ｂがローラ３と同一の材質若しくはローラ３より柔らかい材質ならば、ショットピーニング加工で縁辺部３ｂを円柱ころ４Ｂの外周面に若干食い込ませることにより確実に固定することも可能である。

（ａ）は、ローラバニシング加工が施される前の摺動部材を示す斜視図であり、また、（ｂ）は、加工ツールを用いてローラバニシング加工が施された後の摺動部材の斜視図である。図１の（ｂ）におけるＡ部の拡大図である。図１の（ａ）から（ｂ）へローラバニシング加工をするときの状態を示す断面図である。ローラの斜視図である。加工ツールの斜視図である。加工ツールの製造過程を示す図である。（ａ）、（ｂ）は、加工用小物体が円錐ころである場合の断面図、（ｃ）、（ｄ）は、加工用小物体が円柱ころである場合の断面図である。

符号の説明

２加工ツール
３ローラ
３ａ穴
３ｂ縁辺部
４ボール（加工用小物体）
４Ａ円錐ころ（加工用小物体）
４Ｂ円柱ころ（加工用小物体）

Claims

母材となる物体の表面に形成された多数の穴にそれぞれ加工用小物体が一部突出の状態で収容され、各穴の縁辺部がショットピーニング加工による塑性変形を生じて前記加工用小物体を固定していることを特徴とする加工ツール。
ローラの表面に形成された多数の穴にそれぞれローラバニシング加工用小物体が一部突出の状態で収容され、各穴の縁辺部がショットピーニング加工による塑性変形を生じて前記ローラバニシング加工用小物体を固定していることを特徴とするローラバニシング加工ツール。