JP2008023624A - 加工物支持装置およびこれを用いて加工された機械構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】加工物を転接支持する支持回転体の外周面に砥粒が埋め込まれ難くすることと、支持回転体を転がり軸受の外輪とした場合に、砥粒の噛み込みによる軸受部品の損傷を抑制することである。
【解決手段】加工物Ａの支持回転体としての玉軸受２の外輪２ａをセラミックスで形成することにより、外輪２ａに砥粒と同等以上の硬さを持たせ、加工物Ａを転接支持する外輪２ａの外周面に砥粒が埋め込まれ難くするとともに、玉軸受２の内輪２ｂとボール２ｃの各軸受部品もセラミックスで形成し、砥粒の噛み込みによる軸受部品の損傷を抑制できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工物の外周面を支持回転体の外周面に転接させて、超仕上げされる加工物を回転自在に支持する加工物支持装置、およびこれを用いて加工された機械構造体に関する。

超仕上げは砥石を用いる精密加工法の一種である。超仕上げ盤等を用いて軸受部品等の機械構造体を超仕上げする際には、加工物の外周面を支持回転体の外周面に転接させて、超仕上げされる加工物を回転自在に支持する加工物支持装置がよく使用される。加工物を支持する支持回転体は、鋼製の転がり軸受の外輪とされることが多い。

上述したような加工物支持装置では、砥石から脱落した鋼よりも硬い砥粒が、鋼製の転がり軸受の外輪等の支持回転体の外周面に埋め込まれ、この支持回転体の外周面と転接する加工物の外周面に疵を付けたり、加工物の外周面の表面粗さを劣化させたりする。このため、超仕上げされる機械構造体の表面粗さが安定しないという問題がある。

また、加工物の支持回転体を開放型の転がり軸受の外輪とする場合は、脱落した砥粒が転がり軸受の内部に入り込み、内外輪と転動体との間に噛み込まれて、これらの軸受部品を損傷する恐れがある。このため、外輪を支持回転体に用いる転がり軸受の寿命が短くなり、軸受交換に時間を要して加工効率が低下する問題もある。

そこで、本発明の課題は、加工物を転接支持する支持回転体の外周面に砥粒が埋め込まれ難くすることと、支持回転体を転がり軸受の外輪とした場合に、砥粒の噛み込みによる軸受部品の損傷を抑制することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、加工物の外周面を支持回転体の外周面に転接させて、超仕上げされる加工物を回転自在に支持する加工物支持装置において、前記支持回転体の全体または外周面部分をセラミックスで形成した構成を採用した。

すなわち、支持回転体の全体または外周面部分をセラミックスで形成することにより、支持回転体の少なくとも外周面部分に砥粒と同等以上の硬さを持たせ、加工物を転接支持する支持回転体の外周面に砥粒が埋め込まれ難くした。この支持回転体を形成するセラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素等を用いることができる。

前記支持回転体は、転がり軸受の外輪とし、この外輪をセラミックスで形成することができる。

前記転がり軸受の内輪と転動体をセラミックスで形成することにより、転がり軸受を開放型のものとしたときに、砥粒の噛み込みによる軸受部品の損傷を抑制することができる。

前記支持回転体を鋼製の転がり軸受の外輪とし、その外周面にセラミックスの溶射皮膜を形成するか、またはセラミックスで形成されたリングを圧入することにより、標準品の鋼製の転がり軸受を用いて、安価な手段で支持回転体の外周面に砥粒が埋め込まれ難くすることができる。この場合は、転がり軸受を密封型のものとすることにより、砥粒の噛み込みによる軸受部品の損傷を抑制することができる。

また、本発明の機械構造体は、上述したいずれかの加工物支持装置を用いて加工されたものとすることにより、安定した表面粗さの超仕上げ面が得られるようにした。

本発明の加工物支持装置は、支持回転体の全体または外周面部分をセラミックスで形成することにより、支持回転体の少なくとも外周面部分に砥粒と同等以上の硬さを持たせたので、加工物を転接支持する支持回転体の外周面に砥粒が埋め込まれ難くし、超仕上げされる機械構造体の表面粗さを安定させることができる。

前記支持回転体を転がり軸受の外輪とし、この外輪をセラミックスで形成する場合は、前記転がり軸受の内輪と転動体もセラミックスで形成することにより、転がり軸受を開放型のものとしたときに、砥粒の噛み込みによる軸受部品の損傷を抑制して、超仕上げの加工効率を高めることができる。

前記支持回転体を鋼製の転がり軸受の外輪とし、その外周面にセラミックスの溶射皮膜を形成するか、またはセラミックスで形成されたリングを圧入することにより、標準品の鋼製の転がり軸受を用いて、安価な手段で支持回転体の外周面に砥粒が埋め込まれ難くすることができる。

また、本発明の機械構造体は、上述したいずれかの加工物支持装置を用いて加工したので、安定した表面粗さの超仕上げ面が得られる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態を示す。この加工物支持装置は、図１（ａ）に示すように、一対の平行な支持軸１に取り付けられた玉軸受２の外輪２ａを支持回転体として、機械構造体としての軸受の円筒ころとなる加工物Ａの外周面を２箇所で回転自在に転接支持するものであり、加工物Ａの外周面が砥石３で超仕上げされる。

図１（ｂ）に示すように、前記玉軸受２は開放型のものであり、その外輪２ａ、内輪２ｂおよび転動体としてのボール２ｃは、いずれもセラミックスである窒化ケイ素で形成されている。なお、支持回転体としての外輪２ａのみをセラミックスで形成してもよい。

実施例として、上述した外輪、内輪およびボールの各軸受部品を窒化ケイ素で形成した玉軸受の外輪を支持回転体とした加工物支持装置を用意した。また、比較例として、上記各軸受部品を高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２で形成した実施例と同寸法の玉軸受の外輪を支持回転体とした加工物支持装置も用意した。これらの実施例と比較例の加工物支持装置を用いて、加工物として軸受の円筒ころの外周面を超仕上げ加工し、良好な加工を継続できる加工時間を調査した。超仕上げ加工の加工条件は以下の通りである。
・加工物寸法 ：１１ｍｍφ×１１ｍｍＬ（円筒ころ）
・加工物回転速度：３７００ｒｐｍ
・砥石揺動 ：５６往復／分
・砥石圧力 ：０．０５ＭＰａ

図２は、上述した超仕上げ加工における実施例と比較例のものの加工時間を示す。加工時間は３５０時間で打ち切ったが、各軸受部品を窒化ケイ素で形成した実施例のものは、加工時間が３５０時間経過しても、加工物の外周面に疵付きや表面粗さの劣化が生じることなく安定した超仕上げ面が得られ、かつ、支持回転体としての玉軸受の外輪も円滑に回転し、良好な超仕上げ加工を継続できた。これに対して、各軸受部品をＳＵＪ２で形成した比較例のものには、加工時間が７時間経過したのみで、加工物の外周面に疵が発生し、良好な超仕上げ加工を継続できない場合があった。この加工物に疵を発生させた比較例の玉軸受の外輪の外周面には、砥石の砥粒が埋め込まれているのが発見された。

図３（ａ）、（ｂ）は、第２の実施形態を示す。この加工物支持装置は、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記玉軸受２がシールド４を装着された密封型のものとされ、その外輪２ａ、内輪２ｂおよびボール２ｃが標準品の高炭素クロム軸受鋼で形成され、支持回転体としての外輪２ａの外周面に、窒化ケイ素で形成されたセラミックリング５が圧入されている点が異なる。なお、このセラミックリング５を圧入する替りに、外輪２ａの外周面にセラミックスの溶射皮膜を形成することもできる。

上述した各実施形態では、支持回転体としての転がり軸受の外輪を形成したセラミックスや、鋼製の転がり軸受の外輪に圧入したセラミックリングを窒化ケイ素のものとしたが、これらのセラミックスは、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素等の他のセラミックスとすることもできる。

ａは第１の実施形態の加工物支持装置を示す概略正面図、ｂはａの玉軸受の縦断面図 図１の加工物支持装置を用いた超仕上げ加工における実施例と比較例のものの加工時間を示すグラフ ａは第２の実施形態の加工物支持装置を示す概略正面図、ｂはａの玉軸受の縦断面図

符号の説明

１ 支持軸
２ 玉軸受
２ａ 外輪
２ｂ 内輪
２ｃ ボール
３ 砥石
４ シールド
５ セラミックリング

Claims (5)

1. 加工物の外周面を支持回転体の外周面に転接させて、超仕上げされる加工物を回転自在に支持する加工物支持装置において、前記支持回転体の全体または外周面部分をセラミックスで形成したことを特徴とする加工物支持装置。
2. 前記支持回転体を転がり軸受の外輪とし、この外輪をセラミックスで形成した請求項１に記載の加工物支持装置。
3. 前記転がり軸受の内輪と転動体をセラミックスで形成した請求項２に記載の加工物支持装置。
4. 前記支持回転体を鋼製の転がり軸受の外輪とし、その外周面にセラミックスの溶射皮膜を形成するか、またはセラミックスで形成されたリングを圧入した請求項１に記載の加工物支持装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載された加工物支持装置を用いて加工されたことを特徴とする機械構造体。

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