JP2011115879A - 加工方法および軸受 - Google Patents

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Abstract

【課題】スーパーフィニッシュ（鏡面研削）加工を行う必要が無くなって、リードタイムの短縮を図ることができる加工方法及びこの加工方法に用いて製造した軸受を提供する。
【解決手段】軸受の構成部品をチャック装置１０にてチャックしてこの構成部品の仕上げ加工を行う。チャック装置１０によるチャックを解除することなく、構成部品をチャックしたまま焼入鋼切削と研削加工とを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円錐ころ軸受等における構成部品を加工する加工方法、およびこのような加工方法によって加工された構成部品を用いた軸受に関する。
軸受の軌道輪（内輪や外輪）を製造する方法としては、特許文献１に記載のように、切削加工と研削加工とが行われる。例えば、外輪を製造（加工）する方法は、図４に示す工程が順次行われる。
まず、図４（Ａ）に示すように、ほぼ外輪の形状となった素形状の外輪素材Ｗ１を、冷間ローリング等の鍛造により得る。この素材Ｗ１を、図４（Ｂ）に示すように、加熱炉５２で焼入して表面硬化させた後、図４（Ｃ）に示す幅研削、および図４（Ｄ）に示す外径研削を行う。次に、この外径研削された素材Ｗ１を旋削し、図４（Ｅ）に示すように、転走面５１ａおよびシール溝５１ｂを所望の形状に加工する。最後に、図４（Ｆ）に示すように、転走面５１ａを砥石５３で超仕上げして、素材Ｗ１が外輪５１として完成する。
内輪を製造（加工）する場合も同様である。すなわち、ほぼ内輪の形状となった素形状の内輪素材を、冷間ローリング等の鍛造により得る。この素材を、加熱炉で焼入して表面硬化させた後、幅研削を行う。つぎに、この幅研削された素材を旋削し、転走面およびシール溝を所望の形状に加工する。この切削された素材に、内径研削、および転走面の砥石による超仕上げ加工を施すことにより、内輪として完成する。
特開平６−２４６５４６号公報
すなわち、図４に示す方法は、熱処理後のリードタイムは次のようになる。熱処理→幅研削→切削加工→研削加工。これは、製造する軸受（ベアリング）が大型（内径寸法が１８０ｍｍ以上のもの）のものでは、熱処理後の変形が大きいため仕上げ取代を多くつける必要があるからである。
このため、加工工程が多く、作業時間の長時間化を招くことになる。また、切削加工後、ワークのチャック状態を一旦解除し、再度、研削加工のためのチャックを行うことになる。このように、チャックを一旦解除して再度チャックを行う場合、再度芯合わせ行う必要があり、作業性に問題があった。このため、ワークの芯ずれを起こす場合があり、この芯ずれを吸収するために、研削加工用に余計に取代を付ける必要があった。
また、研削加工で多くの取代を加工する必要がある場合、能率のよい粗い砥石で加工することになる。しかしながら、粗い砥石で加工すれば、必要な面性状が得られず、転走面をスーパーフィニッシュ（鏡面研削）加工を行う必要が生じる。
さらに、切削加工では、白層、熱影響層と呼ばれる数10μmの加工変質層がワークに生じるため、軸受の転送面等の高い応力を受ける部位を仕上げる事はできない。
そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、スーパーフィニッシュ（鏡面研削）加工を行う必要が無くなって、リードタイムの短縮を図ることができる加工方法及びこの加工方法に用いて製造した軸受を提供しようとするものである。
本発明の加工方法は、軸受の構成部品をチャック装置にてチャックしてこの構成部品の仕上げ加工を行う加工方法であって、チャック装置によるチャックを解除することなく、構成部品をチャックしたまま焼入鋼切削と研削加工とを行うものである。焼入鋼切削は、単に切削のことであり、切削は通常生材の状態で行うので、熱処理後（焼入れ後）の切削であることを明確にするために焼入鋼切削と称した。
本発明の加工方法によれば、構成部品をチャックしたまま焼入鋼切削と研削加工とを行うものであるので、焼入鋼切削と研削加工との間において、ワーク（構成部品）の着脱の必要が無くなる。このため、再度のチャックにおける芯合わせ作業が無くなって芯ずれが生じるのを防止でき、研削加工の取代を小さくすることができる。
前記構成部品は転走面を有し、この転走面の仕上げ研削と、転走面を省く他の部位の切削とを同時に行うのが好ましい。この場合、転走面の仕上げ研削代として片肉１００μｍ以内の取代を残して切削加工（焼入鋼切削）することができる。
前記構成部品が外径面に転走面を有する内輪であったり、前記構成部品が内径面に転走面を有する外輪であったりする。
本発明の第１の軸受は、前記加工方法にて加工された内輪を用いたものである。また、本発明の第２の軸受は、前記加工方法にて加工された外輪を用いたものである。
本発明の加工方法では、取代を小さくすることできて、研削の砥石は能率より精度重視のものを選択することができる。結果として製品として必要な面性状を得ることができ、転走面等のスーパーフィニッシュ（鏡面研削）加工を省略することができる。このため、リードタイムを短縮することができ、生産性の向上を図ることができる。特に、本発明は、取代を小さくできることにより、熱処理後の変形が大きい大型のベアリング（例えば、内径寸法が１８０ｍｍ以上のもの）の構成部品に好適な加工方法となる。また、焼入鋼切削はドライ加工のため、研削クーラントを必要としない。このため、焼入鋼切削は環境に優しく、しかも精度良く寸法を仕上げることができるという利点がある。
転走面の仕上げ研削と、転走面を省く他の部位の切削とを同時に行うことによって、より効率のよい加工を行うことができる。また、転走面の仕上げ研削代として片肉１００μｍ以内の取代を残して切削加工（焼入鋼切削）することによって、加工変質層を製品の残さずに済み、高品質の製品を提供できる。
前記加工方法にてリードタイムを短縮した加工にて各構成部品成形することができ、このような部品を用いて軸受を組み立てれば、生産性の向上を図ることができる。
本発明の加工方法にて加工される軸受の内輪を示す断面図である。 本発明の加工方法にて加工される軸受の外輪を示す断面図である。 本発明の加工方法にて加工される軸受の断面図である。 従来の軸受の外輪の加工方法を示す加工工程図である。
以下本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図３は、本発明にかかる加工方法にて加工された構成部品を使用した軸受（円錐ころ軸受）の断面図を示す。この軸受は、外径面に円錐状の転走面２ａを有する内輪２と、内径面に円錐状の転走面３ａを有する外輪３と、内輪２の転走面２ａと外輪３の転走面３ａとの間に介在される円錐ころ４と、この円錐ころ４を保持する保持器５とを備える。内輪２は、転走面２ａの小径側に小鍔部２ｂを有し、転走面２ａの大径側に大鍔部２ｃを有する。なお、本加工方法にて加工される構成部品は、内輪２や外輪３等である。
本発明にかかる加工方法についてまず内輪２の場合を説明する。この加工方法は、内輪形成素材（ほぼ製品の形状に仕上げられたもの）２Ａ（図１参照）に対して、加熱処理を行う。加熱処理としては、例えば、加熱炉で焼入れすることができる。この後、幅研削を行って、図１に示すように切削加工と研削加工とを行うものである。内輪形成素材２Ａは、外径面に円錐状の転走面形成面２Ａａを有し、この転走面形成面２Ａａの小径側に小鍔部２Ａｂを有し、形成面転走面２Ａａの大径側に大鍔部２Ａｃを有する。
切削加工と研削加工は、チャック装置１０によるチャックを解除することなく、構成部品である内輪２の素材２Ａをチャックしたまま行うことになる。チャック装置１０は、例えばマグネットチャックにて構成できる。
切削加工は切削工具１１にて行われ、研削加工は研削工具１２にて行われる。切削工具１１は焼入鋼切削を行うことになる。このため、切削工具１１は焼入鋼切削が可能なバイト１５を有するものである。焼入鋼切削が可能なバイト１５としては、例えば、ＣＢＮ（立方背晶窒化硼素）に特殊セラミック結合材を加えた焼結体工具等から構成できる。このようなバイト１５は市販されている。このバイト１５は支持体１４に支持され、図示省略の移動機構によって、少なくとも、内輪２の軸心と平行方向である矢印Ａ、Ｂ方向の移動が可能とされる。焼入鋼切削は、単に切削のことであり、切削は通常生材の状態で行うので、熱処理後（焼入れ後）の切削であることを明確にするために焼入鋼切削と称した。
研削工具１２は、円盤状の砥石１６と、この砥石１６をその軸心廻りに回転させる駆動機構１７とを備える。駆動機構１７は、例えば、駆動用モータ１８と、この駆動用モータ１８の回転駆動力を砥石１６に伝達する伝達軸１９とを備える。この研削工具１２は、その軸心が内輪２の転走面２ａの傾斜角度に対応して、傾いている。そして、このような傾いた状態での矢印Ｃ、Ｄ方向の移動が可能である。
チャック装置１０は、内輪形成素材２Ａが吸着される基台２０を備え、この基台２０の回転駆動が可能とされる。この場合、基台２０上に内輪形成素材２Ａの肉厚側の端面２Ａｄを載置固定する。このため、基台２０に吸着されている内輪形成素材２Ａは、その軸心Ｏ廻りに回転駆動される。例えば、基台２０を公知公用の既存の回転テーブルに載置固定することによって、この基台２０をその軸心Ｏ廻りに回転させることができる。
このため、基台２０をその軸心Ｏ廻りに矢印Ｅのように回転させながら、図１に示すように、切削工具１１のバイト１５を、内輪形成素材２Ａの内径側であって、反基台側に位置させて、矢印Ａ方向に移動させる。これによって、内輪形成素材２Ａの内径面を切削（焼入鋼切削）することができ、内輪２の内径面を仕上げることができる。この場合、転走面２ａの仕上げ研削代として片肉１００μｍ以内の取代を残して切削加工する。
この切削加工を行っているときに、研削工具１２による研削加工を行う。この際、図１に示すように、その軸心Ｏａが転走面形成面２Ａａの傾斜角度に対応して傾斜した状態で、内輪形成素材２Ａの外径側に配置されている。そして、この状態で、研削工具１２をこの傾斜角度を維持しつつ、砥石１６をその軸心Ｏａ廻りに回転させて、矢印Ｃのように、内輪形成素材２Ａに接近させて、この砥石１６の外周面を転走面形成面２Ａａに接触させる。これによって、転走面形成面２Ａａの研削加工を行うことができ、内輪２の転走面２ａを仕上げることができる。
次に、外輪３の加工方法を説明する。この場合も、外輪形成素材（ほぼ製品の形状に仕上げられたもの）３Ａを形成した後、この素材３Ａに対して、加熱処理を行う。加熱処理としても、例えば、加熱炉で焼入れすることができる。その後、幅研削を行って、切削加工（焼入鋼切削）と研削加工とを行うものである。外輪形成素材３Ａは、内径面に円錐状の転走面形成面３Ａａを有する。チャック装置１０は、その基台３０が上面外周部にリング状の支持部３０ａを有し、この支持部３０ａ上に外輪形成素材３Ａの肉厚側の端面３Ａｂを載置固定する。
このため、基台３０をその軸心Ｏ１廻りに矢印Ｆのように回転させながら、図２に示すように、切削工具１１のバイト１５を、外輪形成素材３Ａの外径側であって、反基台側に位置させて、矢印Ａ１方向に移動させる。これによって、外輪形成素材３Ａの外径面を切削（焼入鋼切削）することができ、外輪３の外径面を仕上げることができる。
この切削加工を行っているときに、研削工具１２による研削加工を行う。この際図２に示すように、その軸心Ｏａが転走面形成面３Ａａの傾斜角度に対応して傾斜した状態で、外輪形成素材３Ａの内径側に配置されている。そして、この状態で、研削工具１２をこの傾斜角度と維持しつつ、砥石１６をその軸心Ｏａ廻りに回転させて、矢印Ｄ１のように、外輪形成素材３Ａの内径面に接近させて、この砥石１６の外周面を転走面形成面３Ａａに接触させる。これによって、転走面形成面３Ａａの研削加工を行うことができ、外輪３の転走面３ａを仕上げることができる。転走面３ａの仕上げ研削代として片肉１００μｍ以内の取代を残して切削加工する。
ところで、研削砥石は３つの要素（砥粒・結合剤・気孔）、及び５つの因子（砥粒の種類、粒度、結合度、組織、結合剤）から成り立っている。ここで３つの要素は砥石を構成する要素を表現し、５つの因子はそれらの要素の性状を表現している。砥粒とは、砥石としての機能を発揮する高硬度の粒状または粉末の物である。結合材とは、砥粒と砥粒とを結合・保持する接着剤としての材料でボンドともいう。気孔とは、研削砥石中に存在する空間であって、切りくずを貯める機能を持っている。
砥粒の種類は、工業用に使われる一般的砥粒としてＪＩＳ Ｒ６１１１−２００２(人造研削材)にその性状に関する規定があり、アルミナ系と炭化ケイ素系に大別できる。適用加工物との対応ではアルミナ系は一般鉄鋼・工具鋼などの金属に適し、炭化ケイ素系はアルミニウム・銅・超硬合金など、非鉄、非金属に適している。粒度とは、砥粒の大きさをいい、篩のメッシュで表す。数値としては２２０までを粗粒、それ以上を微粉という。数値が小さいほど粗く、また粗いほど強度は弱くなる。研削面の仕上げ精度により選定する。しかし仕上げ面粗さと粒度とは無関係で、仕上げ面粗さはドレッシング条件で変わる。結合度は、砥粒と結合剤との保持力を示す指標でアルファベットＡ〜Zで表わす。Ａに近いほど軟らかい。一般に、硬い加工物には軟らか目の砥石を、軟らかいものには硬めを用いる。また、結合度の大きい砥石ほど強度が強く、軟らかいものほど強度は弱い。組織は、砥石単位容積中に占める砥粒の割合(砥粒率)から定める指標で、砥粒率６２％から3４％までを０〜１４の１５階級の分け、砥粒率６２％を組織０としている。結合剤は、砥粒同士を結びつけている材料をいう。
このため、前記研削工具１２の砥石１６には、研削すべき内輪２や外輪３の材質等に応じて、前記した３つの要素及び５つの因子に基づいて種々選択できる。
本発明の加工方法によれば、構成部品をチャックしたまま焼入鋼切削と研削加工とを行うものであるので、切削加工（焼入鋼切削）と研削加工との間において、ワーク（構成部品）の着脱の必要が無くなる。このため、再度のチャックにおける芯合わせ作業が無くなって芯ずれが生じるのを防止でき、研削加工の取代を小さくすることができる。これによって、研削の砥石は能率より精度重視のものを選択することができる。結果として製品として必要な面性状を得ることができ、転走面等のスーパーフィニッシュ（鏡面研削）加工を省略することができる。このため、リードタイムを短縮することができ、生産性の向上を図ることができる。特に、本発明は、取代を小さくできることにより、熱処理後の変形が大きい大型のベアリング（例えば内径寸法が１８０ｍｍ以上のもの）の構成部品に好適な加工方法となる。また、焼入鋼切削はドライ加工のため、研削クーラントを必要としない。このため、焼入鋼切削は環境に優しく、しかも精度良く寸法を仕上げることができるという利点がある。
転走面２ａ、３ａの仕上げ研削と、転走面２ａ、３ａを省く他の部位の切削とを同時に行うことによって、より効率のよい加工を行うことができる。また、転走面２ａ、３ａの仕上げ研削代として片肉１００μｍ以内の取代を残して切削加工（焼入鋼切削）することによって、加工変質層を製品の残さずに済み、高品質の製品を提供できる。
前記加工方法にてリードタイムを短縮した加工にて各構成部品成形することができ、このような部品を用いて軸受を組み立てれば、生産性の向上を図ることができる。
ところで、前記実施形態では、軸受として円錐ころ軸受であったが、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の他の軸受であってもよい。ここで、深溝玉軸受は、内輪・外輪に設けられた軌道の溝は、転動する玉の半径より、わずかに大きい半径の円弧の横断を形成している。ラジアル荷重のほかに、両方向のアキシアル荷重を負荷することができる。摩擦トルクが小さく、高速回転する箇所や低騒音、低振動が要求される用途に適している。アンギュラ玉軸受は、玉と内輪・外輪の軌道がラジアル方向に対して、ある角度をもって接触する軸受である。アキシアル荷重は一方向に限られるが、アキシアル荷重とラジアル荷重との合成荷重を受けるのに適している。この軸受は接触角をもっているから、ラジアル荷重が作用するとアキシアル分力が生じるので、２個対向させたり、複数個組み合わせて使用することができる。隣接して２個の軸受を取付ける場合には、あらかじめすきまを調整してセットした組合せアンギュラ玉軸受となる。なお、円錐ころ軸受は、円すい状のころと軌道輪が線接触をしており、内輪転走面、外輪転走面及びころの円すい頂点が軸受の回転中心線上の一点に一致するように設計されている。このため、ころは転走面上を内輪転走面と外輪転走面から受ける合成力によって内輪大つばに押しつけられて案内されながら転がる。また、ラジアル荷重と一方向アキシアル荷重を負荷することができ、接触角が大きいほどアキシアル荷重の負荷能力が大きくななる。純ラジアル荷重を受ける場合でもアキシアル方向の分力が生じるので、通常２個対向させて使用する。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、切削加工及び研削加工前の熱処理としては、素材の材質等に応じて、浸炭焼入れ、ずぶ焼入れ等の種々の方法を用いることができる。また、内輪形成素材２Ａや外輪形成素材３Ａの切削加工及び研削加工の回転速度、切削工具１１の切削時のバイト１５の移動速度、及び研削工具１２の砥石１６の回転速度等を種々変更できる。また、チャック装置１０としては加工すべきワーク（構成部品）をチャックできて、このチャック状態を維持したまま焼入鋼切削と研削加工とができればよいので、マグネットチャックに限らず、他の公知公用の既存のものを用いることができる。
前記図１及び図２に示す加工工程では、構成部品が円錐ころ軸受の構成部品であったが、構成部品が図４に示すような転がり軸受であれば、切削工具１１や研削工具１２の構成や移動方向等が相違することになる。しかしながら、このような場合の切削工具１１や研削工具１２の構成や移動機構等は公知公用の既存のものを用いることができる。
２ 内輪
２ａ 転走面
３ 外輪
３ａ 転走面
１０ チャック装置

Claims (7)

  1. 軸受の構成部品をチャック装置にてチャックしてこの構成部品の仕上げ加工を行う加工方法であって、
    チャック装置によるチャックを解除することなく、構成部品をチャックしたまま焼入鋼切削と研削加工とを行うことを特徴とする加工方法。
  2. 前記構成部品は転走面を有し、この転走面の仕上げ研削と、転走面を省く他の部位の切削とを同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
  3. 前記構成部品は転走面を有し、この転走面の仕上げ研削代として片肉１００μｍ以内の取代を残して焼入鋼切削することを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
  4. 前記構成部品が外径面に転走面を有する内輪であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の加工方法。
  5. 前記構成部品が内径面に転走面を有する外輪であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の加工方法。
  6. 前記請求項４に記載の加工方法にて加工された内輪を用いたことを特徴とする軸受。
  7. 前記請求項５に記載の加工方法にて加工された外輪を用いたことを特徴とする軸受。
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