JP2018031468A - 転がり軸受の内輪および外輪の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 性能低下を伴うことなく、安価で効率よく製造することができる転がり軸受の内輪および外輪の製造方法を提供する。
【解決手段】 加工ラインに内輪または外輪に軌道面を形成するための軌道形成ローラ群と、内輪または外輪の幅を規制する外形形成ローラ群と、内輪用ベントローラ群または外輪用ベントローラ群を設置する。レール状の被加工素材を軌道形成ローラ群と外形形成ローラ群を通過させることによって、内輪または外輪として必要とされる断面形状に塑性加工されたレール状の一次加工素材とし、これを所定長さに切断し、切断したものを内輪用ベントローラ群または外輪用ベントローラ群Ｒ４０通過させることによって、両切断面が対面する状態のリング状の二次加工素材とし、加熱圧接手段によって対面する両切断面を接合することによって、一体成形された内輪または外輪と同等の製品を得る。
【選択図】図３

Description

本発明は、転がり軸受の内輪および外輪の製造方法に関する。より詳細には、内輪および外輪を直線状のレール状素材をリング状に曲げ加工し、対面姿勢となった末端部相互を加熱圧接することによって低コスト、かつ、低環境負荷実現した転がり軸受の内輪および外輪の製造方法に関する。

転がり軸受は、ポピュラーな部材ではあるが、各種の機械装置を構成する上では欠くことができない必須の機械要素である。そのサイズは、使用される機械規模に応じて外径が１０ミリに満たないミニチュア軸受と呼ばれるものから発明者らが知る限りでは外径が５メートルを超える大型のものも存在する。つまり、転がり軸受のサイズ範囲は、極めて広範囲である。

転がり軸受を構成する内輪および外輪は、接合部分のない無端のリング状である。すなわち、これらのリング状部材は、通常、熱間鍛造方法によって一体成形されている。熱間鍛造は、材料塊を所定温度に加熱プレスし、材料塊が冷えたら再度加熱してプレスする作業をプレス型を徐々に製品形状に近いものに取り換えながら反復する塑性加工方法である。

ただし、全ての転がり軸受の内輪、外輪が例外なく熱間鍛造によって製造されるというものではなく、転がり軸受のサイズや用途ないし構造が特殊であるために次に例示するように特殊な製法が採用される場合もある。

転がり軸受が熱間鍛造設備の取扱いサイズの範囲を超える外径が５メートルを超えるような大型のものである場合、その内輪、外輪に関しては、一体成形ではなく、ノックピン等の位置決め手段およびネジやボルト等の締結手段を多用して組み立てられた製品も存在する。他社の製品であり、詳細な製法は不明であるが、製品の外観に現れた客観的な特徴は、次のようなものである。具体的には、内輪および外輪は、厚み方向（径方向）の積層構造を有している。各層をなす金属板の厚みは同一である。各層をなすリング状部材は、一体成形品ではなく、複数の円弧状構成片からなる。このような製品は、各層について、一定幅の帯鋼材を所定径の全円を等角度に分割したものに相当する所定長さに切断した上、これを所定半径の曲率に曲げ加工し、曲げ加工した多数枚の円弧状構成片を内層側から外層側に、または、外層側から内層側に向かって張り重ねるようにして製造されたものと推測される。

転がり軸受のうち、ボールベアリングに関し、構造が特殊であるために採用された例外的製法としては、内輪を軸方向に垂直な面で二分割し、外輪内に分割した一方の内輪をセットしてボールを装填し、その後分割された他方の内輪を蓋をするようにセットし、上下に重なり合った内輪を溶接手段によって一体化するようなものが存在する（下記、特許文献１参照）。このような製法は、この例の製品がラジアルボールベアリングとスラストボールベアリングとの中間的な特殊構造であるため、一般的な方法ではボールを装填することができないことにより採用された製法であると考えられる。

特開２００２−９８１５９号公報

上記したように、一般的な転がり軸受の内輪および外輪は、熱間鍛造によって一体成形されている。熱間鍛造は、製品１個当たりの製造所要時間も長く、投入されるエネルギーも大きい。このことの必然的な結果として、従来からの熱間鍛造方法では、製造コストを切り下げることが困難であるとともに、環境負荷も大きい。これは、シンプルな問題ではあるものの、基本的かつ重要な問題である。

特に、製造対象となる転がり軸受が一定サイズを超えると、製品価格が法外に高価になるという問題がある。これは、大サイズの内輪や外輪を熱間鍛造で一体成形しようとする場合には、大サイズの加熱炉や巨大な鍛造プレス装置が必要とされるという設備的な問題の他、加熱された高熱大重量素材の作業搬送や熱分布の偏り等の新たな技術的問題に対応する必要があるために、製造業者が限定的となってしまい、市場競争原理に基づく価格競争が機能しなくなるためでもあるとも言える。

本発明は、上記問題に対して、今日的な曲げ加工技術や転造技術、ローラ成形技術、溶接技術等の熱接合技術、焼入れ、焼き戻し、焼きならし等の熱処理技術の進歩を考慮し、適切な技術を組み合わせることにより、今日では、従来のような一体成型でなく、接合構造であっても一体成形品と同等の性能を発揮することができる転がり軸受の内輪および外輪を得ることができるとの判断に基づいて、転がり軸受の内輪および外輪を直線状のレール状素材をリング状に形成し、対面姿勢となった端面相互を接合した接合構造を採用することにより、低コスト、かつ低環境負荷で、しかも、中小企業レベルの小規模な製造設備で製造することができるようにした転がり軸受の内輪および外輪の製造方法を提供することを目的とする。

発明によって生み出される利点が優れたものであっても、発明から生じるあらたな問題点が発明の利点を相殺するようなものであれば、その発明は市場に姿を見せることなく忘れ去られるものであることを本発明の発明者らは、承知している。そこで、上記本発明の製造方法の策定に際して、接合構造の内輪および外輪に対して、特に、従来からのベアリングメーカサイドから提出されるであろう否定的な指摘を予め想定し、そのような予想される指摘に耐えられるか否かが検討された。

専門メーカから指摘されると考えられる最も基本的な問題は、転がり軸受の内輪および外輪を接合構造とした場合には、どのような接合手段を採用したところで、接合部分の金属物性と他の部分の金属物性との間に格差が生じ、これにより、この部分を通過するボールまたはころに振動が発生し、この振動が、騒音や亀裂発生の発端となり、所定の耐用期間を全うすることができない、というものである。

上記指摘に対し、本願の発明者らは、今日的な接合技術により、接合部分に異種金属を介在させることなく接合した上、熱的に変化した接合部分の金属物性については、熱処理の工夫により他の部分と同質化することができるとの結論に達した。熱処理技術も徐々に進歩しているからである。

また、専門メーカから指摘されると考えられる別の問題としては、転がり軸受は、ガタ付きがないことを保障するために、転動体と内輪および外輪が僅かに弾性変形しながら作動するように設計されるのであり、転動体が円滑に転動動作するためには、転動体のみならず内輪および外輪の軌道面各部が均質であることが必要とされる。軌道面各部が均質でない場合には、転動体および内輪および外輪に無理な応力による永久変形が部分的に発生し、早期にフレーキング現象等の劣化現象が発生する結果となる。この点、従来からの一体成形では熱間鍛造で金属組織を微細化し、軌道面各部を均質化しているのであるが、本発明のような接合構造とした場合には、この問題に対応することができないことになる。

上記指摘に対しては、本願の発明者らは、直線状のレール状素材をリング状に加工したり、内輪および外輪に軌道溝付きの軌道面を形成する手段としてローラ圧延加工に類するローラ加工手段を採用することにより、少なくとも内輪および外輪の表面側については、所用の均質性を実現することができるとの結論に達している。必要とされる金属組織の均質性は、表面部分で足りると考えられるからである。

すなわち、本発明の課題は、接合構造としても接合構造であることの欠陥を露呈させることのない、転がり軸受の内輪および外輪の製造方法を提供することである。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するために本発明が採用する手段は、次のようである。

（解決手段１）
本発明の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法は、内輪の外周面である内輪軌道面または外輪の内周面である外輪軌道面に、内輪と外輪との間に介装される転動体を案内する軌道溝を形成するための軌道型を形成した型付きローラと、この型付きローラに被加工素材を押し付ける加圧ローラとを対とする複数対の軌道形成ローラ群を設置するとともに、軌道形成ローラ群と直交する向きに複数対の外形形成ローラ群を設置し、軌道形成ローラ群と外形形成ローラ群との間に仕上がり状態における内輪の断面積または外輪の断面積を下回らない断面積を有するレール状の被加工素材を通過させることによって、ほぼ、仕上がり状態における内輪の断面形状または外輪の断面形状を備えるレール状の一次加工素材とした上、この一次加工素材を所定長さに切断し、所定長さに切断された一次加工素材を中心ローラと、それぞれ軌道型を備え、中心ローラを取り囲むように配置される複数の型付き加圧ローラとの組合せからなる内輪用ベントローラ群、または、軌道型を形成した型付き中心ローラと、型付き中心ローラを取り囲むように配置される複数の加圧ローラとの組合せからなる外輪用ベントローラ群を通過させることによって両切断面が対面する状態のリング状の二次加工素材とし、加熱圧接手段によって対面する二次加工素材の両切断面を加熱し、素材によって定まる融着可能温度に達した時点で切断面相互を突き合わせる向きに圧力を加え、切断面相互間に異種金属を介在させることなく圧接することを特徴とする。

上記解決手段１は、本発明の製造方法の一つの基本的な構成を示している。本発明の製造方法は、使用される設備部材と、使用される加工手段と、時系列的な加工手順とによって特定される。

使用される設備部材は、軌道形成ローラ群と、外形形成ローラ群と、内輪用ベントローラ群と、外輪用ベントローラ群である。使用される加工手段は、加熱圧接手段である。

軌道形成ローラ群および外形形成ローラ群は、いずれも、ローラ圧延加工と同じ加工メカニズムによって、レール状の被加工素材を通過させながら被加工素材の長手方向について同一の塑性加工を連続的に実施することを目的とする設備部材である。軌道形成ローラ群には、内輪軌道面または外輪軌道面に転動体を案内するための軌道溝を形成することができる型付きローラが含まれており、軌道形成ローラ群全体と外形形成ローラ群全体とは、直交する配置で設置される。つまり、レール状の被加工素材は、軌道形成ローラ群と外形形成ローラ群とによって上下左右から圧力を受けながらローラ送りされることによって、内輪または外輪として必要な所定断面形状を備えるレール状の一次加工素材とされる。ここで重要なことは、このようなローラ塑性加工によって必要な断面形状が容易に得られるということばかりでなく、この際に被加工素材表面の金属組織が練り合わされて緻密化、均質化されるということである。

次いで、一次加工素材は、所定長さに切断される。切断方法は特に限定されないが、転がり軸受のサイズ範囲が広範囲に及ぶものである結果、一次加工素材の断面積も広範に及ぶ。したがって、一次加工素材を切断する最適な方法は、その断面積によって異なる。小断面積の場合にはレーザ溶断等が、中断面積のものでは、チップソー等が、大断面積のものではバンドソー等が使用できる。なお、切断面の適切な面粗度が得られない切断方法や、切断部およびその周辺が広範囲に熱変成するような切断方法は好ましくはない。

所定長さに切断された一次加工素材は、製造対象が内輪であるか外輪であるかに従い、それぞれ、内輪用ベントローラ群または外輪用ベントローラ群を通過させることによって、曲げ加工を受け、両切断面が対面する状態のリング状の二次加工素材とされる。

なお、内輪用ベントローラ群および外輪用ベントローラ群は、いずれも中心ローラと中心ローラを取り囲むように配置される複数の加圧ローラとの組合せからなる。なお、内輪用ベントローラ群と外輪用ベントローラ群との相違は、内輪用ベントローラ群では、加圧ローラ側に軌道型を形成した型付き加圧ローラが用いられるのに対して、外輪用ベントローラ群では、中心ローラに軌道型を形成した型付き中心ローラが用いられる。なお、ここで、型付きのローラを用いる趣旨は、軌道形成ローラ群に型付きローラを用いる趣旨とは全く異なることに注意すべきである。

すなわち、軌道形成ローラ群において型付きローラを用いるのは、被加工素材に新規に軌道溝を含む軌道面を形成するためであるのに対して、内輪用ベントローラ群および外輪用ベントローラ群に型付きローラを用いるのは、既に軌道面が形成された一次加工素材の軌道面を型付きローラの軌道型に嵌め込むようにして安定に接触させるとともに、曲げ加工による軌道面の変形等を防止する趣旨である。これによって、レール状の一次加工素材に形成された所定形状の軌道面が曲げ加工後も、狂いなくそのまま維持されることが保障されるのである。

両切断面が対面する状態のリング状に形成された二次加工素材は、加熱圧接手段によって対面する両切断面を加熱し、素材によって定まる融着可能温度に達した時点で切断面相互を突き合わせる向きに圧力を加え、切断面相互間に異種金属を介在させることなく圧接することによって一体のリング状に形成される。

上記のような加熱圧接手段を採用するのは、いわゆる溶接ビードを生じさせないためであり、溶接ビードが存在しないことにより、この後、必要な熱処理を受けるとともに、ころ軸受の精度等級に応じて研削加工を受けることにより、内輪および外輪に存在する接合箇所は、目視上も、ベアリンとしての作動上においても容易に発見することができない状態となる。つまり、これにより本発明の目的が達成される。

（解決手段２）
本発明の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法は、内輪の外周面である内輪軌道面または外輪の内周面である外輪軌道面に、内輪と外輪との間に介装される転動体を案内する軌道溝を形成するための軌道型を形成した型付きローラと、この型付きローラに被加工素材を押し付ける加圧ローラとを対とする複数対の軌道形成ローラ群を設置するとともに、軌道形成ローラ群と直交する向きに複数対の外形形成ローラ群を設置し、軌道形成ローラ群と外形形成ローラ群との間に仕上がり状態における内輪の断面積または外輪の断面積を下回らない断面積を有するレール状の被加工素材を通過させることによって、ほぼ仕上がり状態における内輪の断面形状または外輪の断面形状を備えるレール状の一次加工素材とし、この一次加工素材を軸方向に切断溝を形成した溝付き中心ローラと、溝付き中心ローラを取り囲むように配置される複数の加圧ローラとの組合せからなる共用ベントローラ群の溝付き中心ローラに素材の幅によって定まる所定の巻き付けピッチで連続的に巻き付けてつる巻状に曲げ加工した上、つる巻状の一次加工素材を溝付き中心ローラの切断溝に沿って切断することによって両切断面が一次加工素材の巻き付けピッチ相当位置ずれして対面する状態のリング状の二次加工素材とし、拘束手段によって二次加工素材の両切断面を正しく対面させた上、加熱圧接手段によって対面する二次加工素材の両切断面を加熱し、素材によって定まる融着可能温度に達した時点で切断面相互を突き合わせる向きに圧力を加え、切断面相互間に異種金属を介在させることなく圧接することを特徴とする。

上記解決手段２は、本発明の製造方法の別の基本的な構成を示している。本発明の製造方法は、解決手段１と同様に、使用される設備部材と、使用される加工手段と、時系列的な加工手順とによって特定される。本構成が、上記解決手段１に示した構成と異なる点は、被加工素材を一次加工素材とした以降の工程であるので、それ以降について説明する。

解決手段１の発明では、レール状の一次加工素材は、所定の単位寸法に切断されてから個々に曲げ加工されるのであるが、本発明では、レール状の長尺のままで特異な曲げ加工を受ける。具体的には、一次加工素材は、内輪と外輪に共通の共用ベントローラ群の溝付き中心ローラにつる巻状に巻き付けて曲げ加工され、巻き付けられた一次加工素材は、溝付き中心ローラの切断溝に沿ってカットソーを走らせる等の方法で切断され、これによって多数個のリング状の二次加工素材が一挙に得られる。ただし、得られるリング状の二次加工素材の切断面は、一次加工素材の巻き付けピッチ相当位置ずれして対面する状態である。また、対面する両切断面は、相補的に対応する僅かな傾斜角の斜面となる。

次いで、個々の二次加工素材は、拘束手段によって二次加工素材の両切断面を正しく対面させた上、加熱圧接手段によって対面する二次加工素材の両切断面を加熱し、素材によって定まる融着可能温度に達した時点で切断面相互を突き合わせる向きに圧力を加え、切断面相互間に異種金属を介在させることなく圧接される。この際、二次加工素材の対面する両切断面が、僅かな斜面であることは、修正してもよいが相補的な斜面であることから、そのまま使用することができる。

（解決手段３）
本発明の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法は、上記解決手段１または解決手段２に記載の発明を基本発明として、基本発明を構成する加熱圧接手段が、二次加工素材の両切断面を相互に直接擦り合わせて摩擦熱を発生させ、両切断面が素材によって定まる融着可能温度に達した時点で切断面相互を突き合わせる向きに圧力を加える方法であることを特徴とする。

上記解決手段３は、基本発明に含まれる加熱圧接手段の具体的一例を示している。これは、いわゆる摩擦圧接と言われる公知の技術であるが、接合箇所に溶接ビードや異種金属を残存させないため本発明の製造方法に応用した場合に格別の適合性を発揮することができることにより、選択されたものである。

（解決手段４）
本発明の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法は、上記解決手段１または解決手段２に記載の発明を基本発明として、基本発明を構成する加熱圧接手段が、二次加工素材の両切断面間に摩擦部材を挟み込み、この摩擦部材を往復駆動または回転駆動することによって摩擦熱を発生させ、両切断面が素材によって定まる融着可能温度に達した時点で摩擦部材を引抜くと同時に切断面相互を突き合わせる向きに圧力を加える方法であることを特徴とする。

上記解決手段４は、基本発明に含まれる加熱圧接手段の別の例を示している。上記解決手段３の発明では、二次加工素材の切断面を相互に擦り合わせる方法であるため、少なくとも二次加工素材の一方の切断部を高速で往復駆動する必要がある。このため、二次加工素材が大型の転がり軸受用の大サイズのものである場合には、この工程で大きなエネルギーが消耗されることとなる。また、切断面が斜面である場合には、斜面に沿って切断面を往復駆動することが事実上困難であるため解決手段３の方法を適用することができないという問題がある。そこで、この問題に対応するため二次加工素材の両切断面間に摩擦部材を挟み込み、この摩擦部材を往復駆動または回転駆動することによって摩擦熱を発生させる方法を採用したのである。この方法では、切断面が斜面であっても摩擦部材を傾けることで簡単に適用することができる。摩擦部材の駆動は、往復駆動の他、駆動損失の少ない回転駆動であってもよいので有利である。この場合の摩擦部材は、ディスクブレーキのロータに、また、二次加工素材の両切断面は、ロータを左右から挟むブレーキパッドに例えることができる。

（解決手段５）
本発明の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法は、上記解決手段１または解決手段２に記載の発明を基本発明として、基本発明を構成する加熱圧接手段が、不活性ガスを加熱箇所に吹き付けることによって加熱箇所の空気を除斥しながら二次加工素材の両切断面をガス加熱し、両切断面が素材によって定まる融着可能温度に達した時点で切断面相互を突き合わせる向きに圧力を加える方法であることを特徴とする。

上記解決手段５は、基本発明に含まれる加熱圧接手段としてガス加熱を採用する場合の条件を示している。一般的なガス溶接接合においては、接合箇所に金属酸化物が混入してしまうおそれがある。機械装置類の中枢部を支持し、長期の耐用年数を要求されるベアリングにおいては、金属組織中に異物が混入する危険を予め排除する必要がある。そこで、加熱箇所に不活性ガスを吹き付けて金属酸化物の生成を抑制しながらガス加熱する方法が、本発明に格別の適合性を示すことにより選択されたのである。

（解決手段６）
本発明の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法は、上記解決手段１または解決手段２に記載の発明を基本発明として、基本発明を構成する加熱圧接手段が、レーザ光照射によって二次加工素材の両切断面を加熱し、両切断面が素材によって定まる融着可能温度に達した時点で切断面相互を突き合わせる向きに圧力を加える方法であることを特徴とする。

上記解決手段６は、基本発明に含まれる加熱圧接手段としてレーザ光加熱が使用できることを示している。今日ではレーザ装置の出力特性が改善され、かなりの厚物に応用できるようになったことに着目して採用されたものである。レーザ光加熱の特徴は、狙った箇所のみを正確に加熱し、周辺部を熱変性させないというと特性が本発明に好適であるからである。

なお、上記解決手段３ないし解決手段６に示す加熱圧接手段は、支障ない限り二手段以上を併用することができるものとする。例えば、レーザ光加熱しながら摩擦圧接するような方法も加工効率を上げる上で有意に効果的である。

本願には、二つの基本発明を含んでいる。一の基本発明は、レール状の被加工素材を軌道形成ローラ群と外形形成ローラ群を通過させることによって転がり軸受の内輪または外輪として必要な断面形状を有する長尺な一次加工素材とし、これを内輪または外輪のサイズに応じた所定長さに切断し、切断したものを内輪用ベントローラ群または外輪用ベントローラ群を通過させることによって両切断面が対面する状態のリング状の二次加工素材とし、次いで、対面する両切断面を加熱圧接手段によって、両切断面間に異種金属を介在させることなく接合する構成を有する。

上記構成における軌道形成ローラ群と外形形成ローラ群は、内輪または外輪多数個分の被加工素材に一気に内輪または外輪として必要な断面形状を低コストで形成することができるので、本発明が目指す低コストが達成されるともに、この際に被加工素材は、多数個のローラによって塑性加工を受けるので、被加工素材表面の金属組織が練り合わされて緻密化、均質化され、内輪または外輪としての耐久性が向上するという注目に値する効果を伴う。また、加熱圧接手段は、二次加工素材の両切断面に異種金属を介在させたり溶接ビードを生じさせることなく接合可能であり、これにより、接合された二次加工素材は、この後、必要な熱処理を受けるとともに、ころ軸受の精度等級に応じた研削加工を受けることにより、内輪および外輪に存在する接合箇所は、目視上も、ベアリンとしての作動上においても容易に発見することができない状態となり、熱間鍛造による製品と同等の性能を発揮することができる。

本願に含まれる他の基本発明は、レール状の被加工素材を軌道形成ローラ群と外形形成ローラ群を通過させることによって転がり軸受の内輪または外輪として必要な断面形状を有する長尺な一次加工素材とし、これを内輪と外輪とに共通の共用ベントローラ群の溝付き中心ローラにつる巻き状に巻き付けて曲げ加工し、つる巻き状の一次加工素材を溝付き中心ローラ切断溝に沿って切断することにより、両切断面が位置ずれして対面するリング状の多数個の二次加工素材とし、次いで、拘束手段によって両切断面を正しく対面させた上、加熱圧接手段によって、両切断面間に異種金属を介在させることなく接合する構成を有する。

上記構成における内輪用ベントローラ群または外輪用ベントローラ群は、一次加工素材を溝付き中心ローラにつる巻き状に巻き付けて曲げ加工するので、内輪または外輪多数個分の曲げ加工を一挙に終了させることができるとともに、切断作業についても一気に終了させることができる。このことにより、加工効率の一層の向上と製品の低コスト化が達成されるという利点がある。なお、二次加工素材の加熱圧接に先立ち、巻き付けピッチ相当位置ずれしている両切断面を正しく対面させるための拘束作業が必要となるが、この作業は、簡単なクランプ作業で足りることから、この作業による作業効率の低下は、事実上無視できる程度である。

本発明の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法に使用するローラ装置の一部を示す側面図である。 上記ローラ装置の正面図である。 本発明の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法に使用するローラ装置の他の一部を示す側面図である。 本発明の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法に使用する加熱圧接装置の正面図である。 本発明の転がり軸受の内輪および外輪の別の製造方法に使用するローラ装置の要部を示す正面図である。 上記ローラ装置の側面図である。

以下、図面を引用しながら本発明の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法の実施の形態例を、一般的な構造のラジアルボールベアリングの外輪を製造する場合を例示して、その製造方法に使用する装置を例示しながら説明する。

本発明の実施には、多くのローラ群が用いられる（図１、図３）。搬送ローラ群Ｒ１０は、複数対の搬送ローラＲ１、Ｒ１…の組合せからなり、レール状の被加工素材Ｍを長手方向に沿って所定位置に繰り送ることを目的とし、必要に応じてガイド板等が併用される（図１）。なお、図１は、図用紙寸法の都合で被加工素材Ｍを上下方向に繰り送る向きに記載されているが、実際には、用紙を９０度時計回りに回した状態であることを了解願いたい。

被加工素材Ｍは、搬送ローラ群Ｒ１０を介して、複数対の加圧ローラＲ２、Ｒ２の組合せからなる外形形成ローラ群Ｒ２０と、加圧ローラＲ２と型付きローラＲ３とを対とする複数対の軌道形成ローラ群Ｒ３０へと繰り送られる。外形形成ローラ群Ｒ２０と軌道形成ローラ群Ｒ３０とは、互いに直交する姿勢で交互に配置されている。型付きローラＲ３には、被加工素材Ｍに軌道溝Ｍ１１を含む軌道面Ｍ１２を形成するための軌道型２２が形成されている（図２）。

被加工素材Ｍは、外形形成ローラ群Ｒ２０と軌道形成ローラ群Ｒ３０とを順次に複数回通過するように、これらのローラ群に挟み込まれる。この際、被加工素材Ｍは、外形形成ローラ群Ｒ２０によって幅方向を規制されとともに、軌道形成ローラ群Ｒ３０によって厚み方向を規制される。また、被加工素材Ｍの断面積は、仕上がり状態における外輪の断面積を下回らない断面積に設定され、したがって、被加工素材Ｍは、塑性変形しない限り外形形成ローラ群Ｒ２０と軌道形成ローラ群Ｒ３０を通過することができない。

この結果、外形形成ローラ群Ｒ２０および軌道形成ローラ群Ｒ３０を通過することによって被加工素材Ｍに所定の外輪として所定の断面形状が付与され、一次加工素材Ｍ１となる。また、被加工素材Ｍの少なくとも表面側の金属組織は、この際に練り合わされるように流動し、その緻密化と均質化とが実現される。なお、本実施の形態例は、外輪を対象としているが、一般的な構造のラジアルボールベアリングにおいては、この段階までは特に内輪、外輪を区別する必要はない場合が多い。つまり、この工程で得られた一次加工素材Ｍ１は、ボールの軌道溝Ｍ１１を内向きにして曲げ加工すれば（図３）、外輪用となり、軌道溝Ｍ１１を外向きにして曲げれば、内輪用とすることができる。

所定の断面形状に加工された一次加工素材Ｍ１は、図示しない切断装置によって所定寸法の多数本に切断される。

切断された一次加工素材Ｍ１は、図示しないローダ装置にセットされ、ローダ装置から外輪用ベントローラ群Ｒ４０供給される（図３）。外輪用ベントローラ群Ｒ４０は、外周面に軌道型２２を形成した型付き中心ローラＲ４と、型付き中心ローラＲ４を取り囲むように配置される多数個の加圧ローラＲ２との組合せによって構成される。

一次加工素材Ｍ１は、軌道面Ｍ１２を型付き中心ローラＲ４の軌道型２２に符合させるように型付き中心ローラＲ４に強制的に巻き付けられて曲げ加工される（図３）。この際、軌道型２２に一次加工素材Ｍ１の軌道面Ｍ１２が符合していることにより、一次加工素材Ｍ１の巻き付け姿勢が安定に維持されるとともに、曲げ加工による一次加工素材Ｍ１の断面形状の変化が防止される。外輪用ベントローラ群Ｒ４０を通過することによって、一次加工素材Ｍ１は、両側の切断面Ｍ１３、Ｍ１３が対面する状態のリング状の二次加工素材Ｍ２となる。なお、図３は、外輪用ベントローラ群Ｒ４０を示しているが、図示しない内輪用ベントローラ群の場合は、軌道型２２は中心ローラではなく、加圧ローラＲ２のいずれか１個ないし２個以上に設けられる。

二次加工素材Ｍ２は、加熱圧接装置６０にセットされ、対面する両切断面Ｍ１３、Ｍ１３が接合一体化される（図４）。加熱圧接装置６０は、重量を伴う強固なフレーム６１内に、それぞれダンパ６２、６２および吸音材６３、６３を介して取り付けされた一対の加振機６Ｄ、６Ｄと、水平方向に対向配置された一対の加圧シリンダ６５、６５と、加振機６Ｄ、６Ｄの前方に配置される図示しないレーザ装置を主要部材としてなる。

一対の加振機６Ｄ、６Ｄは、それぞれ下向きのロッド６４、６４の先端部にクランパ６７、６７を備え、ロッド６４、６４の中間部は、滑り軸受６６，６６を介して加圧シリンダ６５、６５によって支持されている。二次加工素材Ｍ２は、両切断面Ｍ１３、Ｍ１３近傍を異なるクランパ６７、６７によって把持するようにセットされる。クランパ６７、６７は、断熱部材製であり、クランパ６７、６７の内側面には、温度センサが貼着されている。

加振機６Ｄ、６Ｄは、ダンパ６２，６２を支点としてボディ全体が上下方向に振動する形式であり、小型で大きな振動エネルギーを出力することができる。なお、一対の加振機６Ｄ、６Ｄの振動位相は、逆向きである。この際、加圧シリンダ６５、６５は、クランプされた二次加工素材Ｍ２の両切断面Ｍ１３、Ｍ１３を相互に密着させる向きに加振機６Ｄ、６Ｄのロッド６４、６４に側圧を加えることができる。また、図示しないレーザ装置は、加振機６Ｄ、６Ｄの正面側から意図的に合焦を避けた比較的大きなレーザスポットＬＳ、ＬＳを両切断面Ｍ１３、Ｍ１３に照射する。

加熱圧接装置６０を構成するこれらの部材は、温度センサが所定の温度を検出した時点で、加振機６Ｄ、６Ｄが原点位置に復帰して停止するとともに、加圧シリンダ６５、６５は側圧を増加させ、その後、レーザ装置が停止するようにフィーバック制御される。これにより、二次加工素材Ｍ２の両切断面Ｍ１３、Ｍ１３の加熱圧接工程が完了する。

次に、本発明の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法の他の実施の形態例を、上記実施の形態と異なる点を中心に説明する。

一次加工素材Ｍ１は、切断することなく、長尺のままで曲げ加工することができる（図５）。この工程で使用される共用ベントローラ群Ｒ５０は、内輪用、外輪用の区別をすることを要しない。この共用ベントローラ群Ｒ５０は、軸方向に沿って切断溝２３を形成した溝付き中心ローラＲ５と、溝付き中心ローラＲ５を取り巻くように配置される多数個の加圧ローラＲ２、Ｒ２とからなり、一次加工素材Ｍ１は、中心ローラＲ５につるまき状に巻き付けて曲げ加工される。巻き付けられた一次加工素材Ｍ１は中心ローラＲ５の切断溝２３に沿って、金属用のチップソー７１を備える切断装置７０等を用いて切断されることによって多数個のリング状の二次加工素材Ｍ２が得られる（図６）。

この方法で得られる二次加工素材Ｍ２の両切断面Ｍ１３、Ｍ１３は、一次加工素材Ｍ１の幅相当位置ずれしているが、例えば、加振機６Ｄ、６Ｄの原点復帰力を高めたものに相当する拘束装置によって、両切断面Ｍ１３、Ｍ１３を強制的に正しく対面させて使用することができる（図４参照）。ただし、内輪または外輪の寸法関係によっては、不向きなこともある方法であることは発明者らが自認しているが、これを無視できる寸法関係である場合には、多数個の二次加工素材Ｍ２を一挙に製造することができるため、コスト削減に大きな威力を発揮することができる方法でもある。

Ｍ 被加工素材
Ｍ１ 一次加工素材
Ｍ２ 二次加工素材
Ｍ１１ 軌道溝
Ｍ１２ 軌道面
２２ 軌道型
Ｒ２０ 外形形成ローラ群
Ｒ３０ 軌道形成ローラ群
Ｒ４０ 外輪用ベントローラ群
Ｒ５０ 共用ベントローラ群
Ｒ２ 加圧ローラ
Ｒ３ 型付きローラ
Ｒ４ 型付き中心ローラ
Ｒ５ 溝付き中心ローラ

Claims (6)

1. 内輪の外周面である内輪軌道面または外輪の内周面である外輪軌道面に、内輪と外輪との間に介装される転動体を案内する軌道溝を形成するための軌道型を形成した型付きローラと、該型付きローラに被加工素材を押し付ける加圧ローラとを対とする複数対の軌道形成ローラ群を設置するとともに、該軌道形成ローラ群と直交する向きに複数対の外形形成ローラ群を設置し、
   前記軌道形成ローラ群と外形形成ローラ群との間に仕上がり状態における内輪の断面積または外輪の断面積を下回らない断面積を有するレール状の被加工素材を通過させることによって、ほぼ仕上がり状態における内輪の断面形状または外輪の断面形状を備えるレール状の一次加工素材とした上、該一次加工素材を所定長さに切断し、
   前記所定長さに切断された一次加工素材を中心ローラと、それぞれ軌道型を備え、前記中心ローラを取り囲むように配置される複数の型付き加圧ローラとの組合せからなる内輪用ベントローラ群、または、軌道型を形成した型付き中心ローラと、該型付き中心ローラを取り囲むように配置される複数の加圧ローラとの組合せからなる外輪用ベントローラ群を通過させることによって両切断面が対面する状態のリング状の二次加工素材とし、
   加熱圧接手段によって対面する前記二次加工素材の両切断面を加熱し、素材によって定まる融着可能温度に達した時点で切断面相互を突き合わせる向きに圧力を加え、切断面相互間に異種金属を介在させることなく圧接することを特徴とする転がり軸受の内輪および外輪の製造方法。
2. 内輪の外周面である内輪軌道面または外輪の内周面である外輪軌道面に、内輪と外輪との間に介装される転動体を案内する軌道溝を形成するための軌道型を形成した型付きローラと、該型付きローラに被加工素材を押し付ける加圧ローラとを対とする複数対の軌道形成ローラ群を設置するとともに、該軌道形成ローラ群と直交する向きに複数対の外形形成ローラ群を設置し、
   前記軌道形成ローラ群と外形形成ローラ群との間に仕上がり状態における内輪の断面積または外輪の断面積を下回らない断面積を有するレール状の被加工素材を通過させることによって、ほぼ仕上がり状態における内輪の断面形状または外輪の断面形状を備えるレール状の一次加工素材とし、
   前記一次加工素材を軸方向に切断溝を形成した溝付き中心ローラと、該溝付き中心ローラを取り囲むように配置される複数の加圧ローラとの組合せからなる共用ベントローラ群の前記溝付き中心ローラに素材の幅によって定まる所定の巻き付けピッチで連続的に巻き付けてつる巻状に曲げ加工した上、つる巻状の一次加工素材を前記溝付き中心ローラの切断溝に沿って切断することによって両切断面が前記一次加工素材の巻き付けピッチ相当位置ずれして対面する状態のリング状の二次加工素材とし、
   拘束手段によって前記二次加工素材の両切断面を正しく対面させた上、加熱圧接手段によって対面する前記二次加工素材の両切断面を加熱し、素材によって定まる融着可能温度に達した時点で切断面相互を突き合わせる向きに圧力を加え、切断面相互間に異種金属を介在させることなく圧接することを特徴とする転がり軸受の内輪および外輪の製造方法。
3. 前記加熱圧接手段が、前記二次加工素材の両切断面を相互に直接擦り合わせて摩擦熱を発生させ、両切断面が素材によって定まる融着可能温度に達した時点で切断面相互を突き合わせる向きに圧力を加える方法であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法。
4. 前記加熱圧接手段が、前記二次加工素材の両切断面間に摩擦部材を挟み込み、該摩擦部材を往復駆動または回転駆動することによって摩擦熱を発生させ、両切断面が素材によって定まる融着可能温度に達した時点で摩擦部材を引抜くと同時に切断面相互を突き合わせる向きに圧力を加える方法であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法。
5. 前記加熱圧接手段が、不活性ガスを加熱箇所に吹き付けることによって加熱箇所の空気を除斥しながら前記二次加工素材の両切断面をガス加熱し、両切断面が素材によって定まる融着可能温度に達した時点で切断面相互を突き合わせる向きに圧力を加える方法であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法。
6. 前記加熱圧接手段が、レーザ光照射によって前記二次加工素材の両切断面を加熱し、両切断面が素材によって定まる融着可能温度に達した時点で切断面相互を突き合わせる向きに圧力を加える方法であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の転がり軸受の内輪および外輪の製造方法。

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