JP2018176243A - 球状体の製造設備及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設備コストを増大させることなく、高精度の探傷検査を行うことのできる球状体の製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】球状体の製造設備は、長尺の線材１から球状体２を得るものであって、線材１に対して冷間引き抜き加工を施して所望の直径に加工するインライン伸線機１０と、インライン伸線機１０と同一の製造ライン上で連動するように配置され、所望の直径に加工された線材１に圧造加工を施して球状体２を得るヘッダ２０とを備えている。インライン伸線機１０の内部には、線材１の欠陥の有無を検査する探傷装置が備えられている。【選択図】図１

Description

本発明は、球状体（転がり軸受に使用される鋼球等）の製造設備及び製造方法に関する。

転がり軸受に使用される鋼球等の球状体（もしくは、ボルト素材やバルブ素材等の棒状短片品）は、通常、以下のような製造工程により製造される。
（第１工程）鋼球の材料となる鋼線材を冷間引き抜き加工により所望の直径の鋼線材に加工する。
（第２工程）所望の直径に加工された鋼線材に、圧造加工を施して鋼球を成型する。

従来、第１工程と第２工程とは異なる製造ラインで行われている。すなわち、材料メーカーにて第１工程が行われ、製品メーカー（鋼球の製造メーカー）では、材料メーカーから所定の直径に加工された線材を購入して第２加工を行うことが一般的であった。

第１工程に供される前の線材には、ところどころに表面欠陥（キズ等）が存在している。鋼球を製造する過程において、線材の段階で有害な欠陥を除去することができれば、最終製品の信頼性が向上するだけでなく、後々不良品になる製品を最終工程まで加工する無駄を省くことができる。すなわち、軸受用鋼球の材料としての線材は、最終製品での欠陥を防止するために欠陥が無い状態で使用することが望ましい。

このため、従来では、材料メーカーにおいて探傷検査を実施するなどしている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示の技術では、線材を複数の伸線ダイスに通して引き抜き加工を行うが、そのうちの２つの伸線ダイス間に検査装置を配置している。検査によって欠陥が発見された箇所の線材は事前に除去し、欠陥の無い線材のみを出荷することができる。

あるいは、第２工程で探傷検査を行う方法もある。例えば、特許文献２には、線材から鍛造品を得る冷間鍛造工程において線材検査設備を導入し、生産中に線材を連続的に検査し、検出された欠陥部は冷間鍛造後に異常品として除去する方法が開示されている。

特開２００８−２９６２３２号公報 特開平０２−０８９５３４号公報

第１工程と第２工程とが異なる製造ラインで行われる場合、第１工程では伸線工程のみが実施されるので効率重視で高速の送り速度となる。特許文献１のように第１工程において探傷検査が行われる場合、高速化に対応するため、検査装置に対する要求が高くなり（回転機構の強化、プローブ数増加、アンプの高性能化等）、設備コストが高くなるといった問題がある。

また、特許文献２のように第２工程において探傷検査が行われる場合、すなわちヘッダ（冷間圧造装置）等の前に検査装置を設ける場合、ヘッダに対して高速かつ断続的に送られる線材に対して検査を行うため、検査装置に対する要求が高くなる（回転機構の強化、プローブ数増加、アンプの高性能化等）。

鋼球を生産するための冷間鍛造機は、コイル状に巻かれた長尺の線材を一定の必要な長さに切断し、球状体を成型するための半球状の１対の金型で加圧、成型する動作を高速で且つ連続的に実施している。その際の線材の動きは、鋼球１球を成型するために必要な量の線材が冷間鍛造機へ送られる「送線」と線材切断後の加圧、成型時における「停止」を交互に繰り返す間欠動作となっている。その送り速度は平均するとそれほど高速ではないが（例えば１００〜１２０ｍｍ／秒）、鍛造機の能力や線材送り量によっては瞬間的な最高速度は平均速度の５〜６倍に達する場合がある。その送り速度でも線材表面全体を隙間なく検査可能にするには、例えば回転型プローブ方式の渦流探傷器を用いた場合、プローブの回転速度をより高速にする、プローブ数を増やす等で対応する必要があり、検査装置が大掛かりとなって設備コストが増大するといった問題がある。

また、線材が高速で送線、停止の間欠動作を繰り返すことにより発生する振動により、検査位置において回転プローブと線材との間の芯ずれが生じる可能性があり、検査装置の前後に線材矯正機などを配置して線材を保持すると共に、芯ずれが生じた場合でも検査可能にするために補正プログラムを導入する等の対策が必要となる。これらの対策も設備コストを増大させるといった問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、設備コストを増大させることなく、高精度の探傷検査を行うことのできる球状体の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、長尺の金属線材から球状体を得る球状体の製造設備であって、前記金属線材に対して冷間引き抜き加工を施して所望の直径に加工する伸線機と、前記伸線機と同一の製造ライン上で連動するように配置され、前記伸線機によって所望の直径に加工された前記金属線材に圧造加工を施して前記球状体を得る成型機とを備えており、前記伸線機の内部に、前記金属線材の欠陥の有無を検査する探傷装置が備えられていることを特徴としている。

上記の構成によれば、伸線機および成型機が同一の製造ライン上で連動するように構成され、かつ、探傷装置は伸線機の内部に組み込まれている。すなわち、伸線機は成型機と同一の製造ライン上で連動するため、伸線機における線材の送り速度は、成型機における平均送り速度に合わせて設定される。これにより、探傷装置における線材の検査位置では、低速かつ一定の線材送り速度で検査を実施でき、探傷装置の大型化・高機能化を招くことなく、高精度の検査が可能となる。

また、上記球状体の製造設備は、前記成型機の製造ライン下流側に配置され、異常品の球状体を選別除去する選別装置と、前記探傷装置によって前記金属線材の欠陥が発見された後、該欠陥を含む箇所の金属線材で製造される球状体が、前記選別装置の選別箇所に到達すると予測されるタイミングで前記選別装置に異常品の球状体を除去させる制御装置とを備えている構成とすることができる。

上記の構成によれば、探傷検査は伸線工程中に行われるが、伸線工程と成型工程とが同一の製造ラインで連続して行われるため、線材に欠陥が検出されてもその線材に対する成型工程は実施され、最終的に欠陥を含む線材から製造された球状体を異常品として選別装置により除去する。この方法により、生産開始から線材のコイルを使い切るまでの間は生産設備を停止することなく、異常品の球状体を排除しながら生産を継続することができる。

また、上記球状体の製造設備は、製造ラインの所定箇所での前記金属線材の送線量を測定する測距装置を備えており、前記制御装置は、前記測距装置で測定される前記金属線材の送線量に基づき、前記選別装置に異常品の球状体を除去させるタイミングを判定する構成とすることができる。

また、上記球状体の製造設備では、前記伸線機は複数の伸線ダイスを備えており、前記探傷装置は、前記伸線機の内部で２つの伸線ダイス間に配置され、前記測距装置は、前記複数の伸線ダイスのうち、最も下流側の伸線ダイスの下流側に配置される構成とすることができる。

上記の構成によれば、２個の伸線ダイスの間に探傷装置を配置することで、検査位置において線材の位置が安定する。すなわち、伸線中の線材には、上流側の伸線ダイスを通過する際に発生する伸線抵抗により張力がかかるため、検査位置での線材の弛み等が防止できる。また、線材に牽引力を与えるキャプスタンドラム上においては線材の巻き取り位置が若干変動するが、検査位置での線材は下流側の伸線ダイスによって保持されるため、上記巻き取り位置の変動が生じても検査位置の変動は生じない。

また、線材は伸線されるに従い軸方向に伸びるが、測距装置を最も下流側の伸線ダイスの更に下流側に配置することで、測距装置の通過後に線材が伸びることはなく、線材の伸びによる測距誤差を防止できる。

また、上記球状体の製造設備では、前記探傷装置は、渦流探傷法を用いて検査を行う構成とすることができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明は、長尺の金属線材から球状体を得る球状体の製造方法であって、前記金属線材に対して伸線機による冷間引き抜き加工を施して所望の直径に加工する伸線工程と、前記伸線機と同一の製造ライン上で連動するように配置された成型機を用い、前記伸線工程によって所望の直径に加工された前記金属線材に圧造加工を施して前記球状体を得る成型工程とを備えており、前記伸線機の内部に、前記金属線材の欠陥の有無を検査する探傷装置が備えられており、前記探傷装置が前記伸線工程を受けている前記金属線材に対して探傷検査を行う長尺の金属線材から球状体を得る球状体の製造設備であって、前記金属線材に対して冷間引き抜き加工を施して所望の直径に加工する伸線機と、前記伸線機と同一の製造ライン上で連動するように配置され、前記伸線機によって所望の直径に加工された前記金属線材に圧造加工を施して前記球状体を得る成型機とを備えており、前記伸線機の内部に、前記金属線材の欠陥の有無を検査する探傷装置が備えられていることを特徴としている。

本発明の球状体の製造設備および製造方法は、伸線機と成型機とが同一の製造ライン上で連動するため、伸線機における線材の送り速度は、成型機における平均送り速度に合わせて設定される。これにより、探傷装置における線材の検査位置では、低速かつ一定の線材送り速度で検査を実施でき、探傷装置の大型化・高機能化を招くことなく、高精度の検査が可能となるといった効果を奏する。

本発明の一実施の形態を示すものであり、鋼球製造設備の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる鋼球製造設備（球状体の製造設備：以下、本設備と称する）の概略構成を示す図である。

図１に示すように、本設備は、インライン伸線機（伸線機）１０、ヘッダ（成型機）２０および選別装置３０が同一の製造ライン上で連動するように構成されている。

インライン伸線機１０は、長尺の線材（金属線材：例えば鋼線材）１に対して冷間引き抜き加工を施して所望の直径に加工するものである。具体的には、インライン伸線機１０は２つの伸線ダイス１１，１２と、これらの伸線ダイス１１，１２に対して下流側（製造ラインの下流側）に配置されたキャプスタンドラム１３を備えている。インライン伸線機１０では、キャプスタンドラム１３によって線材１を引っ張りながら伸線ダイス１１，１２に線材１を順次通過させることで線材１の直径が徐々に絞られ、最終的に所望の直径が得られるようになっている。尚、ここでは、インライン伸線機１０が備える伸線ダイスを２つとしているが、本発明において伸線ダイスは少なくとも２つあればよく、３つ以上備えられていてもよい。

ヘッダ２０は、インライン伸線機１０によって所望の直径とされた線材１に対して冷間圧造加工を施して球状体２を得る冷間圧造機である。ヘッダ２０には、公知の冷間圧造機が使用されるため、ここでは詳細な説明は省略する。

選別装置３０は、ヘッダ２０における球状体排出口の下流側に配置されており、ヘッダ２０によって製造・排出される球状体２に対して、後述する探傷装置４０の検査結果に応じて異常品の選別を行う。具体的には、選別装置３０は、異常品排出ゲート３１を作動させることによって、ヘッダ２０から排出される球状体２の中から異常品の球状体２’を選り分ける。

インライン伸線機１０は、その内部に探傷装置４０が組み込まれている。具体的には、探傷装置４０はインライン伸線機１０における伸線ダイス１１，１２の間に配置されている。探傷装置４０は、線材１の欠陥（例えば表面欠陥）の有無を検査するものであり、ここでは回転プローブ型の渦流探傷検査（ＥＣＴ）装置が用いられている。

また、インライン伸線機１０の内部には測距エンコーダ（測距装置）５０も設けられている。測距エンコーダ５０は、伸線ダイス１２の下流側に配置され、線材１にローラを接触させてそのローラの回転量から線材１が動いた距離（線材１の送線量）を測定する。

尚、本設備のインライン伸線機１０においては、その一部に市販されている伸線機を用いてもよい。一般に市販されている伸線機は、伸線ダイスからキャプスタンドラムまでの間には殆ど空間が無く、市販の伸線機の内部に探傷装置４０や測距エンコーダ５０を配置することはできない。そのため、市販の伸線機の上流側に伸線ダイス１１，１２、探傷装置４０および測距エンコーダ５０を搭載するための架台を追加する。そして市販の伸線機はキャプスタンドラムによる巻き取り機能のみを利用する。追加する架台上には、上流側から順に伸線ダイス１１、探傷装置４０、伸線ダイス１２、測距エンコーダ５０を配置し、この架台を市販の伸線機に強固に連結する。

続いて、本設備における異常品の球状体２’の選別方法を説明する。本設備においては、探傷装置４０における検査位置から選別装置３０における異常品排出ゲート３１までの距離を予め計測し、その計測値（ＥＣ−ＮＧゲート間計測値）を本設備の制御ユニット（制御装置：図示せず）のメモリに記憶させておく。

尚、ＥＣ−ＮＧゲート間計測値は、探傷装置４０における検査位置から選別装置３０における異常品排出ゲート３１までの実際の距離とは限らない。これは、線材１が伸線ダイス１２を通過する際に軸方向に伸び、その結果、伸線ダイス１２の通過前後で線材１の送り速度も異なるためである。ここで、線材１が伸線ダイス１２を通過する前の送り速度をＶ１、通過した後の送り速度をＶ２とし、探傷装置４０における検査位置から伸線ダイス１２までの距離をＬ１、伸線ダイス１２から選別装置３０における異常品排出ゲート３１までの距離をＬ２とした場合、ＥＣ−ＮＧゲート間計測値は以下のように定められることが望ましい。
（ＥＣ−ＮＧゲート間計測値）＝（Ｖ２／Ｖ１）Ｌ１＋Ｌ２
伸線ダイス１２の下流側には測距エンコーダ５０が備えられており、測距エンコーダ５０は、伸線ダイス１２を通過した後の線材１が動いた距離を測定する。すなわち、測距エンコーダ５０は、線材１に押し付けられるローラを有しており、該ローラは線材１の動きに伴って回転可能となっている。制御ユニットが探傷装置４０に対して探傷実施命令を出している間（すなわち、探傷装置４０が探傷検査を実施している間）は、測距エンコーダ５０は、上記ローラの回転量から線材１が動いた距離をリアルタイムで測定し、その測定値（測距値）を制御ユニットに送るようになっている。

探傷装置４０によって線材１の欠陥が検出されると、その検出時点での測距エンコーダ５０の測距値が制御ユニットにおいて記憶される。その後、測距エンコーダ５０の測距値が、欠陥検出時の測距値（例えば１２００００ｍｍ）にＥＣ−ＮＧゲート間計測値（例えば２００００ｍｍ）を加えた値（１２００００＋２００００＝１４００００ｍｍ）になったタイミングで異常品排出ゲート３１を開く命令が制御ユニットから出される。つまり、探傷装置４０の検査位置を通過した欠陥部位が異常品排出ゲート３１に到達したタイミングで異常品排出ゲート３１の開放動作が行われ、線材１の欠陥部位に対応する異常品の球状体２’が選り分けられる。

本設備においては、インライン伸線機１０およびヘッダ２０が同一の製造ライン上で連動するように構成されており、かつ、探傷装置４０はインライン伸線機１０の内部に組み込まれている。これにより、探傷装置４０における線材１の検査位置では、低速かつ一定の線材送り速度で検査を実施でき、探傷装置４０の大型化・高機能化を招くことなく、高精度の検査が可能となる。

すなわち、インライン伸線機１０はヘッダ２０と同一の製造ライン上で連動するため、インライン伸線機１０における線材１の送り速度は、ヘッダ２０における平均送り速度に合わせて設定される。このため、インライン伸線機１０での送り速度は、伸線工程をヘッダにおける圧造工程とは別の製造ラインで行う従来技術に比べ、大幅に低速化することが可能となる。

また、探傷装置４０はインライン伸線機１０における伸線ダイス１１，１２の間に配置されている。このように、２個の伸線ダイスの間に探傷装置４０を配置すると、検査位置において線材１の位置が安定する。まず、伸線中の線材１には、伸線ダイス１１を通過する際に発生する伸線抵抗により張力がかかるため、検査位置での線材１の弛み等が防止できる。また、キャプスタンドラム１３上においては線材１の巻き取り位置が若干変動するが、検査位置での線材１は伸線ダイス１２によって保持されるため、上記巻き取り位置の変動が生じても検査位置の変動は生じない。

また、インライン伸線機１０では、測距エンコーダ５０は伸線ダイス１２の更に下流側に配置することが望ましい。尚、伸線ダイスが３つ以上ある場合には、測距エンコーダ５０は最も下流側の伸線ダイスの更に下流側に配置することが望ましい。線材１は伸線されるに従い軸方向に伸びるため、測距誤差によって異常品の球状体２’の選別不良が生じることを防止するには、測距エンコーダ５０は所望の直径に加工された線材１、すなわち伸線ダイス１２を通過した後の線材１に対して測定を行うことが望ましい。

また、ヘッダ２０では、冷間圧造のための送線が間欠動作であるため、この送線による振動が発生する。但し、ヘッダ２０による振動は、キャプスタンドラム１３よりも下流側でしか影響せず、キャプスタンドラム１３の上流側には及ばない。このため、探傷装置４０の検査位置における線材１にはヘッダ２０の送線に起因する振動が及ばず、このことも探傷装置４０における位置保持性を向上させる。

また、線材１に欠陥が検出された場合、その都度設備を停止して該当部分を切断、除去していては工数が増えてしまうため、生産設備を停止することなく欠陥部を排除できることが望ましい。本設備では、探傷検査は伸線工程中に行うが、伸線工程と冷間圧造工程とが同一の製造ラインで連続して行われるため、線材１に欠陥が検出されてもその線材１に対する冷間圧造工程は実施され、最終的に欠陥を含む線材１から製造された球状体２’を異常品として排出する。この方法により、生産開始から線材１のコイルを使い切るまでの間は生産設備を停止することなく、異常品の球状体２’を排除しながら生産を継続することができる。

上記説明における本設備では、異常品の球状体２’を選別するために測距エンコーダ５０を設け、探傷装置４０で線材１に欠陥が発見された後、線材１が所定距離送線されたタイミングで異常品排出ゲート３１を開放するようにしている。

しかしながら、本発明において、異常品の球状体２’の選別方法は、上述の測距エンコーダ５０を用いる方法に限定されない。例えば、線材１が探傷装置４０における検査位置から選別装置３０における異常品排出ゲート３１に到達するまでに、ヘッダ２０が何回圧造工程を行うか（ヘッダ２０のショット数）を予め計数・設定しておく。そして、探傷装置４０で線材１に欠陥が発見された後、ヘッダ２０のショット数が所定回数（例えば２０回）に到達したタイミングで異常品排出ゲート３１を開放するようにしてもよい。

尚、ヘッダ２０のショット数で選別を行う方法では、生産する球状体２のサイズが変わった場合に、成型品１個あたりに必要な線材１の長さが変わるため、ヘッダ２０のショット数の上記設定回数も球状体２のサイズに応じて変更する必要がある。これに対し、線材１の送線距離で選別を行う方法では、球状体２のサイズに応じて設定値（すなわち、ＥＣ−ＮＧゲート間計測値）を変更する必要はなく、そのまま対応可能である。

さらに他の選別方法としては、時間による選別方法もある。例えば、線材１が探傷装置４０における検査位置から選別装置３０における異常品排出ゲート３１に到達するまでの所要時間を予め計数・設定しておく。そして、探傷装置４０で線材１に欠陥が発見された後、所定時間（例えば１００秒）経過したタイミングで異常品排出ゲート３１を開放するようにしてもよい。

また、選別装置３０では、異常品の球状体２’のみをピンポイントに選別するのではなく、球状体２’を含めて前後に余裕を持たせた分を異常範囲として選別することが好ましい。これはヘッダ２０における圧造成型部と選別装置３０における異常品排出ゲート３１との間に若干の距離があり、この距離を球状体２が移動する間に若干の誤差を発生するためである。具体的には、成型品（球状体２または２’）がヘッダ２０における圧造成型部で成型されてから異常品排出ゲート３１に到達するまでの間に、ヘッダ２０内部で跳ね返りが生じたり、壁面に付着した油分によって落下が遅れたりすることが起こるため、成型された順番に成型品が異常品排出ゲート３１へ落ちてくるとは限らない。球状体２’を含めて前後に余裕を持たせた分を異常範囲として選別することで、一部の正常な球状体２が異常品として選別される可能性はあるが、異常品の球状体２’が正常品に混じることを確実に回避できる。

また、上記説明の本設備では、伸線工程を受けた後の線材１から成型品（球状体２または２’）を得るための加工を冷間圧造加工としているが、本発明はこれに限定されるものではなく熱間圧造加工を用いてもよい。

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 線材（金属線材）
２，２’ 球状体
１０ インライン伸線機（伸線機）
１１，１２ 伸線ダイス
１３ キャプスタンドラム
２０ ヘッダ（成型機）
３０ 選別装置
３１ 異常品排出ゲート
４０ 探傷装置
５０ 測距エンコーダ（測距装置）

Claims (6)

1. 長尺の金属線材から球状体を得る球状体の製造設備であって、
   前記金属線材に対して冷間引き抜き加工を施して所望の直径に加工する伸線機と、
   前記伸線機と同一の製造ライン上で連動するように配置され、前記伸線機によって所望の直径に加工された前記金属線材に圧造加工を施して前記球状体を得る成型機とを備えており、
   前記伸線機の内部に、前記金属線材の欠陥の有無を検査する探傷装置が備えられていることを特徴とする球状体の製造設備。
2. 請求項１に記載の球状体の製造設備であって、
   前記成型機の製造ライン下流側に配置され、異常品の球状体を選別除去する選別装置と、
   前記探傷装置によって前記金属線材の欠陥が発見された後、該欠陥を含む箇所の金属線材で製造される球状体が、前記選別装置の選別箇所に到達すると予測されるタイミングで前記選別装置に異常品の球状体を除去させる制御装置とを備えていることを特徴とする球状体の製造設備。
3. 請求項２に記載の球状体の製造設備であって、
   製造ラインの所定箇所での前記金属線材の送線量を測定する測距装置を備えており、
   前記制御装置は、前記測距装置で測定される前記金属線材の送線量に基づき、前記選別装置に異常品の球状体を除去させるタイミングを判定することを特徴とする球状体の製造設備。
4. 請求項３に記載の球状体の製造設備であって、
   前記伸線機は複数の伸線ダイスを備えており、
   前記探傷装置は、前記伸線機の内部で２つの伸線ダイス間に配置され、
   前記測距装置は、前記複数の伸線ダイスのうち、最も下流側の伸線ダイスの下流側に配置されることを特徴とする球状体の製造設備。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載の球状体の製造設備であって、
   前記探傷装置は、渦流探傷法を用いて検査を行うことを特徴とする球状体の製造設備。
6. 長尺の金属線材から球状体を得る球状体の製造方法であって、
   前記金属線材に対して伸線機による冷間引き抜き加工を施して所望の直径に加工する伸線工程と、
   前記伸線機と同一の製造ライン上で連動するように配置された成型機を用い、前記伸線工程によって所望の直径に加工された前記金属線材に圧造加工を施して前記球状体を得る成型工程とを備えており、
   前記伸線機の内部に、前記金属線材の欠陥の有無を検査する探傷装置が備えられており、前記探傷装置が前記伸線工程を受けている前記金属線材に対して探傷検査を行うことを特徴とする球状体の製造方法。

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