JP2019042864A

JP2019042864A - リング状部材の研削装置および研削方法、並びに、ラジアル軸受の製造方法

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Publication number: JP2019042864A
Application number: JP2017168178A
Authority: JP
Inventors: 英司毛利; Eiji Mori; 剛士大坂; Takeshi Osaka
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2019-03-22
Anticipated expiration: 2037-09-01
Also published as: JP7035383B2

Abstract

【課題】リング状部材の外周面にビビリが発生するのを有効に防止することができる研削装置を提供する。【解決手段】研削装置は、リング状部材６の回転駆動軸と、該リング状部材６の外周面を研削するための砥石５と、該リング状部材６の外周面のうち、該砥石５により研削される部分から円周方向に外れた部分を支持する１対のシュー７ｃ、７ｄとを備え、該リング状部材６の外周面を砥石５により研削する際に、リング状部材６に対し、該リング状部材６の外周面を、該１対のシュー７ｃ、７ｄのうち、該砥石５に近い側の第１のシュー７ｃに向けて押し付ける方向のモーメントＭを作用させる、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ラジアル転がり軸受を構成する内輪など、金属製のリング状部材の外周面に研削加工を施すための研削装置に関する。

ラジアル転がり軸受を構成する内輪の内輪軌道や外輪の外周面、滑り軸受の外周面、円筒状の嵌合面など、金属製のリング状部材の外周面には、面精度や表面粗さを向上させるために、研削加工が施される。図５および図６は、特開２００４−１９５６５１号公報に記載されている、研削装置１の構造を示している。研削装置１は、リング状部材６の外周面に、リング状部材６の内周面を支持したり、外周面をチャックにより把持したりすることなく、研削加工を施すことができるいわゆる芯なし研削盤である。このような研削装置１は、先端部にバッキングプレート２を有する回転駆動軸３と、該回転駆動軸３と平行な回転軸４を有する砥石５と、被加工物（ワーク）である金属製のリング状部材６の径方向に関する位置決めを図るための１対のシュー７ａ、７ｂとを備える。

リング状部材６の外周面に研削加工を施す際には、リング状部材６をバッキングプレート２の先端面に支持するとともに、リング状部材６の外周面に１対のシュー７ａ、７ｂの先端部を接触させることにより、リング状部材６の径方向に関する位置決めを図る。この状態で、回転駆動軸３を回転駆動することにより、リング状部材６を回転駆動させながら、回転軸４を中心に回転する砥石５の外周面である研削面８を、リング状部材６の外周面に押し付けることにより、リング状部材６の外周面を研削する。

特開２００４−１９５６５１号公報

芯なし研削では、砥石５をリング状部材６の外周面に押し付けることにより、リング状部材６が、図７（Ａ）に示す状態から、図７（Ｂ）に誇張して示すように楕円形に弾性変形する。このような弾性変形は、リング状部材６の径方向に関する剛性が小さいほど顕著になる。リング状部材６が弾性変形すると、１対のシュー７ａ、７ｂのうち、砥石５の押し付け方向に関して該砥石５に近い側の第１のシュー７ａの先端面と、リング状部材６の外周面との接触圧が小さくなり、著しい場合には第１のシュー７ａの先端面とリング状部材６の外周面とが離れてしまう。研削加工中に、第１のシュー７ａの先端面と、リング状部材６の外周面との接触圧が小さくなると、リング状部材６の姿勢が不安定になって、リング状部材６の外周面にビビリが発生する可能性がある。

本発明は、上述のような事情に鑑みて、リング状部材の外周面にビビリが発生するのを有効に防止することができる手段を提供することを目的としている。

本発明のリング状部材の研削装置は、金属製のリング状部材の外周面に研削加工を施すためのものであって、回転駆動軸と、砥石と、１対のシューとを備える。
前記回転駆動軸は、前記リング状部材を回転駆動するためのものである。
前記砥石は、前記リング状部材の外周面を研削するために、該リング状部材の外周面に押し付けられる。
前記１対のシューは、前記リング状部材の外周面のうち、前記砥石により研削される部分から円周方向に外れた部分をそれぞれ支持する。
前記リング状部材の外周面を前記砥石により研削する際に、前記リング状部材に対し、該リング状部材の外周面を、前記１対のシューのうちで前記砥石に近い側の第１のシューに向けて押し付ける方向のモーメントを作用させる。

前記１対のシューのうちで前記砥石から遠い側の第２のシューの径方向内側面うち、前記第１のシューから遠い側の端部から前記リング状部材に加わる力を、前記第１のシューに近い側の端部から前記リング状部材に加わる力よりも大きくすることができる。

前記第２のシューを、前記回転駆動軸と平行に配置された揺動軸を中心とする揺動が可能なものとし、前記揺動軸を、前記第２のシューの円周方向中央位置よりも、円周方向に関して前記第１のシューから遠い側に位置させることができる。

前記第２のシューを、径方向内側面の円周方向両端部に、径方向内方に突出した１対のワーク支持部を有するものとすることができる。

本発明のリング状部材の研削装置を使用する、本発明のリング状部材の研削方法は、前記１対のシューにより前記リング状部材の径方向に関する位置決めを図った状態で、前記回転駆動軸を回転駆動することで、前記リング状部材を回転駆動させながら、該リング状部材の外周面に前記砥石を押し付けることにより、前記リング状部材の外周面を研削する。

本発明のラジアル軸受の製造方法は、ラジアル軸受を構成する何れかの部材の外周面を、上述のような本発明のリング状部材の研削方法により研削する。具体的には、前記ラジアル軸受を、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動自在に配置された複数個の転動体とを備えるラジアル転がり軸受とし、前記何れかの部材を前記内輪または前記外輪とする。なお、本発明の対象となり得るラジアル転がり軸受には、深溝型やアンギュラ型などの玉軸受に限らず、円筒ころ軸受や円すいころ軸受なども含まれる。あるいは、前記ラジアル軸受を、ラジアル滑り軸受とすることもできる。このような本発明のラジアル軸受の製造方法により得られるラジアル軸受は、自動車や工作機械などの各種機械装置に組み込んで使用することができる。

本発明によれば、リング状部材の外周面にビビリが発生するのを有効に防止することができる。

図１は、本発明の実施の形態の第１例を示す側面図である。図２は、本発明の実施の形態の第２例を示す側面図である。図３は、比較例の研削装置の構造を示す側面図である。図４（Ａ）は、実施例のリング状部材の外周面の断面形状を、最小二乗平均円に対する誤差の大きさで表した図であり、図４（Ｂ）は、比較例のリング状部材の外周面の断面形状を、最小二乗平均円に対する誤差の大きさで表した図である。図５は、リング状部材の研削装置の従来構造の１例を示す側面図である。図６は、図５の上方から見た状態を示す平面図である。図７（Ａ）は、リング状部材に砥石を押し付ける以前の状態を示す側面図であり、図７（Ｂ）は、リング状部材に砥石を押し付けた状態を誇張して示す側面図である。

［実施の形態の第１例］
図１は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の研削装置１ａは、被加工物である金属製のリング状部材６の外周面に研削加工を施すためのいわゆる芯なし研削盤で、回転駆動軸３（図５参照）と、砥石５と、１対のシュー７ｃ、７ｄとを備える。

回転駆動軸３は、電動モータなどの駆動源により回転駆動可能となっており、先端部にバッキングプレート２を有する。本例では、回転駆動軸３は、水平方向に配置されている。リング状部材６は、軸方向側面をバッキングプレート２の先端面に磁気吸着することにより、回転駆動軸３と同軸に支持される。

砥石５は、外周面に円筒状の研削面８を有し、かつ、中心部に回転駆動軸３と平行な回転軸４（図５および図６参照）を有する。すなわち、砥石５は、回転軸４を中心として回転駆動可能となっている。また、回転軸４は、回転駆動軸３に対する径方向の遠近動が可能となっている。すなわち、研削面８が、回転駆動軸３に支持されたリング状部材６の外周面に対して押し付け可能となっている。本例では、研削面８は、リング状部材６の外周面のうち、水平方向片端部（図１の右端部）に押し付け可能となっている。

１対のシュー７ｃ、７ｄは、それぞれの先端部を、リング状部材６の外周面に対し、円周方向の摺動を可能に接触させることにより、リング状部材６の径方向に関する位置決めを図るためのものである。

１対のシュー７ｃ、７ｄのうち、リング状部材６の外周面に対する砥石５（研削面８）の押し付け方向に関して砥石５に近い側（図１の右側）の第１のシュー（フロントシュー）７ｃは、リング状部材６の水平方向片側部の鉛直方向下側部の径方向外方に設置されている。

また、第１のシュー７ｃは、径方向内側面のうち、円周方向に関して、リング状部材６の外周面と研削面８との接触部（摺接部）に近い側の端部に、径方向内方に突出したワーク支持部９ａを有し、径方向内側面のうち、円周方向に関して、リング状部材６の外周面と研削面８との接触部から遠い側の端部に、径方向内方に突出したワーク支持部９ｂを有する。

１対のシュー７ｃ、７ｄのうち、リング状部材６の外周面に対する砥石５の押し付け方向に関して砥石５から遠い側（図１の左側）の第２のシュー（リアシュー）７ｄは、リング状部材６の水平方向他側部（図１の左側部）の鉛直方向下側部の径方向外方に設置されている。

また、第２のシュー７ｄは、径方向内側面のうち、円周方向に関して第１のシュー７ｃに近い側の端部に、径方向内方に突出したワーク支持部９ｃを有し、径方向内側面のうち、円周方向に関して第１のシュー７ｃから遠い側の端部に、径方向内方に突出したワーク支持部９ｄを有する。

ワーク支持部９ａ〜９ｄは、それぞれの先端部を、リング状部材６の下半部外周面に接触（摺接）させることにより、リング状部材６の径方向に関する位置決めを図っている。このために、ワーク支持部９ａ〜９ｄのそれぞれの先端部に接触する円筒面の中心軸を、回転駆動軸３の中心軸に対して水平方向にわずかに偏心させている。これにより、リング状部材６の外周面の研削加工中に、ワーク支持部９ａ〜９ｄのそれぞれの先端部と、リング状部材６の外周面との接触部の面圧を、常に発生させることができる。

また、１対のシュー７ｃ、７ｄはそれぞれ、回転駆動軸３と平行な揺動軸１０ａ、１０ｂを有し、揺動軸１０ａ、１０ｂを中心とした揺動が可能となっている。このような構成により、ワーク支持部９ａ〜９ｄを、研削加工の進行に伴うリング状部材６の外周面の縮径に追従させて、リング状部材６の外周面が縮径した場合でも、リング状部材の６の径方向に関する位置決めを図ることができる。

本例では、第１のシュー７ｃは、円周方向中央位置に揺動軸１０ａを有している。ただし、第１のシュー７ｃは、揺動軸１０ａを有しない構成、すなわち、揺動不能な構成とすることもできる。

一方、第２のシュー７ｄは、円周方向中央位置よりも、円周方向に関して第１のシュー７ｃから遠い側に外れた位置に揺動軸１０ｂを有している。すなわち、リング状部材６の中心軸Ｏ₆と揺動軸１０ｂの中心軸Ｏ_10bとに直交する基準線Ｌ₀と、リング状部材６の中心軸Ｏ₆に直交し、かつ、リング状部材６の外周面とワーク支持部９ｃの先端部との接触部を通る仮想直線Ｌ₁とのなす角度θ₁が、基準線Ｌ₀と、リング状部材６の中心軸Ｏ₆に直交し、かつ、リング状部材６の外周面とワーク支持部９ｄの先端部との接触部を通る仮想直線Ｌ₂とのなす角度θ₂よりも大きくなっている（θ₁＞θ₂）。

また、第１のシュー７ｃと第２のシュー７ｄとの円周方向に関する位置関係は、次のように規制されている。すなわち、リング状部材６の中心軸Ｏ₆と揺動軸１０ａの中心軸Ｏ_１０あとに直交する仮想直線Ｌ_Aと、基準線Ｌ₀とのなす角度φが、１８０度よりも小さくなるようにしている（φ＜１８０）。

このような本例の研削装置１ａを用いて、リング状部材６の外周面に研削加工を施す際には、まず、リング状部材６をバッキングプレート２の先端面に磁気吸着することにより、リング状部材６を回転駆動軸３と同軸に、かつ、該回転駆動軸３と同期した回転を可能に支持する。また、リング状部材６の下半部外周面に、ワーク支持部９ａ〜９ｄのそれぞれの先端部を接触させることにより、リング状部材６の径方向に関する位置決めを図る。この状態で、回転駆動軸３を回転駆動することで、リング状部材６を回転駆動させながら、該リング状部材６の水平方向片端部に、回転軸４を中心に、かつ、リング状部材６の回転方向と反対方向に回転する砥石５の研削面８を押し付けることにより、リング状部材６の外周面に研削加工を施す。

上述のような本例によれば、金属製のリング状部材６の外周面にビビリが発生することを有効に防止することができる。この理由について、次に説明する。

リング状部材６の外周面に研削加工を施す際に、リング状部材６の外周面の水平方向片端部に砥石５の研削面８を押し付けると、リング状部材６の水平方向他側部の下半部外周面が、第２のシュー７ｄのワーク支持部９ｃ、９ｄのそれぞれの先端部に押し付けられる。本例では、第２のシュー７ｄの揺動軸１０ｂを、第２のシュー７ｄの円周方向中央位置よりも、円周方向に関して第１のシュー７ｃに対し遠い側に外れた位置に配置している。したがって、リング状部材６の水平方向他側部の下半部外周面が、ワーク支持部９ｃ、９ｄのそれぞれの先端部に押し付けられることに伴って、ワーク支持部９ｄからリング状部材６に加わる反力Ｆｒ₂が、ワーク支持部９ｃからリング状部材６に加わる反力Ｆｒ₁よりも大きくなる（Ｆｒ₂＞Ｆｒ₁）。このため、リング状部材６には、該リング状部材６の水平方向片側部の下半部外周面を、第１のシュー７ｃのワーク支持部９ａ、９ｂのそれぞれの先端部に向けて押し付ける方向のモーメントＭが加わる。したがって、リング状部材６の外周面に砥石５の研削面８を押し付けることによって、リング状部材６が楕円形に弾性変形した場合でも、第１のシュー７ｃのワーク支持部９ａ、９ｄと、リング状部材６の外周面とが離れるのを防止することができる。この結果、研削加工中のリング状部材６の姿勢を安定させることができて、リング状部材６の外周面にビビリが形成されるのを有効に防止でき、リング状部材６の真円度を向上することができる。

なお、本発明を実施する場合には、１対のシューの径方向内側面にワーク支持部を設けず、該１対のシューの径方向内側面を、リング状部材の外周面の曲率半径と同じ曲率半径を有する部分円筒状の凹曲面とすることもできる。なお、１対のシューの径方向内側面のうちの円周方向複数箇所に、径方向内方に突出した凸部を設け、該凸部の先端面を、リング状部材の外周面の曲率半径と同じ曲率半径を有する部分円筒状の凹曲面とすることもできる。この場合でも、第２のシューの揺動軸を、円周方向中央位置よりも、円周方向に関して第１のシューから遠い側に外れた位置に設置する。これにより、第２のシューの径方向内側面のうち、第１のシューから遠い側の端部からリング状部材に加わる力を、第１のシューに近い側の端部からリング状部材に加わる力よりも大きくできて、リング状部材に対し、該リング状部材の外周面を、第１のシューの径方向内側面に向けて押し付ける方向のモーメントを作用させることができる。

［実施の形態の第２例］
図２は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の研削装置１ｂでは、リアシューである第２のシュー７ｅは、円周方向中央位置に、回転駆動軸３と平行な揺動軸１０ｃを有する。また、本例では、第２のシュー７ｅに対し、該第２のシュー７ｅを、図２の時計方向（図中の矢印αの方向）に回転させる方向の弾力を付与している。これにより、ワーク支持部９ｄからリング状部材に加わる力Ｆｒ₂を、ワーク支持部９ｃからリング状部材６に加わる力Ｆｒ₁よりも大きくしている。そして、この結果、リング状部材６に、該リング状部材６の水平方向片側部の下半部外周面を、第１のシュー７ａのワーク支持部９ａ、９ｂのそれぞれの先端部に向けて押し付ける方向のモーメントＭが作用するようにしている。その他の部分の構成および作用効果は、実施の形態の第１例と同様である。

なお、本発明を実施する場合、リング状部材に、リング状部材の外周面を、フロントシューである第１のシューの先端部に向けて押し付ける方向のモーメントを作用させるための構造は、実施の形態の第１例および第２例のように、リアシューである第２のシューとして、揺動軸を中心に揺動可能なピボットシューを使用する構造に限定されるものではない。具体的には、たとえば、第２のシューを、ボールジョイントにより支持したり、コイルばねなどの弾性部材により、径方向、水平方向または鉛直方向の弾力を付与されたものとしたりすることができる。何れの構造の場合にも、リング状部材の外周面の研削加工中に、リング状部材の外周面を、フロントシューである第１のシューの先端部に向けて押し付ける方向のモーメントを作用させられるように、第２のシューの設置態様や変位可能な方向、付与する弾力の大きさなどを適切に規制する。

本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。本実験では、リング状部材６の外周面に、本発明の技術的範囲に属する研削装置により研削加工を施した場合と、本発明の技術的範囲からは外れる研削装置により研削加工を施した場合とで、研削加工後のリング状部材の外周面の断面形状の真円度を測定した。実施例では、図１に示す実施の形態の第１例の研削装置１ａを使用した。一方、比較例では、図３に示すような、本発明の技術的範囲から外れる研削装置１ｃを使用した。すなわち、研削装置１ｃでは、リアシューである第２のシュー７ｆは、円周方向中央位置よりも、円周方向に関して第１のシュー７ｃに近い側に外れた位置に揺動軸１０ｄを有している。リング状部材６および研削装置１ａ、１ｃの諸元は、以下のとおりである。

「リング状部材６」
材質：高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）
外径：１０１ｍｍ
幅：１３ｍｍ
「研削装置１ａ」
角度θ₁：約１５度
角度θ₂：約１０度
「研削装置１ｃ」
角度θ₁：約１０度
角度θ₂：約１５度

なお、実施例の研削装置１ａを構成する１対のシュー７ｃ、７ｄのそれぞれの円周方向位置と、比較例の研削装置１ｃを構成する１対のシュー７ｃ、７ｆのそれぞれの円周方向位置とは、互いに一致している。

研削加工完了後のリング状部材６の外周面の断面形状について、ハーモニック解析により３山成分を取り出して、その振幅を測定したところ、実施例では、約０．２［μｍ］であり、比較例では、約０．５μｍであった。なお、図４（Ａ）は、実施例のリング状部材６の外周面の断面形状を、最小二乗平均円に対する誤差の大きさで表した図であり、図４（Ｂ）は、比較例のリング状部材６の外周面の断面形状を、同様にして表した図である。

本発明の対象となるリング状部材としては、ラジアル転がり軸受を構成する内輪や外輪、ラジアル滑り軸受、外周面に円筒状の嵌合面を有する部材などが挙げられる。リング状部材をラジアル転がり軸受の内輪とした場合、砥石として、いわゆる総型砥石を使用することにより、内輪軌道と肩部外周面とに同時に研削加工を施すことが好ましい。ただし、内輪軌道と肩部外周面とに別々に研削加工を施すこともできる。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ研削装置
２バッキングプレート
３回転駆動軸
４回転軸
５砥石
６リング状部材
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆシュー
８研削面
９ａ〜９ｄワーク支持部
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ揺動軸

Claims

金属製のリング状部材を回転駆動するための回転駆動軸と、
前記リング状部材の外周面を研削するために、該リング状部材の外周面に対して押し付けられる砥石と、
前記リング状部材の外周面のうち、前記砥石により研削される部分から円周方向に外れた部分をそれぞれ支持する１対のシューとを備え、
前記リング状部材の外周面を前記砥石により研削する際に、前記リング状部材に対し、該リング状部材の外周面を、前記１対のシューのうちで前記砥石に近い側の第１のシューに向けて押し付ける方向のモーメントを作用させる、
リング状部材の研削装置。
前記１対のシューのうちで前記砥石から遠い側の第２のシューの径方向内側面のうち、前記第１のシューから遠い側の端部から前記リング状部材に加わる力が、前記第１のシューに近い側の端部から前記リング状部材に加わる力よりも大きくなっている、請求項１に記載のリング状部材の研削装置。
前記第２のシューが、前記回転駆動軸と平行に配置された揺動軸を中心とする揺動が可能となっており、
前記揺動軸が、前記第２のシューの円周方向中央位置よりも、円周方向に関して前記第１のシューから遠い側に位置している、
請求項２に記載のリング状部材の研削装置。
前記第２のシューが、径方向内側面の円周方向両端部に、径方向内方に突出した１対のワーク支持部を有する、請求項２または３に記載のリング状部材の研削装置。
請求項１〜４のうちの何れか１項に記載のリング状部材の研削装置を使用するリング状部材の研削方法であって、
前記１対のシューにより前記リング状部材の径方向に関する位置決めを図った状態で、前記回転駆動軸を回転駆動することで、前記リング状部材を回転駆動させながら、該リング状部材の外周面に前記砥石を押し付けることにより、前記リング状部材の外周面を研削する、リング状部材の研削方法。
ラジアル軸受を構成する何れかの部材の外周面を、請求項５に記載のリング状部材の研削方法により研削する、
ラジアル軸受の製造方法。
前記ラジアル軸受が、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動自在に配置された複数個の転動体とを備えるラジアル転がり軸受であり、
前記何れかの部材が、前記内輪または前記外輪である、
請求項６に記載のラジアル軸受の製造方法。