JP2021142606A - 軌道輪の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】砥石の成形に要する時間の短縮及び砥石の成形精度の向上が可能な軌道輪の製造方法を提供する。【解決手段】軌道輪の製造方法は、第１軌道面を有する第１軌道輪部材と、第２軌道面を有し、第１軌道輪部材と同一形状の第２軌道輪部材を準備する工程と、第１軌道面における算術平均粗さが第２軌道面における算術平均粗さよりも大きくなるように第１軌道面を粗面化する工程と、第１軌道面に対して砥石による第１超仕上げ加工を行うことにより、砥石を成形する工程と、第１超仕上げ加工の後に、第２軌道面に対して砥石による第２超仕上げ加工を行う工程とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、軌道輪の製造方法に関する。

特許文献１（実開昭５３−９７４８９号公報）には、超仕上げ加工に用いられる砥石の成形方法が記載されている。特許文献１に記載されている砥石の成形方法において、砥石は、成形工具によって成形される。成形工具は、ダイヤモンドロール等である。砥石と接触する成形工具の面（以下、「作用面」という）は、超仕上げ加工の対象となる軌道輪部材の軌道面と同一の形状を有している。砥石は、回転駆動される成形工具の作用面に押し当てられることにより、超仕上げ加工の対象となる軌道輪部材の軌道面に沿った形状に成形される。

実開昭５３−９７４８９号公報

特許文献１に記載されている砥石の成形方法に用いられる成形工具の作用面は、軌道輪部材の軌道面の理想的な形状に沿った形状を有している。しかしながら、軌道輪部材の軌道面は、常に理想的な形状を有しているとは限らない。軌道輪部材の軌道面の形状が理想的な形状に一致していない場合には、特許文献１に記載されている砥石の成形方法によって成形された砥石の形状が、超仕上げ加工の対象となる軌道輪部材の軌道面の形状からずれてしまうことがある。

このような問題を避けるため、超仕上げ加工の対象となる軌道輪部材と同一形状を有する別の軌道輪部材を用いて、砥石の成形を行うことが考えられる。しかしながら、この場合、砥石の成形に要する時間が長くなる。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、砥石の成形に要する時間の短縮及び砥石の成形精度の向上が可能な軌道輪の製造方法を提供するものである。

本発明の一態様に係る軌道輪の製造方法は、第１軌道面を有する第１軌道輪部材と、第２軌道面を有し、第１軌道輪部材と同一形状の第２軌道輪部材を準備する工程と、第１軌道面における算術平均粗さが第２軌道面における算術平均粗さよりも大きくなるように第１軌道面を粗面化する工程と、第１軌道面に対して砥石による第１超仕上げ加工を行うことにより、砥石を成形する工程と、第１超仕上げ加工の後に、第２軌道面に対して砥石による第２超仕上げ加工を行う工程とを備える。

上記の軌道輪の製造方法において、砥石は、立方晶窒化硼素により形成された砥粒を有していてもよい。

上記の軌道輪の製造方法において、第１軌道面における算術平均粗さは、１．０μｍ以上であってもよい。上記の軌道輪の製造方法において、第１軌道面におけるスキューネスは、０未満であってもよい。

上記の軌道輪の製造方法において、第１軌道面を粗面化する工程は、ショットブラスト加工により行われてもよい。

上記の軌道輪の製造方法において、第１超仕上げ加工を行う回数は、１回であってもよい。

本発明の一態様に係る軌道輪の製造方法によると、砥石の成形に要する時間の短縮及び砥石の成形精度の向上が可能となる。

内輪１０の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。 内輪１０の製造方法を示す工程図である。 内輪部材１の平面図である。 図４のＶ−Ｖにおける断面図である。 砥石成形工程Ｓ３の模式図である。 粗面化工程Ｓ２が行われる前における内輪部材１の軌道面１ｄａの形状を示す曲線である。 粗面化工程Ｓ２が行われた後における内輪部材１Ａの軌道面１ｄａの形状を示す曲線である。

（実施形態に係る軌道輪の構成）
以下に、実施形態に係る軌道輪の構成を説明する。

実施形態に係る軌道輪は、例えば、深溝玉軸受の内輪１０である。実施形態に係る軌道輪は、内輪１０に限られるものではないが、以下においては、内輪１０を実施形態に係る軌道輪の例として説明を行う。

図１は、内輪１０の平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。図１及び２に示されるように、内輪１０は、環状の形状を有している。内輪１０は、例えば、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｇ ４８０５：２００８）に規定されているＳＵＪ２、ＳＵＪ３等の高炭素クロム軸受鋼である。内輪１０は、上面１０ａと、底面１０ｂと、内周面１０ｃと、外周面１０ｄとを有している。

上面１０ａ及び底面１０ｂは、内輪１０の中心軸Ａに沿う方向における端面を構成している。以下においては、中心軸Ａに沿う方向を軸方向といい、平面視において中心軸Ａを通る円周に沿う方向を周方向といい、平面視において中心軸Ａを通り、かつ軸方向に直交する方向を径方向という。底面１０ｂは、軸方向における上面１０ａの反対面である。

内周面１０ｃは、上面１０ａ及び底面１０ｂに連なっている。内周面１０ｃは、周方向に沿って延在している。内周面１０ｃは、内側（中心軸Ａ側）を向いている。内周面１０ｃは、軸（図示せず）に嵌め合わされる面である。

外周面１０ｄは、上面１０ａ及び底面１０ｂに連なっている。外周面１０ｄは、周方向に沿って延在している。外周面１０ｄは、外側（中心軸Ａとは反対側）を向いている。つまり、外周面１０ｄは、径方向における内周面１０ｃの反対面である。外周面１０ｄは、軌道面１０ｄａを含んでいる。軌道面１０ｄａは、転動体（図示せず）と接触する外周面１０ｄの部分である。外周面１０ｄは、軌道面１０ｄａにおいて内周面１０ｃ側に窪んでいる。軌道面１０ｄａは、周方向に沿って延在している。軌道面１０ｄａは、転動体（図示せず）に接触する外周面１０ｄの部分である。軌道面１０ｄａは、中心軸Ａに沿う断面視において、部分円弧形状を有している。

（実施形態に係る軌道輪の製造方法）
以下に、内輪１０の製造方法を説明する。

図３は、内輪１０の製造方法を示す工程図である。図３に示されるように、内輪１０の製造方法は、準備工程Ｓ１と、粗面化工程Ｓ２と、砥石成形工程Ｓ３と、超仕上げ加工工程Ｓ４とを有している。

準備工程Ｓ１においては、内輪部材１が準備される。内輪部材１は、超仕上げ加工工程Ｓ４の完了後に、内輪１０となる部材である。図４は、内輪部材１の平面図である。図５は、図４のＶ−Ｖにおける断面図である。図４及び５に示されるように、内輪部材１は、環状の形状を有している。内輪部材１は、上面１ａと、底面１ｂと、内周面１ｃと、外周面１ｄとを有している。上面１ａ、底面１ｂ、内周面１ｃ及び外周面１ｄは、それぞれ上面１０ａ、底面１０ｂ、内周面１０ｃ及び外周面１０ｄに対応している面である。外周面１ｄは、軌道面１ｄａを有している。軌道面１ｄａは、超仕上げ加工工程Ｓ４を経ることにより、軌道面１０ｄａとなる面である。内輪部材１は、内輪１０と同一の材料により形成されている。

内輪部材１の準備においては、第１に、素材に対して鍛造が行われることにより、環状の内輪部材１が成形される。内輪部材１の準備においては、旋削加工が行われることにより、内輪部材１の大まかな形状が整えられる。内輪部材１の準備においては、第３に、内輪部材１に対する熱処理が行われる。この熱処理には、例えば、焼き入れ及び焼き戻しが含まれる。内輪部材１の準備においては、第４に、上面１ａ、底面１ｂ、内周面１ｃ及び外周面１ｄ（軌道面１ｄａ）に対する研削加工が行われる。以上により、図４及び５に示される構造の内輪部材１が準備される。

以下においては、粗面化工程Ｓ２及び砥石成形工程Ｓ３に供される内輪部材１を内輪部材１Ａといい、超仕上げ加工工程Ｓ４に供される内輪部材１を内輪部材１Ｂという。上記のとおり、内輪部材１Ａ及び内輪部材１Ｂは、同一の工程を適用することにより準備されているため、準備工程Ｓ１を終えた段階においては、同一の形状を有している。なお、内輪部材１Ａと内輪部材１Ｂとが厳密に同一の形状を有していなくても、その形状が製造誤差の範囲内で一致していれば、内輪部材１Ａ及び内輪部材１Ｂは、「同一の形状」を有していることになる。

粗面化工程Ｓ２においては、内輪部材１Ａの軌道面１ｄａを粗面化する（軌道面１ｄａの表面粗さを大きくする）加工が行われる。これにより、内輪部材１Ａの軌道面１ｄａにおける算術平均粗さ（Ｒａ）が、内輪部材１Ｂの軌道面１ｄａにおける算術平均粗さよりも大きくなる。軌道面１ｄａにおける算術平均粗さは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３）にしたがって測定される。

粗面化工程Ｓ２が行われた後の内輪部材１Ａの軌道面１ｄａにおける表面粗さは、好ましくは、１．０μｍ以上である。さらに好ましくは、粗面化工程Ｓ２が行われた後の内輪部材１Ａの軌道面１ｄａにおける表面粗さは、５．０μｍ以上である。なお、粗面化工程Ｓ２が行われた後の内輪部材１Ａの軌道面１ｄａにおける表面粗さは、例えば、○μｍ以下である。

粗面化工程Ｓ２が行われた後の内輪部材１Ａの軌道面１ｄａにおけるスキューネス（Ｒｓｋ）は、内輪部材１Ｂの軌道面１ｄａにおけるスキューネスよりも小さいことが好ましい。好ましくは、粗面化工程Ｓ２が行われた後の内輪部材１Ａの軌道面１ｄａにおけるスキューネスは、０未満である。軌道面１ｄａにおけるスキューネスは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３）にしたがって測定される。

粗面化工程Ｓ２は、例えば、ショットブラスト加工により行われる。ショットブラスト加工は、内輪部材１の軌道面１ｄａに対して、研磨材を圧縮空気により吹き付けることにより行われる。なお、粗面化工程Ｓ２は、ショットブラスト加工以外の方法により行われてもよい。

図６は、砥石成形工程Ｓ３の模式図である。砥石成形工程Ｓ３においては、砥石２の成形が行われる。砥石成形工程Ｓ３においては、第１に、内輪部材１Ａが中心軸周りに回転駆動される。砥石成形工程Ｓ３においては、第２に、砥石２の作用面２ａが、中心軸周りに回転駆動されている内輪部材１Ａの軌道面１ｄａに接触される。砥石成形工程Ｓ３においては、第３に、作用面２ａが中心軸周りに回転駆動されている内輪部材１Ａの軌道面１ｄａに接触している状態で、砥石２が図６中の矢印の方向に揺動される。これにより、作用面２ａが内輪部材１Ａの軌道面１ｄａの形状に沿って成形される。つまり、砥石２は、内輪部材１Ａの軌道面１ｄａに対する超仕上げ加工を行うことにより、内輪部材１Ａの軌道面１ｄａに沿った形状に成形されることになる。

砥石２は、砥粒を有している。この砥粒は、立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）により形成されていることが好ましい。但し、この砥粒は、立方晶窒化硼素以外の材料により形成されていてもよい。砥石成形工程Ｓ３を行う回数は、好ましくは１回である。すなわち、砥石成形工程Ｓ３のために消費される内輪部材１の個数は、１個であることが好ましい。

超仕上げ加工工程Ｓ４においては、砥石成形工程Ｓ３により成形された砥石２を用いて内輪部材１Ｂの軌道面１ｄａに対する超仕上げ加工が行われる。より具体的には、中心軸周りに回転駆動されている内輪部材１Ｂの軌道面１ｄａに対して砥石２の作用面２ａを接触させるとともに、砥石２を揺動させることにより、内輪部材１Ｂの軌道面１ｄａに対する超仕上げ加工が行われる。以上により、図１及び２に示される内輪１０の製造工程が完了する。

（実施形態に係る軌道輪の製造方法の効果）
以下に、内輪１０の製造方法の効果を説明する。

内輪１０の製造方法においては、超仕上げ加工工程Ｓ４に供される内輪部材１（内輪部材１Ｂ）と同一の工程を経て準備される同一形状の部材（内輪部材１Ａ）を用いて砥石２の成形が行われるため、超仕上げ加工工程Ｓ４に供される内輪部材１の形状が理想的な形状からずれたとしても、当該ずれにしたがって砥石２の形状も変化するため、砥石２の成形精度を向上させることができる。

内輪１０の製造方法においては、内輪部材１Ａの軌道面１ｄａにおける算術平均粗さが内輪部材１Ｂの軌道面１ｄａにおける算術平均粗さよりも大きいため、砥石成形工程Ｓ３を行う際に作用面２ａの加工が進みやすい。その結果、砥石成形工程Ｓ３を行う回数が、減少する（砥石成形工程Ｓ３のために消費される内輪部材１Ａの個数が、減少する）。このように、内輪１０の製造方法によると、砥石２の成形に要する時間の短縮及び砥石２の成形精度の向上が可能である。

砥石２が立方晶窒化硼素により形成された砥粒を有している場合、当該砥粒の硬度が高いため、内輪部材１Ａの軌道面１ｄａにおける算術平均粗さが内輪部材１Ｂの軌道面１ｄａにおける算術平均粗さと同程度であれば（すなわち、粗面化工程Ｓ２が行われていなければ）、砥石２を成形するために、砥石成形工程Ｓ３を多数回行う必要がある。しかしながら、内輪１０の製造方法においては、上記のとおり、内輪部材１Ａの軌道面１ｄａにおける算術平均粗さが内輪部材１Ｂの軌道面１ｄａにおける算術平均粗さよりも大きくなっている結果、砥石２の砥粒が立方晶窒化硼素のように硬度が高い材料により形成されている場合であっても、砥石２の成形に要する時間の短縮が可能である。

内輪部材１Ａの軌道面１ｄａにおける算術平均粗さが１．０μｍ以上である場合、砥石成形工程Ｓ３を行う際に作用面２ａの加工がさらに進みやすいため、砥石成形工程Ｓ３をさらに効率よく行うことができる。

軌道面１ｄａにおけるスキューネスが０未満である場合、軌道面１ｄａは、谷よりも山が多い凹凸形状になる（なお、軌道面１ｄａの中心線よりも内輪部材１の内部側に向かって窪んでいる軌道面１ｄａの部分を「谷」といい、軌道面１ｄａの中心線よりも内輪部材１の外部側へと突出している軌道面１ｄａの部分を「山」という）。そのため、この場合には、砥石成形工程Ｓ３を行う際に作用面２ａの加工がさらに進みやすいため、砥石成形工程Ｓ３をさらに効率よく行うことができる。

（実施例）
以下に、実施例を説明する。なお、砥石２には、立方晶窒化硼素により形成された砥粒を有する砥石が用いられた。

図７は、粗面化工程Ｓ２が行われる前における内輪部材１の軌道面１ｄａの形状を示す曲線である。図７に示されるように、粗面化工程Ｓ２が行われる前においては、内輪部材１（内輪部材１Ａ及び内輪部材１Ｂ）の軌道面１ｄａにおける算術平均粗さは、０．４８μｍであり、内輪部材１（内輪部材１Ａ及び内輪部材１Ｂ）の軌道面１ｄａにおけるスキューネスは、０．８９であった。

表１には、粗面化工程Ｓ２において行われたショットブラスト加工の加工条件が示されている。表１に示されるように、ショットブラスト加工の加工時間は、３分間とされた。また、研磨材として、セラミック系の研磨材が用いられた。研磨材の粒径は、８００μｍから２０００μｍの範囲内にあった。研磨材を放出するための圧縮空気の圧力は、０．２ＭＰａから０．６ＭＰａの範囲内にあった。研磨材を放出するためのノズルの直径は、３ｍｍから８ｍｍの範囲内にあった。

図８は、粗面化工程Ｓ２が行われた後における内輪部材１Ａの軌道面１ｄａの形状を示す曲線である。図８に示されるように、粗面化工程Ｓ２が行われた後においては、内輪部材１Ａの軌道面１ｄａにおける算術平均粗さは、５．３２μｍであり、内輪部材１Ａの軌道面１ｄａにおけるスキューネスは、−０．０６であった。

粗面化工程Ｓ２が行われた内輪部材１Ａを用いて砥石成形工程Ｓ３を行ったところ、１回の砥石成形工程Ｓ３により、砥石２の成形が完了した。他方で、粗面化工程Ｓ２を行っていないが、軌道面１ｄａに電気ペンで傷と付けた内輪部材１Ａを用いて砥石成形工程Ｓ３を行ったところ、砥石２の成形が完了するために、砥石成形工程Ｓ３を２０回以上繰り返す必要があった。このように、内輪１０の製造方法によると、立方晶窒化硼素のように硬度の高い砥粒を有する砥石２を用いる場合であっても、砥石２の成形に要する時間の短縮が可能であることが、実験的にも示された。

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

上記の実施形態は、転がり軸受の軌道輪の製造方法に特に有利に適用される。

１，１Ａ，１Ｂ 内輪部材、１ａ 上面、１ｂ 底面、１ｃ 内周面、１ｄ 外周面、１ｄａ 軌道面、２ 砥石、２ａ 作用面、１０ 内輪、１０ａ 上面、１０ｂ 底面、１０ｃ 内周面、１０ｄ 外周面、１０ｄａ 軌道面、Ａ 中心軸、Ｓ１ 準備工程、Ｓ２ 粗面化工程、Ｓ３ 砥石成形工程、Ｓ４ 超仕上げ加工工程。

Claims (6)

1. 第１軌道面を有する第１軌道輪部材と、第２軌道面を有し、前記第１軌道輪部材と同一形状の第２軌道輪部材を準備する工程と、
   前記第１軌道面における算術平均粗さが前記第２軌道面における算術平均粗さよりも大きくなるように前記第１軌道面を粗面化する工程と、
   前記第１軌道面に対して砥石による第１超仕上げ加工を行うことにより、前記砥石を成形する工程と、
   前記第１超仕上げ加工の後に、前記第２軌道面に対して前記砥石による第２超仕上げ加工を行う工程とを備える、軌道輪の製造方法。
2. 前記砥石は、立方晶窒化硼素により形成された砥粒を有する、請求項１に記載の軌道輪の製造方法。
3. 前記第１軌道面における算術平均粗さは、１．０μｍ以上である、請求項１又は請求項２に記載の軌道輪の製造方法。
4. 前記第１軌道面におけるスキューネスは、０未満である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
5. 前記第１軌道面を粗面化する工程は、ショットブラスト加工により行われる、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
6. 前記第１超仕上げ加工を行う回数は、１回である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。

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