JP3826986B2

JP3826986B2 - ころ軸受用のプレス成形保持器の製造方法及び該プレス成形保持器を組み込んだころ軸受

Info

Publication number: JP3826986B2
Application number: JP14519699A
Authority: JP
Inventors: 弘幸沢井; 敏男中村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2019-05-25
Also published as: JP2000337388A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ころ軸受に用いられる保持器の柱を、ころの食いつき現象を抑制し、耐摩耗性を向上させる形状にプレス加工により形成するころ軸受用のプレス成形保持器の製造方法及び該プレス成形保持器を組み込んだころ軸受に関し、特に柱の厚みを一定に保ち、柱の側面形状をころ径に応じた曲面形状に成形する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７(a)に示すように、円筒ころ軸受用の保持器１５は、円筒ころ５０を脱落させることなく保持するために、内側の柱５２の中心径が円筒ころ５０のピッチ円径ＰＣＤより内側に入るように段差を設け、外側の柱５１と内側の柱５２で円筒ころ５０を保持している。即ち、円筒ころ５０は、内側の柱５２と面５２ａで摺接し、外側の柱５１と面５１ａで摺接することで保持器１５のポケット内に保持されている。
【０００３】
円筒ころを保持するためには、図７に示すように、ころピッチ円径ＰＣＤの内側にころ軸心に沿った柱部を形成するので、段差を大きく取る必要がある。このため、保持器をプレス加工により一体成形することは実現されていなかった。一般に円筒ころ軸受用の保持器は、外側押さえ部と内側押さえ部とを溶接したプレス保持器や、もみぬき保持器と呼ばれるころを挿入する部分を機械加工した砲金製の保持器が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ころ柱中央部の厚みｔ₀が殆ど変わらないように、柱をころピッチ径ＰＣＤより内側になるように加工するには、図１３(a)に示すように、柱の段差である柱中央部の変形量ｘの増加に伴い、保持器の幅ｙ₀はｙ₁まで小さくなる必要がある。このためには、ころ柱中央部の曲げ加工時に、ブランク１２０の図中の折れ曲がり点１２１で、ブランク１２０が型１２２の凹部に入り込み、折れ曲がり点１２１が型１２２の角部１２３の位置まで移動させる工夫が必要となるが、図１３(a)における上下方向と左右方向の動作を連動させる適切な機構がなかった。
したがって、図１３(b)に示すように、型を押し付けただけでは角部１２３の位置でブランク１２０の変形が拘束されるので、加工前後で保持器の幅ｙ₀とｙ₂との差が殆ど生じることなく、変形量ｘ_aを大きく設定することが困難となる。また、加工後に加工部分の厚さｔ₁が非加工部分の厚さｔ₀より薄くなってしまうという虞れがある。このため、例えば外側押さえ部と内側押さえ部とを別体で作製し、これらを溶接により一体化する方法が用いられている。
【０００５】
一方、このような円筒ころ軸受に対して、ころの直径Ｄａが５ｍｍ以下で、ころの長さｌｒが３≦ｌｒ／Ｄａ≦１０となる形状のニードル軸受がある。
このニードル軸受においては、図１３(c)に示すように柱の段差、即ち中央部の変形量ｘ_bが小さく、且つ加工幅ｗ_bが図１３(a)の加工幅ｗ_aと比較して大きいので、厚さｔ₀とｔ₂との差が無視できる程度に小さくすることができる。ただし、この場合も柱側面のころ転動面との接触部はプレス打ち抜きのままであり、保持器の柱に局部摩耗が生じることになる。
【０００６】
このように、ころ軸受用の保持器はニードル軸受用の保持器と比較すると深い段差を有しており、プレスにより一体成形することが難しい形状となっている。そのためころ軸受用の保持器を安価に製造することは困難であった。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、簡単なプレス加工によってころ軸受用の保持器を、柱の厚みが均一になるように、且つ柱の側面形状をころの径に応じた曲面形状にすることにより、ころの食いつき現象を抑制し、耐摩耗性に優れたころ軸受用のプレス成形保持器の製造方法及び該プレス成形保持器を組み込んだ円筒ころ軸受を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明に係るころ軸受用のプレス成形保持器の製造方法は、ころが収容される複数のポケットを画成する柱を保持器外周に形成すると共に、前記柱の中央部を保持器の径方向にころのピッチ円径より内側に突出させて形成したころ軸受用のプレス成形保持器の製造方法において、ダイスを保持器の外側から前記柱の中央部に当接させる一方、軸方向に２分割され、且つ、前記ダイスに押し込まれた前記柱を受け入れて前記柱の軸方向側面に亙ってころの外周面の曲率に対応した凹面形状を形成する第１及び第２の型を、保持器の内側からそれぞれ前記柱に当接させて配置し、配置し、前記第１及び第２の型の少なくともいずれか一方を軸方向に所定量接近動作させると共に、前記ダイスが前記柱の軸方向高さの中心位置を維持した状態で、前記ダイスを前記保持器の内側に移動させながら前記保持器の内側に前記柱の中央部を突出させることを特徴とする。
【０００９】
このころ軸受用のプレス成形保持器の製造方法では、第１及び第２の型の少なくともいずれか一方を軸方向に所定量接近動作させると共に前記ダイスが前記柱の軸方向高さの中心位置を維持した状態で、ダイスを前記保持器の内側に移動させながら保持器内側に突出させることで、柱の軸方向側面に亙ってころの外周面の曲率に対応する凹面が転写され、柱の中央部が保持器の内側方向に突出される。この際に、ダイスは、柱が保持器内側に突出するとき、軸方向位置を変化させて刻々の保持器幅の中央を維持しているため、柱の厚みが突出部で薄くなることが防止され、柱の段差が深い場合であっても略一定の厚みを保持することができる。また、柱の側面をプレス加工によりころの外周面の曲率に対応した凹面にすることで、ころと保持器との接触による局部摩耗が軽減され、食いつき現象が抑制され、耐摩耗性が向上できるプレス成形保持器を安価に製造することが可能となる。
また、本発明に係るころ軸受は、請求項１記載のころ軸受用のプレス成形保持器の製造方法により製造されたプレス成形保持器が組み込まれていることを特徴とする。
このころ軸受では、ころと保持器との接触による局部摩擦が軽減され、食いつき現象が抑制され、耐摩耗性が向上できるプレス成形保持器を備えたころ軸受とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るころ軸受用のプレス成形保持器の製造方法及び該プレス成形保持器を組み込んだころ軸受を図面を参照して詳細に説明する。
まず、図１を用いて本発明に係るプレス成形保持器の基本的なプレス加工手順を説明する。まず、図１(a)においては、プレス加工開始前の状態であり、上型（第１の型）１１の点ａ、下型（第２の型）１２の点ｂ、ダイス１３の点ｃ、ｄは、いずれもブランク材１４表面に接している。このプレス加工開始前の状態では、ダイス１３は、ブランク材１４の高さ（全長）２Ｌ₁の中点に位置している。
次に、プレス加工途中の状態である図１(b)においては、下型１２を固定して上型１１が降下させると共に、ダイス１３がブランクの高さ２Ｌ₂の中央位置を維持しつつ、即ち、ダイス１３の中心高さＬ₁から下降しつつダイス１３をブランク材１４側に押し込む。このとき、点ａ、ｂ、ｃ、ｄのブランク材１４に対する相対的移動はない。このように上型１１及びダイス１３をブランク材１４の高さ変化に追従して移動させ、ブランク材１４を変形させる。
【００１１】
そして、加工完了状態である図１(c)においては、加工開始前のブランク材１４の高さ２Ｌ₁と加工完了時の高さ２Ｌ₃との差Ｈの１／２だけダイス１３が下降しており、ブランク材１４の柱は単純に曲げ加工される。この場合の厚み変化は、初期の厚みをｔ₀、加工後の厚みをｔとすると、加工前後の厚みは殆ど変化せずｔ≒ｔ₀である。そして、このプレス加工の間中、点ａ、ｂ、ｃ、ｄは、ブランク材１４に対する相対移動がない状態で維持されている。したがって、ブランク材１４は上下対称に精度良く曲げ加工される。
図２は、このような加工を行うためのブランク材に対するダイスの動作を示したものである。上型１１の下降量Ｈの１／２だけダイス１３を降下させる機構と、上型１１の降下に合わせてダイス押圧用傾斜ブロック３５が、その傾斜角θ₀に対応してダイス１３を半径方向に押し込む機構を併せ持つプレス加工法により、ブランク材の高さ変化分だけ柱中央部が半径方向に押し込まれる。
【００１２】
次に、上記プレス成形手順及び加工法に基づいて作製されるプレス成形保持器の具体的な製造方法を詳細に説明する。
図３はプレス加工開始前におけるブランク材１４としての保持器２０の形状を示す斜視図で、図４はプレス加工完了後の保持器２０の形状を示す斜視図である。
本発明は、図３に示すようなポケット２５を開口させて形成した保持器の柱２６を、図４に示すようにプレス加工によって保持器２０の内側方向に突出させると共に、柱２６の側面２６ａをころの摺動面曲率に応じた凹面に形成する一体型加工方法を提供するものである。
【００１３】
まず、保持器の柱２６を内側方向に突出させる工程を図５及び図６を用いて詳細に説明する。図５はプレス装置の上型を除去した状態の平面図で、図６はプレス装置の片側断面のみ示す概略構成図である。
図５に示すように、このプレス装置３０は転がり軸受のころの数が１２個、即ち保持器の柱が１２本である一例としての構成であり、等間隔で配置された合計１２個のダイスを備えている。プレス装置３０の図示しない上型が降下すると、保持器２０の柱位置のダイスが全て同時に保持器内側方向に移動してプレス加工を完了する。このように、全ての柱のプレス加工が１回の上型降下動作で完了する。
なお、ころの数が異なる場合は、その数に応じて全周を等分し、等分されたそれぞれの位置に加工部（上型１１、下型１２、ダイス１３）を設けることにより、同様にして全ての柱を同時加工することができる。
【００１４】
このプレス装置３０の具体的な構成を図６に示した。図６(a)はプレス加工開始前の状態を示しており、図６(b)はプレス加工完了時の状態を示している。
図６に示すように、可動側の上型１１と固定側の下型１２にそれぞれ形成されたワーク保持部３１に、ポケットが形成された環状のブランク材１４（プレス加工前の保持器）を配設し、ダイス１３の先端部をブランク材１４の外周面に当接させている。このダイス１３はダイスガイド３２に支持され、水平方向に付勢するスプリング３３につば部１３ａを係止させると共に、後端部をダイス押圧用傾斜ブロック３５に当接させている。また、ダイス押圧用傾斜ブロック３５の傾斜面は、固定側傾斜ブロック３６の傾斜面と摺動可能に当接している。これにより、上型１１の下降動作に伴って、上型１１、下型１２に形成された凹部３７側にダイス１３は移動する。また、ダイスガイド３２の下方には垂直方向に付勢するスプリング３８が配設されている。
【００１５】
さらに、ダイス１３は連結部材３９と接続されており、この連結部材３９はダイス１３側とは反対側の端部にリンク機構が形成されている。具体的には、連結部材３９の端部には長孔４１が形成され、この長孔４１にはピン４２が嵌挿されている。ピン４２は、上型１１と連動する部材側を支点４３として揺動可能なアーム４４と、固定側を支点４５として揺動可能なアーム４６によって支持されている。これらの長さが略等しいアーム４４、４６は二等辺三角形のリンク機構を形成し、各アーム４４、４６の揺動によってピン４２が長孔４１内を移動する。また同時に、連結部材３９とこれに接続されたダイス１３を上型１１の降下量Ｈの半分Ｈ／２だけ降下させている。
【００１６】
このプレス装置３０では、上型１１を長さＨだけ下降させることで、リンク機構によりダイス１３を長さＨ／２だけ下降させると共に、カム機構によりブランク材１４を長さＺだけ押し込むように動作する。このため、ダイス押圧用傾斜ブロック３５と固定側傾斜ブロック３６の傾斜面（カム面）の角度θは、
ｔａｎθ＝Ｚ／Ｈ
を満足するように与えられる。ここで、Ｈは上型１１の降下量で、ワークの高さ減少分に相当する。なお、このダイス１３の動作はリンク機構のみならず、ギヤ又はカム機構によっても実現することができる。
【００１７】
上記の上型１１及びダイス１３の下降量と、ダイス１３の押し込み量との関係は、加工の間中、常に保たれるため、図１同様に点ａ、ｂ、ｃ、ｄがブランク材１４に対して相対移動することはなく、対称性の良い曲げ加工が可能になる。これにより、柱の厚みが突出部で薄くなることが防止され、柱の段差が深い場合であっても柱の厚みを略一定に保持することができる。
【００１８】
次に、保持器の柱２６の側面を凹面形状にする工程を説明する。まず、本実施形態のプレス成形保持器により、ころ軸受のころを保持する構造を図７〜図１０を用いて説明する。
図７は保持器１５のポケットに収容されたころ５０を示している。ころ５０は、ころのピッチ円径ＰＣＤの外側に位置する保持器の柱５１の側面５１ａと、ＰＣＤの内側に位置する柱５２の中間部における側面５２ａにそれぞれ形成された凹面で保持される。
このような凹面を有する柱は、前述のプレス装置３０によるダイス１３の押し込み動作と同時に形成される。以下に柱の側面を凹面形状にする過程を説明する。
【００１９】
図８は、保持器の柱２６と下型１２（上型１１も同様）の断面形状を示した図であって、保持器の中心Ｓところの中心Ｏ₁とを結ぶＳＴ方向に孔あけして形成されたブランク材の柱２６に対して、ダイスによる押圧によって柱２６をプレス加工する様子を示している。図中には、柱２６の高さ方向中央の断面をｆ₁−ｅ₁−ｅ₂−ｆ₂で表し、下型１２の外側形状をＭ₁−Ｅ₁−Ｅ₂−Ｍ₂で表している。ただし、実際の型の外側は図中太線で示すように形成され、ブランク材を挿入できるように除去されている。弧Ｍ₁−Ｅ₁と弧Ｍ₂−Ｅ₂は組み込むころの曲率半径ＲよりΔＲだけ大きな曲率半径Ｒ＋ΔＲを有している。これら２つの弧Ｍ₁−Ｅ₁、Ｍ₂−Ｅ₂と、ころのＰＣＤより内側となる弧Ｍ₁−Ｅ₁の中心Ｏ₁から弧Ｍ₂−Ｅ₂の中心Ｏ₂まで連結した線とによって下型１２の外側形状が決定される。
【００２０】
そして、ダイスを保持器の内側方向に押し込むことで、ｅ₁−ｅ₂−ｆ₂−ｆ₁で示される柱の中央部は、Ｅ₁−Ｅ₂−Ｆ₂−Ｆ₁で示される位置に移動して下型１２に押し当てられる。このとき、下型１２の弧Ｍ₁−Ｅ₁、Ｍ₂−Ｅ₂の間は徐々に狭まっているため、図９に一部拡大して示すように、保持器の柱側面は弧Ｅ₁−Ｆ_a1、弧Ｅ₂−Ｆ_a2（曲率半径Ｒ＋ΔＲ）に沿って凹面形状に成形される。即ち、押し当て前のｅ₁−ｅ₂間の寸法は押し当て後のＥ₁−Ｅ₂間の寸法と略同じとなり、ｆ₁−ｆ₂間の寸法は下型１２によりＦ_a1−Ｆ_a2に押圧されて柱側面は弧Ｅ₁−Ｍ₁、Ｅ₂−Ｍ₂に沿った凹面形状となる。
【００２１】
また、この柱のプレス加工においては、柱を距離Ｚだけ保持器の内側方向に押し込んだときに、下型１２（上型１１）の２つの円筒形状の間に柱が押し込まれることになるが、内径側がＯ₁−Ｏ₂線より内側には達しないように設定されている。したがって、柱が押し込まれると、柱はより幅の狭い型の間に移動して、弧Ｏ₁−Ｏ₂の位置でプレス加工が完了することになる。このとき、柱の側面は型から押圧力を受け、曲率半径Ｒ＋ΔＲの型の曲面が柱の側面に転写される。
【００２２】
上記動作は、図１０に概略的に示すように、保持器の柱位置に配置されたダイス１３を保持器の内側方向に押し込むことにより行われる。これにより、保持器の軸方向に対して対称形状となる大きな段差を形成すると共に、保持器の柱側面を、下型１２（上型１１）の曲率半径Ｒ＋ΔＲに対応した凹面に形成することを１回のプレス加工により行うことが可能となる。
【００２３】
次に、このようにして保持器の柱側面に凹面を形成したことによる、ころの保持形態を図１１、１２を用いて説明する。
上述した柱のプレス加工により、下記のパチン代が柱側面に形成された保持器が得られる。ころを保持するためのパチン代ｍは、図１１の領域Ｐの拡大図である図１２に示すように、ころ中心Ｏ₁で直線Ｓ−Ｔと直交する直線Ｋがころ外周と交わる点をｋ₁とすると、点ｋ₁における接線Ｕと、内側の柱５２の側面端部との距離（ただし本実施形態の場合は、面取り分αだけ接線Ｕと点Ｅ₁との間の距離から短くなっている）で表される。一般的には、パチン代ｍは次式により得られる。
ｍ＝｛（Ｒ＋ΔＲ）ｃｏｓφ−Ｒ｝
ここで、Ｒはころの半径、ΔＲは保持器ところのクリアランスであって、（Ｒ＋ΔＲ）は下型の曲率半径を表している。また、φは図１１に示す∠ＴＳＶである。
【００２４】
また、保持器のポケットの窓幅δは次式で表される。
δ＝ころ直径−２（ｍ＋α）
つまり、窓幅δはころ径よりパチン代ｍ（面取りされている場合は面取り分αとの和）の２倍だけ小さい。したがって、ころを保持器に組み付ける際に、ころを保持器内側から外側に向けて挿入すると、一旦Ｑ₁−Ｑ₂断面を通過したころは、内側に抜け落ちることがなくなる。そのため、ころは、外側の柱５１と内側の柱５２との間で、且つ内側の柱５２の側面に形成された凹面によって安定して支持される。これにより、ころと保持器だけをころ軸受から取り出しても、ころがばれることはない。
【００２５】
このように、内側の柱５２の側面の曲率半径は、下型１２（上型１１）の曲率半径によって決定されるため、下型１２（上型１１）の曲率半径を適切に設定することにより、柱の側面を最適形状にすることができる。
また、外側の柱５１及び内側の柱５２の加工順序はどちらからでもよく、外側の柱５１と内側の柱５２の側面に形成する凹面の曲率半径は、同じであってもよく、異なる値としてもよい。曲率半径の異なる場合は、内側の柱の曲率半径を外側の柱の曲率半径より大きくしてもよく、その逆にしてもよい。上記柱の側面における曲率半径は、保持器の使用条件に応じて適宜最適な値に設定される。
【００２６】
以上説明してきたように、本実施形態のころ軸受用のプレス成形保持器の製造方法においては、プレス装置３０の上型１１がＨだけ降下すると、ダイス１３は、二等辺三角形を形成するリンク機構により、その半分のＨ／２だけ降下しながら保持器の径方向に距離Ｚだけ押し込まれる。このような柱のプレス加工によって、柱の高さ方向中央部が保持器の内側方向に押し込まれると同時に、柱側面に凹面が転写される。これにより、柱の側面がころの摺動面曲率に応じた凹面に形成されるため、ころと保持器との接触による局部摩耗が軽減され、食いつき現象が抑制され、耐摩耗性を向上させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係るころ軸受用のプレス成形保持器の製造方法では、第１及び第２の型の少なくともいずれか一方を軸方向に所定量接近動作させると共に、前記ダイスが前記柱の軸方向高さの中心位置を維持した状態で、ダイスを前記保持器の内側に移動させながら保持器内側に突出させることで、柱の両側面にころの外周面の曲率に応じた凹面が転写され、柱の中央部が保持器の内側方向に突出される。これにより、柱の厚みが突出部で薄くなることが防止され、柱の段差が深い場合であっても略一定の厚みを保持することができる。また、柱の軸方向側面に亙ってころの外周面の曲率に応じた凹面が形成されるため、ころと保持器との接触による局部摩耗が軽減され、食いつき現象が抑制され、耐摩耗性を向上させることができる。
本発明に係るころ軸受では、上記プレス成形保持器を組み込んだころ軸受とすることで、ころと保持器との接触による局部摩擦が軽減され、食いつき現象が抑制され、耐摩耗性が向上できるプレス成形保持器を備えたころ軸受とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るころ軸受用のプレス成形保持器の基本的なプレス加工手順を説明する図である。
【図２】プレス成形のダイスを動作させる概略図である。
【図３】プレス加工開始前におけるブランク材としての保持器の形状を示す斜視図である。
【図４】プレス加工完了後の保持器の形状を示す斜視図である。
【図５】プレス装置の上型を除去した状態の平面図である。
【図６】プレス装置の片側断面のみ示す概略構成図である。
【図７】保持器のポケットに収容されたころの状態を示す図である。
【図８】保持器の柱と下型の断面形状を示した図である。
【図９】保持器の柱の側面に形成される凹面を示す拡大断面図である。
【図１０】保持器の柱を保持器内側方向に突出させて形成する様子を示す断面図である。
【図１１】保持器の柱側面に形成した凹面にころを保持した状態を示す図である。
【図１２】図１１のＰ部拡大図である。
【図１３】従来の保持器の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
１１上型
１２下型
１３ダイス
１４ブランク材
２０保持器
２５ポケット
２６柱
２６ａ側面
３０プレス装置
５０ころ

Claims

ころが収容される複数のポケットを画成する柱を保持器外周に形成すると共に、前記柱の中央部を保持器の径方向にころのピッチ円径より内側に突出させて形成したころ軸受用のプレス成形保持器の製造方法において、
ダイスを保持器の外側から前記柱の中央部に当接させる一方、軸方向に２分割され、且つ、前記ダイスに押し込まれた前記柱を受け入れて前記柱の軸方向側面に亙ってころの外周面の曲率に対応した凹面形状を形成する第１及び第２の型を、保持器の内側からそれぞれ前記柱に当接させて配置し、
前記第１及び第２の型の少なくともいずれか一方を軸方向に所定量接近動作させると共に、前記ダイスが前記柱の軸方向高さの中心位置を維持した状態で、前記ダイスを前記保持器の内側に移動させながら前記保持器の内側に前記柱の中央部を突出させることを特徴とするころ軸受用のプレス成形保持器の製造方法。
請求項１記載のころ軸受用のプレス成形保持器の製造方法により製造されたプレス成形保持器が組み込まれていることを特徴とするころ軸受。