JP4928331B2 - シェル外輪の製造方法およびシェル型針状ころ軸受 - Google Patents

Description

この発明は、製造工数を削減したシェル外輪の製造方法、およびこのような方法で製造されたシェル外輪を採用したシェル型針状ころ軸受に関するものである。

従来のシェル型針状ころ軸受は、例えば、特開２００３−４０５１号公報（特許文献１）に記載されている。同公報に記載されているシェル型針状ころ軸受は、円筒形状のシェル外輪と、シェル外輪の内径面に沿って配置されている複数の針状ころと、隣接する針状ころの間隔を保持する保持器とを備える。

また、同公報に記載されているシェル外輪は、深絞り加工によって平板からカップ状部材を得る工程と、所定の外径を有するしごきパンチをカップ状部材の底部に当接するまで挿入する工程と、カップ状部材の外径寸法と実質的に等しい内径寸法を有するダイスにカップ状部材を圧入する工程と、しごきパンチをカップ状部材から引き抜くことによりしごき加工を行う工程とを経て製造される。そして、この方法で製造されたシェル外輪の内径面は平滑な状態になっていると記載されている。
特開２００３−４０５１号公報

上記の方法では、カップ状部材の外側壁を拘束した状態でしごきパンチを引き抜く。このため、加工時の面圧が高くなりすぎて、軌道面となる内側壁に傷を生じたり、しごきパンチが焼きついたりする等のトラブルが発生するおそれがある。

一方、カップ状部材の内側壁を平滑にする他の方法として研削加工が挙げられる。しかし、研削加工だけでは軌道面となる内側壁に必要な表面粗さを得るのは難しい。また、軌道面と針状ころとの間の油膜形成能力を向上させる観点からは、内側壁にアヤメ状の加工目を形成するのが望ましい。そこで、研削加工に加えて超仕上げ加工を施す必要がある。その結果、加工工数および加工時間の増加を招き、製造コストが上昇する。

そこで、この発明の目的は、製造コストを低減し、傷や焼き付き等のトラブルを防止して平滑な軌道面を得ることができるシェル外輪の製造方法を提供することである。

この発明は、円環形状の内径面に軌道面を有するシェル外輪の製造方法である。具体的には、絞り加工によって平板からカップ状部材を得る工程と、完成品であるシェル外輪の内径面と一致する円柱状部材であって、先端が径方向外側に突出しカップ状部材の内側壁より直径の小さい雄冶具をカップ状部材の内底壁に当接するまで挿入する工程と、カップ状部材の外側壁より直径が小さく、完成品であるシェル外輪の外径面の直径に一致する雌冶具にカップ状部材を圧入してしごき加工し、塑性変形により、カップ状部材の内側壁を雄冶具に沿った形状とし、カップ状部材の外側壁を雌冶具に沿った形状とする工程と、カップ状部材と雄冶具との相対位置を変更することなく、カップ状部材を雌冶具から引き抜く工程と、雌冶具から引き抜く工程の後に、雄冶具をカップ状部材から引き抜いて内側壁を表面しごき加工する工程とを含む。

上記の製造工程において、圧入工程では、カップ状部材をしごき加工することにより、カップ状部材の内側壁は雄冶具の外径に沿った形状となる。また、内側壁の表面しごき加工工程では、カップ状部材の外側壁を拘束しない状態で雄冶具をカップ状部材から引き抜く。このとき、雄冶具の先端部に接触する側壁は、径方向外側に弾性変形することができる。その結果、面圧の上昇に伴う傷や焼き付き等のトラブルの発生を防止することができる。

また、上記の方法で表面しごき加工を行うことにより、軌道面となる内側壁に軸線方向に平行な加工目が形成される。これにより、軌道面と針状ころとの間の油膜形成性が向上する。このようなシェル外輪を採用することにより、潤滑性能に優れたシェル型針状ころ軸受を得ることができる。

なお、本明細書中「外底壁」とは、カップ状部材の外側の底壁面を指す。同様に「内底壁」とは、カップ状部財の内側の底壁面を指す。さらに「底壁」という場合は、内底壁と外底壁とを含むカップ状部材の底部分全体を指すものとする。また、「側壁」、「内側壁」、および「外側壁」の語についても同様である。

また、本明細書中「しごき加工」とは、被加工部材の板厚を減少させながら行う絞り加工を指すものとする。一方、「表面しごき加工」とは、被加工部材を弾性変形可能な状態で保持してしごき加工を行うことによって、加工面を平滑にする加工を指すものとし、表面しごき加工によっては被加工部材の板厚はほとんど変化しない点で、上記のしごき加工とは異なる。

好ましくは、シェル外輪の軌道面の表面粗さＲａは０．１μｍ以下である。軌道面の表面粗さを０．１μｍ以下とすることにより、針状ころの回転がスムーズになる。なお、本明細書中「表面粗さＲａ」とは、算術平均粗さであって、粗さ曲線から平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し平均した値とする。

この発明に係るシェル型針状ころ軸受は、上記の製造方法によって製造されるシェル外輪と、シェル外輪の軌道面に沿って配置される複数の針状ころとを備える。上記方法でシェル外輪を製造することにより、平滑な軌道面を得ることができる。その結果、針状ころがスムーズに回転可能なシェル型針状ころ軸受を得ることができる。

このようなシェル外輪の製造方法によれば、雌冶具への圧入工程では、カップ状部材をしごき加工することにより、カップ状部材の内側壁は雄冶具の外径に沿った形状となる。すなわち、完成品であるシェル外輪の内径面と一致する円柱状部材である雄冶具をカップ状部材に挿入した状態で、完成品であるシェル外輪の外径面の直径に一致する雌冶具に圧入してしごき加工をすることにより、カップ状部材の内側壁を雄冶具の外径に沿った形状として、カップ状部材の内径面の寸法を完成品の内径面の寸法と同じにし、カップ状部材の外側壁を、完成品であるシェル外輪の外径面の直径に一致する雌冶具に沿った形状として、カップ状部材の外径面の寸法を完成品の外径面の寸法と同じにすることができる。また、内側壁の表面しごき加工工程では、カップ状部材の外側壁を拘束しない状態で雄冶具をカップ状部材から引き抜く。このとき、雄冶具の先端部に接触する側壁は、径方向外側に弾性変形することができる。その結果、面圧の上昇に伴う傷や焼き付き等のトラブルの発生を防止することができる。また、上記の方法で表面しごき加工を行うことにより、軌道面となる内側壁に軸線方向に平行な加工目が形成される。これにより、軌道面と針状ころとの間の油膜形成性が向上する。このようなシェル外輪を採用することにより、潤滑性能に優れたシェル型針状ころ軸受を得ることができる。また、このようなシェル外輪の製造方法によると、研削加工を含む超仕上げ加工を行う必要がないため、製造コストを低減することができる。以上より、本願発明によると、シェル外輪の製造方法において、製造コストを低減し、傷や焼き付き等のトラブルを防止して平滑な軌道面を得ることができる。

まず、図７を参照して、この発明の一実施形態に係るシェル型針状ころ軸受１１を説明する。シェル型針状ころ軸受１１は、円環形状の内径面に軌道面１２ａおよび軸方向両端部に径方向内側に突出する鍔部１２ｂを有する外輪１２と、外輪１２の軌道面１２ａに沿って配置される複数の針状ころ１３と、隣接する針状ころ１３の間隔を保持する保持器１４とを備える。

次に、図１〜図６を参照して、この発明の一実施形態に係るシェル外輪１２の製造方法を説明する。なお、図１はシェル外輪１２の製造工程の一部を示すフロー図、図２〜図６はしごき加工工程の詳細を示す図である。

まず、シェル外輪１２は、軸受鋼等の炭素鋼を圧延加工して得られる平板を出発材料として採用する。なお、炭素等の元素の含有量は、シェル外輪１２に求められる硬さ、靭性、耐摩耗性、および加工性等の機械的性質を満足するように調整される。

次に、第１の工程では、絞り加工によって平板からカップ状部材２１を得る（Ｓ１１）。図３を参照して、カップ状部材２１は、円筒形状の側壁２２と、側壁２２の一方側端部（図３の下側）を閉鎖する底壁２３とを有する。なお、内側壁２２ａは針状ころ１３と接触する軌道面１２ａとして機能する。したがって、絞り深さ（「側壁２２の高さ」を指す）は針状ころ１３の長さより深く設定する必要がある。また、この工程において、カップ状部材２１の内側壁２２ａの直径は、シェル外輪１２の内径面の直径より大きく設定されている。

この絞り加工工程（Ｓ１１）では、１度の絞り加工によって所定の長さの内側壁２２ａを得てもよいし、絞り加工を複数回繰り返してもよい。また、絞り加工工程（Ｓ１１）以降、側壁２２の他方側端部（図３の上側）を切り揃えるトリミング加工等が施される。

次に、第２の工程では、しごき加工によって軌道面１２ａとなる内側壁２２ａを平滑な状態にする（Ｓ１２）。この工程で、内側壁２２ａの表面粗さＲａは０．１μｍ以下となる。また、内側壁２２ａには軸線方向に平行な加工目が形成される。詳しい加工工程は後述する。

次に、第３の工程では、底壁２３を除去して円筒形状のシェル外輪１２を得る（Ｓ１３）。底壁２３を除去する具体的な方法は特に限定されない。例えば、底壁２３の中央部に貫通孔を設け、貫通孔の外周を径方向外側に向かって旋削することによって除去してもよい。または、外底壁２３ｂの所定位置に断面がＶ字形状の円周溝を設け、底壁２３に圧力を加えることによってＶ字の根元部分に応力集中を生じさせて除去してもよい。

次に、第４の工程では、所定の機械的性質を得るためにシェル外輪１２に熱処理を施す（Ｓ１４）。熱処理の具体例としては、硬さや耐摩耗性等の向上を目的として光輝焼き入れ、浸炭焼き入れ、または浸炭窒化処理等が、靭性等の向上や残留応力の除去等を目的として焼き戻しや焼鈍し等が挙げられる。

次に、図２〜図６を参照して、しごき加工工程（Ｓ１２）の詳細を説明する。なお、図２はしごき加工の詳細な工程を示すフロー図、図３はパンチ３１をカップ状部材２１に挿入する工程を示す図、図４はカップ状部材２１をダイス３２に圧入する工程を示す図、図５はパンチ３１をカップ状部材２１から引き抜く工程を示す図、図６は図５のＰ部の拡大図である。また、図２〜図５は発明の理解を容易とするために、板厚を実際より厚く描いている。

まず、第１の工程では、雄冶具としてのパンチ３１をカップ状部材２１の内側壁２２ａに沿って挿入し、内底壁２３ａに当接させる（Ｓ２１）。パンチ３１の直径は、完成品であるシェル外輪１２の内径面の直径と一致する円柱状部材であって、先端に径方向外側に突出する突出部３１ａを有する。この突出部３１ａの直径は、パンチ３１の他の部分と比較して、すなわちシェル外輪１２の内径面の直径と比較して大きく設定する。また、突出部３１ａの直径はカップ状部材２１の内側壁２２ａより小さいので、挿入時にパンチ３１の外径面と内側壁２２ａとが接触することはない。

次に、第２の工程では、パンチ３１をさらに押し下げて、カップ状部材２１を雌冶具としてのダイス３２に圧入する（Ｓ２２）。すなわち、カップ状部材２１の側壁２２にしごき加工を施す。ダイス３２の内径面の直径は、カップ状部材２１の外側壁２２ｂの直径より小さく、完成品であるシェル外輪１２の外径面の直径に一致する。また、圧入に必要な荷重を低減する観点から、ダイス３２の開口部３２ａは所定の曲率を有する円弧形状としている。

この工程においてカップ状部材２１は塑性変形し、内側壁２２ａはパンチ３１に、外側壁２２ｂはダイス３２に沿った形状となる。そして、内側壁２２ａおよび外側壁２２ｂの直径は、それぞれシェル外輪１２の内径面および外径面の直径と一致する。また、この工程では、カップ状部材２１の板厚が薄くなる。余った肉（図示省略）は側壁２２に沿ってカップ状部材２１の開放側端部（図４の上方向）に移動し、トリミング加工によって切断される。

次に、第３の工程では、カップ状部材２１とパンチ３１との相対位置を変更することなく、ダイス３２からカップ状部材２１を引き抜く（Ｓ２３）。なお、カップ状部材２１が前の工程で塑性変形しているので、ダイス３２から引き抜いても元の形状に戻ることはない。また、カップ状部材２１がダイス３２に嵌め込まれた状態、すなわちカップ状部材２１の外側壁２２ｂが拘束された状態でパンチ３１を引き抜くと、内側壁２２ａに傷を生じたり、焼き付いたりするおそれがある。そこで、この工程において、カップ状部材２１とパンチ３１との相対位置は変更しない。

次に、第４の工程では、カップ状部材２１の開口部側の端面（図５の上側）を拘束した状態で、パンチ３１をカップ状部材２１から引き抜く（Ｓ２４）。すなわち、カップ状部材２１の内側壁２２ａに表面しごき加工を施す。このとき、パンチ３１の突出部３１ａがカップ状部材２１の内側壁２２ａの表面をしごいて、表面粗さＲａを０．１μｍ以下とすると共に、軸線方向に平行な加工目を形成する。

図６を参照して、カップ状部材２１の外側壁２２ｂは拘束されていないので、パンチ３１の突出部３１ａに接触する側壁は、径方向外側に弾性変形することができる。これにより、面圧の上昇を抑えて内側壁２２ａの傷や焼き付き等のトラブルの発生を防止することができる。

なお、突出部３１ａが通過した後は元の形状に戻るので、シェル外輪１２の精度には問題がない。また、しごき加工時（Ｓ２２）において、カップ状部材２１の突出部３１ａに対面していた部分には、側壁２２の厚み寸法を減じるように逃げ部２４が形成されている。この逃げ部２４は、針状ころ１３の転動面に接触しない大きさに設定する。

上記の方法によれば、側壁２２を弾性変形可能な状態で表面しごき加工することにより、面圧の上昇を抑制することができる。その結果、転動面１２ａとなる内側壁２２ａに傷を生じたり、カップ状部材２１とパンチ３１との間で焼き付きを生じたりするのを有効に防止することができる。また、超仕上げ加工（研削加工を含む）を施す場合と比較して、低コストで同程度の表面粗さを得ることができる。

上記の実施形態におけるシェル型針状ころ軸受１１は、構成要素として保持器１４を有する例を示したが、この発明において保持器１４は必須の構成要素ではない。つまり、この発明は、総ころ形式のシェル型針状ころ軸受にも適用することができる。

また、上記の各工程は、この発明に係るシェル外輪１２の製造工程一例であって、各工程をさらに細分化してもよいし、必要な工程をさらに追加することもできる。また、加工工程の順番も任意に入れ替えることができるものとする。

さらに、上記の各工程は、それぞれ別々の工程として単能プレスで行ってもよいが、順送プレス、または、トランスファプレスによって行うこととしてもよい。これにより、各工程を連続的に行うことができる。また、上記の各工程の全部または一部に相当する加工部を有するシェル外輪１２の製造装置を使用することにより、生産性を高めることができ、結果としてシェル型針状ころ軸受１１の製品価格を抑えることができる。

なお、本明細書中で「順送プレス」とは、プレス内に複数の加工工程を持ち、材料をプレス入口のフィーダにより各工程を移動させることによって、材料を連続的に加工する方法を指すものとする。また、本明細書中で「トランスファプレス」とは、複数の加工工程を必要とする場合に、各工程を行うステージを必要数分設け、搬送装置によって工程品を移動させながら、各ステージで加工を行う方法を指すものとする。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、シェル型針状ころ軸受に有利に利用される。

この発明の一実施形態に係るシェル外輪の製造工程の一部を示すフロー図である。 この発明の一実施形態に係るしごき加工工程を示すフロー図である。 パンチをカップ状部材に挿入する工程を示す図である。 カップ状部材をダイスに圧入する工程を示す図である。 パンチをカップ状部材から引き抜く工程を示す図である。 図５のＰ部の拡大図である。 この発明の一実施形態に係るシェル型針状ころ軸受を示す図である。

符号の説明

１１ シェル型針状ころ軸受、１２ シェル外輪、１２ａ 軌道面、１２ｂ 鍔部、１３ 針状ころ、１４ 保持器、２１ カップ状部材、２２ 側壁、２２ａ 内側壁、２３ 底壁、２３ａ 内底壁、２３ｂ 外底壁、２４ 逃げ部、３１ パンチ、３１ａ 突出部、３２ ダイス、３２ａ 開口部。

Claims (3)

1. 円環形状の内径面に軌道面を有するシェル外輪の製造方法であって、
   絞り加工によって平板からカップ状部材を得る工程と、
   完成品であるシェル外輪の内径面と一致する円柱状部材であって、先端が径方向外側に突出し前記カップ状部材の内側壁より直径の小さい雄冶具を前記カップ状部材の内底壁に当接するまで挿入する工程と、
   前記カップ状部材の外側壁より直径が小さく、完成品であるシェル外輪の外径面の直径に一致する雌冶具に前記カップ状部材を圧入してしごき加工し、塑性変形により、前記カップ状部材の内側壁を前記雄冶具に沿った形状とし、前記カップ状部材の外側壁を前記雌冶具に沿った形状とする工程と、
   前記カップ状部材と前記雄冶具との相対位置を変更することなく、前記カップ状部材を前記雌冶具から引き抜く工程と、
   前記雌冶具から引き抜く工程の後に、前記雄冶具を前記カップ状部材から引き抜いて内側壁を表面しごき加工する工程とを含む、シェル外輪の製造方法。
2. 前記シェル外輪の軌道面の表面粗さＲａは、０．１μｍ以下である、請求項１に記載のシェル外輪の製造方法。
3. 請求項１または２に記載のシェル外輪の製造方法によって製造されるシェル外輪と、
   前記シェル外輪の軌道面に沿って配置される複数の針状ころとを備える、シェル型針状ころ軸受。
   

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