JP5034684B2 - 転がり軸受用軌道輪の製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は、例えば単列ラジアル円すいころ軸受を初めとする、各種転がり軸受を構成する内輪及び外輪を低コストで造る為の方法の改良に関する。
各種産業機械や機械装置の回転支持部に転がり軸受が組み込まれているが、大きなラジアル荷重及びアキシアル荷重が加わる回転支持部を構成する為には、転動体として円すいころを使用した円すいころ軸受が使用される。図4はこの様な円すいころ軸受の1例として、特許文献1に記載されたものを示している。この円すいころ軸受1は、内周面に円すい凹面状の外輪軌道2を有する外輪3と、外周面に円すい凸面状の内輪軌道4を有する内輪5と、これら外輪軌道2と内輪軌道4との間に転動自在に設けられた、複数の円すいころ6、6とから構成される。又、これら各円すいころ6、6は、外周面を上記外輪軌道2及び内輪軌道4に接触する、円すい凸面状の転動面7としている。又、上記内輪5の外周面両端部のうち、大径側端部には大径側鍔部8を、小径側端部には小径側鍔部9を、それぞれ形成している。小径側鍔部9は省略する場合もある。この様に構成される円すいころ軸受1は、ラジアル荷重及びアキシアル荷重を支承しつつ、上記内、外輪5、3の相対回転を自在とする。この為、上記各円すいころ6、6は、それぞれの大径側端面である頭部10と、上記大径側鍔部8の内側面11とが接触した状態で、上記外輪軌道2と内輪軌道4との間を、自転しつつ公転する。
上述の様な円すいころ軸受1を構成する外輪3及び内輪5は、軸受鋼等の鉄系合金製の素材に、鍛造加工、切削加工、研削加工等の必要な加工を順次施す事より造っている。又、上記外輪3及び内輪5を、能率良く、しかも材料の歩留良く造る事で、これら外輪3及び内輪5の製造コスト低減を図る事を目的として、単一の素材の径方向外側から外輪を、同じく内側から内輪を、それぞれ造る方法も、特許文献2〜4に記載される等により、従来から知られている。
このうちの特許文献2には、単列深溝型玉軸受用の外輪及び内輪を造るのに適正な、転がり軸受用軌道輪の製造方法が記載されている。この従来方法の第1例の場合には、先ず、単一の素材を塑性変形させる事により外径寄り部分が転がり軸受用外輪を造る為に適正であり、同じく内径寄り部分が転がり軸受用内輪を造る為に適正である、中間素材を造る。その後、この中間素材を径方向中間部で分離すると共に中央部を打ち抜いて、上記転がり軸受用外輪を造る為の外輪用素材と、上記転がり軸受用内輪を造る為の内輪用素材とする。その後、これら外輪用素材と内輪用素材とに、それぞれ別個の塑性加工を施して、それぞれ内輪、外輪とする。
又、特許文献3に記載された製造方法の場合には、円柱状の素材に鍛造加工を施して造った円板状の中間素材に、更に鍛造加工を施す事により、外径寄り部分が転がり軸受用外輪を造る為に適正であり、同じく内径寄り部分が転がり軸受用内輪を造る為に適正である、第二の中間素材を造る。その後、この第二の中間素材を径方向中間部で分離すると共に中央部を打ち抜いて、転がり軸受用外輪を造る為の外輪用素材と、転がり軸受用内輪を造る為の内輪用素材とする。
更に、特許文献4に記載された製造方法の場合には、線材又は棒材に塑性加工を施すと共に中央部を打ち抜いて、大径部と小径部とを段部で連続させた、段付円筒状の中間素材を造る。そして、この中間素材を径方向中間の段部で切断して、外径寄り部分を転がり軸受用外輪を造る為の外輪用素材とし、内径寄り部分を転がり軸受用内輪を造る為の内輪用素材とする。
要するに、特許文献2〜4に記載された何れの製造方法の場合も、素材に塑性加工を施して中間素材とする際に、この素材を軸方向に押圧して金属材料を流動させる。そして、この中間素材の外径寄り部分を転がり軸受用外輪を造る為に、同じく内径寄り部分を転がり軸受用内輪を造る為に、それぞれ適正な形状とする。
上述の特許文献2〜4に記載された様な、従来の転がり軸受用軌道輪の製造方法の場合、素材を中間素材乃至外輪用素材及び内輪用素材に塑性加工する過程で、大きな力が必要になる。この為、設備の大型化(プレス装置の容量の増大)を防止する為、特許文献3に記載されている様に、上記塑性加工(鍛造)を熱間により行なう事が、一般的になる。ところが、熱間による塑性加工は、金型及び被加工物(素材及び中間素材等)の熱膨張差を考慮する必要上、寸法精度を十分に高くできない。しかも、熱間加工された被加工物は、その表面に脱炭層が存在する状態となる。そして、後工程で切削加工により除去すべき部分にこの脱炭層が含まれる結果、この除去すべき部分が多くなり、材料の歩留りが悪くなるだけでなく、加工時間が長くなって生産性が悪化する。これらにより、転がり軸受用軌道輪の製造コストが嵩んでしまう。
上述の様な問題は、上記塑性加工を冷間により行なう事で解決できる。但し、上記特許文献2〜4に記載された従来方法を、そのまま冷間により行なうと、設備が大型化(プレス装置の容量が増大)する事が避けられない。即ち、冷間による塑性加工(鍛造)は、熱間による塑性加工に比べて素材(金属材料)の変形抵抗が大きくなる(条件にもよるが、冷間では熱間の約4倍になる)ので、加工に要する荷重(=変形抵抗×加工面積)が大きくなってしまう。
この様な、冷間による塑性加工を行なう際に必要となる荷重の増大は、造るべき転がり軸受用軌道輪の形状及び大きさに関係なく問題となるが、特に、径方向に関する厚さ寸法が小さい(薄肉の)転がり軸受用軌道輪を、材料の歩留を確保しつつ造る場合に、特に顕著になる。即ち、少なくとも一方が薄肉である内輪と外輪とを単一の素材から造り、しかもスクラップとして廃棄する部分を少なく抑える事を考慮しつつ、上記特許文献2〜4に記載された従来方法を実施しようとした場合、素材に塑性加工を施して中間素材とすべく、この素材を軸方向に押圧して金属材料を流動させる為に要する荷重が相当に大きくなる(上記問題が顕著になる)。勿論、この様な問題は、造るべき転がり軸受用軌道輪が大型化する程顕著になる。例えば、圧延機や印刷機等の産業機械装置の回転支持部の如く、大きなラジアル荷重及びスラスト荷重を支承する部分に組み込む大型の円すいころ軸受を構成する外輪と内輪とのうちの少なくとも一方の軌道輪を薄肉化する場合に、上記問題が最も顕著になる。
上述の様な事情に鑑みて、寸法精度の良好な転がり軸受用軌道輪を、低コストで得られる製造方法として、特願2005−371268に開示された、先発明に係る製造方法がある。図5〜7は、この先発明に係る製造方法の1例を示している。この先発明に係る製造方法の1例の場合には、先ず、図示しないアンコイラから引き出した所定の外径を有する長尺な線材を所定長さに切断する事により、図5の(A)に示す様な円柱状の予備素材(ビレット)12を得る。この切断作業は、加工能率を考慮して、プレスによる剪断加工により行なうので、上記予備素材12の軸方向両端面{図5に破線を付した切断面部分(破断面)}の形状は歪んでいる。そこで、この両端面に矯正型を押し付ける端面矯正加工を施して、図5の(B)に示す様な、第二予備素材13とする。この第二予備素材13の形状は、1対の矯正型同士の間で軸方向に押圧する事に伴って、ビヤ樽型に塑性変形している。
上述の様にして得た、上記第二予備素材13は、図6に示す様な据え込み装置14により軸方向に圧縮して、図5の(C)に示す様な、円板状の第三予備素材15とする。この様に上記第二予備素材13を軸方向に圧縮してこの第三予備素材15とする際に、図6の(A)〜(C)に示す様に、上記第二予備素材13の軸方向両端部を拘束しつつこの第二予備素材13を軸方向に押し潰す。そして、この第二予備素材13の軸方向両端部の直径が拡がらない様に保持した状態のまま、上記第三予備素材15とする。この様な加工を行なう為の加工装置は、図6に示す様に、固定ブロック16と、ダイス17と、カウンターパンチ18と、リングパンチ19と、パンチ20とを備える。
このうちの固定ブロック16は、工場の床面上に設置した、プレス加工装置のフレーム等に支持固定する。又、上記ダイス17は、圧縮コイルばね等の複数の弾性部材21、21により、上記固定ブロック16の上方に弾性支持している。従って上記ダイス17は、非加工時の状態では、図6の(A)に示す様に、上記固定ブロック16の上方に浮き上がった状態となっているが、加工時に、金属材料のフローに基づいて、大きな加圧力が加わった状態では、図6の(C)に示す様に、上記各弾性部材21、21の弾力に抗して、上記固定ブロック16の上面に当接するまで下降する。この様なダイス17の中心部には、上記第二予備素材13の下端部を内嵌自在な下側中心孔22を設けている。そして、この下側中心孔22に上記カウンターパンチ18を、上記ダイス17に対する昇降を可能に挿入している。
このカウンターパンチ18の上下方向位置は、次の様に規制している。即ち、非加工時の状態では、図6の(A)に示す様に、上記カウンターパンチ18の上端面を上記ダイス17の上面に設けた加工用凹部23の底面よりも十分に下方に存在させる。この状態では、上記下側中心孔22に上記第二予備素材13の下端部を挿入する事により、この第二予備素材13と上記ダイス17の中心軸とを一致させられる。又、加工時にこのダイス17の下面が上記固定ブロック16の上面に当接した状態では、上記カウンターパンチ18の上端面がこのダイス17の上面(加工用凹部23の底面)よりも少しだけ下方に凹んだ位置に存在し、加工の最終段階でも、前記破断面が径方向外方にフローしない様にする。
又、前記リングパンチ19は、上記ダイス17の上方に設けられたプレス加工機のラム24の下方に、圧縮コイルばね等の複数の弾性部材21a、21aにより、上記ダイス17と同心に弾性支持している。従って上記リングパンチ19は、非加工時の状態では、図6の(A)に示す様に、上記ラム24の下方に垂れ下がった状態となっているが、加工時に、金属材料のフローに基づいて、大きな加圧力が加わった状態では、図6の(C)に示す様に、上記各弾性部材21a、21aの弾力に抗して、上記ラム24の下面に当接するまで(このラム24に対し)上昇する。又、上記リングパンチ19の下端部は、上記ダイス17の加工用凹部23内に、がたつきなく挿入自在とし、挿入した状態で、このダイス17と上記リングパンチ19とを厳密に同心にする様にしている。この様なリングパンチ19の中心部には、上記第二予備素材13の上端部を内嵌自在な、上側中心孔25を設けている。
更に、前記パンチ20は、上記上側中心孔25に、上記リングパンチ19に対する昇降を可能に挿通している。図示の例の場合には、上記パンチ20を上記ラム24に対し固定し、このラム24に対する上記リングパンチ19の昇降に伴って、上記パンチ20とこのリングパンチ19とが相対的に昇降する様にしている。このパンチ20の上下方向位置は、次の様に規制している。即ち、非加工時の状態では、図6の(A)に示す様に、上記パンチ20の下端面を上記リングパンチ19の下端面よりも十分に上方に位置させている。この状態では、上記上側中心孔25に上記第二予備素材13の上端部を挿入する事により、この第二予備素材13の中心軸と上記リングパンチ19の中心軸とを一致させられる。又、図6の(C)に示す様に、加工時にこのリングパンチ19の上端面が上記ラム24の下面に当接した状態では、上記パンチ20の下端面がこのリングパンチ19の下面よりも少しだけ上方に凹んだ位置に存在し、加工の最終段階でも、前記破断面が径方向外方にフローしない様にする。
上述の図6に示す様な製造装置により、図5の(B)に示す様な第二予備素材13を軸方向に押し潰して、図5の(C)に示す様な第三予備素材15とする作業は、次の様にして行なう。先ず、上記ラム24と共に上記リングパンチ19及びパンチ20を上方に退避させた状態で、前記下側中心孔22の上端部に、上記第二予備素材13の下端部を、この第二予備素材13の中心軸と前記ダイス17の中心軸とを一致させた状態で内嵌する。次いで、上記ラム24を下降させ、図6の(A)に示す様に、上記リングパンチ19の下端部を上記ダイス17の加工用凹部23に挿入すると共に、上記第二予備素材13の上端部を、上記上側中心孔25の下端部に内嵌する。この状態から更に上記ラム24を下降させれば、図6の(A)→(B)→(C)に示す様に、上記第二予備素材13が徐々に押し潰されて、この図6及び図5の(C)に示す様な第三予備素材15となる。この第三予備素材15で、前記破断面は、中央部の厚肉部分26に留る。
本例の場合には、上述の様にして上記第三予備素材15を形成した後、図5の(D)に示す様に、この第三予備素材15の中央部で前記予備素材12の軸方向両端面に対応する、上記破断面である部分を、ピアス加工により除去する事で円孔27を形成し、円輪状の素材28とする。このピアス加工により、上記破断面である部分が、スクラップ29と共に、外輪用素材30{図5の(H)の上半部}及び内輪用素材31{図5の(H)の下半部}となるべき部分から除去される(上記素材28部分に、上記破断面の履歴を残す部分が残らなくなる)。又、上記円孔27が、次述するバーリング加工の為の下孔となる。
上述の様にして造られた、上記円輪状の素材28には、この素材28の内径側半部を全周に亙って軸方向片側に、全周に亙って折り曲げる、バーリング加工を施す。このバーリング加工は、上記素材28の外径側半部を1対の抑え型同士の間に挟持固定した状態で、この素材28の内径側半部に、上記円孔27の内径よりも大きな外径を有するパンチを押し込む事により行なう。このパンチの押し込みに伴って、上記円孔27の内径が拡がると共に、この円孔27の周囲部分が上記素材28と直角方向に塑性変形し、拡がった孔の周縁部に、円筒状部分32が形成される。この結果、図5の(E)に示す様に、円輪状のフランジ部34の内周縁から上記円筒状部分32を連続させた、断面略L字形で全体が円環状の、第一予備中間素材33を得られる。
この様な第一予備中間素材33には、図7に示す様なサイジング装置35により、上記円筒状部分32の寸法精度及び形状精度を、後述する内輪用素材31として適正なものとする為のサイジングを施す。上記サイジング装置35は、それぞれが円筒状で互いに同心に組み合わされた外径側、内径側両ダイス36、37と、このうちの内径側ダイス37の内側に緩く挿入自在な円柱状のマンドレル38と、このマンドレル38の周囲に、軸方向の移動可能に外嵌された円筒状のリングパンチ39と、上記内径側ダイス37の内側に軸方向の移動自在に内嵌された、円筒状のカウンターリング40とから成る。この様なサイジング装置35により、次述する様に、上記円筒状部分32にサイジングを施すと同時に、上記フランジ部34の形状を、後述する外輪用素材30として適正なものに近づけるべく、このフランジ部34を部分円すい筒状に傾斜させる。
この様なサイジングを施すには、先ず、上記マンドレル38及び上記リングパンチ39を上記両ダイス36、37から遠ざけた(上昇させた)状態で、上記第一予備中間素材33をこれら両ダイス36、37の内径側にセットする。即ち、この第一予備中間素材33の円筒状部分32をこのうちの内径側ダイス37の上端部に内嵌すると共に、上記フランジ部34をこの内径側ダイス37の上端面に載置する。この状態でこのフランジ部34の外周縁は、上記外径側ダイス36の内周面に、全周に亙り当接若しくは近接対向する。従って、上記フランジ部34の外径が、実質的にそれ以上拡大する事はない。
この状態からサイジングを施すべく、図7の(A)に示す様に上記マンドレル38及び上記リングパンチ39を下降させ始めると、このリングパンチ39が上記フランジ部34の上面の内径側半部を潰しつつ、上記円筒状部分32を、上記マンドレル38の外周面と上記内径側ダイス37の内周面と上記カウンターリング40の上端面とにより囲まれたサイジング空間41内に押し込み、上記円筒状部分32をサイジングする。この際、上記リングパンチ39により上記フランジ部34の内径側半部を押し潰す事に伴ってこの内径側半部から押し除けられた(フローした)金属材料の一部が、上記円筒状部分32と合わさって、上記サイジング空間41内に充満する。又、この際、上記カウンターリング40を、上記マンドレル38の下降に伴って、図5の(B)に示す様に、前記内輪用素材31を成形する為に適正な位置に迄下降させる。或いは、上記カウンターリング40及び上記マンドレル38を、上記リングパンチ39の下降に先立って、予め上記内輪用素材31を成形する為に適正な位置に移動させておいても良い。何れにしても、上記リングパンチ39の下端面により上記フランジ部34の上面の内径側半部を押し潰す結果、上記円筒状部分32の形状及び寸法が、上記内輪用素材31として適正なものになる。
この様にして内輪用素材31を成形した状態から上記リングパンチ39を(上記マンドレル38と共に)更に下降させ(或いは上記内輪用素材31を成形しつつ)、上記リングパンチ39により上記フランジ部34の内径側半部を更に押し潰すと、この内径側半部から押し除けられた金属材料は、このフランジ部34の外径側に移動(フロー)する。この移動は、このフランジ部34の厚さ方向及び径方向に行なわれるが、厚さ方向のうちの下側は前記内径側ダイス37の上面により仕切られており、径方向外方は前記外径側ダイス36の内周面により仕切られている。従って、上記内径側半部から押し除けられた金属材料の移動は、図7の(B)の矢印イで示した軸方向(上方)、及び、矢印ロで示した径方向外方に行なわれる。
この場合に於いて、上記フランジ部34の外径側半部の上面と下面とで、このフランジ部34の径方向に関する上記金属材料の移動速度を考えた場合、下面側の移動速度が上面側の移動速度よりも速くなる。この理由は、上面側では上記金属材料が径方向だけでなく軸方向にも移動するのに対し、下面側では径方向にのみ移動する為である。例えば、上記フランジ部34の上下両面での上記金属材料の移動速度のうちの径方向成分を、リングパンチ39の外周面に対応する、図7の(B)のハ点とニ点とで見た場合、下面側のハ点での速度が上面側のニ点での速度よりも速くなる。この結果、上記フランジ部34の外径側半部が、図7の(C)に示す様に、外径側に向かう程上方に向かう方向に反り返る様に変形する。勿論、この様に変形した状態で、上記フランジ部34の外径は上記外径側ダイス36の内径に一致する。この状態で、このフランジ部34の内径側半部及び前記円筒状部分32が前記内輪用素材31に見合う形状となった、図5の(F)及び図7の(C)に示す様な、第二予備中間素材42を得られる。
この様な第二予備中間素材42は、前記サイジング装置35から取り出して、外径寄り部分を転がり軸受用外輪を造る為に適正な形状にする為の絞り加工を施す。この絞り加工は、この第二予備中間素材42の外径側半部の直径を縮めつつ、径方向の厚さ寸法を縮める事により行なう。この為に、上記第二予備中間素材42の円筒状部分32及び上記フランジ部34の内径側半部を保持型により保持すると共に、この保持型と直列に受型を、このフランジ部34の外径側半部の内側に位置する状態で配置する。そして、この状態で、このフランジ部34の外径側半部の外径側側面を絞り型で扱きつつ、上記受型の外周面に押し付けて、このフランジ部34の外径側半部を、図5の(G)に示す様に、円筒状(部分円すい筒状)に塑性変形させる。この結果、この図5の(G)に示した中間素材43が得られる。上記フランジ部34の外径側半部は、上述したサイジングに伴って、絞り加工を行なう方向に予め傾斜しているので、上述の様な絞り加工に要する荷重(加工荷重)は、比較的小さくて済む。
上述の様に、上記第二予備中間素材42を上記中間素材43に加工する為の絞り加工を行なう際には、この第二予備中間素材42の内径寄り部分に、上記内輪用素材31となるべき部分が、上記絞り加工を施すべき上記フランジ部34の外径側半部の径方向内側に連続する状態で存在する。この為、絞り加工する際に、この絞り加工の基準となる、上記フランジ部34の内径側半部の剛性を十分に確保して、絞り加工後の形状及び寸法精度を確保できる。又、この絞り加工に伴って上記フランジ部34の外径側半部を、直径を縮めつつ円筒状に塑性変形させる際には、この円筒状に加工される部分に、或る程度金属材料が引っ張り込まれるが、この金属材料は、上記フランジ部34の内径側半部から供給される。この為、内径側半部を上記内輪用素材31となるべき部分とし、外径側半部を同じく前記外輪用素材30となるべき部分とした上記中間素材43を、精度良く造れる。
この様な中間素材43を造ったならば、この中間素材43を径方向中間部で分離して、図5の(H)に示した様な、上記外輪用素材30と上記内輪用素材31とする。この分離の方法は特に問わないが、加工コストを抑える為にはプレスによる打ち抜き加工が好ましい。但し、切断面の性状を良好にし、後加工を容易にする為には、レーザカッタによる切断とする事もできる。この様にして上記中間素材43を上記外輪用素材30と上記内輪用素材31とに分離したならば、このうちの内輪用素材31は、そのまま、或いはローラによる転造加工等の形状矯正加工、熱処理、研磨加工等の必要な処理及び加工を施して、前述の図4に示した様な、円すいころ軸受用の内輪5として完成する。
これに対して、上記外輪用素材30は、部分円すい筒状のうちの小径側を拡径しつつ、この小径側の金属材料を大径側に向け、軸方向に移動させる、拡径及び扱き加工を施して、図5の(I)に示す様な、外周面が円筒面であり内周面が部分円すい状凹面である素外輪44に加工する。この際、上記外輪用素材30を、この素外輪44の外径に一致する内径を有する抑え型に内嵌した状態で、押型により、上記外輪用素材30の内周面を扱く。得られた上記素外輪44には、必要に応じて各部の形状及び寸法を矯正する為のサイジングを施して、図5の(J)に示した外輪3として完成する。
上述の様に実施する先発明に係る転がり軸受用軌道輪の製造方法は、各工程を冷間(または温間)により行なうので、各段階での素材の形状精度及び寸法精度を良好にできる。又、表面に脱炭層が存在する事もなくなるので、後工程での切削代を減らす事ができ、材料の歩留り向上、切削に要する時間の短縮により、製造コストの低減を図れる。又、各工程で各素材に加える荷重が、冷間鍛造若しくは温間鍛造を行なう場合に比較して小さくて済む為、加工設備の大型化も防止できて、この面からのコスト低減も図れる。
又、上記先発明に係る転がり軸受用軌道輪の製造方法の場合には、上記外輪用素材30を前記内輪用素材31から分離した後、この外輪用素材30を拡径する為、これら外輪用素材30と内輪用素材31との直径寸法差を確保する為に、スクラップとなる部分を造る必要がない。即ち、前述の特許文献4の図8に記載されている様に、外輪用素材と内輪用素材との直径寸法差を確保する為に、これら両素材同士の間に径方向に存在する連続部を設け、この連続部をスクラップとして廃棄する場合には、材料の歩留りがこのスクラップの分だけ悪化する。これに対して上記先発明に係る転がり軸受用軌道輪の製造方法の場合には、この様な部分が存在せず、スクラップとして廃棄する金属材料を少なく抑えられる為、材料の歩留り向上によるコスト低減を図れる。
尚、上記外輪用素材30を上記内輪用素材31から分離した後、この外輪用素材30に、大径側部分に絞り加工を施すと共に小径側部分を拡径する反転成形を施す事もできる。この様な反転成形を施せば、外輪の最小内径Rmin {図5の(J)}が内輪の最大外径Dmax {図5の(H)}よりも小さな(Rmin <Dmax 、外輪の一部が内輪の一部よりも径方向内側に位置する)組み合わせを、単一の素材から造る事が可能になる。尚、何れにしても、上記外輪用素材30の拡径を、冷間ローリング成形以外の、プレス加工により行なえば、プレス加工機以外の設備投資が不要になり、しかも、必ずしも高い生産性を得られない、ロールフォーマが不要になる。そして、設備投資の抑制と生産効率の向上とによるコスト低減を図れる。
上述した先発明に係る転がり軸受用軌道輪の製造方法は、上述の様に、従前の製造方法に比べて、寸法精度の良好な転がり軸受用軌道輪を低コストで造れると言った作用・効果を奏する。但し、より良質の転がり軸受用軌道輪を得る為には、軌道輪の曲がり部の肉厚を確保できる様にすべく、製造方法を改良する事が望まれている。この点に就いて、図8を参照しつつ説明する。
上記先発明に係る転がり軸受用軌道輪の製造方法の場合には、円輪状の素材28の板厚を径方向に関して変化させる事に就いては、明細書の段落[0019][0020]部分の記載から明らかな通り、一定の考慮をしてはいるが、具体的にどの様に変化させるかに就いては開示されていない。一方、上記素材28に関して、図8の(A)に示す様に、板厚を径方向に関してほぼ均一にすると、次の様な問題を生じる。
即ち、板厚が径方向に関して均一な素材28にバーリング加工を施して、図5の(D)→(E)、図8の(A)→(B)に示す様に、上記素材28の内径側半部を円筒状部分32とし、外径側半部をフランジ部34とすると、これら円筒状部分32とフランジ部34とを連続させる折れ曲がり部45の厚さを確保する事が難しい。即ち、この折れ曲がり部45のうち、上記円筒状部分32の内周面と上記フランジ部34の外側面とを連続させる側の表面の曲率を大きく(曲率半径を小さく)する為には、上記折れ曲がり部45の、曲げに関する直径方向の厚さT45を大きくする必要がある。但し、この折れ曲がり部45の厚さT45は、上記素材28の元々の厚さに一致する、上記フランジ部34の厚さT34以上にする事はできない。むしろ、曲げに関する径方向外側部分が引っ張り伸ばされる分、元々の厚さよりも減少する場合がある(T45≦T34)。
要するに、上記折れ曲がり部45の断面形状を、図8の(B)のβ部の拡大図である、同図の(C)に鎖線で示した様に、曲率が大きな形状にしようとしても、厚さT45を確保できない事で、同じく実線で示した様に、曲率が小さな(曲率半径が大きな)形状にならざるを得ない。図8の(C)に鎖線で示した所望の形状にする為には、不足する厚さ△T45を確保する必要があるが、板厚が径方向に関して均一な素材28にバーリング加工を施す場合、この厚さの不足分△T45を確保する事はできない。
同様の問題は、前述の図5の(F)→(G)で、同じく(H)に示した外輪用素材30となるべき部分を絞り加工により造る場合も生じる。即ち、この場合には、この外輪用素材30の外周面のうちで絞り加工時に折り曲げる部分{図5の(H)の上半部の下端部}の肉厚が不足し易くなる。この部分の肉厚の不足は、上記外輪用素材30を前記図5の(I)に示した素外輪44に加工する為の拡径及び扱き加工に基づいて、或る程度解消できるが、より十分な強度を有する外輪を安定して得る為には、改良が望まれる。
尚、何れの部分の肉厚不足に関しても、鍛造加工によれば当該部分の厚さを増大して、当該部分の強度を確保できるが、鍛造加工の場合には、前述した様に、コストが嵩んでしまう。
特開2004−108429号公報 特開平5−277615号公報 特開平11−244983号公報 特開2000−71046号公報
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、先発明と同様、バーリング加工と絞り加工とを採用する事により、寸法精度の良好な転がり軸受用軌道輪を低コストで得られる製造方法で、各部の厚さ寸法を十分に確保できる転がり軸受用軌道輪の製造方法を実現すべく発明したものである。
本発明は、それぞれが円環状で直径が互いに異なる転がり軸受用外輪と転がり軸受用内輪とを、板状である単一の素材から造るべく、この素材に塑性加工を施して、外径寄り部分が上記転がり軸受用外輪を造る為に適正であり、同じく内径寄り部分が上記転がり軸受用内輪を造る為に適正である、中間素材とする。その後、この中間素材を径方向中間部で分離して、上記転がり軸受用外輪を造る為の外輪用素材と上記転がり軸受用内輪を造る為の内輪用素材とする。
特に、本発明の転がり軸受用軌道輪の製造方法に於いては、上記単一の素材として、円板状で、軸方向片側面の径方向中間部に全周に亙る内輪用素材増厚用突条部を設けて当該部分の軸方向に関する厚さ寸法を大きくすると共に、軸方向他面の径方向中間部でこの内輪用素材増厚用突条部よりも外径寄り部分に全周に亙る外輪用素材増厚用突条部を設けて当該部分の軸方向に関する厚さ寸法を大きくしたものを使用する。そして、この外輪用素材増厚用突条部をダイスの受面に当接させた状態で、上記単一の素材の内径側半部をバーリング加工により、上記内輪用素材増厚用突条部で曲げ形成し、この内径側半部をパンチにより上記ダイス内に押し込み、上記単一の素材の内径側半部に、上記転がり軸受用内輪を造る為に適正な形状である円筒状部分を形成する。これと同時に、上記単一の素材の外径側半部を円輪状のフランジ部とし、且つ、このフランジ部の外径側半部を上記外輪用素材増厚用突条部で曲げ形成する事により(この外輪用素材増厚用突条部を起点に)立ち上げて、径方向外方に向かう程上記円筒状部分から離れる方向に傾斜させる。その後、この立ち上げた部分に、上記外輪用素材増厚用突条部で曲げ形成する(この外輪用素材増厚用突条部を曲げの起点とする)絞り加工を施して、この部分を上記転がり軸受用外輪を造る為に適正な形状に加工する。
尚、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項2に記載した様に、所定の外径を有する棒材若しくは線材を所定長さに切断する事により得た円柱状の予備素材を軸方向に圧縮しつつ直径を拡げる据え込み加工により、上記単一の素材を造る。
上述した様な本発明の転がり軸受用軌道輪の製造方法によれば、前述した先発明に係る転がり軸受用軌道輪の製造方法と同様に、寸法並びに形状精度の良好な転がり軸受用軌道輪を、低コストで得られる。この理由は、バーリング加工を含む加工により転がり軸受用内輪を造る為に適正な形状を、並びに、絞り加工を含む加工により転がり軸受用外輪を造る為に適正な形状を、それぞれ得る為、転がり軸受用軌道輪の加工を冷間又は温間で行なえる為である。要するに、本発明の転がり軸受用軌道輪の製造方法は、上記先発明に係る転がり軸受用軌道輪の製造方法と同様に、加工の為の荷重を鍛造加工に比べて低く抑えられるバーリング加工及び絞り加工により行なうので、特に大型のプレス装置を使用しなくても、寸法並びに形状精度を確保し易い冷間加工又は温間加工により、上記転がり軸受用軌道輪を造れる。
特に、本発明の場合には、上記先発明に係る転がり軸受用軌道輪の製造方法と同様に、上記バーリング加工及び絞り加工を、中間素材を径方向中間部で分離して外輪用素材と内輪用素材とする以前に行なうので、次述する理由により、上記バーリング加工及び絞り加工によるこれら外輪用素材及び内輪用素材の加工を効果的に行なえる。この点に就いて、以下に説明する。
先ず、素材に塑性加工を施して、内径寄り部分の形状を転がり軸受用内輪を造る為に適正にする為のバーリング加工を施す状態では、上記素材の外径寄り部分に、転がり軸受用外輪を造る為の部分が、このバーリング加工を施すべき内径寄り部分の径方向外側に連続する状態で(一体に)存在する。従って、上記素材の外径寄り部分には、径方向に関する強度及び剛性が十分に大きく、径方向の力により容易には変形しない部分が存在する。この為、上記内径寄り部分を上記バーリング加工により円筒状に折り曲げる際に、上記素材が、直径が縮まる方向に変形する事は殆どない。この為、上記バーリング加工により上記内径寄り部分を、所望の径方向位置(内輪用素材増厚用突条部)を中心に正確に折り曲げて、所望の直径及び形状を有する円筒形状、即ち、転がり軸受用内輪を造る為に適正な形状及び寸法に加工できる。
一方、素材に塑性加工を施して、外径寄り部分の形状を転がり軸受用外輪を造る為に適正にする為の絞り加工を施す状態では、上記素材の内径寄り部分に、転がり軸受用内輪を造る為の部分(円筒状部分)が、この絞り加工を施すべき外径寄り部分の径方向内側に連続する状態で(一体に)存在する。この絞り加工で板状の素材の外径寄り部分を、直径を縮めつつ円筒状に塑性変形させる際には、この円筒状に加工される部分に、或る程度金属材料が引っ張り込まれるが、この金属材料は、上記素材の内径寄り部分から供給される。又、上記絞り加工を行なう場合にも、絞り加工後の形状及び寸法精度を確保する為には、この絞り加工の基準となる部分の剛性が十分に確保されている事が必要である。この様な剛性の確保も、上記素材が上記絞り加工の基準となる部分よりも内径寄り部分に迄存在する為、十分に図れる。
更に、本発明の転がり軸受用軌道輪の製造方法によれば、各部の厚さ寸法を十分に確保できる。即ち、転がり軸受用内輪を造る為の内輪用素材を形成する為のバーリング加工に伴って折り曲げられる部分の肉厚が、内輪用素材増厚用突条部により、曲げ方向外側が突出する状態で大きくなっているので、上記部分の厚さを大きく(断面形状の曲率を曲げ方向外側で大きく)できる。同様に、転がり軸受用外輪を造る為の外輪用素材を形成する為の絞り加工に伴って折り曲げられる部分の肉厚が、外輪用素材増厚用突条部により、やはり曲げ方向外側が突出する状態で大きくなっているので、上記部分の厚さを大きく(断面形状の曲率を曲げ方向外側で大きく)できる。これらにより、各部の強度を十分に確保した、転がり軸受用の内輪と外輪との一方又は双方を、低コストで造れる。
又、請求項2に記載した発明の様に、円柱状の予備素材に据え込み加工を施す事により単一の素材を造れば、この素材の径方向に関する肉厚の分布を所望通りに、容易に規制できる。そして、この素材にバーリング加工や絞り加工を施す事により得られる中間素材の各部の肉厚分布に関しても、所望の肉厚分布に調節できる。尚、据え込み加工により上記予備素材を上記素材に加工する工程は、冷間に限らず、温間で行なって、加工に要する荷重の低減を図る事もできる。特に、被加工物が大型で、上記据え込み加工に要する荷重が非常に大きくなる場合には、この据え込み加工を、冷間よりも温間で行なう事が、加工荷重の低減を図る面からは好ましい。即ち、上記予備素材から上記素材への加工は、この素材から中間素材への加工の場合程は、寸法精度及び形状精度を要求しない為、これらの精度確保が冷間に比べれば難しい、温間で行なっても良い。
図1〜3は、本発明に関する実施の形態の1例を示している。尚、本例の転がり軸受用軌道輪の製造方法の特徴は、単一の素材28aの軸方向片面(図1〜3の上面)に内輪用素材増厚用突条部46を、同じく軸方向他面(図1〜2の下面、図3には省略)に外輪用素材増厚用突条部47を、それぞれ設ける事により、上記素材28aから造られる内輪用素材31a及び素外輪44aの各部の肉厚を十分に確保する点にある。その他の部分の構成及び作用・効果に関しては、前述した先発明に係る転がり軸受用軌道輪の製造方法の場合と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
先ず、図1の(A)に示す様な円柱状の予備素材12に据え込み加工を施して、図1の(B)に示す様な、円板状の第三予備素材15aとする。この第三予備素材15aを加工する際の工程は、基本的には上記先発明の転がり軸受用軌道輪の製造方法の場合と同様である。即ち、上記予備素材12を、ダイスに設けた加工用凹部とパンチとの間で押し潰して、上記第三予備素材15aとする。尚、この第三予備素材15aを得る為の据え込み加工は、この予備素材12に対して直接(端面矯正加工を行なわずに)行なっても良いし、この予備素材12に端面矯正加工を施す事により得た第二予備素材に対し行なっても良い。一般的には、据え込み加工の際に端面の歪みにより被加工物の外周形状が歪む(真円度が悪化する)のを防止する為に、端面矯正を行なってから据え込み加工を施すが、本例の場合には、上記予備素材12の両端部外周を抑えてこの予備素材12が傾斜する事を防止しながら加工できるので、この予備素材12の両端面の歪みが著しくない限り、上記端面矯正加工を省略する事もできる。
特に、本例の場合には、上記加工用凹部の底面形状と上記パンチの先端面形状とを工夫する(両面に環状の凹部を設ける)事で、上記第三予備素材15aの両面に、上記内輪用素材増厚用突条部46と外輪用素材増厚用突条部47とを、互いに同心に形成する。尚、これら両突条部46、47は、それぞれ断面円弧状であるが、本例の場合、内輪用素材増厚用突条部46を外輪用素材増厚用突条部47よりも大きく(内輪用素材増厚用突条部46の断面形状の曲率半径及び第三予備素材15aの側面からの突出量を、外輪用素材増厚用突条部47の断面形状の曲率半径及び第三予備素材15aの側面からの突出量よりも大きく)し、且つ、内輪用素材増厚用突条部46のピッチ円直径よりも外輪用素材増厚用突条部47のピッチ円直径を大きくしている。但し、上記内輪用素材増厚用突条部46と上記外輪用素材増厚用突条部47との大きさの関係に就いては、造るべき上記内輪用素材31a及び上記素外輪44aの各部の肉厚及び曲率半径に応じて変更する(内輪用素材増厚用突条部46を外輪用素材増厚用突条部47よりも小さくする場合もある)。又、上記据え込み加工の終了時の状態で、上記第三予備素材15aの外径を金型により拘束して、この第三予備素材15aの外周縁の真円度を向上させる。
次いで、上記第三予備中間素材15aの中央部をピアス加工により除去する事で円孔27を形成し、図1の(C)に示す様な円輪状の素材28aとした後、この素材28aの内径側半部を全周に亙って軸方向片側に、全周に亙って折り曲げる、バーリング加工を施す。このバーリング加工を行なう際には、図2に示す様に、上記素材28aをバーリング加工装置を構成するダイス48の上面に、上記外輪用素材増厚用突条部47を下にした状態で載置する。この状態では、図2の左半部に示す様に、この外輪用素材増厚用突条部47が上記ダイス48の受面に当接し、上記素材28aの内径寄り部分がこのダイス48の受孔49の開口部に張り出す。又、上記内輪用素材増厚用突条部46は、この受孔49の内周面の延長上に位置する。尚、上記ダイス48の上面での上記素材28aの径方向に関する位置決めは、このダイス48の上面に固設した位置決め板50により図る。又、上記素材28aの上面に抑え板51を載置して、バーリング加工の開始前に、この素材28aが上記位置決め板50から外れる事を防止する。
この状態から、上記受孔49内にパンチ52を押し込むと、上記図2の右半部に示す様に、上記素材28aが塑性変形して、図2の右半部及び図1の(D)に示す様な、第一予備中間素材33aとなる。即ち、この素材28aの内径側半部を上記受孔49内に押し込んで円筒状部分32aを形成すると同時に、外径側半部をフランジ部34aとする。この際、この素材28aは、図3の(A)→(B)に示す様に、上記内輪用素材増厚用突条部46部分で、この内輪用素材増厚用突条部46の突出方向と逆方向に折れ曲がる。この為、図3の(B)のα部の拡大図である(C)に示す様に、上記円筒状部分32aとフランジ部34aとを連続させる折れ曲がり部45aの厚さを確保できる。即ち、この折れ曲がり部45aの厚さT45a を、上記フランジ部34aの厚さT34a の厚さよりも大きく(T45a >T34a )できる。又、上記折れ曲がり部45aの表面で、上記円筒状部分32aの内周面と上記フランジ部34a軸方向片面との連続部の断面形状の曲率を大きく(曲率半径を小さく)できる。
上記バーリング加工の際には、上記円筒状部分32a及び上記フランジ部34aを形成すると同時に、このフランジ部34aの径方向中間部乃至外側部分を、上記外輪用素材増厚用突条部47で曲げ形成する事により(この外輪用素材増厚用突条部47を曲げの起点として)、上記円筒状部分32aと逆方向(上方)に立ち上げる。即ち、上記受孔49内に上記パンチ52を押し込み、この受孔49内に上記円筒状部分32aを押し込むのに伴って、上記フランジ部34aの外径寄り部分を、上記外輪用素材増厚用突条部47を境として折り曲げる。そして、この外径寄り部分を、径方向外方に向かう程上記円筒状部分32aから離れる方向に傾斜した、摺鉢状に形成する。
本例の場合、この様に、上記フランジ部34aの外径寄り部分を径方向外方に向かう程上記円筒状部分32aから離れる方向に傾斜させる為、上記バーリング加工に伴う、上記折れ曲がり部45aでの金属材料の伸長量を、前述した先発明に係る製造方法の場合{図5の(D)→(E)の加工}よりも少なく抑えられる。即ち、上記円筒状部分32a(32)と上記フランジ部34a(34)との為す角度を見た場合、先発明の場合にはほぼ直角であるのに対して、本例の場合には鈍角で済み、その分、上記折れ曲がり部45aでの金属材料の伸長量を少なく抑えられる。この為、この折れ曲がり部45aに、亀裂等の損傷を発生しにくくできる。
上述の様な第一予備中間素材33aには、前述した先発明の場合と同様、前述の図7に示す様なサイジング装置によるサイジングを施して、上記円筒状部分32aの寸法精度及び形状精度を適正なものにすると同時に、上記フランジ部34aを、より角度が急な、部分円すい筒状に傾斜させる。そして、このフランジ部34aの内径側半部及び上記円筒状部分32aが、図1の(G)に示す様な内輪用素材31aに見合う形状となった、図1の(E)に示す様な、第二予備中間素材42aを得られる。尚、上記サイジングにより、前記折れ曲がり部45aの表面で上記円筒状部分32aの内周面と上記フランジ部34a軸方向片面との連続部の断面形状の曲率を、より大きく(曲率半径をより小さく)する。
上述の様な第二予備中間素材42aは、上記サイジング装置から取り出して、前述した先発明の場合と同様に、上記フランジ部34aの外径寄り部分を転がり軸受用外輪を造る為に適正な形状にする為の、絞り加工を施す。この絞り加工は、前記外輪用素材増厚用突条部47で曲げ形成する(この外輪用素材増厚用突条部を曲げの起点として行なう)。この結果、この図1の(F)に示した中間素材43aが得られる。上記フランジ部34aの外径側半部は、上述したバーリング加工及びサイジングに伴って、絞り加工を行なう方向に予め傾斜しているので、上述の様な絞り加工に要する荷重(加工荷重)は、比較的小さくて済む。そして、絞り加工に伴って上記第二予備中間素材42a乃至上記中間素材43aの一部に生じる引っ張り方向の応力を小さく抑えられて、これら第二予備中間素材42a乃至中間素材43aの一部に、亀裂等の損傷が発生する事を防止できる。又、上記絞り加工を、上記外輪用素材増厚用突条部47で折り曲げる事により行なう為、上記中間素材43aのうちで前記素外輪44aとなるべき部分の外周面の端部の肉厚も十分に確保できる。言い換えれば、上記絞り加工に伴う曲げに基づき、外周面端部の形状がだれる(内径が小さくなる)程度を小さく抑えられる。
この様な中間素材43aを造ったならば、この中間素材43aを径方向中間部で分離して、図1の(G)に示した様な、外輪用素材30a及び内輪用素材31aとする。このうちの内輪用素材31aは、そのまま、或いはローラによる転造加工等の形状矯正加工、熱処理、研磨加工等の必要な処理及び加工を施して、円すいころ軸受用の内輪として完成する。これに対して、上記外輪用素材30aは、先ず、外径を拘束して軸方向に据え込む事で内径を縮める、予備サイジングを行なう事で、図1の(H)に示した第二外輪用素材53とする。その後、この第二外輪用素材53の外径を拘束しつつ内径側にテーパ型のパンチを押し込むサイジングを行なう事で、図1の(I)に示す様な、上記素外輪44aとする。
上述した実施の形態は、本発明を円すいころ軸受の外輪及び内輪を造る為に利用した場合に就いて示している。これに対して本発明は、アンギュラ型等の玉軸受を構成する外輪及び内輪を造る為に利用する事もできる。
又、本発明を実施する場合に、各工程を冷間で行なう事が、ランニングコストを抑えて寸法精度を確保する面からは好ましいが、大型の転がり軸受用の軌道輪を造る場合で、荷重が大きくなり過ぎる様な場合には、何れかの工程を温間で行なう事もできる。
本発明の実施の形態の1例の全体の工程を順番に示す断面図。 同じくバーリング加工の加工直前と直後の状態とを示す断面図。 同じく要部を工程順に示す断面図。 本発明の製造方法の対象となる外輪及び内輪を組み込んだ円すいころ軸受の部分切断斜視図。 先発明の実施の形態の1例を工程順に示す断面図。 先発明での据え込み加工を工程順に示す断面図。 同じくサイジングを工程順に示す断面図。 先発明の製造方法を実施する場合で、板厚を適正に規制しない素材を使用した場合の問題点を説明する為の、図1と同様の断面図。
符号の説明
1 円すいころ軸受
2 外輪軌道
3 外輪
4 内輪軌道
5 内輪
6 円すいころ
7 転動面
8 大径側鍔部
9 小径側鍔部
10 頭部
11 内側面
12 予備素材
13 第二予備素材
14 据え込み装置
15、15a 第三予備素材
16 固定ブロック
17 ダイス
18 カウンターパンチ
19 リングパンチ
20 パンチ
21、21a 弾性部材
22 下側中心孔
23 加工用凹部
24 ラム
25 上側中心孔
26 厚肉部分
27 円孔
28、28a 素材
29 スクラップ
30、30a 外輪用素材
31、31a 内輪用素材
32、32a 円筒状部分
33、33a 第一予備中間素材
34、34a フランジ部
35 サイジング装置
36 外径側ダイス
37 内径側ダイス
38 マンドレル
39 リングパンチ
40 カウンターリング
41 サイジング空間
42、42a 第二予備中間素材
43、43a 中間素材
44、44a 素外輪
45、45a 折れ曲がり部
46 内輪用素材増厚用突条部
47 外輪用素材増厚用突条部
48 ダイス
49 受孔
50 位置決め板
51 抑え板
52 パンチ
53 第二外輪用素材

Claims (2)

  1. それぞれが円環状で直径が互いに異なる転がり軸受用外輪と転がり軸受用内輪とを、板状である単一の素材から造るべく、この素材に塑性加工を施して、外径寄り部分が上記転がり軸受用外輪を造る為に適正であり、同じく内径寄り部分が上記転がり軸受用内輪を造る為に適正である、中間素材とした後、この中間素材を径方向中間部で分離して、上記転がり軸受用外輪を造る為の外輪用素材と上記転がり軸受用内輪を造る為の内輪用素材とする転がり軸受用軌道輪の製造方法に於いて、
    上記単一の素材として、円板状で、軸方向片面の径方向中間部に全周に亙る内輪用素材増厚用突条部を設けて当該部分の軸方向に関する厚さ寸法を大きくすると共に、軸方向他面の径方向中間部で上記内輪用素材増厚用突条部よりも外径寄り部分に全周に亙る外輪用素材増厚用突条部を設けて当該部分の軸方向に関する厚さ寸法を大きくしたものを使用し、
    この外輪用素材増厚用突条部をダイスの受面に当接させた状態で、上記単一の素材の内径側半部をバーリング加工により、上記内輪用素材増厚用突条部で曲げ形成し、この内径側半部をパンチにより上記ダイス内に押し込む事で、この単一の素材の内径側半部に、上記転がり軸受用内輪を造る為に適正な形状である円筒状部分を形成すると同時に、上記単一の素材の外径側半部を円輪状のフランジ部とし、且つ、このフランジ部の外径側半部を上記外輪用素材増厚用突条部で曲げ形成する事により立ち上げて、径方向外方に向かう程上記円筒状部分から離れる方向に傾斜させた後、
    この立ち上げた部分に、上記外輪用素材増厚用突条部で曲げ形成する絞り加工を施して、この部分を上記転がり軸受用外輪を造る為に適正な形状に加工する
    事を特徴とする転がり軸受用軌道輪の製造方法。
  2. 所定の外径を有する棒材若しくは線材を所定長さに切断する事により得た円柱状の予備素材を軸方向に圧縮しつつ直径を拡げる据え込み加工により単一の素材を造る、請求項1に記載した転がり軸受用軌道輪の製造方法。
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