JP5464821B2 - ころ軸受用保持器、ころ軸受およびころ軸受用保持器の製造方法 - Google Patents

ころ軸受用保持器、ころ軸受およびころ軸受用保持器の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、プレス加工によって製造されるころ軸受用保持器、ころ軸受用保持器を備える針状ころ軸受、およびころ軸受用保持器の製造方法に関する。
自動車用トランスミッションのアイドラー軸受、およびオートバイ用エンジンのコンロッド大端用軸受等には、ころと保持器とで構成されるケージ&ローラタイプの針状ころ軸受が採用されることが多い。このような軸受として、本出願人は、以下の技術を既に提案した。
特開2000−18258号公報(特許文献1)に記載されているころ軸受用保持器は、削り出しの保持器であって、ころの保持器外径側への抜け止め用の爪として、ポケットをくり抜く機械加工時などに、機械加工によって柱部の中間部に外爪が形成される。また、ころの保持器内径側への抜け止め用の爪として、しごき加工によって柱部の両端部に内爪が形成される。
特許第3665653号公報(特許文献2)に記載されているころ軸受用保持器は、ローリング加工の保持器であって、帯鋼をポケット打抜きする工程の後、ころがポケットから抜けることを防止する抜け止め用の爪が形成される。具体的には、水平に載置されたこの帯鋼を上側の爪出し治具により下向きにしごき加工して、柱部の下側にころ止め爪が形成される。また下側の爪出し治具により上向きにしごき加工して、柱部の上側にころ止め爪が形成される。次に、帯鋼をローリング加工し、上述した柱部の下側のころ止め爪側を外径側に配置した環状の保持器を形成する。
特開2000−18258号公報 特許第3665653号公報
近年、コスト上の要求が高まり、より少ない加工工数により保持器を製造する技術が求められている。特許文献1に記載されている方法でころ軸受用保持器を製造する場合、内爪を設ける工程と外爪を設ける工程とが別工程であるため、加工工数に改善の余地があった。また特許文献2に記載されている方法でころ軸受用保持器を製造する場合、内爪を設ける工程で使用される治具と外爪を設ける工程で使用される治具とを、ローリング加工前の帯鋼の両面側にそれぞれ設置する必要があるため、加工設備に改善の余地があった。
本発明は、上述の実情に鑑み、より簡易な加工設備および一層少ない加工工数で製造可能なころ軸受用保持器を提供するものである。
この目的のため本発明によるころ軸受用保持器は、円環形状の一対のリング部と、一対のリング部を相互に連結する複数の柱部とを備え、隣接する柱部の間にころを収容するポケットが形成されているころ軸受用保持器であって、柱部は、軸方向中央領域に位置する柱中央部と、柱中央部よりも両端側の軸方向端部領域にそれぞれ位置する柱端部とを含み、ポケットに対面する柱中央部の壁面径方向内側に偏在してころの径方向内側への脱落を防止する第1のころ止め部と、ポケットに対面する両端側の柱端部の壁面の径方向外側に偏在してころの径方向外側への脱落を防止する第2のころ止め部とを含み、第1のころ止め部は、ころ軸受用保持器の径方向側から柱中央部の壁面を径方向側にしごくバニシ加工により柱中央部の壁面から後退する非接触面と、非接触面の径方向内側端に位置し柱中央部の壁面から突出するバニシ爪とを有する形状とされ第2のころ止め部は、ころ軸受用保持器の径方向外側から両端側の部の外径面を圧縮変形させるかしめ加工により柱端部の壁面の径方向外側端を柱端部の壁面から突出させたかしめ爪を有する形状とされる。
かかる本発明によれば、第1および第2のころ止め部は、それぞれ径方向一方側からの加工のみによって形成されることから、第1のころ止め部を形成する治具と第2のころ止め部を形成する治具とを保持器から見て同じ側に配置することが可能になる。したがって、ころ止め部の加工設備を簡易にすることができる。しかも、第1のころ止め部を形成する治具と第2のころ止め部を形成する治具とをひとまとめにして、同一工程で内径側および外径側のころ止め部を形成することが可能になる。したがって、従来よりも加工工数を少なくすることができる。
また本発明によれば、径方向外側からの加工のみによって形成される。これにより、第1および第2のころ止め部を容易に形成することが可能になる。
第1および第2のころ止め部が径方向外側からの加工のみによって形成される場合、具体的には、第1のころ止め部は、ポケットに径方向外側から挿入される加工治具によって、柱部のポケットに対面する壁面をしごいて形成されるバニシ爪である。これにより、バニシ爪でころの径方向内側への脱落を防止することが可能になる。
第1および第2のころ止め部が径方向外側からの加工のみによって形成される場合、具体的には、第2のころ止め部は、柱部の外径面に押し当てられる加工治具によって形成されるかしめ爪である。これにより、かしめ爪でころの径方向外側への脱落を防止することが可能になる。
柱部の形状は1実施形態に限定されるものではないが、好ましくは、柱中央部が相対的に径方向内側に位置し、一対の柱端部が相対的に径方向外側に位置し、柱部は柱中央部および一対の柱端部それぞれの間に位置する一対の柱傾斜部をさらに。これにより、保持器の強度を高めつつその軽量化を図ることが可能になる。
より好ましくは、柱中央部、一対の柱端部、および一対の柱傾斜部の各部の肉厚は、隣接する各部の境界部分の肉厚より小さい。これにより、境界部分の肉厚を他の部分より厚くして、応力集中に対する耐久性を向上させることが可能になる。したがって高強度のころ軸受用保持器を得ることが可能になる。
また、ころと柱部との接触面積を増加させることにより、接触部分の接触面圧を低減することが可能になる。その結果、ころのスキューを防止できるとともに、壁面の摩耗や焼付きを防止することができる。
より好ましくは、一対のリング部それぞれから径方向内側に延びる鍔部をさらに備え、一対のリング部、および鍔部の肉厚は、リング部と鍔部との境界部分の肉厚より小さい。これにより、境界部分の肉厚を他の部分より厚くして、高強度のころ軸受用保持器を得ることが可能になる。
また本発明によるころ軸受は、本発明のころ軸受用保持器と、ポケットに収容される複数のころとを備える。かかる本発明によれば、より少ない加工工数で製造可能なころ軸受を得ることができる。
また本発明によるころ軸受用保持器の製造方法によれば、円環形状の一対のリング部と、軸方向中央領域に位置する柱中央部および柱中央部よりも両端側の軸方向端部領域にそれぞれ位置する一対の柱端部を含み一対のリング部を相互に連結する複数の柱部と、隣接する柱部の間にころを収容するポケットと、柱部のポケットに対面する柱中央部の壁面の径方向内側に偏在してころの径方向内側への脱落を防止する第1のころ止め部と、ポケットに対面する一対の柱端部の壁面の径方向外側に偏在してころの径方向外側への脱落を防止する第2のころ止め部とを備えるころ軸受用保持器の製造方法であって、出発材料としての円筒部材に、一対のリング部、複数の柱部、およびポケットを形成する工程と、円筒部材を径方向側からのみ加工して、柱中央部の壁面を径方向側から径方向側にしごき、柱中央部の壁面から後退する非接触面と、非接触面の径方向内側端に位置し柱中央部の壁面から突出するバニシ爪とを有する第1のころ止め部を形成するバニシ加工の工程と、円筒部材を径方向側からのみ加工して、一対の部の外径面を圧縮変形させ、柱端部の壁面の径方向外側端を柱端部の壁面から突出させたかしめ爪を有する第2のころ止め部を形成するかしめ加工の工程とを含む。
かかる本発明によれば、円筒部材を径方向一方側からのみ加工して第1のころ止め部を形成する工程と、円筒部材を径方向一方側からのみ加工して第2のころ止め部を形成する工程とを含むことから、一方側のみからの加工で第1および第2のころ止め部を形成することが可能となり、従来よりも少ない加工工数で製造可能なころ軸受を得ることができる。
好ましくは、第1のころ止め部を形成する工程と第2のころ止め部を形成する工程とは、同時に行われる。これにより、加工に要する時間を短くすることが可能になり、コスト上有利なころ軸受用保持器を短時間で製造することができる。
このように本発明のころ軸受用保持器は、径方向内側に偏在する第1のころ止め部および径方向外側に偏在する第2のころ止め部が径方向一方側からの加工のみによって形成されることから、従来よりもころ止め部の加工設備を簡易にすることが可能になる。また、従来よりも少ない加工工数でころ軸受用保持器を製造することが可能となる。したがって、コスト上有利なころ軸受を提供することできる。
図1〜図4を参照して、この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受11、およびころ軸受用保持器13(以下、単に「保持器13」という)を説明する。なお、図1は保持器13の斜視図、図2は針状ころ軸受11の斜視図、図3は保持器13の柱部15の形状を示す斜視図、図4は図3の矢印IVの方向から見た矢視図である。
まず、図2を参照して、針状ころ軸受11は、複数の針状ころ12と、複数の針状ころ12を保持する保持器13とを備える。次に、図1を参照して、保持器13は、円環形状の一対のリング部14と、一対のリング部14を相互に接続する複数の柱部15とを備える。また、隣接する柱部15の間には、針状ころ12を収容するポケット20が形成されている。
なお、本明細書中「円環形状のリング部」とは、円周方向に連続する一体型のリング部のみを指すものとする。すなわち、両端部を溶接等によって接合したリング部は含まないものとして理解すべきである。
柱部15は、その軸方向中央部領域で相対的に径方向内側に位置する柱中央部16と、軸方向端部領域で相対的に径方向外側に位置する一対の柱端部17と、柱中央部16および一対の柱端部17それぞれの間に位置する一対の柱傾斜部18とを含む。
次に、図3および図4を参照して、ポケット20に対面する柱部15の壁面16b,17b,18bは、針状ころ12の回転を案内する。このうち柱中央部16の壁面16bには、針状ころ12の脱落を防止する第1のころ止め部16aと、非接触部16cと、油溝16dとが設けられている。また柱端部17の壁面17bには、針状ころ12の脱落を防止する第2のころ止め部17aが設けられている。
第1のころ止め部16aは、柱中央部16の2箇所に設けられている。より具体的には、柱中央部16の軸方向両端側にあって、ポケット20に対面する柱中央部16の壁面16bの径方向内側に偏在している。そして、針状ころ12の径方向内側への脱落を防止する。
第2のころ止め部17aは、一対の柱端部17それぞれに設けられている。より具体的には、ポケット20に対面する柱端部17の壁面17bの径方向外側に偏在している。そして、針状ころ12の径方向外側への脱落を防止する。
このような第1および第2のころ止め部16a,17aにより、針状ころ12が小径であっても、針状ころ12の遊隙量を十分に確保しつつ、針状ころ12が保持器13から脱落するのを有効に防止することができる。
壁面16bは、柱中央部16にあって、2箇所の第1のころ止め部16aの間に位置する。壁面17bは、柱端部17にあって、第2のころ止め部17aと隣接する。壁面18bは、柱傾斜部18にあって、第1のころ止め部16aと壁面17bとの間に位置する。また、壁面16b,17b,18bは、同一高さの平面を構成している。また、ポケット20を挟んで向かい合った壁面16b,17b,18b同士は、互いに平行である。これにより、針状ころ12を安定して回転させることができる。
非接触部16cは、第1および第2のころ止め部16a径方向に隣接する領域に設けられている。非接触部16cは、壁面16b,17b,18bより窪んでいるため、針状ころ12と所定の隙間を隔てて対面する。非接触部16cは、第1のころ止め部16aから径方向に離れるに従って所定の隙間が増加するように傾斜している。
具体的には、非接触部16cは、第1のころ止め部16aの径方向外側の領域に設けられ、針状ころ12との隙間が径方向外側に向かって増加するように傾斜している。
これにより、第1のころ止め部16aへの潤滑油の流入量が増加する。その結果、第1のころ止め部16aの油膜切れを防止することができる。
油溝16dは、第1のころ止め部16aの軸方向両側に設けられている。油溝16dは、径方向に延びる形状であって、非接触部16cよりさらに窪んでいる。これにより、径方向に流れる潤滑油の量を多くすることができ、保持器13の径方向の通油性を向上させることができる。通油性の向上は、摩耗粉の除去や針状ころ軸受11の温度上昇の抑制に寄与する。
また、油溝16dから溢れ出した潤滑油が、隣接する第1のころ止め部16a、および壁面16b,17b,18bに供給されるので、これら第1のころ止め部16a等の油膜切れを防止することができる。
上記構成の柱部15において、柱中央部16、柱端部17、および柱傾斜部18(以下、これらを総称して「直線部分」という)の肉厚tは実質的に等しく設定されている。一方、柱中央部16と柱傾斜部18との境界部分、および柱端部17と柱傾斜部18との境界部分(以下、これらを総称して「境界部分」という)の肉厚tは直線部分の肉厚tより厚くなっている(t<t)。これにより、境界部分の強度が相対的に向上する。その結果、軸受回転時の応力が境界部分に集中しても保持器13の耐久性能を向上させることができる。なお肉厚とは、内径面と外径面との間の厚み寸法をいう。
また、直線部分の肉厚tと境界部分の曲率半径rとは、r<tの関係を満たす。境界部分の曲率半径rを小さくすれば、境界部分に隣接する直線部分の軸方向長さを長く、すなわち、直線部分の表面積を大きくすることができる。その結果、軸受回転時の接触面圧を低減することができる。
具体的には、保持器13を外径側案内(ハウジング案内)とする場合、柱端部17の外径面とハウジング(図示省略)とが接触する。そこで、少なくとも柱端部17と柱傾斜部18との間の境界部分の曲率半径rを上記の範囲内とすれば、柱端部17の外径面とハウジングとの間の接触面圧を低減することができる。
また、リング部14および柱端部17の外径面の表面粗さRaは、0.05μm以上0.3μm以下に設定する。これにより、リング部14および柱端部17の外径面とハウジングとの接触による摩耗を防止することができる。なお、「表面粗さRa」とは、算術平均粗さのことである。
一方、保持器13を内径側案内(回転軸案内)とする場合、柱中央部16の内径面と回転軸(図示省略)とが接触する。そこで、少なくとも柱中央部16と柱傾斜部18との間の境界部分の曲率半径rを上記の範囲内とすれば、柱中央部16の内径面と回転軸との間の接触面圧を低減することができる。また、この場合には、柱中央部16の内径面の表面粗さRaを、0.05μm以上0.3μm以下に設定すればよい。
なお、境界部分は、凸側(曲げ加工時に引っ張り応力が作用する側)と、凹側(曲げ加工時に圧縮応力が作用する側)とにそれぞれR部分が形成される。このとき、凸側の曲率半径は、常に凹側の曲率半径より大きい。そこで、本明細書中「境界部分の曲率半径r」とは、凸側の曲率半径を指すものとする。また、「境界部分の肉厚t」とは、凸側の中央部と凹側の中央部とを結ぶ線分の長さを指すものとする。
また、柱中央部16の外径面は、柱端部17の内径面よりも径方向外側に位置している。そして、針状ころ12のピッチ円12aは、柱中央部16の外径面より径方向内側であって、かつ柱端部17の内径面より径方向外側に位置している。これにより、針状ころ12は、壁面16b,17b,18bそれぞれに接触する。このように、針状ころ12と壁面16b,17b,18bとの接触面積を増加させることにより、針状ころ12のスキューを有効に防止することができる。
ただし、柱中央部16と柱端部17との位置関係は上記の場合に限られない。図5を参照して、保持器13の変形例を説明する。なお、図5は保持器13の変形例を示す図であって、図4に対応する図である。なお、各構成要素の形状や機能は共通するので、同一の構成要素には図4と同一の参照番号を付し、説明は省略する。
図5を参照して、柱中央部16の外径面は、柱端部17の内径面よりも径方向内側に位置している。そして、針状ころ12のピッチ円12aは、柱中央部16の外径面より径方向外側であって、かつ柱端部17の内径面より径方向内側に位置している。この場合、針状ころ12は、柱傾斜部18の壁面18bでのみ案内されることになる。上記構成とすれば、第1のころ止め部16aと第2のころ止め部17aとが径方向に離れて配置されるので、針状ころ12の脱落を適切に防止することができる。
次に、図6〜図20を参照して、保持器13の製造方法を説明する。なお、図6は保持器13の主な製造工程を示すフロー図であり、第1から第6の工程を有する。また、図7〜図10は第1の工程の詳細を示す説明図、図11〜図14は第2の工程の詳細を示す説明図、図15は第3の工程の詳細を示す説明図、図16〜図20は第5の工程の詳細を示す説明図である。
まず、保持器13の出発材料としては、炭素含有量が0.15wt%以上1.1wt%以下の鋼板(炭素鋼)を使用する。具体的には、炭素含有量が0.15wt%以上0.5wt%以下のSCM415やS50C等、または、炭素含有量が0.5wt%以上1.1wt%以下のSAE1070やSK5等が挙げられる。これは、炭素含有量が0.15wt%未満の炭素鋼は、焼入処理によって浸炭硬化層が形成されにくく、保持器13に必要な硬度を得るためには、浸炭窒化処理を行う必要があるためである。なお、浸炭窒化処理は、後述する各焼入処理と比較して設備費用が高額になるので、結果として、針状ころ軸受11の製造コストが上昇する。また、炭素含有量が0.15wt%未満の炭素鋼では浸炭窒化処理によっても十分な浸炭硬化層が得られない場合があり、表面起点型の剥離が早期に発生する恐れがある。一方、炭素含有量が1.1wt%を超える炭素鋼は加工性が著しく低下する。
また、保持器13の出発材料としては、炭素含有量が0.15wt%以下のSPCであってもよい。これにより、後述するバニシ加工およびかしめ加工が容易になる。
図6に示す第1の工程S11では、上記した出発材料としての平坦な鋼板から円筒部材22を形成する。具体的には、図7を参照して、深絞り加工によって鋼板からカップ状部材21を得る。このとき、カップ状部材21の軸方向一方側端部(図7の上側)には底壁21aが、軸方向他方側端部(図7の下側)には外向きフランジ部21bが形成される。また、このとき、しごき加工によって、カップ状部材21の外径面または内径面の表面粗さRaを、0.05μm以上0.3μm以下にする。
次に、図8を参照して、打ち抜き加工によってカップ状部材21の底壁21aを除去する。ただし、打ち抜き加工によっては底壁21aを完全に除去することはできず、カップ状部材21の軸方向一方側端部には内向きフランジ部21cが形成される。
次に、図9を参照して、バーリング加工によって内向きフランジ部21cを軸方向に立ち上げる。さらに図10を参照して、トリミング加工によってカップ状部材21の軸方向他方側端部を切断することによって外向きフランジ部21bを除去する。
これにより、図10に示す円筒部材22を形成することができる。上記の工程で得られた円筒部材22の外径寸法は、柱中央部16の外径寸法に一致する。また、上記の工程で得られた円筒部材22の肉厚をtとする。
次に、図6に示す第2の工程S12では、円筒部材22を径方向に変形させて柱中央部16、一対の柱端部17、および一対の柱傾斜部18を形成する。この実施形態においては、円筒部材22の外径面を拘束する拡開プレス用外型24(以下、単に「外型24」という)と、円筒部材22の内径面を拘束する一対の拡開プレス用内型25,26(以下、単に「内型25,26」という)とを使用して円筒部材22の軸方向両端部を拡径させる(拡開プレス)。
図11〜図14を参照して、外型24は、内部に円筒部材22を受け入れる円筒空間23aを有する。この円筒空間23aと対面する外型24の表面は、柱中央部16の外径寸法に一致する小径部23bと、柱端部17の外径寸法に一致する大径部23cと、小径部23bおよび大径部23cの間に柱傾斜部18の傾斜角度に一致する傾斜部23dとで構成されている。
第1の内型25は、中空の円筒部材22の軸方向一方側端部(図11の上側)から挿入される円柱形状の部材である。第1の内型25は、柱中央部16の内径寸法に一致する小径部25aと、柱端部17の内径寸法に一致する大径部25bと、小径部25aおよび大径部25bの間に柱傾斜部18の傾斜角度に一致する傾斜部25cとで構成される。第2の内型26も同一の構成であって、円筒部材22の軸方向他方側端部(図11の下側)から挿入される。
外型24は、例えば、90°の間隔で放射状に分割された第1〜第4の分割外型24a,24b,24c,24dによって構成されている。この第1〜第4の分割外型24a〜24dは、それぞれ移動治具27によって円筒部材22の径方向に移動可能である。また、第1および第2の内型25,26は、それぞれ円筒部材22の軸方向に移動可能である。
図11を参照して、第1〜第4の分割外型24a〜24dが径方向外側へ後退し、第1および第2の内型25,26が互いに遠ざかるよう軸方向に後退すると、円筒部材22を円筒空間23aから出し入れ可能な状態となる。つまり後退とは、円筒部材22から遠ざかる方向に移動することをいう。
次に、図13を参照して、第1〜第4の分割外型24a〜24dが径方向内側へ前進すると、小径部23bで円筒部材22の外径面を拘束する。さらに、図14を参照して、第1および第2の内型25,26が互いに近づくよう軸方向に前進すると、傾斜部25c,26cによって、次に大径部25b,26bによって、円筒部材22の軸方向両端部が径方向外側に押し広げられる。つまり前進とは、円筒部材22に近づく方向に移動することをいう。
これにより、柱中央部16、一対の柱端部17、および一対の柱傾斜部18がそれぞれ形成される。なお円筒部材22が、拡開プレスによって引き伸ばされるので、第2の工程終了後の一対の柱端部17、および一対の柱傾斜部18の肉厚tは、円筒部材22の肉厚tより薄くなっている(t<t)。また円筒部材22が、外型24と内型25,26とによって径方向に狭圧されるので、第2の工程終了後の柱中央部16の肉厚tは、円筒部材22の肉厚tより薄くなっている(t<t)。なお、肉厚tは柱中央部16、一対の柱端部17、および一対の柱傾斜部18の肉厚を包括的に表すものであって、これら16,17,18の肉厚が同一であることを意味するものではない。
次に、図6に示す第3の工程S13では、増肉加工によって境界部分を増肉する。
図15を参照して、増肉加工には、円筒形状の一対の圧縮治具28,29を用いる。具体的には、外型24および内型25,26によって円筒部材22を拘束した状態(拡開プレスを行った状態)で、一対の圧縮治具28,29によって円筒部材22の軸方向両端面を両側から圧縮する。
このとき、直線部分の内外径面は、外型24および内型25,26によって拘束されているので、肉厚は変化しない。一方、境界部分と外型24および内型25,26との間には、微小な隙間が形成されている。これにより、円筒部材22の軸方向寸法が減少すると共に、境界部分のみが増肉される。第3の工程後の境界部分の肉厚tは、第1の工程で得られた円筒部材22の肉厚tより厚くなっている(t1<t<t2)。これにより、柱部15の肉厚を全体的に厚くして強度を向上するのではなく、直線部分の肉厚を薄くし、応力集中の生じる境界部分の肉厚を選択的に厚くすることによって強度を向上する。したがって、保持器13を軽量化することができる。また、このとき、同時に境界部分の曲率半径rも直線部分の肉厚tより小さくなる。
次に、図6に示す第4の工程S14では、円筒部材22にポケット20および油溝16dを形成する。具体的には、ポンチとダイスを使用した打ち抜き加工によって円筒部材22の円周面に複数のポケット20および油溝16dを形成する。ポンチは、ポケット20に対応する矩形状の部位と、矩形状の部位から円周方向に突出し、油溝16dに対応する突起状の部位とで構成される。このように、円筒部材22にポケット抜き加工を施すことにより、ポケット20を挟んで向かい合う壁面16b,17b,18b同士は、互いに平行となる。
次に、図6に示す第5の工程S15では、円筒部材22の柱部15に第1のころ止め部16aおよび第2のころ止め部17aを形成する。図16は、治具60〜72によってころ止め部16a,17aを形成する様子を示す斜視図である。また図17は、図16の円筒部材22および加工台61等を断面にして示す一部断面図である。ポケット20が形成された円筒部材22に、軸方向一方から円筒形状の加工台61を同軸に挿入する。加工台61は、図17に示すように、柱中央部16の内径面と、一方の柱傾斜部18の内径面と、一方の柱端部17の内径面と、一方のリング部14の内径面に接触してこれらを支持する。また円筒部材22に、軸方向他方から円筒形状の加工台65を同軸に挿入する。加工台65は、図17に示すように、バネ67によってシリンダ形状の加工台基部66から前進するよう付勢される。そして円筒部材22に挿入された加工台65の先端突起65tが加工台61の先端凹部61uに係合して、加工台65は他方の柱傾斜部18の内径面と、他方の柱端部17の内径面と、他方のリング部14の内径面に接触してこれらを支持する。
これら加工台61および加工台65の径方向外側に配置された治具60は、径方向に延びて、その先端が加工台61に指向する。治具60の先端には、バニシ治具62およびかしめ治具63が設けられている。これに対し治具60の基端68は、治具60を加工台61に向けて進退動させるアクチュエータ71およびアクチュエータ72と係合する。
バニシ治具62は、図17に示すように、治具60の先端で軸方向に間隔を開けて2箇所設けられる。この間隔は、柱中央部16の軸方向寸法よりもやや小さく、径方向一方側からの加工のみによってバニシ治具62は柱中央部16の両端部に第1のころ止め部16aを形成する。
またかしめ治具63も、図17に示すように、治具60の先端で軸方向に間隔を開けて2箇所設けられる。この間隔は、一対の柱端部17,17の距離と同じであり、径方向一方側からの加工のみによってかしめ治具63は一対の柱端部17、17に第2のころ止め部17aをそれぞれ形成する。
図18は、図17に示すA−Aで断面となし矢印の方向から見た状態を示す断面図であり、バニシ治具62によるバニシ加工を模式的に示す。図18に示すように加工台61には、バニシ治具62を案内するためのガイド面61aを備え、平行に向き合うガイド面61a同士が、ポケット20に対応するガイド溝61gを形成する。このガイド溝61gの周方向幅はポケット20の周方向幅よりも2×Wだけ狭い。すなわち、ガイド面61aは、ポケット20に対面する柱中央部16の壁面よりも幅Wだけ手前に位置する。バニシ治具62の先端部62aの周方向幅は、ガイド溝61gの溝幅と同じであり、先端部62aの壁面はガイド面61aと一致する。バニシ治具62をポケット20に押し込んでバニシ加工する際、ガイド溝61gは先端部62aを受け入れる。これに対し、先端部62aを支持するバニシ治具62の基部62bは、先端部62aよりも周方向幅が大きく、基部62bの壁面62cは、先端部62aから遠くなるほど周方向幅が増大するような傾斜している。基部62bの先端側における周方向幅はポケット20の周方向幅よりも2×Wだけ広い。すなわち、壁面62cの先端側は、ポケット20に対面する柱中央部16の壁面よりも幅Wだけ奥に位置する。壁面62cの先端と先端部62aの壁面との間には、段差62dが設けられる。段差62dは、壁面62cよりも急勾配で傾斜した壁面である。
図19は、図17に示すA−Aで断面となし矢印の方向から見た状態を示す断面図であり、バニシ加工によりバニシ治具62をポケット20に押し込んだ様子を模式的に示す。バニシ治具62の壁面62cは、柱中央部16の壁面を周方向にWだけ押し広げるとともに、径方向内側に押し退けて第1のころ止め部16a(以下、バニシ爪16aと呼ぶ場合もある)および非接触部16cを形成する。非接触部16cは、柱中央部16の径方向外側で端面62cに沿って傾斜した形状で形成される。また第1のころ止め部16aは柱中央部16の径方向内側で幅Wだけ突出して形成される。
図20は、図17に示すB−Bで断面となし矢印の方向から見た状態を示す断面図であり、かしめ加工によりかしめ工具63を柱端部17に押し当てた様子を示す。かしめ工具63は、柱端部17の外径面を圧縮変形させつつ、径方向外側のポケット20の幅を狭くして第2のころ止め部17a(以下、かしめ爪17aと呼ぶ場合もある)を形成する。
図16〜図20に示すように、第1のころ止め部16aおよび第2のころ止め部17aは、ころ軸受用保持器13に加工される円筒部材22の径方向外側からの加工のみによって形成される。第1のころ止め部16aおよび第2のころ止め部17aは、時間的に別々に形成されてもよいが、好ましくは、図16および図17に示すように、治具60によって同時に形成される。これにより、加工に要する時間を短くして、ころ軸受用保持器13の製造効率が向上する。
なお、図には示さなかったが、ころ軸受用保持器13の径方向内側からの加工のみによって、第1のころ止め部16aおよび第2のころ止め部17aを形成してもよい。この場合、径方向内側のころ止め部をかしめ爪とし、径方向外側のころ止め部をバニシ爪とする。
次に、図6に示す第6の工程S16では、保持器13に表面硬さ等の所定の機械的性質を付与するために熱処理を施す。熱処理としては、保持器13が十分な深さの硬化層を得るために、出発材料の炭素含有量によって適切な方法を選択する必要がある。具体的には、炭素含有量が0.15wt%以上0.5wt%以下の材料の場合には浸炭焼入処理を、炭素含有量が0.5wt%以上1.1wt%以下の材料の場合には光輝焼入処理または高周波焼入処理を施す。
浸炭焼入処理は、高温の鋼に炭素が固溶する現象を利用した熱処理方法であって、鋼内部は炭素量が低いまま、炭素量の多い表面層(浸炭硬化層)を得ることができる。これにより、表面は硬く、内部は軟らかく靭性の高い性質が得られる。また、浸炭窒化処理設備と比較して設備費用が安価である。
光輝焼入処理は、保護雰囲気や真空中で加熱することによって、鋼表面の酸化を防止しながら行う焼入処理を指す。また、浸炭窒化処理設備や浸炭焼入処理設備と比較して設備費用が安価である。
高周波焼入処理は、誘導加熱の原理を利用して、鋼表面を急速に加熱、急冷して焼入硬化層を作る方法である。他の焼入処理設備と比較して設備費用が大幅に安価であると共に、熱処理工程でガスを使用しないので環境に優しいというメリットがある。また、部分的な焼入処理が可能となる点でも有利である。
さらに、焼入によって生じた残留応力や内部ひずみを低減し、靭性の向上や寸法を安定化させるために、上記の焼入処理の後に焼戻を行うのが望ましい。
これまで説明してきた第1の工程S11から第6の工程S16によって、図1に示す保持器13が完成する。なお、保持器13の外径面の表面粗さRaは、円筒部材22の形成(S11)の際のしごき加工において、既に0.05μm以上0.3μm以下となっている。したがって、仕上げ加工工程としての独立した研削加工工程は、省略することができる。
上記した第1から第6の工程S11〜S16を実行することによって、保持器13を形成することができる。そして、保持器13のポケット20に針状ころ12を圧入することによって、図2に示す針状ころ軸受11が完成する。
ところで本実施形態によれば、第1および第2のころ止め部16a,17aは、それぞれ径方向一方側からの加工のみによって形成されることから、第1のころ止め部16aを形成する治具62と第2のころ止め部を形成する治具63とを保持器13から見て同じ側に配置することが可能になる。したがって、ころ止め部16a,17aの加工設備を簡易にすることができる。しかも、第1のころ止め部16aを形成する治具62と第2のころ止め部17aを形成する治具63とを治具60にひとまとめにして、同一の工程S15で2種類のころ止め部16a,17aを形成することができる。したがって、従来よりも加工工数を少なくすることができる。また、柱部15のポケットに対面する壁面16b,17bにころ止め部16a,17aを設けたことにより、小径のころであっても、ころの遊隙量を充分に確保しつつ、ころが保持器13から脱落するのを防止することができる。
また本実施形態の第5の工程S15で、バニシ加工およびかしめ加工によってころ止め部16a,17aを形成することから、特許文献1に記載されるように切削による機械加工でころ止め部を形成する従来の保持器よりも、ころ止め部の強度が大きく、耐久性能において有利である。
また本実施形態の第1の工程S11で、周方向に継ぎ目のない円筒部材22から保持器13を形成することから、特許文献2に記載されるように帯鋼をローリング加工して溶接により接合する従来の保持器よりも、強度が大きく、耐久性能において有利である。
また本実施形態によれば図16および図17に示すように、第1および第2のころ止め部16a,17aは、保持器13の径方向外側からの加工のみによって形成されることから、径方向内側にあるころ止め部16aおよび径方向外側にあるころ止め部17aを容易に形成することが可能になる。
また図18および図19に示すように、第1のころ止め部16aは、ポケット20に径方向外側から挿入される加工治具62によって、柱部15(16)のポケット20に対面する壁面をしごいて形成されるバニシ爪である。これにより、バニシ爪16aでころ12の径方向内側への脱落を防止することが可能になる。
また図20に示すように、第2のころ止め部17aは、加工治具63によって柱部15(17)の外径面をかしめて形成されるかしめ爪である。これにより、かしめ爪17aでころ12の径方向外側への脱落を防止することが可能になる。
特に本実施形態では、柱部15は、軸方向中央部領域で相対的に径方向内側に位置する柱中央部16と、軸方向端部領域で相対的に径方向外側に位置する一対の柱端部17,17と、柱中央部16および一対の柱端部17,17それぞれの間に位置する一対の柱傾斜部18,18とを含み、第1のころ止め部16aは柱中央部16に、第2のころ止め部17aは一対の柱端部17,17それぞれに設けられている。これにより、保持器13の強度を高めつつその軽量化を図ることが可能になる。
また図4および図5に示す柱中央部16、一対の柱端部17,17、および一対の柱傾斜部18,18の各部の肉厚tは、隣接する各部の境界部分の肉厚tより小さい。これにより、境界部分の強度を相対的に大きくして、保持器13の耐久性能を向上することができる。
そして、本実施形態になる保持器13と、ポケット20に収容される複数のころ12とを備える、ころ軸受11によれば、従来よりもころ止め部16a,17aの加工工数が少なくなることから、コスト上有利である。
本実施形態になる保持器13の製造方法は、円環形状の一対のリング部14と、一対のリング部14,14を相互に連結する複数の柱部15と、隣接する柱部15同士の間にころ12を収容するポケット20と、柱部15のポケット20に対面する壁面16b,17bに、径方向内側および径方向外側それぞれに偏在してころの脱落を防止する第1および第2のころ止め部とを備えるころ軸受用の保持器13を製造するに際し、出発材料としての円筒部材22に、一対のリング部14,14、複数の柱部15、およびポケット20を形成する工程と、円筒部材22を径方向一方側からのみ加工して第1のころ止め部16aを形成する工程と、円筒部材22を径方向一方側からのみ加工して第2のころ止め部17aを形成する工程とを含む。このように径方向一方側からのみの加工で、径方向内側に偏在する第1のころ止め部16aおよび径方向外側に偏在する第2のころ止め部17aを形成することから、加工工数を従来よりも少なくして、コスト上有利な保持器13を製造することができる。
特に、図16および図17に示すように、第1のころ止め部16aを形成する工程と第2のころ止め部を形成する工程17aとは、同時に行われることから、加工時間を短縮することが可能になり、コスト上有利な保持器13を製造することができる。
次に、図21〜図28を参照して、この発明の他の実施形態に係る保持器33およびその製造方法を説明する。なお、共通する構成要素には保持器13と同一の参照番号を付し、説明は省略する。
まず、図21〜図25を参照して、保持器33は、一対のリング部14それぞれから径方向内側に延びる一対の鍔部19をさらに備える。なお、リング部14の肉厚と鍔部19の軸方向の肉厚とは、柱部15の直線部分の肉厚tと実質的に等しく設定されている。また、リング部14と鍔部19との境界部分の肉厚は、他の境界部分の肉厚tと実質的に等しく設定されている。さらに、リング部14と鍔部19との境界部分の曲率半径は、他の境界部分の曲率半径rと実質的に等しく設定されている。
つまり、この実施形態においてもt<tが成立する。これにより、既に説明した効果に加えて、鍔部19の根元部分の強度が向上する。また、r<tも成立する。これにより、リング部14の外径面の表面積が増加するので、保持器33が外径側案内の場合にハウジングとの接触面圧をさらに低減することができる。なお、その他の構成は保持器13と共通するので、説明は省略する。
上記構成の保持器33の製造工程は、図6に示す保持器13の第1の工程S11、第2の工程S12、第4の工程S14、および第5の工程S15と共通するので説明を省略する。図26〜図28を参照して保持器33の増肉加工(図6のS13に対応)およびネッキング加工を説明する。
S13に対応するこの実施形態の工程においては、保持器33の元になる円筒部材42を、ネッキング用外型44と内型46との間にセットして、境界部分の増肉加工と鍔部19の形成(ネッキング加工)とを同時に行う。ここで鍔部19は、軸方向に対し所定の角度だけ折り曲げる前処理工程と軸方向に対し90°折り曲げる後処理工程の2段階の工程を経て形成される。そして、境界部分の増肉加工は後処理工程と同時に行われる。
まず、図26を参照して、前処理工程は、鍔部19となる円筒部材42の軸方向両端部を柱端部17に対して所定の角度(この実施形態では45°)内側に折り曲げる工程であって、ネッキング用外型44(以下、単に「外型44」という)と、ネッキング用内型46(以下、単に「内型46」という)と、一対のネッキング治具48,49とによって行われる。
外型44は、拡開プレス用外型24と同様の構成であって、円筒部材42の外径面を拘束する。ただし、軸方向長さが拡開プレス用外型24より短く、鍔部19となる円筒部材42の軸方向両端部を拘束しないようになっている。
図27を参照して内型46は、例えば、45°の角度で放射状に分割された第1〜第8の分割内型46a,46b,46c,46d,46e,46f,46g,46hとによって構成される。第1〜第8の分割内型46a〜46hは、それぞれ径方向に移動可能な状態となっている。
図26を参照して内型46は、外径面の軸方向中央部領域に柱中央部16の内径寸法に一致する小径部45aと、軸方向端部領域に柱端部17の内径寸法に一致する大径部45bと、小径部45aおよび大径部45bの間に柱傾斜部18に沿う傾斜部45cと、軸方向両端の角部に前処理加工による鍔部19の折り曲げ角度(45°)を規定するネッキング部45dとを含む円筒形状の部材である。
具体的には、第1〜第8の分割内型46a〜46hを径方向内側に後退させると、第1〜第8の分割内型46a〜46hを円筒部材42から出し入れ可能な状態となる。一方、第1〜第8の分割内型46a〜46hを径方向外側に前進させると、円筒部材42の内径面を拘束することができる(図26の状態)。なお、分割内型46a〜46hは、挿入治具47を挿入することによって前進させることができる。
ネッキング治具48は、先端に前処理工程における鍔部19の傾斜角度(45°)に沿うネッキング部48aを有し、円筒部材42の軸方向に移動可能な状態となっている。ネッキング治具49も同様の構成である。そして、一対のネッキング治具48,49を軸方向に後退させると、円筒部材42を円筒空間から出し入れ可能な状態となる。一方、一対のネッキング治具48,49を軸方向に前進させると、円筒部材42の軸方向両端部(図26中の破線で示す部分)を所定の角度(45°)内側に折り曲げることができる。
次に、図28を参照して、後処理工程では、鍔部19を柱端部17に対して90°内側に折り曲げる。後処理工程における加工治具は、前処理工程で使用したものとほぼ同じ構成のネッキング用外型54a〜54d(54a,54cのみ図示)、ネッキング用内型56a〜56h(56a,56eのみ図示)、挿入治具57、および一対のネッキング治具58,59を使用する。なお、外型44と外型54を同一の金型とし前処理工程と後処理工程とで共用してもよい。挿入治具47と挿入治具57も同様である。
後処理工程では、前処理工程と同様の手順で円筒部材42の内外径面を拘束し、ネッキング治具58,59によって鍔部19を軸方向から圧縮する。これにより、柱端部17と鍔部19とのなす角が90°となる。また、この工程で図6に示す第3の工程S13と同様に境界部分を増肉することができる。
ところで本実施形態の保持器33は、一対のリング部14,14それぞれから径方向内側に延びる鍔部19をさらに備え、一対のリング部14,14、および鍔部19の肉厚tは、リング部14と鍔部19との境界部分の肉厚tより小さい。これにより、境界部分の強度を相対的に大きくして、保持器33の耐久性能を向上させることができる。
なお、上記の実施形態においては、平坦な鋼板を出発材料として保持器13,33を製造した例を示したが、これに限ることなく、パイプ材等の円筒部材を出発材料として製造することもできる。この場合、図6に示す第1の工程S11を省略することができる。
これまでの説明においては、本発明の実施形態としてケージ&ローラタイプの針状ころ軸受11,31の例を示したが、本発明は、内輪および外輪のうちの少なくとも1をさらに有する針状ころ軸受にも適用することが可能である。また、転動体として針状ころ12を採用した例を示したが、これに限ることなく、円筒ころや棒状ころであってもよい。
さらに、上記の実施形態に係る針状ころ軸受11,31は、例えば、自動車用トランスミッションのアイドラー軸受、自動車用トランスミッションの遊星ギヤ、およびオートバイ用エンジンのコンロッド大端用軸受として使用することにより、特に有利な効果を奏する。
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、ころ軸受用保持器、および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ころ軸受用保持器を示す斜視図である。 図1のころ軸受用保持器を採用した針状ころ軸受を示す斜視図である。 図1のころ軸受用保持器のポケットの構造を示す斜視図である。 図3の矢印IVから見たころ軸受用保持器の断面図である。 図1に示すころ軸受用保持器の変形例であって、図4に対応する断面図である。 図1に示すころ軸受用保持器の主な製造工程を示すフロー図である。 深絞り工程を示す図である。 打ち抜き加工工程を示す図である。 バーリング加工工程を示す図である。 トリミング加工工程を示す図である。 柱傾斜部等を形成する工程の加工前の状態を示す図である。 拡開プレス用外型を軸方向から見た図である。 拡開プレス工程の加工途中の状態を示す図である。 拡開プレス工程の加工後の状態を示す図である。 境界部分の増肉加工の工程を示す図である。 ポケットを形成する工程を示す斜視図である。 図16に示す工程の断面図である。 図17中のA−Aで断面にし、矢印の方向から見た状態を示す断面図であって、バニシ加工前の状態を示す。 図17中のA−Aで断面にし、矢印の方向から見た状態を示す断面図であって、バニシ加工によって第1のころ止め部を形成した状態を示す。 図17中のB−Bで断面にし、矢印の方向から見た状態を示す断面図であって、かしめ加工によって、第2のころ止め部を形成した状態を示す。 この発明の他の実施形態に係るころ軸受用保持器を示す斜視図である。 図21のころ軸受用保持器を採用した針状ころ軸受を示す斜視図である。 図21のころ軸受用保持器のポケットの構造を示す斜視図である。 図23の矢印XXIVから見た矢視図である。 図21に示すころ軸受用保持器の変形例であって、図24に対応する図である。 前処理工程を示す図である。 ネッキング用内型を軸方向から見た図である。 後処理工程を示す図である。
符号の説明
11,31 針状ころ軸受、12 針状ころ、12a ピッチ円、13,33 保持器、14 リング部、15 柱部、16 柱中央部、17 柱端部、18 柱傾斜部、16a 第1のころ止め部(バニシ爪),17a 第2のころ止め部(かしめ爪)、16b,17b,18b 壁面、16c 非接触部、16d 油溝、19 鍔部、20 ポケット、21 カップ状部材、21a 底壁、21b 外向きフランジ部、21c 内向きフランジ部、22,42 円筒部材、24,44 外型、23a 円筒空間、23b,25a,26a,45a 小径部、23c,25b,26b,45b 大径部、23d,25c,26c,45c 傾斜部、24a,24b,24c,24d,44a,44b,44c,44d,54a,54c 分割外型、25,26,46 内型、46a,46b,46c,46d,46e,46f,46g,46h,56a,56e 分割内型、27 移動治具、28,29 圧縮治具、47,57 挿入治具、48,49,58,59 ネッキング治具、45d,48a,49a ネッキング部、60 治具、61 加工台、61g ガイド溝,62 バニシ治具、63 かしめ治具、65 加工台。

Claims (9)

  1. 円環形状の一対のリング部と、前記一対のリング部を相互に連結する複数の柱部とを備え、隣接する前記柱部の間にころを収容するポケットが形成されているころ軸受用保持器であって、
    前記柱部は、軸方向中央領域に位置する柱中央部と、前記柱中央部よりも両端側の軸方向端部領域にそれぞれ位置する一対の柱端部とを含み、前記ポケットに対面する前記柱中央部の壁面の径方向内側に偏在してころの径方向内側への脱落を防止する第1のころ止め部と、前記ポケットに対面する前記一対の柱端部の壁面の径方向外側に偏在してころの径方向外側への脱落を防止する第2のころ止め部とを含み、
    前記第1のころ止め部は、前記ころ軸受用保持器の径方向外側から前記柱中央部の壁面を径方向内側にしごくバニシ加工により前記柱中央部の壁面から後退する非接触面と、前記非接触面の径方向内側端に位置し前記柱中央部の壁面から突出するバニシ爪とを有する形状とされ、
    前記第2のころ止め部は、前記ころ軸受用保持器の径方向外側から前記一対の柱端部の外径面を圧縮変形させるかしめ加工により前記柱端部の壁面の径方向外側端を前記柱端部の壁面から突出させたかしめ爪を有する形状とされる、ころ軸受用保持器。
  2. 前記第1のころ止め部は、前記ポケットに径方向外側から挿入される加工治具によって、前記柱部の前記ポケットに対面する壁面をしごいて形成される、請求項1に記載のころ軸受用保持器。
  3. 前記第2のころ止め部は、前記柱部の外径面に押し当てられる加工治具によって形成される、請求項1または2に記載のころ軸受用保持器。
  4. 前記柱中央部は、相対的に径方向内側に位置し、
    前記一対の柱端部は、相対的に径方向外側に位置し、
    前記柱部は、前記柱中央部および前記一対の柱端部それぞれの間に位置する一対の柱傾斜部をさらに含む、請求項1〜3のいずれかに記載のころ軸受用保持器。
  5. 前記柱中央部、前記一対の柱端部、および前記一対の柱傾斜部の各部の肉厚は、隣接する各部の境界部分の肉厚より小さい、請求項4に記載のころ軸受用保持器。
  6. 前記ころ軸受用保持器は、前記一対のリング部それぞれから径方向内側に延びる鍔部をさらに備え、
    前記一対のリング部、および前記鍔部の肉厚は、前記リング部と前記鍔部との境界部分の肉厚より小さい、請求項1〜5のいずれかに記載のころ軸受用保持器。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載のころ軸受用保持器と、
    前記ポケットに収容される複数のころとを備える、ころ軸受。
  8. 円環形状の一対のリング部と、軸方向中央領域に位置する柱中央部および前記柱中央部よりも両端側の軸方向端部領域にそれぞれ位置する一対の柱端部を含み前記一対のリング部を相互に連結する複数の柱部と、隣接する前記柱部の間にころを収容するポケットと、前記ポケットに対面する前記柱中央部の壁面の径方向内側に偏在してころの径方向内側への脱落を防止する第1のころ止め部と、前記ポケットに対面する前記一対の柱端部の壁面の径方向外側に偏在してころの径方向外側への脱落を防止する第2のころ止め部とを備えるころ軸受用保持器の製造方法であって、
    出発材料としての円筒部材に、前記一対のリング部、前記複数の柱部、および前記ポケットを形成する工程と、
    前記円筒部材を径方向側からのみ加工して、前記柱中央部の壁面を径方向側から径方向側にしごき、前記柱中央部の壁面から後退する非接触面と、前記非接触面の径方向内側端に位置し前記柱中央部の壁面から突出するバニシ爪とを有する前記第1のころ止め部を形成するバニシ加工の工程と、
    前記円筒部材を径方向側からのみ加工して、前記一対の部の外径面を圧縮変形させ、前記柱端部の壁面の径方向外側端を前記柱端部の壁面から突出させたかしめ爪を有する前記第2のころ止め部を形成するかしめ加工の工程とを含む、ころ軸受用保持器の製造方法。
  9. 前記第1のころ止め部を形成する工程と前記第2のころ止め部を形成する工程とは、同時に行われる、請求項8に記載のころ軸受用保持器の製造方法。
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