JP5803127B2 - 転がり軸受の軌道輪用粗形材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受の内輪と外輪とを形成するための内輪粗形材と外輪粗形材とを、単一の素材から、鍛造することにより製造する転がり軸受の軌道輪用粗形材の製造方法に関する。

転がり軸受の内輪と外輪とを形成するための内輪粗形材と外輪粗形材とを、単一の素材から製造する方法として、例えば特許文献１に記載の製造方法がある。この製造方法では、円柱状の素材を据え込み形成して円板部材とし（第１工程）、この円板部材の中央を加圧して予備成形品とし（第２工程）、この予備成形品を軸方向に押し出して、上部環状体と下部環状体とを形成し（第３工程）、上部環状体と下部環状体とを分離する（第４工程）。そして、下部環状体の底部をパンチにより打ち抜いて穴開けし（第５工程）、穴開けした下部環状体を前方押し出しして、大径の外筒部と小径の内筒部とを有する成形品を得る（第６工程）。そして、外筒部と内筒部とを切り離して（第７工程）、外筒部を外輪粗形材とし、内筒部を内輪粗形材としている。

前記第５工程では、下部環状体の底部をパンチにより打ち抜いて穴を形成しているが、この工程において形成された穴は、第７工程によって得られる内輪粗形材の内周面となっている。すなわち、第５工程における穴形成のための前記パンチは、第７工程によって得られる内輪粗形材の内径と同じ外径を有している。

特開２００５−２８８５０５号公報（図１参照）

前記第５工程では、下部環状体の底部に穴開けを行っているが、その穴をパンチによって形成すると抜きカスが生じ、この抜きカスは、廃材として処理される。
そして、この第５工程では、上記のとおり、内輪粗形材の内径と同じ外径を有するパンチによって穴開けを行っていることから、内輪粗形材の内径が大きい場合は特に、大きな抜きカスが発生してしまう。

以上より、前記特許文献１に記載の製造方法では、内輪粗形材と外輪粗形材とを、単一の素材から製造することにより、材料の歩留まり率の向上を図ろうとしているが、従来の製造方法では、パンチによる穴開けの工程によって生じる抜きカスが大きくなってしまい、この点で材料の歩留まり率の向上を妨げている。

そこで本発明は、より一層、材料の歩留まり率を高めることができる転がり軸受の軌道輪用粗形材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、転がり軸受の内輪を形成するための内輪粗形材と外輪を形成するための外輪粗形材とを、単一の素材を温間鍛造することにより製造する転がり軸受の軌道輪用粗形材の製造方法であって、円柱状の前記素材を据え込み成形して円板部材を得る据え込み工程と、前記円板部材を加圧して、中央部と、その径方向外側に連続する外側部とを形成すると共に、当該外側部から前記中央部へと徐々に薄肉とさせるテーパ面を形成する予備成形工程と、前記中央部の中心側をパンチによって打ち抜いて、前記内輪粗形材の内径よりも小さい直径を有する下穴を、その開口縁部に前記テーパ面を残した状態で形成する穴開け工程と、前記中央部を雄型によって前方押し出しすることで、当該雄型の先端部によって前記下穴を拡径しながら拡径した穴を内周とする内筒部を成形すると共に、当該雄型と雌型との間で前記外側部を後方押し出しすることで、前記内筒部よりも径が大きい外筒部を、前記内筒部と一体として成形する本成形工程と、前記内筒部と前記外筒部とを分離して前記内輪粗形材と前記外輪粗形材とを得る分離工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、穴開け工程において、円板部材の中央部の中心側をパンチによって打ち抜いて、（分離工程により得られる）内輪粗形材の内径よりも小さい直径を有する下穴を形成し、本成形工程において、前記中央部を雄型によって前方押し出しすることで、当該雄型の先端部によって前記下穴を拡径しながら拡径した穴を内周とする内筒部を成形する。このため、穴開け工程では、内輪粗形材の内径よりも小さい直径を有する下穴を形成すればよいので、抜きカスを小さくすることができ、材料の歩留まり率を高めることができる。

また、前記予備成形工程では、前記外側部から前記中央部へと徐々に薄肉とさせるテーパ面を形成している。
この場合、予備成形工程により、円板部材の外側部から中央部へと徐々に薄肉とさせるテーパ面が成形されるため、その後の、本成形工程において、この中央部を雄型によって前方押し出しして、下穴を拡径しながら内筒部を成形する際に、当該中央部の前方への流動が行われやすくなる。この結果、中央部によって外側部が径方向内側に大きく引っ張られる（起き上がる）のを緩和することが可能となり、外筒部の成形も行いやすくなる。

また、前記予備成形工程では、前記後方押し出しの方向に突出している突出部を外周縁に有する前記外側部を形成し、前記突出部の径方向幅寸法を、前記後方押し出しするための前記雄型と前記雌型との間の環状空間の径方向隙間寸法よりも小さくなる形状に成形するのが好ましい。
この場合、予備成形工程では、外側部の外周縁にある突出部の径方向幅寸法を、後方押し出しするための雄型と雌型との間の環状空間の径方向隙間寸法よりも小さくなる形状に成形するため、本成形工程において、外側部を後方押し出しして、外筒部を成形する際、突出部は前記環状空間の開口に入り込み易くなる。このため、後方押し出しの際に、外側部の外周縁が、雄型によって径方向内側へ巻き込まれるのを防止することができる。

本発明によれば、穴開け工程において、内輪粗形材の内径よりも小さい直径を有する下穴を形成すればよいので、抜きカスを小さくすることができ、材料の歩留まり率を高めることができる。

本発明の製造方法によって製造された軌道輪用粗形材から形成された内輪と外輪とを備えている転がり軸受の断面図である。 本発明の製造方法に含まれる各工程で成形された成形品の断面図である。 本成形工程を説明する金型の断面図である。 本成形工程を説明する金型の断面図である。 本成形工程を説明する金型の断面図である。 本成形工程を説明する拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の転がり軸受の軌道輪用粗形材の製造方法によって製造された内輪粗形材と外輪粗形材とから得られた内輪３１と外輪３２とを備えている転がり軸受の断面図である。この転がり軸受３０は、前記内輪３１及び前記外輪３２と、これら内輪３１と外輪３２との間に複数配設されたころ（転動体）３３と、これらころ３３を保持している保持器３４とを備えており、本実施形態では、円錐ころ軸受である。

図２は、本発明の製造方法に含まれる各工程で成形された成形品の断面図である。この製造方法は、軸受用軌道輪（前記内輪３１及び外輪３２）の粗形材として、図２（Ｅ）に示す内輪粗形材２１と外輪粗形材２２とを、単一の素材から、鍛造することにより製造する。図２では、単一の円柱状の素材（図示せず）に基づいて形成された図２（Ａ）の単一の円板部材１０から、図２（Ｅ）の内輪粗形材２１と外輪粗形材２２とを製造するまでを示している。なお、図２において、各成形品の下側（下面）を軸方向前方（軸方向前方側の面）と呼び、上側（上面）を軸方向後方（軸方向後方側の面）と呼ぶこともある。

この製造方法は、第１鍛造工程として、据え込み工程、予備成形工程、穴開け工程、本成形工程、及び、分離工程を備えている。この第１鍛造工程の後、第２鍛造工程として、形状仕上げ工程が行われる。前記第１鍛造工程は、（７００〜８００℃）の温度で行う温間鍛造であり、前記第２鍛造工程は、常温で行う冷間鍛造である。第１鍛造工程に含まれる各工程について以下説明する。

〔１．据え込み工程〕
据え込み装置（図示せず）により、円柱状の素材（図示せず）を据え込み成形して（軸方向両側から押圧して）、所定寸法の外径Ｄ１を有する円板部材１０を成形する（図２（Ａ））。この外径Ｄ１は、当該円板部材１０から製造される外輪粗形材２２（図２（Ｅ））の外径Ｄ４よりも僅かに小さい。

〔２．予備成形工程〕
プレスにより、前記円板部材１０を軸方向に圧縮して、図２（Ｂ）に示す、円板状の第１成形品１１とする。この第１成形品１１は、前記円板部材１０を軸方向両側から押圧するパンチ及びカウンタパンチ（図示せず）と、円板部材１０を外周から囲む内周面を有するダイス（図示せず）とによって成形される。

前記パンチ及びカウンタパンチは、その先端面が所定の形状とされており、前記円板部材１０をパンチによって加圧して中央部に凹部を形成し、第１成形品１１の上面１１ａ及び下面１１ｂを、図２（Ｂ）に示す所定の形状とする。この予備成形により、凹んだ円形部分となる中央部５と、その径方向外側に連続する環状の外側部４とが形成される。中央部５は、外側部４よりも薄肉となる部分であり、後にも説明するが、円板部材１０を加圧することにより、中央部５の一部に、外側部４から中央部５へと徐々に薄肉とさせるテーパ面１１ａ−１が形成されている。テーパ面１１ａ−１は、軸方向に直交する平面に対して３０°〜４５°の傾斜角度θを有している。
また、この予備成形工程において、前記ダイスは、第１成形品１１の外周面１１ｃを拘束し、所定の外径Ｄ２とする（Ｄ２＞Ｄ１）。

前記外側部４は、中央部５の径方向外側に連続する環状の外側本体部９と、この外側本体部９から上方（軸方向後方）に突出している環状の突出部８とを有している。突出部８は外側本体部９の外周縁に形成されており、外側本体部９では、外周縁において突出部８により上下方向に厚肉となっている。そして、突出部８の上端の内径がＤ３であり外径が前記Ｄ２であり、この突出部８の上端の径方向幅寸法ｅは｛（Ｄ２−Ｄ３）／２｝である。

前記中央部５は、次の穴開け工程（図２（Ｃ））により下穴２４が設けられる被打ち抜き部６と、その径方向外側にあって（後述の）内筒部２５（図２（Ｅ））となる内筒用素材部７とを有している。
そして、この予備成形工程によって成形される第１成形品１１には、前記内筒用素材部７のうちの、後述する雄型４０のパンチ４２（図４参照）によって押される面（上面）に、下方（軸方向前方）に向かって縮径する前記テーパ面１１ａ−１が形成されている。これにより、第１成形品１１は、外側部４から内筒用素材部７にかけて、中心に向かって徐々に薄肉となる形状となる。
以上より、円板部材１０から第１成形品１１が得られる。

〔３．穴開け工程〕
第１成形品１１の前記中央部５の中心側である被打ち抜き部６に、円形の下穴２４を設ける。この穴開け工程は、プレスを用いてパンチ（図示せず）により穴開けが行われ、抜きカス２３が除かれる。この穴開け工程で形成される下穴２４の直径ｄ１は、内輪粗形材２１（図２（Ｅ）参照）の内径ｄ２よりも小さく設定されている。つまり、内輪粗形材２１の内径ｄ２よりも小さい外径を有するパンチによって穴開けが行われる。
以上より、第１成形品１１から円環状の第２成形品１２が得られる。

なお、この穴開け工程では、下穴２４が形成される以外、その他の部分の形状について変化はない。例えば、穴開け工程を終えても、前記テーパ面１１ａ−１を有する部分が残されている。このテーパ面１１ａ−１の径方向内側にある、軸方向に直交する平面１１ａ−２を有する部分（前記被打ち抜き部６）が、抜きカス２３となって除かれる。

〔４．本成形工程〕
図３、図４及び図５は、本成形工程を説明する金型の断面図である。本成形工程はプレスに設置した金型により行われるが、この金型は、マンドレル４１とパンチ４２とを有する雄型４０と、ダイス５１と受け型５２とを有する雌型５０とを備えている。本実施形態では、ダイス５１を固定状態とし、このダイス５１に対して、雄型４０を軸方向前方に移動させることで、前記第２成形品１２を塑性変形させる。なお、図３、図４及び図５では、軸方向前方は、鉛直下方向である。

パンチ４２は、マンドレル４１に外嵌している円筒形状であり、パンチ４２とマンドレル４１とは軸方向について固定されている。マンドレル４１の先端部４１ａは、パンチ４２の先端面４２ａよりも軸方向前方へ突出している。このように、雄型４０は、小径の中央軸部としてマンドレル４１を有し、その外側にある大径の外側軸部としてパンチ４２を有している。

マンドレル４２の直線状である直線部４１ｂの外径は、穴開け工程で形成された下穴２４（図２（Ｃ）参照）の直径ｄ１よりも大きく、分離工程によって得られる内輪粗形材２１（図２（Ｅ）参照）の内径ｄ２と同じ寸法に設定されている。また、パンチ４２の先端部外周面４２ｂは、外輪粗形材２２（図２（Ｅ）参照）の内周面の形状と一致する形状である。

ダイス５１は、軸方向前方側の小径内周面５３と、軸方向後方側の大径内周面５４とを有している。小径内周面５３と大径内周面５４とは同心状である、図５に示しているように、マンドレル４１と小径内周面５３との間に、小径の環状空間Ｋ１が形成され、パンチ４２と大径内周面５４との間に、大径の環状空間Ｋ２が形成される。小径内周面５３の内周面は、内輪粗形材２１（図２（Ｅ）参照）の外周面の形状と一致する形状であり、大径内周面５４の内径は、外輪粗形材２２（図２（Ｅ）参照）の外径Ｄ４と同じ寸法に設定されている。

受け型５２は、マンドレル４１を挿入可能とする孔を中央に有する筒形状部５５と、その軸方向前方側の柱部５６とを有しており、図５に示しているように、筒形状部５５は、前記小径の環状空間Ｋ１を埋める筒形状である。受け型５２は軸方向前後に移動可能であり、後方に移動して（図３）、第２成形品１２をその上に載置させることができ、前方に移動して（図４）、その第２成形品１２をダイス５１内の所定位置、つまり、段付き面５１ａ上に載置させることができる。

第２成形品１２をダイス５１の段付き面５１ａ上に載置させた状態（図４）で、雄型４０を軸方向前方へさらに移動させると、図５に示しているように、第２成形品１２（図２（Ｃ））のうちの中央部５及び外側部４では、次の成形＜１＞＜２＞＜３＞が行われる。この本成形工程により、第２成形品１１から、内筒部２５と、この内筒部２５よりも径が大きい外筒部２６とを有している第３成形品１３（図２（Ｄ））が得られる。

図２（Ｃ）（Ｄ）及び図５において、前記成形＜１＞＜２＞＜３＞を説明する。
＜１＞マンドレル４１によって、第２成形品１２の中央部５を前方押し出しすることで、当該マンドレル４１は、その先端部４１ａから、当該中央部５の前記下穴２４に挿入状となりながら当該下穴２４を徐々に拡径し、当該中央部５の内周側の部分（下穴２４）を、マンドレル４１が有する軸方向に平行な直線部４１ｂと同径となるまで拡径する。
＜２＞中央部５の前記内筒用素材部７は、パンチ４２の先端面４２ａによって、前方へ押圧されると共に、ダイス５１の小径内周面５３とマンドレル４１の前記直線部４１ｂとの間に押し込まれ、内筒部２５となる。この内筒部２５の内周面は、マンドレル４１の直線部４１ｂに沿って直線的に形成され、マンドレル４１によって拡径した穴を内周とする内筒部２５を成形する。
＜３＞第２成形品１２の外側部４は、ダイス５０の段付き面５１ａによって、軸方向前方への移動が規制された状態にあることから、パンチ４２によって当該外側部４が軸方向前方へ押圧されると、その一部が軸方向後方へと流れ、ダイス５１の大径内周面５４とパンチ４２の先端部外周面４２ｂとの間に押し込まれ、外筒部２６となる。

このように、本成形工程では、雌型５０に対して雄型４０を１ストローク軸方向前方に移動させることにより、第２成形品１２の中央部５を前方押し出しすることで、マンドレル４１の先端部４１ａによって下穴２４（内筒用素材部７）を拡径しながら、拡径した穴を内周とする内筒部２５を成形すると共に、当該第２成形品１２の外側部４を後方押し出しすることで、内筒部２５よりも内径及び外径が大きい外筒部２６を、内筒部２５と一体として成形することができる。

また、前記＜２＞の成形の際、段付き面５１ａの内周縁は凸状のアール形状であるため、内筒用素材部７は、容易に軸方向前方へと流れることができる。また、この＜２＞の成形の際、押し出し成形される内筒部２５の前端面２５ａは、受け型５２の筒形状部５５の後端面に接触することで、内筒用素材部７の肉の流れが制限され、軸方向に直交する円環面として形成される。

なお、前記＜２＞の成形の際、図６に示しているように、金型内において、中央部５を前方押し出ししようとすると、第２成形品１２（特に外側部４）は、径内方（図６では左方向）に引っ張られる力を受け、段付き面５１ａから浮くような「起き上がり」が発生する。しかし、金型には、このように第２成形品１２が径内方に引っ張られるのを抑制するための構成を備えていない。
そこで、前記予備成形工程（図２（Ｂ））では、上記のように、第２成形品１１において、内筒用素材部７のうちのパンチ４２によって押される面に、軸方向前方に向かって縮径する前記テーパ面１１ａ−１が成形されており、外側部４から内筒用素材部７にかけて、軸方向前方に向かって徐々に薄肉となる形状としている。

このため、前記＜２＞の成形の際に、すなわち、内筒用素材部７を前方押し出しして内筒部２５を成形する際に、当該内筒用素材部７の前方への流動が行われやすくなる。この結果、図６に示しているように、内筒用素材部７によって外側部４が径方向内側に大きく引っ張られる（起き上がる）のを緩和することが可能となり、前記＜３＞の成形の際、外筒部２６の成形も行いやすくなる。つまり、外側部４の外周縁にある突出部８は、正確にパンチ４２（先端部外周面４２ｂ）と大径内周面５４との間に侵入し、後方へ立ち上がることができ、あやまってパンチ４２の先端面４２ａによって径方向内側へ巻き込まれて成形不良となるのを防止することができる。

また、上記のとおり、第２成形品１２の外側部１２には、最も径方向外側（外周縁）に突出部８を有しており、前記予備成形工程（図２（ｂ））では、この突出部８の径方向幅寸法ｅ＝｛（Ｄ２−Ｄ３）／２｝が、図６に示している環状空間Ｋ１の開口側における径方向隙間寸法Ｅよりも小さくなり、突出部８が、環状空間Ｋ１の開口側の範囲内（寸法Ｅの範囲内）に収まる形状に成形されている。
なお、この径方向隙間寸法Ｅは、後方押し出しするためのパンチ４２の先端部外周面４２ｂ（雄型４０）とダイス５１の大径内周面（雌型５０）との間に形成される環状空間Ｋ１の軸方向前方側における径方向寸法である。なお、パンチ４２の先端部外周面４２ｂは、先端面４２ａ側からアール面部４２ｂ−１及び直線状のテーパ面部４２ｂ−２を有していることから、先端面４２ａとテーパ面部４２ｂ−２との交点を基準として、当該基準から大径内周面５４までの距離を、前記径方向隙間寸法Ｅとしている。

このため、前記＜３＞の成形において、第２成形品１２の外側部４を後方押し出しして、外筒部２６を成形する際、図６のように外側部４が径方向内側に多少引っ張られても（起き上がっても）、当該外側部４の外周縁にある突出部８は前記環状空間Ｋ１の開口に入り込み易くなり、正確に後方へ立ち上がることができ、当該外側部４の突出部８が、あやまってパンチ４２の先端面４２ａによって径方向内側へ巻き込まれて成形不良となるのを防止することができる。
以上より、第２成形品１１から第３成形品１３（図２（Ｄ））が得られる。

〔５．分離工程〕
図２（Ｄ）から図２（Ｅ）に示しているように、第３成形品１３の内筒部２５と外筒部２６とを分離し、内筒部２５であった部分が内輪粗形材２１となり、外筒部２６であった部分が外輪粗形材２２となる。この分離は、プレスによる打ち抜き加工（鍛造打ち抜き）によって行われる。分離位置は、内筒部２５と外筒部２６とを繋いでいる中間部２７であり、中間部２７の所定位置で剪断する。
以上より、第３成形品１３から、内輪粗形材２１と外輪粗形材２２とが得られる。

以上の前記実施形態に係る製造方法によれば、転がり軸受の内輪を形成するための内輪粗形材２１と外輪を形成するための外輪粗形材２２とを、単一の部材から製造するため、材料の歩留まり率を高めることができる。
さらに、図２（Ｃ）に示しているように、穴開け工程においてパンチによって下穴２４を設けると、その抜きカス２３は廃材となるが、本実施形態によれば、穴開け工程では、内輪粗形材２１の内径ｄ２（図２（Ｅ））よりも小さい直径ｄ１を有する下穴２４を形成している。そして、本成形工程で、この下穴２４を拡径しながら内筒部２５を成形している。したがって、穴開け工程では、小さい直径ｄ１を有する下穴２４を形成すればよいので、抜きカス２３を小さくすることができ、材料の歩留まりをより一層向上させることができる。

そして、穴開け工程（図２（Ｃ））により、中央部５の中心側にパンチによって予め下穴２４が設けられており、本成形工程（図２（Ｄ））では、マンドレル４１によって、この下穴２４を拡径しながら、拡径した穴を内周とする内筒部２５を成形するので、内筒部２５の内周面の寸法精度を高めることができ、また、内筒部２５を成形する際に要するプレス荷重を小さくできる。
そして、この本成形工程では、雌型５０に対して雄型４０を１ストローク軸方向前方に移動させることにより、前方押し出しにより内筒部２５を成形し、後方押し出しにより外筒部２６を成形するので、工程数の低減を図ることができる。
以上より、工程数の低減を図りながらも、高い寸法精度を得ることが可能となり、寸法精度の向上と工程数の低減とを両立させることができる。

また、本発明の製造方法は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。例えば、分離工程において、前記実施形態では、加工コストの観点から、プレスによる打ち抜き加工によって第３成形品１３を２つに分離しているが、この分離は、レーザカッタ等を用いた切断により行ってもよい。

４：外側部、 ５：中央部、 ８：突出部、 １０：円板部材、 ２１：内輪粗形材、 ２２：外輪粗形材、 ２４：下穴、 ２５：内筒部、 ２６：外筒部、 ３０：転がり軸受、 ３１：内輪、 ３２：外輪、 ４０：雄型、 ５０：雌型、 Ｋ１，Ｋ２：環状空間

Claims (2)

1. 転がり軸受の内輪を形成するための内輪粗形材と外輪を形成するための外輪粗形材とを、単一の素材を温間鍛造することにより製造する転がり軸受の軌道輪用粗形材の製造方法であって、
   円柱状の前記素材を据え込み成形して円板部材を得る据え込み工程と、
   前記円板部材を加圧して、中央部と、その径方向外側に連続する外側部とを形成すると共に、当該外側部から前記中央部へと徐々に薄肉とさせるテーパ面を形成する予備成形工程と、
   前記中央部の中心側をパンチによって打ち抜いて、前記内輪粗形材の内径よりも小さい直径を有する下穴を、その開口縁部に前記テーパ面を残した状態で形成する穴開け工程と、
   前記中央部を雄型によって前方押し出しすることで、当該雄型の先端部によって前記下穴を拡径しながら拡径した穴を内周とする内筒部を成形すると共に、当該雄型と雌型との間で前記外側部を後方押し出しすることで、前記内筒部よりも径が大きい外筒部を、前記内筒部と一体として成形する本成形工程と、
   前記内筒部と前記外筒部とを分離して前記内輪粗形材と前記外輪粗形材とを得る分離工程と、
   を含むことを特徴とする転がり軸受の軌道輪用粗形材の製造方法。
2. 前記予備成形工程では、前記後方押し出しの方向に突出している突出部を外周縁に有する前記外側部を形成し、前記突出部の径方向幅寸法を、前記後方押し出しするための前記雄型と前記雌型との間の環状空間の径方向隙間寸法よりも小さくなる形状に成形する請求項１に記載の転がり軸受の軌道輪用粗形材の製造方法。

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