JP6255862B2 - 円すいころの製造方法、円すいころ軸受の製造方法及び回転機械の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、各種回転機械の回転支持部分に組み込む円すいころ軸受を構成する円すいころの製造方法の改良に関する。

工作機械、産業機械等の回転機械のうち、大きなラジアル荷重及びスラスト荷重が加わる回転支持部分には、図４に示す様な円すいころ軸受１が組み込まれている。この円すいころ軸受１は、互いに同心に配置された外輪２及び内輪３と、複数個の円すいころ４、４と、保持器５とを備える。このうちの外輪２は、内周面に部分円すい凹面状の外輪軌道６を有する。又、前記内輪３は、この外輪２の内径側に配置されたもので、外周面に部分円すい凸面状の内輪軌道７を有する。又、前記内輪３の外周面のうちの大径側端部に大径側鍔部８を、同じく小径側端部に小径側鍔部９を、それぞれ前記内輪軌道７から径方向に関して外方に突出する状態で形成している。又、前記各円すいころ４、４は、前記外輪軌道６と前記内輪軌道７との間に、転動自在に配置された状態で、それぞれの大径側端面（頭部）１０を、前記大径側鍔部８の内側面１１に摺接させると共に、それぞれの小径側端面（尾部）１２を、前記小径側鍔部９の内側面１３に隙間を介して対向させている。又、前記保持器５は、前記各円すいころ４、４を転動自在に保持する為のものである。

上述の様な円すいころ軸受１を構成する円すいころ４、４の転動面（外周面）の直径（外径）は、軸方向一端部（尾部１２）から他端部（頭部１０）に向けて漸次大きくなる。この様な円すいころ４、４の大径側端面１０には、内輪３を構成する大径側鍔部８の内側面１１との間の摺動抵抗を小さくする為に、砥石による研削加工が施されている。円すい台状の（中間）素材の大径側端面に研削加工を施して円すいころを造る方法が、例えば特許文献１に記載される等により従来から広く知られている。又、特許文献２〜３には、軸受鋼等の金属製で円柱状の素材に鍛造加工を施す事で円すい台状（の予備中間素材）とする技術が記載されている。

図５は、従来の円すいころの製造方法の１例を示している。先ず、軸受鋼等の金属製で円柱状の素材に鍛造加工等の塑性加工を施す等して、図５の（Ａ）に示す様な、円すい台状の予備中間素材１４とする。次に、図５の（Ｂ）に示す様に、完成状態で転動面となるこの予備中間素材１４の外周面１５に、この予備中間素材１４の大径側端面１０を基準として、砥粒の大きな砥石１６による研削（荒研削）加工を施す事で中間素材１７｛図５の（Ｃ）｝を得る。即ち、前記予備中間素材１４と、スピンドル装置１８を構成する回転軸１９との中心軸同士を一致させた状態で、この予備中間素材１４の大径側端面１０をこの回転軸１９の先端面｛図５の（Ｂ）の下端面｝に突き当てる。この状態で、この回転軸１９を回転する事により前記予備中間素材１４を回転させると共に、この予備中間素材１４の外周面１５に前記砥石１６を突き当てて、この外周面１５に研削加工を施し、前記中間素材１７とする。次に、図５の（Ｃ）に示す様に、この中間素材１７の大径側端面１０に研削加工を施して、この中間素材１７の長さ（軸方向寸法）Ｌを所定値にする。この研削加工では、この中間素材１７と、スピンドル装置１８ａの回転軸１９ａとの中心軸同士を一致させ、この中間素材１７の小径側端面１２をこの回転軸１９ａの先端面に突き当てた状態で、この回転軸１９ａを回転する事により前記中間素材１７を回転させる。この状態で、この中間素材１７の長さＬをインプロセスで測定しつつ、この中間素材１７の大径側端面１０にカップ型の砥石２０を突き当てて、この大径側端面１０に研削加工を施す。そして、この中間素材１７の長さＬが所定値Ｌ_ｃとなった時点で研削加工を完了する。これにより、図５の（Ｄ）に示す様な、最終中間素材２１を得る。但し、前記砥石２０は、図示の様なカップ型のものに限らず、平形等、各種構造のものを使用する事ができる。尚、前記中間素材１７の大径側端面１０を研削する際には、図６に示す様に、前記大径側端面１０を部分球面状とする事もできる。この場合、中間素材１７の長さＬは、この大径側端面１０の頂点と前記小径側端面１２との間の長さとする。何れにしても、上述の様にして、前記最終中間素材２１を得た後、この最終中間素材２１の外周面１５に、砥粒の小さな砥石による研削（超仕上による仕上研削）加工を施して、前記円すいころ４とする。

上述の様な従来の円すいころの製造方法の場合、最終中間素材２１の外周面１５の形状（大径側端面１０を基準とした軸方向位置Ｐが同じである場合の外周面１５の外径Ｄ）にばらつきを生じる可能性がある。即ち、前記従来方法の場合、金属製で円柱状の素材に塑性加工を施す事で、円すい台状の予備中間素材１４としている為、不可避的な製造誤差によりこの予備中間素材１４の長さ（軸方向寸法）Ｌ_０｛図５の（Ａ）｝が或る程度ばらつく事が避けられない。前記従来方法の場合、この様な予備中間素材１４の外周面１５に、前記大径側端面１０を基準として研削加工を施す事により中間素材１７を得る。この段階では、この中間素材１７の外周面１５の形状のばらつきは少ない。次に、前記中間素材１７の長さ（軸方向寸法）Ｌを所定値Ｌ_Ｃとすべく、前記大径側端面１０に研削加工を施す。この研削加工は、この中間素材１７の小径側端面１２を基準に（この小径側端面１２をスピンドル装置１８ａの回転軸１９ａの先端面に突き当てた状態で）行われる。更に、前記研削加工時の研削量（砥石２０、２０ａの送り量）は、前記予備中間素材１４の製造誤差（長さのばらつき）に基づいてばらつきが生じる。従って、前記最終中間素材２１の外周面１５の形状（外周面１５の外径Ｄ）にばらつきが生じる。例えばこの円すいころ４の円すい度｛この外周面１５の傾斜角度（円すいころ４の中心軸と母線とが成す角度）の２倍｝を４度とし、前記予備中間素材１４の軸方向長さのばらつきを５００［μｍ］とした場合、前記最終中間素材２１の外周面１５の外径Ｄのばらつきは、凡そ３５［μｍ］程度と無視できない大きさとなる。この結果、前記最終中間素材２１に仕上加工を施す事で得た円すいころ４、４を円すいころ軸受１に組み込んだ場合に、これら各円すいころ４、４の転動面と、外輪軌道６及び内輪軌道７との転がり接触部の接触面圧にばらつきが生じ、円すいころ軸受１の運転時に発生する振動や騒音が大きくなる可能性がある。或いは、前記最終中間素材２１の外周面１５の外径Ｄのばらつきを調整する為に、この外周面１５に超仕上による仕上研削を施して転動面とする際の加工量が多くなったり、加工時間がばらついて、前記各円すいころ４、４の製造コストが増大する可能性がある。

尚、前記図５の（Ｃ）に示す工程に於いて、中間素材１７の大径側端面１０を予め設定した所定時間だけ砥石２０、２０ａにより研削する方法も考えられる。但し、この方法の場合、前記大径側端面１０の状態により、研削量（前記砥石２０、２０ａの送り量）にばらつきが生じて、最終中間素材２１の外周面１５の外径Ｄ、延いては円すいころ４の転動面の外径のばらつきが無視できない程度になる可能性がある。

特開２０１１−１５２５９７号公報 特開平９−７６０２９号公報 特開２００８−１１４２３８号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、品質の良好な円すいころの製造コストを低減する事ができる、円すいころの製造方法を実現すべく発明したものである。

本発明の円すいころの製造方法の対象となる、円すいころは、外径が軸方向一端部から他端部に向けて漸次大きくなるものである。
特に、本発明の円すいころの製造方法は、円すい台状の素材（金属製で円柱状の素材に塑性加工を施す事で得られた予備中間素材を含む）の大径側端面を基準に、前記素材の外周面に研削加工を施して中間素材とする。具体的には、この大径側端面を回転軸の先端面に突き当てた状態で、この回転軸を回転する事により前記素材を回転させる。この状態で、この素材の外周面に砥石を突き当てる事によりこの外周面に研削加工を施す。その後、前記中間素材の大径側端部を所定長さ分だけ研削する。

又、本発明の円すいころの製造方法に於いては、前記中間素材の大径側端部を研削する以前のこの中間素材の長さを、この中間素材の小径側端面を基準として測定する。そして、この中間素材の大径側端部を研削する際に、この中間素材の長さが測定値と前記所定長さとの差と等しくなった時点で研削を完了する。
上述の様な本発明の円すいころの製造方法を実施する場合に具体的には、請求項２に記載した発明の様に、前記中間素材の小径側端面を回転軸の先端面に突き当てると共に、測定装置の測定子を前記中間素材の大径側端面に当接乃至近接対向させた状態で、前記回転軸を回転する事によりこの中間素材を１乃至複数回回転させ、この中間素材の長さを測定する。

又、本発明の円すいころ軸受の製造方法の対象となる円すいころ軸受は、内周面に円すい凹面状の外輪軌道を有する外輪と、外周面のうちで中間部に円すい凸面状の内輪軌道を、大径側端部に大径側鍔部を、小径側端部に小径側鍔部を、それぞれ有する内輪と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の円すいころとを備える。
特に、本発明の円すいころ軸受の製造方法に於いては、前記各円すいころを、上述した本発明の円すいころの製造方法により造る。

上述の様に構成する本発明の円すいころの製造方法によれば、品質の良好な円すいころの製造コストを低減する事ができる。即ち、本発明の場合、円すい台状の素材の大径側端面を基準に、この素材の外周面に研削加工を施して中間素材とした後、この中間素材の大径側端部を所定長さ分だけ研削する。この為、（この中間素材の大径側端部を研削する事で得た部材の）大径側端面を基準とした軸方向位置が同じである場合の外周面の外径のばらつきを少なく抑えられる。この結果、例えば前記部材の外周面に超仕上による仕上加工を施して転動面とする際に、この外周面の外径のばらつきを調整する必要がなくなって、前記円すいころの製造コストを抑えつつ、良質な前記転動面を得る事ができる。

本発明の実施の形態の１例を工程順に示す部分切断側面図。 加工時間と砥石の送り量との関係の１例を示す線図 中間素材の長さの測定方法の別例を示す図。 本発明の製造方法の対象となる円すいころを組み込んだ円すいころ軸受の１例を示す、部分切断斜視図。 従来の円すいころの製造方法の１例を工程順に示す部分切断側面図。 中間素材の大径側端面に研削加工を施す方法の別例を示す部分切断側面図。

図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例の場合、先ず、例えば軸受鋼等の金属製で円柱状の素材に鍛造加工等の塑性加工を施す等して、図１の（Ａ）に示す様な、円すい台状の予備中間素材１４を得る。次に、図１の（Ｂ）に示す様に、完成後の円すいころを組み込んだ円すいころ軸受の運転時に、互いに対向する１対の軌道面（例えば図４に示した円すいころ軸受１の場合、内輪軌道６及び外輪軌道７）と転がり接触する転動面となる前記予備中間素材１４の外周面１５に、この予備中間素材１４の大径側端面１０を基準として、砥粒の大きな砥石１６による研削（荒研削）加工を施す事で中間素材１７を得る。即ち、前記予備中間素材１４と、スピンドル装置１８を構成する回転軸１９との中心軸同士を一致させた状態で、前記大径側端面１０をこの回転軸１９の先端面｛図１の（Ｂ）の下端面｝に突き当て、マグネットチャック等によりこの回転軸１９に前記予備中間素材１４を結合固定する。この状態で、この回転軸１９を回転する事により前記予備中間素材１４を回転させると共に、この予備中間素材１４の外周面１５に前記砥石１６を突き当てて、この外周面１５に研削（荒研削）加工を施し、前記中間素材１７とする。ここまでの製造工程は、前述の図５に示した従来の円すいころの製造方法に於ける工程と同様である。

次いで、図１の（Ｃ）に示す様に、前記中間素材１７の長さ（軸方向寸法）の初期値Ｌ_０を、この中間素材１７の小径側端面１２を基準として計測する。本例の場合、この中間素材１７の小径側端面１２をスピンドル装置１８ａの回転軸１９ａの先端面に突き当てると共に、この中間素材１７の大径側端面１０に測定装置２２の検出棒（測定子）２３の先端部を当接（或いは非接触式センサの測定部を近接対向）させる。そして、前記回転軸１９ａを回転する事により前記中間素材１７を回転させ、この中間素材１７の長さを全周に亙り測定し、測定した値の平均値をこの中間素材１７の長さの初期値Ｌ_０とする。尚、この中間素材１７の長さの初期値Ｌ_０の測定は、図３に示す様に、この中間素材１７の小径側端面１２を、鋼球２４を介して前記スピンドル装置１８ａの回転軸１９ａの先端面に突き当て、この中間素材１７の中心軸上で行う事もできる。これにより、前記小径側端面１２の状態に拘わらず、前記初期値Ｌ_０を安定して計測できる。

何れにしても、この初期値Ｌ_０を計測したならば、次に、図１の（Ｄ）に示す様に、前記中間素材１７の大径側端面１０に砥石２０による研削加工を施して、この中間素材１７の大径側端部を所定長さ（軸方向寸法）ｄ分だけ削る。即ち、この中間素材１７と、前記スピンドル装置１８ａの回転軸１９ａとの中心軸同士を一致させ、この中間素材１７の小径側端面１２をこの回転軸１９ａの先端面に突き当てた状態で、この回転軸１９ａを回転する事により前記中間素材１７を回転させる。そして、前記砥石２０を下方から上方に変位させ、この砥石２０の先端面｛図１の（Ｄ）の上端面｝を前記中間素材１７の大径側端面１０に突き当てる事により、この中間素材１７の大径側端部を研削する。本例の場合、前記回転軸１９ａの先端面と前記砥石２０の先端面との間の距離が、前記中間素材１７の長さの初期値Ｌ_０となった時点での、この砥石２０の上下方向位置（前記回転軸１９ａの軸方向に関する位置）を、研削加工の開始位置とする。そして、前記砥石２０を、この開始位置から前記所定長さｄ分だけ上方に変位させ、前記中間素材１７の大径側端部をこの所定長さｄ分だけ研削して、最終中間素材２１ａを得る。即ち、前記砥石２０の送り量からこの砥石２０の先端面（上端面）位置｛図１の（Ｄ）の上下方向に関する位置｝を求め、前記回転軸１９ａの先端面とこの砥石２０の先端面との間の距離がＬ_０−ｄとなった時点で研削加工を完了する。前記大径側端部の研削加工は、図２に示す様に、クイックアプローチ（前記中間素材１７に前記砥石２０を接触させる工程）→粗研削→仕上研削→精研削→スパークアウト（最終仕上げ研削）と言った工程順に、（上方への）前記砥石２０の送り速度（送り量／時間）を段階的に減少させる（最終的に零にする）。前記研削加工の各工程に於ける前記砥石２０の送り量は、得られる最終中間素材２１ａの長さが所望の範囲内となる様に、予め設計的に定める。そして、各中間素材１７毎に、これら各設計値とこの中間素材１７の長さの初期値Ｌ_０とから前記各工程同士の切り換え点に於ける前記砥石２０の位置を求める。この様にして求めた値（砥石２０の位置）に基づき、この砥石２０の動作（送り量及び送り速度）を制御して、前記中間素材１７の大径側端部に研削加工を施す。そして、この様にして造った最終中間素材２１ａの外周面１５に、砥粒の小さな砥石による研削（超仕上による仕上研削）加工等を施して、円すいころ４（図４参照）とする。但し、使用条件（完成後の円すいころを組み込んだ円すいころ軸受の使用条件）によっては、前記超仕上による仕上研削を省略する事もできる。

上述の様な本例の円すいころの製造方法によれば、品質の良好な円すいころを低コストで造る事ができる。即ち、本例の場合、円すい台状の予備中間素材１４の大径側端面１０を基準とし、この予備中間素材１４の外周面１５に研削加工を施す事で中間素材１７とした後、この中間素材１７の大径側端部を所定長さｄ分だけ研削して最終中間素材２１ａを造る。この為、この最終中間素材２１ａの外周面１５の形状（この最終中間素材２１ａの大径側端面１０を基準とした軸方向位置Ｐが同じである場合の外周面の外径Ｄ）のばらつきを少なく抑えられる（具体的には、前記予備中間素材１４の軸方向長さＬ_０のばらつきを５００［μｍ］とした場合、前記外径Ｄのばらつきを１０［μｍ］以下の範囲に抑えられる。）。この結果、前記最終中間素材２１ａに仕上加工を施す事で得た円すいころ４を円すいころ軸受１（図４参照）に組み込んだ場合に、この円すいころ４の転動面と、外輪軌道６及び内輪軌道７との転がり接触部の接触面圧を安定させる事ができる。又、前記最終中間素材２１ａの外周面１５に超仕上による仕上研削を施す際に、この外周面１５の外径Ｄのばらつきを調節する必要がない（この外周面１５を整える加工のみで足りる）為、加工量を少なく抑えられて（加工時間を短縮できて）、前記円すいころの製造コストを抑えつつ、良質の円すいころを安定して得る事ができる。
尚、本例の場合、不可避的な製造誤差により、前記予備中間素材１４の長さＬ_０がばらつく事に基づいて、前記最終中間素材２１ａの長さ、延いては前記円すいころ４の長さがばらつく可能性がある。但し、円すいころ軸受１を組み立てた状態では、円すいころ４の小径側端面１２と、内輪３を構成する小径側鍔部９の内側面１３との間には隙間が介在する為、前記円すいころ４の長さが多少ばらついても大きな問題とはならない。

前述した図２に示す、中間素材１７の大径側端部の研削加工の各工程に於ける、砥石２０の送り量に関して、具体的な値の１例を示す。
先ず、前記中間素材１７の長さＬ_０を、完成後の円すいころの長さの下限値Ｌ_ＭＩＮ＋３２５［μｍ］とし、前記研削加工に於ける研削量ｄを１００［μｍ］とする。又、この研削加工の完了時の砥石２０の位置を基準とした場合に、仕上研削工程の開始時のこの砥石２０の位置を＋４０［μｍ］とし（研削加工完了時の最終中間素材２１ａの長さよりも４０［μｍ］だけ長い時に、粗研削工程と仕上研削工程とを切り換え）、精研削工程の開始時の前記砥石２０の位置を＋１０［μｍ］とする（前記最終中間素材２１ａの長さよりも１０［μｍ］だけ長い時に、仕上研削工程と精研削工程とを切り換える）。
この様な場合に、回転軸１９ａの先端面と前記砥石２０の先端面との距離が前記下限値Ｌ_ＭＩＮである時を０とした、粗研削、仕上研削、及び精研削それぞれの工程開始時（各工程の切り換え点）、及び精研削工程完了時（精研削工程とスパークアウト工程との切り換え点）に於ける、前記砥石２０の位置は、次の様になる。
粗研削工程開始時の位置 ：＋３２５［μｍ］
仕上研削工程開始時の位置：＋２６５［μｍ］
精研削工程開始時の位置 ：＋２３５［μｍ］
精研削工程完了時の位置 ：＋２２５［μｍ］
但し、必要に応じて、粗研削工程や仕上研削工程の完了後に、前記砥石２０やこの砥石２０を支持する支持軸の弾性変形分（撓み分）を考慮して、この砥石２０を僅かに後退させた（マイナスの送り量とした）後、この砥石２０を前進させる（プラスの送り量とする）様に構成しても良い。

本発明の円すいころの製造方法により造られた円すいころは、前述の図４に示したラジアル円すいころ軸受に限らず、スラスト円すいころ軸受に使用する事もできる。

１ 円すいころ軸受
２ 外輪
３ 内輪
４ 円すいころ
５ 保持器
６ 外輪軌道
７ 内輪軌道
８ 大径側鍔部
９ 小径側鍔部
１０ 大径側端面
１１ 内側面
１２ 小径側端面
１３ 内側面
１４ 予備中間素材
１５ 外周面
１６ 砥石
１７ 中間素材
１８、１８ａ スピンドル装置
１９、１９ａ 回転軸
２０ 砥石
２１、２１ａ 最終中間素材
２２ 測定装置
２３ 検出棒
２４ 鋼球

Claims (4)

1. 外径が軸方向一端部から他端部に向けて漸次大きくなる円すいころの製造方法であって、円すい台状の素材の大径側端面を基準に、この素材の外周面に研削加工を施して中間素材とした後、この中間素材の長さを、この中間素材の小径側端面を基準として測定し、次いで、この中間素材の大径側端部を所定長さ分だけ研削する際に、この中間素材の長さが測定値とこの所定長さとの差と等しくなった時点で研削を完了する、円すいころの製造方法。
2. 前記中間素材の小径側端面を回転軸の先端面に突き当てると共に、測定装置の測定子を前記中間素材の大径側端面に当接乃至近接対向させた状態で、前記回転軸を回転する事によりこの中間素材を回転させ、この中間素材の長さを測定する、請求項１に記載した円すいころの製造方法。
3. 内周面に円すい凹面状の外輪軌道を有する外輪と、外周面のうちで中間部に円すい凸面状の内輪軌道を、大径側端部に大径側鍔部を、小径側端部に小径側鍔部を、それぞれ有する内輪と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の円すいころとを備えた円すいころ軸受の製造方法であって、
   前記各円すいころを、請求項１又は２に記載した円すいころの製造方法により製造する、円すいころ軸受の製造方法。
4. 円すいころ軸受を備える回転機械の製造方法であって、
   この円すいころ軸受を、請求項３に記載した円すいころ軸受の製造方法により製造する、回転機械の製造方法。
   

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