JP6402847B1 - 円柱状転動体製造用の金型装置、並びに、円柱状転動体の製造方法、転がり軸受の製造方法、車両の製造方法、および、機械装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円柱状転動体の製造に関して、圧縮成形を行うための金型装置から取り出した中間素材に、径方向外側部の余肉や軸方向両端面の凹みを極力生じさせない。【解決手段】固定側金型１７ａおよび移動側金型１８ａに設けられた成形用凹部１９ａの内周面２０ａに、環状凹部２７を設ける。中間素材２３の軸方向両側部を、それぞれ成形用凹部１９ａの内側に挿入した状態で、固定側金型１７ａと移動側金型１８ａを軸方向に近づけ、中間素材２３を圧縮成形する。この際、中間素材２３の材料の一部を環状凹部２７の内側に進入させ、圧縮成形後の中間素材２３ｂの径方向外側にアンダカット部３２を形成する。その後、中間素材２３ｂの軸方向両側部をそれぞれ成形用凹部１９ａの内側から軸方向に抜き出す際に、アンダカット部３２を環状凹部２７の軸方向端部に存在する段部２９により扱いて縮径させる。【選択図】図７

Description

本発明は、車両や機械装置に組み込まれる転がり軸受を構成する円柱状転動体を製造するための金型装置、および、この円柱状転動体の製造方法に関する。また、本発明は、この円柱状転動体を備える転がり軸受が組み込まれた車両や機械装置の製造方法に関する。

車両や機械装置には、その回転部分を支持するために転がり軸受が組み込まれている。転がり軸受には、その転動体として円筒ころを用いる円筒ころ軸受やニードルを用いる針状ころ軸受などがある。

図１は、転がり軸受のうち、円筒ころ軸受１を示している。円筒ころ軸受１は、内周面に外輪軌道２を有する外輪３と、外周面に内輪軌道４を有する内輪５と、外輪軌道２と内輪軌道４との間に転動自在に配置され、それぞれが円柱状転動体である複数個の円筒ころ６とを備える。外輪３は、軸方向両側部に、径方向内方に突出した内向鍔部７を有する。内輪５は、軸方向片側部（図１の右側部）に径方向外方に突出した外向鍔部８を有する。円筒ころ６は、保持器９の円周方向等間隔複数箇所に形成されたポケット１０に転動自在に保持されている。この状態で、円筒ころ６は、軸方向片端面の径方向外側部を、軸方向片側の内向鍔部７の内側面および外向鍔部８の内側面に近接対向または滑り接触させ、軸方向他端面の径方向外側部を、軸方向他側の内向鍔部７に近接対向または滑り接触させている。

図２は、円筒ころ軸受１を構成する円筒ころ６を示している。円筒ころ６は、軸受鋼などの金属製で、全体として中実円柱状に構成されている。円筒ころ６は、外周面である円筒面状の転動面１１と、円筒ころ６の中心軸に対して直交する軸方向両端面である円形の平坦面１２と、転動面１１と平坦面１２とを接続する断面円弧形の面取り部１３とを備える。

図３および図４は、転がり軸受のうち、針状ころ軸受１４を示している。針状ころ軸受１４は、内周面に外輪軌道２ａを有する外輪３ａと、それぞれが円柱状転動体である複数個のニードル１５とを備える。ニードル１５は、保持器９ａの円周方向等間隔複数箇所に形成されたポケット１０ａに保持された状態で、外輪軌道２ａと、図示しない軸部材の外周面に形成された内輪軌道との間に、転動自在に配置されている。

図５は、針状ころ軸受１４を構成するニードル１５を示している。ニードル１５は、軸受鋼などの金属製で、図２に示した円筒ころ６と同様、前提として中実円柱状に構成されている。すなわち、ニードル１５は、外周面である円筒面状の転動面１１ａと、ニードル１５の中心軸に対して直交する軸方向両端面である円形の平坦面１２ａと、転動面１１ａと平坦面１２ａとを接続する断面円弧形の面取り部１３ａとを備える。ニードル１５は、直径に対する軸方向寸法の比が、円筒ころ６よりも大きくなっている。

これらの円筒ころ６やニードル１５などの円柱状転動体の製造は、一般的には、特開昭６３-２７８６２９号公報などに記載されているように、１対の金型同士の間で中間素材を圧縮成形し、後工程において、圧縮成形後の中間素材から圧縮成形時に径方向外側部の軸方向一部に生じた余肉を除去し、かつ、外周面および端面などに仕上げを施して、転動面と平坦面を形成する工程により行われている。

具体的には、円柱状転動体を製造する際には、たとえば、図６（ａ）および図６（ｂ）に示す金型装置１６が用いられる。金型装置１６は、１対の金型に相当する固定側金型１７と移動側金型１８とを備える。固定側金型１７および移動側金型１８のそれぞれは、互いに対向する軸方向片側面に開口する有底で円柱状の成形用凹部１９を有している。この成形用凹部１９の内面は、内周面２０と、底面２１と、内周面２０と底面２１とを接続する断面円弧形で円環状の隅Ｒ部２２とから構成されている。

図６（ａ）に示すように、中実円柱状の中間素材２３を固定側金型１７と移動側金型１８との間にセットする。この状態で、図６（ｂ）に示すように、移動側金型１８を固定側金型１７に向けて軸方向に移動させることで、中間素材２３を圧縮成形し、図６（ｂ）に示すような中間素材２３ａを得る。

中間素材２３は、完成後の円柱状転動体に比べて軸方向寸法が大きく、かつ、外径寸法が小さい。特に、中間素材２３の外径寸法は、隅Ｒ部２２の内径寸法（底面２１の直径寸法）よりも大きく、隅Ｒ部２２の外径寸法（内周面２０の内径寸法）よりも小さくなっている。このため、図６（ａ）に示すように、中間素材２３を固定側金型１７と移動側金型１８との間にセットした状態では、中間素材２３の軸方向両端縁部の外周縁が、それぞれ隅Ｒ部２２と最初に接触することになる。

この状態から、移動側金型１８を固定側金型１７に向けて軸方向に移動させることにより、中間素材２３を圧縮していくと、中間素材２３の材料が隅Ｒ部２２付近から流動し始め、中間素材２３の軸方向両端面の中央部に凹み２４が生ずる。そして、中間素材２３の軸方向両端面の径方向外側部が、隅Ｒ部２２および底面２１に対してある程度接触する段階からは、中間素材２３の軸方向両端面の中央部に凹み２４が残存している状態で、中間素材２３の圧縮成形は、外径寸法が大きくなる方向へ優先して進む。この際、中間素材２３の材料の一部が、固定側金型１７と移動側金型１８との間の隙間２５に膨出する。この結果、図６（ｂ）に示すように、圧縮成形後の中間素材２３ａでは、軸方向両端面に凹み２４が残存し、かつ、軸方向中間部の径方向外側部に余肉２６が形成される。このように、中間素材２３の材料が成形用凹部１９の内周面２０にすぐに充満するため、成形用凹部１９の底面２１に向けての材料の充満が十分でないうちに、径方向外側の隙間２５に余肉２６が膨出してしまう。

圧縮成形後の中間素材２３ａには、固定側金型１７と移動側金型１８との間から取り出された後、後工程において、余肉２６の除去、凹み２４の除去を含む軸方向両端面の平面化、外周面の平滑化などの仕上げが施されることで、円柱状転動体に必要とされる形状および寸法が与えられる。

このように、従来の円柱状転動体の製造においては、後工程において、余肉２６の除去と凹み２４の除去を行うことが要求されている。しかしながら、後工程において、余肉２６の除去を鍛造で行うと、そのスクラップ処理が難しい。たとえば、スクラップが金型から正常に排出されずに残存し、次の製品に巻き込んで成形してしまう可能性がある。また、後工程において、余肉２６の除去および凹み２４の除去を含む加工処理を研削で行うと、加工代が多いため、加工に長時間を要し、製造コストが高くなるという問題がある。

特開２００７−８３２５９号公報には、円柱状転動体の製造方法に関して、中間素材の軸方向両端面に有底孔を形成した後、この中間素材に対して圧縮成形を施すことにより、有底孔の内周面に余肉を逃がすことで、径方向外側部に余肉が膨出することを防止する技術が記載されている。しかしながら、この従来技術では、完成後の円柱状転動体の軸方向両端面に有底孔が残ることが避けられない。したがって、この従来技術は、製造対象となる円柱状転動体が、軸方向両端面に有底孔を有しない中実構造のものである場合には採用できない。

特開昭６３−２７８６２９号公報 特開２００７−８３２５９号公報

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、中実構造の円柱状転動体の製造に関して、圧縮成形を行うための金型装置から取り出した中間素材に、径方向外側部の余肉や軸方向両端面の凹みが極力生じないことを可能にする、円柱状転動体製造用の金型装置および円柱状転動体の製造方法を提供することにある。

本発明の金型装置は、円柱状転動体の製造に用いられるもので、互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で、軸方向に関する相対変位を可能に配された１対の金型を備える。
前記１対の金型は、それぞれの軸方向片側面のうちで互いに対向する箇所に開口する有底の成形用凹部を有する。
前記成形用凹部の内面は、内周面と、底面と、これら内周面と底面とを接続する断面円弧形で円環状の隅Ｒ部と、を有する。
前記１対の金型のうちの少なくとも一方の金型は、前記成形用凹部の前記内周面に、径方向外方に凹入する環状凹部を備える。

前記１対の金型のそれぞれは、軸方向の相対変位を可能に組み合わされたダイとノックアウトピンとを備えることができる。この構成では、前記成形用凹部の前記内面のうちで、前記底面の少なくとも中央部は、前記ノックアウトピンの先端部により構成されており、前記成形用凹部の前記内面のうちの残りの部分は前記ダイに形成されている。

本発明の円柱状転動体の製造方法は、本発明の金型装置を用いて実施され、次の工程を備える。すなわち、製造対象となる円柱状転動体に比べて軸方向寸法が大きく、かつ、外径寸法が小さい円柱状の中間素材を用意し、該中間素材の軸方向両側部を、前記１対の金型の成形用凹部の内側にそれぞれ挿入し、前記中間素材の軸方向両端縁部の外周縁部を、前記１対の金型のそれぞれの成形用凹部の隅Ｒ部に、好ましくは実質的に全周にわたって、接触させる。この状態で、前記１対の金型同士を軸方向に近づけて前記中間素材を圧縮することにより、該中間素材を塑性変形させることで、該中間素材を圧縮成形し、かつ、該中間素材の材料の一部を前記環状凹部の内側に進入させて、該中間素材の径方向外側部の一部にアンダカット部を形成する。その後、前記中間素材の軸方向両側部を前記１対の金型の前記成形用凹部の内側から軸方向に抜き出し、かつ、この際に、前記アンダカット部を前記環状凹部の軸方向端部に存在する段部により扱いて縮径させる。

前記金型装置として、前記１対の金型が前記ダイと前記ノックアウトピンとを有する構造を用い、前記中間素材の軸方向両側部を前記１対の金型の成形用凹部の内側から軸方向に抜き出す作業を、前記ノックアウトピンの先端部を前記成形用凹部の内側に突出させることに基づいて行うことができる。

本発明の転がり軸受の製造方法は、円柱状転動体を備えた転がり軸受の製造に関し、前記円柱状転動体を、本発明の円柱状転動体の製造方法により製造する。

本発明の車両の製造方法は、円柱状転動体を備えた転がり軸受が組み込まれた車両の製造に関し、前記円柱状転動体を、本発明の円柱状転動体の製造方法により製造する。

本発明の機械装置の製造方法は、円柱状転動体を備えた転がり軸受が組み込まれた機械装置の製造に関し、前記円柱状転動体を、本発明の円柱状転動体の製造方法により製造する。なお、製造対象となる機械装置は、動力の種類を問わない。

本発明によれば、中実構造の円柱状転動体の製造にあたって、金型装置から取り出された圧縮成形後の中間素材に、径方向外側部の余肉や軸方向両端面の凹みが極力生じないようにすることができる。

図１は、円筒ころ軸受の１例の部分切断斜視図である。 図２は、円筒ころ軸受に組み込んで使用する、円筒ころの１個を取り出して示す断面図である。 図３は、針状ころ軸受の１例を示す断面図である。 図４は、外輪と保持器を取り出して、これらを分解して示す斜視図である。 図５は、針状ころ軸受に組み込んで使用する、ニードルの１個を取り出して示す断面図である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、従来の円柱状転動体製造用の金型装置および該金型装置により中間素材に圧縮成形を施す工程を順番に示す断面図である。 図７（ａ）〜図７（ｄ）は、実施の形態の第１例に係る、円柱状転動体製造用の金型装置および該金型装置により中間素材に圧縮成形を施す工程を順番に示す断面図である。 図８は、図７（ｃ）のＡ部拡大図である。 図９は、図７（ｄ）のＢ部拡大図である。 図１０（ａ）は、圧縮成形された中間素材を金型装置から取り出す前の状態で示す断面図であり、図１０（ｂ）は、圧縮成形された中間素材を金型装置から取り出した後の状態で示す断面図である。 図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、本発明を実施する場合に採用可能な、圧縮成形前の中間素材の３例を示す断面図である。

本発明の実施の形態の一例について、図７（ａ）〜図１１（ｃ）を用いて説明する。

＜円柱状転動体製造用金型装置＞
図７（ａ）〜図７（ｄ）は、円柱状転動体に相当する円筒ころ６を製造するための金型装置１６ａを示している。金型装置１６ａは、互いの軸方向（図７（ａ）〜図７（ｄ）における上下方向）片側面同士を対向させた状態で、軸方向に関する相対変位を可能に配された１対の金型に相当する、固定側金型１７ａおよび移動側金型１８ａを備える。

固定側金型１７ａおよび移動側金型１８ａは、それぞれの軸方向片側面のうちで互いに対向する箇所に開口する有底の成形用凹部１９ａを有している。成形用凹部１９ａの内面は、段付円筒面状の内周面２０ａと、中心軸に対して直交する円形で平坦面状の底面２１と、内周面２０ａと底面２１とを接続する断面円弧形で円環状の隅Ｒ部２２とから構成されている。

成形用凹部１９ａの内周面２０ａの軸方向中間部には、径方向外方に凹入する環状凹部２７が全周にわたって形成されている。環状凹部２７は、内周面２０ａのうちで、底面２１に近い位置に配置されている。環状凹部２７の内面は、円筒面状の底部２８と、底部２８を軸方向両側から挟む位置に存在する段部、具体的には成形用凹部１９ａの開口側に存在する段部２９ａおよび成形用凹部１９ａの底面２１側に存在する段部２９ｂとから構成されている。段部２９ａ、２９ｂはいずれも、径方向内側に向かう程、軸方向に関して互いに離れる方向に傾斜した部分円すい面になっている。内周面２０ａのうちで環状凹部２７から外れた軸方向両側部は、内径寸法が互いに等しい円筒面になっている。ただし、本発明を実施する場合、これらの軸方向両側部の内径寸法は、互いに異ならせることもできる。

また、固定側金型１７ａおよび移動側金型１８ａのそれぞれは、軸方向の相対変位を可能に組み合わされたダイ３０ａ、３０ｂとノックアウトピン３１ａ、３１ｂとを備えている。成形用凹部１９ａの内面のうちで、底面２１の中央部を含む径方向内側部は、ノックアウトピン３１ａ、３１ｂの先端部により構成されている。成形用凹部１９ａの内面のうちで、底面２１の径方向内側部を除く残りの部分、すなわち、底面２１の径方向外側部、環状凹部２７を含む内周面２０ａ、および、隅Ｒ部２２は、ダイ３０ａ、３０ｂに形成されている。ノックアウトピン３１ａ、３１ｂには、図示しない弾性部材により、軸方向に互いに近づく方向の弾力が付与されている。したがって、金型装置１６ａに中間素材２３をセットした状態では、ノックアウトピン３１ａ、３１ｂの先端部により構成される底面２１の径方向内側部が、ダイ３０ａ、３０ｂに形成された底面２１の径方向外側部よりも突出して、中間素材２３を軸方向に把持することが可能となっている。

＜円柱状転動体の製造方法＞
本例の円柱状転動体の製造方法では、まず、製造対象となる円筒ころ６に比べて、軸方向寸法が大きく、かつ、外径寸法が小さい、金属製で中実円柱状の中間素材２３を用意する。この中間素材２３の外径寸法ｄ２３は、成形用凹部１９ａの内周面２０ａのうちで環状凹部２７から外れた軸方向両側部の内径寸法ｄ２０ａよりも小さくなっており、かつ、成形用凹部１９ａの隅Ｒ部２２の内径寸法ｄ２２（底面２１の直径寸法）よりも大きくなっている（ｄ２０ａ＞ｄ２３＞ｄ２２）。

つぎに、図７（ａ）に示すように、中間素材２３を固定側金型１７ａと移動側金型１８ａとの間にセットする。具体的には、中間素材２３の軸方向両端面をノックアウトピン３１ａ、３１ｂの先端部に当接させて、中間素材２３をノックアウトピン３１ａ、３１ｂにより軸方向に把持する。この状態から、図７（ｂ）→図７（ｃ）に示すように、移動側金型１８ａを移動させて、ノックアウトピン３１ａを弾力に抗して後退させ、中間素材２３の軸方向両側部の一方を、固定側金型１７ａの成形用凹部１９ａの内側に挿入させ、さらに移動側金型１８ａを移動させて、ノックアウトピン３１ｂを弾力に抗して後退させつつ、中間素材２３の軸方向両側部の他方を、移動側金型１８ａの成形用凹部１９ａの内側に挿入させて、中間素材２３の軸方向両端縁部の外周縁部を、それぞれの成形用凹部１９ａの隅Ｒ部２２に実質的に全周にわたって接触させる。

この状態から、図７（ｄ）に示すように、移動側金型１８ａを固定側金型１７ａに向けてさらに移動させると、ノックアウトピン３１ａ、３１ｂがそれぞれ弾力に抗してさらに後退する。これにより、ノックアウトピン３１ａ、３１ｂの先端部により構成される底面２１の径方向内側部と、ダイ３０ａ、３０ｂに形成された底面２１の径方向外側部とが、同一平面上に位置する。この状態のまま、移動側金型１８ａをさらに移動させることで、中間素材２３を圧縮成形し、中間素材２３ｂを得る。

この際に、本例では、成形用凹部１９ａの内周面２０ａに環状凹部２７が存在していることに起因して、中間素材２３の材料の一部が環状凹部２７の内側に進入する。このため、成形用凹部１９ａの内側で中間素材２３が圧縮成形される際の材料の流動を大きくすることができるため、圧縮成形時に底面２１に向かう材料の流動が止まることを抑制して、圧縮成形後の中間素材２３ｂの軸方向両端面に凹み２４（図６（ｂ）参照）が形成されることを極力抑えられ、かつ、圧縮成形後の中間素材２３ｂの軸方向中間部の径方向外側部に余肉２６（図６（ｂ）参照）が形成されることを極力抑えられる。以下、この点について、より具体的に説明する。

図７（ｃ）に示した状態から、移動側金型１８ａを固定側金型１７ａに向けて軸方向に移動させることにより、中間素材２３を圧縮していくと、中間素材２３の材料が隅Ｒ部２２付近から流動し始める。そして、中間素材２３の軸方向両端面の径方向外側部が、隅Ｒ部２２および底面２１にある程度接触した段階からは、中間素材２３の圧縮成形は、外径寸法が大きくなる方向へ優先して進む。ここまでの成形過程は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示す従来の製造方法と同様である。

従来の製造方法では、その後、中間素材２３の材料が成形用凹部１９の内周面にすぐに充満し、成形用凹部１９の底面２１に向けての材料の充満が十分でないうちに、径方向外側の隙間２５に余肉２６が膨出する。

これに対して、本例では、その後、中間素材２３の材料が環状凹部２７内に充満していく段階で、材料の流動が大きくなる。このため、中間素材２３の材料が成形用凹部１９ａの底面２１に向けて流動することも継続して、成形用凹部１９ａの底面２１に向けて材料が充満することを促進することができる。また、このように底面２１に向けて材料が充満しやすいため、底面２１に向けて材料を充満させる目的で中間素材２３に余計な圧縮力を付与する必要がなく、この結果、移動側金型１８ａと固定側金型１７ａとの間の隙間２５に中間素材２３の材料が進入して余肉を形成する前に、圧縮成形を完了させることができる。

なお、本発明を実施する場合には、環状凹部２７の存在に基づいて、成形用凹部１９ａの底面２１に向けて材料が充満することを促進する効果を高める観点から、環状凹部２７は、本例のように、環状凹部２７の底部２８が隅Ｒ部２２に対して連続しないが、隅Ｒ部２２の近傍あるいは隣接して、すなわち、底面２１の近くに位置させることが望ましい。

また、図８に示すように、本例では、成形用凹部１９ａの内周面２０ａのうちで環状凹部２７よりも底面２１から遠い部分の内径寸法ｄ_２０ａが、環状凹部２７の底部２８の内径寸法ｄ_２８よりも小さくなっている（ｄ_２０ａ＜ｄ_２８）。このため、内周面２０ａのうちで環状凹部２７よりも底面２１から遠い部分（ｄ _２０ａ 部分）が、中間素材２３のうちで最も変形しやすい軸方向中間部の潰れ（軸方向の圧縮）を抑制するように作用する。このことからも、中間素材２３の軸方向中間部の材料が隙間２５に押し出されて、隙間２５に余肉が膨出することを抑えられ、かつ、成形用凹部１９ａの底面２１に材料が充満するのを促進することができる。

また、本例では、中間素材２３の初期の外径寸法ｄ２３が、成形用凹部１９ａの内周面２０ａのうちで環状凹部２７から外れた軸方向両側部の内径寸法ｄ２０ａよりも小さくなっている（ｄ２３＜ｄ２０ａ）。このため、中間素材２３の圧縮成形の初期段階で、中間素材２３全体の変形が大きくなり、これに伴って、成形用凹部１９ａの底面２１に向けて材料が充満することを促進する効果を高めることができる。

また、本例では、図７（ｄ）に示すように圧縮成形が完了した時点で、中間素材２３ｂの材料が環状凹部２７の内側にある程度充満した状態となる。すなわち、この時点での中間素材２３ｂの軸方向両端寄り部の径方向外側部には、図７（ｄ）、図９、および図１０（ａ）に示すように、環状凹部２７の内側に充満した部分によって形成され、かつ、軸方向両側に隣接する部分に比べて外径寸法が大きくなった、アンダカット部３２が存在している。

つぎに、本例では、図７（ｄ）に示すように圧縮成形が完了した状態から、移動側金型１８ａを固定側金型１７ａから軸方向に後退させる。このとき、まず、移動側金型１８ａのうちダイ３０ｂのみが後退し、ノックアウトピン３１ｂはダイ３０ｂに対して相対的に前進し、すなわち、そのままの位置に止まって中間素材２３ｂの移動を制限する。移動側金型１８ａがさらに後退すると、ノックアウトピン３１ｂも後退する。これにより、図示しないチャックを固定側金型１７ａの位置まで進入させ、このチャックを閉じた状態で待機させる。その後、ノックアウトピン３１ａの先端部を、固定側金型１７ａの成形用凹部１９ａの内側に突出させることにより、中間素材２３ｂを軸方向にチャックに押し入れる。中間素材２３ｂは、チャックに固定された状態で、チャックにより次工程に搬送される。移動側金型１８ａのうちのダイ３０ｂのみが後退する際、および、ノックアウトピン３１ａにより中間素材２３ｂを固定側金型１７ａから押し出す際に、中間素材２３ｂの軸方向両端寄り部の径方向外側部に存在するアンダカット部３２は、それぞれ環状凹部２７の軸方向片端部（成形用凹部１９ａの開口側）に存在する段部２９ａにより扱いて縮径させられ、これにより、図１０（ｂ）に示すような中間素材２３ｃが得られる。

このように金型装置１６ａから取り出された中間素材２３ｃは、外周面に軸方向に関する僅かな凹凸が残ったものになるが、この外周面は、母線形状がほぼ直線形状になり、かつ、外径寸法が実質的にｄ２０ａになる。すなわち、この中間素材２３ｃには、径方向外側部の余肉や軸方向両端面の凹みが実質的に生じていない。

なお、本例では、環状凹部２７は、成形用凹部１９ａの内周面２０ａの軸方向中間部に設けられている。すなわち、環状凹部２７と隅Ｒ部２２とは軸方向に離隔しており、また、環状凹部２７の底部２８と隅Ｒ部２２とは連続せずに、少なくとも環状凹部２７の軸方向他側部（成形用凹部１９ａの底面２１側）に存在する段部２９ｂを介して接続している。このため、環状凹部２７の軸方向片端部（成形用凹部１９ａの開口側）に存在する段部２９ａによりアンダカット部３２を扱くことに伴って流動する肉により、中間素材２３ｂひいては最終的に得られる中間素材２３ｃにおいて、その外周面と軸方向端面とを接続する断面円弧形の面取り部の形状が崩れることを抑制できる。なお、本発明を実施する場合、環状凹部２７は、成形用凹部１９ａの内周面２０ａの軸方向他端部に、隅Ｒ部２２に隣接するように設けることもできる。ただし、このような構成を採用する場合も、アンダカット部３２を扱く際に中間素材２３ｂの面取り部の形状崩れを抑制する観点より、環状凹部２７の底部２８と隅Ｒ部２２とを連続させずに、環状凹部２７の軸方向他側部に段部２９ｂを設けて、この段部２９ｂを介して底部２８と隅Ｒ部２２とを接続することが好ましい。ただし、最終的に得られる中間素材２３ｃにおける断面円弧状の面取り部の形状の崩れを後工程で処理することを許容する場合には、環状凹部２７の軸方向他端側の段部２９ｂを省略して、環状凹部２７の底部２８と隅Ｒ部２２とが連続するように、環状凹部２７を設けることも可能である。

何れにしても、本例では、その後、後工程にて、中間素材２３ｃの表面に研削による仕上げを施すことにより、円柱状転動体である円筒ころ６に必要な形状および寸法を与える。特に、本例では、中間素材２３ｃには、径方向外側部の余肉や軸方向両端面の凹みがほとんど生じていない。また、中間素材２３ｃにおいて、断面円弧形の面取り部の形状の崩れも抑制されている。このため、後工程での加工代を少なくして、円筒ころ６の製造コストを抑えることができる。

なお、本発明を実施する場合、環状凹部２７の底部２８の内径寸法ｄ２８と、内周面２０ａのうちで環状凹部２７から外れた軸方向両側部の内径寸法ｄ２０ａとの差（ｄ２８−ｄ２０ａ）は、製造対象となる円筒ころ６の転動面１１の外径寸法などに応じて、適宜の大きさに設定することができる。たとえば、最終的に得られる円筒ころ６において、転動面１１の外径寸法を数ｍｍ〜数十ｍｍとする場合には、上記差（ｄ２８−ｄ２０ａ）が、１０μｍ〜２００μｍ程度の範囲内となるように、環状凹部２７を形成する。この場合、環状凹部２７の凹入深さは、５μｍ〜１００μｍ程度となる。

また、中間素材２３ｂの中間素材２３ｂに形成されたアンダカット部３２を扱いて縮径させる機能を有する、環状凹部２７の軸方向片端部（成形用凹部１９ａの開口側）に存在する段部２９ａの傾斜については、固定側金型１７ａおよび移動側金型１８ａのそれぞれの中心軸を含む断面において、中心軸に対する角度Ｃが、３度〜３０度の範囲、好ましくは３度〜１５度の範囲、より好ましくは３度〜５度の範囲にある所定値となるように、形成される。この角度Ｃが大きすぎると、アンダカット部３２が適切に扱かれて縮径する代わりに、シェービングにより切り取られるように加工されてしまうおそれがある。一方、環状凹部２７の軸方向他端部（成形用凹部１９ａの底面２１側）に存在する段部２９ｂに関しては、その中心軸に対する角度Ｃが、３度〜２０度の範囲にあればよい。段部２９ｂの角度Ｃが大きすぎると、扱かれた材料が中間素材２３ｂのうちの外径が同じ外周面に収まらず、面取り部１３まで移動してしまうおそれがある。

また、本発明を実施する場合、圧縮成形前の中間素材の取得方法は、特に問われない。たとえば、コイル材（巻かれた細径の中実鋼材）をプレス機内の切断機構によって所定の長さに切断して得た素材αを、圧縮成形前の中間素材２３とすることができる。このような素材αは、図１１（ａ）に誇張して示すように、軸方向両端面の形状が荒れていることもある。ただし、軸方向端面の形状の荒れの程度が大きくなければ、この場合でも、基本的には、中間素材２３の軸方向両端縁部の外周縁部は、それぞれの成形用凹部１９ａの隅Ｒ部２２に実質的に全周にわたって接触する。

ただし、中間素材２３の軸方向両端縁部の外周縁部を、それぞれの成形用凹部１９ａの隅Ｒ部２２に実質的に全周にわたって確実に接触させるために、素材αの軸方向両端面に矯正加工を施して得た、図１１（ｂ）に示すような円柱状の素材βを、圧縮成形前の中間素材２３とすることもできる。なお、この場合、素材βの軸方向両端縁部に面取りを施すこともできる。さらに、素材βに据込み加工を施して得た、図１１（ｃ）に示すような樽形状の素材γを、圧縮成形前の中間素材２３とすることもできる。

本発明では、素材α、β、γのいずれを圧縮成形前の中間素材２３とする場合でも、圧縮成形後、金型装置から取り出した中間素材２３ｃには、径方向外側部の余肉や軸方向両端面の凹みがほとんど生じておらず、後工程における加工代が少ない。ただし、素材αよりも素材βの方が、また、素材βよりも素材γの方が、後工程における加工代がより少ない中間素材２３ｃに仕上げることができる。

本発明を実施する場合、環状凹部２７は、１対の金型を構成する固定側金型１７ａおよび移動側金型１８ａのうち、何れか一方の金型の成形用凹部の内周面にのみ設けることもできる。

また、環状凹部２７の内面形状は、特に問われない。たとえば、環状凹部２７の内面形状は、最終的に得られる円筒ころ６に要求される形状に応じて、断面台形または断面矩形のみならず、断面円弧形、軸方向片端部から軸方向他端部に向かうほど内径が大きくなる、もしくは、小さくなるテーパ面状、または、断面が２段以上の直線から構成される（断面クランク状の）段付円筒面状、これらを組み合わせた形状などを採用することもできる。

本発明を実施する場合、１対の金型を構成する固定側金型１７ａおよび移動側金型１８ａの形状についても、図示の例のように、上下方向で対称となる形状に限定されず、１対の金型の間で、軸方向長さや、ダイやノックアウトピンなどの構成要素の大きさや形状などが異なっていてもよい。

本発明を実施する場合、使用状態での金型装置の軸方向についても基本的には任意であり、図示の例のように鉛直方向に一致させることもできるが、水平方向に一致させることもでき、その他の方向に一致させることもできる。

製造対象となる円柱状転動体には、図１および図２に示すような、円筒ころ軸受１を構成する円筒ころ６のみならず、図３および図５に示すような。たとえば自動車のトランスミッションなどに組み込まれる針状ころ軸受１４を構成するニードル１５も含まれ、本発明は、これらの円柱状転動体の製造に広く適用可能である。また、本発明の製造対象となる円柱状転動体は、ラジアル転がり軸受に限らず、スラスト転がり軸受に組み込むこともできる。

本発明は、円筒ころやニードルからなる円柱状転動体を転動体として備える転がり軸受（円筒ころ軸受、針状ころ軸受）の製造にも適用可能である。この場合、これらの転がり軸受の円柱状転動体の製造に、本発明の円柱状転動体製造用の金型装置および円柱状転動体の製造方法を適用する。

本発明は、これらの円柱状転動体を転動体として備える転がり軸受が組み込まれた、自動車、鉄道車両、産業車両などの車両、および、工作機械などの産業機械を含む各種の機械装置の製造にも適用可能である。この場合も、これらの転がり軸受の円柱状転動体の製造に、本発明の円柱状転動体製造用の金型装置および円柱状転動体の製造方法を適用する。

１ 円筒ころ軸受
２、２ａ 外輪軌道
３、３ａ 外輪
４ 内輪軌道
５ 内輪
６ 円筒ころ
７ 内向鍔部
８ 外向鍔部
９、９ａ 保持器
１０、１０ａ ポケット
１１、１１ａ 転動面
１２、１２ａ 平坦面
１３、１３ａ 面取り部
１４ 針状ころ軸受
１５ ニードル
１６、１６ａ 金型装置
１７、１７ａ 固定側金型
１８、１８ａ 移動側金型
１９、１９ａ 成形用凹部
２０、２０ａ 内周面
２１ 底面
２２ 隅Ｒ部
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 中間素材
２４ 凹み
２５ 隙間
２６ 余肉
２７ 環状凹部
２８ 底部
２９ａ、２９ｂ 段部
３０ａ、３０ｂ ダイ
３１ａ、３１ｂ ノックアウトピン
３２ アンダカット部

Claims (6)

1. それぞれの軸方向片側面のうちで互いに対向する箇所に開口する有底の成形用凹部を有し、該成形用凹部の内面は、内周面と、底面と、これら内周面と底面とを接続する断面円弧形で円環状の隅Ｒ部とを有し、かつ、互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で、軸方向に関する相対変位を可能に配された１対の金型を備えた円柱状転動体製造用金型装置を用い、
   製造対象となる円柱状転動体に比べて軸方向寸法が大きく、かつ、外径寸法が小さい円柱状の中間素材を用意し、
   前記中間素材の軸方向両側部を、前記１対の金型の前記成形用凹部の内側にそれぞれ挿入し、前記１対の金型同士を軸方向に近づけて前記中間素材を圧縮することにより、該中間素材を塑性変形させて、該中間素材を圧縮成形する工程、および、
   前記中間素材の軸方向両側部を前記１対の金型の前記成形用凹部の内側から軸方向に抜き出す工程を備え、
   前記１対の金型のうちの少なくとも一方の金型は、前記成形用凹部の前記内周面に、径方向外方に凹入する環状凹部を備えており、
   前記中間素材を圧縮成形する工程において、該中間素材の材料の一部を前記環状凹部の内側に進入させて、該中間素材の径方向外側部の一部にアンダカット部を形成し、かつ、
   前記中間素材の軸方向両側部を抜き出す工程において、前記アンダカット部を前記環状凹部の軸方向端部に存在する段部により扱いて縮径させる、
   円柱状転動体の製造方法。
2. 前記中間素材を圧縮成形する工程において、前記中間素材の軸方向両側部を前記１対の金型の前記成形用凹部の内側にそれぞれ挿入して、前記中間素材の軸方向両端縁部の外周縁部を、前記１対の金型のそれぞれの成形用凹部の隅Ｒ部に接触させた状態で、前記１対の金型同士を軸方向に近づけて前記中間素材を圧縮する、
   請求項１に記載の円柱状転動体の製造方法。
3. 前記１対の金型のそれぞれは、軸方向の相対変位を可能に組み合わされたダイとノックアウトピンとを備え、前記成形用凹部の前記内面のうちで、前記底面の少なくとも中央部は前記ノックアウトピンの先端部により構成されており、前記成形用凹部の前記内面のうちの残りの部分は前記ダイに形成されていて、
   前記中間素材の軸方向両側部を前記１対の金型の成形用凹部の内側から軸方向に抜き出す作業を、前記ノックアウトピンの先端部を前記成形用凹部の内側に突出させることに基づいて行う、
   請求項１または２に記載の円柱状転動体の製造方法。
4. 円柱状転動体を備えた転がり軸受の製造方法であって、前記円柱状転動体を請求項１〜３のうちのいずれかに記載の製造方法により製造する、転がり軸受の製造方法。
5. 円柱状転動体を備えた転がり軸受が組み込まれた車両の製造方法であって、前記円柱状転動体を請求項１〜３のうちのいずれかに記載の製造方法により製造する、車両の製造方法。
6. 円柱状転動体を備えた転がり軸受を含んで構成される機械装置の製造方法であって、前記円柱状転動体を請求項１〜３のうちのいずれかに記載の製造方法により製造する、機械装置の製造方法。
   

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