JP7155731B2 - フランジ付円筒部材の製造方法、フランジ付転がり軸受の製造方法、回転機械の製造方法、および、車両の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、円筒形状を有する本体部と、該本体部の軸方向端部の外周面から径方向外方に突出したフランジ部とを備えるフランジ付円筒部材を造る、フランジ付円筒部材の製造方法に関する。

工作機械および産業機械などの回転機械や車両の回転軸は、転がり軸受により、ハウジングなどの使用時に回転しない部分に対して支持される。転がり軸受の内輪または外輪は、製造コストを抑えるために、冷間鍛造により造ることができる。

図１１（Ａ）～図１１（Ｈ）は、特開２００６－９０４０７号公報に記載された、内輪または外輪である軌道輪の製造方法の１例を示している。

まず、長尺な線材を所定の長さに切断することにより、図１１（Ａ）に示すような、円柱形状を有する素材１を得る。

次いで、素材１に据え込み加工を施して軸方向に圧縮することにより、図１１（Ｂ）に示すような、円盤形状を有する第１中間素材２を得る。すなわち、第１中間素材２の径方向外側部分の軸方向厚さを、径方向外側に向かうほど薄くなるようにしている。

次いで、第１中間素材２の中心部分を軸方向両側から圧縮することにより、図１１（Ｃ）に示すような、中心部分に薄肉部３を有する第２中間素材４を得た後、第２中間素材４の薄肉部３をピアス加工により打ち抜くことで、図１１（Ｄ）に示すような、楔形の断面形状を有する第３中間素材５を得る。

次いで、第３中間素材５に、径方向内側部分を拡径させ、かつ、径方向外側部分を縮径させることで、断面形状を９０度回転させる反転加工を施すことにより、図１１（Ｅ）に示すような、円筒形状を有する第４中間素材６を得る。ここで、円輪形状を有する金属素材に反転加工を施すと、拡径した部分の肉厚は小さく、縮径した部分の肉厚は大きくなる傾向がある。図示の例では、楔形の断面形状を有する第３中間素材５を使用しているため、第４中間素材６の径方向厚さは、軸方向にわたりほぼ一定となる。

次いで、第４中間素材６を軸方向に圧縮することで、図１１（Ｆ）に示すような、内周面が凸曲面状に膨出した第５中間素材７を得る。次に、第５中間素材７の内周面に扱き加工を施すことで、図１１（Ｇ）に示すような、軸方向端部に径方向内方に突出したフランジ状の余肉部８を有する第６中間素材９を得た後、ピアス加工により、第６中間素材９の余肉部８を除去して、図１１（Ｈ）に示すような、円筒部材６５を得る。そして、円筒部材６５に、焼き入れなどの熱処理を施したり、研削加工により内輪軌道または外輪軌道を形成したりするなどして軌道輪を得る。

特開２００６－９０４０７号公報 特開２００７－２９２０９４号公報

ところで、図１２は、特開２００７－２９２０９４号公報に記載された、フランジ付転がり軸受の１例を示している。フランジ付転がり軸受１０は、内周面に外輪軌道１１を有する外輪１２と、外周面に内輪軌道１３を有する内輪１４と、外輪軌道１１と内輪軌道１３との間に転動自在に設置された複数個の転動体１５とを備える。

外輪１２は、軸方向端部に径方向外方に突出したフランジ部５５をさらに有する。フランジ部５５は、例えば、ハウジングに外輪１２を固定する際に、フランジ部５５の軸方向側面をハウジングの端面に当接させて、ハウジングに対する外輪１２の軸方向の位置決めを図る、あるいは、フランジ部５５の円周方向複数箇所に形成した通孔にボルトを挿通することにより、外輪１２のクリープを防止するなどのためのものである。

上述のようなフランジ部５５を有する外輪１２を、図１１（Ａ）～図１１（Ｈ）に示すような、反転加工を含む軌道輪の製造方法により造ろうとした場合、フランジ部５５の径方向高さによっては、このフランジ部５５を形成すべき部分の径方向厚さを十分に確保することができない可能性がある。

本発明は、上述のような事情に鑑み、フランジ付円筒部材を製造する方法において、フランジ部を形成する部分の径方向厚さを十分に確保することができる方法を実現することを目的としている。

本発明の円筒部材の製造方法は、円筒形状を有する本体部と、該本体部の軸方向端部の外周面から径方向外方に突出したフランジ部とを備えるフランジ付円筒部材を造る方法であって、円輪形状を有する中間素材に、径方向内側部分を拡径させ、かつ、径方向外側部分を縮径させる反転加工を含む冷間鍛造加工を施すことにより、円筒部と該円筒部の軸方向端部の外周面から径方向外方に突出した膨出部とを備える最終中間素材を得る工程を含む。

前記最終中間素材を得る工程においては、前記中間素材の径方向外側部分をダイスの載置面に載置した状態で、前記中間素材の内径側にパンチを挿入することで、前記中間素材の断面形状を、前記ダイスの載置面と内周面とを接続する隅部を支点に９０度回転させることにより前記反転加工を行うことができる。

前記パンチは、先端部外周面に、先端側から基端側の順に、部分円すい状の小径傾斜面部と、小径円筒面部と、部分円すい状の大径傾斜面部と、曲面部と、大径円筒面部と、段差部とを備えるものとすることができる。
前記小径傾斜面部は、先端側から基端側に向かうほど連続的に大きくなる外径寸法を有する。
前記小径円筒面部は、前記小径傾斜面部の基端側の端部における外径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である外径寸法を有する。
前記大径傾斜面部は、先端側から基端側に向かうほど連続的に大きくなる外径寸法を有する。
前記曲面部は、先端側の端部を、前記大径傾斜面部の基端側の端部に滑らかに接続しており、先端側から基端側に向かうほど連続的に大きくなる外径寸法を有し、かつ、円弧形の断面形状を有する。
前記大径円筒面部は、先端側の端部を、前記曲面部の基端側の端部に滑らかに接続させており、前記曲面部の基端側の端部における外径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である外径寸法を有する。
前記段差部は、前記大径円筒面部の基端側の端部に形成され、先端側を向いている。

前記最終中間素材を得る工程においては、前記中間素材の径方向外側に存在していた部分であって、前記最終中間素材において前記膨出部が形成される部分の外周面を拘束しないようにすることができる。

前記最終中間素材にサイジング加工を施して、前記円筒部および前記膨出部の寸法および形状を整え、前記本体部および前記フランジ部を形成することにより、前記フランジ付円筒部材を得る工程をさらに含むことができる。

前記フランジ付円筒部材を得る工程においては、前記最終中間素材を、マンドレルと、該マンドレルの周囲に配置され、かつ、軸方向の弾力を付与されたフローティングダイとの間に存在する円筒状空間に配置した状態で、前記最終中間素材を、円筒形状を有する円筒パンチにより、前記円筒状空間に押し込み、かつ、前記フローティングダイを、前記軸方向の弾力に抗して前記円筒パンチの押圧方向に変位させることにより、前記サイジング加工を行うことができる。

前記マンドレルは、外周面に、前記円筒パンチの押圧方向に関して前側から順に、円筒面部と案内傾斜面部とを備えることができる。
前記円筒面部は、前記フランジ付円筒部材の内径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である外径寸法を有する。
前記案内傾斜面部は、前記円筒パンチの押圧方向に関する前側の端部を、前記円筒面部のうち、前記円筒パンチの押圧方向に関する後側の端部に接続させており、前記円筒パンチの押圧方向に関する前側から後側に向かうほど連続的に小さくなる外径寸法を有する。
さらに、前記フローティングダイは、内周面に、前記円筒パンチの押圧方向に関して前側の小径円筒面部と、同じく後側の大径円筒面部と、該小径円筒面部と該大径円筒面部とを接続する段差部とを備えることができる。
前記小径円筒面部は、前記フランジ付円筒部材の前記本体部の外径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である内径寸法を有する。
前記大径円筒面部は、前記フランジ付円筒部材の前記フランジ部の外径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である内径寸法を有する。
さらに、前記円筒パンチは、前記マンドレルの前記円筒面部と前記フローティングダイの前記大径円筒面部との間に実質的に隙間なく挿入できる内径寸法および外径寸法を有することができる。
この場合、前記マンドレルの前記円筒面部と前記フローティングダイの前記小径円筒面部との間の径方向寸法を、前記中間素材の軸方向寸法の０．６倍以上０．８倍以下とすることができる。

前記中間素材として、径方向外側から内側に向かうほど連続的に小さくなる軸方向厚さを有するものを使用することができる。または、前記中間素材として、径方向内側部分に、径方向外側から内側に向かうほど小さくなる軸方向厚さを有する楔状部を備え、かつ、前記反転加工により前記最終中間素材の外周面となる前記中間素材の軸方向側面の径方向外側部分に軸方向に突出した突出部を備えるものを使用することができる。この場合、前記中間素材のうち、前記楔状部の径方向外端部における軸方向厚さを、前記突出部が形成された部分の軸方向厚さの０．７倍以上とすることができる。

いずれの場合にも、円柱形状を有する素材に、円すい状の先端部を有する据え込みパンチと、円すい状の先端部を有する据え込みダイスとの間で軸方向に潰す据え込み加工を施した後、中心部分をピアス加工により打ち抜くことで、前記中間素材を得る工程をさらに含むことが好ましい。

あるいは、前記中間素材として、径方向にわたり一定の軸方向厚さを有するものを使用することができる。

得られる前記フランジ付円筒部材の前記本体部の外径寸法を、前記フランジ付円筒部材の軸方向寸法の３倍よりも大きくすることが好ましい。

本発明のフランジ付転がり軸受の製造方法の対象となるフランジ付転がり軸受は、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有し、かつ、軸方向端部に径方向外方に突出したフランジ部を有する外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に設置された複数個の転動体とを備える。本発明のフランジ付転がり軸受の製造方法は、本発明のフランジ付円筒部材の製造方法により得られるフランジ付円筒部材の内周面に、前記外輪軌道を形成することにより前記外輪を製造する。

本発明の回転機械の製造方法の対象となる回転機械は、フランジ付転がり軸受を備える。本発明の回転機械の製造方法は、前記フランジ付転がり軸受を、本発明のフランジ付転がり軸受の製造方法により製造する。

本発明の車両の製造方法の対象となる車両は、フランジ付転がり軸受を備える。本発明の車両の製造方法は、前記フランジ付転がり軸受を、本発明のフランジ付転がり軸受の製造方法により製造する。

本発明によれば、フランジ付円筒部材を製造する方法において、フランジ部を形成する部分の径方向厚さを十分に確保することができる。

図１（Ａ）～図１（Ｅ）は、本発明の実施の形態の第１例に係るフランジ付円筒部材の製造方法を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態の第１例における据え込み装置を示す断面図である。 図３（Ａ）～図３（Ｃ）は、本発明の実施の形態の第１例について、中間素材を最終中間素材に加工する様子を示す断面図である。 図４（Ａ）～図４（Ｃ）は、本発明の実施の形態の第１例について、最終中間素材をフランジ付円筒部材に加工する様子を示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態の第１例について、反転加工が可能な条件を説明するための図である。 図６（Ａ）は、本発明の実施の形態の第２例に係るフランジ付円筒部材の製造方法で使用する予備中間素材を示す断面図であり、図６（Ｂ）は、本発明の実施の形態の第２例における据え込み装置を示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態の第２例に係るフランジ付円筒部材の製造方法で使用する中間素材を示す断面図である。 図８（Ａ）～図８（Ｄ）は、本発明の実施の形態の第３例に係るフランジ付円筒部材の製造方法を示す断面図である。 図９は、本発明の実施の形態の第３例について、中間素材を最終中間素材に加工する様子を示す断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態の第３例について、最終中間素材をフランジ付円筒部材に加工する様子を示す断面図である。 図１１（Ａ）～図１１（Ｈ）は、従来のフランジ付円筒部材の製造方法の１例を示す図である。 図１２は、フランジ付転がり軸受の従来構造の１例を示す断面図である。

［実施の形態の第１例］
本発明の実施の形態の第１例について、図１（Ａ）～図５を用いて説明する。本例のフランジ付円筒部材の製造方法の対象となるフランジ付円筒部材１６は、図１（Ｅ）に示すように、円筒形状を有する本体部１７と、この本体部１７の軸方向端部の外周面から径方向外方に突出したフランジ部１８とを備える。

本例のフランジ付円筒部材の製造方法は、円柱形状を有する素材１９を得る第１工程と、素材１９を予備中間素材２０に加工する第２工程と、予備中間素材２０を中間素材２１に加工する第３工程と、中間素材２１を最終中間素材２２に加工する第４工程と、最終中間素材２２をフランジ付円筒部材１６に加工する第５工程とを含む。

まず、第１工程では、球状化処理が施された高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）などの硬質金属材料製の長尺な線材を所定の長さに切断することにより、図１（Ａ）に示すような、円柱形状を有する素材１９を得る。

次に、第２工程では、素材１９に、この素材１９を軸方向に潰す据え込み加工を施すことにより、図１（Ｂ）に示すような、円板形状を有する予備中間素材２０を得る。予備中間素材２０の軸方向厚さは、中心部で最も小さく、径方向外側に向かうほど連続的に大きくなっている。すなわち、予備中間素材２０は、台形を、短辺を中心に回転させた回転体形状を有する。換言すれば、予備中間素材２０は、軸方向両側面を円すい凹面としている。

素材１９を軸方向に潰す据え込み加工は、図２に示すような据え込み装置２３により行う。据え込み装置２３は、外径拘束型２４と、据え込みパンチ２５と、据え込みダイス２６とを備える。なお、本例では、据え込み装置２３の軸方向を上下方向に向け、据え込みパンチ２５を上側に配置し、かつ、据え込みダイス２６を下側に配置している。

外径拘束型２４は、予備中間素材２０の外周面を拘束するためのもので、得るべき予備中間素材２０の外径寸法と等しい内径寸法を有する内周面を備える。

据え込みパンチ２５は、先端部（図２の下端部）に、円すい状のパンチ側押圧面２７を有する。パンチ側押圧面２７の頂角θは、後述する反転加工における金属材料の移動量などに応じて適切な大きさに設定される。具体的には、頂角θを、１６５°以上１７５°以下とすることが好ましい。据え込みパンチ２５は、外径拘束型２４の内径側に、外径拘束型２４に対する軸方向変位、すなわち昇降を可能に、かつ、径方向のがたつきなく挿入される。

据え込みダイス２６は、先端部（図２の上端部）に、円すい状のダイス側押圧面２８を有する。具体的には、据え込みダイス２６のダイス側押圧面２８は、据え込みパンチ２５のパンチ側押圧面２７の形状と、据え込み装置２３の中心軸に直交する仮想平面に関して対称な形状を有する。据え込みダイス２６は、図示しないノックアウトピンをさらに有する。据え込みダイス２６は、外径拘束型２４の内径側に径方向のがたつきなく設置され、かつ、据え込みパンチ２５から離れる方向の軸方向変位、すなわち下降を阻止されている。

このような据え込み装置２３により、素材１９に据え込み加工を施すには、まず、素材１９を、外径拘束型２４の上側開口からこの外径拘束型２４の内径側に挿入し、据え込みダイス２６のダイス側押圧面２８に載置する。

次いで、据え込みパンチ２５を、外径拘束型２４の上側開口からこの外径拘束型２４の内径側に挿入して下降させ、パンチ側押圧面２７の先端部（頂点）を、素材１９の上側面に当接させる。そして、据え込みパンチ２５をさらに下降させることにより、素材１９を、据え込みパンチ２５のパンチ側押圧面２７と据え込みダイス２６のダイス側押圧面２８との間で上下方向に押し潰して、予備中間素材２０を得る。なお、本例では、据え込み加工完了時点で、予備中間素材２０の軸方向中間部外周面のみが外径拘束型２４の内周面に当接し、かつ、予備中間素材２０の軸方向両端部外周面と外径拘束型２４の内周面との間に円環状の隙間が存在するように、据え込みパンチ２５による押し潰し量を調整している。これにより、外径拘束型２４に、過度に大きな応力が作用することを防止している。

その後、据え込みパンチ２５を上昇させ、据え込みダイス２６のノックアウトピンを上昇させることで、外径拘束型２４から予備中間素材２０を取り出す。

次の第３工程では、予備中間素材２０にピアス加工を施して中心部分を打ち抜くことにより、図１（Ｃ）に示すような、円輪形状を有する中間素材２１を得る。中間素材２１は、径方向外側から内側に向かうほど小さくなる軸方向厚さを有する。すなわち、中間素材２１は、短辺を径方向内側に配置し、かつ、長辺を径方向外側に配置した台形の断面形状を有する。

次に、第４工程では、中間素材２１に、径方向内側部分を拡径させ、かつ、径方向外側部分を縮径させる反転加工を施すことにより、図１（Ｄ）に示すような、最終中間素材２２を得る。最終中間素材２２は、円筒部２９と、この円筒部２９の軸方向端部の外周面から径方向外方に突出した膨出部３０とを備える。換言すれば、最終中間素材２２は、軸方向片側（図１（Ｄ）の下側）の薄肉部３１と、軸方向他側（図１（Ｄ）の上側）の厚肉部３２とからなる。

第４工程では、図３（Ａ）～図３（Ｃ）に示すような、金型装置３３を使用する。金型装置３３は、ダイス３４と、パンチ３５とを備える。本例では、金型装置３３の軸方向を上下方向に向け、ダイス３４を下側に配置し、かつ、パンチ３５を上側に配置している。

ダイス３４は、得るべき最終中間素材２２の円筒部２９の外径寸法と同じ内径寸法を有する内周面３６と、上側面３７と、内周面３６と上側面３７とを接続し、かつ、円弧形の断面形状を有する隅部３８とを有する。内周面３６の内径寸法は、隅部３８が形成された上端部を除いて軸方向にわたり一定である。

パンチ３５は、先端部（図３（Ａ）～図３（Ｃ）の下端部）外周面を、先端側から基端側に向かうほど、すなわち下側から上側に向かうほど外径寸法が段階的に大きくなる段付円筒面状に構成している。すなわち、パンチ３５は、先端部外周面に、下側から順に、部分円すい状の小径傾斜面部３９と、小径円筒面部４０と、部分円すい状の大径傾斜面部４１と、曲面部４２と、大径円筒面部４３と、段差部４４とを備える。

小径傾斜面部３９は、下側から上側に向かうほど連続的に大きくなる外径寸法を有する。小径円筒面部４０は、小径傾斜面部３９の上端部における外径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である外径寸法を有する。大径傾斜面部４１は、下側から上側に向かうほど連続的に大きくなる外径寸法を有する。曲面部４２は、下端部を、大径傾斜面部４１の上端部に滑らかに接続させており、下側から上側に向かうほど連続的に大きくなる外径寸法を有し、かつ、円弧形の断面形状を有する。大径円筒面部４３は、下端部を、曲面部４２の上端部に滑らかに接続させており、曲面部４２の上端部における外径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である外径寸法を有する。段差部４４は、大径円筒面部４３の上端部に形成され、下側を向いている。

このような金型装置３３により、中間素材２１に冷間鍛造加工を施して最終中間素材２２を得るためには、まず、図３（Ａ）に示すように、中間素材２１の径方向外側部分を、ダイス３４の上側面３７に載置し、中間素材２１の内径側に、パンチ３５の先端部を上側から挿入する。

次いで、図３（Ａ）→図３（Ｂ）→図３（Ｃ）に示すように、パンチ３５を下降させる。これにより、中間素材２１に、径方向内側部分を拡径させ、かつ、径方向外側部分を縮径させることで、断面形状を９０度回転させる反転加工を施す。具体的には、中間素材２１の下側面のうちでダイス３４の隅部３８と当接する部分を支点とし、径方向内側部分を、パンチ３５の大径傾斜面部４１および曲面部４２により拡径する方向に案内することにより、中間素材２１を、この中間素材２１の断面形状を９０度回転させるように塑性変形させる。

本例では、反転加工の完了時点では、最終中間素材２２の厚肉部３２の内周面は、パンチ３５の大径円筒面部４３により拘束される。これに対し、反転加工の間中、中間素材２１の径方向外側に存在していた部分であって、最終中間素材２２において厚肉部３２が形成される部分を、ダイス３４の上側面よりも上方に位置させて、当該部分の外周面を拘束しないようにして膨出部３０を形成し、最終中間素材２２を得る。

次に、第５工程では、最終中間素材２２にサイジング加工を施して、円筒部２９および膨出部３０の寸法および形状を整えることにより、本体部１７とフランジ部１８とを備えたフランジ付円筒部材１６を得る。最終中間素材２２をフランジ付円筒部材１６に加工するためのサイジング加工は、図４（Ａ）～図４（Ｃ）に示すようなサイジング装置４５により行う。サイジング装置４５は、マンドレル４６と、フローティングダイ４７と、円筒パンチであるパンチ４８とを備える。本例では、サイジング装置４５の軸方向を上下方向に向け、マンドレル４６およびフローティングダイ４７を下側に配置し、かつ、パンチ４８を上側に配置している。

マンドレル４６は、外周面に、下側から順に、すなわち、パンチ４８の押圧方向に関して前側から順に、円筒面部４９と案内傾斜面部５０とを備える。円筒面部４９は、得るべきフランジ付円筒部材１６の内径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である外径寸法を有する。案内傾斜面部５０は、下端部を、円筒面部４９の上端部に接続させており、下側から上側に向かうほど連続的に小さくなる外径寸法を有する。

フローティングダイ４７は、マンドレル４６の外周面と同軸に配置された内周面に、下側の小径円筒面部５１と、上側の大径円筒面部５２と、小径円筒面部５１と大径円筒面部５２とを接続する段差部５３とを備える。小径円筒面部５１は、得るべきフランジ付円筒部材１６の本体部１７の外径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である内径寸法を有する。大径円筒面部５２は、得るべきフランジ付円筒部材１６のフランジ部１８の外径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である内径寸法を有する。フローティングダイ４７は、マンドレル４６の周囲に、このマンドレル４６に対する軸方向の相対変位を可能に設置されており、かつ、弾性部材５４により上方に向いた弾力を付与されている。なお、弾性部材５４は、例えば、コイルばね、または、油圧式、ガス圧式若しくは空圧式のシリンダなどにより構成される

パンチ４８は、円筒形状を有し、かつ、マンドレル４６の円筒面部４９とフローティングダイ４７の大径円筒面部５２との間に、実質的に隙間なく挿入できる内径寸法および外径寸法を有する。すなわち、パンチ４８は、円筒面部４９の外径寸法よりもわずかに大きい内径寸法を有し、かつ、大径円筒面部５２の内径寸法よりもわずかに小さい外径寸法を有する。これにより、マンドレル４６およびフローティングダイ４７に対するパンチ４８の軸方向の相対変位を可能としつつ、サイジング加工の際に、パンチ４８の内周面と円筒面部４９との間部分およびパンチ４８の外周面と大径円筒面部５２との間部分に、最終中間素材２２を構成する金属材料が侵入することを防止している。

このようなサイジング装置４５により、最終中間素材２２にサイジング加工を施す際には、まず、図４（Ａ）に示すように、マンドレル４６の円筒面部４９および案内傾斜面部５０とフローティングダイ４７の小径円筒面部５１との間に存在する円筒空間に、最終中間素材２２の円筒部２９の下側部を挿入し、かつ、フローティングダイ４７の段差部５３に、最終中間素材２２の膨出部３０の下側面を当接させる。

次いで、図４（Ａ）→図４（Ｂ）→図４（Ｃ）に示すように、パンチ４８を下降させ、このパンチ４８の先端面により最終中間素材２２の上側面を下方に押圧する。そして、最終中間素材２２を、マンドレル４６の円筒面部４９とフローティングダイ４７の小径円筒面部５１および大径円筒面部５２との間に存在する空間に押し込み、かつ、フローティングダイ４７を、このフローティングダイ４７の内周面と最終中間素材２２の外周面との間に作用する摩擦力に基づき、弾性部材５４の弾力に抗して下方に変位させる。このようにして、最終中間素材２２の円筒部２９および膨出部３０の寸法および形状を整えることにより、本体部１７およびフランジ部１８を形成して、フランジ付円筒部材１６を得る。

上述のようにして得られたフランジ付円筒部材１６に、焼き入れなどの熱処理を施したり、内周面により外輪軌道１１を形成し、さらに、超仕上げ加工を施したりするなどして、フランジ付転がり軸受１０の外輪１２を得る。なお、外輪１２の製造方法は、必要に応じて、フランジ付円筒部材１６に、冷間ローリング加工や切削加工を施す工程をさらに含むこともできる。

本例のフランジ付円筒部材の製造方法によれば、フランジ付円筒部材１６においてフランジ部１８を形成する部分の径方向厚さを十分に確保することができる。

すなわち、本例では、円輪形状を有する中間素材２１に、断面形状を９０度回転させる反転加工を施すことにより、最終中間素材２２を得るようにしている。前述したように、円輪形状を有する金属素材に反転加工を施すと、拡径した部分の肉厚は小さく、縮径した部分の肉厚は大きくなる傾向がある。特に本例では、中間素材２１として、径方向外側から内側に向かうほど小さくなる軸方向厚さを有するものを使用している。このため、最終中間素材２２のうちでフランジ付円筒部材１６においてフランジ部１８を形成する部分である膨出部３０の径方向高さを十分確保することができる。

本例では、円柱形状を有する素材１９に据え込み加工を施すことにより、軸方向厚さが径方向外側に向かうほど大きくなる予備中間素材２０を得て、この予備中間素材２０の中心部分をピアス加工により打ち抜くことにより、反転加工を施す直前の中間素材２１を得るようにしている。したがって、本例の製造方法によれば、反転加工を施す直前の中間素材を、軸方向厚さが径方向にわたり一定である円板部材の中心部分をピアス加工により打ち抜いて得る場合と比較して、材料の歩留まりを良好にすることができる。

また、本例では、台形の断面形状を有する中間素材２１に、断面形状を９０度回転させる反転加工を施すようにしている。したがって、本例の製造方法によれば、矩形の断面形状を有する中間素材に反転加工を施す場合と比較して、金属材料が滞留するデッドメタル領域を小さくすることができる。

なお、本例のフランジ付円筒部材の製造方法は、本体部１７の外径寸法Ｄが、フランジ付円筒部材１６の軸方向寸法Ｌの３倍よりも大きい、フランジ付円筒部材１６を対象とすることができる。すなわち、図５に示すシミュレーション結果から明らかなとおり、本体部１７の外径寸法Ｄにかかわらず、外径寸法Ｄが軸方向寸法Ｌの３倍よりも大きい場合には、中間素材２１に反転加工を施すことで、断面形状を９０度回転させることができるが、外径寸法Ｄが軸方向寸法Ｌの３倍以下である場合、中間素材２１の断面形状を９０度回転させることができない。

なお、本例の対象となるフランジ付円筒部材１６は、たとえば、軸方向寸法Ｌを１．５ｍｍ～８ｍｍとし、本体部１７の内径寸法ｄを３．９ｍｍ～２１．６ｍｍとし、外径寸法Ｄを５～２６ｍｍとし、フランジ部１８の径方向高さｈを０．５ｍｍ～２．０ｍｍとする。

また、本例で使用する金型装置３３のダイス３４の隅部３８の曲率半径は、中間素材２１の表面を傷つけないように、できる限り小さくすることが好ましい。一方、パンチ３５の曲面部４２の曲率半径は、据え込み加工の際に、中間素材２１を案内できるように、適切な大きさに設定される。具体的には、中間素材２１の径方向幅や軸方向厚さにもよるが、フランジ付円筒部材１６の軸方向寸法Ｌが１．５ｍｍ～８ｍｍであり、本体部１７の内径寸法ｄが３．９ｍｍ～２１．６ｍｍであり、外径寸法Ｄが５～２６ｍｍである場合、隅部３８の曲率半径を、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることが好ましく、曲面部４２の曲率半径を、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることが好ましい。

［実施の形態の第２例］
本発明の実施の形態の第２例について、図６（Ａ）～図７を用いて説明する。本例では、予備中間素材２０ａ（図１（Ｂ）参照）の形状が、実施の形態の第１例における予備中間素材２０と異なる。予備中間素材２０ａは、円板部５６と、円輪部５７と、突出部５８とを備える。

円板部５６は、径方向外側から中心部に向かうほど連続的に小さくなる軸方向厚さを有する。円輪部５７は、円板部５６の外周面から全周にわたり径方向外方に伸長しており、円板部５６の径方向外端部における軸方向厚さと同じ軸方向厚さを有する。突出部５８は、円輪部５７の軸方向両側面のうちで反転加工により最終中間素材２２（図１（Ｅ）参照）の外周面となる軸方向側面（図６（Ａ）の下側面）の径方向外側部分から全周にわたり軸方向に突出している。なお、円輪部５７のうちで突出部５８が形成されていない部分の軸方向厚さＴ_５７は、突出部５８が形成された部分の軸方向厚さＴ_５８の０．７倍以上とする（Ｔ_５７≧０．７Ｔ_５８）。

このような予備中間素材２０ａは、素材１９（図１（Ａ）参照）に、図６（Ｂ）に示すような、据え込み装置２３ａにより据え込み加工を施すことで得る。据え込み装置２３ａは、予備中間素材２０ａの外周面を拘束するための外径拘束型２４と、据え込みパンチ２５ａと、据え込みダイス２６ａとを備える。

据え込みパンチ２５ａは、先端部（図６（Ｂ）の下側面）にパンチ側押圧面２７ａを有する。パンチ側押圧面２７ａは、径方向内側部分に形成された円すい面部５９と、この円すい面部５９の径方向外端部から全周にわたり径方向に伸長した円輪面部６０とからなる。

据え込みダイス２６ａは、先端部（図６（Ｂ）の上側面）にダイス側押圧面２８ａを有する。ダイス側押圧面２８ａは、径方向内側部分に形成された円すい面部６１と、この円すい面部６１の径方向外端部から全周にわたり径方向に伸長した小径円輪面部６２と、この小径円輪面部６２に対し下方に凹むように小径円輪面部６２の周囲に形成された大径円輪面部６３とからなる。

このような据え込み装置２３ａの据え込みパンチ２５ａのパンチ側押圧面２７ａと据え込みダイス２６ａのダイス側押圧面２８ａとの間で、素材１９を軸方向に押し潰すことにより、予備中間素材２０ａを得る。なお、本例では、据え込み加工完了時点で、予備中間素材２０ａの軸方向中間部外周面のみが外径拘束型２４の内周面に当接し、かつ、予備中間素材２０ａの軸方向両端部外周面と外径拘束型２４の内周面との間部分、および、突出部５８の先端面（図６（Ｂ）の下側面）と据え込みダイス２６ａの大径円輪面部６３との間部分に隙間がそれぞれ存在するように、据え込みパンチ２５ａによる押し潰し量を調整している。これにより、外径拘束型２４および据え込みダイス２６ａに、過度に大きな応力が作用することを防止している。

次いで、予備中間素材２０ａにピアス加工を施して中心部を打ち抜くことにより、図７に示すような、円輪形状を有する中間素材２１ａを得る。すなわち、中間素材２１ａは、径方向内側部分に、径方向外側から内側に向かうほど連続的に小さくなる軸方向厚さを有する楔状部６４を備え、かつ、楔状部６４の周囲に、楔状部６４の径方向外端部における軸方向厚さと同じ軸方向厚さを有する円輪部５７を備える。中間素材２１ａは、円輪部５７の下側面の径方向外側部分から全周にわたり軸方向に突出した突出部５８をさらに備える。

本例によれば、実施の形態の第１例が対象とすることができるフランジ付円筒部材のフランジ部の径方向高さよりも、高い径方向高さを有するフランジ部１８を備えたフランジ付円筒部材１６を対象とすることができる。具体的には、本例によれば、フランジ付円筒部材１６のフランジ部１８の径方向高さを、実施の形態の第１例が対象とすることができるフランジ付円筒部材のフランジ部の径方向高さの１倍よりも大きく、１．５倍程度とすることができる。
その他の部分の構成および作用効果は、実施の形態の第１例と同様である。

［実施の形態の第３例］
本発明の実施の形態の第３例について、図８（Ａ）～図１０を用いて説明する。本例のフランジ付円筒部材の製造方法では、図８（Ａ）に示すような、円板形状を有する素材１９ａを使用する。本例では、素材１９ａを、炭素（Ｃ）を０．０１質量％以下、クロム（Ｃｒ）を１５質量％以上１７質量％以下、錫（Ｓｎ）を０．３質量％以上０．５質量％以上含有し、かつ、０．２％耐力が２０５ＭＰａ以上、引っ張り強さが３９０ＭＰａ以上、破断伸びが２５％以上である、フェライト系ステンレスにより構成される。

上述のような素材１９ａに、ピアス加工を施して中心部を打ち抜くことにより、図８（Ｂ）に示すような、円輪形状を有する中間素材２１ｂに得る。次いで、図９に示すように、金型装置３３を使用して、中間素材２１ｂに反転加工を施すことにより、図８（Ｃ）に示すような、最終中間素材２２ａを得る。本例の場合も、実施の形態の第１例の場合と同様、反転加工の間中、中間素材２１ｂの径方向外側に存在していた部分であって、最終中間素材２２ａにおいて厚肉部３２が形成される部分を、ダイス３４の上側面よりも上方に位置させて、当該部分の外周面を拘束しないようにして、膨出部３０を形成するようにしている。

なお、本例では、金型装置３３のダイス３４の内周面３６とパンチ３５の大径円筒面部４３との間の径方向寸法Ｓが、素材１９ａの軸方向厚さＴの０．８倍以上０．９倍以下となるように、ダイス３４およびパンチ３５の寸法を規制している。

次いで、図１０に示すように、サイジング装置４５を使用して、最終中間素材２２ａにサイジング加工を施すことにより、図８（Ｄ）に示すような、フランジ付円筒部材１６を得る。本例では、サイジング装置４５のマンドレル４６の円筒面部４９とフローティングダイ４７の小径円筒面部５１との間の径方向寸法Ｕが、素材１９ａ（中間素材２１ｂ）の軸方向厚さＴの０．６倍以上０．８倍以下となるように、マンドレル４６およびフローティングダイ４７の寸法を規制している。

上述のような本例の場合も、実施の形態の第１例の場合と同様に、中間素材２１ｂに反転加工を施すことにより、膨出部３０を有する最終中間素材２２ａを得るようにしているため、フランジ付円筒部材１６においてフランジ部１８を形成する部分の径方向厚さを十分に確保することができる。その他の部分の構成および作用効果は、実施の形態の第１例と同様である。

１ 素材
２ 第１中間素材
３ 薄肉部
４ 第２中間素材
５ 第３中間素材
６ 第４中間素材
７ 第５中間素材
８ 余肉部
９ 第６中間素材
１０ フランジ付転がり軸受
１１ 外輪軌道
１２ 外輪
１３ 内輪軌道
１４ 内輪
１５ 転動体
１６ フランジ付円筒部材
１７ 本体部
１８ フランジ部
１９、１９ａ 素材
２０、２０ａ、２０ｂ 予備中間素材
２１、２１ａ、２１ｂ 中間素材
２２、２２ａ 最終中間素材
２３、２３ａ 据え込み装置
２４ 外径拘束型
２５、２５ａ 据え込みパンチ
２６、２６ａ 据え込みダイス
２７、２７ａ パンチ側押圧面
２８、２８ａ ダイス側押圧面
２９ 円筒部
３０ 膨出部
３１ 薄肉部
３２ 厚肉部
３３ 金型装置
３４ ダイス
３５ パンチ
３６ 内周面
３７ 上側面
３８ 隅部
３９ 小径傾斜面部
４０ 小径円筒面部
４１ 大径傾斜面部
４２ 曲面部
４３ 大径円筒面部
４４ 段差部
４５ サイジング装置
４６ マンドレル
４７ フローティングダイ
４８ パンチ
４９ 円筒面部
５０ 案内傾斜面部
５１ 小径円筒面部
５２ 大径円筒面部
５３ 段差部
５４ 弾性部材
５５ フランジ部
５６ 円板部
５７ 円輪部
５８ 突出部
５９ 円すい面部
６０ 円輪面部
６１ 円すい面部
６２ 小径円輪面部
６３ 大径円輪面部
６４ 楔状部
６５ 円筒部材

Claims (17)

1. 円筒形状を有する本体部と、該本体部の軸方向端部の外周面から径方向外方に突出したフランジ部とを備えるフランジ付円筒部材を造る、フランジ付円筒部材の製造方法であって、
   円輪形状を有する中間素材に、径方向内側部分を拡径させ、かつ、径方向外側部分を縮径させる反転加工を施すことにより、円筒部と該円筒部の軸方向端部の外周面から径方向外方に突出した膨出部とを備える最終中間素材を得る工程を含み、
   前記最終中間素材を得る工程においては、前記中間素材の径方向外側部分をダイスの載置面に載置した状態で、前記中間素材の内径側にパンチを挿入することで、前記中間素材の断面形状を、前記ダイスの載置面と内周面とを接続する隅部を支点に９０度回転させることにより前記反転加工を行い、
   前記パンチは、先端部外周面に、先端側から基端側の順に、部分円すい状の小径傾斜面部と、小径円筒面部と、部分円すい状の大径傾斜面部と、曲面部と、大径円筒面部と、段差部とを備え、
   前記小径傾斜面部は、先端側から基端側に向かうほど連続的に大きくなる外径寸法を有しており、
   前記小径円筒面部は、前記小径傾斜面部の基端側の端部における外径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である外径寸法を有しており、
   前記大径傾斜面部は、先端側から基端側に向かうほど連続的に大きくなる外径寸法を有しており、
   前記曲面部は、先端側の端部を、前記大径傾斜面部の基端側の端部に滑らかに接続しており、先端側から基端側に向かうほど連続的に大きくなる外径寸法を有し、かつ、円弧形の断面形状を有しており、
   前記大径円筒面部は、先端側の端部を、前記曲面部の基端側の端部に滑らかに接続させており、前記曲面部の基端側の端部における外径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である外径寸法を有しており、
   前記段差部は、前記大径円筒面部の基端側の端部に形成され、先端側を向いている、フランジ付円筒部材の製造方法。
2. 前記最終中間素材にサイジング加工を施して、前記円筒部および前記膨出部の寸法および形状を整え、前記本体部および前記フランジ部を形成することにより、前記フランジ付円筒部材を得る工程をさらに含む、請求項１に記載のフランジ付円筒部材の製造方法。
3. 前記フランジ付円筒部材を得る工程においては、前記最終中間素材を、マンドレルと、該マンドレルの周囲に配置され、かつ、軸方向の弾力を付与されたフローティングダイとの間に存在する円筒状空間に配置した状態で、前記最終中間素材を、円筒形状を有する円筒パンチにより、前記円筒状空間に押し込み、かつ、前記フローティングダイを、前記軸方向の弾力に抗して前記円筒パンチの押圧方向に変位させることにより、前記サイジング加工を行う、請求項２に記載のフランジ付円筒部材の製造方法。
4. 円筒形状を有する本体部と、該本体部の軸方向端部の外周面から径方向外方に突出したフランジ部とを備えるフランジ付円筒部材を造る、フランジ付円筒部材の製造方法であって、
   円輪形状を有する中間素材に、径方向内側部分を拡径させ、かつ、径方向外側部分を縮径させる反転加工を施すことにより、円筒部と該円筒部の軸方向端部の外周面から径方向外方に突出した膨出部とを備える最終中間素材を得る工程と、
   前記最終中間素材にサイジング加工を施して、前記円筒部および前記膨出部の寸法および形状を整え、前記本体部および前記フランジ部を形成することにより、前記フランジ付円筒部材を得る工程と、を含み、
   前記フランジ付円筒部材を得る工程においては、前記最終中間素材を、マンドレルと、該マンドレルの周囲に配置され、かつ、軸方向の弾力を付与されたフローティングダイとの間に存在する円筒状空間に配置した状態で、前記最終中間素材を、円筒形状を有する円筒パンチにより、前記円筒状空間に押し込み、かつ、前記フローティングダイを、前記軸方向の弾力に抗して前記円筒パンチの押圧方向に変位させることにより、前記サイジング加工を行い、
   前記マンドレルは、外周面に、前記円筒パンチの押圧方向に関して前側から順に、円筒面部と案内傾斜面部とを備え、
   前記円筒面部は、前記フランジ付円筒部材の内径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である外径寸法を有し、
   前記案内傾斜面部は、前記円筒パンチの押圧方向に関する前側の端部を、前記円筒面部のうち、前記円筒パンチの押圧方向に関する後側の端部に接続させており、前記円筒パンチの押圧方向に関する前側から後側に向かうほど連続的に小さくなる外径寸法を有しており、
   前記フローティングダイは、内周面に、前記円筒パンチの押圧方向に関して前側の小径円筒面部と、同じく後側の大径円筒面部と、該小径円筒面部と該大径円筒面部とを接続する段差部とを備え、
   前記小径円筒面部は、前記フランジ付円筒部材の前記本体部の外径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である内径寸法を有し、
   前記大径円筒面部は、前記フランジ付円筒部材の前記フランジ部の外径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である内径寸法を有し、
   前記円筒パンチは、前記マンドレルの前記円筒面部と前記フローティングダイの前記大径円筒面部との間に実質的に隙間なく挿入できる内径寸法および外径寸法を有する、フランジ付円筒部材の製造方法。
5. 前記マンドレルの前記円筒面部と前記フローティングダイの前記小径円筒面部との間の径方向寸法が、前記中間素材の軸方向寸法の０．６倍以上０．８倍以下である、請求項４に記載のフランジ付円筒部材の製造方法。
6. 前記最終中間素材を得る工程においては、前記中間素材の径方向外側部分をダイスの載置面に載置した状態で、前記中間素材の内径側にパンチを挿入することで、前記中間素材の断面形状を、前記ダイスの載置面と内周面とを接続する隅部を支点に９０度回転させることにより前記反転加工を行う、請求項４または５に記載のフランジ付円筒部材の製造方法。
7. 前記パンチは、先端部外周面に、先端側から基端側の順に、部分円すい状の小径傾斜面部と、小径円筒面部と、部分円すい状の大径傾斜面部と、曲面部と、大径円筒面部と、段差部とを備え、
   前記小径傾斜面部は、先端側から基端側に向かうほど連続的に大きくなる外径寸法を有しており、
   前記小径円筒面部は、前記小径傾斜面部の基端側の端部における外径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である外径寸法を有しており、
   前記大径傾斜面部は、先端側から基端側に向かうほど連続的に大きくなる外径寸法を有しており、
   前記曲面部は、先端側の端部を、前記大径傾斜面部の基端側の端部に滑らかに接続しており、先端側から基端側に向かうほど連続的に大きくなる外径寸法を有し、かつ、円弧形の断面形状を有しており、
   前記大径円筒面部は、先端側の端部を、前記曲面部の基端側の端部に滑らかに接続させており、前記曲面部の基端側の端部における外径寸法と同じであり、かつ、軸方向にわたり一定である外径寸法を有しており、
   前記段差部は、前記大径円筒面部の基端側の端部に形成され、先端側を向いている、請求項６に記載のフランジ付円筒部材の製造方法。
8. 前記最終中間素材を得る工程においては、前記中間素材の径方向外側に存在していた部分であって、前記最終中間素材において前記膨出部が形成される部分の外周面を拘束しないようにする、請求項１～７のうちのいずれか１項に記載のフランジ付円筒部材の製造方法。
9. 前記中間素材として、径方向外側から内側に向かうほど連続的に小さくなる軸方向厚さを有するものを使用する、請求項１～８のいずれか１項に記載のフランジ付円筒部材の製造方法。
10. 前記中間素材として、径方向内側部分に、径方向外側から内側に向かうほど小さくなる軸方向厚さを有する楔状部を備え、かつ、前記反転加工により前記最終中間素材の外周面となる前記中間素材の軸方向側面の径方向外側部分に軸方向に突出した突出部を備えるものを使用する、請求項１～８のうちのいずれか１項に記載のフランジ付円筒部材の製造方法。
11. 前記中間素材のうち、前記楔状部の径方向外端部における軸方向厚さが、前記突出部が形成された部分の軸方向厚さの０．７倍以上である、請求項１０に記載のフランジ付円筒部材の製造方法。
12. 円柱形状を有する素材に、円すい状の先端部を有する据え込みパンチと、円すい状の先端部を有する据え込みダイスとの間で軸方向に潰す据え込み加工を施した後、中心部分をピアス加工により打ち抜くことで、前記中間素材を得る工程をさらに含む、請求項９～１１のいずれか１項に記載のフランジ付円筒部材の製造方法。
13. 前記中間素材として、径方向にわたり一定の軸方向厚さを有するものを使用する、請求項１～８のうちのいずれか１項に記載のフランジ付円筒部材の製造方法。
14. 得られる前記フランジ付円筒部材の前記本体部の外径寸法が、前記フランジ付円筒部材の軸方向寸法の３倍よりも大きい、請求項１～１３のうちのいずれか１項に記載のフランジ付円筒部材の製造方法。
15. 外周面に内輪軌道を有する内輪と、
    内周面に外輪軌道を有し、かつ、軸方向端部に径方向外方に突出したフランジ部を有する外輪と、
    前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に設置された複数個の転動体と、
    を備える、フランジ付転がり軸受の製造方法であって、
    請求項１～１４のうちのいずれか１項に記載のフランジ付円筒部材の製造方法により得られるフランジ付円筒部材の内周面に、前記外輪軌道を形成することにより前記外輪を製造する、フランジ付転がり軸受の製造方法。
16. フランジ付転がり軸受を備える回転機械の製造方法であって、
    前記フランジ付転がり軸受を、請求項１５に記載のフランジ付転がり軸受の製造方法により製造する、回転機械の製造方法。
17. フランジ付転がり軸受を備える車両の製造方法であって、
    前記フランジ付転がり軸受を、請求項１５に記載のフランジ付転がり軸受の製造方法により製造する、車両の製造方法。

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