JP7210719B2 - 軸受けリングを加工し、転がり軸受けを製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受けリングを加工するための方法に関する。本発明はさらに、転がり軸受け、ならびに転がり軸受け、特に車輪軸受けを製造するための方法に関する。

部品を冷間圧延する方法は、独国特許第２９２０８８９（Ｃ２）号から知られている。この方法では、圧延力は３０～３００Ｈｚの周波数で脈動する。脈動する圧延力の上限は、静的圧延力の１００％を超えてはならない。その結果、疲労強度が増大した所望の品質のワークピース表面が得られるはずである。

独国特許出願公開第１０２００８０３２９１９（Ａ１）号は、球形であり得る振動圧延工具を使用して動作する、部品の表面硬化のための方法を開示している。あるいは、圧延工具は円筒形であってもよい。いずれの場合も、圧延工具は、表面の深圧延にハンマーダウンが重なり合うように、鍛錬される表面の深圧延中に振動する。

部品の表面の鍛錬は、ピーニングとも呼ばれる表面ブラストによっても達成することができる。この文脈では、例えば、文献、欧州特許第１６２３７９４（Ｂ１）号、独国特許出願公開第１０２０１１１１７４０１（Ａ１）号、米国特許第６，４６７，３２１（Ｂ２）号、および独国特許出願公開第１０２０１１１０１３６９（Ａ１）号が参照される。

文献、独国特許出願公開第１０２００６０４８７１２（Ａ１）号は、車両用トランスミッションシャフトの超音波ショットブラストのための方法に関する。この方法では、中空の歯車シャフトの内側をショットブラストによって加工することができる。加工される歯車シャフトは、それ自体がソノトロープの一部を形成するソノトロープ本体に装着される。

独国特許出願公開第１０２０１００２０８３３（Ａ１）号は、ばねの表面硬化のための方法を開示している。この方法は、超音波ショットブラストを使用しても機能する。

米国特許出願公開第２０１０／００５２２６２（Ａ１）号は、車軸軸受けのために提供されるシール装置を記載しており、このシール装置は、弾性シール要素と金属製の停止要素とを備える。ここでの停止要素は、ショットブラスト処理によって加工された表面を有する。

本発明の目的は、シール用の接触面の効率的な製造に関して、転がり軸受け技術を進歩させることである。

本目的は、本発明によれば、請求項１に記載の転がり軸受けリングの加工方法および請求項８に記載の転がり軸受けの製造方法によって達成される。さらに、本目的は、請求項９に記載の特徴を有する転がり軸受けによって達成される。以下において、転がり軸受けに関連して説明した本発明の実施形態および利点は、それに応じて、加工方法および製造方法にも適用され、逆もまた同様である。

転がり軸受けの軸受けリングは、次のように加工される。
－軸受けリングの製造のために提供される環状のブランクは、加工機械、例えば旋盤内に挟持され、ブランクを回転させる代わりに、ブランクの非回転配設も可能である。
－軸受けリングのシール面を形成する環状に閉じた面を構造化し、同時に鍛錬することは、切削加工体での脈動的な圧力印加によって行われる。

回転ブランクの場合、切削加工体は通常、非回転工作機械の一部である。一方、ブランクが例えばテーブル上に固定される場合には、特に、切削加工体を備え、軸の周りと全体として回転する加工工具、例えば多軸ロボットまたはマシニングセンタによって加工が可能である。

ワークピースの回転中にシール面の構造化および鍛錬が行われる場合、軸受けリングの少なくとも１つの転動体軌道は、回転するブランク、すなわちワークピースと同じ設定で、好ましい方法で旋削および／または研削することによって加工される。この方法により、複数の利点が達成される。

一方、軸受けリングの構造化された表面が、軸受けリングの加工も行われるのと同じ設定で生成されるという事実によって、効率的で正確な加工が好まれる。他方、例えば軸受けリングまたはスラストリングに接続される停止円板の形態の別個の要素は、シール接触を生成するために必要とされない。むしろ、転がり軸受け内で、一方の軸受けリングに固定された弾性シール要素は、脈動的な圧力印加によって加工された他方の軸受けリングのシール面と直接接触する。これにより、従来のソリューションと比較して部品点数が最小限に抑えられるだけでなく、転がり軸受けに必要なスペースも最小限に抑えられる傾向がある。

軸受けリングの構造化された表面および弾性シール要素で形成された接触シールは、良好なシール効果を有すると同時に、低摩擦で摩耗感受性が低いことを特徴とする。シール効果は、潤滑剤、つまりグリースまたはオイルの転がり軸受けにおける保持と、転がり軸受けの内部から汚れを遠ざけることの両方に関係している。

転がり軸受けを製造するための方法は、
－説明した方法で加工され、窪みの形態の構造化された表面、例えば球形の窪みを有する軸受けリング、とさらなる軸受けリングとを提供し、
－軸受けリング間に多数の転動体に配置し、
－軸受けリングの間に有効なシールを取り付けることであって、シールが別の軸受けリング上に保持され、構造化された表面と接触するようにする、ステップを含む。

転がり軸受けの転動体として、玉、針またはローラ、例えば円筒状ローラまたはテーパ状ローラが設けられてもよい。転がり軸受けは、単列または複数列の軸受けとして構成することができ、２つの軸受けリングまたはより多くの軸受けリング、たとえば３つの軸受けリングを備える。例えば、転がり軸受けは車両用の車軸軸受けである。一般に、転がり軸受けは次の特徴を有する。

多数の転動体および少なくとも１つのシールが少なくとも２つの軸受けリングの間に配設され、このシールは軸受けリングのうちの１つの上に保持され、窪みの形態で構造化された他の軸受けリングの鍛錬された表面と接触する。窪みは、例えば、球状、円錐状、円筒状、または鱗片状であり得る。

特に、構造化された表面、すなわち、窪みまたはへこみが生じたシール面は、最大１００μｍの粗さ深さＲ_ｔを有する。これにより、構造化された表面またはシール面にぶつかるシールのシール効果が維持され、同時に、それらの間で生じる摩擦に関して最適化がもたらされる。最大１０μｍの構造化された表面の粗さ深さＲ_ｔが特に好ましい。ここでは、３μｍ～５μｍの範囲の粗さ深さＲ_ｔが実証されている。

転がり軸受けの軸受けリングの一方は脈動的な圧力印加によって加工されるが、もう一方の軸受けリングは一般にそのような加工が提供されない。転がり軸受けは、一方の面でも両方の面でもシールすることができる。軸受けリングの各々は、一体型または分割型軸受けリングのいずれかであり得る。

典型的な構成では、脈動的な圧力印加によって加工される転がり軸受けの軸受けリングは、内側リングである。内側リングまたは外側リングのいずれかが、回転軸受けリングとして設けられてもよい。

脈動的な圧力印加により、転がり軸受けリングの表面に不規則な塑性変形が生成される。加工される軸受けリングは、最初はブランクの形態で旋盤内に挟持され、例えば加工および脈動的な圧力印加に挟持されることができる。この場合、切削加工および脈動的な圧力印加の方法ステップの順序は固定されておらず、すべての場合において、ワークピース、すなわち、加工される軸受けリングは、好ましくは、２つの方法ステップの間、同じ設定のままである。

加工される軸受けリングが回転している間、脈動的な圧力印加をもたらす加工工具は、加工される表面の位置に応じて、軸受けリングの半径方向または軸方向に移動することができる。機械工具のこの変位は、加工された表面上で複数回交差する、例えば、螺旋状の線、ねじれた線、または波線を描く、いずれの場合も、加工プロセスの最後に、シール面として提供される加工された表面に生成された窪みは、単位面積あたりの窪みの数として表され、ほぼ均一に分布している。

脈動的に構造化される軸受けリングの表面と接触する工具は、例えば、玉または円筒またはバレルローラーとして構成することができる。特に玉を加工工具として使用する場合、圧力パルスを伝達する液体クッションによって玉を支持することができる。圧力パルスは、圧電的、空気圧的、または機械的に生成することができる。加工工具が工具ホルダーにしっかりと接続される場合、圧力パルスは工具ホルダーを介して伝達される。他方、特に玉の形態の加工工具が液体クッションによって支持される場合、圧力パルスは、液体クッション内の圧力変動によって生成される。

いずれの場合も、加工工具の振動の振幅は、窪みの最大値と同じくらい大きいか、またはワークピースの表面、すなわち軸受けリングの変形の最大深さよりも大きいかのいずれかである。振幅がワークピースの表面の窪みの最大値に制限される場合、加工中に加工工具と軸受けリングとの間の永続的な接触が残る。一方、窪みの最大値よりも大きい工具の振幅が生じた場合、これは、加工中に工具とワークピースとの接触が定期的に中断されることを意味する。

以下では、本発明の２つの例示的な実施形態が、図面を用いてより詳細に説明される。

脈動的な圧力印加による軸受けリングの表面の加工の概略的な図を示す。 図１による方法で加工された軸受けリングの斜視図を示す。 図２の軸受けリングを含む深溝玉軸受として構成された転がり軸受を示す。 図１による加工された軸受けリングを有する車軸軸受けとして構成された転がり軸受の断面を示す。

特に明記しない限り、以下の説明は、両方の例示的な実施形態に関連する。全ての図において、相互に対応する部品または基本的に同じ効果を有する部品または構造体には同じ参照符号が付されている。

全体的に参照番号１で識別される転がり軸受けは、玉軸受けとして構成されており、内側リング２と外側リング３とを備える。図３に示す転がり軸受け１は深溝玉軸受けであり、図４に部分的にのみ描かれている転がり軸受け１は、２列アンギュラ玉軸受け、つまり車両用の車軸軸受けである。この場合、内側リング２のフランジは４でされる。
どちらの場合も、玉は軸受けリング２、３の間で転動体５として転がる。玉５は、ケージ（図示せず）内で案内され得る。転動体５と接触する内側リング２の軌道は６で示され、外側リング３の軌道は７で示される。

シールリップ９を有するシール８は、外側リング３上に保持される。シールリップ９は、内側リング２の表面１０と接触し、図３の場合、転がり軸受け１の中心軸Ｍと同心である円筒を示している。一方、図４の場合、表面１０は、中心軸Ｍに垂直に向けられた平面上に存在する。どちらの場合も、シール８は、接触シールである。図示されていない方法で、シール８は、複数のシールリップ９を有することができる。

シールリップ９と接触する表面１０は、図１に示される方法によって構造化され、表面構造化１１を提供する。この方法は、図３による転がり軸受け１の内側リング２の製造、および図４による転がり軸受け１の内側リング２の製造に使用される。

内側リング２を製造するために、基本形状が後の内側リング２の形状に対応するブランクが、加工機械（図示せず）、特に旋盤内に挟持される。次の加工の間、ブランク、すなわち後の内側リング２は、その中心軸Ｍの周りを回転する。ブランクを加工機械内に挟持した状態での加工は、転動体軌道６の切削加工を含む。

図１～図３に描かれた例では、転がり軸受け１は一方の側のみがシールされる。したがって、転がり軸受け１は、完全に組み立てられた転がり軸受け１内のシール面として機能する単一の円筒面１０のみを有する（図３）。図２に示される表面１０の表面構造化１１はまた、図４による例示的な実施形態においても与えられる。表面構造化１１は、表面１０上にほぼランダムに分布する多数の窪み１２の形態を有する。構造化表面１０の粗さ深さＲ_ｔは、３～５μｍの範囲である。

図１に示される工具１３は、窪み１２を生成するために使用される。工具１３は、加工機械、特に旋盤内に取り付けられ、一般に切削加工体と呼ばれる加工玉１４を備える。加工玉１４は、工具１３内に回転可能に配設され、工具１３内の液体クッションによって支持される。液体クッション内で作用する振動圧力を生成することによって、一般性を失うことなく、垂直振動Ｖと呼ばれる加工玉１４の振動が生成される。図１の例では、垂直振動Ｖは中心軸Ｍに対して半径方向に向けられている。対照的に、図４による転がり軸受け１の内側リング２を加工する場合、垂直振動Ｖが生成されることになり、これは中心軸Ｍに対して軸方向に向けられている。垂直振動Ｖの周波数は、両方の場合において、内側リング２の速度よりも著しく高い。

図１の場合、工具１３の軸方向の変位ＡＶは、垂直振動Ｖに重ね合わされる。軸方向変位ＡＶもまた、振動運動である。この振動は、窪み１２が存在する表面１０上の波線を表す。内側リング２の複数の回転の過程で、この波線の複数の重なりが生じ、その結果、最終的に、表面１０上の窪み１２の所望の準統計的分布が生じる。

修正された方法では、工具１３の切削加工体を表面１０上で軸方向に一度だけ移動させることが可能であり、この場合の軸方向の変位ＡＶは、波形状の加工経路の場合よりもはるかに遅い。工具１３のゆっくりとした１回の動きは、理論的には、表面１０上にねじれた線を生成する。このねじれた線の傾きは非常に小さいので、この場合も、最終的に生じる表面１０上の窪み１２の分布は、非常に良好な近似値まで一様である。

図４による内側リング２の表面構造化を生成するために、工具１３は、例えば、内側から外側へ、または外側から内側へ、ゆっくりと均一に半径方向に動かされる。このようにして生成された窪み１２は、理論的には螺旋状の線上にある。一方、工具１３が、半径方向内側にある第１の極値点と、表面１０の半径方向外側境界を表す第２の極値点との間で比較的高い周波数で移動される場合、構造化１１の波形は、最初に、単一の平面、すなわち表面１０の平面内に存在する波形が生じる。内側リング２の数回転の過程で、これらの波は数回重なり、原理的には図１による例示的な実施形態に匹敵するように、数回重なるので、この場合も、表面１０内の窪み１２の分布において高い均一性が達成される。

１ 転がり軸受け
２ 内側リング
３ 外側リング
４ フランジ
５ 転動体
６ 内側リング軌道
７ 外側リング軌道
８ シール
９ シールリップ
１０ 表面
１１ 表面構造化
１２ 窪み
１３ 工具
１４ 加工玉
ＡＶ 軸方向の変位
Ｍ 中心軸
Ｖ 垂直振動

Claims (7)

1. 転がり軸受（１）の軸受けリング（２、３）を加工するための方法であって、
   －前記軸受けリング（２、３）の製造のために提供されたブランクを加工機械内に挟持することと、
   －前記ブランクは前記軸受けリング（２、３）の中心軸Ｍを中心に回転し、球形の切削加工体（１４）による脈動的な圧力印加によって前記軸受けリング（２、３）のシール面を形成する環状の閉じた表面（１０）を構造化し、同時に鍛錬することと、
   －前記シール面を形成する前記表面（１０）が、構造化され、同時に鍛錬される際と同じ挟持がされている間において、前記ブランクの前記回転中に前記軸受けリング（２、３）の軌道（６、７）も切削加工によって生成されることと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記シール面を形成する前記表面（１０）が最大１００μ ｍの粗さ深さＲｔを有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記切削加工体（１４）が、前記脈動的な圧力印加の間、前記軸受けリング（２、３）の軸方向において変位されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記切削加工体（１４）が、前記脈動的な圧力印加の間、前記軸受けリング（２、３）の半径方向において変位されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
5. 前記脈動的な圧力印加の過程において、前記切削加工体（１４）が、構造化される前記表面（１０）上にねじれた線または螺旋状の線を描くことを特徴とする、請求項３または４に記載の方法。
6. 前記脈動的な圧力印加の過程において、前記切削加工体（１４）が、構造化される前記表面（１０）上で複数回交差する波線を描くことを特徴とする、請求項３または４に記載の方法。
7. 転がり軸受け（１）を製造するための方法であって、
   －請求項１に従って加工され、窪み（１２）の形態で構造化された表面（１０）を有する軸受けリング（２、３）と、さらなる軸受けリング（３、２）とを提供し、
   －前記軸受けリング（２、３）の間に多数の転動体を配置し、
   －前記軸受けリング（２、３）の間に有効なシール（８）を取り付けることであって、前記シールが前記さらなる軸受けリング（３、２）に保持され、前記構造化された表面（１０）と接触するようにする、ステップを含む、方法。

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