WO2011093215A1

WO2011093215A1 - ころの製造方法

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Publication number: WO2011093215A1
Application number: PCT/JP2011/051055
Authority: WO
Inventors: 晃平東; 杉立　教志
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2011-08-04
Also published as: JP5522569B2; US20120285018A1; CN102753304B; CN102753304A; EP2529884A1; US9174316B2; EP2529884A4; EP2529884B1; JP2011152597A

Abstract

　円錐ころ又は凸面ころ用のワークに施すころ端面の研削加工の能率をよくし、かつ十分な精度に実施できるワークの対象範囲を広げる。ワーク（１）を５軸制御マシニングセンタの主軸台（１１）に備わる引き込み式のメカニカルチャック（１３）の爪（１４）で固定し、ヤトイ（１５）でワーク（１）の見掛け上の外径を大きくし、爪（１４）のクランプ面（１４ａ）、ヤトイ（１５）の受け面（１５ａ）を機上成形し、主軸（１２）に切削工具（１６）を自動工具交換機で装着し、ワーク（１）をＣ軸回りに回転させてワーク（１）の加工側端部を研削加工の目標形状である球面（Ｓ）に近付ける旋削を切削工具（１６）で行い、主軸（１２）に砥石（１７）を自動工具交換機で装着し、ワーク（１）に対する砥石（１７）の位置・姿勢を研削加工に応じた所定の傾き角α及びオフセット量ｅ等の関係に５軸制御でセットし、Ｚ軸送りにより砥石（１７）を切込むことにより球面（Ｓ）に研削するようにした。

Description

ころの製造方法

　この発明は、ころの製造方法に関し、特に、ころ端面の研削に関する。

　ころ端面の形状は、つばとの接触による摩擦熱やころ面取り付近のエッジロードに影響する。このため、これらに影響するころ端面の要部は、研削加工を施すことにより寸法精度が確保されている。例えば、摩擦熱を緩和するため、ころ端面には、面取りに連続する球面部分が研削加工される。従来、前記の研削加工には、円筒状の砥石部を有するカップ形砥石が採用されている（特許文献１）。

　カップ形砥石による研削加工の従来例として、図６（ａ），（ｂ）に示すように、２ロール１シュー方式と呼ばれる方法がある。この方法では、ころの外径面形状が形成されたワーク６１を、２つのロール型駆動輪６２とシュー６３、およびバッキングプレート６４で保持しながら横姿勢でワーク６１をこの中心軸回りに回転させ、そのワーク６１の端面に対して砥石６５を切込む。砥石６５をワーク６１の中心軸に対し傾けた方向から押し当てることにより、砥石６５の自生作用を利用して球面に成形することができる。

　上述のようにワークをこの中心軸回りに回転させてカップ形砥石を押し付ける研削加工においては、図７（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク６１，７１をヤトイ６６，７２の受け面６６ａ，７２ａに横向きに挿入し、ヤトイ６６，７２をワーク６１，７１と同心一体回転させながら砥石６５，７３を押し当てることもできる。ヤトイ６６，７２は、受け面６６ａ，７２ａでワーク６１，７１の外径面を支持するため、ワーク６１，７１の見掛け上の外径を大きくし、ワーク６１，７１の中心軸と直交する方向の位置決め精度を高める。ワーク６１，７１の外径面は、円錐ころ、凸面ころ、円筒ころのいずれかの転動面形状に仕上げられている。ワーク６１，７１の外径面は、研削加工の位置決めの基準面になるため、この目的に十分な精度に仕上げられている。

　別の従来例として、図８（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク８１の非加工側の端面を電磁石回転盤８２の球面吸着面８２ａにより磁力固定し、電磁石回転盤８２の回転中心と平行な回転中心回りに回転する砥石８３を一箇所に位置決めし、電磁石回転円盤８２でワーク８１を公転させながらワーク８１に対して砥石８３を所定の切込み制御で押し付けて成形する方法もある。

特開２００５－２９７１８１号公報（特に段落０００２～０００４，００１６～００１８，００２３、図３，４）

　図６（ａ），（ｂ）の従来例では、円錐ころ用のワーク６１の外径角度が大きい場合、ワーク６１が抜け出す方向に力が作用するため、安定した加工精度を得られない。図７（ａ）の例でも、ワーク６１の外径角度が大きい場合には、ヤトイ６６の受け面６６ａに対する楔効果が発生し難く、安定した加工精度が得られない。また、図７（ｂ）に示す従来例では、凸面ころ用のワーク７１をヤトイ７２の受け面７２ａに横向きに挿入するため、ヤトイ７２で保持可能な範囲は、ワーク７１の最大外径部までしかない。安定してヤトイ７２に固定できるワーク７１の形状は、図７（ｂ）のように最大外径部が削り代側に近い位置にある非対称凸面ころ用のワークに限られる。すなわち、図７（ｂ）に示す従来例は、様々の凸面ころ用のワークに適用できる方法ではない。

　また、図８（ａ），（ｂ）に示す従来例の場合、ワーク８１が非加工側の端面を磁力吸着するだけで電磁石回転盤８２に固定されているため、ワーク８１の姿勢が不均一となる可能性があり、加工精度の安定性に欠ける。また、ワーク８１が磁気を帯びるため、研削加工後に脱磁工程が必要になる。さらに、図８（ａ），（ｂ）に示す従来例では、研削仕上げ面の精度は、電磁石回転盤８２の球面吸着面８２ａの球面精度に依存することから、段取り替え時の電磁石回転盤８２の交換や、電磁石回転盤８２の再研磨などの品質調整に手間取ることから生産性が極めて低い。

　研削加工の生産能率の改善には、切削加工への置き換えが考えられる。一般に、円錐ころ又は凸面ころは、軸受鋼に代表される鋼を材料として焼入れ処理を施されたものである。図６～８のワーク保持方法では、焼入れ鋼で形成されたワークを切削できる程の保持力を得ることは難しい。

　そこで、この発明は、円錐ころ又は凸面ころ用のワークに施すころ端面の研削加工の能率をよくし、かつ十分な精度に実施できるワークの対象範囲を広げることを課題とする。

　上記の課題を解決するため、この発明は、円錐ころ又は凸面ころの外径面形状が形成されたワークを位置決めし、該ワークにころ端面を研削加工する工程を含むころの製造方法において、前記ワークを、５軸制御マシニングセンタの主軸台に備わるメカニカルチャックの爪で固定し、前記５軸制御マシニングセンタの主軸に装着された切削工具により該ワークに対して前記研削加工の目標形状に近付ける切削加工を施し、前記主軸に装着された砥石により前記切削加工の仕上げ面に前記研削加工を施すようにした。

　５軸制御マシニングセンタは、複雑な３次元形状の切削加工が可能なため、ワークに研削加工の目標形状に近付ける切削加工を施すことができる。また、様々な種類の切削加工を行う５軸制御マシニングセンタ用のメカニカルチャックでは、例え、焼入れ鋼製のワークに切削加工を施す場合でも十分なワークの固定が可能である。従来の研削加工の一部を前工程で切削加工に置換すれば、後工程の研削加工で目標形状を十分な精度に完成させ、従来よりも研削加工の能率をよくすることができる。メカニカルチャックの爪によれば、円錐ころ又は凸面ころ用のワークの外径面を、この円錐角や最大外径部の位置によらず任意の中心軸方向範囲で掴み、主軸台に固定できる。したがって、円錐角や最大外径部の位置でワークの加工対象が制限された従来よりも、研削加工を十分な精度に実施できるワークの対象範囲を広げることもできる。

　例えば、前記研削加工の目標形状が球面である場合、前記研削加工の目標形状は球面であり、前記切削加工により前記仕上げ面を前記目標形状に沿う球面に形成し、前記砥石として、円筒状の砥石部を有するカップ形砥石を用い、前記５軸制御マシニングセンタは、前記目標形状の球面中心、前記主軸の前記砥石を回転させるための回転中心であるＺ軸、及び前記主軸台の前記ワークを回転させるための回転中心である第１の回転軸を含み、ＸＺ面又はＹＺ面に対して前記主軸台及び前記主軸の一方を傾ける回転中心である第２の回転軸と直交する平面上で考えて下記条件（ｉ）～（ｉＶ）を満たすように輪郭制御を行って前記研削加工を施せば、従来と同じくカップ形砥石の押し付けで研削加工を行うことができ、その研削加工代を切削加工で少なくして高能率化を図ることができる。

　（ｉ）前記ワークは、前記目標形状の球面中心と前記第２の回転軸とを結ぶ直線の延長上に該目標形状の球面頂点が位置し、かつ該第２の回転軸と該球面頂点間の直線距離が距離Ｈになるところで前記Ｚ軸に対して傾斜角αをもって回転する。

　（ｉｉ）前記Ｚ軸と前記第２の回転軸とは、該Ｚ軸と直交するＸ軸方向にオフセット量ｅをもつ。

　（ｉｉｉ）前記球面の半径Ｒ、前記砥石の外径Ｄ及び傾斜角αは、下記式１の関係を満たし、オフセット量ｅ、直線距離Ｈ及び傾斜角αは、下記式２の関係を満たす。
式１：Ｒ＝｛（Ｄ／２）＋ｅ｝／ｓｉｎα
式２：ｅ＝（Ｄ／２）－Ｈｓｉｎα
　（ｉＶ）前記第１の回転軸回りに回転する前記ワークに対して、前記Ｚ軸回りに回転する前記砥石を、前記（ｉ）～（ｉｉｉ）を満たす配置とし、Ｚ軸送りでＺ軸方向に切込むことにより前記目標形状を完成させる。

　前記メカニカルチャックに引き込み式チャックを用いると、爪が掴んだワークの浮き上がりを爪の引き込みによって防止することができる。

　前記主軸台に対して固定されたヤトイ内周の受け面に前記ワークが嵌る状態とし、該受け面から突き出る該ワークの非加工側端部を前記爪で掴むようにすれば、受け面からワークの外径面が浮き上がることをメカニカルチャックの引き込みで防止することができる。ひいては、主軸台によるワーク回転時、ワークの外径面の円錐角や曲率による浮き上がりをより確実に防止できる。

　前記ヤトイの受け面を、前記５軸制御マシニングセンタにより機上成形することが好ましい。ヤトイの受け面の中心軸が５軸に基いて定まるため、芯出し精度を低下させる心配がない。

　前記凸面ころ用の前記ワークの外径面のうち最大外径部から削り代側の範囲を含むように前記爪で掴むようにすれば、凸面ころ用のワークの最大外径部までしか挿入できない従来の２ロール１シュー方式やヤトイ式の研削加工と比して、ワークの最大外径部から削り代により近いところでもワークの外径面を位置決めできるので、切削加工及び研削加工時にワークをより安定させ易い。

　前記ワークの非加工側の端面に、前記主軸台に備わる固定センタが嵌るセンタ穴を形成し、前記爪と前記固定センタとで前記ワークを固定すれば、ワークの外径面の非加工側を爪で掴まずともワークを安定させることができる。

　前記爪のクランプ面を、前記５軸制御マシニングセンタにより前記ワークの外径面に一致するように機上成形することが好ましい。メカニカルチャックのチャック中心が５軸に基いて定まるため、芯出し作業が不要なので、芯出し作業を要する汎用爪を用いる場合よりも芯出し精度に優れる。

　前記主軸台に固定されたワークの他の削り部を前記５軸制御マシニングセンタで加工することもできる。５軸制御マシニングセンタによれば、自動工具交換機能を利用することにより、ワークを主軸台から外すことなく、多様な工具で加工することができるので、他の削り部をもった種類のころの生産性を向上させることができる。

　前記５軸制御マシニングセンタでは種々の切削加工が可能だが、前記切削加工としては、ワークの旋削が簡単でよい。具体的には、前記主軸台を回転させて前記切削工具で前記ワークを旋削する前記切削加工により前記仕上げ面を形成すればよい。

　前記メカニカルチャックやヤトイとして、焼入れ鋼の切削加工を十分な精度で行うことができるクランプ力をもつものを予め用意することができる。したがって、この発明は、焼入れ鋼で形成された前記ワークに前記切削加工と前記研削加工とを施すのに好適である。

　上述のように、この発明は、５軸制御マシニングセンタの主軸台にメカニカルチャックで円錐ころ又は凸面ころ用のワークを固定し、該５軸制御マシニングセンタにより該ワークに対してころ端面に施す研削加工の目標形状に近付ける切削加工を施し、その切削加工の仕上げ面に該研削加工を施すようにしたので、ワークに施すころ端面の研削加工の能率をよくし、かつ十分な精度に実施できるワークの対象範囲を広げることができる。

（ａ）は、この発明の第１実施形態の切削加工を示す概略図、（ｂ）は、第１実施形態の研削加工を示す概略図第１実施形態に用いる５軸制御マシニングセンタの５軸を示す概略図（ａ）は、図２の主軸台に備わるメカニカルチャック及びヤトイの平面図、（ｂ）は、前記（ａ）のｂ－ｂ線の断面図図２の５軸制御マシニングセンタの機内計測装置を用いた加工前の測定の様子を示す概略図（ａ）は、第２実施形態に用いるメカニカルチャックの平面図、（ｂ）は、前記（ａ）のｂ－ｂ線の断面図（ａ）は、２ロール１シュー式の従来例の研削加工を示す概略図、（ｂ）は、前記（ａ）のｂ－ｂ線の部分拡大断面図（ａ）は、２ロール１シュー式において円錐ころ用のワークをヤトイに挿入して砥石を押し付けた様子を図６（ａ）のｂ－ｂ線で示す断面図、（ｂ）は、２ロール１シュー式において凸面ころ用のワークをヤトイに挿入して砥石を押し付けた様子を図６（ａ）のｂ－ｂ線で示す断面図（ａ）は、電磁石回転盤を用いた従来例の研削加工を示す概略図、（ｂ）前記（ａ）のｂ－ｂ線の部分拡大断面図

１，２１　ワーク
１ａ，２１ａ　外径面
１ｂ　仕上げ面
１１　主軸台
１２　主軸
１３，２２　メカニカルチャック
１４，２３　爪
１４ａ，２３ａ　クランプ面
１５　ヤトイ
１５ａ　受け面
１６　切削工具
１７　砥石
１８　機内計測装置
２１ｂ　センタ穴
２４　固定センタ

　以下、この発明の第１実施形態を添付図面に基いて説明する。第１実施形態は、円錐ころの外径面形状が形成されたワークを位置決めし、該ワークにころ端面を研削加工する工程を含むころの製造方法の一例である。

　図２に例示するように、５軸制御マシニングセンタとは、図示省略のワークを固定する主軸台１１と、図示省略の工具を取り付ける主軸１２と、図示省略の自動工具交換機とを備え、主軸１２が工具を回転させる回転中心であるＺ軸、Ｚ軸と共に直交３軸座標系を成すＸ軸及びＹ軸、主軸台１１がワークをチャック中心回りに回転させる回転中心である第１の回転軸（図中のＣ軸に相当）、並びに主軸台１１又は主軸１２をＸＺ面又はＹＺ面に対して傾ける回転中心である第２の回転軸（図中のＡ軸に相当）とをもち（これらを５軸と称する）、同時５軸の輪郭制御が可能なマシニングセンタをいう。輪郭制御とは、次の必要な位置とその位置に至るための送り速度を規定する命令に従って動作する２軸以上の数値制御運動をいう（これらの送り速度は互いに関連して変化するので、必要な輪郭が生成される）。

　図示例では、主軸台１１に第１の回転軸と第２の回転軸とをもった立形の５軸制御マシニングセンタを用いている。この種のマシニングセンタでは、Ｚ軸が、水平に対する垂直方向を向き、第１の回転軸が、ＹＺ面に対する回転運動の中心となるＣ軸であり（以下、第１の回転軸を単にＣ軸と呼ぶ）、第２の回転軸が、ＸＹ面に対する回転運動の中心となるＡ軸である（以下、第２の回転軸を単にＡ軸と呼ぶ）。

　主軸台１１は、メカニカルチャック１３を備える。図３（ａ），（ｂ）に示すように、メカニカルチャック１３は、爪１４，１４，１４でワーク１の外径面１ａを掴んで固定する。チャック中心と、主軸台１１のＣ軸とは、同心にする。

　ワーク１は、外径面１ａは、円錐ころのころ転動面形状が形成されている。爪１４は、外径面１ａのころ転動面形状の部分を掴むクランプ面１４ａを有する。ころ転動面形状の部分は、ワーク１をメカニカルチャック１３で固定する位置決めの基準面として利用可能な精度に仕上げられている。ワーク１の外径面１ａの中心軸とチャック中心とは、同心にする。ワーク１の外径面１ａの中心軸は、ワーク１の中心軸であり、ころ中心軸となる。　

　メカニカルチャック１３として引き込み式チャックを用いている。引き込み式のメカニカルチャック１３は、爪１４，１４，１４を、チャック中心方向にストッパ１３ａ側へ同時に変位させる引き込みに伴って、チャック中心と直交する方向にチャック中心側へ同時に変位させる機構によりワーク１を掴み、爪１４，１４，１４がワーク１の外径面１ａのころ転動面形状の部分に当接後、さらに引き込み力が与えられてから、爪１４，１４，１４の位置を固定できる。この爪１４，１４，１４の位置固定により、ワーク１が主軸台１１に対して固定される。したがって、爪１４，１４，１４に掴まれたワーク１の浮き上がりは、前記引き込み力によって防止される。引き込み式チャックとしては、例えば、ドローバの引き込みにより爪１４，１４，１４をメカニカルチャック１３のチャックボディー１３ｂの円錐面に沿ってチャック中心側へ変位させる機構のものを採用することができる。

　また、図２に示す主軸台１１は、図３（ａ），（ｂ）に示すようにワーク１の見掛け上の外径を大きくするヤトイ１５を備える。ヤトイ１５は、メカニカルチャック１３のチャックボディー１３ｂに取り付けることにより、図２の主軸台１１に対して固定される。図３（ｂ）に示すように、ヤトイ１５の内周に形成された受け面１５ａは、ワーク１をワーク１の中心軸と直交する方向、及びワーク１に対してＺ軸方向に工具を押し付ける方向に受ける。ワーク１の中心軸と受け面１５ａの中心軸とは、同心に定めている。ワーク１の加工側端部は、ころ大端面側の端部に定めている。

　図３（ａ），（ｂ）に示すように、チャックボディー１３ｂに取り付けられたヤトイ１５の受け面１５ａにワーク１が嵌る状態とし、受け面１５ａから突き出るワーク１の非加工側端部をメカニカルチャック１３で掴むと、爪１４，１４，１４及び受け面１５ａにより、ワーク１の両端部でチャック中心と直交する方向に位置決めされる。また、上記引き込み力により、受け面１５ａからワーク１の外径面１ａが浮き上がることも防止される。

　上述のように固定されたワーク１の非加工側端部と、メカニカルチャック１３のストッパ１３ａとの間に隙間が形成される。ワーク１の外径面１ａのころ転動面形状の部分をヤトイ１５の受け面１５ａでチャック中心方向に位置決めでき、ストッパ１３ａでワーク１を支持する必要がないこと、及びストッパ１３ａでワーク１を支持すると、受け面１５ａと同時に支持できるように精度出しをするのが面倒なことから、前記の隙間により、ストッパ１３ａによるワーク１の支持を省略している。

　爪１４のクランプ面１４ａを５軸制御マシニングセンタにより機上成形している。具体的には、クランプ面成形用の削り代を有する爪ワークを用いて組み立てたメカニカルチャック１３を主軸台１１に固定した状態で、主軸１２に装着された工具によりボーリング加工する。ボーリング加工は、爪ワークにダミーを掴ませた状態で行うことができる。爪１４のクランプ面１４ａは、ワーク１の外径面１ａのころ転動面形状に一致した面に形成する。このように機上成形によれば、メカニカルチャック１３のチャック中心が５軸に基いて定まる。このため、芯出し作業が不要で振れのない高精度なワーク１の固定が可能である。機上成形後は、５軸制御マシニングセンタでワーク１に施す全ての加工を終えるまで、爪１４，１４，１４やメカニカルチャック１３の固定を外す必要はない。したがって、別の工作機械でクランプ面を成形した爪１４を採用した場合のように爪１４の取り付け誤差が芯出し精度を低下させることがない。

　また、ヤトイ１５の受け面１５ａを５軸制御マシニングセンタにより機上成形している。具体的には、受け面１５ａ成形用の加工代を有するヤトイワークを主軸台１１に固定した状態で、主軸１２に装着された工具によりボーリング加工する。受け面１５ａの中心軸が５軸に基いて定まるため、芯出し精度を低下させる心配がない。爪１４のクランプ面１４ａの機上成形後、ヤトイ１５をチャックボディー１３ｂに取り付けて受け面１５ａの機上成形を行うことができる。クランプ面１４ａの機上成形後、受け面１５ａの機上成形を行えば、５軸制御マシニングセンタでワーク１に施す全ての加工を終えるまで、ヤトイ１５を外す必要はない。したがって、別の工作機械で受け面１５ａを成形したヤトイ１５を採用したときのようにヤトイ１５の取り付け誤差が芯出し精度を低下させることがない。

　メカニカルチャック１３及びヤトイ１５のそれぞれは、焼入れ鋼に施す切削加工及び研削加工の精度を確保できる強度のものとする。爪１４やヤトイ１５の材料は、必要なワーク１の位置決め精度が得られる限り、特に限定されない。

　ワーク１は、焼入れ鋼により形成されている。焼入れ鋼としては、高・中炭素合金鋼（ずぶ焼き鋼）、はだ焼鋼（浸炭鋼）、高周波焼入鋼等といった適宜の程度及び手段で焼入れを施し表面を硬化させた鋼を採用することができる。メカニカルチャック１３及びヤトイ１５は、それぞれ非磁力式のワーク保持装置なので、鋼製のワーク１が磁化されることはない。

　ワーク１を、ヤトイ１５及びメカニカルチャック１３により主軸台１１に固定した後、ヤトイ１５から突き出るワーク１の加工側端部には、最終的に研削加工を施すことにより目標形状を完成させる。その研削加工の目標形状は、球面とする。図示例では、ころ端面の全体を球面としている。特許文献１のように、予めワーク１のころ端面中央部となる位置に研削ぬすみを形成しておくこともできる。

　先ず、５軸制御マシニングセンタに、目標形状に加工するのに必要な情報を入力する。その後、図１（ａ）に示すように、主軸１２に装着された切削工具１６により、ワーク１に対して前記研削加工の目標形状に近付ける切削加工を施す。その後、図１（ｂ）に示すように、主軸１２に装着された砥石１７により、切削加工の仕上げ面１ｂに対して研削加工を施す。なお、図１（ａ），（ｂ）は、球面Ｓの中心Ｏ、主軸１２による砥石１７の回転中心であるＺ軸、及び主軸台１１によるワーク１の回転中心であるＣ軸を含み、Ａ軸に直交する平面上を示す。

　具体的には、図４に示すように、５軸制御マシニングセンタの機内計測装置１８によりワーク１の上面の高さｈを測定する。５軸制御マシニングセンタは、入力により設定された削り代となるようにＺ座標を更新し、下記の式１、式２で表現される球面Ｓに必要なワーク１の傾け角α、オフセット量ｅ（図１参照）を測定した座標値から算出する。球面Ｓは、研削加工の目標形状である。なお、図４は、図１（ａ），（ｂ）と同じ平面上を示す。

　ワーク１の上面の高さｈは、ワーク１のＡ軸からのＺ軸方向の高さである。ワーク１の加工側端部は、球面Ｓの相似形に成形されている。このため、高さｈは、ワーク１の上面のワーク中心軸（Ｃ軸と同心）上で測定している。

　Ｚ座標の更新後、５軸制御マシニングセンタは、算出された座標に基いてＸ軸とＺ軸の２軸輪郭制御を行い、図１（ａ）に示すように、主軸台１１をＣ軸回りに回転させて焼入れ鋼用の切削工具１６でワーク１の加工側端部を旋削することにより、球面Ｓに沿う球面の仕上げ面１ｂを形成する。仕上げ面１ｂは、球面Ｓから精度の確保に必要な研削代を残した面とする。切削加工では、仕上げ面１ｂを所定の寸法・形状・表面粗さに仕上げ削りを行う。削り代は、ワーク１の大きさに対して十分に小さいため、その図示を省略している。なお、切削加工は、仕上げ削りのみを実施する態様に限定されず、荒削り、中削りを適宜に実施することもできる。

　切削加工後、５軸制御マシニングセンタは、自動工具交換機により、図１（ｂ）に示すように、主軸１２に砥石１７を装着する。５軸制御マシニングセンタは、主軸１２に装着された砥石１７により仕上げ面１ｂに対して研削加工を施す。砥石１７として、円筒状の砥石部を有するカップ形砥石を用いている。５軸の輪郭制御により、従来のカップ形砥石による球面研削加工に相当する条件を実現する。具体的には、５軸制御マシニングセンタは、図示の平面上で考えて下記条件（ｉ）～（ｉＶ）を満たすように５軸の輪郭制御を行って研削加工を施す。

　（ｉ）ワーク１は、球面Ｓの中心Ｏと、Ａ軸とを結ぶ直線の延長上に球面Ｓの頂点Ｔが位置し、かつＡ軸と頂点Ｔ間の直線距離が距離ＨになるところでＺ軸に対して傾斜角αをもって回転する。頂点Ｔは、ワーク１の中心軸上にある。

　（ｉｉ）Ｚ軸とＡ軸とは、Ｚ軸と直交するＸ軸方向にオフセット量ｅをもつ。オフセット量ｅは、図の平面上で考えて、Ｚ軸とＡ軸との間に存在するＸ軸座標の差である。

　（ｉｉｉ）球面Ｓの半径Ｒ、砥石１７の外径Ｄ及び傾斜角αは、下記式１の関係を満たし、オフセット量ｅ、直線距離Ｈ及び傾斜角αは、下記式２の関係を満たす。
式１：Ｒ＝｛（Ｄ／２）＋ｅ｝／ｓｉｎα
式２：ｅ＝（Ｄ／２）－Ｈｓｉｎα
　（ｉＶ）主軸台１１のＣ軸回りの回転で同軸回りに回転するワーク１に対して、主軸１２のＺ軸回りの回転で同軸回りに回転する砥石１７を、上記（ｉ）～（ｉｉｉ）を満たす配置とし、Ｚ軸送りでＺ軸方向に切込むことにより、ワーク１に球面Ｓ状のころ大端面を完成させる。切込み速度、砥石１７を仕上げ面１ｂに押し付ける圧力等の切込み制御は、ワークの加工端部形状、目標形状、砥石の特性等に応じて適宜に設定すればよい。研削加工は、単一の砥石だけで実施する態様に限定されず、自動工具交換機能を利用して複数の砥石を適宜に用いることにより精度の向上を図ることもできる。

　第１実施形態によれば、図１（ａ），（ｂ）に示すように、焼入れ鋼製のワーク１に切削加工を施し、削り代の一部を切削代とし、残部の研削代でワーク１の加工側端部に球面Ｓのころ大端面を十分な精度に完成させるので、削り代全部を研削代とする従来よりも研削加工の能率をよくすることができる。

　また、第１実施形態によれば、図３（ａ），（ｂ）に示すように、メカニカルチャック１３の爪１４，１４，１４により、円錐ころ用のワーク１の外径面を、この円錐角によらず任意のワーク１の中心軸方向範囲で掴み、主軸台１１に固定できる。したがって、円錐角で加工対象となるワークが制限される従来例よりも、研削加工を十分な精度に実施できるワーク１の対象範囲を広げることもできる。

　また、第１実施形態によれば、ころの中心軸上を貫通する孔や、ころ端面の逃げのように、図３（ａ），（ｂ）に示すように主軸台に固定されたワーク１の他の削り部を５軸制御マシニングセンタで加工することができる。すなわち、５軸制御マシニングセンタの自動工具交換機で主軸１２にドリル加工やフライス加工用の工具を装着し、主軸台１１からワーク１を外すことなく、穴あけや座ぐり加工等によって上記孔、逃げ等を形成することが可能となり、この種のころの生産性を向上させることができる。例えば、仕上げ面１ｂを旋削する切削加工後、上記研削加工の前に、ワーク１の加工側端部に研削ぬすみを切削する工程を追加することができる。

　５軸制御マシニングセンタで上記のように主軸台１１からワーク１を外すことなく種々の加工により十分な精度に仕上げることができるため、ワーク１の加工側端部に完成させるころ端面の形態は、球面に限られず、様々に変更することができる。例えば、上記研削ぬすみのようなころの逃げ、ころの面取りに連続する円錐面、ころの面取りに連続するクラウニング等をもった形態にすることができる。

　標準的な寸法のころ用のワーク１の端部を加工するだけならば、Ｃ軸及びＡ軸をもつ立形の主軸台１１の大きさや輪郭制御の自由度に不足はない。したがって、Ｚ軸が水平を向いた横形の５軸制御マシニングセンタや、主軸に第２の回転軸をもった首振り機能付きの５軸マシニングセンタを使用する必要はない。なお、これら横形等の５軸制御マシニングセンタを使用する場合、各軸を第１実施形態の対応する軸に置換して輪郭制御を同様に行えばよい。

　また、ヤトイ１５を省略し、メカニカルチャックのみでワークを固定することもできる。一例として、この発明の第２実施形態を図５（ａ），（ｂ）に基いて説明する。以下、第１実施形態との相違点を述べ、同一に考えられる構成要素に同じ名称を用い、その説明を省略する。

　図示のように、凸面ころ用のワーク２１をメカニカルチャック２２のみで固定する。ワーク２１の外径面２１ａには、非対称凸面ころのころ転動面形状が形成されている。ワーク２１の最大外径部を爪２３，２３，２３で掴むことができる。このため、最大外径部を掴むことができない円錐ころ用のワークを加工する場合と比して、ワーク２１を安定させ易く、これを利用してヤトイを省略することができる。

　メカニカルチャック２２は、ワーク２１の外径面２１ａのうち、最大外径部ｄから削り代側の範囲を含むようにクランプ面２３ａで掴むようになっている。ワーク２１の最大外径部ｄまでしか挿入できない従来の２ロール１シュー方式やヤトイ式の研削加工と比して、ワーク２１の最大外径部ｄから削り代により近いところでも外径面２１ａを位置決めできるので、切削加工及び研削加工時にワーク２１をより安定させ易い。ワーク２１は、非対称凸面ころ用を例示したが、対称凸面ころ用のワークであっても、加工の支障にならない限り、外径面２１ａの削り代側の適宜のところを爪２３，２３，２３で掴むことができる。したがって、第２実施形態によれば、十分な精度に実施できる凸面ころ用のワークの対象範囲を広げることができる。

　ワーク２１の非加工側の端面に、主軸台１１に備わる固定センタ２４が嵌るセンタ穴２１ｂを形成している。爪２３，２３，２３と固定センタ２４とでワーク２１を固定するため、ワーク２１の外径面２１ａの非加工側を爪２３，２３，２３で掴まずともワーク２１を安定させることができる。

　この発明の技術的範囲は、上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載に基く技術的思想の範囲内での全ての変更を含むものである。

Claims

　円錐ころ又は凸面ころの外径面形状が形成されたワークを位置決めし、該ワークにころ端面を研削加工する工程を含むころの製造方法において、
　前記ワークを、５軸制御マシニングセンタの主軸台に備わるメカニカルチャックの爪で固定し、前記５軸制御マシニングセンタの主軸に装着された切削工具により該ワークに対して前記研削加工の目標形状に近付ける切削加工を施し、前記主軸に装着された砥石により前記切削加工の仕上げ面に前記研削加工を施すことを特徴とするころの製造方法。
　前記研削加工の目標形状は球面であり、前記切削加工により前記仕上げ面を前記目標形状に沿う球面に形成し、前記砥石として、円筒状の砥石部を有するカップ形砥石を用い、前記５軸制御マシニングセンタは、前記目標形状の球面中心、前記主軸の前記砥石を回転させるための回転中心であるＺ軸、及び前記主軸台の前記ワークを回転させるための回転中心である第１の回転軸を含み、ＸＺ面又はＹＺ面に対して前記主軸台及び前記主軸の一方を傾ける回転中心である第２の回転軸と直交する平面上で考えて下記条件（ｉ）～（ｉＶ）を満たすように輪郭制御を行って前記研削加工を施す請求項１に記載のころの製造方法。
　（ｉ）前記ワークは、前記目標形状の球面中心と前記第２の回転軸とを結ぶ直線の延長上に該目標形状の球面頂点が位置し、かつ該第２の回転軸と該球面頂点間の直線距離が距離Ｈになるところで前記Ｚ軸に対して傾斜角αをもって回転する。
　（ｉｉ）前記Ｚ軸と前記第２の回転軸とは、該Ｚ軸と直交するＸ軸方向にオフセット量ｅをもつ。
　（ｉｉｉ）前記球面の半径Ｒ、前記砥石の外径Ｄ及び傾斜角αは、下記式１の関係を満たし、オフセット量ｅ、直線距離Ｈ及び傾斜角αは、下記式２の関係を満たす。
式１：Ｒ＝｛（Ｄ／２）＋ｅ｝／ｓｉｎα
式２：ｅ＝（Ｄ／２）－Ｈｓｉｎα
　（ｉＶ）前記第１の回転軸回りに回転する前記ワークに対して、前記Ｚ軸回りに回転する前記砥石を、前記（ｉ）～（ｉｉｉ）を満たす配置とし、Ｚ軸送りでＺ軸方向に切込むことにより前記目標形状を完成させる。
　前記メカニカルチャックに引き込み式チャックを用いる請求項１又は２に記載のころの製造方法。
　前記主軸台に対して固定されたヤトイ内周の受け面に前記ワークが嵌る状態とし、該受け面から突き出る該ワークの非加工側端部を前記爪で掴む請求項３に記載のころの製造方法。
　前記ヤトイの受け面を、前記５軸制御マシニングセンタにより機上成形する請求項４に記載のころの製造方法。
　前記凸面ころ用の前記ワークの外径面のうち最大外径部から削り代側の範囲を含むように前記爪で掴む請求項１から５のいずれか１項に記載のころの製造方法。
　前記ワークの非加工側の端面に、前記主軸台に備わる固定センタが嵌るセンタ穴を形成し、前記爪と前記固定センタとで前記ワークを固定する請求項６に記載のころの製造方法。
　前記爪のクランプ面を、前記５軸制御マシニングセンタにより前記ワークの外径面に一致するように機上成形する請求項１から７のいずれか１項に記載のころの製造方法。
　前記主軸台に固定されたワークの他の削り部を前記５軸制御マシニングセンタで加工する請求項１から８のいずれか１項に記載のころの製造方法。
　前記主軸台を回転させて前記切削工具で前記ワークを旋削する前記切削加工により前記仕上げ面を形成する請求項１から９のいずれか１項に記載のころの製造方法。
　焼入れ鋼で形成された前記ワークに前記切削加工と前記研削加工とを施す請求項１から１０のいずれか１項に記載のころの製造方法。