WO2013069331A1 - 超仕上げ加工装置、超仕上げ加工方法、及び超仕上げ加工された軌道面を有する軸受の外輪 - Google Patents

超仕上げ加工装置、超仕上げ加工方法、及び超仕上げ加工された軌道面を有する軸受の外輪 Download PDF

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grindstone
outer ring
logarithmic crowning
central axis
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英司 歌田
夏樹 泉水
孝幸 渡辺
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日本精工株式会社
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    • F16C19/22Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/34Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
    • F16C19/36Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with a single row of rollers
    • F16C19/364Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with a single row of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone

Definitions

  • the present invention relates to a superfinishing apparatus, a superfinishing method, and an outer ring of a bearing having a superfinished raceway surface.
  • Patent Document 1 As a superfinishing method, while rotating a ring member around its central axis in a state where a grindstone is pressed against an outer peripheral surface of a ring member that is a workpiece, A method of superfinishing the outer peripheral surface of the annular member by vibrating the grindstone in a direction parallel to the central axis of the annular member along the surface in contact with the generatrix of the outer peripheral surface of the annular member is known. Yes.
  • Such a superfinishing method is often used for superfinishing of rollers, which are components of roller bearings, and raceways of inner rings and outer rings.
  • rollers which are components of roller bearings, and raceways of inner rings and outer rings.
  • the outer ring of a tapered roller bearing is used.
  • the raceway surface is superfinished by the same method as described above. More specifically, as shown in FIG. 6 (A), the outer ring 110 of the tapered roller bearing is rotated around the central axis O ′, and the tip surface 104 of the grindstone 103 is formed on the outer peripheral surface of the outer ring 110.
  • Super-finishing is performed by pressing perpendicularly to the raceway surface 114 and reciprocating linearly moving in the direction of the central axis O ′.
  • FIG. 6 shows the contact state between the tip surface 104 of the grindstone 103 and the logarithmic crowning surface of the raceway surface 114 of the outer ring 110 when processing is performed by such a conventional superfinishing method.
  • 6A, a, b, and c represent one end, an intermediate portion, and the other end, respectively, in the reciprocating linear motion of the grindstone 103
  • I, II, and III represent one end in the circumferential direction of the grindstone 103.
  • Each representing a virtual plane passing through the intermediate portion and the other end portion.
  • a portion with a double wavy line on the tip surface 104 of the grindstone 103 indicates a portion in contact with the raceway surface 114 of the outer ring 110.
  • the entire surface of the raceway surface 114 of the outer ring 110 is always in contact with the tip surface 104 of the grindstone 103 at all positions a, b, c in the reciprocating linear motion of the grindstone 103. ing. Therefore, the raceway surface 114 of the outer ring 110 can be superfinished uniformly in the axial direction.
  • the polishing amount of the logarithmic crowning surface is the rolling surface of the rolling surface.
  • a finished surface having a uniform surface roughness cannot be obtained due to non-uniformity in the axial direction. More specifically, as shown in FIG. 7, when the raceway surface 114 of the outer ring 110 is a logarithmic crowning surface, first, when the grindstone 103 is displaced to the position a, the first crowning drop part 116 on one axial side is It does not come into contact with the tip surface 104 of the grindstone 103.
  • the front end surface 104 of the grindstone 103 has a crowning central portion 115, a first crowning drop portion 116, and a second crowning drop portion 117 of the raceway surface 114 at any of the positions a, b, and c in the reciprocating linear motion.
  • the surface roughness of the crowning central portion 115 is different from that of the first and second crowning drop portions 116 and 117, so that the surface roughness of the raceway surface 114 is different. There is a risk that the thickness becomes uneven.
  • the grindstone is parallel to the crowning surface so that the turning central axis always maintains the normal direction of the crowning surface formed on the rolling surface. By traversing, it is intended to perform finish processing without deformation in the axial direction.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to perform a uniform finishing process in the axial direction in a short time on a logarithmic crowning surface formed on the inner peripheral surface of an annular member.
  • the present invention provides a superfinishing apparatus, a superfinishing method, and a bearing outer ring having a raceway surface superfinished by the superfinishing method.
  • a rotating jig that holds an annular member having a logarithmic crowning surface formed on an inner peripheral surface thereof, so as to be rotatable around a central axis of the annular member;
  • a pressure unit that holds a grindstone and pressurizes and contacts the tip surface of the grindstone with the logarithmic crowning surface of the annular member that rotates around the central axis;
  • a superfinishing apparatus that performs superfinishing of the logarithmic crowning surface, A reciprocating straight line that reciprocates linearly the grindstone held by the pressure unit in a direction inclined by a certain angle with respect to the central axis of the annular member along a surface in contact with a generatrix of the logarithmic crowning surface
  • a super-finishing machine characterized by having a motion mechanism.
  • the tip surface of the grindstone has a quadrangular cross-sectional shape when viewed from the radial direction, and a pair of opposite sides are formed to be parallel to the inclined direction,
  • the superfinishing apparatus according to (1) characterized in that at both ends in the circumferential direction of the tip surface, portions that can come into contact with all positions in the inclined direction of the logarithmic crowning surface are formed.
  • the annular member is an outer ring of a tapered roller bearing, While rotating the outer ring around the central axis, the tip surface of the grindstone is brought into pressure contact with the raceway surface formed of the logarithmic crowning surface formed on the inner peripheral surface of the outer ring, so The superfinishing apparatus according to (1) or (2), wherein the finishing process is performed.
  • the annular member is an outer ring of a cylindrical roller bearing, While rotating the outer ring around the central axis, the tip surface of the grindstone is brought into pressure contact with the raceway surface formed of the logarithmic crowning surface formed on the inner peripheral surface of the outer ring, so The superfinishing apparatus according to (1) or (2), wherein the finishing process is performed.
  • a superfinishing method for superfinishing the logarithmic crowning surface by bringing the tip surface of the grindstone into pressure contact with the logarithmic crowning surface formed on the inner peripheral surface of the annular member rotating around the central axis.
  • the grindstone held by the pressure unit is inclined in a direction inclined by a certain angle with respect to the central axis of the annular member along the surface in contact with the generatrix of the logarithmic crowning surface.
  • a reciprocating linear motion mechanism for reciprocating linear motion is provided. Therefore, since the grindstone can be brought into contact at all positions in the axial direction of the logarithmic crowning surface at an arbitrary position in the reciprocating linear motion, uniform finishing in the axial direction can be performed in a short time.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a superfinishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic plan view of a superfinishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • (A) is a side view which shows an outer ring
  • (B) is a top view.
  • (A) is a figure which shows a mode that a grindstone reciprocates linearly on the track surface of an outer ring
  • (B) is a figure which shows the contact state of the front end surface of a grindstone, and the logarithmic crowning surface of an outer ring
  • (A) and (B) are graphs each representing the shape and surface roughness of a logarithmic crowning surface before superfinishing
  • (C) is a graph representing the surface roughness of the logarithmic crowning surface after superfinishing. It is. It is a figure which shows the conventional superfinishing processing method, (A) is a figure which shows a mode that a grindstone reciprocates linearly on the track surface of an outer ring
  • FIG. 1 It is a figure which shows another conventional superfinishing processing method
  • (A) is a figure which shows a mode that a grindstone reciprocates linearly on the track surface of an outer ring
  • (B) is a figure which shows the front end surface of a grindstone, and an outer ring. It is a figure which shows a contact state with a logarithmic crowning surface. It is a graph showing the surface roughness of the logarithmic crowning surface superfinished by the superfinishing method of FIG.
  • (First embodiment) 1 and 2 respectively show a schematic side view and a schematic plan view of a superfinishing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • Superfinishing apparatus 1 includes a spin holder 20 for rotatably holding the outer ring 10 of the tapered roller bearings (circular member) to the central axis O, it holds the grinding wheel 3, formed on the inner peripheral surface 12 of the outer ring 10
  • the pressurizing unit 30 that pressurizes and contacts the tip surface 4 of the grindstone 3 to the tapered raceway surface 14 and the reciprocating linear motion that causes the grindstone 3 held by the pressurizing unit 30 to reciprocate linearly in a predetermined direction to be described later.
  • a mechanism 40 is rotatably holding the outer ring 10 of the tapered roller bearings (circular member) to the central axis O, it holds the grinding wheel 3, formed on the inner peripheral surface 12 of the outer ring 10
  • the pressurizing unit 30 that pressurizes and contacts the tip surface 4 of the grindstone 3 to the tapered race
  • the outer ring 10 is an outer ring of a tapered roller bearing, and as described above, a tapered raceway surface 14 is formed on the inner peripheral surface 12.
  • the raceway surface 14 includes a crowning central portion 15 formed in the center in the axial direction, a first crowning drop portion 16 formed on one axial side of the crowning central portion 15, and the other axial direction of the crowning central portion 15.
  • the logarithmic crowning surface comprised from the 2nd crowning drop part 17 formed in the side is processed beforehand.
  • the one side in the axial direction is the small-diameter opening 18 side of the outer ring 10 in the axial direction (the left side in FIGS.
  • the grindstone 3 pressed against the raceway surface 14 of the outer ring 10 is formed in a quadrangular prism shape, and the tip end surface 4 has a parallelogram shape in cross section and faces in the circumferential direction.
  • the pair of opposite sides 4a and 4a are arranged so as to be parallel to a direction C inclined by an angle ⁇ with respect to the central axis O.
  • the axial width of the tip surface 4 is set to be larger than the axial width of the raceway surface 14 of the outer ring 10.
  • the tip surface 4 is formed so as to correspond to the logarithmic crowning surface of the outer ring 10, and is formed at the axial center portion so as to be in contact with the crowning center portion 15.
  • a central portion 5 a first convex portion 6 formed on one axial side of the central portion 5 and capable of contacting the first crowning drop portion 16, and a second convex portion 6 formed on the other axial side of the central portion 5. And a second convex portion 7 that can come into contact with the crowning drop portion 17.
  • the rotation holding unit 20 is placed on a pedestal 21, and a shoe 22 that slidably supports the outer ring 10 on its upper surface, and one axial side surface 11 of the outer ring 10, and an outer ring
  • a pair of a backing plate (rotating jig) 24 that can be driven to rotate around the central axis O, and the other side surface 13 in the axial direction of the outer ring 10, and the outer ring 10 is pressed against the backing plate 24 and clamped.
  • Pusher rolls 26, 26 The pair of pusher rolls 26, 26 are supported by a support body 27, and transmit the clamping force of the clamp device 28 to the outer ring 10 via the support body 27.
  • the pressurizing unit 30 has a substantially rectangular parallelepiped shape, holds the grindstone 3 at its tip, and allows the grindstone 3 to be fixed / released by a clamp bolt (not shown). Further, the pressurizing unit 30 and the grindstone 3 are disposed by being inclined by an angle ⁇ toward the large-diameter opening 19 side (the other side in the axial direction) of the outer ring 10 with respect to the perpendicular L of the raceway surface 14 by a rotary table 44 described later. Thus, interference between the pressurizing unit 30 or the grindstone 3 and the outer ring 10 is prevented. Further, the pressurizing unit 30 and the grindstone 3 are arranged by the rotary table 44 so as to face a direction C inclined by a certain angle ⁇ with respect to the central axis O of the outer ring 10.
  • the reciprocating linear motion mechanism 40 includes an oscillation table 42 that holds the side surface of the pressurizing unit 30 and that can reciprocate linearly in the direction of the surface B (arrow A direction) in contact with the generatrix of the raceway surface 14, and the oscillation table 42. And a rotary table 44 that is rotatable and pivotable about virtual axes ⁇ and ⁇ perpendicular to the central axis O. Therefore, it is possible to adjust the angle ⁇ described above by turning the rotary table 44 around the virtual axis ⁇ , and to adjust the angle ⁇ described above by turning around the virtual axis ⁇ .
  • the angle ⁇ is adjusted within a range of 0 ° ⁇ ⁇ 40, for example.
  • the outer ring 10 supported by the shoe 22 and pressed by the pair of pusher rolls 26 is rotated around the central axis O by rotating the backing plate 24. Rotate around.
  • the tip surface 4 of the grindstone 3 is pressed against the raceway surface 14 (logarithmic crowning surface) of the outer ring 10 by the pressurizing unit 30.
  • the above-described angles ⁇ and ⁇ of the pressurizing unit 30 and the grindstone 3 are adjusted in advance by the rotary table 44 so as to have appropriate values.
  • the grindstone 3 is moved at a constant angle ⁇ with respect to the central axis O of the outer ring 10 along the surface B that is in contact with the generatrix of the raceway surface 14 (logarithmic crowning surface) of the outer ring 10.
  • the track surface 14 is superfinished by reciprocating linear movement in the direction C which is inclined only by this.
  • FIG. 4 shows the contact state between the tip surface 4 of the grindstone 3 and the logarithmic crowning surface of the raceway surface 14 of the outer ring 10 when processing is performed by the superfinishing method of this embodiment.
  • 4A, a, b, and c represent one end, an intermediate portion, and the other end, respectively, in the reciprocating linear motion of the grindstone 3, and I, II, and III represent one end in the circumferential direction of the grindstone 3, respectively.
  • Virtual planes passing through the part, the intermediate part, and the other end part are shown.
  • FIG. 4B the portion where the double wavy line is attached on the tip surface 4 of the grindstone 3 indicates the portion in contact with the raceway surface 14 of the outer ring 10.
  • FIG. 5A and 5B show the shapes (heights) and surface roughness of the crowning central portion 15 of the logarithmic crowning surface and the first and second crowning drop portions 16 and 17 before the super finishing.
  • FIG. 5C shows a graph representing the surface roughness of the logarithmic crowning surface after superfinishing.
  • the central portion 5 of the tip surface 4 and the crowning central portion 15 of the raceway surface 14 are always in contact at all positions a, b, c in the reciprocating linear motion of the grindstone 3. It touches.
  • the second convex part 7 and the second crowning drop part 17 are in contact
  • the first convex part 6 and the first crowning drop part 16 are in contact.
  • the first convex portion 6 of the tip surface 4 and the first crowning drop portion of the raceway surface 14 at all positions a, b, c in the reciprocating linear motion of the grindstone 3. 16 is always in contact.
  • the grindstone 3 is shaped so as to come into contact with and press against the tip surface 4 at all positions on the logarithmic crowning surface of the raceway surface 14.
  • the front end surface 4 of the grindstone 3 has the crowning central portion 15, the first crowning drop portion 16, and the second crowning drop portion 17 of the raceway surface 14 at any of the positions a, b, and c in the reciprocating linear motion. It touches all of. Therefore, as shown in FIG. 5C, uniform finishing in the axial direction can be performed in a short time on the logarithmic crowning surface.
  • the logarithmic crowning surface is formed on the inner peripheral surface of the outer ring of the tapered roller as the annular member.
  • the annular member is not particularly limited to the outer ring of the tapered roller. It may be an annular member, and may be an outer ring of a cylindrical roller bearing, an outer ring of a needle roller bearing, or the like. Furthermore, even when a concave curved surface is formed on the outer peripheral surface of the annular member, the superfinishing method of the present invention can be applied.

Abstract

 円環部材の内周面に形成された対数クラウニング面に対し、軸方向に均一な仕上げ加工を短時間で施すことができる超仕上げ加工装置、超仕上げ加工方法、及び当該超仕上げ加工方法によって超仕上げ加工された軌道面を有する軸受の外輪を提供する。 超仕上げ加工装置1は、加圧部30に保持された砥石3を、対数クラウニング面の母線に接する面Bに沿って、外輪10の中心軸Oに対して一定の角度φだけ傾斜した方向Cに往復直線運動させる往復直線運動機構40を備える。

Description

超仕上げ加工装置、超仕上げ加工方法、及び超仕上げ加工された軌道面を有する軸受の外輪
 本発明は、超仕上げ加工装置、超仕上げ加工方法、及び超仕上げ加工された軌道面を有する軸受の外輪に関する。
 従来、超仕上げ加工方法としては、特許文献1に記載されているように、加工物である円環部材の外周面に砥石を圧接した状態で、円環部材をその中心軸周りに回転させるとともに、砥石を円環部材の外周面の母線に接する面に沿って、円環部材の中心軸と平行な方向に振動させることによって、円環部材の外周面を超仕上げ加工する方法が知られている。
 このような超仕上げ加工方法は、ころ軸受の構成要素であるころや、内輪、外輪の軌道面の超仕上げ加工によく用いられており、例えば、特許文献2においては、円錐ころ軸受の外輪の軌道面を上述した方法と同様の方法によって超仕上げ加工している。より具体的には、図6(A)に示すように、円錐ころ軸受の外輪110を中心軸O´周りに回転させるとともに、砥石103の先端面104を外輪110の外周面に形成されたテーパ状の軌道面114に垂直に押圧し、且つ中心軸O´方向に往復直線運動させることによって、超仕上げ加工を行っている。
 このような従来の超仕上げ加工方法で加工する場合の、砥石103の先端面104と、外輪110の軌道面114の対数クラウニング面と、の接触状態を図6に示した。図6(A)中、a,b,cは、砥石103の往復直線運動における一端部、中間部、他端部をそれぞれ表しており、I,II,IIIは砥石103の周方向における一端部、中間部、他端部を通る仮想面をそれぞれ表している。また、図6(B)中、砥石103の先端面104において二重波線が付されている部分は、外輪110の軌道面114と接触している部分を示している。ここで、砥石103の周方向中間部IIにおいては、砥石103の往復直線運動における全ての位置a,b,cで、外輪110の軌道面114の全面が砥石103の先端面104と常に当接している。したがって、外輪110の軌道面114は、軸方向に均一に超仕上げすることができる。
 また、一般に、ころ軸受においては、ころと軌道面とが接触するとき、接触領域の端部に過大な圧力(所謂、エッジロード)が発生することがある。エッジロードを避けるため、ころ、又は内輪、外輪の軌道面には、対数関数式で表されるクラウニングと呼ばれる僅かな膨らみが形成される(以下、上記クラウニングが設けられた面を「対数クラウニング面」と呼ぶことがある。)。
 このような、対数クラウニング面からなる軌道面を超仕上げ加工する際に、上述の特許文献1又は2に記載の超仕上げ加工方法を適用した場合、対数クラウニング面の研磨加工量は転動面の軸方向に対して不均一となり、均一な表面粗さの仕上げ面が得られない虞がある。より詳細には、図7に示すように、外輪110の軌道面114が対数クラウニング面からなる場合、先ず、砥石103が位置aに変位したとき、軸方向一方側の第1クラウニング落ち部116は、砥石103の先端面104と当接しない。また、砥石103が位置bに変位したとき、軸方向両側の第1,第2クラウニング落ち部116,117は、砥石103の先端面104と当接しない。さらに、砥石103が位置cに変位したとき、第2クラウニング落ち部117と当接しない。すなわち、砥石103の先端面104は、往復直線運動における位置a,b,cのうち何れの位置においても、軌道面114のクラウニング中央部115,第1クラウニング落ち部116,第2クラウニング落ち部117の全てと当接することはなく、図8に示すように、クラウニング中央部115と、第1,第2クラウニング落ち部116,117と、で表面粗さが異なってしまい、軌道面114の表面粗さが不均一となる虞がある。
 そこで、特許文献3に記載の超仕上げ加工方法においては、砥石を、その旋回中心軸が転動面に形成されたクラウニング面の法線方向を常に維持するように、クラウニング面に対して平行にトラバースさせるようにして、軸方向に形状崩れのない仕上げ加工を施すことを図っている。
日本国特公昭51-12157号公報 日本国特開2002-326153号公報 日本国特開2007-260829号公報
 しかしながら、上述の特許文献3の超仕上げ加工方法においては、小さな作用面積の砥石を使用せざるを得えないため、加工能率が低く、短時間に超仕上げ加工をすることができない。さらに、砥石を、クラウニング面に対して常に平行となるように制御しなければならず、加工装置の構成が複雑になる虞があった。
 本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、円環部材の内周面に形成された対数クラウニング面に対し、軸方向に均一な仕上げ加工を短時間で施すことができる超仕上げ加工装置、超仕上げ加工方法、及び当該超仕上げ加工方法によって超仕上げ加工された軌道面を有する軸受の外輪を提供することにある。
 本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 内周面に対数クラウニング面が形成された円環部材を、該円環部材の中心軸周りに回転可能に保持する回転治具と、
 砥石を保持し、前記中心軸周りに回転する前記円環部材の前記対数クラウニング面に、前記砥石の先端面を加圧接触させる加圧部と、
 を備え、前記対数クラウニング面の超仕上げ加工を行う超仕上げ加工装置であって、
 前記加圧部に保持された前記砥石を、前記対数クラウニング面の母線に接する面に沿って、前記円環部材の前記中心軸に対して一定の角度だけ傾斜した方向に往復直線運動させる往復直線運動機構を備えたことを特徴とする超仕上げ加工装置。
(2) 前記砥石の前記先端面は、径方向から見て断面四角形形状であり、且つ、一組の対辺が、前記傾斜した方向に対して平行であるように形成されており、
 前記先端面の周方向両端部には、前記対数クラウニング面の前記傾斜した方向における全ての位置と当接可能な部分が形成されることを特徴とする(1)に記載の超仕上げ加工装置。
(3) 前記円環部材は、円錐ころ軸受の外輪であり、
 前記中心軸周りに前記外輪を回転させながら、前記外輪の内周面に形成された前記対数クラウニング面からなる軌道面に、前記砥石の前記先端面を加圧接触させて、前記軌道面の超仕上げ加工を行うことを特徴とする(1)又は(2)に記載の超仕上げ加工装置。
(4) 前記円環部材は、円筒ころ軸受の外輪であり、
 前記中心軸周りに前記外輪を回転させながら、前記外輪の内周面に形成された前記対数クラウニング面からなる軌道面に、前記砥石の前記先端面を加圧接触させて、前記軌道面の超仕上げ加工を行うことを特徴とする(1)又は(2)に記載の超仕上げ加工装置。
(5) 中心軸周りに回転する円環部材の内周面に形成された対数クラウニング面に、砥石の先端面を加圧接触させて、前記対数クラウニング面の超仕上げ加工を行う超仕上げ加工方法であって、
 前記砥石を、前記対数クラウニング面の母線に接する面に沿って、前記円環部材の前記中心軸に対して一定の角度だけ傾斜した方向に往復直線運動させることを特徴とする超仕上げ加工方法。
(6) (5)に記載の超仕上げ加工方法によって超仕上げ加工された軌道面を有する円錐ころ軸受の外輪。
(7) (5)に記載の超仕上げ加工方法によって超仕上げ加工された軌道面を有する円筒ころ軸受の外輪。
 本発明の超仕上げ加工装置によれば、加圧部に保持された砥石を、対数クラウニング面の母線に接する面に沿って、円環部材の中心軸に対して一定の角度だけ傾斜した方向に往復直線運動させる往復直線運動機構を備える。したがって、砥石を、往復直線運動における任意の位置において、対数クラウニング面の軸方向全ての位置で接触させることができるので、軸方向に均一な仕上げ加工を短時間で施すことが可能となる。
本発明の実施形態に係る超仕上げ加工装置の概略側面図である。 本発明の実施形態に係る超仕上げ加工装置の概略平面図である。 (A)は、外輪と砥石とを示す側面図であり、(B)は、平面図である。 (A)は、砥石が外輪の軌道面上を往復直線運動する様子を示す図であり、(B)は、砥石の先端面と外輪の対数クラウニング面との接触状態を示す図である。 (A)及び(B)は、超仕上げ加工前の対数クラウニング面の形状及び表面粗さをそれぞれ表すグラフであり、(C)は、超仕上げ加工後の対数クラウニング面の表面粗さを表すグラフである。 従来の超仕上げ加工方法を示す図であり、(A)は、砥石が外輪の軌道面上を往復直線運動する様子を示す図であり、(B)は、砥石の先端面と外輪の軌道面との接触状態を示す図である。 他の従来の超仕上げ加工方法を示す図であり、(A)は、砥石が外輪の軌道面上を往復直線運動する様子を示す図であり、(B)は、砥石の先端面と外輪の対数クラウニング面との接触状態を示す図である。 図7の超仕上げ加工方法によって超仕上げ加工された対数クラウニング面の表面粗さを表すグラフである。
 以下、本発明に係る超仕上げ加工装置、超仕上げ加工方法、及び当該超仕上げ加工方法によって超仕上げ加工された軌道面を有する軸受の外輪の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1実施形態)
 図1及び2には、本発明の実施形態に係る超仕上げ加工装置1の概略側面図及び概略平面図がそれぞれ示されている。超仕上げ加工装置1は、円錐ころ軸受の外輪10(円環部材)を中心軸O周りに回転可能に保持する回転保持部20と、砥石3を保持し、外輪10の内周面12に形成されたテーパ状の軌道面14に砥石3の先端面4を加圧接触させる加圧部30と、加圧部30に保持された砥石3を後述する所定の方向に往復直線運動させる往復直線運動機構40と、を備える。
 図3及び4も参照して、外輪10は、円錐ころ軸受の外輪であり、上述したように、内周面12にはテーパ状の軌道面14が形成されている。軌道面14には、その軸方向中央に形成されたクラウニング中央部15と、該クラウニング中央部15の軸方向一方側に形成された第1クラウニング落ち部16と、クラウニング中央部15の軸方向他方側に形成された第2クラウニング落ち部17と、から構成される対数クラウニング面が予め加工されている。ここで、軸方向一方側とは、軸方向における外輪10の小径開口部18側(図3(A)、(B)における左側)であり、軸方向他方側とは、軸方向における外輪10の大径開口部19側(図3(A)、(B)における右側)である。また、図1及び3においては、軌道面14の対数クラウニング面の母線に接する面を符号Bで表している。
 図3に示すように、外輪10の軌道面14に押圧される砥石3は、四角柱形状に形成されており、その先端面4は、断面平行四辺形形状であり、且つ、周方向に対向する一組の対辺4a,4aが、中心軸Oに対して角度φだけ傾斜した方向Cに対して平行であるように配置される。また、先端面4の軸方向幅は、外輪10の軌道面14の軸方向幅よりも大きくなるように設定されている。また、図4(B)に示すように、先端面4は、外輪10の対数クラウニング面に対応するように形成されており、その軸方向中央部に形成されてクラウニング中央部15と当接可能な中央部5と、中央部5の軸方向一方側に形成されて第1クラウニング落ち部16と当接可能な第1凸部6と、中央部5の軸方向他方側に形成されて第2クラウニング落ち部17と当接可能な第2凸部7と、を有する。
 図1及び2に戻り、回転保持部20は、台座21に載置され、その上面に外輪10を摺動可能に支持するシュー22と、外輪10の軸方向一方側面11を保持するとともに、外輪10をその中心軸O周りに回転駆動させることが可能なバッキングプレート(回転治具)24と、外輪10の軸方向他方側面13に当接し、外輪10をバッキングプレート24に押し付けてクランプする一対のプッシャーロール26,26と、を有する。一対のプッシャーロール26,26は、支持体27に支持されており、当該支持体27を介してクランプ装置28のクランプ力を外輪10に伝達する。
 加圧部30は、略直方体形状であり、その先端部で砥石3を保持し、不図示のクランプボルトによって砥石3を固定・解除可能としている。また、加圧部30及び砥石3は、後述の回転テーブル44によって、軌道面14の垂線Lに対して外輪10の大径開口部19側(軸方向他方側)へ角度θだけ傾斜させて配置されており、加圧部30又は砥石3と外輪10との干渉が防止されている。さらに、加圧部30及び砥石3は、回転テーブル44によって、外輪10の中心軸Oに対して一定の角度φだけ傾斜した方向Cを向くように配置されている。
 往復直線運動機構40は、加圧部30の側面を保持して、軌道面14の母線に接する面B方向(矢印A方向)に往復直線運動可能なオシレーションテーブル42と、オシレーションテーブル42を保持し、中心軸Oと垂直な仮想軸α及びβを中心として旋回可能な回転テーブル44と、を有している。したがって、回転テーブル44を、仮想軸αを中心として旋回することによって上述の角度θを調整し、仮想軸βを中心として旋回することによって上述の角度φを調整することが可能である。なお、角度φは、例えば0°<φ≦40の範囲で調整される。
 上記構成を有する超仕上げ加工装置1を用いた超仕上げ加工方法では、先ず、バッキングプレート24を回転させることによって、シュー22に支持され一対のプッシャーロール26に押圧された外輪10を、中心軸O周りに回転させる。
 次いで、砥石3の先端面4が、加圧部30によって外輪10の軌道面14(対数クラウニング面)に押圧される。このとき、事前に、回転テーブル44によって、加圧部30及び砥石3の上述の角度θ及びφが適切な値となるように調整されている。
 そして、オシレーションテーブル42を駆動することによって、砥石3を、外輪10の軌道面14(対数クラウニング面)の母線に接する面Bに沿って、外輪10の中心軸Oに対して一定の角度φだけ傾斜した方向Cに往復直線運動させることによって、軌道面14の超仕上げ加工を行う。
(実施例)
 このような本実施形態の超仕上げ加工方法で加工する場合の、砥石3の先端面4と、外輪10の軌道面14の対数クラウニング面と、の接触状態を図4に示した。図4(A)中、a,b,cは、砥石3の往復直線運動における一端部、中間部、他端部をそれぞれ表しており、I,II,IIIはそれぞれ砥石3の周方向における一端部、中間部、他端部を通る仮想面をそれぞれ表している。また、図4(B)中、砥石3の先端面4において二重波線が付されている部分は、外輪10の軌道面14と接触している部分を示している。
 また、図5(A)及び(B)には、超仕上げ加工前の、対数クラウニング面のクラウニング中央部15,及び第1,第2クラウニング落ち部16,17の形状(高さ)及び表面粗さを表すグラフが示されており、図5(C)には、超仕上げ加工後の、対数クラウニング面の表面粗さを表すグラフが示されている。
 まず、図4(B)に示すように、砥石3の周方向一端部Iにおいては、砥石3の往復直線運動における全ての位置a,b,cで、先端面4の第2凸部7と軌道面14の第2クラウニング落ち部17とが常に当接している。特に、砥石3は、位置cに変位したとき、軌道面14の対数クラウニング面の全ての位置で、先端面4と当接し押圧するような形状とされている。
 また、砥石3の周方向中間部IIにおいては、砥石3の往復直線運動における全ての位置a,b,cで、先端面4の中央部5と軌道面14のクラウニング中央部15とが常に当接している。加えて、位置aにおいては、第2凸部7及び第2クラウニング落ち部17が当接しており、位置cにおいては、第1凸部6及び第1クラウニング落ち部16が当接している。
 また、砥石3の周方向他端部IIIにおいては、砥石3の往復直線運動における全ての位置a,b,cで、先端面4の第1凸部6と軌道面14の第1クラウニング落ち部16とが常に当接している。特に、砥石3は、位置aに変位したとき、軌道面14の対数クラウニング面の全ての位置で、先端面4と当接し押圧するような形状とされている。
 したがって、砥石3の先端面4は、往復直線運動における位置a,b,cのうち何れの位置においても、軌道面14のクラウニング中央部15,第1クラウニング落ち部16,第2クラウニング落ち部17の全てと当接する。したがって、図5(C)に示すように、対数クラウニング面に対し、軸方向に均一な仕上げ加工を短時間で施すことが可能となる。
 なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
 例えば、上述の実施形態においては、円環部材としての円錐ころの外輪の内周面に対数クラウニング面が形成されるとしたが、円環部材としては特に円錐ころの外輪に限られるものではなく、円環状の部材であればよく、円筒ころ軸受の外輪や、針状ころ軸受の外輪などであってもよい。さらに、円環部材の外周面に凹曲面が形成される場合であっても、本発明の超仕上げ加工方法を適用することが可能である。
 本出願は、2011年11月8日出願の日本特許出願2011-244683に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
1 超仕上げ加工装置
3 砥石
4 先端面
5 中央部
6 第1凸部
7 第2凸部
10 外輪
11 軸方向一方側面
12 内周面
13 軸方向他方側面
14 軌道面
15 クラウニング中央部
16 第1クラウニング落ち部
17 第2クラウニング落ち部
18 小径開口部
19 大径開口部
20 回転保持部
21 台座
22 シュー
24 バッキングプレート(回転治具)
26 プッシャーロール
27 支持体
28 クランプ装置
30 加圧部
40 往復直線運動機構
42 オシレーションテーブル
44 回転テーブル

Claims (7)

  1.  内周面に対数クラウニング面が形成された円環部材を、該円環部材の中心軸周りに回転可能に保持する回転治具と、
     砥石を保持し、前記中心軸周りに回転する前記円環部材の前記対数クラウニング面に、前記砥石の先端面を加圧接触させる加圧部と、
     を備え、前記対数クラウニング面の超仕上げ加工を行う超仕上げ加工装置であって、
     前記加圧部に保持された前記砥石を、前記対数クラウニング面の母線に接する面に沿って、前記円環部材の前記中心軸に対して一定の角度だけ傾斜した方向に往復直線運動させる往復直線運動機構を備えたことを特徴とする超仕上げ加工装置。
  2.  前記砥石の前記先端面は、径方向から見て断面四角形形状であり、且つ、一組の対辺が、前記傾斜した方向に対して平行であるように形成されており、
     前記先端面の周方向両端部には、前記対数クラウニング面の前記傾斜した方向における全ての位置と当接可能な部分が形成されることを特徴とする請求項1に記載の超仕上げ加工装置。
  3.  前記円環部材は、円錐ころ軸受の外輪であり、
     前記中心軸周りに前記外輪を回転させながら、前記外輪の内周面に形成された前記対数クラウニング面からなる軌道面に、前記砥石の前記先端面を加圧接触させて、前記軌道面の超仕上げ加工を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の超仕上げ加工装置。
  4.  前記円環部材は、円筒ころ軸受の外輪であり、
     前記中心軸周りに前記外輪を回転させながら、前記外輪の内周面に形成された前記対数クラウニング面からなる軌道面に、前記砥石の前記先端面を加圧接触させて、前記軌道面の超仕上げ加工を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の超仕上げ加工装置。
  5.  中心軸周りに回転する円環部材の内周面に形成された対数クラウニング面に、砥石の先端面を加圧接触させて、前記対数クラウニング面の超仕上げ加工を行う超仕上げ加工方法であって、
     前記砥石を、前記対数クラウニング面の母線に接する面に沿って、前記円環部材の前記中心軸に対して一定の角度だけ傾斜した方向に往復直線運動させることを特徴とする超仕上げ加工方法。
  6.  請求項5に記載の超仕上げ加工方法によって超仕上げ加工された軌道面を有する円錐ころ軸受の外輪。
  7.  請求項5に記載の超仕上げ加工方法によって超仕上げ加工された軌道面を有する円筒ころ軸受の外輪。
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