WO2015050144A1 - 円すいころの製造方法および円すいころ軸受 - Google Patents

円すいころの製造方法および円すいころ軸受 Download PDF

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tapered roller
diameter side
grinding
side end
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亮介 羽田
宗太郎 山下
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日本精工株式会社
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    • F16C33/34—Rollers; Needles
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B24B5/00—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/36—Single-purpose machines or devices
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    • F16C2220/00—Shaping
    • F16C2220/60—Shaping by removing material, e.g. machining
    • F16C2220/70—Shaping by removing material, e.g. machining by grinding

Definitions

  • the present invention relates to a tapered roller bearing incorporated in a rotation support portion of various rotating machines, and a method of manufacturing a tapered roller constituting the tapered roller bearing.
  • FIG. 4 shows a tapered roller bearing 1 incorporated in a rotating support portion to which a large radial load and a thrust load are applied among rotating machines such as machine tools and industrial machines.
  • the tapered roller bearing 1 includes an outer ring 2, an inner ring 3 disposed concentrically with the outer ring 2, a plurality of tapered rollers 4, and a cage 5.
  • the outer ring 2 has a partially conical outer ring raceway 6 on the inner peripheral surface.
  • the inner ring 3 is disposed on the inner diameter side of the outer ring 2 and has an inner ring raceway 7 having a partially conical surface shape on the outer peripheral surface.
  • a large-diameter side flange 8 is formed on the large-diameter side end portion (the right end portion in FIG.
  • each of the tapered rollers 4 is disposed between the outer ring raceway 6 and the inner ring raceway 7 so as to roll freely.
  • the diameter (outer diameter) of the outer peripheral surface which is a rolling surface, gradually increases from the small-diameter side end (left end in FIG.
  • a large diameter side end surface (right end surface in FIG. 4) 10 of the tapered roller 4 is in sliding contact with an inner surface 11 of the large diameter side flange 8, and a small diameter side end surface (left end surface in FIG. 4) 12 of the tapered roller 4 is It faces the inner side surface 13 of the small-diameter side flange 9 via a gap.
  • the tapered roller 4 is held by a cage 5 so as to be able to roll.
  • FIGS. 5A to 5D show an example of a method for manufacturing a tapered roller.
  • plastic working such as forging on a metal and cylindrical material such as bearing steel by a method described in JP-A-9-76029, JP-A 2008-114238, etc.
  • FIG. 5 (B) on the outer diameter surface 15 of the preliminary intermediate material 14 that becomes a rolling surface in rolling contact with the outer ring raceway 6 and the inner ring raceway 7 in the completed state, Using the end face 10 as a reference, grinding (rough grinding) processing with a grindstone 16 having large abrasive grains is performed.
  • FIG. 5 (C) is subjected to grinding into the large diameter side end face 10 of the intermediate material 17, to a predetermined value L C a predetermined length (axial dimension) L of the intermediate material 17 To do.
  • the center axis of the intermediate material 17 and the rotation shaft 19a of the spindle device 18a are made to coincide with each other, and the rotation shaft 19a with the small diameter side end surface 12 of the intermediate material 17 abutted against the tip surface of the rotation shaft 19a is used.
  • the intermediate material 17 is rotated by rotating 19a.
  • the cup-shaped grindstone 20 is abutted against the large-diameter side end surface 10 of the intermediate material 17, and the grindstone 20 is placed in the axial direction of the intermediate material 17.
  • the large-diameter side end face 10 is ground by displacing it quantitatively.
  • the length L of the intermediate material 17 completes the grinding at the time point when the predetermined value L c, shown in FIG. 5 (D), obtaining a final intermediate material 21.
  • the grindstone 20 is not limited to a cup type as shown in the figure, and grindstones having various structures such as a flat shape can be used.
  • the large diameter side end surface 10 of the intermediate material 17 can also be made into a partial spherical shape as shown in FIG.
  • the length L of the intermediate material 17 is the length between the apex of the large-diameter side end surface 10 and the small-diameter side end surface 12.
  • the outer peripheral surface 15 of the final intermediate material 21 is subjected to grinding (finish grinding by superfinishing) with a grindstone having small abrasive grains to obtain the tapered roller 4.
  • the outer peripheral surface 15 of the final intermediate material 21 is defined as the outer diameter D of the outer peripheral surface 15 when the axial position P with respect to the large-diameter end surface 10 is the same.
  • the shape of That is, in order to obtain a truncated cone-shaped preliminary intermediate material 14 by performing plastic working on a cylindrical material made of metal, the length (axial dimension) L 0 of the preliminary intermediate material 14 due to unavoidable manufacturing errors. It is inevitable that the variation shown in FIG. At the stage where the intermediate material 17 is obtained by grinding the outer peripheral surface 15 of the preliminary intermediate material 14 shown in FIG.
  • the shape of the outer peripheral surface 15 of the intermediate material 17 is changed. There is little variation.
  • grinding when performing grinding on large-diameter end face 10, the small diameter side end face 12 of the intermediate material 17 It is performed on the basis, and, grinding of the grinding process (feed amount of the grinding wheel 20) based on the variation in the length L 0 of the pre-intermediate material 14, due to variations occur, the final intermediate Variations occur in the shape of the outer peripheral surface 15 of the material 21 (the outer diameter D of the outer peripheral surface 15).
  • the taper degree of the tapered roller 4 (twice the inclination angle of the outer peripheral surface 15 (the angle formed by the central axis of the tapered roller 4 and the generatrix)) is 4 degrees, and the axial length variation of the preliminary intermediate material 14 is varied.
  • the thickness is 500 ⁇ m
  • the variation in the outer diameter D of the outer peripheral surface 15 of the final intermediate material 21 is about 35 ⁇ m and cannot be ignored. Therefore, a plurality of tapered rollers 4 obtained by finishing the final intermediate material 21 produced by the tapered roller manufacturing method shown in FIGS. 5 (A) to 5 (D) are tapered roller bearings 1.
  • the contact surface pressures of the rolling contact portions of the tapered rollers 4 and the rolling contact portions of the outer ring raceway 6 and the inner ring raceway 7 vary, and vibration and noise generated during operation of the tapered roller bearing 1 are generated. It can grow.
  • the amount of processing in finish grinding increases or the processing time varies. Thus, the manufacturing cost of the tapered roller 4 may increase.
  • the grinding amount feed amount of the grindstone 20
  • the outer diameter D of the outer peripheral surface 15 of the final intermediate material 21 and further the rolling of the tapered roller 4 are caused.
  • the variation in the outer diameter of the surface cannot be ignored.
  • an object of the present invention is to provide a tapered roller having good quality and a tapered roller bearing using the tapered roller at a low cost.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a tapered roller whose outer diameter gradually increases from the small-diameter end to the large-diameter end.
  • the method of manufacturing a tapered roller according to the present invention is based on grinding the outer peripheral surface of a material on the basis of the large-diameter side end surface of a truncated cone-shaped material whose outer diameter gradually increases from the small-diameter side end toward the large-diameter side end.
  • the length of the intermediate material is set so that the end surface on the small diameter side of the intermediate material abuts against the tip surface of the rotating shaft, and the measuring element of the measuring device is brought into contact with or close to the end surface on the large diameter side of the intermediate material. And it can measure with the measuring element of the said measuring apparatus in the state which rotated this intermediate material 1 time or more by rotation of the said rotating shaft.
  • the tapered roller bearing of the present invention includes an outer ring having a partially tapered outer ring raceway on the inner circumferential surface, a partially tapered inner ring raceway in the middle of the outer circumferential surface, and a larger diameter side end portion.
  • An inner ring having a flange portion and a small-diameter flange portion at a small-diameter end portion, and a plurality of tapered rollers provided so as to roll between the outer ring raceway and the inner ring raceway.
  • a tapered roller obtained by the tapered roller manufacturing method of the present invention is used as the tapered roller.
  • the intermediate material 17 is not set to a predetermined length, but by cutting the intermediate material 17 by a predetermined length, regardless of variations in the length of the truncated cone-shaped material,
  • the final intermediate material obtained by grinding the large-diameter side end of the intermediate material can minimize the variation in the outer diameter of the outer peripheral surface when the axial position relative to the large-diameter end surface is the same. .
  • FIG. 1A to 1E are partially cut side views showing an example of an embodiment of the present invention in the order of steps.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the processing time and the feed amount of the grindstone.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating another example of the method for measuring the length of the intermediate material.
  • FIG. 4 is a partially cut perspective view showing an example of a tapered roller bearing in which a tapered roller which is a target of the manufacturing method of the present invention is incorporated.
  • FIG. 5A to FIG. 5D are partially cut side views showing an example of a conventional method of manufacturing a tapered roller in the order of steps.
  • FIG. 6 is a partially cut side view showing another example of a method for grinding the large-diameter side end face of the intermediate material.
  • FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention.
  • a cylinder-shaped raw material made of metal such as bearing steel is subjected to plastic working such as forging, thereby obtaining a truncated cone-shaped preliminary intermediate material 14 shown in FIG.
  • plastic working such as forging
  • FIG. 1B grinding (rough grinding) processing with a grindstone 16 having large abrasive grains on the outer peripheral surface 15 of the preliminary intermediate material 14 on the basis of the large-diameter side end surface 10 of the preliminary intermediate material 14.
  • the large-diameter side end surface 10 is set to the tip end surface of the rotating shaft 19 (the lower end surface of FIG.
  • the preliminary intermediate material 14 is fixed to the rotary shaft 19 by a magnet chuck or the like. In this state, the preliminary intermediate material 14 is rotated by rotating the rotary shaft 19, the grindstone 16 is abutted against the outer peripheral surface 15 of the preliminary intermediate material 14, and grinding (rough grinding) is performed on the outer peripheral surface 15, An intermediate material 17 is obtained.
  • the outer peripheral surface 15 of the preliminary intermediate material 14 has a pair of raceways facing each other (in the case of the radial type tapered roller bearing 1 shown in FIG. 4, an inner ring) during operation of the tapered roller bearing incorporating the completed tapered roller. The rolling surface comes into rolling contact with the raceway 6 and the outer ring raceway 7).
  • the initial value L 0 of the length (axial dimension) of the intermediate material 17 is measured with reference to the small diameter side end face 12 of the intermediate material 17.
  • the small-diameter end surface 12 of the intermediate material 17 is abutted against the distal end surface of the rotating shaft 19a of the spindle device 18a, and the distal end portion of the detection rod (measuring element) 23 of the measuring device 22 is brought into contact with the large-diameter end surface 10 of the intermediate material 17. Either contact or make the measuring part of the non-contact type sensor close to each other.
  • the intermediate material 17 is rotated by rotating the rotary shaft 19a, and the length of the intermediate material 17 is measured over the entire circumference by the detection rod 23 or the measurement unit of the non-contact sensor, and the average of the obtained values
  • the value is an initial value L 0 of the length of the intermediate material 17.
  • the small-diameter side end surface 12 of the intermediate material 17 is abutted against the tip surface of the rotation shaft 19 a of the spindle device 18 a via the steel ball 24, and the length on the central axis of the intermediate material 17 is set.
  • the initial value L 0 of the length of the intermediate material 17 can also be obtained. In this case, regardless of the state of the small-diameter side end surface 12, the initial value L 0 of the length of the intermediate material 17 can be stably measured.
  • the initial value L 0 of the length of the intermediate material 17 is measured, then, as shown in FIG. 1 (D), it is subjected to grinding by the grinding wheel 20 to the large diameter side end face 10 of the intermediate material 17, intermediate material
  • the large-diameter side end portion of 17 is ground by a predetermined length (axial dimension) d in the axial direction. That is, the rotation axis 19a is rotated in a state where the center axes of the intermediate material 17 and the rotation shaft 19a of the spindle device 18a are aligned with each other and the small-diameter side end surface 12 of the intermediate material 17 is abutted against the tip surface of the rotation shaft 19a. As a result, the intermediate material 17 is rotated.
  • the grindstone 20 is displaced upward from below, and the tip surface (the upper end surface in FIG. 1D) of the grindstone 20 is abutted against the large-diameter side end surface 10 of the intermediate material 17, whereby the large-diameter side of the intermediate material 17. Grind the edge.
  • the distance between the tip surface and the front end surface of the grinding 20 of the rotary shaft 19a is in when it becomes the initial value L 0 of the length of the intermediate material 17, the vertical position of the grinding wheel 20 (rotation The position of the shaft 19a in the axial direction) is set as a grinding start position.
  • the grindstone 20 is displaced upward by a predetermined length d from this starting position, and the large-diameter side end portion of the intermediate material 17 is ground by a predetermined length d to obtain the final intermediate material 21a. That is, the front end surface (upper end surface) position (position in the vertical direction of FIG. 1D) of the grindstone 20 is obtained from the feed amount (displacement amount) of the grindstone 20, and the front end surface of the rotating shaft 19a and the front end surface of the grindstone 20 The grinding process is completed when the distance between the two becomes L 0 -d. As shown in FIG.
  • the grinding process of the large-diameter side end of the intermediate material 17 is a process of bringing the grinding stone 20 into contact with the intermediate material 17, quick approach ⁇ rough grinding ⁇ finish grinding ⁇ fine grinding ⁇ spark out (final
  • the feed amount of the grindstone 20 in each step of grinding the large-diameter side end of the intermediate material 17 is determined in advance so that the length of the final intermediate material 21a obtained is within a desired range. Then, for each intermediate material 17, the position of the grindstone 20 at the switching point between the respective processes is obtained from the design value and the initial value L 0 of the length of the intermediate material 17.
  • the feed amount and feed speed of the grindstone 20 are controlled, and the large-diameter side end of the intermediate material 17 is ground. Then, the outer peripheral surface 15 of the final intermediate material 21a obtained in this way is subjected to grinding (finish grinding by super finishing) with a grindstone with small abrasive grains to obtain a tapered roller. Depending on the use conditions of the tapered roller bearing in which the completed tapered roller is incorporated, finish grinding by super finishing can be omitted.
  • a tapered roller with good quality can be obtained at low cost. That is, in this example, after obtaining the intermediate material 17 by grinding the outer peripheral surface 15 of the preliminary intermediate material 14 on the basis of the large-diameter side end face 10 of the truncated cone-shaped preliminary intermediate material 14, the intermediate material 17 is obtained. The end portion 17 on the large diameter side is ground by a predetermined length d in the axial direction to obtain the final intermediate material 21a. For this reason, variation in the shape of the outer peripheral surface 15 of the final intermediate material 21a (the outer diameter D of the outer peripheral surface when the axial position P is the same with respect to the large-diameter end surface 10 of the final intermediate material 21a) is suppressed.
  • the variation in the axial length L 0 of the preliminary intermediate material 14 is 500 ⁇ m
  • the variation in the outer diameter D can be suppressed to a range of 10 ⁇ m or less. Therefore, when a plurality of tapered rollers 4 obtained by finishing the final intermediate material 21a produced by the tapered roller manufacturing method of this example are incorporated in the tapered roller bearing 1, each of the tapered rollers 4 is provided. The contact surface pressure of the rolling contact portion between the rolling surface and the outer ring raceway 6 and the inner ring raceway 7 can be stabilized.
  • the unavoidable manufacturing error based on the length L 0 of the pre-intermediate material 14 varies, the length of the final intermediate material 21a, more likely the length of the tapered roller 4 varies There is.
  • the tapered roller bearing 1 when the tapered roller bearing 1 is assembled, there is a gap between the small diameter side end surface 12 of the tapered roller 4 and the inner side surface 13 of the small diameter flange 9 constituting the inner ring 3, so the tapered roller 4 Even if there is some variation in length, it does not matter.
  • the tapered roller manufactured by the method for manufacturing a tapered roller according to the present invention is not limited to the radial type tapered roller bearing shown in FIG. 4, but can be used by being incorporated in a thrust type tapered roller bearing.
  • FIG. 2 shows an example of specific values regarding the feed amount of the grindstone 20 in each step of grinding the large diameter side end of the intermediate material 17 shown in FIG.
  • the length L 0 of the intermediate material 17 is set to a lower limit value L MIN +325 [ ⁇ m] of the length of the tapered roller after completion, and the grinding amount d in the entire grinding process is set to 100 ⁇ m.
  • L MIN lower limit value
  • the position of the grindstone 20 at the completion of the grinding process is set to +40 ⁇ m, and when it is 40 ⁇ m longer than the length of the final intermediate material 21a at the completion of the grinding process, Switching between rough grinding process and finish grinding process.
  • the position of the grindstone 20 at the start of the fine grinding process is set to +10 ⁇ m and is 10 ⁇ m longer than the length of the final intermediate material 21a, the finish grinding process and the fine grinding process are switched.
  • the process is started at each of the rough grinding, finish grinding and fine grinding (step switching points).
  • the position of the grindstone 20 at the time of completion of the fine grinding process is as follows. Position at the start of the rough grinding process: +325 [ ⁇ m] Position at the start of the finish grinding process: +265 [ ⁇ m] Position at the start of the fine grinding process: +235 [ ⁇ m] Position when fine grinding process is completed: +225 [ ⁇ m]
  • the grindstone 20 is slightly retracted in consideration of the elastic deformation (deflection) of the grindstone 20 and the support shaft that supports the grindstone 20 (
  • the grindstone 20 may be configured to move forward (with a positive feed amount) after the negative feed amount).

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Abstract

品質の良好な円すいころを低コストで得ることができる製造方法を実現する。金属製で円柱状の素材に塑性加工を施すことで得られた予備中間素材１４の外周面１５に、予備中間素材１４の大径側端面１０を基準に砥石１６により研削加工を施すことで中間素材１７を得る。中間素材１７の大径側端面１０に砥石２０による研削加工を施し、中間素材１７を予め定めた長さとするのではなく、中間素材１７を予め定めた所定長さ分だけ削ることにより、最終中間素材２１ａを得る。

Description

円すいころの製造方法および円すいころ軸受
　本発明は、各種回転機械の回転支持部に組み込まれる円すいころ軸受、および、この円すいころ軸受を構成する円すいころの製造方法に関する。
　図４は、工作機械、産業機械などの回転機械のうち、大きなラジアル荷重およびスラスト荷重が加わる回転支持部に組み込まれる円すいころ軸受１を示している。円すいころ軸受１は、外輪２と、外輪２と同心に配置された内輪３と、複数個の円すいころ４と、保持器５とを備える。外輪２は、内周面に部分円すい面状の外輪軌道６を有する。内輪３は、外輪２の内径側に配置され、外周面に部分円すい面状の内輪軌道７を有する。内輪３の外周面のうちの大径側端部（図４の右端部）に大径側鍔部８が、内輪軌道７から径方向に関して外方に突出する状態で形成され、かつ、内輪３の外周面のうちの小径側端部（図４の左端部）に小径側鍔部９が、内輪軌道７から径方向に関して外方に突出する状態で形成されている。円すいころ４はそれぞれ、外輪軌道６と内輪軌道７との間に、転動自在に配置される。円すいころ４は、その転動面である外周面の直径（外径）は、小径側端部（図４の左端部）から大径側端部（図４の右端部）に向かうに従って漸次大きくなる形状を有する。円すいころ４の大径側端面（図４の右端面）１０は、大径側鍔部８の内側面１１に摺接し、かつ、円すいころ４の小径側端面（図４の左端面）１２は、小径側鍔部９の内側面１３に隙間を介して対向する。円すいころ４は、保持器５により、転動自在に保持される。
　図５（Ａ）～（Ｄ）は、円すいころの製造方法の１例を示している。まず、特開平９－７６０２９号公報、特開２００８－１１４２３８号公報などに記載されている方法により、軸受鋼などの金属製で円柱状の素材に、鍛造加工などの塑性加工を施すことにより、図５（Ａ）に示す、円すい台状の予備中間素材１４を得る。次に、図５（Ｂ）に示すように、完成状態で外輪軌道６および内輪軌道７と転がり接触する転動面となる予備中間素材１４の外周面１５に、予備中間素材１４の大径側端面１０を基準として、砥粒の大きな砥石１６による研削（荒研削）加工を施す。具体的には、予備中間素材１４と、スピンドル装置１８を構成する回転軸１９との中心軸同士を一致させた状態で、予備中間素材１４の大径側端面１０を回転軸１９の先端面（図５（Ｂ）の下端面）に突き当てる。この状態で、回転軸１９を回転することにより予備中間素材１４を回転させると共に、予備中間素材１４の外周面１５に砥石１６を突き当てて、外周面１５に研削加工を施すことにより中間素材１７を得る。
　次に、図５（Ｃ）に示すように、中間素材１７の大径側端面１０に研削加工を施して、中間素材１７の長さ（軸方向寸法）Ｌを予め定めた所定値ＬＣにする。具体的には、中間素材１７と、スピンドル装置１８ａの回転軸１９ａとの中心軸同士を一致させ、中間素材１７の小径側端面１２を回転軸１９ａの先端面に突き当てた状態で、回転軸１９ａを回転することにより中間素材１７を回転させる。この状態で、中間素材１７の長さＬをインプロセスで測定しつつ、中間素材１７の大径側端面１０にカップ型の砥石２０を突き当てて、砥石２０を中間素材１７の軸方向に所定量変位させることにより、大径側端面１０に研削加工を施す。そして、中間素材１７の長さＬが所定値Ｌｃとなった時点で研削加工を完了することで、図５（Ｄ）に示す、最終中間素材２１を得る。砥石２０としては、図示のようなカップ型のものに限らず、平形などの各種構造の砥石を使用することができる。なお、中間素材１７の大径側端面１０は、図６に示すように、部分球面状とすることもできる。この場合、中間素材１７の長さＬは、大径側端面１０の頂点と小径側端面１２との間の長さとする。何れにしても、最終中間素材２１を得た後、この最終中間素材２１の外周面１５に、砥粒の小さな砥石による研削（超仕上による仕上研削）加工を施して、円すいころ４を得る。なお、円すいころ４の大径側端面１０には、内輪３の大径側鍔部８の内側面１１との間の摺動抵抗を小さくするために、特開２０１１－１５２５９７号公報などに記載されている方法により、砥石による研削加工がさらに施される。
　このような円すいころの製造方法の場合、大径側端面１０を基準とした軸方向位置Ｐが同じである場合の外周面１５の外径Ｄと定義される、最終中間素材２１の外周面１５の形状にばらつきが生じる可能性がある。すなわち、金属製で円柱状の素材に塑性加工を施すことで、円すい台状の予備中間素材１４を得るため、不可避的な製造誤差により予備中間素材１４の長さ（軸方向寸法）Ｌ０（図５（Ａ）参照）がある程度ばらついてしまうことが避けられない。図５（Ｂ）に示す、予備中間素材１４の外周面１５に、大径側端面１０を基準として研削加工を施すことにより中間素材１７を得る段階では、中間素材１７の外周面１５の形状のばらつきは少ない。しかしながら、中間素材１７の長さ（軸方向寸法）Ｌを所定値ＬＣに規制するために、大径側端面１０に研削加工を施す際の研削加工は、中間素材１７の小径側端面１２を基準にして行われること、および、研削加工時の研削量（砥石２０の送り量）は、予備中間素材１４の長さＬ０のばらつきに基づいて、ばらつきが生じることに起因して、最終中間素材２１の外周面１５の形状（外周面１５の外径Ｄ）にばらつきが生じてしまう。たとえば、円すいころ４の円すい度（外周面１５の傾斜角度（円すいころ４の中心軸と母線とがなす角度）の２倍）を４度とし、予備中間素材１４の軸方向長さのばらつきを５００μｍとした場合、最終中間素材２１の外周面１５の外径Ｄのばらつきは、３５μｍ程度と無視できない大きさとなる。したがって、図５（Ａ）～図５（Ｄ）に示す円すいころの製造方法により造られた、最終中間素材２１に仕上加工を施すことで得られた、複数の円すいころ４を円すいころ軸受１に組み込んだ場合、円すいころ４のそれぞれの転動面と、外輪軌道６および内輪軌道７との転がり接触部の接触面圧にばらつきが生じ、円すいころ軸受１の運転時に発生する振動や騒音が大きくなる可能性がある。あるいは、外周面１５への仕上研削に際して、最終中間素材２１の外周面１５の外径Ｄのばらつきを調整することを図ろうとすると、仕上研削における加工量が多くなったり、加工時間がばらついたりして、円すいころ４の製造コストが増大する可能性がある。
　なお、図５（Ｃ）に示す工程で、中間素材１７の大径側端面１０を予め設定した所定時間だけ砥石２０により研削する方法も考えられる。ただし、この場合、大径側端面１０の状態により、研削量（砥石２０の送り量）にばらつきが生じて、最終中間素材２１の外周面１５の外径Ｄ、さらには円すいころ４の転動面の外径のばらつきが無視できない程度になってしまう可能性がある。
特開２０１１－１５２５９７号公報 特開平９－７６０２９号公報 特開２００８－１１４２３８号公報
　本発明は、上述のような事情に鑑み、品質の良好な円すいころ、および、この円すいころを用いた円すいころ軸受を、低コストで提供することを目的とする。
　本発明は、外径が小径側端部から大径側端部に向かうに従って漸次大きくなる円すいころを製造する方法に関する。本発明の円すいころの製造方法は、外径が小径側端部から大径側端部に向かうに従って漸次大きくなる円すい台状の素材の大径側端面を基準に、該素材の外周面に研削加工を施すことで中間素材を得る工程と、前記中間素材の大径側端部を軸方向に予め定めた所定長さ分だけ研削する工程とを備える。前記素材の外周面に研削加工を施す際に、具体的には、大径側端面を回転軸の先端面に突き当てた状態で、該回転軸の回転により前記素材を回転させ、この状態で、該素材の外周面に砥石を突き当てることにより該素材の外周面に研削加工を施す。
　前記中間素材の大径側端部を研削する以前の該中間素材の長さを、前記中間素材の小径側端面を基準に測定する工程をさらに備え、前記中間素材の大径側端部の研削中に、該中間素材の長さが測定値と前記所定長さとの差と等しくなった時点で、該中間素材の大径側端部の研削を完了することが好ましい。この場合、前記中間素材の長さを、該中間素材の小径側端面を回転軸の先端面に突き当てると共に、測定装置の測定子を前記中間素材の大径側端面に当接あるいは近接対向させ、かつ、前記回転軸の回転により該中間素材を１回以上回転させた状態で、前記測定装置の測定子により測定することができる。
　本発明の円すいころ軸受は、内周面に部分円すい面状の外輪軌道を有する外輪と、外周面のうちで中間部に部分円すい面状の内輪軌道を、大径側端部に大径側鍔部を、小径側端部に小径側鍔部を、それぞれ有する内輪と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の円すいころとを備える。前記円すいころとして、本発明の円すいころの製造方法により得られた円すいころが用いられる。
　本発明の円すいころの製造方法によれば、品質の良好な円すいころを低コストで提供することができる。すなわち、円すい台状の素材の大径側端面を基準に、該素材の外周面に研削加工を施すことで中間素材を得る工程と、前記中間素材の大径側端部を軸方向に予め定めた所定長さ分だけ研削する工程とを備える。このように、中間素材１７を予め定めた長さとするのではなく、中間素材１７を予め定めた所定長さ分だけ削ることにより、前記円すい台状の素材の長さのばらつきに拘わらず、前記中間素材の大径側端部を研削することで得られる最終中間素材の、大径側端面を基準とした軸方向位置が同じである場合の外周面の外径のばらつきを少なく抑えることができる。この結果、最終中間素材の外周面に超仕上による仕上加工を施して転動面とする際に、この外周面の外径のばらつきを調整する必要がなくなって、円すいころの製造コストを抑えつつ、良質な転動面を得ることができる。
図１（Ａ）～図１（Ｅ）は、本発明の実施の形態の１例を工程順に示す部分切断側面図である。 図２は、加工時間と砥石の送り量との関係の１例を示す線図である。 図３は、中間素材の長さの測定方法の別例を示す図である。 図４は、本発明の製造方法の対象となる円すいころが組み込まれた円すいころ軸受の１例を示す、部分切断斜視図である。 図５（Ａ）～図５（Ｄ）は、従来の円すいころの製造方法の１例を工程順に示す部分切断側面図である。 図６は、中間素材の大径側端面に研削加工を施す方法の別例を示す部分切断側面図である。
　図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例の場合、まず、軸受鋼などの金属製で円柱状の素材に鍛造加工などの塑性加工を施すなどして、図１（Ａ）に示す、円すい台状の予備中間素材１４を得る。次に、図１（Ｂ）に示すように、予備中間素材１４の外周面１５に、予備中間素材１４の大径側端面１０を基準に、砥粒の大きな砥石１６による研削（荒研削）加工を施すことで中間素材１７を得る。すなわち、予備中間素材１４と、スピンドル装置１８を構成する回転軸１９との中心軸同士を一致させた状態で、大径側端面１０を回転軸１９の先端面（図１（Ｂ）の下端面）に突き当て、マグネットチャックなどにより、回転軸１９に予備中間素材１４を固定する。この状態で、回転軸１９を回転することにより予備中間素材１４を回転させると共に、予備中間素材１４の外周面１５に砥石１６を突き当てて、外周面１５に研削（荒研削）加工を施し、中間素材１７を得る。予備中間素材１４の外周面１５は、完成後の円すいころを組み込んだ円すいころ軸受の運転時に、互いに対向する１対の軌道面（図４に示したラジアル型の円すいころ軸受１の場合、内輪軌道６および外輪軌道７）と転がり接触する転動面になる。
　次いで、図１（Ｃ）に示すように、中間素材１７の長さ（軸方向寸法）の初期値Ｌ０を、中間素材１７の小径側端面１２を基準として計測する。中間素材１７の小径側端面１２をスピンドル装置１８ａの回転軸１９ａの先端面に突き当てると共に、中間素材１７の大径側端面１０に測定装置２２の検出棒（測定子）２３の先端部を当接させるか、または、非接触式センサの測定部を近接対向させる。そして、回転軸１９ａを回転することにより中間素材１７を回転させ、中間素材１７の長さを検出棒２３、または、非接触式センサの測定部により全周にわたって測定し、得られた値の平均値を、中間素材１７の長さの初期値Ｌ０とする。なお、図３に示すように、中間素材１７の小径側端面１２を、鋼球２４を介してスピンドル装置１８ａの回転軸１９ａの先端面に突き当て、中間素材１７の中心軸上の長さを測定することにより、中間素材１７の長さの初期値Ｌ０を求めることもできる。この場合には、小径側端面１２の状態にかかわらず、中間素材１７の長さの初期値Ｌ０を安定して計測することができる。
　中間素材１７の長さの初期値Ｌ０を計測した後、次に、図１（Ｄ）に示すように、中間素材１７の大径側端面１０に砥石２０による研削加工を施して、中間素材１７の大径側端部を軸方向に予め定めた所定長さ（軸方向寸法）ｄ分だけ研削する。すなわち、中間素材１７と、スピンドル装置１８ａの回転軸１９ａとの中心軸同士を一致させ、中間素材１７の小径側端面１２を回転軸１９ａの先端面に突き当てた状態で、回転軸１９ａを回転することにより中間素材１７を回転させる。そして、砥石２０を下方から上方に変位させ、砥石２０の先端面（図１（Ｄ）の上端面）を中間素材１７の大径側端面１０に突き当てることにより、中間素材１７の大径側端部を研削する。本例の場合、回転軸１９ａの先端面と砥石２０の先端面との間の距離が、中間素材１７の長さの初期値Ｌ０となった時点での、砥石２０の上下方向位置（回転軸１９ａの軸方向に関する位置）を、研削加工の開始位置とする。そして、砥石２０を、この開始位置から所定長さｄ分だけ上方に変位させ、中間素材１７の大径側端部を所定長さｄ分だけ研削して、最終中間素材２１ａを得る。すなわち、砥石２０の送り量（変位量）から砥石２０の先端面（上端面）位置（図１（Ｄ）の上下方向に関する位置）を求め、回転軸１９ａの先端面と砥石２０の先端面との間の距離がＬ０－ｄとなった時点で研削加工を完了する。中間素材１７の大径側端部の研削加工は、図２に示すように、中間素材１７に砥石２０を接触させる工程である、クイックアプローチ→粗研削→仕上研削→精研削→スパークアウト（最終仕上げ研削）の工程順に、上方への砥石２０の送り速度（＝送り量／時間）を段階的に減少させ、最終的にゼロにする。中間素材１７の大径側端部の研削加工の各工程における砥石２０の送り量は、得られる最終中間素材２１ａの長さが所望の範囲内となるように、予め設計的に定められる。そして、中間素材１７ごとに、設計値と中間素材１７の長さの初期値Ｌ０とからそれぞれの工程間の切り換え点における砥石２０の位置を求める。このようにして求められた砥石２０の位置に基づき、砥石２０の送り量および送り速度を制御して、中間素材１７の大径側端部に研削加工を施す。そして、このようにして得られた最終中間素材２１ａの外周面１５に、砥粒の小さな砥石による研削（超仕上による仕上研削）加工などを施して、円すいころを得る。なお、完成後の円すいころが組み込まれた円すいころ軸受の使用条件によっては、超仕上による仕上研削を省略することもできる。
　本例の円すいころの製造方法によれば、品質の良好な円すいころを低コストで得ることができる。すなわち、本例の場合、円すい台状の予備中間素材１４の大径側端面１０を基準に、予備中間素材１４の外周面１５に研削加工を施すことで中間素材１７を得た後、中間素材１７の大径側端部を軸方向に予め定めた所定長さｄ分だけ研削して最終中間素材２１ａを得る。このため、最終中間素材２１ａの外周面１５の形状（最終中間素材２１ａの大径側端面１０を基準とした軸方向位置Ｐが同じである場合の外周面の外径Ｄ）のばらつきを少なく抑えることができる。具体的には、予備中間素材１４の軸方向長さＬ０のばらつきを５００μｍとした場合、外径Ｄのばらつきを１０μｍ以下の範囲に抑えることができる。したがって、本例の円すいころの製造方法により造られた最終中間素材２１ａに仕上加工を施すことで得られる、複数の円すいころ４を円すいころ軸受１に組み込んだ場合に、円すいころ４のそれぞれの転動面と、外輪軌道６および内輪軌道７との転がり接触部の接触面圧を安定させることができる。また、最終中間素材２１ａの外周面１５に超仕上による仕上研削を施す際に、外周面１５の外径Ｄのばらつきを調節する必要がなく、外周面１５を整える加工のみで足りるため、加工量および加工時間を低減できて、円すいころの製造コストを抑えつつ、良質の円すいころを安定して得ることができる。
　なお、本例の場合、不可避的な製造誤差により、予備中間素材１４の長さＬ０がばらつくことに基づいて、最終中間素材２１ａの長さ、さらには円すいころ４の長さがばらつく可能性がある。ただし、円すいころ軸受１を組み立てた状態では、円すいころ４の小径側端面１２と、内輪３を構成する小径側鍔部９の内側面１３との間には隙間が介在するため、円すいころ４の長さが多少ばらついても大きな問題とはならない。また、本発明の円すいころの製造方法により造られた円すいころは、図４に示す、ラジアル型の円すいころ軸受に限らず、スラスト型の円すいころ軸受に組み込んで使用することもできる。
　図２に示す、中間素材１７の大径側端部の研削加工の各工程における、砥石２０の送り量に関して、具体的な値の１例を示す。
　中間素材１７の長さＬ０を、完成後の円すいころの長さの下限値ＬＭＩＮ＋３２５［μｍ］とし、研削工程全体での研削量ｄを１００μｍとする。研削加工の完了時の砥石２０の位置を基準とした場合に、仕上研削工程の開始時の砥石２０の位置を＋４０μｍとし、研削加工完了時の最終中間素材２１ａの長さよりも４０μｍだけ長い時に、粗研削工程と仕上研削工程とを切り換える。また、精研削工程の開始時の砥石２０の位置を＋１０μｍとし、最終中間素材２１ａの長さよりも１０μｍだけ長い時に、仕上研削工程と精研削工程とを切り換える。
　この場合、回転軸１９ａの先端面と砥石２０の先端面との距離が、下限値ＬＭＩＮである時を０とした、粗研削、仕上研削および精研削それぞれの工程開始時（工程の切り換え点）、および、精研削工程完了時（精研削工程とスパークアウト工程との切り換え点）における、砥石２０の位置は、次のようになる。
　　粗研削工程開始時の位置　：＋３２５［μｍ］
　　仕上研削工程開始時の位置：＋２６５［μｍ］
　　精研削工程開始時の位置　：＋２３５［μｍ］
　　精研削工程完了時の位置　：＋２２５［μｍ］
　ただし、必要に応じて、粗研削工程や仕上研削工程の完了後に、砥石２０や砥石２０を支持する支持軸の弾性変形分（撓み分）を考慮して、砥石２０を僅かに後退させた（マイナスの送り量とした）後、砥石２０を前進させる（プラスの送り量とする）ように構成することもできる。
　　１　　円すいころ軸受
　　２　　外輪
　　３　　内輪
　　４　　円すいころ
　　５　　保持器
　　６　　外輪軌道
　　７　　内輪軌道
　　８　　大径側鍔部
　　９　　小径側鍔部
　１０　　大径側端面
　１１　　内側面
　１２　　小径側端面
　１３　　内側面
　１４　　予備中間素材
　１５　　外周面
　１６　　砥石
　１７　　中間素材
　１８、１８ａ　スピンドル装置
　１９、１９ａ　回転軸
　２０　　砥石
　２１、２１ａ　最終中間素材
　２２　　測定装置
　２３　　検出棒
　２４　　鋼球

Claims (4)

  1. 　外径が小径側端部から大径側端部に向かうに従って漸次大きくなる円すい台状の素材の大径側端面を基準に、該素材の外周面に研削加工を施すことで中間素材を得る工程と、前記中間素材の大径側端部を軸方向に所定長さ分だけ研削する工程とを備える、円すいころの製造方法。
  2. 　前記中間素材の大径側端部を研削する以前の該中間素材の長さを、該中間素材の小径側端面を基準に測定する工程をさらに備え、前記中間素材の大径側端部の研削中に、該中間素材の長さが測定値と前記所定長さとの差と等しくなった時点で、該中間素材の大径側端部の研削を完了する、請求項１に記載した円すいころの製造方法。
  3. 　前記中間素材の小径側端面を回転軸の先端面に突き当てると共に、測定装置の測定子を前記中間素材の大径側端面に当接あるいは近接対向させ、かつ、前記回転軸の回転により該中間素材を回転させた状態で、前記測定装置の測定子により前記中間素材の長さを測定する、請求項２に記載した円すいころの製造方法。
  4. 　内周面に部分円すい面状の外輪軌道を有する外輪と、外周面のうちで中間部に部分円すい面状の内輪軌道を、大径側端部に大径側鍔部を、小径側端部に小径側鍔部を、それぞれ有する内輪と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の円すいころとを備える円すいころ軸受であって、
    　前記円すいころとして、請求項１に記載した円すいころの製造方法により得られた円すいころが用いられている、円すいころ軸受。
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