WO2023210576A1 - 玉軸受 - Google Patents

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WO2023210576A1
WO2023210576A1 PCT/JP2023/016107 JP2023016107W WO2023210576A1 WO 2023210576 A1 WO2023210576 A1 WO 2023210576A1 JP 2023016107 W JP2023016107 W JP 2023016107W WO 2023210576 A1 WO2023210576 A1 WO 2023210576A1
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WO
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annular member
rivet
flat plate
hole
axial direction
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/016107
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English (en)
French (fr)
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泰裕 上堀
悠稀 橋詰
拓史 佐藤
雄太 望月
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Ntn株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/38—Ball cages
    • F16C33/42—Ball cages made from wire or sheet metal strips
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/38—Ball cages
    • F16C33/44—Selection of substances

Definitions

  • This invention relates to ball bearings.
  • Ball bearings are often used as bearings to support rotating shafts in automobiles, industrial machinery, etc.
  • a ball bearing consists of an inner ring, an outer ring coaxially provided on the outside of the inner ring in the radial direction, a plurality of balls provided in an annular space between the inner ring and the outer ring, and a cage that holds the plurality of balls.
  • a corrugated iron plate cage is known as a type of cage that is excellent in cost and productivity (for example, Patent Document 1).
  • the corrugated iron plate retainer has a first annular member and a second annular member made of steel plates arranged to face each other in the axial direction, and the first annular member and the second annular member are coupled with a plurality of studs.
  • the first annular member has arcuate first pocket wall portions for accommodating balls and first flat plate portions in which first rivet holes penetrating in the axial direction are formed alternately in the circumferential direction.
  • the second annular member also has arc-shaped second pocket wall portions for accommodating balls and second flat plate portions in which second rivet holes penetrating in the axial direction are formed alternately in the circumferential direction.
  • the rivet has a cylindrical rivet shaft, a base head formed in advance on one end of the rivet shaft, and a crimping head formed by crimping the other end of the rivet shaft.
  • the rivet shaft is inserted into the first rivet hole of the first flat plate part and the second rivet hole of the second flat plate part with the first flat plate part and the second flat plate part overlapped.
  • the base head and the crimping head are arranged to sandwich the first flat plate part and the second flat plate part in the axial direction, and the base head locks the first flat plate part in the axial direction, and the crimping head The second flat plate portion is locked in the axial direction.
  • the first annular member and the second annular member constituting the above-mentioned corrugated steel plate cage may be formed by press working a rolled steel plate such as a cold rolled steel plate (SPCC).
  • SPCC cold rolled steel plate
  • rolled steel plates have relatively low hardness and wear resistance
  • the first and second annular members are formed using rolled steel plates, depending on the operating conditions of the bearing, the first annular member and the second annular member may be damaged due to ball contact.
  • the second annular member may wear out, and in the worst case, the corrugated iron retainer may be damaged.
  • Soft nitriding is a process that forms a nitrided layer (hardened surface layer) on the surface of a steel material.
  • the steel material is heated at a temperature lower than the transformation point (400°C - This process involves heating the steel material at a temperature of about 590° C. to infiltrate nitrogen into the surface of the steel material to form a nitrided layer.
  • this soft nitriding treatment is applied to the corrugated iron plate retainer, the durability of the corrugated iron retainer can be improved without substantially changing the dimensions of the corrugated iron retainer.
  • the above corrugated iron plate cage can be assembled as follows. First, a first annular member is prepared, and rivets are press-fitted into first rivet holes formed in each first flat plate portion of the first annular member. At this time, the rivet press-fitted into the first rivet hole is held in the first annular member by the interference between the rivet shaft and the first rivet hole. Moreover, the rivet shaft of each rivet is in a state of protruding from the mating surface of the first flat plate part with the second flat plate part. Thereafter, the first pocket wall of the first annular member and the second pocket wall of the second annular member move the plurality of balls installed between the inner ring and the outer ring at equal intervals in the circumferential direction from both sides in the axial direction.
  • the first annular member is overlapped with the second annular member so as to sandwich the first annular member.
  • each of the rivet shafts protruding from the first annular member is inserted into each of the second rivet holes of the second annular member, and each of the rivet shafts is placed on the side of the first annular member with respect to the second annular member. protrude from the second rivet hole on the opposite side.
  • the part of the rivet shaft protruding from each second rivet hole is crushed and crimped in the axial direction with a crimping mold to form a crimping head, and the first annular member and the second annular member are joined together. Join.
  • soft nitriding treatment when performing soft nitriding treatment on the above-mentioned corrugated iron plate cage, soft nitriding treatment can be performed by the following method. That is, first, a stud that has not been subjected to soft nitriding treatment is press-fitted into the first stud hole of a first annular member that has not been subjected to soft nitriding treatment, and the first annular member and the stud that have been integrated by the press-fitting are soft-nitrided. Apply processing. Further, the second annular member is also subjected to soft nitriding treatment. Thereafter, the first annular member and the second annular member are coupled.
  • the nitrocarburizing treatment can be performed on the first annular member and the plurality of rivets at once while the plurality of rivets are held in the first rivet holes of the first annular member. Therefore, it is possible to efficiently perform the soft nitriding process on a plurality of studs.
  • a nitrided layer is formed on the surface of the first annular member by the nitrocarburizing, but the inner periphery of the first rivet hole (the surface that fits with the rivet shaft) is Since it is masked by the stud shaft, it has a non-nitrided surface on which no nitrided layer is formed.
  • the crimping head when forming a crimping head by crimping the part of the rivet shaft protruding from the second rivet hole on the side opposite to the first annular member with respect to the second annular member, the crimping head If the part of the rivet shaft before caulking, which is the source of Tensile stress is likely to occur on the inner circumference of the hole. It has also been found that the strength of the corrugated iron plate retainer may be reduced due to the tensile stress generated on the inner periphery of the first rivet holes.
  • a non-nitrided surface on which a nitrided layer (hardened surface layer) is not formed is formed on the inner periphery of the first rivet hole, so tensile stress is applied to the inner periphery of the first rivet hole.
  • the strength of the corrugated iron plate cage is likely to decrease.
  • the crimping head when forming a crimping head by crimping the part of the rivet shaft protruding from the second rivet hole on the side opposite to the first annular member with respect to the second annular member, the crimping head If the part of the rivet shaft before crimping, which is the source of There is a risk that it will not adhere properly.
  • the problem to be solved by this invention is to provide a ball bearing of stable quality in which the strength of the corrugated iron plate retainer is less likely to decrease.
  • the present invention provides a ball bearing having the following configuration.
  • [Configuration 1] Inner circle and an outer ring coaxially provided on the radially outer side of the inner ring; a plurality of balls incorporated between the inner ring and the outer ring; and a corrugated iron plate holder that holds the plurality of balls,
  • the corrugated iron plate retainer connects a first annular member made of a steel plate, a second annular member made of a steel plate that faces the first annular member in the axial direction, and the first annular member and the second annular member.
  • the first annular member has first pocket wall portions that accommodate the balls and first flat plate portions in which first stud holes penetrating in the axial direction are formed, alternating in the circumferential direction
  • the second annular member has second pocket wall portions for accommodating the balls and second flat plate portions in which second rivet holes penetrating in the axial direction are formed alternately in the circumferential direction
  • Each of the rivets includes a cylindrical rivet shaft inserted into the first rivet hole and the second rivet hole, and a head formed on one end of the rivet shaft to lock the first flat plate portion in the axial direction.
  • a ball bearing characterized by: 1.25 ⁇ V 0 ⁇ V ⁇ 2.43 ⁇ V 0
  • the crimping head is formed so as to satisfy the following formula, where T is the axial thickness of the first flat plate portion and the second flat plate portion overlapped, and r is the radius of the rivet shaft.
  • the part of the rivet shaft before crimping which is the source of the tightening head, is longer than the length equivalent to 1.25 x T, so the rivet shaft becomes thicker (plastic deformation occurs so that the rivet shaft expands in the radial direction). ) is less likely to occur, and tensile stress due to the thicker rivet shaft is less likely to occur on the inner periphery of the first rivet hole. Therefore, the strength of the corrugated iron plate cage is less likely to decrease.
  • the crimping head when forming a crimping head by crimping the part of the rivet shaft protruding from the second rivet hole on the side opposite to the first annular member with respect to the second annular member, the crimping head Since the part of the rivet shaft before crimping, which is the source of The second flat plate portion of the annular member is in close contact with the second plate portion, and stable quality can be obtained.
  • a nitride layer is formed on the surface of the first annular member and the surface of the second annular member, The nitride layer is formed on the entire inner periphery of the second stud hole, The ball bearing according to configuration 1 or 2, wherein the inner periphery of the first stud hole has a non-nitrided surface on which the nitrided layer is not formed.
  • the above structure is obtained when soft nitriding is performed by the following method.
  • a rivet is press-fitted into a first rivet hole of a first annular member that has not been subjected to nitrocarburizing treatment.
  • the first annular member and the stud which have been integrated by the press-fitting, are subjected to soft nitriding treatment.
  • a nitrided layer is formed on the surface of the first annular member by soft nitriding, but the inner periphery of the first rivet hole (the surface that fits with the rivet shaft) remains masked by the rivet shaft. Therefore, it has a non-nitrided surface on which no nitrided layer is formed.
  • the first annular member is superimposed on the second annular member that has been subjected to soft nitriding treatment, and the part of the rivet shaft protruding from the second rivet hole of the second annular member is swaged to connect the first annular member with the second annular member.
  • a second annular member is coupled.
  • the volume V of the crimping head is set to be larger than 1.25 x T x ⁇ r 2 as described above. It is particularly preferable to set
  • the inner periphery of the first stud hole has a cylindrical sheared surface whose inner diameter does not change along the axial direction and is constant, and a mating surface between the sheared surface and the second flat plate portion of the first flat plate portion. 6.
  • the method for forming the first rivet hole is to form the first rivet hole from the side opposite to the mating surface of the first flat plate part with the second flat plate part toward the side of the mating surface of the first flat plate part with the second flat plate part.
  • the second flat plate of the first flat plate part is inserted into the inner periphery of the first rivet hole from the side opposite to the mating surface of the first flat plate part with the second flat plate part. A sheared surface and a fractured surface are formed in this order toward the mating surface with the part.
  • the sheared surface is a cylindrical smooth surface whose inner diameter does not change along the axial direction and is constant, and the fractured surface is an irregular uneven surface created by tearing off the material of the first flat plate part.
  • the first rivet hole is used as it is without any additional machining, when tensile stress is generated on the inner circumference of the first rivet hole due to the thickening of the rivet shaft during the formation of the caulking head, the first rivet hole will be Cracks, etc. are likely to occur starting from the fracture surface (irregular uneven surface) on the inner circumference of one rivet hole, and there is a risk that the strength of the corrugated iron plate retainer will decrease.
  • the fractured surface on the inner periphery of the first rivet hole is removed by cutting, even when tensile stress due to the thickening of the rivet shaft is generated on the inner periphery of the first rivet hole, cracks will appear on the inner periphery of the first rivet hole. etc., and it is possible to prevent a decrease in the strength of the corrugated iron plate retainer.
  • the inner periphery of the first rivet hole has a diameter that increases toward the mating surface of the first flat plate part with the second flat plate part. A tapered surface is formed, and the tapered surface becomes a smooth surface formed by cutting.
  • the crimping head when forming the crimping head by crimping the portion of the rivet shaft protruding from the second rivet hole on the side opposite to the first annular member with respect to the second annular member, Thickening of the rivet shaft (plastic deformation of the rivet shaft so as to expand in the radial direction) is less likely to occur, and tensile stress due to the thickening of the rivet shaft is less likely to occur on the inner periphery of the first rivet hole. Therefore, the strength of the corrugated iron plate cage is less likely to decrease.
  • the rivet when forming a crimping head by crimping the part of the rivet shaft that protrudes from the second rivet hole on the side opposite to the first annular member with respect to the second annular member, the rivet may have an axial direction. No backlash occurs, the first flat plate part of the first annular member and the second flat plate part of the second annular member are in close contact with each other, and stable quality can be obtained.
  • a sectional view showing a ball bearing according to an embodiment of the invention 2 is a diagram showing the manufacturing process of the corrugated iron plate retainer shown in FIG. 1, in which rivets are press-fitted into first rivet holes formed in the first flat plate portion of the first annular member, and the second annular member is inserted into the first annular member.
  • Enlarged section of the stud shown in Figure 2 A diagram showing another example of the stud shown in FIG. 5A. A diagram showing still another example of the stud shown in FIG. 5A. A diagram showing the process of caulking the protruding portion of the rivet shaft of the rivet shown in Figure 3 from the second rivet hole. A diagram showing a comparative example in which the length of the rivet shaft is longer than that of the rivet shown in Figure 6. A diagram showing a comparative example in which the length of the rivet shaft is shorter than that of the rivet shown in Figure 6. An enlarged sectional view of the vicinity of the first rivet hole and the second rivet hole, showing the state in which the first annular member and the second annular member shown in FIG. 2 have been subjected to nitrocarburizing treatment, respectively.
  • FIG. 9 An enlarged cross-sectional view of the vicinity of the first rivet hole and the second rivet hole, showing a state in which the first annular member and the second annular member shown in FIG. 9 are combined.
  • An enlarged sectional view of the vicinity of the first rivet hole showing the process of removing the fractured surface on the inner circumference of the first rivet hole by cutting.
  • FIG. 1 shows a ball bearing according to an embodiment of this invention.
  • This ball bearing includes an inner ring 1, an outer ring 2 coaxially provided on the outside of the inner ring 1 in the radial direction, a plurality of balls 3 installed between the inner ring 1 and the outer ring 2 at intervals in the circumferential direction, and a plurality of It has a corrugated iron plate retainer 4 (hereinafter simply referred to as "retainer 4") that maintains the circumferential spacing of the balls 3.
  • retainer 4 corrugated iron plate retainer 4
  • An outer ring raceway groove 5 is formed on the inner periphery of the outer ring 2, with which the balls 3 roll and come into contact.
  • the outer ring raceway groove 5 is formed to extend circumferentially from the axial center of the inner periphery of the outer ring 2 .
  • Also formed on the outer periphery of the inner ring 1 is an inner ring raceway groove 6 with which the balls 3 roll and come into contact.
  • the inner ring raceway groove 6 is formed so as to extend circumferentially from the axial center of the outer periphery of the inner ring 1 .
  • the balls 3 are sandwiched between the outer ring raceway groove 5 and the inner ring raceway groove 6 in the radial direction.
  • This ball bearing is a deep groove ball bearing. That is, the outer ring raceway groove 5 is a circular arc groove having a concave arc-shaped cross section that is symmetrical with respect to the axial center of the outer ring 2, and the inner ring raceway groove 6 is also a concave circular groove that is symmetrical with respect to the axial center of the inner ring 1. It is a circular groove with an arc-shaped cross section.
  • the axial width dimension of the outer ring raceway groove 5 is larger than half the diameter of the balls 3, and the axial width dimension of the inner ring raceway groove 6 is also larger than half the diameter of the balls 3.
  • the cage 4 connects a first annular member 7a made of a steel plate, a second annular member 7b made of a steel plate axially opposed to the first annular member 7a, and the first annular member 7a and the second annular member 7b. It has a plurality of studs 8.
  • the first annular member 7a includes an arc-shaped first pocket wall portion 9a that accommodates the ball 3, and a flat first plate that is perpendicular to the axial direction (vertical direction in the figure). 10a alternately in the circumferential direction.
  • the second annular member 7b also has arc-shaped second pocket wall portions 9b that accommodate the balls 3 and second flat plate portions 10b that are orthogonal to the axial direction and are alternately arranged in the circumferential direction.
  • the shape and dimensions of the first annular member 7a are the same as the shape and dimensions of the second annular member 7b.
  • the first rivet hole 11a penetrating in the axial direction is formed in the first flat plate part 10a of the first annular member 7a, and the second flat plate part 10b of the second annular member 7b is also formed with an axially penetrating hole 11a.
  • a second rivet hole 11b penetrating in the direction is formed, and a common rivet 8 is inserted into the first rivet hole 11a and the second rivet hole 11b.
  • the axial thickness tb of the second flat plate portion 10b is the same as the axial thickness ta of the first flat plate portion 10a.
  • the fact that the axial thickness ta and the axial thickness tb are the same does not necessarily mean that the axial thickness ta and the axial thickness tb are mathematically strictly the same; This is the same meaning (so-called substantially same) that allows for the error of .
  • the first annular member 7a is formed by pressing a plate material made of carbon steel for machine structures (SC material, S45C, etc.), carbon steel for cold heading, or stainless steel.
  • the first stud holes 11a are formed by punching the first flat plate portion 10a using a punch.
  • the second annular member 7b is also formed by pressing a plate material made of carbon steel for machine structures, carbon steel for cold heading, or stainless steel.
  • the second stud holes 11b are formed by punching the second flat plate portion 10b using a punch.
  • the studs 8 are made of a wire rod made of carbon steel for machine structures, carbon steel for cold heading, or stainless steel.
  • a nitride layer is formed on the surface of the first annular member 7a by performing soft nitriding treatment, and a nitride layer is also formed on the surface of the second annular member 7b by performing soft nitriding treatment.
  • the nitrided layer is a hardened surface layer with a hardness of 400 HV or more, and is an extremely thin compound layer (compound layer made of iron and nitrogen) with a thickness of 20 ⁇ m or less.
  • a nitride layer is formed on the entire inner periphery of the second rivet hole 11b, whereas a nitride layer is formed on the inner periphery of the first rivet hole 11a. It has a non-nitrided surface.
  • the rivet 8 includes a cylindrical rivet shaft 12, a base 13 formed in advance on one end (the upper end in the figure) of the rivet shaft 12, and the other end (the upper end in the figure) of the rivet shaft 12. It has a crimping head 14 formed by crimping the lower end (in the figure).
  • the rivet shaft 12 is inserted into the first rivet hole 11a and the second rivet hole 11b with the first flat plate part 10a and the second flat plate part 10b overlapped.
  • the base head 13 and the crimping head 14 are arranged to sandwich the first flat plate part 10a and the second flat plate part 10b in the axial direction, and the base head 13 locks the first flat plate part 10a in the axial direction.
  • the caulking head 14 locks the second flat plate portion 10b in the axial direction.
  • the caulking head 14 is formed in a hemispherical shape with a larger diameter than the riveting shaft 12.
  • the cage 4 described above can be manufactured as follows.
  • a first annular member 7a having a first pocket wall portion 9a and a first flat plate portion 10a is formed by pressing a steel plate.
  • a first stud hole 11a is formed in the first flat plate portion 10a of the first annular member 7a by punching using a punch.
  • the side opposite to the mating surface 15a of the first flat plate part 10a with the second flat plate part 10b the upper side in the figure
  • the side of the mating surface 15a of the first flat plate part 10a with the second flat plate part 10b (in the figure)
  • the first flat plate part 10a is punched out toward the bottom) to form a first stud hole 11a.
  • the inner periphery of the first rivet hole 11a is formed from the side opposite to the mating surface 15a (upper side in the figure) toward the side of the mating surface 15a (lower side in the figure).
  • a cylindrical sheared surface 16 whose inner diameter does not change along the axial direction and is constant, and a tapered fractured surface 17 whose diameter increases from the sheared surface 16 toward the mating surface 15a are formed.
  • the sheared surface 16 is a smooth surface with a striped pattern extending in the axial direction.
  • the fracture surface 17 is an irregularly uneven surface created by tearing off the material of the first flat plate portion 10a.
  • the fractured surface 17 has a larger surface roughness than the sheared surface 16.
  • the inner periphery of the end of the first rivet hole 11a on the side of the mating surface 15a is cut with a chamfering drill to break the inner periphery of the first rivet hole 11a.
  • Section 17 is removed.
  • a tapered surface 18 whose diameter increases toward the mating surface 15a is formed on the inner periphery of the first stud hole 11a, and the tapered surface 18 becomes a smooth surface formed by cutting.
  • the second annular member 7b is also formed in the same manner as described above.
  • the rivets 8 are press-fitted into the first rivet holes 11a of each first flat plate portion 10a of the first annular member 7a.
  • the rivet 8 press-fitted into the first rivet hole 11a is held in the first annular member 7a by the interference between the rivet shaft 12 and the first rivet hole 11a.
  • the rivet shaft 12 of each rivet 8 is in a state of protruding from the mating surface 15a of the first flat plate part 10a and the second flat plate part 10b.
  • Soft nitriding is a process that forms a nitrided layer (hardened surface layer) on the surface of a steel material.
  • the steel material is heated at a temperature lower than the transformation point (400°C - This process involves heating the steel material at a temperature of about 590° C. to infiltrate nitrogen into the surface of the steel material to form a nitrided layer.
  • this nitrocarburizing treatment is applied to the cage 4, the durability of the cage 4 can be improved without substantially changing the dimensions of the cage 4.
  • a nitride layer is formed on the surface of the first annular member 7a by this soft nitriding treatment, but as shown in FIG. Since it is in a masked state at 12, it has a non-nitrided surface on which a nitrided layer is not formed. Similarly, the portion of the outer periphery of the rivet shaft 12 that fits into the inner periphery of the first rivet hole 11a also has a non-nitrided surface on which no nitrided layer is formed.
  • the second annular member 7b before being combined with the first annular member 7a is also subjected to soft nitriding treatment.
  • the rivets 8 are not inserted into the second rivet holes 11b of the second annular member 7b, and the entire inner periphery of the second rivet holes 11b is exposed.
  • a nitride layer is formed throughout.
  • each rivet shaft 12 protruding from the first annular member 7a is inserted into each second rivet hole 11b of the second annular member 7b, and each rivet shaft 12 is inserted into the second rivet hole 11b of the second annular member 7b.
  • the second annular member 7b is made to protrude from the second stud hole 11b on the side opposite to the first annular member 7a (lower side in the figure).
  • a non-nitrided surface on which a nitrided layer (hardened surface layer) is not formed is formed on the inner periphery of the first rivet hole 11a, as shown in FIG.
  • tensile stress is generated on the inner periphery of the hole 11a, the strength of the retainer 4 is likely to decrease.
  • the crimped part that is the source of the crimped head 14 is If the portion of the rivet shaft 12 is set to be long, play in the axial direction may occur in the rivet 8, and there is a risk that the first flat plate portion 10a and the second flat plate portion 10b may not be in close contact with each other. In order to prevent rattling of the rivets 8, it may be possible to increase the crimping load on the rivet shafts 12. However, increasing the crimping load on the rivet shafts 12 causes the rivet shafts 12 to thicken. The thickening tends to generate tensile stress on the inner periphery of the first rivet hole 11a.
  • the length L of the riveted shaft 12 shown in FIG. 5A is set to satisfy the following formula. 2.25 ⁇ T ⁇ L ⁇ 3.43 ⁇ T
  • FIG. total thickness of the first flat plate part 10a and the second flat plate part 10b As shown in FIG. total thickness of the first flat plate part 10a and the second flat plate part 10b).
  • the length L of the rivet shaft 12 is set so as to satisfy the above formula, the portion of the rivet shaft 12 protruding from the second rivet hole 11b is crimped and crimped, as shown in FIG.
  • the volume V of the crimped head 14 satisfies the following formula. 1.25 ⁇ T ⁇ r 2 ⁇ V ⁇ 2.43 ⁇ T ⁇ r 2
  • r is the radius of the riveted shaft 12 shown in FIGS. 6 to 8.
  • the volume V of the crimping head 14 satisfies the following formula. There is. 1.25 ⁇ V 0 ⁇ V ⁇ 2.43 ⁇ V 0
  • the volume V of the caulking head 14 is measured by image processing, and a process is performed to determine whether or not the volume V is within the range of the inequality in the above equation. It is possible to detect defects in the rivets 8 and improper assembly of the studs 8.
  • the crimped head 14 is Since the original part of the rivet shaft 12 before caulking (the part of the rivet shaft 12 protruding from the second rivet hole 11b) is longer than the length corresponding to 1.25 ⁇ T, the rivet shaft 12 becomes thick. Therefore, tensile stress due to the thickening of the rivet shaft 12 is less likely to occur on the inner periphery of the first rivet hole 11a. Therefore, the strength of the cage 4 is less likely to decrease.
  • the ball bearing is used as the base of the crimped head 14. Since the part of the rivet shaft 12 before crimping (the part of the rivet shaft 12 protruding from the second rivet hole 11b) is shorter than the length corresponding to 2.43 ⁇ T, there is no axial play in the rivet 8.
  • the first flat plate portion 10a of the first annular member 7a and the second flat plate portion 10b of the second annular member 7b are in close contact with each other, and stable quality can be obtained.
  • this ball bearing has a non-nitrided surface on which a nitrided layer (hardened surface layer) is not formed on the inner periphery of the first rivet hole 11a.
  • a nitrided layer hardened surface layer
  • the length L of the portion of the rivet shaft 12 before crimping (see FIG. 5A), the radius r of the rivet shaft 12 (see FIGS. 6 to 8), and the overlap of the first flat plate portion 10a and the second flat plate portion 10b.
  • the axial thickness T (see FIG. 3), the presence or absence of a decrease in the strength of the retainer 4 due to the tensile stress on the inner periphery of the first rivet hole 11a, and the relationship between the first flat plate portion 10a of the first annular member 7a and the second annular
  • the results of an analysis of the relationship between the adhesion of the member 7b to the second flat plate portion 10b are shown in the following table.
  • the length L of the portion of the rivet shaft 12 before crimping is determined relative to the axial thickness T (see FIG. 3) of the overlapping first flat plate portion 10a and second flat plate portion 10b.
  • the tapered surface 18 on the inner circumference of the first stud hole 11a is a smooth surface formed by cutting, a decrease in the strength of the cage 4 can be particularly effectively prevented.
  • the first rivet hole 11a formed by punching the first flat plate part 10a is an irregular uneven surface created when the material of the first flat plate part 10a is torn off. If the fractured surface 17 is used as it is without being removed by additional machining, the fractured surface will 17 (irregular uneven surface) as a starting point, cracks are likely to occur, and there is a risk that the strength of the cage 4 will decrease. On the other hand, if the fracture surface 17 shown in FIG.
  • the stud 8 having the hemispherical head 13 has been described as an example, but as shown in FIG. 5B, the stud 8 having the spherical head 13 has been described.
  • a stud 8 having a cylindrical base 13 may be used.
  • the inner ring 1 is a hollow annular member in which the inner ring raceway groove 6 is formed on the outer periphery.
  • the inner ring 1 does not necessarily have to be a hollow annular member.
  • the inner race may be any inner member that has an annular inner raceway groove on its outer periphery with which the balls come into rolling contact.
  • the outer ring 2 is described as an example of a hollow annular member in which the outer ring raceway groove 5 is formed on the inner periphery, but the outer ring 2 does not necessarily have to be a hollow annular member.
  • the outer ring 2 for example, it is also possible to employ a bearing box in which outer ring raceway grooves 5, with which the balls 3 come into rolling contact, are directly formed on the inner periphery.
  • the outer race may be any outer member that has an annular outer raceway groove on its inner periphery with which the balls roll and come into contact.

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Abstract

各鋲（８）は、円柱状の鋲軸（１２）と、鋲軸（１２）の一端にあらかじめ成形された元頭部（１３）と、鋲軸（１２）の他端を加締めることにより形成された加締め頭部（１４）とを有する玉軸受において、加締め頭部（１４）の体積をＶ、第１鋲穴（１１ａ）と第２鋲穴（１１ｂ）の内部の鋲軸（１２）の体積をＶ０としたときに、次式を満たすように加締め頭部（１４）が形成されている。１．２５×Ｖ０　＜　Ｖ　＜　２．４３×Ｖ０

Description

玉軸受
　この発明は、玉軸受に関する。
　自動車や産業機械などの回転軸を支持する軸受として、玉軸受が多く用いられる。玉軸受は、内輪と、内輪の径方向外側に同軸に設けられた外輪と、内輪と外輪の間の環状空間内に設けられた複数の玉と、その複数の玉を保持する保持器とを有する。
　この保持器に関し、コストと生産性に優れた形式の保持器として、波形鉄板保持器が知られている（例えば、特許文献１）。波形鉄板保持器は、鋼板製の第１環状部材と第２環状部材を軸方向に対向して配置し、その第１環状部材と第２環状部材を複数の鋲で結合したものである。第１環状部材は、玉を収容する弧状の第１ポケット壁部と、軸方向に貫通する第１鋲穴が形成された第１平板部とを周方向に交互に有する。同様に、第２環状部材も、玉を収容する弧状の第２ポケット壁部と、軸方向に貫通する第２鋲穴が形成された第２平板部とを周方向に交互に有する。
　鋲は、円柱状の鋲軸と、鋲軸の一端にあらかじめ成形された元頭部と、鋲軸の他端を加締めることにより形成された加締め頭部とを有する。鋲軸は、第１平板部と第２平板部を重ね合わせた状態で、第１平板部の第１鋲穴と、第２平板部の第２鋲穴とに挿通されている。元頭部と加締め頭部は、第１平板部と第２平板部を軸方向に挟み込むように配置され、元頭部が第１平板部を軸方向に係止し、加締め頭部が第２平板部を軸方向に係止している。
　上記の波形鉄板保持器を構成する第１環状部材および第２環状部材は、コストと生産性の観点から、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）等の圧延鋼板をプレス加工することで成形されることが多い。ところが、圧延鋼板は、硬度および耐摩耗性が比較的低いため、圧延鋼板で第１環状部材および第２環状部材を形成した場合、軸受の運転条件によっては、玉の接触により第１環状部材および第２環状部材が摩耗し、最悪の場合、波形鉄板保持器が破損に至ることもある。
　そこで、波形鉄板保持器の耐久性を向上させるため、波形鉄板保持器に軟窒化処理を施す方法が提案されている（特許文献２参照）。軟窒化処理は、鋼材の表面に窒化層（表面硬化層）を形成する処理であり、例えば、アンモニアガスと吸熱型変性ガスの混合ガス雰囲気中で、鋼材を変態点よりも低温（４００℃～５９０℃程度の温度）の範囲で加熱することで、鋼材の表面に窒素を浸透させて窒化層を形成する処理である。この軟窒化処理を波形鉄板保持器に施すと、波形鉄板保持器の寸法をほとんど変化させることなく、波形鉄板保持器の耐久性を向上させることが可能となる。
特開２０１７－１１０７８４号公報 特許第６０９８７２０号公報
　上記の波形鉄板保持器は、次のようにして組み立てることができる。まず、第１環状部材を準備し、その第１環状部材の各第１平板部に形成された第１鋲穴に、それぞれ鋲を圧入する。このとき、第１鋲穴に圧入された鋲は、その鋲軸と第１鋲穴との間の締め代によって、第１環状部材に保持された状態となっている。また、各鋲の鋲軸は、第１平板部の第２平板部との合わせ面から突出した状態となっている。その後、第１環状部材の第１ポケット壁部と、第２環状部材の第２ポケット壁部とで、内輪と外輪の間に周方向に等間隔に組み込まれた複数の玉を軸方向両側から挟み込むように、第１環状部材を第２環状部材に重ね合わせる。このとき、第１環状部材から突出した状態の各鋲軸を、第２環状部材の各第２鋲穴に挿入し、その各鋲軸を、第２環状部材に対して第１環状部材の側とは反対側に第２鋲穴から突出させる。最後に、各第２鋲穴から突出した鋲軸の部分を、加締め金型で軸方向に押し潰して加締めることで加締め頭部を形成し、第１環状部材と第２環状部材を結合する。
　ここで、上記の波形鉄板保持器に軟窒化処理を施す場合、次の方法で軟窒化処理を施すことができる。すなわち、まず、軟窒化処理を施していない鋲を、軟窒化処理を施していない第１環状部材の第１鋲穴に圧入し、その圧入により一体化した第１環状部材と鋲とに軟窒化処理を施す。また、第２環状部材にも軟窒化処理を施す。その後、第１環状部材と第２環状部材を結合する。
　上記の方法で軟窒化処理を施すと、複数の鋲を第１環状部材の第１鋲穴に保持した状態で、第１環状部材と複数の鋲とに一括して軟窒化処理を施すことができるので、複数の鋲に軟窒化処理を施す作業を効率的に行なうことができる。また、この方法で軟窒化処理を施した場合、軟窒化処理によって第１環状部材の表面に窒化層が形成されるが、第１鋲穴の内周（鋲軸との嵌合面）は、鋲軸でマスキングされた状態となっているので、窒化層が形成されない非窒化面を有するものとなる。
　ところで、第２環状部材に対して第１環状部材の側とは反対側に第２鋲穴から突出する鋲軸の部分を加締めて加締め頭部を形成するときに、その加締め頭部の元となる加締め前の鋲軸の部分を短く設定した場合、鋲軸の太り（鋲軸が径方向に膨張するように塑性変形すること）が生じ、その鋲軸の太りによって第１鋲穴の内周に引張応力が発生しやすくなる。そして、この第１鋲穴の内周に発生する引張応力が原因で、波形鉄板保持器の強度低下が生じる可能性があることが分かった。
　特に、上記の方法で軟窒化処理を施した場合、第１鋲穴の内周に、窒化層（表面硬化層）が形成されない非窒化面が生じるので、第１鋲穴の内周に引張応力が発生すると、波形鉄板保持器の強度低下が生じやすい。
　一方、第２環状部材に対して第１環状部材の側とは反対側に第２鋲穴から突出する鋲軸の部分を加締めて加締め頭部を形成するときに、その加締め頭部の元となる加締め前の鋲軸の部分を長く設定した場合、鋲に軸方向のガタが生じ、第１環状部材の第１平板部と第２環状部材の第２平板部とが十分に密着しないおそれがある。
　この発明が解決しようとする課題は、波形鉄板保持器の強度低下が生じにくく、安定した品質の玉軸受を提供することである。
　上記の課題を解決するため、この発明では、以下の構成の玉軸受を提供する。
［構成１］
　内輪と、
　内輪の径方向外側に同軸に設けられた外輪と、
　前記内輪と前記外輪の間に組み込まれた複数の玉と、
　前記複数の玉を保持する波形鉄板保持器とを有し、
　前記波形鉄板保持器は、鋼板製の第１環状部材と、前記第１環状部材と軸方向に対向する鋼板製の第２環状部材と、前記第１環状部材と前記第２環状部材を結合する複数の鋲とを有し、
　前記第１環状部材は、前記玉を収容する第１ポケット壁部と、軸方向に貫通する第１鋲穴が形成された第１平板部とを周方向に交互に有し、
　前記第２環状部材は、前記玉を収容する第２ポケット壁部と、軸方向に貫通する第２鋲穴が形成された第２平板部とを周方向に交互に有し、
　前記各鋲は、前記第１鋲穴と前記第２鋲穴に挿通された円柱状の鋲軸と、前記鋲軸の一端に成形され、前記第１平板部を軸方向に係止する元頭部と、前記鋲軸の他端に形成され、前記第２平板部を軸方向に係止する加締め頭部とを有する玉軸受において、
　前記加締め頭部の体積をＶ、前記第１鋲穴と前記第２鋲穴の内部の前記鋲軸の体積をＶ０としたときに、次式を満たすように前記加締め頭部が形成されていることを特徴とする玉軸受。
　　　　１．２５×Ｖ０　＜　Ｖ　＜　２．４３×Ｖ０
［構成２］
　前記第１平板部と前記第２平板部の重ね合わせた軸方向厚さをＴ、前記鋲軸の半径をｒとしたときに、次式を満たすように前記加締め頭部が形成されている構成１に記載の玉軸受。
　　　　１．２５×Ｔ×πｒ２　＜　Ｖ　＜　２．４３×Ｔ×πｒ２
　このようにすると、第２環状部材に対して第１環状部材の側とは反対側に第２鋲穴から突出する鋲軸の部分を加締めて加締め頭部を形成するときに、その加締め頭部の元となる加締め前の鋲軸の部分が、１．２５×Ｔに相当する長さよりも長いので、鋲軸の太り（鋲軸が径方向に膨張するように塑性変形すること）が生じにくく、鋲軸の太りによる引張応力が第１鋲穴の内周に発生しにくい。そのため、波形鉄板保持器の強度低下が生じにくい。また、第２環状部材に対して第１環状部材の側とは反対側に第２鋲穴から突出する鋲軸の部分を加締めて加締め頭部を形成するときに、その加締め頭部の元となる加締め前の鋲軸の部分が、２．４３×Ｔに相当する長さよりも短いので、鋲に軸方向のガタが生じず、第１環状部材の第１平板部と第２環状部材の第２平板部とが十分に密着し、安定した品質を得ることができる。
［構成３］
　前記第１環状部材の表面および前記第２環状部材の表面には、窒化層が形成され、
　前記第２鋲穴の内周は、その全体に前記窒化層が形成され、
　前記第１鋲穴の内周は、前記窒化層が形成されていない非窒化面を有する構成１または２に記載の玉軸受。
　上記構成は、次の方法で軟窒化処理を施したときに得られるものである。まず、鋲を、軟窒化処理を施していない第１環状部材の第１鋲穴に圧入する。次に、その圧入により一体化した第１環状部材と鋲とに軟窒化処理を施す。このとき、軟窒化処理によって第１環状部材の表面に窒化層が形成されるが、第１鋲穴の内周（鋲軸との嵌合面）は、鋲軸でマスキングされた状態となっているので、窒化層が形成されない非窒化面を有するものとなる。その後、第１環状部材を、軟窒化処理が施された第２環状部材に重ね合わせ、第２環状部材の第２鋲穴から突出した鋲軸の部分を加締めることで、第１環状部材と第２環状部材を結合する。この方法で軟窒化処理を施す場合、第１鋲穴の内周に、窒化層（表面硬化層）が形成されない非窒化面が生じるので、第１鋲穴の内周に引張応力が発生すると、波形鉄板保持器の強度低下が生じやすい。そこで、鋲軸の太りによる引張応力が第１鋲穴の内周に発生するのを防止するため、上記のように、加締め頭部の体積Ｖを１．２５×Ｔ×πｒ２よりも大きく設定すると、特に好適である。
［構成４］
　前記第１環状部材および前記第２環状部材が、機械構造用炭素鋼、冷間圧造用炭素鋼、ステンレス鋼のいずれかで形成されている構成１から３のいずれかに記載の玉軸受。
［構成５］
　前記鋲が、機械構造用炭素鋼、冷間圧造用炭素鋼、ステンレス鋼のいずれかで形成されている構成１から４のいずれかに記載の玉軸受。
［構成６］
　前記第１鋲穴の内周は、軸方向に沿って内径が変化せず一定の円筒状のせん断面と、前記せん断面から、前記第１平板部の前記第２平板部との合わせ面に向かって拡径するテーパ面とで構成され、前記テーパ面は、切削加工により形成された平滑な面とされている構成１から５のいずれかに記載の玉軸受。
　このようにすると、波形鉄板保持器の強度低下を特に効果的に防止することが可能となる。すなわち、第１鋲穴を形成する方法として、第１平板部の第２平板部との合わせ面とは反対側から、第１平板部の第２平板部との合わせ面の側に向かって第１平板部をパンチで打ち抜く方法を採用した場合、第１鋲穴の内周には、第１平板部の第２平板部との合わせ面とは反対側から、第１平板部の第２平板部との合わせ面の側に向かって順に、せん断面と破断面が形成される。せん断面は、軸方向に沿って内径が変化せず一定の円筒状の平滑な面であり、破断面は、第１平板部の材料が引きちぎられて生じる不規則な凹凸面である。ここで、前記の第１鋲穴を追加工せずにそのまま用いた場合、加締め頭部の形成時の鋲軸の太りにより第１鋲穴の内周に引張応力が発生したときに、第１鋲穴の内周の破断面（不規則な凹凸面）を起点として亀裂等が生じやすくなり、波形鉄板保持器の強度低下を生じるおそれがある。そこで、第１鋲穴の内周の破断面を切削加工により除去すると、鋲軸の太りによる引張応力が第１鋲穴の内周に発生したときにも、第１鋲穴の内周に亀裂等が生じにくく、波形鉄板保持器の強度低下を防止することが可能となる。ここで、第１鋲穴の内周の破断面を切削加工により除去したとき、第１鋲穴の内周には、第１平板部の第２平板部との合わせ面に向かって拡径するテーパ面が形成され、そのテーパ面は、切削加工により形成された平滑な面となる。
　この発明の玉軸受は、第２環状部材に対して第１環状部材の側とは反対側に第２鋲穴から突出する鋲軸の部分を加締めて加締め頭部を形成するときに、鋲軸の太り（鋲軸が径方向に膨張するように塑性変形すること）が生じにくく、鋲軸の太りによる引張応力が第１鋲穴の内周に発生しにくい。そのため、波形鉄板保持器の強度低下が生じにくい。また、第２環状部材に対して第１環状部材の側とは反対側に第２鋲穴から突出する鋲軸の部分を加締めて加締め頭部を形成するときに、鋲に軸方向のガタが生じず、第１環状部材の第１平板部と第２環状部材の第２平板部とが十分に密着し、安定した品質を得ることができる。
この発明の実施形態の玉軸受を示す断面図 図１に示す波形鉄板保持器の製造過程を示す図であり、第１環状部材の第１平板部に形成された第１鋲穴に鋲を圧入し、その第１環状部材に第２環状部材を軸方向に対向させた状態を示す図 図２に示す第１環状部材を第２環状部材に重ね合わせた状態を示す図 図３に示す鋲軸の第２鋲穴からの突出部分を加締めることで、第１環状部材と第２環状部材を結合した状態を示す図 図２に示す鋲の拡大部 図５Ａに示す鋲の他の例を示す図 図５Ａに示す鋲の更に他の例を示す図 図３に示す鋲の鋲軸の第２鋲穴からの突出部分を加締める過程を示す図 図６に示す鋲よりも鋲軸の長さが長い比較例を示す図 図６に示す鋲よりも鋲軸の長さが短い比較例を示す図 図２に示す第１環状部材および第２環状部材にそれぞれ軟窒化処理を施した状態を示す第１鋲穴および第２鋲穴の近傍の拡大断面図 図９に示す第１環状部材と第２環状部材を結合した状態を示す第１鋲穴および第２鋲穴の近傍の拡大断面図 第１鋲穴の内周の破断面を切削加工で除去する過程を示す第１鋲穴の近傍の拡大断面図 図１の波形鉄板保持器を示す斜視図
　図１に、この発明の実施形態の玉軸受を示す。この玉軸受は、内輪１と、内輪１の径方向外側に同軸に設けられた外輪２と、内輪１と外輪２の間に周方向に間隔をおいて組み込まれた複数の玉３と、複数の玉３の周方向の間隔を保持する波形鉄板保持器４（以下単に「保持器４」という）とを有する。
　外輪２の内周には、玉３が転がり接触する外輪軌道溝５が形成されている。外輪軌道溝５は、外輪２の内周の軸方向中央を周方向に延びて形成されている。内輪１の外周にも、玉３が転がり接触する内輪軌道溝６が形成されている。内輪軌道溝６は、内輪１の外周の軸方向中央を周方向に延びて形成されている。
　玉３は、外輪軌道溝５と内輪軌道溝６との間で径方向に挟み込まれている。この玉軸受は、深溝玉軸受である。すなわち、外輪軌道溝５は、外輪２の軸方向中央に対して対称の凹円弧状の断面をもつ円弧溝であり、内輪軌道溝６も、内輪１の軸方向中央に対して対称の凹円弧状の断面をもつ円弧溝である。外輪軌道溝５の軸方向幅寸法は、玉３の直径の半分より大きく、内輪軌道溝６の軸方向幅寸法も、玉３の直径の半分より大きい。
　保持器４は、鋼板製の第１環状部材７ａと、第１環状部材７ａと軸方向に対向する鋼板製の第２環状部材７ｂと、第１環状部材７ａと第２環状部材７ｂを結合する複数の鋲８とを有する。
　図２、図１２に示すように、第１環状部材７ａは、玉３を収容する円弧状の第１ポケット壁部９ａと、軸方向（図では上下方向）に直交する平板状の第１平板部１０ａとを周方向に交互に有する。同様に、第２環状部材７ｂも、玉３を収容する円弧状の第２ポケット壁部９ｂと、軸方向に直交する平板状の第２平板部１０ｂとを周方向に交互に有する。第１環状部材７ａの形状および寸法は、第２環状部材７ｂの形状および寸法と同一である。
　図２に示すように、第１環状部材７ａの第１平板部１０ａには、軸方向に貫通する第１鋲穴１１ａが形成され、第２環状部材７ｂの第２平板部１０ｂにも、軸方向に貫通する第２鋲穴１１ｂが形成され、その第１鋲穴１１ａおよび第２鋲穴１１ｂに共通の鋲８が挿入されている。第２平板部１０ｂの軸方向厚さｔｂは、第１平板部１０ａの軸方向厚さｔａと同一である。ここで、軸方向厚さｔａと軸方向厚さｔｂが同一であるとは、軸方向厚さｔａと軸方向厚さｔｂが必ずしも数学的に厳密に同一であることを要せず、製造上の誤差を許容する意味の同一（いわゆる略同一）である。
　第１環状部材７ａは、機械構造用炭素鋼（ＳＣ材、Ｓ４５Ｃ等）、冷間圧造用炭素鋼、ステンレス鋼のいずれかで形成された板材をプレス加工することで成形されている。第１鋲穴１１ａは、第１平板部１０ａにパンチを用いた打ち抜き加工を施すことで形成されている。同様に、第２環状部材７ｂも、機械構造用炭素鋼、冷間圧造用炭素鋼、ステンレス鋼のいずれかで形成された板材をプレス加工することで成形されている。また、第２鋲穴１１ｂは、第２平板部１０ｂにパンチを用いた打ち抜き加工を施すことで形成されている。鋲８は、機械構造用炭素鋼、冷間圧造用炭素鋼、ステンレス鋼のいずれかの線材で形成されている。
　第１環状部材７ａの表面には、軟窒化処理を施すことにより窒化層が形成され、第２環状部材７ｂの表面にも、軟窒化処理を施すことにより窒化層が形成されている。窒化層は、４００ＨＶ以上の硬度をもつ表面硬化層であり、２０μｍ以下の厚さの極めて薄い化合物層（鉄と窒素からなる化合物層）である。ただし、図９、図１０に示すように、第２鋲穴１１ｂの内周は、その全体に窒化層が形成されているのに対し、第１鋲穴１１ａの内周は、窒化層が形成されていない非窒化面を有する。
　図６、図１０に示すように、鋲８は、円柱状の鋲軸１２と、鋲軸１２の一端（図では上端）にあらかじめ成形された元頭部１３と、鋲軸１２の他端（図では下端）を加締めることにより形成された加締め頭部１４とを有する。図６に示すように、鋲軸１２は、第１平板部１０ａと第２平板部１０ｂを重ね合わせた状態で、第１鋲穴１１ａと第２鋲穴１１ｂに挿通されている。元頭部１３と加締め頭部１４は、第１平板部１０ａと第２平板部１０ｂを軸方向に挟み込むように配置され、元頭部１３が第１平板部１０ａを軸方向に係止し、加締め頭部１４が第２平板部１０ｂを軸方向に係止している。加締め頭部１４は、鋲軸１２よりも大径の半球状に形成されている。
　上記の保持器４は、次のように製造することができる。
　まず、図２に示すように、鋼板をプレス加工することで、第１ポケット壁部９ａと第１平板部１０ａをもつ第１環状部材７ａを成形する。次に、パンチを用いた打ち抜き加工によって、第１環状部材７ａの第１平板部１０ａに第１鋲穴１１ａを形成する。このとき、第１平板部１０ａの第２平板部１０ｂとの合わせ面１５ａとは反対側（図では上側）から、第１平板部１０ａの第２平板部１０ｂとの合わせ面１５ａの側（図では下側）に向かって第１平板部１０ａをパンチで打ち抜いて第１鋲穴１１ａを形成する。これにより、図１１の左側に示すように、第１鋲穴１１ａの内周には、合わせ面１５ａとは反対側（図では上側）から、合わせ面１５ａの側（図では下側）に向かって順に、軸方向に沿って内径が変化せず一定の円筒状のせん断面１６と、せん断面１６から合わせ面１５ａに向かって拡径するテーパ状の破断面１７が形成される。せん断面１６は、軸方向に延びる筋状の模様をもつ平滑な面である。一方、破断面１７は、第１平板部１０ａの材料が引きちぎられて生じる不規則な凹凸面である。破断面１７は、せん断面１６よりも大きい面粗さを有する。その後、図１１の右側に示すように、第１鋲穴１１ａの合わせ面１５ａの側（図では下側）の端部内周を面取りドリルで切削加工し、第１鋲穴１１ａの内周の破断面１７を除去する。これにより、第１鋲穴１１ａの内周には、合わせ面１５ａに向かって拡径するテーパ面１８が形成され、そのテーパ面１８は、切削加工により形成された平滑な面となる。第２環状部材７ｂも上記と同様に形成する。
　次に、図２に示すように、第１環状部材７ａの各第１平板部１０ａの第１鋲穴１１ａに、それぞれ鋲８を圧入する。このとき、第１鋲穴１１ａに圧入された鋲８は、その鋲軸１２と第１鋲穴１１ａとの間の締め代によって、第１環状部材７ａに保持された状態となっている。また、各鋲８の鋲軸１２は、第１平板部１０ａの第２平板部１０ｂとの合わせ面１５ａから突出した状態となっている。
　その後、圧入により一体化した鋲８と第１環状部材７ａとに軟窒化処理を施す。軟窒化処理は、鋼材の表面に窒化層（表面硬化層）を形成する処理であり、例えば、アンモニアガスと吸熱型変性ガスの混合ガス雰囲気中で、鋼材を変態点よりも低温（４００℃～５９０℃程度の温度）の範囲で加熱することで、鋼材の表面に窒素を浸透させて窒化層を形成する処理である。この軟窒化処理を保持器４に施すと、保持器４の寸法をほとんど変化させることなく、保持器４の耐久性を向上させることが可能となる。この軟窒化処理によって第１環状部材７ａの表面に窒化層が形成されるが、図９に示すように、第１鋲穴１１ａの内周（鋲軸１２との嵌合面）は、鋲軸１２でマスキングされた状態となっているので、窒化層が形成されない非窒化面を有するものとなる。同様に、鋲軸１２の外周の第１鋲穴１１ａの内周との嵌合部分も、窒化層が形成されない非窒化面を有するものとなる。
　また、図９に示すように、第１環状部材７ａと結合する前の状態の第２環状部材７ｂにも軟窒化処理を施す。このとき、第２環状部材７ｂの第２鋲穴１１ｂは鋲８が挿入されておらず、第２鋲穴１１ｂの内周の全体が露出しているので、第２鋲穴１１ｂの内周の全体に窒化層が形成される。
　その後、図１に示す内輪１と外輪２の間に複数の玉３を周方向に等間隔に組み込み、その各玉３を、図３に示すように、第１環状部材７ａの第１ポケット壁部９ａと、第２環状部材７ｂの第２ポケット壁部９ｂとで軸方向両側から挟み込むように、第１環状部材７ａと第２環状部材７ｂを重ね合わせる。このとき、図３に示すように、第１環状部材７ａから突出した状態の各鋲軸１２を、第２環状部材７ｂの各第２鋲穴１１ｂに挿入し、その各鋲軸１２を、第２環状部材７ｂに対して第１環状部材７ａの側とは反対側（図では下側）に第２鋲穴１１ｂから突出させる。
　その後、図４に示すように、第２環状部材７ｂの各第２鋲穴１１ｂから突出した鋲軸１２の部分を、図示しない加締め金型で軸方向に押し潰して加締める（塑性変形させる）ことで加締め頭部１４を形成し、第１環状部材７ａと第２環状部材７ｂを結合する。
　ところで、図６に示すように、第２鋲穴１１ｂから突出する鋲軸１２の部分を加締めて加締め頭部１４を形成するときに、図８に示すように、その加締め頭部１４の元となる加締め前の鋲軸１２の部分を短く設定した場合、鋲軸１２の太り（鋲軸１２が径方向に膨張するように塑性変形すること）が生じ、その鋲軸１２の太りによって第１鋲穴１１ａの内周に引張応力が発生しやすくなる。そして、この第１鋲穴１１ａの内周に発生する引張応力が原因で、保持器４の強度低下が生じる可能性がある。
　特に、上記の方法で軟窒化処理を施す場合、図９に示すように、第１鋲穴１１ａの内周に、窒化層（表面硬化層）が形成されない非窒化面が生じるので、第１鋲穴１１ａの内周に引張応力が発生すると、保持器４の強度低下が生じやすい。
　一方、図７に示すように、第２鋲穴１１ｂから突出する鋲軸１２の部分を加締めて加締め頭部１４を形成するときに、その加締め頭部１４の元となる加締め前の鋲軸１２の部分を長く設定した場合、鋲８に軸方向のガタが生じ、第１平板部１０ａと第２平板部１０ｂとが十分に密着しないおそれがある。鋲８のガタを防止するため、鋲軸１２の加締め荷重を増加させることも考えられるが、鋲軸１２の加締め荷重を増加させると、鋲軸１２の太りが生じ、その鋲軸１２の太りによって第１鋲穴１１ａの内周に引張応力が発生しやすくなってしまう。
　そこで、上記実施形態においては、鋲軸１２の太りによって第１鋲穴１１ａの内周に引張応力が発生するのを防止するとともに、第１平板部１０ａとの第２平板部１０ｂとを十分に密着させるため、図５Ａに示す鋲軸１２の長さＬを、次式を満たすように設定している。
　　　　２．２５×Ｔ　＜　Ｌ　＜　３．４３×Ｔ
　ここで、Ｔは、図３に示すように、第１平板部１０ａと第２平板部１０ｂの重ね合わせた軸方向厚さ（すなわち、第１平板部１０ａと第２平板部１０ｂを重ね合わせた状態での第１平板部１０ａと第２平板部１０ｂ合計厚さ）である。
　そして、上記の式を満たすように鋲軸１２の長さＬを設定していることから、図６に示すように、第２鋲穴１１ｂから突出する鋲軸１２の部分を加締めて加締め頭部１４を形成したとき、加締め頭部１４の体積Ｖは、次式を満たすものとなる。
　　　　１．２５×Ｔ×πｒ２　＜　Ｖ　＜　２．４３×Ｔ×πｒ２
　ここで、ｒは、図６～図８に示す鋲軸１２の半径である。
　また、加締め後における第１鋲穴１１ａと第２鋲穴１１ｂの内部の鋲軸１２の体積をＶ０としたとき、加締め頭部１４の体積Ｖは、次式を満たすものとなっている。
　　　　１．２５×Ｖ０　＜　Ｖ　＜　２．４３×Ｖ０
　ここで、軸受生産時に、加締め頭部１４の体積Ｖを画像処理により測定し、その体積Ｖが上記の式の不等式の範囲に入っているか否かを判定する処理を行なうことで、鋲８の不良や鋲８の組み付け不良を検知することが可能である。
　この実施形態の玉軸受は、図６に示すように、第２鋲穴１１ｂから突出する鋲軸１２の部分を加締めて加締め頭部１４を形成するときに、その加締め頭部１４の元となる加締め前の鋲軸１２の部分（第２鋲穴１１ｂから突出する鋲軸１２の部分）が、１．２５×Ｔに相当する長さよりも長いので、鋲軸１２の太りが生じにくく、鋲軸１２の太りによる引張応力が第１鋲穴１１ａの内周に発生しにくい。そのため、保持器４の強度低下が生じにくい。
　また、この玉軸受は、図６に示すように、第２鋲穴１１ｂから突出する鋲軸１２の部分を加締めて加締め頭部１４を形成するときに、その加締め頭部１４の元となる加締め前の鋲軸１２の部分（第２鋲穴１１ｂから突出する鋲軸１２の部分）が、２．４３×Ｔに相当する長さよりも短いので、鋲８に軸方向のガタが生じず、第１環状部材７ａの第１平板部１０ａと第２環状部材７ｂの第２平板部１０ｂとが十分に密着し、安定した品質を得ることができる。
　また、この玉軸受は、図１０に示すように、第１鋲穴１１ａの内周に、窒化層（表面硬化層）が形成されない非窒化面を有するため、第１鋲穴１１ａの内周に引張応力が発生すると、保持器４の強度低下が生じやすいが、図６に示すように、第２鋲穴１１ｂから突出する鋲軸１２の部分を加締めて加締め頭部１４を形成するときに、その加締め頭部１４の元となる加締め前の鋲軸１２の部分（第２鋲穴１１ｂから突出する鋲軸１２の部分）が、１．２５×Ｔに相当する長さよりも長いので、鋲軸１２の太りによる引張応力が第１鋲穴１１ａの内周に発生するのを効果的に防止することが可能となっている。
　加締め前の鋲軸１２の部分の長さＬ（図５Ａ参照）と、鋲軸１２の半径ｒ（図６～図８参照）と、第１平板部１０ａと第２平板部１０ｂの重ね合わせた軸方向厚さＴ（図３参照）と、第１鋲穴１１ａの内周の引張応力による保持器４の強度低下の有無と、第１環状部材７ａの第１平板部１０ａと第２環状部材７ｂの第２平板部１０ｂとの密着性との関係を解析した結果を次の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記の表に示される解析の結果により、第１平板部１０ａと第２平板部１０ｂの重ね合わせた軸方向厚さＴ（図３参照）に対する加締め前の鋲軸１２の部分の長さＬ（図５Ａ参照）の比率Ｌ／Ｔが２．２５よりも大きくなるようにＬを設定することで、保持器４の強度低下を防止することができ、一方、比率Ｌ／Ｔが３．４３よりも小さくなるようにＬを設定することで、第１環状部材７ａと第２環状部材７ｂの密着不良を防止することができることを確認することができる。
　また、この玉軸受は、第１鋲穴１１ａの内周のテーパ面１８が、切削加工により形成された平滑な面とされているので、保持器４の強度低下を特に効果的に防止することが可能となっている。すなわち、図１１の左側に示すように、第１平板部１０ａをパンチで打ち抜くことで形成した第１鋲穴１１ａを、第１平板部１０ａの材料が引きちぎられて生じる不規則な凹凸面である破断面１７を追加工で除去せずにそのまま用いた場合、加締め頭部１４の形成時の鋲軸１２の太りにより第１鋲穴１１ａの内周に引張応力が発生したときに、破断面１７（不規則な凹凸面）を起点として亀裂等が生じやすくなり、保持器４の強度低下を生じるおそれがある。これに対し、上記実施形態のように、図１１に示される破断面１７を切削加工により除去すると、鋲軸１２の太りによる引張応力が第１鋲穴１１ａの内周に発生したときにも、第１鋲穴１１ａの内周に亀裂等が生じにくく、保持器４の強度低下を防止することが可能となる。
　上記実施形態では、図５Ａに示すように、半球状の元頭部１３をもつ鋲８を例に挙げて説明したが、図５Ｂに示すように、球台状の元頭部１３をもつ鋲８や、図５Ｃに示すように、円筒状の元頭部１３をもつ鋲８を採用してもよい。
　上記実施形態では、内輪１として、内輪軌道溝６が外周に形成された中空の環状部材を例に挙げて説明したが、内輪１は、必ずしも中空の環状部材である必要はなく、内輪１として、例えば、玉３が転がり接触する内輪軌道溝６が外周に直接形成された中実の部材（軸体）を採用することも可能である。要するに、内輪（inner race）は、玉が転がり接触する環状の内輪軌道溝を外周に有する内方部材であればよい。
　また、上記各実施形態では、外輪２として、外輪軌道溝５が内周に形成された中空の環状部材を例に挙げて説明したが、外輪２は、必ずしも中空の環状部材である必要はなく、外輪２として、例えば、玉３が転がり接触する外輪軌道溝５を内周に直接形成した軸受箱を採用することも可能である。要するに、外輪（outer race）は、玉が転がり接触する環状の外輪軌道溝を内周に有する外方部材であればよい。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１　　　　内輪
２　　　　外輪
３　　　　玉
４　　　　波形鉄板保持器
７ａ　　　第１環状部材
７ｂ　　　第２環状部材
８　　　　鋲
９ａ　　　第１ポケット壁部
９ｂ　　　第２ポケット壁部
１０ａ　　第１平板部
１０ｂ　　第２平板部
１１ａ　　第１鋲穴
１１ｂ　　第２鋲穴
１２　　　鋲軸
１３　　　元頭部
１４　　　加締め頭部
１５ａ　　合わせ面
１６　　　せん断面
１８　　　テーパ面

Claims (6)

  1. 　内輪（１）と、
    　内輪（１）の径方向外側に同軸に設けられた外輪（２）と、
    　前記内輪（１）と前記外輪（２）の間に組み込まれた複数の玉（３）と、
    　前記複数の玉（３）を保持する波形鉄板保持器（４）とを有し、
    　前記波形鉄板保持器（４）は、鋼板製の第１環状部材（７ａ）と、前記第１環状部材（７ａ）と軸方向に対向する鋼板製の第２環状部材（７ｂ）と、前記第１環状部材（７ａ）と前記第２環状部材（７ｂ）を結合する複数の鋲（８）とを有し、
    　前記第１環状部材（７ａ）は、前記玉（３）を収容する第１ポケット壁部（９ａ）と、軸方向に貫通する第１鋲穴（１１ａ）が形成された第１平板部（１０ａ）とを周方向に交互に有し、
    　前記第２環状部材（７ｂ）は、前記玉（３）を収容する第２ポケット壁部（９ｂ）と、軸方向に貫通する第２鋲穴（１１ｂ）が形成された第２平板部（１０ｂ）とを周方向に交互に有し、
    　前記各鋲（８）は、前記第１鋲穴（１１ａ）と前記第２鋲穴（１１ｂ）に挿通された円柱状の鋲軸（１２）と、前記鋲軸（１２）の一端に成形され、前記第１平板部（１０ａ）を軸方向に係止する元頭部（１３）と、前記鋲軸（１２）の他端に形成され、前記第２平板部（１０ｂ）を軸方向に係止する加締め頭部（１４）とを有する玉軸受において、
    　前記加締め頭部（１４）の体積をＶ、前記第１鋲穴（１１ａ）と前記第２鋲穴（１１ｂ）の内部の前記鋲軸（１２）の体積をＶ０としたときに、次式を満たすように前記加締め頭部（１４）が形成されていることを特徴とする玉軸受。
    　　　　１．２５×Ｖ０　＜　Ｖ　＜　２．４３×Ｖ０
  2. 　前記第１平板部（１０ａ）と前記第２平板部（１０ｂ）の重ね合わせた軸方向厚さをＴ、前記鋲軸（１２）の半径をｒとしたときに、次式を満たすように前記加締め頭部（１４）が形成されている請求項１に記載の玉軸受。
    　　　　１．２５×Ｔ×πｒ２　＜　Ｖ　＜　２．４３×Ｔ×πｒ２
  3. 　前記第１環状部材（７ａ）の表面および前記第２環状部材（７ｂ）の表面には、窒化層が形成され、
    　前記第２鋲穴（１１ｂ）の内周は、その全体に前記窒化層が形成され、
    　前記第１鋲穴（１１ａ）の内周は、前記窒化層が形成されていない非窒化面を有する請求項１または２に記載の玉軸受。
  4. 　前記第１環状部材（７ａ）および前記第２環状部材（７ｂ）が、機械構造用炭素鋼、冷間圧造用炭素鋼、ステンレス鋼のいずれかで形成されている請求項１から３のいずれかに記載の玉軸受。
  5. 　前記鋲（８）が、機械構造用炭素鋼、冷間圧造用炭素鋼、ステンレス鋼のいずれかで形成されている請求項１から４のいずれかに記載の玉軸受。
  6. 　前記第１鋲穴（１１ａ）の内周は、軸方向に沿って内径が変化せず一定の円筒状のせん断面（１６）と、前記せん断面（１６）から、前記第１平板部（１０ａ）の前記第２平板部（１０ｂ）との合わせ面（１５ａ）に向かって拡径するテーパ面（１８）とで構成され、前記テーパ面（１８）は、切削加工により形成された平滑な面とされている請求項１から５のいずれかに記載の玉軸受。
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