JP2008064152A - 針状ころ軸受用外輪部材の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外輪を軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割した針状ころ軸受用外輪の製造方法であって、より低コストで生産性の高い製造方法を提供する。
【解決手段】 針状ころ軸受用外輪部材１２の製造方法は、各加工工程の加工位置を決めるためのパイロット穴を形成する工程と（ａ工程）、バーリング加工によって突起１２ａを形成する工程と（ｂ，ｃ工程）、打ち抜き加工により針状ころ軸受用外輪部材１２の外形を形成する工程（ｄ，ｅ工程）と、係合爪１２ｂを針状ころ軸受用外輪部材１２の肉厚方向に曲げる工程（ｆ工程）と、針状ころ軸受用外輪部材１２の外形を所定の曲率に曲げる工程（ｇ〜ｉ工程）と、パイロット穴周辺部分を打ち抜く工程（ｊ工程）とを有する。
【選択図】 図７

Description

この発明は、自動車エンジン用クランクシャフト、カムシャフト、バランスシャフト、およびロッカーシャフト等を支持する針状ころ軸受に使用される外輪部材の製造装置および製造方法に関するものである。

従来、図１に示すような自動車のクランクシャフト１等を支持する軸受としては、一般的に分割型の滑り軸受が使用されている。滑り軸受は負荷容量が高いので、高負荷環境下で使用される軸受として好適である。

しかし、近年では、環境への配慮から省燃費の自動車が求められるようになったことに伴い、滑り軸受に代えて針状ころ軸受が用いられることがある。針状ころ軸受は、滑り軸受と比較すると負荷容量は低いが、回転時の摩擦抵抗が小さいので、回転トルクの低減や支持部分の給油量を減らすことが可能となる。

ただし、クランクシャフト１のクランクピン２を支持する針状ころ軸受は、軸方向に圧入して組み込むことができない。そこで、このような場所に使用される針状ころ軸受が、例えば、米国特許第１９２１４８８号公報（特許文献１）に記載されている。同公報によると、図２に示すような、外輪を軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割した外輪部材４ａ，４ｂを針状ころ軸受に使用することにより、クランクピン２に組み込むことが可能となると記載されている。

また、図３に示すように、外輪７と、外輪７の軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころ８と、針状ころ８を保持する保持器９とを備える針状ころ軸受６を使用して軸５を支持する場合において、軸５の軸受両端部分の軸径を小さくして保持器９を径方向に突出させることによって、保持器９の軸方向へのずれを防止した針状ころ軸受６が、特表２００２−５２５５３３号公報（特許文献２）に記載されている。

また、上記構成の外輪部材の従来の製造方法として、パイプ材を削り出して製造する方法や、鋼板をプレス加工によりカップ状に加工し、カップの側壁を切削加工により分割して外輪部材とする方法が用いられている。
米国特許第１９２１４８８号公報 特表２００２−５２５５３３号公報

図１に示したようなクランクシャフト１等は、回転時に所定の方向に偏った荷重が作用するので、軸受の外輪円周上は、負荷が集中する領域（以下、「負荷領域」という）と、大きな負荷がかからない領域（以下、「非負荷領域」という）とに分かれ、図２に示したような針状ころ軸受３を軸に組み込む場合には、外輪部材４ａ，４ｂの境界４ｃが非負荷領域に位置するように位置決めをする。

しかし、針状ころ軸受３は、外輪部材４ａ，４ｂがハウジングに嵌め合いによって固定されているに過ぎないので、回転時に荷重を受けると外輪部材４ａ，４ｂがハウジング内で回転する可能性がある。このとき、外輪部材４ａ，４ｂの境界４ｃが負荷領域に移動すると、針状ころの回転不良や外輪部材４ａ，４ｂの破損等のトラブルを引き起こす可能性がある。

また、図３に示したような針状ころ軸受６は、保持器９の軸方向へのずれを防止するために軸５の加工が必要となるので、加工コストが増大するという問題がある。さらに、従来の針状ころ軸受用外輪部材４ａ，４ｂの製造方法は、いずれも切削加工を伴うので材料の無駄が多く、また、加工リードタイムが長いという問題がある。

そこで、本発明は、外輪を軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割した針状ころ軸受用外輪の製造方法であって、より低コストで生産性の高い製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る針状ころ軸受の製造装置は、軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された針状ころ軸受用外輪部材の製造装置である。具体的には、針状ころ軸受用外輪部材を第１の曲率より大きい第２の曲率に曲げる第１加工部と、第２の曲率の針状ころ軸受用外輪部材を第１の曲率に広げる第２加工部とを有する。

上記構成のように、完成品の曲率である第１の曲率より大きい第２の曲率に曲げる第１加工部と、第１の曲率に広げる第２加工部とを有する製造装置を使用する事によって、精度の高い針状ころ軸受用外輪部材を得ることができる。また、これらの工程を１つの製造装置で行うことによって、生産性を向上させることが可能となる。

この発明に係る針状ころ軸受用外輪部材の製造方法は、軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された針状ころ軸受用外輪部材の製造方法である。具体的には、打ち抜き加工により針状ころ軸受用外輪部材の外形を形成する工程と、針状ころ軸受用外輪部材を第１の曲率より大きい第２の曲率に曲げる工程と、第２の曲率の針状ころ軸受用外輪部材を第１の曲率に広げる工程とを有する。

好ましくは、針状ころ軸受用外輪部材は、円周方向中央からずれた位置にハウジングと係合して位置決めを行うための位置決め係合部と、幅方向端部に径方向内側に突出して保持器の軸方向への移動を規制する係合爪とを有し、針状ころ軸受用外輪部材の製造方法は、鋼板にバーリング加工によって位置決め係合部を形成する工程と、曲げ加工により係合爪を針状ころ軸受用外輪部材の肉厚方向に曲げる工程とをさらに有する。

上記の製造方法は、鋼板から針状ころ軸受用外輪部材の外形を打ち抜いて所定の形状に成形するので、材料の無駄が少ない。これにより、針状ころ軸受用外輪部材の製造原価を抑えることができる。また、完成品の曲率である第１の曲率より大きい第２の曲率に曲げた後に第１の曲率に広げることによって、精度の高い針状ころ軸受用外輪部材の製造方法となる。

針状ころ軸受用外輪部材の製造方法は、例えば、順送プレスによって行ってもよく、または、トランスファプレスによって行ってもよい。上記の針状ころ軸受用外輪部材の製造方法は、鋼板をプレス加工等により段階的に成形していくので、順送プレスやトランスファプレス等の加工方法が適している。

なお、本明細書中で「順送プレス」とは、プレス内に複数の加工工程を持ち、材料をプレス入口のフィーダにより各工程を移動させることによって、材料を連続的に加工する方法を指すものとする。また、本明細書中で「トランスファプレス」とは、複数の加工工程を必要とする場合に、各工程を行うステージを必要数分設け、搬送装置によって工程品を移動させながら、各ステージで加工を行う方法を指すものとする。

この発明は、鋼板をプレス加工等により段階的に成形していくことによって、より低コストで生産性の高い針状ころ軸受用外輪部材の製造方法を得ることができる。

図４〜図６を参照して、この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受用外輪部材の製造方法により製造された外輪部材１２を有する針状ころ軸受１１を説明する。

針状ころ軸受１１は、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された２つの外輪部材１２を有する外輪１３と、外輪１３の軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころ１４と、針状ころ１４を保持する保持器１５とを備える。

外輪部材１２は、図５（ａ）に示すように、その円周方向中央からずれた位置にハウジングと係合して位置決めを行う位置決め係合部としての突起１２ａと、外輪部材１２の幅方向端部から径方向内側に突出し、保持器１５の軸方向への移動を規制する係合爪１２ｂとを有する。

また、図５（ｂ）および（ｃ）に示すように、外輪部材１２の円周方向の一方側端部は凸形状で他方側端部は凹形状であり、２つの外輪部材１２の凹凸を組み合わせることによって、円筒状の外輪１３を形成する。ここで、外輪１３の分割線は、外輪１３を径方向に分割できればよく、厳密に軸方向と一致していなくてもよいものとする。

保持器１５は樹脂材料で形成され、図６（ａ）に示すように、円周上の複数個所に針状ころ１４を収容するポケットを有する。また、図６（ｂ）に示すように、保持器１５は円周上の一箇所で軸線方向に分割されており、保持器１５を弾性変形させて軸へ組み込んだ後、端部分の凸部１５ａと凹部１５ｂとを係合させる。

上記構成の針状ころ軸受１１は、外輪１３および保持器１５の一部が切断されているので、自動車のクランクシャフト、カムシャフト、バランスシャフト、およびロッカーシャフト等の軸方向に圧入できない箇所を支持する軸受として使用することができる。

また、外輪部材１２に突起１２ａを設けることによって、外輪１３の円周方向への回転を防止し、かつ、係合爪１２ｂを設けることによって、保持器１５の軸方向への移動を規制することができる。

ここで、外輪部材１２には、その円周方向中央部に軸受使用時に負荷領域となる中間領域１２ｄと、その円周方向両端部に軸受使用時に非負荷領域となる端部領域１２ｅとを設け、突起１２ａおよび係合爪１２ｂは、中間領域１２ｄを挟んで反対側の端部領域１２ｅに位置する。

例えば、外輪部材１２の内径面側からバーリング加工によって突起１２ａを形成した場合には、軌道面に凹部が形成されて平滑な面とはならず、凹部上を通過する針状ころの挙動は不安定となる。また、保持器１５の係合部分が係合爪１２ｂの側面に引っ掛かる可能性がある。そのため、突起１２ａや係合爪１２ｂが負荷領域に位置すると、針状ころの回転不良等の軸受の円滑な回転を阻害する原因となり、トラブルを引き起こす可能性がある。

そこで、突起１２ａと係合爪１２ｂとを非負荷領域となる端部領域に配置することにより、これらのトラブルを回避することが可能となる。また、突起１２ａと係合爪１２ｂと
は、同じ側の端部領域に形成してもよいが、中間領域１２ｄを挟んで反対側の端部領域１２ｅに配置することにより、突起１２ａ、係合爪１２ｂ、および外輪部材１２それぞれの加工が容易となる。

さらに、外輪１３を２つの外輪部材１２で構成する場合においては、外輪部材１２の円周方向最外端１２ｃを基準とした中心角をφとすると、端部領域１２ｅは、５°≦φ≦４５°の範囲内とする。

これは、負荷領域となる中間領域１２ｄをできるだけ大きく設定するために、非負荷領域となる端部領域１２ｅは、外輪部材１２の両最外端からそれぞれ４５°以内に設定する必要がある。一方、端部領域１２ｅに配置される突起１２ａおよび係合爪１２ｂが外輪部材１２の円周方向最外端１２ｃに近すぎると、板状の外輪部材１２を円弧状に曲げ加工する場合などの曲げ応力の影響を受けることとなるので、円周方向最外端１２ｃから５°以上中間領域１２ｄ寄りとするのがよい。

上記の実施形態において、外輪１３は、径方向に二分割された外輪部材１２で構成される例を示したが、これに限ることなく、任意の数に分割することとしてもよい。

上記の実施形態においては、各外輪部材１２に一箇所ずつ突起１２ａおよび係合爪１２ｂを配置する例を示したが、これに限ることなく、外輪１３の全周で一箇所にのみ配置してもよいし、各外輪部材１２の複数個所に配置することとしてもよい。

また、上記の実施形態においては、外輪部材１２の軸方向端部の一部に係合爪１２ｂを設けた例を示したが、外輪部材１２の軸方向端部全域に係合爪１２ｂを設けることとしてもよい。この場合においては、係合爪１２ｂの側面に保持器１５が引っ掛かる恐れがないので、係合爪１２ｂが負荷領域に位置しても回転不良等の問題は生じない。

さらには、保持器１５は、樹脂に限らず金属材料をプレス加工等によって形成することとしてもよいし、保持器１５を必要としない総ころ軸受であってもよい。

次に、図７〜図９を参照して、この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受用外輪部材１２の製造方法を説明する。

まず、冷間圧延鋼板等の帯材に各加工工程の加工位置を決めるためのパイロット穴を形成し（ａ工程）、位置決め係合部の中心穴を開けて（ｂ工程）から、バーリング加工によって突起１２ａを形成する（ｃ工程）。

次に、打ち抜き加工により針状ころ軸受用外輪部材１２の円周方向（ｄ工程）および幅方向（ｅ工程）の外形を形成する。このとき、後の工程での位置決めを正確に行うために、パイロット穴の周辺を残して隣接する針状ころ軸受用外輪部材１２を連結しておくとよい。

次に、曲げ加工により係合爪１２ｂを針状ころ軸受用外輪部材１２の肉厚方向に曲げる（ｆ工程）。

次に、針状ころ軸受用外輪部材１２の外形を段階的に曲げて（ｇ〜ｉ工程）、所定の曲率とした後、パイロット穴周辺部分を打ち抜いて（ｊ工程）、針状ころ軸受用外輪部材１２が完成する。

上記の針状ころ軸受用外輪部材１２の製造方法は、鋼板から針状ころ軸受用外輪部材１
２の外形を打ち抜いて所定の形状に成形するので、材料の無駄が少ない。これにより、針状ころ軸受用外輪部材１２の製造原価を抑えることができる。

なお、ｆ工程において、曲げ角度が大きいと係合爪１２ｂの破損の危険性があるので、段階的に曲げることが好ましい。例えば、図８に示すように、係合爪１２ｂを４５°程度に曲げる工程（ｆ１工程）と、係合爪１２ｂを９０°に曲げる工程（ｆ２工程）とによって、所定の形状とする。

また、ｉ工程においても、針状ころ軸受用外輪部材１２の破損等を防ぐために、段階的に曲げ加工を行うことが好ましい。例えば、図９に示すように、針状ころ軸受用外輪部材１２の完成品の曲率である第１の曲率より大きい第２の曲率に曲げる工程（ｉ１工程）と、第２の曲率の針状ころ軸受用外輪部材１２を第１の曲率に広げる工程（ｉ２工程）とを設ける。

通常、鋼板を曲げ加工によって所定の曲率に曲げた場合、鋼板には元に戻ろうとする力が働く（以下、「スプリングバック」という）ので、一度の曲げ加工で所定の曲率を得るのは非常に困難である。また、曲率を小さくする方向に曲げる加工（ｆ２工程）は、曲率を大きくする方向に曲げる加工（ｆ１工程）と比較して、スプリングバックの影響が小さい。そこで、第１の曲率より大きい第２の曲率に曲げた後に第１の曲率に広げることによって、精度の高い針状ころ軸受用外輪部材１２の製造方法となる。

上記の各工程（ａ〜ｊ工程）は、それぞれ別々の工程として行ってもよいが、順送プレス、または、トランスファプレスによって行うこととしてもよい。これにより、各工程を連続的に行うことができる。また、上記の各工程（ａ〜ｊ工程）の全部または一部に相当する加工部を有する針状ころ軸受用外輪部材の製造装置を使用することにより、生産性を高めることができ、結果として針状ころ軸受の製品価格を抑えることができる。

上記の加工工程を経て得られた針状ころ軸受用外輪部材１２は、熱処理およびバレル研磨を施して完成品となる。なお、本明細書中「バレル研磨」とは、工作物を樽状容器の中に粒子状の研磨材、コンパウンドとともに入れ、樽状容器を回転・上下運動させることにより行う研磨方法を指すものとする。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、自動車のクランクシャフト、カムシャフト、バランスシャフト、およびロッカーシャフト等を支持する針状ころ軸受用外輪部材の製造方法に有利に利用される。

自動車のクランクシャフトを示す図である。 従来の針状ころ軸受に使用する外輪であって、径方向に分割可能な外輪を示す概略図である。 保持器の軸方向規制手段を備えた従来の針状ころ軸受を示す図である。 この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ´における断面図である。 この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受の外輪部材を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）をＢ方向から見た図、（ｃ）は（ａ）をＣ方向から見た図である。 この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受の保持器を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ´における断面図である。 この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受用外輪部材の製造方法を示す工程図である。 図７に示すｆ工程の詳細図である。 図７に示すｉ工程の詳細図である。

符号の説明

１ クランクシャフト、２ クランクピン、３，６，１１ 針状ころ軸受、４ａ，４ｂ，１２ 外輪部材、４ｃ 境界、５ 軸、７，１３ 外輪、８，１４ 針状ころ、９，１５ 保持器、１２ａ 突起、１２ｂ 係合爪、１２ｃ 円周方向最外端、１２ｄ 中間領域、１２ｅ 端部領域、１５ａ 凸部、１５ｂ 凹部。

Claims (5)

1. 軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された針状ころ軸受用外輪部材の製造装置であって、
   前記針状ころ軸受用外輪部材を第１の曲率より大きい第２の曲率に曲げる第１加工部と、
   前記第２の曲率の前記針状ころ軸受用外輪部材を前記第１の曲率に広げる第２加工部とを有する、針状ころ軸受用外輪部材の製造装置。
2. 軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された針状ころ軸受用外輪部材の製造方法であって、
   打ち抜き加工により前記針状ころ軸受用外輪部材の外形を形成する工程と、
   前記針状ころ軸受用外輪部材を第１の曲率より大きい第２の曲率に曲げる工程と、
   前記第２の曲率の前記針状ころ軸受用外輪部材を前記第１の曲率に広げる工程とを有する、針状ころ軸受用外輪部材の製造方法。
3. 前記針状ころ軸受用外輪部材は、円周方向中央からずれた位置にハウジングと係合して位置決めを行うための位置決め係合部と、幅方向端部に径方向内側に突出して保持器の軸方向への移動を規制する係合爪とを有し、
   前記針状ころ軸受用外輪部材の製造方法は、鋼板にバーリング加工によって前記位置決め係合部を形成する工程と、曲げ加工により前記係合爪を前記針状ころ軸受用外輪部材の肉厚方向に曲げる工程とをさらに有する、請求項２に記載の針状ころ軸受用外輪部材の製造方法。
4. 前記針状ころ軸受用外輪部材の製造方法は、順送プレスによって行う、請求項２または３に記載の針状ころ軸受用外輪部材の製造方法。
5. 前記針状ころ軸受用外輪部材の製造方法は、トランスファプレスによって行う、請求項２〜４のいずれかに記載の針状ころ軸受用外輪部材の製造方法。

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