JP2539750B2 - ベアリングの内輪と外輪とを製造する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ベアリングの外輪と内
輪とを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在最も発達した小径ベアリング製造方
法の工程図を図１に示す。この図に示す製造方法は、下
記の工程で外輪と内輪とを製作する。 （１） ベアリングの原材料であるバー材１を鍛造機２
で鍛造して、中心に孔のある円盤状とする。その後、熱
処理して焼きなましする。この処理をした原材料が、加
工工場に運搬される。 （２） 加工工場に運搬された円盤状の原材料３は、外
輪部分と内輪部分の側面となる幅を研磨する。この工程
で、原材料３の幅は、完成外輪５と内輪６の幅に等しく
加工される。 （３） 原材料３の外径面を研磨する。この工程で、原
材料３の外径は完成外輪５の外径に等しく加工される。 （４） 原材料３の内径面を旋削する。この工程で、原
材料３の内径は、完成内輪６の内径に等しく旋削され
る。ところで、本明細書において、「旋削」とは研磨を
含む広い意味に使用する。 （５） 外周の隅部と、内周の隅部とを旋削して丸面に
加工する。 （６） 外輪と内輪とを分離するために、原材料３の片
面に溝４を旋削する。溝４の幅は、溝４で分離される外
輪の内径と、内輪の外径とをほぼ完成品の寸法とするよ
うに決定される。 （７） 原材料３を反転して、反対面にも溝４を旋削す
る。 （８） 外輪を停止して内輪をプレスし、外輪と内輪と
を分離する。 （９） 外輪の内面に、外軌道７を旋削する。 （１０） 外輪に、ベアリングのシールを嵌着するため
の外溝９を両側に旋削する。 （１１） 分離された内輪の外周面に、内軌道８を旋削
する。 （１２） 内輪の外周面を旋削して、内輪を完成品とす
る。

【０００３】以上の工程で処理された外輪５と内輪６と
は、加工精度を±４／１００ｍｍのオーダーとするレー
スである。この精度に加工された外輪と内輪であるレー
スは、ベアリングの組立工場に運ばれて焼き入れ、研磨
処理されて、精度を１／１０００ｍｍのオーダーに仕上
げてベアリングとして組み立てられる。本明細書におい
て、外輪と内輪の完成品は、ベアリング組立工場に運搬
される前の状態すなわち、研磨して所定の精度に処理す
る前の状態を意味するものとする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにして、小
径ベアリングの外輪と内輪とを製造する方法は、原材料
を有効に使用することができず、また、切粉の発生量が
多くなるのを原理的に解消できない。円盤状の原材料３
に溝４を旋削して外輪５と内輪６とに分離するからであ
る。ベアリングは、多くの機械装置に多く使用される基
本的な部品である。このため、安価に多量生産できるこ
とが極めて大切である。従来から行われている前記の加
工方法は、各処理工程を充分に検討されており、製造コ
ストはほとんど極限まで低減されている。したがって、
従来の方法を改良して、製造コストを低減することは極
めて困難である。

【０００５】外輪と内輪のコストを低減するためには、
原材料コストを低減して、加工処理に要するコストを低
減する必要がある。本発明者等は、溝を旋削するときに
相当量の金属を切削して除去することに着目した。この
旋削工程は、原材料を有効に使用できない部分を多くし
て、原材料の使用効率を低下させるばかりでなく、廃棄
するのに手間がかかる切粉を多く発生させる。この旋削
工程を省略して、外輪と内輪とが製造できるなら、原材
料の使用効率を改善できると共に、切粉発生量を著しく
低減できる。このため、原材料コストを低減して、全体
に加工コストも低減できる。

【０００６】外輪と内輪を、スクラップができないよう
にして分離する方法が、特開昭５２−１１９４６３号公
報に記載される。この公報に記載されるベアリングの製
造方法は、図９に示す工程で内輪と外輪を製作する。 （１） 原材料２０を偏平形状に加工する。 （２） 偏平形状の素材を凹部を有する有底形状に形成
する。この形状に加工された素材は、底部が内輪とな
り、筒部が外輪となる。筒部の外径と内径は、外輪の外
径と内径に等しく加工される。さらに、素材全体の高さ
は外輪の高さと同一に加工される。 （３） 有底形状に加工された素材の筒部の内側部分の
軸方向に延長する切断線で、底部と筒部とに切断して、
外輪を形成して内輪を分離する。さらに、この工程で、
底部から中央を円形に打ち抜いて、内輪を製造する環状
素材２１を形成する。環状素材２１を形成するときに、
打ち抜かれた円形部分はスクラップとして廃棄される。 （４） 環状素材２１は、内輪よりも大きな外径と、内
輪よりも小さい内径となっている。さらに、環状素材
は、内輪よりも薄くなっている。薄い環状素材を、所定
の外径と内径と厚さの内輪２２に加工する。

【０００７】この公報に記載される製造方法は、原材料
からスクラップができないように外輪と内輪を分離でき
る特長がある。しかしながら、この製造方法は、外輪と
内輪を分離するときにできるスクラップを皆無にするた
めに、薄い板状に加工された 環状素材から内輪を製作す
る必要がある。いいかえると、薄い環状素材から内輪を
加工する必要がある。内輪に加工される環状素材の外径
を、外輪の内径に等しくして、外輪と内輪を分離すると
きにできるスクラップを皆無にするからである。薄い環
状素材を内輪に加工するのは極めて困難である。とく
に、ベアリングには炭素成分の多い硬い金属材料が使用
されるので、薄い板状にプレスされた環状素材を、その
後の加工で厚くして外径を小さくして全体を厚くするの
は、実際には極めて困難である。さらに、ベアリングに
極めて高い信頼性が要求されることも、薄い環状素材を
厚く、外径を小さく加工することを著しく難しくしてい
る。それは、薄い環状素材を厚く加工して外径を小さく
するという難しい工程では、鋼球の転動面となる内輪の
外周面にクラック等が発生する可能性を皆無にできない
からである。ベアリングの製造工程において、たとえ１
万個に１個の不良品が発生したとしても、そのベアリン
グを確実に除去する必要があり、その選別は極めて困難
である。

【０００８】内輪を薄い環状素材とするのではなくて、
完成された内輪と外輪にほぼ等しい形状にして分離する
方法も記載される。この製造方法は、図１０に示すよう
に、原材料２０を外輪と内輪の厚さに等しく加工した
後、中心を内輪の内径に等しい大きさで打抜し、さら
に、外輪と内輪を段差ができる形状に加工して、外輪と
内輪の間を円盤状に除去して外輪と内輪を分離する。こ
の方法で分離された外輪と内輪は、薄い金属素材を厚く
加工する必要がない。ただ、この方法は、外輪と内輪の
間にできる円盤状のスクラップができるのを皆無にでき
ない。このため、原材料を有効に使用できない。

【０００９】すなわち、従来の方法は、外輪と内輪を分
離するときにスクラップができるか、あるいは、スクラ
ップができないようにすると、内輪の加工が難しくなっ
て、高品質な内輪を安価に多量生産できなくなる欠点が
ある。

【００１０】本発明は、これ等の弊害を解消することを
目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、
内輪を外輪から打抜加工すると共に、これを圧延成形す
ることによって、原材料の使用効率を改善して原材コス
トを低減できるベアリングの内輪と外輪とを製造する方
法を提供するにある。

【００１１】打抜加工して分離された内輪の外径は、分
離された外輪の内径に等しくなる。従来の製造方法のよ
うに、外輪と内輪の間に所定の幅の溝を旋削して、外輪
と内輪とを分離しないからである。本発明は、打抜加工
して分離された外輪と内輪の両方を、圧延成形して外径
と内径とを所定の大きさとし、さらに、旋削量を極減し
て切粉の発生量を著しく少なくできるベアリングの内輪
と外輪とを製造する方法を提供することにある。

【００１２】さらにまた、本発明の他の重要な目的は、
処理する機械台数を少なくして省力化が可能で、外輪と
内輪とを能率よく加工処理してレースを安価に多量生産
できるベアリングの内輪と外輪とを製造する方法を提供
するにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、前
述の目的を達成するために下記のようにして外輪と内輪
とを製造する。本発明の製造方法は、製品となる外輪よ
りも小さい外径の円盤状に形成されている金属製の原材
料を、ポンチング機で打抜加工し、完成品である完成内
輪の外径よりも小さい外径の内輪を外輪から分離する。

【００１４】分離された内輪と外輪は、表面を除去加工
して表面を平滑にする。

【００１５】打抜加工して分離された外輪と内輪とは、
従来のように溝を旋削して分離した外輪と内輪のよう
に、外径と内径とが完成と同一とならない。外径と内径
とが完成の寸法となっていない外輪と内輪と圧延成形す
る。この工程で、外輪の外径および内径を完成外輪の外
径と内径に、内輪の外径および内径を完成内輪の外径と
内径と同一に成形する。

【００１６】

【作用】本発明のベアリングの内輪と外輪とを製造する
方法は、従来のように、円盤状の原材料を旋削して外輪
と内輪とに分離するのに代わって、打抜加工して外輪と
内輪とに分離する。このように、本発明の方法は、溝を
旋削しないので、切粉が発生しない。溝を旋削して分離
する従来の方法は、原材料を、外輪と、内輪と相当量の
切粉とに分離する。本発明の製造方法は、原材料を打抜
加工して外輪と内輪に分離し、分離する工程で切粉を発
生させない。このため、原材料を無駄なく有効に利用し
て、外輪と内輪とに分離できる。

【００１７】ただ、打抜加工した外輪と内輪とは、外径
や内径が完成品であるレースの寸法とはならない。打抜
加工した状態で、内輪の外径が外輪の内径に等しくなる
からである。外径と内径の寸法が異なる外輪と内輪と
は、圧延成形して完成品であるレースと同じ寸法に成形
する。圧延成形は、旋削するのでなく、外輪と内輪とを
押圧して、成形するので、切粉が発生しない。また、こ
の方法で成形すると、外径や内径を所定の寸法に成形す
るのと同時に、軌道等を設けたり、丸面取り等をするこ
ともできる。このため、従来の旋削方法に比較すると、
簡単かつ容易に、しかも短時間に所定の寸法に成形し
て、軌道等を設けることができる。

【００１８】

【実施例】以下 本発明の実施例を図２に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するための方法を例示するものであって、木発
明のベアリングの内輪と外輪とを製造する方法を下記の
方法に特定するものでない。

【００１９】（１） バー材を所定の厚さに切断する工
程 図３に示すように、カッター１０を使用して、円柱状の
バー材１を所定の厚さに切断してベアリングの原材料３
とする。バー材１には、組織を球状化処理済みで、硬さ
がロックウェル（Ｂスケール）で測定してＨＲＢ＝９０
〜９１であるＳＵＪ２を使用する。このバー材１は、鉄
以外に下記の成分を含有する。 Ｃ……０．９５〜１．１０ｗｔ％ Ｓｉ…０．１５〜０．３５ｗｔ％ Ｍｎ…０．５ｗｔ％以下 Ｐ……０．０２５ｗｔ％以下 Ｓ……０．０２０ｗｔ％以下 Ｃｒ…１．３０〜１．６０ｗｔ％ Ｍｏ…０．０８ｗｔ％以下 Ｎｉ…０．２５ｗｔ％ Ｃｕ…０．２５ｗｔ％以下 バー材１には、ＳＵＪ２に代わってＳＵＪ３〜５も使用
できる。バー材１を切断するカッター１０は、回転軸１
０Ａに所定の間隔で丸鋸刃１０Ｂを固定している。カッ
ター１０の回転軸１０Ａをバー材１と平行に配設し、回
転している丸鋸刃１０Ｂをバー材１に接近させて、バー
材１を切断する。バー材１の外径は、これを打抜加工し
た後に圧延成形して、所定の寸法の外輪と内輪とにでき
る大きさに設計される。たとえば、完成外輪の外径を４
０ｍｍとするレースを製作するバー材は、外径を３１ｍ
ｍとする。

【００２０】（２） ポンチング機で原材料を打抜加工
する工程 図４に示すように、ポンチング機を使用して原材料３
に、内輪の中心孔１１を打抜加工する。その後、中心孔
１１にブッシュ１２を嵌入し、図５に示すポンチング機
を使用して、原材料３を打抜加工し、外輪と内輪とに分
離する。ポンチング機は、原材料３を嵌入できる凹部１
３Ａのある金型１３と、原材料３の中心を打抜加工する
ポンチ１４とを備える。さらに、ポンチング機は、原材
料３を金型１３の凹部１３Ａに挿入するポンチガイド１
７を備える。ポンチガイド１７が原材料３を押圧する状
態で、ポンチ１４でもって原材料３をポンチングする。
金型１３の凹部１３Ａは、原材料３の外径よりも多少大
きい内径に設計され、打抜加工するときに、原材料３の
外形が変形するのを防止する。このポンチング機は、ポ
ンチ１４で原材料３を打抜加工して、中心孔１１を設
け、さらに、原材料３を外輪と内輪とに分離する。打抜
加工される内輪の外形は、たとえば、完成内輪の外径を
２５ｍｍとするレースを製作する場合、打抜加工される
内輪の外形を２２ｍｍとする。

【００２１】（３） 外輪と内輪とを熱処理する工程 ポンチング機で打抜加工された外輪と内輪とは、加工硬
化、残留応力が生じ硬くなっている。硬くなった外輪と
内輪を冷間ローリングして圧延成形すると、表面に微細
な割れが発生し、また、変形して完全な円形に成形でき
ない。冷間ローリングで割れと変形を防止するために、
外輪と内輪とを熱処理する。熱処理において、外輪と内
輪は７８０℃に３時間加熱して、加熱温度から７００℃
まで３時間かけて除冷する。また、加熱温度を８００
℃、加熱時間を１０分とし、これを空冷して熱処理する
こともできる。空冷に代わって、加熱して外輪と内輪と
を炉冷することもできる。

【００２２】ポンチング機で打抜加工されたときに外輪
と内輪に発生する加工硬化と残留応力は、６００±２５
℃に加熱した後、空冷、まはた炉冷することによって、
ほぼ完全に除去できる。ただ、外輪と内輪とを焼きなま
しして、硬度をさらに低くするには、７３０℃以上に加
熱して、空冷、まはた炉冷する。したがって、熱処理さ
れる外輪と内輪は、好ましくは７００℃〜９００℃、よ
り好ましくは７３０℃〜９００℃に加熱される。加熱温
度を７００℃以上、好ましくは７３０℃以上に設定し、
さらに、加熱した外輪と内輪の冷却時間を長くすること
は、軟化させることに効果がある。ただ、９００℃以上
に加熱することは、組織の球状化を破壊することから好
ましくない。

【００２３】（４） 熱処理した外輪と内輪を旋削する
工程 熱処理した外輪と内輪とは、加熱されて表面に脱炭層が
できる。脱炭層の膜厚は５／１００〜８／１００ｍｍで
ある。この脱炭層を除去するために、外輪と内輪の表面
を旋削する。外輪と内輪とは、内径を旋削し、外径を旋
削または研磨し、幅を研磨する。脱炭層を完全に除去す
るために、外輪と内輪とは、表面を１０／１００ｍｍ以
上旋削する。

【００２４】（５） 外輪と内輪とを圧延成形する工程 表面を旋削した外輪と内輪とを、冷間転造成形盤を使用
して、冷間ローリングによる圧延成形する。圧延成形さ
れた外輪と内輪とは、完成外輪と内輪の寸法に仕上げら
れる。

【００２５】冷間転造成形盤は、図６に示すように、内
輪と外輪の中心に挿入されるマンドレル１５と成形ロー
ル１６とを有する。マンドレル１５は、外輪または内輪
の内径に挿入され、成形ロール１６が外周を押圧、転造
して外輪と内輪とを冷間圧延する。たとえば、内径を１
０．５ｍｍとする内輪を圧延成形するマンドレル１５
は、内輪の内径を転造する部分の最大外形を１０．３ｍ
ｍとし、最少外形を約８ｍｍとする。外輪と内輪とは、
圧延成形して、図７のＡ〜Ｈ面を仕上げる。すなわち、
外輪のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ面と、内輪のＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ面と
を仕上げる。外輪をこの形状に圧延成形して仕上げるマ
ンドレル１５は、外輪に外軌道を成形する凸条を有す
る。内輪をこの形状に圧延成形する成形ロール１６は、
内軌道を成形する凸条を有する。このように、内輪を圧
延成形して内軌道を成形し、外輪を圧延成形するときに
外軌道を成形すると、軌道として除去される部分の材料
を有効に使用できる特長がある。ただ、圧延成形した
後、旋削して内軌道と外軌道とを加工することもできる
のは言うまでもない。

【００２６】（６） 旋削して外輪と内輪とを所定の寸
法に仕上げる工程 圧延成形された外輪は、幅を旋削して所定の寸法に仕上
げるとともに、ベアリングのシールを嵌着するための溝
を旋削して形成する。ただ、シールを嵌着する溝は、圧
延成形によって成形することもできる。シールを嵌着す
る溝の形状が複雑な外輪や内輪は、圧延成形で不完全な
溝を設け、この溝を旋削して設計どうりの溝に加工する
ことができる。内輪の外形を圧延成形で設計通りに成形
できない場合、内輪の外形を旋削して、所定の形状に成
形する。

【００２７】

【発明の効果】本発明のベアリングの内輪と外輪とを製
造する方法は、材料歩留を向上して、原料コストを低減
できる特長がある。それは、本発明の製造方法が、外輪
の外径よりも小さい円盤状の原材料を打抜加工して、外
輪と内輪とに分離し、これを圧延成形して所定の寸法に
成形するからである。打抜加工して外輪と内輪とに分離
する本発明の製造方法は、従来のように、外輪と内輪と
の間に溝を旋削して分離し、あるいは、図１０に示すよ
うに、外輪と内輪とを薄い金属部で連結された形状に加
工する方法のように、原材料の一部を除去する必要がな
い。このため、原材料は、ほとんど全てを外輪と内輪と
に有効に利用できる。したがって、実際に使用する原材
料の使用量を減少して、原料コストを低減できる特長が
ある。ちなみに、型番６２０３ベアリングのレースとし
て、外径４０．１７ｍｍの外輪と、外径２５ｍｍの内輪
とを製造する場合、従来の方法では原材料の外径を４
０．８ｍｍ、内径を１５．３０ｍｍ、幅を１２．７ｍｍ
とする必要があった。この原材料の重量は１２４．２４
ｇとなる。これに対して、本発明の方法は、原材料の外
径が３１ｍｍであるバー材を、鋸刃の取りしろを含めて
１５ｍｍピッチ（鋸刃の取りしろが２ｍｍ、切断された
原材料の幅が１３ｍｍ）に切断して、外輪および内輪レ
ースを製造できる。この原材料は、８８．９５ｇのバー
材を使用する。したがって、原材料を３５．２９ｇと約
２８％も削減できる。

【００２８】図８（ａ）は、従来の方法で製造されるベ
アリングレースの原材料と、外輪および内輪の外径を示
している。図８（ｂ）は、本発明の方法で製造するベア
リングレースの原材料と、外輪および内輪の外径を示し
ている。この図に示すように、従来の方法は、原材料の
外径を完成外輪の外径にほぼ等しくする必要があるが、
本発明の製造方法は、外径の小さい原材料を使用して、
原材料よりも大きな外輪と内輪とを製造でき、原材料の
歩留を改善できる。

【００２９】さらにまた、本発明のベアリングの内輪と
外輪とを製造する方法は、従来のように、原材料を旋削
して外輪と内輪を所定の寸法に加工するのではなく、打
抜加工して分離した外輪および内輪を、圧延成形して所
定の寸法に仕上げるので、従来の方法に比較して切粉を
極減できる特長がある。このため、切粉の処理に手間が
かからず、また、作業環境を著しく改善できる特長があ
る。

【００３０】さらまた、本発明のベアリングレースの製
造方法は、打抜加工して分離した外輪と内輪とを圧延成
形して所定の寸法に成形するので、旋削加工する工程を
著しく簡素化できる。このため、処理装置の自動化ライ
ンを簡素化できると共に、作業者の熟練期間を短縮し、
また、作業者に高度な技術が要求されず、さらにまた、
故障発生率を低減して能率よくベアリングレースを多量
生産できる特長を実現する。

【００３１】また、本発明の方法で製造された外輪と内
輪は、圧延成形して内径と外径とを所定の寸法とするこ
とができ、しかも、偏肉精度を高くできる特長もある。

【００３２】さらにまた、本発明のベアリングの製造方
法は、外輪と内輪を分離するときにスクラップが発生し
ないにもかかわらず、極めて高品質に、外輪と内輪のレ
ースを多量生産できる特長がある。それは、本発明のベ
アリングの製造方法が、図９に示す従来の方法のよう
に、薄い環状素材を厚く加工して内輪を製造する必要が
ないからである。本発明の製法は、外輪と内輪を分離す
るときに、スクラップが発生しないように、内輪の外径
を外輪の内径に等しくするが、分離された外輪と内輪の
両方を圧延成形して外径を大きくするので、内輪を薄い
環状素材とする必要がない。図９に示すように、軸方向
の厚さに比較して、半径方向の幅が相当に広い環状素材
を半径方向に押しつぶして、所定の外径の内輪とする従
来の製造方法は、薄い環状素材を厚い内輪に加工するの
が極めて難しく、高品質なベアリングを多量生産するこ
とは実際にはほとんど不可能である。本発明の製造方法
は、分離された外輪の内径と、内輪の外径をほぼ等しく
するが、その後に外輪と内輪の両方を大きく圧延成形す
るので、内輪を薄い環状素材から加工する必要がない。
このため、外輪と内輪とをスクラップができないように
分離できるにもかかわらず、高品質なレースを安価に多
量生産できるという、ベアリングの製造方法にとって正
に理想的な特長を実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のベアリングの製造過程を示す工程図

【図２】本発明の一実施例にかかるベアリングの製造過
程を示す工程図

【図３】バー材を円盤状に切断する状態を示す正面図

【図４】ポンチング機で原材料を打抜加工して内輪の中
心孔を穿孔する状態を示す断面図

【図５】ポンチング機で原材料を打抜加工して外輪と内
輪とに分離する状態を示す断面図

【図６】打抜加工された外輪と内輪とを圧延成形する状
態を示す断面図

【図７】圧延成形された外輪と内輪の断面を示す断面図

【図８】従来の方法と本発明の方法でベアリングレース
を製造する原材料と外輪および内輪の外径を示す断面図

【図９】 スクラップができないように、外輪と内輪を分
離する従来の製造方法を示す断面図

【図１０】 外輪と内輪を分離してレースを製造する従来
の製法を示す断面図

【符号の説明】

１…バー材 ２…鍛造機 ３…原材料 ４…溝 ５…外輪 ６…内輪 ７…外軌道 ８…内軌道 ９…外溝 １０…カッター １０Ａ…回転軸 １０
Ｂ…丸鋸刃 １１…中心孔 １２…ブッシュ １３…金型 １３Ａ…凹部 １４…ポンチ １５…マンドレル １６…成形ロール １７…ポンチガイド２０…原材料 ２１…環状素材 ２２…内輪

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 製品となる外輪よりも小さい外径の円盤
   状に形成されている金属製の原材料を、ポンチング機で
   打抜加工し、ベアリングの完成品である完成内輪の外径
   よりも小さい外径の内輪を外輪から分離する工程と、 分離された内輪と外輪の表面を除去加工する工程と、 表面が除去加工された内輪と外輪とを圧延成形し、外輪
   の外径および内径を完成外輪の外径と内径に、内輪の外
   径および内径を完成内輪の外径と内径と同一に成形する
   ことを特徴とするベアリングの内輪と外輪の製造方法。