JP3771007B2 - 玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼入鋼からなる玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法、及びその装置の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
転がり疲れ寿命及び音響特性の観点から、SUJ2に代表される高炭素クロム軸受鋼(JIS G4805)、又はSUS440Cに代表されるマルテンサイト系ステンレス鋼(JIS G4303)からなる玉軸受用鋼球に、焼入れ・焼戻し後、表面硬化処理を施して表面層に大きな圧縮残留応力を付与するとともに硬さを高める技術が知られている(例えば、特開平5−195069号公報)。
【0003】
また、この表面硬化処理方法として、特公平1−12813号公報に記載されている方法が知られている。
次に、図8を参照して、特公平1−12813号公報に記載されている方法を説明する。
焼入鋼からなる鋼球101を焼入れ・焼戻し後、正八角形鋼製バレル100内にその内容積を填めることなく、多くてもほぼ2/3の容積部分に入れる。バレルの中心を軸104としてバレル100を矢印Pの方向に回転させる。バレル100の回転に従って上方側に回って来た鋼球101は、矢印Qの方向に落下して下部に位置する鋼球101の表面に打ち付けられる。これを繰り返すことにより、鋼球と鋼球及び鋼球とバレル100内壁とで互いに打ち付けられ、鋼球101の全表面が打ち付け処理される。
なお、符号102はバレル100の支持枠、符号103は鋼球101の出し入れ口をそれぞれ示す。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法には下記の問題点があった。
(1) バレルの回転が余り高速であっては遠心力のため鋼球がバレル内壁に密着するだけで所期の打ち付けを得られず、バレルの回転数は80r.p.m.以下にしなければならなかった。
従って、単位時間当りの鋼球打ち付け回数が少なく、所定の圧縮残留応力、及び硬さを得るのに長時間を要していた。
【0005】
(2) 25mm鋼球の1個正味重量が0.62N(63.57gf)であるのに対して、3mm鋼球の1個正味重量は0.001N(0.11gf)という具合に、鋼球径が小さくなる程、1回当りの打ち付け力が小さくなる。
また、バレルの回転数は上記(1) の理由により制限されているから、3mm等の小径鋼球を表面硬化処理する場合、さらに長時間を要していた。
【0006】
(3) 所定時間で3mm等の小径鋼球を表面硬化処理するためには鋼球落下距離を大きくすることが考えられるが、そのためにはバレルを大きくしなければならない。このため、装置自体が大型化するとともに作業性が悪くなった。
結果的に、1〜3mmの極小鋼球の表面硬化処理は、現実的に不可能であった。
【0007】
(4) 最近の玉軸受用鋼球のニーズとしては、例えば、自動車のトランスミッション軸受のように潤滑油中に異物が混入している場合でも長寿命を要求されるものが多くなっている。このような用途では、鋼球の表面層に、より高い圧縮残留応力、及び硬さを付与することが必要になる。
しかし、より高い圧縮応力及び硬さを付与するためには、バレルを大きくするとともに、処理時間を長くしなければならなかった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、焼入鋼からなる玉軸受用鋼球を、焼入れ・焼戻し後、内壁に長手方向に延びる突出部が突設された筒形バレル内の下部に収容し、該筒形バレルを該筒形バレルと共軸の支持軸の周りに回転させ、前記筒形バレルの回転に伴い上方に移動する前記突出部から下方に落下する前記鋼球を、前記筒形バレルとは逆方向に回転するとともに前記筒形バレル内の長手方向に延び且つ前記支持軸の外周に突設された平板状羽根部によって叩打して下方の前記鋼球又は筒形バレル内壁に打ち付け、これを繰り返すことにより、前記鋼球の表面を硬化させる方法と装置により、前記課題を解決した。
【0009】
羽根部を有する支持軸の回転数は、筒形バレルの回転数の1.5倍以上であることが好ましい。
なお、羽根部の鋼球叩打面は、焼入れ硬化されていることが望ましい。
【0010】
さらに、支持軸に羽根部を周方向に3等配に突設するとともに、筒形バレル内壁の突出部を周方向に6等配に突設することが好ましい。
【0011】
次に、作用について説明する。
筒形バレル内壁の突出部は鋼球を撹拌する。また、筒形バレルの回転に伴い上方に移動する突出部から下方に落下する鋼球は、筒形バレルより高速で逆回転する羽根部の鋼球叩打面に叩打されて、下方の鋼球又は筒形バレルに打ち付けられる。
従って、従来の方法より短時間で、鋼球の表面層に所定の圧縮残留応力及び硬さが均一に付与される。
さらに、羽根部の回転数を変えることにより、鋼球叩打力が調整される。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態を説明するための軸線に直角方向の要部断面図である。
筒形バレル1の内壁に長手方向(紙面の垂直方向)に延びる突出部4が周方向に6等配に突設されている。筒形バレル1と軸線を共通にする支持軸2には、筒形バレル1内の長手方向(紙面の垂直方向)に延びる平板状羽根部5が支持軸2の外周に3等配に突設されている。また、羽根部5には、鋼球3を叩打するための焼入れ硬化された叩打部6が固着されている。さらに、突出部4と羽根部5との間、及び羽根部5の長手方向端部と筒形バレル1の側壁との間(図示せず)には、所定の隙間が設けられている。なお、符号7は羽根部5の補強板、符号8は鋼球3の出し入れ口、符号9は出し入れ口8に嵌脱される蓋をそれぞれ示す。
【0013】
焼入鋼からなる鋼球3は、焼入れ・焼戻し後、筒形バレル1の内容積のほぼ1/3以下の容積部分である下部に収容される。筒形バレル1が矢印Aの方向に回転すると、鋼球3は、筒形バレル1の回転に伴い上方に移動する突出部4から下方に落下する。無論、筒形バレル1の回転中、鋼球3は常に下部に位置する突出部4により撹拌されている。
【0014】
一方、羽根部5を有する支持軸2は、筒形バレル1の回転数の1.5倍以上の回転数で、矢印Bの方向(A方向とは逆方向)に回転する。従って、突出部4から下方に落下する鋼球3は、B方向に回転する羽根部5の叩打部6に叩打されて、回転方向Bの接線方向に相当する矢印Cの方向に飛び、C方向に位置している鋼球3又は筒形バレル1内壁に衝打される。
そして、これを繰り返すことにより鋼球3の全表面を打ち付け、鋼球3の表面層に所定の圧縮残留応力及び硬さを付与する。
なお、羽根部5を支持軸2の外周に3等配に突設させるとともに、突出部4を筒形バレル1内壁に6等配に突設させた理由は、種々実験の結果、この実施形態が一番能率が良いことが分かったことによる。
【0015】
【実施例】
図2乃至図5に、3〜17mm鋼球に適用される実施例の表面硬化処理装置10を示す。
この表面硬化処理装置10は、筒形バレル20と、筒形バレル20を軸支する支持軸30と、筒形バレル20を回転させる筒形バレル回転駆動機構40と、支持軸30を筒形バレル20とは逆方向に回転させる支持軸回転駆動機構50とからなる。
【0016】
筒形バレル20は、例えば、外径1200mm,肉厚16mm,巾1300mm位の中空筒体21に側板22をボルト23で締着して組み立てられる。中空筒体21の内壁には、長手方向に延びる突出部24が周方向に6等配に突設されている。また、筒形バレル20は、ピローブロック26を介して支持軸30に支承されている。なお、中空筒体21には鋼球出し入れ口(図示せず)が設けられている。
【0017】
支持軸30は、ピローブロック36を介してフレーム60に支承されている。支持軸30の外周には、筒形バレル20内の長手方向に延びる平板状羽根部32が周方向に3等配に突設されている。羽根部32には、鋼球を叩打するための焼入れ硬化された叩打部34がボルト35で締着されている。また、羽根部32と突出部24との間隔は約100mm、羽根部と側板22との間隔は約40mmに設定されている。なお、符号33は羽根部32の補強板を示す。
【0018】
筒形バレル回転駆動機構40は、電動機41と、ベルト伝動部42と、ボルト46でピローブロック26及び筒形バレル20に締着されるスプロケット44を含むローラチェーン伝動部43とからなる。
支持軸回転駆動機構50は、電動機51と、ベルト伝動部52と、支持軸30に嵌着されるスプロケット54を含むローラチェーン伝動部53とからなる。
なお、伝動機構としてベルト伝動及びローラチェーン伝動を例示したが、これに限定されるものではなく、歯車伝動、又はワイヤロープ伝動でもよい。
【0019】
次に、作用について説明する。
鋼球出し入れ口から所定量の焼入れ・焼戻しされた鋼球を筒形バレル20内に投入した後、鋼球出し入れ口を閉じる。
次に、筒形バレル20及び支持軸30を、それぞれ、所定の回転数で矢印D及び矢印Eの方向に回転させる。この場合、ピローブロック26に組み込まれている玉軸受28の外輪28aはD方向に回転するのに対して、内輪28bはE方向に回転する。
鋼球の表面硬化処理機構は前記と同様なので、説明は省略する。
【0020】
処理後、鋼球出し入れ口を開放し、手動で筒形バレル20と支持軸30をそれぞれ寸動回転させて、鋼球を球受けカバー62に取り出す。球受けカバー62は図3に示したように傾斜しているから、鋼球は自重により転動して容器(図示せず。)に収容される。そして、研磨加工等通常の工程に従って製品に完成される。
なお、筒形バレル20の回転数、支持軸30(羽根部32)の回転数及び処理時間は、表面層の硬さ測定と、X線による圧縮残留応力及び残留オーステナイト量測定と、寿命試験とに裏付けられて決定されることは言うまでもない。
【0021】
鋼球に表面硬化処理を施すことは既に公知であり、この処理によって得られる圧縮残留応力値の良好な範囲も既に知られている。鋼球を、このような良好な圧縮残留応力値の範囲に入れるための処理条件を、従来技術と本発明とで比較すると次のとおりである。
鋼球呼び5/16インチの場合、
従来の図8で示す正八角形鋼製バレルでは、
バレルの大きさ: 対辺距離1000mm 幅1200mm
鋼球収容重量 : 480Kgf
バレル回転数 : 65r.p.m.
処理時間 : 2.5時間
一方、図2乃至5の本発明の装置では、
バレルの大きさ: 外径1200mm 肉厚16mm 幅1300mm
鋼球収容重量 : 480Kgf
バレル回転数 : 20r.p.m.
羽根部回転数 : 65r.p.m.
処理時間 : 1.5時間
従って、本発明によれば、処理時間を40%短縮できることが分かる。
【0022】
次に、図6及び図7に、1〜3mmの極小鋼球に適用される実施例の表面硬化処理装置70の要部を示す。
第1実施例の構成との相違点は、
(1) 筒形バレル72の大きさが、外径400mm、幅750mm位と小さくなったこと。
(2) 筒形バレル72の突出部73と羽根部74との間隔が20mm位であること。
(3) 羽根部74の鋼球叩打面74aが焼入れ硬化されていること。
(4) ピローブロック26の代わりに、玉軸受76を用いたこと。
である。
その他の構成は第1実施例と同様であるので、第1実施例と同じ構成要素には同じ符号を付して説明は省略する。
【0023】
前記のような極小鋼球については、従来は、バレルによる表面硬化処理が事実上不可能であったことは既に述べたとおりである。
ところが、図6,7の本発明の実施例の表面硬化処理装置によれば、
バレルの大きさ: 外径400mm 幅750mm
鋼球収容重量 : 12Kgf
バレル回転数 : 400r.p.m.
羽根部回転数 : 65r.p.m.
処理時間 : 4時間
で所望の圧縮残留応力値の鋼球を得ることができた。
【0024】
さらに、先に、自動車のトランスミッション軸受のように潤滑油中に異物が混入している場合でも長寿命を要求されるものについては、鋼球の表面層に、より高い圧縮残留応力を付与することが要求されていることを述べたが、本発明によれば、鋼球呼び5/16インチの場合、下記処理条件によって、圧縮残留応力値1000MPaを得ることができた。
バレル回転数 : 20r.p.m.
羽根部回転数 : 80r.p.m.
処理時間 : 3時間
なお、その他の条件は、図2乃至5の本発明の装置について述べたものと同じである。
【0025】
【発明の効果】
本発明は、上記の構成により、従来の方法より短時間で、鋼球の表面層に所定の圧縮残留応力及び硬さを均一に付与することができる。
さらに、羽根部の回転数を変えることにより、鋼球叩打力を調整することができるから、
(1) 従来の方法では困難であった1〜3mmの極小鋼球の表面硬化処理を行うことができる。
(2) 鋼球の表面層に、用途に応じた圧縮残留応力及び硬さを付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態を示す、軸線に直角方向の要部断面図。
【図2】 3〜17mm鋼球に適用される実施例の表面硬化処理装置の正面図。
【図3】 図2の左側面図。
【図4】 上半分を断面にした図1の要部拡大図。
【図5】 図4の5−5線断面図。
【図6】 1〜3mmの極小鋼球に適用される実施例の表面硬化処理装置の軸に沿った要部断面図。
【図7】 図6の7−7線断面図。
【図8】 従来の表面硬化処理装置の軸線に直角方向の断面図。
【符号の説明】
1,20,72 筒形バレル
2,30 支持軸
3 鋼球
4,24,73 突出部
5,32,74 羽根部
6,34,74a 鋼球叩打部
26,76 軸受
40 筒形バレル回転駆動機構
50 支持軸回転駆動機構
Claims (10)
- 焼入鋼からなる玉軸受用鋼球を、焼入れ・焼戻し後、内壁に長手方向に延びる突出部が突設された筒形バレル内の下部に収容し、該筒形バレルを該筒形バレルと軸線を共通にする支持軸の周りに回転させ、前記筒形バレルの回転に伴い上方に移動する前記突出部から下方に落下する前記鋼球を、前記筒形バレルとは逆方向に回転するとともに前記筒形バレル内の長手方向に延び且つ前記支持軸の外周に突設された平板状羽根部によって叩打して下方の前記鋼球又は筒形バレル内壁に打ち付け、これを繰り返すことにより、前記鋼球の表面を硬化させることを特徴とする、玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法。
- 前記羽根部を有する支持軸の回転数が前記筒形バレルの回転数の1.5倍以上である、請求項1の玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法。
- 前記羽根部の鋼球叩打面が焼入れ硬化されている、請求項1又は2の玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法。
- 前記羽根部が周方向に3等配に突設されている、請求項1乃至3のいずれかの玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法。
- 前記筒形バレルの突出部が周方向に6等配に突設されている、請求項1乃至4のいずれかの玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法。
- 内壁に長手方向に延びる突出部が突設された筒形バレルと、該筒形バレルを軸受を介して軸支するとともに前記筒形バレル内の長手方向に延び且つ鋼球を叩打する平板状羽根部が外周に突設された支持軸と、前記筒形バレルを回転させる筒形バレル回転駆動機構と、前記支持軸を前記筒形バレルとは逆方向に回転させる支持軸回転駆動機構とを具えたことを特徴とする、玉軸受用鋼球の表面処理硬化装置。
- 前記羽根部を有する支持軸の回転数が前記筒形バレルの回転数の1.5倍以上である、請求項6の玉軸受用鋼球の表面硬化処理装置。
- 前記羽根部の鋼球叩打面が焼入れ硬化されている、請求項6又は7の玉軸受用鋼球の表面硬化処理装置。
- 前記羽根部が周方向に3等配に突設されている、請求項6乃至8のいずれかの項の玉軸受用鋼球の表面硬化処理装置。
- 前記筒形バレルの突出部が周方向に6等配に突設されている、請求項6乃至9のいずれかの玉軸受用鋼球の表面硬化処理装置。
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