JP4363523B2 - 軸受軌道輪の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、軌道輪の軌道面形成部分が鉄系材料から形成され、それ以外の部分がアルミニウム合金等の軽量材料から形成されている軽量軸受軌道輪の製造方法に関するものである。
軸受の内輪および外輪は、転動体の軌道面の耐磨耗性などを確保するために、ベアリング鋼、ダクタイル鋳物などの高比重の素材から製造されている。軸受の軽量化を図るために、下記の特許文献１においては、軽合金製の軌道輪本体部材と鉄系素材からなる軌道面形成部材からなる複合軌道輪が提案されている。また、下記の特許文献２において、かかる複合軌道輪の製造方法が提案されている。
特開２０００−１８６７１８号公報
特開２００２−３３９９９１号公報
本発明の課題は、粉末鍛造を利用して、軌道面形成部分が耐磨耗性に優れた素材から形成されている軌道面形成部分と、軽量素材から形成されているそれ以外の軌道輪本体部分とが強固に一体化された軸受軌道輪の製造方法を提案することにある。
本発明は、第１の素材から形成されている円環状の軌道輪本体部分と、前記第１の素材に比べて耐磨耗性および硬度の高い第２の素材から形成され、外周面あるいは内周面に転動体の軌道面が形成されている円環状の軌道面形成部分とを有し、これらの部分が同心状態に一体化された構成の軸受軌道輪の製造方法において、
前記第２の素材を用いて、前記軌道面形成部分を形成するための軌道面形成用リングを製造し、
前記軌道輪本体部分を複数の部位に分割し、少なくともその一部を、前記第１の素材の粉末を用いてプレ成形し、
鍛造型に、前記軌道面形成用リングとプレ成形体を装着した状態で、前記第１の素材の粉末を用いて粉末鍛造を行うことにより、前記軌道面形成用リング、前記プレ成形体および前記軌道輪本体部分の残りの部位が一体化された円環状の複合部材を製造し、
前記複合部材に表面仕上げ処理などの後処理を施すことを特徴としている。
前記第２の素材を用いて、前記軌道面形成部分を形成するための軌道面形成用リングを製造し、
前記軌道輪本体部分を複数の部位に分割し、少なくともその一部を、前記第１の素材の粉末を用いてプレ成形し、
鍛造型に、前記軌道面形成用リングとプレ成形体を装着した状態で、前記第１の素材の粉末を用いて粉末鍛造を行うことにより、前記軌道面形成用リング、前記プレ成形体および前記軌道輪本体部分の残りの部位が一体化された円環状の複合部材を製造し、
前記複合部材に表面仕上げ処理などの後処理を施すことを特徴としている。
このように、前記軌道輪本体部分を複数の部位に分割し、少なくともその一部を、前記第１の素材の粉末を用いてプレ成形し、鍛造型に、前記軌道面形成用リングとプレ成形体を装着した状態で、前記第１の素材の粉末を用いて粉末鍛造を行うことにより、前記軌道面形成用リング、前記プレ成形体および前記軌道輪本体部分の残りの部位が一体化された円環状の複合部材を製造するようにしているので、プレ成形により、粉末鍛造時のインサートを任意の位置に精度良く位置決めできる。
クロスローラベアリングなどの内外輪の場合には、前記軌道輪本体部分をその中心軸線に直交する面で左右に分割した形状の第１および第２の分割片のうちの第１の分割片を、前記第１の素材の粉末を用いてプレ成形し、鍛造型に、前記軌道面形成用リングと前記第１の分割片とを装着した状態で、前記第１の素材の粉末を用いて粉末鍛造を行うことにより、前記軌道面形成用リング、前記第１の分割片および前記軌道輪本体部材の残りの部位が一体化された円環状の複合部材を製造することが望ましい。
この代わりに、前記第１および第２の分割片の双方をプレ成形し、鍛造型に、前記軌道面形成部材と、前記第１および第２の分割片とを装着した状態で、粉末鍛造を行うことにより、前記軌道面形成用リング、前記第１および第２の分割片が一体化された前記複合部材を製造するようにしてもよい。
前記第１の素材として、アルミニウム合金、チタン合金等の軽金属の合金、またはセラミックを用いることができる。また、前記第２の素材として、ベアリング鋼、ダイス鋼、ダクタイル鋳鉄またはステンレスチタン合金を用いることができる。
次に、本発明は軸受軌道輪に関するものであり、上記の方法により製造されたことを特徴としている。
本発明では、異なる素材からなる軌道輪本体部分および軌道面形成部分を粉末鍛造により一体化している。これらの部分の素材を適切に選択することにより、軽量で耐久性の高い軸受軌道輪を簡単な工程により製造することができる。
以下に、図面を参照して、本発明を適用した波動歯車装置ユニットについて説明する。
（全体構成）
図１は、本発明により製造された軽量クロスローラベアリングが組み込まれているシルクハット型波動歯車装置を備えた波動歯車装置ユニットの断面図である。図２はシルクハット型波動歯車装置の構成を示す説明図である。
図１は、本発明により製造された軽量クロスローラベアリングが組み込まれているシルクハット型波動歯車装置を備えた波動歯車装置ユニットの断面図である。図２はシルクハット型波動歯車装置の構成を示す説明図である。
本例の波動歯車装置ユニット１は、ユニット軸線１ａの方向に一定の間隔を開けて配置した第１の端板２および第２の端板３と、これらの第１および第２の端板２、３の間に配置されたクロスローラベアリング４とを有している。これら第１、第２の端板２、３およびクロスローラベアリング４の外輪４１によって構成されるユニットハウジングの内部に、シルクハット型の波動歯車装置５が組み込まれている。また、第１および第２の端板２、３の中心には軸孔が形成されており、ここには、ボールベアリング６、７によって回転自在に支持された中空入力軸８が貫通している。
クロスローラベアリング４は、外輪４１と内輪４２と、これら内外輪の間に区画形成されている円環状軌道に挿入された複数のコロ４３とを備えている。外輪４１は、円環状の外輪本体部分４１１と、この外輪本体部分の内周面に一体化されていると共に内周面に軌道面が形成されている円環状の軌道面形成部分４１２とを備えた複合部品である。
内輪４２は、円環状をした広幅の内輪本体部分４２１と、この内輪本体部分４２１における一方の端部側の外周面部分に一体化されていると共に外周面に軌道面が形成されている円環状の軌道面形成部分４２２とを備えた複合部品である。さらに、本例の内輪４２は、その内輪本体部分４２１における他方の端部側の内周面部分に一体化されていると共に内周面に内歯５１１が形成されている円環状の歯部形成部分５１２を備えている。すなわち、本例の内輪４２は以下に述べるシルクハット型の波動歯車装置５の剛性内歯歯車との兼用部品である。この構成の内輪４２の内輪本体部分４２１は、不図示の締結用ボルトによって、第２の端板３に締結固定されている。
シルクハット型の波動歯車装置５は、円環状の剛性内歯歯車５１と、シルクハット型の可撓性外歯歯車５２と、楕円形輪郭の波動発生器５３とを備えている。剛性内歯歯車５１は上記のようにクロスローラベアリング４の内輪４２と一体物として形成されている。すなわち、内歯５１１が内周面に形成されている円環状の歯部形成部分５１２が、内歯歯車兼用の内輪４２の内周面に一体化されている。
可撓性外歯歯車５２は円筒状の胴部５２１と、この一端に連続して半径方向の外方に広がっている環状のダイヤフラム５２２と、このダイヤフラム５２２の外周縁に連続している厚肉の環状ボス５２３と、胴部５２１の他端部分の外周面に形成されている外歯５２４とを備え、全体としてシルクハット形状をしたものである。環状ボス５２３は、クロスローラベアリング４の外輪４１の環状端面と第１の端板２の間に挟まれ、締結ボルト（図示せず）によって、これらの部品に締結固定されている。よって、可撓性外歯歯車５２と剛性内歯歯車５１はクロスローラベアリング４を介して相対回転自在の状態となっている。
波動発生器５３は、入力軸８の外周面に形成されている楕円形輪郭の剛性カム板部分５３１とボールベアリング５３２とを備え、このボールベアリング５３２は、剛性カム板部分５３１の外周面と可撓性外歯車５２の外歯５２４が形成されている部分の内周面との間に嵌め込まれている。
ここで、外輪４１の外輪本体部分４１１に形成したボルト孔４１４が開口している外輪本体部分の環状端面４１５には、ボルト座面形成用の環状板９が取り付けられ、この環状板９も締結用ボルトによって外輪本体部分４１１の側に締結固定されている。この環状板９の内周縁側の部分には、オイルシール用のシールリング９１が取り付けられており、このシールリング９１によって外輪４１と内輪４２の隙間がシールされている。
この構成のシルクハット型の波動歯車装置ユニット１では、入力回転軸８の第１の端板３から突出している突出部分が、モーター出力軸等の回転源に接続固定される。また、第１の端板２あるいは第２の端板３が、負荷側に接続固定される。入力回転軸８が高速回転すると、楕円形状の波動発生器５３によって楕円形状に撓められて円周方向の２か所で内歯４２４に噛み合っている外歯４１４の噛み合い部分は円周方向に移動する。外歯と内歯の歯数は異なっているので、歯数差に応じた相対回転がこれらの外歯と内歯の間に発生する。この回転は、入力回転数に比べて大幅に減速されたものとなる。第２の端板２および第２の端板３のうちの一方が負荷側に接続され、他方が回転しないように固定されるので、負荷側に接続された端板の側から減速回転が出力されて負荷側に伝達される。
上述のように、クロスローラベアリング４の外輪４１は、外輪本体部分４１１と軌道面形成部分４１２からなる複合部品である。内輪４２は、内輪本体部分４２１と、軌道面形成部分４２２と、内周面に内歯５１１が形成されている歯部形成部分５１２からなる複合部品である。
外輪本体部分４１１および内輪本体部分４２１は、鉄系素材よりも軽い軽量素材から形成されており、例えば、アルミニウム合金、チタン合金等の軽金属の合金、またはセラミックを採用することができる。これに対して、軌道面が形成されている軌道面形成部分４１２、４２２および、内歯が形成されている歯部形成部分５１２は一般的に使用されている鉄系素材から形成されている。例えば、ベアリング鋼、ダイス鋼、ダクタイル鋳鉄、ステンレスチタン合金などから形成されている。
さらに、本例では、入力軸８もアルミニウム合金、チタン合金等の軽金属の合金、プラスチック、またはセラミック等の軽量素材から形成されており、その外周面に形成されている波動発生器５３の剛性カム板部分５３１も同一の軽量素材から形成されている。
（クロスローラベアリングの外輪、内輪の製造方法）
図３を参照して、複合部品である外輪４１の製造方法を説明する。まず、ベアリング鋼、ダイス鋼あるいはステンレスチタン合金などから軌道面形成部分４１２を形成するための軌道面形成用リング４１２Ａを製造する（ステップＳＴ１）。また、単一あるいは複数種類の原料粉末を配合・混合して、外輪本体部分４１１を製造するための金属粉末を用意しておく（ステップＳＴ２）。次に、軌道面形成用リング４１２Ａを鍛造型に挿入した状態で、金属粉末を用いて粉末鍛造を行う（ステップＳＴ３）。この結果、軌道面形成用リング４１２Ａの外周側に外輪本体部分４１１を形成するためのリング状部分４１１Ａが一体化された外輪用複合部品４１Ａが得られる。この複合部品４１Ａにサイジングなどの後処理を施して（ステップＳＴ４）、外輪４１が得られる。
図３を参照して、複合部品である外輪４１の製造方法を説明する。まず、ベアリング鋼、ダイス鋼あるいはステンレスチタン合金などから軌道面形成部分４１２を形成するための軌道面形成用リング４１２Ａを製造する（ステップＳＴ１）。また、単一あるいは複数種類の原料粉末を配合・混合して、外輪本体部分４１１を製造するための金属粉末を用意しておく（ステップＳＴ２）。次に、軌道面形成用リング４１２Ａを鍛造型に挿入した状態で、金属粉末を用いて粉末鍛造を行う（ステップＳＴ３）。この結果、軌道面形成用リング４１２Ａの外周側に外輪本体部分４１１を形成するためのリング状部分４１１Ａが一体化された外輪用複合部品４１Ａが得られる。この複合部品４１Ａにサイジングなどの後処理を施して（ステップＳＴ４）、外輪４１が得られる。
ここで、粉末鍛造に先立って、外輪本体部分４１１をプレ成形しておく。例えば、外輪本体部分４１１をその中心軸線に直交する平面で左右に分割した形状の第１および第２の分割片４１１ａ、４１１ｂを圧縮成形、あるいは圧縮成形および加熱・焼結工程を経て、プレ成形しておく（ステップＳＴ１１、ＳＴ１２）。軌道面形成用リング４１２と、これらの分割片４１１ａ、４１１ｂを、鍛造型に装着して粉末鍛造を行う（ステップＳＴ３）。この結果、分割片４１１ａ、４１１ｂが一体化して外輪本体部分４１１に対応するリング状部分４１１Ａが形成されると同時に、当該リング状部分４１１Ａと軌道面形成用リング４１２Ａが一体化された複合部品４１Ｂが得られる。この複合部品４１Ｂに所定の後処理を施して（ステップＳＴ４）、外輪４１が得られる。
また、第１および第２の分割片４１１ａ、４１１ｂのうち一方のみをプレ成形しておいてもよい。例えば、第１の分割片４１１ａのみをプレ成形しておき（ステップＳＴ１１）、これと軌道面形成用リング４１２Ａを鍛造型に装着した状態で、金属粉末を用いて粉末鍛造を行う（ステップＳＴ３）。この結果、外輪本体部分４１１に対応するリング状部分４１１Ａと軌道面形成用リング４１２Ａが一体化された複合部品４１Ｃが得られ、この複合部品４１Ｃに後処理を施すことにより（ステップＳＴ４）、外輪４１が得られる。
なお、内輪４２も同様に製造することができる。本例の内輪４２の場合には、軌道面形成部分４２２および歯部形成部分５１２を鉄系素材から形成しておき、これらの部材を鍛造型に装着した状態で金属粉末を用いて粉末鍛造を行うことにより、軌道面形成部分４２２および歯部形成部分５１２が内輪本体部分４２１に一体化された複合部品を得ることができる。この複合部品に内歯を形成するための加工などを施すことにより、内輪４２が得られる。
（その他の実施の形態）
上記の例は、クロスローラベアリングに対して本発明を適用したものであるが、ボールベアリングなどのそのほかの形式の軸受に対しても本発明を同様に適用できることは勿論である。
上記の例は、クロスローラベアリングに対して本発明を適用したものであるが、ボールベアリングなどのそのほかの形式の軸受に対しても本発明を同様に適用できることは勿論である。
１ 波動歯車装置ユニット
２、３ 端板
４ クロスローラベアリング
４１ 外輪
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ 複合部品
４１１ 外輪本体部分
４１１Ａ リング状部分
４１１ａ、４１１ｂ 分割片
４１２ 軌道面形成部分
４１２Ａ 軌道面形成用リング
４２ 内輪
４２１ 内輪本体部分
４２２ 軌道面形成部分
４３ コロ
５ 波動歯車装置
５１ 剛性内歯歯車
５１１ 内歯
５１２ 歯部形成部分
５２ 可撓性外歯歯車
２、３ 端板
４ クロスローラベアリング
４１ 外輪
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ 複合部品
４１１ 外輪本体部分
４１１Ａ リング状部分
４１１ａ、４１１ｂ 分割片
４１２ 軌道面形成部分
４１２Ａ 軌道面形成用リング
４２ 内輪
４２１ 内輪本体部分
４２２ 軌道面形成部分
４３ コロ
５ 波動歯車装置
５１ 剛性内歯歯車
５１１ 内歯
５１２ 歯部形成部分
５２ 可撓性外歯歯車
Claims (7)
- 第１の素材から形成されている円環状の軌道輪本体部分と、前記第１の素材に比べて耐磨耗性および硬度の高い第２の素材から形成され、外周面あるいは内周面に転動体の軌道面が形成されている円環状の軌道面形成部分とを有し、これらの部分が同心状態に一体化された構成の軸受軌道輪の製造方法において、
前記第２の素材を用いて、前記軌道面形成部分を形成するための軌道面形成用リングを製造し、
前記軌道輪本体部分を複数の部位に分割し、少なくともその一部を、前記第１の素材の粉末を用いてプレ成形し、
鍛造型に、前記軌道面形成用リングとプレ成形体を装着した状態で、前記第１の素材の粉末を用いて粉末鍛造を行うことにより、前記軌道面形成用リング、前記プレ成形体および前記軌道輪本体部分の残りの部位が一体化された円環状の複合部材を製造し、
前記複合部材に表面仕上げ処理などの後処理を施すことを特徴とする軸受軌道輪の製造方法。 - 請求項１において、
前記軌道輪本体部分をその中心軸線に直交する面で左右に分割した形状の第１および第２の分割片のうちの第１の分割片を、前記第１の素材の粉末を用いてプレ成形し、
鍛造型に、前記軌道面形成用リングと前記第１の分割片とを装着した状態で、前記第１の素材の粉末を用いて粉末鍛造を行うことにより、前記軌道面形成用リング、前記第１の分割片および前記軌道輪本体部分の残りの部位が一体化された円環状の複合部材を製造することを特徴とする軸受軌道輪の製造方法。 - 請求項２において、
前記第１および第２の分割片をプレ成形し、
鍛造型に、前記軌道面形成部分と、前記第１および第２の分割片とを装着した状態で、粉末鍛造を行うことにより、前記軌道面形成用リング、前記第１および第２の分割片が一体化された前記複合部材を製造することを特徴とする軸受軌道輪の製造方法。 - 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
前記第１の素材は、アルミニウム合金、チタン合金等の軽金属の合金、またはセラミックであることを特徴とする軸受軌道輪の製造方法。 - 請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、
前記第２の素材は、ベアリング鋼、ダイス鋼、ダクタイル鋳鉄またはステンレスチタン合金である軸受軌道輪の製造方法。 - 請求項１ないし５のうちのいずれかの項において、
前記軸受軌道輪はクロスローラベアリングの外輪あるいは内輪であることを特徴とする軸受軌道輪の製造方法。 - 請求項１ないし６のうちのいずれかの項に記載の方法により製造されたことを特徴とする軸受軌道輪。
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