JP5661235B2

JP5661235B2 - 軸受用ころ加工方法

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Publication number: JP5661235B2
Application number: JP2008172604A
Authority: JP
Inventors: 平野　秀和; 秀和平野
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: KR20110020866A; KR101551316B1; JP2010014154A; WO2010001706A1; CN102076980B; EP2309143B1; EP2309143A4; CN102076980A; EP2309143A1

Description

本発明は、軸受用ころ加工方法に関する。

軸受には、円筒ころを用いた円筒ころ軸受、円錐ころを用いた円錐ころ軸受、調芯ころを用いた調芯ころ軸受等がある。円筒ころ軸受は、内輪、外輪ところが線接触しているものであって、ラジアル負荷能力が大きく重荷重用に適している。円錐ころ軸受は、内輪、外輪の軌道ところは頭を切った円すい形で、それぞれの円すいの頂点が軸線上の１点に集まるよう設計されている。調芯ころ軸受は、外輪の軌道は軸受中心と一致する点を中心とした球面に設計され、ころはたる形で、保持器とともに内輪に取付けられている。

図１１は調芯ころ軸受を示し、この軸受は、外径面に２列の軌道面１ａ、１ｂが設けられた内輪１と、内径面に内輪１の各軌道面１ａ、１ｂに対向する軌道面２ａが設けられた外輪２と、内輪１と外輪２の軌道面１ａ、１ｂ、２ａ間に配列された２列のころ３と、これらの２列のころ３を保持する一体の保持器４とを備える。また、内輪１は、その軌道面１ａ、１ｂ間に中鍔部５が設けられているとともに、軸方向端部に外鍔部６、６が設けられている。このため、ころ３は、中鍔部５と外鍔部６との間に介在される。

この場合、ころ３は、外径面３ａが外輪２の軌道面に対応した曲率を有する球面とされ、大端面３ｂが外径面３ａよりも大きな曲率を有する球面とされ、小端面３ｃがストレート面とされている。

また、径面３ａと大端面３ｂとの境界、および、外径面３ａと小端面３ｃとの境界には、それぞれ、アール部Ｒａ、Ｒａが形成されている。このようなアール部Ｒａ、Ｒａは一般的には素材加工時につけたコーナアールを残してこれを使用している場合が多い。また、外径面３ａの加工、端面３ｂ、３ｃの加工、アール部Ｒａ、Ｒａの加工は、それぞれ別々の回転中心で行っていた。

ころ３には、図１２に示すようなものがある。このころ３は、外径面３ａと大端面３ｂとの境界、および、外径面３ａと小端面３ｃとの境界には、それぞれ、面取アール部Ｒｂ、Ｒｃが施され、外径面３ａと面取アール部Ｒｂとは第１アール部Ｒ１を介して滑らかに連続し、大端面３ｂと面取アール部Ｒｂとは第２アール部Ｒ２を介して滑らかに連続している。

前記図１２に示すころ３は、特許文献１に記載のように、図１３に示すような研削砥石１０を使用するものもある。この研削砥石１０は、ころ３の外径面３ａを研削する外径研削部１０ａと、大端面３ｂを研削する大端面研削部１０ｂと、面取アール部Ｒｂを研削する面取研削部１０Ｒｂと、第１アール研削部１０Ｒ１と、第２アール研削部１０Ｒ２とを備える。第１アール研削部１０Ｒ１は、ころ３の第１アールＲ１に対応した曲率半径を有し、外径研削部１０ａと面取研削部１０Ｒｂとを滑らかに連続させるものである。第２アール研削部１０Ｒ２は、ころ３の第２アールＲ２に対応した曲率半径を有し、大端面研削部１０ｂと面取研削部１０Ｒｂとを滑らかに連続させるものである。この場合、ころ３の外径面３ａ、大端面３ｂ、面取アール部Ｒｂを同時研削することになる。
特許３５３９７７０号公報

素材加工時につけたコーナアールを残して使用する場合、連続した接線アールにはなり難い。また、外径面３ａの加工、端面３ｂ、３ｃの加工、面取アール部Ｒｂ、Ｒｃの加工を、それぞれ別々の回転中心で行うものでは、それぞれの加工面を高精度に加工できても、各加工面同士の関係が不安定となる。すなわち、完成品のコーナがころの自転回転中心と同心円とならなかったりする。このため、高精度の製品（ころ）を提供できないおそれがある。

また、特許文献１に記載のものでは、切り込み方向が１方向であるため、アール部Ｒｂ、Ｒｃを一度（同時）に加工することができない。このため、第１アール部Ｒｂと第２アール部Ｒｃとのいずれか一方が滑らかに連続しないものとなるおそれがある。

しかも、図１３に示すような研削砥石１０では、素材の大きさに影響され、外径寸法を揃えれば、全長寸法がバラツキ、全長寸法を揃えれば、外径寸法がばらついてしまうおそれがある。

本発明は、前記課題に鑑みて、精度よく成形することができ、しかも長寿命化を達成できる軸受用ころおよび軸受用ころの加工方法の提供、回転トルクを小さくでき、しかも回転精度の向上を達成できる軸受の提供にある。

本発明の軸受用ころの加工方法は、大端面と小端面とを有し、両端面側にアール部が形成されるとともに両端面にそれぞれセンタ穴が形成された軸受用ころの加工方法であって、両端面のセンタ穴にて支持された状態で、外径面把持によりその軸心廻りに回転させつつ、大端面と、アール部における大端面側コーナ部とを、大端面用砥石にて研削する大端面研削工程と、両端面のセンタ穴にて支持された状態で、外径面把持によりその軸心廻りに回転させつつ、小端面と、アール部における小端面側コーナ部とを、小端面用砥石にて研削する小端面研削工程と、両端面のセンタ穴にて支持された状態で、少なくともいずれか一方の端面からの駆動力伝達によってその軸心廻りに回転させつつ、外径面と、アール部における外径面側コーナ部のみを、端面用砥石とは相違する外径面用砥石にて研削する外径面研削工程とを備え、加工された軸受用ころは、大端面と小端面とを有し、大端面側のアール部が、外径面側コーナ部と、大端面側コーナ部と、外径面側コーナ部と大端面側コーナ部との間の、素材加工時に形成された中間アール部とからなるとともに、小端面側のアール部は、外径面側コーナ部と、小端面側コーナ部とからなるものである。

本発明の軸受用ころの加工方法によれば、センタ穴にて支持された状態で、端面、及びアール部における端面側アール部を研削することができ、センタ穴にて支持された状態で外径面、及びアール部における外径面側コーナ部を研削することができる。このため、高品質の加工が可能となる。

焼入鋼切削にて表面を粗加工した後、前記研削工程を行うのが好ましい。ここで、焼入鋼切削とは、熱硬化処理（焼入れ）後に切削することである。このため、焼入鋼切削時に生じた圧縮応力がころ表面に残る。

本発明の軸受用ころを組み込んだ軸受は、エッジロードを抑えることができるので、内輪及び外輪に与える負荷が低減され、軸受の長寿命化を図ることができる。また、回転トルクを小さくでき、高精度の回転を得ることができる。ころの加工では、全ての加工工程で、センタ穴を支持して加工するので、別個に加工した部位も同心になるので、外径面、及び端面と外径面とのコーナ部が滑らかに連続する加工が可能である。さらに、端面と外径面とを分けて加工することができるため、寸法精度が向上し、このように加工されたころを使用した軸受の回転精度が向上する。

焼入鋼切削を行えば、焼入鋼切削時に生じた圧縮応力がころ表面に残り、より長寿命化を達成できる。

以下本発明の実施の形態を図１から図１０に基づいて説明する。

図１から図３は、本発明に係る軸受用ころを示し、この軸受用ころ２０は、自動調心ころである。自動調心ころ軸受には、ころの形状により非対称ころ軸受と、対称ころ軸受とがある。非対称ころ軸受は、最大径の位置が、長さの中央から外れている非対称ころを用いたものである。対称ころ軸受では、最大径の位置が、長さの中央にある対称ころが用いられる。

この実施形態のころ２０は、非対称ころであって、外径面２０ａの最大外径部Ｍが軸方向センタラインからずれている。また、大端面２０ｂは、外径面２０ａよりも大きな曲率を有する球面とされ、小端面２０ｃはストレート面とされている。すなわち、大端面２０ｂの外径寸法をＡとし、最大外径部Ｍの外径寸法をＢとし、小端面２０ｃの外径寸法をＣとしたときに、Ｂ＞Ａ＞Ｃとなる。ころの軸方向長さをＬとし、最大外径部Ｍから大端面２０ｂまでの軸方向長さをＬ１とし、最大外径部Ｍから小端面２０ｃまでの軸方向長さをＬ２とした場合、Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌであり、Ｌ１＜Ｌ２である。なお、図１において、Ｏｂは大端面２０ｂの曲率中心を示している。

外径面２０ａと大端面２０ｂとのコーナにはアール部２１が形成される。外径面２０ａと小端面２０ｃとのコーナにはアール部２２が形成される。

アール部２１は、図２に示すように、外径面２０ａ側の外径面側コーナ部２１ａと、大端面２０ｂ側の大端面側コーナ部２１ｂと、外径面側コーナ部２１ａと大端面側コーナ部２１ｂとの間の中間アール部２１ｃとからなる。この場合、外径面側コーナ部２１ａの曲率半径をＲａとし、大端面側コーナ部２１ｂをＲｂとし、中間アール部２１ｃをＲｃとしたときに、Ｒｃ＞Ｒａ＝Ｒｂとしている。

アール部２２は、図３に示すように、外径面２０ａ側の外径面側コーナ部２２ａと、小端面２０ｃ側の小端面側コーナ部２２ｂとからなる。この場合、外径面側コーナ部２２ａの曲率半径をｒａとし、大端面側コーナ部２２ｂをｒｂとしたときに、ｒｂ＞ｒａとしている。

外径面２０ａ、及び大端面２０ｂと外径面２０ａとのアール部２１が滑らかに連続するように加工され、外径面２０ａ、及び小端面２０ｃと外径面２０ａとのアール部２２が滑らかに連続するように加工されている。また、大端面２０ｂと小端面２０ｃには、図１に示すように、ころ軸線上に配設されるセンタ穴２３，２４が設けらている。

次に発明にかかる軸受用ころの加工方法を説明する。この場合のころは、円錐ころであって、大端面２０ｂ側には、外径面側コーナ部２１ａと中間アール部２１ｃと大端面側コーナ部２１ｂとからなるコーナ部２１が形成され、小端面２０ｃ側には、外径面側コーナ部２２ａと小端面側コーナ部２２ｂからなるコーナ部２２が形成されている。

この加工方法は、図４に示すように、表面を粗加工する焼入鋼切削工程７０と、端面２０ｂ、２０ｃ及びアール部２１、２２における端面側アール部２１ｂ、２２ｂを研削する端面研削工程７１と、外径面２０ａ及びアール部２１、２２における外径面側コーナ部２１ａ，２２ａを研削する外径面研削工程７２とを備える。

焼入鋼切削工程７０は、図５に示すように、ころ２０のセンタ穴２３，２４を支持するチャック装置３０を使用する。チャック装置３０は、駆動側部材３１と従動側部材３２とを備える。駆動側部材３１は、回転体３３と、この回転体３３の回転力をころ２０の小端面２０ｃに伝達する伝達体３４と、小端面２０ｃのセンタ穴２４にその先端が嵌入するセンタ３５とを備える。また、従動側部材３２は、その軸心廻りにフリーに回転する回転体３６と、大端面２０ｂのセンタ穴２３にその先端が嵌入するセンタ３７とを備える。

このため、駆動側部材３１のセンタ３５と、従動側部材３２のセンタ３７とで、ころ２０がその軸線Ｏ上に配設された状態にて支持される。この状態で、駆動側部材３１側の回転体３３が回転駆動されると、この回転力が伝達体３４を介してころ２０の小端面２０ｃに伝達され、ころ２０はその軸心Ｏ廻りに回転する。

この際、切削工具４０にて切削される。切削工具本体４２と、この切削工具本体４２に付設されるバイト４３とを備える。この切削工具４０は、外径面２０ａに沿って矢印方向Ａへ移動することによって外径面２０ａを切削することができ、端面２０ｂに沿って矢印方向Ｂへ移動することによって端面２０ｂを切削することができる。なお、この実施形態においては、外径面２０ａと端面２０ｂとの切削を一つの切削工具４０にて行うようにしているが、外径面用の切削工具と、端面用の切削工具とを備えたものであってもよい。

この場合の切削は、焼入鋼切削である。このため、このころ素材は、表面に熱処理による硬化層が形成されたものであって、従来からこの種のころに使用されている鋼材（例えば、軸受鋼、中炭素鋼等）を用いられる。ここで、焼入鋼切削は、単に切削のことであり、切削は通常生材の状態で行うので、熱処理後（焼入れ後）の切削であることを明確にするために焼入鋼切削と称した。焼き入れ後に切削を行うため、素材の熱処理変形をこの切削過程で除去することができる。焼入れを行うと、引張残留応力が残り易く、そのままでは疲労強度が低下する。このため、表面を切削すれば、最表面部に圧縮残留応力を付与させることができ、これにより疲労強度が向上する。

硬化処理（熱処理）としては、用いる材質に応じて高周波焼入れ（ころの熱処理にはあまり使われていない）や（ズブ焼入＋焼き戻し）や浸炭焼入れ等にて行われる。高周波加熱による焼き入れとは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により、ジュール熱を発生させて、伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入れ方法である。浸炭焼入れとは、活性化した炭素を多く含むガス、液体、固体などの浸炭剤中で鋼を長時間加熱することにより、表面層から炭素を含浸させる処理（浸炭処理）を行い、この浸炭した鋼に対して、焼入れ焼もどしを行う方法である。

なお、小端面２０ｃ側の切削についての図示を省略しているが、大端面２０ｂ側を駆動側部材３１にて支持させれば、小端面２０ｃを切削工具４１にて切削することができる。

これらの焼入鋼切削工程７０では、大端面２０ｂ側においては、アール部２１の中間アール部２１ｃの曲率半径Ｒｃと同じ曲率半径のアール部が形成され、小端面２０ｃにおいては、アール部２２の小端面側コーナ部２２ｂの曲率半径ｒｂと同じ曲率半径のアール部が形成される。

図１０に、表面からの深さと残留応力の関係を示す。図１０において、Ｎｏ.１の○およびＮｏ.２の●は削り代の小さな切削であり、△は削り代の大きな重切削を示している。このように焼入鋼切削することによって、表面に圧縮応力が生じることが分かる。

次に端面研削工程７１を行って、端面２０ｂ、２０ｃを研削する。この場合、図６に示すように、ドレスにより成形された砥石５０でプランジカットする。プランジカットとは砥石を半径方向に送って研削することである。砥石５０は、図７に示すように、端面研削部５１と、コーナ部研削部５２とを備える。この場合、端面研削部５１は鉛直面上に配設され、コーナ部研削部５２は端面研削部５１に対して所定角度θ２（例えば、約３０度）をなすように傾斜している。

また、この砥石５０を用いる際には、図６に示すようなチャック装置５５が使用される。チャック装置５５は、駆動側部材５６と従動側部材５７とを備える。駆動側部材５６は、回転体５８と、この回転体５８の回転力をころ２０の外径面２０ａに伝達する伝達体５９と、小端面２０ｃのセンタ穴２４にその先端が嵌入するセンタ６０とを備える。また、従動側部材５７は、その軸心廻りにフリーに回転する回転体６１と、大端面２０ｂのセンタ穴２３にその先端が嵌入するセンタ６２とを備える。なお、この従動側部材５７としては、前記図５に示した従動側部材３２と同一構造であるので、従動側部材３２を用いることができる。

このため、駆動側部材５６のセンタ６０と、従動側部材５７のセンタ３７とで、ころ２０がその軸線Ｏ上に配設された状態にて支持される。この状態で、駆動側部材５６側の回転体５８が回転駆動されると、この回転力が伝達体５９を介してころ２０の外径面２０ａに伝達され、ころ２０はその軸心Ｏ廻りに回転する。

すなわち、このチャック装置５５によって、ころ２０をその軸心Ｏ廻りに回転させつつ、砥石５０によって、大端面２０ｂと、アール部２１の大端面側コーナ部２１ｃとを研削することができる。

なお、小端面２０ｃ側の研削についての図示を省略しているが、大端面２０ｂ側を駆動
部材５６にて支持させれば、小端面２０ｃを、前記砥石５０と同様な、端面研削部と、コ
ーナ部研削部とを備えた砥石にて、小端面２０ｃと、アール部２２の小端面側コーナ部２２ｂとを研削することができる。このため、大端面２０ｂ乃至アール部における大端面側コーナ部２１ｂを研削する砥石を大端面用砥石と呼び、小端面２０ｃ乃至アール部における小端面側コーナ部２２ｂを研削する砥石を小端面用砥石と呼ぶことができる。また、端面用砥石にて研削する工程を大端面研削工程と呼び、小端面用砥石にて研削する工程を小端面研削工程と呼ぶことができる。

次に、外径面研削工程７２を行って、図８に示すように、ころの外径面２０ａを研削する。この場合も、ドレスにより成形された砥石６５でプランジカットする。図９に示すように、砥石６５は、外径面２０ａに対して外嵌状となる凹部６６を備え、凹部６６の底面が外径面研削部６７となる。また、凹部６６の大端面側の側面６８の外径面研削部側が、外径面側コーナ部２１ａを研削するコーナ切削部６８ａとなる。凹部６６の小端面側の側面６９の外径面研削部側が、外径面側コーナ部２２ａを研削するコーナ切削部６９ａとなる。

この場合のチャック装置は図５に示すチャック装置を使用することができる。このため、駆動側部材３１のセンタ３５と、従動側部材３２のセンタ３７とで、ころ２０がその軸線上に配設され、駆動側部材３１側の回転体３３が回転駆動されると、この回転力が伝達体３４を介してころ２０の小端面２０ｃに伝達され、ころ２０はその軸心廻りに回転する。

すなわち、このチャック装置５５によって、ころ２０をその軸心廻りに回転させつつ、ころ２０の外径面２０ａおよび外径面側コーナ部２１ａ、２２ａを砥石６５で研削する。これによって、ころ２０に対する研削作業（加工作業）が終了する。なお、図２に示すように、外径面側コーナ部２１ａの傾斜角度をθ１とした場合、例えば３０度とされ、外径面側コーナ部２２ａの傾斜角度をθ３とした場合、例えば２０度とされる。

ところで、図５〜図９に示す加工設備は、例えばコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）の指令によって駆動する。ＣＮＣとは、機械工作に於て工具の移動量や移動速度などをコンピュータにより数値で制御することである。

図５から図９に示す加工工程では、円錐ころを加工するものであったが、図１から図３に示すように、調心ころであっても、この加工工程と同様の加工工程にて加工できる。また、円筒ころであっても、両端面にセンタ穴２３、２４が形成されているものであれば、このような加工装置を用いて、センタ穴２３、２４に支持された状態で、外径面２０ａ、及び端面２０ｂ、２０ｃと外径面２０ａとのコーナのアール部２１、２２が滑らかに連続するように加工できる。

本発明の軸受用ころによれば、外径面２０ａ、及び端面２０ｂ、２０ｃと外径面２０ａとのアール部２１、２２が滑らかに連続するように加工されているので、このころ２０を軸受に組み込んだ場合、エッジロードを抑えることができるとともに、回転トルクを小さくすることができる。

このように、エッジロードを抑えることができるので、内輪及び外輪に与える負荷が低減され、軸受の長寿命化を図ることができる。また、回転トルクを小さくでき、高精度の回転を得ることができる。ころ２０の加工では、全ての加工工程で、センタ穴２３、２４を支持して加工するので、別個に加工した部位も同心になるので、外径面２０ａ、及び端面２０ｂ、２０ｃと外径面２０ａとのコーナ部２１、２２が滑らかに連続する加工が可能である。さらに、端面２０ｂ、２０ｃと外径面２０ａとを分けて加工することができるため、寸法精度が向上し、このように加工されたころを使用した軸受の回転精度が向上する。

焼入鋼切削を行えば、焼入鋼切削時に生じた圧縮応力がころ表面に残り、より長寿命化を達成できる。また、図９に示すように外径面２０ａの研削時には、端面２０ｂに伝達体３４を押し付けるものである。すなわち、この外径面２０ａの研削時を図７に示すように研削された端面２０ｂを基準面とすることになる。このため、軸方向の位置精度が向上し、加工されるころの寸法精度が向上する。

加工設備として、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）の指令によって駆動するものであれば、連続した加工面を安定して加工できる利点がある。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、調心ころである場合、対称ころ軸受であってもよい。また、各コーナ部２１，２２の曲率半径、つまり、外径面側コーナ部２１ａ、２２ａおよび端面側コーナ部２１ａ、２２ｂの曲率半径を任意に設定できる。また、加工の粗さが必要な場合には、ラップ加工を行ってもよい。ここで、ラップ加工とは、研磨の一種であって、加工対象物と工具との間に砥粒を介在させ擦り合わせる加工である。

本発明の実施形態を示すころの側面図である。前記図１に示すころの大端面と外径面との間のコーナ部の拡大図である。前記図１に示すころの小端面と外径面との間のコーナ部の拡大図である。本発明の実施形態を示す軸受用ころ加工方法の簡略ブロック図である。焼入鋼切削工程を示す簡略図である。端面研削工程を示す簡略図である。図６に示す砥石の要部拡大図である。外径面研削工程を示す簡略図である。図８に示す砥石の要部拡大図である。残留応力を示すグラフ図である。従来の軸受を示す要部断面図である。前記従来の軸受用ころの拡大図である。軸受用ころ加工に用いる従来の研削砥石の要部断面図である。

符号の説明

２０ａ外径面
２０ｂ大端面
２０ｃ小端面
２１アール部
２２アール部
２３，２４センタ穴
７０焼入鋼切削工程
７１端面研削工程
７２外径面研削工程

Claims

大端面と小端面とを有し、両端面側にアール部が形成されるとともに両端面にそれぞれセンタ穴が形成された軸受用ころの加工方法であって、
両端面のセンタ穴にて支持された状態で、外径面把持によりその軸心廻りに回転させつつ、大端面と、アール部における大端面側コーナ部とを、大端面用砥石にて研削する大端面研削工程と、
両端面のセンタ穴にて支持された状態で、外径面把持によりその軸心廻りに回転させつつ、小端面と、アール部における小端面側コーナ部とを、小端面用砥石にて研削する小端面研削工程と、
両端面のセンタ穴にて支持された状態で、少なくともいずれか一方の端面からの駆動力伝達によってその軸心廻りに回転させつつ、外径面と、アール部における外径面側コーナ部のみを、端面用砥石とは相違する外径面用砥石にて研削する外径面研削工程とを備え、加工された軸受用ころは、大端面と小端面とを有し、大端面側のアール部が、外径面側コーナ部と、大端面側コーナ部と、外径面側コーナ部と大端面側コーナ部との間の、素材加工時に形成された中間アール部とからなるとともに、小端面側のアール部は、外径面側コーナ部と、小端面側コーナ部とからなることを特徴とする軸受用ころ加工方法。
焼入鋼切削にて表面を粗加工した後、前記研削工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の軸受用ころ加工方法。