JPH1119828A - 玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法及びその装置 - Google Patents
玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法及びその装置Info
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Abstract
所定の圧縮残留応力及び硬さを付与する表面硬化処理方
法及びその装置を提供する。 【解決手段】 筒形バレル1の内壁には、長手方向に延
びる突出部4が6等配に突設されている。筒形バレル1
と共軸の支持軸2の外周には、筒形バレル1内の長手方
向に延びる平板状羽根部5が3等配に突設されている。
羽根部5に、焼入れ硬化された鋼球叩打部6が固着され
ている。支持軸2は、筒形バレル1より高速でB方向に
回転する。筒形バレル1内に収容された鋼球3は、筒形
バレル1のA方向へ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。落下する鋼球3は、鋼球叩打部
6に叩打されてC方向に飛び、C方向に位置する鋼球3
又は筒形バレル1内壁に打ち付けられる。これを繰り返
して、鋼球3の表面を硬化させる。
Description
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。
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)。
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。
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。
N(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
mm,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。
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。
1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4
4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。
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2
8の外輪28aはD方向に回転するのに対して、内輪2
8b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。
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。
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1
300mm 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。
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75
0mm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。
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。
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1
000MPa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。
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。
要部断面図。
化処理装置の正面図。
面硬化処理装置の軸に沿った要部断面図。
断面図。
Claims (10)
- 【請求項1】 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。 - 【請求項2】 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。 - 【請求項3】 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。 - 【請求項4】 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。 - 【請求項5】 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。 - 【請求項6】 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。 - 【請求項7】 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。 - 【請求項8】 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。 - 【請求項9】 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。 - 【請求項10】 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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