WO2017047327A1 - 円すいころ軸受用保持器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

保持器（５）の製造方法は、金属板に絞り加工を施して、テーパ筒状の側部（１５ａ）を有する保持器原形（１５）を成形する絞り工程と、保持器原形（１５）の側部（１５ａ）を、内径側からダイス（２１）で支持した状態で、パンチ（２２）で外径側から内径側に打ち抜くことにより、保持器原形（１５）の側部（１５ａ）に複数のポケット（Ｐ）を形成するポケット抜き工程とを備える。ダイス（２１）とパンチ（２２）との周方向のクリアランスをＣＬ、保持器（５）の板厚をＴＫとしたとき、０．２５≦ＣＬ／ＴＫを満たす。

Description

円すいころ軸受用保持器及びその製造方法

　本発明は、円すいころ軸受に組み込まれる保持器及びその製造方法に関する。

　自動車や産業機械等に使用される円すいころ軸受は、内輪と、外輪と、これらの間に転動自在に配された複数の円すいころと、複数の円すいころを所定の円周方向間隔で保持する保持器とで構成される。

　円すいころ軸受の保持器は、例えば鋼板をプレス加工することにより形成される。例えば特許文献１には、以下の工程からなる保持器の製造方法が示されている。
（１）鋼板から円形ブランクを打ち抜く打ち抜き工程
（２）円形ブランクを絞って円すい台状のカップ（保持器原形）を形成する絞り工程
（３）カップの底に中心ガイド孔及び回転ガイド孔を打ち抜く芯抜き工程
（４）カップの側部にポケットを打ち抜くポケット抜き工程
（５）ポケットの周方向両側の端面（柱部の周方向両側の側面）に案内面を形成する柱押し工程
（６）カップの底を、縁を少し残して抜き落とす内径抜き工程

特開２００４－２９３６９８号公報

　上記の保持器の製造方法のうち、（４）ポケット抜き工程は、従来、カップの側部をパンチで内径側から外径側に向けて打ち抜くことで行われていた。具体的には、まず、図７に示すように、カップ１００のテーパ筒状の側部１０１を外径側からダイス１１０で支持すると共に、カップ１００の側部１０１の内周にパンチ１２０を配置する。そして、図８に示すように、パンチ１２０を外径側に移動させ、パンチ１２０でカップ１００の側部１０１を径方向に打ち抜いてポケットＰ’が形成される。隣接するポケットＰ’の周方向間には、柱部１０２が形成される。

　一般に、金属板をパンチで打ち抜いて形成された切断面のうち、打ち抜き初期側の領域にはせん断面が形成され、打ち抜き後期側の領域には破断面が形成される。具体的に、上記の保持器のポケット抜き工程では、カップ１００の側部１０１をパンチ１２０で内径側から外径側に打ち抜くことにより、図９に示すように、柱部１０２の周方向両側面の内径側領域には、パンチ１２０の打ち抜き方向に沿ったせん断面１０２ａが形成され、柱部１０２の周方向両側面の外径側領域には、パンチ１２０の打ち抜き方向に対してダイス１１０側（パンチ１２０から離反する側）に傾斜した破断面１０２ｂが形成される。この場合、柱部１０２の内径端の周方向幅Ｗ１’は、せん断面１０２ａで規定されるため、隣接するパンチ１２０の周方向間隔とほぼ一致する。一方、柱部１０２の外径端の周方向幅Ｗ２’は、破断面１０２ｂで規定されるため、ダイス１１０とパンチ１２０の周方向のクリアランスＣＬ’の分（詳しくはクリアランスＣＬ’の２倍分）だけ、隣接するパンチ１２０の周方向間隔よりも狭くなり、柱部１０２の強度低下を招く恐れがある。

　例えば、ダイス１１０とパンチ１２０の周方向のクリアランスＣＬ’を小さくすれば、柱部１０２の外径端の周方向幅Ｗ２’の縮小を抑え、柱部の強度低下を抑えることができるとも考えられる。しかし、ダイス１１０とパンチ１２０とのクリアランスＣＬ’を小さくしすぎると、切断面の加工品質が低下し、最悪の場合、ダイス１１０とパンチ１２０とが干渉する恐れがあるため、クリアランスＣＬ’を小さくすることによる柱部の強度確保には限界がある。

　また、上記の保持器の製造方法では、（４）ポケット抜き工程で形成された柱部１０２の内径面１０２ｃと周方向両側面のせん断面１０２ａとの境界に、略直角の角部が形成される。この場合、円すいころと柱部とのエッジ当たりを回避するために、（５）柱押し工程により案内面を形成する工程が必須となり、これにより製造コストが嵩むと共に、柱押し加工による押し潰し部の材料移動に伴う形状崩れの懸念がある。

　以上の事情から、本発明が解決すべき課題は、円すいころ軸受の保持器において、ポケットの打ち抜き加工による破断面に起因した柱部の強度低下を回避すると共に、柱押し加工に起因した形状崩れに伴う品質低下を防ぎ、さらに、製造コストの低減を図ることにある。

　前記課題を解決するために、本発明は、小径環状部、大径環状部、これらを軸方向に連結する複数の柱部、及び複数の柱部の周方向間に設けられた複数のポケットを有し、各柱部の周方向両側面に、内径側に行くにつれて各柱部の周方向中央側に傾斜した案内面が設けられた円すいころ軸受用保持器を製造するための方法であって、金属板に絞り加工を施して、テーパ筒状の側部を有する保持器原形を成形する絞り工程と、前記保持器原形の側部を、内径側からダイスで支持した状態で、パンチで外径側から内径側に打ち抜くことにより、前記保持器原形の側部に前記複数のポケットを形成するポケット抜き工程とを備えた円すいころ軸受用保持器の製造方法を提供する。

　このように、保持器原形の側部をパンチで外径側から内径側に打ち抜くことにより、柱部の周方向両側面の外径側領域（打ち抜き初期側の領域）には、パンチの打ち抜き方向に沿ったせん断面が形成される。これにより、柱部の外径端の周方向幅がせん断面で規定されるため、ねらい値（隣接するパンチの周方向間隔）とほぼ一致し、保持器の強度が確保される。一方、柱部の周方向両側面の内径側領域（打ち抜き後期側の領域）には、パンチの打ち抜き方向に対して傾斜した破断面が形成される。この破断面は、案内面と同様に、内径側に向けて柱部の周方向中央側に傾斜しているため、破断面を利用して案内面を形成することで、案内面の形成が容易化され、製造コストが低減される。

　上記の製造方法では、ダイスとパンチの周方向のクリアランスを調整するにより、破断面の径方向に対する傾斜角度θ（図６参照）を調整することができる。従って、通常、打ち抜き加工では、ダイスとパンチのクリアランスは板厚の５～１０％程度に設定されるが、上記の製造方法において、ポケット抜き工程におけるダイスとパンチの周方向のクリアランスを大きめに設定することで、破断面の傾斜角度θを案内面と同等にすることが可能となる。具体的に、ダイスとパンチの周方向のクリアランスＣＬは、保持器の板厚ＴＫの２５％以上とされる（０．２５≦ＣＬ／ＴＫ）。

　ポケット抜き工程で形成される破断面が案内面として機能し得る形状となるように、加工条件（ダイスとパンチの周方向のクリアランス等）を調整すれば、破断面に仕上げ加工を施すだけで、案内面を形成することができる。例えば、破断面に噴射加工を施して案内面を形成すれば、案内面を成形するための柱面押し工程を省略できるため、製造コストがさらに低減される。

　上記の製造方法によれば、円すいころ軸受に組み込まれ、金属板からなる保持器であって、小径環状部と、大径環状部と、これらを軸方向に連結する複数の柱部と、複数の柱部の円周方向間に設けられ、円すいころを一つずつ収容する複数のポケットとを有し、各柱部の周方向両側面の内径側領域に、打ち抜き加工による破断面に噴射加工が施された面からなり、内径側に行くにつれて前記柱部の周方向中央側に傾斜した案内面を有する円すいころ軸受用保持器が得られる。

　外周面にテーパ状の軌道面を有する内輪と、内周面にテーパ状の軌道面を有する外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の円すいころと、前記複数の円すいころを所定の円周方向間隔で保持する上記の保持器を有する円すいころ軸受は、保持器の強度が高いため、長寿命が期待できる。

　以上のように、本発明によれば、円すいころ軸受用保持器の柱部の周方向幅が確保されるため、柱部の強度低下を回避することができる。また、本発明によれば、案内面を形成するための柱押し加工を省略あるいは簡略化することができるため、柱押し加工に起因した形状崩れに伴う品質低下を防ぐと共に、製造コストの低減が図られる。

円すいころ軸受の軸方向断面図である。 上記円すいころ軸受の軸直交方向断面図である。 上記円すいころ軸受に組み込まれる保持器の柱部の軸直交方向断面図である。 上記保持器の製造方法（ポケット抜き工程）を示す軸直交方向断面図であり、ポケットを打ち抜く前の状態を示す。 上記保持器の製造方法（ポケット抜き工程）を示す軸直交方向断面図であり、ポケットを打ち抜いた状態を示す。 図５の柱部付近を示す拡大図である。 従来の保持器の製造方法（ポケット抜き工程）を示す軸直交方向断面図であり、ポケットを打ち抜く前の状態を示す。 従来の保持器の製造方法（ポケット抜き工程）を示す軸直交方向断面図であり、ポケットを打ち抜いた状態を示す。 図８の柱部付近を示す拡大図である。

　以下、本発明の一実施形態に係る円すいころ軸受を、図面に基づいて説明する。

　本実施形態の円すいころ軸受１は、図１及び図２に示すように、外周面にテーパ状の軌道面２ａを有する内輪２と、内周面にテーパ状の軌道面３ａを有する外輪３と、内輪２の軌道面２ａと外輪３の軌道面３ａの間に転動自在に配され、外周面にテーパ状の転動面４ａを有する複数の円すいころ４と、円すいころ４を周方向等間隔に保持する保持器５とで構成される。この円すいころ軸受１は、例えば自動車のトランスミッションやデファレンシャル等の動力伝達系に組み込まれる。尚、本明細書で「軸方向」とは、内輪２及び外輪３の回転軸方向のことを言う。

　内輪２、外輪３、及び円すいころ４は鋼材で形成され、例えば軸受鋼、浸炭鋼、ステンレス鋼等で形成される。内輪２は、軌道面２ａの小径側（図１の左側）に設けられた小鍔部２ｂと、軌道面２ａの大径側（図１の右側）に設けられた大鍔部２ｃとを有する。内輪２の軌道面２ａ、外輪３の軌道面３ａ、及び円すいころ４の転動面４ａは、母線が直線状のテーパ面、あるいは、母線の軸方向中央部を膨出させたクラウニング面とされる。

　保持器５は、小径環状部５ａと、大径環状部５ｂと、小径環状部５ａと大径環状部５ｂとを軸方向につなぐ複数の柱部５ｃとを有する。小径環状部５ａ、大径環状部５ｂ、及び一対の柱部５ｃで囲まれるポケットＰに、円すいころ４が一つずつ収容される（図２参照）。保持器５は、円すいころ４の中心よりも外径側で、且つ、外輪３とは接触しない位置に配される。

　保持器５の各柱部５ｃの周方向両側の側面には、円すいころ４と摺動する案内面５ｄが設けられる。案内面５ｄは、図３に示すように、各柱部５ｃの周方向両側面の内径側領域に設けられ、その内径端は各柱部５ｃの内径面まで達している。案内面５ｄは、内径側（図中下側）に行くにつれて柱部５ｃの周方向中央側に傾斜している。案内面５ｄは、打ち抜き加工（後述するポケット抜き加工）による破断面に、ショットブラスト等の噴射加工が施された面である。各柱部５ｃの周方向両側面の外径側領域には、径方向と平行な平坦面５ｅが設けられる。平坦面５ｅは、打ち抜き加工によるせん断面に、ショットブラスト等の噴射加工が施された面である。平坦面５ｅの下端は、案内面５ｄの上端と連続している。平坦面５ｅの上端は、図示しないダレを介して柱部５ｃの外径面と連続している。

　円すいころ軸受１の内輪２と外輪３とが相対回転すると、各円すいころ４は、保持器５のポケット内で自転しながら、内輪２及び外輪３の周方向に沿って公転する。このとき、各円すいころ４の大径側端面４ｂと内輪２の大鍔部２ｃとが摺動すると共に、各円すいころ４の転動面４ａと保持器５の案内面５ｄとが摺動する。

　以下、上記の構成を有する保持器５の製造方法を説明する。

　保持器５は、金属板にプレス加工を施すことで形成される。本実施形態の保持器５は、（１）ブランク抜き工程、（２）絞り工程、（３）縁切工程、（４）ポケット抜き工程、（５）内径抜き工程、及び（６）仕上げ工程を経て製造される。尚、上記工程の他、円すいころを組み込んだ保持器を内輪に組付ける際、円すいころが内輪の小鍔部を乗り越えられるように、保持器原形の柱部の小径側端部付近の径を拡げる底拡げ工程を行うことがある。この底拡げ工程は、例えば（５）の内径抜き工程と同時に行われる。以下、各工程を詳しく説明する。

　（１）ブランク抜き工程では、金属板、例えば鋼板、特に炭素含有量が２．５ｗｔ％以下の低炭素鋼の冷間又は熱間圧延鋼板から、円形ブランクが打ち抜かれる。

　（２）絞り工程では、円形ブランクに絞り加工を施すことにより、テーパ筒状の側部及び該側部の小径側端部に設けられた底部を一体に有するカップ状の保持器原形が成形される。こうして成形された保持器原形のうち、側部の大径側端部の余剰部分を、（３）縁切工程で切断する。尚、特に必要の無い場合は、縁切り工程を省略することもある。

　（４）ポケット抜き工程では、まず、図４に示すように、保持器原形１５のテーパ状の側部１５ａを内周からダイス２１で支持すると共に、保持器原形１５の側部１５ａの外周に複数のパンチ２２を配する。そして、図５に示すように、各パンチ２２を内径側に移動させ、各パンチ２２で保持器原形１５の側部１５ａを径方向に打ち抜く。これにより、保持器原形１５の側部１５ａに複数のポケットＰが形成されると共に、隣接するポケットＰの間に柱部１５ｂが形成され、保持器原形１５が、小径環状部５ａ、大径環状部５ｂ、及び複数の柱部５ｃを有する保持器５と略同形状とされる。

　このように、保持器原形１５の側部１５ａをパンチ２２で外径側から内径側に打ち抜く際、打ち抜き初期には、パンチ２２の刃先で保持器原形１５の側部１５ａが径方向に切断される。これにより、図６に示すように、柱部１５ｂの周方向両側面の外径側領域にはせん断面１５ｃが形成される。せん断面１５ｃは、パンチ２２の打ち抜き方向（径方向）と平行な平坦面である。せん断面１５ｃの表面には、パンチ２２の打ち抜き方向に沿った細かい筋（加工痕）が形成される。

　そして、打ち抜き後期には、柱部１５ｂの周方向両側面の内径側領域に、破断面１５ｄが形成される。破断面１５ｄは、パンチ２２の打ち抜き方向に対して傾斜した面、具体的には、内径側に行くにつれて柱部１５ｂの周方向中央側に傾斜した面で構成される。図示例の破断面１５ｄは、せん断面１５ｃの下端とダイス２１の角とをつなぐ面で構成される。破断面１５ｄは、パンチ２２の刃先で切断された面ではなく、パンチ２２側のクラックとダイス２１側のクラックとがつながって破断した面であるため、肉がむしり取られたような表面を有する。従って、破断面１５ｄは、せん断面よりも表面粗さが粗い面となっている。尚、図６では、破断面１５ｄが、せん断面１５ｃの内径端からダイス２１の角へ向けて直線的に延びる平坦面であるが、実際の破断面１５ｄは、中央が僅かに凸凹した湾曲面であることが多い。

　破断面１５ｄの径方向に対する傾斜角度θは、ダイス２１とパンチ２２との周方向のクリアランスＣＬを変えることで調整できる。具体的には、クリアランスＣＬを大きくすると破断面１５ｄの傾斜角度θが大きくなり、クリアランスＣＬを小さくすると破断面１５ｄの傾斜角度θが小さくなる。従って、保持器５の案内面５ｄが所望の角度（案内面として機能する角度）となるように、ダイス２１とパンチ２２との周方向のクリアランスＣＬを設定すればよい。本実施形態では、破断面１５ｄの傾斜角度θが１５～５５°の範囲内となるように、クリアランスＣＬが設定される。具体的には、ダイス２１と２２パンチとの周方向のクリアランスＣＬが、保持器５の板厚ＴＫの２５％以上（０．２５≦ＣＬ／ＴＫ）、好ましくは３０％以上、より好ましくは４０％以上となるように設定される。また、ダイス２１と２２パンチとの周方向のクリアランスＣＬが大きすぎると、柱部５ｃの内径端の周方向幅が狭くなりすぎ、強度低下を招く。従って、ダイス２１と２２パンチとの周方向のクリアランスＣＬは、保持器５の板厚ＴＫの６５％以下（０．６５≧ＣＬ／ＴＫ）、好ましくは６０％以下、より好ましくは５０％以下となるように設定される。

　（５）内径抜き工程では、ポケット抜き工程を経た保持器原形１５の底部を、縁を少し残して打ち抜く。その後、保持器原形１５に対して（６）仕上げ工程が施される。本実施形態では、保持器原形１５に対して、仕上げ加工として、噴射加工（例えばショットブラスト）が施される。これにより、保持器原形１５のバリ（特に柱部５ｃの内径面の周方向両端のバリ）が除去される。また、保持器原形１５の柱部１５ｂの周方向両側面に形成された破断面１５ｄにショットブラストを施すことで、破断面１５ｄの表面が滑らかになると共に、加工硬化により硬度が高められる。こうして破断面１５ｄに噴射加工を施すことにより、最終的な案内面５ｄが形成される。以上により、保持器５が完成する。

　上記のように、（４）ポケット抜き工程において、保持器原形１５の側部１５ａをパンチ２２で外径側から内径側に向けて打ち抜くことにより、柱部１５ｂの周方向両側の側面の外径側領域に、パンチ２２の打ち抜き方向に沿ったせん断面１５ｃが形成される。これにより、柱部１５ｂの外径端の周方向幅Ｗ２がせん断面１５ｃで規定され、隣接するパンチ２２の周方向間隔（柱部１５ｂの外径端の径方向位置における周方向間隔）とほぼ一致するため、柱部１５ｂの外径端の周方向幅Ｗ２が十分に確保され、保持器の強度低下が回避される。

　一方、上記のように保持器原形１５の側部１５ａをパンチ２２で外径側から内径側に向けて打ち抜くことにより、柱部１５ｂの周方向両側の側面の内径側領域に、パンチ２２の打ち抜き方向に対して傾斜した破断面１５ｄが形成される。この破断面１５ｄは、案内面５ｄと同様に、内径側に向けて柱部１５ｂの周方向中央側に傾斜しているため、破断面１５ｄを利用して案内面５ｄを形成することで、案内面５ｄを形成するための加工量が減じられ、案内面５ｄの形成が容易化される。特に、上記のように、ダイス２１とパンチ２２の周方向のクリアランスＣＬを調整して、破断面１５ｄの径方向に対する傾斜角度θを案内面５ｄの傾斜角度と同等にすることで、案内面５ｄを形成するための型成形工程（柱押し工程）が不要となるため、寸法品質が向上すると共に製造コストが低減される。

　尚、柱部１５ｂの内径端の周方向幅Ｗ１は、破断面１５ｄで規定されるため、ねらい値（柱部１５ｂの外径端の径方向位置におけるポケット２２の周方向間隔）よりも小さくなる。しかし、この部分は、案内面５ｄが形成される部分であるため、破断面１５ｄの形成による柱部１５ｄの周方向幅Ｗ１の縮小が、完成品となる保持器５の柱部５ｃの周方向幅に影響することはない。

　本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、案内面５ｄを成形する柱押し工程を省略した場合を示したが、これに限らず、（４）ポケット抜き工程の後に、柱押し工程を設けてもよい。この場合、（４）ポケット抜き工程において、保持器原形１５の柱部１５ｂの周方向両側面の内径側領域に、傾斜面からなる破断面１５ｄが形成されているため、柱押し工程における成形量が減じられ、成形が容易化されると共に、成形精度を高めることができる。このとき、破断面１５ｄが案内面５ｄよりも周方向外側に配される（すなわち、柱押し工程による成形代が残る）ように、ダイス２１とパンチ２２の周方向のクリアランスＣＬが設定される。

１     円すいころ軸受
２     内輪
３     外輪
４     円すいころ
５     保持器
５ａ   小径環状部
５ｂ   大径環状部
５ｃ   柱部
５ｄ   案内面
５ｅ   平坦面
１５   保持器原形
１５ａ 側部
１５ｂ 柱部
１５ｃ せん断面
１５ｄ 破断面
２１   ダイス
２２   パンチ
ＣＬ   クリアランス
Ｐ     ポケット
ＴＫ   板厚
 

Claims (4)

1. 　小径環状部、大径環状部、これらを軸方向に連結する複数の柱部、及び複数の柱部の周方向間に設けられた複数のポケットを有し、各柱部の周方向両側面に、内径側に行くにつれて各柱部の周方向中央側に傾斜した案内面が設けられた円すいころ軸受用保持器を製造するための方法であって、
   　金属板に絞り加工を施して、テーパ筒状の側部を有する保持器原形を成形する絞り工程と、前記保持器原形の側部を、内径側からダイスで支持した状態で、パンチで外径側から内径側に打ち抜くことにより、前記保持器原形の側部に前記複数のポケットを形成するポケット抜き工程とを備え、
   　前記ダイスと前記パンチとの周方向のクリアランスをＣＬ、前記保持器の板厚をＴＫとしたとき、０．２５≦ＣＬ／ＴＫを満たす円すいころ軸受用保持器の製造方法。
2. 　前記ポケット抜き工程により各柱部の周方向両側面の内径側領域に形成された破断面に、噴射加工を施すことにより、前記案内面を形成する請求項１記載の円すいころ軸受用保持器の製造方法。
3. 　円すいころ軸受に組み込まれ、金属板からなる保持器であって、
   　小径環状部と、大径環状部と、これらを軸方向に連結する複数の柱部と、複数の柱部の円周方向間に設けられ、円すいころを一つずつ収容する複数のポケットとを有し、
   　各柱部の周方向両側面の内径側領域に、打ち抜き加工による破断面に噴射加工が施された面からなり、内径側に行くにつれて前記柱部の周方向中央側に傾斜した案内面を有する円すいころ軸受用保持器。
4. 　外周面にテーパ状の軌道面を有する内輪と、内周面にテーパ状の軌道面を有する外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の円すいころと、前記複数の円すいころを所定の円周方向間隔で保持する請求項３記載の保持器を有する円すいころ軸受。
    

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