JP6517105B2 - ころ軸受転走面の超仕上げ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、円すいころ軸受や円筒ころ軸受の転走面を加工する超仕上げ加工方法に関し、特に、転走面の断面形状が、複数の円弧形状で継ぎ合わせた形状となる複合クラウニング面の超仕上げ加工方法に関する。

ころ軸受の内輪または外輪の転走面は、断面が軸方向にストレート面、または断面が１種類の円弧形状となる単一クラウニング面、または断面が複数の円弧形状で繋ぎ併せた形状となる複合クラウニング面、または断面が対数曲線となる対数クラウニング面を有している。

これらの面の超仕上げ（鏡面仕上げ）加工する方法として、従来には、円すい面または円筒面に垂直に配置された角形砥石を用いて、円すい面または円筒面に平行に微振動動作を砥石に与え、この砥石を加圧する方法があった（特許文献１）。さらには、円すい面または円筒面に平行にトラバース動作（往復動作）および微振動動作を砥石に与え、かつ砥石を加圧することによって行なう方法があった（特許文献２）。

特開２００２−３２６１５３号公報 特開２００７−２６０８２９号公報

例えば、図１０では、ころ軸受の軌道輪（外輪）５の転走面１と、加圧手段の加圧源６にて加圧された砥石２とを接触させた場合を示している。この場合、外輪５は、支持機構７にて支持されている。支持機構７は、外輪５の端面に接して外輪５をその軸心Ｌ廻り回転させるバッキングプレート８と、外輪５をバッキングプレート８側へ押し付けるプッシャーロール９等を備える。また、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、転走面１としては、一般的に、軸方向中央部の大径円弧部１ａと軸方向端部の小径円弧部１ｂとを有する複合クラウニングである。このため、前記特許文献１に記載のように、微振動動作のみでトラバース動作せずに加工する場合、砥石２は、この大径円弧部１ａと小径円弧部１ｂ、１ｂとの形状にあった研磨面を有する。

しかしながら、このように、転走面１の断面形状は大小異なる径の円弧を有し、軸方向両端部の円弧が小径である為、図１１（ａ）では、砥石２の研磨面の軸方向端部対応部にて加工が可能であるが、図１１（ｂ）に示すように、砥石２の研磨面の軸方向端部対応部が軸方向端部の小径円弧部１ｂに対応できず、この小径円弧部１ｂを加工できない場合がある。すなわち、図１１（ａ）では、複合クラウニングのクラウニング高さが低い場合であり、図１１（ｂ）では、複合クラウニングのクラウニング高さが高い場合である。

また、特許文献２に記載のものでは、図１２に示すように、砥石３が振動動作・法線方向の旋回を抑えたトラバース動作（往復動）を行うことになる。このように、法線加圧加工で複合クラウニングを加工する場合、微振動のみの加工に比べて加工能率が悪い為、加工時間が長くなる。軸方向全体を一度に加工しようとすると、砥石３が両端の小径円弧部１ｂに馴染んだ後、中央の大径円弧部１ａを加工する際、図１３に示すように、研磨面３ａが凹曲面状であり、砥石３の研磨面３ａが大径円弧部（加工面）１ａに均一に接触せず、クラウニング形状が崩れ均一な仕上げ面粗さが得られないことがある。

そこで、クラウニング形状が型崩れせずに均一な仕上げ面粗さを得ることができ、しかも、加工能率の向上を図ることが可能なころ軸受転走面の超仕上げ加工方法を提供する。

本発明のころ軸受転走面の超仕上げ加工方法は、ころ軸受の転走面を加工する超仕上げ加工方法であって、前記転走面は、軸方向中央部の大径円弧部と軸方向端部の小径円弧部とを有する複合クラウニング面であり、転走面の軸方向全体の加工を行った後、転走面の軸方向中央部の大径円弧部のみの別加工を行うものである。

本発明のころ軸受転走面の超仕上げ加工方法によれば、転走面の軸方向全体の加工を行った後、転走面の軸方向中央部の大径円弧部のみの別加工を行うので、軸方向中央部の大径円弧部において、均一な仕上げ面粗さを得ることができる。しかも、転走面の軸方向端部の小径円弧部においても、大径円弧部のみの別加工の前に、転走面の軸方向全体の加工を行うので、小径円弧部においても均一な仕上げ面粗さを得ることができる。ここで別加工とは、別の設備で加工する場合でも同じ設備で加工する場合でもよく、別の加工工程があればよい。

転走面の軸方向全体の加工は砥石のトラバース動作であり、小径円弧部の端部位置で砥石のトラバース動作を所定時間だけ停止するのが好ましい。このように、構成することによって、小径円弧部の端部での加工不十分を解消することができる。

軸方向全体の加工は、粗加工と仕上加工とを有するものであってもよい。このように、２工程とすることによって、加工の高精度化を図ることができる。

前記ころ軸受が円すいころ軸受であっても、円筒ころ軸受であってもよい。

前記転走面は、内輪の外径面に形成される転走面であっても、外輪の外径面に形成される転走面であってもよい。

本発明では、軸方向中央部の大径円弧部において均一な仕上げ面粗さを得ることができ、小径円弧部においても均一な仕上げ面粗さを得ることができ、高精度の転走面を得ることができる。

小径円弧部の端部位置で砥石のトラバース動作を所定時間だけ停止することによって、
小径円弧部のトラバース回数の減少化を図ることができ、加工能率の向上を図って、全体としての加工時間の短縮化を達成できる。

本発明の加工方法おける、ころ軸受の軌道輪としての外輪と砥石との関係を示す概略的平面図である。 本発明のころ軸受転走面の超仕上げ加工方法を示し、（ａ）は軸方向全体の加工の粗加工中の簡略図であり、（ｂ）は軸方向全体の加工の仕上げ加工中の簡略図であり、（ｃ）は転走面の軸方向中央部の大径円弧部のみの別加工の簡略図である。 トラバース動作停止中の簡略図である。 軸方向中央部の面粗度を示し、（ａ）は軸方向中央部の別加工を行わなかった場合のグラフ図であり、（ｂ）は軸方向中央部の別加工を行った場合のグラフ図である。 本発明のころ軸受転走面の超仕上げ加工方法においてタリータイム無しにて加工を行った結果を示し、（ａ）は転走面の断面形状の簡略図であり、（ｂ）は転走面の面粗度のグラフ図である。 本発明のころ軸受転走面の超仕上げ加工方法においてタリータイム有りにて加工を行った結果を示し、（ａ）は転走面の断面形状の簡略図であり、（ｂ）は転走面の面粗度のグラフ図である。 円すいころ軸受の断面図である。 円筒ころ軸受の断面図である。 他の円筒ころ軸受の断面図である。 従来の微振動動作のみの加工における、ころ軸受の軌道輪としての外輪と砥石との関係を示す概略的平面図である。 従来の微振動動作のみの加工方法を示し、（ａ）はクラウニングが低いときの砥石と転走面との関係を示す簡略図であり、（ｂ）はクラウニングが高いときの砥石と転走面との関係を示す簡略図である。 従来のトラバース動作及び微振動動作を行う加工方法を示す簡略図である。 前記図１１に示す加工方法の問題点を示す簡略図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図９に基づいて説明する。図７は円すいころ軸受を示し、この円すいころ軸受は、図７に示すように、外周面に円すい状の転走面１０を有する内輪１１と、内周面に円すい状の転走面１２を有する外輪１３と、内輪１１の転走面１０と外輪１３の転走面１２との間に転動自在に介在した複数の円すいころ１４と、複数の円すいころ１４を軸受周方向に所定の間隔を隔てて保持する保持器１５とを主要な構成要素としている。また、内輪１１は、転走面１０の小径側に小鍔１６を形成すると共に大径側に大鍔１７を形成している。

保持器１５は、小径リング部１５ａと大径リング部１５ｂとの間に複数本の柱部１５ｃを有し、柱部１５ｃの相互間に円すいころ１４を保持するポケット１８を形成したものである。そして、このポケット１８に円すいころ１４が配置される。

図８は、円筒ころ軸受を示し、この円筒ころ軸受は、外周に転走面２０を有する内輪２１と、内周に転走面２２を有する外輪２３と、内輪２１の転走面２０と外輪２３の転走面２２との間に転動自在に配された複数の円筒ころ２４と、円筒ころ２４を円周所定間隔に保持する保持器２５とを備えている。内輪２１の両側部には、それぞれ、鍔部２６，２７が設けられている。

内輪２１の各鍔部２６，２７の鍔面と転走面２０とが交わる隅部には、それぞれ、ぬすみ溝２８が設けられている。これらぬすみ溝２８は、主に、転走面２０と鍔面を研削加工する際の逃げ溝として設けられるものである。

図９に示す円筒ころ軸受は、外周に転走面３０を有する内輪３１と、内周に転走面３２を有する外輪３３と、内輪３１の転走面３０と外輪３３の転走面３２との間に転動自在に配された複数の円筒ころ３４と、円筒ころ３４を円周所定間隔に保持する保持器３５とを備えている。外輪３３の両側部には、それぞれ、鍔部３６，３７が設けられている。外輪３３の各鍔部３６，３７の鍔面と転走面３２とが交わる隅部には、それぞれ、ぬすみ溝３８が設けられている。

本発明の超仕上げ加工方法は、図７〜図９等で示す円すいころ軸受の転走面１０，１２や円筒ころ軸受の転走面２０，２２、３０，３２を、図２に示すような加工方法での加工を行うものである。図２に示す転走面Ｒ（１０，１２、２０，２２、３０，３２）は、軸方向中央部の大径円弧部４０と軸方向端部の小径円弧部４１ａ，４１ｂとを有する複合クラウニング面である。ここで転走面Ｒ（１０，１２、２０，２２、３０，３２）の軸方向中央部の大径円弧部４０はＲ５００〜２０００ｍｍ程度であり、軸方向端部の小径円弧部４１ａ，４１ｂはＲ３０〜１００ｍｍ程度であり、図２や図１１の転走面Ｒは誇張している。

この超仕上げ加工方法は、図１に示すような支持機構５１にて、ころ軸受の軌道輪（図例では円すいの軸受の外輪１３を支持して行う。支持機構５１は、外輪１３の端面に接して外輪１３をその軸心Ｌ廻り回転させるバッキングプレート５２と、外輪１３をバッキングプレート５２側へ押し付けるプッシャーロール５３等を備える。この場合、ころ軸受の外輪１３の転走面Ｒと、加圧手段の加圧源５４にて加圧された砥石５０とを接触させた場合を示している。円筒ころ軸受の外輪２３、３３においても同様の支持機構で超仕上げ加工方法となるので省略する。また、円すいころ軸受の内輪１１、円筒ころ軸受の内輪２１、２１においても同様の支持機構で超仕上げ加工方法となるので省略する。

また、この超仕上げ加工方法は、図２（ａ）に示すように、転走面Ｒの軸方向全体の粗加工を行う第１段加工と、図２（ｂ）に示すように、転走面Ｒの軸方向全体の仕上げ加工を行う第２段加工と、図２（ｃ）に示すように、転走面Ｒの軸方向中央部の大径円弧部４０のみの仕上加工を行う第３段加工とを備えたものである。

すなわち、第１段加工は、砥石５０（粗加工用の砥石５０Ａ）を転走面Ｒの軸方向全体（全長）にわたってトラバースするものである。この場合、トラバースとしては、例えば５秒の１往復とできる。また、第２段加工は、砥石５０（仕上げ用の砥石５０Ｂ）を転走面Ｒの軸方向全体（全長）にわたってトラバースするものである。トラバースとしては、例えば５秒の１往復とできる。第３段加工は、砥石５０（大径円弧部４０の仕上げ用の砥石５０Ｃ）を転走面Ｒの大径円弧部４０のみをトラバースするものである。トラバースとしては、例えば７秒の１５往復とできる。また、各段加工においては、砥石５０（５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ）に転走面Ｒに対して平行に微振動動作を与えている。

ところで、粗加工用の砥石５０Ａの粒度としては、例えば、♯１０００〜♯１５００程度であり、仕上げ用の砥石５０Ｂ、５０Ｃの粒度としては、例えば、♯１５００〜♯３０００程度である。また、粗加工から仕上げ加工まで、同じ砥石５０を使用してもよい。この場合の粒度としては、例えば、♯１５００〜♯２５００程度を用いる。

このころ軸受転走面の超仕上げ加工方法では、転走面Ｒの軸方向全体の加工を行った後、転走面Ｒの軸方向中央部の大径円弧部４０のみの別加工を行うことになる。このため、この軸方向中央部の大径円弧部４０において、均一な仕上げ面粗さを得ることができる。しかも、転走面Ｒの軸方向端部の小径円弧部４１ａ、４１ｂにおいても、大径円弧部４０のみの別加工の前には、転走面Ｒの軸方向全体の加工を行うので、小径円弧部４１ａ、４１ｂにおいても均一な仕上げ面粗さを得ることができる。すなわち、軸方向中央部の大径円弧部４０において均一な仕上げ面粗さを得ることができ、小径円弧部４１ａ、４１ｂにおいても均一な仕上げ面粗さを得ることができ、高精度の転走面Ｒを得ることができる。

また、このころ軸受転走面の超仕上げ加工方法では、転走面Ｒの軸方向全体の加工において（第２段加工において）、図３に示すように、小径円弧部４１ａ、４１ｂの端部位置で砥石５０Ｂのトラバース動作を小径円弧部の端部位置毎において所定時間（例えば、１秒）だけ停止するのが好ましい。この停止中においても、砥石５０（５０Ｂ）に転走面Ｒに対して平行に微振動動作を与えている。

小径円弧部４１ａ、４１ｂの端部位置で砥石のトラバース動作を所定時間だけ停止することによって、小径円弧部４１ａ、４１ｂのトラバース回数の減少化を図ることができ、加工能率の向上を図って、全体としての加工時間の短縮化を達成できる。

図２に示す加工方法にて加工するころ軸受として、円すいころ軸受であっても、円筒ころ軸受であってもよく、また、転走面Ｒとして、内輪１１、２１，３１の外径面に形成される転走面１０，２０，３０であっても、外輪１３，２３，３３の内径面に形成される転走面１２，２２，３２であってもよい。このため、この加工方法は汎用性に優れる。

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、第１段加工、第２段加工、第３段加工のトラバースの往復回数として、それぞれ、任意に設定することができる。また、各加工の加工時間としても任意である。さらには、小径円弧部４１ａ、４１ｂの端部位置で砥石のトラバース動作を停止する場合の停止時間としても任意に設定できる。

第１段加工、第２段加工、及び第３段加工に用いる砥石５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃとしては、転走面Ｒの材質や硬度等によって、種々採用することができるが、例えば、アルミナ質砥粒や炭化ケイ素の砥粒等を使用できる。

実施例１
全体加工（転走面全体の加工）のみと、全体加工（転走面全体の加工）と中央部加工（転走面の大径円弧部の加工）とを行った場合における、面粗度と加工時間等を比較した。この場合、外径寸法が５０〜８０ｍｍのサイズで、転走面角度２７°、転走面幅１４ｍｍの円すいころ軸受の外輪を用いた。図４（ａ）は全体加工のみの場合、図４（ｂ）は全体加工と中央部加工の場合のそれぞれの転走面の軸方向中央部の面粗度を示している。

図４（ａ）では、加工時間として２往復（２６秒）行った。この場合、中央部（大径円弧部）の面粗度Ｒａ０．１３μｍであった。また、図４（ｂ）では、全体加工を１往復で１３秒行い、中央部加工を２１往復（１０秒）で、合計２３秒行った。この場合の中央部の面粗度Ｒａ０．０７５μｍであった。

全体加工のみで図４（ｂ）の中央部と同程度の面粗度を得るためには、少なくとも２往復（２６秒）追加する必要があり、全体加工時間が５２秒となった。このため、（全体加工＋中央部加工）を行えば、加工時間として２９秒（５２秒−２３秒）の短縮となる。

実施例２
（全体加工＋中央部加工）の加工で、タリータイムなしとタリータイム有とで面粗度と加工時間等を比較した。外径寸法が５０〜８０ｍｍのサイズで、テーパ角度４４°、転走面幅１３ｍｍの円すいころ軸受の外輪を用いた。ここで、タリータイムとは、転走面Ｒの軸方向全体の加工中に、小径円弧部４１ａ、４１ｂの端部位置で砥石５０のトラバース動作を停止する時間のことで、タリータイムなしとは、この停止する時間を有さない場合であり、タリータイム有とは停止する時間を有する場合である。

タリータイムなしの場合、第１段加工（軸方向全体の粗加工）を１往復（５秒）行い、第２段加工（軸方向全体の仕上加工）を１往復（５秒）行い、第３段加工（大径円弧部の仕上加工）を１５往復（７秒）行った。すなわち、全体の加工時間が１７秒であった。この場合、中央の大径円弧部４０の面粗度Ｒａ０．１１４μｍであり、一方の小径円弧部４１ａの面粗度Ｒａ０．１３６μｍであり、他方の小径円弧部４１ｂの面粗度Ｒａ０．１５３μｍであった。

タリータイム有の場合、前記タリータイムなしの場合の第２段加工（軸方向全体の仕上加工）中において、砥石５０を各小径円弧部４１ａ、４１ｂの端部においてそれぞれ１秒だけ停止させた。このため、全体として加工時間が１９秒であった。この場合、中央の大径円弧部４０の面粗度Ｒａ０．０８３μｍであり、一方の小径円弧部４１ａの面粗度Ｒａ０．１０２μｍであり、他方の小径円弧部４１ｂの面粗度Ｒａ０．１０９μｍであった。

タリータイムなしの加工で、タリータイム有の加工と同等レベルの面粗度を得るには、加工時間を２２秒必要とした。第２段加工の１往復（５秒）の追加が必要であり、タリータイム有の加工では、全体としての加工時間が３秒（２２秒−１９秒）短縮することができる。

Ｒ（１０，１２、２０，２２、３０、３２） 転走面
１１、２１，３１ 内輪
１３，２３，３３ 外輪
４０ 大径円弧部
４１ａ，４１ｂ 小径円弧部
５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ） 砥石

Claims (7)

1. ころ軸受の転走面を加工する超仕上げ加工方法であって、
   前記転走面は、軸方向中央部の大径円弧部と軸方向端部の小径円弧部とを有する複合クラウニング面であり、転走面の軸方向全体の加工を行った後、転走面の軸方向中央部の大径円弧部のみの別加工を行うことを特徴とする超仕上げ加工方法。
2. 転走面の軸方向全体の加工は砥石のトラバース動作であり、小径円弧部の端部位置で砥石のトラバース動作を所定時間だけ停止することを特徴とする請求項１に記載の超仕上げ加工方法。
3. 軸方向全体の加工は、粗加工と仕上加工とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超仕上げ加工方法。
4. 前記ころ軸受が円すいころ軸受であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の超仕上げ加工方法。
5. 前記ころ軸受が円筒ころ軸受であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の超仕上げ加工方法。
6. 前記転走面は、内輪の外径面に形成される転走面であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の超仕上げ加工方法。
7. 前記転走面は、外輪の内径面に形成される転走面であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の超仕上げ加工方法。