JPH0425620A - ベアリングにおける転動体転走面の加工方法及びベアリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、直線摺動用ベアリング、旋回ベアリング、ボ
ールねじ等、転動体を具備するベアリング及びその転動
体転走面の加工方法に係り、詳細には、転走面の加工精
度を飛躍的に向上させることが可能な加工方法に関する
。

［従来の技術］ 二物体間の直線運動あるいは回転運動を案内する機構は
、大きく滑り案内と転がり案内に大別される。このうち
ボール又はローラ等の転動体の転走を利用する後者の転
がり案内は、 ■摩擦抵抗を最少に抑えることが可能で滑り案内に比較
して動力エネルキを節約できる、■使用用途に応じて適
当な予圧を転動体に付与することにより、ベアリングの
剛性を高め、且つ、ガタつきのない高精度の運動を得る
ことができる、 といった利点を有してあり、直線摺動用ベアリング、旋
回ベアリング、ボールスプライン、ボールねじ等、各種
運動に対応した転がり案内軸受（以下、ベアリング）が
各種産業に幅広く活用されている。

その具体的な構成として、例えば直線摺動用ベアリング
は、軸方向に沿って転走面を有する軌道台と、この転走
面と相対面する負荷転走面を有する負荷域とこの負荷域
の両端を連通連結する無負荷域とから成る無限軌道を備
えた摺動台と、上記無限軌道内を循環し軌道台の転走面
と摺動台の負荷転走面との間で荷重を負荷する転動体と
で構成されており、上記転動体が転走面及び負荷転走面
（以下、包括して転走面）を転走することによって摺動
台と軌道台とを相対的に移動させ、これら軌道台あるい
は摺動台に固定された可動体を直線案内する仕組みとな
っている。

ところで、この種のベアリングは上記利点を有する反面
、その構造上、転動体の転走面の加工深さが案内する物
体のガタつき等その運動精度に大きく影響することから
、上記転走面の加工深さを高精度に制御することが要求
される。

又、転走面の摩擦係数の低減、ベアリング使用初期にお
ける転走面の磨耗量の低減、振動のない高精度の運動の
達成等の観点から、転走面は著しく高い平滑性を有して
いることが要求される。

このような要求のある転走面の加工としては、従来、焼
入れされた転走面形成部位に対して回転砥石で研削加工
を施した後、仕上げ加工として所謂ラッピング加工、具
体的には砥粒が分散されたラバー砥石による研削を施す
方法が一般的である。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記したラッピング加工のようにツールを転走
面に対し機械的に接触させる研削加工では研削量の制御
が難しく、実際の研削量は目標とする研削１に対して数
＋μｍ程度の誤差を生じてしまう。

それ故、従来の加工方法において製造した製品は、同一
規格の製品でも転走面の実際の研削量すなわち加工深さ
は製品毎に異なったものとなっており、例えば、上記し
た直線摺動用ベアリングでは、相対向する軌道台の転走
面と摺動台の負荷転走面との距離が極僅かではあるが摺
動台毎に異なったものとなってしまう。

このことは、転動体に予圧を付与する際に大きな問題点
となって現れる。すなわち、この種のベアリングでは転
動体の径をμｍ単位で選定することによりその予圧量の
調整を図っているが、同一規格の製品に同一の転動体を
組み込んでも、ベアリング毎に付与される予圧量か異な
ったものとなってしまうのである。

このため、例えば、−の軌道台に対して複数の摺動台を
組込んでテーブルを直線案内する場合には、各摺動台に
おける予圧量を均等にする必要から、摺動台毎にボール
を選定して予圧量の調整を図る必要があり、ベアリング
の組付は作業が大変面倒なものとなっている。

又、上述したようにベアリングの運動精度は転走面の面
粗度の影響を受は易いが、研削加工によって平滑性の向
上を図ろうとすれば、高精度のツール及びマシンで時間
をかけて加工する必要があり、コストアップ、量産性の
低下を避けることはできなかった。それ故、平滑性の向
上が図れ、且つ、低コストで量産性が高い新たな転走面
の加工方法の登場が強く望まれている。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたちのであり、
その目的とするところは、ベアリングにおける転動体転
走面の加工において、その加工深さの再現性が良好であ
ると共に加工深さを１７１０μｍ単位で制御することが
可能であり、且つ、転走面の平滑性を向上させることが
可能な転動体転走面の加工方法及びこの加工方法による
ベアリングを提供することにある。

「課題を解決するための手段］ 本願発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた
結果、金属加工製品の表面処理に用いられる電解加工方
法に着目した。

この電解加工方法は、例えば放電加工によって得られた
被加工物の加工面に電極を対向配置すると共に、これら
被加工物と電極との間隙に硝酸ナトリウムや塩化ナトリ
ウム等の電解液を満たし、この電解液を高速で流すと共
に被加工物と電極との間に直流電圧を印加して、被加工
物の表面処理をなすものであり（特開昭６１−７１９２
１号公報、特開昭６０−４４２２８号公報等）、加工面
粗さの向上、加工による変質層の除去が容易であるとい
った特質を有している。

そして、本願発明者はこの表面処理方法を応用して転走
面を化学的に形成することにより、その加工深さの再現
性を飛躍的に向上させることが可能であることを見出だ
し、本願発明を案出するに至ったのである。

すなわち本発明は、一対の基体の間にボール又はローラ
等の転動体を有し、上記基体か固定される物体間の回転
運動あるいは直線運動等を支持するベアリングにおける
転動体転走面の加工方法であり、荒加工によって粗転走
面を有するベアリング基体を形成した後、上記粗転走面
に電極を対向配置すると共にこれら粗転走面と電極との
間に電解液を介在させ、且つ、上記ベアリング基体と電
極との間に直流電圧を印加し、上記粗転走面を化学的に
除去して転走面を形成することを特徴とするものである
。

このような技術的手段において、上記加工方法が適用可
能なベアリングとしては、ボール又はローラ等の転動体
が転走する転走面をベアリング基体に具備するものであ
れば、その構造等は適宜選択して差し支えない。例えば
、直線摺動用ベアリング、ボールスプライン、ボールね
じ、旋回ベアリング等に適用可能である。

又、粗転走面を有するベアリング基体の形成方法として
は、切削加工、研削加工、引き抜き加工等、ある程度の
精度で転走面の前段階である粗転走面を形成できれば、
その方法を適宜選択して差し支えない。

更に、上記電極としては、荒加工により形成された粗転
走面に対して所定の間隙（例えば、０．３Ｍ）を保持し
て対向配置されるものであればその構造形状を適宜変更
して差し支えなく、例えば、ベアリングに具備される複
数の転走面に対して個々に電極を対向配置しても良いし
、その形状を工夫することにより−の電極が複数の転走
面に対向するようにしても良い。

更に、長尺な軌道台あるいはスプライン軸等に転走面を
加工する際には、電極を被加工物の軸方向にステップ駆
動して加工を行なうことが可能てめる。

更に、上記ベアリング基体と電極との間に印加される直
流電圧としては、上記ベアリング基体から上記電極に電
流が流れるよう印加されるものであれば、その時間波形
等適宜変更して差し支えない。但し、面粗度の良好な転
走面を得るという観点からすれば、所定のパルス幅を有
するパルス状直流電圧を連続して印加するのが好ましい
。

又、上記電解液としては、硝酸ナトリウム、塩化ナトリ
ウム等、前述した電解加工方法に用いられるものを使用
可能である。

又、本願発明者が実験により求めた結果によれば、本発
明の加工方法においては、直流電圧の印加時間と粗転走
面の化学的除去量とは比例関係にあることが判明した。

それ故、本発明では、実験で確認される比例関係に基づ
いて直流電圧の印加時間を調整することにより、粗転走
面の化学的除去量を約１７１０μ而単位で制御すること
が可能となる。尚、本願発明者が得た実験結果について
は後程詳述する。

［作　用］ 上記技術的手段は次のように作用する。

ベアリング基体に形成された粗転走面を化学的に除去し
て転走面を形成するので、ベアリング基体と電極との間
隙、電圧の印加時間、電解液の性質おるいは流速等、各
種ｈロエ条件を統一することによりその除去量が略一定
値となり、製品毎の転走面の加工深さのバラつきが抑止
される。

又、電圧の印加時間を調整する口とにより、切削１１０
工で形成された粗転走面の除去量か高精度で制御され、
転走面の加工深さの制御が容易となる。

更に、粗転走面か電解液中に溶出して転走面か形成され
るので、この加工方法により形成された転走面はその平
滑性が向上する。

［実施例］ 以下、添付図面に基づいて本発明のベアリングにおける
転動体転走面のカロエ方法を詳細に説明する。

第１図は直線摺動用ベアリングの摺動台１　（ベアリン
グ基体）に負荷転走面１１を加工する７３０工工程を示
すものである。ここで加工される摺動台１は、第２図に
示すように、水平部１２とその両端から垂下する一対の
油部１３とを有して断面略コ字状に形成され、油部１３
の内面側に形成された負荷転走面１１と軌道台２　（ベ
アリング基体）に形成された転走面２１との間で荷重を
負荷しつつ転走する４条のホール３　（転動体）列によ
って軌道台２上をその軸方向（第２図では紙面垂直方向
）に直線運動するものである。

第１図（Ａ）〜（０）の順に従い、加工工程を説明する
。

■先ず、第１図（Ａ）に示すように、予め浸炭焼入れが
施された摺動台１の転走面形成部位に対して切削加工を
施して粗転走面１１′を形成する。切削加工は回転砥石
４を当該部位に当接させ、これを摺動台１の軸方向（紙
面垂直方向）に移動させる研削により行われる。尚、本
実施例では４条の負荷転走面１１の平行性を確保するた
め、各負荷転走面１１を同時に研削する所謂ワンパス研
削法が用いられている。

■次に、第１図（８）に示すように、前工程により形成
された粗転走面１１′の夫々に対し一定の間隙を保持し
て電極５　（例えば、Ｃｕ）を対向配置する。この場合
、電極５は４条の粗転走面１１′　に対して個々に配置
しても良いが、本実施例では位置決めの手間を抑えるた
め、各粗転走面１１′　に同時に対向し得る電極５を予
め製作し、これを摺動台１に嵌め込むようにしている。

尚、電極５は予め０．３μｍ　Ｒｍａｘ程度の面粗度と
なるようにラッピング加工を施しである。

■次に、第１図（Ｃ）に示すように、粗転走面１１′と
電極５との間に電解液６　（例えば、１０〜５０％ｗｔ
程度の硝酸ナトリウム溶液）を流すと共に、摺動台１と
電極５との間にパルス状直流電圧７を印加する。電圧印
加の態様は所謂電気メツキと逆であり、被加工物すなわ
ち摺動台１側から電極５側に電流が流れるように電圧を
印り口する。これにより、電解液６に接している粗転走
面１１′が電解液中に溶出し、摺動台１に対する４条の
負荷転走面１１の形成が完了する（第１図（Ｄ）参照）
。尚、本実施例中では、上記工程■及び■を総称して電
解磨き加工と呼ぶことにする。

このように、本実施例の加工方法においては、粗転走面
１１′を化学的に除去して負荷転走面１１を得ているの
で、摺動台１と電極５との間隙あるいは直流電圧の印加
時間等、各種加工条件を統一してやることにより、上記
電解磨き加工における粗転走面１１′の除去量すなわち
加工深さを摺動台１毎に路間−とすることができるもの
である。

従って、加工深さの誤差は切削加工によってのみ生じる
こととなるが、同一の加工機で同様に行われた切削加工
においては路間−の誤差が生じることから、各摺動台に
おいて負荷転走面の加工深さを路間−に再現することが
できるものである。

ここで、この電解磨き加工における直流電圧の印加時間
と加工深さとの関係について本願発明者が行なった実験
結果について報告する。

この実験では、被加工物に対して電極を対向配置させる
と共に両部材間に電解液を流し、加工電流（２５０Ａ＞
の通電時間を変化させて夫々の場合における被加工物の
加工深さを測定した。又、各通電時間における加工深さ
を、鉄の溶出重量と通電時間及び被加工物の比重から理
論的に算出した。

第３図に実験結果及び理論計算値のグラフを示す。

第３図の結果によれば、加工電流の通電時間と加工深さ
とは比例関係にあることが明らかであり、理論計算値も
これと近似した比例関係を示した。

又、数ｍ５ｅｃ単位で加工電流を通電することにより、
１／１００μｍ単位で加工深さを制御できることも確認
された。

このため、本発明の加工方法においては、オンタイム数
ｍ５ｅｃのパルス状直流電圧を繰り返し印加することに
より、印加したパルス数に比例して転走面の加工深さを
高精度に制御することが可能となっている。

従って、上記■稈■での切削加工の後、粗転走面１１′
の加工深さを測定し、この測定値に基づいて印加パルス
幅及びパルス数を決定すれば、切削加工で生じた加工深
さの誤差を吸収し、負荷転走面１１の加工深さを目標と
する加工深さに対して誤差１７１０μｍ程度で統一する
ことが可能となる。

次に、本加工方法によって形成された負荷転走面１１の
平滑性について述べる。

第４図（＾）は、■程■の切削加工による粗転走面１１
′の面粗度を実測した粗さ曲線の一例を示すものであり
、第４図（Ｂ）は、上記（Ａ）の粗さ曲線に係る粗転走
面１１′　に電解磨き加工を施した負荷転走面１１の粗
さ曲線を示すものである。又、第４図（Ｃ）は、従来の
ラッピング加工によって仕上げｈ口■を施した負荷転走
面を示す粗さ曲線である。

この実測結果によれば、粗転走面１１′　は極短い周期
の且つ鋭利な粗さが連続しているのに対し、電解磨き加
工がなされた負荷転走面１１は比較的周期の大きな且つ
先端の丸い粗さが連続している。

又、面粗度も最大３μｍ程度から２μｍ程度に向上して
いる。

このことから電解磨き加工においては、切削加工面の尖
頭部が電解液中に溶出し易く、これによってより平滑性
の高い加工面が形成されることが理解される。

又、電解磨き加工で形成した負荷転走面は、ラッピング
加工で形成したものに比較して、粗さ凸部の形状が丸み
をおびており、従来の加工方法によって形成された転走
面よりも平滑性の向上していることが理解できる。

従って、本発明の加工方法により形成した摺動台１の負
荷転走面１１は、従来の加工方法で形成したものに比し
て摩擦抵抗が低減し、且つ、負荷転走面１１の軸方向に
おける摩擦抵抗の変動が小ざいものとなり、摺動台１の
運動の高精度化を達成できるものである。

又、平滑性が高いことから、ボール３の転走により生じ
る負荷転走面１７の初期磨耗を抑えることができ、摺動
台１の運動精度が長期に亘って維持されるものである。

更に、本願発明者は、本加工方法によって形成された負
荷転走面１１の耐蝕性を確認すべく、加工済みの摺動台
をオートクレーブに入れて腐蝕促進テストを実施した。

この結果によれば、電解磨き加工により形成された負荷
転走面１１は、従来の加工方法により形成された負荷転
走面１１に比較して耐蝕性が向上していることが確認さ
れた。これは、負荷転走面１１が化学的に表面処理され
ているためと考えられる。

従って、本実施例の摺動台１は耐環境性に優れ、長寿命
化が期待できるものとなっている。

又、本加工方法においては、粗転走面１１′を化学的に
除去して負荷転走面１１を形成するので、切削加工によ
って残留応力が生じた変質層を除去する結果となる。そ
れ故、負荷転走面１１の疲労限界が向上し、この点にお
いても摺動台１の長寿命化を期待できるものである。

上述してきた実施例においては、摺動台１の負荷転走面
１１の加工に本発明を適用する場合を説明してきたが、
軌道台２の転走面２１の加工に本発明を適用することも
可能である。

しかし、軌道台２はその長さが数ｍのものも製作が要求
されるので、摺動台１の負荷転走面１１の場合と異なり
、切削加工された粗転走面の長手方向全域に一定の間隙
で電極５を対向配置させることはかなり困難である。

それ故、第５図に示すように、短尺な電極５を粗転走面
２１′の一部分に対向配置し、これを軌道台２の長手方
向に添ってステップ駆動して転走面２１の加工を行なう
ことか現実的である。

第６図はその具体的な実施装置を示すものである。この
装置は、一方か開口した箱状のケーシング８内に電極５
を配設したものであり、電極５が粗転走面２１′に対向
するようケーシング８の開口部を軌道台２に当接させて
密閉された液室８１を形成し、この液室８１内に電解液
６を流入・流出させつつ電極５と軌道台２との間に直流
電圧を印加して加工を行なうようになっている。そして
、このケーシング８をステッピングモータ（図示せず）
で軌道台２軸方向に添って段階的に移動させることによ
り、切削加工で形成された粗転走面２１′に一様に電解
磨き加工を施すことが可能となっている。尚、第６図中
、符号８２はケーシング８と軌道台２との間を密封する
シール部材、符号７１は軌道台２に摺接するブラシ給電
器である。

又、第７図は外周面９１がボール転走面となるボールブ
ツシュのシャフト９に上記装置を適用して加工を行なう
例を示すものである。但し、このようなシャフト９の場
合は外周面９１に一様に加工を施す必要かあることから
、シャフト９の回転とケーシング８の軸方向の移動とを
組み合わせて加工かなされる。

更に、長尺シャフト９に本加工方法を適用できることか
ら、ボールねじ軸の螺旋状ボール転走溝にも本加工方法
を適用することができる。この場合は上記装置の電極５
を、第８図に示すように、上記ホール転走溝９２のピッ
チに対応した突起部５１を具備するものとし、この突起
部５１かボール転走溝９２をトレースするようにねじ軸
１０の回転及びケーシング８の移動を制御してｈロエが
なされる。

そして、このように本加工方法にて形成される上記軌道
台２の転走面２１あるいは上記シャフト９の外周面９１
等も、上述した摺動台１の負荷転走面１１と同様、加工
深さの再現性及び面の平滑性が向上すること勿論である
。

Ｕ発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明のベアリングにおける
転動体転走面の加工方法によれば、ベアリング基体に形
成された粗転走面を化学的に除去して転走面を形成する
ので、製品毎の転走面の加工深さの再現性が向上し、ベ
アリングに予圧を付与する作業の画一化を図ることが可
能となる。

又、電圧印加時間の調整により、転走面の加工深さの制
御が容易となるので、カタ付きのないより高精度のベア
リングを製作可能となる。

更に、転走面の平滑性か向上するので、この点において
も高精度のベアリングを製作可能であり、且つ、長期に
亘って当該精度を維持可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の加工方法の概略を示す
説明図、第２図は本発明の加工方法を適用可能な直線摺
動用ベアリングを示す断面図、第３図は電解磨き加工に
おける電圧の印加時間と加工深さとの関係を示すグラフ
、第４図（Ａ）は本発明における粗転走面の面粗度を示
す粗さ曲線、第４図（Ｂ）は本発明により加工された転
走面の面粗度を示す粗゛さ曲線、第４図（Ｃ）は従来の
ラッピング加工により形成された転走面の面粗度を示す
粗さ曲線、第５図は長尺物に転走面を形成する方法の概
略を示す説明図、第６図は直線摺動用ベアリングの軌道
台に転走面を加工する装置を示す概略図、第７図はボー
ルブツシュのシャフトの外周面を加工する装置を示す概
略図、第８図はボールねじ軸を加工する際の電極の配置
状態を示す概略図である。 ［符号説明］ １：１製動台（ベアリング基体） ２：軌道台（ベアリング基体） ３：ボール（転動体） ５：電極　　　　　　６：電解液 ７：直流電圧

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の基体の間にボール又はローラ等の転動体を
   有し、上記基体が固定される物体間の回転運動あるいは
   直線運動等を支持するベアリングにおける転動体転走面
   の加工方法であり、荒加工によって粗転走面を有するベ
   アリング基体を形成した後、上記粗転走面に電極を対向
   配置すると共にこれら粗転走面と電極との間に電解液を
   介在させ、且つ、上記ベアリング基体と電極との間に直
   流電圧を印加し、上記粗転走面を化学的に除去して転走
   面を形成することを特徴とする転動体転走面の加工方法
   。
2. （２）ベアリング基体と電極との間にパルス状直流電圧
   を印加することを特徴とする請求項１記載の転動体転走
   面の加工方法。
3. （３）電圧の印加時間を調整することにより、粗転走面
   の化学的除去量を制御することを特徴とする請求項１又
   は２記載の転動体転走面の加工方法。
4. （４）ベアリング基体の粗転走面とこれに対向配置され
   る電極とを相対的に移動させながら転走面を形成するこ
   とを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の転動体
   転走面の加工方法。
5. （５）一対の基体に夫々形成された転走面の間にボール
   又はローラ等の転動体を介在させ、上記基体が固定され
   る物体間の回転運動あるいは直線運動等を支持するベア
   リングにおいて、上記転走面は、荒加工によりベアリン
   グ基体に形成された粗転走面に対して電極を対向配置す
   ると共に、これら粗転走面と電極との間に電解液を介在
   させ、上記ベアリング基体と電極との間に印加した直流
   電圧により上記粗転走面を化学的に除去して形成される
   ことを特徴とするベアリング。