JPH11140543A - 軸受軌道輪の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内外径の同軸度が高く真円度が向上した軸受
け軌道輪を、高い材料歩留まりおよび研磨効率をもって
製造する方法を提供する。 【解決手段】 軌道輪の粗成形品を得る粗成形工程と、
前記軌道輪の粗成形品を冷間で輪体圧延加工して、その
内径および外径の真円度を上げる冷間ローリング工程
と、前記冷間ローリング後の軌道輪を熱処理する熱処理
工程と、前記熱処理後の軌道輪の外周をセラミック製矯
正型で拘束しつつ、焼戻し処理を行なう焼戻し矯正工程
とを備する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸受の内外輪の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、軸受は、例えば旋削、熱処理、お
よび研削の工程により製造されている。例えば軸受の内
外輪は、まず、研削仕上げの取代および熱処理変形など
を考慮した寸法で旋削により成形され、次いで、熱処理
により硬化させる。この熱処理中に内径および外径の真
円度が変形するので、最後に研削を行なって適性寸法、
適性真円度に仕上げられる。

【０００３】なお、軌道輪の内外径の真円度を矯正する
方法としては、特願平７−５２２８２７に示すような方
法が挙げられる。この方法は、セラミック製の外径型の
内側にワークリングを挿入して高周波加熱により加熱
し、加熱による熱膨張膨脹によるフープ応力と焼戻し効
果とにより、真円度を矯正する所謂焼戻し矯正方法であ
る。これにより真円度を高め、研削効率を向上させるこ
とができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ような方法で軌道輪を製造した場合には、軸受溝の成形
や熱処理変形などの理由により、材料の歩留まりが悪い
という問題があった。また旋削により熱処理前の成形が
行なわれた場合には、次のような問題が生じていた。す
なわち、この場合には、まず棒材またはパイプ材の端面
を削り、次いで外径を削った後、幅の寸法に削り、その
後、材料取りを行なう。引き続いて行なわれる工程にお
いて、このリングを外径チャックでつかみ直して内径を
削るが、この際、チャックの爪によりリングに歪みが生
じ、歪んだ状態で削るため内径に偏肉が出てしまう。こ
のようなリングに対して、例えば外径拘束による焼戻し
矯正を施しても、外径の真円度しか向上させることがで
きず、内径には偏肉の分の変形が出てしまうため、内径
の研削の効率が外径に比べて悪いという問題がある。

【０００５】そこで、本発明は、内外径の同軸度が高く
真円度が向上した軸受け軌道輪を、高い材料歩留まりお
よび研磨効率をもって製造する方法を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、軌道輪の粗成形品を得る粗成形工程と、
前記軌道輪の粗成形品を冷間で輪体圧延加工して、その
内径および外径の真円度を上げる冷間ローリング工程
と、前記冷間ローリング後の軌道輪を熱処理する熱処理
工程と、前記熱処理後の軌道輪の外周をセラミック製矯
正型で拘束しつつ、焼戻し処理を行なう焼戻し矯正工程
とを備する軸受け軌道輪の製造方法を提供する。

【０００７】本発明の製造方法において、前記冷間ロー
リング工程で用いられる輪体、すなわち、成形ロールお
よびマンドレルの粗さは、いずれも０．１μｍＲａ以下
であることが好ましい。

【０００８】前記冷間ローリング工程後の部材の外径Ｄ
（ｍｍ）は、後の硬化熱処理による外径平均膨張率Δ
（ｍｍ）、および、焼戻し矯正工程で用いられるセラミ
ック型の内径ｄ（ｍｍ）との間に次のような関係がある
ことが望まれる。

【０００９】ｄ−Δ−０．０５≦Ｄ≦ｄ−Δ 必要に応じて、冷間ローリング後の軸受け軌道輪に対し
て、円形の穴にとおすことによりサイジングを行なう冷
間サイジングを施してもよい。

【００１０】また、本発明の方法において焼戻し矯正工
程後には、さらに工程を付加することができ、例えば、
焼戻し矯正後の軌道輪に研削仕上げを施してもよい。あ
るいは、焼戻し矯正後には、得られた軸受け軌道輪の軌
道面のみに仕上げ研磨を施すこともできる。例えば、本
発明の方法で製造された外輪は、その外径の研磨を省略
することができ、内輪の場合には内径の研磨を省略する
ことができる。

【００１１】さらに、本発明の方法で製造された軸受け
軌道輪に対しては、内外輪の研磨加工を施さずに、旋
削、バレル、ショットブラスト、あるいはホーニングに
より仕上げ工程を焼戻し矯正後に行ってもよい。

【００１２】以下、本発明の製造方法を詳細に説明す
る。本発明の軸受け軌道輪の製造方法において、第１の
工程である粗成形工程、すなわち前加工工程は特に限定
されず、旋削、熱間鍛造および温間鍛造等、任意の方法
で行なうことができる。その条件も、軌道輪の大きさ、
形状等に応じて適宜選択することができる。

【００１３】なお、本発明の方法で製造される軸受け軌
道輪の素材および熱処理は特に限定されず、軸受鋼、浸
炭鋼、中炭素鋼等の材料で焼入れ（高周波焼入れ等の局
部焼入れも含む）、浸炭、浸炭窒化を適宜選択すること
ができる。

【００１４】前加工後の軌道輪は、リング材を圧延によ
り成形する冷間ローリング（冷間輪体圧延加工）に供さ
れる。ここで図１に、冷間ローリング装置の一例の概略
構成を表わす正面図を示し、図２にはその平面図を示
す。

【００１５】これらの図面に示されるように、冷間ロー
リング装置は、回転可能に支持された成形ロール８、マ
ンドレル７、およびサポートロール９を具備している。
成形ロール８はリング１の外周面および端面を圧延成形
できる形状となっており、マンドレル７はリング１の内
周面の圧延成形ができる形状になっている。これら２つ
が圧延ロールとなってリング１の成形が行なわれる。な
お、サポートロール９はマンドレル７を成形ロール８に
押し付ける役目をしている。

【００１６】リング１の素材が図示するように所定の位
置に配置されると、軸方向からマンドレル７がリングの
内側に挿入され、サポートロール９がこのマンドレル７
の軸の両端を押すようになっている。サポートロール
９、またはサポートロール９および成形ロール８の両方
がモータ（図示せず）により回転しながらリング１の圧
延成形を行なう。

【００１７】なお、成形ロール８およびマンドレル７と
しては、成形される部材に応じた形状の外周面を有する
ものを適宜選択して使用することができる。例えば、玉
軸受け外輪を成形する場合には、マンドレル７の外周面
は、ボール溝およびシール溝に対応した形状とし、成形
ロール８は、外周面および端面に対応した形状とする。
また、玉軸受け内輪を成形する場合には、成形ロール８
の外周面は、ボール溝およびシール溝に対応した形状と
する。このような成形ロールおよびマンドレルを用いて
圧延することで、切削に比べて材料の無駄を少なくする
とともに、完成品に近い形状に加工することができる。
しかも加工後には、リングの半径方向膜厚を均一にする
ことができる。

【００１８】ここで用いられる成形ロール８およびマン
ドレル７の表面粗さによって、成形されるリングの内外
周面の粗さも決定される。例えば、成形ロール８および
マンドレル７の表面粗さを０．１μｍＲａ以下とすれ
ば、圧延されたリングの内外周面の粗さも０．１μｍＲ
ａ以下とすることができる。

【００１９】なお、冷間ローリング後のリング（軌道
輪）の外径Ｄ（ｍｍ）は、後の硬化熱処理による外径平
均膨張率Δ（ｍｍ）、および、引き続いて行なわれる焼
戻し矯正工程で用いるセラミック型の内径ｄ（ｍｍ）と
の間に次のような関係があることが好ましい。外径平均
膨張率Δ（ｍｍ）は、硬化熱処理条件により決定される
ので、予め調べることができる。

【００２０】ｄ−Δ−０．０５≦Ｄ≦ｄ−Δ こうして冷間ローリング工程を行なうことにより、リン
グの内径および外径の真円度が高められる。

【００２１】冷間ローリング後の軌道輪には、熱処理
（焼入れ）が施される。なお、熱処理に当たっては、例
えば、吸熱型ガス（以下、ＲＸガスと称する）雰囲気
中、８４０℃で１時間の焼入れ処理を施した後、１７０
℃で２時間の焼戻し処理を行なうことができる。

【００２２】またこのとき、浸炭（または浸炭窒化）お
よび焼入れを行なってもよい。熱処理工程を経ることに
よって、軌道輪の内径および外径の真円度はいったん変
形するものの、本発明においては、熱処理に先立つ工程
で冷間ローリングを行なうとともに、熱処理に続いて焼
戻し矯正を行なっているので、外径のみならず内径の真
円度も著しく向上させることができた。

【００２３】熱処理後の軌道輪に対する焼戻し矯正は、
例えば、図３に示すような装置を用いて行なうことがで
きる。図３は、本発明で用い得る外径拘束型矯正装置の
概略を示す図である。

【００２４】図示するように外径拘束型矯正装置は、ワ
ークとしての環状部材１の外周を拘束するセラミック型
５と、この上下に配置された加熱コイル３と、前記環状
部材１を装置本体に装着するための圧入シリンダ４およ
び圧入治具２と、環状部材１の温度を測定する赤外線温
度計６とから構成されている。また、加熱コイル３と赤
外線温度計６との間には、加熱コイル制御器およびワー
ク加熱温度を制御するための温度調節器が設けられてい
る。ここでの加熱源は高周波による誘導加熱により、急
速加熱を行なっている。

【００２５】このような装置を使用し、環状部材１の外
周をセラミック型５の内周部で拘束しつつ環状部材を加
熱することによって、焼戻しの進行を利用して矯正を行
なうことができる。

【００２６】矯正に当たっては、まず、熱処理のワーク
１を圧入治具２によりセラミック型５に圧入する。ここ
で用いるセラミック型５の内径寸法は、ワークの外径に
対して０〜−０．０５ｍｍであることが好ましい。セラ
ミック型の内径がワーク平均外径より大きい場合には、
矯正変形を十分に行なうことが困難となり、一方、０．
０５ｍｍを越えて小さい場合には、ワーク外周面を傷つ
けたり、ワーク１を型内に圧入できないおそれがある。
また、ワーク１が歪んでいても圧入できるように、セラ
ミック型５の入り口の内径は若干大きく設計されてい
る。

【００２７】次いで、セラミック型５の上下に設置され
た加熱コイル３に高周波電流を流すことにより、ワーク
１内に渦電流が流れて加熱される。このときの周波数は
高いほど効率が良いが、周波数が過剰に高い場合には表
皮効果により渦電流が表面に集中して加熱に温度むらが
できてしまうので、効率と均熱とのバランスを考慮する
と、周波数は２００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲であること
が好ましい。

【００２８】本発明においては、型として非磁性のセラ
ミックを使用しているため、このセラミック型は加熱さ
れずワーク１のみが加熱して膨張する。また、軸受鋼の
線膨張係数がおよそ１２．５×１０^-6であるのに対し
て、セラミックの線膨張係数は２．５〜３．３×１０^-6
と低いので、伝熱によりセラミックが加熱されても、そ
の膨張量はワークに比べて極めて小さく、ワークリング
の膨張を抑えることができる。

【００２９】すなわち、熱処理後の軌道輪の外周をセラ
ミック製矯正型で拘束しつつ、焼戻し矯正を行なうこと
により、外径のみらず内径の真円度も高めることがで
き、しかも内外径の同軸度も向上させることができた。

【００３０】このように本発明の方法では、熱処理前の
粗成形品に対し冷間ローリングにより圧延加工を施して
所望の形状に成形しているので、材料の歩留まりを高め
るともに、リング偏肉量が減少させることができた。し
かも本発明においては、熱処理工程後に所定の方法で焼
戻し矯正を行なっているので、熱処理変形により低下し
た真円度を高めて内外径の同軸度の良い軌道輪が得られ
る。これにより、内外輪の研磨の取代も小さくすること
ができ、研磨の効率も著しく高められる。

【００３１】さらに本発明においては、冷間ローリング
工程で用いられたマンドレルおよび成形ロールの面粗さ
が、成形後の軌道輪の内外周の面粗さに反映されるの
で、所定の粗さのロール等を用いることにより任意の粗
さの軌道輪が得られる。こうして圧延加工された軌道輪
に対し、本発明の方法にしたがって熱処理および焼戻し
矯正を施した後、旋削仕上げ、バレル仕上げ、ショット
ブラストあるいはガラスビーズなどによるホーニングに
より仕上げた場合には、少なくとも非軌道面の研削工程
を省略することができる。例えば外輪の場合には、外径
の研削仕上げを省くことが可能であり、内外径ともに真
円度が高く、同軸度の向上した軸受け軌道輪を安価に製
造することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、具体例を示して本発明をさ
らに詳細に説明する。下記表１に、いくつかの工程によ
り製造した軸受け軌道輪の面粗さ、真円度を示した。こ
こで用いた軌道輪の素材は、ＪＩＳ，ＳＵＪ２である。
また、熱処理は、ＲＸガス雰囲気中、８４０℃で１時間
の焼入れ処理を施した後、１７０℃で２時間の焼戻し処
理を行なった。

【００３３】

【表１】

【００３４】なお、前記表１に示した矯正前後の真円度
の値を用いて、矯正率を以下のように定義することがで
きる。 矯正率＝（矯正前の真円度−矯正後の真円度）／矯正前
の真円度×１００（％） 本発明（実施例１〜３）では、いずれも７０〜９０％程
度の矯正率が得られていることが表１の結果からわか
る。さらに、従来例、比較例および実施例の軸受け軌道
輪の製造工程を、仕上げ工程、研磨時間比、完成表面粗
さおよびコストとともに下記表２にまとめる。

【００３５】

【表２】

【００３６】これらの表を参照して、従来例１、比較例
１〜２および実施例１〜３について説明する。従来例１
では、旋削、熱処理（焼入）、研削および仕上げ研磨の
工程により製造し、冷間ローリングおよび焼戻し矯正の
いずれの工程も行なわなかった。この場合には、表１に
示されるように、熱処理後の面粗さは０．３μｍＲａで
あり、真円度は０〜０．３ｍｍ（平均０．１５ｍｍ）程
度であるため、外径部および内径部は研削により真円度
および粗さの精度を高めなければならない。また、真円
度が最大０．３ｍｍであることから、研削による取代は
内外径に各々０．３ｍｍつける必要がある。

【００３７】比較例１では、熱処理後に焼戻し矯正を行
なっているので、この真円度は向上する。例えば図３に
示したような外径拘束型の焼戻し矯正装置においては外
径の真円度を０．０３ｍｍ以下とすることができるので
外径の研削取代は０．０３ｍｍ以内とすることができ
る。

【００３８】しかしながら、旋削によりリングを製作す
る場合には、まず内径をチャックして外径を削った後に
外径をチャックし直して内径を削るため、リングの肉厚
が薄いとチャックのつかみ力により変形した状態で内径
を削ることになる。したがって、内径に偏肉が生じてし
まい、焼戻し矯正により外径の真円度が良くなっても内
径では偏肉の影響のために真円度は外径ほど向上しな
い。結果として、研削取代は０．１ｍｍと外径よりも多
くなってしまう。しかも、焼戻し矯正後の軌道輪の面粗
さは旋削時のままであるので、所望の程度の粗さとする
ために、焼戻し矯正後にさらに、研削、仕上げ研磨を行
なわなければならない。

【００３９】なお、この場合の軌道輪の内外周面の状態
を図５に示す。図５（ａ）は、熱処理後の軌道輪の内径
および外径を表わしており、図５（ｂ）は、焼戻し矯正
後の内径および外径を表わしている。図５（ａ）に示さ
れるように熱処理後には内外径ともに歪みが生じてお
り、焼戻し矯正を行なうことによって、図５（ｂ）に示
されるように外径の真円度は改善されている。しかしな
がら、内径の真円度は焼戻し矯正を行なっても高めるこ
とができず、熱処理後に焼戻し矯正を行なうのみでは、
内外径ともに真円度のよい軌道輪を得ることができない
ことがわかる。

【００４０】比較例２は、熱処理前の軌道輪に冷間ロー
リングを行なったものであり、これによって表面粗さを
向上させ、偏肉量を減少できたことが表１の結果に示さ
れている。しかしながら、次いで行なわれる熱処理工程
により内外面とも変形して真円度が悪くなるので、研削
取代は、冷間ローリングを行なわない従来の方法で製造
した場合と同等の０．３ｍｍとなり、研磨に時間を要し
てしまう。このように、冷間ローリングを熱処理前に行
なったところで、真円度のよい軌道輪を研磨効率よく製
造することができない。

【００４１】実施例１では、旋削、冷間ローリング、熱
処理および焼戻し矯正により製造した例を示している。
この場合の軌道輪の内径および外径を図４に示す。図４
（ａ）は、冷間ローリング後、図４（ｂ）は熱処理後、
図４（ｃ）は焼戻し矯正後の内径および外径を示してい
る。図４（ａ）に示されるように、冷間ローリングによ
り真円度は良好となるものの、熱処理後には偏肉による
影響がでて、図４（ｂ）に示されるように真円度はいっ
たん低下する。しかしながら、本発明の方法で製造した
場合には、熱処理後に行なわれる焼戻し矯正工程により
外径のみならず内径の真円度も改善されることが図４
（ｃ）からわかる。

【００４２】表１の結果に示されるように、熱処理前に
冷間ローリングを行なった実施例１の軌道輪の熱処理後
の偏肉は、わずか０．００５ｍｍと極めて小さくなって
いるので、焼戻し矯正により外径だけでなく内径の真円
度も著しく改善されている。

【００４３】ここでは、粗さ０．１μｍＲａ以下の成形
ロールおよびマンドレルを用いて冷間ローリングを行な
ったので、これが軌道輪の内外周面に転写されて、その
表面粗さは０．１μｍＲａ以下となった。この面粗さは
研磨後の粗さに匹敵するので、後の工程で光輝バレルや
ホーニング、ショットブラストによる酸化スケール落と
しなどを行なえば、少なくとも後工程の内輪の内径、外
輪の外径の研磨加工を省略することができる。したがっ
て、軸受の内外輪を安価に製造することが可能である。

【００４４】なお、冷間ローリングの前加工（粗成形工
程）は、旋削に限定されず、例えば実施例２に示される
ように（熱間鍛造＋焼鈍）の場合でも、同等の結果が得
られる。また、温間鍛造を行なってもよい。

【００４５】また、実施例３に示すように冷間ローリン
グの後、冷間サイジングを行なって全体の平均径をそろ
えてもよい。ここでは、図３に示したような外径拘束型
焼戻し矯正装置から加熱手段を省いた装置を用いて、円
形の穴に通すことによりサイジングを行なったが、表１
に示されるように、本発明の効果は何等損なわれること
はない。

【００４６】さらに、表２中に実施例４〜９として示し
たように、焼戻し矯正後には、軌道面のみの旋削、ホー
ニング、ショットブラスト、バレル等の種々の仕上げ工
程を行なうことも可能である。いずれの場合も、内外径
の真円度が良好で同軸度が優れた軌道輪を、安価に製造
することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
内外径の同軸度が高く真円度が向上した軸受け軌道輪
を、高い材料歩留まりおよび研磨効率をもって製造する
方法が提供される。本発明は、あらゆる軸受け軌道輪の
製造に適用することができ、その工業的価値は大なるも
のがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷間ローリング装置の正面図。

【図２】冷間ローリング装置の平面図。

【図３】外径拘束型の焼戻し矯正装置を示すブロック構
成図。

【図４】本発明の方法により製造されたリングの形状測
定結果をそれぞれ示し、（ａ）は冷間ローリング後のリ
ング形状を、（ｂ）は熱処理後のリング形状を、（ｃ）
は焼戻し矯正後のリング形状を示す図である。

【図５】比較例１の方法により製造されたリングの形状
測定結果を示し、（ａ）は熱処理後のリング形状を、
（ｂ）は焼戻し矯正後のリング形状を示す図である。

【符号の説明】

１…リング ２…圧入治具 ３…加熱コイル ４…圧入シリンダ ５…セラミック型 ６…赤外線温度計 ７…マンドレル ８…成形ロール ９…サポートロール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軌道輪の粗成形品を得る粗成形工程と、 前記軌道輪の粗成形品を冷間で輪体圧延加工して、その
   内径および外径の真円度を上げる冷間ローリング工程
   と、 前記冷間ローリング後の軌道輪を熱処理する熱処理工程
   と、 前記熱処理後の軌道輪の外周をセラミック製矯正型で拘
   束しつつ、焼戻し処理を行なう焼戻し矯正工程とを備す
   る軸受け軌道輪の製造方法。