機械部品・転がり軸受用転動体・軌道輪およびその超仕上げ加工方法
【課題】交差角模様の加工跡がない機械部品、特に転動体，軌道輪等の軸受部品と、これを用いた転がり軸受と、これらの交差角模様の加工跡の生じない加工が行える超仕上げ加工方法を提供する。
【解決手段】転動体，軌道輪等となる機械部品である被加工物８を超仕上げ加工する方法である。回転する弾性砥石４の加工面４ｂの表面形状を、被加工物８の被加工面８ａに応じた形状とする。被加工物８を回転させ、被加工物８の被加工面８ａの端部から回転する弾性砥石４を当てる。この弾性砥石４の被加工物表面に応じて形成した加工面４ｂが、被加工物８の被加工面８ａに沿う加工軌跡で、弾性砥石４を移動させる。このように超仕上げ加工された被加工物８の被加工面８ａは、交差角模様の加工跡がない平滑面となる。
【解決手段】転動体，軌道輪等となる機械部品である被加工物８を超仕上げ加工する方法である。回転する弾性砥石４の加工面４ｂの表面形状を、被加工物８の被加工面８ａに応じた形状とする。被加工物８を回転させ、被加工物８の被加工面８ａの端部から回転する弾性砥石４を当てる。この弾性砥石４の被加工物表面に応じて形成した加工面４ｂが、被加工物８の被加工面８ａに沿う加工軌跡で、弾性砥石４を移動させる。このように超仕上げ加工された被加工物８の被加工面８ａは、交差角模様の加工跡がない平滑面となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、機械部品、特に転がり軸受における転動体や内外の軌道輪などの軸受部品と、これら機械部品，軸受部品の超仕上げ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超仕上げ技術は、被加工物を研削加工した後の後工程で、非回転の砥石を揺動させながら作用させ、その面粗度を向上させるようにして行われている。特許文献１には、超仕上げ用砥石を用いて円筒状転動体の表面の微細な凸部にクラウニングを形成する加工方法が開示されている。特許文献２には、自動調心ころ軸受の球面ころの外周面を超仕上げ加工する方法および装置が開示されている。また、ころ軸受における内輪または外輪からなる軌道輪を超仕上げ加工する方法あるいは装置の例として、特許文献３および特許文献４に開示されている方法，装置が挙げられる。特許文献５には、自動調心ころ軸受の製造において、外輪軌道を形成するための加工条件を定め、各球面ころのスキューによる摩擦および発熱を抑制する技術が開示されている。
【０００３】
図７は、円筒状被加工物の周面を砥石で超仕上げ加工する要領の一例を概念的に示している。図７において、円筒状被加工物１００は、白抜矢印１００Ａに示すように、その軸心周りに回転し、この回転する被加工物１００の周面に対して、砥石１０１を被加工物１００の軸心方向に沿った白抜矢印１０１Ａ方向にトラバースさせながら作用させることによって、被加工物１００の周面の超仕上げ加工がなされる。
【特許文献１】特開２００４−１７４６４１号公報
【特許文献２】特開２００７−１６８０５５号公報
【特許文献３】特開２００７−２６０８２９号公報
【特許文献４】特開２００７−２６０８３０号公報
【特許文献５】特開２００７−３３３１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜４に開示された超仕上げ加工方法や装置、あるいは図７に示すような超仕上げ加工方法においては、いずれも、非回転の砥石の動きと被加工物の回転が常に一定の角度を作り、被加工物の表面に交差角と呼ばれる筋状の模様が形成される。また、クラウニング形状や対数形状、あるいは曲線が組み合わさった形状等の複雑な形状に対して、超仕上げ機構が追従できず、そのため、被加工物の形状を崩すことがあった。さらに型番毎、つまり製品仕様ごとに被加工物の外径旋回半径が変わるため、段取り工数の増加、段取り部品の多岐化が避けられず、加工効率や生産管理の点で問題となっていた。
【０００５】
この発明の目的は、仕上げ加工面が、交差角模様の加工跡のない平滑面とできて、面粗度の向上が図れる機械部品、転がり軸受用転動体、軌道輪、および転がり軸受を提供することである。
この発明の他の目的は、仕上げ加工面が、交差角模様の加工跡のない平滑面とできて、面粗度の向上が図れる、機械部品、転がり軸受用転動体、および軌道輪の加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の機械部品は、表面が仕上げ加工され、その仕上げ加工面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面であることを特徴とする。機械部品は、機械を構成する部品であり、その代表例として、転がり軸受の転動体や軌道輪等の機械部品がある。
この発明の転がり軸受用転動体は、表面が超仕上げ加工され、その仕上げ加工面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面であることを特徴とする。
この発明の転がり軸受用軌道輪は、転走面が超仕上げ加工され、その仕上げ加工面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面であることを特徴とする。
上記構成の機械部品、転がり軸受用転動体、および転がり軸受用軌道輪は、いずれも、仕上げ加工面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面であるため、面粗度の向上が図れ、この機械部品や、この機械部品に接する相手部材の寿命向上等の品質向上の効果が得られる。
機械部品が、転がり軸受用転動体や転がり軸受用軌道輪である場合、その転動体表面や軌道輪の転走面は、表面の面粗度が転がり寿命に影響する。これらの転動体表面や転走面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面であると、面粗度が向上するため、これら転動体や軌道輪の転動寿命の向上効果が得られ、軸受の寿命向上に繋がる。
【０００７】
この発明の機械部品において、外周面が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工されたものであっても良い。
例えば、上記転がり軸受用転動体は、外周面が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工されたものであっても良い。
また、上記転がり軸受用軌道輪は、転走面が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工されたものであっても良い。
この構成の場合、砥石が弾性を有し、しかも回転しながら被加工面に作用するから、交差角模様のない平滑面が好適に形成される。また、砥石の有する弾性作用によって、クラウニング形状や対数形状、あるいは曲線が組み合わさった形状等の複雑な形状の超仕上げ加工も好適になされる。
【０００８】
この発明の機械部品は、外周面およびこの外周面の縁の面取り部にわたり、回転する弾性砥石で超仕上げ加工されたものであっても良い。
また、この発明の転がり軸受用転動体は、ころ形状の転動体であって、外周面およびこの外周面と端面との間の角部に設けた面取り部が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工されたものであっても良い。
この発明の転がり軸受用軌道輪は、転走面およびこの転走面の両側に隣接する周面部分が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工されたものであっても良い。
この構成の場合、機械部品の外周面と面取り部にわたり弾性砥石で超仕上げ加工されており、ころ形状の転動体の場合は外周面と面取り部にわたり、また軌道輪の場合は、転走面およびその両側に隣接する周面部分が弾性砥石で超仕上げ加工されているため、これらの各面にわたる複雑な形状部分も、回転する弾性砥石の超仕上げ加工により、交差角模様のない平滑面とされる。特に、砥石が弾性を有するから、このような複雑な形状部分での超仕上げ加工を行うにつき、精密な形状が崩されることなく加工でき、複雑な形状部分の超仕上げ加工が良好に行える。
【０００９】
この発明に係る転がり軸受は、この発明の上記いずれかの転がり軸受用転動体または転がり軸受用軌道輪を用いたことを特徴とする。
この構成によると、転がり接触する面である転動体の表面または軌道輪の転走面が、超仕上げ加工されて、交差角模様の加工跡がない平滑面であるため、転がり軸受の転動寿命の長寿命化が図られる。
【００１０】
この発明の機械部品の加工方法は、回転する弾性砥石を用いて、機械部品を超仕上げ加工することを特徴とする。
この発明の転がり軸受用転動体の超仕上げ加工方法は、転がり軸受の転動体を、回転する弾性砥石を用いて超仕上げ加工することを特徴とする。
この発明の転がり軸受用軌道輪の超仕上げ加工方法は、転がり軸受の軌道輪の転走面を、回転する弾性砥石を用いて超仕上げ加工することを特徴とする。
この発明方法によると、砥石が弾性を有し、しかも回転しながら被加工面に作用するから、交差角模様の加工跡がない平滑面が良好に形成でき、面粗度の向上が図れる。
【００１１】
この発明の軸受部品の超仕上げ加工方法は、転がり軸受の転動体または軌道輪からなる軸受部品の超仕上げ加工方法であって、回転する弾性砥石の加工面の表面形状を、前記軸受部品である被加工物の被加工面の断面形状に比例した断面形状とし、この弾性砥石の前記被加工物表面の断面形状に比例した断面形状の加工面が被加工物の被加工面に沿うように、弾性砥石を移動させることにより、被加工物の被加工面を超仕上げ加工することを特徴とする。
この発明方法によると、被加工面の断面形状に比例した断面形状の加工面を持つ弾性砥石を回転させながら、被加工物の被加工面の端部から当て、被加工物の被加工面に沿うように移動させる。しかも、砥石が弾性を有し、回転しながら被加工面に作用する。そのため、交差角模様の加工跡のない平滑面が好適に形成され、面粗度の向上が図れる。特に、被加工面が、クラウニング形状や対数形状、あるいは曲線が組み合わさった形状等の複雑な形状である場合でも、精密な形状を崩すことなく加工できて、超仕上げ加工が好適になされる。また、砥石の回転軸となる主軸の幅方向セッティングと砥石形状のみで段取りが完了するため、段取り工数の減少が可能になる。この技術の確立により、汎用工作機械を用いることが可能となり、機械を新規設計する必要がなくなり、設計の省力化が実現できる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の機械部品、転がり軸受用転動体、軌道輪、および転がり軸受は、仕上げ加工面を交差角模様の加工跡がない平滑面とするため、面粗度の向上が図れる。上記仕上げ加工面を、回転する弾性砥石で超仕上げ加工した場合は、上記交差角模様の加工跡がない平滑面が良好に得られる。
この発明方法は、回転する弾性砥石を用いて、機械部品を超仕上げ加工するため、仕上げ加工面を交差角模様の加工跡がない平滑面とできて、面粗度の向上が図れる。
特に、請求項１４に記載の発明方法は、転がり軸受の転動体または軌道輪からなる軸受部品の超仕上げ加工方法であって、回転する弾性砥石の加工面の表面形状を、前記軸受部品である被加工物の被加工面の断面形状に比例した断面形状とし、被加工物を回転させ、被加工物の被加工面の端部から回転する弾性砥石を当て、この弾性砥石の前記被加工物表面の断面形状に比例した断面形状の加工面が被加工物の被加工面に沿うように、弾性砥石を移動させることにより、被加工物の被加工面を超仕上げ加工するため、仕上げ加工面を交差角模様の加工跡がない平滑面とできて、面粗度の向上が図れ、また精密な形状を崩すことなく、複雑な形状に対しての仕上げ加工が実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の実施形態に係る超仕上げ加工方法に使用する超仕上げ加工装置の一例を図１と共に説明する。この加工装置は、機台１と、この機台１上に設置されて主軸２ａを回転自在に支持する主軸台２と、基台１上に設置されて主軸２ａの軸心Ｏ２と同心に芯押軸３ａを回転自在に支持する芯押台３と、弾性砥石４を主軸軸心Ｏ２と平行な駆動軸心Ｏ４周りに回転自在に支持する砥石台５とを備える。主軸２ａは、機台１または主軸台２に設置された主軸モータ（図示せず）により回転駆動される。被加工物８は、主軸２ａと芯押軸３ａとの間に両端が支持され、主軸２ａの回転によって回転させられる。芯押台３は、その全体または芯押軸３ａを、主軸軸心Ｏ２に沿う方向に位置調整自在とされる。
【００１４】
弾性砥石４は、超仕上げ加工用の砥石であって、円筒状ないし円板状であり、砥石軸４ａを介して砥石台５に回転自在に支持されている。弾性砥石４の外周面からなる加工面４ｂの断面形状については、後に説明する。
弾性砥石４は、一般に使用される砥石よりも弾性を持った砥石であり、一般的なビトリファイド砥石やレジノイド砥石（ヤング率：１００００〜５００００ＭＰａ）よりもヤング率が小さな材質のものが用いられる。砥石は、砥粒と、この砥粒を結び付ける接合材とで構成されるが、弾性砥石４は、結合材に、ビトリファイド（陶磁器質）、レジノイド（フェノール樹脂）よりも軟質の樹脂、例えばポリビニールアルコールやポリウレタン等の軟質樹脂を使用したものとされる。弾性砥石４には、具体的には、ＦＢＢ砥石（ポリビニールアルコールと熱硬化性樹脂を反応させてなる結合材と気孔と砥粒によって構成された砥石）（ヤング率：２００〜５０００ＭＰａ）が用いられる。
【００１５】
砥石台５には、砥石回転駆動用のモータ６と、このモータ６の回転を弾性砥石４に伝達するプーリー，ベルト等の駆動伝達機構６ａが搭載されている。砥石台５は、基台１上に主軸軸心Ｏ２に沿う方向（ｘ軸方向）に進退自在に設置された送り台７上に、主軸軸心Ｏ２と直交する方向（ｙ軸方向）に進退自在に搭載されている。これら可動テーブル７と砥石台５とにより、弾性砥石４は２次元平面で移動可能とされている。砥石台５および送り台７の進退駆動は、それぞれ送り台７および機台１に設置されたサーボモータおよびそのモータの回転を進退動作に変換するボールねじ等の回転・直動変換機構（いずれも図示せず）等で構成される。
【００１６】
上記構成の超仕上げ加工装置を用いて鋼製の被加工物８を超仕上げ加工する加工方法を説明する。先ず、被加工物８を主軸２ａと心押軸３ａの間に支持させる。図１の被加工物８は、円筒状または円筒状であり、その外周面が被加工面８ａとされている。このように支持された被加工物８に対して、送り台７および砥石台５を移動させて、弾性砥石４の加工面４ｂを被加工物８の被加工面８ａに近接させる。この状態で、主軸台２の主軸を矢印ａのように回転させ、弾性砥石４を矢印ｂのように反対方向に回転させる。
弾性砥石４の加工面４ｂを被加工面８ａに押し当て、加工面４ｂが、各例毎に後述する加工軌跡を描くように、砥石台５および送り台７を移動させて、被加工物８の被加工面８ａを超仕上げ加工する。この弾性砥石４の加工面４ｂの断面形状を被加工物８の形状に応じた形状とすることにより、種々の形状の被加工物８に応じて超仕上げ加工が可能とされる。
【００１７】
次に、単一曲率を持つ被加工物８の場合について、被加工物８の形状と弾性砥石４の形状との関係、および弾性砥石４の加工軌跡の算出例について説明する。図２は、被加工物８が、鋼製の転がり軸受用転動体、詳しくは円筒ころ軸受における非対称形状の円筒ころであって、仕上げ加工前の旋削や研削等の前加工工程までが完了したものである。被加工物８の被加工面８ａである外周面は、最大径位置Ｐ1 に対して軸方向に非対称であるが、単一曲率の円弧形状のクウニング形状となっている。図中のＰ0 ，Ｐ2 は、被加工面８ａの全円弧面領域の両端の軸方向位置を示す。
【００１８】
(1) 先ず、被加工面８ａの、最大径位置Ｐ1 に対する両側の円弧面領域Ｐ0 −Ｐ1 間、およびＰ1 −Ｐ2 間の距離を、適用される転がり軸受の設計パラメータから算出する。
(2) Ｐ0 −Ｐ1 間の距離をＡ、Ｐ1 −Ｐ2 間の距離をＢとする。
(3) 弾性砥石４における加工面４ｂの有効幅Ｄを任意に設定する。加工面４ｂは断面円弧形状である。
(4) 弾性砥石４の加工面４ｂの有効幅Ｄにおける最大径の位置の両側部分となる加工面領域の距離Ｂ´、Ａ´を計算する。この場合に、被加工物８の距離Ｂ：Ａの比と、加工面領域の距離Ｂ´：Ａ´の比が一致するように計算する。
すなわち、
Ａ´＝（Ａ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ）
Ｂ´＝（Ｂ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ）
とする。
(5) 被加工面８ａの曲率半径をＲとし、弾性砥石４の加工面４ｂの曲率半径ｒとして、次式を計算する。
ｒ＝（Ｒ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ）
(6) 被加工物８の半径Ｒと弾性砥石４の半径ｒの和（等価円）Ｒ＋ｒを、弾性砥石４を円弧状に移動させる経路、すなわち加工軌跡Ｌの半径とする。
(7) 以上のように求めた加工面４ｂの形状を持つ弾性砥石４を用い、この弾性砥石４を回転させながら、上記のように円弧状の加工軌跡Ｌで移動させて超仕上げ加工を行う。
【００１９】
上記(7) の動作を説明する。主軸軸心Ｏ２回りに回転する被加工物８の被加工面８ａに対して、駆動軸心Ｏ４周りに回転する弾性砥石４の加工面４ｂを押し当てながら、被加工面８ａの端部から、弾性砥石４を円弧状の加工軌跡Ｌを描くよう移動させ、被加工面８ａの超仕上げ加工を行う。上記円弧状の加工軌跡Ｌを描く弾性砥石４の移動は、砥石台４および送り台７の移動の複合動作により行わせる。この加工軌跡Ｌの曲率半径は、前述のように計算した、被加工物８の被加工面８ａの曲率半径Ｒと弾性砥石４の加工面４ｂの曲率半径ｒとの和（等価円）Ｒ＋ｒとされる。加工軌跡Ｌとこれに基づく砥石台５，送り台７の動作パターン毎の動作プログラムは、数値制御装置（図示せず）等に記憶されて、実行される。
【００２０】
このように弾性砥石４を回転させながら、加工軌跡Ｌに沿って繰り返しトラバースさせて、被加工物８の被加工面８ａに作用させることにより、図示のようにＰ0 −Ｐ1 −Ｐ2 の単一曲率の球面が超仕上げ加工される。この加工では、被加工物８の回転と、弾性砥石４の回転と、弾性砥石４のトラバースとが加わった複合動作となるため、超仕上げ加工される球面は、交差角と呼ばれる模様の加工跡のない平滑面とされる。そのため、面粗度が向上する。
なお、図２において、弾性砥石４が２箇所に描かれているが、これは、便宜上、１個の弾性砥石４が加工軌跡Ｌに沿って、ほぼこの２箇所間に渡ってトラバース移動することを示している。
【００２１】
図３は、複数の形状を合わせ持つ被加工物８の場合を示す。同図の被加工物８は、鋼製の転がり軸受用転動体、詳しくは円すいころ軸受における円すいころであって、被加工面８ａである外周面の断面形状が、半径ＲＢの中間円弧面領域（軸方向距離Ｂの部分）と、それぞれ半径ＲA ，ＲC を持つ両側の端部円弧面領域（軸方向距離Ａ，Ｃの部分）とが連なった形状である。この場合における、被加工物８の形状と弾性砥石４の形状との関係および、弾性砥石４の加工軌跡の算出例について説明する。
【００２２】
(1) 被加工物８の被加工面８ａにおける一方の端部の円弧面領域（Ｐ0 −Ｐ1 間）、中間の円弧面領域（Ｐ1 −Ｐ2 間）、および他方の端部の円弧面領域（Ｐ2 −Ｐ3 間）の距離を、適用される転がり軸受の設計パラメータから算出する。
(2) Ｐ0 −Ｐ1 間の距離をＡ、Ｐ1 −Ｐ2 間の距離をＢ、Ｐ2 −Ｐ3 間の距離をＣとする。
(3) 弾性砥石４における加工面４ｂの有効幅Ｄを任意に設定する。
(4) 弾性砥石４の加工面４ｂの有効幅Ｄ内で、この加工面４ｂのそれぞれの曲率半径とする円弧状の断面形状の部分となる、一方の端部、中間部分、他方の端部の各加工面領域の軸方向長さ、Ａ´，Ｂ´，Ｃ′を計算する。この長さは、被加工物８の被加工面８ａの各円弧面領域の長さの比Ａ：Ｂ：Ｃが、各加工面領域の長さの比Ａ´：Ｂ´：Ｃ′と一致するようにする。すなわち、
Ａ´＝（Ａ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）、
Ｂ´＝（Ｂ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）、
Ｃ´＝（Ｃ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）、
とする。
(5) 被加工物８の被加工面８ａの半径をＲ、弾性砥石４の半径をｒとして、それぞれの曲率部分で、次式を計算する。
ｒ＝（Ｒ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ）
被加工物８の各曲率半径の円弧面領域に対応する曲率半径を、それぞれＲA ，ＲB ，ＲC とすると、弾性砥石４の加工面４ｂの各加工面領域（距離Ａ´，Ｂ´，Ｃの領域）に対応するそれぞれの曲率半径ｒＡ，ｒＢ，ｒＣ は、
式、ｒＡ＝（ＲA ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）
ｒＢ＝（ＲB ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）
ｒＣ＝（ＲC ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）
で計算される。
(6) 被加工物８の半径Ｒと弾性砥石４の半径ｒの和（等価円）Ｒ＋ｒを、弾性砥石４を円弧状に移動させる各経路、つまり加工軌跡Ｌａの各部の半径とする。
(7) 以上のように求めた加工面４ｂの形状を持つ弾性砥石４を用い、この弾性砥石４を回転させながら、上記のように各曲率部分毎に円弧状の加工軌跡Ｌａで移動させて、超仕上げ加工を行う。
【００２３】
上記(7) の動作を説明する。主軸軸心Ｏ２周りに回転する被加工物８の被加工面８ａに対して、駆動中心Ｏ４回りに回転する弾性砥石４の加工面４ｂを押し当てながら、被加工面８ａの端部から、弾性砥石４を、各加工面領域毎に曲率半径の円弧状の加工軌跡Ｌａを描くよう動作させ、被加工面８ａの超仕上げ加工を行う。
この加工軌跡Ｌａは、３つの領域が複合されて構成され、第１の領域の曲率半径は、被加工面８ａにおける曲面領域Ａの曲率半径ＲA と弾性砥石４の加工面４ｂにおける対応する加工面領域の曲率半径ｒＡとの和（等価円）ＲA ＋ｒＡとされる。第２の領域の曲率半径は、同曲面領域Ｂの曲率半径ＲB と同加工面領域の曲率半径ｒＢとの和（等価円）ＲB ＋ｒＢとされる。第３の領域の曲率半径は、同曲面領域Ｃの曲率半径ＲC と同加工面領域の曲率半径ｒＣとの和（等価円）ＲC ＋ｒＣとされる。
【００２４】
このように弾性砥石４を回転させながら、加工軌跡Ｌａに沿って繰り返しトラバースさせて、被加工物８の被加工面８ａに作用させることにより、図示のようにＰ0 −Ｐ1 −Ｐ2 −Ｐ3 の複数の形状を併せ持つ曲面が超仕上げ加工される。この加工においても、被加工物８の回転と、弾性砥石４の回転と、弾性砥石４のトラバースとが加わった複合動作となるため、超仕上げ加工される曲面は、交差角と呼ばれる模様の加工跡のない平滑面とされる。そのため、面粗度が向上する。
【００２５】
図４と共に、面取り部の加工について説明する。同図は、図２に示した円筒ころ形状の軸受用転動体となる被加工物８における外周面８ａと、端面８ｂとの間の角部に設けた面取り部８ｃを超仕上げ加工する状態を示す。
(1) 先ず、被加工物８の面取り部８ｃにおける超仕上げ加工する領域の両端（軸方向位置Ｐ0 −Ｐ1 ）をつなぐ円弧の半径Ｒを算出する。
(2) 弾性砥石４の断面円弧状とした端部円弧状部分４ｃの円弧半径ｒを、任意に設定する。
(3) 被加工物８における面取り部８ｃの曲率中心８coから半径Ｒ＋ｒの円弧を描く。
(4) 被加工物８における面取り部８ｃの曲率中心８coと、加工したい部分の両側の端部Ｐ0 ，Ｐ1 とをそれぞれ直線で繋ぐ。
(5) 上記半径Ｒ＋ｒの円弧における、上記各直線との交点Ｌｂ0 ，Ｌｂ1 を弾性砥石４の稼働範囲とする。すなわち、上記半径Ｒ＋ｒの円弧における、上記両交点間の部分を加工軌跡Ｌｂとする。
(6) 以上に示すように弾性砥石４を設け、弾性砥石４を回転させながら上記加工軌跡Ｌｂで移動動作させることで、面取り部８ｃの超仕上げ加工を行う。
【００２６】
上記(6) のを動作を説明する。主軸軸心Ｏ２回りに回転する被加工物８の面取り部８ｃに対し、駆動軸心Ｏ４回りに回転する弾性砥石４の端部円弧状部分４ｃを押付けながら、砥石台５および送り台７を作動させて、弾性砥石４を加工軌跡Ｌｂを描くよう動作させ、面取り部８ｃの超仕上げ加工を行う。この場合、曲率中心８COとＰ0 およびＰ1 を結ぶ線分と加工軌跡Ｌｂとの交点Ｌｂ0 −Ｌｂ1 間が弾性砥石４の移動範囲とされる。図４の拡大部分には、弾性砥石４が２個描かれているが、それぞれが交点Ｌｂ0 、Ｌｂ1 に対応する位置にある場合を示している。
このように弾性砥石４を、その駆動軸心Ｏ４周りに回転させ、かつ、加工軌跡Ｌｂに沿って交点Ｌｂ0 −Ｌｂ1 間を繰り返しトラバースさせながら、被加工物８の角部に作用させることにより、図示のようにＰ0 −Ｐ1 間の面取り部８ｃが超仕上げ加工され、この加工面は交差角と呼ばれる模様の加工跡のない平滑面とされる。
【００２７】
図５は、図１の超仕上げ加工装置を用いて、被加工物としての転がり軸受用軌道輪の転走面およびこの転走面の両側に隣接する周面部分を超仕上げ加工する状態を示している。図示の転がり軸受用軌道輪９は、単列の円筒ころ軸受における両鍔付きの内輪である。この内輪（被加工物）９は中空円筒形であり、その外周面が転走面９ａとされ、この転走面９ａの両端の鍔部９ｂに至る周面部分も含んで被加工面とされる。この被加工物９は、前記と同様に、主軸台２ａと心押軸３ａ間に支持される。次いで、砥石台６および送り台７を移動させて、弾性砥石４の加工面４ｂを被加工物９の被加工面（両側の周面部分含む）９ａに近接させる。この状態で、主軸２ａを矢印ａのように回転させ、また、弾性砥石４を矢印ｂのように逆方向に回転させる。そして、弾性砥石４を被加工物９の被加工面９ａに押し当ると共に弾性砥石４の加工面４ｂが所定の加工軌跡を描くように、砥石台５および送り台７を移動させて、被加工物９の被加工面９ａを超仕上げ加工する。
【００２８】
この場合も、被加工物９の形状に応じた弾性砥石４を選択して、その駆動部に取付ける。また、弾性砥石４の加工軌跡も前述と同じ要領で算出し、この算出加工軌跡に沿うように、砥石台５および送り台７の動作パターンを設定する。このようにして超仕上げ加工された被加工物９の被加工面９ａは、交差角模様の加工跡のない平滑面とされる。特に、内輪や外輪のような軌道輪は、クラウニング形状や対数形状、あるいは曲線が組み合わさった複雑な形状を有しているが、このような形状に追従させた加工が可能であり、これにより形状を崩すことなく、面粗度の向上を図ることができる。
なお、外輪の超仕上げ加工は、主軸２ａに対する加工ワークの取付け方、および、弾性砥石４の転走面に対する作用のさせ方が、内輪の場合と異なるが、前記と同様の手法で実施することができる。
【００２９】
図６は、前述の加工方法で超仕上げ加工がなされた軸受部品（転動体８、内輪９および外輪１０）を用いて組み立てられた単列の転がり軸受１１を概略的に示している。この転がり軸受１１は、ころ軸受であり、転動体である円筒状ころ８の外周面８ａ、軌道輪である内輪９の外周面（転走面）９ａ、およびもう一方の軌道輪である外輪９の内周面（転走面）１０ａが被加工面として、前記方法によって超仕上げ加工されたものである。これら軸受部品８，９，１０および転動体の保持器１２を組み付け構成されたころ軸受１１は、互いに転がり接触する各被加工面８ａ，９ａ，１０ａが、交差角模様の加工跡のない平滑面とされるから、面粗度が向上し、これにより転がり軸受としての転動疲労寿命が長寿命となる。
【００３０】
これら図２ないし図６の各例と共に説明したように、弾性砥石４を用い、弾性砥石４の加工面４ａの断面形状および移動規制Ｌ，Ｌａ，Ｌｂを、被加工面８ａの断面形状に応じた形状とするため、次の各利点が得られる。
(1) 交差角模様の加工跡の生じない平滑面が得られて、面粗度が向上する。
(2) 従来の超仕上げ技術では、複雑な形状に対応することができず、被加工物の形状を崩すことがあるが、上記実施形態とすることで、クラウニング形状や、曲線が組み合わさった形状等の複雑な形状に対しての加工が実現可能となる。
(3) 面取部まで超仕上げ加工が可能となる。
(4) 被加工物８のセッティングと砥石形状の変更のみで段取りが完了するため、段取り工数の減少が可能となる。
(5) 汎用の研削盤等の加工機を用いた加工が可能となるため、機械を新規設計する必要がなくなり、設計の省力化が実現できる。
【００３１】
なお、図６に示すころ軸受１１は、単列の円筒ころ軸受であるが、複列の円筒ころ軸受、針状ころ軸受、単列あるいは複列の円すいころ軸受、さらには自動調心ころ軸受であってもよい。これらにおいても、各軸受部品の形状に応じて、弾性砥石４の形状および弾性砥石４の加工軌跡を適宜設定することによって、それぞれの被加工面を交差角模様の加工跡のない平滑面とすることができるから、面粗度が向上し、前記と同様の各効果がえられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施形態に係る超仕上げ加工方法を実施するための超仕上げ加工装置を概念的に示す構成図である。
【図２】この発明の実施形態に係る超仕上げ加工方法における被加工物の形状、弾性砥石の形状および弾性砥石の加工軌跡の関係を示す線図である。
【図３】同他の実施形態における被加工物の形状、弾性砥石の形状および弾性砥石の加工軌跡の関係を示す線図である。
【図４】同さらに他の実施形態における被加工物の形状、弾性砥石の形状および弾性砥石の加工軌跡の関係を示す線図である。
【図５】図１に示す超仕上げ加工装置を用いて別の被加工物を超仕上げ加工する状態を示す図１と同様図である。
【図６】この発明の実施形態に係る軸受部品を用いて組み立てられたころ軸受の一例を示す断面図である。
【図７】従来の超仕上げ加工の要領を示す概念的斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
４…弾性砥石
４ｂ…加工面
８…転動体（軸受部品、被加工物）
８ａ…外周面（被加工面）
８ｃ…面取り部（被加工面）
９…軌道輪（内輪、軸受部品、被加工物）
９ａ…転走面（被加工面）
１０…軌道輪（外輪、軸受部品、被加工物）
１０ａ…転走面（被加工面）
１１…転がり軸受
【技術分野】
【０００１】
この発明は、機械部品、特に転がり軸受における転動体や内外の軌道輪などの軸受部品と、これら機械部品，軸受部品の超仕上げ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超仕上げ技術は、被加工物を研削加工した後の後工程で、非回転の砥石を揺動させながら作用させ、その面粗度を向上させるようにして行われている。特許文献１には、超仕上げ用砥石を用いて円筒状転動体の表面の微細な凸部にクラウニングを形成する加工方法が開示されている。特許文献２には、自動調心ころ軸受の球面ころの外周面を超仕上げ加工する方法および装置が開示されている。また、ころ軸受における内輪または外輪からなる軌道輪を超仕上げ加工する方法あるいは装置の例として、特許文献３および特許文献４に開示されている方法，装置が挙げられる。特許文献５には、自動調心ころ軸受の製造において、外輪軌道を形成するための加工条件を定め、各球面ころのスキューによる摩擦および発熱を抑制する技術が開示されている。
【０００３】
図７は、円筒状被加工物の周面を砥石で超仕上げ加工する要領の一例を概念的に示している。図７において、円筒状被加工物１００は、白抜矢印１００Ａに示すように、その軸心周りに回転し、この回転する被加工物１００の周面に対して、砥石１０１を被加工物１００の軸心方向に沿った白抜矢印１０１Ａ方向にトラバースさせながら作用させることによって、被加工物１００の周面の超仕上げ加工がなされる。
【特許文献１】特開２００４−１７４６４１号公報
【特許文献２】特開２００７−１６８０５５号公報
【特許文献３】特開２００７−２６０８２９号公報
【特許文献４】特開２００７−２６０８３０号公報
【特許文献５】特開２００７−３３３１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜４に開示された超仕上げ加工方法や装置、あるいは図７に示すような超仕上げ加工方法においては、いずれも、非回転の砥石の動きと被加工物の回転が常に一定の角度を作り、被加工物の表面に交差角と呼ばれる筋状の模様が形成される。また、クラウニング形状や対数形状、あるいは曲線が組み合わさった形状等の複雑な形状に対して、超仕上げ機構が追従できず、そのため、被加工物の形状を崩すことがあった。さらに型番毎、つまり製品仕様ごとに被加工物の外径旋回半径が変わるため、段取り工数の増加、段取り部品の多岐化が避けられず、加工効率や生産管理の点で問題となっていた。
【０００５】
この発明の目的は、仕上げ加工面が、交差角模様の加工跡のない平滑面とできて、面粗度の向上が図れる機械部品、転がり軸受用転動体、軌道輪、および転がり軸受を提供することである。
この発明の他の目的は、仕上げ加工面が、交差角模様の加工跡のない平滑面とできて、面粗度の向上が図れる、機械部品、転がり軸受用転動体、および軌道輪の加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の機械部品は、表面が仕上げ加工され、その仕上げ加工面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面であることを特徴とする。機械部品は、機械を構成する部品であり、その代表例として、転がり軸受の転動体や軌道輪等の機械部品がある。
この発明の転がり軸受用転動体は、表面が超仕上げ加工され、その仕上げ加工面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面であることを特徴とする。
この発明の転がり軸受用軌道輪は、転走面が超仕上げ加工され、その仕上げ加工面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面であることを特徴とする。
上記構成の機械部品、転がり軸受用転動体、および転がり軸受用軌道輪は、いずれも、仕上げ加工面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面であるため、面粗度の向上が図れ、この機械部品や、この機械部品に接する相手部材の寿命向上等の品質向上の効果が得られる。
機械部品が、転がり軸受用転動体や転がり軸受用軌道輪である場合、その転動体表面や軌道輪の転走面は、表面の面粗度が転がり寿命に影響する。これらの転動体表面や転走面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面であると、面粗度が向上するため、これら転動体や軌道輪の転動寿命の向上効果が得られ、軸受の寿命向上に繋がる。
【０００７】
この発明の機械部品において、外周面が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工されたものであっても良い。
例えば、上記転がり軸受用転動体は、外周面が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工されたものであっても良い。
また、上記転がり軸受用軌道輪は、転走面が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工されたものであっても良い。
この構成の場合、砥石が弾性を有し、しかも回転しながら被加工面に作用するから、交差角模様のない平滑面が好適に形成される。また、砥石の有する弾性作用によって、クラウニング形状や対数形状、あるいは曲線が組み合わさった形状等の複雑な形状の超仕上げ加工も好適になされる。
【０００８】
この発明の機械部品は、外周面およびこの外周面の縁の面取り部にわたり、回転する弾性砥石で超仕上げ加工されたものであっても良い。
また、この発明の転がり軸受用転動体は、ころ形状の転動体であって、外周面およびこの外周面と端面との間の角部に設けた面取り部が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工されたものであっても良い。
この発明の転がり軸受用軌道輪は、転走面およびこの転走面の両側に隣接する周面部分が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工されたものであっても良い。
この構成の場合、機械部品の外周面と面取り部にわたり弾性砥石で超仕上げ加工されており、ころ形状の転動体の場合は外周面と面取り部にわたり、また軌道輪の場合は、転走面およびその両側に隣接する周面部分が弾性砥石で超仕上げ加工されているため、これらの各面にわたる複雑な形状部分も、回転する弾性砥石の超仕上げ加工により、交差角模様のない平滑面とされる。特に、砥石が弾性を有するから、このような複雑な形状部分での超仕上げ加工を行うにつき、精密な形状が崩されることなく加工でき、複雑な形状部分の超仕上げ加工が良好に行える。
【０００９】
この発明に係る転がり軸受は、この発明の上記いずれかの転がり軸受用転動体または転がり軸受用軌道輪を用いたことを特徴とする。
この構成によると、転がり接触する面である転動体の表面または軌道輪の転走面が、超仕上げ加工されて、交差角模様の加工跡がない平滑面であるため、転がり軸受の転動寿命の長寿命化が図られる。
【００１０】
この発明の機械部品の加工方法は、回転する弾性砥石を用いて、機械部品を超仕上げ加工することを特徴とする。
この発明の転がり軸受用転動体の超仕上げ加工方法は、転がり軸受の転動体を、回転する弾性砥石を用いて超仕上げ加工することを特徴とする。
この発明の転がり軸受用軌道輪の超仕上げ加工方法は、転がり軸受の軌道輪の転走面を、回転する弾性砥石を用いて超仕上げ加工することを特徴とする。
この発明方法によると、砥石が弾性を有し、しかも回転しながら被加工面に作用するから、交差角模様の加工跡がない平滑面が良好に形成でき、面粗度の向上が図れる。
【００１１】
この発明の軸受部品の超仕上げ加工方法は、転がり軸受の転動体または軌道輪からなる軸受部品の超仕上げ加工方法であって、回転する弾性砥石の加工面の表面形状を、前記軸受部品である被加工物の被加工面の断面形状に比例した断面形状とし、この弾性砥石の前記被加工物表面の断面形状に比例した断面形状の加工面が被加工物の被加工面に沿うように、弾性砥石を移動させることにより、被加工物の被加工面を超仕上げ加工することを特徴とする。
この発明方法によると、被加工面の断面形状に比例した断面形状の加工面を持つ弾性砥石を回転させながら、被加工物の被加工面の端部から当て、被加工物の被加工面に沿うように移動させる。しかも、砥石が弾性を有し、回転しながら被加工面に作用する。そのため、交差角模様の加工跡のない平滑面が好適に形成され、面粗度の向上が図れる。特に、被加工面が、クラウニング形状や対数形状、あるいは曲線が組み合わさった形状等の複雑な形状である場合でも、精密な形状を崩すことなく加工できて、超仕上げ加工が好適になされる。また、砥石の回転軸となる主軸の幅方向セッティングと砥石形状のみで段取りが完了するため、段取り工数の減少が可能になる。この技術の確立により、汎用工作機械を用いることが可能となり、機械を新規設計する必要がなくなり、設計の省力化が実現できる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の機械部品、転がり軸受用転動体、軌道輪、および転がり軸受は、仕上げ加工面を交差角模様の加工跡がない平滑面とするため、面粗度の向上が図れる。上記仕上げ加工面を、回転する弾性砥石で超仕上げ加工した場合は、上記交差角模様の加工跡がない平滑面が良好に得られる。
この発明方法は、回転する弾性砥石を用いて、機械部品を超仕上げ加工するため、仕上げ加工面を交差角模様の加工跡がない平滑面とできて、面粗度の向上が図れる。
特に、請求項１４に記載の発明方法は、転がり軸受の転動体または軌道輪からなる軸受部品の超仕上げ加工方法であって、回転する弾性砥石の加工面の表面形状を、前記軸受部品である被加工物の被加工面の断面形状に比例した断面形状とし、被加工物を回転させ、被加工物の被加工面の端部から回転する弾性砥石を当て、この弾性砥石の前記被加工物表面の断面形状に比例した断面形状の加工面が被加工物の被加工面に沿うように、弾性砥石を移動させることにより、被加工物の被加工面を超仕上げ加工するため、仕上げ加工面を交差角模様の加工跡がない平滑面とできて、面粗度の向上が図れ、また精密な形状を崩すことなく、複雑な形状に対しての仕上げ加工が実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の実施形態に係る超仕上げ加工方法に使用する超仕上げ加工装置の一例を図１と共に説明する。この加工装置は、機台１と、この機台１上に設置されて主軸２ａを回転自在に支持する主軸台２と、基台１上に設置されて主軸２ａの軸心Ｏ２と同心に芯押軸３ａを回転自在に支持する芯押台３と、弾性砥石４を主軸軸心Ｏ２と平行な駆動軸心Ｏ４周りに回転自在に支持する砥石台５とを備える。主軸２ａは、機台１または主軸台２に設置された主軸モータ（図示せず）により回転駆動される。被加工物８は、主軸２ａと芯押軸３ａとの間に両端が支持され、主軸２ａの回転によって回転させられる。芯押台３は、その全体または芯押軸３ａを、主軸軸心Ｏ２に沿う方向に位置調整自在とされる。
【００１４】
弾性砥石４は、超仕上げ加工用の砥石であって、円筒状ないし円板状であり、砥石軸４ａを介して砥石台５に回転自在に支持されている。弾性砥石４の外周面からなる加工面４ｂの断面形状については、後に説明する。
弾性砥石４は、一般に使用される砥石よりも弾性を持った砥石であり、一般的なビトリファイド砥石やレジノイド砥石（ヤング率：１００００〜５００００ＭＰａ）よりもヤング率が小さな材質のものが用いられる。砥石は、砥粒と、この砥粒を結び付ける接合材とで構成されるが、弾性砥石４は、結合材に、ビトリファイド（陶磁器質）、レジノイド（フェノール樹脂）よりも軟質の樹脂、例えばポリビニールアルコールやポリウレタン等の軟質樹脂を使用したものとされる。弾性砥石４には、具体的には、ＦＢＢ砥石（ポリビニールアルコールと熱硬化性樹脂を反応させてなる結合材と気孔と砥粒によって構成された砥石）（ヤング率：２００〜５０００ＭＰａ）が用いられる。
【００１５】
砥石台５には、砥石回転駆動用のモータ６と、このモータ６の回転を弾性砥石４に伝達するプーリー，ベルト等の駆動伝達機構６ａが搭載されている。砥石台５は、基台１上に主軸軸心Ｏ２に沿う方向（ｘ軸方向）に進退自在に設置された送り台７上に、主軸軸心Ｏ２と直交する方向（ｙ軸方向）に進退自在に搭載されている。これら可動テーブル７と砥石台５とにより、弾性砥石４は２次元平面で移動可能とされている。砥石台５および送り台７の進退駆動は、それぞれ送り台７および機台１に設置されたサーボモータおよびそのモータの回転を進退動作に変換するボールねじ等の回転・直動変換機構（いずれも図示せず）等で構成される。
【００１６】
上記構成の超仕上げ加工装置を用いて鋼製の被加工物８を超仕上げ加工する加工方法を説明する。先ず、被加工物８を主軸２ａと心押軸３ａの間に支持させる。図１の被加工物８は、円筒状または円筒状であり、その外周面が被加工面８ａとされている。このように支持された被加工物８に対して、送り台７および砥石台５を移動させて、弾性砥石４の加工面４ｂを被加工物８の被加工面８ａに近接させる。この状態で、主軸台２の主軸を矢印ａのように回転させ、弾性砥石４を矢印ｂのように反対方向に回転させる。
弾性砥石４の加工面４ｂを被加工面８ａに押し当て、加工面４ｂが、各例毎に後述する加工軌跡を描くように、砥石台５および送り台７を移動させて、被加工物８の被加工面８ａを超仕上げ加工する。この弾性砥石４の加工面４ｂの断面形状を被加工物８の形状に応じた形状とすることにより、種々の形状の被加工物８に応じて超仕上げ加工が可能とされる。
【００１７】
次に、単一曲率を持つ被加工物８の場合について、被加工物８の形状と弾性砥石４の形状との関係、および弾性砥石４の加工軌跡の算出例について説明する。図２は、被加工物８が、鋼製の転がり軸受用転動体、詳しくは円筒ころ軸受における非対称形状の円筒ころであって、仕上げ加工前の旋削や研削等の前加工工程までが完了したものである。被加工物８の被加工面８ａである外周面は、最大径位置Ｐ1 に対して軸方向に非対称であるが、単一曲率の円弧形状のクウニング形状となっている。図中のＰ0 ，Ｐ2 は、被加工面８ａの全円弧面領域の両端の軸方向位置を示す。
【００１８】
(1) 先ず、被加工面８ａの、最大径位置Ｐ1 に対する両側の円弧面領域Ｐ0 −Ｐ1 間、およびＰ1 −Ｐ2 間の距離を、適用される転がり軸受の設計パラメータから算出する。
(2) Ｐ0 −Ｐ1 間の距離をＡ、Ｐ1 −Ｐ2 間の距離をＢとする。
(3) 弾性砥石４における加工面４ｂの有効幅Ｄを任意に設定する。加工面４ｂは断面円弧形状である。
(4) 弾性砥石４の加工面４ｂの有効幅Ｄにおける最大径の位置の両側部分となる加工面領域の距離Ｂ´、Ａ´を計算する。この場合に、被加工物８の距離Ｂ：Ａの比と、加工面領域の距離Ｂ´：Ａ´の比が一致するように計算する。
すなわち、
Ａ´＝（Ａ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ）
Ｂ´＝（Ｂ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ）
とする。
(5) 被加工面８ａの曲率半径をＲとし、弾性砥石４の加工面４ｂの曲率半径ｒとして、次式を計算する。
ｒ＝（Ｒ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ）
(6) 被加工物８の半径Ｒと弾性砥石４の半径ｒの和（等価円）Ｒ＋ｒを、弾性砥石４を円弧状に移動させる経路、すなわち加工軌跡Ｌの半径とする。
(7) 以上のように求めた加工面４ｂの形状を持つ弾性砥石４を用い、この弾性砥石４を回転させながら、上記のように円弧状の加工軌跡Ｌで移動させて超仕上げ加工を行う。
【００１９】
上記(7) の動作を説明する。主軸軸心Ｏ２回りに回転する被加工物８の被加工面８ａに対して、駆動軸心Ｏ４周りに回転する弾性砥石４の加工面４ｂを押し当てながら、被加工面８ａの端部から、弾性砥石４を円弧状の加工軌跡Ｌを描くよう移動させ、被加工面８ａの超仕上げ加工を行う。上記円弧状の加工軌跡Ｌを描く弾性砥石４の移動は、砥石台４および送り台７の移動の複合動作により行わせる。この加工軌跡Ｌの曲率半径は、前述のように計算した、被加工物８の被加工面８ａの曲率半径Ｒと弾性砥石４の加工面４ｂの曲率半径ｒとの和（等価円）Ｒ＋ｒとされる。加工軌跡Ｌとこれに基づく砥石台５，送り台７の動作パターン毎の動作プログラムは、数値制御装置（図示せず）等に記憶されて、実行される。
【００２０】
このように弾性砥石４を回転させながら、加工軌跡Ｌに沿って繰り返しトラバースさせて、被加工物８の被加工面８ａに作用させることにより、図示のようにＰ0 −Ｐ1 −Ｐ2 の単一曲率の球面が超仕上げ加工される。この加工では、被加工物８の回転と、弾性砥石４の回転と、弾性砥石４のトラバースとが加わった複合動作となるため、超仕上げ加工される球面は、交差角と呼ばれる模様の加工跡のない平滑面とされる。そのため、面粗度が向上する。
なお、図２において、弾性砥石４が２箇所に描かれているが、これは、便宜上、１個の弾性砥石４が加工軌跡Ｌに沿って、ほぼこの２箇所間に渡ってトラバース移動することを示している。
【００２１】
図３は、複数の形状を合わせ持つ被加工物８の場合を示す。同図の被加工物８は、鋼製の転がり軸受用転動体、詳しくは円すいころ軸受における円すいころであって、被加工面８ａである外周面の断面形状が、半径ＲＢの中間円弧面領域（軸方向距離Ｂの部分）と、それぞれ半径ＲA ，ＲC を持つ両側の端部円弧面領域（軸方向距離Ａ，Ｃの部分）とが連なった形状である。この場合における、被加工物８の形状と弾性砥石４の形状との関係および、弾性砥石４の加工軌跡の算出例について説明する。
【００２２】
(1) 被加工物８の被加工面８ａにおける一方の端部の円弧面領域（Ｐ0 −Ｐ1 間）、中間の円弧面領域（Ｐ1 −Ｐ2 間）、および他方の端部の円弧面領域（Ｐ2 −Ｐ3 間）の距離を、適用される転がり軸受の設計パラメータから算出する。
(2) Ｐ0 −Ｐ1 間の距離をＡ、Ｐ1 −Ｐ2 間の距離をＢ、Ｐ2 −Ｐ3 間の距離をＣとする。
(3) 弾性砥石４における加工面４ｂの有効幅Ｄを任意に設定する。
(4) 弾性砥石４の加工面４ｂの有効幅Ｄ内で、この加工面４ｂのそれぞれの曲率半径とする円弧状の断面形状の部分となる、一方の端部、中間部分、他方の端部の各加工面領域の軸方向長さ、Ａ´，Ｂ´，Ｃ′を計算する。この長さは、被加工物８の被加工面８ａの各円弧面領域の長さの比Ａ：Ｂ：Ｃが、各加工面領域の長さの比Ａ´：Ｂ´：Ｃ′と一致するようにする。すなわち、
Ａ´＝（Ａ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）、
Ｂ´＝（Ｂ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）、
Ｃ´＝（Ｃ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）、
とする。
(5) 被加工物８の被加工面８ａの半径をＲ、弾性砥石４の半径をｒとして、それぞれの曲率部分で、次式を計算する。
ｒ＝（Ｒ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ）
被加工物８の各曲率半径の円弧面領域に対応する曲率半径を、それぞれＲA ，ＲB ，ＲC とすると、弾性砥石４の加工面４ｂの各加工面領域（距離Ａ´，Ｂ´，Ｃの領域）に対応するそれぞれの曲率半径ｒＡ，ｒＢ，ｒＣ は、
式、ｒＡ＝（ＲA ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）
ｒＢ＝（ＲB ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）
ｒＣ＝（ＲC ×Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）
で計算される。
(6) 被加工物８の半径Ｒと弾性砥石４の半径ｒの和（等価円）Ｒ＋ｒを、弾性砥石４を円弧状に移動させる各経路、つまり加工軌跡Ｌａの各部の半径とする。
(7) 以上のように求めた加工面４ｂの形状を持つ弾性砥石４を用い、この弾性砥石４を回転させながら、上記のように各曲率部分毎に円弧状の加工軌跡Ｌａで移動させて、超仕上げ加工を行う。
【００２３】
上記(7) の動作を説明する。主軸軸心Ｏ２周りに回転する被加工物８の被加工面８ａに対して、駆動中心Ｏ４回りに回転する弾性砥石４の加工面４ｂを押し当てながら、被加工面８ａの端部から、弾性砥石４を、各加工面領域毎に曲率半径の円弧状の加工軌跡Ｌａを描くよう動作させ、被加工面８ａの超仕上げ加工を行う。
この加工軌跡Ｌａは、３つの領域が複合されて構成され、第１の領域の曲率半径は、被加工面８ａにおける曲面領域Ａの曲率半径ＲA と弾性砥石４の加工面４ｂにおける対応する加工面領域の曲率半径ｒＡとの和（等価円）ＲA ＋ｒＡとされる。第２の領域の曲率半径は、同曲面領域Ｂの曲率半径ＲB と同加工面領域の曲率半径ｒＢとの和（等価円）ＲB ＋ｒＢとされる。第３の領域の曲率半径は、同曲面領域Ｃの曲率半径ＲC と同加工面領域の曲率半径ｒＣとの和（等価円）ＲC ＋ｒＣとされる。
【００２４】
このように弾性砥石４を回転させながら、加工軌跡Ｌａに沿って繰り返しトラバースさせて、被加工物８の被加工面８ａに作用させることにより、図示のようにＰ0 −Ｐ1 −Ｐ2 −Ｐ3 の複数の形状を併せ持つ曲面が超仕上げ加工される。この加工においても、被加工物８の回転と、弾性砥石４の回転と、弾性砥石４のトラバースとが加わった複合動作となるため、超仕上げ加工される曲面は、交差角と呼ばれる模様の加工跡のない平滑面とされる。そのため、面粗度が向上する。
【００２５】
図４と共に、面取り部の加工について説明する。同図は、図２に示した円筒ころ形状の軸受用転動体となる被加工物８における外周面８ａと、端面８ｂとの間の角部に設けた面取り部８ｃを超仕上げ加工する状態を示す。
(1) 先ず、被加工物８の面取り部８ｃにおける超仕上げ加工する領域の両端（軸方向位置Ｐ0 −Ｐ1 ）をつなぐ円弧の半径Ｒを算出する。
(2) 弾性砥石４の断面円弧状とした端部円弧状部分４ｃの円弧半径ｒを、任意に設定する。
(3) 被加工物８における面取り部８ｃの曲率中心８coから半径Ｒ＋ｒの円弧を描く。
(4) 被加工物８における面取り部８ｃの曲率中心８coと、加工したい部分の両側の端部Ｐ0 ，Ｐ1 とをそれぞれ直線で繋ぐ。
(5) 上記半径Ｒ＋ｒの円弧における、上記各直線との交点Ｌｂ0 ，Ｌｂ1 を弾性砥石４の稼働範囲とする。すなわち、上記半径Ｒ＋ｒの円弧における、上記両交点間の部分を加工軌跡Ｌｂとする。
(6) 以上に示すように弾性砥石４を設け、弾性砥石４を回転させながら上記加工軌跡Ｌｂで移動動作させることで、面取り部８ｃの超仕上げ加工を行う。
【００２６】
上記(6) のを動作を説明する。主軸軸心Ｏ２回りに回転する被加工物８の面取り部８ｃに対し、駆動軸心Ｏ４回りに回転する弾性砥石４の端部円弧状部分４ｃを押付けながら、砥石台５および送り台７を作動させて、弾性砥石４を加工軌跡Ｌｂを描くよう動作させ、面取り部８ｃの超仕上げ加工を行う。この場合、曲率中心８COとＰ0 およびＰ1 を結ぶ線分と加工軌跡Ｌｂとの交点Ｌｂ0 −Ｌｂ1 間が弾性砥石４の移動範囲とされる。図４の拡大部分には、弾性砥石４が２個描かれているが、それぞれが交点Ｌｂ0 、Ｌｂ1 に対応する位置にある場合を示している。
このように弾性砥石４を、その駆動軸心Ｏ４周りに回転させ、かつ、加工軌跡Ｌｂに沿って交点Ｌｂ0 −Ｌｂ1 間を繰り返しトラバースさせながら、被加工物８の角部に作用させることにより、図示のようにＰ0 −Ｐ1 間の面取り部８ｃが超仕上げ加工され、この加工面は交差角と呼ばれる模様の加工跡のない平滑面とされる。
【００２７】
図５は、図１の超仕上げ加工装置を用いて、被加工物としての転がり軸受用軌道輪の転走面およびこの転走面の両側に隣接する周面部分を超仕上げ加工する状態を示している。図示の転がり軸受用軌道輪９は、単列の円筒ころ軸受における両鍔付きの内輪である。この内輪（被加工物）９は中空円筒形であり、その外周面が転走面９ａとされ、この転走面９ａの両端の鍔部９ｂに至る周面部分も含んで被加工面とされる。この被加工物９は、前記と同様に、主軸台２ａと心押軸３ａ間に支持される。次いで、砥石台６および送り台７を移動させて、弾性砥石４の加工面４ｂを被加工物９の被加工面（両側の周面部分含む）９ａに近接させる。この状態で、主軸２ａを矢印ａのように回転させ、また、弾性砥石４を矢印ｂのように逆方向に回転させる。そして、弾性砥石４を被加工物９の被加工面９ａに押し当ると共に弾性砥石４の加工面４ｂが所定の加工軌跡を描くように、砥石台５および送り台７を移動させて、被加工物９の被加工面９ａを超仕上げ加工する。
【００２８】
この場合も、被加工物９の形状に応じた弾性砥石４を選択して、その駆動部に取付ける。また、弾性砥石４の加工軌跡も前述と同じ要領で算出し、この算出加工軌跡に沿うように、砥石台５および送り台７の動作パターンを設定する。このようにして超仕上げ加工された被加工物９の被加工面９ａは、交差角模様の加工跡のない平滑面とされる。特に、内輪や外輪のような軌道輪は、クラウニング形状や対数形状、あるいは曲線が組み合わさった複雑な形状を有しているが、このような形状に追従させた加工が可能であり、これにより形状を崩すことなく、面粗度の向上を図ることができる。
なお、外輪の超仕上げ加工は、主軸２ａに対する加工ワークの取付け方、および、弾性砥石４の転走面に対する作用のさせ方が、内輪の場合と異なるが、前記と同様の手法で実施することができる。
【００２９】
図６は、前述の加工方法で超仕上げ加工がなされた軸受部品（転動体８、内輪９および外輪１０）を用いて組み立てられた単列の転がり軸受１１を概略的に示している。この転がり軸受１１は、ころ軸受であり、転動体である円筒状ころ８の外周面８ａ、軌道輪である内輪９の外周面（転走面）９ａ、およびもう一方の軌道輪である外輪９の内周面（転走面）１０ａが被加工面として、前記方法によって超仕上げ加工されたものである。これら軸受部品８，９，１０および転動体の保持器１２を組み付け構成されたころ軸受１１は、互いに転がり接触する各被加工面８ａ，９ａ，１０ａが、交差角模様の加工跡のない平滑面とされるから、面粗度が向上し、これにより転がり軸受としての転動疲労寿命が長寿命となる。
【００３０】
これら図２ないし図６の各例と共に説明したように、弾性砥石４を用い、弾性砥石４の加工面４ａの断面形状および移動規制Ｌ，Ｌａ，Ｌｂを、被加工面８ａの断面形状に応じた形状とするため、次の各利点が得られる。
(1) 交差角模様の加工跡の生じない平滑面が得られて、面粗度が向上する。
(2) 従来の超仕上げ技術では、複雑な形状に対応することができず、被加工物の形状を崩すことがあるが、上記実施形態とすることで、クラウニング形状や、曲線が組み合わさった形状等の複雑な形状に対しての加工が実現可能となる。
(3) 面取部まで超仕上げ加工が可能となる。
(4) 被加工物８のセッティングと砥石形状の変更のみで段取りが完了するため、段取り工数の減少が可能となる。
(5) 汎用の研削盤等の加工機を用いた加工が可能となるため、機械を新規設計する必要がなくなり、設計の省力化が実現できる。
【００３１】
なお、図６に示すころ軸受１１は、単列の円筒ころ軸受であるが、複列の円筒ころ軸受、針状ころ軸受、単列あるいは複列の円すいころ軸受、さらには自動調心ころ軸受であってもよい。これらにおいても、各軸受部品の形状に応じて、弾性砥石４の形状および弾性砥石４の加工軌跡を適宜設定することによって、それぞれの被加工面を交差角模様の加工跡のない平滑面とすることができるから、面粗度が向上し、前記と同様の各効果がえられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施形態に係る超仕上げ加工方法を実施するための超仕上げ加工装置を概念的に示す構成図である。
【図２】この発明の実施形態に係る超仕上げ加工方法における被加工物の形状、弾性砥石の形状および弾性砥石の加工軌跡の関係を示す線図である。
【図３】同他の実施形態における被加工物の形状、弾性砥石の形状および弾性砥石の加工軌跡の関係を示す線図である。
【図４】同さらに他の実施形態における被加工物の形状、弾性砥石の形状および弾性砥石の加工軌跡の関係を示す線図である。
【図５】図１に示す超仕上げ加工装置を用いて別の被加工物を超仕上げ加工する状態を示す図１と同様図である。
【図６】この発明の実施形態に係る軸受部品を用いて組み立てられたころ軸受の一例を示す断面図である。
【図７】従来の超仕上げ加工の要領を示す概念的斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
４…弾性砥石
４ｂ…加工面
８…転動体（軸受部品、被加工物）
８ａ…外周面（被加工面）
８ｃ…面取り部（被加工面）
９…軌道輪（内輪、軸受部品、被加工物）
９ａ…転走面（被加工面）
１０…軌道輪（外輪、軸受部品、被加工物）
１０ａ…転走面（被加工面）
１１…転がり軸受
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が仕上げ加工され、その仕上げ加工面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面である機械部品。
【請求項２】
表面が超仕上げ加工され、その仕上げ加工面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面である鋼製の転がり軸受用転動体。
【請求項３】
転走面が超仕上げ加工され、その仕上げ加工面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面である鋼製の転がり軸受用軌道輪。
【請求項４】
外周面が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工された請求項１に記載の機械部品。
【請求項５】
外周面が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工された請求項２に記載の転がり軸受用転動体。
【請求項６】
転走面が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工された請求項３に記載の転がり軸受用軌道輪。
【請求項７】
外周面およびこの外周面の縁の面取り部にわたり、回転する弾性砥石で超仕上げ加工された請求項４に記載の機械部品。
【請求項８】
ころ形状の転動体であって、外周面およびこの外周面と端面との間の角部に設けた面取り部が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工された請求項５に記載の転がり軸受用転動体。
【請求項９】
転走面およびこの転走面の両側に隣接する周面部分が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工された請求項６に記載の転がり軸受用軌道輪。
【請求項１０】
請求項２もしくは請求項５もしくは請求項８に記載の転がり軸受用転動体、または請求項３もしくは請求項６もしくは請求項９に記載の転がり軸受用軌道輪を用いた転がり軸受。
【請求項１１】
回転する弾性砥石を用いて、機械部品を超仕上げ加工することを特徴とする機械部品の超仕上げ加工方法。
【請求項１２】
転がり軸受の転動体を超仕上げ加工する方法であって、回転する弾性砥石を用いて超仕上げ加工することを特徴とする転がり軸受用転動体の超仕上げ加工方法。
【請求項１３】
転がり軸受の軌道輪の転走面を超仕上げ加工する方法であって、回転する弾性砥石を用いて超仕上げ加工することを特徴とする転がり軸受用軌道輪の超仕上げ加工方法。
【請求項１４】
転がり軸受の転動体または軌道輪からなる軸受部品の超仕上げ加工方法であって、
回転する弾性砥石の加工面の表面形状を、前記軸受部品である被加工物の被加工面の断面形状に比例した断面形状とし、
被加工物を回転させ、被加工物の被加工面の端部から回転する弾性砥石を当て、
この弾性砥石の前記被加工物表面の断面形状に比例した断面形状の加工面が被加工物の被加工面に沿うように、弾性砥石を移動させることにより、
被加工物の被加工面を超仕上げ加工することを特徴とする、
軸受部品の超仕上げ加工方法。
【請求項１】
表面が仕上げ加工され、その仕上げ加工面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面である機械部品。
【請求項２】
表面が超仕上げ加工され、その仕上げ加工面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面である鋼製の転がり軸受用転動体。
【請求項３】
転走面が超仕上げ加工され、その仕上げ加工面が、交差角と呼ばれる模様の加工跡がない平滑面である鋼製の転がり軸受用軌道輪。
【請求項４】
外周面が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工された請求項１に記載の機械部品。
【請求項５】
外周面が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工された請求項２に記載の転がり軸受用転動体。
【請求項６】
転走面が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工された請求項３に記載の転がり軸受用軌道輪。
【請求項７】
外周面およびこの外周面の縁の面取り部にわたり、回転する弾性砥石で超仕上げ加工された請求項４に記載の機械部品。
【請求項８】
ころ形状の転動体であって、外周面およびこの外周面と端面との間の角部に設けた面取り部が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工された請求項５に記載の転がり軸受用転動体。
【請求項９】
転走面およびこの転走面の両側に隣接する周面部分が、回転する弾性砥石で超仕上げ加工された請求項６に記載の転がり軸受用軌道輪。
【請求項１０】
請求項２もしくは請求項５もしくは請求項８に記載の転がり軸受用転動体、または請求項３もしくは請求項６もしくは請求項９に記載の転がり軸受用軌道輪を用いた転がり軸受。
【請求項１１】
回転する弾性砥石を用いて、機械部品を超仕上げ加工することを特徴とする機械部品の超仕上げ加工方法。
【請求項１２】
転がり軸受の転動体を超仕上げ加工する方法であって、回転する弾性砥石を用いて超仕上げ加工することを特徴とする転がり軸受用転動体の超仕上げ加工方法。
【請求項１３】
転がり軸受の軌道輪の転走面を超仕上げ加工する方法であって、回転する弾性砥石を用いて超仕上げ加工することを特徴とする転がり軸受用軌道輪の超仕上げ加工方法。
【請求項１４】
転がり軸受の転動体または軌道輪からなる軸受部品の超仕上げ加工方法であって、
回転する弾性砥石の加工面の表面形状を、前記軸受部品である被加工物の被加工面の断面形状に比例した断面形状とし、
被加工物を回転させ、被加工物の被加工面の端部から回転する弾性砥石を当て、
この弾性砥石の前記被加工物表面の断面形状に比例した断面形状の加工面が被加工物の被加工面に沿うように、弾性砥石を移動させることにより、
被加工物の被加工面を超仕上げ加工することを特徴とする、
軸受部品の超仕上げ加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１３９０３２（Ｐ２０１０−１３９０３２Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１８１０８（Ｐ２００８−３１８１０８）
【出願日】平成２０年１２月１５日（２００８．１２．１５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１５日（２００８．１２．１５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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