転がり軸受用軌道輪の製造方法

【課題】内輪軌道１６等の軌道面の加工を能率良く行なえる様にする事で、内輪１５等の軌道輪の、延いてはこの軌道輪を組み込んだ転がり軸受の製造コストの低減を図る。
【解決手段】熱処理により上記軌道面となる部分を硬化させた後、この部分に切削工具１８を使用した旋盤による削り加工を施して、上記軌道面を形成する。削り取る部分の量に応じて無駄のない加工を行なえる為、上記課題を解決できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種機械装置の回転支持部に組み込む転がり軸受を構成する軌道輪の製造方法の改良に関する。具体的には、転動体の転動面を転がり接触させる為にこの軌道輪に設けた軌道面の加工を能率良く行なえる様にする事で、この軌道輪の製造コストの低減を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車輪を懸架装置に対し回転自在に支持する為の転がり軸受の一種であるハブユニットとして、例えば図６に示す様な構造のものが広く知られている。このハブユニット１は、外輪２と、ハブ３と、複数個の転動体（玉）４、４とから成る。このうちの外輪２は、使用状態で上記懸架装置に対し支持固定されるもので、外周面にこの懸架装置に対し結合する為の外向フランジ状の取付部５を、内周面に複列の外輪軌道６、６を、それぞれ設けている。又、上記ハブ３は、ハブ本体７に内輪８を結合固定したもので、軸方向外端部（軸方向に関して外とは、上記懸架装置への組み付け時に車体の幅方向外となる側を言い、図６の左側。反対に、この車体の中央寄りとなる側を軸方向に関して内という。）に車輪を支持固定する為の回転側フランジ９を、軸方向中間部乃至内端部に複列の内輪軌道１０、１０を、それぞれ設けている。そして、これら両内輪軌道１０、１０と上記両外輪軌道６、６との間に上記各転動体４、４を、両列毎に複数個ずつ設けて、上記外輪２の内径側に上記ハブ３を、回転自在に支持している。
【０００３】
例えば上述の様なハブユニット１等の転がり軸受の軌道面（外輪軌道６、６及び内輪軌道１０、１０）等は、熱処理（焼き入れ）により硬化させた後、研磨する事で、所望の性状（寸法及び表面粗さ）に仕上げている。この様な、転がり軸受の軌道面等を研磨により仕上げる方法に関しては、例えば特許文献１〜５等に記載された、各種方法が知られている。図７〜９は、このうちの特許文献５に記載された仕上方法を示している。先ず、上記ハブ本体７の外周面で、上記回転側フランジ９の基端部分から軸方向外側の内輪軌道１０を含む中間部分に掛けての部分は、図７に示す様に、第一の回転砥石１１により研削加工する。又、上記内輪８の外周面の内輪軌道１０は、図８に示す様に、第二の回転砥石１２により研削加工する。更に、上記外輪２の内周面に設けた複列の外輪軌道６、６は、それぞれ図９に示す様な第三の回転砥石１３により研削加工する。何れの場合も、回転砥石１１〜１３として、外周面の母線形状が、得るべき軌道面の母線形状に一致したものを使用する。従って、上記研削加工を施す前の状態での、これら各軌道面部分の母線形状は、得るべき軌道面の母線形状よりも小さめに（玉軸受の場合には母線形状の曲率半径を小さく）している。
【０００４】
上述の様にして、上記各軌道面を研削加工により仕上げる場合、回転砥石による削り代が多くなり、加工の能率を必ずしも良好にできない。特に、母線形状が円弧である玉軸受用の軌道面の場合には、この傾向が著しい。この点に就いて、図１０を参照しつつ説明する。この図１０は、内輪１５の外周面に形成した単列深溝型の内輪軌道１６に、回転砥石１７により研削加工を施して、この内輪軌道１６の性状を所望通りに仕上げる場合に就いて示している。即ち、上記内輪１５及び上記回転砥石１７を互いに異なる速度で回転させつつ、この回転砥石１７を平行移動させて、この回転砥石１７の外周面を上記内輪軌道１６に押し付ける。そして、図１０の上部に実線で示した形状を削り取って、この上部に鎖線で、同じく下部に実線で、それぞれ示した、所望の性状を有する上記内輪軌道１６に仕上げる。
【０００５】
この場合に、上記内輪軌道１６の各部の削り取り量を、上記内輪１５の径方向の寸法で表すと、幅方向中央部の削り取り量δ₀ は、上記研削加工の進行に伴う上記回転砥石１７の移動量と同じであるが、幅方向端部の削り取り量δ₁ は、この移動量よりもかなり多くなる。上記回転砥石１７の移動は、このうちの幅方向端部の削り取りを無理なく行なえる速度で行なう必要がある為、相当緩徐に行なう必要がある。即ち、上記回転砥石１７の移動速度は、幅方向中央部の削り取りの面からは必要以上に遅くなり、上記内輪軌道１６の仕上加工の能率が悪化する。
【０００６】
上述の様な原因での仕上加工の能率悪化を防止する為には、図１１に鎖線イで示す様に、仕上加工前の状態での内輪軌道１６の母線形状の曲率半径Ｒ₁ を少し大きめにしておく事が考えられる。即ち、上記図１０に示した仕上方法の場合には、図１１に破線ロで示した、比較的小さな曲率半径Ｒ₂ の形状から研削して、実線ハで示した、曲率半径がＲ₃ である内輪軌道１６を得る為、上記図１０で説明した様な能率悪化を生じる。これに対して上述の様に、仕上加工前の状態での内輪軌道１６の母線形状の曲率半径Ｒ₁ を少し大きめにすれば、図１１の鎖線イと実線ハとの、この図１１の上下方向の距離から明らかな通り、上述の様な原因での能率悪化を防止できる。
【０００７】
但し、仕上加工前の状態での内輪軌道１６の母線形状は、この仕上加工に先立って行なう熱処理により歪むので、上記鎖線イで示した形状を正確に得る事は難しい。従って、仕上加工前の状態での内輪軌道１６の母線形状を上記鎖線イの様にする事で、この仕上加工の能率向上を図る事は、現実的には難しい。むしろ、上記熱処理による歪みを考慮して、上記内輪軌道１６の幅方向端部には、十分な研削代（仕上加工により除去すべき厚さ）を確保する場合が多く、この様な場合には、上述の様な原因での、仕上加工の能率悪化が益々著しくなる可能性がある。尚、以上の説明は、単列深溝型の内輪軌道１６の場合に就いて説明したが、アンギュラ型の内輪軌道の場合も、更には外輪軌道の場合も、同様に生じる。何れにしても、軌道面の仕上加工の能率悪化は、軌道輪、延いてはこの軌道輪を組み込んだ転がり軸受の製造コストを高くする原因となる為、好ましくない。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２４２７６３号公報
【特許文献２】特開平１０−２１７００１号公報
【特許文献３】特開平１２−７１７０５号公報
【特許文献４】特開平１２−２３４６２４号公報
【特許文献５】特開２００４−９２８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、軌道面の加工を能率良く行なえる様にする事で、この軌道輪の、延いてはこの軌道輪を組み込んだ転がり軸受の製造コストの低減を図るべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の転がり軸受用軌道輪の製造方法は、何れかの面に全周に亙って軌道面を形成した、鋼材製の転がり軸受用軌道輪を造る為、熱処理により軌道面となるべき部分を硬化させた後、この部分に旋盤により、精密加工バイト等の切削工具を使用した削り加工を施して、上記軌道面を形成する。
この様な本発明を実施する場合に、例えば請求項２に記載した様に、上記何れかの面の離隔した複数個所に軌道面を、それぞれ全周に亙って形成する為、上記精密加工バイト等の単一の切削工具によりこれら各軌道面を、時間的に前後して削り加工する。
【００１１】
又、上述の様な本発明を実施する場合に、例えば請求項３に記載した様に、上記転がり軸受を玉軸受とし、上記軌道面の断面形状を円弧形とする。
この様な請求項３に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した様に、上記軌道面の断面形状の中心角を、１８０度から、上記精密加工バイト等の切削工具の刃先角度を減じた値以下とする。
或いは、請求項５に記載した様に、何れかの面を周面とし、この周面のうちで軸方向に離隔した２個所に、玉の接触角を互いに逆にする（正面組み合わせ又は背面組み合わせとする）状態で、それぞれの断面形状が、当該断面形状の曲率中心を通り径方向に向いた仮想直線に関して非対称な形状である軌道面を、上記精密加工バイト等の単一の切削工具により前後して削り加工する。この為に、これら両軌道面の断面形状のうち、上記仮想直線から、これら両軌道面の幅方向両端縁のうちでこの仮想直線から遠い側の端縁までの間の断面形状に関する中心角の和を、１８０度から上記切削工具の刃先角度を減じた値以下とする。
【発明の効果】
【００１２】
上述の様に構成する本発明の転がり軸受用軌道輪の製造方法によれば、軌道面の加工を能率良く行なえる。即ち、旋盤による削り加工によりこの軌道面を形成する為、被加工物である軌道輪と、精密加工バイト等の切削工具との相対的変位速度を、その時点での削り量の多少に応じて調節する事で、上記軌道面の加工量が部分的に大きく異なる場合であっても、無駄のない削り加工を行なえる。この結果、上述の様に軌道面の加工を能率良く行なえる。又、上記軌道輪と上記切削工具との相対変位量及び相対変位速度は、従来から工作機械の技術分野で広く知られた数値制御装置（ＮＣ装置）により、容易に、且つ高精度で制御できる。従って、効率良く、上記軌道面の性状（寸法及び表面粗さ）を所望通りに仕上げられる。
【００１３】
又、請求項２に記載した様に、複数個所に設けた軌道面を単一の切削工具により、時間的に前後して削り加工すれば、これら各軌道面の間隔を適正にする為の制御が容易になる。即ち、複数個所の軌道面を、互いに別々の切削工具により削り加工する場合には、これら各軌道面の間隔を適正にする為に、旋盤に対するこれら各切削工具の取付位置関係（刃先同士の間隔）を厳密に規制する必要がある。この様な規制が面倒であるのに対して、単一の切削工具の移動量を厳密に制御する事は、上記数値制御装置により、容易に行なえる。
【００１４】
又、上述の様な本発明は、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、球面ころ軸受等のころ軸受で実施する事もできるが、請求項３に記載した様に、軌道面の断面形状を円弧形である玉軸受により実施する事が、本発明の作用・効果を顕著に得られる。即ち、軌道面の断面形状の曲率が大きい玉軸受の場合、図１０により先に説明した様に、回転砥石による軌道面の仕上加工を能率良く行なえない。この様な玉軸受の軌道面を本発明の方法により仕上げれば、回転砥石を使用した従来方法に比べて、大幅な効率向上を図れる。
【００１５】
この様に本発明を玉軸受に関して実施する場合、請求項４に記載した様に、上記軌道面の断面形状の中心角を、１８０度から、上記切削工具の刃先角度を減じた値以下に抑えれば、この切削工具と軌道輪との相対変位を単純にできる。即ち、上記中心角が上記値以下であれば、この軌道輪を回転させつつ、上記切削工具をこの軌道輪に対し、上記軌道面の幅方向と深さ方向とに変位させれば、この軌道面の全幅を切削加工できて、加工能率を十分に高くできる。これに対して、上記中心角が上記値を上回ると、この軌道面に対する上記切削工具の角度を、加工の途中で変更しない限り、この軌道面の全幅を切削加工する事はできず、加工が面倒になる。
同様に、本発明を、それぞれの断面形状が非対称である複列の軌道面を有する玉軸受で実施する場合に、請求項５に記載した様な構成を採用すれば、これら両軌道面の仕上加工を能率良く行なえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［実施の形態の第１例］
図１は、請求項１、３、４に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例は、単列深溝型の玉軸受を構成する内輪１５の外周面の幅方向中央部に形成した内輪軌道１６に、精密加工バイト等の切削工具１８により仕上加工を施す場合に就いて示している。上記内輪１５は、全体を加熱後に焼き入れ油中に浸漬する、所謂ズブ焼きにより、或いは、上記内輪軌道１６となるべき部分を高周波加熱後に急冷する高周波焼き入れにより、少なくともこの内輪軌道１６となるべき部分を焼き入れ硬化している。
【００１７】
この様に、予めこの内輪軌道１６となるべき部分を焼き入れ硬化した、上記内輪１５は、旋盤の主軸の端部に設けたチャック装置を構成する把持爪１９により抑え付けて、この主軸と同心に支持固定している。この状態で上記内輪軌道１６に、上記切削工具１８の刃先２０を突き当て、この内輪軌道１６を所望の性状（寸法及び表面粗さ）に仕上加工する。この仕上加工時には、上記主軸により上記内輪１５を回転させつつ、上記切削工具１８の刃先２０を、上記内輪軌道１６に倣う様に変位させる。この変位は、数値制御装置からの指令に基づき、上記切削工具１８を支持した刃物台を上記内輪１５の軸方向（図１の左右方向）に変位させつつ、径方向（図１の上下方向）に変位させる事により行なう。この場合に、軸方向の変位量と径方向の変位量とを互いに関連させつつ調節して、上記刃先２０を、上記内輪軌道１６に倣って変位させつつ、この内輪軌道１６となるべき部分に存在する焼き入れ硬化層の一部を削り取る。
【００１８】
この様にして上記内輪軌道１６に仕上加工を施す場合に、上記内輪１５と上記切削工具１８との相対的変位速度を、その時点での削り量の多少に応じて調節する。即ち、上記内輪軌道１６の幅方向両端部（内輪１５の軸方向両端寄り部分）は、図１０により前述した通り加工量が多くなるので、上記変位速度を遅くする。これに対して、上記内輪軌道１６の幅方向中央部は加工量が少なくなるので、上記変位速度を速くする。この様に変位速度を調節する事も、上記数値制御装置からの指令により、容易に行なえる。従って、上記内輪軌道１６の全幅に亙り、無駄のない削り加工を行なえて、この内輪軌道１６の仕上加工を能率良く行なえる。
【００１９】
又、本例の場合には、上記内輪軌道１６の断面形状の中心角αと上記切削工具１８の刃先２０の角度βとの関係を適正に規制する事により、この切削工具１８を上記内輪１５の軸方向及び径方向に変位させるだけで、上記内輪軌道１６を全幅に亙り切削できる様にしている。即ち、上記中心角αを、１８０度から上記刃先２０の角度βを減じた値以下（α≦１８０−β）としている。又、上記内輪軌道１６及びこの刃先２０の形状は、この内輪軌道１６の幅方向に関して対称にしている。これら各形状を対称にすると共に、上記両角度α、βの値を上述の様に規制する事で、上記内輪軌道１６の幅方向両端部に関しても、上記刃先２０を突き当てられる様にしている。従って、この内輪軌道１６に対する上記切削工具１８の角度を変更しなくても（上記刃先２０を図１に示した状態から何れかの方向に傾斜させなくても）、上記内輪軌道１６の全幅を切削加工できて、上記仕上加工を容易に行なえる。尚、上記切削工具１８としては、刃先２０の角度βが３５度のものが市販されている。従って、上記中心角αを１４５度以下とすれば、上記切削工具１８として市販のものを使用してこの切削工具１８の調達コストの低減を図り、且つ、上記仕上加工を能率良く行なえる。
【００２０】
［実施の形態の第２例］
図２〜３は、請求項１〜４に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例は、複列玉軸受を構成する外輪２１の内周面の軸方向に離隔した２個所位置に形成した１対の外輪軌道２２、２２に、精密加工バイト等の切削工具１８ａにより仕上加工を施す場合に就いて示している。上記外輪２１に就いても、ズブ焼きにより、或いは高周波焼き入れにより、少なくとも上記両外輪軌道２２、２２となるべき部分を焼き入れ硬化している。又、これら両外輪軌道２２、２２は、それぞれが幅方向中央部に関して対称な深溝型である。
【００２１】
この様な複列の外輪軌道２２、２２に仕上加工を施す際には、上記外輪２１を旋盤の主軸の端部に、チャック装置の把持爪１９ａにより、この主軸と同心に支持固定する。この状態で上記外輪２１を回転させつつ、上記単一の切削工具１８ａにより仕上加工を施す。即ち、この切削工具１８ａにより、一方（例えば図２の右側）の外輪軌道２２に仕上加工を施してから、他方（例えば図２の左側）の外輪軌道２２に仕上加工を施す。この場合に、熱処理に基づいて上記外輪２１の表面に形成された酸化膜を除去したり、保持器やシールリング等の他の部材とこの外輪２１との干渉を防止する為、この外輪２１の内周面の端部及び中央部等、上記両外輪軌道２２、２２以外の部分にも、併せて旋削加工を施す事もできる。何れにしても本例の場合には、複列の外輪軌道２２、２２の仕上加工を単一の切削工具１８ａにより行なうので、これら両外輪軌道２２、２２同士の間隔を適正にする為の制御が容易になる。即ち、数値制御装置により上記切削工具１８ａの移動量を制御するのみで、上記両外輪軌道２２、２２同士の間隔を適正にできる。互いに別々の切削工具により削り加工する場合の様に、旋盤に対するこれら各切削工具の取付位置関係（刃先同士の間隔）を厳密に規制する必要はない。
【００２２】
尚、本例の場合にも、上記両外輪軌道２２、２２中心角α´（図３参照）を、１８０度から上記切削工具１８ａの刃先２０ａの角度β´（図２参照）を減じた値以下（α´≦１８０−β´）としている。又、上記両外輪軌道２２、２２及び上記刃先２０ａの形状は、これら両外輪軌道２２、２２の幅方向に関して対称にしている。従って、これら両外輪軌道２２、２２に対する上記切削工具１８ａの角度を変更しなくても（上記刃先２０ａを図２に示した状態から何れかの方向に傾斜させなくても）、上記両外輪軌道２２、２２を全幅に亙り切削加工できて、上記仕上加工を容易に行なえる。切削工具１８ａの調達コスト低減の面から、上記中心角α´を１４５度以下に抑える事が好ましい点は、前述した実施の形態の第１例の場合と同様である。
【００２３】
［実施の形態の第３例］
図４〜５は、請求項１〜３、５に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例は、前述の図６に示したハブユニット１の如く、複列アンギュラ型の玉軸受ユニットを構成する外輪２の内周面に形成した、玉４、４（図６参照）に背面組み合わせ型の接触角を付与する形状を有する複列の外輪軌道６、６に、切削工具１８ａ（図２参照、図４〜５には省略）による仕上加工を施す場合に就いて示している。本例の場合には、上述した第２例の場合とは異なり、上記両外輪軌道６、６の断面形状が、図５に示す様に、当該断面形状の曲率中心Ｏを通り上記外輪２の径方向に向いた仮想直線イに関して、非対称である。即ち、この仮想直線イよりもこの外輪２の中央寄り部分に関する中心角α_aL（α_bL）が、同じく端部寄り部分に関する中心角α_aS（α_bS、このα_bSに関しては図示省略）よりも大きく（α_aL＞α_aS、α_bL＞α_bS）なっている。
【００２４】
この様な、それぞれが上述の様な非対称形状である１対の外輪軌道６、６に、単一の切削工具１８ａにより仕上加工を行なえる様に、これら両外輪軌道６、６の断面形状のうち、上記仮想直線イから、上記外輪２の幅方向中央側端縁までの間の断面形状に関する中心角の和（α_aL＋α_bL）を、１８０度から上記切削工具１８ａの刃先角度β´を減じた値以下とする｛（α_aL＋α_bL）≦（１８０−β´）｝。尚、上記両外輪軌道６、６を単一の切削工具１８ａにより仕上加工できる様にする為には、上記条件に加えて、上記仮想直線イよりもこの外輪２の中央寄り部分に関する中心角α_aL、α_bLに関しても、上記刃先角度β´との関係で規制する。即ち、これら両中心角α_aL、α_bLを、９０度から上記刃先角度β´の１／２を減じた値以下（α_aL、α_bL≦９０−β´／２）とする。そして、上記切削工具１８ａの中心線を上記外輪２の径方向に一致させる。この様な本例の場合も、上記外輪２の内周面の端部及び中央部等、上記両外輪軌道６、６以外の部分にも、併せて旋削加工を施す事もできる。更には、玉との組み合わせ時にこの玉の転動面に傷を付けにくくする為、上記外輪２の内周面全体に仕上加工を施す事もできる。尚、従来方法の様に、上記両外輪軌道６、６を研磨により仕上げる場合、研磨の基準とする為に、上記外輪２の一部外周面に研磨による仕上加工を行なう必要があった。これに対して、本例を実施する場合には、この外周面の仕上加工を省略できる。又、本例の様に、本発明を複列アンギュラ型の玉軸受ユニットであるハブユニットを構成する外輪２に関して実施する場合、チャック装置の把持爪により抑え付けるのは、この外輪２の軸方向内端部とする事が好ましい。この理由は、この内端部は、使用状態でナックルの支持孔に内嵌する部分であり、上記両外輪軌道６、６を熱処理する以前に必要な形状及び寸法精度に加工している為、上記切削工具１８ａによる仕上加工の精度を確保し易い為である。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第２例の場合と同様であるから、重複する説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す部分切断略側面図。
【図２】同第２例を示す部分切断略側面図。
【図３】外輪を取り出して示す略断面図。
【図４】ハブユニットを構成する外輪を取り出して示す断面図。
【図５】図４のＡ部拡大図。
【図６】ハブユニットの１例を示す断面図。
【図７】従来方法によりハブユニット本体に仕上加工を施す状態を示す断面図。
【図８】同じく内輪軌道に仕上加工を施す状態を示す断面図。
【図９】同じく外輪軌道に仕上加工を施す状態を示す断面図。
【図１０】従来方法の問題点を説明する為の、内輪と回転砥石とを示す断面図。
【図１１】同じく内輪軌道部分の拡大断面図。
【符号の説明】
【００２６】
１ハブユニット
２外輪
３ハブ
４転動体（玉）
５取付部
６外輪軌道
７ハブ本体
８内輪
９回転側フランジ
１０内輪軌道
１１第一の回転砥石
１２第二の回転砥石
１３第三の回転砥石
１５内輪
１６内輪軌道
１７回転砥石
１８、１８ａ切削工具
１９、１９ａ把持爪
２０、２０ａ刃先
２１外輪
２２外輪軌道

【特許請求の範囲】
【請求項１】
何れかの面に全周に亙って軌道面を形成した、鋼材製の転がり軸受用軌道輪を造る為、熱処理によりこの軌道面となるべき部分を硬化させた後、この部分に旋盤による削り加工を施してこの軌道面を形成する転がり軸受用軌道輪の製造方法。
【請求項２】
何れかの面の離隔した複数個所に軌道面を、それぞれ全周に亙って形成する為、単一の切削工具によりこれら各軌道面を、前後して削り加工する、請求項１に記載した転がり軸受用軌道輪の製造方法。
【請求項３】
転がり軸受が玉軸受であり、軌道面の断面形状が円弧形である、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した転がり軸受用軌道輪の製造方法。
【請求項４】
軌道面の断面形状の中心角が、１８０度から切削工具の刃先角度を減じた値以下である、請求項３に記載した転がり軸受用軌道輪の製造方法。
【請求項５】
何れかの面が周面であって、この周面のうちで軸方向に離隔した２個所に、玉の接触角の方向を互いに逆にする状態で形成された、それぞれの断面形状が、当該断面形状の曲率中心を通り径方向に向いた仮想直線に関して非対称な形状である軌道面を、単一の切削工具により前後して削り加工する為、これら両軌道面の断面形状のうち、上記仮想直線から、これら両軌道面の幅方向両端縁のうちでこの仮想直線から遠い側の端縁までの間の断面形状に関する中心角の和を、１８０度から切削工具の刃先角度を減じた値以下とする、請求項３に記載した転がり軸受用軌道輪の製造方法。

【図１】