(57)【要約】【課題】製品品質を確保した上で、シェル型針状ころ軸受の製造コストをさらに低減することである。【解決手段】シェル型外輪１用にプレス加工される鋼板を炭素含有量が０．３質量％以上の中・高炭素鋼とすることにより、従来用いられている肌焼鋼よりも素材費を安くするとともに、炭素含有量が多いことで高価な浸炭焼入れや浸炭窒化処理を不要とし、製造コストをさらに低減できるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板のプレス加工で形成されるシェル型外輪の内径面に沿って、複数の針状ころを配列したシェル型針状ころ軸受において、前記鋼板を炭素含有量が０．３質量％以上の中・高炭素鋼としたことを特徴とするシェル型針状ころ軸受。
【請求項２】
前記外輪内径面の周方向面粗度をＲａ０．０５〜０．３μｍとした請求項１に記載のシェル型針状ころ軸受。
【請求項３】
前記外輪内径面の軸方向面粗度をＲａ０．３μｍ以下とした請求項１または２に記載のシェル型針状ころ軸受。
【請求項４】
前記プレス加工の絞り工程での絞り回数を３回以下とし、最終回の絞り工程をしごき加工を加える絞りしごき工程とした請求項１乃至３のいずれかに記載のシェル型針状ころ軸受。
【請求項５】
前記絞り工程での絞り回数を１回とし、この１回の絞り工程をしごき加工を加える絞りしごき工程とした請求項４に記載のシェル型針状ころ軸受。
【請求項６】
前記鋼板をリン酸塩皮膜処理鋼鈑とした請求項１乃至５のいずれかに記載のシェル型針状ころ軸受。
【請求項７】
前記プレス加工で形成したシェル型外輪を高周波焼入れした請求項１乃至６のいずれかに記載のシェル型針状ころ軸受。
【請求項８】
前記プレス加工で形成したシェル型外輪を光輝焼入れした請求項１乃至６のいずれかに記載のシェル型針状ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シェル型針状ころ軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
外輪の内径面に沿って複数の針状ころを配列した針状ころ軸受には、絞り工程を含むプレス加工で形成されたシェル型外輪を用いるものがある。プレス加工されるシェル型外輪用の鋼板にはＳＣＭ４１５等の肌焼鋼が用いられ、強度や硬度等の製品品質を確保するために、プレス加工後に浸炭焼入れ、焼戻しや浸炭窒化処理等の熱処理を施されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
前記シェル型外輪のプレス加工の概略工程は、以下の通りである。まず、絞りを数回に分けた絞り工程で円形ブランクをカップ状に成形し、決め押し工程でカップ底コーナ部を所定のコーナ半径に決め押しする。こののち、底抜き工程でカップ底中央部を打ち抜いて外輪の一方の鍔を形成し、トリミング工程でカップ上端部を均一な高さにトリミングする。外輪の他方の鍔は、熱処理後の組立て工程で、カップ上端部を内方に折り曲げることにより形成される。
【０００４】
【特許文献１】特許公報第３０７３９３７号（第１−２頁、第１−３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、自動車の高品質化、高性能化および低コスト化が進み、これに伴って、自動車のエアコンディショナやトランスミッション等に使用される軸受等の部品も低コスト化と静粛性が要求されるようになっている。元来、他の軸受よりも製造コストが安価であるシェル型針状ころ軸受についても、さらなるコストダウンを求められている。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、製品品質を確保した上で、シェル型針状ころ軸受の製造コストをさらに低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、鋼板のプレス加工で形成されるシェル型外輪の内径面に沿って、複数の針状ころを配列したシェル型針状ころ軸受において、前記鋼板を炭素含有量が０．３質量％以上の中・高炭素鋼とした構成を採用した。
【０００８】
すなわち、シェル型外輪用にプレス加工される鋼板を炭素含有量が０．３質量％以上の中・高炭素鋼とすることにより、従来用いられている肌焼鋼よりも素材費を安くするとともに、炭素含有量が多いことで高価な浸炭焼入れや浸炭窒化処理を不要として、製造コストを低減できるようにした。
【０００９】
前記外輪内径面の周方向面粗度をＲａ０．０５〜０．３μｍとすることにより、この外輪内径面での針状ころの転走に伴う音響のレベルを低減し、軸受使用中の静粛性を高めることができる。周方向面粗度の下限をＲａ０．０５μｍとしたのは、これよりも周方向面粗度が細かくなって内径面が滑らかになり過ぎると、転走する針状ころの弾性接触領域に保持される潤滑油が少なくなり、スミアリング等の表面損傷が生じやすくなるからである。周方向面粗度の上限をＲａ０．３μｍとしたのは、以下の理由による。
【００１０】
本発明者らは、シェル型外輪の内径面の面粗度を変えたシェル型針状ころ軸受について、回転試験機を用いた音響測定試験を行い、内径面の周方向面粗度を細かくすると軸受の音響レベルが効果的に低減されることを知見し、図７に示すように、これをＲａ０．３μｍ以下にすると、音響レベルを大幅に低減できることを確認した。この内径面の周方向面粗度が音響レベルの低減に特に効果があるのは、つぎのように考えられる。すなわち、針状ころのころ径に対してころの回転方向の凹凸（周方向面粗度）がある程度以上に粗くなると、針状ころの上下振動が大きくなって大きな音響が発生する。針状ころのころ径は比較的小さいので、周方向面粗度がＲａ０．３μｍを超えると、大きな音響が発生するものと思われる。
【００１１】
前記外輪内径面の軸方向面粗度をＲａ０．３μｍ以下とすることにより、針状ころの転走に伴う音響のレベルをさらに低減し、軸受使用中の静粛性をより高めることができる。針状ころはころ径に較べてころ長が長いので、外輪内径面の幅方向の凹凸（軸方向面粗度）も針状ころの上下振動に影響し、軸方向面粗度がＲａ０．３μｍを超えると、音響が大きくなるものと思われる。
【００１２】
前記プレス加工の絞り工程での絞り回数を３回以下とし、最終回の絞り工程をしごき加工を加える絞りしごき工程とすることにより、プレス加工用の金型数と工程数を減らし、製造コストをさらに低減することができる。また、絞り回数を減らすことにより、各金型の設定誤差等に起因するカップ成形物の寸法精度低下も抑制される。
【００１３】
なお、絞りしごき加工では、単なる絞り加工よりも大きな絞り比が得られることが知られている。すなわち、絞り加工では縮みフランジの変形抵抗とフランジ部でのしわ押さえ力に起因する引張応力によるポンチ肩部での破断で絞り限界が決まるが、絞りしごき加工では、このポンチ肩部に作用するフランジ側からの引張応力がしごき部で遮断されるので、絞り性があまりよくない炭素含有量が０．３質量％以上の中・高炭素鋼であっても十分な絞り比を得ることができる。
【００１４】
前記絞り工程での絞り回数を１回とし、この１回の絞り工程をしごき加工を加える絞りしごき工程とすることにより、製造コストの低減と外輪の寸法精度向上を、さらに促すことができる。
【００１５】
前記鋼板をリン酸塩皮膜処理鋼鈑とすることにより、前記プレス加工におけるプレス加工油の保持能力を高め、より低級なプレス加工油を用いてシェル型外輪をプレス加工することができる。
【００１６】
前記プレス加工で形成したシェル型外輪を高周波焼入れまたは光輝焼入れすることにより、安価な熱処理でシェル型外輪に必要な強度や硬度を確保することができる。高周波焼入れを採用する場合は、大きな熱処理設備が不要となり、熱処理時間も短くすることができる。また、光輝焼入れする場合でも、炭素や窒素を拡散させる時間が不要となり、熱処理時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のシェル型針状ころ軸受は、シェル型外輪用にプレス加工される鋼板を炭素含有量が０．３質量％以上の中・高炭素鋼としたので、従来用いられている肌焼鋼よりも素材費を安くできるとともに、炭素含有量が多いことで高価な浸炭焼入れや浸炭窒化処理を不要として、製造コストを低減することができる。
【００１８】
前記外輪内径面の周方向面粗度をＲａ０．０５〜０．３μｍとすることにより、この外輪内径面での針状ころの転走に伴う音響のレベルを低減し、軸受使用中の静粛性を高めることができる。
【００１９】
前記外輪内径面の軸方向面粗度をＲａ０．３μｍ以下とすることにより、針状ころの転走に伴う音響のレベルをさらに低減し、軸受使用中の静粛性をより高めることができる。
【００２０】
前記プレス加工の絞り工程での絞り回数を３回以下とし、最終回の絞り工程をしごき加工を加える絞りしごき工程とすることにより、プレス加工用の金型数と工程数を減らし、製造コストをさらに低減することができる。また、絞り回数を減らすことにより、各金型の設定誤差等に起因するカップ成形物の寸法精度低下も抑制することができる。
【００２１】
前記絞り工程での絞り回数を１回とし、この１回の絞り工程をしごき加工を加える絞りしごき工程とすることにより、製造コストの低減と外輪の寸法精度向上を、さらに促すことができる。
【００２２】
前記鋼板をリン酸塩皮膜処理鋼鈑とすることにより、プレス加工におけるプレス加工油の保持能力を高め、より低級なプレス加工油を用いてシェル型外輪をプレス加工することができる。
【００２３】
前記プレス加工で形成したシェル型外輪を高周波焼入れまたは光輝焼入れすることにより、安価な熱処理でシェル型外輪に必要な強度や硬度を確保することができる。高周波焼入れを採用する場合は、大きな熱処理設備が不要となり、熱処理時間も短くすることができる。また、光輝焼入れする場合でも、炭素や窒素を拡散させる時間が不要となり、熱処理時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。本発明に係るシェル型針状ころ軸受Ａは、図１に示すように、鋼板のプレス加工で形成されたシェル型外輪１の内径面２に沿って、複数の針状ころ３を配列したものであり、各針状ころ３は保持器４で保持され、外輪１の両端部には鍔１ａ、１ｂが形成されている。シェル型外輪１に用いられた鋼板は、中炭素鋼で炭素含有量が０．４質量％であるＳ４０Ｃ（ＪＩＳ）のリン酸塩皮膜処理鋼板である。このシェル型外輪１用の鋼板には、炭素含有量が０．３〜０．５質量％の中炭素鋼のほかに、炭素含有量が０．５質量％以上の高炭素鋼を用いることもできる。例えば、構造用炭素鋼Ｓ５５Ｃ、ＳＡＥ１０７０や工具鋼ＳＫ５等を用いることもできる。
【００２５】
図２は、前記シェル型外輪１の内径面２の周方向面粗度と軸方向面粗度を示す。図２（ａ）に示す周方向面粗度は、外輪１の長さ方向中央位置で測定したものであり、Ｒａ０．１８μｍと非常に細かくなっている。図示は省略するが、両端から各２ｍｍの位置で測定した周方向面粗度もＲａ０．０５〜０．３μｍの範囲に入っていた。また、図２（ｂ）に示す軸方向面粗度は、周方向に９０°の位相で４箇所測定したものの１つであり、Ｒａ０．１５μｍと非常に細かくなっている。図示は省略するが、他の位相で測定した軸方向面粗度も、いずれもＲａ０．３μｍ以下と非常に細かくなっていた。
【００２６】
図３は、前記シェル型外輪１を製造する概略の工程を示す。まずプレス加工により、Ｓ４０Ｃのリン酸塩皮膜処理鋼鈑の円形ブランクが、１回の絞りしごき工程でカップ状に成形され、決め押し工程でカップ底コーナ部が所定のコーナ半径に決め押し成形される。つぎに、底抜き工程でカップ底中央部が打ち抜かれて外輪１の一方の鍔１ａ（図１参照）が形成され、トリミング工程でカップ上端部が均一な高さにトリミングされる。こののち、プレス加工された外輪１は、熱処理工程で高周波焼入れまたは光輝焼入れを施され、最後の組立て工程で、他方の鍔１ｂ（図１参照）が内方への折り曲げ加工により形成される。このシェル型外輪１は、１回の絞りしごき工程でカップ状に成形されているので、金型の設定誤差等に起因する寸法精度低下も少ない。
【００２７】
図４は、前記シェル型外輪１を高周波焼入れしたときの焼入れパターンの例を示す。ハッチングを施した部分が焼入れ部位であり、この例では、内径面２が軌道面となる円筒部とカップ底の打ち抜きで形成された一方の鍔１ａ部に高周波焼入れが施され、組立て工程で折り曲げ加工により形成される他方の鍔１ｂ部は未硬化のままとされている。この鍔１ｂ部は焼入れ硬化後焼戻し処理してもよい。高周波焼入れは、局部を順に短時間で加熱、冷却するので、外輪１の全体を熱処理する場合も、このように部分的に熱処理する場合も、熱ひずみが生じ難い利点もある。
【００２８】
図５は、上記シェル型針状ころ軸受Ａを組み込んだ自動車のエアコンディショナ用コンプレッサ１０を示す。このコンプレッサ１０は、主軸１１に固定された斜板１２の回転により、斜板１２上を摺動するシュー１３を介してピストン１４を往復動作させる両斜板タイプのものであり、ハウジング１５内の冷媒をピストン１４の往復動作で圧縮する。高速で回転駆動される主軸１１は、ラジアル方向を２つのシェル型針状ころ軸受Ａで支持され、スラスト方向をスラスト針状ころ軸受１６で支持されている。前述したように、各シェル型針状ころ軸受Ａの外輪１は、軌道面である内径面２の面粗度が細かく、かつ、寸法精度も優れているので、主軸１１の高速回転に伴う騒音の発生を抑制できるとともに、その耐久寿命も延長することができる。
【００２９】
図６は、上記シェル型針状ころ軸受Ａを組み込んだ自動車のＡＢＳ用ピストンポンプ２０の駆動装置を示す。この駆動装置は、電動モータ２１の出力軸であるアーマチュアシャフト２２を、ポンプハウジング２３に形成された凹部２４に一対の玉軸受２５で支持し、その偏心部２２ａに嵌着したシェル型針状ころ軸受Ａに、ピストンポンプ２０のピストン２６を直角に衝合支持したものである。したがって、電動モータ２１を回転駆動することにより、シェル型針状ころ軸受Ａに衝合支持されたピストン２６が往復駆動され、ブレーキ液がポンプハウジング２３に設けられた吸引口２７から吸引されて、吐出口２８から吐出される。この場合のシェル型針状ころ軸受Ａも、外輪１の内径面２の面粗度が細かく、かつ、寸法精度も優れているので、ピストンポンプ２０作動に伴う騒音の発生を抑制できるとともに、その耐久寿命を延長することができる。
【００３０】
上述した実施形態では、外輪のプレス加工における絞り工程を１回のみとし、この１回の絞り工程をしごき加工を加える絞りしごき工程としたが、絞り工程を３回以下の複数回とし、しごき加工を最終回の絞り工程で加えるようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】シェル型針状ころ軸受の実施形態を示す縦断面図
【図２】ａ、ｂは、それぞれ図１のシェル型外輪の内径面の周方向面粗度と軸方向面粗度を示すグラフ
【図３】図１のシェル型外輪の概略の製造工程を示す工程図
【図４】図１のシェル型外輪の焼入れパターンの例を示す断面図
【図５】図１のシェル型針状ころ軸受を組み込んだコンプレッサを示す縦断面図
【図６】図１のシェル型針状ころ軸受を組み込んだピストンポンプの駆動装置を示す縦断面図
【図７】シェル型針状ころ軸受の音響測定試験における外輪内径面の周方向面粗度と音響レベルの関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００３２】
Ａ  シェル型針状ころ軸受
１  シェル型外輪
１ａ、１ｂ  鍔
２  内径面
３  針状ころ
４  保持器
１０  コンプレッサ
１１  主軸
１２  斜板
１３  シュー
１４  ピストン
１５  ハウジング
１６  スラスト針状ころ軸受
２０  ピストンポンプ
２１  電動モータ
２２  アーマチュアシャフト
２３  ポンプハウジング
２４  凹部
２５  玉軸受
２６  ピストン
２７  吸引口
２８  吐出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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