(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面を有する凹部形状の軌道を有し、少なくともその軌道の表面が金属材料からなる玉軸受用軌道輪の製造方法であって、予め最終的な軌道の形状よりも小さい形状の断面半円形状の軌道が形成され熱処理が施された中間素材を作製しておき、この中間素材の軌道に前記最終的な軌道の形状と同一形状を有するローラバニシング加工用のセラミックス製のボールまたは前記熱処理が施された中間素材の軌道表面よりも硬い鋼製のボールを押しつけた状態で、その軌道に沿わせながら相対的に転がり接触させることで、表面より０．０８〜０．３ｍｍの範囲の深さである軸受使用時に最大剪断応力が作用する深さにおける残留圧縮応力を８００ＭＰａ以上および／または硬さをＨｖ８００以上にすることを特徴とする玉軸受用軌道輪の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の玉軸受用軌道輪の製造方法において、前記ローラバニシング加工用のセラミックス製のボールまたは前記熱処理が施された中間素材の軌道表面よりも硬い鋼製のボールを油圧で押し付けることを特徴とする玉軸受用軌道輪の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の玉軸受用軌道輪の製造方法において、前記ローラバニシング加工用のセラミックス製のボールまたは前記熱処理が施された中間素材の軌道表面よりも硬い鋼製のボールと玉軸受を構成する転動体としての玉とが同一形状であることを特徴とする玉軸受用軌道輪の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の玉軸受用軌道輪の製造方法において、前記ローラバニシング加工用のセラミックス製のボールまたは前記熱処理が施された中間素材の軌道表面よりも硬い鋼製のボールが、前記中間素材の断面半円形状の軌道の形状についての軸方向曲率の９９．９９５％以下の曲率を有するものである玉軸受用軌道輪の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の玉軸受用軌道輪の製造方法において、前記ローラバニシング加工用のセラミックス製のボールまたは前記熱処理が施された中間素材の軌道表面よりも硬い鋼製のボールが、前記中間素材の軌道の形状についての軸方向の曲率半径よりも１〜３μｍ大きい曲率半径を有するものである玉軸受用軌道輪の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の玉軸受用軌道輪の製造方法において、前記中間素材は、軸受鋼からなる素材に対し、鍛造、施削および熱処理の各処理を施して作製される素材であることを特徴とする玉軸受用軌道輪の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の玉軸受用軌道輪の製造方法において、前記中間素材は、軸受鋼からなる素材に対し、鍛造、施削、熱処理および粗研磨の各処理を施して作製される素材であることを特徴とする玉軸受用軌道輪の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、玉軸受の構成部材として用いられ、しかも曲面を有する凹部形状の軌道を備えた玉軸受用軌道輪の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、玉軸受等の転がり軸受用の軌道輪は、繰り返し荷重がかかるために寿命が短いという問題がある。この問題に対して、本発明者らは、所定形状に加工した機械構造用炭素鋼からなる軌道部材用のブランクを熱処理して、少なくとも軌道部を硬化させた後、当該軌道部を旋削または研削によって仕上げ、さらに当該軌道部にローラバニシング加工を施して、軌道部の表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さをＨｖ８００以上に加工硬化させる軸受軌道部材の製造方法を提案し、既に出願している（特願２００２−１３８９７０号、平成１４年５月１４日出願）。このように軌道部に対しローラバニシング加工を施すことで、従来よりも長寿命化を実現している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の製造方法では、図４に示すように、曲面を有する凹部形状の軌道１１に対しローラバニシング加工用の球体１２を周方向に相対的に転がり接触させるだけでなく、周方向と直交する方向にも転がり接触させなければならないため、加工方法が煩雑であり、寸法精度を出すのに高度な技術を要するという問題がある。また、曲面を有する軌道を旋削または研削によって仕上げたのちにローラバニシング加工を施すことから、工程数が多いという問題もある。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、寸法精度が良好で長寿命な玉軸受用軌道輪を簡単に製造することができる玉軸受用軌道輪の製造方法の提供をその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、曲面を有する凹部形状の軌道を有する玉軸受用軌道輪について、長寿命なものを容易に製造する技術を開発すべく鋭意研究を重ねていた。その過程で、ローラバニシング加工の対象が、曲面を有する凹部形状の軌道である点に着目し、その軌道の形状と一致するような形状をもつセラミックス製のボールまたは熱処理が施された中間素材の軌道表面よりも硬い鋼製のボールを用いてローラバニシング加工を行えば、簡単に、寸法精度が良好で長寿命な玉軸受用軌道輪を得ることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００６】
本発明の玉軸受用軌道輪の製造方法は、曲面を有する凹部形状の軌道を有し、少なくともその軌道の表面が金属材料からなる玉軸受用軌道輪の製造方法であって、予め最終的な軌道の形状よりも小さい形状の断面半円形状の軌道が形成され熱処理が施された中間素材を作製しておき、この中間素材の軌道に前記最終的な軌道の形状と同一形状を有するローラバニシング加工用のセラミックス製のボールまたは前記熱処理が施された中間素材の軌道表面よりも硬い鋼製のボールを押しつけた状態で、その軌道に沿わせながら相対的に転がり接触させることで、表面より０．０８〜０．３ｍｍの範囲の深さである軸受使用時に最大剪断応力が作用する深さにおける残留圧縮応力を８００ＭＰａ以上および／または硬さをＨｖ８００以上にすることを特徴としている。
【０００７】
上記の製造方法であれば、ローラバニシング加工用のセラミックス製のボールまたは熱処理が施された中間素材の軌道表面よりも硬い鋼製のボールを被加工体である中間素材の軌道に押しつけた状態でその軌道に沿わせながら転がり接触させるので、中間素材の軌道を平滑となるように仕上げながら、その寸法を拡張することができる。したがって、精度良く製造するのが難しい曲面を有する凹部形状の軌道を簡単に製造することができる。また、ローラバニシング加工を行っているので、軌道表面に残留応力を付与できるとともに、硬度を高くでき、その結果として疲労強度が高い長寿命な玉軸受用軌道輪を製造することができる。また、この製造方法によれば、ローラバニシング加工によって最終的な軌道の凹部形状が断面半円形状となるので、玉軸受に適した軌道輪を提供できる。
【０００８】
ここで、本発明において、「同一形状」には、ローラバニシング加工後の玉軸受用軌道輪の軌道の形状がスプリングバックにより僅かに小さくなったものを含む。
また、本発明において、ローラバニシング加工とは、表面を塑性加工する処理の一種であり、ボールにより表面の凸部を局部的に押しならす方式である。
【０００９】
本発明の玉軸受用軌道輪の製造方法は、上記した玉軸受用軌道輪の製造方法において、前記ローラバニシング加工用のセラミックス製のボールまたは熱処理が施された中間素材の軌道表面よりも硬い鋼製のボールを油圧で押し付けることを特徴としている。
【００１０】
また、上記の製造方法において、前記ローラバニシング加工用のセラミックス製のボールまたは前記熱処理が施された中間素材の軌道表面よりも硬い鋼製のボールと玉軸受を構成する転動体としての玉とが同一形状であることが好ましい。このようになっておれば、玉軸受として実際に使用する軌道輪の軌道と転動体としての玉とが一致するので、良好な玉軸受になるという利点がある。ここで、「同一形状」には、設計寸法上は完全に同一形状であっても実際に製造されたものには誤差があるものを含む。
【００１１】
また、上記の玉軸受用軌道輪の製造方法において、前記ローラバニシング加工用のセラミックス製のボールまたは前記熱処理が施された中間素材の軌道表面よりも硬い鋼製のボールが、前記中間素材の断面半円形状の軌道の形状についての軸方向曲率の９９．９９５％以下の曲率を有するものとしてもよい。上記構成であれば、ローラバニシング加工用の球体の寸法と被加工体である中間素材の軌道の寸法との関係が適切となるので、軌道を特に寸法精度良く形成できるとともに、軌道表面を特に平滑にすることができる。
【００１２】
また、上記の玉軸受用軌道輪の製造方法において、前記ローラバニシング加工用のセラミックス製のボールまたは前記熱処理が施された中間素材の軌道表面よりも硬い鋼製のボールが、前記中間素材の軌道の形状についての軸方向の曲率半径よりも１〜３μｍ大きい曲率半径を有するものとしてもよい。上記構成であれば、ローラバニシング加工用の前記ボールと被加工体である中間素材の軌道の寸法との関係が適切となるので、軌道を特に寸法精度良く形成できるとともに、軌道表面を特に平滑にすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の玉軸受用軌道輪の製造方法について、その一実施の形態である玉軸受用の内輪を例として、図面に基づいて具体的に説明する。
【００１６】
まず、図１および図２に示すように、軸受鋼からなる素材に対し、公知の鍛造、旋削、熱処理、粗研磨の各処理を施して、外周方向に断面半円形状の軌道１が形成された内輪素材２を作製する。この軌道１は、最終的な軌道３の断面半円形状の寸法よりも小さくなっている（図中、破線３は最終的な軌道寸法を示す）。
【００１７】
ついで、図３に示すように、内輪素材２の断面半円形状よりも大きく、最終的な内輪の断面半円形状と同一形状を有するローラバニシング加工用のセラミックス製のボール（球体）４を、内輪素材２の軌道１に強圧で押しつける。そして、その状態のまま、ローラバニシング加工用のボール４側を固定し、内輪素材２を軸受回転軸周りに回転させることで、内輪素材２の軌道１に対してローラバニシング加工を施す。これにより、軌道３の断面半円形状を最終的な寸法となるように拡張できるとともに、軌道３の表面が平滑になる。また、ローラバニシング加工の条件によっては、軸受使用時に最大剪断応力が作用する深さ（通常、表面より０．０８〜０．３ｍｍ程度）における残留圧縮応力８００ＭＰａ以上を付与したり、硬さＨｖを８００以上にしたりできるので、疲労強度を高めることができる。このようにして、玉軸受用の内輪を製造することができる。
【００１８】
ここで、中間素材２の材料として軸受鋼を用い、ローラバニシング加工条件を、セラミックス製のボール（直径６．３ｍｍ）、ワーク回転数１００ｍ／ｍｉｎ、ツール送り０．１ｍｍ／ｒｅｖ、加工液は循環させずに新品を利用する、とした場合、ローラバニシング加工ツールの油圧を１０００Ｎにすると、断面半円形状の曲率半径が２μｍ大きくなり、かつ表面粗さＲｚが０．２μｍ以下になることを確認している。また、同様の条件で、油圧を７８０Ｎにすると、断面半円形状の曲率半径が１μｍ大きくなり、かつ表面粗さＲｚが０．２μｍ以下になることも確認している。
【００１９】
上記の製造方法において、ボール４の曲率は、内輪素材２の断面半円形状における軸方向曲率の９９．９９５％以下に設定されていることが好ましい。特に好ましくは９９．９９２〜９９．９９４％である。軸方向曲率の大きいものを用いると、寸法精度が低くなってしまったり、表面粗さが大きくなるおそれがあるからである。
【００２０】
また、ボール４の曲率半径は、内輪素材２の断面半円形状における軸方向の曲率半径よりも１〜３μｍ大きいものを用いることが好ましい。このような範囲内でないと、寸法精度が低くなってしまったり、表面粗さが大きくなるおそれがあるからである。
【００２１】
なお、上記のようにして得られた玉軸受用の内輪と、ローラバニシング加工を行わずに粗研磨、仕上げ、超仕上げを行うことにより得られた玉軸受用の内輪とを用いて、寿命試験を行った結果、上記のようにして得られた玉軸受用の内輪の方が、約２．２倍寿命が長くなったことを確認している。
【００２２】
（その他の事項）
上記では、内輪素材２を回転させることでローラバニシング加工を行う方法を説明したが、内輪素材２を固定した状態でセラミックス製のボール４を軌道に沿って転がり接触させるようにしてもよい。
また、ローラバニシング加工用のボール４として、セラミックス製のものを用いたが、加工する中間素材２の軌道１表面よりも硬いものであれば特に制限はなく、例えば、高硬度の鋼製のボールを用いてもよい。
さらに、上記では中間素材２の材料として軸受鋼を用いたが、これに限定するものではなく、転がり軸受用の軌道輪の材料として従来から用いられている各種の金属材料を用いてもよい。
また、上記では、粗研磨後にローラバニシング加工を行う場合を説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、ローラバニシング加工用の加工体を損傷させる等の不具合がないようであれば、粗研磨を行わず、熱処理のあと直ぐにローラバニシング加工を行うようにしてもよい。
さらに、上記では、玉軸受用の内輪について説明したが、外輪であっても同様にして製造することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の玉軸受用軌道輪の製造方法によれば、ローラバニシング加工用の前記ボールを被加工体である中間素材の軌道に押しつけた状態でその軌道に沿わせながら転がり接触させるので、簡単に、長寿命な玉軸受用軌道輪を製造することができる。
【００２４】
また、上記した製造方法において、ローラバニシング加工用の前記ボールを用いるので、玉軸受に適した軌道輪を製造することができる。また、ローラバニシング加工用の前記ボールと玉軸受を構成する転動体としての玉とが同一形状であり、玉軸受として実際に使用する場合に軌道輪の軌道と転動体としての玉とが一致するので、寸法的に非常に良好な玉軸受を提供できる。
【００２５】
さらに、ローラバニシング加工用の前記ボールの曲率と被加工体である中間素材の軌道の曲率、あるいはローラバニシング加工用の前記ボールの曲率半径と被加工体である中間素材の軌道の曲率半径が特定の関係を満たしたものであれば、最終的な軌道を特に寸法精度良く形成できるとともに、軌道表面を特に平滑にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の転がり軸受用軌道輪（玉軸受用の内輪）の製造方法で用いられる中間素材を示す模式的な斜視図である。
【図２】図１に示す中間素材のＸ−Ｘ矢視断面図である。
【図３】本発明の転がり軸受用軌道輪（玉軸受用の内輪）の製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【図４】従来のローラバニシング加工を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１    軌道
２    中間素材
３    最終的な軌道
４    セラミックス製のボール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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