(57)【要約】【課題】  内周面の真円度を高めることができる二つ割り軸受用外輪の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る二つ割り軸受用外輪の製造方法は、所定形状に形成された帯状金属板からなる分割外輪部材の中間素材を、ほぼ半円筒状にカーリングするカーリング工程と、互いの円周方向端面同士を突き合わせることで、一対の前記中間素材を円筒状とし、その内周面に対してローラバニシング加工を施すバニシング工程と、を含んでいる。【選択図】      図３
2009108995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ半円筒状に形成された一対の分割外輪部材を有し、これら一対の分割外輪部材の円周方向端面同士を互いに突き合わせることで円筒状とされる二つ割り軸受用外輪の製造方法であって、
所定形状に形成された帯状金属板からなる前記分割外輪部材の中間素材を、ほぼ半円筒状にカーリングするカーリング工程と、
互いの円周方向端面同士を突き合わせることで一対の前記中間素材を円筒状とし、その内周面に対してローラバニシング加工を施すバニシング工程と、
を含むことを特徴とする二つ割り軸受用外輪の製造方法。
【請求項２】
前記バニシング工程の後、ローラバニシング加工が施された前記中間素材を加熱し、浸炭する浸炭工程と、
前記浸炭工程により加熱浸炭された前記中間素材を、ソルトバスにより冷却保持することでマルクエンチ処理するマルクエンチ工程と、をさらに含む請求項１に記載の二つ割り軸受用外輪の製造方法。
【請求項３】
前記カーリング工程の前に前記所定形状に形成された帯状金属板からなる前記中間素材に対して焼きなまし処理を行う焼きなまし工程をさらに含む請求項１又は２に記載の二つ割り軸受用外輪の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関におけるクランクピンとコンロッド大端部との間に用いられる二つ割り軸受の外輪を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のクランクピンとコンロッド大端部との間には、二つ割り軸受を介在している。この二つ割り軸受は、コンロッド大端部内周面に内接する外輪と、この外輪の内周面と前記クランクピンの外周面との間に転動自在に配設される複数のころとを有している。この外輪は、ほぼ半円筒状に形成された一対の分割外輪部材を組み合わせることで分割可能に構成されている。二つ割り軸受は、前記外輪を分割可能とすることで、クランクシャフトの回転軸に対してオフセットされているクランクピンの外周側に組み込むことができる。
上記二つ割り軸受用外輪を製造するには、例えば、フープ材等をプレス等によって打ち抜き加工することで所定形状の帯状金属板を得るとともに、この帯状金属板を半円筒状に湾曲させるように塑性加工することで前記外輪を構成する分割外輪部材が形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記二つ割り軸受用外輪の製造方法をより具体的に説明すると、図８に示すように、打ち抜き加工によって、前記分割外輪部材の中間素材を形成した後（ステップＳ２０１）、この中間素材を半円筒状に形成するカーリング加工を行う（ステップＳ２０２）。
ついで、一対の半円筒状とされた中間素材の円周方向端面同士を互いに突き合わせて円筒状とし、この円筒状に組み合わされた一対の中間素材に対してサイジング加工を行い（ステップＳ２０３）、その後、この中間素材を浸炭し、油冷却による焼入れの後、焼き戻しすることで（ステップＳ２０４）、前記分割外輪部材を得るといった方法が採られていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３７３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の製造方法によって得られる二つ割り軸受用外輪では、一対の分割外輪部材を突き合わせて円筒状としたときに、その突き合わせ部分が内周面側にせり出して突起が生じる場合があり、前記ころの軌道面となる当該外輪内周面の真円度を低下させる要因となっていた。
このような突き合わせ部分のせり出しによる突起は、帯状金属板に対してカーリング等の塑性加工を行うことによって分割外輪部材を形成するために、この帯状金属板を湾曲させる際の展開長の差や、帯状金属板の端部を精度よく一様な曲面で曲げることが困難であるといったことに起因して生じる。
そこで従来の製造方法では、サイジング加工によって外輪全体としての寸法精度を高めることが行われていたが、局部的に突出している、突き合わせ部分のせり出しによる突起を十分に矯正することができず、前記外輪内周面において必要な真円度を確保するまでには至っていなかった。このため、内周面の真円度を高めることができる二つ割り軸受用外輪の製造方法が嘱望されていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、内周面の真円度を高めることができる二つ割り軸受用外輪の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、ほぼ半円筒状に形成された一対の分割外輪部材を有し、これら一対の分割外輪部材の円周方向端面同士を互いに突き合わせることで円筒状とされる二つ割り軸受用外輪の製造方法であって、所定形状に形成された帯状金属板からなる前記分割外輪部材の中間素材を、ほぼ半円筒状にカーリングするカーリング工程と、互いの円周方向端面同士を突き合わせることで一対の前記中間素材を円筒状とし、その内周面に対してローラバニシング加工を施すバニシング工程と、を含むことを特徴としている。
【０００７】
上記のように構成された二つ割り軸受用外輪の製造方法によれば、カーリング工程の後に、一対の中間素材を円筒状とし、その内周面に対してローラバニシング加工を施すので、当該内周面に存在する微細な凹凸をローラバニシング加工によるローラによって転圧し、その凸部分を塑性変形させてつぶすことで平滑にできる。従って、一対の中間素材の突き合わせ部分が内周面側にせり出して突起が生じたとしても、この突起をローラの転圧によって平滑にすることができ、一対の中間素材を円筒状としたときの内周面の真円度を高めることができる。この結果、二つ割り軸受用外輪としての内周面の真円度を高めることができる。
【０００８】
上記製造方法において、前記バニシング工程の後、ローラバニシング加工が施された前記中間素材を加熱し、浸炭する浸炭工程と、前記浸炭工程により加熱浸炭された前記中間素材を、ソルトバスにより冷却保持することでマルクエンチ処理するマルクエンチ工程と、をさらに含むものであることが好ましい。
上記ローラバニシング加工では、塑性変形を伴うため、加工後の内周面には、残留応力が生じ、加工後に行う焼入れにおいて、焼入れ歪みが生じやすい。この点、上記の場合、中間素材の熱処理として、浸炭の後にマルクエンチ処理を行うものとしたので、一般的に行われる油冷却による焼入れの場合と比較して、焼入れ歪みが生じるのを抑制することができる。この結果、二つ割り軸受用外輪としての内周面の真円度をより高めることができる。
【０００９】
また、上記製造方法において、前記カーリング工程の前に前記所定形状に形成された帯状金属板からなる前記中間素材に対して焼きなまし処理を行う焼きなまし工程をさらに含むものであってもよい。
この場合、カーリング工程、及びバニシング工程といった塑性変形を伴う加工を行う前に、中間素材に対して焼きなまし処理を行うので、カーリング工程、及びバニシング工程における加工を容易にするとともに、その加工精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の二つ割り軸受用外輪の製造方法によれば、内周面の真円度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、二つ割り軸受の構造を示す側面図である。この二つ割り軸受１は、例えば、内燃機関のクランクピンＰの外周と、コンロッドＣの大端部Ｃ１の内周との間に介在しており、コンロッド大端部内周面Ｃ２に内接する二つ割り軸受用外輪２と、この二つ割り軸受用外輪２の内周面２ａとクランクピンＰの外周面Ｐ１との間に転動自在に配設される複数の円筒ころ３と、これら円筒ころ３を保持するための保持器Ｈとを有している。二つ割り軸受用外輪２の内周面２ａと、クランクピンＰの外周面Ｐ１とは、円筒ころ３が転動する軌道面を構成しており、二つ割り軸受１は、コンロッドＣをクランクピンＰに対して揺動自在としている。
【００１２】
図２（ａ）は、二つ割り軸受用外輪２を示す分解斜視図である。この二つ割り軸受用外輪２は、ほぼ半円筒状に形成された一対の分割外輪部材４を有しており、一対の分割外輪部材４の円周方向端面同士を互いに突き合わせることで円筒状の二つ割り軸受用外輪２を構成している。
また、分割外輪部材４の一端面４ａは、周方向に突出する凸形状に形成されているとともに、他端面４ｂは、周方向に凹む凹形状に形成されている。凸形状の一端面４ａと、凹形状の他端面４ｂとは、互いに突き合わせたときに合致する形状とされており、一対の分割外輪部材４の円周方向端面同士を互いに突き合わせた突き合わせ部分は、一端面４ａと、他端面４ｂとが互いに合致することで、軸方向にずれるのを防止できるように構成されている。
【００１３】
次に、本発明に係る上記二つ割り軸受用外輪１の製造方法について説明する。
図３は、二つ割り軸受用外輪２の製造方法を示すフローチャートである。二つ割り軸受用外輪２を製造するには、まず、フープ材等の原素材をプレス機等により打ち抜き加工することによって、分割外輪部材４の中間素材を得る（打ち抜き工程、ステップＳ１０１）。このフープ材としては、例えば、ＳＣＭ４１５等の機械構造用合金鋼や、ＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼を用いることができる。中間素材５は、打ち抜き工程によって、図２（ｂ）に示すように、所定形状の帯状金属板として形成される。この中間素材５の一端面５ａは、長手方向に突出する凸形状に形成されるとともに、他端面５ｂは、長手方向に凹む凹形状に形成されており、それぞれ、分割外輪部材４とされたときの一端面４ａ、及び他端面４ｂと一致する形状とされている。
【００１４】
図３に戻って、次に、打ち抜き工程にて形成された中間素材５に対して焼きなまし処理を行う（ステップＳ１０２、焼きなまし工程）。なお、焼きなまし処理における処理温度は、例えば、ＳＰＣＣによって中間素材５を形成した場合には、６５０℃前後で焼きなまし処理が行われる。
この焼きなまし処理は、中間素材５を形成加工する際に生じる加工ひずみや、加工硬化を緩和できることに加えて、後に行われる、後述のカーリング工程、及びバニシング工程といった塑性変形を伴う加工を行う前に行われるので、カーリング工程、及びバニシング工程における加工を容易にするとともに、その加工精度を高めることができる。
なお、上記焼きなまし工程については、例えば、中間素材５を得るために用いる原素材の材質や製造工程の状況等に応じて省略できる場合がある。
【００１５】
次に、焼きなまし処理後の中間素材５の両先端部をプレス機等によって、所定の曲率となるように先端曲げ加工を行う（ステップＳ１０３、先端曲げ工程）。
図４は、先端曲げ工程による曲げ加工の態様を示す模式図である。この先端曲げ加工は、上側のプレス面２１ａが所定の曲面に形成された下型２１と、先端面２２ａがプレス面２１ａに沿う形状とされるとともに上下動可能な上型２２とを用いて行われる。プレス面２１ａ及び先端面２２ａは、二つ割り軸受用外輪２としたときの曲率とほぼ同じ曲率の曲面とされており、図４に示すように、下型２１のプレス面２１ａにセットされた中間素材５の先端部を上型２２によってプレスすることで、中間素材５の先端部は、外輪２としたときの曲率とほぼ同じ曲率に形成される。これによって、後述するカーリング工程では、所定の曲率に加工するのが比較的困難である先端部を予め所定の曲率に形成することができるので、中間素材５を二つ割り軸受用外輪２に加工するのが容易となる。
【００１６】
次に、先端曲げ工程を経た中間素材５をカーリング加工することによってほぼ半円筒状に形成する（ステップＳ１０４、カーリング工程）。
図５は、カーリング工程によるカーリング加工の態様を示す模式図である。このカーリング加工は、図５に示すように、スチールロール３１と、このスチールロール３１よりも大径のウレタンロール３２とを用いて行われる。中間素材５に対してカーリング加工を行うには、まず、中間素材５を、スチールロール３１と、ウレタンロール３２との間に介在させる。そして、中間素材５を介在した状態でウレタンロール３２をスチールロール３１に押圧しながら回転させることで、中間素材５をウレタンロール３２の外周面３２ａとスチールロール３１の外周面３１ａとの間でしごき、半円筒状に形成する。このカーリング加工においては、半円筒状に形成された中間素材５の曲率が、二つ割り軸受用外輪２としたときの曲率とほぼ同じ曲率となるように、各ロール３１，３２、及びウレタンロール３２の押圧力等が設定されている。
従って、カーリング加工後の中間素材５は、二つ割り軸受用外輪２としたときの曲率とほぼ同じ曲率を有する半円筒状に形成される。
【００１７】
次に、上記カーリング工程によって半円筒状に形成された中間素材５を一対組み合わせることで円筒状とし、この状態で円筒状の内周面に対してローラバニシング加工を施す（ステップＳ１０５、バニシング工程）。
図６は、バニシング工程におけるローラバニシング加工の態様を示す模式図である。このローラバニシング加工は、微細な凹凸をローラによって転圧し、その凸部分を塑性変形させてつぶすことで、平滑面を得る加工であり、図６に示すように、内周面に中間素材５が固定される円筒状の孔部４１ａが形成されたダイス４１と、孔部４１ａの軸中心と一致して回転可能であるとともに孔部４１ａに挿入されるバニシング用加工具４３とを用いて行われる。
【００１８】
バニシング用加工具４３は、円筒状の先端部４４に複数のローラ４２が設けられている。これらローラ４２は、円筒状に形成されるとともに、バニシング用加工具４３の回転中心と平行な回転軸をもって回転自在に固定されている。また、ローラ４２は、外周面４２ａがバニシング用加工具４３の回転中心と同心に設定される加工円に内接し、かつこの加工円に対して等配されている。また、前記加工円の直径Ｍは、先端部４４の外径Ｎよりも大径に設定されており、孔部４１ａにバニシング用加工具４３の先端部４４を挿入すると、当該孔部４１ａに固定された被加工部材の内周面とローラ４２の外周面４２ａとが接する。この状態で、バニシング用加工具４３を回転させると、ローラ４２が被加工部材の内周面を転圧し、当該内周面の微細な凹凸を塑性変形させて平滑面を得ることができる。
【００１９】
円筒状とされた中間素材５に対してローラバニシング加工を行うには、まず、互いの円周方向の端面５ａ，５ｂ同士を突き合わせることで一対の中間素材５を円筒状とし、円筒状とした一対の中間素材５を、孔部４１ａの内周面４１ｂに固定する。その後、バニシング用加工具４３の先端部４４を孔部４１ａに挿入し、孔部４１ａに固定されたローラ４２と一対の中間素材５の内周面５ｃとを接触させる。ついで、バニシング用加工具４３を回転させて、内周面５ｃに対してローラ４２を転圧させて、ローラバニシング加工を施す。
なお、ここで、加工円の直径Ｍは、ローラバニシング加工前の内周面５ｃの直径よりも、僅かに大きく設定することで、当該内周面５ｃの微細な凹凸を塑性変形させてつぶすことができるが、この加工円の直径Ｍは、２０μｍ以内に設定されることが好ましい。２０μｍより大きく設定すると、中間素材５の残留応力が過大となり、後に行う熱処理における歪みが大きくなるからである。
【００２０】
次に、バニシング工程を経た中間素材５を加熱し、浸炭を行う（ステップＳ１０６、浸炭工程）。その後、加熱浸炭された中間素材５を、ソルトバスにより冷却保持することでマルクエンチ処理を行う（ステップＳ１０７、マルクエンチ工程）。
すなわち、上記マルクエンチ工程では、浸炭後の中間素材５を所定の温度（Ｍｓ点（マルテンサイト変態点）直上の温度）に設定されたソルトバスに浸漬し、前記所定の温度まで冷却保持する。その後、ベイナイト組織等が現れ始める前のタイミングで、中間素材５をソルトバスから取り出して放冷する。これにより、中間素材５において、均一にマルテンサイト変態を開始させることができ、焼入れ歪みを生じにくくすることができる。
上記熱処理（浸炭工程、マルクエンチ工程）における、浸炭及び焼入れ前の保持温度や、ソルトの温度は、中間素材５の材質やその他の要因で適宜設定されるが、例えば、ＳＰＣＣによって中間素材５を形成した場合には、浸炭及び焼入れ前の保持温度は８００〜９００℃前後に設定され、ソルト温度は２５０〜３００℃（ＳＰＣＣでは、Ｍｓ点が１７０〜２４０℃）に設定される。
浸炭工程及びマルクエンチ工程を経た中間素材５は、その後、焼戻しが行われ（ステップＳ１０８、焼戻し工程）、その後、バレル研磨等の後処理工程（ステップＳ１０９）が行われ、分割外輪部材４を得ることができる。
以上のように、上記各工程によって、フープ材から中間素材５を形成することで分割外輪部材４を得ることができ、その結果、二つ割り軸受用外輪２を製造することができる。
【００２１】
上記のように構成された本実施形態による二つ割り軸受用外輪２の製造方法によれば、カーリング工程の後に、一対の中間素材５を円筒状とした状態で、その内周面５ｃに対してローラバニシング加工を施すので、当該内周面５ｃに存在する微細な凹凸をローラバニシング加工によるローラ４２によって転圧し、その凸部分を塑性変形させてつぶすことで平滑にできる。従って、一対の中間素材５の突き合わせ部分の内周面５ｃ側にせり出して突起が生じたとしても、この突起をローラ４２の転圧によって平滑にすることができ、一対の中間素材５を円筒状としたときの内周面５ｃの真円度を高めることができる。この結果、二つ割り軸受用外輪２としての内周面の真円度を高めることができる。
【００２２】
上記ローラバニシング加工では、塑性変形を伴うため、加工後の内周面には、残留応力が生じ、加工後に行う焼入れにおいて、焼入れ歪みが生じやすい。この点、本実施形態の製造方法では、バニシング工程の後の熱処理として、浸炭の後にマルクエンチ処理を行うものとしたので、一般的に行われる油冷却による焼入れの場合と比較して、焼入れ歪みを生じにくくすることができる。この結果、二つ割り軸受用外輪２としての内周面の真円度をより高めることができる。
すなわち、本実施形態の製造方法では、ローラバニシング加工によって、真円度を高めることができるが、その反面、その後の焼入れによって、焼入れ歪みを生じさせるおそれがある。しかし、バニシング工程の後の熱処理として、マルクエンチ処理を行うようにしたので、焼入れ歪みを生じにくくし、より高い真円度を得ることができる。
【００２３】
次に、本発明者らが行った、本発明の効果の確認を行うための検証試験の結果について説明する。本検証試験では、本発明に係る実施例品として２種類（実施例品１，２）、比較例品として１種類を用意した。実施例品１は、材質ＳＰＣＣ、板厚０．６ｍｍのフープ材を用いて、下記に示すように、上記実施形態にて示した各工程（図３）によって、分割外輪部材を得、外径寸法が２６ｍｍの二つ割り軸受用外輪を製造した。実施例品２は、下記のように、実施例品１における各工程に対して、浸炭後の焼入れを油焼入れとした点以外は、実施例品と同様の条件として、二つ割り軸受用外輪を製造した。
また、比較例品は、従来の製造方法であり、下記に示すように、実施例品２における各工程に対して、焼きなまし工程を行わない点、及び、バニシング工程に代えてサイジング工程とした点以外は、実施例品２と同様の条件として、二つ割り軸受用外輪を製造した。
実施例品１の工程：打ち抜き→焼きなまし→先端曲げ→カーリング→バニシング→浸炭→マルクエンチ処理→焼戻し
実施例品２の工程：打ち抜き→焼きなまし→先端曲げ→カーリング→バニシング→浸炭→油焼入れ→焼戻し
比較例品の工程：打ち抜き→先端曲げ→カーリング→サイジング→浸炭→油焼入れ→焼戻し
【００２４】
これら各実施例品及び比較例品の評価方法としては、一対の分割外輪部材を突き合わせて円筒状とし外輪として構成したときの内周面を真円度測定器によって測定し、これによって得られた内周面のプロファイル、及びＪＩＳＢ０６２１に基づく真円度にて評価した。なお、内周面のプロファイルについては、上記実施例品１において、バニシング工程前後それぞれのプロファイルを比較した。また、真円度については、各実施例品及び比較例品それぞれについて各２０個ずつの検体を用意し、真円度を測定した結果の平均値をもって評価した。
【００２５】
図７は、バニシング工程前後それぞれの二つ割り軸受用外輪内周面のプロファイルを示す図であり、（ａ）はバニシング工程前、（ｂ）はバニシング工程後のプロファイルを示している。
図７（ａ）において、曲線Ａによって表される二つ割り軸受用外輪の内周面のプロファイルにおいて、紙面上下両側に位置する、径方向外側に向かって鋭角に窪む一対の窪み部Ｋが、一対の分割外輪部材の突き合わせ部である。この突き合わせ部分に位置する分割外輪部材の両端部は、径方向内側にせり出して、突起Ｔが生じていることが判る。この突起Ｔは、当該プロファイル測定の結果から、外輪としての基準となる内径寸法Ｄに対する突出量ｔ１が、最大で約１０μｍであることが確認された。
一方、図７（ｂ）中、曲線Ａによって表される二つ割り軸受用外輪の内周面のプロファイルにおいては、図７（ａ）で確認できる突き合わせ部分の突起は見られず、また、他の部分においても、内径寸法Ｄに対して内方側に突出する部分は見られない。この結果から、本実施例品では、ローラバニシング加工によって、突き合わせ部分の内周面側に生じた突起Ｔを塑性変形させて、所定の内径寸法に対して内方側に突出する突起を無くし、平滑にできることが確認できた。
次に、上記各実施例品及び比較例品の真円度の測定結果について説明する。
【００２６】
【表１】
2009108995.tif 000003
【００２７】
表１は、上記各実施例品及び比較例品の真円度の測定結果である。表１から明らかなように、比較例品に対して、本発明に係る実施例品１，２の真円度は、８〜１４μｍ程度小さくなっていることが判る。この結果から、実施例品１，２では、比較例品と比較して真円度が高められていることが明らかであり、ローラバニシング加工の効果が確認できる。
また、実施例品１と実施例品２とを比較すると、実施例品１の方が真円度及び標準偏差σが小さくなっていることが判る。すなわち、実施例品１では、バニシング工程後の熱処理を浸炭＋マルクエンチ処理とする一方、実施例品２では、浸炭＋油冷却としており、この熱処理の相違による焼入れ歪み量の違いが真円度及び標準偏差σの違いとなって現れていると解される。この結果より、バニシング工程の後の熱処理として、マルクエンチ処理を行ったことによる、焼入れ歪みの抑制効果を確認することができた。
【００２８】
以上のように、上記検証試験の結果、本発明の二つ割り軸受用外輪の製造方法によれば、突き合わせ部分のせり出しにより生じる内周面の突起をつぶして平滑にでき、当該内周面の真円度を高めることができることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】二つ割り軸受の構造を示す側面図である。
【図２】（ａ）は、二つ割り軸受用外輪２を示す分解斜視図であり、（ｂ）は、帯状金属板に形成された中間素材の斜視図である。
【図３】二つ割り軸受用外輪の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】先端曲げ工程による曲げ加工の態様を示す模式図である。
【図５】カーリング工程によるカーリング加工の態様を示す模式図である。
【図６】バニシング工程におけるローラバニシング加工の態様を示す模式図である。
【図７】バニシング工程前後それぞれの二つ割り軸受用外輪内周面のプロファイルを示す図であり、（ａ）はバニシング工程前、（ｂ）はバニシング工程後のプロファイルを示している。
【図８】従来の二つ割り軸受用外輪の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
２      二つ割り軸受用外輪
４      分割外輪部材
５      中間素材
【図１】
2009108995.tif 000004
【図２】
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【図３】
2009108995.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2009108995.tif 000009
【図７】
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【図８】
2009108995.tif 000011