(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼入鋼からなる玉軸受用鋼球を、焼入れ・焼戻し後、内壁に長手方向に延びる突出部が突設された筒形バレル内の下部に収容し、該筒形バレルを該筒形バレルと軸線を共通にする支持軸の周りに回転させ、前記筒形バレルの回転に伴い上方に移動する前記突出部から下方に落下する前記鋼球を、前記筒形バレルとは逆方向に回転するとともに前記筒形バレル内の長手方向に延び且つ前記支持軸の外周に突設された平板状羽根部によって叩打して下方の前記鋼球又は筒形バレル内壁に打ち付け、これを繰り返すことにより、前記鋼球の表面を硬化させることを特徴とする、玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法。
【請求項２】
前記羽根部を有する支持軸の回転数が前記筒形バレルの回転数の１．５倍以上である、請求項１の玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法。
【請求項３】
前記羽根部の鋼球叩打面が焼入れ硬化されている、請求項１又は２の玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法。
【請求項４】
前記羽根部が周方向に３等配に突設されている、請求項１乃至３のいずれかの玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法。
【請求項５】
前記筒形バレルの突出部が周方向に６等配に突設されている、請求項１乃至４のいずれかの玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法。
【請求項６】
内壁に長手方向に延びる突出部が突設された筒形バレルと、該筒形バレルを軸受を介して軸支するとともに前記筒形バレル内の長手方向に延び且つ鋼球を叩打する平板状羽根部が外周に突設された支持軸と、前記筒形バレルを回転させる筒形バレル回転駆動機構と、前記支持軸を前記筒形バレルとは逆方向に回転させる支持軸回転駆動機構とを具えたことを特徴とする、玉軸受用鋼球の表面処理硬化装置。
【請求項７】
前記羽根部を有する支持軸の回転数が前記筒形バレルの回転数の１．５倍以上である、請求項６の玉軸受用鋼球の表面硬化処理装置。
【請求項８】
前記羽根部の鋼球叩打面が焼入れ硬化されている、請求項６又は７の玉軸受用鋼球の表面硬化処理装置。
【請求項９】
前記羽根部が周方向に３等配に突設されている、請求項６乃至８のいずれかの項の玉軸受用鋼球の表面硬化処理装置。
【請求項１０】
前記筒形バレルの突出部が周方向に６等配に突設されている、請求項６乃至９のいずれかの玉軸受用鋼球の表面硬化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼入鋼からなる玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法、及びその装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり疲れ寿命及び音響特性の観点から、ＳＵＪ２に代表される高炭素クロム軸受鋼（ＪＩＳ  Ｇ４８０５）、又はＳＵＳ４４０Ｃに代表されるマルテンサイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ  Ｇ４３０３）からなる玉軸受用鋼球に、焼入れ・焼戻し後、表面硬化処理を施して表面層に大きな圧縮残留応力を付与するとともに硬さを高める技術が知られている（例えば、特開平５−１９５０６９号公報）。
【０００３】
また、この表面硬化処理方法として、特公平１−１２８１３号公報に記載されている方法が知られている。
次に、図８を参照して、特公平１−１２８１３号公報に記載されている方法を説明する。
焼入鋼からなる鋼球１０１を焼入れ・焼戻し後、正八角形鋼製バレル１００内にその内容積を填めることなく、多くてもほぼ２／３の容積部分に入れる。バレルの中心を軸１０４としてバレル１００を矢印Ｐの方向に回転させる。バレル１００の回転に従って上方側に回って来た鋼球１０１は、矢印Ｑの方向に落下して下部に位置する鋼球１０１の表面に打ち付けられる。これを繰り返すことにより、鋼球と鋼球及び鋼球とバレル１００内壁とで互いに打ち付けられ、鋼球１０１の全表面が打ち付け処理される。
なお、符号１０２はバレル１００の支持枠、符号１０３は鋼球１０１の出し入れ口をそれぞれ示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法には下記の問題点があった。
(1) バレルの回転が余り高速であっては遠心力のため鋼球がバレル内壁に密着するだけで所期の打ち付けを得られず、バレルの回転数は８０r.p.m.以下にしなければならなかった。
従って、単位時間当りの鋼球打ち付け回数が少なく、所定の圧縮残留応力、及び硬さを得るのに長時間を要していた。
【０００５】
(2) ２５mm鋼球の１個正味重量が０．６２Ｎ（６３．５７ｇｆ）であるのに対して、３mm鋼球の１個正味重量は０．００１Ｎ（０．１１ｇｆ）という具合に、鋼球径が小さくなる程、１回当りの打ち付け力が小さくなる。
また、バレルの回転数は上記(1) の理由により制限されているから、３mm等の小径鋼球を表面硬化処理する場合、さらに長時間を要していた。
【０００６】
(3) 所定時間で３mm等の小径鋼球を表面硬化処理するためには鋼球落下距離を大きくすることが考えられるが、そのためにはバレルを大きくしなければならない。このため、装置自体が大型化するとともに作業性が悪くなった。
結果的に、１〜３mmの極小鋼球の表面硬化処理は、現実的に不可能であった。
【０００７】
(4) 最近の玉軸受用鋼球のニーズとしては、例えば、自動車のトランスミッション軸受のように潤滑油中に異物が混入している場合でも長寿命を要求されるものが多くなっている。このような用途では、鋼球の表面層に、より高い圧縮残留応力、及び硬さを付与することが必要になる。
しかし、より高い圧縮応力及び硬さを付与するためには、バレルを大きくするとともに、処理時間を長くしなければならなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、焼入鋼からなる玉軸受用鋼球を、焼入れ・焼戻し後、内壁に長手方向に延びる突出部が突設された筒形バレル内の下部に収容し、該筒形バレルを該筒形バレルと共軸の支持軸の周りに回転させ、前記筒形バレルの回転に伴い上方に移動する前記突出部から下方に落下する前記鋼球を、前記筒形バレルとは逆方向に回転するとともに前記筒形バレル内の長手方向に延び且つ前記支持軸の外周に突設された平板状羽根部によって叩打して下方の前記鋼球又は筒形バレル内壁に打ち付け、これを繰り返すことにより、前記鋼球の表面を硬化させる方法と装置により、前記課題を解決した。
【０００９】
羽根部を有する支持軸の回転数は、筒形バレルの回転数の１．５倍以上であることが好ましい。
なお、羽根部の鋼球叩打面は、焼入れ硬化されていることが望ましい。
【００１０】
さらに、支持軸に羽根部を周方向に３等配に突設するとともに、筒形バレル内壁の突出部を周方向に６等配に突設することが好ましい。
【００１１】
次に、作用について説明する。
筒形バレル内壁の突出部は鋼球を撹拌する。また、筒形バレルの回転に伴い上方に移動する突出部から下方に落下する鋼球は、筒形バレルより高速で逆回転する羽根部の鋼球叩打面に叩打されて、下方の鋼球又は筒形バレルに打ち付けられる。
従って、従来の方法より短時間で、鋼球の表面層に所定の圧縮残留応力及び硬さが均一に付与される。
さらに、羽根部の回転数を変えることにより、鋼球叩打力が調整される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を説明するための軸線に直角方向の要部断面図である。
筒形バレル１の内壁に長手方向（紙面の垂直方向）に延びる突出部４が周方向に６等配に突設されている。筒形バレル１と軸線を共通にする支持軸２には、筒形バレル１内の長手方向（紙面の垂直方向）に延びる平板状羽根部５が支持軸２の外周に３等配に突設されている。また、羽根部５には、鋼球３を叩打するための焼入れ硬化された叩打部６が固着されている。さらに、突出部４と羽根部５との間、及び羽根部５の長手方向端部と筒形バレル１の側壁との間（図示せず）には、所定の隙間が設けられている。なお、符号７は羽根部５の補強板、符号８は鋼球３の出し入れ口、符号９は出し入れ口８に嵌脱される蓋をそれぞれ示す。
【００１３】
焼入鋼からなる鋼球３は、焼入れ・焼戻し後、筒形バレル１の内容積のほぼ１／３以下の容積部分である下部に収容される。筒形バレル１が矢印Ａの方向に回転すると、鋼球３は、筒形バレル１の回転に伴い上方に移動する突出部４から下方に落下する。無論、筒形バレル１の回転中、鋼球３は常に下部に位置する突出部４により撹拌されている。
【００１４】
一方、羽根部５を有する支持軸２は、筒形バレル１の回転数の１．５倍以上の回転数で、矢印Ｂの方向（Ａ方向とは逆方向）に回転する。従って、突出部４から下方に落下する鋼球３は、Ｂ方向に回転する羽根部５の叩打部６に叩打されて、回転方向Ｂの接線方向に相当する矢印Ｃの方向に飛び、Ｃ方向に位置している鋼球３又は筒形バレル１内壁に衝打される。
そして、これを繰り返すことにより鋼球３の全表面を打ち付け、鋼球３の表面層に所定の圧縮残留応力及び硬さを付与する。
なお、羽根部５を支持軸２の外周に３等配に突設させるとともに、突出部４を筒形バレル１内壁に６等配に突設させた理由は、種々実験の結果、この実施形態が一番能率が良いことが分かったことによる。
【００１５】
【実施例】
図２乃至図５に、３〜１７mm鋼球に適用される実施例の表面硬化処理装置１０を示す。
この表面硬化処理装置１０は、筒形バレル２０と、筒形バレル２０を軸支する支持軸３０と、筒形バレル２０を回転させる筒形バレル回転駆動機構４０と、支持軸３０を筒形バレル２０とは逆方向に回転させる支持軸回転駆動機構５０とからなる。
【００１６】
筒形バレル２０は、例えば、外径１２００mm，肉厚１６mm，巾１３００mm位の中空筒体２１に側板２２をボルト２３で締着して組み立てられる。中空筒体２１の内壁には、長手方向に延びる突出部２４が周方向に６等配に突設されている。また、筒形バレル２０は、ピローブロック２６を介して支持軸３０に支承されている。なお、中空筒体２１には鋼球出し入れ口（図示せず）が設けられている。
【００１７】
支持軸３０は、ピローブロック３６を介してフレーム６０に支承されている。支持軸３０の外周には、筒形バレル２０内の長手方向に延びる平板状羽根部３２が周方向に３等配に突設されている。羽根部３２には、鋼球を叩打するための焼入れ硬化された叩打部３４がボルト３５で締着されている。また、羽根部３２と突出部２４との間隔は約１００mm、羽根部と側板２２との間隔は約４０mmに設定されている。なお、符号３３は羽根部３２の補強板を示す。
【００１８】
筒形バレル回転駆動機構４０は、電動機４１と、ベルト伝動部４２と、ボルト４６でピローブロック２６及び筒形バレル２０に締着されるスプロケット４４を含むローラチェーン伝動部４３とからなる。
支持軸回転駆動機構５０は、電動機５１と、ベルト伝動部５２と、支持軸３０に嵌着されるスプロケット５４を含むローラチェーン伝動部５３とからなる。
なお、伝動機構としてベルト伝動及びローラチェーン伝動を例示したが、これに限定されるものではなく、歯車伝動、又はワイヤロープ伝動でもよい。
【００１９】
次に、作用について説明する。
鋼球出し入れ口から所定量の焼入れ・焼戻しされた鋼球を筒形バレル２０内に投入した後、鋼球出し入れ口を閉じる。
次に、筒形バレル２０及び支持軸３０を、それぞれ、所定の回転数で矢印Ｄ及び矢印Ｅの方向に回転させる。この場合、ピローブロック２６に組み込まれている玉軸受２８の外輪２８ａはＤ方向に回転するのに対して、内輪２８ｂはＥ方向に回転する。
鋼球の表面硬化処理機構は前記と同様なので、説明は省略する。
【００２０】
処理後、鋼球出し入れ口を開放し、手動で筒形バレル２０と支持軸３０をそれぞれ寸動回転させて、鋼球を球受けカバー６２に取り出す。球受けカバー６２は図３に示したように傾斜しているから、鋼球は自重により転動して容器（図示せず。）に収容される。そして、研磨加工等通常の工程に従って製品に完成される。
なお、筒形バレル２０の回転数、支持軸３０（羽根部３２）の回転数及び処理時間は、表面層の硬さ測定と、Ｘ線による圧縮残留応力及び残留オーステナイト量測定と、寿命試験とに裏付けられて決定されることは言うまでもない。
【００２１】
鋼球に表面硬化処理を施すことは既に公知であり、この処理によって得られる圧縮残留応力値の良好な範囲も既に知られている。鋼球を、このような良好な圧縮残留応力値の範囲に入れるための処理条件を、従来技術と本発明とで比較すると次のとおりである。
鋼球呼び５／１６インチの場合、
従来の図８で示す正八角形鋼製バレルでは、
バレルの大きさ：  対辺距離１０００mm  幅１２００mm
鋼球収容重量  ：  ４８０Ｋｇｆ
バレル回転数  ：  ６５r.p.m.
処理時間      ：  ２．５時間
一方、図２乃至５の本発明の装置では、
バレルの大きさ：  外径１２００mm  肉厚１６mm  幅１３００mm
鋼球収容重量  ：  ４８０Ｋｇｆ
バレル回転数  ：  ２０r.p.m.
羽根部回転数  ：  ６５r.p.m.
処理時間      ：  １．５時間
従って、本発明によれば、処理時間を４０％短縮できることが分かる。
【００２２】
次に、図６及び図７に、１〜３mmの極小鋼球に適用される実施例の表面硬化処理装置７０の要部を示す。
第１実施例の構成との相違点は、
(1) 筒形バレル７２の大きさが、外径４００mm、幅７５０mm位と小さくなったこと。
(2) 筒形バレル７２の突出部７３と羽根部７４との間隔が２０mm位であること。
(3) 羽根部７４の鋼球叩打面７４ａが焼入れ硬化されていること。
(4) ピローブロック２６の代わりに、玉軸受７６を用いたこと。
である。
その他の構成は第１実施例と同様であるので、第１実施例と同じ構成要素には同じ符号を付して説明は省略する。
【００２３】
前記のような極小鋼球については、従来は、バレルによる表面硬化処理が事実上不可能であったことは既に述べたとおりである。
ところが、図６，７の本発明の実施例の表面硬化処理装置によれば、
バレルの大きさ：  外径４００mm  幅７５０mm
鋼球収容重量  ：  １２Ｋｇｆ
バレル回転数  ：  ４００r.p.m.
羽根部回転数  ：    ６５r.p.m.
処理時間      ：      ４時間
で所望の圧縮残留応力値の鋼球を得ることができた。
【００２４】
さらに、先に、自動車のトランスミッション軸受のように潤滑油中に異物が混入している場合でも長寿命を要求されるものについては、鋼球の表面層に、より高い圧縮残留応力を付与することが要求されていることを述べたが、本発明によれば、鋼球呼び５／１６インチの場合、下記処理条件によって、圧縮残留応力値１０００ＭＰａを得ることができた。
バレル回転数  ：  ２０r.p.m.
羽根部回転数  ：  ８０r.p.m.
処理時間      ：    ３時間
なお、その他の条件は、図２乃至５の本発明の装置について述べたものと同じである。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、上記の構成により、従来の方法より短時間で、鋼球の表面層に所定の圧縮残留応力及び硬さを均一に付与することができる。
さらに、羽根部の回転数を変えることにより、鋼球叩打力を調整することができるから、
(1) 従来の方法では困難であった１〜３mmの極小鋼球の表面硬化処理を行うことができる。
(2) 鋼球の表面層に、用途に応じた圧縮残留応力及び硬さを付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態を示す、軸線に直角方向の要部断面図。
【図２】  ３〜１７mm鋼球に適用される実施例の表面硬化処理装置の正面図。
【図３】  図２の左側面図。
【図４】  上半分を断面にした図１の要部拡大図。
【図５】  図４の５−５線断面図。
【図６】  １〜３mmの極小鋼球に適用される実施例の表面硬化処理装置の軸に沿った要部断面図。
【図７】  図６の７−７線断面図。
【図８】  従来の表面硬化処理装置の軸線に直角方向の断面図。
【符号の説明】
１，２０，７２      筒形バレル
２，３０            支持軸
３                  鋼球
４，２４，７３      突出部
５，３２，７４      羽根部
６，３４，７４ａ    鋼球叩打部
２６，７６          軸受
４０                筒形バレル回転駆動機構
５０                支持軸回転駆動機構
【図１】
0003771007.tif 000002
【図２】
0003771007.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003771007.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003771007.tif 000007
【図７】
0003771007.tif 000008
【図８】
0003771007.tif 000009