JP2008173674A - 金属製リングの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シェル型ニードル軸受に組み込むシールリングの様な、薄肉で、しかも内外径の寸法及び断面形状の精度を十分に確保する必要がある高精度薄肉リングを、低コストで造れる製造方法を実現する。
【解決手段】（Ａ）→（Ｂ）の第一工程で、金属板製の素材５を打ち抜いて、円輪状の第一中間素材６とする。（Ｂ）→（Ｃ）の第二工程で、この第一中間素材６の内径寄り部分を軸方向に直角に折り曲げるバーリング加工を施す事により、円筒部８及び外向鍔部９を備えた、断面Ｌ字形で全体が円環状の第二中間素材１０とする。（Ｃ）→（Ｄ）の第三工程で、この第二中間素材１０の外向鍔部９を除去して、円筒状の第三中間素材１２とする。（Ｄ）→（Ｅ）の第四工程で、冷間ローリング加工によりこの第三中間素材１２の内外径及び断面形状を整えて、必要とする形状精度及び寸法精度を有する金属製リング１３とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばシェル型ニードル軸受を通過する潤滑油の流量を絞る事を目的として、このシェル型ニードル軸受に組み込む、金属製で短円筒状のシールリングの製造方法の改良に関する。

例えば自動車用の自動変速機等の、大きなラジアル荷重が加わる回転支持部分には、図８の（Ａ）に示す様なシェル型ニードル軸受１が組み込まれている。このシェル型ニードル軸受１は、シェルと呼ばれる鍔付外輪２の内径側に複数本のニードル３を保持して成る。この様なシェル型ニードル軸受１を上記回転支持部分に組み込んだ状態では、潤滑油を軸方向に流通させて、このシェル型ニードル軸受１及び更に下流側に存在する可動部分を潤滑する。上記図８の（Ａ）に示したシェル型ニードル軸受１は、潤滑油の流通に対する抵抗が小さい。この為、そのままでは各部に供給する潤滑油の量が不適切になる場合がある。そこで、この様な場合には、図８の（Ｂ）に示す様な、鍔付外輪２の内径側に各ニードル３と共にシールリング４を組み込んだシェル型ニードル軸受１ａを使用する。このシールリング４は、上記鍔付外輪１の内径側を通過する潤滑油の流れに対する抵抗になり、上記各部に供給する潤滑油の量を適正にする。

例えば、自動車用変速機の回転支持部を構成するシェル型ニードル軸受に組み込む上記シールリング４は、例えば径方向に関する厚さ寸法（断面高さ）が１．０〜２．５mm程度の薄肉である。又、内外径は、上記潤滑油の流量を絞るべき程度に応じて、上記シールリング４の内径側に配置する回転軸の外径或いは外径側に配置する鍔付外輪２の内径との関係で規制する。更に、上記シールリング４の軸方向寸法に関しても、上記潤滑油の流量を絞るべき程度や、上記鍔付外輪２の軸方向寸法と上記各ニードル３の軸方向寸法との差に応じて規制する。従って、上記潤滑油を所望通りに絞ると共に、上記シェル型ニードル軸受１ａを正常に機能させる為には、上記シールリング４の寸法（内外径及び軸方向長さ）の精度を確保する必要がある。

この為従来は、旋削等の切削加工により上記シールリング４を造っていたが、コストが嵩む事が避けられなかった。これに対して特許文献１、２には、塑性加工により短円筒状の金属製部品を造る方法が記載されている。但し、これら特許文献１、２に記載された製造方法は、上記シールリング４の様な高精度薄肉リングを造る事を意図したものではない。従って、上記特許文献１、２に記載された製造方法によっては、上記シールリング４の様な、薄肉で、しかも内外径の寸法及び断面形状の精度を十分に確保する必要がある高精度薄肉リングを造る事は難しい。

特開平１０−１４６６４２号公報 特開２０００−９４０８０号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、シェル型ニードル軸受に組み込むシールリングの様な、薄肉で、しかも内外径の寸法及び断面形状の精度を十分に確保する必要がある高精度薄肉リングを、低コストで造れる製造方法を実現すべく発明したものである。

本発明の金属製リングの製造方法は、下記の第一〜第四工程を備える。
「第一工程」：金属板を打ち抜く事により円輪状の第一中間素材とする。
「第二工程」：この第一中間素材の内径寄り部分を軸方向に直角に折り曲げるバーリング加工を施す事により、円筒部及びこの円筒部の軸方向一端部から径方向外方に折れ曲がった外向鍔部を備えた、断面Ｌ字形で全体が円環状の第二中間素材とする。
「第三工程」：この第二中間素材の外向鍔部を除去して、円筒状の第三中間素材とする。「第四工程」：冷間ローリング加工によりこの第三中間素材の内外径及び断面形状を整えて、必要とする形状精度及び寸法精度を有する金属製リングとする。尚、この形状精度には、断面形状に関する精度は勿論、真円度等、全体形状に関する精度も含む。

上述の様な本発明の金属製リングの製造方法を実施する場合に、具体的には、請求項２に記載した様に、上記第四工程時に、上記第三中間素材を円環状のダイスの内周面に保持する。そして、この状態で、ローラによりこの第三中間素材の内周面をこのダイスの内周面に向けて押し付ける。
この様な請求項２に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、請求項３に記載した様に、上記第三工程で、完成後の金属製リングの外径に一致する外径を有する第三中間素材を形成する。その後、上記第四工程で、この第三中間素材の外径を変化させず、内径及び内周面の形状を変化させる。
又、本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、上記第一工程の後、上記第四工程の前、即ち、この第一工程と上記第二工程との間、この第二工程と上記第三工程との間、或いは、この第三工程と上記第四工程との間のうちの何れかの間で、中間素材（第一〜第三中間素材のうちの何れか）に予備成形を施す。そして、当該中間素材の外周面両端縁のうちの少なくとも一方の端縁の断面形状を、例えば四分の一円弧状の凸円弧形にする。

上述の様に構成する本発明の金属製リングの製造方法によれば、薄肉で、しかも内外径の寸法及び断面形状の精度を十分に確保する必要がある高精度薄肉リングを、低コストで造れる。
即ち、本発明の製造方法の場合には、造るべき金属製リングの径方向厚さに応じて原材料となる金属板の厚さを選択すれば、薄肉の金属製リングでも、厚さ寸法に関して必要な精度を確保しつつ、言い換えれば内外径の精度を十分に確保しつつ、形状精度に関しても良好な高精度薄肉リングを造れる。
特に、請求項２、３に示した様に、ダイスの内周面に第三中間素材を保持した状態で、この第三中間素材に冷間ローリング加工を施せば、優れた形状精度及び寸法精度を有する金属製リングを能率良く造れる。
更に、請求項４に記載した様に、中間素材の外周面端縁の断面形状を凸円弧形にする予備成形を行なえば、この端縁がシャープエッジではない、良質の金属製リングを能率良く造れる。

［実施の形態の第１例］
図１〜４は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本発明の実施に供する金属板の材質は、塑性変形可能な材質であれば特に問わないが、一般的には、低炭素鋼板の如き軟鋼板等の、鉄系合金を使用する。但し、必要に応じて、銅又は銅系合金、アルミニウム又はアルミニウム系合金等の非鉄金属を使用する事もできる。
本例の金属製リングの製造方法は、先ず、アンコイラから引き出した長尺な金属板を、プレス等により円形に打ち抜き加工する事により、図１の（Ａ）に示す様な素材５を形成する。
次いで、第一工程として、プレス等による打ち抜き加工で、上記素材５の中央部を打ち抜く事により、図１の（Ｂ）の上段に示した様な、円輪状の第一中間素材６とする。打ち抜きの結果生じた、この図１の（Ｂ）の下段に示した円板状スクラップ７は、廃棄するか、或いは、より小径の金属製リングを造る為の素材として利用する。

上記第一中間素材６には、第二工程として、この第一中間素材６の内径寄り部分を軸方向に直角に折り曲げるバーリング加工を施す。このバーリング加工は、従来から金属加工の分野で広く知られている様に、この第一中間素材６の外径寄り部分を１対の抑え型により軸方向両側から挟持した状態で、この第一中間素材６の内径寄り部分にパンチ型を押し込む事により行なう。この様にして行なうバーリング加工により、図１の（Ｃ）に示す様な、円筒部８及びこの円筒部８の軸方向一端部から径方向外方に折れ曲がった外向鍔部９を備えた、断面Ｌ字形で全体が円環状の第二中間素材１０とする。本発明の金属製リングの製造方法によれば、この第二中間素材１０のうちの円筒部８から高精度薄肉リングを造る。これに対して、上記外向鍔部９のうちでこの円筒部８の外周面よりも径方向外方に存在する部分は、次述する第三工程で、円環状スクラップ１１｛図１の（Ｄ）の下段参照｝として廃棄する。
上記第二中間素材１０には、続く第三工程で、プレス加工等による打ち抜き加工を施し、上記外向鍔部９を除去して、図１の（Ｄ）の上段部分に示した様な、円筒状の第三中間素材１２とする。この第三中間素材１２の外径は、造るべき金属製リング１３の外径と一致している。

この様にして得られた第三中間素材１２には、続く第四工程で、冷間ローリング加工を施す。そして、この冷間ローリング加工による塑性加工により、上記第三中間素材１２の内外径及び断面形状を整えて、図１の（Ｅ）に示す様な、必要とする形状精度及び寸法精度を有する金属製リング１３とする。上記第三中間素材１２をこの金属製リング１３に加工する冷間ローリング加工に就いて、図２〜４により詳しく説明する。

上記第三中間素材１２は、円環状のダイス１４に内嵌支持する。このダイス１４は、互いに同心の円筒面である内外両周面を有し、それぞれの外周面をこのダイス１４の外周面に転がり接触させた、図示しない複数個の支持ローラにより、（径方向の変位を阻止した状態で）回転のみ自在に支持されている。又、上記ダイス１４は、造るべき金属製リング１３（及び上記第三中間素材１２）の外径に一致する内径を有する。上記第四工程時には、この第三中間素材１２を上記ダイス１４の内周面に保持する。そして、この状態で、特許請求の範囲に記載したローラである押圧ローラ１５により、上記第三中間素材１２を上記ダイス１４の内周面に向けて、図２の矢印の方向に押し付ける。

上記押圧ローラ１５の中間部外周面で上記第三中間素材１２に整合する部分には凹溝１６が、全周に亙って形成されている。この凹溝１６の断面形状は矩形で、軸方向に関する幅寸法は、上記造るべき金属製リング１３の幅寸法に一致している。又、上記押圧ローラ１５の径方向に関する、上記凹溝１６の深さは、上記造るべき金属製リング１３の厚さ寸法以下としている。上記第三中間素材１２を上記金属製リング１３に加工する際には、この様な押圧ローラ１５を上記ダイス１４の内周面に、自転させつつ押し付ける。そして、このダイス１４の内周面と上記凹溝１６の内面との間で、上記第三中間素材１２の円周方向の一部を強く抑え付ける。

上記押圧ローラ１５の押し付けに伴って上記ダイス１４は、この押圧ローラ１５の自転方向と同方向に回転しつつ、この押圧ローラ１５による押圧力を支承する。又、上記第三中間素材１２も、上記ダイス１４と共に回転する。従って、この第三中間素材１２のうちで、このダイス１４の内周面と上記凹溝１６の内面との間で強く抑え付けられる部分は、円周方向に関して連続的に変化する。この結果、上記第三中間素材１２の断面形状が、全周に亙って、図４の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に変化する。即ち、この第三中間素材１２の断面形状が、上記ダイス１４の内周面と上記凹溝１６の内面とに合致する様に塑性変形して、上記金属製リング１３となる。即ち、上記ダイス１４と上記押圧ローラ１５とを使用して行なう上記第四工程時には、上記第三中間素材１２の外径及び外周面の形状を変化させず、内径及び内周面の形状を変化させて、上記金属製リング１３に加工する。

上述の様に構成する本例の金属製リングの製造方法によれば、薄肉で、しかも内外径の寸法及び断面形状の精度を十分に確保する必要がある、高精度薄肉リングである上記金属製リング１３を、低コストで造れる。即ち、本例の製造方法の場合には、造るべき金属製リング１３の径方向厚さに応じて、素材５となる金属板の厚さを選択すれば、薄肉の金属製リング１３でも厚さ寸法に関して必要な精度を確保しつつ、言い換えれば内外径の精度を十分に確保しつつ、形状精度に関しても良好な高精度薄肉リングを造れる。特に、上記第三中間素材１２を上記金属製リング１３に加工する冷間ローリング加工を、上述の様なダイス１４と押圧ローラ１５とを利用して行なうので、優れた形状精度及び寸法精度を有する金属製リング１３を能率良く造れる。

［実施の形態の第２例］
図５〜７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。上述の第１例の場合、得られる金属製リング１３の断面形状の四隅部（内外両周面の軸方向両端縁）が尖っていた（当該部分の断面形状の曲率半径が極端に小さかった）。これに対して本例の場合には、断面形状の四隅部を凸円弧面とする（隅Ｒを形成する）事を意図している。内周縁の軸方向両端縁の隅Ｒに関しては、上述した実施の形態の第２例でも、押圧ローラ１５の外周面に形成した凹溝１６の底面隅部に隅Ｒを設ければ（底面隅部の断面形状を凹円弧面とすれば）形成できる。これに対して、外周面の軸方向両端縁の隅Ｒをダイスの内周面の形状のみで造ると、完成後の金属製リングを当該ダイスの内周面から取り出せなくなる。

本例の製造方法は、この様な事情に鑑みて、内周面の軸方向両端縁だけでなく、外周面の軸方向両端縁にも隅Ｒを形成した金属製リング１３ａを、ダイス１４ａから取り出せる製造方法の実現を意図して考えたものである。尚、本例の製造方法を示す図５で、（Ａ）〜（Ｃ）は、上述した実施の形態の第１例を示す、図１の（Ａ）〜（Ｃ）と同じである。又、図５の（Ｅ）は、一部に次述する隅Ｒ部１７が形成されている点を除き、上記図１の（Ｄ）と同じである。本例の特徴は、図５の（Ｄ）に示した予備加工工程を設けると共に、（Ｆ）で行なう、冷間ローリング加工に使用するダイス１４ａの内周面形状を工夫した点にある。そこで、上述した実施の形態の第１例と同様の部分に関する、重複する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、この第１例と異なる部分を中心に説明する。

上述の様な意図で考えた、本例の金属製リングの製造方法の場合には、図５の（Ｅ）の上段に示した第三中間素材１２ａの外周面一端縁部に、図６に示す様な隅Ｒ部１７を形成する。この隅Ｒ部１７を形成する工程は、上記第三中間素材１２ａを図７に示したダイス１４ａの内周面にセット（円環状のダイス１４ａに内嵌）する以前に行なえば良い。即ち、図５の（Ｂ）→（Ｃ）の間、同（Ｃ）→（Ｅ）の間、同（Ｅ）→（Ｆ）の間の何れで行なっても良い。本例の場合には、（Ｃ）に示した第二中間素材１０を（Ｅ）に示した第三中間素材１２ａに加工する以前に、図５の（Ｄ）で、円筒部８の外周面先端縁部に、上記図６に示す様な隅Ｒ部１７を形成する。この様な隅Ｒ部１７の形成作業は、上記円筒部８を円筒状の中子に外嵌した状態で、この円筒部８の外周面先端縁部に、先端面に凹円弧面状の押圧面を全周に亙って形成した円環状の押型を押し付け、この外周面先端縁部を塑性変形させる事で行なう。

この様にして行なう予備加工工程で、上記円筒部１８の円筒部８の外周面先端縁部に上記隅Ｒ部１７を形成した、図５の（Ｄ）に示した予備中間素材１８には、前述した実施の形態の第１例の場合と同様に、プレス加工等による打ち抜き加工を施す。そして、外向鍔部９を除去して、図５の（Ｅ）の上段部分に示した様な、円筒状の第三中間素材１２ａとする。この第三中間素材１２ａの内外両周面の軸方向両端縁部のうち、外周面の軸方向一端縁には、上記隅Ｒ部が設けられている。これに対して、外周面の軸方向他端縁及び内周面の軸方向両端縁は、尖ったままである。そこで、図５の（Ｅ）→（Ｆ）に示した第四工程で、上記第三中間素材１２ａの内外径及び断面形状を整える際に、上記外周面の軸方向他端縁及び内周面の軸方向両端縁に隅Ｒ部を形成する。そして、断面形状の四隅部分に何れも隅Ｒ部を形成し、且つ、必要とする形状精度及び寸法精度を有する、前記金属製リング１３ａとする。

この様な金属製リング１３ａを得る為に、上記第四工程に使用する円環状のダイス１４ａの内周面は、図７に示す様に、互いに同心の円筒面である大径部１９と小径部２０とを段差部２１により連続させた、段付円筒面としている。又、この段差部２１を、断面形状が四分の一円弧状の凹円弧面としている。又、押圧ローラ１５ａの外周面に形成した凹溝１６ａの底部軸方向両端隅部に関しても、断面形状が四分の一円弧状の凹円弧面としている。冷間ローリング加工装置に関するその他の部分の構成に就いては、前述した実施の形態の第１例の場合と同様である。

本例の場合には、上記ダイス１４ａに上記第三中間素材１２ａを、このダイス１４ａの内周面に設けた、上記凹円弧面である段差部２１に、この第三中間素材１２ａの外周面の軸方向他端縁（尖った縁）を対向させた状態で内嵌する。そして、前述した実施の形態の第１例の場合と同様に、上記押圧ローラ１５ａにより、上記第三中間素材１２ａを、上記ダイス１４ａの内周面に向けて押し付ける。この押し付けの結果、この第三中間素材１２ａの断面形状が、全周に亙って、図７の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に変化する。即ち、この第三中間素材１２ａの断面形状が、上記ダイス１４ａの内周面と上記凹溝１６ａの内面とに合致する様に塑性変形して、上記金属製リング１３ａとなる。この際、この凹溝１６ａの底部軸方向両端隅部を構成する凹円弧面の形状が上記第三中間素材１２ａの内周面両端縁部に、上記段差部２１の形状がこの第三中間素材１２ａの外周面の軸方向他端縁部に、それぞれ転写される。この第三中間素材１２ａの外周面の軸方向一端縁部には、元々前記隅Ｒ部１７が形成されているので、上記第四工程の結果得られる、上記金属製リング１３ａの内外両周面の軸方向両端縁部には、それぞれ断面形状が四分の一円弧状である隅Ｒ部が形成されている。

上述の様に構成する本例の金属製リングの製造方法によれば、内外両周面の軸方向両端縁部に、それぞれ断面形状が四分の一円弧状である隅Ｒ部が形成された、良質の金属製リング１３ａを、工業的手法により能率良く造れる。即ち、単に内外両周面の軸方向両端縁部に隅Ｒ部を形成するのであれば、前述した実施の形態の第１例で造った金属製リング１３に、旋削、研削等の機械加工を施す事でも造れる。但し、この様な機械加工により隅Ｒ部を形成する方法では、加工コストが嵩み、得られた金属製リング、延てはこの金属製リングを組み込んだ、自動車用変速機等の、各種機械装置のコストが嵩む事が避けられない。これに対して本例の製造方法によれば、上記金属製リング１３ａの製造コストを低く抑えられる。

本発明の製造方法は、前述した様な、シェル型ニードル軸受に組み込むシールリングに限らず、電気機器、精密機械等、各種機械装置に組み込む高精度薄肉リングの製造に利用できる。

本発明の実施の形態の第１例を工程順に示す断面図。 冷間ローリング加工の実施状況を示す側面図。 図３のａ−ａ断面図。 （Ａ）は冷間ローリング加工の開始前の状態を、（Ｂ）は加工後の状態を、それぞれ示す、図３のｂ部拡大図。 本発明の実施の形態の第２例を工程順に示す断面図。 図５の（Ｄ）のｃ部拡大図。 （Ａ）は冷間ローリング加工の開始前の状態を、（Ｂ）は加工後の状態を、それぞれ示す、図４と同様の図。 従来から知られているシェル型ニードル軸受の構造の２例を示す、部分断面図。

符号の説明

１、１ａ シェル型ニードル軸受
２ 鍔付外軸
３ ニードル
４ シールリング
５ 素材
６ 第一中間素材
７ 円板状スクラップ
８ 円筒部
９ 外向鍔部
１０ 第二中間素材
１１ 円環状スクラップ
１２、１２ａ 第三中間素材
１３、１３ａ 金属製リング
１４、１４ａ ダイス
１５、１５ａ 押圧ローラ
１６、１６ａ 凹溝
１７ 隅Ｒ部
１８ 予備中間素材
１９ 大径部
２０ 小径部
２１ 段差部

Claims (4)

1. 金属板を打ち抜く事により円輪状の第一中間素材とする第一工程と、この第一中間素材の内径寄り部分を軸方向に直角に折り曲げるバーリング加工を施す事により、円筒部及びこの円筒部の軸方向一端部から径方向外方に折れ曲がった外向鍔部を備えた、断面Ｌ字形で全体が円環状の第二中間素材とする第二工程と、この第二中間素材の外向鍔部を除去して円筒状の第三中間素材とする第三工程と、冷間ローリング加工によりこの第三中間素材の内外径及び断面形状を整えて、必要とする形状精度及び寸法精度を有する金属製リングとする第四工程とを備えた金属製リングの製造方法。
2. 第四工程時に、第三中間素材を円環状のダイスの内周面に保持した状態で、ローラによりこの第三中間素材の内周面をこのダイスの内周面に向けて押し付ける、請求項１に記載した金属製リングの製造方法。
3. 第三工程で、完成後の金属製リングの外径に一致する外径を有する第三中間素材を形成した後、第四工程で、この第三中間素材の外径を変化させず、内径及び内周面の形状を変化させる、請求項２に記載した金属製リングの製造方法。
4. 第一工程の後、第四工程の前に、中間素材の外周面両端縁のうちの少なくとも一方の端縁の断面形状を凸円弧形にする予備成形を行なう、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した金属製リングの製造方法。

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