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特許7354255表面処理、ローラベアリング構成要素、および装置のための方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-22
(45)【発行日】2023-10-02
(54)【発明の名称】表面処理、ローラベアリング構成要素、および装置のための方法
(51)【国際特許分類】
   B23P 15/00 20060101AFI20230925BHJP
   B23P 9/02 20060101ALI20230925BHJP
   B23B 5/00 20060101ALI20230925BHJP
   B24B 39/02 20060101ALI20230925BHJP
【FI】
B23P15/00 Z
B23P9/02
B23B5/00 Z
B24B39/02 Z
【請求項の数】 9
(21)【出願番号】P 2021535250
(86)(22)【出願日】2019-08-28
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-09
(86)【国際出願番号】 DE2019100776
(87)【国際公開番号】W WO2020125842
(87)【国際公開日】2020-06-25
【審査請求日】2021-06-17
(31)【優先権主張番号】102018132771.4
(32)【優先日】2018-12-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】515009952
【氏名又は名称】シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー. カー・ゲー
【氏名又は名称原語表記】Schaeffler Technologies AG & Co. KG
【住所又は居所原語表記】Industriestr. 1-3, 91074 Herzogenaurach, Germany
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス=ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100135633
【弁理士】
【氏名又は名称】二宮 浩康
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】マーティン ブシュカ
(72)【発明者】
【氏名】ジルヴィオ エンド
(72)【発明者】
【氏名】アンドレ クックーク
【審査官】小川 真
(56)【参考文献】
【文献】特開平8-252767(JP,A)
【文献】特開2003-329048(JP,A)
【文献】特開昭59-219121(JP,A)
【文献】米国特許第05863239(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B24B 39/00-39/04
B23P 15/00
B23P 9/02
B23B 5/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
被加工物(1)の表面処理のための方法であって、前記被加工物(1)の硬化された、円筒形状の被加工物表面(10)がまず切削加工され、次いで圧延加工される工程であって、前記切削加工および前記圧延加工を含む機械加工プロセスが、前記被加工物(1)を一つの同じクランプで回転させながら行われ、前記切削加工が一方で、かつ前記圧延加工が他方で、重なり合う機械加工トラック(BS、BW)で実行されることと、前記被加工物(1)の軸方向(Tr)において前記機械加工の間に測定される、切削加工のために使用される切削ツール(3)と、圧延加工のために使用される圧延ツール(12)との間の距離が、揺動様態で変化し、
前記機械加工プロセス中に、前記切削ツール(3)は前記被加工物表面(10)に対して軸方向に揺動しながら前進することで、前記被加工物表面(10)に対する前記切削ツール(3)の移動軌道である前記切削ツール(3)の機械加工トラック(BS)は略正弦波状になり、
機械加工される前記被加工物表面(10)の外周長が、前記切削ツール(3)の機械加工トラック(BS)の略正弦波の波長の整数倍となるように前記機械加工トラック(BS)を設定することと、を特徴とする、方法。
【請求項2】
被加工物(1)の表面処理のための方法であって、前記被加工物(1)の硬化された被加工物表面(10)がまず切削加工され、次いで圧延加工される工程であって、前記切削加工および前記圧延加工を含む機械加工プロセスが、前記被加工物(1)を一つの同じクランプで回転させながら行われ、前記切削加工が一方で、かつ前記圧延加工が他方で、重なり合う機械加工トラック(BS、BW)で実行されることと、前記被加工物(1)の軸方向(Tr)において前記機械加工の間に測定される、切削加工のために使用される切削ツール(3)と、圧延加工のために使用される圧延ツール(12)との間の距離が、揺動様態で変化し、
機械加工の間に、前記切削ツール(3)が、一定の速度で前進し、その一方で、前記圧延ツール(12)が、揺動速度で前進することを特徴とする、方法。
【請求項3】
被加工物(1)の表面処理のための方法であって、前記被加工物(1)の硬化された被加工物表面(10)がまず切削加工され、次いで圧延加工される工程であって、前記切削加工および前記圧延加工を含む機械加工プロセスが、前記被加工物(1)を一つの同じクランプで回転させながら行われ、前記切削加工が一方で、かつ前記圧延加工が他方で、重なり合う機械加工トラック(BS、BW)で実行されることと、前記被加工物(1)の軸方向(Tr)において前記機械加工の間に測定される、切削加工のために使用される切削ツール(3)と、圧延加工のために使用される圧延ツール(12)との間の距離が、揺動様態で変化し、
機械加工の間に、前記圧延ツール(12)の送りが、一定の速度で行われ、その一方で、前記切削ツール(3)が、揺動速度で前進することを特徴とする、方法。
【請求項4】
機械加工の間に、前記圧延ツール(12)の送りが、揺動速度で行われ、その一方で、前記切削ツール(3)の送りが、異なる揺動速度で行われることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項5】
機械加工の間に、前記切削ツール(3)の送り方向が維持されながら、前記圧延ツール(12)の送り方向が、揺動様態で反転されること、または、機械加工の間に、前記圧延ツール(12)の送り方向が維持されながら、前記切削ツール(3)の送り方向が、揺動様態で反転されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
機械加工の間に、前記切削ツール(3)の送り方向が、揺動様態で反転され、前記圧延ツール(12)の送り方向が、揺動様態で反転されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
ロール体の軌道として設けられており、かつ請求項1~6のいずれか一項に記載の方法で機械加工されている表面(2)を有する、ローラベアリング構成要素。
【請求項8】
切削ツール(3)および圧延ツール(12)を備え、前記切削ツール(3)および/または前記圧延ツール(12)が、キャリッジ(S、S12)を備え、それにより、前記切削ツール(3)の、かつ/または前記圧延ツール(12)の送り方向の揺動反転を可能にすることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法を実行するための装置(11´)。
【請求項9】
前記圧延ツール(12)が、圧延要素(4)としてのボールを有する、請求項8に記載の装置(11´)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、被加工物の表面処理のための方法に関し、被加工物の硬化された被加工物表面が同時に機械加工および圧延加工され、切削加工および圧延加工を含む機械加工が、被加工物を同じクランプで回転させながら行われる。本発明はまた、ロール体の軌道および本方法を実行するための装置として形成された表面を有するローラベアリング構成要素に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的方法が、EP 1 620 230 B1から知られている。本方法の一部として、機械要素の表面がまず高硬度旋削プロセスに供され、それにより、一連の交互の凸部および溝を有する粗さプロファイルが作成される。表面は次いで、粗さプロファイルの凸部を均すために、ボールカレンダリングプロセス、すなわち、圧延プロセスに供される。既知の方法では、2mm~13mmの直径を有するボールが、ボールカレンダリングのために使用される。50バール~400バールの範囲の油圧を有する圧力媒体がボールに作用する。ボールカレンダリングツールで実行された圧延プロセスにおいて、圧延ツール、すなわちボールカレンダリングツールの並進速度と被加工物の回転速度との間で比が設定される。この比は、切削プロセスの間の切削ツール、すなわち高硬度旋削切削ツールの並進速度と被加工物の回転速度との間の比と同一である。
【0003】
切削プロセスおよび後続の圧延を含む別の表面処理方法が、US7,685,717B2において開示されている。本方法は、EP 1 620 230 B1による方法と同様に、ローラベアリング構成要素の軌道の機械加工のために提供される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、表面処理の、特に、従来技術と比較して、達成可能な表面品質と製造努力との間の良好な関係によって特徴付けられる、ローラベアリング構成要素のさらなる開発された選択肢を特定することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この目的は、請求項1に記載の表面処理のための方法による本方法によって達成される。本方法は特に、請求項8に記載のローラベアリング構成要素の生成に好適である。ローラベアリング構成要素に関連して以下に説明される本発明の構成および利点はまた、表面処理にも同様に適用され、逆も同様である。
【0006】
表面処理方法は、硬化された金属被加工物表面を前提とする。特に、ロール体、例えば円筒状のローラまたはテーパ状のローラの軌道として後に作用する表面である。表面は本方法の一部として切削によって機械加工され、次いで圧延され、切削および圧延が、被加工物を一つの同じクランプで回転させながら行われ、機械加工が一方で、かつ圧延が他方で、被加工物の軸方向において機械加工の間に測定される、切削加工のために使用される切削ツールと、圧延加工のために使用される圧延ツールとの間の距離を揺動様態で変化させることによって、重なり合う機械加工トラックで実行される。
【0007】
従来の方法と比較して、本発明による表面処理方法では、大幅に改善された表面品質が達成可能でありながら、実質的にさらなる時間の消費が引き起こされないか、またはさらに時間の消費が短縮される。一方で、切削ツールと被加工物との間の、他方で、圧延ツールと被加工物との間の様々な相対移動の重ね合わせは、結果として被加工物表面上の様々な機械加工トラック間の多数の交差点をもたらす。被加工物表面上のより長く、妨げられない、溝形状の構造が回避される。特に、回転対称な被加工物の場合、被加工物の全体外周に沿って妨げられずに走る単一の機械加工トラックは存在しない。
【0008】
切削および後続の圧延を含む表面処理は、被加工物を被加工物の一つの同じクランプで回転させながら行われる。したがって、切削は、特に高硬度旋削である。後続の圧延は、ローラバニシングとも称される。
【0009】
切削およびローラバニシングを含む機械加工の間に、被加工物の回転軸の長手方向において測定される、切削ツールと圧延ツールとの間の距離は、揺動様態で変化する。切削ツールの機械加工トラックと圧延ツールの機械加工トラックとの間の複数の交差点を作成する、いくつかの独自の方法が存在する。
【0010】
第1の選択肢によると、切削ツールは一定の速度で前進し、その一方で、圧延ツールは揺動速度で前進する。
【0011】
第2の選択肢によると、圧延ツールは一定の速度で前進し、その一方で、切削ツールは揺動速度で前進する。
【0012】
この場合、好ましい方法で機械加工される被加工物の表面の外周は、切削ツールの機械加工トラックの波長の整数倍である。
【0013】
第3の選択肢によると、被加工物の回転軸の長手方向において、切削ツールは揺動速度で前進し、かつ圧延ツールは異なる揺動速度で前進する。
【0014】
この場合も、機械加工される被加工物の表面の外周は、好ましくは切削ツールの機械加工トラックの波長の整数倍である。一方で、これにより、切削ツールによって機械加工されていない表面積が被加工物表面上に残らないことが保証される。他方で、切削ツールによる、被加工物の表面積の不必要に頻繁なトラバースが回避される。
【0015】
第4の選択肢によると、機械加工の間に、切削ツールの送り方向が維持されながら、圧延ツールの送り方向が揺動様態で反転される。
【0016】
第5の選択肢によると、機械加工の間に、圧延ツールの送り方向が維持されながら、切削ツールの送り方向が揺動様態で反転される。
【0017】
第6の選択肢によると、機械加工の間に、切削ツールの送り方向が揺動様態で反転され、圧延ツールの送り方向が揺動様態で反転される。
【0018】
第4~第6の選択肢において、交差点または交点の特に多数の点が、切削ツールの機械加工トラックと圧延ツールの機械加工トラックとの間で生成され得る。
【0019】
第1~第3の選択肢による、切削ツールの、かつ/または圧延ツールの送り速度の揺動を、第4~第6の選択肢による、切削ツールの、かつ/または圧延ツールの送り方向の揺動と組み合わせることが可能である。
【0020】
切断および圧延のために使用されたツールの揺動の生成に関する限り、この目的のために使用された装置の異なる設計は、基本的に互いに区別され得る。
【0021】
したがって、切削ツールおよび圧延ツールを備える装置は、本発明による、切削ツールおよび/または圧延ツールが揺動送り速度で移動し得る方法の実行に好適である。切削ツールの、かつ/または圧延ツールの送り速度の独立した設定および変動が必要とされる。
【0022】
両方のツール、すなわち、一方で切削加工のために使用される切削ツール、および他方で圧延ツールが、本発明による方法を実行する機械において、独立してクランプされ、その結果、送り速度の必要な揺動がこの機械の機械軸から行われ得る。
【0023】
目的は、切削ツールおよび圧延ツールを備え、切削ツールおよび/または圧延ツールがキャリッジを備え、それにより、切削ツールの、かつ/または圧延ツールの送り方向の揺動反転が可能になることを特徴とする、本発明による方法を実行するための装置によって、さらに達成される。
【0024】
切削ツールおよび圧延ツールが取り付けられている装置は、切削ツールおよび/または圧延ツールのための、キャリッジ(複数可)を駆動する、少なくとも一つの揺動ユニットを備えている。
【0025】
特に好ましいのは、切削ツールおよび/または圧延ツールの送り速度の独立した設定および変動の両方が可能であり、さらに、切削ツールおよび/または圧延ツールが、切削ツールの、かつ/または圧延ツールの送り方向の揺動反転を可能にするキャリッジを備える装置である。
【0026】
表面処理のために提供された機械に統合される方法に関わらず、圧延ツールは、例えば、圧延要素としてボールを有する。基本的に、例えば円筒状のローラまたはバレルローラなどの異なる形状の回転対称な本体もまた、圧延要素として使用され得る。
【0027】
以下では、本発明のいくつかの例示的な実施形態が、図面を用いて例示として説明される。
【図面の簡単な説明】
【0028】
図1】被加工物の表面処理のための第1の装置の断面の図式表現を示す。
図2】被加工物の表面処理のための別の装置の断面の図式表現を示す。
図3図2による装置で生成され得る機械加工トラックの異なる変形例を示す。
図4図2による装置で生成され得る機械加工トラックの異なる変形例を示す。
図5図2による装置で生成され得る機械加工トラックの異なる変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0029】
参照記号11によって全体として識別される第1の装置は、旋削ツールおよび圧延ツール12の形式の切削ツール3を備える。ツール3、12は、(部分的にのみ、断面で示される)被加工物1、すなわち、ローラベアリングのベアリングリングの同時機械加工のために提供される。本プロセスにおいて、生成されるローラベアリング内でロール体軌道として機能することが意図される被加工物表面2が生成される。
【0030】
装置11で実行され得る方法の開始点は、すでに硬化された被加工物表面10である。旋削ツールを用いた高硬度旋削は、結果として、旋削によって生成された典型的な構造を有する表面9をもたらす。旋削のプロセスは、並進速度Vax3および接線速度Vtanで行われる。並進速度Vax3の方向は、被加工物1の回転軸の位置合わせ、すなわち、その軸方向に対応する。
【0031】
圧延ツール12は、被加工物1の回転軸の長手方向において、切削ツール3にオフセットして配置され、圧延要素4としてのボールを備える。ボールは、既知の様態で油圧媒体の圧力に供される。被加工物1の機械加工の間、ボールを含む圧延ツール12は、以下でより詳細に説明されるように、並進速度Vax3に対して様々な方法で変化し得る並進速度Vax12で、それに対して前進する。対照的に、Vtanで示される圧延ツール12の被加工物1に対する接線速度は、切削ツール3の接線速度Vtanに対応する。これは、例示的な実施形態において説明するように、被加工物1の機械加工される表面が円筒形状である場合に適用される。被加工物1が円錐形状または略球面状の表面である場合、接線速度は、基本的に機械加工プロセスを変化させることなく、互いにずれる。いずれの場合にも、仕上げ済みの表面2が圧延ツール12によって生成される。
【0032】
両方のツール3、12、すなわち、一方で切削ツール3、および他方で圧延ツール12が、本発明による方法を実行する第1の装置11において、独立してクランプされ、その結果、送り速度の必要な揺動が機械軸から行われる。ここで、切削ツール3の送り速度Vax3および/または圧延ツール12の送り速度Vax12は、旋削および圧延の間に形成される機械加工トラックの領域の交差点の形成に特に影響を与えるために、揺動様態で変化し得る。
【0033】
図2はここで、参照記号11´によって全体として識別され、旋削ツールおよび圧延ツール12の形式の切削ツール3を備える、さらなる装置を示す。図1と同じ参照記号は同一の要素を示す。
【0034】
さらなる装置11´で実行され得る方法の開始点は、すでに硬化された被加工物表面10と同様である。旋削ツールを用いた高硬度旋削は、結果として、旋削によって生成された典型的な構造を有する表面9をもたらす。旋削のプロセスは、並進速度Vax3および接線速度Vtanで行われる。並進速度Vax3の方向は、被加工物1の回転軸の位置合わせ、すなわち、その軸方向に対応する。
【0035】
圧延ツール12は、被加工物1の回転軸の長手方向において、切削ツール3にオフセットして配置され、圧延要素4としてのボールを備える。ボールは、既知の様態で油圧媒体の圧力に供される。被加工物1の機械加工の間、ボールを含む圧延ツール12は、以下でより詳細に説明されるように、並進速度Vax3に対して様々な方法で変化し得る並進速度Vax12で、それに対して前進する。対照的に、Vtanで示される圧延ツール12の被加工物1に対する接線速度は、切削ツール3の接線速度Vtanに対応する。これは、例示的な実施形態において概説されるように、被加工物1の機械加工される表面が円筒形状である場合に適用される。被加工物1が円錐形状または略球面状の表面である場合、接線速度は、基本的に機械加工プロセスを変化させることなく、互いにずれる。いずれの場合にも、仕上げ済みの表面2が圧延ツール12によって生成される。
【0036】
一方で切削ツール3、他方で圧延ツール12は各々、その偏向可能性により、切削ツール3および圧延ツール12の送り方向(ここでは、図の左から右)の揺動反転を可能にするキャリッジS、S12を備える。切削ツール3および圧延ツール12が取り付けられているさらなる装置11´は、二つのキャリッジS、S12の各々に水平方向における揺動移動Ow、Ozを励起する、二つの揺動ユニットを備える。
【0037】
したがって、切削ツール3の被加工物1に対する位置は、水平方向において変化し-キャリッジSの揺動によって引き起こされ-得、その結果、旋削ツールですでに機械加工された領域は、再び旋削ツールと係合する。
【0038】
さらに、圧延ツール12の被加工物1に対する位置は、水平方向において変化し-キャリッジS12の揺動によって引き起こされ-得、その結果、旋削ツール12ですでにトラバースされた領域は、再び圧延ツール12と係合する。
【0039】
結果として、切削ツール3と圧延ツール12との間の距離はまた、旋削および圧延の間に形成される機械加工トラックの領域の交差点の形成に特に影響を与えるために、揺動様態で変化し得る。
【0040】
当然ながら、本発明による装置はまた、キャリッジS、S12のうちの一つのみで具現化され得る。図1および図2に示されない、図1による実施形態および図2による実施形態の組み合わせによる装置の実施形態もまた、可能である。
【0041】
図3図5では、図2によるさらなる装置11´を使用する仕上げ済みの被加工物表面2上の圧延ツール12によって、または切削ツール3によって、様々な機械加工トラックBW、BSがスケッチされ、生成される。Taと称される接線方向は、接線速度Vtanが測定される方向に対応する。それに直交する並進方向Trは、被加工物1の回転軸の長手方向、すなわち、速度Vax3、Vax12が測定される方向に対応する。
【0042】
図3の場合、切削ツール3は、高硬度旋削の間、一定の並進速度Vax3で前進する。それとは対照的に、圧延ツール12は、並進方向Trで揺動を実施する。この場合、これらの揺動は略正弦波状である。本方法の修正された実行においては、例えば、ジグザグ形状のトラックであり得る。
【0043】
結果として、多数の交点KPが、切削ツール3の機械加工トラックBSと圧延ツール12の機械加工トラックBWとの間で生じる。機械加工パラメータによって、被加工物1の仕上げ済みの表面2上の機械加工トラックBS、BWは、極端に弱いか、または従来の手段によって認識されない可能性がある。しかしながら、装置11´を制御することにより、機械加工トラックBS、BWは、すべての場合に定義される様態で既定される。これはまた、図4および5による機械加工変形例に適用される。
【0044】
図4の場合、切削ツール3は、並進方向Trでの揺動を実施する。対照的に、この場合の圧延ツール12は、一定の並進速度Vax12で被加工物1に対して移動する。これにより、機械加工トラックBWの全体の螺旋形状が作成され、その一方で、軸方向Tr、すなわち、被加工物1の回転軸の方向における揺動が、螺旋形状の機械加工トラックBS上に重ね合わされる。
【0045】
図5に説明される場合、各々並進方向Trでの切削ツール3の揺動および圧延ツール12の揺動の両方が存在する。この場合も、多数のKPが、異なる機械加工トラックBS、BW間で生じる。各交点KPは表面要素OE内にあり、その中で、機械加工トラックBS、BWはいずれも接線方向Taに正確に走らない。図5の場合に並進速度Vax3が揺動する周波数は、並進速度Vax12が揺動する周波数と同一である。代替例では、言及された周波数間の他の比がまた、選択され得る。いずれの場合も、ツール3、12のうちの少なくとも一つの並進速度Vax3、Vax12が揺動する周波数は、被加工物1が回転する周波数よりも高い。
【符号の説明】
【0046】
1 被加工物、ベアリングリング
2 被加工物表面、仕上げ済み
3 切削ツール
4 ボール、圧延要素
9 表面、高硬度旋削されているが、まだ圧延されていない
10 被加工物表面、硬化済み、あるいはまださらに処理されていない
11 装置
11´ 装置
12 圧延ツール
切削ツール上のキャリッジ
12 圧延ツール上のキャリッジ
BS 切削ツールの機械加工トラック
BW 圧延ツールの機械加工トラック
KP 交点
OE 表面要素
Oz キャリッジSの揺動移動
Ow キャリッジS12の揺動移動
Tr 並進方向、軸方向
Ta 接線方向
ax3 切削ツールの並進速度
ax12 圧延ツールの並進速度
tan 接線速度
図1
図2
図3
図4
図5