| 【発明の名称】 |
金属球の製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】柴崎 守栄
【住所又は居所】長野県北佐久郡御代田町大字御代田４１０６−７３ ミネベア株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】表面に凹凸が生じにくいとともに製造時間の短縮が図られ、極小径であっても容易に製造することができる金属球の製造方法を提供する。
【解決手段】不活性ガス雰囲気のチャンバ１０内に固体金属材料であるピース５０ａを落下させ、落下中のピース５０ａを加熱ゾーン１０Ａで溶融させ、溶融したピース５０ｂを冷却ゾーン１０Ｂで冷却固化させて金属球５０ｃを得る。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 固体金属を落下させながら溶融させ、引き続き落下する溶融金属を冷却固化させて金属球を得ることを特徴とする金属球の製造方法。
【請求項２】 不活性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１に記載の金属球の製造方法。
【請求項３】 前記固体金属が線状、粒状、薄片状等の溶融し易い形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の金属球の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属球の製造方法に係り、特にミニチュアボールベアリングのボール等、径が比較的微小な金属球を製造するにあたって好適な金属球の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ミニチュアボールベアリングの小径ボール（径が例えば１．０〜５．０ｍｍ程度）は、従来、線材を一定長さに切断した短い線状のピースを金型で球状に鍛造成形し、次いで、このボールを硬質鋳物盤の間に挟んで圧力をかけながら転動させてバリを除去するフラッシングを行い、この後、適切な強度および耐久性を与える熱処理工程と、形状精度および表面粗さを向上させる精研磨工程を経て製造されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記フラッシング工程で除去するバリは、鍛造成形時において、金型の間や、金型に形成されている空気抜き孔等にはみ出た余肉であり、これらバリは、フラッシングによって主に潰されることによって除去される。しかしながら、フラッシングの際には、表面へのバリの被さりや丸め込みといった挙動が生じ、これによって表面に微小な凸部が形成されてしまう場合があった。また、線材を押し切りによって切断すると、ピース側の切断面が凹状に湾曲する傾向にあり、この端面のへこみが鍛造成形後にも残存することにより、表面に微小な凹部が形成されてしまう場合もあった。
【０００４】このような微小な凹凸は、その後の精研磨中に消滅すれば問題はないが、精研磨後に残ることもあり、その場合には、上記精研磨工程に費やす取代と時間が長くなったり、完成品にも凹凸が残って歩留まりの低下を招いたりすることになる。また、上記従来の製造方法では総じて製造時間が長く、しかも、例えば１．０ｍｍ以下の極小径のボールは製造し難いといった問題もあった。
【０００５】よって本発明は、表面に凹凸が生じにくいとともに製造時間の短縮が図られ、極小径であっても容易に製造することができる金属球の製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、固体金属を落下させながら溶融させ、引き続き落下する溶融金属を冷却固化させて金属球を得ることを特徴としている。本発明によれば、落下中の溶融過程で金属は表面張力によりほぼ球状となり、そのままの状態が落下中に冷却固化されることによって球状の固体金属となる。したがって、得られた金属球の表面には凹凸が生じにくく、金属球は真球に近いものとなる。本発明では、固体金属を落下させる間に金属球を製造することができるので、製造時間が大幅に短縮される。そして、製造した金属球をさらに精研磨する場合には、その精研磨に要する時間が大幅に短縮し、研磨量も少ないので材料費を低減させることができる。また、落下させる固体金属を小さいものにすれば極小径の金属球を製造することができ、その場合には固体金属が溶融し易いので、本発明では特に極小径の金属球を製造する方法としても有望である。出発材料の固体金属の体積を一定とすることにより、同一径の金属球を容易に、かつ高い寸法精度で量産することができる。
【０００７】本発明の製造方法は、酸素の汚染やそれに伴う錆びの発生を未然に防ぐために不活性ガス雰囲気中で行うことを好ましい形態としている。また、出発材料である固体金属が、線状、粒状、薄片状等の溶融し易い形状に形成することにより、製造時間をより短縮することができたり設備の大型化を抑えることができたりするので好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明をミニチュアボールベアリングのボールを製造する方法に適用した一実施形態を説明する。図１は、一実施形態の製造方法を実施するにあたって好適な金属球製造装置である。同図で符号１０は、本装置の主体をなす円筒タワー状のチャンバである。直立するこのチャンバ１０の上部の周囲には、チャンバ１０内を加熱するヒータ２０が設けられており、下部の周囲には、冷却水が循環してチャンバ１０内を冷却する冷却管３０が巻かれている。また、冷却管３０の上方には、チャンバ１０内にアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを供給する複数のガス供給口１１が設けられている。
【０００９】チャンバ１０内においては、ヒータ２０によって加熱される加熱ゾーン１０Ａと、この加熱ゾーン１０Ａの下側であって、ガス供給口１１から連続して供給される不活性ガスおよび冷却管３０によって冷却される冷却ゾーン１０Ｂとが設けられている。そして、冷却ゾーン１０Ｂの下方であるチャンバ１０の底部には回収容器４０がセットされている。この回収容器４０は、図示せぬ回収口からチャンバ１０内に入れたり出したりされる。
【００１０】チャンバ１０の上方には材料投入口１２が設けられており、この材料投入口１２から固体金属である材料がチャンバ１０内に落下させられる。材料は、この場合コイル状に巻かれた線材５０の端部を一定長さに切断した短い線状のピース５０ａである。ピース５０ａのサイズは、製造すべき金属球の体積に応じたものに設定され、例えば、０．５ｍｍ径の金属球を得ようとする場合、径は０．４〜０．６ｍｍ、長さが０．５３〜０．２４ｍｍ程度である。線材５０はボールベアリング用のボールとして一般的な鋼であって、例えば高炭素クロム軸受鋼、炭素鋼、ステンレス鋼等である。コイル状の線材５０は端部が引き出され、切断装置６０によってピース５０ａに切断される。
【００１１】切断装置６０は、線材５０が内部に挿入される固定治具６１と、上下方向に往復移動し、下方に往動した際に固定治具６１から突出した線材５０の端部を切断する可動刃６２とを備えた押し切り型である。線材５０は切断装置６０の固定治具６１に断続的に挿入され、固定治具６１から突出した端部が次々と切断装置６０によって切断される。このようにして線材５０が切断されてできたピース５０ａは、コンベヤ等からなる搬送装置７０で受けられる。そして、そのピース５０は搬送装置７０によって材料投入口１２に搬送され、搬送装置７０からチャンバ１０内に自然落下させられる。
【００１２】材料投入口１２からチャンバ１０内に落下したピース５０は、加熱ゾーン１０Ａを落下する最中に加熱されて溶融させられる。したがって、ヒータ２０の加熱性能および加熱ゾーン１０Ａの長さは、加熱ゾーン１０Ａを通過する間にピース５０が溶融可能なように設定されている。加熱ゾーン１０Ａを通過した溶融ピース５０ｂは、冷却ゾーン１０Ｂを落下する最中に冷却され、固化する。したがって、ガス供給口１１からの不活性ガスの供給量や冷却管３０による冷却性能および冷却ゾーン１０Ｂの長さは、冷却ゾーン１０Ｂを通過する間に溶融ピース５０ｂが固化するまで冷却されるように設定されている。
【００１３】以上が一実施形態に係る金属球製造装置であり、次に、本装置の操業方法ならびにそれに伴う作用等を説明する。まず、操業準備として、ガス供給口１１からチャンバ１０内の空気を排出した後、ガス供給口１１からチャンバ１０内に不活性ガスを連続して供給し、チャンバ１０内を不活性ガス雰囲気とする。同時に、ヒータ２０を稼動させるとともに冷却管３０に冷却水を循環させる。これにより、チャンバ１０内の上部に加熱ゾーン１０Ａを設け、下部に冷却ゾーン１０Ｂを設ける。
【００１４】以上の準備が整ったら、線材５０を切断装置６０に断続的に供給し、切断装置６０によって線材５０を次々と一定長さのピース５０ａに切断する。そして、ピース５０ａを搬送装置７０によって材料投入口１２からチャンバ１０内に落下させる。
【００１５】チャンバ１０内に落下したピース５０ａは、加熱ゾーン１０Ａを落下する最中に加熱されて溶融する。溶融したピース５０ｂは表面張力によってほぼ球状に変形する。加熱ゾーン１０Ａを通過した球状の溶融ピース５０ｂは、冷却ゾーン１０Ｂを落下する最中に球状のまま冷却されて固化し、金属球５０ｃとなる。そして、その金属球５０ｃは回収容器４０で受けられ、ここに貯留される。回収容器４０がほぼ満杯になったところで線材５０の切断およびピース５０ａの落下を一旦中止し、回収容器４０をチャンバ１０から取り出して製造された多数の金属球５０ｃを他の場所に移す。そして、空になった回収容器４０をチャンバ１０内にセットしてから、上記操業を再開する。このような動作を繰り返すことにより、金属球５０ｃを量産することができる。
【００１６】上記のようにして得られた金属球５０ｃはベアリング用ボールの半製品であり、この後、適切な強度および耐久性を与える熱処理工程と、形状精度および表面粗さを向上させる精研磨工程とを経た後、洗浄されて完成品とされる。
【００１７】上記装置を使用した金属球の製造方法によれば、溶融ピース５０ｂは表面張力によりほぼ球状となり、そのままの状態が落下中に冷却固化されることによって固体の金属球５０ｃとなる。したがって、得られた金属球５０ｃの表面には凹凸が生じにくく、金属球５０ｃは真球に近いものとなる。また、ピース５０ａを落下させる間に金属球５０ｃを製造することができ、これによって従来のようにフラッシングの工程を省略することができるので、製造時間が大幅に短縮される。また、完成品とするために金属球５０ｃを精研磨する時間が大幅に短縮し、研磨量も少ないので材料費を低減させることができる。さらに、ピース５０ａの長さすなわち体積を調節することにより極小径の金属を製造することができる。そして、出発材料のピース５０ａの長さを一定とすることにより、同一径の金属球を容易に、かつ高い寸法精度で量産することができる。
【００１８】また、チャンバ１０内が不活性ガス雰囲気とされているので、金属球５０ｃは酸素に汚染されることがなく、したがって酸素汚染に伴う錆びの発生が未然に防がれる。また、出発材料であるピース５０ａは短い線状であるから溶融し易く、このため、製造時間がより短縮するとともに、設備の大型化が抑えられる。
【００１９】なお、上記金属球製造装置ではガス供給口１１の下方に冷却管３０を設けているが、この冷却管３０をガス供給口１１の上方に設けたり、ガス供給口１１の上下に都合２つ設けてもよい。また、ガス供給口１１から連続して供給される不活性ガスによって溶融ピース５０が十分冷却されて固化する場合には、冷却管３０を省略することができる。また、それとは逆に、不活性ガスを連続して供給せず、冷却管３０の作用だけで溶融ピース５０を冷却させるようにすることもできる。いずれにしても、冷却ゾーン１０Ｂは溶融ピース５０ｂが固化するまで冷却させることができる構成とされる。
【００２０】一方、搬送装置７０で材料投入口１２まで搬送されるピース５０を加熱する手段を付加させ、ピース５０が溶融し易いように構成してもよい。さらに、回収容器４０内に油を満たしておくか、あるいはチャンバ１０内の底部に油槽を設けるなどして、液体中に金属球５０ｃを落下させるように構成してもよい。液体中に金属球５０ｃを落下させれば、貯留状態の金属球５０ｃに落下する金属球５０ｃの衝突が緩和されて金属球５０ｃが傷つきにくくなるといった利点がある。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、固体金属を落下させながら溶融させ、引き続き落下する溶融金属を冷却固化させて金属球を得ることを特徴とするものであるから、得られる金属球の表面に凹凸が生じにくいとともに製造時間の短縮が図られ、極小径であっても容易に製造することができ、しかも同一径の金属球を容易に、かつ高い寸法精度で量産することができるといった種々の効果を奏する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１１４２１５
【氏名又は名称】ミネベア株式会社
【住所又は居所】長野県北佐久郡御代田町大字御代田４１０６―７３
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| 【出願日】 |
平成１４年５月３０日（２００２．５．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９６８８４
【弁理士】
【氏名又は名称】末成 幹生
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| 【公開番号】 |
特開２００３−３４２６１９（Ｐ２００３−３４２６１９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１２月３日（２００３．１２．３） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１５６８４１（Ｐ２００２−１５６８４１） |
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