JP2008285699A

JP2008285699A - 環状部材の冷却装置、環状部材の冷却方法および皮膜付き環状部材の製造方法

Info

Publication number: JP2008285699A
Application number: JP2007129509A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Muramatsu; 勝利村松; Toshiaki Kaneko; 敏昭兼子
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】内周面以外の領域に対して溶射を実施するに際し、被覆材のコストの上昇を抑制しつつ、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えることが可能な環状部材の冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却装置１は、環状部材としての外輪９０の内周面９２に囲まれる領域である非溶射領域を覆う一対のマスキング部材１０と、一方のマスキング部材１０Ａに接続され、非溶射領域に供給される冷却媒体が通過する冷却媒体供給路２１と、他方のマスキング部材１０Ｂに接続され、非溶射領域から排出される冷却媒体が通過する冷却媒体排出路２２とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は環状部材の冷却装置、環状部材の冷却方法および皮膜付き環状部材の製造方法に関し、より特定的には、環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を行ない、当該領域に皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、環状部材を冷却するための環状部材の冷却装置、環状部材の冷却方法およびこれらを用いた皮膜付き環状部材の製造方法に関するものである。

軸受の軌道輪などの環状部材においては、表面の保護、絶縁性の確保などを目的として、表面に皮膜が形成される場合がある。たとえば、鉄道車両の主電動機、汎用モータ、風力発電の発電機などの装置に用いられる転がり軸受においては、装置の構造上、転がり軸受の内部に電流が流れるおそれがある。転がり軸受の内部に電流が流れると、転がり軸受を構成する軌道輪などの軌道部材と、玉、ころなどの転動体との間にスパークが生じ、これに起因して電食が発生する場合がある。そして、この電食による軌道部材や転動体の転走面の損傷は、転がり軸受の寿命を低下させる。

内部に電流が流れるおそれのある用途に使用される転がり軸受において、上述のような電食に起因した転がり軸受の寿命低下を回避するためには、転がり軸受とハウジングなどの転がり軸受が接触する部材との間を絶縁する対策が有効である。そして、絶縁を達成する手段としては、転がり軸受において、ハウジングなどの他の部材と接触する軌道部材の表面に、セラミックなどの絶縁性を有する材料からなる皮膜を形成する対策が採用される場合がある。

皮膜の形成は、代表的には、プラズマをエネルギー源とし、皮膜を構成する材料（被覆材）を溶融状態に加熱して、高速で環状部材に吹き付けることにより行なうプラズマ溶射により実施される。より具体的には、環状部材に対するプラズマ溶射が行われる場合、一般に、皮膜が形成されるべき表面に対してブラスト処理が行なわれ、当該表面の粗さが大きく（粗く）された後、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックスが所望の膜厚になるまで溶射され、皮膜が形成される。

このとき、皮膜が形成される環状部材には、高温で溶融状態となった被覆材が吹き付けられるため、環状部材の温度が上昇する。ここで、温度が上昇することにより環状部材の特性が低下する場合、たとえば環状部材が焼入れされた鋼からなり、温度上昇により硬度の低下、寸法精度の低下などのおそれがある場合、環状部材の温度上昇を、特性が低下しない範囲に抑制する必要がある。特に、転がり軸受の外輪のように、内周面に転動体が転走するための転走面が形成されるため、内周面の温度上昇を抑えて硬度の低下等を抑制しつつ、内周面以外の領域に皮膜を形成する必要がある場合、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えつつ、内周面以外の領域に対して溶射を実施する必要がある。

これに対し、セラミックスの溶射に関しては、被覆材を微粉化して溶射温度を抑制する方法（たとえば特許文献１および２参照）、被覆材が溶射される面である溶射面に対して冷却ガスを吹き付けて当該溶射面を冷却する方法（たとえば特許文献３参照）、冷却ガスを多孔質の散気板を通して被溶射物に供給することにより非溶射物を均一に冷却する方法（たとえば特許文献４参照）などが提案されている。
特開昭６１−１９００６２号公報特開昭６１−１９００６３号公報特開昭６２−４７４７０号公報特開平３−１４０４５１号公報

しかしながら、上記特許文献１および２に開示された被覆材を微粉化する対策では、溶射温度を抑制することにより被溶射物の温度上昇を抑制可能であるものの、被覆材のコストの上昇や溶射時における被覆材の流動性の低下などの問題が生じる。また、上記特許文献３および４に開示された冷却方法では、軸受の外輪などのように、内周面の温度上昇を抑えて硬度の低下等を抑制しつつ、内周面以外の領域に皮膜を形成する必要がある場合、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えつつ、内周面以外の領域に対して溶射を実施することは困難である。

そこで、本発明の目的は、内周面以外の領域に対して溶射を実施するに際し、被覆材のコストの上昇を抑制しつつ、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えることが可能な環状部材の冷却装置および環状部材の冷却方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、製造コストを抑制し、かつ内周面の特性の低下を抑制しつつ、内周面以外の領域に皮膜が形成された皮膜付き環状部材を製造可能な皮膜付き環状部材の製造方法を提供することである。

本発明に従った環状部材の冷却装置は、環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を行ない、当該領域に被覆材からなる皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、環状部材を冷却する環状部材の冷却装置である。この環状部材の冷却装置は、環状部材の内周面に囲まれる領域である非溶射領域を覆うマスキング部材と、マスキング部材に接続され、非溶射領域に供給される冷却媒体が通過する冷却媒体供給路と、マスキング部材に接続され、非溶射領域から排出される冷却媒体が通過する冷却媒体排出路とを備えている。

本発明の環状部材の冷却装置においては、非溶射領域を覆うマスキング部材により環状部材の内周面への被覆材の付着を抑止しつつ、当該マスキング部材に接続された冷却媒体供給路から供給された冷却媒体により環状部材の内周面が冷却され、その後当該冷却媒体を冷却媒体排出路から外部に排出することができる。そのため、マスキング部材により覆われていない環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を実施しつつ、内周面を冷却することが可能となっている。また、微粉化された被覆材を採用する等の必要もなく、一般的な被覆材を採用することができる。その結果、本発明の環状部材の冷却装置によれば、内周面以外の領域に対して溶射を実施するに際し、被覆材のコストの上昇を抑制しつつ、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えることができる。

上記環状部材の冷却装置において好ましくは、冷却媒体排出路から排出される冷却媒体の温度を測定する測温部材をさらに備えている。

これにより、冷却媒体の排出温度を管理することが可能となり、環状部材の品質を容易に管理することができる。より具体的には、冷却媒体の排出温度を記録しておくことにより、たとえば温度、特に内周面の温度が許容範囲を超えて上昇した可能性のある環状部材を特定することが可能となり、製品の品質管理が容易となる。また、冷却媒体の排出温度を常時管理しておくことにより、環状部材の温度、特に環状部材の内周面の温度が異常に上昇した場合、溶射の中断、あるいは冷却媒体の流量の調整（増加）等の対処を直ちにとることが可能となり、不良品の発生を抑制することができる。さらに、排出される冷却媒体の温度と環状部材の内周面の温度との関係を予め調査しておくことにより、測温部材での測温結果から内周面の温度を知ることが可能となり、内周面の温度管理をより厳密に行なうことができる。また、測温部材での測温結果から冷却媒体の流量の調整や溶射の中断等の対処の要否、冷却媒体の流量の調整量等を判断可能な制御装置をさらに備える構成とすることにより、溶射時の環状部材の冷却状態を適切な状態に常時保持することが容易となる。この場合、当該制御装置には、上記判断を行なうためのソフトウェアが組み込まれていてもよい。

本発明に従った環状部材の冷却方法は、環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を行ない、当該領域に被覆材からなる皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、環状部材を冷却する環状部材の冷却方法である。この環状部材の冷却方法は、環状部材の内周面に囲まれる領域である非溶射領域が閉じられる工程と、非溶射領域に冷却媒体が供給される工程と、供給された冷却媒体により、環状部材が冷却される工程と、冷却媒体が被溶射領域から排出される工程とを備えている。

本発明の環状部材の冷却方法においては、閉じられた非溶射領域に冷却媒体を供給して内周面を冷却しつつ、内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を行なうことができる。そのため、閉じられていない環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を実施しつつ、内周面を冷却することが可能となっている。また、微粉化された被覆材を採用する等の必要もなく、一般的な被覆材を採用することができる。その結果、本発明の環状部材の冷却方法によれば、内周面以外の領域に対して溶射を実施するに際し、被覆材のコストの上昇を抑制しつつ、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えることがことができる。

上記環状部材の冷却方法において好ましくは、被溶射領域から排出される冷却媒体の温度が測定される工程をさらに備えている。これにより、冷却媒体の排出温度を管理することが可能となり、環状部材の品質を容易に管理することができる。

本発明に従った皮膜付き環状部材の製造方法は、環状部材が準備される工程と、環状部材の内周面以外の領域に皮膜が形成される工程とを備えている。
皮膜が形成される工程においては、上記領域に被覆材の溶射が行なわれる工程と、環状部材の内周面が冷却される工程とが並行して実施される。そして、内周面が冷却される工程においては、上述の環状部材の冷却方法により環状部材の内周面が冷却される。

本発明の皮膜付き環状部材の製造方法によれば、内周面以外の領域に対して溶射を実施するに際し、被覆材のコストの上昇を抑制しつつ、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えることが可能な上記冷却方法が採用されることにより、製造コストを抑制し、かつ内周面の特性の低下を抑制しつつ内周面以外の領域に皮膜が形成された皮膜付き環状部材を製造することができる。

なお、上記皮膜は、セラミックスからなるセラミック皮膜とすることができる。そして、当該セラミック皮膜を形成するために溶射されるセラミックスには、たとえばアルミナ（酸化アルミニウム；Ａｌ_２Ｏ_３）、グレーアルミナ、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）などを採用することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の環状部材の冷却装置および環状部材の冷却方法によれば、内周面以外の領域に対して溶射を実施するに際し、被覆材のコストの上昇を抑制しつつ、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えることができる。また、本発明の皮膜付き環状部材の製造方法によれば、製造コストを抑制し、かつ内周面の特性の低下を抑制しつつ内周面以外の領域に皮膜が形成された皮膜付き環状部材を製造することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１は、本発明の一実施の形態における皮膜付き環状部材としての皮膜付き転がり軸受外輪の製造方法の概略を示す流れ図である。また、図２は、図１の内周面冷却工程において使用される本発明の一実施の形態における環状部材の冷却装置を示す概略断面図である。また、図３は、図１の内周面冷却工程として実施される本発明の一実施の形態における環状部材の冷却方法の概略を示す流れ図である。図１〜３を参照して、本発明の一実施の形態における皮膜付き環状部材の製造方法、環状部材の冷却装置および環状部材の冷却方法について説明する。

図１を参照して、本実施の形態における皮膜付き環状部材としての皮膜付き転がり軸受外輪の製造方法は、環状部材が準備される環状部材準備工程と、環状部材の内周面以外の領域に皮膜が形成される皮膜形成工程とを備えている。皮膜形成工程においては、当該領域に被覆材の溶射が行なわれる溶射工程と、環状部材の内周面が冷却される内周面冷却工程と、環状部材の外周面が冷却される外周面冷却工程とが並行して実施される。そして、内周面冷却工程においては、以下に説明する環状部材の冷却方法により環状部材の内周面が冷却される。

次に、本実施の形態における環状部材の冷却方法に使用される環状部材の冷却装置を説明する。図２を参照して、本実施の形態における環状部材の冷却装置１は、環状部材としての転がり軸受の外輪９０の内周面９２以外の領域である外周面９１および端面９３に対して被覆材としてのアルミナの溶射を行ない、外周面９１および端面９３にアルミナからなる皮膜を形成する外輪９０の被覆処理において、外輪９０を冷却する環状部材の冷却装置である。この冷却装置１は、外輪９０の内周面９２に囲まれる領域である非溶射領域を覆い、円盤状の形状を有する一対のマスキング部材１０と、マスキング部材１０のうち一方のマスキング部材１０Ａの中心（重心）を含む領域に接続され、非溶射領域に供給される冷却媒体が通過する冷却媒体供給路２１と、マスキング部材１０のうち他方のマスキング部材１０Ｂの中心（重心）を含む領域に接続され、非溶射領域から排出される冷却媒体が通過する冷却媒体排出路２２とを備えている。

マスキング部材１０の外周面には、Ｏリング４０が嵌め込まれており、Ｏリング４０は外輪９０、より具体的には、外輪９０の内周面９２と端面９３とが交差する領域である面取り部９４に対して密着可能となっている。Ｏリング４０は、弾性および耐熱性を有する素材からなっており、たとえばシリコーンゴム、フッ素ゴムなどゴム材や、ナイロン樹脂、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ）樹脂、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）樹脂、フッ素樹脂などの樹脂素材を採用することができる。

冷却媒体供給路２１は、マスキング部材１０の径方向に沿った方向（内周面９２に向かう方向）に延び、内周面９２に対向するように開口する冷却媒体吐出路２１Ａを有しており、内周面９２に向けて冷却媒体を吐出することが可能に構成されている。また、冷却媒体排出路２２は、マスキング部材１０の径方向に沿った方向（内周面９２に向かう方向）に延び、内周面９２に対向するように開口する冷却媒体流出路２２Ａを有しており、内周面９２に向けて吐出された冷却媒体を排出することが可能に構成されている。冷却媒体供給路２１および冷却媒体排出路２２は、円筒状の冷却媒体流路２０を構成している。

ここで、冷却媒体吐出路２１Ａおよび冷却媒体流出路２２Ａは、それぞれ１つずつ形成されていてもよいが、冷却の効率を考慮して、複数個、たとえば２個以上形成されていることが好ましい。また、冷却媒体吐出路２１Ａおよび冷却媒体流出路２２Ａが複数個形成される場合、冷却の均一性を考慮して、冷却媒体流路の周方向に等間隔に形成されていることが好ましい。さらに、供給された冷却媒体が効率よく内周面９２を冷却し、排出されるように、冷却媒体吐出路２１Ａおよび冷却媒体流出路２２Ａは、冷却媒体流路の周方向において互い違いに配置されていることが好ましい。また、外輪９０の内周面９２に対して吐出される冷却媒体の流速を向上させるとともに、被溶射領域からの冷却媒体の排出をスムーズに行なうため、冷却媒体吐出路２１Ａの延びる方向に垂直な断面の断面積は、冷却媒体流出路２２Ａの延びる方向に垂直な断面の断面積よりも小さくなっていることが好ましい。

さらに、円筒状の形状を有する冷却媒体排出路２２の外周面には、固定部材３０が嵌め込まれ、外輪９０に対してマスキング部材１０が固定可能となっている。そして、冷却装置１は、冷却媒体排出路２２から排出される冷却媒体の温度を測定する測温部材としての温度計５０をさらに備えている。温度計５０は、冷却媒体排出路２２の内部に配置されてもよいし、冷却媒体排出路２２において冷却媒体を吐出する排出路吐出口２２Ｂに対向する位置に配置されてもよい。また、冷却装置１を構成するマスキング部材１０、冷却媒体流路２０および固定部材３０は、一方のマスキング部材１０Ａおよび他方のマスキング部材１０Ｂの中心（重心）を通る回転軸αの周りに回転可能に構成されている。この回転軸αは、外輪９０を冷却装置１にセットした状態において、外輪９０の中心軸に一致する。

次に、本実施の形態における環状部材の冷却方法の具体的手順を説明する。図２および図３を参照して、本実施の形態における環状部材の冷却方法は、環状部材としての外輪９０の内周面９２以外の領域である外周面９１および端面９３に対して被覆材であるアルミナの溶射を行ない、当該領域にアルミナからなる皮膜を形成する外輪９０の被覆処理において、外輪９０を冷却する環状部材の冷却方法である。この環状部材の冷却方法は、外輪９０の内周面９２に囲まれる領域である非溶射領域が閉じられる非溶射領域閉鎖工程と、非溶射領域に冷却媒体が供給される冷却媒体供給工程と、供給された冷却媒体により、外輪９０が冷却される冷却工程と、冷却媒体が被溶射領域から排出される、冷却媒体排出工程と、被溶射領域から排出される冷却媒体の温度が測定される測温工程とを備えている。

より詳細に説明すると、本実施の形態における環状部材の冷却方法においては、図３を参照して、まず、非溶射領域閉鎖工程が実施される。具体的には、図２を参照して、まず、円筒状の形状を有する冷却媒体供給路２１および冷却媒体排出路２２を含む冷却媒体流路２０の外周面に環状の円盤形状を有する一方のマスキング部材１０Ａの内周面が接触するように、冷却媒体流路２０に対して一方のマスキング部材１０Ａが嵌め込まれる。このとき、一方のマスキング部材１０Ａは、冷却媒体供給路２１の外周面に形成された段差部２１Ｂにおいて係止される。

次に、環状部材である外輪９０に冷却媒体流路２０が挿入されるように、外輪９０が配置された後、冷却媒体流路２０の外周面に環状の円盤形状を有する他方のマスキング部材１０Ｂの内周面が接触するように、冷却媒体流路２０に対して他方のマスキング部材１０Ｂが嵌め込まれる。これにより、外輪９０は一対のマスキング部材１０により挟まれる。そして、外輪９０は、Ｏリング４０を挟んで、一対のマスキング部材１０により面取り部９４の全周にわたって支持される。
その結果、外輪９０の内周面９２に囲まれる領域である非溶射領域は、一対のマスキング部材１０により閉じられ、冷却媒体流路２０のみにおいて外部と連通する。さらに、冷却媒体流路２０の外周面に環状の円盤形状を有する固定部材３０の内周面が接触するように、冷却媒体流路２０に対して固定部材３０が嵌め込まれる。固定部材３０の内周面には、たとえば図示しないねじ溝が形成されており、冷却媒体排出路２２の外周面に形成された図示しないねじ溝と螺合することが可能となっている。そして、冷却媒体流路２０に嵌め込まれた固定部材３０により締めつけられて、外輪９０が冷却装置１のマスキング部材１０および冷却媒体流路２０に対して固定される。以上の手順により、非溶射領域閉鎖工程が完了する。

次に、図３を参照して、冷却媒体供給工程が実施される。具体的には、図２を参照して、矢印ａに沿って冷却媒体供給路２１の内部を流れる冷却媒体は、矢印ｂに沿って、内周面９２に向けて冷却媒体吐出路２１Ａから吐出される。ここで、冷却媒体としては、たとえば空気を採用することができるが、内周面の酸化を抑制するため、たとえば窒素、アルゴンなどの不活性ガスなどを採用してもよい。

次に、図３を参照して、冷却工程が実施される。具体的には、図２を参照して、冷却媒体吐出路２１Ａから吐出された冷却媒体が矢印ｂに沿って流れ、内周面９２を冷却する。その後、図３を参照して、冷却媒体排出工程が実施される。具体的には、図２を参照して、内周面９２を冷却した冷却媒体が矢印ｃに沿って流れ、冷却媒体流出路２２Ａから冷却媒体排出路２２に流入する。そして、冷却媒体は、矢印ｄに沿って流れ、冷却媒体排出路２２を通って外部に排出される。

次に、図３を参照して、測温工程が実施される。具体的には、冷却媒体排出路２２を通って外部に排出される冷却媒体の温度が、温度計５０により測定される。

一方、図１を参照して、本実施の形態における外周面冷却工程では、環状部材としての外輪９０の外周面９１が冷却される。具体的には、図２を参照して、矢印ｅに沿った方向に冷却媒体が吹き付けられて、外周面９１が冷却される。冷却媒体としては、内周面冷却工程と同様に空気、不活性ガスなどを採用することができる。

さらに、図１を参照して、本実施の形態における溶射工程は、上述の内周面冷却工程および外周面冷却工程と並行して、以下のように実施することができる。図４は、本実施の形態における溶射工程を説明するための概略図である。図４においては、冷却装置の表示は省略され、溶射を行なうための溶射装置に含まれる溶射ガンの動作が図示されている。

図４を参照して、本実施の形態における溶射装置は、溶射部材としての溶射ガン８０を備えており、溶射ガン８０の吐出口８１からは、アルミナなどの被覆材を矢印γの向きに溶射（吐出）することができる。また、溶射ガン８０は、吐出口８１が、中心点Ｐを中心とする円弧上を往復可能に構成されている。ここで、中心点Ｐが、外輪９０の中心軸α（図２の回転軸α）を含む断面において、外輪９０に対して、中心軸αに垂直であって外周面９１の幅を２等分する直線β上の点となるように、溶射ガン８０は配置されている。そして、外輪９０が中心軸αを軸として、図２において説明した冷却装置１のマスキング部材１０、冷却媒体流路２０および固定部材３０とともに、たとえば毎分３０回以上３００回以下の回転数で回転する。これと同時に、溶射ガン８０が中心点Ｐを中心とする円弧上を移動しつつ、矢印γの向きに被覆材であるアルミナなどを溶射する。これにより、本実施の形態の溶射工程は実施される。このとき、被覆材の吐出の向きである矢印γの向きには、常に中心点Ｐが存在するように、溶射ガン８０は当該円弧上を移動する。

さらに、図４に示すように、溶射ガン８０の、中心点Ｐに対する角速度は、両端部において、中央部よりも低速となっている。これにより、形成される皮膜の厚みの均一性を確保することが可能となっている。

以上のように、本実施の形態における冷却装置１を用いて環状部材の冷却方法を実施することにより、外輪９０の内周面９２以外の領域である外周面９１および端面９３に対して被覆材としてのアルミナの溶射を実施しつつ、内周面９２を冷却することができる。また、微粉化された被覆材を採用する等の必要もなく、一般的な被覆材を採用することができる。その結果、外周面９１および端面９３に対して溶射を実施するに際し、被覆材のコストの上昇を抑制し、かつ内周面９２の温度上昇を抑えることができる。また、上記環状部材の冷却方法を内周面冷却工程に採用した本実施の形態における皮膜付き環状部材の製造方法を実施することにより、製造コストを抑制し、かつ内周面の特性の低下を抑制しつつ内周面以外の領域に皮膜が形成された皮膜付き環状部材を製造することができる。

さらに、本実施の形態における冷却装置１を用いた環状部材の冷却方法においては、温度計５０を用いた測温工程が実施されることにより、冷却媒体の排出温度を管理することが可能となり、外輪９０の品質を容易に管理することができる。また、冷却媒体の排出温度を常時管理しておくことにより、外輪９０の内周面９２の温度が異常に上昇した場合、溶射の中断、あるいは冷却媒体の流量の調整（増加）等の対処を直ちにとることが可能となり、不良品の発生を抑制することができる。さらに、排出される冷却媒体の温度と内周面９２の温度との関係を予め調査しておくことにより、温度計５０での測温結果から内周面９２の温度を知ることが可能となり、内周面９２の温度管理をより厳密に行なうことができる。

以下、本発明の実施例１について説明する。転がり軸受外輪の外周面および端面に対して溶射を行なった場合の、内周面の温度推移に及ぼす外輪の冷却の影響を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

まず、環状部材として転がり軸受であるＪＩＳ規格６３１６型番の外輪を準備した。この外輪を、図２に基づいて説明した上記実施の形態における冷却装置１に外輪９０と同様にセットした。そして、外輪を軸α周りに回転させつつ、図４に示すように溶射ガン８０を走査させて溶射を行ない、外周面および端面に皮膜を形成した。溶射には水素−アルゴンのプラズマ溶射、被覆材にはアルミナ粉末、冷却媒体にはエアドライヤーにより処理された乾燥空気を採用した。また、溶射は、３００秒間の溶射によって、外周面に厚み０．５ｍｍの皮膜が形成される条件で行なった。そして、０〜３００秒経過後の内周面の温度を、内周面に配置したサーモラベル（商品名ＴＥＭＰ−ＰＬＡＴＥ、ＷＡＨＬＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ社製）により調査した。試験結果を表１に示す。

表１を参照して、本実施例の試験においては、本発明の実施例として、上記実施の形態の冷却装置を用いて内周面の冷却を行なったもの、本発明の範囲外である比較例として、内周面の冷却を行なわなかったもの、について内周面の温度推移を調査した。サーモラベルによれば、所定の温度を超えたか否かを知ることができる。本実施例では、９３℃、１２１℃、１４８℃、１７６℃のそれぞれの温度を超えたか否かを知ることができるサーモラベルを採用した。表１において、＜９３℃は内周面の温度が９３℃を超えなかったこと、＜１２１℃は９３℃を超え、１２１℃を超えなかったこと、＜１４８℃は１２１℃を超え、１４８℃を超えなかったこと、＜１７６℃は１４８℃を超え、１７６℃を超えなかったこと、＞１７６℃は１７６℃を超えたことをそれぞれ示している。

表１に示すように、内周面および外周面の冷却をともに行なわなかった比較例Ａでは、溶射開始から３０秒経過後には、すでに内周面の温度が１７６℃を超えている。ここで、本実施例における被溶射物である６３１６型番の転がり軸受の外輪は、焼入硬化されたＪＩＳ規格ＳＵＪ２（鋼）からなっており、内周面の温度が１５０℃を超えると硬度が低下し、特性が劣化する。そのため、内周面の温度は、１５０℃以下に保持される必要がある。比較例Ａでは、内周面が１５０℃を超えないようにするためには、溶射の開始から極めて短時間で、溶射を中断して外輪を冷却し、溶射を再開する作業を繰返す必要があり、処理効率が著しく低下する。

一方、内周面の冷却を行なわず、外周面のみを冷却した比較例Ｂでは、比較例Ａよりも内周面の温度上昇が抑制されており、溶射の開始から３０秒以内に溶射を中断して外輪を冷却し、溶射を再開する作業を繰返せば、内周面が１５０℃を超えない。しかし、この条件でも溶射の中断回数が十分少ないとはいえず、処理効率は不十分である。

これに対し、内周面の冷却を実施し、外周面の冷却を実施しなかった本発明の実施例Ａでは、溶射の開始から１２０秒以内に溶射を中断して外輪を冷却し、溶射を再開する作業を繰返せば、内周面が１５０℃を超えない。このことから、内周面の冷却を実施しつつ、外周面の溶射を行なう本発明の環状部材の冷却装置および環状部材の冷却方法によれば、マスキング部材で覆われた内周面の温度上昇を十分に抑制し、効率的に溶射を実施できることが確認された。さらに、内周面だけでなく外周面の冷却をも実施した本発明の実施例Ｂでは、溶射の開始から２４０秒以内に溶射を中断して外輪を冷却し、溶射を再開する作業を繰返せば、内周面が１５０℃を超えない。このことから、本発明の環状部材の冷却装置および環状部材の冷却方法において、環状部材の外周面の冷却を実施することにより、内周面の温度上昇をさらに抑制し、一層効率的に溶射を実施できることが分かった。

以下、本発明の実施例２について説明する。環状部材の冷却装置から排出される冷却媒体の温度と、環状部材の内周面の温度との相関を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

上記実施例１の実施例Ｂの溶射において、図２に示すように、冷却媒体排出路２２から排出される冷却媒体（乾燥空気）の温度を温度計５０により測定した。温度計５０には、ＪＩＳ規格Ｋ熱電対の先端に小金属片である直径φ１０ｍｍ×長さＬ１０ｍｍの真鍮からなる部材を接続したものを採用した。

図５は、実施例２の試験結果を示す図である。図５において、横軸は溶射開始からの経過時間、縦軸は温度である。また、丸印は、冷却媒体排出路２２から排出される乾燥空気の温度、四角印は、内周面の温度を示している。なお、四角印に付された下向きの矢印は、当該温度以下であったこと、上向きの矢印は当該温度を超えていたことを示している（内周面の温度のデータは上記表１の実施例Ｂと同一である）。

図５を参照して、内周面の温度の上昇に対応して、排出ガスの温度が上昇している。このことから、本発明の環状部材の冷却装置および冷却方法において、排出ガスの温度を測定して管理することにより、内周面の温度を管理可能であることが確認された。

以下、本発明の実施例３について説明する。冷却媒体排出路２２から排出される乾燥空気（排出ガス）の温度と内周面の温度との相関、および当該相関に及ぼす冷却媒体としての乾燥空気の流量の影響を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

試験の条件および方法は、基本的には、上記実施例２と同様である。ただし、本実施例３では、外輪の回転および外輪への溶射は行なわず、外輪の外周面にバンドヒータを設置して外周面を加熱した。また、内周面の温度は、内周面に接触して配置された熱電対により測定した。

次に、本実施例の試験結果について説明する。図６は、乾燥空気の供給量（流量）を０．５ｍ^３／分とした場合の内周面および排出ガスの温度推移を示す図である。図６において、横軸は時間、縦軸は温度である。また、四角印は内周面の温度、三角印は排出ガスの温度を示している。また、図７は、乾燥空気の供給量を変化させた場合の、内周面の温度と排出ガスの温度との関係を示す図である。図７において、横軸は内周面の温度、縦軸は排出ガスの温度を示している。また、丸、三角、バツ、菱形、四角の各印は、それぞれ乾燥空気の供給量（流量）０．１、０．５、１．０、１．５および２．０ｍ^３／分に対応する。

図６を参照して、内周面の温度と排出ガスの温度との間には、一対一のおよその対応関係があり、内周面の温度の変化に対して、排出ガスの温度はよく追従していることが分かる。

一方、図７を参照して、冷却媒体としての乾燥空気の単位時間あたりの供給量を変化させた場合であっても、内周面の温度と排出ガスの温度との相関は明確である。ただし、乾燥空気の供給量が大きくなると、排出ガスの温度が低下する傾向にある。これは、乾燥空気の単位時間あたりの供給量が大きいほど、冷却に寄与する乾燥空気の熱容量が大きいためである。その結果、乾燥空気の供給量が大きくなると、内周面の温度変化に対する排出ガスの温度変化の比率が低下し、排出ガスの温度からの内周面の温度の推定が難しくなる。したがって、排出ガスの温度に基づいて内周面の温度を管理、あるいは制御する場合には、環状部材を十分に冷却できる範囲であれば、冷却媒体の単位時間あたりの供給量は小さいことが好ましく、本試験の範囲では冷却媒体である乾燥空気の供給量は、２．０ｍ^３／分以下とすることが好ましいといえる。なお、本試験において、冷却媒体である乾燥空気の供給量が０．１〜２．０ｍ^３／分の範囲では、バンドヒータが消費した電力はほぼ同等であった。そして、乾燥空気の供給量が最も小さい０．１ｍ^３／分の条件でも内周面の温度上昇が十分に抑制されていた。このことから、冷却媒体である乾燥空気の供給量は０．１ｍ^３／分以上であれば、６３１６型番の外輪の冷却には十分であるといえる。

以上のように、本発明の環状部材の冷却方法においては、排出ガスの温度に基づいて内周面の温度を管理、あるいは制御する場合、予め実験的に環状部材を十分冷却可能であって、かつ容易に排出ガスの温度から内周面の温度の推定が可能な冷却媒体の供給量を確認したうえで、適切な条件で環状部材の冷却を行なうことが好ましい。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の環状部材の冷却装置、環状部材の冷却方法および皮膜付き環状部材の製造方法は、環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を行ない、当該領域に皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、環状部材を冷却するための環状部材の冷却装置、環状部材の冷却方法およびこれらを用いた皮膜付き環状部材の製造方法に、特に有利に適用され得る。

本発明の一実施の形態における皮膜付き環状部材としての皮膜付き転がり軸受外輪の製造方法の概略を示す流れ図である。本発明の一実施の形態における環状部材の冷却装置を示す概略断面図である。本発明の一実施の形態における環状部材の冷却方法の概略を示す流れ図である。本発明の一実施の形態における溶射工程を説明するための概略図である。実施例２の試験結果を示す図である。乾燥空気の供給量を０．５ｍ^３／分とした場合の内周面および排出ガスの温度推移を示す図である。乾燥空気の供給量を変化させた場合の内周面の温度と排出ガスの温度との関係を示す図である。

符号の説明

１冷却装置、１０，１０Ａ，１０Ｂマスキング部材、２０冷却媒体流路、２１冷却媒体供給路、２１Ａ冷却媒体吐出路、２１Ｂ段差部、２２冷却媒体排出路、２２Ａ冷却媒体流出路、２２Ｂ排出路吐出口、３０固定部材、４０Ｏリング、５０温度計、８０溶射ガン、８１吐出口、９０外輪、９１外周面、９２内周面、９３端面、９４面取り部。

Claims

環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を行ない、前記領域に前記被覆材からなる皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、前記環状部材を冷却する環状部材の冷却装置であって、
前記環状部材の前記内周面に囲まれる領域である非溶射領域を覆うマスキング部材と、
前記マスキング部材に接続され、前記非溶射領域に供給される冷却媒体が通過する冷却媒体供給路と、
前記マスキング部材に接続され、前記非溶射領域から排出される前記冷却媒体が通過する冷却媒体排出路とを備えた、環状部材の冷却装置。
前記冷却媒体排出路から排出される前記冷却媒体の温度を測定する測温部材をさらに備えた、請求項１に記載の環状部材の冷却装置。
環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を行ない、前記領域に前記被覆材からなる皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、前記環状部材を冷却する環状部材の冷却方法であって、
前記環状部材の前記内周面に囲まれる領域である非溶射領域が閉じられる工程と、
前記非溶射領域に冷却媒体が供給される工程と、
供給された前記冷却媒体により、前記環状部材が冷却される工程と、
前記冷却媒体が前記被溶射領域から排出される工程とを備えた、環状部材の冷却方法。
前記被溶射領域から排出される前記冷却媒体の温度が測定される工程をさらに備えた、請求項３に記載の環状部材の冷却方法。
環状部材が準備される工程と、
前記環状部材の内周面以外の領域に皮膜が形成される工程とを備え、
前記皮膜が形成される工程においては、
前記領域に被覆材の溶射が行なわれる工程と、
前記環状部材の前記内周面が冷却される工程とが並行して実施され、
前記内周面が冷却される工程においては、請求項３または４に記載の環状部材の冷却方法により前記環状部材の前記内周面が冷却される、皮膜付き環状部材の製造方法。