JP2011256937A - 転がり軸受軌道輪用リング部材および転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 十分な鍛錬を施して巣を鍛着させることによる高品質化、中心部打ち抜き工程等の不要化による低コスト化、省エネルギー化、歩留り向上による省資源化につながる転がり軸受軌道輪用リング部材および転がり軸受を提供する。
【解決手段】 鋼からなるリング部材１であって、このリング部材１の断面形状に圧延された棒状部材Ｗをリング状に成形し、両端の端面を相互に接合したものとする。この接合は、溶接等の液相接合とする。リング部材１は、転がり軸受の軌道輪における機械加工が施される前の素材とする。その場合に、リング部材１は、転がり軸受の軌道溝に加工される環状の溝３を有するものとする。接合部１ａは、リング部材１を軸受軌道輪の断面形状に近づける粗旋削加工を行った後、摩擦攪拌接合による強化処理を施す。
【選択図】 図１

Description

この発明は、転がり軸受軌道輪用リング部材、このリング部材を用いた転がり軸受軌道輪および転がり軸受、並びにそのリング部材および転がり軸受軌道輪の製造方法に関し、より詳しくは、必要とする鍛錬成形比，断面積を有すように圧延した棒状部材をリング状に成形し、両端を接合するリング部材等に関する。

従来、大型で小ロットの転がり軸受、特に風車主軸用の転がり軸受のように超大型のものの軌道輪の素材は、インゴット鋳造した鋼を鍛造で丸材とした後、熱間ローリング鍛造でリング状に成形する工程、もしくはインゴット鋳造した鋼を圧延で角材とした後、熱間鍛造で丸材とし、熱間ローリング鍛造でリング状に成形する工程で製作されている。
なお、自動車用スターターリングギヤ等の小物部品のリング部材を製造する方法としては、棒状素材を丸めて両端を接合し、リング部材とする方法が提案されている（例えば、特許文献２）。棒状素材は、例えば押し出し加工品とされる。

特表２００１−５１９８５３号公報 特公平１−１６５７８号公報

インゴット鋳造では，外側から内側に向かって順次凝固する。凝固に伴って体積収縮するため、インゴット内部には巣ができる。それらは、その後の熱間加工( 圧延，鍛造) でつぶされて鍛着するが、インゴットサイズの制約から，十分な鍛錬が施せない場合、未鍛着部が残存することがある。この未鍛着部の残存は好ましくない。十分な鍛錬を施すことが内質を向上させることは明らかである。鍛造で丸材を軸方向に据え込んで平らにし、中心部を打ち抜く工程において、内質が劣る丸材の中心部は除去するようにはしているが、除去しきれない場合があるのが現状である。また、打ち抜いた中心部はスクラップとなるため、歩留まりが悪いという問題もある。

上記のように、従来の技術では，大型の転がり軸受の軌道輪の素形材は、鍛錬不足で内質が劣り、また鍛造の中心部打ち抜き工程で歩留まりが悪くなるという問題がある。

この発明の目的は、十分な鍛錬を施して巣を鍛着させることによる高品質化、中心部打ち抜き工程や拡径工程の不要化による歩留り向上、低コスト化、省エネルギー化、省資源化につながる転がり軸受軌道輪用リング部材および転がり軸受軌道輪、並びにその製造方法を提供することである。
この発明の他の目的は、この発明の転がり軸受軌道輪の利点を効果的に発揮させることのできる転がり軸受を提供することである。

この発明の転がり軸受軌道輪用リング部材は、転がり軸受の軌道輪における機械加工が施される前の素材である鋼製のリング部材であって、このリング部材の断面形状に圧延された棒状部材をリング状に成形し、両端の端面を相互に接合したことを特徴とする。前記棒状部材は、必要な鍛練成形比を有するように圧延されてものを用いることが好ましい。
この構成によると、リング部材の断面形状に圧延された棒状部材をリング状に成形するため、十分な鍛錬を施して巣を鍛着させることによる高品質化が得られ、また従来の鍛造工程における中心部打ち抜き工程や拡径工程が省略されて、工程削減による低コスト化，省エネルギー化、および歩留り向上による省資源化につながる。このリング部材を用いて転がり軸受の軌道輪を製造することにより、その十分な鍛錬による巣を鍛着させることによる高品質な軌道輪が得られる。
なお、この発明は、上記のように十分な鍛錬を施して巣を鍛着させることによる高品質化を図るものであり、先行技術文献２で開示した自動車用スターターリングギヤ等とは、発想が異なるものである。

前記棒状部材のリング状への成形は、温間または熱間等の軟らかい高温状態で行うことが好ましい。また前記接合は、液相接合、例えば溶接によって行う。

リング部材の断面形状は、単純な矩形形状等であっても良いが、転がり軸受の軌道溝に加工される環状の溝を有するものとすることが好ましい。その場合、棒状部材はリング部材の断面形状に圧延されたものであるため、棒状部材も溝を有する断面形状とされる。塑性加工で形成されるリング部材の段階で溝を形成しておくことにより、旋削の取代が少なくて済み、歩留りの向上、加工時間の短縮が図れる。

リング部材には、前記両端の端面を接合した接合部のある円周方向部分に、接合部の判別用の印を施すのが良い。接合部は他の部分よりも強度が低くなることが懸念されるため、判別用の印を施しておくことで、接合部が非負荷域となるように使用する等の使用上の便利や、後述の接合部強化のための処理が容易となる。

この発明において、断面形状を転がり軸受の軌道輪の断面形状に近づける旋削加工を行った後、前記両端の端面を接合した接合部に、少なくとも軌道面となる軸方向範囲に渡り、かつ軌道面となる周面から転がり接触で高い応力が作用する深さ範囲で、接合を強化する処理を施したものであっても良い。なお、「軌道面となる周面から転がり接触で高い応力が作用する深さ範囲」とは、例えば、最大交番せん断応力が最大になる深さの４倍の深さである。この場合、少なくとも最大接触面圧３ＧＰａまでは許容できる安全設計となる。設計における最大接触面圧が１．５ＧＰａ程度の直径２〜４ｍの軸受軌道輪の場合、最大交番せん断応力が最大になる深さは１ｍｍ程度である。したがって、接合強化深さは５ｍｍ程度あればよく、１０ｍｍもあれば十分である。
上記の液相接合のみでは、転がり軸受軌道輪として用いる場合に強度不足が懸念されるため、リング部材を旋削加工した後、転がり軸受軌道輪の少なくとも転がり負荷を受ける軌道面となる箇所の接合部に対し、転がり接触で高い応力が作用する深さまで接合部の強度を向上させるのが良い。その方法としては固相接合、例えば摩擦攪拌接合を施す。なお、接合部を強化した後、接合強化部が判別できるように、その後の工程で消滅しないような印を再度付すのが良い。

この発明の転がり軸受軌道輪は、この発明における上記のいずれかの構成の転がり軸受軌道輪用リング部材に、旋削、熱処理、および研削を施したものである。上記のように、転がり軸受軌道輪に加工した場合に、その十分な鍛錬による巣を鍛着させることによる高品質化の効果が、効果的に発揮される。

この転がり軸受軌道輪は、呼び径が直径１ｍ以上等の前記両端の端面を接合した円周方向部分である接合部に、この接合部の判別用の印を施すのが良い。この印があると、前述のように、接合部に大きな負荷がかからない好適な使用形態が採用できる。

この発明の転がり軸受は、内輪、外輪、複数の転動体、および保持器を有し、前記内輪および外輪のいずれか一方または両方に、この発明の上記いずれかの構成の転がり軸受軌道輪を用いたものである。
この転がり軸受は、大型の転がり軸受であっても良い。例えば、風車の主軸を支持する軸受であっても良い。風車主軸用の軸受の直径は数ｍに及ぶ超大型のものがあるが、このような軸受の場合に、この発明のリング部材を用いたことによる品質向上の効果がより効果的に発揮される。

この発明の転がり軸受は、前記内輪および外輪のうち、静止側輪に、この発明の上記印が施された転がり軸受軌道輪を用い、前記接合部の判別用の印のある周方向部分を、前記静止側輪の非負荷圏に配置するのが良い。
両端の接合部は、強度不足が懸念されるが、静止側輪に適用してその接合部を非負荷圏に配置することにより、接合部に大きな荷重が作用せず、強度不足になることが回避される。その場合に、前記接合部の判別用の印のあると、接合部を非負荷圏に配置する組立作業が簡単となる。

この発明の転がり軸受軌道輪用リング部材の製造方法は、転がり軸受の軌道輪における機械加工が施される前の素材である鋼製のリング部材を製造する方法であって、このリング部材の断面形状に圧延された棒状部材をリング状に成形し、両端の端面を相互に接合することを特徴とする。この製造方法によると、この発明の転がり軸受軌道輪用リング部材につき述べた上記の十分な鍛錬を施して巣を鍛着させることによる高品質化が得られ、また従来の鍛造工程における中心部打ち抜き工程や拡径工程が省略されて、工程削減による低コスト化，省エネルギー化、および歩留り向上による省資源化につながる。

この発明の転がり軸受軌道輪の製造方法は、転がり軸受の軌道溝を有する軌道輪を製造する方法であって、素材となる鋼製のリング部材を製造する素材製造過程と、前記リング部材に加工および処理を施す素材加工過程とでなり、前記素材となるリング部材は軌道溝に加工される環状の溝を有し、前記素材製造過程では、前記リング部材の断面形状に圧延された棒状部材をリング状に成形し、両端の端面を相互に接合し、前記素材加工過程では、前記リング部材に旋削、熱処理、および研削を施すことを特徴とする。
この製造方法によると、この発明の転がり軸受軌道輪について前述したように、十分な鍛錬を施して巣を鍛着させることによる高品質化、中心部打ち抜き工程や拡径工程の不要化による低コスト化、省エネルギー化、歩留り向上による省資源化につながる。

この発明の転がり軸受軌道輪用リング部材は、転がり軸受の軌道輪における機械加工が施される前の素材である鋼製のリング部材であって、このリング部材の断面形状に圧延された棒状部材をリング状に成形し、両端の端面を相互に接合したため、十分な鍛錬を施して巣を鍛着させることによる高品質化、中心部打ち抜き工程や拡径工程の不要化による低コスト化、省エネルギー化、歩留り向上による省資源化が図れる。
この発明の転がり軸受軌道輪は、この発明の転がり軸受軌道輪用リング部材に、旋削、熱処理、および研削を施したものであるため、十分な鍛錬を施して巣を鍛着させることによる高品質化、中心部打ち抜き工程や拡径工程の不要化による低コスト化、省エネルギー化、歩留り向上による省資源化が図れる。
この発明の転がり軸受は、前記内輪および外輪のいずれか一方または両方に、この発明のリング部材を用いたため、この発明の転がり軸受用軌道輪における上記各効果が、効果的に発揮される。

この発明の転がり軸受軌道輪用リング部材の製造方法は、転がり軸受の軌道輪における機械加工が施される前の素材である鋼製のリング部材を製造する方法であって、このリング部材の断面形状に圧延された棒状部材をリング状に成形し、両端の端面を相互に接合する方法であるため、この発明のリング部材につき延べたと同様に、十分な鍛錬を施して巣を鍛着させることによる高品質化、中心部打ち抜き工程や拡径工程の不要化による低コスト化、省エネルギー化、歩留り向上による省資源化が図れる。
この発明の転がり軸受軌道輪の製造方法は、転がり軸受の軌道溝を有する軌道輪を製造する方法であって、素材となる鋼製のリング部材を製造する素材製造過程と、前記リング部材に加工および処理を施す素材加工過程とでなり、前記素材となるリング部材は軌道溝に加工される環状の溝を有し、前記素材製造過程では、前記リング部材の断面形状に圧延された棒状部材をリング状に成形し、両端の端面を相互に接合し、前記素材加工過程では、前記リング部材に旋削、熱処理、および研削を施すため、この発明のリング部材につき延べたと同様に、十分な鍛錬を施して巣を鍛着させることによる高品質化、中心部打ち抜き工程や拡径工程の不要化による低コスト化、省エネルギー化、歩留り向上による省資源化が図れる。

（Ａ）はこの発明の一実施形態に係る転がり軸受軌道輪用リング部材の製造方法を説明する説明図、（Ｂ）は同製造方法で製造されたリング部材の正面図および各種断面形状例を示す図である。 （Ａ）は同リング部材を素材として用いた転がり軸受の一例を示す部分断面図、（Ｂ）は同軸受の外輪の旋削加工前の状態の拡大断面図である。 同軸受の非負荷圏を示す説明図である。 同リング部材を素材として用いた転がり軸受の他の例を示す部分断面図である。 同リング部材を素材として用いた転がり軸受のさらに他の例を示す部分断面図である。 同軸受を用いた風力発電装置の構成説明図である。 同リング部材の強化処理の一例である摩擦攪拌接合の試験のための、試験片を形成する素材の一例の斜視図である。 同試験のうちの軸荷重疲労強度試験用の試験片の説明図である。 同試験のうちの捩じり疲労強度試験用の試験片の説明図である。 同試験の試験機の説明図である。 同試験のうちの軸荷重疲労強度試験の結果の説明図である。 同試験のうちの捩じり疲労強度試験の結果の説明図である。

この発明の一実施形態に係る転がり軸受軌道輪用リング部材、軸受軌道輪、およびその製造方法を、図１ないし図３と共に説明する。このリング部材１は、このリング部材１として必要とする鍛錬成形比，断面形状を有するように圧延した鋼製の直線状の棒状部材Ｗを、図１（Ａ）のように、円筒状の成形型２の外周に巻き付けてリング状に成形し、両端の端面Ｗａ，Ｗａを相互に接合したものである。棒状部材Ｗは、リング部材１の断面形状と同じ断面形状に圧延されたものとし、かつリング部材１の円周長さのものとする。なお、厳密には、リング状に成形されることで断面形状も若干の変化が生じるが、ここで言う同じ断面形状とは、上記のリング状に成形されることによる断面形状の変化を無視して同じであることを言う。また、他のリング製造方法として、３本のロールを支持点とした３点曲げによるリング成形も可能である。

棒状部材Ｗのリング状への成形は冷間加工も可能であるが、棒状部材Ｗの高さや幅が５０ｍｍを超えるような場合は軟らかい高温状態で行うことが望ましい。例えば、棒状部材Ｗを加熱して温間成形または熱間成形とする。加熱する代わりに、棒状部材Ｗの圧延に続き、棒状部材Ｗが冷えてしまうまでの間に、棒状部材Ｗのリング状への成形を行うようにしてもよい。棒状部材Ｗの両端面Ｗａ，Ｗａの接合は、液相接合、例えば溶接によって施す。リング部材１の両端の端面Ｗａを接合した円周方向部分である接合部１ａには、この接合部１ａの判別用の印４を施しておく。印４は、目視が可能なものであり、刻印であっても、また線や記号を描いた部分や、着色部分等であっても良い。印４は、リング部材１の側面に施しても、内周または外周の周面に施しても良い。印４は、例えば、後述の接合部強化処理のために，接合部が判別できるようする目的で施される。そのため、印４は、接合部強化処理を行うまでの旋削等の工程で消滅しないように、施す箇所や印４の形態を選んで施すことが好ましい。

リング部材１の断面形状は、同図（Ｂ）の（ｂ）に示すような長方形などの単純形状であっても良いが、軌道溝を有する転がり軸受軌道輪に適用する場合は、同図（Ｂ）の（ｃ）に示すように、軌道溝に加工される環状の溝３を有する形状とする。その場合、棒状部材Ｗも、リング部材１の同様の溝３を有する断面形状に圧延されたものとする。
このようにリング部材１が、環状の溝３を有する、旋削後形状に近い形状である旋削前形状に成形されていれば、旋削取り代が削減でき、さらなる低コスト化、省エネルギー化、省資源化につながる。

図２（Ａ）は、このリング部材１を用いた転がり軸受の一例を示す。この転がり軸受１０は、深溝玉軸受であって、内輪１１、外輪１２、複数の転動体１３、および保持器１４を有し、前記内輪１１および外輪１２のいずれか一方または両方の旋削前素材として、図１のリング部材１を用いる。内輪１１および外輪１２は、それぞれ軌道面となる軌道溝１１ａ，１２ａを有している。
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の転がり軸受１０の外輪１２に、前記リング部材１を用いる場合のリング部材１の断面形状を示す。同図において、実線は旋削前素材であるリング部材１の形状を示し、破線は旋削仕上がり形状を示す。旋削は、例えば粗旋削と仕上げ旋削とを行う。

このようにしてリング部材１を製造することで、十分な鍛錬を施して巣を鍛着させることによる高品質化が得られ、従来の鍛造工程における中心部打ち抜き工程、拡径工程を省略することによる低コスト化、省エネルギー化、歩留り向上による省資源化が得られる。 なお、従来、自動車用スターターリングギヤのリング状素形材の製造方法として、棒状素材からリング部材を形成する方法が特許文献２に提案されているが、特許文献２に開示の方法は圧延した棒状部材を用いるものではなく、また、この実施形態で対象とする大型の転がり軸受、例えば風車主軸用のものの直径は数ｍに及ぶ超大型であり、特許文献１に開示された方法とは、使用する棒状部材Ｗも規模が異なり、それを実現するために必要な技術や設備も異なっていて、両者は発想が異なる。

リング部材１の断面形状が，長方形などの単純形状ではなく、図１（Ｂ）（Ｃ）のように、転がり軸受軌道輪の旋削前形状に成形されていれば、旋削取り代が削減でき，さらなる低コスト化、省エネルギー化、省資源化につながる。

リング部材１の接合部１ａは、上記の液相接合のみでは，転がり軸受軌道輪として用いる場合に強度不足が懸念される。そのため、リング部材１を粗旋削加工した後、少なくとも軌道溝１１ａ，１２ａとなる軸方向範囲に渡り、かつ軌道面となる周面から転がり接触で高い応力が作用する深さ範囲で、接合を強化する処理を施す。例えば、接合部１ａのうち、転がり軸受軌道輪の少なくとも転がり負荷を受ける軌道面１１ａ，１２ａとなる軸方向範囲に対し、転がり接触で高い応力が作用する深さまで接合部１ａの強度を向上させる処理を施した接合強化部１ａａ（図２（Ｂ）に交差斜線で一例を示す）とする。なお、転がり接触で高い応力が作用する深さは、直径が数ｍのものでも、せいぜい５mm程度であるが、図２（Ｂ）では、図が見やすいように、接合強化部１ａａを強調して広く図示してある。「転がり接触で高い応力が作用する深さ」とは、前述のように、例えば、最大交番せん断応力が最大になる深さの４倍の深さである。この場合、少なくとも最大接触面圧３ＧＰａまでは許容できる安全設計となる。設計における最大接触面圧が１．５ＧＰａ程度の直径２〜４ｍの軸受軌道輪の場合、最大交番せん断応力が最大になる深さは１ｍｍ程度である。したがって、接合強化深さは５ｍｍ程度あればよく、１０ｍｍもあれば十分である。
その強度向上処理の方法としては、冷間での固相接合、例えば摩擦攪拌接合を施す。これにより、後述の試験例で示すように、接合部１ａの強度が十分に確保できる。接合部１ａを強化した後、接合強化部１ａａが判別できるように、その後の工程で消滅しないような印４Ａを付すことが好ましい。
なお、摩擦攪拌接合とは、ある円筒状の工具を回転させながら強い力で押し付けることで、相互に接合させる部材（母材）の接合部に貫入させ、これによって摩擦熱を発生させて母材を軟化させるとともに、工具の回転力によって接合部周辺を塑性流動させて練り混ぜることで複数の部材を一体化させる接合法を言う。

リング部材１の接合部１ａは、必要な強度は確保できるが、非接合部よりは若干強度が劣る。そのため、接合部１ａまたは接合強化部１ａａは、大きな負荷を受けない位置に配置することが望ましい。例えば、図３のように、内輪１１が回転する転がり軸受の外輪１２の場合、接合部１ａ，接合強化部１ａａは、非負荷圏Ａに配置するようにする。この際、接合部１ａのある周方向位置に付した印４が有効になる。外輪１２の非負荷圏Ａは、転がり軸受１０を横軸で配置した場合、例えば上半分の円周方向範囲である。横軸で配置すると、内輪１１に作用する荷重Ｗが、外輪１２の上半分の円周方向範囲には作用しないため、その範囲が非負荷圏となる。

風車主軸用の転がり軸受に使用する転がり軸受用鋼としては、例えば浸炭用鋼であるJIS-SNCM815 があり、この鋼を用いる。最近、風車は洋上に設置されるようになってきている。また、今後は潮力発電用の転がり軸受も必要になると思われる。そういう環境では、転がり軸受１０内への水混入量が多くなると考えられる。転がり接触下において、水は水素の発生源になり、水素起因の早期はく離が起きる可能性が高まると考えられる。この実施形態の製造方法によれば、従来では扱えなかった耐水素性を有する鋼、例えばステンレス鋼のリング部材を得ることも可能になると考えられる。

なお、上記実施形態は、深溝玉軸受からなる転がり軸受１０の外輪１２の素材に、図１のリング部材１を用いた例を示したが、図４に示す複列自動調心転がり軸受や、図５に示す複列円すいころ軸受等の各種の転がり軸受における、内輪１１や外輪１２となる軌道輪に、図１のリング部材１を素材として用いることができる。ただし、その場合、リング部材１および棒状部材Ｗの断面形状は、適用する軌道輪の軌道溝１１ａ，１２ａに加工される溝３を有する形状とする。また、図５の複列円すいころ軸受における外輪１２のように、軌道面１２ａ′が軌道溝とはされない平坦な円すい状面等である場合は、リング部材１および棒状部材Ｗの断面形状は、その軌道面１２ａ′に、少ない削り代で加工されるように、軌道面１２ａ′に沿う周面部分を有する断面形状とする。

図６は、この実施形態に係る転がり軸受１０を用いる風力発電機装置の一例を示す。支持台５０上に旋回座軸受５８を介してナセル５９のケーシング５９ａが水平旋回自在に設置されている。ナセル５９のケーシング５９ａ内には、それぞれ軸受ハウジング５３に設置された複数の主軸支持軸受５７を介して主軸５１が回転自在に設置され、主軸５７のケーシング５９ａ外に突出した部分に、旋回翼となるブレード５２が取付けらている。主軸５２の他端は、増速機５４に接続され、増速機５４の出力軸が発電機３５のロータ軸５５に結合されている。主軸支持軸受５７は、図示の例では２個並べて設置してあるが、１個であっても良い。上記主軸支持軸受５７に、図３，図４，図５等で示した上記実施形態のいずれかの転がり軸受１０が用いられる。

次に、接合強化部１ａａ（図２（Ｂ）に適用する摩擦攪拌接合の強度試験の方法および結果につき説明する。
図７のように、厚さ２０mmのS53C製の一対の板材（硬さ210HV ）２０を突き合わせ、深さ１０mmまで突き合わせ部に沿って摩擦攪拌接合する実験を行った。摩擦攪拌接合を行う回転型のツール２１は、直径15mmのセラミック製の円柱状である。回転速度500min^-1，送り速度は200mm/min とした。

図７の摩擦攪拌接合品から、摩擦攪拌接合部２２をそれぞれ節部３０ａ，３０Ａａとした軸荷重疲労試験片３０（図８）と、ねじり疲労試験片３０Ａ（図９）を製作した（摩擦攪拌接合品）。これらと共に、上記板材２０と同じ材質の板材から採取した軸荷重疲労試験片とねじり疲労試験片（非摩擦攪拌接合品）を、摩擦攪拌接合品と同じ形状寸法で製作した。試験片３０，３０Ａの各部の寸法は、図中に示す。各試験片は、図示の形状に旋削した後、高周波焼入を施し、研削仕上げした。高周波焼入においては、節部は内部まで均一に硬化させ、旧オーステナイト結晶粒度は♯９とした。軸荷重、ねじりは、共に超音波疲労試験（完全両振り，加振周波数20kHz ）で評価した。

図１０に超音波疲労試験機の模式図を示す。これらの試験機は、振幅拡大ホーン３２の先端に試験片３３の一端に設けた雄ねじ部（図示省略）で取付け、コンバータ３１で発生させた振動を、振幅拡大ホーン３２で増幅して試験片３０，３０Ａに伝えるものである。コンバータ３１、振幅拡大ホーン３２、試験片３０，３０Ａはすべて２０ｋＨｚで共振するように設計されており、節部３０ａ，３０Ａａに２０ｋＨｚで大きな応力が繰り返し作用する。試験片３３の他端は非拘束状態である。コンバータ３１は、パーソナルコンピュータ３３の制御により、アンプ３４の出力で駆動させる。軸荷重、ねじりの違いは、コンバータ３１が縦振動するかねじり振動するかである。

超音波疲労試験に先立ち、節部３０ａ，３０Ａａにエメリー研磨(♯500 ，♯2000)とダイヤモンドラッピング（粒径１μｍ）を施した。超音波疲労試験は高速加振のため、連続加振すると発熱するため、110msec の負荷と1100msecの休止を繰り返す間欠負荷を行った。108 回の負荷回数まで破断しなければ、試験を打ち切った。

図１０，図１１に、軸荷重疲労およびねじり疲労の超音波疲労試験結果をそれぞれ示す。軸荷重、ねじり共に、摩擦攪拌接合品は非摩擦攪拌接合品に対して若干強度低下した。風車主軸用の転がり軸受は長期使用されるため、通常運転時に作用する最大接触面圧は1.5GPa以下であり、２０年に１度といわれる大風が吹いても２GPa を超えない安全設計になっている。最大接触面圧１．５GPaでは、転がり摩擦係数をμ＝０．０５と大きく見積もっても、完全両振りでの軸荷重疲労限度が500MPa以上あれば、接触表面周方向に繰り返し作用する垂直応力振幅によってき裂が生成することはない。図１１から、１０^８回における軸荷重疲労強度は約700MPaであることから、表面起点型損傷は起きないといえる。ISO2007 において、転がり軸受の疲労限最大接触面圧は１．５GPaとされており、その場合に表層内部に作用する最大交番せん断応力振幅は、τ₀＝375MPaである。図１２から、１０^８回におけるねじり疲労強度は約650MPaであることから、内部起点型損傷は起きないといえる。

１…リング部材
１ａ…接合部
１ａａ…接合強化部
２…成形型
３…溝
４…印
４Ａ…印
１０…転がり軸受
１１…内輪
１２…外輪
１３…転動体
１４…保持器
Ａ…負荷域
Ｗ…棒状部材
Ｗａ…端面

Claims (12)

1. 転がり軸受の軌道輪における機械加工が施される前の素材である鋼製のリング部材であって、このリング部材の断面形状に圧延された棒状部材をリング状に成形し、両端の端面を相互に接合したことを特徴とする転がり軸受軌道輪用リング部材。
2. 請求項１において、前記接合が液相接合である転がり軸受軌道輪用リング部材。
3. 請求項１または請求項２において、転がり軸受の軌道溝に加工される環状の溝を有する転がり軸受軌道輪用リング部材。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記両端の端面を接合した接合部のある円周方向部分に、接合部の判別用の印を施した転がり軸受軌道輪用リング部材。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、断面形状を転がり軸受の軌道輪の断面形状に近づける旋削加工を行った後、前記接合部に、少なくとも軌道面となる軸方向範囲に渡り、かつ軌道面となる周面から転がり接触で高い応力が作用する深さ範囲で、接合を強化する処理を施した転がり軸受軌道輪用リング部材。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の転がり軸受軌道輪用リング部材に、旋削、熱処理、および研削を施した転がり軸受軌道輪。
7. 請求項６において、前記両端の端面を接合した円周方向部分である接合部に、この接合部の判別用の印を施した転がり軸受軌道輪。
8. 内輪、外輪、複数の転動体、および保持器を有し、前記内輪および外輪のいずれか一方または両方に、請求項６または請求項７に記載の転がり軸受軌道輪を用いた転がり軸受。
9. 請求項８において、風車の主軸を支持する軸受である転がり軸受。
10. 請求項８または請求項９に記載の転がり軸受であって、前記内輪および外輪のうち、静止側輪に請求項８に記載の転がり軸受軌道輪を用い、前記接合部の判別用の印のある周方向部分を、前記静止側輪の非負荷圏に配置した転がり軸受。
11. 転がり軸受の軌道輪における機械加工が施される前の素材である鋼製のリング部材を製造する方法であって、このリング部材の断面形状に圧延された棒状部材をリング状に成形し、両端の端面を相互に接合することを特徴とする転がり軸受軌道輪用リング部材の製造方法。
12. 転がり軸受の軌道溝を有する軌道輪を製造する方法であって、素材となる鋼製のリング部材を製造する素材製造過程と、前記リング部材に加工および処理を施す素材加工過程とでなり、前記素材となるリング部材は軌道溝に加工される環状の溝を有し、前記素材製造過程では、前記リング部材の断面形状に圧延された棒状部材をリング状に成形し、両端の端面を相互に接合し、前記素材加工過程では、前記リング部材に旋削、熱処理、および研削を施すことを特徴とする転がり軸受軌道輪の製造方法。

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