JP2023037698A - ころ軸受用溶接保持器、保持器付きころ、溶融接合部の判別方法、およびころ軸受用溶接保持器の品質確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接保持器の疲労強度を高め、溶接保持器の品質管理を可能にする。
【解決手段】周方向に延びる母材１５と、母材の一端および他端が溶接によって互いに接合されてなる溶接箇所１３を備え、母材に周方向に間隔をあけて複数形成されるポケットでころを保持する溶接保持器であって、溶接箇所は径方向一方側の溶融接合部１３ａおよび径方向他方側の拡散接合部１３ｂを含み、溶融接合部の径方向寸法が溶接箇所の径方向寸法の７０％以上９５％以下である。
【選択図】図７

Description

本発明は、予めポケットを形成された帯状の母材を準備し、当該母材を丸め、母材の両端を溶接によって接合することによってリング状に作製される溶接保持器に関する。

ころ軸受に組み込まれ、ころ同士の間隔を保持する保持器として、溶接保持器が知られ
ている。溶接保持器は、帯状鋼板等の金属素材を保持器一周分の長さで準備し、これを丸
めて両端を溶接により接合する（以下、溶接部、あるいは溶接箇所ともいう）。かかる溶
接保持器として従来、特開2013-160263号公報（特許文献１）、特開2007-270967号公報（
特許文献２）、および特開2013-108587号公報（特許文献３）がある。

特許文献１では、溶接箇所に荷重が集中しない様、１対の環状部に切り欠きを設け、溶接箇所で分断し難くする。特許文献２では、保持器の外周側の表面が、溶接箇所を含む周方向位置で平坦面に形成される。特許文献３では、一方の環状部と他方の環状部の溶接箇所を異なる周方向位置とし、柱部にも溶接箇所を設けるというものである。

特開2013-160263号公報 特開2007-270967号公報 特開2013-108587号公報

しかし、上記従来のような溶接保持器にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまり従来技術では、溶接箇所における溶融金属の量を規定していない。溶融金属の量は溶接箇所の強度に影響するため、従来技術では溶接箇所の強度を管理することができない。

例えば溶融金属がはみ出して盛り上がりが形成されると、盛り上がり近傍で溶接箇所に応力集中が生じる。そうすると溶接箇所の強度が低下してしまう。

また従来技術では、溶接箇所の強度に影響する指標、例えば表面硬さや溶融状態、について定義していないので、溶接箇所の強度を管理することができない。

特に内燃機関および自動変速機を搭載する車両にあっては、自動変速機内部の遊星歯車機構の遊星ギヤや、内燃機関内部のコンロッド等、公転する部材にころ軸受が設けられるところ、これらのころ軸受には遠心力が作用する。このため、ころ軸受に組み込まれる保持器には、溶接箇所で疲労破壊が生じないよう所定の疲労強度が要求される。

本発明の課題は、上述の実情に鑑み、溶接箇所の疲労強度を高めることである。また、本発明の課題は、溶接箇所の疲労強度の管理である。本発明は、溶接箇所の品質管理が可能な溶接保持器を提供することを目的とする。

この目的のため本発明によるころ軸受用溶接保持器は、周方向に延びる母材と、かかる母材の一端および他端が溶接によって互いに接合されてなる溶接箇所を備え、母材に周方向に間隔をあけて複数形成されるポケットでころを保持する溶接保持器であって、溶接保持器の溶接箇所は、径方向一方側の溶融接合部および径方向他方側の拡散接合部を含み、溶融接合部の径方向寸法が溶接箇所の径方向寸法の７０％以上９５％以下である。

溶融接合部の径方向寸法を溶接箇所の径方向寸法で除した値を溶融長さ率という。かかる本発明によれば、溶融長さ率を７０％以上にすることから、溶接箇所における溶融接合部の割合が大きくなり、溶接箇所の引張強さが大きくなって、溶接保持器の疲労限度を確保することができる。また溶融長さ率を９５％以下にすることから、溶接箇所の溶融金属量を過度に多くならないようにして、溶接箇所がリング部の内径面あるいは外径面から０．３ｍｍ以上盛り上がることを防止できる。したがって応力集中を抑制ないし防止することができる。なお、溶接箇所の径方向寸法は、溶接接合後かつ研磨加工前の径方向寸法であるが、あるいは溶接接合後かつ研磨加工後の径方向寸法であってもよい。研磨加工は任意である。

本発明の一局面として、溶融接合部は溶接箇所の外径面に沿って位置し、拡散接合部は溶接箇所の内径面に沿って位置する。他の局面として、溶融接合部は溶接箇所の内径面に沿って位置し、拡散接合部は溶接箇所の外径面に沿って位置する。

母材の両端同士を溶接して接合する際、当該溶接箇所の表面に径方向の盛り上がりが形成されることが多い。かかる溶接箇所の盛り上がりの高さ（盛り上がり量）は低いほうが好ましい。溶接箇所の盛り上がりが顕著になると、保持器が公転して遠心力を受ける際、盛り上がり箇所の近傍で応力集中が生じるためである。本発明の好ましい局面として、溶接箇所の内径面の盛り上がり量が、母材の内径面を基準として０．３ｍｍ以下である。かかる局面によれば、溶接箇所の応力集中が緩和され、公転による遠心力によって本発明が楕円形に歪む作用を受けても耐久性が向上する。ここで附言すると、本発明の溶融接合部の径方向寸法は、溶融接合部の盛り上がり量を含むよう測定されたものであってもよいし、あるいは研削加工によって溶融接合部の盛り上がりを除去した後に測定されたものであってもよい。

本発明のさらに好ましい局面として、溶接箇所の外径面に研磨加工が施され、溶接箇所の外径面は母材の外径面と同一の曲率を有する。かかる局面によれば、保持器を外径案内することができる。さらに好ましい局面として、溶融接合部が溶接保持器の外径側に配置されて、当該溶融接合部が研磨加工される。かかる局面によれば、溶接箇所の外周面に盛り上がりを有する場合に、金属の溶融量が多く盛り上がりが大きい溶融接合部の盛り上がりを、溶接保持器の外径研磨加工で除去でき、溶接保持器の外径案内面の確保とともに、応力集中の抑制を内径研磨加工よりも低コストで実施できる。他の局面として、溶接箇所の内径面に盛り上がりを有する。

溶接接合後、溶接保持器は好ましくは浸炭焼入焼戻処理等の熱処理を施される。本発明の一局面として溶接箇所は、浸炭焼入焼戻処理を施されることにより、表面硬さが６００Ｈｖ以上であり、引張強さが１１００ＭＰａ以上である。

本発明の保持器付きころは、上述したころ軸受用溶接保持器と、ころ軸受用溶接保持器のポケットに保持されるころとを具備する。

本発明の溶融接合部の判別方法は、ころ軸受用溶接保持器に対し研磨加工等を施すことによってころ軸受用溶接保持器の溶接箇所に断面を作成し、かかる断面を硝酸アルコール溶液で腐食させた後にデジタル画像を撮影し、かかるデジタル画像を、デジタル画像処理して、溶融接合部とそれ以外の部分との境界を判別する。この断面は、保持器の軸線と平行な平面であってもよいが、好ましくは軸線と交差する平坦な断面であり、溶接箇所の外径面および内径面と交差する。デジタル画像処理は、例えば、グレースケール変換、ヒストグラム平坦化処理、ローパスフィルタ処理、２値化、の順序で、画像処理することを含むが、これに限定されない。

本発明のころ軸受用溶接保持器の品質確認方法は、上述したころ軸受用溶接保持器に対し熱処理を施し、当該熱処理の後に溶接箇所を破断させる引張試験を実行し、引張試験によって測定される溶接箇所の引張強さが所定範囲以内かどうかを確認する。熱処理は例えば浸炭焼入焼戻であるが、これに限定されない。

このように本発明によれば、溶接箇所に占める溶融接合部の割合を大きくしつつ溶接箇所表面の盛り上がりを低くして、溶接箇所の疲労強度を高めることができる。また溶接箇所の強度に影響する指標として、表面硬さや溶融状態について定義して、溶接箇所の強度を管理することができる。

本発明の一実施形態になるころ軸受用溶接保持器を示す全体斜視図である。 同実施形態の溶接箇所を示す拡大斜視図である。 同実施形態の溶接箇所を示す拡大斜視図である。 同実施形態の溶接箇所をさらに拡大して示す斜視図である。 ころ軸受用溶接保持器の製造工程のうち代表的な工程を表す概略図である。 リング部素材のスラント端部同士を近づけた状態を示す拡大側面図である。 同実施形態（実施例１）の溶接箇所を示すデジタル画像である。 対比例１の溶接箇所を示すデジタル画像である。 対比例２の溶接箇所を示すデジタル画像である。 本発明の実施例２の溶接箇所を示すデジタル画像である。 図１０の画像をデジタル処理した画像である。 図１１の画像をデジタル処理した画像である。 図１２の画像をデジタル処理した画像である。 図１３の画像をデジタル処理した画像である。 図１４の画像をデジタル処理した画像である。 図１５の画像をデジタル処理した画像である。 本発明の実施例３の溶接箇所を示すデジタル画像である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態になるころ軸受用溶接保持器を示す全体斜視図である。図２は同実施形態のリング部を示す拡大斜視図であり、図１中の丸囲みＩＩを表す。図３および図４は同実施形態のリング部を示す拡大斜視図であり、図３は図１中の丸囲みＩＩＩを表し、図４は図３の中央部を取り出してさらに拡大したものである。本実施形態のころ軸受用溶接保持器（以下、単に保持器１０ともいう）は、１対のリング部１１，１１と、１対のリング部１１，１１同士を結合する複数の柱部１６とを備える。

以下の説明において、保持器１０の中心を軸線Ｏという。保持器１０はＭ型保持器である。図１を参照してＭ型保持器の多数の柱部１６に関し、柱部１６の中央領域が内径側に位置して軸線Ｏと平行に延び、柱部１６の両端部が外径側に位置して軸線Ｏと平行に延び、柱部１６のうち中央領域と端部を結合する途中領域が軸線Ｏに対して斜めに延びている。リング部１１は柱部１６の両端部から内径側に張り出している。このようにリング部１１は内向きフランジであることから、鍔部ともいう。つまり、軸線Ｏを含む平面で保持器１０を切断すると、柱部１６および１対のリング部１１，１１の断面はＭ字形状である。本実施形態のリング部１１の内径面は、柱部１６の中央領域よりも内径側に位置する。

１対のリング部１１，１１と、周方向で隣り合う柱部１６，１６の間には、ポケット１９が区画される。各ポケット１９には、図示されないころが配置される。ころは、形状を特に限定されないが、例えば針状ころである。

各柱部１６のうちポケット１９を区画するポケット面１６ｍには、内径側ころ止め部１７および外径側ころ止め部１８が形成される。内径側ころ止め部１７は、柱部１６の中央領域に配列される。外径側ころ止め部１８は柱部１６の両端部に配列される。１つのポケット１９を挟んで対向する２つのポケット面１６ｍ，１６ｍにそれぞれ形成される内径側および外径側ころ止め部１７，１８は、ポケット１９から脱落しないよう、ころ（図略）を保持する。本実施形態は、１個のころ軸受用溶接保持器１０に複数のころを組み込んだ保持器付きころであってもよい。

ころ軸受用溶接保持器１０は、例えば、サンギヤ、プラネタリギヤ、リングギヤ、およびキャリアを具備する遊星歯車機構（図略）に組み込まれる。具体的にはころ軸受用溶接保持器１０を備えるころ軸受が、キャリアによって回転自在に支持されるプラネタリギヤの中心部に組み込まれる。キャリアが自転するに伴い、プラネタリギヤおよびころ軸受用溶接保持器１０は公転する。あるいはころ軸受用溶接保持器１０は、内燃機関のコンロッドの枢軸（図略）に組み込まれ、コンロッドの動作に伴い枢軸とともに公転する。

次に本実施形態の製造工程につき説明する。

図５は、ころ軸受用溶接保持器の製造工程のうち代表的な工程を表す概略図である。 まず図５（ａ）に示すように溶接保持器１０の素材となる帯状の鋼板（以下、帯鋼、帯板、あるいは母材という）を準備する。帯鋼の材質は、ＪＩＳ－ＳＰＣ、ＪＩＳ－ＳＣＭ４１５、ＪＩＳ－ＳＣＭ４２０等の冷間圧延鋼板が挙げられる。あるいはJIS－S15Cなどの低炭素鋼や、JIS－S45Cなどの中炭素鋼を使用してもよい。

次に図５（ｂ）に示すように帯鋼に対し、断面形状がＭ字状となるようにＭ型フォーム成型工程を行う。ここで、Ｍ字状とは、後述のように円筒状に丸められたときに、帯鋼の幅方向中央部と、帯鋼の両側縁とが、径方向に段差が設けられるように塑性変形させることをいう。Ｍ型フォーム成型工程は、中央部が凸状の上金型と、中央部が凹状の下金型とからなる成型ロールの間に帯鋼を挟みこみ、押圧することにより行う。このとき、帯鋼の幅方向両縁部が角を丸められ、面取部１２が形成される。

次に図５（ｃ）に示すように、断面Ｍ字形状の帯鋼に対し、ころを保持するポケットを形成するためのポケット抜き工程を行う。ポケット抜き工程は、打ち抜き刃を有するポンチを準備し、帯鋼の厚み方向にポンチの刃先を押し当てて当該帯鋼を打ち抜くことにより行われる。隣り合うポケット同士の間に残存する帯鋼部分は、保持器の柱部１６を構成する。またポケットよりも幅方向外側に残存する帯鋼部分は、保持器のリング部素材１１ｓを構成する。

次に、柱部１６の端部に、爪状の、外径側ころ止め部１８を形成する爪形成工程を行う。爪形成工程は、柱部１６の端部を固定し、内径側からプレスによって押圧することにより、柱部１６の端部の外径側の周方向の幅寸法を広げるように成型し、形成する。

その後、所定の長さとして保持器１０の円周長さとなるように、帯鋼を切断する切断工程を行う。切断は、ポケット１９を横断するように行われ、結果的に残る両側（リング部素材１１ｓ）が切断される。リング部素材１１ｓの端部は、帯鋼厚み方向に対して斜めに切断され、帯鋼幅方向にみてスラント形状（図６参照）にされる。これを以下、スラント端部１３ｓという。切断工程により梯子状の保持器素材が切り出される。

次に図５（ｄ）に示すように、１周分の長さに切断された帯鋼を丸めるよう、円筒状に折り曲げる曲げ工程を行う。丸められることにより、帯鋼の長手方向は保持器の周方向になり、帯鋼の厚み方向は保持器の径方向になり、帯鋼の幅方向は保持器の軸線方向になり、面取部１２は外径側にされる。また曲げ工程により、互いに対向するポケット面１６ｍ, １６ｍの間隔は、柱部１６の中央領域で狭くなる。結果的に柱部１６の中央領域の内径側は、内径側ころ止め部１７を構成する。ここで附言すると、図６に示すように、スラントカットされた先端同士が、外径側で互いに対向する。切断面の傾斜角は、帯鋼の長手方向あるいは保持器１０の周方向に対し３０°以上８０°以下の範囲に含まれる所定値である。周方向に連なっていない各柱部１６の端部の外径面は、研削され、共通の円筒に属する曲面を構成する。

次に図５（ｅ）に示すように、折り曲げられた鋼板の両端部（スラント端部１３ｓ，１３ｓ）を互いに接合する溶接工程を行う。これによりリング部素材の端部同士が溶接され
、リング部１１が作成される。

次に、必要に応じて、溶接で接合された円筒状の溶接保持器１０の外径面を研削する第一研削工程を行う。ここで周方向に連なっているリング部１１、１１の外径面においては、滑らかな円筒状の曲面を呈する。第一研削工程は省略可能である。

その後、好ましくは、熱処理工程として、浸炭焼入焼戻し処理を行ってもよい。この熱処理工程により、溶接保持器の強度を向上させる。保持器に焼入を施す場合、焼入時の急冷により結晶粒が微細化する。炭素の含有量が多い鋼の場合は、窒化処理、ズブ焼入れ処理等、他の熱処理工程を行ってもよい。低炭素鋼の場合は浸炭焼入や浸炭窒化焼入が好ましい。本実施形態のように、遠心力による加速度を受ける保持器の場合、保持器の軽量化は疲労強度の向上に寄与する。この場合、JIS－SCM415やJIS－SCr415、高張力鋼などの帯板を用い、浸炭焼入焼戻または浸炭窒化焼入焼戻を施すことが望ましい。

このようにして、図１に示す溶接保持器１０が製造される。次に、溶接保持器１０の各
ポケット１９にころ（図略）を組み込んで、ころ軸受が製造される。

前述した溶接工程につき詳細に説明する。

図６は、１周分のリング部素材１１ｓを丸め、金属からなるリング部素材１１ｓのうちのスラント端部１３ｓ，１３ｓ同士を近づけた状態を示す拡大側面図である。リング部素材は前述した帯鋼の幅方向側縁である。本実施形態では、スラントカットされた端部の外径側同士が互いに近づき、端部の内径側同士が互いに遠くなるよう、向き合わされる。次に、互いに向き合った端部を接触させ圧力を掛けて互いに押し付け合わせて帯鋼に大電流を流すアプセット溶接により、帯鋼の両端部を溶融させて接合し、円形の保持器を作成する。本実施形態の溶接箇所１３は、帯鋼を母材とする。

なお図６中、スラント端部１３ｓ，１３ｓのうち、先細形成される先端部分同士が互いに近い端部外径側で、スラント端部１３ｓの溶融領域が大きい。これに対し、先端部から離れたスラント端部１３ｓ，１３ｓの内径側では、スラント端部１３ｓの溶融領域が小さい。

図７は本実施形態の溶接箇所１３をデジタル撮像装置で撮像した画像（以下、実施例１ともいう）であり、図４中、軸線Ｏに直角な断面ＶＩＩでリング部１１を切断し、この切断面を下記の手順で硝酸アルコール溶液に浸漬して変色させ、撮影したものである。溶接箇所１３は、前述した図６に示す溶接方法によって作製され、径方向一方側に白系の溶融接合部１３ａを含み、径方向他方側にグレー系の拡散接合部１３ｂを含む。そして一方端部と他方端部が接合されることから、溶接箇所１３の周方向中心面を便宜上接合面１３ｃという。また溶接によって母材１５は加熱される。溶接箇所１３の周方向両側に隣接する母材を熱影響部１４という。

図７に示す切断面を作成する手順について説明する。まず硝酸およびアルコールを含む検査液を準備する。検査液はナイタールであり、具体的には例えば、市販される硝酸濃度３体積％の濃硝酸エタノール溶液である。あるいは検査液は、濃度６０～６２重量％の範囲に含まれる所定濃度の濃硝酸を、濃度99.5重量％または体積％のエタノールで希釈して作成される。あるいは検査液は、全体に対する濃硝酸の比率が３～１０体積％の範囲に含まれる所定濃度の硝酸エタノール溶液である。なお検査液中のアルコールはメタノールであってもよい。あるいは検査液は、ピクリン酸アルコール溶液であってもよい。

次に、室温のナイタールを検査液として用いる場合、検査液に保持器１０の断面ＶＩＩ（図４）を漬け、３秒以上５秒以下の時間経過後に検査液から断面ＶＩＩを取り出し、断面ＶＩＩの色変化により溶接部の形状を判断する。なお、室温のピクリン酸アルコール溶液を使用する場合、保持器１０の断面ＶＩＩを30分浸漬することが望ましい。

溶融接合部１３ａは、溶接接合の際、母材が完全に溶融し溶け込みによって接合したものである。溶融接合部１３ａでは母材の炭化物がマトリクス相に溶け込む。このため溶融接合の断面を硝酸アルコール溶液で腐食すると、拡散接合部１３ｂや熱影響部１４等の不完全溶融部と比較して白色を呈する。かかる溶融接合は大きな接合強度を発揮するが、溶融金属がはみ出してしまい、溶接箇所の表面が大きく盛り上がる傾向にある。そうすると、盛り上がりの近傍で応力集中が生じて疲労強度が低下する。

拡散接合部１３ｂは、溶接接合の際、母材が溶融することなく突き合わせによって接合したものである。拡散接合部１３ｂでは、母材の炭化物がマトリクス相に溶け込まず、金属原子同士が拡散して接合する。このため拡散接合の断面を硝酸アルコール溶液で腐食すると、熱影響部と同色相になるので、溶融金属と比較して判別できる。かかる拡散接合は、溶融接合と対比して、接合強度が小さいものの、金属が溶融しないためはみ出し難く、溶接箇所の表面の盛り上がりが小さい傾向にある。

熱影響部１４は溶接接合の加熱によって母材の組成が変化したものである。

なお図示しない変形例として、図６とは逆に、端部の外径側同士が互いに遠くなり、端部の内径側同士が互いに近づくよう向き合わされるスラントカットの場合、溶接箇所は図７とは逆形状にされる。すなわち、白系の溶融接合部１３ａが内径側に配置され、グレー系の拡散接合部１３ｂが外径側に配置される。

説明を図７に戻すと、本実施形態では、白系の溶融接合部１３ａが外径側に配置され、グレー系の拡散接合部１３ｂが内径側に配置される。溶融接合部１３ａはリング部１１の外径面１１ｄに近い程、周方向寸法が大きくなる二等辺三角形である。この二等辺三角形の中心線は接合面１３ｃに一致する。溶接箇所１３の径方向寸法Ｌｒ、すなわち外径面１１ｄから内径面１１ｃまでの寸法Ｌｒ、を１００％とすると、接合面１３ｃにおける拡散接合部１３ｂの径方向寸法Ｌａは、７０％以上９５％以下の範囲に含まれる。また接合面１３ｃにおける拡散接合部１３ｂの径方向寸法Ｌｒ―Ｌａは、３０％以下５％以上の範囲に含まれる。

本実施形態の溶接箇所１３は、溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒが７０％以上９５％以下の範囲に含まれることから、溶接箇所１３で盛り上がりが少なくなり、応力集中が生じず、疲労強度を確保することができる。またこの範囲に含まれることにより本実施形態は溶融金属を十分に含み、必要な接合強度を確保することができる。

上述した実施例１の理解を容易にするため、対比例を説明する。

図８は対比例１の溶接箇所を示すデジタル画像である。対比例１のリング部１１１では、拡散接合部１３ｂが接合面１３ｃの全体を占め、外径面１１ｄから内径面１１ｃまで及ぶ。つまり溶接箇所１３は溶融接合部を含まない（溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒ＝０％）。また拡散接合部１３ｂは外径面１１ｄで盛り上がるが内径面１１ｃで盛り上がらない。

図９は対比例２の溶接箇所を示すデジタル画像である。対比例１のリング部１１２では、溶融接合部１３ａが接合面１３ｃの全体を占め、外径面１１ｄから内径面１１ｃまで及ぶ。溶接箇所１３は拡散接合部を含まない（溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒ＝１００％）。溶融接合部１３ａの周方向寸法は、外径側ほど大きくなることから、軸線方向からみた形状が当脚台形になる。また溶融接合部１３ａは外径面１１ｄおよび内径面１１ｃで盛り上がる。

実施例１の試験体の溶接箇所１３と、対比例１の試験体の溶接箇所１３と、対比例２の試験体の溶接箇所１３で疲労強度試験を行った。なお盛り上がりによる応力集中が生じないよう、リング部内径を構成する円弧に対して内径面１１ｃの盛り上がりを０．３ｍｍ以下になるように各試験体を作成した。またこれらの母材についても疲労強度試験を行い、疲労限度を測定した。疲労限度とは、１０００万回以上の繰り返し荷重（本試験では片振り曲げ荷重）を試験体に付与しても破損しない応力をいい、繰り返し荷重から求められる。疲労強度の指標を疲労限度とした。これら試験体として、外径２２ｍｍ、内径１４ｍｍ、幅１４ｍｍのＭ形溶接保持器を準備した。リング部の軸方向寸法（母材板厚）は０．７ｍｍである。材質はＪＩＳ－ＳＣＭ４１５とし、溶接後に浸炭焼入焼戻を施した。浸炭焼入焼戻後、硬さが５１３Ｈｖになる表面からの深さ（有効硬化層深さ）は０．０６ｍｍであり、表面硬さは約６００Ｈｖである。リング部の測定結果を表１に示す。

実施例１では、溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒが７０％であり、疲労限度は８７９ＭＰａであった。対比例１では、溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒが０％であり、疲労限度は４０１ＭＰａであった。対比例２では、溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒが１００％であり、疲労限度は８２３ＭＰａであった。なお母材の疲労限度は８３７ＭＰａであった。以上より、実施例１によれば、母材と同等以上の疲労限度を得ることができることがわかった。

次に、溶接箇所１３のデジタル画像を画像処理して溶接箇所１３の溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒを求める方法につき説明する。

図１０は、本実施形態の実施例２に関し、実施例２の溶接箇所１３を示すデジタル画像であり、図４中、軸線Ｏに直角な断面ＶＩＩでリング部１１を切断し、この切断面を所定の条件で硝酸アルコール溶液に浸漬して変色させ、撮影したものである。

図１０中、溶融接合部をデジタル画像処理により判別するため、画像処理ソフトウェアImageJを用いて画像処理を行った。図１１は、図１０の画像を８ビットグレースケールに変換した画像である。図１２は、図１１の画像中央部を切り抜いた拡大画像である。図１３は、図１２の画像にヒストグラム平坦化処理を施した画像である。図１４は、図１３の画像の空間周波数においてローパスフィルタを掛け、高周波ノイズをカットした画像である。このローパスフィルタは、ImageJのバンドパスフィルタにおいて低周波成分を１０００ピクセル、高周波成分を２０ピクセルの範囲に設定したものである。図１５は、図１４の画像にヒストグラム平坦化処理を施した画像である。図１６は、図１５の画像に２値化処理を施した画像であり、ImageJのThreshold設定において、黒側閾値２０、白側閾値１８０とした。このようにして溶融接合部１３ａおよびリング部１１以外の空間を白、それ以外を黒とする画像（図１６）を得た。そして溶融接合部１３ａの径方向寸法Ｌａと、溶接箇所１３の径方向寸法Ｌｒを計測した。

上述した手順により、別な実施例３の画像（図１７）を得た。そして溶融接合部１３ａの径方向寸法Ｌａと、溶接箇所１３の径方向寸法Ｌｒを計測した。別な実施例３では、リング部１１の外径面を研削してリング部外径面に倣うよう円弧形状に整えてある。これに対し実施例２では、図１６に示すように、リング部１１の外径面に対し溶接箇所の外周面が盛り上がっている。

なお実施例２および実施例３には、溶接接合後に浸炭焼入焼戻を施してある。リング部１１表面に沿う浸炭部が黒色を呈するため、図１６および図１７中、白色の溶融接合部１３ａが見かけ上減少するが、実施例２および実施例３で外径面から溶融を開始するので黒色の外径面浸炭部は溶融領域である。このため図１６および図１７において、溶融接合部１３ａの径方向寸法Ｌａは、リング部１１の外径面を始点として計測してよい。

次に溶接不良の検出方法について説明する。

試験体として、溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒ＝０％の溶接保持器を、浸炭焼入焼戻なし、浸炭焼入焼戻あり、で準備し、表面硬さ、引張強さ、および両振り疲労限度を溶接箇所とそれ以外の母材においてそれぞれ測定した。また試験体として、溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒ＝７０％の溶接保持器を、浸炭焼入焼戻あり、で準備し、表面硬さ、引張強さ、および両振り疲労限度を溶接箇所において測定した。また試験体として、溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒ＝１００％の溶接保持器を、浸炭焼入焼戻あり、で準備し、表面硬さ、引張強さ、および両振り疲労限度を溶接箇所において測定した。これらの測定結果を表２に示す。

表２を参照して、溶接後かつ浸炭焼入焼戻前の表面硬さは、溶接箇所（４１３Ｈｖ）が母材（１８０Ｈｖ）の２．３倍である。この理由として、母材の端部同士を溶接して空気中に放置すると、溶接箇所の表面が冷却されて硬化するためである。次に浸炭焼入焼戻を施すと、溶接箇所（６０５Ｈｖ）が母材（６０３Ｈｖ）と同等になる。

溶接箇所の溶融状態（溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒが０％、７０％、１００％、および熱影響を受けていない母材）に関する引張強さ、および浸炭焼入焼戻前後に関する引張強さについて説明する。引張試験は、図７を参照して、リング部１１から溶接箇所１３および周方向両側の母材１５を含む領域を切り出し、接合面１３ｃに垂直な方向の引張荷重を切り出した試験片に付与して、溶接箇所の引張荷重を計測した。また母材１５のみを切り出し、母材１５の引張荷重を計測した。引張強さは、試験片が破断するまでの最大引張荷重を、リング部の非溶接箇所（つまり母材）の断面積で除した値とした。断面積は、リング部１１の周方向に直交する平坦な切断面の面積である。

溶接後かつ浸炭焼入焼戻前で、溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒ＝０％の試験片では、溶接箇所の引張強さ（５５５ＭＰａ）が母材の引張強さ（４６６ＭＰａ）よりも大きい。この理由として、溶接箇所の表面硬さ（４１３Ｈｖ）が母材の表面硬さ（１８０Ｈｖ）よりも大きいからと考えられる。
- 一方、浸炭焼入焼戻後の溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒ＝０％の試験片では、溶接箇所の表面硬さ（６０５Ｈｖ）が母材の表面硬さ（６０３Ｈｖ）と同等となるが、引張強さは溶接箇所（８９３ＭＰａ）のほうが母材（１１８５ＭＰａ）よりも小さい。したがって浸炭焼入焼戻前の試験片で引張試験を行っても、溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒ＝０％の溶接保持器の疲労限度の低下を検出することはできない。

表２より、浸炭焼入焼戻後の溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒ＝０％の試験片では、溶接箇所の表面硬さ（６０５Ｈｖ）が母材の表面硬さ（６０３Ｈｖ）と同等となる。引張強さに関し、溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒ＝０％の溶接箇所は母材よりも小さく、溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒ＝１００％の溶接箇所は母材よりも大きい。両振り疲労限度は引張強さと同様の傾向を示す。

表２より、引張試験によって疲労限度の低下を検出するには、溶接箇所の表面硬さ（ビッカース硬さ）が母材の表面硬さ（ビッカース硬さ）の９０％以上１１０％以下であることが好ましい。

熱処理について説明すると、熱処理には、例えば、ズブ焼入、浸炭焼入、浸炭窒化、高周波焼入、レーザ焼入、等がある。本実施形態の溶接保持器には浸炭焼入以外の熱処理が施されてもよい。曲げ疲労強度を大きくするためには、浸炭焼入や浸炭窒化を施すとよく、溶接保持器の表面硬さは６００Ｈｖ以上が望ましい。

溶接箇所でリング部の内径面１１ｃ（あるいは外径面１１ｄ）が盛り上がることを抑制する観点から、溶融金属量が過度に大きくなることを抑制すべきである。このため本実施形態では、溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒ＝９５％以下であることが望ましい。

溶接箇所の疲労限度を母材同等に高めるためには、溶接箇所の引張強さが母材のそれと同等であることが望ましく、より好ましくは１１００ＭＰａ以上であることが望ましい。また浸炭焼入焼戻といった熱処理を溶接保持器に施して溶接保持器（溶接箇所および母材）の表面硬さを６００Ｈｖ以上とすることが望ましい。

特に、溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒ＝７０％の溶接箇所は母材と同等であり、両振り疲労限度は０％および１００％の溶接箇所よりも大きい。これにより溶融長さ率Ｌａ／Ｌｒ＝７０％は０％および１００％よりも疲労限度に優れていることが理解される。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。例えば上述した１の実施形態から一部の構成を抜き出し、上述した他の実施形態から他の一部の構成を抜き出し、これら抜き出された構成を組み合わせてもよい。

本発明は、自転しながら公転する転がり軸受の自転中心において有利に利用される。

１０ ころ軸受用溶接保持器、 １１，１１１，１１２ リング部、
１１ｃ 内径面、 １１ｄ 外径面、 １１ｓ リング部素材、
１３ 溶接箇所、 １３ａ 溶融接合部、 １３ｂ 拡散接合部、
１３ｃ 接合面、 １３ｓ スラント端部、 １４ 熱影響部、
１５ 母材、 １６ 柱部、 １６ｍ ポケット面、
１７，１８ ころ止め部、 １９ ポケット、
Ｌａ 溶融接合部の径方向寸法、 Ｌｒ 溶接箇所の径方向寸法、
Ｌａ／Ｌｒ 溶融長さ率、 Ｏ 軸線。

Claims (8)

1. 周方向に延びる母材と、前記母材の一端および他端が溶接によって互いに接合されてなる溶接箇所を備え、前記母材に周方向に間隔をあけて複数形成されるポケットでころを保持する溶接保持器であって、
   前記溶接箇所は、径方向一方側の溶融接合部および径方向他方側の拡散接合部を含み、
   前記溶融接合部の径方向寸法が前記溶接箇所の径方向寸法の７０％以上９５％以下である、ころ軸受用溶接保持器。
2. 前記溶融接合部は前記溶接箇所の外径面に沿って位置し、前記拡散接合部は前記溶接箇所の内径面に沿って位置する、請求項１に記載のころ軸受用溶接保持器。
3. 前記溶接箇所の内径面の盛り上がり量が、前記母材の内径面を基準として０．３ｍｍ以下である、請求項１または２に記載のころ軸受用溶接保持器。
4. 前記溶接箇所の外径面に研磨加工が施され、前記溶接箇所の外径面は前記母材の外径面と同一の曲率を有する、請求項１～３のいずれかに記載のころ軸受用溶接保持器。
5. 前記溶接箇所は、浸炭焼入焼戻処理を施されることにより、表面硬さが６００Ｈｖ以上であり、引張強さが１１００ＭＰａ以上である、請求項１～４のいずれかに記載のころ軸受用溶接保持器。
6. 請求項１～５のいずれかに記載のころ軸受用溶接保持器と、前記ポケットに保持されるころとを具備する、保持器付きころ。
7. 請求項１～４のいずれかに記載のころ軸受用溶接保持器に対し研磨加工を施すことによって前記溶接箇所に断面を作成し、
   前記断面を硝酸アルコール溶液で腐食させた後にデジタル画像を撮影し、
   前記デジタル画像を、デジタル画像処理して、前記溶融接合部とそれ以外の部分との境界を判別する、溶融接合部の判別方法。
8. 請求項１～４のいずれかに記載のころ軸受用溶接保持器に対し熱処理を施し、
   前記熱処理の後に前記溶接箇所を破断させる引張試験を実行し、前記引張試験によって測定される前記溶接箇所の引張強さが所定範囲以内かどうかを確認する、ころ軸受用溶接保持器の品質確認方法。

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