JP5907961B2 - ベアリングリングの製造方法、ベアリングリング、及びベアリング - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの棒鋼からベアリングリングを製造するための方法に関する。また、本発明は、ベアリングリング、及びそのようなベアリングリングを備えるベアリングに関する。

フラッシュバット溶接、又は「フラッシュ溶接」は、金属製のレール、棒、チェーン又はパイプの複数セグメントを繋ぎ合わせるための抵抗溶接技術であり、これらの溶接では、複数セグメントが、端と端を接続して位置合わせされると共に電子的に帯電され、複数セグメントの端を融解させて溶接する電気アークを生じさせ、非常に強く滑らかな継手部をもたらす。

通常、フラッシュバット溶接の回路は、低電圧高電流のエネルギー源（通常は溶接変圧器）と、２つのクランプ電極と、で構成される。溶接させようとする２つセグメントは、電極に把持されると共に、それらの２つセグメントが接触するまで互いに突き合わされる。変圧器に電圧を印加することにより、高密度の電流が互いに接触する領域中に流される。フラッシングが始まると、セグメントが、フラッシング作用を持続させるのに十分な力と速度で鍛えられる。溶接させようとする２つの縁に熱勾配が定着された後、アプセット力が突如作用して溶接が完了する。アプセット力は加熱された金属のより低温の部分に溶接堆積物（welding accretion）が残っている溶接部からスラグ、酸化物及び溶融金属を押し出す。その後、クランプが開いて溶接製品を離す前に、継手部がわずかに冷却されても構わない。溶接堆積物は、適所に残っていてもよく、或いは、溶接された製品がまだ熱いうちに切ったり研磨したりして除去してもよい。

溶接されたベアリングリングは、その表面硬さ、耐摩耗性、並びに、疲労強度及び引張強度のうちの少なくとも一つを増大させるために、浸炭等の溶接後熱処理を受けてもよい。浸炭は、鉄製又は鋼製の部品が、分解するように炭素を遊離させる別の材料の存在下で加熱される熱処理工程である。部品の外面は、元の材料よりも高い炭素含有量となる。鉄製又は鋼製の部品が、焼き入れによって急冷されると、中心部の柔らかさ（すなわち、延性）と丈夫さを維持したまま、部品の外面の高い炭素含有量が高まる。

中国特許出願公開第１０８２４７７号明細書 中国特許出願公開第１５９７２３１号明細書 欧州特許出願公開第１４００６０６号明細書 英国特許出願公開第１１４１９０１号明細書 英国特許出願公開第２２０９０５８号明細書

本発明の目的は、少なくとも１つの棒鋼からベアリングリングを製造するための改善された方法を提供することである。

この目的は、少なくとも１つの棒鋼を少なくとも１つのリングセグメントの形に成形するステップと、前記少なくとも１つのリングセグメントの端部をフラッシュバット溶接してリングを作るステップとを含む方法によって達成される。また、前記方法は、フラッシュバット溶接する前記ステップの前に、後に形成されるバット溶接継手部の近傍における前記少なくとも１つの棒鋼の、フラッシュバット溶接しようとする表面に隣接する表面の少なくとも一部を浸炭させるステップを含む。したがって、リング全体を構成する１つのリングセグメントの端部同士が互いにフラッシュバット溶接されると、前記リングセグメントからリングが構成される。あるいは、それぞれがリングの一部を構成する複数のリングセグメントからリングが構成され、それによって、隣接するリングセグメントの端部同士が互いにフラッシュバット溶接されると、リング全体が形成される。

前記方法は、フラッシュバット溶接するステップの前に、少なくとも１つの棒鋼の、フラッシュバット溶接しようとする表面に隣接する表面の少なくとも一部を浸炭させるステップを含むので、その表面における炭素が、溶接継手部の近傍に残るのではなく、加熱された金属のより低温の部分に向かって、すなわち、溶接されたベアリングリング又は溶接されたベアリングリングセグメントの、後に軌道面を構成し得る内側面及び外側面に向かって運ばれる。よって、移動した炭素は、溶接されたベアリングリング又はリングセグメントの、その内側面及び外側面における表面硬さ、耐摩耗性、並びに、疲労強度及び引張強度のうちの少なくとも１つを増大させるだろう。そのような方法は、炭素が無い又は実質的に無い上質の溶接継手部を有し、そうしないと起こり得る構造的な脆弱部分を持たない、溶接されたベアリングリングを提供する。その結果、そのような方法は、高度の構造的完全性を有する、改良された溶接ベアリングリングを提供する。

本発明の実施形態によれば、前記少なくとも１つの棒鋼の表面の少なくとも一部を浸炭させる前記ステップが、前記少なくとも１つの棒鋼を少なくとも１つのリングセグメントの形に成形するステップの前に行われる。浸炭させるステップが前記少なくとも１つの棒鋼を成形するステップの前に行われると、一定容量の１つの浸炭炉の中で同時に浸炭させることができるベアリングリング又はベアリングリングセグメントの数と比べて、より多くの棒鋼が前記浸炭炉の中で同時に浸炭される。

それにより、製造時間を短縮させ、費用を削減させ、及び複雑性を低減させることができる。これは、大きいサイズのベアリングリング（直径が０．５ｍ、１ｍ、２ｍ、３ｍ、さらに３ｍよりも大きい）に特に当てはまり、その場合、製造時間、費用、及び複雑性だけでなく、スペース要求、すなわち、工場及び必要とされる炉の大きさを低減させることができる。

本発明の別の実施形態によれば、前記方法は、複数の棒鋼をリングセグメントの形に成形するステップを含み、複数のリングセグメントが互いにフラッシュバット溶接されてリングが形成された場合、各リングセグメントは、リングの５０％、２５％、１５％または１５％未満の区間を構成する。注目すべきは、代替えとして、異なるサイズの複数のリングセグメントが互いに溶接されてもよいということである。

本発明の別の実施形態によれば、前記方法は、前記少なくとも１つの棒鋼が少なくとも１つのリングセグメントの形に成形される前に、当該少なくとも１つの棒鋼の外形を形成する（profiling）ステップを含む。前記少なくとも１つの棒鋼の外形を形成する前記ステップでは、前記少なくとも１つの棒鋼が、例えばガス切断や、レーザ切断、ウォータージェット切断、或いはプラズマ切断等の方法を使って所要の寸法に切断されてもよい。本発明の実施形態によれば、浸炭させる前記ステップは、前記外形を形成するステップの前に行われる。

本発明の実施形態によれば、浸炭させる前記ステップは、次のうちの少なくとも１つを均一に又は非均一に浸炭させることを含み、すなわち、前記少なくとも１つの棒鋼の、フラッシュバット溶接しようとする表面に隣接する表面の少なくとも一部と、前記少なくとも１つの棒鋼の、フラッシュバット溶接しようとする表面に隣接する表面全体と、前記少なくとも１つの棒鋼の全表面と、のうちの少なくとも１つを均一に又は非均一に浸炭させることを含む。

本発明の更なる実施形態によれば、前記少なくとも１つの棒鋼は、０．１０から１．１０重量％の、好ましくは、０．２から０．７重量％の、最も好ましくは、０．２から０．４重量％の炭素含有量を持つ鋼材で構成される。

本発明の実施形態によれば、前記方法は、フラッシュバット溶接する前記ステップの後に、例えばスラグ、酸化物及び溶融金属のうちの少なくとも１つなどの何等かの溶接堆積物を除去するステップを含む。

また、本発明は、端部を有する少なくとも１つの棒鋼を、例えば曲げるなどして、少なくとも１つのリングセグメントの形に成形するステップと、前記少なくとも１つのリングセグメントをフラッシュバット溶接してリングを作るステップと、によって製造されたベアリングリングに関する。フラッシュバット溶接継手部を通る半径方向の断面は、フラッシュバット溶接継手部で浸炭深さが増大していることを示しており、すなわち、フラッシュバット溶接部の近傍における浸炭層は、フラッシュバット溶接されずにただ浸炭されたベアリングリングの部分における浸炭層よりも深くなっている。

本発明の実施形態によれば、ベアリングリングは、ベアリングの内リング又は外リングを構成する。

また、本発明は、本発明の複数の実施形態のいずれかに係るベアリングリングを備えるベアリングに関する。前記ベアリングは、ころ軸受、ニードル軸受、円錐ころ軸受、球面ころ軸受、ドーナツ形ころ軸受、スラスト軸受、又は、何らかの利用のためのベアリングであって、その利用において例えば転がり接触や、組み合わされた転がり及び滑り等の交互のヘルツ応力を受けるベアリングであってもよい。例えば、前記ベアリングは、自動車用ウインド（automotive wind）の機械への応用、船舶への応用、金属製造への応用、或いは、高い耐摩耗性、若しくは増大された疲労強度及び引張強度、又はその両方が要求される他の機械への応用に使用することができる。

以下に、本発明について、添付の概略図を参照しながら、限定されない実施例を用いてさらに説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る方法のステップを図示している。 図２は、本発明の実施形態に係る方法のステップを図示している。 図３は、本発明の実施形態に係る方法のステップを図示している。 図４は、本発明の実施形態に係る方法のフラッシュバット溶接ステップ中の、溶接継手部の近傍における炭素の移動を図示している。 図５は、本発明の実施形態に係るフラッシュバット溶接ステップ後のベアリングリングを図示している。 図６は、本発明の実施形態に係るベアリングリングの半径方向の断面を図示している。 図７は、本発明の実施形態に係る方法の複数のステップを示している。 図８は、本発明の実施形態に係るベアリングを図示している。 図９は、本発明の異なる実施形態に従って浸炭することができる棒鋼の一部を図示している。 図１０は、本発明の異なる実施形態に従って浸炭することができる棒鋼の一部を図示している。 図１１は、本発明の異なる実施形態に従って浸炭することができる棒鋼の一部を図示している。

図面は、一定の縮尺で描かれてなく、ある特徴の寸法は、明瞭にする目的で拡大されている。

図１から３は、本発明の実施形態に係る方法の種々のステップを図示している。図１は、まず、互いに反対側にある２つの端部を有すると共に０．２〜０．４重量％の炭素含有量を持つ鋼からなる棒鋼１０を浸炭させて、浸炭された棒鋼１２を得ることを図示している。図示した実施形態では、棒鋼１０の表面全体が浸炭されている。しかしながら、棒鋼１０の１つ以上の表面の一部だけが浸炭されてもよい。例えば、互いに溶接させようとする棒鋼１０の端面１０ａ、１０ｂ、及び、その端面１０ａ、１０ｂに最も近い側面１０ｃ、１０ｄが浸炭されてもよい。つまり、棒鋼が、分解するように炭素を遊離させる別の材料の存在下で加熱された後に焼き入れによって急冷されるいくつかの従来の方法を使用して、棒鋼１０の表面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの少なくとも一部分が、均一又は非均一に浸炭され、連続的な又は非連続的な浸炭層を形成されてもよい。

注目すべきは、図示した実施形態に示された棒鋼１２の端部１２ａ、１２ｂは、棒鋼１２の側面１２ｃ、１２ｄに対して９０度の角度に形成された端部からなることである。しかしながら、棒鋼１２は、棒鋼１２の側面１２ｃ、１２ｄに対して９０度よりも大きい又は小さい角度に形成された端部１２ａ、１２ｂを備えてもよく、つまり、棒鋼１２は、斜めに傾斜した端部を備えてもよい。

本発明の代替の実施形態によれば、棒鋼１０は、開放環状のベアリングリングの形又はベアリングリングセグメントの形に成形されてもよく、そして、開放環状のベアリングリングの端部又はベアリングリングセグメントの端部をフラッシュバット溶接してリングを作る前に、開放環状のベアリングリング又はベアリングリングセグメントの少なくとも１つの表面の少なくとも一部が浸炭されてもよい。

図２は、浸炭された棒鋼１２を図示しており、この棒鋼１２は、浸炭された２つの端部１２ａ、１２ｂを有する開放環状のベアリングリング１４の形に成形されている。注目すべきは、浸炭された棒鋼１２がリングセグメントの形に成形されてもよいことであり、そうすることで、その後、２つ以上のリングセグメントが互いにフラッシュバット溶接されてベアリングリングを形成する。

図３は、互いにフラッシュバット溶接された開放環状のベアリングリングのうちの、浸炭された端部１２ａ、１２ｂを図示している。開放環状のベアリングリング１４の、浸炭された端部１２ａ、１２ｂは、制御された把持されると共に制御された速度で互いに突き合わされ、変圧器１６からの電流が流される。浸炭された２つの端部１２ａ、１２ｂの間にアークが生じる。フラッシュバット溶接工程の当初は、アークギャップ１８は、浸炭された２つの表面１２ａ、１２ｂを平らにすると共にきれいにするのに十分な幅がある。そのギャップ１８を縮小させて開閉させると、浸炭された２つの表面１２ａ、１２ｂに熱が発生する。浸炭された２つの表面１２ａ、１２ｂの温度が鍛造温度に達すると、図３のブロック矢印１９の方向に圧力がかかる（あるいは、移動可能な端部が固定端に対して進められる（forged））。浸炭された２つの表面１２ａ、１２ｂの間にフラッシュが発生し、それにより、図４の→２０で示すように、溶接部の炭素がベアリングリングの内側面及び外側面に向かって表面１２ａ、１２ｂから外へ半径方向に流出し、きれいな溶接継手部をもたらす。

例えば水、オイル、ポリマーによる焼き入れによる冷却後に、溶接されたベアリングリングの内面１２ｄ及び外面１２ｃに堆積した（図５に図示された）溶接堆積物２２が除去されてもよい。本発明の実施形態によれば、溶接されたベアリングリングは、二次熱処理及びアプセット力を受けて、その構造的完全性をさらに向上させてもよい。

図６は、本発明に係るベアリングリングのフラッシュバット溶接継手部を通る半径方向の断面２４、すなわち、図５に示された線２６に沿ってベアリングリングを切断することによって得られる半径方向の断面を図示している。半径方向の断面２４は、浸炭されていない材料からなる中央部分と、実質的に均一の厚さの浸炭された表面層３０と、を図示している。しかしながら、フラッシュバット溶接継手部の近傍で浸炭深さ３２が増大していることが認められる。

図７は、本発明の実施形態に従って棒鋼からベアリングリングを製造するための方法の種々のステップを示している。前記方法は、複数の端部を有する棒鋼の少なくとも１つの表面の少なくとも一部を浸炭させるステップと、前記棒鋼を開放環状のベアリングリングの形に成形するステップと、前記開放環状のベアリングリングの端部をフラッシュバット溶接するステップと、を含む。棒鋼は、リングの形に成形される前に外形を形成されてもよく、そのようにすることで、棒鋼の少なくとも一部を浸炭させるステップを、外形を形成するステップの前に又は後に実施することができる。

図８は、ベアリング３２の一例、つまり、直径１０ｍｍから数ｍｍまでのサイズがあり、且つ、数十グラムから何千トンまでの負荷容量を持つ転がり軸受けを示している。つまり、本発明に係るベアリング３２は、いかなる大きさであってもよく、いかなる負荷容量を持っていてもよい。ベアリング３２は、内リング３４と、外リング３６と、複数の転動体３８のセットと、を有しており、内リング３４及び外リング３６のうちの一方又は両方は、本発明に係るベアリングリングによって構成することができる。転がり軸受け３２の内リング３４、外リング３６、及び複数の転動体３８のうちの少なくとも１つ、好ましくは、転がり軸受け３２の転がり接触部品の全てが、０．２０から０．０４重量％の炭素を含有する鋼材から製造されている。

図９は、（フラッシュバット溶接しようとする）端面１２ａの少なくとも一部（Ｃ）及び側面１２ｃの一部（Ｃ）が浸炭されることで浸炭された端面１２ａの一部及び側面１２ｃの一部が互いに隣接している棒鋼１２を図示している。

図１０は、（フラッシュバット溶接しようとする）端面１２ａの少なくとも一部（Ｃ）及び側面１２ｃの全体が浸炭されている棒鋼１２を図示している。

図１１は、（フラッシュバット溶接しようとする）端面１２ａの全体及び側面１２ｃの全体が浸炭されている棒鋼１２を図示している。

注目すべきは、浸炭された端面１２ａ及び側面１２ｃの一部（Ｃ）が、必ずしも、図示した実施形態に示すように互いに隣接する必要が無いということである。また、注目すべきは、浸炭された部分（Ｃ）は、必ずしも、図示した実施形態に示すように均一に連続する層を形成する必要が無いということであり、すなわち、浸炭された表面にわたる浸炭深さは変化してもよく、例えば１つ以上のマスクが、浸炭しようとする表面の１つ又は複数の部分だけを浸炭するように使用されてもよい。

特許請求の範囲内における本発明の更なる変更は、当業者にとって明らかであるだろう。

１０・・・棒鋼
１２・・・棒鋼
１４・・・ベアリングリング

Claims (13)

1. 端部を有する少なくとも１つの棒鋼（１２）からベアリングリング（１４、３４、３６）を製造するための方法であって、前記少なくとも１つの棒鋼（１２）を少なくとも１つのベアリングセグメントの形に成形するステップと、前記少なくとも１つのリングセグメントをフラッシュバット溶接してリングを作るステップと、を含む方法において、
   フラッシュバット溶接する前記ステップの前に、前記少なくとも１つの棒鋼（１２）の、フラッシュバット溶接しようとする表面（１２ａ、１２ｂ）に隣接する表面（１２ｃ、１２ｄ）の少なくとも一部（Ｃ）を浸炭させるステップを含むことを特徴とする方法。
2. 前記少なくとも１つの棒鋼の、フラッシュバット溶接しようとする表面（１２ａ、１２ｂ）の少なくとも一部（Ｃ）を浸炭させるステップも含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 浸炭させる前記ステップが、前記少なくとも１つの棒鋼（１２）を前記少なくとも１つのリングセグメントの形に成形するステップの前に行われることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 複数の棒鋼（１２）を複数のリングセグメントの形に成形するステップを含み、前記複数のリングセグメントが互いにフラッシュバット溶接されてリングが形成された場合、各リングセグメントは、前記リングの５０％、２５％、１５％または１５％未満の区間を構成することを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つの棒鋼（１２）が前記少なくとも１つのリングセグメントの形に成形される前に、当該少なくとも１つの棒鋼（１２）の外形を形成するステップを含むことを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。
6. 浸炭させる前記ステップが、
   前記少なくとも１つの棒鋼の、フラッシュバット溶接しようとする表面（１２ａ、１２ｂ）に隣接する表面（１２ｃ、１２ｄ）の少なくとも一部と、
   前記少なくとも１つの棒鋼の、フラッシュバット溶接しようとする表面（１２ａ、１２ｂ）に隣接する表面（１２ｃ、１２ｄ）全体と、
   前記少なくとも１つの棒鋼の全表面（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）と、
   のうちの少なくとも１つを浸炭させることを含むことを特徴とする、請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの棒鋼（１２）が、０．１から１．１重量％の炭素含有量を持つ鋼材で構成されることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法。
8. 前記少なくとも１つの棒鋼（１２）が、０．２から０．７重量％の炭素含有量を持つ鋼材で構成されることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法。
9. 前記少なくとも１つの棒鋼（１２）が、０．２から０．４重量％の炭素含有量を持つ鋼材で構成されることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法。
10. フラッシュバット溶接する前記ステップの後に、溶接された前記ベアリングリングの表面に前記フラッシュバット溶接に起因して堆積した溶接堆積物（２２）を除去するステップを含むことを特徴とする、請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法。
11. 少なくとも１つの棒鋼を少なくとも１つのリングセグメントの形に成形し、且つ、前記少なくとも１つのリングセグメントの端
    部をフラッシュバット溶接することによって製造されたベアリングリング（１４、３４、３６）において、
    フラッシュバット溶接継手部（２２）を通る半径方向の断面（２４）が、前記フラッシュバット溶接継手部（２２）で浸炭深さ（３５）が増大していることを示していることを特徴とするベアリングリング。
12. ベアリング（３２）の内リング（３４）又は外リング（３６）を構成することを特徴とする、請求項１１に記載のベアリングリング。
13. 請求項１１または１２に記載のベアリングリング（３４、３６）を備えることを特徴とするベアリング（３２）。