JPS5819427B2 - ロ−ラ製作法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は車輪やローラの接触面下を硬化するローラ製作
法に関する。

一般に車輪やローラが、相手ローラやレールに接触して
回転すると、負荷が変ったり、相手ローラの踏面の曲率
が変るところから接触に伴なうせん断応力の最大値と同
最大値の生じる深さが変ることが知られている。

従って、車輪やローラの接触面から内部へ向って一定深
さに高硬度が要求されることになる。

しかしながらこの様な変則的な硬さを得るには従来の熱
処理技術では実現困難であった。

つまりこの熱処理技術には「ずぷ焼入法」 「浸炭焼入
法−１等があるが、熱処理変形、製作コストの面で問題
があった。

また、車輪やローラの径を大きくして面圧を下げる方法
もあるが、やはりコスト高になる欠点があった。

そこで本発明は従来法に代り、複数個（または複数条件
）のローラまたは平板と被加工ローラを負荷転動させる
ことにより、各条件で得られる加工硬化の最大値を包絡
する内部の硬度分布が得られる点に着眼し、これを利用
したローラ製作法を提供することを目的としたものであ
る。

・ 本発明は水門扉用車輪レールその他ころがり接触部
分を含む機械要素全般（カム、歯車等）に適用できるも
のである。

本発明を図面に従いながら以下詳細に説明する。

２円筒または円筒と平板を互いに接触させて負荷転動さ
せると、接触面の弾性変形により第１図に示すようなヘ
ルツ応力（だ円分布）が発生することが知られている。

ヘルツ応力の最大値Ｐｍ ａｘとヘルツの接触幅２ｂは
、接触する材料のポアソン比を０．３とすると次式で表
わせる。

１ ここでＰ：荷重、ｌ：ローラ有効幅、Ｅ：等価１
１ １ 弾性係数−一−＋ −（Ｅｌ、Ｅ２：夫々のローラＥ１
Ｅ２ １ １ １ の弾性係数）、Ｒ：相対曲率半径−一−十−Ｒ１Ｒ２ １（Ｒ，、Ｒ，２：各ローラの曲率半径）更に転勤時に
生じるせん断応力は内部で最大振幅となり、その値は、
両振りせん断応力τｘｙ＝０、２５ Ｐｍａｘ （深さ
０．５ｂ）片振りせん断応力τ４５°＝０．３０Ｐｍａ
ｘ（深さ０．７８６ｂ）である。

； なお、この値は接触面に接線力が作用しない場合で
ある。

接線力が作用する場合はややこの値が異って来るが、摩
擦係数０．１程度迄は数％しか変わらず、一般の純ころ
がり接触面に対しては上記の式を適用して実用上、問題
は無い。

次に材料のせん断降伏点をτにとする。

内部が加工硬化するのけて４５°（またはτｘｙ）≧τ
にとなる領域で、負荷転勤後の典型的な硬度分布パター
ンは第２図のようになる。

Ｈｖｌは初期硬度、Ｈｖ２は負荷転勤後（加工硬化後）
の最大硬度である。

α−Ｈｖ２／Ｈｖｌは実働時のβ−τ４５°／τｋ、転
勤繰返し数ｎに依存し、βやｎが増す程αは大きくなる
。

βの限界はτ４５°が材料のせん断強さ迄、ｎは５×１
０６回迄がαの増加に寄与できる。

第２図の硬度分布で、最大値が生じる深さはτＸｙ１
τ４５°が最大となる深さに対応しており、深さｙ−（
ｏ、５〜０．７８６）ｂである。

すなわち、最大硬度Ｈｖ２や深さｙは０式の各値及び繰
返し数ｎによって一義的に決まる性質をもつ。

なお、加工ローラは、被加工硬化ローラよりも硬度をは
るかに高くする必要がある。

次にその実施例を説明する。

第３図は、曲率半径の異る加工ローラＡＢＣを用い、荷
重Ｐを変化して、被加工硬化ローラＤと、夫々のローラ
ＡＢＣと組合わせた場合のヘルツ応力Ｐｍａｘを同じに
した場合である。

この夫々のローラＡＢＣと組合わせた場合は、３本の硬
度分布が生じるが、最終的には第４図４の実線の分布に
なる。

この実線の形は、加工ローラＡＢＣの順序に依らない。

これは一旦加工硬化すれば降伏点が上昇し、次に初期降
伏点を超えた応力が作用しても、その値が加工硬化後の
降伏点以下であれば、伺の加工硬化も付与されないこと
に依る。

次に第３図と同様の加工ローラＡＢＣを用い、荷重Ｐを
一定とした場合には、第５図に実線で示されるような硬
度分布となる。

このように、荷重Ｐ、相対曲率半径Ｒ１等価弾性係数Ｅ
、ローラ有効幅ｌ、転動（り返し数ｎを適当に変えて行
； き、それらを組合わせれば、はぼ任意の内部硬さを
もつローラを製作することができる。

このようにして製作したローラの使用面圧は、面圧と直
線的な関係にあるせん断応力が、加工硬化後の材料のね
じり疲労限を超えなげれば実用上９問題ない。

なお、ねじり疲労限を超える場合は繰返し数を規定する
必要がある。

内部が加工硬化することは、その硬度上昇分だけ降伏点
が上昇し、事実上材料が強化されたことになる。

したがって本発明によれば直径が異なる複数個の加工ロ
ーラ５を被加工ローラの表面に異なる押圧力で接触させ
ながら転勤をくり返し、被加工ローラの内部を一定性さ
にわたって硬化することによりローラを製作するので、
熱処理変形や製作コストの問題を解決でき、またローラ
径（寸法）を大きくして面圧９を下げる必要もなく、コ
ンパクトな高強度ローラが安価に得られる。

特に機械加工を行なわず内部のみの加工硬化ができるの
で、製作時、使用中のものいずれに対しても容易に転り
強度の上昇を実施できる。

５図面の簡単な説明 第１図は２円高を負荷転動した場合のヘルツ応力を示す
要部斜視図、第２図は負荷転勤後の硬度分布を示す表面
からの深さ一内部かたさ関係図、第３図は本発明の実施
例を示す模式図、第４図はフ荷重変化した場合の表面か
らの深さ一内部かたさ関係図、第５図は荷重一定にした
場合の表面からの深さ一内部かたさ関係図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直径が互に異なる複数個の加工ローラを、被加工ロ
   ーラの表面に異なる押圧力で接触させながら転勤をくり
   返し、前記被加工ローラの内部を一定深さにわたって硬
   化させるようにしたことを特徴とするローラ製作法。