JP2013542380A - フランジ付軸受リングと、当該フランジ付軸受リングの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、高炭素鋼から成る断面バーから製造されたフランジ付軸受リングであって、少なくとも１つのフラッシュバット溶接された結合部分を備えているフランジ付軸受リングにおいて、軸受リングには内周面及び外周面が形成されており、一方の周面には、転がり要素のための軌道が形成されており、軸受リングが、軸受リングを機械部材に固定するように構成されているフランジを備えており、フランジが、軸受リングから略ラジアル方向に突出している、フランジ付軸受リングに関する。さらに、本発明は、このような均質のフランジ付軸受リングを直線状の断面バーから製造するための方法に関する。本発明の利点は、均質のフランジ付軸受リングが単純且つ低コストの方法で得られることである。

Description

本発明は、フランジを備えている均質の転がり軸受リングに関する。さらに、本発明は、コスト効率が良い方法によってフランジを備えている均質の軸受リングを製造するための方法に関する。

一般に、軸受は、非回転式部材に取り付けられている回転式部材を支持及び保持するために利用される。回転式部材としては、例えば車両の車輪、風力タービンの羽根、及び洗濯機のドラムが挙げられる。利用の際には、様々な荷重が、すなわち静的荷重及び動的荷重の両方が軸受に作用する。静的荷重は、主に機械装置の重量に起因する一方、動的荷重は、機械装置の動作状態に起因する。軸受は、外側軌道を具備した外輪と、内側軌道を具備した内輪と、転がり要素とを備えている。

軸受が、外輪又は内輪にフランジを備えている場合がある。フランジは、軸受の位置決めを補助するために利用されるか、又は軸受を取り付けるために利用される。

フランジは、一般に軸受リングと共に機械加工される。このことは、小型の軸受にとっては問題ではないが、直径が０．５メートルより大きい大型の軸受にとっては問題となる。このような従来技術に基づく、フランジ付軸受リングを機械加工するための方法は非常にコスト高となるからである。機械装置及び工具に関するコストが高く、すべての余剰材料を取り除くために必要な時間に起因するコストも非常に高い。軸受が単一の金属片から機械加工されるからである。さらに、材料の浪費が莫大であるので、このことも、コスト及び持続可能性の予想に関して言えば欠点である。

別体のフランジを軸受リングに結合させることが知られている。軸受リングが別々に機械加工され、例えば溝や突起のような、結合を容易にすることができるアダプタを備えている。フランジは、別体の部品として機械加工され、溶接によって軸受リングに結合される。しかしながら、溶接された軸受リングの結合部品について、必要な機械的特性を達成することは困難である。溶接された結合領域は異なる機械的特性を有しているので、脆弱部を構成するだろう。従って、このような軸受の寸法は、脆弱部の機械的特性に従って決定する必要があるので、当該軸受は、同一の荷重について適用される溶接されていない軸受より大きく且つ重くなるだろう。

従って、フランジ付軸受リング及び当該フランジ付軸受リングの製造方法を改善する余地がある。

従って、本発明の目的は、高炭素鋼から成る断面バーから製造されたフランジ付軸受リングを提供することである。本発明では、軸受リングが、少なくとも１つのフラッシュバット溶接された結合部分を備えており、これにより、均質なフランジ付軸受リングを得ることができる。本発明のさらなる目的は、このような均質なフランジ付軸受リングを製造するための方法を提供することである。

本発明における当該課題を解決するための解決手段が、フランジ付軸受リングに関する請求項１の特徴部分に、転がり軸受に関する請求項８に、及び、製造方法に関する請求項１０に説明されている。他の請求項は、本発明におけるフランジ付軸受リング及び方法の優位な実施例及びさらなる発展形態を含んでいる。

本発明の目的は、高炭素鋼から成る断面バーから製造された軸受リングが、少なくとも１つのフラッシュバット溶接された結合部分を備えており、軸受リングには、内周面及び外周面が形成されており、及び、一方の周面には、転がり要素のための軌道が形成されている状態において、軸受リングが、軸受リングを機械部材に取り付けるように構成されている、圧延成形されたフランジをさらに備えており、フランジが、軸受リングから略ラジアル方向に突出している、フランジ付軸受リングを得ることである。

本発明における軸受リングの第１の実施例では、フランジを備えている軸受リングであって、軸受リング及びフランジが同一の高炭素鋼から成る材料の同一片から作られている、前記軸受リングが提供される。このようにして、均質なフランジ付軸受リングが提供されるので、軸受リングの特性を高めることができる。フラッシュバット溶接のために充填材料が利用されないので、溶接による結合部分は、軸受リングの残りの部分と同一の材料のみから成る。結合部分の特性は、溶接の際に発生する高温に起因して、フラッシュバット溶接工程の直後に若干変化するが、材料が均質であるので、適切な熱処理を実施した後には、このような変化は消滅する。軸受リング及びフランジは、好ましくは圧延成形によって形成されており、これにより断面バーが形成される。断面バーは、略直線状であっても、湾曲された部材として形成されても良い。

本発明におけるフランジ付軸受リングのさらなる優位な発展形態では、フランジは、軸受リングの中心からの方向において、軸受リングからラジアル方向外方に延在している。軸受のための取付フランジを提供するフランジが外方軸受リングから突出している場合には、これにより、軸受の外のり寸法が大きくなる。また、フランジは、内側軸受リングから外方に延在している。このようにして、フランジは、転がり軸受のための取付フランジとしても利用される場合がある。

本発明におけるフランジ付軸受リングのさらなる優位な発展形態では、軸受リングの内径が０．５メートルより大きい。より小さい軸受リングが、一層コスト安であり、一層容易に単一の金属片から機械加工することができるが、サイズを大きくすると、軸受リングを単一の金属片から機械加工するためのコストが、指数関数的に大きくなる。内径が０．５メートル以上の軸受リングについては、断面バーを形成するためのコスト、及び、断面バーを軸受リングにフラッシュバット溶接するためのコストは、同程度又はコスト安である。

本発明におけるフランジ付軸受リングのさらなる優位な発展形態では、軸受リングが、共にフラッシュバット溶接された複数のリング部品を備えている。軸受リングは、軸受リングを形成するために共に溶接されている２つ以上の半円状のリング部品を備えている。リング部品は、同時に共に溶接されるので、フランジ付軸受リングが直接形成される。このことは、より短いバー部品は一層容易に運搬及び形成することができるので、例えば円形状に至るまで曲げることができるので、優位である。

本発明におけるフランジ付軸受リングを製造するための方法は、フランジ付断面バーを形成するステップと、直線状の断面バーを環状部材となるまで曲げるステップと、フラッシュバット溶接によって環状部材の２つの端領域を共に溶接するステップとを備えている。

本発明について、添付図面に表わす実施例を参照しつつ、以下に詳述する。

本発明における軸受リングを結合する前においてフランジ付軸受リングとして形成されている断面バーを表わす。 本発明におけるフランジ付軸受リングを結合する最中における断面バーを表わす。 本発明におけるフランジ付軸受リングの第１の実施例の断面図である。 本発明におけるフランジ付軸受リングの他の実施例の断面図である。 本発明におけるフランジ付軸受リングの他の実施例の断面図である。 本発明におけるフランジ付軸受リングの他の実施例の断面図である。 本発明におけるフランジ付軸受リングの他の実施例の断面図である。 本発明における方法の流れ図である。

以下に説明するさらなる利点を具備した本発明における実施例は、単なる例示的なものとして理解すべきであり、特許請求の範囲によって定められる保護範囲を限定することを意図する訳ではない。

図１及び図２は、フランジ付軸受リングの一の製品例を表わす。図示の実施例では、外側軸受リングの２つの端部領域が共に結合されている。内側軸受リングも同様である。軸受リング１は、例えば強度、硬度、及び弾性に関して、軸受リングのために必要な機械的特性を有している高炭素鋼から形成されている。軸受リングのために利用される高炭素鋼の炭素含有率は、０．６７％より高い。軸受リングは、所望のフランジ付軸受リングの断面に対応する断面を有している断面バーから形成されている。断面バーは、圧延成形プロセスによって形成され、当該断面バーは、熱間圧延プロセス又は冷間圧延プロセスで形成されたロールである。断面バーは、直線状であっても湾曲していても良い。断面バーを圧延成形することによって、機械加工することと比較して優位な材料の流れが実現される。これにより、耐久性及び許容荷重が改善される。フランジは、転がり要素のための軌道輪郭と同時に形成されるか、又は連続処理で形成される。図３は、図１及び図２に表わす一例として利用される軸受リングの断面図である。

フランジ７は、当該例では、外側軸受リングの外周面１１から径方向外向きに延在している。外側軸受リングの内周面１２には、軌道８が形成されている。フランジ７の大きさ及び形状は、フランジ及び軸受リングの仕様に基づいて選択される。フランジ７は、比較的遠位に至るまで外側に延在している。また、フランジ７には取付を目的とした穴が形成されているか、又は、フランジ７は他の取付を目的として比較的低く且つ幅広とされる。また、フランジ自体は、意図する用途に基づいて様々な断面で形成可能とされる。図示の例では、フランジには取付穴１６が設けられている。取付穴１６は、軸受リング１が例えばドリル加工や溝加工を介して共に溶接される前に直線状に形成されるか、又は、軸受リング１が共に結合された後にフランジ７に形成される。

フランジ付軸受リングが最終形状に加工された場合には、フランジ付軸受リングを湾曲させることによって、第１の端部領域３の第１の端面５と第２の端部領域４の第２の端面６とを互いに当接させ、環状部材２を形成する。軸受リングは、第１のクランプツール９及び第２のクランプツール１０を具備するフラッシュバット溶接装置内に載置される。第１のクランプツール９及び第２のクランプツール１０は、フラッシュバット溶接のために給電する溶接変圧器の二次コイル１７に接続されている。溶接を実施する前に、第１の端部領域３及び第２の端部領域４が、第１のクランプツール９及び第２のクランプツール１０によって互いに対して押し付けられる。溶接を実施の際には、電力が、第１のクランプツール９及び第２のクランプツール１０に供給され、第１の端部領域３及び第２の端部領域４が、電力に起因して急速に加熱される。同時に、第１のクランプツール９及び第２のクランプツール１０が共にさらに押し付けられ、これにより軸受リングを結合する溶接ゾーン１８において、結合部分が形成される。フラッシュバット溶接を実施の際には、第１の端面５及び第２の端面６が加熱され、第１のクランプツール９及び第２のクランプツール１０が作用させる圧力によって、余分な材料は溶接ゾーン１８の両側に押し出される。余分な材料には、このようにして溶接ゾーン１８から押し出された不純物や酸化物が含まれているので、当該結合部分は、軸受リング１の残り部分の材料と略同一の特性を具備することになる。後の工程において、余分な材料は機械加工によって除去されるので、全周に亘って断面形状が一定な軸受リング１を得ることができる。充填材料を利用しないので、材料の組成が軸受リング１全体を通じて均質となる。軸受リング１を熱処理することによって、機械的性質も材料全体を通じて一様となるので、均質な材料から成ると共に脆弱領域を有しないフランジ付軸受リングを得ることができる。

充填材料を利用した一般的な溶接では、フランジを軸受リングに溶接する場合に満足ゆく結果を得ることができない。満足ゆく結果を得ることができない一因として、充填材料を利用した溶接において、軸受リングに利用される高炭素鋼が非常に利用困難であることが挙げられる。充填材料を利用すれば、軸受リング１とフランジ７との間において、フランジ付軸受リングの弱点を構成する異なる特性を具備する結合領域が必然的に形成される。このようなフランジ付軸受リングは、コスト及び性能が低い転がり軸受のために利用される場合がある。フラッシュバット溶接の利用についての他の利点としては、端部領域同士が共に押し付けられることによって充填材料が幾らか流入するので、溶接を実施する前に端面が完全に平行になっている必要が無いことが挙げられる。従って、断面バーは、正確に切断される必要は無く、如何なる直径を有するフランジ付軸受リングであっても、同一傾斜角の切り口を利用することができる。

図３〜図７は、フランジ付軸受リングの様々な実施例を表わす。図３は、外側軸受リングの第１の実施例の断面図である。図３では、フランジ７が外側軸受リングの外面１１の縁部のうち一の縁部に配設されている。外側軸受リングの内面１２には、軌道８が形成されている。フランジ７は、相対的に高く幅狭である。このような形状のフランジ７には、取り付けを目的とした取付穴が形成されている。また、当該フランジは、クランプ作用によって機械部材に取り付けられているか、及び／又は当該機械部材に対して位置決めされている。

図４は、フランジ付外側軸受リングの他の実施例の断面図である。図４では、フランジ７は、外側軸受リングの外面１１の縁部のうち一の縁部に位置決めされており、フランジ７は、比較的低く且つ幅広である。このような形状のフランジ７は、取付穴によって、又はクランプツールを利用したクランプ作用によって、取付を目的として利用される場合がある。当該例では、軸受リングの内周面１２には２つの軌道８が形成されている。

図５は、フランジ付外側軸受リングの他の実施例の断面図である。図５では、フランジ７は、外側軸受リングの外面１１の中央に位置決めされている。内周面１２には、軌道８が形成されている。このようなフランジ７は、取付を目的として利用される場合があり、この場合には、フランジ７には、取付穴が形成されている。また、当該フランジは、クランプ作用によって機械部材に取り付けられているか、及び／又は当該機械部材に対して位置決めされている。

図６は、フランジ付外側軸受リングの他の実施例の断面図である。図６では、フランジ７は、外側軸受リングの外面１１の縁部のうち一の縁部に位置決めされている。当該実施例では、軸受リング自体にも、取付を目的として利用可能な溝１５の形態をした、付加的な取付構造が形成されている。溝は、例えば圧延作業又は機械加工を通じて形成される。また、例えば突起、付加的な小さなフランジ、又は軸受リングの縁部に設けられた周囲凹所のような、他の付加的な取付構造であっても本発明の技術的範囲に属する。

図７は、フランジ付内側軸受リングの断面図である。内側軸受リングは、外周面１３と、当該実施例では２つの軌道が形成されている内周面１４とを備えている。当該実施例では、フランジ７は、内側軸受リングの内面１４の縁部のうち一の縁部に位置決めされており、外側軸受リングに向かって延在している。フランジ７は、外側軸受リングと内側軸受リングとの間における空間を完全に覆うように延在している。このようなフランジは、取付を目的として、外側軸受リングがハウジング構造体内に固定された場合に例えばホイールのような回転式部材を取り付けるために利用される場合がある。外側軸受リングは、外面１１と、当該実施例では２つの軌道８が形成されている内面１２とを備えている。

本発明におけるフランジ付軸受リングの優位点は、０．５メートル以上の内径を有している比較的大きなフランジ付軸受リングのために利用可能なことである。このことについての一の理由は、フランジを含む完全な軸受リングを単一のブロック材料から機械加工する必要があるので、このような大きい軸受リングのコストが単一のブロック材料から製造することに起因して高くなることである。本発明におけるフランジ付軸受リングの製造コストは、材料の浪費を回避することができるので、非常に低く抑えることができる。このようなフランジ付軸受リングを備えている転がり軸受は、例えば風力タービン用途におけるメインシャフトやギアボックス、及び、抄紙機のペーパローラーのような、特に重工業での利用に適している。

さらなる実施例では、軸受リングは、軸受リングを形成するために共にフラットバット溶接された２つ以上のフランジ付リング部品を備えている。言うまでもなく、軸受リングが、例えば１２０°の内角を有する３つの部品や９０°の内角を有する４つの部品のような、３つ以上の部品から作られていても良い。幾つかのフランジ付リング部品を利用することについての一の理由としては、比較的小さいリング部品を製造することが一層容易であることが挙げられる。例えば、短寸の部品を９０°に曲げることは、長寸の部品を３６０°に曲げることより容易である。これにより、フランジ付軸受リングについての精度が、特に軸受リングの真円度及びフランジの平面度についての精度が高められる。２つ以上のフランジ付リング部品が、フランジ付軸受リングを直接形成するために同時にフラットバット溶接される場合や環状の部材を形成するために順次連続的にフラットバット溶接される場合がある。

本発明におけるフランジ付軸受リングを製造するための方法の一の実施例について、図８に表わす流れ図に基づいて説明する。第１のステップ１００では、フランジを具備する断面バーは、直線状の断面バーを曲げる工程の前に、高炭素鋼から形成される。直線状の断面バーが、上述のように異なる方法で製造される場合があり、好ましくは圧延成形によって形成される。

ステップ１１０では、断面バーが、２つの端部領域を結合させた後における軸受リングの形状と略同一の形状の環状部材になるまで曲げられる。結合工程を開始する前において、環状部材は、端面同士が互いに対してプリロードを作用させるように、又は、断面同士の間に小さな間隙が存在するように曲げられる場合がある。また、環状部材は、環状部材を形成するために共にフラッシュバット溶接される２つ以上のリング部分を備えている。

ステップ１２０では、環状部材の端部領域同士が、フラッシュバット溶接プロセスによって互いに対して溶接される。

本発明は、上述の実施例に限定される訳ではない。多数の付加的な変形例及び改良例が、特許請求の範囲の技術的範囲内において実施可能とされる。

１ 軸受リング
２ 断面バー
３ 第１の端部領域
４ 第２の端部領域
５ 第１の端面
６ 第２の端面
７ フランジ
８ 軌道
９ 第１のクランプツール
１０ 第２のクランプツール
１１ 外輪外面
１２ 外輪内面
１３ 内輪外面
１４ 内輪内面
１５ 溝
１６ 取付穴
１７ コイル
１８ 溶接ゾーン

Claims (11)

1. 高炭素鋼から成る断面バーから製造された軸受リング（１）であって、少なくとも１つのフラッシュバット溶接された結合部分を備えている前記軸受リング（１）において、
   前記軸受リング（１）が、内周面（１２，１４）と外周面（１１，１３）とを備えており、
   前記内周面（１２，１４）及び前記外周面（１１，１３）のうち一方の周面には、転がり要素のための軌道（８）が形成されており、
   前記軸受リング（１）が、前記軸受リング（１）を機械部材に取り付けるように構成されている、圧延成形されたフランジ（７）を備えており、
   前記フランジ（７）が、前記軸受リング（１）から略ラジアル方向に突出していることを特徴とする軸受リング。
2. 前記フランジ（７）が、前記軸受リング（１）の中心から外方に向かう方向において、前記軸受リング（１）から突出していることを特徴とする請求項１に記載の軸受リング。
3. 前記フランジ（７）が、前記軸受リング（１）の外縁部に位置決めされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受リング。
4. 前記フランジ（７）が、前記軸受リング（１）の前記外周面（１１，１３）の中心から突出していることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受リング。
5. 前記フランジ（７）及び前記軸受リング（１）のうち少なくとも１つには、付加的な取付構造（１５）が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸受リング。
6. 前記フランジ（７）には、複数の取付穴（１６）が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の軸受リング。
7. 前記高炭素鋼の炭素含有率は、０．６７％より高いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の軸受リング。
8. 請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の少なくとも１つの前記軸受リング（７）を備えていることを特徴とする転がり軸受。
9. 前記転がり軸受の内径が、０．５メートルより大きいことを特徴とする請求項８に記載の転がり軸受。
10. 高炭素鋼から成る均質のフランジ付軸受リングを製造するための方法であって、
    圧延成形によって、高炭素鋼から成るバーからフランジを含む断面バーを形成するステップと、
    前記断面バーを環状部材又はリング部分に形成するステップと、
    フラッシュバット溶接によって、前記環状部材又は前記リング部分の端部領域同士を共に溶接するステップと、
    を備えていることを特徴とする方法。
11. 前記フランジを含んでいる前記断面バーが、略直線状の高炭素鋼から成るバーから形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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