JP7314700B2

JP7314700B2 - Rolling bearing and bearing ring repair method

Info

Publication number: JP7314700B2
Application number: JP2019144521A
Authority: JP
Inventors: 方奇ゴン; 努佐藤; 英幸宇山; 翔山岡; 剛野村; 貞幸田中
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2023-07-26
Anticipated expiration: 2039-08-06
Also published as: JP2021025599A

Description

本発明は、軌道面に摩耗や剥離などの損傷が生じた軌道輪の修復方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for repairing a bearing ring whose raceway surface has been damaged such as by wear or flaking.

工作機械および産業機械などの回転機械の回転軸は、転がり軸受により、ハウジングなどの使用時に回転しない部分に対して支持される。転がり軸受は、互いに対向する面に軌道面を全周にわたり有し、かつ、互いに同軸に配置された一対の軌道輪と、該一対の軌道輪の前記軌道面同士の間に転動自在に配置された複数個の転動体と、を備える。このような転がり軸受として、具体的には、主に径方向の荷重を支承するためのラジアル転がり軸受と、主に軸方向の荷重を支承するためのスラスト転がり軸受とがある。 Rotating shafts of rotating machines such as machine tools and industrial machines are supported by rolling bearings against portions that do not rotate during use, such as housings. A rolling bearing includes a pair of bearing rings that have raceway surfaces on surfaces facing each other over the entire circumference and are arranged coaxially with each other, and a plurality of rolling elements that are rollably arranged between the raceway surfaces of the pair of bearing rings. Specifically, such rolling bearings include radial rolling bearings for mainly supporting loads in the radial direction and thrust rolling bearings for mainly supporting loads in the axial direction.

ラジアル転がり軸受は、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有し、かつ、前記内輪の径方向外側に該内輪と同軸に配置された外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動自在に配置された複数個の転動体とを備える。 A radial rolling bearing includes an inner ring having an inner ring raceway on its outer peripheral surface, an outer ring having an outer ring raceway on its inner peripheral surface and arranged coaxially with the inner ring on the radially outer side of the inner ring, and a plurality of rolling elements arranged to be free to roll between the inner ring raceway and the outer ring raceway.

スラスト転がり軸受は、軸方向に対向する側面に軌道面を全周にわたり有し、かつ、互いに同軸に配置された一対の軌道輪と、該一対の軌道輪の前記軌道面同士の間に転動自在に配置された複数個の転動体と、を備える。 A thrust rolling bearing includes a pair of bearing rings which have raceway surfaces over the entire circumference on side surfaces facing each other in the axial direction and which are arranged coaxially with each other, and a plurality of rolling elements which are arranged so as to be free to roll between the raceway surfaces of the pair of bearing rings.

転がり軸受は、ラジアル転がり軸受であるか、スラスト転がり軸受であるかにかかわらず、荷重が負荷された状態で長時間使用すると、軌道面に摩耗が生じたり、金属疲労が生じて軌道面が剥離したりすることがある。軌道面に摩耗や剥離などの損傷が生じた場合には、前記軌道輪、または、該軌道輪を含む転がり軸受全体を交換することが考えられる。 Regardless of whether a rolling bearing is a radial rolling bearing or a thrust rolling bearing, if it is used for a long period of time under a load, the raceway surface may wear, or metal fatigue may occur, causing the raceway surface to flake off. When damage such as wear and flaking occurs on the raceway surface, it is conceivable to replace the bearing ring or the entire rolling bearing including the bearing ring.

ただし、回転機械の運用コストを低減する面からは、軌道輪や転がり軸受を交換するのではなく、摩耗や剥離などの損傷が生じた軌道面を修復したうえで、軌道輪を引き続き使用することが望ましい。特に、鉄鋼圧延機用ロールネック用軸受などの大型の軸受に対しては、このような要望が大きい。なお、ロールネック用軸受としては、例えば、大型の円すいころ軸受および円筒ころ軸受などが用いられている。 However, from the standpoint of reducing the operating costs of rotating machinery, it is desirable to continue using the bearing ring after repairing the raceway surface where damage such as wear and flaking has occurred, rather than replacing the bearing ring or rolling bearing. In particular, such a demand is great for large bearings such as roll neck bearings for steel rolling mills. As roll neck bearings, for example, large tapered roller bearings and cylindrical roller bearings are used.

特開２００３－２１１４７号公報（特許文献１）には、軌道輪の軌道面の表面層に予め取り代を設けておき、軌道面に損傷が生じた場合に、前記取り代を除去することで、転がり軸受を再生する方法が記載されている。しかしながら、特開２００３－２１１４７号公報に記載の方法では、取り代の厚さよりも深い損傷が生じた場合に、損傷を修復あるいは除去できなかったり、取り代の除去に伴い、転がり軸受の内部隙間が増大したりするといった問題を生じる。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-21147 (Patent Document 1) describes a method of remanufacturing a rolling bearing by providing a machining allowance in advance on the surface layer of the raceway surface of a bearing ring, and removing the machining allowance when the raceway surface is damaged. However, in the method described in JP-A-2003-21147, when damage deeper than the thickness of the machining allowance occurs, the damage cannot be repaired or removed, or the internal clearance of the rolling bearing increases as the machining allowance is removed.

特開２００３－２１１４７号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-21147

本発明は、上述のような事情に鑑み、軌道輪の軌道面の表面層に予め取り代を設けることなく、摩耗や剥離などの損傷が生じた軌道面を修復することができる、軌道輪の修復方法を実現することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the circumstances described above, it is an object of the present invention to provide a method for repairing a raceway ring that can repair a raceway surface damaged by wear, peeling, or the like without providing a machining allowance in advance on the surface layer of the raceway surface of the raceway ring.

本発明の転がり軸受は、
互いに対向する面に軌道面を全周にわたり有し、かつ、互いに同軸に配置された一対の軌道輪と、
前記一対の軌道輪の前記軌道面同士の間に転動自在に配置された複数個の転動体と、
を備え、
前記一対の軌道輪のうちの少なくとも一方の軌道輪は、前記軌道面を含む部分の表面部の１乃至複数箇所に、前記少なくとも一方の軌道輪を構成する基材とは異なる金属材料により構成された肉盛層と、該肉盛層の直下に存在する、前記肉盛層を構成する金属材料と前記基材を構成する金属材料との混合層とを備えることを特徴とする。 The rolling bearing of the present invention is
a pair of raceway rings having raceway surfaces over the entire circumference on surfaces facing each other and arranged coaxially with each other;
a plurality of rolling elements rollably arranged between the raceway surfaces of the pair of bearing rings;
with
At least one bearing ring of the pair of bearing rings has, at one or more locations on a surface portion including the raceway surface, a build-up layer made of a metal material different from a base material constituting the at least one bearing ring, and a mixed layer of a metal material constituting the build-up layer and a metal material constituting the base material, which is present directly under the build-up layer.

前記少なくとも一方の軌道輪の前記軌道面のビッカース硬さ（Ｈｖ）が、４５０以上であることが好ましく、５００以上であることがより好ましい。 The raceway surface of the at least one bearing ring preferably has a Vickers hardness (Hv) of 450 or more, more preferably 500 or more.

前記少なくとも一方の軌道輪の前記軌道面のうち、ビッカース硬さが６００未満である部分の幅（厚さ）が、１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．６ｍｍ以下であることがより好ましい。 The width (thickness) of the portion of the raceway surface of the at least one bearing ring having a Vickers hardness of less than 600 is preferably 1.0 mm or less, more preferably 0.6 mm or less.

前記少なくとも一方の軌道輪の前記軌道面は、０．３μｍ以下の算術平均粗さを有することができる。 The raceway surface of the at least one bearing ring may have an arithmetic mean roughness of 0.3 μm or less.

本発明の軌道輪の修復方法は、
軌道輪の元の軌道面の要修復箇所に、レーザ光源から発射されたレーザを照射し、かつ、前記要修復箇所に粉末溶材やワイヤ溶材などの溶材を供給することにより、前記要修復箇所の上に肉盛部を形成する、肉盛工程と、
前記肉盛部の表面を含む前記軌道面の全周に研磨加工を施す、研磨工程と、
を備えることを特徴とする。 The bearing ring repair method of the present invention includes:
a build-up step of irradiating a portion requiring repair on the original raceway surface of the bearing ring with a laser emitted from a laser light source and supplying a welding material such as a powder welding material or a wire welding material to the portion requiring repair, thereby forming a build-up portion on the portion requiring repair;
a polishing step of polishing the entire circumference of the raceway surface including the surface of the build-up portion;
characterized by comprising

前記肉盛工程を、前記軌道輪のうち、前記元の軌道輪を除く表面の少なくとも一部を拘束した状態で行うことができる。 The surfacing step can be performed in a state in which at least a portion of the surface of the bearing ring excluding the original bearing ring is restrained.

本発明の軌道輪の修復方法は、前記肉盛工程よりも前に、前記元の軌道面を脱脂洗浄する工程を備えることができる。 The raceway ring repairing method of the present invention can include a step of degreasing and cleaning the original raceway surface prior to the build-up step.

上述のような本発明の軌道輪の修復方法によれば、軌道輪の軌道面の表面層に予め取り代を設けることなく、摩耗や剥離などの損傷が生じた軌道面を修復することができる。 According to the bearing ring repairing method of the present invention as described above, it is possible to repair a raceway surface damaged by abrasion, peeling, or the like without previously providing a machining allowance on the surface layer of the raceway surface of the bearing ring.

図１は、本発明の実施の形態の第１例に係る円すいころ軸受を示す、部分切断斜視図である。FIG. 1 is a partially cut perspective view showing a tapered roller bearing according to a first embodiment of the invention. 図２は、図１のＸ部に相当する部分の拡大模式図である。FIG. 2 is an enlarged schematic diagram of a portion corresponding to the X section in FIG. 図３（Ａ）は、摩耗や剥離が発生した状態にある内輪軌道の要修復箇所を示す、部分拡大断面図であり、図３（Ｂ）は、要修復箇所に肉盛部を形成した状態を示す、部分拡大断面図であり、図３（Ｃ）は、肉盛部に研磨加工を施した後の状態を示す、部分拡大断面図である。FIG. 3(A) is a partially enlarged cross-sectional view showing a repaired portion of the inner ring raceway that is worn or peeled, FIG. 3(B) is a partially enlarged cross-sectional view showing a state in which a built-up portion is formed at the repaired portion, and FIG. 図４は、内輪軌道の要修復箇所に、レーザクラッディングにより肉盛部を形成する様子を示す、部分拡大模式図である。FIG. 4 is a partially enlarged schematic diagram showing a state in which a built-up portion is formed by laser cladding at a repair-required portion of the inner ring raceway. 図５は、レーザクラッディングを施す際に、変形防止治具により、内輪の内周面を拘束する様子を示す、断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing how the inner peripheral surface of the inner ring is restrained by a deformation prevention jig when laser cladding is applied. 図６は、本発明の対象となり得るスラスト転がり軸受の１例を示す、断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a thrust rolling bearing that can be the object of the present invention. 図７は、実施品について、軌道面に形成した凹部の形状を説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the shape of recesses formed in the raceway surface of the actual product. 図８（Ａ）は、実施品について、修復箇所の断面を撮影した顕微鏡写真であり、図８（Ｂ）は、新たな軌道面からの深さ約２００μｍ位置の円周方向のビッカース硬さとの関係を示す線図であり、図８（Ｃ）は、新たな軌道面からの深さ約２００μｍ位置の円周方向のモリブデン濃度との関係を示す線図である。FIG. 8(A) is a micrograph showing a cross section of a repaired portion of an implemented product, FIG. 8(B) is a diagram showing the relationship between Vickers hardness in the circumferential direction at a depth of about 200 μm from the new raceway surface, and FIG.

以下、本発明の実施の形態の１例について、図１～図５を用いて説明する。本例では、図１に示すように、転動体１として円すいころを使用した円すいころ軸受２の内輪３を、本発明の軌道輪の修復方法により修復した場合について説明する。 An example of an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. In this example, as shown in FIG. 1, a case where the inner ring 3 of a tapered roller bearing 2 using tapered rollers as the rolling elements 1 is repaired by the bearing ring repair method of the present invention will be described.

＜円すいころ軸受の構造＞
円すいころ軸受２は、外周面に内輪軌道４を全周にわたって有する内輪３と、内周面に外輪軌道５を全周にわたって有し、かつ、内輪３の径方向外側に該内輪３と同軸に配置された外輪６と、内輪軌道４と外輪軌道５との間に転動自在に配置された複数個の転動体１とを備える。 <Structure of tapered roller bearing>
The tapered roller bearing 2 includes an inner ring 3 having an inner ring raceway 4 on the entire circumference thereof, an outer ring 6 having an outer ring raceway 5 on the inner circumference thereof over the entire circumference and arranged coaxially with the inner ring 3 radially outside the inner ring 3, and a plurality of rolling elements 1 arranged between the inner ring raceway 4 and the outer ring raceway 5 so as to be free to roll.

本例では、内輪３は、本発明の軌道輪の修復方法により修復されている。内輪３は、基本的には修復前における元の内輪３ａを基材７として構成される。本例の内輪３は、内輪軌道４を含む部分の表面部の１箇所に、その表面側から、基材７とは異なる金属材料により構成された肉盛層８と、肉盛層８の直下に位置する部分に存在する、基材７を構成する金属材料と肉盛層８を構成する金属材料との混合層９とを備える。ただし、内輪３は、内輪軌道４を含む部分の表面部の複数箇所に、それぞれの表面側から、肉盛層８と、混合層９とを備えることもできる。 In this example, the inner ring 3 has been repaired by the bearing ring repair method of the present invention. The inner ring 3 is basically constructed using the original inner ring 3a before restoration as the base material 7 . The inner ring 3 of this example includes a build-up layer 8 made of a metal material different from that of the base material 7 and a mixed layer 9 of the metal material constituting the base material 7 and the metal material constituting the build-up layer 8, which is present in a portion positioned directly below the build-up layer 8 from the surface side, at one location on the surface portion of the portion including the inner ring raceway 4. However, the inner ring 3 can also be provided with build-up layers 8 and mixed layers 9 at a plurality of locations on the surface portion of the portion including the inner ring raceway 4 from each surface side.

基材７は、円筒形状を有し、かつ、外周面に、内輪軌道４のうちで肉盛層８に備えられた部分を除く大部分を有する。基材７は、ＳＵＪ２～４などの高炭素クロム鋼や、浸炭処理または浸炭窒化処理が施された高炭素クロム鋼、Ｓ５３Ｃなどの炭素鋼、ＳＣｒ４２０やＳＣＭ４２０などの浸炭鋼などの硬質金属からなる金属材料により構成されている。基材７は、修復する以前の状態では、単独で内輪３ａを構成し、元の内輪３ａは、その外周面に、元の内輪軌道４ａを有する。 The base material 7 has a cylindrical shape and has, on its outer peripheral surface, most of the inner ring raceway 4 excluding the portion provided for the build-up layer 8 . The base material 7 is made of hard metal such as high carbon chromium steel such as SUJ2 to 4, high carbon chromium steel subjected to carburizing treatment or carbonitriding treatment, carbon steel such as S53C, and carburized steel such as SCr420 or SCM420. Before being repaired, the base material 7 alone constitutes the inner ring 3a, and the original inner ring 3a has the original inner ring raceway 4a on its outer peripheral surface.

肉盛層８は、基材７の外周面のうち、元の内輪軌道４ａを含む部分の１箇所位置を覆っており、混合層９に接していない表面に、内輪軌道４の一部を有する。すなわち、修復後の内輪３は、基材７の外周面と肉盛層８の表面とに跨るように形成され、かつ、転動体１と転がり接触する、新たな内輪軌道４を有する。肉盛層８は、Ｆｅ基合金、Ｃｕ基合金、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金、炭素合金など、基材７との結合強度を十分に確保することができ、かつ、内輪軌道４の性能を十分に確保することができる金属材料により構成される。 The build-up layer 8 covers a portion of the outer peripheral surface of the base material 7 that includes the original inner ring raceway 4 a , and has a part of the inner ring raceway 4 on the surface that is not in contact with the mixed layer 9 . That is, the repaired inner ring 3 has a new inner ring raceway 4 that is formed so as to straddle the outer peripheral surface of the base material 7 and the surface of the build-up layer 8 and that is in rolling contact with the rolling elements 1 . The build-up layer 8 is made of a metal material such as an Fe-based alloy, a Cu-based alloy, a Ni-based alloy, a Co-based alloy, or a carbon alloy that can sufficiently secure the bonding strength with the base material 7 and sufficiently secure the performance of the inner ring raceway 4.

混合層９は、基材７を構成する金属材料と肉盛層８を構成する金属材料とが混合している層である。より具体的には、混合層９は、修復時に、元の内輪３ａの基材を構成する金属材料と、肉盛部８ａを構成する金属材料である粉末溶材１０が溶融し、混合して、凝固することにより形成される。すなわち、図４に示すように、レーザクラッディングにより肉盛層８を形成するには、レーザ光源から発射されたレーザ１１を、元の内輪軌道４ａのうち、損傷が生じて修復が必要になった要修復箇所１２に照射し、かつ、要修復箇所１２に粉末溶材１０を供給する。これにより、粉末溶材１０が加熱されて溶融し、凝固することにより肉盛部８ａが形成される。このとき、レーザ１１の照射によって、レーザ１１が照射された要修復箇所１２の表層部分に存在する金属材料が、融点以上になるまで加熱されて溶融し、溶融した粉末溶材１０と混合される。したがって、基材７と肉盛部８ａとの境界部分に、基材７を構成する金属材料と肉盛部８ａを構成する金属材料とが溶融し、混合した状態で凝固することにより、混合層９が形成される。混合層９は、肉盛部８ａを含む内輪３ａの外周面に研磨加工を施して、内輪軌道４の一部をその表面に有する肉盛層８を形成した後も、肉盛層８の直下に位置する部分に存在する。 The mixed layer 9 is a layer in which the metal material forming the base material 7 and the metal material forming the overlay layer 8 are mixed. More specifically, the mixed layer 9 is formed by melting, mixing, and solidifying the metal material forming the base material of the original inner ring 3a and the powdered welding material 10, which is the metal material forming the build-up portion 8a, during repair. That is, as shown in FIG. 4, in order to form the build-up layer 8 by laser cladding, a laser 11 emitted from a laser light source is irradiated to a portion 12 requiring repair due to damage in the original inner ring raceway 4a, and a powder welding material 10 is supplied to the portion 12 requiring repair. As a result, the powder welding material 10 is heated, melted, and solidified to form the build-up portion 8a. At this time, the laser 11 irradiation heats and melts the metal material present in the surface layer portion of the repair-requiring portion 12 irradiated with the laser 11 to a melting point or higher, and is mixed with the melted powder welding material 10. Therefore, the metal material forming the base material 7 and the metal material forming the buildup portion 8a melt and solidify in a mixed state at the boundary between the base material 7 and the buildup portion 8a, thereby forming the mixed layer 9. The mixed layer 9 is present in a portion located directly under the build-up layer 8 even after the outer peripheral surface of the inner ring 3a including the built-up portion 8a is polished to form the build-up layer 8 having a part of the inner ring raceway 4 on its surface.

内輪３は、混合層９の直下に位置する部分に、再焼入れ層１３を有し、再焼入れ層１３の直下に位置する部分に、再焼戻し層１４を有し、かつ、再焼戻し層１４よりも下側に位置する残部に、基層１５を有する。換言すれば、内輪３は、肉盛層８と基層１５との間に、上層側から順に、混合層９と、再焼入れ層１３と、再焼戻し層１４とを備える。 The inner ring 3 has a re-quenched layer 13 in a portion located directly below the mixed layer 9, a re-tempered layer 14 in a portion located directly under the re-quenched layer 13, and a base layer 15 in the remainder located below the re-tempered layer 14. In other words, the inner ring 3 includes the mixed layer 9 , the re-quenched layer 13 and the re-tempered layer 14 between the build-up layer 8 and the base layer 15 in this order from the upper layer side.

なお、層構造に関して、「下側」とは、基層１５の側をいい、「上側」とは、肉盛層８の側をいう。特定の層の「直下」に位置する層とは、特定の層に対し、基層１５の側に隣接する層のことをいう。 Regarding the layer structure, the “lower side” refers to the base layer 15 side, and the “upper side” refers to the build-up layer 8 side. A layer positioned “immediately below” a particular layer refers to a layer adjacent to the particular layer on the side of the base layer 15 .

再焼入れ層１３は、基材７のうち、レーザクラッディングにより肉盛層８を形成する際に、元の内輪軌道４ａの要修復箇所１２にレーザ１１を照射することに伴って、焼入れ温度以上、融点未満の温度に加熱されることで、再度焼入れが施された部分である。 The re-quenched layer 13 is a portion of the base material 7 that has been quenched again by being heated to a temperature equal to or higher than the quenching temperature and lower than the melting point as the laser 11 is irradiated onto the repair-required portion 12 of the original inner ring raceway 4a when the build-up layer 8 is formed by laser cladding.

再焼戻し層１４は、基材７のうち、レーザクラッディングにより肉盛層８を形成する際に、元の内輪軌道４ａの要修復箇所１２にレーザ１１を照射することに伴って、焼戻し温度以上、焼入れ温度未満に加熱されることで、焼戻しが施された部分である。 The re-tempered layer 14 is a portion of the base material 7 that has been tempered by heating above the tempering temperature and below the quenching temperature as the laser 11 is irradiated onto the repair-required portion 12 of the original inner ring raceway 4a when the build-up layer 8 is formed by laser cladding.

基層１５は、基材７のうち、レーザクラッディングにより肉盛層８を形成する際に、元の内輪軌道４ａの要修復箇所１２にレーザ１１を照射することに伴う熱の影響をほとんど受けていない部分、すなわち、焼戻し温度までは加熱されなかった部分である。 The base layer 15 is a portion of the base material 7 that is hardly affected by the heat accompanying the laser 11 irradiation of the repair-required portion 12 of the original inner ring raceway 4a when forming the overlay layer 8 by laser cladding, that is, the portion that is not heated to the tempering temperature.

本例は、内輪軌道４のビッカース硬さ（Ｈｖ）を、４５０以上、好ましくは５００以上とし、かつ、内輪軌道４のうち、ビッカース硬さが６００未満である部分の幅（厚さ）を、１．０ｍｍ以下、好ましくは０．６ｍｍ以下としている。 In this example, the Vickers hardness (Hv) of the inner ring raceway 4 is 450 or more, preferably 500 or more, and the width (thickness) of the portion of the inner ring raceway 4 having a Vickers hardness of less than 600 is 1.0 mm or less, preferably 0.6 mm or less.

本例では、内輪３は、肉盛層８と基層１５との間に、上層側から順に、混合層９と、再焼入れ層１３と、再焼戻し層１４とを有する。したがって、内輪軌道４のうち、肉盛層８に備えられた部分を囲む部分に、内側から順に、混合層９と、再焼入れ層１３と、再焼戻し層１４と、基層１５とが露出している。内輪軌道４に露出する部分のうち、肉盛層８、混合層９、再焼入れ層１３および基層１５は、十分な硬さ、すなわち、６００以上のビッカース硬さを有する。これに対し、再焼戻し層１４は、レーザ１１の照射に伴い焼戻しが施され、軟化した部分である。本例では、再焼戻し層１４のうちで硬さが最も低い部分のビッカース硬さを４５０以上とし、かつ、再焼戻し層１４のうち、ビッカース硬さが６００未満である部分の幅を、１．０ｍｍ以下としている。これにより、内輪軌道４の転がり疲れ寿命を十分に確保している。 In this example, the inner ring 3 has a mixed layer 9 , a requenched layer 13 , and a retempered layer 14 in order from the upper layer side between the buildup layer 8 and the base layer 15 . Therefore, the mixed layer 9, the re-quenched layer 13, the re-tempered layer 14, and the base layer 15 are exposed in order from the inside to the portion of the inner ring raceway 4 that surrounds the portion provided in the build-up layer 8. Of the portions exposed to the inner ring raceway 4, the build-up layer 8, the mixed layer 9, the requenching layer 13 and the base layer 15 have sufficient hardness, that is, Vickers hardness of 600 or more. On the other hand, the re-tempered layer 14 is a portion that has been tempered and softened by the irradiation of the laser 11 . In this example, the Vickers hardness of the lowest portion of the re-tempered layer 14 is set to 450 or more, and the width of the portion of the re-tempered layer 14 having a Vickers hardness of less than 600 is set to 1.0 mm or less. As a result, the rolling fatigue life of the inner ring raceway 4 is sufficiently ensured.

また、本例では、内輪軌道４の算術平均粗さ（Ｒａ）を、０．３μｍ以下、好ましくは０．２μｍ以下としている。これにより、円すいころ軸受２の運転時の振動や騒音を、所望の大きさ以下に抑えることができ、かつ、表面起点型剥離を生じにくくすることができる。 Further, in this example, the arithmetic mean roughness (Ra) of the inner ring raceway 4 is 0.3 μm or less, preferably 0.2 μm or less. As a result, vibration and noise during operation of the tapered roller bearing 2 can be suppressed to a desired level or less, and surface-originating flaking can be prevented.

＜内輪の修復方法＞
長期間の使用に伴って、元の内輪軌道４ａに摩耗や剥離などの損傷が生じた円すいころ軸受２を設置箇所から取り外して分解し、元の内輪３ａを取り出す。必要に応じて、まず、元の内輪３ａの外周面に備えられた元の内輪軌道４ａの表面のうち、少なくとも、摩耗や剥離などの損傷が生じて修復が必要となった要修復箇所１２を含む部分を、脱脂洗浄する。これにより、要修復箇所１２の表層部分に存在する油分を除去し、かつ、要修復箇所１２の表面に付着した摩耗粉、剥離屑などの異物や水分などを除去する。 <How to repair the inner ring>
The tapered roller bearing 2 whose original inner ring raceway 4a has been damaged such as wear and peeling due to long-term use is removed from the installation location and disassembled, and the original inner ring 3a is taken out. If necessary, first, of the surface of the original inner ring raceway 4a provided on the outer peripheral surface of the original inner ring 3a, at least the portion including the repair-required portion 12 that has been damaged such as wear and peeling and needs to be repaired is degreased and washed. As a result, the oil present in the surface layer portion of the portion to be repaired 12 is removed, and foreign matter such as abrasion powder and peeling debris adhering to the surface of the portion to be repaired 12 and moisture are removed.

元の内輪軌道４ａの表面のうち、要修復箇所１２を含む部分を脱脂洗浄する方法については、特に限定されない。例えば、溶剤脱脂や、アルカリ溶液に浸漬するアルカリ脱脂、アルカリ溶液中に浸漬した素材と電極との間に電流を通電する電解脱脂などにより行うことができる。付加的あるいは代替的に、レーザクリーニングを施したり、有機溶剤などにより洗浄した後、熱風乾燥や加熱乾燥などにより乾燥したりすることができる。必要に応じて、元の内輪軌道４ａのうち、要修復箇所１２を含む部分を脱脂洗浄する以前に、要修復箇所１２を含む部分に研磨加工（研削加工を含む）を施して、表面を平滑化することもできる。 The method of degreasing and cleaning the portion of the surface of the original inner ring raceway 4a that includes the portion to be repaired 12 is not particularly limited. For example, solvent degreasing, alkaline degreasing by immersion in an alkaline solution, electrolytic degreasing by passing an electric current between a material immersed in an alkaline solution and an electrode, or the like can be performed. Additionally or alternatively, laser cleaning may be performed, or after cleaning with an organic solvent or the like, drying may be performed by hot air drying, heat drying, or the like. If necessary, before degreasing and cleaning the portion of the original inner ring raceway 4a that includes the portion to be repaired 12, the portion including the portion to be repaired 12 is polished (including grinding) to smooth the surface.

次に、レーザクラッディングにより、元の内輪軌道４ａの要修復箇所１２を覆うあるいは塞ぐように、肉盛部８ａを形成する。図４に示すように、図示しないレーザ光源から発射されたレーザ１１を、元の内輪軌道４ａの要修復箇所１２に照射し、かつ、要修復箇所１２に、ノズル１６から粉末溶材１０を、シールドガスとともに吹き付けることにより供給する。レーザ１１を元の内輪軌道４ａに照射しつつ、粉末溶材１０を吹き付けると、元の内輪軌道４ａの要修復箇所１２を覆うあるいは塞ぐように、肉盛部８ａが形成される。同時に、元の内輪３ａ（基材７）のうち、レーザ１１が照射された元の内輪軌道４ａの表層部分に存在する金属材料と、肉盛部８ａを構成する金属材料である粉末溶材１０とが一緒に溶融されて、これらが混合した溶融池（モルテンプール）１７が形成される。そして、レーザ１１の照射および粉末溶材１０の供給を停止すると、溶融池１７を構成する金属材料が冷却されて凝固する。この結果、要修復箇所１２を覆うあるいは塞ぐように、肉盛部８ａが形成されると同時に、基材７と肉盛部８ａとの境界部分に、基材７を構成する金属材料と粉末溶材１０（肉盛部８ａを構成する金属材料）との混合層９が形成される。 Next, laser cladding is used to form a built-up portion 8a so as to cover or block the portion 12 requiring repair of the original inner ring raceway 4a. As shown in FIG. 4, a laser 11 emitted from a laser light source (not shown) is irradiated to a portion 12 requiring repair of the original inner ring raceway 4a, and a powder welding material 10 is supplied from a nozzle 16 to the portion 12 requiring repair by spraying it together with a shielding gas. When the powder welding material 10 is sprayed while irradiating the original inner ring raceway 4a with the laser 11, the built-up portion 8a is formed so as to cover or block the repair required portion 12 of the original inner ring raceway 4a. At the same time, of the original inner ring 3a (base material 7), the metal material present in the surface layer portion of the original inner ring raceway 4a irradiated with the laser 11 and the powdered welding material 10, which is the metal material forming the build-up portion 8a, are melted together to form a molten pool (molten pool) 17 in which these are mixed. When the irradiation of the laser 11 and the supply of the powdered welding material 10 are stopped, the metal material forming the molten pool 17 is cooled and solidified. As a result, the build-up portion 8a is formed so as to cover or block the repair-required portion 12, and at the same time, a mixed layer 9 of the metal material constituting the base material 7 and the powder welding material 10 (the metal material constituting the build-up portion 8a) is formed at the boundary between the base material 7 and the buildup portion 8a.

レーザクラッディングを行うために、レーザ１１を、要修復箇所１２に照射すると、元の内輪３ａ（基材７）のうち、要修復箇所１２の表層部分よりも下側に存在する部分の金属材料も加熱される。混合層９の直下に位置する部分は、焼入れ温度以上、融点未満の温度に加熱されることで、再度焼入れが施される。この結果、混合層９の直下に位置する部分には、再焼入れ層１３が形成される。 In order to perform laser cladding, when the laser 11 is irradiated to the repair required portion 12, the metal material of the portion of the original inner ring 3a (base material 7) that exists below the surface layer portion of the repair required portion 12 is also heated. The portion directly below the mixed layer 9 is quenched again by being heated to a temperature equal to or higher than the quenching temperature and lower than the melting point. As a result, a re-quenched layer 13 is formed in the portion located immediately below the mixed layer 9 .

さらに、再焼入れ層１３の直下に位置する部分は、焼戻し温度以上、焼入れ温度未満の温度に加熱されることで、焼戻しが施される。この結果、再焼入れ層１３の直下に位置する部分には、再焼戻し層１４が形成される。なお、再焼戻し層１４よりも下側に位置する基層１５は、加熱されたとしても、焼戻し温度未満であるため、組織変化はほとんど生じない。なお、図３および図４は、再焼入れ層１３および再焼戻し層１４を省略して示している。 Further, the portion located immediately below the re-quenched layer 13 is tempered by being heated to a temperature equal to or higher than the tempering temperature and lower than the quenching temperature. As a result, a re-tempered layer 14 is formed in a portion located immediately below the re-quenched layer 13 . Even if the base layer 15 located below the re-tempered layer 14 is heated, the temperature thereof is lower than the tempering temperature, so that the structure hardly changes. 3 and 4 are shown with the re-quenched layer 13 and the re-tempered layer 14 omitted.

レーザクラッディングにより、肉盛部８ａを、元の内輪軌道４ａの要修復箇所１２を覆うあるいは塞ぐように形成する際に、元の内輪３ａ（基材７）の表面のうち、元の内輪軌道４ａが存在する部分を除く少なくとも一部を拘束することができる。これにより、レーザ１１の照射によって発生する熱の影響により、基材７が変形することを抑えることができる。例えば、図５に示すように、元の内輪３ａ（基材７）に、円柱状の変形防止治具１８をがたつきなく内嵌して、元の内輪３ａの内周面を拘束することができる。元の内輪３ａ（基材７）の内周面に加えて、または、元の内輪３ａの内周面に代えて、元の内輪３ａの軸方向側面（軸方向片側面または軸方向両側面）を拘束することもできる。また、レーザ１１の照射によって発生する熱によっては、元の内輪３ａの変形がしなかったり、問題にならない程度であったりする場合には、変形防止治具１８の装着を省略することもできる。 When the laser cladding is used to form the build-up portion 8a so as to cover or close the repair required portion 12 of the original inner ring raceway 4a, at least a portion of the surface of the original inner ring 3a (base material 7) excluding the portion where the original inner ring raceway 4a exists can be restrained. As a result, deformation of the base material 7 due to the heat generated by the irradiation of the laser 11 can be suppressed. For example, as shown in FIG. 5, a columnar deformation prevention jig 18 can be fitted into the original inner ring 3a (base material 7) without looseness to restrain the inner peripheral surface of the original inner ring 3a. In addition to the inner peripheral surface of the original inner ring 3a (base material 7), or instead of the inner peripheral surface of the original inner ring 3a, the axial side surface of the original inner ring 3a (one axial side surface or both axial side surfaces) can be restrained. Moreover, if the heat generated by the irradiation of the laser 11 does not cause deformation of the original inner ring 3a or causes no problem, the mounting of the deformation prevention jig 18 can be omitted.

レーザ１１は、元の内輪軌道４ａの要修復箇所１２に所定時間だけ照射される。すなわち、レーザ１１の照射時間は、要修復箇所１２に存在する損傷の大きさや深さなどに応じて、適宜調整される。また、レーザ１１は、元の内輪軌道４ａの表層部分に存在する金属材料、および、粉末溶材１０を溶融できる程度の出力で、元の内輪軌道４ａに照射される。すなわち、レーザ１１の出力は、元の内輪軌道４ａの表層部分に存在する金属材料や粉末溶材１０、元の内輪３ａの外径寸法などに、適宜調整される。 The laser 11 irradiates the repair-needed portion 12 of the original inner ring raceway 4a for a predetermined time. That is, the irradiation time of the laser 11 is appropriately adjusted according to the size and depth of the damage present in the portion 12 to be repaired. Further, the laser 11 irradiates the original inner ring raceway 4a with an output that can melt the metal material present in the surface layer portion of the original inner ring raceway 4a and the powdered welding material 10 . In other words, the output of the laser 11 is appropriately adjusted according to the metal material and the powdered welding material 10 existing in the surface layer portion of the original inner ring raceway 4a, the outer diameter size of the original inner ring 3a, and the like.

粉末溶材１０は、Ｆｅ基合金、Ｃｕ基合金、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金、炭素合金などの金属粉末により構成される。粉末溶材１０は、元の内輪３ａの外径寸法や、形成すべき研磨前の肉盛部８ａの厚さおよび幅などに応じて、適切な量が供給される。なお、粉末溶材１０に代えて、ワイヤ溶材を使用することもできる。 The powder welding material 10 is composed of metal powder such as an Fe-based alloy, a Cu-based alloy, a Ni-based alloy, a Co-based alloy, and a carbon alloy. The powder welding material 10 is supplied in an appropriate amount according to the outer diameter of the original inner ring 3a, the thickness and width of the build-up portion 8a to be formed before polishing, and the like. A wire welding material may be used instead of the powder welding material 10 .

なお、レーザクラッディングを行う前に、元の内輪３ａ（基材７）を予熱しておくことが好ましい。ただし、予熱温度は焼戻し温度以下とすることが好ましく、具体的には２００度以下とすることが好ましい。すなわち、予熱温度が焼戻し温度を超えると、元の内輪３ａ（基材７）の表面に焼戻しが施されて、元の内輪３ａの表面の硬さが低下する可能性がある。および／または、レーザ１１の照射および粉末溶材１０の供給を複数回に分けて実施することができる。元の内輪３ａを予熱したり、レーザ１１の照射および粉末溶材１０の供給を複数回に分けたりすることにより、レーザ１１を元の内輪軌道４ａの要修復箇所１２に照射することに伴って、元の内輪３ａのうち、レーザ１１を照射された部分の温度が急激に変化して、当該部分に割れなどの破損が生じるのを防止することができる。 It is preferable to preheat the original inner ring 3a (base material 7) before laser cladding. However, the preheating temperature is preferably not higher than the tempering temperature, and specifically, preferably not higher than 200°C. That is, when the preheating temperature exceeds the tempering temperature, the surface of the original inner ring 3a (base material 7) is tempered, and the hardness of the surface of the original inner ring 3a may decrease. And/or, the irradiation of the laser 11 and the supply of the powdered welding material 10 can be performed in multiple times. By preheating the original inner ring 3a or dividing the irradiation of the original inner ring 3a and the supply of the powdered welding material 10 into multiple times, it is possible to prevent damage such as cracks from occurring in the portion of the original inner ring 3a irradiated with the laser 11 due to a rapid temperature change associated with the irradiation of the laser 11 onto the portion 12 requiring repair of the original inner ring raceway 4a.

なお、レーザクラッディングにより、肉盛部８ａを、元の内輪軌道４ａの要修復箇所１２を覆うあるいは塞ぐように形成する際に、要修復箇所１２の大きさによっては、レーザ１１の照射位置と粉末溶材１０の供給位置とを、周方向および／または軸方向に移動させることもできる。 When forming the build-up portion 8a by laser cladding so as to cover or close the repair required portion 12 of the original inner ring raceway 4a, depending on the size of the repair required portion 12, the irradiation position of the laser 11 and the supply position of the powder welding material 10 can be moved in the circumferential direction and/or the axial direction.

レーザクラッディングにより、要修復箇所１２を覆うあるいは塞ぐように肉盛部８ａを形成した後は、肉盛部８ａを含む内輪３ａの外周面に研磨加工を施すことにより、新たな内輪軌道４を形成して、修復後の内輪３を得る。新たな内輪軌道４を形成するための加工は、元の内輪３ａの外周面に、元の内輪軌道４ａを形成するための加工と基本的には同じである。本例では、肉盛部８ａを含む内輪３ａの外周面に砥石を押し付け、該砥石を、新たな内輪軌道４の母線形状（断面形状）の曲率中心を揺動させながら、肉盛部８ａを備える元の内輪３ａを、その中心軸を中心に回転させる。これにより、肉盛部８ａを含む元の内輪３ａの外周面に全周にわたって研磨加工を施して、新たな内輪軌道４を形成し、さらに、必要に応じて洗浄処理などを施すことで、修復後の内輪３を得る。 After the build-up portion 8a is formed by laser cladding so as to cover or block the repair required portion 12, the outer peripheral surface of the inner ring 3a including the build-up portion 8a is polished to form a new inner ring raceway 4, thereby obtaining the repaired inner ring 3. The processing for forming the new inner ring raceway 4 is basically the same as the processing for forming the original inner ring raceway 4a on the outer peripheral surface of the original inner ring 3a. In this example, a grindstone is pressed against the outer peripheral surface of the inner ring 3a including the build-up portion 8a, and the original inner ring 3a with the build-up portion 8a is rotated around its central axis while the center of curvature of the generatrix shape (cross-sectional shape) of the new inner ring raceway 4 is swung by the grindstone. As a result, the outer peripheral surface of the original inner ring 3a including the build-up portion 8a is polished over the entire circumference to form a new inner ring raceway 4, and if necessary, the inner ring 3 after restoration is obtained by performing a cleaning treatment or the like.

上述のようにして得られた修復後の内輪３を、外輪６および転動体１と組み合わせて、修復後の円すいころ軸受２を組み立て、その設置箇所に再度組み込む。内輪３が、円すいころ軸受２の使用時にも回転しない静止輪である場合には、内輪３の内輪軌道４に備えられた肉盛層８が負荷圏から外れた位置に配置することが好ましい。 The repaired inner ring 3 obtained as described above is combined with the outer ring 6 and the rolling elements 1 to assemble the tapered roller bearing 2 after repair, and the repaired tapered roller bearing 2 is assembled again at its installation location. If the inner ring 3 is a stationary ring that does not rotate even when the tapered roller bearing 2 is in use, it is preferable to arrange the build-up layer 8 provided on the inner ring raceway 4 of the inner ring 3 outside the load zone.

本例の修復方法では、長期間の使用に伴って、元の内輪軌道４ａに摩耗や剥離などの損傷が生じた場合に、内輪軌道４ａのうち、損傷が生じた要修復箇所１２を覆うように、肉盛部８ａを形成した後、肉盛部８ａを含む元の内輪３ａの外周面に研磨加工を施すことで、新たな内輪軌道４を形成して、修復後の内輪３を得る。すなわち、本例の修復方法では、特開２００３－２１１４７号公報に記載の技術のように、内輪軌道の表面層に予め取り代を設けておく必要がない。このため、本例の修復方法では、取り代の厚さよりも深い損傷が生じた場合に、損傷を修復（除去）できない、および／または、取り代の除去に伴い、軸受の内部隙間が増大するといった問題は生じない。 In the repair method of this example, when the original inner ring raceway 4a is damaged due to wear or peeling due to long-term use, a new inner ring raceway 4 is formed by forming a build-up portion 8a so as to cover the damaged portion 12 of the inner ring raceway 4a to be repaired, and then polishing the outer peripheral surface of the original inner ring 3a including the build-up portion 8a to form a new inner ring raceway 4, thereby obtaining the repaired inner ring 3. That is, in the repair method of this example, unlike the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-21147, it is not necessary to provide a machining allowance in advance on the surface layer of the inner ring raceway. Therefore, in the repair method of this example, when damage deeper than the thickness of the machining allowance occurs, the damage cannot be repaired (removed) and/or the internal clearance of the bearing increases due to the removal of the machining allowance.

本例では、レーザクラッディングにより肉盛部８ａを形成するため、基材７と肉盛部８ａ（肉盛層８）との境界部分に、基材７を構成する金属材料と肉盛部８ａ（肉盛層８）を構成する金属材料とが溶融凝固した混合層９を形成することができる。このため、基材７と肉盛層８とを混合層９を介して十分な強度で結合することができ、修復後の内輪軌道４の転がり疲れ寿命を十分に確保することができる。 In this example, since the buildup portion 8a is formed by laser cladding, a mixed layer 9 in which the metal material constituting the base material 7 and the metal material constituting the buildup portion 8a (the buildup layer 8) are melted and solidified can be formed at the boundary between the base material 7 and the buildup portion 8a (the buildup layer 8). Therefore, the base material 7 and the build-up layer 8 can be bonded with sufficient strength via the mixed layer 9, and the rolling fatigue life of the inner ring raceway 4 after repair can be sufficiently secured.

レーザクラッディングを用いて、元の内輪軌道４ａの要修復箇所１２の上に、肉盛部８ａを形成するため、レーザ１１の照射により、要修復箇所１２の表層部分に存在する金属材料が溶融する。したがって、要修復箇所１２の表層部分に、剥離に伴う亀裂が生じていた場合でも、該亀裂の周囲に存在する金属材料が溶融するので、亀裂を除去することができる。 Laser cladding is used to form the cladding portion 8a on the repair-required portion 12 of the original inner ring raceway 4a, so that the laser 11 irradiation melts the metal material present on the surface layer portion of the repair-required portion 12. Therefore, even if the surface layer portion of the portion 12 to be repaired has a crack due to detachment, the metal material existing around the crack melts, so the crack can be removed.

本例の修復方法によれば、円すいころ軸受２を修復して、再利用することができるため、円すいころ軸受２を新たに製造し、交換する場合と比較して、コストを低減することができ、かつ、二酸化炭素の排出量を削減することができる。 According to the repair method of this example, since the tapered roller bearing 2 can be repaired and reused, the cost can be reduced and the amount of carbon dioxide emissions can be reduced compared to the case where the tapered roller bearing 2 is newly manufactured and replaced.

本例の修復方法では、要修復箇所１２にのみ肉盛部８ａを形成するため、レーザクラッディングにより、内輪軌道を全周にわたり覆うように形成する場合と比較して、コストを低減することができ、かつ、二酸化炭素の排出量を削減することができる。 In the repair method of this example, since the build-up portion 8a is formed only at the repair-required portion 12, the cost can be reduced and the amount of carbon dioxide emissions can be reduced compared to the case where the inner ring raceway is formed to cover the entire circumference by laser cladding.

本例では、円すいころ軸受の内輪を修復する場合について説明したが、本発明の軌道輪の修復方法は、種々の転がり軸受を構成する軌道輪を対象とすることができる。すなわち、本発明の軌道輪の修復方法は、円すいころ軸受の外輪を対象とすることもできるし、転動体として円筒ころ（ニードルを含む）を使用したラジアルころ軸受の内輪および／または外輪、あるいは、玉を使用したラジアル玉軸受の内輪および／または外輪、あるいは、球面ころを使用したラジアル自動調心ころ軸受の内輪および／または外輪を対象とすることもできる。 Although the case of repairing the inner ring of a tapered roller bearing has been described in this example, the bearing ring repairing method of the present invention can be applied to bearing rings constituting various rolling bearings. That is, the method for repairing a bearing ring of the present invention can be applied to the outer ring of a tapered roller bearing, the inner ring and/or outer ring of a radial roller bearing using cylindrical rollers (including needles) as rolling elements, the inner ring and/or outer ring of a radial ball bearing using balls, or the inner ring and/or outer ring of a radial self-aligning roller bearing using spherical rollers.

本発明の軌道輪の修復方法は、図６に示すような、転動体１９として玉を使用したスラスト玉軸受２０の一対の軌道輪２１ａ、２１ｂのうちの一方または両方を対象とすることもできる。スラスト玉軸受２０は、軸方向に互いに対向する側面に軌道面２２ａ、２２ｂを全周にわたり有し、かつ、互いに同軸に配置された一対の軌道輪２１ａ、２１ｂと、軌道面２２ａ、２２ｂ同士の間に、保持器２３により保持された状態で転動自在に配置された複数個の転動体１９とを備える。ただし、本発明の軌道輪の修復方法は、転動体として円筒ころ（ニードルを含む）を使用したスラスト転がり軸受の軌道輪、あるいは、円すいころを使用したスラスト円すいころ軸受，あるいは球面ころを使用した自動調心ころ軸受の軌道輪を対象とすることもできる。 The bearing ring repair method of the present invention can be applied to one or both of a pair of bearing rings 21a and 21b of a thrust ball bearing 20 using balls as the rolling elements 19, as shown in FIG. The thrust ball bearing 20 includes a pair of bearing rings 21a and 21b which have raceway surfaces 22a and 22b on the side surfaces facing each other in the axial direction over the entire circumference and which are arranged coaxially with each other, and a plurality of rolling elements 19 which are arranged between the raceway surfaces 22a and 22b so as to be free to roll while being held by a retainer 23. However, the bearing ring repair method of the present invention can also be applied to bearing rings of thrust rolling bearings using cylindrical rollers (including needles) as rolling elements, thrust tapered roller bearings using tapered rollers, or bearing rings of self-aligning roller bearings using spherical rollers.

さらに、本発明の軌道輪の修復方法は、ラジアル転がり軸受の内輪若しくは外輪であるか、または、スラスト転がり軸受の軌道輪であるかにかかわらず、軌道面を２つ以上備える多列転がり軸受の軌道輪を対象とすることもできる。 Furthermore, the bearing ring repair method of the present invention can be applied to bearing rings of multi-row rolling bearings having two or more raceway surfaces, regardless of whether they are inner or outer rings of radial rolling bearings or bearing rings of thrust rolling bearings.

また、本発明の軌道輪の修復方法により、軌道面の複数箇所を修復することもできる。 In addition, the raceway ring repair method of the present invention can be used to repair a plurality of portions of the raceway surface.

本発明は、例えば、鉄鋼圧延機のロールネックを支持する転がり軸受など、大型で、かつ、大きな負荷を支承する転がり軸受に好ましく適用することができる。すなわち、大型の転がり軸受においては、本発明によるコスト低減効果および二酸化炭素の排出量削減効果が、特に顕著に得られる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be preferably applied to large-sized rolling bearings that support a large load, such as rolling bearings that support roll necks of steel rolling mills. That is, in large-sized rolling bearings, the cost reduction effect and the carbon dioxide emission reduction effect of the present invention can be obtained particularly remarkably.

本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。 Experiments conducted to confirm the effects of the present invention will be described.

本実験は、図６に示すようなスラスト玉軸受２０を、供試品として用いて行った。 This experiment was conducted using a thrust ball bearing 20 as shown in FIG. 6 as a sample.

実施品は、スラスト玉軸受２０の一方の軌道輪２１ａの軌道面２２ａの円周方向２箇所位置に、ドリルによる切削加工を施すことで、図７に示すような凹部（人工欠陥）２４を形成し、本発明の軌道輪の修復方法により修復することで得た。すなわち、凹部２４を有する軌道面２２ａの上に、レーザクラッディングにより肉盛部を形成した後、該肉盛部を含む軸方向側面に全周にわたって研磨加工を施し、新たな軌道面を形成することで、実施品を得た。 The embodied product was obtained by performing cutting with a drill at two positions in the circumferential direction of the raceway surface 22a of one raceway ring 21a of the thrust ball bearing 20 to form recesses (artificial defects) 24 as shown in FIG. That is, after forming a built-up portion by laser cladding on the raceway surface 22a having the recessed portion 24, the axial side surface including the built-up portion was subjected to polishing processing over the entire circumference to form a new raceway surface, thereby obtaining a working product.

供試品として使用したスラスト玉軸受２０の諸元、並びに、凹部２４の形状および実施品の修復条件は、以下のとおりである。
＜スラスト玉軸受２０の諸元＞
呼び番号：５１３０５
内径：２５（ｍｍ）
外径：５２（ｍｍ）
幅：１８（ｍｍ）
軌道輪２１ａ、２１ｂの材質：ＳＵＪ２
転動体１９の材質：ＳＵＪ２（浸炭窒化処理済み）
転動体１９の数：３個
転動体１９の直径（玉径）：９．５２５（ｍｍ）
＜凹部２４の形状＞
深さＤ：１（ｍｍ）
直径φ ：３（ｍｍ）
面取り角θ：１２０（度）
＜実施品の修復条件＞
（レーザクラッディングの条件）
レーザ１１の出力：４．０（ｋＷ）
粉末溶材１０の材質：ヘネガス社製Ｍ２ハイス鋼
粉末溶材１０の供給量：１２．６（ｇ／ｍｉｎ）
レーザ１１の照射回数：２
レーザ１１の照射時間：０．２５（秒／層） The specifications of the thrust ball bearing 20 used as a sample, the shape of the recess 24, and the repair conditions of the implemented product are as follows.
<Specifications of Thrust Ball Bearing 20>
Identification number: 51305
Inner diameter: 25 (mm)
Outer diameter: 52 (mm)
Width: 18 (mm)
Material of bearing rings 21a and 21b: SUJ2
Material of rolling elements 19: SUJ2 (carbonitrided)
Number of rolling elements 19: 3 Diameter of rolling elements 19 (ball diameter): 9.525 (mm)
<Shape of concave portion 24>
Depth D: 1 (mm)
Diameter φ: 3 (mm)
Chamfering angle θ: 120 (degrees)
<Restoration conditions for implemented products>
(Laser cladding conditions)
Output of laser 11: 4.0 (kW)
Material of powder welding material 10: M2 high-speed steel manufactured by Hennegas Amount of powder welding material 10 supplied: 12.6 (g/min)
Number of times of laser 11 irradiation: 2
Irradiation time of laser 11: 0.25 (seconds/layer)

なお、実施品について、修復後の軌道輪２１ａの新たな軌道面の算術表面粗さＲａを測定したところ、いずれも０．３μｍ以下であった。また、実施品について、修復後の軌道面２２ａのビッカース硬さ（Ｈｖ）は、４５０以上であり、かつ、該軌道面２２ａのうち、ビッカース硬さが６００未満である部分の幅は、１．０ｍｍ以下であった（図８（Ｂ）参照）。 When the arithmetic surface roughness Ra of the new raceway surface of the bearing ring 21a after restoration was measured for the implemented product, it was found to be 0.3 μm or less in all cases. In addition, the Vickers hardness (Hv) of the raceway surface 22a after restoration was 450 or more, and the width of the portion of the raceway surface 22a having a Vickers hardness of less than 600 was 1.0 mm or less (see FIG. 8B).

実施品について、修復後の軌道輪２１ａの断面を撮影した顕微鏡写真（図８（Ａ）参照）と、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて測定したモリブデン（Ｍｏ）濃度（図８（Ｃ）参照）とを比較すると、修復前の軌道輪である基材と、レーザクラッディングにより形成された肉盛部との境界部分で、Ｍｏ濃度が大きく変動していることが分かる。これにより、基材と肉盛層との境界部分に、基材を構成する金属材料と肉盛層を構成する金属材料とが溶融凝固してなる混合層が存在していることが確認された。 Comparing the photomicrograph (see FIG. 8A) of the cross section of the bearing ring 21a after repairing with the molybdenum (Mo) concentration (see FIG. 8C) measured using an electron probe microanalyzer (EPMA), it can be seen that the Mo concentration fluctuates greatly at the boundary between the base material, which is the bearing ring before repairing, and the build-up portion formed by laser cladding. As a result, it was confirmed that a mixed layer formed by melting and solidifying the metal material forming the base material and the metal material forming the build-up layer was present at the boundary between the base material and the build-up layer.

上述のような実施品について、転がり疲れ寿命を測定した。具体的には、以下に示す条件で実施品を運転した。
＜スラスト玉軸受２０の運転条件＞
潤滑油：ＩＳＯ－ＶＧ６８相当の鉱油（油浴方式）
試験荷重：５．３９（ｋＮ）（最大面圧：３．０（ＧＰａ））
回転数：１０００（ｒｐｍ） The rolling fatigue life was measured for the above-described practical products. Specifically, the product was operated under the conditions shown below.
<Operating Conditions of Thrust Ball Bearing 20>
Lubricating oil: Mineral oil equivalent to ISO-VG68 (oil bath method)
Test load: 5.39 (kN) (maximum surface pressure: 3.0 (GPa))
Rotation speed: 1000 (rpm)

実施品について、転がり疲れ寿命を測定したところ、３．０×１０^７回回転させても、転がり疲れ寿命にはならなかった。すなわち、スラスト玉軸受２０を３．０×１０^７回回転させた段階で、試験後の実施品を分解し、軌道面を確認したところ、軌道面に剥離などの損傷は見られなかった。この数値は、下記（１）式で表される転がり軸受の計算寿命Ｌよりも１．４倍程度長い値であり、十分な転動疲労寿命を有すると判断できる。
Ｌ＝（Ｃ／Ｐ）^３・・・（１）
なお、（１）式中、Ｐは動等価荷重を表し、Ｃは基本動定格荷重を表す。 When the rolling fatigue life of the practical product was measured, the rolling fatigue life did not reach even after 3.0×10 ⁷ rotations. That is, when the test product was disassembled after the thrust ball bearing 20 was rotated 3.0×10 ⁷ times and the raceway surface was checked, no damage such as peeling was found on the raceway surface. This numerical value is about 1.4 times longer than the calculated life L of the rolling bearing represented by the following formula (1), and it can be judged that the bearing has a sufficient rolling contact fatigue life.
L=(C/P) ³ (1)
In the formula (1), P represents a dynamic equivalent load, and C represents a basic dynamic load rating.

なお、本発明の技術的範囲からは外れるが、軌道輪の軌道面以外の部分が破損した場合であっても、レーザクラッディングにより、肉盛部を形成した後、該肉盛部の表面部を研磨して修復することができる。 Although it is out of the technical scope of the present invention, even if a portion other than the raceway surface of the bearing ring is damaged, it is possible to repair by polishing the surface portion of the welded portion after forming the welded portion by laser cladding.

１転動体
２円すいころ軸受
３、３ａ内輪
４、４ａ内輪軌道
５外輪軌道
６外輪
７基材
８肉盛層
８ａ肉盛部
９混合層
１０粉末溶材
１１レーザ
１２要修復箇所
１３再焼入れ層
１４再焼戻し層
１５基層
１６ノズル
１７溶融池
１８変形防止治具
１９転動体
２０スラスト玉軸受
２１ａ、２１ｂ軌道輪
２２ａ、２２ｂ軌道面
２３保持器
２４凹部 1 Rolling element 2 Tapered roller bearing 3, 3a Inner ring 4, 4a Inner ring raceway 5 Outer ring raceway 6 Outer ring 7 Base material 8 Overlay layer 8a Overlay part 9 Mixed layer 10 Solder powder 11 Laser 12 Area requiring repair 13 Requenching layer 14 Retempering layer 15 Base layer 16 Nozzle 17 Molten pool 18 Deformation prevention jig 19 Rolling Elements 20 Thrust Ball Bearings 21a, 21b Bearing Rings 22a, 22b Raceway Surfaces 23 Cage 24 Recesses

Claims

互いに対向する面に軌道面を全周にわたり有し、かつ、互いに同軸に配置された一対の軌道輪と、
前記一対の軌道輪の前記軌道面同士の間に転動自在に配置された複数個の転動体と、
を備え、
前記一対の軌道輪のうちの少なくとも一方の軌道輪は、前記軌道面を含む部分の表面部の１乃至複数箇所に、前記少なくとも一方の軌道輪を構成する基材とは異なる金属材料により構成された肉盛層と、該肉盛層の直下に存在する、前記肉盛層を構成する金属材料と前記基材を構成する金属材料との混合層とを備える、
転がり軸受。 a pair of raceway rings having raceway surfaces over the entire circumference on surfaces facing each other and arranged coaxially with each other;
a plurality of rolling elements rollably arranged between the raceway surfaces of the pair of bearing rings;
with
At least one bearing ring of the pair of bearing rings includes a build-up layer formed of a metal material different from a base material forming the at least one bearing ring, and a mixed layer of a metal material constituting the build-up layer and a metal material constituting the base material, which is present directly under the build-up layer, at one or more locations on a surface portion of a portion including the raceway surface.
rolling bearing.

前記少なくとも一方の軌道輪の前記軌道面のビッカース硬さが、４５０以上である、
請求項１に記載の転がり軸受。 The raceway surface of the at least one bearing ring has a Vickers hardness of 450 or more,
A rolling bearing according to claim 1 .

前記少なくとも一方の軌道輪の前記軌道面のうち、ビッカース硬さが６００未満である部分の幅が、１．０ｍｍ以下である、
請求項２に記載の転がり軸受。 The width of a portion of the raceway surface of the at least one bearing ring having a Vickers hardness of less than 600 is 1.0 mm or less.
A rolling bearing according to claim 2.

前記少なくとも一方の軌道輪の前記軌道面が、０．３μｍ以下の算術平均粗さを有する、
請求項１～３のいずれかに記載の転がり軸受。 The raceway surface of the at least one bearing ring has an arithmetic mean roughness of 0.3 μm or less,
A rolling bearing according to any one of claims 1 to 3.

軌道輪の元の軌道面の要修復箇所に、レーザ光源から発射されたレーザを照射し、かつ、前記要修復箇所に溶材を供給することにより、前記要修復箇所の上に肉盛部を形成する、肉盛工程と、
前記肉盛部の表面を含む前記軌道面の全周に研磨加工を施す、研磨工程と、
を備える、
軌道輪の修復方法。 a build-up step of forming a build-up portion on the portion requiring repair by irradiating the portion requiring repair on the original raceway surface of the bearing ring with a laser emitted from a laser light source and supplying a welding material to the portion requiring repair;
a polishing step of polishing the entire circumference of the raceway surface including the surface of the build-up portion;
comprising
How to repair raceway rings.

前記肉盛工程を、前記軌道輪のうち、前記元の軌道面を除く表面の少なくとも一部を拘束した状態で行う、
請求項５に記載の軌道輪の修復方法。 The surfacing step is performed in a state in which at least a portion of the surface of the bearing ring excluding the original raceway surface is constrained,
A method for repairing a bearing ring according to claim 5.

前記肉盛工程よりも前に、前記元の軌道面を脱脂洗浄する工程を備える、
請求項５または６に軌道輪の修復方法。 A step of degreasing and cleaning the original raceway surface before the overlaying step,
A method for repairing a bearing ring according to claim 5 or 6.