WO2017073327A1 - 複列円すいころ軸受、軌道輪および複列円すいころ軸受の製造方法 - Google Patents

複列円すいころ軸受、軌道輪および複列円すいころ軸受の製造方法 Download PDF

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row tapered
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径生 堀
鳥澤　秀斗
敬史 結城
大木　力
和寛 八木田
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Definitions

  • This invention relates to a method for manufacturing a double row tapered roller bearing, a raceway ring, and a double row tapered roller bearing.
  • a bearing for a wind power generator for example, a main bearing that supports a shaft that transmits the rotational power of the blade, in addition to the load component caused by the weight of the blade and the rotor, the load component caused by the wind load also acts. That is, an axial load acts on the bearing in addition to the radial load. Therefore, it has been conventionally proposed to use a double-row tapered roller bearing as a bearing for a wind power generator (see, for example, JP-T-2008-546948).
  • a plurality of bolt holes are formed in the outer ring of a double row tapered roller bearing applied to a wind power generator, and the bolt holes are inserted through the outer ring. It is fixed to surrounding parts such as a wind power generator housing with bolts. Similarly, a bolt hole may be formed on the inner ring of the double row tapered roller bearing.
  • the plurality of bolt holes formed in the outer ring or the like requires high positional accuracy in order to accurately fix the double row tapered roller bearing to the surrounding parts. Therefore, if the bolt hole is formed after the heat treatment for the outer ring or the like is completed, there is no need to consider the deformation of the outer ring accompanying the heat treatment as in the case of forming the bolt hole before the heat treatment, and the work efficiency is also improved. Can be made. On the other hand, if the hardness of the outer ring or the like is increased by heat treatment, the machinability is lowered and machining becomes difficult. That is, when bearing steel is used as a material for an outer ring or the like and general quenching is performed as a heat treatment, there is a problem that it is difficult to process the above-described bolt hole.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a double-row tapered roller bearing with reduced manufacturing costs.
  • the double-row tapered roller bearing according to the present disclosure includes an outer ring that is a raceway having an annular shape, an inner ring that is disposed on the inner peripheral side of the outer ring and has a ring shape, and rollers.
  • the inner ring has two rows of grooves with the bottom surface serving as a rolling surface on the outer peripheral surface facing the outer ring.
  • the roller is a conical roller that is disposed in the groove so as to be in contact with the rolling surface of the inner ring and is in contact with the outer ring.
  • the region adjacent to the groove is a hardened region extending from the inner peripheral surface of the groove to the region, and is disposed at a position farther from the groove than the hardened region and has a lower hardness than the hardened region. And a cured region.
  • a method of manufacturing a bearing ring according to the present disclosure is a method of manufacturing a bearing ring of a double row tapered roller bearing, the step of preparing a molded body, the step of forming a heating region, the step of cooling, and the step of removing With.
  • a formed body is prepared, which is made of steel and has an annular groove formed on the outer peripheral surface, the bottom surface of which should be the rolling surface of the race.
  • the heating region including the bottom surface of the groove and heated to a temperature of A 1 point or higher is formed by induction heating of the molded body.
  • the entire heating region is simultaneously cooled to a temperature below the M s point.
  • a region adjacent to the groove in the molded body includes a surplus portion extending outward from a position to be the outer peripheral surface of the race.
  • the surplus portion is removed from the molded body after the cooling step.
  • a method of manufacturing a double-row tapered roller bearing according to the present disclosure includes a step of preparing a bearing ring, a step of preparing a tapered roller, and a step of assembling a double-row tapered roller bearing by combining the bearing ring place. .
  • the bearing ring is manufactured by the above-described manufacturing method of the bearing ring.
  • FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view taken along line II-II shown in FIG. It is a schematic diagram for demonstrating the wind power generator to which the double row tapered roller bearing shown in FIG. 1 is applied. It is a flowchart which shows the outline of the manufacturing method of the race of the double row tapered roller bearing shown in FIG. 1, and a double row tapered roller bearing. It is a cross-sectional schematic diagram of a molded object. It is a partial cross section schematic diagram of a molded object. It is a schematic diagram for demonstrating a hardening hardening process.
  • FIG. 8 is a schematic sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. It is a schematic diagram for demonstrating a finishing process. It is a partial cross-section schematic diagram of the bearing ring as a comparative example.
  • the double-row tapered roller bearing shown in FIG. 1 and FIG. 2 includes an outer ring 2 that is a race ring having an annular shape, and an inner ring 5 that is disposed on the inner peripheral side of the outer ring 2 and is a race ring having an annular shape.
  • a plurality of rollers 6 as rolling elements and a cage 7 that prescribes the arrangement of the plurality of rollers 6 are mainly provided.
  • Bolt holes 8 are formed in the outer ring 2.
  • the bolt hole 8 is formed to extend along the thrust direction of the double row tapered roller bearing.
  • the outer ring 2 is formed with two rolling surfaces on the inner peripheral surface thereof.
  • the two rolling surfaces include a hardened region 15. Further, the portion other than the portion where the hardened region 15 is formed in the outer ring 2 is a non-hardened region 18 having a hardness lower than that of the hardened region 15.
  • the inner ring 5 includes two inner ring members 3 a and 3 b and an inner ring spacer 4.
  • the two inner ring members 3a and 3b each have an annular shape.
  • the inner ring spacer 4 has an annular shape and is disposed between the inner ring members 3a and 3b.
  • the inner ring spacer 4 may not be provided.
  • a groove 19 having a bottom surface serving as a rolling surface is formed on the outer peripheral surface 16 facing the outer ring 2. That is, the inner ring 5 is formed with two rows of grooves 19.
  • the outer peripheral surface 16 means a surface portion extending along the central axis of the roller 6 in the inner ring members 3a and 3b.
  • the roller 6 is disposed inside the groove 19 so as to be in contact with the rolling surface of the inner ring 5 and is in contact with the outer ring 2.
  • the roller 6 is a conical roller.
  • a non-cured region 18 having a lower hardness than the cured region 15.
  • the region adjacent to the groove 19 on the outer peripheral surface 16 of the inner ring 5 shown in FIG. 2 is a region that sandwiches the groove 19 in the direction along the central axis 25 of the inner ring 5 and extends along the central axis of the roller 6.
  • the outer peripheral surface 16 of the inner ring 5 is adjacent to the annular groove 19 and has a hardened region 15 formed along the groove 19.
  • the boundary 17 between the hardened region 15 and the non-hardened region 18 is annularly arranged along the groove 19.
  • the hardened region 15 is formed so as to extend from the bottom and side surfaces of the groove 19 to the outer peripheral surface 16.
  • the angle ⁇ between the bottom surface of the groove 19 which is a rolling surface and the central axis 25 of the inner ring 5 is 40 ° or more and 50 ° or less. Further, the angle ⁇ may be 45 °.
  • the outer peripheral surface 16 of the inner ring 5 includes the non-cured region 18, so that machining such as drilling can be easily performed on the non-cured region 18. It can be carried out.
  • wheel 2 similarly has the non-hardening area
  • the angle ⁇ between the bottom surface of the groove 19 that is a rolling surface and the central shaft 25 of the inner ring 5 is 40 ° or more and 50 ° or less, and therefore only the double row tapered roller bearing 1.
  • a large working point distance can be obtained. For this reason, by applying the double-row tapered roller bearing 1 as a main shaft bearing of a wind power generator, a plurality of cylindrical roller bearings are applied as main shaft bearings. The size of the bearing portion can be reduced.
  • the wind power generator 10 mainly includes a main shaft 22, a blade 30, a speed increaser 40, a generator 50, and a main bearing 60.
  • the speed increaser 40, the generator 50 and the main bearing 60 are stored in the nacelle 90.
  • the nacelle 90 is supported by the tower 100. That is, the nacelle 90 is provided in the upper end part of the tower 100 of a wind power generator.
  • a plurality of blades 30 are attached to the rotor head 20 connected to the tip of the main shaft 22.
  • the main shaft 22 is supported inside the nacelle 90. The rotation of the main shaft 22 is transmitted to the generator 50 via the speed increaser 40.
  • the main shaft 22 enters the nacelle 90 from the rotor head 20 and is connected to the input shaft of the gearbox 40.
  • the main shaft 22 is rotatably supported by a main bearing 60.
  • the main shaft 22 transmits the rotational torque generated by the blade 30 receiving wind force to the input shaft of the speed increaser 40.
  • the blade 30 converts wind force into rotational torque and transmits it to the main shaft 22.
  • the main bearing 60 is fixed in the nacelle 90 and rotatably supports the main shaft 22.
  • the main bearing 60 is constituted by the double row tapered roller bearing 1 shown in FIGS. 1 and 2. Further, the double row tapered roller bearing 1 shown in FIGS. 1 and 2 used as the main bearing 60 is fixed to the nacelle 90 by a bolt inserted into the bolt hole 8 of the outer ring 2 shown in FIG.
  • the speed increaser 40 is provided between the main shaft 22 and the generator 50, and increases the rotational speed of the main shaft 22 to output to the generator 50.
  • the speed increaser 40 is configured by a gear speed increasing mechanism including a planetary gear, an intermediate shaft, a high speed shaft, and the like.
  • the generator 50 is connected to the output shaft 61 of the speed increaser 40, and generates power by the rotational torque received from the speed increaser 40.
  • the generator 50 is constituted by, for example, an induction generator.
  • the wind power generator is configured to be able to perform a yaw motion that rotates the nacelle 90 according to the wind direction with respect to the tower 100 fixed on the ground.
  • the nacelle 90 is rotated so that the blade 30 side is located on the windward side.
  • the wind power generator 10 may be configured to obtain an appropriate rotation by changing the angle (hereinafter referred to as pitch) of the blade 30 with respect to the wind direction according to the strength of the wind force.
  • pitch may be controlled.
  • each blade 30 may be controlled to swing several degrees even during one rotation of the main shaft 22. In this way, the amount of energy that can be obtained from the wind can be adjusted.
  • the wind receiving surface also referred to as a blade surface or a blade surface
  • the wind receiving surface of the blade is made parallel to the wind direction in order to suppress the rotation of the windmill.
  • a molded body preparation step is first performed as a step (S10).
  • a steel material having an arbitrary component composition suitable for induction hardening is prepared, and by performing processing such as forging and turning, forming having a shape corresponding to the shape of a desired inner ring.
  • a body is made. More specifically, as shown in FIGS. 5 and 6, a molded body corresponding to the shape of the inner ring having an inner diameter of 1000 mm or more is produced.
  • the molded body is made of steel, and an annular groove 19 whose bottom surface is to be the rolling surface 11 of the race is formed on the outer peripheral surface.
  • the region adjacent to the groove 19 includes surplus portions 12 and 13 that extend outward from the position indicated by the dotted line 14 that should be the outer peripheral surface of the raceway ring (inner ring member 3b).
  • the thickness of the surplus portion 12 in the direction along the central axis of the molded body can be set to, for example, 1 mm or more and 5 mm or less.
  • the thickness of the surplus part 13 in the radial direction perpendicular to the central axis of the molded body can be set to, for example, 1 mm or more and 5 mm or less.
  • a normalizing step is performed as a step (S20).
  • the cooling rate at the time of cooling in the normalizing process may be a cooling rate at which the steel constituting the formed body is not transformed into martensite, that is, a cooling rate lower than the critical cooling rate.
  • the hardness of the molded body after the normalizing treatment is high when the cooling rate is large, and is low when the cooling rate is small. Therefore, desired hardness can be imparted to the molded body by adjusting the cooling rate.
  • This quench hardening process includes an induction heating process performed as the process (S30) and a cooling process performed as the process (S40).
  • the coil 121 as the induction heating coil is formed on a part of the rolling surface 11 (annular region) that is a surface on which the rolling element should roll in the molded body. Arranged to face.
  • the shape of the coil 121 can be any shape.
  • the compact is rotated around the central axis, specifically in the direction of the arrow ⁇ , and a high frequency current is supplied to the coil 121 from a power source (not shown).
  • a high frequency current is supplied to the coil 121 from a power source (not shown).
  • the surface layer region including the rolling surface 11 of the formed body is induction-heated to a temperature of A 1 point or more, and an annular heating region along the rolling surface 11 is formed.
  • the temperature of the surface of the rolling surface 11 is measured and managed by a thermometer 122 such as a radiation thermometer.
  • step (S40) for example, water as a cooling liquid is sprayed on the entire formed body including the heating region formed in the step (S30), so that the entire heating region is equal to or lower than the MS point. At the same time to be cooled. Thereby, a heating area
  • induction hardening is performed and the quench hardening process is completed.
  • a tempering step is performed as a step (S50).
  • the molded body quenched and hardened in steps (S30) and (S40) is charged into, for example, a furnace, heated to a temperature of A 1 point or less, and held for a predetermined time.
  • the tempering process is performed.
  • a finishing step is performed as a step (S60).
  • the shape of the inner ring member 3a is adjusted by removing the surplus portions 12 and 13 of the molded body as shown in FIG. 9, and other necessary processing, for example, polishing processing for the rolling surface 11 is performed. Finishing processing such as is carried out.
  • the inner ring member 3a constituting the inner ring of the double row tapered roller bearing is completed.
  • the inner ring member 3a has an inner diameter of 1000 mm or more, and a hardened and hardened layer is uniformly formed along the entire rolling surface 11 by induction hardening.
  • the inner ring member 3a is removed from the groove 19 on the outer peripheral surface 16 of the inner ring member 3a by removing the surplus portions 12 and 13 after heat treatment as described above (in FIG. 9, from the groove 19 on the outer peripheral surface 16).
  • the hardened region 15 and the non-hardened region 18 are exposed in a region located near the center axis of the inner ring member 3a. Therefore, by detecting that the hardened region 15 and the non-hardened region 18 are formed on the outer peripheral surface 16 of the inner ring member 3a, the inner ring member 3a uses the raceway manufacturing method according to the present disclosure described above. It is possible to easily detect whether or not the product is manufactured.
  • the width of the cured region 15 on the outer peripheral surface 16, that is, the distance from the opening end of the groove 19 to the end of the cured region 15 can be 1 mm or more and 10 mm or less.
  • both the hardened region 15 and the non-hardened region 18 are formed only in the region located near the central axis of the inner ring member 3 a when viewed from the groove 19 on the outer peripheral surface 16. Only the cured region 15 is exposed in the region located on the outer peripheral side as viewed from 19.
  • both the cured region 15 and the non-cured region 18 may be exposed only in the region on the outer peripheral side of the inner ring member 3 a as viewed from the groove 19. Both the area on the outer peripheral side as viewed from 19 and the area located near the central axis may be used.
  • an assembly process is performed as a process (S70).
  • the inner ring member 3a produced as described above and the inner ring member 3b and the outer ring 2 produced in the same manner as the inner ring member 3a are separately prepared as rollers 6 (FIG. 2), a cage 7 (see FIG. 2), an inner ring spacer 4 (see FIG. 2), and the like, thereby assembling the double row tapered roller bearing 1 as shown in FIGS.
  • the manufacturing method of the double row tapered roller bearing in the present embodiment is completed. From a different point of view, the manufacturing method of the double-row tapered roller bearing 1 shown in FIGS.
  • the bearing rings (inner ring members 3a, 3b) are manufactured by the above-described manufacturing method of the bearing rings.
  • the molded body is heated by relatively rotating the coil 121 arranged so as to face a part of the rolling surface 11 of the molded body along the circumferential direction. A region is formed. Therefore, it is possible to employ a small coil 121 with respect to the outer shape of the molded body, and the manufacturing cost of the quenching apparatus can be suppressed even when a large molded body is hardened by hardening. Moreover, in this Embodiment, the whole heating area
  • region 15 which is a cyclic
  • the coil 121 having an arbitrary shape can be applied as long as the formed body can be heated by induction heating.
  • the normalizing process implemented as said process (S20) is not an essential process in the manufacturing method of the bearing ring of this invention, However, By implementing this, it suppresses generation
  • shot blasting may be performed while the molded body is cooled by spraying hard particles together with gas on the molded body.
  • the shot blast process can be performed simultaneously with the blast cooling during the normalizing process, the scale generated in the surface layer portion of the molded body is removed, and the characteristics of the inner ring member 3a resulting from the generation of the scale.
  • the decrease in thermal conductivity due to the decrease and scale generation is suppressed.
  • grains projection material
  • grains which consist of steel, cast iron, etc. are employable, for example.
  • the method for manufacturing a bearing ring according to the present disclosure shown in FIGS. 4 to 9 is a method for manufacturing a bearing ring of a double-row tapered roller bearing, and includes a step of preparing a molded body as described above (S10), and heating. A step of forming a region (S30), a step of cooling (S40), and a step of removing (S60) are provided.
  • a formed body is prepared which is made of steel and has a bottom surface formed with an annular groove 19 to be the rolling surface 11 of the race.
  • the formed body is induction-heated to form a heating region including the bottom surface of the groove 19 and heated to a temperature of A 1 point or higher.
  • the cooling step (S40) the entire heating region is simultaneously cooled to a temperature not higher than the Ms point.
  • the region adjacent to the groove 19 in the molded body includes surplus portions 12 and 13 that extend outward from the position that should be the outer peripheral surface of the race.
  • the removing step (S60) after the cooling step (S40), the surplus portions 12, 13 are removed from the molded body.
  • the manufacturing process of the bearing ring can be simplified and the time required for the process can be shortened as compared with the case where the accompanying carburizing heat treatment is performed. For this reason, the manufacturing cost of a bearing ring can be reduced.
  • the quenching process is performed in a state where the surplus portions 12 and 13 are present adjacent to the groove 19 to be heated, the opening end portion of the groove 19 when there is no surplus portions 12 and 13, that is, the groove
  • the connection part (corner part) between the inner peripheral surface of 19 and the outer peripheral surface of the inner ring member 3a as a raceway ring is overheated or cooled down, thereby reducing the possibility of occurrence of defects such as burning cracks in the part. . That is, the above-described surplus portions 12 and 13 are formed, so that the heating state and the cooling state around the groove 19 in the heating region forming step (S30) and the cooling step (S40) are made uniform. be able to. If it says from a different viewpoint, generation
  • the molded body may have an annular shape as shown in FIG.
  • the surplus portions 12 and 13 of the molded body may be arranged in an annular shape so as to sandwich the groove 19 in the central axis direction of the molded body.
  • the surplus portions 12 and 13 are disposed so as to be adjacent to the entire circumference of the groove 19, it is possible to suppress the occurrence of uneven quenching of the entire groove 19.
  • an angle ⁇ (see FIG. 2) formed by the bottom surface of the groove 19 of the molded body and the central axis may be 40 ° or more and 50 ° or less.
  • the portion adjacent to the groove 19 and the groove on the outer circumferential surface of the raceway ring is in the numerical range as described above. Differences easily occur in the heating state and cooling state during the quenching process between the portion connected to the bottom surface of 19. Therefore, the track ring manufacturing method according to the present disclosure is particularly effective.
  • the double row tapered roller bearing manufacturing method shown in FIG. 1 and FIG. 2 assembles a double row tapered roller bearing by combining the step of preparing the race ring, the step of preparing the tapered roller, and the race ring place.
  • the inner ring members 3a and 3b constituting the bearing ring are manufactured by the method for manufacturing the bearing ring. In this way, it is possible to obtain the double-row tapered roller bearing 1 including the inner ring members 3a and 3b having sufficient characteristics without causing defects such as burning cracks and without increasing the manufacturing cost. .
  • This embodiment is particularly advantageously applied to a double-row tapered roller bearing applied to a wind power generator.

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Abstract

複列円すいころ軸受は、環状の形状を有する軌道輪である外輪（２）と、外輪（２）の内周側に配置され、環状の形状を有する軌道輪である内輪（５）と、ころ（６）とを備える。内輪（５）には外輪（２）と対向する外周表面に、底面が転走面となる溝（１９）が２列形成されている。ころ（６）は、内輪（５）の転走面と接するように溝（１９）の内部に配置されるとともに、外輪（２）と接する円すい形状のころである。内輪（５）の外周表面において、溝（１９）と隣接する領域は、溝（１９）の内周面から当該領域にまで延在する硬化領域（１５）と、硬化領域（１５）より（溝１９）から離れた位置に配置されるとともに硬化領域（１５）より硬度の低い非硬化領域（１８）とを含む。

Description

複列円すいころ軸受、軌道輪および複列円すいころ軸受の製造方法
　この発明は、複列円すいころ軸受、軌道輪および複列円すいころ軸受の製造方法に関する。
　風力発電機用の軸受、たとえばブレードの回転動力を伝達する軸を支持する主軸受については、ブレードやロータの自重に起因する荷重成分の他、風荷重に起因する荷重成分も作用する。つまり、当該軸受にはラジアル荷重に加えてアキシアル荷重も作用する。そのため、従来、風力発電機用の軸受として、複列円すいころ軸受を用いることが提案されている（たとえば、特表２００８－５４６９４８号公報参照）。
特表２００８－５４６９４８号公報
　上記特表２００８－５４６９４８号公報に開示されているように、風力発電機に適用された複列円すいころ軸受の外輪には複数のボルト用孔が形成されており、当該ボルト用孔に挿通したボルトにより風力発電機の筐体など周囲の部品と固定される。また、当該複列円すいころ軸受の内輪についても、同様にボルト用孔が形成される場合もある。
　このような複列円すいころ軸受の外輪や内輪に関しては、必要な硬度を得るために浸炭鋼を用いて浸炭焼入れを行う、というプロセスが採用されている。これは、以下のような理由による。
　すなわち、上述したように外輪などに形成された複数のボルト用孔については、複列円すいころ軸受を周囲の部品に対して正確に固定するため高い位置精度が求められる。そのため、外輪などに対する熱処理が終了した後に当該ボルト用孔を形成すれば、熱処理前にボルト用孔を形成する場合のように熱処理に伴う外輪の変形などを考慮する必要が無く、作業効率も向上させることができる。一方、熱処理によって外輪などの硬度が高くなると、被削性が低下して機械加工が難しくなる。つまり、外輪などの材料として軸受鋼を用い、熱処理として一般的な全体焼入れを行うと上述したボルト用孔の加工が難しくなるという問題がある。
　そこで、上述のように外輪などの材料として浸炭鋼を用い、ボルト用孔が形成されるべき領域に対しては防浸炭処理を施した状態で浸炭焼入れを行うと、防振処理をしていない領域については硬度を高めることができる一方、防浸炭処理を施した領域については硬度上昇を防止しているため、当該浸炭焼入れ後にボルト用孔を形成する加工を容易に行うことができる。
　しかし、上記のような浸炭熱処理を行うと、防浸炭処理を施すなど工程数が一般的な焼入れ処理より増加するとともに、一般的な全体焼入れより熱処理自体の処理時間も長くなるため、結果的に製造コストが増大するという問題があった。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、製造コストが抑制された複列円すいころ軸受を提供することである。
　本開示に係る複列円すいころ軸受は、環状の形状を有する軌道輪である外輪と、外輪の内周側に配置され、環状の形状を有する軌道輪である内輪と、ころとを備える。内輪には外輪と対向する外周表面に、底面が転走面となる溝が２列形成されている。ころは、内輪の転走面と接するように溝の内部に配置されるとともに、外輪と接する円すい形状のころである。内輪の外周表面において、溝と隣接する領域は、溝の内周面から当該領域にまで延在する硬化領域と、硬化領域より溝から離れた位置に配置されるとともに硬化領域より硬度の低い非硬化領域とを含む。
　本開示に係る軌道輪の製造方法は、複列円すいころ軸受の軌道輪の製造方法であって、成形体を準備する工程と、加熱領域を形成する工程と、冷却する工程と、除去する工程とを備える。成形体を準備する工程では、鋼から構成され、底面が軌道輪の転走面となるべき環状の溝が外周面に形成された成形体を準備する。加熱領域を形成する工程では、成形体を誘導加熱することにより、溝の底面を含み、Ａ１点以上の温度に加熱された加熱領域を形成する。冷却する工程では、加熱領域全体をＭｓ点以下の温度に同時に冷却する。成形体を準備する工程では、成形体において溝に隣接する領域が軌道輪の外周表面となるべき位置より外側に延在する余肉部を含む。除去する工程では、冷却する工程の後、成形体から余肉部を除去する。
　本開示に係る複列円すいころ軸受の製造方法は、軌道輪を準備する工程と、円すい形状のころを準備する工程と、軌道輪ところとを組み合わせて複列円すいころ軸受を組立てる工程とを備える。軌道輪は上記軌道輪の製造方法により製造される。
　上記によれば、製造コストの増大を招くことなく、十分な特性の軌道輪を備えた複列円すいころ軸受を得ることができる。
本実施形態に係る複列円すいころ軸受の模式図である。 図１に示した線分ＩＩ－ＩＩにおける部分断面模式図である。 図１に示した複列円すいころ軸受を適用した風力発電装置を説明するための模式図である。 図１に示した複列円すいころ軸受の軌道輪および複列円すいころ軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。 成形体の断面模式図である。 成形体の部分断面模式図である。 焼入硬化工程を説明するための模式図である。 図７の線分ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩにおける断面模式図である。 仕上工程を説明するための模式図である。 比較例としての軌道輪の部分断面模式図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
　＜複列円すいころ軸受の構成＞
　図１および図２を参照しながら、本実施形態に係る複列円すいころ軸受の構成を説明する。
　図１および図２に示した複列円すいころ軸受は、環状の形状を有する軌道輪である外輪２と、外輪２の内周側に配置され、環状の形状を有する軌道輪である内輪５と、転動体としての複数のころ６と、複数のころ６の配置を規定する保持器７とを主に備える。外輪２にはボルト用孔８が形成されている。ボルト用孔８は、複列円すいころ軸受のスラスト方向に沿って延びるように形成されている。また、外輪２にはその内周面に２つの転走面が形成されている。２つの転走面は硬化領域１５を含む。また、外輪２において硬化領域１５が形成された部分以外は、上記硬化領域１５より硬度の低い非硬化領域１８である。
　内輪５は、２つの内輪部材３ａ、３ｂと内輪間座４とを含む。２つの内輪部材３ａ、３ｂはそれぞれ環状の形状を有する。内輪間座４は環状の形状を有し、内輪部材３ａ、３ｂの間に配置される。なお、内輪間座４は無くてもよい。内輪部材３ａ、３ｂのそれぞれには、外輪２と対向する外周表面１６に、底面が転走面となる溝１９が形成されている。つまり、内輪５には溝１９が２列形成されている。また異なる観点から言えば、外周表面１６は、内輪部材３ａ、３ｂにおいてころ６の中心軸に沿って延びる表面部分を意味する。ころ６は、内輪５の転走面と接するように溝１９の内部に配置されるとともに、外輪２と接する。ころ６は円すい形状のころである。内輪５の外周表面１６において、溝１９と隣接する領域は、溝１９の内周面から当該領域にまで延在する硬化領域１５と、硬化領域１５より溝１９から離れた位置に配置されるとともに硬化領域１５より硬度の低い非硬化領域１８とを含む。なお、図２に示した内輪５の外周表面１６において溝１９と隣接する領域とは、内輪５の中心軸２５に沿った方向において溝１９を挟むとともにころ６の中心軸に沿って延びる領域である。異なる観点から言えば、内輪５の外周表面１６では、環状の溝１９に隣接するとともに溝１９に沿って硬化領域１５が形成されている。また異なる観点から言えば、硬化領域１５と非硬化領域１８との境界部１７は溝１９に沿って環状に配置されている。硬化領域１５は溝１９の底面および側面から外周表面１６にまで延びるように形成されている。
　また、転走面である溝１９の底面が内輪５の中心軸２５となす角度θは４０°以上５０°以下である。また、当該角度θは４５°であってもよい。
　＜複列円すいころ軸受の作用効果＞
　図１および図２に示した複列円すいころ軸受１では、内輪５の外周表面１６が非硬化領域１８を含んでいるので、当該非硬化領域１８に対して穴あけ加工などの機械加工を容易に行うことができる。また、外輪２も同様に非硬化領域１８を有しているので、硬化領域１５を形成する熱処理を実施した後にボルト用孔８を容易に形成することができる。
　上記複列円すいころ軸受１において、転走面である溝１９の底面が内輪５の中心軸２５となす角度θは４０°以上５０°以下となっているので、当該複列円すいころ軸受１のみで大きな作用点距離を得ることができる。このため、風力発電装置の主軸用の軸受として当該複列円すいころ軸受１を適用することで、当該主軸用の軸受として円筒ころ軸受を複数適用するといった構成よりも、風力発電機の主軸用の軸受部の寸法を小さくすることができる。
　＜複列円すいころ軸受を適用した風力発電装置の構成＞
　図３を参照しながら、図１に示した複列円すいころ軸受を適用した風力発電装置の構成を説明する。
　図３を参照して、風力発電装置１０は、主軸２２と、ブレード３０と、増速機４０と、発電機５０と、主軸受６０とを主に備える。増速機４０、発電機５０および主軸受６０は、ナセル９０に格納されている。ナセル９０は、タワー１００によって支持される。つまり、風力発電装置のタワー１００の上端部には、ナセル９０が設けられている。
　主軸２２の先端部に接続されたロータヘッド２０には複数のブレード３０が取り付けられている。主軸２２はナセル９０内部で支持される。主軸２２の回転は、増速機４０を経由して発電機５０へと伝達される。
　主軸２２は、ロータヘッド２０からナセル９０内に進入して増速機４０の入力軸に接続される。主軸２２は主軸受６０によって回転自在に支持される。そして、主軸２２は、風力を受けたブレード３０により発生する回転トルクを、増速機４０の入力軸へ伝達する。ブレード３０は、風力を回転トルクに変換して主軸２２に伝達する。
　主軸受６０は、ナセル９０内において固設され、主軸２２を回転自在に支持する。主軸受６０は、図１および図２に示した複列円すいころ軸受１によって構成される。また、主軸受６０として用いられる図１および図２に示した複列円すいころ軸受１は、図２に示した外輪２のボルト用孔８に挿通されるボルトによりナセル９０に固定されている。
　増速機４０は、主軸２２と発電機５０との間に設けられ、主軸２２の回転速度を増速して発電機５０へ出力する。一例として、増速機４０は、遊星ギヤや中間軸、高速軸等を含む歯車増速機構によって構成される。発電機５０は、増速機４０の出力軸６１に接続され、増速機４０から受ける回転トルクによって発電する。発電機５０は、たとえば、誘導発電機によって構成される。
　風力発電装置は、地上に固定されたタワー１００に対して、風向に応じてナセル９０を回転させるヨー運動を行なうことが可能に構成されている。好ましくは、風上にブレード３０側が位置するようにナセル９０が回転される。
　また、風力発電装置１０は、風力の強さに応じてブレード３０の風の方向に対する角度（以下、ピッチと称する）を変化させることによって、適度な回転を得るように構成されていてもよい。また、風車の起動・停止を行なう場合にも同様に、ブレードピッチを制御するように構成されていてもよい。また、主軸２２を１回転させる間においても、各ブレード３０が数度揺動するように制御されていてもよい。このようにすることによって、風から得ることのできるエネルギーの量を調整することができる。たとえば、強風時などでは、風車の回転を抑制するためにブレードの風受け面（翼面、羽面ともいう）を風の方向と平行にする。
　＜複列円すいころ軸受の軌道輪および複列円すいころ軸受の製造方法＞
　図４～図１０を参照しながら、複列円すいころ軸受の軌道輪および複列円すいころ軸受の製造方法を説明する。なお、軌道輪の製造方法としては主に内輪部材３ａ（図２参照）の製造方法について説明するが、内輪部材３ｂ（図２参照）や外輪２についても同様に製造することができる。
　図４を参照して、本実施の形態における内輪の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として成形体準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、高周波焼入処理に適した任意の成分組成を有する鋼材が準備され、鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、所望の内輪の形状に応じた形状を有する成形体が作製される。より具体的には、図５および図６に示すように、１０００ｍｍ以上の内径を有する内輪の形状に応じた成形体が作製される。
　図５および図６に示すように、成形体は鋼から構成され、底面が軌道輪の転走面１１となるべき環状の溝１９が外周面に形成されている。また、成形体においては、溝１９に隣接する領域が軌道輪（内輪部材３ｂ）の外周表面となるべき点線１４で示す位置より外側に延在する余肉部１２、１３を含む。ここで、成形体の中心軸に沿った方向における余肉部１２の厚みは、たとえば１ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。また、成形体の中心軸に対して垂直な径方向における余肉部１３の厚みは、たとえば１ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。
　次に、工程（Ｓ２０）として、焼ならし工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において作製された成形体がＡ１変態点以上の温度に加熱された後、Ａ１変態点未満の温度に冷却されることにより焼ならし処理が実施される。このとき、焼ならし処理の冷却時における冷却速度は、成形体を構成する鋼がマルテンサイトに変態しない冷却速度、すなわち臨界冷却速度未満の冷却速度であればよい。そして、焼ならし処理後の成形体の硬度は、この冷却速度が大きくなると高く、冷却速度が小さくなると低くなる。そのため、当該冷却速度を調整することにより、所望の硬度を成形体に付与することができる。
　次に、図４を参照して、焼入硬化工程が実施される。この焼入硬化工程は、工程（Ｓ３０）として実施される誘導加熱工程と、工程（Ｓ４０）として実施される冷却工程とを含んでいる。工程（Ｓ３０）では、図７および図８を参照して、誘導加熱コイルとしてのコイル１２１が、成形体において転動体が転走すべき面である転走面１１（環状領域）の一部に面するように配置される。なお、コイル１２１の形状は任意の形状とすることができる。
　次に、成形体が中心軸周り、具体的には矢印αの向きに回転されるとともに、コイル１２１に対して電源（図示しない）から高周波電流が供給される。これにより、成形体の転走面１１を含む表層領域がＡ１点以上の温度に誘導加熱され、転走面１１に沿った円環状の加熱領域が形成される。このとき、転走面１１の表面の温度は、放射温度計などの温度計１２２により測定され、管理される。
　次に、工程（Ｓ４０）においては、工程（Ｓ３０）において形成された加熱領域を含む成形体全体に対して、たとえば冷却液としての水が噴射されることにより、加熱領域全体がＭＳ点以下の温度に同時に冷却される。これにより、加熱領域がマルテンサイトに変態し、転走面１１を含む領域が硬化する。以上の手順により、高周波焼入が実施され、焼入硬化工程が完了する。
　次に、工程（Ｓ５０）として焼戻工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ３０）および（Ｓ４０）において焼入硬化された成形体が、たとえば炉内に装入され、Ａ１点以下の温度に加熱されて所定の時間保持されることにより、焼戻処理が実施される。
　次に、工程（Ｓ６０）として仕上工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、図９に示すように成形体の余肉部１２、１３を除去することで内輪部材３ａの形状を整えるとともに、その他の必要な加工、たとえば転走面１１に対する研磨加工などの仕上げ加工が実施される。以上のプロセスにより、複列円すいころ軸受の内輪を構成する内輪部材３ａが完成する。内輪部材３ａは、１０００ｍｍ以上の内径を有し、高周波焼入によって焼入硬化層が転走面１１に沿って全周にわたって均質に形成されている。
　また、内輪部材３ａは、上述のように熱処理後に余肉部１２、１３を除去することによって内輪部材３ａの外周表面１６において溝１９と隣接する領域（図９では、外周表面１６において溝１９から見て内輪部材３ａの中心軸寄りに位置する領域）に硬化領域１５と非硬化領域１８とが露出する。したがって、内輪部材３ａの外周表面１６において、硬化領域１５と非硬化領域１８とが形成されていることを検出することで、当該内輪部材３ａが上述した本開示に係る軌道輪の製造方法を用いて製造されたものであるか否かを容易に検知することができる。外周表面１６において溝１９と隣接する領域に硬化領域１５と非硬化領域１８とが形成されていることを検出する方法は、硬度測定など従来周知の任意の方法を用いることができる。ここで、外周表面１６における硬化領域１５の幅、つまり溝１９の開口端部から硬化領域１５の端部までの距離は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。また、図９では外周表面１６において溝１９から見て内輪部材３ａの中心軸寄りに位置する領域だけに、硬化領域１５と非硬化領域１８との両方が形成されており、外周表面１６において溝１９から見て外周側に位置する領域には硬化領域１５だけが露出している。しかし、本開示においては、外周表面１６において、硬化領域１５と非硬化領域１８との両方が露出するのは、溝１９からみて内輪部材３ａの外周側の領域のみであってもよいし、溝１９から見て外周側の領域および上記中心軸寄りに位置する領域の両方であってもよい。
　なお、上述のように熱処理を実施するときに余肉部１２、１３（図９参照）を形成しなかった場合には、図１０に示すように内輪部材３ａにおいて外輪２（図２参照）と対向する面である外周表面１６の全面に硬化領域１５が形成される。これは、余肉部１２、１３が存在しないため内輪部材３ａの外周表面１６の全体が誘導加熱により加熱されるためである。
　さらに、工程（Ｓ７０）として組立工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、上述のように作製された内輪部材３ａと、上記内輪部材３ａと同様に作製された内輪部材３ｂおよび外輪２とが、別途準備された転動体としてのころ６（図２参照）、保持器７（図２参照）、内輪間座４（図２参照）などと組み合わされることにより、図１および図２に示したような複列円すいころ軸受１が組み立てられる。以上の手順により、本実施の形態における複列円すいころ軸受の製造方法は完了する。また、異なる観点から言えば、図１および図２に示した複列円すいころ軸受１の製造方法は、軌道輪（図２に示す外輪２、内輪部材３ａ、３ｂ、内輪間座４）を準備する工程と、円すい形状のころ６を準備する工程と、軌道輪ところとを組み合わせて複列円すいころ軸受１を組立てる工程とを備える。軌道輪（内輪部材３ａ、３ｂ）は上述した軌道輪の製造方法により製造される。
　本実施の形態では、工程（Ｓ３０）において、成形体の転走面１１の一部に面するように配置されたコイル１２１を周方向に沿って相対的に回転させることにより、成形体に加熱領域が形成される。そのため、成形体の外形形状に対して小さいコイル１２１を採用することが可能となっており、大型の成形体を焼入硬化する場合でも、焼入装置の製作コストを抑制することができる。また、本実施の形態では、加熱領域全体がＭＳ点以下の温度に同時に冷却される。そのため、周方向に均質な環状の焼入硬化領域である硬化領域１５を形成することが可能となり、一部の領域に残留応力が集中することが抑制される。
　なお、工程（Ｓ３０）においては、誘導加熱によって成形体を加熱することができれば、任意の形状のコイル１２１を適用することができる。たとえば、成形体における転走面１１の全体を覆うような環状のコイルを用いてもよい。
　なお、上記工程（Ｓ２０）として実施される焼きならし工程は、本発明の軌道輪の製造方法において必須の工程ではないが、これを実施することにより焼割れの発生を抑制しつつ、鋼からなる成形体の硬度を調整することができる。
　この工程（Ｓ２０）では、成形体に気体とともに硬質の粒子が吹き付けられることにより、成形体が冷却されつつショットブラスト処理が実施されてもよい。これにより、焼ならし処理の際の衝風冷却と同時にショットブラスト処理を実施することができるため、成形体の表層部に生成したスケールが除去され、スケールの生成に起因した内輪部材３ａの特性低下やスケールの生成による熱伝導率の低下が抑制される。ここで、硬質の粒子（投射材）としては、たとえば鋼や鋳鉄などからなる金属製の粒子を採用することができる。
　＜上記製造方法の作用効果＞
　図４～図９に示した本開示に係る軌道輪の製造方法は、複列円すいころ軸受の軌道輪の製造方法であって、上述のように成形体を準備する工程（Ｓ１０）と、加熱領域を形成する工程（Ｓ３０）と、冷却する工程（Ｓ４０）と、除去する工程（Ｓ６０）とを備える。成形体を準備する工程（Ｓ１０）では、鋼から構成され、底面が軌道輪の転走面１１となるべき環状の溝１９が外周面に形成された成形体を準備する。加熱領域を形成する工程（Ｓ３０）では、成形体を誘導加熱することにより、溝１９の底面を含み、Ａ１点以上の温度に加熱された加熱領域を形成する。冷却する工程（Ｓ４０）では、加熱領域全体をＭｓ点以下の温度に同時に冷却する。成形体を準備する工程（Ｓ１０）では、成形体において溝１９に隣接する領域が軌道輪の外周表面となるべき位置より外側に延在する余肉部１２、１３を含む。除去する工程（Ｓ６０）では、冷却する工程（Ｓ４０）の後、成形体から余肉部１２、１３を除去する。
　このよにすれば、誘導加熱によって軌道輪を構成する内輪部材３ａの転走面１１となるべき溝１９の底面を含む加熱領域に選択的に焼入れ処理を行うことができるので、防浸炭処理を伴った浸炭熱処理を行う場合より軌道輪の製造工程を簡略化できるとともに、工程に要する時間も短縮できる。このため、軌道輪の製造コストを低減することができる。
　また、加熱対象となっている溝１９に隣接して余肉部１２、１３が存在する状態で焼入れ処理を行うので、余肉部１２、１３が無い場合における溝１９の開口端部、つまり溝１９の内周面と軌道輪としての内輪部材３ａの外周表面との接続部（角部）が過加熱あるいは過冷却されることで当該部分に焼割れなどの不具合が発生する可能性を低減できる。つまり、上述した余肉部１２、１３が形成されていることで、加熱領域を形成する工程（Ｓ３０）や冷却する工程（Ｓ４０）における溝１９の周囲での加熱状態や冷却状態を均一化することができる。異なる観点から言えば、当該余肉部１２、１３を形成することにより、溝１９の周囲における質量効果による焼入れのむらの発生を抑制できる。
　上記軌道輪の製造方法において、図７などに示すように成形体は環状の形状を有していてもよい。成形体を準備する工程（Ｓ１０）において、成形体の余肉部１２、１３は、成形体の中心軸方向において溝１９を挟むように環状に配置されていてもよい。この場合、溝１９の全周に隣接するように余肉部１２、１３を配置することになるので、溝１９全体について焼入れのむらの発生を抑制することができる。
　上記軌道輪の製造方法では、成形体を準備する工程（Ｓ１０）において、成形体の溝１９の底面が中心軸となす角度θ（図２参照）は４０°以上５０°以下であってもよい。この場合、上記角度θが上述のような数値範囲となる、いわゆる急勾配複列円すいころ軸受の軌道輪（内輪部材３ａ）においては、当該軌道輪の外周表面において溝１９と隣接する部分と溝１９の底面に連なる部分とで焼入れ処理時の加熱状態や冷却状態に差が発生し易い。そのため、本開示に係る軌道輪の製造方法が特に有効である。
　図１および図２に示した複列円すいころ軸受の製造方法は、軌道輪を準備する工程と、円すい形状のころを準備する工程と、軌道輪ところとを組み合わせて複列円すいころ軸受を組立てる工程とを備える。軌道輪を構成する内輪部材３ａ、３ｂは上記軌道輪の製造方法により製造される。このようにすれば、焼割れなどの不具合を発生させることなく、かつ製造コストの増大を招くことなく、十分な特性の内輪部材３ａ、３ｂを備えた複列円すいころ軸受１を得ることができる。
　以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
　本実施形態は、風力発電装置に適用される複列円すいころ軸受に特に有利に適用される。
　１　軸受、２　外輪、３ａ，３ｂ　内輪部材、４　内輪間座、５　内輪、６　ころ、７　保持器、８　ボルト用孔、９　転走面、１０　風力発電装置、１１　転走面、１２，１３　余肉部、１４　点線、１５　硬化領域、１６　外周表面、１７　境界部、１８　非硬化領域、１９　溝、２０　ロータヘッド、２２　主軸、２５　中心軸、３０　ブレード、４０　増速機、５０　発電機、６０　主軸受、６１　出力軸、９０　ナセル、１００　タワー、１２１　コイル、１２２　温度計。

Claims (6)

  1. 　環状の形状を有する軌道輪である外輪と、
    　前記外輪の内周側に配置され、環状の形状を有する軌道輪である内輪とを備え、
    　前記内輪には前記外輪と対向する外周表面に、底面が転走面となる溝が２列形成され、さらに、
    　前記内輪の前記転走面と接するように前記溝の内部に配置されるとともに、前記外輪と接する円すい形状のころを備え、
    　前記内輪の前記外周表面において、前記溝と隣接する領域は、前記溝の内周面から前記領域にまで延在する硬化領域と、前記硬化領域より前記溝から離れた位置に配置されるとともに前記硬化領域より硬度の低い非硬化領域とを含む、複列円すいころ軸受。
  2. 　前記転走面が前記内輪の中心軸となす角度は４０°以上５０°以下である、請求項１に記載の複列円すいころ軸受。
  3. 　複列円すいころ軸受の軌道輪の製造方法であって、
    　鋼から構成され、底面が前記軌道輪の転走面となるべき環状の溝が外周面に形成された成形体を準備する工程と、
    　前記成形体を誘導加熱することにより、前記溝の前記底面を含み、Ａ１点以上の温度に加熱された加熱領域を形成する工程と、
    　前記加熱領域全体をＭｓ点以下の温度に同時に冷却する工程とを備え、
    　前記成形体を準備する工程では、前記成形体において前記溝に隣接する領域が前記軌道輪の外周表面となるべき位置より外側に延在する余肉部を含み、さらに、
    　前記冷却する工程の後、前記成形体から前記余肉部を除去する工程を備える、軌道輪の製造方法。
  4. 　前記成形体は環状の形状を有し、
    　前記成形体を準備する工程において、前記成形体の前記余肉部は、前記成形体の中心軸方向において前記溝を挟むように環状に配置されている、請求項３に記載の軌道輪の製造方法。
  5. 　前記成形体を準備する工程において、前記成形体の前記溝の前記底面が前記中心軸となす角度は４０°以上５０°以下である、請求項４に記載の軌道輪の製造方法。
  6. 　軌道輪を準備する工程と、
    　円すい形状のころを準備する工程と、
    　前記軌道輪と前記ころとを組み合わせて複列円すいころ軸受を組立てる工程とを備え、
    　前記軌道輪は請求項３～５のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法により製造される、複列円すいころ軸受の製造方法。
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