(57)【要約】【課題】棒状素材を曲げ成形し両端を接合して構成される転がり軸受用保持器を改良し、特に労力などの製造効率およびコスト低減に資する転がり軸受及びその保持器とすることである。【解決手段】環状曲げ鋼材２Ａの両端接合部２ａは、転がり軸受の保持器のポケットを環状の周方向に２分割して形成され、端面２ｂ同士を対向させ、両端面が溶接された接合部を有する。両端面２ｂの全面積からポケットとして開口する面積を減じた比較的小さな面積の接合部が形成されるので、溶接の電力や製造時間、コストなどの損失も少なくなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の内輪と外輪の間に介在する転動体をポケットに回転自在に保持する環状の保持器であり、この保持器は棒状鋼材の両端接合部を有する環状曲げ鋼材からなり、前記両端接合部は、前記ポケットの前記環状の周方向に形成される端面同士を対向させた溶接部であり、前記鋼材が、炭素を０．６質量％以下含有する鋼材、またはこの鋼材に硫黄を添加し、もしくは前記硫黄の添加に加えて、りん及び鉛のいずれかまたは両方を複合して添加した鋼材である転がり軸受の保持器。
【請求項２】
前記保持器が、外径１９０ｍｍ以上の大型の保持器である請求項１に記載の転がり軸受の保持器。
【請求項３】
内輪と外輪の間に介在する転動体を環状の保持器で回転自在に保持する転がり軸受からなり、前記保持器が、請求項１または２に記載の保持器である転がり軸受。
【請求項４】
前記転がり軸受が、風力発電装置の主軸受に用いられる大型の転がり軸受である請求項３に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電装置の主軸受に適用可能な比較的大型の転がり軸受及びその転動体を保持する保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受のベアリングリング（内輪および外輪）として、直線状の形状の素材を環状に曲げ、さらに突き合わせてフラッシュバット溶接（突き合わせフラッシュ溶接）により結合されるものが知られている（特許文献１）。
【０００３】
前記フラッシュバット溶接は、被溶接材の両端を電流を流しながら対向させ、適切な速度で前記両端を接近させ、局所的な短絡とアークを発生させることによって加熱し、またこの時生じる溶融物を飛散（フラッシング）させることで両端面の全面に均一に温度を高め、両端面に形成された溶融層同士を突き合わせて圧接状態に接合するという周知の溶接技術である。
【０００４】
このようなフラッシュバット溶接によると、高い強度で接合することができ、接合の信頼精度も高いので、軸受の内輪や外輪のような高い精度の求められるリング状部材などの製造に利用されており、例えば保持器などの製造にも利用可能であることが知られている（特許文献２）。
【０００５】
溶接を利用したころ軸受の保持器としては、棒状（長板状も含む）の素材を環状に曲げ、両端の全面を突き合わせてフラッシュバット溶接により接合し、得られた環状の部材を保持器の素材とすることが知られている（特許文献３）。
【０００６】
また同文献には、軸受構成要素の鋼の化学組成として、酸素(Ｏ)を最大１０ｐｐｍ含有し、炭素(Ｃ)を０．１〜１．２質量％含有し、さらにＣａ、Ｍｇ、Ｔｅ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕから選択された元素を１０〜３０ｐｐｍ含有する軸受構成要素について、フラッシュバット溶接を行なうことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１３−５３０３６１号公報
【特許文献２】特開２０１４−  ４０８９４号公報（段落［００４５］）
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１５／００１６７６４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記した従来のころ軸受の保持器およびその製造工程において、棒状の素材を曲げ成形し、次いでフラッシュバット溶接によりを製造するとき、未だポケットを打ち抜き成形等されていない棒状素材の両端を突き合わせて行われ、その後、リング状の素材に対して必要な全ての数のポケットを等間隔で形成している。
【０００９】
その場合、前記棒状素材の全幅を予め溶接により接合しておく必要があり、その後にポケットを形成するときには、接合した部分の一部も取り除かれてしまう場合があった。
【００１０】
特に、大型の転がり軸受用の保持器では、そのような無駄になる接合部分の領域は大きく、また無駄になる接合部分のフラッシュバット溶接に要する電力の消費や労力の供給による製造効率の悪い構造を有していた。
【００１１】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決し、棒状素材を曲げ成形し両端を溶接により接合して構成される転がり軸受の保持器を改良し、労力などの製造効率およびコスト低減に資する転がり軸受の保持器とし、またそのような保持器を備えた転がり軸受とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、この発明では、転がり軸受の内輪と外輪の間に介在する転動体をポケットに回転自在に保持する環状の保持器であり、この保持器は棒状鋼材の両端接合部を有する環状曲げ鋼材からなり、前記両端接合部は、前記ポケットの前記環状の周方向に形成される端面同士を対向させた溶接部であり、前記鋼材が、炭素を０．６質量％以下含有する鋼材、またはこの鋼材に硫黄を添加し、もしくは前記硫黄の添加に加えて、りん及び鉛のいずれかまたは両方を複合して添加した鋼材である転がり軸受の保持器としたのである。
【００１３】
上記したように構成されるこの発明の転がり軸受用の保持器は、棒状鋼材の環状曲げ鋼材の両端接合部が、ポケットを前記環状の周方向に２分割した端面同士を接合したものであるから、棒状鋼材の両端面の全面積からポケットとして開口する面積を減じられた比較的小さな面積を接合して両端接合部が形成されている。
【００１４】
そのため、棒状鋼材の両端面の全面積を接合した環状曲げ鋼材に比べて、接合部の面積などの大きさが小さいものになり、必要最小限の大きさの接合部の形成に必要な溶接のエネルギー、すなわち電力や製造時間、コストなどの損失も少ない構造になる。
【００１５】
このような保持器は、例えば炭素を０．６質量％以下だけ含有する鋼材で形成されるが、溶接する前に、棒状鋼材の両端にポケットを前記環状の周方向に２分割した形状の端面を形成しており、曲げ成形する必要がある。そのためには、冷間で曲げやすく、打ち抜きまたは切削を容易にするために、含有炭素量の調整の他、上記の鋼材に硫黄を添加し、または前記硫黄の添加に加えて、りん及び鉛のいずれかまたは両方を複合して添加して被削性を高めた鋼材を採用する。
鋼材の種類の具体例としては、機械構造用炭素鋼（例えば中炭素鋼、低炭素鋼）、鉛快削鋼または一般構造用圧延鋼等の鋼材が挙げられ、これらは炭素を０．６質量％以下含むよう調製されたものを採用することが好ましい。
【００１６】
また、この発明の効果は、溶接に必要なエネルギーが大きい大型の保持器について顕著に現れることから、保持器は外径１９０ｍｍ以上、好ましくは同２００ｍｍ以上、より好ましくは同５００ｍｍ以上の大型の保持器であることが好ましい。
この発明の転がり軸受用保持器は、内輪と外輪の間に介在する転動体を回転自在に保持する環状の保持器であり、このような保持器を具備する転がり軸受についても、上記保持器の利点を生かすことができる。
そのような転がり軸受は、周知形態のころ軸受や玉軸受であり、特に転がり軸受の型式やそれに用いる転動体の種類を限定したものではなく、大型の保持器の例として風力発電装置の主軸受に用いられる転がり軸受は、上記保持器の利点を奏するものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明は、棒状素材を曲げ成形し両端を接合して構成される比較的大型の転がり軸受用保持器について、環状曲げ鋼材からなる保持器の両端接合部は、ポケットを前記環状の周方向に２分割して形成される端面同士を対向させて両端面を溶接により接合したものであるから、必要最小限の大きさの接合部を設けることにより、フラッシュバット溶接等に要するエネルギーも少なくなり、特に製造効率およびコスト低減にも資する転がり軸受の保持器となる。
また、このような保持器を組み込んだ転がり軸受についても、上記同様に製造効率を高めコストを低減できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に用いる棒状鋼材の斜視図
【図２】実施形態に用いる環状曲げ鋼材とフラッシュバット溶接を説明する斜視図
【図３】実施形態に用いる１つのポケットを有する環状曲げ鋼材の斜視図
【図４】図３のIV-IV線断面図
【図５】実施形態を示すころ軸受の保持器の斜視図
【図６】実施形態の使用状態を示す風力発電機の主軸支持用ころ軸受の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
この発明の実施形態を以下に添付図面に基づいて説明する。
図１−５に示すように、実施形態は、転がり軸受の転動体のころをポケットに回転自在に保持する環状の保持器１（図５）であり、この保持器１は棒状鋼材２に両端接合部２ａを形成した環状曲げ鋼材２Ａからなり、両端接合部２ａは、ポケット３を環状の周方向に２分割して形成される端面２ｂ同士を対向させ、両端面をフラッシュバット溶接等の周知技術の溶接により接合した部分である。
【００２０】
図３に示すように、溶接により接合された環状曲げ鋼材２Ａは、１つのポケット３のみを有し、その後、接合部４を備えた１つのポケット以外に、環状曲げ鋼材に対して他の所要数のポケット３を形成して転がり軸受の保持器１を製造する。
【００２１】
この発明に用いる棒状鋼材２は、環状の保持器に必要な直線状の長板状等の四角柱状その他の多角柱状、またはその他の周知形状の断面の棒状鋼材が採用される。好ましくは予め保持器の断面形状に成形されている棒状鋼材を用いることが、効率よく製造できるようにするために好ましい。
【００２２】
棒状鋼材の大きさは、前述のように保持器の外径１９０ｍｍ以上、好ましくは同２００ｍｍ以上、より好ましくは同５００ｍｍ以上の大きさに対応するように、適切な幅と長さの棒状鋼材を採用する。
【００２３】
鋼材の材質としては、炭素含有量１．２質量％以下の鋼であってもよいが、棒状鋼材に対して行われる成形性を考慮し、冷間曲げ成形が可能であるように、さらにはフラッシュバット溶接により接合された部分に所要の強度が低下しないように、炭素(Ｃ)や硫黄（Ｓ）などの特定元素の含有量を所定範囲であるものを選択的に採用し、炭素を０．６質量％以下含有する鋼材、またはこの鋼材に硫黄を添加し、もしくは前記硫黄の添加に加えて、りん及び鉛のいずれかまたは両方を複合して添加して被削性を高めた鋼材から適切な種類を採用する。
【００２４】
硫黄が添加され、さらに、りん及び鉛のいずれかまたは両方を硫黄に複合した鋼は、切削性および摩耗特性に優れており、ポケットの切削加工を容易にするためにも採用することが好ましく、また含有する鉛によって保持器の摩耗抑制にも有効な材質である。
【００２５】
棒状鋼材２の両端は、保持器のポケット３を環状の周方向に２分割した各端面形状となるように、予め切削加工または棒状鋼材の成形によって端面形状を整えておく必要がある。
【００２６】
図１−５に示される実施形態の保持器における棒状鋼材２の両端接合部２ａの端面形状は、ポケット３が、周方向に間隔を空けて対向する１組の隣り合う柱部１ａとこれらを繋ぐ１本の環状の縁部１ｂとで形成されているので、前記間隔を２分する位置で１本の縁部１ｂを切断したＬ型の端面を有する端面形状になっている。
【００２７】
このような両端面が加工された棒状鋼材に対し、所要形状の保持器の径に応じたリング状に曲げ成形を行なう。この時の曲げ成形は冷間曲げ成形を行なうことが好ましい。冷間曲げ成形では、通常、常温にて曲げ成形が行われるので、加熱のための設備は不要であり、比較的簡単な設備で成形工程の対応が可能である。
【００２８】
図２、図３に示すように、両端面を突き合わせてフラッシュバット溶接により接合を行なうときには、上記のように端面形状を整えた環状曲げ鋼材２Ａの両端面２ｂを対向させ、二次コイルを備えた変圧器９ａとクランプ９ｂを用いて比較的小電圧（例えば１２ボルト程度）で大電流（例えば１０００アンペア程度）を流しながら、可動のクランプ９ｂで適切な速度で前記両端面２ｂを接近させ、局所的な短絡とアークを発生させることによって加熱し、またこの時生じた溶融物を飛散（フラッシング）させることで両端面２ｂの全面に均一に温度を高めておき、両端面２ｂに形成された溶融層同士を突き合わせて圧接状態にして接合部４（図３）を形成する。
【００２９】
このようなフラッシュバット溶接による接合では、環状曲げ鋼材２Ａを加熱溶解させながら両端面２ｂを圧接させるため、溶融金属の一部が火花となって飛散し、外部からのまくれ込みが抑制され、また加圧に伴う塑性流動により内部のミクロ割れや空孔などの溶接欠陥の発生を抑制することができる。
そして、両端面２ｂの全面積からポケット３として開口する面積を減じた比較的小さな面積を接合して接合部４が形成される。
【００３０】
そのため、接合部４の端面２ｂの面積が小さいものになり、必要最小限の大きさの接合部の形成に必要なフラッシュバット溶接の電力や製造時間、コストなどの損失も少ない構造になる。
【００３１】
図６に示すように、上記した保持器を用いた実施形態の転がり軸受Ｂは、風力発電機の主軸支持用のころ軸受として用いることができる。すなわち、大型の風力発電機の主軸支持構造の主要部品を支持するナセル１０は、設置面から離れた高い位置に設置されるものであり、旋回座軸受１１を介して支持台１２上に水平旋回自在に設置されている。
【００３２】
風力を受けるブレード１３を一端に固定する主軸１４は、ナセル１０内で、転がり軸受Ｂを介して、回転自在に支持されている。主軸１４の他端は増速機１５に接続され、その出力軸が発電機１６のロータ軸１７に結合されている。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
この発明に係る転がり軸受及びその保持器は、風力発電機の主軸支持構造の他、船舶、大型機械、発電機などに用いられる比較的大型の転がり軸受及びその保持器としての利用に適したものであり、フラッシュバット溶接等を利用した比較的大型の保持器の製造にも適用できる。
【００３４】
実施形態の保持器を備えた転がり軸受は、保持器の製造効率およびコスト低減の効果により、風力発電機の主軸支持構造の全体にも同様の効果を奏することができ、また保持器の強度とその信頼性も高いので、大型の風力発電機の運転にも充分に耐えるものとなる。
【符号の説明】
【００３５】
１  保持器
１ａ  柱部
１ｂ  縁部
２  棒状鋼材
２ａ  両端接合部
２ｂ  端面
２Ａ  環状曲げ鋼材
３  ポケット
４  接合部
９ａ  変圧器
９ｂ  クランプ
１０  ナセル
１１  旋回座軸受
１２  支持台
１３  ブレード
１４  主軸
１５  増速機
１６  発電機
１７  ロータ軸
Ｂ  転がり軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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