(57)【要約】【課題】内周面以外の領域に対して溶射を実施するに際し、被覆材のコストの上昇を抑制しつつ、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えるとともに、皮膜の厚さを十分に確保しながら、被溶射物の皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近における溶射時のバリの発生を抑制することが可能な環状部材の冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置１は、環状部材としての外輪９０の内周面９２に囲まれる領域である非溶射領域を覆い、外輪９０との間に隙間４０が形成されるように配置される一対のマスキング部材１０と、一方のマスキング部材１０Ａに接続され、非溶射領域に供給される冷却媒体が通過する冷却媒体供給部材２０と、外輪９０を支持することにより、マスキング部材１０と外輪９０との間に隙間４０を形成する支持部材とを備えている。【選択図】図２
2008280554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を行ない、前記領域に前記被覆材からなる皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、前記環状部材を冷却する環状部材の冷却装置であって、
前記環状部材の前記内周面に囲まれる領域である非溶射領域を覆い、前記環状部材との間に隙間が形成されるように配置されるマスキング部材と、
前記マスキング部材に接続され、前記非溶射領域に供給される冷却媒体が通過する冷却媒体供給部材と、
前記環状部材を支持することにより、前記マスキング部材と前記環状部材との間に前記隙間を形成する支持部材とを備えた、環状部材の冷却装置。
【請求項２】
環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を行ない、前記領域に前記被覆材からなる皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、前記環状部材を冷却する環状部材の冷却方法であって、
前記環状部材の前記内周面に囲まれる領域である非溶射領域が、前記環状部材との間に隙間を形成しつつ配置されるマスキング部材により閉じられる工程と、
前記非溶射領域に冷却媒体が供給される工程と、
前記冷却媒体が供給される工程において供給された前記冷却媒体により、前記環状部材が冷却される工程と、
前記被溶射領域から前記冷却媒体が排出される工程とを備え、
前記冷却媒体が排出される工程では、前記環状部材と前記マスキング部材との前記隙間から、前記冷却媒体が排出される、環状部材の冷却方法。
【請求項３】
環状部材が準備される工程と、
前記環状部材の内周面以外の領域に皮膜が形成される工程とを備え、
前記皮膜が形成される工程においては、
前記領域に被覆材の溶射が行なわれる工程と、
前記環状部材の前記内周面が冷却される工程とが並行して実施され、
前記内周面が冷却される工程においては、請求項２に記載の環状部材の冷却方法により前記環状部材の前記内周面が冷却される、皮膜付き環状部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は環状部材の冷却装置、環状部材の冷却方法および皮膜付き環状部材の製造方法に関し、より特定的には、環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を行ない、当該領域に皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、環状部材を冷却するための環状部材の冷却装置、環状部材の冷却方法およびこれらを用いた皮膜付き環状部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軸受の軌道輪などの環状部材においては、表面の保護、絶縁性の確保などを目的として、表面に皮膜が形成される場合がある。たとえば、鉄道車両の主電動機、汎用モータ、風力発電の発電機などの装置に用いられる転がり軸受においては、装置の構造上、転がり軸受の内部に電流が流れるおそれがある。転がり軸受の内部に電流が流れると、転がり軸受を構成する軌道輪などの軌道部材と、玉、ころなどの転動体との間にスパークが生じ、これに起因して電食が発生する場合がある。そして、この電食による軌道部材や転動体の転走面の損傷は、転がり軸受の寿命を低下させる。
【０００３】
内部に電流が流れるおそれのある用途に使用される転がり軸受において、上述のような電食に起因した転がり軸受の寿命低下を回避するためには、転がり軸受とハウジングなどの転がり軸受が接触する部材との間を絶縁する対策が有効である。そして、絶縁を達成する手段としては、転がり軸受において、ハウジングなどの他の部材と接触する軌道部材の表面に、セラミックなどの絶縁性を有する材料からなる皮膜を形成する対策が採用される場合がある。
【０００４】
皮膜の形成は、代表的には、プラズマをエネルギー源とし、皮膜を構成する材料（被覆材）を溶融状態に加熱して、高速で環状部材に吹き付けることにより行なうプラズマ溶射により実施される。より具体的には、環状部材に対するプラズマ溶射が行われる場合、一般に、皮膜が形成されるべき表面に対してブラスト処理が行なわれ、当該表面の粗さが大きく（粗く）された後、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスが所望の膜厚になるまで溶射され、皮膜が形成される。
【０００５】
このとき、皮膜が形成される環状部材には、高温で溶融状態となった被覆材が吹き付けられるため、環状部材の温度が上昇する。ここで、温度が上昇することにより環状部材の特性が低下する場合、たとえば環状部材が焼入れされた鋼からなり、温度上昇により硬度の低下、寸法精度の低下などのおそれがある場合、環状部材の温度上昇を、特性が低下しない範囲に抑制する必要がある。特に、転がり軸受の外輪のように、内周面に転動体が転走するための転走面が形成されるため、内周面の温度上昇を抑えて硬度の低下等を抑制しつつ、内周面以外の領域に皮膜を形成する必要がある場合、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えつつ、内周面以外の領域に対して溶射を実施する必要がある。
【０００６】
一方、環状部材の内周面に皮膜が形成されるべきでない場合、内周面はマスキング部材によりマスキングされて溶射が実施される。たとえば、環状部材が転がり軸受の外輪である場合、溶射された被覆材の一部が内周面に形成された転走面に脱落して、転動体と軌道輪との間に噛み込んでこれらに損傷を与えるおそれがある。これによる軸受の短寿命化を抑制するため、皮膜が形成されるべきでない内周面、内周面に形成され、玉などの転動体が転走する転走面、および内周面に交差するように軸方向の両側に形成される端面と内周面とが交差する領域に形成される面である面取り部には、皮膜が形成されないように、これらの領域を覆うマスキング部材が設置されて溶射が実施される。そして、溶射が終了すると、マスキング部材が環状部材から取り外され、形成された皮膜に封孔処理が行なわれた後、皮膜を所望の寸法に仕上げる研磨加工が行なわれる。
【０００７】
上述のような環状部材の皮膜形成処理においては、以下のような問題点があった。図５は、従来の環状部材の皮膜形成方法およびこれに使用されるマスキング部材を説明するための概略部分断面図である。なお、環状部材である転がり軸受の外輪（外輪９０）は円環状の形状を有しており、図５においては、回転軸を含む断面の上半分（全周の四分の一）が図示されている。
【０００８】
図５を参照して、環状部材である外輪９０においては、外周面９１、および外輪９０の回転軸方向に形成された２つの端面９３に、皮膜であるアルミナ皮膜８２が形成される。一方、外輪９０においては、内周面９２、および端面９３と内周面９２とが交差する領域に形成される面である面取り部９４には、アルミナ皮膜８２が形成されることを防止する必要がある。そのため、円盤状の形状を有する一対のマスキング部材１１０が外輪９０に対して設置される。マスキング部材１１０は、被覆材であるアルミナが溶射される側の面である溶射面１１２と、溶射面１１２とは反対側の面である非溶射面１１３とを含んでおり、かつ外輪９０の面取り部９４の形状に合わせて溶射面１１２側の外周を含む領域には径方向に突出する突出部１１４が形成されている。
【０００９】
そして、上述のように外輪９０にマスキング部材１１０が設置された状態で、外輪９０の外周面９１および端面９３に対して溶射ガン８０からアルミナが溶射される。このとき、外輪９０の温度上昇による硬度や寸法精度の低下を抑制するため、冷却媒体、たとえば空気が外輪９０の外周面９１に向けて、矢印ｅの向きに吹き付けられる。
【００１０】
しかし、上述のように外輪９０が外周面９１側から冷却される構成では、マスキング部材１１０により閉じられた空間に位置する内周面９２は温度が上昇しやすく、外輪９０において硬度を確保することが最も重要な転走面が形成される内周面９２の硬度が低下するおそれがある。さらに、上述した従来のマスキング部材１１０を用いた場合、被覆材であるアルミナが突出部１１４の外周面１１４Ａ付近に堆積し、バリとなる。そのため、当該バリを除去する工程が必要となり、皮膜形成のコストが上昇するという問題が発生する。また、溶射終了後、マスキング部材１１０を外輪９０から分離する際、端面９３上に形成されたアルミナ皮膜８２が引き剥がされてしまう場合もある。
【００１１】
これに対し、溶射時における被処理物の温度上昇の抑制に関しては、被覆材を微粉化して溶射温度を抑制する方法（たとえば特許文献１および２参照）、被覆材が溶射される面である溶射面に対して冷却ガスを吹き付けて当該溶射面を冷却する方法（たとえば特許文献３参照）、冷却ガスを多孔質の散気板を通して被溶射物に供給することにより非溶射物を均一に冷却する方法（たとえば特許文献４参照）などが提案されている。
【００１２】
また、溶射時におけるバリの発生を抑制する手段としては、皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界領域において皮膜の厚さを漸減させる方法や（たとえば特許文献５参照）、マスキング部材の材質変更や表面仕上げ精度の向上により、マスキング部材への溶射皮膜の形成を抑制する方法（たとえば特許文献６参照）などが提案されている。
【特許文献１】特開昭６１−１９００６２号公報
【特許文献２】特開昭６１−１９００６３号公報
【特許文献３】特開昭６２−４７４７０号公報
【特許文献４】特開平３−１４０４５１号公報
【特許文献５】特開昭５９−１６０５６９号公報
【特許文献６】特開平８−１９９３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献１および２に開示された被覆材を微粉化する対策では、溶射温度を抑制することにより被溶射物の温度上昇を抑制可能であるものの、被覆材のコストの上昇や溶射時における被覆材の流動性の低下などの問題が生じる。また、上記特許文献３および４に開示された冷却方法では、軸受の外輪などのように、内周面の温度上昇を抑えて硬度の低下等を抑制しつつ、内周面以外の領域に皮膜を形成する必要がある場合、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えつつ、内周面以外の領域に対して溶射を実施することは困難である。さらに、上記特許文献５に開示された皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界領域において皮膜の厚さを漸減させる方法では、当該境界領域において皮膜の厚みを十分に確保することが困難である。また、上記特許文献６に開示されたマスキング部材の改良では、マスキング部材への溶射皮膜の形成は軽減されるものの、バリの発生やマスキング部材を分離する際に皮膜が引き剥がされる問題が十分に抑制されるものではない。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、内周面以外の領域に対して溶射を実施するに際し、被覆材のコストの上昇を抑制しつつ、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えるとともに、皮膜の厚さを十分に確保しながら、被溶射物の皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近における溶射時のバリの発生を抑制することが可能な環状部材の冷却装置および環状部材の冷却方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、製造コストを抑制し、かつ内周面の特性の低下を抑制しつつ、内周面以外の領域に十分な厚みの皮膜が形成された皮膜付き環状部材を製造可能な皮膜付き環状部材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に従った環状部材の冷却装置は、環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を行ない、当該領域に被覆材からなる皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、環状部材を冷却する環状部材の冷却装置である。この環状部材の冷却装置は、環状部材の内周面に囲まれる領域である非溶射領域を覆い、環状部材との間に隙間が形成されるように配置されるマスキング部材と、マスキング部材に接続され、非溶射領域に供給される冷却媒体が通過する冷却媒体供給部材と、環状部材を支持することにより、マスキング部材と環状部材との間に隙間を形成する支持部材とを備えている。
【００１６】
本発明の環状部材の冷却装置においては、非溶射領域を覆うマスキング部材により環状部材の内周面への被覆材の付着を抑止しつつ、当該マスキング部材に接続された冷却媒体供給部材から供給された冷却媒体により環状部材の内周面が冷却され、その後当該冷却媒体を、支持部材により形成された環状部材とマスキング部材との隙間から外部に噴出させることができる。そのため、マスキング部材により覆われていない環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を実施しつつ、内周面を冷却することが可能となっている。また、微粉化された被覆材を採用する等の必要もなく、一般的な被覆材を採用することができる。
【００１７】
さらに、環状部材とマスキング部材との隙間から冷却媒体が噴出されることにより、皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近においても、環状部材に形成される皮膜の厚さを十分に確保しながら、当該境界付近におけるバリの発生を抑制することができる。また、環状部材とマスキング部材とが上記隙間を挟んで分離した状態で溶射が行なわれることから、溶射後に環状部材とマスキング部材とが分離される際に、環状部材上に形成された皮膜が引き剥がされる問題も回避される。
【００１８】
以上のように、本発明の環状部材の冷却装置によれば、内周面以外の領域に対して溶射を実施するに際し、被覆材のコストの上昇を抑制しつつ、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えるとともに、皮膜の厚さを十分に確保しながら、被溶射物の皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近における溶射時のバリの発生を抑制することができる。
【００１９】
本発明に従った環状部材の冷却方法は、環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を行ない、当該領域に被覆材からなる皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、環状部材を冷却する環状部材の冷却方法である。この環状部材の冷却方法は、環状部材の内周面に囲まれる領域である非溶射領域が、環状部材との間に隙間を形成しつつ配置されるマスキング部材により閉じられる工程と、非溶射領域に冷却媒体が供給される工程と、冷却媒体が供給される工程において供給された冷却媒体により、環状部材が冷却される工程と、被溶射領域から冷却媒体が排出される工程とを備えている。そして、冷却媒体が排出される工程では、環状部材とマスキング部材との上記隙間から、冷却媒体が排出される。
【００２０】
本発明の環状部材の冷却方法においては、閉じられた非溶射領域に冷却媒体を供給して内周面を冷却しつつ、内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を行なうことができる。そのため、閉じられていない環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を実施しつつ、内周面を冷却することが可能となっている。また、微粉化された被覆材を採用する等の必要もなく、一般的な被覆材を採用することができる。
【００２１】
さらに、環状部材とマスキング部材との隙間から冷却媒体が噴出されることにより、皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近においても、環状部材に形成される皮膜の厚さを十分に確保しながら、当該境界付近におけるバリの発生を抑制することができる。また、環状部材とマスキング部材とが上記隙間を挟んで分離した状態で溶射が行なわれることから、溶射後に環状部材とマスキング部材とが分離される際に、環状部材上に形成された皮膜が引き剥がされる問題も回避される。
【００２２】
以上のように、本発明の環状部材の冷却方法によれば、内周面以外の領域に対して溶射を実施するに際し、被覆材のコストの上昇を抑制しつつ、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えるとともに、皮膜の厚さを十分に確保しながら、被溶射物の皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近における溶射時のバリの発生を抑制することができる。
【００２３】
本発明に従った皮膜付き環状部材の製造方法は、環状部材が準備される工程と、環状部材の内周面以外の領域に皮膜が形成される工程とを備えている。皮膜が形成される工程においては、上記領域に被覆材の溶射が行なわれる工程と、環状部材の内周面が冷却される工程とが並行して実施される。そして、内周面が冷却される工程においては、上述の環状部材の冷却方法により環状部材の内周面が冷却される。
【００２４】
本発明の皮膜付き環状部材の製造方法によれば、内周面以外の領域に対して溶射を実施するに際し、被覆材のコストの上昇を抑制しつつ、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えるとともに、皮膜の厚さを十分に確保しながら、被溶射物の皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近における溶射時のバリの発生を抑制することが可能な上記冷却方法が採用されることにより、製造コストを抑制し、かつ内周面の特性の低下を抑制しつつ、内周面以外の領域に十分な厚みの皮膜が形成された皮膜付き環状部材を製造することができる。
【００２５】
なお、上記皮膜は、セラミックスからなるセラミック皮膜とすることができる。そして、当該セラミック皮膜を形成するために溶射されるセラミックスには、たとえばアルミナ（酸化アルミニウム；Ａｌ２Ｏ３）、グレーアルミナ、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）などを採用することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上の説明から明らかなように、本発明の環状部材の冷却装置および環状部材の冷却方法によれば、内周面以外の領域に対して溶射を実施するに際し、被覆材のコストの上昇を抑制しつつ、マスキング部材等で覆われた内周面の温度上昇を抑えるとともに、皮膜の厚さを十分に確保しながら、被溶射物の皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近における溶射時のバリの発生を抑制することができる。また、本発明の皮膜付き環状部材の製造方法によれば、製造コストを抑制し、かつ内周面の特性の低下を抑制しつつ、内周面以外の領域に十分な厚みの皮膜が形成された皮膜付き環状部材を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
図１は、本発明の一実施の形態における皮膜付き環状部材としての皮膜付き転がり軸受外輪の製造方法の概略を示す流れ図である。また、図２は、図１の内周面冷却工程において使用される、本発明の一実施の形態における環状部材の冷却装置を示す概略断面図である。また、図３は、図１の内周面冷却工程として実施される、本発明の一実施の形態における環状部材の冷却方法の概略を示す流れ図である。図１〜図３を参照して、本発明の一実施の形態における皮膜付き環状部材の製造方法、環状部材の冷却装置および環状部材の冷却方法について説明する。
【００２９】
図１を参照して、本実施の形態における皮膜付き環状部材としての皮膜付き転がり軸受外輪の製造方法は、環状部材が準備される環状部材準備工程と、環状部材の内周面以外の領域に皮膜が形成される皮膜形成工程とを備えている。皮膜形成工程においては、当該領域に被覆材の溶射が行なわれる溶射工程と、環状部材の内周面が冷却される内周面冷却工程と、環状部材の外周面が冷却される外周面冷却工程とが並行して実施される。そして、内周面冷却工程においては、以下に説明する環状部材の冷却方法により環状部材の内周面が冷却される。
【００３０】
次に、本実施の形態における環状部材の冷却方法に使用される環状部材の冷却装置を説明する。図２を参照して、本実施の形態における環状部材の冷却装置１は、環状部材としての転がり軸受の外輪９０の内周面９２以外の領域である外周面９１および端面９３に対して被覆材としてのアルミナの溶射を行ない、外周面９１および端面９３にアルミナからなる皮膜を形成する外輪９０の被覆処理において、外輪９０を冷却する環状部材の冷却装置である。この冷却装置１は、外輪９０の内周面９２に囲まれる領域である非溶射領域を覆い、円盤状の形状を有するとともに、外輪９０との間に全周にわたって隙間４０が形成されるように配置される一対のマスキング部材１０と、マスキング部材１０のうち一方のマスキング部材１０Ａの中心（重心）を含む領域に接続され、非溶射領域に供給される冷却媒体が通過する円筒状の冷却媒体供給部材２０と、外輪９０を支持することにより、マスキング部材１０と外輪９０との間に隙間４０を形成する支持部材６０とを備えている。
【００３１】
支持部材６０は、被溶射物としての外輪９０の内周面９２に接触して外輪９０を支持する環状部材支持部６１と、環状部材支持部６１に接続された調節部６２とを含んでいる。調節部６２は、環状の円盤形状を有する一対のマスキング部材１０に挟まれた領域に、一方のマスキング部材１０Ａおよび他方のマスキング部材１０Ｂの両方に接触して配置されている。また、環状部材支持部６１は、調節部６２からマスキング部材１０の径方向外側に延在するように配置されている。そして、調節部６２は、マスキング部材１０の径方向に沿った方向に移動可能である。その結果、環状部材である外輪９０の内径に応じて調節部６２が移動することにより、種々の内径を有する外輪９０を環状部材支持部６１により保持することができる。
【００３２】
さらに、調節部６２は、マスキング部材１０の径方向に垂直な方向における幅が調節可能となっていることが好ましい。これにより、一対のマスキング部材１０の間隔を調節することが可能となる。
【００３３】
なお、調節部６２は、上述のようにマスキング部材１０の径方向に沿った方向に移動可能であるとともに、あるいは移動可能であることに代えて、内周面９２と環状部材支持部６１との間にスペーサを配置可能であることにより、種々の内径を有する外輪９０を保持可能な構成としてもよい。また、調節部６２は、マスキング部材１０の径方向に垂直な方向における幅が調節可能であるとともに、あるいは調節可能であることに代えて、マスキング部材１０との間にスペーサを配置可能であることにより、一対のマスキング部材１０の間隔を調節することが可能な構成としてもよい。
【００３４】
環状部材支持部６１は、外輪９０を安定して支持する観点から、２個以上配置されることが好ましく、より安定して外輪９０を支持する観点から３個以上配置されることが、より好ましい。このとき、安定して保持するため、複数の環状部材支持部６１は、マスキング部材１０の周方向に等間隔に配置されることが好ましい。
【００３５】
また、支持部材６０の材質は、鋼、樹脂、ゴムなど任意のものを採用することができる。ただし、転走面が形成された内周面９２に損傷を与えないようにするため、少なくとも内周面９２に接触する端部は、弾性および耐熱性を有する樹脂やゴム、たとえばフッ素樹脂、シリコンゴム、フッ素ゴムなどからなっていることが好ましい。
【００３６】
冷却媒体供給部材２０は、マスキング部材１０の径方向に沿った方向（内周面９２に向かう方向）に延び、内周面９２に対向するように開口する冷却媒体吐出路２０Ａを有しており、内周面９２に向けて冷却媒体を吐出することが可能に構成されている。
【００３７】
ここで、冷却媒体吐出路２０Ａは、冷却媒体供給部材２０に１つ形成されていてもよいが、冷却の効率を考慮して、複数個、たとえば４個以上形成されていることが好ましい。また、冷却媒体吐出路２０Ａが複数個形成される場合、冷却の均一性を考慮して、マスキング部材１０の周方向に等間隔に形成されていることが好ましい。
【００３８】
さらに、円筒状の形状を有する冷却媒体供給部材２０の外周面には、固定部材３０が嵌め込まれ、外輪９０に対してマスキング部材１０が固定可能となっている。また、冷却装置１を構成するマスキング部材１０、冷却媒体供給部材２０および固定部材３０は、一方のマスキング部材１０Ａおよび他方のマスキング部材１０Ｂの中心（重心）を通る回転軸αの周りに回転可能に構成されている。すなわち、冷却媒体供給部材２０は、一方のマスキング部材１０Ａおよび他方のマスキング部材１０Ｂの中心（重心）を含む領域において一対のマスキング部材を支持するとともに、回転軸αの周りに回転可能な回転軸部材である。そして、一方のマスキング部材１０Ａと他方のマスキング部材１０Ｂとに挟まれた領域に、内部を流れる冷却媒体が吐出可能となるように、当該領域に開口する冷却媒体吐出路２０Ａを有している。上記回転軸αは、外輪９０を冷却装置１にセットした状態において、外輪９０の中心軸に一致する。
【００３９】
次に、本実施の形態における環状部材の冷却方法の具体的手順を説明する。図２および図３を参照して、本実施の形態における環状部材の冷却方法は、環状部材としての外輪９０の内周面９２以外の領域である外周面９１および端面９３に対して被覆材であるアルミナの溶射を行ない、当該領域にアルミナからなる皮膜を形成する外輪９０の被覆処理において、外輪９０を冷却する環状部材の冷却方法である。
【００４０】
この環状部材の冷却方法は、外輪９０の内周面９２に囲まれる領域である非溶射領域が、外輪９０との間に全周にわたって隙間４０を形成しつつ配置されるマスキング部材１０により閉じられる非溶射領域閉鎖工程と、非溶射領域に冷却媒体が供給される冷却媒体供給工程と、冷却媒体が供給される工程において供給された冷却媒体により、外輪９０が冷却される冷却工程と、被溶射領域から冷却媒体が排出される冷却媒体排出工程とを備えている。そして、冷却媒体排出工程では、外輪９０とマスキング部材１０との隙間４０から、冷却媒体が排出される。
【００４１】
より詳細に説明すると、本実施の形態における環状部材の冷却方法においては、図３を参照して、まず、非溶射領域閉鎖工程が実施される。具体的には、図２を参照して、まず、円筒状の形状を有する冷却媒体供給部材２０の外周面に環状の円盤形状を有する一方のマスキング部材１０Ａの内周面が接触するように、冷却媒体供給部材２０に対して一方のマスキング部材１０Ａが嵌め込まれる。このとき、一方のマスキング部材１０Ａは、冷却媒体供給部材２０の外周面に形成された段差部２０Ｂにおいて係止される。
【００４２】
次に、支持部材６０が調節部６２において一方のマスキング部材１０Ａに接触するように配置された後、環状部材である外輪９０に冷却媒体供給部材２０が挿入されるように、外輪９０が配置される。さらに、冷却媒体供給部材２０の外周面に環状の円盤形状を有する他方のマスキング部材１０Ｂの内周面が接触するように、冷却媒体供給部材２０に対して他方のマスキング部材１０Ｂが嵌め込まれる。このとき、外輪９０が支持部材６０の環状部材支持部６１により支持されるとともに、調節部６２により一対のマスキング部材１０の間隔が調節されることにより、マスキング部材１０と外輪９０との間には、隙間４０が形成される。その結果、外輪９０の内周面９２に囲まれる領域である非溶射領域は、一対のマスキング部材１０により閉じられ、冷却媒体供給部材２０および隙間４０のみにおいて外部と連通する。
【００４３】
さらに、冷却媒体供給部材２０の外周面に環状の円盤形状を有する固定部材３０の内周面が接触するように、冷却媒体供給部材２０に対して固定部材３０が嵌め込まれる。固定部材３０の内周面には、たとえば図示しないねじ溝が形成されており、冷却媒体供給部材２０の外周面に形成された図示しないねじ溝と螺合することが可能となっている。そして、冷却媒体供給部材２０に嵌め込まれた固定部材３０により締めつけられて、外輪９０が冷却装置１のマスキング部材１０および冷却媒体供給部材２０に対して固定される。以上の手順により、非溶射領域閉鎖工程が完了する。
【００４４】
次に、図３を参照して、冷却媒体供給工程が実施される。具体的には、図２を参照して、矢印ａに沿って冷却媒体供給部材２０の内部を流れる冷却媒体は、矢印ｂに沿って、内周面９２に向けて冷却媒体吐出路２０Ａから吐出される。ここで、冷却媒体としては、たとえば空気を採用することができるが、内周面の酸化を抑制するため、たとえば窒素、アルゴンなどの不活性ガスなどを採用してもよい。
【００４５】
次に、図３を参照して、冷却工程が実施される。具体的には、図２を参照して、冷却媒体吐出路２０Ａから吐出された冷却媒体が矢印ｂに沿って流れ、内周面９２を冷却する。その後、図３を参照して、冷却媒体排出工程が実施される。具体的には、図２を参照して、内周面９２を冷却した冷却媒体が矢印ｃに沿って隙間４０から外部に噴出することにより排出される。
【００４６】
一方、図１を参照して、本実施の形態における外周面冷却工程では、環状部材としての外輪９０の外周面９１が冷却される。具体的には、図２を参照して、矢印ｅに沿った方向に冷却媒体が吹き付けられて、外周面９１が冷却される。冷却媒体としては、内周面冷却工程と同様に空気、不活性ガスなどを採用することができる。
【００４７】
さらに、図１を参照して、本実施の形態における溶射工程は、上述の内周面冷却工程および外周面冷却工程と並行して、以下のように実施することができる。図４は、本実施の形態における溶射工程を説明するための概略図である。図４においては、冷却装置の表示は省略され、溶射を行なうための溶射装置に含まれる溶射ガンの動作が図示されている。
【００４８】
図４を参照して、本実施の形態における溶射装置は、溶射部材としての溶射ガン８０を備えており、溶射ガン８０の吐出口８１からは、アルミナなどの被覆材を矢印γの向きに溶射（吐出）することができる。また、溶射ガン８０は、吐出口８１が、中心点Ｐを中心とする円弧上を往復可能に構成されている。ここで、中心点Ｐが、外輪９０の中心軸α（図２の回転軸α）を含む断面において、外輪９０に対して、中心軸αに垂直であって外周面９１の幅を２等分する直線β上の点となるように、溶射ガン８０は配置されている。そして、外輪９０が中心軸αを軸として、図２において説明した冷却装置１のマスキング部材１０、冷却媒体供給部材２０および固定部材３０とともに、たとえば毎分３０回以上３００回以下の回転数で回転する。これと同時に、溶射ガン８０が中心点Ｐを中心とする円弧上を移動しつつ、矢印γの向きに被覆材であるアルミナなどを溶射する。これにより、本実施の形態の溶射工程は実施される。このとき、被覆材の吐出の向きである矢印γの向きには、常に中心点Ｐが存在するように、溶射ガン８０は当該円弧上を移動する。
【００４９】
さらに、図４に示すように、溶射ガン８０の、中心点Ｐに対する角速度は、両端部において、中央部よりも低速となっている。これにより、形成される皮膜の厚みの均一性を確保することが可能となっている。
【００５０】
以上のように、本実施の形態における冷却装置１を用いて環状部材の冷却方法を実施することにより、外輪９０の内周面９２以外の領域である外周面９１および端面９３に対して被覆材としてのアルミナの溶射を実施しつつ、内周面９２を冷却することができる。また、微粉化された被覆材を採用する等の必要もなく、一般的な被覆材を採用することができる。
【００５１】
さらに、外輪９０とマスキング部材１０との隙間４０から冷却媒体が噴出されることにより、皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近においても、外輪９０に形成される皮膜の厚さを十分に確保しながら、当該境界付近におけるバリの発生を抑制することができる。また、外輪９０とマスキング部材１０とが隙間４０を挟んで分離した状態で溶射が行なわれることから、溶射後に外輪９０とマスキング部材１０とが分離される際に、外輪９０上に形成された皮膜が引き剥がされる問題も回避される。
【００５２】
その結果、本実施の形態における冷却装置１を用いて本実施の形態における環状部材の冷却方法を実施することにより、内周面９２以外の領域である外周面９１および端面９３に対して溶射を実施するに際し、被覆材のコストの上昇を抑制し、かつ内周面９２の温度上昇を抑えるとともに、皮膜の厚さを十分に確保しながら、皮膜が形成される領域と形成されない領域との境界付近における溶射時のバリの発生を抑制することができる。また、上記環状部材の冷却方法を内周面冷却工程に採用した本実施の形態における皮膜付き環状部材の製造方法を実施することにより、製造コストを抑制し、かつ内周面９２の特性の低下を抑制しつつ、外周面９１および端面９３に十分な厚みの皮膜が形成された皮膜付き環状部材を製造することができる。
【００５３】
なお、図２を参照して、隙間４０の大きさは、溶射が実施された場合に被覆材であるアルミナが隙間４０内に侵入して隙間４０が閉塞することが回避可能な程度の流速で冷却媒体が隙間４０から噴出するように、適切な大きさに決定することができる。したがって、本実施の形態における隙間４０の大きさは特に限定されないが、たとえば、隙間４０の大きさ（マスキング部材１０と外輪９０との距離）は、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることができる。
【００５４】
ここで、上記隙間４０の大きさの調整は、外径の異なるマスキング部材１０を複数個準備しておき、適切なマスキング部材１０を選択することにより行なってもよいし、一対のマスキング部材１０の間隔を変化させることにより行なってもよいし、上記両方の手段を併用してもよい。一対のマスキング部材１０の間隔を変化させるためには、上述のように支持部材６０の調節部６２とマスキング部材１０との間にスペーサを挟んでもよいし、大きさの異なった調節部６２を有する支持部材６０を複数個準備しておき、適切な調節部６２を有する支持部材を選択することにより行なってもよい。また、支持部材６０が環状部材支持部６１と調節部６２とに分離可能である場合、大きさの異なる複数の調節部６２から適切な調節部６２を選択して、一対のマスキング部材１０の間隔を変化させてもよい。
【００５５】
また、上記実施の形態は、外輪９０の両側の端面９３に隣接する両側の面取り部９４とマスキング部材１０との間に隙間４０が形成される場合を示した図２に基づいて説明したが、いずれか一方の面取り部９４に接するバリの形成等を抑制すればよい場合、隙間４０は当該一方の面取り部９４とマスキング部材１０との間に形成されていてもよい。
【実施例１】
【００５６】
以下、本発明の実施例１について説明する。転がり軸受外輪の外周面および端面に対して溶射を行なった場合の、内周面の温度推移に及ぼす外輪の冷却の影響を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【００５７】
まず、環状部材として、転がり軸受であるＪＩＳ規格６３１６型番の外輪を準備した。この外輪を、図２に基づいて説明した上記実施の形態における冷却装置１に外輪９０と同様にセットした。そして、外輪を軸α周りに回転させつつ、図４に示すように溶射ガン８０を走査させて溶射を行ない、外周面および端面に皮膜を形成した。溶射には水素−アルゴンのプラズマ溶射、被覆材にはアルミナ粉末、冷却媒体にはエアドライヤーにより処理された乾燥空気を採用した。乾燥空気は、圧力０．６ＭＰａ、０．５Ｎｍ３／分（ノーマル立方メートル毎分）の条件で冷却媒体供給部材２０に供給した。隙間４０の大きさ（マスキング部材１０と外輪９０との距離）は、０．５ｍｍとした。また、溶射は、３００秒間の溶射によって、外周面に厚み０．５ｍｍの皮膜が形成される条件で行なった。そして、０〜３００秒経過後の内周面の温度を、内周面に配置したサーモラベル（商品名ＴＥＭＰ−ＰＬＡＴＥ、ＷＡＨＬ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ社製）により調査した。試験結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
2008280554.tif 000003
【００５９】
表１を参照して、本実施例の試験においては、本発明の実施例として、上記実施の形態の冷却装置を用いて内周面の冷却を行なったもの、本発明の範囲外である比較例として、内周面の冷却を行なわなかったもの、について内周面の温度推移を調査した。サーモラベルによれば、所定の温度を超えたか否かを知ることができる。本実施例では、９３℃、１２１℃、１４８℃、１７６℃のそれぞれの温度を超えたか否かを知ることができるサーモラベルを採用した。表１において、＜９３℃は内周面の温度が９３℃を超えなかったこと、＜１２１℃は９３℃を超え、１２１℃を超えなかったこと、＜１４８℃は１２１℃を超え、１４８℃を超えなかったこと、＜１７６℃は１４８℃を超え、１７６℃を超えなかったこと、＞１７６℃は１７６℃を超えたことをそれぞれ示している。
【００６０】
表１に示すように、内周面および外周面の冷却をともに行なわなかった比較例Ａでは、溶射開始から３０秒経過後には、すでに内周面の温度が１７６℃を超えている。ここで、本実施例における被溶射物である６３１６型番の転がり軸受の外輪は、焼入硬化されたＪＩＳ規格ＳＵＪ２（鋼）からなっており、内周面の温度が１５０℃を超えると硬度が低下し、特性が劣化する。そのため、内周面の温度は、１５０℃以下に保持される必要がある。比較例Ａでは、内周面が１５０℃を超えないようにするためには、溶射の開始から極めて短時間で、溶射を中断して外輪を冷却し、溶射を再開する作業を繰返す必要があり、処理効率が著しく低下する。
【００６１】
一方、内周面の冷却を行なわず、外周面のみを冷却した比較例Ｂでは、比較例Ａよりも内周面の温度上昇が抑制されており、溶射の開始から３０秒以内に溶射を中断して外輪を冷却し、溶射を再開する作業を繰返せば、内周面が１５０℃を超えない。しかし、この条件でも溶射の中断回数が十分少ないとはいえず、処理効率は不十分である。
【００６２】
これに対し、内周面の冷却を実施し、外周面の冷却を実施しなかった本発明の実施例Ａでは、溶射の開始から１２０秒以内に溶射を中断して外輪を冷却し、溶射を再開する作業を繰返せば、内周面が１５０℃を超えない。このことから、内周面の冷却を実施しつつ、外周面の溶射を行なう本発明の環状部材の冷却装置および環状部材の冷却方法によれば、マスキング部材で覆われた内周面の温度上昇を十分に抑制し、効率的に溶射を実施できることが確認された。さらに、内周面だけでなく外周面の冷却をも実施した本発明の実施例Ｂでは、溶射の開始から２４０秒以内に溶射を中断して外輪を冷却し、溶射を再開する作業を繰返せば、内周面が１５０℃を超えない。このことから、本発明の環状部材の冷却装置および環状部材の冷却方法において、環状部材の外周面の冷却を実施することにより、内周面の温度上昇をさらに抑制し、一層効率的に溶射を実施できることが分かった。
【実施例２】
【００６３】
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の環状部材の冷却装置および冷却方法における、マスキング部材と環状部材との間の隙間からの冷却媒体の排出の効果を確認する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【００６４】
試験の条件および方法は、基本的には上記実施例１と同様である。ただし、本発明の範囲外の比較例として、図２のマスキング部材１０と外輪９０の面取り部９４とを接触させて隙間４０を形成しないようにした状態で、溶射処理を実施する試験を行なった（比較例Ｃ）。そして、上記実施例１における実施例Ａと、比較例Ｃとについて、形成された皮膜の状態を調査した。試験結果を表２に示す。表２において、境界部とは、図２を参照して、外輪９０の端面９３とマスキング部材１０との境界部を示している。また、バリ高さとは、端面９３に形成された皮膜の平坦な部分からのバリの突出高さである。
【００６５】
【表２】
2008280554.tif 000004
【００６６】
表２を参照して、マスキング部材と外輪とを接触させることにより、排出ガス噴出隙間（図２の隙間４０）を形成しなかった比較例Ｃでは、端面上に形成された皮膜とマスキング部材上に形成された皮膜とが、境界部において一体化していた。そのため、マスキング部材と外輪とを分離する際に、端面上に形成された皮膜が引き剥がされる可能性がある。また、比較例Ｃでは、バリ高さが０．４５ｍｍとなっており、後工程においてこれを除去する必要がある。
【００６７】
これに対し、本発明の実施例Ａでは、端面上に形成された皮膜とマスキング部材上に形成された皮膜とが、境界部において分離していた。そのため、マスキング部材と外輪とを分離する際に、端面上に形成された皮膜が引き剥がされる問題が回避される。また、本発明の実施例Ａでは、バリはほとんど形成されておらず、バリ高さが０．１ｍｍ以下となっていたため、これを除去する工程を省略することが可能である。
【００６８】
以上の結果から、本発明の環状部材の冷却装置および冷却方法によれば、バリの形成を抑制するとともに、境界部における皮膜の一体化に起因する環状部材上に形成された皮膜が引き剥がされる問題を回避可能であることが確認された。
【００６９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の環状部材の冷却装置、環状部材の冷却方法および皮膜付き環状部材の製造方法は、環状部材の内周面以外の領域に対して被覆材の溶射を行ない、当該領域に皮膜を形成する環状部材の被覆処理において、環状部材を冷却するための環状部材の冷却装置、環状部材の冷却方法およびこれらを用いた皮膜付き環状部材の製造方法に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施の形態における皮膜付き環状部材の製造方法の概略を示す流れ図である。
【図２】本発明の一実施の形態における環状部材の冷却装置を示す概略断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態における環状部材の冷却方法の概略を示す流れ図である。
【図４】本発明の一実施の形態における溶射工程を説明するための概略図である。
【図５】従来の環状部材の皮膜形成方法およびこれに使用されるマスキング部材を説明するための概略部分断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  冷却装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ  マスキング部材、２０  冷却媒体供給部材、２０Ａ  冷却媒体吐出路、２０Ｂ  段差部、３０  固定部材、４０  隙間、６０  支持部材、６１  環状部材支持部、６２  調節部、８０  溶射ガン、８１  吐出口、８２  アルミナ皮膜、９０  外輪、９１  外周面、９２  内周面、９３  端面、９４  面取り部。
【図１】
2008280554.tif 000005
【図２】
2008280554.tif 000006
【図３】
2008280554.tif 000007
【図４】
2008280554.tif 000008
【図５】
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