JP2007120632A - 転がり軸受の再生方法と再生可能な転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受の再利用を可能にする。
【解決手段】 互いに相対移動する一対の軸受部材１１に転動溝１２を形成し、これら転動溝１２間にボールあるいはころからなる転動体１３を介在させてなる転がり軸受において、上記転動溝１２の表面から、上記転動体１３の直径に対して１０数％〜２０％前後に相当の厚さ分を除去する工程と、この除去した厚さ相当分の転動溝表面に、削除した分の厚さを有する硬化層を形成する工程とからなる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、互いに相対移動する一対の軸受部材に転動溝を形成し、これら転動溝間にボールあるいはころからなる転動体を介在させてなる転がり軸受に関する。

直動形転がり軸受として特許文献１に記載されたものが従来から知られているが、この従来の直動形転がり軸受を示したのが、図２，３である。この図２，３に示した直動形転がり軸受は、レール１にスライダ２をまたがせるとともに、このレール１の両側面には、転動溝３，３を形成している。また、スライダ２にも、上記転動溝３，３に対向する転動溝４，４を形成し、これら両転動溝３，３と４，４間に、転動体であるボール５，５を介在させている。

そして、スライダ２がレール１上を移動するときには、転動溝３，３と４，４間のボール５，５が転動しながら移動しつつ、レール１とスライダ２との相対移動が円滑に行われるようにしている。

ただし、上記のようにスライダ２がレール１と相対移動するときには、転動溝３，３および４，４のそれぞれに、ボール５，５を介して荷重が作用するが、その荷重は、上記転動溝３，３および４，４の深さ方向に作用する。そして、レール１およびスライダ２には、その荷重によって剪断応力が作用するが、その最大剪断応力が作用する深さ付近が起点になって、転がり疲れによるクラックが発生するが、このクラックが転動溝の表面に至ると、当該軸受が使用不能になる。
特開２００３−０９０３３８号公報

上記のように従来の転がり軸受では、フレーキング現象がひどくなると、使用不能になるが、一度使用不能になった転がり軸受は、廃棄処分せざるを得なかった。しかしながら、現在の地球環境を考えると、資源の有効利用が、全世界的な規模で求められるだけでなく、それが必然的な趨勢となることは明らかである。このような状況において、従来のように使用不能になったレールやスライダを廃棄処分にせざるを得ないということは、資源の有効利用という時代の要請に逆行すると言う問題があった。

この発明の目的は、将来起こりうる物質循環型社会に対応できる転がり軸受の再生方法および再生可能な転がり軸受に関する。

第１の発明の転がり軸受の再生方法は、互いに相対移動する一対の軸受部材に転動溝を形成し、これら転動溝間にボールあるいはころからなる転動体を介在させてなる転がり軸受において、上記転動溝の表面から、上記転動体の直径に対して１０数％〜２０％前後に相当の厚さ分を除去する工程と、この除去した厚さ相当分の転動溝表面に、削除した分の厚さを有する硬化層を形成する工程とからなる点に特徴を有する。

なお、上記のように上記転動溝と転動体との相対移動によって発生する剪断応力が作用する最深部は、通常、転動体の直径の３％程度である。しかし、第１の発明における除去する厚さとは、実質的に最大剪断応力が作用している部分の最深部すなわち転がり疲れによるクラックが発生する深部よりもさらに深い部分をいうもので、それが転動体の直径に対して１０数％〜２０％前後に相当する厚さ分になる。また、転動溝の表面をそぎ取るのは、研削や切削加工でもよいし、逆電解処理でもよく、特に、その取り除く方法に関しては、限定されない。

第２の発明の再生可能な転がり軸受は、互いに相対移動する一対の軸受部材に転動溝を形成し、これら転動溝間にボールあるいはころからなる転動体を介在させてなる転がり軸受において、上記転動溝の表面から、上記転動体の直径に対して１０数％〜２０％前後に相当の厚さ分にあらかじめ硬化層を形成する工程と、この硬化層を除去する工程と、硬化層を除去した厚さ相当分に新たな硬化層を形成する工程とからなる点に特徴を有する。

第３の発明の再生可能な転がり軸受は、互いに相対移動する一対の軸受部材に転動溝を形成し、これら転動溝間にボールあるいはころからなる転動体を介在させてなる転がり軸受において、上記転動溝の表面に、上記転動体の直径の１０数〜２０％前後に相当する厚さを有する硬化層を形成した点に特徴を有する。
第４の発明の再生可能な転がり軸受の上記硬化層は、硬度をＨＲＣ５８〜６４に保った硬質クロムメッキ層からなる点に特徴を有する。

なお、上記１０数％〜２０％前後の厚さ分とは、転がり疲れによるクラックが発生する箇所よりも、十分に深い部分までの厚さを言う。すなわち、転がり疲れによるクラックが発生するのは、上記したように、通常、転動体の直径の３％程度といわれているが、この発明においては、上記クラックが発生するであろう厚さ分に硬化層があれば、その硬化層の厚さはいくら厚くてもよい。そこで、この発明では、硬化層の厚さを、製造コストや安全性を考慮して、転動体の直径の１０数％〜２０％前後に設定している。

なお、第１〜３のいずれの発明も、互いに相対移動する一対の軸受部材に転動溝を形成し、これら転動溝間にボールあるいはころからなる転動体を介在させた転がり軸受であれば、どのような軸受にも適用できる。例えば、スライダがレール上を移動する直動形転がり軸受や、内輪と外輪とが相対回転する回転転がり軸受のいずれにも、この発明を適用することができる。

また、第１および３のいずれの発明も、一対の軸受部材のうち、一方の軸受部材の転動溝だけに硬化層を形成するようにしてもよいし、両軸受部材の転動溝のそれぞれに硬化層を形成してもよい。

第１〜４の発明によれば、フレーキング現象が発生する箇所を取り除いて、その箇所にさらに硬化層を形成するようにしたので、転動溝の表面にフレーキング現象が発生したとしても、当該軸受部材を廃棄する必要がなく、それを再利用することができる。

図１に、この発明の実施形態を示す。なお、この実施形態の転がり軸受は、従来例の転がり軸受を前提にしたものである。したがって、従来例と同様の構成要素についてはその詳細な説明を省略する。

図１は、レールまたはスライダからなる軸受部材１１に転動溝１２を形成し、この転動溝１２に、転動体１３が転動するようにしている。このようにした軸受部材１１が移動して、転動溝１２と転動体１３が相対移動すると、転動溝１２には、転動体１３を介して荷重が作用するが、その上記転動溝１２の深さ方向に作用する。そして、軸受部材１１には、その最大剪断応力が作用する深さ付近が起点になって、転動体１３との相対移動方向に剪断荷重が作用するが、この点は、従来と全く同様である。

また、この実施形態では、上記転動溝１２の表面に、硬度をＨＲＣ５８〜６４に保った硬質クロムメッキ層からなる硬化層１４を形成しているが、この硬化層１４は、転動溝１２の表面から厚さＬ１の範囲に形成している。そして、この厚さＬ１は、転動溝１２の表面から、上記した最大剪断応力が作用する最深部までの厚さよりも十分に厚い厚さを有することを原則とするが、このように相対移動によって発生する最大剪断応力が作用する最深部は、転動体１３の直径の３％程度である。ただし、この実施形態における上記厚さＬ１は、実質的に最大剪断応力が作用している部分の最深部すなわち転がり疲れによるクラックが発生している箇所までの深さよりも十分に深ければよく、その値を、この実施形態では、ボール直径の１５％〜２０％に設定したものである。

上記のようにした転動溝１２および硬化層１４は次のようにして形成される。まず、軸受部材１１に溝を形成するが、このときには、必要な転動溝の深さと、上記硬化層１４の厚さＬ１とを加えた深さ分の溝を切削加工等であらかじめ形成しておく。このようにした深さの溝を形成したら、この溝と、電解液中に取り付けた電極との間に電位差をかけて、電解液中のクロムを上記溝の表面に析出させ、硬度をＨＲＣ５８〜６４に保った硬質クロムメッキからなる硬化層１４を形成する。このとき、硬化層１４の厚さを、上記厚さＬ１となるように形成し、硬化層１４の表面が、転動溝１２の表面に露出するようにしている。言い換えると、転動溝１２の表面は、硬化層１４で構成されることになる。

このように、硬化層１４を表面に露出させた転動溝１２に、転動体１３が転動するので、転動溝１２にはフレーキング現象が生じにくくなり、その分、製品寿命が延びることになる。しかし、長時間の使用による転がり疲れによるクラックの発生は、さけることができないが、その理由は、次の通りである。すなわち、転動体１３と転動溝１２との間に剪断荷重が発生するが、この剪断荷重は、転動溝１２の表面から深さ方向に向かって、硬化層１４の内部に存在する極微小のクラックに作用する。そして、転動体１３が転動溝１２の表面を繰り返し転動すると、上記したクラックが転動溝１２の表面に向かって徐々に広がり、最終的には転動面に亀裂が生じる。このように転がり疲れによるクラックが発生した時点で、軸受部材１１は、一旦、製品寿命を終えることになる。

ただし、この実施形態では、上記寿命を終えた軸受部材１１を次のようにして再生することができる。まず、転動体１３の直径の１５〜２０％とした硬化層１４部分を、研削や切削加工または逆電解処理等によりそぎ取る。このように、転動体１３の直径の１５〜２０％とした硬化層１４をそぎ取ってしまえば、必ず、前記したクラックが発生した深さ位置以上の厚さ分を除去したことになる。このように硬化層１４を除去したら、前記と同様に、軸受部材１１を電解液中につけて、クラックが発生した深さ位置以上の厚さ分を除去して形成された溝と、電解液中に取り付けた電極との間に電位差をかけて、電解液中のクロムを上記溝の表面に析出させ、硬度をＨＲＣ５８〜６４に保った硬質クロムメッキからなるあらたな硬化層１４を形成する。

上記したように、この実施形態によれば、硬化層１４を設けたので、軸受部材１１の製品寿命を延ばすことができるとともに、たとえ、軸受に転がり疲れによるクラックが発生したとしても、硬化層１４のみを再生することによって、当該軸受を再利用することができる。

なお、上記した実施形態は、あらかじめ硬化層１４を形成した軸受部材１１について説明したが、例えば、この軸受硬化層１４を備えていない既存軸受部材に関しても、この発明を利用することができる。例えば、転がり疲れによるクラックが生じて製品寿命を終えている軸受部材１１に対しては、クラックが及んでいる部分を取り除くのに十分な深さ分だけ研削加工等によって削り取る。

なお、クラックが及んでいる部分を除く十分な深さ分とは、前記したように転動体１３の直径に対して１０数％〜２０％の範囲に相当する深さ分である。ただ、上記深さは、クラックが発生している部分を完全に除去すれば、それ以上いくら除去しても理論的には問題ないが、この実施形態では、転動体１３の直径に対して１０数％〜２０％の範囲に相当する深さを取り除けば十分である。

上記のように転動体１３の直径に対して１０数％〜２０％に相当する範囲を切削したら、前記と同様に、転動溝１２と、電解液中に取り付けた電極との間に電位差をかけて、電解液中のクロムを転動溝１２の表面に析出させて、硬質クロムメッキからなる硬化層１４を形成する。このように硬化層１４を一度形成すれば、その硬化層１４が劣化したとしても、その劣化した硬化層１４を、研削や切削加工あるいは逆電解処理等によってそぎ取り、そこに新たな硬化層１４を形成することができる。

いずれにしても、上記実施形態によれば、硬化層１４を簡単に除去及び再形成することができるので、硬化層１４の除去と再形成とを繰り返せば、軸受部材１１を何度でも再生することができる。また、転がり軸受においては、レールやスライダ等の軸受部材が最も損傷しやすいため、転がり疲れによるクラックが生じても、軸受部材以外の部材は、利用可能な場合がほとんどである。したがって、上記の方法により軸受部材を再生させれば、転がり軸受全体の再利用が可能となり、レールやスライダ等に熱処理を施して硬化する必要もなくなる。

なお、上記転動体１３には、ボールはもちろん、ころも含まれること当然である。また、転がり軸受は、直動形に限られるものではなく、互いに相対移動する一対の軸受部材に転動溝を形成し、この転動溝に転動体を介在させてなるものであれば、どのようなものにでも適用することができる。さらに、実用上は、再生時に転動体も新しいものと交換する必要がある。

転動体がガイド部材を転動している様子を示した図である。 従来の転がり軸受を示す斜視図である。 従来の転がり軸受を示す断面図である。

符号の説明

１１ 軸受部材
１２ 転動溝
１３ 転動体
１４ 硬化層

Claims (4)

1. 互いに相対移動する一対の軸受部材に転動溝を形成し、これら転動溝間にボールあるいはころからなる転動体を介在させてなる転がり軸受において、上記転動溝の表面から、上記転動体の直径に対して１０数％〜２０％前後に相当の厚さ分を除去する工程と、この除去した厚さ相当分の転動溝表面に、削除した分の厚さを有する硬化層を形成する工程とからなる転がり軸受の再生方法。
2. 互いに相対移動する一対の軸受部材に転動溝を形成し、これら転動溝間にボールあるいはころからなる転動体を介在させてなる転がり軸受において、上記転動溝の表面から、上記転動体の直径に対して１０数％〜２０％前後に相当の厚さ分にあらかじめ硬化層を形成する工程と、この硬化層を除去する工程と、硬化層を除去した厚さ相当分に新たな硬化層を形成する工程とからなる転がり軸受の再生方法。
3. 互いに相対移動する一対の軸受部材に転動溝を形成し、これら転動溝間にボールあるいはころからなる転動体を介在させてなる転がり軸受において、上記転動溝の表面に、上記転動体の直径の１０数％〜２０％前後に相当する厚さを有する硬化層を形成した再生可能な転がり軸受。
4. 上記硬化層は、硬度をＨＲＣ５８〜６４に保った硬質クロムメッキ層からなる請求項１〜３記載のいずれかに記載した再生可能な転がり軸受。

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