JP6751814B2 - 転がり軸受及び転がり軸受の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受及び転がり軸受の製造方法に関する。

転がり軸受は、様々な分野で広く用いられている。一般的な転がり軸受は、内輪、外輪、複数の転動体、及びこれら転動体を保持する保持器を備えている。更に、転動体が存在している軸受内部に軸受外部から水や異物等が侵入するのを防いだり、軸受内部のグリースが軸受外部へ流出するのを防いだりするために、環状のシールドを備えた転がり軸受が知られている（例えば、特許文献１参照）。シールドは、固定輪（外輪）の側部に取り付けられている。

従来、シールドを取り付けるために、外輪の側部内周側に周溝が形成されており、シールドはプレスによって周溝に嵌め入れられている。シールドの固定を確実とするためには、前記周溝を軸方向にある程度広くするのが好ましい。しかし、軸方向寸法を小さくしてスリム化を図る転がり軸受の場合、周溝のスペースが制限され、確実にシールドを外輪に固定することが難しくなる。

特開２００８−５１３０４号公報

本発明の一態様に係る転がり軸受は、固定輪、回転輪、前記固定輪と前記回転輪との間に介在している複数の転動体、前記複数の転動体を保持する保持器、及び、前記固定輪の側部に取り付けられている環状のシールドを備え、前記シールドに、前記固定輪との溶接による溶け込み部と、前記固定輪と固定されていない非溶接部とが、周方向に沿って交互に設けられている。

本発明の一態様に係る転がり軸受の製造方法は、固定輪、回転輪、前記固定輪と前記回転輪との間に介在している複数の転動体、及び、前記複数の転動体を保持する保持器を備えている転がり軸受の当該固定輪に、環状のシールドを取り付ける、転がり軸受の製造方法であって、前記固定輪の側部に前記シールドの一部を重ねる準備工程と、前記シールドを前記側部にレーザ溶接する溶接工程と、を有し、前記溶接工程では、レーザを出力するヘッドと、前記シールドを重ねた前記固定輪とを、前記固定輪の中心軸回りに相対回転させながら、前記シールドにレーザを出力して溶接する溶接動作とレーザを出力しない非溶接動作とを交互に繰り返し行なう。

転がり軸受の一例を示す断面図である。 軸方向一方側のシールドの外周側部、及びその周囲を説明する断面図である。 図１に示す転がり軸受の側面図である。 準備工程の様子を示す説明図である。 準備工程の様子を示す説明図である。 治具によってシールドを外輪の側部に押し付けた状態を、中心軸に沿った方向から見た図である。 別の形態の治具によってシールドを外輪に押し付けた状態の説明図である。 図６Ａにおいて矢印Ｂにおける断面図である。 溶接工程の説明図である。 本実施形態の転がり軸受の仕様と、溶接工程での溶接条件の一例を示す図である。 溶接工程における溶接動作と非溶接動作とを説明するタイムチャートである。 溶接工程の説明図である。 溶け込み部の比率と外輪の歪みとの関係を示したグラフである。 溶け込み部の比率とシールドの固定力との関係を示したグラフである。 他の形態の転がり軸受の側面図である。 転がり軸受の更に別の形態を示す断面図である。 図１３に示す転がり軸受の変形例を示す断面図である。

＜本開示が解決しようとする課題＞
前記のとおり、シールドを外輪に嵌め入れて固定することが難しい。そこで、シールドを溶接により外輪に固定する手段が提案されている。転がり軸受の軸方向寸法を小さくしてスリム化を図るためには、シールドの板厚を薄くするのが好ましいが、その場合、溶接による取り付けが困難となることがある。例えば溶接による入熱量が大きくなると、シールドが想定外に変形する。

溶接によるシールドの変形（歪み）の原因の一つとして、シールドの残留応力が考えられる。すなわち、シールドは、圧延等によって得られた薄板を、更にプレスによって所定形状に成型することで製造されている。このため、得られたシールドには残留応力が生じている。このようなシールドを、溶接によって固定輪に取り付けると、溶接の際の熱によって残留応力が開放され、シールドが所定方向に歪み、この歪みによって固定輪が引っ張られて変形することがある。

そこで、転がり軸受の固定輪にシールドを溶接によって固定し、しかも、シールドの歪みを抑え、固定輪の変形を抑制することを目的とする。

＜本発明の実施形態の概要＞
以下、本発明の実施形態の概要を列記して説明する。

本実施形態の転がり軸受の製造方法は、固定輪、回転輪、前記固定輪と前記回転輪との間に介在している複数の転動体、及び、前記複数の転動体を保持する保持器を備えている転がり軸受の当該固定輪に、環状のシールドを取り付ける方法であって、前記固定輪の側部に前記シールドの一部を重ねる準備工程と、前記シールドを前記側部にレーザ溶接する溶接工程と、を有し、前記溶接工程では、レーザを出力するヘッドと、前記シールドを重ねた前記固定輪とを、前記固定輪の中心軸回りに相対回転させながら、前記シールドにレーザを出力して溶接する溶接動作とレーザを出力しない非溶接動作とを交互に繰り返し行なう。

この製造方法によれば、レーザを出力するヘッドと固定輪との相対回転は連続であるが、シールドと固定輪との溶接は周方向に沿って不連続となる。このため、得られる転がり軸受では、シールドに、固定輪と溶接されることで形成された溶け込み部と、固定輪と固定されていない非溶接部とが、周方向に沿って交互に設けられた構成となる。非溶接部ではレーザ溶接による入熱が無いことから、全体としてシールドへの入熱量を少なくすることができ、シールドの歪みの発生を低減することができる。この結果、固定輪の変形を抑制することが可能となる。

また、前記溶接動作では、当該溶接動作を繰り返す第一周期よりも短い第二周期でレーザを間欠的に出力しつつ、前記固定輪との溶接による溶け込み部を、連続した円弧状に形成するのが好ましい。この場合、溶接動作の間においてレーザの出力が間欠的であることから、短時間ではあるが溶接動作中にもレーザを出力しない時間があり、その間に放熱が可能となり、シールドの歪みをより一層低減することができる。

また、前記準備工程において、前記固定輪の側部に前記シールドの一部を重ねた状態で、治具によって当該シールドを当該固定輪の側部に押し付けた状態とし、前記押し付けた状態を維持して、前記溶接工程を行なうのが好ましい。このように、治具がシールドを固定輪の側部に押し付けた状態で維持し、溶接工程を行なうことで、シールドの歪みを更に低減することができる。
また、前記治具は、前記固定輪の中心軸と同軸状となって位置する本体部と、当該本体部から径方向外側に延びかつ周方向に間隔をあけて設けられている複数の突出部と、を有し、前記突出部が前記シールドを前記固定輪の側部に押し付けた状態で、周方向で隣り合う前記突出部の間にレーザを出力するのが好ましい。この場合、周方向で隣り合う突出部の間に溶け込み部が形成され、周方向で隣り合う溶け込み部の間が非溶接部となる。非溶接部となる箇所を治具の突出部によって押さえるため、シールドに生じる歪みをより一層効果的に低減することができる。

本実施形態の転がり軸受は、固定輪、回転輪、前記固定輪と前記回転輪との間に介在している複数の転動体、前記複数の転動体を保持する保持器、及び、前記固定輪の側部に取り付けられている環状のシールドを備え、前記シールドに、前記固定輪との溶接による溶け込み部と、前記固定輪と固定されていない非溶接部とが、周方向に沿って交互に設けられている。
この転がり軸受は、非溶接部では溶接による入熱が無いことから、全体としてシールドへの入熱量を少なくして製造されており、シールドの歪みの発生が低減されている。この結果、固定輪の変形が抑制された真円度の小さい転がり軸受となる。

また、前記溶け込み部は、周方向に沿って等ピッチで設けられていてもよく、前記溶け込み部は、周方向に沿って不等ピッチで設けられていてもよい。不等ピッチとする場合、周方向に沿って、溶け込み部が密に存在する領域と、溶け込み部がまばらに存在する領域とを生じさせることができる。
ここで、シールドは薄いことから、溶接の際の熱によって残留応力が開放されて歪みが大きくなりやすく、この歪みは所定方向に大きく生じる。このため、残留応力の開放によって歪みが大きくなる方向を考慮して、溶け込み部を周方向に沿って不等ピッチとし、溶け込み部が密に存在する領域と、まばらに存在する領域とを設定することで、溶け込み部の全長が同じであっても（つまり、入熱量が同じであっても）、シールドの歪みをより効果的に抑制することが可能となる。

従来のシールド付きの転がり軸受では、シールドが固定輪に嵌合することで取り付けられている。このように嵌合によってシールドが固定輪に取り付けられて構成される転がり軸受の場合と、固定輪の歪みを同程度とするためには、周方向に沿って前記溶け込み部が占める割合は、１％以上であって５０％以下であり、前記溶け込み部は、周方向に沿って３箇所以上設けられていると共に、当該溶け込み部の一箇所における周長は、０．５ｍｍ以上であって５ｍｍ以下である構成とするのが好ましい。溶け込み部が占める割合を前記のとおり設定し、溶け込み部を周方向に沿って３箇所以上として、溶け込み部の一箇所における周長を前記のとおり制限することにより、シールドの固定力を確保しつつ、溶け込み部を少なくすることができ、入熱量を制限し、シールドの歪みを抑えることができる。

また、前記固定輪の前記側部には、前記シールドを取り付ける周溝が形成されており、前記シールドの縁部は、前記周溝の軸方向範囲内において存在する折れ曲がり部を有し、前記周溝の円筒状の周面と前記縁部の周面との間には全周にわたって隙間が形成されているのが好ましい。この場合、シールドの縁部に折れ曲がり部が形成されていることで、剛性が高まり、溶接によるシールドの歪みを抑制することができる。また、前記周溝とシールドの前記縁部との間において全周にわたって隙間が形成されており、シールドが周溝と干渉するのを防ぐことができる。

＜本開示の効果＞
本開示によれば、転がり軸受の固定輪にシールドを溶接によって固定し、しかも、シールドの歪みを抑えて、固定輪の変形を抑制することが可能となる。

＜本発明の実施形態の詳細＞
〔転がり軸受について〕
図１は、転がり軸受の一例を示す断面図である。この転がり軸受７は、内輪１０、外輪２０、これら内輪１０と外輪２０との間に設けられている複数の玉（転動体）３０、環状の保持器３５、及び環状のシールド４０を備えている。図１に示す転がり軸受７は深溝玉軸受である。

内輪１０は、図示していない軸に外嵌固定される筒状の部材であり、外周に玉３０が転動する軌道（軌道溝）１１が形成されている。外輪２０は、図示していないハウジングの内面に嵌めて固定される部材であり、内周に玉３０が転動する軌道（軌道溝）２１が形成されている。複数の玉３０が内輪１０と外輪２０との間に介在しており、内輪１０と外輪２０とは同心状に配置される。保持器３５は、複数の玉３０を周方向に沿って所定の間隔（等間隔）で保持する。本実施形態では、内輪１０が、軸と共に回転する回転輪であり、外輪２０がハウジングと共に静止状態となる固定輪である。

内輪１０、外輪２０、及び玉３０は軸受鋼（ＳＵＪ２）からなる。保持器３５はステンレス鋼等の金属製（金属プレス製）又は樹脂製である。シールド４０はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４又はＳＵＳ４３０）からなる。本実施形態では、内輪１０及び外輪２０と、シールド４０とは共に金属製であるが、異種材からなる。内輪１０、外輪２０、及び玉３０の材質は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）であってもよい。シールド４０の材質は、炭素鋼（ＳＰＣＣ）であってもよい。

内輪１０と外輪２０との間であって玉３０が存在する軸受内部５には、潤滑剤としてグリースが封入されている。シールド４０は、軸受外部に存在する水や異物が軸受内部５へ侵入するのを防ぐと共に、軸受内部５のグリースが軸受外部へ流出するのを防ぐ。

シールド４０は、転がり軸受７の軸方向両側に設けられている。各シールド４０は、外輪２０の側部２３に溶接によって取り付けられており、内輪１０の外周側の一部（肩部外周面１６）と径方向の隙間を有して対向する。軸方向一方側のシールド４０と軸方向他方側のシールド４０とは、取り付け向きが反対となっているが同じ構成である。

シールド４０は、金属製の平板部材をプレスにより成型されて得たものであり、厚さが薄い。例えば、シールド４０の厚さｔは、例えば０．２ミリメートル以上であり０．５ミリメートル以下とすることができ、薄肉の環状部材である。シールド４０の内径は２０〜１２０ミリメートルである。図１に示すシールド４０は、平坦な円環部４１と短円筒部４２とを有している。円環部４１は、凹凸が無く円環状の平板部分であり、転がり軸受７の中心軸Ｃに直交する平面に沿って設けられている。転がり軸受７の中心軸Ｃは、内輪１０及び外輪２０それぞれの中心軸と一致する。

シールド４０の外周側部の一部がレーザ溶接されており、シールド４０は外輪２０の側部２３に溶接によって構成されている。具体的に説明すると、シールド４０の外周側の端縁から所定寸法だけ径方向内側に寄った途中部４４が、後にも説明するが部分的にレーザ溶接されている。シールド４０は部分的に外輪２０の側部２３に溶接によって固定されている。途中部４４は、周方向に沿った環状の領域であり、この途中部４４に溶接部が部分的に形成されている。溶接部は、シールド４０の一部と外輪２０の一部とが溶け込んだ溶け込み部５０であり、ナゲット又はビードとも呼ばれる。なお、図１及びその他の図において、説明を容易とするために溶け込み部５０を実際よりも大きく記載している。

図２は、軸方向一方側（図１の右側）のシールド４０の外周側部、及びその周囲を説明する断面図である。外輪２０の側部２３には、軸方向寸法ｍが小さい周溝２４が形成されている。この周溝２４は側部２３の全周にわたって形成されている。周溝２４内の側面２２にシールド４０の外周側部の側面４５を当接させた状態として、周溝２４内においてシールド４０は溶接によって外輪２０に固定されている。周溝２４の内周面２５の径（内径）はシールド４０の径（外径）よりも大きく設定されており、内周面２５とシールド４０の縁部４３との間には隙間が形成されている。

周溝２４の軸方向寸法ｍは、シールド４０の厚さ寸法ｔよりも大きく設定されている。これはシールド４０、及び溶け込み部５０が外輪２０の側部２３の最も軸方向外側の側面２３ａから軸方向外側（図３では右側）にはみ出すのを防ぐためである。

図３は、図１に示す転がり軸受７の側面図である。前記のとおり、シールド４０の外周側部の一部（途中部４４）が部分的に外輪２０の側部２３に溶接によって固定されている。図３に示すように、シールド４０の外周側の端縁から所定寸法について径方向内側に寄った途中部４４に、外輪２０との溶接による溶け込み部５０と、外輪２０と固定されていない非溶接部（溶接されていない部分）５１とが、周方向に沿って交互に設けられている。図３に示す形態では、溶け込み部５０は、周方向に沿って等ピッチで設けられている。

〔転がり軸受の製造方法について〕
以上のような、環状であり薄肉のシールド４０を外輪２０に取り付けることで行われる転がり軸受７の製造方法について説明する。この製造方法では、図１を参考にして説明すると、先ず、内輪１０、外輪２０、玉３０及び保持器３５を一体化し、中間製品である軸受部とする（組み立て工程）。次に、この軸受部の外輪２０の側部２３にシールド４０の一部（外周側部）を重ねる準備工程が行われ、その後、シールド４０を外輪２０の側部２３にレーザ溶接（ファイバーレーザ溶接）する溶接工程が行われる。図１に示す転がり軸受７の場合、軸方向一方側において準備工程及び溶接工程を行い、その後、軸方向他方側において準備工程及び溶接工程を行なう。準備工程及び溶接工程では、前記軸受部及び転がり軸受７の中心軸Ｃを鉛直方向として、上方からレーザ溶接を行なう（図７参照）。

〔準備工程について〕
図４Ａ及び図４Ｂは、準備工程の様子を示す説明図であり、組み立て工程を終えた中間製品である軸受部９、シールド４０、及び治具６０を断面で示している。準備工程では、外輪２０の側部２３にシールド４０の一部（外周側部）を重ねた状態で、治具６０によってシールド４０を外輪２０の側部２３に押し付けた状態とする。そして、この押し付けた状態を維持して、溶接工程が行われる。治具６０の押し付けは、図外のアクチュエータ等による。

図５は、治具６０によってシールド４０を外輪２０の側部２３に押し付けた状態を、中心軸Ｃに沿った方向（上方から）から見た図である。治具６０は、中心軸Ｃと同軸状となって位置する本体部６１と、この本体部６１から径方向外側に延びかつ周方向に間隔をあけて設けられている複数の突出部６２とを有している。この治具６０（以下、「第一の形態の治具６０」ともいう）は、中心軸Ｃに沿った方向から見ると、歯車形状を有している。突出部６２の数は溶け込み部５０の数と一致する。図４Ａは、図５において矢印Ａにおける断面を示し、図４Ｂは、図５において矢印Ｂにおける断面を示している。図４Ａに示すように、本体部６１の外周縁部６１ａが、外輪２０の側部２３のうちの内周側領域２８に対して、シールド４０を押さえつけることができる。図４Ｂに示すように、本体部６１の外周縁部６１ａが、外輪２０の側部２３のうちの内周側領域２８に対して、シールド４０を押さえつけることができると共に、更に、突出部６２が、外輪２０の側部２３のうちの中間領域２９に対して、シールド４０を押さえつけることができる。中間領域２９は、内周側領域２８の径方向外方側の領域である。図５に示すように、周方向で隣り合う突出部６２，６２の間においては、シールド４０が露出していることから、シールド４０のうちの突出部６２，６２間で露出している部分を、レーザ溶接することができる。突出部６２によって押さえつけられている部分が、非溶接部５１となる。

図６Ａは、別の形態の治具７０（以下、「第二の形態の治具７０」ともいう）によってシールド４０を外輪２０の側部２３に押し付けた状態を、中心軸Ｃに沿った方向から見た図である。図６Ｂは、図６Ａにおいて矢印Ｂにおける断面を示している。第二の形態の治具７０は、図５に示す治具６０とは異なり、中心軸Ｃと同軸状となって位置する円形の本体部６１のみによって構成されている。転がり軸受７の製造において、第二の形態の治具７０を用いてもよいが、シールド４０を押さえつける領域を増やしてシールド４０の歪みを抑制する観点から、図５に示す治具６０とするのが好ましい。

なお、図６Ａに示す例では、前記の実施形態と異なり、レーザ溶接を全周としている。つまり、周方向に連続する溶け込み部５３が形成されている。このように、レーザ溶接を全周とする場合、第二の形態の治具７０とする必要がある。しかし、この場合、図６Ｂに示すように、第二の形態の治具７０は、外輪２０の側部２３のうちの内周側領域２８に対して、シールド４０を押さえつけることができるが、外輪２０の側部２３のうちの中間領域２９に対して、シールド４０を全く押さえつけることができない。

以上より、本実施形態の製造方法によって組み立てられる転がり軸受７は（図３参照）、シールド４０に溶け込み部５０と非溶接部５１とが周方向に沿って交互に設けられたものとなる。この組み立てのために、図５に示すように、本体部６１から径方向外側に延びた突出部６２を複数有する第一の形態の治具６０を用いればよく、この治具６０により、シールド４０を外輪２０に広い範囲で押さえつけることができる。

〔溶接工程について〕
溶接工程について更に詳しく説明する。図７は、溶接工程の説明図である。溶接工程では、レーザを出力するヘッド８０と、準備工程においてシールド４０を重ねた外輪２０とを、中心軸Ｃ回りに相対回転させながら、ヘッド８０からシールド４０にレーザを出力して溶接する「溶接動作」とレーザを出力しない「非溶接動作」とを交互に繰り返し行なう。本実施形態では、ヘッド８０を固定状態とし、シールド４０と共に外輪２０を含む軸受部９を中心軸Ｃ回りに回転させる。外輪２０が一回転する間（３６０度の回転をする間）に、溶接動作と非溶接動作とを交互に繰り返し行なう。外輪２０が一回転する間、治具６０によってシールド４０は外輪２０の側部２３に押し付けられた状態にある。治具６０も、シールド４０及び外輪２０と同期して回転する。溶接動作と非溶接動作との切り替えは、レーザ発生のための電気的なオンとオフとを繰り返す制御を行なうことによって実現でき、その制御は容易である。

図８は、本実施形態の転がり軸受７の仕様と、溶接工程での溶接条件の一例を示している。図８において、溶け込み部５０の等配数が「８５」となっている。これに対して、図３等では、説明を容易とするために、溶け込み部５０の等配数を「８５」よりも少なくして記載している。図９Ａ及び図９Ｂは、図３に示す転がり軸受７を製造するための溶接工程の説明図である。図９Ａは、溶接工程における溶接動作と非溶接動作とを説明するタイムチャートであり、横軸が時間を表し、縦軸がヘッド８０から出力するレーザの出力（レーザパワー）を表している。外輪２０は５秒で一回転し、シールド４０に対して、０．５秒間隔で溶接動作が行われる。非溶接動作も０．５秒間隔となる。溶接動作を繰り返す周期（本実施形態では０．５秒）を、第一周期と呼ぶ。この溶接工程によって、シールド４０（図３参照）の途中部４４に、溶け込み部５０と非溶接部５１とが周方向に沿って交互に設けられる。

図９Ａのタイムチャートの一部を拡大した拡大図に示すように、溶接動作を実行している間、溶接動作を繰り返す前記第一周期よりも短い第二周期（例えば、０．００１秒）でレーザを間欠的に出力する。つまり、レーザ出力をパルス波形としている。このように、溶接動作の時間帯では、レーザを間欠的に出力するが、図９Ｂに示すように、溶け込み部５０を連続させる。本実施形態では、外輪２０を回転させながら溶接するため、溶け込み部５０は連続した円弧状に形成される。つまり、溶け込み部５０は、径方向寸法Ｄよりも周長（周方向寸法）Ｌが大きくなる形状（円弧状）で形成される。この点で、本実施形態の溶接は、スポット溶接と異なる。

前記のとおり、溶接動作ではレーザ出力をパルス波形としているが、これ以外として、溶接動作の時間中、レーザ出力を一定としてもよい。ヘッド８０から出力させるレーザの波長は１０６４〜１０９０ナノメートルの範囲で設定される。出力されるレーザのパワーは２５０Ｗ未満であり、小出力としている。シールド４０の軸方向外側からシールド４０に対してレーザを出力することで、シールド４０の一部と外輪２０の一部とを溶接する。本実施形態では、溶加材無しで溶接する。デューティー比等の溶接条件は、図８に示す条件以外であってもよく、変更可能である。

前記溶接工程によれば、シールド４０に対してレーザ溶接することで、シールド４０をその厚さ方向に貫通する溶け込み部５０が得られ（図２参照）、薄肉のシールド４０を外輪２０の側部２３に固定することができる。
以上の溶接工程を終えることで、転がり軸受７は完成する。

〔本実施形態の転がり軸受７及びその製造方法について〕
溶接によるシールド４０の変形（歪み）について説明する。溶接によるシールド４０の歪みの原因の一つとして、シールド４０の残留応力が考えられる。すなわち、シールド４０は、圧延等によって得られた薄板を、更にプレスによって所定形状に成型することで製造されている。このため、得られたシールド４０には残留応力が発生している。このようなシールド４０を、溶接によって外輪２０に取り付けると、溶接の際の熱によって残留応力が開放され、シールド４０が所定方向に歪み、この歪みによって外輪２０が引っ張られて変形することがある。そこで、本実施形態の製造方法では、溶接によるシールド４０への入熱量を少なくし、シールド４０の歪みの発生を低減している。

すなわち、本実施形態の製造方法の溶接工程では、前記のとおり（図７参照）、レーザを出力するヘッド８０に対して、シールド４０を重ねた外輪２０を中心軸Ｃ回りに回転させながら、シールド４０にレーザを出力して溶接する溶接動作とレーザを出力しない非溶接動作とを、交互に繰り返し行なう。この製造方法によれば、溶接のためのシールド４０及び外輪２０の回転は連続であるが、シールド４０と外輪２０との溶接は周方向に沿って不連続となる。このため製造される転がり軸受７では、シールド４０に、外輪２０と溶接されることで形成された溶け込み部５０と、外輪２０と固定されていない非溶接部５１とが、周方向に沿って交互に設けられた構成となる。非溶接部５１ではレーザ溶接による入熱が無いことから、全体としてシールド４０への入熱量を少なくすることができる。このため、シールド４０の歪みの発生を低減することができ、外輪２０の変形を抑制することが可能となる。

溶接によるシールド４０の変形（歪み）について更に説明する。シールド４０を外輪２０に溶接する際、溶接の熱によってシールド４０が熱膨張する。シールド４０が外輪２０に固定され、放熱によりシールド４０が冷却されると、シールド４０は収縮する。しかし、シールド４０は外輪２０に固定されているため、収縮しきれず、シールド４０に応力が発生する。すると、シールド４０が外輪２０を引っ張り、シールド４０及び外輪２０にひずみが発生する。そこで、本実施形態の製造方法では、前記のとおり、溶接によるシールド４０への入熱量を少なくし、シールド４０の歪みの発生を低減している。

また、本実施形態の製造方法によれば、外輪２０の回転、回転停止、溶接という順序のように溶接を開始する毎に回転を停止させないで済む。このため、加工時間の短縮が可能となる。

また、本実施形態の溶接動作では、図９Ａにより説明したとおり、この溶接動作を繰り返す第一周期（０．５秒）よりも短い第二周期（０．００１秒）でレーザを間欠的に出力しつつ、図９Ｂに示すように、溶け込み部５０を連続した円弧状に形成する。このように、溶接動作の間においてレーザの出力が間欠的であることから、短時間ではあるが溶接動作中にもレーザを出力しない時間があり、その間に放熱が可能となり、シールド４０の歪みをより一層低減することができる。

また、準備工程において、図７に示すように、外輪２０の側部２３にシールド４０の一部を重ねた状態で、治具６０によってシールド４０を外輪２０の側部２３に押し付けた状態とし、この押し付けた状態を維持して、溶接工程が行われる。これにより、シールド４０の歪みを更に低減することができる。また、治具６０は、中心軸Ｃと同軸状となって位置する本体部６１から径方向外側に延びている複数の突出部６２を有しており、これら突出部６２は（図５参照）、周方向に間隔をあけて設けられている。そして、これら突出部６２がシールド４０に接触することによってこのシールド４０を外輪２０の側部２３に押し付けた状態とし、この状態で、周方向で隣り合う突出部６２，６２の間にレーザを出力し、シールド４０と外輪２０とを溶接する。周方向で隣り合う突出部６２，６２の間に溶け込み部５０が形成され、周方向で隣り合う溶け込み部５０，５０の間が非溶接部５１となり、この非溶接部５１となる箇所を治具６０の突出部６２によって押さえることができる。このため、治具６０によるシールド４０の拘束箇所を増やすことが可能となり、シールド４０に生じる歪みをより一層効果的に低減することができる。

溶け込み部５０と非溶接部５１との比率は変更可能であり、また、溶け込み部５０の周長等も変更可能である。図１０は、溶け込み部５０の比率と外輪２０の歪みとの関係を示したグラフである。図１１は、溶け込み部５０の比率とシールド４０の固定力との関係を示したグラフである。「溶け込み部５０の比率」は、周方向に沿った溶け込み部５０の占める割合である。

図１０及び図１１によれば、溶け込み部５０の比率は、１％以上であって５０％以下とするのが好ましい。この比率が１％以上あれば、シールド４０が外輪２０から脱落しないだけの固定力が得られる。溶け込み部５０の比率が５０％を超えると、外輪２０の歪みが、所定値αを超える可能性がある。なお、所定値αとは、外輪２０の歪みの許容値であり、具体的に説明すると、従来の嵌合によってシールドが外輪に取り付けられて構成される転がり軸受の場合の外輪の歪み（許容値）である。つまり、従来例よりも外輪２０の歪みを低減するためには、溶け込み部５０の比率を５０％以下とするのが好ましい。

溶け込み部５０を周方向に沿って３箇所以上とすれば、溶け込み部５０の一箇所における周長Ｌ（図９Ｂ参照）は、０．５ｍｍ以上であって５ｍｍ以下とすることができる。周長Ｌが０．５ｍｍ以上であることにより、シールド４０が外輪２０から脱落しないだけの（必要最小限の）固定力が得られる。そして、従来の転がり軸受よりも歪みを低減するために、周長Ｌを５ｍｍ以下とするのが好ましい。このように、溶け込み部５０の周長Ｌを短くし、その数を少なくすることで、溶接による入熱量を低減することができる。

以上より、周方向に沿って溶け込み部５０が占める割合（前記比率）は、１％以上であって５０％以下であり、溶け込み部５０は、周方向に沿って３箇所以上設けられていると共に、溶け込み部５０の一箇所における周長Ｌは、０．５ｍｍ以上であって５ｍｍ以下であるのが好ましい。このように、溶け込み部５０が占める割合を前記のとおり設定し、溶け込み部５０を周方向に沿って３箇所以上として、溶け込み部５０の一箇所における周長Ｌを前記のとおり制限することにより、シールド４０の固定力を確保しつつ、溶け込み部５０を少なくすることができる。この結果、溶接による入熱量を制限し、シールド４０の歪みを抑えることができる。

〔他の形態の転がり軸受について〕
前記実施形態では（図３参照）溶け込み部５０が周方向に沿って等ピッチで設けられている場合について説明した。図１２に示すように、溶け込み部５０は、周方向に沿って不等ピッチで設けられていてもよい。つまり、周方向で隣り合う溶け込み部５０，５０の間隔が、シールド４０の環状となる途中部４４に沿った周方向位置により、不均等となっている。図１２に示す形態では、中心軸Ｃを中心として１８０度離れた第一領域Ｋ１と第二領域Ｋ２に設けられている溶け込み部５０の間隔は、第一領域Ｋ１（第二領域Ｋ２）と９０度離れた第三領域Ｋ３と第四領域Ｋ４に設けられている溶け込み部５０の間隔よりも狭くなっている。このように、溶け込み部５０を不等ピッチとする場合、周方向に沿って、溶け込み部５０が密に存在する領域（第一領域Ｋ１及び第二領域Ｋ２）と、この領域よりも溶け込み部５０がまばらに存在する領域（第三領域Ｋ３及び第四領域Ｋ４）とが生じる。

シールド４０は薄いことから、溶接の際の熱によって残留応力が開放されて歪みが大きくなりやすく、この歪みは所定方向に大きく生じる。このため、残留応力の開放によって歪みが大きくなる方向を考慮して、図１２に示すように、溶け込み部５０を周方向に沿って不等ピッチとすればよい。溶け込み部５０が密に存在する領域（第一領域Ｋ１及び第二領域Ｋ２）と、まばらに存在する領域（第三領域Ｋ３及び第四領域Ｋ４）とを、シールド４０の残留応力の大きさと方向に応じて設定することで、溶け込み部５０の全長が同じであっても（つまり、入熱量が同じであっても）、シールド４０の歪みをより効果的に抑制することが可能となる。

図１３は、転がり軸受７の更に別の形態を示す断面図である。この転がり軸受７は、図１に示す転がり軸受７と同様に、外輪２０の側部２３に、シールド４０を取り付ける周溝２４が形成されている。図１３に示す転がり軸受７は、図１に示す転がり軸受７と比較して、内輪１０の形態、及びシールド４０の形態が異なっている。図１３に示す内輪１０は、肩部１２に環状の溝１３が形成されており、シールド４０の内周側の端部との間で、ラビリンス隙間を構成している。

図１３の拡大図に示すように、シールド４０の外周側部４０ａは、溶接によって外輪２０の側部２３に固定される円環状の固定部５６と、この固定部５６の径方向外側の端部と連続する折れ曲がり部５５とを有している。折れ曲がり部５５は、中心軸Ｃを中心とするアール付きの短筒状の部分により構成されている。折れ曲がり部５５は、軸方向に短く、外輪２０の側面２３ａからはみ出ないように、周溝２４の軸方向範囲内において存在している。このように、シールド４０の径方向外側の縁部４３は、折れ曲がり部５５を有している。この縁部４３の外周面５７と、周溝２４の円筒状の内周面２５との間には、（図２に示す形態と同様）全周にわたって隙間が形成されている。

図１３に示す形態の場合、シールド４０の縁部４３に折れ曲がり部５５が形成されていることで、シールド４０の外周側部４０ａにおいて剛性が高まり、溶接によるシールド４０の歪みを抑制することができる。また、周溝２４とシールド４０の縁部４３との間において全周にわたって隙間が形成されていることから、溶接によってシールド４０を取り付ける際に、シールド４０が径方向に変形したとしても、縁部４３が周溝２４と干渉するのを防ぐことができる。また、周溝２４には、凹状の隅アール部２４ａが形成されており、折れ曲がり部５５の一部が凸状のアール部５５ａとなっている。凸状のアール部５５ａの曲率半径は、隅アール部２４ａの曲率半径よりも大きくなっており、これにより、シールド４０の縁部４３が、隅アール部２４ａに干渉して、シールド４０が浮き上がるのを防止することができる。

図１３に示す形態では、更に、シールド４０は、固定部５６の径方向内側の端部と連続する第二の折れ曲がり部５８を有している。第二の折れ曲がり部５８により、シールド４０の外周側部４０ａにおける剛性をより高め、歪みの発生を抑制することができる。

シールド４０は、径方向外側から順に、第一の折れ曲がり部５５、円環状の固定部５６、第二の折れ曲がり部５８、円環部４１、及び短円筒部４２を有する。第一の折れ曲がり部５５と、円環状の固定部５６と、第二の折れ曲がり部５８とによって囲まれた領域に周方向に連続する凹部５９が形成される。この凹部５９に溶け込み部５０の一部が存在する。凹部５９は、溶け込み部５０が外輪２０の側面２３ａからはみ出すのを防ぐ。

第二の折れ曲がり部５８は、内輪１０側に向かうにしたがって軸方向外側（図１３では右側）へ向かう形状を有する。そして、第二の折れ曲がり部５８は、平坦であり円環状の円環部４１と繋がる。第二の折れ曲がり部５８によれば、円環部４１は、固定部５６よりも軸方向外側に位置し、保持器３５との間隔を広くする。この広くなっている領域に、グリースが存在することができる。このため、軸受内部５におけるグリースの封入量が増加する。

図１の形態では、シールド４０の径方向外側部分が、全体的に平坦である。このため、溶接すべき箇所を目視により特定することが困難である。これに対して、図１３の形態では、第一の折れ曲がり部５５と第二の折れ曲がり部５８との間、つまり、固定部５６の範囲を、溶接すべき箇所として、目視により特定することが容易である。このように、シールド４０が第二の折れ曲がり部５８を有することで、前記準備工程において、目視によってシールド４０を外輪２０に位置合わして溶接する作業が容易となる。

図１４は、図１３に示す転がり軸受７の変形例を示す断面図である。図１４に示す転がり軸受７では、シールド４０の外周側部は、溶接によって外輪２０の側部２３に固定される円環状の固定部５６、及び、固定部５６の径方向内側の端部と連続する折れ曲がり部５８を有している。この構成によれば、シールド４０の外周側部において剛性が高まり、溶接によるシールド４０の歪みを抑制することができる。なお、シールド４０は、図示した形状以外であってもよい。

図１４の形態においても、図１３の形態と同様、第二の折れ曲がり部５８により、軸受内部５におけるグリースの封入量が増加する。また、第二の折れ曲がり部５８を有することで、前記準備工程において、目視によってシールド４０を外輪２０に位置合わして溶接する作業が容易となる。

前記各実施形態では、シールド４０が外輪２０に取り付けられている場合について説明したが、内輪１０が固定輪であり外輪２０が回転輪である場合、シールド４０は内輪１０に取り付けられる。この場合、図示しないが、シールドの内周側の端縁から所定寸法について径方向外側に寄った途中部が、内輪の側部に溶接によって取り付けられており、途中部に溶接部（溶け込み部）が間欠的に形成される。

本発明の転がり軸受は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。また、その製造方法についても本発明の範囲内において他の形態の方法であってもよい。
例えば、前記各実施形態では玉軸受の場合を説明したが、これ以外として、転がり軸受は、転動体がころであるころ軸受であってもよい。
また、前記各実施形態では、シールド４０が外輪２０の軸方向両側に取り付けられる場合について説明したが、軸方向の一方側のみに取り付けられていてもよい。

７：転がり軸受 １０：内輪（回転輪） ２０：外輪（固定輪）
２３：側部 ２４：周溝 ２５：内周面（周面）
３０：玉（転動体） ３５：保持器 ４０：シールド
４３：縁部 ５０：溶け込み部 ５１：非溶接部
５５：折れ曲がり部 ５７：外周面（周面） ６０：治具
６１：本体部 ６２：突出部 ７０：治具
８０：ヘッド Ｃ：中心軸 Ｌ：周長

Claims (6)

1. 固定輪、回転輪、前記固定輪と前記回転輪との間に介在している複数の転動体、及び、前記複数の転動体を保持する保持器を備えている転がり軸受の当該固定輪に、環状のシールドを取り付ける、転がり軸受の製造方法であって、
   前記固定輪の側部に形成されている周溝の側面に前記シールドの外周側部の側面を当接させた状態として重ねかつ当該周溝の内周面と当該シールドの外周側の端縁との間に全周にわたって隙間が形成された状態で、治具によって当該シールドを前記周溝の側面に押し付ける準備工程と、
   前記シールドを前記側部にレーザ溶接する溶接工程と、を有し、
   前記治具は、前記固定輪の中心軸と同軸状となって位置する本体部と、当該本体部から径方向外側に延びかつ周方向に間隔をあけて設けられている複数の突出部と、を有し、
   前記溶接工程では、前記治具の前記突出部が前記シールドを前記周溝の側面に押し付けた状態で、レーザを出力するヘッドと、前記シールドの前記外周側部の側面を前記周溝の側面に当接させた状態として重ねかつ当該シールドの外周側の前記端縁と当該周溝の内周面との間に前記隙間が形成された状態にある前記固定輪とを、前記固定輪の中心軸回りに相対回転させながら、前記シールドの前記外周側の端縁から所定寸法だけ径方向内側に寄った途中部に対して、周方向で隣り合う前記突出部の間にレーザを出力して溶接する溶接動作と、前記突出部によって押し付けられている部分に対してレーザを出力しない非溶接動作とを交互に繰り返し行なう、転がり軸受の製造方法。
2. 前記溶接動作では、当該溶接動作を繰り返す第一周期よりも短い第二周期でレーザを間欠的に出力しつつ、前記固定輪との溶接による溶け込み部を、連続した円弧状に形成する、請求項１に記載の転がり軸受の製造方法。
3. 固定輪、回転輪、前記固定輪と前記回転輪との間に介在している複数の転動体、前記複数の転動体を保持する保持器、及び、前記固定輪の側部に取り付けられている環状のシールドを備え、
   前記固定輪の前記側部には、前記シールドを取り付ける周溝が形成されており、
   前記周溝の側面に前記シールドの外周側部の側面が当接した状態で重ねられかつ当該周溝の内周面と当該シールドの外周側の端縁との間に全周にわたって隙間が形成されていて、当該シールドの前記外周側の端縁から所定寸法だけ径方向内側に寄った途中部に、前記固定輪との溶接による溶け込み部と、前記固定輪と固定されていない非溶接部とが、周方向に沿って交互に設けられていて、
   前記シールドの縁部は、前記周溝の軸方向範囲内において存在する折れ曲がり部を有する、転がり軸受。
4. 前記溶け込み部は、周方向に沿って等ピッチで設けられている、請求項３に記載の転がり軸受。
5. 前記溶け込み部は、周方向に沿って不等ピッチで設けられている、請求項３に記載の転がり軸受。
6. 周方向に沿って前記溶け込み部が占める割合は、１％以上であって５０％以下であり、
   前記溶け込み部は、周方向に沿って３箇所以上設けられていると共に、当該溶け込み部の一箇所における周長は、０．５ｍｍ以上であって５ｍｍ以下である、請求項３〜５のいずれか一項に記載の転がり軸受。

Images