JP2007132520A - Rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は転がり軸受に関し、特に、潤滑剤に水分が混入したり、振動の影響を受ける使用環境下に使用に好適した転がり軸受に関する。 The present invention relates to a rolling bearing, and more particularly to a rolling bearing suitable for use in a usage environment in which moisture is mixed in a lubricant or is affected by vibration.
転がり軸受においては、一般に、潤滑剤中に水分が混入するとその耐久性が大きく低下することが知られており、例えば、潤滑剤中に６％の水分が混入した場合は、水分混入がない場合に比べ、軸受の転がり疲れ寿命が数分の１から２０分の１程度に低下することが報告されている（古村恭三郎、城田伸一、平川清：「表面起点及び内部起点の転がり疲れについて」、NSK Bearing Journal, No.636, pp. 1 - 10, 1977 ；以下「文献１」という）。 In rolling bearings, it is generally known that when moisture is mixed in the lubricant, its durability is greatly reduced. For example, when 6% of water is mixed in the lubricant, there is no water mixing. Compared to the above, it has been reported that the rolling fatigue life of bearings is reduced to a fraction of one-twentieth to one-twentieth. NSK Bearing Journal, No.636, pp. 1-10, 1977; hereinafter referred to as “Reference 1”).
水分の潤滑剤への混入は転がり軸受の寿命特性（耐久性）に多大な影響を及ぼすことが上記文献１からも明らかであり、従来より水分の潤滑剤への混入を防止する技術が、前記転がり軸受の用途に応じて種々検討され、開発されている。 It is clear from the above-mentioned document 1 that the mixing of moisture into the lubricant greatly affects the life characteristics (durability) of the rolling bearing, and a technique for preventing the mixing of moisture into the lubricant has been described above. Various studies have been made and developed according to the application of the rolling bearing.
潤滑剤に水分が浸入することを想定して使用される転がり軸受としては、例えば、鉄鋼材料の圧延機のワークロール用軸受がある。 As a rolling bearing used on the assumption that moisture enters the lubricant, for example, there is a work roll bearing for a rolling mill of steel material.
該ワークロール用軸受は、従前においては軸受を内有したチョック（軸受箱）に接触ゴムシールを装着し、多量の圧延水がチョック内に浸入するのを防止することにより軸受内部に封入されている潤滑剤に水分が混入するのを防いでいたが、前記接触ゴムシールの劣化や損傷が生じた場合はチョック内に水が浸入し、その結果軸受内部の潤滑剤にも水分が混入し得る。このため最近では軸受内部にも接触ゴムシールを装着することにより、潤滑剤に水分が混入するのを回避しようとした技術が提案されている（K. YAMAMOTO, M. YAMAZAKI, M. AKIYAMA, K. FURUMURA : 「Introducing of Sealed Bearings for Work Roll Necks in Rolling Mills」、Proceedings of the JSLE international Tribology Conference, pp. 609 - 614, July 8 - 10, 1985, Tokyo, Japan；以下「第１の従来技術」という）。 Conventionally, the work roll bearing is sealed inside the bearing by attaching a contact rubber seal to a chock (bearing box) having the bearing inside, and preventing a large amount of rolling water from entering the chock. Although moisture has been prevented from being mixed into the lubricant, when the contact rubber seal is deteriorated or damaged, water can enter the chock, and as a result, moisture can also be mixed into the lubricant inside the bearing. For this reason, recently, a technology has been proposed that attempts to prevent moisture from entering the lubricant by installing a contact rubber seal inside the bearing (K. YAMAMOTO, M. YAMAZAKI, M. AKIYAMA, K. FURUMURA: “Introducing of Sealed Bearings for Work Roll Necks in Rolling Mills”, Proceedings of the JSLE international Tribology Conference, pp. 609-614, July 8-10, 1985, Tokyo, Japan; hereinafter referred to as “First Conventional Technology” ).
該第１の従来技術によれば、軸受外部のチョックに装着された接触ゴムシールと軸受内部に装着された接触ゴムシールとを併用することにより、前記チョックに装着されたゴム接触シールのみで水分浸入を防いでいた場合に比べ、潤滑剤中の水分濃度を４０％から１０％未満に減少することができ、また潤滑剤の消費量も１／２００に低減することができ、さらには毎年数回あった軸受の破損事故も皆無になったことが報告されている。 According to the first prior art, by using a contact rubber seal mounted on a chock outside the bearing and a contact rubber seal mounted on the inside of the bearing, moisture intrusion can be achieved only with the rubber contact seal mounted on the chock. Compared to the case of preventing it, the moisture concentration in the lubricant can be reduced from 40% to less than 10%, the consumption of the lubricant can be reduced to 1/200, and several times a year. It has been reported that no bearing damage has occurred.
また、上述したワークロール用軸受において、潤滑剤への水分混入を防止する他の従来技術として、圧搾空気をキャリアガスとして潤滑剤をチョックに供給する技術も提案されている（NSK Technical Journal No. 654, pp. 54 - 56, 1992；以下「第２の従来技術」という）。 Further, in the work roll bearing described above, as another conventional technique for preventing moisture from being mixed into the lubricant, a technique for supplying the lubricant to the chock using compressed air as a carrier gas has also been proposed (NSK Technical Journal No. 654, pp. 54-56, 1992; hereinafter referred to as "second prior art").
該第２の従来技術においては、圧搾空気を利用してチョック内の空気圧力を高く設定することにより、潤滑剤への水分混入を抑制することが可能となる。 In the second prior art, it is possible to suppress moisture from being mixed into the lubricant by setting the air pressure in the chock to a high level using compressed air.
また、潤滑剤中に水分が浸入し得る他の転がり軸受の例としては、自動車エンジンの電装・補機用軸受がある。自動車エンジンの電装・補機類用軸受とは、オルタネータ用軸受、カークーラ電磁クラッチ用軸受、アイドラプーリ用軸受、水ポンプ用軸受等、自動車エンジンの外部にあるベルトにより駆動する補助機械用の軸受を意味するが、これら電装・補機類用軸受は、路面より跳ね上げられる泥水や雨水が軸受内部に浸入しやすく、また水ポンプ用軸受についてはエンジン冷却用の循環水が軸受内部に浸入し易い。 In addition, as an example of another rolling bearing in which moisture can enter the lubricant, there is a bearing for electrical equipment / auxiliary equipment of an automobile engine. Automotive engine electrical equipment / auxiliary bearings include bearings for auxiliary machines driven by belts outside the automobile engine, such as alternator bearings, car cooler electromagnetic clutch bearings, idler pulley bearings, water pump bearings, etc. This means that these electrical and auxiliary bearings are prone to infiltrate muddy water and rainwater splashed from the road surface, and for water pump bearings, the engine cooling water can easily enter the bearings. .
そこで、かかる観点から自動車エンジンの電装・補機類用軸受においては、軸受内部における潤滑剤への水分混入を防止する手段として、内蔵シールのシール性を高性能化する技術が提案されている（NSK Technical Journal No. 660, pp. 15 - 22, 1995、同 No. 652, pp. 66 - 67, 1992；以下「第３の従来技術」という）。 From this point of view, a technology for improving the sealing performance of the built-in seal has been proposed as a means for preventing moisture from being mixed into the lubricant inside the bearing in a bearing for an electrical component / auxiliary machine of an automobile engine ( NSK Technical Journal No. 660, pp. 15-22, 1995, No. 652, pp. 66-67, 1992; hereinafter referred to as “third prior art”).
また、転がり軸受においては、一般に、振動が負荷されたり、或いは軸受周りの剛性が弱い場合は軸受の耐久寿命が大幅に低下することが報告されている（村上保夫、武村浩道：「電装用軸受のフレーキング現象の研究」、日本トライポロジ学会主催トライポロジ会議予稿集（名古屋 1993年11月、pp. 295 - 298 ；以下「文献２」という)。 Also, in rolling bearings, it is generally reported that the durability life of the bearing is significantly reduced when vibration is applied or the rigidity around the bearing is weak (Yasuo Murakami, Hiromichi Takemura: “Electrical bearings”. "Study on Flaking Phenomenon", Proceedings of Tripology Conference sponsored by Japan Society of Tribology (November 1993, pp. 295-298; hereinafter referred to as "Reference 2").
すなわち、運転中に振動が負荷された場合は軌道面と転動面との間の油膜形成が不十分となり接触面に引張応力が負荷され、また回転軸と内輪とが強いしばりばめで嵌合されて軸受ハウジングの剛性が低下している場合は軌道面に常時引張応力が作用し、その結果、外部からの潤滑剤への水分混入がなくとも、潤滑剤に元々含有されている水分の影響を受けて軸受の早期剥離を招来し、軸受寿命Ｌの低下を来す虞がある。 That is, when vibration is applied during operation, the oil film is not sufficiently formed between the raceway surface and rolling surface, tensile stress is applied to the contact surface, and the rotating shaft and inner ring are fitted with a strong interference fit. If the rigidity of the bearing housing is reduced, tensile stress always acts on the raceway surface. As a result, even if there is no moisture mixed into the lubricant from the outside, the influence of moisture originally contained in the lubricant This may cause early peeling of the bearing and reduce the bearing life L.
しかるに、前記自動車エンジンの電装・補機類用軸受は、ベルトの振動が直接伝わり、且つ軸受のハウジングの剛性が低いことから、振動等の影響を受けやすい。このため、該振動等に起因して軸受が早期に剥離（フレーキング）するのを回避すべく、振動減衰効果に優れた緩衝剤のような作用を奏するグリースを潤滑剤として使用することが提案されている（NSK Technical Journal No. 657, pp. 49 - 51, 1994；以下「第４の従来技術」という）。 However, the motor vehicle electrical equipment / auxiliary bearings are susceptible to vibration and the like because the vibration of the belt is directly transmitted and the rigidity of the bearing housing is low. Therefore, in order to avoid early flaking of the bearing due to the vibration, etc., it is proposed to use grease that acts as a buffer with an excellent vibration damping effect as a lubricant. (NSK Technical Journal No. 657, pp. 49-51, 1994; hereinafter referred to as “fourth prior art”).
また、潤滑剤中に水分が浸入し得るその他の転がり軸受の例としては、自動車ホイール用軸受、鉄鋼材料の連続鋳造設備のガイドロール用軸受や圧延機のバックアップロール用軸受、更には製紙機ドライヤロール用軸受等がある。 Examples of other rolling bearings in which moisture can enter the lubricant include bearings for automobile wheels, guide roll bearings for continuous casting equipment for steel materials, backup roll bearings for rolling mills, and paper machine dryers. There are roll bearings.
自動車ホイール用軸受においては、路面の泥水や雨水の影響を受けて潤滑剤中に水分が浸入し易い。また、鉄鋼材料の連続鋳造設備のガイドロール用軸受や圧延機のバックアップロール用軸受についても、冷却水や圧延水が潤滑剤中に浸入し易い。さらに、製紙機ドライヤロール用軸受は、水分を含んだ湿った紙を乾燥する乾燥工程で使用されるため、軸受内に水蒸気が浸入し易く、したがって、潤滑剤中の水分濃度が増加して軸受の早期破損を生じやすい（M.J.Culter：「Paper machine bearing failure 」、Tappi Journal, Vol. 79, No. 2, pp. 157 - 167, 1996；以下「文献３」という）。 In automobile wheel bearings, moisture easily enters the lubricant due to the influence of muddy water and rainwater on the road surface. In addition, cooling water and rolling water easily enter the lubricant for the guide roll bearing of the continuous casting equipment for steel materials and the backup roll bearing of the rolling mill. Further, since the paper machine dryer roll bearing is used in a drying process of drying wet paper containing moisture, water vapor easily enters the bearing, and therefore the moisture concentration in the lubricant increases and the bearing is increased. (MJCulter: “Paper machine bearing failure”, Tappi Journal, Vol. 79, No. 2, pp. 157-167, 1996; hereinafter referred to as “Reference 3”).
そこで、自動車ホイール用軸受においては、上記第１の従来技術と同様、軸受外部の接触ゴムシールと軸受に内蔵された接触ゴムシールを併用したり、或いは高性能シールを単独使用する技術が提案されており（NSK Technical Journal No. 647, pp. 55 - 57, 1987）、また、ガイドロール用軸受や圧延機のバックアップロール用軸受についても、接触ゴムシールを使用して潤滑剤中への水分浸入を防止することが行われている。また、製紙機ドライヤロール用軸受についても、上記文献３から明らかなように水蒸気が軸受中に浸入し易いため水分浸入防止のための対策を講じる必要があるが、該製紙機ドライヤロール用軸受は一般に高温条件下で使用されるため、ワークロール用軸受や自動車用ホイール用軸受に使用される接触ゴムシールを適用することは耐熱性を考慮すると難しく、このため十分な耐熱性を有する特殊な高温用ゴムを使用して水分の浸入を防止することが考えられている。 Therefore, in the automotive wheel bearing, similar to the first prior art, a technique has been proposed in which a contact rubber seal outside the bearing and a contact rubber seal built in the bearing are used together or a high performance seal is used alone. (NSK Technical Journal No. 647, pp. 55-57, 1987) In addition, contact rubber seals are used to prevent moisture ingress into lubricants for guide roll bearings and rolling mill backup roll bearings. Things have been done. In addition, as is clear from the above-mentioned document 3, it is necessary to take measures for preventing moisture intrusion for the paper machine dryer roll bearing. Since it is generally used under high temperature conditions, it is difficult to apply contact rubber seals used for work roll bearings and automotive wheel bearings in consideration of heat resistance. It is considered to use rubber to prevent moisture from entering.
すなわち、これら自動車ホイール用軸受等その他の転がり軸受についても、第１の従来技術や第３の従来技術と略同様、原理的には接触ゴムシールを使用して軸受内部の潤滑剤への水分混入を極力回避している（以下、これらその他の転がり軸受についての従来技術を「第５の従来技術」という）。 That is, in the case of other rolling bearings such as automobile wheel bearings, in principle, contact rubber seals are used to mix water into the lubricant inside the bearings, as in the first and third prior arts. This is avoided as much as possible (hereinafter, these other conventional rolling bearing technologies are referred to as “fifth conventional technology”).
一方、転がり軸受が搭載された機械類や自動車等が運転を停止している場合に軸受のハウジング内部の温度が低下して露点に到達したときは、軸受周辺の水分が凝縮し、その結果水滴となって軸受に付着したり或いは潤滑剤中に混入し、これにより軸受寿命Ｌの低下を招来することが報告されており（内田権一：NSK Technical Journal No. 632, pp. 40 - 45, 1973；以下「文献４」という）、また潤滑剤が酸化劣化すると水分が発生し、該発生した水分が軸受に付着して軸受寿命Ｌの低下を招来することが報告されている（関雅夫：転がり疲れシンンポジウム予稿集、pp. 125 - 130, 1993 ；以下「文献５」という )。 On the other hand, when the temperature inside the housing of the bearing decreases and the dew point is reached when the machinery or automobile on which the rolling bearing is mounted is stopped, the water around the bearing condenses, resulting in water droplets. It has been reported that it adheres to the bearing or is mixed into the lubricant, which leads to a decrease in the bearing life L (Kuniichi Uchida: NSK Technical Journal No. 632, pp. 40-45, 1973; hereinafter referred to as “Reference 4”), it is reported that when the lubricant is oxidized and deteriorated, moisture is generated, and the generated moisture adheres to the bearing and causes a decrease in the bearing life L (Masao Seki: Rolling fatigue symposium pp. 125-130, 1993; hereinafter referred to as “Reference 5”).
これら文献４及び文献５によれば、外部から直接的に潤滑剤に水分が混入しなくとも、環境変化等により潤滑剤中の水分が含まれる状況になる場合があり、したがって軸受寿命Ｌの低下を回避するためには潤滑剤への水分浸入対策として上述した接触ゴムシール以外の手段も検討する必要がある。 According to these documents 4 and 5, even if moisture is not mixed directly into the lubricant from the outside, there may be a situation where moisture in the lubricant is contained due to environmental changes or the like, and therefore the bearing life L is reduced. In order to avoid this, it is necessary to consider means other than the contact rubber seal described above as a countermeasure against moisture intrusion into the lubricant.
そこで、かかる観点からは、軸受に使用される軸受材料としてマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）を使用することにより、軸受への水分付着による錆の発生を防止し、耐久性が低下するのを回避せんとしている（転がり軸受工学編集委員会編：転がり軸受工学，pp. 71 - 72 、養賢堂（1976年）；以下「第６の従来技術」という）。
ところで、上記第１の従来技術は、上述の如く潤滑剤中の水分濃度を４０％から１０％未満に減少させることが可能であり、また、潤滑剤の消費量を低減させることができ、その後のワークロール用軸受の使用実績を調査した結果、焼き付き事故は激減していることが判明したが、剥離発生までの使用時間、すなわち軸受寿命Ｌは余り向上していないことが判った。これは、前記焼き付き事故の減少は軸受に内蔵された接触ゴムシールにより潤滑剤の外部への流出が減少したためであり、前記軸受寿命Ｌが向上していないのは潤滑剤への水分の混入により、軸受の転がり疲れ強さが大幅に低下するためと考えられる。 By the way, the first prior art can reduce the moisture concentration in the lubricant from 40% to less than 10% as described above, and can reduce the consumption of the lubricant. As a result of investigating the actual use results of the work roll bearings, it was found that seizure accidents were drastically reduced. This is because the decrease in the seizure accident is due to a decrease in the outflow of the lubricant due to the contact rubber seal built in the bearing, and the reason why the bearing life L is not improved is due to the mixing of moisture into the lubricant. This is probably because the rolling fatigue strength of the bearing is significantly reduced.
すなわち、１００ｐｐｍ程度の微量の水分が潤滑剤中に混入した場合であっても軸受材料の転がり疲れ強さは３２〜４８％も低下することが報告されており（P.Schatzberg, I.M.Felsen：「Effects of water and oxygen during rolling contact lubrication」,wear, 12, pp. 331 - 342, 1968；以下「文献６」という) 、軸受外のチョックに装着された接触ゴムシールと軸受に内蔵された接触ゴムシールとを併用した場合、潤滑剤中の水分濃度が１０％未満程度になるまでは抑制できるものの、潤滑剤への水分混入を完全には防止することができず、文献６も指摘しているように軸受材料の転がり疲れ強さが低下するのを避けることができない。つまり、第１の従来技術では、潤滑剤への水分混入を完全には防止できないため、軸受材料の転がり疲れ強さが低下し、所望の耐久性を有する軸受寿命Ｌを得ることができないという問題点がある。 That is, it is reported that the rolling fatigue strength of the bearing material is reduced by 32 to 48% even when a minute amount of water of about 100 ppm is mixed in the lubricant (P. Schatzberg, IMFelsen: “ Effects of water and oxygen during rolling contact lubrication ”, wear, 12, pp. 331-342, 1968; hereinafter referred to as“ Reference 6 ”), contact rubber seals mounted on the chock outside the bearing and contact rubber seals built into the bearing In combination, the moisture concentration in the lubricant can be suppressed until it is less than about 10%, but the moisture cannot be completely prevented from being mixed into the lubricant. It cannot be avoided that the rolling fatigue strength of the bearing material decreases. That is, in the first prior art, since water cannot be completely prevented from being mixed into the lubricant, the rolling fatigue strength of the bearing material is reduced, and the bearing life L having the desired durability cannot be obtained. There is a point.
また、第２の従来技術は、チョック内の空気圧を高くすることにより水分の浸入を防止しているため、第１の従来技術のように接触ゴムシールの防水能力には依存しないものの、潤滑剤中の水分濃度を１００ｐｐｍ以下にするような略完璧に近い水分浸入防止を図るのが困難であるという問題点がある。 Further, the second conventional technique prevents the ingress of moisture by increasing the air pressure in the chock, so that it does not depend on the waterproof capability of the contact rubber seal as in the first conventional technique. There is a problem that it is difficult to prevent the almost perfect moisture intrusion such that the water concentration of the water is 100 ppm or less.
また、第３の従来技術は、原理的には第１の従来技術と同様、接触ゴムシールにより水分の浸入を防止するものであり、上述したように潤滑剤中の水分濃度を１００ｐｐｍ以下に抑制することは困難であり、所望の耐久性を得ることができないという問題点がある。 Further, the third prior art is, in principle, like the first prior art, which prevents the ingress of moisture by the contact rubber seal, and suppresses the moisture concentration in the lubricant to 100 ppm or less as described above. This is difficult, and the desired durability cannot be obtained.
また、第４の従来技術においても、近年の自動車の高性能化により、電装・補機用軸受の使用温度が高くなり、結果としてグリースが軟化して該グリースの振動減衰能が低下するため、軸受の早期剥離を防止することができず、上述した潤滑剤中への水分浸入と相俟って軸受寿命低下の要因となり、所望の耐久性を得ることができないという問題点がある。 Also in the fourth prior art, due to the recent high performance of automobiles, the operating temperature of the electrical equipment / auxiliary bearings becomes higher, and as a result, the grease softens and the vibration damping capacity of the grease decreases. There is a problem that it is impossible to prevent early peeling of the bearing, which causes a decrease in the life of the bearing in combination with the above-described water intrusion into the lubricant, and the desired durability cannot be obtained.
また、第５の従来技術においても、原理的には上記第１の従来技術と同様、接触ゴムシールを使用したものであり、完璧な水分の浸入防止を図ることは困難であるという問題点がある。 Also, in the fifth prior art, in principle, as in the first prior art, a contact rubber seal is used, and there is a problem that it is difficult to prevent moisture from entering completely. .
さらに、第６の従来技術については、ステンレス鋼の熱伝導度が低合金鋼の熱伝導度に比べて低いため焼き付き破損が生じやすく、潤滑剤中に水分が混入する上述のような潤滑条件の悪い転がり軸受への適用は困難であるという問題点がある。また、前記ステンレス鋼の耐食性は表面に生成される不動態皮膜により維持されるものであるが、転がり軸受においては軌道輪の軌道面と転動体の転動面とが接触すると前記不動態皮膜が破られ、その結果選択的に腐食が進行して孔（ピット）が生成されるため、該孔を起点とした剥離破損が生じやすいという問題点もある。さらに、軸受を製造する場合においても、ステンレス鋼の場合は焼入温度が１０１０〜１０７０℃と高く、加熱炉としては塩浴炉を使用する必要があるため、生産設備の高騰化を招く虞があるという問題点もある（日本鉄鋼協会編：鋼の熱処理 改訂５版 pp. 563 - 568 (1989))。 Further, regarding the sixth prior art, since the thermal conductivity of stainless steel is lower than that of low alloy steel, seizure damage is likely to occur, and the above-mentioned lubrication conditions in which moisture is mixed into the lubricant There is a problem that application to a bad rolling bearing is difficult. Further, the corrosion resistance of the stainless steel is maintained by a passive film formed on the surface. However, in a rolling bearing, when the raceway surface of the raceway and the rolling surface of the rolling element come into contact, the passive film is As a result, the corrosion progresses selectively and holes (pits) are generated. As a result, there is also a problem that peeling damage starting from the holes is likely to occur. Furthermore, even in the case of manufacturing a bearing, in the case of stainless steel, the quenching temperature is as high as 1010 to 1070 ° C., and it is necessary to use a salt bath furnace as a heating furnace, which may cause a rise in production facilities. There is also a problem that exists (edited by the Japan Iron and Steel Institute: 5th edition of heat treatment of steel, pp. 563-568 (1989)).
さらに加えて、前記ステンレス鋼は上述したように熱伝導度が低いため、研削速度が低下して研削コストが高価なものとなり、さらには前記ステンレス鋼は高合金鋼であるため素材コストの高騰化をも招来するという問題点もある。 In addition, since the stainless steel has a low thermal conductivity as described above, the grinding speed is reduced and the grinding cost is high. Further, the stainless steel is a high alloy steel, so the material cost is increased. There is also a problem of inviting.
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであって、外部から潤滑剤に水分が混入したり、或いは振動の影響を受ける使用状況下であっても、十分なる軸受寿命を安価に得ることができる転がり軸受、転がり軸受を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and obtains a sufficient bearing life at low cost even under use conditions where moisture is mixed into the lubricant from the outside or is affected by vibration. An object of the present invention is to provide a rolling bearing and a rolling bearing.
本願出願人は、潤滑剤中に水分を含んだ潤滑条件下で使用されても、軸受部位の腐食進行を防止することができる転がり軸受を得るべく、鋭意研究をした結果、軌道輪の軌道面におけるカソード反応を抑制して軌道輪に水素が吸収されるのを抑制することが重要であり、そのためには潤滑剤中の水分の水素イオン濃度を下げることが効果的であり、換言すれば、水素イオン指数ｐＨを上げることが効果的であるという知見を得た。 The applicant of the present application has conducted extensive research to obtain a rolling bearing capable of preventing the corrosion of the bearing portion even when used under lubricating conditions containing moisture in the lubricant. It is important to suppress the cathode reaction in the catalyst to prevent hydrogen from being absorbed into the race, and for that purpose, it is effective to reduce the hydrogen ion concentration of the moisture in the lubricant, in other words, It was found that increasing the hydrogen ion exponent pH is effective.
そして、本願出願人の実験により、潤滑剤にアルカリ性物質を添加していったところ潤滑剤の水素イオン指数ｐＨが７〜１３の範囲内にあるときにカソード反応を抑制して転がり疲れ強さを改善することができることが判った。 According to the experiments conducted by the applicant of the present application, when an alkaline substance is added to the lubricant, when the hydrogen ion exponent pH of the lubricant is in the range of 7 to 13, the cathode reaction is suppressed and the rolling fatigue strength is increased. It turns out that it can be improved.
本発明は斯かる知見に基づきなされたものであって、本発明に係る転がり軸受は、転動体と軌道輪とで画成される環状空間にグリース組成物が封入された自動車のエンジンの電装、補機類用の耐剥離性を有する転がり軸受であって、前記封入されているグリース組成物は、合成油である基油と、ジウレア化合物である増稠剤と、前記グリース組成物の水素イオン指数ｐＨを７〜１３の範囲に調整するｐＨ調整剤と、を含有するものであり、前記ｐＨ調整剤による前記グリース組成物のｐＨ調整は、炭素数が１〜２４の第一級アルキルアミンを前記グリース組成物全量に対して０．０１〜０．１ｗｔ％添加すること、炭素数が６〜２４のリチウムもしくはナトリウムの有機酸金属塩を前記グリース組成物全量に対して０．０１〜０．１ｗｔ％添加すること、または炭酸カリウムもしくは水酸化ナトリウムを前記グリース組成物全量に対して０．０１〜０．０５ｗｔ％添加することにより、前記ｐＨ７〜１３の範囲に調整するものであることを特徴としている。 The present invention has been made based on such knowledge, and the rolling bearing according to the present invention is an electrical component of an automobile engine in which a grease composition is sealed in an annular space defined by rolling elements and a bearing ring, A rolling bearing having peeling resistance for auxiliary machinery, wherein the enclosed grease composition includes a base oil that is a synthetic oil, a thickener that is a diurea compound, and hydrogen ions of the grease composition. A pH adjuster that adjusts the exponential pH to a range of 7 to 13, and the pH adjustment of the grease composition with the pH adjuster is performed using a primary alkylamine having 1 to 24 carbon atoms. Addition of 0.01 to 0.1 wt% with respect to the total amount of the grease composition, and an organic acid metal salt of lithium or sodium having 6 to 24 carbon atoms with respect to the total amount of the grease composition of 0.01 to 0. 1wt% To it, or by adding 0.01～0.05Wt% potassium carbonate or sodium hydroxide to the grease composition the total amount, and characterized in that to adjust the range of the PH7～13.
本発明によれば、外輪と内輪とからなる軌道輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配設された転動体とを備えた転がり軸受において、前記転動体と前記軌道輪とで画成される環状空間に潤滑剤が封入されると共に、該潤滑剤の水素イオン指数ｐＨが、７〜１３に設定されているので、潤滑剤中に水分が混入したり、或いは振動により潤滑剤中の水分の影響を受けやすい自動車エンジンの電装・補機類用軸受の場合であっても、軸受部位に剥離が発生のを防止することができ、耐久性向上を図ることができる。 According to the present invention, in a rolling bearing comprising a raceway composed of an outer ring and an inner ring, and a rolling element disposed so as to be able to roll between the outer ring and the inner ring, the rolling element and the raceway are provided. Since the lubricant is enclosed in the annular space defined by and the hydrogen ion exponent pH of the lubricant is set to 7 to 13, moisture is mixed in the lubricant, or vibration is caused. Even in the case of an automobile engine electrical equipment / auxiliary machinery bearing that is easily affected by moisture in the lubricant, it is possible to prevent the occurrence of separation at the bearing portion and to improve durability.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
上述の如く、潤滑剤中に水分を含んだ潤滑条件下では軸受材料の転がり疲れ強さの低下を招くことが知られているが、その機構については定説がなく、水分の潤滑剤への混入が転がり疲れ強さを低下させる理由については不明とされている（E.Ioannides, B.Jacobson ：「Dirty lubricants-reduced bearing life 」，Ball Bearing Journal Special '89, pp. 22 - 27, 1989)。 As described above, it is known that the rolling fatigue strength of the bearing material is reduced under lubrication conditions in which moisture is contained in the lubricant. However, there is no established theory about the mechanism, and moisture is mixed into the lubricant. It is unclear as to why the rolling fatigue strength is reduced (E. Ioannides, B. Jacobson: “Dirty lubricants-reduced bearing life”, Ball Bearing Journal Special '89, pp. 22-27, 1989).
そこで、本願出願人はまず上記機構を理論的に解明することに着手した。 Therefore, the present applicant first started to theoretically elucidate the above mechanism.
水分が潤滑剤中に混入した場合は該水分量が微量の場合であっても油膜の形成が困難となり、転動体と軌道輪とはその転動面及び軌道面との間で金属接触するが、転動体や軌道輪の表面状態は、不均一であり一様でなく、不可避的な酸化物や硫化物等の非金属介在物が転動面や軌道面に形成されている。そして、潤滑剤中に水分が混入している場合は、これら非金属介在物とＦｅを主成分とする金属素地（マトリックス）との界面に水が浸入すると局部電池を形成して局部腐食が発生する。すなわち、前記界面近傍には転動体と軌道輪との接触部が必ず存在するため、軌道面や転動面に存在する非金属介在物と金属素地との界面には必ず引張応力が負荷され、斯かる引張応力下、非金属介在物と金属素地との界面に微小隙間が形成される。そして、潤滑剤に水分が混入した場合は、該水分が微量の場合であっても水分の粘度は潤滑剤の粘度よりも低いため毛細管現象により該水分が前記微小隙間に優先的に浸入し、その結果微小隙間で腐食反応が起こる。しかも、内輪と回転軸とがしばりばめで嵌合されているときは、軌道面には常時引張応力が作用するので、非金属介在物と金属素地との界面には更に大きな引張応力が負荷され、該大きな引張応力下で隙間が形成されることとなる。 When water is mixed in the lubricant, it is difficult to form an oil film even if the amount of water is very small, and the rolling elements and the raceway are in metal contact between the rolling surface and the raceway surface. The surface states of the rolling elements and the races are non-uniform and non-uniform, and unavoidable non-metallic inclusions such as oxides and sulfides are formed on the rolling and raceway surfaces. If moisture is mixed in the lubricant, local water is formed when water enters the interface between these non-metallic inclusions and the metal substrate (matrix) mainly composed of Fe, and local corrosion occurs. To do. That is, since there is always a contact portion between the rolling element and the raceway in the vicinity of the interface, a tensile stress is always applied to the interface between the nonmetallic inclusions present on the raceway surface and the rolling surface and the metal substrate, Under such tensile stress, a minute gap is formed at the interface between the nonmetallic inclusion and the metal substrate. And when moisture is mixed in the lubricant, even if the amount of water is small, the viscosity of the water is lower than the viscosity of the lubricant, so that the moisture preferentially penetrates into the minute gap by capillary action, As a result, a corrosion reaction occurs in a minute gap. In addition, when the inner ring and the rotating shaft are fitted with an interference fit, since a tensile stress always acts on the raceway surface, a larger tensile stress is applied to the interface between the nonmetallic inclusion and the metal substrate. A gap is formed under the large tensile stress.
また、オルタネータ等の自動車エンジンの電装・補機類用に使用される転がり軸受の場合においては、ベルトの振動が軸受に直接伝わり、且つ軸受のハウジングの剛性が低いことから、高速回転にもかかわらず軌道輪の軌道面と転動体の転動面とが高い頻度で金属接触する。このため、これら軌道面及び転動面に存在する非金属介在物と金属素地との間の密着性が低下してその界面に微小隙間を形成し、潤滑剤に含有されている水分が前記微小隙間に浸入して腐食反応を起こす虞があり、特に外輪軌道面においてこの種の腐食が発生しやすい。しかも、潤滑剤は大気中より吸湿されるため通常は或る程度の水分を含んでおり、外部から潤滑剤への水分混入がなくとも元々潤滑剤に含有している水分が原因で腐食反応を起こす虞がある。 In addition, in the case of rolling bearings used for electrical equipment and accessories of automobile engines such as alternators, the vibration of the belt is directly transmitted to the bearings and the rigidity of the bearing housing is low. The raceway surface of the bearing ring and the rolling surface of the rolling element make metal contact with high frequency. For this reason, the adhesion between the non-metallic inclusions present on the raceway surface and the rolling surface and the metal substrate is lowered to form a minute gap at the interface, and the moisture contained in the lubricant is reduced by the minute amount. There is a risk of entering a gap and causing a corrosion reaction, and this type of corrosion is likely to occur particularly on the outer ring raceway surface. Moreover, since the lubricant absorbs moisture from the atmosphere, it usually contains a certain amount of water, and even if there is no moisture mixed into the lubricant from the outside, it does not cause corrosion reaction due to the water originally contained in the lubricant. There is a risk of it happening.
この腐食反応は、腐食生成物が微小隙間の入口を閉塞するため、表面から微小隙間への酸素供給が困難となり、隙間内部の最深部の金属素地がアノードとなり、炭化物及び前記最深部以外の金属素地がカソードとなって、化学反応式（１）〜（４）に示すような水素発生型の腐食反応となる。 In this corrosion reaction, the corrosion product closes the entrance of the minute gap, so that it is difficult to supply oxygen from the surface to the minute gap, and the deepest metal base inside the gap becomes the anode, and the carbide and the metal other than the deepest part. The substrate becomes a cathode, and a hydrogen generation type corrosion reaction as shown in the chemical reaction formulas (1) to (4) occurs.
ここで、Ｈ(ads) は軸受材料の表面に吸着する水素原子を示し、Ｈ(abs) は軸受材料の内部に吸収される水素原子を示している。 Here, H (ads) represents a hydrogen atom adsorbed on the surface of the bearing material, and H (abs) represents a hydrogen atom absorbed into the bearing material.
すなわち、アノード（陽極）側では、化学反応式（１）に示すように、Ｆｅが水分と反応して電子を放出する酸化反応を呈する一方、カソード（陰極）側では、微小隙間内部への酸素供給が困難となって化学反応式（２）に示すように、軸受材料の表面に水素が吸着し、次いで化学反応式（３）に示すように、該吸着した水素の一部は軸受材料の内部に拡散して吸収され、前記吸着した水素のその他は、化学反応式（４）に示すように、軸受材料の表面に吸着された水素原子同士が結合して水素分子（ガス）を形成し該水素分子が外部に放出される。一方、カソードの炭化物上では、化学反応式（３）の進行は略無視できるため化学反応式（４）の化学反応が主として起こるが、カソードの金属素地上では化学反応式（３）及び（４）の反応が進行する。 That is, on the anode (anode) side, as shown in chemical reaction formula (1), Fe reacts with moisture to exhibit an oxidation reaction to release electrons, while on the cathode (cathode) side, oxygen into the minute gap is present. As shown in the chemical reaction formula (2), hydrogen is adsorbed on the surface of the bearing material, and then, as shown in the chemical reaction formula (3), a part of the adsorbed hydrogen is part of the bearing material. Other than the adsorbed hydrogen diffused and absorbed inside, the hydrogen atoms adsorbed on the surface of the bearing material are combined to form hydrogen molecules (gas) as shown in chemical reaction formula (4). The hydrogen molecules are released to the outside. On the other hand, the progress of the chemical reaction formula (3) is almost negligible on the cathode carbide, and thus the chemical reaction of the chemical reaction formula (4) mainly occurs. However, on the cathode metal substrate, the chemical reaction formulas (3) and (4) ) Proceeds.
このため、転がり軸受の運転中において極微量の水分が隙間内部に浸入した場合であっても軸受材料は水素を吸収し、その結果軸受材料の水素脆化が起こり、転がり疲れ強さが低下して剥離発生の要因となり、軸受寿命Ｌの低下を招来する。 For this reason, even when a very small amount of moisture intrudes into the gap during operation of the rolling bearing, the bearing material absorbs hydrogen, resulting in hydrogen embrittlement of the bearing material and a decrease in rolling fatigue strength. As a result, peeling occurs and the bearing life L is reduced.
したがって、かかる観点から軸受材料内部への水素吸収を抑制して水素脆化が生じるのを避ける必要があり、そのためには上述した腐食反応の機構に鑑みると上記化学反応式（２）のカソード反応を抑制することが重要である。そして、化学反応式（２）のカソード反応を抑制するためには、潤滑剤中の水素イオン濃度を下げることが必要である。換言すれば、潤滑剤中の水素イオン指数ｐＨを上げることにより、化学反応式（２）の反応速度を低下させることができることができ、そのためには水素イオン指数ｐＨを７〜１３の範囲に限定する必要がある。 Therefore, from this point of view, it is necessary to prevent hydrogen embrittlement by suppressing hydrogen absorption into the bearing material. To this end, in view of the above-described mechanism of the corrosion reaction, the cathode reaction of the above chemical reaction formula (2). It is important to suppress this. In order to suppress the cathode reaction of the chemical reaction formula (2), it is necessary to reduce the hydrogen ion concentration in the lubricant. In other words, by increasing the hydrogen ion index pH in the lubricant, the reaction rate of the chemical reaction formula (2) can be reduced, and for this purpose, the hydrogen ion index pH is limited to a range of 7 to 13. There is a need to.
本実施の形態で水素イオン指数ｐＨを７〜１３に限定したのは以下の理由による。すなわち、水分は大気中に微量に含有される二酸化炭素を溶解し、その結果水素イオン指数が７以下の酸性になることが多く、潤滑剤にアルカリ性物質を添加してゆくことにより水素イオン指数ｐＨを上げて行くことができるが、化学反応式（２）の反応速度を低下させて軌道輪材料への水素吸収の十分なる抑制を達成し、これにより軸受寿命Ｌを改善するためには、水素イオン指数ｐＨを少なくとも７以上に設定することが必要である。一方、水素イオン指数ｐＨが１３を超えるとアルカリ腐食により軌道面３や転動面５が摩耗し、転がり軸受の駆動中における振動が次第に顕著となる。したがって、本実施の形態では潤滑剤の水素イオン指数ｐＨを７〜１３に限定した。
次に、本願出願人は、潤滑剤に水分が混入した場合の軸受材料の剥離特性について検討した。
The reason why the hydrogen ion exponent pH is limited to 7 to 13 in the present embodiment is as follows. In other words, moisture dissolves a small amount of carbon dioxide contained in the atmosphere, and as a result, the hydrogen ion index often becomes acidic with a value of 7 or less. By adding an alkaline substance to the lubricant, the hydrogen ion index pH In order to improve the bearing life L by reducing the reaction rate of the chemical reaction formula (2) to achieve sufficient suppression of hydrogen absorption into the raceway material, It is necessary to set the ion index pH to at least 7 or more. On the other hand, when the hydrogen ion index pH exceeds 13, the raceway surface 3 and the rolling surface 5 are worn by alkali corrosion, and vibration during driving of the rolling bearing becomes gradually more remarkable. Therefore, in this embodiment, the hydrogen ion exponent pH of the lubricant is limited to 7-13.
Next, the applicant of the present application examined the peeling characteristics of the bearing material when moisture was mixed in the lubricant.
〔発明が解決しようとする課題〕の項でも述べたように、潤滑剤中に水分が混入すると転がり軸受が剥離するまでに要する時間、すなわち軸受寿命Ｌが低下するが、剥離が発生する軸受の構成部位としては一般的には固定輪が最も多く、次いで回転輪、転動体の順に剥離の発生頻度は少なくなる。このように転動体における剥離発生頻度が軌道輪における剥離発生頻度よりも少ないのは転動体の水素吸収量が軌道輪の水素吸収量よりも少ないためであるが、その理由としては以下のことが考えられる。 As described in the section of [Problems to be Solved by the Invention], when water is mixed in the lubricant, the time required for the rolling bearing to peel, that is, the bearing life L is reduced, but the bearing that is peeled off occurs. In general, the number of constituent parts is fixed wheels, and the frequency of separation decreases in the order of rotating wheels and rolling elements. The reason why the occurrence of delamination in the rolling elements is lower than the occurrence frequency of delamination in the races is because the hydrogen absorption of the rolling elements is less than the hydrogen absorption of the races. Conceivable.
（１）一般に転がり軸受の自転速度は、転動体の方が軌道輪よりも遙に速いため、たとえ転動体の転動面に微小隙間が形成されても微小隙間に侵入した水分は遠心力により弾き飛ばされ、その結果腐食反応の進行が抑制され、材料内部に浸入する水素の吸収量が少ない。 (1) In general, the rolling speed of a rolling bearing is much faster for a rolling element than for a race, so even if a minute gap is formed on the rolling surface of the rolling element, moisture that has entered the minute gap is caused by centrifugal force. As a result, the progress of the corrosion reaction is suppressed, and the amount of hydrogen absorbed into the material is small.
（２）転動体の鋳造素材（インゴット、ブルーム、ビレット等）からの加工比は軌道輪の鋳造素材からの加工比よりも大きいため、転動体の転動面に存在する非金属介在物は軌道輪の軌道面に存在する非金属介在物に比べて小さい。したがって、転動体においては非金属介在物と金属素地との間の界面も小さく、しかも浅いため、水素発生型の腐食反応の進行が抑制され、材料内部への水素吸収量も少ない。
等の理由が考えられる。
(2) Since the processing ratio of the rolling element from the casting material (ingot, bloom, billet, etc.) is larger than the processing ratio from the casting material of the raceway ring, the non-metallic inclusions present on the rolling surface of the rolling element are Smaller than non-metallic inclusions present on the raceway surface of the ring. Therefore, in the rolling element, the interface between the non-metallic inclusion and the metal substrate is small and shallow, so that the progress of the hydrogen generation type corrosion reaction is suppressed, and the amount of hydrogen absorbed into the material is small.
The reason is considered.
また、軌道輪に関し、回転輪の方が固定輪に比べて剥離発生頻度が少ないのは以下の理由によると考えられる。すなわち、一般に、回転輪においては、軌道面に形成された微小隙間に水分が浸入しても弾き飛ばされ易いため固定輪に比べて水素吸収量が少なく、したがって剥離発生頻度も少なくなると考えられる。但し、内輪と回転軸とがしばりばめにより嵌合されているときは、回転輪の軌道面には常時引張応力が作用するため、内輪が回転輪の場合であっても応力腐食が促進され、上記化学反応式（２）の化学反応が活発に進行して回転輪の水素吸収量も増加し、このため剥離の発生頻度も多くなる。特に、締代が回転軸の軸径の７／１００００を超える場合やテーパ穴軸受をしばりばめで使用する場合は、回転輪の剥離発生頻度は固定輪の剥離発生頻度と同等か、又は同等以上に多いものとなる。尚、内輪が固定輪であって且つ該内輪と回転軸とがしばりばめにより嵌合されている場合はすきまばめにより嵌合されている場合に比べ、水素吸収量が多くなるのはいうまでもない。 In addition, regarding the raceway, it is considered that the rotating wheel is less frequently peeled than the fixed wheel for the following reason. That is, in general, in a rotating wheel, even if water enters a minute gap formed on the raceway surface, it is likely to be blown away, so that it absorbs less hydrogen than a fixed wheel, and therefore it is considered that the frequency of separation is also reduced. However, when the inner ring and the rotating shaft are fitted with an interference fit, tensile stress always acts on the raceway surface of the rotating ring, so stress corrosion is promoted even when the inner ring is a rotating ring. The chemical reaction of the chemical reaction formula (2) proceeds actively, the hydrogen absorption amount of the rotating wheel increases, and the occurrence frequency of peeling increases. In particular, when the tightening margin exceeds 7 / 10,000 of the shaft diameter of the rotating shaft or when using a tapered bore bearing with an interference fit, the frequency of occurrence of peeling of the rotating wheel is equal to or more than the frequency of occurrence of peeling of the fixed ring. It will be a lot. When the inner ring is a fixed ring and the inner ring and the rotating shaft are fitted by interference fit, the hydrogen absorption amount is larger than when the inner ring is fitted by clearance fit. Not too long.
また、転がり軸受においては、転動体の転動面と軌道輪の軌道面とが金属接触することに着目し、金属素地と非金属化合物との界面に形成される隙間内部の金属素地側をアノードとし、転動体の転動面における金属素地をカソードとして腐食形態を局部腐食から接触腐食に変更することが有効である。 Also, in rolling bearings, focusing on the fact that the rolling contact surface of the rolling element and the raceway surface of the raceway are in metal contact, the metal substrate side inside the gap formed at the interface between the metal substrate and the nonmetallic compound is the anode. It is effective to change the corrosion form from local corrosion to contact corrosion using the metal substrate on the rolling surface of the rolling element as a cathode.
転動体の転動面に存在する金属素地（以下「転動面金属素地」という）を軌道輪の軌道面に存在する金属素地（以下「軌道輪金属素地」という）よりも電気化学的に貴とすることにより、隙間内部の金属素地側をアノードとし、転動面の金属素地をカソードとすることができる。そして、これによりアノード反応は界面の金属素地側で起こる一方、カソード反応は転動面金属素地で起こり、しかも転動面上には周囲から酸素を容易に供給することができるので、化学反応式（５）（６）に示すように、腐食反応は酸素消費型の腐食反応となり、軌道輪内部への水素吸収を抑制して水素脆化に伴う軸受寿命の低下を防止することができる。尚、この場合、隙間内部の炭化物はカソードであることに変わりはないが、炭化物上では、上述した如く水素脆化の原因となる化学反応式（３）が殆ど進行せず、主として化学反応式（４）の反応が進行するため、軌道輪内部への水素の吸収が生じることはない。 The metal substrate existing on the rolling surface of the rolling element (hereinafter referred to as “rolling surface metal substrate”) is electrochemically more precious than the metal substrate existing on the raceway surface of the bearing ring (hereinafter referred to as “race ring metal substrate”). Thus, the metal substrate side in the gap can be used as an anode, and the metal substrate on the rolling surface can be used as a cathode. Thus, while the anode reaction occurs on the metal substrate side of the interface, the cathode reaction occurs on the rolling surface metal substrate, and oxygen can be easily supplied onto the rolling surface from the surroundings. (5) As shown in (6), the corrosion reaction becomes an oxygen consumption type corrosion reaction, and it is possible to suppress the hydrogen absorption into the bearing ring and prevent the bearing life from decreasing due to hydrogen embrittlement. In this case, the carbide inside the gap remains the cathode, but the chemical reaction formula (3) causing hydrogen embrittlement hardly proceeds on the carbide as described above, and the chemical reaction formula is mainly used. Since the reaction (4) proceeds, no hydrogen is absorbed into the race.
また、完全焼入・焼戻を施した軸受材料の残留オーステナイトの濃度を増加させることにより、安価にして電気化学的に貴となる金属素地を得ることができる。 Further, by increasing the concentration of retained austenite in the bearing material that has been completely quenched and tempered, a metal base that is inexpensive and electrochemically noble can be obtained.
残留オーステナイトを増加させる方法としては、以下のような方法がある。 As a method of increasing the retained austenite, there are the following methods.
（１）オーステナイトがマルテンサイトに変態する開始温度（Ｍｓ点）を調整する。 (1) The starting temperature (Ms point) at which austenite transforms into martensite is adjusted.
Ｍｓ点は素材鋼の化学成分や、浸炭又は浸炭窒化により付加される表面炭素濃度や表面窒素濃度、焼入処理前の金属組織、焼入温度、焼入処理時間、等により決定される。例えば、素材鋼のＭｎ含有率が高くなればなるほど残留オーステナイトの濃度は高くなり、また焼入処理前に浸炭処理を施して既に残留オーステナイトの濃度が高くなっていればいるほど残留オーステナイトの濃度は高くなる。また、炭化物の粒径が小さければ小さい程、また焼入温度が高ければ高い程、更には焼入温度保持時間が長ければ長い程残留オーステナイトの濃度は高くなる。 The Ms point is determined by the chemical composition of the material steel, the surface carbon concentration and surface nitrogen concentration added by carburizing or carbonitriding, the metal structure before quenching, the quenching temperature, the quenching time, and the like. For example, the higher the Mn content of the raw steel, the higher the concentration of retained austenite, and the higher the concentration of retained austenite already carburized before quenching, the higher the concentration of retained austenite, Get higher. Further, the smaller the particle size of the carbide, the higher the quenching temperature, and the longer the quenching temperature holding time, the higher the concentration of retained austenite.
（２）焼入時の冷却速度を調整する。 (2) Adjust the cooling rate during quenching.
焼入時の冷却速度が遅いほど残留オーステナイトの濃度は高くなる。 The slower the quenching cooling rate, the higher the concentration of retained austenite.
（３）焼戻条件を調整する。 (3) Adjust the tempering conditions.
焼戻温度が低い程、また焼戻時の加熱温度が短い程、残留オーステナイトの濃度は高くなる。 The lower the tempering temperature and the shorter the heating temperature during tempering, the higher the concentration of retained austenite.
（４）所謂サブゼロ処理の実施条件を検討する。 (4) Examine the implementation conditions for so-called sub-zero processing.
室温以下に深冷するサブゼロ処理の処理温度が高い程、またセブゼロ処理の処理時間が短い程、残留オーステナイトの濃度は高くなる。さらには、サブゼロ処理を実施しない方が残留オーステナイトの濃度は高くなる。 The higher the treatment temperature of the sub-zero treatment that cools below room temperature, and the shorter the treatment time of the Cebu zero treatment, the higher the concentration of retained austenite. Further, the concentration of retained austenite increases when the sub-zero treatment is not performed.
（５）ショットピーニング等の加工硬化処理を実施しない。 (5) No work hardening such as shot peening is performed.
該ショットピーニングを実施しない場合は、実施した場合に比べ、残留オーステナイト濃度は高くなる。 When the shot peening is not performed, the residual austenite concentration is higher than when the shot peening is performed.
また、〔発明が解決しようとする課題〕の項でも述べたように、軸受材料としてステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）のような高合金鋼を使用して腐食反応を抑制することは、技術的に困難であり、また経済的にも不利であるため、軸受の素材鋼としては低合金鋼を使用するのが好ましい。例えば、各軸受部位の素材鋼としては、その化学成分が、例えば、Ｃ：０．１０〜１．１０wt％、Ｓｉ：０．７５wt％以下、Ｍｎ：１．７０wt％以下、Ｃｒ：１．８０wt％以下、Ｍｏ：１．５０wt％以下、Ｎｉ：４．５０wt％以下、Ｃｕ：０．３０wt％以下、Ａｌ：０．０５０wt％以下、残部：Ｆｅ及び不可避不純物（Ｏ、Ｓ、Ｔｉ等）等からなる低合金鋼を使用し、素材鋼に所望の熱処理を施すことにより所望の表面硬さを有する軸受部位を得るのが効果的である。 In addition, as described in the section of [Problems to be Solved by the Invention], it is technically difficult to suppress a corrosion reaction by using a high alloy steel such as stainless steel (SUS440C) as a bearing material. It is also disadvantageous economically, and it is preferable to use low alloy steel as the material steel for the bearing. For example, as the material steel of each bearing part, the chemical composition is, for example, C: 0.10 to 1.10 wt%, Si: 0.75 wt% or less, Mn: 1.70 wt% or less, Cr: 1.80 wt% %: Mo: 1.50 wt% or less, Ni: 4.50 wt% or less, Cu: 0.30 wt% or less, Al: 0.050 wt% or less, balance: Fe and inevitable impurities (O, S, Ti, etc.), etc. It is effective to obtain a bearing part having a desired surface hardness by using a low alloy steel made of
また、軌道輪における腐食反応は、非金属介在物と金属素地との間に形成される微小隙間を起因として発生することから、該腐食を防止するためには非金属介在物の生成を抑制するのも好ましく、そのためには非金属介在物の構成成分である酸化物、硫化物やチタン化合物の生成原因となる酸素含有率を９ｐｐｍ以下、イオウ含有率を５０ｐｐｍ以下、及びチタン含有率を４０ｐｐｍ以下にするのが望ましい。さらに、非金属介在物と金属素地との間の良好な密着性を得て、前記界面における微小隙間を生成を回避するためには、軸受材料の最終精錬法をＥＳＲ法又はＶＡＲ法により行うのが望ましい。 In addition, since the corrosion reaction in the bearing ring occurs due to a minute gap formed between the nonmetallic inclusions and the metal substrate, the generation of nonmetallic inclusions is suppressed in order to prevent the corrosion. For this purpose, the oxygen content, which is the cause of formation of oxides, sulfides and titanium compounds, which are constituents of non-metallic inclusions, is 9 ppm or less, the sulfur content is 50 ppm or less, and the titanium content is 40 ppm or less. It is desirable to make it. Furthermore, in order to obtain good adhesion between the non-metallic inclusions and the metal substrate and avoid the formation of minute gaps at the interface, the final refining method of the bearing material is performed by the ESR method or the VAR method. Is desirable.
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。 Examples of the present invention will be specifically described below.
本願出願人は、軸受材料として高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ）を使用し、焼入・焼戻処理（浸漬焼入）を施して軸受部材を作製した。そして、該軸受材料を使用して接触ゴムシール付きの深溝玉軸受を組み立て、転動体と軌道輪とで画成される環状空間に水素イオン指数ｐＨの異なるグリースを封入し、自動車エンジンのオルタネータのプーリ側軸受として試験機に組み込み、耐久寿命試験を行った。尚、保持器は、プラスチック製の成形品を使用し、内輪を回転輪とし、外輪を固定輪とした。 The applicant of the present application uses a high-carbon chromium bearing steel type 2 (SUJ) as a bearing material, and performs a quenching / tempering treatment (immersion quenching) to produce a bearing member. Then, a deep groove ball bearing with a contact rubber seal is assembled using the bearing material, grease having a different hydrogen ion index pH is sealed in an annular space defined by the rolling elements and the bearing ring, and the pulley of the alternator of the automobile engine As a side bearing, it was installed in a testing machine and a durability life test was conducted. The cage used was a plastic molded product, the inner ring being a rotating ring and the outer ring being a fixed ring.
軸受仕様は以下の通りである。
〔軸受仕様〕
呼び番号 ： ６３０３強化形
外輪の外径Ｄ ： φ４７mm
内輪の内径ｄ ： φ１７mm
組立幅ｔ ： １４mm
基本動定格荷重Ｃ ： １３５００Ｎ
ロックウェルＣ硬さＨＲＣ
軌道輪 ： ６２
転動体 ： ６３
残留オーステナイト濃度γR 軌道輪の軌道面 ： １０ vol％
転動体の転動面 ： ９ vol％
残留オーステナイト偏差ΔγR ： ＋１ vol％
尚、残留オーステナイト偏差ΔγR は、軌道輪の軌道面における残留オーステナイト濃度から転動体の転動面における残留オーステナイト濃度を減算したものである。尚、内輪と外輪とで残留オーステナイト濃度に差があるときは、高い方の値を用いて上記偏差ΔγRを算出する。
The bearing specifications are as follows.
[Bearing specifications]
Identification number: 6303 reinforced type Outer ring outer diameter D: φ47mm
Inner ring inner diameter d: φ17mm
Assembly width t: 14mm
Basic dynamic load rating C: 13500N
Rockwell C hardness HRC
Orbital ring: 62
Rolling elements: 63
Residual austenite concentration γ R raceway raceway surface: 10 vol%
Rolling surface of rolling element: 9 vol%
Residual austenite deviation Δγ R : +1 vol%
The residual austenite deviation Δγ R is obtained by subtracting the residual austenite concentration on the rolling surface of the rolling element from the residual austenite concentration on the raceway surface of the race. When there is a difference in the retained austenite concentration between the inner ring and the outer ring, the deviation Δγ R is calculated using the higher value.
表１は本耐久寿命試験に供されたグリースの仕様と耐久寿命試験の試験結果を示する。 Table 1 shows the specifications of the grease subjected to this endurance life test and the test results of the endurance life test.
表１の実施例１、２、５、及び比較例１１で増稠剤として使用されているジウレア化合物Ａは、ジフェニルメタン４，４′−ジイソシアネート（以下「ＭＤＩ」という）１モルとシクロヘキシルアミン２モルとを配合して作製したものである。 The diurea compound A used as a thickener in Examples 1, 2, 5 and Comparative Example 11 in Table 1 was 1 mol of diphenylmethane 4,4′-diisocyanate (hereinafter referred to as “MDI”) and 2 mol of cyclohexylamine. And are prepared.
また、実施例３、４、６〜８、及び比較例１２〜１４で増稠剤として使用されているジウレア化合物Ｂは、ＭＤＩ１モルとシクロヘキシルアミン１モル及びステアリルアミン１モルとを配合して作製したものである。
また、基油としては、実施例１〜３、６〜８及び比較例１１は、ポリαオレフィンを使用し、実施例４、５及び比較例１２〜１４はジアルキルジフェニルエーテルを使用した。
Moreover, the diurea compound B used as a thickener in Examples 3, 4, 6 to 8 and Comparative Examples 12 to 14 is prepared by blending 1 mol of MDI, 1 mol of cyclohexylamine and 1 mol of stearylamine. It is a thing.
Moreover, as base oil, Examples 1-3, 6-8, and Comparative Example 11 used poly alpha olefin, and Example 4, 5 and Comparative Examples 12-14 used dialkyl diphenyl ether.
このようにして、表１に示す特定の基油に所定量の特定増稠剤を添加してグリースを作製する一方、トルエンと２−プロパノールと水が体積比でトルエン：２−プロパノール：水＝５００：４９５：５に調整された溶剤を作製し、２５℃において前記グリース０．１ｇを前記溶剤５０ｍｇに溶かし、ｐＨメータで水素イオン指数ｐＨを測定し、水素イオン指数ｐＨの異なる特性グリースを作製した。 In this way, grease is prepared by adding a predetermined amount of a specific thickener to the specific base oil shown in Table 1, while toluene, 2-propanol and water are in a volume ratio of toluene: 2-propanol: water = A solvent adjusted to 500: 495: 5 is prepared, 0.1 g of the grease is dissolved in 50 mg of the solvent at 25 ° C., a hydrogen ion index pH is measured with a pH meter, and a characteristic grease having a different hydrogen ion index pH is prepared. did.
耐久寿命試験の試験条件は以下の通りである。 The test conditions of the durability life test are as follows.
〔耐久寿命試験〕
試験荷重Ｆ ：１８９０Ｎ
回転軸の平均回転数ｎ ：８０００ｒｐｍ（２０００〜１４０００ｒｐｍ）
潤滑剤 ：特性グリース（表１参照）
グリース量 ：２．３ｇ
耐久寿命試験装置については、図示は省略するが、試験荷重はプーリに懸架されたベルトの張力とされており、該ベルトの張力がプーリに負荷され、該負荷された荷重がプーリ側軸受と反プーリ側軸受とで受けるように構成されており、プーリ側軸受の受ける荷重が試験荷重である１８９０Ｎとなるように前記ベルトの張力が調節されている。
[Durable life test]
Test load F: 1890N
Average rotation speed n of the rotating shaft: 8000 rpm (2000-14000 rpm)
Lubricant: Special grease (see Table 1)
Grease amount: 2.3 g
Although not shown in the drawing, the test load is the tension of the belt suspended on the pulley, the tension of the belt is loaded on the pulley, and the loaded load is against the pulley side bearing. The belt tension is adjusted so that the load received by the pulley-side bearing is 1890N which is the test load.
回転軸の回転速度は、２０００ｒｐｍから１４０００ｒｐｍまでに加速する加速時間、及び１４０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍまでに減速する減速時間を共に３０秒とし、２０００ｒｐｍ〜１４０００ｒｐｍの間で繰り返し運転を行った。 The rotation speed of the rotating shaft was set to 30 seconds for both the acceleration time for acceleration from 2000 rpm to 14000 rpm and the deceleration time for deceleration from 14000 rpm to 2000 rpm, and the operation was repeated between 2000 rpm and 14000 rpm.
尚、本実施例では、潤滑剤への水分添加は行わなかったが、潤滑剤は大気中より吸湿するため、外部から潤滑剤に水分が混入しなくとも或る程度の水分を含有する。このため、耐久試験前に潤滑剤に含有する水分量をカールフィッシャー法で計測したところ、表１に示すように、０．０８〜０．１５wt％であった。 In this example, moisture was not added to the lubricant. However, since the lubricant absorbs moisture from the atmosphere, it contains a certain amount of moisture even if moisture does not enter the lubricant from the outside. For this reason, when the moisture content contained in the lubricant was measured by the Karl Fischer method before the durability test, it was 0.08 to 0.15 wt% as shown in Table 1.
寿命試験は、実施例１〜８及び比較例１１〜１４の各軸受を各５個宛作製して行い、最初に剥離した軸受の運転時間を軸受寿命Ｌとし、軸受の定格寿命Ｌ10と比較して軸受の耐久寿命を評価した。 The life test is performed by preparing five bearings of each of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 11 to 14, and the operation time of the first peeled bearing is defined as the bearing life L, which is compared with the rated life L 10 of the bearing. Thus, the durability life of the bearing was evaluated.
軸受の定格寿命Ｌ10とは、同一サイズの同一ロットの軸受を同一条件で回転させたとき、その全数のうちの９０％の個数の軸受が転がり疲れによる剥離を起こさないで回転させることができる総回転数に相当する計算時間をいい、深溝玉軸受の場合、基本動定格荷重Ｃ（Ｎ）、試験荷重Ｆ（Ｎ）、回転軸の回転数ｎ（ｒｐｍ）から数式（１）で示されることが知られている。 The rated life L 10 of the bearing means that when bearings of the same size and the same lot are rotated under the same conditions, 90% of the total number of bearings can be rotated without causing separation due to rolling fatigue. The calculation time corresponding to the total number of revolutions is shown. In the case of a deep groove ball bearing, the basic dynamic load rating C (N), the test load F (N), and the number of revolutions n (rpm) of the rotating shaft are expressed by Equation (1). It is known.
Ｌ10＝（Ｃ／Ｆ）3×１０6 ／（６０ｎ）…（１）
素材鋼や加工に関する現代技術を利用して作製した軸受は、転動体の転動面及び軌道輪の軌道面間に十分な油膜が形成されているときは定格寿命Ｌ10以下の運転時間で剥離することは皆無であると考えられている。
L 10 = (C / F) 3 × 10 6 / (60n) (1)
Bearings manufactured using modern steel and processing technology are peeled off with an operating time less than the rated life L 10 when a sufficient oil film is formed between the rolling surface of the rolling element and the raceway surface of the race. It is thought that there is nothing to do.
したがって、潤滑剤中に水分を含有している場合であっても、転がり軸受の耐久性評価としては少なくとも定格寿命Ｌ10を満足する必要がある。すなわち、外部から潤滑剤に水分が混入した場合のみならず、外部から軸受内部に水分が混入しなくとも振動の影響等により潤滑剤中の水分の影響を大きく受ける状況で使用される場合は、定格寿命Ｌ10以下の運転時間で剥離の発生することが多い。したがって、耐久性評価としては剥離の発生する時間が少なくとも定格寿命Ｌ10以上である必要がある。本実施例の場合、基本動定格荷重Ｃ＝１３５０００Ｎ、試験荷重Ｆ＝１８９０Ｎ、回転軸の平均回転数ｎ＝８０００ｒｐｍであるから、数式（１）より軸受の定格寿命Ｌ10は７５９時間であり、剥離発生までの寿命時間が定格寿命Ｌ10を超えるか否かが基準となる。 Therefore, even when containing water in the lubricant, the durability evaluation of the rolling bearing need to satisfy at least the rated life L 10. That is, not only when moisture is mixed into the lubricant from the outside, but when it is used in a situation where it is greatly affected by the moisture in the lubricant due to the influence of vibration etc. Peeling often occurs in the operating time of the rated life L 10 or less. Therefore, for durability evaluation, it is necessary that the time at which peeling occurs is at least the rated life L 10 or more. In the case of this example, the basic dynamic load rating C = 135000 N, the test load F = 1890 N, and the average rotational speed n of the rotating shaft n = 8000 rpm, the rated life L 10 of the bearing is 759 hours from Equation (1), whether the life time until delamination exceeds the rated life L 10 is the reference.
表１の比較例１１〜１４から明らかなように、グリースの水素イオン指数ｐＨが小さく酸性の場合はいずれも定格寿命Ｌ10に到達するまでに軸受部材に剥離が発生する。そして、水素イオン指数ｐＨが大きくなるに伴い、剥離特性は改善されるものの、比較例１１〜１４においてはグリースの水素イオン指数ｐＨが６．９以下であるため、全ての試験片については定格寿命Ｌ10以上の軸受寿命Ｌを得ることができず、確実に耐久性を満足させることはできない。 Table 1 As is apparent from Comparative Examples 11 to 14, the peeling in the bearing member to the case of an acidic reducing the hydrogen ion exponent pH of grease reaches the rated life L 10 both occur. As the hydrogen ion exponent pH increases, the peeling characteristics are improved. However, in Comparative Examples 11 to 14, the grease has a hydrogen ion exponent pH of 6.9 or less. can not be obtained L 10 or more bearing life L, it is impossible to satisfy reliably durable.
これに対して、実施例１〜８は、水素イオン指数ｐＨがいずれも７〜１３の範囲にあり、全ての試験片について定格寿命Ｌ10以上の軸受寿命Ｌを得ることができ、所望の耐久性を満足させ得ることが判る。 On the other hand, in Examples 1 to 8, the hydrogen ion exponent pH is in the range of 7 to 13, and the bearing life L of the rated life L 10 or more can be obtained for all the test pieces. It turns out that it can satisfy sex.
さらに、本願出願人は、実施例７及び比較例１３、１４に関し、残留オーステナイト偏差ΔγR がΔγR ＜０となるように、残留オーステナイトの濃度が１１ vol％の転動体と交換し、その他の条件を同一にして上述と同様の耐久寿命試験を行ったところ、実施例７及び比較例１４に対応する実施例７′及び比較例１４′の試験軸受は夫々５個全てが定格寿命Ｌ10を経過しても剥離が発生しなかった。 Further, the applicant of the present application, with respect to Example 7 and Comparative Examples 13 and 14, exchanged with a rolling element having a residual austenite concentration of 11 vol% so that the residual austenite deviation Δγ R is Δγ R <0. When the same endurance life test as described above was performed under the same conditions, all of the five test bearings of Example 7 ′ and Comparative Example 14 ′ corresponding to Example 7 and Comparative Example 14 had the rated life L 10 . No peeling occurred even after elapse.
これに対して、比較例１３に対応する比較例１３′は試験軸受中、３個については定格寿命Ｌ10を経過しても剥離が発生しなかったものの、残り２個は１個が６８８時間で剥離し、他の１個は６４０時間で剥離した。 On the other hand, in Comparative Example 13 ′ corresponding to Comparative Example 13, in the test bearing, three pieces did not delaminate even after the rated life L 10 had elapsed, but one of the remaining two was 688 hours. And the other one was peeled off in 640 hours.
このように残留オーステナイト偏差ΔγR をΔγR ＜０に設定した場合は、ΔγR ≧０の場合に比べ、水素イオン指数ｐＨが多少小さくても定格寿命Ｌ10を超える軸受寿命Ｌを得ることができることが判る。 In this way, when the retained austenite deviation Δγ R is set to Δγ R <0, a bearing life L exceeding the rated life L 10 can be obtained even if the hydrogen ion index pH is slightly smaller than when Δγ R ≧ 0. I understand that I can do it.
Claims (3)
前記封入されているグリース組成物は、合成油である基油と、
ジウレア化合物である増稠剤と、
前記グリース組成物の水素イオン指数ｐＨを７〜１３の範囲に調整するｐＨ調整剤と、を含有するものであり、
前記ｐＨ調整剤による前記グリース組成物のｐＨ調整は、
炭素数が１〜２４の第一級アルキルアミンを前記グリース組成物全量に対して０．０１〜０．１ｗｔ％添加すること、
炭素数が６〜２４のリチウムもしくはナトリウムの有機酸金属塩を前記グリース組成物全量に対して０．０１〜０．１ｗｔ％添加すること、
または炭酸カリウムもしくは水酸化ナトリウムを前記グリース組成物全量に対して０．０１〜０．０５ｗｔ％添加することにより、
前記ｐＨ７〜１３の範囲に調整するものであることを特徴とする転がり軸受。 A rolling bearing having peeling resistance for an electrical component of an automobile engine in which a grease composition is enclosed in an annular space defined by a rolling element and a bearing ring, and auxiliary equipment,
The encapsulated grease composition includes a base oil that is a synthetic oil, and
A thickener that is a diurea compound;
A pH adjuster for adjusting the hydrogen ion exponent pH of the grease composition to a range of 7 to 13, and
The pH adjustment of the grease composition with the pH adjuster is as follows:
Adding 0.01 to 0.1 wt% of a primary alkylamine having 1 to 24 carbon atoms with respect to the total amount of the grease composition;
Adding 0.01 to 0.1 wt% of an organic acid metal salt of lithium or sodium having 6 to 24 carbon atoms with respect to the total amount of the grease composition;
Alternatively, by adding 0.01 to 0.05 wt% of potassium carbonate or sodium hydroxide with respect to the total amount of the grease composition,
A rolling bearing characterized by being adjusted to the pH range of 7 to 13.
そのイオウ含有率５０ｐｐｍ以下であり、且つ
そのチタン含有率４０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受。 The bearing ring has an oxygen content of 9 ppm or less,
The rolling bearing according to claim 1, wherein the sulfur content is 50 ppm or less and the titanium content is 40 ppm or less.
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