JP4411520B2

JP4411520B2 - 転がり軸受の製造方法

Info

Publication number: JP4411520B2
Application number: JP2004020007A
Authority: JP
Inventors: 耕一八谷
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2024-01-28
Also published as: JP2005214261A

Description

本発明は、転がり軸受に係り、より詳細には、本発明は、高温や高振動が作用したり、水が浸入することにより、潤滑油膜形成が困難となりやすい環境下で使用されるエンジン補機（オルタネータ、電磁クラッチ、コンプレッサー、中間プーリ、水ポンプ等）用転がり軸受に関する。また、本発明は、特に、これら用途に使用される転がり軸受の中でも、シールもしくはシールド板を有し、グリース組成物を封入して使用される転がり軸受に関する。

高温や高振動が軸受に作用する典型的な例である、自動車のエンジン類では、近年、自動車の小型・軽量化に伴いエンジン補機類にも小型・軽量化と共に、高性能・高出力が求められている。したがって、エンジンの作動時にあたっては、たとえば、オルタネータ用の軸受には高速回転に伴う高振動、高荷重（重力加速度で４Ｇ〜２０Ｇくらい）がベルトを介して同時に作用する。この結果、特に固定輪である外輪軌道輪に早期剥離が生じ、軸受の寿命を短命化する要因になっている。

かかる早期剥離に対して、転がり軸受の内外輪や転動体の材質を改善する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。他方で、潤滑剤に不動態化剤を添加したり、特定の基油のグリース組成物の使用が提案されている（たとえば、特許文献２参照）
特開２０００−３３７３８９号特開２００３− １３９７３号

しかしながら、現在までの早期剥離に対する改善策は実用的には十分ではなく、さらなる改善が求められている。

本発明者は、上記事情に鑑み、早期剥離の改善を鋭意研究した結果、通常の軸受鋼（ＪＩＳ記号ＳＵＪ２等）中に含まれる炭化物を、軸受軌道面や転動体表面の最表面に設けることにより、効果的に早期剥離を防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、内輪及び外輪から構成される両輪と、前記両輪の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える転がり軸受の製造方法であって、前記両輪の軌道表面と前記転動体の表面のうち少なくとも一つの最表面に、炭化物層を形成した転がり軸受の製造方法を提供する。前記最表面に炭化物層を設けることで剥離を防止することができる。

請求項１の発明においては、内輪及び外輪から構成される両輪と、前記両輪との間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える転がり軸受の製造方法であって、前記両輪の軌道表面と前記転動体の表面のうち少なくともいずれかを、粒径４ｎｍ〜１μｍのコロイダルシリカを用いて研磨し、鋼の酸化物層又は極表面層を選択的に除去することによって炭化物粒子を残存させ、前記両輪の軌道表面と前記転動体の表面のうち少なくとも一つの最表面に、炭化物粒子により構成されている炭化物層を形成する転がり軸受の製造方法を提供する。

請求項２の発明においては、前記研磨の方法が、液体ホーニングである請求項１に記載の転がり軸受の製造方法を提供する。

請求項３の発明においては、前記研磨の方法が、粒径４ｎｍ〜１μｍのコロイダルシリカを０．１〜１５重量％含有するグリース組成物を転がり軸受に封入し、当該軸受を回転させることにより行うものである請求項１に記載の転がり軸受の製造方法を提供する。

請求項４の発明においては、前記コロイダルシリカの粒径が、６ｎｍ〜１５ｎｍである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の転がり軸受の製造方法を提供する。

剥離を防止するためには、軸受の共振等による負荷の増加と、転動体と外輪との間の高速滑りとの相乗効果によって、接触表面近傍が局部的に高温となり、剥離の起点になる金属材料の組織変化が生じるのを防ぐことが必要である。接触部が高温になり、かつ、金属接触があると、材料相互の凝着および引き剥がしが生じ、その活性面によって生成した水素が鋼中に侵入するために水素脆化が生じ、剥離に至る。そして、本発明によれば、軌道面あるいは転動体の最表面に、炭化物が浮き出ているため、金属接触が発生せず、もって水素脆化に起因する剥離を効果的に防止できる。

本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな形態で実施することができる。

図１は、本発明による炭化物層を最表面に設ける例である、シール付単列深溝玉軸受の概略断面図である。図１に示す玉軸受１０は、内輪１２および外輪１４から構成される両輪１２，１４と、前記両輪の間に転動自在に配設された転動体１６である玉と、前記両輪の間に転動体を保持する保持器１８と、シール装置であるゴムシール装置２０を備える。図２は、深溝玉軸受の部分拡大断面図を示す。図２に示すように、前記ゴムシール装置２０は、補強環２１とゴム部２２とから構成される。具体的には、前記ゴムシール装置２０は、環状の板状部２０ａと、板状部２０ａの外周縁部に連続して形成された係止部２０ｂと、板状部２０ａの内周縁部に連続して形成されたリップ部２０ｃと、をさらに備える。ゴムシール装置２０は、外輪１４に固定されていて、リップ部２０ｃが内輪の軌道表面１２ａに滑り接触するように構成されている。内輪軌道面１２ａおよび外輪軌道面１４ａは、転動体１６と転がり接触する。

本発明によれば、内輪と外輪の軌道表面と転動体の表面のうちの少なくとも一つの最表面を、炭化物層を形成することにより、早期剥離の問題を解消し、転がり軸受の寿命を長期化させることができる。

以下の説明では、本発明に係る炭化物層の形成方法について詳述する。

本発明において、内輪および外輪の軌道表面または転動体表面の最表面に炭化物層を形成する方法としては、選択研磨剤による選択研磨法により、内外輪または転動体を加工する方法、もしくはグリース組成物中に選択研磨剤を添加しておき、通常、最表面層である鋼の酸化層を除去する方法が有効である。

鋼の酸化物層または極表面層を除去し、最表面層に炭化物（粒子）を残存させるための、選択研磨剤としては、球状の無機粒子が好適である。球状の無機粒子の中でも、コロイダルシリカが特に好適である。コロイダルシリカの製造法の一例は、特開２００３−１９７５７３号に開示されているが、これに限定されるものではない。

具体的には、コロイダルシリカを用いた選択研磨法として、コロイダルシリカを含有するスラリーや分散液を使用したホーニングやバレル法が適用可能である。ホーニングやバレル法を適用する場合におけるコロイダルシリカの粒径は、４ｎｍ〜２μｍであることが好ましくは、より好ましくは６ｎｍ〜１μｍ、さらに好ましくは６ｎｍ〜１５ｎｍである。粒径が４ｎｍ未満では研磨効果が得られず、２μｍを超えると、研磨力が強すぎ、炭化物（粒子）まで除去してしまうおそれがある。さらに、２μｍ以下の粒径であれば、軸受内部に残存したり、グリース組成物中に残存しても異物としての作用は少ない。

グリース組成物中にコロイダルシリカを添加する場合でも、コロイダルシリカの粒径は、４ｎｍ〜２μｍであることが好ましくは、より好ましくは６ｎｍ〜１μｍ、さらに好ましくは６ｎｍ〜１５ｎｍである。くわえて、グリース組成物中へのコロイダルシリカの添加率としては、グリース組成物１００重量に対して、０．１重量％〜１５重量％であることが好ましく、より好ましくは０．２重量％〜１０重量％であり、さらに好ましくは０．２重量％〜５重量％である。コロイダルシリカの添加率が０．１重量％未満では、選択研磨効果が発揮されず、一方、コロイダルシリカの添加率が１５重量％を超えると、グリース組成物の流動性等に悪影響を及ぼすおそれがあるので好ましくない。

本発明に用いる軸受内外輪または転動体の材質としては、通常、軸受に使用され、かつ、炭素を含有しているものならば特に制約はない。具体的な材質としては、ＪＩＳ規格のＳＵＪ２等を挙げることができ、普通に使用される鋼種でも効果がある。また、浸炭鋼やステンレス鋼等に適用しても効果が期待できる。

本発明に用いるグリース組成物について、選択研磨剤を添加し、軸受に封入する通常の転がり軸受に使用されるグリース組成物であれば、特に制約はない。ただし、エンジン補機等の高温高速での使用または軸受からのグリース組成物の漏洩の防止等を考慮すると、増ちょう剤としては、ウレア化合物であり、基油としては合成油であることが好ましい。具体的には、増ちょう剤としてはジウレア化合物が好ましく、基油としてはエーテル油を主成分とするものがより好ましい。くわえて、通常のグリース組成物に添加される酸化防止剤や防錆剤等の添加剤を、適宜添加することができる。

以下に示す本発明の実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、これらは例示的なものであり、本発明は以下の具体例に制限されるものではない。当業者は、以下に示す実施例に様々な変更を加えて本発明を実施することができ、かかる変更は本願特許請求の範囲に包含される。なお、特に断りがない限り、以下の説明で用いる用語「％」は、重量％を意味するものとする。

日産科学製スノーテックスＳ（コロイダルシリカ：ＳｉＯ₂ ３０％：粒径８〜１１ｎｍ）を用い、内輪軌道表面と外輪軌道表面に，液体ホーニング加工を施した。液体ホーニングは、噴射圧０．２ＭＰａ、５秒/一周を２周行った。軸受は、日本精工製６２０３VV（内径１７ｍｍ、外径４０ｍｍ、幅１２ｍｍ）を用いた。グリース組成物は、市販のウレア−合成油グリース（協同油脂製ＥＴ−１００）を１ｇ封入した。この軸受について、ラジアル荷重３０００Ｎ、室温での雰囲気下内輪回転０〜１８０００ｒｐｍの繰り返し急加速減速試験を１５０時間行い、その後、外輪負荷圏の軌道表面の電子顕微鏡（以下「ＳＥＭ」という。）による観察を行った。なお、初期表面の違いを、図３および図４に、ＳＥＭ写真として示す。かかる図面から、ホーニングを施したものは、最表面に炭化物層があるのが確認された。

なお、比較には、内外輪ともホーニングを実施しなかった軸受を同様に試験した。ＳＥＭ観察では、剥離の前段階である組織変化の有無を観察した。試験軸受は各５個である。

図５は、前記組織変化の結果を示す図である。図５に示す結果から、コロイダルシリカで選択研磨を施した軸受は組織変化が発生せず、良好な結果を示した。

次に、グリース組成物に選択研磨剤であるコロイダルシリカを添加した場合の効果を確認した。コロイダルシリカは前記実施例１と同様なものを用い、これを、上記グリース組成物に、グリース全量の０．３〜４重量％添加した。添加方法は、所定量のコロイダルシリカとグリース組成物を３本ロールミルにて数十回通して均一にした。軸受は、ホーニング加工が未処理も軸受を使用した。コロイダルシリカを添加すると、ちょう度が低下（グリースが硬くなる）ので、松村石油研究所製ＬＢ−１００（エーテル油：１００ｍｍ２/ｓ（４０℃））を加えながら、３本ロールミル処理を行い、混和ちょう度をＮＧＬＩＮｏ．２に調整した。試験軸受と試験条件は、実施例１と同様とした。

図６は、コロイダルシリカの添加量に対する組織変化の結果を示す図である。図６に示す結果から、コロイダルシリカをグリース組成物に添加することにより、軸受は組織変化が発生せず、良好な結果を示した。

図１は、本発明による炭化物層を最表面に設けた例である、シール付単列深溝玉軸受の概略断面図である。図２は、深溝玉軸受の部分拡大断面図を示す。図３は、ホーニングを施していない軌道表面のＳＥＭ写真を示す。図４は、ホーニングを施した軌道表面のＳＥＭ写真を示す。図５は、本発明における実施例１での組織変化の結果を示す図である。図６は、コロイダルシリカの添加量に対する組織変化の結果を示す図である。

符号の説明

１０…玉軸受、１２…内輪、１２ａ…内輪軌道面、１４…外輪、１４ａ…外輪軌道面、１６…転動体、１８…保持器、２０…ゴムシール装置、２１…補強環、２２…ゴム部、

Claims

内輪及び外輪から構成される両輪と、前記両輪との間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える転がり軸受の製造方法であって、
前記両輪の軌道表面と前記転動体の表面のうち少なくともいずれかを、粒径４ｎｍ〜１μｍのコロイダルシリカを用いて研磨し、鋼の酸化物層又は極表面層を選択的に除去することによって炭化物粒子を残存させ、前記両輪の軌道表面と前記転動体の表面のうち少なくとも一つの最表面に、炭化物粒子により構成されている炭化物層を形成する転がり軸受の製造方法。
前記研磨の方法が、液体ホーニングである請求項１に記載の転がり軸受の製造方法。
前記研磨の方法が、
粒径４ｎｍ〜１μｍのコロイダルシリカを０．１〜１５重量％含有するグリース組成物を転がり軸受に封入して当該軸受を回転させることにより行うものである請求項１に記載の転がり軸受の製造方法。
前記コロイダルシリカの粒径が、６ｎｍ〜１５ｎｍである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の転がり軸受の製造方法。