JP4739947B2

JP4739947B2 - 軸受試験装置および軸受試験方法

Info

Publication number: JP4739947B2
Application number: JP2005377393A
Authority: JP
Inventors: 隆之川村; 英信三上
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: JP2007178268A

Description

本発明は、転がり軸受の耐久寿命を試験する軸受試験装置および軸受試験方法に関する。

転がり軸受の耐久寿命を試験する軸受試験装置としては、試験軸受の内輪を取り付ける回転軸と、試験軸受の外輪を固定するハウジングとを有し、回転軸を回転駆動する回転駆動手段と、試験軸受に荷重を負荷する荷重負荷手段とを設けたものが多く使用されている（例えば、特許文献１参照）。これらの軸受試験装置は、軸受の設計、開発、品質保証、トラブルの原因究明等に用いられている。

一方、自動車用補機であるオルタネータ等を支持する転がり軸受では、上述したような軸受試験装置で十分な耐久寿命が保証されたものであっても、早期に固定輪側の軌道面に脆性剥離が発生するものがあることが知られている。この脆性剥離の発生は、軸受に封入するグリースの種類によっても左右されることが知られている。

この脆性剥離の原因については種々の検討がなされているが、加減速を繰り返すサイクルで軸受試験後の軸受を水素分析した結果、固定輪で水素量が増加し、回転輪と転動体ではこのような水素量の増加が認められなかったことから、固定輪を形成する鋼の水素脆化によるものと推定されている（例えば、非特許文献１参照）。すなわち、転動体とのすべりによって軌道面に発生する新生面を触媒として、軸受に封入されたグリースが分解し、この分解で発生する水素が軌道面の鋼中に浸入して、水素脆化を引き起こすものと考えられている。

特開平３−１２８４３０号公報（第２図）玉田、田中「外輪回転による脆性剥離の再現実験」（社）日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集、１９９４年１０月、ｐ．７４９−７５２

特許文献１に記載されたような従来の軸受試験装置では、評価される軸受の高性能化に伴い上述したような脆性剥離を短時間で再現できず、この水素脆化に起因すると考えられる脆性剥離による軸受寿命の低下を簡単に評価できない問題がある。このため、オルタネータ、テンションプーリ、アイドラプーリ、タイミングベルトプーリ、電磁クラッチ、コンプレッサ、ウォータポンプ等の自動車用補機に使用される軸受、クランクシャフト、カムシャフト等のエンジンに組み込まれる回転部材を支持する軸受、各種モータや工作機械の回転軸を支持する軸受等、このような脆性剥離が発生する恐れがある用途に使用される転がり軸受に対して、その設計、開発、品質保証等に有効に活用できる簡単な軸受試験装置が望まれている。

本発明者の一人は、このような要望に対して、内外輪および転動体が導電体で形成された試験軸受の内輪を回転軸に取り付け、試験軸受の外輪をハウジングに固定して、試験軸受に荷重を負荷しながら内輪を回転させて、試験軸受の内輪と外輪との間に転動体を介して電流を流す軸受試験装置を先に提案している（特願２００５−１４００２５）。しかしながら、この軸受試験装置は内輪を回転させるので、プーリ等の回転部材を支持するもののように、外輪が回転する用途に使用され、固定輪となる内輪に上述した脆性剥離が生じる転がり軸受には、そのまま適用できない問題がある。

そこで、本発明の課題は、内輪が固定輪とされる転がり軸受の脆性剥離による軸受寿命の低下を的確で簡単に再現、評価できる軸受試験装置と軸受試験方法を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の軸受試験装置は、内外輪および転動体が導電体で形成された試験軸受の内輪が外嵌される固定軸と、前記試験軸受の外輪が内嵌される筒部を一端に設けた回転軸と、この回転軸を回転駆動する回転駆動手段と、前記試験軸受に荷重を負荷する荷重負荷手段とを備え、前記固定軸と回転軸とを導電体で形成し、これらの導電体で形成された固定軸と回転軸との間に電圧を負荷する電源を設け、この電源から前記固定軸と回転軸を介して前記試験軸受に通電しながら、試験軸受に荷重を負荷してその外輪を回転させる構成を採用した。

すなわち、内外輪および転動体が導電体で形成された試験軸受の内輪が外嵌される固定軸と、外輪が内嵌される筒部を一端に設けた回転軸とを導電体で形成し、これらの導電体で形成された固定軸と回転軸との間に電圧を負荷して、固定軸と回転軸を介して試験軸受に通電しながら、試験軸受に荷重を負荷してその外輪を回転させることにより、内輪が固定輪とされる転がり軸受の脆性剥離による軸受寿命の低下を的確で簡単に再現、評価できるようにした。

前記回転軸を前記試験軸受と離れた支持点で、内輪を回転軸に外嵌して外輪を固定した支持軸受により支持し、この支持軸受の内外輪および転動体を導電体で形成して、前記電源の電圧をこの支持軸受の外輪と前記固定軸との間に負荷することにより、スリップリング等の回転体用接点を用いずに、試験軸受に安定して通電することができる。

前記回転駆動手段を、前記回転軸およびこれと平行に配設したモータの出力軸にプーリを取り付け、これらのプーリ間に無端ベルトを張り渡して、前記回転軸をベルト駆動するものとし、前記荷重負荷手段を、前記無端ベルトの張力で前記回転軸を介して前記試験軸受に荷重を負荷するものとすることにより、別途の荷重負荷手段を不要とし、軸受試験装置をシンプルな構成とすることができる。

前記回転軸に取り付けるプーリを、前記支持軸受による支持点に関して、前記試験軸受と反対側に配設し、この支持軸受による支持点を、前記回転軸の傾きを許容する支持構造とすることにより、試験軸受の着脱を容易にすることができる。また、支持軸受による支持点を調節することにより、試験軸受に負荷される荷重を変化させることもできる。

前記荷重負荷手段によって前記試験軸受に負荷される動等価荷重Ｐと、試験軸受の基本動定格荷重Ｃとの比Ｐ／Ｃは、０．０５以上とするのが好ましい。また、前記回転駆動手段を、加減速を繰り返す回転サイクルを付与できるものとすることにより、軸受の試験条件を実機での使用状態に近いものとすることができる。

また、本発明の軸受試験方法は、内外輪および転動体が導電体で形成された試験軸受の内輪を固定軸に外嵌し、前記試験軸受の外輪を回転軸の一端に設けた筒部に内嵌して、前記固定軸と回転軸とを導電体で形成し、これらの導電体で形成された固定軸と回転軸との間に電圧を負荷して、固定軸と回転軸を介して前記試験軸受に通電しながら、試験軸受に荷重を負荷してその外輪を回転させる方法を採用することにより、内輪が固定輪とされる転がり軸受の脆性剥離による軸受寿命の低下を的確で簡単に再現、評価できるようにした。

本発明の軸受試験装置は、内外輪および転動体が導電体で形成された試験軸受の内輪が外嵌される固定軸と、外輪が内嵌される筒部を一端に設けた回転軸とを導電体で形成し、これらの導電体で形成された固定軸と回転軸との間に電圧を負荷して、固定軸と回転軸を介して試験軸受に通電しながら、試験軸受に荷重を負荷してその外輪を回転させるようにしたので、内輪が固定輪とされる転がり軸受の脆性剥離による軸受寿命の低下を的確で簡単に再現、評価することができ、脆性剥離が発生する恐れがある用途に使用される転がり軸受の設計、開発、品質保証等に有効に活用することができる。

前記回転軸を試験軸受と離れた支持点で、内輪を回転軸に外嵌して外輪を固定した支持軸受により支持し、この支持軸受の内外輪および転動体を導電体で形成して、電源の電圧をこの支持軸受の外輪と固定軸との間に負荷することにより、スリップリング等の回転体用接点を用いずに、試験軸受に安定して通電することができる。

前記回転駆動手段を、回転軸およびこれと平行に配設したモータの出力軸にプーリを取り付け、これらのプーリ間に無端ベルトを張り渡して、前記回転軸をベルト駆動するものとし、荷重負荷手段を、無端ベルトの張力で回転軸を介して試験軸受に荷重を負荷するものとすることにより、別途の荷重負荷手段を不要とし、軸受試験装置をシンプルな構成とすることができる。

前記回転軸に取り付けるプーリを、支持軸受による支持点に関して、試験軸受と反対側に配設し、この支持軸受による支持点を、回転軸の傾きを許容する支持構造とすることにより、試験軸受の着脱を容易にすることができる。また、支持軸受による支持点を調節することにより、試験軸受に負荷される荷重を変化させることもできる。

また、本発明の軸受試験方法は、内外輪および転動体が導電体で形成された試験軸受の内輪を固定軸に外嵌し、試験軸受の外輪を回転軸の一端に設けた筒部に内嵌して、固定軸と回転軸とを導電体で形成し、これらの導電体で形成された固定軸と回転軸との間に電圧を負荷して、固定軸と回転軸を介して試験軸受に通電しながら、試験軸受に荷重を負荷してその外輪を回転させる方法を採用したので、内輪が固定輪とされる転がり軸受の脆性剥離による軸受寿命の低下を的確で簡単に再現、評価することができ、脆性剥離が発生する恐れがある用途に使用される転がり軸受の設計、開発、品質保証等に有効に活用することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この軸受試験装置は、図１に示すように、基台１に２つのフレーム２ａ、２ｂが絶縁体３を介して立設され、フレーム２ａに取り付けられた固定軸４に、試験軸受５の内輪５ａが固定輪として外嵌され、フレーム２ｂに取り付けられた支持軸受６に支持された回転軸７の一端に設けられた筒部７ａに、試験軸受５の外輪５ｂが回転輪として内嵌されている。また、回転軸７には、支持軸受６による支持点に関して、試験軸受５と反対側でプーリ８ａが取り付けられている。この実施形態では、試験軸受５は玉軸受とされ、その内輪５ａ、外輪５ｂおよび転動体としてのボール５ｃは、いずれも導電体で形成され、軸受内部にはグリースが封入されている。

前記回転軸７に取り付けられたプーリ８ａには、回転軸７と平行に配設したモータ９の出力軸９ａに取り付けられたプーリ８ｂとの間に無端ベルト１０が張り渡され、このベルト機構によって回転軸７が回転駆動される。また、支持軸受６は回転軸７の傾きを許容する調心輪付きのころ軸受とされ、無端ベルト１０の張力によって、傾きを許容されている回転軸７から、試験軸受５にラジアル荷重が負荷されるようになっている。支持軸受６は、内輪６ａが回転軸７に外嵌され、外輪６ｂが調心輪６ｃを介してフレーム２ｂに固定されており、内輪６ａ、外輪６ｂ、調心輪６ｃおよび転動体としてのころ６ｄは、いずれも導電体で形成されている。なお、支持軸受６を調心機構のない転がり軸受とし、これを球面座等でフレーム２ｂに固定して、回転軸７の傾きを許容するようにしてもよい。

前記各フレーム２ａ、２ｂ、固定軸４および回転軸７は、いずれも導電体で形成され、フレーム２ａ、２ｂにそれぞれ電源（図示省略）のプラスとマイナスに接続される接点端子１１ａ、１１ｂが取り付けられており、これらの接点端子１１ａ、１１ｂを電源に接続することにより、フレーム２ａに取り付けられた固定軸４から、試験軸受５の内輪５ａ、ボール５ｃ、外輪５ｂを通って、回転軸７および支持軸受６を介してフレーム２ｂへ電流が流れる。したがって、試験軸受５に封入されたグリースから電気分解によって強制的に水素を発生させ、前述した水素脆化に起因すると考えられる脆性剥離を再現することができる。

実施例として、上述した軸受試験装置を用いて、前記接点端子１１ａ、１１ｂ間に通電し、前記ベルト機構により、図２に示すような加減速を繰り返す回転サイクルで回転軸７を回転駆動して、無端ベルト１０の張力で試験軸受にラジアル荷重を負荷し、その外輪を回転させる軸受寿命試験を行った。比較例として、接点端子１１ａ、１１ｂ間に通電しない同様の軸受寿命試験も行った。試験軸受のサンプル数は、実施例、比較例とも２個ずつとし、軸受寿命はモータ９の駆動トルクの変化で判定した。試験条件は以下の通りである。
・試験軸受：呼び番号６２０３の深溝玉軸受（外径４０ｍｍ、内径１７ｍｍ、幅１２ｍｍ）
・グリース：ウレア系グリース（基油：合成炭化水素油）
・負荷荷重：１５０ｋｇｆ（試験軸受１個当たりのラジアル荷重：Ｐ／Ｃ＝０．１５）
・通電条件：端子間電圧１〜５Ｖ、電流０．５Ａ（実施例のみ）
・試験時間：３００時間で打ち切り

上記軸受寿命試験の結果、比較例ではいずれの試験軸受も軸受寿命が試験時間の３００時間を超えたのに対して、実施例ではいずれの試験軸受も軸受寿命が約４０時間であった。また、これらの実施例の試験軸受を試験後に分解して目視観察した結果、いずれも固定輪である内輪の軌道面に脆性剥離が発生していることが確認された。以上の試験結果より、本発明に係る軸受試験装置および軸受試験方法は、水素脆化に起因すると考えられる脆性剥離を再現でき、この脆性剥離による軸受寿命の低下を的確に評価できることが分かった。

上述した実施形態では、試験軸受を深溝玉軸受とし、試験軸受にラジアル荷重を負荷したが、本発明に係る軸受試験装置および軸受試験方法は、ころ軸受等の他の転がり軸受を試験軸受とすることもでき、これらの試験軸受にはスラスト荷重も負荷することができる。

また、上述した実施形態では、回転軸をベルト機構で回転駆動させたが、回転軸は歯車機構等の他の駆動力伝達機構で回転駆動させることもでき、モータと直結で回転駆動させることもできる。ただし、これらの場合は、別途に荷重負荷手段を設ける必要がある。

軸受試験装置の実施形態を示す切欠き縦断正面図図１の軸受試験装置を用いた軸受寿命試験における回転軸の回転サイクルを示すグラフ

符号の説明

１基台
２ａ、２ｂフレーム
３絶縁体
４固定軸
５試験軸受
５ａ内輪
５ｂ外輪
５ｃボール
６支持軸受
６ａ内輪
６ｂ外輪
６ｃ調心輪
６ｄころ
７回転軸
７ａ筒部
８ａ、８ｂプーリ
９モータ
９ａ出力軸
１０無端ベルト
１１ａ、１１ｂ接点端子

Claims

内外輪および転動体が導電体で形成された試験軸受の内輪が外嵌される固定軸と、前記試験軸受の外輪が内嵌される筒部を一端に設けた回転軸と、この回転軸を回転駆動する回転駆動手段と、前記試験軸受に荷重を負荷する荷重負荷手段とを備え、前記固定軸と回転軸とを導電体で形成し、これらの導電体で形成された固定軸と回転軸との間に電圧を負荷する電源を設け、この電源から前記固定軸と回転軸を介して前記試験軸受に通電しながら、試験軸受に荷重を負荷してその外輪を回転させるようにした軸受試験装置。
前記回転軸を前記試験軸受と離れた支持点で、内輪を回転軸に外嵌して外輪を固定した支持軸受により支持し、この支持軸受の内外輪および転動体を導電体で形成して、前記電源の電圧をこの支持軸受の外輪と前記固定軸との間に負荷するようにした請求項１に記載の軸受試験装置。
前記回転駆動手段が、前記回転軸およびこれと平行に配設したモータの出力軸にプーリを取り付け、これらのプーリ間に無端ベルトを張り渡して、前記回転軸をベルト駆動するものであり、前記荷重負荷手段が、前記無端ベルトの張力で前記回転軸を介して前記試験軸受に荷重を負荷するものである請求項２に記載の軸受試験装置。
前記回転軸に取り付けるプーリを、前記支持軸受による支持点に関して、前記試験軸受と反対側に配設し、この支持軸受による支持点を、前記回転軸の傾きを許容する支持構造とした請求項３に記載の軸受試験装置。
内外輪および転動体が導電体で形成された試験軸受の内輪を固定軸に外嵌し、前記試験軸受の外輪を回転軸の一端に設けた筒部に内嵌して、前記固定軸と回転軸とを導電体で形成し、これらの導電体で形成された固定軸と回転軸との間に電圧を負荷して、固定軸と回転軸を介して前記試験軸受に通電しながら、試験軸受に荷重を負荷してその外輪を回転させるようにした軸受試験方法。