(57)【要約】【課題】軸受の保守点検の頻度を大幅に低減する。【解決手段】回転軸１の先端面に、フランジ部３Ａを備えたキャップ３を回転方向に一体に固定し、そのフランジ部３Ａの軸受２側を向く面にバッキングリング５Ａの端面を当接し、そのバッキングリング５Ａの他方の端面を内輪２ｃの端面に当接させる。一方、回転軸１の軸受２が固定される位置よりも回転軸１中央部寄りには、中央部側が拡径するテーパ部１Ａ及び大径部１Ｂを形成し、テーパ部１Ａにバッキングリング５Ｂを外嵌させ、バッキングリング５Ｂの内端部を大径部１Ｂの先端側段差部１Ｃに当接させ、バッキングリング５Ｂの先端面を内輪２ｄの端面に当接させる。そして、バッキングリング５Ａの内輪２ｃ端面に当接する端面５ａと、バッキングリング５Ｂの内輪２ｄ端面に当接する端面５ｂとのそれぞれに、軸方向の応力変動を吸収する被膜を形成する。【選択図】        図１
2006153285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を支持する軸受と、この軸受の端面に当接して該軸受を前記回転軸に固定するバッキングリングと、を備えた軸受ユニットにおいて、前記軸受の端面と前記バッキングリングとの間の応力変動の影響を低減する応力変動影響低減構造を設け、前記応力変動影響低減構造は、前記軸受の端面に当接する前記バッキングリング端面の硬度を上げた構造であることを特徴とする軸受ユニット。
【請求項２】
前記応力変動影響低減構造は、前記バッキングリング端面に、浸炭窒化処理，浸炭処理，浸硫化処理又は浸浴窒化処理を施すことによりその硬度を上げた構造である請求項１記載の軸受ユニット。
【請求項３】
回転軸を支持する軸受と、この軸受の端面に当接して該軸受を前記回転軸に固定するバッキングリングと、を備えた軸受ユニットにおいて、前記軸受の端面と前記バッキングリングとの間の応力変動の影響を低減する応力変動影響低減構造を設け、前記応力変動影響低減構造は、前記軸受の端面に当接する前記バッキングリング端面を、その軸受の端面のエッジ部に接触しないようなエッジ非接触形状に加工した構造であることを特徴とする軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸受ユニットに関し、特に、軸受の端面に当接して該軸受を回転軸に固定するバッキングリングを備えた軸受ユニットにおいて、それら軸受端面とバッキングリングとの接触面の磨耗を低減できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、陸上輸送の高速化に伴い、鉄道車両においても、車軸用軸受の連続使用時間を延長したいという要求がある。つまり、保守点検の頻度を低減できる軸受ユニットの開発要求がある。
そして、かかる要求に対して従来は、シール構造を改良することにより、軸受外部からの異物の侵入を極力防止する、或いは、軸受が固定されるハウジング端面を軸受と同じ材質にするとともに、焼入れ処理を施してその硬度を上げることにより、微小磨耗による微粉発生を抑制して潤滑剤としてのグリースの劣化を防止する、等の改善を図っていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
確かに、上記のような方策を施せばそれに応じて軸受内部やグリースへの金属粉等の混入を低減することはできるが、軸受ユニットの保守点検の頻度の飛躍的な低減は達成されていないのが現状である。
即ち、例えば鉄道車両の車軸用の軸受のように高い剛性と耐衝撃性とが要求される軸受には、複列の円筒ころ軸受や背面組合せの円錐ころ軸受が適用され、そのような軸受が一本の車軸に対して二組ずつ使用される。そして、各車軸には１０トン前後のラジアル荷重が負荷されるため、車軸自体が、軸に対して垂直方向に撓みながら回転する所謂ベンディングという現象が発生する。
【０００４】
すると、軸受を車軸に固定するために軸受内輪等の端面に当接するバッキングリングと内輪端面との接触面の応力が、ベンディングの影響により周期的に変動することになり、その応力変動によって接触面に微小磨耗（フレッティング）が生じてしまうのである。これに対し、軸受のシールは、その微小磨耗が生じる接触面の外側に配設されるため、フレッティングで発生した金属の磨耗粉が軸受内側に混入することを防ぐことはできないのである。そして、その磨耗粉が軸受内に多量に混入した状態を放置してしまうと、軌道面の面荒れやグリースの劣化等を招き円滑な回転が維持できなくなってしまう。このため、頻繁な保守点検が必要なのである。
本発明は、このような従来の技術が有する未解決の課題に着目してなされたものであって、保守点検の頻度を大幅に低減することができる軸受ユニットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、回転軸を支持する軸受と、この軸受の端面に当接して該軸受を前記回転軸に固定するバッキングリングと、を備えた軸受ユニットにおいて、前記軸受の端面と前記バッキングリングとの間の応力変動の影響を低減する応力変動影響低減構造を設けた。
なお、上記応力変動影響低減構造としては、例えば、軸受の端面とバッキングリングとの間に、それらの間に生じる応力変動を吸収する応力変動吸収層を介在させることが考えられる。即ち、軸受端面とバッキングリングとの間に介在させた応力変動吸収層によって、それら軸受端面とバッキングリングとの接触面の応力変動が吸収されるので、フレッティングの発生が抑制される。
【０００６】
ここで、応力変動吸収層の具体例としては、軸受の材質及びバッキングリングの材質の双方よりも硬度の低い材質からなる層が考えられる。かかる硬度の低い材質としては、銀，鉛，亜鉛，錫等の軟質金属が適用できる。
応力変動吸収層の他の具体例としては、軸受の材質及びバッキングリングの材質の双方よりも弾性力が小さく降伏点のある材質からなる層が考えられる。かかる弾性力が小さく降伏点のある材質としては、ゴムやプラスチックに代表される高分子エラストマー等が適用できる。
【０００７】
また、応力変動吸収層のその他の具体例としては、自己潤滑性を有する材質からなる層が考えられる。かかる自己潤滑性を有する材質としては、固体潤滑剤を含有した摺動性樹脂等が適用でき、例えば、４フッ化エチレン、二硫化モリブデン、ポリエチレン等の固体潤滑剤や、摺動性を付与した高分子エラストマー等が適用できる。
そして、上記のような応力変動吸収層は、バッキングリングの軸受端面に当接する部分の表面に被膜として設けることができる。例えば、上記のような軟質金属であればメッキ処理により設けることができる。
【０００８】
さらに、応力変動吸収層のその他の具体例としては、４フッ化エチレン等のフッ素化合物をマトリックス（母体）とし、その中に耐磨耗性粒子を配合したシートが考えられ、そのようなシートを、軸受の端面やバッキングリングの金属表面に張り合わせることにより応力変動影響低減構造を実現することができる。
ここで、耐磨耗性粒子としては、例えば住友化学株式会社製のエコノール（商品名）、ユニチカ株式会社製のユニベックス（商品名）、鐘紡株式会社製のベルパール（商品名）、デュポン社製のポリイミド、日本カーボン社製の球状カーボン、及び炭酸カルシウム、グラファイト等のように、これらを取り囲むマトリックス層より硬いものであれば適用可能である。
【０００９】
耐磨耗性粒子のマトリックス層に対する配合比率は、２〜６０ｗｔ％が望ましく、好適には、５〜４０ｗｔ％、さらに好適には、１０〜３０ｗｔ％である。上記シートの厚みとしては、１０〜１０００μｍが望ましい。１０μｍに満たない程度では、応力変動の吸収効果が不十分で、フレッティング発生までの時間を十分に長くできない。逆に、１０００μｍを越えると、軸受ユニットの寸法公差に与える影響が無視できなくなってしまう。
【００１０】
また、本発明における他の上記応力変動影響低減構造としては、例えば、軸受の端面に当接するバッキングリング端面の硬度を上げることが考えられる。より具体的には、そのバッキングリング端面の硬度を、これと接触する軸受端面の硬度と同等又はそれ以上とすることにより、応力変動影響低減構造が得られる。つまり、バッキングリング端面の硬度を上げれば、応力変動に対する耐性が上がるから、その応力変動のバッキングリング端面への影響が低減され、そのバッキングリングにおけるフレッティングの発生が抑制される。
【００１１】
バッキングリング端面の硬度を上げる具体例としては、そのバッキングリング端面にクロムメッキを施す、チタン化合物等をコーティングすること等が考えられるが、特に摺動性に優れたＴｉＣ（チタンカーボン）をコーティングすることが、フレッティング防止の点からも優れている。クロムメッキは、低温で電解して、バッキングリングの表面に黒色クロム酸化物を形成させるものでもよい。また、チタン化合物としては、ＴｉＮ（チタンナイトライド）、ＴｉＣＮ（チタンカーボンナイトライド）等の複合物であってもよい。これらの高硬度層は、メッキの他に、イオンプレーティング，ＣＶＤ，スパッタリング等の各手法により形成することができる。さらに、それら高硬度薄層の上に、４フッ化エチレン，２フッ化エチレン等の複合層を形成してもよい。
【００１２】
この高硬度層の厚みは、０．３〜２０μｍであることが、バッキングリング端面のフレッティング防止の点からは望ましい。例えば、イオンプレーティング，ＣＶＤによって形成したＴｉＣ層であれば、０．３〜３μｍが特に望ましく、クロムメッキであれば、０．５〜２０μｍが望ましい。これら高硬度層の厚みが望ましい範囲の下限値に満たない場合には、フレッティング発生までの時間を十分に長くできない。逆に、上限値を越えてしまうと、剥離等の別の悪影響が生じてしまう。
【００１３】
バッキングリング端面の硬度を上げる他の具体例としては、或いは、そのバッキングリング端面そのものの硬度を上げることが考えられる。例えば、バッキングリング表面に対して、浸炭窒化処理，浸炭処理，浸硫化処理、浸浴窒化処理等を施すことにより、その表面の硬度を上げることができる。これら浸炭窒化処理等は、２００μｍ程度の深さまで高硬度層を形成することができる。
【００１４】
また、本発明におけるその他の上記応力変動影響低減構造としては、例えば、軸受の端面に当接するバッキングリング端面を、その軸受の端面のエッジ部に接触しないようなエッジ非接触形状に加工することが考えられる。つまり、軸受の端面とバッキングリングとの間の応力は、主として軸受端面のエッジ部に集中し、バッキングリング端面のうち軸受端面のエッジ部と接触する部分がフレッティングの起点となるため、そのエッジ部とバッキングリングとの接触をなくせば、応力変動のバッキングリング端面への影響が低減され、そのバッキングリングにおけるフレッティングの発生が抑制される。
【００１５】
エッジ非接触形状の具体例としては、バッキングリング端面にクラウニング加工を施して、バッキングリング厚さ方向中央部が盛り上がるような丸みを付けることが考えられる。即ち、軸受の内輪等の端面には、その内周側及び外周側のそれぞれにチャンファ（面取り部）が形成されるのが通常であり、その端面の平面部分とチャンファとの境界部分にエッジ部が形成されるから、そのエッジ部を逃げるようにバッキングリング端面に丸みを付ければ、上記のエッジ非接触形状が得られるのである。
【００１６】
また、エッジ非接触形状の他の具体例としては、軸受端面のエッジ部を逃げるように、バッキングリング端面をテーパ形状とすることが考えられる。即ち、バッキングリング端面の厚さ方向の中央部は、軸受端面に当接する平面部とするとともに、バッキングリング端面の軸受端面エッジ部に対向する部分よりも若干中央部側から端部に至る間（つまり、バッキングリング端面の軸受端面チャンファ部に対向する部分よりも若干拾い部分）を、端部に近づくに従って軸受端面から離れるような斜面とすれば、上記のエッジ非接触形状が得られるのである。
【００１７】
さらに、エッジ非接触形状は、バッキングリング側に形成しなくても、軸受側に形成してもよい。つまり、軸受の端面に例えばクラウニング加工を施すことにより丸みを付けて、その軸受端面のエッジ部がバッキングリング端面に当接しないようにしてもよい。同様に、軸受の端面をテーパ形状とすることにより、軸受端面のエッジ部がバッキングリング端面に当接しないようにしてもよい。軸受端面をテーパ形状とする場合、そのテーパ面が始まる部分な滑らかな屈曲にすることが望ましい。
【００１８】
さらに、本発明におけるその他の上記応力変動影響低減構造としては、上記の応力変動吸収層と、上記のエッジ非接触形状との両方を組み合わせたものであってもよい。つまり、バッキングリング端面又は軸受端面の形状を、その軸受の端面のエッジ部がバッキングリング端面に接触しないようなエッジ非接触形状に加工するとともに、バッキングリングの端面又は軸受端面の一方若しくは両方に、上記のような応力変動吸収層を形成するのであり、これによれば、応力変動吸収層とエッジ非接触形状との両方の利点が発揮され、より確実にフレッティングの発生が抑制される。
【００１９】
また、本発明におけるその他の上記応力変動影響低減構造としては、上記のバッキングリング端面の硬度を上げる構造と、上記のエッジ非接触形状との両方を組み合わせたものであってもよい。つまり、バッキングリング端面又は軸受端面の形状を、その軸受の端面のエッジ部がバッキングリング端面に接触しないようなエッジ非接触形状に加工するとともに、そのバッキングリングの端面の硬度を上記のように上げれば、端面硬度を上げた点とエッジ非接触形状との両方の利点が発揮され、より確実にフレッティングの発生が抑制される。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、軸受の端面とバッキングリングとの間の応力変動の影響を低減する応力変動影響低減構造を設けたため、それら軸受端面とバッキングリングとの接触面の応力変動の影響を低減でき、フレッティングの発生が抑制されるから、軌道輪の軌道面の面荒れやグリースの劣化等を招くことがなく、保守点検の頻度を低減できるという効果がある。よって、本発明に係る軸受ユニットは、車軸用軸受に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態の構成を示す軸受ユニットの断面図であり、先ず、構成を説明すると、この軸受ユニットは鉄道車両の車軸用軸受ユニットであって、回転軸としての車軸１を回転自在に支持する軸受２を有している。なお、軸受２は、転動体２ａとして二列の円錐ころを有する背面組合せの複列円錐ころ軸受であり、転動体２ａの各列毎に設けられ且つ中間に間座２ｂを挟み込んだ二列の内輪２ｃ，２ｄと、転動体２ａの各列で共通の外輪２ｅと、転動体２ａの各列毎に設けられた保持器２ｆと、から構成されていて、間座２ｂを挟んだ状態の内輪２ｃ，２ｄが車軸１の先端部分に外嵌している。なお、外輪２ｅの軸方向中央部の適所には、グリース供給口２ｇが形成されている。
【００２２】
そして、車軸１の先端面には、周方向外側に張り出すフランジ部３Ａを備えたキャップ３が複数のボルト４によって回転方向に一体に固定されていて、そのフランジ部３Ａの軸受２側を向く面に一方のバッキングリング５Ａの端面が当接し、そのバッキングリング５Ａの他方の端面が、軸受端面としての一方の内輪２ｃの端面に当接している。
一方、車軸１の軸受２が固定される位置よりも車軸１中央部寄りには、中央部側が拡径するテーパ部１Ａ及び大径部１Ｂが形成され、テーパ部１Ａに他方のバッキングリング５Ｂが外嵌するとともに、そのバッキングリング５Ｂの内端部が、大径部１Ｂの先端側段差部１Ｃに当接するようになっていて、そのバッキングリング５Ｂの先端面が、軸受端面としての他方の内輪２ｄの端面に当接している。
【００２３】
また、外輪２ｅのキャップ３側の端面と大径部１Ｂ側端面とのそれぞれには、外輪２ｅから離れるに従って段階的に縮径する肉薄円筒形のガイド部材６Ａ，６Ｂが固定されていて、一方のガイド部材６Ａの先端部は、極僅かな隙間を開けてフランジ部３Ａの外周面を包囲し、他方のガイド部材６Ｂの先端部は、極僅かな隙間を開けてバッキングリング５Ｂの外周面を包囲している。
【００２４】
そして、バッキングリング５Ａの中央部外周面とガイド部材６Ａの中央部内周面との間に、オイルシール７Ａが配設され、バッキングリング５Ｂの中央部外周面とガイド部材６Ｂの中央部内周面との間に、オイルシール７Ｂが配設されている。かかるオイルシール７Ａ，７Ｂにより、軸受２の外部から内部への微粉等の侵入を防止している。
かかる軸受２の車軸１への取り付けは、車軸１の先端側から、バッキングリング５Ｂ，軸受２，バッキングリング５Ａをこの順に嵌め込んだ後に、その車軸１の先端面にキャップ３を取り付け、ボルト４を締め付けることにより行われる。なお、これが車軸用軸受ユニットであり、軸受２には車両重量を支えるために大きなラジアル荷重が負荷されることから、軸受２には、ボルト４，キャップ３及び軸受２の両端面に当接するバッキングリング５Ａ，５Ｂを介して、軸方向に数トンの圧入力を加えるようになっており、その圧入力により軸受２を車軸１に固定するようになっている。
【００２５】
そして、本実施の形態の軸受ユニットにあっては、バッキングリング５Ａの内輪２ｃ端面に当接する端面５ａと、バッキングリング５Ｂの内輪２ｄ端面に当接する端面５ｂとのそれぞれに、軸に沿った方向の応力の変動を吸収する応力変動吸収層としての被膜を形成している。
なお、実際には一本の車軸１に対して図１に示すような軸受２が両端部それぞれに配設されるが、同様の構造であるためその図示及び説明は省略する。
【００２６】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
即ち、車軸１には１０トン前後のラジアル荷重が負荷されるため、回転中の車軸１にはベンディングが発生する。すると、内輪２ｃ端面及びバッキングリング５Ａの端面５ａ間の応力と、内輪２ｄ端面及びバッキングリング５Ｂの端面５ｂ間の応力とが、車軸１の回転に同期して周期的に変動する。
しかし、バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂには、その応力変動を吸収するための被膜を形成しているため、かかる応力変動に起因して内輪２ｃ，２ｄの端面やバッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂ等にフレッティングが生じてしまうことが防止される。その結果、金属の磨耗粉が軸受内に多量に混入することが避けられるから、内輪２ｃ，２ｄや外輪２ｅの軌道面の面荒れやグリースの劣化等を招くことがなく、従来の軸受ユニットに比べて保守点検の頻度が低減されるのである。
【００２７】
図２は本発明の第２の実施の形態における軸受ユニットの構成を示す断面図であり、図１に示した構成と同様の部材及び部位には同じ符号を付している。即ち、この図２に示す軸受ユニットは、図１に示した構成を実質的に同一であるが、バッキングリング５Ａ，５Ｂを図１の場合よりも肉薄としている。そして、このような構成の軸受ユニットであっても、バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに応力変動吸収層を形成することにより、フレッティング防止効果を得ることができる。
【００２８】
図３は本発明の第３の実施の形態を示す図であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の構成は上記第１の実施の形態と同様であり、上記第１の実施の形態と同様の部材，部位には同じ符号を付している。また、バッキングリング５Ａ側の構成は、この図３の構成と同様であるためその図示を省略している。
即ち、本実施の形態では、バッキングリング５Ｂの端面５ｂ表面に、その硬度を高くした高硬度層１０を形成し、その高硬度層１０が内輪２ｄの端面に当接するようにしている。高硬度層１０は、これと当接する内輪２ｄ端面と同等又はそれ以上の硬度を有する層であり、上述のようなメッキ処理，コーティング処理，浸炭窒化処理等によって形成される。
【００２９】
このような構成であっても、内輪２ｄ及びバッキングリング５Ｂ間の応力変動に対する端面５ｂの耐性が、高硬度層１０を形成したことにより向上しているから、その端面５ｂにフレッティングが発生し難くなっている。このため、上記第１の実施の形態と同様に、従来の軸受ユニットに比べて保守点検の頻度が低減されるという利点がある。
図４は本発明の第４の実施の形態を示す図であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の構成は上記第１の実施の形態と同様であり、上記第１の実施の形態と同様の部材，部位には同じ符号を付している。また、バッキングリング５Ａ側の構成は、この図４の構成と同様であるためその図示を省略している。
【００３０】
即ち、本実施の形態では、バッキングリング５Ｂの端面５ｂに特に応力変動吸収層等は設けずに、その端面５ｂを所定形状に加工することにより、応力変動の影響を低減できるようにしたものである。
つまり、この実施の形態では、バッキングリング５Ｂの端面５ｂにクラウニング加工を施すことにより、その端面５ｂに、厚さ方向の中央部が端部に比べて盛り上がるような丸みを付けている。これにより、内輪２ｄの端面のチャンファ部１１と平面部１２との間に形成されるエッジ部１３が、バッキングリング５Ｂの端面５ｂに接触しないようにしている。
【００３１】
このような構成であれば、内輪２ｄとバッキングリング５Ｂとの間の応力が集中するエッジ部１３が端面５ｂに接触しないから、その応力に変動が生じたとしても、そのエッジ部１３がフレッティング発生の起点になるようなことが避けられるから、応力変動の端面５ｂへの影響が低減され、その端面５ｂにおけるフレッティングの発生が抑制される。このため、上記第１の実施の形態と同様に、従来の軸受ユニットに比べて保守点検の頻度が低減されるという利点がある。
【００３２】
なお、端面５ｂのクラウニング形状は、エッジ１３と端面５ｂとの非接触さえ確保できれば特に限定されるものではく、基準半径等は任意である。また、クラウニング加工した部位に、バレル，ショットピーニング等の加工処理を施してもよい。さらには、クラウニング加工を内輪２ｄの端面側に施すことにより、エッジ部１３が端面５ｂに接触しないようにしても、本実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００３３】
図５は本発明の第５の実施の形態を示す図であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の構成は上記第１の実施の形態と同様であり、上記第１の実施の形態と同様の部材，部位には同じ符号を付している。また、バッキングリング５Ａ側の構成は、この図５の構成と同様であるためその図示を省略している。
即ち、本実施の形態も、上記第４の実施の形態と同様に、端面５ｂを所定形状に加工することにより、応力変動の影響を低減できるようにしたものである。
【００３４】
つまり、この実施の形態では、端面５ｂの内輪２ｄ端面のチャンファ部１１と対向する部位に、端に近づくに従ってその内輪２ｄから離れるようなテーパ面１４を形成している。ただし、テーパ面１４の傾斜が始まる位置は、エッジ部１３よりも若干中央部寄りとしていて、エッジ部１３が、バッキングリング５Ｂの端面５ｂに接触しないようにしている。
【００３５】
このような構成であっても、エッジ部１３が端面５ｂに接触しないから、上記第４の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
特に、本実施の形態であれば、端面５ｂにテーパ面１４を形成するだけで済むから、上記各実施の形態、特に上記第４の実施の形態に比べて、コスト的に有利である。
なお、テーパ面１４の形成角度等は特に限定されるものではなく、要はエッジ１３と端面５ｂとの非接触さえ確保できればよい。また、内輪２ｄ側をテーパ形状とすることにより、エッジ部１３が端面５ｂに接触しないようにしても、本実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００３６】
図６は本発明の第６の実施の形態を示す図であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の構成は上記第１の実施の形態と同様であり、上記第１の実施の形態と同様の部材，部位には同じ符号を付している。また、バッキングリング５Ａ側の構成は、この図６の構成と同様であるためその図示を省略している。
即ち、本実施の形態では、バッキングリング５Ｂの端面５ｂを、上記第４の実施の形態と同様の形状とするとともに、その端面５ｂに、上記第１の実施の形態と同様の応力変動吸収層２０を形成したものである。
【００３７】
このような構成であれば、上記第１の実施の形態及び第４の実施の形態の両方の作用が発揮されるから、応力変動の影響が極めて小さくなるから、フレッティング発生の抑制効果が顕著になって、従来の軸受ユニットに比べて保守点検の頻度が大幅に低減されるという利点がある。
図７は本発明の第７の実施の形態を示す図であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の構成は上記第１の実施の形態と同様であり、上記第１の実施の形態と同様の部材，部位には同じ符号を付している。また、バッキングリング５Ａ側の構成は、この図７の構成と同様であるためその図示を省略している。
【００３８】
即ち、本実施の形態では、バッキングリング５Ｂの端面５ｂを、上記第５の実施の形態と同様の形状とするとともに、その端面５ｂに、上記第１の実施の形態と同様の応力変動吸収層２０を形成したものであり、このような構成であれば、上記第１の実施の形態及び第５の実施の形態の両方の作用が発揮されるから、上記第６の実施の形態と同様の作用効果が得られるし、コスト的には上記第６の実施の形態よりも有利となる。
なお、上記各実施の形態では、本発明に係る軸受ユニットを、背面組合せの複列円錐ころ軸受を有する軸受ユニットに適用した場合を説明したが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば複列の円筒ころ軸受等の他の軸受であってもよい。
【００３９】
また、上記第１，第２，第６，第７の実施の形態では、主としてバッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに応力変動吸収層を形成した場合について説明しているが、その端面５ａ，５ｂが当接する内輪２ｃ，２ｄの端面に応力変動吸収層を形成してもよいし、或いは両方に形成してもよい。即ち、第６，第７の実施の形態にあっては、バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂ又は内輪２ｃ，２ｄの端面を上記のようなクラウニング形状又はテーパ形状とするとともに、バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂ又は内輪２ｃ，２ｄの端面の一方若しくは両方に応力変動吸収層を形成すればよい。
さらに、上記第６，第７の実施の形態では、端面５ａ，５ｂに応力変動吸収層２０を形成しているが、これに代えて上記第３の実施の形態のような高硬度層１０を形成するようにしてもよい。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明の実施例を、本発明者等が行った実験の結果を伴って詳細に説明する。
なお、下記の実験例１〜３は、上記実施の形態における図１と同様の構成の軸受ユニットを用いるとともに、軸受２にラジアル荷重を負荷した状態でモータ駆動により車軸１を回転させることにより、車軸１に強制的にベンディングを引き起し、所定時間（５０時間，１００時間，２００時間，３００時間，４００時間，５００時間，１０００時間）経過毎に、内輪２ｃ，２ｄの端面及びバッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂを観察してフレッティングの発生を評価するとともに、１０００時間経過後に、内輪２ｃ，２ｄの端面の表面プロファイルを粗さ測定器（株式会社東京精密製）で磨耗深さを測定した。また、比較例として、端面５ａ，５ｂに応力変動吸収層を形成しない軸受２についても、同様の実験を行った。実験条件は、
ラジアル荷重：５０００ｋｇｆ
アキシャル荷重：１５００ｋｇｆ
回転数：２０００ｒｐｍ
荷重負荷間隔：５秒オン、２５秒オフの繰り返し
である。表面の観察結果の一部を表１に示し、磨耗深さ測定結果の一部を表２に示すとともに、応力変動吸収層の膜厚と軸受２の耐久時間との関係を、図８にグラフで示した。
【００４１】
〔実験例１〕
バッキングリング５Ａ，５Ｂの材質をＳ４５Ｃとするとともに、その各部の寸法を、内径１２０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、長さ７０ｍｍとし、内輪２ｃ，２ｄ端面との接触面積を約２３００ｍｍ2 とした。
そして、かかるバッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに、応力変動吸収層としての銀被膜を、メッキ処理により２μｍ〜５０μｍ形成した。具体的には、端面５ａ，５ｂを除く部分をクロロプレン系マスキング剤で被覆し、アルカリ脱脂、酸洗浄を行った後に、銅のストライクメッキを１μｍ施し、そして、端面５ａ，５ｂ表面に、電解メッキにより、銀被膜を施した。なお、銀被膜の膜厚は、単位面積当たりの電解電流と電解時間を制御することで、膜厚の異なる銀被膜を形成した。
〔実験例２〕
材質及び寸法が実験例１と同様のバッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに、市販されているウレタン系エラストマーを複数種類の厚みで塗膜した。
【００４２】
〔実験例３〕
材質及び寸法が実験例１と同様のバッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに、予め燐酸マンガンの化成処理を施し、その上に４フッ化エチレンと熱硬化性樹脂との混合物の被膜処理を施した。化成処理は、膜重量として、約５．０ｇ／ｍ2 （膜厚：約４μｍ〜５μｍ）の燐酸マンガン塩処理である。そして、上層の樹脂塗膜層は、４フッ化エチレン１に対しポリアミドイミド４の割合の被膜層であって、その被膜法は、４フッ化エチレンとポリアミドイミドとの上記比率の混合物をそれらと同じ重量比の有機溶剤で分散液としたものを、エアーを用いたスプレーガンで塗膜層を形成し、２００度で１時間の加熱処理を施して、端面５ａ，５ｂに被覆する、という方法である。なお、被膜の厚みは、複数種類形成した。
【００４３】
【表１】
2006153285.tif 000003
【００４４】
なお、この表１中の各記号の意味は、下記の通りである。
○：フレッティング発生無し
△：一部フレッティング発生
×：全面フレッティング発生
【００４５】
【表２】
2006153285.tif 000004
【００４６】
これら表１，表２からも明らかなように、実験例１〜３のいずれであっても、比較例に比べてフレッティングの防止効果があることが確認できた。
実験例１の構成でフレッティング防止効果が得られるのは、応力変動が硬度の低い銀等のメッキ層に作用し、そのメッキ層に磨耗が生じ、内輪２ｃ，２ｄ端面やバッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂにはフレッティングは生じないからである。
【００４７】
実験例２の構成でフレッティング防止効果が得られるのは、介在させた物質の弾性力が小さくて降伏点が存在すれば、内輪２ｃ，２ｄ端面やバッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに働く応力が吸収されるからである。また、その介在させた物質の塑性変形によってそれら端面間に隙間ができないため、衝撃がより緩和される結果、実験例１の場合よりもフレッティング防止効果が向上すると考えられる。
【００４８】
実験例３の構成でフレッティング防止効果が得られるのは、実験例２の場合と同様であるが、その介在させた物質が自己潤滑性を有しているため、特に顕著なフレッティング防止効果が得られる。つまり、金属表面に化成処理を施し、その上に固体潤滑剤粒子を含有したマトリックス樹脂層を形成させた実験例３の構造が、上記実験例１〜３の中ではフレッティングを防止する上で最も好ましい。
【００４９】
そして、比較例における未処理のバッキングリングのフレッティングによる磨耗量が一応の限界値である１５０μｍに至るまでの耐久時間が４５０時間であることから、その耐久時間をクリアできる応力変動吸収層の膜厚をフレッティング防止に有効な膜厚とすれば、実験例１の構造での膜厚下限値は５０μｍ、実験例２の構造での膜厚下限値は３０μｍ、実験例３の構造での膜厚下限値は５μｍがそれぞれ好ましいと言える。
【００５０】
これに対し、いずれの構造でも応力変動吸収層が１００μｍを越えると、応力変動吸収層にクラックや剥離が発生しやすくなるため、逆にフレッティング防止に対して悪影響が及ぼされることが確認されている。よって、応力変動吸収層の膜厚上限値は１００μｍが好ましい。
特にフレッティング防止効果が顕著である実験例３の構造では、上記の理由から有効と考えられる応力変動吸収層の膜厚は５μｍ〜１００μｍであるが、２０μｍ〜１００μｍの範囲内とすることがさらに好ましい。
【００５１】
なお、上記実験例１の各種条件のうち、ストライクメッキは銅に限定されるものではなく、ニッケル等その他の金属であっても同様の効果が得られることを確認している。また、ストライクメッキの厚みも、０．５μｍ〜５．０μｍの範囲でも同様の効果が得られることを確認している。銀の他に、鉛や錫等の他の軟質金属も、銀の場合と略同等の効果が得られることが確認されているため、端面５ａ，５ｂには銀以外の金属をメッキしてもよく、これら銀，鉛，亜鉛，錫等がフレッティング防止に有効である。要は、内輪２ｃ，２ｄの材質及びバッキングリング５Ａ，５Ｂの材質の双方よりも硬度の低い材質の被膜であれば、実験例１と同様の効果が得られるのである。
【００５２】
また、上記実験例２のように端面５ａ，５ｂに塗膜して応力変動吸収層を形成する場合、その応力変動吸収層を形成する物質はエラストマーに限定されるものではなく、粘弾性体であれば、熱可塑性、熱硬化性、若しくはゴムと樹脂の重合体であるサーモプラスチックエラストマーや、シリコン配合樹脂を使用しても、上記実験例２と同様な効果が得られることが確認されている。さらに、そのような物質をシート状に形成し、これを内輪２ｃ，２ｄ端面と端面５ａ，５ｂとの間に挟み込むか、或いはそのようなシート状にしたものを少なくとも一方の端面に固着しても、上記実験例２と同様な効果が得られる。要は、それら端面間に、内輪２ｃ，２ｄの材質及びバッキングリング５Ａ，５Ｂの材質の双方よりも弾性係数が小さく降伏点のある材質からなる層を介在させれば、実験例２と同様の効果が得られるのである。
【００５３】
さらに、上記実験例３における化成処理膜は、燐酸マンガン塩に限定されるものではなく、燐酸亜鉛、燐酸カルシウム、燐酸鉄等の塩でも適用可能であり、膜重量も１．０ｇ／ｍ2 以上であれば同様の効果が得られる。また、樹脂塗膜中の固体潤滑剤粒子は、自己潤滑性のある粒子であれば、他の固体潤滑剤粒子であってもフレッティングを防止できることが確認されている。また、上層の樹脂層はポリアミドイミドの他、エポキシ、ウレタン、フェノール等のように金属より弾性係数が小さい粘弾性体であれば何でもよい。
【００５４】
次に、本発明者等が行った他の実験例について説明する。なお、実験条件及び実験方法は、特に限定していないものについては、上記実験例１〜３と同様である。
〔実験例４〕
４フッ化エチレン７０ｗｔ％、住友化学株式会社製のエコノール（商品名）３０ｗｔ％を配合し、焼結した材料を厚さ０．３ｍｍのシートとし、そのシートをバッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに接着した。接着剤には、スリーボンド株式会社製の２液硬化型エポキシを使用し、その接着剤をシート全面に塗布して８０℃で硬化させた。
なお、バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂには、予め燐酸マンガン塩被膜を５μｍ施し、上記シートは、ナトリウムのナフタレン溶液で活性化処理を施しておいた。
【００５５】
〔実験例５〕
４フッ化エチレン８５ｗｔ％、デュポン社製のポリイミド１５ｗｔ％配合し、焼結した材料を厚さ０．６ｍｍのシートとし、そのシートを、軸受２の各内輪２ｃ，２ｄのバッキングリング５Ａ，５Ｂ側の端面に接着した。接着剤には、スリーボンド株式会社製の２液硬化型エポキシを使用し、シートをアルゴンガスでドライエッチングした後に、各内輪２ｃ，２ｄの端面に接着した。
これら実験例４，５における表面の観察結果の一部を表３に示す。表３中の記号の意味は、表１の場合と同様である。なお、経過時間は、上記実験例１〜３とは異なり、５００〜３５００時間とした。
【００５６】
【表３】
2006153285.tif 000005
【００５７】
この実験例４，５から、応力変動吸収層として、４フッ化エチレンのシート材に耐磨耗材を混合させたものを使用すると、フレッティング防止効果が極めて顕著になることが判った。また、応力変動吸収層は、バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂでも、内輪２ａ，２ｄ側の端面でも、同等のフレッティング防止効果が得られることも判った。さらに、シート表面に、化学的又は物理的な活性化処理を施すことにより、バッキングリング５Ａ，５Ｂ、内輪２ａ，２ｄとの密着性が向上することも確認された。特にシート材は、コーティング材と異なりシートの厚みが増加しても、応力変動によるクラックやわれ等が発生せず、フレッティングに対して耐久性が優れている。
【００５８】
次に、本発明者等が行った他の実験例について説明する。なお、実験条件及び実験方法は、特に限定していないものについては、上記実験例１〜３と同様である。
〔実験例６〕
バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに、高硬度層１０として、クロム層を、メッキ処理により１〜２０μｍ形成し、その端面５ａ，５ｂの表面硬度を１１００Ｈｖとした（図３参照）。
【００５９】
〔実験例７〕
バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに、高硬度層１０として、ＴｉＣ被膜を、イオンプレーティングにより２μｍ形成し、その端面５ａ，５ｂの表面硬度を２３００Ｈｖとした（図３参照）。
〔実験例８〕
バッキングリング５Ａ，５Ｂを軸受材質と同じ鋼炭素クロム鋼で形成するとともに、その端面５ａ，５ｂに浸炭窒化処理を施して高硬度層１０を形成し、それら端面５ａ，５ｂの硬度を、内輪２ａ，２ｄの端面の硬度と同等以上とした（図３参照）。
これら実験例６〜８における表面の観察結果の一部を表４に示す。表４中の記号の意味は、表１の場合と同様である。
【００６０】
【表４】
2006153285.tif 000006
【００６１】
これら実験例６〜８から、応力変動の影響を低減するために、バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに高硬度層１０を形成することにより、充分なフレッティング抑制効果が得られることが判った。
次に、本発明者等が行った他の実験例について説明する。なお、実験条件及び実験方法は、特に限定していないものについては、上記実験例１〜３と同様である。
〔実験例９〕
バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂにクラウニング加工を施すことにより、内輪２ａ，２ｂの端面のエッジ部１３が、端面５ａ，５ｂに接触しないようにした（図４参照）。
【００６２】
〔実験例１０〕
バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂにテーパ面１４を形成することにより、内輪２ａ，２ｂの端面のエッジ部１３が、端面５ａ，５ｂに接触しないようにした（図５参照）。
これら実験例９，１０における表面の観察結果の一部を表５に示す。表５中の記号の意味は、表１の場合と同様である。
【００６３】
【表５】
2006153285.tif 000007
【００６４】
これら実験例９，１０から、バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂの形状をクラウニング形状やテーパ形状とすることにより、エッジ部１３がその端面５ａ，５ｂに接触しないようすれば、充分なフレッティング抑制効果が得られることが判った。
次に、本発明者等が行った他の実験例について説明する。なお、実験条件及び実験方法は、特に限定していないものについては、上記実験例１〜３と同様である。
〔実験例１１〕
実験例１と実験例９とを組み合わせた（図６参照）。
〔実験例１２〕
実験例３と実験例１０とを組み合わせた（図７参照）。
〔実験例１３〕
実験例６と実験例６とを組み合わせた（図６参照）。
〔実験例１４〕
実験例８と実験例１０とを組み合わせた（図７参照）。
これら実験例１１〜１４における表面の観察結果の一部を表６に示す。表６中の記号の意味は、表１の場合と同様である。
【００６５】
【表６】
2006153285.tif 000008
【００６６】
これら実験例１１〜１４によれば、応力変動吸収層又は高硬度層によるフレッティング抑制効果と、バッキングリング５Ａ，５Ｂの端面５ａ，５ｂに形成したクラウニング形状又はテーパ形状によるフレッティング抑制効果との両方が得られるため、フレッティングが発生する時間を大幅に遅らせることができ、保守点検の頻度を極めて大幅に低減できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第７の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図８】本発明者等が行った実験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６８】
１          車軸（回転軸）
２          軸受
２ａ        転動体
２ｃ，２ｄ  内輪
２ｅ        外輪
５Ａ，５Ｂ  バッキングリング
５ａ，５ｂ  端面
７Ａ，７Ｂ  オイルシール
１０        高硬度層
１１        チャンファ部
１２        平面部
１３        エッジ部
１４        テーパ面
２０        応力変動吸収層
【図１】
2006153285.tif 000009
【図２】
2006153285.tif 000010
【図３】
2006153285.tif 000011
【図４】
2006153285.tif 000012
【図５】
2006153285.tif 000013
【図６】
2006153285.tif 000014
【図７】
2006153285.tif 000015
【図８】
2006153285.tif 000016