(57)【要約】【課題】高い耐焼付き性及び耐摩耗性を確保し、高温環境下における軸受内部の良好な潤滑状態を保持するとともに、油膜切れによる軸受内部の損傷等を防止する。【解決手段】外輪１１及び内輪１２の材料にはそれぞれ、耐熱鋼が使用される。また、転動体１４の材料には、セラミックスが使用される。軸受内部空間には、フッ素系グリース１５が封入される。フッ素系グリース１５の４０℃における動粘度の代表性状値は、９０ｍｍ２／ｓ以下である。【選択図】図１
2008267555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪及び内輪にそれぞれ形成された軌道面間に、保持器に転動自在に保持された複数の転動体を組み込まれてなる玉軸受において、
外輪及び内輪の材料のうち、少なくとも内輪の材料として耐熱鋼が使用されるとともに、転動体の材料としてセラミックスが使用され、更に軸受内部空間には、フッ素系グリースが封入されることを特徴とする玉軸受。
【請求項２】
前記フッ素系グリースの４０℃における動粘度の代表性状値が、９０ｍｍ２／ｓ以下であることを特徴とする請求項１記載の玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外輪及び内輪にそれぞれ形成された軌道面間に、保持器に転動自在に保持された複数の転動体を組み込まれてなる玉軸受に関し、厳しい使用環境にも耐え得る構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車用エンジンのターボチャージャにおいて、タービンシャフト及びインペラシャフトをハウジングに回転自在に支持する軸受（以下、ターボチャージャ用軸受という）は、使用温度最大２００℃前後、使用回転数最大９万ｒｐｍと高く、更に軸受外内輪の温度差の大きい環境（最大温度差１００℃）での使用を前提としている。このため、少なくとも内輪材料に耐熱鋼を、かつ、転動体の材料にセラミックスを使用した玉軸受が、好適に用いられる。
【０００３】
従来、例えば特許文献１には、過給機のインペラ軸支持用転がり軸受装置が開示されている。
図３は、特許文献１で開示されている過給機のインペラ軸支持用転がり軸受装置を示す断面図である。
【０００４】
図３に示されるように、過給機のインペラ軸支持用転がり軸受装置において、複列外向きのアンギュラ玉軸受１００は、外輪１０１、隣接する２個の内輪１０２、二列の玉１０３からなり、ハウジング１０４の孔部１０５に装着され、ハウジング１０４とインペラ軸１０６との間に定位置予圧で配置されている。
【０００５】
すなわち、アンギュラ玉軸受１００において、玉１０３は、セラミックス製であるとともに、外内輪１０１，１０２の双方又は内輪１０２のみが、耐熱鋼である軸受鋼製である。軸受鋼は、焼入れ後、残留オーステナイトの大部分をマルテンサイト変態する温度で焼戻しする熱処理を施される。
【０００６】
各列の内輪１０２は、軸方向端面同士で突き合わされて定位置予圧で配置されている。ハウジング１０４には、潤滑油供給孔１０７が穿設されており、潤滑油供給孔１０７は、外輪１０１の外周面に向かって開口され、外輪１０１へのオイルバイパスとして機能する。
【０００７】
上述したアンギュラ玉軸受１００のようなターボチャージャ用軸受において、内輪１０２に耐熱鋼を用いる理由は、外輪温度に対する内輪温度の高さに起因して内輪１０２が膨張し、軸受内部の隙間減少や硬度低下が生じることを防止するためである。また、セラミックス製の玉１０３は、軽量かつ硬いので、高速回転時における遠心力を低減させるとともに、軸受回転トルクを低減させ、更に低い熱伝導率により昇温を抑制させる目的で使用される。
【０００８】
ターボチャージャ用軸受の内部潤滑には、高温化での長寿命化と低トルク化を両立させるため、一般的にはエンジンオイルが使用される。そして、上述したアンギュラ玉軸受１００の潤滑油供給孔１０７のように、エンジンオイルを軸受内部に供給・循環させるためのオイルバイパスが設けられる。
【０００９】
また、耐焼付き性及び耐磨耗性に優れた軸受として、特許文献２には、軸受内部にフッ素系グリースを封入された深溝玉軸受が開示されている。
図４は、特許文献２で開示されている深溝玉軸受を示す断面図である。
【００１０】
図４に示されるように、深溝玉軸受１１０は、内輪１１１、外輪１１２及び玉１１３を備えており、フッ素系グリース組成物１１４を用いて潤滑される。すなわち、フッ素系グリース組成物１１４は、基油としてパーフルオロポリエーテル油と、増ちょう剤としてフッ素樹脂と、シリカ超微粒子とを含有しており、軸受内部に充填されてシール１１５により密封される。
【特許文献１】特許第３１１０５８８号公報（第２〜３頁、第１図）
【特許文献２】特開２００５−９７５１３号公報（第２〜３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、自動車のエンジンルームスペースは、スタイリング面等から受ける制約により減少する傾向にある。このため、上述した特許文献１に記載のアンギュラ玉軸受１００の潤滑油供給孔１０７のような、ターボチャージャ用軸受の内部潤滑に用いられるオイルバイパスを、エンジンルーム内に設置することが、スペース的に困難なケースが生じている。
【００１２】
そこで、特許文献２に記載の深溝玉軸受１１０のような軸受内部空間にフッ素系グリース組成物１１４を封入された軸受を用いて、オイルバイパスを不要とする構成が考えられる。
【００１３】
ここで、フッ素系グリースではなく、増ちょう剤にウレアを用いた一般的なグリースでは、例えば２００℃のような高温の温度条件に耐え切れず、焼付きを生じる恐れがあるため、使用できない。
【００１４】
すなわち、耐熱性に優れたフッ素系グリースを用いることで、耐焼付き性及び耐摩耗性が向上される。
【００１５】
しかし、フッ素系グリースの潤滑性能は、比較的低いため、特に動粘度の高いフッ素系グリースを使用した場合、ターボチャージャ等がほとんど作動していない状態、すなわちエンジン振動を受けながら軸受が穏やかに回転している状態では、転動体と軌道輪との間に油分が十分に到達できず、油膜が切れ易くなり、軸受内部の損傷等を生じる恐れがある。
【００１６】
本発明は、高い耐焼付き性及び耐摩耗性を確保することができ、高温環境下における軸受内部の良好な潤滑状態を保持することができるとともに、油膜切れによる軸受内部の損傷等を防止することができる玉軸受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】
【００１７】
本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
【００１８】
（１）  外輪及び内輪にそれぞれ形成された軌道面間に、保持器に転動自在に保持された複数の転動体を組み込まれてなる玉軸受において、
外輪及び内輪の材料のうち、少なくとも内輪の材料として耐熱鋼が使用されるとともに、転動体の材料としてセラミックスが使用され、更に軸受内部空間には、フッ素系グリースが封入されることを特徴とする玉軸受。
【００１９】
（２）  前記フッ素系グリースの４０℃における動粘度の代表性状値が、９０ｍｍ２／ｓ以下であることを特徴とする前記（１）記載の玉軸受。
【００２０】
前記（１）記載の玉軸受では、耐熱鋼製の内輪、セラミックス製の転動体及び軸受内部空間に封入されたフッ素系グリースにより、高い耐焼付き性及び耐摩耗性が確保され、高温環境下における軸受内部の良好な潤滑状態が保持される。
【００２１】
これにより、例えばターボチャージャの回転軸をハウジングに回転自在に支持する軸受として、エンジンルーム内へのオイルバイパス等の設置を不要として省スペース化を図りつつ、高温環境下での高速回転使用時における高い耐久性が確保される。
【００２２】
本発明における耐熱鋼としては、ステンレス鋼、ＳＵＪ２等の軸受鋼、Ｍ５０、Ｍ５０ＮＩＬ、Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系軸受用鋼［Ｓｉ（０．７〜１．５ｗｔ％）、Ｃｒ（０．５〜２．０ｗｔ％）、Ｍｏ（０．５〜２．０ｗｔ％）］等の耐熱鋼、浸炭鋼等を好ましく用いることができる。
【００２３】
また、本発明におけるフッ素系グリースとしては、例えば特開２００５−９７５１３号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
【００２４】
前記（２）記載の玉軸受では、例えばターボチャージャ等がほとんど作動していない状態、すなわちエンジン振動を受けながら軸受が穏やかに回転している状態においても、４０℃における動粘度の代表性状値が９０ｍｍ２／ｓ以下であるフッ素系グリースは、転動体と外輪及び内輪との間に十分に行き渡り、油膜切れを生じない。これにより、軸受内部の損傷等が防止される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の玉軸受によれば、高い耐焼付き性及び耐摩耗性を確保することができ、高温環境下における軸受内部の良好な潤滑状態を保持することができるとともに、油膜切れによる軸受内部の損傷等を防止することができる。
【００２６】
本発明により得られる玉軸受は、例えば自動車用エンジンのターボチャージャの軸受として、使用温度及び使用回転数が高く、外輪及び内輪間の温度差が大きい使用環境下で、耐高温、耐高負荷、高耐久性を要求される場合に好適に用いられる。
【００２７】
また、本発明により得られる玉軸受は、排気ガス再循環装置の軸受としても、同様に好適に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態である玉軸受を示す断面図であり、図２は、図１の玉軸受の軸受音響試験の結果を示すグラフである。
【００２９】
図１を参照すると、玉軸受１０は、外輪１１及び内輪１２にそれぞれ形成された軌道面１１ａ，１２ａ間に、保持器１３に転動自在に保持された複数の転動体１４を組み込まれてなる。玉軸受１０は、図示しない自動車用エンジンのターボチャージャにおいて、タービンシャフト及びインペラシャフトをハウジングに回転自在に支持する軸受として用いられる。
【００３０】
外輪１１及び内輪１２の材料にはそれぞれ、耐熱鋼が使用される。また、転動体１４の材料には、セラミックスが使用される。
【００３１】
軸受内部空間には、フッ素系グリース１５が充填されており、外輪１１及び内輪１２の両端面１１ｂ，１２ｂ間に設けられた接触形のシール１６により、軸受内部に密封される。フッ素系グリース１５の４０℃における動粘度の代表性状値は、９０ｍｍ２／ｓ以下である。フッ素系グリース１５としては、以下のようにして調製されたフッ素系グリース組成物が好適に用いられる。
【００３２】
すなわち、最初に、ベースとなるフッ素系グリース組成物を、側鎖を有するパーフルオロポリエーテル油（４００℃における動粘度８８ｍｍ２／ｓ）を基油として、ポリテトラフルオロエチレンを増ちょう剤として加えて調製した。
【００３３】
次に、調製されたフッ素系グリース組成物に、一次粒径が１２ｎｍの球状のシリカ超微粒子を、イソプロピルアルコール溶媒中に分散された状態で、所定量添加した。
【００３４】
そして、シリカ超微粒子を添加されたフッ素系グリース組成物を、８０℃に保ちながら撹拌することにより、溶媒のイソプロピルアルコールを蒸発させた。溶媒蒸発後のフッ素系グリース組成物を３本ロールにかけ、最終的にフッ素系グリース組成物とした。
【００３５】
本実施形態の作用を説明する。
上述したような玉軸受１０では、高温環境下での高速運転時、耐熱鋼製の外輪１１並びに内輪１２、セラミックス製の転動体１４及び軸受内部空間に封入されたフッ素系グリース１５により、高い耐焼付き性及び耐摩耗性が確保される。これにより、軸受内部の良好な潤滑状態が保持される。
【００３６】
また、ターボチャージャがほとんど作動していない状態、すなわちエンジン振動を受けながら玉軸受１０が穏やかに回転している状態において、フッ素系グリース１５は、４０℃における動粘度の代表性状値が９０ｍｍ２／ｓ以下であることにより、転動体１４と外輪１１及び内輪１２との間に十分に行き渡り、油膜切れを生じない。これにより、軸受内部の損傷及び異音の発生等が防止される。
【００３７】
次に、動粘度の異なる２種類（９０ｍｍ２／ｓ及び１９０ｍｍ２／ｓ）のフッ素系グリースを用いて、振動音響試験を行った。試験開始からの音響（高周波の数値（Ｈ．Ｂ．））をアンデロンメータにより測定した。
【００３８】
試験条件は、軸受サイズ：６０８（内径８、外径２２、幅７）、振動加速度：２０Ｇ、アキシャル荷重：５０Ｎ、回転数１０ｒｐｍとした。結果を図２に示す。
【００３９】
図２から理解されるように、動粘度１９０ｍｍ２／ｓのフッ素系グリースを用いた玉軸受では、振動させたことによる内部損傷に起因して、４００時間を過ぎた辺りでアンデロン値が９を超えている。
【００４０】
ここで、利用者にとっては、聴覚による異音の有無に基づいた不快感が多く、特にアンデロン値９以上の場合が聴覚にて不快に感じるレベルであり、利用者の不快感が高いことが分かっている。
【００４１】
つまり、動粘度１９０ｍｍ２／ｓのフッ素系グリースを用いた玉軸受では、聴覚にて不快に感じるレベルに達している。
【００４２】
一方、動粘度９０ｍｍ２／ｓのフッ素系グリースを用いた本実施形態の玉軸受では、５００時間を越えてもアンデロン値は８に達していない。したがって、聴覚にて不快に感じることはない。
【００４３】
以上のように上記実施形態によれば、耐熱鋼製の外輪１１並びに内輪１２、セラミックス製の転動体１４及び軸受内部空間に封入されたフッ素系グリース１５により、高い耐焼付き性及び耐摩耗性を確保することができ、高温環境下における軸受内部の良好な潤滑状態を保持することができる。
【００４４】
これにより、自動車用エンジンのターボチャージャのタービンシャフト及びインペラシャフトをハウジングに回転自在に支持する軸受として、エンジンルーム内へのオイルバイパス等の設置を不要として省スペース化を図ることができるものでありながら、高温環境下での高速回転使用時における高い耐久性を確保することができる。
【００４５】
また、フッ素系グリース１５の４０℃における動粘度の代表性状値が９０ｍｍ２／ｓ以下であるので、ターボチャージャがほとんど作動していない状態、すなわちエンジン振動を受けながら玉軸受１０が穏やかに回転している状態においても、フッ素系グリース１５を転動体１４と外輪１１及び内輪１２との間に十分に行き渡らせることができる。これにより、フッ素系グリース１５の油膜切れを防止することができ、油膜切れによる軸受内部の損傷及び異音の発生等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態である玉軸受を示す断面図である。
【図２】図１の玉軸受の軸受音響試験の結果を示すグラフである。
【図３】特許文献１で開示されている過給機のインペラ軸支持用転がり軸受装置を示す断面図である。
【図４】特許文献２で開示されている深溝玉軸受を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  玉軸受
１１  外輪
１２  内輪
１３  保持器
１４  転動体
１５  フッ素系グリース
１６  シール
【図１】
2008267555.tif 000003
【図２】
2008267555.tif 000004
【図３】
2008267555.tif 000005
【図４】
2008267555.tif 000006