(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、これら内・外輪間に介在する複数の転動体と、前記内・外輪間隙間の開口を覆うシール部材とを備えてなる転がり軸受について、前記転動体の周囲に封入する潤滑剤の潤滑性を評価する転がり軸受用潤滑剤の潤滑性評価装置であって、
前記シール部材に貫通穴を設けた軸受試験片の取付け手段と、この貫通穴を介して回転中の前記軸受試験片内部にチューブで水を注入する注水手段と、前記軸受試験片を回転させる手段と、回転中の前記軸受試験片にラジアル荷重とアキシアル荷重とを負荷する負荷手段とを備えてなり、
前記注水手段は、回転中の前記軸受試験片内部に水を所定量ずつ連続的に供給する手段であることを特徴とする潤滑性評価装置。
【請求項２】
前記軸受試験片を回転させる手段は、前記軸受試験片の回転数を変化できる手段であることを特徴とする請求項１記載の潤滑性評価装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の潤滑性評価装置を用いた転がり軸受用潤滑剤の潤滑性評価方法であって、
前記シール部材に貫通穴を設けた軸受試験片について、この貫通穴を介して回転中の該軸受試験片内部にチューブで水を所定量ずつ連続的に注入し、かつ、回転中の該軸受試験片にラジアル荷重とアキシアル荷重とを負荷しながら行なうことを特徴とする潤滑性評価方法。
【請求項４】
回転中の前記軸受試験片に負荷する荷重が、最大接触面圧Ｐmax＝2〜5 GPa であることを特徴とする請求項３記載の潤滑性評価方法。
【請求項５】
前記軸受試験片内部への注水量が軸受全空間容積の 2〜33％ /h であることを特徴とする請求項３記載の潤滑性評価方法。
【請求項６】
前記軸受試験片の外輪の材質がＳ５３Ｃであり、転動溝が高周波焼入焼戻し処理を施していることを特徴とする請求項３、請求項４または請求項５記載の潤滑性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受用潤滑剤の潤滑性評価装置、および該装置を用いた潤滑性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水分が混入する可能性のある条件で使用される軸受の場合、時として設計寿命よりも短期間で寿命が到来し、交換修理を行なう必要が生じる場合がある。例えば、自動車用軸受（ホイールベアリング）の場合には、水分の混入により早期破損することが考えられる。この様な早期破損は、外輪軌道、内輪軌道表面あるいは転動体の剥離として発生し、著しい振動を伴う。さらに、近年は軽量化、コンパクト化により軸受が受ける面圧が増大している傾向があり、上記ホイールベアリングは過酷な環境下で使用されるため、早期破損が発生しやすい条件となっている。この様な早期破損を防止するためには、実際に早期破損が発生する状態を再現しつつ軸受諸元やグリースの添加剤の設計を行なう必要がある。
【０００３】
従来から、短時間で水混入の影響を評価できる軸受用試験機が、各種提案されている。例えば、ＪＩＳ  Ｋ２２２０  ５．１２に規定されている耐水試験機が知られている。この試験方法は内輪側に 1 mm のすきまのあるシール板を装備した軸受を回転させながら、軸受に水を噴射する試験法であり、試験後の重量変化から、グリース漏洩量、水の吸水量を求めるものである。また、グリースまたは油を封入した軸受において、水をハウジング外部から注入しつつオープンタイプの転がり軸受にアキシアル荷重、ラジアル荷重を負荷しながら、運転する方法が知られている（特許文献１参照）。また、水を油浴に添加しつつ、スラスト玉軸受にアキシアル荷重を負荷しながら運転する方法が知られている（非特許文献１参照）。これら３種類の試験装置から得られる試験結果の信頼性については、それぞれ荷重条件や注水条件が限定された試験条件において確保されている。
【０００４】
しかしながら、ＪＩＳ  Ｋ２２２０  ５．１２に規定されている耐水試験方法では水を軸受内に浸入させることはできるが、軸受に荷重を負荷する機構を有していないため剥離寿命を調査することができない。また、特許文献１の方法ではハウジング外部から水を浸入させることが可能となっているが、シール付きの軸受で水が浸入した状況を再現することができない。非特許文献１の方法ではラジアル荷重を負荷できないことやグリース潤滑での水分浸入の影響を調査することが困難である。
これらのことから、複雑な荷重条件を再現しながらシール付き軸受に水が浸入したときの剥離寿命を調査することができる試験方法および試験装置の開発が望まれている。
【特許文献１】特開平９−３２９１４７号公報
【非特許文献１】ＮＳＫ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  Ｎｏ．６７５（２００３）図８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、シール付きのグリース潤滑軸受でも水が浸入した状況を再現することができ、かつ同時にアキシアル荷重とラジアル荷重とを負荷できる潤滑剤の潤滑性評価装置および潤滑性評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の転がり軸受用潤滑剤の潤滑性評価装置は、内輪と、外輪と、これら内・外輪間に介在する複数の転動体と、上記内・外輪間隙間の開口を覆うシール部材とを備えてなる転がり軸受について、上記転動体の周囲に封入する潤滑剤の潤滑性を評価するためのものであって、上記シール部材に貫通穴を設けた軸受試験片の取付け手段と、この貫通穴を介して回転中の上記軸受試験片内部に水を注入する注水手段と、上記軸受試験片を回転させる手段と、回転中の上記軸受試験片にラジアル荷重とアキシアル荷重とを負荷する負荷手段とを備えることを特徴とする。
また、上記軸受試験片を回転させる手段は、該軸受試験片の回転数を変化できる手段であることを特徴とする。
また、上記注水手段は、回転中の上記軸受試験片内部に水を所定量ずつ連続的に供給する手段であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の転がり軸受用潤滑剤の潤滑性評価方法は、上記潤滑性評価装置を用いたものであり、上記シール部材に貫通穴を設けた軸受試験片について、この貫通穴を介して回転中の該軸受試験片内部に水を注入し、かつ、回転中の該軸受試験片にラジアル荷重とアキシアル荷重とを負荷しながら行なうことを特徴とする。
また、回転中の上記軸受試験片に負荷する荷重が、最大接触面圧Ｐmax＝2〜5 GPa であることを特徴とする。
また、上記軸受試験片内部への注水量が軸受全空間容積の 2〜33％ /h であることを特徴とする。
また、上記軸受試験片の外輪の材質がＳ５３Ｃであり、転動溝が高周波焼入焼戻し処理を施していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の転がり軸受用潤滑剤の潤滑性評価装置は、シール部材を有する転がり軸受について、封入する潤滑剤の潤滑性を評価するためのものであって、上記シール部材に貫通穴を設けた軸受試験片の取付け手段と、この貫通穴を介して軸受試験片内部に水を注入する注水手段と、軸受試験片を回転させる手段と、回転中の軸受試験片にラジアル荷重とアキシアル荷重とを負荷する負荷手段とを備えるので、回転中の軸受試験片内部に水を注入し、かつ同時に、回転中の軸受試験片にラジアル荷重とアキシアル荷重とを負荷することができる。このため、荷重条件や注水条件、回転数等の複合的な軸受運転条件の組み合わせを任意に選択し、潤滑剤を封入したシール付き軸受に水が浸入したときの軸受寿命に及ぼす潤滑剤の影響を評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の転がり軸受用潤滑剤の潤滑性評価装置を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の評価装置の一実施例を示す概要図である。
図１に示すように、テーブル状の基台１の上方には軸受試験片１１の取付け手段、軸受試験片１１内部に水を注入する注水手段、軸受試験片１１を回転させる手段および回転中の軸受試験片１１に荷重を負荷する負荷手段が配置され、この基台１の下方には軸受試験片１１を回転させる手段の一部が配置されている。
【００１０】
図１では、軸受試験片１１の取付け手段として、ナット１２を備え、軸受試験片１１は内輪に回転軸３の先端が圧入され固定されている。
回転中の軸受試験片１１内部に水を注入する注水手段としてゴムチューブ１６および軸受試験片１１に設けられた貫通穴を備える。このゴムチューブ１６は所定の注水量に設定された給水装置（図示せず）などから給水される。
軸受試験片１１を回転させる手段として、回転数を変化可能なモータ５と、このモータ５の駆動軸４の先端部に固定されている駆動プーリ６と、この駆動プーリ６と従動プーリ２とを掛け渡す無端ベルト７と、この無端ベルト７を介してモータ５からの出力を受け取る従動プーリ２と、この従動プーリ２が固定された回転軸３とを備える。回転軸３の先端は、上記したように軸受試験片１１の内輪に圧入されていて軸受試験片１１を回転させる。また回転軸３は支持軸受８、９により支持されており、ハウジング１０に固定されている。なお、モータ５からの出力は必ずしも駆動プーリ６や無端ベルト７を介して伝達する必要はなく、モータ５と回転軸３とが直結していても構わない。
上記回転中の軸受試験片１１に荷重を負荷する負荷手段は、軸受試験片１１の外輪に嵌合された治具１３の下部から所定のラジアル荷重を負荷するばね１４ａを有するラジアル荷重負荷器１４と、治具１３の平面部から所定のアキシアル荷重を負荷するばね１５ａを有するアキシアル荷重負荷器１５とを備える。治具１３には軸受試験片１１の振動を検知する振動ピックアップ（図示せず）が取付けられている。
【００１１】
図１に示す潤滑性評価装置を用いた、本発明の転がり軸受用潤滑剤の潤滑性評価方法を説明する。
（１）評価対象の潤滑剤を軸受試験片１１に封入し、ナット１２を締めこむことにより軸受試験片１１に回転軸３の先端を圧入し軸受試験片１１を固定する。次に軸受試験片１１の外輪に治具１３を嵌合する。取り付けるゴムチューブの外径の 95％程度の穴をシール部材に貫通させ、その穴にゴムチューブ１６を差し込み、接着剤などで固定する。
（２）回転数を変化可能なモータ５を起動し、回転軸３を回転させ、軸受試験片１１の内輪を所定回転数で回転させる。ばね１４ａを所定のラジアル荷重にセットしラジアル荷重負荷器１４を介して治具１３の下部から軸受試験片１１に、所定のラジアル荷重を負荷する。同時に、ばね１５ａを所定のアキシアル荷重にセットしアキシアル荷重負荷器１５を介して治具１３の平面部から軸受試験片１１にアキシアル荷重を負荷する。
（３）所定の注水量に設定された給水装置（図示せず）からゴムチューブ１６に注水する。注入方法は手動またはポンプを使用して自動で注入することが可能である。さらに、軸受外輪とシールとの隙間から水が漏れる場合は、シリコーンゴムシーラントや接着剤などで隙間を埋めることが可能である。
【００１２】
（４）軸受試験片１１の回転速度、軸受試験片１１へのラジアル荷重負荷およびアキシアル荷重負荷、軸受試験片１１内部への注水量およびこれら試験条件の連続運転、オン−オフサイクル運転、条件を連続変化させる傾斜運転等の各種運転条件を潤滑性評価の目的に応じて任意に組み合わせ、軸受試験片１１の潤滑性評価試験を開始する。
（５）試験中に軸受試験片１１に生じる振動を治具１３に取付けられている振動ピックアップにより検知する。所定の振動に達した軸受試験片１１を軸受試験片１１の寿命時間とする。所定時間運転後、軸受試験片１１を試験装置から取り出し軸受試験片１１を分解して内部の損傷の有無を観察する。
【００１３】
本発明の潤滑性評価方法において、転がり軸受用潤滑剤を封入した軸受試験片の回転数を、潤滑剤の評価目的に応じて適宜変更して評価することが好ましい。実際に転がり軸受が使用される場合は、回転始動−回転加速−定速回転−回転減速−回転停止の一般的な軸受運転サイクルに、急始動、急加速、急減速、急停止が順不同に付加されて繰り返されることが多く、軸受摺動面に加わる負荷変化に対する潤滑剤の追随性を把握するためである。図１等に示すように、回転数を変化可能なモータを用いることで、上記評価が可能となる。
【００１４】
本発明の潤滑性評価方法において、評価条件として、回転中の軸受に負荷する荷重は最大接触面圧Ｐmax＝2〜5 GPa であることが好ましい。最大接触面圧が 2 GPa 未満であると負荷が小さくなるため、評価結果を得るのに長時間を必要とし、また、5 GPaをこえると負荷が大きくなり、通常の疲労寿命を迎えるため、水の影響を調査できない。
また、軸受内部への注水量は、軸受全空間容積の 2〜33％ /h であることが好ましい。より好ましくは、軸受全空間容積の 2〜22％ /h である。軸受内部への注水量が 2％ /h 未満であると過少であり、水の影響が現れず、33％ /h をこえると過多であり、軸受内部が水で浸漬されてしまい、グリースと水の混合状態での潤滑の調査を実施できない。
【実施例】
【００１５】
実施例１〜実施例９および比較例１〜比較例７
表１に示す潤滑性評価対象のグリースを軸受（ＮＴＮ社製  呼び番号：７００６ ＡＤＬＬＢ）に封入して得た軸受試験片を得た。得られた軸受試験片について、以下に示す潤滑性評価試験を行なった。軸受への注水条件、軸受寿命時間および軸受損傷状態を表１に併記する。表中のグリース１〜３は、種類の異なるウレア系グリースである。
【００１６】
＜潤滑性評価試験＞
得られた軸受試験片を図１に示す評価装置に取付け、軸受回転数：1000 rpm にて、軸受にアキシアル荷重：3000 N およびラジアル荷重：8000 N を負荷し、軸受全空間容積の 1.1、2.2、11、22、33、44、66％ /h の注水を自動、または手動にて実施する。試験中に軸受試験片１１に生じる振動を治具１３に取付けられている振動ピックアップにより検知し、所定の振動に達した時間を軸受試験片１１の寿命時間とする。所定時間運転後、軸受試験片１１を評価装置から取り出し軸受試験片１１を分解して軸受試験片１１内部の損傷の有無を観察する。
【００１７】
【表１】
0005114276.tif 000002
【表２】
0005114276.tif 000003
【００１８】
表１から水が浸入したときには短寿命となり、浸入した水分が軸受寿命に影響を及ぼす傾向が得られ、またグリースの種類を変化させることにより軸受寿命に差が現れていることから、軸受内に水が浸入した時のグリースの潤滑性評価（耐水性評価）が可能である。さらに、比較例２のようにあらかじめ水分をグリースに含ませて評価しても、運転中の発熱により水分が蒸発してしまい軸受が損傷を起こさないが、本評価装置では運転中に連続的または断続的に注水でき、軸受に及ぼす水分の影響を常に観察することができる。また、寿命に至った軸受の損傷はいずれも剥離であることから、水が浸入したときの剥離寿命を調査することができる。
このように、本発明の潤滑性評価装置を使用すれば、軸受試験片１１を実際の使用状態に則した状態に設置できるので、負荷荷重や回転速度を実際の使用状態と等価となるようにして、信頼性の高い剥離寿命試験を実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の転がり軸受用潤滑剤の潤滑性評価装置および評価方法は、転がり軸受が用いられる特定の使用条件に評価項目を限定されることなく、転がり軸受の実際の使用条件に対応する潤滑性評価項目を組み合わせた複合条件下で高い信頼性で評価することができる。このため、自動車および鉄道車両用ホイール部分の回転支持部分に組み込まれたホイールベアリング、自動車電装補機用ベアリング、鉄鋼圧延機用ベアリング、風車用ベアリング、工作機械用ベアリングなど運転中の転がり軸受内部に水分が侵入した時のグリース潤滑性能の評価等に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の潤滑性評価装置の一実施例を示す概要図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  基台
２  従動プーリ
３  回転軸
４  駆動軸
５  モータ
６  駆動プーリ
７  無端ベルト
８、９  支持軸受
１０  ハウジング
１１  軸受試験片
１２  ナット
１３  治具
１４  ラジアル荷重負荷器
１５  アキシアル荷重負荷器
１６  ゴムチューブ
【図１】
0005114276.tif 000004