(57)【要約】【課題】脆性剥離をなくすことができる補機用転がり軸受けを提供すること。【解決手段】内燃機関によりベルト駆動される補機部品に使用される補機用転がり軸受けであって、内輪と外輪の間に配置されたボールやローラなどの転動体の表面をディンプル形状とした。これら内輪と外輪の間に潤滑用のグリースが充填されており、内輪とボールの間あるいは外輪とボールの間にグリース油膜が確保されている。例えば、内燃機関によるベルト駆動はＶリブドベルトを用いて行われ、１本のベルトで複数の補機部品が駆動されるサーペンタイン方式が用いられている。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関によりベルト駆動される補機部品に使用される補機用転がり軸受けにおいて、
内輪と外輪の間に配置された転動体の表面をディンプル形状としたことを特徴とする補機用転がり軸受け。
【請求項２】
請求項１において、
前記内輪と前記外輪の間に潤滑用のグリースが充填されており、
前記内輪と前記転動体の間あるいは前記外輪と前記転動体の間にグリース油膜が確保されることを特徴とする補機用転がり軸受け。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記転動体はボールであることを特徴とする補機用転がり軸受け。
【請求項４】
請求項３において、
前記内燃機関によるベルト駆動はＶリブドベルトを用いて行われ、１本のベルトで複数の前記補機部品が駆動されるサーペンタイン方式が用いられていることを特徴とする補機用転がり軸受け。
【請求項５】
請求項４において、
前記補機部品には車両用交流発電機が含まれていることを特徴とする補機用転がり軸受け。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関（エンジン）に取り付けられるオルタネータなどの補機部品に用いられる転がり軸受けの脆性剥離（白層剥離とも言う）防止に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンによって駆動されるオルタネータ、エアコン、アイドラプーリ等の補機部品に用いられている転がり軸受けは、振動や温度などのきびしい条件下で使用されるようになってきており、新しい形態の組織変化を伴う剥離が顕在化してきた。この剥離は、外輪、内輪、ボール（またはローラ）のいずれの部位でも発生し、その特徴は従来の一般的な転がり疲労寿命とは異なり、一旦発生するとごく短時間（従来比で１／１００〜１／１０００位）で剥離する。その部分の組織は、従来の疲労寿命のようにナイタル液でエッチングしてみると、黒く見える（いわゆるＤＥＡ：Dark Etching Area）組織ではなく、白い層(白層）が見える（いわゆるＷＥＡ：White Etching Area）のが特徴である。ベアリング業界では、この剥離を従来の疲労寿命と区別するために脆性剥離とか白層剥離などと呼んでいる。従来の疲労による剥離のように転がり寿命試験を行えば最終的に全てが疲労破壊するというのとは異なり、この脆性剥離はいまだにそのメカニズムは解明されていないこともあって、再現試験条件次第で壊れるときは非常に短時間で剥離するが、壊れない条件では全く脆性剥離は発生しないという特異性がある。そのため明確な科学的根拠のない応急処置で対応している状態で、本格的な対策を打てていないのが実情である。
【０００３】
このメカニズムの有力候補として水素説がある。すなわち使用時の振動などのストレスによりボールにすべりが生じ、そのときの熱や圧力によりグリースが分解して水素が発生し、水素脆性により剥離するという説である。その説に基づき、グリースからの水素の分離を抑制したり、発生した水素が鋼中に侵入しないように転送面に酸化皮膜をつけるなどして剥離を阻止する案が数々提案されているが（例えば特許文献１参照。）、本発明者らが実験した結果は必ずしも剥離防止にはならないのである。効果が見られたのと別の条件で再現試験をすると全く効果が見られないどころかかえって悪くなる現象も見られた。確かに前もって水素を強制的に鋼中に添加したものはほとんどの条件で試験しても短時間で白層剥離はするが、通常の運転でグリースが分解してその水素が鋼中に侵入して、水素脆性により白層剥離するという結論は得られなかったのである。
【０００４】
さらに、本発明者らはより確実にこのことを証明するために図１０に示したような実験を行った。実験では、表１に示すような３種類のグリースＡ、Ｂ、Ｃを使用した。ＡとＣはその成分に水素基をもつグリースであり、Ｂは全く水素基を持たないフッ素系のグリースである。
【０００５】
【表１】
2007113666.tif 000003
【０００６】
試験条件は図１０（Ａ）で示したが、当然ではあるが外部から水分が全く侵入することがないようにして試験を行った。水素説によれば、当然グリースＢでは全く白層剥離は起こらないはずであるが、結果的には白層剥離した。しかも、水素基を有するグリースＣよりも短時間で剥離した。なお、試験条件によっては図１０と違った効果順序になることはありうる。ここで言いたいことは、水素基のないグリースＢでも白層剥離するということである。すなわち、水素は白層剥離の原因ではないのである。従来の水素説は強制的に水素を入れた試験結果（水素脆性）の印象が強すぎて、試験結果の偶然の符合を酸化皮膜などによる水素進入防止効果と勘違いしたのである。言い換えれば、水素はほんの少しの加速要因である可能性は否定できないが白層剥離の主原因ではないのである。事実、この説に基づいて対策したベアリングで、自動車に搭載した実機試験でも剥離は発生した。本発明者らが行った再現試験からの結論は、水素が原因ではなく、何らかの（水素以外の）原因で白層剥離したものは結果として鋼中に水素が観察される場合があるということである。すなわち、原因と結果を間違えただけのことである。
【０００７】
さらに、別のメカニズムとしては、応力説（ストレス側の見方で言うと振動説）がある。すなわち、剥離を応力面から説明しようとする考え方である。この説では、同じようにせん断応力に基づく一般的な（ＤＥＡを伴う）疲労寿命との区別がつかなくなってしまう矛盾などに陥ってしまう。さらに、本発明者らは実機（自動車）で実験した剥離したものの中には、ストレスを調べてみるとベルト張力が低いときにエンジン減速による慣性力の逆影響でベルト張力がなくなり（０Ｋｇ以下になる）、従ってベアリングにかかる荷重が明らかに０Ｋｇになったときに白層剥離が発生することもあるという事実を突き止めた。この例などは、応力説では全く説明がつかない。その他説明は省くが、上記水素説同様に矛盾があり、従ってその説に基づき対策したものでも実機においていまだに白層剥離が発生している。
【０００８】
以上述べたように  脆性剥離に対してはどのメカニズムも実情に合わないので、実機のどのストレス因子がどのように影響するのかまったく解らない状態である。したがって、その対策など全くできない状況である。さらに、近年、小型軽量化のためにエンジンには多数のプーリを１つのベルトで駆動するサーペンタイン方式のベルト駆動システムが採用されてきているが、これによる張力アップ、ベルト共振、エンジン振動助長などの問題も顕著になってきている状態で、ベアリングへのストレスも複雑化してきている。それにも全く対応できていない状況である。特に、補機部品の中でもオルタネータのボールベアリングの剥離は他の部品より多い傾向にあった。このように重要な機械要素部品であるにもかかわらず、転がり軸受けの脆性剥離に対しては、本格的な対策ができないばかりでなく、メカニズムすら解明できていないという状態であった。
【特許文献１】特公平６−８９７８３号公報（第２−４頁、図１−４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上述べたように、脆性剥離は一般的な疲労寿命（例えば、実際にオルタネータでは疲労寿命が問題になることは全くなかった）に対してきわめて短寿命であるにもかかわらず、その現象を説明できるメカニズムが確立していないため、適確な対策がとれない状態になっている。やむを得ず、エンジンの補機ごとに個別の対応をとり、実機での試験で確認するという、はなはだ非効率的な方法をとっているのが現状である。そのためベアリングを必要以上に大きなサイズにしたり精度をあげたりするなど、様々な試みが繰り返されているが、この不具合が完全になくなっていないのが現実である。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、脆性剥離をなくすことができる補機用転がり軸受けを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明の補機用転がり軸受けは、内燃機関によりベルト駆動される補機部品に使用されており、内輪と外輪の間に配置された転動体の表面をディンプル形状としている。特に、上述した内輪と外輪の間に潤滑用のグリースが充填されており、内輪と転動体の間あるいは外輪と転動体の間にグリース油膜が確保されることが望ましい。ディンプル形状（凹凸形状）とすることにより、規則正しく配置された凹部にグリースが充填された状態が維持され、内輪と転動体との間にグリースを蓄えることできるため、どのようなストレスが外部から加わっても転動体が内輪と衝突することがなく、脆性剥離の発生を防止することができる。
【００１２】
また、上述した転動体はボールであることが望ましい。これにより、補機によく使われるボールベアリングのボールにディンプル加工を施すだけで脆性剥離の発生を防止することが可能となる。
【００１３】
また、上述した内燃機関によるベルト駆動はＶリブドベルトを用いて行われ、１本のベルトで複数の補機部品が駆動されるサーペンタイン方式が用いられていることが望ましい。これにより、ベルトの固有振動数が多数存在するサーペンタイン方式による駆動のような危険なストレスが多い場合でも、転がり軸受けの脆性剥離を発生させることなく各種の補機部品を使用することができる。
【００１４】
また、上述した補機部品には車両用交流発電機が含まれていることが望ましい。これにより、プーリ比やロータ慣性モーメントの大きな、すなわち、エンジンからみた慣性モーメント（＝プーリ比×ロータ慣性モーメント）が補機部品のなかでは最も大きく、共振の振幅が大きい車両用交流発電機の転がり軸受けで発生する脆性剥離を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した一実施形態の補機用転がり軸受けについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
本発明者らは、原点に立ち返って脆性剥離の再現方法を見直してみた。従来はベアリングの剥離の再現というと（一般的な疲労寿命に影響されてか）高荷重、高回転、高温、高振動などの大きいストレスを印加して試験を行って白層剥離を再現させていたが、実機では一見何の特徴もない条件（荷重０Ｋｇ）でも剥離が発生することに本発明者らは注目した。すなわち、エンジン（内燃機関）の条件を忠実にシミュレーションすることにより、何らかのヒントが得られるのではないかと考え、従来再現試験で考慮していなかったエンジンの特性を利用することを考えた。
【００１７】
すなわち、エンジンは爆発に関連してその気筒数に応じた回転変動（回転リップル）を発生する。そこで、実際の４気筒エンジンをシミュレーションすべくモータを制御して回転数の２倍の次数（エンジンの爆発の次数相当）で平均回転変動率２％の回転リップルを加えて、車両用発電機にベアリングを搭載した状態で試験を行った。回転変動率２％というのは、実際のエンジンのこの回転数ではごくありふれた値である。実機ではアイドリング近辺では３０％以上にも変動することがある。
【００１８】
図１は、試験機の概略構成を示す図である。また、図２は回転数パターンなどの条件を示す図である。図１に示す試験器では、プーリと車両用交流発電機とがプーリ比３でベルトを介して連結されている。モータ回転のアップダウンの途中には、ベルトの横方向（弦方向）共振が加わるようにセットされている。また、その他の条件は、「振動なし、常温、車両用交流発電機に接続された電気負荷なし」とされている。これはまったく平凡なストレスである（当然ではあるがエンジンに搭載された実機の状態ではこれよりもはるかに大きなストレスであり、さらに様々なベルトの共振も加わる。例えば、ベアリング荷重１５０Ｋｇ、２０〜３０Ｇ、温度１００°Ｃ、接続される電気負荷５０Ａ等）。このように、実際のエンジンに比べると、この条件は非常に低いストレスであり、従来の応力説を採用するとすれば、当然脆性剥離はしない条件であるといえる。従来の仮説（水素説や応力説）が荷重を重視する傾向にあり、したがって大きなベアリング荷重、大きな振動を加えて再現試験を行う傾向にあったが、今回はあえてメカニズムを明確にするために、従来の再現試験では重要視されていたストレスを低くして試験を行った。
【００１９】
その結果、わずか４５０時間でフロント（プーリ）側のベアリングのボールが白層を有するいわゆる脆性剥離の状態となった（８個中１個のボールが剥離）。すなわち、従来説では全く考えられなかったようなありふれた条件で白層剥離したのである。しかも、脆性剥離したベアリングをよく見ると、他にもいろいろな特徴を有していた。例えば、図３に示すこのベアリングの内輪転送面の写真からわかるように、接触楕円の長径２．６ｍｍの圧こんの跡（くぼみ）が観察される（写真は斜めから撮っているので曲率の影響もあり三日月状に見える）。楕円の中央付近は、ボールの転送の影響で見づらくなっているが、楕円の短径としては約０．３２ｍｍと思われる。他にも、ほぼ同様の大きさの圧こんが１１箇所、内輪軌道面にランダムな角度でついていた。当然ではあるが、内輪軌道にはボールが転送したときにできる通常の転送跡が幅約２．８ｍｍで円周方向についている（内輪回転であるので全周にわたって同じ幅であり、この量もベアリング荷重条件から計算される接触楕円の長径とほぼ一致している）。また、未剥離のボール表面にも、内輪と同じ大きさの接触楕円の圧こん跡が観察されたが、外輪軌道輪には通常のボール転送跡は付いているが圧こんはまったく観察されなかった。さらに、接触楕円部を詳細に分析すると、破壊されたグリースの極圧添加剤が観察され、破損の進んだ部分は酸化した状態にもなっていた。図４および図５は、試験後のベアリングの全体像を示す図である。図４にはストレス条件が示されている。図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は剥離後のベアリングの分解調査結果である。なお、リヤベアリング６００２には内、外輪、ボールともに無数の楕円状の圧こん跡が見受けられたが、フロントベアリングほど明確なくぼみはなく、接触程度であった。また、剥離も見られなかったので詳細は省く。
【００２０】
あらためて本再現試験の結果の特徴とその事実から導かれるメカニズム関連の結論を順に説明する。
（フロントベアリングの特徴と想定されること）
事実１．ボールは白層剥離している。→従来の再現方法とは別のストレスの低い再現試験である。
【００２１】
事実２．振動印加はなく、荷重は小さい。→力（Ｋｇ）、応力（Ｋｇ／ｍｍ2）での剥離ではない（力の次元での剥離ではない）。
【００２２】
事実３．内輪とボールに「くぼみ」があり、外輪にはない。→外輪とボールとの接触部（外輪側）には作用せずに、内輪とボールとの接触部（内輪側）だけに作用するストレスである（通常の荷重とすると、内輪に作用した力はボールを介して外輪に作用するので、程度の差こそあるが外輪側にもにくぼみが残らねばならないが、今回はそれが観測されなかった）。すなわち、内輪とボール側だけに作用するストレスとしては衝突が考えられる。内輪とボールの衝突により永久変形として残るほどの「くぼみ」が発生し、それにより白層剥離したと推定される（衝突現象ならボールがどちらにぶつかるかで内輪または外輪に一方のみのくぼみになる）。
【００２３】
事実４．「くぼみ」は中央部では消えているが完全な楕円形状である。→行ったり来たりの微動を伴う擬似圧こんでなく、内輪とボールの半径方向の正面衝突である。
【００２４】
事実５．走行跡（正常運転の痕跡）と「図６に示すボール１と内輪２のくぼみ（永久変形をしている異常な痕跡部）」の接触楕円の長径はほぼ等しい（長径が等しいということはストレス印加時の変形量は同じということ）。→同じ変形を受けても正常運転時には弾性変形領域、異常時には塑性変形領域のひずみが発生した。ひずみでなく応力としてもよいが事実２の結果および塑性変形ではひずみで考えることから、ここでは「ひずみ」とした。
【００２５】
事実６．「くぼみ」部には錆（添加剤の劣化）が発生していた。→ストレス印加時の変形量は同じであるので、接触圧力はほぼ同じはずであることから、弾性変形時には正常に潤滑され、塑性変形時には潤滑剤が破損した。「くぼみ」発生時には潤滑されていない（摩擦または固着）。
【００２６】
事実７．「くぼみ」の深さはボールの方が内輪より大きい。衝突するもの同士の相対速度は同じであり、しかもボールと内輪の硬さもほぼ等しいので、ストレス印加時の変形量はほぼ等しいはずであるが、結果的には内輪よりボールの永久変形が大きい。→ボールの方が内輪よりひずみが大きいのでボールが剥離した。すなわち、摩擦係数μの方向の違い、曲率の凹凸の違い、衝突質量の違いなどにより、ボールと内輪の対象性がずれて、同じ変形を受けてもボールと内輪では内部のひずみが異なると推定できる。
【００２７】
以上の７つの事実は、従来の水素説や応力説では全く説明の付かない現象であることはいうまでもない。これらの事実より、今回の白層生成のメカニズムとしては、半径（ｒ）方向のボールと内輪の正面衝突により潤滑不良（または固着）を引き起こし、それによりボール内部のひずみが塑性変形領域（内輪内部のひずみはボールよりも少なかった）になり、白層剥離すると推定された。
【００２８】
すなわち、今回のベアリングの白層剥離は、衝撃加工分野で言われている高速ひずみでの塑性不安定現象であり、白層は「断熱せん断変形帯」、別名「ホワイト・バンド」と呼ばれるものであるとの結論に達した。このメカニズムは、図７に示すように、材料特有の限界値を越えたひずみγc、ひずみ速度γc′がベアリング内に発生すると、その部分が断熱せん断状態になり、局部的な急速加熱や急速冷却により白層ができるというものである。より具体的には、一般的なベアリング材料（ＳＵＪ２）での限界値は、本発明者らが計算した結果、γc＝０．０８、γc′＝１０２〜１０４／ｓｅｃ程度である。
【００２９】
このようなひずみ速度は、当然ながら負荷としては静的、動的な範疇でなく、「衝撃」状態の範疇の現象である。そのストレスとしての物理量は荷重ではなく衝突速度（ｍ／ｓｅｃ）で議論する分野である。この白層（ホワイト・バンド）は、衝撃加工分野では常識になっていること、今はそれより具体的な原子レベル組織の詳細の研究段階であること、などいろいろなことが明確になっているのである。詳細の組織状態は研究中であるが、その組織が何であろうが、グレンサイズ等であろうとも実用上は全体のメカニズムには全く支障がないので、その衝撃分野の理論を用いて、本発明者らがボールベアリングで上記２つの限界値を越えないための条件を計算した結果、通常のベアリングサイズでは衝突速度が１ｍ／ｓｅｃ以下（「ｗａｎｔ」条件）であれば上記限界値を越すことがなく、白層剥離することが全くないということ、実質的には３〜４ｍ／ｓｅｃを越える（「ｍｕｓｔ」条件は３ｍ／ｓｅｃということ）と剥離が発生することを見出した。 このことは、特願２００５−２５４３７号で説明されている。イメージ的には、衝突速度が大きくなれば、発生ひずみγc、ひずみ速度γc′も大きくなるということが容易に理解されることと思う。楕円状のくぼみがこの衝突により生じること、この衝突時の圧力により潤滑剤が破損することなど、上記７つの事実も説明できることを本発明者らは見出したのである。当然ではあるが、転動体と内輪（または外輪）が接触を保って転がり運動をしている間は衝突の発生はない。逆に言うと、転動体と内輪（外輪）の接触が絶たれた状態、すなわち、転動体が一瞬でもフリー状態になると、その後再び接触状態に戻ろうとするときに衝突が発生するということである。
【００３０】
この転動体のフリー状態を誘発させるストレスにはどんなものがあるかを例を挙げてみると、エンジン減速時等に慣性力の影響でベルト張力が負になることや、エンジンの爆発周波数とベルトの固有振動数との共振などがあげられる。
【００３１】
例えば、共振の例では、ベルトの固有振動数（横振動ｆ１、縦振動ｆ２）は、ベルトの単位長さあたりの質量をＭ、ヤング率をＥ、断面積をＡ、スパン長さをＨ、張力をＴとし、さらに補機部品（例えば車両用交流発電機）の慣性モーメントをＪ、プーリ半径をＲとすると、
【００３２】
【数１】
2007113666.tif 000004
【００３３】
【数２】
2007113666.tif 000005
【００３４】
となる。この固有振動数ｆ１、ｆ２とエンジンの爆発成分が一致するとベルトの共振が発生することになる。実際には、縦振動ｆ２はベルトのかかっている全てのプーリの相互作用で、（２）式とはずれた部分が固有値となり、またプーリの数だけの固有振動数があるのはいうまでもない。（２）式はその因子を示すためのイメージの式である。最近のエンジンは、１本のベルトで複数の補機部品が駆動されるサーペンタイン駆動が一般的になっているが、エンジンや各補機部品の負荷変化（Ｔが無限に変化する）とか各プーリスパン（Ｈが変わる）などの違いにより、ベルト駆動される補機部品のベアリングには多くの縦横の共振点が存在することになる。すなわち、脆性剥離の危険が大きいのである。言い換えれば、再現試験におけるわずかな条件の違いで、脆性剥離発生の有無が変わってしまうのである。図１および図２に示した例では、ベルトの横共振数ｆ１とモータの共振を利用して脆性剥離を再現させたが、その他いろいろな原因で衝突現象を作り出すことができ、その結果白層剥離は発生する。本発明者らは、図１に示す装置で回転変動周波数をベルトの縦振動数ｆ２に一致させても同様に脆性剥離が発生することも確認している。すなわち、転動体（ボール）がフリー状態になる条件さえ整えば、いくらでもベアリングは脆性剥離することを本発明者らは発見したのである。以上、ボールベアリングを例に説明したが本メカニズムはローラベアリングなどの転動体をもつ転がり軸受け全てに適用できることは言うまでもない。
【００３５】
このメカニズムによれば、ベアリングが脆性剥離しないためには、転動体（ボール、ローラ）がフリー（自由）状態になることを防止し、転がり接触点が離れるのを防止すればよいことになる。しかしながら、ベルト駆動である限り、全面的に前記ストレスを回避することは不可能である。そこで、逆にフリー状態を誘発させるストレス（例えば共振）があっても転動体の衝突を防止すればよいとの結論に本発明者らは至った。なお、転がり方向は、当然ではあるが動いても接触を保っているので支障はない。
【００３６】
以上のことから、
（１）転がり軸受けの転動体表面をゴルフボールのようにディンプル形状（円形の凹部がほとんど隙間なく規則正しく配置された凹凸形状）とし、内輪と転動体との間にグリースを蓄えることできるようにする。これにより、どのようなストレスが外部から加わっても、転動体が内輪と衝突することがなくなるので、脆性剥離は発生しなくなる。
【００３７】
（２）軸受けの転動体表面には、積極的にグリース油膜を形成することが望ましい。これにより、脆性剥離を確実に防止することができる。
【００３８】
（３）転動体としてボールが用いられるボールベアリングに適用することが望ましい。これにより、補機部品によく使われるボールベアリングのボールにディンプル加工を施すだけで脆性剥離の発生を防止することが可能となる。
【００３９】
（４）ベルトにはＶリブドベルト（断面がＶ型形状のベルト（複数のＶ溝が形成されている場合も含む））が用いられ、１本のベルトで複数の補機部品が駆動されるサーペンタイン方式の場合に上記の脆性剥離対策を適用することが望ましい。これにより、ベルトの固有振動数が多数存在するサーペンタイン駆動のような危険なストレスが多い場合でも、ベアリングの脆性剥離を発生させることなく各種の補機部品を使用することができる。
【００４０】
（５）補機部品には車両用交流発電機が含まれており、車両用交流発電機について上記の脆性剥離対策を適用することが望ましい。これにより、プーリ比やロータ慣性モーメントの大きな、すなわち、エンジンからみた慣性モーメント（＝プーリ比×ロータ慣性モーメント）が補機部品のなかでは最も大きく、共振の振幅が大きい車両用交流発電機のベアリングで発生する脆性剥離を防止することが可能となる。
【００４１】
以下、より具体的に脆性剥離のメカニズムを説明する。転がり軸受けの例としてボールベアリングを用いて説明するものとする。最も効果的に衝突するためには、当然ではあるが、ボールと内輪（または外輪）が互いに半径方向から衝突すればよいため、図８に示すような場合を考える。図８（Ａ）には、ボールベアリングの内輪２に外輪から白抜きの矢印で示したようにラジアル荷重とスラスト荷重が作用した状態が示されている。なお、荷重は、外輪側からでなく内輪から作用しても相対的には同じである。また、図８（Ｂ）には、図８（Ａ）に示したボール１と内輪２の接触部の拡大図が示されている。ボール１は、内輪２の中心からθだけ離れた点で内輪２と接触しており、内輪２の軌道輪の底からｈだけ高い位置にボール１があることになる。言うまでもないが、スラスト荷重は与圧として強制的に与えられるものでなくてもよく、ラジアル荷重により軸が傾くことによるスラスト成分でもよい。つまり、内輪２の中心からθだけ変位するものであればどのような原因でもよい。このような接触状態の中で、何らかの原因、例えばエンジンからの軸方向振動でスラスト荷重と逆の方向にスラスト荷重以上の荷重が作用したとすると、その逆方向スラスト荷重とラジアル荷重Ｗの影響で、ボール１は図８（Ｂ）の矢印のような放物線を描いて軌道輪に衝突する。その場合、逆方向スラスト荷重の条件次第では軌道輪の底に衝突する（高さｈだけ移動する）。ボール１の質量をｍとすると、運動方程式は、
【００４２】
【数３】
2007113666.tif 000006
【００４３】
となる。高さｈだけ落下すると、そのときの衝突速度ｖ0は、
【００４４】
【数４】
2007113666.tif 000007
【００４５】
となる。例えば、サイズ６２０２のボールベアリングでは、ラジアル方向のすきまが１０μｍあったとすると、最大この量ｈだけボールが落下するので、Ｗ＝60Ｋｇ、ｍ＝０．９ｇの場合は、（４）式より、ｖ0＝３．６ｍ／ｓｅｃとなる。したがって、この場合には断熱せん断条件（「ｍｕｓｔ」条件３ｍ／ｓｅｃ）を満足してしまい、実際に脆性剥離が発生する可能性がある。
【００４６】
（４）式は、始めにθだけ接触点がずれている場合でなくても、何らかの原因でボールがフリーになって高さｈの位置エネルギーのある状態でも適用できるのは言うまでもない。例えば、サーペンタイン駆動などに見られるように、エンジンの減速時にベルト張力が一瞬負になる場合がある。このときはまったくベアリングに荷重が作用しなくなり、ボールと内輪、外輪との接触が断たれ、減速終了時に再び荷重がボ−ルに加わり、ボール衝突が発生することもある。その他、衝突速度を生じる可能性は種々考えられるが、いずれにしてもその値がｖ0＝１ｍ／ｓｅｃ以上あると危険領域となることがわかったのである。図８では、ボール１は内輪２の半径方向から正面衝突すると仮定したがこの仮定はほとんどの場合正しいのである。すなわち  通常、ボール１は内輪２と相対すべりなしに転がっているのであるから、その接触点での回転方向の絶対速度はボール１と内輪２は全く等しいはずである。したがって、万一何らかのストレスによりボール１がフリー状態になって、半径方向の速度を持ったとしても、回転方向の速度は変わらないので、再び衝突により内輪２と接触するときもボール１と内輪２の回転方向の速度差はないので衝突としては半径方向の正面衝突になるのである（これは外輪との衝突でも同様である）。すなわち、ボール１がフリーになると衝突により断熱せん断条件になる危険が大きいということである。
【００４７】
本発明では、例えある衝突条件が揃ったとしても、ボール１と内輪２との衝突を防ぐことさえできれば、断熱せん断変形すなわち白層剥離を防止することができるのではないかと考えた。そこで、図９に示すように、ボールの表面をディンプル形状とすることで、常にボールと内輪との間にグリース油膜を確保し、このグリース油膜にクッションの役割を持たせることで、ボールと内輪との衝突を防止した。
【００４８】
上述したように、本発明によれば、断熱せん断変形で起こる脆性剥離を防止するための手法としてボールをディンプル形状にしている。しかも、ボールと内輪との間に油膜を積極的に確保しようとしているので、一般疲労寿命向上や保持器音対策にも有効であると考えられる。すなわち、本発明のディンプル形状のボールを利用することにより、ボールがフリー状態になっても断熱せん断変形の限界値を超えることがないので、サーペンタイン駆動のような種々のストレスがある環境で使用されるボールベアリングにおいて白層剥離（脆性剥離）が発生することがないという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】試験機の概略構成を示す図である。
【図２】回転数パターンなどの条件を示す図である。
【図３】ベアリングの内輪転送面の状態を示す図である。
【図４】試験後のベアリングの全体像を示す図である。
【図５】試験後のベアリングの全体像を示す図である。
【図６】ボールと内輪の接触状態のイメージを示した図である。
【図７】脆性剥離のメカニズムの説明図である。
【図８】脆性剥離のメカニズムの説明図である。
【図９】ディンプル形状のボールを示す図である。
【図１０】グリース材質による影響を比較した試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ボール
２  内輪
【図１】
2007113666.tif 000008
【図２】
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【図３】
2007113666.tif 000010
【図４】
2007113666.tif 000011
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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