(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪及び外輪と、
前記内輪と外輪との間に転動自在に設けられた転動体とを備え、
前記転動体は、ＳＵＳ４４０Ｃの素材に焼き入れと、焼き戻しと、サブゼロ処理とを施すことによって残留オーステナイト量を４〜１０％に減少させたものであって、前記内輪又は外輪は、ＳＵＪ２鋼よりもＳｉ、Ｃｒ及びＭｏの各量をそれぞれ増量した耐熱軸受用鋼の素材に焼き入れと焼き戻しとを施したものであることを特徴とするエンジン補機用軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等のエンジン補機（例えばオルタネータ）に使用される軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
自動車エンジンの補機としてのオルタネータは、高速回転の上に、発電による負荷電流も流れるので発熱が大きい。従って、オルタネータ用の軸受には、高温（１５０℃）での転がり寿命の維持と共に寸法変化の低減等が求められていた。そこで、従来、軸受の内外輪等の部材（ボールを除く。）については、鋼材の組織変化による寸法変化の低減や転がり寿命の維持のために、耐熱材料や、ＪＩＳ・ＳＵＪ２鋼に特殊な熱処理等を施したものが使用されていた。しかしながら、軸受における体積割合の点から、ボールにはＪＩＳ・ＳＵＪ２標準熱処理品が使用されていた。
ところが、昨今、従来の高温仕様をさらに上回る２００℃の耐熱性が要求されるようになってきた。２００℃においては、１５０℃では問題にならなかったボールの寸法の変化が無視できなくなり、従来の仕様では２００℃における寸法変化によりボールと軌道面との隙間が詰まって、軸受の焼き付きを生じる。
【０００３】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、高温状態においても転動体と軌道面との隙間詰まりを防止するエンジン補機用軸受を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンジン補機用軸受は、内輪及び外輪と、前記内輪と外輪との間に転動自在に設けられた転動体とを備え、前記転動体は、ＳＵＳ４４０Ｃの素材に焼き入れと、焼き戻しと、サブゼロ処理とを施すことによって残留オーステナイト量を４〜１０％に減少させたものであって、前記内輪又は外輪は、ＳＵＪ２鋼よりもＳｉ、Ｃｒ及びＭｏの各量をそれぞれ増量した耐熱軸受用鋼の素材に焼き入れと焼き戻しとを施したものである（請求項１）。
上記のように構成されたエンジン補機用軸受は、転動体の残留オーステナイト量を減少させることにより、テンパー温度が上昇して硬さは低下するが、耐熱性は向上する。また、ＳＵＳ４４０Ｃは、残留オーステナイト量の昇温に伴う変態量（永久変形量）がＳＵＪ２鋼に比べて少ない。従って、昇温に伴う転動体の寸法変化（永久変形）が少なく、高温状態においても所定のラジアル内部隙間を確保することができる。
【０００５】
一方、Ｓｉ量の増量により耐焼き戻し抵抗を高めることができ、また、Ｃｒ及びＭｏの増量により、生成されるカーバイドの拡散を抑制することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態によるエンジン補機用軸受の断面図である。図において、当該軸受は、回転輪である内輪１、固定輪である外輪２、内輪１と外輪２との間に転動自在に設けられた転動体としてのボール３、保持器４、及び、シール５を備えている。
内輪１及び外輪２は、炭素の他、クロムを主要添加元素とし、ケイ素を０．１５〜１．０２％含む軸受用鋼又はその同等品を素材として、焼き入れ、焼き戻しを行ったものである。また、外輪２についてはさらにサブゼロ処理を施してオーステナイトをマルテンサイトに変化させることにより、軌道面直下の残留オーステナイト量が６％以下とされている。残留オーステナイト量を６％以下とすることにより、硬さはやや低下するが、耐熱性が向上し、熱膨張が少なくなる。逆に、残留オーステナイト量が６％を超えると、振動や衝撃により局部的な組織変化やクラックが生じやすくなる。また、外輪２についてのみ残留オーステナイト量を減少させたのは、固定輪は、負荷圏が一定であるために振動や衝撃の影響が回転輪より大きく、実質的に固定輪の損傷によって軸受寿命が決定されるからである。なお、残留オーステナイト量は、熱処理において、焼き入れ加熱温度、焼き入れ冷却温度及び焼き戻し温度のうち少なくとも１つを調整することによっても、減少させることができる。
【０００８】
具体的には、内輪１は、軸受用鋼であるＪＩＳ・ＳＵＪ２に標準焼き入れ及び焼き戻しを施したものである。一方、外輪２は、ＳＵＪ２を８４５℃で焼き入れ加熱し、油冷後、３５０℃で焼き戻し処理を行ったもの（残留オーステナイト量３％以下）か、若しくは、ＳＵＪ２と同様の軸受用鋼であるＳＡＥ５１２０を浸炭焼き入れした後、液体窒素（−１９６℃）に浸漬し、その後２１０℃で焼き戻しを行ったもの（残留オーステナイト量５．７％）である。なお、軸受用鋼ＳＵＪとしては、ＳＵＪ２のみならず、ＳＵＪ１〜５が使用できる。
【０００９】
一方、ボール３は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ、硬さＨＲＣ６２〜６７）を素材として、約１０００℃で焼き入れ後、約１８０℃で焼き戻しを行い、これにサブゼロ処理を施して残留オーステナイト量を減少させたもの（残留オーステナイト量４〜１０％程度）を用いる。残留オーステナイト量を減少させることにより、テンパー温度が上昇して硬さは低下するが、耐熱性は向上する。また、当該ステンレス鋼は、残留オーステナイト量の昇温に伴う変態量（永久変形量）がＳＵＪ２鋼に比べて少ない。従って、昇温に伴うボール３の寸法変化（永久変形）が少ない。
【００１０】
上記のように構成されたエンジン補機用軸受について、静止時から回転時（軸受温度２００℃）へ状態変化したときの、ラジアル内部隙間の変化量を調べた。また、比較例として、軸受のボールが、ＳＵＪ２を素材として標準焼き入れ・焼き戻しを施したものである従来品についても同一の条件で変化量を調べた。その結果、ラジアル内部隙間の初期設定を０〜＋５μｍとした場合において、ステンレス鋼のボール３の場合、ラジアル内部隙間の変化量は＋２〜３μｍであった。一方、比較例の場合は、同変化量が＋１０μｍであった。従って、本実施形態の軸受は、ラジアル内部隙間の変化量が比較例の３０％以下である。
２００℃における隙間詰まりは、上記隙間が−５μｍで起こるため、比較例の場合は、初期設定の値に関わらず２００℃において隙間詰まりが起こる。一方、本実施形態の場合は、ラジアル内部隙間の変化量が少ないため、初期設定の値に関わらず２００℃においても隙間詰まりは起こり得ず、所定のラジアル内部隙間を確保することができる。
【００１１】
上記のようなラジアル内部隙間の変化量の低減効果を実証するため、本実施形態の軸受と比較例の軸受とを、軸受温度２００℃、支持物の回転数１８０００ｒｐｍで連続運転した。その結果、比較例の方は１０００時間でゴリ感（軸受の摩耗により生じるごりごりした感触）が生じたのに対して、本実施形態の軸受は２０００時間経過してもゴリ感が生じなかった。従って、本実施形態の軸受は、高温状態において比較例の２倍以上の寿命を有することがわかる。
【００１２】
なお、上記実施形態において用いたステンレス鋼のボール３は、所望の寸法のものを製造若しくは入手することが容易であり、コストも比較的安価であることから実用上好適である。但し、これに代えてセラミックスのボールを用いてもよい。セラミックスは高温（２００℃）においても寸法変化を生じないので、隙間詰まりを起こすことはない。
また、上記実施形態におけるＳＵＪ２の内外輪に代えて、例えば特許番号２７２４０１９号に記載されている鋼、すなわち、ＳＵＪ２鋼に比べＳｉ量を約１％にして耐焼き戻し抵抗を高めるとともに、Ｃｒ及びＭｏの量をそれぞれ約１．９５％及び０．５％にして、生成されるカーバイドの拡散を抑制した耐熱鋼等を採用してもよい。当該鋼は、残留オーステナイト量が約７％であるが、エンジン補機用軸受としての使用温度域では量変化がほとんどないため、内外輪に好適な材料である。
また、上記実施形態は玉軸受の例を示しているが、ころ軸受であってもよいことはいうまでもない。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１のエンジン補機用軸受によれば、転動体は高温状態においても所定のラジアル内部隙間を確保することができるので、隙間詰まりを生じない。
【００１４】
さらに、耐焼き戻し抵抗を高めることができ、また、生成されるカーバイドの拡散を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるエンジン補機用軸受の断面図である。
【符号の説明】
１    内輪
２    外輪
３    ボール
【図１】
0003968932.tif 000002