(57)【要約】【課題】トラクション係数が高い潤滑剤を使用する条件下や雨水等の水分が潤滑剤に混入しやすい条件下でも水素による早期剥離の発生を防止して転がり軸受の長寿命化を図る。【解決手段】転がり軸受をトラクション係数が高い潤滑条件下や雨水等の水分が潤滑剤に混入しやすい条件下で使用する場合に、転がり軸受の内輪内周面に嵌合するシャフトと外輪外周面に嵌合するハウジングを熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属材料で形成し、水素による早期剥離の発生を防止する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側軌道輪と、該内側軌道輪の外周に配置された外側軌道輪と、前記内側軌道輪と前記外側軌道輪との間に配置された複数個の転動体と、前記内側軌道輪の内周面に嵌合する外周面を有するシャフトと、前記外側軌道輪に接触するハウジングとを具備してなる転がり軸受装置であって、前記シャフトと前記ハウジングのいずれか一方または両方が２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する金属材料で形成されていることを特徴とする転がり軸受装置。
【請求項２】
請求項１記載の転がり軸受装置において、前記金属材料がステンレス鋼であることを特徴とする転がり軸受装置。
【請求項３】
請求項１記載の転がり軸受装置において、前記金属材料が鋳鉄であることを特徴とする転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば自動車の電装部品用軸受装置のように振動あるいは急加減速を伴う使用条件下や、自動車のベルトＣＶＴ用軸受またはトロイダルＣＶＴ用軸受のようにトラクション係数が高い潤滑油中で使用される条件下、あるいは自動車の車輪支持用軸受装置のように潤滑剤中に水が混入しやすい環境下などで使用される転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、転がり軸受の実際の疲労寿命は、計算にて求めた疲労寿命より長くなる場合が多い。しかし、一部の使用環境で非常に低い確率ではあるが、実際の疲労寿命が予想外に著しく短くなる場合がある。転がり軸受の寿命が短くなる原因としては、軌道輪や転動体を構成する鋼中に水素が侵入して鋼の疲労強度を低下させるためと考えられている。
水素に起因する軸受の短寿命化を抑制する技術としては、たとえば、軸受の振動によって発生する新生面の触媒作用がグリースを分解して水素を発生させるという観点から、基油および増ちょう剤の成分を規定し、さらに不動態化酸化剤および有機スルホン酸塩を添加したグリースを転がり軸受内に封入する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、軌道輪と転動体との接触点におけるすべりによって潤滑油が分解して水素を発生させるという観点から、Ｃｒなどの合金成分を添加した鉄鋼材料で軌道輪を形成し、浸炭窒化処理と焼入れ焼戻し処理によって軌道輪表面の残留オーステナイト量と硬さを規定する技術（例えば、特許文献２参照）や、潤滑剤中に混入した雨水などの水分が金属表面で分解して水素を発生させるという観点から、自動車の車輪支持用ナックルに接触する外側軌道輪のナックル接触面に金属合金種を電気鍍金などにより均一に形成することにより水素の吸蔵を電気化学的に抑制する技術（例えば、特許文献３参照）が知られている。
【特許文献１】特開平５−２６３０９１号公報
【特許文献２】特開２００３−３４３５７７号公報
【特許文献３】特開２００６−４６６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した先行技術は水素の発生や侵入を抑制することを主な目的として考案されたものである。したがって、水素の発生や侵入を完全に抑制することはできず、一部の水素が軌道輪素材や転動体素材中に侵入した場合の対策が不十分であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る転がり軸受装置は、内側軌道輪と、該内側軌道輪の外周に配置された外側軌道輪と、前記内側軌道輪と前記外側軌道輪との間に配置された複数個の転動体と、前記内側軌道輪の内周面に嵌合する外周面を有するシャフトと、前記外側軌道輪に接触するハウジングとを具備してなる転がり軸受装置であって、前記シャフトと前記ハウジングのいずれか一方または両方が２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する金属材料で形成されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明に係る転がり軸受装置は、請求項１記載の転がり軸受装置において、前記金属材料がステンレス鋼であることを特徴とする。
請求項３記載の発明に係る転がり軸受装置は、請求項１記載の転がり軸受装置において、前記金属材料が鋳鉄であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、トラクション係数が高い潤滑条件下や雨水等の水分が潤滑剤に混入しやすい条件下で転がり軸受を使用する場合に水素による早期剥離が生じ難くなるので、転がり軸受の長寿命化を図ることができる。
転がり軸受の長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施の形態を説明する前に、本発明者らが本発明に係る転がり軸受装置を完成するに至った経緯について説明する。
転がり軸受の使用条件によっては、グリース、潤滑油、水分などが分解して水素が発生する場合がある。発生した水素の一部は、転動体あるいは軌道輪を構成する鋼中に侵入する。鋼中に侵入した水素は、転動体と軌道輪の弾性接触により生じるせん断応力が最大になる領域（以下、最大せん断応力位置）まで拡散し、最大せん断応力位置に分布する結晶粒界や介在物などにトラップされると考えられている。したがって、最大せん断応力位置では、水素濃度が他の部位より高くなる。水素は材料の強度特性を低下させることが知られており、最大せん断応力位置では、せん断応力と水素の相互作用により、金属組織の組織変化や、疲労き裂の発生および伝播の加速が生じ、転がり軸受の寿命が低下する。
【０００９】
本発明者らは、結晶粒界や介在物などにトラップされた水素が熱エネルギを加えるとトラップから解離し、拡散することに着目した。すなわち、転がり軸受の軌道輪あるいは転動体の最大せん断応力位置付近に水素が集積している場合には、軌道輪あるいは転動体の温度を高くし、より多くの熱エネルギを与えることによって、集積した水素を拡散させ、最大せん断応力位置の水素濃度を低下させることができることを見出した。
【００１０】
軌道輪や転動体の温度は、転がり軸受の回転運動における摩擦熱と、転がり軸受に接するシャフトおよびハウジングへの熱伝導とのバランスで決まる。したがって、シャフトやハウジングを熱伝導率の低い材料で形成することによって、軌道輪や転動体の温度を高くすることができる。具体的には、シャフトやハウジングの素材として、熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属材料を用いることによって、軌道輪や転動体の温度を高くすることができる。
【００１１】
熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・Ｋを超えると、軌道輪や転動体の温度上昇の度合いが小さくなるため、最大せん断応力位置付近に集積する水素の濃度を低下させる効果が小さくなる。
水素による早期剥離が内側軌道輪で発生する場合には、内側軌道輪の温度を効果的に高くするために、熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属材料でシャフトを形成することが好ましい。
【００１２】
水素による早期剥離が外側軌道輪で発生する場合には、外側軌道輪の温度を効果的に高くするために、熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属材料でハウジングを形成することが好ましい。
シャフトやハウジングの素材としては、たとえば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０Ｓなどのオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４１０Ｌなどのフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０Ｊ２、ＳＵＳ４４０Ｃなどのマルテンサイト系ステンレス鋼、球状黒鉛鋳鉄などの鋳鉄を用いることができる。
【００１３】
本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受装置を図１に示す。同図に示される転がり軸受装置は内輪１と、この内輪１の外周に配置された外輪２とを備えており、内輪１と外輪２との間には、複数個の球状転動体３が設けられているとともに、球状転動体３を内輪１および外輪２の円周方向に一定間隔で保持する保持器４が設けられている。また、図１に示される転がり軸受装置は内輪１の内周面に嵌合する外周面を有するシャフト５と、外輪２の外周面に嵌合する内周面を有するハウジング６とを備えており、これらのシャフト５およびハウジング６は熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属材料で形成されている。
【００１４】
（実施例）
【表１】
2009019712.tif 000002
【００１５】
表１に示す各種材料で作製されたシャフトとハウジングをラジアル玉軸受（呼び番６２０６）に組み合せ、同軸受の内輪または外輪に水素を人工的にチャージした後、軸受の寿命試験をラジアル荷重：８．９ｋＮ、回転数：３０００ｍｉｎ−１、潤滑油：ＶＧ３２の試験条件で行った。そして、各組み合せでの寿命試験をそれぞれ４回行い、軸受の累積破損確率が５０％になる寿命（Ｌ５０寿命）を求めた。
【００１６】
軸受寿命試験前に行った水素チャージの有無および軸受寿命試験後のＬ５０寿命を表１に併記する。
実施例１，２と比較例９とを比較すると、実施例１，２のほうが軸受の転がり疲労寿命が長いことがわかる。これは、比較例９はシャフトが熱伝導率４５Ｗ／ｍ・ＫのＳ４５Ｃで形成されているのに対し、実施例１はシャフトが熱伝導率２５Ｗ／ｍ・ＫのＳＵＳ４４０Ｃで形成され、実施例２はシャフトが熱伝導率２０Ｗ／ｍ・ＫのＳＵＳ４１０で形成されているためと考察される。
【００１７】
次に、実施例３，４と比較例１０とを比較すると、実施例３，４のほうが軸受の転がり疲労寿命が長いことがわかる。これは、比較例１０はシャフトが熱伝導率４０Ｗ／ｍ・ＫのＳＮＣＭ４３９、ハウジングが熱伝導率４０Ｗ／ｍ・Ｋのねずみ鋳鉄で形成されているのに対し、実施例３はシャフトが熱伝導率１５Ｗ／ｍ・ＫのＳＵＳ４２０Ｊ２、ハウジングが熱伝導率１５Ｗ／ｍ・ＫのＳＵＳ３０４で形成され、実施例４はシャフトが熱伝導率２０Ｗ／ｍ・ＫのＳＵＳ４１０、ハウジングが熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋの球状黒鉛鋳鉄で形成されているためと考察される。
【００１８】
次に、実施例５，６と比較例９とを比較すると、実施例５，６のほうが軸受の転がり疲労寿命が長いことがわかる。これは、比較例９はハウジングが熱伝導率９５Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウム合金で形成されているのに対し、実施例５はハウジングが熱伝導率１５Ｗ／ｍ・ＫのＳＵＳ３０４で形成され、実施例６はハウジングが熱伝導率１５Ｗ／ｍ・ＫのＳＵＳ３１６で形成されているためと考察される。
【００１９】
次に、実施例７，８と比較例１０とを比較すると、実施例７，８のほうが軸受の転がり疲労寿命が長いことがわかる。これは、比較例１０はシャフトが熱伝導率４０Ｗ／ｍ・ＫのＳＮＣＭ４３９、ハウジングが熱伝導率４０Ｗ／ｍ・Ｋのねずみ鋳鉄で形成されているのに対し、実施例７はシャフトが熱伝導率２５Ｗ／ｍ・ＫのＳＵＳ４４０Ｃ、ハウジングが熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋの球状黒鉛鋳鉄で形成され、実施例８はシャフトが熱伝導率２０Ｗ／ｍ・ＫのＳＵＳ４１０、ハウジングが熱伝導率２０Ｗ／ｍ・ＫのＳＵＳ４３０で形成されているためと考察される。
【００２０】
以上のことから、転がり軸受の内輪内周面に嵌合するシャフトまたは転がり軸受の外輪に接触するハウジングを熱伝導率２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、好ましくは熱伝導率１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属材料で形成することにより、水素による早期剥離が生じ難くなる。また、転がり軸受の内輪内周面に嵌合するシャフトを熱伝導率２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、好ましくは熱伝導率１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属材料で形成するとともに、転がり軸受の外輪に接触するハウジングを熱伝導率２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、好ましくは熱伝導率１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属材料で形成することにより、水素による早期剥離がより生じ難くなる。したがって、転がり軸受をトラクション係数が高い潤滑条件下や雨水等の水分が潤滑剤に混入しやすい条件下で使用する場合に水素による早期剥離の発生を防止でき、転がり軸受の長寿命化を図ることができる。
【００２１】
上述した実施形態では、本発明を玉軸受に適用した場合を例示したが、これに限定されるものではない。たとえば、ころ軸受、ニードル軸受等にも本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  内輪
２  外輪
３  転動体
４  保持器
５  シャフト
６  ハウジング
【図１】
2009019712.tif 000003