グリース封入転がり軸受
【課題】120℃を越える高温下で使用されても水素脆性に起因する軸受転走面での早期剥離を効果的に抑制できるグリース封入転がり軸受を提供する。
【解決手段】内輪２および外輪３と、これら内外輪の転走面２ａ、３ａ間に介在する複数の転動体４とを備え、上記転動体の周囲にグリース７を封入してなる転がり軸受であって、上記内輪２、外輪３および転動体４から選ばれた少なくとも一つの軸受部材の表層部にオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番をこえる窒素富化層が形成され、さらに 200〜300℃の焼戻処理が施され表層部の残留オーステナイト量が 15 重量％以下であり、上記グリースは、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなり、上記添加剤はアルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤をベースグリース 100 重量部に対して 0.05〜10 重量部配合してなる。
【解決手段】内輪２および外輪３と、これら内外輪の転走面２ａ、３ａ間に介在する複数の転動体４とを備え、上記転動体の周囲にグリース７を封入してなる転がり軸受であって、上記内輪２、外輪３および転動体４から選ばれた少なくとも一つの軸受部材の表層部にオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番をこえる窒素富化層が形成され、さらに 200〜300℃の焼戻処理が施され表層部の残留オーステナイト量が 15 重量％以下であり、上記グリースは、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなり、上記添加剤はアルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤をベースグリース 100 重量部に対して 0.05〜10 重量部配合してなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特異性のある水素に起因する脆性剥離を防止したグリース封入転がり軸受に関し、特にオルタネータ、カーエアコン用電磁クラッチ、中間プーリ、電動ファンモータ等の自動車電装補機やモータ等に用いられるグリース封入転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の高速化・コンパクト化が進みエンジン・電装補機用軸受は高速・高荷重・高振動といった過酷な条件下で使用されるようになっている。特にオルタネータで使用される軸受では高速・高荷重回転に伴う軸受自体の発熱と、オルタネータ内のコイルの発熱により一般的な軸受鋼の焼戻温度（約 180℃）を越えるような状況下で使用されている。こういった状況に伴い、オルタネータ用軸受などでは、図４に示すような損傷起点部に白層を伴った特異な剥離が散見されている。この白層の形態は、転動疲労によって生じるＷＥＣ（ White Etching Constituent ）や非金属介在物の周りに発生するバタフライとは違い、転動方向に対して方向性を持たないことが特徴である。この損傷が発生した軸受では明らかに鋼中水素量が増加しており、白層内に存在する亀裂が結晶粒界に沿って非常に内部まで進展していることから、損傷の発生には水素が関与していることは確実と考えられる。以後、この白層を伴う特異な剥離を水素脆性剥離と称することにする。
【０００３】
水素脆性剥離は転動時に発生した化学的に活性な金属新生面の触媒作用で潤滑剤が分解し、発生した水素が鋼中に侵入することにより生じると考えられる。そのため、水素脆性剥離の対策技術として、金属表面が露出しない黒染処理のような表面処理を目的とした軌道輪の転走面に厚さ 0.1〜2.5μm の酸化被膜を形成したグリース封入軸受（特許文献１参照）が有効とされている。また、材質面からの対策方法として、脆性剥離が発生し難いような熱処理を施す方法として転動体、内輪、外輪のうち少なくとも１つの部材に窒素富化層を有し、かつ表層部の球状化炭化物の面積率が 10％以上を占める転がり軸受が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、表面処理に関しては、使用条件の急速な過酷化に伴って金属表面の酸化被膜は摩耗による消失が懸念されるため、恒久的な対策とはいい難い状況が出てきている。また、材料についても水素脆性剥離に対し、多量のクロムを添加することは材料コストアップに繋がるため採用し難く、コストアップ要素の少ない潤滑剤での対策が現在の主流となっているのが実情である。しかし潤滑剤での対策だけでは必ずしも十分であるとはいえない。
【特許文献１】特開平２−１９０６１５号公報
【特許文献２】特開２００４−２７８７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はかかる問題に対処するためになされたものであり、120℃を越える高温下で使用されても水素脆性に起因する軸受転走面での早期剥離を効果的に抑制できるグリース封入転がり軸受の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のグリース封入転がり軸受は、内輪および外輪と、これら内外輪の転走面間に介在する複数の転動体とを備え、上記転動体の周囲にグリースを封入してなる転がり軸受であって、上記内輪、外輪および転動体から選ばれた少なくとも一つの軸受部材の表層部にオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番をこえる窒素富化層が形成され、さらに 200℃〜300℃の焼戻処理が施され表層部の残留オーステナイト量が 15 重量％以下であり、上記グリースは、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなり、上記添加剤はアルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を含有し、該アルミニウム系添加剤の配合割合はベースグリース 100 重量部に対して 0.05 重量部〜10 重量部であることを特徴とする。なお、表層部の残留オーステナイト量とは 50μm 深さにおける値を指す。
【０００７】
上記アルミニウム化合物は、炭酸アルミニウムおよび硝酸アルミニウムから選ばれた少なくとも一つの化合物であることを特徴とする。
また、上記増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤であることを特徴とする。
また、上記基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ-α-オレフィン油から選ばれた少なくとも一つの油であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のグリース封入転がり軸受は、第一の効果として軸受鋼の表層部に窒素富化層を形成することで表面硬度が向上し、十分な耐摩耗性を確保できる。耐摩耗性の向上は金属新生面の発生を防ぐ効果がある。また、窒素富化層における鋼のオーステナイト粒度番号が１０番をこえる範囲にあることにより、転動疲労に対する抵抗性が向上するとともに、割れ強度（静的破壊強度）や靭性が向上する。そして、第二の効果として上記特徴を持つ鋼材に対し 200〜300℃高温焼戻を実施し表層部の残留オーステナイト量を 15 重量％以下に減少させることで、ミクロ的な塑性変形に伴うクラックの発生を抑止し、水素脆性剥離寿命の延長を図ることができる。加えて、第三の効果として、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースにアルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を配合したグリースを使用するので、軸受の摩擦摩耗面または摩耗により露出した金属新生面においてアルミニウム系添加剤が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム被膜が軸受転走面に生成し、転走面での水素脆性による特異な剥離の発生を効果的に抑制することができる。
【０００９】
本発明のグリース封入転がり軸受は、これら第一、第二および第三の効果の結果、軸受の長寿命化について飛躍的な向上を図ることができる。このため、オルタネータ、カーエアコン用電磁クラッチ、中間プーリ、電動ファンモータ等の自動車電装部品、補機等の転がり軸受として好適に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
転がり軸受について、水素脆性による転走面での剥離を効果的に防止できる方法について鋭意検討を行なった。検討の結果、ＳＵＪ２等の軸受鋼からなる内輪、外輪および転動体から選ばれた少なくとも一つの部材表層部にオーステナイト粒度番号が１０番をこえる範囲にある窒素富化層を形成し、さらに 200〜300℃の焼戻処理を施し表層部の残留オーステナイト量を 15 重量％以下とした転がり軸受に、アルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を配合したグリースを封入した転がり軸受を用いて、急加減速試験を行なったところ軸受寿命が飛躍的に延長することがわかった。
本発明のグリース封入転がり軸受は、軸受部材の表層部に窒素富化層を形成することで表面硬度が向上し金属新生面の発生を防ぐ第一の効果と、200〜300℃の焼戻処理を施し、表層部の残留オーステナイト量を 15 重量％以下とすることでミクロ的な内部クラックの発生を防止できる第二の効果と、さらに、アルミニウム系添加剤を配合したグリースを使用することで、軸受転走面が活性化、すなわち軸受転走面において、摩擦摩耗面または摩耗により金属新生面が露出したとしても、グリースに配合したアルミニウム系添加剤が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム被膜が軸受転走面に生成され、水素脆性による特異な剥離の発生を抑制する第三の効果とを相乗的に発揮させることができるものと考えられる。本発明は、このような知見に基づくものである。
【００１１】
本発明のグリース封入転がり軸受の実施例について図面にしたがって説明する。図１は本発明の一実施例を示す深溝玉軸受の断面図である。
図１に示す転がり軸受１は、同心に配置された内輪２および外輪３と、内輪転走面２ａ、外輪転走面３ａ間に介在する転動体４と、この転動体４を保持する保持器５と、内、外輪の軸方向両端開口部をシールするシール部材６と、軸受空間に封入されたグリース７とからなる。軸受鋼からなる内輪２、外輪３および転動体４から選ばれた少なくとも一つの軸受部材表層部に窒素富化層を形成し、さらに 200〜300℃の焼戻処理を施し表層部の残留オーステナイト量を 15 重量％以下とした軸受部材を用い、グリース７は後述するアルミニウム系添加剤を含有したものを使用している。
上述した実施形態では、本発明のグリース封入転がり軸受を深溝玉軸受として説明したがアンギュラ軸受やころ軸受等の他形式の転がり軸受にも採用することができる。
【００１２】
本発明のグリース封入転がり軸受は、軸受鋼からなる内輪、外輪および転動体から選ばれた少なくとも一つの部材表層部にオーステナイト粒度番号が１０番をこえる範囲にある窒素富化層を形成し、さらに 200〜300℃の焼戻処理を施し表層部の残留オーステナイト量を 15 重量％以下とする一連の熱処理を施されている。軸受鋼としては、例えば標準軸受鋼（ＪＩＳ-ＳＵＪ２（Ｃｒ：1.3〜1.6 重量％））が挙げられる。
【００１３】
上記軸受用部材を作成する熱処理工程の例を図２を用いて説明する。図２は本発明の実施形態における軸受部材の熱処理工程を示す図である。図２に示すように本発明の実施形態における軸受部材の熱処理工程は、１次焼入工程と２次焼入工程と焼戻工程とからなり、１次焼入工程は浸炭窒化工程Ａと、第１の冷却工程Ｂとを含み、２次焼入工程は再加熱工程Ｃと、第２の冷却工程Ｄとを含んでいる。
まず、１次焼入工程において鋼製部材を約 730℃であるＡ1 変態点（以下、Ａ1 点と記す）以上の温度で浸炭窒化する浸炭窒化工程Ａが実施される。具体的には、成形工程において転動部材の概略形状に成形された鋼製部材はＡ1 点以上の温度である 800℃以上 1000℃以下の温度Ｔ1 、例えば 850℃に加熱され、60分間以上 300分間以下の時間、例えば 150分間保持される。このとき、鋼製部材はＲＸガスにアンモニア（ＮＨ3 ）を添加した雰囲気において加熱されて、表層部の炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度に調整される。これにより、浸炭窒化工程Ａが完了する。その後、鋼製部材が、例えば油中に浸漬されることにより（油冷）、Ａ1 点以上の温度からＭs 点以下の温度に冷却される第１の冷却工程Ｂが実施される。これにより１次焼入処理が完了する。
【００１４】
次に、２次焼入工程に入る。１次焼入処理が施された鋼製部材はＡ1 点以上の温度である 730℃以上 830℃以下の温度Ｔ2 、例えば 810℃に再び加熱される再加熱工程Ｃが実施され、その後 30分間以上 120分間以下の時間、例えば 50分間保持される。このとき、浸炭窒化処理において調整された炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度となるように、例えば脱炭を防止するため、例えばＲＸガスを含む雰囲気において加熱される。さらに、鋼製部材が、例えば油冷されることにより、Ａ1 点以上の温度からＭs マルテンサイト変態点（以下、Ｍs 点と記す）以下の温度に急冷されて焼入硬化される第２の冷却工程Ｄが実施される。これにより２次焼入処理が完了する。
【００１５】
さらに２次焼入処理が完了した鋼製部材はＡ1 点以下の温度である 200℃以上 300℃以下の温度、例えば 260℃に加熱され、30分間以上 240分間以下の時間、例えば 120分間保持されて、その後冷却され焼戻工程Ｅが完了する。
【００１６】
以上の手順により、本発明の実施形態における軸受部材の熱処理工程は完了する。ここで、温度Ｔ2 は、オーステナイト結晶粒を小さくする観点から、前述のように 760℃以上 830℃以下とすることが望ましい。また、同様の観点から、温度Ｔ2 はＴ1 よりも低い温度とすることが好ましい。さらに、再加熱工程における鋼製部材の表層部の昇温速度は、Ａ1 点において 3℃／分以上であることが好ましい。これにより、旧オーステナイト結晶粒の大きさのバラツキが小さい整粒組織を有する鋼からなる軸受部材を製造することができる。
【００１７】
なお、上述の再加熱工程における鋼製部材の表層部の昇温速度は、例えば以下のように測定することができる。すなわち、鋼製部材の表層部に熱電対を接続し、再加熱工程における当該表層部の温度の推移を測定し、記録する。そして、当該表層部の温度が上昇してＡ1 点を通過する前後の 5℃の範囲における 1 分間あたりの温度上昇（昇温速度）を算出する。この昇温速度が 3℃／分以上であれば、上述の条件、すなわち再加熱工程における鋼製部材の表層部の昇温速度は、Ａ1 点において 3℃／分以上であることを満たす。
【００１８】
上記熱処理の中で高温焼戻を実施し、内部の残留オーステナイト量を減少させることで、ミクロ的な塑性変形に伴う局部的なクラックの発生を抑止することができる。外部から侵入してきた水素原子は鋼中の変位やクラックにトラップされて局部的に鋼材の強度を低下させるため、脆化を伴った剥離に到ると推測される。すなわち、高温焼戻の実施により、水素脆性剥離寿命の延長を図ることができる。ただし、高温焼戻による表層部の残留オーステナイト量の減少は表面硬度を低下させるため、疲労強度の低下に繋がる。しかし、微細な結晶粒で形成される窒化富化層は降伏点の低下を抑制する効果があるため、疲労強度の低下を少なく抑えることができる。
そして、高温部で使用される場合、水素脆性と共に残留オーステナイトがマルテンサイト変態する際に生じる膨張による寸法変化も問題となる。寸法変化による軸受内すきまの増加は、振動・衝撃荷重の原因となり早期剥離を誘発する。窒化処理を実施するとオーステナイトが安定化するため、表層部には 15 重量％をこえるオーステナイトが残留する。高温焼戻処理を実施し、予め残留オーステナイトを減少させることで、使用中の寸法変化を抑制することができる。
【００１９】
本発明のグリース封入転がり軸受は、軌道輪等への上記表層改質に加えて、アルミニウム系添加剤を配合したグリースを使用することを特徴としている。
本発明に用いるアルミニウム系添加剤は、アルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つである。アルミニウム化合物としては、炭酸アルミニウム、硫化アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウムおよびその水和物、硫酸アルミニウム、フッ化アルミニウム、臭化アルミニウム、よう化アルミニウム、酸化アルミニウムおよびその水和物、水酸化アルミニウム、セレン化アルミニウム、テルル化アルミニウム、りん酸アルミニウム、りん化アルミニウム、アルミン酸リチウム、アルミン酸マグネシウム、セレン酸アルミニウム、チタン酸アルミニウム、ジルコン酸アルミニウム等の無機アルミニウム、安息香酸アルミニウム、クエン酸アルミニウム等の有機アルミニウムが挙げられる。これらアルミニウム系添加剤は、１種類または２種類を混合してグリースに添加してもよい。
本発明において特に好ましいのは、耐熱耐久性に優れ、熱分解しにくいため、極圧性効果の高いアルミニウム粉末である。
【００２０】
アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース 100 重量部に対して 0.05 重量部 〜10 重量部である。すなわち、（１）アルミニウム系添加剤がアルミニウム粉末のみである場合、ベースグリース 100 重量部に対してアルミニウム粉末を 0.05〜10 重量部、（２）アルミニウム系添加剤がアルミニウム化合物のみである場合、ベースグリース 100 重量部に対してアルミニウム化合物を 0.05〜10 重量部、（３）アルミニウム系添加剤がアルミニウム粉末とアルミニウム化合物とである場合、ベースグリース 100 重量部に対して、アルミニウム粉末とアルミニウム化合物とを合せて 0.05〜10 重量部配合する。
アルミニウム系添加剤の配合割合が 0.05 重量部未満であると水素脆性による転走面での剥離を効果的に防止できない。また 10 重量部をこえても剥離防止効果がそれ以上に向上しない。
【００２１】
本発明に使用できる基油としては、スピンドル油、冷凍機油、タービン油、マシン油、ダイナモ油等の鉱油、高度精製鉱油、流動パラフィン、ポリブテン、フィッシャー・トロプシュ法により合成されたＧＴＬ油、ポリ-α-オレフィン油、アルキルナフタレン、脂環式化合物等の炭化水素系合成油、または、天然油脂、ポリオールエステル油、りん酸エステル油、ポリマーエステル油、芳香族エステル油、炭酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、アルキルベンゼン油、フッ素化油等の非炭化水素系合成油等を使用できる。
これらの中で、耐熱性と潤滑性に優れたアルキルジフェニルエーテル油、または、ポリ-α-オレフィン油を用いることが好ましい。
【００２２】
本発明に使用できる増ちょう剤としては、ベントン、シリカゲル、フッ素化合物、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、力ルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物が挙げられる。
これらの中で、耐熱性、コスト等を考慮するとウレア系化合物が望ましい。
【００２３】
ウレア系化合物は、イソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させることにより得られる。反応性のある遊離基を残さないため、イソシアネート化合物のイソシアネート基とアミン化合物のアミノ基とは略当量となるように配合することが好ましい。
【００２４】
ジウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミンとの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネー卜等が挙げられ、モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、アニリン、ｐ-トルイジン、シクロヘキシルアミン等が挙げられる。ポリウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネート、モノアミンとしては、ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられ、ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等が挙げられる。
【００２５】
基油にウレア系化合物等の増ちょう剤を配合して、上記アルミニウム系添加剤等を配合するためのベースグリースが得られる。ウレア系化合物を増ちょう剤とするベースグリースは、基油中でイソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させて作製する。
ベースグリース 100 重量部中に占める増ちょう剤の配合割合は、1 〜40 重量部、好ましくは 3 〜25 重量部配合される。増ちょう剤の含有量が 1 重量部未満では、増ちょう効果が少なくなり、グリース化が困難となり、 40 重量部をこえると得られたベースグリースが硬くなりすぎ、所期の効果が得られ難くなる。
【００２６】
また、アルミニウム系添加剤とともに、必要に応じて公知のグリース用添加剤を含有させることができる。この添加剤として、例えば、有機亜鉛化合物、アミン系、フェノール系化合物等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾールなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤、金属スルホネート、多価アルコールエステルなどの防錆剤、有機モリブデンなどの摩擦低減剤、エステル、アルコールなどの油性剤、りん系化合物などの摩耗防止剤等が挙げられる。これらを単独または 2 種類以上組み合せて添加できる。
【実施例】
【００２７】
参考実施例１〜参考実施例８
基油の半量に４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート（日本ポリウレタン工業社製商品名のミリオネートＭＴ、以下、ＭＤＩと記す）を表１に示す割合で溶解し、残りの半量の基油にＭＤＩの 2 倍当量となるモノアミンを溶解した。それぞれの配合割合および種類は表１のとおりである。
ＭＤＩを溶解した溶液を撹拌しながらモノアミンを溶解した溶液を加えた後、100℃〜120℃で 30 分間撹拌を続けて反応させて、ジウレア化合物を基油中に生成させた。これにアルミニウム化合物および酸化防止剤を表１に示す配合割合で加えてさらに 100℃〜120℃で 10 分間撹拌した。その後冷却し、三本ロールで均質化し、グリースを得た。
表１において、基油として用いた合成炭化水素油は 40℃における動粘度 30 mm2/sec の新日鉄化学社製、シンフルード６０１を、アルキルジフェニルエーテル油は 40℃における動粘度 97 mm2/sec の松村石油社製、モレスコハイルーブＬＢ１００を、それぞれ用いた。また、酸化防止剤は住友化学社製、ヒンダードフェノールを用いた。
得られたグリースをＳＵＪ２製の転がり軸受に封入し急加減速試験を行なった。試験方法および試験条件を以下に示す。また、結果を表１に併記する。
【００２８】
＜急加減速試験＞
電装補機の一例であるオルタネータの回転べルトを巻きかけたプーリを支持する回転軸を内輪で支持する転がり軸受の急加減速試験を行なった。急加減速試験条件は、回転軸先端に取り付けた試験用軸受に対する負荷荷重を 1960 N 、回転速度は 0 rpm〜18000 rpm で運転条件を設定し、さらに、試験軸受内に 0.1 A の電流が流れる状態で試験を実施した。そして、軸受内に異常剥離が発生し、振動検出器の振動が設定値以上になって発電機が停止する時間（剥離発生寿命時間、h ）を計測した。なお、試験は、500 時間で打ち切った。
【００２９】
参考比較例１〜参考比較例３
参考実施例１に準じる方法で、表１に示す配合割合で、増ちょう剤、基油を選択してベースグリースを調整し、さらに添加剤を配合してグリースを得た。得られたグリースを参考実施例１と同様の試験を行なって評価した。結果を表１に併記する。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１に示すように、各参考実施例の急加減速試験は全て 400 時間以上の優れた結果を示した。これはアルミニウム系添加剤を所定割合で添加したことにより転走面で生じる白色組織変化を伴った特異的な剥離を効果的に防止できたためであると考えられる。
【００３２】
実施例１および比較例２
表２に示す鋼材からなる軸受の内輪および外輪に浸炭窒化処理（１次および２次焼入）を施し、さらに高温焼戻処理を施した転がり軸受を得た。また表１の参考実施例２にて得られたベースグリースに表２に示した添加剤を添加してグリースを得た。このグリースを浸炭処理および焼戻処理済みの上記転がり軸受に封入して試験用軸受を得た。
得られた試験用軸受の急加減速試験（ 0.5 A ）を行なった。試験方法および試験条件を以下に示す。結果を表２に併記する。また、得られた実施例１の試験用軸受について、光学顕微鏡を用いて軌道輪表層部のオーステナイト粒子径を測定した。結果を図３に示す。
【００３３】
＜急加減速試験（ 0.5 A ）＞
電装補機の一例であるオルタネータの回転べルトを巻きかけたプーリを支持する回転軸を内輪で支持する転がり軸受の急加減速試験を行なった。急加減速試験条件は、回転軸先端に取り付けた試験用軸受に対する負荷荷重を 1960 N 、回転速度は 0 rpm〜18000 rpm で運転条件を設定し、浸炭窒化処理鋼を用いた軸受やアルミニウム粉末添加グリース封入軸受でも水素脆性剥離の発現を加速させるために、試験軸受内に流れる電流を 0.5 A に増やして急加減試験を実施した。そして、軸受内に異常剥離が発生し、振動検出器の振動が設定値以上になって発電機が停止する時間（剥離発生寿命時間、h ）を計測した。
【００３４】
比較例１および比較例５
表２に示す鋼材からなる軸受に浸炭窒化処理（１次および２次焼入）を施した転がり軸受を得た。また表１の参考実施例２にて得られたベースグリースに表２に示した添加剤を添加してグリースを得た。このグリースを浸炭処理済みの転がり軸受に封入して試験用軸受を得た。
得られた試験用軸受について上記急加減速試験（ 0.5 A ）を行なった。また、結果を表２に併記する。
【００３５】
比較例３および比較例４
表１の参考実施例２にて得られたベースグリースに表２に示した添加剤を添加してグリースを得た。このグリースを表２に示した鋼材からなる転がり軸受に封入して試験用軸受を得た。
得られた試験用軸受について上記急加減速試験（ 0.5 A ）を行なった。結果を表２に併記する。
【００３６】
【表２】
【００３７】
はじめに急加減速試験条件を 0.1 A から 0.5 A に増加させたことによる水素脆性剥離の加速性については、使用したグリースと鋼材とが同一である表１の参考実施例５と、表２の比較例４とにおいて検証した。参考実施例５は 0.1 A の通電では 500 時間以上剥離しなかったにもかかわらず、比較例４は 0.5 A の通電では 200 時間で水素脆性剥離が発生していることから、剥離の発現に対する試験条件の加速性が立証されている。
【００３８】
比較例１〜比較例２の結果より焼戻温度を高くすると水素脆性剥離を抑制する効果があることがわかる。そして、実施例１の結果より、アルミニウム粉末添加グリースと浸炭窒化２度焼入および高温焼戻の３つを組合せた相乗効果により、水素脆性剥離に対し特に優れた性能を有すことがわかる。そしてこの試験結果は、標準的な軸受鋼ＳＵＪ２材に対しコストアップ要素の少ないグリースおよび熱処理で対策することにより、高い耐水素脆性を確保できることを示している。すなわち安価な対策方法を提示することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のグリース封入転がり軸受は、内輪、外輪および転動体から選ばれた少なくとも一つの軸受部材の表層部にオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番をこえる窒素富化層が形成され、さらに高温焼戻処理を施し、アルミニウム系添加剤を配合したグリースを封入してなるので、転走面で生じる白色組織変化を伴った特異的な剥離を効果的に防止し、飛躍的に水素脆性剥離寿命を長寿命化することができる。このため高速回転と高荷重をともに受ける各種産業機械に用いられる軸受、特にオルタネータ等、自動車電装・補機に用いられる軸受として好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施例を示す深溝玉軸受の断面図である。
【図２】本発明の実施形態における軸受部材の熱処理工程を示す図である。
【図３】実施例における軌道輪表層部を示す図（光学顕微鏡写真）である。
【図４】水素脆性剥離の状態を示す図（光学顕微鏡写真）である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 転がり軸受
２ 内輪
２ａ 内輪転走面
３ 外輪
３ａ 外輪転走面
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ グリース
【技術分野】
【０００１】
本発明は特異性のある水素に起因する脆性剥離を防止したグリース封入転がり軸受に関し、特にオルタネータ、カーエアコン用電磁クラッチ、中間プーリ、電動ファンモータ等の自動車電装補機やモータ等に用いられるグリース封入転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の高速化・コンパクト化が進みエンジン・電装補機用軸受は高速・高荷重・高振動といった過酷な条件下で使用されるようになっている。特にオルタネータで使用される軸受では高速・高荷重回転に伴う軸受自体の発熱と、オルタネータ内のコイルの発熱により一般的な軸受鋼の焼戻温度（約 180℃）を越えるような状況下で使用されている。こういった状況に伴い、オルタネータ用軸受などでは、図４に示すような損傷起点部に白層を伴った特異な剥離が散見されている。この白層の形態は、転動疲労によって生じるＷＥＣ（ White Etching Constituent ）や非金属介在物の周りに発生するバタフライとは違い、転動方向に対して方向性を持たないことが特徴である。この損傷が発生した軸受では明らかに鋼中水素量が増加しており、白層内に存在する亀裂が結晶粒界に沿って非常に内部まで進展していることから、損傷の発生には水素が関与していることは確実と考えられる。以後、この白層を伴う特異な剥離を水素脆性剥離と称することにする。
【０００３】
水素脆性剥離は転動時に発生した化学的に活性な金属新生面の触媒作用で潤滑剤が分解し、発生した水素が鋼中に侵入することにより生じると考えられる。そのため、水素脆性剥離の対策技術として、金属表面が露出しない黒染処理のような表面処理を目的とした軌道輪の転走面に厚さ 0.1〜2.5μm の酸化被膜を形成したグリース封入軸受（特許文献１参照）が有効とされている。また、材質面からの対策方法として、脆性剥離が発生し難いような熱処理を施す方法として転動体、内輪、外輪のうち少なくとも１つの部材に窒素富化層を有し、かつ表層部の球状化炭化物の面積率が 10％以上を占める転がり軸受が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、表面処理に関しては、使用条件の急速な過酷化に伴って金属表面の酸化被膜は摩耗による消失が懸念されるため、恒久的な対策とはいい難い状況が出てきている。また、材料についても水素脆性剥離に対し、多量のクロムを添加することは材料コストアップに繋がるため採用し難く、コストアップ要素の少ない潤滑剤での対策が現在の主流となっているのが実情である。しかし潤滑剤での対策だけでは必ずしも十分であるとはいえない。
【特許文献１】特開平２−１９０６１５号公報
【特許文献２】特開２００４−２７８７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はかかる問題に対処するためになされたものであり、120℃を越える高温下で使用されても水素脆性に起因する軸受転走面での早期剥離を効果的に抑制できるグリース封入転がり軸受の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のグリース封入転がり軸受は、内輪および外輪と、これら内外輪の転走面間に介在する複数の転動体とを備え、上記転動体の周囲にグリースを封入してなる転がり軸受であって、上記内輪、外輪および転動体から選ばれた少なくとも一つの軸受部材の表層部にオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番をこえる窒素富化層が形成され、さらに 200℃〜300℃の焼戻処理が施され表層部の残留オーステナイト量が 15 重量％以下であり、上記グリースは、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなり、上記添加剤はアルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を含有し、該アルミニウム系添加剤の配合割合はベースグリース 100 重量部に対して 0.05 重量部〜10 重量部であることを特徴とする。なお、表層部の残留オーステナイト量とは 50μm 深さにおける値を指す。
【０００７】
上記アルミニウム化合物は、炭酸アルミニウムおよび硝酸アルミニウムから選ばれた少なくとも一つの化合物であることを特徴とする。
また、上記増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤であることを特徴とする。
また、上記基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ-α-オレフィン油から選ばれた少なくとも一つの油であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のグリース封入転がり軸受は、第一の効果として軸受鋼の表層部に窒素富化層を形成することで表面硬度が向上し、十分な耐摩耗性を確保できる。耐摩耗性の向上は金属新生面の発生を防ぐ効果がある。また、窒素富化層における鋼のオーステナイト粒度番号が１０番をこえる範囲にあることにより、転動疲労に対する抵抗性が向上するとともに、割れ強度（静的破壊強度）や靭性が向上する。そして、第二の効果として上記特徴を持つ鋼材に対し 200〜300℃高温焼戻を実施し表層部の残留オーステナイト量を 15 重量％以下に減少させることで、ミクロ的な塑性変形に伴うクラックの発生を抑止し、水素脆性剥離寿命の延長を図ることができる。加えて、第三の効果として、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースにアルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を配合したグリースを使用するので、軸受の摩擦摩耗面または摩耗により露出した金属新生面においてアルミニウム系添加剤が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム被膜が軸受転走面に生成し、転走面での水素脆性による特異な剥離の発生を効果的に抑制することができる。
【０００９】
本発明のグリース封入転がり軸受は、これら第一、第二および第三の効果の結果、軸受の長寿命化について飛躍的な向上を図ることができる。このため、オルタネータ、カーエアコン用電磁クラッチ、中間プーリ、電動ファンモータ等の自動車電装部品、補機等の転がり軸受として好適に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
転がり軸受について、水素脆性による転走面での剥離を効果的に防止できる方法について鋭意検討を行なった。検討の結果、ＳＵＪ２等の軸受鋼からなる内輪、外輪および転動体から選ばれた少なくとも一つの部材表層部にオーステナイト粒度番号が１０番をこえる範囲にある窒素富化層を形成し、さらに 200〜300℃の焼戻処理を施し表層部の残留オーステナイト量を 15 重量％以下とした転がり軸受に、アルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を配合したグリースを封入した転がり軸受を用いて、急加減速試験を行なったところ軸受寿命が飛躍的に延長することがわかった。
本発明のグリース封入転がり軸受は、軸受部材の表層部に窒素富化層を形成することで表面硬度が向上し金属新生面の発生を防ぐ第一の効果と、200〜300℃の焼戻処理を施し、表層部の残留オーステナイト量を 15 重量％以下とすることでミクロ的な内部クラックの発生を防止できる第二の効果と、さらに、アルミニウム系添加剤を配合したグリースを使用することで、軸受転走面が活性化、すなわち軸受転走面において、摩擦摩耗面または摩耗により金属新生面が露出したとしても、グリースに配合したアルミニウム系添加剤が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム被膜が軸受転走面に生成され、水素脆性による特異な剥離の発生を抑制する第三の効果とを相乗的に発揮させることができるものと考えられる。本発明は、このような知見に基づくものである。
【００１１】
本発明のグリース封入転がり軸受の実施例について図面にしたがって説明する。図１は本発明の一実施例を示す深溝玉軸受の断面図である。
図１に示す転がり軸受１は、同心に配置された内輪２および外輪３と、内輪転走面２ａ、外輪転走面３ａ間に介在する転動体４と、この転動体４を保持する保持器５と、内、外輪の軸方向両端開口部をシールするシール部材６と、軸受空間に封入されたグリース７とからなる。軸受鋼からなる内輪２、外輪３および転動体４から選ばれた少なくとも一つの軸受部材表層部に窒素富化層を形成し、さらに 200〜300℃の焼戻処理を施し表層部の残留オーステナイト量を 15 重量％以下とした軸受部材を用い、グリース７は後述するアルミニウム系添加剤を含有したものを使用している。
上述した実施形態では、本発明のグリース封入転がり軸受を深溝玉軸受として説明したがアンギュラ軸受やころ軸受等の他形式の転がり軸受にも採用することができる。
【００１２】
本発明のグリース封入転がり軸受は、軸受鋼からなる内輪、外輪および転動体から選ばれた少なくとも一つの部材表層部にオーステナイト粒度番号が１０番をこえる範囲にある窒素富化層を形成し、さらに 200〜300℃の焼戻処理を施し表層部の残留オーステナイト量を 15 重量％以下とする一連の熱処理を施されている。軸受鋼としては、例えば標準軸受鋼（ＪＩＳ-ＳＵＪ２（Ｃｒ：1.3〜1.6 重量％））が挙げられる。
【００１３】
上記軸受用部材を作成する熱処理工程の例を図２を用いて説明する。図２は本発明の実施形態における軸受部材の熱処理工程を示す図である。図２に示すように本発明の実施形態における軸受部材の熱処理工程は、１次焼入工程と２次焼入工程と焼戻工程とからなり、１次焼入工程は浸炭窒化工程Ａと、第１の冷却工程Ｂとを含み、２次焼入工程は再加熱工程Ｃと、第２の冷却工程Ｄとを含んでいる。
まず、１次焼入工程において鋼製部材を約 730℃であるＡ1 変態点（以下、Ａ1 点と記す）以上の温度で浸炭窒化する浸炭窒化工程Ａが実施される。具体的には、成形工程において転動部材の概略形状に成形された鋼製部材はＡ1 点以上の温度である 800℃以上 1000℃以下の温度Ｔ1 、例えば 850℃に加熱され、60分間以上 300分間以下の時間、例えば 150分間保持される。このとき、鋼製部材はＲＸガスにアンモニア（ＮＨ3 ）を添加した雰囲気において加熱されて、表層部の炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度に調整される。これにより、浸炭窒化工程Ａが完了する。その後、鋼製部材が、例えば油中に浸漬されることにより（油冷）、Ａ1 点以上の温度からＭs 点以下の温度に冷却される第１の冷却工程Ｂが実施される。これにより１次焼入処理が完了する。
【００１４】
次に、２次焼入工程に入る。１次焼入処理が施された鋼製部材はＡ1 点以上の温度である 730℃以上 830℃以下の温度Ｔ2 、例えば 810℃に再び加熱される再加熱工程Ｃが実施され、その後 30分間以上 120分間以下の時間、例えば 50分間保持される。このとき、浸炭窒化処理において調整された炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度となるように、例えば脱炭を防止するため、例えばＲＸガスを含む雰囲気において加熱される。さらに、鋼製部材が、例えば油冷されることにより、Ａ1 点以上の温度からＭs マルテンサイト変態点（以下、Ｍs 点と記す）以下の温度に急冷されて焼入硬化される第２の冷却工程Ｄが実施される。これにより２次焼入処理が完了する。
【００１５】
さらに２次焼入処理が完了した鋼製部材はＡ1 点以下の温度である 200℃以上 300℃以下の温度、例えば 260℃に加熱され、30分間以上 240分間以下の時間、例えば 120分間保持されて、その後冷却され焼戻工程Ｅが完了する。
【００１６】
以上の手順により、本発明の実施形態における軸受部材の熱処理工程は完了する。ここで、温度Ｔ2 は、オーステナイト結晶粒を小さくする観点から、前述のように 760℃以上 830℃以下とすることが望ましい。また、同様の観点から、温度Ｔ2 はＴ1 よりも低い温度とすることが好ましい。さらに、再加熱工程における鋼製部材の表層部の昇温速度は、Ａ1 点において 3℃／分以上であることが好ましい。これにより、旧オーステナイト結晶粒の大きさのバラツキが小さい整粒組織を有する鋼からなる軸受部材を製造することができる。
【００１７】
なお、上述の再加熱工程における鋼製部材の表層部の昇温速度は、例えば以下のように測定することができる。すなわち、鋼製部材の表層部に熱電対を接続し、再加熱工程における当該表層部の温度の推移を測定し、記録する。そして、当該表層部の温度が上昇してＡ1 点を通過する前後の 5℃の範囲における 1 分間あたりの温度上昇（昇温速度）を算出する。この昇温速度が 3℃／分以上であれば、上述の条件、すなわち再加熱工程における鋼製部材の表層部の昇温速度は、Ａ1 点において 3℃／分以上であることを満たす。
【００１８】
上記熱処理の中で高温焼戻を実施し、内部の残留オーステナイト量を減少させることで、ミクロ的な塑性変形に伴う局部的なクラックの発生を抑止することができる。外部から侵入してきた水素原子は鋼中の変位やクラックにトラップされて局部的に鋼材の強度を低下させるため、脆化を伴った剥離に到ると推測される。すなわち、高温焼戻の実施により、水素脆性剥離寿命の延長を図ることができる。ただし、高温焼戻による表層部の残留オーステナイト量の減少は表面硬度を低下させるため、疲労強度の低下に繋がる。しかし、微細な結晶粒で形成される窒化富化層は降伏点の低下を抑制する効果があるため、疲労強度の低下を少なく抑えることができる。
そして、高温部で使用される場合、水素脆性と共に残留オーステナイトがマルテンサイト変態する際に生じる膨張による寸法変化も問題となる。寸法変化による軸受内すきまの増加は、振動・衝撃荷重の原因となり早期剥離を誘発する。窒化処理を実施するとオーステナイトが安定化するため、表層部には 15 重量％をこえるオーステナイトが残留する。高温焼戻処理を実施し、予め残留オーステナイトを減少させることで、使用中の寸法変化を抑制することができる。
【００１９】
本発明のグリース封入転がり軸受は、軌道輪等への上記表層改質に加えて、アルミニウム系添加剤を配合したグリースを使用することを特徴としている。
本発明に用いるアルミニウム系添加剤は、アルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つである。アルミニウム化合物としては、炭酸アルミニウム、硫化アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウムおよびその水和物、硫酸アルミニウム、フッ化アルミニウム、臭化アルミニウム、よう化アルミニウム、酸化アルミニウムおよびその水和物、水酸化アルミニウム、セレン化アルミニウム、テルル化アルミニウム、りん酸アルミニウム、りん化アルミニウム、アルミン酸リチウム、アルミン酸マグネシウム、セレン酸アルミニウム、チタン酸アルミニウム、ジルコン酸アルミニウム等の無機アルミニウム、安息香酸アルミニウム、クエン酸アルミニウム等の有機アルミニウムが挙げられる。これらアルミニウム系添加剤は、１種類または２種類を混合してグリースに添加してもよい。
本発明において特に好ましいのは、耐熱耐久性に優れ、熱分解しにくいため、極圧性効果の高いアルミニウム粉末である。
【００２０】
アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース 100 重量部に対して 0.05 重量部 〜10 重量部である。すなわち、（１）アルミニウム系添加剤がアルミニウム粉末のみである場合、ベースグリース 100 重量部に対してアルミニウム粉末を 0.05〜10 重量部、（２）アルミニウム系添加剤がアルミニウム化合物のみである場合、ベースグリース 100 重量部に対してアルミニウム化合物を 0.05〜10 重量部、（３）アルミニウム系添加剤がアルミニウム粉末とアルミニウム化合物とである場合、ベースグリース 100 重量部に対して、アルミニウム粉末とアルミニウム化合物とを合せて 0.05〜10 重量部配合する。
アルミニウム系添加剤の配合割合が 0.05 重量部未満であると水素脆性による転走面での剥離を効果的に防止できない。また 10 重量部をこえても剥離防止効果がそれ以上に向上しない。
【００２１】
本発明に使用できる基油としては、スピンドル油、冷凍機油、タービン油、マシン油、ダイナモ油等の鉱油、高度精製鉱油、流動パラフィン、ポリブテン、フィッシャー・トロプシュ法により合成されたＧＴＬ油、ポリ-α-オレフィン油、アルキルナフタレン、脂環式化合物等の炭化水素系合成油、または、天然油脂、ポリオールエステル油、りん酸エステル油、ポリマーエステル油、芳香族エステル油、炭酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、アルキルベンゼン油、フッ素化油等の非炭化水素系合成油等を使用できる。
これらの中で、耐熱性と潤滑性に優れたアルキルジフェニルエーテル油、または、ポリ-α-オレフィン油を用いることが好ましい。
【００２２】
本発明に使用できる増ちょう剤としては、ベントン、シリカゲル、フッ素化合物、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、力ルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物が挙げられる。
これらの中で、耐熱性、コスト等を考慮するとウレア系化合物が望ましい。
【００２３】
ウレア系化合物は、イソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させることにより得られる。反応性のある遊離基を残さないため、イソシアネート化合物のイソシアネート基とアミン化合物のアミノ基とは略当量となるように配合することが好ましい。
【００２４】
ジウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミンとの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネー卜等が挙げられ、モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、アニリン、ｐ-トルイジン、シクロヘキシルアミン等が挙げられる。ポリウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネート、モノアミンとしては、ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられ、ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等が挙げられる。
【００２５】
基油にウレア系化合物等の増ちょう剤を配合して、上記アルミニウム系添加剤等を配合するためのベースグリースが得られる。ウレア系化合物を増ちょう剤とするベースグリースは、基油中でイソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させて作製する。
ベースグリース 100 重量部中に占める増ちょう剤の配合割合は、1 〜40 重量部、好ましくは 3 〜25 重量部配合される。増ちょう剤の含有量が 1 重量部未満では、増ちょう効果が少なくなり、グリース化が困難となり、 40 重量部をこえると得られたベースグリースが硬くなりすぎ、所期の効果が得られ難くなる。
【００２６】
また、アルミニウム系添加剤とともに、必要に応じて公知のグリース用添加剤を含有させることができる。この添加剤として、例えば、有機亜鉛化合物、アミン系、フェノール系化合物等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾールなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤、金属スルホネート、多価アルコールエステルなどの防錆剤、有機モリブデンなどの摩擦低減剤、エステル、アルコールなどの油性剤、りん系化合物などの摩耗防止剤等が挙げられる。これらを単独または 2 種類以上組み合せて添加できる。
【実施例】
【００２７】
参考実施例１〜参考実施例８
基油の半量に４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート（日本ポリウレタン工業社製商品名のミリオネートＭＴ、以下、ＭＤＩと記す）を表１に示す割合で溶解し、残りの半量の基油にＭＤＩの 2 倍当量となるモノアミンを溶解した。それぞれの配合割合および種類は表１のとおりである。
ＭＤＩを溶解した溶液を撹拌しながらモノアミンを溶解した溶液を加えた後、100℃〜120℃で 30 分間撹拌を続けて反応させて、ジウレア化合物を基油中に生成させた。これにアルミニウム化合物および酸化防止剤を表１に示す配合割合で加えてさらに 100℃〜120℃で 10 分間撹拌した。その後冷却し、三本ロールで均質化し、グリースを得た。
表１において、基油として用いた合成炭化水素油は 40℃における動粘度 30 mm2/sec の新日鉄化学社製、シンフルード６０１を、アルキルジフェニルエーテル油は 40℃における動粘度 97 mm2/sec の松村石油社製、モレスコハイルーブＬＢ１００を、それぞれ用いた。また、酸化防止剤は住友化学社製、ヒンダードフェノールを用いた。
得られたグリースをＳＵＪ２製の転がり軸受に封入し急加減速試験を行なった。試験方法および試験条件を以下に示す。また、結果を表１に併記する。
【００２８】
＜急加減速試験＞
電装補機の一例であるオルタネータの回転べルトを巻きかけたプーリを支持する回転軸を内輪で支持する転がり軸受の急加減速試験を行なった。急加減速試験条件は、回転軸先端に取り付けた試験用軸受に対する負荷荷重を 1960 N 、回転速度は 0 rpm〜18000 rpm で運転条件を設定し、さらに、試験軸受内に 0.1 A の電流が流れる状態で試験を実施した。そして、軸受内に異常剥離が発生し、振動検出器の振動が設定値以上になって発電機が停止する時間（剥離発生寿命時間、h ）を計測した。なお、試験は、500 時間で打ち切った。
【００２９】
参考比較例１〜参考比較例３
参考実施例１に準じる方法で、表１に示す配合割合で、増ちょう剤、基油を選択してベースグリースを調整し、さらに添加剤を配合してグリースを得た。得られたグリースを参考実施例１と同様の試験を行なって評価した。結果を表１に併記する。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１に示すように、各参考実施例の急加減速試験は全て 400 時間以上の優れた結果を示した。これはアルミニウム系添加剤を所定割合で添加したことにより転走面で生じる白色組織変化を伴った特異的な剥離を効果的に防止できたためであると考えられる。
【００３２】
実施例１および比較例２
表２に示す鋼材からなる軸受の内輪および外輪に浸炭窒化処理（１次および２次焼入）を施し、さらに高温焼戻処理を施した転がり軸受を得た。また表１の参考実施例２にて得られたベースグリースに表２に示した添加剤を添加してグリースを得た。このグリースを浸炭処理および焼戻処理済みの上記転がり軸受に封入して試験用軸受を得た。
得られた試験用軸受の急加減速試験（ 0.5 A ）を行なった。試験方法および試験条件を以下に示す。結果を表２に併記する。また、得られた実施例１の試験用軸受について、光学顕微鏡を用いて軌道輪表層部のオーステナイト粒子径を測定した。結果を図３に示す。
【００３３】
＜急加減速試験（ 0.5 A ）＞
電装補機の一例であるオルタネータの回転べルトを巻きかけたプーリを支持する回転軸を内輪で支持する転がり軸受の急加減速試験を行なった。急加減速試験条件は、回転軸先端に取り付けた試験用軸受に対する負荷荷重を 1960 N 、回転速度は 0 rpm〜18000 rpm で運転条件を設定し、浸炭窒化処理鋼を用いた軸受やアルミニウム粉末添加グリース封入軸受でも水素脆性剥離の発現を加速させるために、試験軸受内に流れる電流を 0.5 A に増やして急加減試験を実施した。そして、軸受内に異常剥離が発生し、振動検出器の振動が設定値以上になって発電機が停止する時間（剥離発生寿命時間、h ）を計測した。
【００３４】
比較例１および比較例５
表２に示す鋼材からなる軸受に浸炭窒化処理（１次および２次焼入）を施した転がり軸受を得た。また表１の参考実施例２にて得られたベースグリースに表２に示した添加剤を添加してグリースを得た。このグリースを浸炭処理済みの転がり軸受に封入して試験用軸受を得た。
得られた試験用軸受について上記急加減速試験（ 0.5 A ）を行なった。また、結果を表２に併記する。
【００３５】
比較例３および比較例４
表１の参考実施例２にて得られたベースグリースに表２に示した添加剤を添加してグリースを得た。このグリースを表２に示した鋼材からなる転がり軸受に封入して試験用軸受を得た。
得られた試験用軸受について上記急加減速試験（ 0.5 A ）を行なった。結果を表２に併記する。
【００３６】
【表２】
【００３７】
はじめに急加減速試験条件を 0.1 A から 0.5 A に増加させたことによる水素脆性剥離の加速性については、使用したグリースと鋼材とが同一である表１の参考実施例５と、表２の比較例４とにおいて検証した。参考実施例５は 0.1 A の通電では 500 時間以上剥離しなかったにもかかわらず、比較例４は 0.5 A の通電では 200 時間で水素脆性剥離が発生していることから、剥離の発現に対する試験条件の加速性が立証されている。
【００３８】
比較例１〜比較例２の結果より焼戻温度を高くすると水素脆性剥離を抑制する効果があることがわかる。そして、実施例１の結果より、アルミニウム粉末添加グリースと浸炭窒化２度焼入および高温焼戻の３つを組合せた相乗効果により、水素脆性剥離に対し特に優れた性能を有すことがわかる。そしてこの試験結果は、標準的な軸受鋼ＳＵＪ２材に対しコストアップ要素の少ないグリースおよび熱処理で対策することにより、高い耐水素脆性を確保できることを示している。すなわち安価な対策方法を提示することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のグリース封入転がり軸受は、内輪、外輪および転動体から選ばれた少なくとも一つの軸受部材の表層部にオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番をこえる窒素富化層が形成され、さらに高温焼戻処理を施し、アルミニウム系添加剤を配合したグリースを封入してなるので、転走面で生じる白色組織変化を伴った特異的な剥離を効果的に防止し、飛躍的に水素脆性剥離寿命を長寿命化することができる。このため高速回転と高荷重をともに受ける各種産業機械に用いられる軸受、特にオルタネータ等、自動車電装・補機に用いられる軸受として好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施例を示す深溝玉軸受の断面図である。
【図２】本発明の実施形態における軸受部材の熱処理工程を示す図である。
【図３】実施例における軌道輪表層部を示す図（光学顕微鏡写真）である。
【図４】水素脆性剥離の状態を示す図（光学顕微鏡写真）である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 転がり軸受
２ 内輪
２ａ 内輪転走面
３ 外輪
３ａ 外輪転走面
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ グリース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪および外輪と、これら内外輪の転走面間に介在する複数の転動体とを備え、前記転動体の周囲にグリースを封入してなる転がり軸受であって、
前記内輪、外輪および転動体から選ばれた少なくとも一つの軸受部材の表層部にオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番をこえる窒素富化層が形成され、さらに 200〜300℃の焼戻処理が施され表層部の残留オーステナイト量が 15 重量％以下であり、
前記グリースは、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなり、前記添加剤はアルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を含有し、該アルミニウム系添加剤の配合割合はベースグリース 100 重量部に対して 0.05〜10 重量部であることを特徴とするグリース封入転がり軸受。
【請求項２】
前記アルミニウム化合物は、炭酸アルミニウムおよび硝酸アルミニウムから選ばれた少なくとも一つの化合物であることを特徴とする請求項１記載のグリース封入転がり軸受。
【請求項３】
前記増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のグリース封入転がり軸受。
【請求項４】
前記基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ-α-オレフィン油から選ばれた少なくとも一つの油であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のグリース封入転がり軸受。
【請求項１】
内輪および外輪と、これら内外輪の転走面間に介在する複数の転動体とを備え、前記転動体の周囲にグリースを封入してなる転がり軸受であって、
前記内輪、外輪および転動体から選ばれた少なくとも一つの軸受部材の表層部にオーステナイト結晶粒の粒度番号が１０番をこえる窒素富化層が形成され、さらに 200〜300℃の焼戻処理が施され表層部の残留オーステナイト量が 15 重量％以下であり、
前記グリースは、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなり、前記添加剤はアルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を含有し、該アルミニウム系添加剤の配合割合はベースグリース 100 重量部に対して 0.05〜10 重量部であることを特徴とするグリース封入転がり軸受。
【請求項２】
前記アルミニウム化合物は、炭酸アルミニウムおよび硝酸アルミニウムから選ばれた少なくとも一つの化合物であることを特徴とする請求項１記載のグリース封入転がり軸受。
【請求項３】
前記増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のグリース封入転がり軸受。
【請求項４】
前記基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ-α-オレフィン油から選ばれた少なくとも一つの油であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のグリース封入転がり軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−７５８１６（Ｐ２００８−７５８１６Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５７６１５（Ｐ２００６−２５７６１５）
【出願日】平成１８年９月２２日（２００６．９．２２）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２２日（２００６．９．２２）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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