転がり軸受及びそれを備えたダンパー付きプーリー
【課題】微小揺動時や外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面におけるフレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受及びそれを備えたダンパー付きプーリーを提供する。
【解決手段】相対回転する外方環状部材２及び内方環状部材４と、外方環状部材２及び内方環状部材４の互いに対向する軌道溝間で転動する複数の転動体６を備える転がり軸受１であって、転動体６は、質量比でジルコニア‐イットリア成分：アルミナ成分＝５０：５０〜９５：５の割合で含有して形成されており、ジルコニア‐イットリア成分は、イットリアの含有率が１．５モル％以上５．０モル％以下の範囲内であるジルコニアから形成されている。
【解決手段】相対回転する外方環状部材２及び内方環状部材４と、外方環状部材２及び内方環状部材４の互いに対向する軌道溝間で転動する複数の転動体６を備える転がり軸受１であって、転動体６は、質量比でジルコニア‐イットリア成分：アルミナ成分＝５０：５０〜９５：５の割合で含有して形成されており、ジルコニア‐イットリア成分は、イットリアの含有率が１．５モル％以上５．０モル％以下の範囲内であるジルコニアから形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受及びそれを備えたダンパー付きプーリーに係り、例えば、自動車のオルタネータ等に用いるダンパー付きプーリーが備える転がり軸受に対し、微小揺動時に生じるフレッチング摩耗を防止する転がり軸受及びそれを備えたダンパー付きプーリーに好適な技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のクランクシャフトとオルタネータとを連結する回転伝達系においては、エンジン燃焼工程によるクランクシャフトの回転方向の増速・減速が頻繁に繰り返されるような回転変動が生じる。そのため、エンジン動力を用いて、ベルトを介してオルタネータ発電軸と一体となったプーリーを駆動させている構造においては、ベルト速度が加減速する際に、駆動プーリーとベルトとの間で滑りが生じやすく、ベルト鳴きが誘発され易かった。
そこで、上記の回転伝達系に好適なプーリー、すなわち、プーリー回転方向のトルク変動を抑制するような構造として、例えば、特許文献１に記載されているように、相対回転可能な二つの回転体の間に弾性部材を介したダンパー付きプーリーの構造等が積極的に採用されている。
【０００３】
二つの回転体の間に弾性部材を介したダンパー付きプーリーとしては、例えば、図１０に示すものがある。なお、図１０は、従来例のダンパー付きプーリーの構成を示す図である。
図１０中に示すように、このダンパー付きプーリー３２は、図外のオルタネータ側のみに配置した転がり軸受１を介して、プーリー２８とハブ３０が相対回転する構成となっている。
【０００４】
転がり軸受１は、相対回転する外方環状部材２及び内方環状部材４と、外方環状部材２及び内方環状部材４の互いに対向する軌道溝間で転動する複数の転動体６と、弾性部材３４を備えている。ここで、外方環状部材２は、プーリー２８の内周側に配置されており、内方環状部材４は、ハブ３０の外周側に配置されている。また、転動体６は、鋼球等の球（ボール）を用いて形成され、外方環状部材２及び内方環状部材４は、金属材料である軸受鋼を用いて形成されている。
【０００５】
そして、このような転がり軸受１を備えたダンパー付きプーリー３２では、転がり軸受１が片側のみ、具体的には、オルタネータ側にのみ配置されているため、オルタネータの作動時等、ダンパー付きプーリー３２がクランクシャフト（図示せず）等、外部からの振動を受けた際に、転がり軸受１が、外方環状部材２及び内方環状部材４の軸方向に微小揺動することとなる。
【０００６】
転がり軸受１が、外方環状部材２及び内方環状部材４の軸方向に微小揺動すると、転動体６の表面や、外方環状部材２及び内方環状部材４が有する軌道溝（転動体６が転がる溝）の表面に、衝撃的な繰返し荷重が加わる。
衝撃的な繰返し荷重が発生すると、転動体６と軌道溝との接触点に、微小滑りが発生しやすくなる。また、転がり軸受１の非稼動状態において、グリース等の潤滑油が転動体６や軌道溝の表面へ十分に供給されておらず、油膜が十分に形成されていない状態で、転動体６と軌道溝との接触点に微小滑りが発生すると、金属同士（外方環状部材２及び内方環状部材４と、転動体６）が接触してしまう。
【０００７】
金属同士の接触による微小滑りが発生すると、転動体６の表面や軌道溝の表面に、フレッチング摩耗が生じることになる。また、転がり軸受１が外部からの振動を受けた場合、転動体６と軌道溝との接触面がほとんど変化しないため、グリース等の潤滑油を転動体６や軌道溝の表面へ十分に供給することが困難であり、フレッチング摩耗を抑制することが困難である。
【０００８】
上記のようなフレッチング摩耗が生じると、転動体６及び軌道溝の表面形状の精度が悪化し、軸受トルクの増大や、損傷部を起点とした剥離等、様々な不具合が生じて、音響レベルの増加や、回転精度の著しい低下が発生するおそれがある。
このような問題に対し、転動体及び軌道溝の摩耗、特に、フレッチング摩耗を軽減する技術として、例えば、特許文献２に記載の技術や、特許文献３に記載の技術や、特許文献４に記載の技術が開示されている。
【０００９】
特許文献２に記載の技術は、転動体として、鋼材等の金属材料を用いて形成した鋼球の代わりに、セラミックスを用いて形成したセラミックボールを使用するものである。ここで、セラミックスは、外方環状部材及び内方環状部材を構成する鋼の平均線膨張率との差が小さい材料である。また、特許文献２に記載の技術では、セラミックボールを、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分（例えば、９９．５質量％以上含有）として形成している。
【００１０】
また、特許文献３に記載の技術は、転がり軸受の有効仕事量（＝有効接触面積×平均面圧×すべり量×摩擦係数）を求め、この有効仕事量に基づいて、フレッチング摩耗による異音の発生を予測するものである。
また、特許文献４に記載の技術は、外方環状部材の外径、内方環状部材の内径及び転動体のピッチ円直径等、転がり軸受の内部の設計を変更することにより、転がり軸受の微小揺動時における振幅比を大きくして、油膜を確保するものである。
また、特許文献２から４に記載の技術以外にも、例えば、転動体（ボール）の転がり方向に微小揺動が生じる際のフレッチング摩耗対策として、転がり軸受の振幅比を大きくするために、軌道溝の曲率（Ｒ）を小さくする技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００８−５２８９０６号公報
【特許文献２】特開２００５−１８８７２６号公報
【特許文献３】特開２００５−１０１３４号公報
【特許文献４】特開２０１０−６５８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、セラミックスは、鋼材と比較して高価であるため、上述した特許文献２に記載の技術のように、転動体としてセラミックボールを使用すると、転動体として鋼球を使用した転がり軸受と比較して、部品コストが増加するという問題が発生する。また、転動体としてセラミックボールを使用した場合であっても、転がり軸受に加わる微小揺動や外部からの振動によっては、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受を提供することは困難である。
【００１３】
また、上述した特許文献３に記載の技術では、フレッチング摩耗による異音の発生を予測することは可能であるが、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受を提供することは困難である。
また、上述した特許文献４に記載の技術では、設計段階で想定された以上の微小揺動や外部からの振動が転がり軸受に加わった場合、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受を提供することは困難である。また、特許文献４に記載の技術のように、転がり軸受内部の設計変更には限界があり、全ての使用条件に適応させることは困難である。
【００１４】
また、ダンパー付きプーリーに用いる転がり軸受は、転動体が外方環状部材及び内方環状部材の軸方向に微小揺動するため、転がり軸受の振幅比を大きくするためには、軌道溝の曲率を大きくする必要があるため、上述した従来技術の適用は困難である。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、転がり軸受の微小揺動時や、転がり軸受に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な、転がり軸受及びそれを備えたダンパー付きプーリーを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のうち、請求項１に記載した発明は、相対回転する外方環状部材及び内方環状部材と、前記外方環状部材及び前記内方環状部材の互いに対向する軌道溝間で転動する複数の転動体と、を備える転がり軸受であって、
前記転動体は、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）成分とを質量比でジルコニア‐イットリア成分：アルミナ成分＝５０：５０〜９５：５の割合で含有して形成されており、
前記ジルコニア‐イットリア成分は、イットリアの含有率が１．５モル％以上５．０モル％以下の範囲内であるジルコニアから形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明によると、ジルコニア‐イットリア成分とアルミナ成分とを質量比でジルコニア‐イットリア成分：アルミナ成分＝５０：５０〜９５：５の割合で含有して、転動体を形成している。さらに、ジルコニア‐イットリア成分を、イットリアの含有率が１．５モル％以上５．０モル％以下の範囲内であるジルコニアから形成している。
このため、転動体を、例えば、軸受け鋼（ＳＵＪ２等）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を材料として形成した場合と比較して、転がり軸受の微小揺動時や、転がり軸受に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となる。
【００１７】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した転がり軸受であって、前記ジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率は、３．０モル％であることを特徴とするものである。
本発明によると、転動体の材料である微粉末が含有している、ジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率を、３．０モル％としている。
このため、ジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率を、３．０モル％未満または３．０モル％を超える値とした場合と比較して、転がり軸受の微小揺動時や、転がり軸受に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となる。
【００１８】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１または請求項２に記載した転がり軸受であって、前記転がり軸受の微小揺動または転がり軸受へ外部から加わる振動により発生する前記転動体の振幅を該転動体がヘルツ接触する前記軌道溝に生じるヘルツ接触円の直径で割った振幅比が、１．６以下であることを特徴とするものである。
本発明によると、転がり軸受の微小揺動または転がり軸受へ外部から加わる振動により発生する転動体の振幅を該転動体がヘルツ接触する軌道溝に生じるヘルツ接触円の直径で割った振幅比が、１．６以下である。
このため、上記の振幅比を、１．６を超える値とした場合と比較して、転がり軸受の微小揺動時、または、転がり軸受へ外部から振動が加わった際における転動体の振幅を、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制可能な値とすることが可能となる。
【００１９】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載した転がり軸受と、前記外方環状部材の外周側に配置されて外方環状部材と共に回転するプーリーと、前記内方環状部材の内周側に配置されて内方環状部材と共に回転するハブと、を備えることを特徴とするダンパー付きプーリーである。
本発明によると、ダンパー付きプーリーを、転がり軸受の微小揺動時や、転がり軸受に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受を備えて構成している。
このため、転がり軸受の微小揺動時や、転がり軸受に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となり、ダンパー付きプーリーの作動性及び耐久性を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、転動体を、例えば、軸受け鋼や窒化珪素を材料として形成した場合と比較して、転がり軸受の微小揺動時や、転がり軸受に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となる。
これにより、転がり軸受の微小揺動時や、転がり軸受に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な、転がり軸受及びそれを備えたダンパー付きプーリーを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態の転がり軸受を示す断面図である。
【図２】転がり軸受の微小揺動時における振幅と、転がり軸受の微小揺動時において、転動体がヘルツ接触する軌道溝に生じるヘルツ接触円とを示す模式図である。
【図３】試験装置の構成を示す図である。
【図４】図３のＩＶ‐ＩＶ線断面図である。
【図５】耐摩耗試験を行った球試験片の表面形状を示す図である。
【図６】図５のＶＩ‐ＶＩ線断面図である。
【図７】フレッチング摩耗による損傷の評価を示す図である。
【図８】摩耗痕に対して元素の量を分析した結果を示す図である。
【図９】摩耗痕に対して元素の量を分析した結果を示す図である。
【図１０】従来例のダンパー付きプーリーの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」と記載する）について、図面を参照しつつ説明する。
（第一実施形態）
（構成）
まず、図１を用いて、転がり軸受１の構成を説明する。
図１は、本実施形態の転がり軸受１を示す断面図である。
図１中に示すように、転がり軸受１は、外方環状部材２（外輪）と、内方環状部材４（内輪）と、複数の転動体６とを備えている。
外方環状部材２は、金属材料である軸受鋼を用いて形成された、内方環状部材４よりも大径の環状部材であり、その内径面に、外方転動体軌道溝８を有している。外方転動体軌道溝８は、転動体６の形状に応じた、断面円弧状の溝である。
【００２３】
内方環状部材４は、金属材料である軸受鋼を用いて形成された、外方環状部材２よりも小径の環状部材であり、その外径面に、外方転動体軌道溝８と対向する内方転動体軌道溝１０を有している。また、内方環状部材４は、外方環状部材２の内径側に配置されている。内方転動体軌道溝１０は、外方転動体軌道溝８と同様、転動体６の形状に応じた、断面円弧状の溝である。
【００２４】
各転動体６は、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）成分とを、質量比でジルコニア‐イットリア成分：アルミナ成分＝５０：５０〜９５：５の割合で含有して形成している。
これに加え、各転動体６は、微粉末が含有するジルコニア‐イットリア成分を、イットリアの含有率が１．５モル％以上５．０モル％以下の範囲内であるジルコニアから形成している。
【００２５】
また、本実施形態では、一例として、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分中におけるイットリア（Ｙ２Ｏ３）の含有率が、３．０モル％である場合について説明する。
また、各転動体６は、それぞれ、互いに対向する軌道溝間、すなわち、外方転動体軌道溝８と内方転動体軌道溝１０との間へ、転動自在に装填されている。これにより、外方環状部材２と内方環状部材４は、各転動体６の転動を介して、相対回転する。
【００２６】
また、特に図示しないが、外方環状部材２と内方環状部材４との間には、転動体６とともに、グリース等の潤滑剤が配置されている。
なお、潤滑剤としては、例えば、増ちょう剤としてウレアを用いるとともに、基油としてポリ‐α‐オレフィン油を用いたグリースを用いる。
また、上記のグリースとしては、例えば、基油動粘度が１０〜２５０［ｍｍ２／ｓ（温度条件：４０℃）］の範囲内であり、混和ちょう度が２００〜４００の範囲内のグリースを用いる。
【００２７】
（転がり軸受の形状寸法）
本実施形態の転がり軸受１は、転がり軸受１の微小揺動または転がり軸受１へ外部から加わる振動により発生する転動体６の振幅を、転動体６がヘルツ接触する軌道溝（外方転動体軌道溝８、内方転動体軌道溝１０）に生じるヘルツ接触円の直径で割った振幅比を、１．６以下となるように形成する。
以下、図１を参照して、転がり軸受１を上記の振幅比（１．６以下）となるように形成する際に、転がり軸受１の形状寸法に関する設定方法（１）〜（４）を列挙する。なお、下記の設定方法（１）〜（４）は、具体例であり、転がり軸受１の形状寸法に関する設定方法は、これらの方法に限定するものではない。
【００２８】
（１）外方環状部材２の外径Ｄ１、内方環状部材４の内径Ｄ２、転動体６のピッチ円直径ＰＣＤを設定する。
この場合、具体的には、外方環状部材２の外径Ｄ１及び内方環状部材４の内径Ｄ２に応じて、転動体６のピッチ円直径ＰＣＤを設定する。
（２）外方環状部材２の外径Ｄ１、内方環状部材４の内径Ｄ２、転動体６のピッチ円直径ＰＣＤに加え、転動体６の直径ＤＢを設定する。
この場合、具体的には、転動体６のピッチ円直径ＰＣＤに応じて、転動体６の直径ＤＢを設定する。
【００２９】
（３）外方環状部材２の外径Ｄ１、内方環状部材４の内径Ｄ２、転動体６のピッチ円直径ＰＣＤ、転動体６の直径ＤＢに加え、外方転動体軌道溝８及び内方転動体軌道溝１０の曲率Ｒを設定する。
この場合、具体的には、転動体６の直径ＤＢに応じて、外方転動体軌道溝８及び内方転動体軌道溝１０の曲率Ｒを設定する。
【００３０】
（４）外方環状部材２の外径Ｄ１、内方環状部材４の内径Ｄ２、転動体６のピッチ円直径ＰＣＤ、転動体６の直径ＤＢ、外方転動体軌道溝８及び内方転動体軌道溝１０の曲率Ｒに加え、転がり軸受１の運転時における、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との、外方環状部材２及び内方環状部材４の径方向に沿った隙間を設定する。
この場合、具体的には、外方転動体軌道溝８及び内方転動体軌道溝１０との隙間に応じて、転動体６の直径ＤＢを設定する。
【００３１】
（転がり軸受の振幅比）
次に、図１を参照しつつ、図２を用いて、転がり軸受１の振幅比について説明する。
ここで、本実施形態における転がり軸受１の振幅比とは、上述したように、転がり軸受１の微小揺動または転がり軸受１へ外部から加わる振動により発生する転動体６の振幅を、転動体６がヘルツ接触する軌道溝（外方転動体軌道溝８、内方転動体軌道溝１０）に生じるヘルツ接触円の直径で割った振幅比である。
【００３２】
図２は、転がり軸受１の微小揺動時に発生する転動体６の振幅と、転がり軸受１の微小揺動時において、転動体６がヘルツ接触する軌道溝（外方転動体軌道溝８、内方転動体軌道溝１０）に生じるヘルツ接触円とを示す模式図である。
図２中に示すように、転がり軸受１の微小揺動時における振幅比は、転がり軸受１の微小揺動時に発生する転動体６の振幅Ａを、転動体６がヘルツ接触する軌道溝（外方転動体軌道溝８、内方転動体軌道溝１０）に生じるヘルツ接触円の直径ＤＣで割った値である。
なお、特に図示しないが、転がり軸受１へ外部から加わる振動により発生する転動体６の振幅を、転動体６がヘルツ接触する軌道溝（外方転動体軌道溝８、内方転動体軌道溝１０）に生じるヘルツ接触円の直径ＤＣで割った振幅比に関しても、図２中に示した構成と同様であるため、その説明は省略する。
【００３３】
（試験装置の構成）
以下、図１を参照しつつ、図３及び図４を用いて、フレッチング特性の評価試験に用いる試験装置の構成を説明する。
図３は、転がり軸受１の微小揺動時に、転動体６と軌道溝（外方転動体軌道溝８、内方転動体軌道溝１０）との接触面において発生する、フレッチング摩耗の特性（以下、「フレッチング特性」と記載する場合がある）の測定に用いる、試験装置１２の構成を示す図である。また、図４は、図３のＩＶ‐ＩＶ線断面図である。なお、図４中には、説明のために、後述する揺動付加環状部材２２と球試験片２０ａ〜２０ｃのみを示している。
図３及び図４中に示すように、試験装置１２は、荷重付加部１４と、微小揺動付加部１６とを備えている。
【００３４】
また、フレッチング特性の測定には、図３及び図４中に示すように、公知のスラスト玉軸受と類似した構成の試験用軸受１８を用いる。
すなわち、試験用軸受１８は、互いに対向する軌道溝を有し、厚さ方向に積層した二つの環状部材と、これらの環状部材が有する軌道溝間に装填された三個の球試験片２０ａ〜２０ｃを備えている。
なお、図３及び図４中と、以降の説明では、二つの環状部材のうち上方に配置された環状部材を、揺動付加環状部材２２と記載し、二つの環状部材のうち下方に配置された環状部材を、平板試験片２４と記載する。
【００３５】
荷重付加部１４は、平板試験片２４を、上方へ押圧することにより、試験用軸受１８に対して、試験用軸受１８の軸方向に、荷重（面圧荷重）を付加している。
微小揺動付加部１６は、本体部１６ａと、偏心カム１６ｂと、クランク１６ｃと、回転軸１６ｄと、押圧部１６ｅを備えている。
本体部１６ａは、例えば、ＡＣサーボモータ等の駆動機構を用いて形成してあり、一方向（図中に示す矢印の方向）に回転可能となっている。
偏心カム１６ｂと、クランク１６ｃと、回転軸１６ｄと、押圧部１６ｅは、本体部１６ａと順次接続しており、本体部１６ａが回転すると、この回転を、揺動付加環状部材２２に伝達する。
【００３６】
具体的には、本体部１６ａの回転を、偏心カム１６ｂにより偏心した回転（偏心回転）に変換し、この変換した偏心回転を、クランク１６ｃ及び回転軸１６ｄを介して、押圧部１６ｅに伝達する。そして、偏心回転が伝達された押圧部１６ｅは、揺動付加環状部材２２を平板試験片２４側（下方）へ押圧しながら、偏心回転を揺動付加環状部材２２へ伝達する。このため、試験用軸受１８には、試験用軸受１８の軸方向への微小揺動が加わる。
なお、揺動付加環状部材２２は、三個の球試験片２０ａ〜２０ｃを収容可能な三箇所の凹部を有しており、各凹部内に収容された球試験片２０ａ〜２０ｃは、その一部が揺動付加環状部材２２の平板試験片２４と対向する面から突出して、平板試験片２４と接触している。
【００３７】
また、平板試験片２４は、ＳＵＪ２（軸受け鋼）を材料として用い、平板状に形成されている。
また、三個の球試験片２０ａ〜２０ｃは、公知のスラスト玉軸受が備える転動体に対応する構成であり、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分を材料に含んで形成した球試験片２０ａと、ＳＵＪ２（軸受け鋼）を材料に含んで形成した球試験片２０ｂと、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）を材料に含んで形成した球試験片２０ｃから構成されている。
したがって、球試験片２０ａは、本実施形態の転がり軸受１が備える転動体６と同様の構成となっている。
【００３８】
（フレッチング摩耗による損傷の評価方法）
以下、図１から図４を参照しつつ、図５から図７を用いて、フレッチング摩耗による損傷の評価方法について説明する。
フレッチング摩耗による損傷を評価する際には、まず、試験装置１２を用いて、球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４に対する耐摩耗試験を行う。
【００３９】
ここで、本実施形態では、耐摩耗試験（フレッチング試験）の各種試験条件を、以下のように設定する。
荷重：１２Ｎ（０．７３ＧＰａ）
揺動角：±０．０５°（±１９．２５ｕｍ）
潤滑：ＰＡＯ ３０ｃＳｔ
繰り返し数：３０，１００×１０４ｃｙｃｌｅｓ
球試験片の材料：ＳＵＪ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２‐Ｙ２Ｏ３
平板試験片の材料：ＳＵＪ２
上記の試験条件下で試験装置１２を用いて、球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４に対する耐摩耗試験を行う。その後、この球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４に対し、図５及び図６中に示すように、干渉顕微鏡を用いて、耐摩耗試験を行った球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４の表面形状を測定する。
【００４０】
ここで、図５は、耐摩耗試験を行った球試験片２０ａの表面形状を示す図であり、図６は、図５のＶＩ‐ＶＩ線断面図である。なお、図５中には、耐摩耗試験を行った球試験片２０ａの表面形状を示したが、球試験片２０ｂ及び球試験片２０ｃや平板試験片２４に関しても、同様に示される。
本実施形態では、耐摩耗試験を行った球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４に対する、干渉顕微鏡を用いた表面形状の測定として、簡易的に損傷の度合いを表すために、耐摩耗試験を行った球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４の表面に形成された摩耗痕２６の、最も高い箇所と最も低い箇所との差である摩耗痕差Ｓｔを測定する。
【００４１】
そして、耐摩耗試験を行った球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４に対して測定した摩耗痕差Ｓｔを、図７中に示すように、球試験片２０ａの表面と平板試験片２４のうち球試験片２０ａとの接触面、球試験片２０ｂの表面と平板試験片２４のうち球試験片２０ｂとの接触面、球試験片２０ｃの表面と平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面の三組に分けて比較して、フレッチング摩耗による損傷を評価する。なお、図７は、フレッチング摩耗による損傷の評価を示す図である。また、図７中では、横軸に球試験片２０の種類を示し、縦軸に摩耗痕差Ｓｔ［ｕｍ］を示す。
【００４２】
図７中に示すように、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分を材料に含んで形成され、本実施形態の転がり軸受１が備える転動体６と同様の構成である球試験片２０ａは、ＳＵＪ２（軸受け鋼）を材料に含んで形成した球試験片２０ｂ及びＳｉ３Ｎ４（窒化珪素）を材料に含んで形成した球試験片２０ｃと比較して、球試験片２０の表面と平板試験片２４のうち球試験片２０との接触面に形成された摩耗痕差Ｓｔが小さい。すなわち、球試験片２０ａの表面と平板試験片２４のうち球試験片２０ａとの接触面に発生する、フレッチング摩耗による損傷は、他の二つに発生する損傷よりも小さくなる。
【００４３】
（球試験片の材料と損傷との関係）
以下、図１から図７を参照しつつ、図８及び図９を用いて、球試験片２０ａ〜２０ｃの材料と、試験装置１２により耐摩耗試験を行った球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４に発生した、表面（接触面）の損傷との関係を説明する。
球試験片２０ａは、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分を材料に含んで形成されており、ＳＵＪ２（軸受け鋼）を材料に含んで形成された平板試験片２４とは異種材料となる。このため、球試験片２０ａと平板試験片２４は凝着しにくく、球試験片２０の表面と平板試験片２４のうち球試験片２０との接触面に発生する、フレッチング摩耗による損傷は、ＳＵＪ２（軸受け鋼）を材料に含んで形成した球試験片２０ｂの場合と比較して小さくなる。
【００４４】
しかしながら、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）を材料に含んで形成された球試験片２０ｃも、球試験片２０ａと同様、ＳＵＪ２（軸受け鋼）を材料に含んで形成された平板試験片２４とは異種材料となるが、球試験片２０の表面と平板試験片２４のうち球試験片２０との接触面に発生する、フレッチング摩耗による損傷は、球試験片２０ａと比較して大きい。
この理由を検討するため、試験装置１２により耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ａとの接触面に対し、図８中に示すように、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察と、エネルギ分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ‐ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による元素分析を行った。
【００４５】
なお、図８は、耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ａとの接触面に形成された円状の摩耗痕２６に対し、その径方向に貫通する直線を断面として、四種類の元素（Ｏ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｚｒ）の量を分析した結果を示す図である。また、図８中では、横軸に円状の摩耗痕２６の一端からの距離（Ｄｉｓｔａｎｃｅ［ｕｍ］）を示し、縦軸に各元素の量（Ｃｏｕｎｔｓ）を示す。
また、図８中では、四種類の元素の量を示す線を、それぞれ、「Ｏ」の量を実線で示し、「Ｆｅ」の量を破線で示し、「Ａｌ」の量を点線で示し、「Ｚｒ」の量を「Ｏ」の量を示す線よりも細い実線で示している。さらに、図８中では、円状の摩耗痕２６と重なっている部分を、二箇所の矢印で示している。
【００４６】
また、試験装置１２により耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に対し、図９中に示すように、走査型電子顕微鏡による観察と、エネルギ分散型Ｘ線分析装置による元素分析を行った。
なお、図９は、耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に形成された円状の摩耗痕２６に対し、その径方向に貫通する直線を断面として、四種類の元素（Ｏ，Ｆｅ，Ｎ，Ｓｉ）の量を分析した結果を示す図である。また、図９中では、図８中と同様、横軸に距離を示し、縦軸に各元素の量を示す。
【００４７】
また、図９中では、四種類の元素の量を示す線を、それぞれ、「Ｏ」の量を実線で示し、「Ｆｅ」の量を破線で示し、「Ｎ」の量を点線で示し、「Ｓｉ」の量を「Ｏ」の量を示す線よりも細い実線で示している。さらに、図９中では、図８中と同様、円状の摩耗痕２６と重なっている部分を、二箇所の矢印で示している。
図８中に示されているように、耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ａとの接触面において、摩耗痕２６の円周部には、「Ｏ」の量が多い部分が存在している。
【００４８】
一方、図９中に示されているように、耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面において、摩耗痕２６の円周部には、「Ｓｉ」及び「Ｏ」の量が多い部分が存在している。
この結果により、耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に発生するフレッチング摩耗は、以下に記載するメカニズムによって進行すると考えられる。
【００４９】
上記のフレッチング摩耗が進行するメカニズムは、まず、フレッチング摩耗によるトライボケミカル反応により、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）を材料として含む球試験片２０ｃの表面が酸化する。これにより、球試験片２０ｃの表面に、ＳｉＯ２（二酸化珪素）の層が形成される。
球試験片２０ｃの表面に形成されたＳｉＯ２（二酸化珪素）の層は、その強度が脆いために、球試験片２０ｃの表面から脱落する。これにより、ＳｉＯ２（二酸化珪素）の摩耗粉が、平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に供給されることとなる。
【００５０】
そして、フレッチング摩耗が発生する条件下では、平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に供給されたＳｉＯ２（二酸化珪素）の摩耗粉が、平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面から排出されにくい。このため、ＳｉＯ２（二酸化珪素）の摩耗粉は、平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に留まる。
以上により、平板試験片２４が材料として含むＳＵＪ２（軸受け鋼）よりも硬いＳｉＯ２（二酸化珪素）の摩耗粉によって、平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に三元アブレシブ摩耗が発生し、平板試験片２４の摩耗が加速する。これにより、上記のフレッチング摩耗が進行することとなる。
【００５１】
一方、球試験片２０ａは、酸化物であるジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分を材料に含んで形成されており、また、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分は破壊靭性値も高いため、球試験片２０ｃと異なり、トライボケミカル反応によって、表面にＳｉＯ２（二酸化珪素）の層が形成されることは無い。
したがって、球試験片２０ａには、球試験片２０ｃと異なり、ＳｉＯ２（二酸化珪素）の層が表面から脱落することも無く、また、三元アブレシブ摩耗により平板試験片２４の摩耗が加速することも無い。
【００５２】
以上により、球試験片２０ａの表面と平板試験片２４のうち球試験片２０ａとの接触面に発生する、フレッチング摩耗による損傷は、球試験片２０ｃの表面と平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に発生する、フレッチング摩耗による損傷よりも小さくなったと考えられる。
なお、特に図示しないが、耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ｂとの接触面では、フレッチング摩耗により、球試験片２０ｂと平板試験片２４のうち球試験片２０ｂとの接触面との間に、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の摩耗粉が発生する。
そして、球試験片２０ｂと平板試験片２４のうち球試験片２０ｂとの接触面との間に発生した、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の摩耗粉によって、平板試験片２４のうち球試験片２０ｂとの接触面に三元アブレシブ摩耗が発生し、平板試験片２４の摩耗が加速する。
【００５３】
（転がり軸受を備えたダンパー付きプーリーの構成）
本実施形態の転がり軸受１は、上述した図１０中に示すように、プーリー２８及びハブ３０と共にダンパー付きプーリー３２を形成しており、プーリー２８とハブ３０が相対回転するように、プーリー２８とハブ３０との間に配置されている。
すなわち、本実施形態の転がり軸受１を備えたダンパー付きプーリー３２は、転がり軸受１と、外方環状部材２の外周側に配置されて外方環状部材２と共に回転するプーリー２８と、内方環状部材４の内周側に配置されて内方環状部材４と共に回転するハブ３０を備えている（図１０参照）。
ここで、プーリー２８の内径面には、外方環状部材２の外径面が取り付けられており、ハブ３０の外径面には、内方環状部材４の内径面が取り付けられている（図１０参照）。
すなわち、プーリー２８とハブ３０は、外方環状部材２及び内方環状部材４を介して、相対回転する（図１０参照）。
【００５４】
（作用）
次に、図１から図１０を参照しつつ、転がり軸受１の作用について説明する。
転がり軸受１を備えたダンパー付きプーリー３２において、オルタネータの作動時等、ダンパー付きプーリー３２がクランクシャフトからの振動を受け、転がり軸受１に微小揺動が発生すると、この微小揺動により、転動体６、外方転動体軌道溝８及び内方転動体軌道溝１０の表面に、衝撃的な繰返し荷重が加わる。同様に、転がり軸受１を備えたダンパー付きプーリー３２において、転がり軸受１に外部から振動が加えられると、この振動により、転動体６、外方転動体軌道溝８及び内方転動体軌道溝１０の表面に、衝撃的な繰返し荷重が加わる。
【００５５】
ここで、本実施形態の転がり軸受１は、各転動体６を、ジルコニア‐イットリア成分とアルミナ成分とを質量比でジルコニア‐イットリア成分：アルミナ成分＝５０：５０〜９５：５の割合で含有して形成している。これに加え、微粉末が含有するジルコニア‐イットリア成分を、イットリアの含有率が１．５モル％以上５．０モル％以下の範囲内であるジルコニアから形成している。
【００５６】
したがって、本実施形態の転がり軸受１では、転動体６を、軸受け鋼（ＳＵＪ２等）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を材料として形成した場合と比較して、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となる。
また、本実施形態の転がり軸受１を備えるダンパー付きプーリー３２は、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となるため、その作動性及び耐久性を向上させることが可能となる。
【００５７】
（第一実施形態の効果）
以下、本実施形態の転がり軸受１の効果を列挙する。
（１）本実施形態の転がり軸受１では、ジルコニア‐イットリア成分とアルミナ成分とを質量比でジルコニア‐イットリア成分：アルミナ成分＝５０：５０〜９５：５の割合で含有して、転動体６を形成している。これに加え、微粉末が含有するジルコニア‐イットリア成分を、イットリアの含有率が１．５モル％以上５．０モル％以下の範囲内であるジルコニアから形成している。
【００５８】
このため、転動体６を、例えば、軸受け鋼や窒化珪素を材料として形成した場合と比較して、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となる。
その結果、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受１を形成することが可能となる。
【００５９】
これにより、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に生じる、転動体６、外方環状部材２及び内方環状部材４の損傷を低減することが可能となるため、転がり軸受１の耐久性及び作動性を向上させることが可能となる。
（２）本実施形態の転がり軸受１は、微粉末が含有するジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率を、３．０モル％としている。
【００６０】
その結果、微粉末が含有するジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率を、３．０モル％未満または３．０モル％を超える値とした場合と比較して、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となる。
【００６１】
（３）本実施形態の転がり軸受１は、転がり軸受１の微小揺動または転がり軸受１へ外部から加わる振動により発生する転動体６の振幅を、転動体６がヘルツ接触する軌道溝（外方転動体軌道溝８、内方転動体軌道溝１０）に生じるヘルツ接触円の直径ＤＣで割った振幅比が、１．６以下となるように形成している。
このため、転がり軸受１を、上記の振幅比が１．６を超えるように形成した場合と比較して、転がり軸受１の微小揺動または転がり軸受１へ外部から振動が加わった際における転動体６の振幅を、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制可能な値とすることが可能となる。
その結果、転がり軸受１を、上記の振幅比が１．６を超えるように形成した場合と比較して、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となる。
【００６２】
（４）本実施形態の転がり軸受１を備えたダンパー付きプーリー３２は、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受１を備えて構成している。
このため、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受１を備えた構成とすることが可能となる。
その結果、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に生じる、転動体６、外方環状部材２及び内方環状部材４の損傷を低減することが可能となるため、ダンパー付きプーリー３２の耐久性及び作動性を向上させることが可能となる。
【００６３】
（応用例）
以下、本実施形態の転がり軸受１の応用例を列挙する。
（１）本実施形態の転がり軸受１では、微粉末が含有するジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率を、３．０モル％としているが、これに限定するものではなく、微粉末が含有するジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率を、３．０モル％以外としてもよい。
（２）本実施形態の転がり軸受１は、転がり軸受１の微小揺動または転がり軸受１へ外部から加わる振動により発生する転動体６の振幅を、上述したヘルツ接触円の直径ＤＣで割った振幅比が、１．６以下となるように形成しているが、これに限定するものではない。すなわち、転がり軸受１を、転がり軸受１の微小揺動または転がり軸受１へ外部から加わる振動により発生する転動体６の振幅を、上述したヘルツ接触円の直径ＤＣで割った振幅比が、１．６を超えるように形成してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１ 転がり軸受
２ 外方環状部材
４ 内方環状部材
６ 転動体
８ 外方転動体軌道溝
１０ 内方転動体軌道溝
１２ 試験装置
１４ 荷重付加部
１６ 微小揺動付加部
１６ａ 本体部
１６ｂ 偏心カム
１６ｃ クランク
１６ｄ 回転軸
１６ｅ 押圧部
１８ 試験用軸受
２０ 球試験片（球試験片２０ａ、球試験片２０ｂ、球試験片２０ｃ）
２２ 揺動付加環状部材
２４ 平板試験片
２６ 摩耗痕
２８ プーリー
３０ ハブ
３２ ダンパー付きプーリー
３４ 弾性部材
Ｄ１ 外方環状部材の外径
Ｄ２ 内方環状部材の内径
ＰＣＤ 転動体のピッチ円直径
ＤＢ 転動体の直径
Ｒ 外方転動体軌道溝及び内方転動体軌道溝の曲率
Ａ 転がり軸受の微小揺動時に発生する転動体の振幅
ＤＣ 転動体がヘルツ接触する軌道溝に生じるヘルツ接触円の直径
Ｓｔ 摩耗痕差
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受及びそれを備えたダンパー付きプーリーに係り、例えば、自動車のオルタネータ等に用いるダンパー付きプーリーが備える転がり軸受に対し、微小揺動時に生じるフレッチング摩耗を防止する転がり軸受及びそれを備えたダンパー付きプーリーに好適な技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のクランクシャフトとオルタネータとを連結する回転伝達系においては、エンジン燃焼工程によるクランクシャフトの回転方向の増速・減速が頻繁に繰り返されるような回転変動が生じる。そのため、エンジン動力を用いて、ベルトを介してオルタネータ発電軸と一体となったプーリーを駆動させている構造においては、ベルト速度が加減速する際に、駆動プーリーとベルトとの間で滑りが生じやすく、ベルト鳴きが誘発され易かった。
そこで、上記の回転伝達系に好適なプーリー、すなわち、プーリー回転方向のトルク変動を抑制するような構造として、例えば、特許文献１に記載されているように、相対回転可能な二つの回転体の間に弾性部材を介したダンパー付きプーリーの構造等が積極的に採用されている。
【０００３】
二つの回転体の間に弾性部材を介したダンパー付きプーリーとしては、例えば、図１０に示すものがある。なお、図１０は、従来例のダンパー付きプーリーの構成を示す図である。
図１０中に示すように、このダンパー付きプーリー３２は、図外のオルタネータ側のみに配置した転がり軸受１を介して、プーリー２８とハブ３０が相対回転する構成となっている。
【０００４】
転がり軸受１は、相対回転する外方環状部材２及び内方環状部材４と、外方環状部材２及び内方環状部材４の互いに対向する軌道溝間で転動する複数の転動体６と、弾性部材３４を備えている。ここで、外方環状部材２は、プーリー２８の内周側に配置されており、内方環状部材４は、ハブ３０の外周側に配置されている。また、転動体６は、鋼球等の球（ボール）を用いて形成され、外方環状部材２及び内方環状部材４は、金属材料である軸受鋼を用いて形成されている。
【０００５】
そして、このような転がり軸受１を備えたダンパー付きプーリー３２では、転がり軸受１が片側のみ、具体的には、オルタネータ側にのみ配置されているため、オルタネータの作動時等、ダンパー付きプーリー３２がクランクシャフト（図示せず）等、外部からの振動を受けた際に、転がり軸受１が、外方環状部材２及び内方環状部材４の軸方向に微小揺動することとなる。
【０００６】
転がり軸受１が、外方環状部材２及び内方環状部材４の軸方向に微小揺動すると、転動体６の表面や、外方環状部材２及び内方環状部材４が有する軌道溝（転動体６が転がる溝）の表面に、衝撃的な繰返し荷重が加わる。
衝撃的な繰返し荷重が発生すると、転動体６と軌道溝との接触点に、微小滑りが発生しやすくなる。また、転がり軸受１の非稼動状態において、グリース等の潤滑油が転動体６や軌道溝の表面へ十分に供給されておらず、油膜が十分に形成されていない状態で、転動体６と軌道溝との接触点に微小滑りが発生すると、金属同士（外方環状部材２及び内方環状部材４と、転動体６）が接触してしまう。
【０００７】
金属同士の接触による微小滑りが発生すると、転動体６の表面や軌道溝の表面に、フレッチング摩耗が生じることになる。また、転がり軸受１が外部からの振動を受けた場合、転動体６と軌道溝との接触面がほとんど変化しないため、グリース等の潤滑油を転動体６や軌道溝の表面へ十分に供給することが困難であり、フレッチング摩耗を抑制することが困難である。
【０００８】
上記のようなフレッチング摩耗が生じると、転動体６及び軌道溝の表面形状の精度が悪化し、軸受トルクの増大や、損傷部を起点とした剥離等、様々な不具合が生じて、音響レベルの増加や、回転精度の著しい低下が発生するおそれがある。
このような問題に対し、転動体及び軌道溝の摩耗、特に、フレッチング摩耗を軽減する技術として、例えば、特許文献２に記載の技術や、特許文献３に記載の技術や、特許文献４に記載の技術が開示されている。
【０００９】
特許文献２に記載の技術は、転動体として、鋼材等の金属材料を用いて形成した鋼球の代わりに、セラミックスを用いて形成したセラミックボールを使用するものである。ここで、セラミックスは、外方環状部材及び内方環状部材を構成する鋼の平均線膨張率との差が小さい材料である。また、特許文献２に記載の技術では、セラミックボールを、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分（例えば、９９．５質量％以上含有）として形成している。
【００１０】
また、特許文献３に記載の技術は、転がり軸受の有効仕事量（＝有効接触面積×平均面圧×すべり量×摩擦係数）を求め、この有効仕事量に基づいて、フレッチング摩耗による異音の発生を予測するものである。
また、特許文献４に記載の技術は、外方環状部材の外径、内方環状部材の内径及び転動体のピッチ円直径等、転がり軸受の内部の設計を変更することにより、転がり軸受の微小揺動時における振幅比を大きくして、油膜を確保するものである。
また、特許文献２から４に記載の技術以外にも、例えば、転動体（ボール）の転がり方向に微小揺動が生じる際のフレッチング摩耗対策として、転がり軸受の振幅比を大きくするために、軌道溝の曲率（Ｒ）を小さくする技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００８−５２８９０６号公報
【特許文献２】特開２００５−１８８７２６号公報
【特許文献３】特開２００５−１０１３４号公報
【特許文献４】特開２０１０−６５８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、セラミックスは、鋼材と比較して高価であるため、上述した特許文献２に記載の技術のように、転動体としてセラミックボールを使用すると、転動体として鋼球を使用した転がり軸受と比較して、部品コストが増加するという問題が発生する。また、転動体としてセラミックボールを使用した場合であっても、転がり軸受に加わる微小揺動や外部からの振動によっては、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受を提供することは困難である。
【００１３】
また、上述した特許文献３に記載の技術では、フレッチング摩耗による異音の発生を予測することは可能であるが、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受を提供することは困難である。
また、上述した特許文献４に記載の技術では、設計段階で想定された以上の微小揺動や外部からの振動が転がり軸受に加わった場合、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受を提供することは困難である。また、特許文献４に記載の技術のように、転がり軸受内部の設計変更には限界があり、全ての使用条件に適応させることは困難である。
【００１４】
また、ダンパー付きプーリーに用いる転がり軸受は、転動体が外方環状部材及び内方環状部材の軸方向に微小揺動するため、転がり軸受の振幅比を大きくするためには、軌道溝の曲率を大きくする必要があるため、上述した従来技術の適用は困難である。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、転がり軸受の微小揺動時や、転がり軸受に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な、転がり軸受及びそれを備えたダンパー付きプーリーを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のうち、請求項１に記載した発明は、相対回転する外方環状部材及び内方環状部材と、前記外方環状部材及び前記内方環状部材の互いに対向する軌道溝間で転動する複数の転動体と、を備える転がり軸受であって、
前記転動体は、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）成分とを質量比でジルコニア‐イットリア成分：アルミナ成分＝５０：５０〜９５：５の割合で含有して形成されており、
前記ジルコニア‐イットリア成分は、イットリアの含有率が１．５モル％以上５．０モル％以下の範囲内であるジルコニアから形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明によると、ジルコニア‐イットリア成分とアルミナ成分とを質量比でジルコニア‐イットリア成分：アルミナ成分＝５０：５０〜９５：５の割合で含有して、転動体を形成している。さらに、ジルコニア‐イットリア成分を、イットリアの含有率が１．５モル％以上５．０モル％以下の範囲内であるジルコニアから形成している。
このため、転動体を、例えば、軸受け鋼（ＳＵＪ２等）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を材料として形成した場合と比較して、転がり軸受の微小揺動時や、転がり軸受に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となる。
【００１７】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した転がり軸受であって、前記ジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率は、３．０モル％であることを特徴とするものである。
本発明によると、転動体の材料である微粉末が含有している、ジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率を、３．０モル％としている。
このため、ジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率を、３．０モル％未満または３．０モル％を超える値とした場合と比較して、転がり軸受の微小揺動時や、転がり軸受に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となる。
【００１８】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１または請求項２に記載した転がり軸受であって、前記転がり軸受の微小揺動または転がり軸受へ外部から加わる振動により発生する前記転動体の振幅を該転動体がヘルツ接触する前記軌道溝に生じるヘルツ接触円の直径で割った振幅比が、１．６以下であることを特徴とするものである。
本発明によると、転がり軸受の微小揺動または転がり軸受へ外部から加わる振動により発生する転動体の振幅を該転動体がヘルツ接触する軌道溝に生じるヘルツ接触円の直径で割った振幅比が、１．６以下である。
このため、上記の振幅比を、１．６を超える値とした場合と比較して、転がり軸受の微小揺動時、または、転がり軸受へ外部から振動が加わった際における転動体の振幅を、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制可能な値とすることが可能となる。
【００１９】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載した転がり軸受と、前記外方環状部材の外周側に配置されて外方環状部材と共に回転するプーリーと、前記内方環状部材の内周側に配置されて内方環状部材と共に回転するハブと、を備えることを特徴とするダンパー付きプーリーである。
本発明によると、ダンパー付きプーリーを、転がり軸受の微小揺動時や、転がり軸受に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受を備えて構成している。
このため、転がり軸受の微小揺動時や、転がり軸受に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となり、ダンパー付きプーリーの作動性及び耐久性を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、転動体を、例えば、軸受け鋼や窒化珪素を材料として形成した場合と比較して、転がり軸受の微小揺動時や、転がり軸受に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となる。
これにより、転がり軸受の微小揺動時や、転がり軸受に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材及び内方環状部材と転動体との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な、転がり軸受及びそれを備えたダンパー付きプーリーを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態の転がり軸受を示す断面図である。
【図２】転がり軸受の微小揺動時における振幅と、転がり軸受の微小揺動時において、転動体がヘルツ接触する軌道溝に生じるヘルツ接触円とを示す模式図である。
【図３】試験装置の構成を示す図である。
【図４】図３のＩＶ‐ＩＶ線断面図である。
【図５】耐摩耗試験を行った球試験片の表面形状を示す図である。
【図６】図５のＶＩ‐ＶＩ線断面図である。
【図７】フレッチング摩耗による損傷の評価を示す図である。
【図８】摩耗痕に対して元素の量を分析した結果を示す図である。
【図９】摩耗痕に対して元素の量を分析した結果を示す図である。
【図１０】従来例のダンパー付きプーリーの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」と記載する）について、図面を参照しつつ説明する。
（第一実施形態）
（構成）
まず、図１を用いて、転がり軸受１の構成を説明する。
図１は、本実施形態の転がり軸受１を示す断面図である。
図１中に示すように、転がり軸受１は、外方環状部材２（外輪）と、内方環状部材４（内輪）と、複数の転動体６とを備えている。
外方環状部材２は、金属材料である軸受鋼を用いて形成された、内方環状部材４よりも大径の環状部材であり、その内径面に、外方転動体軌道溝８を有している。外方転動体軌道溝８は、転動体６の形状に応じた、断面円弧状の溝である。
【００２３】
内方環状部材４は、金属材料である軸受鋼を用いて形成された、外方環状部材２よりも小径の環状部材であり、その外径面に、外方転動体軌道溝８と対向する内方転動体軌道溝１０を有している。また、内方環状部材４は、外方環状部材２の内径側に配置されている。内方転動体軌道溝１０は、外方転動体軌道溝８と同様、転動体６の形状に応じた、断面円弧状の溝である。
【００２４】
各転動体６は、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）成分とを、質量比でジルコニア‐イットリア成分：アルミナ成分＝５０：５０〜９５：５の割合で含有して形成している。
これに加え、各転動体６は、微粉末が含有するジルコニア‐イットリア成分を、イットリアの含有率が１．５モル％以上５．０モル％以下の範囲内であるジルコニアから形成している。
【００２５】
また、本実施形態では、一例として、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分中におけるイットリア（Ｙ２Ｏ３）の含有率が、３．０モル％である場合について説明する。
また、各転動体６は、それぞれ、互いに対向する軌道溝間、すなわち、外方転動体軌道溝８と内方転動体軌道溝１０との間へ、転動自在に装填されている。これにより、外方環状部材２と内方環状部材４は、各転動体６の転動を介して、相対回転する。
【００２６】
また、特に図示しないが、外方環状部材２と内方環状部材４との間には、転動体６とともに、グリース等の潤滑剤が配置されている。
なお、潤滑剤としては、例えば、増ちょう剤としてウレアを用いるとともに、基油としてポリ‐α‐オレフィン油を用いたグリースを用いる。
また、上記のグリースとしては、例えば、基油動粘度が１０〜２５０［ｍｍ２／ｓ（温度条件：４０℃）］の範囲内であり、混和ちょう度が２００〜４００の範囲内のグリースを用いる。
【００２７】
（転がり軸受の形状寸法）
本実施形態の転がり軸受１は、転がり軸受１の微小揺動または転がり軸受１へ外部から加わる振動により発生する転動体６の振幅を、転動体６がヘルツ接触する軌道溝（外方転動体軌道溝８、内方転動体軌道溝１０）に生じるヘルツ接触円の直径で割った振幅比を、１．６以下となるように形成する。
以下、図１を参照して、転がり軸受１を上記の振幅比（１．６以下）となるように形成する際に、転がり軸受１の形状寸法に関する設定方法（１）〜（４）を列挙する。なお、下記の設定方法（１）〜（４）は、具体例であり、転がり軸受１の形状寸法に関する設定方法は、これらの方法に限定するものではない。
【００２８】
（１）外方環状部材２の外径Ｄ１、内方環状部材４の内径Ｄ２、転動体６のピッチ円直径ＰＣＤを設定する。
この場合、具体的には、外方環状部材２の外径Ｄ１及び内方環状部材４の内径Ｄ２に応じて、転動体６のピッチ円直径ＰＣＤを設定する。
（２）外方環状部材２の外径Ｄ１、内方環状部材４の内径Ｄ２、転動体６のピッチ円直径ＰＣＤに加え、転動体６の直径ＤＢを設定する。
この場合、具体的には、転動体６のピッチ円直径ＰＣＤに応じて、転動体６の直径ＤＢを設定する。
【００２９】
（３）外方環状部材２の外径Ｄ１、内方環状部材４の内径Ｄ２、転動体６のピッチ円直径ＰＣＤ、転動体６の直径ＤＢに加え、外方転動体軌道溝８及び内方転動体軌道溝１０の曲率Ｒを設定する。
この場合、具体的には、転動体６の直径ＤＢに応じて、外方転動体軌道溝８及び内方転動体軌道溝１０の曲率Ｒを設定する。
【００３０】
（４）外方環状部材２の外径Ｄ１、内方環状部材４の内径Ｄ２、転動体６のピッチ円直径ＰＣＤ、転動体６の直径ＤＢ、外方転動体軌道溝８及び内方転動体軌道溝１０の曲率Ｒに加え、転がり軸受１の運転時における、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との、外方環状部材２及び内方環状部材４の径方向に沿った隙間を設定する。
この場合、具体的には、外方転動体軌道溝８及び内方転動体軌道溝１０との隙間に応じて、転動体６の直径ＤＢを設定する。
【００３１】
（転がり軸受の振幅比）
次に、図１を参照しつつ、図２を用いて、転がり軸受１の振幅比について説明する。
ここで、本実施形態における転がり軸受１の振幅比とは、上述したように、転がり軸受１の微小揺動または転がり軸受１へ外部から加わる振動により発生する転動体６の振幅を、転動体６がヘルツ接触する軌道溝（外方転動体軌道溝８、内方転動体軌道溝１０）に生じるヘルツ接触円の直径で割った振幅比である。
【００３２】
図２は、転がり軸受１の微小揺動時に発生する転動体６の振幅と、転がり軸受１の微小揺動時において、転動体６がヘルツ接触する軌道溝（外方転動体軌道溝８、内方転動体軌道溝１０）に生じるヘルツ接触円とを示す模式図である。
図２中に示すように、転がり軸受１の微小揺動時における振幅比は、転がり軸受１の微小揺動時に発生する転動体６の振幅Ａを、転動体６がヘルツ接触する軌道溝（外方転動体軌道溝８、内方転動体軌道溝１０）に生じるヘルツ接触円の直径ＤＣで割った値である。
なお、特に図示しないが、転がり軸受１へ外部から加わる振動により発生する転動体６の振幅を、転動体６がヘルツ接触する軌道溝（外方転動体軌道溝８、内方転動体軌道溝１０）に生じるヘルツ接触円の直径ＤＣで割った振幅比に関しても、図２中に示した構成と同様であるため、その説明は省略する。
【００３３】
（試験装置の構成）
以下、図１を参照しつつ、図３及び図４を用いて、フレッチング特性の評価試験に用いる試験装置の構成を説明する。
図３は、転がり軸受１の微小揺動時に、転動体６と軌道溝（外方転動体軌道溝８、内方転動体軌道溝１０）との接触面において発生する、フレッチング摩耗の特性（以下、「フレッチング特性」と記載する場合がある）の測定に用いる、試験装置１２の構成を示す図である。また、図４は、図３のＩＶ‐ＩＶ線断面図である。なお、図４中には、説明のために、後述する揺動付加環状部材２２と球試験片２０ａ〜２０ｃのみを示している。
図３及び図４中に示すように、試験装置１２は、荷重付加部１４と、微小揺動付加部１６とを備えている。
【００３４】
また、フレッチング特性の測定には、図３及び図４中に示すように、公知のスラスト玉軸受と類似した構成の試験用軸受１８を用いる。
すなわち、試験用軸受１８は、互いに対向する軌道溝を有し、厚さ方向に積層した二つの環状部材と、これらの環状部材が有する軌道溝間に装填された三個の球試験片２０ａ〜２０ｃを備えている。
なお、図３及び図４中と、以降の説明では、二つの環状部材のうち上方に配置された環状部材を、揺動付加環状部材２２と記載し、二つの環状部材のうち下方に配置された環状部材を、平板試験片２４と記載する。
【００３５】
荷重付加部１４は、平板試験片２４を、上方へ押圧することにより、試験用軸受１８に対して、試験用軸受１８の軸方向に、荷重（面圧荷重）を付加している。
微小揺動付加部１６は、本体部１６ａと、偏心カム１６ｂと、クランク１６ｃと、回転軸１６ｄと、押圧部１６ｅを備えている。
本体部１６ａは、例えば、ＡＣサーボモータ等の駆動機構を用いて形成してあり、一方向（図中に示す矢印の方向）に回転可能となっている。
偏心カム１６ｂと、クランク１６ｃと、回転軸１６ｄと、押圧部１６ｅは、本体部１６ａと順次接続しており、本体部１６ａが回転すると、この回転を、揺動付加環状部材２２に伝達する。
【００３６】
具体的には、本体部１６ａの回転を、偏心カム１６ｂにより偏心した回転（偏心回転）に変換し、この変換した偏心回転を、クランク１６ｃ及び回転軸１６ｄを介して、押圧部１６ｅに伝達する。そして、偏心回転が伝達された押圧部１６ｅは、揺動付加環状部材２２を平板試験片２４側（下方）へ押圧しながら、偏心回転を揺動付加環状部材２２へ伝達する。このため、試験用軸受１８には、試験用軸受１８の軸方向への微小揺動が加わる。
なお、揺動付加環状部材２２は、三個の球試験片２０ａ〜２０ｃを収容可能な三箇所の凹部を有しており、各凹部内に収容された球試験片２０ａ〜２０ｃは、その一部が揺動付加環状部材２２の平板試験片２４と対向する面から突出して、平板試験片２４と接触している。
【００３７】
また、平板試験片２４は、ＳＵＪ２（軸受け鋼）を材料として用い、平板状に形成されている。
また、三個の球試験片２０ａ〜２０ｃは、公知のスラスト玉軸受が備える転動体に対応する構成であり、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分を材料に含んで形成した球試験片２０ａと、ＳＵＪ２（軸受け鋼）を材料に含んで形成した球試験片２０ｂと、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）を材料に含んで形成した球試験片２０ｃから構成されている。
したがって、球試験片２０ａは、本実施形態の転がり軸受１が備える転動体６と同様の構成となっている。
【００３８】
（フレッチング摩耗による損傷の評価方法）
以下、図１から図４を参照しつつ、図５から図７を用いて、フレッチング摩耗による損傷の評価方法について説明する。
フレッチング摩耗による損傷を評価する際には、まず、試験装置１２を用いて、球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４に対する耐摩耗試験を行う。
【００３９】
ここで、本実施形態では、耐摩耗試験（フレッチング試験）の各種試験条件を、以下のように設定する。
荷重：１２Ｎ（０．７３ＧＰａ）
揺動角：±０．０５°（±１９．２５ｕｍ）
潤滑：ＰＡＯ ３０ｃＳｔ
繰り返し数：３０，１００×１０４ｃｙｃｌｅｓ
球試験片の材料：ＳＵＪ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２‐Ｙ２Ｏ３
平板試験片の材料：ＳＵＪ２
上記の試験条件下で試験装置１２を用いて、球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４に対する耐摩耗試験を行う。その後、この球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４に対し、図５及び図６中に示すように、干渉顕微鏡を用いて、耐摩耗試験を行った球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４の表面形状を測定する。
【００４０】
ここで、図５は、耐摩耗試験を行った球試験片２０ａの表面形状を示す図であり、図６は、図５のＶＩ‐ＶＩ線断面図である。なお、図５中には、耐摩耗試験を行った球試験片２０ａの表面形状を示したが、球試験片２０ｂ及び球試験片２０ｃや平板試験片２４に関しても、同様に示される。
本実施形態では、耐摩耗試験を行った球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４に対する、干渉顕微鏡を用いた表面形状の測定として、簡易的に損傷の度合いを表すために、耐摩耗試験を行った球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４の表面に形成された摩耗痕２６の、最も高い箇所と最も低い箇所との差である摩耗痕差Ｓｔを測定する。
【００４１】
そして、耐摩耗試験を行った球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４に対して測定した摩耗痕差Ｓｔを、図７中に示すように、球試験片２０ａの表面と平板試験片２４のうち球試験片２０ａとの接触面、球試験片２０ｂの表面と平板試験片２４のうち球試験片２０ｂとの接触面、球試験片２０ｃの表面と平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面の三組に分けて比較して、フレッチング摩耗による損傷を評価する。なお、図７は、フレッチング摩耗による損傷の評価を示す図である。また、図７中では、横軸に球試験片２０の種類を示し、縦軸に摩耗痕差Ｓｔ［ｕｍ］を示す。
【００４２】
図７中に示すように、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分を材料に含んで形成され、本実施形態の転がり軸受１が備える転動体６と同様の構成である球試験片２０ａは、ＳＵＪ２（軸受け鋼）を材料に含んで形成した球試験片２０ｂ及びＳｉ３Ｎ４（窒化珪素）を材料に含んで形成した球試験片２０ｃと比較して、球試験片２０の表面と平板試験片２４のうち球試験片２０との接触面に形成された摩耗痕差Ｓｔが小さい。すなわち、球試験片２０ａの表面と平板試験片２４のうち球試験片２０ａとの接触面に発生する、フレッチング摩耗による損傷は、他の二つに発生する損傷よりも小さくなる。
【００４３】
（球試験片の材料と損傷との関係）
以下、図１から図７を参照しつつ、図８及び図９を用いて、球試験片２０ａ〜２０ｃの材料と、試験装置１２により耐摩耗試験を行った球試験片２０ａ〜２０ｃ及び平板試験片２４に発生した、表面（接触面）の損傷との関係を説明する。
球試験片２０ａは、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分を材料に含んで形成されており、ＳＵＪ２（軸受け鋼）を材料に含んで形成された平板試験片２４とは異種材料となる。このため、球試験片２０ａと平板試験片２４は凝着しにくく、球試験片２０の表面と平板試験片２４のうち球試験片２０との接触面に発生する、フレッチング摩耗による損傷は、ＳＵＪ２（軸受け鋼）を材料に含んで形成した球試験片２０ｂの場合と比較して小さくなる。
【００４４】
しかしながら、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）を材料に含んで形成された球試験片２０ｃも、球試験片２０ａと同様、ＳＵＪ２（軸受け鋼）を材料に含んで形成された平板試験片２４とは異種材料となるが、球試験片２０の表面と平板試験片２４のうち球試験片２０との接触面に発生する、フレッチング摩耗による損傷は、球試験片２０ａと比較して大きい。
この理由を検討するため、試験装置１２により耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ａとの接触面に対し、図８中に示すように、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察と、エネルギ分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ‐ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による元素分析を行った。
【００４５】
なお、図８は、耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ａとの接触面に形成された円状の摩耗痕２６に対し、その径方向に貫通する直線を断面として、四種類の元素（Ｏ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｚｒ）の量を分析した結果を示す図である。また、図８中では、横軸に円状の摩耗痕２６の一端からの距離（Ｄｉｓｔａｎｃｅ［ｕｍ］）を示し、縦軸に各元素の量（Ｃｏｕｎｔｓ）を示す。
また、図８中では、四種類の元素の量を示す線を、それぞれ、「Ｏ」の量を実線で示し、「Ｆｅ」の量を破線で示し、「Ａｌ」の量を点線で示し、「Ｚｒ」の量を「Ｏ」の量を示す線よりも細い実線で示している。さらに、図８中では、円状の摩耗痕２６と重なっている部分を、二箇所の矢印で示している。
【００４６】
また、試験装置１２により耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に対し、図９中に示すように、走査型電子顕微鏡による観察と、エネルギ分散型Ｘ線分析装置による元素分析を行った。
なお、図９は、耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に形成された円状の摩耗痕２６に対し、その径方向に貫通する直線を断面として、四種類の元素（Ｏ，Ｆｅ，Ｎ，Ｓｉ）の量を分析した結果を示す図である。また、図９中では、図８中と同様、横軸に距離を示し、縦軸に各元素の量を示す。
【００４７】
また、図９中では、四種類の元素の量を示す線を、それぞれ、「Ｏ」の量を実線で示し、「Ｆｅ」の量を破線で示し、「Ｎ」の量を点線で示し、「Ｓｉ」の量を「Ｏ」の量を示す線よりも細い実線で示している。さらに、図９中では、図８中と同様、円状の摩耗痕２６と重なっている部分を、二箇所の矢印で示している。
図８中に示されているように、耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ａとの接触面において、摩耗痕２６の円周部には、「Ｏ」の量が多い部分が存在している。
【００４８】
一方、図９中に示されているように、耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面において、摩耗痕２６の円周部には、「Ｓｉ」及び「Ｏ」の量が多い部分が存在している。
この結果により、耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に発生するフレッチング摩耗は、以下に記載するメカニズムによって進行すると考えられる。
【００４９】
上記のフレッチング摩耗が進行するメカニズムは、まず、フレッチング摩耗によるトライボケミカル反応により、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）を材料として含む球試験片２０ｃの表面が酸化する。これにより、球試験片２０ｃの表面に、ＳｉＯ２（二酸化珪素）の層が形成される。
球試験片２０ｃの表面に形成されたＳｉＯ２（二酸化珪素）の層は、その強度が脆いために、球試験片２０ｃの表面から脱落する。これにより、ＳｉＯ２（二酸化珪素）の摩耗粉が、平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に供給されることとなる。
【００５０】
そして、フレッチング摩耗が発生する条件下では、平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に供給されたＳｉＯ２（二酸化珪素）の摩耗粉が、平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面から排出されにくい。このため、ＳｉＯ２（二酸化珪素）の摩耗粉は、平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に留まる。
以上により、平板試験片２４が材料として含むＳＵＪ２（軸受け鋼）よりも硬いＳｉＯ２（二酸化珪素）の摩耗粉によって、平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に三元アブレシブ摩耗が発生し、平板試験片２４の摩耗が加速する。これにより、上記のフレッチング摩耗が進行することとなる。
【００５１】
一方、球試験片２０ａは、酸化物であるジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分を材料に含んで形成されており、また、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分は破壊靭性値も高いため、球試験片２０ｃと異なり、トライボケミカル反応によって、表面にＳｉＯ２（二酸化珪素）の層が形成されることは無い。
したがって、球試験片２０ａには、球試験片２０ｃと異なり、ＳｉＯ２（二酸化珪素）の層が表面から脱落することも無く、また、三元アブレシブ摩耗により平板試験片２４の摩耗が加速することも無い。
【００５２】
以上により、球試験片２０ａの表面と平板試験片２４のうち球試験片２０ａとの接触面に発生する、フレッチング摩耗による損傷は、球試験片２０ｃの表面と平板試験片２４のうち球試験片２０ｃとの接触面に発生する、フレッチング摩耗による損傷よりも小さくなったと考えられる。
なお、特に図示しないが、耐摩耗試験を行った平板試験片２４のうち球試験片２０ｂとの接触面では、フレッチング摩耗により、球試験片２０ｂと平板試験片２４のうち球試験片２０ｂとの接触面との間に、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の摩耗粉が発生する。
そして、球試験片２０ｂと平板試験片２４のうち球試験片２０ｂとの接触面との間に発生した、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の摩耗粉によって、平板試験片２４のうち球試験片２０ｂとの接触面に三元アブレシブ摩耗が発生し、平板試験片２４の摩耗が加速する。
【００５３】
（転がり軸受を備えたダンパー付きプーリーの構成）
本実施形態の転がり軸受１は、上述した図１０中に示すように、プーリー２８及びハブ３０と共にダンパー付きプーリー３２を形成しており、プーリー２８とハブ３０が相対回転するように、プーリー２８とハブ３０との間に配置されている。
すなわち、本実施形態の転がり軸受１を備えたダンパー付きプーリー３２は、転がり軸受１と、外方環状部材２の外周側に配置されて外方環状部材２と共に回転するプーリー２８と、内方環状部材４の内周側に配置されて内方環状部材４と共に回転するハブ３０を備えている（図１０参照）。
ここで、プーリー２８の内径面には、外方環状部材２の外径面が取り付けられており、ハブ３０の外径面には、内方環状部材４の内径面が取り付けられている（図１０参照）。
すなわち、プーリー２８とハブ３０は、外方環状部材２及び内方環状部材４を介して、相対回転する（図１０参照）。
【００５４】
（作用）
次に、図１から図１０を参照しつつ、転がり軸受１の作用について説明する。
転がり軸受１を備えたダンパー付きプーリー３２において、オルタネータの作動時等、ダンパー付きプーリー３２がクランクシャフトからの振動を受け、転がり軸受１に微小揺動が発生すると、この微小揺動により、転動体６、外方転動体軌道溝８及び内方転動体軌道溝１０の表面に、衝撃的な繰返し荷重が加わる。同様に、転がり軸受１を備えたダンパー付きプーリー３２において、転がり軸受１に外部から振動が加えられると、この振動により、転動体６、外方転動体軌道溝８及び内方転動体軌道溝１０の表面に、衝撃的な繰返し荷重が加わる。
【００５５】
ここで、本実施形態の転がり軸受１は、各転動体６を、ジルコニア‐イットリア成分とアルミナ成分とを質量比でジルコニア‐イットリア成分：アルミナ成分＝５０：５０〜９５：５の割合で含有して形成している。これに加え、微粉末が含有するジルコニア‐イットリア成分を、イットリアの含有率が１．５モル％以上５．０モル％以下の範囲内であるジルコニアから形成している。
【００５６】
したがって、本実施形態の転がり軸受１では、転動体６を、軸受け鋼（ＳＵＪ２等）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を材料として形成した場合と比較して、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となる。
また、本実施形態の転がり軸受１を備えるダンパー付きプーリー３２は、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となるため、その作動性及び耐久性を向上させることが可能となる。
【００５７】
（第一実施形態の効果）
以下、本実施形態の転がり軸受１の効果を列挙する。
（１）本実施形態の転がり軸受１では、ジルコニア‐イットリア成分とアルミナ成分とを質量比でジルコニア‐イットリア成分：アルミナ成分＝５０：５０〜９５：５の割合で含有して、転動体６を形成している。これに加え、微粉末が含有するジルコニア‐イットリア成分を、イットリアの含有率が１．５モル％以上５．０モル％以下の範囲内であるジルコニアから形成している。
【００５８】
このため、転動体６を、例えば、軸受け鋼や窒化珪素を材料として形成した場合と比較して、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となる。
その結果、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受１を形成することが可能となる。
【００５９】
これにより、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に生じる、転動体６、外方環状部材２及び内方環状部材４の損傷を低減することが可能となるため、転がり軸受１の耐久性及び作動性を向上させることが可能となる。
（２）本実施形態の転がり軸受１は、微粉末が含有するジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率を、３．０モル％としている。
【００６０】
その結果、微粉末が含有するジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率を、３．０モル％未満または３．０モル％を超える値とした場合と比較して、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となる。
【００６１】
（３）本実施形態の転がり軸受１は、転がり軸受１の微小揺動または転がり軸受１へ外部から加わる振動により発生する転動体６の振幅を、転動体６がヘルツ接触する軌道溝（外方転動体軌道溝８、内方転動体軌道溝１０）に生じるヘルツ接触円の直径ＤＣで割った振幅比が、１．６以下となるように形成している。
このため、転がり軸受１を、上記の振幅比が１．６を超えるように形成した場合と比較して、転がり軸受１の微小揺動または転がり軸受１へ外部から振動が加わった際における転動体６の振幅を、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制可能な値とすることが可能となる。
その結果、転がり軸受１を、上記の振幅比が１．６を超えるように形成した場合と比較して、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能となる。
【００６２】
（４）本実施形態の転がり軸受１を備えたダンパー付きプーリー３２は、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受１を備えて構成している。
このため、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に、外方環状部材２及び内方環状部材４と転動体６との接触面における、フレッチング摩耗の発生を抑制することが可能な転がり軸受１を備えた構成とすることが可能となる。
その結果、転がり軸受１の微小揺動時や、転がり軸受１に外部から振動が加えられた際に生じる、転動体６、外方環状部材２及び内方環状部材４の損傷を低減することが可能となるため、ダンパー付きプーリー３２の耐久性及び作動性を向上させることが可能となる。
【００６３】
（応用例）
以下、本実施形態の転がり軸受１の応用例を列挙する。
（１）本実施形態の転がり軸受１では、微粉末が含有するジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率を、３．０モル％としているが、これに限定するものではなく、微粉末が含有するジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率を、３．０モル％以外としてもよい。
（２）本実施形態の転がり軸受１は、転がり軸受１の微小揺動または転がり軸受１へ外部から加わる振動により発生する転動体６の振幅を、上述したヘルツ接触円の直径ＤＣで割った振幅比が、１．６以下となるように形成しているが、これに限定するものではない。すなわち、転がり軸受１を、転がり軸受１の微小揺動または転がり軸受１へ外部から加わる振動により発生する転動体６の振幅を、上述したヘルツ接触円の直径ＤＣで割った振幅比が、１．６を超えるように形成してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１ 転がり軸受
２ 外方環状部材
４ 内方環状部材
６ 転動体
８ 外方転動体軌道溝
１０ 内方転動体軌道溝
１２ 試験装置
１４ 荷重付加部
１６ 微小揺動付加部
１６ａ 本体部
１６ｂ 偏心カム
１６ｃ クランク
１６ｄ 回転軸
１６ｅ 押圧部
１８ 試験用軸受
２０ 球試験片（球試験片２０ａ、球試験片２０ｂ、球試験片２０ｃ）
２２ 揺動付加環状部材
２４ 平板試験片
２６ 摩耗痕
２８ プーリー
３０ ハブ
３２ ダンパー付きプーリー
３４ 弾性部材
Ｄ１ 外方環状部材の外径
Ｄ２ 内方環状部材の内径
ＰＣＤ 転動体のピッチ円直径
ＤＢ 転動体の直径
Ｒ 外方転動体軌道溝及び内方転動体軌道溝の曲率
Ａ 転がり軸受の微小揺動時に発生する転動体の振幅
ＤＣ 転動体がヘルツ接触する軌道溝に生じるヘルツ接触円の直径
Ｓｔ 摩耗痕差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対回転する外方環状部材及び内方環状部材と、前記外方環状部材及び前記内方環状部材の互いに対向する軌道溝間で転動する複数の転動体と、を備える転がり軸受であって、
前記転動体は、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）成分とを質量比でジルコニア‐イットリア成分：アルミナ成分＝５０：５０〜９５：５の割合で含有して形成されており、
前記ジルコニア‐イットリア成分は、イットリアの含有率が１．５モル％以上５．０モル％以下の範囲内であるジルコニアから形成されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記ジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率は、３．０モル％であることを特徴とする請求項１に記載した転がり軸受。
【請求項３】
前記転がり軸受の微小揺動または転がり軸受へ外部から加わる振動により発生する前記転動体の振幅を該転動体がヘルツ接触する前記軌道溝に生じるヘルツ接触円の直径で割った振幅比が、１．６以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載した転がり軸受。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載した転がり軸受と、前記外方環状部材の外周側に配置されて外方環状部材と共に回転するプーリーと、前記内方環状部材の内周側に配置されて内方環状部材と共に回転するハブと、を備えることを特徴とするダンパー付きプーリー。
【請求項１】
相対回転する外方環状部材及び内方環状部材と、前記外方環状部材及び前記内方環状部材の互いに対向する軌道溝間で転動する複数の転動体と、を備える転がり軸受であって、
前記転動体は、ジルコニア（ＺｒＯ２）‐イットリア（Ｙ２Ｏ３）成分とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）成分とを質量比でジルコニア‐イットリア成分：アルミナ成分＝５０：５０〜９５：５の割合で含有して形成されており、
前記ジルコニア‐イットリア成分は、イットリアの含有率が１．５モル％以上５．０モル％以下の範囲内であるジルコニアから形成されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記ジルコニア‐イットリア成分中におけるイットリアの含有率は、３．０モル％であることを特徴とする請求項１に記載した転がり軸受。
【請求項３】
前記転がり軸受の微小揺動または転がり軸受へ外部から加わる振動により発生する前記転動体の振幅を該転動体がヘルツ接触する前記軌道溝に生じるヘルツ接触円の直径で割った振幅比が、１．６以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載した転がり軸受。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載した転がり軸受と、前記外方環状部材の外周側に配置されて外方環状部材と共に回転するプーリーと、前記内方環状部材の内周側に配置されて内方環状部材と共に回転するハブと、を備えることを特徴とするダンパー付きプーリー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１５９１７８（Ｐ２０１２−１５９１７８Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８９７（Ｐ２０１１−２０８９７）
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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