説明

軸受試験装置および軸受試験方法

【課題】水素脆化に起因する脆性剥離を短時間で的確に再現できる軸受試験装置と軸受試験方法を提供することである。
【解決手段】荷重を負荷されてベルト駆動される回転軸1に、試験軸受2とダミー軸受3を間隔を開けて取り付け、試験軸受2とダミー軸受3の各外輪2b、3bを互いに絶縁されたハウジング4a、4bに固定して、試験軸受2に、内輪2aと外輪2bの中心軸を互いに非平行とするミスアライメントを付与し、各ハウジング4a、4bに取り付けた接点端子10a、10b間に通電して、試験軸受2の内輪2aと外輪2bとの間にボール2cを介して電流を流すことにより、試験軸受2に封入されるグリースから電気分解等によって強制的に水素を発生させるとともに、試験軸受2内の振動やすべりを大きくして水素の発生を促進させ、水素脆化に起因する脆性剥離を短時間で的確に再現できるようにした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、転がり軸受の耐久寿命を試験する軸受試験装置および軸受試験方法に関する。
【背景技術】
【0002】
転がり軸受の耐久寿命を試験する軸受試験装置としては、試験軸受の内輪を取り付ける回転軸と、試験軸受の外輪を固定するハウジングとを有し、回転軸を回転駆動する回転駆動手段と、試験軸受に荷重を負荷する荷重負荷手段とを設けたものが多く使用されている(例えば、特許文献1参照)。これらの軸受試験装置は、軸受の設計、開発、品質保証、トラブルの原因究明等に用いられている。
【0003】
一方、自動車用補機であるオルタネータ等を支持する転がり軸受では、上述したような軸受試験装置で十分な耐久寿命が保証されたものであっても、早期に固定輪側の軌道面に脆性剥離が発生するものがあることが知られている。この脆性剥離の発生は、軸受に封入するグリースの種類によっても左右されることが知られている。
【0004】
この脆性剥離の原因については種々の検討がなされているが、加減速を繰り返すサイクルで軸受試験後の軸受を水素分析した結果、固定輪で水素量が増加し、回転輪と転動体ではこのような水素量の増加が認められなかったことから、固定輪を形成する鋼の水素脆化によるものと推定されている(例えば、非特許文献1参照)。すなわち、転動体とのすべりによって軌道面に発生する新生面を触媒として、軸受に封入されたグリースが分解し、この分解で発生する水素が軌道面の鋼中に浸入して、水素脆化を引き起こすものと考えられている。
【0005】
このため、特許文献1に記載されたような従来の軸受試験装置では、上述したような脆性剥離を再現できず、この水素脆化に起因すると考えられる脆性剥離による軸受寿命の低下を評価できない問題があり、オルタネータ、テンションプーリ、アイドラプーリ、タイミングベルトプーリ、電磁クラッチ、コンプレッサ、ウォータポンプ等の自動車用補機に使用される軸受、クランクシャフト、カムシャフト等のエンジンに組み込まれる軸を支持する軸受、各種モータや工作機械の回転軸を支持する軸受等、このような脆性剥離が発生する恐れがある用途に使用される転がり軸受に対して、その設計、開発、品質保証等に有効に活用できる軸受試験装置が望まれていた。
【0006】
このような要望に対して、本発明者らは、試験軸受の内輪と外輪との間に転動体を介して電流を流す通電手段を設けることにより、軸受に封入されるグリースから電気分解によって強制的に水素を発生させ、水素脆化に起因すると考えられる脆性剥離を再現可能とする軸受試験装置と軸受試験方法を先に提案している(特許文献2参照)。
【0007】
【特許文献1】特開平3−128430号公報(第2図)
【非特許文献1】玉田、田中「外輪回転による脆性剥離の再現実験」(社)日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集、1994年10月、p.749−752
【特許文献2】特開2006−317273号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献2に記載された軸受試験装置は、水素脆化に起因する脆性剥離を再現できるが、脆性剥離を短時間で再現するためには、試験軸受に流す電流を大きくする必要があるので、電食等の他の不具合によって先に軸受寿命が評価されることがあり、脆性剥離の再現試験装置として不十分な面があった。大きな電流による電食等の不具合が発生しないようにするためには、試験軸受に流す電流を小さくすればよいが、脆性剥離の再現に時間がかかる問題がある。
【0009】
そこで、本発明の課題は、水素脆化に起因する脆性剥離を短時間で的確に再現できる軸受試験装置と軸受試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の課題を解決するために、本発明の軸受試験装置は、内外輪および転動体が導電体で形成された試験軸受の内輪を取り付ける回転軸と、前記試験軸受の外輪を固定するハウジングとを有し、前記回転軸を回転駆動する回転駆動手段と、前記試験軸受に荷重を負荷する荷重負荷手段とを設けた軸受試験装置において、前記試験軸受の内輪と外輪との間に前記転動体を介して電流を流す通電手段を設け、前記試験軸受に、前記内輪の中心軸と外輪の中心軸を互いに非平行とするミスアライメントを付与する機構を設けた構成を採用した。
【0011】
すなわち、試験軸受の内輪と外輪との間に前記転動体を介して電流を流す通電手段を設けることにより、軸受に封入されるグリースから電気分解や、電食摩耗により生じた新生面の触媒作用によって強制的に水素を発生させるとともに、試験軸受に、内輪の中心軸と外輪の中心軸を互いに非平行とするミスアライメントを付与する機構を設けることにより、試験軸受内の振動やすべりを大きくして水素の発生を促進させ、水素脆化に起因する脆性剥離を短時間で的確に再現できるようにした。
【0012】
前記通電手段を、前記回転軸を前記試験軸受と離れた位置で支持し、内外輪および転動体が導電体で形成されたダミー軸受を設け、このダミー軸受の外輪を、前記試験軸受の外輪を固定したハウジングと絶縁した別のハウジングに固定して、これらの試験軸受とダミー軸受の各ハウジングおよび前記回転軸を導電体で形成し、前記試験軸受とダミー軸受のハウジング間に通電するものとすることにより、スリップリング等の回転体用接点を用いずに、試験軸受の外輪と内輪の間に転動体を介して容易に電流を流すことができる。
【0013】
前記回転駆動手段を、前記回転軸と平行にモータの出力軸を配設し、前記回転軸に試験軸受の取り付け部から延長された延長部を設けて、この回転軸の延長部と前記モータの出力軸とにプーリを取り付け、これらのプーリ間に無端ベルトを張り渡して、前記回転軸をベルト駆動するものとし、前記荷重負荷手段を、前記無端ベルトの張力で前記回転軸の延長部に荷重を負荷するものとすることにより、別途の荷重負荷手段を不要とし、軸受試験装置をシンプルな構成とすることができる。
【0014】
前記回転駆動手段を、加減速を繰り返す回転サイクルを付与できるものとすることにより、軸受の試験条件を実機での使用状態に近いものとすることができる。
【0015】
前記荷重負荷手段によって前記試験軸受に負荷される動等価荷重Pと、試験軸受の基本動定格荷重Cとの比P/Cは、脆性剥離を発生させるために0.05以上とするのが好ましい。なお、上述した脆性剥離が発生する恐れがある用途での転がり軸受の通常の使用条件下でのP/Cは0.2以下である。
【0016】
前記試験軸受にミスアライメントを付与する機構を、前記試験軸受のハウジングの内径面に設けた段差部と、この段差部に軸方向を固定される前記試験軸受の外輪の端面との間に、周方向で部分的にスペーサ部材を介在させ、前記外輪の中心軸を前記内輪の中心軸に対して傾斜させるものとすることにより、試験軸受に簡単な機構でミスアライメントを付与することができる。
【0017】
また、本発明の軸受試験方法は、内外輪および転動体が導電体で形成された試験軸受の内輪を回転軸に取り付け、前記試験軸受の外輪をハウジングに固定して、前記試験軸受に荷重を負荷しながら、前記回転軸を回転駆動する軸受試験方法において、前記試験軸受に、前記内輪の中心軸と外輪の中心軸を互いに非平行とするミスアライメントを付与し、前記試験軸受の内輪と外輪との間に前記転動体を介して電流を流しながら、前記回転軸を回転駆動する方法を採用することにより、軸受に封入されるグリースから電気分解や、電食摩耗により生じた新生面の触媒作用によって強制的に水素を発生させるとともに、試験軸受内の振動やすべりを大きくして水素の発生を促進させ、水素脆化に起因する脆性剥離を短時間で的確に再現できるようにした。
【発明の効果】
【0018】
本発明の軸受試験装置は、試験軸受の内輪と外輪との間に転動体を介して電流を流す通電手段を設け、試験軸受に、内輪の中心軸と外輪の中心軸を互いに非平行とするミスアライメントを付与する機構を設けることにより、軸受に封入されるグリースから電気分解や、電食摩耗により生じた新生面の触媒作用によって強制的に水素を発生させるとともに、試験軸受内の振動やすべりを大きくして水素の発生を促進させるようにしたので、水素脆化に起因する脆性剥離を短時間で的確に再現でき、このような脆性剥離が発生する恐れのある用途に使用される転がり軸受の設計、開発、品質保証等に有効に活用することができる。
【0019】
前記通電手段を、回転軸を試験軸受と離れた位置で支持し、内外輪および転動体が導電体で形成されたダミー軸受を設け、このダミー軸受の外輪を、試験軸受の外輪を固定したハウジングと絶縁した別のハウジングに固定して、これらの試験軸受とダミー軸受の各ハウジングおよび回転軸を導電体で形成し、試験軸受とダミー軸受のハウジング間に通電するものとすることにより、スリップリング等の回転体用接点を用いずに、試験軸受の外輪と内輪の間に転動体を介して容易に電流を流すことができる。
【0020】
前記回転駆動手段を、回転軸と平行にモータの出力軸を配設し、回転軸に試験軸受の取り付け部から延長された延長部を設けて、この回転軸の延長部とモータの出力軸とにプーリを取り付け、これらのプーリ間に無端ベルトを張り渡して、回転軸をベルト駆動するものとし、荷重負荷手段を、無端ベルトの張力で回転軸の延長部に荷重を負荷するものとすることにより、別途の荷重負荷手段を不要とし、軸受試験装置をシンプルな構成とすることができる。
【0021】
前記回転駆動手段を、加減速を繰り返す回転サイクルを付与できるものとすることにより、軸受の試験条件を実機での使用状態に近いものとすることができる。
【0022】
前記試験軸受にミスアライメントを付与する機構を、試験軸受のハウジングの内径面に設けた段差部と、この段差部に軸方向を固定される試験軸受の外輪の端面との間に、周方向で部分的にスペーサ部材を介在させ、外輪の中心軸を内輪の中心軸に対して傾斜させるものとすることにより、試験軸受に簡単な機構でミスアライメントを付与することができる。
【0023】
また、本発明の軸受試験方法は、試験軸受に、内輪の中心軸と外輪の中心軸を互いに非平行とするミスアライメントを付与し、試験軸受の内輪と外輪との間に転動体を介して電流を流しながら、回転軸を回転駆動する方法を採用することにより、軸受に封入されるグリースから電気分解や、電食摩耗により生じた新生面の触媒作用によって強制的に水素を発生させるとともに、試験軸受内の振動やすべりを大きくして水素の発生を促進させるようにしたので、水素脆化に起因する脆性剥離を短時間で的確に再現でき、このような脆性剥離の発生する恐れがある用途に使用される転がり軸受の設計、開発、品質保証等に有効に活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この軸受試験装置は、図1に示すように、回転軸1が試験軸受2とダミー軸受3とで互いに絶縁された別々のハウジング4a、4bに支持され、試験軸受2の取り付け部から延長された回転軸1の延長部1aと、回転軸1と平行に配設されたモータ5の出力軸5aとに、それぞれプーリ6a、6bが取り付けられて、これらのプーリ6a、6b間に無端ベルト7が張り渡されており、回転軸1がベルト駆動されるとともに、回転軸1の延長部1aを介して、無端ベルト7の張力で試験軸受2にラジアル荷重が負荷されるようになっている。なお、回転軸1と出力軸5aとの間にプーリを取り付けた中間軸を設け、この中間軸を介して回転軸1をベルト駆動するようにしてもよい。この場合は、中間軸の位置を調節することにより、中間軸と回転軸1の延長部1aに張り渡される無端ベルト7の張力を変化させることができる。
【0025】
前記試験軸受2とダミー軸受3の各内輪2a、3a、外輪2b、3bおよび転動体としてのボール2c、3cは、いずれも導電体で形成され、各内輪2a、3aは互いに間隔を開けて回転軸1に取り付けられ、各外輪2b、3bはそれぞれ各ハウジング4a、4bに固定されている。試験軸受2は、ハウジング4aの内径面に設けた段差部と、この段差部に軸方向を固定される外輪2bの内側端面との間に、スペーサ部材としての平板8が周方向で部分的に介在させられ、外輪2bの中心軸が内輪2aの中心軸に対して傾斜するミスアライメントを付与されており、傾斜した外輪2bの外側端面は、ハウジング4aの端面に取り付けられた固定リング9で押さえ込まれている。図示は省略するが、試験軸受2とダミー軸受3にはグリースが封入されている。
【0026】
前記回転軸1と各ハウジング4a、4bも導電体で形成され、各ハウジング4a、4bには、それぞれ電源(図示省略)のプラスとマイナスに接続される接点端子10a、10bが取り付けられており、これらの接点端子10a、10bを電源に接続することにより、ハウジング4aから試験軸受2の外輪2b、ボール2c、内輪2a、回転軸1、ダミー軸受3の内輪3a、ボール3c、外輪3bを順に介してハウジング4bへ電流が流れるようになっている。したがって、試験軸受2に封入されたグリースから電気分解によって強制的に水素を発生させるとともに、ミスアライメントを付与した試験軸受2内の振動やすべりを大きくして水素の発生を促進させ、水素脆化に起因する脆性剥離を短時間で的確に再現することができる。
【実施例】
【0027】
実施例として、上述した軸受試験装置を用いて、試験軸受2にミスアライメントを付与して、接点端子10a、10b間に通電し、回転軸1を図2に示すような、加減速を繰り返す回転サイクルで駆動する軸受寿命試験を行った。また、比較例として、試験軸受2にミスアライメントを付与しない場合の軸受寿命試験も行い、参考例として、比較例と同じ条件で、接点端子10a、10b間に通電しない場合の試験も行った。試験軸受のサンプル数は、実施例、比較例および参考例とも2個ずつとし、軸受寿命は回転軸1の駆動トルクの変化で判定した2個の試験軸受2の平均寿命で評価した。試験条件は以下の通りである。
・試験軸受:呼び番号6203の深溝玉軸受(外径40mm、内径17mm、幅12mm)
・グリース:ウレア系グリース(基油:合成炭化水素油)
・負荷荷重:240kgf(P/C=0.24)
・通電条件:端子間電圧2V、電流0.5A(参考例は除く)
・試験時間:300時間で打ち切り
【0028】
【表1】

【0029】
上記軸受寿命試験の結果を表1に示す。比較例では軸受寿命が37時間であったのに対して、試験軸受にミスアライメントを付与した実施例では、軸受寿命が比較例のものの半分程度の20時間となった。なお、試験軸受に電流を流さない参考例では軸受寿命が試験時間の300時間を超えた。また、実施例と比較例の試験軸受を試験後に分解して目視観察した結果、いずれも固定輪である外輪の軌道面に脆性剥離が発生していることが確認された。以上の試験結果より、本発明に係る軸受試験装置および軸受試験方法は、水素脆化に起因する脆性剥離を短時間で的確に再現できることを確認できた。
【0030】
上述した実施形態では、試験軸受の外輪の端面と、そのハウジングの内径面の段差部との間にスペーサ部材を周方向で部分的に介在させて、試験軸受にミスアライメントを付与したが、ミスアライメントを付与する機構は実施形態のものに限定されることはなく、内輪の中心軸と外輪の中心軸を互いに非平行とする機構であればよい。
【0031】
また、上述した実施形態では、試験軸受を深溝玉軸受とし、試験軸受にラジアル荷重を負荷したが、本発明に係る軸受試験装置および軸受試験方法は、ころ軸受等の他の転がり軸受を試験軸受とすることもでき、これらの試験軸受にはスラスト荷重も負荷することができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】軸受試験装置の実施形態を示す縦断面図
【図2】図1の軸受試験装置を用いた軸受寿命試験における回転軸の回転サイクルを示すグラフ
【符号の説明】
【0033】
1 回転軸
1a 延長部
2 試験軸受
3 ダミー軸受
2a、3a 内輪
2b、3b 外輪
2c、3c ボール
4a、4b ハウジング
5 モータ
5a 出力軸
6a、6b プーリ
7 無端ベルト
8 平板
9 固定リング
10a、10b 接点端子

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内外輪および転動体が導電体で形成された試験軸受の内輪を取り付ける回転軸と、前記試験軸受の外輪を固定するハウジングとを有し、前記回転軸を回転駆動する回転駆動手段と、前記試験軸受に荷重を負荷する荷重負荷手段とを設けた軸受試験装置において、前記試験軸受の内輪と外輪との間に前記転動体を介して電流を流す通電手段を設け、前記試験軸受に、前記内輪の中心軸と外輪の中心軸を互いに非平行とするミスアライメントを付与する機構を設けたことを特徴とする軸受試験装置。
【請求項2】
前記通電手段が、前記回転軸を前記試験軸受と離れた位置で支持し、内外輪および転動体が導電体で形成されたダミー軸受を設け、このダミー軸受の外輪を、前記試験軸受の外輪を固定したハウジングと絶縁した別のハウジングに固定して、これらの試験軸受とダミー軸受の各ハウジングおよび前記回転軸を導電体で形成し、前記試験軸受とダミー軸受のハウジング間に通電するものである請求項1に記載の軸受試験装置。
【請求項3】
前記回転駆動手段が、前記回転軸と平行にモータの出力軸を配設し、前記回転軸に試験軸受の取り付け部から延長された延長部を設けて、この回転軸の延長部と前記モータの出力軸とにプーリを取り付け、これらのプーリ間に無端ベルトを張り渡して、前記回転軸をベルト駆動するものであり、前記荷重負荷手段が、前記無端ベルトの張力で前記回転軸の延長部に荷重を負荷するものである請求項1または2に記載の軸受試験装置。
【請求項4】
前記回転駆動手段が、加減速を繰り返す回転サイクルを付与できるものである請求項1乃至3のいずれかに記載の軸受試験装置。
【請求項5】
前記荷重負荷手段によって前記試験軸受に負荷される動等価荷重Pと、試験軸受の基本動定格荷重Cとの比P/Cを0.05以上とした請求項1乃至4のいずれかに記載の軸受試験装置。
【請求項6】
前記試験軸受にミスアライメントを付与する機構を、前記試験軸受のハウジングの内径面に設けた段差部と、この段差部に軸方向を固定される前記試験軸受の外輪の端面との間に、周方向で部分的にスペーサ部材を介在させ、前記外輪の中心軸を前記内輪の中心軸に対して傾斜させるものとした請求項1乃至5のいずれかに記載の軸受試験装置。
【請求項7】
内外輪および転動体が導電体で形成された試験軸受の内輪を回転軸に取り付け、前記試験軸受の外輪をハウジングに固定して、前記試験軸受に荷重を負荷しながら、前記回転軸を回転駆動する軸受試験方法において、前記試験軸受に、前記内輪の中心軸と外輪の中心軸を互いに非平行とするミスアライメントを付与し、前記試験軸受の内輪と外輪との間に前記転動体を介して電流を流しながら、前記回転軸を回転駆動するようにしたことを特徴とする軸受試験方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate


【公開番号】特開2008−309508(P2008−309508A)
【公開日】平成20年12月25日(2008.12.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−154866(P2007−154866)
【出願日】平成19年6月12日(2007.6.12)
【出願人】(000102692)NTN株式会社 (9,006)
【Fターム(参考)】