JP2000035044A - 自動車電装部品・エンジン補機用転がり軸受 - Google Patents

自動車電装部品・エンジン補機用転がり軸受

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JP2000035044A
JP2000035044A JP10202286A JP20228698A JP2000035044A JP 2000035044 A JP2000035044 A JP 2000035044A JP 10202286 A JP10202286 A JP 10202286A JP 20228698 A JP20228698 A JP 20228698A JP 2000035044 A JP2000035044 A JP 2000035044A
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bearing
cage
water absorption
rolling
rolling bearing
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Kenichi Iso
賢一 磯
Atsushi Yokouchi
敦 横内
Magozo Hamamoto
孫三 浜本
Michiharu Naka
道治 中
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Abstract

(57)【要約】 【課題】軸受の軽量化を図りつつ、保持器から潤滑剤中
への水分の混入を抑えることで、優れたはくり寿命を備
た転がり軸受を提供することを課題とする。 【解決手段】転動体4及び軌道輪2,3のうち少なくと
も一方の部品が鋼部材で構成される。保持器5は、吸水
率が0.5wt%以下のプラスチック製からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車電装部品・
エンジン補機用の転がり軸受のように高温・高速回転で
使用される転がり軸受に係り、特に、オルタネータ、カ
ークーラー用電磁クラッチ、アイドラプーリ等への使用
に好適な転がり軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車エンジンの各種動力装置の回転箇
所、例えば、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、水ポンプ等の自動
車電装部品やエンジン補機には、転がり軸受が使用され
ている。
【0003】ここに、自動車は小型軽量化を目的とした
FF車の普及により、さらには室内空間拡大の要望によ
り、エンジンルーム空間の減少を余儀なくされ、前記に
挙げたような、転がり軸受が使用される電装部品・エン
ジン補機の小型軽量化がよりいっそう進められている。
加えて、前記各部品に対し一層の高性能、高出力化も求
められている。
【0004】しかし、小型化により出力の低下は避けら
れず、例えばオルタネータやカーエアコン用電磁クラッ
チでは、高速化することで出力の低下分を補っており、
それに伴ってアイドラプーリも同様に高速化が要求され
る。さらに、静粛化向上の要望によりエンジンルームの
密閉化が進み、エンジンルーム内の高温化が促進される
ため、前記各部品に使用される軸受にも高温に耐えるこ
とが要求される。
【0005】オルタネータ等に使用される転がり軸受に
対して組み込まれる保持器としては、金属製保持器やプ
ラスチック保持器が考えられるが、自動車エンジンの電
装・補機軸受は高速で使用されるため、金属製保持器よ
りも軽量であるプラスチック保持器が多用されている。
【0006】上記プラスチック保持器の素材としては、
ポリアミド樹脂が主に用いられ、その中でも特にポリア
ミド66(ナイロン66)が、高い耐熱性と機械的特性
を持っていることから、多くの用途に使用されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポリア
ミド66は高い吸水性を持っているため、相対湿度10
0%条件下においては最大約8%、通常の状態でも2〜
3%程度の水を吸湿してしまい、軸受の使用環境によっ
ては、保持器を通じて潤滑剤中に水分が混入するおそれ
があるといった問題点がある。
【0008】一般に、転がり軸受の耐久寿命は、潤滑剤
中に水分が混入すると大きく低下する。例えば古村らは
潤滑油(#180タービン油)に6%の水が混入する
と、混入がない場合に比べ、数分の1から20分の1に
転がり疲れ強さが低下することを報告している(古村恭
三郎、城田伸一、平川清:表面起点および内部起点の転
がり疲れについて、NSK Bearing Jour
nal、NO. 636、pp.1−10、1977)。ま
た、Schatzbergらは、潤滑油中にわずか10
0ppmの水分が混入するだけで、鋼の転がり強さが3
2〜48%も低下することを報告している(P.Sch
atzberg、I.M.Felsen;Effect
s of water and oxygen dur
ingrolling contact lubric
atoin、wear、12、pp.331−342、
1968)。
【0009】これらの報告のように潤滑剤中に水分が混
入すると軸受寿命の低下が見られるが、今後さらに高温
・高荷重化が進み、使用条件が過酷となる自動車の電装
部品・エンジン補機用軸受では、運転中に高温となるた
め、保持器中にポリアミド66のように水分を多量に吸
水する保持器を使用すると、高速回転で高温となったと
きに、その吸水量に応じて、保持器中の水分が抜け出し
潤滑剤中に混入するため、短時間で白色組織を伴ったは
くりを発生させることも考えられる。
【0010】また、自動車のエンジンは、稼働と停止を
繰り返す機械である。そして、エンジンが停止している
ときに軸受のハウジング内の温度が下がり、露点に達し
て軸受周りの空気中の水分が凝縮する。このため、エン
ジン停止時に、吸水率に応じて、保持器が軸受外部の前
記水分を吸湿し、再びエンジン稼働中にその水分を潤滑
剤中に放出される恐れもある。
【0011】本発明は、前記のような問題点に着目し
て、軸受の軽量化を図りつつ、保持器から潤滑剤中への
水分の混入を抑えることで、優れたはくり寿命を備た転
がり軸受を提供することを課題としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の自動車電装部品・エンジン補機用転がり軸
受は、転動体及び軌道輪のうち少なくとも一方の部品が
鋼部材で構成されると共に、保持器を、吸水率が0.5
wt%以下のプラスチック製としたことを特徴とするも
のである。
【0013】本発明によれば、保持器がプラスチック製
となって軽量化が図られると共に、保持器の吸水率が
0.5wt%以下となって、保持器から潤滑剤に放出さ
れる水分量が大幅に減少する。
【0014】ここに、前記課題で検討したように、保持
器の吸水率は小さい程好ましいが、吸水率が1.2wt
%前後(従来のプラスチック保持器レベル)より小さく
なるほど軸受寿命向上への寄与が若干,高くなり、0.
5wt%より小さくなる当たりからさらに軸受寿命向上
への寄与が高くなるため(吸水率が1.2wt%の場合
に比べて5倍も軸受寿命が向上する)、0.5wt%以
下とした(後述の表1参照)。
【0015】さらに0.2wt%より小さくなると、さ
らに軸受寿命向上への寄与が高くなるため、好ましく
は、0.2wt%以下とすることが好ましい。ここで、
潤滑剤への水の混入と軸受寿命との関係について、補足
説明する。
【0016】潤滑剤中に水がわずかでも混入すると、鋼
からなる転動体や軌道輪の表面で腐食が起こる。鋼の表
面状態は一様ではないので、腐食形態としては局部腐食
となる。具体的には、表面(軌道面、転勤面)の非金属
介在物とマトリクス(素地)との界面は、引張り応力下
で微少な隙間を形成して毛細管現象により水が入り込
み、腐食反応が起こる。
【0017】そして、腐食生成物が隙間入り口をふさぐ
ので、隙間内部の酸素が不足するようになり隙間内部の
腐食反応は、水素発生型となる。前記隙間に引張り応力
が負荷されるのは、隙間の近くに転がり接触部が存在す
るときや、内輪と軸のはめあいがしまりばめのときであ
る。従って、転がり軸受の軌道面や転勤面上の非金属介
在物とマトリクスの界面は必ず引張り応力を受ける。
【0018】隙間内部でアノードとなるのは、主に隙間
最深部のマトリクスで、カソードとなるのは、炭化物や
最深部の以外のマトリクスである。アノード部における
反応は Fe+2H2 O→Fe(OH)2 +2e- +2H+ ・・・ (1) カソード部における反応は 2H+ +2e- →2Hada ・・・ (2) 2Hada →2Haba ・・・ (3) 2Haba →H2 ↑ ・・・ (4) である。
【0019】ここで、 Hada :表面に吸着する水素原子 Haba :内部に吸収される水素原子 H2 ↑:外部にガスとして放出される水素原子を表す。
【0020】すなわち、反応式(3)は、表面に吸着さ
れた水素原子が内部に拡散されていく反応式であり、反
応式(4)は、表面に吸着された水素原子同士が結合し
て分子(ガス)として外部に放出される反応式である。
従って、カソード反応は、第一ステツプとして反応式
(2)が、第二ステップとして反応式(3)及び反応式
(4)が進行する。炭化物上では反応式(3)の進行は
ほぼ無視でき、反応式(4)が進行する。マトリクス上
では反応式(3)および(4)が進行する。従って、稼
働中の転がり軸受で僅かでも腐食が起こると、水素の吸
収反応が起こる。鋼に水素が僅かでも吸収されると、鋼
は水素脆化するので、転がり疲れ強さが大きく低下し、
はくりを発生させる。
【0021】以上が、水による鋼の転がり疲れ強さの低
下メカニズムの概要である。従って、鋼の水素吸収を抑
制するには、(1)〜(4)の反応のどれかを制御すれ
ばよく、本願発明では、(1)のアノード反応を抑制す
る(軸受使用時に潤滑剤に混入する水分量を抑える)こ
とにより、(2)〜(3)のカソード反応を抑制して、
軸受の寿命向上を図るものである。
【0022】
【発明の実施の形態】次に、本発明に実施形態について
説明する。図1に示すように、軸受1内に組み込まれる
保持器5を、吸水性が低く、且つ、低摩耗性等の保持器
適性のあるプラスチック材料から構成する。
【0023】そして、保持器材として吸水率が0.5w
t%以下、さらに好ましくは、0.2wt%以下のもの
を使用する。具体的に使用可能なプラスチック材料とし
ては、ポリフェニルサルファイド(PPS)、ポリエー
テルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルスルフ
ォン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリ
アセタール(POM)、ポリアミドイミド(PAI)、
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアミド
11(PA11)、ポリアミド612(PA612)等
がある。本発明においては、上記したいずれの保持器材
を単独又は2種以上の複合物として用いることができ
る。
【0024】また、ガラス繊維を含有させることによ
り、さらに吸水性を低く設定することもできる。また、
転動体4や軌道輪2,3の材料としては、従来と同様
に、軸受鋼を使用すれば良い。また、軌道輪2,3に軸
受鋼を使用すると共に、転動体4をセラミック製として
更に軸受の軽量化を図ってもよい。
【0025】なお、符号6はシール材を表す。以上のよ
うな構成の転がり軸受1を使用することで、軸受1の軽
量化が図られると共に、自動車電装部品・エンジン補機
用転がり軸受のように、軸受使用時に保持器への水分の
吸湿及び吸湿した水分の放出が繰り返されるような環境
下で使用される転がり軸受であっても、保持器5を通じ
て潤滑剤に混入される水分量が大幅に減少して、軸受1
の寿命が大幅に向上する。
【0026】
【実施例】以下に、転がり軸受として深溝玉軸受を対象
として、本願発明による軸受寿命の向上について試験を
行った。
【0027】前記深溝玉軸受は、内径17mm、外径4
7mm、幅14mmの接触ゴムシール付き深溝玉軸受で
あって、プラスチック保持器を保持器として組み込ん
だ。そして、表1に示すように、組み込むプラスチック
保持器の保持器材を替えた複数の試験軸受を用意し、各
試験軸受について急加減速試験を行ったものである。
【0028】ここで、潤滑剤としてグリースを2.3g
封入した。そのグリースは、基油に50mm2 /sec
の合成炭化水素油を、増ちょう剤に脂環族・脂肪族系ジ
ウレアを使用し、その他酸化防止剤、防錆添加剤等を計
5%配合したものである。
【0029】試験は、各試験軸受について、内輪回転速
度2000rpmから14000rpmへの急加速と、
14000rpmから2000rpmへの急減速とを繰
り返しながら、プーリ荷重160kgfの条件で軸受を
連続回転させたものである。
【0030】この条件下で、軸受外輪転走面に、はくり
が生じて振動が発生したとき、試験を終了した。はくり
寿命は、比較例1の保持器材の運転時間を1とし、各実
施例および比較例の運転時間を相対値でもって評価し
た。結果を表1に併記する。
【0031】
【表1】
【0032】この表1から分かるように、保持器中の吸
水率が0.5wt%を越えるあたりで急激に寿命低下
し、本願発明の範囲内である0.5wt%以下の吸水率
の低いプラスチック保持器を使用することで、比較例に
比べて5倍以上も軸受寿命が向上する。さらに、0.2
wt%以下の吸水率の低いプラスチック保持器を使用す
ると比較例に比べて8倍以上も軸受寿命が向上する。
【0033】このように、本願発明の軸受は、急加速・
急減速が繰り返されて、保持器が軸受使用時に水分の吸
水・放出を行うような環境下で使用される転がり軸受と
して有効なことが分かる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の転がり軸
受を採用すると、保持器の軽量化を図りつつ、保持器中
から潤滑剤中への水分の混入が大幅に抑えられて、優れ
たはくり寿命を有する転がり軸受を提供することができ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る転がり軸受を示す図
である。
【符号の説明】
1 軸受 2,3 軌道輪 4 転動体(玉) 5 保持器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜本 孫三 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目5番50号 日本精工株式会社内 (72)発明者 中 道治 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目5番50号 日本精工株式会社内 Fターム(参考) 3J101 AA01 AA32 BA10 BA50 BA70 EA03 EA34 EA36 EA37 EA41 EA52 EA76 FA51 GA21 GA24

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 転動体及び軌道輪のうち少なくとも一方
    の部品が鋼部材で構成されると共に、保持器を、吸水率
    が0.5wt%以下のプラスチック製としたことを特徴
    とする自動車電装部品・エンジン補機用転がり軸受。
JP10202286A 1998-07-16 1998-07-16 自動車電装部品・エンジン補機用転がり軸受 Pending JP2000035044A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7775722B2 (en) * 2004-01-31 2010-08-17 Wolfgang Friedl Double-row antifriction bearing
JP2012041433A (ja) * 2010-08-18 2012-03-01 Nsk Ltd 高分子材料成形品及び機械部品
CN111075842A (zh) * 2018-10-22 2020-04-28 斯凯孚公司 滚动轴承

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