JP2004003595A - Rolling bearing for automobile power train - Google Patents

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JP2004003595A
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Eiji Hirai
平井 英次
Mitsuhiro Okuhata
奥畑 充宏
Nobuo Kino
木野 伸郎
Keizo Otani
尾谷 敬造
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Nissan Motor Co Ltd
Nihon Parkerizing Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
Nihon Parkerizing Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To securely suppress invasion of hydrogen into the inside of steel, and prevent hydrogen embrittlement like short life exfoliation even though the amount of hydrogen generated increases due to the change of use environment and lubricating environment. <P>SOLUTION: The rolling bearing is for peripheral auxiliary machinery such as a power train and an alternator, an idler pulley, an electromagnetic clutch for car air conditioners and a fuel injection pump. The coat with a thickness of 0.1 to 15 μm which makes nickel (Ni) and copper (Cu) main component is formed for at least one member among an inner race 1a, an outer race 1b and a ball 1d. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車パワートレイン、例えば、トランスミッション内で歯車やシャフトやプーリーなどの動力伝達部品を支持するのに用いられるほか、自動車パワートレインとしてのベルト式無段変速機内の動力伝達部品を支持するのに用いられ、さらに、オルタネータ,電磁クラッチ,アイドラプリーなどに用いられるグリース封入軸受や、燃料噴射ポンプに使用される転がり軸受などの自動車パワートレインの周辺補機に採用するのにも好適な自動車パワートレイン用転がり軸受に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車等に使われるパワートレインには、燃費の向上および高出力化を図るうえで、小型軽量化が求められている。これに伴い、上記パワートレインに使用される転がり軸受や歯車等の転動,摺動部材には、小型軽量化に加えて、高荷重および高回転といった厳しい環境下での運転が余儀なくされている。
【0003】
例えば、オルタネータや電磁クラッチ等に使われるグリース封入軸受の場合、小型軽量化が求めらるのに加えて、エンジンからの振動を受けるため、高荷重下,高速回転下および高振動下という厳しい環境下で使用される。その結果、NTN Technical Review No.61や、NSK Technical Journal No.656に記載されているように、転走面内部に特異な形態の組織変化を伴い、短寿命で剥離するとの報告がある。
【0004】
この短寿命剥離の原因は、NTN Technical Review No.61に記載されているように、高荷重下,高速回転下および高振動下という厳しい環境下での使用が転走面の鏡面摩耗を引き起こし、これによる金属新生面の形成が触媒的な役割を果たしてグリースまたは混入水分を分解し、この際に発生した水素が鋼中に侵入して、水素脆性的な剥離を招くためと考えられる。
【0005】
この際、▲1▼炭化水素または混入水分の分解による水素原子またはイオンの発生過程→▲2▼発生した水素原子またはイオンの鋼中内部への侵入過程→▲3▼侵入した水素による材料の脆化過程を経て、転走面内部における水素脆性的な剥離を招いていると考えられる。
【0006】
従来、上記した水素脆性的な短寿命剥離の対策としては、黒染め処理によって転動面に四三酸化鉄を形成させたもの(特開平2−190615号)や、不活性化剤を含む潤滑剤を用いて不活性化剤の反応が促進されるように転走表面が改質処理されているもの(特開2001−20958号)や、基材のCrの含有量を増加させて表面にFeCrO4等の不活性酸化膜を形成させたもの(特開平8−177864号)などがある。
【0007】
これらの策は、転走表面に不活性皮膜を形成させ、新生面生成による触媒作用を抑制することで、炭化水素または混入水分の分解反応を起こり難くして水素の発生量を減らすこと、すなわち、前述の▲1▼の水素発生過程を改善したものである。しかし、炭化水素の分解反応に対する触媒作用は、新生面だけでなく混入水分や添加剤の分解などによって生成した酸などにも存在するため、潤滑環境によっては不活性皮膜のみでは水素の発生を完全に抑えることはできず、これらの発生した水素が鋼中へ侵入するのを阻止することは難しい。
【0008】
また、Al,Nb,Nなどを鋼に添加して、オーステナイト結晶粒の微細化によって水素脆化に強い金属組織にした従来例(特開平5−255809号)がある。
【0009】
これは結晶粒微細化により、材料の耐水素脆化性を向上させたこと、すなわち、前述の▲3▼の材料の脆化過程を改善したものである。しかし、結晶粒の微細化は、水素の侵入経路である結晶粒界の面積率を増やすことから、鋼中への水素の侵入量が増加する場合がある。
【0010】
したがって、上記従来例では改善されていなかった前述の▲2▼の水素の侵入過程を改善して、使用環境や潤滑環境が変わって発生する水素量が増加しても、鋼中内部への水素の侵入を確実に抑止するようにすることで、水素脆性的な短寿命剥離を抑止可能な転動部材や摺動部材が必要である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
これまで、このような水素脆性的な短寿命剥離現象は、前述のようにオルタネータや、アイドラプーリーーなどのエンジン補機に使用されるグリース封入軸受で発生する場合があるとの報告がなされているが、これらの他のエンジン周辺補機用の転がり軸受、例えば、カーエアコン用電磁クラッチや燃料噴射ポンプなどに用いられる転がり軸受、さらには、自動車パワートレインとしてのトランスミッション内で歯車やシャフトやプーリーなどの動力伝達部品を支持したり、自動車パワートレインとしてのベルト式無段変速機内の動力伝達部品を支持したりする転がり軸受においても、上記グリース封入軸受と同様に高振動下で使用されるため、部品の小型軽量化、あるいは,大容量化の流れの中で、今後、前述の水素脆性的な現象が起こる可能性があるという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっている。
【0012】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、使用環境や潤滑環境が変化して水素の発生量が増加したとしても、水素の鋼中内部への侵入を確実に抑止することができ、その結果、水素脆性的な短寿命剥離を防止することが可能である自動車パワートレイン用転がり軸受を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受は、請求項1として、自動車のパワートレインおよびその周辺補機に使用される転がり軸受であって、内レース,外レースおよび転動体のうちの少なくとも一つの部材に、ニッケル(Ni)または銅(Cu)を主成分とする厚さ0.1〜15μmの皮膜を形成してある構成としたことを特徴としており、この自動車パワートレイン用転がり軸受の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【0014】
ここで、本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受がスラストころ軸受である場合は、軸側に固定されるレースを内レースとし、ハウジング側に固定されるレースを外レースとする。
【0015】
本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受は、請求項2において、内レース,外レースおよび転動体に形成した皮膜の厚さが、固定側のレースの皮膜厚さ+2×(駆動側のレースの皮膜厚さ+転動体の皮膜厚さ)≦15μmとしてある構成とし、請求項3として、皮膜を電気めっきあるいは無電解めっきにより形成してある構成とし、請求項4として、めっき処理を行った後の段階において、200℃以下の温度でのベーキング処理が施してある構成としている。また、請求項5として、めっきを施す転がり接触部の基材表面の平均微小硬度(HV(0.025))がHV850以下である構成とし、請求項6として、めっきを施す転がり接触部の基材表面のα−Fe[211]ピークの半価幅が6.5以上である構成とし、請求項7として、めっきを施す転がり接触部の基材表面の圧縮残留応力が1000MPa以下である構成としている。
【0016】
本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受は、請求項8として、自動車パワートレインの周辺補機がオルタネータ,アイドラプーリーおよびカーエアコン用電磁クラッチのうちのいずれかである構成とし、請求項9として、自動車パワートレインの周辺補機が燃料噴射ポンプである構成とし、請求項10として、トランスミッション等の自動車パワートレインの動力伝達部品を支持するのに用いられる構成とし、請求項11として、自動車パワートレインとしてのベルト式無段変速機内の動力伝達部品を支持するのに用いられる構成としている。
【0017】
【発明の作用】
本発明の請求項1に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受は、水素の拡散係数が低いニッケル(Ni)または銅(Cu)を主成分とする厚さ0.1〜15μmの皮膜が軸受を構成する内レース,外レースおよびボールやころなどの転動体のうちの少なくとも一つの部材に形成されているので、ミクロな金属接触による鉄新生面の露出が抑制されると共に、炭化水素あるいは混入水分の分解等により転動中に生成した水素の鋼中内部への侵入が抑制される。つまり、ニッケルや銅という元素は、鉄に比べて水素の拡散係数が極めて低いため、表面にこれらの皮膜を形成していると、水素の拡散が表面で大幅に遅れるため、表面に水素を留めうることとなり、その結果、内部の応力が高い部位への水素の侵入が遅れて、単位時間当たりの水素の侵入量が減少することとなる。
【0018】
ここで、コストなどとの兼ね合いから皮膜の形成部位を絞る場合には、水素脆性剥離を生じ易い部位、例えば、玉軸受では内レースか外レース(ラジアル玉軸受では少なくとも固定側のレース)または玉、ころ軸受ではころに皮膜を形成することが好ましい。
【0019】
また、 ニッケル(Ni)または銅(Cu)を主成分とする皮膜の厚さを0.1〜15μmが好ましいとした理由は、皮膜厚さが0.1μm未満の場合、使用中に皮膜が摩耗してしまい、水素侵入を遮断する皮膜の作用や鉄新生面露出を抑制する作用が長期的に得られ難くなって、十分な耐水素脆化性が得られないためである。
【0020】
一方、ニッケル(Ni)または銅(Cu)を主成分とする皮膜の厚さが15μmを越えても耐水素脆化性は特に悪化するわけではないが、皮膜の厚さが増すのに伴って皮膜内の応力が過大になり、比較的早期に皮膜剥離が発生して、転動疲労寿命の向上にそれほど寄与しなくなるので好ましくない。とくに、ラジアル軸受の場合には、使用中の皮膜の摩耗による軸受のラジアル隙間の増大により回転精度が悪くなり、振動が増加したり騒音を招いたりして軸受の剥離寿命を低下させるので好ましくない。そして、皮膜厚さが増大するのと同時に、処理時間が長くなり、その結果、コストも高くなるので、やはり皮膜の厚さが15μmを越えることは好ましくない。
【0021】
また、本発明の請求項2に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受では、内レース,外レースおよび転動体に形成された皮膜厚さの合計が、固定側のレースの皮膜厚さ+2×(駆動側のレースの皮膜厚さ+転動体の皮膜厚さ)≦15μmであることが好ましい。
【0022】
例えば、一方向からラジアル荷重が負荷されるラジアル軸受において、固定側のレースにのみ5μmの皮膜を形成し、使用中にそれがすべて摩滅してしまうとした場合には、摩滅するのは負荷圏側だけなので、軸受隙間は5μm増加する。一方、駆動側のレースまたはボールにのみ5μmの皮膜を形成し、使用中にそれらがすべて摩滅してしまうとした場合には、どちらも回転しているのでラジアル隙間は5μm×2=10μm増加する。
【0023】
したがって、固定側のレースの皮膜厚さ+2×(駆動側のレースの皮膜厚さ+転動体の皮膜厚さ)が15μmを上回ると、前述と同様に、軸受のラジアル隙間の増大によって回転精度が悪くなり、振動が増加したり騒音を招いたりして軸受の剥離寿命を低下させたりするので好ましくない。
【0024】
なお、例えば、図1に示すように、オルタネータ10用の軸受1の場合、固定側は外レース1bになり、図4に示すように、アイドラプーリー40に使用される軸受4の場合、固定側は内レース4aになる。
【0025】
さらに、本発明の請求項3に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受では、皮膜を電気めっきあるいは無電解めっきにより形成するようにしているので、侵入水素を遮断する皮膜を比較的簡便な処理で形成し得ることとなり、汎用性および量産性に優れた好ましいものとなる。
【0026】
さらにまた、より好ましい実施態様としての本発明の請求項4に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受では、めっき処理を行った後の段階において、200℃以下の温度でのベーキング処理を施すようにしていることから、電気めっきあるいは無電解めっきの際に基材もしくは皮膜内に侵入した水素、および、粗材熱処理(例えば浸炭焼入れ)の際に基材に侵入した水素が放出される。ここで、ベーキング処理時の温度を200℃よりも高くすると、ベーキングによる脱水素量は増加するものの、基材が高温保持により軟化する場合がある。したがって、ベーキング処理時の温度を200℃以下とすることにより、脱水素効果を維持しつつ、基材軟化を阻止する。上記ベーキング処理は真空炉にて行うのがより好ましく、これにより脱水素効果が更に高まることとなる。
【0027】
さらにまた、より好ましい実施態様としての本発明の請求項5〜7に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受では、めっきを施す転がり接触部の基材表面の平均微小硬度(HV(0.025))がHV850以下、α−Fe[211]ピークの半価幅が6.5以上、めっきを施す転がり接触部の基材表面の圧縮残留応力が1000MPa以下とすることで、皮膜−基材間の密着性が向上して、水素の侵入抑止効果が高まることとなり、その結果、水素脆性的な剥離が抑止されることとなって好ましい。
【0028】
【発明の効果】
本発明の請求項1および2に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受によれば、上記した構成としているので、使用環境や潤滑環境が変化して水素の発生量が増加したとしても、ミクロな金属接触による鉄新生面の露出を抑えることで、水素の鋼中内部への侵入を確実に阻止することができ、その結果、水素脆性的な短寿命剥離を防止することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0029】
本発明の請求項3に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受によれば、上記した構成としたから、比較的簡単な処理を行うことで、侵入水素を遮断する皮膜を形成することができ、汎用性および量産性の向上をも実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0030】
本発明の請求項4に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受によれば、上記した構成としたため、電気めっきあるいは無電解めっきの際に基材や皮膜内に侵入した水素、および、粗材熱処理(例えば浸炭焼入れ)の際に基材に侵入した水素を放出することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされ、本発明の請求項5〜7に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受では、上記した構成としたため、皮膜−基材間の密着性を向上させて、水素の侵入抑止効果を高めることができ、その結果、水素脆性的な剥離を効率的に抑止することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0031】
本発明の請求項8に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受によれば、エンジン周辺補機、すなわち、オルタネータ,アイドラプーリーおよびカーエアコン用電磁クラッチの厳しい環境下での運転を不具合なく円滑に行わせることができ、本発明の請求項9に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受によれば、エンジン周辺補機、すなわち、燃料噴射ポンプの厳しい環境下での運転をスムーズに行わせることが可能であり、本発明の請求項10に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受によれば、動力伝達部品の小型化および大容量化を実現可能であり、本発明の請求項11に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受によれば、ベルト式無段変速機のユニットの小型化および大容量化を実現することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0032】
【実施例】
以下に、本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受の実施例を説明し、その有用性を比較例と対比して示す。なお、本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受の各測定値は以下の方法で得られた測定値を用いた。
【0033】
[皮膜厚さ測定方法]
作成した試料の皮膜厚さは、皮膜形成部の断面をSEM(走査型電子顕微鏡)を用いた観察により定量する。
【0034】
[皮膜のりん含有量測定方法]
作成した試料の皮膜のリン含有量は、市販の蛍光X線分析装置を用いて定量する。リンの含有量が既知でかつ含有量の異なる複数個のサンプルを測定し、この際、各々の強度から強度−含有量の検量線を作成する。同様の条件で本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受を適当なサイズに切り出して測定し、この測定強度を前述の検量線に基づいてリン含有量に換算する。
【0035】
[基材表面の微小硬度]
めっきを施す転がり接触部の基材表面の微小硬度は、めっき後にめっきを施した転動部を切出して、その断面から測定した。測定は、マイクロビッカ−ス硬さ測定装置を用いて、押し付け荷重25g(=HV(0.025))で行った。測定位置は、基材表面(=めっき界面)から深さ5〜10μmの位置で数点測定し、その平均値を基材表面の平均微小硬度と定義した。
【0036】
[基材表面のα−Fe[211]ピーク半価幅及び基材表面の圧縮残留応力]
めっきを施す転がり接触部の基材表面のα−Fe[211]ピークの半価幅及び圧縮残留応力の測定は、微小部X線応力測定装置を用いて行った。測定は、電解研磨により基材表面(=めっき界面)から深さ10μmの位置まで研磨し、その面での測定値をα−Fe[211]ピーク半価幅及び圧縮残留応力と定義した。なお、圧縮残留応力は円周方向応力を用いた。
【0037】
次に、本発明に係る自動車パワートレイン用転がり軸受の製造方法について説明する。
【0038】
市販の材質SUJ2製の深溝玉軸受(図1,図9参照)およびスラストころ軸受(図3参照)を用いて、下記条件により種々の皮膜を形成させた。
【0039】
[ニッケル(Ni)を主成分とする皮膜の作成条件]
1)皮膜を施す基材:転がり軸受のレース面,玉およびころ
2)めっき浴の組成:
A.ストライクめっき浴(Ni系)
塩化ニッケル    200g/L
塩酸        80g/L
ほう酸       30g/L
pH     1以下
めっき浴温度    50〜55℃
電流密度      0.1〜10A/dm
B.電気めっき浴(Ni系)
60%スルファミン酸
ニッケル      800g/L
塩化ニッケル    15g/L
ほう酸       45g/L
サッカリンソーダ  5g/L
50%次亜リン酸  0または1g/L
pH      4〜5
めっき浴温度    55〜60℃
電流密度      1〜10A/dm
C.無電解めっき浴(Ni系)
塩化ニッケル    16g/L
次亜リン酸ナトリウム24g/L
コハク酸ナトリウム 16g/L
リンゴ酸      18g/L
ジエチルアミン   10g/L
pH      5〜6
めっき浴温度    90〜95℃
【0040】
[銅(Cu)を主成分とする皮膜の作成条件]
D.電気めっき浴(Cu系)
シアン化第一銅   60g/L
シアン化ナトリウム 75g/L
炭酸ナトリウム   30g/L
pH      12〜13
めっき浴温度    50〜60℃
電流密度      2〜5A/dm
E.無電解めっき浴(Cu系)
硫酸銅       10g/L
ロッセル塩     50g/L
水酸化ナトリウム  10g/L
ホルマリン(37%)10g/L
安定剤       微量
pH      11〜13
めっき浴温度    室温
【0041】
<深溝玉軸受(ラジアル軸受)>
(実施例1〜6,8,比較例2)
転がり軸受1の固定側の外レース1bまたは駆動側の内レース1aのベアリング溝部1cに、ニッケル(Ni)を主成分とするストライクメッキ(上記Aの浴を使用)を施した後、電気めっき法(上記Bの浴を使用)にてNiを主成分とする皮膜を形成した。
【0042】
なお、電気めっき法にてNiを主成分とする皮膜を形成する際のめっき浴(上記Bの浴)として、実施例8および比較例2では、50%次亜リン酸を1g/L添加した浴を使用し、実施例1〜6では、50%次亜リン酸を添加しないめっき浴を使用した。また、実施例6では、めっきの後、真空炉にて130℃×20時間のベーキング処理を実施した。
【0043】
(実施例2.1,2.2,2.3)
この際、基材表面の品質(微小硬度,半価幅及び圧縮残留応力)の影響を確認するために、外レースに微粒子ショットピーニングを施した後、再度研磨仕上を施した外レースにNiめっきを施した試料(実施例2.2及び2.3)を用意し、微粒子ショットピーニングを施していない試料(実施例2及び2.1)とともに、実施例2と同様のめっき処理を施した。各実施例におけるそれぞれの試料の基材表面品質を表2に示す。
【0044】
(実施例7)
転がり軸受1の固定側の外レース1bおよび駆動側の内レース1aのベアリング溝部1cに、ニッケル(Ni)を主成分とするストライクメッキ(上記Aの浴を使用)を施した後、無電解めっき法(上記Cの浴を使用)にてNiを主成分とする皮膜を形成した。
【0045】
(実施例9〜11,比較例3)
転がり軸受1の固定側の外レース1bまたは駆動側の内レース1aのベアリング溝部1cに、銅(Cu)を主成分とするめっき皮膜を形成した。このCuめっきの形成に際し、実施例9,10,比較例3では、電気めっき法(上記Dの浴を使用)を採用し、実施例11では、無電解めっき法(上記Eの浴を使用)を採用した。また、実施例10では、めっきの後、真空炉にて130℃×20時間のベーキング処理を実施した。なお、本実施例では、レースに皮膜を形成したが、転動体(玉)が剥離する場合には、この転動体に皮膜を形成してもよい。
【0046】
(比較例1)
めっき処理を施さない試料を用意した。
【0047】
<スラストころ軸受>
(実施例1’,2’,4’,比較例2’)
スラストころ軸受2のころ2dに、ニッケル(Ni)を主成分とするストライクメッキ(上記Aの浴を使用)を施した後、電気めっき法(上記Bの浴を使用)にてNiを主成分とする皮膜を形成した。
【0048】
なお、電気めっき法にてNiを主成分とする皮膜を形成する際のめっき浴(上記Bの浴)として、実施例4’および比較例2’では、50%次亜リン酸を1g/L添加した浴を使用し、実施例1’,2’では、50%次亜リン酸を添加しないめっき浴を使用した。また、実施例1’では、めっきの後、真空炉にて130℃×20時間のベーキング処理を実施した。
【0049】
(実施例3’)
スラストころ軸受2のころ2dに、ニッケル(Ni)を主成分とするストライクメッキ(上記Aの浴を使用)を施した後、無電解めっき法(上記Cの浴を使用)にてNiを主成分とする皮膜を形成した。
【0050】
(実施例5’,6’,7’,比較例3’)
スラストころ軸受2のころ2dに、銅(Cu)を主成分とするめっき皮膜を形成した。このCuめっきの形成に際し、実施例5’,6’,比較例3’では、電気めっき法(上記Dの浴を使用)を採用し、実施例7’では、無電解めっき法(上記Eの浴を使用)を採用した。また、実施例5’では、めっきの後、真空炉にて130℃×20時間のベーキング処理を実施した。なお、本実施例では、ころに皮膜を形成したが、レースが剥離する場合には、このレースに皮膜を形成してもよい。
【0051】
(比較例1’)
めっき処理を施さない試料を用意した。
【0052】
<ベルト式無段変速機>
(実施例1’’)
図7に示すように、ベルト式無段変速機60において、プーリーを支持する転がり軸受1の固定側の外レース1bおよび駆動側の内レース1aのベアリング溝部1cに、ニッケル(Ni)を主成分とするストライクメッキ(上記Aの浴を使用)を施した後、電気めっき法(上記Bの浴を使用)にてNiを主成分とする皮膜を形成した。なお、本実施例では、レースに皮膜を形成させたが、転動体(玉)が剥離する場合には、この転動体に皮膜を形成してもよい。
【0053】
次に、本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受の評価方法について説明する。
【0054】
本実施例では、3種類の軸受を用いて、下記の2種類の評価を行った。
【0055】
▲1▼深溝玉軸受(エンジン補機としてのオルタネータ用軸受を模擬)
図1に示す深溝玉軸受(6303タイプ)1を具備したオルタネータ10を、図2に示すように、ベンチ20の水平方向に移動可能な台21に固定し、駆動モータ22の出力を中間プーリー23およびベルト24,25を介してオルタネータ実機10のプーリー11に伝達することで急加減速試験を行った。矢印方向の軸荷重約1.8kNを負荷した状態でプーリー11の回転数を数秒間で2000rpm→14000rpm→2000rpmに変化させる急加減速を繰返しながら評価した。また、転動疲労寿命は、振動センサにて検知し、フロント側軸受の固定輪または駆動輪のベアリング溝部がフレーキングに至るまでの試験時間を寿命とした。
【0056】
▲2▼スラストころ軸受(エンジン補機としての燃料噴射ポンプ用ころ軸受を想定)図4に示すように、エンジンオイル中に水分を加えて作成した約1000ppmの水分を含む潤滑油O中において、この潤滑油Oを充填した潤滑油容器Cの底面にころ軸受(NSK製FNTA−2542C)2をセットし、図示上側に位置する内レース2aにスラスト試験機30の回転軸31の押圧盤32を当接させて、図示矢印方向の荷重(5880Nm)を負荷しつつ1000rpmで回転軸31を回転させてころ軸受2の転動試験を行った。また、転動疲労寿命は、振動センサにて検知し、ころがフレーキングに至るまでの試験時間を寿命とした。
【0057】
▲3▼ベルト式無段変速機(動力伝達部品を支持する転がり軸受)
図7に示すように、ベルト式無段変速機60のCVT部はプライマリープーリー61と、セカンダリープーリー62と、スチールベルト63を具備しており、プライマリープーリー61およびセカンダリープーリー62に対するスチールベルト63の接触半径を無段階に切り替えることによって変速するようになっている。このCVT部を組み込んだボックス試験機を用いてボックス耐久試験を行った。試験条件は下記の通りである。
【0058】
入力回転数:4000rpm
入力トルク:30kgfm
ギヤ比:1.0
オイル:日産CVTフルードNS−1
転がり軸受の寿命を評価するために、その他の部品については定期的に交換して転がり軸受が剥離する寿命を評価した。
【0059】
表1,4,6に、上記試験条件にて評価した本実施例および比較例における軸受の転動疲労寿命試験結果の一覧を示す。なお、表1,4,6に、試験前に調べた本実施例および比較例に係わる軸受の皮膜特性値を合わせて示す。上記試験条件にて評価した剥離は、表1,6では全て外レースに発生し、表4では全てころに発生した。
【0060】
また、図8および図9に、深溝玉軸受の剥離部近傍における転がり方向断面の組織写真を示す。
【0061】
図8の写真は長寿命の試料に観察され、内部でやや黒く腐食される組織が確認されるだけで白色組織は存在しない。一方、図9の写真は短寿命の試料に観察され、いびつな形態の白色組織が確認された。これらの2種類の組織変化はスラストころ軸受の剥離部近傍にも同様の傾向で確認された。表1,4,6には、組織変化形態を転動疲労試験結果と合わせて示しており、前述の黒く腐食される組織の場合をDECと記し、白色組織の場合を水素脆性型と記す。
【0062】
表3,5に、組織変化形態の異なる転動疲労試験後の試料から転動部を切り出し、鋼中の拡散性水素量を測定した結果を示す。なお、測定は昇温脱離ガス分析装置(日本真空技術(株)UPM−ST−200R型)を用いて行い、加熱温度400℃以下にて放出された水素量を拡散性水素量とした。
【0063】
【表1】

Figure 2004003595
【0064】
【表2】
Figure 2004003595
【0065】
【表3】
Figure 2004003595
【0066】
【表4】
Figure 2004003595
【0067】
【表5】
Figure 2004003595
【0068】
【表6】
Figure 2004003595
【0069】
表3,5より、短寿命でフレーキングを生じた場合、長寿命品に比べて水素侵入量が多いことがわかる。これにより、いびつな形態の白色組織を伴う短寿命剥離は侵入水素が起因となった水素脆性的な剥離形態であるといえる。つまり、侵入水素を抑制することで組織変化形態が水素脆性型からDEC型にシフトし、長寿命化することが考えられる。
【0070】
表1,4,6に示すように、転動疲労寿命試験の結果、表面に水素遮断層として作用するNiまたはCuの皮膜を設けた本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受は、DEC型の組織変化形態を呈しており、比較例の軸受に対して、大幅に転動疲労寿命が向上していることが実証された。
【0071】
また、表2に示すように、めっきを施す基材表面の品質をHV850以下、半価幅6.5以上、圧縮残留応力1000MPa以下とすることで、さらに長寿命化が図れることが実証された。
【0072】
上記した実施例では、本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受を図1に示す自動車パワートレイン周辺補機であるオルタネータ10用の軸受とした場合,図3に示す同じく自動車パワートレイン周辺補機である燃料噴射ポンプ15用のスラストころ軸受とした場合および図9に示す自動車パワートレインであるベルト式無段変速機用の軸受とした場合を示したが、これに限定されるものではなく、本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受を図5に示すアイドラプーリー40用の軸受4としたり、図6に示すカーエアコン用電磁クラッチ50の軸受5としたり、エンジンやトランスミッションやファイナルドライブなどの自動車パワートレインの動力伝達部品を支持する転がり軸受とすることができるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受の一実施例を示すオルタネータ実機に組み付けた状態の断面説明図(a)および深溝玉軸受の拡大断面説明図(b)である。
【図2】図1のオルタネータに組み付けた深溝玉軸受の急加減速試験を行うベンチの概略説明図である。
【図3】本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受の他の実施例を示す燃料噴射ポンプに組み付けた状態の断面説明図である。
【図4】図3の燃料噴射ポンプに組み付けたスラストころ軸受に対してスラスト試験機を用いて転動試験を行う際の概略断面説明図である。
【図5】本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受をアイドラプーリーに組み付けた状況を示す断面説明図である。
【図6】本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受をカーエアコン用電磁クラッチに組み付けた状況を示す断面説明図である。
【図7】本発明に係わる自動車パワートレイン用転がり軸受をベルト式無段変速機に組み付けた状況を示す断面説明図である。
【図8】急加減速試験後の深溝玉軸受の剥離部近傍における転がり方向断面組織(白色組織なし)を示す写真である。
【図9】急加減速試験後の深溝玉軸受の剥離部近傍における転がり方向断面組織(白色組織あり)を示す写真である。
【符号の説明】
1 深溝玉軸受(自動車パワートレイン用転がり軸受)
1a,2a 内レース
1b,2b 外レース
1d ボール(転動体)
2 スラストころ軸受(自動車パワートレイン用転がり軸受)
2d ころ(転動体)
10 オルタネータ
15 燃料噴射ポンプ
40 アイドラプーリー
50 カーエアコン用電磁クラッチ
60 ベルト式無段変速機[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used to support power transmission components such as gears, shafts, and pulleys in an automobile powertrain, for example, a transmission, and also supports power transmission components in a belt-type continuously variable transmission as an automobile powertrain. In addition, grease-filled bearings used in alternators, electromagnetic clutches, idler pulleys, and rolling bearings used in fuel injection pumps are also suitable for use as peripheral accessories in automotive powertrains. The present invention relates to a rolling bearing for a power train.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, power trains used in automobiles and the like have been required to be smaller and lighter in order to improve fuel efficiency and increase output. Along with this, rolling and sliding members such as rolling bearings and gears used in the power train are required to be operated in a severe environment such as high load and high rotation in addition to reduction in size and weight. .
[0003]
For example, grease-enclosed bearings used in alternators and electromagnetic clutches are required to be compact and lightweight, and are subject to vibration from the engine. Used below. As a result, NTN Technical Review No. 61, NSK Technical Technical Journal No. As described in 656, there is a report that peeling occurs in a short life with a unique form of tissue change inside the rolling surface.
[0004]
The cause of the short-life peeling is as described in NTN Technical Review No. As described in No. 61, use under severe environment such as high load, high speed rotation and high vibration causes mirror wear of the rolling surface, and the formation of a new metal surface thereby plays a catalytic role. It is considered that grease or mixed water is decomposed, and the hydrogen generated at this time penetrates into the steel, causing hydrogen-brittle separation.
[0005]
At this time, (1) the process of generating hydrogen atoms or ions due to the decomposition of hydrocarbons or mixed water → (2) the process of penetrating the generated hydrogen atoms or ions into the steel → (3) the brittleness of the material due to the penetrated hydrogen It is considered that hydrogen embrittlement separation within the rolling surface is caused through the formation process.
[0006]
Conventionally, as a countermeasure against the above-described hydrogen-brittle short-life peeling, a method in which triiron tetroxide is formed on the rolling surface by a blackening treatment (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-190615), a lubrication method containing an inactivator, The rolling surface is modified so that the reaction of the deactivator is promoted by using an agent (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-20958), or the surface is increased by increasing the Cr content of the base material. There is one in which an inert oxide film such as FeCrO4 is formed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-177864).
[0007]
These measures are to form an inert film on the rolling surface and suppress the catalytic action due to the formation of a new surface, thereby making it difficult for the decomposition reaction of hydrocarbons or mixed water to occur and reducing the amount of generated hydrogen, that is, This is an improvement of the above-mentioned (1) hydrogen generation process. However, the catalytic action on the decomposition reaction of hydrocarbons exists not only on the new surface but also on the mixed water and the acid generated by the decomposition of additives, etc. It cannot be suppressed and it is difficult to prevent these generated hydrogen from entering the steel.
[0008]
In addition, there is a conventional example (JP-A-5-255809) in which Al, Nb, N, and the like are added to steel to form a metal structure resistant to hydrogen embrittlement by refining austenite crystal grains.
[0009]
This is to improve the hydrogen embrittlement resistance of the material by refining the crystal grains, that is, to improve the embrittlement process of the above-mentioned material (3). However, miniaturization of crystal grains increases the area ratio of crystal grain boundaries, which are hydrogen entry paths, so that the amount of hydrogen that enters steel may increase.
[0010]
Therefore, by improving the hydrogen invasion process of the above item (2), which has not been improved in the above conventional example, even if the amount of generated hydrogen increases due to a change in the use environment or lubrication environment, the amount of hydrogen entering the inside of the steel increases. A rolling member or a sliding member capable of suppressing hydrogen-brittle short-life peeling by reliably suppressing the intrusion of hydrogen is required.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Until now, it has been reported that such hydrogen-brittle short-life peeling phenomenon may occur in grease-enclosed bearings used in engine accessories such as alternators and idler pulleys as described above. However, rolling bearings for these other engine peripheral accessories, such as those used in electromagnetic clutches for car air conditioners and fuel injection pumps, and gears, shafts and pulleys in transmissions as automobile power trains Rolling bearings that support power transmission components such as power transmission components in belt-type continuously variable transmissions as automobile power trains are also used under high vibrations, similar to the above grease-sealed bearings. With the trend toward smaller and lighter parts and larger capacity, the aforementioned hydrogen embrittlement phenomenon will occur in the future. Has a problem that there is a potential, it has become a conventional problem to solve this problem.
[0012]
[Object of the invention]
The present invention has been made in view of the conventional problems described above, and even if the use environment or the lubrication environment changes and the amount of generated hydrogen increases, the intrusion of hydrogen into steel inside is surely suppressed. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rolling bearing for an automobile power train, which can prevent hydrogen-brittle short-life peeling.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The rolling bearing for an automobile power train according to the present invention is a rolling bearing used for an automobile power train and its peripheral accessories, wherein at least one of an inner race, an outer race and a rolling element is used. The present invention is characterized in that a coating having a thickness of 0.1 to 15 μm containing nickel (Ni) or copper (Cu) as a main component is formed on a member. This is a means for solving the conventional problem described above.
[0014]
Here, when the rolling bearing for an automobile power train according to the present invention is a thrust roller bearing, a race fixed to the shaft side is an inner race, and a race fixed to the housing side is an outer race.
[0015]
In the rolling bearing for an automobile power train according to the present invention, the thickness of the film formed on the inner race, the outer race, and the rolling element is determined by the following equation. (Thickness of film + thickness of rolling element film) ≦ 15 μm. In a third aspect, the film is formed by electroplating or electroless plating. In a fourth aspect, after plating is performed, In this step, the baking process is performed at a temperature of 200 ° C. or less. According to a fifth aspect of the present invention, the average microhardness (HV (0.025)) of the substrate surface of the rolling contact portion to be plated is HV850 or less. The half-width of the α-Fe [211] peak on the material surface is 6.5 or more, and the compressive residual stress on the base material surface of the rolling contact portion to be plated is 1000 MPa or less. I have.
[0016]
The rolling bearing for an automobile power train according to the present invention is configured as claim 8 in which peripheral accessories of the automobile power train are any one of an alternator, an idler pulley, and an electromagnetic clutch for a car air conditioner. Peripheral accessories of the vehicle power train are fuel injection pumps, and as claim 10 a structure used to support power transmission components of the vehicle power train such as a transmission, and as claim 11 as a vehicle power train Used to support power transmission components in the belt-type continuously variable transmission.
[0017]
Effect of the Invention
In the rolling bearing for an automobile power train according to the first aspect of the present invention, a coating having a thickness of 0.1 to 15 μm mainly composed of nickel (Ni) or copper (Cu) having a low hydrogen diffusion coefficient constitutes the bearing. Since it is formed on at least one member of the inner race, outer race, and rolling elements such as balls and rollers, exposure of the newly formed iron surface due to micro metal contact is suppressed, and decomposition of hydrocarbons or mixed water, etc. Thereby, the intrusion of hydrogen generated during rolling into the steel is suppressed. In other words, elements such as nickel and copper have an extremely low diffusion coefficient of hydrogen compared to iron, so if these films are formed on the surface, the diffusion of hydrogen will be greatly delayed at the surface, and the hydrogen will be retained on the surface. As a result, the penetration of hydrogen into a portion having a high internal stress is delayed, and the amount of hydrogen per unit time is reduced.
[0018]
Here, when narrowing the film formation site in consideration of cost, etc., a portion where hydrogen embrittlement is likely to occur, such as an inner race or an outer race (at least a fixed race in a radial ball bearing) or a ball in a ball bearing. In a roller bearing, it is preferable to form a film on the rollers.
[0019]
Also, the reason that the thickness of the coating containing nickel (Ni) or copper (Cu) as a main component is preferably 0.1 to 15 μm is that if the coating thickness is less than 0.1 μm, the coating is worn during use. This is because it is difficult to obtain the function of the film for blocking hydrogen intrusion and the function of suppressing the exposure of the newly formed iron surface for a long period of time, so that sufficient hydrogen embrittlement resistance cannot be obtained.
[0020]
On the other hand, even if the thickness of the coating mainly composed of nickel (Ni) or copper (Cu) exceeds 15 μm, the hydrogen embrittlement resistance is not particularly deteriorated, but as the thickness of the coating increases. It is not preferable because the stress in the film becomes excessive, and the film peels relatively early and does not contribute much to the improvement of the rolling fatigue life. In particular, in the case of a radial bearing, rotation accuracy is deteriorated due to an increase in a radial gap of the bearing due to abrasion of a film during use, and vibration is increased or noise is caused, thereby shortening a bearing peeling life. . Since the processing time is prolonged at the same time as the film thickness is increased, and the cost is also increased, it is not preferable that the film thickness exceeds 15 μm.
[0021]
Further, in the rolling bearing for an automobile power train according to claim 2 of the present invention, the sum of the film thicknesses formed on the inner race, the outer race, and the rolling elements is equal to the film thickness of the fixed-side race + 2 × (drive side (Thickness of the coating of the race + thickness of the rolling element)) ≦ 15 μm.
[0022]
For example, in a radial bearing in which a radial load is applied from one direction, if a coating of 5 μm is formed only on the fixed-side race and it is assumed that all of the coating will be worn out during use, the wear will occur only in the load zone. Only on the side, the bearing gap increases by 5 μm. On the other hand, if a 5 μm film is formed only on the drive side race or ball and all of them are worn out during use, the radial gap increases by 5 μm × 2 = 10 μm because both are rotating. .
[0023]
Therefore, when the coating thickness of the fixed-side race + 2 × (the coating thickness of the driving-side race + the coating thickness of the rolling elements) exceeds 15 μm, the rotational accuracy is increased due to an increase in the radial gap of the bearing, as described above. It is not preferable because it deteriorates, and increases the vibration and causes noise to shorten the peeling life of the bearing.
[0024]
For example, as shown in FIG. 1, in the case of the bearing 1 for the alternator 10, the fixed side is the outer race 1 b, and as shown in FIG. 4, in the case of the bearing 4 used for the idler pulley 40, the fixed side Becomes the inner race 4a.
[0025]
Further, in the rolling bearing for an automobile power train according to claim 3 of the present invention, since the film is formed by electroplating or electroless plating, the film for blocking invasive hydrogen is formed by a relatively simple treatment. Thus, it becomes a preferable product excellent in versatility and mass productivity.
[0026]
Furthermore, in a rolling bearing for an automobile power train according to claim 4 of the present invention as a more preferred embodiment, a baking treatment at a temperature of 200 ° C. or less is performed in a stage after the plating treatment. Therefore, hydrogen that has intruded into the substrate or film during electroplating or electroless plating, and hydrogen that has invaded into the substrate during heat treatment of a rough material (for example, carburizing and quenching) are released. Here, if the temperature at the time of the baking treatment is higher than 200 ° C., the amount of dehydrogenation due to the baking increases, but the base material may be softened by holding at a high temperature. Therefore, by setting the temperature during the baking treatment to 200 ° C. or lower, the softening of the base material is prevented while the dehydrogenating effect is maintained. The baking treatment is more preferably performed in a vacuum furnace, which further enhances the dehydrogenation effect.
[0027]
Furthermore, in the rolling bearing for an automobile power train according to claims 5 to 7 of the present invention as a more preferred embodiment, the average micro hardness (HV (0.025)) of the base material surface of the rolling contact portion to be plated is provided. HV850 or less, half-width of α-Fe [211] peak is 6.5 or more, and compressive residual stress on the substrate surface of the rolling contact portion to be plated is 1000 MPa or less, so that adhesion between the film and the substrate is obtained. Is improved, and the effect of suppressing hydrogen intrusion is enhanced, and as a result, hydrogen-brittle separation is suppressed, which is preferable.
[0028]
【The invention's effect】
According to the rolling bearing for an automobile power train according to claims 1 and 2 of the present invention, since the above-described configuration is used, even if the use environment or the lubrication environment changes and the amount of generated hydrogen increases, the micro metal contact can be prevented. By suppressing the exposure of the newly formed iron surface, it is possible to reliably prevent hydrogen from entering the interior of the steel, and as a result, it is possible to prevent hydrogen-brittle short-life delamination, which is a very excellent feature. The effect is brought.
[0029]
According to the rolling bearing for an automobile power train according to the third aspect of the present invention, since the above-described configuration is employed, a film that blocks invading hydrogen can be formed by performing relatively simple processing, and versatility can be achieved. A very excellent effect that it is also possible to realize improvement in mass productivity.
[0030]
According to the rolling bearing for an automobile power train according to the fourth aspect of the present invention, since the above-described configuration is employed, hydrogen that has invaded into a substrate or a film during electroplating or electroless plating, and heat treatment of a coarse material (for example, In the rolling bearing for an automobile power train according to claims 5 to 7 of the present invention, it is possible to release the hydrogen that has penetrated into the substrate during carburizing and quenching. With this configuration, the adhesion between the film and the substrate is improved, and the effect of suppressing hydrogen intrusion can be enhanced. As a result, it is possible to effectively suppress hydrogen embrittlement peeling. Excellent effect is obtained.
[0031]
According to the rolling bearing for an automobile power train according to claim 8 of the present invention, the peripheral components of the engine, that is, the alternator, the idler pulley, and the electromagnetic clutch for a car air conditioner can be smoothly and smoothly operated in a severe environment without any trouble. According to the rolling bearing for an automobile power train according to the ninth aspect of the present invention, it is possible to smoothly operate the peripheral components of the engine, that is, the fuel injection pump in a severe environment. According to the rolling bearing for an automobile power train according to the tenth aspect of the present invention, it is possible to reduce the size and the capacity of the power transmission component, and according to the rolling bearing for an automobile power train according to the eleventh aspect of the present invention. Very excellent effect that the unit of the belt type continuously variable transmission can be reduced in size and increased in capacity. It brought about.
[0032]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the rolling bearing for an automobile power train according to the present invention will be described, and its usefulness will be shown in comparison with a comparative example. The measured values of the rolling bearing for a vehicle power train according to the present invention were measured values obtained by the following methods.
[0033]
[Coating thickness measurement method]
The film thickness of the prepared sample is quantified by observing the cross section of the film forming portion using a scanning electron microscope (SEM).
[0034]
[Method for measuring phosphorus content of film]
The phosphorus content of the film of the prepared sample is determined using a commercially available X-ray fluorescence analyzer. A plurality of samples having different and different phosphorus contents are measured, and an intensity-content calibration curve is prepared from the respective intensities. Under the same conditions, the rolling bearing for an automobile power train according to the present invention is cut out to an appropriate size and measured, and the measured strength is converted into the phosphorus content based on the above-mentioned calibration curve.
[0035]
[Micro hardness of substrate surface]
The microhardness of the base material surface of the rolling contact portion to be plated was measured from a cross section of a rolling portion plated after plating. The measurement was performed using a micro Vickers hardness measuring device under a pressing load of 25 g (= HV (0.025)). The measurement position was measured at several points at a depth of 5 to 10 μm from the substrate surface (= plating interface), and the average value was defined as the average microhardness of the substrate surface.
[0036]
[Α-Fe [211] peak half width at substrate surface and compressive residual stress at substrate surface]
The measurement of the half-value width and the compressive residual stress of the α-Fe [211] peak on the surface of the base material of the rolling contact portion to be plated was performed by using a micropart X-ray stress measuring device. In the measurement, the substrate was polished by electropolishing to a position at a depth of 10 μm from the substrate surface (= plating interface), and the measured value on that surface was defined as α-Fe [211] peak half width and compressive residual stress. The circumferential residual stress was used as the compressive residual stress.
[0037]
Next, a method of manufacturing the rolling bearing for an automobile power train according to the present invention will be described.
[0038]
Various coatings were formed under the following conditions using a commercially available deep groove ball bearing (see FIGS. 1 and 9) and a thrust roller bearing (see FIG. 3) made of SUJ2.
[0039]
[Conditions for forming a coating mainly composed of nickel (Ni)]
1) Base material to be coated: race surface, ball and roller of rolling bearing
2) Composition of plating bath:
A. Strike plating bath (Ni-based)
Nickel chloride @ 200g / L
Hydrochloric acid 80g / L
Boric acid @ 30g / L
pH 1 or less
Plating bath temperature 50-55 ° C
Current density 0.1-10A / dm2
B. Electroplating bath (Ni-based)
60% sulfamic acid
Nickel ¥ 800g / L
Nickel chloride @ 15g / L
Boric acid 45g / L
Saccharin soda @ 5g / L
50% hypophosphorous acid 0 or 1 g / L
pH 4 ~ 5
Plating bath temperature @ 55-60 ° C
Current density 1-10A / dm2
C. Electroless plating bath (Ni-based)
Nickel chloride @ 16g / L
Sodium hypophosphite 24g / L
Sodium succinate @ 16g / L
Malic acid 18g / L
Diethylamine @ 10g / L
pH 5-6
Plating bath temperature 90-95 ° C
[0040]
[Preparation conditions for coating containing copper (Cu) as a main component]
D. Electroplating bath (Cu-based)
Cuprous cyanide @ 60g / L
Sodium cyanide @ 75g / L
Sodium carbonate @ 30g / L
pH 12 ~ 13
Plating bath temperature 50-60 ℃
Current density 2-5A / dm2
E. FIG. Electroless plating bath (Cu-based)
Copper sulfate 10g / L
Lossell salt 50g / L
Sodium hydroxide @ 10g / L
Formalin (37%) 10g / L
Stabilizer-trace amount
pH 11-13
Plating bath temperature room temperature
[0041]
<Deep groove ball bearings (radial bearings)>
(Examples 1 to 6, 8 and Comparative Example 2)
After the strike plating (using the bath of A) containing nickel (Ni) as a main component is applied to the bearing groove 1c of the outer race 1b on the fixed side of the rolling bearing 1 or the inner race 1a on the drive side, and then electroplating is performed. (Using the bath B) to form a film mainly composed of Ni.
[0042]
In Example 8 and Comparative Example 2, 1 g / L of 50% hypophosphorous acid was added as a plating bath (bath B) when forming a film mainly containing Ni by electroplating. A bath was used. In Examples 1 to 6, a plating bath to which 50% hypophosphorous acid was not added was used. In Example 6, after plating, baking treatment was performed at 130 ° C. for 20 hours in a vacuum furnace.
[0043]
(Examples 2.1, 2.2, and 2.3)
At this time, in order to confirm the influence of the quality of the base material surface (micro hardness, half width and compressive residual stress), the outer race was subjected to fine particle shot peening and then Ni-plated on the outer race which was polished again. (Examples 2.2 and 2.3) were prepared, and the same plating treatment as in Example 2 was applied to the samples (Examples 2 and 2.1) not subjected to fine particle shot peening. Table 2 shows the substrate surface quality of each sample in each example.
[0044]
(Example 7)
The outer race 1b on the fixed side of the rolling bearing 1 and the bearing groove 1c of the inner race 1a on the driving side are subjected to strike plating (using the above bath A) containing nickel (Ni) as a main component, and then to electroless plating. A film containing Ni as a main component was formed by a method (using the bath C).
[0045]
(Examples 9 to 11, Comparative Example 3)
A plating film mainly composed of copper (Cu) was formed on the bearing groove 1c of the outer race 1b on the fixed side of the rolling bearing 1 or the inner race 1a on the driving side. In forming the Cu plating, the electroplating method (using the bath of D) was used in Examples 9 and 10 and Comparative Example 3, and the electroless plating method (using the bath of E above) was used in Example 11. It was adopted. In Example 10, after plating, baking treatment was performed at 130 ° C. for 20 hours in a vacuum furnace. In this embodiment, the film is formed on the race. However, when the rolling elements (balls) peel off, a film may be formed on the rolling elements.
[0046]
(Comparative Example 1)
A sample not subjected to a plating process was prepared.
[0047]
<Thrust roller bearing>
(Examples 1 ', 2', 4 ', Comparative Example 2')
Roller 2d of thrust roller bearing 2 is subjected to strike plating (using bath A) using nickel (Ni) as a main component, and then Ni is used as a main component by electroplating (using bath B). Was formed.
[0048]
In Example 4 'and Comparative Example 2', 1 g / L of 50% hypophosphorous acid was used as a plating bath (bath B) for forming a film mainly containing Ni by electroplating. The added bath was used. In Examples 1 'and 2', a plating bath to which 50% hypophosphorous acid was not added was used. In Example 1 ', after plating, baking treatment was performed in a vacuum furnace at 130C for 20 hours.
[0049]
(Example 3 ')
The roller 2d of the thrust roller bearing 2 is subjected to strike plating (using the bath A) containing nickel (Ni) as a main component, and then Ni is mainly electrolessly plated (using the bath C). A film as a component was formed.
[0050]
(Examples 5 ', 6', 7 ', Comparative Example 3')
On the roller 2d of the thrust roller bearing 2, a plating film containing copper (Cu) as a main component was formed. In forming the Cu plating, the electroplating method (using the bath D) was employed in Examples 5 ′ and 6 ′ and Comparative Example 3 ′, and the electroless plating method (using the bath E described above) was used in Example 7 ′. Bath). In Example 5 ', after plating, baking treatment was performed at 130C for 20 hours in a vacuum furnace. In this embodiment, the film is formed on the rollers. However, when the lace is peeled off, the film may be formed on the lace.
[0051]
(Comparative Example 1 ')
A sample not subjected to a plating process was prepared.
[0052]
<Belt type continuously variable transmission>
(Example 1 '')
As shown in FIG. 7, in the belt-type continuously variable transmission 60, nickel (Ni) is a main component in the bearing grooves 1c of the fixed outer race 1b and the driving inner race 1a of the rolling bearing 1 supporting the pulley. Was applied (using the bath A), and a film containing Ni as a main component was formed by electroplating (using the bath B). In the present embodiment, the film is formed on the race. However, when the rolling elements (balls) peel off, a film may be formed on the rolling elements.
[0053]
Next, a method for evaluating the rolling bearing for an automobile power train according to the present invention will be described.
[0054]
In this example, the following two types of evaluation were performed using three types of bearings.
[0055]
(1) Deep groove ball bearing (simulates an alternator bearing as an engine accessory)
An alternator 10 provided with the deep groove ball bearing (6303 type) 1 shown in FIG. 1 is fixed to a horizontally movable table 21 of a bench 20, as shown in FIG. A rapid acceleration / deceleration test was conducted by transmitting the power to the pulley 11 of the alternator actual machine 10 via the belts 24 and 25. The evaluation was performed while abrupt acceleration / deceleration in which the rotation speed of the pulley 11 was changed from 2000 rpm to 14000 rpm to 2000 rpm in several seconds with a shaft load of about 1.8 kN in the direction of the arrow being applied was repeated. The rolling fatigue life was detected by a vibration sensor, and the life was defined as the test time until the fixed groove of the front bearing or the bearing groove of the drive wheel reached flaking.
[0056]
(2) Thrust roller bearing (assuming a roller bearing for a fuel injection pump as an engine accessory) As shown in FIG. 4, in a lubricating oil O containing about 1000 ppm of water, which was created by adding water to engine oil, A roller bearing (FNTA-2542C manufactured by NSK) 2 is set on the bottom surface of the lubricating oil container C filled with the lubricating oil O, and the pressing plate 32 of the rotating shaft 31 of the thrust tester 30 is mounted on the inner race 2a located on the upper side in the figure. The rolling test of the roller bearing 2 was performed by rotating the rotating shaft 31 at 1000 rpm while applying a load (5880 Nm) in the direction indicated by the arrow in the drawing. The rolling fatigue life was detected by a vibration sensor, and the test time until the rollers reached flaking was defined as the life.
[0057]
(3) Belt-type continuously variable transmission (rolling bearing that supports power transmission components)
As shown in FIG. 7, the CVT section of the belt-type continuously variable transmission 60 includes a primary pulley 61, a secondary pulley 62, and a steel belt 63. The speed is changed by continuously changing the radius. A box durability test was performed using a box tester incorporating the CVT section. The test conditions are as follows.
[0058]
Input rotation speed: 4000 rpm
Input torque: 30kgfm
Gear ratio: 1.0
Oil: Nissan CVT Fluid NS-1
In order to evaluate the life of the rolling bearing, other parts were periodically replaced to evaluate the life of the rolling bearing peeling off.
[0059]
Tables 1, 4 and 6 show a list of the rolling fatigue life test results of the bearings of the present example and comparative examples evaluated under the above test conditions. Tables 1, 4, and 6 also show the film characteristic values of the bearings according to the present example and the comparative example which were examined before the test. Peeling evaluated under the above test conditions occurred in the outer race in Tables 1 and 6, and all occurred in Table 4 in Table 4.
[0060]
8 and 9 show micrographs of the cross section in the rolling direction in the vicinity of the peeled portion of the deep groove ball bearing.
[0061]
The photograph in FIG. 8 is observed for a long-lived sample, and a slightly corroded structure is observed inside, but no white structure is present. On the other hand, the photograph of FIG. 9 was observed in a sample having a short life, and a distorted white structure was confirmed. These two types of structural changes were confirmed in a similar tendency in the vicinity of the peeled portion of the thrust roller bearing. Tables 1, 4 and 6 show the structural changes together with the results of the rolling fatigue test. The above-mentioned black-corroded structure is described as DEC, and the white structure is described as hydrogen-brittle type.
[0062]
Tables 3 and 5 show the results obtained by cutting out the rolling parts from the samples after the rolling fatigue test having different structural changes and measuring the amount of diffusible hydrogen in the steel. The measurement was performed using a thermal desorption gas analyzer (UPM-ST-200R, Japan Vacuum Technology Co., Ltd.), and the amount of hydrogen released at a heating temperature of 400 ° C. or lower was defined as the amount of diffusible hydrogen.
[0063]
[Table 1]
Figure 2004003595
[0064]
[Table 2]
Figure 2004003595
[0065]
[Table 3]
Figure 2004003595
[0066]
[Table 4]
Figure 2004003595
[0067]
[Table 5]
Figure 2004003595
[0068]
[Table 6]
Figure 2004003595
[0069]
From Tables 3 and 5, it can be seen that when flaking occurs with a short life, the amount of hydrogen penetration is larger than that of a long life product. Thus, it can be said that short-life exfoliation with a distorted white structure is a hydrogen embrittlement exfoliation form caused by invading hydrogen. In other words, it is conceivable that suppressing the intrusion hydrogen shifts the structure change form from the hydrogen embrittlement type to the DEC type, thereby extending the life.
[0070]
As shown in Tables 1, 4 and 6, as a result of the rolling fatigue life test, the rolling bearing for an automobile power train according to the present invention having a Ni or Cu film acting as a hydrogen barrier layer on the surface is a DEC type. It exhibited a structural change, and it was demonstrated that the rolling fatigue life was significantly improved over the bearing of the comparative example.
[0071]
In addition, as shown in Table 2, it was demonstrated that by setting the quality of the surface of the base material to be plated to HV850 or less, a half-value width of 6.5 or more, and a compressive residual stress of 1000 MPa or less, the life can be further extended. .
[0072]
In the embodiment described above, when the rolling bearing for an automobile power train according to the present invention is a bearing for the alternator 10 which is an auxiliary machine for the automobile power train shown in FIG. The case where the thrust roller bearing is used for a certain fuel injection pump 15 and the case where the bearing is used for a belt-type continuously variable transmission which is an automobile power train shown in FIG. 9 are shown, but the present invention is not limited to this. The rolling bearing for an automobile power train according to the invention is used as the bearing 4 for the idler pulley 40 shown in FIG. 5, the bearing 5 for the electromagnetic clutch 50 for a car air conditioner shown in FIG. Needless to say, it can be a rolling bearing that supports the power transmission components of the train
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are a cross-sectional explanatory view showing an embodiment of a rolling bearing for an automobile power train according to the present invention, which is assembled to an actual alternator, and an enlarged cross-sectional explanatory view of a deep groove ball bearing.
FIG. 2 is a schematic explanatory view of a bench for performing a rapid acceleration / deceleration test of a deep groove ball bearing assembled to the alternator of FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory sectional view of a state in which the rolling bearing for an automobile power train according to another embodiment of the present invention is assembled to a fuel injection pump.
4 is a schematic sectional explanatory view when a rolling test is performed on a thrust roller bearing assembled to the fuel injection pump of FIG. 3 using a thrust tester.
FIG. 5 is an explanatory cross-sectional view showing a state where the rolling bearing for an automobile power train according to the present invention is assembled to an idler pulley.
FIG. 6 is an explanatory sectional view showing a state in which the rolling bearing for an automobile power train according to the present invention is assembled to an electromagnetic clutch for a car air conditioner.
FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view showing a state where the rolling bearing for an automobile power train according to the present invention is assembled to a belt-type continuously variable transmission.
FIG. 8 is a photograph showing a cross-sectional structure in the rolling direction (no white structure) in the vicinity of a peeled portion of a deep groove ball bearing after a rapid acceleration / deceleration test.
FIG. 9 is a photograph showing a cross-sectional structure in the rolling direction (with a white structure) near a peeled portion of a deep groove ball bearing after a rapid acceleration / deceleration test.
[Explanation of symbols]
1 Deep groove ball bearings (rolling bearings for automobile power trains)
1a, 2a inner race
1b, 2b outside race
1d ball (rolling element)
2 thrust roller bearings (rolling bearings for automotive powertrains)
2d roller (rolling element)
10 alternator
15 fuel injection pump
40 idler pulley
Electromagnetic clutch for 50cm car air conditioner
60 ° belt type continuously variable transmission

Claims (11)

自動車のパワートレインおよびその周辺補機に使用される転がり軸受であって、内レース,外レースおよび転動体のうちの少なくとも一つの部材に、ニッケル(Ni)または銅(Cu)を主成分とする厚さ0.1〜15μmの皮膜を形成してあることを特徴とする自動車パワートレイン用転がり軸受。A rolling bearing used for an automobile power train and its peripheral accessories, wherein at least one member of an inner race, an outer race, and a rolling element contains nickel (Ni) or copper (Cu) as a main component. A rolling bearing for an automobile power train, wherein a coating having a thickness of 0.1 to 15 μm is formed. 内レース,外レースおよび転動体に形成した皮膜の厚さが、固定側のレースの皮膜厚さ+2×(駆動側のレースの皮膜厚さ+転動体の皮膜厚さ)≦15μmとしてある請求項1記載の自動車パワートレイン用転がり軸受。The thickness of the coating formed on the inner race, the outer race, and the rolling elements is set as follows: the coating thickness of the fixed-side race + 2 × (the coating thickness of the driving-side race + the coating thickness of the rolling elements) ≦ 15 μm. The rolling bearing for an automobile power train according to claim 1. 皮膜を電気めっきあるいは無電解めっきにより形成してある請求項1または2に記載の自動車パワートレイン用転がり軸受。3. The rolling bearing according to claim 1, wherein the coating is formed by electroplating or electroless plating. めっき処理を行った後の段階において、200℃以下の温度でのベーキング処理が施してある請求項3記載の自動車パワートレイン用転がり軸受。4. The rolling bearing for an automobile power train according to claim 3, wherein a baking treatment is performed at a temperature of 200 [deg.] C. or less in a stage after the plating treatment. めっきを施す転がり接触部の基材表面の平均微小硬度(HV(0.025))がHV850以下である請求項3または4記載の自動車パワートレイン用転がり軸受。The rolling bearing for an automobile power train according to claim 3 or 4, wherein an average microhardness (HV (0.025)) of a base material surface of a rolling contact portion to be plated is HV850 or less. めっきを施す転がり接触部の基材表面のα−Fe[211]ピークの半価幅が6.5以上である請求項3または4記載の自動車パワートレイン用転がり軸受。The rolling bearing for an automobile power train according to claim 3 or 4, wherein the half-value width of the α-Fe [211] peak on the base material surface of the rolling contact portion to be plated is 6.5 or more. めっきを施す転がり接触部の基材表面の圧縮残留応力が1000MPa以下である請求項3または4記載の自動車パワートレイン用転がり軸受。The rolling bearing for an automobile power train according to claim 3 or 4, wherein the compressive residual stress on the surface of the base material of the rolling contact portion to be plated is 1000 MPa or less. 自動車パワートレインの周辺補機がオルタネータ,アイドラプーリーおよびカーエアコン用電磁クラッチのうちのいずれかである請求項1ないし7のいずれかに記載の自動車パワートレイン用転がり軸受。8. The rolling bearing for an automobile power train according to claim 1, wherein the peripheral accessories of the automobile power train are any one of an alternator, an idler pulley, and an electromagnetic clutch for a car air conditioner. 自動車パワートレインの周辺補機が燃料噴射ポンプである請求項1ないし7のいずれかに記載の自動車パワートレイン用転がり軸受。8. The rolling bearing for an automobile power train according to claim 1, wherein peripheral accessories of the automobile power train are fuel injection pumps. トランスミッション等の自動車パワートレインの動力伝達部品を支持するのに用いられる請求項1ないし7のいずれかに記載の自動車パワートレイン用転がり軸受。The rolling bearing for an automobile power train according to any one of claims 1 to 7, which is used to support a power transmission component of the automobile power train such as a transmission. 自動車パワートレインとしてのベルト式無段変速機内の動力伝達部品を支持するのに用いられる請求項1ないし7のいずれかに記載の自動車パワートレイン用転がり軸受。8. The rolling bearing for an automobile power train according to claim 1, which is used to support a power transmission component in a belt-type continuously variable transmission as an automobile power train.
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