JP2005003159A

JP2005003159A - Rolling support device

Info

Publication number: JP2005003159A
Application number: JP2003169581A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yatani; 耕一八谷
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2005-01-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rolling bearing capable of providing excellent wear resistance and seizure resistance even under severe lubricating conditions. <P>SOLUTION: Di-2-ethylhexylsebacate is put in the rolling bearing 1, and the bearing is run in by rotating an inner ring in an energized state. By this, a metal carbide layer is formed on the raceway groove 2a of the inner ring 2, the raceway groove 3a of an outer ring 3, and the surfaces of balls 4. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転動体とこれを転動させる軌道溝が形成された二つの部材とを備えた転がり支持装置（例えば、転がり軸受、リニアガイド装置やボールねじ装置等の直動案内装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常の方法で潤滑された軸受の場合、接触する金属二面間の摩擦係数は、用いた潤滑油の絶対粘度、軸受荷重、および回転数によって変動する。すなわち、摩擦面間に厚い油膜層が形成される完全潤滑状態では、金属面間の接触はほとんど起こらないため摩擦係数は極めて小さい。しかし、一部金属−金属接触を起こしている混合潤滑、或いは潤滑油膜が破れて金属−金属接触を起こす境界潤滑の状態になると、潤滑面の焼付き等の損傷が生じる虞れがある。このような損傷を防止するために、従来より、極圧添加剤、摩耗防止剤等の添加剤を潤滑油中に添加することが行われている。
【０００３】
金属面同士の接触部は高温・高面圧となり、反応性が高い状態にあるため、供給された潤滑剤中に含まれている添加剤成分（例えば塩素、イオウ、リンを含む化合物で、塩素化パラフィン、ジベンジルサルファイド、トリクレジルホスフェート等の有機化合物）は軸受金属と容易に反応する。その結果、金属面同士の接触部に、金属塩化物、金属イオウ化合物、金属リン化合物等が生成する。これらの化合物が二つの金属部材の接触面での焼付きや摩耗を防止する。
【０００４】
しかしながら、二つの金属部材の接触面と前記添加剤との反応は緩やかで、その反応時間は、当該金属部材の接触面に焼付きが発生する迄の時間より遥に長い（反応が急であると長期間使用した場合に表面の腐食などのマイナスの効果を生じる）。したがって、極圧添加剤、摩耗防止剤等が潤滑油中に添加されていても、焼付きや摩耗を防止する効果は直ぐには得られない。特に、運転中に潤滑油の供給が一時中断するというような事態が突発した場合には対応できないことがある。
【０００５】
そこで、本出願人は、先に、予め上記添加剤として用いられる化合物を含有する処理液を用いて、摺動部材又は転がり部材に、静的な状態で表面処理を施すことにより、化合物反応膜層（処理液と表面の金属との反応によって生じた、塩素、イオウ、リン等と金属との化合物からなる層）を形成することを提案した（特許文献１参照）。
【０００６】
本出願人は、さらに、前記表面処理を静的な状態ではなく、動的な状態で（摺動部材又は転がり部材の加工時や慣らし運転時に）行うことにより、静的な状態で行った場合に生じる問題点（表面の熱履歴に伴って生じる変質層の影響）が改善された化合物反応膜層を形成して、二つの金属部材の接触面での耐摩耗性、耐焼付き性をより一層向上させることを提案した（特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２９６９７００号公報
【特許文献２】
特許第２９４９７６２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、さらに潤滑条件が厳しくなった場合（例えば、高速回転時等）には、上記特許文献２の方法では耐摩耗性および耐焼き付き性が十分に得られないこともあると推測される。
本発明の課題は、上記特許文献２に記載された転がり支持装置よりもさらに良好な耐摩耗性および耐焼き付き性を有する転がり支持装置を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、互いに対向配置される軌道溝を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道溝間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり支持装置において、第１部材の軌道溝、第２部材の軌道溝、および転動体の転動面の少なくともいずれか一つは金属面であり、この金属面に、当該金属と炭素とを含有する金属炭化物層が、下記の構成▲１▼の方法で形成されていることを特徴とする転がり支持装置を提供する。これを本発明の第１の転がり支持装置と称する。
▲１▼この金属面と、金属製の相手部材とを、通電状態で、炭化水素または炭化水素基を有する化合物からなる液体を介して摺動または転がり接触させて、前記液体と前記金属面とを化学反応させる。
【００１０】
本発明はまた、互いに対向配置される軌道溝を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道溝間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり支持装置において、第１部材の軌道溝、第２部材の軌道溝、および転動体の転動面の少なくともいずれか一つは、金属面であり、この金属面に、当該金属と、リン、硫黄、または塩素と、炭素とを含有する化合物からなる化合物層が、下記の構成▲２▼の方法で形成されていることを特徴とする転がり支持装置を提供する。これを本発明の第２の転がり支持装置と称する。
▲２▼この金属面と、金属製の相手部材とを、通電状態で、炭化水素または炭化水素基を有する化合物からなる液体にリン化合物、硫黄化合物、または塩素化合物を含有する処理液を介して摺動または転がり接触させて、前記処理液と前記金属面とを化学反応させる。
【００１１】
前記化合物層の厚さは０．０５μｍ以上０．３０μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上０．１０５μｍ以下であることがより好ましい。
本発明の第１の転がり支持装置において、前記金属炭化物層の厚さは、通電により前記金属面に付与される電力量と、相手部材に対する摺動または転がり接触時の条件（例えば、ＰＶ値、使用する液体の温度、反応させる時間等）により制御することができる。
【００１２】
本発明の第１の転がり支持装置において、前記金属炭化物層を形成する際に使用する「炭化水素または炭化水素基を有する化合物からなる液体」としては、転がり支持装置の潤滑油として使用される鉱油、エステル油等が挙げられる。
本発明の第２の転がり支持装置において、前記化合物層の厚さは、使用する処理液中のリン、硫黄、または塩素の濃度と、通電により前記金属面に付与される電力量と、相手部材に対する摺動または転がり接触時の条件（例えば、ＰＶ値、使用する液体の温度、反応させる時間等）により制御することができる。
【００１３】
本発明の第１および第２の転がり支持装置において、前記金属面と金属製の相手部材とを、「前記液体または前記処理液を介して摺動または転がり接触させる」方法としては、▲３▼前記金属面および相手部材を前記液体（または処理液）に浸漬した状態で摺動または転がり接触させる方法や、▲４▼前記金属面に前記液体（または処理液）を塗布した後に、この塗布面と相手部材を摺動または転がり接触させる方法が挙げられるが、▲３▼の方法が好ましい。
【００１４】
本発明の第１および第２の転がり支持装置において、相手部材としては、転がり支持装置として使用する際に、摺動または転がり接触する部材（例えば、転がり軸受の内輪の軌道面が金属面であって、この金属面に前記金属炭化物層あるいは前記化合物層を設ける場合には、転動体）であってもよい。この場合には、転がり支持装置の慣らし運転の際に、前記金属炭化物層（または前記化合物層）を形成することができる。また、転がり支持装置を構成する各部材の加工時に前記金属炭化物層（または前記化合物層）を形成する場合には、相手部材として、金属製の板状体等を使用してもよい。
【００１５】
本発明の第２の転がり支持装置において、前記処理液（炭化水素または炭化水素基を有する化合物からなる液体に、リン化合物、硫黄化合物、または塩素化合物を含有する処理液）を構成する「炭化水素または炭化水素基を有する化合物からなる液体」としては、転がり支持装置の潤滑油として使用される鉱油、エステル油等が挙げられる。
【００１６】
また、前記液体としては、精製パラフィンやジフェニル等の非極性分子からなるものを使用することができる。また、前記処理液中に、例えばトルエン等の非極性溶媒が含まれていてもよい。すなわち、前記処理液中に含まれる液体としては、非極性分子からなるものを使用することが好ましい。
前記処理液を構成するリン化合物としては、化学的に活性な有機リン化合物である、亜リン酸エステル類、正リン酸エステル類、酸性リン酸エステル類が挙げられる。
【００１７】
亜リン酸エステル類としては、Ｃ１〜Ｃ１８の炭化水素（例えば、アルキル、フェニル、ベンジル、クレジル、シンナミル、アリル）の亜リン酸エステル、具体的には、トリオクチルフォスファイト、トリフェニルフォスファイト、トリクレジルフォスファイト、ビス−２−エチルヘキシルフォスファイト、トリデシルフォスファイト、ジブチルハイドロジェンフォスファイト、トリス（ノニルフェニル）フォスファイト、ジラウリルハイドロジェンフォスファイト、ジフェニルモノデシルフォスファイト、トリラウリルトリチオフォスファイト、ジフェニルハイドロジェンフォスファイト等が挙げられる。
【００１８】
正リン酸エステル類としては、Ｃ１〜Ｃ１８の炭化水素（例えば、アルキル、フェニル、ベンジル、クレジル、シンナミル、アリル）の正リン酸エステル、具体的には、トリフェニルフォスフェート、トリエチルフォスフェート、トリブチルフォスフェート、トリス（２−エチルヘキシル）フォスフェート、トリデシルフォスフェート、ジフェニルモノ（２−エチルヘキシル）フォスフェート、トリクレジルフォスフェード、トリオクチルフォスフェート、トリステアリルフォスフェート等が挙げられる。
【００１９】
酸性リン酸エステル類としては、Ｃ１〜Ｃ２０のモノ又はジヒドロカルビルアッシドフォスフェート、具体的には、メチルアッシドフォスフェート、イソプロピルアッシドフォスフェート、ブチルアッシドフォスフェート、２ −エチルヘキシルアッシドフォスフェード、イソデシルアッシドフォスフェート、トリデシルアッシドフォスフェート、ラウリルアッシドフォスフェート等が挙げられる。
【００２０】
前記処理液を構成する硫黄化合物としては、化学的に活性な有機硫黄化合物である、硫化鯨油等の硫化油脂類、硫化オレフィン類、メルカプタン類、サルファイド類、スルホキシド類、スルホン類等が挙げられる。
硫化オレフィン類としては、Ｃ３〜Ｃ８のオレフィン又は低分子量ポリオレフィンの硫化物が挙げられ、硫化ペンテン、硫化ブチレン、硫化オクテン等が好ましい。
【００２１】
メルカプタン類としては、Ｃ４〜Ｃ２０のアルキルメルカプタン及びメルカプト脂肪酸エステル、具体的には、ｎ−ブチルメルカプタン、イソブチルメルカプタン、第三ブチルメルカプタン、ｎ−オクチルメルカプタン、第三ノニルメルカプタン、第三ドデシルメルカプタン、チオグリコール酸ブチル、チオプロピオン酸エチル、３−メルカプトプロピオン酸オクチル等が挙げられる。
【００２２】
サルファイド類としては、Ｃ４〜Ｃ１８の炭化水素（例えば、アルキル、フェニル、ベンジル、シンナミル、アリル）のモノサルファイド（−Ｓ−）、ジサルファイド（−Ｓ−Ｓ−）、ポリサルファイド（−Ｓ−Ｓ−Ｓ−）が挙げられ、ジブチルモノサルファイド、ジブチルジサルファイド、ジフェニルサルファイド、ジベンジルサルファイド等が好ましい。
【００２３】
スルホキシド類としては、Ｃ４〜Ｃ２０の炭化水素（例えば、アルキル、フェニル、ベンジル、シンナミル、アリル）のスルホキシド、具体的には、ジブチルスルホキシド、ジベンジルスルホキシド等が挙げられる。
スルホン類としては、Ｃ４〜Ｃ２０の炭化水素（例えば、アルキル、フェニル、ベンジル、シンナミル、アリル）のスルホン、具体的には、ジブチルスルホン、ジドデシルスルホン、フェニルスルホン等が挙げられる。
【００２４】
前記処理液を構成する塩素化合物としては、化学的に活性な有機塩素化合物である、塩素化パラフィン類、塩素化油脂類等が挙げられる。
塩素化パラフィン類としては、例えば、ｎ−オクチルクロライド、塩化パラフィン、塩化オクタデシルが挙げられる。塩素化油脂類としては、例えば、塩化鯨油が挙げられる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
本発明の第１の転がり支持装置の実施形態について以下に説明する。
先ず、図１に示す往復摺動型摩耗試験機を用いて、試験片による本発明の第１の転がり支持装置の性能試験を行った。
すなわち、鉱油（石油精製油）１０を入れた容器１１内に平板１２を入れ、この平板１２の上にころ１３を載せ、鉛直方向の荷重Ｐをかけた状態で、ころ３を水平方向に摺動状態で往復運動させた。なお、適量の鉱油１０を容器１２内に入れることで、往復運動の際に、ころ１３と平板１２との間に常時、鉱油１０が存在するようにした。
【００２６】
この往復運動を、ころ１３と平板１２とを、容器１１の外部で５Ｖ−２５ｍＡの電源を介して接続することで、直流電流を流しながら行った。ころ１３としては、直径１０ｍｍで長さが１０ｍｍのＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼二種）製の円筒体を使用した。平板１２としては、７５ｍｍ×４０ｍｍ×厚さ５ｍｍのＳＵＪ２製の板材を使用した。試験条件は、荷重Ｐ：３０Ｎ、往復振幅：８ｍｍ、往復周波数：５Ｈｚ、往復運動時間：４時間とした。これにより、ころ１３と平板１２との間には、電力量：０．５Ｗｈ（＝５Ｖ×２５×１０^−３Ａ×４ｈ）が付与される。
【００２７】
この往復運動を終了した後、平板１２のころ１３を摺動させた面を走査型電子顕微鏡で観察した。その顕微鏡写真（５０００倍）を図２に示す。また、付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置により元素の同定を行った。図３はその結果を示すグラフである。
また、ころ１３と平板１２との間に電流を流さない（通電しない）以外は全て前記と同じ条件で往復運動を行った後、平板１２のころ１３を摺動させた面を脱脂後に走査型電子顕微鏡で観察した。その顕微鏡写真（５０００倍）を図５に示す。また、付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置により元素の同定を行った。図４はその結果を示すグラフである。
【００２８】
図２と図４を比較すると、往復運動時に通電した場合としない場合とで得られる表面状態が異なることが分かる。また、図３と図５を比較すると、往復運動時に通電させて得られた表面（図３のグラフ）には、通電しないで得られた表面（図５のグラフ）の３倍程度の炭素原子が含まれていることが分かる。また、図３のグラフから、通電状態で摺動させて得られた表面には、主成分がＦｅ_３ＣであってＦｅＣｒＣやＦｅＳｉＣ等を含有する金属炭化物層が形成されていると推測される。
【００２９】
さらに、オージェ電子分光分析による測定の結果、通電状態で摺動接触させて得られた表面の炭素濃度は３０原子％程度であったのに対して、通電しないで摺動接触させて得られた表面の炭素濃度は１０原子％程度であった。
以上のことから、通電しながら炭化水素を介在させて金属面同士を摺動させることで、摺動されている金属面と炭化水素とが化学反応して、この金属面に金属炭化物が形成されることが分かる。
【００３０】
このようにして得られた２種類の平板１２を試験片として用い、下記の方法で耐摩耗試験を行った。通電状態で摺動させることで金属炭化物が形成された平板１２を試験片Ｎｏ．１−１とし、通電しないで摺動させて得られた平板１２を試験片Ｎｏ．１−２とした。試験片Ｎｏ．１−１は、本発明の第１の転がり支持装置の実施例に相当し、試験片Ｎｏ．１−２は本発明の第１の転がり支持装置の比較例に相当する。
【００３１】
各試験片を前記往復運動で摺動させた表面を上に向けて水平に置き、前記表面に直径１０ｍｍのＳＵＪ２製ボールを載せ、このボールの上から鉛直方向に３０Ｎの荷重をかけ、往復振幅：５ｍｍ、往復周波数：５Ｈｚの条件で１０分間、潤滑油として鉱油を用いて、摺動状態で往復運動させた。
この試験終了後、ボールに生じた摩耗痕の直径と、試験片に生じた摩耗痕の直径を測定し、これらの測定値から、この試験による全摩耗体積（ボールと試験片の摩耗体積の合計値）を算出した。その結果、Ｎｏ．１−１の全摩耗体積は１．２×１０^−３ｍｍであり、Ｎｏ．１−２の全摩耗体積は１．５×１０^−２ｍｍ（Ｎｏ．１−１の１０倍以上）であった。
【００３２】
この結果から、相手部材との間に炭化水素を介在させて通電状態で摺動させることで金属炭化物が形成された平板面は、通電しない点以外は同じ条件で得られた平板面よりも耐摩耗性が高いことが分かる。
次に、図６に示す構造の転がり軸受を用いて、本発明の第１の転がり支持装置の性能試験を行った。
【００３３】
この転がり軸受１は、呼び番号６９５（内径５ｍｍ、外径１３ｍｍ、幅４ｍｍ、玉の直径２ｍｍ）の単列深みぞ玉軸受であり、内輪２、外輪３、玉（転動体）４と、ポリアミド樹脂製の冠形の保持器５と、芯金入りの非接触ゴムシール６とから構成されている。
内輪２の外周面には軌道溝２ａが、外輪の内周面には軌道溝３ａがそれぞれ形成されている。これらの軌道溝２ａ，３ａが対向配置され、その間に保持器５を介して玉４が転動自在に配設されている。内輪２、外輪３、および玉４としては、ＳＵＪ２からなる素材を切削加工により所定形状とした後に、通常の熱処理を行ったものを使用した。
【００３４】
この転がり軸受１の内部にジ−２−エチルヘキシルセバケート（エステル油）を１ｍｇ入れて、内輪回転で慣らし運転を行った。その際に、内輪２と玉４との間および外輪３と玉４との間を、それぞれ５Ｖ−２５ｍＡの電源を介して接続した。
これにより、内輪２と玉４との間および外輪３と玉４との間に直流電流を流しながら、内輪２の軌道溝２ａと玉４を、および外輪３の軌道溝３ａと玉４をエステル油を介して転がり接触させた。この時の条件は、回転速度：４５００ｍｉｎ^−１、アキシャル荷重：２０Ｎ、雰囲気温度：４０℃、回転時間：１時間とした。これにより、内輪２および外輪３と玉４との間には、それぞれ電力量：０．１２５Ｗｈ（＝５Ｖ×２５×１０^−３Ａ×１ｈ）が付与される。
【００３５】
得られた内輪２の軌道溝２ａ、外輪３の軌道溝３ａ、および玉４の表面を分析した結果、それぞれ厚さ０．１〜０．２μｍで金属炭化物層が形成されていることが分かった。また、比較のために、内輪２と玉４との間および外輪３と玉４との間に直流電流を流さなかった以外は前記と同じ方法で、慣らし運転を行った転がり軸受１を用意した。
【００３６】
これらの転がり軸受について以下の方法で音響試験を行った。アキシャル荷重：２０Ｎ、雰囲気温度：９０℃の条件で、内輪を先ず回転速度４５００ｍｉｎ^−１で１０分間回転した後、次の１０分間は５０００ｍｉｎ^−１で回転し、その後回転速度を５００ｍｉｎ^−１ずつ上昇させながら１０分間回転させることを、異常音が発生するまで続けた。なお、潤滑油としては、前記慣らし運転で封入したエステル油をそのまま使用した。
音響測定はアンデロンメータを用いて行い、回転速度４５００ｍｉｎ^−１で回転し始めた直後のアンデロン値（初期アンデロン値）からの上昇値が１．０を超えた時点での回転速度を、焼き付き耐久性を示す値として調べた。
【００３７】
その結果、直流電流を流して慣らし運転を行った転がり軸受の場合は、初期アンデロン値からの上昇値が１．０を超えた回転速度が３６００ｍｉｎ^−１であったのに対して、直流電流を流さないで慣らし運転を行った転がり軸受の場合は、初期アンデロン値からの上昇値が１．０を超えた回転速度が１２００ｍｉｎ^−１であった。
この結果から、慣らし運転時に通電を行うことで金属炭化物層が形成されている転がり軸受は、通電を行わずに得られた転がり軸受より、高速回転時の焼き付き耐久性に優れていることが分かる。
【００３８】
［第２の実施形態］
本発明の第２の転がり支持装置の実施形態について以下に説明する。
先ず、図７に示す四球試験機を用いて、試験球を用いた本発明の第２の転がり支持装置の性能試験を行った。
この試験機は、３個の固定球２１と１個の回転球２２を、液体２３を介して転がり接触させるものであり、回転球２２を保持して回転させる回転軸２４と、液体２３を入れる容器２５と、固定球２１の動きを規制する部材２６と、容器２５を加熱するヒータ２７と、容器２５の温度を検出する熱電対２８と、容器２５内の液体２３を抜き取る液体抜き取り管２９とで構成されている。
【００３９】
３個の固定球２１および１個の回転球２２として、直径１．２７ｃｍ（０．５インチ）のＳＵＪ２製の球体を用意した。容器２５内に液体２３として、トリデシルアッシドフォスフェート（トリデシルモノアッシドフォスフェートとトリデシルジアッシドフォスフェートとの混合物）を鉱油で５質量％に希釈した処理液を満たした。
【００４０】
この処理液中に３個の固定球２１を浸漬させて、その上に１個の回転球２２を置き、回転軸５をセットして、室温でＰＶ値６００〜３０００ＭＰａ・ｍ／ｓの条件で、「ＡＳＴＭＤ−２７８３」に準じた方法により回転軸５を高速回転させた。ただし、回転速度の最高値は２００００ｍｉｎ^−１とした。なお、この回転は、回転球２２と１個の固定球２１とを、５Ｖ−２５ｍＡの電源を介して接続することで、直流電流を流しながら３０分間行った。これにより、回転球２２と固定球２１との間に電力量：６．２５×１０^−２Ｗｈ（＝５Ｖ×２５×１０^−３Ａ×０．５ｈ）が付与される。
【００４１】
この回転試験を終了した後、３個の固定球２１と１個の回転球２２の表面について、オージェ電子分光分析装置により深さ方向元素分析をしたところ、図８に示す結果が得られた。
また、回転球２２と固定球２１との間に電流を流さない（通電しない）以外は全て前記と同じ条件で回転試験を行った。これにより得られた３個の固定球２１と１個の回転球２２の表面について、オージェ電子分光分析装置により深さ方向元素分析をしたところ、図９に示す結果が得られた。
【００４２】
なお、深さ方向分析はＡｒ^＋を用いてエッチングしながら行い、エッチング速度を３ｎｍ／分とした。そのため、例えば、図８および９のグラフで横軸のＡｒ^＋エッチング時間３２分は、深さ方向９６ｎｍ（＝３２分×３ｎｍ／分）の位置を示す。
図８と図９を比較すると、回転時に通電させて得られた表面（図８のグラフ）には、１２０ｎｍ（＝４０分×３ｎｍ／分）の深さまで、通電しないで得られた表面（図９のグラフ）の４倍程度の炭素原子が含まれていることが分かる。また、回転時に通電させて得られた表面（図８のグラフ）も、通電しないで得られた表面（図９のグラフ）と同様に、リンおよび鉄の存在率が、９６ｎｍ（＝３２分×３ｎｍ／分）の深さまでは変化し、それ以上の深さで一定になっている。
【００４３】
これにより、いずれの表面にも９６ｎｍ程度の厚さで、化学反応によって形成された化合物層を有することが分かる。また、この化合物層は、回転時に通電させて得られた表面の場合には、鉄とリンと炭素とを含有する化合物からなるものであり、回転時に通電しないで得られた表面の場合には、鉄とリンとを含有する化合物からなるものであると考えられる。
また、ＰＶ値を６００〜３０００ＭＰａ・ｍ／ｓで変化させているが、各ＰＶ値の場合に得られる化合物層の厚さを下記の表１に示す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
この表から、ＰＶ値が大きいほど化合物層の厚さが厚くなることが分かる。
次に、上記回転試験終了の状態のまま試験機を分解せずに、液体抜き取り管２９を使用して容器２５内から処理液を抜き取った。次に、この容器２５内に有機溶剤を入れて回転軸２４を回転させることにより、容器２５内と３個の固定球２１と１個の回転球２２とを洗浄した。次に、容器２５内から有機溶剤を抜き取って、容器２５内と３個の固定球２１と１個の回転球２２を乾燥させた。
【００４６】
次に、この容器２５内に液体２３として鉱油を入れ、ヒータ２７により容器２５内を１２０℃に保持し、ＰＶ値：８ＧＰａ・ｍ／ｓの条件で、回転軸２４を回転させた。回転を開始してから一分間経過後に、回転を停止しないで、液体抜き取り管２９を使用して瞬時に、容器２５内から鉱油を抜き取った。そして、焼き付き発生時（定常状態の摩擦係数が急上昇した時）まで回転を続けた。その回転時間を「焼き付き発生時間」として調べた。
その結果を下記の表２に示す。
【００４７】
【表２】

【００４８】
この表から、回転時に通電させて得られた試験球は、回転時に通電させずに得られた試験球より耐焼きつき性能に優れていることが分かる。また、前記化合物層の厚さが０．０５μｍ以上０．３０μｍ以下の範囲であると、この範囲を外れる場合よりも良好な耐焼き付き性が得られることが分かる。さらに、前記化合物層の厚さが０．１μｍ以上０．１０５μｍ以下とすることで、特に良好な耐焼き付き性が得られることが分かる。
【００４９】
次に、図１０に示す構造の転がり軸受を用いて、本発明の第２の転がり支持装置の性能試験を行った。
この転がり軸受１００は、呼び番号ＮＵ２０５（外径５２ｍｍ、内径２５ｍｍ、幅１５ｍｍ、ころの直径６．５ｍｍ、ころの長さ６．５ｍｍ）の円筒ころ軸受であり、内輪１０２、外輪１０３、ころ（転動体）１０４と、ポリアミド樹脂製のかご形の保持器１０５とから構成されている。
【００５０】
内輪１０２の外周面には軌道溝１０２ａが、外輪１０３の内周面には軌道溝１０３ａがそれぞれ形成されている。これらの軌道溝１０２ａ，１０３ａが対向配置され、その間に保持器１０５を介してころ１０４が転動自在に配設されている。内輪１０２、外輪１０３、および玉１０４としては、ＳＵＪ２からなる素材を切削加工により所定形状とした後に、通常の熱処理を行ったものを使用した。
【００５１】
この転がり軸受１００を、トリデシルアッシドフォスフェート（トリデシルモノアッシドフォスフェートとトリデシルジアッシドフォスフェートとの混合物）を鉱油で５質量％に希釈した処理液に浸漬して、内輪回転で慣らし運転を行った。その際に、内輪１０２ところ１０４との間および外輪１０３ところ１０４との間を、それぞれ５Ｖ−２５ｍＡの電源を介して接続した。
【００５２】
これにより、内輪１０２ところ１０４との間および外輪１０３ところ１０４との間に直流電流を流しながら、内輪１０２の軌道溝１０２ａところ１０４を、および外輪１０３の軌道溝１０３ａところ１０４を、前記処理液を介して転がり接触させた。この時の条件は、回転速度：３０００ｍｉｎ^−１、アキシャル荷重：５００Ｎ、雰囲気温度：２５℃、回転時間：１時間とした。これにより、内輪１０２および外輪１０３ところ１０４との間には、それぞれ電力量：０．１２５Ｗｈ（＝５Ｖ×２５×１０^−３Ａ×１ｈ）が付与される。
【００５３】
得られた内輪１０２の軌道溝１０２ａ、外輪１０３の軌道溝１０３ａ、およびころ１０４の表面を分析した結果、それぞれ０．１μｍ程度の厚さで、鉄とリンと炭素とを含有する化合物からなる層が形成されていることが分かった（Ｎｏ．２−２１）。
また、比較のために、内輪１０２ところ１０４との間および外輪１０３ところ１０４との間に直流電流を流さなかった以外は前記と同じ方法で、慣らし運転を行った転がり軸受１００を用意した（Ｎｏ．２−２２）。鉄とリンとを含有する化合物からなると推測できる。得られた内輪１０２の軌道溝１０２ａ、外輪１０３の軌道溝１０３ａ、およびころ１０４の表面を分析した結果、それぞれ０．１μｍ程度の厚さで、鉄とリンとを含有する化合物からなる層が形成されていることが分かった。
【００５４】
また、上述の慣らし運転を行わない転がり軸受１００も用意した（Ｎｏ．２−２３）。
これらの転がり軸受（Ｎｏ．２−２１〜Ｎｏ．２−２３）について、以下の方法で、耐焼き付き性を調べる試験を行った。各転がり軸受を、ラジアル荷重：２０００Ｎ、アキシアル荷重：１０００Ｎの条件で、回転速度：３０００ｍｉｎ^−１から順次回転速度を増加させて、内輪回転で回転させた。回転中に常時、外輪１０３の温度を測定し、外輪１０３の温度が１６０℃以上となった時点で回転を停止し、その時の回転速度を調べた。
その結果を下記の表３に示す。
【００５５】
【表３】

【００５６】
この結果から、慣らし運転時に通電を行うことで鉄とリンと炭素とを含有する化合物層が形成されている転がり軸受（Ｎｏ．２−２１）は、通電を行わずに慣らし運転して得られた鉄とリンとを含有する化合物層が形成されている転がり軸受（Ｎｏ．２−２２）、およびこれらのいずれの化合物層も形成されていない転がり軸受（Ｎｏ．２−２３）より、高速回転時の焼き付き耐久性に優れていることが分かる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の転がり支持装置によれば、高速回転時等の厳しい潤滑条件下で使用された場合であっても、良好な耐摩耗性および耐焼き付き性が得られる。
また、本発明によれば、特許文献２に記載された転がり支持装置よりもさらに良好な耐摩耗性および耐焼き付き性を有する転がり支持装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態で使用した往復摺動型摩耗試験機を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態で、通電状態で往復摺動させて得られた平板の摺動面を示す顕微鏡写真である。
【図３】第１の実施形態で、通電状態で往復摺動させて得られた平板の摺動面について、エネルギー分散型Ｘ線分析装置により元素の同定を行っ結果を示すグラフである。
【図４】第１の実施形態で、通電しないで往復摺動させて得られた平板の摺動面を示す顕微鏡写真である。
【図５】第１の実施形態で、通電しないで往復摺動させて得られた平板の摺動面について、エネルギー分散型Ｘ線分析装置により元素の同定を行っ結果を示すグラフである。
【図６】第１の実施形態で使用した転がり軸受を示す断面図である。
【図７】第２の実施形態で使用した四球試験機を示す断面図である。
【図８】第２の実施形態で、通電状態で四球試験機により転がり接触させて得られた試験球の、オージェ電子分光分析装置による表面の深さ方向分析結果を示すグラフである。
【図９】第２の実施形態で、通電しないで四球試験機により転がり接触させて得られた試験球の、オージェ電子分光分析装置による表面の深さ方向分析結果を示すグラフである。
【図１０】第２の実施形態で使用した転がり軸受を示す断面図である。
【符号の説明】
１転がり軸受
２内輪
３外輪
４玉（転動体）
５保持器
６非接触ゴムシール
２ａ内輪の軌道溝
３ａ外輪の軌道溝
１０鉱油（石油精製油）
１１容器
１２平板（相手部材）
１３ころ（転動体）
２１固定球
２２回転球
２３液体
２４回転軸
２５容器
２６固定球の動きを規制する部材
２７容器を加熱するヒータ
２８容器の温度を検出する熱電対
２９液体抜き取り管
１００転がり軸受
１０２内輪
１０３外輪
１０４玉（転動体）
１０５保持器
１０６非接触ゴムシール
１０２ａ内輪の軌道溝
１０３ａ外輪の軌道溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rolling support device (for example, a linear motion guide device such as a rolling bearing, a linear guide device or a ball screw device) provided with a rolling element and two members formed with raceway grooves for rolling the rolling element.
[0002]
[Prior art]
In the case of a bearing lubricated by a normal method, the coefficient of friction between two contacting metal surfaces varies depending on the absolute viscosity of the lubricating oil used, the bearing load, and the rotational speed. That is, in a completely lubricated state in which a thick oil film layer is formed between the friction surfaces, contact between the metal surfaces hardly occurs and the friction coefficient is extremely small. However, if mixed lubrication that partially causes metal-metal contact, or boundary lubrication that breaks the lubricating oil film and causes metal-metal contact, damage such as seizure of the lubricated surface may occur. In order to prevent such damage, conventionally, additives such as extreme pressure additives and antiwear agents have been added to lubricating oil.
[0003]
The contact parts between metal surfaces are at high temperature and high surface pressure, and are in a highly reactive state. Therefore, additive components contained in the supplied lubricant (for example, compounds containing chlorine, sulfur, phosphorus, chlorine Organic compounds such as chlorinated paraffin, dibenzyl sulfide, tricresyl phosphate, etc.) react easily with the bearing metal. As a result, a metal chloride, a metal sulfur compound, a metal phosphorus compound, or the like is generated at the contact portion between the metal surfaces. These compounds prevent seizure and wear at the contact surfaces of the two metal members.
[0004]
However, the reaction between the contact surfaces of the two metal members and the additive is slow, and the reaction time is much longer than the time until seizure occurs on the contact surfaces of the metal members (the reaction is abrupt). And negative effects such as surface corrosion when used for a long time). Therefore, even if an extreme pressure additive, an antiwear agent or the like is added to the lubricating oil, the effect of preventing seizure or wear cannot be obtained immediately. In particular, it may not be possible to cope with a sudden occurrence of the supply of lubricating oil during operation.
[0005]
Therefore, the present applicant previously applied a surface treatment in a static state to the sliding member or the rolling member using a treatment liquid containing the compound used as the additive in advance, so that the compound reaction film It was proposed to form a layer (a layer made of a compound of chlorine, sulfur, phosphorus, etc. and a metal produced by the reaction between the treatment liquid and the surface metal) (see Patent Document 1).
[0006]
The applicant further performs the surface treatment in a static state, not in a static state, but in a dynamic state (during processing or running-in of the sliding member or rolling member). Forms a compound reaction film layer with improved problems (the influence of the altered layer caused by the thermal history of the surface) to further improve the wear resistance and seizure resistance at the contact surface of the two metal members It was proposed to improve (see Patent Document 2).
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2969700
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2949762
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the lubrication conditions become more severe (for example, during high-speed rotation, etc.), it is estimated that the method of Patent Document 2 may not provide sufficient wear resistance and seizure resistance.
An object of the present invention is to obtain a rolling support device having better wear resistance and seizure resistance than the rolling support device described in Patent Document 2.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a first member and a second member having raceway grooves arranged opposite to each other, and a plurality of rolls disposed between the raceway grooves of both members. A rolling support device in which at least one of the first member and the second member moves relative to the other when the rolling element rolls, the raceway groove of the first member, the raceway groove of the second member And at least one of the rolling surfaces of the rolling element is a metal surface, and a metal carbide layer containing the metal and carbon is formed on the metal surface by the method of the following constitution (1). A rolling support device is provided. This is called the first rolling support device of the present invention.
(1) The metal surface and a metal mating member are brought into sliding or rolling contact with each other through a liquid made of a hydrocarbon or a compound having a hydrocarbon group in an energized state, and the liquid and the metal surface Is chemically reacted.
[0010]
The present invention also includes at least a first member and a second member provided with raceway grooves arranged to face each other, and a plurality of rolling elements arranged to be freely rollable between the raceway grooves of both members, In a rolling support device in which one of the first member and the second member moves relative to the other by rolling the rolling element, the raceway groove of the first member, the raceway groove of the second member, and the rolling of the rolling element At least one of the surfaces is a metal surface, and a compound layer made of a compound containing the metal, phosphorus, sulfur, chlorine, and carbon is formed on the metal surface with the following configuration (2). Provided is a rolling support device characterized by being formed by a method. This is referred to as a second rolling support device of the present invention.
(2) This metal surface and a metal mating member are connected to a liquid composed of a hydrocarbon or a compound having a hydrocarbon group in a current-carrying state through a treatment liquid containing a phosphorus compound, a sulfur compound, or a chlorine compound. The treatment liquid and the metal surface are chemically reacted by sliding or rolling contact.
[0011]
The thickness of the compound layer is preferably 0.05 μm or more and 0.30 μm or less, and more preferably 0.1 μm or more and 0.105 μm or less.
In the first rolling support device of the present invention, the thickness of the metal carbide layer is determined based on the amount of electric power applied to the metal surface by energization and the conditions during sliding or rolling contact with the mating member (for example, PV value, The temperature of the liquid to be used, the reaction time, etc. can be controlled.
[0012]
In the first rolling support apparatus of the present invention, the “liquid comprising a hydrocarbon or a compound having a hydrocarbon group” used when forming the metal carbide layer is a mineral oil used as a lubricating oil for the rolling support apparatus. And ester oils.
In the second rolling support device of the present invention, the thickness of the compound layer includes the concentration of phosphorus, sulfur, or chlorine in the treatment liquid to be used, the amount of electric power applied to the metal surface by energization, and the mating member. It can be controlled by conditions at the time of sliding or rolling contact with respect to (for example, PV value, temperature of liquid used, reaction time, etc.).
[0013]
In the first and second rolling support devices of the present invention, as a method of “sliding or rolling contact the metal surface and the metal counterpart member through the liquid or the treatment liquid”, (3) A method in which the metal surface and the mating member are slid or rolled in a state of being immersed in the liquid (or treatment liquid); or (4) the application surface after the liquid (or treatment liquid) is applied to the metal surface. And the mating member are brought into sliding or rolling contact, and the method (3) is preferred.
[0014]
In the first and second rolling support devices of the present invention, the counterpart member is a member that slides or makes rolling contact when used as a rolling support device (for example, the raceway surface of the inner ring of the rolling bearing is a metal surface). In the case where the metal carbide layer or the compound layer is provided on the metal surface, a rolling element may be used. In this case, the metal carbide layer (or the compound layer) can be formed during the break-in operation of the rolling support device. Moreover, when forming the said metal carbide layer (or said compound layer) at the time of the process of each member which comprises a rolling support apparatus, you may use a metal plate-shaped body etc. as a counterpart member.
[0015]
In the second rolling support device of the present invention, the “hydrocarbon that constitutes the treatment liquid (treatment liquid containing a phosphorus compound, a sulfur compound, or a chlorine compound in a liquid comprising a hydrocarbon or a compound having a hydrocarbon group)” Examples of the “liquid composed of a compound having a hydrocarbon group” include mineral oil and ester oil used as a lubricating oil for rolling support devices.
[0016]
Moreover, what consists of nonpolar molecules, such as refined paraffin and diphenyl, can be used as said liquid. Further, the treatment liquid may contain a nonpolar solvent such as toluene. That is, it is preferable to use a liquid made of nonpolar molecules as the liquid contained in the treatment liquid.
Examples of the phosphorus compound constituting the treatment liquid include phosphites, orthophosphates, and acidic phosphates, which are chemically active organic phosphorus compounds.
[0017]
As phosphites, phosphites of C1 to C18 hydrocarbons (eg, alkyl, phenyl, benzyl, cresyl, cinnamyl, allyl), specifically, trioctyl phosphite, triphenyl phosphite, Tricresyl phosphite, bis-2-ethylhexyl phosphite, tridecyl phosphite, dibutyl hydrogen phosphite, tris (nonylphenyl) phosphite, dilauryl hydrogen phosphite, diphenyl monodecyl phosphite, trilauryl trithiophos Examples thereof include phyto and diphenyl hydrogen phosphite.
[0018]
The orthophosphate esters include C1-C18 hydrocarbons (eg, alkyl, phenyl, benzyl, cresyl, cinnamyl, allyl), specifically, triphenyl phosphate, triethyl phosphate, tributyl. Examples include phosphate, tris (2-ethylhexyl) phosphate, tridecyl phosphate, diphenyl mono (2-ethylhexyl) phosphate, tricresyl phosphate, trioctyl phosphate, tristearyl phosphate.
[0019]
Acid phosphate esters include C1-C20 mono- or dihydrocarbyl acid phosphates, specifically methyl acid phosphate, isopropyl acid phosphate, butyl acid phosphate, 2-ethylhexyl acid phosphate. Examples include fade, isodecyl acid phosphate, tridecyl acid phosphate, and lauryl acid phosphate.
[0020]
Examples of the sulfur compound constituting the treatment liquid include chemically active organic sulfur compounds such as sulfurized fats and oils such as sulfurized whale oil, sulfurized olefins, mercaptans, sulfides, sulfoxides, and sulfones.
Examples of sulfurized olefins include sulfides of C3 to C8 olefins or low molecular weight polyolefins, and pentene sulfide, butylene sulfide, octene sulfide and the like are preferable.
[0021]
Mercaptans include C4-C20 alkyl mercaptans and mercapto fatty acid esters, specifically n-butyl mercaptan, isobutyl mercaptan, tertiary butyl mercaptan, n-octyl mercaptan, tertiary nonyl mercaptan, tertiary dodecyl mercaptan, thiol. Examples include butyl glycolate, ethyl thiopropionate, octyl 3-mercaptopropionate, and the like.
[0022]
Examples of the sulfides include monosulfide (—S—), disulfide (—S—S—), polysulfide (—S—S—) of C4 to C18 hydrocarbons (eg, alkyl, phenyl, benzyl, cinnamyl, allyl). S-), and dibutyl monosulfide, dibutyl disulfide, diphenyl sulfide, dibenzyl sulfide and the like are preferable.
[0023]
Examples of the sulfoxides include sulfoxides of C4 to C20 hydrocarbons (eg, alkyl, phenyl, benzyl, cinnamyl, allyl), specifically, dibutyl sulfoxide, dibenzyl sulfoxide, and the like.
Examples of the sulfones include sulfones of C4 to C20 hydrocarbons (for example, alkyl, phenyl, benzyl, cinnamyl, and allyl), specifically, dibutyl sulfone, didodecyl sulfone, and phenyl sulfone.
[0024]
Examples of the chlorine compound constituting the treatment liquid include chlorinated paraffins and chlorinated oils and fats, which are chemically active organic chlorine compounds.
Examples of chlorinated paraffins include n-octyl chloride, chlorinated paraffin, and octadecyl chloride. Examples of chlorinated oils and fats include chlorinated whale oil.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
An embodiment of the first rolling support device of the present invention will be described below.
First, using the reciprocating sliding type wear tester shown in FIG. 1, the performance test of the first rolling support device of the present invention using a test piece was performed.
That is, a flat plate 12 is placed in a container 11 containing mineral oil (petroleum refined oil) 10, the roller 13 is placed on the flat plate 12, and the roller 3 is slid horizontally in a state where a vertical load P is applied. It was reciprocated in a moving state. In addition, by putting an appropriate amount of mineral oil 10 in the container 12, the mineral oil 10 was always present between the roller 13 and the flat plate 12 during the reciprocating motion.
[0026]
This reciprocation was performed while flowing a direct current by connecting the roller 13 and the flat plate 12 outside the container 11 via a 5 V-25 mA power source. As the roller 13, a cylinder made of SUJ2 (high carbon chromium bearing steel type 2) having a diameter of 10 mm and a length of 10 mm was used. As the flat plate 12, a SUJ2 plate material of 75 mm × 40 mm × thickness 5 mm was used. The test conditions were a load P: 30 N, a reciprocating amplitude: 8 mm, a reciprocating frequency: 5 Hz, and a reciprocating motion time: 4 hours. Thereby, between the roller 13 and the flat plate 12, electric energy: 0.5Wh (= 5V * 25 * 10) ^-3 A × 4h).
[0027]
After finishing this reciprocating motion, the surface of the flat plate 12 on which the roller 13 was slid was observed with a scanning electron microscope. The photomicrograph (5000 times) is shown in FIG. In addition, the elements were identified by the attached energy dispersive X-ray analyzer. FIG. 3 is a graph showing the results.
Further, after reciprocating under the same conditions as described above except that no current is passed between the roller 13 and the flat plate 12 (no current is supplied), the surface of the flat plate 12 on which the roller 13 is slid is degreased and then scanned. Observed with an electron microscope. The photomicrograph (5000 times) is shown in FIG. In addition, the elements were identified by the attached energy dispersive X-ray analyzer. FIG. 4 is a graph showing the results.
[0028]
When FIG. 2 and FIG. 4 are compared, it can be seen that the surface state obtained is different between when the current is supplied during the reciprocating motion and when the current is not supplied. Further, comparing FIG. 3 and FIG. 5, the surface obtained by energizing during the reciprocating motion (graph in FIG. 3) has about three times as many carbon atoms as the surface obtained without energization (graph in FIG. 5). It can be seen that is included. Moreover, from the graph of FIG. 3, the main component is Fe on the surface obtained by sliding in the energized state. ₃ It is presumed that a metal carbide layer containing C such as FeCrC or FeSiC is formed.
[0029]
Further, as a result of measurement by Auger electron spectroscopy analysis, the carbon concentration of the surface obtained by sliding contact in an energized state was about 30 atomic%, whereas it was obtained by sliding contact without energization. The carbon concentration on the surface was about 10 atomic%.
From the above, by sliding the metal surfaces with the hydrocarbon interposed while energized, the metal surface being slid and the hydrocarbon chemically react to form metal carbide on the metal surface. I understand that
[0030]
Using the two types of flat plates 12 thus obtained as test pieces, an abrasion resistance test was performed by the following method. The flat plate 12 on which the metal carbide is formed by sliding in the energized state is the test piece No. 1-1, and the flat plate 12 obtained by sliding without energization is the test piece No. 1-2. Specimen No. 1-1 corresponds to an example of the first rolling support device of the present invention. 1-2 corresponds to a comparative example of the first rolling support device of the present invention.
[0031]
Each test piece was slid by the reciprocating motion and placed horizontally with the surface facing upward, a SUJ2 ball having a diameter of 10 mm was placed on the surface, and a load of 30 N was applied from above the ball in the vertical direction to reciprocate the amplitude. : 5 mm, reciprocating frequency: 5 Hz, 10 minutes, using mineral oil as the lubricating oil, reciprocating in a sliding state.
At the end of this test, the diameter of the wear scar generated on the ball and the diameter of the wear scar generated on the test piece were measured, and from these measured values, the total wear volume (total of the wear volume of the ball and test piece was calculated). Value). As a result, no. The total wear volume of 1-1 is 1.2 × 10 ^-3 mm. The total wear volume of 1-2 is 1.5 × 10 ^-2 mm (10 times or more of No. 1-1).
[0032]
From this result, the flat plate surface on which the metal carbide was formed by sliding a hydrocarbon between the mating member in an energized state was more resistant than the flat plate surface obtained under the same conditions except that no current was supplied. It can be seen that the wear is high.
Next, the performance test of the first rolling support device of the present invention was performed using the rolling bearing having the structure shown in FIG.
[0033]
This rolling bearing 1 is a single row deep groove ball bearing having a nominal number 695 (inner diameter 5 mm, outer diameter 13 mm, width 4 mm, ball diameter 2 mm), inner ring 2, outer ring 3, ball (rolling element) 4, polyamide It comprises a resin-made crown-shaped cage 5 and a non-contact rubber seal 6 containing a cored bar.
A raceway groove 2a is formed on the outer peripheral surface of the inner ring 2, and a raceway groove 3a is formed on the inner peripheral surface of the outer ring. These raceway grooves 2a and 3a are arranged to face each other, and a ball 4 is arranged so as to be able to roll through a cage 5 therebetween. As the inner ring 2, the outer ring 3, and the balls 4, those obtained by subjecting a material made of SUJ2 to a predetermined shape by cutting and then performing normal heat treatment were used.
[0034]
1 mg of di-2-ethylhexyl sebacate (ester oil) was put inside the rolling bearing 1, and a running-in operation was performed by rotating the inner ring. In that case, between the inner ring | wheel 2 and the ball | bowl 4, and between the outer ring | wheel 3 and the ball | bowl 4 were connected via the power supply of 5V-25mA, respectively.
Thus, while direct current is passed between the inner ring 2 and the ball 4 and between the outer ring 3 and the ball 4, the raceway groove 2a and the ball 4 of the inner ring 2 and the raceway groove 3a and the ball 4 of the outer ring 3 are esterified. Rolling contact was made through oil. The condition at this time is the rotational speed: 4500 min ^-1 Axial load: 20 N, ambient temperature: 40 ° C., rotation time: 1 hour. Thereby, between the inner ring | wheel 2 and the outer ring | wheel 3, and the ball | bowl 4, respectively, electric energy: 0.125Wh (= 5V * 25 * 10) ^-3 A × 1h).
[0035]
As a result of analyzing the surfaces of the raceway groove 2a of the inner ring 2 and the raceway groove 3a of the outer ring 3 and the balls 4, it was found that a metal carbide layer was formed with a thickness of 0.1 to 0.2 μm. . For comparison, a rolling bearing 1 was prepared that was subjected to a break-in operation in the same manner as described above, except that no direct current was passed between the inner ring 2 and the ball 4 and between the outer ring 3 and the ball 4. .
[0036]
These rolling bearings were subjected to an acoustic test by the following method. Under the conditions of axial load: 20N and ambient temperature: 90 ° C, the inner ring is first rotated at a rotational speed of 4500 min. ^-1 For 10 minutes, then the next 10 minutes is 5000 min ^-1 , And then the rotation speed is 500 min ^-1 The rotation was continued for 10 minutes while increasing each time until an abnormal sound was generated. In addition, as lubricating oil, the ester oil enclosed by the said running-in operation was used as it was.
The acoustic measurement is performed using an Anderon meter, and the rotational speed is 4500 min. ^-1 The rotational speed at the time when the increase value from the Anderon value (initial Anderon value) immediately after starting rotation at 1 exceeded 1.0 was examined as a value indicating seizure durability.
[0037]
As a result, in the case of a rolling bearing that has been subjected to a break-in operation by passing a direct current, the rotational speed at which the increase from the initial Anderon value exceeded 1.0 was 3600 min ^-1 On the other hand, in the case of a rolling bearing that was subjected to a break-in operation without passing a direct current, the rotational speed at which the increase from the initial Anderon value exceeded 1.0 was 1200 min. ^-1 Met.
From this result, it can be seen that the rolling bearing in which the metal carbide layer is formed by energizing during the running-in operation has better seizure durability at high speed rotation than the rolling bearing obtained without energizing. .
[0038]
[Second Embodiment]
An embodiment of the second rolling support device of the present invention will be described below.
First, using the four-ball tester shown in FIG. 7, a performance test of the second rolling support device of the present invention using a test ball was performed.
In this tester, three fixed spheres 21 and one rotating sphere 22 are brought into rolling contact with each other via a liquid 23, and a rotating shaft 24 for holding and rotating the rotating sphere 22 and a liquid 23 are placed therein. A container 25, a member 26 that regulates the movement of the fixed ball 21, a heater 27 that heats the container 25, a thermocouple 28 that detects the temperature of the container 25, and a liquid extraction tube 29 that extracts the liquid 23 in the container 25 It consists of
[0039]
As three fixed spheres 21 and one rotating sphere 22, spheres made of SUJ2 having a diameter of 1.27 cm (0.5 inch) were prepared. A treatment liquid in which tridecyl acid phosphate (a mixture of tridecyl monoacid phosphate and tridecyl diacid phosphate) was diluted to 5% by mass with mineral oil was filled as the liquid 23 in the container 25.
[0040]
Three fixed spheres 21 are immersed in this treatment solution, one rotating sphere 22 is placed thereon, the rotating shaft 5 is set, and the PV value is 600 to 3000 MPa · m / s at room temperature. The rotating shaft 5 was rotated at a high speed by a method according to “ASTM D-2783”. However, the maximum rotation speed is 20000 min. ^-1 It was. This rotation was performed for 30 minutes while flowing a direct current by connecting the rotating sphere 22 and one fixed sphere 21 via a power supply of 5V-25 mA. As a result, the electric energy between the rotating sphere 22 and the fixed sphere 21 is 6.25 × 10. ^-2 Wh (= 5V × 25 × 10 ^-3 A × 0.5 h).
[0041]
After the end of this rotation test, elemental analysis in the depth direction was performed on the surfaces of the three fixed spheres 21 and one rotating sphere 22 using an Auger electron spectrometer, and the results shown in FIG. 8 were obtained.
In addition, a rotation test was performed under the same conditions as described above except that no current was passed between the rotating sphere 22 and the fixed sphere 21 (not energized). The depth direction elemental analysis was performed on the surfaces of the three fixed spheres 21 and the one rotating sphere 22 obtained by the Auger electron spectroscopy analyzer, and the results shown in FIG. 9 were obtained.
[0042]
The depth direction analysis is Ar ⁺ The etching rate was 3 nm / min. Therefore, for example, the horizontal axis Ar in the graphs of FIGS. ⁺ The etching time of 32 minutes indicates a position in the depth direction of 96 nm (= 32 minutes × 3 nm / min).
Comparing FIG. 8 and FIG. 9, the surface obtained by applying current during rotation (graph in FIG. 8) to a depth of 120 nm (= 40 minutes × 3 nm / min) without being supplied with current (FIG. 8). It can be seen that about four times as many carbon atoms as the graph (9) are included. In addition, the surface obtained by energizing at the time of rotation (graph in FIG. 8) has a phosphorous and iron abundance ratio of 96 nm (= 32 minutes ×), similarly to the surface obtained without energization (graph in FIG. 9). It changes at a depth of 3 nm / min) and is constant at a depth of more.
[0043]
Thereby, it turns out that it has a compound layer formed by chemical reaction with a thickness of about 96 nm on any surface. In addition, this compound layer is composed of a compound containing iron, phosphorus and carbon in the case of a surface obtained by energizing during rotation, and in the case of a surface obtained without energization during rotation. It is considered to be composed of a compound containing iron and phosphorus.
Moreover, although PV value is changed by 600-3000 MPa * m / s, the thickness of the compound layer obtained in the case of each PV value is shown in following Table 1.
[0044]
[Table 1]

[0045]
From this table, it can be seen that the larger the PV value, the thicker the compound layer.
Next, the processing liquid was extracted from the container 25 using the liquid extraction pipe 29 without disassembling the testing machine in the state where the rotation test was completed. Next, an organic solvent was put into the container 25 and the rotating shaft 24 was rotated, thereby cleaning the inside of the container 25, the three fixed balls 21, and the one rotating ball 22. Next, the organic solvent was extracted from the container 25, and the inside of the container 25, the three fixed spheres 21, and the one rotating sphere 22 were dried.
[0046]
Next, mineral oil was put in the container 25 as the liquid 23, and the container 25 was held at 120 ° C. by the heater 27, and the rotating shaft 24 was rotated under the condition of PV value: 8 GPa · m / s. One minute after the start of rotation, the mineral oil was instantaneously extracted from the container 25 using the liquid extraction pipe 29 without stopping the rotation. The rotation continued until seizure occurred (when the steady state coefficient of friction suddenly increased). The rotation time was examined as “burning occurrence time”.
The results are shown in Table 2 below.
[0047]
[Table 2]

[0048]
From this table, it can be seen that the test ball obtained by energizing during rotation is superior in anti-seizure performance than the test ball obtained without energizing during rotation. It can also be seen that when the thickness of the compound layer is in the range of 0.05 μm or more and 0.30 μm or less, better seizure resistance can be obtained than when the compound layer is out of this range. Furthermore, it can be seen that particularly good seizure resistance is obtained when the thickness of the compound layer is 0.1 μm or more and 0.105 μm or less.
[0049]
Next, the performance test of the 2nd rolling support apparatus of this invention was done using the rolling bearing of the structure shown in FIG.
This rolling bearing 100 is a cylindrical roller bearing having an identification number NU205 (an outer diameter of 52 mm, an inner diameter of 25 mm, a width of 15 mm, a roller diameter of 6.5 mm, and a roller length of 6.5 mm), and includes an inner ring 102, an outer ring 103, and a roller ( Rolling element) 104 and a cage-shaped cage 105 made of polyamide resin.
[0050]
A raceway groove 102 a is formed on the outer peripheral surface of the inner ring 102, and a raceway groove 103 a is formed on the inner peripheral surface of the outer ring 103. These raceway grooves 102a and 103a are arranged to face each other, and a roller 104 is arranged so as to be able to roll through a cage 105 therebetween. As the inner ring 102, the outer ring 103, and the balls 104, those obtained by subjecting a material made of SUJ2 to a predetermined shape by cutting and then performing normal heat treatment were used.
[0051]
The rolling bearing 100 is immersed in a treatment solution in which tridecyl acid phosphate (mixture of tridecyl monoacid phosphate and tridecyl diacid phosphate) is diluted to 5% by mass with mineral oil, and the inner ring rotates. Ran in. At that time, the

inner ring

102 and 104 and the

outer ring

103 and 104 were connected via a 5 V-25 mA power source, respectively.
[0052]
Thus, while a direct current is passed between the

inner ring

102 and 104 and between the

outer ring

103 and 104, the processing liquid is passed through the raceway groove 102 a and 104 of the inner ring 102 and the raceway groove 103 a and 104 of the outer ring 103. Through the rolling contact. The condition at this time is the rotational speed: 3000 min ^-1 Axial load: 500 N, ambient temperature: 25 ° C., rotation time: 1 hour. Thereby, between the inner ring | wheel 102 and the outer ring | wheel 103 place 104, electric energy: 0.125Wh (= 5V * 25 * 10), respectively. ^-3 A × 1h).
[0053]
As a result of analyzing the surfaces of the raceway groove 102a of the obtained inner ring 102, the raceway groove 103a of the outer ring 103, and the roller 104, each layer has a thickness of about 0.1 μm and is composed of a compound containing iron, phosphorus, and carbon. (No. 2-21).
Further, for comparison, a rolling bearing 100 that was subjected to a running-in operation was prepared in the same manner as above except that no direct current was passed between the

inner ring

102 and 104 and between the outer ring 103 and 104 (No. 2-22). It can be presumed to be composed of a compound containing iron and phosphorus. As a result of analyzing the surfaces of the raceway groove 102a of the inner ring 102, the raceway groove 103a of the outer ring 103, and the roller 104, a layer made of a compound containing iron and phosphorus is formed with a thickness of about 0.1 μm. I found out that
[0054]
Moreover, the rolling bearing 100 which does not perform the above-mentioned break-in operation was also prepared (No. 2-23).
These rolling bearings (No. 2-21 to No. 2-23) were tested for seizure resistance by the following method. Each rolling bearing is rotated under the conditions of radial load: 2000N, axial load: 1000N, and rotation speed: 3000min. ^-1 The rotational speed was sequentially increased from the beginning and the inner ring was rotated. During the rotation, the temperature of the outer ring 103 was constantly measured, and when the temperature of the outer ring 103 reached 160 ° C. or higher, the rotation was stopped and the rotation speed at that time was examined.
The results are shown in Table 3 below.
[0055]
[Table 3]

[0056]
From this result, the rolling bearing (No. 2-21) in which the compound layer containing iron, phosphorus and carbon is formed by energization during the break-in operation is obtained by performing the break-in operation without energization. Rolling bearing (No. 2-22) in which a compound layer containing iron and phosphorus is formed, and rolling bearing (No. 2-23) in which any of these compound layers is not formed It can be seen that the seizure durability at the time is excellent.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the rolling support device of the present invention, good wear resistance and seizure resistance can be obtained even when used under severe lubricating conditions such as during high-speed rotation.
Moreover, according to this invention, the rolling support apparatus which has much better abrasion resistance and seizure resistance than the rolling support apparatus described in patent document 2 is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a reciprocating sliding wear tester used in a first embodiment.
FIG. 2 is a photomicrograph showing a sliding surface of a flat plate obtained by reciprocating sliding in an energized state in the first embodiment.
FIG. 3 is a graph showing the results of element identification performed by an energy dispersive X-ray analyzer on a flat sliding surface obtained by reciprocating sliding in an energized state in the first embodiment.
4 is a photomicrograph showing a sliding surface of a flat plate obtained by reciprocating sliding without energization in the first embodiment. FIG.
FIG. 5 is a graph showing the results of element identification performed by an energy dispersive X-ray analyzer on a sliding surface of a flat plate obtained by reciprocating sliding without energization in the first embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a rolling bearing used in the first embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a four-ball tester used in the second embodiment.
FIG. 8 is a graph showing the depth direction analysis result of the surface of the test sphere obtained by rolling contact with a four-ball tester in an energized state by an Auger electron spectrometer in the second embodiment.
FIG. 9 is a graph showing the depth direction analysis result of the surface by an Auger electron spectrometer of a test sphere obtained by rolling contact with a four-ball tester without energization in the second embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a rolling bearing used in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Rolling bearing
2 inner ring
3 outer ring
4 balls (rolling elements)
5 Cage
6 Non-contact rubber seal
2a Inner ring raceway groove
3a Outer ring raceway groove
10 Mineral oil (oil refined oil)
11 containers
12 Flat plate (mating member)
13 Roller (rolling element)
21 Fixed sphere
22 Rotating sphere
23 Liquid
24 Rotating shaft
25 containers
26 Member for regulating movement of fixed ball
27 Heater for heating the container
28 Thermocouple to detect container temperature
29 Liquid drain tube
100 Rolling bearing
102 Inner ring
103 outer ring
104 balls (rolling elements)
105 Cage
106 Non-contact rubber seal
102a Inner ring raceway groove
103a Outer ring raceway groove

Claims

At least a first member and a second member provided with raceway grooves disposed opposite to each other, and a plurality of rolling elements disposed between the raceway grooves of both members so as to be freely rollable. In the rolling support device in which one of the first member and the second member moves relative to the other by
At least one of the raceway groove of the first member, the raceway groove of the second member, and the rolling surface of the rolling element is a metal surface,
The metal surface and a metal counterpart are brought into sliding or rolling contact with each other through a liquid made of a hydrocarbon or a compound having a hydrocarbon group in an energized state to cause a chemical reaction between the liquid and the metal surface. A rolling support device, wherein a metal carbide layer containing the metal and carbon is formed on the metal surface.

At least a first member and a second member provided with raceway grooves disposed opposite to each other, and a plurality of rolling elements disposed between the raceway grooves of both members so as to be freely rollable. In the rolling support device in which one of the first member and the second member moves relative to the other by
At least one of the raceway groove of the first member, the raceway groove of the second member, and the rolling surface of the rolling element is a metal surface,
The metal surface and a metal mating member are slid or passed through a treatment liquid containing a phosphorus compound, a sulfur compound, or a chlorine compound into a liquid made of a hydrocarbon or a compound having a hydrocarbon group in an energized state. A compound layer made of a compound containing the metal, phosphorus, sulfur, or chlorine, and carbon is formed on the metal surface by causing a chemical reaction between the treatment liquid and the metal surface by rolling contact. A rolling support device characterized by that.

The rolling support device according to claim 2, wherein the thickness of the compound layer is 0.05 μm or more and 0.30 μm or less.

The rolling support device according to claim 2, wherein the thickness of the compound layer is 0.1 μm or more and 0.105 μm or less.