JP2005282595A - 樹脂製プーリ組み込み用転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 外輪の温度上昇による寸法変化を極力抑えるというモーメント剛性の要求を満たすことができると共に、軸受の焼け付き寿命を延長することができる、樹脂プーリ組み込み用転がり軸受を提供すること。
【解決手段】 自動車電装部品やエンジン補機に用いられる樹脂製プーリに組み込まれる４点あるいは３点接触式転がり軸受１であって、外輪２と内輪３には、２２０℃以上の高温焼き戻し、あるいはサブゼロ処理（深冷処理）の寸法安定化処理が施されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オルタネータ、カーエアコンコンプレッサ用プーリ等の自動車電送部品やエンジン補機に用いられる転がり軸受に関し、特に、樹脂製プーリ組み込み用の４点あるいは３点接触式の転がり軸受に関するものである。

従来より、自動車のエンジンの各種動力装置における回転箇所、例えば、オルタネータ、カーエアコンコンプレッサ用プーリ、電動ファンモータ、水ポンプ等の自動車電送部品やエンジン補機には、転がり軸受が使用されている。

近年、省エネルギー及び環境問題の観点から、車両の低燃費化や高効率化が目指されている。そのため、自動車は小型軽量化を目的としたＦＦ車が普及し、さらには室内空間拡大の要望により、エンジンルーム空間の減少を余儀なくされ、前記転がり軸受が使用される電装部品やエンジン補機の小型軽量化がより一層進められると共に、一層の高性能・高出力化も求められている。

しかし、このような電装部品やエンジン補機の小型軽量化には、出力の低下という問題は避けられない。そこで、例えば、オルタネータやカーエアコンコンプレッサ用プーリでは、高速化することにより出力の低下分を補っている。それに伴って、アイドラプーリも同様に高速化が要求されている。

さらに、静粛化向上の要望によりエンジンルームの密閉化が進んでいて、エンジンルーム内の高温化が促進されているため、各部品に使用される軸受にも高温に耐えることが要求されている。また、駆動ベルトの高張力化により、軸受に加わる荷重も大きくなってきている。

また、一方では、小型軽量化、コストダウン等の目的のため、電送部品やエンジン補機用プーリにおいて、鉄製のプーリから樹脂製のプーリに置き換えられる場合がある。

さらに、これら電送部品やエンジン補機に組み込まれる転がり軸受には、小型軽量化、コストダウンの要求から、従来使用されている複列軸受から幅狭化の流れを受けて単列軸受が使用されてきている。

また、従来からの鉄製プーリに組み込まれた複列軸受等においては、通常の熱処理か、あるいは内輪の温度が上昇した時に、内輪が膨張するため、軸受の内部隙間が著しく減少し、異状発熱から焼き付けに至る現象が考えられ、このための対策として、内輪に寸法安定化処理を施す等の対策を採っていた。

ここで、通常の熱処理とは、軸受鋼（ＳＵＪ−２）の場合、約８４０℃で焼入れを行い、約１８０℃で焼き戻しを行う熱処理のことであり、残留オーステナイト量γＲは１０％程度となる。上記寸法安定化処理は、この残留オーステナイト量γＲの低減を目的とした熱処理であり、残留オーステナイト量γＲを６％容量以下とするものである。

従来の鉄製プーリであれば、回転により軸受部材が高温になったとしても、この熱が外輪から熱伝導性の良い鉄製プーリを通じてプーリの外周側に伝わり放熱されることになるが、樹脂製プーリでは、熱伝導性の悪い樹脂が断熱材の役目を果たし、従来の鉄製プーリを使用した場合に比べて、軸受温度の上昇が著しくなり、軸受が焼き付けに至るおそれがあった。

また、従来の複列軸受を単列軸受に置き換えるだけでは剛性が低下し、軸受の傾きが大きくなってしまうという問題点があるので、単列化するためには４点あるいは３点接触軸受を使用する必要がある。しかし、４点あるいは３点接触軸受では、通常の単一溝Ｒ軸受に比べて、転動体と軌道輪との接触面で滑りが発生し易いために、発熱は必然的に大きくなり、軸受温度が上昇する。

このように、電装部品やエンジン補機に使用される転がり軸受の高温・高速回転耐久性能に関する要望は高まる一方であり、それに伴って、転がり軸受の焼き付け寿命のさらなる改善が特に要求されている。

樹脂プーリに組み込まれた従来の転がり軸受においては、上記のように、樹脂のために放熱効果が薄くなって外輪側からの放熱もなく、軸受や外輪の温度が高温になるので、通常の熱処理をした軸受の場合、外輪の温度上昇によってその寸法変化が大きくなる。したがって、軸受のラジアル隙間が小さくなって適正なラジアル隙間が保たれなくなり、結果として、転動体と内外軌道との接触面圧が大きくなって、異状発熱を起こし、焼け付きに至るおそれがあった。

また、樹脂プーリに組み込む軸受として、単列化するために４点あるいは３点接触軸受を用いた場合、上述のように、軸受の転動体と内外軌道間の接触面で滑りが発生するので、軸受内部での発熱が大きくなり、さらに高温化するという問題点もあった。

本発明は、上述した従来例の有する不都合を改善し、外輪の温度上昇による寸法変化を極力抑えるというモーメント剛性の要求を満たすことができると共に、軸受の焼け付き寿命を延長することができる、樹脂プーリに組み込むのに好適な転がり軸受を提供することを課題としている。

上記課題を達成するために、本発明では、自動車電装部品やエンジン補機に用いられる樹脂製プーリに組み込まれ、外輪、内輪、及びこの内外輪間に転動自在に介在する複数の転動体を有し、４点あるいは３点接触式の転がり軸受において、前記外輪と内輪には、寸法安定化処理が施されていることを特徴としている。この寸法安定化処理としては２２０℃以上の高温焼き戻し、あるいはサブゼロ処理（深冷処理）が好ましい。

本発明によれば、軸受温度が上昇し、外輪温度が高温になっても、外輪が熱膨張するのが極力抑えられるので、内外輪と転動体間の適正なラジアル隙間を確保することができて、軸受が焼け付きに至るのを防止できると共に、焼け付き寿命の延長も図ることができる。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施形態を示す４点接触軸受の断面図である。同図において、４点接触軸受１の外輪２及び内輪３は、複合曲面を有する外輪軌道２ａ及び内輪軌道３ａをそれぞれ有している。これらの内外軌道２ａ,３ａ間には、転動体である複数の玉４が４点で接触した状態で転動自在に介在されている。これにより、外輪２は図示しない軸側に外嵌・固定された内輪３に対して回転自在とされている。玉４は保持器６に保持されている。内外輪２,３の両側端部には、芯金とゴム材から成るリング状のシール部材５が填め込まれている。このシール部材５、玉４、外輪２、内輪３よって形成される環状の軸受空間７にはグリース（図示しない）が充填されている。

外輪２と内輪３には、それぞれ寸法安定化処理が施されている。この実施形態では、寸法安定化処理として、２２０℃以上の高温焼き戻しを実施している。

図２は本発明の第２実施形態を示す３点接触軸受の断面図である。同図において、外輪２は、複合曲面を有する外輪軌道２ａを有しているが、内輪３１は単一円弧の内輪軌道３１ａを有している。これらの内外軌道２ａ,３１ａ間には、転動体である複数の玉４が３点で接触した状態で転動自在に介在されている。これにより、外輪２は図示しない軸側に外嵌・固定された内輪３１に対して回転自在とされている。玉４は保持器６に保持されている。内外輪２,３の両側端部には、芯金とゴム材から成るリング状のシール部材５が填め込まれている。このシール部材５、玉４、外輪２、内輪３よって形成される環状の軸受空間７にはグリース（図示しない）が充填されている。

図３は、各種熱処理を施した外輪外径の高温放置試験による変化量を測定した特性線図である。

図３において、△、□、○は、４点接触軸受１の外輪２に熱処理を施したもので、それぞれ異なった熱処理を施した３つの外輪を表し、△は通常熱処理、□は２２０℃〜２４０℃の高温焼き戻しを施した寸法安定化処理１、○は２５０℃〜２７０℃の高温焼き戻しを施した寸法安定化処理２である。図３は、これらの外輪を、それぞれ１８０℃の恒温槽に６００時間放置し、この試験前後における各外輪の外径寸法の変化を測定した試験結果である。

図３において、通常熱処理の外輪△は、初期の外径に対する変化率が０．０６％と、他のものと比べて飛び抜けて大きい。寸法安定化処理１の外輪□は０．０１％、寸法安定化処理２の外輪○はほとんど変化していないことが分かる。

ここで、試験に使用した外輪の外径φは５２ｍｍであるので、通常熱処理での変化率０．０６％では外輪外径の膨張量は約３０μｍとなる。これに対して、寸法安定化処理１の外輪での変化率０．０１％では約５μｍ、寸法安定化処理２の外輪では約１μｍ程度である。

したがって、寸法安定化処理を施した内外輪を有する４点あるいは３点接触軸受の軸受温度が上昇し、外輪温度が高温になっても、外輪が熱膨張するのが極力抑えられるので、内外輪と転動体間の適正なラジアル隙間を確保することができる。このため、外輪の熱膨張により玉４と内外軌道２ａ,３ａ又は２ａ，３１ａとの接触面圧が大きくなって異状発熱を起こし、焼け付きに至るといった不具合を防止することができる。

尚、この実施形態では、内外輪の寸法安定化処理として高温焼き戻しを実施したが、これに限らず「サブゼロ処理」を実施することもできる。

通常の熱処理において、オーステナイト化した鋼を急冷してマルテンサイトにする際、すべてがマルテンサイトになるわけではなく、従来技術でも示したオーステナイトが残留する。この残留オーステナイト量γＲは、Ｃ量が高くなるほど多くなり、又焼き入れの冷却速度によっても変化するが、残留オーステナイト量γＲが小さい程、熱による変位も小さくなる。この残留オーステナイトは不安定な存在で、時の経過と共に、数ヶ月から数年にわたってマルテンサイト化していく（時効効果）。

上記サブゼロ処理は零下処理もしくは深冷処理とも言われ、数ヶ月から数年にわたるマルテンサイト化を、ドライアイス又は液体窒素で冷却することにより一度に実施する処理のことで、時効変形が防げるので、一般にゲージ等に施されている。

４点あるいは３点接触軸受の内外輪にサブゼロ処理を施すことにより、残留オーステナイトを強制的にマルテンサイト化するので、高温による寸法変化を一層抑えられることが期待できる。

図４は各種熱処理を施した外輪の耐久試験結果を示すグラフである。

次に、上記４点接触軸受の外輪に通常熱処理、寸法安定化処理１、寸法安定化処理２を施したものをそれぞれ４つづつ、軸受温度１００００ｒ/ｍｉｎ、ラジアル荷重２０００Ｎの条件で耐久試験を行い、図４に示すような結果を得ることができた。

これによると、外輪に通常熱処理を施したものでは３００〜４００時間の間に焼け付きに至るのに対して、寸法安定化処理１を施したものは６００〜７００時間、寸法安定化処理２を施したものは７００〜８００時間と焼け付け時間が延長していることが分かる。

したがって、寸法安定化処理を施した内外輪を有する４点あるいは３点接触軸受の軸受温度が上昇し、外輪温度が高温になる状態で使用しても、焼け付き寿命の延長を図ることができる。

尚、玉（転動体）４の表面にチッ化処理を施すことにより、軸受を耐熱性により優れたものとすることができるので、焼け付き寿命の延長に寄与するものとなる。

本発明の第１実施形態を示す４点接触軸受の断面図である。 本発明の第２実施形態を示す３点接触軸受の断面図である。 各種熱処理を施した外輪外径の高温放置試験による変化量を測定した特性線図である。 各種熱処理を施した外輪の耐久試験結果を示すグラフである。

符号の説明

１：４点接触軸受
２：外輪
２ａ：外輪軌道
３，３１：内輪
３ａ，３１ａ：内輪軌道
４：玉（転動体）
５：シール部材

Claims (4)

1. 自動車用樹脂製プーリに組み込まれ、外輪、内輪、及びこの内外輪間に転動自在に介在する複数の転動体を有し、４点もしくは３点接触式の転がり軸受において、
   前記外輪と内輪には、寸法安定化処理が施されていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記寸法安定化処理として、２２０℃以上の高温焼き戻しを実施することを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
3. 前記寸法安定化処理として、サブゼロ処理を実施することを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
4. 前記転動体の表面には、チッ化処理が施されていることを特徴とする請求項１、２、又は３記載の転がり軸受。

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