JPH0643349U

JPH0643349U - ころ軸受

Info

Publication number: JPH0643349U
Application number: JP8078592U
Authority: JP
Inventors: 健治玉田; 碩一中島
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1992-11-24
Filing date: 1992-11-24
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】潤滑剤にて潤滑されるころ軸受において、こ
ろの転走面における特異性はく離を防止することであ
る。【構成】軸受の固定軌道輪５ないし固定軸１の転走面
３に厚さ０．１〜２．５μｍの酸化皮膜４を形成した構
成とした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、油圧ショベル用旋回減速機遊星部などに使用されるころ軸受に関し、特に軸受が正逆回転を受けた場合に、固定輪ないし固定軸の転走面に生じる特異性のあるはく離現象を防止したものである。

【０００２】

【従来の技術】

上記油圧ショベル用旋回減速機の遊星部に使用されるころ軸受は、軸の剛性と軸受の負荷容量を増大させるために、軸又はハウジングをそのまま直接に軌道輪として使用されることが多く、また、このころ軸受は正逆回転を受ける。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

上記の様な使用条件のもとで、軸の転走面に生じるはく離によって、これら軸受が早期に寿命に至る事例が報告されている。

【０００４】この早期寿命を引き起こすはく離は、材料の清浄度が良くなってきた今日において生じて来ており、また金属疲労により生じる通常の転走面表面ないし表層のはく離とは違い、相当内部の深い部分から突然に生じる特異な破壊現象を示しており、この特異性はく離から生じる軸受寿命は、通常のころ軸受の計算寿命に比べて十分の一以下の短寿命を示す。

【０００５】一般にころ軸受においては、ゴミ等の噛み込みによりクレバス型亀裂が生じ、はく離に至ったり、表面粗さが大きい場合とか、潤滑性能の悪いときに発生するピーリングやスミアリング等によってはく離に至るケースが多い。

【０００６】しかし、上記特異性はく離が生じた軸受の転走面には、ゴミの噛み込み、ピーリングやスミアリング等は認められず、また転走面には着色等の発熱の影響が全く見られず、このため潤滑性能の劣化による金属同士の接触が短寿命の原因と認められない。

【０００７】この考案は、このころ軸受において、軸受の固定輪ないし固定軸の転走面に発生する特異性はく離の発生を防止して安定した耐久寿命を実現する軸受を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するために、この考案は、図１に示すように、固定軸１に直接に取り付けられ、かつ潤滑剤により潤滑されるころ軸受２において、該固定軸１の転走面３に厚さ０．１〜２．５μｍの酸化皮膜４を形成した構造を採用したものである。

【０００９】上記の、軸１が回転し、軌道輪５が固定の場合は、その固定軌道輪５の転走面に、また軸受ハウジングの内径面が転走面になる場合はその転走面に、それぞれ上記と同様の酸化皮膜を形成する。なお、図中６はころ、７はケーシングである。

【００１０】以下、その内容を説明する。

【００１１】本考案者等は、特異性はく離が発生した固定軸１の転走面３を詳しく観察し、そのはく離の原因となる亀裂の発生状態を調べた。その結果、図２に模型的に示すように、はく離を生じさせる亀裂８は転走面３表面の近傍では小さいが、転走面の内部では非常に長い亀裂が深さ方向に多数進行しているのが解った。

【００１２】このような亀裂の発生状況は、通常の金属疲労から来るはく離現象とは著しく異なっている。すなわち、通常のはく離では、転走面の表面近傍に発生した亀裂が転走面表面に平行に進行し、それが表面に向かって延びて破損を起すのであるが、上記の特異性はく離では、転走面表面からある深さに入ったところで亀裂が生じ、その亀裂が深さ方向に進行している。

【００１３】通常のはく離亀裂の発生領域は、金属同士をころがり接触させた場合に、金属の表面下に生じる剪断応力の分布と一致する。すなわち、上記の場合の金属表面下に生じる剪断応力は、第３図に示すように表面から少し内部に入ったところで最大値を生じるが、この最大の剪断応力が生じる領域と上記特異性はく離亀裂の発生領域とが対応していない。

【００１４】上記のことにより、特異性はく離の発生原因は、潤滑不良や金属の疲労からくる亀裂に原因があるのではなく、金属内部に何か異物が進入し、その異物の作用により金属組織に変化が生じて亀裂を発生させることによるものが考えられる。

【００１５】一般機械部品では、水素が金属、特に鋼の内部に侵入すると、水素脆化を引き起し、早期に破壊が生じることはよく知られている。

【００１６】ところが、軸受においては、転動体と転走面との接触面に生じる応力は変動応力であり、水素脆化で問題になる遅れ破壊のように静止一定応力でないことから、水素脆化による破壊が今まで軸受に対して問題になることはなかった。

【００１７】しかしながら、減速機の遊星部に使われるころ軸受は、高荷重のもとで、正逆回転を受けることにより、軸の転走面表面が局部的に高温、高圧状態になった場合、そして表面が摩擦により新生面となった場合、転走面の金属表面が触媒作用をして、潤滑油が化学分解され、水素が発生しやすい。

【００１８】図１に示すように、固定軸１の転走面３に酸化皮膜４を形成し、寿命テストを行った。すなわち、転走面３の表面を、化学的に安定な酸化皮膜により不活性化することにより、金属の触媒作用をなくし潤滑油の分解による水素の発生を抑えることができると考え、その効果を検証した。

【００１９】テストでは、正逆回転可能なベンチテスト機で、潤滑油により潤滑される保持器付針状ころ軸受を使用し、その軸の転走面に種々の厚みで酸化皮膜を形成し、寿命試験を行った。また、各サンプルにおいて酸化皮膜を形成した転走面の表面粗さを測定し、寿命との関係をみた。なお、酸化皮膜の形成は、黒染め処理法で行ない、低温加熱（１３０℃〜１６０℃）のカセイソーダ水溶液中に軌道輪を浸漬して四三酸化鉄皮膜を転走面に形成した。また、酸化皮膜４の厚みｔは、予め試験金属片に黒染め処理を行ない、処理時間とその時に形成された膜厚との関係から対応させたものである。

【００２０】また、寿命試験は３００時間の時点で完了とした。テスト結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】上記表１の結果から、酸化皮膜４の厚みｔが０．１μｍ〜２．５μｍの範囲（サンプルＮｏ．２〜Ｎｏ．８）においては、転走面３に特異性はく離が見られず、全てのサンプルで３００時間の寿命を達成することができた。

【００２３】これに対してサンプルＮｏ．１のものは、３５時間で転走面に特異性はく離が発生し、使用不能となった。このサンプルＮｏ．１は処理時間が短いために転走面に黒染めの着色が見られず、皮膜の厚みが０．１μｍ未満であった。

【００２４】これらの結果により、酸化皮膜４と特異性はく離の発生とは強い関連があることが明らかである。また、酸化皮膜４の厚みｔは少なくとも０．１μｍ以上であれば特異性はく離を防止できることが認められる。この結果は、上述したように酸化皮膜４により転走面表面の触媒作用が抑制されて水素発生が抑えられ、水素脆化による亀裂の発生が防止されるとする考えと一致している。

【００２５】一方、処理時間が２５ｍｉｎで酸化皮膜の厚みｔが３μｍのサンプルＮｏ．９は、１１０時間で転動体の転走面に生じたはく離により寿命に達した。この場合のはく離は特異性はく離ではなく、表面層近傍に生じた通常のはく離である。

【００２６】このＮｏ．９のはく離の原因は、表１の結果により転走面３の表面粗さが関係すると考えられる。すなわち、表１に示すように、酸化皮膜４の厚みｔが大きくなるほど転走面３の表面粗さが悪化することになるが、このような表面粗さの悪さは、ころ６と転走面３との金属接触を著しく増大させることになり、早期はく離を生じさせる原因になると考えられる。

【００２７】このような表面粗さの影響をみるため、転送面８の表面粗さを変えた場合のころ６のはく離発生率の変化を表２に示した。この場合に発生する剥離は通常のはく離である。

【００２８】

【表２】

【００２９】上記ころ６のはく離発生率Ｄ（％）は、所定時間の寿命試験後にはく離が発生した試料数の全試料に対する割合を示している。

【００３０】表２の結果により、表面粗さＲｍａｘが大きくなれば、ころ６ははく離発生率Ｄは増加する。従って、表１におけるサンプルＮｏ．９のころ６のはく離は、軸の表面粗さが大きくなったためと考えられる。

【００３１】尚、ころの寿命を熱処理や表面粗さの改良で強化すれば、酸化膜形成による軸の表面粗さの増大の悪影響は無視出来るが、酸化膜形成の処理に長時間要するので不経済である。また軸を直接内輪として使用せず、内輪を軸に挿入して使う場合でも、内輪の特異性はく離防止には本考案は効果がある。

【００３２】以上のことにより、軸受の耐久寿命の向上を図るためには、酸化皮膜４の厚みｔは、不活性効果を示す厚み以上で、かつ表面粗さの劣化による寿命低下や経済性を考慮した範囲で設定する必要がある。本考案は、このような適正な酸化皮膜４の厚みｔを０．１μｍから２．５μｍの範囲で設定する。

【００３３】なお、酸化皮膜４は、上述した黒染め処理法で形成する方法以外に、硝酸アルコール、塩酸、硫酸などの酸化水溶液中で転走面を色が付く程度に腐食する方法により形成することができる。

【００３４】

【考案の効果】

以上説明したように、この考案の軸受を用いれば、転走面に生じる特異性はく離を防止することができ、この特異性はく離から生じる軸受の早期破損を防止して、軸受本来の寿命を保証することができる。したがって、この考案の軸受をころ軸受に用いることにより、寿命のばらつきの少ない安定した軸受性能を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の断面図

【図２】特異性はく離が生じた転走面の内部構造を模型
的に示した図

【図３】金属同士がころがり接触した場合に金属表面下
に生じた剪断応力分布の例を示す図

【符号の説明】

１固定軸２ころ軸受３転走面４酸化皮膜５軌道輪６ころ７ケーシング

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】潤滑剤にて潤滑されるころ軸受におい
て、軸受転走面に厚さ０．１〜２．５μｍの酸化皮膜を
形成したことを特徴とするころ軸受。