図面 (/)

技術 転がり軸受及びその製造方法

出願人 日本精工株式会社
発明者 元田智弘宇山英幸
出願日 2018年4月26日 (1年8ヶ月経過) 出願番号 2018-085408
公開日 2019年2月14日 (10ヶ月経過) 公開番号 2019-023509
状態 未査定
技術分野 軸受の取付、その他 ころがり軸受
主要キーワード アルミハウジング アルミダイカスト材 耐クリープ性能 ハウジング形状 強制供給 エネルギー分散形 画像写真 固体潤滑作用
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年2月14日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

コスト増やサイズアップ軸受の変形や軟化を生じることなく、耐クリープ性能の更なる向上を図った転がり軸受を提供する。

解決手段

ハウジングとの嵌合面である外輪外径面、又は軸との嵌合面である内輪内径面が、有機バインダーと、二硫化モリブデン粉末等の固体潤滑剤粉末と、酸化アンチモン粉末等の摩擦摩耗調整剤とを含む焼成膜を有する転がり軸受。

概要

背景

各種回転機械装置小型軽量化の要求から、一部の転がり軸受でも薄肉化が進んでいる。しかしながら、ハウジング外輪を嵌合させる転がり軸受の場合、外輪が薄肉化すると転動体荷重を受けて外輪外径面が大きく変形し、外輪クリープが生じる。このとき、外輪外径面とハウジングの内面とが擦れてハウジングに摩耗が生じ、ハウジングの摩耗が大きくなると回転支持部にガタツキが生じて異常振動や回転機械装置の故障故障原因となる。

外輪外径面のクリープ発生を防止するために、例えば特許文献1では、外輪外径面の軸方向の形状を、ストレートではなく円弧状の凹みをつけて加工している。外輪外径面にこのような凹みを形成した軸受をハウジングに圧入し、その両端にできる大きな締め代によってクリープの発生を防いでいる。しかし、ハウジングに大きな力で圧入する必要があり、取り付けが容易ではない。

その他にも、回り止めとして、ピンフランジを設ける場合もあるが、部品点数の増加、軸受やハウジング形状が複雑になり、加工コスト上昇やサイズアップに加えて、軸受のハウジングへの取り付け作業が煩雑になり製造コストも上昇する。

特許文献2では、二硫化モリブデンアンチモン等を含有する熱硬化性合成樹脂組成物からなる潤滑被膜で外輪外径面を被覆することが記載されている。この潤滑被膜は、潤滑性を有し、本質的に樹脂製であるため一般的なハウジング材料であるアルミニウムアルミニウム合金よりも軟質であり、クリープが発生した場合でもハウジングの内周面の摩耗を防ぐことができる。また、潤滑被膜を成膜するだけでよいため、種々の転がり軸受に対応可能であり、汎用性も高い。しかしながら、潤滑被膜は、二硫化モリブデン等を含有する熱硬化性合成樹脂組成物を溶剤に溶解した溶液を塗布し、加熱して溶剤を蒸発させて得たものであり、膜強度や耐久性が十分でない可能性がある。

特許文献3では、Oリングを外輪外径面に設けることにより、ハウジングと軸受間との隙間を埋め、Oリングを形成するゴム反発力によりグリープを防止している。しかしながら、想定しないハウジングの膨張が生じた場合、ゴムによる反発力が小さくなり、クリープが発生するおそれがある。

特許文献4では、外輪の肉厚を厚くして剛性を高めることにより、外輪の弾性変改を抑制してクリープの発生を防止している。しかしながら、クリープの発生を完全に防止するには、外輪の肉厚を非常に厚くしなければならず、軸受のサイズアップを招くため好ましくない。

特許文献5では,二硫化モリブデンやアンチモン等を含有する耐熱樹脂で、ピストンリングを被覆している。耐熱樹脂としてはポリアミドイミドを、硬化剤としてはフェノールを用いている。しかしながら、硬化剤としてフェノールを用いているため、実施例では180〜220℃で焼成している。軸受に広く用いられているSUJ2では、焼戻し温度が120℃程度であるため、このような高い焼成温度では、軸受に変形や軟化が生じてしまうため使用することが出来ない。

概要

コスト増やサイズアップ、軸受の変形や軟化を生じることなく、耐クリープ性能の更なる向上をった転がり軸受を提供する。ハウジングとの嵌合面である外輪の外径面、又は軸との嵌合面である内輪内径面が、有機バインダーと、二硫化モリブデン粉末等の固体潤滑剤粉末と、酸化アンチモン粉末等の摩擦摩耗調整剤とを含む焼成膜を有する転がり軸受。

目的

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、外輪外径面をハウジングに嵌合したり、内輪内径面に軸を嵌合させる構成の転がり軸受において、優れた耐クリープ性能を長期間安定して維持でき、しかも、コスト増やサイズアップを招くことなく実施することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

外輪と、内輪と、前記外輪及び前記内輪との間に転動自在に配設される転動体とを備える転がり軸受において、前記外輪の外径面及び前記内輪の内径面の一方がハウジングに嵌合し、他方が軸部材に嵌合するとともに、前記外輪の外径面と前記内輪の内径面の少なくとも一方が、ベース材硬化剤からなる有機バインダーと、固体潤滑剤粉末と、摩擦摩耗調整剤とを含む焼成膜を有することを特徴とする転がり軸受。

請求項2

前記硬化剤は、エポキシもしくはエポキシ硬化剤、またはエポキシとエポキシ硬化剤の両方から成ることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。

請求項3

前記焼成膜の断面において、断面積1μm2以上の摩擦摩耗調整剤が、面積率で2.5%以上を占めることを特徴とする請求項1または2記載の転がり軸受。

請求項4

前記ベース材がポリアミドイミドであり、前記固体潤滑剤二硫化モリブデン粉末黒鉛を含み、前記摩擦摩耗調整剤が酸化アンチモン粉末を含むことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の転がり軸受。

請求項5

前記固体潤滑剤の質量を前記摩擦摩耗調整剤の質量で除した値が、0.7より大きく、1.8より小さいことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の転がり軸受。

請求項6

外輪と、内輪と、前記外輪及び前記内輪との間に転動自在に配設される転動体とを備え、前記外輪の外径面及び前記内輪の内径面の一方がハウジングに嵌合し、他方が軸部材に嵌合する転がり軸受の製造方法において、前記外輪の外径面と前記内輪の内径面の少なくとも一方に、ベース材と硬化剤からなる有機バインダーと、固体潤滑剤粉末と、摩擦摩耗調整剤とを含む塗工液を塗布する工程と、前記塗工液を焼成する工程と、を有することを特徴とする転がり軸受の製造方法。

請求項7

前記硬化剤がエポキシもしくはエポキシ硬化剤、またはエポキシとエポキシ硬化剤の両方からなり、かつ、前記焼成工程において、120℃以下で焼成することを特徴とする請求項6記載の転がり軸受の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、軌道輪ハウジング等の相手材に対してクリープするかもしれない状態で使用される転がり軸受に関する。

背景技術

0002

各種回転機械装置小型軽量化の要求から、一部の転がり軸受でも薄肉化が進んでいる。しかしながら、ハウジングに外輪を嵌合させる転がり軸受の場合、外輪が薄肉化すると転動体荷重を受けて外輪外径面が大きく変形し、外輪クリープが生じる。このとき、外輪外径面とハウジングの内面とが擦れてハウジングに摩耗が生じ、ハウジングの摩耗が大きくなると回転支持部にガタツキが生じて異常振動や回転機械装置の故障故障原因となる。

0003

外輪外径面のクリープ発生を防止するために、例えば特許文献1では、外輪外径面の軸方向の形状を、ストレートではなく円弧状の凹みをつけて加工している。外輪外径面にこのような凹みを形成した軸受をハウジングに圧入し、その両端にできる大きな締め代によってクリープの発生を防いでいる。しかし、ハウジングに大きな力で圧入する必要があり、取り付けが容易ではない。

0004

その他にも、回り止めとして、ピンフランジを設ける場合もあるが、部品点数の増加、軸受やハウジング形状が複雑になり、加工コスト上昇やサイズアップに加えて、軸受のハウジングへの取り付け作業が煩雑になり製造コストも上昇する。

0005

特許文献2では、二硫化モリブデンアンチモン等を含有する熱硬化性合成樹脂組成物からなる潤滑被膜で外輪外径面を被覆することが記載されている。この潤滑被膜は、潤滑性を有し、本質的に樹脂製であるため一般的なハウジング材料であるアルミニウムアルミニウム合金よりも軟質であり、クリープが発生した場合でもハウジングの内周面の摩耗を防ぐことができる。また、潤滑被膜を成膜するだけでよいため、種々の転がり軸受に対応可能であり、汎用性も高い。しかしながら、潤滑被膜は、二硫化モリブデン等を含有する熱硬化性合成樹脂組成物を溶剤に溶解した溶液を塗布し、加熱して溶剤を蒸発させて得たものであり、膜強度や耐久性が十分でない可能性がある。

0006

特許文献3では、Oリングを外輪外径面に設けることにより、ハウジングと軸受間との隙間を埋め、Oリングを形成するゴム反発力によりグリープを防止している。しかしながら、想定しないハウジングの膨張が生じた場合、ゴムによる反発力が小さくなり、クリープが発生するおそれがある。

0007

特許文献4では、外輪の肉厚を厚くして剛性を高めることにより、外輪の弾性変改を抑制してクリープの発生を防止している。しかしながら、クリープの発生を完全に防止するには、外輪の肉厚を非常に厚くしなければならず、軸受のサイズアップを招くため好ましくない。

0008

特許文献5では,二硫化モリブデンやアンチモン等を含有する耐熱樹脂で、ピストンリングを被覆している。耐熱樹脂としてはポリアミドイミドを、硬化剤としてはフェノールを用いている。しかしながら、硬化剤としてフェノールを用いているため、実施例では180〜220℃で焼成している。軸受に広く用いられているSUJ2では、焼戻し温度が120℃程度であるため、このような高い焼成温度では、軸受に変形や軟化が生じてしまうため使用することが出来ない。

先行技術

0009

特開平10−37967号公報
特開2002−266870号公報
特開2004−176785号公報
特開2012−241875号公報
特開平11−246823号公報

発明が解決しようとする課題

0010

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、外輪外径面をハウジングに嵌合したり、内輪内径面に軸を嵌合させる構成の転がり軸受において、優れた耐クリープ性能を長期間安定して維持でき、しかも、コスト増やサイズアップを招くことなく実施することを目的とする。また、耐クリープ性能を高めるための焼成膜を成膜する際に、軸受が変形したり、軟化することを防ぐことを目的とする。

課題を解決するための手段

0011

上記課題を解決するために本発明は、下記の転がり軸受及びその製造方法を提供する。
(1)外輪と、内輪と、前記外輪及び前記内輪との間に転動自在に配設される転動体とを備える転がり軸受において、
前記外輪の外径面と前記内輪の内径面の少なくとも一方が、ベース材と硬化剤からなる有機バインダーと、固体潤滑剤粉末と、摩擦摩耗調整剤とを含む焼成膜を有することを特徴とする転がり軸受。
(2)前記硬化剤は、エポキシもしくはエポキシ硬化剤、またはエポキシとエポキシ硬化剤の両方から成ることを特徴とする上記(1)記載の転がり軸受。
(3)前記焼成膜の断面において、断面積1μm2以上の摩擦摩耗調整剤が、面積率で2.5%以上を占めることを特徴とする上記(1)または(2)記載の転がり軸受。
(4)前記ベース材がポリアミドイミドであり、
前記固体潤滑剤二硫化モリブデン粉末黒鉛を含み、
前記摩擦摩耗調整剤が酸化アンチモン粉末を含む
ことを特徴とする上記(1)〜(3)の何れか1項に記載の転がり軸受。
(5)前記固体潤滑剤の質量を前記摩擦摩耗調整剤の質量で除した値が、0.7より大きく、1.8より小さいことを特徴とする上記(1)〜(4)の何れか1項に記載の転がり軸受。
(6)外輪と、内輪と、前記外輪及び前記内輪との間に転動自在に配設される転動体とを備える転がり軸受の製造方法において、
前記外輪の外径面と前記内輪の内径面の少なくとも一方に、ベース材と硬化剤からなる有機バインダーと、固体潤滑剤粉末と、摩擦摩耗調整剤とを含む塗工液を塗布する工程と、
前記塗工液を焼成する工程と、
を有することを特徴とする転がり軸受の製造方法。
(7)前記硬化剤がエポキシもしくはエポキシ硬化剤、またはエポキシとエポキシ硬化剤の両方からなり、かつ、
前記焼成工程において、120℃以下で焼成することを特徴とする上記(6)記載の転がり軸受の製造方法。

発明の効果

0012

本発明の転がり軸受は、ハウジングとの嵌合面である外輪の外径面、又は軸との嵌合面である内輪の内径面を、有機バインダーと、二硫化モリブデン粉末等の固体潤滑剤粉末と、酸化アンチモン粉末等の摩擦摩耗調整剤を含む焼成膜で被覆している。有機バインダーのベース材にポリアミドイミドを用い、硬化剤にエポキシを用いた場合、焼成膜の成膜に際して軸受の焼戻し温度以下で成膜が可能であり、軸受の寸法変化や軟化を防ぐことができる。また、焼成膜は、ハウジング材料として一般的なアルミニウムまたはアルミニウム合金(例えばアルミダイカスト材)よりも柔らかく、たとえ外輪クリープが生じ、外輪外径面とアルミハウジングとが擦れ合ったとしても、アルミハウジングを摩耗させることがない。更に、焼成膜は高い耐摩耗性を有するため、本発明の転がり軸受は、優れた耐クリープ性能が長期に渡り維持できる。しかも、外輪の外径面や内輪の内径面に焼成膜を形成するだけであるため、汎用性が高く、種々の転がり軸受に適応可能である。

図面の簡単な説明

0013

本発明の転がり軸受の一例を示す断面図である。
外輪外径面の膜構造を説明するための模式図である。
自動車用トランスミッションの一例を示す断面図である。
外輪外径面の断面を、走査型電子顕微鏡を用いて撮影した写真の一例である。
実施例で得られた、(固体潤滑剤/摩擦摩耗調整剤)比とハウジング摩耗量との関係を示すグラフである。
実施例で得られた、焼成膜の断面における断面積1μm2以上である酸化アンチモン(Sb2O3)の面積率と、ハウジング摩耗量との関係を示すグラフである。

0014

以下、本発明に関して詳細に説明する。

0015

本発明において、転がり軸受の種類には制限はなく、ここでは図1に示すような玉軸受を例示して説明する。玉軸受は、外輪軌道面1aを有する外輪1と、内輪軌道面2aを有する内輪2と、両軌道面1a,2a間に転動自在に配設された複数の玉3とを備える。また、玉軸受は、外輪1の外径面1bがハウジング(図示せず)に嵌合し、内輪2の内周面が軸部材(図示せず)に嵌合している。

0016

外輪1及び内輪2は金属製であり、例えばSUJ2、SCM420、SCr420、SCR420、SUS440等に、焼入れ及び焼戻し処理を施したり、浸炭又は浸炭窒化処理と焼入れ及び焼戻し処理とを施したりしたものが使用される。

0017

そして、本実施形態では、外輪1の外径面1bを、有機バインダーと、固体潤滑剤粉末と、摩擦摩耗調整剤とを含む焼成膜5で被覆する。ハウジングは、軽量化のためにアルミニウム製またはアルミニウム合金製(例えばアルミダイカスト製)である場合が多いが、本発明の焼成膜5はアルミニウムやアルミニウム合金(例えばアルミダイカスト製)よりも柔らかいため、外輪外径面1bとハウジングとが摺接してもハウジングを損傷させることがない。

0018

有機バインダーは、密着性や耐摩耗性が高く、ハウジングの摩耗が少なく、耐クリープ摩耗特性を高める。本願の有機バインダーはベース材に硬化剤を配合したものであり、ベース材としてはポリアミドイミド、硬化剤としてはエポキシ、エポキシ硬化剤のいずれか、もしくは両者から成ることが好ましい。ポリアミドイミドと、エポキシ及びエポキシ硬化剤の少なくとも一方とを用いることにより、軸受焼き戻し温度(120℃)以下での処理が可能となり、軸受の変形による寸法変化や軟化による硬さの低下が生じることは無い。

0019

エポキシには制限はないが、ビスフェノールA型クレゾールノボラック型ビフェニル型臭素化エポキシ樹脂脂環式エポキシ樹脂等を挙げることができる。また、エポキシ硬化剤にも制限はないが、脂肪族ポリアミンポリアミノアミドポリメルカプタン類、芳香族ポリアミン酸無水物ジシアンジアミド等を挙げることができる。尚、エポキシ硬化剤の反応性を高めるために硬化促進剤を併用することもでき、三級アミン三級アミン塩イミダゾールホスフィンホスホニウム塩スルホニウム塩等を用いることができる。

0020

固体潤滑剤粉末は、潤滑性能に加えて、ハウジング材料として代表的なアルミニウムまたはアルミニウム合金よりも軟質である必要がある。固体潤滑剤としては二硫化モリブデンが好ましく、二硫化モリブデンを単独で使用してもよく、必要に応じて黒鉛や二硫化タングステンポリテトラフルオロエチレンPTFE)等のハウジング材料よりも軟質な固体潤滑剤を併用してもよい。即ち、固体潤滑剤粉末は、二硫化モリブデン粉末、もしくは二硫化モリブデン粉末と黒鉛等との混合粉末である。

0021

摩耗摩擦調整剤は、クリープの抑制、焼成膜の耐摩耗性を向上させるための添加剤であり、ハウジングよりも硬さが同等以下の固体が好ましく、具体的にはHv50〜150であることが好ましい。具体的には、酸化アンチモン、すず、銅、亜鉛ニッケルタルクマイカチタン酸カリウム等が挙げられ、特に酸化アンチモンが好ましい。

0022

焼成膜5を形成するには、適当な溶剤(例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)やキシレン等)中に溶解した上記の有機バインダーに、固体潤滑剤(二硫化モリブデンや黒鉛、PTFE等)の粉末及び摩耗摩擦調整剤(酸化アンチモン)の粉末を所定量加えて塗工液を調製する。この塗工液において粉末を均一に混合・分散させるために、ボールミル等でミリングを行う。そして、この塗工液をディッピングスプレー等によりワーク(例えば、外輪1の外径面1b)に塗布し、その後、恒温槽等のオーブン焼き付けて焼成する。焼成に際して溶剤は蒸発するため、焼成後は有機バインダーと粉末(固体潤滑剤及び摩擦摩耗調整剤)のみからなる被膜となる。焼成温度は、有機バインダーのベース材にポリアミドイミドを用い、硬化剤にエポキシを用いた場合、120℃以下であり、軸受の変形や軟化を防ぐことができる。

0023

尚、このコーティングにおいて、焼き付け時溶媒突沸することによるむらや、液だれ等を防ぐためにプレヒートを行ってもよい。また、吹き付けた膜を平滑にするために、溶剤中にレベリング剤を少量(0.1%程度)加えてもよい。固体潤滑剤粉末及び摩耗摩擦調整剤の原料粉末としての平均粒径は、1〜30μmが適当である。

0024

焼成膜5において、固体潤滑剤と摩擦摩耗調整剤からなる粉末Pと、ベース材と硬化剤からなる有機バインダーBとの割合(P/B)は、質量比で、0.43<(P/B)<2.3の範囲であることが好ましい。(P/B)が0.43より小さい場合、焼成膜5に存在する粉末成分(固体潤滑剤や摩擦摩耗調整剤)が少なすぎで、固体潤滑作用摩擦摩耗調整作用が十分に機能せず、焼成膜5の耐摩耗性が低下してしまう。一方、(P/B)が2.3より大きい場合、焼成膜5に存在する粉末成分が多く、相対的に有機バインダーが少なくなることから、粉末をつなぎとめることができず、焼成膜5の耐摩耗性を長期間良好に維持できない。より好ましくは、0.67<(P/B)<1.5である。

0025

また、固体潤滑剤と摩擦摩耗調整剤の配合比率には最適な範囲があり、質量比で、(固体潤滑剤量/摩擦摩耗調整剤量)が0.7より大きく、1.8より小さい値であり、より好ましくは1.0以上1.5以下である。固体潤滑剤の前記配合比率が1.8より多い場合、焼成膜5の耐摩耗性に主に寄与していると考えられる摩擦摩耗調整剤の割合が少なくなり,焼成膜5の耐摩耗性が低下する。反対に固体潤滑剤の前記配合比率が0.7より少ない場合,焼成膜5の表面に作用するせん断力が大きくなり、焼成膜5が摩耗しやすくなる。

0026

更に、摩擦摩耗調整剤は、その粒径がクリープ摩耗特性に大きく影響を及ぼす。摩擦摩耗調整剤が焼成膜5に作用する荷重を支持するため、摩擦摩耗調整剤が大きいほど焼成膜5の耐摩耗性を向上させる。また、焼成膜5の表面が摩耗した場合でも、摩擦摩耗調整剤が大きいと、簡単には焼成膜5から脱落せずに膜中に留まる。従って、ある程度大きな摩擦摩耗調整剤が焼成膜5に多く存在していることが好ましく、焼成膜5の断面において1μm2以上の断面積を持つ摩擦摩耗調整剤の面積率が2.5%以上であることが好ましく、より好ましくは3%以上である。但し、後述するように焼成膜5の膜厚は5〜100μmが好ましいが、前記の面積率が15%を超えると、焼成膜5が薄い場合、具体的には10μm程度の焼成膜5では膜厚以上の大きな粉末粒子が存在することになり、焼成膜5の表面の平滑性が損なわれ,寸法精度が出なくなる。そのため、前記の面積率は15%以下が好ましい。

0027

尚、上記の面積率とするには、平均粒径が3〜8μmの摩耗摩擦調整剤を、焼成膜5の総重量に対して10〜30質量%含有するとよい。

0028

焼成膜5の膜厚は、5〜100μmが好ましい。膜厚が5μm未満では、焼成膜5が早期に摩滅して耐クリープ摩耗性を長期間維持できなくなるとともに、5μm未満の薄い膜厚で均一に形成するのは困難である。一方、膜厚が100μmを越えると膜強度が低くなり、焼成膜5が剥落するおそれがある。より好ましい膜厚は、5〜50μmである。

0029

上記において、焼成膜5を形成する前処理として、リン酸化成処理を施すことが好ましい。リン酸化成処理により、焼成膜5と外輪外径面1bとの密着性が高まる。リン酸化成処理に使用されるリン酸塩としては、リン酸マンガンリン酸亜鉛リン酸亜鉛カルシウムリン酸鉄等を挙げることができる。リン酸化成処理によりリン酸化成被膜が形成されるが、このリン酸化成被膜は外輪外径面1bとの密着性に優れ、更にその表面に凹凸が形成されており、この凹凸に焼成膜5が入り込むことにより焼成膜5との密着性も高まる。そのため、外輪外径面1bが露出しにくくなり、耐クリープ摩耗性が向上する。また、軸受鋼がSUS440のような化成処理を施せない材料である場合、ショットブラスト加工等で表面を荒すことにより同様に密着性を向上させることができる。

0030

図2に、軸受外径面化成被膜を介して焼成膜5を形成した場合の断面を模式的に示すが、膜中に、共に粉末状の固体潤滑剤(黒色部分)と摩耗摩擦調整剤(ハッチング部分)が分散し、有機バインダーで結着されたものである。そして、固体潤滑剤と摩耗摩擦調整剤の各作用がバランスよく発揮され、良好な耐クリーブ性が長期間維持される。

0031

上記より、本発明の焼成膜と下地(前処理)は下記構成であることがより好ましい。
(1)有機バインダーと、固体潤滑剤粉末と、摩擦摩耗調整剤とを含む。
(2)記有機バインダーはエポキシとポリアミドイミドを含み、有機バインダーの含有量は、焼成膜総質量の40〜60質量%である。
(3)前記固体潤滑粉末は二硫化モリブデンと黒鉛を含み前記二硫化モリブデンの焼成膜総質量に対する含有量は12〜34質量%であり、黒鉛の焼成膜総質量に対する含有量は2〜8質量%である。
(4)前記摩擦摩耗調整剤は酸化アンチモンを含み、含有量は焼成膜総質量に対し15〜30質量%である。
(5)前記摩擦摩耗調整剤は前記焼成膜の断面において、断面積1μm2以上の摩擦摩耗調整剤が、面積率で3%以上である。
(6)前記固体潤滑剤の質量を前記摩擦摩耗調整剤の質量で除した値が、1以上、1.5以下である。
(7)焼成膜の膜厚は5〜50μmである。
(8)下地としてリン酸を含む化成膜を備える。

0032

以上、本実施形態では玉軸受を例示して説明したが、これに限らず、例えば、円筒ころ軸受円錐ころ軸受等、その他の転がり軸受に適用してもよい。その際、外輪の外径面に焼成膜を形成するだけであるから、種々の軸受に容易に対応できる。

0033

また、転がり軸受の外輪1をハウジングに嵌合する用途としては、例えば自動車用トランスミッションを挙げることができる。図3はその一例を示す断面図であるが、ハウジング40の内側に軸部材50を配置し、この軸部材50を複数の転がり軸受により回転自在に支持している。尚、軸部材50は、2部材50A、50Bとで構成されている。転がり軸受は、外輪10と、内輪20と、各軌道面10a,20a間に転動自在に配設された複数の玉30とから構成されており、外輪10の外径面10bはハウジング40の内周面40bに締り嵌め等により嵌合され、内輪20の内径面20bが軸部材50の外周面50bに締り嵌め等により嵌合されている。本発明では、このような転がり軸受の外輪10の外径面10bに、上記した焼成膜5を形成して摩耗を防止する。

0034

その他にも、外輪外径面をハウジングに嵌合させる構造の転がり軸受一般に適用することができる。

0035

また、内輪と軸とがクリープする場合には、内輪2の内径面に本発明の焼成膜を形成してもよい。

0036

以下に試験例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

0037

(実施例1、比較例1)
本試験で、本発明の焼成膜の効果について検証した。

0038

表1に示すように、エポキシとポリアミドイミドからなる有機バインダーと、二硫化モリブデン粉末(表中「MoS2」)と、酸化アンチモン粉末(表中「Sb2O3」)と、黒鉛粉末(表中「C」)とを表記の量となるように、N−メチル−2−ピロリドンに分散させて塗工液を調製した。また、二硫化モリブデンの原料粉末の平均粒径は3μm、酸化アンチモンの原料粉末の平均粒径は8μmとした。そして、下地処理としてリン酸マンガンの化成被膜を形成した後、その上に塗工液を試験軸受の外輪外径面に塗布し、120℃で30分焼成して焼成膜を形成した。焼成膜の膜厚は15μmとした。

0039

図4に、実施例1の焼成膜を撮影したSEM(Scanning Electron Microscope)写真の一例を示す。尚、同写真では、SEMで観察するために白金コーティングを施している。また、同写真では、二硫化モリブデン粉末を「Mo」、酸化アンチモン粉末を「Sb」と示してある。同写真から、焼成膜には、二硫化モリブデン粉末と酸化アンチモン粉末とが分散して存在していることがわかる。

0040

上記の焼成膜を形成した試験軸受(実施例1)と、焼成膜を形成していない試験軸受(比較例1)について、外輪をアルミニウム合金製のハウジングに嵌合した状態で、下記条件1にて軸受試験を行い、ハウジングのクリープ摩耗量を評価した。尚、クリーブ摩耗量は、試験前後のハウジングの重量差から求めた。
<軸受試験条件1>
・試験軸受:深溝型軸受(外径39mm、内径17mm)
軸受材料:軸受鋼(SUJ2)
・ハウジング:アルミニウム合金
・試験ラジアル荷重:3577N
内輪回転数:3900min−1
雰囲気:CTVフルード強制供給潤滑
試験温度:100℃
・時間:48時間
評価項目:ハウジングの摩耗量

0041

結果を表1に示す。なお,結果は比較例1のクリープ摩耗量を1としたときの値を記載してある.

0042

0043

本発明の焼成膜は、クリープ摩耗が小さいことが分かる。

0044

(実施例2〜3、比較例2〜4)
本試験では、焼成膜に含まれる摩擦摩耗調整剤(酸化アンチモン)の影響を検討するために、表2に示す組成の焼成膜を形成した試験軸受を用い、上記の条件1にて評価した。また、二硫化モリブデンの原料粉末の平均粒径は3μm、酸化アンチモンの原料粉末の平均粒径は1μmとした。尚、下地処理としてリン酸マンガンを用いた化成処理を施し、有機バインダーとしてポリアミドイミド、硬化剤としてエポキシを使用した。また,焼成膜の膜厚は15μmとした。結果を表2に、(固体潤滑剤/摩擦摩耗調整剤)比と、ハウジング摩耗量との関係で示した。ハウジングの摩耗量は比較例2を1としたときの重量比で表すが、この値が小さいということはクリープ現象によるハウジングの摩耗が少ないことを示す。

0045

0046

また、下記条件2にて同様の試験を行った。結果を図5グラフ化して示すが、(固体潤滑剤/摩擦摩耗調整剤)比の影響を受けて、ハウジングの摩耗量が変化することがわかる。表2及び図5より、(固体潤滑剤/摩擦摩耗調整剤)比には最適な範囲があり、0.7より大きく1.8より小さい範囲では、固体潤滑剤のみで、摩擦摩耗調整剤を含まない比較例2に比べてハウジング摩耗量が大幅に少なくなっており、クリープによる摩耗が低減することが分かる。(固体潤滑剤/摩擦摩耗調整剤)比のより好ましい範囲は、1.0以上1.5以下であり、摩耗量が比較例2に比べて約1割にまで減少している。

0047

<軸受試験条件2>
・試験軸受:深溝型軸受(外径53mm、内径30mm、厚さ13mm)
・軸受材料:軸受鋼(SUJ2)
・ハウジング:アルミニウム合金
・試験ラジアル荷重:7300N
・内輪回転数:3900min−1
・雰囲気:JX日鉱日石FBKオイルRO68,強制供給循環
・試験温度:100℃程度
・時間:48時間
・評価項目:ハウジングの摩耗量

0048

焼成膜において、固体潤滑剤が多い場合、焼成膜の耐摩耗性に主に寄与していると考えられる摩擦摩耗調整剤の割合が少なくなり、焼成膜の耐摩耗性が低下する。反対に固体潤滑剤が少ない場合、焼成膜の表面に作用するせん断力が大きくなり、焼成膜が摩耗しやすくなる。それらの理由から、固体潤滑剤と摩擦摩耗調整剤との配合比率には、上記のような最適な値があると考えられる。

0049

(実施例4〜5、比較例5〜6)
本試験では、焼成膜に含まれる摩擦摩耗調整剤の粒経の影響を検討した。

0050

粒径の影響を検討する前に、焼成膜中に分散する摩擦摩耗調整剤の粒径をどのように定義するべきか検討した。基本的には、焼成膜の断面を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)によって観察し、元素の同定を走査型電子顕微鏡に付随したエネルギー分散形X線分光器(Energy Dispersive X−ray Spectroscopy:EDX)により行う。試料は、焼成膜を施した外輪外径面を切断し、樹脂に埋め込み、表面を研磨して作製する。その際、SEMで観察するため、白金コーティングを行なう。

0051

焼成膜の断面観察を行った一例として、上記した図4(実施例1)を挙げることができる。図4には、EDXを用いて同定した元素を記入しており、図中のMoはMoS2、SbはSb2O3を示す。図示されるように、MoS2は長細い形状をしており、Sb2O3は多角形もしくは円状の形状を呈しており、これらが焼成膜中に分散している。この例では原料粉末として、平均粒径8μmの酸化アンチモンを用いたものであるが、図から分かるように、焼成膜中の酸化アンチモンの粒径は原料粉末の平均粒径よりも小さい。これは、焼成膜の原料である塗工液を作る際に、ミリングを行なう工程を経たためである。そのため、原料粉末の平均粒径で焼成膜中の酸化アンチモンの粒径を定義することは出来ない。また、焼成膜中の酸化アンチモンの平均粒径を求めようとすると、非常に小さい粒子での同定が必要になるため、現実的に不可能である。

0052

そこで、焼成膜の断面を観察し、断面積が1μm2以上の酸化アンチモンが焼成膜断面に占める割合(Sb2O3面積率)を用いる。この値が大きいということは、間接的に焼成膜中の酸化アンチモンの粒径が大きいことを意味する。1μm2以上の断面積を持つ粒子の総面積の算出は、画像解析ソフト(ImageJ)の粒子解析を用いる。その際、焼成膜中の二硫化モリブデン粉末や酸化アンチモン粉末の抽出は、画像の2値化や真円度の設定で行なう。その結果がEDXの結果と異なる場合は、以下の方法をとる。先ず、焼成膜の断面の画像写真を撮り、その写真の中の抽出したい粒子をインク塗りつぶす。その後、写真をスキャナで読み込み、そのデータに対し画像解析を行なう。以上の方法で、図4に対して粒子解析を行なった結果、焼成膜断面に含まれる1μm2以上の断面積を持つ酸化アンチモン粉末の面積率は3.1%であった。尚、同様の方法で、焼成膜断面に含まれる1μm2以上の断面積を持つ二硫化モリブデン粉末の面積率も算出可能である。

0053

試験に際して、実施例2において、添加する酸化アンチモンの原料粉末の平均粒径を変え、焼成膜中の酸化アンチモン粉末の面積率を変化させた。即ち、下地処理としてリン酸マンガンを用いた化成処理を施し、有機バインダーとしてポリアミドイミド、硬化剤としてエポキシを使用し、二硫化モリブデンの原料粉末の平均粒径は一定とし、酸化アンチモンの原料粉末の平均粒径を変えて焼成膜を形成して試験軸受とした。焼成膜の膜厚は15μmとした。表3に、酸化モリブデンの原料粉末の平均粒径と、焼成膜における断面積1μm2以上の酸化アンチモン粉末の面積率を示す。

0054

そして、試験軸受を用いて、下記条件3にてハウジング摩耗量を測定した。結果を表3及び図6に示す。尚、ハウジングの摩耗量は、比較例6の摩耗量を1としたときの相対値で表してある。この値が小さいということは、クリープ現象によるハウジングの摩耗が少ないことを意味する。また、図中のエラーバーはばらつきを示す。
<軸受試験条件3>
・試験軸受:深溝型軸受(外径53mm、内径30mm、厚さ13mm)
・軸受材料:軸受鋼(SUJ2)
・ハウジング:アルミニウム合金
・試験ラジアル荷重:7300N
・内輪回転数:3900min−1
・雰囲気:日産CVTフルードNS−3、強制供給循環
・試験温度:100℃程度
・時間:24〜48時間
・評価項目:外輪がクリープによって250回転したときのアルミハウジングの摩耗量

0055

0056

この結果より、酸化アンチモン粉末の面積率が増えるのに従ってハウジングの摩耗量が減少することが分かる。この理由としては、酸化アンチモン粉末が焼成膜に作用する荷重を支持するため、ある程度大きな酸化アンチモン粉末が膜中に存在することにより焼成膜の耐摩耗性を向上させたためと考えられる。また、焼成膜の表面が摩耗したとしても、酸化アンチモン粉末がある程度大きいと、簡単には焼成膜から脱落せずに膜中に留まることも、その理由として考えられる。よって、焼成膜の断面において、1μm2以上の断面積を持つ酸化アンチモンの面積率は2.5%以上が好ましく、より好ましくは3%以上である。この酸化アンチモンの面積率は、大きければよいことが分かったが、15%を超えるような場合、膜厚が10μm程度の薄い焼成膜では、焼成膜の膜厚以上の大きな粉末粒子が存在することになり、焼成膜の表面の平滑性が損なわれて寸法精度が出なくなる。そのため、酸化アンチモンの面積率は15%以下とした方が良い。

0057

また、ある一定回転数(例えば250回転)に達するまでの時間を比較すると、酸化アンチモンが大きい方(面積率が大きい方)が、長い時間を要する傾向にあることを確認している。すなわち、酸化アンチモンの大きさがクリープそのものを抑制していると考えられる。

0058

尚、二硫化モリブデン粉末についても、その原料粉末の平均粒経を変え(3μm、16μm)、その影響について検討したが、ほとんど影響を及ぼさないことを確認している。固体潤滑剤は焼成膜の表面に作用するせん断力を低減させるため、焼成膜の耐摩耗性向上に寄与していると考えられるが、この作用は粒経の影響を受けないためと推察される。

実施例

0059

以上の結果より、本発明の焼成膜により、クリープ摩耗を小さくできることが分かる。

0060

1外輪
1a外輪軌道面
1b外径面
2内輪
2a内輪軌道面
3 玉
5 焼成膜

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 日本電気硝子株式会社の「 球状ガラス」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】転動時に表面剥離が生じ難い球状ガラスを創案する。【解決手段】本発明の球状ガラスは、ビッカース硬度が750以上であり、ヤング率が70GPa以上であるガラスからなることを特徴とする。... 詳細

  • トヨタ自動車株式会社の「 トレランスリング」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】簡易な構造で潤滑性能を向上させることができるトレランスリングを提供すること。【解決手段】略円環状の基部11と、基部11から径方向外側に隆起する複数の隆起部12と、を有し、ロータシャフト20とギ... 詳細

  • NTN株式会社の「 運動変換機構及びその組立方法」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】運動変換機構の組立工数を削減して、生産性を高める。【解決手段】ハウジング23の先端側の開口部に、内径側に突出した内向きフランジ部23cを設ける。ブーツ24の大径側端部に、外径側に突出した外向き... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ