(57)【要約】【課題】  潤滑剤が少ない環境下で用いられる場合であっても、優れた潤滑性を備えた金属製保持器を提供する。【解決手段】  深溝玉軸受で用いられる金属製保持器４において、玉３と摺接するポケット部の表面の表面粗さを、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置される軌道面を備えた内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備えた転がり軸受で用いられ、前記転動体を前記内輪及び前記外輪の間で転動可能に保持する金属製保持器において、
少なくとも前記外輪、前記内輪、及び前記転動体と摺接する面の表面粗さが、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下となっていることを特徴とする金属製保持器。
【請求項２】
互いに対向配置される軌道面を備えた内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備えた転がり軸受で用いられ、前記転動体を前記内輪及び前記外輪の間で転動可能に保持する金属製保持器の製造方法において、
保持器の形状に加工した後、少なくとも前記内輪、前記外輪、及び前記転動体と摺接する面に、粒径が２．０μｍ以上６０μｍ以下のショット材を、０．２０ＭＰａ以上０．９８ＭＰａ以下の噴射圧力で衝突させるショットピーニングを施すことにより、前記面の表面粗さを最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下とすることを特徴とする金属製保持器の製造方法。
【請求項３】
互いに対向配置される軌道面を備えた内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備えた転がり軸受で用いられ、前記転動体を前記内輪及び前記外輪の間で転動可能に保持する金属製保持器の製造方法において、
少なくとも前記内輪、前記外輪、及び前記転動体と摺接する面を成形する面の表面粗さが、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下となっている金属製保持器用金型を用いてプレス成形を行うことにより、金属製保持器の少なくとも前記内輪、前記外輪、及び前記転動体と摺接する面の表面粗さを、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下とすることを特徴とする金属製保持器の製造方法。
【請求項４】
互いに対向配置される軌道面を備えた内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備えた転がり軸受で用いられ、前記転動体を前記内輪及び前記外輪の間で転動可能に保持する金属製保持器をプレス成形するために用いる金型において、
少なくとも前記内輪、前記外輪、及び前記転動体と摺接する面を成形する面の表面粗さが、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下となっていることを特徴とする金属製保持器用金型。
【請求項５】
互いに対向配置される軌道面を備えた内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備えた転がり軸受で用いられ、前記転動体を前記内輪及び前記外輪の間で転動可能に保持する金属製保持器をプレス成形するために用いる金属製保持器用金型の製造方法において、
金型の形状に加工した後、少なくとも前記内輪、前記外輪、及び前記転動体と摺接する面を成形する面に、粒径が２．０μｍ以上６０μｍ以下のショット材を、０．２０ＭＰａ以上０．９８ＭＰａ以下の噴射圧力で衝突させるショットピーニングを施すことにより、前記摺接面を成形する面の表面粗さを、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下とすることを特徴とする金属製保持器用金型の製造方法。
【請求項６】
互いに対向配置される軌道面を備えた内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設される複数の転動体と、前記転動体を前記内輪及び前記外輪の間で転動可能に保持する金属製保持器と、を備えた転がり軸受において、
前記金属製保持器は、少なくとも前記外輪、前記内輪、及び前記転動体と摺接する面の表面粗さが、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下となっていることを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受に用いられる金属製保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ等回転機械の回転軸を支持するために用いられる転がり軸受では、高温環境下で使用されることが多いため、金属製の保持器を用いるのが一般的である。
ここで、保持器が玉案内型やころ案内型として使用される場合には、保持器の転動体を収納するポケット部と転動体とが滑り状態で相対運動するため、転動体に付着したグリース等の潤滑剤がポケット端縁部で掻き取られ易く、転がり面間（内輪及び外輪の軌道面と転動体の転動面との間）で潤滑不足が生じる場合がある。転がり面で潤滑不足が生じると、転動体と保持器が直接接触することによる発熱や、保持器の自励振動による異音や、転がり面の摩耗による振動・騒音が発生し、転がり疲れ寿命が短くなる。
【０００３】
一方、保持器が外輪案内型や内輪案内型として使用される場合には、保持器の外径面と外輪の内径面や、保持器の内径面と内輪の外径面とが滑り状態で相対運動するため、内輪や外輪と保持器との摺接面間で潤滑不足が生じる場合がある。内輪や外輪と保持器との摺接面で潤滑不足が生じると、内輪や外輪と保持器とが直接接触することによる発熱や、摺接面の摩耗による振動・異音が発生し、転がり疲れ寿命が短くなる。
【０００４】
このため、転がり面や摺接面の潤滑不足を防止するために、特許文献１では、金属製保持器のポケット部の表面粗さを、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１０μｍ以上２０μｍ以下とすることが提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１２０６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、モータ等回転機械の回転軸を支持するために用いられる転がり軸受においては、低トルク化を図るために、グリース等潤滑剤の充填量を少なくして使用する場合がある。しかしながら、このように潤滑剤が少ない環境下で使用する場合に上述した特許文献１に記載の金属製保持器を用いると、形成される油膜厚さよりも保持器の表面に形成した凸部が高くなるため、油膜から凸部が突出して摩耗が生じ、良好な潤滑性が得られないという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、潤滑剤が少ない環境下で用いられる場合であっても、優れた潤滑性を得ることができる金属製保持器を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するために、本発明に係る金属製保持器は、互いに対向配置される軌道面を備えた内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備えた転がり軸受で用いられ、前記転動体を前記内輪及び前記外輪の間で転動可能に保持する金属製保持器において、少なくとも前記外輪、前記内輪、及び前記転動体と摺接する面の表面粗さが、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下となっていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明に係る金属製保持器の製造方法は、互いに対向配置される軌道面を備えた内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備えた転がり軸受で用いられ、前記転動体を前記内輪及び前記外輪の間で転動可能に保持する金属製保持器の製造方法において、保持器の形状に加工した後、少なくとも前記内輪、前記外輪、及び前記転動体と摺接する面に、粒径が２．０μｍ以上６０μｍ以下のショット材を、０．２０ＭＰａ以上０．９８ＭＰａ以下の噴射圧力で衝突させるショットピーニングを施すことにより、前記面の表面粗さを最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下とすることを特徴とするものである。
これによれば、従来の金属製保持器にショットピーニングを施すことで製造できるため、本発明に係る転がり軸受用金属製保持器を低コストで製造できる。
【０００８】
さらに、本発明に係る金属製保持器の他の製造方法は、互いに対向配置される軌道面を備えた内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備えた転がり軸受で用いられ、前記転動体を前記内輪及び前記外輪の間で転動可能に保持する金属製保持器の製造方法において、少なくとも前記内輪、前記外輪、及び前記転動体と摺接する面を成形する面の表面粗さが、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下となっている金属製保持器用金型を用いてプレス成形を行うことにより、金属製保持器の少なくとも前記内輪、前記外輪、及び前記転動体と摺接する面の表面粗さを、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下とすることを特徴とするものである。
【０００９】
これによれば、金型に形成した凹凸部を保持器に転写することで本発明に係る転がり軸受用金属製保持器を製造できるため、直接ショットピーニングを施すことで割れや変形が生じ易い小型の保持器も精度よく製造できる。また、一旦金型を製造してしまえば、その後の保持器製造工程を従来と同様の工程数で行えるという利点もある。
さらに、本発明に係る金属製保持器用金型は、互いに対向配置される軌道面を備えた内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備えた転がり軸受で用いられ、前記転動体を前記内輪及び前記外輪の間で転動可能に保持する金属製保持器をプレス成形するために用いる金型において、少なくとも前記内輪、前記外輪、及び前記転動体と摺接する面を成形する面の表面粗さが、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下となっていることを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、本発明に係る金属製保持器用金型の製造方法は、互いに対向配置される軌道面を備えた内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備えた転がり軸受で用いられ、前記転動体を前記内輪及び前記外輪の間で転動可能に保持する金属製保持器をプレス成形するために用いる金属製保持器用金型の製造方法において、金型の形状に加工した後、少なくとも前記内輪、前記外輪、及び前記転動体と摺接する面を成形する面に、粒径が２．０μｍ以上６０μｍ以下のショット材を、０．２０ＭＰａ以上０．９８ＭＰａ以下の噴射圧力で衝突させるショットピーニングを施すことにより、前記摺接面を成形する面の表面粗さを、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下とすることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、本発明に係る転がり軸受は、互いに対向配置される軌道面を備えた内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設される複数の転動体と、前記転動体を前記内輪及び前記外輪の間で転動可能に保持する金属製保持器と、を備えた転がり軸受において、前記金属製保持器は、少なくとも前記外輪、前記内輪、及び前記転動体と摺接する面の表面粗さが、最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以上１０．０μｍ以下となっていることを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、少なくとも外輪、内輪、及び転動体と摺接する面の表面粗さを最大高さ（Ｒｍａｘ）で１．０μｍ以下とすると、表面に形成される凹凸部内に潤滑剤を十分に保持できなくなるため、良好な潤滑性が得られなくなる。一方、最大高さ（Ｒｍａｘ）が１０．０μｍを超えると、潤滑剤が少ない環境下で形成される油膜の厚さ（例えば、０．１μｍ程度）よりも凸部が突出するため、摺接面で摩耗が生じ易くなる。
【００１３】
また、表面粗さを調節するためのショットピーニングを、直径が２．０μｍ未満のショット材を用いて行うと、最大高さ（Ｒｍａｘ）が１．０μｍ未満となる部分が生じやすくなり、一方、直径が６０μｍを超えるショット材を用いて行うと、最大高さ（Ｒｍａｘ）が１０．０μｍよりも大きくなる部分が発生しやすくなる。ショット材の直径は、２．５μｍを超え６０μｍ以下とするのが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下とするのがさらに好ましい。
【００１４】
さらに、表面粗さを調節するためのショットピーニングにおいて、ショット材を０．２０ＭＰａ（２．０ｋｇ／ｃｍ2 ）未満の噴射圧力で衝突させると、最大高さ（Ｒｍａｘ）が１．０μｍ未満となる部分が生じやすくなり、一方、０．９８ＭＰａ（１０．０ｋｇ／ｃｍ2 ）を超える噴射圧力で衝突させると、最大高さ（Ｒｍａｘ）が１０．０μｍよりも大きくなる部分が発生しやすくなる。噴射圧力は、０．３０ＭＰａを超え０．７８ＭＰａ以下とするのが好ましい。
【００１５】
なお、本発明において「摺接する面」とは、金属製保持器の形状によって異なるが、例えば、玉案内型やころ案内型では金属製保持器のポケット部表面を指し、外輪案内型では金属製保持器のポケット部表面と外周面とを指し、内輪案内型では金属製保持器のポケット部表面と内周面とを指す。
また、本発明において金属製保持器の素材として用いられる金属の種類としては、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼や銅合金が好適に用いられる。
さらに、本発明において使用される金属製保持器用金型は、耐摩耗性向上の理由から、外輪、内輪、及び転動体と摺接する面を成形する面以外の表面粗さを最大高さ（Ｒｍａｘ）で０．２μｍ以上０．９μｍ以下とすることが好ましく、０．２μｍ以上０．８μｍ以下とすることがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る金属製保持器によれば、少なくとも内輪、外輪、及び転動体に摺接する面の表面粗さを、潤滑剤が少ない環境下で形成される油膜の厚さを考慮して特定したことにより、潤滑剤が少ない環境下で用いた場合でも、優れた潤滑性を備えるとともに、摩耗を生じ難くできる。
よって、この金属製保持器を転がり軸受に組み込むことにより、潤滑剤が少ない環境下で用いた場合であっても、転がり軸受の転がり疲れ寿命を長くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
＜第一実施形態＞
図１は、本発明に係る転がり軸受の一例を示す断面図である。
この転がり軸受は、日本精工株式会社製呼び番号６０８の単列深溝玉軸受（内径：８ｍｍ，外径：２２ｍｍ，幅：７ｍｍ）であり、図１に示すように、外輪１と、内輪２と、玉（転動体）３と、かご形保持器（金属製保持器）４と、シール部材５と、から構成されている。
【００１８】
そして、外輪１の内径面に形成された外輪軌道溝（軌道面）１ａと、内輪２の外径面に形成された内輪軌道溝（軌道面）２ａとの間に、玉案内型となるように保持器４を配設し、この保持器４を介して玉３が転動可能に保持されている。
本実施形態では、この深溝玉軸受用のかご形保持器４を、以下に示す手順で製造した。  まず、表面粗さが０．８μｍのＳＵＳ３０４製保持器用金型を用意した。次に、この金型のうち、玉３との摺接面となるポケット部の表面を成形する面に、表１に示すショット材を用いて、表１に示す噴射圧力でショットピーニング処理を施した。
【００１９】
次に、得られた保持器用金型を用いて、ＳＵＳ３０４からなる素材をプレス成形することにより、Ｎｏ．１〜１０の保持器４を製造した。なお、比較例として、保持器用金型のポケット部の表面を成形する面にショットピーニング処理を施していないＮｏ．１１の保持器４も製造した。
このようにして得られたＮｏ．１〜Ｎｏ．１１の保持器４において、そのポケット部の表面における表面粗さのうち最大高さ（Ｒｍａｘ）を、公知の非接触型光干渉式形状測定試験機を用いて測定した。この結果は、表１に併せて示した。なお、保持器４のポケット部の表面以外の表面粗さは、最大高さ（Ｒｍａｘ）で０．８μｍであった。
【００２０】
次に、これらの保持器４を、ＳＵＪ２製の外輪１及び内輪２と、ＳＵＪ２製の玉３と、ゴム製のシール部材５とから構成される上述の深溝玉軸受に組み込んだ。そして、グリース充填量を標準時（１６０ｍｇ）よりも少なくし、形成される油膜厚さを１．０μｍ程度とした以下に示す条件下で、各深溝玉軸受の回転試験を行った。
＜回転試験条件＞
寿命試験機：日本精工株式会社製回転試験機
雰囲気温度：５０℃
グリース種類：ウレア系グリース（増ちょう剤：ウレア化合物，基油：４０℃での動粘度が４７．９ｍｍ2 ／ｓのポリαオレフィン油）
グリース充填量：５０ｍｇ
回転速度：１０００ｍｉｎ-1
試験時間：５００時間
この回転試験は、各深溝玉軸受の内輪を回転させることで行い、試験開始から５００時間後のトルク値を測定した。この結果は、表１に併せて示した。また、この回転試験結果と、保持器４のポケット部の表面粗さとの関係を示す図２のグラフを作成した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１及び図２に示すように、保持器４のポケット部の表面粗さが本発明の範囲内（１．０μｍ以上１０．０μｍ以下）であるＮｏ．１〜Ｎｏ．５では、回転試験後のトルク値が４８．０２×１０-3Ｎ・ｃｍ以下であり、良好な潤滑性が得られていることが分かる。
一方、保持器４のポケット部の表面粗さが本発明の範囲よりも小さかったＮｏ．６，Ｎｏ．７では、ポケット部の表面に十分にグリースを保持できず、良好な潤滑性が得られなかった。また、保持器４のポケット部の表面粗さが本発明の範囲よりも大きかったＮｏ．８〜Ｎｏ．１１では、形成される油膜よりも凸部が突出して摩耗が生じ、良好な潤滑性が得られなかった。
以上の結果から、保持器用金型のポケット部の表面を成形する面の表面粗さを調節し、この金型を用いて、ポケット部の表面粗さが１．０μｍ以上１０．０μｍ以下に製造した保持器４を用いることにより、深溝玉軸受を潤滑剤が少ない環境下で使用しても、良好な潤滑性が得られることが分かった。
【００２３】
＜第二実施形態＞
本実施形態では、上述した図１に示す深溝玉軸受用のかご形保持器４を、以下に示す手順で作製した。
まず、公知の保持器用金型を用いて、ＳＵＳ３０４からなる素材をプレス成形し、保持器の形状に加工した。次に、このプレス成形後の保持器のうち、玉３との摺接面となるポケット部の表面に、表２に示すショット材を用いて、表２に示す噴射圧力でショットピーニング処理を施すことにより、表２に示すＮｏ．２０〜Ｎｏ．２９の保持器４を製造した。なお、比較例として、保持器用金型のポケット部の表面を成形する面にショットピーニング処理を施していないＮｏ．３０の保持器４も製造した。
【００２４】
このようにして得られたＮｏ．２０〜Ｎｏ．３０の保持器４において、そのポケット部の表面の表面粗さのうち最大高さ（Ｒｍａｘ）を、上述と同様の試験機を用いて測定した。この結果は、表２に併せて示した。なお、保持器４のポケット部の表面以外の表面粗さは、最大高さ（Ｒｍａｘ）で０．８μｍであった。
そして、これらの保持器４を、ＳＵＪ２製の外輪１及び内輪２と、ＳＵＪ２製の玉３と、ゴム製のシール部材５とから構成される上述した深溝玉軸受にそれぞれ組み込んで、上述と同様の条件下で回転試験を行った。この結果は、上述と同様に試験開始から５００時間後のトルク値を、表２に併せて示した。また、この回転試験の結果と、保持器のポケット部の表面粗さとの関係を示す図３のグラフを作成した。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２及び図３に示すように、保持器４のポケット部の表面粗さが本発明の範囲内（１．０μｍ以上１０．０μｍ以下）であるＮｏ．２１〜Ｎｏ．２４では、回転試験後のトルク値が３６．２６×１０-3Ｎ・ｃｍ以下であり、良好な潤滑性が得られていることが分かる。
一方、保持器４のポケット部の表面粗さが本発明の範囲よりも小さかったＮｏ．２５，Ｎｏ．３０では、ポケット部の表面に十分にグリースを保持できず、良好な潤滑性が得られなかった。また、保持器４のポケット部の表面粗さが本発明の範囲よりも大きかったＮｏ．２６〜Ｎｏ．２９では、形成される油膜よりも凸部が突出して摩耗が生じ、良好な潤滑性が得られなかった。
以上の結果から、ポケット部の表面粗さを１．０μｍ以上１０．０μｍ以下に製造した保持器４を用いることにより、深溝玉軸受を潤滑剤が少ない環境下で用いた場合でも、良好な潤滑性が得られることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る転がり軸受の一例を示す断面図である。
【図２】保持器のポケット部の表面粗さと、回転試験結果と、の関係を示すグラフである。
【図３】保持器のポケット部の表面粗さと、回転試験結果と、の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１      外輪
２      内輪
３      玉（転動体）
４      かご形保持器（金属製保持器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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