(57)【要約】【課題】負荷容量の大きな転がり軸受に適した保持器を、プレス加工により、金型寿命と加工強度を低下させずに得る。【解決手段】以下の方法で保持器を作製する。炭素（Ｃ）含有率が０．００１質量％以上０．２０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）含有率が１．２０質量％以上２．００質量％以下、珪素（Ｓｉ）含有率が０．５０質量％以下で、残部鉄および不可避不純物からなり、ビッカース硬さ（Ｈｖ）が１４０以上２５０以下である鋼板を用いる。この鋼板を所定形状にプレス加工した後、窒化処理を施して表面に窒化物層を形成することで、表面硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で４６０以上７００以下にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素（Ｃ）含有率が０．００１質量％以上０．２０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）含有率が１．２０質量％以上２．００質量％以下、珪素（Ｓｉ）含有率が０．５０質量％以下で、残部鉄および不可避不純物からなり、ビッカース硬さ（Ｈｖ）が１４０以上２５０以下である鋼板を所定形状にプレス加工した後、窒化処理を施して表面に窒化物層を形成することで、表面硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で４６０以上７００以下にすることを特徴とする保持器の製造方法。
【請求項２】
炭素（Ｃ）含有率が０．００１質量％以上０．２０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）含有率が１．２０質量％以上２．００質量％以下、珪素（Ｓｉ）含有率が０．５０質量％以下で、残部鉄および不可避不純物からなり、ビッカース硬さ（Ｈｖ）が１４０以上２５０以下である鋼板を所定形状にプレス加工した後、窒化処理を施して表面に窒化物層を形成することにより得られ、表面硬さがビッカース硬さ（Ｈｖ）で４６０以上７００以下であることを特徴とする保持器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受の保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高負荷がかかる転がり軸受用の保持器としては、強度に優れた高力黄銅製のもみ抜き保持器が使用されている。この保持器は、自己潤滑性を有するため摺動性および耐摩耗性に優れるが、材料コストが高いとともに、加工費も高く、歩留まりも低いため、特殊な用途にのみ使用されている。
これに対して、ＳＰＣＣに代表される冷間圧延鋼板やＳＰＤＨに代表される熱間圧延鋼板を、プレスにより所定形状に加工して形成されるプレス保持器は、高力黄銅製のもみ抜き保持器と比較して、コストの点で有利であるが、摺動性および耐摩耗性の点では劣っている。そのため、窒化処理を施して保持器の表面に硬質な窒化物層を形成することにより、プレス保持器の摺動性および耐摩耗性を向上させることが行われている。
【０００３】
近年、転がり軸受の高速回転化が進んで使用条件が厳しくなったことに伴い、転がり軸受の負荷容量を向上させる目的で、転動体の径を小さくして転動体の数を増やすことが行われている。しかしながら、この方法をプレス保持器を用いた転がり軸受に適用すると、転動体の数を増やすことで保持器の柱が細くなり、保持器として十分な強度が得られない場合がある。
【０００４】
プレス保持器の強度を向上する方法としては、下記の特許文献１に焼入れ鋼板（具体的にはベイナイト鋼板）をプレス加工し、表面硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で２８０以上４６０以下（好ましくは３６０〜４２０）にすることが記載されている。
しかしながら、特許文献１の方法では、ベイナイト鋼板が硬過ぎるため、プレス加工時に金型寿命が短くなったり、複雑な構造の保持器に加工する際に割れが生じ（加工強度が低下し）たりする恐れがある。
【特許文献１】特開２００２−１０６５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、負荷容量の大きな転がり軸受に適した保持器を、プレス加工により、金型寿命と加工強度を低下させずに得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、炭素（Ｃ）含有率が０．００１質量％以上０．２０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）含有率が１．２０質量％以上２．００質量％以下、珪素（Ｓｉ）含有率が０．５０質量％以下で、残部鉄および不可避不純物からなり、ビッカース硬さ（Ｈｖ）が１４０以上２５０以下である鋼板を所定形状にプレス加工した後、窒化処理を施して表面に窒化物層を形成することで、表面硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で４６０以上７００以下にすることを特徴とする保持器の製造方法を提供する。
【０００７】
本発明はまた、この方法で得られた保持器を提供する。
本発明の方法によれば、鋼板の合金成分および表面硬さを特定することで、金型寿命と加工強度を低下させずに鋼板の強度が向上し、窒化処理を行うことで、保持器としての表面硬さが確保でき、耐摩耗性も良好になる。
炭素（Ｃ）は鋼板の強度を確保する上で重要な元素であるが、その含有率が０．２０質量％を超えると、延性と加工性が低下する。また、延性の点から、炭素（Ｃ）含有率は０．００４質量％以上０．１０質量％以下とすることが好ましい。
【０００８】
珪素（Ｓｉ）は、鋼板の延性低下を抑えて鋼板を強化する元素であり、この作用を得るためには含有率を０．００５質量％以上にする必要がある。Ｓｉ含有率が０．５０質量％を超えると鋼板の加工性が低下する。
マンガン（Ｍｎ）は、固溶強化によって鋼板の強度を向上させる元素であり、含有率が高すぎると鋼板の加工性が低下する。また、窒化処理によりＭｎ窒化物となってマトリックス中に分散し、鋼板の硬さを向上させる元素である。Ｍｎ含有率を１．２０質量％以上２．００質量％以下にすることで、加工性と窒化処理後の硬さの両方が良好になる。
【０００９】
また、ビッカース硬さ（Ｈｖ）が１４０以上２５０以下である鋼板をプレス加工することにより、加工性を良好にしながら窒化処理後の表面硬さを確保できる。プレス加工する鋼板のビッカース硬さ（Ｈｖ）が２５０を超えると、変形抵抗が大きくなって金型寿命が低下したり、保持器形状への加工時に割れが発生したりする恐れがある。プレス加工する鋼板のビッカース硬さ（Ｈｖ）が１４０未満であると、窒化処理後の表面硬さが不十分となる。
また、窒化処理後の表面硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で４６０以上７００以下にすることにより、負荷容量の大きな転がり軸受に適した保持器として必要な硬さが確保される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、負荷容量の大きな転がり軸受に適した保持器を、プレス加工により、金型寿命と加工強度を低下させずに得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
Ｃ含有率、Ｓｉ含有率、およびＭｎ含有率を表１に示すように変化させた組成（残部鉄および不可避不純物）のサンプルNo. １〜１５の鋼板（厚さ１．０ｍｍ）を用意し、先ず、各鋼板の表面硬さ（Ｈｖ）を、ビッカース硬さ試験機を用いて測定した。次に、各鋼板に窒化処理を施して表面に窒化物層を形成した。窒化処理は、塩浴窒化法により、処理温度：４００〜５７０℃、処理時間：１〜３時間の条件で行った。次に、窒化処理された各鋼板の表面硬さ（Ｈｖ）を、ビッカース硬さ試験機を用いて測定した。
【００１２】
また、表１のサンプルNo. １〜１５の鋼板をプレス加工して、図１に示す保持器の形状にした後に、前述の条件で窒化処理を行った。図１の保持器１は、ポケット２を形成する柱の中央部２１が、円筒ころ３のピッチ円直径よりも内径側に突出した形状になっている。このようにして作製した保持器と、ＳＵＪ２製の内輪、外輪、および円筒ころを用いて、呼び番号ＮＵ２１８の円筒ころ軸受を組み立てた。この軸受を用いて保持器の衝撃寿命を調べた。そのために、軸受の衝撃（落下）試験を行った。試験条件は、衝撃加速度：２００Ｇ、ラジアル荷重：１９６００Ｎ、衝撃付与頻度：１秒間に２回とし、衝撃付与回数５×１０4 毎に試験装置を停止して、保持器の状態を目視で確認した。そして、保持器のポケット周囲に亀裂が入るまでの衝撃付与回数を衝撃寿命として調べた。各サンプルで得られた衝撃寿命をサンプルNo. １４の衝撃寿命で除算して、No. １４に対する比を求めた。
その結果を表１に併せて示す。また、この結果のうち、Ｃ含有率およびＳｉ含有率が同じで、Ｍｎ含有率が異なるNo. １〜４およびNo. ８〜１１のデータを図２にグラフで示す。このグラフは、衝撃寿命比と鋼板のＭｎ含有率との関係を示す。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
図２から分かるように、鋼板のＭｎ含有率によって衝撃寿命比が変化し、Ｍｎ含有率が１．２０質量％以上で衝撃寿命比を１．４以上にでき、Ｍｎ含有率が２．００質量％を超えても衝撃寿命のさらなる向上は認められない。よって、この結果から、Ｍｎ含有率を１．２０質量％以上２．００質量％以下（図２のａの範囲）とすることで、衝撃寿命を良好にできることが分かる。
【００１５】
次に、Ｃ含有率が０．０１質量％、Ｓｉ含有率が０．０５質量％であり、Ｍｎ含有率を表２に示すように変化させた組成（残部鉄および不可避不純物）の鋼板（厚さ１．０ｍｍ）を用意し、先ず、各鋼板の表面硬さ（Ｈｖ）を、ビッカース硬さ試験機を用いて測定した。次に、各鋼板に窒化処理を施して表面に窒化物層を形成した。窒化処理は、前記と同じ条件で塩浴窒化法により行った。次に、窒化処理された各鋼板の表面硬さ（Ｈｖ）を、ビッカース硬さ試験機を用いて測定した。
その結果を表２に併せて示す。また、この結果を図３にグラフで示す。このグラフは、鋼板のＭｎ含有率と窒化処理前の表面硬さとの関係（Ａ）、鋼板のＭｎ含有率と窒化処理後の表面硬さとの関係（Ｂ）を示す。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
表２の結果では、前述の衝撃寿命を良好にできるＭｎ含有率の範囲（１．２０質量％以上２．００質量％以下）で、鋼板の窒化処理後の表面硬さは４６３以上６９８以下となっている。この結果から、本発明では、プレス保持器の窒化処理後の表面硬さを４６０以上７００以下に特定した。
また、図３のグラフから分かるように、本発明で使用する鋼板は、Ｍｎ含有率を４６０以上７００以下にすることにより、窒化処理後の硬さをＳＰＣＣに窒化処理をした場合（図３の破線ｂ：Ｈｖ３３５）より著しく硬くすることができる。
さらに、鋼板の窒化処理前の表面硬さ（Ｈｖ）が１４０（図３の破線ｃ）未満であると、窒化処理後の表面硬さ（Ｈｖ）がＳＰＣＣ（図３の破線ｂ）と同等程度となるため、本発明で使用する鋼板を、窒化処理前の表面硬さ（Ｈｖ）が１４０以上のものとした。
【００１８】
次に、表１のサンプルNo. １〜１５の鋼板をプレス加工して図１に示す保持器の形状にすることを、同じNo. のサンプルで同じ金型を用い、各No. のサンプルで同じ数ずつ行い、金型寿命と加工強度（保持器の割れ発生量）を調べた。そして、No. １４（ＳＰＣＣ）の値に対する比を算出した。
その結果を、鋼板の表面硬さ（窒化処理前）とともに下記の表３に示す。また、この結果を図４にグラフで示す。
【００１９】
【表３】
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【００２０】
図４のグラフから、使用する鋼板のビッカース硬さが２５０を超えると金型寿命が著しく低下し、保持器の割れ発生量が著しく増加することが分かる。また、前述のように、鋼板の窒化処理前の表面硬さ（Ｈｖ）が１４０未満であると、窒化処理後の表面硬さ（Ｈｖ）がＳＰＣＣと同等程度にしかならない。
よって、これらの結果から、使用する鋼板のビッカース硬さを１４０以上２５０以下とすることで、保持器形状にプレス加工する際の金型寿命および加工強度を良好にできるとともに、窒化処理後の表面硬さも良好にできることが分かる。
【００２１】
次に、大越式摩耗試験機を用いて耐摩耗性を調べる試験を行った。この試験では長方形の板状の固定試験片１１とリング状の回転試験片１２とを用いる。この固定試験片１１を、表１のサンプルNo. １〜１５の各鋼板を長方形に加工した後に、窒化処理することにより得た。窒化処理は前記と同じ条件で塩浴窒化法により行った。また、回転試験片１２としてＳＵＪ２製リングを用意した。
【００２２】
試験は、回転試験片１２の上に固定試験片１１を置き、その上に荷重をかけて回転試験片１２を回転させることで行い、試験後の固定試験片１１の摩耗体積を摩耗形状から調べた。試験条件は、荷重（面圧）：１．９６〜３９．２ＭＰａ、摩擦速度：２．６ｍ／ｓ、摩擦距離：４００ｍとした。そして、No. １４の値に対する比を算出した。その結果を、固定試験片１１とした鋼板の表面硬さ（窒化処理前および窒化処理後）とともに下記の表４に示す。
【００２３】
【表４】
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【００２４】
表４のグラフから分かるように、窒化処理を行っているNo. １〜１３の摩耗体積はNo. １４の０．７５〜０．９８倍でNo. １４とそれほど差がないが、本発明の範囲内の鋼板を用いているが窒化処理を行っていないNo. １５の摩耗体積はNo. １４の２．４０倍となり、摩耗量が著しく多かった。
この結果から分かるように、保持器の耐摩耗性を良好にするためには、プレス加工後に窒化処理を行う必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態で作製した保持器の形状を示す図である。
【図２】実施形態の試験で得られた「使用した鋼板のＭｎ含有率と保持器の衝撃寿命比との関係」を示すグラフである。
【図３】実施形態の試験で得られた「使用した鋼板のＭｎ含有率と表面硬さとの関係」を示すグラフである。
【図４】実施形態の試験で得られた「使用した鋼板の表面硬さと金型寿命および割れ発生量との関係」を示すグラフである。
【図５】実施形態の試験で行った摩耗試験を説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  保持器
２  ポケット
２１  柱の中央部
３  円筒ころ
１１  固定試験片
１２  回転試験片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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