(57)【要約】【課題】高速回転，高ＰＶ領域で使用される転がり軸受にも適用可能な耐摩耗性に優れた転がり軸受用保持器を提供する。【解決手段】冷間圧延鋼板ＳＰＣＣ材又は熱間圧延鋼板ＳＰＨＤ材からプレス成形にて自動調心ころ軸受２用のプレス保持器１を作製し、軟窒化処理を施して、保持器１の表面に厚さ１μｍ以上２０μｍ以下の窒化物層を形成した。次に、噴射材を噴射するショットブラスト処理により、窒化物層の表面に直線状の転位組織を均一に形成させた。転位組織の転位密度は、１×１０4 ｃｍ-2以上１×１０12ｃｍ-2以下であった。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製の転がり軸受用保持器において、窒化処理による窒化物層が表面に形成されており、前記窒化物層の表面には直線状の転位組織が均一に分布していることを特徴とする転がり軸受用保持器。
【請求項２】
前記窒化物層の厚さが１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受用保持器。
【請求項３】
前記転位組織の転位密度は１×１０4 ｃｍ-2以上１×１０12ｃｍ-2以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受用保持器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受に組み込まれる鋼製の保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、負荷が作用する転がり軸受には、強度に優れる高力黄銅製のもみ抜き保持器がよく使用されている。しかしながら、高力黄銅は自己潤滑性を有し摺動性，耐摩耗性に優れるものの高価であるので、高力黄銅製のもみ抜き保持器は材料コストが高いという問題点があった。また、もみ抜きにより加工されるため、加工費が高く、材料歩留まりも低い。よって、高力黄銅製のもみ抜き保持器は、特殊用途に限定されていた。
【０００３】
そのため、近年においては、保持器の設計を最適化してコストダウンや保持器強度の向上を図ることによって、ＳＰＣＣ材に代表される冷間圧延鋼板やＳＰＨＤ材に代表される熱間圧延鋼板から製造されたプレス保持器が使用されるようになっている。
一般にＳＰＣＣ材は高力黄銅と比較して摺動性，耐摩耗性が劣るため、潤滑条件が厳しい場合には、転動体と保持器ポケットとの接触部や、保持器の案内面と軌動輪との接触部で摩耗が著しく進行して、回転精度が低下する場合があり、最悪の場合には焼付きが生じて破損に至る場合があった。このため、ＳＰＣＣ材製又はＳＰＨＤ材製の保持器には、塩浴窒化処理やガス軟窒化処理に代表される軟窒化処理を施して、鉄と窒素の化合物からなる硬質な窒化物層を保持器表面に形成して耐摩耗性を向上させる努力がなされてきた。
【特許文献１】特開２００１−９０７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、転がり軸受が許容回転速度に近い高速で回転され、保持器と転動体との滑り速度が１５ｍ／ｓとなるような高ＰＶ領域で使用される場合は、従来の窒化処理による窒化物層を備える保持器は、耐摩耗性が不十分である場合があった。
そこで、本発明は前述のような従来の転がり軸受用保持器が有する問題点を解決し、高速回転，高ＰＶ領域で使用される転がり軸受にも適用可能な耐摩耗性に優れた転がり軸受用保持器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の転がり軸受用保持器は、鋼製の転がり軸受用保持器において、窒化処理による窒化物層が表面に形成されており、前記窒化物層の表面には直線状の転位組織が均一に分布していることを特徴とする。
前記転位組織の形成により窒化物層が強靱化，高硬度化されているため、転がり軸受用保持器は耐摩耗性に優れており、よって、高速回転，高ＰＶ領域で使用される転がり軸受に適用されても摩耗が生じにくく長寿命である。
【０００６】
また、本発明に係る請求項２の転がり軸受用保持器は、請求項１に記載の転がり軸受用保持器において、前記窒化物層の厚さが１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする。
窒化物層の厚さが１μｍ未満であると、耐摩耗性が不十分となるおそれがある。一方、窒化物層の厚さが２０μｍ超過であると、窒化物層が多孔質となるため欠損，脱落が生じやすくなる。
【０００７】
さらに、本発明に係る請求項３の転がり軸受用保持器は、請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受用保持器において、前記転位組織の転位密度は１×１０4 ｃｍ-2以上１×１０12ｃｍ-2以下であることを特徴とする。
転位組織の転位密度が１×１０4 ｃｍ-2未満であると、窒化物層の靱性や硬さが不十分となるおそれがある。一方、１×１０12ｃｍ-2超過であると、窒化物層に欠損，脱落が生じやすくなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の転がり軸受用保持器は、耐摩耗性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係る転がり軸受用保持器の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
ＳＰＣＣ材やＳＰＨＤ材に代表される低炭素鋼板に軟窒化処理等の窒化処理を施すと、鋼表面で窒素と鉄とが反応し、窒素原子が鋼中に拡散して行き、最表面では窒素濃度に応じてＦｅ2 Ｎ，Ｆｅ3 Ｎ，Ｆｅ4 Ｎ等の鉄と窒素との化合物からなる硬質な窒化物層が形成される。窒化物層の硬さは一般的にはＨｖ４００以上で、母材に比較して硬度が増している。また、窒化物層が形成された鋼製の転がり軸受用保持器においては、転動体と保持器との間の金属接触や、摺動する案内面と保持器との間の金属接触が窒化物層により防止されるので、耐摩耗性，耐焼付き性が改善される。
【００１０】
しかしながら、転がり軸受が高速回転，高ＰＶ領域で使用される場合には、より優れた耐摩耗性が必要となる。そこで、より優れた耐摩耗性を転がり軸受用保持器に付与するために、窒化物層の表面に直線状の転位組織を均一に分布させた。転位組織の形成により窒化物層が強靱化，高硬度化されるので、転がり軸受用保持器の耐摩耗性が向上する。
窒化物層の表面に直線状の転位組織を均一に形成させる方法は特に限定されるものではないが、例えば塑性加工があげられ、塑性加工の中では、表面に噴射材を噴射するショットブラスト処理（特開２００４−１３６３７２号公報を参照）が好ましい。処理時の環境温度は常温であることが好ましく、噴射材としては、被処理物である窒化物層よりも硬さが低く、且つ、表面が凸曲面でエッジを有していない微粒子が好ましい。
【００１１】
また、転位組織の転位密度は、１×１０4 ｃｍ-2以上１×１０12ｃｍ-2以下であることが好ましい。転位組織の転位密度が１×１０4 ｃｍ-2未満であると、窒化物層の靱性や硬さが不十分となり、優れた耐摩耗性が十分に得られないおそれがある。一方、１×１０12ｃｍ-2超過であると、ショットブラスト処理のような塑性加工時に窒化物層に欠損，脱落が生じやすくなる。
【００１２】
なお、窒化処理の種類は特に限定されるものではないが、例えば下記に示す４つの窒化処理が好適である。
（１）窒素ガス，アンモニアガスの混合ガス中に、４５０〜５８０℃で１〜４時間保持する方法（ガス軟窒化法）
（２）三フッ化窒素等のフッ素系化合物のガスを用いて２００〜４００℃程度でフッ化処理を行った後に、アンモニアガス中に４００〜５８０℃で１〜４８時間保持する方法（エアウォータ株式会社の商品名ＮＶ窒化プロセス）
（３）塩浴中に浸漬して４５０〜５８０℃で１〜４時間保持する方法（日本パーカライジング株式会社の登録商標タフトライド及びパルソナイト処理）
（４）窒素と水素の混合ガス雰囲気中で、保持器を陰極、処理炉の内壁を陽極として、４５０〜６００℃程度で１０時間程度グロー放電する方法（イオン窒化法）
このような窒化処理によって形成される窒化物層の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。窒化物層の厚さが１μｍ未満であると、耐摩耗性が不十分となるおそれがある。一方、２０μｍ超過であると、窒化物層が多孔質となるため、ショットブラスト処理のような塑性加工時に、窒化物層に欠損，脱落が生じやすくなる。
【００１３】
〔実施例〕
以下に、さらに具体的な実施例を示して、本発明を説明する。
まず、直線状の転位組織が表面に均一に分布している窒化物層の効果を確認するために、サバン式摩耗試験を行った。冷間圧延鋼板ＳＰＣＣ材製の板状の試験片に、前述のようなガス軟窒化処理を施して、窒化物層を形成した。処理温度は５７０℃で、窒化物層の厚さは処理時間により制御した。窒化物層の厚さを表１，２に示す。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
【表２】
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【００１６】
次に、ショットブラスト処理を施して、窒化物層の表面に直線状の転位組織を均一に分布するように形成した。噴射材には、粒径が２０〜１００μｍで、硬さがＨｖ１５０以上の粒子を用いた。転位組織の転位密度は、ショットブラスト処理の条件（噴射材の噴射量，噴射速度，噴射時間）により制御した。ショットブラスト処理を施したら、Ｘ線回折法により転位組織の転位密度を測定した。ショットブラスト処理の条件及び転位組織の転位密度の測定結果を、表１，２に示す。
【００１７】
このようにして製造した試験片を、図１に示すようなサバン式摩耗試験装置に装着した。すなわち、回転体１０の上に試験片１１を載置して、試験片１１に垂直方向の荷重を負荷した。そして、回転体１０の下部が潤滑油１２（ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯ  ＶＧ６８である潤滑油）に接触している状態で、回転体１０を滑り速度２０ｍ／ｓで１分間回転させた。この際、荷重を種々変更して試験を行い、焼付きが生じた荷重から試験片１１に作用していた面圧を算出し、この焼付き限界面圧により評価を行った。結果を表１，２に示す。
【００１８】
なお、回転体１０はＳＵＪ２製の円筒体であり、８４０℃に加熱した後に６０℃の油に入れて冷却する油焼入れと、１７０℃で２時間保持した後に室温に冷却する焼戻しとが施されたものである。
表１，２から分かるように、窒化物層の厚さが１μｍ以上２０μｍ以下で、且つ、転位組織の転位密度が１×１０4 ｃｍ-2以上１×１０12ｃｍ-2以下であると、焼付き限界面圧が特に高かった。
【００１９】
次に、直線状の転位組織が表面に均一に分布している窒化物層の効果を確認するために、保持器を組み込んだ転がり軸受を用いた摩耗試験を行った。冷間圧延鋼板ＳＰＣＣ材からプレス成形にて自動調心ころ軸受（呼び番号２２２１１）用のプレス保持器１（図２を参照）を作製し、その保持器１にガス軟窒化処理を施して、窒化物層（図示せず）を形成した。そして、ショットブラスト処理を施して、窒化物層の表面に直線状の転位組織を均一に分布するように形成した。ガス軟窒化処理の内容、ショットブラスト処理の内容、窒化物層の厚さ、及び転位組織の転位密度は、前述のサバン式摩耗試験の場合と同様であり、表１及び表２に示す通りである。
【００２０】
得られたプレス保持器１を、図３に示すような自動調心ころ軸受２（呼び番号２２２１１）に組み込んで、油浴から潤滑油（ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯ  ＶＧ６８である潤滑油）を供給しつつ下記のような条件で回転試験を行った。この回転条件は、ころ３と保持器１のポケット１ａとの滑り速度が１５ｍ／ｓを超える条件に相当する。
・荷重    ：１５４１５Ｎ
・回転速度：９５２０ｍｉｎ-1
・試験時間：２４時間
回転試験前後の保持器１の質量を測定し、その減少量によって摩耗量を評価した。結果を表１，２に示す。なお、表１，２の摩耗量は、比較例１の摩耗量を１とした場合の相対値で示してある。
【００２１】
表１，２から分かるように、サバン式摩耗試験の場合と同様の結果が得られた。すなわち、窒化物層の厚さが１μｍ以上２０μｍ以下で、且つ、転位組織の転位密度が１×１０4 ｃｍ-2以上１×１０12ｃｍ-2以下であると、耐摩耗性が特に優れていた。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、保持器を構成する鋼の種類は特に限定されるものではなく、冷間圧延鋼板や熱間圧延鋼板以外の材料を用いて保持器を製造してもよい。また、保持器の製造法も特に限定されるものではなく、プレス保持器に限らず、もみ抜き保持器でもよい。
【００２２】
さらに、本実施形態においては、自動調心ころ軸受用の保持器を例示して説明したが、転がり軸受の種類は自動調心ころ軸受に限定されるものではなく、本発明は様々な種類の転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受，アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】サバン式摩耗試験装置の構造を示す概略図である。
【図２】回転試験に用いられたプレス保持器の構造を示す部分斜視図である。
【図３】回転試験に用いられた自動調心ころ軸受の構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１      プレス保持器
２      自動調心ころ軸受
３      ころ（転動体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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