(57)【要約】【課題】  軸方向の寸法が小さくて重量が小さいと共に、強度および硬度が大きくて柔軟性、耐熱性、耐油性、耐摩耗性に優れる玉軸受用保持器およびその玉軸受用保持器を有する玉軸受を提供すること。【解決手段】  玉を軸方向の両側から挟んで玉を収容するポケットを有する金属製の環状の本体部２０の表面上に、電気メッキ法によって隣接する層が互いに異なった金属又は合金からなるよう積層して、多層膜２１を形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の玉軸受用保持器において、
玉を軸方向の両側から挟んで上記玉を収容するポケットを有する金属製の環状の本体部と、
上記本体部の表面上に電気メッキ法によって形成されると共に、隣接する層が互いに異なった金属又は合金からなるよう積層してなる多層膜と
を備えることを特徴とする玉軸受用保持器。
【請求項２】
請求項１に記載の玉軸受用保持器において、
上記多層膜は、上記本体部の上記軸方向の外方の表面上に形成されていることを特徴とする玉軸受用保持器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の玉軸受用保持器において、
上記玉軸受用保持器は、半円形状の部分と平坦部とが交互に繰り返されている波形状かつ環状の２つの板材を対向させて接合したものであり、
上記多層膜は、上記半円形状の部分と上記平坦部との境界を含むよう形成されることを特徴とする玉軸受用保持器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の玉軸受用保持器において、
上記玉軸受用保持器は、複数の部材を接合してなり、
上記多層膜は、上記接合部分を含むよう形成されることを特徴とする玉軸受用保持器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の玉軸受用保持器において、
上記多層膜は、ニッケル層と銅層とを交互に積層してなる多層膜であることを特徴とする玉軸受用保持器。
【請求項６】
請求項５に記載の玉軸受用保持器において、
上記多層膜中の上記各ニッケル層の層厚は１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であると共に、上記多層膜中の上記各銅層の層厚は３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、かつ、上記多層膜の膜厚は２００ｎｍを超え８０００ｎｍ以下であることを特徴とする玉軸受用保持器。
【請求項７】
請求項５または６に記載の玉軸受用保持器において、
上記多層膜は、上記ニッケル層と上記銅層とを２０回を超えて積層したものであることを特徴とする玉軸受用保持器。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１に記載の玉軸受用保持器を備えることを特徴とする玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、玉軸受用保持器および玉軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、玉軸受用保持器としては、特開２００１−３０４２６８号公報（特許文献１）に記載されているものがある。この玉軸受用保持器は、半円形状の部分と平坦部とが交互に繰り返されている波形状の環状の同一の２つの板材をリベット接合して形成されている。上記波形状の環状の板材は、環状の金属製の板材をプレス成型して形成され、各環状の板材の平坦部の略中央には、一つの貫通穴が形成されている。２つの上記波形状の環状の板材の貫通穴同士が対向するように、２つの上記波形状の環状の板材を対向配置した後、開口同士が接触している２つの貫通穴を貫くようにリベットを挿入し、更に、各貫通穴に挿入されているリベットの頭側と反対側の端面を手ヅチまたはリベット打ち機で打って、２つの上記波形状の環状の板材を接合している。２つの上記波形状の環状の板材を接合したとき、一方の上記波形状の環状の板材の半円形状の部分と、他方の上記波形状の環状の板材の半円形状の部分とは、相俟って内周面に略円筒面を形成している。この略円筒面は、玉を収容するポケットを構成している。この玉軸受用保持器は、簡単安価に製造でき、また、金属製であるため耐熱性に優れているという利点を有している。
【０００３】
しかしながら、従来の玉軸受用保持器は耐熱性には良好であるが、柔軟性が不足しており剛直である。玉軸受は、モーメント荷重条件下や、急加減速条件下で使用すると、個々の玉の進み遅れに差が生じる。このようなモーメント荷重条件下や急加減速条件下で、従来の剛直な玉軸受用保持器を組み込んだ玉軸受を使用すると、玉の進み遅れに対して保持器が弾性変形により追従することができず、玉と玉軸受用保持器のポケットの内周面とが強く接触する。この強い接触のために、隣接するポケットの間に引張力や圧縮力が発生し、特に玉軸受用保持器の隣接するポケットの間にある半円形状の部分と平坦部との境界を含む近接部分や、リベットが貫通する貫通孔を含む近傍部分において破断等の裂傷が発生したり、玉とポケットの内周面との間で焼きつきが発生するという問題がある。また、その質量により保持器の慣性力が大きく、玉軸受のトルクにも影響する。
【０００４】
破断等の裂傷を防ぐために、上記板材の厚さを厚くすると、保持器の強度を大きくすることができる一方、玉を保持する面の形状精度が悪くなって、保持器と玉のあたりが不均一になるという問題がある。また、保持器の製造コストが大きくなるとと共に、保持器の重量および軸方向の寸法が大きくなるという問題がある。一方、上記従来の玉軸受用保持器では、上記板材の厚さを薄くすると、保持器の軸方向の寸法を小さくできて保持器を軽量化できトルク特性が向上したり、柔軟性が向上するものの、保持器の引張強度、疲労強度等の機械的特性が不足するため、保持器に破断等の裂傷が発生するという問題がある。
【０００５】
さらに、従来、ポリアミド６６等で形成された樹脂製保持器も知られている。樹脂製保持器は柔軟性に優れ、軽量であるものの、一般には金属製（特に鋼製）のものより耐熱性が劣り、例えば、ポリアミド６６では使用上限温度が１２０℃程度である。耐熱性樹脂でも例えば使用上限温度は２００℃程度である上に、非常に高価である。また、樹脂製保持器は潤滑剤の油分や添加剤により劣化し、強度が低下するという問題もある。また、樹脂製保持器は射出成形により製作されるものではウェルドが生じ、この部分で破断しやすいことも知られている。そして、樹脂は線膨張係数が金属（特に鋼）やセラミックよりも大きく、樹脂製保持器を玉軸受に組み込んだ場合、温度変化によって生じるすきま変化により、玉軸受はトルク変動、騒音発生、振動の発生などを生じる。
【特許文献１】特開２００１−３０４２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の課題は、保持器の軸方向の寸法が小さくて重量が小さいと共に、強度および硬度が大きくて柔軟性、耐熱性、耐油性、耐摩耗性に優れる玉軸受用保持器およびその玉軸受用保持器を有する玉軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、この発明の玉軸受用保持器は、
環状の玉軸受用保持器において、
玉を軸方向の両側から挟んで上記玉を収容するポケットを有する金属製の環状の本体部と、
上記本体部の表面上に電気メッキ法によって形成されると共に、隣接する層が互いに異なった金属又は合金からなるよう積層してなる多層膜と
を備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、保持器の表面上に形成された上記多層膜に、隣接する層同士の間に、転位運動の障害となる界面が形成されることで、保持器の強度および硬度を向上させることができる。また、保持器の強度が向上するので、玉の進み遅れによって生じる保持器の周方向の引張力や圧縮力に対しても十分な強度を備え、保持器の破損を抑制することができる。よって、この玉軸受用保持器を備えた玉軸受の寿命を延ばすことができる。
【０００９】
また、本発明によれば、上記本体部の表面上に形成された多層膜によって、機械的強度が大きくなっているので、上記本体部の軸方向の厚さを低減できる。したがって、強度および硬度が大きくて柔軟性を有し、耐熱性、耐摩耗性、耐油性に優れ、軽量で破損しにくい保持器とすることができる。また、保持器の強度が大きくなるので、保持器を薄くすることができる。すなわち、保持器をプレス成形によって高精度化し易い厚さとすることができるので、玉の真球度に対して大きく劣っていた保持器の玉案内面の精度を大幅に向上させることができて、回転トルクや振動を格段に低減させることができる。
【００１０】
また、本発明によれば、上記多層膜を、電気メッキ法によって形成しているので、真空蒸着法で多層膜を形成する場合と比較して、多層膜を格段に低コストで形成できる。また、上記端面の全面に、各層の層厚が略均一な多層膜を形成することができる。
【００１１】
また、一実施形態の玉軸受用保持器は、上記多層膜が、上記本体部の上記軸方向の外方の表面上に形成されている。
【００１２】
上記実施形態によれば、軸方向外方の表面上に形成された多層膜が玉と摺接しないため、多層膜が長期にわたって維持できる。
【００１３】
また、一実施形態の玉軸受用保持器は、上記玉軸受用保持器が、半円形状の部分と平坦部とが交互に繰り返されている波形状かつ環状の２つの板材を対向させて接合したものであり、上記多層膜が、上記半円形状の部分と上記平坦部との境界を含むよう形成される。
【００１４】
上記実施形態によれば、特に破断等の裂傷が発生しやすい部分の強度を向上させることができ、裂傷を抑制できる。また、強度が向上できるため本体部の軸方向の厚さを低減できるため、この部分の柔軟性を向上させることができ、この場合、されに裂傷を抑制できる。
【００１５】
また、一実施形態の玉軸受用保持器は、上記玉軸受用保持器が、複数の部材を接合してなり、上記多層膜が、上記接合部分を含むよう形成される。
【００１６】
上記実施形態によれば、特に破断等の裂傷が発生しやすい部分の強度を向上させることができ、裂傷を抑制できる。
【００１７】
また、一実施形態の玉軸受用保持器は、上記多層膜が、ニッケル層と銅層とを交互に積層してなる多層膜である。
【００１８】
上記実施形態によれば、電気メッキ法により良好に多層膜を形成することができる。
【００１９】
また、一実施形態の玉軸受用保持器は、上記多層膜中の上記各ニッケル層の層厚が１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であると共に、上記多層膜中の上記各銅層の層厚が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、かつ、上記多層膜の膜厚が２００ｎｍを超え８０００ｎｍ以下である。
【００２０】
尚、上記多層膜中にニッケル層が一つしか存在しない場合も本発明に含まれる。この場合、上記多層膜中の唯一のニッケル層の層厚は１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるものとする。また、上記多層膜中に銅層が一つしか存在しない場合も本発明に含まれる。この場合、上記多層膜中の唯一の銅層の層厚は３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるものとする。
【００２１】
上記実施形態によれば、上記ニッケル層の層厚が１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、上記銅層の層厚が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、かつ多層膜全体の膜厚が２００ｎｍより大きいので、転位運動の障害となる界面を、保持器の強度を向上させるのに十分な数とできる。また、保持器の強度が向上するので、保持器の軸方向の寸法を小さくできる。これにより、保持器の質量が小さくなると共に、保持器をプレス成形によって高精度化しやすい厚さとできるので、軸受の回転トルクや振動を格段に低減することができる。また、多層膜の全体の厚さが８０００ｎｍ以下であるので、多層膜の材料コストおよび製造コストを低減することができる。また、保持器の強度が向上するので、玉の進み遅れによって生じる保持器の周方向の引張力や圧縮力に対しても十分な強度を備え、保持器の破損を抑制することができる。よって、この玉軸受用保持器を備えた玉軸受の寿命を延ばすことができる。また、保持器の強度が大きくなるので、保持器を薄くすることができる。すなわち、保持器をプレス成形によって高精度化し易い厚さとすることができるので、玉の真球度に対して大きく劣っていた保持器の玉案内面の精度を大幅に向上させることができて、回転トルクや振動を格段に低減させることができる。
【００２２】
また、一実施形態の玉軸受用保持器は、上記多層膜が、上記ニッケル層と上記銅層とを、２０回を超えて積層させている。
【００２３】
上記実施形態によれば、上記ニッケル層と上記銅層との界面が２０以下の場合と比較して保持器表面の硬さを格段に大きくできる。
【００２４】
また、本発明の玉軸受は、本発明の玉軸受用保持器を備えることを特徴としている。
【００２５】
本発明によれば、上記発明の玉軸受を備えるので、保持器の強度を大きくできて、玉軸受の信頼性を向上させることができる。また、保持器の軸方向の寸法を小さくできると共に保持器を軽量化できる。また、保持器の本体部の軸方向の厚さを低減できるため、強度および硬度が大きくて柔軟性を有する。したがって、玉軸受の信頼性を向上させることができる。また、耐熱性、耐油性に優れ、軽量で破損しにくくトルクが小さい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の玉軸受用保持器によれば、本体部の表面上に電気メッキ法によって形成されると共に、隣接する層が互いに異なった金属または合金からなるよう積層してなる多層膜とを備えているので、保持器の表面上に形成された上記多層膜に、隣接する層同士の間に、転位運動の障害となる界面が形成されることで、保持器の強度および硬度を向上させることができる。そして、上記本体部の表面上に形成された多層膜によって、機械的強度が大きくなっているので、上記本体部の周方向に直角な方向の厚さを低減できる。したがって、強度および硬度が大きくて柔軟性を有し、耐熱性、耐摩耗性、耐油性に優れ、軽量で破損しにくい保持器とすることができる。
【００２７】
また、保持器の強度が大きくなるので、保持器を薄くすることができる。すなわち、保持器をプレス成形によって高精度化し易い厚さとすることができるので、玉の真球度に対して大きく劣っていた保持器の玉案内面の精度を大幅に向上させることができて、回転トルクや振動を格段に低減させることができる。
【００２８】
また、本発明の玉軸受用保持器によれば、上記本体部の端面に形成された多層膜によって、機械強度が大きくなっているので、上記本体部の上記軸方向の厚さを低減できて、保持器をコンパクトかつ軽量化することができる。
【００２９】
また、本発明によれば、上記多層膜を、電気メッキ法によって形成しているので、格段に低コストで形成できる。また、上記端面の全面に、各層の層厚が略均一な多層膜を形成することができる。
【００３０】
また、本発明の玉軸受用保持器によれば、多層膜中の各ニッケル層の層厚が、１５ｎｍ以上であると共に、多層膜中の各銅層の層厚が、３ｎｍ以上であり、かつ、上記多層膜の膜厚が、２００ｎｍを超えているので、上記銅層と上記ニッケル層との界面の数を、保持器の強度を向上させるのに十分な数にすることができる。したがって、上記多層膜の強度、硬度および耐摩耗性を大きくすることができて、保持器の強度、硬度および耐摩耗性を向上させることができる。
【００３１】
また、本発明の玉軸受用保持器によれば、上記各ニッケル層の層厚が１００ｎｍ以下であると共に、上記各銅層の層厚が１００ｎｍ以下であり、かつ、多層膜の膜厚が８０００ｎｍ以下であるので、保持器の強度を十分に強化できることに加えて、多層膜の材料コストおよび製造コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明の一実施形態の玉軸受用保持器の一部の斜視図である。
【００３４】
この玉軸受用保持器は、環状形状を有している。この玉軸受用保持器は、半円形状の部分と貫通穴を有する平坦部とが交互に繰り返されている波形状かつ環状の２つの同一の板材１,１を、貫通穴同士が対向するように配置した後、開口同士が接触している２つの貫通穴を貫くようにリベット２を挿入してリベット接合して２つの上記波形状の環状の板材１,１を接合して形成されている。一方の上記波形状の環状の板材１の半円形状の部分と、他方の上記波形状の環状の板材１の半円形状の部分とは、相俟って内周面に略円筒面を形成している。この略円筒面は、玉（図示しない）を収容するポケット３になっている。この保持器は、以下のように形成されている。先ず、環状の鋼製のＳＰＣＣ（冷間圧延鋼）製の板材をプレス成型して、半円形状の部分と平坦部とが交互に繰り返されていると共に、各平坦部の略中央に一つの貫通穴が形成されているＳＰＣＣ製の環状の部材を形成する。次に、以下に詳述する電気メッキ法により２つの上記環状の板材の表面全面にニッケル層と銅層とからなる多層膜を形成する。その後、玉軸受を組み立てる時に、多層膜が形成された２つの上記波形状の環状の板材の貫通穴同士が対向するように、２つの上記波形状の環状の板材を配置した後、開口同士が接触している２つの貫通穴を貫くようにリベット２を挿入し、更に、各貫通穴に挿入されているリベット２の頭側と反対側の端面を手ヅチまたはリベット打ち機で打って、２つの上記波形状の環状の板材を接合する。このようにして、玉軸受用保持器を形成する。すなわち、このような玉軸受用保持器は、玉軸受の内輪と外輪との間に所定数の玉を組み込んだ状態で、玉を保持器のポケットに対応させた上で、上述した接合により玉軸受を形成する。
【００３５】
図２は、図１に５で示す玉軸受用保持器の軸方向の外方の端面の表層部の構造を示す模式断面図である。
【００３６】
図２に示すように、端面５の表層部は、本体部２０と、本体部２０上に形成された多層膜２１とから成る。上記本体部２０は、ＳＰＣＣ材料からなっている。上記本体部２０の形状は、図１に示した保持器からリベットを除いた部分の形状と略一致している。上記多層膜２１は、ニッケル層２２と銅層２３とを交互に６層積層してなっており、多層膜２１は、ニッケル層２２と銅層２３との界面を５つ有している。図２に示すように、上記本体部２０にはニッケル層２２が接触している。上記各ニッケル層２２の層厚は、１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下に設定され、各銅層２３の層厚は、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下に設定されている。また、上記多層膜の膜厚は２００ｎｍを超え８０００ｎｍ以下に設定されている。上記多層膜２１は、電気メッキ法により本体部２０上に形成されている。上記多層膜２１は、ニッケル層２２と銅層２３との界面において、格子定数から計算すると幾何学的におよそ３８個または３９個のニッケル原子に対して１個のニッケル原子が格子不整合を起こしていることが考えられる。
【００３７】
図３は、本体部に多層膜を形成するための装置を示す模式図である。
【００３８】
この装置は、ポテンショスタット３１と、第１、第２、第３および第４容器３２,３３,３４,３５と、参照電極３６と、対極電極３７と、ヒータ３８と、ＫＣｌ塩橋４０と、ルギン管４１とを有する。
【００３９】
上記第１容器３２には、ＫＣｌ飽和水溶液が充填されており、第２および第３容器３３,３４には、ニッケルイオンと銅イオンを含むメッキ液が充填されている。また、第４容器３５には、水が充填されており、この水はヒータ３８によって所定の温度に熱せられるようになっている。第１容器３２内には、参照電極３６として、銀−塩化銀電極が溶液に接触するように配置されており、第３容器３４内には、ニッケルまたは白金からなる対極電極３７が溶液に接触するように配置されている。対極３７と試料４２との間に電圧を印加させるようになっており、ポテンショスタット３１によって参照電極３６と試料４２との間の電位差を測定し、これが所定の値となるように対極３７と試料４２との間に印加する電圧を制御している。上記第３容器３４は、第４容器３５内に配置され、第４容器３５内に充填された水によって所定の温度に調整されるようになっている。
【００４０】
この装置は、以下のように本体部上に多層膜を形成するようになっている。先ず、第３容器３３内に、メッキ液に接触するように、半円形状の部分と貫通穴を有する平坦部とが交互に繰り返されている環状のＳＰＣＣ製の板材からなる本体部４２を配置する。次に、ヒータ３８で第４容器３５中の水の温度を略４０℃に維持してメッキ液の温度を略４０℃にした後、ポテンショスタット３１で、参照電極３６と本体部４２との間の電位差が、銅、ニッケルそれぞれが析出するのに適切な値となるように、対極３７と本体部４２との間に電圧を印加する。詳細には、ニッケルは銅よりもイオン化傾向が大きく、メッキ液中に留まりやすい。このことから、本体部４２の参照電極３６に対する電位が所定の２段階になるように対極３７と本体部４２との間に電圧を印加することで、電位差が小さい場合に、銅を析出させ銅層を形成し、電位差が大きい場合に、ニッケルを析出させニッケル層を形成するようにする。ここで、ニッケルの析出時においては、ニッケルよりもより貴な銅の析出を防止することができないという問題がある。このため、メッキ液において、銅イオン濃度をニッケルイオン濃度よりも低く設定して、ニッケル析出中に銅が析出することを極力少なくしている。
【００４１】
図４は、参照電極３６と本体部４２との間で測定される電位差の時間変化の一例と、その場合の本体部４２上の膜の形成状況を表す図である。
【００４２】
図４に示すように、析出電位を適切に設定すれば、ニッケルと銅のイオン化傾向の差に起因して、ひとつの成膜液からニッケルおよび銅をそれぞれ実質的に単独に、かつ交互に析出させることができる。ここで、イオン化傾向が銅よりも大きいニッケルを析出するときの電位差は銅を析出するときの電位差よりも大きくなっている。
【００４３】
図５は、層厚が全て同一のニッケル層と、ニッケル層と同一の層厚を有する銅層とを交互に積層して、全体の膜厚が１０００ｎｍの多層膜を形成した場合における、多層膜中の一層の層厚と、多層膜の硬さとの関係を示す図である。
【００４４】
図５に示すように、一層の厚さが２０ｎｍのときに多層膜のビッカース硬さが最大になっている。
【００４５】
図６は、全体の膜厚が２０００ｎｍで、層厚が全て２０ｎｍのニッケル層と、層厚が全て同じで層厚を変動させた銅層とを交互に積層して形成した多層膜における、銅層一層の層厚と、多層膜のビッカース硬さとの関係を示す図である。図６において、径が大きい点は、測定値の平均を示す点である。図６に示すように、銅の層厚が５ｎｍのとき、多層膜のビッカース硬さが極大になっている。更なる実験によると、多層膜中におけるニッケル層の層厚を２０ｎｍ±５ｎｍに設定すると共に、多層膜中における銅層の層厚を５ｎｍ±２ｎｍに設定すると、保持器表面の硬さや耐摩耗性などの特性を最も良好にできる。
【００４６】
図７Ａは、１００ｎｍの層厚を有するニッケル層と１００ｎｍの層厚を有する銅層とを交互に積層して形成した多層膜にＸ線を照射したときの、Ｘ線回折強度の角度分布を示す図であり、図７Ｂは、５ｎｍの層厚を有するニッケル層と５ｎｍの層厚を有する銅層とを交互に積層して形成した多層膜にＸ線を照射したときの、Ｘ線回折強度の角度分布を示す図である。図７Ａおよび図７Ｂにおいて、ａは、銅の格子定数から理論的に算出できるピークとほぼ一致したピークであった。また、図７Ａにおいて、ｂは、理論的に算出できるピークからは若干低角度側にシフトしているが、多層膜のニッケルのピークである。
【００４７】
図７Ａと図７Ｂに示すように、各層の層厚が１００ｎｍである場合には、銅のピークと、ニッケルのピークとの両方が現れる一方、各層の層厚が５ｎｍである場合には、銅のピークのみが現れている。これは、各層が５ｎｍの多層膜においては、ニッケルの格子定数が変化して銅の格子定数に倣って、後述する格子不整合（ミスフィット転位）がなくなったものと推測される。このように、各層の厚さを小さくしすぎると、転位運動の障害になると考えられているミスフィット転位がなくなるために、多層膜の硬度が急激に低下したものと考えられる。
【００４８】
図８は、ニッケル層と銅層との界面におけるミスフィット転位を模式的に示す図である。図８において、点線６０は、界面を示している。ニッケル原子の格子定数は、銅原子の格子定数よりも小さいことから、６１に示すニッケル原子のように、対応する銅原子が存在しないニッケル原子、すなわち、格子不整合を起こしている（ミスフィットしている）ニッケル原子が存在することになる。多層膜の良好な機械的特性の発現は、この格子不整合が転位運動の障害となるためであると考えられている。図８に示すように、格子不整合を起こしているニッケル原子が、界面に多く存在すればする程、表面亀裂の発生を抑制できて、本体部からの亀裂進展も抑制できるため、疲労強度を向上させることができる。また、引張強度が高くなり、硬度が上昇し、耐摩耗性が向上する。
【００４９】
図９は、層厚がすべて７５ｎｍのニッケル層と、ニッケル層と等しい層厚の銅層を交互に、２０回、４０回、６０回積層した試験片の硬さを測定したものである。積層回数が多くなるほど平均の硬さは大きくなるが、積層回数が４０回と６０回とでは硬さに大きな差がないことがわかる。更なる実験によれば、ニッケル層の層厚が１５ｎｍ、銅層の層厚が５ｎｍの時にも同じ傾向が認められた。すなわち、本発明における多層膜全体の厚さは、２００ｎｍを超えるものとし、積層回数は２０回を超えるものとしたときに、より良好な効果を得ることができる。
【００５０】
図１０Ａは、層厚がすべて５０ｎｍのニッケル層と、ニッケル層と等しい層厚の銅層を交互に、全体の膜厚が１０μｍとなるように形成した多層膜の表面の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。
【００５１】
図１０Ａに示すように、表面が平滑ではなく、粒状に成長している。このように凹凸の激しい状態になると、摩擦特性が低下するのみならず、この凹凸が亀裂核となり、疲労特性も低下させることが知られている。
【００５２】
図１０Ｂは、層厚がすべて５０ｎｍのニッケル層と、ニッケル層と等しい層厚の銅層を交互に、全体の膜厚が８μｍとなるように形成した多層膜の表面の走査型電子顕微鏡写真を示す図であり、図１０Ｃは、層厚がすべて５０ｎｍのニッケル層と、ニッケル層と等しい層厚の銅層を交互に、全体の膜厚が６μｍとなるように形成した多層膜の表面の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。また、図１０Ｄは、層厚がすべて５０ｎｍのニッケル層と、ニッケル層と等しい層厚の銅層を交互に、全体の膜厚が４μｍとなるように形成した多層膜の表面の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。
【００５３】
更なる実験によれば、前記各層の厚さの範囲において全体の膜厚が約８μｍを超えると、このように凹凸の激しい表面形状になることがわかった。したがって、本発明における多層膜全体の厚さは、８０００ｎｍ以下であるときに本発明の効果が発揮される。尚、多層膜全体の厚さは、６０００ｎｍ以下であることが好ましく、多層膜全体の厚さを、４０００ｎｍ以下にすれば更に好ましい。
【００５４】
図１１は、８０で示す位置に（斜線で示す位置に）、層厚がすべて同一のニッケル層と、ニッケル層と同一の層厚を有する銅層とを交互に積層して、全体の膜厚が５ｎｍの多層膜を形成した試験片である。比較として、多層膜の代わりに膜厚が５μｍのＮｉ単層めっきと、コーティングを施さない試験片も準備した。図１２は、この試験片の圧縮−引張の繰り返し疲労試験を行った結果である。
【００５５】
図１２に示すように、多層膜を形成した試験片は、層厚に関わらず、Ｎｉめっきよりも疲労寿命が長いことがわかる。また、図７および図８の結果とは異なり、層厚が１００ｎｍでも、疲労強度向上に大きな効果があることがわかる。
【００５６】
すなわち、上記ニッケル層の層厚が１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、上記銅層の層厚が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、かつ積層回数が２０回を超える数であれば、転位運動の障害となる界面を十分な数存在させることができ、保持器の機械的特性を大幅に向上させることができる。また、多層膜の全体の厚さは最大でも８０００ｎｍ（８μｍ）なので、多層膜の材料コストおよび製造コストを低減できる。また、保持器の強度が大きくなるので、保持器を薄くすることができる。すなわち、保持器をプレス成形によって高精度化し易い厚さとすることができるので、玉の真球度に対して大きく劣っていた保持器の玉案内面の精度を大幅に向上させることができて、回転トルクや振動を格段に低減させることができる。
【００５７】
また、上記実施形態の玉軸受用保持器によれば、上記本体部２０の端面に形成された多層膜２１によって、機械強度が大きくなっているので、本体部２０の軸方向の厚さを低減できる。したがって、保持器をコンパクト化かつ軽量化することができる。
【００５８】
また、上記実施形態の玉軸受用保持器によれば、多層膜２１を、電気メッキ法によって形成しているので、真空蒸着法で多層膜を形成する場合と比較して、多層膜２１を格段に低コストで形成できる。また、保持器の外面の全面に、各層の層厚が略均一な多層膜２１を形成することができる。
【００５９】
尚、上記第１実施形態の玉軸受用保持器では、本体部２０の外面全てに多層膜２１を形成したが、多層膜を、少なくとも本体部の軸方向の外面に形成すれば、第１実施形態と同様の作用効果を獲得できる。
【００６０】
玉軸受の保持器として本発明の玉軸受用保持器を採用すれば、保持器の強度が大きいことから、玉軸受の信頼性を向上させることができる。
【００６１】
また、上記多層膜を形成する、隣接する層が互いに異なった金属または合金の組み合わせは、ニッケル層と銅層との組み合わせに限らないことは勿論である。例えば、図１３に示すように、コバルト層と銅層との組み合わせにおいても、転位運動の障害となる界面が形成され、硬度が大きくなり、保持器の強度を向上させることができる。
【００６２】
その他、ニッケル−コバルト合金層と銅層との組み合わせや、ニッケル層と銀層との組み合わせなど、多層膜を形成する金属や合金は、要求される性能に応じて適宜選定することができる。
【００６３】
さらに、上記多層膜を形成する、隣接する層が互いに異なった金属または合金の組み合わせは、３種以上の金属または合金の組み合わせでも良い。
【００６４】
また、成膜する多層膜の組成と保持器の材質との組み合わせによっては、保持器に多層膜を容易に成膜させられるよう、また、保持器と多層膜との密着性を向上させられるよう、保持器と多層膜との間に中間層となる膜を設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態の玉軸受用保持器の一部の斜視図である。
【図２】上記玉軸受用保持器の軸方向の外方の端面の表層部の構造を示す模式断面図である。
【図３】本体部に多層膜を形成するための装置を示す模式図である。
【図４】参照電極と本体部との間に印加される電圧の時間変化の一例と、その電圧を印加した場合の本体部上の膜の形成状況を表す図である。
【図５】層厚が全て同一のニッケル層と、ニッケル層と同一の層厚を有する銅層とを交互に積層して多層膜を形成した場合における、多層膜中の一層の層厚と、多層膜の硬さとの関係を示す図である。
【図６】層厚が全て２０ｎｍのニッケル層と、層厚が全て同じで層厚を変動させたニッケル層とを交互に積層して形成した多層膜における、銅層一層の層厚と、多層膜のビッカース硬さとの関係を示す図である。
【図７Ａ】１００ｎｍの層厚を有するニッケル層と１００ｎｍの層厚を有する銅層とを交互に積層して形成した多層膜にＸ線を照射したときの、Ｘ線回折強度の角度分布を示す図である。
【図７Ｂ】５ｎｍの層厚を有するニッケル層と５ｎｍの層厚を有する銅層とを交互に積層して形成した多層膜にＸ線を照射したときの、Ｘ線回折強度の角度分布を示す図である。
【図８】ニッケル層と銅層との界面におけるミスフィット転位を模式的に示す図である。
【図９】層厚がすべて７５ｎｍのニッケル層と、ニッケル層と等しい層厚の銅層を交互に２０回、４０回、６０回積層した試験片のビッカース硬さを測定した結果を示す図である。
【図１０Ａ】層厚がすべて５０ｎｍのニッケル層と、ニッケル層と等しい層厚の銅層を交互に、全体の膜厚が１０μｍとなるように形成した多層膜の表面の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。
【図１０Ｂ】層厚がすべて５０ｎｍのニッケル層と、ニッケル層と等しい層厚の銅層を交互に、全体の膜厚が８μｍとなるように形成した多層膜の表面の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。
【図１０Ｃ】層厚がすべて５０ｎｍのニッケル層と、ニッケル層と等しい層厚の銅層を交互に、全体の膜厚が６μｍとなるように形成した多層膜の表面の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。
【図１０Ｄ】層厚がすべて５０ｎｍのニッケル層と、ニッケル層と等しい層厚の銅層を交互に、全体の膜厚が４μｍとなるように形成した多層膜の表面の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。
【図１１】層厚がすべて同一のニッケル層と、ニッケル層と同一の層厚を有する銅層とを交互に積層して、全体の膜厚が５μｍの多層膜を斜線で示す位置に形成した疲労試験用の試験片を示す図である。
【図１２】図１１の試験片の圧縮−引張の繰り返し疲労試験を行った結果を示す図である。
【図１３】層厚が全て同一のコバルト層と、コバルト層と同一の層厚を有する銅層とを交互に積層して多層膜を形成した場合における、多層膜中の一層の層厚と多層膜の硬さとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
３  ポケット
５  保持器の軸方向の外方の端面
２０,４２  本体部
２１  多層膜
２２  ニッケル層
２３  銅層
６０  界面
６１  格子不整合を起こしているニッケル原子
【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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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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