(57)【要約】【課題】潤滑剤の保持力に優れ長寿命な転がり軸受を提供する。【解決手段】転がり軸受は、内輪１、外輪２、複数の転動体３、及び保持器４を備える。保持器４の表面の少なくとも一部は、表面粗さを形成する微小なミクロ凹部１１と、ミクロ凹部１１よりも大きい複数のマクロ凹部１２と、を有する粗面とされている。マクロ凹部１２は幅０μｍ超過５０００μｍ以下の溝であり、溝は間隔をあけて平行に並べられ、間隔に対する幅の比率が０％超過７１．４％以下である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪と前記外輪との間に前記複数の転動体を保持する保持器と、を備え、
前記保持器の表面の少なくとも一部は、表面粗さを形成する微小なミクロ凹部と、前記ミクロ凹部よりも大きい複数のマクロ凹部と、を有する粗面とされており、
前記マクロ凹部は幅０μｍ超過５０００μｍ以下の溝であり、前記溝は間隔をあけて平行に並べられ、前記間隔に対する前記幅の比率が０％超過７１．４％以下である転がり軸受。
【請求項２】
前記保持器は、前記内輪又は前記外輪に案内される軌道輪案内方式の保持器であり、前記内輪又は前記外輪に案内される被案内面を有し、前記被案内面の少なくとも一部が前記粗面とされている請求項１に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２には、保持器のポケットの内面を粗面化することによってポケット内の潤滑剤の保持力を向上させた転がり軸受が開示されている。
しかしながら、表面粗さを形成する微小な凹部では、その内部に保持可能な潤滑剤の量は少なく、潤滑剤の保持力の向上度合いは十分とは言えなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０８０６４号公報
【特許文献２】特開２００７−１９８４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、潤滑剤の保持力に優れ長寿命な転がり軸受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、本発明の一態様に係る転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の転動体と、内輪と外輪との間に複数の転動体を保持する保持器と、を備え、保持器の表面の少なくとも一部は、表面粗さを形成する微小なミクロ凹部と、ミクロ凹部よりも大きい複数のマクロ凹部と、を有する粗面とされており、マクロ凹部は幅０μｍ超過５０００μｍ以下の溝であり、この溝は間隔をあけて平行に並べられ、その間隔に対する幅の比率が０％超過７１．４％以下であることを要旨とする。
【０００６】
上記一態様に係る転がり軸受においては、保持器のポケットの表面の少なくとも一部を粗面としてもよい。また、上記一態様に係る転がり軸受においては、保持器は、内輪又は外輪に案内される軌道輪案内方式の保持器であり、内輪又は外輪に案内される被案内面を有し、被案内面の少なくとも一部を粗面としてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の転がり軸受は、潤滑剤の保持力に優れ長寿命である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の転がり軸受の一実施形態に係るアンギュラ玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【図２】保持器の構造及び角度αを説明する図である。
【図３】保持器の構造及び軸方向位置βを説明する図である。
【図４】粗面の構造を模式的に示した説明図である。
【図５】溝の幅とアンギュラ玉軸受の焼付き寿命との関係を示すグラフである。
【図６】溝の間隔に対する幅の比率とアンギュラ玉軸受の焼付き寿命との関係を示すグラフである。
【図７】式値とアンギュラ玉軸受の焼付き寿命との関係を示すグラフである。
【図８】角度αとアンギュラ玉軸受の焼付き寿命との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の転がり軸受の一実施形態に係るアンギュラ玉軸受を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１のアンギュラ玉軸受は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、内輪１の軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２と、内輪１の軌道面１ａと外輪２の軌道面２ａの間に転動自在に配された複数の転動体（玉）３と、内輪１と外輪２との間に複数の転動体３を保持する保持器４と、内輪１と外輪２との間の空隙部の開口を覆う接触タイプのシール５，５と、を備えている。なお、シール５は備えていなくてもよい。
【００１０】
この保持器４の種類は特に限定されるものではないが、例えば、図２，３に示すような保持器４があげられる。すなわち、この保持器４は、円筒状の本体４ａに複数のポケット４ｂを形成してなるものである。ポケット４ｂは、本体４ａの内周面と外周面とを貫通する円形の貫通孔からなる。そして、複数のポケット４ｂは、本体４ａの周方向に間隔をあけつつ一列に並んでいる。
【００１１】
保持器４の表面の少なくとも一部は、粗面とされている。この粗面は、表面粗さを形成する微小なミクロ凹部１１と、ミクロ凹部１１よりも大きい複数のマクロ凹部１２と、を有する（図４を参照）。マクロ凹部１２は溝であり、略直線状に延びる溝の複数が間隔をあけて平行に並べられている。溝の断面形状は特に限定されるものではなく、例えば矩形、三角形、円弧形状とすることができる。
【００１２】
粗面について、図４を参照しながらさらに詳細に説明する。粗面には複数のマクロ凹部１２が形成されており、マクロ凹部１２の内面を含む粗面の全体、すなわち、粗面のうちマクロ凹部１２が形成されていない部分（以下「凸部」と記す）、及び、マクロ凹部１２の内面には、表面粗さを形成する微小なミクロ凹部１１が形成されている。凸部の表面粗さＲａは特に限定されるものではないが、例えば０μｍＲａ超過としてもよく、１μｍＲａ以上１０μｍＲａ以下とすることが好ましい。マクロ凹部１２の内面に形成されているミクロ凹部１１も、凸部に形成されているミクロ凹部１１と同様のものである。
【００１３】
粗面にマクロ凹部１２として形成される溝の幅は、０μｍ超過５０００μｍ以下とされている。そして、これら溝の間隔に対する溝の幅の比率は、０％超過７１．４％以下とされている。なお、粗面に形成される複数の溝の幅及びこれら溝の間隔は全て同一であるが、全て同一としなくてもよい。
さらに、保持器４の表面のうち粗面とされていない部分には、マクロ凹部１２は形成されておらず、ミクロ凹部１１のみが形成されている。保持器４の表面のうち粗面とされていない部分の表面粗さＲａは特に限定されるものではないが、凸部の表面粗さＲａと同一としてもよい。すなわち、保持器４の表面のうち粗面とされていない部分と、凸部とには、同一のミクロ凹部１１を形成してもよい。
【００１４】
保持器４の表面の少なくとも一部が上記のような粗面とされていると、潤滑油、グリース等の潤滑剤が粗面に保持されるため、アンギュラ玉軸受は潤滑剤の保持力に優れ長寿命となる。詳述すると、ミクロ凹部１１に保持された潤滑剤が、保持器４に接触する相手部材（例えば、内輪１、外輪２、転動体３）と保持器４との接触界面に供給されるため、保持器４と相手部材との間の潤滑性や内輪１、外輪２と転動体３との間の潤滑性が良好となる。
【００１５】
また、マクロ凹部１２に保持された潤滑剤は、ミクロ凹部１１の毛細管現象によりミクロ凹部１１内に移動し、保持器４と相手部材との接触界面に供給される。しかも、マクロ凹部１２に保持された潤滑剤のほぼ全てを、毛細管現象によって接触界面に供給することが可能である。マクロ凹部１２には、ミクロ凹部１１よりも大量の潤滑剤を保持することが可能であるため、本実施形態のアンギュラ玉軸受は潤滑剤の保持力がより優れより長寿命となる。つまり、本実施形態の転がり軸受は、表面粗さを形成する微小なミクロ凹部のみを有する従来の転がり軸受に比べて、潤滑剤の保持力に優れ長寿命である。
【００１６】
さらに、保持器４の表面の少なくとも一部が上記のような粗面とされていると、保持器４と相手部材との接触界面からの摩耗粉の排出作用、転動体３の公転すべりの抑制作用、及び摩擦による発熱の抑制作用も得られる。
粗面にマクロ凹部１２として形成される溝の幅は、０μｍ超過５０００μｍ以下である。溝の幅が５０００μｍ超過であると、転動体３が溝内に落ち込んでしまうおそれがある。すると、溝の縁の角部が転動体３と接触することとなるので、接触面圧力が大きくなり、転がり軸受の寿命が低下するおそれがある。また、転動体３が凸部と溝との間を行き来することにより、振動が発生するおそれがある。
【００１７】
また、溝の間隔に対する溝の幅の比率は、０％超過７１．４％以下である。マクロ凹部１２は相手部材と接触せず、凸部が相手部材と接触して荷重を支持するが、溝の間隔に対する溝の幅の比率が７１．４％超過であると、凸部が狭いため、この部分に大きな接触面圧力が負荷されることとなる。その結果、凸部に形成されたミクロ凹部１１の摩耗が促進されるおそれがある。
【００１８】
アンギュラ玉軸受の潤滑性をより高めるためには、保持器４の表面のうち相手部材に対向する部分を粗面とすることが好ましい。相手部材に対向する部分は、相手部材に接触する可能性があるので、粗面とすることによって潤滑性を高めることが好ましい。例えば、保持器４の表面のうちポケット４ｂの表面を粗面とするとよい。また、図１のアンギュラ玉軸受が備える保持器４は、外輪２に案内される外輪案内方式の保持器であり（内輪１に案内される内輪案内方式の保持器としてもよい）、外輪２の内周面に形成された保持器案内面２ｂに案内される被案内面４ｃを有しているが、保持器４の表面のうち被案内面４ｃを粗面とするとよい。もちろん、ポケット４ｂの表面と被案内面４ｃの両方を粗面としてもよい。
【００１９】
ポケット４ｂの表面や被案内面４ｃに形成するマクロ凹部１２は、相手部材との摺動方向に沿って延びる溝とするとよい。すなわち、ポケット４ｂの表面には、転動体３とポケット４ｂの表面との摺動方向に沿って延びるように溝を形成するとよい。また、被案内面４ｃには、外輪２の保持器案内面２ｂと保持器４の被案内面４ｃとの摺動方向に沿って延びるように溝を形成するとよい。
【００２０】
ただし、保持器４の表面のうち相手部材に対向する部分の全てを粗面とすると、相手部材と接触した際に荷重を支持する凸部が狭くなるため、上記したように、凸部に形成されたミクロ凹部１１の摩耗が促進されるおそれがある。また、保持器４において相手部材に対向する部分のうち相手部材と接触するのはごく一部分であり、多くの部分は潤滑剤のみに接触する。
【００２１】
これらの事情を鑑みて、保持器４において相手部材に対向する部分のうち一部分を粗面とすれば、凸部に形成されたミクロ凹部１１の摩耗の抑制と潤滑剤の保持性とを両立して、転がり軸受をより長寿命とすることができる。例えば、ポケット４ｂの表面のうち転動体３と接触しない部分のみを粗面とすれば、凸部に形成されたミクロ凹部１１の摩耗が抑制され、転がり軸受をより長寿命とすることができる。また、保持器４の外周面のうち外輪２の保持器案内面２ｂと接触しない部分のみを粗面とすれば（内輪案内方式の保持器の場合は、保持器の内周面のうち内輪の保持器案内面と接触しない部分のみを粗面とすれば）、凸部に形成されたミクロ凹部１１の摩耗が抑制され、転がり軸受をより長寿命とすることができる。
【００２２】
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、本実施形態の転がり軸受は、上記のような形状の保持器を備えていたが、保持器の種類は特に限定されるものではなく、冠形保持器、波形保持器、かご形保持器、つの形保持器であってもよい。また、保持器の材質は特に限定されるものではなく、金属、樹脂等を使用可能であるが、樹脂を使用すれば粗面を備える保持器を射出成形により作製することができるので、作製が容易である。
【００２３】
さらに、本実施形態においては転がり軸受としてアンギュラ玉軸受を例示して説明したが、本発明の転がり軸受は、他の種類の様々な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，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，自動調心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。
【００２４】
さらに、転がり軸受が接触タイプのシール５を備える場合には、シール５のリップのうち軌道輪（図１のアンギュラ玉軸受の場合は内輪１）と接触する部分に、本発明を適用してもよい。すなわち、シール５のリップのうち軌道輪と接触する部分の少なくとも一部を、表面粗さを形成する微小なミクロ凹部と、ミクロ凹部よりも大きい複数のマクロ凹部と、を有する粗面としてもよい。シール５の場合も、マクロ凹部は幅０μｍ超過５０００μｍ以下の溝であり、この溝は間隔をあけて平行に並べられ、間隔に対する幅の比率が０％超過７１．４％以下である。このような構成により、シール５と軌道輪との間の潤滑性が良好となるので、シール５が損傷しにくく転がり軸受が長寿命となる。
【００２５】
〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。図１に示すような外輪案内方式のアンギュラ玉軸受（呼び番号：７０ＢＮＲ１０ＨＴＶ１Ｖ）において、保持器が備える粗面の性状を種々変更したものを用意して、これらアンギュラ玉軸受の回転試験を行い、耐久性（焼付き寿命）を評価した。粗面の性状としては、マクロ凹部としての溝の幅及び間隔を、表１に示す通り変更した。溝の深さは、いずれのアンギュラ玉軸受においても１００μｍとした。なお、比較例３は、ミクロ凹部のみを形成したものであり、マクロ凹部は形成していない。
【００２６】
粗面を形成する部位は、保持器のポケットの表面全体と、保持器の外周面全体である。また、マクロ凹部としての溝は、摺動方向に平行に形成した。すなわち、保持器のポケットに形成する溝は、ポケットと転動体との摺動の方向に平行とし、保持器の外周面に形成する溝は、保持器の外周面と外輪の内周面との摺動の方向に平行とした。さらに、ミクロ凹部により形成される表面粗さは、いずれのアンギュラ玉軸受においても方向性はなく、２．５μｍＲａである。
【００２７】
これらの保持器は、ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物（ポリフェニレンサルファイド樹脂７０質量％と炭素繊維３０質量％を混合した組成物）の射出成形により作製した。射出成形に用いる金型の表面に突起を形成し、これが転写されることにより、ミクロ凹部及びマクロ凹部を形成した。
回転試験の条件は、以下の通りである。
【００２８】
潤滑剤  ：軸受１個あたり２．６ｇのグリースで潤滑
回転速度：１６０００ｍｉｎ-1（ｄｍｎ：１４２万）
冷却方法：外筒冷却
【００２９】
【表１】
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【００３０】
上記の条件でアンギュラ玉軸受を回転させ、外輪の温度が所定の温度を超えるまでの時間を焼付き寿命とした。結果を表１及び図５，６のグラフに示す。なお、表１及び図５，６に記載の焼付き寿命は、マクロ凹部を形成していない比較例３の焼付き寿命を１とした場合の相対値で示してある。また、図５，６のグラフ中の円形のプロットは実施例１〜１０を示し、三角形のプロットは比較例１〜３を示す。
【００３１】
表１及び図５，６のグラフの結果から分かるように、実施例１〜１０のアンギュラ玉軸受は比較例３のアンギュラ玉軸受よりも焼付き寿命が優れており、ミクロ凹部及びマクロ凹部が形成された粗面を有することによる焼付き防止効果が確認された。
また、実施例１〜１０のアンギュラ玉軸受は、回転試験終了後においても保持器の外周面にミクロ凹部及びマクロ凹部が残存していた。このことから、粗面にグリースが保持されやすく、保持器の外周面と外輪の内周面との間の潤滑性が向上したことが分かる。
【００３２】
さらに、実施例１〜１０及び比較例１，２から、溝の幅は５０００μｍ以下である必要があり、溝の幅が小さい方が焼付き寿命が優れていることが分かる。さらに、溝の間隔は２００００μｍ以下であることが好ましいことが分かる。さらに、溝の間隔に対する幅の比率が５％以上７１．４％以下であれば、焼付き防止効果が優れていることが分かる。
さらに、実施例１〜１０及び比較例１〜３の結果から、溝の幅、間隔、溝の間隔に対する幅の比率を下記式に代入して算出された値（以下「式値」と記す）が、アンギュラ玉軸受の焼付き寿命と相関関係があることが分かった。なお、式中の溝の幅及び間隔の単位はμｍであり、溝の間隔に対する幅の比率の単位は％である。
【００３３】
式：（〔幅〕×３＋〔間隔〕）／５００＋〔比率〕
結果を表１及び図７のグラフに示す。表１及び図７のグラフから、式値が３２以上９３以下であれば焼付き寿命が優れており、式値が３２以上８０以下であれば焼付き寿命がさらに優れていることが分かる。なお、図７のグラフ中の円形のプロットは実施例１〜１０を示し、三角形のプロットは比較例１〜３を示す。
【００３４】
次に、図１に示すような外輪案内方式のアンギュラ玉軸受（呼び番号：７０ＢＮＲ１０ＨＴＶ１Ｖ）において、保持器に形成した粗面の広さを表２に示すように種々変更したものを用意して、これらアンギュラ玉軸受の回転試験を行い、耐久性（焼付き寿命）を評価した。保持器に形成した粗面の広さを種々変更した点以外は、アンギュラ玉軸受の構成や試験条件は、粗面の性状を種々変更して行った上記の試験と同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。
【００３５】
粗面を形成する部位は、保持器のポケットの表面と、保持器の外周面である。まず、ポケットの表面に形成した粗面について説明する。表２及び図２の角度αは、ポケットの表面のうち粗面（マクロ凹部）を形成した領域を規定する値である。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
ポケットの中心を通り保持器の周方向に沿う線が、ポケットの表面と２点において交差するが、これら２点のうち一方を角度α＝０°、他方を角度α＝１８０°とする。そして、ポケットの表面のうちどの位相の領域に粗面を有するかを、角度αの範囲で表示する。例えば実施例１１の場合は、表２に０〜３６０°と示してあるが、ポケットの表面のうち角度α＝０°の位相から角度α＝３６０°の位相までの領域に粗面を有することを意味する。すなわち、ポケットの表面の全面に粗面を有することを意味する。
【００３８】
また、例えば実施例１３の場合は、表２に３０〜１５０、２１０〜３３０と示してあるが、ポケットの表面のうち角度α＝３０°の位相から角度α＝１５０°の位相までの領域、及び、角度α＝２１０°の位相から角度α＝３３０°の位相までの領域（図２において破線で示した角度）に粗面を有することを意味する。これらの領域以外の領域には粗面（マクロ凹部）は形成されておらず、表面粗さを形成する微小なミクロ凹部のみが形成されている。
【００３９】
次に、保持器の外周面に形成した粗面について説明する。表２及び図３の軸方向位置βは、保持器の外周面のうち粗面（マクロ凹部）を形成した領域を規定する値である。保持器の外周面のうち軸方向一端（図３においては右端）を軸方向位置β＝１、軸方向他端（図３においては左端）を軸方向位置β＝０とする。そして、保持器の外周面のうち軸方向のどの領域に粗面を有するかを、軸方向位置βの範囲で表示する。
【００４０】
本試験で使用するアンギュラ玉軸受は外輪案内方式の軸受であり、図１から分かるように、外輪の内周面のうち転動体よりも軸方向一端側（図１においては右側）の部分が保持器案内面となっていて、この部分のみが保持器の被案内面と接するようになっている。このように保持器の外周面のうち軸方向一端側（図１においては右側）のみが被案内面となっている場合には、保持器の外周面のうち保持器案内面が位置する側の軸方向端部（図３においては右端）を軸方向位置β＝１とする。
【００４１】
例えば実施例１１の場合は、表２に０〜１と示してあるが、保持器の外周面のうち軸方向位置β＝０の位置から軸方向位置β＝１の位置までの領域に粗面を有することを意味する。すなわち、保持器の外周面の全面に粗面を有することを意味する。また、例えば実施例１８の場合は、表２に０〜０．２５と示してあるが、保持器の外周面のうち軸方向位置β＝０の位置から軸方向位置β＝０．２５の位置（図３において破線で示した軸方向位置）までの領域に粗面を有することを意味する。これらの領域以外の領域には粗面（マクロ凹部）は形成されておらず、表面粗さを形成する微小なミクロ凹部のみが形成されている。なお、比較例４は、保持器のポケットの表面及び保持器の外周面いずれにもマクロ凹部は形成されておらず、ミクロ凹部のみが形成されたものである。
【００４２】
いずれのアンギュラ玉軸受においても、マクロ凹部としての溝の幅は１０００μｍ、間隔は２０００μｍ、深さは１００μｍとした。また、ミクロ凹部により形成される表面粗さは、いずれのアンギュラ玉軸受においても方向性はなく、３．５μｍＲａである。
表２に示す各アンギュラ玉軸受を上記と同様の条件で回転させ、外輪の温度が所定の温度を超えるまでの時間を焼付き寿命とした。結果を表２及び図８のグラフに示す。なお、表２及び図８のグラフに記載の焼付き寿命は、保持器のポケットの表面及び保持器の外周面のいずれにもマクロ凹部を形成していない比較例４の焼付き寿命を１とした場合の相対値で示してある。また、図８のグラフは、表２に示した角度αの範囲のうち最小の数値をプロットしたものである。例えば、実施例１２であれば、角度αは１５〜１６５及び１９５〜３４５であるから、最小の１５をプロットした。実施例１７及び比較例４の場合は、角度αは９０をプロットした。さらに、図８のグラフ中の円形のプロットは実施例１１〜２２を示し、三角形のプロットは比較例４を示す。
【００４３】
表２及び図８のグラフの結果から分かるように、実施例１１〜２２のアンギュラ玉軸受は比較例４のアンギュラ玉軸受よりも焼付き寿命が優れており、ミクロ凹部及びマクロ凹部が形成された粗面を有することによる焼付き防止効果が確認された。
また、ポケットの表面は、全面が転動体と接触するのではなく、角度αで言えば位相０°の近傍部分と位相１８０°の近傍部分が主に接触し、位相９０°の近傍部分と位相２７０°の近傍部分は接触しにくい。また、保持器の外周面は、被案内面となる転動体３よりも軸方向右端側部分は外輪の内周面と接触するが、転動体３よりも軸方向左端側部分は外輪の内周面と接触しない。
【００４４】
実施例１１は、ポケットの表面のうち転動体と接触する部分にも粗面（マクロ凹部）が形成されているが、実施例１２〜１６は、ポケットの表面のうち転動体と接触する部分には粗面（マクロ凹部）が形成されていないか、あるいは、形成されていてもその領域が小さいので、潤滑性がより向上し、より長寿命となったと考えられる。また、実施例１１は、保持器の外周面のうち外輪と接触する部分にも粗面（マクロ凹部）が形成されているが、実施例１８〜２０は、保持器の外周面のうち外輪と接触する部分には粗面（マクロ凹部）が形成されていないか、あるいは、形成されていてもその領域が小さいので、潤滑性がより向上し、より長寿命となったと考えられる。
【００４５】
さらに、実施例１１〜２２のアンギュラ玉軸受は、回転試験終了後においても保持器の外周面にミクロ凹部及びマクロ凹部が残存していた。このことから、粗面にグリースが保持されやすく、保持器の外周面と外輪の内周面との潤滑性が向上したことが分かる。
【符号の説明】
【００４６】
１        内輪
２        外輪
３        転動体
４        保持器
４ｂ      ポケット
４ｃ      被案内面
１１        ミクロ凹部
１２        マクロ凹部
【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７】
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【図８】
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