(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える転がり軸受に用いられ、前記転動体が公転する方向に該転動体を等配に保持するポケットを有する低炭素鋼製の保持器において、
表面のうち少なくとも前記転動体との接触部分は加工硬化されており、表面から深さ方向で０．０２〜０．０５ｍｍの部分の硬さがＨｖ２０４〜２６３で、内部の硬さがＨｖ１２０〜１７０であり、
前記低炭素鋼は、Ｃを０．０２〜０．１０重量％、Ｍｎを０．１０〜０．４５重量％含有するとともに、降伏強度と引張強度との比（降伏強度／引張強度）が０．６５〜０．７５である鋼であることを特徴とする転がり軸受用保持器。
【請求項２】
前記低炭素鋼の降伏強度と引張強度との比（降伏強度／引張強度）が０．７０〜０．７５であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の転がり軸受用保持器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、転がり軸受用保持器に係り、特に、一般産業機械，工作機械，鉄鋼用機械等に使用される転がり軸受用の保持器に関する。
【０００２】
背景技術
従来、転がり軸受用保持器の金属材料としては、軟鋼や高力黄銅が使用されていた。高力黄銅は自己潤滑性を有しているものの、材料費が高く、また、もみ抜きで加工されるため加工費が高く、さらに、材料歩留まりも低いことから、特殊用途に限定されていた。このような理由から、転がり軸受用保持器の金属材料としては、大部分はＳＰＣＣ材が使用され、その成形加工性を生かして鋼板からプレス成形により転がり軸受用保持器が製造されていた。
【０００３】
ＳＰＣＣ材は汎用性が高く、プレス成形により様々な部品が製造されるが、ＪＩＳ規格により規定されているその組成範囲は、Ｃ含有量が０．１２％以下、Ｍｎ含有量が０．５％以下と極めて広い。
Ｃ含有量を０．００１％オーダーに極低炭素化したＳＰＣＣ材である深絞り用鋼板から、プレス成形により製造した転がり軸受用保持器の場合には、Ｃ含有量がきわめて少ないため材料の降伏強度が低いので、転がり軸受用保持器の強度が不足するおそれがある。すなわち、ＪＩＳ規格の範囲内の組成であっても、ＳＰＣＣ材の強度水準が異なるために保持器の強度が変化し、安定した性能が得られないことがある。
【０００４】
また、同一組成であっても、焼き鈍し状態の違いによって硬さが変化するため、硬さすなわち強度が大きくばらつく可能性があり、転がり軸受用保持器として安定した性能が得られにくいという問題点を有している。
一方、近年、転がり軸受の使用条件が厳しくなり、高負荷容量型の転がり軸受が開発されている。高負荷容量に対応するため、従来よりもころの径を小さくしてころの数を増やす方法が採用されたり、さらに転がり軸受用保持器の形状が最適に設計されるようになり、その形状が複雑化してきている。
【０００５】
特に、高負荷容量化によってころの数を増やす方法の場合、ころ間の間隔が小さくなるために、転がり軸受用保持器の柱を細くする必要性が生じる。したがって、使用するＳＰＣＣ材の組成や硬さによっては、転がり軸受用保持器の柱の強度が不足して変形を起こしたり、転がり軸受の転動体との接触面において塑性変形を起こして、転がり軸受用保持器の形状や寸法精度を維持できず、最悪の場合は破損してしまうおそれもあった。
【０００６】
そこで、本発明は上記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、変形や破損を起こしにくく、安定した性能を有する高強度の転がり軸受用保持器を提供することを課題とする。
【０００７】
発明の開示
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。すなわち本発明の転がり軸受用保持器は、外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える転がり軸受に用いられ、前記転動体が公転する方向に該転動体を等配に保持するポケットを有する低炭素鋼製の保持器において、表面のうち少なくとも前記転動体との接触部分は加工硬化されており、表面から深さ方向で０．０２〜０．０５ｍｍの部分の硬さがＨｖ２０４〜２６３で、内部の硬さがＨｖ１２０〜１７０であることを特徴とする。
【０００８】
このような構成であれば、転がり軸受用保持器を高強度に維持でき、且つ衝撃荷重の発生する転がり軸受の転動体との接触部分での、変形や破損を抑制することが可能となる。  表面から深さ方向で０．０２〜０．０５ｍｍの部分の硬さがＨｖ２０４未満であると、転がり軸受の転動体との接触による衝撃荷重で塑性変形が生じやすくなり、該保持器に変形や破損が生じやすい。
【０００９】
なお、前記転がり軸受用保持器の内部の硬さがＨｖ１２０未満の場合には、該保持器に変形や破損が生じやすく、Ｈｖ１７０超過の場合には、該保持器の強度は向上するものの、成形性が低下して所定の寸法精度が得られにくい。
【００１０】
また、プレス成形性等の成形性を考慮すると、Ｈｖ１１０〜１６０が好ましい。
また、前記低炭素鋼の降伏強度と引張強度との比（降伏強度／引張強度）は、０．６５〜０．７５であることが好ましい。前記低炭素鋼の降伏強度と引張強度との比が０．６５未満の場合には、該保持器の強度が不十分となり、また、所定の寸法精度が得られにくい。このような不都合がより生じにくくするためには、前記低炭素鋼の降伏強度と引張強度との比は０．７０以上であることがより好ましい。なお、前記低炭素鋼の降伏強度と引張強度との比は高い方が望ましいが、商業的には０．７５が限界値（上限）である（第１図参照）。
【００１１】
さらに、前記低炭素鋼は、Ｃを０．０２〜０．１０重量％、Ｍｎを０．１０〜０．４５重量％含有する鋼とすることができる。
Ｃは母相のフェライトに固溶し強度を著しく増大させる作用があり、０．０２重量％以上でそのような作用が十分に発揮されるので、Ｃ含有量は０．０２重量％以上であることが好ましい。しかし、０．１０重量％を超えて含有しても前記作用は向上せず飽和する。また、延性が低下し成形性が低下して、プレス成形の場合はプレス後の転がり軸受用保持器の寸法精度が確保しにくくなるので、Ｃ含有量は０．１０重量％以下であることが好ましい。したがって、Ｃ含有量は０．０２〜０．１０重量％であることが好ましい。
【００１２】
また、Ｍｎは母相のフェライトに固溶し材料を強化する作用があり、０．１０重量％以上の添加で上記のような作用が十分に発揮されるので、Ｍｎ含有量は０．１０重量％以上であることが好ましい。一方、Ｍｎを過剰に添加すると成形性が低下し、プレス成形の場合には成形時に割れが発生しやすくなるので、０．４５重量％以下であることが好ましい。したがって、Ｍｎ含有量は０．１０〜０．４５重量％であることが好ましい。
【００１３】
発明を実施するための最良の形態
本発明に係る転がり軸受用保持器の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本実施形態の転がり軸受用保持器の金属材料について説明する。
転がり軸受用保持器が使用中に破損することを防止するには、引張強度の高い鋼材を材料として使用する必要があると共に、転がり軸受用保持器の寸法精度を安定に保つために、降伏応力が高い鋼材を使用する必要がある。よって、転がり軸受用保持器の強度を、鋼材の降伏強度と引張強度との比（以降は、降伏強度／引張強度と記す）により評価できる。
【００１４】
そこで、表１に示す組成の８種のＳＰＣＣ材について引張試験を行ない、Ｃ含有量と降伏強度／引張強度との関係を評価した。その結果を第１図のグラフに示す。なお、いずれのＳＰＣＣ材（板材）についても標準調質材を使用した。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
第１図からわかるように、Ｃ含有量が０．０２重量％未満では、フェライト中の固溶炭素量が少ないため、降伏強度／引張強度の値が小さいが、０．０２重量％以上添加されると、Ｃの固溶強化によって降伏強度／引張強度の値が大幅に向上する。しかしながら、０．１０重量％を超えると、降伏強度／引張強度の値はほぼ飽和する。
これらの結果から、転がり軸受用保持器の金属材料については、Ｃ含有量は０．０２〜０．１０重量％であることが好ましいことがわかる。そして、そのような金属材料は降伏強度／引張強度の値が高く、転がり軸受用保持器が使用中に破損することを防止することや、転がり軸受用保持器の寸法精度を安定に保つことが可能である。第１図から分かるように、そのような金属材料の降伏強度／引張強度の値は０．６５〜０．７５で、より好ましくは０．７０〜０．７５である。
【００１７】
次に、本実施形態の転がり軸受用保持器について説明する。第２図は本発明の一実施形態である転がり軸受用保持器を備えた円筒ころ軸受の断面図である。
円筒ころ軸受１（日本精工株式会社製、呼び番号ＮＪ３０８）は、外輪２と、内輪２と、外輪２と内輪３との間に転動自在に配設された複数のころ４と、複数のころ４を保持する冷間圧延鋼板製のプレス保持器５とから構成されている。このプレス保持器５は、表２に示した組成のＣ及びＭｎを含有するＳＰＣＣ材から製造されたかご形保持器である。
【００１７】
【表２】
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【００１８】
プレス保持器５について、回転耐久試験及び引張試験を行い、その性能を確認した。
回転耐久試験は、正転逆転を単時間に切り換える条件で行い、加速度的に評価を行った。試験条件を以下に示す。
回転切換速度：１０Ｈｚ以上
潤滑条件：油浴潤滑
潤滑油：モービル（ＩＳＯ  ＶＧ６８）
【００１９】
次に、第３図の（ａ）に示すような日本精工株式会社製の円環引張試験機を用いて行った引張試験の方法を説明する。
この円環引張試験機は、固定された基台１０と、油圧により上下に可動するシリンダ１１と、で構成されていて、シリンダ１１の下方に連続して設けられた案内平板１５が基台１０の垂直な角柱状孔１０ａに案内されることにより、シリンダ１１が上下に移動するようになっている。また、基台１０とシリンダ１１とには半円形の治具１２ａ，１２ｂがそれぞれ取り付けられている。
【００２０】
２つ合わせてほぼ円形をなしている治具１２ａ，１２ｂにリング状の試験片１４を装着した後に、シリンダ１１を上方に動かすと、治具１２ｂが上方に移動することにより試験片１４が上下方向に引っ張られて、円環引張り試験を行うことができる。
この際、案内平板１５は基台１０の角柱状孔１０ａに案内されて移動するため、試験片１４は、試験片１４の軸心に直交する面（第３図の（ｂ）においては紙面）に対して平行に、相対的に引っ張られる。なお、試験片１４の軸心に直交する面に対して平行に、試験片１４を引っ張ることが可能であれば、案内平板１５を案内する構造は、角柱状孔１０ａにより案内する構造に限定されるものではなく、案内平板１５を直動案内する構造等でもよい。
【００２１】
なお、半円形の治具１２ａ，１２ｂの円弧の直径は、リング状の試験片１４の内径の０．８倍としてあり、さらに、治具１２ａ，１２ｂの円弧部分には試験片１４をはめ込む案内溝１３が設けてある（第３図の（ｂ）を参照）。このことから、引張試験の際に、試験片１４の装着位置がずれたり、試験片１４が座屈したりすることが防止されるようになっている。
【００２２】
プレス保持器５の柱とフランジ部とは同等の強度を有すると考えられるので、プレス保持器５（外径７４ｍｍ，内径７０ｍｍ，幅２１．７ｍｍ）の柱を切断することにより得られるリング状のフランジ部（外径７４ｍｍ，内径７０ｍｍ，幅２．０ｍｍ）を、試験片１４として用いた。引張速度は０．２ｍｍ／ｓｅｃである。
このような円環引張り試験は、実際のプレス保持器においてフランジ部に作用する円周方向の応力及びその繰り返し応力による疲労に対する耐力や、柱とフランジ部との連結部の耐疲労強度などのような、保持器の総合的性能を評価することができる試験であることを本出願人は見出した。したがって、ＪＩＳ等で定める板状の試験片の引張試験とは必ずしもその試験結果は一致せず、保持器特有の性能を評価する場合に好適な試験である。
【００２３】
さらに、円環引張り試験の試験片１４を作製する際に切断したプレス保持器５のポケットの柱の部分を用いて、硬さを評価した。すなわち、柱の部分を埋め込み、研磨して、内部の硬さと表面のうちころ４が接触する部分の硬さとを測定した。表面の硬さは、表面から深さ方向で０．０２〜０．０５ｍｍの部分について測定した。
なお、この表面及び内部の硬さの測定は、以下のようにして製造したプレス保持器５について行った。まず、完成品の保持器の肉厚と同じ厚さで圧延率が異なる数種の圧延材（冷間圧延した後に焼き鈍しを施したもの）を用意し、この圧延材の表面及び内部の硬さを測定する。そして、その測定結果を目安にしてプレス加工により保持器を製造し、得られた完成品の保持器の柱の表面及び内部の硬さを測定した。
【００２４】
これらの試験結果を表２に示す。
まず、プレス保持器５の表面のうち、ころ４と接触する部分の硬さの、回転耐久試験結果への影響について検討する。第４図のグラフは、プレス保持器５の表面のうち、ころ４と接触する部分の硬さと、回転耐久試験によるプレス保持器５が破損するまでの繰り返し回転数との相関を示すものである。
【００２５】
円筒ころ軸受１の回転中にはころ４がプレス保持器５のポケットの柱に繰り返し衝突するので、ころ４と前記柱との接触部分には、繰り返し衝撃荷重が付与される。実施例１〜８のように、ころ４との接触部分の表面の硬度がＨｖｌ９０〜２６３のものは、破損までの繰り返し回転数が大変大きい。
特に、ころ４との接触部分の表面の硬度がＨｖ２０４〜２６３の実施例３〜８は、破損までの繰り返し回転数が優れた値で安定している。
【００２６】
しかし、比較例３〜５のように、表面の硬さがＨｖｌ９０未満のものは、前記接触部分の強度が不足するため、前記衝撃荷重によって微小な塑性変形が発生することにより回転精度が変化して、早期破損に至ったと考えられる。
実施例１〜８については、加工硬化等によりいずれもＨｖｌ９０〜２６３となっていて、ころ４とプレス保持器５との接触部分の強度を確保することできるので、前記衝撃荷重による微小な塑性変形が防止され、破損までの繰り返し回転数を大きくすることができる。
【００２７】
一方、比較例６，７では、ころ４とプレス保持器５との接触部分の表面の硬さはＨｖｌ９０を超えているものの、早期破損に至っている。これは、プレス保持器５がいずれも極低炭素鋼板から製造され、内部の硬さ、すなわちプレス成形前の素材の硬さが小さく、プレス保持器５の強度が不足しているためである。したがって、プレス保持器５に十分な強度を付与するためには、ころ４とプレス保持器５との接触部分の表面の硬さのみでなく、内部の硬さを同時に確保する必要がある。
【００２８】
第５図のグラフは、プレス保持器５の内部の硬さと、回転耐久試験によるプレス保持器５が破損するまでの繰り返し回転数との相関を示すものである。
内部の硬さがＨｖ１１０未満の場合には、いずれも回転耐久試験において早期破損を起こしているが、内部の硬さがＨｖ１１０以上になると破損するまでの繰り返し回転数が大幅に向上している。特に、内部の硬さがＨｖ１２０以上の実施例３〜８は、破損までの繰り返し回転数が優れた値で安定している。
【００２９】
ころ４とプレス保持器５との接触部分の表面の硬さは、面押し等の塑性加工によって硬化させることが可能であるが、内部の硬さについては後に硬化させることはできないので、比較例６，７のような深絞り性に優れる極低炭素材は、内部の硬さが低く保持器自体の強度が不足してしまうので好適に使用できないことを、上記の結果は示している。
また、実施例１〜８に示すように、内部の硬さがＨｖ１１０以上のものについては、引張試験による保持器の破断荷重も大きく、その効果は明らかである。
【００３０】
さらに、Ｃ含有量が０．０２重量％以上で同一炭素量の場合でも、鋼板製造時の焼き鈍し温度によって硬さが変化するので、硬質材を使用することによって内部の硬さを確保すれば、プレス保持器５の強度を向上させることは容易である。しかし、比較例２に示したように、Ｈｖ１７０を越える硬質材を使用した場合には、プレス成形性が低下してしまい所定の寸法精度が得られない。
【００３１】
さらにまた、比較例１はＣ，Ｍｎ含有量が本発明の範囲の上限値を超えており、内部の硬さがＨｖ１７０以上となっているので、比較例２と同様に、素材のプレス成形性が低下し所定の寸法精度が得られない。
以上のように、本実施形態（実施例１〜８）の転がり軸受用保持器は、変形や破損を起こしにくく、プレス成形性や寸法精度が良好である。
【００３２】
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、本実施形態においては、転がり軸受用保持器として円筒ころ軸受用の保持器を例示して説明したが、本発明の転がり軸受用保持器は、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、針状ころ軸受，自動調心ころ軸受，深みぞ玉軸受，アンギュラ玉軸受，玉軸受等である。
【００３３】
産業上の利用可能性
以上のように、本発明の転がり軸受用保持器は、変形や破損を起こしにくく、安定した性能を有する高強度な転がり軸受用保持器である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、鋼におけるＣ含有量と強度比（降伏強度／引張強度）との相関を示すグラフである。
第２図は、本実施形態の転がり軸受用保持器を備えた円筒ころ軸受の断面図である。
第３図は、保持器の引張試験の方法を説明する図である。
第４図は、転がり軸受用保持器の、回転耐久試験による破損までの繰り返し回転数と、転動体と接触する部分の表面の硬さとの相関を示すグラフである。
第５図は、転がり軸受用保持器の、回転耐久試験による破損までの繰り返し回転数と、内部の硬さとの相関を示すグラフである。
【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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