JP2009257416A - 転がり軸受用保持器、転がり軸受および転がり軸受用保持器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度化および軽量化を両立しつつ、耐摩耗性だけでなく耐焼付き性をも向上させた転がり軸受用保持器とその製造方法、および当該転がり軸受用保持器を備えた転がり軸受を提供する。
【解決手段】保持器は、アルミニウム合金からなるベース部１４Ａと、ベース部１４Ａの表面を含む領域に形成された硬質陽極酸化皮膜１４Ｅとを備えている。硬質陽極酸化皮膜１４Ｅは、ベース部１４Ａとは反対側の表面に開口１４Ｈを有する複数のポア１４Ｇを含んでいる。硬質陽極酸化皮膜１４Ｅの、ベース部１４Ａとは反対側の表面の面積に占める、複数のポア１４Ｇの開口１４Ｈの面積の合計値の割合は、１０％以上５０％以下である。そして、ポア１４Ｇの内部には、固体潤滑剤１４Ｊが充填されて保持されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、転がり軸受用保持器、転がり軸受および転がり軸受用保持器の製造方法に関し、より特定的には、高強度かつ軽量な転がり軸受用保持器とその製造方法および当該転がり軸受用保持器を備えた転がり軸受に関するものである。

近年、転がり軸受が使用される機械装置の高性能化、高効率化の進行に伴い、転がり軸受に対しては、耐久性の向上とともに軽量化が求められている。これに伴い、転がり軸受を構成する軌道輪などの軌道部材、玉やころなどの転動体だけでなく、転動体を保持する転がり軸受用保持器に対しても、高強度化および軽量化が要求される傾向にある。一般に、高い強度が要求される環境下で使用される保持器の素材には、鋼、銅合金などが採用される。しかし、これらの素材は比重が高く、これらを素材として採用した保持器では、近年の軽量化の要求に十分応えることは困難である。一方、軽量な保持器として、樹脂からなる保持器が採用される場合がある。しかし、樹脂製の保持器は、高い強度を要求される環境下で使用される保持器としては必ずしも十分な強度を有しているとはいえない。

これに対し、保持器の軽量化と高強度化を両立可能な素材として、アルミニウム合金およびマグネシウム合金が挙げられる。このうち、マグネシウム合金は、粉末状態では水や酸素との反応性が高いため機械加工における管理が難しく、保持器の素材として採用することは困難である。一方、アルミニウム合金は素材価格も比較的低廉であり、軽量化と高強度化とを両立する保持器の素材として有望である。そのため、アルミニウム合金を保持器の素材として採用する提案がなされている（たとえば、特許文献１参照）。

しかし、アルミニウム合金は、転動部材や転動体の素材として一般に用いられる鋼との間で焼付きが発生しやすく、保持器を構成する素材としてアルミニウム合金を採用するためには耐焼付き性および耐摩耗性を改善する必要がある。これに対し、アルミニウム合金からなる保持器の表面に陽極酸化皮膜を形成した保持器が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。これにより、アルミニウム合金からなる保持器の表面硬度が向上する。
特開平１１−２３０１７５号公報 実開平４−４２９１９号公報

しかしながら、保持器の表面硬度が上昇した場合、保持器自体の耐摩耗性は向上するものの、保持器と転動体、あるいは保持器と軌道部材との耐焼付き性は、むしろ低下するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、高強度化および軽量化を両立しつつ、耐摩耗性だけでなく耐焼付き性をも向上させた転がり軸受用保持器とその製造方法、および当該転がり軸受用保持器を備えることにより、高強度化および軽量化とともに、耐摩耗性および耐焼付き性の向上をも達成した転がり軸受を提供することである。

本発明に従った転がり軸受用保持器は、アルミニウム合金からなるベース部と、ベース部の表面を含む領域に形成された硬質陽極酸化皮膜とを備えている。硬質陽極酸化皮膜は、ベース部とは反対側の表面に開口を有する複数のポアを含んでいる。そして、硬質陽極酸化皮膜の、ベース部とは反対側の表面の面積に占める、複数のポアの開口の面積の合計値の割合は、１０％以上５０％以下である。さらに、当該ポアの内部には、固体潤滑剤が保持されている。

本発明の転がり軸受用保持器においては、保持器を構成するベース部がアルミニウム合金からなることにより、保持器の高強度化および軽量化が両立されている。また、ベース部の表面を含む領域に硬質陽極酸化皮膜が形成されている。そのため、保持器の表面硬度が上昇し、耐摩耗性が向上している。さらに、当該硬質陽極酸化皮膜が表面に開口を有するポアを適切な量だけ含み、当該ポアの内部に固体潤滑剤が保持されていることにより、保持器と他の部材（転動体、軌道部材、他の保持器など）との間において潤滑が不十分となった場合でも、当該ポアの内部から固体潤滑剤が保持器と当該他の部材との間に供給され、焼付きの発生が抑制され、耐焼付き性が向上している。その結果、本発明の転がり軸受用保持器によれば、高強度化および軽量化を両立しつつ、耐摩耗性だけでなく耐焼付き性をも向上させた転がり軸受用保持器を提供することができる。

ここで、硬質陽極酸化皮膜の表面におけるポアの開口の面積率が１０％未満では、耐焼付き性を向上させる効果が小さいため、当該面積率は１０％以上であることが必要であり、耐焼付き性を向上させる効果を安定して得るためには２０％以上であることが好ましい。また、上記開口の面積率が５０％を超えると硬質陽極酸化皮膜の耐摩耗性が低下するため、当該面積率は５０％以下であることが必要である。なお、当該面積率は、たとえば硬質陽極酸化皮膜の表面をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）などの顕微鏡により観察して写真を撮影し、当該写真を画像処理ソフトにより２値化処理することにより算出することができる。このとき、２値化処理の閾値は、顕微鏡により観察される開口と、２値化処理した結果開口と判断される領域とが一致するように、適切な値を選択することができる。

また、上記ベース部を構成するアルミニウム合金としては、たとえばＪＩＳ規格Ｈ４０００に規定されるＡ６０６１、Ａ２０１７、Ａ２０１４、Ａ２０２４などを採用することができる。さらに、硬質陽極酸化皮膜とは、ＪＩＳ規格Ｈ８６０３に規定された硬質陽極酸化皮膜をいう。また、ポアの内部に保持される固体潤滑剤としては、たとえば二硫化モリブデン、グラファイト、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙ Ｔｅｔｒａ Ｆｌｕｏｒｏ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ；ポリ４フッ化エチレン樹脂）、二硫化タングステン、スズ、ＰＩ（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ；ポリイミド）、ＰＡＩ（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ ｉｍｉｄｅ；ポリアミドイミド）、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）などを採用することができる。

上記転がり軸受用保持器において好ましくは、上記開口は、０．３μｍ以上の直径を有している。

一般に、固体潤滑剤の粒径は０．３μｍ程度あるいはそれ以上である。上記開口の直径が０．３μｍ未満である場合でも、たとえば固体潤滑剤をイオン化し、電気泳動させることにより、固体潤滑剤をポアの内部に保持させることは可能であるが、開口の直径を０．３μｍとすることにより、容易に、固体潤滑剤をポアの内部に保持させることができる。一方、上記開口の直径が１００μｍを超えると、転動体が通過する際に底角部に生じる応力集中によりき裂を生じるおそれがあるため、開口の直径は１００μｍ以下であることが好ましい。ここで、上記開口が円形でない場合、開口の直径とは、当該開口の内接円の直径をいう。

上記転がり軸受用保持器において好ましくは、硬質陽極酸化皮膜の、ベース部とは反対側の表面上に形成され、固体潤滑剤からなる潤滑皮膜をさらに備えている。これにより、転がり軸受用保持器の耐焼付き性が一層向上する。

上記転がり軸受用保持器において好ましくは、上記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン、グラファイト、ＰＴＦＥ、二硫化タングステンおよびスズからなる群から選択される少なくともいずれか１つを含んでいる。

これらの固体潤滑剤は耐焼付き性に優れるため、上記固体潤滑剤として好適である。特に、耐熱性および耐摩耗性を重視すべき用途においては、上記固体潤滑剤は、二硫化モリブデンおよびグラファイトの少なくともいずれか一方を含んでいることが好ましい。ここで、硬質陽極酸化皮膜の表面上に潤滑皮膜が形成される場合、ポアの内部に保持される固体潤滑剤と潤滑皮膜を構成する固体潤滑剤とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。

上記転がり軸受用保持器において好ましくは、上記硬質陽極酸化皮膜は、転がり軸受用保持器において、転動体を保持する面であるポケット面に少なくとも形成されている。

ポケット面と転動体との間は、転がり軸受の内部に供給される潤滑油などの潤滑剤が到達しにくいため、焼付きが発生しやすい。したがって、ポケット面に上記硬質酸化皮膜を形成しておくことにより、有効に転がり軸受用保持器の耐焼付き性を向上させることができる。

上記転がり軸受用保持器において好ましくは、上記アルミニウム合金は、１５０Ｎ／ｍｍ^２以上の引張強度を有している。転がり軸受が使用される環境によっては、保持器を構成する素材の引張強度が１５０Ｎ／ｍｍ^２未満の場合、強度が不十分となるおそれがある。そのため、上記アルミニウム合金の引張強度は、１５０Ｎ／ｍｍ^２以上であることがこのましい。さらに、転がり軸受が高速で回転する環境下、あるいは急激な加減速を繰り返す環境下で使用される場合、保持器を構成する素材である上記アルミニウム合金の引張強度は、４００Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。なお、このような条件を満たすアルミニウム合金としては、たとえば調質（焼入および焼戻）が実施されたＡｌ（アルミニウム）−Ｃｕ（銅）系のアルミニウム合金の押出材あるいは鍛造材を採用することができる。

本発明に従った転がり軸受は、上記本発明の転がり軸受用保持器を備えている。高強度化および軽量化を両立しつつ、耐摩耗性だけでなく耐焼付き性をも向上させた転がり軸受用保持器を備えていることにより、本発明の転がり軸受によれば、高強度化および軽量化とともに、耐摩耗性および耐焼付き性の向上をも達成した転がり軸受を提供することができる。

本発明に従った転がり軸受用保持器の製造方法は、成形加工されたアルミニウム合金からなるベース部を準備する工程と、当該ベース部を陽極酸化することにより、ベース部の表面上に、ベース部とは反対側の表面に開口を有する複数のポアを含む硬質陽極酸化皮膜を形成する工程と、当該ポアの内部に、固体潤滑剤を侵入させる工程とを備えている。そして、硬質陽極酸化皮膜の、ベース部とは反対側の表面の面積に占める、複数のポアの開口の面積の合計値の割合は、１０％以上５０％以下である。

本発明の転がり軸受用保持器の製造方法においては、アルミニウム合金からなるベース部を採用することにより、保持器の高強度化および軽量化を両立させることができる。また、当該ベース部を陽極酸化することにより硬度の高い硬質陽極酸化皮膜がベース部の表面に形成されるため、保持器の耐摩耗性を向上させることができる。さらに、当該硬質陽極酸化皮膜に適切な量だけ形成されたポアの内部に固体潤滑剤を侵入させて保持させるため、耐焼付き性を向上させることができる。その結果、本発明の転がり軸受用保持器の製造方法によれば、高強度化および軽量化を両立しつつ、耐摩耗性だけでなく耐焼付き性をも向上させた転がり軸受用保持器を製造することができる。

上記転がり軸受用保持器の製造方法において好ましくは、硬質陽極酸化皮膜の、ベース部とは反対側の表面上に、固体潤滑剤からなる潤滑皮膜を形成する工程をさらに供えている。これにより、耐焼付き性を一層向上させた転がり軸受用保持器を製造することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の転がり軸受用保持器およびその製造方法によれば、高強度化および軽量化を両立しつつ、耐摩耗性だけでなく耐焼付き性をも向上させた転がり軸受用保持器とその製造方法を提供することができる。また、本発明の転がり軸受によれば、当該転がり軸受用保持器を備えることにより、高強度化および軽量化とともに、耐摩耗性および耐焼付き性の向上をも達成した転がり軸受を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

図１は、本発明の一実施の形態における転がり軸受としての円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。また、図２は、図１の要部を拡大して示す概略部分断面図である。また、図３は、保持器の表面に形成される硬質陽極酸化皮膜を説明するための概略図である。図１〜図３を参照して、本実施の形態における転がり軸受および転がり軸受用保持器について説明する。

図１を参照して、本実施の形態における転がり軸受としての円筒ころ軸受１は、環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された環状の内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置され、円環状の保持器１４に保持された転動体としての複数のころ１３とを備えている。ころ１３は、円筒形状を有している。外輪１１の内周面には外輪転走面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には内輪転走面１２Ａが形成されている。そして、内輪転走面１２Ａと外輪転走面１１Ａとが互いに対向するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。さらに、複数のころ１３は、外周面であるころ転走面１３Ａにおいて内輪転走面１２Ａおよび外輪転走面１１Ａに接触し、かつ保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより、円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、円筒ころ軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。

ここで、図２および図３を参照して、保持器１４は、アルミニウム合金であるＪＩＳ規格Ａ２０１７からなるベース部１４Ａと、ベース部１４Ａの表面を含む領域に形成された硬質陽極酸化皮膜１４Ｅとを備えている。図３を参照して、硬質陽極酸化皮膜１４Ｅは、ベース部１４Ａとは反対側の表面に開口１４Ｈを有する複数のポア１４Ｇを含んでいる。さらに、硬質陽極酸化皮膜１４Ｅの、ベース部１４Ａとは反対側の表面の面積に占める、複数のポア１４Ｇの開口１４Ｈの面積の合計値の割合は、１０％以上５０％以下である。そして、ポア１４Ｇの内部には、固体潤滑剤１４Ｊが充填されて保持されている。

本実施の形態における保持器１４においては、保持器１４を構成するベース部１４Ａがアルミニウム合金からなることにより、保持器１４の高強度化および軽量化が両立されている。また、ベース部１４Ａの表面を含む領域に硬質陽極酸化皮膜１４Ｅが形成されている。そのため、保持器１４の表面硬度が上昇し、耐摩耗性が向上している。さらに、硬質陽極酸化皮膜１４Ｅが表面に開口１４Ｈを有するポア１４Ｇを適切な量だけ含み、ポア１４Ｇの内部に固体潤滑剤１４Ｊが保持されていることにより、保持器１４と他の部材であるころ１３、内輪１２との間において潤滑が不十分となった場合でも、当該ポア１４Ｇの内部から固体潤滑剤１４Ｊが保持器１４と当該他の部材との間に供給され、焼付きの発生が抑制され、耐焼付き性が向上している。その結果、本実施の形態における保持器１４は、高強度化および軽量化を両立しつつ、耐摩耗性だけでなく耐焼付き性をも向上させた転がり軸受用保持器となっている。

さらに、図２および図３を参照して、保持器１４は、硬質陽極酸化皮膜１４Ｅの、ベース部１４Ａとは反対側の表面上に形成され、固体潤滑剤からなる潤滑皮膜１４Ｆを備えている。これにより、保持器１４の耐焼付き性が一層向上している。特に、本実施の形態における円筒ころ軸受１においては、図２を参照して、軌道部材である内輪１２は、保持器１４に対向し、運転中において保持器１４に接触し得る面である案内面としての内輪側案内面１２Ｄを含んでおり、保持器１４は、内輪１２に対向し、運転中において内輪１２に接触し得る面である保持器側案内面１４Ｄを含んでいる。つまり、円筒ころ軸受１の保持器１４は、内輪案内となっている。また、保持器１４は、転動体としてのころ１３に対向し、ころ１３を保持する面であるポケット面１４Ｃを含んでいる。そして、ポケット面１４Ｃおよび保持器側案内面１４Ｄには、硬質陽極酸化皮膜１４Ｅが形成されるだけでなく、固体潤滑剤からなる潤滑皮膜１４Ｆが、硬質陽極酸化皮膜１４Ｅのベース部１４Ａとは反対側の表面上に形成されている。これにより、焼付きが発生しやすいポケット面１４Ｃところ１３との間、および保持器側案内面１４Ｄと内輪側案内面１２Ｄとの間の焼付きの発生が有効に抑制されている。

以上のように、本実施の形態における保持器１４は、高強度化および軽量化を両立しつつ、耐摩耗性だけでなく耐焼付き性をも向上させた転がり軸受用保持器となっている。また、本実施の形態における円筒ころ軸受１は、高強度化および軽量化とともに、耐摩耗性および耐焼付き性の向上をも達成した転がり軸受となっている。このような円筒ころ軸受は、たとえばガスタービンなどに組み込まれることにより高温環境下で使用される転がり軸受、工作機械などに組み込まれることにより高速で回転する転がり軸受、自動車や電気機器などに組み込まれることにより軽量化が求められる転がり軸受として好適に採用することができる。

ここで、本実施の形態における保持器１４においては、ポア１４Ｇの開口１４Ｈは、０．３μｍ以上の直径を有していることが好ましい。これにより、容易に、固体潤滑剤１４Ｊをポア１４Ｇの内部に保持させることができる。

また、本実施の形態における保持器１４においては、固体潤滑剤１４Ｊは、二硫化モリブデン、グラファイト、ＰＴＦＥ、二硫化タングステンおよびスズからなる群から選択される少なくともいずれか１つを含んでいることが好ましい。これにより、焼付きの発生を一層有効に抑制することができる。

さらに、本実施の形態における保持器１４においては、ベース部１４Ａを構成するアルミニウム合金は、１５０Ｎ／ｍｍ^２以上の引張強度を有していることが好ましい。これにより、保持器１４を、過酷な条件下において使用することが可能となる。

次に、本発明の一実施の形態における転がり軸受用保持器および転がり軸受の製造方法について説明する。以下に説明する製造方法により、上記本実施の形態における保持器１４および円筒ころ軸受１を製造することができる。図４は、本発明の一実施の形態における転がり軸受用保持器および転がり軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。

図４を参照して、工程（Ｓ１０）として実施される素材準備工程では、たとえばＪＩＳ規格Ａ２０１７などのアルミ合金の素材が準備される。次に、工程（Ｓ２０）として実施される加工工程においては、工程（Ｓ１０）において準備された素材に対して、鍛造、切削などの加工が施されることにより、保持器の概略形状に成形された成形部材が作製される。図１〜図３を参照して、これにより、成形加工されたアルミニウム合金からなるベース部１４Ａを準備する工程が完了する。

次に、図４を参照して、工程（Ｓ３０）として、熱処理工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ２０）において準備されたベース部１４Ａが、たとえば時効硬化処理されることにより硬化され、１５０Ｎ／ｍｍ^２以上の引張強度を有する状態とされる。

次に、工程（Ｓ４０）として、陽極酸化工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図１〜図３を参照して、アルミニウム合金からなるベース部１４Ａに対して陽極酸化処理を実施することにより、ベース部１４Ａの表面に硬質陽極酸化皮膜１４Ｅが形成される。ここで、一般的な条件下において陽極酸化処理を実施した場合、膜厚１０μｍ程度の状態で、直径１００〜２００Åの開口をベース部とは反対側の表面に有するポアを含む酸化皮膜がベース部の表面に形成される。このとき、表面の面積に占めるポアの開口の割合（面積率）は４〜７％程度となる。一方、本実施の形態における工程（Ｓ４０）では、陽極酸化処理の時間および電流値を一般的な条件よりも大きくすることにより、直径０．３μｍ以上、面積率１０％以上５０％以下の開口１４Ｈを有するポア１４Ｇを含む、厚み５μｍ以上３０μｍ以下の硬質陽極酸化皮膜１４Ｅを形成することができる。このようにして形成された硬質陽極酸化皮膜１４Ｅは、硬質メッキなどの皮膜形成処理とは異なり、ベース部１４Ａを構成するアルミニウムが溶解され、酸化皮膜が電気化学的に再形成されるメカニズムで生成するため、皮膜の形成はベース部１４Ａの内部にも進行する。そのため、皮膜の密着性が高いとともに、たとえば保持器１４のポケットすき間が皮膜の形成により大幅に減少することも回避できるという利点を有している。

次に、工程（Ｓ５０）として潤滑剤充填工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図１〜図３を参照して、上記ポア１４Ｇの内部に固体潤滑剤１４Ｊを侵入させて充填する。これにより、ポア１４Ｇの内部に固体潤滑剤１４Ｊが保持された状態となる。ここで、上述のように、工程（Ｓ４０）においては直径０．３μｍ以上の開口１４Ｈを有するポア１４Ｇが形成されている。そのため、固体潤滑剤１４Ｊのポア１４Ｇの内部への侵入は、例えば固体潤滑剤をショット処理することにより、容易に実施することができる。

次に、工程（Ｓ６０）として、潤滑皮膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、たとえば潤滑皮膜１４Ｆを構成すべき材料が溶射される。これにより、潤滑皮膜１４Ｆが、ポケット面１４Ｃおよび保持器側案内面１４Ｄに形成された硬質陽極酸化皮膜１４Ｅ上に形成される。以上のプロセスにより、本実施の形態における保持器１４は完成し、本実施の形態における転がり軸受用保持器の製造方法は完了する。

次に、工程（Ｓ７０）として組立て工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、図１を参照して、上記工程（Ｓ１０）〜（Ｓ６０）において製造された保持器１４と、別途準備された外輪１１、内輪１２、ころ１３などとが組み合わされて、円筒ころ軸受１が組み立てられる。以上の工程により、本実施の形態における転がり軸受としての円筒ころ軸受１は完成する。

なお、上記実施の形態においては、本発明の転がり軸受および転がり軸受用保持器の一例として、円筒ころ軸受およびその保持器について説明したが、本発明の転がり軸受および転がり軸受用保持器はこれに限られず、たとえば自動調心ころ軸受、円すいころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、ニードルころ軸受など、種々の形式の転がり軸受および当該転がり軸受に含まれる転がり軸受用保持器に適用することができる。

以下、本発明の実施例１について説明する。本発明の転がり軸受用保持器と同様の構成を有する試験片を作製し、耐焼付き性および耐摩耗性を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。

まず、試験片の作製方法について説明する。素材としてＪＩＳ規格Ａ２０１７を採用し、図４に基づいて説明した上記実施の形態と同様の手順で工程（Ｓ１０）〜（Ｓ５０）までを実施した。工程（Ｓ２０）では、当該素材が縦３０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚み３ｍｍの板状の形状を有する試験片の形状に成形された。また、工程（Ｓ４０）では、陽極酸化における電流値等を調整することにより、硬質陽極酸化皮膜の表面におけるポアの開口の面積率を５％〜５０％の範囲で変化させた。また、工程（Ｓ５０）では、固体潤滑剤として二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）またはＰＴＦＥを採用した。固体潤滑剤は、ポアの内部に侵入させることにより、ポアを封孔したものと、単に表面に塗布したものとを作製した。さらに、比較のため、同様の工程において、工程（Ｓ４０）および（Ｓ５０）を省略することにより、硬質陽極酸化皮膜を有さない試験片も作製した。さらに、比較のため、同様の形状を有する高力黄銅（ＪＩＳ規格ＣＡＣ３０１）からなる試験片も作製した。この高力黄銅は、比重がアルミニウム合金に比べて大きいものの（Ａ２０１７が２．８であるのに対し、ＣＡＣ３０１は８．７）、軸受鋼であるＳＵＪ２との耐焼付き性に優れており、保持器の素材として一般的に用いられている。以上の手順により、本発明の転がり軸受用保持器と同様の構成を有する実施例（実施例Ａ〜Ｃ）の試験片と、本発明の範囲外の構成を有する比較例（比較例Ａ〜Ｆ）の試験片とを作製した。具体的な試験片の特徴を表１に示す。

次に、試験装置および試験方法について説明する。試験装置には、サバン型摩耗試験機を採用した。図５は、サバン型摩耗試験機の主要部の構成を示す概略正面図である。また、図６は、サバン型摩耗試験機の主要部の構成を示す概略側面図である。図５および図６を参照して、サバン型摩耗試験機およびこれを用いた耐焼付き性試験および耐摩耗性試験について説明する。

図５および図６を参照して、サバン型摩耗試験機４０は、ロードセル４３とエアスライダ４４とを備える。平板形状の摩耗試験片４１はエアスライダ４４に保持され、試験時に負荷される重錘４２による荷重はロードセル４３により検出される。そして、摩耗試験片４１の表面と、相手材４５の外周面とを接触させ、相手材４５を回転させる。摩耗試験片４１と相手材４５との接触面には直接潤滑油は供給されず、相手材４５の一部が潤滑油を含むフェルトパット４６に接触することにより、当該接触面に潤滑油が供給される。

相手材４５は、転がり軸受における転動体であるころ、玉などを想定して、直径φ４０ｍｍの円盤状で、外周面が中心から離れる側に曲率半径Ｒ６０ｍｍの凸形状を有する形状とし、焼入硬化されることにより硬度６０ＨＲＣを有する鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製とした。外周面における表面粗さＲａは０．０１μｍとした。試験条件は、荷重５０Ｎ（最大接触面圧Ｐ_ｍａｘ０．４９ＧＰａ）、相手材４５の回転速度２４ｒｐｍ（相手材４５と摩耗試験片４１との滑り速度０．０５ｍ／ｓ）、とした。

そして、耐焼付き性試験においては、最悪の条件である油切れの状態を想定して、潤滑油を供給することなく相手材４５を回転させ、焼付きに至る時間を比較する目安として、摩擦係数が０．４を超えるまでに要した時間により、耐焼付き性を評価した。なお、試験開始から３０分を経過しても摩擦係数が０．４を越えなかったものについては、その時点で試験を中止した。

一方、耐摩耗性試験においては、潤滑油にモービルベロシティーＮｏ．３（ＶＧ２）を採用し、境界潤滑条件で相手材４５を６０分間回転させた後の摩耗試験片４１の摩耗量（摩耗体積）を計測することにより、耐摩耗性を調査した。摩耗試験片４１の摩耗体積は、試験片４１に形成される楕円形状の摩耗痕が、アスペクト比が一定の状態を維持することを利用して、短軸の長さから算出した。そして、当該摩耗体積を摩擦距離で除した値である比摩耗量で耐摩耗性を評価した。ここで、比摩耗量が小さいことは、耐摩耗性に優れていることを意味する。

次に、実験結果について説明する。図７は、耐焼付き性試験の結果を示す図である。図７において、図中の棒の長さが、摩擦係数が０．４を超えるまでの時間を示しており、棒の長さが長いほど耐焼付き性に優れていたことを意味している。また、図８は、耐摩耗性試験の結果を示す図である。図８において、図中の棒の長さは比摩耗量を示しており、棒の長さが短いほど耐摩耗性に優れていたことを意味している。

図７を参照して、ＣＡＣ３０１からなる比較例Ｆに比べて、アルミニウム合金であるＡ２０１７からなる比較例Ａは、耐焼付き性が格段に低いことが分かる。そして、Ａ２０１７に硬質陽極酸化皮膜を形成した比較例Ｂは、比較例Ａよりもむしろ耐焼付き性が低下しており、単に硬質陽極酸化皮膜を形成する対策は、耐焼付き性が低下することが分かった。また、比較例Ｂに対してＰＴＦＥを塗布した比較例Ｃ、ＭｏＳ_２を塗布した比較例ＤおよびＭｏＳ_２を用いてポアを封孔した比較例Ｅにおいても大きな改善は見られず、通常の陽極酸化処理により得られるような、開口の面積率が５％程度の硬質陽極酸化皮膜の形成と固体潤滑剤とを組み合わせる対策では、耐焼付き性を有効に向上させることができないことが分かった。

しかし、開口の面積率を１０％とし、ＭｏＳ_２を用いてポアを封孔した実施例Ａにおいては、耐焼付き性の大幅な向上が見られ、ＣＡＣ３０１製の比較例Ｆと遜色ない耐焼付き性が得られている。このことから、アルミニウム合金製の保持器において、従来のＡＣ３０１製の保持器と遜色ない耐焼付き性を確保するためには、表面におけるポアの開口の面積率が１０％以上の硬質陽極酸化皮膜を形成した上で、当該ポアの内部に固体潤滑剤を保持させる必要があることが確認された。さらに、実施例ＢおよびＣの実験結果から、開口の面積率が２０％以上５０％以下においては、耐焼付き性が一層向上し、ＣＡＣ３０１製の比較例Ｆの耐焼付き性を大幅に上回ることが分かった。

一方、図８を参照して、耐摩耗性においては、ＣＡＣ３０１からなる比較例Ｆに比べて、アルミニウム合金であるＡ２０１７からなる比較例Ａは、やや劣っていることが分かる。これに対し、比較例Ａに対して硬質陽極酸化皮膜を形成した比較例Ｂ〜Ｅおよび実施例Ａ〜Ｃにおいては、耐摩耗性が向上し、比較例Ｆを明確に上回っている。これは、硬質陽極酸化皮膜の形成により、表面の硬度が１５０ＨＶ程度まで上昇したためであると考えられる。しかし、開口の面積率が２０％である実施例Ｂは、５〜１０％である試験片に比べて耐摩耗性が低下する傾向があり、開口の面積率が５０％である実施例Ｃは、比較例Ｆよりは優れているものの、さらに耐摩耗性が低下している。このことから、耐摩耗性を考慮すると、当該開口の面積率は、５０％以下とすることが必要であることが確認された。また、開口の面積率を大きくして、多くの固体潤滑剤をポアに保持させると、保持器の生産コストが上昇するという問題も生じる。そのため、耐焼付き性および耐摩耗性だけでなく、生産コストも考慮すると、開口の面積率は２０％以上３０％以下とすることがより好ましいと考えられる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の転がり軸受用保持器、転がり軸受および転がり軸受用保持器の製造方法は、高強度かつ軽量であることが求められる転がり軸受用保持器とその製造方法および転がり軸受に、特に有利に適用され得る。

円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。 図１の要部を拡大して示す概略部分断面図である。 保持器の表面に形成される硬質陽極酸化皮膜を説明するための概略図である。 本発明の一実施の形態における転がり軸受用保持器および転がり軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。 サバン型摩耗試験機の主要部の構成を示す概略正面図である。 サバン型摩耗試験機の主要部の構成を示す概略側面図である。 耐焼付き性試験の結果を示す図である。 耐摩耗性試験の結果を示す図である。

符号の説明

１ 円筒ころ軸受、１１ 外輪、１１Ａ 外輪転走面、１２ 内輪、１２Ａ 内輪転走面、１２Ｄ 内輪側案内面、１３ ころ、１３Ａ ころ転走面、１４ 保持器、１４Ａ ベース部、１４Ｃ ポケット面、１４Ｄ 保持器側案内面、１４Ｅ 硬質陽極酸化皮膜、１４Ｆ 潤滑皮膜、１４Ｇ ポア、１４Ｈ 開口、１４Ｊ 固体潤滑剤、４０ サバン型摩耗試験機、４１ 摩耗試験片、４２ 重錘、４３ ロードセル、４４ エアスライダ、４５ 相手材、４６ フェルトパット。

Claims (9)

1. アルミニウム合金からなるベース部と、
   前記ベース部の表面を含む領域に形成された硬質陽極酸化皮膜とを備え、
   前記硬質陽極酸化皮膜は、前記ベース部とは反対側の表面に開口を有する複数のポアを含み、
   前記硬質陽極酸化皮膜の、前記ベース部とは反対側の表面の面積に占める、前記複数のポアの前記開口の面積の合計値の割合は、１０％以上５０％以下であり、
   前記ポアの内部には、固体潤滑剤が保持されている、転がり軸受用保持器。
2. 前記開口は、０．３μｍ以上の直径を有している、請求項１に記載の転がり軸受用保持器。
3. 前記硬質陽極酸化皮膜の、前記ベース部とは反対側の表面上に形成され、固体潤滑剤からなる潤滑皮膜をさらに備えた、請求項１または２に記載の転がり軸受用保持器。
4. 前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン、グラファイト、ＰＴＦＥ、二硫化タングステンおよびスズからなる群から選択される少なくともいずれか１つを含んでいる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の転がり軸受用保持器。
5. 前記硬質陽極酸化皮膜は、前記転がり軸受用保持器において、転動体を保持する面であるポケット面に少なくとも形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の転がり軸受用保持器。
6. 前記アルミニウム合金は、１５０Ｎ／ｍｍ^２以上の引張強度を有している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の転がり軸受用保持器。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の転がり軸受用保持器を備えた、転がり軸受。
8. 成形加工されたアルミニウム合金からなるベース部を準備する工程と、
   前記ベース部を陽極酸化することにより、前記ベース部の表面上に、前記ベース部とは反対側の表面に開口を有する複数のポアを含む硬質陽極酸化皮膜を形成する工程と、
   前記ポアの内部に、固体潤滑剤を侵入させる工程とを備え、
   前記硬質陽極酸化皮膜の、前記ベース部とは反対側の表面の面積に占める、前記複数のポアの前記開口の面積の合計値の割合は、１０％以上５０％以下である、転がり軸受用保持器の製造方法。
9. 前記硬質陽極酸化皮膜の、前記ベース部とは反対側の表面上に、固体潤滑剤からなる潤滑皮膜を形成する工程をさらに供えた、請求項８に記載の転がり軸受用保持器の製造方法。

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