JP2011047500A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑性が良く低トルクな転がり軸受を提供する。
【解決手段】内輪１と、外輪２と、該内外輪間に周方向に所定の間隔で配置された複数の玉３と、ポケット４内に玉３を転動自在に保持する保持器５と、を備えた転がり軸受１０であって、保持器５は、隣接するポケット４間に、径方向に貫通する複数の貫通孔６又は複数のディンプルを有し、ポケット４と貫通孔６又はディンプルは金属製の扁平材からフォトファブリケーションにより一括に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受に関し、特に搬送ロボットの関節部、フィルムの搬送装置などに好適な転がり軸受に関する。

近年、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や太陽電池などの素材に用いられるフィルムの開発が盛んになされており、厚さが数ミクロン程度のものまで登場している。このフィルムは、図１７に示すように、いくつかの駆動ローラ１０１と多数の従動ローラ１０２から構成されるフィルム搬送装置１００で搬送されている。この従動ローラ１０２はフィルム１０４からの摩擦力で回転し、フィルム１０４を円滑に搬送したり、一つ前の従動ローラ１０２との相対位置を変化させることでフィルム１０４の上下方向の角度を変えたりする機能を果たしている。

この従動ローラ１０２はフィルム１０４との摩擦力だけで回転しているため、フィルム１０４の走行速度とローラ表面の速度とが同一であることが重要で、そのため従動ローラ１０２は極めて小さい接線力で回転しなければならない。従って、このフィルム搬送装置１００の従動ローラ１０２の支持軸受には、極めて小さなモーメントで回転起動し、その後、安定して回転し続ける、低トルク性能が求められている。

従って、図１８に示すプレス成形部品１２１で玉１２３を挟み込むいわゆる波形保持器１２２を用いた従来の転がり軸受１２０では、軸受１２０が回転する際は玉１２３が保持器１２２の全重量に起因する摩擦力を受けて回転し始めるため、起動トルクが大きくならざるを得ず、回転中も動摩擦トルクの変動が大きいため、フィルム搬送ローラの支持軸受としては好適とはいえない。それゆえ、従動ローラの支持軸受として使用される転がり軸受の保持器は、軽量化による低トルク化を図るため、図１９及び図２０に示すように厚みの薄い扁平形状とすることが考えられる。

この保持器を金属で製作すると、保持器１３１、１３２が玉１３３からの圧力を受けて保持器１３１、１３２の広い範囲が内外輪に押し付けられて摺動し、保持器１３１、１３２の摩耗が著しく進行して潤滑剤が早期に劣化するおそれがあった。特に転がり軸受が真空環境中で使用される場合、潤滑剤に真空グリースや固体潤滑材等の真空環境対応の潤滑剤を用いるが、それらは常圧用のものに比べて潤滑性能が劣るため、より潤滑不良が生じやすい。

一方、図２１に示すように、保持器を用いずに負荷ボール１４５と負荷ボール１４５との間に無負荷ボール１４６を介在させることも考えられるが、無負荷ボール１４６の分だけ荷重容量が小さくなり高荷重容量化を望むことができなかった。また、無負荷ボール１４６を用いずに全て負荷ボール１４５とすると、高荷重容量化できるが、負荷ボール１４５同士が隣接するためその接触点で互いの回転速度方向が逆になり負荷ボール１４５の競り合いが生じ負荷ボール１４５の摩耗が極端に大きくなって耐久性能が低くなってしまう。

これまで金属製保持器の摩耗を軽減するものとして種々の技術が提案されており、また一方で、金属製保持器による不具合を解消するため、転がり軸受に樹脂製の保持器を使用することが提案されている（例えば特許文献１〜６）。樹脂製の保持器は、金属製のものに比べて弾性変形しやすく、保持器が玉から圧力を受けた際に保持器が局所的に変形することで圧力を緩和し、保持器が広い範囲で内外輪に押し付けられて摺動するという状態が発生しにくくなるといった利点を有していた。

国際公開第０６／０８０５２７号パンフレット 特許第１９６４３４２号明細書 特開平１１−３３６７７２号公報 特開平１１−１８２５５２号公報 特開２００３−０７４５６１号公報 特開２００３−２１４４３８号公報

しかしながら、これらの技術を適用してもフィルム搬送装置の従動ローラ用支持軸受として要求される潤滑性能や耐摩擦性能を十分に満たすことはできなかった。また、真空環境中で用いられる転がり軸受の場合、真空装置のベーキングや半導体製造工程の高温下での処理等により樹脂からの放出ガスが生じるため、樹脂製の保持器を使用することは好まれなかった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、潤滑性が良く低トルクな転がり軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）内輪と、外輪と、該内外輪間に周方向に所定の間隔で配置された複数の玉と、ポケット内に前記玉を転動自在に保持する保持器と、を備えた転がり軸受であって、
前記保持器は、隣接する前記ポケット間に、径方向に貫通する複数の貫通孔又は複数のディンプルを有し、
前記ポケットと前記貫通孔又は前記ディンプルは金属製の扁平材からフォトファブリケーションにより一括に形成されていることを特徴とする転がり軸受。
（２）前記複数の貫通孔は、網目状に設けられていることを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。
（３）前記隣接するポケット間距離は、前記玉の直径の２倍以下に設定されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の転がり軸受。
（４）前記保持器は、前記ポケットがそれぞれ軸方向一方側に開口する開口部を有し、
前記開口部を下にしたとき、前記軸方向一方側の保持器端部が前記玉の最下点位置と略等しい位置にあることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の転がり軸受。
（５）前記扁平材の長手方向両端部には、フォトファブリケーションにおいて凹部と凸部の少なくとも一方が形成され、
前記保持器は、フォトファブリケーションの後、前記扁平材を丸めて前記長手方向両端部を重畳させて、重畳した状態で略面一に構成されていることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の転がり軸受。
（６）前記内輪の軌道面，前記外輪の軌道面，及び前記転動体の転動面の少なくとも一つを、１〜１０ｇ／ｍ^２の厚みの潤滑被膜で覆うか、又は、以下の３種の潤滑被膜のいずれか一つで覆ったことを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の転がり軸受。
（ｉ）官能基を有する含ふっ素重合体とパーフルオロポリエーテルとを含有する潤滑被膜
（ii）官能基を有する含ふっ素重合体とパーフルオロポリエーテルとふっ素樹脂とを含有する潤滑被膜
（iii）アルキル化シクロペンタン又はポリフェニルエーテルを主成分とする潤滑剤とふっ素樹脂とを含有する潤滑被膜
（７）軸受内径ＩＤと径方向幅Δｄとの関係がΔｄ／ＩＤ＜０．１８７を満たすことを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載の転がり軸受。

本発明の（１）に記載の転がり軸受によれば、隣接するポケット間に、径方向に貫通する複数の貫通孔又は複数のディンプルを有するので、複数の貫通孔又はディンプルが潤滑剤の油溜まりとして機能し、潤滑剤が滞留し潤滑不良になるのを抑制することができる。また、複数の貫通孔又はディンプルにより金属製の保持器が可撓性を有するため、玉からの圧力を緩和し内外輪との摺動面積や摺動頻度を軽減することができる。さらに、複数の貫通孔又はディンプルにより保持器が軽量化され低トルク化を図ることができる。

本発明の（２）に記載の転がり軸受によれば、複数の貫通孔が網目状に設けられているので潤滑剤の滞留がよく、可撓性がよく、潤滑性能及び耐摩擦性能をさらに向上させることができる。

本発明の（３）に記載の転がり軸受によれば、隣接するポケット間距離は、玉の直径の２倍以下に設定されているので、多くの玉を装填可能であり、それに比例して荷重容量を大きくすることができる。

本発明の（４）に記載の転がり軸受によれば、軸方向一方側に開口する開口部を有するので、軸方向一方側から保持器を装着することができ組付け性を向上させることができる。また、ポケット開口部を下にしたとき、軸方向一方側の保持器端部が玉の最下点位置と略等しい位置にあるので、スカート部が短くなった分だけ重量が軽減されるとともに内外輪との対向面積が少なくなるため、摩擦面積が減少した分、低トルク化を図ることができる。さらに、保持器組付け時にパチン代をのり越える際に発生することがあるスカート部の塑性変形を抑制することができる。

本発明の（５）に記載の転がり軸受によれば、扁平材の長手方向両端部には、フォトファブリケーションにおいて凹部と凸部の少なくとも一方が形成され、保持器は、フォトファブリケーションの後、扁平材を丸めて長手方向両端部を重畳させて、重畳した状態で略面一に構成されているので凸部が存在せず、保持器と内外輪との摺動を抑制し低トルク化を図ることができる。

本発明の（６）に記載の転がり軸受によれば、真空環境下において放出ガス量を低減することができる。

本発明の（７）に記載の転がり軸受によれば、薄肉軸受に適用することにより内外輪に押し付けられた保持器と内外輪とが摺動して保持器が玉から外れてしまう、薄肉軸受に見られる損傷を防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る転がり軸受を部分的に切り欠いて示す斜視図である。 図１の転がり軸受から保持器を分離して示した斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る転がり軸受を部分的に切り欠いて示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る転がり軸受を部分的に切り欠いて示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る転がり軸受から保持器を分離して示した斜視図である。 フォトファブリケーション後の扁平材を環状に溶接して形成する過程の模式図であり、（Ａ）はフォトファブリケーション後の扁平材の斜視図、（Ｂ）は扁平材をプレス成形して環状にした斜視図、（Ｃ）は扁平材の長手方向両端部を重畳して溶接することにより形成した保持器の斜視図である。 図５の保持器の重畳部の拡大図である。 両端部先端を突き合わせて溶接した突き合わせ部の拡大図である。 図５の転がり軸受から外輪を外した状態を示す側面図である。 図９の保持器のスカート部を短くした状態を示す側面図である。 図９の保持器のスカート部が塑性変形した状態を示す斜視図である。 ガス放出量試験装置の断面図である。 被膜厚さと放出ガス量、耐久性の関係を示すグラフである。 放出ガス量の比較データを示すグラフである。 潤滑被膜の温度と総サイクル数の関係を示すグラフである。 （Ａ）は動摩擦トルク試験装置の外観斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の破線部の拡大図である。 フィルム搬送装置の部分斜視図である。 従来の転がり軸受を部分的に切り欠いて示す斜視図である。 従来の他の転がり軸受を部分的に切り欠いて示す斜視図である。 従来の他の転がり軸受を部分的に切り欠いて示す斜視図である。 従来の他の転がり軸受を部分的に切り欠いて示す斜視図である。

本発明に係る転がり軸受の各実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。ここで、転がり軸受は、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受などの種類があるが、以下の説明においては、外輪の軸方向一方側にカウンタボアが形成されたアンギュラ玉軸受又は深溝玉軸受を例に説明するが、これに限定されるものではない。
＜第１実施形態＞
本実施形態の転がり軸受１０は、図１に示すように、内輪１と、外輪２と、該内輪１と外輪２間に周方向に所定の間隔で配置された複数の玉３と、ポケット４内に玉３を転動自在に保持する保持器５と、を備えたアンギュラ玉軸受であって、軸受内径ＩＤと径方向幅Δｄとの関係がΔｄ／ＩＤ＜０．１８７を満たす薄肉軸受である。なお、径方向幅Δｄは、軸受外径と軸受内径の差の１／２を意味する。

保持器５は、図１に示すように、金属性の扁平材から構成された環状の保持器であり、周方向に所定の間隔で形成されたポケット４と保持器表面全体に亘って網目状に配置された径方向（厚み方向）に貫通する複数の貫通孔６が扁平材からフォトファブリケーションで一括形成されたものであり、周方向で隣接するポケット４間には柱部７が形成されている。金属性の扁平材としてその材質は特に限定されるものではないが、容易に塑性変形しない、ばね限界値の大きい材料、例えばＳＵＳ３０４及びＳＵＳ３０１のテンションアニールされたステンレスばね用鋼板、ＳＵＳ６３１等の析出硬化されたステンレスばね用鋼板、Ｓ６０ＣやＳ６５Ｃをベーナイト処理したベーナイト鋼帯、あるいはＳ６０Ｃ、Ｓ６５Ｃに加えてＳＫ８５、ＳＫ９５、ＳＫＳ８１等の工具鋼の焼き入れ鋼帯等を用いるのが好ましい。特に、ＳＫ８５、Ｓ９５等の焼き入れ鋼帯はじん性が高いので、薄くて変形しにくい必要がある本発明の保持器には好適である。また、保持器５の厚みは、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度が好ましく、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度がさらに好ましい。この厚みにすることにより、剛性を維持するとともにフォトファブリケーションにおける製造時間を短縮することができる。

ここでフォトファブリケーション（Photo Fabrication）とは、光学的転写技術、フォトリソグラフィー（Photo Lithography）を用いた加工技術の総称で、フォトエッチング（Photo Etching）、フォトフォーミング（Photo Forming）、リフトオフ（Lift-Off）及びそれらを複合した加工技術全体を意味し、材料表面を化学的、または電気化学的に溶解させたり、材料表面に金属を堆積させたり、写真的技法を用いて行なうこの精密加工方法を総称したものある。

フォトエッチングを例に説明すると、金属性の扁平材を用いて厚み方向両側からフォトエッチングを行なう。このとき、片側からのみ行うこともできるが、両側からフォトエッチングを行うことが好ましい。フォトエッチングは表面から厚み方向深部に掘り進む際に表面の方が材料が多く削り取られる傾向があり、例えば０．２ｍｍの扁平材に貫通孔を設ける場合、片側からフォトエッチングを行うと、表面と貫通した後の裏面とでは、孔の径寸法に２０〜４０μｍ程度の大きさの違いが生じる。そんため、板厚中央で、孔が連通してポケット４及び貫通孔６を形成するように表裏両方からフォトエッチングを行なうことが好ましい。

ポケット４は、隣接するポケット間距離が玉３の直径の２倍以下になるように設定され、各ポケット４には軸方向一方側に開口部４１が形成され、開口部４１には玉３の抜けを防止するパチン代が設けられている。

各貫通孔６は、周方向に頂角を持つように傾斜した矩形形状を呈しているが、円形であっても傾斜しない矩形など任意の形状とすることができる。周方向に頂角を持つように傾斜した矩形形状とすることで、矩形形状の角部が動圧溝でいうヘリングボーンとして機能するばかりか、傾斜角度を持たない場合に比べて内外輪対向面内の力学的等方性が優れるので可撓性が等方的になり、玉３からどの方向の圧力に対しても弾性変形が生じやすくなる。この点で孔の形状が六角形で頂角が周方向に向いていることが機能的に最も好ましい。

この転がり軸受１０は、図２で示すように、内輪１と外輪２との間に玉３を組み込んだ組立体の軸方向から、フォトファブリケーション後環状に溶接された保持器５を装填することで組立てられる。

以上説明したように、本実施形態の転がり軸受１０によれば、保持器５のポケット４及び複数の貫通孔６は、金属性の扁平材からフォトファブリケーションにより一括に形成されるので、ポケット４及び貫通孔６の周囲にバリやカエリを生じることなく表面を平滑に保ったまま、保持器５の外郭とポケット４と貫通孔６を同時に形成することができる。

また、保持器５の隣接するポケット４間に径方向に貫通する複数の貫通孔６が設けられているので、複数の貫通孔６は油溜まりとして機能し潤滑剤を保持することで転がり軸受１０の潤滑不足を低減することができる。ここで、各貫通孔６の大きさが大きすぎると油溜まりとして機能できなくなるばかりか、剛性が低くなってしまうため、対向する頂角間距離を直径とする円に換算した場合にその径が０．２ｍｍ〜１ｍｍの範囲内であることが好ましい。０．２ｍｍ以下であれば、フォトファブリケーションで安定的に形成できなくおそれがある。

また、複数の貫通孔６により保持器５が可撓性を有するので玉３からの圧力を局所的に弾性変形することで緩和し、内外輪１，２との摺動面積や摺動頻度を軽減する機能を有する。また、金属製の保持器５であるため、真空装置のベーキングや処理工程によって２００℃を超える高温になったとしても樹脂保持器に懸念される熱変形や多量の放出ガスを生じることがないにも関わらず、樹脂保持器のような局所的な弾性作用を得ることができる。従って、保持器５は、耐熱性を有する金属製保持器の利点と可撓性を有する樹脂製保持器の利点をあわせもっている。

さらに、保持器５は扁平材から構成されるとともに、貫通孔６の分だけ軽量化することができ、軸受の低トルク化を図ることができる。

また、保持器５は、隣接するポケット４間距離が玉３の直径の２倍以下になるように設定されているので、負荷ボールと無負荷ボールとを交互に配置するアンギュラ薄肉軸受と比べて玉数を１〜１．７倍程度に増やすことで荷重容量を１〜１．７倍程度に増やすことができる。

なお、各貫通孔６の代わりに、保持器５の板厚の途中まで窪んで底のあるディンプルを設けてもよい。ディンプルは、フォトエッチングにより一方の面に孔を設けて、他方の面に設けないようにして孔が板厚の途中まで掘り込まれた止まり孔とすることにより形成することができる。ディンプルであっても、油溜まりとして機能するのはもちろん、厚みの薄い部分が多数形成されることで可撓性が付与され、玉３からの圧力を緩和することができる。

また、貫通孔６又はディンプルの形状、大きさは保持器全体で画一である必要はなく、例えば内輪１と外輪２の非軌道面（軌道面以外の面）に対向する部分には小さい径の貫通孔６又はディンプルを配置して耐摩擦性能を選択的に改善したり、幅の細い柱部７には剛性を確保するため貫通孔６又はディンプルを形成しなくてもよい。なお、貫通孔６とディンプルを混在させてもよい。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態の転がり軸受について図３を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
第２実施形態の転がり軸受１０Ａは、複数の保持器片５Ａを組み合わせて１つの環状の保持器５Ｂを構成するものである。
各保持器片５Ａには、第１実施形態の保持器５と同様に、周方向に所定の間隔で形成されたポケット４と保持器表面全体に亘って網目状に配置された径方向（厚み方向）に貫通する複数の貫通孔６がフォトファブリケーションで一括形成されている。
そして、各保持器片５Ａは端部に半割れポケット４ａが形成されており、隣接する保持器片５Ａの端部に形成された半割れポケット４ａで玉３を挟むことで隣接する保持器片５Ａ同士が重畳することなく１つの環状の保持器５Ｂを形成している。即ち、複数の玉３のうち保持器片５Ａの端部に位置する玉３は隣接する２つの保持器片５Ａの半割れポケット４ａにより形成される１つのポケット４ｂに挟持され、他の玉３は１つの保持器片５Ａのポケット４に保持されている。
本実施形態の転がり軸受１０Ａにおいても第１実施形態の転がり軸受１０と同様の作用効果を得ることができ、さらに本実施形態の転がり軸受１０Ａによれば、扁平材の長手方向両端部を溶接する溶接処理を省略することができる。

＜第３実施形態＞
次に第３実施形態の転がり軸受について図４を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
第３実施形態の転がり軸受１０Ｂは、保持器５Ｃの各ポケットには軸方向一方側に開口部が形成されておらず球状の各ポケット４ｃに玉３が保持されている。
保持器５Ｃには、第１実施形態の保持器５と同様に、周方向に所定の間隔で形成されたポケット４ｃと保持器表面全体に亘って網目状に配置された径方向（厚み方向）に貫通する複数の貫通孔６がフォトファブリケーションで一括形成されている。
この転がり軸受１０Ｂは、保持器５Ｃに玉３を組み込んで内輪１と一体に保持し、熱して拡径させた外輪２のカウンタボア２ａ側から装填し組立てられている。
本実施形態の転がり軸受１０Ｂにおいても第１実施形態の転がり軸受１０と同様の作用効果を得ることができ、さらに本実施形態の転がり軸受１０Ｂによれば、玉３はポケット４ｃに囲繞されているので軸受の潤滑剤が劣化して、保持器５Ｃと内外輪１、２との摺動が発生しても保持器５Ｃが外れることがない。

＜第４実施形態＞
次に第４実施形態の転がり軸受について図５を参照して説明する。
第４実施形態の転がり軸受１０Ｃは、図５に示すように、内輪１と、外輪２と、該内輪１と外輪２間に周方向に所定の間隔で配置された複数の玉３と、ポケット４内に玉３を転動自在に保持する保持器５Ｄと、を備えた深溝玉軸受であり、薄肉軸受ではない点で第１〜第３実施形態の転がり軸受１０、１０Ａ、１０Ｂと相違している。

保持器５Ｄは、金属性の扁平材から構成された環状の保持器であり、周方向に所定の間隔で形成されたポケット４と保持器表面全体に亘って網目状に配置された径方向（厚み方向）に貫通する複数の貫通孔６がフォトファブリケーションで一括形成されたものであり、周方向で隣接するポケット４間には柱部７が形成されている。

ポケット４は、隣接するポケット間距離が玉３の直径の２倍以下になるように設定され、各ポケット４には軸方向一方側に開口部４１が形成され、開口部４１には玉３の抜けを防止するパチン代が設けられている。

この転がり軸受１０Ｃは、内輪１と外輪２との間に玉３を組み込んだ組立体の軸方向から、フォトファブリケーション後環状に溶接された保持器５Ｄを装填することで組立てられる。

図６はフォトファブリケーション後の扁平材を環状に溶接して形成する過程の模式図であり、図７は保持器５Ｄの重畳部の拡大図である。
図６（Ａ）に示すフォトファブリケーション後の扁平材５０は、ポケット４と網目状の貫通孔６に加えて、長手方向両端部５１、５２をハーフエッチングすることにより長手方向両端部５１、５２に板厚方向で互いに反対方向に窪んだ凹部５３が形成されている。長手方向両端部５１、５２は、長手方向において同じ長さを有し、板厚の略半分の厚さとなっている。そして、この扁平材５０をプレス成形により環状に丸め（図６（Ｂ））、長手方向両端部５１、５２を重ね合わせた重畳部５４の少なくとも一部を溶接して環状の保持器５Ｄを形成している（図６（Ｃ））。重畳部５４は、板厚の略半分の厚さの長手方向両端部５１、５２を重ね合わせたものであるので、その内外周面は略面一となってなだらかな曲面をなしている。

本実施形態の転がり軸受１０Ｃにおいても第１実施形態の転がり軸受１０と同様の作用効果を得ることができる。さらに、本実施形態の転がり軸受１０Ｃによれば、フォトファブリケーションにおいて、重畳部５４を構成する扁平材５０の長手方向両端部５１、５２は重畳して溶接した状態で略面一となるようにハーフエッチングされて構成されるので、長手方向両端部５１、５２同士を突き合わせた突き合わせ部５５を溶接した図８に示す保持器５Ｅに比べて、溶接の出来栄えによって突き合わせ部５５に凹凸が生じて真円度が低下し、軸受の回転に伴って凸部が内外輪と摺動して軸受トルクが増大、変動するのを抑制することができる。これにより、扁平材５０から容易に環状の保持器５Ｄを製造することができ、保持器５Ｄと内外輪１、２との摺動を抑制し低トルク化を図ることができる。なお、この溶接方法について、第１及び第３実施形態の保持器５、５Ｃにも適用することができる。

本実施系形態においては、長手方向両端部５１、５２をハーフエッチングすることにより、長手方向両端部５１、５２に凹部を形成したが、これに限定されず、長手方向両端部５１、５２にそれぞれ凹凸を設けて重畳した状態で互いの凹凸が係合して面一となるように形成してもよい。これにより、重畳部の凹凸の係合により周方向のせん断力に対する剛性を向上させることができる。
なお、本発明においては、端部同士を溶接して環状に形成した図８の保持器５Ｅを排除するものではない。

図９は、外輪２を取り除いた本実施形態の転がり軸受１０Ｃを示す斜視図である。図９に示すように、保持器５Ｄにおいては柱部７の軸方向略中央部に玉３の中心が位置している。即ち、保持器５Ｄの軸方向長さが玉３の中心に対し等配されているが、図１０に示すように、転がり軸受１０Ｃのポケット４の開口部４１を下にして置いたとき、柱部７の開口側端部７５を玉３の最下点位置と略等しくなるようにしてもよい。

このように柱部７の開口側端部７５を短くすることで、内外輪１、２に対向する保持器５Ｄの対向面積が小さくなるので、摺動による摩擦抵抗を低減することができ、さらに減少した面積分だけ軽量化されるので低トルク化することができる。また、柱部７の最も細い部分から開口側端部７５までの距離が短くなり、パチン代をのり越える際に図１１に示すように柱部７が塑性変形することを防止できる。なお、開口側端部７５が遠ければ遠いほど小さな力で塑性変形するため柱部７をより短くすることが好ましいが、開口部４１を下にして置いたときに少なくとも開口側端部７５が玉３の中心位置より下側にないとパチン代を確保できないため、開口側端部７５が玉３の最下点位置と略等しいことが好ましい。

次に上述した転がり軸受１０〜１０Ｃに適用される潤滑剤について説明する。
内輪１及び外輪２の軌道面、玉３の転動面には、潤滑油又はグリースからなる潤滑被膜が形成されている。この潤滑被膜を、ふっ素油被膜か、若しくは、以下の３種の潤滑被膜（以降はＤＦＯ潤滑剤と記す）のうちのいずれか一つとすることが好ましい。

（ｉ）官能基を有する含ふっ素重合体とパーフルオロポリエーテルとを含有する潤滑被膜
（ii）官能基を有する含ふっ素重合体とパーフルオロポリエーテルとふっ素樹脂とを含有する潤滑被膜
（iii）アルキル化シクロペンタン又はポリフェニルエーテルを主成分とする潤滑剤とふっ素樹脂とを含有する潤滑被膜
このようなふっ素油被膜又はＤＦＯ潤滑剤による潤滑法は、低発塵性及び低アウトガス性が非常に優れており、清浄度の極めて高い環境下や高真空環境下において好適に使用可能である。

＜ふっ素油被膜＞
図１２の試験装置で潤滑剤のガス放出量について調べた。この装置は、オリフィス７１を介して左右に分けられた第１の真空槽７２および第２の真空槽７３と、ターボポンプ７４と補助ポンプ７５とヒータ７６と各真空槽７２、７３に設けた真空計７７、７８とからなる。ヒータ７６は、第１の真空槽７２に設けた転がり軸受１０を置く台７９を加熱する。

ヒータ７６により第１の真空槽７２内に設置した転がり軸受１０を１００℃に加熱し、ターボポンプ７４と補助ポンプ７５で、第２の真空槽７３を排気する。第１の真空槽７２はオリフィス７１で第２の真空槽７３と連通しているため、第２の真空槽７３も真空になる。転がり軸受１０から放出されたガスはオリフィス７１を通過して、第２の真空槽７３に移動する。第１の真空槽７２の真空計７７で測定された圧力Ｐ１と、第２の真空槽７３の真空計７８で測定された圧力Ｐ２から下記の（１）式により、オリフィス７１を通過したガス量Ｑが算出できる。Ｃはオリフィス７１のコンダクタンスである。
Ｑ＝Ｃ（Ｐ１−Ｐ２）‥‥（１）

この装置を使用して、転がり軸受１０の軌道面にふっ素油の被膜を、０．５ｇ／ｍ² 、１．０ｇ／ｍ² 、１．５ｇ／ｍ² 、２．０ｇ／ｍ² 、３．０ｇ／ｍ² 、５．０ｇ／ｍ² 、１０．０ｇ／ｍ² 、１５．０ｇ／ｍ² の各量となるように形成した場合の、１００℃での放出ガス量を測定した。その結果を図１３のグラフに曲線Ａで示す。図１３のグラフの直線Ｂは、転がり軸受１０の軸受空間にふっ素グリースを軸受空間体積の１０％充填して、図１２の装置を用いて放出ガス量を測定した場合の結果を示す。

このグラフから、ふっ素油被膜量が１２ｇ／ｍ² 以上になると、ふっ素油被膜からの放出ガス量がふっ素グリースの場合の放出ガス量より多くなる。よって、ふっ素油被膜量は１０ｇ／ｍ² 以下とすることが好ましい。
また、転がり軸受１０の軌道面に０．５ｇ／ｍ² 、１．０ｇ／ｍ² 、１．５ｇ／ｍ² のふっ素油被膜を形成して、回転試験を行った。試験条件は、軸受姿勢：垂直軸、回転速度：２００／ｍｉｎ（一方向回転）、温度：１００℃、圧力環境：真空であり、軸受トルクが初期値の２倍を超えた時の総回転数を寿命とした。また、総回転数が１．０×１０⁷ を超えても軸受トルクが初期値の２倍を超えない場合は、その時点で試験を打ち切った。

その結果も図１３に「△」で示してある。図１３において矢印は試験打ち切りを意味し、ふっ素油被膜量が１．０ｇ／ｍ² 以上で、良好な耐久性が得られることが分かる。これらの結果から、ふっ素油被膜量は１．０ｇ／ｍ² 以上１０ｇ／ｍ² 以下とすることが好ましい。

＜ＤＦＯ被膜＞
転がり軸受１０の軌道面に２．０ｇ／ｍ² のＤＦＯ被膜を形成して、上記と同じ方法で１００℃での放出ガス量を測定した。図１４は、その測定した放出ガス量の結果を示す。このグラフから、ＰＦＰＥ基油とＭＡＣ基油の場合は、ふっ素油被膜を形成した場合よりも放出ガス量が少なかった。

また、これらの潤滑被膜を形成した各転がり軸受を不図示の回転試験機に取り付けて、±４５°の揺動を行い耐久性を調べた。試験条件は、回転速度：１５０／ｍｉｎ、温度：１００℃、１３０℃、１５０℃、圧力環境：真空であり、軸受トルクが初期値の２倍を超えた時の総サイクル数を寿命とした。また、総サイクル数が５×１０⁶ を超えても軸受トルクが初期値の２倍を超えない場合は、その時点で試験を打ち切った。その結果を図１５のグラフに示す。この結果から、転がり軸受の潤滑被膜をＤＦＯ被膜とした方がふっ素油被膜とした場合よりも耐久性に優れていることが分かる。この結果から、ＤＦＯ潤滑は、転がり軸受の潤滑被膜はＤＦＯ被膜の方がふっ素油被膜よりもより耐久性に優れていることが分かる。

＜実施例＞
次に本発明の転がり軸受を用いた耐久試験と動摩擦トルク試験について説明する。

＜ 耐久試験１＞
試験用軸受として、内径約２００ｍｍの４種類の軸受を用いて、耐久試験を行なった。
試験用軸受と試験条件は以下のとおりである。

−試験用軸受−

−試験条件−
・軸受姿勢：垂直軸
・回転速度：４０／ｍｉｎ
・温度：常温
・回転方向：揺動±９０°
・荷重条件：アキシャル荷重のみ
・圧力環境：真空
・終了条件：軸受トルクが初期値の２倍を越えたとき、又は、総回転数が１.０×１０^７回（サイクル）を超えたとき

耐久試験の結果を表２に示す。

この結果から、ふっ素油塗布潤滑であってもＤＦＯ潤滑であっても、実施例１及び２の本発明の薄肉軸受の方が耐久性が向上していることが分かる。また、ふっ素塗布潤滑の場合は、実施例１と比較例１を比較して、実施例１の方が比較例１よりも約５倍の耐久性能を示しているのに対し、ＤＦＯ潤滑の場合は、実施例２と比較例２を比較して、実施例２の方が比較例２よりも１０倍超の耐久性能を示している。従って、本発明の薄肉軸受はＤＦＯ潤滑の耐久性能をより高める効果があるといえる。

＜ 耐久試験２＞
試験用軸受として、内径約２００ｍｍの４種類の軸受を用いて、耐久試験を行なった。
試験用軸受と試験条件は以下のとおりである。なお、表３中、玉数比は比較例４の図２１に記載の転がり軸受のスペーサボールによるセパレート方式（以降、スペーサボール形式と記す。）の保持器における負荷ボール１４５の装填個数を１として、それを基準に玉数の比をとったものである。実施例３は玉（負荷ボール）を全ポケットに装填せずに間引いて配置したものである。

−試験用軸受−

−試験条件−
・軸受姿勢：垂直軸
・回転速度：４０／ｍｉｎ
・温度：常温
・回転方向：揺動±９０°
・荷重条件：アキシャル荷重のみ
・圧力環境：真空
・終了条件：軸受トルクが初期値の２倍を越えたとき、又は、総回転数が１．０×１０^７回（サイクル）を超えたとき

耐久試験の結果を表４に示す。

この結果から、比較例３の場合は、玉数比が１．５倍であっても走行距離は１０^５台であるのに対し、実施例１の保持器に変更すると玉数比が１倍であるにもかかわらず、耐久性能が向上し、スペーサボール形式の比較例４とほぼ同等となっている。さらに、実施例４のように玉数比を１．５倍にした場合、格段に耐久性能が向上している。これにより、本発明の薄肉軸受によれば、潤滑性能の向上と耐荷重性能の向上の両者に同時に寄与していることが分かる。

＜ 耐久試験３＞
試験用軸受として、内径約２００ｍｍの４種類の軸受を用いて、耐久試験を行なった。
試験用軸受と試験条件は以下のとおりである。

−試験用軸受−

−試験条件−
・軸受姿勢：垂直軸
・回転速度：４０/ｍｉｎ
・温度：常温
・回転方向：揺動±９０°
・荷重条件：アキシャル荷重のみ
・圧力環境：真空
・終了条件：軸受トルクが初期値の２倍を越えたとき、又は、総回転数が１．０×１０^７回（サイクル）を超えたとき

耐久試験の結果を表６に示す。

この結果から、ふっ素油塗布潤滑であってもＤＦＯ潤滑であっても、実施例５及び６の本発明の薄肉軸受の方が耐久性が向上していることが分かる。また、ふっ素塗布潤滑の場合は、実施例５と比較例５を比較して、実施例５の方が比較例５よりも約４倍の耐久性能を示した。また、ＤＦＯ潤滑の場合は、実施例６と比較例６を比較して、実施例６の方が比較例６よりも３倍超の耐久性能を示した。
＜ 耐久試験４＞
試験用軸受として、内径約１５ｍｍの４種類の軸受を用いて、耐久試験を行なった。
試験用軸受と試験条件は以下のとおりである。

−試験用軸受−

−試験条件−
・軸受姿勢：垂直軸
・回転速度：１０００／ｍｉｎ
・温度：常温
・回転方向：一方向回転
・荷重条件：アキシャル荷重とモーメント荷重の複合
・圧力環境：真空
・終了条件：軸受トルクが初期値の２倍を越えたとき、又は、総回転数が１．０×１０^８回（サイクル）を超えたとき

耐久試験の結果を表８に示す。

この結果から、ふっ素油塗布潤滑の場合は、実施例７と比較例７を比較して、波形保持器と本発明の保持器とは耐久性において優劣がないが、ＤＦＯ潤滑の場合は、実施例８と比較例８を比較して、実施例８の方が比較例８よりも耐久性能が向上していることがわかる。
また、比較例７と比較例８を比較すると、ふっ素油塗布潤滑の場合に比べてＤＦＯ潤滑の方が耐久性が向上していて、ＤＦＯ潤滑による耐久性向上の効果が表れているが、本発明の実施例７と実施例８を比較すると、さらに耐久性が向上して実施例８においては試験打ち切りとなっている。従って、本発明の転がり軸受はＤＦＯ潤滑の耐久性能をより高める効果があるといえる。

＜ 動摩擦トルク試験１＞
図１６の試験装置で転がり軸受の動摩擦トルクについて調べた。この装置は、同軸配置された２個の試験軸受２００の内輪２０１に回転軸２０２を装填して予圧荷重を負荷し、該２個の転がり軸受２００の中間点から接線方向に糸を伸ばして、その端に接続されたフォースゲージ２０３により回転軸２０２を回転させた場合の外輪２０４の連れ回りの接線力を測定し、そこから軸受トルクを算出するものである。
試験用軸受として、内径約１５ｍｍの２種類の軸受を用いて、動摩擦トルク試験を行なった。
試験用軸受と試験条件は以下のとおりである。

−試験用軸受−

−試験条件−
・軸受姿勢：水平軸
・回転速度：３００/ｍｉｎ、１０００/ｍｉｎ
・温度：常温
・回転方向：一方向回転
・荷重条件：アキシャル荷重（予圧荷重）のみ
・圧力環境：常圧
・測定項目：動摩擦トルク（接線方向荷重）、３０分連続運転後の動摩擦トルクを採用

動摩擦トルク試験の結果を表１０に示す。なお、動摩擦トルク比とは、比較例９の動摩擦トルク（１軸受分）を１とした場合の、動摩擦のトルク比を表わしている。

この結果から、本発明の転がり軸受は、低トルク化に大きな効果があることが分かった。また、実施例９と実施例１０を比較して、柱部７の開口側端部７５を短くすることでさらにトルクを低くすることが分かった。これにより、トルクの極めて小さい転がり軸受を構築することができる。

＜ 動摩擦トルク試験２＞
試験用軸受として、内径約１５ｍｍの２種類の軸受をそれぞれ１０個ずつ用意し動摩擦トルク試験を行なった。試験用軸受と試験条件は以下のとおりである。

−試験用軸受−

−試験条件−
・軸受姿勢：水平軸
・回転速度：３００/ｍｉｎ、１０００/ｍｉｎ
・温度：常温
・回転方向：一方向回転
・荷重条件：アキシャル荷重（予圧荷重）のみ
・圧力環境：常圧
・測定項目：動摩擦トルク（接線方向荷重）、３０分連続運転後の動摩擦トルクを採用

動摩擦トルク試験の結果を表１２に示す。なお、表１２中、実施例２２〜３２の動摩擦トルク（１軸受分）の平均値を１とした場合の動摩擦トルク比を表わしている。

この結果から、ハーフエッチング処理を施さないものに比べてハーフエッチング処理を施したものは、低トルク化に大きな効果があることが分かった。このように、ハーフエッチング処理を施し重畳して溶接することでトルクの極めて小さい転がり軸受を構築することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

１ 内輪
２ 外輪
３ 玉
４ ポケット
５、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ 保持器
６ 貫通孔
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 転がり軸受
４１ 開口部
５１、５２ 長手方向端部
５３ 凹部
５４ 重畳部

Claims (7)

1. 内輪と、外輪と、該内外輪間に周方向に所定の間隔で配置された複数の玉と、ポケット内に前記玉を転動自在に保持する保持器と、を備えた転がり軸受であって、
   前記保持器は、隣接する前記ポケット間に、径方向に貫通する複数の貫通孔又は複数のディンプルを有し、
   前記ポケットと前記貫通孔又は前記ディンプルは金属製の扁平材からフォトファブリケーションにより一括に形成されていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記複数の貫通孔は、網目状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記隣接するポケット間距離は、前記玉の直径の２倍以下に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受。
4. 前記保持器は、前記ポケットがそれぞれ軸方向一方側に開口する開口部を有し、
   前記開口部を下にしたとき、前記軸方向一方側の保持器端部が前記玉の最下点位置と略等しい位置にあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
5. 前記扁平材の長手方向両端部には、フォトファブリケーションにおいて凹部と凸部の少なくとも一方が形成され、
   前記保持器は、フォトファブリケーションの後、前記扁平材を丸めて前記長手方向両端部を重畳させて、重畳した状態で略面一に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の転がり軸受。
6. 前記内輪の軌道面，前記外輪の軌道面，及び前記転動体の転動面の少なくとも一つを、１〜１０ｇ／ｍ^２の厚みの潤滑被膜で覆うか、又は、以下の３種の潤滑被膜のいずれか一つで覆ったことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の転がり軸受。
   （ｉ）官能基を有する含ふっ素重合体とパーフルオロポリエーテルとを含有する潤滑被膜
   （ii）官能基を有する含ふっ素重合体とパーフルオロポリエーテルとふっ素樹脂とを含有する潤滑被膜
   （iii）アルキル化シクロペンタン又はポリフェニルエーテルを主成分とする潤滑剤とふっ素樹脂とを含有する潤滑被膜
7. 軸受内径ＩＤと径方向幅Δｄとの関係がΔｄ／ＩＤ＜０．１８７を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の転がり軸受。

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