JP2011074962A - 保持器、転がり軸受、工作機械および保持器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い強度を有するマグネシウム合金からなる型から無理抜きとなる形状を有する保持器、当該保持器を備えた転がり軸受、当該転がり軸受を備えた工作機械および当該保持器の製造方法を提供する。
【解決手段】保持器１４は、マグネシウム合金からなり、マグネシウム合金が保持器１４の形状に対応する形状を有するキャビティ部６１を備えた金型６０を用いた射出成形で成形された金型６０から無理抜きとなる形状を有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、保持器、転がり軸受、工作機械および保持器の製造方法に関し、特にマグネシウム合金からなる保持器、当該保持器を備えた転がり軸受、当該転がり軸受を備えた工作機械および当該保持器の製造方法に関するものである。

転がり軸受のうち、玉軸受は、ころ軸受に比して高速性、低トルク性が求められる用途に用いられることが多い。玉軸受のうち、深溝玉軸受が広く用いられている。深溝玉軸受において、転動体である玉を保持する保持器には、鋼板をプレス成形した波型保持器と、樹脂を射出成形した冠型保持器が広く用いられている。このうち冠型保持器は、通常ガラス繊維などで強化されたナイロン樹脂で製作されている。

冠型保持器を低トルク化した一例として、たとえば、特開２０００−１６３６５号公報（特許文献１）には、冠型保持器の弾性片（つめ部）が冠型保持器の径方向に傾斜するように形成された冠型保持器が開示されている。また、特開２００１−２７１８４１号公報（特許文献２）には、ポケット部の両端部に形成された円周側凹面の一端と他端とが玉の転動面と当接自在に形成された冠型保持器が開示されている。

また、高い強度を有するマグネシウム合金を保持器に適用することが提案されている。たとえば、特開２０００−２１３５４４号公報（特許文献３）には、軽量化を達成しつつ、より高い強度が必要な用途にマグネシウム合金を半溶融成形することにより製造した保持器が適用可能であることが提案されている。

特開２０００−１６３６５号公報 特開２００１−２７１８４１号公報 特開２０００−２１３５４４号公報

転がり軸受の摩擦トルクの一部は、転動体と保持器との間の潤滑油の油膜のせん断によって発生する。したがって、低トルク化のためには転動体と保持器との接触面積は小さいほうが望ましい。しかしながら、特開２０００−１６３６５号公報および特開２００１−２７１８４１号公報の保持器では、転動体と保持器との接触面積を小さくすると十分な強度が確保されないという問題がある。

また、マグネシウム合金を保持器に適用することにより、保持器を肉薄にすることが可能である。しかし、特開２０００−２１３５４４号公報の保持器では、射出成形により成形したマグネシウム合金製の保持器を実際に作成した場合、型の中の気体の巻き込みおよび偏析相である純マグネシウム相の析出のため本来得られるべき高い強度および疲労特性が十分に得られないという問題がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、高い強度を有するマグネシウム合金からなる型から無理抜きとなる形状を有する保持器、当該保持器を備えた転がり軸受、当該転がり軸受を備えた工作機械および当該保持器の製造方法を提供することである。

本発明の保持器は、転がり軸受において転動体を保持する保持器であって、マグネシウム合金からなり、マグネシウム合金が保持器の形状に対応する形状を有するキャビティ部を備えた型を用いた射出成形で成形された型から無理抜きとなる形状を有している。

本発明者は、射出成形により成形したマグネシウム合金製の保持器において、本来得られるべき高い強度および疲労特性が十分に得られない原因およびその対応策について検討を行なった。その結果、以下のような知見が得られ、本発明に想到した。

すなわち、射出成形によりマグネシウム合金製の保持器を作製する場合、液相を含むマグネシウム合金が流動して型の内部（キャビティ部）が充填される。このとき、保持器の形状およびゲート数に起因して、液相を含むマグネシウム合金が合流する領域（いわゆるウエルド部）が形成される。ここで、射出成形が実施される際のマグネシウム合金は、一般的な樹脂の場合に比べて大幅に粘度が小さい状態で型の中に供給される。また、一般的な樹脂と比べてマグネシウム合金は比熱が小さく、熱伝導性に優れることから固化速度が速い。このようなマグネシウム合金の特性に対応するため、マグネシウム合金は、一般的な樹脂の射出成形の場合の数倍〜十倍程度の高速で金型内に充填される。そのため、マグネシウム合金は乱流となりやすく、型の中の気体（空気など）を巻き込みやすくなる。その結果、上記マグネシウム合金が合流する領域（ウエルド部）において当該気体が閉じ込められることにより、ボイドを含むボイド含有部分が形成される。つまり、ボイド含有部分は、マグネシウム合金が合流した部分であり、型の中の気体が閉じ込められることによりボイドを含有している。このように、マグネシウム合金製の保持器においては、ボイド含有部分のボイドによる強度低下に起因して、本来得られるべき高い強度や疲労特性が十分に得られないという問題が発生していた。

これに対し、本発明の保持器においては、液相を含むマグネシウム合金が合流することによりボイドを含むボイド含有部分がマグネシウム合金内に形成され、ボイド含有部分がキャビティ部の外部に押し出されることにより形成される。そのため、保持器内にボイドを含むボイド含有部分が残存して強度が低下することが抑制されるので、軽量で、かつ高い強度を有するマグネシウム合金製の保持器を提供することができる。また、上記保持器においては、融点以上の温度域に加熱されることにより液相のみの状態（固相を含まない状態）に制御されたマグネシウム合金が、型に対して射出されることにより製造されていることが好ましい。これにより、偏析相である純マグネシウム相の析出（α相）を抑えたより疲労強度に優れるマグネシウム合金製の保持器を提供することができる。

本発明の保持器は、型から無理抜きとなる形状に成形されている。型から無理抜きとなる形状では高い強度が求められる。従来の射出成形により形成されたマグネシウム合金からなる保持器では、高い強度が十分に得られないが、上記の本発明の射出成形により高い強度を得ることができる。よって、本発明の保持器は、型から無理抜きとなる形状に成形され得る。型から無理抜きとなる形状を有する保持器として、たとえば、冠型保持器、かご型保持器などがある。また、型から無理抜きとなる形状を有する保持器としては、複数部品から構成されて、たとえばスナップフィットにより固定される保持器もある。冠型形状の保持器では、つめ部がたわみ易いため高い比剛性が求められる。そのため、マグネシウム合金からなることにより高い比剛性を有する本発明の保持器は、冠型保持器への採用に適している。

本発明の保持器によれば、本発明の射出成形によってマグネシウム合金で成形されているため、従来の樹脂製保持器に比べて肉薄でも同等の剛性を得ることができる。また、使用時の遠心力による変形を低減することができるので、従来の樹脂製の保持器に比べて高回転で使用できる。

また、本発明の保持器によれば、保持器のポケット部を肉薄にできるため、転動体とポケット部との接触面積を減少できる。そのため、転動体とポケット部との間における潤滑油の油膜のせん断によって発生する摩擦トルクを減少できる。

また、本発明の保持器によれば、従来の樹脂製保持器の材料の一例であるガラス繊維を２５質量％配合した繊維強化６６ナイロン樹脂の連続使用可能温度（ＵＬ長期耐熱温度（衝撃なし））は約１２０℃であるのに比べて、マグネシウム合金は軸受鋼の使用限界温度に十分耐えられるため、保持器材質が軸受の使用温度の制限とならない。

また、本発明の保持器によれば、マグネシウム合金を射出成形することにより形成されているため、複雑な形状である型から無理抜きとなる形状を有する保持器を容易に成形できる。また、本発明の保持器によれば、射出成形により成形されているため、切削加工等の機械加工により製造される一般的な金属製保持器と比べると量産性に優れている。

上記の保持器において好ましくは、射出成形後、型の温度が２５０℃以上３５０℃以下で型から取り出される。

型から保持器を離型する際に金型温度を、塑性変形性を示す温度近傍以上、たとえば２５０℃以上に保つことによって、マグネシウム合金の有する脆性を緩和することができる。これにより容易に離型することができるので加工精度を向上できる。型の温度は、２８０℃以上に保たれるのが好ましい。さらに、型の温度は、３００℃以上に保たれることがより好ましい。型の温度は、マグネシウム合金の融点より低ければ、射出成形上問題ないが、高温になるほど冷却時間を長くとる必要があるため、３５０℃以下に保たれることが好ましい。

上記の保持器において好ましくは、マグネシウム合金は、Ｍｇ（マグネシウム）−Ａｌ（アルミニウム）−Ｚｎ（亜鉛）−Ｍｎ（マンガン）系、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系およびＭｇ−Ａｌ−Ｓｉ（珪素）−Ｍｎ系のいずれかである。

Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｎ系、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系およびＭｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系のマグネシウム合金は、射出成形に適しており、このようなマグネシウム合金を採用することにより、本発明の保持器を容易に製造することができる。ここで、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｎ系のマグネシウム合金としては、たとえばＡＳＴＭ規格ＡＺ９１Ｄを挙げることができる。Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系のマグネシウム合金としては、たとえばＡＳＴＭ規格ＡＭ６０Ｂを挙げることができる。Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系のマグネシウム合金としては、たとえばＡＳＴＭ規格ＡＳ４１Ａを挙げることができる。

本発明の転がり軸受は、軌道部材と、軌道部材に接触して配置される複数の転動体と、転動体を転動自在に保持する、上記の本発明の保持器とを備えている。

本発明の転がり軸受においては、軽量で、かつ高い強度を有するマグネシウム合金製の本発明に従った保持器が採用されている。その結果、本発明の転がり軸受によれば、高速回転に適し、かつ信頼性の高い転がり軸受を提供することができる。

本発明の工作機械は、工作機械の主軸と、主軸の外周面に対向するように配置されるハウジングと、主軸をハウジングに対して回転可能に支持するための、上記の本発明の転がり軸受とを備えている。

工作機械の主軸は極めて高い回転速度で回転するため、これを支持する転がり軸受（工作機械用転がり軸受）の保持器においては、高強度であるとともに軽量であることが求められる。また、工作機械用転がり軸受の高い回転速度に起因する遠心力に対して剛性が不足すると、保持器が変形し、軸受の回転精度の低下（ＮＲＲＯ（Ｎｏｎ−Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ Ｒｕｎ−Ｏｕｔ）；非同期振れが上昇）や、軸受での発熱が大きくなるという問題が発生する。

本発明の工作機械によれば、高強度かつ軽量であるだけでなく、比剛性の大きいマグネシウム合金製の保持器を有する本発明の転がり軸受を備えており、高速回転に適し、かつ信頼性の高い工作機械を提供することができる。

本発明の保持器の製造方法は、転がり軸受において転動体を保持する保持器の製造方法である。この製造方法は、マグネシウム合金を加熱することにより液相を生じさせる工程と、液相が生じたマグネシウム合金を、保持器の形状に対応する形状を有するキャビティ部を備えた型に射出してキャビティ部をマグネシウム合金で充填することにより、マグネシウム合金を保持器の型から無理抜きとなる形状に成形する工程と、保持器の型から無理抜きとなる形状に成形されたマグネシウム合金からなる保持器を、型から取り出す工程とを備えている。マグネシウム合金を保持器の型から無理抜きとなる形状に成形する工程では、液相を含むマグネシウム合金が合流することによりボイドを含むボイド含有部分がマグネシウム合金内に形成され、ボイド含有部分はキャビティ部の外部に押し出される。

本発明の保持器の製造方法においては、液相を含むマグネシウム合金が合流することによりボイドを含むボイド含有部分がマグネシウム合金内に形成され、ボイド含有部分はキャビティ部の外部に押し出される。そのため、保持器内にボイドを含むボイド含有部分が残存して強度が低下することが抑制される。その結果、本発明の保持器の製造方法によれば、軽量で、かつ高い強度を有するマグネシウム合金製の保持器を製造することができる。

本発明の保持器の製造方法では、保持器が型から無理抜きとなる形状に形成されている。冠型形状の保持器では、つめ部がたわみ易いため高い比剛性が求められる。そのため、マグネシウム合金からなることにより高い比剛性を有する保持器を製造可能な本発明の保持器の製造方法は、冠型保持器の製造に適している。

上記の保持器の製造方法において好ましくは、保持器を型から取り出す工程では、型の温度が２５０℃以上３５０℃以下である。型から保持器を離型する際に金型温度を、塑性変形性を示す温度近傍以上、たとえば２５０℃以上に保つことによって、マグネシウム合金の有する脆性を緩和することができる。これにより容易に離型することができるので生産効率を向上できる。型の温度は、２８０℃以上に保たれるのが好ましい。さらに、型の温度は、３００℃以上に保たれることがより好ましい。型の温度は、マグネシウム合金の融点より低ければ、射出成形上問題ないが、高温になるほど冷却時間を長くとる必要があるため、３５０℃以下に保たれることが好ましい。

以上説明したように、本発明の保持器、転がり軸受、工作機械および保持器の製造方法によれば、高い強度を有するマグネシウム合金からなる型から無理抜きとなる形状を有する保持器、当該保持器を備えた転がり軸受、当該転がり軸受を備えた工作機械および当該保持器の製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態１における保持器を有する転がり軸受を備えた工作機械の主軸付近の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１における保持器を有する転がり軸受の構成を示す概略部分断面図である。 本発明の実施の形態１における保持器の構成を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態１における保持器を有する転がり軸受の変形例１の構成を示す概略部分断面図である。 本発明の実施の形態１における保持器を有する転がり軸受の変形例２の構成を示す概略部分断面図である。 本発明の実施の形態１における保持器を有する転がり軸受の変形例３の構成を示す概略部分断面図である。 本発明の実施の形態１における保持器を有する転がり軸受の変形例４の構成を示す概略部分断面図である。 本発明の実施の形態１における保持器を有する転がり軸受の変形例５の構成を示す概略部分断面図である。 本発明の実施の形態１におけるアンギュラ玉軸受の構成を示す概略部分断面図である。 本発明の実施の形態１における射出成形装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態１における射出成形装置の型の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態１における保持器の製造工程の概略を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における射出成形装置の型の構成を示す概略図である。 実施例における玉と保持器との間のせん断抵抗を説明する図である。 従来の保持器を有する転がり軸受の構成を示す概略部分断面図である。 従来の玉と保持器との間のせん断抵抗を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に本発明の実施の形態１の工作機械の構成について説明する。

図１を参照して、本実施の形態における工作機械９０は、円筒状の形状を有する主軸９１と、主軸９１の外周面を取り囲むハウジング９２と、外輪１１および外輪２１の外周面のそれぞれがハウジングの内壁９２Ａに接触するとともに、内輪１２および内輪２２の内周面のそれぞれが主軸９１の外周面９１Ａに接触するように、主軸９１とハウジング９２との間に嵌め込まれて配置された工作機械用の転がり軸受としての深溝玉軸受１（リア軸受）とアンギュラ玉軸受２（フロント軸受）とを備えている。これにより、主軸９１は、ハウジング９２に対して軸回りに回転自在に支持されている。

また、主軸９１には、外周面９１Ａの一部を取り囲むようにモータロータ９３Ｂが設置されており、ハウジング９２の内壁９２Ａには、モータロータ９３Ｂに対向する位置にモータステータ９３Ａが設置されている。このモータステータ９３Ａおよびモータロータ９３Ｂは、モータ９３（ビルトインモータ）を構成している。これにより、主軸９１は、モータ９３の動力によって、ハウジング９２に対して相対的に回転可能となっている。

すなわち、深溝玉軸受１およびアンギュラ玉軸受２は、工作機械９０の主軸９１を、主軸９１に対向するように配置される部材であるハウジング９２に対して回転自在に支持する工作機械用の転がり軸受である。

次に、工作機械９０の動作について説明する。図１を参照して、モータ９３のモータステータ９３Ａに図示しない電源から電力が供給されることにより、モータロータ９３Ｂを軸回りに回転させる駆動力が発生する。これにより、ハウジング９２に対してアンギュラ玉軸受２および深溝玉軸受１により回転自在に支持されている主軸９１は、モータロータ９３Ｂとともにハウジング９２に対して相対的に回転する。このように、主軸９１が回転することにより、主軸９１の先端９１Ｂに取り付けられた図示しない工具が被加工物を切削、研削等して、被加工物を加工することができる。

次に、上記深溝玉軸受１について説明する。図２を参照して、深溝玉軸受１は、第１軌道部材としての外輪１１と、第２軌道部材としての内輪１２と、複数の転動体としての玉１３と、保持器１４とを備えている。外輪１１の内周面には、円環状の第１転走面しての外輪転走面１１Ａが形成されている。内輪１２の外周面には、外輪転走面１１Ａに対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面１２Ａが形成されている。外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａは、それぞれ深溝型に形成されている。また、複数の玉１３には、転動体接触面としての玉転走面１３Ａ（玉１３の表面）が形成されている。そして、当該玉１３は、外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａの各々に玉転走面１３Ａにおいて接触し、冠型形状の保持器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。これにより、外輪１１と内輪１２とは互いに相対的に回転可能となっている。

ここで、図３を参照して、本実施の形態の保持器１４の一例について説明する。保持器１４は、型から無理抜きとなる形状を有している。本実施の形態では一例として、保持器１４は、冠型形状を有している。冠型形状とは、転動体が挿入されるポケット部の一方側が開口している形状である。保持器１４は、つめ部１４Ａと、ポケット部１４Ｂと、主部１４Ｃとを有している。円環状の主部１４Ｃの円周方向に、玉１３を転動自在に保持するためのポケット部１４Ｂが複数設けられている。なお、ポケット部１４Ｂの数は、限定されない。また、ポケット部１４Ｂは、奇数個であってもよく、偶数個であってもよい。

各ポケット部１４Ｂの先端には、互いに間隔をあけて対向するように配置されたつめ部１４Ｃが設けられている。この対向するつめ部１４Ｃの先端の間隔は、玉１３の直径より小さくなるように形成されている。各ポケット部１４Ｂの内周面には、球面状の凹形状が形成されている。この凹形状の曲率半径は、玉１３の軌道面の曲率半径よりわずかに大きく形成されている。

保持器１４は、上記の射出成形により形成されたマグネシウム合金からなっているため、従来の樹脂製保持器に比べて肉薄でも同等の剛性を得ることができる。また、保持器１４は、従来の樹脂製保持器より肉薄で同等の剛性を得ることができるため、潤滑油の油膜のせん断抵抗を減少することにより摩擦トルクを減少することができる。

上記では、保持器１４は、図２に示す形状に限定されない。図４〜８を参照して、本実施の形態の保持器１４の変形例を説明する。変形例の形状であっても、マグネシウム合金で形成されているため、保持器１４は高い強度を有している。また、変形例のポケット部形状では、従来の形状より小さな力で離型することができる。

図４に示す変形例１では、断面視において、保持器１４の中央部が軸方向に凸形状に形成されている。図５に示す変形例２では、断面視において、保持器１４の内周部が軸方向に凸形状に形成されている。図６に示す変形例３では、断面視において、保持器１４の外周面が軸方向に根元から先端に向かって断面積が小さくなるように形成されている。図７に示す変形例４では、断面視において、保持器１４の外周面が玉１３の中心より外輪１１側に配置されるように形成されている。図８に示す変形例５では、断面視において、保持器１４の内周面が玉１３の中心より内輪１２側に配置されるように形成されている。

そして、保持器１４は、ＡＺ９１Ｄなどのマグネシウム合金からなり、射出成形により成形されている。そして、この保持器１４においては、射出成形においてマグネシウム合金が合流することにより形成されたボイドを含むボイド含有部分がキャビティ部の外部に押し出されることにより、ボイド含有部分が保持器１４から排除されている。これにより、保持器１４は、軽量で、かつ高い強度を有するマグネシウム合金製の保持器となっている。また、保持器１４は、つめ部１４Ａがたわみ易く、高い比剛性が求められる冠型保持器であるが、上記の射出成形で形成されたマグネシウム合金からなっていることにより十分な比剛性が確保されている。

さらに、深溝玉軸受１は、上記の保持器１４を備えていることにより、工作機械用の転がり軸受に必要な高速回転に適し、かつ信頼性の高い転がり軸受となっている。

次に、上記アンギュラ玉軸受２について説明する。図１および図９を参照して、アンギュラ玉軸受２と深溝玉軸受１とは基本的には同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、アンギュラ玉軸受２は、軌道輪および転動体の形状等において、深溝玉軸受１とは異なっている。

すなわち、アンギュラ玉軸受２は、第１軌道部材としての外輪２１と、第２軌道部材としての内輪２２と、複数の転動体としての玉２３と、保持器２４とを備えている。外輪２１の内周面には、円環状の第１転走面としての外輪転走面２１Ａが形成されている。内輪２２の外周面には、外輪転走面２１Ａに対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面２２Ａが形成されている。また、複数の玉２３には、転動体接触面としての玉転走面２３Ａ（玉２３の表面）が形成されている。そして、当該玉２３は、外輪転走面２１Ａおよび内輪転走面２２Ａの各々に玉転走面２３Ａにおいて接触し、円環状の保持器２４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。これにより、外輪２１と内輪２２とは互いに相対的に回転可能となっている。

ここで、アンギュラ玉軸受２においては、玉２３と外輪２１との接触点と、玉２３と内輪２２との接触点とを結ぶ直線は、ラジアル方向（アンギュラ玉軸受２の回転軸に垂直な方向）に対して角度をなしている。そのため、ラジアル方向の荷重だけでなく、アキシャル方向の荷重をも受けることが可能であるとともに、ラジアル方向の荷重が負荷されると、アキシャル方向（アンギュラ玉軸受２の回転軸の方向）への分力が生じる。図１を参照して、本実施の形態の工作機械９０では、前方側（主軸９１の先端９１Ｂ側）に同じ向きのアンギュラ玉軸受２を２つ配置するとともに、後方側（モータロータ９３Ｂ側）には、前方側とは逆向きのアンギュラ玉軸受２を２つ配置することにより、当該分力を相殺している。

保持器２４は、円環状に形成されている。なお、保持器２４は、上記の冠型保持器１４と同様に形成されていてもよい。

次に、本実施の形態における保持器の製造方法について説明する。まず、本実施の形態において用いられる射出成形装置の一例について説明する。図１０を参照して、本実施の形態における射出成形装置７０は、射出部５０と金型６０とを備えている。射出部５０は、円筒状の中空部を有するシリンダ５１と、シリンダ５１の中空部に接続され、当該中空部にマグネシウム合金チップ４１を供給する供給部５２と、シリンダ５１の中空部に嵌め込まれ、外周面に螺旋状の溝が形成されたスクリュ５３と、シリンダ５１を取り囲むように配置されたヒータ５６とを備えている。シリンダ５１は、その一方の端部に形成され、金型６０に接続されるノズル５５を有している。また、スクリュ５３の先端側（金型６０に近い側の端部）とシリンダ５１とによって取り囲まれた領域である貯留部５４がスクリュ５３の一方の端部側に形成されている。そして、当該貯留部５４は、ノズル５５を介して金型６０に接続されている。本例では、マグネシウム合金のチップを用いた射出成形機を例示したが、たとえば丸棒等のバルク材を用いた射出成形機等も好適に利用できる。

図１０および図１１を参照して、金型６０は、シリンダ５１のノズル５５に接続された中空領域であるスプルー部６３と、冠型形状の保持器の形状に対応した中空領域であるキャビティ部６１と、スプルー部６３から放射状に延在し、キャビティ部６１に接続されるランナー部６２とを備えている。ランナー部６２は、ゲート部６２Ａを含んでおり、当該ゲート部６２Ａにおいて、ランナー部６２はキャビティ部６１に接続されている。キャビティ部６１は、ランナー部６２からキャビティ部６１に供給されたマグネシウム合金が合流する領域であるウエルド領域６５を含んでいる。そして、金型６０は、ウエルド領域６５に接続され、ウエルド領域６５に到達してキャビティ部６１から溢れたマグネシウム合金を貯留するオーバーフロー部６６をさらに備えている。このオーバーフロー部６６は、ウエルド領域６５に接続された排出部６６Ａと、排出部６６Ａに接続された保持部６６Ｂとを有している。

次に、図１０〜図１２を参照して上記射出成形装置７０を用いた保持器の製造方法について説明する。図１２を参照して、本実施の形態における保持器の製造方法においては、まず工程（Ｓ１０）として原料チップ供給工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図１０を参照して、マグネシウム合金チップ４１が射出部５０の供給部５２からシリンダ５１内に供給される。なお、環境負荷の観点から用いるマグネシウム合金はリサイクル材から再生・製造された材料を用いることが好ましい。

次に、工程（Ｓ２０）として加熱工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、スクリュ５３が軸回りに回転することにより、工程（Ｓ１０）においてシリンダ５１内に供給されたマグネシウム合金チップ４１がスクリュ５３の外周面に形成された螺旋状の溝に沿って移動しつつ、ヒータ５６によって融点以上にまで加熱される。そして、溶融状態となった溶融マグネシウム合金４２が貯留部５４に貯留される。このとき、溶融マグネシウム合金４２は、固相が存在しない液相のみの完全溶融状態であってもよいし、液相中に固相であるマグネシウム（α相）が分散した半溶融状態であってもよい。ただし、半溶融状態である場合、固相の割合は小さいことが好ましく、具体的には凝固後のマグネシウム合金の断面を観察した場合、α相の割合は面積率で５％未満であることが好ましく、２％未満であることが更に好ましい。これにより、完成後の保持器においてα相界面が応力集中源となり、保持器の疲労強度等が低下することを抑制することができる。

次に、工程（Ｓ３０）として射出工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、スクリュ５３を金型６０に近づく向きに前進させることにより、工程（Ｓ２０）において貯留部５４に貯留された溶融マグネシウム合金４２が金型６０の内部に射出される。図１１を参照して、金型６０に射出された溶融マグネシウム合金４２は、まずスプルー部６３に供給された後、複数のランナー部６２に分岐してキャビティ部６１に注入される。このとき、転動体を保持するポケット部が偶数個形成された図１１の保持器形状では、たとえば隣り合うランナー部６２からポケット部を２つ挟むように、すなわちキャビティ部６１のうち１つおきに配置されたキャビティ部６１Ａに溶融マグネシウム合金４２が注入される。ここで、図１１の互いに隣り合うキャビティ部６１（キャビティ部６１Ａとキャビティ部６１Ｂ）は、軸方向の前後（紙面の手前側および奥側）において互いに連結されている。そのため、ランナー部６２から２つのキャビティ部６１Ａに注入された溶融マグネシウム合金４２は、破線矢印αに示すように、２つのキャビティ部６１Ａに挟まれたキャビティ部６１Ｂに形成されるウエルド領域６５において合流する。ウエルド領域６５では、溶融マグネシウム合金４２同士が合流することから、乱流となって気体を巻き込むことで、ボイドを含むボイド含有部分１００が溶融マグネシウム合金４２内に形成される。そして、溶融マグネシウム合金４２が２つのキャビティ部６１Ａにさらに注入されると、キャビティ部６１から溶融マグネシウム合金４２が溢れ、オーバーフロー部６６に流入して貯留される。このオーバーフロー部６６は、ウエルド領域６５付近においてキャビティ部６１と接続されている。このため、ウエルド領域６５で生じたボイド含有部分１００はキャビティ部６１の外部であるオーバーフロー部６６へ図中の破線矢印に沿って押し出される。

次に、工程（Ｓ４０）として取り出し工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、工程（Ｓ３０）において金型６０に射出されて凝固することにより作製された保持器が、金型６０から取り出される。保持器が金型６０から離型される際、金型６０の温度は、マグネシウム合金が塑性変形性を示す温度である３００℃の近傍以上に保たれる。たとえば、金型６０の温度は、２５０℃以上に保たれる。金型６０の温度は、２８０℃以上に保たれるのが好ましい。さらに、金型６０の温度は、３００℃以上に保たれることがより好ましい。金型６０の温度は、マグネシウム合金の融点より低ければ、射出成形上問題ないが、高温になるほど冷却時間を長くとる必要があるため、３５０℃以下に保たれることが好ましい。

さらに、工程（Ｓ５０）として分離工程が実施される。工程（Ｓ４０）において取り出された保持器には、ランナー部６２やオーバーフロー部６６において凝固したマグネシウム合金が接続されている。この工程（Ｓ５０）では、この保持器以外の領域のマグネシウム合金が保持器から分離される。

ここで、本実施の形態においては、図１１を参照して、ランナー部６２において、キャビティ部６１との境界面であるゲート部境界面の断面積は、ゲート部境界面に隣接する領域におけるゲート部境界面に平行な断面積に比べて小さくなっている。より具体的には、ランナー部６２はキャビティ部６１に近づくにつれて長手方向に垂直な断面における断面積が小さくなり、ゲート部境界面においてその断面積が最も小さくなっている。さらに、オーバーフロー部６６において、キャビティ部６１との境界面である排出部境界面の断面積は、排出部境界面に隣接する領域における排出部境界面に平行な断面積に比べて小さくなっている。つまり、ランナー部６２と同様に、オーバーフロー部６６はキャビティ部６１に近づくにつれて長手方向に垂直な断面における断面積が小さくなり、排出部境界面においてその断面積が最も小さくなっている。そのため、キャビティ部６１内で凝固したマグネシウム合金（保持器）とランナー部６２内で凝固したマグネシウム合金とをゲート部境界面において容易に分離するとともに、キャビティ部６１内で凝固したマグネシウム合金（保持器）とオーバーフロー部６６内で凝固したマグネシウム合金とを排出部境界面において容易に分離することができる。その結果、本実施の形態においては、工程（Ｓ４０）と工程（Ｓ５０）とを同時に実施する、すなわち金型６０から保持器を取り出す際に、保持器以外の領域のマグネシウム合金を保持器から分離することが可能となっている。なお、本例は一例として示したものであり、上述の断面積の縮小は、連続的でも断続的でも良く、また断面形状も円形でも角形でも、上記機能上問題が生じなければ、特に制限されない。

次に、工程（Ｓ６０）として研磨工程を必要に応じて実施してもよい。この工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ５０）において分離された保持器に対して、たとえばバレル研磨や真鍮製などの金属製ブラシなどによる研磨や薬品によるエッチング処理が実施される。これにより、保持器の表面が洗浄され、平滑化される。

次に、工程（Ｓ７０）として必要に応じて表面処理工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、たとえば保持器に対して陽極酸化処理やめっき処理などの表面処理が実施される。この工程（Ｓ７０）は、本発明の保持器の製造方法において必須の工程ではないが、これを実施することにより、保持器の耐食性、耐グリース性および耐摩耗性が向上する。

さらに、工程（Ｓ８０）として仕上げ工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、工程（Ｓ７０）における表面処理によって表面の凹凸が大きくなった場合に実施されるバレル研磨などの研磨処理や、封止（封孔）処理、オーバーコート処理などが必要に応じて実施される。以上の工程により、本実施の形態における保持器１４が完成する。

本実施の形態における保持器の製造方法においては、上述のように工程（Ｓ３０）において溶融マグネシウム合金４２が合流することにより、キャビティ部６１Ｂのウエルド領域６５において、ボイドを含むボイド含有部分１００が形成される。しかし、このボイド含有部分１００は、キャビティ部６１Ｂから溶融マグネシウム合金４２が溢れてオーバーフロー部６６に流入することにより、保持器（キャビティ部６１）の外部に押し出される。その結果、当該ボイド含有部分１００が保持器から排除され、保持器内にボイドを含むボイド含有部分１００が残存して強度が低下することが抑制される。したがって、本実施の形態における射出成形装置７０を用いた保持器の製造方法によれば、軽量で、かつ高い強度を有するマグネシウム合金製の保持器を製造することができる。

なお、上記ボイド含有部分１００がキャビティ部６１の外部に流出したことは、完成品の保持器のウエルド部の表面および断面を調査することにより確認することができる。具体的には、隣接するゲート間、もしくは保持器の転動体保持部付近に生ずるウエルド部は、通常ウエルドラインと呼ばれる特徴のある外観を有する。本発明による製造法により製造された保持器では、ウエルドラインが存在しない、もしくは保持器内部から外部に向かう湯流れ跡やオーバーフロー部の除去跡が観察される。また成形条件にも拠るが、金型内での冷却速度の違いに起因して、排出部近傍のα相の存在率はゲート部近傍に比べて少なくなりやすいことから、組織観察によっても確認できる場合がある。

上記の保持器を軌道部材と転動体と組み合わせることにより、転がり軸受が製造される。また、この転がり軸受が工作機械の主軸をハウジングに対して回転可能に支持されることにより、工作機械が製造される。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の保持器によれば、射出成形において、液相を含むマグネシウム合金が合流することにより形成されたボイドを含むボイド含有部分１００がマグネシウム合金内に形成され、ボイド含有部分１００がキャビティ部６１の外部に押し出されることにより形成される。そのため、保持器１４内にボイドを含むボイド含有部分１００が残存して強度が低下することが抑制されるので、軽量で、かつ高い強度を有するマグネシウム合金製の保持器１４を提供することができる。また、上記保持器１４においては、融点以上の温度域に加熱されることにより液相のみの状態（固相を含まない状態）に制御されたマグネシウム合金が、金型６０に対して射出されることにより製造されていることが好ましい。これにより、偏析相である純マグネシウム相の析出を抑えたより疲労強度に優れるマグネシウム合金製の保持器１４を提供することができる。

本実施の形態の保持器は、型から無理抜きされる形状に成形されている。型から無理抜きとなる形状では高い強度が求められる。従来の射出成形により形成されたマグネシウム合金からなる保持器では、高い強度が十分に得られないが、上記の本発明の射出成形により高い強度を得ることができる。よって、本実施の形態の保持器は、型から無理抜きとなる形状に成形され得る。型から無理抜きされる形状を有する保持器の一例である冠型形状の保持器１４では、つめ部１４Ａがたわみ易いため高い比剛性が求められる。そのため、マグネシウム合金からなることにより高い比剛性を有する本実施の形態の保持器１４は、冠型保持器１４への採用に適している。

本実施の形態の保持器によれば、本実施の形態の射出成形によるマグネシウム合金で形成されているため、従来の樹脂製保持器に比べて肉薄でも同等の剛性を得ることができる。また、使用時の遠心力による変形を低減することができるので、従来樹脂製の保持器に比べて高回転で使用できる。

また、本実施の形態の保持器によれば、保持器のポケット部１４Ｂを肉薄にできるため、玉１３とポケット部１４Ｂとの接触面積を減少できる。そのため、玉１３とポケット部１４Ｂとの間における潤滑油の油膜のせん断によって発生する摩擦トルクを減少できる。

また、本実施の形態の保持器によれば、従来の樹脂製保持器の材料の一例であるガラス繊維を２５質量％配合した繊維強化６６ナイロン樹脂の連続使用可能温度（ＵＬ長期耐熱温度（衝撃なし））は約１２０℃であるのに比べて、マグネシウム合金は軸受鋼の使用限界温度に十分耐えられるため、保持器材質が軸受の使用温度の制限とならない。

また、本実施の形態の保持器によれば、マグネシウム合金を射出成形することにより形成されているため、複雑な形状である型から無理抜きとなる形状を有する保持器を容易に成形できる。また、本実施の形態の保持器によれば、射出成形により成形されているため、切削加工等の機械加工により製造される一般的な金属製保持器と比べると量産性に優れている。

本実施の形態の保持器によれば、射出成形後、金型６０の温度が２５０℃以上３５０℃以下で金型６０から取り出される。

冠型保持器１４を射出成形する場合、つめ部１４Ａは金型６０から無理抜きされる。従来、マグネシウム合金では、マグネシウム合金自体が延性に劣る材料であること、およびつめ部１４Ａの剛性が高いことから、無理抜きが困難であった。マグネシウム合金は低温ではきわめて剛性の高い脆性材料であるが、一方で３００℃以上の高温で塑性変形性を示す特性がある。そこで、金型６０から保持器１４を離型する際に金型温度を、塑性変形性を示す温度近傍以上、たとえば２５０℃以上に保つことによって、マグネシウム合金の有する脆性を緩和することができる。これにより容易に離型することができるので加工精度を向上できる。また、変形例のポケット部１４Ｂの形状であれば、従来の形状より小さな力で離型することができる。金型６０の温度は、２８０℃以上に保たれるのが好ましい。さらに、金型６０の温度は、３００℃以上に保たれることがより好ましい。金型６０の温度は、マグネシウム合金の融点より低ければ、射出成形上問題ないが、高温になるほど冷却時間を長くとる必要があるため、３５０℃以下に保たれることが好ましい。

本実施の形態の保持器よれば、マグネシウム合金は、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｎ系、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系およびＭｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系のいずれかであるため、射出成形に適しており、このようなマグネシウム合金を採用することにより、本実施の形態の保持器を容易に製造することができる。ここで、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｎ系のマグネシウム合金としては、たとえばＡＳＴＭ規格ＡＺ９１Ｄを挙げることができる。Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系のマグネシウム合金としては、たとえばＡＳＴＭ規格ＡＭ６０Ｂを挙げることができる。Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系のマグネシウム合金としては、たとえばＡＳＴＭ規格ＡＳ４１Ａを挙げることができる。

本実施の形態の転がり軸受によれば、軌道部材である外輪１１および内輪１２と、外輪１１および内輪１２に接触して配置される複数の転動体である玉１３と、玉１３を転動自在に保持する、本実施の形態の保持器１４とを備えている。

そのため、軽量で、かつ高い強度を有するマグネシウム合金製の本実施の形態の保持器１４が採用されているので、高速回転に適し、かつ信頼性の高い深溝玉軸受１を提供することができる。

本実施の形態の工作機械によれば、工作機械９０の主軸９１と、主軸９１の外周面９１Ａに対向するように配置されるハウジング９２と、主軸９１をハウジング９２に対して回転可能に支持するための、本実施の形態の転がり軸受とを備えている。

工作機械の主軸は極めて高い回転速度で回転するため、これを支持する転がり軸受（工作機械用転がり軸受）の保持器においては、高強度であるとともに軽量であることが求められる。また、工作機械用転がり軸受の高い回転速度に起因する遠心力に対して剛性が不足すると、保持器が変形し、軸受の回転精度の低下（ＮＲＲＯ（Ｎｏｎ−Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ Ｒｕｎ−Ｏｕｔ）；非同期振れが上昇）や、軸受での発熱が大きくなるという問題が発生する。

本実施の形態の工作機械によれば、高強度かつ軽量であるだけでなく、比剛性の大きいマグネシウム合金製の保持器１４を有する本実施の形態の深溝玉軸受１を備えており、高速回転に適し、かつ信頼性の高い工作機械９０を提供することができる。

本実施の形態の保持器の製造方法によれば、液相を含むマグネシウム合金が合流することによりボイドを含むボイド含有部分１００がマグネシウム合金内に形成され、ボイド含有部分１００はキャビティ部の外部に押し出される。そのため、保持器１４内にボイドを含むボイド含有部分１００が残存して強度が低下することが抑制される。そのため、軽量で、かつ高い強度を有するマグネシウム合金製の保持器１４を製造することができる。

また、本実施の形態の保持器の製造方法によれば、保持器が型から無理抜きとなる形状に形成されている。型から無理抜きとなる形状の一例である冠型形状の保持器１４では、つめ部１４Ａがたわみ易いため高い比剛性が求められる。そのため、マグネシウム合金からなることにより高い比剛性を有する保持器１４を製造可能な本実施の形態の保持器の製造方法は、冠型保持器の製造に適している。

本実施の保持器の製造方法によれば、保持器１４を金型６０から取り出す工程では、金型６０の温度が２５０℃以上３５０℃以下である。金型６０から保持器を離型する際に金型温度を、塑性変形性を示す温度近傍以上、たとえば２５０℃以上に保つことによって、マグネシウム合金の有する脆性を緩和することができる。これにより容易に離型することができるので生産効率を向上できる。また、上記各変形例のポケット部１４Ｂの形状は、従来の形状より小さな力で離型することができる。金型６０の温度は、２８０℃以上に保たれるのが好ましい。さらに、金型６０の温度は、３００℃以上に保たれることがより好ましい。金型６０の温度は、マグネシウム合金の融点より低ければ、射出成形上問題ないが、高温になるほど冷却時間を長くとる必要があるため、３５０℃以下に保たれることが好ましい。

（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。実施の形態２における保持器および転がり軸受は、実施の形態１の場合と同様の構成を有し、同様の効果を奏するとともに同様に製造することができる。しかし、実施の形態１における保持器は転動体を保持するポケット部を偶数個有していたのに対し、実施の形態２における保持器はポケット部を奇数個有している。その結果、射出成形において使用される金型の構成において、実施の形態１と実施の形態２とは異なっている。これ以外については、実施の形態１と同様であり、同一の部分または相当する部分には、同一の番号を付し、その説明を繰り返さない。

図１３を参照して、転動体を保持するポケットが奇数個形成された実施の形態２における保持器形状では、たとえば隣り合うランナー部６２からポケットを３つ挟むように、すなわちキャビティ部６１のうち２つおきに配置されたキャビティ部６１Ａに溶融マグネシウム合金４２が注入される。ここで、図１３の互いに隣り合うキャビティ部６１は、軸方向の前後（紙面の手前側および奥側）において互いに連結されている。そのため、ランナー部６２から２つのキャビティ部６１Ａに注入された溶融マグネシウム合金４２は、破線矢印αに示すように、２つのキャビティ部６１Ａに挟まれた２つのキャビティ部６１Ｂに流入し、さらに当該２つのキャビティ部６１Ｂの中央（紙面手前または奥側）に形成されるウエルド領域６５において合流する。そして、溶融マグネシウム合金４２が２つのキャビティ部６１Ａにさらに注入されると、キャビティ部から溶融マグネシウム合金４２が溢れ、オーバーフロー部６６に流入して貯留される。

本実施の形態においても、上記実施の形態１の場合と同様に、工程（Ｓ３０）において溶融マグネシウム合金４２が合流することにより、ウエルド領域６５においてボイドを含むボイド含有部分１００が形成される。そして、実施の形態２においては、このウエルド領域６５が、保持器において厚みの薄い領域であるポケットの中央部（保持器の周方向における中央部）に位置することとなる。そのため、当該領域にボイドを含むボイド含有部分１００が残存すると、実施の形態１の場合以上に保持器の強度が不十分となりやすい。しかし、このボイド含有部分１００は、キャビティ部６１から溶融マグネシウム合金４２が溢れてオーバーフロー部６６に流入することにより、キャビティ部６１の外部に押し出される。その結果、当該ボイド含有部分１００が保持器から排除され、保持器内にボイドを含むボイド含有部分１００が残存して強度が低下することが抑制される。このように、保持器の厚みの薄い領域にボイド含有部分１００が形成される場合、本発明の適用が特に有効である。

なお、上記実施の形態においては、本発明に適用可能なマグネシウム合金としてＡＳＴＭ規格ＡＺ９１Ｄを例示したが、本発明に適用可能なマグネシウム合金はこれに限られず、種々のダイカスト用のマグネシウム合金を適用することができる。本発明において採用可能なマグネシウム合金としては、主成分であるマグネシウム（Ｍｇ）に、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、珪素（Ｓｉ）などを添加した合金類を例示することができる。また難燃性の向上や、耐熱性、靭性向上などを目的に必要に応じて、カルシウム（Ｃａ）やガドリニウム（Ｇｄ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、希土類元素などを添加してもよい。具体的には、ＡＳＴＭ規格のＡＺ９１ＤなどのＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｎ系合金や、ＡＭ６０ＢなどのＭｇ−Ａｌ−Ｍｎ系合金、ＡＳ４１ＡなどのＭｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系合金などを挙げることができる。

また、オーバーフロー部６６の体積（容積）は、特に限定されるものではないが、合流部を保持器（製品）から確実に排除する観点からキャビティ部６１体積の５％以上であることが好ましく、より確実に合流部を排除するためには１０％以上とすることが好ましい。一方、材料歩留まりの観点から除去される廃材部は少ない方が好ましく、オーバーフロー部６６の体積（容積）はキャビティ部６１体積の３０％以下とすることが好ましい。

さらに、上記工程（Ｓ５０）で実施されるランナー部６２やオーバーフロー部６６において凝固したマグネシウム合金の保持器からの分離（除去）は、種々の方法で実施することができる。具体的な方法としては、たとえばプレス機によるトリミング加工、バレル加工、切削加工などの機械加工を例示することができる。

また、スプルー部６３やランナー部６２において凝固するマグネシウム合金の量を減らすことが可能な所謂ホットノズルやホットランナー方式、また金型内でゲートカットを行なう型内ゲートカット方式での成形法も好適に使用できる。なお、スプルー部６３やランナー部６２において凝固したマグネシウム合金と共に、型内加工にてオーバーフロー部６６において凝固したマグネシウム合金を除去することもできる。

さらに、表面処理は、スプルー部６３、ランナー部６２およびオーバーフロー部６６において凝固したマグネシウム合金の除去の前後を問わず実施することができるが、除去後に実施することが好ましい。具体的な表面処理としては、耐食性に優れる金属を用いためっき処理や、樹脂コーティング、表面を水酸化マグネシウムや酸化マグネシウムに変性する化成処理や陽極酸化処理を挙げることができる。これらの中でも、界面の密着性不足のおそれが小さく、耐食性、耐摩耗性共に優れる陽極酸化処理を採用することが特に好ましい。なお、陽極酸化処理を行なうと表面粗さが大きくなる場合が多いので、必要に応じて表面処理後にバレル研磨などの研磨処理や、樹脂材料による封止（封孔）、あるいは水蒸気処理、沸騰水処理、加熱酢酸ニッケル溶液などの薬液処理などでの封止（封孔）、またはオーバーコート処理を施してもよい。研磨処理をする場合の研磨量は、表面処理により形成した変成層を残存させるため、変性層の厚み以下とすることができる。変性層の厚みは３μｍ程度以上あれば、機能上大きな問題はないが、保持器には転動体や軌道輪と接触する摺動部が存在することから、５μｍ以上とすることが耐久性の面で好ましい。なお、変性層の厚みが厚くなればなるほど、耐摩耗性や耐食性には優れるが、変性に伴う凹部の成長（表面粗さの増大）や体積膨張などの形状変化も大きくなることから、２０μｍ以下とすることが好ましく、１０μｍ以下とすることが特に好ましい。

なお、本発明の保持器は、型から無理抜きとなる保持器を備えた転がり軸受に適用可能であり、転がり軸受の形式に特に制限なく好適に採用することができる。また、保持器の案内形式も特に限定されるものではなく、転動体案内、外輪案内、内輪案内など、いずれの案内形式にも適用することができる。

以下、実施例について説明する。
まず、本実施例のマグネシウム合金製冠型保持器のつめ部の厚さについて、従来の樹脂製冠型保持器と比較して検討した。冠型保持器のつめ部は遠心力によって変形するため、冠型保持器は、運転中につめ部の先端が外輪に接触しないように設計されている。つめ部の変形を矩形の片持ち梁の曲げ問題として、材料力学的に解析した。以下、解析の詳細について説明する。

つめ部（梁）には遠心力による等分布荷重が働くと仮定した。すなわち，単位長さあたりの荷重ｗ₀は、単位長さあたりの質量ｍ、平均半径ｒ、各回転速度ωを用いて、式（１）で示される。

梁のたわみ曲線Ｙ（ｘ）は、ヤング率Ｅ、断面２次モーメントＩ、軸方向の座標ｘ、梁の長さＬを用いて、式（２）で示される。

変位量が最大となる非拘束側の端部の変位量は、式（３）で示される。

従来の樹脂製冠型保持器の材料であるナイロン（ＰＡ６６、ガラス繊維２５％配合）の場合に必要なつめ部の厚さをｈとし、本実施例の冠型保持器の材料であるマグネシウム合金（ＡＺ９１Ｄ）の場合に必要な厚さをａｈ（０＜ａ＜）とした。

マグネシウム合金（ＡＺ９１Ｄ）のヤング率Ｅ_Mg（４５ＧＰａ）の上記ナイロンのヤング率Ｅ_PA（７．６ＧＰａ）に対する比は、式（４）で示される。

マグネシウム合金の密度ρ_Mg（１８２０ｋｇ/ｍ³）のナイロンの密度ρ_PA（１３１０ｋｇ/ｍ³）に対する比は、式（５）で示される。

矩形梁の断面２次モーメントＩは、梁の幅ｂ、梁の厚さＨを用いて、式（６）で示される。

マグネシウム合金製のつめ部の最大変位量とナイロン製のつめ部最大変位量が同じになるように設計すると、式（７）で示されるように、aは０．４８となった。

つまり、冠型保持器の材質をナイロンからマグネシウム合金に変更することにより、つめ部の厚さを約１／２に低減できることがわかった
次に、本実施例のマグネシウム合金製冠型保持器の玉と保持器との間の潤滑油の油膜のせん断抵抗による摩擦トルクについて、従来の樹脂製冠型保持器と比較して検討した。

玉と保持器のポケット面との曲率半径の違いから接触面内の各点で油膜厚さｈとせん断速度Ｖが異なるため、せん断抵抗も分布を有している。各点での単位面積当たりのせん断抵抗を求め、ポケット面全体で積分することにより、そのポケット面でのせん断抵抗を求めることができる。玉と保持器の接触点の接線方向であるｘ方向に相対運動する、せん断抵抗Ｆ_pは、式（８）で示される。なお、η₀は、潤滑油粘度である。

図１４を参照して、せん断速度Ｖ（ｘ、ｙ）は、玉１３の回転中心Ｃ回りの自転角速度ω、保持器１４との油膜を介した接触点での玉の回転軸から玉１３の表面までの距離ｒ（ｘ，ｙ）を用いて、式（９）で示される。

油膜厚さｈ（ｘ，ｙ）は、式（１０）で示される。

完全な球面である玉とポケット面とが接触していると考えたときの曲率差から与えられる、玉の自転軸に垂直な方向のすきまである油膜厚さｈ’（ｘ，ｙ）を数値的に求めた。また、玉とポケット面とは最も接近している部分では最大粗さの突起同士が接触していると考え、この部分での油膜厚さｈ_minは玉と保持器との最大粗さの和の１／２とした。せん断抵抗Ｆ_pは油膜厚さｈに逆比例するため非負荷域の玉がポケット部の中央に位置していると仮定すれば、油膜厚さｈは０．１ｍｍ程度の極めて大きなオーダーとなるので、通常の軸受の設計では、非負荷領域のせん断抵抗Ｆ_pは無視し得る。

なお、この油膜のせん断抵抗による摩擦トルクは、非負荷域の玉はポケット部中央に位置し、負荷域の玉はポケット部の最大粗さの１／２の油膜を介してポケット部と接触していると考えると実測と一致することがわかっている（藤原、藤井、２００１年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集、ｐｐ．５６２−５６３）。

図１５および図１６に示す従来の樹脂製冠型保持器であるナイロン製冠型保持器と、上記解析によってポケット部の肉厚を１／２としたマグネシウム合金製冠型保持器との油膜のせん断抵抗による摩擦トルクを表１に示す条件で比較した。

つまり、軸受型番６２０６（ＪＩＳ規格）、内輪回転速度３０００ｍｉｎ^-1、ラジアル荷重１５００Ｎ、ラジアルすきま０．０１ｍｍ、潤滑油動粘度３２ｍｍ²／ｓで比較した。この摩擦トルクは、ナイロン製冠型保持器の場合を１とすると、マグネシウム合金製冠型保持器の場合は０．７となった。図１４および図１６に示すように、ポケット部の面積は半減しているが、比較的油膜厚さの薄い部分が残らざるを得ないため、摩擦トルクは半減にはいたらず、解析の結果０．７倍となった。

これより、冠型保持器をマグネシウム合金で製作しポケット部を肉薄とすることで低トルク化が図れることがわかった。

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。

本発明は、マグネシウム合金からなる保持器、当該保持器を備えた転がり軸受、当該転がり軸受を備えた工作機械および当該保持器の製造方法に特に有利に適用され得る。

１ 深溝玉軸受、２ アンギュラ玉軸受、１１，２１ 外輪、１１Ａ，２１Ａ 外輪転走面、１２，２２ 内輪、１２Ａ，２２Ａ 内輪転走面、１３，２３ 玉、１３Ａ，２３Ａ 玉転走面、１４，２４ 保持器、１４Ａ つめ部、１４Ｂ ポケット部、１４Ｃ 主部、４１ マグネシウム合金チップ、４２ 溶融マグネシウム合金、５０ 射出部、５１ シリンダ、５２ 供給部、５３ スクリュ、５４ 貯留部、５５ ノズル、５６ ヒータ、６０ 金型、６１，６１Ａ，６１Ｂ キャビティ部、６２ ランナー部、６２Ａ ゲート部、６３ スプルー部、６５ ウエルド領域、６６ オーバーフロー部、６６Ａ 排出部、６６Ｂ 保持部、７０ 射出成形装置、９０ 工作機械、９１ 主軸、９１Ａ 外周面、９１Ｂ 先端、９２ ハウジング、９２Ａ 内壁、９３ モータ、９３Ａ モータステータ、９３Ｂ モータロータ、１００ ボイド含有部分。

Claims (7)

1. 転がり軸受において転動体を保持する保持器であって、
   マグネシウム合金からなり、
   前記マグネシウム合金が前記保持器の形状に対応する形状を有するキャビティ部を備えた型を用いた射出成形で成形された前記型から無理抜きとなる形状を有する、保持器。
2. 前記保持器は、前記射出成形後、前記型の温度が２５０℃以上３５０℃以下で前記型から取り出される、請求項１に記載の保持器。
3. 前記マグネシウム合金は、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｎ系、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系およびＭｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系のいずれかである、請求項１または２に記載の保持器。
4. 軌道部材と、
   前記軌道部材に接触して配置される複数の転動体と、
   前記転動体を転動自在に保持する、請求項１〜３のいずれかに記載の保持器とを備えた、転がり軸受。
5. 工作機械の主軸と、
   前記主軸の外周面に対向するように配置されるハウジングと、
   前記主軸を前記ハウジングに対して回転可能に支持するための、請求項４に記載の転がり軸受とを備えた、工作機械。
6. 転がり軸受において転動体を保持する保持器の製造方法であって、
   マグネシウム合金を加熱することにより液相を生じさせる工程と、
   液相が生じた前記マグネシウム合金を、前記保持器の形状に対応する形状を有するキャビティ部を備えた型に射出して前記キャビティ部を前記マグネシウム合金で充填することにより、前記マグネシウム合金を前記保持器の前記型から無理抜きとなる形状に成形する工程と、
   前記保持器の前記型から無理抜きとなる形状に成形された前記マグネシウム合金からなる前記保持器を、前記型から取り出す工程とを備え、
   前記マグネシウム合金を前記保持器の前記型から無理抜きとなる形状に成形する工程では、液相を含む前記マグネシウム合金が合流することによりボイドを含むボイド含有部分が前記マグネシウム合金内に形成され、前記ボイド含有部分は前記キャビティ部の外部に押し出される、保持器の製造方法。
7. 前記保持器を前記型から取り出す工程では、前記型の温度が２５０℃以上３５０℃以下である、請求項６に記載の保持器の製造方法。

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