JP2011520076A - 軸受の転動体のためのケージ - Google Patents

Abstract

この発明は、軸受の転動部材のためのケージ（１）に関しており、そのケージはプラスチック基体（５）とその基体（５）に固定され、少なくとも部分的に基体を覆う金属コーティング（８）とから成る。この発明の目的は、このケージを機械的安定性、耐磨耗性および耐腐食性の点において強化と改良をすることである。この目的を達成するために、この発明に従い、少なくとも金属の一部がナノ結晶性粒子構造を有している。

Description

本発明は、軸受、特に転がり軸受に用いられる転動体のための、請求項１の包括概念に従うケージに関する。

ケージは、その使用において、色々な負荷、特に機械的又は熱的負荷を受けると共に、磨耗を受ける。金属製ケージ、特に真鍮又は板金製のケージが実務上公知である。金属製ケージ特に切削加工により加工された真鍮ケージは大きな重量を有し、製造が高価となる。合成樹脂から作られたケージも実務上公知である。このような合成樹脂製ケージは、有利で迅速な大量生産が可能で、例えば射出成形により製造でき、複雑な形状も可能である。但し、合成樹脂は特に高温において形状の安定性がない。

特許文献１は、転がり軸受のためのケージを記載している。このケージは、合成樹脂の基体を有し、この基体は、金属、特にアルミニウムの被覆により完全に覆われている。この被覆は、高真空蒸着法又はガルバニー法により付着される。このような、被覆、特にガルバニー法により付着された被覆は、その平均粒径が数μｍの領域のマイクロ結晶粒子を有する構造を有している。

特許文献２は、二面を有するバンドから成るケージを記載している。このバンドの一面は金属から、他の面は、耐磨耗性で耐食性のある合成樹脂から形成されている。このバンドの合成樹脂層は外側に、特に転動体又は走行輪の方に向いている。

特許文献３（要約）は、ケージの基体が合成樹脂、特にフェノール樹脂又はPEEK樹脂から成り、その中にカーボンナノ粒子、特にカーボンナノチューブまたはカーボンナノ繊維が均一に分散されたケージを記載している。

特許文献４（要約）は、ケージの基体が樹脂組成物からなり、その中にカーボンナノチューブが含有されたケージを記載している。

特許文献５は、ポリアミドから成るケージの基体に、１ｎｍから５０ｎｍの間の粒径を有する二酸化ケイ素の粒子が含まれたケージを記載している。この粒子はケージの基体を硬化するが、同時に脆くさせる。

特許文献６（要約）は、軸受の可動部材としてのケージを記載している。このケージは、シリシウムカーバイドから成り、このケージにカーボンナノチューブの被覆が配置されている。

特許文献７（要約）は、転がり軸受のためのケージを記載している。その基体は合成樹脂を含む樹脂組織から製造され、その組織内に１から５０重量％のカーボンナノチューブを含んでいる。

特許文献８は、軸受の転動体をナノコンポジット材料により被覆することを提案している。

特許文献９（要約）は、ケージ基体の接触表面が、５から５００μｍの厚さの有孔樹脂被覆を有するケージを記載しており、有孔樹脂の孔は潤滑油により満たされている。

特許文献１０は、基体と二層の被覆を有するケージを記載している。この被覆の下の層は、クロム、モリブデン、アルミニウム、チタン又はタングステンなどの金属からなり、被覆の外層は、フラーレン状の炭窒化物（ＦＬ−ＣＮｘ）を含むかそれから成っている。

特許文献１１は、転がり軸受のためのスチール製の基体を有するケージを記載している。この基体は、少なくとも接触表面の領域において四層の被覆によって覆われている。この被覆の基体と接する第一の層は、約１μｍより小さい厚さを有するクロム、チタン、ケイ素のような金属からなり、第二層は、ナノコンポジット、特に数ｎｍの粒径を有する炭化金属のような耐磨耗性材料から成り、第三層は、窒化クロムのような材料からなり、被覆の最外層の第四層は、厚さが約５μｍまでの、ボロンナイトライド、グラファイト又はＰＴＦＥのような固体潤滑物質から成る。

特許文献１２は、本体が部分的にナノ結晶粒子を有する構造を有するスポーツ用品、特に球技用の打撃具を記載している。

特許文献１３は、ナノ結晶の金属の層により被覆された軽量材料、特にポリマーから成る色々な物体を記載している。この物体とは、ゴルフのシャフトや、弾薬箱や自動車の部品である。この印刷物は、さらに合成樹脂からできた基体を、湿式化学的、電気的合成方法により被覆する方法を、部分的に米国特許第５，３５２，２６６号明細書と米国特許第５，４３３，７９７号明細書を引用して教示している。

さらに、合成樹脂特に熱可塑性樹脂から成る基体を有する対象物に、電気的合成方法を用いて、ナノ粒子を作ることなく、その基体を完全に取り囲むナノ結晶の金属、特にニッケル又は鉄−ニッケル合金層を与える方法が、「メタヒューズ」という名称で知られている。

独国実用第１９４６５３５U号明細書 独国特許第１０２００６０１０１７１号明細書 特開第２００６０８３９６５号公報 特開第２００６３００２５７号公報 独国特許第１０２００５０５１９１４号明細書 特開第２００５０２４０２５号公報 特開第２００４３０８８７７号公報 ＷＯ２００４／０９０３６１号明細書 特開第２００７１７７８４２号公報 ＷＯ２００７／０１４７２９号明細書 米国特許第６９９４４７５明細書 ＷＯ２００６／０６６０１０号明細書 米国特許公開２００６／０１３５２８２号

この発明の課題は、合成樹脂の基体を有するケージを強化し、同時に機械的安定性、耐磨耗性及び耐食性の点において改善することである。

この課題は、請求項１のケージにより解決される。

ナノ結晶性粒子を有するケージの金属組織として形成された少なくとも部分的な組織は、引張り強度や耐磨耗性などの機械的特性の点で、平均粒径が数μｍを有する粒子組織と比較した場合、改良された特性を示す。このケージはそれにより脆さがなく明らかに強くなる。特に、ナノ結晶性粒子を持つ組織は、極めて均一で密なので、外部からの力又は媒体が攻撃できる極く僅かの空間的に限られた不良個所が現れるのみである。

このケージは、全体的に、形成が容易な形状にすることができ、この場合、合成樹脂から成る基体は、公知の多くの形成方法により、材料除去を伴わないで迅速で価格上有利に製造できる。

この被覆を接触領域に設けるのが好ましい。例えば、この被覆をケージ基体と軸受輪又は転動体との接触領域に限定し、ナノ結晶粒子を持つ組織の磨耗低減特性を利用するようにできる。金属被覆の良好な熱伝導性の故に、ケージ本体の熱損傷が低減でき、ケージが特に高回転の場合に用いることができる。この被覆は、例え部分的に設けてもケージの基体を少なくとも部分的に安定させる。

好ましくは、被覆が基体を完全に覆い、この被覆がケージの基体を全体的に機械的に安定なカバーとして囲むようにする。この被覆がケージの接触領域に設けられている限り、磨耗が低減できる。

ケージの材料としては強度又は媒体に対する耐性が小さいと言う理由のみでケージ材料として適さないとされた合成樹脂もケージ材料として用いることができる。具体的には、現在、用いられている合成樹脂を価格上有利な合成樹脂により置き換えることができ、基体としての材料としては問題になる材料の多様性を広げることができる。

ナノ結晶粒子を持つ組織の改良された金属の伝導性の故に、ケージは高温においても使用できる。

好ましくは、被覆は約３００μｍより小さい厚さを有するものとする。約３００μｍより小さい厚さを有する被覆は、基体を完全に覆うカバーとして十分なそれ自体の強度と安定性を持つために十分である。例え、被覆が基体を完全に覆わず部分的に覆っていても、ケージの機械的強度は達成できる。さらに、被覆されたケージを構造的に適合させることは、被覆のないケージと比較して必要性がない。

このナノ結晶粒子化された組織の粒子は、最大で約１００ｎｍより小さくすることが好ましい。特に好ましいのは、粒子が最大で、約１０ｎｍ又は数ダースｎｍである。このような粒子は、平均数ミクロンの大きさの過大な粒子と比較して、改良された機械的及び化学的特性を示す。

好ましくは、金属は、鉄合金又はチタン又はニッケルベースの合金とする。ここに挙げた金属合金は、電気化学的な方法で、早く簡単にナノ粒子結晶組織を有する組織として析出可能であることが知られている。

好ましくは、合成樹脂は熱可塑性樹脂とする。熱可塑性樹脂は、約１３０℃の温度で、機械的安定性が劣るという理由により、ケージの材料としては適さないが、基体を包む自己保持性を有する、ナノ結晶性粒子構造の組織を有する金属から成る被覆は、基本的に自己保持性で基体と結合された被覆として、高温においても十分なケージの強度を可能にする。特に、被覆が無くては、高温の場合に十分な形状保持性がないためケージ材料に向かないとされる熱可塑性樹脂も、基体のための材料として利用できる。さらに、熱可塑性樹脂から成る基体を有するケージは、高温においても使用できる。

被覆を電気化学的方法により基体に付着させることが有利である。この方法の過程において、ナノ粒子が製造されないので、ナノ粒子による環境に対する可能な危険性を排除できる。

この発明のその他の利点と特徴は、従属請求項と好ましい実施例の記述から明らかとなる。

この発明は、以下に実施例をもとに、詳細に記述、説明される。

は、この発明に従うケージの第一実施例の一部を切取った斜視図である。 は、この発明に従うケージの第二実施例の一部を切取った斜視図である。

図１は、転動体のためのケージ１の一部切取り図を示し、ケージは、第一リング２と、第二リング３とこれらリングを連結する連結桟４とを有している。

ケージ１の基体５は、合成樹脂の射出成形部品である単一部材から形成されている。第一リング２の第一側面６と第二リング３の第一側面７は、ケージ１と、図示されていない転がり軸受の走行輪とが接する接触面としてそれぞれ形成されている。

この両接触面６，７には、夫々に被覆８が設けられ、この被覆は両リング２，３の周方向の一部分に形成され、軸方向には、両リング２，３の両側面６，７を繋いでいる。この被覆８は、ナノ結晶の粒子の組織を有する金属、特にニッケル合金から形成されており、この金属は、それに隣接する該側面の被覆されない領域から約３００μｍの高さで突き出ている。両リング２，３と転がり軸受の軸受輪との接触は、該側面６，７の全長に亘るのでなく、被覆８の領域において部分的に行われ、この領域において、ナノ結晶粒子を有する組織の磨耗低減効果が奏される。

この被覆８は、ケージ１の基体５を支持リングのように、部分的に囲むのみである。これにより、基体５とケージ１が全体的に機械的に安定化される。

被覆８は、電気化学的方法により基体５に付着させることができるが、この場合、被覆８を有しない基体５の表面の部分は、予め被覆されている。

図２は、合成樹脂製の基体５から成るケージ１の両側方リング２，３の接触面６，７に、ナノ結晶粒子の組織を有するニッケル合金の被覆８を、側方リング２，３の接触面６，７の領域を完全に囲むように形成したケージを示す。

上に述べた実施例においては、被覆８は、いずれの場合にも電気化学的方法により形成された。被覆８の組織のナノ結晶粒子は、他の方法により、特にガス相からの析出（CVD,PVD）又はスパッターにより形成され得ることが理解される。

この被覆８は、基体５の表面８に、必ずしも直接形成する必要はない。例えば、被覆８をサブストレートに形成し、それから薄いフィルムとして、基体５の表面に付着例えば接着することが考えられる。この場合、サブストレートを有する被覆８は、基体５と独立に製造でき、その後、例えば必要に応じて付けることができる。

上に詳述した両実施例においては、被覆８は、基体５を両リング２，３の接触面６，７を部分的に覆うのみである。被覆８を、転動体を収容するポケットの領域にも設けることができることも理解できる。さらに、被覆８を基体５の全表面に形成できることも理解できる。この場合には、被覆８は、ケージ１に対して、明らかに改善された機械的安定性を与える。

上に述べた第一の実施例においては、被覆８は、部分的に形成された、平面視で直方体の区画として形成されており、隣接する非被覆部から突き出ている。被覆部は、直方体からずれた形状、例えば潤滑材が転動体の方向に送られる作用を起こすような形状にできることが理解できる。側方リング２，３の側面６，７が平面視において、被覆部が台形又は矢はず状に形成されている場合がそれに当たる。この場合には、被覆８は少なくとも間接的に摩擦軽減に寄与する。

１ ケージ
２ 第一リング
３ 第二リング
４ 連結桟
５ 基体
６ 第一リングの第一側面
７ 第二リングの第一側面
８ 被覆

Claims (8)

1. 合成樹脂から成る基体（５）と、該基体（５）を少なくとも部分的に覆い、該基体（５）に固定された金属から成る被覆（８）とを有する軸受の転動体のためのケージにおいて、該金属が少なくとも部分的にナノ結晶粒子組織の構造として形成されていることを特徴とする軸受の転動体のためのケージ。
2. 前記被覆（８）が、接触面（６、７）の領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のケージ。
3. 前記被覆（８）が、前記基体（５）を完全に覆っていることを特徴とする請求項１又は２に記載のケージ。
4. 前記被覆（８）が、約３００μｍより小さい厚さを有することを特徴とする請求項１ないし３の一つに記載のケージ。
5. 前記構造のナノ結晶粒子が、最大で、約１００ｎｍより小さい大きさを有することを特徴とする構造請求項１ないし４の一つに記載のケージ。
6. 前記金属が、鉄合金、又はチタン又はニッケルをベースとする合金であることを特徴とする請求項１ないし５の一つに記載のケージ。
7. 前記合成樹脂が、熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１ないし６の一つに記載のケージ。
8. 前記被覆（８）が、電気化学的方法により前記基体（５）に付着されたものであることを特徴とする請求項１ないし７の一つに記載のケージ。

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