転がり軸受
【課題】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備えた転がり軸受を提供する。
【解決手段】複列円筒ころ軸受の保持器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。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領域である合流領域が保持器１４の外部に流出している。そして、保持器１４の断面を観察した場合、保持器１４を構成するマグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合は１５％未満である。
【解決手段】複列円筒ころ軸受の保持器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。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領域である合流領域が保持器１４の外部に流出している。そして、保持器１４の断面を観察した場合、保持器１４を構成するマグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合は１５％未満である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり軸受に関し、より特定的には、マグネシウム合金からなる保持器を備えた転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の転動体を保持する保持器としては、鋼や黄銅からなる金属製の保持器が用いられる場合がある。このような金属製の保持器は強度に優れる反面、複雑な形状に加工する場合にコストが高いという問題がある。また、素材の比重が大きいことに起因して質量が大きくなるため、軽量化が求められる高速回転用途や輸送機器用途の軸受には不利であるという問題もある。
【０００３】
これに対し、成形が容易で、かつ軽量化を達成することが可能な樹脂製の保持器が知られている。また、樹脂中に繊維を含有させることにより、繊維強化した樹脂製の保持器が提案されている（たとえば、特許文献１〜４参照）。これにより、ある程度の強度を確保しつつ、所望の形状への低コストでの加工および軽量化を達成した保持器を提供することができる。
【０００４】
さらに、軽量化を達成しつつ、より高い強度が必要な用途には、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との提案もある。これにより、成形性に優れ、強度が高く、かつ軽量なため高速回転に好適な保持器が提供できるとされている（たとえば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２７４９３号公報
【特許文献２】特開２００５−１４０２６９号公報
【特許文献３】特開２００５−１６３９９７号公報
【特許文献４】特開２００７−７８１１８号公報
【特許文献５】特開２０００−２１３５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記樹脂製の保持器は、一般に射出成形により成形される。また、樹脂製の保持器においては、所望の強度を確保する目的で、繊維などのアスペクト比の大きな補強材が添加される場合が多い。そのため、流動配向に伴う成形収縮量や機械特性の異方性が問題となる。また、射出成形において形成されるウエルド部において、補強材の長手方向がウエルドライン沿うように並ぶ傾向にあるため、補強材による強化の効果がウエルド部に及ばず、結果としてウエルド部の強度確保が難しいという問題もある。
【０００７】
一方、マグネシウム合金製の保持器においては、通常上記アスペクト比の大きな補強材は用いられないため、補強材の添加に起因した上記異方性の問題は生じない。しかし、マグネシウム合金製の保持器を実際に射出成形により成形した場合、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った。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、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を備えた転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従った転がり軸受は、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保持器とを備えている。この保持器は、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、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領域である合流領域が保持器の外部に流出している。さらに、保持器の断面を観察した場合、マグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合は１５％未満である。
【００１０】
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。
【００１１】
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、ボイドを含む領域である合流領域が形成される。このように、マグネシウム合金製の保持器においては、合流領域のボイドによる強度不足に起因して、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。
【００１２】
これに対し、本発明の転がり軸受を構成する保持器においては、液相を含むマグネシウム合金が合流することにより形成されたボイドを含む領域である合流領域が保持器の外部に流出している。その結果、本発明の転がり軸受によれば、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備えた転がり軸受を提供することができる。
【００１３】
さらに、本発明の転がり軸受を構成する保持器においては、保持器の断面を観察した場合、マグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合は１５％未満である。マグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相（純マグネシウムからなる固相）は、保持器の強度を低下させる要因となる。したがって、保持器を構成するマグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合を小さくすることにより、ウエルド部およびウエルド部以外における強度が向上する。より具体的には、保持器の断面を観察した場合、マグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合を１５％未満とすることにより、保持器の強度を有効に向上させることができる。
【００１４】
また、上記保持器は、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（α相を含まない状態；完全溶融状態）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、粗大化したα相（α相結晶粒）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を提供することができる。なお、ここでいう粗大化したα相とは、結晶粒径が２０μｍ以上のものを意味し、１００μｍを超えるような場合もある。このような粗大化したα相は、射出成形のシリンダ内で発生していた概球状のα相が、成形の射出から冷却・固化の過程で粗大化することにより形成されるものである。
【００１５】
上記本発明の転がり軸受は、工作機械の主軸を、当該主軸に対向するように配置される部材に対して回転自在に支持するように用いられる軸受であってもよい。
【００１６】
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。これに対し、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備えた本発明の転がり軸受は、工作機械用転がり軸受として好適である。
【００１７】
また、上記転がり軸受においてより好ましくは、保持器の断面を観察した場合、マグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合は５％未満である。また、上記転がり軸受においてさらに好ましくは、保持器の断面を観察した場合、マグネシウム合金には粒径２０μｍ以上のα相が含まれていない。
【００１８】
粒径２０μｍ以上のα相の割合を５％未満とすることにより、保持器の強度を一層向上させることができる。また、粒径２０μｍ以上のα相の割合を２％未満とすることにより、保持器の強度をより一層向上させることができる。また、粒径２０μｍ以上のα相が含まれないようにすることにより、保持器の強度がさらに向上する。ここで、粒径２０μｍ以上のα相が含まれない状態とは、マグネシウム合金に実質的に粒径２０μｍ以上のα相が含まれていない状態をいう。具体的には、保持器の断面において、１０ｍｍ２以上の領域をランダムに４箇所以上観察し、粒径２０μｍ以上のα相が確認されない場合、保持器を構成するマグネシウム合金には実質的に粒径２０μｍ以上のα相が含まれていないと判断することができる。
【００１９】
上記転がり軸受において好ましくは、上記マグネシウム合金は、アルミニウム、亜鉛およびマンガンを含有している。アルミニウム、亜鉛およびマンガンを含有する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、本発明の転がり軸受を構成する保持器を容易に製造することができる。ここで、アルミニウム、亜鉛およびマンガンを含有する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。
【００２０】
上記保持器は、くし型形状を有していてもよい。円環状の形状を有する環状部と、当該環状部から軸方向に突出する複数の柱部とを備えたくし型形状を有するくし型保持器は、柱部がたわみ易く、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上記保持器は、くし型保持器への適用に適している。
【００２１】
上記転がり軸受を構成する保持器において好ましくは、射出成形においてマグネシウム合金が合流する領域に形成されるウエルド部における引張強度の、ウエルド部以外の部分における引張強度に対する比が０．８以上である。
【００２２】
射出成形により製造されたマグネシウム合金製の保持器は、基本的には高強度であるものの、ウエルド部の強度が他の領域に比べて低く、ウエルド部における強度が不足していることに起因して破損する場合がある。これに対し、上記比を０．８以上とすることにより、ウエルド部の強度不足に起因した保持器の破損を抑制することができる。
【００２３】
上記転がり軸受を構成する保持器においては、表面に厚み１５μｍ以下の陽極酸化処理層（変性層）が形成されていてもよい。陽極酸化処理層の形成により、耐食性および耐摩耗性を向上させることができる。一方、陽極酸化処理層の厚みが大きくなると、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り、１５μｍを超えると、形状変化の影響が保持器の特性に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、陽極酸化処理層（変性層）の厚みは１５μｍ以下であることが好ましい。また、保持器に要求される表面の平滑性確保の観点から、特に厚みを１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２４】
また、上記転がり軸受を構成する保持器においては、表面にニッケルめっき膜が形成されていてもよい。ニッケルめっき膜の形成により、特に耐摩耗性を向上させることができる。ニッケルめっき膜の膜厚は、耐摩耗性および耐食性の観点から必要に応じて決めればよく、厚くすればするほど耐食性は向上する。一方、ニッケルめっき膜の厚みが１５μｍを超えると、各部でのめっき膜厚のバラツキが生じやすく、転動体や内輪、外輪などの案内面と間で片当たりによる摩耗粉が発生するおそれがある。そして、その結果、回転精度の劣化や振動の発生、場合によっては生じた摩耗分や振動により潤滑剤の劣化が加速するおそれもある。そのため、ニッケルめっき膜の厚みは１５μｍ以下であることが好ましい。一方、ニッケルめっき膜の厚みが５μｍ未満では、耐食性が不十分となるとともに、耐摩耗性も不十分となるおそれがある。そのため、ニッケルめっき膜の厚みは５μｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
さらに、上記転がり軸受を構成する保持器においては、表面に厚み１５μｍ以下のカチオン電着塗装層が形成されていてもよい。カチオン電着塗装層の形成により、耐食性および潤滑性を向上させることができる。一方、カチオン電着塗装層の厚みが１５μｍを超えても、耐食性および潤滑性は、大きくは向上しない。そのため、カチオン電着塗装層の厚みは１５μｍ以下とすることが好ましい。
【００２６】
上記転がり軸受においては、保持器を構成するマグネシウム合金の平均結晶粒径は１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であることがより好ましい。このように、マグネシウム合金の素地における平均結晶粒径を小さくすることにより、保持器の強度を向上させることができる。
【００２７】
上記転がり軸受においては、保持器を構成するマグネシウム合金は時効硬化処理されていてもよい。これにより、保持器の強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上の説明から明らかなように、本発明の転がり軸受によれば、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備えた転がり軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】工作機械用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。
【図２】複列円筒ころ軸受の構成を示す概略部分断面図である。
【図３】複列円筒ころ軸受の保持器の構成を示す概略図である。
【図４】アンギュラ玉軸受の構成を示す概略部分断面図である。
【図５】射出成形装置の構成を示す概略図である。
【図６】実施の形態１における型の構成を示す概略図である。
【図７】保持器の製造工程の概略を示すフローチャートである。
【図８】保持器の構造を示す概略部分断面図である。
【図９】実施の形態２における型の構成を示す概略図である。
【図１０】実験用治具の構成を示す概略断面図である。
【図１１】実施例２における試験片の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１２】実施例Ｅの組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図１３】実施例Ｆの組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図１４】実施例Ｇの組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図１５】実施例Ｈの組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図１６】実施例Ｅの組織を示すＳＥＭ写真である。
【図１７】実施例Ｈの組織を示すＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１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転がり軸受としての複列円筒ころ軸受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に対して軸周りに回転自在に支持されている。
【００３２】
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。
【００３３】
すなわち、複列円筒ころ軸受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転がり軸受である。
【００３４】
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および複列円筒ころ軸受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。
【００３５】
次に、上記複列円筒ころ軸受１について説明する。図２を参照して、複列円筒ころ軸受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円筒ころ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転走面としての外輪転走面１１Ａが複列（２列）に形成されている。内輪１２の外周面には、複列（２列）の外輪転走面１１Ａのそれぞれに対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面１２Ａが複列（２列）に形成されている。また、複数の円筒ころ１３には、転動体接触面としてのころ接触面１３Ａ（円筒ころ１３の外周面）が形成されている。そして、当該円筒ころ１３は、外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａの各々にころ接触面１３Ａにおいて接触し、円環状の保持器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２列の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。
【００３６】
ここで、図３を参照して、保持器１４は、円環状の形状を有する環状部１４Ａと、環状部１４Ａから軸方向に突出する複数の柱部１４Ｂとを備えたくし型保持器である。そして、図２に示すように、複列円筒ころ軸受１においては、環状部１４Ａの柱部１４Ｂが突出する側とは反対側の面同士が互いに対向するとともに、その中心軸が一致するように２つの保持器１４が組み込まれている。
【００３７】
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。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領域である合流領域が保持器１４の外部に押し出されることにより、合流領域が保持器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、柱部１４Ｂがたわみ易く、高い比剛性が求められるくし型保持器であるが、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。
【００３８】
さらに、複列円筒ころ軸受１は、保持器１４を備えていることにより、工作機械用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。
【００３９】
ここで、本実施の形態において、射出成形により形成されたマグネシウム合金製の保持器１４を採用する利点について列挙する。保持器１４は、マグネシウム合金からなっていることにより、同形状の黄銅製保持器に比べて比重が小さく軽量であることから、断続運転下での保持器によるエネルギー損失をたとえば３０％以下にまで低減することができる。また、保持器１４は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。
【００４０】
さらに、複列円筒ころ軸受１は、比剛性に優れるマグネシウム合金製保持器を採用していることにより、工作機械用転がり軸受など大きな遠心力の発生する高速回転下で使用される軸受として採用しても、保持器の変形が少ない。なお、マグネシウム合金の比剛性（弾性率を比重で除した値）は高力黄銅の２．５倍以上、炭素繊維強化ＰＥＥＫ樹脂等の繊維強化樹脂の１．５倍以上である。また、一般に、繊維強化樹脂は比強度（強度を比重で除した値）において優れているが、マグネシウム合金の比強度は繊維強化樹脂と同等以上であり、高力黄銅の２．５倍以上である。
【００４１】
さらに、マグネシウム合金は、繊維を添加した樹脂等とは異なり、成形異方性が無いため、もしくは非常に小さいため、成形異方性に起因するヒケや変形が抑制されており、かつ樹脂材料と比べると線膨張係数が小さい。そのため、高精度の保持器を射出成形により製造することができる。
【００４２】
このように、比剛性および成形精度が高いことにより、優れた回転精度（低いＮＲＲＯ）を達成することができる。さらに、マグネシウム合金は振動吸収性にも優れることから、軸受の運転音の低減（低騒音化）も期待できる。
【００４３】
また、マグネシウム合金は、樹脂と比べて熱伝導率が高いため、放熱性に優れている。その結果、軸受の運転中における温度の上昇を抑制して潤滑剤の熱による劣化を低減できるため、転がり軸受を長寿命化することができる。
【００４４】
さらに、繊維強化樹脂製の保持器の場合、成形品を粉砕した粉砕材や、さらに再度溶融混練機などで造粒した所謂リペレット材などのリサイクル材を原料として採用すると、繊維等の補強材の折損に起因する物性低下や、熱劣化に伴う母材強度の低下が問題になる場合がある。これに対し、マグネシウム合金製の保持器の場合、リサイクルすることによる強度低下が発生しないだけでなく、リサイクルに必要なエネルギーが、新規に製造（精錬）する場合に比べて約５％程度で済む。一般的な射出成形の場合、素材として樹脂材料を採用するか、マグネシウム合金を採用するかにかかわらず、型のスプルー部やランナー部において凝固した部分などの廃材が発生する。ここで、マグネシウム合金を保持器の素材として採用すると、上述のようにリサイクル性に優れているため実質的な廃棄物が発生せず、環境負荷も低くなる。さらに、材料コストを低減し、強度面での信頼性も確保することができる。したがって、本実施の形態における保持器１４の原料としては、リサイクル材から製造されるマグネシウム合金チップを採用することが好ましい。
【００４５】
ここで、図３を参照して、本実施の形態における保持器１４においては、表面に厚み１５μｍ以下の表面処理層１４Ｃが形成されている。この表面処理層１４Ｃは、本発明の保持器において必須の構成ではないが、これを形成することにより、耐食性、耐摩耗性などを向上させることができる。表面処理層１４Ｃは、たとえば陽極酸化処理により形成された陽極酸化処理層（変性層）であってもよいし、ニッケルめっきにより形成されたニッケルめっき膜、またはカチオン電着塗装などにより形成された樹脂膜であってもよい。
【００４６】
次に、上記アンギュラ玉軸受２について説明する。図４および図２を参照して、アンギュラ玉軸受２と複列円筒ころ軸受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、複列円筒ころ軸受１とは異なっている。
【００４７】
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接触面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の各々に玉接触面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。
【００４８】
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。
【００４９】
そして、保持器２４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２４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領域である合流領域が保持器２４の外部に押し出されることにより、合流領域が保持器２４から排除されている。これにより、保持器２４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。
【００５０】
ここで、上記保持器１４，２４においては、保持器１４，２４を切断して断面を観察した場合、保持器１４，２４を構成するマグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合は１５％未満である。また、当該α相の割合は５％未満であることがより好ましい。さらに、上記保持器１４，２４においては、保持器１４，２４を切断して断面を観察した場合、マグネシウム合金には粒径２０μｍ以上のα相が含まれていないことが好ましい。これにより、保持器の強度を一層向上させることができる。
【００５１】
さらに、射出成形においてマグネシウム合金が合流する領域に形成される保持器のウエルド部における引張強度の、ウエルド部以外の部分における引張強度に対する比は０．８以上であることが望ましい。これにより、ウエルド部の強度不足に起因した保持器１４，２４の破損を抑制することができる。このようなウエルド部の強度不足の抑制は、たとえば以下に説明する製造方法により保持器１４，２４を製造することにより達成することができる。
【００５２】
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について説明する。図５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。
【００５３】
図５および図６を参照して、金型６０は、シリンダ５１のノズル５５の中空領域に接続された中空領域であるスプルー部６３と、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。
【００５４】
次に、図５〜図７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７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５を参照して、リサイクル材から製造された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。
【００５５】
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が軸周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相の割合が面積率で１５％未満となるように調整される。このα相の面積率は５％未満であることが好ましい。これにより、完成後の保持器において粒径２０μｍ以上の粗大なα相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。また、粒径２０μｍ以上のα相の割合を面積率で２％未満とすることにより、保持器の疲労強度等の低下を一層抑制することができる。
【００５６】
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６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が偶数個形成された図６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６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。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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。これにより、たとえば図８を参照して、保持器２４が得られる。
【００５９】
ここで、本実施の形態においては、図６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。
【００６０】
次に、工程（Ｓ６０）として研磨工程が実施される。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などの研磨が実施される。これにより、保持器の表面が平滑化される。
【００６１】
次に、工程（Ｓ７０）とし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、保持器の耐食性および耐摩耗性が向上する。
【００６２】
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や保持器２４が完成する。
【００６３】
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、ボイドを含む合流領域が形成される。しかし、この合流領域は、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、当該合流領域が保持器から排除され、保持器内にボイドを含む合流領域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、たとえば図８を参照して、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２４を製造することができる。なお、上記合流領域がキャビティ部６１の外部に流出したことは、たとえば完成品の保持器２４のウエルド部２４Ｄ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２４の転動体保持部付近に生ずるウエルド部２４Ｄ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２４では、ウエルドラインが存在しない、もしくは保持器２４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、排出部近傍においては粒径２０μｍ以上の粗大なα相の存在率が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。
【００６４】
また、本実施の形態における保持器２４の製造方法によれば、上述のように合流領域が保持器２４から排除され、ウエルド部２４Ｄにおける強度の低下が抑制されている。そのため、保持器２４のウエルド部２４Ｄにおける引張強度の、ウエルド部２４Ｄ以外の部分における引張強度に対する比を０．８以上とすることができる。
【００６５】
（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。
【００６６】
図９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９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。
【００６７】
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合流領域が形成される。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合流領域が残存すると、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、この合流領域は、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、当該合流領域が保持器から排除され、保持器内にボイドを含む合流領域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合流領域が形成される場合、本発明の適用が特に有効である。
【００６８】
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）、ジルコニウム（Ｚｒ）、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やＡＺ６１Ａ、ＡＺ３１ＢなどのＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金や、ＡＭ６０ＢなどのＭｇ−Ａｌ系合金、ＡＳ４１ＡなどのＭｇ−Ａｌ−Ｓｉ系合金などを挙げることができる。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
また、成形された保持器１４，２４に対して、必要に応じて溶体化処理および時効硬化処理の一方あるいは両方を実施してもよい。
【００７３】
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、カチオン電着塗装などの樹脂コーティング、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、界面の密着性の心配がなく、耐食性、耐摩耗性共に優れる陽極酸化処理や、耐食性、自己潤滑性に優れるカチオン電着塗装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性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、１５μｍ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。
【００７４】
また、表面処理としてめっき処理を実施する場合、たとえば各種クロムめっきや、無電解ニッケルめっき、電気ニッケルめっきなどのニッケルめっきを採用することが好ましい。
【００７５】
また、本発明の転がり軸受を構成する保持器の形状としては、冠型保持器、揉みぬき保持器、くし型保持器、かご型保持器などの種々の形式を採用することができ、特にその形状に制限はないが、中でも高い剛性が求められるくし型や冠型の保持器を備えた転がり軸受に本発明の転がり軸受を好適に採用することができる。さらに、本発明の転がり軸受は、ラジアル玉軸受、ラジアルころ軸受、スラスト玉軸受、スラストころ軸受、アンギュラ玉軸受など種々の形式の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。
【実施例１】
【００７６】
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を構成する保持器を実際に作製し、その特性を従来の保持器と比較する実験を行なった。実験の手順は以下の通りである。
【００７７】
まず、上記実施の形態において説明した保持器を、上記実施の形態と同様の製造方法により作製した。保持器の形状は、図１および図２に示すように軸受型番ＮＮ３０２０（ＪＩＳ呼び番号）に使用可能な、くし型保持器とした。より具体的には、内径φ１２０ｍｍ、外径φ１３２ｍｍ、高さ１０．５ｍｍ、環状部１４Ａ（図２参照）の厚み２．３ｍｍ、ＰＣＤ（Ｐｉｔｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ；ピッチ円径）φ１２６ｍｍ、柱本数２８本とした。また、保持器の製造は、上記実施の形態において説明した製造方法（図７参照）のうち工程（Ｓ１０）〜（Ｓ６０）を実施することにより実施した。工程（Ｓ１０）では、ＡＺ９１Ｄからなるマグネシウム合金チップを原料チップとして採用した。工程（Ｓ２０）および（Ｓ３０）では、ノズル温度６１０℃、金型温度２５０℃、射出速度１２００ｍｍ／ｓ、保圧１５ＭＰａ、冷却時間１０ｓの条件を採用した。また、工程（Ｓ５０）では、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プレス成形により除去した。さらに、工程（Ｓ６０）では、バレル研磨を実施した。また、その後、後処理として２１６℃に１０時間保持する時効硬化処理を実施した（ＪＩＳ規格 Ｔ５）（実施例Ａ）。
【００７８】
一方、上記実施例Ａと同様の形状および製造工程を採用し、時効硬化処理を省略するとともに、工程（Ｓ７０）を追加したものも作製した。工程（Ｓ７０）では、陽極酸化処理を実施し、厚み８μｍの変性層を形成した。陽極酸化処理後の表面粗さはＪＩＳ規格Ｒａで１．０μｍとなるように調整したところ、表面粗さはＲａで０．９μｍとなった（実施例Ｂ）。
【００７９】
さらに、上記実施例Ｂと同様の形状および製造工程を採用し、工程（Ｓ７０）において陽極酸化処理に代えて無電解ニッケルめっき（膜厚：１０μｍ、下地処理：エッチング処理）を施したものも作製した（実施例Ｃ）。
【００８０】
また、上記実施例Ｂと同様の形状および製造工程を採用し、工程（Ｓ７０）において陽極酸化処理に代えてカチオン電着塗装（膜厚：１０μｍ、下地処理：化成処理）を施したものも作製した（実施例Ｄ）。
【００８１】
一方、上記本発明の実施例と比較する目的で、上記実施例と同じ形状を有する樹脂製の保持器（比較例Ａ）および高力黄銅製の保持器（比較例Ｂ）も準備した。比較例Ａでは、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｅｒ Ｅｔｈｅｒ Ｋｅｔｏｎ）材にＣＦ（カーボンファイバ）材を添加した樹脂（Ｖｉｃｔｒｅｘ社製ＰＥＥＫ４５０ＣＡ３０）を射出成形することにより保持器を作製した。具体的には、ノズル温度４００℃、金型温度１８０℃、射出速度５０ｍｍ／ｓ、保圧１２０ＭＰａ、冷却時間３０ｓの条件で射出成形を実施し、さらに後処理として２００℃に加熱して３時間保持するアニール処理を実施した。また、比較例Ｂでは、素材として高力黄銅ＣＡＣ３０１を採用し、切削加工にて上記形状に加工することにより保持器を作製した。
【００８２】
次に、実験項目および実験結果について説明する。まず、上記実施例Ａ〜Ｄの保持器を用いてＮＮ３０２０軸受を実際に組み立てる実験を行なった。具体的には、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２材からなる内輪および外輪と、窒化珪素からなる転動体とを準備し、保持器を背面合わせで２個組み込むことにより軸受を組み立てた（図１参照）。その結果、実施例Ａ〜Ｄのいずれの保持器も問題なく組み立てることができた。また、実施例Ｂ〜Ｄの保持器において形成した変質層、ニッケルめっき層およびカチオン電着塗装層についても、剥がれなどの不具合は発生しなかった。
【００８３】
次に、上記実施例および比較例の保持器に関して、保持器質量、保持器強度、柱たわみ量、およびＪＩＳ規格ＳＵＪ２材に対する摩擦係数の測定を実施した。保持器強度は、保持器の内径側から保持器の直径方向に互いに逆向きの力を作用させて保持器を引っ張り、破断した際の荷重を記録することにより測定した。柱たわみ量については、保持器の環状部側が下になるように平面上に保持器を載置し、図１０に示す治具を小径側（直径φ２の側）から保持器の内径側に一定荷重で押し込んだ際の柱部の倒れ量（外径の変化量）を測定した。ここで、図１０を参照して、治具８０は、直径φ１（１３２ｍｍ）の円形形状を有する第１平面８２と、第１平面８２に平行な直径φ２（１１５．５ｍｍ）の円形形状を有する第２平面８１と、曲率半径６６ｍｍの球面である側面８３とからなっている。厚みｔ、すなわち第１平面８２と第２平面８１との距離は３２ｍｍである。また、ＳＵＪ２材に対する摩擦係数は、ＳＵＪ２からなる部材を準備し、鉱油（ＶＧ２）噴霧下における当該部材に対する摩擦係数を測定した。
【００８４】
【表１】
【００８５】
表１に実験結果を示す。表１において、保持器質量は、比較例Ｂを１とした場合の質量比で、保持器強度および柱たわみ量は、それぞれ比較例Ａを１とした場合の強度比および柱たわみ量比で表示されている。
【００８６】
表１を参照して、実施例Ａ〜Ｄの質量は高力黄銅製の保持器である比較例Ｂの１／５となっている。そして、本発明の保持器は樹脂製の保持器である比較例Ａと遜色ない程度の軽量化を達成していることが確認される。また、実施例Ａ〜Ｄの強度は樹脂製の保持器である比較例Ａを上回っている。さらに、実施例Ａ〜Ｄの柱たわみ量は樹脂製の保持器である比較例Ａに比べて大幅に抑制されており、高力黄銅製の保持器である比較例Ｂと遜色ない値となっている。また、実施例Ａ〜ＤのＳＵＪ２に対する摩擦係数は、比較例ＢのＳＵＪ２に対する摩擦係数に比べて小さくなっている。特に、実施例ＣおよびＤのＳＵＪ２に対する摩擦係数は、樹脂製の保持器である比較例ＢのＳＵＪ２に対する摩擦係数と遜色ない値となっている。
【００８７】
以上の実験結果より、本発明の転がり軸受を構成する保持器は量産性に優れる射出成形により製造可能であるだけでなく、軽量で、高い強度および剛性を有するとともに、軸受鋼であるＳＵＪ２に対する摩擦係数が抑制された保持器となっていることが確認された。
【実施例２】
【００８８】
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の転がり軸受を構成する保持器の製造方法による強度の向上効果を確認する実験を行なった。実験の手順は以下の通りである。
【００８９】
まず、図１１に示す金型６０を用いてＪＩＳ規格Ｋ７１１３に規定する１号試験片（引張試験片）を作製し、ウエルド部の引張強度を確認する実験を行なった。具体的には、図１１を参照して、金型６０は、材料を射出するノズルに接続された中空領域であるスプルー部６３と、上記１号試験片の形状に対応するキャビティ部６１と、スプルー部６３とキャビティ部６１の軸方向両端のそれぞれとを接続するランナー部６２とを備えている。ランナー部６２は、フィルムゲートであるゲート部６２Ａを含んでおり、キャビティ部６１の軸方向両端のそれぞれに設けられられた２つのゲート部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。
【００９０】
そして、以下の表２に示す条件で金型６０に材料であるＡＺ９１Ｄを射出し、試験片の小径部（ウエルド領域６５）にウエルド部が形成された試験片を作製した（実施例Ｅ〜Ｈ）。なお、実施例Ｇについては、１５０℃に２４時間保持することにより時効硬化処理を実施した（ＪＩＳ規格Ｔ５）。一方、比較のため、材料として樹脂（ＰＥＥＫ材にＣＦ材を添加したもの；Ｖｉｃｔｒｅｘ社製ＰＥＥＫ４５０ＣＡ３０）を用いて下記の表２に示す条件で同様に試験片を作製した（比較例Ｃ）。なお、比較例Ｃにおいては、後処理として２００℃の温度に３時間保持するアニール処理を実施した。そして、プラスチックの引張試験方法であるＪＩＳ規格Ｋ７１１３に従って引張試験を実施し、ウエルド部における引張強度（表２の「ウエルド強度」に対応）を調査した。試験速度は１０ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００９１】
一方、ウエルド部以外の引張強度を調査する目的で、上記金型６０において、ゲート部６２Ａを金型６０の軸方向一方の端部のみに形成した金型を用いて表２の条件で引張試験片を作製し、引張強度を調査した（表２の「引張強度」に対応）。
【００９２】
また、得られた引張試験片の中央部を切断し、断面を研磨した後、当該断面を３％ナイタル腐食液（硝酸アルコール溶液）にてエッチング処理を行ない、エッチング後の断面を光学顕微鏡（１００倍）で観察した。そして、観察の結果得られた画像を２値化処理し、視野内における粒径２０μｍ以上の粗大なα相の面積率（表２の「粗大α固相率」に対応）を算出した。エッチング後における実施例Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨの断面の光学顕微鏡写真を、それぞれ図１２、図１３、図１４および図１５に示す。また、実施例ＥおよびＨについて、図１２の領域Ａ、図１５の領域Ｂのように、粗大なα相が観察されない領域をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）（１０００倍）により観察した（図１６および図１７）。上記実験の条件および実験結果を表２に示す。
【００９３】
【表２】
【００９４】
次に、表２および図１２〜図１７を参照して、実験結果について説明する。なお、表２において引張強度およびウエルド強度は、比較例Ｃのウエルド強度を１とした比（相対値）で示されている。
【００９５】
表２を参照して、比較例Ｃのウエルド強度に対して、実施例Ｅ〜Ｈのウエルド強度は６０％以上高い値となっている。また、ウエルド強度と引張強度の比が０．８以上と１に近い値となっている。ここで、複数のゲートを有する金型を用いた多点ゲート方式の射出成形法により作製される保持器には、ウエルド部が必ず形成される。そして、本発明の転がり軸受を構成する保持器によれば、比較例Ｃに代表される繊維強化された樹脂材料からなる保持器とは異なり、ウエルド部における強度の低下が大幅に抑制されている。そのため、多点ゲート方式の射出成形を採用した場合でも、本発明の転がり軸受を構成する保持器によれば、高い強度を有する保持器を提供することができる。また、ウエルド部における強度の低下が抑制されることから、たとえば肉厚の大きい柱部以外の部分にウエルド部を設けることが可能となるため、設計の自由度が広がる。具体的には、たとえば偶数個の転動体を保持する保持器だけでなく、奇数個の転動体を保持する保持器に対しても、設計上の制約なく多点ゲート方式の射出成形法を適用することが可能となる。
【００９６】
さらに、表２を参照して、実施例Ｇに比べて、実施例Ｅ、ＦおよびＨにおいては、α固相率が低く抑えられ、５％未満（実施例ＥおよびＦは２％未満）となっている。図１２〜図１５を参照して、光学顕微鏡写真における白色の領域が粗大化したα相に対応する。その結果、実施例Ｅ、ＦおよびＨの引張強度は実施例Ｇよりも高く、比較例Ｃに比べて１０％以上向上している。そのため、上記α固相率を５％未満（ここでは２％未満）にまで低減することにより、保持器の更なる薄肉化が可能となり、軽量化を達成することができる。このことから、α固相率を５％未満、より好ましくは２％未満にまで低減した本発明の保持器は、軽量化による高速回転への対応が求められる工作機械用軸受への適用のほか、消費電力の低減が強く求められる事務機器用途の軸受用保持器などに、特に好適に採用され得る。
【００９７】
また、図１６および図１７を参照して、実施例Ｈにおける素地の組織は、実施例Ｅに比べて微細となっている。より具体的には、実施例Ｅの素地の平均結晶粒径は６μｍであるのに対し、実施例Ｈの平均結晶粒径は２μｍとなっている。その結果、実施例Ｈの引張強度およびウエルド強度は実施例Ｅに比べて大幅に高くなっている。このことから、本発明の転がり軸受を構成する保持器においては、保持器を構成するマグネシウム合金の平均結晶粒径を小さくすることが好ましいといえる。より具体的には、保持器を構成するマグネシウム合金の平均結晶粒径は５μｍ以下とすることが好ましく、２μｍ以下とすることがより好ましい。
【００９８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明の転がり軸受は、軽量で、かつ高い強度を有する保持器を備えることが要求される転がり軸受に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【０１００】
１ 複列円筒ころ軸受、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 円筒ころ、１３Ａ ころ接触面、１４，２４ 保持器、１４Ａ 環状部、１４Ｂ 柱部、１４Ｃ 表面処理層、２３ 玉、２３Ａ 玉接触面、２４Ｄ ウエルド部、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、８０ 治具、８１ 第２平面、８２ 第１平面、８３ 側面、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。
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり軸受に関し、より特定的には、マグネシウム合金からなる保持器を備えた転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の転動体を保持する保持器としては、鋼や黄銅からなる金属製の保持器が用いられる場合がある。このような金属製の保持器は強度に優れる反面、複雑な形状に加工する場合にコストが高いという問題がある。また、素材の比重が大きいことに起因して質量が大きくなるため、軽量化が求められる高速回転用途や輸送機器用途の軸受には不利であるという問題もある。
【０００３】
これに対し、成形が容易で、かつ軽量化を達成することが可能な樹脂製の保持器が知られている。また、樹脂中に繊維を含有させることにより、繊維強化した樹脂製の保持器が提案されている（たとえば、特許文献１〜４参照）。これにより、ある程度の強度を確保しつつ、所望の形状への低コストでの加工および軽量化を達成した保持器を提供することができる。
【０００４】
さらに、軽量化を達成しつつ、より高い強度が必要な用途には、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との提案もある。これにより、成形性に優れ、強度が高く、かつ軽量なため高速回転に好適な保持器が提供できるとされている（たとえば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２７４９３号公報
【特許文献２】特開２００５−１４０２６９号公報
【特許文献３】特開２００５−１６３９９７号公報
【特許文献４】特開２００７−７８１１８号公報
【特許文献５】特開２０００−２１３５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記樹脂製の保持器は、一般に射出成形により成形される。また、樹脂製の保持器においては、所望の強度を確保する目的で、繊維などのアスペクト比の大きな補強材が添加される場合が多い。そのため、流動配向に伴う成形収縮量や機械特性の異方性が問題となる。また、射出成形において形成されるウエルド部において、補強材の長手方向がウエルドライン沿うように並ぶ傾向にあるため、補強材による強化の効果がウエルド部に及ばず、結果としてウエルド部の強度確保が難しいという問題もある。
【０００７】
一方、マグネシウム合金製の保持器においては、通常上記アスペクト比の大きな補強材は用いられないため、補強材の添加に起因した上記異方性の問題は生じない。しかし、マグネシウム合金製の保持器を実際に射出成形により成形した場合、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った。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、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を備えた転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従った転がり軸受は、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保持器とを備えている。この保持器は、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、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領域である合流領域が保持器の外部に流出している。さらに、保持器の断面を観察した場合、マグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合は１５％未満である。
【００１０】
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。
【００１１】
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、ボイドを含む領域である合流領域が形成される。このように、マグネシウム合金製の保持器においては、合流領域のボイドによる強度不足に起因して、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。
【００１２】
これに対し、本発明の転がり軸受を構成する保持器においては、液相を含むマグネシウム合金が合流することにより形成されたボイドを含む領域である合流領域が保持器の外部に流出している。その結果、本発明の転がり軸受によれば、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備えた転がり軸受を提供することができる。
【００１３】
さらに、本発明の転がり軸受を構成する保持器においては、保持器の断面を観察した場合、マグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合は１５％未満である。マグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相（純マグネシウムからなる固相）は、保持器の強度を低下させる要因となる。したがって、保持器を構成するマグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合を小さくすることにより、ウエルド部およびウエルド部以外における強度が向上する。より具体的には、保持器の断面を観察した場合、マグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合を１５％未満とすることにより、保持器の強度を有効に向上させることができる。
【００１４】
また、上記保持器は、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（α相を含まない状態；完全溶融状態）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、粗大化したα相（α相結晶粒）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を提供することができる。なお、ここでいう粗大化したα相とは、結晶粒径が２０μｍ以上のものを意味し、１００μｍを超えるような場合もある。このような粗大化したα相は、射出成形のシリンダ内で発生していた概球状のα相が、成形の射出から冷却・固化の過程で粗大化することにより形成されるものである。
【００１５】
上記本発明の転がり軸受は、工作機械の主軸を、当該主軸に対向するように配置される部材に対して回転自在に支持するように用いられる軸受であってもよい。
【００１６】
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。これに対し、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備えた本発明の転がり軸受は、工作機械用転がり軸受として好適である。
【００１７】
また、上記転がり軸受においてより好ましくは、保持器の断面を観察した場合、マグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合は５％未満である。また、上記転がり軸受においてさらに好ましくは、保持器の断面を観察した場合、マグネシウム合金には粒径２０μｍ以上のα相が含まれていない。
【００１８】
粒径２０μｍ以上のα相の割合を５％未満とすることにより、保持器の強度を一層向上させることができる。また、粒径２０μｍ以上のα相の割合を２％未満とすることにより、保持器の強度をより一層向上させることができる。また、粒径２０μｍ以上のα相が含まれないようにすることにより、保持器の強度がさらに向上する。ここで、粒径２０μｍ以上のα相が含まれない状態とは、マグネシウム合金に実質的に粒径２０μｍ以上のα相が含まれていない状態をいう。具体的には、保持器の断面において、１０ｍｍ２以上の領域をランダムに４箇所以上観察し、粒径２０μｍ以上のα相が確認されない場合、保持器を構成するマグネシウム合金には実質的に粒径２０μｍ以上のα相が含まれていないと判断することができる。
【００１９】
上記転がり軸受において好ましくは、上記マグネシウム合金は、アルミニウム、亜鉛およびマンガンを含有している。アルミニウム、亜鉛およびマンガンを含有する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、本発明の転がり軸受を構成する保持器を容易に製造することができる。ここで、アルミニウム、亜鉛およびマンガンを含有する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。
【００２０】
上記保持器は、くし型形状を有していてもよい。円環状の形状を有する環状部と、当該環状部から軸方向に突出する複数の柱部とを備えたくし型形状を有するくし型保持器は、柱部がたわみ易く、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上記保持器は、くし型保持器への適用に適している。
【００２１】
上記転がり軸受を構成する保持器において好ましくは、射出成形においてマグネシウム合金が合流する領域に形成されるウエルド部における引張強度の、ウエルド部以外の部分における引張強度に対する比が０．８以上である。
【００２２】
射出成形により製造されたマグネシウム合金製の保持器は、基本的には高強度であるものの、ウエルド部の強度が他の領域に比べて低く、ウエルド部における強度が不足していることに起因して破損する場合がある。これに対し、上記比を０．８以上とすることにより、ウエルド部の強度不足に起因した保持器の破損を抑制することができる。
【００２３】
上記転がり軸受を構成する保持器においては、表面に厚み１５μｍ以下の陽極酸化処理層（変性層）が形成されていてもよい。陽極酸化処理層の形成により、耐食性および耐摩耗性を向上させることができる。一方、陽極酸化処理層の厚みが大きくなると、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り、１５μｍを超えると、形状変化の影響が保持器の特性に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、陽極酸化処理層（変性層）の厚みは１５μｍ以下であることが好ましい。また、保持器に要求される表面の平滑性確保の観点から、特に厚みを１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２４】
また、上記転がり軸受を構成する保持器においては、表面にニッケルめっき膜が形成されていてもよい。ニッケルめっき膜の形成により、特に耐摩耗性を向上させることができる。ニッケルめっき膜の膜厚は、耐摩耗性および耐食性の観点から必要に応じて決めればよく、厚くすればするほど耐食性は向上する。一方、ニッケルめっき膜の厚みが１５μｍを超えると、各部でのめっき膜厚のバラツキが生じやすく、転動体や内輪、外輪などの案内面と間で片当たりによる摩耗粉が発生するおそれがある。そして、その結果、回転精度の劣化や振動の発生、場合によっては生じた摩耗分や振動により潤滑剤の劣化が加速するおそれもある。そのため、ニッケルめっき膜の厚みは１５μｍ以下であることが好ましい。一方、ニッケルめっき膜の厚みが５μｍ未満では、耐食性が不十分となるとともに、耐摩耗性も不十分となるおそれがある。そのため、ニッケルめっき膜の厚みは５μｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
さらに、上記転がり軸受を構成する保持器においては、表面に厚み１５μｍ以下のカチオン電着塗装層が形成されていてもよい。カチオン電着塗装層の形成により、耐食性および潤滑性を向上させることができる。一方、カチオン電着塗装層の厚みが１５μｍを超えても、耐食性および潤滑性は、大きくは向上しない。そのため、カチオン電着塗装層の厚みは１５μｍ以下とすることが好ましい。
【００２６】
上記転がり軸受においては、保持器を構成するマグネシウム合金の平均結晶粒径は１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であることがより好ましい。このように、マグネシウム合金の素地における平均結晶粒径を小さくすることにより、保持器の強度を向上させることができる。
【００２７】
上記転がり軸受においては、保持器を構成するマグネシウム合金は時効硬化処理されていてもよい。これにより、保持器の強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上の説明から明らかなように、本発明の転がり軸受によれば、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備えた転がり軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】工作機械用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。
【図２】複列円筒ころ軸受の構成を示す概略部分断面図である。
【図３】複列円筒ころ軸受の保持器の構成を示す概略図である。
【図４】アンギュラ玉軸受の構成を示す概略部分断面図である。
【図５】射出成形装置の構成を示す概略図である。
【図６】実施の形態１における型の構成を示す概略図である。
【図７】保持器の製造工程の概略を示すフローチャートである。
【図８】保持器の構造を示す概略部分断面図である。
【図９】実施の形態２における型の構成を示す概略図である。
【図１０】実験用治具の構成を示す概略断面図である。
【図１１】実施例２における試験片の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１２】実施例Ｅの組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図１３】実施例Ｆの組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図１４】実施例Ｇの組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図１５】実施例Ｈの組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図１６】実施例Ｅの組織を示すＳＥＭ写真である。
【図１７】実施例Ｈの組織を示すＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１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転がり軸受としての複列円筒ころ軸受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に対して軸周りに回転自在に支持されている。
【００３２】
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。
【００３３】
すなわち、複列円筒ころ軸受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転がり軸受である。
【００３４】
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および複列円筒ころ軸受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。
【００３５】
次に、上記複列円筒ころ軸受１について説明する。図２を参照して、複列円筒ころ軸受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円筒ころ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転走面としての外輪転走面１１Ａが複列（２列）に形成されている。内輪１２の外周面には、複列（２列）の外輪転走面１１Ａのそれぞれに対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面１２Ａが複列（２列）に形成されている。また、複数の円筒ころ１３には、転動体接触面としてのころ接触面１３Ａ（円筒ころ１３の外周面）が形成されている。そして、当該円筒ころ１３は、外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａの各々にころ接触面１３Ａにおいて接触し、円環状の保持器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２列の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。
【００３６】
ここで、図３を参照して、保持器１４は、円環状の形状を有する環状部１４Ａと、環状部１４Ａから軸方向に突出する複数の柱部１４Ｂとを備えたくし型保持器である。そして、図２に示すように、複列円筒ころ軸受１においては、環状部１４Ａの柱部１４Ｂが突出する側とは反対側の面同士が互いに対向するとともに、その中心軸が一致するように２つの保持器１４が組み込まれている。
【００３７】
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。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領域である合流領域が保持器１４の外部に押し出されることにより、合流領域が保持器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、柱部１４Ｂがたわみ易く、高い比剛性が求められるくし型保持器であるが、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。
【００３８】
さらに、複列円筒ころ軸受１は、保持器１４を備えていることにより、工作機械用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。
【００３９】
ここで、本実施の形態において、射出成形により形成されたマグネシウム合金製の保持器１４を採用する利点について列挙する。保持器１４は、マグネシウム合金からなっていることにより、同形状の黄銅製保持器に比べて比重が小さく軽量であることから、断続運転下での保持器によるエネルギー損失をたとえば３０％以下にまで低減することができる。また、保持器１４は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。
【００４０】
さらに、複列円筒ころ軸受１は、比剛性に優れるマグネシウム合金製保持器を採用していることにより、工作機械用転がり軸受など大きな遠心力の発生する高速回転下で使用される軸受として採用しても、保持器の変形が少ない。なお、マグネシウム合金の比剛性（弾性率を比重で除した値）は高力黄銅の２．５倍以上、炭素繊維強化ＰＥＥＫ樹脂等の繊維強化樹脂の１．５倍以上である。また、一般に、繊維強化樹脂は比強度（強度を比重で除した値）において優れているが、マグネシウム合金の比強度は繊維強化樹脂と同等以上であり、高力黄銅の２．５倍以上である。
【００４１】
さらに、マグネシウム合金は、繊維を添加した樹脂等とは異なり、成形異方性が無いため、もしくは非常に小さいため、成形異方性に起因するヒケや変形が抑制されており、かつ樹脂材料と比べると線膨張係数が小さい。そのため、高精度の保持器を射出成形により製造することができる。
【００４２】
このように、比剛性および成形精度が高いことにより、優れた回転精度（低いＮＲＲＯ）を達成することができる。さらに、マグネシウム合金は振動吸収性にも優れることから、軸受の運転音の低減（低騒音化）も期待できる。
【００４３】
また、マグネシウム合金は、樹脂と比べて熱伝導率が高いため、放熱性に優れている。その結果、軸受の運転中における温度の上昇を抑制して潤滑剤の熱による劣化を低減できるため、転がり軸受を長寿命化することができる。
【００４４】
さらに、繊維強化樹脂製の保持器の場合、成形品を粉砕した粉砕材や、さらに再度溶融混練機などで造粒した所謂リペレット材などのリサイクル材を原料として採用すると、繊維等の補強材の折損に起因する物性低下や、熱劣化に伴う母材強度の低下が問題になる場合がある。これに対し、マグネシウム合金製の保持器の場合、リサイクルすることによる強度低下が発生しないだけでなく、リサイクルに必要なエネルギーが、新規に製造（精錬）する場合に比べて約５％程度で済む。一般的な射出成形の場合、素材として樹脂材料を採用するか、マグネシウム合金を採用するかにかかわらず、型のスプルー部やランナー部において凝固した部分などの廃材が発生する。ここで、マグネシウム合金を保持器の素材として採用すると、上述のようにリサイクル性に優れているため実質的な廃棄物が発生せず、環境負荷も低くなる。さらに、材料コストを低減し、強度面での信頼性も確保することができる。したがって、本実施の形態における保持器１４の原料としては、リサイクル材から製造されるマグネシウム合金チップを採用することが好ましい。
【００４５】
ここで、図３を参照して、本実施の形態における保持器１４においては、表面に厚み１５μｍ以下の表面処理層１４Ｃが形成されている。この表面処理層１４Ｃは、本発明の保持器において必須の構成ではないが、これを形成することにより、耐食性、耐摩耗性などを向上させることができる。表面処理層１４Ｃは、たとえば陽極酸化処理により形成された陽極酸化処理層（変性層）であってもよいし、ニッケルめっきにより形成されたニッケルめっき膜、またはカチオン電着塗装などにより形成された樹脂膜であってもよい。
【００４６】
次に、上記アンギュラ玉軸受２について説明する。図４および図２を参照して、アンギュラ玉軸受２と複列円筒ころ軸受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、複列円筒ころ軸受１とは異なっている。
【００４７】
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接触面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の各々に玉接触面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。
【００４８】
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。
【００４９】
そして、保持器２４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２４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領域である合流領域が保持器２４の外部に押し出されることにより、合流領域が保持器２４から排除されている。これにより、保持器２４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。
【００５０】
ここで、上記保持器１４，２４においては、保持器１４，２４を切断して断面を観察した場合、保持器１４，２４を構成するマグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合は１５％未満である。また、当該α相の割合は５％未満であることがより好ましい。さらに、上記保持器１４，２４においては、保持器１４，２４を切断して断面を観察した場合、マグネシウム合金には粒径２０μｍ以上のα相が含まれていないことが好ましい。これにより、保持器の強度を一層向上させることができる。
【００５１】
さらに、射出成形においてマグネシウム合金が合流する領域に形成される保持器のウエルド部における引張強度の、ウエルド部以外の部分における引張強度に対する比は０．８以上であることが望ましい。これにより、ウエルド部の強度不足に起因した保持器１４，２４の破損を抑制することができる。このようなウエルド部の強度不足の抑制は、たとえば以下に説明する製造方法により保持器１４，２４を製造することにより達成することができる。
【００５２】
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について説明する。図５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。
【００５３】
図５および図６を参照して、金型６０は、シリンダ５１のノズル５５の中空領域に接続された中空領域であるスプルー部６３と、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。
【００５４】
次に、図５〜図７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７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５を参照して、リサイクル材から製造された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。
【００５５】
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が軸周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相の割合が面積率で１５％未満となるように調整される。このα相の面積率は５％未満であることが好ましい。これにより、完成後の保持器において粒径２０μｍ以上の粗大なα相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。また、粒径２０μｍ以上のα相の割合を面積率で２％未満とすることにより、保持器の疲労強度等の低下を一層抑制することができる。
【００５６】
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６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が偶数個形成された図６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６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。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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。これにより、たとえば図８を参照して、保持器２４が得られる。
【００５９】
ここで、本実施の形態においては、図６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。
【００６０】
次に、工程（Ｓ６０）として研磨工程が実施される。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などの研磨が実施される。これにより、保持器の表面が平滑化される。
【００６１】
次に、工程（Ｓ７０）とし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、保持器の耐食性および耐摩耗性が向上する。
【００６２】
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や保持器２４が完成する。
【００６３】
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、ボイドを含む合流領域が形成される。しかし、この合流領域は、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、当該合流領域が保持器から排除され、保持器内にボイドを含む合流領域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、たとえば図８を参照して、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２４を製造することができる。なお、上記合流領域がキャビティ部６１の外部に流出したことは、たとえば完成品の保持器２４のウエルド部２４Ｄ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２４の転動体保持部付近に生ずるウエルド部２４Ｄ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２４では、ウエルドラインが存在しない、もしくは保持器２４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、排出部近傍においては粒径２０μｍ以上の粗大なα相の存在率が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。
【００６４】
また、本実施の形態における保持器２４の製造方法によれば、上述のように合流領域が保持器２４から排除され、ウエルド部２４Ｄにおける強度の低下が抑制されている。そのため、保持器２４のウエルド部２４Ｄにおける引張強度の、ウエルド部２４Ｄ以外の部分における引張強度に対する比を０．８以上とすることができる。
【００６５】
（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。
【００６６】
図９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９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。
【００６７】
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合流領域が形成される。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合流領域が残存すると、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、この合流領域は、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、当該合流領域が保持器から排除され、保持器内にボイドを含む合流領域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合流領域が形成される場合、本発明の適用が特に有効である。
【００６８】
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）、ジルコニウム（Ｚｒ）、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やＡＺ６１Ａ、ＡＺ３１ＢなどのＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金や、ＡＭ６０ＢなどのＭｇ−Ａｌ系合金、ＡＳ４１ＡなどのＭｇ−Ａｌ−Ｓｉ系合金などを挙げることができる。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
また、成形された保持器１４，２４に対して、必要に応じて溶体化処理および時効硬化処理の一方あるいは両方を実施してもよい。
【００７３】
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、カチオン電着塗装などの樹脂コーティング、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、界面の密着性の心配がなく、耐食性、耐摩耗性共に優れる陽極酸化処理や、耐食性、自己潤滑性に優れるカチオン電着塗装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性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、１５μｍ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。
【００７４】
また、表面処理としてめっき処理を実施する場合、たとえば各種クロムめっきや、無電解ニッケルめっき、電気ニッケルめっきなどのニッケルめっきを採用することが好ましい。
【００７５】
また、本発明の転がり軸受を構成する保持器の形状としては、冠型保持器、揉みぬき保持器、くし型保持器、かご型保持器などの種々の形式を採用することができ、特にその形状に制限はないが、中でも高い剛性が求められるくし型や冠型の保持器を備えた転がり軸受に本発明の転がり軸受を好適に採用することができる。さらに、本発明の転がり軸受は、ラジアル玉軸受、ラジアルころ軸受、スラスト玉軸受、スラストころ軸受、アンギュラ玉軸受など種々の形式の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。
【実施例１】
【００７６】
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を構成する保持器を実際に作製し、その特性を従来の保持器と比較する実験を行なった。実験の手順は以下の通りである。
【００７７】
まず、上記実施の形態において説明した保持器を、上記実施の形態と同様の製造方法により作製した。保持器の形状は、図１および図２に示すように軸受型番ＮＮ３０２０（ＪＩＳ呼び番号）に使用可能な、くし型保持器とした。より具体的には、内径φ１２０ｍｍ、外径φ１３２ｍｍ、高さ１０．５ｍｍ、環状部１４Ａ（図２参照）の厚み２．３ｍｍ、ＰＣＤ（Ｐｉｔｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ；ピッチ円径）φ１２６ｍｍ、柱本数２８本とした。また、保持器の製造は、上記実施の形態において説明した製造方法（図７参照）のうち工程（Ｓ１０）〜（Ｓ６０）を実施することにより実施した。工程（Ｓ１０）では、ＡＺ９１Ｄからなるマグネシウム合金チップを原料チップとして採用した。工程（Ｓ２０）および（Ｓ３０）では、ノズル温度６１０℃、金型温度２５０℃、射出速度１２００ｍｍ／ｓ、保圧１５ＭＰａ、冷却時間１０ｓの条件を採用した。また、工程（Ｓ５０）では、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プレス成形により除去した。さらに、工程（Ｓ６０）では、バレル研磨を実施した。また、その後、後処理として２１６℃に１０時間保持する時効硬化処理を実施した（ＪＩＳ規格 Ｔ５）（実施例Ａ）。
【００７８】
一方、上記実施例Ａと同様の形状および製造工程を採用し、時効硬化処理を省略するとともに、工程（Ｓ７０）を追加したものも作製した。工程（Ｓ７０）では、陽極酸化処理を実施し、厚み８μｍの変性層を形成した。陽極酸化処理後の表面粗さはＪＩＳ規格Ｒａで１．０μｍとなるように調整したところ、表面粗さはＲａで０．９μｍとなった（実施例Ｂ）。
【００７９】
さらに、上記実施例Ｂと同様の形状および製造工程を採用し、工程（Ｓ７０）において陽極酸化処理に代えて無電解ニッケルめっき（膜厚：１０μｍ、下地処理：エッチング処理）を施したものも作製した（実施例Ｃ）。
【００８０】
また、上記実施例Ｂと同様の形状および製造工程を採用し、工程（Ｓ７０）において陽極酸化処理に代えてカチオン電着塗装（膜厚：１０μｍ、下地処理：化成処理）を施したものも作製した（実施例Ｄ）。
【００８１】
一方、上記本発明の実施例と比較する目的で、上記実施例と同じ形状を有する樹脂製の保持器（比較例Ａ）および高力黄銅製の保持器（比較例Ｂ）も準備した。比較例Ａでは、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｅｒ Ｅｔｈｅｒ Ｋｅｔｏｎ）材にＣＦ（カーボンファイバ）材を添加した樹脂（Ｖｉｃｔｒｅｘ社製ＰＥＥＫ４５０ＣＡ３０）を射出成形することにより保持器を作製した。具体的には、ノズル温度４００℃、金型温度１８０℃、射出速度５０ｍｍ／ｓ、保圧１２０ＭＰａ、冷却時間３０ｓの条件で射出成形を実施し、さらに後処理として２００℃に加熱して３時間保持するアニール処理を実施した。また、比較例Ｂでは、素材として高力黄銅ＣＡＣ３０１を採用し、切削加工にて上記形状に加工することにより保持器を作製した。
【００８２】
次に、実験項目および実験結果について説明する。まず、上記実施例Ａ〜Ｄの保持器を用いてＮＮ３０２０軸受を実際に組み立てる実験を行なった。具体的には、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２材からなる内輪および外輪と、窒化珪素からなる転動体とを準備し、保持器を背面合わせで２個組み込むことにより軸受を組み立てた（図１参照）。その結果、実施例Ａ〜Ｄのいずれの保持器も問題なく組み立てることができた。また、実施例Ｂ〜Ｄの保持器において形成した変質層、ニッケルめっき層およびカチオン電着塗装層についても、剥がれなどの不具合は発生しなかった。
【００８３】
次に、上記実施例および比較例の保持器に関して、保持器質量、保持器強度、柱たわみ量、およびＪＩＳ規格ＳＵＪ２材に対する摩擦係数の測定を実施した。保持器強度は、保持器の内径側から保持器の直径方向に互いに逆向きの力を作用させて保持器を引っ張り、破断した際の荷重を記録することにより測定した。柱たわみ量については、保持器の環状部側が下になるように平面上に保持器を載置し、図１０に示す治具を小径側（直径φ２の側）から保持器の内径側に一定荷重で押し込んだ際の柱部の倒れ量（外径の変化量）を測定した。ここで、図１０を参照して、治具８０は、直径φ１（１３２ｍｍ）の円形形状を有する第１平面８２と、第１平面８２に平行な直径φ２（１１５．５ｍｍ）の円形形状を有する第２平面８１と、曲率半径６６ｍｍの球面である側面８３とからなっている。厚みｔ、すなわち第１平面８２と第２平面８１との距離は３２ｍｍである。また、ＳＵＪ２材に対する摩擦係数は、ＳＵＪ２からなる部材を準備し、鉱油（ＶＧ２）噴霧下における当該部材に対する摩擦係数を測定した。
【００８４】
【表１】
【００８５】
表１に実験結果を示す。表１において、保持器質量は、比較例Ｂを１とした場合の質量比で、保持器強度および柱たわみ量は、それぞれ比較例Ａを１とした場合の強度比および柱たわみ量比で表示されている。
【００８６】
表１を参照して、実施例Ａ〜Ｄの質量は高力黄銅製の保持器である比較例Ｂの１／５となっている。そして、本発明の保持器は樹脂製の保持器である比較例Ａと遜色ない程度の軽量化を達成していることが確認される。また、実施例Ａ〜Ｄの強度は樹脂製の保持器である比較例Ａを上回っている。さらに、実施例Ａ〜Ｄの柱たわみ量は樹脂製の保持器である比較例Ａに比べて大幅に抑制されており、高力黄銅製の保持器である比較例Ｂと遜色ない値となっている。また、実施例Ａ〜ＤのＳＵＪ２に対する摩擦係数は、比較例ＢのＳＵＪ２に対する摩擦係数に比べて小さくなっている。特に、実施例ＣおよびＤのＳＵＪ２に対する摩擦係数は、樹脂製の保持器である比較例ＢのＳＵＪ２に対する摩擦係数と遜色ない値となっている。
【００８７】
以上の実験結果より、本発明の転がり軸受を構成する保持器は量産性に優れる射出成形により製造可能であるだけでなく、軽量で、高い強度および剛性を有するとともに、軸受鋼であるＳＵＪ２に対する摩擦係数が抑制された保持器となっていることが確認された。
【実施例２】
【００８８】
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の転がり軸受を構成する保持器の製造方法による強度の向上効果を確認する実験を行なった。実験の手順は以下の通りである。
【００８９】
まず、図１１に示す金型６０を用いてＪＩＳ規格Ｋ７１１３に規定する１号試験片（引張試験片）を作製し、ウエルド部の引張強度を確認する実験を行なった。具体的には、図１１を参照して、金型６０は、材料を射出するノズルに接続された中空領域であるスプルー部６３と、上記１号試験片の形状に対応するキャビティ部６１と、スプルー部６３とキャビティ部６１の軸方向両端のそれぞれとを接続するランナー部６２とを備えている。ランナー部６２は、フィルムゲートであるゲート部６２Ａを含んでおり、キャビティ部６１の軸方向両端のそれぞれに設けられられた２つのゲート部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。
【００９０】
そして、以下の表２に示す条件で金型６０に材料であるＡＺ９１Ｄを射出し、試験片の小径部（ウエルド領域６５）にウエルド部が形成された試験片を作製した（実施例Ｅ〜Ｈ）。なお、実施例Ｇについては、１５０℃に２４時間保持することにより時効硬化処理を実施した（ＪＩＳ規格Ｔ５）。一方、比較のため、材料として樹脂（ＰＥＥＫ材にＣＦ材を添加したもの；Ｖｉｃｔｒｅｘ社製ＰＥＥＫ４５０ＣＡ３０）を用いて下記の表２に示す条件で同様に試験片を作製した（比較例Ｃ）。なお、比較例Ｃにおいては、後処理として２００℃の温度に３時間保持するアニール処理を実施した。そして、プラスチックの引張試験方法であるＪＩＳ規格Ｋ７１１３に従って引張試験を実施し、ウエルド部における引張強度（表２の「ウエルド強度」に対応）を調査した。試験速度は１０ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００９１】
一方、ウエルド部以外の引張強度を調査する目的で、上記金型６０において、ゲート部６２Ａを金型６０の軸方向一方の端部のみに形成した金型を用いて表２の条件で引張試験片を作製し、引張強度を調査した（表２の「引張強度」に対応）。
【００９２】
また、得られた引張試験片の中央部を切断し、断面を研磨した後、当該断面を３％ナイタル腐食液（硝酸アルコール溶液）にてエッチング処理を行ない、エッチング後の断面を光学顕微鏡（１００倍）で観察した。そして、観察の結果得られた画像を２値化処理し、視野内における粒径２０μｍ以上の粗大なα相の面積率（表２の「粗大α固相率」に対応）を算出した。エッチング後における実施例Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨの断面の光学顕微鏡写真を、それぞれ図１２、図１３、図１４および図１５に示す。また、実施例ＥおよびＨについて、図１２の領域Ａ、図１５の領域Ｂのように、粗大なα相が観察されない領域をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）（１０００倍）により観察した（図１６および図１７）。上記実験の条件および実験結果を表２に示す。
【００９３】
【表２】
【００９４】
次に、表２および図１２〜図１７を参照して、実験結果について説明する。なお、表２において引張強度およびウエルド強度は、比較例Ｃのウエルド強度を１とした比（相対値）で示されている。
【００９５】
表２を参照して、比較例Ｃのウエルド強度に対して、実施例Ｅ〜Ｈのウエルド強度は６０％以上高い値となっている。また、ウエルド強度と引張強度の比が０．８以上と１に近い値となっている。ここで、複数のゲートを有する金型を用いた多点ゲート方式の射出成形法により作製される保持器には、ウエルド部が必ず形成される。そして、本発明の転がり軸受を構成する保持器によれば、比較例Ｃに代表される繊維強化された樹脂材料からなる保持器とは異なり、ウエルド部における強度の低下が大幅に抑制されている。そのため、多点ゲート方式の射出成形を採用した場合でも、本発明の転がり軸受を構成する保持器によれば、高い強度を有する保持器を提供することができる。また、ウエルド部における強度の低下が抑制されることから、たとえば肉厚の大きい柱部以外の部分にウエルド部を設けることが可能となるため、設計の自由度が広がる。具体的には、たとえば偶数個の転動体を保持する保持器だけでなく、奇数個の転動体を保持する保持器に対しても、設計上の制約なく多点ゲート方式の射出成形法を適用することが可能となる。
【００９６】
さらに、表２を参照して、実施例Ｇに比べて、実施例Ｅ、ＦおよびＨにおいては、α固相率が低く抑えられ、５％未満（実施例ＥおよびＦは２％未満）となっている。図１２〜図１５を参照して、光学顕微鏡写真における白色の領域が粗大化したα相に対応する。その結果、実施例Ｅ、ＦおよびＨの引張強度は実施例Ｇよりも高く、比較例Ｃに比べて１０％以上向上している。そのため、上記α固相率を５％未満（ここでは２％未満）にまで低減することにより、保持器の更なる薄肉化が可能となり、軽量化を達成することができる。このことから、α固相率を５％未満、より好ましくは２％未満にまで低減した本発明の保持器は、軽量化による高速回転への対応が求められる工作機械用軸受への適用のほか、消費電力の低減が強く求められる事務機器用途の軸受用保持器などに、特に好適に採用され得る。
【００９７】
また、図１６および図１７を参照して、実施例Ｈにおける素地の組織は、実施例Ｅに比べて微細となっている。より具体的には、実施例Ｅの素地の平均結晶粒径は６μｍであるのに対し、実施例Ｈの平均結晶粒径は２μｍとなっている。その結果、実施例Ｈの引張強度およびウエルド強度は実施例Ｅに比べて大幅に高くなっている。このことから、本発明の転がり軸受を構成する保持器においては、保持器を構成するマグネシウム合金の平均結晶粒径を小さくすることが好ましいといえる。より具体的には、保持器を構成するマグネシウム合金の平均結晶粒径は５μｍ以下とすることが好ましく、２μｍ以下とすることがより好ましい。
【００９８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明の転がり軸受は、軽量で、かつ高い強度を有する保持器を備えることが要求される転がり軸受に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【０１００】
１ 複列円筒ころ軸受、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 円筒ころ、１３Ａ ころ接触面、１４，２４ 保持器、１４Ａ 環状部、１４Ｂ 柱部、１４Ｃ 表面処理層、２３ 玉、２３Ａ 玉接触面、２４Ｄ ウエルド部、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、８０ 治具、８１ 第２平面、８２ 第１平面、８３ 側面、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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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保持器とを備え、
前記保持器は、
マグネシウム合金からなり、
射出成形により成形され、
前記射出成形において、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形成されたボイドを含む領域である合流領域が前記保持器の外部に流出しており、
前記保持器の断面を観察した場合、前記マグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合は１５％未満である、転がり軸受。
【請求項２】
工作機械の主軸を、前記主軸に対向するように配置される部材に対して回転自在に支持するように用いられる、請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記保持器の断面を観察した場合、前記マグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合は５％未満である、請求項１または２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記保持器の断面を観察した場合、前記マグネシウム合金には粒径２０μｍ以上のα相が含まれていない、請求項１または２に記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記マグネシウム合金は、アルミニウム、亜鉛およびマンガンを含有している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項６】
前記保持器は、くし型形状を有している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項７】
前記保持器においては、前記射出成形において前記マグネシウム合金が合流する領域に形成されるウエルド部における引張強度の、前記ウエルド部以外の部分における引張強度に対する比が０．８以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項８】
前記保持器は、表面に厚み１５μｍ以下の陽極酸化処理層が形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項９】
前記保持器は、表面にニッケルめっき膜が形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１０】
前記保持器は、表面に厚み１５μｍ以下のカチオン電着塗装層が形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１１】
前記保持器を構成する前記マグネシウム合金の平均結晶粒径は１０μｍ以下である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１２】
前記保持器を構成する前記マグネシウム合金の平均結晶粒径は５μｍ以下である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１３】
前記保持器を構成する前記マグネシウム合金は時効硬化処理されている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１】
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保持器とを備え、
前記保持器は、
マグネシウム合金からなり、
射出成形により成形され、
前記射出成形において、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形成されたボイドを含む領域である合流領域が前記保持器の外部に流出しており、
前記保持器の断面を観察した場合、前記マグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合は１５％未満である、転がり軸受。
【請求項２】
工作機械の主軸を、前記主軸に対向するように配置される部材に対して回転自在に支持するように用いられる、請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記保持器の断面を観察した場合、前記マグネシウム合金における粒径２０μｍ以上のα相の割合は５％未満である、請求項１または２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記保持器の断面を観察した場合、前記マグネシウム合金には粒径２０μｍ以上のα相が含まれていない、請求項１または２に記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記マグネシウム合金は、アルミニウム、亜鉛およびマンガンを含有している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項６】
前記保持器は、くし型形状を有している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項７】
前記保持器においては、前記射出成形において前記マグネシウム合金が合流する領域に形成されるウエルド部における引張強度の、前記ウエルド部以外の部分における引張強度に対する比が０．８以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項８】
前記保持器は、表面に厚み１５μｍ以下の陽極酸化処理層が形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項９】
前記保持器は、表面にニッケルめっき膜が形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１０】
前記保持器は、表面に厚み１５μｍ以下のカチオン電着塗装層が形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１１】
前記保持器を構成する前記マグネシウム合金の平均結晶粒径は１０μｍ以下である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１２】
前記保持器を構成する前記マグネシウム合金の平均結晶粒径は５μｍ以下である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１３】
前記保持器を構成する前記マグネシウム合金は時効硬化処理されている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−２２６５４０（Ｐ２０１１−２２６５４０Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９５８６５（Ｐ２０１０−９５８６５）
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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