特開 2024-123500 転がり軸受用保持器および転がり軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024123500

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】転がり軸受用保持器および転がり軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/38 20060101AFI20240905BHJP

   F16C 19/06 20060101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

F16C33/38

F16C19/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023030962

(22)【出願日】2023-03-01

(71)【出願人】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100174090

【弁理士】

【氏名又は名称】和気 光

(74)【代理人】

【識別番号】100100251

【弁理士】

【氏名又は名称】和気 操

(74)【代理人】

【識別番号】100205383

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 諭史

(72)【発明者】

【氏名】高田 仁志

(72)【発明者】

【氏名】角銅 洋実

(72)【発明者】

【氏名】星野 航平

【テーマコード（参考）】

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J701AA02

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA54

3J701AA62

3J701BA22

3J701BA34

3J701BA46

3J701BA50

3J701CA32

3J701EA01

3J701EA32

3J701EA33

3J701EA36

3J701EA37

3J701FA15

3J701FA51

3J701GA57

(57)【要約】

【課題】保持器強度を確保しつつ、保持器全体が軽量化できる転がり軸受用保持器、および該保持器を用いた転がり軸受を提供する。
【解決手段】保持器５は、転がり軸受において複数の転動体を保持し、転動体を収容するポケット穴を有する円環状の金属部７と、摺動樹脂部１６とを有し、金属部７は、周方向、軸方向、および径方向の少なくともいずれかの方向に延びるトラス構造を構成する部分を有しており、金属部７の表面に連通する、トラス構造を構成する部分の空孔部に、摺動樹脂部１６の一部が充填されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

転がり軸受において複数の転動体を保持する転がり軸受用保持器であって、
前記保持器は、前記転動体を収容するポケット穴を有する円環状の金属部と、摺動樹脂部とを有し、
前記金属部は、周方向、軸方向、および径方向の少なくともいずれかの方向に延びるトラス構造を構成する部分を有しており、前記金属部の表面に連通する、前記トラス構造を構成する部分の空孔部に、前記摺動樹脂部の一部が充填されていることを特徴とする転がり軸受用保持器。

【請求項2】

前記金属部は、周方向に延びるトラス構造を構成する部分と軸方向に延びるトラス構造を構成する部分を有しており、これらトラス構造は、互いに平行に周方向に延びる複数の周方向柱部と、互いに平行に軸方向に延びる複数の軸方向柱部と、周方向および軸方向の双方に傾斜する方向に延びる複数の斜柱部によって構成されることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受用保持器。

【請求項3】

前記金属部は、さらに、径方向に延びるトラス構造を構成する部分を有しており、該トラス構造の一部を、前記軸方向柱部および前記斜柱部の少なくとも一方が構成していることを特徴とする請求項２記載の転がり軸受用保持器。

【請求項4】

前記周方向柱部は全周にわたって延びる円環状をなし、該周方向柱部は軸方向に連通していないことを特徴とする請求項２または請求項３記載の転がり軸受用保持器。

【請求項5】

前記保持器は、内輪または外輪によって案内される転がり軸受用保持器であって、
前記保持器は、前記摺動樹脂部として第１樹脂部と、該第１樹脂部とは組成が異なる第２樹脂部とを有し、前記金属部のポケット穴の内面の少なくとも前記転動体と摺動する部分に前記第１樹脂部が形成されるとともに、前記金属部の前記内輪または前記外輪と摺動する案内部に、前記第２樹脂部が形成されることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受用保持器。

【請求項6】

前記保持器は、前記外輪の内周面に案内される外輪案内方式の保持器であり、
前記金属部は、内径側に位置し、前記トラス構造を構成する部分を有する円環状の第１金属部と、外径側に位置し前記第１金属部が嵌め合わせられ、前記トラス構造を構成する部分を有する円環状の第２金属部とを有し、前記第１金属部に前記第１樹脂部が形成され、前記第２金属部に前記第２樹脂部が形成されることを特徴とする請求項５記載の転がり軸受用保持器。

【請求項7】

前記第２樹脂部によって前記第１金属部と前記第２金属部が接着されていることを特徴とする請求項６記載の転がり軸受用保持器。

【請求項8】

前記保持器は、前記外輪の内周面に案内される外輪案内方式の保持器であり、
前記金属部の内径側に前記第１樹脂部が形成され、前記金属部の外径側に前記第２樹脂部が形成されることを特徴とする請求項５記載の転がり軸受用保持器。

【請求項9】

前記金属部の前記トラス構造を構成する部分の空孔部に前記第１樹脂部の一部が充填されていることを特徴とする請求項８記載の転がり軸受用保持器。

【請求項10】

内輪および外輪と、この内輪と外輪との間に介在する転動体と、この転動体を保持する保持器とを備えてなる転がり軸受であって、
前記保持器が、請求項１または請求項２記載の転がり軸受用保持器であることを特徴とする転がり軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、転がり軸受用保持器および転がり軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

ロケットエンジンのターボポンプなどに用いられる軸受は、極低温の液体燃料中の高速回転環境下で使用される。極低温の環境下では、一般に用いられている潤滑油やグリースなどの流動性潤滑剤を使用することが困難である。そのため、転がり軸受用保持器の材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂などが使用されている。このＰＴＦＥ樹脂などが摺動によって軌道面や転動体に移着することで、軸受の潤滑性が確保される。しかし、樹脂単体で保持器を形成すると、高速回転環境下などでは耐久性の面で難がある。

【0003】

例えば、特許文献１では、ＰＴＦＥ樹脂をガラス繊維布に含浸させた複合材料をリング状に積層し、ポケットを切削することで得られた保持器が提案されている。この保持器は、表層のガラス繊維を溶解させるため、フッ化水素酸による処理が施されている。この保持器は、ガラス繊維布で強度を付与するととともに、含浸させたＰＴＦＥ樹脂で自己潤滑性を付与するので、極低温および高速回転環境下でも使用が可能となる。

【0004】

しかし、特許文献１の保持器では、保持器表面のフッ酸処理層以上に摩耗が進むと、ガラス繊維が表面に露出し、自己潤滑性を損なうおそれがある。また一方で、フッ酸処理層を厚くしてガラス繊維の露出の防止を図ると、フッ酸処理時間の増加による製造リードタイムの増加や、ガラス繊維の減少による保持器の強度低下を招くおそれがある。

【0005】

これに対し、特許文献２では、アルミニウムなどの金属基材に固体潤滑剤を含む樹脂をインサート成形し、本体部と樹脂部とを一体化させた保持器が提案されている。この保持器は、保持器強度をアルミニウムなどの金属材で確保するとともに、転動体と摺動するポケット面、および、内輪または外輪と摺動する案内部が樹脂部によって形成されることで潤滑性を確保している。

【0006】

さらに、特許文献３では、金属部と摺動樹脂部とからなり、金属部は、その表面に複数の開口部を有する連通孔を有し、その連通孔を有する金属部は、立体的網目状格子を構成する部分を有し、連通孔に摺動樹脂部を構成する樹脂が配された保持器が提案されている。立体的網目状格子を構成する部分に樹脂が配されることによって、金属部と摺動樹脂部とが密に結合され、インサート成形よりも剥離のリスクをより小さくできるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特公平０２－０２０８５４号公報

【特許文献2】特許第６１７８１１７号公報

【特許文献3】特開２０２０－１６９６６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記特許文献３に記載されるように、立体的網目状格子を構成する部分を持つ金属部を母材として、その格子間の空間に樹脂を配することで構造強度を高める技術が提案されている。しかし、このような構造は、樹脂単体の場合に比べて、保持器の質量が大きくなってしまう。そして、質量の増加は、例えば搭載されるロケットのペイロードの低下や、打ち上げコストの増加などに繋がるおそれがある。

【0009】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、保持器強度を確保しつつ、保持器全体が軽量化できる転がり軸受用保持器、および該保持器を用いた転がり軸受を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の転がり軸受用保持器は、転がり軸受において複数の転動体を保持する転がり軸受用保持器であって、上記保持器は、上記転動体を収容するポケット穴を有する円環状の金属部と、摺動樹脂部とを有し、上記金属部は、周方向、軸方向、および径方向の少なくともいずれかの方向に延びるトラス構造を構成する部分を有しており、上記金属部の表面に連通する、上記トラス構造を構成する部分の空孔部に、上記摺動樹脂部の一部が充填されていることを特徴とする。

【0011】

ここで、「トラス構造」とは複数の三角形で構成される骨組構造のことをいう。例えば、周方向に延びるトラス構造とは、周方向に沿って複数の三角形が連なるように構成される骨組構造をいい、軸方向に延びるトラス構造とは、軸方向に沿って複数の三角形が連なるように構成される骨組構造をいい、径方向に延びるトラス構造とは、径方向に沿って複数の三角形が連なるように構成される骨組構造をいう。

【0012】

上記金属部は、周方向に延びるトラス構造を構成する部分と軸方向に延びるトラス構造を構成する部分を有しており、これらトラス構造は、互いに平行に周方向に延びる複数の周方向柱部と、互いに平行に軸方向に延びる複数の軸方向柱部と、周方向および軸方向の双方に傾斜する方向に延びる複数の斜柱部によって構成されることを特徴とする。

【0013】

上記金属部は、さらに、径方向に延びるトラス構造を構成する部分を有しており、該トラス構造の一部を、上記軸方向柱部および上記斜柱部の少なくとも一方が構成していることを特徴とする。ここで、径方向に延びるトラス構造の一部を構成するとは、当該部分が、径方向に沿って連なる複数の三角形の一辺部を構成することをいう。

【0014】

上記周方向柱部は全周にわたって延びる円環状をなし、該周方向柱部は軸方向に連通していないことを特徴とする。

【0015】

上記保持器は、内輪または外輪によって案内される転がり軸受用保持器であって、上記保持器は、上記摺動樹脂部として第１樹脂部と、該第１樹脂部とは組成が異なる第２樹脂部とを有し、上記金属部のポケット穴の内面の少なくとも上記転動体と摺動する部分に上記第１樹脂部が形成されるとともに、上記金属部の上記内輪または上記外輪と摺動する案内部に、上記第２樹脂部が形成されることを特徴とする。

【0016】

上記保持器は、上記外輪の内周面に案内される外輪案内方式の保持器であり、上記金属部は、内径側に位置し、上記トラス構造を構成する部分を有する円環状の第１金属部と、外径側に位置し上記第１金属部が嵌め合わせられ、上記トラス構造を構成する部分を有する円環状の第２金属部とを有し、上記第１金属部に上記第１樹脂部が形成され、上記第２金属部に上記第２樹脂部が形成されることを特徴とする。

【0017】

上記第２樹脂部によって上記第１金属部と上記第２金属部が接着されていることを特徴とする。

【0018】

上記保持器は、上記外輪の内周面に案内される外輪案内方式の保持器であり、上記金属部の内径側に上記第１樹脂部が形成され、上記金属部の外径側に上記第２樹脂部が形成されることを特徴とする。

【0019】

上記金属部の上記トラス構造を構成する部分の空孔部に上記第１樹脂部の一部が充填されていることを特徴とする。

【0020】

本発明の転がり軸受は、内輪および外輪と、この内輪と外輪との間に介在する転動体と、この転動体を保持する保持器とを備えてなる転がり軸受であって、上記保持器が、本発明の転がり軸受用保持器であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

本発明の転がり軸受用保持器は、金属部と摺動樹脂部とからなり、金属部は、周方向、軸方向、および径方向の少なくともいずれかの方向に延びるトラス構造を構成する部分を有しており、金属部の表面に連通する、トラス構造を構成する部分の空孔部に、摺動樹脂部の一部（つまり摺動樹脂部を形成する樹脂組成物）が充填されているので、金属部と摺動樹脂部が密に結合され、摺動樹脂部が金属部から剥離することを防止できる。さらに、円環状の金属部に、周方向、軸方向、および径方向の少なくともいずれかの方向に延びるトラス構造を持たせることで、空隙率を上げながら保持器強度を維持でき、結果として質量を下げることができる。これにより、保持器強度を確保しつつ、保持器全体が軽量化された保持器が得られる。例えば、ロケットであればペイロードを大きくし、打ち上げコストの低下などに貢献できる。

【0022】

上記金属部は、周方向に延びるトラス構造を構成する部分と軸方向に延びるトラス構造を構成する部分を有しており、これらトラス構造は、複数の周方向柱部と、複数の軸方向柱部と、複数の斜柱部によって構成され、上記金属部は、さらに、径方向に延びるトラス構造を構成する部分を有し、該トラス構造の一部を、軸方向柱部および斜柱部の少なくとも一方が構成するので、周方向、軸方向、および径方向に延びるトラス構造を効率的に構成できるとともに、保持器に負荷される引張荷重を好適に分散させることができる。

【0023】

上記保持器は、金属部のポケット穴の内面の少なくとも転動体と摺動する部分に第１樹脂部が形成されるとともに、金属部の内輪または外輪と摺動する案内部に、第１樹脂部とは組成が異なる第２樹脂部が形成されるので、ポケットと転動体との摺動部と、内輪または外輪の案内部との摺動部とで異なる性能を持つ潤滑部を形成でき、潤滑性能の向上と摩耗の低減を図ることができる。このように保持器を保持器本体と２つの異なる組成の樹脂部で構成することで、２つの相反する性能を持たせることができる。その結果、製品寿命の延長も期待できる。

【0024】

さらに、保持器の一形態として、金属部は、内径側の第１金属部と外径側の第２金属部とを有しており、各金属部のトラス構造を構成する部分の空孔部に各樹脂部の一部（つまり各樹脂部を形成する樹脂組成物）がそれぞれ充填されているので、各金属部のトラス構造と各樹脂部が密に結合され、第１樹脂部および第２樹脂部が各金属部から剥離することを防止できる。さらに、第２樹脂部によって第１金属部と第２金属部が接着されることで、金属部間の密着性を向上できる。

【0025】

また、保持器の他の形態において、金属部の内径側に第１樹脂部が形成され、該金属部の外径側に第２樹脂部が形成され、更に金属部のトラス構造を構成する部分の空孔部に、第１樹脂部の一部（つまり第１樹脂部を形成する樹脂組成物）が充填されるので、ポケットの摺動部を構成する第１樹脂部と金属部のトラス構造が密に結合され、第１樹脂部が金属部から剥離することを防止できる。

【0026】

本発明の転がり軸受は、本発明の転がり軸受用保持器を備える転がり軸受であるので、軸受寿命を増加させることできる。特に、極低温環境下で使用されるロケットエンジンの液体燃料用ターボポンプに使用される軸受として好適である。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の転がり軸受の一例を示す軸方向断面の概略図である。

【図2】本発明の転がり軸受用保持器の一例の斜視図である。

【図3】本発明の転がり軸受用保持器の金属部の一例の斜視図である。

【図4】図３の金属部の外周面の平面概略図である。

【図5】図３の金属部の拡大一部断面図である。

【図6】図５のＤ－Ｄ線端面図である。

【図7】本発明の転がり軸受用保持器の他の例を説明するための図である。

【図8】本発明の転がり軸受用保持器の他の例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明の転がり軸受を図１に基づいて説明する。図１は、本発明の転がり軸受の一例であるアンギュラ玉軸受の軸方向断面の概略図である。なお、保持器の構成については、細部を省略している。図１に示すように、アンギュラ玉軸受１は、内輪２と、外輪３と、内輪２と外輪３との間に介在する複数の玉４と、この玉４を周方向に一定間隔で保持する保持器５とを備えている。このアンギュラ玉軸受１は、例えば、潤滑油やグリースなどの流動性潤滑剤を使用しない、無潤滑条件下で使用される。内輪２および外輪３と、玉４とは径方向中心線に対して所定の角度θ（接触角）を有して接触しており、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重を負荷できる。

【0029】

アンギュラ玉軸受１において、内輪２および外輪３はいずれも鋼材からなっている。上記鋼材には、軸受材料として一般的に用いられる任意の材料を用いることができる。例えば、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ１、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＵＪ４、ＳＵＪ５など；ＪＩＳ Ｇ ４８０５）、浸炭鋼（ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０など；ＪＩＳ Ｇ ４０５３）、ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃなど；ＪＩＳ Ｇ ４３０３）、冷間圧延鋼などを用いることができる。また、玉４には、上記の鋼材やセラミックス材料を用いることができる。

【0030】

図１において、保持器５は外輪案内方式の保持器であり、該保持器の外周面の一部に外輪３に案内される案内部を有している。図１の構成では、この案内部が外輪３の内周面と接触することで、保持器５が外輪３に案内される。

【0031】

図２には、本発明の転がり軸受用保持器の一例の斜視図を示す。なお、本発明において、保持器の中心軸に平行な方向を軸方向（Ｙ方向）、中心軸に直交する方向を径方向（Ｚ方向）、中心軸を中心とする軸周りの方向を周方向（Ｘ方向）という。図２に示すように、保持器５はもみ抜き型の保持器であり、転動体である玉を保持するポケット６が周方向に一定間隔で複数設けられている。

【0032】

保持器５は、転動体を収容するポケット穴を有する円環状の保持器本体としての金属部７と、摺動樹脂部１６とを有する。図２の保持器５においては、摺動樹脂部１６は、保持器５の外周面およびポケット面を構成している。具体的には、摺動樹脂部１６は、金属部７の外周面の全面を覆うとともに、金属部７のポケット穴の内周面の全面を覆っており、各部を一体に有する。この場合、摺動樹脂部１６は、外輪の内周面および各玉に対して摺動する部分となる。図２において、金属部７は保持器５の内周面および幅面に露出している。金属部７を構成する金属には、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス合金、インコネルなどを用いることができる。また、摺動樹脂部１６を構成するベース樹脂としては、後述するような潤滑特性に優れる樹脂を用いることが好ましい。

【0033】

金属部の詳細について、図面に基づいて説明する。図３は、金属部の斜視図を示す。図３に示すように、金属部７は、保持器のポケットを構成するポケット穴８を有する円環状部材である。金属部７は、その表面に複数の開口部１０を有する連通孔を有する。具体的には、外周面およびポケット穴８の内面に複数の開口部１０を有する。開口部１０は、後述するトラス構造に起因して大部分が三角形状となっており、一部がポケット穴８の影響により他の形状となっている。

【0034】

図３に示す金属部７は、平板筒状の内周部９と、平板円環状の複数の周方向柱部１１と、複数の軸方向柱部１２と、各種斜柱部とで構成されており、これらが接続されて一部材として構成されている。各種斜柱部を所定に配列させることで、トラス構造を構成している。なお、図３において、金属部７の内周面は平坦な曲面で構成され、金属部７の軸方向端面は平坦な平面で構成されている。

【0035】

図３に示すように、金属部７において、外周面の略全面に所定のトラス構造が形成されている。また、ポケット穴８の内面にもトラス構造が形成されている。具体的には、金属部７は、周方向に延びるトラス構造を構成する部分（例えばＡ部）と、軸方向に延びるトラス構造を構成する部分（例えばＢ部）と、径方向に延びるトラス構造を構成する部分（図５の例えばＣ部）とを有する。なお、各図において四角で囲んだＡ部～Ｃ部は、各トラス構造を構成する部分の一部分を示している。トラス構造を構成する部分によって形成される空孔部（内部空間）は、金属部７の表面（外部）と連通しており、連通孔を構成している。

【0036】

例えば、図３では、周方向に延びるトラス構造は軸方向に５列並んで構成されている。各列の間には、全周にわたって延び円環状をなす周方向柱部１１が介在している。金属部７において、周方向柱部１１は軸方向に連通していない。周方向に延びるトラス構造の複数列のうち、少なくとも１列（好ましくは軸方向両端の少なくとも１列）は、ポケット穴８にかからないように形成される、つまりポケット穴８によってトラス構造が欠けないように形成されることが好ましい。図３では、軸方向両端の各１列が、ポケット穴８に掛からないように全周にわたって形成されている。なお、軸方向両端の各１列に挟まれた３列は、ポケット穴８に分断されながら、ポケット穴間の領域において、周方向に延びるトラス構造を構成している。

【0037】

なお、周方向に延びるトラス構造は、図３に示すような５列に限らず、例えば４列や６列などの偶数列としてもよい。偶数列とした場合、軸方向に延びるトラス構造を対称に形成でき、例えば、組み付け方向の依存性がなく、重量バランスにも優れると考えられる。

【0038】

図３では、軸方向に延びるトラス構造は、ポケット穴間の領域に形成されている。

【0039】

図３において、金属部７の連通孔の開口部１０は、保持器のポケット面および案内面に設けられている。ここに樹脂を配して、トラス構造の空孔部の形状の樹脂部を形成するとともに、保持器のポケット面および案内面に、摺動層を形成することによって摺動樹脂部が形成される。すなわち、連通孔でもある空孔部に充填された樹脂は、摺動層によって連結され、摺動樹脂部は一体のものとなる。

【0040】

続いて、トラス構造の詳細について、図４～図６を参照して説明する。図４には、金属部の外周面の一部平面図の概要を示す。図４は、周方向に延びるトラス構造と軸方向に延びるトラス構造の一例を説明するための図である。これらトラス構造は、互いに平行にＸ方向に延びる複数の周方向柱部１１と、互いに平行にＹ方向に延びる複数の軸方向柱部１２と、Ｘ方向およびＹ方向の双方に傾斜する方向に延びる複数の斜柱部１３によって構成される。斜柱部１３は等間隔で折れ曲がるように形成される。

【0041】

ここで、隣接する一組の周方向柱部１１と隣接する一組の軸方向柱部１２に囲まれた単位ユニット（例えばユニットＵ）について見ると、斜柱部１３は、一方の周方向柱部１１の両端部と、対向する周方向柱部１１の中央部とをそれぞれ接続するように設けられている。つまり、ユニットＵにおいて、一対の斜柱部１３、１３は、Ｙ方向と平行な直線を軸とした線対称の関係となっている。この場合、一対の斜柱部１３、１３と１つの周方向柱部１１とで形成される開口部１０は、Ｙ方向と平行な直線を軸とした線対称な二等辺三角形（正三角形でもよい）となっている。

【0042】

図４では、上記単位ユニット（例えばユニットＵ）が同じ向きでＸ方向に連続して配列されている。一方、Ｙ方向には、異なる向きのユニットと同じ向きのユニットとが交互に配列されている。具体的には、ユニットＵと、Ｘ方向に平行な軸を回転軸としてユニットＵを反転させた反転ユニットＵ’とが、Ｙ方向に交互に配列されている。

【0043】

このように、Ｘ－Ｙ平面視において互いに交差する複数の柱部１１、１２、１３によって、周方向に延びるトラス構造と軸方向に延びるトラス構造が構成されており、金属部７に空孔部を持たせつつも高強度化を図ることができる。すなわち、保持器に負荷される引張荷重をこのようなトラス構造によって分散させることで、高い強度を持たせることができる。その結果、各柱部の肉厚を薄くすることができ、強度を維持しつつ、金属部の軽量化を図ることができる。

【0044】

各柱部の肉厚について言うと、例えば斜柱部１３のＸ－Ｙ平面視における肉厚ｔ_３を、周方向柱部１１のＹ方向における肉厚ｔ_１および軸方向柱部１２のＸ方向における肉厚ｔ_２に比べて、小さくすることができる。なお、周方向柱部間で肉厚ｔ_１は互いに同じであってもよく、軸方向柱部間で肉厚ｔ_２は互いに同じであってもよい。また、周方向柱部間において、軸方向両端に位置する２つの周方向柱部の肉厚を、その他の（中間側に位置する）周方向柱部よりも大きくしてもよい。

【0045】

さらに、図４において、軸方向柱部１２および斜柱部１３はそれぞれ、Ｚ方向に延びるトラス構造の一部を構成している。すなわち、軸方向柱部１２および斜柱部１３の紙面奥側に延びるようにトラス構造が形成されている。具体的には、図５のＣ部に示すように、軸方向柱部１２および斜柱部１３は径方向の厚み（肉厚）を有する部分となっており、これらの部分がそれぞれ径方向に沿って連なる三角形の一辺部を構成している。

【0046】

軸方向柱部を構成の一部とするトラス構造については、図６を参照して説明する。図６には、図５のＤ－Ｄ線端面図、すなわち、軸方向柱部１２上で軸方向に沿って切断した端面図を示す。図６は、径方向に延びるトラス構造の一例を説明するための図である。このトラス構造は、複数の周方向柱部１１と、互いに平行にＹ方向に延びる軸方向柱部１２および内周部９と、Ｙ方向およびＺ方向の双方に傾斜する方向に延びる複数の斜柱部１４によって構成される。

【0047】

ここで、隣接する一組の周方向柱部１１と隣接する一組の軸方向柱部１２および内周部９に囲まれた単位ユニットについて見ると、斜柱部１４は、一方の周方向柱部１１の両端部と、対向する周方向柱部１１の中央部とをそれぞれ接続するように設けられている。つまり、一対の斜柱部１４、１４は、Ｙ方向と平行な直線を軸とした線対称の関係となっている。この場合、一対の斜柱部１４、１４と１つの周方向柱部１１とで形成される三角形は、Ｙ方向と平行な直線を軸とした線対称な二等辺三角形（正三角形でもよい）となっている。

【0048】

また、図６に示すように、Ｙ－Ｚ平面視においてトラス構造は軸方向にも延びるように構成されている。すなわち、このトラス構造は、複数の周方向柱部１１と、軸方向柱部１２および内周部９と、複数の斜柱部１４によって構成される。

【0049】

このように、金属部７では、周方向および軸方向に加えて、径方向にも延びるように３次元的にトラス構造が構成されており、保持器に負荷される種々の方向の引張荷重を効率的に分散させることができ、より高い強度を持たせることができる。

【0050】

図６において、各柱部の肉厚について言うと、例えば斜柱部１４のＹ－Ｚ平面視における肉厚ｔ_５を、周方向柱部１１のＹ方向における肉厚ｔ_１および軸方向柱部１２のＺ方向における肉厚ｔ_４に比べて、小さくすることができる。なお、軸方向柱部間で肉厚ｔ_４は互いに同じであってもよい。

【0051】

また、内周部９のＺ方向における肉厚ｔ_６を、軸方向柱部１２のＺ方向における肉厚ｔ_４よりも大きくしてもよい。例えば、内周部９の肉厚ｔ_６は、金属部７の径方向の厚みＴに対して、１０％以上４０％以下（好ましくは１０％以上３０％以下）の厚みである。言い換えると、所定のトラス構造で構成される部分が大部分を占めることから、その分軽量化を図ることができる。

【0052】

また、斜柱部を構成の一部とするトラス構造については、図５を参照する。当該トラス構造は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に傾斜する方向に延びる複数の斜柱部１５が接続されることで構成される。その結果、この場合も径方向に沿って三角形が連なるように形成される。

【0053】

本発明の転がり軸受用保持器において、金属部は、周方向、軸方向、および径方向の少なくともいずれかの方向に延びるトラス構造を構成する部分を有していればよく、上記図３～図６に示した構成に限定されない。

【0054】

本発明の転がり軸受用保持器の金属部は、トラス構造を構成する部分を有するため、構造が複雑になっている。この金属部は、例えば３Ｄプリンタや精密鋳造によって製造される。

【0055】

なお、上記図２では、摺動樹脂部が金属部の外周面およびポケット穴を覆った形態を示したが、本発明の転がり軸受用保持器はこの形態に限るものではなく、例えば、金属部の全面が摺動樹脂部で覆われた形態も含むものである。

【0056】

本発明の転がり軸受用保持器の摺動樹脂部は、例えば、単一の樹脂組成で構成される。この場合、例えばポケットの内面と案内部は同じ樹脂組成で形成される。一方、摺動する部分によって異なる樹脂組成（例えば第１樹脂部と第２樹脂部）で構成するようにしてもよい。例えば、極低温の環境下といった流動性潤滑剤が適用できないような場合には、保持器に潤滑性が求められるため、ポケットの内面などの摺動部にはＰＴＦＥ樹脂などの自己潤滑性の高い樹脂が必要となる一方で、軌道輪と摺動する保持器の案内部は、潤滑性よりもむしろ耐摩耗性が必要となり、ポケットの摺動部とは相反する性能が要求される。これに鑑みて、異なる要求特性を満足させるようにしてもよい。

【0057】

一例として、図２に示す保持器５において、ポケット６の内面の少なくとも転動体と摺動する部分に第１樹脂部を形成するとともに、外輪と摺動する案内部に、第１樹脂部とは組成が異なる第２樹脂部を形成してもよい。例えば、第１樹脂部を潤滑性の高い組成とし、第２樹脂部を耐摩耗性の高い組成にすることで、ポケット６の摺動部には自己潤滑性、保持器５の案内部には耐摩耗性といったように、各部の用途に適した性能を付与できる。

【0058】

図２において、摺動樹脂部は、例えば金属部に対して、溶融した樹脂組成物をそれぞれ圧入することなどで形成される。摺動樹脂部を第１樹脂部と第２樹脂部で構成する場合、これら樹脂部は互いに組成が異なっている。ここで、樹脂部の組成が異なるとは、各樹脂部に含まれる原材料の種類（例えば樹脂の種類（分子量などの違いも含む）や添加剤の種類（サイズの違いなども含む）など）が異なる場合の他、原材料の種類がすべて同じで、各原材料の含有率が異なる場合も含む。

【0059】

以下には、摺動樹脂部を第１樹脂部と第２樹脂部で構成する場合について、説明する。まず各樹脂部の組成について説明する。

【0060】

第１樹脂部を構成するベース樹脂としては、潤滑特性に優れる樹脂を用いることが好ましく、例えば、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）樹脂、超高分子量ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂などを用いることが好ましい。なお、これらの樹脂は単独で使用しても、２種類以上混合したポリマーアロイとしてもよい。また、副成分として、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂 、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂などの他の樹脂を混合してもよい。

【0061】

上記の樹脂のうち、特にＰＴＦＥ樹脂は、摺動相手材に移着して摺動部の摩擦係数を低下させる性質に優れるため、好ましい。ＰＴＦＥ樹脂としては、－（ＣＦ_２－ＣＦ_２)ｎ－で表される一般のＰＴＦＥ樹脂を用いることができ、また、一般のＰＴＦＥ樹脂にパーフルオロアルキルエーテル基（－Ｃ_ｐＦ_２ｐ－Ｏ－）（ｐは１－４の整数）あるいはポリフルオロアルキル基（Ｈ（ＣＦ_２）_ｑ－）（ｑは１－２０の整数）などを導入した変性ＰＴＦＥ樹脂も使用できる。これらのＰＴＦＥ樹脂および変性ＰＴＦＥ樹脂は、一般的なモールディングパウダーを得る懸濁重合法、ファインパウダーを得る乳化重合法のいずれを採用して得られたものでもよい。また、ＰＴＦＥ樹脂としては、ＰＴＦＥ樹脂をその融点以上で加熱焼成したものを使用できる。また、加熱焼成した粉末に、さらにγ線または電子線などを照射した粉末も使用できる。ＰＴＦＥ樹脂の分子量は、数平均分子量（Ｍｎ）が１０^６未満であることが好ましい。

【0062】

一方、第２樹脂部を構成するベース樹脂としては、ＰＡＩ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂、超高分子量ＰＥ樹脂、ＰＡ樹脂、ＰＯＭ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂などを用いることができる。なお、これらの樹脂は単独で使用しても、２種類以上混合したポリマーアロイとしてもよい。

【0063】

第１樹脂部および第２樹脂部を形成する樹脂組成物には、必要に応じて、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの繊維状補強材を配合できる。繊維状補強材を配合することで、樹脂部の耐摩耗性を向上できる。また、樹脂部の線膨張係数を低減でき、使用時における保持器本体への密着性を向上できる。繊維状補強材の中では、比較的安価なガラス繊維を用いることが好ましい。

【0064】

また、第１樹脂部および第２樹脂部を形成する樹脂組成物には、ＰＴＦＥ樹脂（ベース樹脂にＰＴＦＥ樹脂を用いる場合を除く）、グラファイト、二硫化タングステン、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化鉄、酸化チタン、シリカなどの無機充填材なども配合できる。これらは単独で配合することも、組み合わせて配合することもできる。

【0065】

各樹脂部において、ベース樹脂の含有率は、樹脂部全体に対して、例えば５０質量％以上であり、６０質量％～９０質量％が好ましく、６５質量％～９０質量％がより好ましい。また、繊維状補強材は、耐摩耗性や線膨張係数の観点から、樹脂部全体に対して、例えば５質量％～４０質量％含まれ、好ましくは１０質量％～３０質量％含まれる。また、固体潤滑剤が含まれる構成では、固体潤滑剤の含有率は、樹脂部全体に対して、例えば５質量％～２０質量％である。また、無機充填材が含まれる構成では、無機充填材の含有率は、樹脂部全体に対して、例えば０．３質量％～５質量％である。

【0066】

保持器の各部における要求特性より、第１樹脂部は潤滑性を有することが好ましく、第２樹脂部は第１樹脂部よりも耐摩耗性が高いことが好ましい。ここで、耐摩耗性が高いとは、各樹脂部を同じ摺動条件のもとで摺動させた際に比摩耗量が小さいことをいう。なお、以下では、２つの樹脂部がこのような関係であることを前提として説明する。

【0067】

例えば、第１樹脂部のベース樹脂にＰＴＦＥ樹脂を用いる場合、第２樹脂部のベース樹脂にＰＥＥＫ樹脂やＰＰＳ樹脂を用いることで、第２樹脂部の耐摩耗性を相対的に高くできる。また、繊維状補強材や固体潤滑剤や樹脂の種類、配合量などを調整することで、ポケットの摺動部と案内部の要求にそれぞれ合った樹脂部を形成できる。

【0068】

保持器の好ましい形態として、第１樹脂部および第２樹脂部はそれぞれ、ベース樹脂としてのＰＴＦＥ樹脂と、繊維状補強材を含む。この場合、ＰＴＦＥ樹脂の含有率や、繊維状補強材の含有率、ＰＴＦＥ樹脂の分子量を樹脂部間で異ならせることで、耐摩耗性と自己潤滑性を変化させることができる。具体的には、第２樹脂部におけるＰＴＦＥ樹脂の含有率を、第１樹脂部におけるＰＴＦＥ樹脂の含有率よりも少なく、かつ、第２樹脂部における繊維状補強材の含有率を、第１樹脂部における繊維状補強材の含有率よりも多くすることが好ましい。さらに、上記の大小関係を満たした上で、第１樹脂部には、樹脂部全体に対してＰＴＦＥ樹脂が７０質量％～９０質量％含まれ、繊維状補強材が１０質量％～３０質量％含まれ、第２樹脂部には、樹脂部全体に対してＰＴＦＥ樹脂が６５質量％～８５質量％含まれ、繊維状補強材が１５質量％～３５質量％含まれることが好ましい。

【0069】

また、その他として、第２樹脂部に用いるＰＴＦＥ樹脂の分子量の方を、第１樹脂部に用いるＰＴＦＥ樹脂の分子量よりも大きくすることで、第２樹脂部の耐摩耗性を相対的に高くできる。

【0070】

このような形態の一例について、図７を用いて説明する。図７に示す軸方向断面図は、保持器の断面を模式的に示している。図７において、保持器２５は、保持器２５の内径側に位置する保持器内径側部２７と、外径側に位置する保持器外径側部３０に構成上分けられる。さらに、保持器内径側部２７は円環状の金属部（第１金属部）２８と樹脂部（第１樹脂部）２９で構成されており、保持器外径側部３０は円環状の金属部（第２金属部）３１と樹脂部（第２樹脂部）３２で構成されている。なお、図７では、金属部と樹脂部が混在する部分を、便宜上、網掛けで示している。後述する図８も同様である。

【0071】

図７に示すように、保持器内径側部２７の樹脂部２９は、玉２４と摺動するポケット２６の摺動部に形成され、保持器外径側部３０の樹脂部３２は、外輪２３と摺動する案内部に形成されている。図７の構成では、ポケット２６の内面の一部が樹脂部３２によっても形成されているが、軸受のピッチ円直径ＰＣＤよりも保持器内径側部２７の外径φを大きくすることで、玉２４を自己潤滑性の高い樹脂部２９のみで摺動させることができる。またこの場合、ポケット２６の内面において樹脂の組成が異なる部分の面、つまり樹脂部２９と樹脂部３２との境界が、ピッチ円直径ＰＣＤよりも外輪２３側に位置している。

【0072】

図７において、金属部２８は、例えば図３に示したような所定のトラス構造を構成する部分を有する金属部で構成される。

【0073】

また、金属部３１は、保持器のポケットの一部を構成するポケット穴を有する円環状部材である。この金属部３１も、所定のトラス構造を構成する部分を有する。例えば、金属部３１は、内周面に周方向、軸方向、および径方向の少なくともいずれかの方向に延びるトラス構造を構成する部分を有する。このトラス構造によって形成される空孔部は、外部と連通しており、連通孔を構成している。金属部３１のこのような空孔部に樹脂の一部が充填される。

【0074】

図７の保持器２５の製造の一例を示す。まず保持器内径側部の金属部２８を準備する。そして、金属部２８に対して、樹脂部２９の樹脂組成物を加熱圧入する。この際、金属部２８のポケット穴の摺動部に樹脂部２９が積層される。また、金属部２８のトラス構造を構成する部分の空孔部に樹脂組成物が入り込むことで、該空孔部に樹脂部２９の一部が充填される。その結果、アンカー効果によって金属部２８と樹脂部２９が密に結合される。

【0075】

続いて、得られた保持器内径側部２７に対して、保持器外径側部の金属部３１を嵌め合わせる。そして、金属部３１に対して、樹脂部３２の樹脂組成物を加熱圧入することで保持器２５が得られる。この際、金属部３１の外周面に樹脂部３２が積層される。また、金属部３１のトラス構造を構成する部分の空孔部に樹脂組成物が入り込むことで、該空孔部に樹脂部３２の一部が充填される。その結果、アンカー効果によって金属部３１と樹脂部３２が密に結合される。

【0076】

さらに、樹脂部３２を形成する樹脂組成物の加熱圧着によって、金属部２８と金属部３１とが接着される。つまり、溶融した樹脂組成物の一部が、金属部２８と金属部３１の隙間と、金属部２８の空孔部にも充填されることで、優れたアンカー効果が発揮できる。さらに、金属部２８の外径面に存在する樹脂部２９と溶融した樹脂組成物が加熱圧着することで樹脂部２９と樹脂部３２間においても結合される。また、接着剤の役割を果たす樹脂部３２は、密着性の観点から、線膨張係数が樹脂部２９の線膨張係数よりも低いことが好ましい。

【0077】

上述したように、図７に示す保持器では、保持器を内径側部と外径側部の２つの部品に分け、それぞれに異なる組成の樹脂を圧入することで２種類の潤滑部を形成している。具体的には、各部品に対して樹脂を段階的に流し込むことで、案内部には保持器外径側部に使用した樹脂層が形成され、ポケットの摺動部には主に保持器内径側部に使用した樹脂層が形成される。これにより、案内部には耐摩耗性を高めた潤滑層を形成でき、ポケットの内面には自己潤滑性を高めた潤滑層を形成できる。また、トラス構造を有する金属部に対して樹脂を圧入して、各樹脂部を形成することで、インサート成形よりも金属部と樹脂部が密に結合され、樹脂部の耐剥離性に優れる。

【0078】

なお、各樹脂部は、金属部のトラス構造の空孔部に溶融した樹脂組成物を流し込むこと以外にも形成できる。例えば、粉体状のまま加圧または振動させて、空孔部に樹脂を導入した後、焼成することによっても形成できる。また、圧縮成形、押出成形、射出成形などの通常の方法も採用できる。

【0079】

上記のような形態の他の例について、図８を用いて説明する。図８に示す保持器４５は、１つの円環状の金属部４７に対して、樹脂部４８および樹脂部４９がそれぞれ形成される。樹脂部４８は、玉４４と摺動するポケット４６の摺動部に形成され、樹脂部４９は、外輪４３と摺動する案内部に形成されている。また、保持器４５においても、ポケット４６の内面における樹脂部４８と樹脂部４９との境界をピッチ円直径ＰＣＤよりも外輪４３側に位置させることで玉４４を自己潤滑性の高い樹脂部４８のみで摺動させることができる。

【0080】

なお、図８において、金属部４７は、例えば、図３とは異なり、所定のトラス構造を構成する部分を内周面に有する金属部で構成される。この場合、外周部は平板円筒状に形成される。

【0081】

図８の保持器４５の製造の一例を示す。まず、金属部４７を準備する。そして、金属部４７の外周面を型に固定して樹脂部４８の樹脂組成物を圧入する。この際、金属部４７のポケット穴の摺動部に樹脂部４８が積層される。また、金属部４７のトラス構造を構成する部分の空孔部に樹脂組成物が入り込むことで、該空孔部に樹脂部４８の一部が充填される。その結果、アンカー効果によって金属部４７と樹脂部４８が密に結合される。

【0082】

続いて、樹脂部４８が形成された金属部４７の内周面を型に固定して、金属部４７の外周面に対して樹脂部４９の樹脂組成物を圧入する。その結果、案内部に樹脂部４９が積層される。また、樹脂の圧入後、必要に応じて、不要な樹脂部分を削り取ってもよい。

【0083】

上述したように、図８に示す保持器では、１つの円環状の金属部に、内径側と外径側とで異なる組成の樹脂部を成形することで２種類の潤滑部を形成している。この保持器は、図７で示した保持器に比べて、金属部品の工数が減るため安価となるが、案内部に形成される樹脂部４９の密着強度は図７で示した保持器に比べて低くなる。なお、樹脂部４９の密着強度を高めるため、金属部４７の外周面に粗面化処理などを施してもよい。粗面化処理としては、ショットブラスト法などの機械的粗面化法、グロー放電やブラズマ放電処理などの電気的粗面化法、アルカリ処理などの化学的粗面化法などが採用できる。

【0084】

上記では、保持器として外輪案内方式を示したが、これに限らず、内輪の外周面と摺動させて案内する内輪案内方式としてもよい。この場合、案内部となる保持器の内周面に、耐摩耗性を向上させた樹脂部（第２樹脂部）を形成することが好ましい。またその場合、第１樹脂部と第２樹脂部との境界が、ピッチ円直径ＰＣＤよりも内輪側に位置する。

【0085】

本発明の転がり軸受は、保持器が上記構造を有することから、流動性潤滑剤が使用されない環境下でも使用できる。特に、液体水素、液体酸素、液体窒素、液化天然ガスなどが用いられる極低温環境下や、真空環境下での使用に適している。具体的には、ロケットエンジンの液体燃料用ターボポンプや、人工衛星などの宇宙用機器などに使用できる。なお、極低温環境下に限らず、例えば常温以上の環境下でも使用できる。

【0086】

図１などでは、本発明の転がり軸受としてアンギュラ玉軸受を例に説明したが、本発明を適用できる軸受形式はこれに限定されず、他の玉軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受などにも適用できる。

【0087】

今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、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。

【産業上の利用可能性】

【0088】

本発明の転がり軸受用保持器は、金属部が所定のトラス構造を構成する部分を有するので、質量を下げるべく金属部の見かけ密度を下げつつも強度の維持が可能である。すなわち、保持器強度を確保しつつ、保持器全体が軽量化できるので、強度と軽量化が求められる保持器として幅広く用いることができる。例えば、保持器が軽量化されることでシステム全体の総質量の軽量化に貢献できる。例えば、ロケットエンジンの軸受であれば、軽量化によりペイロードの質量の増加や打ち上げコストの低下などが期待できる。

【符号の説明】

【0089】

１ アンギュラ玉軸受（転がり軸受）
２ 内輪
３ 外輪
４ 玉
５ 保持器
６ ポケット
７ 金属部
８ ポケット穴
９ 内周部
１０ 開口部
１１ 周方向柱部
１２ 軸方向柱部
１３ 斜柱部
１４ 斜柱部
１５ 斜柱部
１６ 摺動樹脂部
２１ アンギュラ玉軸受（転がり軸受）
２２ 内輪
２３ 外輪
２４ 玉
２５ 保持器
２６ ポケット
２７ 保持器内径側部
２８ 金属部（第１金属部）
２９ 樹脂部（第１樹脂部）
３０ 保持器外径側部
３１ 金属部（第２金属部）
３２ 樹脂部（第２樹脂部）
４１ アンギュラ玉軸受（転がり軸受）
４２ 内輪
４３ 外輪
４４ 玉
４５ 保持器
４６ ポケット
４７ 金属部
４８ 樹脂部（第１樹脂部）
４９ 樹脂部（第２樹脂部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】