滚动轴承用保持器、球轴承以及滚子轴承的制作方法

专利名称：滚动轴承用保持器、球轴承以及滚子轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及滚动轴承用保持器，尤其涉及球轴承用保持器和滚子轴 承用保持器。本发明还涉及球轴承和滚子轴承。
背景技术：
以往作为球轴承用保持器，有日本特开2001-304268号公报中所述 的保持器。该球轴承用保持器是将半圆形状的部分与平坦部交替重复的 呈波纹形状且呈环状的两个相同的板材铆接起来而形成的。上述呈波纹 形状且呈环状的板材是对环状的金属制板材进行冲压成型而形成的，在 各环状的板材的平坦部大致中央处形成一个通孔。在以两个上述呈波纹 形状且呈环状的板材的通孔彼此对置的方式，对置配置了两个上述呈波 纹形状且呈环状的板材之后，以贯穿开口彼此接触的两个通孔的方式将 铆钉插入，然后用手锤或者铆接机敲打插入在各通孔中的铆钉的头部侧 的相反侧的端面，将两个上述呈波纹形状且呈环状的板材接合起来。接 合两个上述呈波纹形状且呈环状的板材时， 一个上述呈波纹形状且呈环 状的板材中的半圆形状的部分、与另一个上述呈波纹形状且呈环状的板 材中的半圆形状的部分相互配合而在内周面上形成大致圆筒面。该大致 圆筒面构成收纳球体的凹陷(pocket)。该球轴承用保持器可简单且价格 低廉地制造出来，并且具有由于是金属制品因而耐热性佳的优点。但是，以往的球轴承用保持器虽然耐热性良好，但是柔性不足属于 刚性。当在力矩载荷条件下或者急速加减速条件下使用球轴承时，各个 球体的超前和滞后会产生差异。在这样的力矩载荷条件下或者急速加减 速条件下，当使用组装了以往的刚性的球轴承用保持器的球轴承时，保 持器无法通过弹性变形来跟随球体的超前和滞后，球体与球轴承用保持 器的凹陷的内周面强硬地接触。由于这种强硬接触，在相邻的凹陷之间产生拉力和压縮力，特别是存在在球轴承保持器的包括位于相邻的凹陷 之间的半圆形状的部分与平坦部的分界处的接近部分、和包括铆钉所贯 穿的通孔的附近部分产生断裂等裂伤，或在球体与凹陷的内周面之间产 生热胶着的问题。而且，保持器的惯性力因为其质量而变大，还会影响 到球轴承的转矩。如果为了防止断裂等裂伤而加厚上述板材的厚度，虽然能够增大保 持器的强度，但另一方面存在保持球体的面的形状精度变差，保持器与 球体的接触不均匀的问题。另外，存在保持器的制造成本变大、并且保 持器的重量与轴向的尺寸变大的问题。另一方面，在上述以往的球轴承 用保持器中，如果使上述板材的厚度变薄，则能够减小保持器的轴向尺 寸，能够使保持器变轻，使转矩特性提高，或柔性提高，但由于保持器 的抗拉强度、疲劳强度等机械特性不足，因而存在保持器会产生断裂等 裂伤的问题。另外，以往还已知有通过聚酰胺66等形成的树脂制保持器。树脂制 保持器虽然柔性优良且较轻，但是一般与金属制(特别是钢制)的保持器相比耐热性差，例如聚酰胺66的使用上限温度在120度左右。即使是 耐热性树脂，例如使用上限温度在200度左右，且非常昂贵。另外，树 脂制保持器还存在由于润滑剂的油成分和添加剂而劣化、强度降低的问 题。此外，还知道树脂制保持器若通过注射成型来制作则会产生焊缝、容易在该部分发生断裂。而且，树脂的线膨胀系数比金属(特别是钢) 和陶瓷要大，在将树脂制保持器组装到球轴承中的情况下，由于因温度 变化而产生的间隙变化，球轴承会产生转矩变动、产生噪音、产生振动等。另外，以往，作为滚子轴承用保持器，有日本特开2005-048834号 公报所述的保持器。该保持器由金属制的板材构成，并形成了将小直径 环状部与大直径环状部之间用多个柱部连接起来以收纳圆锥滚子的凹 陷。由于由金属制板材构成因而耐热性优良。上述小直径环状部的轴向 外侧的端部朝向径向内侧弯曲。上述以往的圆锥滚子轴承通过使小直径 环状部的轴向外侧的端部朝向径向内侧弯曲，而确保了保持器在径向上的强度。但在根据保持器的重量变轻的要求而使保持器的壁厚变薄的情 况下，存在仅凭上述小直径环状部的弯曲会发生强度不足的问题。如果为了确保保持器的强度而使保持器的壁厚与以往相同或进一步 加厚，则保持器会变成刚性。当在力矩载荷条件下或者急速加减速条件 下使用滚子轴承时，滚子会产生超前和滞后，但若在力矩载荷条件下或 者急速加减速条件下使用组装了刚性的保持器的滚子轴承，则保持器无 法跟随滚子的超前和滞后，滚子与保持器凹陷的内周面强硬地接触。由 于该强硬的接触，会存在在滚子与保持器凹陷之间产生热胶着、或由于 在相邻的凹陷之间产生的拉伸力或压縮力而致使保持器断裂的问题。另外，在滚子轴承用保持器为滚针轴承用保持器的情况下，由于不 会将轴向的端部向径向弯曲，因而存在强度非常弱这一问题。另外，以往还已知有通过聚酰胺66等形成的树脂制保持器。树脂制 保持器虽然柔性优良且较轻，但是一般与金属制(特别是钢制)的保持器相比耐热性差，例如聚酰胺66的使用上限温度在120度左右。即使是 耐热性树脂，例如使用上限温度在200度左右，且非常昂贵。另夕卜，树 脂制保持器还存在由于润滑剂的油成分和添加剂而劣化、强度降低的问题。此外，还知道树脂制保持器若通过注射成型来制作则会产生焊缝、容易在该部分发生断裂。而且，树脂的线膨胀系数比金属(特别是钢) 和陶瓷要大，在将树脂制保持器组装到滚子轴承中的情况下，由于因温 度变化而产生的间隙变化，滚子轴承会产生转矩变动、产生噪音、产生 振动等。发明内容于是，本发明的课题在于，提供一种紧凑且强度大的、柔性、耐热 性、耐油性优良的滚动轴承用保持器。并且，其目的特别在于提供一种 保持器的轴向尺寸小、重量轻，并且强度和硬度大，柔性、耐热性、耐油性、耐磨损性优良的球轴承用保持器；和具有该球轴承用保持器的球 轴承。另外，其目的还特别在于提供一种轻量紧凑且强度大，柔性、耐 热性、耐油性优良的滚子轴承用保持器以及具有该滚子轴承用保持器的滚子轴承。为解决上述课题，本发明的滚动轴承用保持器的特征在于，该滚动 轴承用保持器具有环状的主体部；以及多层膜，其通过电镀法形成并 层叠在上述主体部的表面上，并且相邻的层由彼此不同的金属或者合金 构成。根据本发明，在形成于保持器表面上的上述多层膜中，在相邻的层 彼此之间形成了成为位错运动的障碍的分界面，由此，能够提高保持器 的强度和硬度。另外，由于通过形成在上述主体部表面上的多层膜，而使得机械强 度变大，所以能够减少上述主体部的轴向厚度。因此，能够形成强度和 硬度大，具有柔性，耐热性、耐磨损性、耐油性优良，重量轻而且不易 破损的保持器。另外由于保持器的强度增大，所以能使保持器变薄。艮P， 能够使保持器为易于通过冲压成型来实现高精度化的厚度。此外由于通过电镀法形成上述多层膜，所以与使用真空蒸镀法形成 多层膜的情况相比，能够以显著低的成本形成多层膜。并且，能够在上 述端面的整个面上形成各层的层厚大致均一的多层膜。另外，在一个实施方式的滚动轴承装置中，上述主体部具有从上述 主体部的轴向两侧夹着球体地收纳上述球体的凹陷。根据上述实施方式，在形成于保持器表面上的上述多层膜中，在相 邻的层彼此之间形成了成为位错运动的障碍的分界面，由此，能够提高 保持器的强度和硬度。而且由于保持器强度提高，因而即使相对于因球 体的超前和滞后而产生的保持器周向上的拉伸力和压縮力也具有足够的 强度，能够抑制保持器的破损。因此能延长具有该球轴承用保持器的球 轴承的寿命。此外根据上述实施方式，由于通过形成在上述主体部表面上的多层 膜，而使得机械强度变大，所以能够减少上述主体部的轴向的厚度。因 此能够形成强度和硬度大，具有柔性，耐热性、耐磨损性、耐油性优良， 重量轻且不易破损的保持器。另外由于保持器的强度增大，所以能使保 持器变薄。即，能够使保持器为易于通过冲压成型来实现高精度化的厚度，所以能使球度大大低于球体的球度的保持器的球体引导面的精度大 幅度提高，能够显著减小旋转转矩和振动。另外，在一个实施方式的滚动轴承用保持器中，上述多层膜形成在 上述主体部在上述轴向的外侧的表面上。根据上述实施方式，由于形成在轴向外侧的表面上的多层膜不与球 体滑动接触，因而能长期维持多层膜。另外，在一个实施方式的滚动轴承用保持器中，上述滚动轴承用保 持器是将两个板材对置地接合起来而成的，上述两个板材构成为半圆形 状的部分与平坦部交替重复，呈波纹形状且呈环状，上述多层膜形成为 包括上述半圆形状的部分与上述平坦部的分界处。根据上述实施方式，尤其能够提高容易产生断裂等裂伤的部分的强 度，能够抑制裂伤。并且由于能够提高强度，因此能够减少主体部的轴 向的厚度，因而能提高该部分的柔性，该情况下，能进一步抑制裂伤。另外，在一个实施方式的滚动轴承用保持器中，上述滚动轴承用保 持器接合多个部件而构成，上述多层膜形成为包括上述接合部分。根据上述实施方式，尤其能够提高容易产生断裂等裂伤的部分的强 度，能够抑制裂伤。另外，在一个实施方式的滚动轴承用保持器中，上述多层膜是将镍 层和铜层交替层叠起来而构成的多层膜。根据上述实施方式，能够通过电镀法良好地形成多层膜。另外，在一个实施方式的滚动轴承用保持器中，上述多层膜中的上述各镍层的层厚大于等于15nm且小于等于100nm，并且上述多层膜中的 上述各铜层的层厚大于等于3nm且小于等于100nm，而且上述多层膜的 膜厚超过200nm且小于等于8000nm。并且，在上述多层膜中仅存在一个镍层的情况也包含在本发明中。 该情况下，使上述多层膜中的唯一的镍层的层厚大于等于15nm且小于等 于100nm。此外，在上述多层膜中仅存在一个铜层的情况也包含在本发 明中。该情况下，使上述多层膜中的唯一的铜层的层厚大于等于3nm且 小于等于100nm。根据上述实施方式，上述镍层的层厚大于等于15nm且小于等于 100nm，上述铜层的层厚大于等于3nm且小于等于100nm，而且多层膜 整体的膜厚大于200nm，所以可以使成为位错运动的障碍的分界面为提 高保持器的强度所需的足够的数量。另外，由于保持器强度增强，因而 可以减小保持器的轴向尺寸。由此，保持器的质量变小，并且能够使保 持器为易于通过冲压成型来实现高精度化的厚度，所以能够显著地减小 轴承的旋转转矩和振动。另外由于多层膜整体的厚度小于等于8000nm， 所以能降低多层膜的材料成本和制造成本。此外，由于保持器强度提高， 因而即使相对于因球体的超前和滞后所产生的保持器周向上的拉伸力和 压縮力也具有足够的强度，能够抑制保持器的破损。因此，能延长具有 该球轴承用保持器的球轴承的寿命。另外由于保持器的强度增大，所以 能使保持器变薄。即，能够使保持器为易于通过冲压成型来实现高精度 化的厚度，因而能使球度大大低于球体的球度的保持器的球体引导面的 精度大幅度提高，能显著地减小旋转转矩和振动。另外，在一个实施方式的滚动轴承用保持器中，上述多层膜是将上 述镍层和上述铜层层叠超过20次而得到的。根据上述实施方式，与上述镍层和上述铜层的交界面在20以下的情 况相比，能够显著地增强保持器表面的硬度。另外本发明的球轴承的特征在于，该球轴承具有本发明的滚动轴承 用保持器。根据本发明，由于具有上述发明的滚动轴承用保持器，所以能够增 大保持器的强度，能提高球轴承的可靠性。另外，能够减小保持器的轴 向尺寸，并且能使保持器变轻。此外，由于能够减小保持器的主体部的 轴向的厚度，因而强度和硬度大并具有柔性。因此能够提高球轴承的可 靠性。此外，耐热性、耐油性优良，重量轻而且不易破损，转矩小。另外，在一个实施方式的滚动轴承用保持器中，上述主体部是通过 用多个柱部将两个环状部之间连接起来而形成的，并且该主体部具有收 纳滚子的凹陷。根据上述实施方式，在形成于保持器表面上的上述多层膜中，在相邻的层彼此之间形成了成为位错运动的障碍的分界面，由此，能够提高 保持器的强度和硬度。而且由于保持器强度提高，因而即使相对于因滚 子的超前和滞后或偏斜等滚子动作所产生的保持器周向上的拉伸力和压 縮力，也具有足够的强度，能够抑制保持器的破损。因此能延长具有该 滚子轴承用保持器的滚子轴承的寿命。此外，根据上述实施方式，由于通过形成在上述主体部表面上的多 层膜而使得机械强度变大，所以能够减小与上述主体部的周向成直角的 方向的厚度。因此可以形成强度和硬度大，具有柔性，耐热性、耐磨损 性、耐油性优良，重量轻而且不易破损的保持器。另外，由于保持器的 强度增大，所以能使保持器变薄。在通过冲压成型来制作保持器的情况 下，能够使保持器为易于通过冲压成型来实现高精度化的厚度，因此能 大幅度提高保持器的凹陷内表面的精度。由此能够减少滚子的偏斜等， 使滚子的动作稳定，能显著减小轴承的旋转转矩和振动，并且实现滚子 轴承的寿命变长。另外，在一个实施方式的滚动轴承用保持器中，上述多层膜形成在 上述主体部的径向外侧的表面上。根据上述实施方式，由于形成在径向外侧的表面上的多层膜不与滚 子滑动接触，因而能长期维持多层膜。另外，在一个实施方式的滚动轴承用保持器中，上述多层膜形成在 上述主体部的径向内侧的表面上。根据上述实施方式，由于形成在径向内侧的表面上的多层膜不与滚 子滑动接触，因而能长期维持多层膜。另外，在一个实施方式的滚动轴承用保持器中，上述多层膜是将镍 层和铜层交替层叠起来而构成的多层膜。根据上述实施方式，能够通过电镀法来良好地形成多层膜。另外，在一个实施方式的滚动轴承用保持器中，上述多层膜中的上述各镍层的层厚大于等于15nm且小于等于100nm，并且上述多层膜中的 上述各铜层的层厚大于等于3nm且小于等于100nm，而且上述多层膜的 膜厚超过200nm且小于等于8000nm。并且，在上述多层膜中仅存在一个镍层的情况也包含在本发明中。该情况下，使上述多层膜中的唯一的镍层的层厚大于等于15nm且小于等 于100nm。此外，在上述多层膜中仅存在一个铜层的情况也包含在本发 明中。该情况下，使上述多层膜中的唯一的铜层的层厚大于等于3nm且 小于等于100nm。根据上述实施方式，上述镍层的层厚大于等于15nm且小于等于 100nm，上述铜层的层厚大于等于3nm且小于等于100nm，而且多层膜 整体的膜厚大于200nm，所以可以使成为位错运动的障碍的分界面为提 高保持器的强度所需的足够的数量。另外，由于保持器强度增强，因而 可以减小保持器的轴向尺寸。另外由于多层膜的厚度小于等于8000nm， 所以能降低多层膜的材料成本和制造成本。此外，由于保持器强度提高， 因而即使相对于因滚子的超前和滞后或偏斜等滚子的动作而产生的保持 器周向上的拉伸力和压縮力，也具有足够的强度，能够抑制保持器的破 损。因此，能延长具有该滚子轴承用保持器的滚子轴承的寿命。另外， 由于保持器的强度增大，所以能使保持器变薄。在通过冲压成型制作保 持器的情况下，能够使保持器为易于通过冲压成型来实现高精度化的厚 度，因而能使保持器的凹陷内周面的精度大幅度提高。由此能够减少滚 子的偏斜等，使滚子的动作稳定，能显著地减小轴承的旋转转矩和振动， 并且实现滚子轴承的寿命变长。另外，在一个实施方式的滚动轴承用保持器中，上述多层膜是将上 述镍层和上述铜层层叠超过20次而得到的。根据上述实施方式，与上述镍层和上述铜层的交界面在20以下的情 况相比，能够显著地增强保持器表面的硬度。另外，本发明的滚子轴承的特征在于，该滚子轴承具有本发明的滚 动轴承用保持器。根据本发明，由于具有上述发明的滚动轴承用保持器，所以能够增 大保持器的强度，能提高滚子轴承的强度。另外，由于保持器的厚度薄、 且保持器的重量轻，因而能够使滚子轴承变轻。此外，由于保持器的厚 度薄，因而强度和硬度大并具有柔性。因此，能够提高滚子轴承的可靠性。此外，耐热性、耐油性优良，重量轻而且不易破损，转矩小。


图1A是本发明第一实施方式的球轴承用保持器的局部立体图。 图1B是表示图1A所示球轴承用保持器在轴向外侧的端面的表层部 结构的示意剖面图。图2A是本发明第二实施方式的圆锥滚子轴承用保持器的轴向剖面图。图2B是表示图2A所示滚了轴承用保持器在径向外侧的表面的表层 部结构的示意剖面图。图3是表示用于在主体部上形成多层膜的装置的示意图。图4是表示施加在参照电极与主体部之间的电压的时间变化的一个 示例、以及施加了该电压时膜在主体部上的形成状况的图。图5是表示将层厚全部相同的镍层、和具有与镍层相同层厚的铜层 交替层叠起来以形成多层膜的情况下、多层膜中一层的层厚与多层膜硬 度之间的关系的图。图6是表示将层厚都为20nm的镍层、和层厚全部相同的层厚变动 的镍层交替层叠而形成的多层膜中的、铜层中一层的层厚与多层膜的维 氏硬度之间的关系的图。图7A是表示向将具有100nm的层厚的镍层与具有100nm的层厚的 铜层交替层叠而形成的多层膜照射X射线时的、X射线衍射强度的角度 分布的图。图7B是表示向将具有5nm的层厚的镍层与具有5nm的层厚的铜层 交替层叠而形成的多层膜照射X射线时的、X射线衍射强度的角度分布 的图。图8是示意性表示镍层与铜层分界面上的失配位错的图。图9是表示对交替层叠了 20次、40次、60次层厚全部为75nm的镍层和层厚与镍层相等的铜层后的试验片的维氏硬度进行测量的结果的图。图10A是表示交替形成层厚全部为50nrn的镍层和层厚与镍层相等 的铜层、并使得整体膜厚为10|im而得到的多层膜的表面的扫描型电子显 微镜照片的图。图10B是表示交替形成层厚全部为50nm的镍层和层厚与镍层相等 的铜层、并使得整体膜厚为8)im而得到的多层膜的表面的扫描型电子显 微镜照片的图。图10C是表示交替形成层厚全部为50nm的镍层和层厚与镍层相等 的铜层、并使得整体膜厚为6pm而得到的多层膜的表面的扫描型电子显/.山L Ait cw UL AA^ 1751 1观说照门口训o图10D是表示交替形成层厚全部为50nm的镍层和层厚与镍层相等 的铜层、并使得整体膜厚为4pm而得到的多层膜的表面的扫描型电子显 微镜照片的图。图ll是表示疲劳试验用的试验片的图，在该实验片上，交替层叠层 厚全部相同的镍层和具有与镍层相同层厚的铜层，从而在斜线所示位置 上形成了整体膜厚为5pm的多层膜。图12是表示对图11中的试验片进行了压縮-拉伸的重复疲劳试验的 结果的图。 .图13是表示将层厚全部相同的钴层和具有与钴层相同层厚的铜层 交替层叠来形成多层膜的情况下的、多层膜中的一层的层厚与多层膜硬 度之间的关系的图。
具体实施方式
下面通过图示的方式来详细说明本发明。图1A是本发明第一实施方式的球轴承用保持器的局部立体图。 该球轴承用保持器具有环状形状。该球轴承用保持器这样形成将 两个相同的板材1、 1，以通孔彼此对置的方式进行配置之后，以贯穿开 口彼此接触的两个通孔的方式插入铆钉2进行铆接，从而将两个上述呈 波纹形状且呈环状的板材l、 l接合起来，其中板材l构成为半圆形状的 部分和具有通孔的平坦部交替重复，并且呈波纹形状且呈环状。 一块上述呈波纹形状且呈环状的板材1的半圆形状的部分与另一块上述呈波纹 形状且呈环状的板材1的半圆形状的部分相互配合在内周面上形成大致 圆筒面。该大致圆筒面成为收纳球体(未图示)的凹陷3。该保持器如下 形成。首先，对环状的钢制SPCC (冷轧钢材)制的板材进行冲压成型， 形成半圆形状的部分与平坦部交替重复、并且在各平坦部的大致中央处形成有一个通孔的SPCC制的环状部件。然后通过之后详细说明的电镀法在两个上述环状板材的整个表面上形成由镍层和铜层构成的多层膜。 之后，在组装球轴承时，以形成有多层膜的两个上述呈波纹形状且呈环 状的板材的通孔彼此对置的方式，配置两个上述呈波纹形状且呈环状的板材，之后，以贯穿开口彼此接触的两个通孔的方式插入铆钉2，接着用 手锤或者铆接机敲打插入在各通孔中的铆钉2的头部侧的相反侧的端面， 将两个上述呈波纹形状且呈环状的板材接合起来。这样就形成了球轴承 用保持器。即，这种球轴承用保持器，在球轴承的内圈和外圈之间组装 了预定数量的球体的状态下，使球体与保持器的凹陷对应起来，然后通 过上述接合来形成球轴承。图1B是表示图1A中用5表示的球轴承用保持器在轴向外侧的端面 的表层部结构的示意剖面图。如图1B所示，端面5的表层部由主体部20和形成于主体部20上的 多层膜21构成。上述主体部20由SPCC材料构成。上述主体部20的形 状与从图1A所示保持器除去铆钉后的部分的形状大致一致。上述多层膜 21通过将镍层22和铜层23交替地层叠六层而构成，多层膜21具有五个 镍层22和铜层23的分界面。如图1B所示，镍层22与上述主体部20接 触。上述各镍层22的层厚设定为大于等于15nm且小于等于100nm，各 铜层23的层厚设定为大于等于3nm且小于等于100nm。另外，上述多层 膜的膜厚设定为大于200nm且小于等于8000nm。上述多层膜21通过电 镀法形成在主体部20上。关于上述多层膜21，被认为在镍层22和铜层 23的分界面上，根据晶格常数计算，几何学上相对于大约38个或者39 个镍原子，会有一个镍原子引起晶格不匹配。图2A是本发明第二实施方式的圆锥滚子轴承用保持器的轴向剖面图。该圆锥滚子轴承用保持器是冲切钢板而形成的冲压保持器。该圆锥 滚子轴承用保持器具有环状形状，其具有大直径环状部101;小直径环 状部102;以及未图示的多个柱部，它们沿大致轴向延伸，将大直径环状 部101和小直径环状部102之间连结起来，并且在周向上大致等间隔地 配置。由大直径环状部、小直径环状部和在周向上相邻的柱部所包围而 成的空间成为收纳圆锥滚子的凹陷103。图2B是表示图2A中用105所示的圆锥滚子轴承用保持器的径向外 侧的表面的表层部结构的示意剖面图。如图2B所示，表面105的表层部由主体部120和形成在主体部120 上的整个表面上的多层膜121构成。上述主体部120由SPCC(冷轧钢材) 材料构成。上述多层膜121通过将镍层122和铜层123交替地层叠六层 而构成，多层膜121具有五个镍层122和铜层123的分界面。如图2B所 示，镍层122与上述主体部120接触。上述各镍层122的层厚设定为大 于等于15nm且小于等于100nm，各铜层123的层厚设定为大于等于3nm 且小于等于100nm。另外上述多层膜的膜厚设定为大于200nm且小于等 于8000nm。上述多层膜121通过电镀法形成在主体部120上。关于上述 多层膜121，被认为在镍层122和铜层123的分界面上，根据晶格常数计 算，几何学上相对于大约38个或者39个镍原子会有一个镍原子引起晶 格不匹配。图3是表示用于在主体部(第一实施方式中的主体部20和第二实施 方式中的主体部120)上形成多层膜的装置的示意图。该装置具有恒电位仪31;第一、第二、第三和第四容器32、 33、 34、 35;参照电极36;极板电极37;加热器38; KCI盐桥40;和鲁金 管41。在上述第一容器32中填充有KCI饱和水溶液，在第二和第三容器 33、 34中填充有含有镍离子与铜离子的电镀液。而且在第四容器35中填 充有水，该水通过加热器38而被加热到预定温度。在第一容器32内， 作为参照电极36，以与溶液接触的方式配置有银-氯化银电极；在第三容器34内，以与溶液接触的方式配置有由镍或者铂构成的极板电极37。对极板电极37与试样42之间施加电压，用恒电位仪31来测量参照电极36 与试样42之间的电位差，对施加到极板电极37与试样42之间的电压进 行控制以使上述测量值为预定值。上述第三容器34配置在第四容器35 中，其通过填充在第四容器35内的水而被调节为预定温度。该装置如下地在主体部上形成多层膜。首先，在第三容器33内，以 与电镀液接触的方式配置主体部42，该主体部42构成为半圆形状的部分 和具有通孔的平坦部交替重复，并且呈环状，由SPCC制板材构成。然 后，通过加热器38使第四容器35中的水温维持在大致40度，在使电镀 液的温度为大致40度之后，利用恒电位仪31，向极板37与主体部42之 间施加电压，使得参照电极36与主体部42之间的电位差为铜、镍分别 析出所需的适当值。详细地说，镍的离子化倾向比铜要大，容易积存在 电镀液中。因而，通过向极板37与主体部42之间施加电压，使得主体 部42相对于参照电极36的电位为预定的两个阶段，从而，在电位差较 小的情况下，析出铜而形成铜层；在电位差较大的情况下，析出镍而形 成镍层。这里，当镍析出时，存在无法防止比镍更贵重的铜的析出的问 题。因而在电镀液中，将铜离子浓度设定得低于镍离子浓度，尽量减少 析出镍的过程中析出铜的现象。图4是表示在参照电极36与主体部42之间测量到的电位差的时间 变化的一个示例、以及此时膜在主体部42上的形成状况的图。而且，在 图4中，参照标号220表示镍层，参照标号230表示铜层。如图4所示，只要适当设定析出电位，由于镍与铜的离子化倾向的 差异，能够从一个成膜液中实质上分别单独且交替地析出镍和铜。此时， 析出离子化倾向大于铜的镍时的电位差大于析出铜时的电位差。图5是表示将层厚全部相同的镍层和具有与镍层相同层厚的铜层交 替层叠来形成整体膜厚为1000nm的多层膜的情况下的、多层膜中的一层 的层厚与多层膜硬度之间的关系的图。如图5所示，当一层的厚度为20nm时，多层膜的维氏硬度为最大。图6是表示将整体膜厚为2000nm、层厚全部为20nm的镍层和层厚全部相同的层厚变动的铜层交替层叠而形成的多层膜中的、铜层中一层 的层厚与多层膜的威氏硬度维氏硬度之间的关系的图。在图6中，直径大的点是表示测量值的平均的点。如图6所示，当铜的层厚为5nm时， 多层膜的维氏硬度极大。通过进一步的试验得出，当将多层膜中的镍层 的层厚设定为20nm士5nm、并且将多层膜中的铜层的层厚设定为 5nm士2nm时，保持器表面的硬度与耐磨损性等特性最为良好。图7A是表示向将具有100nm的层厚的镍层与具有100nm的层厚的 铜层交替层叠而形成的多层膜照射X射线时的、X射线衍射强度的角度 分布的图；图7B是表示向将具有5nm的层厚的镍层与具有5nm的层厚 的铜层交替层叠而形成的多层膜照射X射线时的、X射线衍射强度的角 度分布的图。在图7A和图7B中，a是与根据铜的晶格常数而理论上能 计算出的峰大致一致的峰。而且在图7A中，虽然b比起理论上能计算出 的峰要略微偏向低角度侧，但其是多层膜的镍的峰。如图7A和图7B所示，在各层的层厚为100nm的情况下，出现铜的 峰与镍的峰两者，另一方面，在各层的层厚为5nm的情况下，仅出现铜 的峰。这被推测为在各层都为5nm的多层膜中，镍的晶格常数发生变 化而模仿铜的晶格常数，后述的晶格不匹配(失配位错)消失。这样， 则认为若各层的厚度过小，由于被认为妨碍位错运动的失配位错消失， 所以多层膜的硬度急剧降低。图8是示意性表示镍层与铜层的分界面上的失配位错的图。图8中， 虚线60表示分界面。由于镍原子的晶格常数小于铜原子的晶格常数，所 以如61所示的镍原子那样，会存在不具有对应的铜原子的镍原子、即引 起晶格不匹配(失配位错)的镍原子。多层膜的良好的机械特性的出现， 被认为是因为该晶格不匹配成为了位错运动的障碍。如图8所示，引起 晶格不匹配的镍原子在分界面中存在得越多，则越能抑制表面龟裂的产 生，还能抑制来自主体部的龟裂的生长，因此能够提高疲劳强度。另外 抗拉强度提高，硬度提升，耐磨损性也变高。图9对交替层叠了 20次、40次、60次层厚全部为75nm的镍层和 层厚与镍层相等的铜层后的试验片的硬度进行了测量。虽然层叠次数越多平均硬度越大，但可知层叠次数为40次和60次时硬度不会有大的差异。根据进一步的试验确认到当镍层的层厚为15nm、铜层的层厚为 5nm时，也具有相同趋势。即，当本发明的多层膜整体厚度超过200nm、 层叠次数超过20次时，能够获得更好的效果。图10A是表示交替形成层厚全部为50nm的镍层、和层厚与镍层相 等的铜层、并使得整体膜厚为10^im而得到的多层膜的表面的扫描型电子 显微镜照片的图。如图10A所示，表面并不平滑，而是生长成颗粒状。如果这样形成 为凹凸起伏较大的状态，则可知不仅摩擦特性会降低，而且该凹凸还 会成为龟裂核，使得疲劳特性也下降。图10B是表示交替形成层厚全部为50nm的镍层和层厚与镍层相等 的铜层、并使得整体膜厚为8pm而得到的多层膜的表面的扫描型电子显 微镜照片的图。图10C是表示交替形成层厚全部为50nm的镍层和层厚 与镍层相等的铜层、并使得整体膜厚为6pm而得到的多层膜的表面的扫 描型电子显微镜照片的图。图10D是表示交替形成层厚全部为50nm的 镍层和层厚与镍层相等的铜层、并使得整体膜厚为4pm而得到的多层膜 的表面的扫描型电子显微镜照片的图。根据进一步的试验可知，在上述各层厚度的范围中，若整体的膜厚 超过大约8pm，则会成为这种凹凸起伏较大的表面形状。因此，本发明 中的多层膜整体的厚度在8000nm以下时可以发挥本发明的效果。而且优 选多层膜整体的厚度在6000nm以下，更优选多层膜整体的厚度在 4000nm以下。图11是试验片，在该试验片中，在用80所示的位置(斜线所示的 位置)，交替层叠层厚全部相同的镍层和具有与镍层相同层厚的铜层，从 而形成了整体膜厚为5nm的多层膜。作为比较，还准备了进行了膜厚为 5pm的Ni单层镀层来代替多层膜，以及不实施涂敷的试验片。图12是 表示对该试验片进行压縮-拉伸的重复疲劳试验所得的结果。如图12所示，可知形成有多层膜的试验片不管层厚多少都比M 镀层的疲劳寿命要长。并且，还可知不同于图7和图8的结果，层厚即使为100nm，在提高疲劳强度上也具有很大效果。因此，在本发明的球轴承用保持器中，只要上述镍层的层厚大于等于15nm且小于等于100nm、上述铜层的层厚大于等于3nm且小于等于 100nm，而且层叠次数超过20次，则能够存在数量足够多的成为位错运 动的障碍的分界面，能大幅度提高保持器的机械特性。另外，由于多层 膜的整体厚度最大不过为S000nm (S^tm),所以能够降低多层膜的材料成 本和制造成本。根据上述第一实施方式的球轴承用保持器，由于通过形成在上述主 体部20的端面上的多层膜21而使得保持器的强度增大，所以能使保持 器变薄。即，能够使保持器为易于通过冲压成型来实现高精度化的厚度， 因此能使球度大大低于球体的球度的保持器的球体引导面的精度大幅度 提高，能显著地减小旋转转矩和振动。另外，根据上述第一实施方式的球轴承用保持器，由于通过形成在 上述主体部20的端面上的多层膜21而使得机械强度变大，所以能够减 小主体部20在轴向上的厚度。因此能使保持器变得紧凑和变轻。另外，根据上述第一实施方式的球轴承用保持器，由于通过电镀法 来形成多层膜21，所以与通过真空蒸镀法来形成多层膜的情况相比，能 以极低的成本形成多层膜21。并且，还能在保持器的整个外表面上形成 各层的层厚大致均一的多层膜21。另外，在上述第一实施方式的球轴承用保持器中，虽然在主体部20 的外表面上全都形成了多层膜21，但只要至少在主体部的轴向外表面上 形成有多层膜，就能获得与第一实施方式相同的作用效果。如果采用本发明的第一实施方式的球轴承用保持器作为球轴承的保 持器，则由于保持器的强度较大，因此能够提高球轴承的可靠性。另外，在本发明的球轴承用保持器中，形成上述多层膜的、相邻的 层的彼此不同的金属或者合金的组合，当然不限于镍层与铜层的组合。 例如，如图13所示，在钴层和铜层的组合中，也能形成成为位错运动的 妨碍的分界面，并且硬度变大，能够提高保持器的强度。此外，在本发明的球轴承用保持器中，可以根据所要求的性能，来适当选择镍-钴合金层和铜层的组合、镍层和银层的组合等形成多层膜的 金属和合金。并且，在本发明的球轴承用保持器中，形成上述多层膜的、相邻的 层的彼此不同的金属或者合金的组合也可以是三种以上的金属或合金的 组合。另外，在本发明的球轴承用保持器中，还可以根据进行成膜的多层 膜的组成与保持器的材质的组合，在保持器与多层膜之间设置作为中间 层的膜，以使得容易在保持器上形成多层膜，和提高保持器与多层膜的 紧密性。此外，在本发明的滚子轴承用保持器中，如上所述，只要上述镍层的层厚大于等于15nm且小于等于100nm、上述铜层的层厚大于等于3nm 且小于等于100nm，而且层叠次数超过20次，就能够存在数量足够多的 成为位错运动的障碍的分界面，能够大幅度提高保持器的机械特性。还 有，由于多层膜的整体厚度最大不过为8000nm(8jam)，所以能够降低多 层膜的材料成本和制造成本。艮口，在本发明的滚子轴承用保持器中，只要上述镍层的层厚大于等 于15nm且小于等于100nm、上述铜层的层厚大于等于3nm且小于等于 100nm，而且层叠次数超过20次，就能够存在数量足够多的成为位错运 动的障碍的分界面，能够大幅度提高保持器的机械特性、保持器的强度、 硬度以及耐磨损性。还有，由于多层膜的整体厚度最大不过为8000nm (8pm)，所以能够降低多层膜的材料成本和制造成本。此外，由于保持 器的强度增大，所以能使保持器变薄。在通过冲压成型来制作保持器的 情况下，能够使保持器为易于通过冲压成型来实现高精度化的厚度，因 而能大幅度提升保持器的凹陷内周面的精度。由此，在本发明的滚子轴承用保持器中，能够减少滚子的偏斜等使 滚子的动作稳定，可以显著地降低轴承的旋转转矩和振动，并且能实现 滚子轴承的寿命延长。根据上述第二实施方式的滚子轴承用保持器，由于通过形成在上述 主体部20表面上的多层膜21而使得机械强度增大，所以能使主体部20的厚度变薄。因而能够使保持器变得紧凑且变轻。另外，根据上述第二实施方式的滚子轴承用保持器，由于通过电镀 法来形成多层膜21，所以与通过真空蒸镀法来形成多层膜的情况相比， 不但能够与主体部20的尺寸无关地形成多层膜21，并且能够以极低的成 本形成多层膜21。此外，还能在保持器的整个表面上形成各层的层厚大致均一的多层膜21。并且，在上述第二实施方式的滚子轴承用保持器中，虽然主体部的材料为SPCC，但在本发明中，保持器主体部的材料也可以是SPCC之外 的金属材料。另外，在本发明的滚子轴承用保持器中，形成上述多层膜的、相邻 的层的彼此不同的金属或者合金的组合，当然不限于镍层与铜层的组合。 例如，如图13所示，在钴层和铜层的组合中，也形成了成为位错运动的 障碍的分界面，并且硬度变大，能够提高保持器的强度。此外，在本发明的滚子轴承用保持器中，能够根据所要求的性能， 来适当选择镍-钴合金层和铜层的组合、镍层和银层的组合等形成多层膜 的金属和合金。并且，在本发明的滚子轴承用保持器中，形成上述多层膜的、相邻 的层的彼此不同的金属或者合金的组合、也可以是三种以上的金属或合 金的组合。另外，在本发明的滚子轴承用保持器中，也可以根据进行成膜的多 层膜的组成与保持器的材质的组合，在保持器与多层膜之间设置作为中 间层的膜，以使得易于在保持器上形成多层膜，和提高保持器与多层膜 的紧密性。另外，虽然上述第二实施方式的滚子轴承用保持器是圆锥滚子轴承 用保持器，但本发明的滚子轴承用保持器也可以是圆筒滚子轴承。如果采用本发明第二实施方式的滚子轴承用保持器作为滚子轴承的 保持器，则由于保持器的强度增大，因而可以提高滚子轴承的可靠性。 并且，由于保持器厚度薄、保持器重量轻，因而能使滚子轴承变轻。
权利要求
1.一种滚动轴承用保持器，其特征在于，该滚动轴承用保持器具有环状的主体部；以及多层膜，其通过电镀法形成并层叠在上述主体部的表面上，并且相邻的层由彼此不同的金属或者合金构成。
2. 根据权利要求1所述的滚动轴承用保持器，其特征在于，上述主体部具有从上述主体部的轴向两侧夹着球体地收纳上述球体 的凹陷。
3. 根据权利要求2所述的滚动轴承用保持器，其特征在于， 上述多层膜形成在上述主体部的上述轴向的外侧的表面上。
4. 根据权利要求2所述的滚动轴承用保持器，其特征在于， 上述滚动轴承用保持器是将两个板材对置地接合起来而成的，上述两个板材构成为半圆形状的部分与平坦部交替重复，呈波纹形状且呈环 状，上述多层膜形成为包括上述半圆形状的部分与上述平坦部的分界处。
5. 根据权利要求2所述的滚动轴承用保持器，其特征在于， 上述滚动轴承用保持器接合多个部件而构成， 上述多层膜形成为包括上述接合部分。
6. 根据权利要求2所述的滚动轴承用保持器，其特征在于， 上述多层膜是将镍层和铜层交替层叠起来而构成的多层膜。
7. 根据权利要求6所述的滚动轴承用保持器，其特征在于， 上述多层膜中的上述各镍层的层厚大于等于15nm且小于等于100nm，并且上述多层膜中的上述各铜层的层厚大于等于3nm且小于等 于100nm，而且上述多层膜的膜厚超过200nm且小于等于8000nm。
8. 根据权利要求6所述的滚动轴承用保持器，其特征在于， 上述多层膜是将上述镍层和上述铜层层叠超过20次而得到的。
9. —种球轴承，其特征在于，该球轴承具有权利要求2所述的滚动轴承用保持器。
10. 根据权利要求1所述的滚动轴承用保持器，其特征在于， 上述主体部是通过用多个柱部将两个环状部之间连接起来而形成的，并且该主体部具有收纳滚子的凹陷。
11. 根据权利要求io所述的滚动轴承用保持器，其特征在于，上述多层膜形成在上述主体部的径向外侧的表面上。
12. 根据权利要求IO所述的滚动轴承用保持器，其特征在于，上述多层膜形成在上述主体部的径向内侧的表面上。
13. 根据权利要求IO所述的滚动轴承用保持器，其特征在于， 上述多层膜是将镍层和铜层交替层叠起来而构成的多层膜。
14. 根据权利要求13所述的滚动轴承用保持器，其特征在于， 上述多层膜中的上述各镍层的层厚大于等于15nm且小于等于100nm，并且上述多层膜中的上述各铜层的层厚大于等于3nm且小于等 于100nm，而且上述多层膜的膜厚超过200nm且小于等于8000nm。
15. 根据权利要求13所述的滚动轴承用保持器，其特征在于， 上述多层膜是将上述镍层和上述铜层层叠超过20次而得到的。
16. —种滚子轴承，其特征在于，该滚子轴承具有权利要求10所述的滚动轴承用保持器。
全文摘要
本发明提供一种滚动轴承用保持器、球轴承以及滚子轴承，在金属制的环状的主体部(20)的表面上，通过电镀法以相邻的层由彼此不同的金属或者合金构成的方式进行层叠，从而形成多层膜(21)，其中上述主体部(20)具有从轴向的两侧夹住球体地收纳球体的凹陷。
文档编号F16C33/44GK101273209SQ200680035768
公开日2008年9月24日 申请日期2006年9月27日 优先权日2005年9月27日
发明者上野弘, 兼子佳久, 服部智哉, 桥本敏 申请人:株式会社捷太格特;桥本敏;兼子佳久