DE112019001705T5 - Käfig aus harz, und wälzlager - Google Patents

Abstract

Ein kronenförmiger Harzkäfig (1), in welchem eine Nahtlinie, die auf Innen- und Außenumfangsflächen des Käfigs (1) erscheint, einen Neigungswinkel von 17° oder mehr bezüglich der Achse X aufweist, und ein Nahtabschnitt A', B' oder C' eine festgelegte Schnittfläche aufweist, die die durch die folgenden mathematischen Gleichungen (1) und (2) gegebenen Beziehungen erfüllt: (1) W/(π(Da/2)2) ≥ 0.15 (wobei W die Schnittfläche (mm2) des Nahtabschnitts angibt, Da den Durchmesser (mm) einer in jeder Tasche aufgenommenen Kugel angibt, und (π(Da/2)2) die Schnittfläche (mm2) der Kugel in der diametralen Richtung davon angibt; und (2) 3 < (L/E3)/100 < 19 (wobei E die Dehnung (mm) in der Bruchrichtung des kronenförmigen Käfigs unter Zugbruchlast angibt, und L die Bruchlast (N)/Schnittfläche (mm2) des Nahtabschnitts angibt).

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Diese Erfindung bezieht sich auf einen Wälzlager-Harzkäfig, ein Verfahren zur Herstellung des Harzkäfigs, und ein Wälzlager, das den Harzkäfig umfasst.
• STAND DER TECHNIK
• Herkömmlicherweise ist ein Käfig, der in einem Wälzlager montiert ist, eine Komponente, die Kugeln während einer Rotation hält. Metallkäfige wie beispielsweise aus einer Eisenplatte werden für gewöhnlich durch Pressen hergestellt und weisen eine hohe Materialfestigkeit und Zugfestigkeit auf.
• Auf der anderen Seite sind Harzkäfige hinsichtlich dieser Festigkeitstypen den Metallkäfigen unterlegen, können jedoch durch Spritzgießen oder dergleichen in Massenproduktion hergestellt werden, was vorteilhaft hinsichtlich der Kosten ist, sind ausgezeichnet hinsichtlich Flexibilität, Abriebfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und dergleichen, erzeugen weniger wahrscheinlich Defekte, die durch Abriebstaub verursacht werden und machen darüber hinaus eine Gewichtsverringerung erreichbar. Aus diesem Grund sind Harzkäfige in der Lage, wesentlich zur Leistungsverbesserung von Lagern beizutragen, und sind in vielen technischen Gebieten, wie beispielsweise von Fahrzeugen, Elektrizität und Industriemaschinen, weit verbreitet.
• Es ist beispielsweise ein Kunstharzkäfig bekannt, der aus einer Zusammensetzung besteht, die durch Zugabe einer Elastomerkomponente und 20 bis 50 Gew.-% eines Glasfaserverstärkungsmaterials zu Polyphenylensulfidharz erhalten wird, dessen Izod-Schlagzähigkeit auf 130 J/m (mit einer Kerbe) oder mehr eingestellt ist, und dessen Zugbruchdehnung auf 2% oder mehr eingestellt ist (unten angegebenes Patentdokument 1).
• Wenn solch ein Kunstharzkäfig durch Spritzgießen hergestellt wird, wird ein Bereich, der eine Naht oder eine Nahtlinie genannt wird, an einer Position gegenüber einem Anguss für ein geschmolzenes Harzformmaterial gebildet.
• Es wird angenommen, dass die Naht erzeugt wird, wenn sich Teile des geschmolzenen Harzes, welche in der Kavität in zwei entgegengesetzten Richtungen strömen, treffen, und die Flächen der zwei Harzteile, die sich einander treffen, leicht verfestigt und miteinander verbunden werden. Solch eine Naht wird sogar an dem spritzgegossenen Endprodukt beobachtet und ist ein Teil mit geringer Festigkeit.
• Was einen kronenförmigen Kunstharzkäfig anbelangt, der durch Spritzgießen hergestellt wird, ist es bekannt, einen Anguss zum Spritzgießen in einer Aussparung auf der Fläche des Käfigs bereitzustellen, die sich entgegengesetzt zu einer Tasche befindet, um eine Naht als eine Säule zu bilden, die dick ist und weniger wahrscheinlich von einer Last betroffen ist (unten angegebenes Patentdokument 2).
• Was einen Kegelrollenlagerkäfig anbelangt, ist es bekannt, als Mittel zur Erhöhung der Festigkeit von Nahtabschnitten, Angüsse auf einem von ringförmigen Abschnitten an Erweiterungen von Säulen bereitzustellen, die die ringförmigen Abschnitte miteinander verbinden, wodurch die Nahtabschnitte an zentralen Abschnitten zwischen den Säulen gebildet werden, wo die aufgebrachte Last am geringsten ist (Patentdokument 3).
• Es ist ebenfalls bekannt, um eine ungleichmäßige Mischung des geschmolzenen Harzes und hinzugefügter Verstärkungsfasern an einem Nahtabschnitt zu verhindern, in der Form ein Harzreservoir bereitzustellen, in welches das geschmolzene Harz so geführt wird, dass das Harz und die hinzugefügten Verstärkungsfasern gleichmäßig miteinander vermischt werden und ohne orientiert zu sein an einem festgelegten Abschnitt der Kavität, wo die Naht gebildet wird, zufällig verteilt werden, wodurch eine Verringerung der Festigkeit des Nahtabschnitts beschränkt wird (unten angegebenes Patentdokument 4).
• DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIK
• PATENTDOKUMENT
• Patentdokument 1: JP Patentveröffentlichung 2005-114098A
• Patentdokument 2: JP Patentveröffentlichung 2016-180430A
• Patentdokument 3: JP Patentveröffentlichung 2006-070926A
• Patentdokument 4: JP Patentveröffentlichung 2014-231911A
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• AUFGABE DER ERFINDUNG
• Um eine Naht in einem Säulenabschnitt zu erzeugen und ausgezeichnete Formbarkeit zu erhalten, ist es in dem in Patentdokument 2 beschriebenen Käfig notwendig, Harz durch eine Vielzahl von Angüssen einzuspritzen, die jeweils in der Nähe des zentralen Abschnitts einer Tasche angeordnet sind. Ein Käfig, welcher an den zentralen Abschnitten der Taschen dünn ist, beispielsweise ein kronenförmiger Käfig für ein kleines Kugellager, ermöglicht jedoch manchmal nicht, dass ein Anguss an einer festgelegten Position festgelegt wird oder eine Vielzahl von Angüssen bereitzustellen.
• Zudem ist es für einen kleinen Käfig schwer, einen Anguss bereitzustellen, der groß genug ist, um die Zufuhr einer ausreichenden Menge von geschmolzenem Harz zu ermöglichen, um eine Festigkeit des Käfigs sicherzustellen.
• Das in Patentdokument 3 beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Kunstharzkäfigs bildet Nähte an zentralen Abschnitten zwischen den Säulen, die sowohl den ringförmigen Abschnitt mit großem Durchmesser als auch den mit kleinem Durchmesser des Kegelrollenlagerkäfigs verbinden. Während es in diesem Fall möglich ist, eine ausreichende Festigkeit der Eckabschnitte sicherzustellen, die leicht beschädigt werden können, ist der Widerstand gegen Zugkraft an den zentralen Abschnitten zwischen den Säulen entsprechend den relativ kleinen Schnittflächen der Nähte gering.
• Ein kronenförmiger Käfig, der eine gerade Anzahl an Taschen umfasst, ist weniger wahrscheinlich, in Bezug auf Angusspositionen durch Festlegen der Angusspositionen an zentralen Abschnitten zwischen den Taschen eingeschränkt zu sein, und Nähte können an zentralen Abschnitten zwischen den Taschen gebildet werden, wodurch die Schnittflächen der Nähte erhöht werden.
• In einem ringförmigen Käfig, der eine ungerade Anzahl an Taschen aufweist, führt jedoch ein Festlegen von Angusspositionen an zentralen Abschnitten zwischen den Taschen dazu, dass die Nähte an Bodenabschnitten einer ausgesparten kreisförmig gekrümmten Fläche der Tasche gebildet werden, und führt damit zu verringerten Schnittflächen der Nähte. Damit ist es schwer, die Angusspositionen optimal einzustellen.
• Ein Führen von geschmolzenem Harz in ein Harzreservoir, das in der Form bereitgestellt ist, wie in Patentdokument 4 beschrieben, macht den Aufbau der Form kompliziert, und erfordert ebenfalls einen zusätzlichen Produktionsschritt zum Abschneiden des Harzreservoirs nach dem Formen.
• Wenn das Wälzlager als ein Wälzlager zur Lagerung einer Kurbelwelle in einer Motorvorrichtung verwendet wird, muss es harte Schmiermittelzustände, Hochtemperaturzustände und darüber hinaus heftige Schwingungen und Lasten aushalten, die dazu neigen, die Rotationswelle zu kippen. Aus diesem Grund wird ein Harzkäfig benötigt, der aus einem spritzgegossenen Körper gebildet ist, der eine Festigkeit aufweist, die hoch genug ist, um diese Anforderungen ausreichend zu erfüllen und ebenfalls eine dauerhafte Qualität aufweist.
• Es ist jedoch schwierig, die Festigkeit des spritzgegossenen Harzkäfigs ausreichend zu erhöhen, wenn die Eigenschaften von Harz allein verwendet werden.
• Auf der anderen Seite erfordert ein Metallkäfig eine Fixierung von zwei wellenförmigen Eisenplattenkomponenten, um Kugeln mit Nägeln zu halten, und um die Festigkeit des Käfigs zu erhöhen ist es notwendig, die Plattendicke der wellenförmigen Komponenten zu erhöhen, oder sie einer speziellen Wärmebehandlung zu unterziehen. Es ist jedoch nicht leicht, die Festigkeit des Metallkäfigs mit diesen Maßnahmen zu erhöhen.
• Unter Berücksichtigung der Eigenschaften eines Harzmaterials weist solch ein Metallkäfig eine höhere Festigkeit auf, die auf der Grundlage der Bruchlast bewertet wird, als die Festigkeit eines Harzkäfigs, aber weist eine geringere Dehnung bei einem Bruch als die Dehnung eines Harzkäfigs auf.
• Aus diesem Grund ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und damit einen Wälzlager-Harzkäfig bereitzustellen, bei dem es weniger wahrscheinlich ist, dass er an einem Nahtabschnitt gebrochen wird, der durch Schmelzformgebung wie beispielsweise Spritzgießen erzeugt wird und eine Beständigkeit aufweist, die genügt, um Schwingungen und große Biegemomentlasten auszuhalten, und damit ebenfalls ein Wälzlager bereitzustellen, welches den Harzkäfig aufnimmt und das Schwingungen und große Biegemomentlasten gut aushält. Eine weitere Aufgabe ist es, einen Harzkäfig effizient herzustellen, der solche ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und Beständigkeit aufweist.
• MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE
• Um die obige Aufgabe zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung überlegt, dass während ein Harzkäfig dem Metallkäfig bezüglich Festigkeit unterlegen ist, solch ein Harzkäfig weniger wahrscheinlich gebrochen werden wird als ein Metallkäfig und langlebig sein wird, wenn ein Harzkäfig eine bestimmte Zugdehnung zusätzlich zur Festigkeit aufweist.
• Damit stellt die vorliegende Erfindung einen Wälzlagerkäfig aus Harz bereit, wobei der Wälzlagerkäfig umfasst: eine Vielzahl von Taschen, die jeweils ein Wälzelement eines Wälzlagers in einer Drehhaltung aufnehmen und in gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung des Wälzlagerkäfigs angeordnet sind, wobei der Käfig ein ringförmiges Element ist, das aus einem Harzformkörper gebildet ist; und einen Nahtabschnitt, der sich von einer Wandfläche von einer der Vielzahl der Taschen in den Wälzlagerkäfig erstreckt, wobei der Nahtabschnitt eine Nahtlinie aufweist, die auf einer Oberfläche des Wälzlagerkäfigs neben der Wandfläche erscheint und in einem Winkel von 17° oder mehr bezüglich einer Achse des Wälzlagerkäfigs geneigt ist.
• Da in dem Wälzlager-Harzkäfig dieser Erfindung, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, die Nahtlinie, die auf der festgelegten Fläche des Käfigs erscheint, in einem Winkel von 17° oder mehr bezüglich der Achse des ringförmigen Käfigs geneigt ist, vergrößert sich die Fläche, die von dem Nahtabschnitt an einem Bereich des Käfigs belegt wird (nachfolgend als die Schnittfläche des Nahtabschnitts bezeichnet), und es ist ebenfalls möglich, die Lastkomponente zu verringern, die der axialen Last auf den Käfig zugeordnet ist und senkrecht zu dem Bereich des Nahtabschnitts ist (nachfolgend als die Nahtfläche bezeichnet). Dadurch ist es möglich, die Spannung zu verringern, die in dem Nahtabschnitt erzeugt wird, und die Festigkeit des Nahtabschnitts zu erhöhen.
• Wie aus den nachfolgend beschriebenen Beispielen und Vergleichsbeispielen ersichtlich wird, verringert ein Käfig, der eine Nahtlinie umfasst, die einen Neigungswinkel von weniger als 17° bezüglich der Achse des Käfigs aufweist, die Ergebnisse der Bruchlast und Bruchdehnung in einer Festigkeitsprüfung des Käfigs signifikant und ist damit nicht in der Lage, ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und Langlebigkeit zu erreichen.
• Anstelle der obigen Konfiguration der Erfindung stellt die vorliegende Erfindung ebenfalls einen kronenförmigen Käfig aus Harz bereit, in welchem der Nahtabschnitt so geformt ist, dass er sich von der Wandfläche der Tasche zu einer Fläche des Käfigs entgegengesetzt zu der Wandfläche erstreckt und eine festgelegte Schnittfläche aufweist, die ein Schnittflächenverhältnis zwischen dem Nahtabschnitt und einer Kugel oder einer Rolle erfüllt, das durch die folgende mathematische Gleichung (1) gegeben ist, und das Verhältnis der Bruchlast des Käfigs zu der Schnittfläche und Bruchdehnung des Nahtabschnitts erfüllt, welches durch die folgende mathematische Gleichung (2) gegeben ist. $$\text{W}/\left(\pi {\left(\text{Da}/2\right)}^2\right)\ge 0.15$$

  

  (wobei W die Schnittfläche (mm²) des Nahtabschnitts bezeichnet, Da den Durchmesser (mm) der in der Tasche aufgenommenen Kugel bezeichnet, und (π(Da/2)²) eine Schnittfläche (mm²) der Kugel in einer diametralen Richtung der Kugel bezeichnet.) $$3<\left(\text{L}/{\text{E}}^3\right)/100<19$$

  

  (wobei E die Dehnung (mm) in einer Bruchrichtung des kronenförmigen Käfigs (Bereiche an Positionen von 3 Uhr und 9 Uhr des kronenförmigen Käfigs in 15 A) unter Zugbruchlast bezeichnet, und L die Bruchlast (N)/Schnittfläche (mm²) des Nahtabschnitts bezeichnet.)
• In dem kronenförmigen Harzkäfig dieser Erfindung, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, wird der Nahtabschnitt, der die festgelegte Schnittfläche aufweist, die die mathematischen Gleichungen (1) und (2) erfüllt, von der ausgesparten kreisförmig gekrümmten Bodenfläche der Tasche zu der Endfläche des Käfigkörpers gebildet, um die Schnittfläche der Naht größer als die Größe der Kugel zu machen (das heißt, im Wesentlichen gleich wie die Größe der Tasche). Die Erhöhung der Schnittfläche der Naht genauso wie die Eigenschaften des Harzes, das den Käfig bildet, ermöglicht eine Erhöhung der Verbindungskraft zwischen Verbindungsflächen der Harzströme während des Spritzgießens.
• Dadurch ist es weniger wahrscheinlich, dass der Harzkäfig durch eine Zugkraft gebrochen wird, selbst wenn das Wälzlager unter der Aufbringung einer Momentlast verwendet wird.
• Wenn die Angussposition so angepasst wird, dass die Nahtlinie, die auf der festgelegten Fläche des Käfigs erscheint, in einem Winkel von 17° oder mehr bezüglich der Achse des ringförmigen Käfigs geneigt ist oder die Naht gebildet wird, die eine vergleichsweise große Schnittfläche aufweist, wird ebenfalls die Formungsposition der Naht, die von der ausgesparten kreisförmig gekrümmten Bodenfläche zu der Endfläche des Käfigkörpers gebildet wird, angepasst. Das heißt, der Neigungswinkel oder die Schnittfläche der Naht werden in Abhängigkeit davon angepasst, ob die Naht in einem Abschnitt ausgebildet wird, der eine breite Lücke oder eine enge Lücke zwischen der Bodenfläche und der Endfläche des Käfigkörpers aufweist.
• Wenn er aus Polyetheretherketon (nachfolgend als „PEEK“ bezeichnet) -Harz gemacht wird, weist der kronenförmige Harzkäfig eine ausreichendere Wärmebeständigkeit und mechanische Festigkeit auf, so dass solch ein Harz bevorzugt verwendet wird.
• Wenn er aus einem wie oben beschrieben ausgewählten Harztyp gemacht ist, aber ebenfalls aus einem faserverstärkten Harz gemacht ist, weist der kronenförmige Harzkäfig eine ausreichendere Wärmebeständigkeit und mechanische Festigkeit auf. Als faserverstärkter Harzformkörper ist einer bevorzugt, der 20 bis 40 Massen-% Kohlenfaser enthält, da das die Wärmebeständigkeit und die mechanische Festigkeit ausreichend verbessert.
• Die Position des Angussabschnitts des Harzkäfigs, der aus einem spritzgegossenen Körper gebildet wird, kann angepasst werden, um den Nahtabschnitt bereitzustellen, dessen Formungsposition und Neigungswinkel und Schnittflächengröße, die diese Faktoren umfassen, angepasst sind.
• Um ferner die Schnittfläche des Nahtabschnitts an der festgelegten Position anzupassen, wird die Position des Angussabschnitts bevorzugt so nahe wie möglich an einer axialen Kante des kronenförmigen Käfigkörpers festgelegt. Zu diesem Zweck wird eine Endkante von einer der Außenumfangsfläche und der Innenumfangsfläche des Käfigs, die näher an mindestens einem Angussabschnitt liegt, auf einer nicht abgeschrägten Endkante bereitgestellt, die durch die Überschneidung zwischen der einen der Außenumfangsfläche und der Innenumfangsfläche und einer Endfläche des Wälzlagerkäfigs entgegengesetzt zu den Wandflächen der Taschen definiert wird. Dies erhöht den Freiheitsgrad der Auswahl der Position des Angussabschnitts und ermöglicht, dass der größtmögliche Angussabschnitt näher an dem Boden der Tasche gemacht werden kann. Der Angussabschnitt ist bevorzugt eine Spur eines Tunnelangusses, der einen Angussabschnitt ohne Angussgrate bildet.
• Ein Wälzlager, das einen der oben beschriebenen Hartz Käfige umfasst, ist ein Wälzlager, das einen Harzkäfig umfasst, der eine Naht umfasst, die eine hohe Bruchfestigkeit aufweist und eine ausgezeichnete Lebensdauer selbst unter der Anwendung von Schwingungen und großer Biegemoment Last aufweist. Solch ein Wälzlager ist beispielsweise zur Verwendung zur Lagerung einer Kurbelwelle in einer Motorvorrichtung anwendbar.
• Um diesen kronenförmigen Harzkäfig mit gleichbleibender Qualität effizient herzustellen, wird der kronenförmige Harzkäfig unter Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung eines Harzkäfigs durch Spritzguss hergestellt, der eine Vielzahl von Taschen umfasst, die jeweils ein Wälzelement eines Wälzlagers in einer Drehhaltung aufnehmen und in gleichen Abständen entlang eines Umfangs eines ringförmigen Käfigkörpers angeordnet sind, wobei das Verfahren mindestens einen Nahtabschnitt von einer Wandfläche von jeder der Taschen zu einer Fläche des Käfigs entgegengesetzt zu der Wandfläche bildet, und eine Nahtlinie des Nahtabschnitts in einem Winkel von 17° oder mehr bezüglich einer Achse des ringförmigen Käfigs geneigt macht, wobei sich der Nahtabschnitt in den Käfig von der Wandfläche der Tasche erstreckt, und die Nahtlinie auf einer Fläche des Käfigs neben der Wandfläche erscheint.
• Ferner ist das Verfahren bevorzugt ein Verfahren zur Herstellung eines kronenförmigen Harzkäfigs, wobei das Verfahren einen Anguss näher an einer Endkante von einer der Außenumfangsfläche und der Innenumfangsfläche des kronenförmigen Käfigkörpers anordnet, um zu ermöglichen, dass der Nahtabschnitt das Schnittflächenverhältnis zwischen dem Nahtabschnitt und einer Kugel erfüllt, welches durch die folgende mathematische Gleichung (3) angegeben wird und das Verhältnis der Bruchlast des Käfigs zu der Schnittfläche und Bruchdehnung des Nahtabschnitts erfüllt, welches durch die folgende mathematische Gleichung (4) gegeben wird. $$\text{W}/\left(\pi {\left(\text{Da}/2\right)}^2\right)\ge 0.15$$

  

  (wobei W die Schnittfläche (mm²) des Nahtabschnitts bezeichnet, Da den Durchmesser (mm) der in der Tasche aufgenommenen Kugel bezeichnet, und (π(Da/2)²) eine Schnittfläche (mm²) der Kugel in einer diametralen Richtung der Kugel bezeichnet.) $$3<\left(\text{L}/{\text{E}}^3\right)/100<19$$

  

  (wobei E die Dehnung (mm) in einer Bruchrichtung des kronenförmigen Käfigs (Bereiche an Positionen von 3 Uhr und 9 Uhr des kronenförmigen Käfigs in 15 A) unter Zugbruchlast bezeichnet, und L die Bruchlast (N)/Schnittfläche (mm²) des Nahtabschnitts bezeichnet.)
• Wie oben beschrieben bildet ein Anordnen des Angussabschnitts näher an der Endkante von einer der Außenumfangsfläche und der Innenumfangfläche des kronenförmigen Käfigkörpers einen Nahtabschnitt, der eine festgelegte Schnittfläche aufweist, die die mathematischen Gleichungen (3) und (4) erfüllt, von der ausgesparten kreisförmig gekrümmten Bodenfläche der Tasche zu der Endfläche des Käfigkörpers, womit eine effiziente Herstellung eines Harzkäfigs ermöglicht wird, der eine Naht umfasst, die eine hohe Bruchfestigkeit aufweist und der eine ausgezeichnete Lebensdauer aufweist, selbst unter der Anwendung von Schwingungen und einer großen Biegemomentlast.
• VORTEILE DER ERFINDUNG
• Diese Erfindung bildet eine Nahtlinie, die in einem Winkel von 17° oder mehr bezüglich einer Achse eines ringförmigen Käfigs auf einer festgelegten Fläche des ringförmigen Käfigs geneigt ist, der aus einem Harzformkörper gebildet wird und einen Nahtabschnitt bildet, der eine Schnittfläche aufweist, die die oben beschriebenen festgelegten mathematischen Gleichungen erfüllt, um einen Harzkäfig bereitzustellen, der den Nahtabschnitt umfasst, der eine hohe Bruchfestigkeit aufweist und der eine ausgezeichnete Lebensdauer aufweist, selbst unter der Aufbringung von Schwingungen und einer großen Biegemomentlast.
• Die Erfindung stellt ferner ein Wälzlager bereit, das solch einen Harzkäfig beinhaltet und eine ausgezeichnete Lebensdauer aufweist, und die Erfindung ist vorteilhaft, in der Lage zu sein, den Harzkäfig, der ausgezeichnete Eigenschaften aufweist, effizient mit gleichbleibender Qualität herzustellen, indem die Anordnung eines Angusses während des Spritzgießens angepasst wird.
• Figurenliste
• 1 ist eine perspektivische Ansicht eines kronenförmigen Harzkäfigs, die die Positionen von Angussabschnitten und Nähten in den Beispielen 1 und 2 einer ersten Ausführungsform und im Vergleichsbeispiel 1 veranschaulicht.
• 2 ist eine Schnittansicht eines Teils eines Kugellagers, das den Käfig der ersten Ausführungsform aufnimmt.
• 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Käfigs einer zweiten Ausführungsform.
• 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Käfigs einer dritten Ausführungsform.
• 5 ist eine Draufsicht des kronenförmigen Harzkäfigs der ersten Ausführungsform.
• 6 ist eine erklärende Ansicht, die den Durchmesser Da einer Kugel in einem Schnitt entlang einer Linie VI-VI von 5 veranschaulicht.
• 7 ist eine erklärende Ansicht, die die Zugdehnung E in einer Bruchrichtung unter einer Zugbruchlast in 6 veranschaulicht.
• 8A ist eine erklärende Ansicht einer Angussposition und stellt Angüsse an unterschiedlichen Positionen dar.
• 8B ist eine erklärende Ansicht einer Angussposition und stellt Angüsse dar, die unterschiedliche Größen aufweisen.
• 9 ist eine Draufsicht eines kronenförmigen Harzkäfigs von Beispiel 1.
• 10 ist eine vergrößerte Ansicht eines Schnitts entlang einer Linie X-X von 9.
• 11 ist eine Draufsicht eines kronenförmigen Harzkäfigs von Beispiel 2.
• 12 ist eine vergrößerte Ansicht eines Schnitts entlang einer Linie XII-XII von 11.
• 13 ist eine Draufsicht eines kronenförmigen Harzkäfigs des Vergleichsbeispiels 1.
• 14 ist eine vergrößerte Ansicht eines Schnitts entlang einer Linie XIV-XIV von 13.
• 15A ist eine erläuternde Ansicht einer Zugprüfung eines Käfigs und ist eine Vorderansicht einer Testvorrichtung.
• 15B ist eine Schnittansicht entlang einer Linie b-b von 15A.
• 16A ist eine erklärende Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Form einer Tasche in einem Käfig und Variablen veranschaulicht, die in mathematischen Gleichungen (A) und (B) verwendet werden.
• 16B ist eine Schnittansicht entlang einer Linie b-b von 16A.
• 17 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Nahtlinienwinkel und der Bruchfestigkeit darstellt.
• 18 ist eine erklärende Ansicht einer Drehprüfung eines Käfigs.
• 19 ist eine Zeichnungs-ersetzende Fotografie, die einen axialen Schnitt eines Bodens einer Tasche in einem Käfig darstellt.
• BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
• Es werden die erste bis dritte Ausführungsform dieser Erfindung mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Wie in den 1, 2 und 5 dargestellt, wird ein kronenförmiger Käfig 1 der ersten Ausführungsform in einem Wälzlager 2 verwendet, das in der Lage ist, eine Kurbelwelle X₁ in einer Motorvorrichtung zu lagern, und umfasst eine Vielzahl von Taschen 4 (die im Wesentlichen denselben Durchmesser wie der Durchmesser der Kugeln 3 aufweisen), welche jeweils eine Kugel 3 in einer Drehhaltung aufnehmen und in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung eines ringförmigen Harzformkörpers angeordnet sind, wobei jede Tasche eine Öffnung auf einer Endfläche des ringförmigen Harzformkörpers aufweist. Zumindest ein Nahtabschnitt A', B' oder C' erstreckt sich in den Käfig 1 von einer Wandfläche 4a von einer der Taschen 4 zu einer Endfläche 1a des kronenförmigen Käfigs 1, welches eine Fläche entgegengesetzt zu den Wandflächen 4a der Taschen 4 ist, so dass die Nahtlinie des Nahtabschnitts, der auf Flächen des Käfigs erscheint, die benachbart zu den Wandflächen 4a sind (d.h., seinen Innen- und Außenumfangsflächen), in einem Winkel θ1, θ2 oder θ3 von 17° oder mehr bezüglich der Achse X des Käfigs geneigt ist.
• Der dargestellte Nahtabschnitt A', B' oder C' wird in Übereinstimmung mit einem Angussabschnitt A, B oder C ausgebildet. Diese Abschnitte sind gemeinsam und schematisch dargestellt, um die Positionsbeziehungen dieser Abschnitte im Vergleich zu beschreiben. Der Angussabschnitt A, B oder C ist eine Spur eines Angusses, durch welchen geschmolzenes Harz während dem Spritzgießen einströmt und wird auf der Oberfläche des fertiggestellten Harzformkörpers beobachtet.
• Von den Angussabschnitten A, B und C sind sieben Angussabschnitte A oder sieben Angussabschnitte C an festgelegten Positionen auf der Innenumfangsfläche des Käfigkörpers nahe den Taschen 4 angeordnet, und sieben Nahtabschnitte A' oder sieben Nahtabschnitte B' sind an Positionen ausgebildet, die jeweils den sieben Angussabschnitten A oder sieben Angussabschnitten C entsprechen.
• Alternativ ist nur ein Angussabschnitt B auf der Außenumfangsfläche des Käfigkörpers angeordnet und nur ein Nahtabschnitt B' wird entsprechend dem einen Angussabschnitt B an einer festgelegten Position ausgebildet.
• Die Nahtlinie des mindestens einen Nahtabschnitts, der sich von den Wandflächen 4a (Bodenflächen) der Taschen 4 in den Käfigkörper erstreckt, erscheint auf der Innenumfangsfläche 1b und der Außenumfangsfläche 1c des Käfigkörpers neben der Wandfläche 4a (Bodenfläche).
• Die Nahtlinie ist auf der Innenumfangsfläche 1b oder der Außenumfangsfläche 1c in einem Winkel von 17° oder mehr bezüglich der Achse X des Käfigs geneigt.
• Selbst wenn nicht die gesamte Nahtlinie auf der Oberfläche des aktuellen Harzformprodukts erscheint, ist es möglich, den Neigungswinkel eines Liniensegments zu bestätigen, das beide Enden in der x-Achse in Richtung der Nahtlinie verbindet, die auf der Innenumfangsfläche 1b oder der Außenumfangsfläche 1c des ringförmigen Käfigs erscheint, und damit zu bestimmen, ob die erwünschte Funktion/Wirkung erzielt werden kann.
• Wie in 3 dargestellt, ist ein Harzkäfig 7 der zweiten Ausführungsform ein Kugellagerkäfig 7, der kreisringförmige Taschen 8 aufweist, die jeweils eine Wälzelementkugel (nicht dargestellt) in einer Drehhaltung halten und in gleichen Abständen entlang des Umfangs des ringförmigen Käfigs 7 ausgebildet sind, der aus einem rechteckigen Plattenmaterial eines Harzformkörpers ausgebildet wird.
• In der zweiten Ausführungsform weist ein Nahtabschnitt D', der sich von der Wandfläche von einer der Taschen 8 in den Käfig erstreckt, eine Nahtlinie auf, die auf der Innenumfangfläche und der Außenumfangsfläche des Käfigs 7 an zwei Umfangsstellen um die Tasche 8 erscheint, so dass die Nahtlinie in einem Winkel θ4 von 17° oder mehr bezüglich der Achse X des Käfigs geneigt ist.
• Wie in 4 dargestellt, ist ein Harzkäfig 9 der dritten Ausführungsform ein Wälzlagerkäfig 9, der im Wesentlichen rechteckiglochförmige Taschen 10 umfasst, die jeweils eine Wälzelementrolle (nicht dargestellt) in einer Drehhaltung halten und in gleichen Abständen entlang des Umfangs des Käfigs ausgebildet sind.
• Auch in der dritten Ausführungsform erstreckt sich ein Nahtabschnitt E' von der Wandfläche von einer der Taschen 10 in den Käfig, und weist eine Nahtlinie auf, die auf der Innenumfangsfläche und der Außenumfangsfläche des Käfigs an zwei Umfangsstellen erscheint, die axial entgegengesetzt zueinander um die Tasche 10 sind, und die jeweils in einem Winkel θ5 von 17° oder mehr bezüglich einer Achse X des Wälzlagers geneigt sind.
• Auch in diesem Wälzlagerkäfig sind die Endflächen 10a der im Wesentlichen rechteckiglochförmigen Taschen 10 in der Form zylindrischer Flächen oder sphärischer Flächen mit einem Radius R ausgebildet, um aufgrund der gekrümmten Fläche die Kontaktfläche mit Harzmaterialströmen während des Formens im Vergleich zu flachen Flächen zu erhöhen und damit zu verursachen, dass die Harzströme einem großen Strömungswiderstand entsprechend der Kontaktfläche mit den Harzströmen unterzogen werden.
• Da das Harzmaterial, das zwischen der flachen Flächenseite und der gekrümmten Flächenseite einer Kavität vorbeikommt, unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten zwischen der flachen Flächenseite und der gekrümmten Flächenseite aufweist, wird die Spitze von jeder Harzströmung geneigt, so dass die Naht, die aufgrund der Kollision der Spitzen solcher Harzströme gebildet wird, einen großen Neigungswinkel aufweist.
• Damit ist es wie bei den Kugellagerkäfigen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform leicht, die Nahtlinie in dem Wälzlager der dritten Ausführungsform so auszubilden, dass ihr Neigungswinkel θ5 gleich oder größer als 17° oder mehr bezüglich der Achse X des Wälzlagers ist.
• Der Nahtabschnitt jeder der ersten bis dritten Ausführungsform weist eine festgelegte Schnittfläche auf, die ein Schnittflächenverhältnis zwischen dem Nahtabschnitt und der Kugel erfüllt, das durch die folgende mathematische Gleichung (1) repräsentiert wird, und ein Verhältnis der Bruchlast des Käfigs zu der Schnittfläche und Bruchdehnung des Nahtabschnitts erfüllt, das durch die folgende mathematische Gleichung (2) repräsentiert wird, so dass der Nahtabschnitt an einer festgelegten Position angeordnet ist, um eine festgelegte Schnittfläche von der ausgesparten kreisförmig gekrümmten Wandfläche 4a der Tasche 4 zu der Endfläche 1a des Käfigkörpers aufzuweisen. $$\text{W}/\left(\pi {\left(\text{Da}/2\right)}^2\right)\ge 0.15$$

  

  (wobei W die Schnittfläche (mm²) des Nahtabschnitts darstellt, Da den Durchmesser (mm) der in der Tasche aufgenommenen Kugel darstellt, und (π(Da/2)²) die Schnittfläche (mm²) der Kugel in der diametralen Richtung davon darstellt.) $$3<\left(\text{L}/{\text{E}}^3\right)/100<19$$

  

  (wobei E die Dehnung (mm) des kronenförmigen Käfigs in der Bruchrichtung unter der Zugbruchbeanspruchung darstellt, und L die Bruchlast (N)/Schnittfläche (mm²) des Nahtabschnitts darstellt.)
• Die Zeichen Da, B und E in den Gleichungen sind in 6, 16B und 7 dargestellt.
• Wie in dieser Erfindung verwendet, bezieht sich die Schnittfläche des Nahtabschnitts auf eine Schnittfläche, die näherungsweise die tatsächliche Fläche einer dreidimensionalen Bruchfläche ist, die in einem Zugbruchversuch beobachtet wird und die aus einer ebenen Fläche berechnet wird, die die mindestens eine Nahtlinie umfasst, die auf der Oberfläche des Käfigs 1 erscheint, welcher ein spritzgegossener Körper ist.
• Die linke Seite der mathematischen Gleichung (1) ist ein Verhältnis zwischen der Schnittfläche W (mm²) des Nahtabschnitts und der Schnittfläche der Kugel.
• Die mathematische Gleichung (2) stellt dar, dass der Wert von [(Bruchlast (N)/Schnittfläche (mm²) des Nahtabschnitts)/Wert der dritten Potenz der Dehnung (mm) in Bruchrichtung des kronenförmigen Käfigs unter der Zugbruchbelastung]/100 mehr als 3 aber weniger als 19 beträgt. Der Wert der Zugbruchbelastung (oder Bruchlast) wird mit einem später beschriebenen Dehnungsversuch gemessen.
• Die Position des Nahtabschnitts A', B' oder C', der so gebildet ist, dass er sich von der ausgesparten kreisförmig gekrümmten Wandfläche 4a von einer der Taschen 4 bis zu der Endfläche 1a des Käfigs 1 erstreckt, wird so festgelegt, dass sich diese Werte jeweils innerhalb des festgesetzten Wertebereichs befinden, und die Position des Angussabschnitts A, B oder C wird so angepasst, dass der Nahtabschnitt an der so festgelegten Position angeordnet ist.
• Die Umfangsposition(en) des Nahtabschnitts oder der Nahtabschnitte A', B' oder C', die in dem kronenförmigen Käfigkörper gebildet werden, ist in im Wesentlichen gleichen Abständen von der/den Position(en) des Angussabschnitts oder der Angussabschnitte A, B oder C in den entgegengesetzten Richtungen angeordnet. Die Positionsbeziehung ist dieselbe, ungeachtet davon, ob ein Angussabschnitt oder eine Vielzahl von Angussabschnitten bereitgestellt wird, und die Anzahl des Nahtabschnitts oder der Nahtabschnitte ist dieselbe wie die Anzahl des Angussabschnitts oder der Angussabschnitte.
• Die axiale Position (Höhe in 1) des Angussabschnitts A, B oder C des kronenförmigen Käfigkörpers ist verknüpft mit dem Einstellen der Position des mindestens einen Nahtabschnitts A', B' oder C', der die ausgesparte kreisförmig gekrümmte Wandfläche 4a der Tasche 4 und die Endfläche 1a des Körpers des Käfigs 1 überspannt, nahe oder entfernt von dem zentralen Abschnitt (tiefster Abschnitt der ausgesparten kreisförmig gekrümmten Fläche) der Wandfläche 4a der Tasche 4.
• Das heißt, je höher die axiale Höhe des Angussabschnitts A, B oder C ist, desto näher befindet sich der Nahtabschnitt A', B' oder C' an dem zentralen Abschnitt der ausgesparten kreisförmig gekrümmten Wandfläche 4a der Tasche 4. Mit anderen Worten, je geringer die axiale Höhe des Angussabschnitts A, B oder C, und je näher sich der Angussabschnitt damit an dem zentralen Abschnitt der Wandfläche 4a dieser Tasche 4 befindet, desto entfernter ist der Nahtabschnitt A', B' oder C' von dem zentralen Abschnitt der Wandfläche 4a der Tasche 4.
• Wenn beispielsweise ein Angussabschnitt F (F₁ oder F₂) wie in den 8A oder 8B gezeigt ist, bereitgestellt wird, ist die Endkante 1d des Käfigs an der Innenumfangsflächenseite davon, welche nahe an dem Angussabschnitt liegt, bevorzugt auf einer nicht abgeschrägten Kante 1d bereitgestellt, die an der Überschneidung zwischen der Innenumfangsfläche 1b und der Endfläche 1a des Käfigs entgegengesetzt zu den Wandflächen 4a der Taschen 4 definiert ist. Gleichermaßen ist die Endkante des Käfigs an der Außenumfangsflächenseite bevorzugt auf einer nicht abgeschrägten Kante bereitgestellt, die an der Überschneidung zwischen der Außenumfangsfläche und der Endfläche 1a des Käfigs entgegengesetzt zu den Wandflächen 4a der Taschen 4 definiert ist.
• In dieser Anordnung ist es möglich, den Angussabschnitt an einer unteren Position (siehe die durch F₂ in 8A dargestellte Position) im Vergleich zu der Position (F₁) bereitzustellen, wenn eine abgeschrägte Kante 1d' (8A) ausgebildet wird, und somit den Nahtabschnitt entsprechend weiter weg liegend von dem zentralen Abschnitt der Wandfläche 4a der Tasche 4 bereitzustellen. Diese Tatsache ist ebenfalls aus der Positionsbeziehung zwischen den Angussabschnitten A und C und den jeweiligen Nahtabschnitten A' und C' in der ersten Ausführungsform ersichtlich.
• Wie in 8B veranschaulicht wird, hilft zudem das Bereitstellen der nicht abgeschrägten Kante 1d anstelle der abgeschrägten Kante 1d', die Fläche des Angussabschnitts selbst zu vergrößern. Das heißt, durch das Bereitstellen der nicht abgeschrägten Kante vergrößert sich die Fläche des Angussabschnitts von G1 auf G2 in 8B, wodurch die Einstellungsmenge des geschmolzenen Harzmaterials ansteigt, was wiederum die Kühlgeschwindigkeit des Harzmaterials verringert oder die Kühlgeschwindigkeit gleichmäßig macht, wodurch die Festigkeit der Naht erhöht wird. Es ist ebenfalls möglich, selbst in einem kleinen Käfig einen ausreichend großen Einströmdurchmesser des Angusses sicherzustellen und die Angussposition vergleichsweise frei festzusetzen.
• Darüber hinaus wird durch Bereitstellen des Angusses wahlweise auf der Innenumfangsfläche 1b oder der Außenumfangsfläche 1c (1) eines Säulenabschnitts zwischen benachbarten Taschen 4 ein Gradient in der axialen Durchflussmenge des geschmolzenen Harzes erzeugt, welcher aus der Form der Tasche 4 des Kugellagers abgeleitet wird, was ermöglicht, dass die Nahtlinie einen bestimmten Winkel bezüglich der Bodenfläche des Käfigs 1 aufweist, das heißt, bezüglich der Achse X des ringförmigen Wälzlagerkäfigs.
• Darüber hinaus wird die Nahtlinie durch Bereitstellen des Angusses an einer von der Mitte eines Säulenabschnitts versetzten Position von dem Boden einer Tasche versetzt, wo der Käfig die geringste Dicke aufweist, und damit die Schnittfläche des Nahtabschnitts zu erhöhen.
• Damit ist es möglich, die Schnittfläche des Nahtabschnitts an einem Bereich des Käfigs 1 zu erhöhen und aufgrund des Neigungswinkels eine Lastkomponente zu verringern, die einer axialen Last auf den Käfig zugeordnet wird und senkrecht zu der Nahtfläche ist.
• Die Anzahl der Taschen in den oben beschriebenen Ausführungsformen ist nicht auf sieben beschränkt, wie in 1 dargestellt ist, und kann gemäß der beabsichtigten Verwendung des Wälzlagers entsprechend geändert werden.
• In den Ausführungsformen ist es aufgrund der Verbesserung der Festigkeit des Nahtabschnitts oder der Nahtabschnitte möglich, Nahtlinien bereitzustellen, die sich von der Wandfläche von allen Taschen zu der Oberfläche des Käfigs entgegengesetzt zu diesen Wandflächen erstrecken, womit die Anzahl von Angüssen erhöht wird, um einen ausgezeichneten Käfig zu erhalten, der eine hohe Maßgenauigkeit wie beispielsweise eine hohe Rundheit aufweist und damit die Rundlaufgenauigkeit eines Wälzlagers verbessert wird, das diesen Käfig aufnimmt.
• Ein Endkantenabschrägen von einem beliebigen der Käfige 1, 7 und 9 wird bevorzugt auf beiden Seiten der Endfläche (d.h., auf der Innenumfangfläche und der Außenumfangsfläche) bereitgestellt. Dies dient dazu, die Anzahl von Formen zu verringern, wodurch die Herstellungskosten verringert werden, und Grate zu vermeiden (Phänomene, in welchen Teile des Harzes in Lücken oder dergleichen einer Form eintreten). In den Ausführungsformen wird die Endkante an der Seite, an der sich der Anguss befindet, nicht absichtlich abgeschrägt, um die Angussposition anzupassen und für eine größere Schnittfläche des Angusses.
• Um Materialkosten zu senken, Einfallstellen zu verhindern und Schwankungen in der Kühlgeschwindigkeit des Harzes zu verhindern, und eine Verringerung der Festigkeit der Naht aufgrund solcher Schwankungen, werden in vielen Fällen Aussparungen bereitgestellt. Der Harzkäfig dieser Erfindung ist jedoch nicht absichtlich mit solchen Aussparungen ausgestattet, um mit Harzmaterial zurechtzukommen, das ein geringes Fließvermögen aufweist, wie beispielsweise PEEK, und für eine vergrößerte Schnittfläche der Nahtlinie. Es ist bestätigt worden, dass ein Käfig des unten beschriebenen Referenzbeispiels, welcher Aussparungen umfasst und aus PEEK gemacht ist, nicht in der Lage ist, einem Drehversuch standzuhalten und beschädigt wird.
• Als Harzformmaterial für den Harzkäfig, welches in dieser Erfindung verwendet wird, ist ein beliebiges Harz einsetzbar, solange es eine ausreichende Wärmebeständigkeit und mechanische Festigkeit als Material für den Käfig aufweist. Nachfolgend werden allgemeine Namen eines solchen Harzes mit ihren Abkürzungen in Klammern aufgelistet. Beispiele umfassen Polyamid (PA)-Harz, wie beispielsweise ein Polyamid 6 (PA6) -Harz, Polyamid 6-6 (PA66) -Harz, Polyamid 6-10 (PA610) -Harz, Polyamid 9-T (PA9T) -Harz und Polymetaxylenadipamid (Polyamid MXD-6) -Harz, spritzgießbares Fluorharz wie Polytetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylethercopolymer (PFA) -Harz, Polyethylen (PE) -Harz, Polycarbonat (PC) -Harz, Polyacetal (POM) -Harz, Polyphenylensulfid (PPS) -Harz, Polyetheretherketon (PEEK) -Harz, Polyamidimid (PAI) -Harz und Polyetherimid (PEI) -Harz. Diese Typen von Kunstharz können allein oder als eine Polymerlegierung verwendet werden, die zwei oder mehrere Typen von Kunstharz gemischt enthält. PEEK-Harz wird besonders bevorzugt, da es ein Formmaterial ist, welches dem Käfig eine ausreichendere Wärmebeständigkeit und mechanische Festigkeit verleiht.
• Darüber hinaus kann das Harz, das den kronenförmigen Harzkäfig bildet, ein faserverstärkendes Material umfassen, und kann ein bekanntes Faserverstärkungsmaterial wie Glasfaser, Kohlefaser, Metallfaser, Polyamidfaser, Polyimidfaser oder Mineralfaser enthalten. Von diesen Faserverstärkungsmaterialien werden bevorzugt Glasfaser oder Kohlefaser eingesetzt, um eine ausreichende mechanische Festigkeit des Lagermaterials aufrecht zu erhalten oder um eine Abnahme der Fließfähigkeit des Harzmaterials zu vermeiden. Insbesondere durch Zugabe von 20 bis 40 Massen-% Kohlefaser in 100 Masseteilen des Harzformkörpers wird die mechanische Festigkeit ausreichend verbessert.
• Beispiele
• [Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiel 1]
• Es wurden ringförmige Käfige 1, die dieselbe Form wie die in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsform aufweisen, durch Spritzgießen unter Verwendung von Polyetheretherketon (PEEK) -Harz als Harzformmaterial hergestellt.
• Wie durch die Buchstaben A in 1 und 9 (Beispiele 1) oder durch die Buchstaben C in 1 und 13 (Vergleichsbeispiel 1) dargestellt, wurden sieben Angussabschnitte auf der Innenumfangsseite in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 bereitgestellt. Auch im Beispiel 3 wurden sieben Angussabschnitte auf der Innenumfangsflächenseite bereitgestellt, aber diese waren etwas näher an den Stellen der Angussabschnitte des Vergleichsbeispiels 1.
• Wie durch den Buchstaben B in 1 und 11 (Beispiel 2) dargestellt, wurde ein einzelner Angussabschnitt auf der Außenumfangsseite in Beispiel 2 bereitgestellt.
• Aufgrund dieser Angussabschnitte wurden sieben Nahtabschnitte, wie durch die Buchstaben A' in 1 und 9 (Beispiel 1) oder durch die Buchstaben C' in 1 und 13 (Vergleichsbeispiel 1) dargestellt, an festgelegten Stellen auf der Innenumfangsflächenseite in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 ausgebildet. Auch in Beispiel 3 wurden sieben Nahtabschnitte gebildet.
• Wie durch den Buchstaben B' in 1 und 11 (Beispiel 2) dargestellt, wurde ein einzelner Nahtabschnitt auf der Außenumfangsflächenseite in Beispiel 2 ausgebildet.
• [Vergleichsbeispiel 2]
• Unter Verwendung von Polyamid 6-6 (PA66) -Harz als Formmaterial wurde ein kronenförmiger Käfig durch Spritzgießen hergestellt, der dieselbe Größe wie der Käfig der Ausführungsform aufweist. Während der Herstellung wurde die Position des mindestens einen Angussabschnitts in den mittleren Abschnitt zwischen einem benachbarten Paar von Taschen gesetzt und der Nahtabschnitt wurde in dem zentralen Abschnitt der Bodenfläche einer Tasche ausgebildet.
• [Referenzbeispiel]
• Ein kronenförmiger Käfig, der dieselbe Form wie die Ausführungsform aufweist, wurde unter Verwendung eines handelsüblichen Polyetheretherketon (PEEK) -Harzes vorbereitet.
• Für die Beispiele 1 bis 3, die Vergleichsbeispiele 1 und 2 und das Referenzbeispiel wurden Messungen des Neigungswinkels (θ1 von 10 in Beispiel 1, θ2 von 12 in Beispiel 2 und θ3 von 14 im Vergleichsbeispiel 1) der Nahtlinie des Nahtabschnitts (oder von jedem der Nahtabschnitte) bezüglich der Achse des Käfigs, des Nahtabschnitts, der sich in den Käfig von der Wandfläche (Bodenfläche) der Tasche erstreckt, und der Nahtlinie gemacht, die auf der Innenumfangfläche und der Außenumfangsfläche des Käfigkörpers neben der Wandfläche (Bodenfläche) erscheint.
• Rillenkugellager 6202 (Innendurchmesser: 15 mm, Außendurchmesser: 35 mm, Breite: 11 mm) wurden hergestellt, indem jeweils die Käfige der Beispiele 1 bis 3, der Vergleichsbeispiele 1 und 2 und des Referenzbeispiels eingebaut wurden. Die Käfige wurden dem folgenden Zugversuch zugeführt.
• Die Rillenkugellager (außer dem Referenzbeispiel) wiesen einen Kugeldurchmesser von 6,35 mm und eine Kugel-Schnittfläche von 31,67 mm² auf. Die Tab. 1 unten zeigt gemeinsam die Messergebnisse der Neigungswinkel der Nahtlinien und die Ergebnisse des Zugversuchs.
• Die Tab. 1 zeigt ebenfalls die Werte der mathematischen Gleichungen (1) und (2), die aus den Messwerten berechnet wurden, und die Lager wurden mit zwei Kriterien bewertet, d.h., „beim Drehversuch gebrochen“ und „beim Drehversuch nicht gebrochen“, die später beschrieben werden.
• [Zugversuch]
• Wie in den 15A und 15B dargestellt ist, wurden Zug-Einspannvorrichtungen 6 und 6', die jeweils halbkreisförmige Eeinspannvorrichtungen 5 und 5' umfassen, in einem oberen und unteren Paar angeordnet, und jeder der Käfige 1 der Beispiele, Vergleichsbeispiele, und des Referenzbeispiels wurden so eingepasst, dass der Nahtabschnitt horizontal angeordnet war (die Positionen von 3 Uhr und 9 Uhr des kreisförmigen Rings des kronenförmigen Käfigs in 15A), d.h., so dass der Nahtabschnitt mit den entgegengesetzten Flächen der halbkreisförmigen Einspannvorrichtungen 5 und 5' übereinstimmte. Dann wurde während einem Aufbringen einer Zugkraft in der vertikalen Richtung mit einer Zuggeschwindigkeit von 10 (mm/min) die Bruchlast (N) und die Dehnung (mm) in der Bruchrichtung gemessen.
• Der Radius des Umfangs von jeder der halbkreisförmigen Einspannvorrichtungen 5 und 5' betrug 97 % des Innenradius des Käfigs. Ferner wurde mindestens ein schwächster Abschnitt an einer Position senkrecht zu der Zugrichtung angeordnet. Die Harzkäfige wiesen eine Wasseraufnahme innerhalb 0 bis 3 % auf, und die Käfige der Beispiele waren so geformt, dass sie einen Innendurchmesser von 22,2 mm und einen Außendurchmesser von 27,8 mm aufwiesen, und so, dass der Ringabschnitt eine minimale Dicke von 1,5 mm und eine maximale Dicke von 6,53 mm an dem Kugel-Teilkreisdurchmesser (Kugel-PCD) aufwies.
• Wie in 16A dargestellt ist, ergibt sich die Länge L der Nahtlinie durch die folgende mathematische Gleichung (A) aus der Schnittform der Tasche an einer beliebigen Position des Kugellagers: $$\text{L}=\left\{\text{t}+\text{r}\left(1-\text{cos}\mathrm{\theta }\right)\right\}/\text{cos}\mathrm{\theta }$$

  
• Diese mathematische Gleichung (A) erhält man, indem man die Gleichung r + t = (L + r)cos θ ändert, welche die Beziehung zwischen r: Radius der Tasche, t: Dicke des Bodens, L: Länge der Naht, und θ: Winkel der Naht darstellt, und L auf die linke Seite bringt.
• Ein ungefährer Wert der Schnittfläche des Nahtabschnitts kann berechnet werden, indem die Länge L der Naht integriert wird, die wie oben beschrieben in der radialen Richtung des Käfigs gemessen wird. Die Länge in der diametralen Richtung, auf die hier Bezug genommen wird, ist ein festgelegter Wert, der durch den Außendurchmesser abzüglich des Innendurchmessers des ringförmigen Käfigs berechnet wird und hat nichts mit dem Winkel der Naht zu tun.
• Die Schnittfläche des Nahtabschnitts kann ebenfalls einfach durch das nachfolgend beschriebene Berechnungsverfahren berechnet werden, und Tab. 1 zeigt die mit diesem Verfahren berechneten Werte.
• Beispielsweise wird unter Verwendung der in den 16A und 16B (siehe ebenfalls 19) gezeigten Buchstaben die Schnittfläche W des Nahtabschnitts durch die folgende Gleichung berechnet: $$\text{W}=\text{L}\times \left(\text{f}+\text{e}\right)-\left(\text{e}\times \text{g}\right)/2$$

  

  wobei g und e die axiale und radiale Länge eines weggeschnittenen Teils an einer Kante des Bodens des Käfigs durch Abschrägen darstellen. Eine tatsächliche Messung in Beispiel 1 ergab L = 2,221 mm, e = 0, 620, f = 2,267, und g = 0,595.
• Einsetzen der numerischen Werte von Beispiel 1 in die mathematische Gleichung (B): $$\begin{array}{l}\text{W}=\mathrm{2,221}\times \left(\mathrm{2,267}+\mathrm{0,620}\right)-\left(\mathrm{0,620}\times \mathrm{0,595}\right)/2\\ =\mathrm{6,412}-\mathrm{0,1845}\\ =\mathrm{6,2275}\left(\text{auf die zweite Dezimalstelle gerundet}\text{, um 6}\text{,23 zu ergeben}\right)\end{array}$$

  
• 
• [Drehversuch]
• Die Kugellager 2, die die Käfige der jeweiligen Beispiele enthalten, wurden an einer in 18 dargestellten Drehversuchsvorrichtung angebracht, um die Lebensdauer zu messen.
• Die Drehversuchsvorrichtung umfasst einen Motor 12, der an einer Basisplatte 11 fixiert ist und einen Geschwindigkeitswechsler 14, an den eine Drehkraft des Motors über einen Transmissionsriemen 13 übertragen wird. Die Testrollenlager 2 wurden jeweils auf einer Ausgangswelle 15 des Geschwindigkeitswechslers montiert, und ein an einem Vorderende eines Kragarms angebrachtes Gewicht 16 trägt eine Momentlast als Wellenbiegekraft.
• Die Wälzlager 2, welches Rillenkugellager Modell Nr. 6202 sind, in welchen die Käfige der Beispiele, Vergleichsbeispiele und des Referenzbeispiels, wurden auf diese Vorrichtung montiert, und ein Drehversuch wurde mit einer Drehzahl von 6000 U/min für 20 Minuten ohne Schmierung ausgeführt, während eine Momentlast von 5,88 Nm bei einer Drehgeschwindigkeit von 6000 U/min aufgebracht wurde. Nur die Käfige der Beispiele 1 bis 3 hielten den Versuch aus, ohne beschädigt zu werden. Die Tab. 1 zeigt ebenfalls dieses Ergebnis.
• Wie aus den in Tab. 1 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, erfüllten das Beispiel 1, Beispiel 3 und Beispiel 2, von denen der Neigungswinkel der Nahtlinie bezüglich der Achse des Käfigs 17° oder mehr betrug (29,96° in Beispiel 1), (29,96° in Beispiel 3) und (26,77° in Beispiel 2) die mathematischen Gleichungen (1) und (2), und die Käfige der Beispiele 1 bis 3 zeigten ausgezeichnete Ergebnisse für die Bruchlast. Diese Tatsache verdeutlichte, dass der Nahtabschnitt, der durch Spritzgießen so gebildet wird, dass er einen geeigneten Neigungswinkel und bevorzugt eine geeignete Schnittfläche aufweist, weniger wahrscheinlich gebrochen wird.
• Wie ebenfalls in 17 dargestellt ist, haben darüber hinaus die Bruchlast (398,19 N) des Käfigs von Beispiel 2, der einen Nahtlinienwinkel von 26,77° aufwies, und die Bruchlast (Durchschnittswert) der Käfige der Beispiele 1 und 3, die beide einen Nahtlinienwinkel von 29,96° aufwiesen, eine steile und lineare Anstiegstendenz bei einem Neigungswinkel von 17° oder mehr, im Vergleich zu der Bruchlast (269,94 N) des Käfigs des Vergleichsbeispiels 1, von dem die Nahtlinie einen Neigungswinkel von weniger als 17° (16,0°) bezüglich der Achse des Käfigs aufwies. Ferner wurden die Käfige der Beispiele 1 bis 3 während des Drehversuchs nicht beschädigt. Durch diese Tatsachen wurde bestätigt, dass mit einem Neigungswinkel von 17° oder mehr eine Lastkomponente von Lastkomponenten auf den Käfig, die einer axialen Last zugeordnet wurde und senkrecht zu der Nahtfläche war, ausreichend verringert werden kann.
• Damit ergaben die Beispiele 1 bis 3 Harzkäfige, die eine ausgezeichnete Lebensdauer aufweisen, selbst unter der Aufbringung von großen Biegemomentlasten, und ergaben ebenfalls Wälzlager, die jeweils die Käfige enthielten und eine ausgezeichnete Lebensdauer aufweisen.
• INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
• Ein Wälzlager-Harzkäfig dieser Erfindung, wie beispielsweise ein kronenförmiger Harzkäfig und ein Wälzlager diese Erfindung umfassend den Käfig sind für ein allgemeines Lager von verschiedenen Baumaschinenapparaten, Industriemaschinen-Vorrichtungen und dergleichen verwendbar. Insbesondere ist der Wälzlager-Harzkäfig in der Lage, eine vergleichsweise schnelle Drehwelle zu lagern, wie zum Beispiel bei einem Wälzlager zur Lagerung einer Kurbelwelle in einer für eine Kettensäge oder dergleichen verwendeten Motorvorrichtung zu sehen ist und ist für den Einsatz anwendbar, der erfordert, dass der Käfig Schwingungen und Momentlasten aushält. Ähnlich zu dieser verwendung ist der Käfig ebenfalls breit einsetzbar, um ihn als ein Wälzlager einzusetzen, welches heftige Schwingungen und eine Last zum Kippen einer Drehwelle aushält, eine unzureichende Zufuhr eines Schmiermittels aushält und in der Lage ist, eine Erzeugung von Abriebpulver zu verhindern, welches ein Qualitätsproblem verursacht.
• Darüber hinaus ist ein kronenförmiger Harzkäfig, der unter Verwendung von technischem Kunststoff wie PEEK geformt wird, für den Einsatz eines Wälzlagers geeignet, welches bei hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit dreht.
• Bezugszeichenliste

1

Kronenförmiger Käfig

1a

Endfläche

1b

Innenumfangsfläche

1c

Außenumfangsfläche

1d

Kante

2

Wälzlager

3

Kugel

4, 8, 10

Tasche

4a

Wandfläche

5, 5'

Halbkreisförmige Einspannvorrichtung

6, 6'

Zug-Einspannvorrichtung

7, 9

Käfig

11

Basisplatte

12

Motor

13

Leitender Riemen

14

Geschwindigkeitswechsler

15

Ausgangswelle

16

Gewicht

A, B, C

Angussabschnitt

A', B', C'

Nahtabschnitt

P

Mittelpunkt

X

Achse

Claims (11)

1. Wälzlagerkäfig aus Harz, wobei der Wälzlagerkäfig umfasst: eine Vielzahl von Taschen, die jeweils ein Wälzelement eines Wälzlagers in einer Drehhaltung aufnehmen und in gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung des Wälzlagerkäfigs angeordnet sind, wobei der Käfig ein ringförmiges Element ist, das aus einem Harzformkörper gebildet ist; und einen Nahtabschnitt, der sich von einer Wandfläche von einer der Vielzahl der Taschen in den Wälzlagerkäfig erstreckt, wobei der Nahtabschnitt eine Nahtlinie aufweist, die auf einer Oberfläche des Wälzlagerkäfigs neben der Wandfläche erscheint und in einem Winkel von 17° oder mehr bezüglich einer Achse des Wälzlagerkäfigs geneigt ist.
2. Der Wälzlagerkäfig aus Harz gemäß Anspruch 1, wobei der Wälzlagerkäfig ein kronenförmiger Wälzlagerkäfig ist.
3. Wälzlagerkäfig aus Harz, wobei der Wälzlagerkäfig umfasst: eine Vielzahl von Taschen, die jeweils ein Wälzelement eines Wälzlagers in einer Drehhaltung aufnehmen und in gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung des Wälzlagerkäfigs angeordnet sind, wobei der Käfig ein kronenförmiger Wälzlagerkäfig ist, der aus einem Harzformkörper gebildet ist; und einen Nahtabschnitt, der sich in den Wälzlagerkäfig von einer Wandfläche von einer der Vielzahl von Taschen zu einer Oberfläche des Wälzlagerkäfigs gegenüber der Wandfläche erstreckt, wobei der Nahtabschnitt eine festgelegte Schnittfläche aufweist, die ein Schnittflächenverhältnis zwischen dem Nahtabschnitt und einer Kugel oder einer Rolle erfüllt, das durch die folgende mathematische Gleichung (1) gegeben ist, und ein Verhältnis einer Bruchlast des Wälzlagerkäfigs zu einer Schnittfläche und Bruchdehnung des Nahtabschnitts erfüllt, welches durch die folgende mathematische Gleichung (2) gegeben ist: $$\text{W}/\left(\pi {\left(\text{Da}/2\right)}^2\right)\ge \mathrm{0.15,}$$

   

   wobei W die Schnittfläche in mm² des Nahtabschnitts bezeichnet, Da einen Durchmesser (mm) der in der Tasche aufgenommenen Kugel bezeichnet, und (π(Da/2)²) eine Schnittfläche (mm²) der Kugel in einer diametralen Richtung der Kugel bezeichnet, und $$3<\left(\text{L}/{\text{E}}^3\right)/100<19$$

   

   wobei E die Dehnung in mm in einer Bruchrichtung des kronenförmigen Wälzlagerkäfigs unter Zugbruchlast bezeichnet, und L die Bruchlast (N)/Schnittfläche (mm²) des Nahtabschnitts bezeichnet.
4. Der Wälzlagerkäfig aus Harz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Harzformkörper ein Spritzgusskörper ist.
5. der Wälzlagerkäfig aus Harz gemäß Anspruch 4, wobei der Harzformkörper ein faserverstärkter Harzformkörper ist.
6. Der Wälzlagerkäfig aus Harz gemäß Anspruch 5, wobei der faserverstärkte Harzformkörper ein Harzformkörper ist, der aus einer faserverstärkten Harzzusammensetzung gebildet wird, die 20 bis 40 Massen-% einer Kohlenfaser enthält.
7. Der Wälzlagerkäfig aus Harz gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Harzformkörper aus Polyetheretherketon-Harz gemacht ist.
8. Der Wälzlagerkäfig aus Harz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Wälzlagerkäfig ein kronenförmiger Wälzlagerkäfigkörper ist, und wobei eine Endkante von einer von einer Außenumfangsfläche und einer Innenumfangsfläche des Käfigs, die näher an mindestens einem Angussabschnitt liegt, auf einer nicht abgeschrägten Endkante bereitgestellt ist, die durch eine Überschneidung zwischen der einen von der Außenumfangsfläche und der Innenumfangsfläche und einer Endfläche des Wälzlagerkäfigs gegenüber den Wandflächen der Taschen definiert wird.
9. Der Wälzlagerkäfig aus Harz gemäß Anspruch 8, wobei der Angussabschnitt eine Spur eines Tunnelangusses ist.
10. Wälzlager umfassend den Wälzlagerkäfig aus Harz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Wälzlager zur Lagerung einer Kurbelwelle in einer Motorvorrichtung, wobei das Wälzlager den Wälzlagerkäfig aus Harz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.

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