JP2005083406A - 保持器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 射出成型により、真円度や剛性の高いものとして製造することができる保持器及びその製造方法を提供することを課題としている。
【解決手段】 転がり軸受１の一部を構成し、金型による射出成型により製造される樹脂製の保持器５であって、これを製造する際、その金型は、３あるいは４点のゲート１２を有しており、且つ、保持器５肉厚ｔの保持器５外径Ｒに対する比が０.０５〜０.１５で、この保持器５外径Ｒを１０mm以上としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転がり軸受において複数の転動体を保持するために組み込まれ、射出成型によって製造される樹脂製の保持器に関し、特に、オルタネータやアイドル ステップ システム等の自動車用補機に取り付けられる転がり軸受の保持器、及びその製造方法に関するものである。

従来より、転がり軸受は、図８（(Ｂ)は(Ａ)のＡ−Ａ断面図）に示すように、外輪２、内輪３、外輪２と内輪３の間に介在する転動体４、複数の転動体４を保持する保持器５、及び軸受内に潤滑剤を密封するシール６から構成されたものが一般的である。保持器５としては、図９に示すような冠型保持器５が多用されている。この冠型保持器５は、円環状の基部９と、この基部９の周方向に等間隔で配置された複数のポケット１０等から成っている。

この転がり軸受１の中でも、オルタネータやアイドル ステップ システム等の自動車用補機に取り付けられる一方向クラッチ内蔵プーリー等に用いられる軸受は、最大130℃以上、1800rpm以上の高温・高速回転下で使用される。また、軽量化のために、保持器５の材料としては合成樹脂を用いる場合が多く、半径方向の肉厚は薄肉化を行っている。

保持器５に用いられる合成樹脂の具体的な例としては、特許文献１にも開示されているように、４６ナイロン樹脂、６６ナイロン樹脂、９Ｔナイロン樹脂、ポロフェニレンサルファイド樹脂等が挙げられるが、熱可塑性樹脂であれば、どの樹脂であっても良い。これらは単独又は２種類以上を任意の割合で混合して用いる。この合成樹脂の高温での剛性を高めるために、ガラス繊維、カーボン繊維、シリカ粒子、チタン酸カリウムウィスカー等を単独又は２種類以上を１０〜４０wt％で混合し、高温での剛性を高める場合も多い。

この樹脂製の保持器５は、図１０に示すように、１点、あるいは図１１に示すように、２点のゲート１２を持った金型を用いて射出成型により製造されており、樹脂の成型時に分流した溶融材料の流れの合流部（ウェルド部）も１個所あるいは２個所となる。同図は、図示しない金型による射出成型で製造された保持器５が、その際に同時に形成されるスプルー１３とランナー１４を有する状態で示している。
特開２００２−１２２１４８号公報、３頁

しかしながら、従来の上記樹脂製の保持器５においては、通常の厚さを持つものでは特に問題ないが、薄肉の保持器では、次のような問題が生じることがある。 上記ウェルド部は、溶融材料の融着が不完全であるため、ウェルド部以外の部分と比較して剛性が低くなる。その理由は、保持器に使用する樹脂は、一般に、ガラス繊維等の添加剤で強化されたものが多いが、ウェルド部では樹脂組成物が含んでいる添加剤の繊維が合流した相手の樹脂組成物に混入していない状態、即ち、合流した樹脂組成物同士が密着しただけの状態になっているためである。

また、樹脂を射出成型すると、溶解した樹脂が固化する過程で体積収縮が生じるので、成型物の寸法は金型の寸法よりも小さくなる。この収縮過程において、剛性の低いウェルド部に変形が集中するため、結果としてウェルド部に屈曲が生じ、真円度の低下の原因となるという問題点があった。

特に、自動車用補機に用いられる保持器は、瞬間的あるいは長期的に、高温・高速回転下で使用される。ここで、高温とは８０℃以上で最大140℃、高速回転とは9000rpm以上で最大18000rpmである。一般的に、溶融樹脂はそのような高温条件下では剛性が低くなるので、熱膨張・遠心力による変形が生じる場合があるが、特に、射出成型時の真円度が低い場合は、それらの変形量が顕著となり、騒音、回転不良の原因になるという問題点があった。

本発明は、上述した従来例の有する不都合を改善し、射出成型により、真円度や剛性の高いものとして製造できる保持器及びその製造方法を提供することを課題としている。

上記課題を達成するために、本発明では、転がり軸受の一部を構成し、金型による射出成型により製造される樹脂製の保持器及びその製造方法において、前記金型は、３あるいは４点のゲートを有し、保持器肉厚の保持器外径に対する比が０.０５〜０.１５であり、且つ、この保持器外径は１０mm以上であることを特徴としている。

以上のように製造され、又構成されたことで、溶融樹脂の流動性やガラス繊維等の配向性が向上し、且つ、３あるいは４個所のウェルド部により固化時の歪みや変形が周方向に分散されるため、保持器の半径方向の変形量が極力抑えられ、真円度及び剛性の高い保持器が製造される。

したがって、本発明の保持器は、高温・高速回転下の環境条件であっても、熱膨張、遠心力による変形は小さく、高い真円度が維持された状態で使用することができる。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１の実施形態を示す保持器(ゲート数３、ポケット数９)の模式図、図２は保持器製造時におけるゲート位置とウェルド位置を示す説明図である。

本発明に関わる転がり軸受は、図８に示したように、外輪２、内輪３、外輪２と内輪３の間に介在する転動体４、複数の転動体４を保持する保持器５、及び軸受内に潤滑剤を密封するシール６から構成されている。保持器５としては、図９に示した冠型保持器５、あるいは揉み抜き型保持器が考えられるが、使用目的により材料と共に検討される。

自動車用補機等に用いる軸受は、軽量化のために、保持器５の材料としては合成樹脂を用いる場合がある。その合成樹脂の例としては、上記従来技術で示した通りであるが、使用環境が高温の場合は４６ナイロン樹脂が好ましい。

図１において、第１の実施形態の冠型保持器５の形状は、薄肉であり、肉厚ｔの保持器５外径Ｒに対する比(ｔ／Ｒ)が０.０５〜０.１５(若しくは０.１)であり、且つ、この保持器５外径Ｒは１０mm以上である。

ｔ／Ｒの下限を０.０５としたのは、０.０５より小さい場合、薄く、剛性が低過ぎるため、保持器として機能しないし、薄過ぎて、ゲート数を４にしても精度不足になる。

上限を０.１５としたのは、０.１５より大きい場合、溶融樹脂の接合面積が十分大きいため、剛性も大きくなるので、ゲート数を１あるいは２としても問題ない。しかし、０.１５より大きい場合、重量が大きくなり、最大１３０℃で18000rpmの高温・高速回転下での使用には適さない。

また、保持器５外径を１０mm以上としたのは、１０mmより小さい場合、溶融樹脂の流動長さは十分小さく、添加剤は全周方向にわたり略等しくなる。例えば、外径が１０mmである場合、溶融樹脂の流動長はゲート１点で１５.７mm、ゲート２点で７.８５mmとなり十分に小さい。そのため、ゲートを２点以下としても、最大130℃、18000rpmと高温・高速回転下での使用できる程度の真円度が得られる。(特許文献１参照）。

同図に示すように、この冠型保持器５は、９つのポケット１０を有していて、３つのゲート１２を有する金型(図示しない)により射出成型により製造する。同図において、ポケット１０の中心を一点鎖線で示し、ゲート１２は模式的に示している。３つのゲート１２は各々ポケット１０の中心に位置している。この場合、図２にも示すように、ウェルド部１１は２つのポケット１０間の肉厚の厚い部分に周方向等間隔に配置することができるので、各ウェルド部１１での溶融樹脂の接合面積が大きくなり、全体の剛性を高めることができる。

そして、ゲート数を３(若しくは４)とすることにより、従来の１あるいは２点ゲート方式と比較して、溶融樹脂の流動性が向上し、ガラス繊維等の添加剤の配向性も向上するので、剛性が大きくなる。また、ゲート１２(又はウェルド部１１)を周方向に均等に配置しているので、射出成型の固化時の歪み・変形が周方向に分散され、体積収縮率が全周にわたって一様となり、保持器の真円度が高くなる。

この時の、保持器５の半径方向の変形量の半径方向の肉厚ｔとの比は、０〜０.２５(又は０.２１)、また、半径方向の変形量の外径Ｒとの比は、０〜０.０２５（又は０.０２２）となっており、半径方向の変形量が極力抑えられているので、保持器５の真円度が高くなる理由が分かる。

また、ゲート１２を保持器５の内径面側若しくは外径面側に設置することで、保持器５の軸方向の歪みを最小限に抑えることができる。特に、この実施形態のように、ゲート１２を保持器５の内径面側に設置することにより、スプールランナ(廃材)量が減少し、低コスト化にも寄与するものとなる。

したがって、本発明により製造された保持器は、真円度が高く、剛性が大きいため、高温・高速回転下で使用しても、熱膨張や遠心力による変形や歪みは小さく、真円度が維持されるので、軸受寿命を向上させることができる。

図３は図１においてウェルド位置をポケット中心位置とした場合を示す模式図である。

上記ポケット数９の保持器５をゲート数３の金型で製造する場合、図３に示すように、ゲート１２を２つポケット１０間の中心の肉厚部に設置した場合、ウェルド部１１はポケット１０の中心位置となってここは薄肉部であるから、剛性が小さくなる。したがって、このような構成は不適当である。

図４は図１においてゲート位置をややずらした場合を示す模式図である。

しかし、図４に示すように、ゲート１２位置をポケット１０間の中心から所定量、例えばポケット１０間の距離の１／４だけずらして設置しても、ウェルド部１１はポケット１０間の肉厚部範囲内に位置することになるため、この構成で保持器５を製造しても良い。要するに、ウェルド部１１が、保持器５のポケット１０間の肉厚部範囲内に位置するようにゲート１２位置を設定すれば良い。

図５は第２の実施形態を示す保持器(ゲート数３、ポケット数１８)の模式図である。

この第２の実施形態は、上記第１の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付している。異なっているのは、冠型保持器５０は、ポケット数が１８になっている点である。この場合、３つのゲート１２を各々、２つのポケット１０間の中心に置くと、ウェルド部１１もポケット１０間の中心に位置し、肉厚部分に周方向均等に配置することができる。このため、上記第１の実施形態と同様の作用効果を期待することができる。

図６は第３の実施形態を示す保持器(ゲート数４、ポケット数１６)の模式図である。

この第３の実施形態は、上記第２の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付している。異なっているのは、冠型保持器５１は、ゲート数が４、ポケット数が１６になっている点である。この場合、４つのゲート１２を各々、２つのポケット１０間の中心に置くと、ウェルド部１１もポケット１０間の中心に位置し、肉厚部分に周方向均等に配置することができる。このため、上記第１の実施形態と同様の作用効果を期待することができる。

以上の実施形態から、保持器の金型のゲート数は、３あるいは４点とし、ポケット数はゲート数が約数となるように設定するのが好ましい。それによって、保持器の肉厚の厚い部分に周方向均等にウェルド部１１を配置することが可能となるので、上記の如く、溶融樹脂の接合面積が大きくなり、剛性を向上させることができる。

また、上記実施形態において、ゲート数を５点以上としなかった理由については、金型形状が複雑になり、内径方向に設置するのは空間的に困難であると共に、高コストになるためである。

さらに、金型のゲート数と上記ｔ／Ｒとの関係を示す実験データの表を図７に示している。表中、○は製造された保持器が規格内、×は規格外になったことをそれぞれ示している。この実験結果から、ｔ／Ｒが上記範囲(０.０５〜０.１５)では、ゲート数は３あるいは４が好ましいことは明らかである。

本発明の第１の実施形態を示す保持器(ゲート数３、ポケット数９)の模式図である。 保持器製造時におけるゲート位置とウェルド位置を示す説明図である。 図１においてウェルド位置をポケット中心位置とした場合を示す模式図である。 図１においてゲート位置をややずらした場合を示す模式図である。 第２の実施形態を示す保持器(ゲート数３、ポケット数１８)の模式図である。 第３の実施形態を示す保持器(ゲート数４、ポケット数１６)の模式図である。 ゲート数とｔ／Ｒとの関係を示す実験データの表である。 従来の転がり軸受を示す構成図である。 従来の冠型保持器を示す斜視図である。 従来の保持器の製造方法(ゲート数１)を示す構成図である。 従来の保持器の製造方法(ゲート数２)を示す構成図である。

符号の説明

１ 転がり軸受
２ 外輪
３ 内輪
４ 転動体
５ 保持器
１０ ポケット
１１ ウェルド部
１２ ゲート部

Claims (3)

1. 転がり軸受の一部を構成し、金型による射出成型により製造される樹脂製の保持器において、
   保持器肉厚の保持器外径に対する比が０.０５〜０.１５であり、且つ、この保持器外径は１０mm以上であることを特徴とする保持器。
2. 転がり軸受の一部を構成し、金型による射出成型により製造される樹脂製の保持器の製造方法において、
   前記金型は、３あるいは４点のゲートを有し、保持器肉厚の保持器外径に対する比が０.０５〜０.１５であり、且つ、この保持器外径は１０mm以上であることを特徴とする保持器の製造方法。
3. 高温下の自動車用補機に用いられる転がり軸受の一部を構成し、金型による射出成型により製造される樹脂製の保持器の製造方法において、
   前記金型は、３あるいは４点のゲートを有し、保持器肉厚の保持器外径に対する比が０.０５〜０.１５であり、且つ、この保持器外径は１０mm以上であることを特徴とする保持器の製造方法。

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