JP2006070926A - 円錐ころ軸受用保持器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 強度、特にポケットのコーナー部やウエルド部の強度に優れた合成樹脂製の円錐ころ軸受用保持器を提供する。
【解決手段】 円錐ころ軸受用保持器(1)は、合成樹脂からなる射出成形品であって、軸方向に一定間隔で配置された大小径一対の円環部(10)(20)が周方向に等分に配置された複数の柱部(30)によって連結され、隣接する２つの柱部(30)(30)と前記一対の円環部(10)(20)との間にころを収容するポケット(31)が形成されてなり、前記小径円環部(20)の各柱部(30)の延長上に、溶融樹脂が注入されるゲート部(2)が形成されてなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄道車輌、鉄鋼機械、工作機械、建設機械等の一般産業用機械の分野に使用される円錐ころ軸受に組み込まれる合成樹脂製の円錐ころ軸受用保持器に関する。
ころ軸受の代表である円錐ころ軸受は、円錐状の軌道面を有する外輪と、円錐状の軌道面を有し、この軌道面の小径側に小鍔部、大径側に大鍔部を有する内輪と、外輪の軌道面と内輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の円錐ころと、円錐ころを円周所定間隔に案内保持する保持器とを備えている。
前記保持器としては、従来から広く使用されている金属製保持器と、近年使用されるようになった合成樹脂製保持器とがある。
金属製保持器は、冷間圧延鋼板、あるいは熱間圧延鋼板等をプレス成形にて製作されるものであり、強度が高いという長所がある。しかしその反面で、中大型保持器の場合、合成樹脂製保持器に比べると量産性が低く高コストであり、寸法精度も劣るという短所がある。また、高速高負荷等の厳しい使用条件においては、保持器ところとの衝突による振動・騒音の発生、保持器の摩耗等の不具合が発生しやすい。特に、保持器ところの衝突が顕著に発生した場合、保持器のポケット部の隅部分で摩耗が進行し、ポケット部の形状の変化や、保持器からの金属摩耗粉が潤滑油に混入しやすく、潤滑油の劣化が発生する要因になる。潤滑油が劣化した場合、その程度によっては、軸受の性能が損なわれる、という短所もある。
一方、合成樹脂製保持器は、軽量性に優れ、射出成形によって複雑形状であっても寸法精度に優れた製品を量産でき、摩耗粉の発生がなく摩耗粉に起因する不具合も発生しないという長所がある。しかしその反面、金属製保持器に比べると材料固有の剛性や破断強度が小さく強度が劣るという短所がある。しかも、射出成形品において冷却速度や内部圧力がばらつくと収縮にばらつきが生じ、ボイドや空隙の発生や寸法精度の低下により所期する強度が得られないという成形上の問題点もあった。特に、鉄道車輌用軸受のように高負荷条件下で使用される円錐ころ軸受用合成樹脂保持器においては高強度が求められる。
かかる問題点に対し、円錐ころ軸受用合成樹脂保持器においては、ボイドの発生を低減するために、一対の円環部に肉盗み部を交互に形成するとともに、柱部に肉盗み部を形成して肉厚の均一化を図る技術が提案されている（特許文献１参照）。
また本出願人は、ころ軸受用合成樹脂保持器において、溶融樹脂を注入するゲート部を各柱部に設けることにより、各柱部および上下の円環部への樹脂流れを均一にして柱部および両円環部の寸法精度を高める技術を提案した（特許文献２参照）。
特開２００３−２８７０３３号公報 特開２００２−５１７６号公報
しかしながら、特許文献１のように円環部および柱部に肉盗み部を設けて肉厚の均一化を図っても、ボイドや空隙の発生は避けられず、しかも発生位置を制御することができない。そのため、負荷のかかる柱部やポケット４隅の隅アール部に発生する懸念があり確実に所期する強度を得ることができない。しかも必要以上の肉盗み部は保持器の剛性を低下させることになる。
また一般に、溶融樹脂の接合部であるウエルド部は強度が低くなる。そして、柱部の中央付近やポケットのコーナー部にウエルド部が形成された場合に、軸受回転時のころのスキューや進み遅れにより柱部やその基端であるコーナー部に力がかかると、強度上の問題が発生する。
ウエルド部の位置については、特許文献２に示したように、柱部にゲート部を設けることにより柱部やポケットのコーナー部を回避することができる。しかし、柱部に肉盗み部を設けた上にゲート部を設ける場合には、形状的な制限を受けることがある。
本発明は、上述した技術背景に鑑み、強度、特にポケットのコーナー部やウエルド部の強度に優れた合成樹脂製の円錐ころ軸受用保持器の提供を目的とする。
即ち、本発明の円錐ころ軸受用保持器は下記〔１〕〜〔４〕に記載の構成を有する。
〔１〕 合成樹脂からなる射出成形品であり、軸方向に一定間隔で配置された大小径一対の円環部が周方向に等分に配置された複数の柱部によって連結され、隣接する２つの柱部と前記一対の円環部との間にころを収容するポケットが形成されてなる円錐ころ軸受用合成樹脂保持器であって、前記小径円環部の各柱部の延長上に、溶融樹脂が注入されるゲート部が形成されてなることを特徴とする円錐ころ軸受用保持器。
〔２〕 前記大径円環部または小径円環部の少なくとも一方は、前記ポケットの中心線の延長上に、断面積が大となされた補強部が形成されてなる〔１〕に記載の円錐ころ軸受用保持器。
〔３〕 前記大径円環部または小径円環部の少なくとも一方は、前記柱部の延長上に、断面積が大となされた補強部が形成されてなる〔１〕または〔２〕に記載の円錐ころ軸受用保持器。
〔４〕 前記大径円環部または小径円環部の少なくとも一方は、前記補強部以外の部分に断面積が小となされた肉盗み部が形成されてなる〔２〕または〔３〕に記載の円錐ころ軸受用保持器。
〔１〕の発明にかかる円錐ころ軸受用保持器によれば、ウエルド部が大径円環部および小径円環部のポケットの中心線延長上に形成され、最も負荷にかかるポケットのコーナー部にウエルド部が形成されることはなく、コーナー部の強度が確保される。また、各柱部の延長上にゲート部を設けることでウエルド部までの溶融樹脂の流動距離が短くなり、材料樹脂の内部圧力や冷却速度のばらつきが抑制されて成形品の寸法精度が安定する。さらに、ポケットのコーナー部に至るまで十分な保圧を付与できるため、ボイドの発生が抑制される。また、小径円環部にゲート部を設けることにより、柱部に肉盗み部を形成する場合も形状的な制約を受けない。
〔２〕の発明によれば、円環部に形成されたウエルド部が補強される。
〔３〕の発明によれば、円環部が補強され、かつ補強部を蹴り出しピンの当接箇所として利用できる。
〔４〕の発明によれば、溶融樹脂の冷却速度が均一化されてボイドや空隙の発生が抑制され、ひいては保持器の強度が向上する。
以下、本発明にかかる円錐ころ軸受用保持器の一実施形態について図面に基づき説明する。
図１は、円錐ころ軸受用保持器(1)（以下、「保持器」と省略する）の全体斜視図であり、図２は図１の上下を逆にした状態を示す部分斜視図である。
前記保持器(1)は、軸方向に一定間隔で配置された大径円環部(10)と小径円環部(20)の一対の円環部が周方向に等分に配置された複数の柱部(30)(30)…によって連結され、隣接する柱部(30)(30)および前記一対の円環部(10)(20)に囲まれた空間にころを収容するポケット(31)が形成されている。前記保持器(1)は合成樹脂からなる射出成形品であり、所要形状の金型において、溶融樹脂をキャビティ内に注入するゲート部(2)が前記小径円環部(20)の内周面の各柱部(30)の延長上に設けられて成形されたものである。
前記大径円環部(10)は、外側端面（図１上の上側端面）において、周方向に沿って凹陥状の多数の肉盗み部(11)(11)…が一定間隔で形成され、径方向の肉厚が減肉されている。前記肉盗み部(11)は、各柱部(30)の延長上と各ポケット(31)の中心線延長上を除く部分に形成されている。換言すれば、各柱部(30)の延長上および各ポケット(31)の中心線の延長上において、径方向の見かけの肉厚（外径寸法と内径寸法との差）と実肉厚とが等しくなった補強部(12)(13)が形成されている。従って、前記補強部(12)(13)は、周を横断する断面における断面積が前記肉盗み部(11)よりも大となされ、本発明における補強部に対応するものである。
図２に示すように、前記小径円環部(20)もまた、外側端面に、凹陥状の多数の肉盗み部(21)(21)…を有し、径方向の肉厚が減肉されている。前記肉盗み部(21)は、各ゲート部(2)の対応部分即ち柱部(30)の延長上と、隣接するゲート部(2)(2)の中間部に対応する部分即ち各ポケット(31)の中心線延長上を除く部分に形成されている。換言すれば、各ゲート部(2)および隣接するゲート部(2)(2)の中間部に対応する部分（各ポケット(31)の中心線の延長上）において、径方向の見かけの肉厚（外径寸法と内径寸法との差）と実肉厚とが等しくなった補強部(22)(23)が形成されている。従って、前記補強部(22)(23)は、周を横断する断面における断面積が前記肉盗み部(21)よりも大となされ、本発明における補強部に対応するものである。
上述したように前記保持器(1)は射出成形品であり、保持器の形状に対応するキャビティが形成された成形用金型（図示なし）において、前記小径円環部(20)の内周面の各柱部(30)の延長上に設けられたゲート部(2)を介して溶融樹脂がキャビティ内に注入される。ゲート部(2)より注入された溶融樹脂はキャビティ内を左右に別れて流動し、等距離流動した大径円環部(10)および小径円環部(20)のポケット(31)の中心線の延長上で合流し、ウエルド部(3)が形成される。
一般に、射出成形品では溶融樹脂が合流するウエルド部の強度は、他の部分よりも低くなる。また、保持器(1)では、ポケット(31)のコーナー部、即ち円環部(10)(20)と柱部(30)とが合わさる部分に最も負荷がかかる。本発明の保持器(1)は、ウエルド部(3)が大径円環部(10)および小径円環部(20)のポケット(31)の中心線の延長上に形成され、最も負荷のかかる上記部分は回避される。これにより、コーナー部の強度が確保される。しかも、各柱部(30)の延長上にゲート部(2)を設けることでウエルド部(3)までの溶融樹脂の流動距離が短くなり、材料樹脂の内部圧力や冷却速度のばらつきが抑制されて成形品の寸法精度が安定する。さらに、ポケット(31)のコーナー部に至るまで十分な保圧を付与できるため、ボイドの発生が抑制される。あるいはボイドが発生したとしても負荷の少ない位置に制御されるため、影響は少ない。
また、大径円環部(10)および小径円環部(20)において、ウエルド部(3)に補強部(13)(23)が形成されていることで、樹脂の接合によって低下した強度が補われる。また、各柱部(30)の延長上に補強部(12)(22)が形成されていることによっても強度が向上する。
また、大径円環部(10)および小径円環部(20)において、肉盗み部(11)(21)の形成により溶融樹脂の冷却速度が均一化されるため、ボイドや空隙の発生が抑制され、ひいては保持器の強度が向上する。なお、減肉によって生じる円環部(10)(20)の強度低下は前記補強部(12)(13)(22)(23)の形成により十分に補われる。
また、前記保持器(1)の射出成形では、金型から成形品を取り出す際に、大径円環部(10)側から蹴り出しピンで突き出すことが一般的である。前記補強部、特に柱部(30)の延長上に形成された補強部(12)は、軸方向においても強度が高いので蹴り出しピンの当接箇所として利用できる。
なお、前記補強部(12)(13)(22)(23)の形成により部分的に厚肉となるが、多数ゲートが採用された本発明では溶融樹脂の流動距離が短くかつ均一であるため、補強部(12)(13)(22)(23)に対しても十分な保圧が均一に付与され、ボイドや空隙の発生は十分に抑制される。
前記大径円環部(10)および小径円環部(20)において、補強部(12)(13)(22)(23)の断面積を１００％としたとき、肉盗み部(11)(21)の断面積を２５％以下に設定することが好ましい。一般にウエルド部(3)の強度は他の部分に比べて強度が約３０％低下するとされており、円環部(10)(20)の強度を確保するために、肉盗み部(11)(21)の強度がウエルド部(3)の強度低下分を下回らないように設定することが好ましいためである。
前記肉盗み部(11)(21)の幅（Ｗ1）（Ｗ2）は、大径円環部(10)または小径円環部(20)の径方向の肉厚の３０〜７０％に設定するのが好ましい。３０％未満では冷却速度を均一にする効果に乏しく、７０％を超えると過剰に減肉されて保持器としての強度維持が困難となるためである。また、前記肉盗み部(11)(21)の深さは、上記幅（Ｗ1）（Ｗ2）を定めた上で補強部(12)(13)(22)(23)の７５％を超える断面積を確保できるように設定すれば良い。
また、前記補強部(12)(13)(22)(23)および前記肉盗み部(11)(21)の周方向における長さの比率は限定されず、所期する強度に応じて適宜設定すれば良い。
前記保持器(1)を構成する樹脂の種類は、射出成形が可能な熱可塑性樹脂材料である限り限定されないものの、耐熱性、耐磨耗性、強度特性の点よりナイロン６６やナイロン４６等のポリアミド（ＰＡ）の他に、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の特に耐熱性の優れたエンジニアリングプラスチック材料が使用することができる。さらに、前記樹脂を母材とし、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の強化材を添加した樹脂組成物や、合成ゴム、各種エラストマーを添加した樹脂組成物を使用しても良い。本実施形態においては、ナイロン６６を母材とし、重量比で２５％のガラス繊維を添加した樹脂組成物を用いた。
本発明の円錐ころ軸受け用保持器は上記実施形態に限定されない。
ゲート部(2)は、小径円環部(20)の柱部(30)の延長上であれば良く、外周面または外側端面に設ける場合も本発明に含まれる。ただし、金型製作において、スプルーを中心として放射状にランナーを設けてその先端にゲート部を形成することを勘案すると、上記実施形態のように小径円環部(20)の内周面にゲート部を設けた場合にランナーが最短となり、有利である。
また、前記補強部(12)(13)(22)(23)は必須構成要件ではなく、補強部が全く無い保持器、大径円環部(10)または小径円環部(20)のいずれか一方にのみ補強部が形成された保持器、柱部(30)の延長上またはポケット(31)の中心線延長上のいずれか一方にのみ補強部が形成された保持器も本発明に含まれる。
また、上記実施形態の保持器(1)では、肉盗み部(11)(21)を形成したために肉盗み部(11)(21)の無い部分が相対的に断面積が大となり、この部分を補強部(12)(13)(22)(23)とした。しかし、本発明は補強部を上記態様に限定するものではなく、ころや内外輪に干渉しない限り、円環部(10)(20)に膨出部を設けて断面積を拡大させ、これを補強部とする場合も本発明に含まれる。さらには、肉盗み部および膨出状の補強部を設けたものも本発明に含まれる。また、肉盗み部を形成しない場合も本発明に含まれる。
また、円環部(10)(20)のポケット(31)に臨む部分において、ウエルド部形成による樹脂の盛り上がりを回避するための凹部(32)を設けても良い。前記凹部(32)は、周方向の長さがポケット(31)幅の２０〜３０％、深さは０．１〜０．５ｍｍが好ましい。このような凹部(32)を形成することにより、樹脂の盛り上がりによるポケット内への膨出を防ぎ、ころへの干渉を防止することができる。
また、柱部(30)は、外周面および内周面にそれぞれ肉盗み部を形成して減肉し、肉厚を均一化しても良い。
本発明の円錐ころ軸受用保持器は、鉄道車輌、鉄鋼機械、工作機械、建設機械等の一般産業用機械の分野において広く利用できる。
本発明にかかる円錐ころ軸受用保持器の一実施形態の全体斜視図である。 図１の円錐ころ軸受用保持器の上下を逆転させた状態を示す要部斜視図である。
符号の説明
１…円錐ころ軸受用保持器
２…ゲート部
３…ウエルド部
10…小径円環部
11,21…肉盗み部
12,13,22,23…補強部
20…大径円環部
30…柱部
31…ポケット

Claims (4)

  1. 合成樹脂からなる射出成形品であり、軸方向に一定間隔で配置された大小径一対の円環部が周方向に等分に配置された複数の柱部によって連結され、隣接する２つの柱部と前記一対の円環部との間にころを収容するポケットが形成されてなる円錐ころ軸受用合成樹脂保持器であって、前記小径円環部の各柱部の延長上に、溶融樹脂が注入されるゲート部が形成されてなることを特徴とする円錐ころ軸受用保持器。
  2. 前記大径円環部または小径円環部の少なくとも一方は、前記ポケットの中心線の延長上に、断面積が大となされた補強部が形成されてなる請求項１に記載の円錐ころ軸受用保持器。
  3. 前記大径円環部または小径円環部の少なくとも一方は、前記柱部の延長上に、断面積が大となされた補強部が形成されてなる請求項１または２に記載の円錐ころ軸受用保持器。
  4. 前記大径円環部または小径円環部の少なくとも一方は、前記補強部以外の部分に断面積が小となされた肉盗み部が形成されてなる請求項２または３に記載の円錐ころ軸受用保持器。
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