JP2006329260A - 円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器 - Google Patents

Abstract

【課題】 保持器の組込み性、寸法安定性及び精度の向上、高温剛性を有し、靭性の少ない樹脂の採用等を図ること。
【解決手段】 保持器６は、小径フランジ部１１と、大径フランジ部１２と、柱部１３とで構成されている。この柱部１３の両側には、ころ保持部１５（弾性変形可能な節部）が設けられている。ころ保持部１５は、柱部１３の外径側を円周方向に突出した形で設けられている。ころ５を保持器６に挿入する際には、内輪２を保持器６の内側に入れて、ころ５をころ保持部１５（弾性変形可能な節部）の外側から通過させて組込むことができる。ころ５は、ころ保持部１５を通過した後は、ポケット１４ところ５とに、隙間があり、組込み中のポケット１４以外で負荷を受けることは無い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般用途の円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器、及び、高温・高速用円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器に開し、詳しくは、あらゆる用途の円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器、特に大型円錐ころ軸受用の合成樹脂製保持器に関する。

一般に、円錐ころ軸受は、図３に示すように、外周面に内輪軌道１を有する内輪２と、内周面に外輪軌道３を有する外輪４と、複数個の円錐状のころ５と、この複数個のころ５を保持して案内するために内輪軌道１と外輪軌道３との間に回転自在に設けられた保持器６と、からなる。

円錐ころ軸受では、図４に示すように、小径フランジ部１１と、大径フランジ部１２と、柱部１３で構成されて小径フランジ部１１と大径フランジ部１２と柱部１３に囲まれた柱と柱との間の空間、即ち、ポケット１４と、から成る傾斜形の保持器６が多く使用されている。

なお、図３は、従来例に係る円錐ころ軸受の半断面図である。図４は、従来形の傾斜形円錐ころ軸受用保持器の斜視図である。

従来、円錐ころ軸受用の傾斜形保持器６のころを保持する柱部ポケット面は、内径側から外径側に向かって柱幅が太くなる傾斜平面となっているため、ポケット径は、外径側が小さくできている。そのため、ころ５が外径側に外れないようになっている。

円錐ころ軸受を組込む際には、上記傾斜形保持器６の内径側から各ポケット１４にころを挿入した後、内輪２をころ５の内側から軸方向に挿入する。内輪２の挿入の際には、ころ５を介して、保持器６の柱部１３及び円環部を押し広げながら、挿入されることになる。この内輪の挿入時に、保持器６の小径円環部の靭性及びスナップヒット性が要求される。

このことから、強化材入りの合成樹脂製保持器６、及び、靭性の少ない合成樹脂等の場合は、組込み時の保持器６の破損防止として、内輪２の小径側鍔を最小にするとか、ポケット１４の隙間を大きくする等の工夫が必要であった。また、保持器６の強度、剛性を優先して設計できないという問題があった。

一般に、合成樹脂製保持器６の材料としては、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６）、ポリアセタール、樹脂等の所謂エンジニアリングプラスチックが単体のままで、或いはガラス繊維の短繊維を混入して強化した複合材の形態で使用されてきた。中でも、ナイロン６６は、材料コストと性能のバランスが良好なことから、合成樹脂製保持器６の材料として多用され、中程度の環境条件では卓越した性能が確認されている。
特開平８−２４７１５２号公報 特許第２７４５１６０号公報

ところで、上記傾斜形円錐ころ保持器のポケット面は傾斜平面となっていて、該ポケットに内径側からころが挿入され、内輪を挿入する際には、内輪の小径側鍔が通過する際に、ころを介して保持器の小径円環部を無理やり押し広げることになり、ころ及び内輪転動面を傷つけるということがある。

また、合成樹脂製保持器の小径円環部が瞬間的な押し広げにより組込み時に破損することがあった。

このことから、本来は、軸受使用時の高温での回転時、及び、高速回転等で保持器に要求される高温剛性及び線膨張による寸法変化の抑制に対して、適正な樹脂材料、ガラス繊維、及びカーボン繊維等の強化材を適宜に選定できなかった。

一般的には、比較的靭性に優れているナイロン保持器においても、軸受組込み前には、含水処理を実施する例が多い。

材料設計面においても、選定が困難で、軸受組込み性を重視し、ガラス繊維含有率の少ない材料を使用するとか、強化材無しの樹脂を使用したり、一部エラストマー入りの樹脂を使用し、靭性を向上させて用いることがある。

しかし、中・高温用途には、未強化材の樹脂及びエラストマー入り樹脂は、耐熱性及び高温での中・高遠回転仕様には剛性不足または線膨張による寸法変化等の問題があり、要求される機能を十分満足するものではなかった。

このようなことから、合成樹脂製円錐ころ軸受用保持器は、高温で且つ、高速回転する軸受用途では、適度の剛性を維持しながら、軸受の組込み性も同時に満足させる必要がある。

しかし、高温で高剛性を有する合成樹脂は一般に靭性が乏しいことから、採用を残念することが多かった。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、保持器の組込み性、寸法安定性及び精度の向上、高温剛性を有し、靭性の少ない樹脂の採用等を図ることができる、高性能の円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器は、複数個の円錐状のころを転動自在に保持して案内すべく、小径フランジ部と、大径フランジ部と、周方向に配した複数個のポケットを構成する複数個の柱部と、からなる円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器に於いて、
前記柱部には、その外径部に、円周方向に突出する弾性変形可能の節部が設けてあり、
これにより、前記ころの保持を可能にし、且つ、軸受の組込み時に、保持器の外径側からころを挿入できるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、保持器の組込み性、寸法安定性及び精度の向上、高温剛性を有し、靭性の少ない樹脂の採用等を図ることができ、高性能の円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器を図面を参照しつつ説明する。

（本発明の概要）
本発明に係る合成樹脂製円錐ころ軸受用保持器は、合成樹脂で曲げ弾性率が６０００Ｍｐａ以上で引張伸びが１．９％以上を有する合成樹脂で形成される合成樹脂製円錐ころ軸受用保持器で、ころが保持器の外径側から挿入できて、かつ、内輪ところが組み合わさったコーン状態でころが外側にバレないように構成された形状にすることにより、従来の内輪挿入特に発生した、保持器を無理に押し広げることによるころ傷あるいは内輪転走面に傷をつけることを無くした。

即ち、保持器柱部外周面円周方向に、ころ止めの弾性変形可能な節部を、各柱部の両サイド二箇所に設けることにより、ころを保持器の外径側から挿入することができ、そして、挿入されたころが保持器からバレないようにすることができる。

ころ止めの弾性変形可能な節部は、成形後の無理抜きができるように、軸方向に曲率を設け、更に半径方向にも、曲率が設けてある。

ポケット径ところ径の弾性変形代は、径で０．２〜０．６ｍｍが良好であり、０．３〜０．５ｍｍが更に好適である。入口径比では、８８〜９５％が良好であり、９０〜９４％が更に好適である。

半径方向の突起部厚さは、０．３〜１．０ｍｍが良好であり、より好ましくは、０．４〜０．７ｍｍである。

突起部の軸方向の曲率Ｒは、ポケット長さの１／５〜１／１０が良好、半径方向の曲率Ｒは約１が良好である。

このようにして、保持器柱部に曲率を持った突起部（節部）の弾性変形代により、軸受組込み時にはころを保持器外径側から容易に組込むことができることになり、従来のように、ころ傷、及び内輪転走面に傷を発生させないで、軸受の組立てができる。

特に、軸受が大型の場合、従来であれば、内輪挿入時には、大きな加圧力が必要となり、ころ及び内輪の傷発生防止に注意を要した。

合成樹脂の特性を生かした材料選定により、耐熱性、耐油性、耐薬品性、高温・高速性等のあらゆる軸受使用環境に適合できる円錐ころ軸用合成樹脂製受保持器を提供することができる。

円錐ころの挿入を外径側から挿入できるようにしたことから、ころ保持の弾性変形可能な節部を合成樹脂の剛性（曲げ弾性率）と靭性（伸び）の両面から、適正値を設定することにより、使用環境に適合した樹脂組成物を選定することができるために、軸受の耐久寿命の向上を図ることができるという効果がある。

また、軸受へのころ組込み性も良好なことから、ころ及び内輪転走面に傷をつける事も無いことから、特に大型の軸受には、効果的であり、軸受品質面上、良好な結果を得ることになる。

本発明の保持器は、所謂一般用途から高温・高速用途のあらゆる円錐ころ軸受用として、利用することができ、各々高性能を発揮する効果がある。

（本発明の実施の形態）
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器の正面図であり、（ｂ）は、その側面図であり、（ｃ）は、円錐状のころの平面図である。

保持器６は、小径フランジ部１１と、大径フランジ部１２と、柱部１３とで構成されている。小径フランジ部１１と大径フランジ部１２と柱部１３とで囲まれた空間は、ころ５を等配するポケット１４となる。

この柱部１３の両側には、ころ保持部１５（弾性変形可能な節部）が設けられている。ころ保持部１５は、柱部１３の外径側を円周方向に突出した形で設けられている。

ころ５を保持器６に挿入する際には、内輪２を保持器６の内側に入れて、ころ５をころ保持部１５（弾性変形可能な節部）の外側から通過させて組込むことができる。

ころ５は、ころ保持部１５を通過した後は、ポケット１４ところ５とに、隙間があり、組込み中のポケット１４以外で負荷を受けることは無い。

また、保持器６にころ５を組込む時には、保持器６のポケット１４のころ保持部１５（弾性変形可能な節部）で負荷を受けることになり、保持器６には、極小負荷しか与えないことになる。

従来の組込み方法は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、保持器内径側から全ポケットこころを等配した後、内輪２を挿入し、瞬間的に内輪２の平面を軸方向に押圧し、内輪の小鍔を通過させる方法と比較すると、極小の負荷ですむことになる。従って、ころ及び内輪転走面に傷をつけることが無くなる。

本発明の円錐ころ用合成樹脂製保持器は、従来の円錐ころ保持器と同様に、アキシアルドロー方式の金型で射出成形によって形成される。

しかし、ころ保持部の柱外径側円周方向に突出したころ保持部１５（弾性変形可能な節部）は、金型構造上アンダーカットとなり、射出成形の離型特には無理披きとなる。

従って、無理披きが可能な範囲で、成形品の形状を維持でき、且つ、ころの保持ができ、さらには、スムースにころの組込みができるようにすることが重要になってくる。

本発明では、この点に注目し、ころ保持部１５（弾性変形可能な節部）の形状と寸法を決定した。

ころ保持部１５（弾性変形可能な節部）が厚く、耐性が高すぎると、成形の離型特に、ころ保持部１５（弾性変形可能な節部）が破損することになり、また金型から保持器が離型できなくなる。一方、ころ保持部１５（弾性変形可能な節部）が薄く、剛性が低い場合は、ころの保持ができなくなり、内輪に保持器ところを組込んだ後、ころがバレルことになり、コーンの状態（内輪と保持器ところが組込まれた状態）を維持できなくなり、軸受の取扱いができなくなる。

本発明では、これらの点を考慮し、円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器として、適正な材料の選定が可能となり、一般使用の小・中型から大型の円錐ころ軸受に採用できる。

特に、大型軸受には、従来では、組込み性に問題があつたが、本発明の保持器を使用すれば、組込み性の問題は、解消でき、ポケットところとの空間が大きくとれることになり、グリース及び潤滑油等の潤滑剤の出入りがスムースになり、潤滑効果をもたらすことになる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

以下に、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
（１）試料保持器の製作
この実施例及び比較例に使用した保持器の合成樹脂は、
ナイロン６６、ＢＡＳＦジャパン（株）製：ウルトラミッドＡ３ＨＧ５、Ａ３ＨＧ７と合成樹脂ポリフェニレンサルファイド（以下ＰＰＳで示す）呉羽化学工業（株）製：ＰＰＳ（ＧＦ２０％，ＧＦ３０％）及びＤＳＭ（ＤＪＥＰ）製ナイロン４６ Ｓｔａｎｙｌ ＴＷ２４１Ｆ６を使用した。

これらの樹脂を用いてインラインスクリュー式射出成形機にて成形し、所望の保持器形状とした。

保持器は、軸受内径φ１００用とし、なお、保持器の形状は、図４に示すような従来の傾斜形と、本発明のころ保持部１５（弾性変形可能な節部）を有する保持器とした。
（２）保持器組込み性試験
次に、本発明のプラスチック保持器へのころ組込み試験と、従来形の保持器への組込み試験を実施するために、日木精工（株）製の空気駆動型自動組込み装置を使用して、組込み試験を行った。

従来形の保持器へのころ組込み試験は、図５（ａ）に示すように、保持器の内径側からころ５を全ポケット１４に配置させて、図５（ｂ）に示すように、内輪２をころ５の内側から挿入した後、内輪２の大鍔平面を空気圧駆動のシリンダーロッド２９に固定された加圧板２０を介して押すことにより、瞬間的にころ５と内輪２が組込まれることになる。

即ち、図５（ｂ）において、基盤２５上に、フレーム２６、保持器支持板２７を固定し、その保持器支持板２７上に、図５（ａ）のように、ポケット１４内にころ５を等配させたものを載せ、フレーム２６に固定された空気圧シリンダー２８から、上下作動するシリンダーロッド２９に固定された加圧板２０を保持器支持板２７方向（下方向）に作動させ、内輪２の平面を押すことにより、瞬間的に全ころ５を同時に保持器６のポケット１４に組込んだ。

この時のシリンダー作動速度は、０．２ｍ／ｓｅｃ、荷重は、１０００Ｎ（９８ｋｇｆ）、雰囲気温度は、２０℃であった。

本発明の保持器へのころ組込み試験は、図２で示した同様の装置を用いて、組込み試験を実施した。ただし、この場合は、特殊治具３０を使用し、保持器６のポケット１４に１個ずつころ５を組込んだ。

即ち、保持器６の大径フランジ面と斜面とのなす角βと同一の角度αを持つ斜面を有する支持台３４に、高さが保持器６と同一の円盤３５を固定し、これに保持器６を挿入して、保持器６の大径フランジ面を支持台３４の傾斜面に当てるとともに、保持器の任意のポケット１４が真上に位置するように押さえ板３６及びボルト３７を用いて保持器６を固定した。

その最上部ポケット１４に、１個のころ５を宛がい、その長軸に対して垂直方向からシリンダーロッド２９により圧力を負荷することにより、ころ５を保持器のポケット１４に組込んだ。以下、順次、他のポケット１４についても、同様の操作を繰返し、全ポケット１４に、ころ５を組込んだ。

保持器組込み性試験の結果を表１に示す。組込み性の評価は、従来形保持器は小径円環部及び柱部との交点隅部にクラックが発生するか杏か、また、ころに傷が発生するか否かで判定し、本発明の保持器は、ころ保持の弾性変形可能な節部のクラック及び白化が発生するか否かで判定した。

本発明の保持器の場合は、内輪と保持器の外からころを挿入した後にころバレがないかどうかを確認するために、上記空気圧駆動装置にコーンの状態で軸受内径をＬ形フックに掛けて０．２ｍ／ｓｅｃのスピードで上下させた。このようにして、ころが外に飛び比さなければ○とし、ころが１ヶでも飛び出した場合は×とした。

表１から明らかなように、実施例１〜６の樹脂組成物で作成された保持器への組込み性は何れも良好で、クラック、白化等の発生は無かった。また、ころバレも無く良好であった。

比較例１は、従来形の保持器であり、剛性が高いために、保持器円環部にクラックが発生した。また、ころの一部に傷が発生した。

比較例２と５は、ころ保持部（弾性変形可能な節部）の弾性変形代が小であり節部が剛性不足で、組込み性は問題無いものの、組込み後、ころバレが発生した。反対に弾性変形可能な節部が厚く、節部の弾性変形代が大きい場合は、ころ組込み時に弾性変形可能な節部にクラック及び白化か生じた。

（３）軸受の回転試験
次に、軸受の回転評価を実施するために、保持器組込み性試験で作成（表１）した、保持器の一部を用いて、軸受内径φ１００の円錐ころ軸受に、保持器を組込み、グリースを所定量封入した後、シールをして軸受を完成させた。

回転試験機は、日本精工（株）製の回転用試験機を用いた。
試験条件は、
・雰囲気温度：１２０℃
・回転数：５ＯＯＯｒｐｍ
・試験荷重：Ｆｒ＝１５００Ｎ，Ｆａ＝１５０Ｎ
・時間：１２０時間
高温・高速回転試験の評価は、回転試験後の保特器の変形と、ポケット面の摩耗、並びにクラックの発生及び破損等で評価した。

すなわち、保持器の変形及びころ保持部の節部の弾性変形代の有無、ポケット面の異常摩耗及びフランジ部と柱隅Ｒ部のクラック発生の有無、ウエルド部のクラック発生の有無、破損等について外観観察を実施した。

回転試験後、保持器の変形及び異常摩耗及びクラックの発生、破損等が無く、ころバレが無いものを合格とした。

１２０℃の回転評価においては、実施例１１，１２，１３の保持器は、変形も殆ど無く、ポケット面の摩耗も無く、良好であった。いずれの軸受も、試験後、コーンの状態でころバレは無かった。従って、本発明の円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器を組込んだ軸受は、ガラス繊維１０〜３５％の範疇で特に問題無く使用できることが判った。

（ａ）は、本発明の実施形態に係る円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器の正面図であり、（ｂ）は、その側面図であり、（ｃ）は、円錐状のころの平面図であり、弾性変形可能な節部、Ｈ／Ｄの関係を示すころの径と位置を示す。 本発明に係る円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器の組込み性試験に用いたころ組み付け治具の側面図である。 従来例に係る円錐ころ軸受の半断面図である。 従来形の傾斜形円錐ころ軸受用保持器の斜視図である。 （ａ）（ｂ）は、従来形保持器組込み性試験の説明図で、（ａ）は、保持器の平面図であり、（ｂ）は、同試験装置の概略図である。

符号の説明

１ 内輪軌道
２ 内輪
３ 外輪軌道
４ 外輪
５ 円錐状のころ
６ 保持器
１１ 小径フランジ部
１２ 大径フランジ部
１３ 柱部
１４ ポケット
１５ ころ保持部（弾性変形可能な節部）

Claims (1)

1. 複数個の円錐状のころを転動自在に保持して案内すべく、小径フランジ部と、大径フランジ部と、周方向に配した複数個のポケットを構成する複数個の柱部と、からなる円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器に於いて、
   前記柱部には、その外径部に、円周方向に突出する弾性変形可能の節部が設けてあり、
   これにより、前記ころの保持を可能にし、且つ、軸受の組込み時に、保持器の外径側からころを挿入できるようにしたことを特徴とする円錐ころ軸受用合成樹脂製保持器。

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