JP2009197906A - Crowned retainer and ball bearing - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ポケットに転動体を嵌め入れる際に、このポケットに形成した爪部に白化現象や折損が生じるのを防止した冠形保持器、及び、この冠形保持器を組み込んだ玉軸受に関する。 The present invention relates to a crown-shaped cage that prevents whitening and breakage from occurring in a claw portion formed in the pocket when a rolling element is fitted into the pocket, and a ball bearing incorporating the crown-shaped cage. .
冠形保持器は、図3に示すように、円環状体1の全周に、その軸心方向の一方に開口したポケット2を等間隔に形成し、この各ポケット2の開口両側に一対の爪部3、3を設けたものである(例えば、特許文献1の図4を参照)。
この冠形保持器は、軸受の内輪と外輪の間に配置しつつ、各ポケット2に転動体4を嵌め入れ、この転動体4がポケット2内で転動することで、上記内輪と外輪が円滑に相対回転し得るようにしている。上記一対の爪部3、3の開口幅Aは、通常、ポケット2に嵌め入れる転動体4の直径の85〜92%の範囲であって、転動体4の直径よりも小さい。このため、転動体4がこの爪部3によって歯止めされて、ポケット2から脱落しない。
The crown-shaped cage is arranged between the inner ring and the outer ring of the bearing, and the rolling elements 4 are fitted into the
一方、この冠形保持器は、樹脂材料や金属材料等、種々の素材を採用し得るが、樹脂材料からなるものにあっては、その製造を射出成形で行うことが多い。この射出成形は、金型内に流動性を持たせた原料樹脂を流し込み、この原料樹脂を硬化させることによって行う。この硬化後、外力を加えて、上記金型から上記冠形保持器を離型する。 On the other hand, the crown-shaped cage can employ various materials such as a resin material and a metal material. However, in the case of the one made of a resin material, the production is often performed by injection molding. This injection molding is performed by pouring a raw material resin having fluidity into a mold and curing the raw material resin. After this curing, an external force is applied to release the crown-shaped cage from the mold.
その離型の際、上記冠形保持器のポケット2を形成する金型部分は、一対の爪部3、3の開口幅Aよりも大きいため、一対の爪部3、3の開口幅Aを強制的に拡張して、ポケット2から上記金型部分を引き抜く(無理抜きする)ようにしている。また、ポケット2に転動体4を嵌め入れる際にも、同様に開口幅Aを拡張する必要がある。
これらの拡張時、樹脂材料からなる爪部3の歪み量が強度限界を超えると、塑性変形が生じ、爪部3の付け根付近に白化現象が生じて強度低下したり、この爪部3が折損したりする恐れがある。
When the mold is released, the mold part that forms the
At the time of these expansions, if the amount of strain of the
この白化現象や折損を防止する従来技術として、樹脂材料にガラス繊維やカーボン繊維等の繊維状充填材を成形前に予め混合しておき、この繊維状充填材によって上記樹脂材料の強度を向上するものが開示されている(特許文献2の段落番号0017〜0025を参照)。
上記繊維状充填材によって強度向上を図る方法は、添加する充填材の割合、繊維の配向及び均一分散性の度合いによって、強度向上効果が大きく変わる。例えば、この充填材の分散が不十分だと、樹脂材料と充填材の間の密着が不十分となることがあり、却って強度が低下する恐れがある。このため、上記充填材と樹脂材料の混合に際しては、細心の注意を払う必要があり、作業が煩雑である。 The strength improvement effect of the method for improving the strength with the fibrous filler varies greatly depending on the ratio of the filler to be added, the orientation of the fibers, and the degree of uniform dispersibility. For example, if the dispersion of the filler is insufficient, the adhesion between the resin material and the filler may be insufficient, and the strength may decrease. For this reason, it is necessary to pay close attention when mixing the filler and the resin material, and the work is complicated.
そこで、この発明は、樹脂材料に繊維状充填材を混合する以外の手段でもって、冠形保持器の爪部の白化現象や折損を防止することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to prevent the whitening phenomenon and breakage of the claw portion of the crown-shaped cage by means other than mixing the fibrous filler into the resin material.
上記の課題を解決するため、この発明は、円環状体の周方向に、軸心方向の一方に開口した複数のポケットを設け、上記各ポケットに、上記円環状体の周方向で対向する一対の爪部を形成した樹脂製の軸受用冠形保持器において、ポケットの開口両側の爪部の先端開口幅を、上記ポケットに嵌め入れる転動体の直径の94〜97%の範囲とするとともに、上記爪部の円環状体からの軸方向への突出長さを、上記直径の10〜20%の範囲として、冠形保持器を構成とすることとした。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a plurality of pockets opened in one axial direction in the circumferential direction of the annular body, and a pair of the pockets facing each other in the circumferential direction of the annular body. In the crown-shaped cage for resin bearings in which the claw portion is formed, the tip opening width of the claw portion on both sides of the opening of the pocket is in the range of 94 to 97% of the diameter of the rolling element fitted in the pocket, The protrusion length in the axial direction of the claw portion from the annular body is set to a range of 10 to 20% of the diameter, and the crown-shaped cage is configured.
上記開口幅は、円環状体からの爪部の軸方向への突出長さを短くすることによって拡張することができる。しかしながら、単に上記突出長さを短くすると、爪部のしなやかさが失われて、却って金型の離型等のスムーズ性が損なわれる恐れがある。そこで、上記のように開口幅を上記範囲内に保ちつつ、円環状体の上記開口方向への幅を小さくして、軸方向への突出長さが上記範囲内になるようにする。これにより、上記爪部がしなやかに変形し得るものとなって、上記スムーズ性を維持することができる。
このように、上記離型等をスムーズに行うことで、上記爪部に無理な外力が作用して、この爪部近傍に白化現象が生じて強度が低下したり、折損が生じたりするのを防止し得る。
The opening width can be expanded by shortening the protruding length of the claw portion from the annular body in the axial direction. However, if the protrusion length is simply shortened, the flexibility of the claw portion is lost, and on the contrary, the smoothness such as mold release may be impaired. Therefore, while keeping the opening width within the above range as described above, the width of the annular body in the opening direction is reduced so that the protruding length in the axial direction is within the above range. Thereby, the said nail | claw part becomes what can deform | transform supplely and the said smoothness can be maintained.
As described above, by smoothly performing the mold release or the like, an excessive external force acts on the nail portion, and a whitening phenomenon occurs in the vicinity of the nail portion, resulting in a decrease in strength or breakage. Can be prevented.
この構成において、上記開口幅は上記範囲とする。上記開口幅が上記範囲よりも小さいと、従来の冠形保持器(開口幅が転動体直径の85〜92%)と同じく、金型からの離型の際や、転動体をポケットに嵌め入れる際に、爪部を大きく変形させる必要がある。この変形による歪みが強度限界を超えると塑性変形領域に達し、上記爪部の白化現象や折損が生じる恐れがある。
その一方、上記開口幅が上記範囲よりも大きいと、上記離型等をスムーズに行い得るため、上記白化現象や折損は生じにくい一方で、上記爪部による転動体の歯止めがほとんどなされず、上記ポケットから転動体が脱落する恐れがある。
In this configuration, the opening width is in the above range. When the opening width is smaller than the above range, the rolling element is inserted into the pocket when the mold is released from the mold, as in the conventional crown-shaped cage (the opening width is 85 to 92% of the rolling element diameter). At this time, it is necessary to greatly deform the claw portion. When the strain due to this deformation exceeds the strength limit, the plastic deformation region is reached, and the claw portion may be whitened or broken.
On the other hand, when the opening width is larger than the above range, since the mold release and the like can be performed smoothly, the whitening phenomenon and breakage are hardly caused, while the pawls are hardly pawled by the claw part, and There is a risk that the rolling element will fall out of the pocket.
また、上記爪部の軸方向への突出長さは上記範囲とする。上記突出長さが上記範囲よりも小さいと、その短い爪部で上記変形が生じる必要があるため、その変形による歪みが強度限界を超えて塑性変形領域に至りやすい。このため、上記爪部において、白化現象や折損が生じる恐れがある。
その一方、上記突出長さが上記範囲よりも大きいと、比較的強度の高い円環状体よりも、比較的強度の低い上記爪部に転動体の荷重の大部分が負荷されることとなる。このため、上記爪部に過度の負荷がかかって折損する恐れが高まる。
Moreover, the protrusion length to the axial direction of the said nail | claw part shall be the said range. If the protrusion length is smaller than the above range, the deformation needs to occur at the short claw portion, and therefore the strain due to the deformation easily exceeds the strength limit and reaches the plastic deformation region. For this reason, in the nail | claw part, there exists a possibility that a whitening phenomenon and breakage may arise.
On the other hand, when the protruding length is larger than the above range, most of the load of the rolling element is applied to the claw portion having a relatively low strength as compared to the annular body having a relatively high strength. For this reason, there is an increased risk of the nail portion being broken due to an excessive load.
上記各構成の冠形保持器に用いる樹脂材料として、公知の樹脂材料を幅広く用いることができるが、その中でも、ナイロン66やナイロン46等のポリアミド系樹脂が好適である。 A wide variety of known resin materials can be used as the resin material used for the crown-shaped cage having the above-described configurations. Among them, polyamide-based resins such as nylon 66 and nylon 46 are preferable.
このポリアミド系樹脂は保持器材料としての十分な特性(機械強度や固体潤滑性等)を有するとともに、他の樹脂材料と比較して、材料コスト的にも優れているためである。 This is because the polyamide-based resin has sufficient characteristics (such as mechanical strength and solid lubricity) as a cage material, and is superior in material cost as compared with other resin materials.
上記各構成の冠形保持器は、玉軸受に組み込んで使用する。この玉軸受は、転動体の転がり抵抗が低く、しかも、高速使用に適している。このため、建設機械油圧ショベルの走行機構や、ロボットのアーム可動部等のように、特に滑らかで俊敏な動作が必要とされる機器の減速機に組み込んで使用することができる。 The above-mentioned crown-shaped cage is used by being incorporated in a ball bearing. This ball bearing has a low rolling resistance of the rolling elements and is suitable for high-speed use. For this reason, it can be used by being incorporated in a speed reducer of a device that requires a particularly smooth and agile operation, such as a traveling mechanism of a construction machine hydraulic excavator or a movable arm portion of a robot.
この発明によると、対向する一対の爪部の開口幅を所定範囲内とするとともに、上記爪部の円環状体からの軸方向への突出長さも所定範囲内としたので、金型の離型等の際に爪部に外力が加わっても、この爪部がしなやかに弾性変形し得る。このため、過大な歪みに起因した爪部の白化現象や折損を防止でき、この爪部の強度を確保し得る。このように爪部の強度が確保されることによって、ポケットに嵌め入れた転動体を安定的に上記爪部で支持することができ、上記転動体の円滑な回転状態を確保することができる。 According to this invention, the opening width of the pair of claw portions facing each other is within a predetermined range, and the protruding length of the claw portion from the annular body in the axial direction is also within the predetermined range. Even when an external force is applied to the nail portion during the process, the nail portion can be elastically deformed flexibly. For this reason, the whitening phenomenon and breakage of the nail | claw part resulting from excessive distortion can be prevented, and the intensity | strength of this nail | claw part can be ensured. By ensuring the strength of the claw portion in this manner, the rolling element fitted in the pocket can be stably supported by the claw portion, and a smooth rotating state of the rolling element can be ensured.
この発明に係る冠形保持器を図1に示して説明する。この冠形保持器は、円環状体1の円周方向に、軸心方向の一方(同図において上方)に開口した複数のポケット2を有し、このポケット2に、円環状体1の周方向に対向する一対の爪部3、3を形成している。この爪部3はその先端で開口幅Aが最小となっている。このポケット2の内面は球面の一部となっており、このポケット2に嵌め入れた玉4が円滑に転動し得るようになっている。
A crown-shaped cage according to the present invention will be described with reference to FIG. This crown-shaped cage has a plurality of
この冠形保持器はポリアミド系樹脂からなり、射出成形法によって製造される。この射出成形法は、金型中に加熱されて軟化した樹脂材料を供給した後、圧力をかけつつ冷却し、上記樹脂材料を所定の冠形保持器の形状に成形するものである。上記冷却後、上記金型は、ポケット2を形成する金型部分をそのポケット2から抜き取りつつ、その全体が冠形保持器から離型される。
This crown-shaped cage is made of a polyamide-based resin and is manufactured by an injection molding method. In this injection molding method, a heated and softened resin material is supplied into a mold and then cooled while pressure is applied to mold the resin material into a predetermined crown-shaped cage shape. After the cooling, the mold is released from the crown-shaped cage as a whole while removing the mold part forming the
上記一対の爪部3、3で構成される開口の開口幅Aは、ポケット2に嵌め入れる玉4の直径の94〜97%の範囲となるように設計されている。この最適範囲は、実験によって決定され、この範囲とすることによって、上記金型の離型性及び玉4の嵌め入れやすさと、嵌め入れた玉4の確実な保持とを両立することができる。
The opening width A of the opening formed by the pair of
また、円環状体1からの爪部3の軸方向への突出長さBは、爪部3の先端から最大応力集中する位置までの長さとし、玉4の直径の10〜20%の範囲となるように設計されている。この最適範囲も上記と同様に、実験によって決定される。この爪部3は弾性体なので、外力が作用した際に変形し得る。この爪部3のしなやかさは、突出長さBによって変わる。
Further, the protruding length B in the axial direction of the
例えば、開口幅A及び突出長さBが異なる爪部3を形成したポケット2に、転動体である玉4を嵌め入れる過程を図2に示す。このポケット2に玉4を嵌め入れるには、この玉4を一対の爪部3、3の爪先に当接させつつ、玉4の直径まで開口幅Aを拡張する(同図(a)及び(b)の破線を参照)。このとき、開口幅Aを所定範囲内としつつ、突出長さBも所定範囲内とすると、爪部3の全体でしなやかに変形し得る(同図(a)を参照)。このため、爪部3の根元近傍における歪み(同図(a)中のθaを参照)が小さく、白化現象や折損が生じにくい。
For example, FIG. 2 shows a process in which balls 4 as rolling elements are fitted into the
これに対して、開口幅Aが上記所定範囲よりも小さく、かつ、突出長さBが上記所定範囲よりも小さいと、爪部3の根元近傍で大きな変形が生じる(同図(b)を参照)。このため、この根元近傍における歪みが、上記のように開口幅A等を所定範囲内とした場合と比較して大きく(同図(b)中のθbを参照。θa<θb)、白化現象や折損が生じやすい。 On the other hand, when the opening width A is smaller than the predetermined range and the projecting length B is smaller than the predetermined range, a large deformation occurs near the root of the claw portion 3 (see FIG. 4B). ). For this reason, the distortion in the vicinity of the root is larger than that in the case where the opening width A or the like is within the predetermined range as described above (see θb in FIG. 5B, θa <θb), It is easy to break.
この玉4がポケットに嵌め入れられると、上記一対の爪部3、3は、その弾性力によって元の開口幅Aに戻る。この状態において、玉4は爪部3によって歯止めされるため、ポケット2から脱落することなく安定して転動し得る。
When the ball 4 is fitted in the pocket, the pair of
このように、爪部3の形状を変えることによって、開口幅A及び突出長さBを変え、爪部3の白化現象や折損を防止し得るようにした冠形保持器は、玉軸受に組み込んで使用することができる。この玉軸受の中でも、特に滑らかで俊敏な動作が必要とされる、建設機械油圧ショベルや、ロボットの可動部の減速機等に好適である。
Thus, by changing the shape of the
この実施形態においては、開口幅Aを転動体直径の94〜97%の範囲内としつつ、突出長さBを転動体直径の10〜20%の範囲内としたが、開口幅A又は突出長さBのいずれか一方のみを、上記範囲内とする構成にすることも考え得る。少なくとも一方が上記範囲内にあれば、爪部3の白化現象や折損を抑制する作用を発揮し得るからである。
In this embodiment, the opening width A is in the range of 94 to 97% of the rolling element diameter and the protrusion length B is in the range of 10 to 20% of the rolling element diameter. It is also conceivable that only one of the lengths B is within the above range. This is because, if at least one is within the above range, an effect of suppressing the whitening phenomenon or breakage of the
また、上記実施形態においては、樹脂材料に繊維状充填材を混合する手法も併せて採用し得る。この繊維状充填材によって、上記樹脂材料自体の強度が向上するとともに、爪部3の形状を最適化することによる相乗効果によって、上記白化現象や折損を抑制する効果が一層高まるからである。
Moreover, in the said embodiment, the method of mixing a fibrous filler with a resin material can also be employ | adopted together. This is because the strength of the resin material itself is improved by the fibrous filler, and the effect of suppressing the whitening phenomenon and breakage is further enhanced by a synergistic effect by optimizing the shape of the
1 円環状体
2 ポケット
3 爪部
4 玉(転動体)
A 開口幅
B 突出長さ
1
A Opening width B Protrusion length
Claims (4)
ポケット(2)の開口両側の爪部(3、3)の先端開口幅(A)を、上記ポケット(2)に嵌め入れる転動体(4)の直径の94〜97%の範囲とするとともに、上記爪部(3)の円環状体からの軸方向への突出長さ(B)を、上記直径の10〜20%の範囲としたことを特徴とする冠形保持器。 A plurality of pockets (2) opened in one axial direction are provided in the circumferential direction of the annular body (1), and a pair of pockets (2) facing the circumferential direction of the annular body (1) is provided. In the crown-shaped cage for resin bearings in which the claw portions (3, 3) are formed,
The tip opening width (A) of the claw portions (3, 3) on both sides of the opening of the pocket (2) is in the range of 94 to 97% of the diameter of the rolling element (4) to be fitted into the pocket (2), and A crown-shaped cage, wherein a length (B) of the claw portion (3) protruding from the annular body in the axial direction is in a range of 10 to 20% of the diameter.
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