JP2010084817A - 樹脂プーリ付き軸受、およびその製造方法 - Google Patents

樹脂プーリ付き軸受、およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】転がり軸受の外輪の外周に樹脂プーリを一体成形した樹脂プーリ付き軸受の製造方法において、樹脂プーリを一体成形することによる転がり軸受の内圧変化の影響を無くす。
【解決手段】転がり軸受１１の外輪１３の外周に樹脂プーリ２１を一体成形した複合外輪体２０と、複合外輪体２０を外輪として利用した転がり軸受１１とを備える。複合外輪体２０を外輪として転がり軸受１１に組み込んだので、転がり軸受１１は樹脂プーリ２１の一体成形による温度変化の影響を受けず、転がり軸受１１の内圧変化の影響がなくなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、転がり軸受の外輪の外周に樹脂プーリを一体成形する樹脂プーリ付き軸受および、その製造方法に関する。
従来から、自動車の補機にエンジンの回転動力を伝達するための補機駆動用ベルト等で使用されるプーリには、その重量軽減ならびにコスト削減の目的で、転がり軸受の外輪の外周に樹脂プーリを一体成形した樹脂プーリ付き軸受が用いられている。
この樹脂プーリ付き軸受は、その製造方法として、一般的に成形用の上金型と下金型の間に形成されたキャビティ内に完成した転がり軸受をセットし、その転がり軸受をインサート部品として周りのキャビティに溶融樹脂を圧入充填することにより、転がり軸受の外輪の外周に樹脂プーリを一体成形する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３５０６７３９号公報
しかし、樹脂プーリを一体成形する際、金型のキャビティ内に完成した転がり軸受を配置する必要があり、転がり軸受が高温条件下で長時間保持される。この転がり軸受は一体成形時の温度上昇、成形後の温度降下により、内部の圧力（内圧）が変化して負圧となる。その結果、転がり軸受の両端面に設けたシールが内輪または外輪に吸着し、運転時、吸着したシールが摩耗して、転がり軸受のシール性が低下することがある。
また、一体成形時に熱膨張する樹脂プーリが、成形後の温度降下に伴って熱収縮して外輪を締め付けるため、転がり軸受のラジアル内部すき間が変動する。この変動により、内外輪の軌道面と転動体との摩擦が大きくなると、運転時の軸受温度の上昇により内部のグリースが変質したり、軌道面、転動体が磨耗したりするなど、転がり軸受の寿命が短くなる。
そこで、この発明の課題は、転がり軸受に樹脂プーリを一体成形することにより生じる転がり軸受に対する上述した内圧の変化などの影響を無くすことにある。
前記課題を解決するために、この発明の樹脂プーリ付き軸受は、内輪と外輪の間に所要数の転動体を介在した転がり軸受の前記外輪の外周に樹脂プーリを一体に成形した樹脂プーリ付き軸受において、前記外輪の外周に前記樹脂プーリを一体成形した複合外輪体と、この複合外輪体を外輪として利用した転がり軸受とを備える構成を採用したのである。
この構成では、転がり軸受の外輪として、外輪の外周に樹脂プーリを一体成形した複合外輪体を利用したので、転がり軸受は、従来のように樹脂プーリの一体成形による温度変化の影響を受けない。このため、樹脂プーリ付き軸受の製造時、転がり軸受の内圧が変化せず、シールの吸着を防止することができる。
また、複合外輪体は樹脂プーリが既に熱収縮しているため、転がり軸受の外輪として組み立てる際、熱収縮を考慮する必要がない。そのため、内輪と転動体などを実寸法で組み合わせて（寸法マッチングにより）、所要のラジアル内部すき間に設定可能となり、樹脂プーリ付き軸受を製作しやすくなる。
前記複合外輪体の前記外輪の内周部に形成された軌道溝が仕上げ研削を施した溝内面を有する構成を採用することができる。この複合外輪体は、樹脂プーリが外輪の外周に一体成形されているので、その外輪の軌道溝の溝内面に仕上げ研削を施すことが可能であり、軸受寸法の精度の向上を図ることができる。
前記複合外輪体はその外輪の外周部に前記樹脂プーリの樹脂が埋め込まれる周溝を有するものとすることができる。このようにすると、複合外輪体の製作の際、その外輪の周溝に樹脂プーリの樹脂が埋め込まれて、樹脂プーリが周溝に係合するので、樹脂プーリの外輪に対する軸方向の位置ずれを防止することができる。
樹脂プーリが周溝に係合すると、樹脂プーリの樹脂と周溝の側面とが径方向において接触し、接触面積が増大するため、接触による摩擦抵抗が大きくなる。摩擦抵抗の増大で樹脂プーリのクリープ（樹脂プーリと外輪との相対回転）に対する耐力が得られ、樹脂プーリのクリープを防止することができる。
複合外輪体はその外輪の外周部にローレット加工によるローレット溝を有するものとすることができる。この場合、樹脂プーリの樹脂がローレット溝に食い込むので、外輪の外周面と樹脂プーリの内周部との摩擦抵抗が大きくなる。この摩擦抵抗により、前述の外輪の外周部に周溝を設けた場合と同様、樹脂プーリのクリープに対する耐力が得られ、樹脂プーリのクリープを防止することができる。
転がり軸受から発生する熱を効果的に放熱するために、前記複合外輪体は、その樹脂プーリの内周部の端面が前記外輪の端面よりも軸方向内側に位置するようにしてもよい。このようにすると、複合外輪体はその両端面と両端部が露出し、この露出部分を放熱面とすることができるからである。
また、複合外輪体の外輪の軌道溝の内面に仕上げ研削を施す場合、複合外輪体を支持する必要があり、樹脂プーリの外周に直径方向両側から支持用治具を用いて支持することができる。このとき、前記複合外輪体の樹脂プーリとしては、その外周部の外周に直径方向両側にフラット面を有し、そのフラット面が前記直径方向に対して直交するアキシアル平面に平行に形成され、前記フラット面に支持用治具を押し付けて、前記複合外輪体を前記直径方向両側から支持可能とした構成を採用することができる。
このようにすると、支持用治具の樹脂プーリの外周への押し付け部が平面状に形成された場合、支持用治具の押し付け部と樹脂プーリの外周部のフラット面とが面接触となり、その接触面積が確保されて、複合外輪体の支持状態が安定する。その結果、外輪の軌道溝の内面の仕上げ研削がし易くなる。
また、樹脂プーリのフラット面に係る構成を採用する場合、前記樹脂プーリは、その内周部よりも幅広の外周部を備え、前記外周部の内周の直径方向両側にフラット面を有し、そのフラット面は、前記直径方向に対して直交するアキシアル平面に平行に形成され、前記フラット面に支持用治具を押し付けて、前記複合外輪体を前記直径方向両側で支持可能とした構成を採用することもできる。
この構成によると、樹脂プーリの外周部の内周に形成されたフラット面に支持用治具を押し付けて、複合外輪体を樹脂プーリの直径方向両側で支持することができる。このため、樹脂プーリの外周部の外周にフラット面を形成した構成と同様、支持用治具の押し付け部と樹脂プーリの外周部のフラット面とが面接触となり、その接触面積が確保されて、複合外輪体の保持状態が安定する。
また、この発明に係る樹脂プーリ付き軸受の製造方法は、内輪と外輪との間に所要数の転動体を介在した転がり軸受の前記外輪の外周に樹脂プーリを一体成形した樹脂プーリ付き軸受の製造方法において、前記外輪の外周に前記樹脂プーリを一体成形して複合外輪体を製作し、その後、前記内輪と前記複合外輪体との間に前記転動体を介在して前記転がり軸受を組み立てる構成を採用することができる。
以上のように、この発明の樹脂プーリ付き軸受は、外輪の外周に樹脂プーリを一体成形した複合外輪体と、この複合外輪体を外輪として利用した転がり軸受とを備えたものであるので、転がり軸受が樹脂プーリの一体成形により内圧が変化せず、製造時、シールの吸着を防止することができる。
また、複合外輪体は、樹脂プーリが既に熱収縮しているため、転がり軸受の外輪として組み立てる際、熱収縮を考慮する必要がなく、容易に所要のラジアル内部すき間に設定可能となり、樹脂プーリ付き軸受を製作しやすくなる。
この発明の樹脂プーリ付き軸受の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
この樹脂プーリ付き軸受は、転がり軸受１１の外輪１３の外周に射出成形により樹脂プーリ２１が一体化された複合外輪体２０と、その複合外輪体２０を外輪として利用した転がり軸受１１とを備えたものである。
複合外輪体２０は、転がり軸受１１の外輪１３と、その外輪１３の外周に射出成形により一体化された樹脂プーリ２１とからなり、外輪１３の外周部には、軸方向２箇所に周溝１７が形成されている。
周溝１７、１７は断面矩形の角溝であり、外輪１３の軸方向中央に対して対称位置にそれぞれ設けられている。外輪１３の外周に樹脂プーリ２１が一体成形されると、その樹脂が周溝１７に埋め込まれて、外輪１３に樹脂プーリ２１が係合する。この係合により、樹脂プーリ２１の外輪１３に対する軸方向の位置ずれを防止することができる。
また、樹脂プーリ２１の樹脂と周溝１７の側面とが径方向において接触するため、樹脂プーリ２１のクリープ（樹脂プーリ２１と外輪１３との相対回転）に対する耐力が得られ、樹脂プーリ２１のクリープを防止することもできる。
なお、周溝１７の形状は、断面矩形の角溝に限られず、例えば、断面三角形、断面円弧形、断面台形などであってもよい。周溝１７に埋め込まれた樹脂により、樹脂プーリ２１が外輪１３に係合する形状であればよい。また、周溝本数も任意に設定すればよい。
樹脂プーリ２１は、内周部に形成されるボス部２２とベルト（図示省略）が掛けられるプーリ溝を有する外周部２３とが一体に形成されている。ボス部２２は軸方向両端面が外輪１３の両端面よりも軸方向内側に位置し、外輪１３の軸方向の幅よりも小幅に形成されている。その結果、外輪１３の両端面および外周面の両端部を露出させることが可能となり、その露出部分により、転がり軸受１１で発生する熱を効果的に放熱させることができる。
また、樹脂プーリ２１の外周部２３は、ボス部２２の軸方向の幅よりも幅広に形成されており、軸方向の両端に軸方向および径方向外向きの鍔２４、２４を備えている。
転がり軸受１１は、内輪１２と複合外輪体２０の外輪１３との間に所要数の転動体としてのボール１４を介在させ、ボール１４が保持器１５により周方向に間隔をおいて転動可能に保持されている。内輪１２と外輪１３の間の両端面を封止するシール１６が設けられている。なお、この転がり軸受１１は、図１に示す深溝玉軸受に限らず、例えば、公知の転がり軸受であるアンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受等を適用することができる。
次に、転がり軸受１１の外輪１３の外周に樹脂プーリ２１を一体成形した樹脂プーリ付き軸受の製造方法について、図２に基づいて説明する。
まず、内輪１２と外輪１３と、これらの間に配置される所要数の転動体としてのボール１４とを製作する。内輪１２および外輪１３の製造方法としては切削加工法や、ダイカスト加工法などが挙げられるが、例えば、鍛造により成形することができる。
この「鍛造により成形する」とは、金型を用いて固体材料の一部または全部を圧縮することにより成形を行うこという。このとき、熱間鍛造または冷間鍛造のいずれの鍛造によって成形するかは、軸受の規格、用途などにより適宜決定する。
この外輪１３の外周に軸方向２箇所に周溝１７、１７を形成し、図２に示すように、外輪１３を入れ子（インサート部品）とした状態で、外輪１３を軸方向一方から覆う第１金型３１と、その外輪１３を軸方向他方側から覆う第２金型３２と、外輪１３をその外周面側から覆う円筒体を周方向に２分割した第３金型３３とを型締めし、外輪１３の外周部にキャビティ３４が位置する金型３０を形成する。
第１金型３１には溶融樹脂をキャビティ３４内に導くランナ３５と、溶融樹脂を射出するゲート３６とが形成され、キャビティ３４の外輪１３が配置された空間を除く残余空間が、樹脂プーリ２１を成形するための成形用空間となっている。
型締めした後、キャビティ３４に、図示しない公知の射出装置により溶融樹脂をランナ３５を経てゲート３６から成形用空間に圧入充填する。
溶融樹脂の圧入充填の後、金型３０を放冷し型開きを行い、樹脂プーリ２１が一体成形した外輪１３を第１金型３１から離型して、図３に示す、複合外輪体２０を製作する。
続いて、内輪１２と複合外輪体２０の外輪１３との間に所要数のボール１４を配置して転がり軸受１１を組み立てる。複合外輪体２０は、樹脂プーリ２１が既に熱収縮しているので、転がり軸受１１の組み立ての際、熱収縮を考慮する必要がなくなる。そのため、実寸法に基づいてラジアル内部すき間を容易に設定することができ、樹脂プーリ付き軸受を製造しやすくなる。
複合外輪体２０を外輪として転がり軸受１１を組み立てることで、図１に示す転がり軸受１１の外周に樹脂プーリ２１が一体成形された樹脂プーリ付き軸受が製造される。
複合外輪体２０を製作した後において、転がり軸受１１の組み立ての前に、外輪１３の内周面に形成された軌道溝１９の表面に対して仕上げ研削を行うことができる。この仕上げ研削により、転がり軸受１１の寸法精度を向上させることができる。
ここで、従来の樹脂プーリ付き軸受では、通常、外輪の軌道面の仕上げ研削は外輪を支持した状態で行うので、確実に外輪を支持するため、外輪の外周部を研削する必要があった。しかし、この実施形態における複合外輪体２０の軌道溝１９の表面の仕上げ研削は、複合外輪体２０を支持した状態で仕上げ研削を行うことができる。このため、外輪１３の外周部の研削が不要となり、製造コストの削減を図ることができる。
この実施形態の樹脂プーリ付き軸受は、樹脂プーリ２１の外輪へのクリープに対する耐力、または樹脂プーリ２１の外輪１３に対する軸方向の位置ずれの防止に影響のない範囲で、複合外輪体２０の構成を適宜変更することができる。
その一例として、この発明の第２実施形態を図４、５に示す。なお、以下においては、前述の第１実施形態との相違点を中心に述べ、同一に考えられる構成に同符号を用いる。
この第２実施形態における複合外輪体２０は、図４に示すように、外輪１３の外周面に軸方向２箇所にローレット加工によるローレット溝１８が全周に形成されている。外輪１３の外周に樹脂プーリ２１が一体成形されると、その樹脂がローレット溝１８に埋め込まれて、外輪１３に樹脂プーリ２１が係合する。
この係合によって、第１実施形態の外輪１３と同様、樹脂プーリ２１の外輪１３に対する軸方向の位置ずれが防止され、また、樹脂プーリ２１のクリープに対する耐力が得られ、クリープを防止することができる。
この樹脂プーリ付き軸受は、前述の第１実施形態における製造方法によって、複合外輪体２０を製作する（図５参照）。その後、複合外輪体２０を外輪として転がり軸受１１を組み立てて、転がり軸受１１の外周に樹脂プーリ２１が一体成形された樹脂プーリ付き軸受を製造する。
また、第１実施形態の樹脂プーリ付き軸受では、前述のように複合外輪体２０の外輪１３の軌道溝１９の内面に仕上げ研削を施す場合、複合外輪体２０を支持する必要があり、樹脂プーリの外周の直径方向両側から支持用治具を用いて支持することができる。この支持用治具により複合外輪体２０を確実に支持するために、複合外輪体２０の構成を適宜変更することができる。
その一例として、この発明の第３実施形態を図６、７に示す。なお、以下においては、前述の第１実施形態との相違点を中心に述べ、同一に考えられる構成に同符号を用いる。
この第３実施形態における複合外輪体２０の樹脂プーリ２１は、外周部２３の両鍔２４、２４にぬすみ部２５が直径方向Ｙの両側にそれぞれ形成されている（図６参照）。このぬすみ部２５は、両鍔２４、２４のうち軸方向内側部分に形成されており、その内面２６（直径方向Ｙの内向きの面）が、直径方向Ｙに対して直交する転がり軸受１１のアキシアル平面Ｘに平行なフラット面となっている。
また、このぬすみ部２５の内面２６とアキシアル平面Ｘとの距離Ｌは、樹脂プーリ２１の外周部２３の両鍔２４、２４間の外径面の外径Ｄと等しく形成されている。このため、ぬすみ部２５の内面２６に支持用治具２９を押し当てた場合、その支持用治具２９が樹脂プーリ２１の外周部２３のプーリ溝の溝壁と干渉しない。
複合外輪体２０を支持する支持用治具２９は、両鍔２４、２４のぬすみ部２５を掛け渡すように内面２６を押し付け可能な軸幅を有し、かつ、その押し付け部が平面状に形成されている（図６、７中の一点鎖線参照）。
この支持用治具２９を樹脂プーリ２１の直径方向Ｙの両側から、ぬすみ部２５の内面２６に押し付けることにより、複合外輪体２０が、樹脂プーリ２１の直径方向Ｙの両側から支持される。この支持状態において、支持用治具２９と、樹脂プーリ２１のぬすみ部２５の内面２６とは、面接触するとともにその接触面積が確保される。このため、複合外輪体２０の支持状態が安定し、外輪１３の軌道溝１９の内面の仕上げ研削がし易くなる。
次に、この発明の第４実施形態を図８〜図１０に示す。この実施形態は、前述の第３実施形態における樹脂プーリ２１の直径方向Ｙの両側に形成されたぬすみ部２５の代わりに、樹脂プーリ２１の外周部２３の内周に凹部２７が形成されたものである。その他の構成は、第３実施形態と同様であり、同一に考えられる構成に同符号を用いる。
すなわち、図９、１０に示すように、樹脂プーリ２１の直径方向Ｙの両側に凹部２７が形成され、この凹部２７の外面２８（直径方向Ｙの外向きの面）が、直径方向Ｙに対して直交する転がり軸受１１のアキシアル平面Ｘに平行なフラット面となっている。
この凹部２７の幅Ｗ（直径方向Ｙに直交方向の幅）は、支持用治具２９により複合外輪体２０を支持可能な大きさに形成され、樹脂プーリ付き軸受の規格、樹脂プーリ２１の強度に基づいて、実験、実操業により設定される。
この複合外輪体２０を支持する支持用治具２９は、図８に示すように、断面Ｌ字状に先端部が折れ曲がり、先端部の端面が凹部２７の外面２８を押し付ける押し付け部とされる。この押し付け部は直径方向Ｙの外向きに平面状に形成されており、凹部２７に嵌め合せ可能な幅（直径方向Ｙに直交方向の幅）を有している。
この支持用治具２９は、その押し付け部が直径方向Ｙの外向きとなるように一対配置され、その押し付け部で樹脂プーリ２１の直径方向Ｙの両側から、凹部２７の外面２８に直径方向Ｙの外向きにそれぞれ押し付ける。これにより、複合外輪体２０が樹脂プーリ２１の直径方向Ｙの両側から支持される。
この支持状態において、支持用治具２９と、樹脂プーリ２１の凹部２７の外面２８とは、面接触するとともにその接触面積が確保される。このため、前述の第３実施形態と同様、複合外輪体２０の支持状態が安定し、外輪１３の軌道溝１９の内面の仕上げ研削がし易くなる。
第１実施形態に係る樹脂プーリ付き軸受を示す縦断面図 同上の樹脂プーリの成形用金型を示す断面図 同上の複合外輪体を示す一部切り欠き斜視図 第２実施形態に係る樹脂プーリ付き軸受を示す縦断面図 同上の複合外輪体を示す一部切り欠き斜視図 第３実施形態に係る複合外輪体を示す縦断面図 図６のＡ−Ａ線に沿った断面図 第４実施形態に係る複合外輪体を示す縦断面図 同上の複合外輪体を示す側面図 同上の複合外輪体の凹部を示す一部切り欠き斜視図
符号の説明
１１ 転がり軸受
１２ 内輪
１３ 外輪
１４ ボール
１５ 保持器
１６ シール
１７ 周溝
１８ ローレット溝
１９ 軌道溝
２０ 複合外輪体
２１ 樹脂プーリ
２２ ボス部
２３ 外周部
２４ 鍔
２５ ぬすみ部
２６ 内面
２７ 凹部
２８ 外面
２９ 支持用治具
３０ 金型
３１ 第１金型
３２ 第２金型
３３ 第３金型
３４ キャビティ
３５ ランナ
３６ ゲート

Claims (11)

  1. 内輪(１２)と外輪(１３)の間に所要数の転動体(１４)を介在した転がり軸受(１１)の前記外輪(１３)の外周に樹脂プーリ(２１)を一体に成形した樹脂プーリ付き軸受において、
    前記外輪(１３)の外周に前記樹脂プーリ(２１)を一体成形した複合外輪体(２０)と、この複合外輪体(２０)を外輪として利用した転がり軸受(１１)とを備えたことを特徴とする樹脂プーリ付き軸受。
  2. 前記複合外輪体(２０)の前記外輪(１３)の内周部に形成された軌道溝(１９)が仕上げ研削を施した溝内面を有することを特徴とする請求項１に記載の樹脂プーリ付き軸受。
  3. 前記複合外輪体(２０)は、その外輪(１３)の外周部に前記樹脂プーリ(２１)の樹脂が埋め込まれる周溝(１７)を有することを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂プーリ付き軸受。
  4. 前記複合外輪体(２０)は、その外輪(１３)の外周部にローレット加工によるローレット溝(１８)を有することを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂プーリ付き軸受。
  5. 前記複合外輪体(２０)は、その樹脂プーリ(２１)の内周部の端面が前記外輪(１３)の端面よりも軸方向内側に位置することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂プーリ付き軸受。
  6. 前記樹脂プーリ(２１)は、その外周部の外周の直径方向両側にフラット面(２６)を有し、そのフラット面(２６)が前記直径方向に対して直交するアキシアル平面に平行に形成され、前記フラット面(２６)に支持用治具を押し付けて、前記複合外輪体(２０)を前記直径方向両側から支持可能としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂プーリ付き軸受。
  7. 前記樹脂プーリ(２１)は、その内周部よりも幅広の外周部を備え、前記外周部の内周の直径方向両側にフラット面(２８)を有し、そのフラット面(２８)は、前記直径方向に対して直交するアキシアル平面に平行に形成され、前記フラット面(２８)に支持用治具を押し付けて、前記複合外輪体(２０)を前記直径方向両側で支持可能としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂プーリ付き軸受。
  8. 内輪(１２)と外輪(１３)との間に所要数の転動体(１４)を介在した転がり軸受(１１)の前記外輪(１３)の外周に樹脂プーリ(２１)を一体成形した樹脂プーリ付き軸受の製造方法において、
    前記外輪(１３)の外周に前記樹脂プーリ(２１)を一体成形して複合外輪体(２０)を製作し、その後、前記内輪(１２)と前記複合外輪体(２０)との間に前記転動体(１４)を介在して前記転がり軸受(１１)を組み立てることを特徴とする樹脂プーリ付き軸受の製造方法。
  9. 前記外輪(１３)の外周に前記樹脂プーリ(２１)を一体成形して複合外輪体(２０)を製作した後、前記複合外輪体(２０)の内周面に形成された軌道溝(１９)の溝内面を仕上げ研削する請求項８に記載の樹脂プーリ付き軸受の製造方法。
  10. 前記外輪(１３)の外周部に前記樹脂プーリ(２１)の樹脂が埋め込まれる周溝(１７)を形成した後、前記外輪(１３)の外周に樹脂プーリ(２１)を一体成形して複合外輪体(２０)を製作することを特徴とする請求項８または９に記載の樹脂プーリ付き軸受の製造方法。
  11. 前記外輪(１３)の外周部の全周にローレット加工によりローレット溝(１８)を形成した後、前記外輪(１３)の外周に樹脂プーリ(２１)を一体成形して複合外輪体(２０)を製作することを特徴とする請求項８または９に記載の樹脂プーリ付き軸受の製造方法。
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