JP2013152007A - 合成樹脂製保持器及びその製造方法、並びに転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】強度、特にウェルド部の強度を高めた合成樹脂製保持器、並びに耐久性に優れる転がり軸受を提供することを目的とする。
【解決手段】一つの保持器に対して複数回の射出成形を行い、初回の成形品を最終回の成形品より肉厚が薄く設定すると共にそれらの肉厚が初回から最終回の成形品までの間で順次増加するように設定し、各回の成形品のウェルド部の形成位置をそれぞれ異なる位相に配置するように、転がり軸受用の合成樹脂製保持器を製造する。また、このようにして得られた合成樹脂製保持器を備える転がり軸受を提供する。
【選択図】図1
【解決手段】一つの保持器に対して複数回の射出成形を行い、初回の成形品を最終回の成形品より肉厚が薄く設定すると共にそれらの肉厚が初回から最終回の成形品までの間で順次増加するように設定し、各回の成形品のウェルド部の形成位置をそれぞれ異なる位相に配置するように、転がり軸受用の合成樹脂製保持器を製造する。また、このようにして得られた合成樹脂製保持器を備える転がり軸受を提供する。
【選択図】図1
Description
本発明は、転がり軸受用の合成樹脂製保持器及びその製造方法に関し、より詳細にはウェルド部の強度低下を防止する技術に関する。また、本発明は前記合成樹脂製保持器を備える転がり軸受に関する。
工作機械用主軸スピンドル用軸受においては、工作精度向上のために振動や音響等の特性が良好であることが求められているが、近年においては更に加工効率向上のため高速回転性(高回転速度で長時間安定して使用できること)が求められていきている。そのため、軽量で柔軟性に優れる合成樹脂製保持器が使用されることが多くなっている。
合成樹脂製保持器は射出成形法で製造されており、1ないし複数のゲート(溶融樹脂の注入口)から熱可塑性樹脂、もしくは熱可塑性樹脂に補強繊維材を配合した樹脂組成物の溶融物を金型に注入し、冷却固化させて得られる。しかし軸受用の保持器は円環状であるため、ゲートから注入された溶融物は金型内で分流され、ある地点(例えばゲートと対向する位置)で合流してウェルド部が必ず生じる。このウェルド部は、溶融物が融着一体化しただけであるため溶融物の均一な混合が起こらず、他の部位よりも強度が低くなる。
特に、補強繊維材を配合した樹脂組成物を用いた場合はウェルド部において補強繊維材が流動方向に対し垂直に配向するため補強効果が発現しないばかりでなく、他の部位では補強繊維材が流動方向に対し水平に配向しているため、ウェルド部と他の部位との強度差がより大きくなる。軸受が高速で回転すると転動体を保持するポケット間に大きな引張力が作用しするのでウェルド部から破損し易いという課題があった。
さらに、1点又は多点ゲートにより射出成形して得られた合成樹脂保持器は一般に寸法精度、特に厚肉の部位(例えば保持器円環部と各柱部との接続部)の精度が悪くなる傾向があり、高い精度を要求される保持器には不向きであった。
この課題に対して幾つかの解決策が提案されている。例えば特許文献1に記載の製造方法ではキャビティ(金型内の樹脂が流入する空間)のウェルド位置に一致する位置に設けられた第1の樹脂溜まりと、前記第1の樹脂溜まりに近接して設けられた第2の樹脂溜まりとを備える金型を用いることでゲートからキャビティ内に注入された溶融物は第1の樹脂溜まりに流れ込み、ウェルド部近傍において強制的に流動されるとともに第2の樹脂溜まりで更に流動される。これによってウェルド部の溶融樹脂が流動し、樹脂の混合状態が高まることでウェルド部の増強効果が発生し、耐久性や信頼性に優れる合成樹脂製保持器が得られる。
文献2には、応力が集中し易い両リム部と各柱部との接続部にウェルド部が位置しない様に、大径のリム部に対応する円環状空間部分への溶融合成樹脂の送り込み量を小径のリム部に対応する円環状空間部分への溶融合成樹脂の送り込み量よりも多くして、ウェルド部の総てを前記両リム部と各柱部との接続部から外れた部分に位置させることが提案されている。
また、文献3に記載されている構成では、保持器を形成する合成樹脂製の母材中に長尺の樹脂繊維がその軸方向と交差する方向に配列された状態で混入されているものである。上記保持器を製造するには、樹脂を含浸した長尺の樹脂繊維を多重巻きにして長尺の筒状素材を形成し、この筒状素材を加熱圧縮して筒体を形成した後、所定幅に切断して、ポケットを形成する。
しかしながら文献1に記載する方法では金型内でウェルド部が形成される位置や状態を正確に予測、測定することが容易ではなく、仮にできたとしてもゲート部の位置と溶融樹脂の射出を高精度に調整するとともに多くの樹脂溜めを設ける必要があり、金型の製作や溶融樹脂の射出量調整などのコストアップを招く。また、各樹脂溜め部分で冷却固化した合成樹脂を切除する手間が増える他、材料の歩留まりも悪化する。
文献2に記載する方法では、強度の低いウェルド部を応力が集中し易い危険部位から外れた部分に位置させることが可能となるが、発生したウェルド部の強度は改善されることがない。また、文献3に記載の方法においても円筒状に素材を成型する加工が難しく、しかも成形後に筒体を切断し保持器のポケットを削り取る必要があるため製造工程の増加や加工屑として廃棄される材料が増えることなどからコスト増を招くという問題がある。
本発明は、溶融樹脂の射出成形において発生するウェルド部による保持器強度の低下を防止し、もって軸受の高速回転時に破損やクラックなどの発生を防ぐことが可能な樹脂製保持器、並びに転がり軸受を提供することを目的とする。
一つの保持器に対して複数回の射出成形を行い、初回の成形品を最終回の成形品より肉厚が薄く設定すると共に、各回の成形品の肉厚が初回から最終回までの間で順次増加するように設定し、各回の成形品におけるウェルド部の形成位置をそれぞれ異なる位相に配置することを特徴とする転がり軸受用の合成樹脂製保持器の製造方法。並びに前記製造方法により得られる合成樹脂製保持器を提供する。また、前記合成樹脂製保持器を備える転がり軸受を提供する。
本発明の合成樹脂製保持器及びその製造方法によれば、射出成形に伴って生じるウェルド部の位置、面積とその影響が分散され、ある断面の全域に渡って明瞭なウェルド部は出来ないためウェルド部での強度低下を防ぐことができ、荷重負荷時のウェルド部における発生応力の低減を図ることが可能である。さらに、複数回の射出成形を行う場合、各回の樹脂の流路の肉厚が薄くなり樹脂の流れは壁面近傍のせん断流の影響を受け、補強繊維は流動方向に配向するようになり、この配向の向きは保持器の場合には遠心力や玉との接触により発生する引張応力の方向と一致するので保持器全体の強度が高まり、耐久性や信頼性に優れる合成樹脂製保持器が得られる。
また、樹脂の流路の肉厚が薄くなる場合、溶融樹脂が冷却固化する際の流路の金型壁面近傍部(冷えやすい)と流路の中央部(冷えにくい)の温度差が小さくなるので、樹脂冷却固化の時間差により発生する形状のひずみが抑制される。したがって、本発明の製造方法によると、本来厚肉の部位(例えば保持器円環部と各柱部との連続部)における形状のひずみが抑えられ、従来の射出成形法により製造された合成樹脂保持器に比較し寸法精度を向上させることが可能である。
一つの保持器に対して行う射出成形の回数をnとすると、一般的にnが大きいほど保持器の製造コストは高くなるが、nが大きくなると共にウェルドがより分散され、各回のウェルドの面積とその影響が減少してウェルド部強度は増加する。また、nが大きくなると共に各成形段階での樹脂の流路が薄くなり、補強繊維はより流動方向に配向するようになるので保持器全体の強度がより高まる。さらに、溶融樹脂が冷却固化する際、前記温度差がより小さくなり保持器の精度がより向上する。
以下、本発明に係る合成樹脂製保持器の製造方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
合成樹脂製保持器の射出成形を複数回(n回、n≧2)に分けて行う。成形1回目からn−1回目までは保持器は中間形状であり、n回目が最終形状となる。中間形状はその前回の成形における中間形状よりも高さや厚みが大きくなるようキャビティ設計する。各回の金型はゲート部をそれぞれ異なる位相に配置する。このような金型n個を用いてn回射出成形して合成樹脂製保持器を製造する。
図1、図2には、n=3の場合の例が示されている。3回の射出成形において、ある成形段階をm(1<m≦3)回目とすると、m回目におけるキャビティの形状はその高さ、厚みが前段階であるm−1回目の成形形状より大きくなるようにする。すなわち2回目の成形におけるキャビティは1回目の成形形状より高さ、厚みが大きく、3回目の成形におけるキャビティは2回目の成形形状より大きくなるようにする(図1のB部)。このように段階が上がるごとにキャビティが大きくなり、n回目で最終形状となる。
m−1回目の成形済み保持器はm回目のキャビティより小さいので成形済み保持器をm回目のキャビティの中心に位置するよう支持する必要がある。そのためm回目の金型には、m−1回目の保持器成形品を樹脂流路の中央部に固定するための支持部が数箇所に設けられている。例として図3にはn=3の場合における2回目(m=2)の金型内で成形品を支持する支持部を示す。
中間形状の成形品を支持する方法として上記とは逆に成形済み保持器に自身を保持する支柱を設けることも可能である。m−1回目の金型に支柱に対応する部分を形成しておくことで成形済み保持器には支柱が形成される(図4)。この支柱により次段階(m回目)において成形済み保持器をキャビティの中心に位置させることができる。
また、各成形段階の金型はゲート部がそれぞれ異なる位相に配置し、ウェルド部が保持器の1箇所に集中しないようにする。保持器のような円環状の成形品であればゲート位置は360度を成形回数nで割った角度で等間隔に配置するのが望ましい。図2にn=3とした場合のゲート位置の例を示す。また、ゲートの位置は、ウェルド部の位置が保持器のポケット底(図1におけるA断面)と一致しない位置とすることが望ましい。
材料となる樹脂は、ポリアミド樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂、好ましくはナイロン4,6、ナイロン6,6、もしくはこれらを母材として繊維強化したものが使用できる。しかし、これらに限定されるものではなく、樹脂一般であっても良い。
本発明は、上記の合成樹脂製保持器を備える転がり軸受を提供する。例えば図1に示すような冠型保持器を備える玉軸受、図5及び図6に示すようなアンギュラ玉軸受用保持器を備えるアンギュラ玉軸受、図7に示すような円錐ころ軸受用保持器を備える円錐ころ軸受、図8に示すような円筒ころ軸受用保持器を備える円筒ころ軸受、図9に示すような針状ころ軸受用保持器を備える針状ころ軸受等を挙げることができる。
1 m=1の成形段階における成形部分
2 m=2の成形段階における成形部分
3 m=3の成形段階における成形部分
4 m=1の成形段階におけるゲート
5 m=1の成形段階におけるキャビティ
6 m=1の成形段階におけるウェルド発生部
7 m=2の成形段階におけるゲート
8 m=2の成形段階におけるキャビティ
9 m=2の成形段階におけるウェルド発生部
10 m=3の成形段階におけるゲート
11 m=3の成形段階におけるキャビティ
12 m=3の成形段階におけるウェルド発生部
13 1回目の成形済み保持器
14 径方向の支持部材
15 垂直方向の支持部材
16 2回目の成形における金型
17 中間形状の成形品
18 支持部
2 m=2の成形段階における成形部分
3 m=3の成形段階における成形部分
4 m=1の成形段階におけるゲート
5 m=1の成形段階におけるキャビティ
6 m=1の成形段階におけるウェルド発生部
7 m=2の成形段階におけるゲート
8 m=2の成形段階におけるキャビティ
9 m=2の成形段階におけるウェルド発生部
10 m=3の成形段階におけるゲート
11 m=3の成形段階におけるキャビティ
12 m=3の成形段階におけるウェルド発生部
13 1回目の成形済み保持器
14 径方向の支持部材
15 垂直方向の支持部材
16 2回目の成形における金型
17 中間形状の成形品
18 支持部
Claims (3)
- 一つの保持器に対して複数回の射出成形を行い、初回の成形品を最終回の成形品より
肉厚が薄く設定すると共に、各回の成形品の肉厚が初回から最終回までの間で順次増加
するように設定し、各回の成形品のウェルド部の形成位置をそれぞれ異なる位相に配置することを特徴とする転がり軸受用の合成樹脂製保持器の製造方法。 - 請求項1の方法により製造した合成樹脂製保持器。
- 請求項1の方法により製造した合成樹脂製保持器を有する転がり軸受。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012013972A JP2013152007A (ja) | 2012-01-26 | 2012-01-26 | 合成樹脂製保持器及びその製造方法、並びに転がり軸受 |
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JP2012013972A JP2013152007A (ja) | 2012-01-26 | 2012-01-26 | 合成樹脂製保持器及びその製造方法、並びに転がり軸受 |
Publications (1)
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JP2013152007A true JP2013152007A (ja) | 2013-08-08 |
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Family Applications (1)
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JP2012013972A Pending JP2013152007A (ja) | 2012-01-26 | 2012-01-26 | 合成樹脂製保持器及びその製造方法、並びに転がり軸受 |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP2013152007A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105697550A (zh) * | 2014-12-09 | 2016-06-22 | 斯凯孚公司 | 保持架、包括保持架的滚动轴承及包括该滚动轴承的设备 |
CN106313423A (zh) * | 2015-07-03 | 2017-01-11 | 中西金属工业株式会社 | 带金属芯树脂齿轮的制造方法 |
-
2012
- 2012-01-26 JP JP2012013972A patent/JP2013152007A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10682793B2 (en) | 2015-07-03 | 2020-06-16 | Nakanishi Metal Works Co., Ltd. | Method for manufacturing resin gear with core metal |
CN106313423B (zh) * | 2015-07-03 | 2020-08-11 | 中西金属工业株式会社 | 带金属芯树脂齿轮的制造方法 |
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