JP2016008662A - 転がり軸受の組立方法、及び転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】調湿（加湿）処理や、射出成形前の材料に柔軟化材を加えることを必要とせず、転動体を冠形保持器の各ポケットに破損させることなく容易に嵌め込むことのできる転がり軸受の組立方法、及び転がり軸受を提供する。
【解決手段】転がり軸受は、内輪３，１３と、外輪４と、複数個の転動体５と、保持器３０とを有し、保持器は、吸湿性を有する樹脂材料により成形され、リング部と、リング部から軸方向に延出される複数の柱部によって転動体が嵌るポケットが複数画成された冠形形状を有する。この転がり軸受の組立方法は、保持器を樹脂材料のガラス転移点以上の温度に加熱する加熱工程と、ガラス転移点以上に加熱された保持器に転動体を組み付ける組み付け工程と、が含まれる。
【選択図】図４

Description

本発明は、転がり軸受の組立方法、及び転がり軸受に関する。

冠形形状の保持器を備えた転がり軸受としては、例えば特許文献１等に記載されたものがある。この転がり軸受は、内輪と、外輪と、外輪の外輪軌道面と内輪の内輪軌道面との間に配置された複数個の玉と、複数個の玉を保持する冠形保持器とを有する。冠形保持器は、リング部と、リング部から軸方向に延出する複数の柱部と、リング部と一対の柱部とによって画成される複数のポケットとを有しており、各ポケットに、柱部の弾性変形を利用して玉が転動自在に嵌め込まれるようになっている。

この種の冠形保持器は、一般に樹脂の射出成形品からなり、その樹脂材料としては、主に、強度と耐熱性を考慮してポリアミド（ナイロン）６６が広く用いられている。このポリアミド６６は、吸湿性を有し、吸湿による水分含有量の違いにより縦弾性係数（柔軟性）が変化することが知られている。

図８は、ポリアミド６６の水分含有量の違いによる温度と縦弾性係数との関係を示すグラフの一例である。ポリアミド６６は、特に室温レベル以下の温度環境下では、水分含有量が少ない場合に縦弾性係数が増加し（硬くなり）、水分含有量が多い場合に縦弾性係数が低下する（軟らかくなる）特性を有する。つまり、ポリアミド６６は、室温環境下でも乾燥状態にある場合は脆くなる特性がある。従って、乾燥した環境下で冠形保持器の各ポケットに玉を嵌め込むと、冠形保持器の柱部やポケット底部の薄肉部が靱性不足となって破損する虞が生じる。

そこで、従来では、吸湿により水分含有量が増加することで縦弾性係数が低下するポリアミド６６の特性を利用して、射出成形後における絶乾状態の冠形保持器に１〜３ｗｔ％の調湿（加湿）を行った上で、玉を冠形保持器の各ポケットに嵌め込んでいた。これにより、玉の組み込み時における冠形保持器の破損を防止していた。

特開２００９−１２６９８号公報

しかし、僅かの加湿とはいえ、軸受内に水分を持ち込むことは耐久性確保の観点からは好ましくない。また、乾燥した条件下で加湿を行った場合は、実際に玉を冠形保持器に嵌め込む段階で保持器の水分含有量が低下することがある。乾燥は肉厚に対して表面積が大きい角部や稜部、薄肉部等でより顕著になるので、例え、調湿を行ったとしても、気温の低い場合は、柱部やポケット底部の薄肉部に破損が生じる虞が依然として残されていた。

また、上記とは別の対策として、ポリアミド６６に耐衝撃性向上成分（ポリアミド１１、ポリアミド１２、ゴムなど）や可塑剤（フタル酸エステルなど）等の柔軟化材を加えて、射出成形後の絶乾状態でも縦弾性係数が下がるようにする試みが考えられている。そのようにすれば、冠形保持器の柱部やポケット底部の破損の発生を抑制できる。しかしながら、材料の強度面やコスト面で不利があり、柔軟化材として可塑剤を加える場合は、軸受の潤滑剤であるグリース中に可塑剤の成分が滲み出して、グリースの性能を低下させる問題や、環境負荷物質を使用することの問題がある。

本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は、調湿（加湿）処理や、射出成形前の材料に柔軟化材を加えることを必要とせず、転動体を冠形保持器の各ポケットに破損させることなく容易に嵌め込むことのできる転がり軸受の組立方法、及び転がり軸受を提供することにある。

本発明は下記構成からなる。
（１） 内輪と、外輪と、前記外輪の外輪軌道面と前記内輪の内輪軌道面との間に配置された複数個の転動体と、前記複数個の転動体を保持する保持器と、を有する転がり軸受の組立方法であって、
前記保持器は、吸湿性を有する樹脂材料により成形され、リング部と、該リング部から軸方向に延出される複数の柱部によって前記転動体が嵌るポケットが複数画成された冠形形状を有するものであり、
前記保持器を前記樹脂材料のガラス転移点以上の温度に加熱する加熱工程と、
前記ガラス転移点以上に加熱された保持器に前記転動体を組み付ける組み付け工程と、
を含むことを特徴とする転がり軸受の組立方法。
（２） 前記樹脂材料は、ポリアミド６６を含むことを特徴とする（１）に記載の転がり軸受の組立方法。
（３） 前記組み付け工程は、組み付けた前記転動体への熱伝達によって、前記保持器をガラス転移点未満の温度にすることを特徴とする（１）又は（２）に記載の転がり軸受の組立方法。
（４） 前記加熱工程は、複数個を積み重ねた状態で加熱した保持器群の中から、一つの保持器を取り出して前記組み付け工程に供給することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の転がり軸受の組立方法。
（５） （１）乃至（４）のいずれか一項に記載の転がり軸受の組立方法で製造された転がり軸受。

本発明の転がり軸受の組立方法によれば、保持器をガラス転移点以上の温度にすることで、保持器を縦弾性係数が低下した柔軟な状態にでき、保持器に転動体を組み付ける際、ポケットを画成するリング部や柱部を破損させることがなくなる。
また、ポリアミド６６を含む樹脂材料を用いることで、保持器に必要な強度と耐熱性を備えた構成にできる。
また、組み付けた転動体への熱伝達によって、保持器をガラス転移点未満の温度にすることで、特別な冷却工程を必要とせず、自動的に冷却させることができる。
また、複数個を積み重ねた状態で加熱した保持器群の中から保持器を取り出すことで、保持器の加熱条件を常に一定に維持でき、品質を安定させることができる。
本発明の転がり軸受によれば、転がり軸受内に水分が持ち込まれることがなく、軸受の耐久性が低下することを防止できる。また、樹脂材料に柔軟化材を添加する必要もないので、柔軟化材を加える場合に生じるグリースの性能を低下させる問題や、環境負荷物質を使用することの問題を解消できる。

本発明の実施形態を説明するための図で、ハブ軸受の部分断面図である。 冠形保持器の構成を示す斜視図である。 定配装置において冠形保持器の加熱を行っている状態を示す図である。 冠形保持器に玉を嵌め込む工程を示すフローチャートである。 加熱状態の冠形保持器の各ポケットに玉を嵌め込む工程を示す図である。 ポリアミド６６の温度と降伏点応力との関係を示すグラフの一例である。 ポリアミド６６の温度とアイゾット衝撃値との関係を示すグラフの一例である。 ポリアミド６６の水分含有量の違いによる温度と縦弾性係数との関係を示すグラフの一例である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、転がり軸受として冠形保持器が使用されるハブ軸受を例に説明する。図１は本発明の実施形態を説明するための図で、ハブ軸受の部分断面図、図２はハブ軸受に使用される冠形保持器の構成を示す斜視図である。

まず、本構成のハブ軸受について説明する。
図１に示すハブ軸受１は、自動車の車輪を車体に対して回転自在に支持するためのものであり、ハブ輪２、内輪３、１３、外輪４、複数個の転動体である玉（鋼球）５、シール１２を備えて構成されている。ハブ輪２の外周には、車輪を支持するフランジ部６が設けられ、外輪４の外周には、車体に固定するフランジ１１が設けられている。

一方の内輪１３は、ハブ輪２に一体に形成され、他方の内輪３は、ハブ輪２の外周段部８に嵌合されて、加締部９により固定されている。内輪３、１３の外周面には、内輪軌道面７ａ，７ｂが形成され、内輪３，１３の外周側に対向配置された外輪４の内周面には、外輪軌道面１０ａ，１０ｂが形成されている。内輪軌道面７ａ，７ｂと外輪軌道面１０ａ，１０ｂとの間には、転動体である玉５が転動自在に挿入されている。これらの玉５は、傾斜タイプの冠形保持器（以降、保持器と呼称する）３０により保持されている。

保持器３０は、図２に示すように、一方側（図２に示す保持器３０の上端）から他方側（図２に示す保持器３０の下端）に向って縮径した冠形形状の環状体であり、その全体が略円錐台形状にされている。保持器３０は、リング部３２と、リング部３２から片持ちで先太りに軸方向に延出された複数の柱部３４とを有し、リング部３２と隣り合う一対の柱部３４とによって複数のポケット３６が画成されている。そして、柱部３４の弾性変形を利用した所定のパチン代（玉がポケットに保持され続ける変形代）を有して、各ポケット３６に複数個の玉５がそれぞれ転動自在に嵌め込まれるようになっている。

この保持器３０は、所望の強度と耐熱性を有するポリアミド６６を材料として、射出成形（アキシアルドロー成形）によって成形されたものである。

次に、上記したハブ軸受１の組立方法を製造装置と共に説明する。
このハブ軸受１を組み立てる場合は、まず、保持器３０の各ポケット３６に外側から玉５を挿入して、玉５と保持器３０との組立体を作る。次に、玉５と保持器３０との組立体を、外輪４の外輪軌道面１０ａ，１０ｂへそれぞれ挿入する。

このとき、外輪軌道面１０ａ，１０ｂに隣接する小肩部１４ａ，１４ｂの内径寸法は、玉５を保持器３０のポケット３６に挿入した状態で、各玉５を内径方向へ押し付けたときの玉５の外接円径よりも若干大きな寸法としている。したがって、玉５と保持器３０との組立体は、小肩部１４ａ，１４ｂを支障なく通過し、通過後、玉５がＰＣＤ位置（ポケット３６内の正規位置）まで戻る。これにより、玉５と保持器３０との組立体は、小肩部１４ａ，１４ｂに係止される。その後、内輪１３を挿入し、内輪３を内輪１３に嵌合させる。この状態で、内輪１３の端部を加締めて、加締め部９を形成することで、玉５と保持器３０との組立体を、外輪４の外輪軌道面１０ａ，１０ｂと内輪３，１３の内輪軌道面７ａ，７ｂとの間に挟持させたハブ軸受１を完成させる。

上記の玉５と保持器３０との組立体を作る工程においては、保持器３０を調湿（加湿）せずに（ある程度の空気中の湿気は吸うが、積極的な調湿は行わない）、保持器３０の温度を、ポリアミド６６のガラス転移点以上の温度に加熱し（加熱工程）、その後、ガラス転移点以上の温度に加熱された保持器３０の各ポケットに玉５を組み付ける（組み付け工程）。そうすることで、保持器３０を縦弾性係数が低下した柔軟な状態で玉５の組み付けが行え、保持器３０の破損を防止できる。

ところで、この種の軸受は、一般に自動組立ラインに軸受構成品を供給して互いに組み付けることで大量生産される。その際、ライン上における組立効率の向上を図るために、例えば図３に模式的に示す定配装置５０を用いることによって、保持器３０を１個ずつ組立ラインに供給することができる。

定配装置５０は、複数個の保持器３０を垂直に積み重ねた状態で保持する円筒状のストッカ５１と、ストッカ５１の下部で保持器３０を受け止めして所定のタイミングで保持器３０を１個ずつ取り出す止め外し爪５２と、ストッカ５１の側面に巻回して設けたヒータ５５と、を有する。定配装置５０は、ヒータ５５により保持器３０を加熱した状態で、所定のタイミングで止め外し爪５２を矢印Ｒで示すように回動することにより、ストッカ５１内に積層配置された保持器３０の最下位置のものを１個ずつ組立ラインに供給する。

このように、定配装置５０を用いて複数個を積み重ねた状態で加熱した保持器群の中から、一つの保持器を取り出して組み付け工程に供給することにより、複数の保持器３０を同一の温度条件で連続的に供給でき、品質を安定させることができる。

ヒータ５５による保持器３０の加熱温度は、ポリアミド６６のガラス転移点（５５℃程度）以上で、融点（２６５℃）未満の温度に設定される。この温度範囲に加熱温度を設定することで、ストッカ５１から組立ラインに供給される保持器３０の温度を、玉５をポケット３６内に嵌め込む組み付け工程が終わるまでの間、ガラス転移点以上の温度に保持することが可能になる。

保持器３０に玉５が嵌め込まれると、玉５が熱伝導率の高い鋼材からなることも相俟って、加熱された保持器３０の熱が玉５へ急速に伝達される。この熱伝達がなされることで、保持器３０がガラス転移点未満の温度にまで短時間で低下する。従って、次工程に移る際には、保持器３０が縦弾性係数の高い状態に戻り、玉５が確実に保持器３０に保持される。

次に、上記の組立工程を、図４にフローチャートで示した。この組立工程では、まず、複数の保持器３０を定配装置５０にセットし（Ｓ１）、保持器３０を、ポリアミド６６のガラス転移点以上の温度に加熱する（Ｓ２）。次に、加熱された保持器３０を定配装置５０から１個ずつ取り出し（Ｓ３）、ガラス転移点以上の温度に保ったままで、図５に示すように、保持器３０のポケット３６に玉５を組み付ける（Ｓ４）。そして、次工程開始前に、保持器３０をガラス転移点未満の温度に下げる（Ｓ５）。

本構成の場合、保持器３０をガラス転移点未満の温度に下げる工程では、特別な冷却処理は不要である。玉５をポケット３６に組み込んだ際、保持器３０は、玉５へ速やかに熱伝達されることで自動的に冷却される。なお、玉５を組み付ける工程に長い時間を要する場合には、保持器３０の加熱温度を融点に近づけるほど、ガラス転移点以上に保持される時間を稼ぐことができる。そして、全ての保持器３０の取り出しが完了するまで、上記Ｓ３〜Ｓ５の処理を繰り返し、全ての保持器３０の取り出しが完了したら（Ｓ６）、保持器３０への玉５の組み込み処理を終了する。

次に、ポリアミド６６の材料特性による作用効果を捕捉説明する。
図６はポリアミド６６の温度と降伏点応力との関係を示すグラフの一例で、図７は温度とアイゾット衝撃値との関係を示すグラフの一例である。図８に示すポリアミド６６の縦弾性係数（水分０．０％）と、図６に示す降伏点応力の変化の一例を参照すると、４０℃位までは、縦弾性係数も降伏点応力も温度に対して同程度の比率で低下している。このため、保持器３０のパチン代を一定とした場合、玉をポケットに挿入する際に加熱することで保持器３０に生じる挿入応力は低下する。また、加熱によって降伏点応力は低下する。そのため、玉の組み付け時に保持器３０を加熱することの前述した効果は少ないが、図７に示すように、アイゾット衝撃値は温度上昇に伴って増加するので、耐衝撃性が向上する効果が得られる。

また、ポリアミド６６の場合、５５℃程度にガラス転移点があり、このガラス転移点で縦弾性係数とアイゾット衝撃値が変曲するが、降伏点応力に関しては変曲しない。そのため、同程度のパチン代である場合、ガラス転移点を境に、玉の挿入による保持器の破損は発生しにくくなる。

また、樹脂材料は一般的に熱伝導率が低い（例えば鋼材と比較すると約１／１００程度）ので、定配装置５０から保持器３０を取り出した後も、保持器３０の温度が急激に下がることはない。そのため、定配装置５０から取り出す時の保持器３０の温度は、最大でもガラス転移点温度＋１０℃に保っておけば十分である。

保持器３０は、常温の玉５が嵌め込まれた直後に玉５との接触により冷却され、ガラス転移点以下に降温する。そのようなガラス転移点以下に降温される温度に、保持器３０の加熱温度を予め設定しておけば、複雑な温度制御を要することなく、玉５の組み込み時における保持器３０の破損を防ぎ、且つ、組み込み後の玉５の脱落を防止する効果を確実に得ることができる。

なお、玉５の材料である鋼材の比熱は、一般的な樹脂材料の１／４程度であるが、比重は８倍位あり、玉５の総質量は保持器の質量に比べ１５〜３０倍位あるので、玉５の温度上昇とそれに伴う玉径の変化は僅かである。従って、保持器３０の加熱は、軸受の予圧設定に悪影響を及ぼすことはない。

以上説明したように、本転がり軸受の組立方法によれば、保持器３０をガラス転移点以上の温度に加熱することで、保持器３０を縦弾性係数が低下した柔軟な状態にすることができ、この状態で保持器３０に転動体である玉５を組み付ける際、ポケット３６を画成するリング部３２や柱部３４を破損させることがなくなる。

また、この転がり軸受の組立方法により製造された転がり軸受は、保持器３０に水分を加える調湿処理を行わずに済むため、転がり軸受内に水分が持ち込まれることが防止され、転がり軸受の耐久性を維持できる。更に、樹脂材料に柔軟化材を添加する必要もないので、柔軟化材を加えることによるグリースの性能の低下や、環境負荷物質の使用といった問題を回避できる。

そして、転動体である玉５が鋼材であることにより、組み付けた玉５への熱伝達によって、保持器３０を短時間でガラス転移点未満の温度にすることができる。よって、次工程に移る際に、玉５が確実に保持器３０に保持され、玉がポケットから脱落する心配がない。

なお、上記説明では、自動車の車輪を車体に対して回転自在に支持するハブ軸受１に適用する場合を例示したが、本発明は、ポリアミド６６製の保持器を持つ全ての転がり軸受に適用可能である。また、保持器の材料は、ポリアミド６６を含んでいればよく、更にグラスファイバーや灰分など他の成分が含まれていてもよい。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

１ ハブ軸受（転がり軸受）
３，１３ 内輪
４ 外輪
５ 玉（転動体）
７ａ，７ｂ 内輪軌道面
１０ａ，１０ｂ 外輪軌道面
３０ 保持器（冠形保持器）
３２ リング部
３４ 柱部
３６ ポケット
５０ 定配装置

Claims (5)

1. 内輪と、外輪と、前記外輪の外輪軌道面と前記内輪の内輪軌道面との間に配置された複数個の転動体と、前記複数個の転動体を保持する保持器と、を有する転がり軸受の組立方法であって、
   前記保持器は、吸湿性を有する樹脂材料により成形され、リング部と、該リング部から軸方向に延出される複数の柱部によって前記転動体が嵌るポケットが複数画成された冠形形状を有するものであり、
   前記保持器を前記樹脂材料のガラス転移点以上の温度に加熱する加熱工程と、
   前記ガラス転移点以上に加熱された保持器に前記転動体を組み付ける組み付け工程と、
   を含むことを特徴とする転がり軸受の組立方法。
2. 前記樹脂材料は、ポリアミド６６を含むことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受の組立方法。
3. 前記組み付け工程は、組み付けられた前記転動体への熱伝達によって、前記保持器をガラス転移点未満の温度にすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受の組立方法。
4. 前記加熱工程は、複数個を積み重ねた状態で加熱した保持器群の中から、一つの保持器を取り出して前記組み付け工程に供給することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の転がり軸受の組立方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の転がり軸受の組立方法で製造された転がり軸受。

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