JP2016089913A - 転がり軸受、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器の成形後に転動体を組み込む工程が不要となり、保持器から転動体が脱落することがなく、しかも、保持器の傷付きを防止できる転がり軸受、及びその製造方法を提供する。【解決手段】転がり軸受１０は、複数の転動体１２と、転動体１２を保持する複数のポケット１６が円周方向に沿って配列され、転動体２１と一体に樹脂材料で成形されている保持器１４と、を備える。転がり軸受１０は、保持器１４を成形する金型のキャビティ内の凹部に、転動体１２をそれぞれ配置する転動体配置工程と、凹部に転動体１２が配置された状態で型締めし、金型のキャビティに樹脂材料を注入し、保持器１４を転動体１２と共にインサート成形する成形工程と、によって製造される。【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受、及びその製造方法に関する。

軽量で柔軟性に優れる合成樹脂製の保持器を使用した転がり軸受が広く知られている。この種の合成樹脂製の保持器を使用した転がり軸受は、射出成形により保持器を単体で成形し、成形後の保持器の各ポケットに、玉やころ等の転動体を嵌め込むことで、転がり軸受を組み立てる。上記のような合成樹脂製の保持器を製造する技術が、例えば特許文献１，２に開示されている。

特開平１１−１０８０６３号公報 国際公開第２０１４／１２２７９１号

従来の転がり軸受の製造においては、保持器を射出成形した後に、保持器の各ポケットに転動体を組み込む工程が必要であった。そのため、成形後の保持器に転動体を組み込む際、転動体が小さくなるほど組み込み作業が難しくなる。また、転動体が保持器に係止される係止量が少なくなるため、転動体の脱落等が生じやすくなる。更に、転動体を保持するポケットの精密な加工が必要となり、軸受の製造がコスト高になってしまう。

また、保持器を成形する金型は、ポケットに転動体の脱落阻止のためのアンダーカット成形部（玉係止用の引っ掛かりを形成するための金型）を設ける必要があり、金型が複雑化する。また、成形品を型から無理抜きすることが不可欠となり、成形品が傷付く可能性があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、保持器の成形後に転動体を組み込む工程が不要となり、保持器から転動体が脱落することがなく、しかも、保持器の傷付きを防止できる転がり軸受、及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は下記構成からなる。
（１）複数の転動体と、該転動体を保持する複数のポケットが円周方向に沿って配列され、前記転動体と一体に樹脂材料で成形されている保持器と、を備える転がり軸受。
（２）複数の転動体と、該転動体を保持する複数のポケットが円周方向に沿って配列された保持器と、を備える転がり軸受の製造方法であって、
前記保持器を成形する金型のキャビティ内の凹部に、前記転動体をそれぞれ配置する転動体配置工程と、
前記凹部に前記転動体が配置された状態で型締めし、前記金型のキャビティに樹脂材料を注入し、前記保持器を前記転動体と共にインサート成形する成形工程と、
を有する転がり軸受の製造方法。

本発明によれば、保持器の成形後に転動体を組み込む工程が不要となり、保持器から転動体が脱落することがなく、しかも、保持器の傷付きを防止できる。

（Ａ）は第１の構成例の転がり軸受の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩＢ−ＩＢ線に沿う断面図である。 第１の構成例における転がり軸受を成形する金型の模式的な構成を示す金型の要部断面図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、転がり軸受の成形工程を示す説明図である。 （Ａ）は、保持器の成形直後の状態を示す部分断面図、（Ｂ）は、保持器の冷却後の状態を示す部分断面図である。 （Ａ）は、第２の構成例の転がり軸受の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示すVB−VB線に沿う断面図である。 第２の構成例における転がり軸受を成形する金型の模式的な構成を示す金型の要部断面図である。 図６のVII−VII線で切断した矢視断面図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、図６の金型を用いて保持器を成形する工程の説明図である。 （Ａ）は図８（Ａ）に示す状態における図６のVII-VII線で切断した矢視断面図、（Ｂ）はの（Ａ）の型締め、樹脂注入後の状態を示す断面図である。 （Ａ）はシェル形ころ軸受の部分断面図、（Ｂ）はソリッド形ころ軸受の部分断面図である。

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。
＜第１の構成例＞
図１〜図４を用いて、玉（転動体）と保持器とを組み立てた転がり軸受の第１の構成例の構成と、その製造方法について説明する。

図１（Ａ）は第１の構成例の転がり軸受の斜視図、図１（Ｂ）は（Ａ）に示すＩＢ−ＩＢ線に沿う断面図である。

図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、転がり軸受（スラスト形ケージ＆ボール）１０は、複数の玉（転動体）１２と、これら複数の玉１２と樹脂材料によりインサート成形された、詳細を後述する保持器１４と、からなる。

保持器１４は、所定肉厚の円環板状であり、外径と内径との中間径のピッチ円上に沿って、円周方向に一定間隔でポケット１６が配列されている。そして、各ポケット１６には、玉１２がそれぞれに回転自在に収容保持されている。

玉１２は、鋼材やセラミック材（窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、ジルコニア等）からなる。ここでは、一例として鋼球が使用されている。また、保持器１４の樹脂材料として、ナイロン４６やナイロン６６等の熱可塑性の合成樹脂が使用されている。

次に、上記の玉１２と保持器１４との組立体である転がり軸受１０の製造方法について、図２〜図４を参照して説明する。

図２は転がり軸受１０を成形する金型の模式的な構成を示す金型の要部断面図である。
転がり軸受１０をインサート成形する金型５０は、水平方向に対向配置された固定金型５２と可動金型５４とを備える。可動金型５４は、固定金型５２に対して接離方向に移動して型締め及び型開きする。図中、型締め方向をＰ１で示し、型開き方向をＰ２で示している。なお、具体的な型締め・型開き機構については、公知の機構が利用可能であり、図示は省略する。

固定金型５２には、可動金型５４を型締めしたときにキャビティ５６を画成する凹部５６ａが形成されている。

固定金型５２と可動金型５４は、キャビティ５６の一部に含まれるように、玉１２の収容空間となる複数の玉収容空間５８が形成される。玉収容空間５８は、型締めしたときに玉１２を保持する球状の空間として形成され、固定金型５２と可動金型５４に、その一部分がそれぞれ半球状の凹部５８ａ、５８ｂとして形成されている。

固定金型５２には、玉１２を固定金型５２にセットしてから型締めするまでの間、玉１２を吸着保持しておくために、凹部５８ａの内底面に開口した吸引通路６０が設けられている。

吸引通路６０は、吸引ポンプ６５に接続されており、吸引ポンプ６５の駆動によって凹部５８ａにセットされた玉１２が吸引保持される。また、可動金型５４には、凹部５８ａに対応する位置に、玉収容空間５８を形成する半球状の凹部５８ｂが形成されている。

また、吸引搬送管６８は、管路内が吸引ポンプ６５により吸引され、図示しない移動機構により金型５０に対して相対移動自在に支持されている。吸引搬送管６８は、負圧により先端部に玉１２を吸着保持した状態で、玉１２を金型５０内にセットする。

なお、図示はしないが、型締め状態でキャビティ５６に溶融樹脂を注入するためのゲートが固定金型５２に設けられている。

本転がり軸受の製造方法の手順は、次の２つの工程（１）、（２）を含んでいる。
（１）保持器を成形する金型のキャビティ内の凹部に、転動体をそれぞれ配置する転動体配置工程
（２）凹部に転動体が配置された状態で型締めし、金型のキャビティに樹脂材料を注入し、保持器を転動体と共にインサート成形する成形工程

上記（１）、（２）の工程を経て、成形工程後のインサート成形体が冷却されると、転動体と保持器との熱収縮率の違いによる収縮量差によって、転動体と保持器の接合界面が剥離する。

上記の各工程について、図３（Ａ）〜（Ｄ）を参照しつつ詳細に説明する。
まず、転動体配置工程では、図３（Ａ）に示すように、吸引ポンプ６５（図２）を駆動して、吸引搬送管６８の先端に玉１２を吸着保持させた吸引搬送管６８を、可動金型５４を型開き状態にした金型内部空間に挿入させ、玉１２を固定金型５２の凹部５８ａに配置する。

そして、図３（Ｂ）に示すように、吸引ポンプ６５により固定金型５２の吸引通路６０に吸引力を作用させて、玉１２を凹部５８ａに吸着保持する。玉１２が凹部５８ａに吸着された後、吸引搬送管６８の管路を通じた吸引を解除する。これにより、玉１２は、吸引搬送管６８から凹部５８ａに受け渡される。

次に、吸引搬送管６８を固定金型５２と可動金型５４との間の金型内部空間から外部に退避させ、可動金型５４を型締め方向Ｐ１に移動させる。これにより、図３（Ｃ）に示す型締め状態にする。このとき、玉１２は凹部５８ａ，５８ｂに挟持されて、キャビティ５６内でインサート成形可能に固定金型５２と可動金型５４に支持される。

そして、図３（Ｄ）に示すように、玉１２が配置されたキャビティ５６内に、図示しないゲートから溶融樹脂を注入し、キャビティ５６を樹脂材料で充填する。これにより、保持器１４が玉１２と一体にインサート成形される（成形工程）。

成形工程の後は、可動金型５４を型開きし、インサート成形品（玉１２と保持器１４との一体成形品）を取り出して常温まで冷却する。

図４（Ａ）は、保持器１４の成形直後の状態を示す部分断面図、（Ｂ）は、保持器１４の冷却後の状態を示す部分断面図である。

保持器１４の成形直後は、図４（Ａ）に示すように、玉１２と保持器１４のポケット１６の内面は密着した状態となっている。この状態から冷却が進行すると、玉１２と保持器１４の熱収縮率の違いに応じた収縮量の差によって、玉１２と保持器１４との接合界面に剥離が生じる。この剥離によって、図４（Ｂ）に示すように、玉１２と保持器１４のポケット１６の内面に僅かな隙間が生じ、ポケット１６内に玉１２が回転自在に収容保持される状態になる。

このとき、溶融樹脂の成形温度から常温（例えば２０℃）まで冷却されることで、玉１２とポケット１６の表面に最大で１０μｍ程度の隙間が生じるように、保持器１４と玉１２の材料を適宜選択することが望ましい。また、保持器１４と玉１２との間に、玉１２が回転自在となる隙間を確保することに加えて、ポケット１６の縁部と玉１２との間に、玉１２がポケット１６から脱落しないだけの係止量δを確保する必要がある。

以上のように、上述の玉１２と保持器１４の組立体である転がり軸受１０は、玉１２と一体に保持器１４がインサート成形されているので、保持器１４の成形後に玉１２を組み込む工程が不要になり、製造工程の簡略化が図れる。

また、保持器１４の成形段階で玉１２を予め組み込んであるので、玉１２が例え小さくても、保持器１４のポケット内に玉１２を確実に組み込むことができる。しかも、本方式により組み込まれた玉１２は、従来の別工程により玉１２を装填する場合と比較して、保持器１４が玉１２を覆う割合が高いため、玉１２が脱落しにくい構造となっている。

その結果、保持器１４と玉１２とを組み立てた転がり軸受の製造工程が煩雑にならず、玉１２の脱落の虞もない。また、保持器１４に、玉１２を保持するポケット１６としての空洞を敢えて成形する必要がないため、金型製作も容易になる。また、玉１２との係止量を確保するためにアンダーカット成形部を設ける必要がない。また、成形品を金型から無理抜きする必要がなく、成形品を傷付けることが抑制される。

＜第２の構成例＞
次に、図５〜図９を用いて、ころ（転動体）と保持器とを組み立てた転がり軸受の第２の構成例の構成と、その製造方法について説明する。

図５（Ａ）は、第２の構成例の転がり軸受の斜視図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示すVB−VBに沿う断面図である。

図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、転がり軸受（ラジアル型ケージ＆ローラ）２０は、複数のころ（転動体）２２と、これら複数のころ２２と樹脂材料によりインサート成形された詳細を後述する保持器２４と、からなる。

保持器２４は、所定肉厚の円筒状であり、円周方向に一定間隔で肉厚方向に貫通するポケット２６が配列されている。また、各ポケット２６には、ころ２２が回転自在にそれぞれ収容保持されている。

ころ２２は、鋼材やセラミック材（窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、ジルコニア等）
からなる。ここでは、一例として鋼製のころが使用されている。また、保持器２４の樹脂材料として、ナイロン４６やナイロン６６等の熱可塑性の樹脂が使用されている。

上記構成の転がり軸受２０においても、前述同様に、保持器２４がころ２２と一体にインサート成形されていることにより、成形後の冷却によるころ２２と保持器２４の収縮率の差に応じて、保持器２４ところ２２の境界面に剥離が生じ、境界面に隙間ができる。したがって、境界面の隙間によって、ころ２２がポケット２６内で回転自在に保持された状態となり、従来工法の保持器の各ポケットにころを挿入した状態と同じになる。

次に、ころ２２と保持器２４の組立体である転がり軸受２０を製造する成形用金型の構成を説明する。
図６は転がり軸受２０を成形する金型の模式的な構成を示す金型の要部断面図である。転がり軸受２０をインサート成形する金型７０は、互いに水平方向に対向配置された固定金型７２と、可動金型７４と、スライドコア８０とを備えている。

図７は、図６のVII−VII線で切断した矢視断面図である。スライドコア８０は、図７に示すように、放射状に分割された複数の単体コア８２の集合体にからなる。各単体コア８２は、Ｐ３，Ｐ４で示す半径方向の内方及び外方にスライド可能に支持されている。

単体コア８２が内方にスライドすることで、隣接する単体コア８２の対向面に密着し、連続した環状の金型であるスライドコア８０を構成する。なお、可動金型７４の型締め・型開き機構やスライドコア８０のスライド機構については、公知の機構が利用可能であり、図示は省略する。

図６に示すスライドコア８０の単体コア８２を、固定金型７２のスライド案内面７３に沿って内方にスライドさせ、更に、固定金型７２と可動金型７４とをＰ１方向に型締めする。すると、固定金型７２のパーティング面７２ａと可動金型７４のパーティング面７４ａとが互いに密着する。また、可動金型７４のスライド案内面７３とスライドコア８０の側面も互いに密着する。

このように、スライドコア８０を内方にスライドさせると共に、固定金型７２に対して可動金型７４を型締めすると、固定金型７２と可動金型７４に形成された凹部７５，７７によって、保持器２４を成形するためのキャビティ７６が画成される。

また、キャビティ７６の一部に含まれるように、固定金型７２と可動金型７４とスライドコア８０には、ころ２２の収容空間となる複数のころ収容空間７８が設けられている。ころ収容空間７８は、型締めしたときにそれぞれころ２２を保持する円柱状空間として形成され、固定金型７２と可動金型７４とスライドコア８０に、その一部分がそれぞれ半円柱状の凹部７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃとして形成されている。

また、固定金型７２とスライドコア８０の内部には、ころ２２を吸着保持する吸引通路６０Ａ，６０Ｂが形成されている。吸引通路６０Ａ，６０Ｂのころ収容空間７８に開口する部位（半円柱状の凹部の内底面）に、ころ収容空間７８に保持されるころ２２の軸に沿って吸引溝６２Ａ，６２Ｂが延設されている。吸引溝６２Ａ，６２Ｂは、ころ２２の吸着面積を増加させ、ころ２２の吸着姿勢を安定化させる。

吸引通路６０は、吸引ポンプ６５に接続され、吸引ポンプ６５の駆動によって凹部７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃにころ２２が吸引保持される。

なお、図示はしないが、型締め状態でキャビティ７６に溶融樹脂を注入するためのゲートが固定金型７２に設けられている。

次に、ころ２２と保持器２４の組立体である転がり軸受２０の製造方法について説明する。本製造方法の手順は、前述同様に先の２つの工程（１）、（２）を含む。各工程について、図８、図９を参照しつつ詳細に説明する。

まず、転動体配置工程では、図８（Ａ）に示すように、可動金型７４を型開き状態にして、スライドコア８０の単体コア８２の凹溝７９Ｃに、ころ２２を吸着保持させる。図示例では、単体コア８２が固定金型７２と可動金型７４との間の空間内に挿入された状態を示しているが、図７に示す半径方向外側に退避させた状態で、ころ２２を凹溝７９Ｃに吸着保持させる。

図９（Ａ）には、型締め前の状態における図６のVII-VII線で切断した矢視断面図を示す。各単体コア８２の凹溝７９Ｃに、ころ２２がそれぞれ吸着保持される。

そして、スライドコア８０を半径方向内方（図８（Ａ）中のＰ３方向）に移動させ、図８（Ｂ）に示すように、固定金型７２にころ２２を突き当てる。このとき、吸引通路６０Ａからも吸引することで、ころ２２を凹部７９Ａ，７９Ｃ内で、姿勢を崩すことなく確実に吸着保持させる。

次に、可動金型７４をＰ１方向に移動して型締めを行う。すると、図８（Ｃ）に示すように、ころ２２は、各ころ収容空間７８内にインサート部品として保持される。

その状態で、図８（Ｄ）に示すように、ころ２２が配置された金型７０のキャビティ７６内に、図示しないゲートから溶融樹脂を注入し、キャビティ７６を樹脂材料で充填する。これにより、保持器２４がころ２２と一体にインサート成形される（成形工程）。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の型締め、樹脂注入後の状態を示す断面図である。固定金型７１と各単体コア８２との間のキャビティ７６には、保持器２４となる樹脂材料が充填される。

成形工程の後は、可動金型７４をＰ２方向(図６)に移動して型開きを行い、スライドコア８０を半径方向外方に向かうＰ４方向へスライドさせ、インサート成形品（ころ２２と保持器２４との一体成形品）を取り出す。そして、インサート成形品を常温まで冷却する。

上記の工程により、図５に示すころ２２と保持器２４と組立体である転がり軸受２０が得られる。

この場合も、成形直後は、ころ２２と保持器２４のポケット２６の内面は密着しているが、冷却が進行すると、ころ２２と保持器２４の熱収縮率の違いに応じた収縮量の差によって、ころ２２と保持器２４との接合界面に剥離が生じる。この剥離によって、ころ２２と保持器２４のポケット２６の内面に僅かな隙間ができ、ポケット２６内にころ２２が回転自在に収容保持される状態となる。

以上のように、上述のころ２２と保持器２４の組立体である転がり軸受２０は、ころ２２と一体に保持器２４がインサート成形されているので、第１の構成例と同様の効果が得られ、保持器２４の成形後にころ２２を組み込む工程が不要になり、製造工程の簡略化が図れる。

上記構成のころ２２と保持器２４の組立体である転がり軸受２０を、内周面に転がり軌道面を有する外輪の内側に組み付けることで、シェル形、ソリッド形のころ軸受を簡単に構成することができる。

図１０（Ａ）は、ころ２２と保持器２４の組立体である転がり軸受２０を、内周面に転がり軌道面１０４を有するシェル形の外輪１０２の内側に組み付けたシェル形ころ軸受１００の部分断面図である。

転がり軸受２０は、ころ２２の外周面がシェル形の外輪１０２の軌道面１０４上を転動するように、外輪１０２に組み付けられている。シェル形の外輪１０２は、軸方向両端部が内径方向に延出し、この延出先端には更に軸受内方に延出される鍔部１０６が形成されている。転がり軸受２０は、鍔部１０６に保持器２４が係止されることで、シェル形の外輪１０２内に支持される。

図１０（Ｂ）は、ころ２２と保持器２４の組立体である転がり軸受２０を、内周面に転がり軌道面１０４を有するソリッド形の外輪２０２の内側に組み付けたソリッド形ころ軸受２００の部分断面図である。

転がり軸受２０は、ころ２２の外周面がソリッド形の外輪２０２の軌道面２０４上を転動するように、外輪２０２に組み付けられている。ソリッド形の外輪２０２の軸方向の両端には、内径方向に突出する段付き部２０６が形成され、ころ２２の飛び出しを規制している。

上記のシェル形ころ軸受１００、ソリッド形ころ軸受２００によれば、ころ２２と保持器２４との組立体をインサート成形により作製し、得られた組立体をシェル形の外輪１０２、ソリッド形の外輪２０２に組み付けるという、簡単な工程で製造でき、低コストで安定した品質の軸受を得ることができる。

本発明は上記の各構成例に限定されるものではなく、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。

例えば、上記第１の構成例においては、固定金型５２と可動金型５４を水平に対向配置し、固定金型５２に、玉１２を吸着保持する吸引通路６０を形成した場合を示したが、固定金型５２と可動金型５４を鉛直に対向配置し、下側に固定金型を配置して、固定金型の上面に、玉収容空間５８を形成するための半球状の凹部を上向きに形成してもよい。その場合、玉１２を金型にセットする際に、固定金型の上向きの凹部に上方から玉１２を落とし込むだけで、玉１２を金型にセットすることができる。この場合、第１の構成例において固定金型に設けていた吸引通路を省略することができる。

また、上記各構成例においては、転動体を型開き状態の金型にセットするときに、転動体を吸引力で吸着保持する場合を説明したが、磁力等で転動体を保持する構成にしてもよい。

また、上記各構成例では、スラスト玉軸受とラジアルころ軸受を例示しているが、本発明は、その他の各種の転がり軸受にも広く適用することができる。

１０ 転がり軸受
１２ 玉（転動体）
１４ 保持器
１６ ポケット
２０ 転がり軸受
２２ ころ（転動体）
２４ 保持器
２６ ポケット
１００ シェル形ころ軸受
１０２ 外輪
１０４ 軌道面
２００ ソリッド形ころ軸受
２０２ 外輪
２０４ 軌道面

Claims (2)

1. 複数の転動体と、該転動体を保持する複数のポケットが円周方向に沿って配列され、前記転動体と一体に樹脂材料で成形されている保持器と、を備える転がり軸受。
2. 複数の転動体と、該転動体を保持する複数のポケットが円周方向に沿って配列された保持器と、を備える転がり軸受の製造方法であって、
   前記保持器を成形する金型のキャビティ内の凹部に、前記転動体をそれぞれ配置する転動体配置工程と、
   前記凹部に前記転動体が配置された状態で型締めし、前記金型のキャビティに樹脂材料を注入し、前記保持器を前記転動体と共にインサート成形する成形工程と、
   を有する転がり軸受の製造方法。

Images