JP5267909B2 - 冠形保持器及び玉軸受 - Google Patents

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。

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。
特開２００７−１３９０２５号公報

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。

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。

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）。
特開２０００−２２７１２０号公報

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。

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。

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、上記爪部はその根元側から先端側にかけて一定の肉厚である冠形保持器を構成とすることとした。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

この発明に係る冠形保持器の側面図 冠形保持器への玉の嵌め入れ過程を示す側面図であって、（ａ）は開口幅及び突出長さがともに所定範囲内の場合、（ｂ）は開口幅及び突出長さがともに所定範囲よりも小さい場合 一般的な冠形保持器を示す側面図

符号の説明

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

Claims (3)

1. 円環状体（１）の周方向に、軸心方向の一方に開口した複数のポケット（２）を設け、上記各ポケット（２）に、上記円環状体（１）の周方向に対向する一対の爪部（３、３）を形成した樹脂製の軸受用冠形保持器において、
   上記樹脂をポリアミド系樹脂とし、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、上記爪部（３）はその根元側から先端側にかけて一定の肉厚であって、上記ポケット（２）に上記転動体（４）を嵌め入れる際に、上記爪部（３）をその全体で弾性変形させて、この爪部（３）の根元近傍における歪みを小さくしたことを特徴とする冠形保持器。
2. 請求項１に記載の冠形保持器を組み込んだことを特徴とする玉軸受。
3. 減速機に組み込んで使用することを特徴とする請求項２に記載の玉軸受。

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