JP5360526B2 - 円筒ころ軸受用保持器 - Google Patents

Description

この発明は、自動車のトランスミッション装置に用いられる円筒ころ軸受に組み込まれる保持器に関するものである。

一般に、自動車のトランスミッション装置に用いられる円筒ころ軸受に組み込まれる保持器は、２つの同一軸心の円環部の間に複数の柱部が周方向に設けられ、隣接する柱部の各間に円筒ころが収納される複数のポケットが形成されたものであり、金属製のものよりも軽量で、生産性及び経済性に優れる合成樹脂製の材料で構成されている。

このような合成樹脂製の保持器は、その合成樹脂として、耐油性、耐熱性を備えたポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）が使用されている。このＰＰＳ樹脂は、従来から、その製造過程において、高温下での熱処理や、架橋剤、分岐剤を添加することにより、部分的に架橋または分岐構造を有するものである（以下、分岐状ＰＰＳ樹脂とする）。この構造を有するため、靭性が低くなり、射出成形などの成形加工が難しく、成形品が得られても、分子鎖が短いために機械的強度が低いものとなる。したがって、分岐状ＰＰＳ樹脂により保持器を成形した場合、金型から抜き出すとき、あるいは、円筒ころ軸受を組み立てるときに、保持器が破損するという問題があった。

そこで、保持器の破損を防止し、機械的強度を向上させた合成樹脂からなる保持器が提案されている。すなわち、保持器を形成する合成樹脂としては、直鎖状ポリフェニレンサルファイド樹脂（直鎖状ＰＰＳ樹脂）を使用し、この樹脂にガラス繊維を１０重量％乃至２０重量％含有させたものである（特許文献１参照）。
特許第２６２８６７４号公報

この直鎖状ＰＰＳ樹脂は、重合段階で直鎖状に分子鎖を高分子量にまで生長させたものであり、前述の分岐状ＰＰＳ樹脂と比して靭性が大きく、ガラス繊維を含有させることで、さらに機械的強度を確実に向上させることができる。

ところで、自動車のトランスミッション装置やディファレンシャル装置などに使用される円筒ころ軸受においては、近年、高速回転化、高温環境下での使用など、運転条件が厳しくなっており、その軸受の潤滑油に「リン」、「硫黄」成分を含む極圧添加剤等の添加剤を多量に加えることで対応している。このため、保持器は、添加剤を含む潤滑油に接触した状態で使用されることから耐油性を備えた樹脂を使用する必要が生じる。したがって、保持器を形成する樹脂には、高い耐熱性や耐油性が要求される。

しかし、特許文献１に記載の保持器は、自動車のトランスミッション装置の円筒ころ軸受用としての適用の有無についての記載がなく、前述の添加剤を含む潤滑油に接触した状態での使用の考慮がなされていない。したがって、前記状態で使用した場合、その潤滑油により保持器が劣化し、保持器が早期に疲労破壊するおそれがある。

そこで、この発明は、耐熱性、耐油性を備え、機械的強度、特に疲労特性を向上させた円筒ころ軸受用保持器を得ることを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明は、２つの同一軸心の円環部の間に複数の柱部を周方向に設け、隣接する前記柱部の各間に円筒ころを収納する複数のポケットを形成した合成樹脂からなる円筒ころ軸受用保持器において、前記合成樹脂は、直鎖状ポリフェニレンサルファイド樹脂に３重量％以上２０重量％以下の補強繊維を含有し、自動車のトランスミッション用円筒ころ軸受に適用される構成としたのである。

ここで、直鎖状ポリフェニレンサルファイド樹脂とは、重合段階で分子鎖を直鎖状に高分子量にまで生長させたものをいう。

また、自動車のトランスミッション装置には、通常、クラッチの係合時に急加速・急減速される軸があり、その支持軸受としての円筒ころ軸受においては、保持器の柱部に作用する慣性力（無負荷域のころや、保持器の重量による荷重）が大きくなる。このとき、その慣性力により発生する繰返し応力が保持器の疲労限度を超えて、保持器の最も弱い部位、例えば、柱部の根元に破断を生じる可能性がある。

前記構成を採用すると、直鎖状ポリフェニレンサルファイド樹脂は、分子鎖が直鎖状であるため、分子鎖間の絡み合いが大きくなるため靭性が大きくなり、補強繊維を所要量含有させることで、疲労限度が向上するとともに、前記極圧添加剤を添加した潤滑油に対する耐油性が向上する。これにより、向上した疲労限度が保持器の最も弱い部位に発生する繰返し応力以上（例えば、２０ＭＰａ以上）とされるので、保持器の破損を防止することが可能となり、自動車のトランスミッション用円筒ころ軸受に組み込まれる保持器として最適となる。ここで、疲労限度とは、ある繰り返し応力のもとで、繰り返しの回数を増やしても（例えば、１０^７サイクル以上に増やしても）疲労破壊が発生しない応力の上限をいう。

前記構成において、前記補強繊維がガラス繊維であれば、優れた耐熱性が得られるとともに靭性などの機械的特性が向上する。また、前記補強繊維が炭素繊維であれば、機械的強度が向上するとともに、熱伝導性を向上させることが可能となる。

また、軸受運転時、円筒ころのポケット内での転動が円滑に行われるために、前記柱部の前記ポケット内側面に、その柱部の軸受の軸方向全長にわたる溝が設けられた構成を採用することができる。その結果、溝内部に潤滑油を保持させることが可能となり、円筒ころと柱部のポケット内側面との間の潤滑状態が良好となり、円筒ころ軸受の潤滑性が向上する。

円筒ころ軸受用保持器として軸受の軸方向に割れる対の金型により射出成形される構成を採用した場合、前記２つの円環部のうち一方の円環部は、その内径面が他方の円環部の外径面よりも外径側に位置しているとともに、前記溝が直線状をなしており、前記柱部の前記ポケットの両内側面に、前記一方の円環部の内径端から前記他方の円環部の外径端に至る直線状の前記対の金型によるパーティングラインが形成される構成を採用することができる。

この構成によると、一方の円環部の内径面が、他方の円環部の外径面よりも外径側に位置し、溝が直線状であるため、軸受の軸方向に割れる対の金型を組み合わせることで成形することが可能となる。このとき、対の金型によるパーティングラインが柱部のポケットの両内側面に形成され、ポケットの内側面も成形可能となるため、ポケットを成形するためのポケット型が不要となり、金型の部品点数を減らすことができる。

前記パーティングラインが形成される構成を採用した場合、前記パーティングラインが、前記溝内面に形成される構成とすることができる。この場合、成形時、対の金型の合わせ面の端縁部の磨耗等により、パーティングラインの突起が発生しても、その突起が柱部の溝内面に形成され、突起がころ転動面に接触しない。その結果、ころ転動面の潤滑油が突起によって掻き取られて、潤滑油切れの発生が防止され、円筒ころ軸受の運転中の潤滑性を確保することができる。

また、前述したいずれかの円筒ころ軸受用保持器が、自動車のディファレンシャル用円筒ころ軸受にも適用可能とされる構成を採用することができる。

さらに、この発明の円筒ころ軸受は、内輪と外輪との相互間に間隔をおいて複数の円筒ころを保持する保持器を備える円筒ころ軸受において、前記保持器が前述したいずれかの円筒ころ軸受用保持器である構成を採用することができる。

以上のように、この発明の円筒ころ軸受は、直鎖状のポリフェニレンサルファイド樹脂に補強用繊維材を含んだ合成樹脂により形成されることにより、機械的特性、特に疲労特性が向上し、優れた耐熱性、耐油性を備えたものとなり、軸受の長寿命化を図ることができる。

以下、この発明の実施形態を図１〜図３に示す。この実施形態の円筒ころ軸受１０は、図１に示すように、軌道面１３を有する内輪１１と、軌道面１４を有する外輪１２と、この内輪１１と外輪１２とのそれぞれの軌道面１３、１４の相互間に周方向に転動可能に組み込まれる複列の円筒ころ１５と、各列の円筒ころ１５を周方向に所定間隔をおいて保持する円筒ころ軸受用保持器１６（以下、単に保持器１６という）とから構成される。なお、前記円筒ころ軸受１０は、図示するように単列円筒ころ軸受に限定されるものでなく、複列円筒ころ軸受や多列円筒ころ軸受であってもよい。

前記保持器１６は、前記円筒ころ軸受１０の軸方向（以下、軸方向という）に離間した同一軸心の２つの円環部１７、１８と、両円環部１７、１８の間に周方向に定ピッチで設けられた複数の柱部１９とからなる。

この２つの円環状１７、１８のうちの一方の円環部１７は、その内径ｄ２が他方の円環部１８の外径ｄ１よりも大きく形成されており、この円環部１７（以下、大径円環部１７という）の内径面ｐ１が、他方の円環部１８（以下、小径円環部１８という）の外径面ｐ２よりも外径側に位置している（図４参照）。

この大径円環部１７と小径円環部１８の間および、隣接する柱部１９とで囲まれた部分にポケット２１が形成される。このポケット２１は、図２に示すように、保持器１６の周方向の複数箇所に間隔をもって形成され、円筒ころ１５が外輪１２と内輪１１との間で転動する際に、円筒ころ１５を等配に保持する。

前記柱部１９は、図４に示すように、その外径面の周方向両端部が外向きに突出しており、その突出部分の周方向の側面（ポケット２１側の側面）および柱部１９の周方向の側面２２が、円筒ころ１５の外周面に沿った連続した円弧面をなしている。

また、図４に示すように、柱部１９の両側面２２、２２には直線状の溝２３が軸方向の全長にわたって設けられている。この溝２３は、その両溝側面のうち、外径側の溝側面が大径円環部１７の内径面ｐ１と連続しており、内径側の溝側面が小径円環部１８の外径面ｐ２と連続している。

前記保持器１６は、大径円環部１７の内径面ｐ１が、小径円環部１８の外径面ｐ２よりも外径側に位置しているため、小径円環部１８側から見た、大径円環部１７の小径円環部１８との対向面の軸方向の投影面と、大径円環部１７側から見た、小径円環部１８の大径円環部１７との対向する面の軸方向の投影面が重ならない。

軸方向の投影面が重ならないと、保持器１６を円筒ころ軸受１０の軸方向に割れる対の金型による成形が可能となる。これにより、従来使用していたポケット２１を形成するための金型が不要となり、保持器１６の製造コストを抑えることができ、これに伴い、円筒ころ軸受１０の製造コストも抑えることが可能となる。

前記構成の保持器１６は、直鎖状ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）に、補強繊維としてのガラス繊維（グラスファイバ（ＧＦ））を含有させた合成樹脂を射出成形することにより形成される。この直鎖状ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）は、重合段階で直鎖状に分子鎖を高分子量にまで生長させたものである。

前記ガラス繊維は、前記の直鎖状ＰＰＳ樹脂の重量に対して３重量％以上２０重量％以下、好ましくは７．５重量％以上１５重量％以下、の割合で含有される。このようにガラス繊維を含有した直鎖状ＰＰＳ樹脂を射出樹脂として保持器１６を射出成形により成形すると、その保持器１６は、靭性、疲労特性等の機械的特性が向上するとともに、耐熱性、耐油性が向上する。このとき、補強繊維の含有量を規定したのは、その含有量が３重量％未満であると、含有させることによる耐油性、機械的強度等の補強効果が十分に発現しない恐れがあり、また、十分な耐熱性が得られない。２０重量％を超えると柔軟性が低下し、保持器を樹脂成形により成形した場合、無理抜きが困難になり、ポケット２１に円筒ころ１５を挿入する際等に割れやクラックが発生するからである。

なお、ガラス繊維（グラスファイバ（ＧＦ））の代わりに、炭素繊維（カーボンファイバ（ＣＦ））を含有させても良い。この場合、保持器１６の熱伝導性をも向上させることができるので、円筒ころ軸受１０の運転によって保持器１６に蓄積する熱を効果的に放熱することができる。

この保持器１６は、前述のように軸方向に割れる対の金型を用いて、すなわち軸方向に割れる雄金型３１および雌金型３２を用いて、直鎖状ＰＰＳ樹脂にガラス繊維を含有させた射出樹脂を射出成形することにより形成される。雄金型３１は、円柱状をなし一端部にフランジを有する形状をなし、雌金型３２は、有底の円筒状に形成される。この雄金型３１と雌金型３２とを互いに軸方向に嵌め合わせると、保持器１６を成形するためのキャビティ４０が形成される（図５参照）。

このキャビティ４０は、保持器１６の大径円環部１７を成形するための大径円環部用キャビティ４１と、小径円環部１８を成形するための小径円環部用キャビティ４２と、柱部１９を成形するための柱部用キャビティ４３とを有する。

大径円環部用キャビティ４１は、雄金型３１のフランジに設けられた軸方向の凹部３３に、雌金型３２の一端面に形成された軸方向の突出部３４を嵌め合わせることにより形成される。小径円環部用キャビティ４２は、雄金型３１の軸方向の他端部に設けられた段部３５を形成する壁面と、雌金型３２の内壁面とにより形成される。また、柱部用キャビティ４３は、図６に示すように、雄金型３１および雌金型３２に周方向定ピッチで複数設けられた径方向の凹部３６、３７を、雄金型３１と雌金型３２の合わせ面３０を挟んで対向させることにより形成される。

前記合わせ面３０は、雄金型３１と雌金型３２とを組み合わせた状態において、大径円環部用キャビティ４１の内径面（大径円環部１７の内径面ｐ１に対応した面）および小径円環部用キャビティ４２の外径面（小径円環部１８の外径面ｐ２に対応した面）に連続する。このため、雄金型３１の合わせ面３０が凹部３３から段部３５に向かって縮径するように傾斜し、雌金型３２の合わせ面３０が、前記突出部３４から小径円環部用キャビティ４２を形成する前記内壁面に向かって拡径するように傾斜する。これにより、雄金型３１を雌金型３２から軸方向に抜き出しやすくなる。

雄金型３１の凹部３６の開口縁の両側部には、互いに向かい合う突条３８が柱部用キャビティ４３の全長にわたって設けられる。雌金型３２の凹部３７の開口縁の両側にも、前記凹部３６と同様、互いに向かい合う突条３９が設けられる。

この突条３８、３９は、雄金型３１と雌金型３２とを組み合わせた状態において、その突条３８と突条３９の径方向の幅を合わせた幅が、キャビティ４３の全長にわたって所定幅ａとなっている。すなわち、突条３８（突条３９）は、その径方向の幅がキャビティ４１からキャビティ４２に向かって小さく（大きく）なっている。

これにより、雄金型３１および雌金型３２は、互いに組み合わされた状態から軸方向に割ることが可能となる。図５に示すキャビティ４０に、射出樹脂としての直鎖状ＰＰＳ樹脂をゲート（図示省略）から供給し、樹脂の硬化後、雄金型３１を雌金型３２から軸方向に抜くと、保持器１６が射出成形される（図７参照）。

この成形された保持器１６は、図７に示すように、雄、雌金型３１、３２の突条３８、３９によって各柱部１９の両側面に直線状の溝２３が形成され、その溝２３内面に、雄、雌金型３１、３２によるパーティングライン４４が形成される。このパーティングライン４４は、大径円環部１７の内径端（大径円環部１７の内径面ｐ１の柱部側端部）から小径円環部１８の外端部（小径円環部１８の外径面ｐ２の柱部側の端部）に至る直線状に形成される。

この発明の効果を確認するために、本発明者が行った試験について説明する。
この試験は、保持器に使用される樹脂からダンベル試験片を製作し、これを潤滑油に浸漬し、引張強度を測定するものであり、浸漬前の引張強度を基準として５００時間ごとの強度の劣化の有無を確認した。

（試験体）
実施例１：ＰＳＳ樹脂 大日本インキ化学工業社製 商品名『Ｚ２３０』：商品名『Ｚ２００−５Ｅ』＝３：１の混合樹脂＋ガラス繊維７．５重量％、以下「実施例１」と略称する。
比較例１：ＰＡ６６樹脂 ＢＡＳＦ社（株）製、商品名『Ａ３ＨＧ５』＋ガラス繊維２５重量％、以下「比較例１」と略称する。
比較例２：ＰＡ４６樹脂 ＤＭＳ ＪＳＲエンプラ（株）社製、商品名『ＴＷ２００Ｆ５』＋ガラス繊維２５重量％、以下「比較例２」と略称する。
ガラス繊維：日東紡ガラス製、繊維径：１１μｍ、平均繊維長：３ｍｍ

（試験方法）
潤滑油中に浸漬した試験体を、１５０℃に設定した熱風循環式高温槽内に放置し、５００時間毎にＪＩＳ Ｋ７１６１に規定される引張試験方法により引張強度を測定する。
潤滑油：三菱扶桑スーパーハイポイドギアオイル（自動車用トランスミッション用オイル）、商品名『ＳＡＥ９０ ＧＬ−５』

実施例および比較例の試験結果を図８に示す。
図８に示すように、「実施例１」は、２０００時間経過しても、引張強度の劣化が認められなかった。一方、「比較例１」、「比較例２」では、時間の経過とともに引張強度の劣化が認められた。この結果より、「実施例１」は、「比較例１」および「比較例２」と比して、自動車のトランスミッション用オイル（潤滑油）に対する耐油性、耐熱性が優れたものであり、時間経過に伴う引張強度の劣化が認められない。これにより、実施例１で形成した保持器を自動車のトランスミッション用円筒ころ軸受に長期間適用することができる。

また、ＰＰＳ樹脂にガラス繊維を含有させた樹脂を射出成形した保持器の疲労特性を、繰り返し応力ｓと繰り返し数Ｎに基づいて、ガラス繊維の含有率毎に調べる試験を行った。
この試験に先立って保持器に発生する繰返し応力を、円筒ころ軸受の実操業に基づいて下記の運転条件下で解析を行った。
（運転条件）
ラジアル荷重：０．５４Ｃ（基本静定格荷重：Ｃ）、ｄｎ値：５４万

前記解析の結果、保持器に発生する応力は、保持器の最も強度の低い部位では２０ＭＰａとなった。これにより、実操業時、保持器を長期間使用するために、保持器の疲労限度を２０ＭＰａ以上に確保する必要があることがわかった。

次に、下記の試験方法で、保持器の疲労特性を繰り返し応力に基づいて、ＰＰＳ樹脂のガラス繊維の含有率毎に調査する試験を行った。
（試験方法） ＪＩＳ Ｋ７１１９
（疲労寿命判定基準）Ｔ.Ｐ.の破断または振幅１６ｍｍ以上
（試験条件） 繰り返し速度：１５００cpm（cycle per minute)
試験温度：２３±１℃ 試験湿度：５０±５％ＲＨ
（試験体）
実施例１：ＰＳＳ樹脂 大日本インキ化学工業社製 商品名『Ｚ２３０』：商品名『Ｚ２００−５Ｅ』＝３：１の混合樹脂＋ガラス繊維７．５重量％、以下「実施例１」と略称する。
実施例２：ＰＳＳ樹脂 大日本インキ化学工業社製 商品名『Ｚ２３０』：商品名『Ｚ２００−５Ｅ』＝２：１の混合樹脂（ガラス繊維１５重量％）、以下「実施例２」と略称する。

図９に示すように、実施例１、２は、繰り返しサイクル１０^７において、繰り返し応力が２０ＭＰａ以上確保されているため、疲労限度が２０ＭＰａ以上とされる。この結果、実施例１、２で形成した保持器１６は、優れた疲労特性を有するとともに、耐熱性、耐油性を確保しつつ、機械的強度を向上させたものとなる。

この発明の実施形態の円筒ころ軸受を示す縦断面図 図１のＡ−Ａ線における円筒ころ軸受を示す一部切り欠き断面図 図１のＢ−Ｂ線における円筒ころ軸受を示す一部切り欠き断面図 同上の実施形態の保持器を示す拡大斜視図 同上の保持器の射出成形に使用する金型の要部を示す径方向断面図 図５のＣ−Ｃ線における金型を示す断面図 同上の保持器の型抜きの状態を示す説明図 同上の保持器に用いられる樹脂の引張強さの強度を示すグラフ 同上の保持器に用いられる樹脂の疲労特性を示すグラフ

符号の説明

１０ 円筒ころ軸受
１１ 内輪
１２ 外輪
１３ 軌道面
１４ 軌道面
１５ 円筒ころ
１６ 保持器
１７ 大径円環部
１８ 小径円環部
１９ 柱部
２１ ポケット
２２ 側面
２３ 溝
３０ 合わせ面
３１ 雄金型
３２ 雌金型
３３、３６、３７ 凹部
３４ 突出部
３５ 段部
３８、３９ 突条
４０ キャビティ
４１ 大径円環部用キャビティ
４２ 小径円環部用キャビティ
４３ 柱部用キャビティ
４４ パーティングライン

Claims (5)

1. ２つの同一軸心の円環部（１７、１８）の間に複数の柱部（１９）を周方向に設け、隣接する前記柱部（１９）の各間に円筒ころ（１５）を収納する複数のポケット（２１）を形成した合成樹脂からなる円筒ころ軸受用保持器において、
   前記合成樹脂は、直鎖状ポリフェニレンサルファイド樹脂に３重量％以上２０重量％以下の補強繊維を含有し、自動車のトランスミッション用円筒ころ軸受に適用され、
   前記柱部（１９）の前記ポケット（２１）内側面に、その柱部（１９）の軸受の軸方向全長にわたる溝（２３）が設けられ、
   軸受の軸方向に割れる対の金型により射出成形される上記記載の円筒ころ軸受用保持器であって、
   前記２つの円環部（１７、１８）のうち一方の円環部（１７）は、その内径面が他方の円環部（１８）の外径面よりも外径側に位置しているとともに、前記溝（２３）が直線状をなしており、前記柱部（１９）の前記ポケット（２１）の両内側面に、前記一方の円環部（１７）の内径端から前記他方の円環部（１８）の外径端に至る直線状の前記対の金型（３１、３２）によるパーティングライン（４４）が形成され、
   前記パーティングライン（４４）が、前記溝（２３）内面に形成され、
   前記溝（２３）は、その両溝側面のうち、外径側の溝側面が前記一方の円環部（１７）の内径面と連続し、内径側の溝側面が前記他方の円環部（１８）の外径面と連続するものであることを特徴とする円筒ころ軸受用保持器。
2. 前記補強繊維がガラス繊維であることを特徴とする請求項１に記載の円筒ころ軸受用保持器。
3. 前記補強繊維が炭素繊維であることを特徴とする請求項１に記載の円筒ころ軸受用保持器。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の円筒ころ軸受用保持器が、自動車のディファレンシャル用円筒ころ軸受にも適用可能とされることを特徴とする円筒ころ軸受用保持器。
5. 内輪（１１）と外輪（１２）との相互間に間隔をおいて複数の円筒ころ（１５）を保持する保持器を備える円筒ころ軸受において、
   前記保持器（１６）が、請求項１〜４のいずれかに記載の円筒ころ軸受用保持器であることを特徴とする円筒ころ軸受。

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