JP5521761B2 - 転がり軸受用保持器、樹脂部品及び保持器製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受用保持器及び樹脂部品に関し、より詳細には、高い耐摩耗性を有し、高速、高温の環境下においても長期間に亘って使用可能な転がり軸受用保持器¨樹脂部品及び保持器製造方法に関する。

相手部材と摺接する摺動面を備える樹脂部品、例えば、転がり軸受の転動体をポケット部内に回動自在に保持する合成樹脂製の冠形保持器は、軸受を高速回転させると保持器のポケット部の内周面が摩耗し、この摩耗が進行すると保持器から転動体が脱落したり、極端な場合には転がり軸受が分解する可能性があった。このような保持器の摩耗を防止する技術としては、ポケット部の内壁面の内径側角部に、転動体の自転速度の速い部分との干渉を避ける凹部を設けることにより、耐摩耗性の向上を図った合成樹脂製の冠形保持器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、引っ張り強度が２ＧＰａ以上、且つ引張弾性率が５０ＧＰａ以上の有機繊維材を１０〜４０重量％含有する樹脂組成物により形成し、有機繊維材によって摺動面の摩耗を抑制するようにした電動パワーステアリング装置用減速ギヤ機構及び転がり軸受が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−９９８８号公報 特開２００９−２８０１６１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の合成樹脂製の冠形保持器では、転がり軸受の回転速度が更に速くなると、凹部以外の部分が摩耗することになり、更なる有効な対策が望まれていた。また、上記特許文献２では、樹脂に有機繊維材を含有させて摩耗を防止するようにしたものであるが、単に有機繊維材を含有する樹脂を射出成形すると、成形品の表面に近い部分においては、有機繊維材が成形品の表面に沿って略平行に配向されることとなり、母材である樹脂が摩耗すると有機繊維材が脱落して、必ずしも十分な耐久性が得られず、改善の余地があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂が摩耗することによる繊維状充填材の脱落を防止して、摺動面の繊維状充填材による高い耐摩耗性を維持することができ、長期間に亘って使用することができる転がり軸受用保持器、樹脂部品及び保持器製造方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）転がり軸受の転動体を回動自在に保持する転がり軸受用保持器であって、転がり軸受用保持器は、繊維状充填材を含有する樹脂組成物により成形され、繊維状充填材は、その長手方向が転動体と摺接する転がり軸受用保持器のポケット部の摺動面に対して角度を持って配向され、繊維状充填材は、その長手方向の端面が摺動面に露出した状態で配置され、摺動面に対する角度は、接線と直交する角度を９０°とした場合、３０°〜１２０°の範囲に設定されることを特徴とする転がり軸受用保持器。
（２）転がり軸受用保持器は、冠形保持器であることを特徴とする（１）に記載の転がり軸受用保持器。
（３）樹脂組成物の樹脂材料は、ポリアミド４６、ポリアミド６６、ポリフェニレンサルファイド、ポリ４弗化エチレン、及びポリエーテルエーテルケトンから選ばれる少なくとも１つであり、繊維状充填材は、ガラス繊維又は炭素繊維であり、樹脂材料中に１０〜４０重量％含有されることを特徴とする（１）又は（２）に記載の転がり軸受用保持器。
（４）繊維状充填材を含有する樹脂組成物により成形され、相手部材と接触摺動する摺動面を有する樹脂部品であって、繊維状充填材は、その長手方向が摺動面に対して角度を持って配向され、繊維状充填材は、その長手方向の端面が摺動面に露出した状態で配置され、摺動面に対する角度は、接線と直交する角度を９０°とした場合、３０°〜１２０°の範囲に設定されることを特徴とする樹脂部品。
（５）繊維状充填材を含有する樹脂組成物により、ポケット部で転がり軸受の転動体を回転自在に保持する転がり軸受用保持器を射出成形する保持器製造方法であって、ポケット部となる部分の略中心にゲートを配置して樹脂組成物を射出成形する射出工程と、射出工程後で樹脂成型物に対し機械加工を施してポケット部を形成する加工工程と、を含むことを特徴とする保持器製造方法。

本発明の転がり軸受用保持器によれば、転がり軸受用保持器が繊維状充填材を含有する樹脂組成物により成形され、繊維状充填材が、その長手方向が転動体と摺接する転がり軸受用保持器のポケット部の摺動面に対して角度を持って配向され、繊維状充填材は、その長手方向の端面が摺動面に露出した状態で配置され、摺動面に対する角度は、接線と直交する角度を９０°とした場合、３０°〜１２０°の範囲に設定されるため、母材である樹脂が摩耗しても、繊維状充填材が脱落することがない。これにより、摺動面の繊維状充填材による高い耐摩耗性を維持することができるので、長期間に亘って安定して転動体を保持することができる。
また、本発明の転がり軸受用保持器によれば、繊維状充填材の端面が摺動面に露出した状態で配置されるため、摺動面の耐摩耗性を大幅に向上することができる。

本発明の樹脂部品によれば、繊維状充填材が、その長手方向が摺動面に対して角度を持って配向され、繊維状充填材は、その長手方向の端面が摺動面に露出した状態で配置され、摺動面に対する角度は、接線と直交する角度を９０°とした場合、３０°〜１２０°の範囲に設定されるため、母材である樹脂が摩耗しても、繊維状充填材が脱落することがない。これにより、摺動面の繊維状充填材による高い耐摩耗性を維持することができるので、長期間に亘って安定した性能を維持することができる。
また、本発明の樹脂部品によれば、繊維状充填材の端面が摺動面に露出した状態で配置されるため、摺動面の耐摩耗性を大幅に向上することができる。
本発明の保持器製造方法によれば、ポケット部となる部分の略中心にゲートを配置して樹脂組成物を射出成形する射出工程と、射出工程後で樹脂成型物に対し機械加工を施してポケット部を形成する加工工程と、を含む。このため、ゲートから注入された樹脂組成物は、ゲートから放射状に流れるので、ポケット部の摺動面となる部分においては、繊維状充填材が樹脂組成物の流線に沿って配向されて、繊維状充填材の長手方向がゲートを中心として放射状に配置される。即ち、ポケット部の摺動面となる部分において、繊維状充填材は、その長手方向が摺動面に対して角度を持って配向される。そして、射出成形された保持器素材は、機械加工されてポケット部が形成される。これにより、ゲートを中心として放射状に配置されている繊維状充填材は、その端面がポケット部の摺動面に露出した状態となるので、転動体との摺動面の耐摩耗性が大幅に向上し、転がり軸受の長寿命化を図ることができる。

本発明に係る転がり軸受用保持器の第１実施形態である冠形保持器を説明する斜視図である。 図１に示す冠形保持器のポケット部の一部切欠拡大斜視図である。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 図１に示す冠形保持器の保持器素材の一部切欠拡大斜視図である。 図４に示す保持器素材を射出成形するゲート位置を説明する展開図である。 図４に示す保持器素材に機械加工によりポケット部が形成された状態を説明する一部切欠拡大斜視図である。 第１実施形態の転がり軸受用保持器の変形例を説明する一部切欠拡大斜視図である。 本発明に係る転がり軸受用保持器の第２実施形態である梯子型保持器を説明する斜視図である。 図８に示す梯子型保持器の保持器素材を説明する斜視図である。

以下、本発明に係る転がり軸受用保持器の各実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本発明に係る転がり軸受用保持器の第１実施形態について説明する。なお、本実施形態では、転がり軸受用保持器として、冠形保持器を例にして説明する。

本実施形態の冠形保持器１０は、図１〜図３に示すように、円環状のリム部１１と、リム部１１の軸方向端面に周方向に所定の間隔を存して配置され、軸方向に突出する複数の柱部１２と、柱部１２間に互いに隣り合うように形成され、転がり軸受を構成する複数の玉（転動体）２５を周方向に略等間隔で回動可能に保持するポケット部１３と、ポケット部１３の内周面１３ａの周方向両端部に形成される一対の爪部１４と、一対の爪部１４の各先端間に形成される開口部１５と、を備える。そして、開口部１５から玉２５を一対の爪部１４を押し広げつつポケット部１３に押し込むことによって、ポケット部１３内に玉２５が微小なすきまを介して回動可能に保持される。

冠形保持器１０は、樹脂組成物３０が、不図示の射出成形金型のキャビティに射出されることにより形成される樹脂製保持器であり、この樹脂組成物３０は、樹脂材料３１に繊維状充填材３２を含有させた複合材料である。

樹脂材料３１としては、例えば、ポリアミド４６やポリアミド６６等のポリアミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリ４弗化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。また、これに限定されず、保持器に必要な強度、耐熱性などの特性を有する材料であればよく、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）等であってもよい。

繊維状充填材３２は、ガラス繊維又は炭素繊維であり、本実施形態では、樹脂材料３１中に１０〜４０重量％添加されている。これにより、冠形保持器１０の剛性、寸法精度、及び耐摩耗性が向上する。

また、繊維状充填材３２は、その長手方向が、玉２５との摺動面であるポケット部１３の内周面１３ａの接線に対して角度を持って配向されている。換言すれば、繊維状充填材３２は、その長手方向の端面３２ａがポケット部１３の内周面１３ａに露出した状態に配置される。また、繊維状充填材３２の内周面１３ａに対する角度は、接線と直交する角度を９０°とした場合、３０°〜１５０°が好ましく、６０°〜１２０°がより好ましい。

次に、図４〜図６を参照して、冠形保持器１０の製作方法について説明する。

冠形保持器１０の保持器素材２０は、図４及び図５に示すように、リム部１１、柱部１２、及び爪部１４を備え、ポケット部１３に樹脂組成物３０が充填された状態で射出成形される。また、各柱部１２には、リム部１１側に開口する略台形形状の肉抜き部１６が形成されている。

樹脂組成物３０を不図示の射出成形金型のキャビティに注入するゲートＧは、ポケット部１３となる部分の略中心に設けられている。そして、ゲートＧから注入された樹脂組成物３０は、図５に示すように、ゲートＧから放射状に流れるので、ポケット部１３の内周面１３ａとなる部分においては、繊維状充填材３２が樹脂組成物３０の流線Ｓに沿って配向されて、繊維状充填材３２の長手方向がゲートＧを中心として放射状に配置される。即ち、ポケット部１３の内周面１３ａとなる部分において、繊維状充填材３２は、その長手方向が内周面１３ａに対して角度を持って配向される。

そして、射出成形された保持器素材２０は、図６に示すように、機械加工されてポケット部１３が形成される。これにより、ゲートＧを中心として放射状に配置されている繊維状充填材３２は、その端面３２ａがポケット部１３の内周面１３ａに露出した状態となる（図２及び図３参照）。これにより、玉２５との摺動面であるポケット部１３の内周面１３ａの耐摩耗性が大幅に向上し、転がり軸受の長寿命化が達成される。

なお、従来の製作方法で冠形保持器を射出成形した場合、樹脂組成物３０が射出成形金型の壁面に沿って流れることから、多くの繊維状充填材３２は、その長手方向が、射出成形金型の壁面、即ち、冠形保持器の表面、例えば、ポケット部１３の内周面１３ａに沿って略平行に配向される。このため、繊維状充填材３２がポケット部１３の内周面１３ａに対して角度を持って配向される可能性は低くなる。

以上説明したように、本実施形態の冠形保持器１０によれば、冠形保持器１０が繊維状充填材３２を含有する樹脂組成物３０により成形され、繊維状充填材３２が、その長手方向が玉２５と摺接する冠形保持器１０のポケット部１３の内周面（摺動面）１３ａに対して角度を持って配向されるため、母材である樹脂３１が摩耗しても、繊維状充填材３２が脱落することがない。これにより、内周面１３ａの繊維状充填材３２による高い耐摩耗性を維持することができるので、長期間に亘って安定して玉２５を保持することができる。

また、本実施形態の冠形保持器１０によれば、ポケット部１３の内周面１３ａが機械加工によって形成されるため、繊維状充填材３２の端面３２ａが、機械加工された内周面１３ａに露出した状態にすることができる。これにより、内周面１３ａの耐摩耗性を大幅に向上することができる。

また、本実施形態の冠形保持器１０によれば、樹脂材料３１は、ポリアミド４６、ポリアミド６６、ポリフェニレンサルファイド、ポリ４弗化エチレン、及びポリエーテルエーテルケトンから選ばれる少なくとも１つであり、繊維状充填材３２は、ガラス繊維又は炭素繊維であり、樹脂材料３１中に１０〜４０重量％含有されるため、特別な材料ではなく、入手容易且つ安価な材料を用いて、高い耐摩耗性を有する冠形保持器１０を得ることができる。

なお、このような冠形保持器１０を具備する転がり軸受としては、特に限定されるものではないが、内輪及び外輪の材料にＳＵＪ２などの軸受鋼を用いることが好ましく、特に、浸炭処理又は浸炭窒化処理を施した軸受鋼が好ましい。また、中炭素鋼に珪素、マンガン、クロム、モリブデンなどの合金元素を必要に応じて添加した合金鋼に、浸炭処理又は浸炭窒化処理を施したものも使用することができる。特に、転がり軸受が高速・高温条件で使用される場合には、上記の合金鋼の中でも、珪素の添加量が多い合金鋼に浸炭処理又は浸炭窒化処理を施したものが好ましい。また、玉２５の材料も、特に限定されるものではなく、軸受鋼やセラミックが好適に使用される。

このような転がり軸受は、例えば、ｄｍＮ＝７０万以上、使用温度１００℃以上、樹脂劣化が生じ易い油中などの厳しい環境で使用される場合に、より効果を発揮する。

なお、摺動面に機械加工を施す以外にも、成形品にせん断力を加えることにより、内部の繊維状充填材の配向を制御する技術が、例えば、特開２００４−１０７５３４号公報などに紹介されている。せん断力を加える方法としては、射出成形時のキャビティの上面と下面の間の温度差により、流入してきた樹脂に縦方向の温度分布を与えて成形品にせん断力を与える方法、或いは、射出後に成形品の一方の面を固定しておき、他方の面をスライドさせることによって成形品にせん断力を加える方法があるが、何れの方法も、特別に設計された金型が必要となり、製造コストが増加する可能性がある。

（変形例）
本実施形態の変形例として、冠形保持器１０は、図７に示す冠形保持器４０であってもよい。この冠形保持器４０では、機械加工によりポケット部１３の全面を形成する代わりに、射出成形により内周面１３ａの径方向内側縁且つ周方向両端部にリップ部４１を有するポケット部１３を形成して、このリップ部４１のみを機械加工している。そして、本変形例によれば、リップ部４１のみが玉２５と摺動するので、リップ部４１以外の部分の摩耗を防止することができる。また、機械加工範囲を大幅に少なくすることができるので、加工時間や加工コストを削減することができる。

（第２実施形態）
次に、図８及び図９を参照して、本発明に係る転がり軸受用保持器の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態では、転がり軸受用保持器として、梯子型保持器を例にして説明する。また、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。

本実施形態の梯子型保持器５０は、図８及び図９に示すように、リング状に射出成形された保持器素材５１に、機械加工によって複数のポケット部５２が周方向に略等間隔に形成される。

また、保持器素材５１の射出成形においては、ポケット部５２の加工予定位置の略中心にゲートＧを配置することが好ましい。これにより、ゲートＧから注入される樹脂組成物３０が、ポケット部５２に対して放射状に流れるので、繊維状充填材３２の長手方向が、ポケット部５２の内周面（摺動面）５２ａに対して角度を持って配向される。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。

なお、本発明は前述した各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。
例えば、上記した各実施形態では、転がり軸受用保持器に本発明を適用した場合を例示したが、これに限定されず、例えば、樹脂製プーリの転がり軸受の外輪に射出成形される樹脂部品に本発明を適用してもよい。なお、樹脂製プーリの場合、摺動面は樹脂部品の外周面であり、樹脂部品の外周面と摺動する相手部品はタイミングベルトなどである。
また、上記した各実施形態では、冠形保持器及び梯子型保持器に本発明を適用した場合を例示したが、樹脂製の保持器であればよく、他のタイプの保持器に本発明を適用してもよい。

１０ 冠形保持器（転がり軸受用保持器）
１３ ポケット部
１３ａ 内周面（摺動面）
３０ 樹脂組成物
３１ 樹脂材料
３２ 繊維状充填材
４０ 冠形保持器（転がり軸受用保持器）
５０ 梯子型保持器（転がり軸受用保持器）
５２ ポケット部
５２ａ 内周面（摺動面）

Claims (5)

1. 転がり軸受の転動体を回動自在に保持する転がり軸受用保持器であって、
   前記転がり軸受用保持器は、繊維状充填材を含有する樹脂組成物により成形され、
   前記繊維状充填材は、その長手方向が前記転動体と摺接する前記転がり軸受用保持器のポケット部の摺動面に対して角度を持って配向され、
   前記繊維状充填材は、その長手方向の端面が前記摺動面に露出した状態で配置され、
   前記摺動面に対する前記角度は、接線と直交する角度を９０°とした場合、３０°〜１２０°の範囲に設定されることを特徴とする転がり軸受用保持器。
2. 前記転がり軸受用保持器は、冠形保持器であることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受用保持器。
3. 前記樹脂組成物の樹脂材料は、ポリアミド４６、ポリアミド６６、ポリフェニレンサルファイド、ポリ４弗化エチレン、及びポリエーテルエーテルケトンから選ばれる少なくとも１つであり、
   前記繊維状充填材は、ガラス繊維又は炭素繊維であり、前記樹脂材料中に１０〜４０重量％含有されることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受用保持器。
4. 繊維状充填材を含有する樹脂組成物により成形され、相手部材と接触摺動する摺動面を有する樹脂部品であって、
   前記繊維状充填材は、その長手方向が前記摺動面に対して角度を持って配向され、
   前記繊維状充填材は、その長手方向の端面が前記摺動面に露出した状態で配置され、
   前記摺動面に対する前記角度は、接線と直交する角度を９０°とした場合、３０°〜１２０°の範囲に設定されることを特徴とする樹脂部品。
5. 繊維状充填材を含有する樹脂組成物により、ポケット部で転がり軸受の転動体を回転自在に保持する転がり軸受用保持器を射出成形する保持器製造方法であって、
   前記ポケット部となる部分の略中心にゲートを配置して前記樹脂組成物を射出成形する射出工程と、
   前記射出工程後で前記樹脂成型物に対し機械加工を施して前記ポケット部を形成する加工工程と、を含むことを特徴とする保持器製造方法。

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