JP6115169B2

JP6115169B2 - 樹脂製保持器

Info

Publication number: JP6115169B2
Application number: JP2013025231A
Authority: JP
Inventors: 竜也南山; 伸一園田; 一義出井; 喜芳山本; 禎啓伊藤
Original assignee: Nakanishi Metal Works Co Ltd
Current assignee: Nakanishi Metal Works Co Ltd
Priority date: 2013-02-13
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2033-02-13
Also published as: JP2014152899A

Description

本発明は、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、球面ころ軸受若しくは針状ころ軸受等のころ軸受又は深溝玉軸受若しくはアンギュラ玉軸受等の玉軸受に用いられる、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填するとともに、耐衝撃性等を向上するためにエラストマーを配合した熱可塑性樹脂を射出成形して製作される保持器に関するものである。

ころ軸受は、玉軸受よりもラジアル荷重の負荷能力が大きく、転動体として円筒状のころ（円筒ころ）が組み込まれた円筒ころ軸受は、高速回転に適していることから、旋盤、フライス盤及びマシニングセンタ等の工作機械主軸等の回転支持部に、転動体として円錐台状のころ（円錐ころ）が組み込まれた円錐ころ軸受は、ラジアル荷重及びアキシャル（スラスト）荷重の合成荷重を支持することができることから、自動車及び鉄道車輌並びに建設機械等の各種機械装置における駆動装置、歯車減速装置及び動力伝達装置等の回転支持部に広く使用されている。

このようなころ軸受に用いられる、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填した熱可塑性樹脂を射出成形した樹脂製保持器は、鋼板をプレス成形した金属製保持器に対して軽量性及び量産性に優れること並びに金属磨耗粉等の発生が無いこと等の長所がある反面、金属製保持器よりも強度及び剛性が劣ることから、強度及び剛性を高める必要がある。
このような観点から、強度及び剛性を高めるために製品寸法を大型化しながら、ボイド等の発生を抑制して強度及び寸法精度の低下を阻止するように工夫したころ軸受用樹脂製保持器として、円環部や柱部に肉盗み部を設けて肉厚を薄くし、かつ肉厚を略均一化したものがある（例えば、特許文献１及び２参照。）。

また、射出成形における溶融樹脂の流れを円環部内の合流部で乱すように肉盗み部のデザインを工夫することにより、さらに強度及び精度を向上する発明がされている（特願２０１２−２２０２６１号。以下において、この先願に係る発明を「先願発明」という。）。
さらに、耐衝撃性や耐油性を高めるために、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材に加えてエラストマーを配合した熱可塑性樹脂を射出成形して製作される保持器がある（例えば、特許文献３参照。）。

特開２００３−２８７０３３号公報特開２００６−０７０９２６号公報特許第３１２８２６４号公報

ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填した熱可塑性樹脂を射出成形して製作される保持器において、特許文献１及び２のような樹脂製保持器よりも、先願発明のように溶融樹脂の流れを円環部内の合流部で乱すように肉盗み部のデザインを工夫した樹脂製保持器の方が、溶融樹脂の合流部に径方向に対して直線的なウェルドライン（ウェルド面）が形成されなくなり、ウェルドラインがジグザグ状になるため、強度及び精度を向上することができる。
しかし、特許文献３のような、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填するとともに、エラストマーを配合した熱可塑性樹脂を射出成形して製作される樹脂製保持器に対して、先願発明のようなデザインの工夫を施した場合、却って強度が低下してしまうことが実験により明らかになった。

そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填するとともに、エラストマーを配合した熱可塑性樹脂を射出成形して製作される樹脂製保持器において、強度及び精度を向上することができる肉盗み部のデザインを見出す点にある。

本願の発明者らは、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填するとともに、エラストマーを配合した熱可塑性樹脂を射出成形して製作される樹脂製保持器に適した肉盗み部のデザインを見出すために、様々な実験及び解析を行った。
その結果、
（１）エラストマーを配合しないガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填した熱可塑性樹脂（以下において、「エラストマー非配合繊維強化樹脂」という。）では、ウェルドの有無による強度差が大きいのに対し、エラストマーを配合したガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填した熱可塑性樹脂（以下において、「エラストマー配合繊維強化樹脂」という。）では、ウェルドの有無による強度差が小さい、
（２）厚みによる強度差を比較すると、エラストマー非配合繊維強化樹脂では、薄い方が強く、エラストマー配合繊維強化樹脂では、厚い方が強い、
（３）エラストマー配合繊維強化樹脂はウェルド強度が相対的に弱く、先願発明のようにウェルドラインをジグザグ状にしても、ジグザグ状になったウェルドの通りに破断するため、エラストマー配合繊維強化樹脂では、ウェルド断面積が大きい方が有利である、
という知見を得た。

本願の発明者らは、これらの知見に基づいて、エラストマー配合繊維強化樹脂において強度及び精度の向上を図るための肉盗み部のデザインを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明に係る樹脂製保持器は、前記課題解決のために、軸方向に離間した一対の円環部を、転動体であるころ又は玉の外周面に摺接する複数の柱部により繋ぎ、前記ころ又は玉を収容するポケット孔が隣り合う前記柱部間に周方向等分に形成された形状を成す、前記円環部の軸方向外側面に、内径側周壁及び外径側周壁並びに前記周壁を繋ぐリブにより形成される周方向繰り返し形状の肉盗み部が設けられた、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填するとともに、エラストマーを配合した熱可塑性樹脂を射出成形して製作される樹脂製保持器であって、前記柱部の全ての軸方向長さの中央部内面側を前記射出成形のゲート位置とし、前記エラストマーの配合率を５重量％〜１５重量％とし、前記リブが、前記一対の円環部の前記柱部が繋がる箇所に設けた柱部径方向リブ、隣接する前記柱部径方向リブ間の周方向中央に設けたポケット部中央径方向リブ、並びに前記内径側周壁及び前記ポケット部中央径方向リブとの交線と前記外径側周壁及び前記柱部径方向リブとの交線を繋ぐ斜め方向リブからなることを特徴とする。
また、本発明に係る樹脂製保持器は、前記課題解決のために、軸方向に離間した一対の円環部を、転動体であるころ又は玉の外周面に摺接する複数の柱部により繋ぎ、前記ころ又は玉を収容するポケット孔が隣り合う前記柱部間に周方向等分に形成された形状を成す、前記円環部の軸方向外側面に、内径側周壁及び外径側周壁並びに前記周壁を繋ぐリブにより形成される周方向繰り返し形状の肉盗み部が設けられた、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填するとともに、エラストマーを配合した熱可塑性樹脂を射出成形して製作される樹脂製保持器であって、前記柱部の全ての軸方向長さの中央部内面側を前記射出成形のゲート位置とし、前記エラストマーの配合率を５重量％〜１５重量％とし、前記リブが、前記一対の円環部の前記柱部が繋がる箇所に設けた柱部径方向リブ、隣接する前記柱部径方向リブ間の周方向中央に設けたポケット部中央径方向リブ、前記柱部径方向リブ及び前記ポケット部中央径方向リブ間の周方向中央に設けたポケット部柱部寄り径方向リブ、前記内径側周壁及び前記ポケット部中央径方向リブとの交線と前記外径側周壁及びポケット部柱部寄り径方向リブとの交線を繋ぐ斜め方向リブ、並びに前記外径側周壁及びポケット部柱部寄り径方向リブとの交線と前記内径側周壁及び前記柱部径方向リブとのとの交線とを繋ぐ斜め方向リブからなることを特徴とする。

以上のような本発明に係る樹脂製保持器によれば、エラストマー配合繊維強化樹脂を射出成形して製作される保持器において、（ア）円環部内における溶融樹脂の合流部が、隣接する柱部径方向リブ間の周方向中央に設けたポケット部中央径方向リブ内に位置するので、ウェルドラインがリブを横断しないことからウェルド断面積が大きくなるため、強度が向上すること、（イ）斜め方向リブが内径側周壁及びポケット部中央径方向リブとの交線に繋がる、あるいは、斜め方向リブが内径側周壁及びポケット部中央径方向リブとの交線に繋がるとともに、斜め方向リブが内径側周壁及び柱部径方向リブとのとの交線に繋がるので、応力が大きくなるウェルド内径部が厚くなるため、さらに強度が向上すること、（ウ）周方向繰り返し形状の肉盗み部が形成されるので、精度及び強度をバランスよく向上させながら、材料を削減することができるため軽量化及びコスト削減も実現することができること、等の顕著な効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る樹脂製保持器（円筒ころ軸受用樹脂製保持器）の斜視図である。（ａ）同じく平面図、（ｂ）同じく要部拡大平面図である。（ａ）同じく要部拡大平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｘ−Ｘ断面図である。（ａ）は本発明の実施の形態２に係る樹脂製保持器（円筒ころ軸受用樹脂製保持器）の平面図、（ｂ）同じく要部拡大平面図である。引張強度試験の説明図である。（ａ）は比較例２の樹脂製保持器の要部拡大平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｘ１−Ｘ１断面図である。（ａ）は比較例３の樹脂製保持器の要部拡大平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｘ２−Ｘ２断面図である。（ａ）は比較例４の樹脂製保持器の要部拡大平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｘ３−Ｘ３断面図である。

次に本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明するが、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。
なお、本発明の実施の形態に係る樹脂製保持器である円筒ころ軸受用樹脂製保持器を円筒ころ軸受に装着した際における軸受の軸方向を軸方向、径方向を径方向とし、本発明の実施の形態に係る樹脂製保持器である円筒ころ軸受用樹脂製保持器において、軸方向を鉛直にした状態で側方から見た図を正面図とする。
本発明における樹脂製保持器の射出成形に用いる、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填するとともに、エラストマーを配合した熱可塑性樹脂は、例えば、ナイロン６６にガラス繊維を２５重量パーセント添加し、スチレン系熱可塑性エラストマーを１０重量％配合した樹脂材料を使用することができるが、熱可塑性樹脂の種類、強化繊維の種類及び充填率、並びにエラストマーの種類及び配合率は上記例に限定されるものではない。
なお、エラストマー（加硫ゴム及び熱可塑性エラストマー）の配合率は、エラストマーを配合することよる耐衝撃性等の向上効果や樹脂製保持器の機械的特性を考慮すると、５重量％〜１５重量％が好ましい。
また、本発明の樹脂製保持器は比較的大型のものであり、その大きさは、例えば、内径は１５０ｍｍ以上、外径は３００ｍｍ以下、高さは１００ｍｍ以下のものである。

（実施の形態１）
図１の斜視図に示すように、本発明の実施の形態１に係る樹脂製保持器である円筒ころ軸受用樹脂製保持器１は、軸方向に離間した一対の円環部２，３を、転動体である図示しない円筒ころの外周面に摺接する複数の柱部４，４，…により繋ぎ、円筒ころを収容するポケット孔Ｐ，Ｐ，…が隣り合う柱部４，４間に周方向等分に形成された形状を成し、すなわち図１の例では、１４本の柱部４，４，…及び１４個のポケットＰ，Ｐ，…があり、円環部２，３の軸方向外側面２Ａ，３Ａには、それぞれに内径側周壁５及び外径側周壁６並びに周壁５，６を繋ぐリブＲにより形成される周方向繰り返し形状の肉盗み部が設けられており、１４本全ての柱部４，４，…の軸方向長さの中央部内面側をゲート位置Ｇ，Ｇ，…として、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填するとともに、エラストマーを配合した熱可塑性樹脂を射出成形して製作される。

図２（ａ）の平面図、図２（ｂ）及び図３（ａ）の要部拡大平面図、並びに図３（ｂ）の断面図に示すように、リブＲは、円環部２，３の柱部４，４，…が繋がる箇所に設けた柱部径方向リブ７，７，…、隣接する柱部径方向リブ７，７間の周方向中央に設けたポケット部中央径方向リブ８Ａ、並びに内径側周壁５及びポケット部中央径方向リブ８Ａとの交線と外径側周壁６及び柱部径方向リブ７との交線を繋ぐ斜め方向リブ９からなる。
このようなリブＲの構成によれば、図２に示すように、円環部２（円環部３も同様。）内における溶融樹脂の合流部Ｗが、隣接する柱部径方向リブ７，７間の周方向中央に設けたポケット部中央径方向リブ８Ｂ内に位置するので、ウェルドラインがリブを横断しないことからウェルド断面積が大きくなる。
また、斜め方向リブ９が内径側周壁５及びポケット部中央径方向リブ８Ａとの交線に繋がるので、応力が大きくなるウェルド内径部が厚くなっている。

図１及び図２に示すように、円筒ころ軸受用樹脂製保持器１を平面視又は底面視した際に視認される、内径側周壁５及び外径側周壁６並びに周壁５，６を繋ぐリブＲにより形成される周方向繰り返し形状の肉盗み部は、直角三角形状の肉盗み部を組み合わせた形状となっている。
また、図３に示すように、柱部径方向リブ７、ポケット部中央径方向リブ８Ａ、斜め方向リブ９、内径側周壁５及び外径側周壁６の肉厚（幅）Ｔ１並びに底壁の肉厚Ｔ２は、肉厚が２ｍｍ未満である場合は溶融樹脂の流動性が低下する懸念があるため、肉厚は２ｍｍないし３ｍｍ程度が目安になる。
さらに、図２（ｂ）に示す隅部の曲率半径は、肉厚Ｔ１（図３参照。）の２５％以上、７５％以下とするのが一般的であり、例えば肉厚Ｔ１＝２ｍｍとすると、０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下とするのが好ましく、本実施の形態では、ｒ＝０．５ｍｍとしている。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る樹脂製保持器である円筒ころ軸受用樹脂製保持器は、実施の形態１に係る円筒ころ軸受用樹脂製保持器１とリブＲ（周方向繰り返し形状の肉盗み部）のみが異なっているため、主にリブＲの形状について説明する。
図４（ａ）の平面図及び図４（ｂ）の要部拡大平面図に示すように、
リブＲは、円環部２，３の柱部４，４，…が繋がる箇所に設けた柱部径方向リブ７，７，…、隣接する柱部径方向リブ７，７間の周方向中央に設けたポケット部中央径方向リブ８Ａ、柱部径方向リブ７及びポケット部中央径方向リブ８Ｂ間の周方向中央に設けたポケット部柱部寄り径方向リブ８Ｂ、内径側周壁５及びポケット部中央径方向リブ８Ａとの交線と外径側周壁６及びポケット部柱部寄り径方向リブ８Ｂとの交線を繋ぐ斜め方向リブ９Ａ、並びに外径側周壁６及びポケット部柱部寄り径方向リブ８Ｂとの交線と内径側周壁５及び柱部径方向リブ７とのとの交線とを繋ぐ斜め方向リブ９Ｂからなる。

このようなリブＲの構成によれば、図４に示すように、円環部２（円環部３も同様。）内における溶融樹脂の合流部Ｗが、隣接する柱部径方向リブ７，７間の周方向中央に設けたポケット部中央径方向リブ８Ｂ内に位置するので、ウェルドラインがリブを横断しないことからウェルド断面積が大きくなる。
また、斜め方向リブ９Ａが内径側周壁５及びポケット部中央径方向リブ８Ａとの交線に繋がり、斜め方向リブ９Ｂが内径側周壁５及び柱部径方向リブ７とのとの交線に繋がるので、応力が大きくなるウェルド内径部が厚くなっている。
実施の形態１と同様に、円筒ころ軸受用樹脂製保持器を平面視又は底面視した際に視認される、内径側周壁５及び外径側周壁６並びに周壁５，６を繋ぐリブＲにより形成される周方向繰り返し形状の肉盗み部は、図４に示すように直角三角形状の肉盗み部を組み合わせた形状となっている。

＜実験例＞
以下に示す実施例及び比較例の全てにおいて、樹脂材料をナイロン６６にガラス繊維を２５重量パーセント添加するとともに、エラストマーを１０重量％配合したものとし、１４点ゲートの射出成形により、外径が１９４．２ｍｍ、内径が１６８．４ｍｍ、高さが１０．７ｍｍの円環部のみを製作して円環部試験片Ａとし、この試験片について、外径真円度、引張強度及び重量を測定した。なお、引張強度については、図５に示すように半円状の治具Ｂ１，Ｂ２を試験片Ａの内径にセットした状態で引張試験機を用いて行った。

（実施例１）
実施の形態１の周方向繰り返し形状の肉盗み部（例えば、図２及び図３参照。）とし、肉厚Ｔ１を２ｍｍ、肉厚Ｔ２を３ｍｍとした円環部試験片Ａを用いた。

（実施例２）
実施の形態２の周方向繰り返し形状の肉盗み部（図４参照。）とし、肉厚を実施の形態１と同じとした円環部試験片Ａを用いた。

（比較例１）
肉盗み部がない円環部試験片Ａを用いた。

（比較例２）
図６（ａ）の要部拡大平面図及び図６（ｂ）の断面図に示す径方向リブがあり、斜め方向リブがない円環部試験片Ａを用いた。

（比較例３）
図７（ａ）の要部拡大平面図及び図７（ｂ）の断面図に示す径方向リブがあり、斜め方向リブがない円環部試験片Ａを用いた。

（比較例４）
図８（ａ）の要部拡大平面図及び図８（ｂ）の断面図に示す径方向リブがなく、斜め方向リブがあるトラス形状（特願２０１２−２２０２６１号明細書の実施の形態１の図５（ｂ）に相当））の円環部試験片Ａを用いた。

（実験結果及び考察）
表１に示す測定結果から、肉盗み部を設けない比較例１では、強度（引張強度）は比較的高くなるが、精度（外径真円度）が低くなるとともに重量が重くなる（最重量である）ことが分かる。
また、先願発明のトラス形状であり、溶融樹脂の流れを円環部内の合流部で乱すように肉盗み部のデザインを工夫した比較例４では、精度は比較的高くなるとともに重量は軽くなる（最軽量である）が、強度がかなり低くなることが分かる。
さらに、合流部が径方向リブ内にある比較例２では、精度及び強度並びに重量が比較例１及び４の中間となっており、合流部が径方向リブ内にある比較例３が、比較例の中では精度及び強度が高く、重量も比較的軽いことが分かる。
さらにまた、これらの比較例に対して、実施例の方が精度及び強度がともに高く、実施例１は、重量が比較例４に次いで軽く、実施例２は、最も強度が高いことが分かる。

以上のように実施例の円環部の形態が、強度及び精度のバランスが良く、比較的軽量である理由は、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填するとともに、エラストマーを配合した熱可塑性樹脂を射出成形して製作される保持器において、（ア）図２及び図４に示すように、円環部２，３内における溶融樹脂の合流部Ｗが、隣接する柱部径方向リブ７，７間の周方向中央に設けたポケット部中央径方向リブ８Ａ内に位置する（実施の形態１・実施例１及び実施の形態２・実施例２）ので、ウェルドラインがリブを横断しないことからウェルド断面積が大きくなるため、強度が向上すること、（イ）図２に示すように、斜め方向リブ９が内径側周壁５及びポケット部中央径方向リブ８Ａとの交線に繋がる（実施の形態１・実施例１）、あるいは、図４に示すように、斜め方向リブ９Ａが内径側周壁５及びポケット部中央径方向リブ８Ａとの交線に繋がるとともに、斜め方向リブ９Ｂが内径側周壁５及び柱部径方向リブ７とのとの交線に繋がる（実施の形態２・実施例２）ので、応力が大きくなるウェルド内径部が厚くなるため、さらに強度が向上すること、特に実施の形態２・実施例２では、実施の形態１・実施例１よりもウェルド内径部が厚くなっているので、最も強度が高い結果となっていること、（ウ）周方向繰り返し形状の肉盗み部が形成されるので、精度及び強度をバランスよく向上させながら、材料を削減して軽量化を図ることができるためであると考えられる。

以上の説明においては、円筒ころ軸受用樹脂製保持器１について説明したが、本発明は円錐ころ軸受、球面ころ軸受、針状ころ軸受等のころ軸受用樹脂製保持器に対しても適用することができるとともに、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受用樹脂製保持器に対しても適用することができる。

Ａ円環部試験片
Ｂ１，Ｂ２治具
Ｇゲート位置
Ｐポケット孔
Ｒリブ
Ｔ１，Ｔ２肉厚
Ｗ合流部（ウェルド位置）
１円筒ころ軸受用樹脂製保持器
２，３円環部
２Ａ，３Ａ軸方向外側面
４柱部
５内径側周壁
６外径側周壁
７柱部径方向リブ
８Ａポケット部中央径方向リブ
８Ｂポケット部柱部寄り径方向リブ
９，９Ａ，９Ｂ斜め方向リブ

Claims

軸方向に離間した一対の円環部を、転動体であるころ又は玉の外周面に摺接する複数の柱部により繋ぎ、前記ころ又は玉を収容するポケット孔が隣り合う前記柱部間に周方向等分に形成された形状を成す、前記円環部の軸方向外側面に、内径側周壁及び外径側周壁並びに前記周壁を繋ぐリブにより形成される周方向繰り返し形状の肉盗み部が設けられた、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填するとともに、エラストマーを配合した熱可塑性樹脂を射出成形して製作される樹脂製保持器
であって、
前記柱部の全ての軸方向長さの中央部内面側を前記射出成形のゲート位置とし、
前記エラストマーの配合率を５重量％〜１５重量％とし、
前記リブが、前記一対の円環部の前記柱部が繋がる箇所に設けた柱部径方向リブ、隣接する前記柱部径方向リブ間の周方向中央に設けたポケット部中央径方向リブ、並びに前記内径側周壁及び前記ポケット部中央径方向リブとの交線と前記外径側周壁及び前記柱部径方向リブとの交線を繋ぐ斜め方向リブからなることを特徴とする樹脂製保持器。
軸方向に離間した一対の円環部を、転動体であるころ又は玉の外周面に摺接する複数の柱部により繋ぎ、前記ころ又は玉を収容するポケット孔が隣り合う前記柱部間に周方向等分に形成された形状を成す、前記円環部の軸方向外側面に、内径側周壁及び外径側周壁並びに前記周壁を繋ぐリブにより形成される周方向繰り返し形状の肉盗み部が設けられた、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を充填するとともに、エラストマーを配合した熱可塑性樹脂を射出成形して製作される樹脂製保持器であって、
前記柱部の全ての軸方向長さの中央部内面側を前記射出成形のゲート位置とし、
前記エラストマーの配合率を５重量％〜１５重量％とし、
前記リブが、前記一対の円環部の前記柱部が繋がる箇所に設けた柱部径方向リブ、隣接する前記柱部径方向リブ間の周方向中央に設けたポケット部中央径方向リブ、前記柱部径方向リブ及び前記ポケット部中央径方向リブ間の周方向中央に設けたポケット部柱部寄り径方向リブ、前記内径側周壁及び前記ポケット部中央径方向リブとの交線と前記外径側周壁及びポケット部柱部寄り径方向リブとの交線を繋ぐ斜め方向リブ、並びに前記外径側周壁及びポケット部柱部寄り径方向リブとの交線と前記内径側周壁及び前記柱部径方向リブとのとの交線とを繋ぐ斜め方向リブからなることを特徴とする樹脂製保持器。