JP6178117B2 - 転がり軸受用保持器、転がり軸受、及び転がり軸受用保持器の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、転がり軸受用保持器（以下、単に「保持器」と言う。）及びこれを有する転がり軸受、並びに保持器の製造方法に関する。
ロケットエンジンのターボポンプに用いられる転がり軸受は、液体推進剤中の高速回転環境下で使用される。特に、液体水素や液体酸素中で使用される場合は、極低温になるため、通常の転がり軸受で使用される油やグリース等の流動性潤滑剤が適用できない。また、転がり軸受が高速回転で使用されると、保持器に大きなフープ応力が加わるため、保持器には高い比強度が要求される。
例えば特許文献１には、ガラス繊維等の強化繊維からなる織布にＰＴＦＥ等の固体潤滑剤を含浸させた、繊維強化複合材で形成された保持器が示されている。この保持器は、上記の繊維強化複合材を機械加工することで形成されるため、表面には切断されたガラス繊維が露出する。このガラス繊維が転動体と接触することで、転動体と固体潤滑剤との接触が阻害され、固体潤滑剤の転動体への移着が十分に行われず、摩擦摩耗に対する信頼性の低下を招く恐れがある。そこで、特許文献１では、繊維強化複合材を機械加工した後、加工表面部に露出したガラス繊維を表面処理剤（フッ化水素酸）で溶解除去している。
しかし、上記特許文献１のような保持器では、保持器表面のフッ酸処理層以上に摩耗が進むとガラス繊維が露出するため、上記と同様に摩擦摩耗に対する信頼性の低下を招く恐れがある。一方、フッ酸処理層を厚くしてガラス繊維の露出の防止を図ると、フッ酸処理時間が増加して製造リードタイムが増加するとともに、ガラス繊維の減少により保持器の強度が低下してしまう。
本発明が解決すべき課題は、流動性潤滑剤が適用できない場合であっても、潤滑不良、製造リードタイムの増加、及び強度低下を回避できる保持器を提供することにある。
前記課題を解決するためになされた本発明は、一対の軌道輪の間に配され、複数の転動体を所定位置に保持する転がり軸受用保持器であって、前記転動体を収容する複数のポケット穴を有する円環状の本体と、前記本体をインサート部品として固体潤滑剤を含む樹脂で射出成形された樹脂部とを備え、前記樹脂部が、前記本体のポケット穴の内周面に設けられ、各転動体と摺接する複数のポケット面を形成する第１部分と、前記本体の内周面又は外周面に設けられ、一方の軌道輪と摺接する案内面を形成する第２部分とを一体に有し、前記樹脂部のウェルドラインが、前記ポケット面の保持器円周方向両端部に露出しない位置に形成されている。
このように、本発明の保持器では、転動体と摺接するポケット面、及び、軌道輪と摺接する案内面が、固体潤滑剤を含む樹脂で形成されるため、樹脂に含まれる固体潤滑剤を転動体及び軌道輪に移着することで潤滑を行うことができる。このとき、本体で保持器の強度を確保することができるため、樹脂部に配合する強化材を低減あるいは０にすることができる。これにより、樹脂部で構成されたポケット面や案内面に多量のガラス繊維等が露出する事態が回避され、潤滑不良を防止できる。また、フッ酸処理を行う必要がなくなるため、製造リードタイムの増加や保持器の強度低下を防止できる。
ところで、転がり軸受の回転時には、ラジアル荷重や取り付け誤差に起因して、転動体が保持器に対して保持器円周方向で相対移動する（進み遅れが生じる）ため、ポケット面の保持器円周方向両端部に転動体が頻繁に接触する。そこで、前記のように、脆弱な樹脂部のウェルドラインを、ポケット面の保持器円周方向両端部に露出しない位置に形成することで、保持器の信頼性が高められる。具体的には、ウェルドラインを、ポケット面の保持器軸方向一方側のみに形成したり（図３参照）、ポケット面の保持器軸方向両側に形成したり（図６参照）、ポケット面間の柱部に形成したり（図８参照）することができる。
ポケット面を形成する樹脂部の第１部分は、転動体との接触により摩耗するため、肉厚を厚くする方が好ましい。しかし、保持器のサイズを変えずに第１部分の肉厚を厚くすると、その分本体の厚さが薄くなるため、本体の強度が不足する恐れがある。特に、高速回転する転がり軸受の場合、保持器には遠心力による大きなフープ応力が発生するため、ポケット面の保持器軸方向両側に設けられる環状部分の保持器軸方向厚さが薄いと、上記のフープ応力に対する強度が不足する恐れがある。
上記のような懸念を回避するため、例えば、樹脂部の第１部分の保持器円周方向両端部における肉厚を、保持器軸方向両端部における肉厚よりも厚くすることができる。このように、樹脂部の第１部分の保持器円周方向両端部における肉厚を相対的に厚くすることで、転動体との接触による摩耗の許容量が増えて信頼性向上が図られる。また、樹脂部の第１部分の保持器軸方向両端部における肉厚を相対的に薄くすることで、その分本体の肉厚（特に、ポケット穴の保持器軸方向両側に設けられる環状部分の保持器軸方向厚さ）を厚くすることができ、フープ応力に対する保持器の強度が高められる。
樹脂部の第２部分に設けられた案内面には、凹部を形成することができる。これにより、互いに摺接する案内面と軌道輪との間の隙間に液膜（例えば、ロケットエンジンのターボポンプの推進剤による液膜）を形成しやすくなり、潤滑性及び耐摩耗性が向上する。
本体の表面に凹部を形成し、該凹部に樹脂部を入り込ませれば、アンカー効果により本体と樹脂部とが強固に固着される。このような凹部は、エッチング処理やショットブラスト等の粗面化処理による微小なものや、機械加工等による比較的大きいものとすることができる。
上記の保持器は、一対の軌道輪と、複数の転動体とを備えた転がり軸受に組み込んで使用することができる。このような転がり軸受は、無潤滑環境での使用に適している。
上記の保持器は、前記転動体を収容する複数のポケット穴を有する円環状の本体をインサート部品として、固体潤滑剤を含む樹脂材料で射出成形することにより、前記本体のポケット穴の内周面に設けられ、各転動体と摺接する複数のポケット面を形成する第１部分と、前記本体の内周面又は外周面に設けられ、一方の軌道輪と摺接する案内面を形成する第２部分とを一体に有する樹脂部を形成することにより製造することができる。
樹脂部の材料を射出するゲートは、樹脂部の射出成形を行う金型のうち、樹脂部の第２部分の軸方向一方の端面を成型する成型面に設けられる。これにより、上記成形面上でゲートの保持器円周方向位置を自由に設定することができるため、樹脂部のウェルドラインを所望の位置（ポケット面の保持器円周方向両端部に露出しない位置）に設けることができる。
例えば、上記のゲートをディスクゲートとすれば、ポケット面の保持器軸方向一方側のみにウェルドラインが形成される（図３及び図４参照）。また、上記のゲートは、ピンゲートとすることもできる。この場合、上記の成型面のうち、複数のポケット面の間の保持器円周方向領域にピンゲートを設ければ、各ポケット面の保持器軸方向両側にウェルドラインが形成される（図６及び図７参照）。また、上記の成型面のうち、ポケット面の保持器円周方向中央部の円周方向位置にピンゲートを設ければ、ポケット面間の柱部にウェルドラインが形成される（図８及び図９参照）。
以上のように、本発明によれば、転がり軸受に流動性潤滑剤が適用できない場合であっても、潤滑不良、製造リードタイムの増加、及び保持器の強度低下を回避できる。
図１に、本発明の一実施形態に係る転がり軸受として、アンギュラ玉軸受１を示す。アンギュラ玉軸受１は、一対の軌道輪（内輪１０及び外輪２０）と、複数の転動体（ボール３０）と、保持器４０とを備える。アンギュラ玉軸受１は、無潤滑環境、すなわち、油やグリース等の流動性潤滑剤を使用しない環境で用いられる。本実施形態のアンギュラ玉軸受１は、内径（内輪１０の内径）が１０〜１００ｍｍ程度であり、軸方向寸法が１０〜４０ｍｍ程度である。アンギュラ玉軸受１は、図示するように接触角を有する。接触角とは、軸受中心軸に垂直な平面（ラジアル平面）と、軌道輪によって転動体へ伝えられる力の合力の作用線（図１に一点鎖線で示す）とがなす角度と定義されている。
内輪１０の外周面には、軌道面１２が設けられる。外輪２０の内周面には、軌道面２２が設けられる。内輪１０及び外輪２０は金属で形成され、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃなど）で形成される。複数のボール３０は、内輪１０の軌道面１２と外輪２０の軌道面２２との間に配される。ボール３０は、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃなど）等の金属や、セラミックス材料で形成される。尚、内輪１０の軌道面１２、外輪２０の軌道面２２、及びボール３０の表面には、初期摩擦の低減を目的としたＰＴＦＥスパッタリング被膜を施してもよい。
保持器４０は、外輪２０と内輪１０との間に配される。本実施形態のアンギュラ玉軸受１は、保持器４０の外周面と外輪２０の内周面（具体的には、軌道面２２の保持器軸方向両側に設けられた肩面）とを摺接させて保持器４０を半径方向で案内する、いわゆる外輪案内の軸受である。
保持器４０は、本体４２と樹脂部４４とからなる。本体４２は、環状を成し、図示例では円筒状を成している。本体４２には、図２に示すように、複数のポケット穴４２ａが円周方向等間隔に設けられ、各ポケット穴４２ａにボール３０が１つずつ収容される。本体４２は、樹脂部４４よりも高強度の材料で形成され、例えば樹脂複合材や金属で形成される。樹脂複合材としては、ＣＦＲＰやＧＦＲＰ等の繊維強化プラスチック材を使用できる。また、金属としては、例えばアルミニウム合金、マグネシウム合金、炭素鋼、ステンレス鋼、銅合金等の溶製材や、焼結金属を使用できる。特に、高速回転環境下で使用される軸受の場合、比強度の高い材料を使用することが好ましい。このような材料として、例えばＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ、アルミニウム合金、チタン合金、マグネシウム合金が挙げられる。また、液体水素ターボポンプ用に使用される軸受の場合、水素反応性の低い材料を使用することが好ましい。このような材料として、例えばＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ、アルミニウム合金が挙げられる。さらに、液体酸素ターボポンプに使用される軸受の場合、酸化反応性の低い材料を使用することが好ましい。このような材料として、例えばＧＦＲＰが挙げられる。
樹脂部４４は、本体４２をインサート部品とした射出成形で形成され、第１部分４４ａと第２部分４４ｂとを一体に有する。第１部分４４ａは、本体４２の各ポケット穴４２ａの内周面に設けられ、図示例では第１部分４４ａがポケット穴４２ａの円筒面状内周面の全面を覆っている。各ポケット穴４２ａに設けられた第１部分４４ａの表面（内周面）は、各転動体３０と摺接するポケット面４６として機能する。第２部分４４ｂは、本体４２の外周面に設けられ、図示例では第２部分４４ｂが本体４２の円筒面状外周面の全面を覆っている。第２部分４４ｂの表面（外周面）は、外輪２０の内周面と摺接する案内面４８として機能する。第１部分４４ａの厚さ及び第２部分４４ｂの厚さは均一になっており、射出成形時の流動性を考慮すると０．１ｍｍ以上が好ましく、さらに、摩耗に対する信頼性を考慮すると０．２ｍｍ以上がより好ましい。
図３に示すように、樹脂部４４にはウェルドラインＷが形成される。ウェルドラインＷは、ポケット面４６のうち、保持器円周方向両端部に露出しない位置に形成される。本実施形態では、ウェルドラインＷが、ポケット面４６の保持器軸方向一方側（図中左側）のみに形成される。ウェルドラインＷは、ポケット面４６の保持器円周方向中央部の円周方向位置に設けられ、おおよそ保持器軸方向に沿って延びている。ウェルドラインＷの一端は、第２部分４４ｂの保持器軸方向一方の端面に露出し、ウェルドラインＷの他端は、ポケット面４６の保持器軸方向一方側の端部に露出している。
樹脂部４４は、固体潤滑剤を含む樹脂で形成される。主成分樹脂としては、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）等の熱可塑性樹脂が使用できる。特に、極低温環境下で使用される場合、耐衝撃性、耐薬品性、本体４２との密着性の観点から、線膨張係数が小さいＰＥＥＫを使用することが望ましい。固体潤滑剤としては、フッ素樹脂（例えばＰＴＦＥ）、二硫化モリブデン、黒鉛などが使用できる。
樹脂部４４を形成する樹脂には、強化材を配合してもよい。強化材としては、保持器の耐摩耗性を高め、線膨張係数を抑える効果のあるものを使用することが望ましく、例えばガラス繊維（ＧＦ）、炭素繊維（ＣＦ）、酸化マグネシウム等が使用できる。尚、強化材は省略することもできる。
上記の樹脂のうち、主成分樹脂（熱可塑性樹脂）は、射出成形可能な４５ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。また、固体潤滑剤は、潤滑性を考慮すると５ｖｏｌ％以上配合する必要があり、特に、液体窒素や液体酸素中等の極低温環境下で使用する場合は、固体潤滑剤を２０ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。また、固体潤滑剤が４０ｖｏｌ％を超えると、主成分樹脂との混練時に混ざりにくくなり、射出成形時の分散性が低下する。以上より、固体潤滑剤の配合割合は２０〜４０ｖｏｌ％とすることが好ましい。さらに、強化材は、配合しなくてもよいが、必要とされる耐摩耗性や線膨張係数に応じて０〜１５ｖｏｌ％配合すればよい。以上より、上記の樹脂は、例えば主成分樹脂を４５〜８０ｖｏｌ％、固体潤滑剤を２０〜４０ｖｏｌ％、強化材を０〜１５ｖｏｌ％の割合で配合される。
極低温環境下における樹脂部４４の固体潤滑剤の好適な配合割合を確認するために、図１６に示すピンオンボールオンディスク試験装置１００を用いて液体窒素中（極低温環境下）で摩擦摩耗試験を行った。具体的に、液体窒素中に配置したディスク１０１の上面の同一円周上に、固体潤滑剤（ＰＴＦＥ）を含む樹脂からなるピン１０２と、ステンレス鋼からなるボール１０３を押し付け、この状態でディスク１０１を所定回転数で回転させる。このとき、ピン１０２の樹脂に含まれる固体潤滑剤がディスク１０１の上面に移着し、移着膜１０４が形成される。上記のような試験を、固体潤滑剤の配合割合の異なる複数のピン１０２を用いて行い、ピン１０２の組成ごとに、ディスク１０１回転中のピン１０２のディスク１０１に対する摩擦係数と、ディスク１０１を所定時間回転させた後のボール１０３の摩耗量とを確認した。その結果を図１７及び図１８に示す。図１７はピン１０２の摩耗係数、すなわち樹脂複合材の潤滑性を示しており、ＰＴＦＥの配合割合が２０ｖｏｌ％以上のときに小さくなっている。図１８はボール１０３の摩耗量、すなわち移着膜１０４の潤滑性を示しており、図１７と同様にＰＴＦＥの配合割合が２０ｖｏｌ％以上のときにほぼ一定になっている。以上より、特に極低温環境下では、固体潤滑剤の配合割合は２０ｖｏｌ％以上が好ましいことが確認された。
上記のアンギュラ玉軸受１が回転すると、保持器４０のポケット面４６とボール３０とが摺接すると共に、保持器４０の案内面４８（外周面）と外輪２０の内周面（肩面）とが摺接する。これにより、樹脂部４４の固体潤滑剤がボール３０の表面や外輪２０の肩面に移着し、保持器４０とボール３０及び外輪２０との間の潤滑が行われる。さらに、ボール３０に移着した固体潤滑剤により、ボール３０と内輪１０の軌道面１２及び外輪２０の軌道面２２との間の潤滑が行われる。
上記のように、本体４２及び樹脂部４４で保持器４０を構成することで、保持器４０の強度を本体４２で受け持つことができる。これにより、樹脂部４４の樹脂に配合する強化材を低減あるいは０にすることができるため、樹脂部４４に含まれる強化材がポケット面４６や案内面４８に多量に露出することがない。従って、樹脂部４４から摺接相手材（ボール３０あるいは外輪２０）への固体潤滑剤の移着が阻害されることがなく、潤滑性が高められる。
また、アンギュラ玉軸受１の回転時には、保持器４０に対するボール３０の保持器円周方向の相対移動（進み遅れ）が生じるため、保持器４０のポケット面４６の保持器円周方向両端部にボール３０が頻繁に接触する。そこで、上記のように、強度が低い樹脂部４４のウェルドラインＷを、ポケット面４６の保持器円周方向両端部を避けた領域に形成することで、この部分の強度を高めることができる。
次に、上記の保持器４０の製造方法について説明する。
まず、本体４２を形成する。例えば、炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維を含む樹脂からなる樹脂複合材で、本体４２が形成される。あるいは、金属を機械加工（切削等）又は塑性加工（プレス加工や鍛造加工）することにより、金属（溶製材）からなる本体４２が形成される。あるいは、混合金属粉末を圧縮成形してなる圧粉体を所定の焼結温度で焼結することで、焼結金属からなる本体４２が形成される。
その後、本体４２と樹脂部４４との密着性を向上させる目的で、本体４２の表面に微小な凹部が形成される。この微小凹部は、エッチング処理（ナトリウムエッチング、プラズマエッチング等）、ショットブラスト、溶射などの粗面化処理により形成される。粗面化処理後の本体４２の表面粗さは、本体４２と樹脂部４４との線膨張係数差による保持器半径方向での寸法変化量よりも大きくすることが好ましい。例えば、本体４２がアルミ合金（線膨張係数２４×１０-6［１／℃］）、樹脂部４４がＧＦ強化のＰＥＥＫ系材料（線膨張係数３４×１０-6［１／℃］）、ポケット面４６の直径８ｍｍの場合、本体４２の表面粗さはＲａ１０μｍ以上とすることが望ましい。尚、粗面化処理は省略してもよく、例えば本体４２が焼結金属からなる場合は、本体４２の表面に無数の微細な開孔が形成されるため、粗面化処理は不要である。
その後、本体４２をインサート部品として樹脂部４４を射出成形する。このとき用いる射出成形金型のキャビティ５０を、図４及び図５に示す。キャビティ５０は、樹脂部４４の第１部分４４ａを成形する第１キャビティ５２と、第２部分４４ｂを成形する第２キャビティ５４とからなる。第２キャビティ５４を形成する成形面のうち、第２部分４４ｂの保持器軸方向他方（図４及び図５の右側）の端面を成形する成形面に、ゲート６０が設けられる。本実施形態のゲート６０は、ディスク状のランナ６２の外径端の全周から保持器軸方向に延びる、環状のディスクゲートである。尚、図５は、キャビティ５０、ゲート６０、及びランナ６２に樹脂（散点で示す）が満たされた状態を示す。
ゲート６０からキャビティ５０に樹脂を射出すると、図４に点線矢印で示すように樹脂が流動し、第１キャビティ５２の保持器軸方向一方（図中左側）で樹脂が合流する。この合流部分にウェルドラインＷが形成される（図３参照）。また、溶融樹脂が本体４２の表面の微小凹部に入り込んで固化することで、本体４２と樹脂部４４とが強固に固着される。
樹脂が硬化したら、型開きして保持器４０を金型から取り出す。この型開きと同時にゲート６０内で固化した樹脂が引きちぎられるため、保持器４０にはゲートカット跡が残る。具体的には、樹脂部４４の第２部分４４ｂの保持器軸方向他方の端面に、環状のゲートカット跡が残る。金型から取り出した保持器４０の軸方向他方の端面に機械加工を施すことにより、ゲートカット跡を除去する。さらに、ポケット面４６や案内面４８の一方又は双方、あるいは保持器４０の表面全体に、機械加工による仕上げを施してもよい。尚、特に必要なければ、上記の機械加工を省略してもよい。
本発明は上記の実施形態に限られない。図６に示す保持器１４０は、ウェルドラインＷの位置が上記の実施形態と異なる。具体的には、各ポケット面４６の保持器軸方向両側にウェルドラインＷが形成される。図７に、この保持器１４０の樹脂部４４を成形するキャビティ１５０を示す。本実施形態のゲート６０はピンゲートであり、キャビティ１５０を形成する成形面のうち、第２部分４４ｂの保持器軸方向他方（図７の右側）の端面を成形する成形面に設けられる。ゲート６０は、円周方向等間隔の複数個所に設けられ、図示例では、ポケット面４６を成形する複数の第１キャビティ５２間の円周方向領域に、ゲート６０が設けられる。このゲート６０から樹脂を射出すると、図７に点線矢印で示すように樹脂が流動し、第１キャビティ５２の保持器軸方向両側で樹脂が合流する。この合流部分にウェルドラインＷが形成される（図６参照）。
図８に示す保持器２４０は、ウェルドラインＷの位置が上記の実施形態と異なる。具体的には、各ポケット面４６の保持器円周方向間の柱部４９と、各ポケット面４６の保持器軸方向一方（図中左側）にウェルドラインＷが形成される。図９に、この保持器２４０の樹脂部４４を成形するキャビティ２５０を示す。本実施形態のゲート６０はピンゲートであり、キャビティ１５０を形成する成形面のうち、第２部分４４ｂの保持器軸方向他方（図７の右側）の端面を成形する成形面に設けられる。ゲート６０は、円周方向等間隔の複数個所に設けられ、図示例では、ポケット面４６を成形する複数の第１キャビティ５２間の保持器円周方向中央部の円周方向位置に、ゲート６０が設けられる。このゲート６０から樹脂を射出すると、図９に点線で示すように樹脂が第１キャビティ５２を回りこむように流動し、第１キャビティ５２の保持器円周方向間、及び、第１キャビティ５２の保持器軸方向一方側で樹脂が合流する。この合流部分にウェルドラインＷが形成される（図８参照）。
図１０に示す保持器３４０は、ボール３０の脱落を防止する突起４４ｃが形成されている点で上記の実施形態と異なる。具体的に、樹脂部４４の第１部分４４ａの保持器内径側端部に、ポケット面４６の内径向きに突出した突起４４ｃが形成される。図示例では、突起４４ｃがポケット面４６の全周に形成されている。尚、突起４４ｃを、ポケット面４６の円周方向に離隔した複数箇所に設けてもよい。
図１１は、さらに他の実施形態に係る保持器４４０を内径側から見た側面図である。この保持器４４０は、樹脂部４４の第１部分４４ａの保持器円周方向両端部における肉厚Ｔ１が、保持器軸方向両端部における肉厚Ｔ２よりも大きい（Ｔ１＞Ｔ２）点で、上記の実施形態と異なる。このように、ボール３０と接触しやすい第１部分４４ａの保持器円周方向両端部の肉厚Ｔ１を厚くすることで、摩耗の許容量が増えて信頼性向上が図られる。また、第１部分４４ａの保持器軸方向両端部の肉厚Ｔ２を薄くすることで、その分、本体４２のうち、ポケット穴４２ａの保持器軸方向両側の環状部分の肉厚Ｔ３を厚くすることができ、フープ応力に対する強度が高められる。
図１２（ａ）〜（ｄ）に示す保持器５４０〜８４０は、案内面４８に凹部（散点領域）が形成されている。このように、案内面４８に凹部を設けることで、互いに摺接する案内面４８と軌道輪（本実施形態では外輪２０の内周面）との間の隙間に液膜（例えばターボポンプの推進剤による液膜）を形成しやすくなり、潤滑性及び耐摩耗性が向上する。具体的に、図１２（ａ）の保持器５４０の案内面４８には、凹部として、保持器軸方向に延びる複数の溝４８ａが形成される。この溝４８ａは、保持器円周方向等間隔にステップ状に形成されている。図１２（ｂ）の保持器６４０の案内面４８には、凹部として、保持器軸方向中央に対して対称に傾斜したへリングボーン形状の溝４８ｂが円周方向等間隔に形成されている。例えば、図１２（ｂ）で見えている面が矢印方向に回転する場合、図示のように回転方向先行側を保持器軸方向端部側に広がるように溝４８ｂを傾斜させれば、保持器６４０の回転に伴い、液膜を保持器軸方向中央側に供給して潤滑性を高めることができる。図１２（ｃ）の保持器７４０の案内面４８には、ディンプル状の凹部４８ｃが形成される。図１２（ｄ）の保持器８４０の案内面４８には、凹部として、比較的短い溝４８ｄが分散配置される。図示例の溝４８ｄは、保持器軸方向に延びている。尚、図１２の保持器５４０〜８４０には上記と同様のウェルドラインＷが形成されているが、ウェルドラインＷの図示は省略している。
上記の凹部の深さは、１〜４μｍ程度であれば最も効果的であるが、樹脂部４４の摩耗を考慮して、図１の案内面４８と外輪２０との間の隙間と同程度とすることが好ましく、例えば５０μｍ以下とされる。上記のような凹部は、例えば成型金型に凸部を設けることにより、射出成形時に形成することができる。また、樹脂部４４を成形した後、案内面に機械加工（例えば旋削加工）やショットブラストを施すことにより、上記のような凹部を形成することもできる。
図１３に示す保持器９４０は、本体４２の表面に形成される凹部が、上記の実施形態と異なる。具体的に、本体４２の外周面のうち、ポケット４２ａの保持器軸方向両側に、凹部として、保持器円周方向に連続した環状の溝４２ｂが形成される。また、本体４２のポケット４２ａの内周面に、凹部として、ポケット４２ａの円周方向に連続した環状の溝４２ｃが形成される。これらの溝４２ｂ，４２ｃは、例えば機械加工や塑性加工で形成される。尚、本体４２に形成される凹部は、上記と異なる方向に延びる溝や、ディンプル状の凹部とすることもできる。また、本体４２の外周面及びポケット穴４２ａ内周面のうち、いずれか一方に凹部を形成してもよい。また、図１４に示すように、凹部４２ｂ，４２ｃの奥側の幅を開口側の幅よりも狭くすれば、樹脂部４４の抜け止め効果が高められる。また、本体４２の表面に、溝４２ｂ，４２ｃに加えて、上述の粗面化処理を施すと、本体４２と樹脂部４４とがより強固に固着される。
上記の実施形態では、保持器４０を外輪２０の内周面と摺接させて案内する外輪案内の転がり軸受を示したが、これに限らず、保持器４０を内輪１０の外周面と摺接させて案内する内輪案内の転がり軸受に本発明を適用してもよい。この場合、樹脂部４４の第２部分４４ｂは本体４２の内周面に設けられ、この第２部分４４ｂの内周面が案内面４８として機能する（図示省略）。
図１５に、上記のアンギュラ玉軸受１を組み込んだロケットエンジン用ターボポンプを示す。このターボポンプは液体水素／液体酸素２段燃焼式ロケットエンジンのうち、液体酸素ガスを圧縮するものである。尚、図示は省略するが、この２段燃焼式ロケットエンジンには、液体水素ガスを圧縮する同様のターボポンプも備えている。ターボポンプのタービン軸７１は、プリバーナポンプ入口からプリバーナポンプ出口へと流れる液体燃料の燃焼ガスで初期駆動された後、タービンガス入口からタービンガス出口へと流れる液体燃料の燃焼ガスで本格駆動される。そして、主ポンプ入口から流入した液体酸素ガスを圧縮して主ポンプ出口から排出し、燃焼室に供給する。タービン軸７１は、極低温における疲労強度の高いニッケル基の超合金、例えばインコネル材で形成される。タービン軸７１は、アンギュラ玉軸受１を２つ組み合わせてなる複列アンギュラ玉軸受７２で支持される。複列アンギュラ玉軸受７２を構成する一対のアンギュラ玉軸受１は、接触角が軸直交平面に関して対称となっている。
上記のアンギュラ玉軸受１は、ロケットエンジン用ターボポンプだけでなく、他の用途に適用することも可能である。例えば、人工衛星などの宇宙用機器のように、真空環境下で使用される機器に組み込むことができる。また、上記のアンギュラ玉軸受１は、極低温環境下で使用する用途に限らず、例えば常温以上の環境下で使用することもできる。
また、上記の実施形態では、本発明に係る転がり軸受としてアンギュラ玉軸受を説明したが、これに限らず、本発明は、他の種類の玉軸受や、円筒ころ軸受や円すいころ軸受などのころ軸受に適用することも可能である。
１ アンギュラ玉軸受
１０ 内輪
２０ 外輪
３０ ボール
４０ 保持器
４２ 本体
４２ａ ポケット穴
４４ 樹脂部
４４ａ 第１部分
４４ｂ 第２部分
４６ ポケット面
４８ 案内面
５０ キャビティ
５２ 第１キャビティ
５４ 第２キャビティ
６０ ゲート
Ｗ ウェルドライン
１０ 内輪
２０ 外輪
３０ ボール
４０ 保持器
４２ 本体
４２ａ ポケット穴
４４ 樹脂部
４４ａ 第１部分
４４ｂ 第２部分
４６ ポケット面
４８ 案内面
５０ キャビティ
５２ 第１キャビティ
５４ 第２キャビティ
６０ ゲート
Ｗ ウェルドライン
Claims (6)
- 一対の軌道輪の間に配され、複数の転動体を所定位置に保持する転がり軸受用保持器であって、
前記転動体を収容する複数のポケット穴を有する円環状の本体と、前記本体をインサート部品として固体潤滑剤を含む樹脂で射出成形された樹脂部とを備え、
前記樹脂部が、前記本体のポケット穴の内周面の全周に設けられ、各転動体と摺接する複数のポケット面を形成する第１部分と、前記本体の内周面又は外周面に設けられ、一方の軌道輪と摺接する案内面を形成する第２部分とを一体に有し、
前記樹脂部のウェルドラインが、前記ポケット面の保持器円周方向両端部に露出しない位置に形成され、
前記樹脂部の第１部分の保持器円周方向両端部における肉厚が、第１部分の保持器軸方向両端部における肉厚よりも厚い転がり軸受用保持器。 - 前記ウェルドラインが、前記ポケット面の保持器軸方向一方側のみに形成された請求項１記載の転がり軸受用保持器。
- 前記樹脂部は、主成分樹脂が熱可塑性樹脂で４５〜８０ｖｏｌ％、固体潤滑剤が２０〜４０ｖｏｌ％、強化材が０〜１５ｖｏｌ％の割合で配合された請求項１又は２に記載の転がり軸受用保持器。
- 請求項１〜３の何れかに記載の転がり軸受用保持器と、一対の軌道輪と、複数の転動体とを備えた転がり軸受。
- 一対の軌道輪の間に配され、複数の転動体を所定位置に保持する転がり軸受用保持器の製造方法であって、
前記転動体を収容する複数のポケット穴を有する円環状の本体をインサート部品として、固体潤滑剤を含む樹脂材料で射出成形することにより、前記本体のポケット穴の内周面の全周に設けられ、各転動体と摺接する複数のポケット面を形成する第１部分と、前記本体の内周面又は外周面に設けられ、一方の軌道輪と摺接する案内面を形成する第２部分とを一体に有し、第１部分の保持器円周方向両端部における肉厚が、第１部分の保持器軸方向両端部における肉厚よりも厚い樹脂部を形成し、
前記樹脂部の第２部分の保持器軸方向一方の端面を成型する成型面に、樹脂部の材料を射出するゲートを設けた転がり軸受用保持器の製造方法。 - 前記ゲートがディスクゲートである請求項５記載の転がり軸受用保持器の製造方法。
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