JP6222146B2 - 軸受用保持器の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、軸受用保持器の製造方法に関する。
一般的に、軸受用保持器は、射出成形により製造される。具体的には、図9に示すように、成形金型内に成形体である軸受用保持器に対応する環状のキャビティ140を形成し、このキャビティ140の周縁部に設けた樹脂射出ゲート150から溶解された樹脂材料(熱可塑性樹脂)を注入し、冷却固化することによって製造される。
キャビティ140に注入された溶解樹脂は、キャビティ140内を周方向両側に二つの流れとなって流動し、樹脂射出ゲート150と径方向に対向する反対側の位置で再び合流し、相互に接合され、ウェルド100Wが形成される。一般に、この様に射出成形された軸受用樹脂製保持器は、溶解樹脂が融着一体化しただけのものであるため、溶解樹脂の均一な混合が起こらず、ウェルド100Wにおいて強度が低下することがよく知られている。
また、溶解樹脂に、強化材料としてガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等の補強繊維材を添加したものでは、ウェルド100Wにおいて補強繊維材が溶解樹脂の流動方向に対し垂直に配向するため、補強効果が発現しない。さらに、ウェルド100W以外の部分では、補強繊維材が溶解樹脂の流動方向に対し平行に配向するため、当該部分とウェルドとの強度差が大きくなってしまう。
このように、射出成形により製造された軸受用樹脂製保持器は、強度が弱いウェルドから破損することが多い。特に、ウェルドが、最も応力集中し易い部位(例えば、ポケットにおいて最も軸方向の肉厚が薄いポケット底や、円環部と柱部とが交差する隅R部)に形成されると、当該部位に損傷が発生し易くなり、保持器の耐久性が損なわれてしまう。そこで、従来より、以下に示すような対策がなされてきた。
特許文献1の合成樹脂製保持器の製造方法では、成型金型のキャビティの円周方向複数個所にそれぞれゲートが設けられる。また、これらゲート間の複数の領域のうち、一部の領域の円周方向距離が他の領域の円周方向距離より長く設定され、円周方向距離が長い領域内における注入樹脂材料の合流個所にのみ樹脂溜めが設けられる。これにより、合流した注入樹脂材料を、キャビティから樹脂溜めに流れ込ませ、ウェルド強度の低下を防止することを図っている。
特許文献2の樹脂製保持器では、ポケット部の総数が奇数とされると共に、ゲート間ごとに配置されるポケット部の数が最も均等になる数とされている。湯溜まりは、ポケット部が奇数となるゲート間の周方向中央に位置するポケット部の両端部に形成される柱部のいずれか一方に位置づけられる。これにより、ポケット部が奇数となるゲート間の領域に形成されるウェルドを、ポケット部の底部から周方向に外れた位置に形成し、保持器の剛性を向上することを図っている。
特許第3666536号公報 特開2008−095770号公報
しかしながら、特許文献1記載の製造方法では、注入樹脂材料の合流箇所、すなわちウェルド形成位置と一致する位置に樹脂溜めを設けている。したがって、キャビティと連通する樹脂溜めの連通部(開口部)近傍で、補強繊維材が樹脂材料の流動方向に対して垂直に配向し易く、ウェルド補強効果が十分に得られないという問題がある。
特許文献2記載の樹脂製保持器では、湯溜まりが設けられていない、ポケット部が偶数となるゲート間の領域では、柱部に溶解樹脂が溶着一体化しただけであるウェルドが形成されてしまうため、使用条件によってはウェルド強度が不十分になる可能性がある。
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、強度低下を抑制可能な軸受用保持器の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) 成形金型内に形成した略円環状のキャビティの周縁部に設けられた3個の樹脂射出ゲートから、溶解樹脂を前記キャビティ内に射出することによって成形される軸受用保持器の製造方法であって、
前記軸受用保持器は、
略円環状の基部と、
前記基部の軸方向一端側面から、周方向に所定の間隔で軸方向に突出する3の奇数倍個の柱部と、
隣り合う一対の前記柱部の互いに対向する面と前記基部の軸方向一端側面とによって形成された、前記柱部と同数のポケットと、
を有し、
前記キャビティの内部構造は、前記軸受用保持器の構造と略同一であり、
隣り合う前記樹脂射出ゲートの間の領域を、それぞれ第1〜第3領域とすると、
3個の前記樹脂射出ゲートは、前記第1〜第3領域における前記ポケットの数が互いに等しくなる位置、且つ前記キャビティの前記柱部を成形する位置にそれぞれ配置され、
前記成形金型には、前記キャビティと連通して前記溶解樹脂を貯留可能な樹脂溜りが3個設けられ、
3個の前記樹脂溜りは、前記キャビティの前記第1〜第3領域の周方向中央に位置する前記ポケットに隣り合う一対の前記柱部のうち、一方の前記柱部を成形する位置にそれぞれ配置され、
前記キャビティと連通する前記樹脂溜りの連通部の断面積は、前記樹脂射出ゲートの断面積の1/4以下である、ことを特徴とする軸受用保持器の製造方法。
(2) 前記第1〜第3領域にそれぞれ設けられる3個の前記樹脂溜りは、前記キャビティの前記第1〜第3領域の周方向中央に位置する前記ポケットに隣り合う一対の前記柱部のうち、周方向同一方向側に位置する前記柱部を成形する位置にそれぞれ配置される、ことを特徴とする(1)に記載の軸受用保持器の製造方法。
(3) 3個の前記樹脂射出ゲートは、前記キャビティの前記柱部を成形する部分の周方向中央から周方向同一方向側にずれた位置にそれぞれ配置されており、
前記第1〜第3領域にそれぞれ設けられる3個の前記樹脂溜りは、前記キャビティの前記第1〜第3領域の周方向中央に位置する前記ポケットに隣り合う一対の前記柱部のうち、3個の前記樹脂射出ゲートがずらされた方向と同一方向側に位置する前記柱部を成形する位置にそれぞれ配置される、ことを特徴とする(1)に記載の軸受用保持器の製造方法。
本発明の軸受用保持器の製造方法によれば、柱部は3の奇数倍個に設定され、3個の樹脂射出ゲートは第1〜第3領域におけるポケットの数が互いに等しくなる位置、且つキャビティの柱部を成形する位置にそれぞれ配置される。したがって、各樹脂射出ゲートから供給された溶解樹脂は、第1〜第3領域の周方向中央に位置するポケットで合流し、ウェルドが形成される。ここで、成形金型には、キャビティと連通して溶解樹脂を貯留可能な樹脂溜りが3個設けられ、この3個の樹脂溜りが、当該ポケットに隣り合う一対の柱部のうち、一方の柱部を成形する位置にそれぞれ配置される。このため、ウェルド形成位置と樹脂溜り配置位置とが周方向にずれ、ウェルドと樹脂溜りとの間に溶解樹脂の圧力勾配を生じ易くなる。したがって、当該圧力勾配に起因する強制的な樹脂の流動が起きることで、ウェルドにおいて補強繊維材が溶解樹脂の流動方向に対し垂直に配向することを抑制することができる。
特に、ウェルドがポケットに形成され、樹脂溜りが当該ポケットに隣り合う柱部を成形する位置に配置されているので、ウェルドから樹脂溜りに向かって流路断面積が拡大する方向に溶解樹脂の強制的な流動が発生する。したがって、ウェルドにおける繊維配向の乱れた領域が、断面積の広い部分に移動するため、ウェルド強度をより向上させる効果を有する。
また、樹脂溜りの連通部の断面積は、樹脂射出ゲートの断面積の1/4以下であるので、溶解樹脂が合流した後で樹脂溜りへの溶解樹脂の流入が始まり、ウェルドにおける強制的な樹脂の流動によって補強繊維材の配向を制御する効果をより確実に発現することができる。
第1実施形態に係る製造方法によって製造された冠形保持器の平面図である。 第2実施形態に係る製造方法によって製造された冠形保持器の平面図である。 第3実施形態に係る製造方法によって製造された冠形保持器の平面図である。 第4実施形態に係る製造方法によって製造された冠形保持器の平面図である。 実施例1において、溶解樹脂が流動する様子を示す図である。 比較例1において、溶解樹脂が流動する様子を示す図である。 比較例2において、溶解樹脂が流動する様子を示す図である。 比較例3において、溶解樹脂が流動する様子を示す図である。 従来の軸受用保持器の製造方法に使用する成形金型の断面図である。
以下、本発明に係る軸受用保持器の製造方法の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1には、本実施形態の軸受用保持器1(以後、単に保持器と呼ぶことがある。)が示されている。保持器1は、いわゆる冠形保持器であり、略円環状の基部10と、基部10の軸方向一端側面12から、周方向に所定間隔で軸方向に突出する複数且つ3の奇数倍個(本実施形態では15個)の柱部20と、隣り合う一対の柱部20、20の互いに対向する面22、22と基部10の軸方向一端側面12とによって形成され、軸受の転動体(不図示)を保持する複数且つ3の奇数倍個(本実施形態では15個)のポケット30と、を有している。すなわち、柱部20とポケット30は同数であると共に何れも3の奇数倍個形成されており、柱部20はそれぞれのポケット30の周方向両側に設けられる。
このような保持器1の製造方法では、三点ゲート方式の射出成形を採用している。具体的には、保持器1は、成形金型内に形成した環状のキャビティ(不図示)の内周側周縁部に設けた3個の樹脂射出ゲート(以下、単にゲートと呼ぶ。)51から、補強繊維材を添加した溶解樹脂をキャビティ内に射出し、冷却固化することによって成形される。樹脂材料としては、例えば、46ナイロンや66ナイロンなどのポリアミド系樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルニトリル(PEN)等の樹脂に、10〜50wt%の補強繊維材(例えば、ガラス繊維や炭素繊維。)を添加した樹脂組成物が用いられる。なお、図1中、キャビティは不図示であるが、その内部構造は保持器1の構造と略同一とされている。
各ゲート51には、それぞれ径方向に延びる略円筒状のランナー53を介して、略円筒状のスプルー55から溶解樹脂が供給される。スプルー55は、保持器1(キャビティ)の略中心において軸方向に延びており、ランナー53と接続される。したがって、スプルー55から供給された溶解樹脂は、各ランナー53を介して各ゲート51に到達し、各ゲート51から同時にキャビティ内に流入する。
隣り合うゲート51の間の領域を第1〜第3領域S1〜S3とすると、第1〜第3領域S1〜S3におけるポケット30の数が互いに等しくなるように、3個のゲート51は配置される。本実施形態において、第1〜第3領域S1〜S3におけるポケット30の数は、それぞれ5個である。また、3個のゲート51は、それぞれ柱部20の周方向中央に設けられている。
第1〜第3領域S1〜S3の周方向中央に位置するポケット30(3番目のポケット30)に隣り合う一対の柱部20のうち、一方の柱部20の周方向中央には、それぞれ溶解樹脂を貯留可能な樹脂溜り40が設けられる。樹脂溜り40は、当該柱部20の周方向中央の外周面に連通する。なお、本実施形態では、第1〜第3領域S1〜S3にそれぞれ設けられる3つの樹脂溜り40は、第1〜第3領域S1〜S3の周方向中央に位置するポケット30に隣り合う一対の柱部20のうち、周方向同一方向側(図中、反時計回り側)に位置する柱部20に設けられている。これにより、溶解樹脂の流動方向や、樹脂溜り40の跡、樹脂射出ゲート51の跡について、周方向でバランスが良くなり、製造された軸受用保持器1も高品質となる。
このような構成において、3つのゲート51からキャビティ内に射出された溶解樹脂は、隣り合うゲート51の周方向中央において、すなわち第1〜第3領域S1〜S3の周方向中央に位置するポケット30の周方向中央において合流し、ウェルドWが形成される。ここで、当該ポケット30に隣り合う一対の柱部20のうち、一方の柱部20の周方向中央には樹脂溜り40が設けられるので、ウェルドW形成位置と樹脂溜り40配置位置とが周方向にずれ、ウェルドWと樹脂溜り40との間に溶解樹脂の圧力勾配を生じ易くなる。したがって、当該圧力勾配に起因する強制的な樹脂の流動が起きることで、ウェルドWにおいて補強繊維材が溶解樹脂の流動方向に対し垂直に配向することを抑制することができる。
特に、ウェルドWがポケット30の周方向中央に形成され、樹脂溜り40が当該ポケット30に隣り合う柱部20の周方向中央に配置されているので、ウェルドWから樹脂溜り40に向かって流路断面積が拡大する方向に溶解樹脂の強制的な流動が発生する。したがって、ウェルドWにおける繊維配向の乱れた領域が、断面積の広い部分に移動するため、ウェルドW強度をより向上させる効果を有する。以上のように、ウェルドWの補強繊維材の配向が制御され、ウェルドW強度が向上し、ひいては保持器1の強度低下を抑制できる。
また、樹脂射出ゲート51や樹脂溜り40が設けられた部位の近傍は、ウェルドWが設けられた部位程ではないが、他の部位よりも強度が若干落ちる。しかしながら、本実施形態では、これら樹脂射出ゲート51や樹脂溜り40が、肉厚が大きい柱部20の周方向中央に配置されているので、軸受用保持器1の強度が維持可能である。
ここで、柱部20と連通し、キャビティへの開口部である樹脂溜り40の連通部42の断面積は、ゲート51の断面積の1/4以下に設定される。これによれば、溶解樹脂が合流してウェルドWが形成された後で樹脂溜り40への溶解樹脂の流入が始まるので、ウェルドWにおける強制的な樹脂の流動によって補強繊維材の配向を制御する効果をより確実に発現することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明に係る第2実施形態の軸受用保持器の製造方法について図面を参照して説明する。
図2に示すように、本実施形態では、柱部20の内周面に樹脂溜り40が設けられる点で、上記実施形態と相違する。その他の構成は、上記実施形態と同様であり、上記実施形態と同様の効果を奏することが可能である。
(第3実施形態)
次に、本発明に係る第3実施形態の軸受用保持器の製造方法について図面を参照して説明する。
図3に示すように、本実施形態では、3個のゲート51が、それぞれ柱部20の周方向中央から周方向同一方向側(図中、反時計回り側)にずれた位置に設けられる点で、上記実施形態と相違する。また、第1〜第3領域S1〜S3にそれぞれ設けられる樹脂溜り40は、第1〜第3領域S1〜S3の周方向中央に位置するポケット30(3番目のポケット30)に隣り合う一対の柱部20のうち、3個のゲート51がずらされた方向(図中、反時計回り側)と同一方向側に位置する柱部20の周方向中央に設けられる。これにより、溶解樹脂の流動方向や、樹脂溜り40の跡、樹脂射出ゲート51の跡について、周方向でバランスが良くなり、製造された軸受用保持器1も高品質となる。
このような構成において、3つのゲート51からキャビティ内に射出された溶解樹脂は、隣り合うゲート51の周方向中央において、すなわち第1〜第3領域S1〜S3の周方向中央に位置するポケット30において合流し、ウェルドWが形成される。ウェルドWは、ポケット30の周方向中央(底部)から、3個のゲート51がずらされた方向(図中、反時計回り側)にずれた位置に形成される。したがって、比較的肉厚の薄い部分であるポケット30の底部にウェルドWが形成されることが防止できる。
ここで、ウェルドWが形成されるポケット30に隣り合う一対の柱部20のうち、一方の柱部20の周方向中央には樹脂溜り40が設けられるので、ウェルドW形成位置と樹脂溜り40配置位置とが周方向にずれ、ウェルドWと樹脂溜り40との間に溶解樹脂の圧力勾配を生じ易くなる。したがって、当該圧力勾配に起因する強制的な樹脂の流動が起きることで、ウェルドWにおいて補強繊維材が溶解樹脂の流動方向に対し垂直に配向することを抑制することができる。
また、ウェルドWが形成されるポケット30に隣り合う一対の柱部20のうち、3個のゲート51がずらされた方向(図中、反時計回り側)と同一方向側に位置する柱部20に樹脂溜り40が設けられ、樹脂溜り40はウェルドWから近い柱部20に配置される。したがって、ウェルドWから樹脂溜り40に向かって流路断面積が拡大する方向に溶解樹脂の強制的な流動が発生する。したがって、ウェルドWにおける繊維配向の乱れた領域が、断面積の広い部分に移動するため、ウェルドW強度をより向上させる効果を有する。
一方、ウェルドWが形成されるポケット30に隣り合う一対の柱部20のうち、3個のゲート51がずらされた方向(図中、反時計回り側)と逆方向側に位置する柱部20に樹脂溜り40が設けられ、樹脂溜り40がウェルドWから遠い柱部20に配置される場合を考える。この場合、樹脂溜り40とウェルドWとの間に、ポケット30において最も肉厚が薄い部分であるポケット底が存在するので、ウェルドWから樹脂溜りに向かって流路断面積が縮小する方向に溶解樹脂の強制的な流動が発生する。したがって、ウェルドWにおける繊維配向の乱れた領域が断面積の狭い部分に移動するため、ウェルドWの強度向上効果が、上述の樹脂溜り40がウェルドWから近い柱部20に配置される場合に比べて劣る可能性がある。
以上のように本実施形態によれば、ウェルドWの補強繊維材の配向が制御され、ウェルドW強度が向上し、ひいては保持器1の強度低下を抑制できる。
(第4実施形態)
次に、本発明に係る第4実施形態の軸受用保持器の製造方法について図面を参照して説明する。
図4に示すように、本実施形態では、柱部20の内周面に樹脂溜り40が設けられる点で、第3実施形態と相違する。その他の構成は、第3実施形態と同様であり、第3実施形態と同様の効果を奏することが可能である。
(実施例)
次に、樹脂溜り40の連通部42の断面積と、樹脂射出ゲート51の断面積と、の関係についての解析結果について述べる。
図5〜8及び表1に示すように実施例1及び比較例1〜3において、キャビティ60を簡単な単純円環モデルとし、樹脂射出ゲート51の径(断面積)を一定とし、樹脂溜り40の連通部42の径(断面積)を変化させたときの、溶解樹脂Gが流動する様子を、東レエンジニアリング(株)製の樹脂流動解析ソフトウェア「3D TIMON」にて解析した。
Figure 0006222146
図6〜8の比較例1〜3に示すように、樹脂射出ゲート51の断面積に対する連通部42の断面積の比率が0.44〜1.00のときは、溶解樹脂G同士が合流する前に樹脂溜り40への溶解樹脂Gの流入が始まる。これらの場合、溶解樹脂Gが合流した後でウェルドWに強制的な樹脂の流動を起こす効果が小さく、ウェルドWにおける補強繊維材の配向を制御する効果が発現しにくい。
一方、図5の実施例1に示すように、樹脂射出ゲート51の断面積に対する連通部42の断面積の比率が0.25のときは、溶解樹脂Gが合流する前には、樹脂溜り40に溶解樹脂Gが流入しない。このため、溶解樹脂Gが合流してウェルドWが形成された後で、ウェルドWに強制的な樹脂の流動を起こす効果が大きく、ウェルドWにおける補強繊維材の配向を制御する効果を発現する。
このように、樹脂溜り40の連通部42の断面積が、樹脂射出ゲート51の断面積の1/4以下である場合、溶解樹脂Gが合流する前には樹脂溜り40に溶解樹脂Gが流入せず、ウェルドWにおける補強繊維材の配向を制御する効果を発現することが明らかとなった。
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
このように、本発明の軸受用保持器の製造方法は、上記した冠形保持器1に限定されず、くし形保持器等、様々な種類の保持器に適用可能である。
また、本発明の軸受用保持器は、強度低下が少なく耐久性に優れるため、転がり軸受に適用することが好適である。すなわち、このような転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪及び外輪との間に設けられた複数の転動体と、転動体をポケットに転動自在に保持し、耐久性に優れる軸受用保持器と、を備えるので、高速回転や高負荷等の要求を満たすことが可能である。
1 軸受用保持器
10 基部
12 軸方向一端側面
20 柱部
22 対向する面
30 ポケット
40 樹脂溜り
42 連通部
51 樹脂射出ゲート
53 ランナー
55 スプルー
60 キャビティ
G 溶解樹脂
S1〜S3 領域
W ウェルド

Claims (3)

  1. 成形金型内に形成した略円環状のキャビティの周縁部に設けられた3個の樹脂射出ゲートから、溶解樹脂を前記キャビティ内に射出することによって成形される軸受用保持器の製造方法であって、
    前記軸受用保持器は、
    略円環状の基部と、
    前記基部の軸方向一端側面から、周方向に所定の間隔で軸方向に突出する3の奇数倍個の柱部と、
    隣り合う一対の前記柱部の互いに対向する面と前記基部の軸方向一端側面とによって形成された、前記柱部と同数のポケットと、
    を有し、
    前記キャビティの内部構造は、前記軸受用保持器の構造と略同一であり、
    隣り合う前記樹脂射出ゲートの間の領域を、それぞれ第1〜第3領域とすると、
    3個の前記樹脂射出ゲートは、前記第1〜第3領域における前記ポケットの数が互いに等しくなる位置、且つ前記キャビティの前記柱部を成形する位置にそれぞれ配置され、
    前記成形金型には、前記キャビティと連通して前記溶解樹脂を貯留可能な樹脂溜りが3個設けられ、
    3個の前記樹脂溜りは、前記キャビティの前記第1〜第3領域の周方向中央に位置する前記ポケットに隣り合う一対の前記柱部のうち、一方の前記柱部を成形する位置にそれぞれ配置され、
    前記キャビティと連通する前記樹脂溜りの連通部の断面積は、前記樹脂射出ゲートの断面積の1/4以下である、ことを特徴とする軸受用保持器の製造方法。
  2. 前記第1〜第3領域にそれぞれ設けられる3個の前記樹脂溜りは、前記キャビティの前記第1〜第3領域の周方向中央に位置する前記ポケットに隣り合う一対の前記柱部のうち、周方向同一方向側に位置する前記柱部を成形する位置にそれぞれ配置される、ことを特徴とする請求項1に記載の軸受用保持器の製造方法。
  3. 3個の前記樹脂射出ゲートは、前記キャビティの前記柱部を成形する部分の周方向中央から周方向同一方向側にずれた位置にそれぞれ配置されており、
    前記第1〜第3領域にそれぞれ設けられる3個の前記樹脂溜りは、前記キャビティの前記第1〜第3領域の周方向中央に位置する前記ポケットに隣り合う一対の前記柱部のうち、3個の前記樹脂射出ゲートがずらされた方向と同一方向側に位置する前記柱部を成形する位置にそれぞれ配置される、ことを特徴とする請求項1に記載の軸受用保持器の製造方法。
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