JP6299529B2 - 軸受用保持器、及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸受用保持器、及びそ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には、一つのゲートから溶解樹脂を注入して射出成形することによって、奇数個のポケットを有する合成樹脂製保持器を製造する方法が記載されている。当該製造方法においては、ゲートを柱状部に対応する位置に設け、ゲートを通過して二方向に分流した溶解樹脂の何れか一方の一部を、ポケット一個分に相当する体積の樹脂溜まり部に流入させる。これにより、ゲートと対向するポケット底のウェルド形成を回避し、上記ポケットに隣接する柱部で溶解樹脂を合流させることを図っている。

特許文献２記載の合成樹脂製保持器の製造方法では、キャビティのウェルド位置に一致する位置の内径側に設けられた開口に通じる第１の樹脂溜りと、第１の樹脂溜りに近接して該キャビティに設けられた開口に通じる第２の樹脂溜りと、を備える保持器成形用金型を用いて保持器成形用樹脂組成物を射出成形している。そして、第２の樹脂溜まりの開口と第１の樹脂溜まりの開口との離間距離を保持器のポケットの最大幅以内とし、且つ、第２の樹脂溜まり部の開口面積が第１の樹脂溜まり部の開口面積より小さくしている。これにより、ウェルド近傍での強制的な樹脂の流動を生じさせ、繊維配向を制御することでウェルドの補強効果を高めることを図っている。

特許文献３記載の軸受用保持器の製造方法では、キャビティにおいて、ウェルド位置の周方向両側又はウェルド位置に樹脂溜まり部を設け、溶解樹脂を射出成形している。これにより、ウェルド面に位置する少なくとも一部の補強繊維材をウェルド面に垂直に配向させることで、ウェルド面の接合強度を向上させることを図っている。

特許第３６５２３９６号公報 特許第５４２８８３９号公報 特開２０１２−２１９９１７号公報

しかしながら、特許文献１記載の製造方法では、柱部に溶解樹脂が融着一体化しただけのウェルド部が形成されてしまうため、使用条件によっては強度が不十分になる可能性がある。

特許文献２記載の製造方法では、ウェルド位置と一致する部分に第１の樹脂溜まりを設けているため、第１の樹脂溜まりの開口部近傍で補強繊維材が流動方向に対し垂直に配向しやすく、補強効果が十分には得られない。

特許文献３記載の製造方法では、ウェルドの周方向両側に樹脂溜まり部を設置した場合には、ウェルド近傍における溶解樹脂の圧力勾配が小さくなるため、強制的な樹脂の流動を起こす効果が小さくなってしまう。また、ウェルド位置に樹脂溜まり部を設けた場合には、樹脂溜まり部の開口部近傍で補強繊維材が流動方向に対し垂直に配向しやすいため、補強効果が十分には得られない。

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、及びそ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一つ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複数且つ奇数個の柱部と、
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、
前記樹脂射出ゲートは、前記柱部に配置され、
前記樹脂射出ゲートと、前記樹脂射出ゲートと径方向に対向する位置に形成されるウェルドと、を結んだ仮想線で前記軸受用保持器を第１及び第２領域に分けたとき、一方の領域内のみの前記柱部に、前記溶解樹脂を貯留可能な樹脂溜りが設けられ、
前記樹脂溜りと前記ウェルドとの間の周方向距離は、前記樹脂溜りと前記樹脂射出ゲートとの間の周方向距離より短く、
前記柱部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） 前記樹脂溜りは、前記ウェルドが形成される位置から周方向に数えて一番目の前記柱部に設けられる
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） （１）又は（２）に記載の軸受用保持器の製造方法によって製造されたことを特徴とする軸受用保持器。

本発明の軸受用冠形保持器、及びその製造方法によれば、第１及び第２領域のうち一方の領域内のみの柱部に樹脂溜りが設けられる。したがって、溶解樹脂の合流後に、溶解樹脂が樹脂溜りに流入することにより、ウェルドと樹脂溜りとの間に溶解樹脂の圧力勾配が生じ、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流動方向に対し垂直に配向することが抑制される。
さらに、樹脂溜りとウェルドとの間の周方向距離は、樹脂溜りと樹脂射出ゲートとの間の周方向距離よりも短いので、溶解樹脂が合流した後でウェルドにおける強制的な樹脂の流動が起こりやすくなり、ウェルドの補強繊維材の配向が制御されてウェルド強度が向上する。
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くし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、及びそ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奇数個（本実施形態では１３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奇数個（本実施形態では１３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奇数個形成されており、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、一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。

ゲート５１には、それぞれ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。

ゲート５１は、柱部２０に対応する位置、すなわち、柱部２０と周方向にオーバーラップする位置に配置される。したがって、ゲート５１からキャビティ内に射出され、周方向両側それぞれに流動した溶解樹脂は、ゲート５１が設けられた柱部２０と径方向に対向するポケット３０の底部において互いに接合する。この場合、上記ポケット３０の底部において、ウェルドＷ（図１中、破線で示されている。）が形成される。

ここで、ゲート５１とウェルドＷとを結んだ仮想線Ｍで、保持器１（キャビティ）を第１及び第２領域Ｓ１、Ｓ２に二分する。このとき、第１及び第２領域Ｓ１、Ｓ２のうち、一方の領域（本実施形態では第１領域Ｓ１）のみの柱部２０の外周面に、溶解樹脂を貯留可能な樹脂溜り４０が設けられる。したがって、本実施形態のように第１領域Ｓ１の柱部２０に樹脂溜り４０が設けられた場合には、第２領域Ｓ２には樹脂溜り４０が設けられない。このように設けられた樹脂溜り４０によれば、溶解樹脂が合流してウェルドＷが形成された後に、溶解樹脂が樹脂溜り４０に流入する。したがって、ウェルドＷと樹脂溜り４０との間に溶解樹脂の圧力勾配が生じ、圧力勾配に起因する強制的な樹脂の流動が起き、ウェルドＷにおいて補強繊維材が流動方向に対し垂直に配向することが抑制される。

樹脂溜り４０とウェルドＷとの間の周方向距離は、樹脂溜り４０とゲート５１との間の周方向距離よりも短く設定される。なお、樹脂溜り４０とウェルドＷとの間の周方向距離は、極力短く設定することが好ましい。すなわち、本実施形態のように樹脂溜り４０が、ウェルドＷが形成される位置から周方向に数えて一番目の柱部２０（ウェルドＷが形成されるポケット３０に隣接する柱部２０）に設けられることが好ましい。これにより、溶解樹脂が合流した後でウェルドＷにおける強制的な樹脂の流動が起こりやすくなり、ウェルドＷの補強繊維材の配向が制御されてウェルドＷの強度が向上する。

柱部２０と連通する樹脂溜り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、樹脂溜り４０が設けられる位置が、ウェルドＷが形成される位置から周方向に数えて二番目の柱部２０の外周面である点で、上記実施形態と相違する。この構成の場合であっても、樹脂溜り４０とウェルドＷとの間の周方向距離が、樹脂溜り４０とゲート５１との間の周方向距離よりも短く設定されているので、溶解樹脂が合流した後でウェルドＷにおける強制的な樹脂の流動が起こりやすくなり、ウェルドＷの補強繊維材の配向が制御されてウェルドＷの強度が向上する。その他の構成及び効果は上記実施形態と同様である。

（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には、本実施形態の軸受用保持器１Ａ（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１Ａは、いわゆるくし形保持器であり、略円環状の基部１０Ａと、基部１０Ａの軸方向一端側面１２Ａから、周方向に所定間隔で軸方向に突出する複数且つ奇数個（本実施形態では１３個）の柱部２０Ａと、隣り合う一対の柱部２０Ａ、２０Ａの互いに対向する面２２Ａ、２２Ａと基部１０Ａの軸方向一端側面１２Ａ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奇数個（本実施形態では１３個）のポケット３０Ａと、を有している。すなわち、柱部２０Ａとポケット３０Ａは同数であると共に何れも奇数個形成されており、柱部２０Ａはそれぞれのポケット３０Ａの周方向両側に設けられる。

このようなくし形保持器１Ａにおいても、上記実施形態と同様の製造方法が適用可能である。

すなわち、ゲート５１は、柱部２０Ａに対応する位置、すなわち、柱部２０Ａと周方向にオーバーラップする位置に配置される。したがって、ゲート５１Ａからキャビティ内に射出され、周方向両側それぞれに流動した溶解樹脂は、ゲート５１が設けられた柱部２０Ａと径方向に対向するポケット３０Ａの底部において互いに接合する。この場合、上記ポケット３０Ａの底部において、ウェルドＷ（図４中、破線で示されている。）が形成される。

仮想線Ｍで二分された第１及び第２領域Ｓ１、Ｓ２のうち、第１領域Ｓ１のみの柱部２０の内周面に、溶解樹脂を貯留可能な樹脂溜り４０が設けられる。また、樹脂溜り４０とウェルドＷとの間の周方向距離は、樹脂溜り４０とゲート５１との間の周方向距離よりも短く設定される。本実施形態では樹脂溜り４０が、ウェルドＷが形成される位置から周方向に数えて一番目の柱部２０Ａ（ウェルドＷが形成されるポケット３０に隣接する柱部２０Ａ）に設けられる。また、柱部２０と連通する樹脂溜り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。

以上説明したように、くし形保持器１Ａを製造する場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することが可能である。

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やくし形保持器１Ａに限定されず、様々な種類の保持器に適用可能である。

（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。

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。

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、１Ａ 軸受用保持器
１０、１０Ａ 基部
１２、１２Ａ 軸方向一端側面
２０、２０Ａ 柱部
２２、２２Ａ 面
３０、３０Ａ 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
Ｍ 仮想線
Ｓ１ 第１領域
Ｓ２ 第２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一つ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複数且つ奇数個の柱部と、
   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、
   前記樹脂射出ゲートは、前記柱部に配置され、
   前記樹脂射出ゲートと、前記樹脂射出ゲートと径方向に対向する位置に形成されるウェルドと、を結んだ仮想線で前記軸受用保持器を第１及び第２領域に分けたとき、一方の領域内のみの前記柱部に、前記溶解樹脂を貯留可能な樹脂溜りが設けられ、
   前記樹脂溜りと前記ウェルドとの間の周方向距離は、前記樹脂溜りと前記樹脂射出ゲートとの間の周方向距離より短く、
   前記柱部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. 前記樹脂溜りは、前記ウェルドが形成される位置から周方向に数えて一番目の前記柱部に設けられる
   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. 請求項１又は２に記載の軸受用保持器の製造方法によって製造されたことを特徴とする軸受用保持器。

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