JP6405973B2

JP6405973B2 - 軸受用保持器の製造方法

Info

Publication number: JP6405973B2
Application number: JP2014251167A
Authority: JP
Inventors: 吉和倉本; 相原　成明; 成明相原; 隆之平本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: JP2016114099A

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８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複数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偶数個の柱部と、
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、
前記柱部には、前記樹脂射出ゲートと、前記溶解樹脂を貯留可能な樹脂溜りと、の何れか一方が設けられ、
複数の前記樹脂射出ゲートと複数の前記樹脂溜りとが、周方向において交互に複数の前記柱部に設けられ、
前記樹脂射出ゲートは、前記柱部の周方向中央から周方向一方側にずれた位置に配置されており、
前記樹脂溜りは、前記柱部の周方向中央に配置されており、
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。

本発明の軸受用保持器の製造方法によれば、柱部には樹脂射出ゲートと複数の樹脂溜りとの何れか一方が設けられ、複数の樹脂射出ゲートと複数の樹脂溜りとが周方向において交互に複数の柱部に設けられ、樹脂射出ゲートは柱部の周方向中央から周方向一方側にずれた位置に配置されており、樹脂溜りは柱部の周方向中央に配置されている。したがって、樹脂射出ゲートから供給された溶解樹脂は、隣り合う樹脂射出ゲートの間に位置する柱部の周方向中央から周方向一方側にずれた位置において合流し、ウェルドが形成される。すなわち、ウェルドは柱部の周方向中央から周方向一方側にずれた位置に形成され、樹脂溜りは当該柱部の周方向中央に配置される。このように、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るので、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り、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。また、樹脂溜りが柱部の周方向中央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。以上のように、ウェルドの補強繊維材の配向が制御され、ウェルド強度が向上し、ひいては軸受用保持器の強度低下を抑制できる。
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。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偶数個（本実施形態では１４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偶数個（本実施形態では１４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複数且つ偶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、多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）の外周側周縁部に設けた複数の樹脂射出ゲート（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。

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は、ゲート５１と溶解樹脂を貯留可能な樹脂溜り４０との何れか一方が設けられる。ゲート５１及び樹脂溜り４０の個数は、それぞれ柱部２０やポケット３０の個数の半数（本実施形態では７個）に設定されており、複数のゲート５１と複数の樹脂溜り４０とが、周方向において交互に複数の柱部２０に設けられる。

各ゲート５１は、柱部２０の周方向中央から周方向一方側（図中、反時計回り）にずれた位置に配置されている。これに対し、各樹脂溜り４０は、柱部２０の周方向中央に重なるように配置されている。なお、本実施形態では、ゲート５１は柱部２０（キャビティ）の内周面に連通しており、樹脂溜り４０は柱部２０（キャビティ）の外周面に連通している。

このような構成において、ゲート５１からキャビティ内に射出され、ゲート５１の周方向両側に流動した溶解樹脂は、隣り合うゲート５１の中間位置において合流する。具体的に、溶解樹脂は、隣り合うゲート５１の中間に位置する柱部２０の周方向中央から周方向一方側にずれた位置において合流し、当該合流位置にウェルドＷが形成される。すなわち、ウェルドＷは柱部２０の周方向中央から周方向一方側にずれた位置に形成され、樹脂溜り４０は当該柱部２０の周方向中央に配置される。このように、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るので、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。そして、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、樹脂溜り４０が柱部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の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。

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、柱部２０の外周面又は内周面に樹脂溜り４０が設けられる点で、上記実施形態と相違する。より具体的には、隣り合う樹脂溜り４０において柱部２０に設けられる位置が異なっており、一方の樹脂溜り４０が柱部２０の外周面に設けられた場合には、他方の樹脂溜り４０は柱部２０の内周面に設けられる。なお、必ずしも、隣り合う樹脂溜り４０において柱部２０に設けられる位置が異なる必要はなく、複数の樹脂溜り４０のうち、少なくとも一つの樹脂溜り４０が柱部２０の外周面に設けられ、少なくとも一つの樹脂溜り４０が柱部２０の内周面に設けられればよい。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。

（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４〜７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「３ＤＴＩＭＯＮ」にて解析した。

図５〜７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４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
Ｗウェルド

Claims

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複数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偶数個の柱部と、
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、
前記柱部には、前記樹脂射出ゲートと、前記溶解樹脂を貯留可能な樹脂溜りと、の何れか一方が設けられ、
複数の前記樹脂射出ゲートと複数の前記樹脂溜りとが、周方向において交互に複数の前記柱部に設けられ、
前記樹脂射出ゲートは、前記柱部の周方向中央から周方向一方側にずれた位置に配置されており、
前記樹脂溜りは、前記柱部の周方向中央に配置されており、
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。