JP6885197B2 - 片円環型樹脂保持器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸受の転動体が互いに接触しないように転動体を等間隔に分離した状態を保持する、合成樹脂製の片円環型保持器の製造方法に関する。

軸受の転動体が互いに接触しないように転動体を等間隔に分離した状態を保持する片円環型樹脂保持器として、円筒ころ軸受用櫛型樹脂保持器（例えば、特許文献１参照）、及び玉軸受用冠型樹脂保持器（例えば、特許文献２参照）等がある。
これらの片円環型樹脂保持器は、潤滑剤の供給が良好で軽量かつ低騒音であるため広く使用されており、円環状の基部と、前記基部の軸方向の一側面から軸方向へ突出する複数の片持ち片（柱部又は弾性片）とを備え、射出成形により一体成形される。

工作物を所望の形状及び寸法に加工する工作機械において、加工効率を向上するために主軸の高速回転化が進んでおり、主軸用転がり軸受には優れた高速回転性が要求される。
このような高速回転及び急加減速下で使用される転がり軸受に用いられる片円環型樹脂保持器には、高い真円度が必要であるとともに、軽量化及び高剛性化（遠心力に対する寸法安定性）並びに耐熱性等の厳しい特性が要求される。
このような厳しい要求特性を満たすための合成樹脂材料としてポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を用いるとともに、保持器全体の強度向上を狙って炭素繊維等の繊維強化材を添加した繊維強化樹脂保持器が使用されることが多い（例えば、特許文献１の段落［００１９］参照）。
ここで、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）は、卓越した機械特性と耐熱性を有するが、成形性が悪く、固化が速い材料である。

特許文献１の円筒ころ軸受用櫛型樹脂保持器の製造方法は、強度が低下するウェルド部を柱部の中央に位置させて強度を確保するために、柱部の１本おきにトンネルゲート（サブマリンゲート）を設けている。
特許文献２の玉軸受用冠型樹脂保持器の製造方法は、強度が低下するウェルド部を無くすために、製品用キャビティの内壁全周にダミー用キャビティの外周を繋げ、ダミー用キャビティの内周にトンネルゲート（サブマリンゲート）を設けている。

特開２００７−０７８１１８号公報 特開２０１３−２２３９３６号公報

特許文献１の前記樹脂保持器の製造方法では、強度が低下するウェルド部を無くすことができない。
それに対して特許文献２の前記樹脂保持器の製造方法では、強度が低下するウェルド部を無くすことはできる。
しかしながら、特許文献２の前記樹脂保持器の製造方法で、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の固化の速い材料に繊維強化材を添加した繊維強化合成樹脂を射出成形する場合、溶融樹脂がランナーよりトンネルゲートを経てダミー用キャビティに到達し、トンネルゲートでの圧力降下が大きいことから製品用キャビティ内の前記繊維強化合成樹脂に保圧が十分にかからないので、柱部の倒れやヒケが発生しやすく成形品である保持器の寸法精度が悪化する。
ヒケが発生した場合、保持器背面の平面度が悪化するため、２つの保持器を背面合わせで使用する複列円筒ころ軸受用の櫛型樹脂保持器である場合（例えば、特許文献１の図１参照）には、致命的な問題となる。

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、固化の速い材料に繊維強化材を添加した繊維強化合成樹脂を射出成形して片円環型樹脂保持器を製造する際に、強度が低下するウェルド部を無くせるとともに、片持ち片の倒れやヒケを抑制することにより保持器の寸法精度を高くできる、片円環型樹脂保持器の製造方法を提供する点にある。

本発明に係る片円環型樹脂保持器の製造方法は、前記課題解決のために、円環状基部と前記基部の軸方向一側面から軸方向へ突出する複数の片持ち片とを備え、
周方向に隣り合う前記片持ち片間のポケットに転動体を保持する、繊維強化合成樹脂製の片円環型保持器を射出成形により製造する片円環型樹脂保持器の製造方法であって、
前記繊維強化合成樹脂は、固化が速い樹脂材料に繊維強化材を添加したものであり、
射出成形用金型の固定側金型及び可動側金型により形成されるキャビティへ、円盤状のランナーが繋がる、前記円環状基部となる部分の内径側に備えたディスクゲートから、前記繊維強化合成樹脂を加熱溶融させた溶融樹脂材料を注入して固化させる射出成形工程を含み、
前記射出成形用金型において、
前記ディスクゲートの軸方向長さは、隅Ｒを除いた前記円環状基部の内径側の軸方向長さの１／２以上、隅Ｒを除いた前記円環状基部の内径側の軸方向長さ以下であり、
前記ランナーの軸方向長さは、前記ディスクゲートの軸方向長さの１．５倍以上２．５倍以下であることを特徴とする。

このような製造方法によれば、スプルーからランナーを経てディスクゲートからキャビティ内に充填される溶融樹脂材料の流路で圧力降下が少ないので、固化が速い樹脂材料に繊維強化材を添加した繊維強化合成樹脂を加熱溶融させた溶融樹脂材料であっても、キャビティ内の前記溶融樹脂材料に保圧を十分にかけることができる。
よって、成形品である片円環型樹脂保持器の片持ち片の倒れやヒケを抑制できるので、保持器の寸法精度を高くできるとともに、片円環型樹脂保持器全体の外観が滑らかになる。
その上、円環状基部となる部分の内径側に備えたディスクゲートから溶融樹脂材料をキャビティに注入することから、円環状基部となる部分の内径側の全周から溶融樹脂材料が注入されるので、溶融樹脂材料の合流部であるウェルド部を無くすことができる。
よって、ウェルド部がある成形品のように強度が低下することがない。
その上、ディスクゲートの軸方向長さを、隅Ｒを除いた前記円環状基部の内径側の軸方向長さの１／２以上、隅Ｒを除いた前記円環状基部の内径側の軸方向長さ以下の範囲とし、ランナーの軸方向長さを、ディスクゲートの軸方向長さの１．５倍以上２．５倍以下の範囲とすることにより、溶融樹脂材料の流路で圧力降下を少なくする効果を確実に奏するようにしながら、射出成形で無駄になるランナーで固化する材料を低減できるとともに、成形のサイクルタイムが上昇して製造コストが増大することがない。

ここで、前記固化が速い樹脂材料は、ポリエーテルエーテルケトン又は液晶ポリマーであり、
前記繊維強化材は、炭素繊維又はガラス繊維であるのが、好ましい実施態様である。

このような製造方法によれば、固化が速い樹脂材料を、卓越した機械特性と耐熱性を有するポリエーテルエーテルケトン又は液晶ポリマーとし、繊維強化材を炭素繊維又はガラス繊維としてさらに強度向上を図ることにより、寸法精度及び機械特性、並びに耐熱性が要求される転がり軸受の用途に好適な片円環型樹脂保持器を製造できる。

さらに、前記片円環型樹脂保持器は、２つの保持器を背面合わせで使用する複列円筒ころ軸受用の櫛型樹脂保持器であるのが、より一層好ましい実施態様である。

このような製造方法によれば、ヒケを抑制できることから寸法精度が向上し、それにより円環状基部の背面の平面度が向上するので、櫛型樹脂保持器を背面合わせで使用する複列円筒ころ軸受用として好適な櫛型樹脂保持器を製造できる。

以上のように、本発明に係る片円環型樹脂保持器の製造方法によれば、主に以下に示すような効果を奏する。
（１）スプルーからランナーを経てディスクゲートからキャビティ内に充填される溶融樹脂材料の流路で圧力降下が少ないので、固化が速い樹脂材料に繊維強化材を添加した繊維強化合成樹脂を加熱溶融させた溶融樹脂材料であっても、キャビティ内の前記溶融樹脂材料に保圧を十分にかけることができる。よって、成形品である片円環型樹脂保持器の片持ち片の倒れやヒケを抑制できるので、保持器の寸法精度を高くできるとともに、片円環型樹脂保持器全体の外観が滑らかになる。
（２）円環状基部となる部分の内径側に備えたディスクゲートから溶融樹脂材料をキャビティに注入することから、円環状基部となる部分の内径側の全周から溶融樹脂材料が注入されるので、溶融樹脂材料の合流部であるウェルド部を無くすことができる。よって、ウェルド部がある成形品のように強度が低下することがない。

本発明の実施の形態に係る片円環型樹脂保持器の製造方法により製造した円筒ころ軸受用櫛型樹脂保持器の斜視図である。 本発明の実施の形態に係る片円環型樹脂保持器の製造方法で用いる射出成形用金型の一部を示す概略縦断面図である。 同じく要部拡大概略縦断面図であり、キャビティ内に溶融樹脂材料を充填した状態を示している。

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、以下において、本発明の実施の形態に係る片円環型樹脂保持器を転がり軸受に装着した状態で、転がり軸受の回転軸の方向を「軸方向」、軸方向に直交する方向を「径方向」という。

＜片円環型樹脂保持器である円筒ころ軸受用櫛型樹脂保持器＞
図１の斜視図に示すように、本発明の実施の形態に係る片円環型樹脂保持器の製造方法により製造した片円環型樹脂保持器である円筒ころ軸受用櫛型樹脂保持器１は、円環状基部２と基部２の軸方向一側面から軸方向へ突出する複数の片持ち片である柱部３，３，…とを備える。周方向に隣り合う柱部３，３間のポケットＰに、図示しない転動体である円筒ころを保持する。
櫛型樹脂保持器１は、固化が速い樹脂材料に繊維強化材を添加した繊維強化合成樹脂製である。例えば、前記固化が速い樹脂材料はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で、前記繊維強化材は炭素繊維である。また、前記繊維強化合成樹脂における繊維強化材の比率は例えば２０〜３０重量％程度である。

＜射出成形用金型＞
図２の概略縦断面図に示すように、本発明の実施の形態に係る片円環型樹脂保持器の製造方法で用いる射出成形用金型４は、固定側金型５及び可動側金型６等を備える。
固定側金型５及び可動側金型６内には、スプルー７、ランナー８、ディスクゲート９、及びキャビティ１０が形成される。ランナー８は、円盤状（ディスク状）であり、ディスクゲート９に繋がる。ディスクゲート９は、キャビティ１０への注入口であり、円環状基部２となる部分の内径側に備えている。
ここで、図３の要部拡大概略縦断面図に示すディスクゲート９の軸方向長さＴ１の最大値は、隅Ｒを除いた円環状基部２の内径側の軸方向長さ（厚み）であり、前記Ｔ１の最小値は、隅Ｒを除いた円環状基部２の内径側の軸方向長さの１／２である。すなわち、ディスクゲート９の軸方向長さＴ１は、隅Ｒを除いた円環状基部２の内径側の軸方向長さの１／２以上、隅Ｒを除いた円環状基部２の内径側の軸方向長さ以下である。
ディスクゲート９の軸方向長さＴ１は、例えば１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下に設定する。
また、図３の要部拡大概略縦断面図に示すランナー８の軸方向長さＴ２の最大値は、ディスクゲート９の軸方向長さＴ１の２．５倍、前記Ｔ２の最小値は、前記Ｔ１の１．５倍である。すなわち、ランナー８の軸方向長さＴ２は、ディスクゲート９の軸方向長さＴ１の１．５倍以上２．５倍以下（Ｔ１×１．５≦Ｔ２≦Ｔ１×２．５）である。

＜成形材料＞
本発明の成形材料は、固化が速い樹脂材料に繊維強化材を添加した繊維強化合成樹脂である。前記固化が速い樹脂材料は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又は液晶ポリマー（ＬＣＰ）等であり、前記繊維強化材は、炭素繊維又はガラス繊維である。

＜射出成形工程＞
図２に示す射出成形用金型４を型締めした状態で、前記繊維強化合成樹脂を加熱溶融させた溶融樹脂材料ＭＲ（図３参照）を射出成形機から射出し、スプルー７に注入する。
溶融樹脂材料ＭＲは、スプルー７内を軸方向へ流れ、スプルー７からランナー８に入って径方向外方へ流れ、ディスクゲート９から径方向外方へキャビティ１０内に充填される。
溶融樹脂材料ＭＲを冷却・固化させた後、パーティングラインＰＬから可動側金型６を開き、エジェクタピン１１，１１，…により突き出すことにより、ゲートカット前の成形品を取り出す。
次に、ゲートカット処理を行い、成形品である円筒ころ軸受用櫛型樹脂保持器１をゲートから切り離す。

＜片円環型樹脂保持器の製造方法の作用効果＞
以上のような片円環型樹脂保持器の製造方法によれば、スプルー７からランナー８を経てディスクゲート９からキャビティ１０内に充填される溶融樹脂材料の流路で圧力降下が少ないので、固化が速い樹脂材料に繊維強化材を添加した繊維強化合成樹脂を加熱溶融させた溶融樹脂材料ＭＲであっても、キャビティ１０内の溶融樹脂材料ＭＲに保圧を十分にかけることができる。
よって、成形品である櫛型樹脂保持器１の柱部３の倒れやヒケを抑制できるので、保持器１の寸法精度を高くできるとともに、櫛型樹脂保持器１全体の外観が滑らかになる。
その上、円環状基部２となる部分の内径側に備えたディスクゲート９から溶融樹脂材料ＭＲをキャビティ１０に注入することから、円環状基部２となる部分の内径側の全周から溶融樹脂材料ＭＲが注入されるので、溶融樹脂材料ＭＲの合流部であるウェルド部を無くすことができる。
よって、ウェルド部がある成形品のように強度が低下することがない。

その上さらに、ヒケを抑制できることから寸法精度が向上し、それにより円環状基部２の背面の平面度が向上するので、２つの櫛型樹脂保持器１，１を背面合わせで使用する複列円筒ころ軸受用として好適な櫛型樹脂保持器１を製造できる。
その上、射出成形用金型４において、ディスクゲート９の軸方向長さＴ１を、隅Ｒを除いた円環状基部２の内径側の軸方向長さの１／２以上、隅Ｒを除いた円環状基部２の内径側の軸方向長さ以下の範囲とし、ランナー８の軸方向長さＴ２を、ディスクゲート９の軸方向長さＴ１の１．５倍以上２．５倍以下の範囲とすることにより、溶融樹脂材料ＭＲの流路で圧力降下を少なくする効果を確実に奏するようにしながら、射出成形で無駄になるランナー８で固化する材料を低減できるとともに、成形のサイクルタイムが上昇して製造コストが増大することがない。
その上さらに、固化が速い樹脂材料を、卓越した機械特性と耐熱性を有するポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又は液晶ポリマー（ＬＣＰ）とし、繊維強化材を炭素繊維又はガラス繊維としてさらに強度向上を図ることにより、寸法精度及び機械特性、並びに耐熱性が要求される転がり軸受の用途に好適な片円環型樹脂保持器を製造できる。

＜片円環型樹脂保持器のバリエーション＞
以上の実施形態の説明においては、片円環型樹脂保持器の例として円筒ころ軸受用櫛型樹脂保持器を示したが、片円環型樹脂保持器は玉軸受用冠型樹脂保持器等であってもよい。
玉軸受用冠型樹脂保持器の場合、基部の軸方向一側面から軸方向へ突出する複数の片持ち片は弾性片であり、周方向に隣り合う弾性片間のポケットに転動体であるボールを保持する。
片円環型樹脂保持器が玉軸受用冠型樹脂保持器であっても、本発明の片円環型樹脂保持器の製造方法により製造することにより、固化が速い樹脂材料に繊維強化材を添加した繊維強化合成樹脂を加熱溶融させた溶融樹脂材料であっても、キャビティ内の前記溶融樹脂材料に保圧を十分にかけることができるので、成形品である玉軸受用冠型樹脂保持器の弾性片の倒れやヒケを抑制できるので、保持器の寸法精度を高くできるとともに、玉軸受用冠型樹脂保持器全体の外観が滑らかになる。
その上、溶融樹脂材料の合流部であるウェルド部を無くすことができるので、ウェルド部がある成形品のように強度が低下することがない。

１ 円筒ころ軸受用櫛型樹脂保持器（片円環型樹脂保持器）
２ 円環状基部
３ 柱部（片持ち片）
４ 射出成形用金型
５ 固定側金型
６ 可動側金型
７ スプルー
８ ランナー
９ ディスクゲート
１０ キャビティ
１１ エジェクタピン
ＭＲ 溶融樹脂材料
Ｐ ポケット
ＰＬ パーティングライン
Ｔ１ ディスクゲートの軸方向長さ
Ｔ２ ランナーの軸方向長さ

Claims (3)

1. 円環状基部と前記基部の軸方向一側面から軸方向へ突出する複数の片持ち片とを備え、
   周方向に隣り合う前記片持ち片間のポケットに転動体を保持する、繊維強化合成樹脂製の片円環型保持器を射出成形により製造する片円環型樹脂保持器の製造方法であって、
   前記繊維強化合成樹脂は、固化が速い樹脂材料に繊維強化材を添加したものであり、
   射出成形用金型の固定側金型及び可動側金型により形成されるキャビティへ、円盤状のランナーが繋がる、前記円環状基部となる部分の内径側に備えたディスクゲートから、前記繊維強化合成樹脂を加熱溶融させた溶融樹脂材料を注入して固化させる射出成形工程を含み、
   前記射出成形用金型において、
   前記ディスクゲートの軸方向長さは、隅Ｒを除いた前記円環状基部の内径側の軸方向長さの１／２以上、隅Ｒを除いた前記円環状基部の内径側の軸方向長さ以下であり、
   前記ランナーの軸方向長さは、前記ディスクゲートの軸方向長さの１．５倍以上２．５倍以下であることを特徴とする、
   片円環型樹脂保持器の製造方法。
2. 前記固化が速い樹脂材料は、ポリエーテルエーテルケトン又は液晶ポリマーであり、
   前記繊維強化材は、炭素繊維又はガラス繊維である、
   請求項１記載の片円環型樹脂保持器の製造方法。
3. 前記片円環型樹脂保持器は、２つの保持器を背面合わせで使用する複列円筒ころ軸受用の櫛型樹脂保持器である、
   請求項１又は２に記載の片円環型樹脂保持器の製造方法。
   

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