JP7236902B2 - 樹脂製保持器及び転がり軸受 - Google Patents

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Description

この発明は、転がり軸受の樹脂製保持器及びその製造方法並びに前記樹脂製保持器を備えた転がり軸受に関する。
一般に、転がり軸受に組み込まれる保持器は、玉を回転時に保持する部品である。鉄板等金属製保持器は、一般的にプレス成形により造られ、材料強度や引張強度が高い。
一方、樹脂製保持器は、金属製保持器と比べてこれらの強度は劣るが、コストにおいて有利な射出成形等によって量産が可能である上、柔軟性、耐摩耗性、耐食性等に優れ、摩耗粉による不具合が発生し難く、更に軽量化も図ることができる。このため樹脂製保持器は、軸受性能の向上に大きく貢献できるものであり、自動車、電気、産業機械等の多くの技術分野において幅広く使用されている。
例えば、ポリフェニレンスルフィド系樹脂に、エラストマー成分と、２０～５０重量％のガラス繊維強化材とが配合された組成物をもって構成され、アイゾット衝撃強さが１３０Ｊ／ｍ（ノッチ付）以上に調整され、また引張破断伸びが２％以上に調整された合成樹脂製保持器が知られている（特許文献１）。
このような合成樹脂製保持器が射出成形によって製造される場合には、溶融した樹脂成形材料のゲートの対向する位置に、ウエルドまたはウエルドラインと呼ばれる部位が形成される。
因みに、ウエルドは、溶融した樹脂成形材料が二手に分かれてキャビティ内を流動するときに、この流れが再度合わさって接合する箇所では、樹脂の表面が若干固化して接合するために起こると考えられる。このようなウエルドは、射出成形品の外観からも観察できるものであり、強度の低い部分でもある。
射出成形によって製造される合成樹脂製の冠型の保持器として、ポケットに対向する保持器表面の凹部に射出成形用のゲートを配置することにより、ウエルドが厚肉で荷重の作用し難い柱部に形成されることが知られている(特許文献２)。
また、円すいころ軸受用の保持器について、ウエルド部分の強度を高める手段として、できるだけ負荷が掛らない円環部を連結する柱間の中央にウエルドが形成されるようにするために、保持器の柱部の延長上の円環部にゲートを配置することが知られている（特許文献３）。
また、ウエルド部分で溶融した樹脂や添加された補強繊維が均一に混合されない点を改良するために、モールドに樹脂溜まりを設けて溶融樹脂を誘導し、樹脂や添加された補強繊維が、ウエルドの形成されるキャビティの所定部分で混和され、また配向せずにランダムに分散するようにして、ウエルド部分の強度低下を抑制する方法が知られている（特許文献４）。
特開２００５－１１４０９８号公報 特開２０１６－１８０４３０号公報 特開２００６－０７０９２６号公報 特開２０１４－２３１９１１号公報
しかし、上記した特許文献２に記載される保持器では、柱部にウエルドを発生させ、かつ良好な成形性を得るためには、複数のゲートから射出成形してポケットの中央部付近にゲートを設置する必要があるが、小形の玉軸受用の冠型保持器のようにポケットの中央部の肉厚が薄い保持器では、ゲートを所定位置にまたは複数設置できない場合がある。
また、小型の保持器では、溶融樹脂の供給不足による強度低下が起こらないように、充分な量の溶融樹脂を供給するための所要な大きさのゲートを設置することが難しい。
ところで、上記した特許文献３に記載される合成樹脂製保持器の製造方法では、円すいころ軸受用保持器の大径及び小径円環部の両円環部を連結する柱間の中央部分にウエルドを形成している。この場合、破損し易いコーナー部分の強度を確保することはできるが、柱間の中央部分の引張に耐える強度は、比較的小さなウエルドの断面積の大きさに応じて小さい。
また、ポケット数が偶数の冠型保持器は、ポケット間の中央にゲート位置を設定することによって、ゲート位置の制約を受け難く、ポケット間の中央にウエルドを形成することでウエルドの断面積を大きくできる。
しかし、ポケット数が奇数個の冠型保持器においては、ポケット間の中央にゲート位置を設定すると、ウエルドはポケットの凹型円曲面上の底面部分に形成されることになり、その断面積が小さくなってしまうので、ゲート位置の最適な調整が容易ではない。
また、特許文献４に記載されるように、モールドに樹脂溜まりを設けて溶融樹脂を誘導するためには、金型の構造が複雑になり、成形後に樹脂溜まりを切除する工程も必要になるから、製作工程数を増加させることになる。
転がり軸受が、エンジン装置内クランク軸支持用の転がり軸受として用いられる場合には、厳しい潤滑条件、高温条件、さらには激しい振動や回転軸を傾ける荷重に耐える必要があり、このような要求に充分に応える高い強度を有し、しかも品質の安定した射出成形体からなる樹脂製保持器が必要である。
しかし、射出成形された樹脂製保持器の強度は、採用する樹脂の特性だけで充分に高められるものではない。
また、金属製保持器は、玉を保持する２枚の波型の鉄板部品を鋲で固定する必要があり、保持器の強度を上げるためには、前記波型の部品の板厚を厚くするか、または特殊な熱処理等を施して対応する。しかしながら、いずれの対応でも簡単に金属製保持器の強度を上げることは容易ではない。
このような金属製保持器は、樹脂素材の特性から判断すると、破断荷重で評価する強度は樹脂製保持器より大きいが、破断時の伸びは樹脂製保持器よりも小さい。
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決し、転がり軸受の樹脂製保持器が、射出成形等の溶融成形によって生じたウエルド部で破断し難く、振動や大きな曲げモーメント荷重に耐える耐久性を有することであり、また樹脂製保持器を組み込んだ転がり軸受が、振動や大きな曲げモーメント荷重によく耐えることであり、さらにはこのような優れた機械的特性および耐久性を備えた樹脂製保持器を効率よく製造することである。
上記の課題を解決するために、本願の発明者は、樹脂製保持器は強度の点では金属製保持器に劣るが、強度に加えて一定の伸びを加味すれば、金属製保持器よりも壊れ難いものになり、また耐久性を備えた樹脂製保持器になる可能性があると考えた。
そこで、この発明においては、転がり軸受の転動体を回転自在に収容する複数のポケットが、樹脂成形体からなる環状の保持器の周方向に等間隔で配置され、前記ポケットの壁面から内部に延びるウエルド部の前記壁面に隣接する保持器の表面に現れるウエルドラインが、保持器の軸線に対して１７°以上の角度で傾斜するウエルドラインである転がり軸受の樹脂製保持器としたのである。
上記したように構成されるこの発明の転がり軸受の樹脂製保持器は、保持器の所定の表面に現れるウエルドラインが、環状の保持器の軸線に対して１７°以上の角度で傾斜していることにより、保持器の断面でウエルド部の占める面積(以下、ウエルド部の断面積と称する)が大きくなり、また傾斜角によって保持器に掛る軸方向の負荷によるウエルド部の断面(以下、ウエルド面という。)に垂直な荷重成分を小さくすることができる。そのため、ウエルド部に生じる応力を小さくし、ウエルド部の強度を高めることができる。
後述する実施例および比較例からも明らかであるが、ウエルドラインの保持器軸線に対する傾斜角度が１７°未満では、保持器の強度試験における破断荷重や破断伸びの結果が、格段に低下して優れた機械的特性および耐久性が得られない。
また、上記した発明の構成に代えて、前記ウエルド部が、前記ポケットの壁面とこの壁面に対向する保持器の表面とに跨って形成され、かつ以下の数式(1)で示されるウエルド部と玉またはころの断面積比および数式(2)で示されるウエルド部断面積及び破断伸びに対する保持器の破断荷重の比率を満足する所定断面積のウエルド部である樹脂製冠型保持器としたのである。
（１） Ｗ／（π（Ｄａ／２）２）≧０．１５
（式中、Ｗはウエルド部断面積（ｍｍ２）であり、Ｄａはポケットに収容する玉の直径（ｍｍ）を示し、（π（Ｄａ／２）２）は玉の直径方向の断面積（ｍｍ２）である。）
（２） ３＜（Ｌ／Ｅ３）／１００＜１９
（式中、Ｅは引張破断荷重による冠型保持器（図１５（ａ）中の冠型保持器の３時および９時の位置にある部位）の破断方向の伸び（ｍｍ）を示し、Ｌは破断荷重(Ｎ)／ウエルド部断面積（ｍｍ２）である。）
上記したように構成されるこの発明の樹脂製冠型保持器は、数式(1)および数式(2)を満足する所定断面積のウエルド部をポケットの凹型円曲面状の底面と前記保持器本体の端面とに跨って形成することにより、保持器を形成する樹脂の特性に加えて、ウエルドの断面積が玉の大きさ(すなわち、ポケットの大きさと略同じ)に比べて大きくなり、射出成形時の樹脂流同士の接合面の結合力が高められる。
そのため、転がり軸受がモーメント荷重を受けた状態で使用された時でも樹脂製保持器が引張破断され難いものになる。
保持器の所定の表面に現れるウエルドラインが、環状の保持器の軸線に対して１７°以上の角度で傾斜し、または断面積の比較的大きなウエルドが形成されるようにゲートの位置が調整されるとき、凹型円曲面状の底面と保持器本体の端面とに跨って形成されるウエルドの形成位置も調整される。すなわち、保持器本体の端面との間隔が広い部分にウエルドが形成されるか、または狭まっている位置に形成されるかによって、ウエルドの傾斜角度や断面積も調整される。
また、樹脂製冠型保持器が、ポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫと略称する。）樹脂製のものであれば、より充分な耐熱性および機械的強度が備わるので、そのような樹脂を採用することが好ましい。
このように樹脂の種類を選択するだけではなく、樹脂製冠型保持器が、繊維補強された樹脂製であれば、より充分な耐熱性および機械的強度が備わる。前記繊維補強された樹脂成形体としては、カーボン繊維を２０～４０質量％含有することにより耐熱性および機械的強度が充分に向上するので好ましい。
射出成形体からなる樹脂製保持器が、ゲート部の位置を調整することにより、ウエルド部の形成される位置と傾斜角度、これらに伴うウエルド部断面積の大きさを調整して設けることができる。
また、ウエルド部の断面積を前記所定位置に調整するためには、ゲート部の位置をできるだけ冠型保持器本体の軸方向の端縁に近づけることが好ましく、そのために前記樹脂製保持器が、１以上のゲート部の近傍に配置される外周面側または内周面側の端縁を、前記外周面または内周面とポケットの壁面に対向する保持器の端面との交差する２面からなる面取りのない端縁に設ける。これにより、ゲート部の位置の選択の自由度を上げ、できるだけ大きなゲート部をポケットの底部に近づけることができる。上記のゲート部は、トンネルゲートの配置された痕であれば、ゲートばりのないゲート部になるので好ましい。
上記いずれかの樹脂製保持器を備えた転がり軸受を構成すれば、ウエルドの破断強度が高く、振動や大きな曲げモーメント荷重を受けても耐久性に優れた樹脂製保持器を備えた転がり軸受になる。このような転がり軸受は、例えば、エンジン装置内クランク軸支持用として適用できる。
また、上記した樹脂製冠型保持器を効率よく安定した品質で製造するためには、転がり軸受の転動体を回転自在に収容する複数のポケットを環状の保持器本体の周方向に等間隔に備えた樹脂製保持器を射出成形により製造する方法であって、１以上のウエルド部が、前記ポケットの壁面とこの壁面に対向する保持器の表面とに跨って形成され、前記ポケットの壁面から内部に延びるウエルド部の前記壁面に隣接する保持器の表面に現れるウエルドラインが、環状の保持器の軸線に対して１７°以上の角度で傾斜するウエルドラインであるように樹脂製冠型保持器を製造する。
さらに、前記ウエルド部が、以下の数式(3)で示されるウエルド部と玉の断面積比および数式(4)で示されるウエルド部断面積及び破断伸びに対する保持器の破断荷重の比率を満足するように、ゲートを、前記冠型保持器本体の外周面側または内周面側の端縁に近づけて配置する樹脂製冠型保持器の製造方法とすることが好ましい。
（３） Ｗ／（π（Ｄａ／２）２）≧０．１５
（式中、Ｗはウエルド部断面積（ｍｍ２）であり、Ｄａはポケットに収容する玉の直径（ｍｍ）を示し、（π（Ｄａ／２）２）は玉の直径方向の断面積（ｍｍ２）である。）
（４） ３＜（Ｌ／Ｅ３）／１００＜１９
（式中、Ｅは引張破断荷重による冠型保持器の破断方向の伸び（ｍｍ）を示し、Ｌは破断荷重(Ｎ)／ウエルド部断面積（ｍｍ２）である。）
上記のようにゲート部を、前記冠型保持器本体の外周面側または内周面側の端縁に近づけて配置することにより、数式(3)および数式(4)を満足する所定断面積のウエルド部がポケットの凹型円曲面状の底面と前記保持器本体の端面とに跨って形成され、ウエルドの破断強度が高く、振動や大きな曲げモーメント荷重を受けても耐久性に優れた樹脂製保持器を効率よく製造できる。
この発明は、樹脂成形体からなる環状の保持器の所定表面上で環状の保持器の軸線に対して１７°以上の角度で傾斜するウエルドラインを形成し、また上記した所定の数式を満足する断面積のウエルド部を形成することにより、ウエルド部の破断強度が高く、振動や大きな曲げモーメント荷重を受けても耐久性に優れた樹脂製保持器になる。
さらにそのような樹脂製保持器を組み込んだ耐久性に優れた転がり軸受が得られ、また射出成形時のゲートの配置を調整することにより、上記の優れた特性を有する樹脂製保持器を安定した品質で効率よく製造できる利点がある。
第１実施形態の実施例１、２及び比較例１のゲート部とウエルドの位置を示す樹脂製冠型保持器の斜視図 第１実施形態の保持器が組み込まれた玉軸受の要部断面図 第２実施形態の保持器の斜視図 第３実施形態の保持器の斜視図 第１実施形態の樹脂製冠型保持器の平面図 図５のVI-VI線断面における玉の直径Ｄａを示す説明図 図６における引張破断荷重による破断方向の伸びＥを示す説明図 ゲート位置の説明図であり、（ａ）は位置の異なるゲートを示し、（ｂ）は大きさの異なるゲートを示す説明図 実施例１の樹脂製冠型保持器の平面図 図９のＸ-Ｘ線断面の拡大図 実施例２の樹脂製冠型保持器の平面図 図１１のXII－XII線断面の拡大図 比較例１の樹脂製冠型保持器の平面図 図１３のXIV－XIV線断面の拡大図 保持器の引張試験の説明図であり、（ａ）は試験装置の正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ－ｂ線断面図 （ａ）保持器のポケットの形状と、数式(A)及び数式(B)に用いた変数との関係を示す説明図、（ｂ）は（ａ）のｂ－ｂ線断面図 ウエルドライン角度と破断強度の関係を示す図表 保持器の回転試験の説明図 保持器のポケット底部の軸方向の断面を示す図面代用写真
この発明の第１～第３実施形態を以下に添付図面に基づいて説明する。
図１、２、５に示すように、第１実施形態の冠型保持器１は、エンジン装置内のクランク軸Ｘ１を支持可能な転がり軸受２に用いられるものであり、玉３を回転自在に収容する（玉３と略同径の）複数のポケット４が、環状の樹脂成形体の一端面に開口して周方向に等間隔で配置されており、壁面４ａとこの壁面に対向する冠型保持器１の表面である端面１ａとに跨って１以上のウエルド部Ａ´、Ｂ´またはＣ´が形成され、ポケット４の壁面４ａから内部に延びるウエルド部Ａ´、Ｂ´またはＣ´の壁面４ａに隣接する保持器の表面（内周面及び外周面）に現れるウエルドラインが、保持器の軸線Ｘに対して１７°以上の角度θ１、θ２またはθ３で傾斜している。
図示したウエルド部Ａ´、Ｂ´またはＣ´は、それぞれゲート部Ａ、ＢまたはＣに対応して形成されるものであり、これらの位置関係を比較して説明するために、まとめて模式的に示している。因みに、ゲート部Ａ，Ｂ，Ｃは、射出成形時に溶融した樹脂が流入するゲートの配置された痕跡であり、加工後の射出成形体の表面にも観察できる。
ゲート部Ａ，Ｂ，Ｃのうち、ゲート部Ａ、Ｃは、保持器本体の内周面のポケット４の近くの所定位置にそれぞれ配置されたものを示し、７か所のゲート部Ａ、Ｃに対応する位置にウエルド部Ａ´、Ｂ´も７か所形成される。
また、ゲート部Ｂは、保持器本体の外周面に１か所配置されたものを示し、対応するウエルド部Ｂ´も所定位置に１か所だけ形成される。
ウエルドラインは、ポケット４の壁面４ａ（底面）から内部に延びるウエルド部の前記壁面４ａ（底面）に隣接する保持器本体の内周面１ｂおよび外周面１ｃに現れる。
上記ウエルドラインの傾斜については、内周面１ｂ上または外周面１ｃ上で保持器の軸線Ｘに対して１７°以上の角度で傾斜している。
なお、実際の樹脂成形品の表面に、ウエルドライン全体が現れていない場合でも、前記環状の保持器の内周面１ｂまたは外周面１ｃに現れるウエルドラインの軸線Ｘ両端を結ぶ線分の傾斜角度を確認することにより、上記の所期した作用効果を得られるかどうかを判断できる。
図３に示すように、第２実施形態の樹脂製の保持器７は、樹脂成形体の角板状素材からなる環状の保持器７の周方向に、転動体の玉（図示せず）を回転自在に保持する円穴状のポケット８を等間隔に形成した玉軸受の保持器７である。
第２実施形態においては、ポケット８の壁面から内部に延びるウエルド部Ｄ´の保持器７の表面の内周面及び外周面に現れるウエルドラインが、ポケット８の周囲２か所に形成されており、それぞれのウエルドラインが、保持器の軸線Ｘに対して１７°以上の角度θ４で傾斜している。
図４に示すように、第３実施形態の樹脂製の保持器９は、転動体のころ（図示せず）を回転自在に保持する略長四角穴状のポケット１０を周方向に等間隔に形成したころ軸受の保持器９である。
第３実施形態においても、ポケット１０の壁面から内部に延びるウエルド部Ｅ´の保持器の表面の内周面及び外周面に現れるウエルドラインが、軸線方向に対向するポケット１０の周囲２か所に形成されており、それぞれのウエルドラインが、ころ軸受の軸線Ｘに対して１７°以上の角度θ５で傾斜している。
ころ軸受用保持器においても、略長四角穴状のポケット１０の端面１０ａを半径Ｒの円柱面や球面の形状に形成することにより、成形時の樹脂材料の流れに接触する面積は平面に比べて曲面の方が大きくなり、樹脂流は、それに応じた流動抵抗を受ける。
そして、キャビティ内の平面と曲面の間を通過する樹脂材料の流れの速度は、平面側と曲面側で異なるから、樹脂流の先端形状も斜面状になり、樹脂流の先端同士が衝突して形成されるウエルドの傾斜角度が大きくなる。
このようにして、第３実施形態のころ軸受用保持器に形成されるウエルドラインの角度θ５は、第１実施形態および第２実施形態の玉軸受用保持器と同様に、ころ軸受の軸線Ｘに対して１７°以上に傾斜した状態に形成されやすい。
また、第１～第３実施形態におけるウエルド部は、いずれも以下の数式(1)で示されるウエルド部と玉の断面積比および数式(2)で示されるウエルド部断面積及び破断伸びに対する保持器の破断荷重の比率を満足する所定断面積であることにより、ポケット４の凹型円曲面状の壁面４ａと保持器本体の端面１ａとに跨って所定断面積であるように所定位置に配置されている。
（１） Ｗ／（π（Ｄａ／２）２）≧０．１５
（式中、Ｗはウエルド部断面積（ｍｍ２）であり、Ｄａはポケットに収容する玉の直径（ｍｍ）を示し、（π（Ｄａ／２）２）は玉の直径方向の断面積（ｍｍ２）である。）
（２） ３＜（Ｌ／Ｅ３）／１００＜１９
（式中、Ｅは引張破断荷重による冠型保持器の破断方向の伸び（ｍｍ）を示し、Ｌは破断荷重(Ｎ)／ウエルド部断面積（ｍｍ２）である。）
なお、図６、図１６（ｂ）または図７中に、上記した式中の記号Ｄａ，Ｗ，Ｅを図示した。
この発明でいうウエルド部断面積は、引張破断試験で観察される立体形状の破断面の実際の面積に近似するものであり、射出成形体である保持器１の表面に現れるウエルドラインを少なくとも一つ以上通る平面から算出される断面積である。
前記した数式(1)の左辺は、ウエルド部断面積Ｗ（ｍｍ２）と玉の断面積比である。
同様に、数式(2)は、[（破断荷重(Ｎ)／ウエルド部断面積（ｍｍ２））／引張破断荷重による冠型保持器の破断方向の伸び（ｍｍ）の３乗した値]／１００の値が、３を超え１９未満にすることを示している。引張破断荷重（または破断荷重）の値は、後述する引張試験によって測定される。
これらの値が設定値の範囲内であるように、ポケット４の凹型円曲面状の壁面４ａと保持器１の端面１ａとに跨って形成されるウエルド部Ａ´、Ｂ´、Ｃ´の位置が特定され、そのような位置に特定されるようにゲート部Ａ、Ｂ、Ｃの位置を調整する。
冠型保持器本体に形成されるウエルド部Ａ´、Ｂ´、Ｃ´の周方向の位置は、ゲート部Ａ、Ｂ、Ｃの位置からほぼ等距離に配置される。その位置関係は、ゲート部を１つまたは複数設けた場合でも同じであり、ゲート部の数に対応してウエルド部も同じ数だけ形成される。
冠型保持器本体のゲート部Ａ、Ｂ、Ｃの軸方向の位置（図１中縦方向の高さ）は、ポケット４の凹型円曲面状の壁面４ａと保持器１本体の端面１ａとに跨って形成される１以上のウエルド部Ａ´、Ｂ´、Ｃ´の形成位置をポケット４の壁面４ａの中央部（凹型円曲面の最深部）に近づけたり、遠ざけたりすることに関係する。
すなわち、ゲート部Ａ、Ｂ、Ｃの軸方向の高さが高ければ、ウエルド部Ａ´、Ｂ´、Ｃ´はポケット４の凹型円曲面状の壁面４ａの中央部に近づき、ゲート部Ａ、Ｂ、Ｃの前記高さを低くしてポケット４の壁面４ａの中央部に近づければ、同様にウエルド部Ａ´、Ｂ´、Ｃ´もポケット４の壁面４ａの中央部から遠ざかる。
図８に示すように、例えばゲート部Ｆ（Ｆ１またはＦ２）を設ける場合において、その近傍に配置される内周面側の端縁１ｄを、内周面１ｂとポケット４の壁面４ａに対向する保持器の端面１ａとの交差する２面からなる面取りのない端縁１ｄに設けることが好ましい。また、外周面側の端縁についても、前記外周面とポケット４の壁面４ａに対向する保持器の端面１ａとの交差する２面からなる面取りのない端縁に設けることが好ましい。
このようにするとゲート部の高さは、面取りされた端縁１ｄ´（図８（ａ））のある位置（ゲートＦ１）に比べて可及的に低い位置（ゲートＦ２）に設置することができ、それだけウエルド部もポケット４の壁面４ａの中央部から遠ざけることができる。このことは、第１実施形態のゲート部Ａ、Ｃの位置と、ウエルド部Ａ´、Ｃ´の位置関係からも明らかである。
また、図８（ｂ）に示すように、面取りされた端縁１ｄ´に代えて、面取りのない端縁１ｄを設けることは、ゲート部自体の面積を大きくすることに役立つ。すなわち、ゲートＧ１をゲートＧ２のように大きくすることができるので、溶解した樹脂材料の流入量を増やすことで樹脂材料の冷却速度を遅くするか、または冷却速度の均一化を図り、ウエルドの強度を高めることができる。さらに、小形の保持器においても充分なゲートの流入径を確保し、比較的自由なゲート位置を設定することもできる。
そして、ゲート位置を隣り合うポケット４間の柱部分の内周面１ｂ側または外周面１ｃ側（図１）に選択的に配置することで、玉軸受のポケット４の形状に由来する溶融樹脂の軸方向の流動速度に勾配を発生させ、保持器１の底面に対し、すなわち転がり軸受の環状の保持器の軸線Ｘに対してウエルドラインに一定の角度を持たせることができる。
また、柱部分の中央からずらした位置にゲートを配置することにより、ウエルドラインを肉厚の最も小さくなるポケットの底部からずらし、ウエルド部の断面積を大きくすることができる。
このようにして保持器１の断面でウエルド部の断面積を大きくし、また傾斜角によって保持器に掛る軸方向の負荷によるウエルド面に垂直な荷重成分を小さくすることができる。
なお、上記した実施形態におけるポケットの数は、図１に示した７個に限られるものではなく、転がり軸受の用途に応じて適宜に変更可能である。
実施形態では、ウエルド部の強度が向上しているため、全てのポケットの壁面とこの壁面に対向する保持器の表面とに跨ってウエルドラインを設けることが可能であり、ゲート数を増やして真円度等の寸法精度の高い良好な保持器を得て、これを組み込んだ転がり軸受の回転精度を向上させることができる。
また、上記した保持器１、７、９の端縁の面取りは、端面の両側（内周面及び外周面）に設けることが好ましい。これは、金型数を削減して製造コストを減らし、またバリ（すなわち、金型の隙間等に樹脂が入り込む現象）の発生を防ぐためである。実施形態では、ゲート位置の調整、断面積の確保のために敢えてゲートがある側の面取りをしていない。
また、通常、材料コスト削減、ヒケ防止、樹脂の冷却速度のバラつき及びこれによるウエルド強度の低下防止のために、肉盗みを設ける場合が多いが、この発明の樹脂製保持器では肉盗みを敢えて設けないことによって、ＰＥＥＫ等の樹脂材料の低い流動性に対応させ、かつウエルドラインの断面積の拡張を可能にしている。なお、肉盗みのある後述の参考例のＰＥＥＫを用いた保持器は、回転試験に耐えきれずに破損することが確認されている。
また、この発明で用いる樹脂製保持器の樹脂成形材料は、保持器材料として十分な耐熱性や機械的強度を有するものであれば、任意の樹脂を使用できる。以下に、そのような樹脂の一般名を挙げ、カッコ内に略称を併記する。例えば、ポリアミド６（ＰＡ６）樹脂、ポリアミド６－６（ＰＡ６６）樹脂、ポリアミド６－１０（ＰＡ６１０）樹脂、ポリアミド９－Ｔ（ＰＡ９Ｔ）樹脂、ポリメタキシレンアジパミド（ポリアミドＭＸＤ－６）樹脂などのポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）樹脂などの射出成形可能なフッ素樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂などが挙げられる。これらの各合成樹脂は単独で使用してもよく、２種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。特に、ＰＥＥＫ樹脂は、保持器に、より充分な耐熱性および機械的強度が備わる成形材料であることから好ましい。
また、樹脂製冠型保持器を形成する樹脂には、繊維状補強材が含まれていてもよく、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、ポリアミド繊維、ポリイミド繊維、鉱物繊維等の周知の繊維状強化材を含んでもよい。このような繊維状強化材の中で、軸受材料の機械的強度をよく維持するために、また、樹脂材料の流動性低下を回避するため、ガラス繊維またはカーボン繊維を配合することが好ましく、特にカーボン繊維を樹脂成形体１００質量部中に２０～４０質量％程度を配合することにより、充分な機械的強度の向上が認められる。
［実施例１－３、比較例１］
図１、２に示す実施形態と同じ形態の円環状の保持器１を射出成形によって製造し、樹脂成形材料として、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂を用いた。
図１と図９（実施例１）の符号Ａまたは図１と図１３（比較例１）の符号Ｃに示すように、実施例１と比較例１では、ゲート部は内周面側の７か所に設置し、実施例３も僅かに比較例１に近づけた位置で同様にゲート部を設置した。
また、図１と図１１（実施例２）の符号Ｂに示すように、実施例２では、ゲート部は外周面側の１か所に設置した。
これにより、図１と図９（実施例１）の符号Ａ´または図１と図１３（比較例１）の符号Ｃ´に示すように、実施例１、比較例１では、ウエルド部は内周面側の所定の７か所に形成され、実施例３も７か所にウエルド部が形成された。
また、図１と図１１（実施例２）の符号Ｂ´に示すように、実施例２では、ウエルド部は外周面側の１か所に形成された。
［比較例２］
ポリアミド６－６（ＰＡ６６）樹脂を成形材料として、実施形態と同じサイズの冠型保持器を射出成形によって製造した。その際に、ゲート部の位置は隣り合う一対のポケットの中間部としたが、ウエルド部はポケットの底面の中央部に形成されていた。
［参考例］
市販のポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂製で実施形態と同じ形態の冠型保持器を用いた。
以上の実施例１－３と比較例１－２と参考例について、ポケットの壁面（底面）から内部に延びるウエルド部の前記壁面（底面）に隣接する保持器本体の内周面および外周面に現れるウエルドラインの保持器の軸線に対する傾斜角度（実施例１は図１０にθ１、実施例２は図１２にθ２、比較例１は図１４にθ３で示した。）を計測した。
実施例１－３と比較例１－２と参考例の保持器をそれぞれ組み込んで、深溝玉軸受６２０２（内径１５ｍｍ、外径３５ｍｍ、幅１１ｍｍ）を製造し、また保持器については、以下の引張試験を行なった。
なお、深溝玉軸受（参考例を除く）の玉径は６．３５ｍｍであり、玉断面積は、３１．６７ｍｍ２であった。前記したウエルドラインの傾斜角度の計測結果と、引張試験の結果は、以下の表１中にまとめて示した。
また前記した数式(1)および数(2)の値を測定値から算出し、表１中に併記すると共に、後述する「回転試験で破断しなかった」、または「同試験で破断した」の二段階に評価した。
［引張試験］
図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように、半円割治具５、５´を有する引張治具６、６´を上下一対に配置して、実施例、比較例または参考例の保持器１を嵌め入れ、その際にウエルド部が水平（図１５（ａ）中、冠型保持器の円環の３時および９時の位置）に配置されるよう、すなわち、ウエルド部が半円割治具５、５´の合わせ面と一致するようにセットして引張速度１０(ｍｍ／分)で上下に引張力を与え、破断荷重（Ｎ）および破断方向の伸び（ｍｍ）を測定した。
なお、半円割冶具５、５´の円周部半径を保持器内径半径の９７％として実施した。また、引張方向に対して直角位置に少なくとも一つの最弱部を配置した。樹脂製保持器の吸水率は０～３％以内であり、実施例の保持器形状は、内径２２．２ｍｍ、外径２７．８ｍｍ、玉のピッチ円直径（玉ＰＣＤ）でのリング部の最小厚み１．５ｍｍ、玉ＰＣＤでのリング部の最大厚み６．５３ｍｍであった。
図１６（ａ）に示すように、玉軸受の任意の位置におけるポケットの断面形状から、ウエルドラインの長さＬは、以下の数式(A)で示される。
この数式(A)は、ｒ：ポケット径（半径）、ｔ：底部肉厚、Ｌ：ウエルド長さ、及びθ：ウエルド角度の間に、ｒ＋t＝(Ｌ+r)cosθの関係があることから、これを変形して左辺をＬとしたものである。
Ｌ＝{t+r(１-cosθ)}／cosθ (A)
上記のようにして測定されるウエルド長さＬを、保持器の径方向に積分することによってウエルド部の断面積の近似値が算出できる。ここでいう径方向の長さは、環状の保持器の外径－内径で算出される所定値であり、ウエルドの角度に関係しない。
また、ウエルド部の断面積は、以下に例示する計算方法により簡略に算出することもでき、この計算値を表1中に記載した。
例えば、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）（図１９も参照）中に示される記号を用いて説明すると、ウエルド部の断面積Ｗは、以下の計算式で算出される。なお、計算式中のｇ，ｅは、保持器底部の片方の端縁が、面取りによって軸方向及び径方向に切り欠かれた長さを示している。実施例１では実測によって、Ｌ＝２．２２１ｍｍであり、ｅ＝０．６２０、ｆ＝２．２６７、ｇ＝０．５９５であった。
Ｗ＝Ｌ×（ｆ＋ｅ）－（ｅ×ｇ）/２ (B)
上記数式(B)に実施例1の数値を代入すると、
Ｗ＝２．２２１×（２．２６７＋０．６２０）－（０．６２０×０．５９５）/２
＝６．４１２－０．１８４５
＝６．２２７５（小数点以下第３位を四捨五入すると６．２３）
Figure 0007236902000001
［回転試験］
図１８に示す回転試験装置に、組み込んだ転がり軸受２について耐久性を調べた。
回転試験装置は、基板１１に固定されたモータ１２及びその回転力を伝導ベルト１３を介して伝達される変速装置１４を設け、その出力軸１５に試験用の転がり軸受２を装着したものであり、片持ち梁の先端に取り付けた重り１６によって、軸の曲げ力となるモーメント荷重を負荷している。
この装置を用いて実施例、比較例または参考例の保持器を組み込んだ深溝玉軸受６２０２を装着し、５．８８Ｎ・ｍのモーメント荷重を付加した状態で、回転速度６０００ｒｐｍで２０分間の回転試験を無潤滑条件で行なったところ、実施例１－３のみが破損せずに耐えるという結果が得られ、この結果を表１中に併記した。
表１に示される結果からも明らかなように、ウエルドラインの保持器軸線に対する傾斜角度(ウエルドライン角度)が１７°以上である実施例１（２９．９６°）及び実施例３（２９．９６°）および実施例２（２６．７７°）は、数式(1)および数式(2)の値が前記した所定の範囲内であり、これら実施例１～３は、破断荷重について優れた結果を示し、射出成形によって形成されるウエルド部が、適切な傾斜角度及び好ましくは適切な断面積に形成されていることにより破断し難い状態であることを確認できた。
また、図１７にも示すように、ウエルドラインの保持器軸線に対する傾斜角度が１７°未満（１６．０°）の比較例１の破断荷重（２６９．９４Ｎ）に比べて、ウエルドライン角度が２６．７７°の実施例２の破断荷重（３９８．１９Ｎ）、及びウエルドライン角度がいずれも２９．９６°の実施例１及び実施例３の破断荷重（平均値）は、傾斜角度が１７°以上における増大傾向が急角度で直線的であり、しかも実施例１－３の保持器は、回転試験で破損しなかった。これらのことから、前記傾斜角度が１７°以上であれば、保持器に掛る荷重成分のうち、軸方向の負荷によるウエルド面に垂直な荷重成分を充分に小さくできると認められた。
このようにして実施例１－３は、大きな曲げモーメント荷重を受けても耐久性に優れた樹脂製保持器が得られ、さらにそれを組み込んだ耐久性に優れた転がり軸受が得られた。
この発明の樹脂製冠型保持器などの転がり軸受の樹脂製保持器及びこれを備える転がり軸受は、各種の建設機械装置、産業用機械装置などの軸受全般に利用可能であり、特にチェーンソーなどに用いられるエンジン装置内のクランク軸支持用の転がり軸受などのように、比較的高速の回転軸を支持可能であり、振動やモーメント荷重に耐えることが求められる用途に適用できるものである。このような用途と同様に、激しい振動や回転軸を傾ける荷重に耐え、潤滑油の供給不足にも耐え、品質上の問題となるような摩耗粉の発生も防止可能な転がり軸受の用途としても広く適用できる。
また、ＰＥＥＫ等のエンジニアリングプラスチックで成形された樹脂製冠型保持器は、高温で高速回転する転がり軸受の用途にも適したものである。
１ 冠型保持器
１ａ 端面
１ｂ 内周面
１ｃ 外周面
１ｄ 端縁
２ 転がり軸受
３ 玉
４、８、１０ ポケット
４ａ 壁面
５、５´ 半円割治具
６、６´ 引張治具
７、９ 保持器
１１ 基板
１２ モータ
１３ 伝導ベルト
１４ 変速装置
１５ 出力軸
１６ 重り
Ａ，Ｂ，Ｃ ゲート部
Ａ´，Ｂ´，Ｃ´ ウエルド部
Ｐ 中心点
Ｘ 軸線

Claims (10)

  1. 転がり軸受の転動体を回転自在に収容する複数のポケットが、樹脂成形体からなる冠型保持器の周方向に等間隔で配置され、前記ポケットの壁面から内部に延びるウエルド部が、前記ポケットの壁面とこの壁面に対向する保持器の表面とに跨って形成され、かつ以下の数式(1)で示されるウエルド部と玉の断面積比および数式(2)で示されるウエルド部断面積及び破断伸びに対する保持器の破断荷重の比率を満足する所定断面積である転がり軸受の樹脂製保持器。
    （１） Ｗ／（π（Ｄａ／２）２）≧０．１５
    （式中、Ｗはウエルド部断面積（ｍｍ２）であり、Ｄａはポケットに収容する玉の直径（ｍｍ）を示し、（π（Ｄａ／２）２）は玉の直径方向の断面積（ｍｍ２）である。）
    （２） ３＜（Ｌ／Ｅ３）／１００＜１９
    （式中、Ｅは引張破断荷重による冠型保持器の破断方向の伸び（ｍｍ）を示し、Ｌは破断荷重(Ｎ)／ウエルド部断面積（ｍｍ２）である。）
  2. 前記ウエルド部の前記壁面に隣接する保持器の表面に現れるウエルドラインが、保持器の軸線に対して１７°以上の角度で傾斜したウエルドラインである請求項１に記載の転がり軸受の樹脂製保持器。
  3. 前記樹脂成形体が、射出成形体からなる樹脂成形体である請求項１または２に記載の転がり軸受の樹脂製保持器。
  4. 前記樹脂成形体が、繊維補強された樹脂成形体である請求項３に記載の転がり軸受の樹脂製保持器。
  5. 前記繊維補強された樹脂成形体が、カーボン繊維を２０～４０質量％含有する繊維補強された樹脂組成物からなる樹脂成形体である請求項４に記載の転がり軸受の樹脂製保持器。
  6. 前記樹脂成形体が、ポリエーテルエーテルケトン樹脂製である請求項３～５のいずれかに記載の転がり軸受の樹脂製保持器。
  7. 前記樹脂製保持器が、１以上のゲート部の近傍に配置される外周面側または内周面側の端縁を、前記外周面または内周面とポケットの壁面に対向する保持器の端面との交差する２面からなる面取りのない端縁に設けた冠型保持器本体である請求項１～６のいずれかに記載の転がり軸受の樹脂製保持器。
  8. 前記ゲート部が、トンネルゲートの配置された痕跡である請求項７に記載の転がり軸受の樹脂製保持器。
  9. 請求項１～８のいずれかに記載の転がり軸受の樹脂製保持器を備えた転がり軸受。
  10. 請求項１～８のいずれかに記載の転がり軸受の樹脂製保持器を備えたエンジン装置内クランク軸支持用の転がり軸受。
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