JPH05209625A - 転がり軸受用保持器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 繊維強化複合材料製保持器の作製の容易化、
品質の改善。 【構成】 保持器（１）は、有機または無機高分子を含
浸させた強化繊維（２）の束をリング状に巻回して硬化
させた保持器素材を輪切り状に切断して形成されたもの
で、そのポケット穴（３）は、強化繊維（２）を巻回す
段階で形成されている。したがって、ポケット穴（３）
は、交差する強化繊維（２）で囲まれた空間からなり、
この保持器（１）は、ポケット穴（３）の壁面が平行な
多数の強化繊維（２）の側面で構成され、ポケット穴
（３）に強化繊維（２）の切断面が露出していない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、玉軸受や円筒ころ軸受
などの転がり軸受の転動体を保持する保持器で、特に高
温、腐食、真空中といった特殊環境下での使用に好適な
繊維強化複合材料製の転がり軸受用保持器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高温や腐食（電食）環境下、或い
は真空環境下といった特殊環境下で使用できる転がり軸
受の需要が高まっている。

【０００３】上記特殊環境下で使用される転がり軸受
は、セラミックス材料と、その高度な加工技術の開発で
実現されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来用いら
れているセラミック製の転がり軸受は、転動体と軌道輪
のみをセラミックで形成したものであり、保持器は、通
常、鋼材等で形成されている。これは、保持器の形状が
複雑であるため、これをセラミックで形成しようとする
と、作業性が悪く、高価なものとなってしまうからであ
る。

【０００５】そこで最近は、転がり軸受の保持器材料と
して繊維強化複合材料が有望視されている。繊維強化複
合材料は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）や、
炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）とし
て各種産業界に利用されているもので、高温や腐食など
の特殊環境下での耐久性に優れる。

【０００６】繊維強化複合材料は、長尺な連続強化繊維
に熱硬化性樹脂等の高分子を含浸させ硬化させたもの
で、これは単なるリングのような簡単な形状の部材の作
製には適する。しかし、保持器の作製に、繊維強化複合
材料を用いることには以下に説明するような問題点があ
る。

【０００７】すなわち、繊維強化複合材料による保持器
の作製は、例えば図７に示す設備を使用したフィラメン
トワインディング法で、次のように行える。

【０００８】マンドレルと称される略円柱状の内型
（４）の外周に長尺な強化繊維（２）の束を所定の厚さ
まで巻付ける。強化繊維（２）は、熱硬化性の不飽和ポ
リエステル樹脂またはエポキシ樹脂、フェノール樹脂な
どの高分子を含浸させたロービング状の強化繊維（ガラ
ス、カーボン、アラミドなど）である。強化繊維（２）
は、樹脂槽（８）を通過するときに高分子含浸を受け、
内型（４）に所定角度で巻付けられる。内型（４）に強
化繊維（２）を所定厚さで巻付けた筒状部材を硬化させ
てから、内型（４）より抜き出す。この筒状部材を所定
間隔で輪切りにすると、図８（イ）に示すようなリング
状部材（９）が作製される。そして、図８（ロ）に示す
ように、リング状部材（９）の円周等配位置にポケット
穴（１０）を機械加工すると保持器が完成する。

【０００９】しかしながら、上記の方法はポケット穴
（１０）を加工するにあたって、強化繊維（２）を直交
方向に切断しなければならないため、その加工は困難で
ある。また、穴開け加工によって除去される部分の保持
器全体に占める体積割合が高く、材料歩留まりが悪い。
さらに、穴開け加工されたポケット穴（10）の壁面に
は、強化繊維（２）の切断面が露呈するため、ポケット
穴（10）に転動体（11）を収容して転動させると、転動
体（11）が強化繊維（２）の切断面のエッジで削られ、
転動体（11）の摩耗が激しくなる不具合が生じる。

【００１０】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、フィラメントワインディング法で作製容易な、
かつ材料歩留まり良好で、転動体の摩耗の少ない繊維強
化複合材料の保持器を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の転がり軸受用保
持器は、略円柱状の内型の外周に有機または無機高分子
を含浸させた強化繊維を、転動体保持用のポケット穴の
形成部分を避けて所定の角度で格子状に巻回し硬化さ
せ、交差する強化繊維で囲まれた多角形状のポケット穴
を有する筒状の保持器素材を形成し、これをポケット穴
を挟んで輪切り状に切断して形成したことを特徴とす
る。

【００１２】また、本発明保持器の作製は、フィラメン
トワインディング法で次の各工程で行えばよい。すなわ
ち、略円柱状の内型の外周に、内型の周方向と軸方向に
格子状配列で設けられた転動体保持用のポケット穴の形
成部分を避けて、有機または無機高分子を含浸させた強
化繊維を所定の角度で格子状に巻付け硬化させて筒状の
保持器素材を形成する工程と、保持器素材を内型から離
脱させ、これをポケット穴を挟んで輪切り状に切断して
複数の保持器に分割する工程とで行なう。

【００１３】

【作用】略円柱状の内型の外周に有機または無機高分子
を含浸させた強化繊維を、転動体保持用のポケット穴の
形成部分を避けて所定の角度で格子状に巻回して筒状の
保持器素材を形成すると、強化繊維の巻回の作業段階
で、交差する強化繊維で囲まれた多角形状のポケット穴
が形成されるため、強化繊維巻回終了後に穴開け加工を
する必要が無くなる。また、穴開け加工不要で、強化繊
維の有効利用率が高くなる。また、交差する強化繊維で
囲まれたポケット穴の壁面は、強化繊維の側面で形成さ
れており、強化繊維の切断面が存在しないため、ポケッ
ト穴に収容した転動体の摩耗を少なくする。

【００１４】

【実施例】図１乃至図６を参照して本発明の実施例を説
明する。

【００１５】図１（イ）〜（ハ）は、繊維強化複合材料
でリング状に形成された転がり軸受用保持器（１）を示
し、これは周方向に等間隔で複数のポケット穴（３）を
有する。ポケット穴（３）は例えば６角形で、６辺の壁
面に囲まれた空間に転動体（６）が収容保持される。

【００１６】保持器（１）は、例えば熱硬化性樹脂等の
有機高分子を含浸させた強化繊維（２）の束をリング状
に巻回して、硬化させるフィラメントワインディング法
で形成される。保持器（１）のポケット穴（３）は、以
下に説明するように、強化繊維（２）を巻回す段階で形
成される。したがって、ポケット穴（３）は、交差する
強化繊維（２）で囲まれた空間からなり、この保持器
（１）は、ポケット穴（３）の壁面が平行な多数の強化
繊維（２）の側面で構成され、ポケット穴（３）に強化
繊維（２）の切断面が露出していない。

【００１７】図１の保持器（１）は、例えば図２に示す
略円柱状の内型（４）（マンドレル）を使って、次の各
工程で作製される。

【００１８】なお、内型（４）は、外周の周方向と軸方
向に複数のピン（７）を離脱可能に突設したものが使用
される。ピン（７）は、図１の保持器（１）で保持され
る転動体（６）の径よりもやや大きな径を有する丸ピン
で、内型（４）の外周の周方向に等間隔で複数個が突設
され、この複数個の列が内型（４）の軸方向に複数列で
突設されている。内型（４）の軸方向に並ぶピン（７）
の各々は、平面上で格子状の配列をなす。

【００１９】図７と同様な設備を使って内型（４）の外
周に連続した強化繊維（２）の束を、図２の３方向の矢
印方向ａ、ｂ、ｃに、それぞれピン（７）を避けて巻回
する。例えば内型（４）に強化繊維（２）を、矢印ａ方
向に１〜数回巻付けると、次は矢印ｂ方向に１〜数回巻
付け、さらに矢印ｃ方向に１〜数回巻付ける。この３方
向の巻付けを繰り返し行って、内型（４）に強化繊維
（２）を所定の厚さまで巻付ける。尚、ピン（７）の先
端をテーパ状にしておくと、強化繊維（２）の巻付け位
置が多少ずれた場合でも円滑に正しい位置に巻付けるこ
とができる。

【００２０】内型（４）に巻付けられた強化繊維（２）
の展開平面図を図３に示すと、強化繊維（２）は、内型
（４）の軸方向と所定の傾斜角度をなす斜め強化繊維
（２ａ）（２ｂ）と、内型（４）の周方向に平行な円周
強化繊維（２ｃ）で構成される。そして、これら各強化
繊維（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）でピン（７）が囲まれ、
このピン（７）の部分にポケット穴（３）が形成され
る。つまり、内型（４）に強化繊維（２）をピン（７）
を避けて巻回する過程で、ポケット穴（３）が形成され
る。

【００２１】この巻回完了後、内型（４）に巻回された
強化繊維（２）を熱処理等により硬化させ筒状の保持器
素材（５）を形成する。次に内型（４）からピン（７）
を抜き取り、内型（４）から硬化した保持器素材（５）
を取り出す。尚、ピン（７）をテフロン材で形成する
と、ピン（７）と強化繊維（２）との接着が防止でき、
保持器素材（５）の取出しを簡単に行なうことができ
る。そして、保持器素材（５）を図３の矢印方向から輪
切り状に切断すると、複数の保持器（１）が同時に作製
される。

【００２２】かかる保持器（１）の作製において、ポケ
ット穴（３）は初めから空間として形成されているの
で、保持器（１）に穴開け加工をする必要が無く、保持
器作製が工数的にも容易になる。また、保持器（１）に
穴開け加工で除去される部分が無くなり、保持器（１）
の材料歩留まりが良くなる。

【００２３】また、保持器（１）のポケット穴（３）
は、所定の角度で交差する強化繊維（２）の側面で囲ま
れて形成される。つまり、ポケット穴（３）の内面は、
強化繊維（２）の円滑な側面だけで形成されるので、ポ
ケット穴（３）に収容された転動体（６）の転動が円滑
に行われる。

【００２４】なお、上記実施例では内型（４）にピン
（７）を突設させてワインディングを行っているが、ワ
インディングプログラム上で強化繊維（２）は内型
（４）に格子状にのみ巻回され、ピン（７）の上を通過
することは無い。したがって、内型（４）のピン（７）
は、強化繊維（２）の巻回コースからの逸脱を防止する
程度に使用され、ピン（７）は必ずしも必要としない。

【００２５】また、上記のように作製された保持器
（１）を、Ｃ／Ｃコンポジットのように高温耐熱材料と
したい場合は、１０００〜２０００℃加熱による炭素化
あるいは黒鉛化処理、及び必要に応じて高分子の再含浸
による緻密化処理を行えばよい。さらに、含浸させる高
分子として、上述した有機高分子の他に、ＰＢＳ（ポリ
ボロシロキサン）等の無機高分子を使用するようにして
も良く、また、高分子の含浸を、繊維の巻付け後に行な
うようにすることも可能である。

【００２６】次に本発明の他の各実施例を、図４と図５
に基づき説明する。

【００２７】図４（イ）は、内型（４）にピン（７）を
縦横碁盤の目状に設けて、ピン（７）の間に強化繊維
（２）を斜め方向だけに巻回する実施例が示してある。
この内型（４）に巻回された強化繊維（２）を硬化させ
て保持器素材５を形成し、これを内型（４）から取り出
して輪切り状に切断すると、図４（ロ）に示す保持器
（１）が作製される。この保持器（１）のポケット穴
（３）は正方形で、その４辺の壁面間に転動体（６）が
収容保持される。

【００２８】図５は、図１の保持器（１）の幅を拡大し
たサイズの保持器（１）が示してある。この保持器
（１）の作製は、図１の保持器（１）と同様である。

【００２９】上記各実施例において、内型に格子状に巻
回される強化繊維の巻回方向は、保持器の直径、ポケッ
ト穴の穴径と個数に応じて設定される。例えば図６に示
すように、一対のピン（７）の間に巻回される強化繊維
（２）の内型軸に対する最大可能巻き角をθ、幅をＷと
すると、

【００３０】 Ｗ＝（πＤ／ｎ）ｓｉｎ（90−θ）−ｄ の関係式が成り立つ。ただし、Ｄは保持器内径、ｄはポ
ケット穴径、ｎはポケット穴数である。

【００３１】また、内型に巻付ける強化繊維は、様々な
種類のものが適用できる。例えばモノフィラメントが３
０００〜１２０００本の市販品の繊維材料を使用した場
合、この繊維材料を内型に巻付けたときの拡がり幅であ
るバンド幅は最低でも１ｍｍ程度である。したがって、
この場合の最大可能巻き角θは、図６の幅Ｗが１ｍｍ以
上を満足する値に設定される。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、略円柱状の内型の外周
への強化繊維の巻回の作製段階で、交差する強化繊維で
囲まれた多角形状のポケット穴が形成されるので、強化
繊維巻回終了後に保持器に穴開け加工をする必要が無く
なり、繊維強化複合材料の保持器が工数少なく作製でき
る。

【００３３】また、保持器に穴開け加工をしないので、
強化繊維の材料無駄が少なくなり、材料歩留まりを大幅
に向上させることが可能となる。

【００３４】また、保持器のポケット穴の壁面は、交差
する強化繊維の円滑な側面で形成されるので、ポケット
穴に収納した転動体の摩耗が少なくなり、商品価値に優
れた転がり軸受用保持器が提供できる。

【００３５】さらに、内型に強化繊維を巻付け、硬化さ
せて、輪切りすることで、一度に複数個の保持器が作製
でき、量産性に優れる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示し、（イ）は保持器
の斜視図、（ロ）は保持器の部分拡大正面図、（ハ）は
Ａ−Ａ線に沿う拡大断面図

【図２】図１保持器を作製するフィラメントワインディ
ング機の内型の部分正面図である。

【図３】図２内型に巻回された保持器素材の部分展開平
面図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示し、（イ）は保持器
素材の部分展開平面図、（ロ）は保持器の部分拡大正面
図である。

【図５】本発明の第３の実施例を示し、（イ）は保持器
素材の部分展開平面図、（ロ）は保持器の部分拡大正面
図である。

【図６】本発明で実施される強化繊維の巻回角度を説明
するためのピンと強化繊維の平面図である。

【図７】フィラメントワインディング機の斜視図であ
る。

【図８】繊維強化複合材料で作製された従来の転がり軸
受用保持器素材の部分斜視図で、（イ）は穴開け加工
前、（ロ）は穴開け加工後を示す。

【符号の説明】

１ 保持器 ２ 強化繊維 ３ ポケット穴 ４ 内型 ５ 保持器素材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略円柱状の内型の外周に有機または無機
   高分子を含浸させた強化繊維を、転動体保持用のポケッ
   ト穴の形成部分を避けて所定の角度で格子状に巻回し硬
   化させ、交差する強化繊維で囲まれた多角形状のポケッ
   ト穴を有する筒状の保持器素材を形成し、これをポケッ
   ト穴を挟んで輪切り状に切断して形成したことを特徴と
   する転がり軸受用保持器。
2. 【請求項２】 略円柱状の内型の外周に、内型の周方向
   と軸方向に格子状配列で設けられた転動体保持用のポケ
   ット穴の形成部分を避けて、有機または無機高分子を含
   浸させた強化繊維を所定の角度で格子状に巻付け硬化さ
   せて筒状の保持器素材を形成する工程、上記保持器素材
   を内型から離脱させ、これをポケット穴を挟んで輪切り
   状に切断して複数の保持器に分割する工程、とを含むこ
   とを特徴とする転がり軸受用保持器の製造方法。