JPWO2007058351A1 - 樹脂製保持器及び転がり軸受 - Google Patents

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Abstract

樹脂製冠形保持器4は、樹脂製の環状主部10と、環状主部10の軸方向一端面に設けられた複数のポケット11と、環状主部10の軸方向他端面に同心に取り付けられた環状の補強部材12と、を備えている。この補強部材12は、環状主部10に沿う環状をなしているとともに、軸方向に平行な平面での断面形状が矩形である。補強部材12は、環状主部10の軸方向他端面に形成された凹部に埋め込まれて一体とされており、補強部材12の外径面12a,内径面12b,及びポケット側の面12cが環状主部10に覆われ、反ポケット側の面12dが露出している。この樹脂製冠形保持器4は、補強部材12をインサートとするインサート成形により製造され、環状主部10と補強部材12とがインサート成形時に一体化される。

Description

本発明は樹脂製保持器に関する。また、本発明は、樹脂製保持器を備えた転がり軸受に関する。
近年、玉軸受の回転速度の高速化が進んでいるため、保持器が弾性変形して外輪,シール,シールド板と接触することによる発熱、玉のPCDと保持器のポケットのPCDとがずれることによる発熱、及び振れ回り等が問題となってきている。
保持器の局部的な変形については、有限要素法解析(FEM解析)の結果、ポケットの底部に発生した歪みが原因となって、ポケットが広がるように変形していることが分かった(図9を参照)。また、保持器の全体的な変形については、径方向外方に変形していることが分かった(図10を参照)。
このような変形を抑制するためには、ポケットの底部の剛性、特に径方向を軸とした断面2次モーメントを向上させることが有効である。保持器に金属板を取り付ければ剛性を向上させることができるが、単に取り付けただけでは、金属板が内輪,外輪,玉と接触して発熱や摩耗の原因となるおそれがある。また、高速回転条件では、金属板が剥落するおそれも大きくなる。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、高速回転で使用されても変形,発熱,摩耗が生じにくい樹脂製保持器を提供することを課題とする。また、高速回転で使用されても発熱,摩耗が生じにくい転がり軸受を提供することを併せて課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明の第一の発明のラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器は、樹脂製の環状主部と、前記環状主部の軸方向一端面に設けられた複数のポケットと、前記環状主部の軸方向他端面に同心に取り付けられた前記環状主部に沿う環状の補強部材と、を備えるラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器において、下記の4つの条件を満足することを特徴とする。
条件1:軸方向に平行な平面での前記補強部材の断面形状が矩形である。
条件2:前記補強部材は、前記環状主部の軸方向他端面に形成された凹部に埋め込まれて一体とされている。
条件3:前記補強部材をインサートとするインサート成形により製造され、前記環状主部と前記補強部材とがインサート成形時に一体化されたものであるか、又は、射出成形により製造された前記環状主部に前記補強部材を接着剤若しくは圧入により一体に固定したものである。
条件4:前記環状主部の外径面と前記補強部材の外径面との間の径方向距離をF、前記環状主部の内径面と前記補強部材の内径面との間の径方向距離をG、前記ポケットの底面と前記補強部材のポケット側の面との間の軸方向距離をEとして、E,F,及びGが0超過であり、前記補強部材の外径面,内径面,ポケット側の面が前記環状主部に覆われ、反ポケット側の面が露出している。
また、本発明の第一の発明のラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器は、樹脂製の環状主部と、前記環状主部の軸方向一端面に設けられた複数のポケットと、前記環状主部の軸方向他端面に同心に取り付けられた前記環状主部に沿う環状の補強部材と、を備えるラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器において、下記の4つの条件を満足する構成としてもよい。
条件5:軸方向に平行な平面での前記補強部材の断面形状が矩形である。
条件6:前記補強部材は、前記環状主部の軸方向他端面に取り付けられて一体とされており、外径面,内径面,及び反ポケット側の面は前記環状主部に覆われておらず露出している。
条件7:前記補強部材をインサートとするインサート成形により製造され、前記環状主部と前記補強部材とがインサート成形時に一体化されたものであるか、又は、射出成形により製造された前記環状主部に前記補強部材を接着剤若しくは圧入により一体に固定したものである。
条件8:前記環状主部の外径面と前記補強部材の外径面との間の径方向距離をF、前記環状主部の内径面と前記補強部材の内径面との間の径方向距離をG、前記ポケットの底面と前記補強部材のポケット側の面との間の軸方向距離をEとして、E,F,及びGが0以上である。
ただし、E,F,及びGは0超過であることが好ましい。また、前記補強部材の表面にショットピーニング又は化成処理が施されて凹凸が形成されており、表面粗さRaが0.3μm以上とされていることが好ましく、0.8μm以上とされていることがより好ましい。ただし、前記補強部材の表面の表面粗さRaが6.4μmより大きくなると、異物(ゴミ)の付着が生じやすくなる等の問題があるため好ましくない。
さらに、前記補強部材の前記ポケット側の面は、凹面となっていてもよい。さらに、前記補強部材の軸方向反ポケット側の部分については、内径面と外径面との間の幅がポケット側から反ポケット側に向かって徐々に小さくなるテーパ状となっていることが好ましい。さらに、前記補強部材は金属板から抜き加工により製造されたものでもよく、その場合には抜き方向下側部分を前記ポケットに向けて配されていることが好ましい。ただし、前記補強部材の製造時に発生したバリ等は除去することが好ましい。
このような第一の発明のラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器は、アンギュラ玉軸受や複列玉軸受の保持器として好適である。すなわち、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する保持器と、を備えるアンギュラ玉軸受において、前記保持器を第一の発明のラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器とすることが好ましい。また、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する保持器と、を備える複列玉軸受において、前記保持器を第一の発明のラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器とすることが好ましい。
次に、本発明の第二の発明の玉軸受用冠型保持器は、円環状の主部と、前記主部の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する弾性片と、を備え、前記弾性片の間に転動体を転動可能に保持するポケット部が形成される合成樹脂製の玉軸受用冠型保持器であって、前記玉軸受用冠型保持器には、前記玉軸受用冠型保持器の合成樹脂よりも剛性の高い金属板からなる補強リングが埋設され、前記補強リングは、前記主部の軸方向端面に略平行に埋設される環状円板部と、前記環状円板部の外周縁部又は内周縁部から前記弾性片の突出方向に延設される円筒部と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記環状円板部には、前記弾性片の突出方向と逆方向に延びる突起部が円周方向に少なくとも3カ所設けられることが好ましい。また、前記玉軸受用冠型保持器の合成樹脂と前記補強リングとを接着剤によって結合することが好ましい。
また、本発明の第二の発明の玉軸受用冠型保持器は、円環状の主部と、前記主部の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する弾性片と、を備え、前記弾性片の間に転動体を転動可能に保持するポケット部が形成される合成樹脂製の玉軸受用冠型保持器であって、前記玉軸受用冠型保持器には、前記主部の軸方向端面に、前記玉軸受用冠型保持器の合成樹脂よりも剛性の高い環状の金属板からなる補強リングが、接着剤を介して固着される構成としてもよい。
さらに、本発明の第二の発明の玉軸受用冠型保持器は、円環状の主部と、前記主部の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する弾性片と、を備え、前記弾性片の間に転動体を転動可能に保持するポケット部が形成される合成樹脂製の玉軸受用冠型保持器であって、前記玉軸受用冠型保持器の前記主部には、前記玉軸受用冠型保持器の合成樹脂よりも剛性の高い環状の金属板からなる補強リングが埋設され、前記玉軸受用冠型保持器の合成樹脂と前記補強リングとが接着剤によって結合される構成としてもよい。
この時、前記接着剤は、フェノール樹脂系接着剤及びエポキシ樹脂系接着剤の少なくとも一つを含有することが好ましい。
このような第二の発明の玉軸受用冠型保持器は、接着剤を半硬化状態で焼き付けた環状の金属板の周りに合成樹脂を注入してインサート成形する工程を備える製造方法によって製造することができる。また、接着剤を半硬化状態で焼き付けた環状の金属板の周りに合成樹脂を注入してインサート成形する工程と、二次加熱によって前記接着剤を硬化させる工程と、を備える製造方法によっても製造することができる。
また、このような第二の発明の玉軸受用冠型保持器は、玉軸受の保持器として好適である。すなわち、外輪と内輪との間に複数の玉が環状の保持器を介して円周方向に転動可能に配設される玉軸受において、前記保持器として第二の発明の玉軸受用冠型保持器を使用することが好ましい。
さらに、本発明の第三の発明の冠型保持器は、合成樹脂製で円環状の主部と、前記主部の軸方向片面に一体に形成され、円周方向にわたり互いに間隔をあけて配置された一対の弾性片の間に玉を1個ずつ転動自在に保持するポケットを複数備えるとともに、前記主部の軸方向他面に接着剤により金属板を接合してなる冠型保持器において、前記金属板が炭素鋼を上回る線膨張係数を有する金属材料からなることを特徴とする。
ここで、前記接着剤は、フェノール樹脂系接着剤及びエポキシ樹脂系接着剤から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
このような第三の発明の冠型保持器は、接着剤を半硬化状態で焼き付けた金属板の周りに合成樹脂を注入してインサート成形する工程を備える製造方法によって製造することができる。また、着剤を半硬化状態で焼き付けた金属板の周りに合成樹脂を注入してインサート成形する工程と、二次加熱により接着剤を硬化させる工程とを備える製造方法によっても製造することができる。
さらに、本発明の第四の発明の転がり軸受は、内輪と外輪との間に保持器を介して複数の転動体を転動自在に保持してなる転がり軸受において、前記転動体がセラミックス製であり、かつ、前記保持器が金属板製で全体が円環状の補強リングを内部に包埋または底部に接着してなる合成樹脂製冠型保持器であることを特徴とする。
さらに、本発明の第五の発明のラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器は、円環状の主部と、この主部の軸方向片側面に円周方向に関して互いに間隔をあけ、軸方向に突出する状態で形成した複数の弾性片と、円周方向に隣り合う1対ずつの弾性片の互いに対向する面と上記主部の軸方向片面でこれら両弾性片により挟まれた部分とにより囲まれた部分であって、それぞれの内面を部分球面状の凹面とした複数のポケットとを備え、合成樹脂を射出成形する事により造られるラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器に於いて、金属板製で全体を円環状に造られ、径方向中央部を軸方向に対し直交する方向に存在する平板部とし、内径寄り部分を上記軸方向片側面側に折れ曲がった内径側折れ曲がり部とし、外径寄り部分を上記軸方向片側面側に折れ曲がった外径側折れ曲がり部とした補強リングを、射出成形時に上記主部の内側に包埋して成る事を特徴とする。
この時、補強リングの一部で主部の軸方向に関して各ポケットと整合する部分に、それぞれ通孔が形成されていてもよい。
また、本発明の第五の発明のラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器は、円環状の主部と、この主部の軸方向片側面に円周方向に関して互いに間隔をあけ、軸方向に突出する状態で形成した複数の弾性片と、円周方向に隣り合う1対ずつの弾性片の互いに対向する面と上記主部の軸方向片面でこれら両弾性片により挟まれた部分とにより囲まれた部分であって、それぞれの内面を部分球面状の凹面とした複数のポケットとを備え、合成樹脂を射出成形する事により造られるラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器に於いて、金属板製で全体を円環状に造られ、上記主部の軸方向に関して上記各ポケットと整合する部分にそれぞれ通孔が形成されている補強リングを、射出成形時に上記主部の内側に包埋して成る構成としてもよい。
第五の発明のラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器においては、補強リングの一部で、各弾性片の基部を含む円周方向に隣り合うポケット同士の間部分と主部の軸方向に関して整合する部分に、それぞれ円周方向に長い透孔が形成されており、この透孔を通じて上記間部分の内側に、肉抜き凹部が形成されていてもよい。
このような第五の発明のラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器は、ラジアル玉軸受の保持器として好適である。すなわち、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉と、これら各玉を保持する保持器とを備えたラジアル玉軸受に於いて、この保持器が第五の発明のラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器である事が好ましい。
さらに、本発明の第六の発明の合成樹脂製保持器は、合成樹脂製で円環状の基部と、当該基部の軸方向片面に設けられた複数組のポケットとを備え、各ポケットは、前記基部と一体に形成されて円周方向にわたり互いに間隔をあけて配置された1対の弾性片の間に転動体を1個ずつ、転動自在に保持する合成樹脂製保持器において、前記基部に、前記合成樹脂よりも弾性係数が大きい合成樹脂からなる円環状に成型した補強部材を、前記基部および弾性片の射出成形時にインサートすることによって、前記基部の全周にわたり非分離に設けたことを特徴とする。
ここで、前記補強部材は、前記基部の軸方向他面に、平板状に成形して、前記基部の全周にわたり非分離に添設してあることが好ましい。また、強化繊維及び強化粒子の含有量は、基部及び弾性片<補強部材であることが好ましい。このような第六の発明の合成樹脂製保持器は、転がり軸受の保持器として好適である。
さらに、本発明の第七の発明の玉軸受用保持器は、円形の空所からなり転動体を転動自在に保持するポケットを有する樹脂製のポケット部材が環状に複数連結されてなり、前記樹脂よりも高い弾性変形能を有する金属又は樹脂で構成された補強部材をインサートとするインサート成形により製造された玉軸受用保持器であって、前記ポケット部材は、軸方向一端面側のポケット底部及び軸方向他端面側のポケット頂部がそれぞれ周方向に分断されており、前記ポケット底部の分断部分は前記補強部材で連結され、この補強部材の弾性変形によって前記ポケット頂部の分断部分が開閉可能となっていることを特徴とする。
また、第七の発明の玉軸受用保持器は、円形の空所からなり転動体を転動自在に保持するポケットを有する樹脂製のポケット部材が環状に複数連結されてなり、前記樹脂よりも高い弾性変形能を有する金属又は樹脂で構成された補強部材をインサートとするインサート成形により製造された玉軸受用保持器であって、複数の前記ポケット部材はそれぞれ前記補強部材の一部分で連結されているとともに、前記ポケット部材は、軸方向一端面側のポケット底部及び軸方向他端面側のポケット頂部がそれぞれ周方向に分断され、前記ポケット底部の分断部分は前記補強部材の他の一部分で連結されており、前記補強部材のうち前記ポケット部材同士を連結する部分と前記ポケット底部の分断部分を連結する部分とが弾性変形することにより、前記ポケット頂部の分断部分が開閉可能となっている構成でもよい。
このような第七の発明の玉軸受用保持器においては、閉状態の前記ポケット頂部の分断部分を連結する連結手段を備えることが好ましい。また、前記連結手段の少なくとも一部分が前記補強部材によって構成されていることが好ましい。
さらに、第七の発明の玉軸受用保持器は、円形の空所からなり転動体を転動自在に保持するポケットを有する樹脂製のポケット部材が環状に複数連結されてなる玉軸受用保持器であって、前記ポケット部材は、軸方向一端面側のポケット底部が弾性変形可能で、且つ、軸方向他端面側のポケット頂部が周方向に分断されており、前記ポケット頂部の分断部分は前記ポケット底部の弾性変形によって開閉可能となっている構成でもよい。このような玉軸受用保持器においては、閉状態の前記ポケット頂部の分断部分を連結する連結手段を備えることが好ましい。
このような第七の発明の玉軸受用保持器は、玉軸受の保持器として好適である。すなわち、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の玉と、前記内輪及び前記外輪の間に前記玉を保持する保持器と、を備える玉軸受において、前記保持器を第七の発明の玉軸受用保持器とすることが好ましい。
さらに、本発明の第八の発明の樹脂製冠形保持器は、樹脂製の環状主部と、この環状主部の軸方向一端面に設けられた複数のポケットと、を備える樹脂製冠形保持器において、前記ポケットの内面に、潤滑剤を収容可能な潤滑剤溜まりを設けたことを特徴とする。
ここで、前記潤滑剤溜まりは前記ポケットの底部近傍に設けることが好ましい。また、前記環状主部の軸方向他端面に、前記環状主部に沿う環状の補強部材を取り付けてもよい。さらに、第八の発明の樹脂製冠形保持器は、前記補強部材をインサートとするインサート成形により製造されたものであり、前記環状主部と前記補強部材とが一体とされていることが好ましい。
このような第八の発明の樹脂製冠形保持器は、ラジアル玉軸受の保持器として好適である。すなわち、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の玉と、前記内輪及び前記外輪の間に前記玉を保持する保持器と、を備えるラジアル玉軸受において、前記保持器を第八の発明の樹脂製冠形保持器とすることが好ましい。この時、前記樹脂製冠形保持器は玉案内方式の保持器であることが好ましい。
本発明の第一の発明に係るアンギュラ玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。 本発明の第一の発明に係る樹脂製冠形保持器の構造を示す部分断面図である。 本発明の第一の発明に係る樹脂製冠形保持器の変形例を示す部分断面図である。 本発明の第一の発明に係る樹脂製冠形保持器の別の変形例を示す部分断面図である。 本発明の第一の発明に係る樹脂製冠形保持器の別の変形例を示す部分断面図である。 本発明の第一の発明に係る樹脂製冠形保持器の別の変形例を示す部分断面図である。 本発明の第一の発明に係る樹脂製冠形保持器の別の変形例を示す部分断面図である。 本発明の第一の発明に係る複列玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。 保持器の局部的な変形の様子を説明する図である。 保持器の全体的な変形の様子を説明する図である。 本発明の第二の発明に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受の第1実施形態を説明するための断面図である。 図11に示す玉軸受用冠型保持器の円周方向の一部を示す要部拡大斜視図である。 図12に示す玉軸受用冠型保持器に埋設される補強リングの円周方向の一部を示す要部拡大斜視図である。 図13に示す補強リングの変形例を説明するための要部拡大斜視図である。 図14に示す補強リングの断面図である。 本発明の第二の発明に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受の第2実施形態を説明するための断面図である。 図16に示す玉軸受用冠型保持器の円周方向の一部を示す要部拡大斜視図である。 図17に示す玉軸受用冠型保持器に埋設される補強リングの円周方向の一部を示す要部拡大斜視図である。 図18に示す補強リングの変形例を説明するための要部拡大斜視図である。 本発明の第二の発明に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受の第3実施形態を説明するための要部断面図である。 図20に示す玉軸受用冠型保持器の全体斜視図である。 図21に示す玉軸受用冠型保持器に固着される補強リングの第1変形例を示す要部断面図である。 図22に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。 図21に示す玉軸受用冠型保持器に固着される補強リングの第2変形例を示す要部断面図である。 図24に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。 図21に示す玉軸受用冠型保持器に固着される補強リングの第3変形例を示す要部断面図である。 図26に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。 図21に示す玉軸受用冠型保持器に固着される補強リングの第4変形例を示す要部断面図である。 図28に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。 本発明の第二の発明に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受の第4実施形態を説明するための要部断面図である。 図30に示す玉軸受用冠型保持器に埋設される補強リングの円周方向の一部を示す図である。 図30に示す玉軸受用冠型保持器に埋設される補強リングの第1変形例を示す要部断面図である。 図32に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。 図30に示す玉軸受用冠型保持器に埋設される補強リングの第2変形例を示す要部断面図である。 図34に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。 図30に示す玉軸受用冠型保持器に埋設される補強リングの第3変形例を示す要部断面図である。 図36に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。 図30に示す玉軸受用冠型保持器に埋設される補強リングの第4変形例を示す要部断面図である。 図38に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。 従来の玉軸受用冠型保持器が組み込まれた玉軸受を示す断面図である。 従来の玉軸受用冠型保持器を示す斜視図である。 従来の玉軸受用冠型保持器の円周方向の一部を示す斜視図である。 従来の他の玉軸受用冠型保持器が組み込まれた玉軸受を示す断面図である。 従来の他の玉軸受用冠型保持器が組み込まれた玉軸受を示す断面図である。 従来の他の玉軸受用冠型保持器が組み込まれた玉軸受を示す断面図である。 本発明の第三の発明の冠型保持器の一例を示す図であり、(a)冠型保持器を示す全体斜視図、(b)図48に従い玉軸受に組み込んだ状態を示す要部断面図、(c)補強リングの一部を示す上面図である。 本発明の第三の発明の冠型保持器の他の例を示す図であり、(a)冠型保持器の全体を示す斜視図、(b)図48に従い玉軸受に組み込んだ状態を示す要部断面図、(c)補強リングの一部を示す上面図である。 冠型保持器を備える玉軸受の一例を示す断面図である。 従来の冠型保持器の一例を示す全体斜視図である。 従来並びに本発明の冠型保持器の一例を示す全体斜視図である。 本発明の第四の発明の転がり軸受に組み込まれる合成樹脂製冠型保持器の一例を示す部分斜視図である。 本発明の第四の発明の転がり軸受に組み込まれる合成樹脂製冠型保持器の他の例を示す部分斜視図である。 図52に示す合成樹脂製冠型保持器に包埋される補強リングを示す部分斜視図である。 図52の右端部を切断してA矢印方向からみた部分拡大斜視図である。 図54の下側からみた部分拡大斜視図である。 図54の右側からみた部分拡大斜視図である。 深溝球軸受の一例を示す断面図である。 従来の合成樹脂製冠型保持器の一例を示す全体斜視図である。 本発明の第五の発明の実施の形態の1例を示す、保持器の部分斜視図である。 この保持器に包埋する補強リングの部分斜視図である。 図59の右上端部を切断してA矢印方向から見た部分拡大斜視図である。 図61の下側から見た部分拡大斜視図である。 図61の右側から見た部分拡大斜視図である。 本発明の対象となる合成樹脂製冠型保持器を組み込んだラジアル玉軸受の断面図である。 従来から知られている合成樹脂製冠型保持器の第1例を示す斜視図である。 従来から知られている合成樹脂製冠型保持器の第2例を示す部分斜視図である。 本発明の第六の発明の第1実施の形態に係る合成樹脂製冠型保持器の部分的斜視図である。 本発明の第六の発明の第2実施の形態に係る合成樹脂製冠型保持器の部分的斜視図である。 従来例に係る転がり軸受の断面図である。 図69に示した転がり軸受に装着した合成樹脂製冠型保持器の斜視図である。 別の従来例に係る合成樹脂製冠型保持器の部分的分解斜視図である。 さらに別の従来例に係る合成樹脂製冠型保持器の分解斜視図である。 図72に示した合成樹脂製冠型保持器の部分拡大断面図である。 本発明の第七の発明に係る玉軸受の一実施形態の構造を示す縦断面図である。 図74の玉軸受に組み込まれた保持器の斜視図である。 図75の保持器を構成するポケット部材と補強部材とを分解して示した分解斜視図である。 ポケット頂部の分断部分が開状態となっているポケット部材を示す図である。 連結手段の一例を示す図である。 補強部材の変形例を説明する保持器の斜視図である。 図79の保持器を構成するポケット部材と補強部材とを分解して示した分解斜視図である。 本発明の第八の発明に係るラジアル玉軸受の一実施形態の構造を示す縦断面図である。 図81のラジアル玉軸受に組み込まれた樹脂製冠形保持器の部分斜視図である。 本実施形態の変形例を示す樹脂製冠形保持器の部分斜視図である。 本実施形態の別の変形例を示す樹脂製冠形保持器の部分斜視図である。
〔第一の発明の実施形態〕
本発明の第一の発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は第一の発明の一実施形態であるアンギュラ玉軸受の構造を示す部分縦断面図であり、図2は樹脂製冠形保持器の構造を示す部分断面図である。
図1のアンギュラ玉軸受は、内輪1と、外輪2と、内輪1及び外輪2の間に転動自在に配された複数の玉(転動体)3と、内輪1及び外輪2の間に玉3を保持する樹脂製冠形保持器4と、を備えている。そして、グリース,潤滑油等の潤滑剤で潤滑されている。
この樹脂製冠形保持器4は、樹脂製の環状主部10と、環状主部10の軸方向一端面に設けられた複数のポケット11と、環状主部10の軸方向他端面に同心に取り付けられた環状の補強部材12と、を備えている。この補強部材12は環状主部10に沿う環状をなしているとともに、軸方向に平行な平面での断面形状が矩形である。また、補強部材12は、環状主部10の軸方向他端面に形成された凹部に埋め込まれて一体とされており、補強部材12の外径面12a,内径面12b,及びポケット側の面12cが環状主部10(樹脂)に覆われ、反ポケット側の面12dが露出している。
つまり、環状主部10の外径面10aと補強部材12の外径面12aとの間の径方向距離をF、環状主部10の内径面10bと補強部材12の内径面12bとの間の径方向距離をG、ポケット11の底面と補強部材12のポケット側の面12cとの間の軸方向距離をEとすると、E,F,及びGが0超過である。
樹脂製冠形保持器4の製造方法は特に限定されるものではないが、補強部材12をインサートとするインサート成形により製造してもよい。この場合には、環状主部10と補強部材12とがインサート成形時に一体化される。また、予め射出成形により製造された環状主部10に補強部材12を固定して一体化してもよい。この場合には、接着剤による接着,圧入等の慣用の固着方法により、環状主部10と補強部材12とを固定する。
このような補強部材12を備えた樹脂製冠形保持器4は、剛性が高く変形しにくい。また、補強部材12が内輪1,外輪2,玉3と接触して発熱や摩耗を生じることがほとんどない。さらに、補強部材12が環状主部10から剥落するおそれもほとんどない。よって、アンギュラ玉軸受を高速回転で問題なく使用することができる。
なお、樹脂製冠形保持器4は、図3のような構造でもよい。すなわち、環状主部10の軸方向他端面には凹部が形成されておらず、補強部材12が前記軸方向他端面に固定されている構造である。よって、外径面12a,内径面12b,及び反ポケット側の面12dは、環状主部10に覆われておらず露出している。この場合には、前述のE,F,及びGが0以上である。このような構造の場合も、前述の図2の構造の樹脂製冠形保持器4と同様にして製造することができる。
図2,3いずれの構造の場合でも、E,F,及びGは下記のような条件を満たすことがより好ましい。すなわち、Eは0.1×D以上又は0.1mm以上で、F及びGは0.02×C以上又は0.1mm以上である。ここで、Cとは環状主部10の外径面10aと内径面10bとの間の径方向距離であり、Dとはポケット11の底面と補強部材12の反ポケット側の面12dとの間の軸方向距離である。このような条件を満たせば、補強部材12と内輪1,外輪2,玉3との接触がより生じにくい。
また、補強部材12の表面にはショットピーニング又は化成処理を施して、微細な凹凸を形成しておくことが好ましい。そうすれば、補強部材12の環状主部10からの剥落がより生じにくい。補強部材12の表面の表面粗さRaは、0.3μm以上であることが好ましく、0.8μm以上であることがより好ましい。ただし、補強部材12の表面の表面粗さRaが6.4μmより大きくなると、異物(ゴミ)の付着が生じやすくなる等の問題があるため好ましくない。
さらに、補強部材12のポケット側の面12cは、凹面となっていてもよい。そうすれば、樹脂製冠形保持器4の剛性が向上するとともに、玉3と補強部材12との接触がより生じにくくなる。また、ポケット11の底面と補強部材12のポケット側の面12cとの間の軸方向距離が大きくなるので、補強部材12の環状主部10からの剥落がより生じにくい。凹面は、図4のような断面略U字状の凹面でもよいし、図5のような断面略V字状の凹面でもよい。
さらに、補強部材12の軸方向反ポケット側の部分については、内径面12bと外径面12aとの間の幅(径方向距離)Aがポケット側から反ポケット側に向かって徐々に小さくなるテーパ状となっていることが好ましい(図6を参照)。そうすれば、補強部材12の環状主部10からの剥落がより生じにくい。
さらに、補強部材12は金属板から抜き加工により製造されたものでもよく、その場合には抜き方向下側部分をポケット11に向けて配されていることが好ましい。抜き加工の際にはバリが生じるおそれがあり、生じたバリ14は、補強部材12の端部から抜き方向に沿って突出している。このようなバリが形成している部分を反ポケット側として配すると、バリが内輪1,外輪2,玉3と接触しやすくなるが、バリ14が形成している部分をポケット11に向けて配すれば、バリ14はポケット11の底面と補強部材12のポケット側の面12cとの間に位置することとなるので、バリ14が内輪1,外輪2,玉3と接触するおそれはほとんどない。ただし、補強部材12の加工時に、あらかじめバリ14を除去してもよい。
なお、本実施形態は第一の発明の一例を示したものであって、第一の発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、転がり軸受としてアンギュラ玉軸受を例示して説明したが、第一の発明は他の種類の様々なラジアル玉軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受,自動調心玉軸受,複列玉軸受である。ただし、これらのラジアル玉軸受の中では、アンギュラ玉軸受と複列玉軸受(図8を参照)が特に好適である。
また、補強部材12の剛性を向上させるためには、厚さB(補強部材12のポケット側の面12cと反ポケット側の面12dとの間の軸方向距離)が大きい方がよい。補強部材12の厚さBを大きくするため、補強部材12の反ポケット側の面12dは、環状主部10(樹脂)で覆われていない。
さらに、補強部材12の材質は、樹脂製冠形保持器4の剛性を十分に向上させることができれば特に限定されるものではないが、SPCC材,ステンレス鋼,繊維強化樹脂等があげられる。ただし、その硬さはHv100以上であることが好ましく、Hv120以上であることがより好ましい。また、補強部材12の硬さは、射出成形(インサート成形)等の金型の硬さよりも低いことが好ましい。特に、図2〜7に示すような補強部材12が露出している樹脂製冠形保持器4を成形する場合には、補強部材12の硬さが金型の硬さよりも低いと金型への悪影響が少ない。具体的には、Hv1200以下が好ましい。
さらに、環状主部10を構成する樹脂の種類は特に限定されるものではないが、脂肪族ポリアミド樹脂,芳香族ポリアミド樹脂,ポリエーテルエーテルケトン,ポリパラフェニレンスルフィド等が好適である。
さらに、環状主部10と補強部材12とを接着する接着剤の種類は特に限定されるものではないが、フェノール系接着剤が好適である。
本実施形態においては、補強部材12の一つの面である反ポケット側の面12dが露出しているが、例えばインサート成形時にこの反ポケット側の面12dを寸法精度出しの基準面の一つとすることで、環状主部10と補強部材12との同心度を向上させることが可能である。高速回転条件、特にdmn値(軸受の内径と外径との平均値(単位はmm)と回転速度(単位はmin−1)との積)が100万以上あるいは110万以上の領域においては、前記同心度が悪く、樹脂製冠形保持器4全体としての回転中心と補強部材12の回転中心とのズレが大きいと、樹脂製冠形保持器4の環状主部10に不適切な応力が生じてしまったり、異常振動が生じてしまうことが考えられる。また、本実施形態においては、比較的複雑な曲げ加工や複雑な穴空け加工がないため、寸法精度の良い補強部材12を低コストで製造することが可能である。
すなわち、図2及び図4〜7に示される、補強部材12の外径面12a及び内径面12bが樹脂で覆われている樹脂製冠形保持器4が好ましい。特に、高速回転条件においては、これらの樹脂製冠形保持器4が好ましい。図3の樹脂製冠形保持器4は、補強部材12の露出している部分が多く放熱性が比較的良好であるため、樹脂製冠形保持器4全体としての放熱性も良好となり、樹脂製冠形保持器4に温度分布が少なく変形が生じにくい。また、図2〜7の樹脂製冠形保持器4は、インサート成形時に補強部材12と環状主部10との間の同心度等の寸法精度を精度良く且つ低コストで成形することができる。
〔第二の発明の実施形態〕
本発明の第二の発明は、例えば、自動車や工作機械等の各種回転機械装置において、高温環境下で高速運転される玉軸受に用いられる玉軸受用冠型保持器、玉軸受用冠型保持器の製造方法及びこの玉軸受用冠型保持器を組み込んだ玉軸受に関する。
各種回転機械装置の回転部分を支持する玉軸受としては、例えば、図40に示すような玉軸受280が広く使用されている。この玉軸受280は、内周面に外輪軌道面281aを有する外輪281と、外周面に内輪軌道面282aを有する内輪282と、外輪軌道面281aと内輪軌道面282aとの間に保持器284を介して円周方向に転動可能に配設される複数の玉283と、を備えている。なお、図示の例では、外輪軌道面281a及び内輪軌道面282aは、共に深溝型である。
保持器284は、図41に示すように、冠型保持器であり、円環状の主部285の軸方向片面側に複数の弾性片286,286を、円周方向において互いに間隔をあけ、軸方向に突出するように形成している。そして、円周方向に隣り合う弾性片286,286の間には、玉283を転動可能に保持するポケット部287が形成される。
また、保持器284は、合成樹脂の射出成形により形成されており、この合成樹脂としては、例えば、ポリアミド66、ポリフェニレンサルファイド等にそれぞれガラス繊維等の補強材を含有させたものが用いられるが、使用温度が160℃を越えるような場合には、耐熱性に優れたポリアミド46にガラス繊維等の補強材を含有させたものが用いられることもある。
また、高速回転時の遠心力による保持器284の変形を防止する技術として、図42に示すように、主部285に金属板288を添設したものが提案されている(例えば、日本国特許公開公報 平成8年第145061号を参照)。主部285と金属板288とは、主部285を射出成形する際に金属板288に形成した孔289に合成樹脂を流し込むことにより強固に結合されている。金属板288により主部285の剛性を高め、遠心力により弾性片286が径方向外方に変形すること防止している。
さらに、高速回転時の遠心力による保持器284の変形を防止する他の技術として、図43に示すように、主部285内に、保持器284の合成樹脂よりも剛性の高い円板状の補強リング290を埋設したものが提案されている(例えば、日本国特許公開公報 2000年第161365号を参照)。この補強リング290には、円周方向の複数個所に孔291が形成されており、補強リング290の軸方向両側に存在する合成樹脂は、この孔291を通して一体的に結合される。これにより、保持器284の剛性を高め、遠心力により弾性片286が径方向外方に変形することを防止している。なお、図44は、円筒状の補強リング292を保持器284の外周部近傍に埋設した例であり、図45は、円筒状の補強リング292を保持器284の内周部近傍に埋設した例である。
ところで、近年、自動車や工作機械等の各種回転機械装置の性能向上や小型化により、玉軸受の使用条件が益々厳しくなっている。例えば、回転速度の増大、設置スペースの減少及び使用温度の上昇傾向等のように、使用条件が急速に変わってきている。そのため、高速回転時の遠心力や温度上昇による保持器の熱変形や、外乱による保持器の振動変形が発生しやすくなっている。しかし、上記2つの特許公開公報に記載された保持器においては、補強リングを保持器の主部に機械的に結合しただけの構造であるため、主部の捩じり剛性を十分に向上させることが難しい。そのため、軸受を高温環境下で高速運転した場合に、保持器の弾性片の先端縁が径方向外方に変位して外輪の内周面に干渉する可能性がある。
本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、保持器の剛性を向上することができ、高温環境下で高速運転した場合においても、遠心力や熱による変形や、外乱による振動変形を抑制することができる玉軸受用冠型保持器、玉軸受用冠型保持器の製造方法及び玉軸受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) 円環状の主部と、主部の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する弾性片と、を備え、弾性片の間に転動体を転動可能に保持するポケット部が形成される合成樹脂製の玉軸受用冠型保持器であって、玉軸受用冠型保持器には、玉軸受用冠型保持器の合成樹脂よりも剛性の高い金属板からなる補強リングが埋設され、補強リングは、主部の軸方向端面に略平行に埋設される環状円板部と、環状円板部の外周縁部又は内周縁部から弾性片の突出方向に延設される円筒部と、を備えることを特徴とする玉軸受用冠型保持器。
(2) 環状円板部には、弾性片の突出方向と逆方向に延びる突起部が円周方向に少なくとも3カ所設けられることを特徴とする(1)に記載の玉軸受用冠型保持器。
(3) 玉軸受用冠型保持器の合成樹脂と補強リングとを接着剤によって結合することを特徴とする(1)又は(2)に記載の玉軸受用冠型保持器。
(4) 円環状の主部と、主部の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する弾性片と、を備え、弾性片の間に転動体を転動可能に保持するポケット部が形成される合成樹脂製の玉軸受用冠型保持器であって、玉軸受用冠型保持器には、主部の軸方向端面に、玉軸受用冠型保持器の合成樹脂よりも剛性の高い環状の金属板からなる補強リングが、接着剤を介して固着されることを特徴とする玉軸受用冠型保持器。
(5) 円環状の主部と、主部の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する弾性片と、を備え、弾性片の間に転動体を転動可能に保持するポケット部が形成される合成樹脂製の玉軸受用冠型保持器であって、玉軸受用冠型保持器の主部には、玉軸受用冠型保持器の合成樹脂よりも剛性の高い環状の金属板からなる補強リングが埋設され、玉軸受用冠型保持器の合成樹脂と補強リングとが接着剤によって結合されることを特徴とする玉軸受用冠型保持器。
(6) 接着剤は、フェノール樹脂系接着剤及びエポキシ樹脂系接着剤の少なくとも一つを含有することを特徴とする(3)〜(5)のいずれかに記載の玉軸受用冠型保持器。 (7) (3)〜(6)のいずれかに記載の玉軸受用冠型保持器の製造方法であって、接着剤を半硬化状態で焼き付けた環状の金属板の周りに合成樹脂を注入してインサート成形する工程を備えることを特徴とする玉軸受用冠型保持器の製造方法。
(8) (3)〜(6)のいずれかに記載の玉軸受用冠型保持器の製造方法であって、接着剤を半硬化状態で焼き付けた環状の金属板の周りに合成樹脂を注入してインサート成形する工程と、二次加熱によって前記接着剤を硬化させる工程と、を備えることを特徴とする玉軸受用冠型保持器の製造方法。
(9) 外輪と内輪との間に複数の玉が環状の保持器を介して円周方向に転動可能に配設される玉軸受であって、保持器として、(1)〜(6)のいずれかに記載の玉軸受用冠型保持器を使用することを特徴とする玉軸受。
本発明の玉軸受用冠型保持器及び玉軸受によれば、玉軸受用冠型保持器には、玉軸受用冠型保持器の合成樹脂よりも剛性の高い金属板からなる補強リングが埋設され、補強リングは、主部の軸方向端面に略平行に埋設される環状円板部と、環状円板部の外周縁部又は内周縁部から弾性片の突出方向に延設される円筒部と、を備えるため、断面略L字形状の補強リングによって玉軸受用冠型保持器の剛性、特に、主部の曲げ剛性や捩じり剛性を向上することができる。これにより、玉軸受を高温環境下で高速運転した場合においても、遠心力や熱による玉軸受用冠型保持器の変形や、外乱による玉軸受用冠型保持器の振動変形を抑制することができるので、玉軸受用冠型保持器の弾性片が外輪の内周面に干渉して、玉軸受用冠型保持器が破損するのを回避することができ、玉軸受の性能、ひいては回転機械装置の性能を良好に維持することができる。
また、本発明の玉軸受用冠型保持器及び玉軸受によれば、環状円板部には、弾性片の突出方向と逆方向に延びる突起部が円周方向に少なくとも3カ所設けられるため、射出成形時に環状円板部と成形型面との間に空間を確保することができるので、玉軸受用冠型保持器に補強リングを容易に埋設することができる。
さらに、本発明の玉軸受用冠型保持器及び玉軸受によれば、玉軸受用冠型保持器の合成樹脂と補強リングとを接着剤によって結合するため、異なる線膨張係数と弾性係数を有する玉軸受用冠型保持器の合成樹脂と補強リングとの間の結合強度を向上することができるので、玉軸受用冠型保持器の剛性、特に、主部の曲げ剛性や捩じり剛性を向上することができる。これにより、玉軸受を高温環境下で高速運転した場合においても、遠心力や熱による玉軸受用冠型保持器の変形や、外乱による玉軸受用冠型保持器の振動変形を抑制することができるので、玉軸受用冠型保持器の弾性片が外輪の内周面に干渉して、玉軸受用冠型保持器が破損するのを回避することができ、玉軸受の性能、ひいては回転機械装置の性能を良好に維持することができる。
以下、本発明の第二の発明に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(第1実施形態)
まず、図11〜図15を参照して、本発明に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受の第1実施形態について説明する。
図11は本発明に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受の第1実施形態を説明するための断面図、図12は図11に示す玉軸受用冠型保持器の円周方向の一部を示す要部拡大斜視図、図13は図12に示す玉軸受用冠型保持器に埋設される補強リングの円周方向の一部を示す要部拡大斜視図、図14は図13に示す補強リングの変形例を説明するための要部拡大斜視図、図15は図14に示す補強リングの断面図である。
本実施形態の玉軸受210は、図11に示すように、外輪211と内輪212との間に転動体としての複数の玉213が配設された深溝玉軸受であり、複数の玉213は本実施形態の玉軸受用冠型保持器214を介して円周方向に略等間隔で転動可能に保持されている。
玉軸受用冠型保持器214は、合成樹脂からなり、図12に示すように、円環状の主部221と、この主部221の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する弾性片222と、を備え、この弾性片222の間に転動体である玉213を転動可能に保持するポケット部223が形成される。そして、玉軸受用冠型保持器214の主部221には、補強リング224が埋設されている。なお、補強リング224は、合成樹脂(例えば、ナイロン46等)の射出成形時に成形型内にインサートされる。
補強リング224は、玉軸受用冠型保持器214の合成樹脂よりも剛性の高い金属板(例えば、SPCC:呼び厚さ0.25mm以下)からなり、図13に示すように、主部221の軸方向端面に略平行に埋設される環状円板部225と、この環状円板部225の外周縁部から弾性片222の突出方向に延設され、各ポケット部223を除く部分に埋設される円筒部226と、を備える。また、環状円板部225には、その内周縁部から弾性片222の突出方向と逆方向に延びる突起部227が円周方向に3カ所設けられる。さらに、円筒部226は、保持器220の主部221及びポケット部223の形状に沿って軸方向幅が変化している。
また、環状円板部225には、環状円板部225の軸方向両側に存在する玉軸受用冠型保持器214の合成樹脂を一体的に結合するための連通孔228が円周方向に所定の間隔を存して複数カ所形成され、円筒部226には、射出成形の際に、玉軸受用冠型保持器214の合成樹脂が充填され、成形後、その合成樹脂と結合する結合孔229が円周方向に所定の間隔を存して複数カ所形成される。そして、これら連通孔228及び結合孔229によって、玉軸受用冠型保持器214の合成樹脂と補強リング224とが一体に結合される。
そして、本実施形態では、射出成形に際して、メチルエチルケトンで4倍に希釈したフェノール系接着剤(例えば、メタロック(登録商標)N−15等)を補強リング224に浸漬塗布して140℃で20分焼き付けた後に、この補強リング224を150℃の成形型にインサートしてから合成樹脂を射出し、これにより、玉軸受用冠型保持器214の合成樹脂と補強リング224とを接着剤を介して結合した玉軸受用冠型保持器214が成形される。
したがって、本実施形態の玉軸受用冠型保持器214及び玉軸受210よれば、玉軸受用冠型保持器214には、玉軸受用冠型保持器214の合成樹脂よりも剛性の高い金属板からなる補強リング224が埋設され、補強リング224は、主部221の軸方向端面に略平行に埋設される環状円板部225と、環状円板部225の外周縁部から弾性片222の突出方向に延設される円筒部226と、を備える。そのため、断面略L字形状の補強リング224によって玉軸受用冠型保持器214の剛性、特に、主部221の曲げ剛性や捩じり剛性を向上することができる。これにより、高温環境下で高速運転した場合においても、遠心力や熱による玉軸受用冠型保持器214の変形や、外乱による玉軸受用冠型保持器214の振動変形を抑制することができるので、玉軸受用冠型保持器214の弾性片222が外輪211の内周面に干渉して、玉軸受用冠型保持器214が破損するのを回避することができ、玉軸受210の性能、ひいては回転機械装置の性能を良好に維持することができる。
また、本実施形態の玉軸受用冠型保持器214及び玉軸受210よれば、環状円板部225には、弾性片222の突出方向と逆方向に延びる突起部227が円周方向に少なくとも3カ所設けられるため、射出成形時に環状円板部225と成形型面との間に空間を確保することができるので、玉軸受用冠型保持器214に補強リング224を容易に埋設することができる。
また、本実施形態の玉軸受用冠型保持器214及び玉軸受210よれば、補強リング224は、断面略L字形状であるため、薄い金属板でも高い剛性を確保することができるので、玉軸受用冠型保持器214の軽量化を図ることができる。
さらに、本実施形態の玉軸受用冠型保持器214及び玉軸受210よれば、玉軸受用冠型保持器214の合成樹脂と補強リング224とを接着剤によって結合するため、異なる線膨張係数と弾性係数を有する玉軸受用冠型保持器214の合成樹脂と補強リング224との間の結合強度を向上することができる。これにより、玉軸受用冠型保持器214の剛性をさらに向上することができる。
なお、本実施形態の変形例として、補強リング224は、図14及び図15に示すように、補強リング224の曲げ部分である環状円板部225と円筒部226と間にリブ230を設けるようにしてもよい。これにより、環状円板部225及び円筒部226のスプリングバックを抑制することができると共に、曲げ部分の強度を高めることができる。また、射出成形時にリブ230の裏側の空洞部230aに合成樹脂が流れ込むため、玉軸受用冠型保持器214の合成樹脂と補強リング224との結合強度をさらに向上することができる。
(第2実施形態)
次に、図16〜図19を参照して、本発明に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
図16は本発明に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受の第2実施形態を説明するための断面図、図17は図16に示す玉軸受用冠型保持器の円周方向の一部を示す要部拡大斜視図、図18は図17に示す玉軸受用冠型保持器に埋設される補強リングの円周方向の一部を示す要部拡大斜視図、図19は図18に示す補強リングの変形例を説明するための要部拡大斜視図である。
本実施形態の玉軸受用冠型保持器240は、図16及び図17に示すように、円周方向に互いに隣り合う各ポケット部223間の主部221に、それぞれ凹部241を設けている。この凹部241は、主部221の弾性片222の形成位置と反対側の軸方向端部に形成されており、ポケット部223の内周面との間において均等肉厚になるように略台形形状に形成されている。
なお、この凹部241は、樹脂成形時において、樹脂肉厚不均等による変形を抑制するために保持器各部位の肉厚を均等に近くすることや、保持器の軽量化などの理由により設けられる。
また、玉軸受用冠型保持器240は、主部221及びポケット部223の下部に埋設される補強リング244を備えている。この補強用リング244は、図18に示すように、主部221の軸方向端面に対して略平行に埋設される環状円板部245と、この環状円板部245の外周縁部から弾性片222の突出方向に延設され、ポケット部223の下部位置に埋設される円筒部246と、を備える。環状円板部245は、主部221の凹部241を避けるように径方向幅が円周方向に変化しており、また、円筒部246は、軸方向幅が円周方向に略一定とされている。
その他の構成及び作用効果については、上記した第1実施形態と同様である。
なお、本実施形態の変形例として、補強リング244は、図19に示すように、補強リング244の曲げ部分である環状円板部245と円筒部246と間にリブ250を設けるようにしてもよい。これにより、環状円板部245及び円筒部246のスプリングバックを抑制することができると共に、曲げ部分の強度を高めることができる。また、射出成形時にリブ250の裏側の空洞部230a(図15を参照)に合成樹脂が流れ込むため、玉軸受用冠型保持器240の合成樹脂と補強リング244との結合強度をさらに向上することができる。
なお、上記第1及び第2実施形態では、環状円板部の外周縁部から円筒部を弾性片の突出方向に延設した場合を例示したが、これに代えて、環状円板部の内周縁部から円筒部を弾性片の突出方向に延設してもよい。
(第3実施形態)
次に、図20〜図29を参照して、本発明に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受の第3実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
図20は、本発明に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受の第3実施形態を説明するための要部断面図であり、図21は、図20に示す玉軸受用冠型保持器の全体斜視図である。また、図22は、図21に示す玉軸受用冠型保持器に固着される補強リングの第1変形例を示す要部断面図であり、図23は、図22に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。さらに、図24は、図21に示す玉軸受用冠型保持器に固着される補強リングの第2変形例を示す要部断面図であり、図25は、図24に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。さらに、図26は、図21に示す玉軸受用冠型保持器に固着される補強リングの第3変形例を示す要部断面図であり、図27は、図26に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。さらに、図28は、図21に示す玉軸受用冠型保持器に固着される補強リングの第4変形例を示す要部断面図であり、図29は、図28に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。
本実施形態の玉軸受用冠型保持器260は、図20及び図21に示すように、主部221の弾性片222の形成位置と反対側の軸方向端面に、玉軸受用冠型保持器260の合成樹脂よりも剛性の高い環状の金属板からなる補強リング261が、接着剤を介して固着されている。
なお、本実施形態の玉軸受用冠型保持器260では、補強リング261は、玉軸受用冠型保持器260の主部221に埋設されていない。このような構造とすることで、主部221に補強リング261を埋設した場合より補強リング261の板厚を増やすことが可能となる。なぜなら、主部221に補強リング261を埋設した場合には、インサート成形時に溶融樹脂が流動するための一定厚さ以上の空間(主部221における合成樹脂部の厚み)が補強リング261の軸方向両側に必要となるが、本実施形態においては、補強リング261の軸方向片側(接着される側)にしかその空間を必要としないためである。したがって、同寸法の玉軸受用冠型保持器で比較すると、本実施形態の玉軸受用冠型保持器260の方が、補強リングを埋設した構造のものより、その空間の差分だけ補強リングの厚みをまして、主部221の捩じり剛性をより向上させることが可能となる。
従って、本実施形態の玉軸受用冠型保持器260及び玉軸受210によれば、主部221の弾性片222の形成位置と反対側の軸方向端面に補強リング261を接着剤を介して固着して結合するため、異なる線膨張係数と弾性係数を有する玉軸受用冠型保持器260の合成樹脂と補強リング261との間の結合強度及び玉軸受用冠型保持器260の剛性、特に、主部221の曲げ剛性や捩じり剛性を向上することができる。これにより、玉軸受210を高温環境下で高速運転した場合においても、遠心力や熱による玉軸受用冠型保持器260の変形や、外乱による玉軸受用冠型保持器260の振動変形を抑制することができるので、玉軸受用冠型保持器260の弾性片222が外輪211の内周面に干渉して、玉軸受用冠型保持器260が破損することを回避することができ、玉軸受210の性能、ひいては回転機械装置の性能を良好に維持することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記した第1実施形態と同様である。
なお、本実施形態の第1変形例として、図22及び図23に示すように、補強リング261の内外周両側部を軸方向に折り曲げて折り曲げ部261aを形成して、保持器260の剛性をさらに向上させるようにしてもよい。この場合、補強リング261の径方向幅が狭くなるため、補強リング261の内外周両側部に玉軸受用冠型保持器260の合成樹脂を回り込ませることで、玉軸受用冠型保持器260と補強リング261との接着接合の信頼性をより向上させることができる。
また、本実施形態の第2変形例として、図24に示すように、玉軸受用冠型保持器260の円周方向に互いに隣り合う各ポケット部223間の主部221において、この主部221の弾性片222の形成位置と反対側の軸方向端部にそれぞれ凹部241を設け、補強リング261に、図24及び図25に示すように、凹部241の形成用金型に設けた突起部を通す孔262を円周方向に略等間隔で複数箇所設けてもよい。なお、孔262は、インサート成形の際、金型に設けられている突起部を利用して、補強リング261を固定(位置決め)するためにも機能している。また、凹部241は、ポケット部223の内周面との間において均等肉厚になるように略台形形状に形成されており、インサート成形時において、樹脂肉厚不均等による変形を抑制するために保持器各部位の肉厚を均等に近くすることや、保持器の軽量化などの理由により設けられる。
また、本実施形態の第3変形例として、図26及び図27に示すように、補強リング261に玉軸受用冠型保持器260の合成樹脂が入り込む孔263を円周方向に略等間隔で複数箇所設けてもよい。このような構造とすることで、玉軸受用冠型保持器260の合成樹脂と補強リング261との接着剤による化学的結合に、孔263に合成樹脂が入り込むことによる機械的結合が加わるため、玉軸受用冠型保持器260の合成樹脂と補強リング261との接着接合の信頼性をより向上させることができる。
さらに、本実施形態の第4変形例として、図28及び図29に示すように、本実施形態の第1変形例〜第3変形例を組み合わせてもよい。即ち、補強リング261の内外周両側部を軸方向に折り曲げて折り曲げ部261aを形成すると共に、補強リング261に、凹部241の形成用金型に設けた突起部を通す孔262を円周方向に略等間隔で複数箇所設け、且つ補強リング261に、玉軸受用冠型保持器260の合成樹脂が入り込む孔263を円周方向に略等間隔で複数箇所設ける。
(第4実施形態)
次に、図30〜図39を参照して、本発明に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受の第4実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
図30は、本発明に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受の第4実施形態を説明するための要部断面図であり、図31は、図30に示す玉軸受用冠型保持器に埋設される補強リングの円周方向の一部を示す図である。また、図32は、図30に示す玉軸受用冠型保持器に埋設される補強リングの第1変形例を示す要部断面図であり、図33は、図32に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。さらに、図34は、図30に示す玉軸受用冠型保持器に埋設される補強リングの第2変形例を示す要部断面図であり、図35は、図34に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。さらに、図36は、図30に示す玉軸受用冠型保持器に埋設される補強リングの第3変形例を示す要部断面図であり、図37は、図36に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。さらに、図38は、図30に示す玉軸受用冠型保持器に埋設される補強リングの第4変形例を示す要部断面図であり、図39は、図38に示す補強リングの円周方向の一部を示す図である。
本実施形態の玉軸受用冠型保持器270は、図30及び図31に示すように、円周方向に互いに隣り合う各ポケット部223間の主部221において、この主部221の弾性片222の形成位置と反対側の軸方向端部にそれぞれ凹部241を設けている。この凹部241は、ポケット部223の内周面との間において均等肉厚になるように略台形形状に形成されている。なお、凹部241は、樹脂成形時において、樹脂肉厚不均等による変形を抑制するために保持器各部位の肉厚を均等に近くすることや、保持器の軽量化などの理由により設けられる。
また、本実施形態の玉軸受用冠型保持器270は、主部221の弾性片222の形成位置と反対側の軸方向端部に、玉軸受用冠型保持器270の合成樹脂よりも剛性の高い環状の金属板からなる補強リング271が埋設され、玉軸受用冠型保持器270の合成樹脂と補強リング271とが接着剤によって結合されている。
また、補強リング271には、凹部241の形成用金型に設けた突起部を通す孔272が円周方向に略等間隔で複数箇所設けられており、この孔272は、インサート成形の際、金型に設けられている突起部を利用して、補強リング271を固定(位置決め)するためにも機能している。
本実施形態の玉軸受用冠型保持器270では、補強リング271が、玉軸受用冠型保持器270の主部221に埋設されているが、これは玉軸受用冠型保持器270と補強リング271との接着の信頼性を向上させるためである。実使用上、接着剤の劣化という現象は本質的に避けられない現象であるが、熱、水分、薬品(グリース、潤滑油等)、酸素等の外的要因の影響度をコントロールすることによって、その進行を遅くすることは可能である。つまり、補強リング271を玉軸受用冠型保持器270の主部221に埋設することによって、補強リング271の表面に形成されている接着剤層に劣化進行の要因となる外的な影響が及びにくくなるので、良好な接着状態をより長期にわたって維持することが可能となる。
従って、本実施形態の玉軸受用冠型保持器270及び玉軸受210によれば、主部221の弾性片222の形成位置と反対側の軸方向端部に、玉軸受用冠型保持器270の合成樹脂よりも剛性の高い環状の金属板からなる補強リング271が埋設され、玉軸受用冠型保持器270の合成樹脂と補強リング271とが接着剤によって結合されている。そのため、異なる線膨張係数と弾性係数を有する玉軸受用冠型保持器270の合成樹脂と補強リング271との間の結合強度及び玉軸受用冠型保持器270の剛性、特に、主部221の曲げ剛性や捩じり剛性を向上することができる。これにより、玉軸受210を高温環境下で高速運転した場合においても、遠心力や熱による玉軸受用冠型保持器270の変形や、外乱による玉軸受用冠型保持器270の振動変形を抑制することができるので、玉軸受用冠型保持器270の弾性片222が外輪211の内周面に干渉して、玉軸受用冠型保持器270が破損するのを回避することができ、玉軸受210の性能、ひいては回転機械装置の性能を良好に維持することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記した第1実施形態と同様である。
なお、本実施形態の第1変形例として、図32及び図33に示すように、補強リング271の内外周両側部を軸方向に折り曲げて折り曲げ部271aを形成して、保持器270の剛性をさらに向上させるようにしてもよい。
また、本実施形態の第2変形例として、図34及び図35に示すように、主部221に、長孔形状の凹部241の代わりに円形状の凹部241aを設けると共に、補強リング271に、長孔形状の孔272の代わりに凹部241aの形成用金型に設けた突起部を通す円形状の孔272aを設けてもよい。
また、本実施形態の第3変形例として、図36及び図37に示すように、補強リング271に、凹部241の形成用金型に設けた突起部を通す孔272を円周方向に略等間隔で複数箇所設けると共に、玉軸受用冠型保持器270の合成樹脂が入り込む孔273を円周方向に略等間隔で複数箇所設けてもよい。これにより、玉軸受用冠型保持器270の合成樹脂と補強リング271との接着接合の信頼性をさらに向上させることができる。
さらに、本実施形態の第4変形例として、図38及び図39に示すように、本実施形態の第1変形例及び第3変形例とを組み合わせてもよい。即ち、補強リング271の内外周両側部を軸方向に折り曲げて折り曲げ部271aを形成し、且つ補強リング271に、凹部241の形成用金型に設けた突起部を通す孔272を円周方向に略等間隔で複数箇所設けると共に、玉軸受用冠型保持器270の合成樹脂が入り込む孔273を円周方向に略等間隔で複数箇所設ける。
(玉軸受用冠型保持器の製造方法)
次に、上述した第1〜第4実施形態の玉軸受用冠型保持器の製造方法を説明する。
本実施形態の玉軸受用冠型保持器は、接着剤を半硬化状態で焼き付けた補強リング(金属板)をコアにして、玉軸受用冠型保持器の合成樹脂のインサート成形を行った後、二次加熱によって接着剤を完全に硬化させて補強リングと玉軸受用冠型保持器の主部とを一体に接着接合することで、製造される。また、補強リングの材質は、特に限定するものではなく、例えば、炭素鋼板(SPCC,SECC等)、ステンレス鋼板、各種のメッキ鋼板、表面処理鋼板等を例示することができる。接着剤の防錆性が十分でない場合、調質処理等を施す際に錆びやすい環境に曝される場合、あるいは種々の都合で錆に対しての配慮が必要な場合には、ステンレス鋼板、メッキ鋼板、表面処理鋼板を使用することが好ましい。なお、本実施形態の製造方法では、二次加熱によって接着剤を硬化させているが、接着剤を半硬化状態で焼き付けた補強リングをコアにして、玉軸受用冠型保持器の合成樹脂をインサート成形する工程のみで、二次加熱をせずに接着剤を硬化させてもよい。
なお、補強リングの接着接合対象面には、接着剤との接合力を向上させるために、微細な凹凸を設けることが好ましい。補強リングの接着接合対象面に凹凸を設けると、この凹凸に接着剤が入り込み、アンカー効果により接合が強固になるためである。なお、補強リングの接着接合対象面に凹凸を設ける方法は、特に限定されず、例えば、機械的処理方法(ブラスト処理等)や化学的処理方法(リン酸塩化成処理等)等を例示することができる。
接着剤は、インサート成形時に、溶融した高圧の合成樹脂によって、脱着して流失しない程度まで半硬化状態になっており、溶融樹脂からの熱、あるいはそれに加えて成形後の二次加熱によって完全に硬化状態となる。使用可能な接着剤としては、溶剤での希釈が可能で、二段階に近い硬化反応が進むフェノール樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤等が、耐熱性、耐薬品性、ハンドリング性を考慮して好ましい。なお、半硬化状態というのは、例えば、補強リングに塗布された接着剤に熱をかける等して、ある程度の硬化反応を進めることによって達成される。
接着剤層の厚さは1〜40μmが好ましく、2〜30μmとすると、さらに好ましい。接着剤の厚さが薄すぎる場合は、機能上十分な接着力を安定的に確保することが難しくなる。一方、接着剤層の厚さが厚すぎる場合は、インサート成形時に流出しない程度の半硬化状態と、機能上十分な接着力と、を同時に確保することが困難となる。
なお、接着剤層の厚さは、使用する接着剤成分分散液の濃度、塗布方法、塗布回数を調整することにより、所望の厚さを得ることができる。塗布方法については、少なくとも補強リングの接着接合対象面に塗布することが可能であれば特に限定されず、ディッピング、刷毛塗り、スプレー等の塗布方法から適宜撰択可能である。
接着剤は、玉軸受用冠型保持器の合成樹脂と補強リングとの接着強度を確保するために、補強リングの接着対象面の全面に塗布することが好ましい。ただし、十分に接着強度が維持されるのであれば、接着剤塗布の作業性やコスト等を考慮して、必要な箇所にのみ、部分的に塗布する構成としてもよい。一方、補強リングの全表面に接着剤を塗布した場合は、表面に形成された接着剤層が、金属板の酸化や腐食を抑制するという効果も得られる。
玉軸受用冠型保持器の合成樹脂としては、射出成形が可能で、且つ使用環境から、耐熱性を有するものが好ましく、例えば、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド46、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド610、ポリアミド612等の脂肪族ポリアミド樹脂、ポリアミド9T、ポリアミド6T、ポリアミドMXD6等の芳香族ポリアミド樹脂、シクロ環を有する非晶性ポリアミド樹脂の単独又は複数を混合したもの(以上全てを総称してポリアミド樹脂と呼ぶこととする) や、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等を例示できるが、接着剤との反応性とコストを考慮すると、ポリアミド樹脂が好ましい。
また、玉軸受用冠型保持器の強度の向上を目的として、使用される合成樹脂に、ガラス繊維、炭素繊維、ウィスカー等の繊維状充填材や、炭酸カルシウム等の球状充填材を添加することが好ましい。充填量としては10〜60質量%が好ましく、20〜50質量%とすると、さらに好ましい。充填材の充填量が少なすぎる場合は、満足な補強効果が得られない。一方、充填材の充填量が多すぎる場合は、成形性に劣る。
[実施例]
次に、実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明はこれによって何ら制限されるものではない。
実施例1,2,3,4及び比較例1,2の玉軸受用冠型保持器を使用して、軸受回転試験を行った。
まず、玉軸受冠型保持器の製作について説明する。
実施例1〜4で玉軸受用冠型保持器と補強リングとを結合する接着剤は、ノボラック型フェノール樹脂を主成分とする固形分30質量%のフェノール樹脂系接着剤(東洋化学研究所製メタロック(登録商標)N−15)を、所望の厚さの接着剤層が得られるように、さらにメチルエチルケトンで適宜希釈したものを使用した。そして、ディッピングによって円環状の金属板からなる補強リング(SECC、厚さ0.5mm)の全面に接着剤を塗布した後、溶剤を蒸発させるため、室温で30〜60分乾燥した。なお、乾燥が完了した状態で、電磁膜厚計にて測定した接着剤層の厚さは6〜10μm程度であった。
その後、塗布した接着剤がインサート成形時に流出しない程度の半硬化状態となるまで、補強リングを120℃の恒温槽内に30分放置した。続いて、接着剤を半硬化状態とした補強リングを金型にセットし、それをコアとして合成樹脂をインサート成形した。そして、取り出した成形体の接着剤を完全に硬化させるために、150℃の恒温槽内に1時間放置し、玉軸受用冠型保持器を得た。
一方、比較例1,2では、接着剤を使用せず、円環状の金属板からなる補強リング(SECC、厚さ0.5mm)をそのまま金型にセットし、それをコアとして合成樹脂をインサート成形することで、玉軸受用冠型保持器を得た。
実施例1の玉軸受用冠型保持器は、図20及び図21と同一構造とし、実施例2及び比較例1の玉軸受用冠型保持器は、図28及び図29と同一構造とした。また、実施例3の玉軸受用冠型保持器は、図30及び図31と同一構造とし、実施例4及び比較例2の玉軸受用冠型保持器は、図38及び図39と同一構造とした。なお、実施例1〜4及び比較例1,2は、いずれも外径×内径×幅が90mm×50mm×20mmの深溝玉軸受用冠型保持器である。また、実施例1〜4及び比較例1,2のいずれも、玉軸受用冠型保持器の合成樹脂として、ガラス繊維25質量%配合ポリアミド46を使用した。
軸受回転試験は、実施例1〜4及び比較例1,2の玉軸受用冠型保持器を組み込んだ深溝玉軸受に荷重(ラジアル荷重:980N,アキシアル荷重:980N)を付与しつつ、グリース潤滑で行った。試験は一定の回転速度での20時間の連続回転試験とし、回転試験を終了した深溝玉軸受から冠型保持器を取り外して、冠型保持器の弾性片の先端部外周と外輪内周面との接触の有無を確認した。接触が認められなかった場合は、新たな試験用深溝玉軸受を準備し、回転速度を増して、同様の回転試験を行った。これを、冠型保持器の弾性片の先端部外周と外輪内周面との接触が認められるまで、回転速度を順次増して繰り返した。
試験結果を表1及び表2に示す。なお、表1では、実施例1,2及び比較例1において、冠型保持器の弾性片の先端部外周と軸受外輪内周面との接触が発生しなかった最大回転速度を、比較例1の回転速度を1として、比(最大回転速度比)で相対的に表現している。また、表2では、実施例3,4及び比較例2において、冠型保持器の弾性片の先端部外周と軸受外輪内周面との接触が発生しなかった最大回転速度を、比較例2の回転速度を1として、比(最大回転速度比)で相対的に表現している。
Figure 2007058351
Figure 2007058351
表1及び表2から明らかなように、補強リングと玉軸受用冠型保持器とが接着剤を介して結合された実施例1〜4の冠型保持器を組み込んだ深溝玉軸受は、補強リングと玉軸受用冠型保持器とが接着剤で結合されていない比較例1,2の冠型保持器を組み込んだ深溝玉軸受に比べて、高い回転速度で運転しても冠型保持器の弾性片の先端部外周と外輪内周面との接触を発生せずに回転可能であることがわかる。
以上の評価結果から、本発明の玉軸受用冠型保持器及びその製造方法によれば、接着剤によって、保持器主部と環状の金属板からなる補強リングとが強固に結合されているため、玉軸受を厳しい環境下で使用したとしても、運転に伴って加わる遠心力による冠型保持器の変形を防止でき、この冠型保持器を組み込んだ玉軸受を高速回転できることがわかった。
〔第三の発明の実施形態〕
本発明の第三の発明は、玉軸受を構成する複数の玉を転動自在に保持する冠型保持器、並びにその製造方法に関する。
各種回転部分を支持するために、例えば、図48に示すような玉軸受301が広く使用されている。図示される玉軸受301は、内周面に外輪軌道302を有する外輪303と、外周面に内輪軌道304を有する内輪305とを同心に配置し、これら外輪軌道302と内輪軌道304の間に複数個の転動体である玉306、306を保持器307により転動自在に設けることで構成されている。また、外輪304の両端部内周面には、それぞれ円輪状のシールド板320、320の外周縁を係止し、両シールド板320、320によって、玉306、306設置部分に存在するグリースが外部に漏洩したり、外部に浮遊する塵芥がこの設置部分に進入したりするのを防止している。
また、保持器307は冠型保持器と呼ばれるもので、合成樹脂、またはガラス繊維や炭素繊維等の補強繊維を含有した合成樹脂を射出成形することにより、一体に形成されている。合成樹脂としては、一般的にはポリアミド66が使用されるが、使用温度が160℃を超えるような用途では耐熱性に優れたポリアミド46が一般的である。また、ポリフェニレンサルファイド樹脂やポリエーテルエーテルケトン樹脂を使用する場合もある。
図49に全体斜視図を示すが、この冠型保持器307は、円環状の主部309と、この主部309の軸方向(図における上下方向)片面(図における上面)に円周方向に沿って複数箇所に、玉を転動自在に保持するポケット308、308を備えている。各ポケット308、308は、主部309の軸方向片面に互いに間隔をあけて配置された一対の弾性片310、310の片側面と、主部309の軸方向片面でこの一対の弾性片310、310の間部分に設けられた円球状の凹面部311、311とから構成される。凹面部311、311の内面、並びにこの凹面部311、311に連続する各弾性片310、310の円周方向側面は、その曲率半径を玉306の軌道面の半径よりも僅かに大きくした単一の曲率中心を有する部分球面状の凹面とされ、各ポケット308、308に玉306を転動自在に保持できるようにしてある。また、各面を円筒面とすることもある。
玉軸受301を組み立てる場合には、各玉306、306を、各ポケット308、308を構成する一対の弾性片310、310の先端縁同士の間隔を弾性的に押し広げつつ、これら一対の弾性片310、310の間に押し込む。冠型保持器307は、この様にして各ポケット308、308内に玉306、306を抱き込むことにより、各玉306、306を内輪軌道304と外輪軌道302との間に転動自在に保持する。
この様な冠型保持器307を備えた玉軸受301の使用時には、玉306、306の転動に伴って外輪303と内輪305との相対回転を自在とする。この際、玉306、306は、自転しつつ内輪305の周囲を公転する。また、冠型保持器307は、玉306、306の公転速度と同じ速度で内輪305の周囲を回転する。
しかし、近年、玉軸受301を組み込んだ各種回転機械装置の性能が向上し、外輪303と内輪305との相対回転速度、ひいては冠型保持器307の回転速度が高くなっている。その結果、冠型保持器307に加わる遠心力が大きくなり、冠型保持器307を構成する弾性片310、310の弾性変形が無視できなくなってきている。つまり、これら各弾性片310、310は、それぞれ円環状の主部309の軸方向片面に片持ち式に支持されているため、冠型保持器307の回転速度が高くなり、遠心力が大きくなると、各弾性片310、310の先端が直径方向外側に変位する弾性変形を起こす。この弾性変形の際、各弾性片310、310だけでなく、主部309も捩れる様に弾性変形する。
そして、この様な弾性変形の結果、各弾性片310、310の先端部外周が外輪303の一部内周面と干渉し(擦れ合い)、外輪303と内輪305との相対回転に要するトルクが増大し、更に運転に伴って発生する熱に基づく温度上昇や異音が著しくなり、極端な場合には焼き付き等の故障の原因にもなる。特に、回転機械装置が、自動車のエンジンルーム等、高温の条件下で使用されるもの(例えばオルタネータ等の補機)の場合には、各弾性片310、310が弾性変形し易くなり、上述のような不都合が著しくなる。
このような不具合を解消するために、図50に示すように、主部309のポケット308が形成された面とは反対側の面(底面)に、円環状の金属板からなる補強リング312を接合した冠型保持器307aが開発されている。この冠型保持器307aでは、補強リング312により主部309の捩り剛性を高め、遠心力による弾性片310、310の先端部が径方向外方に変位することを抑えている(日本国特許公開公報 平成8年第145061号、及び、日本国特許公開公報 2000年第161365号を参照)。尚、補強リング312には、一対の弾性片310、310の中間点に相当する箇所に円孔313、313が形成されており、この補強リング312をコアとして合成樹脂をインサート成形することにより、主部309の底面に補強リング312が強固に接合される。
また、主部309と補強リング312との接合の信頼性を更に向上させるために、本出願人は先に、接着剤により主部309と補強リング312とを化学的に接合させた冠型保持器を提案している(日本国特許願 2006年第143098号明細書)。
しかしながら、上記のような補強リング312を接合した冠型保持器307aでは、補強リング312が金属製であり、主部309は合成樹脂製であることから、両者の熱膨張率の差が大きく、低温と高温とに繰り返し晒される間に伸縮量の違いから主部309と補強リング312との接合状態が徐々に悪化する。補強リング312は、コストや加工性、調達が容易であること等の理由から、SPCCやSECC等の炭素鋼が一般的に使用されているが、炭素鋼の線膨張係数は1.1〜1.2×10−5−1と金属材料の中でも小さく、高速回転化が進む中で主部309との接合状態の悪化がより促進されることが懸念される。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、主部309と補強リング312とを接合した構成の冠型保持器307aにおいて、低温と高温とに繰り返し晒されるような環境でも主部309と補強リング312との接合状態を良好に維持できるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、下記に示す冠型保持器及びその製造方法を提供する。
(1)合成樹脂製で円環状の主部と、前記主部の軸方向片面に一体に形成され、円周方向にわたり互いに間隔をあけて配置された一対の弾性片の間に玉を1個ずつ転動自在に保持するポケットを複数備えるとともに、前記主部の軸方向他面に接着剤により金属板を接合してなる冠型保持器において、前記金属板が炭素鋼を上回る線膨張係数を有する金属材料からなることを特徴とする冠型保持器。
(2)前記接着剤がフェノール樹脂系接着剤及びエポキシ樹脂系接着剤から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする上記(1)記載の冠型保持器。
(3)上記(1)または(2)記載の冠型保持器の製造方法であって、接着剤を半硬化状態で焼き付けた金属板の周りに合成樹脂を注入してインサート成形する工程を備えることを特徴とする冠型保持器の製造方法。
(4)上記(1)または(2)記載の冠型保持器の製造方法であって、接着剤を半硬化状態で焼き付けた金属板の周りに合成樹脂を注入してインサート成形する工程と、二次加熱により接着剤を硬化させる工程とを備えることを特徴とする冠型保持器の製造方法。
本発明の冠型保持器は、補強リングを、炭素鋼よりも線膨張係数が大きい金属材料で形成したため、主部を形成する合成樹脂との熱膨張率の差が、炭素鋼からなる補強リングを用いた場合よりも小さくなり、低温と高温とに繰り返し晒される環境で使用されても主部と補強リングとの接合状態が良好に維持される。
以下、本発明の第三の発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
本発明の冠型保持器は、合成樹脂からなる主部と補強リングとを接着剤により接合したものである。
主部を形成する合成樹脂には制限がないが、生産性から射出成形可能なものが好ましく、更に、耐熱性を備えるものが好ましい。具体的には、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド46、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド610、ポリアミド612等のポリアミド樹脂、ポリアミド9T、ポリアミド6T、ポリアミドMXD6等の芳香族ポリアミド樹脂、シクロ環を有する非晶性ポリアミド樹脂、またはこれらを複数混合したもの(以下、これらを総称して「ポリアミド樹脂」と呼ぶことがある)や、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等を使用できる。中でも、接着剤との反応性とコストとを考慮すると、ポリアミド樹脂が好ましい。
また、合成樹脂には、強度の向上を目的としてガラス繊維や炭素繊維、ウィスカー等の繊維状充填材、炭酸カルシウム等の粒状充填材を配合することもできる。充填材の配合量は、全体の10〜60質量%が好ましく、20〜50質量%がより好ましい。充填材の配合量が10質量%未満では補強効果が十分ではなく、60質量%を超えると成形性に劣るようになり、特に射出成形に適した流動性が得られなくなる。
補強リングは、炭素鋼の線膨張係数を上回る線膨張係数を有する金属材料からなる。炭素鋼の線膨張係数は1.1〜1.2×10−5−1であり、これを上回る線膨張係数を有する金属材料であれば特に制限されるものではないが、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼のSUS304(線膨張係数:1.7×10−5−1)、アルミニウム合金(線膨張係数:2.3×10−5−1)、マグネシウム合金(線膨張係数:2.6×10−5−1)を好適に使用できる。特にアルミニウム合金及びマグネシウム合金は、炭素鋼の2倍以上の線膨張係数を有しており、好ましい。
本発明の冠型保持器は、主部との接合面に接着剤を半硬化状態で焼き付けた補強リングをコアとし、合成樹脂をインサート成形し、溶融している合成樹脂からの熱、あるいは2次加熱により接着剤を完全硬化させることにより製造される。そのため、接着剤は、インサート成形時に溶融した高圧の合成樹脂によって補強リングから流失しない程度の半硬化状態である必要があるが、このような半硬化状態とするには、補強リングに接着剤を塗布した後、硬化温度よりも低い温度で、所定時間加熱すればよい。あるいは、硬化温度で短時間加熱してもよい。また、接着剤は、塗布性を考慮すると、溶剤で希釈可能なものが好ましい。
本発明において好適な接着剤は、上記のように、溶剤で希釈可能であり、更に、常温では硬化せず、適度の半硬化状態を維持し、成形時の溶融している合成樹脂からの熱または2次加熱により完全硬化する2段階硬化型接着剤であり、具体的にはフェノール樹脂系接着剤やエポキシ樹脂系接着剤を挙げることができる。また、フェノール樹脂系接着剤やエポキシ樹脂系接着剤は、耐熱性や耐薬品性にも優れるという利点も有する。
また、接着剤の塗布量は、半硬化状態になる前の乾燥状態での厚さで1〜40μmとなることが好ましく、2〜30μmとなるのがより好ましい。接着剤の塗布量が1μm未満では機能上十分な接着力を安定的に確保することが困難となり、40μmを超えて厚くすると、インサート成形時に流失しない程度の半硬化状態と、機能上十分な接着力とを同時に確保することが困難になる。
接着剤の塗布方法には制限はなく、接着剤溶液または接着剤分散液の濃度や粘性等に応じて、ディッピングや刷毛塗り、スプレー等を適宜選択することができ、塗布回数を調整するなどして上記の塗布量となるように塗布する。また、接着剤は、補強リングの接合面の全面に塗布することが好ましい。補強リングは金属製であるため、接着剤を接着面全面に塗布して接着剤層で覆うことにより、酸化や腐食が抑えられるという効果も得られる。但し、十分な接着強度が確保、維持できるのであれば、接着剤塗布の作業性やコストを考慮して、必要な箇所にのみ部分的に接着剤と塗布してもよい。一方、補強リングの接合面は、凹凸加工や租面化加工が施されていることが好ましく、接着剤が凹部や溝に入り込み、アンカー効果により接合がより強固となる。凹凸加工や租面化加工としては、ブラスト処理等の機械的方法、リン酸塩化成処理等の化学的処理を例示できる。
尚、本発明において、補強リングが炭素鋼を上回る線膨張係数を有する金属材料からなり、接着剤を介して主部と接合される限り、主部及び補強リングのそれぞれの形状や構造には制限がない。例えば、図50に示したような、円孔313を有する補強リング312と、一対の弾性片310、310で形成されるポケット308を有する主部309とを接合した構成の冠型保持器307とすることができる。
その他にも、図46及び図47に示す冠型保持器とすることもできる。尚、図46及び図47において、(a)は冠型保持器を示す全体斜視図、(b)は図48に従い玉軸受に組み込んだ状態を示す要部断面図、(c)は補強リングの一部を示す上面図である。
図46に示す冠型保持器360において、図46(a)に示すように、円環状の主部321には、軸方向片面に円周方向に沿って複数箇所に一対の弾性片322、322が形成されており、図46(b)に示すように、一対の弾性片322、322によりポケットを形成して玉313を転動自在に保持する。尚、弾性片322、322及びポケットの各部の形状や寸法は、図49に示した冠型保持器307に従うことができ、ここでは説明を省略する。
補強リング361は、円環状の平板であり、図50に示した冠型保持器307の補強リング312の円孔313が形成された位置、即ち隣接するポケットの中間に位置するように長孔362が形成されている。この長孔362は、主部321の隣接するポケットの間の内部に「肉抜き凹部」と呼ばれる空所(図46(b)の符号341)を形成するためのものである。樹脂の射出成形では、得られる成形品に肉厚が大きい部分が存在すると、この部分で射出成形後の温度低下による収縮が大きくなり、「引け」と呼ばれる凹みが生じてその周囲の変形を誘発することが知られており、冠型保持器ではこのような変形があると、ポケット内面と転動体表面との接触状態が不良になる。そこで、肉抜き凹部341を形成することにより、肉厚が薄くなり、「引け」が発生するのを防止できる。
このような主部321に肉抜き凹部341を有する冠型保持器360を作製するには、補強リング361をコアとし合成樹脂をインサート成形するが、その際、補強リング361の長孔362に、肉抜き凹部341の形状に対応する中子突起を挿通しておく。中子突起を金型と一体に形成し、補強リング361の長孔341に挿通させることにより、補強リング361が位置規制され、主部321と補強リング361とが精度良く成形される。尚、肉抜き凹部341の形状は、図示は省略するが、長孔側から弾性片側に向かうにつれてその円周方向長さが漸減する略山型の形状とすることが好ましい。
図47に示す冠型保持器370では、図47(a)に示すように、主部321は図46に示す冠型保持器360と同様であり、一対の弾性片322で形成されるポケットに玉313を転動自在に保持する構成となっている(図47(b)を参照)。
一方、図47(c)に示すように、補強リング371は、円環状の平板部の内外周両周縁を保持器の主部側(図における上方)に向けて屈曲させてなる折れ曲がり部371aを備え、更に平面部には、図46に示した補強リング361と同様の長孔372と、隣接する長孔372の中間地点、即ちポケットの最深部の直下に対応する位置に円孔373が形成されている。尚、平板部の幅や折れ曲がり部371aの屈曲角度は、主部321から突出しないように主部321の肉厚に応じて適宜設定される。
冠型保持器370は、図46に示した冠型保持器360と同様に、中子突起を備える金型を用い、補強リング371をコアとして合成樹脂をインサート成形して作製されるが、得られる補強リング371は主部321の底部に包埋された状態で接合されている。また、主部321には、肉抜け凹部341が同様に形成され、円孔373がポケットの最深部直下に位置し、主部321の軸方向で最も薄肉の部分に位置する。このため、この最も薄肉の部分にも円孔373を通じて合成樹脂が容易に、かつ、十分に流入するため、欠損の発生を防止することができる。また、円孔373に流入した合成樹脂により、補強リング371との接合強度が高まる。
このような補強リング371を備える冠型保持器370は、補強リング371の曲がり部371aにより、図46に示した平板の補強リング361に比べて剛性がより高まる。従って、同じ剛性で比較すると、補強リング371の板厚を薄くでき、冠型保持器370の小型・軽量化を図ることができる。また、補強リング371が包埋されているため、シールとより接近配置させることができ、軸受全体としても小型・軽量化が可能である。更には、補強リング371は包埋されているため、主部321から分離することもない。
上述した本発明の冠型保持器は、補強リングを炭素鋼よりも線膨張係数が大きい金属材料で形成したため、主部を形成する合成樹脂との熱膨張率の差が、炭素鋼製の補強リングを用いた場合よりも小さくなり、低温と高温とに繰り返し晒される環境で使用されても主部と補強リングとの接合状態が良好に維持される。
[実施例]
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明する。
(実施例11〜13、比較例11)
実施例及び比較例とも、外径90mm、内径50mm、幅20mmの深溝玉軸受用で、図46に示す長孔を有する補強リングと、合成樹脂製の主部とを接着剤を介して接合した冠型保持器を作製した。
実施例11では、厚さ0.5mmのSUS304(線膨張係数:1.7×10−5−1)を所定形状に加工して補強リングを作製した。そして、ノボラック型フェノール樹脂を主成分とする固形分30質量%の接着剤(東洋化学研究所製「メタロックN−15」)をメチルエチルケトンで希釈した接着剤液に補強リングをディッピングし、室温で60分間乾燥してメチルエチルケトンを蒸発させ、厚さ9〜10μmの接着剤層を形成した。尚、接着剤層の厚さは電磁膜厚計にて測定した。
次いで、接着剤層を形成した補強リングを120℃の恒温槽内に30分間放置して接着剤層を半硬化状態とした。そして、補強リングをコアとし、ガラス繊維を25質量%含有するポリアミド46をインサート成形した後、金型から取り出して150℃の恒温槽内に60分間放置して接着剤を完全硬化させた。
また、実施例12では補強リング用材料としてアルミニウム合金(線膨張係数:2.3×10−5−1)を用い、実施例13では補強リング用材料としてマグネシウム合金(線膨張係数:2.6×10−5−1)を用い、比較例1では補強リング用材料としてSECC(線膨張係数:1.1×10−5−1)を用い、それぞれ実施例11と同様にして冠型保持器を作製した。
作製した各冠型保持器について、接着耐久性の評価を行った。即ち、エタック製熱衝撃試験機「WINTECH NT510」に冠型保持器を装着し、−50℃で15分間保持した後に150℃で15分保持することを1サイクルとする熱負荷を繰り返し与え、一定サイクル毎に冠型保持器を取り出して補強リングと主部との接合強度を測定した。そして、接合強度が初期接合強度から半減したときのサイクル数を求めた。結果を表3に、比較例11による相対値で示す。
Figure 2007058351
表3に示すように、本発明に従う各実施例の冠型保持器は、炭素鋼からなる補強リングを備える比較例11の冠型保持器に比べて、接着耐久性が格段に優れることがわかる。
〔第四の発明の実施形態〕
本発明の第四の発明は、自動車用軸受や工作機械等の各種回転機械装置の回転支持部を構成する転がり軸受に関する。
自動車用軸受や工作機械等の各種回転機械装置の回転支持部を構成する転がり軸受には、高速回転化の要求が高い。これまで、高速回転用途にはアンギュラ玉軸受が多用されている。アンギュラ玉軸受は、接触角を持っているため、ラジアル荷重と一定方向のアンギュラ荷重とを同時に支持することができ、組み合わせを適宜選択することで両方向の荷重も支持できる。しかしながら、組み立て性が悪く、更に温度が変化する環境では予圧が変わってしまい、焼付きを生じることもある。
また、転がり軸受として深溝玉軸受も使用されているが、組み立て性が良好であるものの、高速回転下では温度上昇が大きく、使用回転数にはある程度の制限がある。図57は深溝玉軸受の一例を示す断面図であるが、図示される深溝玉軸受401は、内周面に外輪軌道402を有する外輪403と、外周面に内輪軌道404を有する内輪405とを同心に配置し、これら外輪軌道402と内輪軌道404の間に複数個の転動体である玉406、406を保持器407により転動自在に設け、更に潤滑のためにグリース(図示せず)を充填してシール420で封止して構成されている。
尚、外輪軌道402及び内輪軌道404は共に深溝型とされている。また、保持器407は、冠型保持器と呼ばれるもので、合成樹脂、またはガラス繊維や炭素繊維等の補強繊維を含有した合成樹脂を射出成形して得られ、図58に示すように、円環状の主部409の円周方向複数個所に、玉406、406を転動自在に保持するポケット408、408を備えている。各ポケット408、408は、主部409の軸方向(図の上下方向)の上側に互いに間隔をあけて突出して配置された1対の弾性片410、410の片側面と、主部409の軸方向上側で1対の弾性片10、10の間に設けられた球面状の凹面部411、411とから構成されている。
この凹面部411、411の内面は、その曲率半径を玉406の転動面の曲率半径よりも僅かに大きくすることにより、各玉406、406を転動自在に保持できる形状としている。しかし、保持器407は、合成樹脂製または補強繊維含有合成樹脂製であることから、軸受が高速回転すると、遠心力が大きく加わり、弾性片410の先端、場合によっては主部409も直径方向外側に変形するため、外輪溝肩部と接触してトルクの増大や温度上昇が著しく高くなり、焼付きを起こすことがある。
このような不具合に対し、本出願人は先に、保持器407の弾性片410の外周側面を、先端に向かうほど直径方向内方に向かう傾斜面としたり、保持器407に金属製の補強材を添設して遠心力による変形を抑えることを提案している(日本国特許公開公報 2000年第161365号を参照)。しかし、更なる高速回転化に対しては、発熱や摩耗発生の懸念がある。
また、深溝玉軸受407では、金属製の波型プレス保持器も使用されることがあるが、高速回転下では遠心力により波型プレス保持器が玉406を拘束し、玉406との接触により発熱したり、摩耗粉が発生してグリースの劣化を促進するなどの問題がある。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、より高速回転での使用に十分対応でき、更に組み立て性にも優れる転がり軸受を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、内輪と外輪との間に保持器を介して複数の転動体を転動自在に保持してなる転がり軸受において、前記転動体がセラミックス製であり、かつ、前記保持器が金属板製で全体が円環状の補強リングを内部に包埋または底部に接着してなる合成樹脂製冠型保持器であることを特徴とする転がり軸受を提供する。
本発明の転がり軸受では、転動体を摩耗が少なく、発熱量も少ないセラミックス製とし、かつ、合成樹脂製冠型保持器も金属製の補強リングで補強して剛性を高めて変形を抑えたため、高速回転においても転動体との接触による発熱が抑えられ、摩耗も少なくなる。また、組み立て性も良好である。
以下、本発明の第四の発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
本発明の転がり軸受は、転動体がセラミックス製で、補強リングで補強された合成樹脂製冠型保持器を備える限り制限はなく、例えば図57に示した構成の玉軸受401において、玉406,406をセラミックス製とし、保持器407を金属製の補強リングで補強した構成の合成樹脂製とすることができる。
転動体を形成するセラミックスの種類は、特に制限されるものではないが、窒化ケイ素系、炭化ケイ素系、アルミナ系、窒化アルミニウム系、炭化ホウ素系、ホウ化チタン系、窒化ホウ素系、炭化チタン系、窒化チタン系、部分安定化ジルコニア系、もしくはこれらを2種以上複合させた複合系の各セラミックスが好適である。
セラミックス製転動体を作製するには、雰囲気加圧焼結法や常圧焼結法を行う。先ず、セラミックス粉末と焼結助剤とを、例えば平均粒径1.0μm以下に粉砕して混合し、そこへ適当な溶剤を加えて混練して平均粒径100〜150μmに造粒する。ここで、焼結助剤はセラミックス粉末の種類に応じて選択され、例えば、窒化ケイ素系セラミックスについては、焼結助剤としてAl 、MgO、CeO等の金属酸化物や、Y、Yb、La等の希土類酸化物を、焼結体全体の20質量%を上限として添加することができる。次いで、得られた造粒粉を金型に充填し、プレスして成形体とし、脱脂した後に焼結処理を施す。焼結は、雰囲気加圧焼結法では10気圧未満の窒素ガス雰囲気、常圧焼結法では大気圧以下の窒素ガス雰囲気にて、1450〜1700℃で、0.5〜5時間程度行う。そして、得られた焼結体にバレル研磨等を施し、形状を整えつつ鏡面を仕上げる。
また、合成樹脂製冠型保持器を形成する樹脂材料にも制限がなく、例えば、ポリアミド46、ポリアミド66、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等を使用できる。更に、これら樹脂材料に、ガラス繊維や炭素繊維等の補強繊維を10〜40質量%程度含有させた補強繊維含有樹脂組成物も好適である。
本発明では、合成樹脂製冠型保持器は、円環状で金属製の補強リングをその底面に接着するか、内部に包埋して補強し、高速回転時の遠心力による主部409の変形を防いでいる。補強リングの材質としては、炭素鋼(SPCC)、ステンレス、鉄、アルミニウム合金等が好適である。そして、この補強リングをコアとし上記の樹脂材料または補強繊維含有樹脂組成物をインサート成形するか、補強リングを適当な接着剤を用いて主部の底面に接着することで、補強リングが一体化された合成樹脂製冠型保持器が得られる。このような補強リングで補強された合成樹脂製冠型保持器の具体例を、以下に例示する。
図51に示す合成樹脂製冠型保持器407aでは、補強リング412は、円環状の金属板からなり、その円周方向に沿ってポケット408,408と同じピッチで複数の円孔413,413が形成されている。そして、この補強リング412をコアとし上記の合成樹脂をインサート成形することにより、主部409の底面に補強リング412が一体に接合される。このとき、円孔413が、隣接するポケット408,408の中間に位置するように位置決めして金型内に配置する。尚、円孔413,413は、基部409の底面と接する側(図における上面開口)を小径とし、その反対側(図における下面開口)を大径とすることで、補強リング412の抜けや変位を防止できる。
あるいは、合成樹脂製冠型保持器407aと補強リング412とを別体に作製し、合成樹脂製冠型保持器407aの底面に、適当な接着剤を用いて補強リング412を接着してもよい。尚、合成樹脂製冠型保持器407aの底面には、補強リング412の円孔413と同形の凸部を形成する。
また、図52〜図56に示す合成樹脂製保持器407bとすることもできる。図示される合成樹脂製保持器407bにおいて、補強リング412aは、円環状の平板部414と、平板部414の内外周両周縁を保持器の主部側(図における上方)に向けて屈曲させてなる内径側折れ曲がり部415及び外径側折れ曲がり部416とを備える。尚、平板部414の幅、並びに内径側折れ曲がり部415及び外径側折れ曲がり部416の屈曲角度は、主部409から突出しないように、主部409の肉厚に応じて適宜設定される。更に、平板部414の円周方向複数箇所には、円周方向に延びる長孔417,417と円孔418,418とが、円周方向に関して交互に、それぞれポケット408,408と同じピッチで形成されている。
また、主部409の、隣接するポケット408,408との間部分419,419の内部には、補強リング412aの各長孔417から連続する肉抜き凹部421,421が形成されている。この肉抜き凹部421,421は、長孔側から弾性片側に向かうにつれてその円周方向長さが漸減しており、ポケット408,408の凹面部411と対面する面を傾斜面とする略山型の形状を呈する。
このような合成樹脂製冠型保持器407bを作製するには、同様に、補強リング412aをコアとし上記の合成樹脂をインサート成形する。それにより、主部409の底部に補強リング412aが包埋される。このとき、補強リング412aを、長孔417,417が主部409のポケット408,408の間部分419に位置するように、位置決めして金型内に配置する。また、補強リング412aの長孔417,417に、肉抜き凹部421,421の形状に対応する中子突起を挿通しておく。
樹脂の射出成形では、得られる成形品に肉厚が大きい部分が存在すると、この部分で射出成形後の温度低下による収縮が大きくなり、「引け」と呼ばれる凹みが生じてその周囲の変形を誘発することが知られており、合成樹脂製冠型保持器の場合には、変形によりポケット内面と転動体表面との摩擦状態が不良になる。これに対し、肉抜き凹部421,421を形成することにより、肉厚が薄くなり、「引け」が発生するのを防止できる。
また、円孔418,418が、ポケット408,408の最深部直下で主部409の軸方向で最も薄肉の部分422に位置する。そのため、この最も薄肉の部分422にも円孔418,418を通じて上記の合成樹脂が容易に、かつ、十分に流入し、欠損の発生を防止することができる。
このような補強リング412aを備える合成樹脂製冠型保持器407bは、補強リング412aの両折曲がり部415,416により、図51に示した平板の補強リング412aに比べて剛性がより高まる。従って、同じ剛性で比較すると、補強リング412aの板厚を薄くでき、剛性樹脂製冠型保持器407bの小型・軽量化を図ることができる。また、補強リング412aが包埋されているため、シール420とより接近配置させることができ、転がり軸受全体としても小型・軽量化が可能である。更には、補強リング412aは包埋されているため、主部409から分離することもない。
また、本発明の転がり軸受では、潤滑のために、例えば内輪、外輪及び転動体で形成される軸受空間に潤滑剤を充填することができる。潤滑剤には制限がなく、何れも公知の潤滑油やグリースを用いることができる。
[実施例]
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明する。
(実施例21、比較例21,22)
内径50mm、外径90mm、幅20mmの非接触ゴムシール付き深溝玉軸受を用意し、表4に示すように、転動体及び保持器を変えて試験軸受を作製した。尚、実施例21の試験軸受で用いた補強リング付き合成樹脂製冠型保持器は、図52に示すように、平板部に長孔及び円孔が形成され、折れ曲がり部を有する補強リングを包埋し、更に主部に肉抜き凹部を形成したものである。また、何れの試験軸受にも、40℃における動粘度が20mm/sのエステル油を基油とし、ウレア化合物を増ちょう剤としたグリースを、軸受空間容積の20%となる量封入した。
そして、各試験軸受を下記条件にて2時間連続回転させ、そのときの温度上昇値を測定した。また、回転に伴う摩耗により封入グリースに混入した鉄粉量(鉄摩耗粉量)を測定した。結果を表4に併記する。
・内輪回転速度 :18000min−1(dmn値126万)
・雰囲気温度 :室温
・アキシアル荷重:980N
Figure 2007058351
表4に示すように、本発明に従い、転動体をセラミックス製とし、補強リングを備え肉抜け部が形成された合成樹脂製冠型保持器を用いた実施例21では、dmn値が120万を超える126万であっても温度上昇が少なく抑えられ、摩耗も少ない。これに対し、比較例21のように補強リングの無い合成樹脂製冠型保持器及び金属製転動体を用いると、保持器の剛性不足による変形により発熱が大きく、摩耗量も多くなる。また、比較例22のように金属製波型プレス保持器及び金属製転動体を用いると、保持器が転動体を拘束することに起因して発熱が若干大きくなり、摩耗量は最も多くなる。
〔第五の発明の実施形態〕
本発明の第五の発明は、自動車用補機や工作機械等の各種回転機械装置の回転支持部を構成するラジアル玉軸受と、このラジアル玉軸受を構成する合成樹脂製冠型保持器との改良に関する。
特に本発明は、高温環境下で高速運転した場合でも、保持器の変形を抑える事により、この保持器の一部と外輪の内周面とが擦れ合う事を防止して、上記ラジアル玉軸受を組み込んだ回転機械装置の運転を安定した状態で行なわせる事を目的として発明したものである。
上述した様な各種回転機械装置の軸受部等、各種回転部分を支持する為のラジアル玉軸受として、例えば図64に示す様な玉軸受501が広く使用されている。この玉軸受501は、内周面に外輪軌道502を有する外輪503と、外周面に内輪軌道504を有する内輪505とを同心に配置し、これら外輪軌道502と内輪軌道504の間に複数個の玉506、506を転動自在に設けて成る。図示の例の場合、上記外輪軌道502と内輪軌道504とは、共に深溝型としている。又、上記複数個の玉506、506は、保持器507に設けたポケット508内に、転動自在に保持している。
この保持器507は、冠型保持器と呼ばれるもので、合成樹脂を射出成形する事により、図65に示す様に、全体を一体に造っている。この合成樹脂としては、一般的にはポリアミド66を、使用温度が160℃を越える様な場合には耐熱性に優れたポリアミド46を、それぞれガラス繊維等の補強材を含有させた状態で使用する。ポリフェニレンサルファイドを使用する場合もある。何れの材料を使用する場合でも、上記冠型の保持器507の場合、円環状の主部509の円周方向複数個所に、玉506、506(図64を参照)を転動自在に保持するポケット508、508を設けている。
この様な冠型の保持器507の場合、上記各ポケット508、508は、上記主部509の軸方向片面に互いに間隔をあけて配置された1対の弾性片510、510の片側面と、上記主部509の軸方向(図65の上下方向)片面(図65の上面)でこの1対の弾性片510、510の間部分に設けられた球面状の凹面部511、511とから構成する。この凹面部511、511の内面、及び、この凹面部511、511に連続する、上記各弾性片510、510の円周方向側面は、その曲率半径を上記玉506の転動面の曲率半径よりも僅かに大きくする事により、上記各玉506、506を転動自在に保持できる形状である、単一の曲率中心を有する、部分球面状の凹面としている。
玉軸受501を組み立てる場合には上記各玉506、506を、各ポケット508、508を構成する1対ずつの弾性片510、510の先端縁同士の間隔を弾性的に押し広げつつ、これら1対の弾性片510、510の間に押し込む。上記保持器507は、この様にして上記各ポケット508、508内に玉506、506を抱き込む事により、これら各玉506、506を、前記内輪軌道504と外輪軌道502(図64を参照)との間に、転動自在に保持する。
この様な保持器507を備えた玉軸受501の使用時には、上記複数個の玉506、506の転動に伴って、上記外輪503と内輪505との相対回転を自在とする。この際、上記複数の玉506、506は、自転しつつ上記内輪505の周囲を公転する。又、上記保持器507は、上記玉506、506の公転速度と同じ速度で、上記内輪505の周囲を回転する。
近年、玉軸受501を組み込んだ各種回転機械装置の性能が向上し、外輪503と内輪505との相対回転速度、延ては保持器507の回転速度が高くなっている。この結果、この保持器507に加わる遠心力が大きくなり、この保持器507を構成する弾性片510、510の弾性変形量が無視できなくなる可能性が生じている。即ち、これら各弾性片510、510は、それぞれ円環状の主部509の軸方向片面に、片持ち式に支持されている。言い換えれば、上記各弾性片510、510は、先端部が他の部分に結合されずに変位可能な、自由端としている。
この結果、上記保持器507の回転速度が高くなり、上記遠心力が大きくなると、上記各弾性片510、510が、先端(図64の左端)が直径方向外側に変位する方向に弾性変形する。この弾性変形の際、上記各弾性片510、510だけでなく、上記主部509も、捩れる様に弾性変形する。そして、この様な弾性変形の結果、上記各弾性片510、510の先端部外周が、上記外輪503の一部内周面と干渉し(擦れ合い)、上記外輪503と内輪505との相対回転に要するトルクが増大する他、運転に伴って発生する熱に基づく温度上昇や異音が著しくなり、極端な場合には焼き付き等の故障の原因となる可能性がある。特に、上記回転機械装置が、自動車のエンジンルーム等、高温の条件下で使用されるもの(例えばオルタネータ等の補機)の場合には、上記各弾性片510、510が弾性変形し易くなり、上述の様な不都合が著しくなる。
この様な不都合を解消する技術として、日本国特許公開公報 平成8年第145061号及び日本国特許公開公報 2000年第161365号に記載されたものが知られている。これら両公報に記載された従来技術では、図66に示す様に、合成樹脂製冠型の保持器507aを構成する主部509に、金属板製で円環状の補強リング512を結合固定している。この補強リング512の一部には通孔513、513が形成されており、上記主部509と上記補強リング512とは、上記保持器507aを射出成形する際に上記各通孔513、513内に進入して固化した合成樹脂により、不離に結合される。上記主部509の捩り剛性は、上記補強リング512の存在により高められるので、遠心力により各弾性片510、510の先端部が直径方向外方に変位する事が抑えられる。
上述の両公報に記載された様な構造を採用する事により、高速運転時に上記弾性片510、510の径方向外側への変位を抑え、これら各弾性片510、510の先端縁と外輪503の一部内周面とが擦れ合う事を、或る程度は防止できる。一方、近年に於ける、自動車用補機や工作機械等の各種回転機械の性能向上や小型化により、ラジアル玉軸受の使用条件が益々厳しくなっている。具体的には、設置スペースの減少、使用時に於ける回転速度の増大、同じく温度の上昇が著しくなっている。このうち、設置スペースの減少は、保持器の薄肉化に伴う剛性の低下に繋がり、回転速度の増大は、遠心力の増大に伴う変形し易さに繋がり、温度上昇は合成樹脂の軟化に伴う変形し易さに繋がる。
この為、上述の図66に示した様な、平坦な補強リング512を主部509に結合しただけの構造では、この主部509の捩り剛性を必ずしも十分に向上させられない可能性が出ている。この為、上述の様な厳しい使用条件下で運転した場合には、高速回転に伴う大きな遠心力と、温度上昇に伴う合成樹脂の軟化とにより、上記各弾性片510、510の先端縁が径方向外方に変位し、この先端縁と外輪503(図64を参照)の一部内周面とが擦れ合う可能性がある。
本発明は、この様な事情に鑑みて、上述した両公報に記載されている構造よりも保持器の捩り剛性を向上させ、運転に伴って加わる遠心力や振動に基づく変形が生じにくい合成樹脂製冠型保持器と、この保持器を組み込んだラジアル玉軸受を実現すべく発明したものである。
本発明の第五の発明のラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器は、合成樹脂を射出成形する事により造られるものであって、円環状の主部と、複数の弾性片と、複数のポケットとを備える。
そして、上記各弾性片は、上記主部の軸方向片側面に円周方向に関して互いに間隔をあけ、軸方向に突出する状態で形成している。
又、上記各ポケットは、円周方向に隣り合う1対ずつの弾性片の互いに対向する面と上記主部の軸方向片面でこれら両弾性片により挟まれた部分とにより囲まれた部分であって、それぞれの内面を部分球面状の凹面としている。
以上の構成は、従来から一般的に知られているラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器と同様である。
特に、本発明のラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器に於いては、補強リングを、射出成形時に上記主部の内側に包埋して成る。
又、上記補強リングは、炭素鋼板、ステンレス鋼板等の、十分な剛性を有する金属板製で、全体を円環状(円輪状)に造られ、径方向中央部を、軸方向に対し直交する方向に存在する平板部としている。又、内径寄り部分を、上記軸方向片側面側に折れ曲がった内径側折れ曲がり部としている。更に、外径寄り部分を、上記軸方向片側面側に折れ曲がった外径側折れ曲がり部としている。
又、上記補強リングは、炭素鋼板、ステンレス鋼板等の、十分な剛性を有する金属板製で全体を円環状(円輪状)に造られ、上記主部の軸方向に関して上記各ポケットと整合する部分にそれぞれ通孔が形成されている構成でもよい。
又、上記補強リングの一部で主部の軸方向に関して各ポケットと整合する部分に、それぞれ通孔を形成することが好ましい。
又、上記補強リングの一部で、各弾性片の基部を含む円周方向に隣り合うポケット同士の間部分と主部の軸方向に関して整合する部分に、それぞれ円周方向に長い透孔を形成し、この透孔を通じて上記間部分の内側に肉抜き凹部を形成することが好ましい。
更に、本発明の第五の発明のラジアル玉軸受は、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉と、これら各玉を保持する保持器とを備える。
特に、本発明のラジアル玉軸受に於いては、この保持器を、上述の様なラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器とする。
このような本発明のラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器によれば、前述した両公報に記載されている構造よりも、保持器の捩り剛性を向上させる事ができる。そして、運転に伴って加わる遠心力や振動に基づく変形が生じにくい合成樹脂製冠型保持器を実現して、この保持器を組み込んだラジアル玉軸受の小型化や高速運転を可能にできる。
即ち、本発明のラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器で、合成樹脂製の主部内に包埋する補強リングは、平板部の径方向両側に、内径側、外径側両折れ曲がり部を形成している。この様な両折れ曲がり部を備えた(断面形状が屈曲している)補強リングの断面係数は、前述の図66に示した従来構造の様な、単なる平板状の補強リングの断面係数よりも大きく、捩り剛性が大きい。この為、温度上昇に伴って軟化した各弾性片の先端部が径方向外方に変位する傾向になり、これに伴って主部が捻れる方向に変形する傾向になっても、上記補強リングがこの主部の変形を十分に抑える。
上記補強リングの内径側、外径側両折れ曲がり部の折れ曲がり方向は、各ポケットの内面の湾曲方向と一致している。従って、上記補強リングの剛性を確保すべく、この補強リングを構成する金属板の厚さ寸法を確保しても、この補強リングの一部が上記各ポケットの内面の一部に露出したり、或いは、主部の軸方向他側面(これら各ポケットと反対側面)の一部に露出する事がない。言い換えれば、上記補強リングを上記主部の内部に完全に包埋できる。
この事は、この主部の軸方向に関する厚さ寸法の増大を抑えてラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器の大型化を防止しつつ、上記補強リングの剛性向上を図る面から有利である。逆に言えば、必要とする剛性が同じであれば、この補強リングを構成する金属板の厚さ寸法の低減により、この補強リングを包埋したラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器の小型・軽量化を図れる。尚、何れにしても、上記補強リングは、全体が合成樹脂製の上記主部の内部に包埋されている為、長期間に亙る厳しい使用条件の下でも、この主部から分離する事はなく、上記作用・効果は、長期間に亙り安定して得られる。
又、上記補強リングの一部で主部の軸方向に関して各ポケットと整合する部分に、それぞれ通孔を形成すれば、この補強リングの存在に拘らず、上記主部のうちで、軸方向に関する厚さ寸法が最も小さくなった部分に、合成樹脂をまんべんなく行き渡らせる事ができる。そして、この部分に、欠損等の不具合が発生する事を、有効に防止できる。
なお、上記通孔を形成する事による作用・効果は、本発明と組み合わせて実施する場合に限らず、本発明とは別個に(平板状の補強リングで)実施した場合にも得られる。
更に、上記補強リングの一部で、各弾性片の基部を含む円周方向に隣り合うポケット同士の間部分と主部の軸方向に関して整合する部分に、それぞれ円周方向に長い透孔を形成し、この透孔を通じて上記間部分の内側に、肉抜き凹部を形成すれば、この間部分に、引けと呼ばれる不具合が発生する事を、有効に防止できる。即ち、合成樹脂の射出成形の分野で広く知られている様に、合成樹脂を射出成形して得られる製品中に、肉厚が大きくなった部分が存在すると、射出成形後の温度低下に基づく収縮が当該部分で顕著になり、引けと呼ばれる凹みが生じる。
この様な凹みを生じる引けは、当該部分だけでなく隣接部分の形状が歪む原因となり、ラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器で生じた場合には、上記各ポケットの内面と玉の転動面との摩擦状態が不良になる原因となる。これに対して、上述の様な肉抜き凹部を形成すれば、上記間部分の肉厚を小さく抑えて、上述の様な引けが発生する事を防止し、上記各ポケットの内面と玉の転動面との摩擦状態を良好に保てる。
以下、本発明の第五の発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
図59〜63は、本発明の実施の形態の1例を示している。尚、本発明の特徴は、玉軸受501を構成する外輪503と内輪505(図64を参照)との相対回転を高速で行なった場合にも、保持器507bを構成する複数本の弾性片510、510の外周側面と上記外輪503の内周面の一部とが干渉する事を防止する為の構造にある。その他の部分の構成及び作用は、前述の図64〜66に示した従来構造の場合と同様であるから、同等部分に関する説明は省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
本例の場合には、保持器507bを構成する主部509内に、合成樹脂よりも剛性の高い金属板製の補強材である、炭素鋼板(例えばSPCC)、ステンレス鋼板等の金属製の補強リング512aを、全周に亙り包埋支持している。この補強リング512aは、全体を円輪状に形成しており、断面形状を山形としている。即ち、この補強リング512aの径方向中央部を、軸方向に対し直交する方向に存在する平板部514としている。
又、内径寄り部分を、上記主部509の軸方向片側面側、即ち、この主部509内に包埋した状態で各ポケット508、508が存在する側に折れ曲がった、内径側折れ曲がり部515としている。更に、外径寄り部分を、上記軸方向片側面側に折れ曲がった、外径側折れ曲がり部516としている。又、上記平板部514の円周方向複数個所には、円周方向に長い透孔517、517と円形の通孔518、518とを、円周方向に関して交互に、それぞれポケット508、508と同じピッチで形成している。
上述の様な補強リング512aは、上記保持器507bを射出成形する際に、上記主部509内に包埋支持(インサート)する。この為、この射出成形時に上記補強リング512aを、射出成形用の金型のキャビティ内の所定位置にセットしておく。この所定位置とは、軸方向に関しては、上記主部509を形成すべき位置であり、円周方向に関しては、上記各透孔517、517が前記各弾性片510、510の基部を含む円周方向に隣り合うポケット508、508同士の間部分519、519に、上記各通孔518、518が上記各ポケット508、508と整合する部分で上記主部509の軸方向の厚さ寸法が最も小さくなっている部分に、それぞれ整合する位置である。更に、射出成形時には、上記各透孔517、517に、何れかの金型から上記キャビティ内に突出した中子突起を挿通しておく。
上述の様に、上記キャビティ内に上記補強リング512aをセットした状態で、このキャビティ内に溶融した合成樹脂を送り込めば、上記保持器507bが射出成形されると同時に、この保持器507bを構成する上記主部509内に、上記補強リング512aが包埋される。又、上記各間部分519、519のうちで上記各透孔517、517に整合する部分には、(上記中子突起に基づく)肉抜き凹部521、521が形成される。この様にして得られた保持器507bは、上記合成樹脂が冷却固化後に金型を開いて取り出した後、前述の図64に示す様に、ラジアル玉軸受に組み込む。
上記本例の保持器507bを構成する合成樹脂製の主部509内に包埋する上記補強リング512aの断面係数は、断面形状が屈曲している事に伴って大きく、捩り剛性が大きい。この為、温度上昇に伴って軟化した上記各弾性片510、510の先端部が、高速運転に伴って加わる遠心力により径方向外方に変位する傾向になり、これに伴って上記主部509が捻れ方向に変形する傾向になっても、上記補強リング512aがこの主部509の変形を十分に抑える。この為、上記各弾性片510、510の先端縁が前記外輪503の一部内周面と擦れ合う事を防止できる。
この結果、この外輪503と前記内輪505との相対回転に要するトルクが増大したり、運転に伴って発生する熱に基づく温度上昇や異音が著しくなる事を防止できる。同時に、上記主部509とシールリング520(図64を参照)とを近接配置した場合でも、この主部509の軸方向他側面が、このシールリング520の内側面と擦れ合う事も防止できる。従って、上記主部509とシールリング520とを近接配置する事での小型・軽量化を図り易くなる。
又、上記補強リング512aの内径側、外径側両折れ曲がり部515、516の折れ曲がり方向は、前記各ポケット508、508の内面の湾曲方向と一致している。従って、前記平板部514に対する上記両折れ曲がり部515、516の折れ曲がり角度を適正に規制すれば、上記補強リング512aの剛性を確保すべく、この補強リング512aを構成する金属板の厚さ寸法を確保しても(厚くしても)、この補強リング512aの一部が上記各ポケット508、508の内面の一部に露出したり、或いは、上記主部509の軸方向他側面(これら各ポケット508、508と反対側面)の一部に露出する事がない。言い換えれば、上記補強リング512aを上記主部509の内部に(前記中子突起を挿通する為に一部が露出した前記各透孔517、517の周縁部を除き)実質的に完全に包埋できる。
この事は、上記主部509の軸方向に関する厚さ寸法の増大を抑えて前記保持器507bの大型化を防止しつつ、上記補強リング512aの剛性向上を図る面から有利である。逆に言えば、必要とする剛性が同じであれば、この補強リング512aを構成する金属板の厚さ寸法の低減により、この補強リング512aを包埋した上記保持器507bの小型・軽量化を図れる。尚、何れにしても、上記補強リング512aは、実質的に全体が合成樹脂製の上記主部509の内部に包埋されている為、長期間に亙る厳しい使用条件の下でも、この主部509から分離する事はなく、上記作用・効果は、長期間に亙り安定して得られる。
又、本例の場合には、上記補強リング512aの一部で上記主部509の軸方向に関して上記各ポケット508、508と整合する部分に、前記各通孔518、518を形成しているので、上記補強リング512aの存在に拘らず、上記主部509のうちで、軸方向に関する厚さ寸法が最も小さくなった部分522に、合成樹脂をまんべんなく行き渡らせる事ができる。そして、この部分に、欠損等の不具合が発生する事を、有効に防止できる。即ち、上記部分522は、元々厚さ寸法が小さいところに上記補強リング512aが設置される為、そのままでは合成樹脂が行き渡りにくくなる。
これに対して本例の場合には、上記各通孔518、518を形成する事により、上記部分522で合成樹脂が、上記補強リング512aの両面同士の間で流通する。従って、この補強リング512aの両側の少なくとも一方を流れた合成樹脂が、上記各通孔518、518を通じて他方にも流れ込む様になり、上記部分522に合成樹脂を、まんべんなく行き渡らせる事ができる。
更に、本例の場合には、上記補強リング512aの一部で前記各間部分519、519に整合する部分に形成した透孔517、517を通じて、これら各間部分519、519の内側に、肉抜き凹部521、521を形成しているので、これら各間部分519、519に、引けと呼ばれる不具合が発生する事を、有効に防止できる。即ち、上記各肉抜き凹部521、521を形成して上記各間部分519、519の肉厚を小さく抑えているので、上述の様な引けが発生する事を防止して、引けに基づく形状の歪みを抑え、前記各ポケット508、508の内面と玉の転動面との摩擦状態を良好に保てる。
〔第六の発明の実施形態〕
本発明の第六の発明は、保持器の変形を抑制することにより、軸受の回転トルク変動、トルクの増大、発熱を抑え保持器の摩耗を軽減することができる合成樹脂製保持器及び転がり軸受に関する。
転がり軸受は、図69に示すように、内輪602、外輪604、内輪602と外輪604の間に介在する転動体605、複数の転動体605を保持する保持器607、および、軸受内に潤滑剤を密封するシールド板606から構成されたものが一般的である。なお、符号601は、内輪軌道であり、符号603は、外輪軌道である。
保持器607としては、図70に示すような冠型保持器607が多用されており、この冠型保持器607は、円環状の基部608と、この基部608の周方向に等間隔で配置された複数のポケット609等からなっている。なお、符号610は、後述するように、ポケット609を構成する弾性片である。
保持器607の材料としては、軽量化のために合成樹脂を用いる場合が多く、その具体的な例としては、日本国特許公開公報 2002年第122148号にも開示されているように、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン9T、ポロフェニレレサルファイド等が挙げられる。
また、上記合成樹脂の高温での剛性を高めるために、ガラス繊維、カーボン繊維、シリカ粒子、チタン酸カリウムウィスカー等の強化繊維や強化粒子を10〜40質量%で混合して使用する場合も多い。
合成樹脂製冠型保持器を用いた転がり軸受は、例えばオルタネータの回転支持部分に組み込まれ、高温かつ高速(130℃以上、DmN≧60万)で使用されることがある。このような使用条件下で保持器607には、直径方向外側に向いた遠心力をはじめとした、複雑な力が加わる。特にナイロン46やナイロン66をガラス繊維やカーボン繊維で補強しただけの材料で造られた従来の合成樹脂製冠型保持器の場合には、遠心力をはじめとした外部応力によって保持器607が変形し、軸受の回転トルクが変動したり、発熱を生じ外輪604やシール606と擦れ合って摩耗することがある。
上記の課題を解決するために、例えば日本国公開実用新案公報 平成6年第1848号では、図71に記載された合成樹脂製冠型保特器607を開示している。この保持器607は、連結環611を有し、これによってポケット609を構成する各弾性片610の先端部同士を連結自在としている。
この保持器607は、高速で使用した場合にも、遠心力による弾性片610の先端部が直径方向外方に変位することを抑制し、弾性片610の先端部外周面と外輪軌道面603とが擦れ合うことを防止している。
また、日本国公開実用新案公報 平成6年第8821号では、図72及び図73に記載された合成樹脂製冠型保持器607を開示している。この保持器607は、隣り合うポケット609の間部分に凹部612を形成することで軽量化を図るとともに、金属製の補強板613により上記ポケット609の変形防止を図っている。
前記図71に示した構造の場合は、上記各弾性片610の先端部が直径方向外方に変形することを防止できるが、保持器607の構造が複雑であるため、製造コストがかかり、組立作業も面倒になる。
また、図72及び図73に示した構造の場合は、補強板613の形状が複雑であり、同様にコストアップにつながる。また、補強板613として金属板を使用するため、保持器の重量増につながる。さらに、上記補強板613を、この補強板613に形成した弾性爪の弾力によってのみ基部608に係止しているため、補強板613が基部608から外れやすく、この補強板613による補強作用が弱い。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、ポケットの変形を抑制して保持器の摩耗を防止することができ、製造が容易であって軽量化を図ることができる、合成樹脂製保持器及び転がり軸受を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明の第六の発明に係る合成樹脂製保持器は、合成樹脂製で円環状の基部と、当該基部の軸方向片面に設けられた複数組のポケットとを備え、各ポケットは、前記基部と一体に形成されて円周方向にわたり互いに間隔をあけて配置された1対の弾性片の間に転動体を1個ずつ、転動自在に保持する合成樹脂製保持器において、前記基部に、前記合成樹脂よりも弾性係数が大きい合成樹脂からなる円環状に成型した補強部材を、前記基部および弾性片の射出成形時にインサートすることによって、前記基部の全周にわたり非分離に設けたことを特徴とする。
好適には、前記補強部材は、前記基部の軸方向他面に、平板状に成形して、前記基部の全周にわたり非分離に添設してある。また、好適には、強化繊維及び強化粒子の含有量は、基部及び弾性片<補強部材、である。
さらに、本発明の第六の発明に係る転がり軸受は、上記のような合成樹脂製保持器が組み込んである。
本発明によれば、保持器の変形を抑制して軸受トルクの回転トルク変動、トルクの増大、発熱を抑え、保持器の摩耗を軽減することができ、製造が容易であって軽量化を図ることができる。
以下、本発明の第六の発明の実施の形態に係る合成樹脂製保持器及び転がり軸受を図面を参照しつつ説明する。
(第1実施の形態)
図67は、本発明の第1実施の形態に係る合成樹脂製冠型保持器の部分的斜視図である。
保持器620は、合成樹脂製で円環状の基部608と、この基部608の軸方向片面(図67の上面)に設けられた複数組のポケット609とを備えている。
これら各ポケット609は、上記基部608と一体に形成されて円周方向にわたり互いに間隔をあけて配置された1対の弾性片610の間に転動体605を1個ずつ、転動自在に保持するものである。
さて、本実施の形態においては、上記基部608の軸方向他面(図67の下面)に、上記合成樹脂よりも弾性係数が大きい、合成樹脂材からなる円環状の平板に成型した補強部材621を、上記基部608および弾性片610の射出成形時にインサートすることによって、上記基部608の全周にわたり非分離に添設している。
なお、上述の二種類の合成樹脂として、好ましくは、保持器620の基部608および弾性片610を構成するものとして、20質量%以上のガラス繊維またはカーボン繊維を含有させたナイロン46またはナイロン66を使用する。
また、高剛性樹脂製の平板(補強部材621)を構成するものとしては、20質量%以上のガラス繊維またはカーボン繊維を含有させた、ポリフェニレンサルファイド(PPS)または適切な熱処理を施したポリアミドイミド(PAI)を使用する。
いずれも含有量の上限は、前述の日本国特許公開公報 2002年第122148号と同様に、40質量%程度することが望ましい。
合成樹脂の材料の強度及び剛性は、
基部608及び弾性片610<補強部材621
であるように設定してある。
強化繊維及び強化粒子の含有量は、好ましくは、
基部608及び弾性片610<補強部材621
であるように設定してある。即ち、ガラス繊維またはカーボン繊維等の強化繊維、及び、シリカ粒子等の強化粒子の含有量を、基部608及び弾性片610より補強部材621(平板)の方を多くすることにより、補強部材621の強度及び剛性を大きくできる。
本実施の形態に係る合成樹脂製冠型保持器の場合、基部608を構成する合成樹脂よりも弾性係数の大きい、合成樹脂材からなる円環状の平板に成型した補強部材621を、基部608の軸方向他面に添設することにより、基部608の剛性が向上する。この結果、外力を受けた場合にも、この基部608が変形しにくくなる。
例えば、遠心力により各ポケット609を構成する弾性片610の先端部が直径方向外方に変形する場合には、上記基部608が捩り方向に変形する。しかし、上記の高剛性樹脂製の平板(補強部材621)は、基部608の変形に対する抵抗となり、結果として変形を防止する。このため、上記弾性片610の先端部が直径方向外方に変位しにくくなり、この先端部と外輪604(図69を参照)の外輪軌道603(図69を参照)とが擦れ合いにくくなる。
また、上記の高剛性樹脂製の平板(補強部材621)により上記基部608の剛性が向上するため、この基部608の軸方向にわたる厚さ寸法を従来よりも小さくでき、この基部608の軸方向他面と、軸受に組み込まれたシールド板606(図69を参照)との距離を大きくできる。この結果、上記ポケット609の内面と転動体605の転動面との間の隙間が多少大きくなっても、上記軸方向他面と上記シールド板606(図69を参照)の内側面とが擦れ合うことがなくなる。
このような効果を弾性係数の大きい合成樹脂を用いて実現するため、合成樹脂製冠型保持器620を軽量かつ高剛性なものとすることができ、合成樹脂製冠型保持器620の各部が相手面と擦れ合いにくくなるので、高温かつ高速で使用しても、各部の擦れ合いによる焼き付きが発生しにくくなる。
また、上記基部608の軸方向他面と上記シールド板606(図69を参照)の内側面との距離を大きくできるため、これら両面間に存在するグリースの撹拌抵抗を小さくできる。この結果、軸受の回転トルクの減少を図れるだけでなく、グリースの温度上昇を抑え、このグリースの軟化を抑えて、グリースによる潤滑性能を維持できる。
本実施の形態の合成樹脂製冠型保持器620は、以上に述べたように構成され作用するため、軸受を高温下で高速回転させた場合でも、保持器620の一部が相手面と擦れ合うことがなくなり、長期間にわたって安定した軸受性能を維持できる。言い換えれば、厳しい条件下でも焼き付き等の故障を発生しにくく、合成樹脂製冠型保持器620を組み込んだ軸受、更にはこの軸受を組み込んだ各種機械装置の耐久性、信頼性の向上を図ることができる。
(第2実施の形態)
図68は、本発明の第2実施の形態に係る合成樹脂製冠型保持器の部分的斜視図である。
本実施の形態では、上述した第1実施の形態の構成において、上記基部8の軸方向他面(図68の下面)側に、基部608を構成する合成樹脂よりも弾性係数が大きい、合成樹脂材からなる円環状の平板に成型した補強部材621を、上記基部608および弾性片610の射出成形時にインサートすることによって、上記基部608の全周にわたり内包している。
その他の構成、作用、及び効果は、上述した第1実施の形態と同様である。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
〔第七の発明の実施形態〕
本発明の第七の発明は、玉軸受に組み込まれる樹脂製の保持器に関する。また、本発明の第七の発明は、樹脂製の保持器が組み込まれた玉軸受に関する。
従来から広く使用されている一般的な玉軸受用樹脂製保持器としては、例えば日本国特許公開公報 平成8年第145061号の図5,6に示されているものがある。そして、このような玉軸受用樹脂製保持器が組み込まれた玉軸受は、高速,高温等の過酷な条件下で使用される場合が多くなっている。しかしながら、このような玉軸受用樹脂製保持器は、剛性が不十分な樹脂で構成されているため、高速,高温条件下(例えばdmN値80万以上、温度80℃以上)で使用されると熱及び遠心力によって変形(例えば径方向外方への変形)が生じるおそれがあるという問題点を有していた。また、高温条件下では熱クリープが生じるため、前記変形がより大きくなるという問題点があった。
このような問題点を解決するため、金属製の補強部材を備えた樹脂製保持器が提案されている(例えば前記公報、及び、日本国特許公開公報 平成9年第79265号)。金属製の補強部材により保持器の剛性が高められるので、高速,高温条件下で使用されても前述のような変形が生じにくくなっている。なお、従来技術については、日本国特許公開公報 2002年第173667号も参照。
しかしながら、玉軸受の使用条件はさらに高速,高温に向かっており、使用環境がさらに厳しくなっていく傾向にある。よって、より剛性が高く変形が生じにくい保持器が望まれている。
そこで、本発明は前述のような従来技術が有する問題点を解決し、高速,高温条件下で使用されても変形が生じにくい樹脂製保持器を提供することを課題とする。また、本発明は、高速,高温条件下においても好適に使用可能な玉軸受を提供することを併せて課題とする。
前記課題を解決するため、本発明の第七の発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る玉軸受用保持器は、円形の空所からなり転動体を転動自在に保持するポケットを有する樹脂製のポケット部材が環状に複数連結されてなり、前記樹脂よりも高い弾性変形能を有する金属又は樹脂で構成された補強部材をインサートとするインサート成形により製造された玉軸受用保持器であって、前記ポケット部材は、軸方向一端面側のポケット底部及び軸方向他端面側のポケット頂部がそれぞれ周方向に分断されており、前記ポケット底部の分断部分は前記補強部材で連結され、この補強部材の弾性変形によって前記ポケット頂部の分断部分が開閉可能となっていることを特徴とする。
また、本発明に係る玉軸受用保持器は、円形の空所からなり転動体を転動自在に保持するポケットを有する樹脂製のポケット部材が環状に複数連結されてなり、前記樹脂よりも高い弾性変形能を有する金属又は樹脂で構成された補強部材をインサートとするインサート成形により製造された玉軸受用保持器であって、複数の前記ポケット部材はそれぞれ前記補強部材の一部分で連結されているとともに、前記ポケット部材は、軸方向一端面側のポケット底部及び軸方向他端面側のポケット頂部がそれぞれ周方向に分断され、前記ポケット底部の分断部分は前記補強部材の他の一部分で連結されており、前記補強部材のうち前記ポケット部材同士を連結する部分と前記ポケット底部の分断部分を連結する部分とが弾性変形することにより、前記ポケット頂部の分断部分が開閉可能となっている構成でもよい。
このような玉軸受用保持器においては、閉状態の前記ポケット頂部の分断部分を連結する連結手段を備えていてもよい。また、前記連結手段の少なくとも一部分が前記補強部材によって構成されていてもよい。
さらに、本発明に係る玉軸受用保持器は、円形の空所からなり転動体を転動自在に保持するポケットを有する樹脂製のポケット部材が環状に複数連結されてなる玉軸受用保持器であって、前記ポケット部材は、軸方向一端面側のポケット底部が弾性変形可能で、且つ、軸方向他端面側のポケット頂部が周方向に分断されており、前記ポケット頂部の分断部分は前記ポケット底部の弾性変形によって開閉可能となっている構成でもよい。この玉軸受用保持器においては、閉状態の前記ポケット頂部の分断部分を連結する連結手段を備えていてもよい。
さらに、本発明に係る玉軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の玉と、前記内輪及び前記外輪の間に前記玉を保持する保持器と、を備える玉軸受において、前記保持器を、上記のような玉軸受用保持器としたことを特徴とする。
本発明の玉軸受用保持器は、剛性が高いので、高速,高温条件下で使用されても変形が生じにくい。また、本発明の玉軸受は、剛性が高い保持器を備えているので、高速,高温条件下においても好適に使用可能である。
本発明の第七の発明に係る玉軸受用保持器及び玉軸受の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図74は、本実施形態の玉軸受の構成を示す縦断面図であり、図75は、この玉軸受に使用されている保持器の斜視図である。また、図76は、図75の保持器を構成するポケット部材と補強部材とを分解して示した分解斜視図である。
図74の玉軸受は、内輪701と、外輪702と、内輪701及び外輪702の間に転動自在に配された複数の玉703と、内輪701及び外輪702の間に複数の玉703を保持する保持器704と、シールド板705,705と、を備えている。
また、内輪701と外輪702とシールド板705,705とで囲まれた軸受空間には、図示しない潤滑剤(例えばグリース組成物)が充填されており、シールド板705によって玉軸受内に密封されている。そして、この潤滑剤により、内輪701及び外輪702の軌道面と玉703との接触面が潤滑されている。なお、シールド板705,705は備えていなくてもよい。
次に、保持器704の構造について、図75,76を参照しながら説明する。この保持器704は、転動体である玉703を転動自在に保持するポケット710aを有する樹脂製のポケット部材710(図76の(a)を参照)と、ポケット部材710を構成する前記樹脂よりも高い弾性変形能を有する金属又は樹脂で構成された環状の補強部材720と、で構成されており、この補強部材720は、図示のように凹凸形状が周方向に交互に連続した波形をなしている(図76の(b)を参照)。そして、補強部材720をインサートとするインサート成形により、補強部材720と環状に並んだ複数のポケット部材710とが一体的に形成されている。
ポケット部材710には、保持器704の軸方向一端面側にポケット底部711が形成され、軸方向他端面側にポケット頂部712が形成されるが、ポケット部材710はポケット底部711及びポケット頂部712において周方向に分断されている。すなわち、ポケット部材710は、凹面を対向させて配された2つの略U字状部材からなり、対向する2つの凹面により、ポケット710aを構成する円形の空所が形成されている。
補強部材720はその全体が樹脂に囲まれているのではなく(すなわち、全体がポケット部材710の内部に配されているのではなく)、一部分が完全に露出している。すなわち、環状に並ぶ複数のポケット部材710の連結部分(ポケット部材710同士の間)、及び、ポケット部材710のポケット底部711の分断部分(2つの略U字状部材の間)においては、補強部材720が完全に露出している。
そして、補強部材720はこの2つの露出部分において弾性変形(屈曲)可能となっていて、この弾性変形によりポケット部材710のポケット頂部712の分断部分が開閉可能となっている(ポケット頂部712の分断部分が開状態となっている図を、図77に示す)。玉軸受を組み立てる際には、補強部材720の前記露出部分を弾性変形させポケット頂部712の分断部分を開状態として、玉703をポケット710a内に挿入する。そして、補強部材720の前記露出部分を元の形状に戻しポケット頂部712の分断部分を閉状態として、保持器704を内輪701と外輪702との間に組み込んで玉軸受を完成する。
玉軸受の使用時には、保持器704に熱や遠心力が作用するが、補強部材720の弾性力によりポケット頂部712の分断部分は閉状態に維持される。このため、保持器704の剛性が高められるので、玉軸受が高速,高温条件下で使用されても、回転の遠心力により保持器704が変形することがほとんどない。このような保持器704を備えた玉軸受は、温度条件にもよるが、dmN値80万以上の高速条件でも安定した回転が可能である。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態においては、補強部材720は、ポケット部材710同士の連結部分とポケット底部711の分断部分との2箇所で樹脂から露出していたが、ポケット底部711の分断部分のみで露出する構成とし、該部分のみにおいて弾性変形(屈曲)可能となっていても差し支えない。
また、ポケット頂部712の分断部分を連結する連結手段を設け、閉状態時にポケット頂部712の分断部分を連結して一体化すれば、保持器704の剛性がさらに高められるので、玉軸受をdmn値100万以上の高速条件で使用することも可能となる。
連結手段は特に限定されるものではないが、例えば、図78に示すような連結手段714が好適である。すなわち、ポケット頂部712の分断部分の対向する部分に、係合可能な凸部715及び凹部716を設けるというものである。閉状態時には、凹部716内に凸部715を嵌め込み樹脂の弾性により凸部715と凹部716とを係合させて、対向する両部分を連結し一体化することができる。なお、係合する凸部715及び凹部716の形状は、樹脂の弾性を利用して連結可能であるならば、図78に示すものに限定されるものではない。
また、ポケット頂部712の分断部分に連結部材を掛け渡し、連結部材の両端部を対向する両部分に固定することにより連結してもよい。さらに、補強部材720の一部分を連結手段として利用してもよい。例えば、補強部材720を図80の(b)に示すような形状とすればよい。すなわち、補強部材720に、ポケット頂部712の分断部分に掛け渡されるように延びるポケット頂部連結部722を設け、このポケット頂部連結部722でポケット頂部712の分断部分を押さえつければ、閉状態がより維持されやすくなる(図79を参照)。さらに、ポケット頂部連結部722の先端を、ポケット頂部712の分断部分の対向する部分に固定すれば、該分断部分の連結をより強固にすることができる。
さらに、補強部材720の材質は、SPCC等の冷間圧延炭素鋼やステンレス鋼が好ましいが、耐熱性や剛性が十分であり、ポケット部材710を構成する樹脂よりも弾性変形能が優れているならば金属に限定されるものではなく、樹脂や、繊維状充填材(例えばガラス繊維,炭素繊維)を含有する樹脂組成物を用いることもできる。このような樹脂や樹脂組成物を用いると、保持器704のさらなる軽量化が可能である。
さらに、ポケット部材710を構成する樹脂の種類は特に限定されるものではないが、ポリアミド樹脂(例えばポリアミド46,ポリアミド66),ポリフェニレンスルフィド(例えばL−PPS),ポリエーテルエーテルケトン等の射出成形可能な高性能エンジニアリングプラスチックが好ましい。また、このような樹脂に10〜50質量%の繊維状充填材(例えばガラス繊維,炭素繊維)を添加することにより、保持器704の剛性を向上させるとともに寸法精度を向上させることができる。
さらに、補強部材を用いない構成も採用可能である。すなわち、保持器が樹脂のみで構成されており、ポケット部材は、保持器の軸方向一端面側のポケット底部が弾性変形可能で、且つ、軸方向他端面側のポケット頂部が周方向に分断された構成である。ポケット底部が、その材質や形状により弾性変形可能となっていれば、ポケット頂部の分断部分はポケット底部の弾性変形によって開閉可能となる。
〔第八の発明の実施形態〕
本発明の第八の発明は、転がり軸受に組み込まれる樹脂製の冠形保持器に関する。また、本発明の第八の発明は、樹脂製の冠形保持器が組み込まれたラジアル玉軸受に関する。
従来から広く使用されている一般的な樹脂製冠形保持器としては、例えば日本国特許公開公報 平成8年第145061号の図5,6に示されているものがある。そして、このような樹脂製冠形保持器が組み込まれた転がり軸受は、高速,高温等の過酷な条件下で使用される場合が多くなっている。なお、従来技術については、日本国特許公開公報 平成9年第151943号、平成9年第79265号、及び2000年第323046号も参照。
前述のような従来の樹脂製冠形保持器が組み込まれた転がり軸受は、高速回転条件で使用されると、遠心力によりグリース,油等の潤滑剤が保持器のポケットから飛散しやすいため、転動体の転動面や軌道輪の軌道面に保持される潤滑剤の量が不十分となって、転がり軸受に潤滑不足が発生するおそれがあった。
そこで、本発明は前述のような従来技術が有する問題点を解決し、高速回転条件で使用されても潤滑剤が飛散しにくい樹脂製冠形保持器を提供することを課題とする。また、本発明は、高速回転条件で使用されても潤滑不足が発生しにくいラジアル玉軸受を提供することを併せて課題とする。
前記課題を解決するため、本発明の第八の発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明の樹脂製冠形保持器は、樹脂製の環状主部と、この環状主部の軸方向一端面に設けられた複数のポケットと、を備える樹脂製冠形保持器において、前記ポケットの内面に、潤滑剤を収容可能な潤滑剤溜まりを設けたことを特徴とする。この樹脂製冠形保持器においては、前記潤滑剤溜まりを前記ポケットの底部近傍に設けることが好ましい。このような構成であれば、潤滑剤溜まりに潤滑剤が保持されるため、高速回転条件で使用されても潤滑剤が飛散しにくい。
また、この樹脂製冠形保持器においては、前記環状主部の軸方向他端面に、前記環状主部に沿う環状の補強部材を取り付けることが好ましい。さらに、前記補強部材をインサートとするインサート成形により製造されたものであり、前記環状主部と前記補強部材とが一体とされていることが好ましい。このような構成であれば、補強部材により補強されているため、高速回転条件で使用されても、遠心力による径方向外方への変形が生じにくい。
さらに、本発明のラジアル玉軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の玉と、前記内輪及び前記外輪の間に前記玉を保持する保持器と、を備えるラジアル玉軸受において、前記保持器を、上記のような樹脂製冠形保持器としたことを特徴とする。このような構成であれば、高速回転条件で使用されても樹脂製冠形保持器の潤滑剤溜まりに潤滑剤が保持され潤滑剤が飛散しにくいので、玉の表面や内輪及び外輪の軌道面に十分な量の潤滑剤が保持され、ラジアル玉軸受に潤滑不足が発生しにくい。
このラジアル玉軸受においては、前記樹脂製冠形保持器が玉案内方式の保持器であることが好ましい。
本発明の樹脂製冠形保持器は、潤滑剤溜まりに潤滑剤が保持されるため、高速回転条件で使用されても潤滑剤が飛散しにくい。また、本発明のラジアル玉軸受は、高速回転条件で使用されても樹脂製冠形保持器の潤滑剤溜まりに潤滑剤が保持され潤滑剤が飛散しにくいので、潤滑不足が発生しにくい。
本発明の第八の発明に係る樹脂製冠形保持器及びラジアル玉軸受の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図81は、ラジアル玉軸受の構成を示す縦断面図であり、図82は、このラジアル玉軸受に使用されている樹脂製冠形保持器の部分斜視図である。
図81のラジアル玉軸受は、内輪801と、外輪802と、内輪801及び外輪802の間に転動自在に配された複数の玉803と、内輪801及び外輪802の間に複数の玉803を保持する樹脂製冠形保持器804と、シールド板805,805と、を備えている。
また、内輪801と外輪802とシールド板805,805とで囲まれた軸受空間には、図示しないグリース組成物(潤滑剤)が充填されており、シールド板805によってラジアル玉軸受内に密封されている。そして、このグリース組成物により、内輪801及び外輪802の軌道面と玉803との接触面が潤滑されている。
次に、図82の樹脂製冠形保持器804の構造について説明する。樹脂製冠形保持器804は、環状主部811と、この環状主部811の軸方向一端面に設けられた複数のポケット812と、を備えていて、各ポケット812は、環状主部811の軸方向一端面に設けられた凹部812aと、凹部812aの縁に互いに間隔をあけ対向して配置された1対の弾性片812b,812bとから形成されている。そして、この1対の弾性片812b,812bの互いに対向する面と凹部812aの内面とは、連続して1つの球状凹面又は円筒面を形成している。
このような樹脂製冠形保持器84は、弾性片812b,812bの間隔を弾性的に押し広げつつ、1対の弾性片812b,812bの間に玉803を押し込むことにより、各ポケット812内に玉803を転動自在に保持することができる。
この樹脂製冠形保持器804のポケット812の内面の底部近傍には、凹部からなる潤滑剤溜まり814が形成されており、ここにグリース組成物を収容可能となっている。そのため、ラジアル玉軸受が高速回転条件で使用されても潤滑剤溜まり814にグリース組成物が保持され飛散しにくいので、十分な量のグリース組成物が玉803の表面や内輪801及び外輪802の軌道面に保持されることとなり、ラジアル玉軸受に潤滑不足が発生しにくい。
潤滑剤溜まり814の形状は特に限定されるものではなく、図82のような半球状でもよいが、図83のような周方向に延びる溝状でもよい。また、図84に示すように、潤滑剤溜まり814である凹部を形成する壁面のうち、径方向内側の壁面の一部又は全部が除去されていてもよい。図84のような構造であれば、潤滑剤溜まり814に径方向内側からグリース組成物が補給される。
この樹脂製冠形保持器804には、剛性を向上させるための補強部材を取り付けてもよい。例えば、図82のように、環状主部811の軸方向他端面(ポケット812が設けられている端面とは反対側の端面)に、環状主部811に沿う環状の補強部材816を取り付ければ、樹脂製冠形保持器804の剛性が高められるので、ラジアル玉軸受がdmn値80万以上の高速回転条件で使用されたとしても、回転の遠心力により樹脂製冠形保持器804が径方向外方へ変形することがほとんどない。よって、安定した高速回転が可能となる。
補強部材816の材質は、SPCC等の金属が好ましい。ただし、耐熱性や剛性が十分であるならば金属に限定されるものではなく、樹脂や、繊維状充填材(例えばガラス繊維,炭素繊維)を含有する樹脂組成物を用いることもできる。このような樹脂や樹脂組成物を用いると、樹脂製冠形保持器804のさらなる軽量化が可能である。
また、補強部材816を樹脂製冠形保持器804に固定する方法は特に限定されるものではないが、補強部材816をインサートとするインサート成形により樹脂製冠形保持器804を製造して、環状主部811と補強部材816とを一体的に形成することが好ましい。インサート成形して環状主部811と補強部材816とを一体化するとともに、弾性片812b,812bの先端同士を連結する構造を採用すれば、樹脂製冠形保持器804の径方向外方への変形をより抑制できるので、ラジアル玉軸受をdmn値100万以上の高速回転条件で使用することが可能となる
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、樹脂製冠形保持器804の案内方式は特に限定されるものではなく、玉案内方式でもよいし、軌道輪案内方式でもよい。ただし、軌道輪案内方式の場合は、樹脂製冠形保持器804の内径面及び外径面が軌道輪と摺動するため、樹脂製冠形保持器804や軌道輪に摩耗が生じたり、軸受にトルク変動が生じたりするおそれがある。特に、樹脂製冠形保持器804が金属製の補強部材816を備えている場合には、その傾向が大きくなる。よって、樹脂製冠形保持器804の案内方式は、玉案内方式が好ましい。
また、樹脂製冠形保持器804の材質は特に限定されるものではないが、ポリアミド樹脂(例えばポリアミド46,ポリアミド66),ポリフェニレンスルフィド(例えばL−PPS),ポリエーテルエーテルケトン等の射出成形可能な高性能エンジニアリングプラスチックが好ましい。また、このような樹脂に10〜50質量%の繊維状充填材(例えばガラス繊維,炭素繊維)を添加することにより、保持器の剛性を向上させるとともに寸法精度を向上させることができる。
産業上の利用の可能性
本発明の樹脂製保持器は、高速回転で使用されても変形,発熱,摩耗が生じにくい。また、本発明の転がり軸受は、高速回転で使用されても発熱,摩耗が生じにくい。

Claims (45)

  1. 樹脂製の環状主部と、前記環状主部の軸方向一端面に設けられた複数のポケットと、前記環状主部の軸方向他端面に同心に取り付けられた前記環状主部に沿う環状の補強部材と、を備えるラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器において、下記の4つの条件を満足することを特徴とするラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器。
    条件1:軸方向に平行な平面での前記補強部材の断面形状が矩形である。
    条件2:前記補強部材は、前記環状主部の軸方向他端面に形成された凹部に埋め込まれて一体とされている。
    条件3:前記補強部材をインサートとするインサート成形により製造され、前記環状主部と前記補強部材とがインサート成形時に一体化されたものであるか、又は、射出成形により製造された前記環状主部に前記補強部材を接着剤若しくは圧入により一体に固定したものである。
    条件4:前記環状主部の外径面と前記補強部材の外径面との間の径方向距離をF、前記環状主部の内径面と前記補強部材の内径面との間の径方向距離をG、前記ポケットの底面と前記補強部材のポケット側の面との間の軸方向距離をEとして、E,F,及びGが0超過であり、前記補強部材の外径面,内径面,ポケット側の面が前記環状主部に覆われ、反ポケット側の面が露出している。
  2. 樹脂製の環状主部と、前記環状主部の軸方向一端面に設けられた複数のポケットと、前記環状主部の軸方向他端面に同心に取り付けられた前記環状主部に沿う環状の補強部材と、を備えるラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器において、下記の4つの条件を満足することを特徴とするラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器。
    条件5:軸方向に平行な平面での前記補強部材の断面形状が矩形である。
    条件6:前記補強部材は、前記環状主部の軸方向他端面に取り付けられて一体とされており、外径面,内径面,及び反ポケット側の面は前記環状主部に覆われておらず露出している。
    条件7:前記補強部材をインサートとするインサート成形により製造され、前記環状主部と前記補強部材とがインサート成形時に一体化されたものであるか、又は、射出成形により製造された前記環状主部に前記補強部材を接着剤若しくは圧入により一体に固定したものである。
    条件8:前記環状主部の外径面と前記補強部材の外径面との間の径方向距離をF、前記環状主部の内径面と前記補強部材の内径面との間の径方向距離をG、前記ポケットの底面と前記補強部材のポケット側の面との間の軸方向距離をEとして、E,F,及びGが0以上である。
  3. 前記補強部材の表面にショットピーニング又は化成処理が施されて凹凸が形成されており、表面粗さRaが0.3μm以上とされていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器。
  4. 前記補強部材の表面にショットピーニング又は化成処理が施されて凹凸が形成されており、表面粗さRaが0.8μm以上とされていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器。
  5. 前記補強部材の前記ポケット側の面が凹面となっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器。
  6. 前記補強部材の軸方向反ポケット側の部分については、内径面と外径面との間の幅がポケット側から反ポケット側に向かって徐々に小さくなるテーパ状となっていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器。
  7. 前記補強部材は金属板から抜き加工により製造されたものであり、抜き方向下側部分を前記ポケットに向けて配されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器。
  8. 内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する保持器と、を備えるアンギュラ玉軸受において、前記保持器が請求項1〜7のいずれか一項に記載のラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器であることを特徴とするアンギュラ玉軸受。
  9. 内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する保持器と、を備える複列玉軸受において、前記保持器が請求項1〜7のいずれか一項に記載のラジアル玉軸受用樹脂製冠形保持器であることを特徴とする複列玉軸受。
  10. 円環状の主部と、前記主部の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する弾性片と、を備え、前記弾性片の間に転動体を転動可能に保持するポケット部が形成される合成樹脂製の玉軸受用冠型保持器であって、
    前記玉軸受用冠型保持器には、前記玉軸受用冠型保持器の合成樹脂よりも剛性の高い金属板からなる補強リングが埋設され、
    前記補強リングは、前記主部の軸方向端面に略平行に埋設される環状円板部と、前記環状円板部の外周縁部又は内周縁部から前記弾性片の突出方向に延設される円筒部と、を備えることを特徴とする玉軸受用冠型保持器。
  11. 前記環状円板部には、前記弾性片の突出方向と逆方向に延びる突起部が円周方向に少なくとも3カ所設けられることを特徴とする請求項10に記載の玉軸受用冠型保持器。
  12. 前記玉軸受用冠型保持器の合成樹脂と前記補強リングとを接着剤によって結合することを特徴とする請求項10又は11に記載の玉軸受用冠型保持器。
  13. 円環状の主部と、前記主部の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する弾性片と、を備え、前記弾性片の間に転動体を転動可能に保持するポケット部が形成される合成樹脂製の玉軸受用冠型保持器であって、
    前記玉軸受用冠型保持器には、前記主部の軸方向端面に、前記玉軸受用冠型保持器の合成樹脂よりも剛性の高い環状の金属板からなる補強リングが、接着剤を介して固着されることを特徴とする玉軸受用冠型保持器。
  14. 円環状の主部と、前記主部の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する弾性片と、を備え、前記弾性片の間に転動体を転動可能に保持するポケット部が形成される合成樹脂製の玉軸受用冠型保持器であって、
    前記玉軸受用冠型保持器の前記主部には、前記玉軸受用冠型保持器の合成樹脂よりも剛性の高い環状の金属板からなる補強リングが埋設され、
    前記玉軸受用冠型保持器の合成樹脂と前記補強リングとが接着剤によって結合されることを特徴とする玉軸受用冠型保持器。
  15. 前記接着剤は、フェノール樹脂系接着剤及びエポキシ樹脂系接着剤の少なくとも一つを含有することを特徴とする請求項12〜14のいずれかに記載の玉軸受用冠型保持器。
  16. 請求項12〜15のいずれかに記載の玉軸受用冠型保持器の製造方法であって、
    接着剤を半硬化状態で焼き付けた環状の金属板の周りに合成樹脂を注入してインサート成形する工程を備えることを特徴とする玉軸受用冠型保持器の製造方法。
  17. 請求項12〜15のいずれかに記載の玉軸受用冠型保持器の製造方法であって、
    接着剤を半硬化状態で焼き付けた環状の金属板の周りに合成樹脂を注入してインサート成形する工程と、二次加熱によって前記接着剤を硬化させる工程と、を備えることを特徴とする玉軸受用冠型保持器の製造方法。
  18. 外輪と内輪との間に複数の玉が環状の保持器を介して円周方向に転動可能に配設される玉軸受であって、
    前記保持器として、請求項10〜15のいずれかに記載の玉軸受用冠型保持器を使用することを特徴とする玉軸受。
  19. 合成樹脂製で円環状の主部と、前記主部の軸方向片面に一体に形成され、円周方向にわたり互いに間隔をあけて配置された一対の弾性片の間に玉を1個ずつ転動自在に保持するポケットを複数備えるとともに、前記主部の軸方向他面に接着剤により金属板を接合してなる冠型保持器において、
    前記金属板が炭素鋼を上回る線膨張係数を有する金属材料からなることを特徴とする冠型保持器。
  20. 前記接着剤がフェノール樹脂系接着剤及びエポキシ樹脂系接着剤から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項19記載の冠型保持器。
  21. 請求項19または20記載の冠型保持器の製造方法であって、接着剤を半硬化状態で焼き付けた金属板の周りに合成樹脂を注入してインサート成形する工程を備えることを特徴とする冠型保持器の製造方法。
  22. 請求項19または20記載の冠型保持器の製造方法であって、接着剤を半硬化状態で焼き付けた金属板の周りに合成樹脂を注入してインサート成形する工程と、二次加熱により接着剤を硬化させる工程とを備えることを特徴とする冠型保持器の製造方法。
  23. 内輪と外輪との間に保持器を介して複数の転動体を転動自在に保持してなる転がり軸受において、
    前記転動体がセラミックス製であり、かつ、前記保持器が金属板製で全体が円環状の補強リングを内部に包埋または底部に接着してなる合成樹脂製冠型保持器であることを特徴とする転がり軸受。
  24. 円環状の主部と、この主部の軸方向片側面に円周方向に関して互いに間隔をあけ、軸方向に突出する状態で形成した複数の弾性片と、円周方向に隣り合う1対ずつの弾性片の互いに対向する面と上記主部の軸方向片面でこれら両弾性片により挟まれた部分とにより囲まれた部分であって、それぞれの内面を部分球面状の凹面とした複数のポケットとを備え、合成樹脂を射出成形する事により造られるラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器に於いて、金属板製で全体を円環状に造られ、径方向中央部を軸方向に対し直交する方向に存在する平板部とし、内径寄り部分を上記軸方向片側面側に折れ曲がった内径側折れ曲がり部とし、外径寄り部分を上記軸方向片側面側に折れ曲がった外径側折れ曲がり部とした補強リングを、射出成形時に上記主部の内側に包埋して成る事を特徴とするラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器。
  25. 補強リングの一部で主部の軸方向に関して各ポケットと整合する部分に、それぞれ通孔が形成されている、請求項24に記載したラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器。
  26. 円環状の主部と、この主部の軸方向片側面に円周方向に関して互いに間隔をあけ、軸方向に突出する状態で形成した複数の弾性片と、円周方向に隣り合う1対ずつの弾性片の互いに対向する面と上記主部の軸方向片面でこれら両弾性片により挟まれた部分とにより囲まれた部分であって、それぞれの内面を部分球面状の凹面とした複数のポケットとを備え、合成樹脂を射出成形する事により造られるラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器に於いて、金属板製で全体を円環状に造られ、上記主部の軸方向に関して上記各ポケットと整合する部分にそれぞれ通孔が形成されている補強リングを、射出成形時に上記主部の内側に包埋して成る事を特徴とするラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器。
  27. 補強リングの一部で、各弾性片の基部を含む円周方向に隣り合うポケット同士の間部分と主部の軸方向に関して整合する部分に、それぞれ円周方向に長い透孔が形成されており、この透孔を通じて上記間部分の内側に、肉抜き凹部が形成されている、請求項24〜26のうちの何れか1項に記載したラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器。
  28. 内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉と、これら各玉を保持する保持器とを備えたラジアル玉軸受に於いて、この保持器が請求項24〜27のうちの何れか1項に記載したラジアル玉軸受用合成樹脂製冠型保持器である事を特徴とするラジアル玉軸受。
  29. 合成樹脂製で円環状の基部と、当該基部の軸方向片面に設けられた複数組のポケットとを備え、
    各ポケットは、前記基部と一体に形成されて円周方向にわたり互いに間隔をあけて配置された1対の弾性片の間に転動体を1個ずつ、転動自在に保持する合成樹脂製保持器において、
    前記基部に、前記合成樹脂よりも弾性係数が大きい合成樹脂からなる円環状に成型した補強部材を、前記基部および弾性片の射出成形時にインサートすることによって、前記基部の全周にわたり非分離に設けたことを特徴とする合成樹脂製保持器。
  30. 前記補強部材は、前記基部の軸方向他面に、平板状に成形して、前記基部の全周にわたり非分離に添設してあることを特徴とする請求項29に記載の合成樹脂製保持器。
  31. 強化繊維及び強化粒子の含有量は、
    基部及び弾性片<補強部材
    であることを特徴とする請求項29又は30に記載の合成樹脂製保持器。
  32. 請求項29〜31の何れか1項に記載の合成樹脂製保持器が組み込んであることを特徴とする転がり軸受。
  33. 円形の空所からなり転動体を転動自在に保持するポケットを有する樹脂製のポケット部材が環状に複数連結されてなり、前記樹脂よりも高い弾性変形能を有する金属又は樹脂で構成された補強部材をインサートとするインサート成形により製造された玉軸受用保持器であって、
    前記ポケット部材は、軸方向一端面側のポケット底部及び軸方向他端面側のポケット頂部がそれぞれ周方向に分断されており、前記ポケット底部の分断部分は前記補強部材で連結され、この補強部材の弾性変形によって前記ポケット頂部の分断部分が開閉可能となっていることを特徴とする玉軸受用保持器。
  34. 円形の空所からなり転動体を転動自在に保持するポケットを有する樹脂製のポケット部材が環状に複数連結されてなり、前記樹脂よりも高い弾性変形能を有する金属又は樹脂で構成された補強部材をインサートとするインサート成形により製造された玉軸受用保持器であって、
    複数の前記ポケット部材はそれぞれ前記補強部材の一部分で連結されているとともに、前記ポケット部材は、軸方向一端面側のポケット底部及び軸方向他端面側のポケット頂部がそれぞれ周方向に分断され、前記ポケット底部の分断部分は前記補強部材の他の一部分で連結されており、前記補強部材のうち前記ポケット部材同士を連結する部分と前記ポケット底部の分断部分を連結する部分とが弾性変形することにより、前記ポケット頂部の分断部分が開閉可能となっていることを特徴とする玉軸受用保持器。
  35. 閉状態の前記ポケット頂部の分断部分を連結する連結手段を備えることを特徴とする請求項33又は請求項34に記載の玉軸受用保持器。
  36. 前記連結手段の少なくとも一部分が前記補強部材によって構成されていることを特徴とする請求項35に記載の玉軸受用保持器。
  37. 円形の空所からなり転動体を転動自在に保持するポケットを有する樹脂製のポケット部材が環状に複数連結されてなる玉軸受用保持器であって、
    前記ポケット部材は、軸方向一端面側のポケット底部が弾性変形可能で、且つ、軸方向他端面側のポケット頂部が周方向に分断されており、前記ポケット頂部の分断部分は前記ポケット底部の弾性変形によって開閉可能となっていることを特徴とする玉軸受用保持器。
  38. 閉状態の前記ポケット頂部の分断部分を連結する連結手段を備えることを特徴とする請求項37に記載の玉軸受用保持器。
  39. 内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の玉と、前記内輪及び前記外輪の間に前記玉を保持する保持器と、を備える玉軸受において、前記保持器を、請求項33〜38のいずれか一項に記載の玉軸受用保持器としたことを特徴とする玉軸受。
  40. 樹脂製の環状主部と、この環状主部の軸方向一端面に設けられた複数のポケットと、を備える樹脂製冠形保持器において、前記ポケットの内面に、潤滑剤を収容可能な潤滑剤溜まりを設けたことを特徴とする樹脂製冠形保持器。
  41. 前記潤滑剤溜まりを前記ポケットの底部近傍に設けたことを特徴とする請求項40に記載の樹脂製冠形保持器。
  42. 前記環状主部の軸方向他端面に、前記環状主部に沿う環状の補強部材を取り付けたことを特徴とする請求項40又は請求項41に記載の樹脂製冠形保持器。
  43. 前記補強部材をインサートとするインサート成形により製造されたものであり、前記環状主部と前記補強部材とが一体とされていることを特徴とする請求項42に記載の樹脂製冠形保持器。
  44. 内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の玉と、前記内輪及び前記外輪の間に前記玉を保持する保持器と、を備えるラジアル玉軸受において、前記保持器を、請求項40〜43のいずれか一項に記載の樹脂製冠形保持器としたことを特徴とするラジアル玉軸受。
  45. 前記樹脂製冠形保持器が玉案内方式の保持器であることを特徴とする請求項44に記載のラジアル玉軸受。
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