JP2017020597A - 波型保持器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維強化熱可塑性樹脂からなり、軽量でしかも強度や剛性に優れた波型保持器を、強度低下や摩耗の促進等の問題を生じることなしに、できるだけ少ない工程および部品点数で、コスト安価に製造するための製造方法を提供する。【解決手段】玉軸受１の内輪２と外輪３の間に玉４を装着した状態で、繊維強化熱可塑性樹脂製の環状の板材５、６を、玉をプレス型の一部として用いてプレス成形することにより、玉の略半球分の外形に対応し、玉との間にクリアランスα、βを有するポケット１１、１８を備えた一対の環状体１３、２０を作製し、玉を挟んだ両環状体を、隣り合うポケット間をつなぐ結合部１２、１９同士の熱溶着によって一体化させて波型保持器２１を製造する。【選択図】図３

Description

本発明は、波型保持器の製造方法に関するものである。

転がり軸受の軽量化を図るため、従来は金属製であった保持器を、強度と剛性が高くしかも軽量な繊維強化樹脂、特に繊維強化熱可塑性樹脂によって形成することが検討されている。
繊維強化熱可塑性樹脂としては、特に長繊維状で連続した炭素繊維等を高充填したものが、上記強度および剛性に優れるため好適に使用される。

例えば特許文献１では、上記繊維強化熱可塑性樹脂によって形成した環状の基体に、従来の金属製のものと同様に、切削加工（もみ抜き加工）によってポケットを形成して、いわゆるもみ抜き保持器を製造することが提案されている。
しかし上記の構成では、ポケットを形成するための切削加工時に、加工面すなわちポケットの内面に繊維が露出したり切断されたりすることで、強度の低下や、あるいは摩耗が促進されることが懸念される。

特許文献２、３では、玉の略半球分の外形に対応した複数のポケットを有する一対の、波型保持器のもとになる環状体を、繊維強化熱可塑性樹脂によって形成し、かかる一対の環状体を、隣り合うポケット間を繋ぐ結合部同士でリベット止めして波型保持器を製造することが記載されている。
しかし上記の構成では、環状体にリベットを挿通する穴を形成するための穴あけ加工をする必要があるため、依然として繊維の露出や切断と、それに伴う、特に結合部の強度低下等の問題を生じてしまう。またリベットを要する分、部品点数や重量が増加するとともに、穴あけとリベット止めが必要で製造工程が煩雑になるという問題もある。

特許文献４では、波型保持器のもとになる環状体の上記結合部に係合爪と係合孔を一体に成形し、一対の環状体を、上記係合爪と係合孔の係合によって一体化させて波型保持器を製造することが記載されている。
ところが上記の環状体は構造が複雑である上、係合爪と係合孔の係合の精度を確保するために高い寸法精度が要求される。

したがって上記環状体は、繊維強化熱可塑性樹脂の射出成形によって製造しなければならないが、長繊維状で連続した繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂は基本的に射出成形できない上、射出成形可能な繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂であっても、射出成形性を考慮すると繊維の充填量は限られるため、波型保持器に十分な強度と剛性を付与できないという問題がある。

その上、射出成形用の複雑な金型を、波型保持器の形状および寸法ごとに個別に用意する必要があるため、当該波型保持器の製造コストが嵩むという問題もある。

特開２００６−２０７６４２号公報 特開平４−２３６８２０号公報 特開２００３−３４３５６７号公報 特開２００７−７８０２９号公報

本発明の目的は、繊維強化熱可塑性樹脂からなり、軽量でしかも強度や剛性に優れた波型保持器を、強度低下や摩耗の促進等の問題を生じることなしに、できるだけ少ない工程および部品点数で、コスト安価に製造するための製造方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、玉軸受（１）の内輪（２）と外輪（３）の間に玉（４）を装着した状態で、繊維強化熱可塑性樹脂製の環状の板材（５）（６）を、前記玉をプレス型の一部として用いてプレス成形することにより、前記玉の略半球分の外形に対応し、なおかつ前記玉との間にクリアランス（α）（β）を有する複数のポケット（１１）（１８）を備えた一対の、波型保持器のもとになる環状体（１３）（２０）を作製する工程（第一工程）、および
前記一対の環状体を、間に前記玉を挟んだ状態で、隣り合う前記ポケット間を繋ぐ結合部（１２）（１９）同士の熱溶着によって一体化させる工程（第二工程）、
を含む波型保持器の製造方法である。

請求項２に記載の発明は、前記一対の環状体のうちの一方をプレス成形によって作製し、引き続いて他方の環状体をプレス成形によって作製しながら、先に作製した環状体と、前記結合部同士の熱溶着によって一体化させる請求項１に記載の波型保持器の製造方法である。
請求項３に記載の発明は、前記一対の環状体のうち少なくとも一方をプレス成形によって作製する際のプレス量を、前記ポケットと前記玉との間に設けられるクリアランス（α）分を加えた寸法に設定する請求項１または２に記載の波型保持器の製造方法である。

請求項４に記載の発明は、前記プレス成形時のポケットの開口寸法を、前記ポケットと前記玉との間に設けられるクリアランス（β）分を加えた寸法に設定する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の波型保持器の製造方法である。
請求項５に記載の発明は、前記繊維強化熱可塑性樹脂は、長繊維状の繊維を不連続状に充填してなる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の波型保持器の製造方法である。

請求項１に記載の発明によれば、第一工程において、玉軸受の内輪と外輪の間に装着した玉をプレス型の一部として用いたプレス成形によって、波型保持器のもとになる一対の環状体を作製しており、上記環状体のもとになる繊維強化熱可塑性樹脂には、射出成形のような制限を受けることなく、任意の繊維長の繊維を、任意の割合で高充填できる。
また、上記のように実際に保持する玉をプレス型の一部として用いてプレス成形することにより、ポケットの寸法精度を、射出成形と同等またはそれ以上に向上できる。

また環状の板材の直径と厚みのみ所定値に設定するだけで、所定の形状および寸法を有する波型保持器のもとになる環状体を作製できるため、射出成型のように、高価な金型を波型保持器の形状および寸法に応じて個別に用意する必要もない。
しかも請求項１に記載の発明によれば、第二工程において、作製した一対の環状体の、隣り合うポケット間を繋ぐ結合部を互いに熱溶着させて一対の環状体を一体化させるだけで、強度低下や摩耗の促進等を生じる原因となる繊維の露出や切断を伴う切削加工や穴あけ加工、あるいは工程数、部品点数および重量の増加を伴うリベット止め等を必要とせずに波型保持器を製造できる。

また、リベット止めのための穴あけ加工をする場合に比べて、波型保持器の特に結合部を高強度化できる上、繊維を高充填できることと相まって、当該波型保持器の長寿命化を図ることができる。
したがって請求項１に記載の発明によれば、繊維強化熱可塑性樹脂からなり、軽量でしかも強度や剛性に優れた波型保持器を、強度低下や摩耗の促進等の問題を生じることなしに、できるだけ少ない工程および部品点数で、コスト安価に製造することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、上記第一および第二工程を連続的に実施できるため、例えばあらかじめ作製した環状体を組み付ける工程等を省略して、波型保持器の生産性をさらに向上できる。
またそれぞれのポケットを、個々の玉ごとに１対１で個別に、プレス成形によって形成できるため、各ポケットの寸法精度をより一層向上できる。

請求項３に記載の発明によれば、一対の環状体のうち少なくとも一方をプレス成形する際のプレス量を、クリアランス分を加えた寸法に設定することにより、ポケットと玉の間にクリアランスを形成する工程等を別に設けることなく、プレス成形と同時にクリアランスも形成できるため、工程数をさらに削減して、波型保持器の生産性を向上できる。
またクリアランス量を、プレス成形時のプレス量によって機械的に正確に調整でき、ポケットの寸法精度をさらに向上できる。

請求項４に記載の発明によれば、プレス成形時のポケットの開口寸法を、ポケットと玉との間に設けられるクリアランス分を加えた寸法に設定することにより、やはりポケットと玉の間にクリアランスを形成する工程等を別に設けることなく、プレス成形と同時にクリアランスも形成できるため、工程数をさらに削減して、波型保持器の生産性を向上できる。

またクリアランス量を、プレス成形に使用するプレス型の寸法によって機械的に正確に調整でき、ポケットの寸法精度をさらに向上できる。
環状体のもとになる環状の板材は、例えば繊維強化熱可塑性樹脂をシート状に成形したプリプレグを、所定の板材の厚みとなるように複数枚積層して熱プレス等で一体化させたのち、環状に打ち抜く等して作製される。

この際、請求項５に記載の発明によれば、長繊維状の繊維を不連続状に充填させた繊維強化熱可塑性樹脂を用いることにより、従来の、長繊維状で連続した炭素繊維等を高充填したものでは得られない良好な加工性を確保できる。
そのため、上記シート状の成形や熱プレスによる一体化、あるいは作製した板材をプレス成形して環状体を作製する際等の加工性、成形性を大幅に向上できる。また、環状に打ち抜いた際に繊維が切断されたり断面に露出したりするのを極力抑制することもできる。

本発明の製造方法の、実施の形態の一例において製造する波型保持器のもとになる板材と、当該波型保持器を組み込む玉軸受の外観を示す斜視図である。 図(a)〜図(c)は、上記例の製造方法のうち第一工程の各段階を示す断面図である。 図(a)〜(c)は、上記例の製造方法のうち第一工程の続きの段階から第二工程を示す断面図である。

図１を参照して、この例の製造方法では、玉軸受１の、内輪２と外輪３との間に装着された複数個（図では９個）の玉４を、上記両輪２、３間において、図では上下から挟んで保持する波型保持器のもとになる一対の環状の板材５、６を用意する。
板材５、６は、プレス成形および熱溶着が可能な種々の繊維強化熱可塑性樹脂によって形成できる。

特に先述したように、長繊維状の繊維を熱可塑性樹脂中に不連続状かつランダムに充填してなる繊維強化熱可塑性樹脂が好適に使用される。
熱可塑性樹脂としては、例えばポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、フッ素樹脂等のエンジニアリングプラスチックないしはスーパーエンジニアリングプラスチック等の１種または２種以上が挙げられる。

また繊維としては炭素繊維が好ましい。
炭素繊維は、例えばガラス繊維等に比べて熱伝導率が高いため、回転時の昇温防止効果に優れており、グリースの劣化を抑制して玉軸受の長寿命化を図ることができる。
炭素繊維としては、特に生産性や環境保全の観点からポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維が好ましい。

熱可塑性樹脂中に不連続状に充填する繊維の繊維長は５ｍｍ以上であるのが好ましく、４０ｍｍ以下であるのが好ましい。
繊維長がこの範囲未満では、長繊維状とすることによる良好な補強効果が十分に得られないおそれがある。一方、繊維長が上記の範囲を超える場合には、例えば繊維強化熱可塑性樹脂をシート状に成形してプリプレグを形成したり、板材５、６をプレス成形して環状体を作製したりする際の加工性、成形性が低下するおそれがある。

また上記繊維長の繊維を熱可塑性樹脂中に不連続に充てんする際の充填量は３０質量％以上であるのが好ましく、６０質量％以下であるのが好ましい。
充填量がこの範囲未満では、十分な補強効果が得られないおそれがある。一方、充填量が上記範囲を超える場合には、例えば繊維強化熱可塑性樹脂をシート状に成形してプリプレグを形成したり、板材５、６をプレス成形して環状体を作製したりする際の加工性、成形性が低下するおそれがある。

図１、図２(a)を参照して、この例では玉軸受１の内輪２と外輪３の間に玉４を装着した状態で、まず上側の板材５を、上記玉４をプレス型の一部として用いてプレス成形する。
プレス成形には、上記玉４とともに環状のプレス型９を用いる。
プレス型９は、図２(a)において下面に、上記玉４の外形と個数に応じて周方向に等間隔に所定の個数（図の例の場合は９個）配列された凹部７と、隣り合う凹部７間から下方へ突設された凸部８とを有している。

各凹部７の内面は、玉４の略半球分の外形に、板材５の厚み分を加えた曲面に形成されている。
また各凸部８の先端面１０はそれぞれ、図２(c)に示すプレス成形が完了した時点において、各玉４の中心Ｐを含む平面と平行で、かつ互いに同一平面となる平面状に形成されている。

プレス型９は、プレス成形に際し、例えば図示しない加熱コイル等からの加熱によって、繊維強化熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱された状態とされる。
図２(a)(b)を参照して、プレス型９と玉４との間に板材５を挟んだ状態で、上記プレス型９の凹部７に玉４を合わせながら、両図中に白矢印で示すように凸部８を玉４間に押し込んでゆくと、上記板材５が、上記凹部７および凸部８と、玉４の外形とに沿って波型にプレス成形される。

そして図２(c)を参照して、板材５の両面が凹部７の内面と玉４の外面に隙間なく接するまでプレス型９を押し込むと、上記玉４の略半球分の外形に対応する複数のポケット１１を備えるとともに、隣り合うポケット１１間を繋ぐ結合部１２が、先述したプレス型９の凸部８の先端面１０に対応した平板状とされた環状体１３がプレス成形される。
なおこの際、この例ではプレス型９のプレス量を、玉４の半球分にさらにクリアランスα分を加えた寸法に設定するとともに、上記プレス型９の凹部７の開口寸法に基づいて設定されるポケット１１の開口寸法を、玉４の両側にそれぞれクリアランスβ分を加えた寸法に設定しており、それによってポケット１１には、玉４との間に上記クリアランスα、βが設けられている。

図３(a)を参照して、この例では環状体１３のプレス成形に引き続いて、当該環状体１３、およびプレス型９をプレス成形完了時の状態に維持しながら、下側の板材６を、同様に玉４をプレス型の一部として用いてプレス成形する。
プレス成形には、上記玉４とともに環状のプレス型１４を用いる。
プレス型１４は、プレス型９と同様に構成される。すなわちプレス型１４は、図において上面に、上記玉４の外形と個数に応じて周方向に等間隔に所定の個数配列された凹部１５と、隣り合う凹部１５間から上方へ突設された凸部１６とを有している。

各凹部１５の内面は、玉４の略半球分の外形に、板材６の厚み分を加えた曲面に形成されている。
また各凸部１６の先端面１７はそれぞれ、図３(c)に示すプレス成形が完了した時点において、各玉４の中心Ｐを含む平面と平行で、かつ互いに同一平面となる平面状に形成されている。

プレス型１４は、プレス成形に際し、やはり図示しない加熱コイル等からの加熱によって、繊維強化熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱された状態とされる。
図３(a)(b)を参照して、プレス型１４と玉４との間に板材６を挟んだ状態で、上記プレス型１４の凹部１５に玉４を合わせながら、両図中に黒矢印で示すように凸部１６を玉４間に押し込んでゆくと、上記板材６が、上記凹部１５および凸部１６と、玉４の外形とに沿って波型にプレス成形される。

そして図３(c)を参照して、板材６の両面が凹部１５の内面と玉４の外面に隙間なく接するまでプレス型１４を押し込むと、上記玉４の略半球分の外形に対応する複数のポケット１８を備えるとともに、隣り合うポケット１８間を繋ぐ結合部１９が、先述したプレス型１４の凸部１６の先端面１７に対応した平板状とされた環状体２０がプレス成形される。

それとともにこの例では、プレス成形された環状体２０の結合部１９が、先にプレス成形された環状体１３の結合部１２に熱溶着される。
すなわち両結合部１２、１９が、プレス型９、１４の凸部８、１６の先端面１０、１７間に挟まれた状態で、両プレス型９、１４のプレス圧と熱によって互いに熱溶着される。
そしてこの熱溶着によって一対の環状体１３、２０が一体化されて、波型保持器２１が製造される。

また環状体２０をプレス成形する際に、この例ではプレス型１４のプレス量を、やはり玉４の半球分にさらにクリアランスα分を加えた寸法に設定するとともに、上記プレス型１４の凹部１５の開口寸法に基づいて設定されるポケット１８の開口寸法を、玉４の両側にそれぞれクリアランスβ分を加えた寸法に設定しており、それによってポケット１８には、玉４との間に上記クリアランスα、βが設けられている。

このあとプレス型９、１４を開くと、玉４が波型保持器２１によって保持された玉軸受１が完成する。
環状体１３、２０に設定するクリアランスα、βは、波型保持器２１を組み込む玉軸受１の型番等に応じて、例えば１４０μｍ〜３２０μｍ程度の範囲内で、当該型番ごとに設定された所定値にすればよい。

なおクリアランスα、βは、環状体１３、２０の結合部１２、１９の溶着条件（プレス圧、温度）、溶着面積等を制御することによって微調整が可能である。
なお本発明の構成は、以上で説明した図の例のものには限定されない。
例えば繊維強化熱可塑性樹脂としては、従来同様に、長繊維状で連続した繊維を充てんしたものを用いてもよいし、短繊維状の繊維を高充填したものを用いてもよい。

プレス量の調整によるクリアランスの形成は、環状体１３、２０のポケット１１、１８のうちの一方のみで行ってもよい。その場合は、例えばクリアランスαの２倍をプレス量に加えてプレス成形をすればよい。
環状体１３、２０は個別に、玉４をプレス型の一部として用いてプレス成形し、それをあとから組み合わせて互いに熱溶着して波型保持器２１を製造するようにしてもよい。

ポケット１１、１８のクリアランスα、βは、例えば玉４と板材５、６との間にスペーサを挟んだ状態で、それぞれの環状体１３、２０をプレス成形したのち、スペーサを除去して形成するようにしてもよい。
また、例えば繊維強化熱可塑性樹脂の収縮を計算し、プレス成形の条件等を調整することで、当該収縮のみによって所定のクリアランスα、βを形成するようにしてもよい。

その他、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更を施すことができる。

１：玉軸受、２：内輪、３：外輪、４：玉、５、６：板材、７、１５：凹部、８、１６：凸部、９、１４：プレス型、１０、１７：先端面、１１、１８：ポケット、１２、１９：結合部、１３、２０：環状体、２１：波型保持器、Ｐ：中心、α、β：クリアランス

Claims (5)

1. 玉軸受の内輪と外輪の間に玉を装着した状態で、繊維強化熱可塑性樹脂製の環状の板材を、前記玉をプレス型の一部として用いてプレス成形することにより、前記玉の略半球分の外形に対応し、なおかつ前記玉との間にクリアランスを有する複数のポケットを備えた一対の、波型保持器のもとになる環状体を作製する工程、および
   前記一対の環状体を、間に前記玉を挟んだ状態で、隣り合う前記ポケット間を繋ぐ結合部同士の熱溶着によって一体化させる工程、
   を含む波型保持器の製造方法。
2. 前記一対の環状体のうちの一方をプレス成形によって作製し、引き続いて他方の環状体をプレス成形によって作製しながら、先に作製した環状体と、前記結合部同士の熱溶着によって一体化させる請求項１に記載の波型保持器の製造方法。
3. 前記一対の環状体のうち少なくとも一方をプレス成形によって作製する際のプレス量を、前記ポケットと前記玉との間に設けられるクリアランス分を加えた寸法に設定する請求項１または２に記載の波型保持器の製造方法。
4. 前記プレス成形時のポケットの開口寸法を、前記ポケットと前記玉との間に設けられるクリアランス分を加えた寸法に設定する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の波型保持器の製造方法。
5. 前記繊維強化熱可塑性樹脂は、長繊維状の繊維を不連続状に充填してなる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の波型保持器の製造方法。

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