(57)【要約】【課題】射出成形時の離型性や玉の組込性を確保しつつ高温剛性に優れた冠型保持器を提供する。【解決手段】樹脂材料で成形され、複数の玉を複数のポケットに転動自在に保持する玉軸受の冠型保持器において、樹脂材料の曲げ弾性率が４０００ＭＰａ未満である場合に、ポケットの玉を挿入する開口部の開口径ｋＤが、玉の直径Ｄの８９±１％であること、樹脂材料の曲げ弾性率が４０００ＭＰａ以上であり、かつ８０００ＭＰａ未満である場合に、ポケットの玉を挿入する開口部の開口径ｋＤが、玉の直径Ｄの９１．５±１％であること、樹脂材料の曲げ弾性率が８０００ＭＰａ以上である場合に、ポケットの玉を挿入する開口部の開口径ｋＤが、玉の直径Ｄの９４±１％であること、前記樹脂材料の引張試験片での引張破断伸びが２．５％以下である場合に、ポケットの玉を挿入する開口部の開口径ｋＤが、玉の直径Ｄの９４±１％であることを必要とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂材料で成形され、複数のポケットにそれぞれ玉を転動自在に保持する玉軸受の冠型保持器において、
前記樹脂材料の曲げ弾性率が４０００ＭＰａ未満である場合に、前記ポケットの玉を挿入する開口部の開口径が、玉の直径の８９±１％であることを特徴とする冠型保持器。
【請求項２】
樹脂材料で成形され、複数のポケットにそれぞれ玉を転動自在に保持する玉軸受の冠型保持器において、
前記樹脂材料の曲げ弾性率が４０００ＭＰａ以上であり、かつ８０００ＭＰａ未満である場合に、前記ポケットの玉を挿入する開口部の開口径が、玉の直径の９１．５±１％であることを特徴とする冠型保持器。
【請求項３】
樹脂材料で成形され、複数のポケットにそれぞれ玉を転動自在に保持する玉軸受の冠型保持器において、
前記樹脂材料の曲げ弾性率が８０００ＭＰａ以上である場合に、前記ポケットの玉を挿入する開口部の開口径が、玉の直径の９４±１％であることを特徴とする冠型保持器。
【請求項４】
樹脂材料で成形され、複数のポケットにそれぞれ玉を転動自在に保持する玉軸受の冠型保持器において、
前記樹脂材料の引張試験片での引張破断伸びが２．５％以下である場合に、前記ポケットの玉を挿入する開口部の開口径が、玉の直径の９４±１％であることを特徴とする冠型保持器。
【請求項５】
請求項１から請求項３または請求項４に記載の冠型保持器を備えると共に、
該冠型保持器を、内周面に転動軌道を設けた外輪と、外周面に転動軌道を設けた内輪との間に配置し、前記冠型保持器の複数のポケットに、前記外輪と内輪のそれぞれの転動軌道の間に配設された複数の玉を転動自在に保持させることを特徴とする玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスクドライブやオルタネータ等の極小径から並径のあらゆる用途の玉軸受に用いられる樹脂製の冠型保持器およびそれを用いた玉軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のオルタネータ等の高温域で用いられる玉軸受用の冠型保持器は、熱可塑性のエンジニアリングプラスチックやポリマーアロイ、スーパーエンジニアリングプラスチックの単体またはこれらを繊維強化した複合材によって成形され、ポケットを形成する一対の爪部の外側面をポケット面の中心を中心とした曲率半径が玉の半径の１１０〜１５０％の球状凸面とし、基体部からの爪部の突出量が冠型保持器の幅の２５〜７５％となるように設定して射出成形の際の離型時の爪部の割れ等を防止している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６５１７２号公報（主に第２頁
【０００７】−
【００１０】、第３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術においては、ポケットの爪部の剛性が不足しているため、この冠型保持器を組込んだ玉軸受の回転作動中に爪部の変形が生じて保持器抜けやポケット面の磨耗が発生する恐れがあるという問題がある。
このような問題は、特に高温での高剛性が要求される高温、高速のオルタネータ用玉軸受の冠型保持器において発生する場合が多い。
【０００５】
そこで、本発明は、射出成形時の離型性や玉の組込性を確保しつつ高温剛性に優れた冠型保持器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、樹脂材料で成形され、複数の玉を複数のポケットに転動自在に保持する玉軸受の冠型保持器において、
（１）前記樹脂材料の曲げ弾性率が４０００ＭＰａ未満である場合に、前記ポケットの玉を挿入する開口部の開口径が、玉の直径の８９±１％であることを特徴とする。
【０００７】
（２）前記樹脂材料の曲げ弾性率が４０００ＭＰａ以上であり、かつ８０００ＭＰａ未満である場合に、前記ポケットの玉を挿入する開口部の開口径が、玉の直径の９１．５±１％であることを特徴とする
（３）前記樹脂材料の曲げ弾性率が８０００ＭＰａ以上である場合に、前記ポケットの玉を挿入する開口部の開口径が、玉の直径の９４±１％であることを特徴とする
（４）前記樹脂材料の引張試験片での引張破断伸びが２．５％以下である場合に、前記ポケットの玉を挿入する開口部の開口径が、玉の直径の９４±１％であることを特徴とする。
【０００８】
また、玉軸受が前記（１）から（３）または（４）に記載の冠型保持器を備えると共に、該冠型保持器を、内周面に転動軌道を設けた外輪と外周面に転動軌道を設けた内輪との間に配置し、前記冠型保持器の複数のポケットに前記外輪と内輪のそれぞれの転動軌道の間に配設された複数の転動体を転動自在に保持させることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明による冠型保持器の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態のポケット近傍の形状を示す説明図、図２は本発明の実施の形態の玉軸受を示す半断面図、図３はその冠型保持器を示す斜視図、図４はその転動体組込試験装置を示す正面図である。
【００１０】
図２において、１は玉軸受である。
２は外輪であり、合金鋼等の鋼材で製作され、その内周面に玉軸受１の転動軌道が設けられ、その外周面は円筒面に成形される。
３は内輪であり、合金鋼等の鋼材で製作され、その外周面に玉軸受１の転動軌道が設けられ、その内周面は円筒面に成形される。
【００１１】
４は冠型保持器であり、樹脂材料により射出成形等の成形手段を用いて図３に示す一体の冠型形状に成形される。
冠型保持器４の樹脂材料としては、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６）樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、ＰＰＳという。）等のエンジニアリングプラスチックの単体またはそれをガラス繊維やカーボン繊維等の短繊維を混入して強化した複合材等が用いられる。
【００１２】
５は転動体としての玉であり、合金鋼等の鋼材で製作され、互いの接触を防止するための冠型保持器４に保持されて所定のピッチで複数設けられ、外輪２に設けた転動軌道とこれに対向する内輪３に設けた転動軌道との間に転動自在に配設される。
図３において、１１はポケットであり、冠型保持器４の円周方向に所定のピッチで複数設けられ、一つの球面である球状凹面からなるポケット面１２が形成されており、これによって玉５を転動自在に保持する。
【００１３】
１３は基体部であり、円環状の形状に成形され、その軸方向の一方の側でポケット１１の両側に対向して複数対の爪部１４が設けられる。
爪部１４は、その先端部に玉５の直径より小さい開口径を有する開口部１５が設けられ、その外側面１６は略球状凸面として成形され、開口部１５から玉５が組込まれた後はポケット１１からの玉５の脱落を防止するためのストッパとして機能する。
【００１４】
図１において、ｋは開口比であり、ポケット１１の開口部１５の開口径を分子とし、玉５の直径を分母とした比率である。
Ｄは玉５の直径である。
Ｒはポケット１１のポケット面１２の球状凹面の曲率半径であり、玉５の中立位置における中心Ｏをその中心としている。本実施の形態では、Ｒは玉５の半径（Ｄ／２）の１０２〜１０８％の範囲に設定する。
【００１５】
Ｒａはポケット１１の外側面１６の球状凸面の曲率半径であり、玉５の中心Ｏから軸方向に距離Ｅ離れた位置に偏在するＯａをその中心としている。本実施の形態では、Ｒａは玉５の半径（Ｄ／２）の１５０〜１７０％、Ｅは玉５の直径Ｄの１５〜２０％の範囲に設定する。
Ｈａはポケット１１の開口部１５の開口径ｋＤの軸方向の最外端の基体部１３からの爪高さであり、その角部にフィレットＲが存在する場合は図１に示すように開口径ｋＤを形成している最外端の高さである。本実施の形態では、Ｈａは玉５の直径Ｄの２５〜３０％の範囲に設定する。
【００１６】
Ｈｂはポケット１１の開口部１５の開口径ｋＤの軸方向の最外端の玉５の中心Ｏからの開口径高さである。本実施の形態では、Ｈｂは玉５の直径Ｄの３５〜４０％の範囲に設定する。
これらによって、爪部１４は基体部１３側の肉厚が厚く、先端部に行くにしたがって薄くなる構成となり、柔構造を維持しながら剛性を高めた爪部１４を得ることができる。
【００１７】
図４において、２１は転動体組込試験装置である。なお図４は日本精工（株）製の空気駆動型自動玉組込装置の概略構成を示している。
２２は転動体組込試験装置２１の駆動源であり、フレーム２３上に設置され、空気圧によってシリンダ内のピストンを移動させて駆動する。
２４はロッドであり、駆動源２２により駆動され、その一端に加圧板２５が設けられている。
【００１８】
２６は基盤であり、その上に固定した保持器支持板２７に供試品である冠型保持器４を置き、ポケット１１の開口部１５には複数の玉５が載せられる。
上記の構成の作用について説明する。
玉５を冠型保持器４のポケット１１に組込む場合は、玉５をポケット１１の開口部１５に載せ、玉５をエアシリンダ等の押圧手段によって押圧する。
【００１９】
この時、開口部１５の開口径ｋＤは玉５の直径Ｄよりは小さく成形されているので、柔構造に構成されている一対の爪部１４がその弾性によって外側に開き、押圧手段に押圧された玉５がポケット１１の内部に組込まれる。
また、冠型保持器４を樹脂材料によって成形する場合は、冠型保持器４を成形するために冠型保持器４の軸方向に分割された金型を射出成形機に設置し、型締めを行った後に溶融した樹脂材料を加圧して金型に流し込み、所定の圧力で保持しながら樹脂材料を一定時間冷却して樹脂材料を固化させ、成形品を取り出すために金型を開いて離型を行う。
【００２０】
この時、ポケット１１のポケット面１２を成形するコマは、ポケット面１２に包まれた状態になっているため、離型のための作動によって一対の爪部１４がその弾性により外側に開いてコマが引抜かれ（以下、無理抜きという。）、冠型保持器４の成形品が取り出される。
このように爪部１４には、玉５の組込時や離型の際の無理抜き時に外側に押し広げる力が加わる。
【００２１】
また、玉軸受１に冠型保持器４を組込んで回転作動させたときにも冠型保持器４が軸方向に移動して玉５と爪部１４が衝突し、爪部１４を外側に押し広げる力が加わる。また遠心力によって冠型保持器４が外輪２側に開くことにより同様な力が加わる。
この玉５の組込時や無理抜きによる離型時および回転作動時の爪部１４を外側に押し広げる力による影響について、特に爪部１４の損傷に着目して以下の評価試験を実施した。
【００２２】
評価試験に用いた供試品の冠型保持器４は、ナイロン６６（ＢＡＳＦジャパン（株）製ウルトラミッドＡ４Ｈ、Ａ３ＨＧ２、Ａ３ＨＧ３、Ａ３ＨＧ５、Ａ３ＨＧ７、Ａ３ＷＧ１０）、およびＰＰＳ（呉羽化学工業（株）製ＰＰＳガラス繊維量１０％（以下、ＧＦ１０％という。）、ＧＦ２０％、ＧＦ３０％およびポリプラスチックス（株）製フォートロン１１４０Ａ１）を樹脂材料としてインラインスクリュー式射出成形機によって成形した。
【００２３】
なお、供試品の冠型保持器４の形状は、ＪＩＳ  Ｂ  １５１３に規定されている呼び番号６２０２相当である。
上記冠型保持器４への玉５の組込性を評価するために、転動体組込試験装置２１を用いて組込性評価試験を実施した。
組込性評価試験は、転動体組込試験装置２１の基盤２６上に固定した保持器支持板２７にそれぞれのポケット１１の開口部１５に玉５を載せた供試品である冠型保持器４を置き、ロッド２４を介して駆動される加圧板２５により複数の玉５を同時に押圧することによって行った。
【００２４】
この時の加圧板２５の移動速度は０．２ｍ／秒、荷重は１４７Ｎ、試験雰囲気温度は２５℃である。
また、組込性評価試験において良好であった冠型保持器４を玉軸受１に組込み、玉５の両側に図２には図示しない密封板を取付けて所定量のグリースを封入して呼び番号６２０２の玉軸受１とし、これによって回転試験機による高温・高速回転評価試験を実施した。
【００２５】
高温・高速回転評価試験は、回転試験機として日本精工（株）製高温・高速回転用試験機を用い、雰囲気温度１５０℃、回転速度１８０００／分、試験荷重２４５０Ｎにて２５０時間行った。
上記の各評価試験の結果を表１に示す。
なお、表１には各評価試験結果と共に樹脂材料の材料名、そのガラス繊維量（ＧＦ）、曲げ弾性率、開口部１５の開口径の開口比およびＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）Ｄ−６３８によるＴｙｐｅＩ試験片の引張破断後の伸びを示す。
また、表１の組込性評価試験の結果を示す組込性の評価は、目視によって爪部１４の折損が認められる場合を×、爪部１４付近の白化および一部のクラックが認められる場合を△、それらがなく良好な場合を○として示す。
【００２６】
表１の高温・高速回転評価試験の結果を示す変形の評価は、評価試験後に目視によって冠型保持器４の異常磨耗または破損はないが爪部１４の変形が認められる場合を△、それがなく良好な場合を○として示す。
また、表１の高温・高速回転評価試験の結果を示す磨耗・破損の評価は、目視によって冠型保持器４の異常磨耗または破損が認められる場合を△、それらがなく良好な場合を○として示す。
【００２７】
【表１】
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表１に示すように、組込性評価試験においては、開口比が同一の場合でも曲げ弾性率または伸びの相違によって組込性の評価が異なる結果となる。
なお、無理抜きによる離型性の評価は、組込性が良好とならなかった供試品において、白化が散見されたが他は全て良好な結果であった。このことは金型内での冷却後の樹脂温度が、組込性評価試験の雰囲気温度に較べて高いために樹脂材料の曲げ弾性率が低下していることに起因すると考えられる。
【００２８】
高温・高速回転評価試験においては、組込性は良好であっても供試品番号２番の冠型保持器４のように１５０℃の評価試験において爪部１４が外側に開き、冠型保持器４の軸方向や半径方向の移動量が大きくなった結果、冠型保持器４の外形面が玉軸受１の外輪２の内周面に接触して磨耗が認められ、ポケット面１２にも磨耗が認められるものがある。
【００２９】
このことは、供試品番号１番の冠型保持器４が良好な結果であったことを考慮すると、供試品番号１番の曲げ弾性率より大きい曲げ弾性率を有する供試品番号２番の冠型保持器４の爪部１４には、無理抜き時や玉５の組込時に内部に何らかの欠陥が生じていたと考えられる。
なお、開口比を９４％として成形した供試品番号１２番および１６番の冠型保持器４は、高温・高速回転評価試験中の保持器抜けやポケット面１２の磨耗もなく良好な結果であった。
【００３０】
上記の評価試験結果を総合的に判断すると、射出成形時の離型性や冠型保持器４のポケット１１への玉５の組込性を確保しつつ高温剛性に優れた冠型保持器４を得るためには、
（１）冠型保持器４の樹脂材料の曲げ弾性率が４０００ＭＰａ未満である場合に、ポケット１１の玉５を挿入する開口部１５の開口径ｋＤが、玉５の直径Ｄの８９±１％であること、
（２）冠型保持器４の樹脂材料の曲げ弾性率が４０００ＭＰａ以上であり、かつ８０００ＭＰａ未満である場合に、ポケット１１の玉５を挿入する開口部１５の開口径ｋＤが、玉５の直径Ｄの９１．５±１％であること、
（３）冠型保持器４の樹脂材料の曲げ弾性率が８０００ＭＰａ以上である場合に、ポケット１１の玉５を挿入する開口部１５の開口径ｋＤが、玉５の直径Ｄの９４±１％であること、
（４）冠型保持器４の樹脂材料の引張試験片での引張破断伸びが２．５％以下である場合に、ポケット１１の玉５を挿入する開口部１５の開口径ｋＤが、玉５の直径Ｄの９４±１％であることが必要である。
【００３１】
このように、冠型保持器４においては、図１を用いて説明したポケット１１近傍の形状によって爪部１４を形成し、その成形のために用いた樹脂材料の種類には関わらず、その樹脂材料の曲げ弾性率または伸びといった樹脂材料の剛性や靭性を表す物性値によって開口部１５の開口の開口比を定めることによりその形状を定めることができる。
【００３２】
従って、上記を適用する冠型保持器４の樹脂材料は、上記試験に用いたナイロン６６やＰＰＳに限らず、ナイロン６やナイロン４６、ポリアセタール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等の樹脂材料の単体やこれらにガラス繊維やカーボン繊維等の短繊維を混入して強化した複合材等であってもよく、これらによっても上記と同様の評価を得ることができる。
【００３３】
なお、上記の（１）〜（４）に示した開口比ｋの上限は、組込性や離型性においてはそれぞれに示した上限を超える値であっても良好な結果を得ることができるが、回転作動時の冠型保持器４の移動量をできるだけ小さく抑えるために＋１％とした。
以上説明したように、本実施の形態では、冠型保持器のポケットの開口部の開口径をその樹脂材料の曲げ弾性率や伸びといった剛性や靭性を表す物性値により定めるようにしたことによって、耐熱性や耐油性、耐薬品性、高温・高速性等の樹脂材料の特性を活かした冠型保持器を得ることができ、これを用いて一般用途から高温・高速等の特殊用途までのあらゆる使用環境に適合した玉軸受を得ることができる。
【００３４】
また、高温・高速性を要求される玉軸受においては、冠型保持器が高温での高剛性を有するが靭性に乏しい樹脂材料で成形されることが多く、この場合においても離型性や組込性に優れ、かつ高温剛性に優れた冠型保持器を得ることができる。このことは特にオルタネータ等に用いる玉軸受に有用である。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、冠型保持器のポケットの開口部の開口径をその樹脂材料の剛性や靭性を表す物性値により定めるようにしたことによって、樹脂材料の特性を活かした冠型保持器を得ることができるという効果が得られる。
また、この冠型保持器を用いることによって一般用途から特殊用途までのあらゆる使用環境に適合した玉軸受を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のポケット近傍の形状を示す説明図
【図２】本発明の実施の形態の玉軸受を示す判断面図
【図３】本発明の実施の形態の冠型保持器を示す斜視図
【図４】本発明の実施の形態の転動体組込試験装置を示す正面図
【符号の説明】
１    玉軸受
２    外輪
３    内輪
４    冠型保持器
５    玉
１１  ポケット
１２  ポケット面
１３  基体部
１４  爪部
１５  開口部
１６  外側面
２１  転動体組込試験装置
２２  駆動源
２３  フレーム
２４  ロッド
２５  加圧板
２６  基盤
２７  保持器支持板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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