JP5266943B2 - 転がり軸受用の樹脂製保持器及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受用の樹脂製保持器、及び、その製造方法に関し、特にオルタネータ等の各種自動車補機等に用いられて高温・高速回転環境下で使用されると好適な転がり軸受用の樹脂製保持器、及び、その製造方法に関する。

一般的な玉軸受として、外輪と、内輪と、外輪軌道面および内輪軌道面を転動する複数の玉と、これら複数の玉を転動自在に保持している合成樹脂製の保持器とを備えたものがある。前記保持器としては、冠型保持器（例えば特許文献１の図２１）と、もみ抜き型保持器（特許文献１の図２）とが知られている。
冠型保持器は、軸方向一方側に開口したポケットが周方向に複数形成されていて、ポケットの開口側に一対の爪部を有しており、これら爪部によってポケット内に配置した玉が抜け出ることを防止している。
もみ抜き型保持器は、軸方向に間隔をあけて同心上に設けられた第一環状部（リム部）及び第二環状部（リム部）と、周方向に間隔をあけて複数設けられ前記第一環状部と前記第二環状部とを連結している柱部とを備えている。第一環状部、第二環状部及び周方向に隣り合う柱部によって囲まれた領域が、玉を回転自在に保持するポケットとして形成されている。

前記玉軸受が回転すると、これに伴って保持器も回転するため、当該保持器に遠心力が作用する。特に玉軸受が高速、高温の環境下で使用されると、冠型保持器の場合、開口部側（爪部側）は剛性が低い形状となっているため、遠心力によって開口部側が径方向外側へ変形し、爪部が玉に局部的に接触することがある。この場合、玉に形成されている油膜（潤滑油）が掻き取られ、玉軸受における潤滑状態が悪化し、玉軸受が焼き付くおそれがある。
これに対し、もみ抜き型保持器では、第一環状部および第二環状部が補剛リングとして機能するため、保持器に遠心力が作用しても冠型保持器のような偏った変形は生じず、ポケットの一部が玉に局部的に接触しないため、玉に形成されている油膜が掻き取られることを防止することができる。このように、高速回転で使用される場合、もみ抜き型保持器のほうが有利な場合がある。

特許文献１のもみ抜き型保持器は、第一環状部側と第二環状部側とに二分割されていて、これらが組み付けられて一体となっている。第一環状部側と第二環状部側とを連結している一つの柱部は、二つの柱部素が周方向に重ね合わされることによって構成されている。また、柱部素それぞれの先端に爪が設けられ、第一環状部と第二環状部に、軸方向に貫通した貫通孔が設けられていて、爪が貫通孔に係合することで、第一環状部側と第二環状部側とが一体となっている。また、特許文献１には、前記柱部素と第一と第二の環状部とを超音波により溶着することが開示されている。

特開２００７−１１３５９２号公報（図２、図２１参照）

特許文献１のように、柱部素の先端の爪を環状部の貫通孔に挿入し、爪を挿入した部分を超音波によって溶着すると、溶着した樹脂が貫通孔からはみ出し、固化するとバリとなって残る。つまり、バリが保持器の表面に出現してしまう。このためにバリを除去する工程が必要となり、保持器の製造コストが高くなってしまう。
そこで、本発明は、溶着によって生じるバリが樹脂製保持器の表面に出現することを防止できる構成を備えた転がり軸受用の樹脂製保持器、及び、これを防止することができる転がり軸受用の樹脂製保持器の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の転がり軸受用の樹脂製保持器は、軸方向に間隔をあけて同心上に設けられた環状の第一環状部及び第二環状部と、周方向に間隔をあけて複数設けられ前記第一環状部と前記第二環状部とを連結している柱部とを備え、前記第一環状部、前記第二環状部及び周方向に隣り合う前記柱部によって囲まれた領域が転動体を回転自在に保持するポケットとして形成された転がり軸受用の樹脂製保持器であって、前記柱部は、二つに分割されかつ相互が接合されている第一分割部と第二分割部とからなり、前記第一分割部と前記第二分割部との内の一方の接合面に凹部が形成され、他方の接合面に前記凹部に嵌合する凸部が形成され、前記凹部の底部と前記凸部の先部とが溶着されている。

本発明によれば、第一分割部と第二分割部とが溶着によって接合されて一つの柱部が形成され、第一環状部と第二環状部とが一体となっている。そして、凹部の底部と凸部の先部とが溶着されているので、溶着によって生じるバリは、凹部の底部と凸部の先部との間で生じる。したがって、溶着によって生じるバリは、樹脂製保持器（柱部）の内部で生じて、樹脂製保持器の表面に出現することを防止することができる。
また、前記第一分割部と前記第二分割部との内の、前記透過性樹脂によって形成されている分割部側から、前記吸収性樹脂によって形成されている分割部に向かって、前記界面にレーザ光を照射したことで発生した熱によって、前記底部と前記先部とが溶着されているのが好ましい。

また、本発明の製造方法は、環状の第一環状部、この第一環状部から軸方向に突出しかつ周方向に間隔をあけて設けられた複数の第一分割部を有する第一半割部材と、環状の第二環状部、この第二環状部から軸方向に突出しかつ前記第一分割部と周方向に同じピッチで設けられた複数の第二分割部を有する第二半割部材とを同心上に設け、前記第一分割部と前記第二分割部との内の一方の接合面に形成した凹部の底部と、他方の接合面に形成し前記凹部と嵌合する凸部の先部とを溶着し、前記第一半割部材と前記第二半割部材とを一体とする。

本発明によれば、第一半割部材と第二半割部材とを一体とするために、第一分割部と第二分割部との内の一方の接合面に形成した凹部の底部と、他方の接合面に形成し前記凹部と嵌合する凸部の先部とを溶着しているので、溶着によって生じるバリが、凹部の底部と凸部の先部との間で生じる。したがって、溶着によって生じるバリは、樹脂製保持器（柱部）の内部で生じて、樹脂製保持器の表面に出現することを防止することができる。
また、前記第一半割部材と前記第二半割部材との内の、前記透過性樹脂によって形成されている半割部材側から、前記吸収性樹脂によって形成されている半割部材に向かって、前記界面にレーザ光を照射するのが好ましい。

本発明によれば、溶着によって生じるバリが、樹脂製保持器の内部で生じて、樹脂製保持器の表面に出現することを防止することができるので、バリを除去する工程が不要となり、製造コストの低減が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の樹脂製保持器４が取り付けられた状態にある玉軸受の断面図である。この玉軸受は、外輪１と、この外輪１と同心上に設けられている内輪２と、外輪１および内輪２の間に設けられた複数の玉（転動体）３と、これら複数の玉３を等間隔で保持する樹脂製保持器４（以下、保持器４という）とを備えている。
外輪１の内周面に外輪軌道面１１が形成されており、内輪２の外周面に内輪軌道面１２が形成されている。複数の玉３それぞれの中心は、玉軸受の軸心Ｃを中心とする一つのピッチ円上に配置されており、これらの玉３は、外輪軌道面１１および内輪軌道面１２を転動する。そして、保持器４は、ピッチ円上にあるこれら複数の玉３を転動自在として保持している。なお、玉３は全て同じものである。

図２は保持器４の斜視図である。図１および図２に示しているように、この保持器４は、環状の第一環状部２１及び環状の第二環状部２２と、第一環状部２１と第二環状部２２とを連結している柱部２３とを備えている。第一環状部２１と第二環状部２２とは、互いに軸方向に間隔をあけて同じ軸心Ｃ上に設けられていて、柱部２３は、周方向に間隔をあけて、第一環状部２１と第二環状部２２とを連結するようにして複数設けられている。また、この保持器４は、軸方向に二分割されている第一半割部材５と第二半割部材６とからなり、第一半割部材５と第二半割部材６とが接合されて一体となっている。

第一半割部材５は、前記第一環状部２１と、周方向に複数設けられた第一分割部２４とを有していて、第二半割部材６は、前記第二環状部２２と、周方向に複数設けられた第二分割部２５とを有している。そして、一つの第一分割部２４と一つの第二分割部２５とが接合されることによって、一つの前記柱部２３が構成され、保持器４は一体となる。第一環状部２１、第二環状部２２及び周方向に隣り合う柱部２３，２３によって囲まれた領域が、玉３を回転自在に保持するポケット７として形成されている。

第一環状部２１と第二環状部２２とは、直径および厚さが同じ環状の部分であり、保持器４の軸方向両側の部分を構成している。
柱部２３それぞれは、軸方向に二つに分割された第一分割部２４と第二分割部２５とが接合されて構成されている。第一分割部２４は、第一環状部２１から軸方向に突出しかつ周方向に等間隔をあけて設けられた部分である。複数の第一分割部２４と第一環状部２１とは同じ樹脂製の材料によって一体成形されている。第二分割部２５は、第二環状部２２から軸方向に突出しかつ前記第一分割部２４と周方向に同じピッチで設けられた部分である。複数の第二分割部２５と第二環状部２２とは同じ樹脂製の材料によって一体成形されている。

第一分割部２４の周方向に面する側面２４ｂは円弧形状でありかつ球面を形成している。周方向に隣り合う第一分割部２４，２４間における第一環状部２１の軸方向に面する側面２１ｂも円弧形状でありかつ球面を形成している。これら側面２４ｂ，２４ｂ，２１ｂによって、ポケット７の内面の半分が構成されている。同様に、第二分割部２５の周方向に面する側面２５ｂは、全体が円弧形状でありかつ球面を形成している。周方向に隣り合う第二分割部２５，２５間における第二環状部２２の軸方向に面する側面２２ｂも、円弧形状でありかつ球面を形成している。これら側面２５ｂ，２５ｂ，２２ｂによって、ポケット７の内面の残りの半分が構成されている。ポケット７の内面は、玉３と同心であり当該玉３の直径よりも僅かに大きい直径を有する球面に沿って形成されている。

図３は柱部２３の拡大断面図であり（ａ）は第一分割部２４と第二分割部２５とが分離している状態を示していて、（ｂ）は第一分割部２４と第二分割部２５とが接合された状態を示している。なお、複数の柱部２３それぞれは全て同じ構成となっている。第一分割部２４はその軸方向先端側に、第二分割部２５側へ向く先端面２４ａを有し、第二分割部２５はその軸方向先端側に、第一環状部２４側へ向く先端面２５ａを有している。そして、第一分割部２４の先端面２４ａと第二分割部２５の先端面２５ａとが突き合わされた状態で接合されることで（図３（ｂ）参照）、柱部２３は構成されている。つまり、先端面２４ａおよび先端面２５ａが、第一分割部２４と第二分割部２５との接合面となり、具体的には先端面２４ａおよび先端面２５ａは突き合わせ面となっている。

そして、第一分割部２４の先端面２４ａ（一方の接合面）に、凹部１５が形成されていて、第二分割部２５の先端面２５ａ（他方の接合面）に、凹部１５に嵌合する凸部１６が形成されている。凹部１５は、軸心Ｃ（図２参照）に平行な軸方向に凹んで形成されていて、凸部１６は軸心Ｃに平行な軸方向に突出して形成されている。凹部１５と凸部１６とは密着した状態で嵌合する形状となっている。
凹部１５はその開口部から奥部１５ａへ向かって最初断面が縮小しているが、奥部１５ａ側で断面が拡大している。これに対して、凸部１６はその基部から先部１６ａへ向かって最初断面が縮小しているが、先部１６ａ側で断面が拡大している。つまり、凹部１５の側壁には、対向する側壁に向かって湾曲して隆起している隆起部４１が形成されていて、凸部１６の側壁には、湾曲してくぼんでいるくぼみ部４２が形成されている。この構成によれば、凸部１６のくぼみ部４２に、凹部１５の隆起部４１が嵌り込むため、凸部１６は凹部１５から抜け出にくくなる。つまり、凸部１６と凹部１５との間で、物理的な（機械的な）係合が行われている。また、凹部１５および凸部１６は軸心Ｃに平行な軸方向に延びて形成され、相互が嵌合していることから、第一半割部材５と第二半割部材６とが周方向で位置ずれするのを防止することができる。この位置ずれを防止することで、回転時における保持器４での異音および振動の発生を防止することができる。

さらに、図３（ｂ）に示しているように、柱部２３には、凹部１５の底部１５ａと凸部１６の先部１６ａとが溶着している溶着部１７が形成されている。つまり、第一分割部２４と第二分割部２５とが溶着されている。この溶着は超音波によって実行されてもよいが、溶融した樹脂がはみ出し難くするためにレーザ光によって溶着されるのが好ましい。レーザ光によって第一分割部２４と第二分割部２５とを溶着接合するために、第一分割部２４を有する第一半割部材５と第二分割部２５を有する第二半割部材６との内の一方は、レーザ光を透過させる透過性樹脂によって形成され、他方は、レーザ光を吸収する吸収性樹脂によって形成されている。これにより、透過性樹脂側にレーザ光を照射すると、当該透過性樹脂を通過したレーザ光が吸収性樹脂に吸収され、その部分で発熱する。つまり、凹部１５の底部１５ａと凸部１６の先部１６ａとの間の界面において熱を発生させている。そして、この熱によって前記界面を含む吸収性樹脂および透過性樹脂が溶融し、溶着し、溶着部１７が形成される。

図３の実施形態では、第一半割部材５が透過性樹脂からなる透過性部材であり、第二半割部材６が吸収性樹脂からなる吸収性部材である。材質に関してさらに説明すると、透過性部材および吸収性部材は、結晶性熱可塑性樹脂やポリマーアロイであり、例えば、ＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ４６、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ９Ｔ、ＰＰＳ、ＰＰＳ／ＰＩ、ＰＰＳ／ＰＡＩまたはＰＥＥＫとすることができる。透過性部材（第一半割部材５）は、溶着強度を確保する観点からレーザ光の透過率が高い材質とするのが好ましい。このために、透過性部材の内の、溶着を行う部分における厚さｔ（軸方向寸法）を４ｍｍ以下とするのが好ましい。

吸収性部材（第二半割部材６）は、樹脂に例えばカーボンブラックを添加することによって、レーザ光を吸収する性能を有する。カーボンブラックは、添加させる樹脂量に対して０．００５ｗｔ％以上が好ましく、３ｗｔ％以下とするのが好ましい。０．００５ｗｔ％未満であると、レーザ光の吸収性能が劣り、３ｗｔ％を超えると材料の衝撃強度が低下してしまう。また、保持器４は高速回転、高温の環境下で使用されることから、第一半割部材５および第二半割部材６の剛性、強度を高くする必要があり、このために繊維（ガラス繊維）を添加して強化している。吸収性部材および透過性部材のガラス繊維量は、添加させる樹脂量に対して１０ｗｔ％以上が好ましく、５０ｗｔ％以下とするのが好ましい。特に透過性部材の場合、強度確保の観点から繊維量は多い（１０ｗｔ％以上）のが好ましいが、多すぎると（５０ｗｔ％を超えると）レーザ透過率が低下する。

また、保持器４は、軸方向の一方側からのみレーザ光を照射することによって、全ての柱部２３における溶着が可能となる構成となっている。つまり、全ての柱部２３において、凹部１５の底部１５ａ（底面）および凸部１６の先部１６ａ（先端面）は、軸方向へ向く面として形成されているので、この軸方向へ向く面（界面）に対してレーザ光を軸方向の一方側から照射すれば、全ての柱部２３において溶着が行われる。

次に、前記実施形態の保持器４の製造方法について説明する。レーザ光を透過させる透過性樹脂によって、第一環状部２１および周方向に複数設けられた第一分割部２４を有する第一半割部材５を成形し、この第一半割部材５とは別体として、レーザ光を吸収する吸収性樹脂によって、第二環状部２２および周方向に複数設けられた第二分割部２５を有する第二半割部材６を成形する。

そして、図４に示しているように、外輪１と内輪２との間（図１参照）に複数の玉３を介在させた状態で、当該玉３を軸方向両側から挟むようにして、第一半割部材５と第二半割部材６とをレーザ溶着によって接合する。つまり、玉３を軸方向の間に介在させて、第一半割部材５と第二半割部材６とを同心（軸線Ｃ）上に設け、第一分割部２４の接合面に形成した凹部１５の底部１５ａと、第二分割部２５の接合面に形成した凸部１６の先部１６ａとを溶着し、第一半割部材５と第二半割部材６とを一体とする。

この製造方法をさらに詳しく説明すると、凹部１５の底部１５ａと凸部１６の先部１６ａとを溶着する前、凹部１５に凸部１６を挿入し、凹部１５と凸部１６とを密着嵌合させた状態とする。そして、第一半割部材５の軸方向外側（図４では上側）から当該第一半割部材５に向かって（図４では下側に向かって）、レーザ光を軸心Ｃ（図２参照）に平行な軸方向に照射する。なお、レーザ光を照射する部分は、凸部１６の先部１６ａと凹部１５の奥部１５ａとの界面である。また、図４に示しているように、レーザ光を照射する際、凹部１５と凸部１６とを嵌合させた状態にある第一半割部材５および第二半割部材６は、クランプ部材３０によって、軸方向の両側から挟んだ状態で保持されている。

以上の製造方法によれば、第一分割部２４と第二分割部２５とが溶着によって接合されて一つの柱部２３が形成され、第一半割部材５と第二半割部材６とが一体となる。そして、溶着部１７は、凹部１５の底部１５ａと凸部１６の先部１６ａとの溶着によって形成されているので、溶着によって生じるバリは、凹部１５の底部１５ａと凸部１６の先部１６ａとの間で生じる。つまり、バリが、柱部２３の内部で生じて保持器４の表面に出現することを防止することができる。このため、バリを除去する工程が不要となり、製造コストの低減が可能となる。また、凸部１６と凹部１５との物理的な嵌合に加えて、樹脂同士の溶着によって保持器４を一体としているので、第一半割部材５と第二半割部材６との接合強度を高くすることができる。

また、図３（ｂ）に示したように、凸部１６のくぼみ部４２に、凹部１５の隆起部４１が嵌り込む構成となっているため、凹部１５と凸部１６との物理的な係合は強固に行われ、さらに、この係合に加えて、凹部１５と凸部１６とは溶着によって接合されていることから、第一半割部材５と第二半割部材６との結合を強めることができ、保持器４は高速回転（例えば１５０００ｒｐｍ以上）で使用されるだけの強度を有することが可能となる。また、高温（例えば１５０℃）の環境で使用される場合、冠型の樹脂製保持器では、高温での耐クリープ性に富んだ材質を使用する必要があり、この場合、製造コストが高くなるが、本発明のようなもみ抜き型保持器４の構成によれば、安価な材質を用いることも可能となり、製造コストの低減が可能となる。

また、レーザ光の照射を軸方向から実行することにより、第一半割部材５と第二半割部材６との接合を迅速に行うことができる。すなわち、製造する保持器４の軸方向一方側（第一半割部材５）が前記透過性樹脂からなり、他方側（第二半割部材６）が前記吸収性樹脂からなり、レーザ光によって溶着が行われる界面は軸方向に向く面となっているので、レーザ光を軸方向の一方の外側からのみ照射すれば、溶着が可能となる。つまり、軸方向の両側からレーザ光を照射する必要がない。
さらに、柱部２３は周方向に複数箇所設けられていて、これら柱部２３それぞれに前記凹部１５と前記凸部１６とが設けられている。そして、これら柱部２３それぞれにレーザ光によって前記溶着部１７が形成される。このために、図４の二点鎖線で示しているように、保持器４のレーザ照射側にある軸方向側面、つまり、第一半割部材５の軸方向外側の側面にマスク部材３１を設けてもよい。マスク部材３１はレーザ光を透過させない部材であるが、マスク部材３１には厚さ方向に貫通した貫通穴３２が複数設けられている。この貫通穴３２は、凹部１５および凸部１６が存在している位置と、軸方向で重なる位置に形成されている。これにより、保持器４の全体に対してレーザ光を照射すれば、当該レーザ光は、貫通穴３２を通過し、凹部１５の底部１５ａと凸部１６の先部１６ａとの界面に到達することができる。これにより、複数の凹部１５および凸部１６を同時に溶着することができ、第一半割部材５と第二半割部材６との接合を迅速に行うことができる。

また、本発明の転がり軸受用の樹脂製保持器は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであっても良い。前記実施形態では、転がり軸受を玉軸受として説明したが、つまり、転動体を玉として説明したが、転動体は（円筒）ころであってもよい。円筒ころを保持する保持器の場合、当該保持器にはころ抜け止め部が設けられる。従来、保持器成形時において、このころ抜け止め部は無理抜き形状となるため、抜け止め部の厚さを、無理抜き可能な寸法とする必要がある。つまり、従来では、その寸法を大きくすることが困難である。しかし、本発明のように溶着によって一対の半割部材を接合する方法によれば、無理抜き部は発生せず、抜け止め部の厚さを大きくすることが可能となる。このため、高速回転する環境下でもこれに耐え得る剛性を有した保持器を得ることができる。

本発明の樹脂製保持器が取り付けられた状態にある玉軸受の断面図である。 保持器の斜視図である。 柱部の拡大断面図であり、（ａ）は第一分割部と第二分割部とが分離した状態を示し、（ｂ）は第一分割部と第二分割部とが接合された状態を示している。 保持器の製造方法を説明する説明図である。

符号の説明

３ 玉（転動体）
４ 樹脂製保持器
５ 第一半割部材
６ 第二半割部材
７ ポケット
１５ 凹部
１５ａ 奥部
１６ 凸部
１６ａ 先部
１７ 溶着部
２１ 第一環状部
２２ 第二環状部
２３ 柱部
２４ 第一分割部
２４ａ 先端面（接合面）
２５ 第二分割部
２５ａ 先端面（接合面）
Ｃ 軸心

Claims (4)

1. 軸方向に間隔をあけて同心上に設けられた環状の第一環状部及び第二環状部と、周方向に間隔をあけて複数設けられ前記第一環状部と前記第二環状部とを連結している柱部と、を備え、
   前記第一環状部、前記第二環状部及び周方向に隣り合う前記柱部によって囲まれた領域が転動体を回転自在に保持するポケットとして形成された転がり軸受用の樹脂製保持器であって、
   前記柱部は、二つに分割されかつ相互が接合されている第一分割部と第二分割部とからなり、
   前記第一分割部と前記第二分割部との内の一方は、レーザ光を透過させる透過性樹脂によって形成され、他方は、レーザ光を吸収する吸収性樹脂によって形成されており、
   前記第一分割部と前記第二分割部との内の一方の接合面に凹部が形成され、他方の接合面に前記凹部に嵌合する凸部が形成され、
   前記凹部の底部と前記凸部の先部との間の界面にレーザ光を照射したことで発生した熱によって、当該底部と当該先部とが溶着されていることを特徴とする転がり軸受用の樹脂製保持器。
2. 環状の第一環状部、この第一環状部から軸方向に突出しかつ周方向に間隔をあけて設けられた複数の第一分割部を有する第一半割部材と、
   環状の第二環状部、この第二環状部から軸方向に突出しかつ前記第一分割部と周方向に同じピッチで設けられた複数の第二分割部を有する第二半割部材と、
   を同心上に設け、
   前記第一半割部材と前記第二半割部材との内の一方は、レーザ光を透過させる透過性樹脂によって形成され、他方は、レーザ光を吸収する吸収性樹脂によって形成されており、
   前記第一分割部と前記第二分割部との内の一方の接合面に形成した凹部の底部と、他方の接合面に形成し前記凹部と嵌合する凸部の先部との間に構成した界面にレーザ光を照射して発生した熱によって、当該底部と当該先部とを溶着し、
   前記第一半割部材と前記第二半割部材とを一体とすることを特徴とする転がり軸受用の樹脂製保持器の製造方法。
3. 前記第一分割部と前記第二分割部との内の、前記透過性樹脂によって形成されている分割部側から、前記吸収性樹脂によって形成されている分割部に向かって、前記界面にレーザ光を照射したことで発生した熱によって、前記底部と前記先部とが溶着されている請求項１に記載の転がり軸受用の樹脂製保持器。
4. 前記第一半割部材と前記第二半割部材との内の、前記透過性樹脂によって形成されている半割部材側から、前記吸収性樹脂によって形成されている半割部材に向かって、前記界面にレーザ光を照射する請求項２に記載の転がり軸受用の樹脂製保持器の製造方法。

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