CN109139684A

CN109139684A - 树脂制推力滚动轴承

Info

Publication number: CN109139684A
Application number: CN201810616360.2A
Authority: CN
Inventors: 福泽觉
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2038-06-15
Also published as: CN109139684B; WO2018230381A1

Abstract

本发明提供一种树脂制推力滚动轴承。本发明的目的在于提供在高面压的环境下的使用中也抑制轨道面的磨损、具有比现有的树脂制推力滚动轴承长的制品寿命的树脂制推力滚动轴承。推力球轴承(1)具有：具有轨道面(11a)的轨道轮(11)、具有轨道面(12a)的轨道轮(12)、在轨道面(11a)和轨道面(12a)之间滚动自由地配置的多个球体(13)、和在圆周方向上等间隔地保持球体(13)的保持器(14)，轨道轮(11)和轨道轮(12)为树脂组合物的成型体，该成型体的拉伸模量为3800MPa以上，并且弯曲模量为3400MPa以上。

Description

树脂制推力滚动轴承

技术领域

本发明涉及在水中、药品中、高湿度环境等腐蚀性气氛下所使用的树脂制推力滚动轴承。

背景技术

一般地，具有球(球体)、滚子(滚轴)等滚动体的推力滚动轴承在一对轨道轮的轨道面间旋转自由地保持着滚动体，这些轨道轮由轴承钢、不锈钢形成的金属制轴承居多。如果将这样的金属制推力滚动轴承在水中、药品中、高湿度环境等所谓的腐蚀性气氛下使用，例如即使是不锈钢制轴承，有时也在轨道面、滚动体的表面发生腐蚀。

金属制推力滚动轴承的腐蚀在轨道面、滚动体的表面比较多，为了防止这些腐蚀，一般采取将树脂制的密闭用罩安装于轴承等对策，不使腐蚀性气氛侵入轴承。但是，制作能够将轴承完全地密闭的罩并不容易，因此确实地抑制腐蚀的进行困难。

作为这样的腐蚀的问题的应对，用合成树脂形成了一对轨道轮的树脂制推力滚动轴承是公知的(例如参照专利文献1、专利文献2)。

就专利文献1中记载的树脂制推力滚动轴承而言，作为一对轨道轮，使用了用将细线或粗线编织成的棉布作为补强材料的酚醛树脂或者将玻璃纤维作为补强材料的环氧树脂或聚酰亚胺树脂中的任一种形成的成型品。

另外，在专利文献2中，作为一对轨道轮的材料，公开了酚醛树脂、聚四氟乙烯(PTFE)树脂、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚丙烯(PP)树脂、聚醚醚酮(PEEK)树脂、聚苯硫醚(PPS)树脂、聚三氟氯乙烯(PCTFE)树脂、聚偏氟乙烯(PVDF)树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚甲醛(POM)树脂、单体铸塑尼龙、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂、聚苯乙烯(PS)树脂、聚醚砜(PESF)树脂、聚酰亚胺(PI)树脂、聚酰胺(PA)树脂、聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂、聚乙烯(PE)树脂、聚氨酯(PU)树脂、有机硅树脂、环氧树脂、甲基丙烯酸系树脂、聚碳酸酯树脂等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-181302号公报

专利文献2：日本特开2016-161114号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，现有的树脂制推力滚动轴承虽然耐腐蚀性优异，但作为推力轴承使用时的容许范围小，其使用受到了限制。例如，在高面压的环境下(例如面压超过20kPa的环境下)，轨道面有可能磨损。

本发明鉴于上述实际情况而完成，目的在于提供在高面压的环境下的使用时也抑制轨道面的磨损、具有比现有的树脂制推力滚动轴承长的制品寿命的树脂制推力滚动轴承。更具体地，目的在于提供在面压超过20kPa的使用条件下也不发生轨道面的磨损、与现有品相比具有2倍以上的制品寿命的树脂制推力滚动轴承。

用于解决课题的方案

本发明的树脂制推力滚动轴承具有：具有第1轨道面的第1轨道轮、具有第2轨道面的第2轨道轮、在上述第1轨道面和上述第2轨道面之间滚动自由地配置的多个滚动体、和在整个圆周方向上等间隔地保持上述滚动体的保持器，其特征在于，上述第1轨道轮和上述第2轨道轮为树脂组合物的成型体，上述成型体的拉伸模量为3800MPa以上，并且弯曲模量为3400MPa以上。

其特征在于，上述保持器为树脂组合物的成型体。另外，其特征在于，上述滚动体包含陶瓷。

其特征在于，形成上述第1轨道轮和上述第2轨道轮的树脂组合物不含纤维状补强材料。另外，其特征在于，形成上述第1轨道轮和上述第2轨道轮的树脂组合物以芳香族聚醚酮(PEK)系树脂作为基础树脂。

其特征在于，形成上述保持器的树脂组合物以氟树脂作为基础树脂。

其特征在于，上述成型体的拉伸模量为3800MPa～4200MPa，并且弯曲模量为3400MPa～4000MPa。另外，其特征在于，形成上述第1轨道轮的树脂组合物与形成上述第2轨道轮的树脂组合物为相同组成的树脂组合物。

发明的效果

本发明的树脂制推力滚动轴承的第1轨道轮和第2轨道轮为树脂组合物的成型体，该成型体的拉伸模量为3800MPa以上，并且弯曲模量为3400MPa以上，因此作为轨道轮的刚性优异，即使在高面压(例如面压40kPa)的环境下使用，也不发生轨道面的磨损。由此获得比现有的树脂制推力滚动轴承长的制品寿命。

保持器为树脂组合物的成型体，因此耐腐蚀性优异。另外，与金属制的保持器相比，即使与轨道面接触，冲击也小，因此适于防止轨道面的磨损。

滚动体由陶瓷制成，因此耐腐蚀性优异。另外，与金属制的滚动体相比，对轨道面施加的负担小，因此适于防止轨道面的磨损。

通过在形成第1轨道轮和第2轨道轮的树脂组合物中不含纤维状补强材料，从而能够防止该纤维状补强材料从轨道面脱落而使轨道面形状变得粗糙，能够防止由于脱落的纤维而使轨道面磨损，能够提高轨道面的耐磨损性。

形成第1轨道轮和第2轨道轮的树脂组合物由于芳香族PEK系树脂为基础树脂，因此耐热性优异，即使在高温气氛下也可使用。另外，由于摩擦磨损特性也优异，因此能够提高轨道面的耐磨损性。

进而，形成保持器的树脂组合物由于氟树脂为基础树脂，因此润滑性优异，即使与轨道面接触，也不会损伤轨道面。

第1轨道轮和第2轨道轮的成型体的拉伸模量为3800MPa～4200MPa，并且弯曲模量为3400MPa～4000MPa，因此作为轨道轮的刚性优异，即使在高面压(例如面压40kPa)的环境下使用，也不发生轨道面的磨损，获得比现有的树脂制推力滚动轴承长的制品寿命。

形成第1轨道轮的树脂组合物与形成第2轨道轮的树脂组合物为相同组成的树脂组合物，因此部件的共有化成为可能。

附图说明

图1为本实施方式涉及的推力球轴承的轴向截面图。

图2为表示耐久试验的结果的照片。

附图标记的说明

1 推力球轴承

11 轨道轮

12 轨道轮

13 球体

14 保持器

具体实施方式

基于图1对本发明的树脂制推力滚动轴承进行说明。图1是作为本发明的轴承的一例的推力球轴承的轴向截面图。如图1中所示那样，推力球轴承1具有：相互在轴向上相对的一对轨道轮11、12、作为滚动体的球体13、在周向上以一定间隔保持该球体13的保持器14。轨道轮11为第1轨道轮，轨道轮12为第2轨道轮。球体13在该一对轨道轮11、12的截面圆弧形状的各轨道面11a、12a之间存在多个。在推力球轴承1中，一对轨道轮11、12和球体13接触，成为了可支承轴向负荷。应予说明，滚动体并不限定于球体，也可以是滚轴(圆筒滚轴、针状滚轴等)。

本实施方式的轨道轮11、12为以后述的合成树脂作为基础树脂的树脂组合物的成型体。通过使轨道轮11、12成为树脂制轨道轮，从而在水中、药品中、高湿度环境等腐蚀气氛下的使用中也能够防止轨道面腐蚀。

进而，就轨道轮11、12而言，各自的拉伸模量为3800MPa以上，并且弯曲模量为3400MPa以上。即，轨道轮11、12均成为了刚性极高的轨道轮。如果拉伸模量和弯曲模量的至少任一个不到上述数值，则在高面压的环境下(例如面压超过20kPa的环境下)有可能发生轨道面的磨损。应予说明，本发明中的“拉伸模量”为按照ASTM D638测定的温度25℃下的拉伸模量，“弯曲模量”为按照ASTM D790测定的温度25℃下的弯曲模量。

形成轨道轮11、12的树脂组合物只要是各自的成型体的拉伸模量为3800MPa以上并且弯曲模量成为3400MPa以上的树脂组合物，则并无特别限定，能够采用超级工程塑料等。只要满足上述数值范围，第1轨道轮的树脂组合物与第2轨道轮的树脂组合物可以是相同组成的树脂组合物，也可以是不同组成的树脂组合物。在第1轨道轮与第2轨道轮的形状相同的情况下，能够实现部件的共有化，因此优选使用彼此相同组成的树脂组合物。另外，该树脂组合物可以是以合成树脂作为基础树脂、适当配合弹性体、无机填充材料等而使拉伸模量、弯曲模量增强的等级。不过，如后所述，优选不含纤维状补强材料。

作为成为基础树脂的合成树脂，例如能够使用芳香族PEK系树脂。芳香族PEK树脂的连续使用温度为250℃，耐热性优异，同时耐蠕变性、摩擦磨损特性也优异。作为芳香族PEK系树脂，有聚醚醚酮(PEEK)树脂、聚醚酮(PEK)树脂、聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)树脂等，这些中，优选PEEK树脂。

该树脂组合物如上所述，只要成型体的拉伸模量和弯曲模量分别满足上述数值范围即可，可配合各种填充材料。例如，能够配合PTFE树脂、石墨等固体润滑剂。相对于树脂组合物全体，配合PTFE树脂或石墨时的该固体润滑剂的配合量优选设为1～10质量％。更优选为2～5质量％。通过使该固体润滑剂的配合量成为该范围，从而能够提高轨道面11a、12a的润滑性，同时维持高刚性。

另外，优选在该树脂组合物中不含碳纤维和玻璃纤维等纤维状补强材料。假如树脂组合物包含纤维状补强材料的情况下，认为纤维状补强材料在轨道面11a、12a露出来而脱落。这种情况下，不仅轨道面形状变得粗糙，而且有可能由于脱落的纤维状补强材料而使轨道面磨损。为了防止这样的现象，优选不含纤维状补强材料。

考虑这些，作为形成轨道轮的树脂组合物，例如特别优选如下树脂组合物：以具有足够的拉伸模量和弯曲模量的芳香族PEK系树脂作为基础树脂，其中含有PTFE树脂、石墨等固体润滑剂，并且不含纤维状补强材料。进而，优选该树脂组合物的成型体的拉伸模量为3800MPa～4200MPa并且弯曲模量为3400MPa～4000MPa。

轨道轮11、12通过使用以上的树脂组合物进行注射成型而得到。另外，根据需要可实施采用机械加工的精加工。轨道轮11、12的内径Φ例如为60～80mm，此时的外径Φ例如为80～100mm。

对滚动体13的材质并无特别限定，在考虑了腐蚀性气氛下的推力球轴承1的使用的情况下，从耐腐蚀性的方面出发，优选陶瓷。作为陶瓷，例如能够使用氮化硅、氧化铝等。其中，从对于合成树脂制的轨道轮11、12的磨损的方面出发，优选氧化铝。

对保持器14的材质并无特别限定，在考虑了腐蚀性气氛下的推力球轴承1的使用的情况下，从耐腐蚀性的方面出发，优选为树脂制。例如，保持器14通过将以氟树脂、芳香族PEK系树脂、PAI树脂、PPS树脂等作为基础树脂的树脂组合物成型而得到。其中，从低摩擦性的方面出发，优选氟树脂。

作为氟树脂，可列举出PTFE树脂、四氟乙烯-全氟(烷基乙烯基醚)共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物等。这些树脂能够单独地使用，也能够作为混合物使用。另外，在它们中，优选耐热性和耐摩擦性优异的PTFE树脂。

另外，可在形成保持器14的树脂组合物中配合各种填充材料。例如可配合玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、各种矿物性纤维(晶须)来提高强度。可进一步配合无机填充材料等。

本实施方式的推力球轴承1由于轨道轮11、12由树脂制成，耐腐蚀性优异，因此即使在水中、药品中、高湿度环境等腐蚀性气氛下也可长期使用。进而，由于轨道轮11、12为高刚性，因此即使在高面压的环境下也可长期地使用。特别地，适于现有的树脂制推力轴承的使用困难的面压20kPa以上的条件下的使用。例如，适于面压30kPa以上的条件，更适于面压40kPa以上的条件。因此，推力球轴承1能够广泛地应用于设想为上述那样的使用条件的各种装置。

实施例

实施例1

(1)推力球轴承

使用以下所示的各构成构件，制作了推力球轴承。推力球轴承的总厚为9.6mm。应予说明，各实施例和比较例的轨道轮的组成与物性的一览如表2中所示。在各实施例和比较例中，一对轨道轮使用了彼此相同的组成的树脂组合物。另外，关于实施例和比较例中作为基础树脂使用的PEEK树脂，在实施例1～3的PEEK树脂中使用相同等级的PEEK树脂，在比较例1的PEEK树脂中使用了与实施例1～3的PEEK树脂不同等级的PEEK树脂。

(i)轨道轮(第1轨道轮和第2轨道轮)

对使用PEEK树脂作为基础树脂、其中配合了PTFE树脂3质量％的树脂组合物(表2的“PEEK1”)进行注射成型，得到了外径Φ100mm、内径Φ60mm、厚4.5mm的成型体。对得到的成型体进行机械加工，制作了外径Φ90mm、内径Φ70mm、厚3.2mm、槽深1.2mm的轨道轮。为了用于第1轨道轮和第2轨道轮，将其制作了2个。

(ii)保持器

对使用PTFE树脂作为基础树脂、其中配合了芳族聚酰胺纤维10质量％的树脂组合物进行成型，通过机械加工制作了保持器。

(iii)滚动体

使用了29个由氧化铝陶瓷制成的1/4英寸的球体(球)。

(2)评价

(i)拉伸模量

使用对轨道轮的制作中使用的树脂组合物进行注射成型而得到的试验用小片，实施按照ASTM D638的拉伸试验，测定了拉伸模量。

(ii)弯曲模量

使用对轨道轮的制作中使用的树脂组合物进行注射成型而得到的试验用小片，实施按照ASTM D790的弯曲试验，测定了弯曲模量。

(iii)耐久试验

使用制作的推力球轴承，在下述的表1中所示的运转条件下进行了耐久试验。试验开始后，每1周将试验中断，确认轨道面，每次判断可否继续使用(试验继续进行)。

【表1】

实施例2

在轨道轮的制作中，使用了只包含PEEK树脂的树脂组合物(表2的“PEEK2”)以外，与实施例1同样地制作推力球轴承，实施了各评价。

实施例3

在轨道轮的制作中，使用了使用PEEK树脂作为基础树脂、其中配合了石墨粉末3质量％的树脂组合物(表2的“PEEK3”)以外，与实施例1同样地制作推力球轴承，实施了各评价。

比较例1

在轨道轮的制作中，使用了只包含PEEK树脂的树脂组合物(表2的“PEEK4”)以外，与实施例1同样地制作推力球轴承，实施了各评价。

在表2中示出评价结果。另外，在图2中示出实施例1、实施例2和比较例1中的耐久试验后的轨道面的状态。

【表2】

如表2中所示那样，实施例1～实施例3的轨道轮均是拉伸模量为3800MPa以上并且弯曲模量为3400MPa以上，而比较例1的轨道轮虽然弯曲模量超过4000MPa，但拉伸模量不到3800MPa。在耐久试验中，如图2中所示那样，就实施例1和实施例2而言，在1680小时(10周)的运转后也没有在轨道面发现显著的变化。因此，认为可进一步继续使用。另一方面，比较例1在504小时(3周)的运转后发现了轨道面的磨损。因此，判断为继续使用困难，在该时刻中断了耐久试验。

如上所述，就各实施例的推力球轴承而言，由于轨道轮由拉伸模量3800MPa以上且弯曲模量3400MPa以上的合成树脂制成，因此确认即使在轴向负荷为40kPa以上这样的、现有的推力球轴承可使用的负荷的2倍以上的高负荷条件下也可使用。应予说明，1680小时运转后的轨道面的状态最好的推力球轴承是实施例2的推力球轴承。

产业上的可利用性

本发明的树脂制推力滚动轴承的耐腐蚀性优异，而且在高面压的环境下的使用中也抑制轨道面的磨损，具有比现有的树脂制推力滚动轴承长的制品寿命，因此能够广泛地作为具有耐腐蚀性气氛的各种装置的推力轴承应用。

Claims

1.树脂制推力滚动轴承，该推力轴承具有：具有第1轨道面的第1轨道轮、具有第2轨道面的第2轨道轮、在所述第1轨道面和所述第2轨道面之间滚动自由地配置的多个滚动体、和在圆周方向上等间隔地保持所述滚动体的保持器，其特征在于，所述第1轨道轮和所述第2轨道轮为树脂组合物的成型体，所述成型体的拉伸模量为3800MPa以上，并且弯曲模量为3400MPa以上。

2.根据权利要求1所述的树脂制推力滚动轴承，其中，所述保持器为树脂组合物的成型体。

3.根据权利要求1所述的树脂制推力滚动轴承，其特征在于，所述滚动体包含陶瓷。

4.根据权利要求1所述的树脂制推力滚动轴承，其特征在于，形成所述第1轨道轮和所述第2轨道轮的树脂组合物不含纤维状补强材料。

5.根据权利要求1所述的树脂制推力滚动轴承，其特征在于，形成所述第1轨道轮和所述第2轨道轮的树脂组合物以芳香族聚醚酮系树脂作为基础树脂。

6.根据权利要求2所述的树脂制推力滚动轴承，其特征在于，形成所述保持器的树脂组合物以氟树脂作为基础树脂。

7.根据权利要求1所述的树脂制推力滚动轴承，其特征在于，所述成型体的拉伸模量为3800MPa～4200MPa，并且弯曲模量为3400MPa～4000MPa。

8.根据权利要求1所述的树脂制推力滚动轴承，其特征在于，形成所述第1轨道轮的树脂组合物与形成所述第2轨道轮的树脂组合物为相同组成的树脂组合物。