JP2000002317A

JP2000002317A - プーリ

Info

Publication number: JP2000002317A
Application number: JP10168684A
Authority: JP
Inventors: Magozo Hamamoto; 孫三浜本; Toshimi Takagi; 敏己高城; Ryoichi Yamazaki; 涼一山崎
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-06-16
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】合成樹脂材料の射出成形により内部に転がり軸
受を一体化させた状態で形成されているプーリの、機械
的強度および耐熱性を保持しながら塩化カルシウム耐性
を高くする。【解決手段】射出成形に使用する材料として、ナイロン
Ａ（ナイロン６６）とナイロンＢ（ナイロン６１２）と
の混合ポリマーであって、ナイロンＢの含有率が１０〜
５０重量％であり、ポリマーに対するガラス繊維の含有
率が２０〜５０重量％である材料を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、合成樹脂材料の射
出成形により、内部に転がり軸受を一体化させた状態で
形成されているプーリに関し、特に、自動車のエンジン
補機（オルタネータ等）の駆動用ベルトの案内用プー
リ、テンショナ用プーリ、アイドラプーリなどとして好
適に使用される合成樹脂製プーリに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のエンジン補機駆動ベルト用のプ
ーリは、高温、高振動、高衝撃の過酷な環境下で使用さ
れるとともに、雨水や凍結防止剤として道路に散布され
る塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）の影響を受ける。その
ため、このような用途のプーリには、ベルト案内面の寸
法精度やベルト張力に耐えることのできる機械的強度、
および連続負荷使用によって発生する熱に耐えられる耐
熱性に加えて、塩化カルシウムに対する耐性が要求され
る。

【０００３】近年、この用途のプーリは、合成樹脂材料
の射出成形により内部に転がり軸受を一体化させた状態
で形成されており、合成樹脂材料としては、耐熱性と機
械的強度の点から、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナ
イロン６１２等のナイロンにガラス繊維を１５〜４０重
量％含有させた強化ナイロン、あるいはポリフェニレン
サルファイド（ＰＰＳ）に無機系強化材（無機系の繊維
やフィラー）を含有させたものが使用されている（特開
平７−６３２４９号公報等参照）。

【０００４】また、寸法精度の点からは、射出成形時の
溶融金属の流入経路として金型に設けられるゲートの配
置を工夫することにより、プーリの内外周面の真円度を
高くすることが提案されている（特開平７−６３２４９
号公報、特開平８−４８８３号公報等参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、合成樹
脂製プーリの塩化カルシウム耐性についての検討は、こ
れまでに特になされていない。

【０００６】本発明は、合成樹脂材料の射出成形により
内部に転がり軸受を一体化させた状態で形成されている
プーリにおいて、寸法精度、機械的強度、耐熱性、およ
び塩化カルシウム耐性の全ての点で良好なものを提供す
ることを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、合成樹脂材料の射出成形により、内部に
転がり軸受を一体化させた状態で形成されているプーリ
において、下記の化学式（１）で表されて（Ｘ＋１）≦
６であるナイロンと、下記の化学式（２）で表されてＹ
≦６であるナイロンと、下記の化学式（２）で表されて
（Ｚ＋２）≦６であるナイロンをナイロンＡに分類し、
下記の化学式（１）で表されて（Ｘ＋１）≧７であるナ
イロンと、下記の化学式（２）で表されてＹ≧７である
ナイロンと、下記の化学式（２）で表されて（Ｚ＋２）
≧７であるナイロンをナイロンＢに分類したときに、

【０００８】

【化２】

【０００９】ナイロンＡとナイロンＢとの混合ポリマー
を主成分とし、ナイロンＡとナイロンＢとの合計重量に
対するナイロンＢの重量の比率が１０重量％以上である
合成樹脂材料を用いて形成されたものであることを特徴
とするプーリを提供する。

【００１０】ナイロンＡの具体例としては、化学式
（１）で表されるナイロン６、化学式（２）で表される
ナイロン６６およびナイロン４６等が挙げられる。ナイ
ロンＢの具体例としては、化学式（１）で表されるナイ
ロン１１およびナイロン１２、化学式（２）で表される
ナイロン６１２およびナイロン６１０等が挙げられる。

【００１１】ナイロン成形体は、分子中のアミド基の含
有率が高いほど吸水率が高いことは知られているが、本
発明者等の研究により、吸水率が高いナイロン成形体ほ
ど塩化カルシウム耐性が低いことが判明した。すなわ
ち、ナイロン成形体の分子間に水が入ることにより分子
間距離が広がり、その広がった分子間に塩化カルシウム
が取り込まれる。その後、分子間に入った水は温度上昇
等に伴って蒸発することもあるが、塩化カルシウムはそ
のまま分子間に残る。このようにして吸水性の高いナイ
ロン成形体に塩化カルシウムが蓄積されると、徐々に分
子間距離が広がって、最終的には成形体にクラックが生
じる。

【００１２】一方、ナイロン成形体は、分子中のアミド
基の含有率が高いほど耐熱性が高いことが知られてい
る。したがって、本発明では、軸受一体型プーリをなす
合成樹脂材料の主成分を、分子中のアミド基の含有率が
比較的高いナイロンＡと、分子中のアミド基の含有率が
比較的低いナイロンＢとの混合ポリマーとすることによ
り、塩化カルシウム耐性と耐熱性を両立させる。そし
て、ナイロンＢの重量の比率を１０重量％以上とするこ
とにより、所定性能以上の塩化カルシウム耐性を得るこ
とができる。ナイロンＢの重量の比率は２０重量％以上
であることが好ましい。また、ナイロンＢの重量の比率
の上限値は必要とされる耐熱性に応じて設定されるが、
８０重量％以下であることが好ましく、５０重量％以下
であることがより好ましい。

【００１３】すなわち、ナイロンＡとナイロンＢとの合
計重量に対するナイロンＢの重量の比率は１０〜８０重
量％であることが好ましく、１０〜５０重量％であるこ
とがより好ましく、２０〜５０重量％であることがさら
に好ましい。

【００１４】また、本発明のプーリを形成する合成樹脂
材料は、ナイロンＡとナイロンＢとの混合ポリマーを主
成分とし、２０〜５０重量％の含有率でガラス繊維を含
有するものであることが好ましい。ガラス繊維の含有率
が２０重量％未満であると十分な機械的強度が得られな
い。ガラス繊維の含有率が５０重量％を超えると射出成
形による成形性が悪くなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は本発明の一実施形態に相当するプーリ
を示す正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であ
る。

【００１６】このプーリ１は、円筒状のボス１１と、円
筒状のリム１２と、両者の間の円環部１３と、円環部１
３の両面に放射状に形成された多数のリブ１４とで構成
されており、リム１２の外周面がベルト案内面１２ａと
なっている。また、ボス１１の内側に転がり軸受２が一
体化されている。

【００１７】このプーリ１を、金型内に転がり軸受２を
配置した状態で、表１に示す No.１〜１３の各組成の合
成樹脂材料を射出成形することにより形成した。射出成
形の金型には、ボス１１の一端面側となるキャビティの
面に、円周方向に沿って等間隔で多数のゲートを設けて
ある。図１の符号３はそのゲート跡を示す。射出成形条
件は以下の通りである。

【００１８】樹脂溶融温度：２８０〜３００℃ 金型温度：７５〜８５℃ 射出圧力：９０〜１２０ＭＰａこの実施形態では、ナイロンＡに相当するナイロンとし
てナイロン６６を、ナイロンＢに相当するナイロンとし
て、サンプル No.１〜１２はナイロン６１２を、 No.１
３はナイロン１２を選択し、これらにガラス繊維を各種
割合で含有する材料を以下のようにして用意した。

【００１９】No.１については、ガラス繊維強化された
ナイロン６６として、デュポンジャパン（株）製の「ザ
イデル（商品名）７０Ｇ−３３Ｌ（ガラス繊維３３重量
％含有）」を用意した。また、ガラス繊維強化されたナ
イロン６１２として、デュポンジャパン（株）製の「ザ
イデル（商品名）７７Ｇ−３３Ｌ（ガラス繊維３３重量
％含有）」を用意した。これらを重量比でＡ（７０Ｇ−
３３Ｌ）：Ｂ（７７Ｇ−３３Ｌ）＝１５：８５の割合で
混合したものを射出成形材料とした。したがって、この
材料は、ナイロンＡとナイロンＢとの合計重量に対する
ナイロンＢの重量の比率（ナイロンＢの含有率）が８５
重量％となり、ガラス繊維の含有率は３３重量％とな
る。

【００２０】No.２については、 No.１と同じガラス繊
維強化されたナイロン６６およびナイロン６１２をＡ
（７０Ｇ−３３Ｌ）：Ｂ（７７Ｇ−３３Ｌ）＝２０：８
０の割合で混合したものを射出成形材料とした。したが
って、この材料は、ナイロンＢの含有率が８０重量％と
なり、ガラス繊維の含有率は３３重量％となる。

【００２１】No.３については、 No.１と同じガラス繊
維強化されたナイロン６６およびナイロン６１２をＡ
（７０Ｇ−３３Ｌ）：Ｂ（７７Ｇ−３３Ｌ）＝５０：５
０の割合で混合したものを射出成形材料とした。したが
って、この材料は、ナイロンＢの含有率が５０重量％と
なり、ガラス繊維の含有率は３３重量％となる。

【００２２】No.４については、 No.１と同じガラス繊
維強化されたナイロン６６およびナイロン６１２をＡ
（７０Ｇ−３３Ｌ）：Ｂ（７７Ｇ−３３Ｌ）＝８０：２
０の割合で混合したものを射出成形材料とした。したが
って、この材料は、ナイロンＢの含有率が２０重量％と
なり、ガラス繊維の含有率は３３重量％となる。

【００２３】No.５については、 No.１と同じガラス繊
維強化されたナイロン６６およびナイロン６１２をＡ
（７０Ｇ−３３Ｌ）：Ｂ（７７Ｇ−３３Ｌ）＝９０：１
０の割合で混合したものを射出成形材料とした。したが
って、この材料は、ナイロンＢの含有率が１０重量％と
なり、ガラス繊維の含有率は３３重量％となる。

【００２４】No.６については、ガラス繊維強化された
ナイロン６６として、デュポンジャパン（株）製の「ザ
イデル（商品名）７０Ｇ−１３Ｌ（ガラス繊維１３重量
％含有）」を用意した。また、ガラス繊維強化されたナ
イロン６１２としては、デュポンジャパン（株）製の
「ザイデル（商品名）７７Ｇ−３３Ｌ（ガラス繊維３３
重量％含有）」と、デュポンジャパン（株）製の「ザイ
デル（商品名）１５８Ｌ（ガラス繊維含有率０）」を用
意し、Ｂ１（７７Ｇ−３３Ｌ）：Ｂ２（１５８Ｌ）＝
１：２に混合した。このＢ１およびＢ２の混合物ＢとＡ
（７０Ｇ−１３Ｌ）とをＡ：Ｂ＝１：１の割合で混合し
たものを射出成形材料とした。したがって、この材料
は、ナイロンＢの含有率が５０重量％となり、ガラス繊
維の含有率は１２重量％となる。

【００２５】No.７については、ガラス繊維強化された
ナイロン６６として、 No.６と同じ「ザイデル（商品
名）７０Ｇ−１３Ｌ（ガラス繊維１３重量％含有）」を
用意した。また、ガラス繊維強化されたナイロン６１２
として、 No.１と同じ「ザイデル（商品名）７７Ｇ−３
３Ｌ（ガラス繊維３３重量％含有）」を用意した。これ
らをＡ（７０Ｇ−１３Ｌ）：Ｂ（７７Ｇ−３３Ｌ）＝
１：１の割合で混合したものを射出成形材料とした。し
たがって、この材料は、ナイロンＢの含有率が５０重量
％となり、ガラス繊維の含有率は２３重量％となる。

【００２６】No.８については、ガラス繊維強化された
ナイロン６６として、デュポンジャパン（株）製の「ザ
イデル（商品名）７０Ｇ−４３Ｌ（ガラス繊維４３重量
％含有）」を用意した。また、ガラス繊維強化されたナ
イロン６１２として、デュポンジャパン（株）製の「ザ
イデル（商品名）７７Ｇ−４３Ｌ（ガラス繊維４３重量
％含有）」を用意した。これらを重量比でＡ（７０Ｇ−
４３Ｌ）：Ｂ（７７Ｇ−４３Ｌ）＝１：１の割合で混合
したものを射出成形材料とした。したがって、この材料
は，ナイロンＢの含有率が５０重量％となり、ガラス繊
維の含有率は４３重量％となる。

【００２７】No.９については、 No.８と同じガラス繊
維強化されたナイロン６６およびナイロン６１２をＡ
（７０Ｇ−４３Ｌ）：Ｂ（７７Ｇ−４３Ｌ）＝１：１の
割合で混合した。この混合物にガラス繊維を追加混合し
て、ガラス繊維の含有率が５０重量％となるようにし
た。したがって、この材料のナイロンＢの含有率は５０
重量％であり、ガラス繊維の含有率は５０重量％であ
る。

【００２８】No.１０については、 No.８と同じガラス
繊維強化されたナイロン６６およびナイロン６１２をＡ
（７０Ｇ−４３Ｌ）：Ｂ（７７Ｇ−４３Ｌ）＝１：１の
割合で混合した。この混合物にガラス繊維を追加混合し
て、ガラス繊維の含有率が６０重量％となるようにし
た。したがって、この材料のナイロンＢの含有率は５０
重量％であり、ガラス繊維の含有率は６０重量％であ
る。

【００２９】No.１１については、 No.１と同じガラス
繊維強化されたナイロン６６「ザイデル（商品名）７０
Ｇ−３３Ｌ（ガラス繊維３３重量％含有）」をそのまま
射出成形材料とした。したがって、この材料は、ナイロ
ンＢの含有率が０重量％となり、ガラス繊維の含有率は
３３重量％となる。

【００３０】No.１２については、 No.１と同じガラス
繊維強化されたナイロン６１２「ザイデル（商品名）７
７Ｇ−３３Ｌ（ガラス繊維３３重量％含有）」をそのま
ま射出成形材料とした。したがって、この材料は、ナイ
ロンＢの含有率が１００重量％となり、ガラス繊維の含
有率は３３重量％となる。なお、この材料を用いた場合
の射出成形条件のうち、金型温度および射出圧力につい
ては前記と同じとするが、溶融樹脂温度は２４０〜２６
０℃とする。

【００３１】No.１３については、宇部興産（株）の
「ナイロン６６−ＳＲＧＸ−１」（ナイロン６６：ナイ
ロン１２＝８０：２０（重量比）の混合ポリマーで、ガ
ラス繊維３０重量％含有）をそのまま射出成形材料とし
た。したがって、この材料は、ナイロンＢの含有率が２
０重量％となり、ガラス繊維の含有率は３０重量％とな
る。

【００３２】このようにして作製された No.１〜５およ
び No.１１〜１３の軸受一体型プーリを用い、以下のよ
うにして塩化カルシウム耐性を調べる試験を行った。先
ず、軸受一体型プーリを、８０℃の熱水中に２時間浸漬
して吸水させた後、塩化カルシウム５０％水溶液に浸漬
する。次に、この軸受一体型プーリをラジアル荷重負荷
装置に取り付けて試験荷重を負荷し、恒温槽内に入れ
る。

【００３３】ここで使用したラジアル荷重負荷装置を図
３（正面図）および図４（側面図）に示す。このラジア
ル荷重負荷装置４は、サポート軸５と圧縮コイルバネ６
を備えており、このサポート軸５に浸漬軸受一体型プー
リＰを取り付けて固定した後に、圧縮コイルバネ６を介
して試験荷重１５０ｋｇｆを負荷した。この状態でラジ
アル荷重負荷装置４を恒温槽内に入れ、恒温槽内の温度
を図５に示すように変化させる。

【００３４】すなわち、２０℃から１１０℃まで３０分
かけて昇温した後、１１０℃で２時間保持し、さらに３
０分かけて２０℃まで温度を下げた後、２０℃に１時間
保持する。これを１サイクルとして繰り返し、２サイク
ル毎に、軸受一体型プーリを塩化カルシウム５０％水溶
液に浸漬する。

【００３５】これを繰り返して、合計１０サイクルの試
験を行った後、試験装置から取り出してプーリ１にクラ
ックが生じているかどうかを目視にて検査する。クラッ
ク発生有りの場合を「×」、無しの場合を「○」とす
る。

【００３６】各サンプルについての塩化カルシウム耐性
の試験結果を表１に示す。ナイロンＡのみからなるポリ
マーにガラス繊維が含有された材料で成形された No.１
１のプーリのみにクラックが発生した。それ以外のプー
リにはクラックが発生しなかった。この結果から、ナイ
ロンＢの含有率が１０重量％以上である材料を用いるこ
とにより、所定の塩化カルシウム耐性が得られることが
分かる。また、塩化カルシウム耐性の高い材料は吸水率
が低いため、寸法安定性にも優れている。

【００３７】また、プーリ１の機械的強度を調べるため
に、 No.１〜１３の射出成形材料を用い、プーリの場合
と同一条件で射出成形を行うことにより、図６に示すよ
うな円筒状試験体７を作製した。

【００３８】この試験体７は、内径４５ｍｍ、外径６０
ｍｍ、軸方向の長さ１５ｍｍの円筒体である。射出成形
の金型には、円筒体の一端面側となるキャビティの面
に、円周方向に沿って等間隔に８個のゲートを設けた。
図６の符号３はそのゲート跡を示す。図７および８に示
すように、この試験体７に一対の引っ張り治具８を取り
付けて引っ張り強度を測定する。図８は図７のＢ−Ｂ線
断面図に相当する。

【００３９】引っ張り治具８は、試験体７の内部に挿入
される略半円筒状の内挿部８１と、試験体７の一端面に
当接させる面を有する板状の引っ張り部８２とが一体に
形成されたものである。内挿部８１の周面は、試験体７
の内周面に所定の隙間で嵌合する形状になっており、引
っ張り部８２は、内装部８１からＬ字状に試験体７の外
側に向けて延びる形状になっている。

【００４０】この引っ張り治具８の内挿部８１を、二つ
の引っ張り治具８の対向面（両内挿部８１の平面）８ａ
が平行となり、この対向面８ａ間の外側に試験体７のウ
エルド部７１が配置されるように、試験体７の内部に挿
入して、引っ張り部８２の裏面を試験体７の端面に当接
させる。この状態で、両引っ張り治具８の引っ張り部８
２を引っ張り試験装置の上下の各チャックに取り付け
て、所定の引っ張り速度で引っ張り試験を行い、試験体
７が破断するまでの最大応力を引っ張り強度として測定
した。なお、図８の符号Ｅ，Ｆは、各引っ張り治具８の
引っ張り方向を示す。

【００４１】各サンプルについての引っ張り強度測定値
を表１に示す。また、射出成形材料中のガラス繊維含有
率と引っ張り強度測定値との関係を図９にグラフで示
す。図９のグラフから分かるように、射出成形材料中の
ガラス繊維含有率が２０〜５０重量％である（図９のＨ
の範囲）と引っ張り強度が１２００ｋｇｆ／ｃｍ²以上
となり、十分な機械的強度が得られる。

【００４２】

【表１】

【００４３】また、前記と同様の試験体７を、ナイロン
Ａ（ナイロン６６）のみからなるポリマー、ナイロンＢ
（ナイロン６１２）のみからなるポリマー、ナイロンＡ
（ナイロン６６）とナイロンＢ（ナイロン６１２）との
混合ポリマーであってナイロンＢの含有率が５０重量
％、８０重量％、９０重量％であるものに対して、ガラ
ス繊維が３３重量％含有されている材料を用いて作製
し、以下のようにして加速試験を行うことにより長期耐
熱特性を調べた。

【００４４】先ず、１３０℃に保持された恒温槽内に各
試験体７を入れ、所定時間（５００時間、１０００時
間、１５００時間、２０００時間）放置した後に恒温槽
から取り出して、前記と同様にして引っ張り強度を測定
した。次に、得られた各時間経過後の引っ張り強度測定
値（Ｍ）と、加速試験前の引っ張り強度測定値（Ｍ₀）
とから、強度保持率（％）＝（（Ｍ₀−Ｍ）／Ｍ₀）×
１００を算出した。その結果を図１０にグラフで示す。

【００４５】このグラフから分かるように、ナイロンＢ
の含有率が８０重量％以下であると１５００時間で７０
％以上の高い強度保持率が得られ、プーリの長期耐熱性
が高くなることが分かる。また、ナイロンＢの含有率が
５０重量％以下であると２０００時間で７０％以上の非
常に高い強度保持率が得られ、プーリの長期耐熱性が非
常に高くなることが分かる。

【００４６】以上の各試験結果を総合すると、軸受一体
型プーリを、塩化カルシウム耐性（寸法安定性）、機械
的強度、耐熱性の全て点で良好なものとするためには、
射出成形材料をなすナイロン中のナイロンＢの含有率が
１０〜８０重量％であることが好ましく、１０〜５０重
量％であることがより好ましく、２０〜５０重量％であ
ることがさらに好ましいことが分かる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
合成樹脂材料の射出成形により内部に転がり軸受を一体
化させた状態で形成されているプーリにおいて、寸法精
度（寸法安定性）、機械的強度、耐熱性、および塩化カ
ルシウム耐性の全ての点で良好なものが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に相当するプーリを示す正
面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】実施形態において、プーリの塩化カルシウム耐
性を調べるために使用した試験装置を示す概略構成図で
ある。

【図４】図３の側面図である。

【図５】実施形態において、プーリの塩化カルシウム耐
性を調べるために行った試験で使用した温度サイクルパ
ターンを示すグラフである。

【図６】実施形態において、プーリの引っ張り強度を調
べるために作製した試験体を示す正面図である。

【図７】実施形態において、プーリの引っ張り強度を調
べるために使用した引っ張り治具を示す正面図である。

【図８】図７のＢ−Ｂ線断面図である。

【図９】実施形態で測定したプーリの引っ張り強度と、
プーリの射出成形材料中のガラス繊維含有率との関係を
示すグラフである。

【図１０】実施形態で測定した加速試験による試験体の
強度保持率と、加速試験時間との関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１プーリ１１ボス１２リム１３円環部１４リブ２転がり軸受３ゲート跡４ラジアル荷重負荷装置５サポート軸６圧縮コイルバネ７試験体７１ウエルド部８引っ張り試験治具８１内挿部８２引っ張り部Ｐ軸受一体型プーリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山崎涼一神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内Ｆターム(参考） 3J031 BC05 BC10 4F206 AA29A AB25 AD03 AH12 JA07 JB12 4J002 CL01W CL01X CL03W CL03X DL006 FA046 GN00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合成樹脂材料の射出成形により、内部に
転がり軸受を一体化させた状態で形成されているプーリ
において、下記の化学式（１）で表されて（Ｘ＋１）≦６であるナ
イロンと、下記の化学式（２）で表されてＹ≦６である
ナイロンと、下記の化学式（２）で表されて（Ｚ＋２）
≦６であるナイロンをナイロンＡに分類し、下記の化学式（１）で表されて（Ｘ＋１）≧７であるナ
イロンと、下記の化学式（２）で表されてＹ≧７である
ナイロンと、下記の化学式（２）で表されて（Ｚ＋２）
≧７であるナイロンをナイロンＢに分類したときに、【化１】ナイロンＡとナイロンＢとの混合ポリマーを主成分と
し、ナイロンＡとナイロンＢとの合計重量に対するナイ
ロンＢの重量の比率が１０重量％以上である合成樹脂材
料を用いて形成されたものであることを特徴とするプー
リ。