JP2002106572A - 転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
なく、しかも保持器組み込み性の良好な保持器を備え、
高温や高速回転条件、高負荷条件等の過酷な使用条件下
で長期間の使用に耐え得る転がり軸受を提供する。 【解決手段】 180℃での曲げ弾性率が少なくとも3
500MPaで、かつ少なくとも150℃の耐熱温度を
有する樹脂組成物からなる保持器を備えることを特徴と
する転がり軸受。
Description
タネータ等の高温かつ高速回転が必要とされる転がり軸
受に関し、詳しくは耐熱性、耐油性、高速耐久性を有す
る保持器を備える転がり軸受に関する。
って玉軸受ところ軸受に分けられ、それぞれが形状や用
途によっていくつかの種類に分類される。そして、各種
の軸受に使用される保持器にも各種タイプがある。
6が多用されている。例えば、図1に示す冠型保持器を
組み込んだ転がり軸受は、図2に示すように、外周面に
内輪軌道1を有する内輪2と、内周面に外輪軌道3を有
する外輪4と、内輪2と外輪4との間に配置される複数
個の転動体5と、これらの複数個の転動体5を保持して
案内するために内輪軌道1と外輪軌道3との間に冠型保
持器6を回転自在に設けて構成される。
ラスチック保持器があり、プラスチック保持器の材料と
しては、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテ
レフタレート、フッ素樹脂等のいわゆるエンジニアリン
グプラスチックが単体のままで、あるいはガラス繊維、
炭素繊維等の短繊維を混入して強化した複合材の形態で
使用されてきた。中でも、ポリアミドは材料コストと性
能のバランスが良好なことから、プラスチック保持器の
材料として多用され、一般的な環境条件では卓越した性
能が確認されている。
ミドとして従来一般的なポリアミド6(ナイロン6)や
ポリアミド66(ナイロン66)は、環境温度120℃
以上での連続使用条件下や、極圧添加剤、添加油等の油
類と常時あるいは間欠的に接触する条件下では、経時的
に材料が劣化してしまい、市場で要求される性能を満た
せなくなることがある。
めの改善が進められており、例えば、オルタネータにお
いては、従来、冷却ファンによる空冷が一般的であった
が、効率向上を目的に、水冷方式に変わりつつある。こ
のことから、オルタネータに使用される転がり軸受は従
来よりもさらに高温にさらされ、より高い耐熱性が要求
されるようになった。
0rpm)での使用条件下では、従来のポリアミドから
なる保持器では耐熱性が不十分であるとともに、高温で
の強度及び剛性が不足して回転時に変形し、軸受外輪と
接触して保持器の磨耗や軸受の焼付の原因となることが
あり、やはり市場で要求される性能を満たせなくなるこ
とがある。
えるような高温環境下で使用されるプラスチック保持器
の材料として、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリ
エーテルイミド(PEI)、ポリアミドイミド(PA
I)、ポリイミド(PI)等の、いわゆるスーパーエン
ジニアリングプラスチック樹脂が提案されている。
耐薬品性には優れているものの、保持器として必要な適
度な柔軟性に劣り、保持器の組み込み性に問題があるた
め、未だ汎用されるには至っていない。
保持器を備える転がり軸受の問題点を解決するためにな
されたものであり、高温での使用に耐えることができか
つ変形がなく、しかも保持器組み込み性の良好な保持器
を備え、高温や高速回転条件、高負荷条件等の過酷な使
用条件下で長期間の使用に耐え得る転がり軸受を提供す
ることにある。
80℃での曲げ弾性率が少なくとも3500MPaで、
かつ少なくとも150℃の耐熱温度を有する樹脂組成物
からなる保持器を備えることを特徴とする転がり軸受に
より達成される。尚、ここで言う耐熱温度とは、保持器
を1000時間保持したときに、保持器の引張強度の低
下率が10%以内にとどまる温度と規定する。
は、180℃での曲げ弾性率が3500MPa以上で、
かつ少なくとも150℃の耐熱温度を有する樹脂組成物
から製造されるものであり、優れた耐熱性、耐油性を示
すとともに、高い機械的特性を有している。また、この
材料は適度な柔軟性があり、保持器に必要なスナップヒ
ット性を有し、良好な保持器組み込み性を有している。
従って、この保持器を備える本発明の転がり軸受は、高
温や高速回転条件、高負荷条件等の過酷な使用条件下で
長期間の使用に耐えることができ、例えば自動車オルタ
ネータ用として好適である。
説明する。
組成物を構成するベース樹脂は、少なくとも150℃の
耐熱温度を有する必要性から、ポリアミド46(ナイロ
ン46:PA46)、ポリフェニレンサルファイド(P
PS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を用
いる。尚、PA46に関しては、保持器組み込み性を改
良するためにエラストマ成分を配合することが好まし
い。エラストマは、例えばエチレンプロピレンゴムが好
適であり、その配合量は2〜10重量%の割合が好まし
く、耐熱性や成形性から特に2〜6重量%が好ましい。
エラストマの配合量が多くなると、保持器組み込み性は
向上するが、耐熱性、成形性に劣るようになる。
MPa以上必要であり、良好な保持器組み込み性を満た
す必要性から、上記ベース樹脂に所定量のガラス繊維ま
たはカーボン繊維を強化材として分散させる。具体的に
は、PA46をベース樹脂とする場合には、ガラス繊維
を20重量%以上50重量%未満、好ましくは25重量
%から40重量%配合した樹脂組成物、またはカーボン
繊維を10重量%以上40重量%未満、好ましくは15
重量%から35重量%配合した樹脂組成物とする。ま
た、PPSをベース樹脂とする場合は、カーボン繊維を
20重量%以上40重量%未満、好ましくは25重量%
から35重量%配合した樹脂組成物とする。また、PE
EKをベース樹脂とする場合は、ガラス繊維を20重量
%以上40重量%未満、好ましくは25重量%から35
重量%配合した樹脂組成物、またはカーボン繊維を10
重量%以上40重量%未満、好ましくは10重量%から
35重量%配合した樹脂組成物とする。何れの樹脂組成
物においても、ガラス繊維またはカーボン繊維の含有量
が下限値を下回ると、本発明が目的とする180℃での
曲げ弾性率3500MPaを得るのが困難となる。ま
た、ガラス繊維またはカーボン繊維の含有量が上限値を
上回ると、保持器への成形が困難になり、また保持器組
み込み性が悪くなるおそれがある。
特に制限されるものではないが、例えば繊維長50〜5
00μm、繊維径7〜14μmの短繊維状のものが好ま
しい。
手可能であり、例えば、PA46ベースとしてはDSM
・JSRエンプラ(株)製スタニールTW200F6(ガ
ラス繊維30重量%入り)を、PPSベースとしてはポ
リプラスチックス(株)製フォートロン2130A1
(カーボン繊維30%重量入り)を、PEEKベースと
してはビクトレックス(株)製450GL30(ガラス
繊維30重量%入り)と450CA30(カーボン繊維
30重量%入り)等を使用することができる。
を損なわない範囲で、熱安定剤、固体潤滑剤、潤滑油、
着色剤、帯電防止剤、離型剤、流動性改良剤、結晶化促
進剤等を適宜添加してもよい。
持器としたときに保持器組み込み性が良好となる適度の
靱性を有し、更に、高温剛性に優れている。すなわち、
上記樹脂組成物は、180℃において少なくとも350
0Mpaの曲げ弾性率を有し、かつ少なくとも150℃
の耐熱温度を有している。従って、この樹脂組成物から
なる保持器は、高温・高速用玉軸受用の冠型保持器に適
用した場合、射出成形の離型時に適度に変形したり、良
好な保持器組み込み性を満たす適度の靱性と、高温回転
時での保持器変形を抑制するために高温時の剛性双方を
兼ね備える。
は特に限定されるものではなく、例えば、各成分を別々
に溶融混合機に供給してもよく、また各成分をヘンシェ
ルミキサー、リボンブレンダー等の混合機であらかじめ
混合してから溶融混合機に供給してもよい。溶融混合機
としては、単軸又は二軸押し出し機、混合ロール、加圧
ニーダー、ブラベンダーブラストグラフ等の任意の装置
が使用できる。
法、手段も特に限定されるものではなく、射出成形によ
り例えば冠型保持器等に容易に成形することができる。
但し、射出成形時に溶融樹脂が会合するウエルド部分で
は、軸受への組み込み時に破損が起り易いことから、射
出成形するときのゲートを、一般的なトンネルゲートに
代えてディスクゲート(または「フィルムゲート」とも
呼ばれる)方式を採用することでウエルドの無い保持器
を製作でき、好ましい。このディスクゲートは、保持器
の内周部全周に薄いフィルム状のゲート(湯口)を設け
て構成される。また、このゲート部は、射出成形後に成
形金型内で切断するか、若しくは、保持器を取り出した
後に機械加工により除去する。このディスクゲートを用
いて作製した保持器は、トンネルゲート品に比べてウエ
ルドが見られず、また高い寸法精度を有する。
処理することも好ましく、例えば、成形後に保持器を2
00℃で4時間程度熱処理を行うことにより、熱変形量
を小さくすることができる。これは、加熱によりベース
樹脂の結晶化度が高まり、剛性が向上することが原因で
あると考えられる。
り、本発明の転がり軸受が得られる。本発明の転がり軸
受は、保持器が上記した諸特性を有することから、高温
や高速回転条件、高負荷条件等の過酷な使用条件下で長
期間の使用に耐えることができ、例えば自動車オルタネ
ータ用として好適である。
更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
タニールTW200F6 PPSベース:ポリプラスチック(株)製フォートロ
ン2130A1 PPSベース:呉羽化学工業(株)製フォートロンK
PS(GF30重量%含有) PA66ベース:宇部興産(株)製宇部ナイロン20
20U(GF30重量%含有) PEEKベース:ビクトレックス(株)製450CA
30 PEEKベース:ビクトレックス(株)製450GL
30 尚、GFはガラス繊維の略である。
ラインスクリュー式射出成型機にて成形して図1に示す
形状の冠型保持器(外径47mm、内径17mm)と
し、試験保持器を作製した。
に、図3に示す構成の、日本精工(株)製の空気駆動型
自動玉組み込み装置を使用して試験保持器への転動体組
み込み試験を行った。
(a)、(b)に示すように、保持器11のポケット上
に玉12を等配した後、空気圧駆動のシリンダーロッド
17に固定された加圧板18を介して押すことにより、
瞬間的に全玉を保持器11のポケット部に組み込むこと
ができる装置である。
ム14、保持器支持板15を固定し、その保持器支持板
15上に玉12を等配した保持器11を載せ、フレーム
14に固定された空気圧シリンダー16から上下作動す
るシリンダーロッド17に固定された加圧板18を保持
器支持板15方向(下方向)に作動させ、玉12を押す
ことにより瞬間的に全玉を同時に保持器11のポケット
部に組み込む。このときのシリンダーロッド17の移動
速度は0.2m/sec、荷重は147N(15kg
f)、雰囲気温度は20℃とした。
いて保持器11の爪部に折損が認められるか否かで行
い、前記現象が認められない場合を保持器組み込み性良
好として○印を付し、前記現象が見られる場合を保持器
組み込み性不良として×印を付して表1に示した。尚、
実施例1及び比較例1の保持器については、組み込み前
に1.5〜2%水分を含有させる処置を行った。
び比較例1〜2の保持器は、何れも爪部の折損が認めら
れず保持器組み込み性が良好であった。
m、幅10mm、厚さ4mmの曲げ試験片を製作し、島
津製作所製オートグラフを用いて曲げ試験を行った。試
験片は、オートグラフに装備されている恒温槽(180
℃)中に30分放置後、試験片が180℃に上昇後、J
IS K 7171に順ずる曲げ試験を実施し、曲げ弾
性率を求めた。結果を表2に示す。
み込み性試験で使用したものと同じ保持器を作成した。
この保持器を高温・高速オルタネータ用玉軸受(型番:
6203)に組み込み、ウレア系エステル油ベースグリ
ースを1.0g封入した後、シールをして試験軸受を完
成させた。回転試験機は日本精工(株)製の高温・高速
回転試験機を用いた。また、試験条件は、軸受温度18
0℃、回転数18000rpm、22000rpm、試
験荷重2450N(250kgf)、試験時間50時間
とした。
の保持器の変形量e(図4参照)と、保持器の摩耗、破
損等で評価した。すなわち、保持器の変形量eが0.1
5mm以内で異常摩耗及び破損のないものを合格とし
た。図4(a)は回転試験前の保持器爪部の変形なしの
状態を示し、(b)は回転試験後の保持器爪部の変形を
示すもので、eの値を変形量として示した。保持器変形
量eは、工具顕微鏡を用いて測定した。結果を表2に示
す。
では、180℃における曲げ弾性率がいずれも3500
MPaを超えている。また、回転評価においては、比較
例3、4の保持器の変形量が大きく不合格となった。比
較例4の保持器は22000rpmで保持器の外径部に
外輪との接触傷があった。実施例5〜8及び比較例3、
4すべての保持器で異常摩耗や破損はなかった。
して上記(3)、(4)と同様の試験を行った。200
℃での18000rpmと22000rpmの連続回転
評価試験結果と、曲げ弾性率の値を表3に示す。
の試験片では、200℃での曲げ弾性率が3500MP
aを超えている。尚、実施例11の試験片については、
200℃での曲げ弾性率が3500MPaに達していな
いが、上記の如く180℃での曲げ弾性率が3500M
Paを超えており、本発明で規定する特性値を満足して
いる。また、実施例9〜12の保持器は18000rp
m、22000rpmの評価試験において、いずれも変
形量が0.15mm以下であり良好であった。一方、比
較例5、6は変形量も大きく、22000rpmにおい
てはポケット部の摩耗及び外径面が外輪に接触した傷跡
が確認された。
5及び図6に示す。これらの結果より、高温・高速オル
タネータ用軸受用保持器には、保持器組み込み性、耐熱
性、高温剛性が重要であり、特に、曲げ弾性率が180
℃において3500MPa以上必要であることが判っ
た。
験を実施した。まず、表1に示す材料組成物で前記の玉
軸受組み込み試験と同じ寸法形状の冠型保持器(実施例
1〜4、比較例1、2)を作成した。そして、熱劣化試
験は保持器を170℃の熱風循環式恒温槽中に1000
時間までの所定時間放置した。
験を実施した。円環引張試験は図7に示す円環引張治具
に試験用保持器11を、そのゲート部11gとウエルド
11wが水平位置になるようにセットし、島津製作所
(株)製引張試験機(オートグラフAG−10KNG)
を用いて10mm/minの引張速度で円環引張試験を
行った。円環引張破断荷重を測定し、未処理品の測定値
を100%として、強度保持率を求めた。結果を図8に
示す。
び比較例2は熱劣化が少なく、1000時間経過後にお
いても当初の75%以上の強度を保持している。これに
対し、比較例1のPA66をベース樹脂とする保持器は
劣化が進行している。
果を図9に示すが、これらの結果から、本発明が目的と
する少なくとも150℃の耐熱温度を満足することを判
定基準とすると、PA66をベース樹脂とする保持器は
耐熱性に劣り、実施例に示すPA46、PPS及びPE
EKをベース樹脂とする必要があることが判る。
「ニートレジン」という)を用い、二軸溶融押出し機に
投入し、押出し機のほぼ中央部、樹脂が溶融したゾーン
に所定量の繊維を投入して樹脂組成物を調製した。尚、
ニートレジンには、PA46としてDSM(株)製スタ
ニールを、PPSとして呉羽化学工業(株)製フォート
ロンを、PEEKとしてビクトレックス(株)製のニー
トレジンを用い、それぞれ310℃(PA46)、30
5℃(PPS)、370℃(PEEK)の溶融温度にて
混練した。また、PA46はエチレンプロピレンゴムを
3重量%配合したものを使用した。
トを作製した。尚、PEEKにガラス繊維を50重量%
充填した樹脂組成物(比較例13)及びカーボン繊維を
50重量%充填した樹脂組成物(比較例14)は流動性
が悪く、成形に使用可能なペレットを得ることができな
かった。
ー式射出成型機に投入し、図1に示す形状の冠型保持器
(外径47mm、内径17mm)を成形して試験保持器
を作製した。
組み込み性を評価した。結果を表5に示すが、各実施例
の保持器はいずれも保持器組み込み性に優れることがわ
かる。
を行った。但し、試験条件は、雰囲気温度180℃、回
転数18000rpmとした。結果を表5に示すが、各
実施例はいずれも保持器の変形量が0.15mm以内で
あり、良好な結果を示している。
では、当初、変形量がそれぞれ0.16mm(実施例1
3)、0.17mm(実施例15)、0.16mm(実施
例19)と不良であったが、保持器を200℃にて4時
間オーブン中で熱処理を行ったところ変形量はそれぞれ
0.09mm(実施例13)、0.08mm(実施例1
5)、0.08mm(実施例19)に減少して良好な結
果が得られた。そこで、示差走査型熱量計(Differentia
l Scanning Calorimetry)を用いてPA46及びPPS
の熱処理前後での吸熱量(結晶融解熱)を比較したとこ
ろ、PA46では10%、PPSでは13%それぞれ吸
熱量が大きくなっており、これは樹脂の結晶化度が高ま
った結果であると考えられる。
て溶融混練してペレットを作製し、射出成形機を用いて
長さ80mm、幅10mm、厚さ4mmの曲げ試験片を
製作した。そして、上記(3)と同様にして180℃で
の曲げ試験を実施し、曲げ弾性率を求めた。図10にガ
ラス繊維含有率を変えたPA46ベースの樹脂組成物、
図11にカーボン繊維含有率を変えたPA46ベースの
樹脂組成物、図12にカーボン繊維含有率を変えたPP
Sベースの樹脂組成物、図13にガラス繊維含有率を変
えたPEEKベースの樹脂組成物、図14にカーボン繊
維含有率を変えたPEEKベースの樹脂組成物からなる
各試験片の試験結果をそれぞれ示す。各図から、PA4
6ではガラス繊維を20重量%以上またはカーボン繊維
を10重量%以上(図10、図11)、PPSではカー
ボン繊維を20重量%以上(図12)、PEEKではガラ
ス繊維を20重量%以上またはカーボン繊維を10重量
%以上(図13、図14)それぞれ配合することにより、
本発明が目的とする180℃での曲げ弾性率が3500
MPa以上の機械特性が得られることがわかる。
持器をトンネルゲート方式とディスクゲート方式とで各
300個作製し、上記(2)と同様にして個々の保持器
組み込み性を評価した。その結果、トンネルゲート方式
品では、100個当たり1個の割合で軽微な亀裂があっ
たが、ディスクゲート方式品は300個全て正常であっ
た。また、ディスクゲート方式品はトンネルゲート方式
品に比べて真円度が約1/2となり、高い寸法精度であ
った。
環境で、かつ18000〜22000rpmの高速回転
が必要とされる高温・高速オルタネータ用軸受として、
軸受回転耐久評価を実施し、良好な結果が得られたが、
その他の高温・高速回転用軸受保持器としても十分な性
能を示すことは、上記各実施例の結果より明らかであ
る。
える玉軸受を例示して説明してきたが、本発明はこれら
に限らず、円錐ころ軸受用保持器、球面ころ軸受用保持
器、円筒ころ軸受用保持器、一般玉軸受用保持器、アン
ギュラ玉軸受用保持器、その他、ニードル軸受用保持
器、ローラクラッチ用保持器等の他の保持器を備える各
転がり軸受にも適用できる。
0℃の耐熱温度を有し、180℃における曲げ弾性率が
3500MPa以上の樹脂組成物からなる保持器を備え
ることにより、当該保持器が良好な組み込み性を満たす
適度な靱性を有するとともに高い機械的特性を有するこ
とから、高温・高速回転条件、高負荷条件等で長時間の
使用に耐え得る。
である。
保持器平面図、(b)は同試験装置の概略図である。
る。
と曲げ弾性率との関係を示すグラフである。
と曲げ弾性率との関係を示すグラフである。
の説明図である。
張強度保持率で示したグラフである。
フである。
と曲げ弾性率との関係を示すグラフである。
有率と曲げ弾性率との関係を示すグラフである。
率と曲げ弾性率との関係を示すグラフである。
と曲げ弾性率との関係を示すグラフである。
有率と曲げ弾性率との関係を示すグラフである。
Claims (5)
- 【請求項1】 180℃での曲げ弾性率が少なくとも3
500MPaで、かつ少なくとも150℃の耐熱温度を
有する樹脂組成物からなる保持器を備えることを特徴と
する転がり軸受。 - 【請求項2】 前記樹脂組成物が、ガラス繊維を20重
量%以上50重量%未満、またはカーボン繊維を10重
量%以上40重量%未満の割合で含有するポリアミド4
6であることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。 - 【請求項3】 前記樹脂組成物が、カーボン繊維を20
重量%以上40重量%未満の割合で含有するポリフェニ
レンサルファイド樹脂であることを特徴とする請求項1
記載の転がり軸受。 - 【請求項4】 前記樹脂組成物が、ガラス繊維を20重
量%以上40重量%、またはカーボン繊維を10重量%
以上40重量%未満の割合で含有するポリエーテルエー
テルケトン樹脂であることを特徴とする請求項1記載の
転がり軸受。 - 【請求項5】 前記保持器は、内周部全周部を成形ゲー
トとして作製されたものであることを特徴とする請求項
1〜4の何れか1項に記載の転がり軸受。
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