JP2002106574A - 転がり軸受用保持器 - Google Patents

転がり軸受用保持器

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JP2002106574A
JP2002106574A JP2000294680A JP2000294680A JP2002106574A JP 2002106574 A JP2002106574 A JP 2002106574A JP 2000294680 A JP2000294680 A JP 2000294680A JP 2000294680 A JP2000294680 A JP 2000294680A JP 2002106574 A JP2002106574 A JP 2002106574A
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cage
bearing
resin
potassium titanate
filled
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Toshimi Takagi
敏己 高城
Magozo Hamamoto
孫三 浜本
Naoki Matsuyama
直樹 松山
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2322/00Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/39General buildup of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators

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  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】高速回転時においても、案内部を損傷し難く、
変形も起こりにくい転がり軸受用保持器を提供すること
である。 【解決手段】ガラス転移温度が100℃を超え、融点が
270℃を超える樹脂に繊維径が2μm以下のチタン酸
カリウム繊維を20%以上充填した樹脂組成物から構成
される保持器を使用したアンギュラ玉軸受とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主として高速で回転す
る転がり軸受に使用される保持器であり、工作機械の主
軸用軸受などとして使用される転がり軸受用保持器に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に工作機械主軸に用いられる軸受
は、アンギュラ玉軸受と円筒ころ軸受が使用されてい
る。これら軸受の保持器として、綿布補強のフェノール
樹脂を切削加工した保持器や、ガラス繊維で強化した6
6ナイロン樹脂が使用されている。特開2000−97
24には、合成樹脂に無機多孔質体を充填した材料が開
示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、工作機械では、
切削能力を向上させ、加工時間を短縮する方向にあり、
それに伴い主軸の回転数は高速化する傾向にある。しか
し、高速化に対応するため、軸受に供給する潤滑油量も
微量になり、十分な潤滑が得られないため、転動体と保
持器案内面や、保持器と外輪・内輪面との摺動部が高温
になり、保持器の摩耗が起こったり、また、ガラス繊維
を充填した樹脂からなる保持器は、ガラス繊維により軸
受内輪、外輪、転動体などの案内部の摺動面が損傷され
る問題があった。
【0004】特に、ボールやころなどの転動体と保持器
の接触部は高速になり、プラスチックの熱伝導率が小さ
いことから、局部発熱が発生し、部分的な樹脂の軟化現
象も見られた。また、高速回転時に、遠心力による保持
器の変形を抑制することも必要である。
【0005】また、高精度の保持器を製作するために
は、保持器を射出成形する方法が採られ、更に高速で回
転するスピンドルにおいては、より高精度が必要となる
ことから、保持器を機械加工で製作することもある。し
かし、ガラス繊維を充填した材料は、切削面にガラス繊
維が存在し、軸受の案内面をより損傷しやすいという問
題があった。機械加工のうえでは、工具の損傷も大き
く、生産コストも高価であった。
【0006】本発明は、従来技術の有するこのような問
題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところ
は、高速回転時においても、案内部を損傷し難く、変形
も起こりにくい転がり軸受用保持器を提供することであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明がなした技術的手段は、ガラス転移温度が10
0℃を超え、融点が270℃を超える樹脂に、繊維径2
μm以下のウィスカーを充填した樹脂組成物にて保持器
を構成することである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図に
基いて説明する。なお、本実施形態は、本発明転がり軸
受用保持器の一実施形態を示したものにすぎず、なんら
限定解釈されず本発明の範囲内で変更可能である。
【0009】本発明の転がり軸受用保持器は、ベースと
なる耐熱樹脂に繊維径2μm以下のウィスカーを所望重
量%充填した樹脂組成物により、例えば円環状外観を有
する図2に示すアンギュラ玉軸用保持器1dや図4に示
す円筒ころ軸受用保持器2dなど従来周知の転がり軸受
用保持器形態に形成される。保持器は、射出成形する方
法、機械加工で製作する方法など特に限定されない。
【0010】ベースとなる樹脂としては、局部発熱で軟
化し難い耐熱性に優れる樹脂が好ましく、ガラス転移温
度が100℃を超え(好ましくは150℃以上)、融点
が270℃を超える樹脂が好ましい。この樹脂として
は、特に限定解釈されるものではないが、例えば下記化
1に示す構造式を有するポリエーテルエーテルケトン樹
脂や、下記化2あるいは化3に示す構造式を有する熱可
塑性ポリイミド樹脂が好ましい。
【0011】
【化1】
【0012】
【化2】
【0013】
【化3】
【0014】上記ベース樹脂に充填されるウィスカーと
して、特に限定されるものではないが、例えばチタン酸
カリウム繊維が好ましい。
【0015】高速で回転する保持器には、大きな遠心力
が作用するため、ウィスカーの含有率を20%〜50%
にすることが好ましく、ウィスカーを充填することで組
成物の弾性率を向上させ、変形が抑制できる。
【0016】チタン酸カリウム繊維は組成として、K
Ti、KTi、KTi13、K
Ti17、のいずれを使用しても良い。チタン酸カ
リウム繊維は、繊維径が0.6μm程度であり、硬度が
モース硬度で4レベルであり、転がり軸受に使用される
鋼材は略モース硬度6から7であり、軸受鋼に比べ柔ら
かいため、摺動部での損傷が軽微となる特徴がある。
【0017】保持器と転動体間の摩擦発熱を分散するた
め、樹脂組成自体の熱伝導率を向上することも重要で、
表面を高熱伝導体で被膜したチタン酸カリウム繊維を使
用すると好ましい。この高熱伝導体として、カーボン、
銀、酸化スズ−アンチモンが例示できる。
【0018】
【実施例】図1にアンギュラ玉軸受1の実施の一例を示
す。本実施例は、カウンタボアの外輪1aと内輪1b及
びボール1cと、該ボール1cを等配する保持器1dよ
りなる。図3に円筒ころ軸受2の実施の一例を示す。本
実施例は、外輪2aと内輪2bと、ころ2cと、該ころ
2cを等配する保持器2dよりなる。
【0019】図2に成形したアンギュラ玉軸受用保持器
1dの一実施例の外観、図4に成形した円筒ころ軸受用
保持器2dの一実施例の外観を示す。
【0020】保持器を製作した具体的材料を表1に示
す。
【0021】
【表1】
【0022】ポリエーテルエーテルケトン樹脂として、
VICTOREX(株)製のPEEK樹脂を、熱可塑性
ポリイミド樹脂として、三井化学工業(株)製「オーラ
ム」を、66ナイロン樹脂として、ビーエーエスエフ
(株)製「ウルトラミッドA」を使用した。
【0023】チタン酸カリウム繊維として、大塚化学
(株)製「ティスモ」を、高熱伝導体(カーボン被膜)
で被膜したチタン酸カリウム繊維として大塚化学(株)
製「デントールBK」を、また、比較例に使用したウィ
スカーは、四国化成工業(株)製「アルボレート」を、
ガラス繊維は、富士ファイバーガラス(株)「FESS
−015−0413」を使用した。
【0024】各組成物は、表1に示す所定の配合比でブ
レンドし、2軸押し出し機にて、混練し、材料ペレット
を得た。ここで得られた材料ペレットを用い、射出成型
機で図2に示すアンギュラ玉軸受用保持器1dと、図4
に示す円筒ころ軸受用保持器2dを成形した。
【0025】また、アンギュラ玉軸受用の切削加工保持
器を製作するため、内径62mm、外径70mm、長さ
15mmの円筒素材を射出成形で製作し、所定の形状に
機械加工した。
【0026】そして上記夫々の保持器を用い、図1のア
ンギュラ玉軸受1(内径60mm)と図3の円筒ころ軸
受2(内径75mm)に組み立て、図5に示すスピンド
ル回転試験機3にて回転試験を行った。回転試験の結果
を下記表2に示す。これらの軸受はいずれも外輪案内軸
受である。
【0027】実施例1乃至6と比較例1乃至6は、射出
成形により形成された保持器を使用した軸受で、また実
施例7と比較例7は機械加工により製作された保持器を
使用した軸受で、夫々の実施例および比較例において円
筒ころ軸受とアンギュラ玉軸受の双方について行なっ
た。
【0028】潤滑はタービン油のオイルミストを循環さ
せ、5000min−1で1時間運転後、以後1時間毎に
1000min−1回転数を上昇した。軸受の外輪温度を
追跡し、室温から約50℃温度上昇した回転数を最高回
転数とした。試験後軸受を観察し、軸受外輪と保持器の
状況を観察した。ここで試験を行ったスピンドルについ
ては、実施例、比較例ともにアンギュラ玉軸受の外輪温
度上昇による停止であった。
【0029】
【表2】
【0030】ポリエーテルエーテルケトン樹脂にチタン
酸カリウム繊維を充填した保持器(実施例1乃至4 比
較例5及び比較例6)については、充填量が10重量%
(比較例5)では、強化が不十分で遠心力により保持器
と外輪の接触圧が高くなり、高速回転できなかった。ま
た、充填量が60重量%(比較例6)では、円筒保持器
が射出成形で成形できず、回転試験できなかった。そこ
で、充填量を20重量%にすると、補強効果が発現し、
回転数も飛躍的に向上した(実施例1)。更に、充填量
を増加すると、回転数は向上する(実施例2乃至4)。
【0031】チタン酸カリウム繊維を充填した保持器を
使用した軸受(実施例1乃至5)については、軸受外輪
や保持器の損傷は見られなかった。ポリエーテルエーテ
ルケトン樹脂にチタン酸カリウム繊維を配合した量と、
最高回転数の関係を図6に示す。
【0032】これによりチタン酸カリウム繊維の充填量
は、20〜50重量%が好ましく、より好ましくは30
〜40重量%である。
【0033】実施例6は、ポリエーテルエーテルケトン
樹脂に、高熱伝導体(銀被膜)で被膜したチタン酸カリ
ウム繊維を30重量%配合した樹脂組成物からなる保持
器を使用した。この実施例6については、最高回転数も
優れるが、保持器面の微少な変形について目視検査をす
ると、通常のチタン酸カリウム繊維を配合した保持器よ
りも良好であった。
【0034】実施例5は、化3に示す構造式3を有する
熱可塑性ポリイミド樹脂にチタン酸カリウム繊維を30
重量%充填した保持器を使用したもので、これについて
もポリエーテルエーテルケトン樹脂とほぼ同等の性能を
有している。
【0035】比較例1は、66ナイロン樹脂にチタン酸
カリウム繊維を30重量%充填した保持器を使用したも
ので、これについては、高速回転により保持器が遠心力
で軸受外輪に押し付けられ、高速回転ができなかった。
【0036】アンギュラ玉軸受の保持器は、転動体と摺
接する部分に溶融した痕跡があり、局部的に66ナイロ
ン樹脂の融点約265℃を超えたと思われる。また、比
較例2、3、4は充填材自身の硬度が軸受鋼よりも大き
く軸受外輪が損傷し、保持器のスムーズな回転が妨げら
れ、高速で回転することができなかった。
【0037】実施例7と比較例7は、機械加工により製
作された保持器を使用したアンギュラ玉軸受の回転試験
結果を示す。実施例7は、材料として、ポリエーテルエ
ーテルケトン樹脂にチタン酸カリウム繊維を30重量%
充填(表1の実施例2と同じ材料構成)した材料を使用
した。比較例7は、熱可塑性ポリイミド樹脂にガラス繊
維30重量%充填(表1の比較例4と同じ材料構成)し
た材料を使用した。
【0038】円筒ころ軸受の保持器は、それぞれの材料
を射出成形で得られた保持器を使用した。ガラス繊維を
充填した材料からなる比較例7の保持器については、切
削面のガラス繊維が露出し、外輪、ボールへの攻撃性が
強く、12000回転が限界であった。一方、実施例7
は、ほとんど損傷も見られず射出成形品とほぼ同等の性
能を示した。その理由として、チタン酸カリウム繊維が
微細で、かつ、軸受鋼に比較して柔らかいことがあげら
れる。切削加工性についても、たとえば、ポケット穴を
開ける工具の耐久性も約10倍になり、切削コストも削
減できた。
【0039】
【発明の効果】本発明は、ガラス転移温度が100℃を
超え、また、融点が270℃を超える樹脂に繊維径が2
μm以下のウィスカーを充填した樹脂組成物から構成さ
れる保持器を用いることで、案内摺接部の損傷を抑制
し、高速で安定した軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】アンギュラ玉軸受の縦断面図。
【図2】アンギュラ玉軸受用保持器の斜視図。
【図3】円筒ころ軸受の縦断面図。
【図4】円筒ころ軸受用保持器の斜視図。
【図5】試験機概略図。
【図6】ポリエーテルエーテルケトン樹脂にチタン酸カ
リウム繊維を配合した量と、最高回転数との関係を示す
図。
【符号の説明】
1:アンギュラ玉軸受 1d:アンギュラ玉軸受用保持器 2: 円筒ころ軸受 2d: 円筒ころ軸受用保持器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F16C 33/56 F16C 33/56 (72)発明者 松山 直樹 神奈川県藤沢市鵠沼神明1丁目5番50号日 本精工株式会社内 Fターム(参考) 3J101 AA02 AA13 AA24 AA32 AA42 AA52 AA54 AA62 BA34 BA44 BA50 EA34 EA37 EA76 EA80 FA06 FA15 FA31 GA31 4F071 AA02 AA51 AA55 AA60 AA84 AA85 AD01 AF27 AH18 4F072 AA03 AA08 AB08 AB15 AC01 AD42 AD44 AD45 AL16 4J002 AA011 CH091 CL031 CM041 FA036 GM05

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガラス転移温度が100℃を超え、融点が
    270℃を超える樹脂に、繊維径2μm以下のウィスカ
    ーを充填した樹脂組成物からなることを特徴とする転が
    り軸受用保持器。
JP2000294680A 2000-09-27 2000-09-27 転がり軸受用保持器 Pending JP2002106574A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100398605C (zh) * 2006-11-02 2008-07-02 南京工业大学 由钛基晶须增强的聚醚醚酮耐磨复合材料及其制备方法
US20090129716A1 (en) * 2006-06-30 2009-05-21 Ntn Corporation Heat-Resistant, Oil Resistant Rolling Bearing and Rolling Bearing for Use in a Compressor of a Refrigerating Machine

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US20090129716A1 (en) * 2006-06-30 2009-05-21 Ntn Corporation Heat-Resistant, Oil Resistant Rolling Bearing and Rolling Bearing for Use in a Compressor of a Refrigerating Machine
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