JP2004339352A

JP2004339352A - フェノール樹脂成形材料及びプーリ

Info

Publication number: JP2004339352A
Application number: JP2003137408A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yabe; 俊一矢部; Toshimi Takagi; 敏己高城
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】従来のフェノール樹脂成形材料に比べて熱伝導性及び機械的強度に優れる成形体が得られるフェノール樹脂成形材料、並びに従来のフェノール樹脂成形材料からなるプーリに比べて、熱導電性及び機械的強度に優れるプーリを提供する。
【解決手段】フェノール樹脂をベースレジンとし、補強用充填材を配合してなり、成形体としたときの熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上、曲げ強さが１５０ＭＰａ以上、アイゾット衝撃強さが３０Ｊ／ｍ以上であるフェノール樹脂成形材料、並びに前記フェノール樹脂成形材料からなる樹脂製プーリ。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフェノール樹脂成形材料、並びにフェノール樹脂成形材料からなるプーリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェノール樹脂をベースレジンとし、補強用充填材を配合したフェノール樹脂成形材料は、耐熱性や寸法安定性等に優れることから、各種機械部品において金属製部品の代替品として多用されている。自動車分野においても、自動車部品の小型軽量化、低コスト化の要求が高まるのに伴って各種部品の樹脂化が進められており、従来は金属製のものが主であったプーリもフェノール樹脂成形材料製のものが使用されてきている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【特許文献１】
特開２００２−２０１３３５公報
【特許文献２】
特開２００１−１８７９５８公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フェノール樹脂は金属に比べて熱伝導性に劣るため、フェノール樹脂成形材料からなるプーリは熱がこもりやすく、プーリ中心に位置する転がり軸受の温度も金属製プーリに比べて高くなる傾向がある。軸受が高温に晒されると、封入グリースの劣化が促進されたり、シールのゴムリップ部が熱劣化してグリース漏れや外部からの異物が侵入しやすくなり、結果として軸受寿命が低下する可能性が高まる。
【０００４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、従来のフェノール樹脂成形材料に比べて熱伝導性及び機械的強度に優れる成形体が得られるフェノール樹脂成形材料を提供することを目的とする。また、本発明は、従来のフェノール樹脂成形材料からなるプーリに比べて、熱伝導性及び機械的強度に優れるプーリを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、フェノール樹脂をベースレジンとし、補強用充填材を配合してなり、成形体としたときの熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上、曲げ強さが１５０ＭＰａ以上、アイゾット衝撃強さが３０Ｊ／ｍ以上であることを特徴とするフェノール樹脂成形材料、並びに前記フェノール樹脂成形材料からなることを特徴とするプーリを提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【０００７】
本発明のフェノール樹脂成形材料は、フェノール樹脂をベースレジンとし、これに後述される各種補強用充填材を配合したものである。フェノール樹脂には制限が無く、ノボラック型及びレゾール型の何れでもよいが、硬化剤が無くとも自己で反応、硬化し、硬化時のアンモニアの発生も無いレゾール型が好ましい。また、耐衝撃性を向上させるためにゴム成分を配合することが好ましいが、このレゾール型フェノール樹脂は、ノボラック型フェノール樹脂に比べて耐衝撃性が高いため、ゴム成分の添加量を少なく抑えることができ、その分、後述される強化繊維材や高熱伝導性充填材の配合量を増量できるという利点も有する。レゾール型フェノール樹脂としては、ジメチレンエーテル型、メチロール型、ベンジルエーテル型の何れでもよく、更には硬化前の状態は固形状でも、液状でもよい。
【０００８】
ゴム成分には制限がないが、ニトリルゴム、カルボキシル変性ニトリルゴム、アクリルゴム、スチレンブタジエンゴム、カルボキシル変性スチレンブタジエンゴム、シリコンゴム等が好適であり、これらを単独で、あるいは混合して用いる。また、これらのゴム成分は、製造時に加硫された粉末ゴムの状態で成形材料に添加し、分散されるため、添加効果を向上させるためにできるだけ微粉末であることが好ましく、平均粒子径で２００ｎｍ以下の超微粒子が特に好ましい。これらのゴム成分の中でも、成形材料中の分散性と、成形体としたときの耐衝撃性の向上効果の大きさとを考慮すると、ニトリルゴム及びカルボキシル変性ニトリルゴムが好ましく、接着性にも優れるカルボキシル変性ニトリルゴムが特に好ましい。
【０００９】
また、ゴム成分の配合量は、成形材料全量の０．５〜１０質量％が好ましく、１〜５質量％がより好ましい。ゴム成分の配合量が０．５質量％未満では、成形体の耐衝撃性の向上効果が少ない。一方、ゴム成分の配合量が１０質量％を超えると、耐衝撃性の更なる効果は見られないばかりか、相対的に他の成分が不足し、各成分による効果が十分に発現しなくなる。特に、強化繊維材の配合量が減ると成形体の機械的強度や耐熱性が低下し、高熱伝導性充填材の配合量が減ると成形体の熱伝導性が低くなりすぎ、プーリとしたときに軸受温度の低下を図ることができなくなる。
【００１０】
上記のベースレジンには、更に強化繊維材を配合することが好ましい。強化繊維材としては、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、綿布繊維が好ましく、これらを単独で、あるいは混合して用いる。中でも、熱伝導性からはカーボン繊維が好ましく、特に黒鉛化したカーボン繊維は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、より好ましい。また、コスト面ではガラス繊維が最も好ましく、片末端にアミノ基またはエポキシ基を有するシランカップリング剤等で表面処理することにより、フェノール樹脂との接着性や分散性が向上して成形体の機械的強度を増強できる。
【００１１】
強化繊維材の配合量は、成形材料全量の１５〜５５質量％が好ましく、２５〜４０質量％がより好ましい。強化繊維材の配合量が１５質量％未満では補強効果が乏しく、成形体に十分な機械的強度を付与できず、特にプーリ用として実用的強度が得られない。一方、補強繊維材の配合量が５５質量％を超えると相対的に他の成分が不足し、各成分による効果が十分に発現しなくなる。特に、高熱伝導性充填材の配合量が減ると成形体の熱伝導性が低くなりすぎ、プーリとしたときに軸受温度の低下を図ることができなくなる。
【００１２】
更に、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以上である高熱伝導性充填材を配合することが好ましい。このような高熱導電性充填材としては、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、グラファイト、ダイヤモンドが好ましく、これらを単独で、あるいは混合して用いる。尚、下記表１にこれら高熱伝導性充填材の熱伝導率を示す。
【００１３】
【表１】

【００１４】
尚、高熱伝導性充填材は、粒状（球形や多面体等）のものよりもウィスカー状のものが補強効果にも貢献することから好ましい。また、コスト面及び成形体としたときの耐磨耗性を考慮すると、酸化アルミニウムと酸化マグネシウムが好ましい。
【００１５】
高熱伝導性充填材の配合量は、成形材料全量の１５〜４５質量％が好ましく、２０〜４０質量％がより好ましい。高熱伝導性充填材の配合量が１５質量％未満では、成形体の熱伝導性を向上させる効果が少なく、プーリとしたときに軸受温度の低下を図ることができなくなる。一方、高熱伝導性充填材の配合量が４０質量％を超えると相対的に他の成分が不足し、各成分による効果が十分に発現しなくなる。特に、強化繊維材の配合量が減ると成形体の機械的強度が不足し、プーリとしたときの耐久性に劣るようになる。
【００１６】
その他にも、フェノール樹脂成形材料には、必要に応じて種々の添加剤を配合することができる。例えば、酸化防止剤や紫外線吸収剤、離型剤、硬化剤、硬化促進剤等を単独で、あるいは混合して配合することができる。
【００１７】
本発明のフェノール樹脂成形材料は、上記のフェノール樹脂，ゴム成分、強化繊維材、高熱伝導性充填材、更には必要に応じてその他の添加剤を加圧ニーダー、二軸押出機、ヘンシェルミキサー、ロールミル等の公知の混練手段を用いて混練することにより得られる。また、成形体とするには、フェノール樹脂成形材料からなる混練物を粉砕して粒状物とし、この粒状物を射出成形、トランスファー成形、圧縮成形等により所望の形状に成形すればよい。
【００１８】
そして、得られる成形体は、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上と高い熱伝導性を有し、かつ曲げ強さが１５０ＭＰａ以上で、アイゾット衝撃強さが３０Ｊ／ｍ以上と優れた機械的強度とを兼ね備える。
【００１９】
本発明はまた、上記のフェノール樹脂成形材料からなるプーリに関する。プーリの構造には制限がないが、例えば図１に示すものを例示できる。図示されるプーリは、金属製のボス１に、上記のフェノール樹脂成形材料からなる環状のプーリ本体２が外嵌された構造を有する。プーリ本体２は、ボス１と嵌合する嵌合部３と、外筒部４とがリブ５により結合された構造を有しており、外筒部４の外周に形成された溝６にベルト（図示せず）が架けられる。ボス１とプーリ本体２とは、例えばボス１をコアとし、上記のフェノール樹脂成形材料をトランスファー成形することにより一体化できる。また、ボス１は、その中心に貫通孔が開口しており、貫通孔の一端に形成された軸受格納空間７に転がり軸受８が装着される。
【００２０】
本発明のプーリは、プーリ本体２が上記のフェノール樹脂成形材料製であるため、熱伝導性に優れ、転がり軸受８の温度上昇を抑制する。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明は実施例により何ら制限されるものではない。
【００２２】
（実施例１〜５、比較例１）
表２に示す如く、フェノール樹脂、強化繊維材、高熱伝導性充填材、シリカ、カルボキシル化ＮＢＲ粉末及びステアリン酸亜鉛を配合し、加圧ニーダーで加熱混練してフェノール樹脂成形材料を得た。そして、フェノール樹脂成形材料を粉砕して粒状物とし、この粒状物を射出成形して試験片を作製した。そして、試験片の熱伝導率、曲げ強さ及びアイゾット衝撃強さを測定した。結果を表２に併記する。
【００２３】
尚、熱伝導率はレーザーフラッシュ法にて測定した。即ち、図３に示すように、真空室１０に試験片２０を配置し、真空室１０をヒータ１１で加熱しながらレーザ発振器１２から試験片の表面にレーザ光を照射し、そのときの試験片２０の裏面温度を熱電対１３を介して温度検出器１２で測定し、それと同時に試験片２０からの熱線をミラー１４で受け、赤外線検出器１５で熱量とその時間を測定して比熱（Ｃｐ）と熱拡散率（ａ）とを求め、下記式より熱伝導率を算出した。尚、式中のρは試験片の密度である。
熱伝導率（λ）＝ａ・Ｃｐ・ρ
【００２４】
【表２】

【００２５】
表２に示す各材料は以下の通りである。
・フェノール樹脂：ジメチレンエーテル型レゾール型フェノール樹脂（旭有機材工業（株）製）
・ガラス繊維：アミノ基含有シランカップリング剤処理ガラス繊維チョップドストランド；直径１３μｍ；旭ファイバーグラス（株）製「ＣＳ０３ＤＥＦＴ２Ａ」
・カーボン繊維：チョップド黒鉛化カーボン繊維；熱伝導率３２０Ｗ／ｍ・Ｋ；直径１０μｍ；日本グラファイトファイバー（株）製「グラノックＸＮ−８０Ｃ」、
・酸化アルミニウム：α−アルミナ；純度９９．９％以上；平均粒子径１．０μｍ；熱伝導率３８Ｗ／ｍ・Ｋ；岩谷化学工業（株）製「ＲＡ−３０」
・酸化マグネシウム：純度９９．９８％以上；平均粒子径１．０μｍ；熱伝導率５０Ｗ／ｍ・Ｋ；協和化学工業（株）製「パイロキスマ５Ｑ」
・窒化アルミニウム：純度９９％；平均粒子径０．６μｍ；熱伝導率２６０Ｗ／ｍ・Ｋ；（株）トクヤマ製「シェイパルＦグレード」
・炭化ケイ素ウィスカー：β−炭化ケイ素ウィスカー；純度９９％以上、直径０．３〜０．６μｍ；長さ５〜１５μｍ；熱伝導率２７０Ｗ／ｍ・Ｋ
・酸化ケイ素：溶融シリカ（粉砕型）；平均粒子径８μｍ；熱伝導率１．２Ｗ／ｍ・Ｋ；（株）イズミテック製「ＳＳ−Ｆ１」
・カルボキシル化ＮＢＲ粉末：超微粒子加硫Ｘ−ＮＢＲ；平均粒子径５０〜１００ｎｍ；中国石油化工株式有限公司製「ＶＰ−５０１」
・ステアリン酸亜鉛：内部離型剤；堺化学工業（株）製「ＳＺ−１」
【００２６】
表２に示すように、本発明に従い高熱伝導性充填剤を配合した各実施例のフェノール樹脂成形材料からなる試験片は、従来の充填材（シリカ粉末）を配合した比較例１の試験片と遜色の無い機械的強度を有するとともに、熱伝導率が大幅に向上している。特に、実施例５の試験片のように繊維状の高熱伝導性充填材を用いることにより、比較例１の試験片よりも高強度となる。また、実施例４の試験片のように強化繊維材として熱伝導率の高いカーボン繊維を用いることにより、特に高い熱伝導率が得られる。
【００２７】
また、上記のフェノール樹脂成形材料を用いて、図１に示したプーリを作製した。即ち、熱硬化性樹脂用射出成形機を用い、金属製ボス１をコアにして上記のフェノール樹脂成形材料をインサート成形してプーリ本体２を一体に成形し、プーリを得た。そして、グリースを充填したアクリルゴム製接触ゴムシール付き深溝玉軸受８を軸受格納空間７に圧入し、下記に示す軸受耐久試験に供した。
【００２８】
（軸受耐久試験）
上記で作製したプーリを従動プーリとし、雰囲気温度１２０℃、ラジアル荷重４９０Ｎ、回転速度１２０００ｍｉｎ^−１（外輪回転）にて軸受を回転させ、１時間経過後に軸受外輪温度を測定した。また、その後も回転を継続して軸受振動値を測定し、初期値の１０倍に上昇した時点を軸受寿命とした。表３に、プーリ本体２の熱伝導率、１時間経過後の軸受外輪及び軸受寿命（比較例１を１．０とした相対値）を示す。尚、プーリ本体２の熱伝導率は、上記したレーザーフラッシュ法により測定した。
【００２９】
【表３】

【００３０】
表３に示すように、本発明に従う各実施例のフェノール樹脂成形材料からなるプーリ本体２は、熱伝導率が高いことから、軸受の温度上昇が抑えられて、耐久性に優れる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のフェノール樹脂成形材料に比べて熱伝導性及び機械的強度に優れる成形体が得られる。また、従来のフェノール樹脂成形材料からなるプーリに比べて、熱導電性及び機械的強度に優れるプーリが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプーリの一実施形態を示す断面図である。
【図２】実施例において熱伝導率の測定（レーザーフラッシュ法）に用いた装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１ボス
２プーリ本体
３嵌合部
４外筒部
５リブ
６溝
７軸受格納空間
８転がり軸受

Claims

フェノール樹脂をベースレジンとし、補強用充填材を配合してなり、成形体としたときの熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上、曲げ強さが１５０ＭＰａ以上、アイゾット衝撃強さが３０Ｊ／ｍ以上であることを特徴とするフェノール樹脂成形材料。
補強用充填材として、少なくとも、強化繊維材が成形材料全量の１５〜５５質量％、熱伝導率１０Ｗ／ｍ・ｋ以上の高熱伝導性充填材が成形材料全量の１５〜４５質量％、ゴム成分が成形材料全量の０．５〜１０質量％配合されていることを特徴とする請求項１記載のフェノール樹脂成形材料。
前記強化繊維材がガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維及び綿布繊維から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項２記載のフェノール樹脂成形材料。
前記高熱伝導性充填材が炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、グラファイト及びダイヤモンドから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項２または３記載のフェノール樹脂成形材料。
請求項１〜４の何れか１項に記載のフェノール樹脂成形材料からなることを特徴とするプーリ。