JP2005114098A - 合成樹脂製保持器及びそれを用いた玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 十分な耐熱性、剛性及び強度を得ることができ、柔軟性、弾力性及び靱性に優れてスナップフィットタイプにも採用できる軸受用の合成樹脂製保持器を提供する。
【解決手段】 本発明は、合成樹脂からなる環状体２に転動体１３を収容する複数のポケット３を形成した合成樹脂製保持器を対象とする。この保持器は、主成分としてのポリフェニレンスルフィド系樹脂に、エラストマー成分と、２０〜５０重量％のガラス繊維強化材とが配合された組成物をもって構成され、更にアイゾット衝撃強さが１３０Ｊ／ｍ（ノッチ付）以上に調整されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、内輪及び外輪間に複数の転動体が転動自在に配置される転がり軸受において転動体を保持するための合成樹脂製保持器及びそれを用いた玉軸受に関する。

転がり軸受として代表的な玉軸受は、内輪及び外輪の軌道面間に配置される複数のボールが、保持器により周方向に等間隔おきに保持された構造を有している。

玉軸受に使用される保持器としては、鋼板をプレス加工して得られる金属製保持器や、合成樹脂材料を熱成形して得られる樹脂製保持器等が周知である。

樹脂製保持器は、射出成形等の熱成形によって量産が可能である上、柔軟性、耐摩耗性、耐食性等に優れ、更に軽量化も図ることができる。このため、軸受性能の向上に大きく貢献でき、自動車、電気、産業機械等の多くの技術分野において幅広く使用されている。

従来、樹脂製保持器の材料としては、６６ナイロン等のポリアミド系樹脂を用いるものが一般的である。ポリアミド系樹脂は、耐摩耗性、耐油性等の各種物性に優れており、通常、この樹脂に、例えば強化材としてガラス繊維やカーボン繊維等を配合した組成物を材料として、射出成形を行って保持器を作製するものである。

ところで、転がり軸受の中でも、深溝玉軸受には、転動体としてのボールを弾性力により保持するようにした冠型保持器等のスナップフィットタイプの保持器が採用されている。冠型保持器は、環状体を具備し、その環状体に、軸心方向に向けて開放する複数の玉保持ポケットが周方向に所定の間隔おきに設けられるとともに、各ポケットにおける開口部の幅が、転動体としてのボールの直径よりも小さく設定されている。そして軸受組立時には、ボールをポケットに、その開口縁部を弾性変形させるように嵌め込んで保持させるものである。このようなスナップフィットタイプの保持器では、保持器自身の弾性変形力を利用して、ボールを保持するものであるため、柔軟性及び弾力性に優れた材料を用いる必要があるが、この点においても、上記のポリアミド系樹脂は、軸受用保持器材料として好適である。

一方近年になって、各種機器の高性能化に伴って軸受に対する要求特性も厳しくなっている。例えば自動車の電装部品であるオルタネータ等の軸受は、１２０℃以上の高温下において高速回転で連続して使用されるが、このような過酷な環境で使用される軸受用保持器としては、上記のポリアミド樹脂製のものでは、耐熱性が不十分となる。

そこで下記特許文献１に示すように、耐熱性に優れたポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂を主材料とする樹脂製保持器が提案されている。ＰＰＳ樹脂は、機械的強度、耐薬品性、難燃性に優れ、特に耐熱性の点で優れた性能を有しており、上記のような過酷な環境下での使用に耐え得る保持器材料として注目されている。
特許第２６２８６７４号（請求項１）

しかしながら、上記従来の特許文献１において、保持器材料としてのＰＰＳ樹脂は一般に靱性に劣るものである。このためこのＰＰＳ樹脂を材料として、上記のようなスナップフィットタイプの保持器を作製した場合、ボールを保持器のポケットに嵌め込む際に、ポケット開口縁部が破損したり、あるいは保持器を射出成形して離型時に無理抜きする際に、保持器に割れ等が生じる恐れがある。

またＰＰＳ樹脂製の保持器において柔軟性を付与するために、例えば強化材として配合されるガラス繊維の配合量を２０重量％未満と少なく設定する技術も提案されている。しかしながら、そうすると、強化材の不足によって、剛性や強度が低下してしまうという別の問題が発生する。

この発明は、上記従来技術の問題を解消し、十分な耐熱性、剛性及び強度を得ることができる上更に、柔軟性、弾力性及び靱性に優れてスナップフィットタイプのものにも好適に採用することができる合成樹脂製保持器及びそれを用いた玉軸受を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本第１発明は、内輪及び外輪間に配置される複数の転動体を保持するための軸受用の合成樹脂製保持器を対象としている。

すなわち本第１発明は、合成樹脂からなる環状体に転動体を収容する複数のポケットを形成した合成樹脂製保持器であって、主成分としてのポリフェニレンスルフィド系樹脂に、エラストマー成分と、２０〜５０重量％のガラス繊維強化材とが配合された組成物をもって構成され、アイゾット衝撃強さが１３０Ｊ／ｍ（ノッチ付）以上に調整されてなるものを要旨としている。

この発明の合成樹脂製保持器は、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）系樹脂を主成分とするものであるため、十分な耐熱性を得ることができる。このため、高温下で高速回転を連続して行うような過酷な環境においても支障なく使用することができる。

また本発明において、主成分としてのＰＰＳ系樹脂は、エラストマー成分によってゴム変性されるものであるため、柔軟性、弾力性及び靱性を向上させることができる。このため、本発明を冠型保持器等のスナップフィットタイプの保持器に適用した場合、射出成形後に保持器としての成形品をスムーズに取り出すことができて、例えば割れ等の発生を防止できるとともに、軸受組立時に転動体としてのボールをポケットに無理なく嵌め込んで保持させることができ、例えばポケット開口縁部が破損する等の不具合が発生するのを防止することができる。

更に本発明において、ＰＰＳ系樹脂は、エラストマー成分によってゴム変性されるものであるため、上記したように十分な靱性等を確保しつつも、強化材としてのガラス繊維を所要量含有できて、剛性及び強度を向上させることができる。

一方、本第１発明は、上記したように、冠型保持器にも好適に採用することができる。

すなわち本第１発明においては、前記ポケットとしての玉保持ポケットが、前記環状体の一側面に軸心方向に向けて開放し、かつ周方向に間隔をおいて形成され、前記玉保持ポケットにおける開口縁部に周方向に対向する一対の爪部が設けられ、前記一対の爪部の間隔が、前記転動体としてのボールの直径よりも小さく設定されてなる構成を採用するのが好ましい。

また本発明は、前記エラストマー成分として、変性ポリオレフィン系のエラストマーが用いられてなる構成を採用するのが良い。すなわちこの構成を採用する場合には、上記の作用効果をより確実に得ることができる。

更に本発明においては、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上に調整されてなる構成、又は引張破断伸びが２％以上に調整されてなる構成を採用するのが望ましい。すなわちこれらの構成を採用する場合には、上記の作用効果をより一層確実に得ることができる。

一方、本第２発明は、上記第１発明の合成樹脂製保持器を用いた玉軸受を特定するものである。

すなわち本第２発明は、外輪及び内輪間に複数の転動体が保持器により周方向に間隔をおいて保持された状態で組み込まれて、前記外輪及び内輪が前記転動体によって相対的に回転自在に支持されるようにした玉軸受であって、前記保持器が、請求項１ないし５のいずれかに記載された（第１発明の）合成樹脂製保持器により構成されてなるものを要旨としている。

この第２発明の玉軸受は、上記第１発明と同様に、同様の作用効果を奏するものである。

以上のように、本発明によれば、十分な耐熱性、剛性及び強度を得ることができる上更に、柔軟性、弾力性及び靱性に優れてスナップフィットタイプのものにも好適に採用することができるという効果がある。

図１はこの発明の実施形態である軸受用の合成樹脂製保持器（１）を示す斜視図である。同図に示すように、この軸受用保持器（１）は、射出成形によって得られた冠型の樹脂製保持器であって、環状体（２）を具備している。この環状体（２）には、軸心方向の一方側に向けて開放する複数の玉保持ポケット（３）が、周方向に等間隔おきに形成されている。各玉保持ポケット（３）は、開口縁部両側に開口部を狭めるように一対の爪部（４）が形成されており、一対の爪部（４）間の間隔が、後述の転動体としてのボールの直径よりも小さく設定されている。

そして図２に示すように、保持器（１）における爪部（４）を弾性変形させつつボール（１３）を各ポケット（３）内に嵌め込んで、ボール（１３）を各ポケット（３）に保持させ、その状態で外輪（１１）及び内輪（１２）間に組み込んで、複数のボール（１３）を外輪（１１）及び内輪（１２）間に周方向に等間隔おきに配置して、複数のボール（１３）により両輪（１１）（１２）を相対的に回転自在に支持させる。こうして実施形態の保持器（１）が組み込まれた玉保持器（１０）が形成される。

なお図２において、符号（１４）は、外輪（１１）及び内輪（１２）間における両側の環状開放部を閉塞するための軸受用シールである。

ここで本実施形態において、保持器（１）は、主成分としてのポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）系樹脂に、エラストマー成分と、２０〜５０重量％のガラス繊維強化材とが配合された組成物をもって構成されている。このようなＰＰＳ系樹脂組成物としては、例えば大日本インキ化学工業株式会社製の「Ｚ−２３０」を例示することができる。

ＰＰＳ系樹脂としては、直鎖状ＰＰＳを好適に使用することができ、更にＰＰＳ系の各種ポリマーアロイ等も使用することができる。

エラストマー成分としては、変性ポリオレフィン系エラストマーを好適に用いることができ、このエラストマー成分の配合によって、ＰＰＳ系樹脂をゴム変性させるものである。

上記組成物へのガラス繊維強化材の配合量は、２０〜５０重量％に設定する必要があり、好ましくは下限値を２５重量％以上、上限値を４５重量％以下、より好ましくは下限値を３０重量％以上、上限値を４０重量％以下に設定するのが良い。すなわち、強化材の配合量が少な過ぎる場合には、所定の剛性及び強度を得ることができない恐れがあり、逆に強化材の配合量が多過ぎる場合には、製品としての保持器の物性を低下させる恐れがある。

本実施形態では、上記組成物を成形材料として、射出成形を行うことにより、保持器（１）を得るものである。

こうして得られた保持器（１）は、ＰＰＳ系樹脂を主成分とするものであるため、十分な耐熱性を得ることができる。このためこの保持器（１）が組み込まれた玉軸受（１０）は、高温下で高速回転を連続して行うような過酷な環境においても支障なく使用することができる。

更に保持器（１）の主成分としてのＰＰＳ系樹脂は、エラストマー成分によってゴム変性されているため、柔軟性、弾力性及び靱性を向上させることができる。このため、射出成形後に保持器（１）としての成形品をスムーズに取り出すことができて、例えば割れ等の発生を防止できるとともに、軸受組立時にボールをポケット（３）に無理なく嵌め込んで保持させることができ、例えばポケット開口縁部の爪部（４）が破損する等の不具合が発生するのを防止することができる。

更に、ＰＰＳ系樹脂は、エラストマー成分によってゴム変性されているため、十分な靱性を確保しつつも、強化材としてのガラス繊維を所要量含有できて、十分な剛性及び強度を得ることができる。

また本実施形態の保持器（１０）においては、ＰＰＳ系樹脂を主成分とするものであるため、上記したように高温等の過酷な環境下で良好な物性を維持できる上、熱成形後の吸水の影響が小さいことも相まって、従来からのポリアミド系樹脂材料では性能が満足できない保持器への使用が可能となり、適用範囲を大幅に拡大することができる。

なお上記実施形態においては、深溝玉軸受に使用される冠型保持器を例に挙げて説明したが、本発明はそれだけに限られず、柔軟性を利用して転動体を組み込むようにした保持器、例えば円錐ころ軸受用の保持器等に好適に適用することができる。

＜実施例１＞
表１に示すように、変性ポリオレフィン系エラストマー（変性ＰＯＥ）が添加された直鎖状ＰＰＳ樹脂に、ガラス繊維の強化材が３０重量％配合された組成物を成形材料として、射出成形を行って、外径２７．８ｍｍ、内径２２．２ｍｍ、高さ５．９５ｍｍの冠型保持器（図１参照）を作製した。

＜実施例２〜４＞
表１に示すように、ガラス繊維強化材の配合量を２５重量％、３５重量％、４０重量％とした以外は、上記と同様にして実施例２〜４の保持器をそれぞれ作製した。

＜比較例１＞
表１に示すように、ガラス繊維強化材の配合量を１０重量％とした以外は、上記と同様に保持器を作製した。

＜比較例２＞
表１に示すように、ガラス繊維強化材の配合量を６０重量％とした以外は、上記と同様に保持器を作製した。

＜比較例３＞
表１に示すように、架橋型ＰＰＳ樹脂に、ガラス繊維の強化材が２３重量％配合された組成物を用いて、上記実施例１と同様に保持器を作製した。

＜評価試験＞
上記各サンプル（保持器）に対し、アイゾット衝撃強さ（ノッチ付）〔Ｊ／ｍ〕、曲げ弾性率〔ＭＰａ〕、引張破断伸び〔％〕、２３．５℃でのボール挿入力〔Ｎ〕、−３０℃でのボール挿入力〔Ｎ〕、２３．５℃での円環引張強度〔Ｎ〕、−３０℃での円環引張強度〔Ｎ〕をそれぞれ測定した。その結果を表１に併せて示す。

これらの評価結果から明らかなように、本発明に関連した実施例１〜４の保持器は、いずれの評価にも良好な結果が得られた。これに対し、本発明の要旨を逸脱する比較例１〜３の保持器は、いずれかの評価において満足な結果が得られなかった。

この発明の実施形態である軸受用の合成樹脂製保持器を示す斜視図である。 実施形態の保持器が適用された玉軸受の片側半分を示す断面図である。

符号の説明

１…保持器
２…環状体
３…玉保持ポケット
１０…玉保持器
１１…外輪
１２…内輪
１３…ボール（転動体）

Claims (6)

1. 合成樹脂からなる環状体に転動体を収容する複数のポケットを形成した合成樹脂製保持器において、
   主成分としてのポリフェニレンスルフィド系樹脂に、エラストマー成分と、２０〜５０重量％のガラス繊維強化材とが配合された組成物をもって構成され、
   アイゾット衝撃強さが１３０Ｊ／ｍ（ノッチ付）以上に調整されてなることを特徴とする合成樹脂製保持器。
2. 前記ポケットとしての玉保持ポケットが、前記環状体の一側面に軸心方向に向けて開放し、かつ周方向に間隔をおいて形成され、
   前記玉保持ポケットにおける開口縁部に周方向に対向する一対の爪部が設けられ、
   前記一対の爪部の間隔が、前記転動体としてのボールの直径よりも小さく設定されてなる請求項１記載の合成樹脂製保持器。
3. 前記エラストマー成分として、変性ポリオレフィン系のエラストマーが用いられてなる請求項１又は２記載の合成樹脂製保持器。
4. 曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上に調整されてなる請求項１ないし３のいずれかに記載の合成樹脂製保持器。
5. 引張破断伸びが２％以上に調整されてなる請求項１ないし４のいずれかに記載の合成樹脂製保持器。
6. 外輪及び内輪間に複数の転動体が保持器により周方向に間隔をおいて保持された状態で組み込まれて、前記外輪及び内輪が前記転動体によって相対的に回転自在に支持されるようにした玉軸受であって、
   前記保持器が、請求項１ないし５のいずれかに記載された合成樹脂製保持器により構成されてなることを特徴とする玉軸受。

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