JP2007084719A - Bearing resin material and resin rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂にフラーレン類を配合した軸受用樹脂材料、および該軸受用樹脂材料を用いた樹脂製転がり軸受に関する。 The present invention relates to a resin material for bearings in which fullerenes are blended with resin, and a resin rolling bearing using the resin material for bearings.
ガラス繊維や炭素繊維などのマイクロメーターオーダー以上の繊維強化材や、マイクロメーターオーダー以上の粒状充填材を用いた強化樹脂は、通常著しく機械的特性が向上する。しかし、転がり軸受軌道輪や軌道盤に用いた場合、軌道面上に、圧縮疲労による充填材界面からの剥離が発生し、短寿命となる。このため通常、補強材を添加した樹脂を使用することができず、樹脂製転がり軸受には樹脂単独で適用されており、耐荷重性に劣る。従来からの樹脂製転がり軸受は金属製の転がり軸受に比べて耐薬品性、耐食性に優れるため特殊環境用転がり軸受として、特に腐食環境で用いられているが、耐荷重性(耐圧縮変形性)に劣るためその適用範囲は比較的狭く、耐荷重性の向上が望まれている。 Usually, the mechanical properties of fiber reinforced materials such as glass fibers and carbon fibers that are higher than micrometer order and reinforced resins that use granular fillers that are higher than micrometer order are remarkably improved. However, when used for rolling bearing races or raceways, peeling from the filler interface due to compression fatigue occurs on the raceway surface, resulting in a short life. For this reason, a resin to which a reinforcing material is added cannot usually be used, and the resin alone is applied to the resin rolling bearing, which is inferior in load resistance. Conventional plastic rolling bearings are superior in chemical resistance and corrosion resistance compared to metal rolling bearings, so they are used as rolling bearings for special environments, especially in corrosive environments, but they are also resistant to load (compressible deformation resistance). Therefore, the application range is relatively narrow, and an improvement in load resistance is desired.
ナノサイズの物質であるカーボンナノチューブ(以下、CNTという)はアスペクト比が大きく、また機械的強度も優れ、さらに優れた導電性も有するため、樹脂材料の強化材、導電材として期待されている。しかし、CNTの有する大きな凝集力または繊維同士の強固な絡み合いのため、凝集物を形成しやすく樹脂中への均一分散が難しいという問題があり、現時点では樹脂製転がり軸受の材料として適用が困難である。
一方、フラーレン類は異方性を持たない、または異方性が非常に小さく、さらにサイズがナノオーダーであるため、異方性(高アスペクト比)を有するCNTとは異なり機械的な補強効果が期待できないと考えられている。また、導電性も有していないことから、CNTと比べると、フラーレン類を配合した結晶性熱可塑性樹脂に関する公知の知見は非常に少ない。
フラーレン類を配合した結晶性熱可塑性樹脂に関する知見としては、
(1)結晶化速度を速くするため 0.1〜2000 ppm のフラーレン類を結晶性熱可塑性樹脂に配合する方法(特許文献1)、
(2)主に耐熱性向上を目的として結晶性熱可塑性樹脂 100 重量部に対してフラーレン類を 0.25〜50 重量部配合する方法(特許文献2)、
(3)同じく主に耐熱性向上を目的としてフラーレン配合非結晶性熱可塑性樹脂中の濃度を 1000 ppm 以下に制御する方法(特許文献3)、
(4)同じく主に耐熱性向上を目的としてフラーレン配合熱硬化性樹脂を用いる方法(特許文献4)、
(5)熱可塑性樹脂における射出成形時のスキン層の厚みを制御する目的でフラーレン類を配合する方法(特許文献5)が知られている程度である。
Carbon nanotubes (hereinafter referred to as CNTs), which are nano-sized substances, have high aspect ratios, excellent mechanical strength, and excellent conductivity, and are therefore expected as resin material reinforcements and conductive materials. However, due to the large cohesive strength of CNTs or the strong entanglement of fibers, there is a problem that it is easy to form aggregates and it is difficult to uniformly disperse in the resin, and at present it is difficult to apply as a material for resin rolling bearings. is there.
On the other hand, fullerenes do not have anisotropy, or have very little anisotropy, and have a nano-order size. Therefore, unlike CNTs with anisotropy (high aspect ratio), they have a mechanical reinforcing effect. It is thought that it cannot be expected. Moreover, since it does not have electrical conductivity, there are very few known knowledge about the crystalline thermoplastic resin which mix | blended fullerene compared with CNT.
As knowledge about crystalline thermoplastic resins blended with fullerenes,
(1) A method of blending 0.1 to 2000 ppm fullerenes with a crystalline thermoplastic resin in order to increase the crystallization rate (Patent Document 1),
(2) A method of blending 0.25 to 50 parts by weight of fullerenes with respect to 100 parts by weight of a crystalline thermoplastic resin mainly for the purpose of improving heat resistance (Patent Document 2),
(3) A method of controlling the concentration in the fullerene-containing amorphous thermoplastic resin to 1000 ppm or less, mainly for the purpose of improving heat resistance (Patent Document 3),
(4) A method using a fullerene-containing thermosetting resin mainly for the purpose of improving heat resistance (Patent Document 4),
(5) To the extent that a method of blending fullerenes for the purpose of controlling the thickness of the skin layer during injection molding in a thermoplastic resin (Patent Document 5) is known.
特許文献1は結晶化速度を速めるための手法であるため、もともと結晶化速度の速い樹脂、例えばポリアセタール(以下、POMという)樹脂、ポリアリーレンスルフィド(PAS)樹脂、ポリエーテルケトン(PEK、PEEK)系樹脂などには、その原理上実質的な効果は期待できない。また特許文献1では、炭素クラスター濃度として 0 ppm および 200 ppm の 2 水準しか評価されていないため 0.1〜2000 ppm の広範囲において開示されている効果が発現されるかどうかは不明であり、さらに機械的特性に関しては何ら具体的な効果は示されていない。
特許文献2〜特許文献4は基本的に耐熱性の向上手法であり、圧縮変形性、圧縮疲労特性(耐剥離性)を含む機械的特性については何も評価結果が示されていない。
特許文献5はスキン層制御手法であり、この特許でも圧縮変形性、圧縮疲労特性については何も言及されていない。
なお、通常樹脂の機械的特性を向上させる手法として、ガラス繊維やカーボン繊維を配合する、繊維強化が行なわれている。これらの繊維による繊維強化によって樹脂の圧縮特性は飛躍的に向上するが、これらのようなミクロオーダー以上の繊維を用いた場合、局部的な繰り返し圧縮が加わる用途では、圧縮疲労によって充填材界面を起点とする亀裂が伸展し、剥離が発生する。
In addition, fiber reinforcement which mix | blends glass fiber and carbon fiber is performed as a method of improving the mechanical characteristic of resin normally. The fiber reinforcement by these fibers dramatically improves the compression characteristics of the resin, but when using fibers of micro-order or higher such as these, in applications where local repeated compression is applied, the filler interface is reduced by compression fatigue. Cracks that originate from the point extend and delamination occurs.
本発明はかかる状況に対応するためになされたもので、耐圧縮変形性、特に耐圧縮永久変形性の優れた軸受用樹脂材料、および耐荷重性に優れる樹脂製転がり軸受を提供することを目的とする。 The present invention has been made to cope with such a situation, and an object of the present invention is to provide a resin material for a bearing excellent in compression deformation resistance, particularly compression permanent deformation resistance, and a resin rolling bearing excellent in load resistance. And
本発明の軸受用樹脂材料は、樹脂にフラーレン類を配合してなる軸受用樹脂材料であって、下記式(1)により表わされる前記樹脂材料中のフラーレン類の平均分子間距離Lが、3 nm〜12 nm であることを特徴とする。
上記フラーレン類が、酸基や水酸基により化学修飾されていないフラーレン類であることを特徴とする。
The resin material for bearings of the present invention is a resin material for bearings obtained by blending fullerenes with a resin, and the average intermolecular distance L of the fullerenes in the resin material represented by the following formula (1) is 3 It is characterized by being nm to 12 nm.
The fullerenes are fullerenes that are not chemically modified with an acid group or a hydroxyl group.
上記フラーレン類は、C60 およびC70 から選ばれた少なくとも1つのフラーレン類を主成分とすることを特徴とする。
上記樹脂は、熱可塑性樹脂であることを特徴とする。
上記熱可塑性樹脂は、150℃以上で溶融混練可能な熱可塑性樹脂であることを特徴とする。
上記熱可塑性樹脂は、結晶性樹脂であることを特徴とする。
上記熱可塑性樹脂は、エーテル基、ケトン基および芳香族基から選ばれた少なくとも1つの基を含む熱可塑性樹脂であることを特徴とする。
The fullerenes are characterized by containing at least one fullerene selected from C 60 and C 70 as a main component.
The resin is a thermoplastic resin.
The thermoplastic resin is a thermoplastic resin that can be melt kneaded at 150 ° C. or higher.
The thermoplastic resin is a crystalline resin.
The thermoplastic resin is a thermoplastic resin including at least one group selected from an ether group, a ketone group, and an aromatic group.
本発明の樹脂製転がり軸受は、内輪および外輪とからなる軌道輪もしくは軌道盤と、転動体と、保持器とを備えてなる樹脂製転がり軸受であって、上記軌道輪もしくは軌道盤、および保持器から選ばれた少なくとも1つの部材が、上記の軸受用樹脂材料を用いて成形されることを特徴とする。
樹脂材料を用いて形成される樹脂部材以外の部材が、耐食性部材であることを特徴とする。
The resin rolling bearing of the present invention is a resin rolling bearing comprising a bearing ring or a bearing disc composed of an inner ring and an outer ring, a rolling element, and a cage. At least one member selected from the container is molded using the bearing resin material described above.
A member other than a resin member formed using a resin material is a corrosion-resistant member.
本発明の軸受用樹脂材料は、樹脂に、ナノ粒子であるフラーレン類を配合した材料であって、フラーレン類の配合モル濃度を調整しフラーレン類の分子間距離を所定の範囲に制御するので、耐圧縮変形性、特に耐圧縮永久変形性に優れた軸受用樹脂材料として利用することができ、この樹脂材料を用いて耐荷重性に優れる樹脂製転がり軸受を得ることができる。
また、本発明の樹脂製転がり軸受は、無潤滑下、水中などの防錆処理が施せない用途に好適に利用できる。
The bearing resin material of the present invention is a material in which fullerenes, which are nanoparticles, are blended with a resin, and the intermolecular distance of fullerenes is controlled within a predetermined range by adjusting the blending molar concentration of fullerenes. It can be used as a resin material for bearings excellent in compression deformation resistance, particularly compression permanent deformation resistance, and a resin rolling bearing excellent in load resistance can be obtained using this resin material.
Moreover, the resin rolling bearing of this invention can be utilized suitably for the use which cannot perform rust prevention processing, such as underwater, without lubrication.
本発明において樹脂に配合されるフラーレンは、炭素5員環と6員環から構成され、球状に閉じた多様な多面体構造を有する炭素分子である。該フラーレンは、グラファイト、ダイヤモンドに続く第3の炭素同素体として1985年にH.W.KrotoとR.E.Smalley等によって発見された新規な炭素材料である。代表的な分子構造としては、60 個の炭素原子が 12 個の五員環と 20 個の六員環からなる球状の切頭正二十面体を構成する、いわゆるサッカーボール状の構造のC60 が挙げられ、同様に 70 個の炭素原子からなるC70 、さらに炭素数の多い高次フラーレン、例えばC76 、C78 、C82 、C84 、C90 、C94 、C96 などが存在する。これらのうちのC60 およびC70 が代表的なフラーレンである。また、これらを反応させて多量体が得られる。本発明においては、フラーレンであれば球状、あるいは多量体のいずれも使用できる。 The fullerene blended in the resin in the present invention is a carbon molecule having various polyhedral structures which are composed of a carbon 5-membered ring and a 6-membered ring and are closed in a spherical shape. The fullerene is a third carbon allotrope following graphite and diamond. W. Kroto and R.K. E. It is a new carbon material discovered by Smalley et al. As a typical molecular structure, C 60 of a so-called soccer ball-like structure in which 60 carbon atoms constitute a spherical truncated icosahedron composed of 12 five-membered rings and 20 six-membered rings. Similarly, there are C 70 composed of 70 carbon atoms, and higher fullerenes having a larger number of carbon atoms such as C 76 , C 78 , C 82 , C 84 , C 90 , C 94 , C 96, etc. . Of these, C 60 and C 70 are typical fullerenes. Moreover, a multimer is obtained by making these react. In the present invention, any fullerene can be used, either spherical or multimeric.
フラーレンの製造法には、レーザ蒸発法、抵抗加熱法、アーク放電法、熱分解法などがあり、具体的には、例えば特許第2802324号に開示されており、これらは、減圧下あるいは不活性ガス存在化、炭素蒸気を生成し、冷却、クラスター成長させることによりフラーレン類を得ている。
一方、近年、経済的で効率のよい大量製造法として燃焼法が実用化されている。燃焼法の例としては、バーナーが減圧チャンバー内に設置された装置を使用し、系内を真空ポンプにて換気しつつ炭化水素原料と酸素とを混合してバーナーに供給し、火炎を生成する。その後、上記火炎により生成した煤状物質を下流に設けた回収装置により回収する。この製造法において、フラーレンは煤中の溶媒可溶分として得られ、溶媒抽出、昇華等により単離される。得られたフラーレンは通常C60 、C70 および高次フラーレンの混含物であり、さらに精製してC60 、C70 等を単離することもできる。
本発明で用いるフラーレンとしては、構造や製造法を特に限定するものではないが、特にC60 、C70 の炭素数のもの、あるいはこれらの混合物が好ましい。
The fullerene production method includes a laser evaporation method, a resistance heating method, an arc discharge method, a thermal decomposition method, etc., and specifically disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2802324, which is under reduced pressure or inactive. Fullerenes are obtained by gas existence, generation of carbon vapor, cooling and cluster growth.
On the other hand, in recent years, a combustion method has been put to practical use as an economical and efficient mass production method. As an example of the combustion method, a device in which a burner is installed in a decompression chamber is used, and a hydrocarbon raw material and oxygen are mixed and supplied to the burner while the system is ventilated with a vacuum pump to generate a flame. . Then, the soot-like substance produced | generated by the said flame is collect | recovered with the collection | recovery apparatus provided downstream. In this production method, fullerene is obtained as a solvent-soluble component in soot and is isolated by solvent extraction, sublimation or the like. The obtained fullerene is usually a mixture of C 60 , C 70 and higher order fullerene, and can be further purified to isolate C 60 , C 70 and the like.
The fullerene used in the present invention is not particularly limited in its structure and production method, but those having a carbon number of C 60 or C 70 or a mixture thereof are particularly preferred.
C60 、C70 に代表されるフラーレン類は昇華性を有する炭素系分子である(昇華温度 600℃以上)。このため常温では凝集体となっているが、加熱することによりその凝集力は弱くなっていく。なお、フラーレン類は親油性であるため、基本的に樹脂に対する分散性は優れる。
樹脂中でフラーレン類(参考:C60 分子直径は約 0.7〜0.8 mm )が単分散したと仮定した際の平均分子間距離が所定の範囲( 3〜12 mm )となるよう、樹脂にフラーレン類を配合すると、溶融混練時、樹脂固化時、および熱処理時に発生するフラーレン類の凝集を防ぐことができ、フラーレン類の優れた添加効果の利点のみを利用できることがわかった。この方法によれば圧縮変形性、特にフラーレン類の凝集体の破壊による永久変形量の増加が発生せず、永久変形量を小さくすることができる。またフラーレン類のサイズが 1 nm 以下と非常に小さいため、局部的な圧縮を受けた場合にもフラーレン類/樹脂界面に応力集中が発生せず、樹脂が有する本来の圧縮疲労特性を維持することが可能となる。なお、従来からの繊維強化法では、圧縮変形性は向上するが、圧縮疲労特性は著しく悪化する。
Fullerenes represented by C 60 and C 70 are carbon-based molecules having sublimation properties (sublimation temperature of 600 ° C. or higher). For this reason, although it becomes an aggregate at normal temperature, the cohesion force becomes weak by heating. In addition, since fullerenes are lipophilic, the dispersibility with respect to resin is fundamentally excellent.
Fullerenes in the resin (Reference: C 60 molecule diameter of about 0.7 to 0.8 mm) is to average intermolecular distance when it is assumed that monodispersed is a predetermined range (3 to 12 mm), fullerenes resin When blended, it was found that the agglomeration of fullerenes generated during melt-kneading, resin solidification, and heat treatment can be prevented, and only the advantage of the excellent addition effect of fullerenes can be utilized. According to this method, the amount of permanent deformation does not occur due to compressive deformability, in particular, the amount of permanent deformation due to the destruction of the aggregates of fullerenes, and the amount of permanent deformation can be reduced. In addition, since the size of fullerenes is as small as 1 nm or less, stress concentration does not occur at the fullerenes / resin interface even when subjected to local compression, and the original compression fatigue properties of the resin must be maintained. Is possible. In addition, in the conventional fiber reinforcement method, although the compressive deformability is improved, the compression fatigue property is remarkably deteriorated.
式(1)の誘導方法について以下に示す図に基づいて説明する。この図は樹脂と、樹脂に配合されたフラーレン分子とにより形成されたバルクの形状を示す模式図である。この模式図に示すように、バルクの形状を、正三角形 2 個からなる菱形を底面とし、この正三角形 4 個からなる正三角錐の高さと同じ高さを有する菱形六面体とする。樹脂と、均一に配合されたフラーレン分子とにより形成されたバルク中に、存在するフラーレン分子の数から分子間距離を求める。
上記菱形六面体であるバルクの高さhは、一辺の長さをaとする正三角錐の高さとするので、式(2)で表わされ、
バルクの底面積Sは、式(3)で表わされ、
バルクの体積Vは、式(4)で表わされ、
式(2)、式(4)よりバルクの一辺aは、式(5)で表わされる。
本発明の軸受用樹脂材料は、フラーレン類を配合していない軸受用樹脂材料に比べて、主に耐圧縮特性、特に耐塑性変形(永久変形)性が向上する。式(1)で計算される平均分子間距離Lが 3 nm 未満の場合、フラーレン類の分子直径Rが 1 nm 程度であることから、隣接するフラーレン分子間距離がフラーレン分子 3 個以下という極めて近い距離となるため、添加したフラーレン分子どうしが溶融混練や成形、または熱処理中に凝集しやすく、本発明の効果である優れた耐圧縮性は得られず、逆に軸受用樹脂材料が圧縮を受けた場合、フラーレン分子の凝集体の破壊、フラーレン分子の持つ可塑化効果などにより、耐圧縮性が悪化する場合もある。
平均分子間距離Lが、12 nm よりも大きい場合、添加されたフラーレン類が非常に低濃度となる(例えばフラーレン分子直径を 1 nm とした場合、300 ppm となる)ため、十分なフラーレン類の添加効果が得られない。
The guidance method of Formula (1) is demonstrated based on the figure shown below. This figure is a schematic diagram showing the shape of a bulk formed by a resin and fullerene molecules blended in the resin. As shown in this schematic diagram, the bulk shape is a rhombic hexahedron with a rhombus composed of two equilateral triangles as the bottom and the same height as the regular triangle pyramid composed of four equilateral triangles. The intermolecular distance is determined from the number of fullerene molecules present in the bulk formed by the resin and the uniformly mixed fullerene molecules.
The height h of the bulk that is the rhomboid hexahedron is the height of a regular triangular pyramid with the length of one side a, and is represented by the formula (2),
The bottom area S of the bulk is represented by the formula (3),
The volume V of the bulk is expressed by the formula (4),
From Formula (2) and Formula (4), one side a of the bulk is expressed by Formula (5).
The bearing resin material of the present invention is mainly improved in compression resistance, particularly plastic deformation (permanent deformation), compared to a bearing resin material not containing fullerenes. When the average intermolecular distance L calculated by the formula (1) is less than 3 nm, the fullerene molecular diameter R is about 1 nm, so that the distance between adjacent fullerene molecules is extremely close to 3 fullerene molecules or less. Therefore, the added fullerene molecules tend to aggregate during melt-kneading, molding, or heat treatment, and the excellent compression resistance that is the effect of the present invention cannot be obtained. In such a case, the compression resistance may deteriorate due to the destruction of aggregates of fullerene molecules, the plasticizing effect of fullerene molecules, and the like.
When the average intermolecular distance L is larger than 12 nm, the added fullerenes have a very low concentration (for example, 300 ppm when the fullerene molecular diameter is 1 nm). The effect of addition cannot be obtained.
フラーレン類は、特に化学修飾等を施していないフラーレン類が熱安定性等の面で好ましく、熱可塑性樹脂に対して優れた分散性を有する。なお、化学修飾を施していないフラーレン類では、C60 またはC70 を主成分とするものが好ましい。これらは単独で主成分とすることも、混合物を主成分とすることもできるが、C60 とC70 との混合物を主成分とするものが精製に要する環境負荷及びコストを考慮すると特に好ましい。 As the fullerenes, fullerenes not subjected to chemical modification or the like are particularly preferable in terms of thermal stability, and have excellent dispersibility with respect to thermoplastic resins. Of the fullerenes that have not been chemically modified, those having C 60 or C 70 as the main component are preferred. These can be used alone as a main component or a mixture as a main component, but those containing a mixture of C 60 and C 70 as a main component are particularly preferable in view of the environmental load and cost required for purification.
本発明の軸受用樹脂材料に使用できる樹脂は、フラーレンを樹脂内に均一に分散できる樹脂であれば特に限定されることなく、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を挙げることができる。これらのうち、フラーレンを樹脂内に分散させるための溶融混練や、成形のための熱処理を容易に行なうことができる熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。 The resin that can be used for the bearing resin material of the present invention is not particularly limited as long as it is a resin that can uniformly disperse fullerene in the resin, and examples thereof include a thermoplastic resin and a thermosetting resin. Among these, it is preferable to use a thermoplastic resin that can be easily melt-kneaded for dispersing fullerene in the resin or heat-treated for molding.
本発明の軸受用樹脂材料に使用できる熱可塑性樹脂は、150℃以上、好ましくは 180℃以上の温度で溶融混練、射出成形可能な熱可塑性樹脂を用いれば、特にフラーレン類または熱可塑性樹脂に、フラーレン類の分散性向上のための処理を施さなくても、通常の溶融混練法でフラーレン類は良好な分散性を示す。これは 150℃以上の温度にすることによりフラーレン類の凝集力が低下し、実質的に二軸混練機などの溶融混練による軸受用樹脂材料中へのフラーレン類の分散において、凝集力が問題にならない水準まで低下しているものと推測される。 The thermoplastic resin that can be used in the bearing resin material of the present invention is 150 ° C or higher, preferably 180 ° C or higher, if a thermoplastic resin that can be melt-kneaded and injection-molded is used, particularly for fullerenes or thermoplastic resins, Even if the treatment for improving the dispersibility of fullerenes is not performed, the fullerenes exhibit a good dispersibility by an ordinary melt-kneading method. This is because the cohesive force of fullerenes decreases by setting the temperature to 150 ° C. or higher, and the cohesive force becomes a problem in the dispersion of fullerenes in the resin material for bearings by melt kneading such as a twin-screw kneader. It is presumed that the level has dropped to a level that does not.
本発明の軸受用樹脂材料に使用できる熱可塑性樹脂としては、非晶性樹脂、結晶性樹脂またはこれらの混合樹脂を用いることができるが、疲労強度の観点から結晶性熱可塑性樹脂が適している。非晶性樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテルおよび変性ポリフェニレンエーテル、ポリメチルメタクリレートに代表されるアクリル樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、エチレン−ビニルアルコール、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミド、実質非晶性樹脂であるポリカーボネートやポリ塩化ビニルなどが挙げられる。
結晶性樹脂としては、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、シンジオタクチックポリスチレン、6ナイロン、11ナイロン、12ナイロン、6,6ナイロン、4,6ナイロンなどの脂肪族ポリアミド類、芳香族6ナイロン、芳香族9ナイロンなどの芳香族ポリアミド類、POM、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイドなどのポリアリーレンサルファイド類、ポリエーテルエーテルケトン(以下、PEEKという)、ポリエーテルケトンなどの芳香族ポリケトン類、熱可塑性ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素樹脂、その他溶融状態でも結晶性熱可塑性樹脂を有する液晶樹脂として知られる芳香族ポリエステル類などが挙げられる。
As the thermoplastic resin that can be used for the bearing resin material of the present invention, an amorphous resin, a crystalline resin, or a mixed resin thereof can be used, but a crystalline thermoplastic resin is suitable from the viewpoint of fatigue strength. . Examples of the amorphous resin include polystyrene, polyphenylene ether and modified polyphenylene ether, acrylic resin represented by polymethyl methacrylate, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, ethylene-vinyl alcohol, polysulfone, polyarylate, and polyether. Examples thereof include imide, polyethersulfone, polyamideimide, polycarbonate and polyvinyl chloride which are substantially amorphous resins.
Examples of the crystalline resin include aliphatic polyamides such as low density polyethylene, high density polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, polypropylene, syndiotactic polystyrene, 6 nylon, 11 nylon, 12 nylon, 6,6 nylon, and 4,6 nylon. Aromatic polyamides such as aromatic 6 nylon and aromatic 9 nylon, polyarylene sulfides such as POM, polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and polyphenylene sulfide, and polyether ether ketone (hereinafter referred to as PEEK) , Aromatic ketones such as polyetherketone, thermoplastic polyimide, polybenzimidazole, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene Perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, an ethylene - tetrafluoroethylene copolymer, fluororesin such as polyvinylidene fluoride, and aromatic polyesters, known as a liquid crystal resin having a crystalline thermoplastic resins in other molten state.
本発明の軸受用樹脂材料に使用できる熱可塑性樹脂は、フラーレン類の分散性の面から、特に電子密度の高い、例えばエーテル基、ケトン基、チオエーテル基および芳香族基から選ばれた少なくとも1つの基を、主鎖または側鎖のどちらか一方に有するものが好ましい。これらの基を有する樹脂としては、エーテル基を有するPOM、チオエーテル基を有し、かつ主鎖中に芳香族基を有するポリアリーレンサルファイド類、エーテル基、ケトン基を有しかつ主鎖中に芳香族基を有するPEEKなどの芳香族ポリケトン類などが挙げられる。 The thermoplastic resin that can be used for the bearing resin material of the present invention is at least one selected from, for example, an ether group, a ketone group, a thioether group, and an aromatic group having a particularly high electron density from the viewpoint of dispersibility of fullerenes. Those having a group on either the main chain or the side chain are preferred. Examples of the resin having these groups include POM having an ether group, polyarylene sulfides having a thioether group and an aromatic group in the main chain, an ether group, a ketone group, and an aromatic group in the main chain. And aromatic polyketones such as PEEK having a group.
本発明の樹脂製転がり軸受を図1を参照して説明する。図1はころ軸受の一部切り欠き斜視図である。ころ軸受は内輪1と外輪2との間にころ3が保持器4を介して配置されている。ころ3は内輪1の転走面1aと外輪2の転走面2aとの間でころがり摩擦を受け、内輪1の鍔部1bとの間ですべり摩擦を受ける。上記内輪1、外輪2、転動体であるころ3および保持器4から選ばれた少なくとも1つの構成物が、上記軸受用樹脂材料を用いて成形されている。
各構成物を、本発明の軸受用樹脂材料を用いて成形することにより、耐荷重性および耐疲労特性に優れた軸受となる。
また、本発明の樹脂製転がり軸受は、上記軸受用樹脂材料により形成される樹脂部材以外の部材を、ステンレス、ガラス、セラミックなどの耐食性部材とすることにより、無潤滑下、水中などの防錆処理が施せない用途に好適に利用できる。
The resin rolling bearing of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a roller bearing. In the roller bearing, a
By forming each component using the bearing resin material of the present invention, a bearing having excellent load resistance and fatigue resistance is obtained.
In addition, the resin rolling bearing of the present invention is made of a corrosion-resistant member such as stainless steel, glass, or ceramic other than the resin member formed of the bearing resin material, thereby preventing rust such as underwater without lubrication. It can be suitably used for applications that cannot be processed.
実施例1〜実施例3、比較例1〜比較例5
表1に示す原料を用い、表2の組成物を二軸混練機にて溶融混練し、成形用材料とした。この成形用材料を用いて、射出成形により直径 30 mm×厚み 5 mm の円板状試験片を得た。この試験片について、以下の方法により永久変形量および耐圧縮疲労特性を測定した。結果を表2に併記した。
Examples 1 to 3, Comparative Examples 1 to 5
Using the raw materials shown in Table 1, the composition shown in Table 2 was melt-kneaded with a biaxial kneader to obtain a molding material. Using this molding material, a disk-shaped test piece having a diameter of 30 mm and a thickness of 5 mm was obtained by injection molding. With respect to this test piece, the amount of permanent deformation and compression fatigue resistance were measured by the following methods. The results are shown in Table 2.
永久変形量の測定:
試験片表面を研磨により表面粗さ Ra 0.05μm 以下に調整し、荷重 49 N にて直径 5.6 mm の窒化ケイ素ボールを試験片表面に押しつけた状態で 24 時間保持した後、荷重を除去して、24 時間後の試験片の変形深さを測定し、この値を永久変形量とした。母材樹脂単独の永久変形量を基準( 100%)として、各実施例および各比較例について変形率を求めた。すなわち、母材樹脂としてPOMを用いた実施例1〜実施例2および比較例1〜比較例4の変形率は、比較例1の永久変形量を 100%として、比較例1の永久変形量に対する実施例1〜実施例2および比較例2〜比較例4の各永久変形量の比率を求めた。また、母材樹脂としてPEEKを用いた実施例3および比較例5の変形率は、比較例5の永久変形量を 100%として、比較例5の永久変形量に対する実施例3の変形量の比率を求めた。
判定は、変形率が 100%以上のもの(母材単独と同等または悪化したもの)を「×」、変形率が 100%未満のものを「○」とした。
Measurement of permanent deformation:
The surface of the test specimen was adjusted to a surface roughness Ra of 0.05 μm or less by polishing, and a silicon nitride ball with a diameter of 5.6 mm was pressed against the specimen surface at a load of 49 N for 24 hours, and then the load was removed. The deformation depth of the test piece after 24 hours was measured, and this value was defined as the amount of permanent deformation. Using the permanent deformation amount of the base resin alone as a reference (100%), the deformation rate was determined for each example and each comparative example. That is, the deformation ratios of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 4 using POM as a base material resin are set to 100% of the permanent deformation amount of Comparative Example 1, and the deformation amount of Comparative Example 1 is 100%. The ratio of each permanent deformation amount of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 2 to 4 was determined. Further, the deformation rate of Example 3 and Comparative Example 5 using PEEK as the base material resin is the ratio of the deformation amount of Example 3 to the permanent deformation amount of Comparative Example 5 with the permanent deformation amount of Comparative Example 5 being 100%. Asked.
Judgment was made with “X” when the deformation rate was 100% or more (same or worsened as the base material alone), and “◯” when the deformation rate was less than 100%.
軸受寿命試験:
軸受寿命試験について図2を用いて説明する。図2は軸受寿命試験の概要を示す模式図である。図2に示すように円板状試験片上9に、直径 5.6 mm の窒化ケイ素ボール8を、円板状試験片9と中心を同一にする直径 20 mm (図2にてaで表示)の円上に 10 個等間隔に配置し、互いのボール8同士がぶつからないようボール保持治具7(保持器、6,6ナイロン製)を用いて保持しながら、ボール8とボール保持治具7を円板状試験片上9で 1500 rpm の回転速度にて回転させて、圧縮繰り返し負荷を加える(スラスト軸受形態)。圧縮繰り返し負荷は、荷重5を 147 N にてボール8の上表面に接するボール案内板6に加えられ、ボール8の下表面に接する円板状試験片上9に加えられる。軸受寿命試験は水中 25℃にて、連続 250 時間実施され、試験終了後、円板状試験片上のボール軌道部における剥離の有無を測定した。
Bearing life test:
The bearing life test will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing an outline of a bearing life test. As shown in FIG. 2, a
総合評価:
永久変形量の測定から得られた変形率が 100%未満で、かつ軸受寿命試験にて剥離の発生が認められなかった試験片を「 O.K. 」とし、それ以外の試験片を「 N.G. 」とした。
Specimens with a deformation rate of less than 100% obtained from the measurement of permanent deformation and no occurrence of delamination in the bearing life test were designated as “OK”, and other specimens were designated as “NG”. .
表2からフラーレン配合の各試験片の変形率および配合されたフラーレンの平均分子間距離のデータを選択し、両者の相関関係について図3に示した。図3は各試験片の変形率と、フラーレンの平均分子間距離との関係を示す図である。図3においてフラーレンの平均分子間距離を示す横軸は対数目盛にて表示されている。
図3に示す結果から明らかなように、本発明で開示される平均分子間距離Lが 3〜12 nm における範囲においてのみ、フラーレン類を添加することにより耐圧縮変形性が向上し、永久変形量が減少する。また表2の評価結果から、実施例の平均粒子間距離の範囲においては剥離は見られない。これらの結果から、本発明の軸受用樹脂材料は、耐荷重性および耐疲労特性に優れた樹脂製転がり軸受材料として適用できる。
From Table 2, data on the deformation rate of each test piece mixed with fullerene and the average intermolecular distance of the mixed fullerene were selected, and the correlation between them was shown in FIG. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the deformation rate of each test piece and the average intermolecular distance of fullerene. In FIG. 3, the horizontal axis indicating the average intermolecular distance of fullerene is displayed on a logarithmic scale.
As is apparent from the results shown in FIG. 3, only when the average intermolecular distance L disclosed in the present invention is in the range of 3 to 12 nm, the addition of fullerenes improves the compression deformation resistance, and the amount of permanent deformation. Decrease. Also, from the evaluation results in Table 2, no peeling is observed in the range of the average interparticle distance of the examples. From these results, the resin material for bearings of the present invention can be applied as a resin rolling bearing material excellent in load resistance and fatigue resistance.
本発明の軸受用樹脂材料は、樹脂にフラーレン類を配合してなり、フラーレン分子間距離を所定の範囲に制御することにより、耐圧縮性、特に耐圧縮疲労特性に優れた軸受用樹脂材料となるので、この樹脂材料を用いて耐圧縮変形性、特に耐圧縮永久変形性の優れた軸受用樹脂材料および耐荷重性に優れる玉軸受、ころ軸受、スラスト軸受などの樹脂製転がり軸受に好適に利用できる。
また、特に樹脂製転がり軸受の軌道輪もしくは軌道盤に適用可能な耐荷重性および耐疲労特性に優れた軸受用樹脂材料として好適に利用できる。
また、無潤滑下、水中などの防錆処理が施せない用途に使用される軸受の軸受用材料として好適に利用できる。
The resin material for bearings of the present invention is a resin material for bearings that is excellent in compression resistance, particularly compression fatigue resistance, by blending fullerenes in a resin and controlling the distance between fullerene molecules within a predetermined range. Therefore, using this resin material, it is suitable for a resin material for bearings having excellent compression deformation resistance, particularly compression permanent deformation resistance, and resin rolling bearings such as ball bearings, roller bearings, thrust bearings, etc. having excellent load resistance. Available.
In particular, it can be suitably used as a resin material for bearings that is excellent in load resistance and fatigue resistance that can be applied to a bearing ring or a washer of a resin rolling bearing.
Moreover, it can utilize suitably as a bearing material of the bearing used for the use which cannot perform rust prevention processing, such as underwater, under non-lubrication.
1 内輪
2 外輪
3 ころ
4 保持器
5 荷重
6 ボール案内板
7 ボール保持治具
8 ボール
9 円板上試験片
DESCRIPTION OF
Claims (9)
下記式(1)により表わされる前記樹脂材料中のフラーレン類の平均分子間距離Lが、3 nm〜12 nm であることを特徴とする軸受用樹脂材料。
A bearing resin material, wherein an average intermolecular distance L of fullerenes in the resin material represented by the following formula (1) is 3 nm to 12 nm.
前記軌道輪もしくは軌道盤、および保持器から選ばれた少なくとも1つの部材が、請求項1ないし請求項7のいずれか一項記載の軸受用樹脂材料を用いて成形されることを特徴とする樹脂製転がり軸受。 A resin rolling bearing comprising a bearing ring or a washer composed of an inner ring and an outer ring, a rolling element, and a cage,
8. A resin characterized in that at least one member selected from the bearing ring or the washer and the cage is molded using the bearing resin material according to any one of claims 1 to 7. Rolling bearing.
9. The resin rolling bearing according to claim 8, wherein the member other than the resin member formed using a resin material is a corrosion-resistant member.
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