JP2007303601A

JP2007303601A - ハイブリッド自動車用転がり軸受

Info

Publication number: JP2007303601A
Application number: JP2006134198A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yabe; 俊一矢部
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】従来のガラス繊維強化樹脂組成物からなる保持器における機械的強度や耐摩耗性、耐疲労性等を改善し、ハイブリッド自動車の電動モータに用いても優れた信頼性及び耐久性を示すハイブリッド自動車用転がり軸受を提供する。
【解決手段】少なくとも内輪、外輪、転動体及び保持器を備え、ハイブリッド自動車の電動モータに使用される転がり軸受において、前記保持器が、シランカップリング剤で表面処理されたホウ酸アルミニウムウィスカーを３０〜７０質量％の割合で含有する芳香族ポリアミド樹脂組成物からなることを特徴とするハイブリッド自動車用転がり軸受。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド自動車の電動モータに使用され、樹脂製保持器を備えるハイブリッド自動車用転がり軸受に関する。

従来から、軽量化や複雑な形状に加工しやすい等の理由から、転がり軸受用の樹脂製保持器として、ポリアミド６６やポリアミド４６等のポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂に、補強材としてガラス繊維を配合した樹脂組成物を成形したものが使用されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３００１２８８号公報

近年、環境面からハイブリッド自動車が注目されている。このハイブリッド自動車は、通常の内燃機関と電動モータとを備え、内燃機関による駆動を電動モータがアシストする構成となっており、ガソリン消費量及び排気ガスの削減が図られている。しかしながら、電動モータは高速で回転するため、ガラス繊維強化樹脂製保持器を備える転がり軸受を使用すると、高速回転による遠心力により樹脂製保持器が徐々に外輪側に傾倒し、最悪の場合、外輪に干渉するおそれがある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、従来のガラス繊維強化樹脂組成物からなる保持器における機械的強度や耐摩耗性、耐疲労性等を改善し、ハイブリッド自動車の電動モータに用いても優れた信頼性及び耐久性を示すハイブリッド自動車用転がり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に、本発明は下記のハイブリッド自動車用転がり軸受を提供する。
（１）少なくとも内輪、外輪、転動体及び保持器を備え、ハイブリッド自動車の電動モータに使用される転がり軸受において、前記保持器が、シランカップリング剤で表面処理されたホウ酸アルミニウムウィスカーを３０〜７０質量％の割合で含有する芳香族ポリアミド樹脂組成物からなることを特徴とするハイブリッド自動車用転がり軸受。
（２）芳香族ポリアミド樹脂がポリアミド６Ｔ／６Ｉ、ポリアミド６Ｔ／ＤＴ、ポリアミド６Ｔ／Ｍ−５Ｔ、ポリアミド９Ｔ及びポリアミドＭＸＤ６から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする上記（１）記載のハイブリッド自動車用転がり軸受。

本発明のハイブリッド自動車用転がり軸受では、樹脂製保持器を、耐熱性に優れる芳香族ポリアミド樹脂に、補強材としてシランカップリング剤で表面処理されたホウ酸アルミニウムウィスカーを配合したため、従来のガラス繊維を補強材とする樹脂製保持器に比べて機械的強度や耐摩耗性、耐疲労性等に優れ、耐久性及び信頼性により優れるようになる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

本発明において、ハイブリッド自動車用転がり軸受は、樹脂製保持器を備える限り、その構造等には制限がなく、例えば図１に断面図で示す転がり軸受を例示することができる。図示される転がり軸受は、外周面に内輪軌道面１を有する内輪２と、内周面に外輪軌道面３を有する外輪４とを同心に配置し、内輪軌道面１と外輪軌道面３との間に複数個の玉５を樹脂製保持器７により転動自在に設け、内輪２と外輪４との隙間をシール６で密封して構成されている。シール６は、亜鉛メッキを施した冷延鋼板を加工した内輪非接触タイプの他、同種の鋼板を芯金としその周囲に弾性材を一体に成形したゴムシールタイプ（内輪非接触、内輪接触の両タイプ有り）とすることもできる。また、図２に斜視図で示すように、樹脂製保持器７は所謂冠形保持器であり、円環状の主部８と、この主部８の片面に設けられた複数のポケット９とを備えていて、各ポケット９、互いに間隔をあけ対向して配置された１対の弾性片１０，１０から形成されている。

本発明では、上記樹脂製保持器７として、芳香族ポリアミド樹脂に、シランカップリング剤で表面処理されたホウ酸アルミニウムウィスカーを配合した樹脂組成物を成形したものを用いる。芳香族ポリアミド樹脂は、表１に示すように、樹脂製保持器用として従来使用されているポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）等の脂肪族ポリアミドや、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等に比べてガラス転移点が高く、耐熱性及び高温剛性に優れる利点がある。芳香族ポリアミド樹脂の中でも、ガラス転移温度が１００℃以上のものが好ましく、例えばポリアミド６Ｔ／６Ｉ（ＰＡ６Ｔ／６Ｉ）、ポリアミド６Ｔ／ＤＴ（ＰＡ６Ｔ／ＤＴ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド６Ｔ／Ｍ−５Ｔ（ＰＡ６Ｔ／Ｍ−５Ｔ）、ポリアミドＭＸＤ６（ＰＡＭＸＤ６）を好適に使用できる。尚、ＰＡ６Ｔ／６Ｉは、ヘキサメチレンジアミン（ＨＭＤ）とテレフタル酸（ＴＰＡ）との縮合体であるＰＡ６Ｔ部分と、ＨＭＤとイソフタル酸（ＩＰＡ）との縮合体であるＰＡ６Ｉ部分とからなる。また、ＰＡ６Ｔ／ＤＴは、前記ＰＡ６Ｔ部分と、２−メチルペンタンメチレンジアミン（２−ＭＰＭＤ）とＴＰＡとの縮合体であるＰＡＤＴ部分とからなる。また、ＰＡ９Ｔは、ノナンジアミン（ＮＤ）とＴＰＡとの縮合体である。また、ＰＡ６Ｔ／Ｍ−５Ｔは、前記ＰＡ６Ｔ部分と、メチレンペンタジアミン（ＭＰＤ）とＴＰＡとの縮合体であるＰＡＭ−５Ｔ部分とからなる。また、ＰＡＭＸＤ６は、メタキシリレンジアミン（ＭＸＤＡ）とアジピン酸との縮合体である。

尚、ＰＡ６Ｔ／６Ｉ、ＰＡ６Ｔ／ＤＴ、ＰＡ６Ｔ／Ｍ−５Ｔが分類される変性ＰＡ６Ｔには、その他構造部分にＰＡ６６を有するＰＡ６Ｔ／６６もあるが、ガラス転移温度が８５℃と低く、本発明では好ましくない。

また、芳香族ポリアミド樹脂の分子量は、生産性を考慮して、シランカップリング剤で表面処理されたホウ酸アルミニウムウィスカーを含有した状態で射出成形が可能となる分子量とすることが好ましい。具体的には数平均分子量で１３０００〜３００００が好ましく、更に衝撃強度等の機械的強度を考慮すると数平均分子量で１８０００〜２６０００がより好ましい。数平均分子量が１３０００未満では、分子量が低すぎて機械的強度が低く、実用性が低い。これに対して数平均分子量が３００００を越える場合は、表面処理されたホウ酸アルミニウムウィスカーを規定量含有した状態での溶融粘度が高すぎ、精度よく射出成形で製造することが困難になる。

上記の芳香族ポリアミド樹脂は、それぞれ単独で使用してもよく、適宜組み合わせて使用してもよい。

補強材であるホウ酸アルミニウムウィスカーは、引張強さが７．８ＧＰａ程度、弾性率が３９２ＧＰａ程度であり、従来のガラス繊維（一般的にはＥガラス）の引張強さが最大でも３．４ＧＰａ程度、弾性率が最大でも７８ＧＰａ程度であるのに比べて格段に強靭であり、微細なものを使用できる。そのため、同一含有量で比較した場合、保持器中により多数が存在することとなり、ミクロに補強され、摩耗が発生しやすい非補強部分が保持器表面で少なく、耐摩耗性が非常に高くなる。そのため、ホウ酸アルミニウムウィスカーは、繊維径０．５〜１．０μｍ、繊維長１０〜３０μｍのものが好ましい。

また、ホウ酸アルミニウムウィスカーは、繊維軸方向の線膨張係数が２．６×１０^−６／Ｋであり、ガラス繊維の５〜６×１０^−６／Ｋに比べて非常に小さい。ハイブリッド自動車では転がり軸受は一般的な自動車よりも高速で回転され、高温になるが、ホウ酸アルミニウムウィスカーを含有することで熱膨張による不具合が防止されるという利点もある。

ホウ酸アルミニウムウィスカーは、芳香族ポリアミド樹脂との接着性を考慮してシランカップリング剤で表面処理される。シランカップリング剤としては、片末端にエポキシ基やアミノ基等の官能基を有するものが好ましく、これら官能基が芳香族ポリアミド樹脂のアミド結合に作用してホウ酸アルミニウムウィスカーの補強強化を向上させる。

シランカップリング剤で表面処理されたホウ酸アルミニウムウィスカーの含有量は、全体の３０〜７０質量％であり、より好ましくは５０〜７０質量％である。含有量が３０質量％未満の場合は機械的強度等の改善が少なく、７０質量％を超える場合は成形性が低下する可能性が高くなり、何れの場合も好ましくない。

尚、ホウ酸アルミニウムウィスカーと同等もしくは同等以上の弾性率を有する補強材として炭化ケイ素ウィスカー（弾性率４８０ＧＰａ）や窒化ケイ素ウィスカー（弾性率３８２ＧＰａ）等が知られているが、酸化物でないため、シランカプリング剤のように化学的に結合して芳香族ポリアミド樹脂のアミド結合との接着性を発現し、補強性を更に向上させる適当な表面処理剤がない。そのため、同量の添加量でホウ酸アルミニウムウィスカーと同じような強度を発現させることは難しい。但し、シランカップリング剤で表面されたホウ酸アルミニウムウィスカーの一部をこれらで代替してもよく、その他にも炭素繊維等の繊維状補強材、あるいはチタン酸カリウムウィスカー等のその他のウィスカー状補強材で代替することもできる。

樹脂組成物にはカーボンブラックやベンガラ等の着色剤等を添加してもよく、耐熱性が十分ではない芳香族ポリアミド樹脂を用いる場合には、成形時及び使用時の熱による劣化を防止するためにヨウ化物系熱安定化剤やアミン系酸化防止剤を、それぞれ単独あるいは併用して添加することが好ましい。また、耐衝撃性を改善するために、エチレンプロピレン非共役ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等のゴム状物質を配合してもよい。

尚、上記の芳香族ポリアミド樹脂、シランカプリング剤で表面処理されたホウ酸アルミニウムウィスカー及びその他の配合物を用いて樹脂製保持器を製造する方法としては、生産性から、射出成形が好ましい。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（実施例１〜３、比較例１〜３）
表２に示す如く、ポリアミド樹脂にホウ酸アルミニウムウィスカーまたはガラス繊維を配合し、混練して樹脂組成物を調製した。尚、実施例１で用いたＰＡ９Ｔは（株）クラレ製「ジェネスタ N1000A」、実施例２で用いたＰＡ６Ｔ／ＤＴはDu Pont社製「Zytel HTN51シリーズベースポリマー」、実施例３及び比較例３で用いたＰＡＭＸＤ６は三菱エンジニアプラスチック（株）製「レニー6002」、比較例１で用いたＰＡ６６は宇部興産（株）製「UBEナイロン2020U（銅系熱安定剤含有）」、比較例２で用いたＰＡ４６はDJEP社製「Stanyl TW341（銅系熱安定剤含有）」である。また、ホウ酸アルミニウムウィスカーとして四国化成工業（株）製「アルボレックスYS3A（アミノ系シランカップリング剤処理品）」を用い、ガラス繊維としてシランカップリング剤で処理した直径約１３μmの円形断面ガラス繊維を用いた。

上記の樹脂組成物から試験片を作製し、引張強度及び曲げ強度を測定した。結果を表２に示す。

また、上記の樹脂組成物を用い、射出成形により、日本精工（株）製転がり軸受「６９０９」用の保持器を作製した。そして、作製した保持器を前記転がり軸受「６９０９」に組み込み、更にグリースを封入して試験軸受を作製し、高速耐久試験に供した。試験は、試験軸受を１５０００ｍｉｎ^−１にて１時間連続回転させた後、軸受内部を観察し、保持器が倒れて外輪と干渉しているものを不合格として表２に「×」を記し、外輪に干渉するほど倒れていないものを合格として表２に「○」を記した。

表２に示すように、シランカップリング剤で表面処理されたホウ酸アルミニウムウィスカーを芳香族ポリアミド樹脂に配合した樹脂組成物からなる樹脂製保持器は機械的強度に優れ、ハイブリッド自動車用として十分な性能を有することがわかる。

転がり軸受の一例を示す断面図である。樹脂製保持器の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１内輪軌道面
２内輪
３外輪軌道面
４外輪
５玉
６シール
７樹脂製保持器
８主部
９ポケット
１０弾性片

Claims

少なくとも内輪、外輪、転動体及び保持器を備え、ハイブリッド自動車の電動モータに使用される転がり軸受において、
前記保持器が、シランカップリング剤で表面処理されたホウ酸アルミニウムウィスカーを３０〜７０質量％の割合で含有する芳香族ポリアミド樹脂組成物からなることを特徴とするハイブリッド自動車用転がり軸受。
芳香族ポリアミド樹脂がポリアミド６Ｔ／６Ｉ、ポリアミド６Ｔ／ＤＴ、ポリアミド６Ｔ／Ｍ−５Ｔ、ポリアミド９Ｔ及びポリアミドＭＸＤ６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１記載のハイブリッド自動車用転がり軸受。