JP2008032218A

JP2008032218A - 耐熱・耐油性転がり軸受および冷凍機の圧縮機用転がり軸受

Info

Publication number: JP2008032218A
Application number: JP2007167096A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Oya; 洋右大矢; Masaki Egami; 正樹江上
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2008-02-14
Also published as: WO2008001887A1; US20090129716A1; DE112007001488T5

Abstract

【課題】樹脂製保持器に微量に残っている低分子量重合体や添加剤、または着色剤などが樹脂本体から離脱しないようにし、潤滑油を劣化させない耐熱・耐油性転がり軸受とし、または冷凍機油を劣化させず冷凍サイクルの毛細管の機能も妨げない冷凍機の圧縮機用転がり軸受とすることである。
【解決手段】ポリアミド系樹脂（ポリアミド４−６、ポリアミド６Ｔまたはポリアミド９Ｔ）、ポリフェニレンサルファイドおよびポリエーテルケトンから選ばれる１種以上の融点２８０℃以上の結晶性樹脂からなる保持器を具備した耐熱・耐油性転がり軸受とする。
保持器が、所定の融点以上の樹脂からなるので、所定融点未満の高温に耐えて軸受外部の液体に樹脂成分を離脱させることなく、また結晶性樹脂であるために、軸受外部の液体を樹脂が吸収する量も少なく、低分子量重合体や添加剤または着色剤などが樹脂本体から離脱しにくくなる。
【選択図】なし

Description

この発明は、例えば冷凍機用圧縮機の転がり軸受などのように、冷凍機油や冷媒などに接触するような耐熱・耐油性の条件下で用いられる耐熱・耐油性転がり軸受および冷凍機の圧縮機用転がり軸受に関する。

一般に、冷凍機の冷凍サイクルは、仕事を費やして熱を低熱源から高熱源に運ぶ熱ポンプの作用を果たすものであり、具体的には熱移動の媒体となるいわゆる冷媒が、機油の混じった状態で圧縮機に吸入されて圧縮され、油分離された後に高温高圧の凝縮機で放熱して液化し、受液機に溜められた後に膨張弁にて絞り膨張されて低温低圧の気液混合状態になり、蒸発器で冷媒の熱を奪って気化し、再び圧縮機に吸入されるというサイクルを繰り返すものである。

このような冷凍サイクルの中で冷凍機用圧縮機には、機油の混じった冷媒に接する使用条件に耐える耐熱・耐油性転がり軸受を具備することが求められ、転がり軸受の転動体を保持する保持器（リテーナとも称される。）にも、自己潤滑性、耐薬品性、射出成形性などが求められると共に、軸受寿命の可及的延長化のために樹脂製のものが使用されている。

このような冷凍機の圧縮機用転がり軸受であって、転がり軸受の転動体を保持する保持器を形成するプラスチックとして、熱硬化性樹脂、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドが知られている（特許文献１）。

特開平５−１８７３５５号公報

しかし、上記した従来の冷凍機の圧縮機用転がり軸受は、例えば冷凍機の圧縮機に取り付けられて高温での加圧条件で冷凍機油および冷媒に接触すると、樹脂製保持器に微量に残っている低分子量重合体や添加剤、または着色剤などが樹脂本体から離脱し、冷凍機油の劣化を促進させてしまうという問題点がある。

このような問題は、冷凍機に限らず、高温条件で転がり軸受の樹脂製保持器を油潤滑する場合（特に閉ループ系統、すなわち閉鎖された環境での循環給油または油浴する条件）にも起こり、同様に低分子量重合体や添加剤、または着色剤などが潤滑油の耐久性を弱める。

また、樹脂は温度が高くなると膨張して油を吸収する性質を有し、また樹脂内部の低分子量物や添加剤も活発に動いて樹脂内部から外部へ移動し、離脱したものは油中に浮遊物として析出し、冷凍サイクルの毛細管（キャピラリーチューブ）を閉塞させるようなスラッジにもなるという問題がある。

そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して、樹脂製保持器に微量に残っている低分子量重合体や添加剤、または着色剤などが樹脂本体から離脱しないようにし、潤滑油を劣化させない耐熱・耐油性転がり軸受とし、特に冷凍機の圧縮機用転がり軸受が、冷凍機油や冷媒中にも不純物を混じらせないようにしてそれらの劣化を防止し、またはスラッジの発生量を抑制して冷凍サイクルの毛細管の機能も妨げない冷凍機の圧縮機用転がり軸受とすることである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、融点２８０℃以上の結晶性樹脂からなる保持器を具備した耐熱・耐油性転がり軸受としたのである。

上記したように構成されるこの発明の耐熱・耐油性転がり軸受は、保持器が、所定の融点以上の結晶性樹脂からなるので、融点未満の高温に耐えて軸受外部の液体に対して樹脂成分を離脱させることなく、また結晶性樹脂であるために、軸受外部の液体を樹脂が吸収する量は少ないという特性が総合的に作用し、低分子量重合体や添加剤または着色剤などが基材である樹脂本体から離脱し難い。そのために、潤滑油や冷媒を劣化させない耐熱・耐油性転がり軸受になる。

そのような融点２８０℃以上の結晶性樹脂としては、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイドおよびポリエーテルケトンから選ばれる１種以上の樹脂を採用することが好ましく、ポリアミド系樹脂としては、ポリアミド４−６、ポリアミド６Ｔまたはポリアミド９Ｔを採用することが好ましい。

そして、上記の耐熱・耐油性転がり軸受は、冷凍機の圧縮機に取り付けられて冷凍機油および冷媒に接触する条件下で用いられる冷凍機の圧縮機用転がり軸受に適用できるものである。

前述のように、保持器が、所定融点未満のある程度の高温に耐えて、軸受外部の液体に樹脂成分を離脱させることなく、また結晶性樹脂であるために、軸受外部の液体を樹脂製保持器が吸収する量も少なく、低分子量重合体や添加剤、または着色剤などが樹脂本体から離脱しにくいので、冷凍機油を劣化させず冷凍サイクルの毛細管の機能も妨げない冷凍機の圧縮機用転がり軸受となる。

この発明は、融点２８０℃以上の結晶性樹脂からなる保持器を具備した耐熱・耐油性転がり軸受としたので、樹脂製保持器に微量に残っている低分子量重合体や添加剤、または着色剤などが樹脂本体から離脱しないようにし、潤滑油を劣化させない耐熱・耐油性転がり軸受となる利点がある。

また、上記の耐熱・耐油性転がり軸受は、冷凍機の圧縮機に取り付けられて冷凍機油および冷媒に接触する条件下で用いられた場合に、冷凍機油を劣化させず冷凍サイクルの毛細管の機能も妨げない冷凍機の圧縮機用転がり軸受となる利点がある。

この発明の耐熱・耐油性転がり軸受は、軸受一般の構造を有しており、例えば内輪と外輪の間に玉、コロ、針などの形状の転動体を介在させ、この転動体を回転自在に保持する保持器を有するものである。

保持器の形状は、特に限定されるものではなく、箱型、波型、ブロック型のいずれであってもよい。

このような保持器は、圧縮機内部に使用された場合に、高温(例えば後述の試験条件のように１４０〜１５０℃)、高圧(例えば後述の試験条件のように圧力５５ｋｇｆ／ｃｍ^２＝５．３９ＭＰａ）の環境に耐えられるだけでなく、種々の冷媒に対して化学的安定性、所要強度特性を維持する必要があり、融点２８０℃以上の結晶性樹脂で溶融成形などにて成形される。

後述の試験結果からも明らかなように、保持器を成形する結晶性樹脂の融点は、２８０℃以上であればよく、特にその上限値を限定する意味に乏しいが、敢えて示せば２８０〜３４０℃であり、実用的にはＰＥＥＫを採用した場合に３３４℃であり、この場合は２８０〜３３４℃を示すことができる。

保持器成形用の樹脂の具体例としては、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと略記する。）およびポリエーテルケトンが挙げられ、ポリアミド系樹脂のうち、融点２８０℃以上のものとして、ポリアミド４−６、ポリアミド６Ｔまたはポリアミド９Ｔを例示できる。

上記したポリアミド４−６は、４６ナイロンとも別称され、ジアミノブタン（炭素数４）とアジピン酸（炭素数６）との共縮重合反応により製造される結晶性樹脂であり、融点は２９０℃である。また、この樹脂のガラス転移点は、７８℃であり、６６ナイロンの６６℃に比べて高いため、耐熱性のあるものといえる。市販のポリアミド４−６としては、オランダ国ＤＳＭ社製：スタニールが挙げられる。

ポリアミド６Ｔは、ナイロン６Ｔとも別称され、ヘキサメチレンジアミン（炭素数６）とテレフタル酸との共縮重合反応により製造されるものであり、融点は３１０〜３２０℃である。成形性を向上させるためにモノマーを共重合した変性６Ｔを採用することもできる。共重合成分としては、アジピン酸などが代表的であり、この場合のガラス転移温度は７５〜８０℃となる。市販品としては、三井化学社製のアーレン、アモコ社製のアモデルなどが挙げられる。

ポリアミド９Ｔは、９Ｔナイロンとも別称され、重合体の繰り返し単位が炭素数９のジアミンであるノナンジアミンとテレフタル酸との共縮重合反応により製造される結晶性樹脂であり、結晶化速度が早く、ガラス転移温度は７５〜８０℃である。市販品の例としては、クラレ社製のジェネスタなどが挙げられる。

この発明に用いるＰＰＳは、下記の化１の式で示される繰り返し単位からなるものであり、特に化２の式で示されるものが典型的なものである。このようなＰＰＳのガラス転移温度は８８℃、融点は２８５℃である。

この樹脂は、米国フィリップス・ペトローリアム社から「ライトン」の商標で市販されている。ライトンは、Ｎ−メチルピロリドン溶媒中、１６０〜２５０℃、加圧条件下にｐ-ジクロルベンゼンと二硫化ソーダとを反応させることによって製造され、樹脂中に交差結合の全くないものから部分的交差結合を有するものにいたるまで、各種重合度のものを後工程の熱処理で自由に製造できるものであり、適当な溶融粘度のものを採用できる。また、ＰＰＳは、架橋構造のものばかりでなく、直鎖状のものを採用してもよい。また、ＰＰＳ樹脂はポリアミドイミド樹脂とのポリマーアロイ材を使用することも可能であり、この場合の市販品としては三菱化学社の「ＡＩポリマー」などを例示できる。

この発明に用いるポリエーテルケトンは、芳香族環がエーテル基およびケトン基で結合された構造を有する樹脂であり、例えば全芳香族ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、全芳香族ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などが挙げられる。

ＰＥＥＫは、耐熱性、機械的特性、自己潤滑性に優れ、また、引張伸びが５０％と柔軟性に優れている点で好ましく、ガラス転移温度は１４３℃、融点は３３４℃である。

この発明に用いることが可能なポリエーテルケトンの繰り返し単位の例を下記の化３に示した。また、化３に示す単位に化４で示す繰り返し単位を共重合させた樹脂であってもよい。

このようなポリエーテルケトン樹脂は、いずれも結晶性樹脂であり、ＰＥＥＫの場合は、その最大結晶化度は４８％に達する。この発明に用いるポリエーテルケトンの市販品としては、ＶＩＣＴＲＥＸ−ＰＥＫ２２０Ｇ（ビクトレックス社製）、ＶＩＣＴＲＥＸ−ＰＥＥＫ１５０Ｐ、同３８０Ｐ、同４５０Ｐ、ＨＯＳＴＡＴＥＫ（ヘキスト社製）、ＵＬＴＲＡＰＥＫ−Ａ１０００（ＢＡＳＦ社製）を挙げることができる。

また、この発明の耐熱・耐油性転がり軸受の保持器の成形材料には、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ガラスビーズ、ガラスバルーン、マイカなどの無機系添加材、黒鉛、ＰＴＦＥ樹脂、二硫化モリブデンなどの固体潤滑材、金属酸化防止材、安定材、着色剤などの添加材を配合してもよい。これらは単独で配合しても２種以上を組み合わせて配合してもよく、またこれら添加材に対して、カップリング処理などの表面処理などを施してもよい。

通常、強化繊維を樹脂に配合する場合は、５〜３０重量％を配合すると、強度を向上させる好ましい結果が得られている。

この発明の転がり軸受が用いられる冷凍機用の圧縮機の型式は、特に限定されるものではなく、いわゆるレシプロ方式の往復動圧縮機（ピストン式、斜板式）、回転式圧縮機（回転ピストン式、ダブルツースなどロータリーベーン、ルーツ式、スクロール式）、スクリュー式（一軸式、二軸式）などの周知の圧縮方式のものであってよい。

これらの冷凍機に使用される冷凍機油としては、鉱油、ポリオールエステル油（ＰＯＥ）、ポリアルキレングリコール油（ＰＡＧ）などの合成油が挙げられる。

また、冷凍機に使用される冷媒としては、環境問題上、容認されているいわゆる代替フロン類であるハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系冷媒、すなわちフッ化炭化水素系冷媒や、自然冷媒やノンフロンとしてアンモニア、二酸化炭素、炭化水素、水などが挙げられ、その他の周知の冷媒を使用してもよい。代表的な冷媒はＨＦＣ系冷媒のＲ１３４ａ、ＨＣ系のＲ６００ａ（イソブタン）などが挙げられる。

［実施例１〜５、比較例１、２］
表１に示す樹脂材料と添加材の組成物で転がり軸受の保持器を成形した。得られた軸受を以下の(I)高温浸漬試験、(II)高温・高圧浸漬試験に供し、この結果を表１中に併記した。

実施例１〜５と比較例１、２では、転がり軸受の保持器の所要強度を得るため、強化繊維を樹脂に配合したが、今回の試験に強化繊維の配合量をできるだけ同一量にした。特に、ポリアミド系樹脂の成形体（保持器）組成については、強化繊維の配合量を２５％とした。保持器に成形する素材は、基本的に市販品を使用しているが、ポリアミド６Ｔについては、三井化学社製のガラス繊維（ＧＦ）強化グレードのアーレンＡ３１５(ＧＦ１５％)と同Ａ３３５(ＧＦ３５％)を５０：５０で配合し、強化繊維の配合量の合計が２５％になる組成からなる成形体とした。

［試験（Ｉ）：高温浸漬試験］
実施例１〜５と比較例１、２で得られた保持器を無色のＰＯＥ油からなる冷凍機油（花王社製：カオルーブ２６８）に１４０℃の加熱状態で４８時間浸漬し、その後、冷凍機油への着色と油中浮遊物の有無を肉眼で観察した。なお、比較例１、２の材料中に添加した有機系添加物と、銅系添加物は、いずれも非油溶性の物性であって、油中に溶出したり遊離したりすることがないものである。

［試験（II）：高温・高圧浸漬試験］
実施例１〜５と比較例１、２で得られた保持器と同材料で試験片を形成した（UL-Standard 94[１２．７×１２７×３．２ｍｍ]）。そして、転がり軸受が冷凍機の圧縮機に取り付けられて冷凍機油および冷媒に接触する条件下で用いられる使用状態を想定し、無色のＰＯＥ油からなる冷凍機油（花王社製：カオルーブ２６８）５０％に、冷媒としてデュポン社製：Ｒ１３４ａを５０％添加した冷凍機油・冷媒混合液に、前記の試験片を１５０℃で密閉圧力５．３９ＭＰａ（＝５５ｋｇｆ／ｃｍ^２）の加熱加圧状態で７２時間浸漬し、その後で冷凍機油・冷媒混合液中の着色状態と油中浮遊物の有無を肉眼で観察した。

表１の結果からも明らかなように、融点２８０℃未満（２６０℃）の結晶性樹脂からなる比較例１、２を浸漬した冷凍機油（試験Ｉ）または冷凍機油・冷媒混合液（試験II）は、いずれも着色されていると視認され、浮遊物も認められたが、融点２８０℃以上（２８５〜３３４℃）の結晶性樹脂からなる実施例１〜５を浸漬した冷凍機油または冷凍機油・冷媒混合液には、着色も浮遊物も全く認められなかった。

この試験結果から、融点２８０℃以上の結晶性樹脂であれば、冷凍機油および冷媒に加圧・加熱の状態で接触する条件下で用いられた場合に、樹脂製保持器に微量に残っている低分子量重合体や添加剤、または着色剤などが樹脂本体から冷凍機油および冷媒に離脱せず、潤滑油である冷凍機油または冷凍機油・冷媒混合液を劣化させないことがわかる。

Claims

融点２８０℃以上の結晶性樹脂からなる保持器を具備した耐熱・耐油性転がり軸受。
結晶性樹脂が、融点２８０〜３４０℃の結晶性樹脂である請求項１に記載の耐熱・耐油性転がり軸受。
結晶性樹脂が、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイドおよびポリエーテルケトンから選ばれる１種以上の樹脂である請求項１に記載の耐熱・耐油性転がり軸受。
ポリアミド系樹脂が、ポリアミド４−６、ポリアミド６Ｔまたはポリアミド９Ｔである請求項３に記載の耐熱・耐油性転がり軸受。
耐熱・耐油性転がり軸受が、冷凍機の圧縮機に取り付けられて冷凍機油および冷媒に接触する条件下で用いられる請求項１〜４のいずれかに記載の耐熱・耐油性転がり軸受からなる冷凍機の圧縮機用転がり軸受。