JP2008169926A - カプセル含有合成樹脂組成物及び保持器及び転動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な潤滑性能を発揮することができるカプセル含有合成樹脂組成物、及び該カプセル含有合成樹脂組成物を用いた保持器及び転動装置を提供すること。
【解決手段】相対向する一対の部材を相対移動自在にするために、前記一対の部材の間に介在する複数の転動体を保持器４により転動自在に保持する転動装置用カプセル含有合成樹脂組成物であって、撥油剤がカプセル全重量に対して３０質量％以上内包された前記カプセルが、成形後の前記合成樹脂組成物全重量に対して、２質量％以上５０質量％以下配合されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受の保持器や、リニアガイド、ボールネジ等の転動装置に用いられる合成樹脂組成物及び該合成樹脂組成物で樹脂部分が構成された転動装置に関し、特に撥油剤を内包するカプセルを含有したカプセル含有合成樹脂組成物に関するものである。

転がり軸受や、リニアガイド、ボールネジ等の転動装置においては、合成樹脂組成物で構成された部材が用いられている。以下転がり軸受を例として背景技術を説明する。

従来から知られている転がり軸受は、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、この内輪軌道と外輪軌道との間に複数個の転動体を転動自在に保持した保持器と、から構成されている。外輪の両側端縁の内周面には、それぞれ円輪状のシール板の外周縁が係止され、転動体の設置部分に存在するグリースや、グリースの存在に起因して発生したダスト(発塵)が外部に漏洩したり、あるいは、外部に浮遊する塵芥が転動体の設置部分に侵入したりするのを防止している。

上記保持器は、合成樹脂を射出成形することにより一体的に成形され、その構成は、円環状の主部と、この主部の片側に周方向に等間隔に設けられた複数の保持部とを備えている。各保持部は、互いに間隔を空けて配置された一対の弾性片から成っている。この弾性片の互いに対向する面が、同心の球状又は円筒状の凹面をなすことにより保持部を形成している。各転動体は、各一対の弾性片の間隔を弾性的に押し広げつつ、その保持部に嵌め込まれることにより、転動自在に保持されている。

このような保持器に使用される材料は、一般的に、金属、又はポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂の射出成形可能な合成樹脂が単体で、あるいは、ガラス繊維、カーボン繊維、有機繊維等を配合して強化した合成樹脂組成物が使用されている。

また、従来技術におけるこのような保持器は、転動体を保持する機能しか有しておらず、転がり軸受の潤滑には、潤滑油、又はグリース等の半固体状潤滑剤が使用されている。特に、グリース等の半固体状潤滑剤を使用した場合、この潤滑剤に起因する攪拌抵抗が生じるため、軸受により支持された軸等を回転させるために要するトルクが大きくなり、しかも、回転に伴うトルク変動も大きくなり易い。

また、グリースによる潤滑では、保持器にグリースが付着してしまい、付着部分は最後まで流動しない傾向があった。

そこで、従来より、保持器自体に潤滑機能を持たせた転がり軸受が提案されている。例えば、特許文献１には、圧縮成形により多孔質に成形されたポリアミドイミド樹脂に、完全フッ素化油を含浸させた保持器が開示されている。また、特許文献２には、油を含有するバインダと母材とから成る含油プラスチックから成形した保持器を、潤滑油中に浸漬して、含油処理を施した保持器が開示されている。

さらに、特許文献３には、ポリアミド樹脂の全重量に対して、０.１〜１.０重量％の潤滑油を含浸させた軸受用保持器が開示されている。同様に、特許文献４には、超高分子量ポリエチレンの粉粒体と潤滑剤とから成る混合物を加圧・加熱成形することにより、超高分子量ポリエチレンの多孔質体の孔内に潤滑剤を含油させた軸受用保持器が開示されている。
特開昭６１−６４２９号公報 特開平１−９３６２３号公報 特開平６−２４９２４４号公報 特開平６−２００９４７号公報

しかしながら、従来の上記転がり軸受用保持器の内、特許文献１に示されている保持器は、多孔質で、しかも保持器の母材であるポリアミドイミド樹脂と、潤滑油である完全フッ素化油との親和性が低いために、潤滑油の漏出が早く、早期に潤滑作用が消失してしまう。

また、特許文献２に示される保持器の場合は、これを形成する樹脂が、予め１０質量％程度含油した含油樹脂組成物であるために、転がり軸受用保持器のように、ウェルドラインが生じ易い成形品においては、保持器の射出成形時に、樹脂と潤滑油とが分離し、ウェルドライン付近の機械的強度が著しく低下してしまう。

また、特許文献３の保持器においても、潤滑油の含浸量が保持器全重量の０.１〜１.０重量％と低いため、保持器単独では十分な潤滑性が得られないことがあり、特に、耐久性が要求されるような場合には、軸受に潤滑油をオイルプレーティングしたり、グリースを付加する等の処理が必要となってくる。

さらに、特許文献４に示される保持器では、成形材料が多量の潤滑剤を含有しているので、成形体とした時に、十分な強度が得られず、たとえ強化剤等を添加したとしても、保持器としての使用に耐え得る機械的強度を得にくい。強化剤等を多量に添加すると、潤滑剤の含有量を低下させることになるため、強化剤の使用量には限界があり、機械的強度の改善を図りにくい。しかも、潤滑剤を樹脂組成物全体にわたって保持しているために、潤滑剤が滲み出した時に、保持器の寸法収縮が大きく、保持器として転動体を保持する機能を果たさなくなってしまう。

本発明は、上述した従来の不具合を解消するために、機械的強度を維持しながら、良好な潤滑性能を発揮することができるカプセル含有合成樹脂組成物、及び該合成樹脂組成物を用いた保持器及び転動装置を提供することを課題としている。

上記課題を達成するために、本発明のカプセル含有合成樹脂組成物は、相対向する一対の部材を相対移動自在にするために、前記一対の部材の間に介在する複数の転動体を、保持器により転動自在に保持する転動装置用のカプセル含有合成樹脂組成物であって、前記カプセル含有合成樹脂組成物は、撥油剤がカプセル全重量に対して３０質量％以上内包された前記カプセルが、成型後の前記カプセル含有合成樹脂組成物全量に対して２質量％以上５０質量％以下配合されていることを特徴とする。

また、本発明の転動装置用保持器は、相対向する一対の部材を相対移動自在にするために、前記一対の部材の間に介在する複数の転動体を転動自在に保持する転動装置用保持器において、該保持器を構成する合成樹脂組成物が前記本発明のカプセル含有合成樹脂組成物であることを特徴とする。

また、本発明の転動装置は、相対向する一対の部材と、前記一対の部材を相対移動自在にするために、前記一対の部材の間に介在された複数の転動体と、前記転動体を転動自在に保持する保持器と、から成る転動装置において、該転動装置の樹脂部分を構成する合成樹脂組成物が前記本発明のカプセル含有合成樹脂組成物であることを特徴とする。

本発明によれば、合成樹脂組成物全重量に対するカプセルの配合率、カプセル全重量に対する撥油剤の内包率を適宜選定したので、良好な機械的強度を維持しながら、使用中にカプセルから撥油剤が滲み出ることにより、転動体に対する潤滑性能を発揮することができる。

本発明のカプセル含有合成樹脂組成物を転動装置の樹脂部分に用いた場合、保持器から撥油剤が滲み出し、撥油効果によってグリース中の油のみを流動させることができ、結果として、長時間にわたって転動装置の機能を維持することができ、焼付き寿命を延長することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る実施形態を示す転がり軸受の断面図、図２は、図１の転がり軸受の保持器を示す斜視図である。

本発明のカプセル含有合成樹脂組成物について、図１及び図２に示す転がり軸受１０の保持器４を例として説明する。同図において、転がり軸受１０は、外周面に内輪軌道１ａを有する内輪１と、内周面に外輪軌道２ａを有する外輪２と、この内輪軌道１ａと外輪軌道２ａとの間に配置された複数の転動体３と、この複数の転動体３を転動自在に保持する保持器４と、から構成されている。外輪２の両側端縁の内周面には、それぞれ円輪状のシール板５の外周縁が係止されている。両シール板５は、転動体３の設置部分に存在するグリースや、グリースの存在に起因して発生したダスト(発塵)が外部に漏洩したり、あるいは、外部に浮遊する塵芥が転動体３の設置部分に侵入したりするのを防止している。

上記保持器４は、図２に示すような冠型の形状をしていて、カプセル含有合成樹脂を射出成形することにより全体が一体的に成形されている。その構成は、円環状の主部６と、この主部６の片側に周方向に等間隔で設けられた複数の保持部７とを備え、各保持部７は、互いに間隔を空けて配置された一対の弾性片８から成っている。この弾性片８の互いに対向する面が、同心の球状又は円筒状の凹面をなすことにより保持部７を形成している。各転動体３は、各一対の弾性片８の間隔を弾性的に押し広げつつ、その保持部７に嵌め込まれることにより、保持器４に転動自在に保持されている。

以下、この保持器４を形成しているカプセル含有合成樹脂組成物の種々のサンプルを用いた試験実施例について説明する。

母材として、ポリアミド６６を使用し、これに充填材としてアミノ系シランカップリング剤で処理したカット長３ｍｍ、フィラメント径１３μｍのガラスチョップドストランド(日東紡績株式会社製CS3PE−471)を３０重量％添加し、ヘンシェルミキサーで予備混合した後、押出し機によりペレット化した。その後、該ペレットを２８０℃に加熱し、表１に示されている配合割合でカプセルを配合させてから、カプセルの配合量を変えたそれぞれの合成樹脂組成物について、焼付き寿命試験用として図２に示した冠型保持器４の形状に射出成形したものと、衝撃強度試験用に射出成形したものと、２種類ずつ作製した。配合したカプセルは、一次平均粒径が９００ｎｍで、撥油剤としてノックスガードST−420(日本メクトロン株式会社製)を５０質量％内包させている。

上述の通り、表１に示されている配合割合でカプセルの配合量を変えたそれぞれの合成樹脂組成物を冠型保持器４の形状に射出成形し、それぞれの成形体を、図１に示すような構成の、内輪の内径５ｍｍ、外輪の外径１３ｍｍ、幅４ｍｍのミニチュア玉軸受に組み込み、焼付き寿命を調べるために回転試験を実施した。

回転試験は、内輪回転数５０００ｒｐｍ、スラスト荷重３ｋｇｆ、雰囲気温度８０℃の条件下で行い、軸受焼付き時間を測定した。比較例１の測定結果を１として、各試験から得られた相対評価値を表１に示した。

さらに、前記配合割合でカプセルの配合量を変えたそれぞれの合成樹脂組成物を衝撃強度試験用に射出成形し、それぞれの成形体のアイゾット衝撃強度を、JIS K7110で規定したアイゾット衝撃強度試験に準拠して測定した。比較例１の測定結果を１として、各試験から得られた相対評価値も表１に併記した。

但し、同表の比較例３において、その(撥油剤)及び(実効撥油剤含有量)の欄は、撥油剤をカプセル化しないで樹脂に混合させたものである。

図３は、合成樹脂全重量に対するカプセル配合量と、上記アイゾット衝撃強度試験及び焼付き寿命比の２種類の試験との関係を示す特性線図、図４は、カプセル全重量に対する撥油剤内包率と、焼付き寿命比との関係を示す特性線図である。

図３には、表１に示す試験結果から、表１の実施例１〜実施例４、及び比較例１、２の配合割合で成形した冠型保持器４の、合成樹脂全重量に対するカプセル配合量と焼付き寿命、及びカプセル配合量とアイゾット衝撃強度との関係を示している。同図において、◆は焼付き寿命比、■はアイゾット衝撃強度比をそれぞれ示している。同図から、焼付き寿命比◆はカプセル配合率が１０〜４０質量％の時に最も小さくなり、アイゾット衝撃強度比■はカプセル配合率が４０質量％を越えると徐々に低下していくことが分かる。したがってカプセルの配合量は、成形後の合成樹脂全重量に対して、２質量％以上、５０質量％以下の時に好ましく、さらに好ましい範囲は、１０質量％以上、４０質量％以下であることが分かる。

また、表１に示す実施例１の配合割合で成型した冠型保持器において、カプセル全重量に対する撥油剤内包率のみを変化させた冠型保持器を数種類作成し、焼付き寿命比の試験を行った。内包率が５０質量％の時の焼付き寿命を１として、各試験から得られた相対評価値を図４に示している。同図において、カプセル全重量に対する撥油剤内包率が３０質量％以上の時に、焼付き寿命比が良好な値になり、３０質量％未満では効果が減少することが分かる。

以上の試験結果から、冠型保持器を構成する合成樹脂全重量に対するカプセルの配合量は、２質量％以上５０質量％以下が好ましい。２質量％未満であると含油効果がほとんど得られない。また、５０質量％を越えると、成形後の合成樹脂全重量に対する鉱油量が多くなってしまうため、機械的強度が低下してしまう。より好ましくは１０質量％以上４０質量％以下である。また、カプセル全重量に対する撥油剤内包量は３０質量％以上が好ましい。３０質量％未満では撥油効果が減少してしまう。

従来技術のように、保持器等を形成する合成樹脂組成物に油等の液体を含有させると、極度に強度が小さくなったり、成形不可能となってしまうが、本発明では、合成樹脂組成物に撥油剤を内包したカプセルを含有させる、即ち固体として含有させて成形するため、適切な機械的強度を保つことが可能となる。このことは、表１に示すように、比較例３において、撥油剤をカプセル化しないで合成樹脂に混合させた保持器についてのアイゾット衝撃強度の試験結果が、他の実施例及び比較例と比べて相対的に低い値を示していることからも分かる。

本発明のカプセル含有合成樹脂組成物を転動装置の保持器として用いた場合、保持器から撥油剤が滲み出して油の流動性を大きく変化させることができる。

例えば、グリースによる潤滑では、保持器にグリースが付着してしまい、付着部分は最後まで流動しない傾向があっが、本発明のカプセル含有合成樹脂組成物で構成する保持器を用いれば、保持器から撥油剤が滲み出し、撥油効果によってグリースの油のみを流動させることができる。結果として、長時間にわたって転動装置の機能を維持することができ、焼付き寿命を延長することができる。

本発明のカプセル含有合成樹脂組成物の成形方法は、通常の射出成形法であり、例えば、インラインスクリュー式射出成形機を用いて行うことができる。

上記実施例では、本発明のカプセル含有合成樹脂組成物を、転がり軸受１０の保持器４に適用して説明したが、本発明は、そのような保持器に限らず、例えば、リニアガイド、ボールネジ、ジョイント継手等の転動装置の樹脂部分にも適用することができる。

本発明のカプセル含有合成樹脂組成物に使用される母材は、形成する合成樹脂部材の形状を成形・維持する役割を果たすために、耐熱性能及び耐油性能に優れることが好ましく、例えば、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、等を用いることができる。特に、ポリアミド樹脂は、耐熱性能及び耐油性能に加えて、低価格なことから好適である。

本発明に使用されるカプセルの内包物である撥油剤の種類等は、特に限定されるものではなく、撥油作用を持つシリコン系やフッ素系のものであれば、どれを用いても良い。フッ素系を用いるとすれば、例えば、日本メクトロン株式会社製のノックスガードシリーズが挙げられる。

カプセルの膜材は、特に限定されるものではないが、保持器を成形する時の温度に耐えられるものを選ぶ必要がある。具体的には、メチロール化メラミン膜、ポリウレタン系膜、ポリイミド系膜等が挙げられ、耐熱面を考えるとin situ法によって合成されるメチロール化メラミン膜が特に好ましい。

カプセルの一次平均粒径は、特に限定されるものではないが、樹脂成形時に分散させるために、好ましい一次平均粒径は５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下、最も好ましくは１μｍ以下である。

合成樹脂組成物と必要に応じてこれに配合される充填材は、直接、溶融混練機を用いて混合しても良いが、予め、これらの材料をヘンシェルミキサー、タンブラー、リボンミキサー等の混合機で予備混合した後に、溶融混練機へ供給することもできる。

溶融混練機としては、短軸又は二軸押出し機、混合ロール、加圧ニーダー、ブラベンダープラストグラフ等の公知の溶融混練機を使用することができる。溶融混練する際の温度は、充填材を除く各成分の溶融が十分進行し、且つ分解しない温度を適宜選択すれば良い。

なお、本発明のカプセル含有合成樹脂組成物は、カプセルと母材を必須の構成成分とし、必要に応じて充填材を配合して形成されるが、本発明の目的を損なわない範囲で、さらに適量の各種充填材や各種安定剤を配合しても良い。例えば、有機充填材、無機充填材、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光保護剤、耐熱安定剤、難燃剤、帯電防止剤、過酸化物分解剤、流動性改良剤、非粘着性付与剤、離型剤、増核剤、固体潤滑剤、顔料、染料、等を含んでも良い。

また、本発明のカプセル含有合成樹脂組成物に配合されているカプセルに内包される鉱油は、本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じて酸化防止剤、防錆剤、極圧剤、油性剤、粘度指数向上剤、磨耗防止剤、等を含んでいても良い。

本発明に係る実施形態を示す転がり軸受の断面図である。 図１の転がり軸受の保持器を示す斜視図である。 合成樹脂全重量に対するカプセル配合率と２種類の試験との関係を示す特性線図である。 カプセル全重量に対する撥油剤含有率と焼付き寿命比との関係を示す特性線図である。

符号の説明

１ 内輪
１ａ 内輪軌道
２ 外輪
２ａ 外輪軌道
３ 転動体
４ 保持器
５ シール板
６ 主部
７ 保持部
８ 弾性片
１０ 転がり軸受

Claims (3)

1. 相対向する一対の部材を相対移動自在にするために、前記一対の部材の間に介在する複数の転動体を、保持器により転動自在に保持する転動装置用のカプセル含有合成樹脂組成物であって、
   前記カプセル含有合成樹脂組成物は、撥油剤がカプセル全重量に対して３０質量％以上内包された前記カプセルが、成型後の前記カプセル含有合成樹脂組成物全重量に対して２質量％以上５０質量％以下配合されていることを特徴とするカプセル含有合成樹脂組成物。
2. 相対向する一対の部材を相対移動自在にするために、前記一対の部材の間に介在する複数の転動体を転動自在に保持する転動装置用保持器において、
   該保持器を構成する合成樹脂組成物が請求項１に記載のカプセル含有合成樹脂組成物であることを特徴とする転動装置用保持器。
3. 相対向する一対の部材と、
   前記一対の部材を相対移動自在にするために、前記一対の部材の間に介在された複数の転動体と、
   前記転動体を転動自在に保持する保持器と、から成る転動装置において、
   該転動装置の樹脂部分を構成する合成樹脂組成物が請求項１に記載のカプセル含有合成樹脂組成物であることを特徴とする転動装置。

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