JP2008256166A

JP2008256166A - スラスト針状ころ軸受

Info

Publication number: JP2008256166A
Application number: JP2007101671A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Aihara; 成明相原
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】高荷重下での摺動性により優れ、高速用途にも十分に耐え得るスラスト針状ころ軸受を提供する。
【解決手段】相対向する円環状軌道面３１，３２の間で転動自在に配設される複数の針状ころ３３と、当該針状ころ３３を転動自在に保持する保持器３４とを備えたスラスト針状ころ軸受であって、前記保持器３４が、異形断面を有するガラス繊維を１５〜４５質量％の割合で含有する合成樹脂組成物からなることを特徴とするスラスト針状ころ軸受。
【選択図】図１

Description

本発明は、合成樹脂製保持器を備えるスラスト針状ころ軸受に関する。

例えば、自動車の変速機等の種々の機器の回転部分の支持にスラスト針状ころ軸受が使用されている。このスラスト針状ころ軸受は、例えば図１及び図２に示すように、ハウジングＨＧの穴に内嵌する固定軌道輪３１と、回転軸ＲＳに外嵌する回転軌道輪３２と、固定軌道輪３１の円環状軌道面３１ａと回転軌道輪３２の円環状軌道面３２ａとの間で周方向に転動自在に配設される複数の針状ころ３３と、これら針状ころ３３を周方向に等間隔で転動自在に保持する保持器３４とを備える。保持器３４は、例えば図３に示すように、中空正円板形を有する円環状本体３４ａと、針状ころ３３をそれぞれ保持するために円環状本体３４ａに周方向に等間隔で複数形成されたポケット３４ｂと、各ポケトット３４ｂ間に形成された柱部３４ｃとを備えている。

また、保持器３４は、軽量化や複雑な形状に加工しやすい等の理由から、スラスト針状ころ軸受用の保持器として、ポリアミド６６やポリアミド４６等のポリアミド樹脂や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号公報報

しかしながら、スラスト針状ころ軸受では、負荷容量に対する能力を高めるためには、できるだけ多数の針状ころ３３を配置し、更には針状ころ３３の長さをできるだけ長くする必要があり、その結果、保持器３４の柱部３４ｃがより細くなる。また、高速回転特には、針状ころ３３が保持器３４の柱部３４ｃを繰り返し押したり、公転しながら自転している針状ころ３３の端面が、遠心力によって保持器３４の外形側のポケット内面３４ｄに連続的に非常に強く押し付けられたりする。そのため、スラスト針状ころ軸受では、保持器３４の柱部３４ｃの破損や、ポケット内面３４ｄが摩耗や溶融による破損を防ぐことが大きな課題となっている。

機器の更なる高速回転化は必至であり、保持器３４における上記のような問題がより顕在化することが予測されることから、本発明は、高荷重下での摺動性により優れ、高速用途にも十分に耐え得るスラスト針状ころ軸受を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者らは、保持器の成形材料であるガラス繊維を含有する樹脂組成物を精査したところ、ガラス繊維として直径１０μｍまたは直径１３μｍのものが使用されており、これを断面が円形ではない異形断面を有するガラス繊維をも散ることで、柱部の破損やポケット内面の摩耗や溶融が抑えられることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、相対向する円環状軌道面の間で転動自在に配設される複数の針状ころと、当該針状ころを転動自在に保持する保持器とを備えたスラスト針状ころ軸受であって、前記保持器が、異形断面を有するガラス繊維を１５〜４５質量％の割合で含有する合成樹脂組成物からなることを特徴とするスラスト針状ころ軸受に関する。

本発明のスラスト針状ころ軸受では、保持器を、補強材として異形断面を有するガラス繊維を配合した樹脂組成物製としたため、従来の円形断面のガラス繊維を補強材とする保持器に比べて機械的強度や耐摩耗性等に優れ、更にはガラス繊維の異方性が低下して成形時のヒケの発生も無く、寸法精度も高まる。そのため、本発明のスラスト針状ころ軸受は、高速・高荷重下での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、スラスト針状ころ軸の構造等には制限がなく、例えば図１及び図２に示した構成のスラスト針状ころ軸受を例示することができる。また、保持器３４も図３に示した構成のものとすることができる。

保持器３４は、異形断面を有するガラス繊維を合成樹脂に配合した合成樹脂組成物を成形したものを用いる。合成樹脂には制限はないが、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド４６、ポリアミド６６等が好ましい。ポリフェニレンサルファイドは、２００℃という耐熱性を有し、耐薬品性や寸法精度にも優れ、得られる保持器３４の信頼性が向上するため特に好ましい。また、ポリアミド４６は、１２０〜１４０℃の耐熱性を有し、樹脂自体の衝撃強度・耐疲労性が高く、得られる保持器３４の破損に対して信頼性が向上するため好ましい。また、ポリアミド６６は、耐熱性は１００〜１２０℃であるが、衝撃強度、耐疲労性等のバランスがよく、材料コストも低いため、使用環境によっては最も好適となり得る。また、これら合成樹脂は混合して用いることもできる。

これら合成樹脂の分子量は、生産性を考慮して、異形断面を有するガラス繊維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。但し、ポリアミド６６を用いる場合、その数平均分子量が２００００以上でないと耐疲労性等が十分ではなく、好ましくは２６０００以上とする必要がある。

異形断面を有するガラス繊維は、ぞの断面形状が円形ではないガラス繊維である。断面形状として例えばまゆ形、楕円、長円等が挙げられる。好ましくは、異形比（長径部と短径部との比率）が１．５〜５であるガラス繊維であり、２〜４であるガラス繊維がより好ましい。異形比が１．５未満では機械的強度の向上等の効果が少なく、異形比が５を越えると扁平すぎて安定して製造するのが難しくなる。また、短径部は５〜１２μｍであることが好ましい。短径部が５μｍ未満では細すぎて製造時に破断、破損するため、低コストで安定した品質を保つのが難しく、実用性が低い。一方、短径部が１２μｍを越える場合は、異形比を考慮すると繊維が太すぎ、樹脂中での分散性に劣るようになり、樹脂部に強度ムラが発生するおそれがある。

異形断面を有するガラス繊維の含有量は、樹脂組成物全量の１５〜４５質量％であり、好ましくは２０〜３５質量％である。含有率が１５質量％未満では補強効果が少なく、４５質量％を越える場合は、射出成形に適した流動性が得られなくなるとともに、靭性が低下して成形時、軸受の組立時、軸受の使用時等において僅かな変形で破損するそれがあり、好ましくない。

本発明で用いる異形断面を有するガラス繊維は、従来の円形断面のガラス繊維に比べて折れ難く、樹脂と混練し、射出成形した時に円形断面のガラス繊維に比べて長い状態で樹脂中に分散する。そのため、同一含有量で比較すると、円形断面のガラス繊維に比べて、機械的強度を高める効果に優れる。また、異形断面を有するガラス繊維は、成形時に保持器表面と平行に面をなすように配向するため、面で荷重を受けることができ、耐荷重性や耐摩耗性等に優れるようになる。更に、径方向にも若干の補強効果が現われ、機械的強度がより高まるとともに、寸法変化の差異が小さくなるためヒケが発生し難くなる。

また、異形断面を有するガラス繊維は、上記した樹脂との接着性を考慮して、片末端にエポキシ基やアミノ基等を有するシランカプッリング剤、あるいはエポキシ系、ウレタン系、アクリル系等のサイジング剤で表面処理したものを用いることが好ましい。シランカップシング剤やサイジング剤は、樹脂の種類に応じて選択され、例えば、エポキシ基やアミノ基等を有するシランカップリング剤は、エポキシ基やアミノ基が樹脂に作用して補強効果を向上させる。

尚、異形断面を有するガラス繊維は、得られる樹脂製保持器において、３００〜９００μｍの繊維長を有することが好ましく、３５０〜６００μｍの繊維長であることがより好ましい。繊維長が３００μｍ未満では、補強効果及び寸法安定効果が少なく、好ましくない。一方、樹脂との混練、射出成形を行う過程で９００μｍを越えるような長い繊維状態を維持するのは困難であり、繊維長の上限は製造工程に由来して設定した値である。このような繊維長とするには、混練条件や成形条件を調整すればよい。

また、異形断面を有するガラス繊維の一部を、炭素繊維等の他の繊維状補強材、あるいはチタン酸カリウムウィスカー等のウィスカー状補強材で代替してもよい。

更に、樹脂組成物には着色剤等を添加してもよく、耐熱性が十分ではない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、上記の樹脂、異形断面を有するガラス繊維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。

また、保持器も、図１に示す構造の他、例えば図４（ａ）、（ｂ）に示す構造とすることもできる。図４（ａ）に示される保持器１３４は、中空正円板形を有する円環状本体１３４ａと、針状ころをそれぞれ保持するために円環状本体１３４ａの周方向に等間隔で複数形成されたポケット１３４ｂと、各ポケトット１３４ｂ間に形成された柱部１３４ｃと、円環状本体１３４ａの内径環状部上に複数配設された溝１３４ｄとを備えている。溝１３４ｄは、具体的には、円環状本体１３４ａの中央の正円形穴を画成する円環状本体１３４ａの内周縁に沿って周方向に並んで配置されている。また、各溝１３４ｄは、隣り合う一対のポケット１３４ｂの内径側端部と、円環状本体１３４ａの内周縁との間に連設されている。

図４（ｂ）に示される保持器２３４は、中空正円板形を有する円環状本体２３４ａと、針状ころをそれぞれ保持するために円環状本体２３４ａの周方向に等間隔で複数形成されたポケット２３４ｂと、各ポケトット２３４ｂ間に形成された柱部２３４ｃと、円環状本体２３４ａの内径環状部上に複数配設された溝２３４ｄとを備えている。溝２３４ｄは、具体的には、円環状本体２３４ａの外周縁に沿って周方向に並んで配置されている。また、各溝２３４ｄは、隣り合う一対のポケット２３４ｂの外径側端部と、円環状本体２３４ａの外周縁との間に連設されている。

図４（ａ），（ｂ）に示される保持器１３４，２３４における溝１３４ｄ、２３４ｄは、何れもグリースや潤滑油の流路であり、薄肉（凹部）に形成されるが、本発明では上記の樹脂組成物からなるため、十分な強度と耐久性とを有する。

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１〜４、比較例１〜３）
表１〜３に示す如く、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）及びガラス繊維を用いて樹脂組成物を調製した。尚、樹脂に用いたＰＡ６６は宇部興産（株）製「UBEナイロン2020U（銅系熱安定剤含有）」であり、ＰＡ４６はDJEP社製「Stanyl TW341（銅系熱安定剤含有）」、ＰＰＳは呉羽化学工業（株）製「フォートロンKPS」である。また、ガラス繊維については、何れもアミノ系シランカップリング剤処理品であり、実施例１ではまゆ形断面ガラス繊維（日東紡績（株）製「CSH3PA-870」、異形比２、短径１０μｍ、ウレタン系サイジング剤処理）」、実施例２〜４では長円断面ガラス繊維（日東紡績（株）製「CSG3PA-820」、異形比４、短径７μｍ、ウレタン系サイジング剤処理）、比較例１〜３では平均直径約１３μmの円形断面ガラス繊維を用いた。そして、各樹脂組成物について、下記の（１）摩擦摩耗試験及び（２）軸受回転試験を行った。

（１）摩擦摩耗試験
保持器の摺動性を評価するために、摩擦摩耗試験を行なった。この試験は、図５に示すように、樹脂組成物を成形した板状の試験片と、ころ（材質：SUJ2、表面粗さ：０．０５μmRa）を用いたニードルオンディスクによる摩擦摩耗試験であり、ロードセルより試験片側から荷重を付与しながら、鉛直に立てたころを回転させて行なう。その際、ころを１５０００min^−１の速度で回転させながら、１時間毎に同一荷重を段階的に加えていき、試験片が異常に摩耗したり、溶融したりするまでの荷重（限界荷重）を測定した。結果を、各比較例の限界荷重を１とする相対値で示す。

（２）軸受回転試験
樹脂組成物を射出成形し、図３に示す形状の保持器（外径（外周縁の直径）７０ｍｍ、内径（内周縁の直径）５０ｍｍ、厚さ２８ｍｍ、ポケット長さ６．８ｍｍ、ポケット幅３ｍｍ）を得た。そして、スラスト針状ころ軸受に組込み、９８０Nの荷重を付与しつつATFの油浴中で、所定の回転速度で４時間連続して回転させた。回転終了後に軸受から保持器を取り外し、保持器のポケット内面の摩耗を観察した。摩耗が無い場合は、再度軸受に組み込み、回転速度を増して同様に回転させた。これを繰り返し、ポケット内面に摩耗が発生して保持器が破損するまでの回転速度（限界回転速度）を測定した。結果を、各比較例の限界荷重を１とする相対値で示す。

表１〜３に示すように、異形断面を有するガラス繊維を配合することで、円形断面を有するガラス繊維を配合した場合に比べて耐摩耗性が大幅に向上し、従来困難であったスラスト針状ころ軸受の高速回転用途への適用が可能になる。

スラスト針状ころ軸受の構造を示す一部破断斜視図である。スラスト針状ころ軸受を回転軸及びハウジングに組み付けた状態を示す断面図である。スラスト針状ころ軸受に具備される保持器の一例を示す斜視図である。スラスト針状ころ軸受に具備される保持器の他の例を示す斜視図である。摩擦摩耗試験の試験方法を説明するための図である。

符号の説明

３１固定軌道輪
３２回転軌道輪
３３針状ころ
３４保持器
３４ａ円環状本体
３４ｂポケット
３４ｃ柱部
３４ｄポケット内面

Claims

相対向する円環状軌道面の間で転動自在に配設される複数の針状ころと、当該針状ころを転動自在に保持する保持器とを備えたスラスト針状ころ軸受であって、
前記保持器が、異形断面を有するガラス繊維を１５〜４５質量％の割合で含有する合成樹脂組成物からなることを特徴とするスラスト針状ころ軸受。