JP2009197820A - 樹脂製玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】耐食性ある合成樹脂製の玉軸受において、高負荷化を図ることである。
【解決手段】内輪１及び外輪２が合成樹脂製、玉５がセラミック製である樹脂製玉軸受において、前記内外輪サイズを標準玉軸受と同等に保ち、その玉５の径を軸受の径方向厚さの６８〜７５％の大きさに設定した構成を採用した。樹脂製玉軸受であるが、内外輪の転走面が薄肉化されるにもかかわらず強度低下することなく、従来品の１．５倍の高負荷化が達成できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、樹脂製玉軸受に関し、特に腐食性雰囲気下において使用される樹脂玉軸受の高負荷対応化（以下、単に「高負荷化」という。）を図ったものである。

水中や薬品中あるいは高湿度雰囲気等の腐食雰囲気下において使用される耐食性の樹脂製玉軸受として、内輪及び外輪を曲げ弾性率２０００〜６０００ＭＰａの範囲にあるポリアリーレンスルフィド樹脂（ＰＡＳ樹脂）によって形成したものが知られている（特許文献１）。この樹脂玉軸受は、特定の樹脂材料の選択により例えば＃６０００系列の深溝玉軸受において、ラジアル荷重２ｋｇｆ／ｃｍ^２（１．９６×１０^−１ＭＰａ）程度の高負荷化が可能となったものである。
特開平１０−４７３５５号公報

特許文献１に開示された樹脂製玉軸受は、ラジアル荷重１．９６×１０^−１ＭＰａを超える高負荷、例えば従来品の１．５倍のラジアル荷重３．０×１０^−１ＭＰａでの使用では耐摩耗性が十分ではなく、製品寿命が満足しないという問題がある。

そこで、この発明は、軸受サイズを変えることなく高負荷対応化を図った樹脂製玉軸受を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明においては、内輪１及び外輪２が合成樹脂製、玉５がセラミック製である樹脂製玉軸受において、前記内外輪サイズを標準玉軸受と同等に保ち、その玉５の径を軸受の径方向厚さ（（外輪外径寸法−内輪内径寸法）／２）の６８〜７５％に設定した構成とした。

内外輪サイズが標準玉軸受と同等の樹脂製玉軸受の玉５の径を、軸受の径方向厚さ（（外輪外径寸法−内輪内径寸法）／２）の６８〜７５％に設定した構成を採用した樹脂製玉軸受であるので、内外輪の転走面が薄肉化されるにもかかわらず強度低下することなく、従来品の１．５倍の高負荷化が達成できる。
なお、前記の標準玉軸受とはJIS B 1521のことをいう。

前記の構成によると、玉の径が軸受の径方向厚さ（（外輪外径寸法−内輪内径寸法）／２）の６８〜７５％の大きさであるので強度低下することなく高負荷化が図れる。また、内輪１及び外輪２を形成する合成樹脂の曲げ弾性率が３５００〜６０００ＭＰａであるので、高負荷条件での長時間使用に耐えることができる。

図１及び図２に示した本発明の玉軸受は、内輪１、外輪２、これらの転走面３、４間に介在された多数の玉５及び各玉５を等間隔に保持する保持器６とからなる。前記内輪１の内径Ａ及び幅寸法、外輪２の外径Ｂ及び幅寸法は標準品（例えば、ＪＩＳ Ｂ １５２１相当）の大きさに設定され、そのため軸受サイズは標準品と同一サイズである。

前記内輪１及び外輪２は耐薬品性の高い合成樹脂製であり、例えば、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）のいずれかであり、曲げ弾性率が３５００ＭＰａ〜６０００ＭＰａのものが使用される。

ＰＥＥＫ、ＰＰＳは補強材等の配合材を含まないナチュラル材であっても曲げ弾性率がそれぞれ３８００ＭＰａ、３９００ＭＰａであり、各種配合材を配合しなくても使用可能であるが、強化材や固体潤滑剤を各種配合することで、曲げ弾性率を３５００ＭＰａ〜６０００ＭＰａの範囲に調整して使用しても良い。ＰＩは、熱硬化性ＰＩと熱可塑性ＰＩが存在するが、いずれもナチュラル材は曲げ弾性率が３５００ＭＰａに満たないため、強化材の配合が必須であり、摺動特性の向上のため固体潤滑剤を配合しても良い。

配合可能な強化材としては、ガラス繊維（ＧＦ）、カーボン繊維、アラミド繊維や、チタン酸カリウムウィスカ、酸化チタンウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、硼酸アルミニウムウィスカ、硫酸マグネシウムウィスカ等のウィスカ類が使用できる。

固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、グラファイト、二硫化モリブデン、炭素粉末、タルク等が使用できる。

ＰＥＥＫ、ＰＰＳであっても、内輪１及び外輪２の摺動特性を高めるために固体潤滑剤を配合した場合、曲げ弾性率が３５００ＭＰａより低くなる場合が有る。また、ＰＩでは強化材の配合量が少ない場合は曲げ弾性率が３５００ＭＰａを満たない。曲げ弾性率が３５００ＭＰａより低い場合は、ラジアル荷重１．９６×１０^−１ＭＰａを超える高負荷条件で、長時間使用した場合にクリープにより転走面３、４が変形し、転がり抵抗が高くなるという不具合が生じる。曲げ弾性率が６０００ＭＰａを超える場合は、転走面３、４の摩耗が大きくなることによってラジアル隙間が大きくなり、回転精度が低下するという不具合が生じる。

本発明の樹脂製玉軸受では、水中や薬品中あるいは高湿度雰囲気等の腐食雰囲気下で使用されるため、グリース等の潤滑剤は流出するため使用することは出来ない。そのため、内輪１及び外輪２の合成樹脂は、耐薬品性を有し、潤滑特性に優れることが求められる。ＰＥＥＫ、ＰＩ、ＰＰＳは高い耐薬品性を有しているが、中でもＰＥＥＫは固体潤滑剤を配合しなくても潤滑特性に優れているため、本発明の樹脂製玉軸受の内輪１及び外輪２としては、ＰＥＥＫのナチュラル材が好適に使用できる。

玉５はセラミック製であり、例えば、アルミナセラミック、ジルコニアセラミック、炭化ケイ素セラミック、窒化ケイ素セラミック等の公知のセラミックが使用される。

保持器６は耐薬品性を有する合成樹脂製であれば使用可能であり、ＰＥＥＫ、ＰＩ、ＰＰＳ、ＰＴＦＥ等の合成樹脂が例示できる。生産性、寸法精度等を考慮するとＰＥＥＫ、ＰＩ、ＰＰＳを用いて射出成形で製造することが望ましい。

玉５の径は、転走面３、４の最小肉厚ａ、ｂ（図２参照）を必要な厚さに保ち、かつ玉５と転走面３、４との接触面積の増大を図る観点から、軸受の径方向厚さ（（外輪外径寸法−内輪内径寸法）／２）の６８〜７５％に設定される。玉５の径が軸受の径方向厚さの６８％より小さい場合は、期待する高負荷条件である従来品の１．５倍であるラジアル荷重３×１０^−１ＭＰａに対して顕著な効果が現れない。７５％を超える大径の場合は、内輪１及び外輪２における転走面３、４の最小肉厚ａ、ｂが薄くなり、内輪１及び外輪２の必要強度が確保できなくなる。

転走面３、４の最小肉厚ａ、ｂを薄肉化して、内輪１及び外輪２の必要強度を確保する目的で、強化材を例えば４０重量％以上配合した合成樹脂を用いた場合では、上述のように合成樹脂の曲げ弾性率が６０００ＭＰａを超えてしまい、転走面３、４の摩耗が大きくなるため採用できない。

前記内輪１の転走面３の曲率は玉５の径の１．０１５〜１．０２５倍に設定され、外輪２の転走面４の曲率は玉５の径の１．０３５〜１．０４５倍に設定される。

内輪１及び外輪２の転走面の曲率が上記した所定値を外れる場合は、いずれの場合でも従来品の１．５倍のラジアル荷重において、転走面の耐摩耗性が低下する。

〔実験例〕
本発明の樹脂製玉軸受の高負荷化の効果を確認するため、内外輪がＰＥＥＫ（ナチュラル材）、玉が窒化ケイ素セラミック、保持器がＰＰＳ（ＧＦ３０重量％含有）からなり、外輪外径がφ６２ｍｍ、外輪幅が１６ｍｍ、内輪内径がφ３０ｍｍ、内輪幅が１６ｍｍの樹脂製玉軸受について、現行品との比較実験を行った。

本比較実験に使用した樹脂製玉軸受の仕様を表１に示す。なお、比較例１はＪＩＳ Ｂ １５２１の＃６２０６相当の現行品である。

本比較実験の試験条件は、ハウジング内に実験用軸受を嵌合し、この実験用軸受の内輪内径に支持軸を嵌合させた状態で水中（水温２５℃）に浸漬し、支持軸に２５０Ｎ（３．３×１０^−１ＭＰａ）のラジアル荷重を掛けながら回転数２００ｒｐｍで回転させた。試験開始から１週間後（２００万回転）と２週間後（４００万回転）とで実験用軸受のラジアル隙間の増加量を計測した。この結果を表１に併記した。なお、実験用軸受の初期のラジアル隙間は、０．０１０ｍｍである。

〔実験結果〕
表１及び図３に示したように、実施例の玉軸受は、現行品（比較例１）に比べ、ラジアル隙間増加量が１／４〜１／５であり、高負荷下における耐久性が認められた。また、玉の径が軸受の径方向厚さ（（外輪外径寸法−内輪内径寸法）／２）の６８〜７５％の範囲を外れた比較例２及び比較例３は、実施例よりもはるかにラジアル隙間増加量が大きかった。

実施例１の断面図 同上の一部拡大断面図 実験結果のグラフ

符号の説明

１ 内輪
２ 外輪
３ 転走面
４ 転走面
５ 玉
６ 保持器

Claims (8)

1. 内輪(１)及び外輪(２)が合成樹脂製、玉(５)がセラミック製である樹脂製玉軸受において、前記内輪(１)及び外輪(２)のサイズを標準玉軸受と同等に保ち、その玉(５)の径を軸受の径方向厚さ（（外輪外径寸法−内輪内径寸法）／２）の６８〜７５％に設定したことを特徴とする樹脂製玉軸受。
2. 前記樹脂製玉軸受は、内輪(１)、外輪(２)、玉(５)及び保持器(６)のみから構成されることを特徴とする請求項１に記載の樹脂製玉軸受。
3. 前記玉(５)の保持器(６)が合成樹脂製であることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂製玉軸受。
4. 前記内輪(１)及び外輪(２)の合成樹脂の曲げ弾性率が３５００ＭＰａ〜６０００ＭＰａであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の樹脂製玉軸受。
5. 前記内輪(１)及び外輪(２)の合成樹脂がポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）のいずれかであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の樹脂製玉軸受。
6. 前記保持器(６)の合成樹脂がポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）のいずれかであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の樹脂製玉軸受。
7. 前記保持器(６)がポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）のいずれかの合成樹脂の射出成形体であることを特徴とする請求項６に記載の樹脂製玉軸受。
8. 前記内輪(１)の転走面(３)の曲率が前記玉(５)の径の１．０１５〜１．０２５倍であり、前記外輪(２)の転走面(４)の曲率が前記玉(５)の径の１．０３５〜１．０４５倍であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の樹脂製玉軸受。

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