JP2015045350A

JP2015045350A - 軸受装置

Info

Publication number: JP2015045350A
Application number: JP2013175593A
Authority: JP
Inventors: 村上　豪; Takeshi Murakami; 豪村上
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-12

Abstract

【課題】低吸水性に加えて塩化カルシウムに対する耐性にも優れ、降雪地方での使用にも十分に耐え得る信頼性の高い軸受装置を提供する。【解決手段】内周面に外輪軌道を有し、使用時に回転しない外輪相当部材７と、外輪相当部材７の内周面と対向する外周面に内輪軌道を有し、使用時に回転する内輪相当部材６と、外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の転動体２と、内輪相当部材６に固定された回転検出用のエンコーダ１２と、外輪開口部に固定された合成樹脂製のカバー１４とを備える軸受装置１において、合成樹脂製カバー１４が、その数平均分子量が１３０００〜３００００であるポリアミド４１０樹脂を含有することを特徴とする軸受装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、回転体の回転数を検出するエンコーダを備える軸受装置に関する。

近年、スキッドを防止するためのアンチスキッド用、または有効に駆動力を路面に伝えるためのトラクションコントロール用等に用いられる回転数検出装置を備える自動車が増えてきている。このような回転数検出装置を備える自動車では、車輪用の軸受装置として、制御に必要な車輪の回転速度を検出するためのセンサを内蔵したものが一般に使用されており、軸受装置として例えば図１に示すような、独立懸架式のサスペンションにおいて従動輪を支持するための転がり軸受ユニット１を例示することができる。

図示される転がり軸受ユニット１において、転動体２は、ハブ３に形成した転動溝４ａ及びハブ３の端部のかしめ部５にかしめ止めされた内輪６の転動溝４ｂと、外輪７の前記各転動溝４ａ，４ｂと対向する転動溝８ａ，８ｂとで形成される空間に保持器９を介して転動自在に保持されている。ハブ３の取付フランジ１５側の外輪７との隙間は、シールリング１７により密封されている。また、内輪６の端部には、スリンガ１０に磁石部１１を固着してなるエンコーダ１２が固定されている。エンコーダ１２の磁石部１１は、ゴムや樹脂等の弾性素材に磁性体粉を混入させた弾性磁性材料からなり、その周方向に多極に磁化されている。スリンガは、略円筒状で、内輪６の側端面から突出する位置にて外方に湾曲し、更に軸線側に屈曲する略Ｌ字状の断面形状を有する。エンコーダ１２の磁石部１１と対向する位置に、所定のギャップでセンサ１３が配置されており、磁石部１１からの磁気パルスを検出することで内輪６の回転数を検出する。センサ１３は、カバー１４に固定される。カバー１４は、外輪７で囲まれた開口部を覆うように装着される蓋部材であり、センサ１３は通孔１４ａに挿通した状態で固定される。更に、外輪７との係合端部には、外部から水や異物が侵入しないようにＯリング１６が介挿される。

カバー１４は、金属製が主流であったが、製作コストが高く、複雑な形状に成形し難い等の理由から、樹脂製のものが使用されることが多くなってきている。例えば、ポリアミド６６製のカバー（特許文献１参照）や、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミド（ＰＡ）系合成樹脂からなるカバー（特許文献２参照）等が知られている。

特開２００５−３０４２７号公報特開２００４−４４６６４号公報

自動車は屋外で使用され、雨天走行時には雨水や泥水、洗車時には洗浄水とそれぞれ接触することから、カバーには耐水性や耐薬品性が要求され、特許文献２では低吸水性を考慮して上記した特定の樹脂を使用している。また、自動車はさまざまな場所や地域で使用され、例えば、海岸沿の地域では海水を含んだ水と接触することがあり、降雪地方では融雪剤を含んだ水と接触することがある。融雪剤は塩化カルシウムを含んでおり、この塩化カルシウムを含んだ水がカバーに浸透すると、乾燥時には水のみが排除され、塩化カルシウムがカバー内に蓄積する。特に脂肪族ポリアミド系樹脂、即ち、ポリアミド６６やポリアミド６ではアミド基の水素結合により強度が発現するが、塩化カルシウム水和物が存在するとアミド基の水素結合が切断され、ミクロクレイズ発生、進展によりカバーに亀裂が発生し、最悪の場合、破壊するおそれがある。

上記のように、樹脂製のカバーは、吸水性が低いだけでは十分ではなく、融雪剤（塩化カルシウム）に対する耐性も要求されることがあり、上記に挙げた樹脂製のカバーでは対応できない。そこで、本発明は、低吸水性に加えて塩化カルシウムに対する耐性にも優れ、降雪地方での使用にも十分に耐え得る信頼性の高い軸受装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の軸受装置及び車輪用軸受を提供する。
（１）内周面に外輪軌道を有し、使用時に回転しない外輪相当部材と、前記外輪相当部材の内周面と対向する外周面に内輪軌道を有し、使用時に回転する内輪相当部材と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、前記内輪相当部材に固定された回転検出用のエンコーダと、前記外輪開口部に固定された合成樹脂製のカバーとを備える軸受装置において、前記合成樹脂製カバーが、所謂高級ポリアミドの低吸水性とポリアミド６６やポリアミド４６に匹敵する高結晶化度を備えたポリアミド４１０樹脂を主成分としており、且つ、十分な耐久信頼性を確保しながらも良好な成形性を実現できる特性、具体的には、その数平均分子量が１３０００〜３００００であることを特徴とする上記記載の軸受装置。
（２）前記樹脂製カバーが、ガラス繊維２０〜５５質量％を含有したポリアミド４１０からなることを特徴とする上記（１）記載の軸受装置。
（３）前記合成樹脂製カバーが、前記外輪に固定するための金属製の取付部材が一体に成形されていることを特徴とする上記（１）または（２）記載の軸受装置。
（４）上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の軸受装置を備えることを特徴とする車輪用軸受。

本発明の軸受装置は、強度や耐熱性、低吸水性に加えて、塩化カルシウムに対する耐性にも優れる特定の樹脂からなるカバーを備えるため、融雪剤が使用される降雪地方仕様の自動車の車輪用軸受として特に有効である。また、カバーは、樹脂製であることから、射出成形等により効率よく成形でき、しかも複雑な形状にも容易に成形できる。

本発明の軸受装置の一例を示す断面図である。本発明の軸受装置の他の例を示す断面図である。本発明の軸受装置の更に他の例を示す断面図である。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

本発明は、回転数検出装置を備え、かつ、外輪開口部を密封するためのカバーを備える構成の軸受装置において、前記カバーを低吸水性樹脂を含む材料で形成したことを特徴とするものである。従って、回転数検出装置及びカバーを備える限り、軸受装置の構成には制限が無く、例えば、図１に示したような自動車の従動輪支持用転がり軸受ユニットを例示することができ、低吸水性樹脂を樹脂成分とする樹脂組成物でカバー１４を形成する。低吸水性樹脂を用いることで、融雪剤を含有する水がカバー１４に浸透するのを抑制し、結果として塩化カルシウムの蓄積を防ぐことができる。

低吸水性樹脂としては、所謂、脂肪族の高級ポリアミド、もしくは芳香族系ポリアミド樹脂が考えられる。脂肪族の高級ポリアミドの具体例としては、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２等が挙げられ、一方、芳香族系ポリアミド樹脂としては、ポリアミド６Ｔやポリアミド９Ｔ等が挙げられる。

しかしながら、上記材料群に関しては、脂肪族の高級ポリアミドには、耐熱性と強度が、芳香族ポリアミド樹脂については、靭性、及び成形性に各々課題があった。

一方、本発明に係る軸受措置におけるカバーには、脂肪族高級ポリアミドの低吸水性と高結晶性を示すポリアミド系樹脂、即ち、ポリアミド６６やポリアミド４６に匹敵する耐熱性、強度、及び靭性を備えたポリアミド４１０樹脂を主成分とした樹脂組成物が採用されており、これにより、自動車の足回りという過酷環境下においても十分な耐久信頼性を備えた軸受措置におけるカバーが得られるのである。

上記ポリアミド４１０樹脂は、市販品を使用することができる。具体的には、ディーエスエムジャパンエンジニアリングプラスチックス（株）の「ＥｃｏＰａｘｘ」シリーズとして、入手することができる。

樹脂組成物には、カバー１４の機械的強度を高め、寸法変化を抑えるために、補強材を配合することが好ましい。補強材としては、ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウィスカ、ホウ酸アルミニウムウィスカ等の繊維またはウィスカ類、炭酸カルシウム等の粒状充填材が好ましく、樹脂成分である上記の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等で表面処理したものが更に好ましい。また、これらの補強材は、複数種を組み合わせて使用することができる。

中でも、ガラス繊維が好ましい。また、ガラス繊維は、細いものの方が、同一含有量でも本数が多くなり補強効果がより高くなり、更に樹脂中での配向性が良くなる。但し、細すぎると補強効果が少なくなる。そこで、直径が５〜１５μｍ、好ましくは５〜９μｍ、より好ましくは６〜８μｍのガラス繊維を用いることが好ましい。また、ガラス繊維の繊維長は１００〜９００μｍであることが好ましく、より好ましくは３００〜６００μｍである。繊維長が１００μｍ未満の場合は、短すぎて補強効果及び寸法抑制効果が小さい。繊維長が９００μｍを越える場合は、補強効果及び寸法抑制効果は向上するものの、樹脂部成形工程での繊維の破損や、配向性の低下による成形精度の悪化が懸念される。

樹脂組成物における補強材の配合量は、１０〜６０質量％が好ましく、２０〜５０質量％がより好ましい。配合量が１０質量％未満では補強効果が発現せず、６０質量％を越えて大量配合すると樹脂組成物の流動性が低下して成形性が低くなり、成形性に優れる射出成形に対応できなくなる。

また、本発明に係るポリアミド４１０樹脂は、射出成形性を考慮すると、数平均分子量で１３０００〜３００００のものが好ましく、更に耐疲労性、高成形精度を考慮すると、数平均分子量で１８０００〜２５０００のものがより好ましい。数平均分子量が１３０００未満の場合には、分子量が低すぎて、耐疲労性が低く、実用性がない。一方、数平均分子量が３００００を越える場合には耐疲労性は向上するものの、カバーに必要な衝撃強度等の機械的強度を達成するためにガラス繊維を規定量含有させると、成形時の溶融粘度が高くなり、射出成形により高精度で製造することが難しくなる。

ガラス繊維は、上述した繊維径及び繊維長のものを好適に使用できる。尚、必要に応じて、その一部を、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等のウィスカ状補強材で代替してもよい。

樹脂組成物は上記の如く構成されるが、必要に応じて、種々の添加剤を添加することができる。

例えば、カバー１４は、走行時に路面からの小石等が衝突して亀裂等が発生することが想定されるため、樹脂組成物にエラストマーを配合して耐衝撃性を付与してもよい。エラストマーとしては、エチレンプロピレン非共役ジエン（ＥＰＤＭ）ゴムやウレタンゴムを例示でき、樹脂組成物全量の２〜１５質量％配合する。

また、樹脂部の放熱性を向上させるために、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性充填材、具体的には、アルミナ、マグネシア、窒化アルミニウム、炭化珪素、ベリリア、グラファイト等を添加してもよい。

更に、カバー１４の凹凸を減少させ、耐摩耗性を更に向上させるために、粒子状充填材、具体的には、炭酸カルシウム、クレー、タルク、シリカ、ウォラストナイト等を更に添加してもよい。粒子状充填材としては、上記説明した高熱伝導性充填材も粒子状であれば、同様の効果を有する。

その他にも、成形時及び使用時の熱による劣化を防止するために、樹脂にヨウ化物系熱安定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、着色剤等を添加してもよい。

カバー１４を製造するには、通常の樹脂成形法に従い、上記の樹脂組成物を所定の形状に成形すればよい。尚、樹脂組成物は、樹脂成分と補強材、エラストマー、樹脂用添加剤等を定法に従い混練して得られる。成形方法は、種々可能であるが、生産性から射出成形が好ましい。

また、図２は軸受装置の他の例を示す断面図であるが、図１に示した転がり軸受ユニット１において、カバー１４を変更した例を示している。尚、その他の部材には変更がなく、同一の符号を付して説明を省略する。同図において、カバー１４は、外輪７への装着のための取付部材２０を一体に成形した構成となっている。この取付部材２０は、ステンレス鋼等の金属製の円筒状部材であり、その先端部分が外側に略直角に屈曲しており、この屈曲部を囲繞するように上記の樹脂組成物が成形される。尚、カバー１４と取付部材２０との接合をより強固にするために、取付部材２０の屈曲部の表面を粗面化するなどして、適当な接着剤を焼き付ける等の処理を施してよい。また、取付部材２０の外径が外輪７の内径と一致しており、取付部材２０の外周面を外輪７の内壁に嵌入することで、カバー１４が外輪７に固定される。金属は経年によるヘタリが少ないため、このような取付部材２０を備えるカバー１４は、外輪７に長期間安定して固定される。

尚、取付部材２０は上記に限らず、外輪７への装着部位と、カバー１４との接合部位とを備える限り、種々の形状が可能である。

また、図１及び図２に示す軸受装置では、カバー１４に通孔１４ａを設け、この通孔１４ａにセンサ１３を挿通させ、エンコーダ１２と対向させている。これに代わり、図３に示すように、カバー１４に通孔１４ａを設けることなく、センサ１３とエンコーダ１２とを対向させてもよい。しかし、センサ１３とエンコーダ１２とが離れるほど、エンコーダ１２からの磁力が低下する。一方、センサ１３とエンコーダ１２とを接近させるには、カバー１４の厚さを薄くすればよいが、全体を一様に薄くすると強度低下を招く。そこで、図示のように、カバー１４の外面にセンサ１３の先端部を収容できる大きさの凹部１４ｂを設け、この凹部１４ｂにセンサ１３の先端部を収容する。これにより、センサ１３とエンコーダ１２との距離が縮まり、強度を維持しつつ、感度の低下を抑えることができる。また、軸受装置の組み立てに際し、センサ１３の位置決めも容易になる。

以下に実施例を挙げて本発明を更に明確にする。

（実施例１〜３、比較例１〜２）
カバー用樹脂組成物として、ガラス繊維３０質量％含有ポリアミド６６（比較例１）、ガラス繊維３０質量％含有ポリアミド６（比較例２）、ポリアミド４１０にガラス繊維を全量の３０質量％となるように配合したもの（実施例１）、ガラス繊維２５質量％含有ポリアミド４１０にミネラルフィラーを５質量％含有させたもの（実施例２）、ポリアミド４１０にガラス繊維を全量の３０質量％、ＥＰＤＭゴムを全量の５質量%となるように配合したもの（実施例３）を準備した。

また、ステンレス鋼板を図２に示すような円筒状で屈曲部を備える形状にプレス加工し、更に屈曲部をコアとして上記の各樹脂組成物を射出成形してカバーを作製した。

（吸水率測定）
実施例及び比較例と同じ配合にて樹脂材料を調製し、直径３０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板状の試験片を成形し、その試験片を５０℃、８０％ＲＨの恒温恒湿槽に２４時間放置し、放置前後の重量差を吸水率とした。結果を表１に示す。

（耐塩化カルシウム性評価）
カバーを８０℃の熱水中に２時間浸漬して吸水させた後、塩化カルシウム５０％水溶液に５分間浸漬する。次に、浸漬後のカバーをラジアル負荷１５０ｋｇｆかけた状態で、恒温槽中にて次のような処理を施した。即ち、２０℃〜１１０℃まで３０分かけて昇温した後１１０℃で２時間保持し、その後、３０分かけて２０℃まで降温した後２０℃で１時間保持するサイクルを繰り返し行い、その間、２サイクル毎にカバーを塩化カルシウム５０％水溶液に５分間浸漬する。これを１０サイクル繰り返し行った後、クラックが発生していないかを確認した。結果を表１に示す。

（機械的強度評価）
実施例及び比較例と同じ配合にて樹脂材料を調製し、別途試験片を成形した。そして、ＡＳＴＭＤ−７９０に従い曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。

表１から明らかなように、本発明に従い、低吸水性と耐熱性、強度のバランスに優れたポリアミド４１０を主成分とする樹脂組成物からなるカバーは、耐塩化カルシウム性及び曲げ強度の両特性をバランスよく発現することがわかる。

１軸受ユニット
２転動体
３ハブ
６内輪
７外輪
９保持器
１２エンコーダ
１３センサ
１４カバー
２０取付部材

Claims

内周面に外輪軌道を有し、使用時に回転しない外輪相当部材と、前記外輪相当部材の内周面と対向する外周面に内輪軌道を有し、使用時に回転する内輪相当部材と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、前記内輪相当部材に固定された回転検出用のエンコーダと、前記外輪開口部に固定された合成樹脂製のカバーとを備える軸受装置において、
前記合成樹脂製カバーが、その数平均分子量が１３０００〜３００００であるポリアミド４１０樹脂を含有することを特徴とする軸受装置。