JP2015094429A

JP2015094429A - 繊維強化樹脂保持器

Info

Publication number: JP2015094429A
Application number: JP2013234308A
Authority: JP
Inventors: 喜芳山本; Kiyoshi Yamamoto
Original assignee: Nakanishi Metal Works Co Ltd
Current assignee: Nakanishi Metal Works Co Ltd
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2015-05-18

Abstract

【課題】強化材として炭素繊維が充填されたＰＥＥＫ材を射出成形して製作される繊維強化樹脂保持器において、所要の強度確保が容易であるとともに、保持器のサイズが大きくなっても成形性が良い繊維強化樹脂保持器を提供する。
【解決手段】転がり軸受の転動体が互いに接触しないように等間隔に分離するために用いられる保持器において、強化材として炭素繊維が充填されたＰＥＥＫ材を射出成形して製作される繊維強化樹脂保持器であって、前記炭素繊維の充填量を１０〜２０重量％とする。成形性と強度のバランスが良くなるので、保持器のサイズが大きくなっても射出成形できるとともに、要求仕様を満たす強度確保が容易になる。
【選択図】なし

Description

本発明は、転がり軸受の転動体が互いに接触しないように等間隔に分離するために用いられる保持器において、強化材として炭素繊維が充填されたＰＥＥＫ材を射出成形して製作される繊維強化樹脂保持器に関する。

例えば工作物を所望の形状及び寸法に加工する工作機械において、加工効率を向上するために主軸の高速回転化が進んでおり、主軸用転がり軸受には優れた高速回転性が要求される。
このような高速回転及び急加減速下で使用される転がり軸受の保持器には、高い真円度が必要であるとともに、軽量化及び高剛性化（遠心力に対する寸法安定性）並びに耐熱性等の厳しい特性が要求されるため、このような特性を備えたＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）材を用いるとともに、保持器全体の強度向上を狙って炭素繊維等の強化材を添加した繊維強化樹脂保持器が使用されることが多い（例えば、特許文献１及び２参照）。
ここで、特許文献１の繊維強化樹脂保持器の発明は、ＰＥＥＫ材等の樹脂材料を用いながら、ゲート部が位置する柱部と円環部がなす隅部の円弧状の曲率半径をウェルド部が位置する柱部と円環部がなす隅部の円弧状の曲率半径よりも大きくすることにより、ゲート部が位置する柱部と、ウェルド部が位置する柱部の耐折損性の差を改善するものである。

特開２０１１−５２７８４号公報特開２００７−７８１１８号公報

特許文献1の繊維強化樹脂保持器の発明のような形状の工夫やゲート位置の工夫だけでは、所要の強度等を確保できない場合がある。
また、保持器のサイズが大きくなると、強化材として炭素繊維が充填されたＰＥＥＫ材を射出成形して保持器を製作できない場合がある。

そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、強化材として炭素繊維が充填されたＰＥＥＫ材を射出成形して製作される繊維強化樹脂保持器において、所要の強度確保が容易であるとともに、保持器のサイズが大きくなっても成形性が良い繊維強化樹脂保持器を提供する点にある。

本願の発明者は、形状やゲート位置の工夫ではなく、樹脂材料に着目して検討及び評価を行った。
すなわち、主軸用転がり軸受に用いられる繊維強化樹脂保持器は、前記特性を備えたＰＥＥＫ材に、強化材として炭素繊維を３０重量％添加して保持器全体の強度を高めるようにしたものが多い。
しかしながら、炭素繊維が３０重量％添加されたＰＥＥＫ材は、成形性が悪く、固化が速く、保持器には高強度が要求され、さらに背面側のヒケを極力抑える必要があることから高保圧条件となっているため、保持器サイズの割りに大型の成形機が必要になる。

本願の発明者は、このような経験に基づいて鋭意検討を行った結果、サイズが比較的大きく、高い真円度、軽量化及び高剛性化（遠心力に対する寸法安定性）並びに耐熱性等の厳しい特性が要求される繊維強化樹脂保持器に好適な材料として、炭素繊維が添加されたＰＥＥＫ材を用いながら、強化材として用いる炭素繊維の充填量を３０重量％よりも少なくすることにより、成形性を向上させながらウェルド強度を向上できるという知見を得た。
よって、このような成形性と強度のバランスを図るという知見から、強化材として用いる炭素繊維の充填量に着目して評価を行うことにより、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る繊維強化樹脂保持器は、前記課題解決のために、転がり軸受の転動体が互いに接触しないように等間隔に分離するために用いられる保持器において、強化材として炭素繊維が充填されたＰＥＥＫ材を射出成形して製作される繊維強化樹脂保持器であって、前記炭素繊維の充填量が１０〜２０重量％であることを特徴とする。

このような構成によれば、ＰＥＥＫ材に充填する炭素繊維の充填量が１０〜２０重量％であるので、一般的に用いられているＰＥＥＫ材に充填する炭素繊維の充填量が３０重量％であるものと比較して成形性が大幅に向上する。
よって、保持器のサイズが大きくなっても射出成形でき、流動性が良くなって比較的低い保圧力で良好な表面性状が得られるとともに、充填圧力が下がることにより型締力を落とすことができるため、より小型の成形機での製作が可能になる。

その上、一般的に用いられているＰＥＥＫ材に充填する炭素繊維の充填量が３０重量％であるものと比較して、非ウェルド部の強度は低下するがウェルド部の強度が向上するので、非ウェルド部とウェルド部の強度差が小さくなり、ウェルド部への応力集中が軽減されるとともに保持器の靭性が向上し、保持器全体の強度のバランスが良くなって疲労強度も向上する。
よって、樹脂保持器が破損する際における支配的な部位であるウェルド部の強度向上等により、引張強度等の要求仕様を満たす強度確保が容易になるとともに、保持器の長寿命化を図ることができる。

以上のような本発明に係る繊維強化樹脂保持器によれば、強化材として炭素繊維が充填されたＰＥＥＫ材を射出成形して製作される繊維強化樹脂保持器において、炭素繊維の充填量を１０〜２０重量％としたことから、成形性と強度のバランスが良くなるので、
（ア）成形性向上により、保持器のサイズが大きくなっても射出成形でき、流動性が良くなって比較的低い保圧力で良好な表面性状が得られるとともに、充填圧力が下がることにより型締力を落とすことができるため、より小型の成形機での製作が可能になること、
（イ）樹脂保持器が破損する際における支配的な部位であるウェルド部の強度向上等により、引張強度等の要求仕様を満たす強度確保が容易になるとともに、保持器の長寿命化を図ることができること、
等の顕著な効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る繊維強化樹脂保持器の斜視図である。引張強度試験の概略説明図である。炭素繊維（ＣＦ）の含有量による引張強度の変化を示す図である。

図１の斜視図に示すように、本発明の実施の形態に係る繊維強化樹脂保持器１は、例えば工作機械の主軸用転がり軸受において、転動体である円筒ころが互いに接触しないように等間隔に分離するために用いられる櫛型保持器であり、円環部２、及び円環部２から軸方向の一方に突出して周方向に等間隔に配置された複数の柱部３，３，…からなり、隣り合う柱部３，３間が前記円筒ころを回転自在に保持するポケットＰを形成する。
また、繊維強化樹脂保持器１は、強化材として炭素繊維が充填されたＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）材を、金型の柱部の内側に対応する位置にゲートを１つ置きに配置して射出成形を行って製作され、前記炭素繊維の充填量を１０〜２０重量％としたものである。

次に、炭素繊維（ＣＦ）の充填量（含有量）による引張強度の変化を求めるために行った引張強度試験について説明する。
試験用保持器Ａの形態は、図１のような櫛型保持器とし、外径が１８８ｍｍ、内径が１６８ｍｍ、高さが１６ｍｍ、ポケット数が２８、ポケット幅が１６ｍｍのものを使用した。
樹脂材料として炭素繊維が充填されたＰＥＥＫ材を用い、炭素繊維（ＣＦ）の充填量（含有量）を変化させ、金型の柱部の内側に対応する位置にゲートを１つ置きに１４点配置して射出成形を行って製作したものを試験用保持器Ａとした。

図２の概略説明図に示すように、試験用保持器Ａを、円環引張治具Ｂ１，Ｂ２に対して、ウェルド部Ｗ，Ｗが引張方向に直交する対向位置になるように取り付け、島津製作所製の引張試験機（オートグラフＡＧ−ＩＳ１０ｋＮ）を用いて、１０ｍｍ／ｍｉｎの試験速度で円環引張試験を実施した。
その結果を示す図３において、横軸の炭素繊維（ＣＦ）含有量が３０重量％では、引張強度が４，４４７〜５，３５６Ｎの範囲であるのに対し、ＣＦ含有量が１０〜２０重量％では、引張強度が６，５９４〜７，２４３Ｎの範囲である。
よって、ＣＦ含有量が１０〜２０重量％の保持器では、ＣＦ含有量が３０重量％の保持器に対して、引張強度が２３〜６３％程度大きく、ＣＦ含有量が１０〜２０重量％の範囲にわたって引張強度が比較的高く、かつ安定していることがわかる。

以上の引張強度試験結果について考察すると、ＰＥＥＫ材に充填する炭素繊維の充填量が１０〜２０重量％である繊維強化樹脂保持器は、一般的に用いられているＰＥＥＫ材に充填する炭素繊維の充填量が３０重量％であるものと比較して、非ウェルド部の強度は低下するがウェルド部の強度が向上するので、非ウェルド部とウェルド部の強度差が小さくなり、ウェルド部への応力集中が軽減されるとともに保持器の靭性が向上し、保持器全体の強度のバランスが良くなって疲労強度も向上するものと考えられる。
よって、樹脂保持器が破損する際における支配的な部位であるウェルド部の強度向上等により、引張強度等の要求仕様を満たす強度確保が容易になるとともに、保持器の長寿命化を図ることができる。

その上、ＰＥＥＫ材に充填する炭素繊維の充填量が１０〜２０重量％である繊維強化樹脂保持器は、一般的に用いられているＰＥＥＫ材に充填する炭素繊維の充填量が３０重量％であるものと比較して、成形性が大幅に向上する。
よって、保持器のサイズが大きくなっても射出成形でき、流動性が良くなって比較的低い保圧力で良好な表面性状が得られるとともに、充填圧力が下がることにより型締力を落とすことができるため、より小型の成形機での製作が可能になる。

以上の説明においては、繊維強化樹脂保持器１が櫛型である場合を示したが、本発明の対象は、櫛型保持器に限定させるものではなく、冠型等の櫛型以外の形態であってもよく、保持器内の１箇所以上にウェルド部を有する、強化材として炭素繊維が充填されたＰＥＥＫ材を射出成形して製作される繊維強化樹脂保持器の全てに対して効果がある。

１繊維強化樹脂保持器
２円環部
３柱部
Ａ試験用保持器
Ｂ１，Ｂ２円環引張治具
Ｐポケット
Ｗウェルド部

Claims

転がり軸受の転動体が互いに接触しないように等間隔に分離するために用いられる保持器において、強化材として炭素繊維が充填されたＰＥＥＫ材を射出成形して製作される繊維強化樹脂保持器であって、
前記炭素繊維の充填量が１０〜２０重量％であることを特徴とする繊維強化樹脂保持器。