JP2871752B2 - 転がり軸受用保持器 - Google Patents

転がり軸受用保持器

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は高温下で使用できるプラスチックス製の転
がり軸受用保持器に関する。
〔従来の技術〕
一般に転がり軸受は、転動体の種類により玉軸受とこ
ろ軸受に大別され、さらに細かく分類されている。すな
わち、代表的なものとして、玉軸受は一般タイプ、冠
型、アンギュラ軸受用スラスト玉軸受等があり、それぞ
れに対応する玉軸受用保持器がある。一方、ころ軸受に
は、円錐ころ軸受、球面ころ軸受、円筒ころ軸受、スラ
ストころ軸受、スラスト球面軸受等があり、それぞれに
対応するころ軸受用保持器がある。
通常、プラスチックス製の転がり軸受用保持器(以
下、保持器という)は、成形性、柔軟性などの機械的諸
特性および原材料費等の生産性に優れたポリアミド系樹
脂を素材とする、いわゆるナイロン製の保持器が広く用
いられている。たとえば、冠型保持器は第1図にその要
部を示すように、上部に爪部2を有して出入口が狭小の
ポケット部3に鋼球などの転動体4を組み込んで回転自
在に保持するものである。
しかし、従来のナイロン製の保持器1は、120℃以上
の連続使用温度条件下、または、極圧添加剤その他が添
加された油類もしくはその他の酸性の薬剤と接触する条
件下では、ナイロンが劣化し、その特性を失うため良好
な状態で使用することができなかった。
このようなナイロンに代わる素材であって、高温条件
下で使用され、比較的廉価な材料に、ポリフェニレンサ
ルファイド樹脂(以下、PPS樹脂と略称する)があり、
耐熱性とともに耐薬品性、成形性などにも優れている。
このPPS樹脂には架橋性PPS樹脂(分岐状PPS樹脂とも呼
ばれる)と直鎖状PPS樹脂との2種類があって、前者の
架橋性PPS樹脂は、たとえば重合上りの溶融粘度が約20
〜100ポアズぐらいの低粘度低分子量のPPS樹脂を空気中
において融点以下に加熱し、酸化架橋させて溶融粘度を
高めたり、または意図的に架橋剤もしくは分岐剤を添加
して架橋もしくは分岐構造を導入し、溶融粘度を高めた
りしている。
しかし、このようにして得られた架橋性PPS樹脂は、
溶融粘度が高められ、すなわち、耐熱性は向上している
が、かなり脆くなって柔軟性に欠けるため、転動体4を
ポケット部3へ組み込む際に柔軟性を必要とする保持器
の素材としては不適当であった。
一方、直鎖状PPS樹脂は重合段階で直鎖状に分子鎖を
高分子量にまで成長させたPPS樹脂であり、前記の架橋
性PPS樹脂に比べると、非常に柔軟で靱性が大きいとい
う特徴がある。この直鎖状PPS樹脂を転がり軸受用保持
器として使用する提案が特開昭64−79419号に開示され
ている。しかし、この直鎖状PPS樹脂からなる軸受用保
持器は、確かに組み立て時の組み込み性には優れている
が、熱安定性や高温(150℃以上)での耐クリープ特性
などの機械的特性などが劣っており、軸受用の保持器と
して使用した場合には、保持器が遠心力によって変形
し、外輪と接触して異常な摩擦熱が発生する結果、潤滑
剤を劣化させ、軸受の性能を低下させるものであった。
その他、150℃を越えるような高温条件下で使用され
るプラスチックス製の転がり軸受用保持器材の例として
は、ポリエーテルスルフォン(以下PESと略記)、ポリ
エーテルイミド(以下PEIと略記)、ポリアミドイミド
(以下PAIと略記)またはポリエーテルエーテルケトン
(以下PEEKと略記)などの、いわゆる超エンジニアリン
グ・プラスチックスが挙げられる。
しかし、これら材料は非常に高価であり、また、耐熱
性または耐薬品性は優れているものの、保持器として要
求される物理的特性、たとえば、成形時または組み立て
時に必要な適度の柔軟性、耐疲労性等の点でなお問題が
あるため、未だ汎用されるには至っていない。
〔発明が解決しようとする課題〕
以上のように、従来のポリアミド樹脂は耐熱性に劣
り、120℃以上の温度条件下における連続使用では、転
がり軸受用保持器として使用することはできず、また、
その他のエンジニアリング・プラスチックスでは、耐熱
性は充分であるが、柔軟性、成形性、耐油性などは劣っ
ており、転がり軸受用保持器材としては好ましくない。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題を解決するために、この発明は、転動体4
を組み込んでこれを回転自在に保持するポケット部3の
出入口に内向きの爪部2を形成した転がり軸受用保持器
において、この保持器を、テレフタル酸成分単位60〜10
0モル%の範囲およびテレフタル酸成分単位以外の芳香
族ジカルボン酸成分単位0〜40モル%の範囲からなる芳
香族系ジカルボン酸成分単位(a)および炭素数6〜18
の直鎖脂肪族アルキレンジアミン成分単位(b)からな
り、かつ濃硫酸中30℃で測定した〔η〕が0.5〜3.0dl/g
の範囲にある芳香族ポリアミドと繊維径3〜7μmのガ
ラス繊維とからなる組成物で形成したのである。
以下この発明の詳細を述べる。
まず、この発明の転がり軸受用保持器に使用される芳
香族ポリアミドはテレフタル酸成分単位60〜100モル%
の範囲およびテレフタル酸成分単位以外の芳香族ジカル
ボン酸成分単位0〜40モル%の範囲からなる芳香族系ジ
カルボン酸成分単位(a)および炭素数6〜18の直鎖脂
肪族アルキレンジアミン成分単位(b)からなるポリア
ミドであり、この芳香族ポリアミドの濃硫酸中で30℃で
測定した局限粘度〔η〕は0.5〜3.0dl/gの範囲にあるこ
とが必要であり、好ましくは0.6〜2.5dl/gの範囲であ
る。
この芳香族ポリアミドを構成する芳香族系ジカルボン
酸成分単位(a)として具体的には、テレフタル酸、イ
ソフタル酸、フタル酸、2−メチルテレフタル酸、ナフ
タリンジカルボン酸などの各成分単位を例示することが
できる。芳香族系ジカルボン酸成分単位(a)の組成
は、テレフタル酸成分単位単独であってもよいが、テレ
フタル酸成分単位とテレフタル酸成分単位以外の前記例
示の芳香族ジカルボン酸成分単位の混合物であってもよ
い。いずれの場合にもこの芳香族ポリアミドを構成する
芳香族系ジカルボン酸成分単位(a)の組成は、テレフ
タル酸成分単位60〜100モル%の範囲およびテレフタル
酸成分単位以外の芳香族ジカルボン酸成分単位0〜40モ
ル%の範囲からなることが必要である。さらに芳香族系
ジカルボン酸成分単位(a)の組成は、ポリアミドを構
成する直鎖脂肪族アルキレンジアミン成分単位(b)が
炭素数6の直鎖脂肪族アルキレンジアミンの場合、テレ
フタル酸成分単位が60〜85モル%の範囲およびテレフタ
ル酸成分単位以外の芳香族ジカルボン酸成分単位が15〜
40モル%の範囲にあると、転がり軸受用保持器とした場
合の熱変形温度などの耐熱特性、曲げ強度、耐摩耗性な
どの機械的特性、高温度下での耐潤滑油性などの耐薬品
性、成形性が向上するようになるので特に好ましい。ま
た、ポリアミドを構成する直鎖脂肪族アルキレンジアミ
ン成分単位(b)が炭素数8の直鎖脂肪族アルキレンジ
アミンの場合は、テレフタル酸成分単位65〜100モル%
の範囲およびテレフタル酸成分単位以外の芳香族ジカル
ボン酸成分単位0〜35モル%の範囲にあると、同じく熱
変形温度などの耐熱特性、曲げ強度、耐摩耗性などの機
械的特性、高温度下での耐潤滑油性などの耐薬品性、成
形性が向上するようになるので特に好ましい。また、ポ
リアミドを構成する直鎖脂肪族アルキレンジアミン成分
単位(b)が炭素数10〜18の直鎖脂肪族アルキレンジア
ミンの場合は、テレフタル酸成分単位75〜100モル%の
範囲およびテレフタル酸成分単位以外の芳香族ジカルボ
ン酸成分単位0〜25モル%の範囲にあると、熱変形温度
などの耐熱特性、曲げ強度、耐摩耗性などの機械的特
性、高温度下での耐潤滑油性などの耐薬品性、成形性が
向上するようになるので特に好ましい。芳香族系ジカル
ボン酸成分単位(a)の組成が、テレフタル酸成分単位
が60モル%未満で、かつテレフタル酸成分単位以外の芳
香族ジカルボン酸成分単位が40モル%より大きくなる
と、熱変形温度などの耐熱特性、引張り強度、耐摩耗性
などの機械的特性、高温度下での耐潤滑油性などの耐薬
品性、耐水性などの化学的物理的特性が低下するように
なる。この芳香族ポリアミドを構成する芳香族系ジカル
ボン酸成分単位(a)のテレフタル酸成分単位以外の芳
香族ジカルボン酸成分単位のうちでは、イソフタル酸成
分単位またはナフタリンジカルボン酸成分単位であるこ
とが好ましく、中でもイソフタル酸成分単位であること
が好ましい。また、この芳香族ポリアミドを構成する前
記芳香族系ジカルボン酸成分単位(a)は、テレフタル
酸成分単位およびテレフタル酸成分単位以外の前記芳香
族ジカルボン酸成分単位を主成分とするものであるが、
前記必須成分の他に少量のトリメリット酸、ピロメリッ
ト酸などの三塩基性以上の多価カルボン酸成分単位を含
んでいても差し支えない。
この発明に用いられる芳香族ポリアミドを構成する直
鎖脂肪族アルキレンジアミン成分単位(b)は、炭素数
が6〜18の直鎖脂肪族アルキレンジアミンであり、具体
的には、1,6−ジアミノヘキサン、1,7−ジアミノヘプタ
ン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、1,1
1−ジアミノウンデカン、1,12−ジアミノドデカンなど
の各成分単位を例示することができる。これらの直鎖脂
肪族アルキレンジアミン成分単位(b)のうちでは、特
に1,6−ジアミノヘキサン成分単位であることが好まし
い。
ここで、この発明で使用される前記芳香族ポリアミド
は、従来公知の種々の方法によって製造することができ
る。たとえば、Paul W.Morgan著:Polymer Reviews 10
「Condensation Polymers By Interfacial and Solutio
n Methods」Interscience publishers(1965)発行およ
びVon H.Hopff and A.Krieger著:Makromol.Chem.,47 93
〜113(1961)に記載されているように、この芳香族ポ
リアミドの構成成分単位の前記芳香族系ジカルボン酸成
分単位(a)に相当する芳香族ジカルボン酸のジ酸ハラ
イドと前記直鎖脂肪族アルキレンジアミン成分単位
(b)に相当する直鎖脂肪族アルキレンジアミンを溶液
法によって重縮合させることにより製造することもでき
るし、界面法によって重縮合させることにより製造する
こともできる。またこの芳香族ポリアミドの構成成分単
位の前記芳香族ジカルボン酸成分単位(a)に相当する
芳香族ジカルボン酸と前記直鎖脂肪族アルキレンジアミ
ン成分単位(b)に相当する直鎖脂肪族アルキレンジア
ミンとのナイロン塩を加熱し、オリゴマーを製造した
後、溶融重合または固相重合させて製造することもでき
る。この発明で使用する芳香族ポリアミドは、いずれの
方法によって製造されたものであってもよい。
つぎに、この発明におけるガラス繊維としては、Si
O2、B2O3、Al2O3、CaO、Na2O、K2Oなどを成分とする無
機ガラスから得られ、一般に無アルカリガラス(Eガラ
スと略記)、含アルカリガラス(Cガラス、Aガラスと
略記)などがあるが、この発明においてはEガラスが望
ましい。また、このガラス繊維は繊維径が3〜7μmの
ものであり、その繊維長は、0.05〜6mmのものが好まし
い。なぜならば、繊維径が7μmよりも太いガラス繊維
を用いると、成形して得られる転がり軸受用プラスチッ
ク保持器材は柔軟性に欠け、組み立て時の組み込み性が
悪くなるからであり、また、3μmよりも細いガラス繊
維を用いると、組成物の機械的特性が劣り、転がり軸受
用保持器として使用した場合、高温で変形してしまって
好ましくないからである。さらに、繊維長が6mmより長
いガラス繊維を用いると、組成物の柔軟性および成形性
が著しく劣り、または0.05mmより短いガラス繊維を用い
ると、組成物の機械的特性が劣り、いずれの場合も転が
り軸受用保持器としては好ましくない。
そして、繊維径が3〜7μmのガラス繊維の添加量
は、ガラス繊維を含有した芳香族ポリアミド組成物の全
体を100%として、1〜80重量%、好ましくは5〜50重
量%である。なお、芳香族ポリアミドとの親和性をもた
せるために、繊維状強化材はアミノシラン、エポキシシ
ラン、メルカプトシラン等のシランカップリング剤また
はクロム系カップリング剤を含むサイジング剤さらには
集束を目的とした集束剤などによって処理されたもので
あっても良い。
また、この発明の効果を損なわない限り各種の充填材
を添加することもできる。このような充填材として、芳
香族ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹
脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリアミドイミド樹
脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、フェノール系樹
脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコ
ーン樹脂、フッ素樹脂等の有機質耐熱性高分子材料を始
めとし、グラファイトまたは亜鉛、アルミニウム、マグ
ネシウムなどの金属もしくは酸化物などの熱伝導改良用
無機粉末、ガラスビーズ、シリカバルーン、珪藻土、石
綿、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウ
ム、フッ化カルシウム、水酸化カルシウム等の無機質粉
末、二硫化モリブデン、グラファイト、カーボン、マイ
カ、タルク、三酸化モリブデン等の潤滑性向上用無機質
粉末、および酸化鉄、硫化カドミウム、セレン化カドミ
ウム、カーボンブラック等の無機質顔料、シリコーンオ
イル、エステルオイル、フッ素オイル、ポリフェニレン
エーテルオイル、ワックス、ステアリン酸亜鉛などの内
部滑剤的添加剤、炭素繊維、グラファイト繊維、チタン
酸カリウムホイスカー、ウオラストナイト、シリコンカ
ーバイドホイスカー、サファイアホイスカー、鋼線、銅
線、ステンレス線などの耐熱性無機単一繊維、タングス
テン芯線または炭素繊維などにボロンもしくは炭化ケイ
素繊維などを蒸着したいわゆるボロン繊維もしくは炭化
ケイ素繊維などの耐熱無機複合繊維、芳香族ポリアミド
繊維などの耐熱有機繊維、さらには酸化防止剤など数多
くのものを例示することができる。
以上述べた芳香族ポリアミド、繊維径が3〜7μmの
ガラス繊維およびその他添加剤等の混合方法は、特に限
定されるものではなく、原料を個別に溶融混合機に供給
しても、あらかじめヘンシェルミキサー、ボールミル、
タンブラーミキサー等の混合機を用いて乾式混合した後
に、熱ロール、ニーダ、バンバリーミキサー、スクリュ
ー押出機などで溶融混合して形成材料としてペレット状
にしてもよい。これを射出成形機などによって転がり軸
受用保持器として所定の形状に溶融成形すれば良い。
〔実施例〕
この発明の実施例および比較例に使用した原材料を一
括して示す。
芳香族ポリアミド(つぎの方法によって得た。)すな
わち、 1,6−ジアミノヘキサン254g(2.19モル)、テレフタ
ル酸247g(1.49モル)、イソフタル酸106(0.64モル)
と触媒として次亜リン酸ナトリウム0.45g(4.25×10-3
モル)とイオン交換水148mlを内容積1リットルの反応
器に仕込み、窒素置換後250℃、35kg/cm2で1時間反応
を行なった。反応終了後反応器より約10kg/cm2低く設定
した圧力の受器へ抜き出し、極限粘度〔η〕が0.10dl/g
(濃硫酸、30℃)のポリアミド545gを得た。
ついで、このポリアミドを乾燥した後、二軸押出機を
用いてシリンダー設定温度330℃で溶融重合して極限粘
度〔η〕が1.1dl/g(濃硫酸、30℃)の芳香族ポリアミ
ドを得た。この芳香族ポリアミド中のテレフタル酸成分
単位のモル%は71%であり、融点は320℃であった。
ポリアミド〔6,6ナイロン〕樹脂(BASF社製:ウルト
ラミッドA3HG5、ガラス繊維GF25%入り)、 ポリアミド〔4,6ナイロン〕樹脂(ユニチカ社製:4,6
ナイロン、ガラス繊維GF30%入り)、 PPS樹脂(呉羽化学工業社製:KPS−#214)、 PPS樹脂(フイリップス・ペトローリアム・インター
ナショナル社製:P−4、 ガラス繊維(旭ファイバーグラス社製:CS03DE−FT2
A、繊維径6μm、繊維長3mm)、 ガラス繊維(旭ファイバーグラス社製:CS03DE−FT56
2、繊維径6μm、繊維長3mm)、 ガラス繊維(旭ファイバーグラス社製:CS03MA−FT2
A、繊維径13μm、繊維長3mm)、 四フッ化エチレン樹脂(喜多村社製:KTL−610)、 および以外の原材料を表に表すような割合でヘン
シェルミキサーを用いて乾式混合し、さらに表に示す溶
融混合条件および射出成形条件のもとに第1図のような
軸受6203の保持器1を射出成形し、つぎに示す諸試験を
行なった。
(1) 組み立て時の組み込み性試験 第2図に示すようにミニプレスにて実際に軸受本体5
に組み込んで保持器1の爪部2の部分の転動体4(鋼
球)による損傷度合と鋼球の組み込み性を調べ、つぎの
判定基準に従って判定し、表に示した。
保持器の爪の部分の損傷度合: ○……全く損傷しない △……少し損傷する ×……かなり損傷する 鋼球の組み込み性: ○……組み込み時に無理なく組み込める △……組み込み時に少し抵抗がある ×……組み込み時にかなり抵抗がある (2) 保持器の爪部の耐久試験 第3図に示すように、保持器1のポケット部3に球部
6の径が直径7.16mmである鋼球を備えた棒7を試験機8
によって50回/分の速さで出し入れさせて、保持器1の
爪部2が破損するまでの出し入れ回数を測定し、その値
を表に示した。この出し入れ回数が多い程、保持器1の
爪部2の疲労強度は大きく、製造工程において保持器1
の転動体4を組み込む際の安全率は高いといえる。
(3) 保持器の変形率測定試験 潤滑剤(協同油脂社製:ウレア系グリース、ET−13
0)を0.8g封入し、フッ素ゴムにてシールをした軸受620
3を運転試験機にて、回転数15000rpm、スラスト荷重6.8
kgf、温度180℃の条件で200時間運転し、保持器外径の
寸法変形率を測定し表に示した。この寸法変形率が小さ
い程、保持器は変形していないことを示す。
(4) 潤滑剤の劣化度合判定試験 試験(3)と全く同様の条件で200時間継続運転後の
潤滑剤(協同油脂社製:ウレア系グリース、ET−130)
の劣化度合を判定し、表に併記した。
○……変色有り、劣化なし △……変色有り、少し劣化あり ×……変色有り、かなり劣化している 表から明らかなように、実施例1〜3の転がり軸受用
保持器は、比較例1〜5の従来の6,6ナイロン、4,6ナイ
ロンもしくはPPS樹脂からなる保持器または繊維径が13
μmのガラス繊維を添加したポリアミド製の保持器と比
べると、組み立て時の組み込み性や保持器の爪部の耐久
性に優れ、しかも高温で運転される軸受内にあって変形
率は低く、潤滑剤を劣化させることがない。
〔発明の効果〕
以上の説明からも明らかなように、この発明の保持器
は、柔軟性を有して軸受への組み込み性および転動体の
ポケット部への組み込み性が良好であり、保持器の爪部
の疲労強度は大きく、製造工程において保持器の転動体
を組み込む際の安全率が高い。また、高温で使用した場
合でも変形率が低いので軸受が損傷せず、特に保持器の
爪部の耐久性が格段に向上する。しかもこの発明の保持
器は、芳香族ポリアミド本来の耐熱性、機械的特性をも
兼ね備えたものであって、その利用分野はきわめて広
く、自動車関連業界、一般機器関連業界、電気・電子機
器関連業界その他多くの分野で用いられる転がり軸受用
保持器として最適のものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は転がり軸受用保持器の要部を例示する斜視図、
第2図は鋼球の組み込み性を調べるための転がり軸受用
保持器と軸受との関係を示す断面図、第3図は転がり軸
受用保持器の爪部の耐久試験を説明する試験機の平面図
である。 1……保持器、2……爪部、 3……ポケット部、4……転動体、 5……軸受本体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−200871(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08L 77/06 C08K 7/14 F16C 33/38 F16C 33/46

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】転動体4を組み込んでこれを回転自在に保
    持するポケット部3の出入口に内向きの爪部2を形成し
    た転がり軸受用保持器において、 この保持器を、テレフタル酸成分単位60〜100モル%の
    範囲およびテレフタル酸成分単位以外の芳香族ジカルボ
    ン酸成分単位0〜40モル%の範囲からなる芳香族系ジカ
    ルボン酸成分単位(a)および炭素数6〜18の直鎖脂肪
    族アルキレンジアミン成分単位(b)からなり、かつ濃
    硫酸中30℃で測定した〔η〕が0.5〜3.0dl/gの範囲にあ
    る芳香族ポリアミドと繊維径3〜7μmのガラス繊維と
    からなる組成物で形成したことを特徴とする転がり軸受
    用保持器。
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