JP2924221B2 - 樹脂巻軸受用樹脂組成物 - Google Patents

樹脂巻軸受用樹脂組成物

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JP2924221B2 JP3038532A JP3853291A JP2924221B2 JP 2924221 B2 JP2924221 B2 JP 2924221B2 JP 3038532 A JP3038532 A JP 3038532A JP 3853291 A JP3853291 A JP 3853291A JP 2924221 B2 JP2924221 B2 JP 2924221B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属製ハウジングに組
み込む軸受にクリープ防止の機能を与えるために、軸受
外輪の外周面に形成させる樹脂巻軸受用樹脂組成物に関
し、詳細には、高温で使用される樹脂巻型のクリープ防
止軸受に使用する耐熱性及びクリープ防止性能に優れた
熱可塑性のポリエステル系エラストマー樹脂組成物に関
する。
【0002】
【従来の技術】通常、軸受は常温である締め代をもって
組み込まれるが、組み込み性や軸受の変形等の問題があ
り、大きな締め代がとれない場合が多い。そのため使用
温度によっては、軸受が装着されるハウジングや軸との
熱膨張率の差異から締め代が不足し、軸受の軌道輪のク
リープ(スリップによる摩耗)現象を生じることがあ
る。
【0003】従来、このようなクリープ現象を防止する
機能を備えたいわゆるクリープ防止用軸受が種々提案さ
れており、例えば特開昭50−155850号には内輪
のクリープを防止するものが示されている(第1従来
例)。これは、図1に示すように、軸1に嵌合された軸
受2の内輪3のクリープ防止装置であって、内輪3に設
けた貫通孔4の中に、ボール5を入れ、ボールの頂きの
一部を貫通孔4の外にt 1 だけ突出させている。更に内
輪3の外側には、すきまt2 を形成するように軸の中心
1 からδだけ偏心させるとともにボール5の通過穴6
を有する締付けリング7を備えている。
【0004】そして軸受2を軸1に固定する際、内輪3
を位置決めしてから締付けリング7を嵌め、内輪の貫通
孔4とボールの通過穴6とを合わせてボール5を挿入
し、締付けリング7を強く回して軸1にボール5をリン
グ7の内周面との間でくさび効果で軸1の外周面に食い
込ませて固定することにより、軸1と内輪3とのすべり
を止めていわゆるクリープ(一種のスリップによる摩
耗)を防止するものである。
【0005】また、外輪のクリープに関しては、図2に
示すような樹脂巻型クリープ防止軸受がある(第2従来
例)。これは軸受外輪10の外周面11に、全周にわた
り所要深さの周溝(図では2条)12を形成し、この周
溝12内にポリアミド11,ポリブチレンテレフタレー
ト等をベースとする合成樹脂組成物からなる樹脂リング
13を、その外周面14が外輪外周面11より微小量突
出するように形成したものである。このものは、金属材
料に比べて大きな熱膨張率を持つ合成樹脂材料の特徴を
生かしたものであり、例えば、アルミニウム等の軽合金
からなるハウジングと軸受鋼からなる軸受外輪10との
熱膨張率の差異から、高温においてはめあいが緩むよう
な場合でも、樹脂リング13を介して広い温度領域で密
なはめあい状態を維持し、クリープを防止する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
1従来例のように、金属製の締付けリング7で鋼球5を
くさび状に食い込ませて軸1と内輪3とのすべりを止め
るタイプのものは、軸1を傷つけるおそれがあり、また
振動により緩みを生じるおそれがあり、十分なクリープ
防止効果が得難いという問題点があった。
【0007】これに対して、第2従来例の場合は、合成
樹脂リング13がハウジングに及ぼす圧縮抵抗作用によ
ってクリープ防止がなされるから、ハウジングが傷つく
ことも少なく、振動にも強い。しかしながら、一方、あ
る温度以上で長時間使用する場合、樹脂材料の経時変化
によるクリープ防止性能の劣化という問題が生じる。す
なわち、従来の合成樹脂リングの樹脂材料にはポリアミ
ド11(以下、PA11と記す)やポリブチレンテレフ
タレート(以下、PBTと記す)等の組成物が用いられ
ており、中でもPA11樹脂組成物は概して中程度の温
度条件下で大きな熱膨張率を示すことから、−30〜+
120℃の温度範囲では優れたクリープ防止性能が確認
されている。しかし近年、軸受使用環境は高温度化,高
速化が顕著であり、更に高温の+140〜160℃の高
温雰囲気下における耐久性も必要になってきている。と
ころがPA11樹脂は融点が低く、また150℃を越え
る高温環境下で長時間使用すると、樹脂材料の劣化が進
み、経時的に寸法の収縮や機械的強度の低下をきたし、
長期にわたって満足し得るクリープ防止性能を維持する
ことはできない。
【0008】そこで本出願人は樹脂巻型軸受用の樹脂組
成物の研究を鋭意続け、PA11に比べて融点が高く耐
熱老化性も高いポリアミド66(以下、PA66と記
す)を用いて、ポリフェニレンサルファイド樹脂50〜
95重量%とポリアミド樹脂0〜35重量%と粒状充填
材5〜15重量%とからなり、150℃以上の高温度で
の長期連続使用に耐え得る軸受のクリープ防止用樹脂組
成物を先に開発した(特願平2−90958号)。
【0009】しかしながら、この新しい樹脂組成物も、
剛性が高く且つ熱膨張率が大きい樹脂を用いているが、
PA66樹脂は吸水性が大きいため、樹脂巻軸受の合成
樹脂リングに用いると吸水してリング外径寸法が増大
し、逆に脱水時には収縮してしまい、寸法管理が困難で
あるという問題点があった。
【0010】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであり、140〜160℃以上の高温
度での長期連続使用にも耐え、安定したクリープ防止性
能を示す樹脂組成物を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の樹脂巻軸受用樹
脂組成物は、熱可塑性ポリエステル系エラストマー25
〜65重量%、熱可塑性ポリエステル樹脂20〜70重
量%及び無機質粒状充填剤5〜15重量%よりなること
を特徴とする。
【0012】ここに、前記熱可塑性ポリエステル樹脂の
添加量は、熱可塑性ポリエステル系エラストマーの重量
に対し20〜70重量%とすることができる。 また、
記熱可塑性ポリエステル系エラストマーは、ポリエステ
ル・ポリエステルタイプエラストマーを用いることがで
きる。また、前記熱可塑性ポリエステル樹脂にはポリブ
チレンテレフタレート樹脂を用いることができる。
【0013】更に、前記無機質粒状充填剤は球状のシリ
カ粒子,球状の無定形炭素粒子,グラファイト粒子から
選ばれる少なくとも一種を用いることができる。以下、
さらに詳細に説明する。
【0014】本発明の組成物に使用されるポリエステル
系の熱可塑性エラストマー(TPE,Thermo P
lastic Elastomer)は、次の化学式
(1)で表される化合物であり、
【0015】
【化1】 東洋紡(株)より「ペルプレン(登録商標)Sタイプ」
として入手することができ、ポリエーテル・ポリエステ
ルタイプTPEに比べて耐熱老化性に優れており、また
PBT樹脂に比べて柔軟であり、熱膨張率も大きい。
【0016】本発明の組成物に使用される熱可塑性ポリ
エステル樹脂として、市販のPBT樹脂から選ぶことが
できる。PBT樹脂の使用のねらいは、本発明の組成物
に耐熱剛性を付与し、成形時の流動性を改良することに
ある。PBT樹脂の添加量がポリエステル系TPE樹脂
組成物の全重量に対して20重量%未満では、組成物の
耐熱剛性の改良が不十分であり、したがって、十分なク
リープ防止性能が得られない。逆に、PBT樹脂の添加
量が約70重量%を超えると、組成物としての熱膨張係
数が十分でないため、室温から中温度領域(約100
℃)で十分なクリープ防止性能が得られない場合があ
る。PBT樹脂の添加量は、樹脂組成物の全重量に対し
好ましくは約30〜約60重量%である。
【0017】本発明のポリエステル系TPE樹脂組成物
に使用する粒状充填剤は、市販されているグラファイト
粒子,球状の無定形炭素粒子または球状シリカより選ば
れる。本発明の樹脂組成物における粒状充填剤の役割
は、樹脂組成物の高温における圧縮強度及び耐熱剛性を
高めることにある。粒状充填剤の添加量は、樹脂組成物
の全重量に対して5〜15重量%である。
【0018】なお、本発明の樹脂巻軸受用樹脂組成物
は、本発明の効果を減殺しない範囲において目的に応じ
て各種の充填剤を適宜に含有させることができる。例え
ば無機充填剤としてはアルミナ粉末,炭化ケイ素粉末,
窒化ケイ素粉末,カーボンブラック等の無機質粉末が、
また繊維状充填剤としては、ガラス繊維,チタン酸カリ
ウム繊維,炭化ケイ素繊維,炭素繊維等の他に、アルミ
ニウム,銅,鉄等の金属繊維を例示できる。
【0019】また、有機充填剤としては、シリコン樹脂
粉末,芳香族ポリアミド(アラミド)繊維,フッ素樹脂
繊維等を例示できる。更に、本発明の樹脂巻軸受用樹脂
組成物に対して、本発明の効果を著しく減殺しない範囲
において、加工安定性,表面性状,靱性等の改良や、着
色,帯電防止等の目的で、必要に応じて適量の各種安定
剤,流動性改良剤,表面改質剤,着色剤,帯電防止剤,
各種の樹脂等を適宜に添加してもよい。
【0020】本発明の樹脂巻軸受用樹脂組成物の製造に
用いられる原料成分を配合する手段は特に限定されな
い。各成分をおのおの別々に溶融混合機に供給すること
が可能であり、また、予め各成分をヘンシェルミキサ
ー,リボンブレンダー等の混合機で予備混合した後に溶
融混合機へ供給することもできる。溶融混合機として
は、単軸または二軸押出し機,混合ロール,加圧ニーダ
ー,ブラベンダープラストグラフ等の任意の装置が使用
できる。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。なお、本
発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 (実施例1、比較例1)表1に示す割合の組成物を用い
て各種試験を実施した。
【0022】
【表1】 各組成物の製造に用いたポリエステル系TPEは、東洋
紡(株)製「ペルプレン(登録商標)S−2002」を
使用し、PBT樹脂としては日本ジー・イー・プラスチ
ックス(株)製「バロックス(登録商標)357」を使
用し、粒状充填剤として、グラファイトは(株)中越黒
鉛工業製「CLX」、球状無定形炭素は鐘紡(株)製
「ベルパール(登録商標)C−800」、球状シリカ粒
子はマイクロン(株)製「HARMIC(登録商標)
SCO」を使用した。
【0023】一方、比較例においては、ポリアミド樹脂
PA11として、東レ・デュポン(株)製「リルサン
(登録商標)BESN G9 TL」を使用し、PBT
樹脂組成物として日本ジーイープラスチックス(株)製
「バロックス(登録商標)457」を使用した。
【0024】ポリエステル系TPE樹脂組成物は、所定
量のポリエステル系TPE,PBT樹脂ペレット及び粒
状充填剤を表1に示す割合で三井三池製作所製Hens
hel Mixer FM−10Bを用いて予備混合し
た後、池貝鉄工(株)製の二軸押出機(MODEL P
CM−30」を用いて混練押出ししてペレットとした。
このペレットを成形原料として使用し、テクノプラス
(株)製の射出成形機(MODEL SIM 474
9/80)を用いて、深さ0.8mmの周溝2条を外周面
に有する軸受外輪の周溝内に樹脂を注入してインサート
成形し、外輪外周面より樹脂が5〜10μm突出した樹
脂巻軸受を製造した。
【0025】このようにして得られた樹脂巻軸受を、外
輪外径寸法に対して約5〜10μmのすきまにして締め
代を持たせたアルミニウム製ハウジングに圧入して組み
込み、室温から190℃までの所定温度にて1時間放置
後、その温度でクリープ防止性能を評価した。
【0026】樹脂巻軸受のクリープ防止性能の評価は、
図3に示す装置を用いて行った。合成樹脂リング13を
形成した軸受外輪10を固定治具20を介してハウジン
グ21に装着し、そのハウジング21をハウジング固定
台22に固定し、軸受外輪10にトルクレンチ23を取
り付けて回転させたときのトルク(以下、回動トルクと
記す)をトルク表示メータ24で読み取り記録した。試
験結果を表2に記す。
【0027】
【表2】 表2の結果に基づいて実施例1−A,1−Bと比較例1
─A,1−Bとを比較すると、樹脂組成物がPA11
(比較例1─A)やPBT(比較例1─B)である樹脂
巻軸受の場合、熱劣化以前での回動トルク値は、本発明
の主たる対象である準高温領域(130〜160℃)で
は低い値を示し、より高温域では急上昇を始め、170
℃ではPBT樹脂組成物が約70Kgf-cm, PA11樹脂
組成物で約75Kgf-cmのトルクを示す。これに対して本
発明の樹脂組成物の軸受は、高速定常回転時の軸受の温
度に近い140℃で約100Kgf-cmの高い回動トルク値
を示し、約170℃以上ではやや低下する傾向を示す
が、なお回動トルク値はPA11樹脂組成物相当の75
Kgf-cmを示す。次に回動トルク値が最小となる温度域を
見ると、PA11樹脂組成物やPBT樹脂組成物の軸受
では100℃付近で最小値を示すのに対し、本発明の樹
脂組成物の軸受は50℃付近で最小となり、そのときの
回動トルク値は45Kgf-cmであり、PA11系やPBT
系樹脂組成物の回動トルク値よりもなお大である。この
ように、本発明の樹脂組成物を使用すると、高速定常回
転時に軸受が示す上記準高温領域において極めて良好な
クリープ防止性能が発現されることがわかる。
【0028】なお、クリープ防止軸受として十分に機能
するためには、本実験条件下で得られる回動トルク値と
しては少なくとも30kgf-cmが必要である。また、PA
11樹脂組成物軸受の場合、該樹脂の融点が約185℃
にあるため、190℃では樹脂が溶融して軸受がハウジ
ングから脱落し、回動トルク値は測定できなかった。
【0029】実施例1−C,1−Dは、それぞれ充填剤
をグラファイトに代えて球状の無定形炭素粒子及び球状
シリカとした以外は、実施例1−Bと全く同じである
が、これらの組成物においても温度に対する回動トルク
値の挙動は、実施例1−Bの場合と同じであり、回動ト
ルク値も全測定温度範囲において満足できる高い値を示
す。
【0030】実施例1−E(ポリエステル系TPEとP
BT樹脂の配合比を変えたもの)と比較例1−Cとを比
較すると、PBT樹脂含有量の多い比較例1−Cは、5
0〜140℃の温度域では回動トルク値が40Kgf-cm以
下となり、170℃を超えると回動トルク値が急上昇す
るのに対して、PBT樹脂含有量の少ない実施例1−E
は100℃で最低値50Kgf-cmを示し、100℃を超え
ると温度の上昇とともに回動トルク値も上昇する。
【0031】PBT樹脂含有量を一定とし、ポリエステ
ル系TPEとグラファイトの配合比を変えた実施例1−
Aと比較例1−D,1−Eとを比較すると、組成比が本
発明の請求範囲から外れる比較例1−D(ポリエステル
系TPEを70重量%含有)や比較例1−E(グラファ
イトお 20重量%含有)では、温度が上昇しても回動
トルク値は上昇せず所要レベル以下に留まるのに対し
て、実施例1−Aでは50℃付近で回動トルク値の極小
値45Kgf-cmを示し、140℃付近で回動トルク値の極
大値75Kgf-cmを示す。更に、比較例1−A,1−Bと
比較すると、本発明の組成範囲内である限り、100〜
150℃の準高温域では従来のPA11樹脂1成物およ
びPBT樹脂組成物を上回る回動トルク値を示すことが
わかる。
【0032】以上述べてきた回動トルク値の挙動は、樹
脂の熱膨張率と耐熱剛性,充填剤による機械的補強効果
及び熱膨張率の低下効果の相互作用の結果発現されるも
のであり、これら組成成分の機能を最大限に活用して得
られた本発明の組成物は、広い温度範囲にわたり極めて
優れたクリープ防止性能を発現し得るものであることが
わかる。 (実施例2、比較例2)表3に示す割合の組成物を用い
て樹脂巻軸受を成形し、クリープ防止性能の耐久性を試
験した。
【0033】
【表3】 組成物に使用した原料及び組成物の製造方法,アルミニ
ウム製ハウジングの寸法,樹脂巻軸受の寸法及びクリー
プ防止性能の評価方法は、実施例1,比較例1における
ものと全く同様であった。クリープ防止性能の耐久性の
試験は、樹脂巻軸受をハウジングに組み込み、さらに1
70℃の熱風循環式恒温槽中に500時間までの所要時
間放置した試料について、100℃,140℃および1
70℃の各温度に1時間放置後、それらの各温度で回動
トルク値を評価した。試験結果を表4に示す。
【0034】
【表4】 表4の結果に基づいて実施例2−Aと比較例2─A,2
−Bとを比較すると、樹脂組成物がPA11(比較例2
─A)やPBT(比較例2─B)である樹脂巻軸受の場
合、回動トルク値は170℃放置による低下が著しく、
250時間放置後では100〜140℃においてクリー
プ防止軸受としては不十分な回動トルク値のレベルまで
低下し、500時間放置後にはハウジングから軸受が脱
落しているものもある。これに対して本発明の樹脂組成
物の軸受は、実験の全時間範囲にわたりクリープ現象が
起こりやすい100〜170℃の温度範囲において45
Kgf-cm以上の安定したトルク値のレベルを維持してい
る。
【0035】実施例2−B,2−Cは、それぞれ充填剤
をグラファイトに代えて球状の無定形炭素粒子及び球状
シリカとした以外は、実施例2−Aと全く同じである
が、これらの組成物においても、実験の全時間範囲にわ
たりクリープ防止軸受に対して要求される30Kgf-cm以
上の回動トルク値を保持していることがわかる。
【0036】実施例2−A,2−D,比較例2−Cを比
較すると、ポリエステル系TPE主体の組成物である実
施例2−Aでは、回動トルク値は約140℃付近で極大
を示すが、500時間経過後の170℃においても、な
お必要な回動トルク値のレベルを維持している。一方、
PBT樹脂主体の組成物ではあるが本発明の組成比を有
する実施例2−Dと本発明の組成比とは異なる組成比を
有する比較例2−Cとを比較すると、前者の場合は測定
の全範囲において良好な回動トルク値を与えるのに対し
て、後者の場合は、170℃に500時間放置後では、
140℃以下の温度領域で回動トルク値は使用に耐えな
いレベルに低下する。
【0037】以上述べてきた結果から、ポリエステル系
TPE25〜65重量%,PBT樹脂20〜70重量
%,粒状充填剤5〜15重量%からなる本発明の樹脂巻
軸受用樹脂組成物を用いた軸受は、広い温度範囲で高い
クリープ防止性能を示すと共に、高温耐久性に優れ、高
温環境条件下で使用される樹脂巻軸受として十分使用に
耐え得るものであることがわかる。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に係る発
明によれば、マトリックスを構成する樹脂成分として耐
熱性に優れ、柔軟で線膨張係数の大きいポリエステル系
TPEを25〜65重量%,適度の耐熱剛性を持つ熱可
塑性ポリエステル樹脂を20〜70重量%,強化成分と
して分散性に優れる粒状充填剤5〜15重量%を含有さ
せたため、各成分の機能が十分活用でき、140〜16
0℃以上の高温度での長期連続使用にも耐える優れた高
温耐久性を備えて広い温度範囲で安定したクリープ防止
性能を示す樹脂巻軸受を提供することができるという効
果がある。また、請求項2に係る発明によれば、熱可塑
性ポリエステル樹脂/熱可塑性ポリエステル系エラスト
マーの比率を20〜70重量%としたので、熱剛性に優
れ十分な熱膨張が得られ、良好なクリープ防止の組成物
が得られるという効果がある。 また、請求項3に係る発
明によれば、熱可塑性ポリエステル樹脂にポリブチレン
テレフタレート樹脂を用いたことで、樹脂組成物に耐熱
剛性を付与し、成形時の流動性が向上するという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のクリープ防止用軸受の一例を示した縦断
面図である。
【図2】樹脂巻軸受の外輪の半断面図である。
【図3】本発明の被試験体の回動トルク値測定法を説明
する模式図である。
【符号の説明】
10 樹脂巻軸受の外輪 13 樹脂リング

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱可塑性ポリエステル系エラストマー2
    5〜65重量%、熱可塑性ポリエステル樹脂20〜70
    重量%及び無機質粒状充填剤5〜15重量%よりなるこ
    とを特徴とする樹脂巻軸受用樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 熱可塑性ポリエステル樹脂の添加量が、
    熱可塑性ポリエステル系エラストマーの重量に対し20
    〜70重量%である請求項1記載の樹脂巻軸受用樹脂組
    成物。
  3. 【請求項3】 熱可塑性ポリエステル樹脂がポリブチレ
    ンテレフタレート樹脂である請求項1または請求項2記
    載の樹脂巻軸受用樹脂組成物。
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