JP3547489B2 - 転がり軸受用保持器 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、転がり軸受に用いられる合成樹脂製の保持器に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、転がり軸受用保持器として、金属製のものに比べて軽量で、しかも機械的特性に優れたナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６等の脂肪族系の脂肪族ポリアミド樹脂を母材とするものが多用されている。
しかし、上記脂肪族ポリアミド樹脂は、高温に加熱されたギアオイル等の潤滑油中で使用すると、その耐性（耐油性）が十分でなく、経時的に劣化して強度が著しく低下するという問題がある。これは、高温条件下では、まず潤滑油が酸化されてその酸性度が上昇し、この酸性加熱雰囲気下で脂肪族ポリアミド樹脂が熱酸化されて劣化するためである。
したがって、脂肪族ポリアミド樹脂母材からなる転がり軸受用保持器を使用できる温度の上限は、１２０〜１３０°Ｃ程度であり、それ以上の温度では、金属製の保持器を使用しているのが現状である。
【０００３】
上記脂肪族ポリアミド樹脂に代えて、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の、より高温で使用可能ないわゆるスーパーエンジニアリングプラスチックを使用することも考えられる。しかし、スーパーエンジニアリングプラスチックの多くは、脂肪族ポリアミド樹脂に比べて、柔軟性に劣るとともに高価であるので、その用途が限定され、一般的に広く実用化されるまでには至っていない。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、特に高温の潤滑油中で使用される際に、優れた耐油性を発揮することができる、脂肪族ポリアミド樹脂製の転がり軸受用保持器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用】
上記目的を達成するため、本願発明者らは、ポリマーアロイの技法を応用して、脂肪族ポリアミド樹脂母材からなる転がり軸受用保持器の耐油性を向上させることを検討した。そしてまず、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のような高い耐油性を有する材料を、ナイロン６６からなる脂肪族ポリアミド樹脂母材に分散させることを検討したが、耐油性を改善することはできなかった。そこで、それ以外の種々の高分子についてさらに検討した結果、脂肪族ポリアミド樹脂母材との相溶性は良いが、それ自身は全く耐油性を有さない、無水マレイン酸をグラフトして変性したエチレン−プロピレン−ジエンゴムからなるオレフィン系ポリマーを分散させると、転がり軸受用保持器の耐油性が飛躍的に向上し、驚くべきことに、前記ＰＥＳやＰＰＳ等のスーパーエンジニアリングプラスチック並みの高温耐油性が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明の転がり軸受用保持器は、潤滑油中で使用する合成樹脂製の転がり軸受用保持器であって、ナイロン６６からなる脂肪族ポリアミド樹脂母材に、無水マレイン酸をグラフトして変性したエチレン−プロピレン−ジエンゴムからなるオレフィン系ポリマーを分散させたものであり、かつ、前記潤滑油の温度が、１６０〜１８０℃であることを特徴とする。
本発明の転がり軸受用保持器の耐油性が飛躍的に向上する原因としては、種々考えられるが、脂肪族ポリアミド樹脂母材に分散したオレフィン系ポリマーが、保持器内部への油の浸透を防止する遮蔽効果を発揮することが、その原因の１つであろうと推測される。また耐油性を有さないオレフィン系ポリマーが、脂肪族ポリアミド樹脂母材が熱酸化される前に酸化されて、当該脂肪族ポリアミド樹脂母材の熱酸化を防止するのではないかとも考えられる。
【０００７】
なお、上記のようにオレフィン系ポリマーが、油の浸透を防止する遮蔽効果を発揮すると考えると、保持器内部は、高温油から熱のみを受けることになり、その温度が高すぎる場合には、温度による熱劣化を受けるが、ある程度の温度範囲では逆に、アニリーング効果によって、使用初期の保持器の強度が向上することが期待される。
【０００８】
上記の構成からなる本発明の転がり軸受用保持器は、前述したように元々保持器としての特性に優れた脂肪族ポリアミド樹脂を母材とするとともに、スーパーエンジニアリングプラスチックに比べて安価で入手の容易な汎用材料である脂肪族ポリアミド樹脂とオレフィン系ポリマーで構成されており、しかもスーパーエンジニアリングプラスチック製のものに匹敵する高温耐油性を有する。このため、保持器としての特性及び経済性をトータル的に評価すると、スーパーエンジニアリングプラスチック製のものより優れているといえる。
【０００９】
以下に本発明を詳述する。
上記保持器の母材である脂肪族ポリアミド樹脂としては、ナイロン６、ナイロン６６から選択される脂肪族ポリアミド樹脂を使用する。特に最も一般的なナイロン６６、即ちアジピン酸とヘキサメチレンジアミンとの反応生成物である、下記式（１） ：
〔ＨＮ−（ ＣＨ_２ ）_６ −ＮＨ−ＣＯ−（ ＣＨ_２ ）_４ −ＣＯ〕− （１） で表される
繰り返し単位を有する脂肪族ポリアミド樹脂が、価格が安く取り扱いが容易であることから、本発明に最も好適に使用される。
【００１０】
上記脂肪族ポリアミド樹脂母材に分散されるオレフィン系ポリマーとしては、潤滑油中でそれ自体耐油性を有しないものが好適である。このオレフィン系ポリマーとしては、例えば低密度から高密度の各種ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等が挙げられる。これらオレフィン系ポリマーは、そのままで使用することもできるが、脂肪族ポリアミド樹脂母材に対する相溶性を改善すべく、変性することもできる。変性したオレフィン系ポリマーとしては、例えば上記各オレフィ系ポリマーを、α、β−不飽和カルボン酸、そのエステル、及びその金属塩のうちの何れかとの共重合により改質したものが使用される。また、カルボン酸又は酸無水物などをオレフィン系ポリマーにグラフト導入して改質したものも使用される。例えばＥＰＤＭの場合、下記反応式に示すように、無水マレイン酸をグラフトして変性したものが、脂肪族ポリアミド樹脂母材に対する相溶性の改善されたものとして、本発明に好適に使用される。
【００１１】
【化１】

【００１２】
上記のような変性により、オレフィン系ポリマーの脂肪族ポリアミド樹脂母材に対する相溶性が向上し、保持器の耐油性や衝撃強度等がさらに向上する。
上記したオレフィン系ポリマーは、それぞれ単独で使用されるほか、２種以上を併用することもできる。
【００１３】
上記オレフィン系ポリマーの全成分中に占める割合は、５〜２５重量％の範囲内であるのが好ましく、特に８〜２０重量％の範囲内であるのが好ましい。全成分中に占めるオレフィン系ポリマーの割合が５重量％未満では、保持器の大きさや形状にもよるが、オレフィン系ポリマーの添加効果が十分に発揮されず、保持器の耐油性が十分に向上されないおそれがある。またオレフィン系ポリマーの割合が２０重量％を大きく超えた場合には、相対的に脂肪族ポリアミド樹脂母材の割合が減少するので、保持器の物理的特性や機械的強度等の点で問題が生じるおそれがある。
【００１４】
本発明の転がり軸受用保持器は、機械的強度や耐熱性をさらに高めるため、従来同様に強化繊維を配合することもできる。上記強化繊維としては、例えばガラス繊維、炭素繊維、繊維状の珪灰石（ウォラストナイト）、炭化ケイ素繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ繊維、金属繊維（銅、鋼、ステンレス鋼等）、芳香族脂肪族ポリアミド（アラミド）繊維、チタン酸カリウムウィスカー、グラファイトウィスカー、炭化ケイ素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、アルミナウィスカー等が挙げられる。これらは単独で使用されるほか、２種以上を併用することもできる。
【００１５】
強化繊維の配合割合は、これに限定されるものではないが、全成分中に占める強化繊維の割合が、８〜４０重量％の範囲内であるのが好ましい。全成分中に占める強化繊維の割合が８重量％未満では、強化繊維の添加効果が十分に発揮されず、保持器の機械的強度や耐熱性等が十分に向上されないおそれがある。また強化繊維の割合が４０重量％を超えると、保持器の柔軟性が低下して、特にポケット等がアンダーカットになった形状の保持器の場合に、金型から成形品を抜き取ったり、ポケットに転動体を圧入したりする際に、割れやクラックが発生するおそれがある。
【００１６】
本発明の転がり軸受用保持器は、上記各成分のほかに、例えば着色剤としての無機充填剤や、銅系あるいは有機系の安定剤等の種々の添加剤を、従来と同程度の割合で含有してもよい。
本発明の転がり軸受用保持器は、上記の各成分を溶融混練し、ペレット状、粉末状等の、成形材料として使用可能な形状にした後、従来と同様に射出成形機等を用いて成形することにより製造される。
本発明は、玉軸受、針状ころ軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受等の種々の転がり軸受用の保持器に適用することができ、特に、アンダーカットを有する形状の保持器に好適に適用することができる。
【００１７】
本発明の転がり軸受用保持器は、特に１３０〜１８０°Ｃに加熱された潤滑油中で使用される転がり軸受に好適に使用される。このような転がり軸受としては、自動車用トランスミッション３０のカウンターシャフト３１の中央部を回転自在に支持するカウンタセンタベアリングとしての円筒ころ軸受４０（図１３参照）又は針状ころ軸受が挙げられる。上記円筒ころ軸受４０用の保持器４１は、脂肪族ポリアミド樹脂母材に、上記オレフィン系ポリマーを分散させた合成樹脂からなる二分割された環状体４１ａに、円筒ローラ４２を導入するための複数のポケット４１ｂを形成したものである（図１２参照）。また、上記針状ころ軸受用の保持器４３は、脂肪族ポリアミド樹脂母材に、上記オレフィン系ポリマーを分散させた合成樹脂からなる環状体４３ａに、針状ローラ４４を導入するための複数のポケット４３ｂを形成したものである（図１４参照）。上記環状体４３ａは、円周の一か所が分断されており、この分断された部分４３ｃを大きく開くことにより、カウンターシャフト３１に組み込まれる。このため、この針状ころ軸受用の保持器４３は、耐油性とともに柔軟性も要求される。従って、本発明の保持器が特に好適に用いられる。
【００１８】
また、１３０〜１８０°Ｃに加熱された潤滑油中で使用される転がり軸受の他の例としては、自動車用トランスアクスル３２のクラッチドラム３３を回転自在に支持する複列アンギュラ玉軸受４４が挙げられる（図１６参照）。この複列アンギュラ玉軸受４４用の保持器４５は、脂肪族ポリアミド樹脂母材に、上記オレフィン系ポリマーを分散させた合成樹脂からなる環状体４５ａに、玉を導入するための半円状のポケット４５ｂを複数個形成したものである（図１５参照）。
【００１９】
【実施例】
以下に本発明を、実施例、比較例に基づき詳述する。
実施例１
脂肪族ポリアミド樹脂母材としてのナイロン６６の５６．６重量部と、オレフィン系ポリマーとしての無水マレイン酸をグラフトして変性したＥＰＤＭの１３．４重量部と、強化繊維としてのガラス繊維の３０．０重量部と、微少量の安定剤とを溶融混練し、ペレタイザーでペレット化して、成形材料としての射出成形用ペレットを製造した。
そして上記射出成形用ペレットを用いて、側面１点ゲートの射出成形により、図１に示す形状の冠型玉軸受用保持器Ｈ（内径５９ｍｍ、外径６４ｍｍ）を製造した。なお図１において符号Ｇはゲート位置を示し、符号Ｈ１は上記ゲート位置Ｇと対称位置に発生する成形品のウエルドラインを示している。
【００２０】
参考実施例１
脂肪族ポリアミド樹脂母材としてのナイロン６６の５６．６重量部と、スチレン系ポリマーとしてのスチレン−エチレン・ブテン−スチレンブロック共重合体〔Ｓ−ＥＢ−Ｓ〕の１３．４重量部と、強化繊維としてのガラス繊維の３０．０重量部と、微少量の安定剤とを溶融混練し、ペレタイザーでペレット化して、成形材料としての射出成形用ペレットを製造し、このペレットを使用して、実施例１と同様な方法により、図１に示す形状の冠型玉軸受用保持器Ｈを製造した。
【００２１】
比較例１
変性したＥＰＤＭを配合せず、ナイロン６６の７５．０重量部と、ガラス繊維の２５．０重量部と、微少量の安定剤とを溶融混練して製造した射出成形用ペレットを使用して、実施例１と同様な方法により、図１に示す形状の冠型玉軸受用保持器Ｈを製造した。
【００２２】
比較例２
変性したＥＰＤＭを配合せず、ナイロン６６より耐熱性に優れたナイロン４６、即ち１，４−ジアミノブタンとアジピン酸との反応生成物である下記式（２） ：〔ＨＮ−（ＣＨ_２ ）_４ −ＮＨ−ＣＯ−（ＣＨ_２ ）_４ −ＣＯ〕− （２）
で表される繰り返しを単位を有する脂肪族ポリアミド樹脂の７０．０重量部と、ガラス繊維の３０．０重量部と微少量の安定剤とを溶融混練して製造した射出成形用ペレットを使用して、実施例１と同様な方法により、図１に示す形状の冠型玉軸受用保持器Ｈを製造した。
【００２３】
上記実施例、比較例について、以下の各試験を行った。
実施例１、参考実施例１、比較例１，２の冠型玉軸受用保持器Ｈを、図２，図３に示すように、そのウエルドラインＨ１が一対の治具１，２間に配置されるようにして突起１１，１２に装着し、両治具１，２を、図中の矢印Ｘで示すように上下に引っ張った際の破断強度の初期値（Ｎ）を測定した。
【００２４】
次に実施例１、参考実施例１、比較例１，２の冠型玉軸受用保持器Ｈを複数個用意し、１４０℃、１６０℃又は１８０℃に加熱したオートマチックトランスミッション油に浸漬して、一定時間経過毎に、上記と同様にして耐熱後の破断強度（Ｎ）を測定した。実施例１の測定結果を図４、参考実施例１の測定結果を図５、比較例１の測定結果を図６、比較例２の測定結果を図７にそれぞれ示す。なおこれらの図において−○−○−は加熱温度１４０℃、−△−△−は加熱温度１６０℃、−◇−◇−は加熱温度１８０℃での結果を示している。
【００２５】
また参考例として、スーパーエンジニアリングプラスチックであるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）の７０．０重量部とガラス繊維３０．０重量部と微少量の安定剤とを溶融混練して製造した射出成形用ペレットから製造した冠型玉軸受用保持器（参考例１）、並びにポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）の８０．０重量部とガラス繊維の２０．０重量部と微少量の安定剤とを溶融混練して製造した射出成形用ペレットから製造した冠型玉軸受用保持器（参考例２）についても、１８０℃での耐熱後の破断強度試験を行った。その結果を、実施例１、実施例２、比較例１，２の、加熱温度１８０℃での結果と併せて図８に示す。なお図８において−○−○−は実施例１、−◎−◎−は参考実施例１、１−△−△−は比較例１、−◇−◇−は比較例２、−▽−▽−は参考例１、−□−□−は参考例２の、結果を示している。
【００２６】
上記図４〜図８に示す結果より、変性したＥＰＤＭを配合しなかった比較例１，２の保持器は、いずれの加熱温度でも５００時間までに破断強度が著しく低下することが分かる。従って、比較例１，２の保持器は、高温の油中で熱酸化されて劣化することが明らかである。これに対し実施例１及び参考実施例１の保持器は、１０００時間まで破断強度が大きく低下することはなく、ＰＰＳやＰＥＳ等のスーパーエンジニアリングプラスチックと同程度の耐油性に優れたものであることが確認された。
【００２７】
実施例２，３、比較例３
ナイロン６６、変性したＥＰＤＭ、及びガラス繊維を、表１に示す割合で配合したこと以外は、実施例１と同様にして冠型玉軸受用保持器Ｈを製造した。
【００２８】
【表１】

【００２９】
上記実施例２，３、比較例３について、前記と同じ保持器強度測定を行った。加熱温度１４０℃における測定結果を図９、加熱温度１６０℃における測定結果を図１０、加熱温度１８０℃における測定結果を図１１にそれぞれ、前記実施例１の測定結果と併せて示した（参考実施例１の測定結果は、実施例１とほぼ同じであるので、図９〜図１１には示していない）。なおこれらの図において−●−●−は実施例１、−▲−▲−は実施例２、−◆−◆−は実施例３−×−×−は比較例３の結果を示している。
【００３０】
上記図９〜図１１に示す結果より、変性したＥＰＤＭを配合しなかった比較例３の保持器は、剛性が高いため加熱初期の破断強度は高いものの、加熱に伴って破断強度が急激に低下することが分かる。従って、比較例３の保持器は、高温の油中で熱酸化されて劣化することが明らかである。これに対し実施例１〜３の保持器はいずれも、１０００時間まで破断強度が大きく低下することはなく、耐油性に優れたものであることが確認された。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の転がり軸受用保持器は、ナイロン６６からなる脂肪族ポリアミド樹脂母材に、無水マレイン酸をグラフトして変性したエチレン−ブタジエン−ジエンゴムからなるオレフィン系ポリマーを分散させているので、加熱された潤滑油中で使用する際の耐油性を、スーパーエンジニアリングプラスチック並みに、著しく向上させることができる。また本発明の転がり軸受用保持器は、スーパーエンジニアリングプラスチック製の保持器では得られない柔軟性を有する。さらに、本発明の転がり軸受用保持器は、脂肪族ポリアミド樹脂及びオレフィン系ポリマーで構成されているので、スーパーエンジニアリングプラスチック製のものにくらべて格段に入手が容易でかつ安価なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての、冠型玉軸受用保持器を示す斜視図である。
【図２】冠型玉軸受用保持器の強度測定方法を示す正面図である。
【図３】冠型玉軸受用保持器の強度測定方法を示す側面図である。
【図４】実施例１の冠型玉軸受用保持器の高温油への浸漬時間と、引張破断強度との関係を示すグラフである。
【図５】参考実施例１の冠型玉軸受用保持器の高温油への浸漬時間と、引張破断強度との関係を示すグラフである。
【図６】比較例１の冠型玉軸受用保持器の高温油への浸漬時間と、引張破断強度との関係を示すグラフである。
【図７】比較例２の冠型玉軸受用保持器の高温油への浸漬時間と、引張破断強度との関係を示すグラフである。
【図８】実施例１、参考実施例１、比較例１，２、参考例１，２の冠型玉軸受用保持器の、１８０℃に加熱した高温油への浸漬時間と、引張破断強度との関係を示すグラフである。
【図９】実施例１，２，３、比較例３の冠型玉軸受用保持器の、１４０℃に加熱した高温油への浸漬時間と、引張破断強度との関係を示すグラフである。
【図１０】実施例１，２，３、比較例３の冠型玉軸受用保持器の、１６０℃に加熱した高温油への浸漬時間と、引張破断強度との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例１，２，３、比較例３の冠型玉軸受用保持器の、１８０℃に加熱した高温油への浸漬時間と、引張破断強度との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明が適用される二つ割り円筒ころ軸受用の保持器を示す斜視図である。
【図１３】上記二つ割り円筒ころ軸受が組み込まれたトランスミッションの内部を示す断面図である。
【図１４】本発明が適用される一か所割り針状ころ軸受用の保持器を示す斜視図である。
【図１５】本発明が適用される複列アンギュラ玉軸受用の保持器を示す部分斜視図である。
【図１６】上記複列アンギュラ玉軸受が組み込まれたトランスアクスルの内部を示す部分断面図である。
【符号の説明】
Ｈ 冠型保持器
３２ トランスミッション
４１ 円筒ころ軸受用保持器
４３ 針状ころ軸受用保持器
４５ 複列アンギュラ玉軸受用保持器

Claims (4)

1. 潤滑油中で使用する合成樹脂製の転がり軸受用保持器であって、ナイロン６６からなる脂肪族ポリアミド樹脂母材に、無水マレイン酸をグラフトして変性したエチレン−プロピレン−ジエンゴムからなるオレフィン系ポリマーを分散させたものであり、かつ、前記潤滑油の温度が、１６０〜１８０℃であることを特徴とする転がり軸受用保持器。
2. 全成分中に占める前記オレフィン系ポリマーの割合が、５〜２５重量％の範囲内である請求項１記載の転がり軸受用保持器。
3. 強化繊維で強化されている請求項１記載の転がり軸受用保持器。
4. 自動車用トランスミッションに組み込まれる転がり軸受に使用される請求項１記載の転がり軸受用保持器。

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