JP4055742B2 - 含油ポリマ成形品の製造方法、およびこの方法で得られた製品 - Google Patents

Description

本発明は、グリース潤滑方式が採用できない鉄鋼設備用転がり軸受や、高速で遠心力を受ける撚線機など厳しい環境下で使用される転がり軸受やその他のラジアル，スラスト，直動等の転がり軸受、すべり軸受、ボールねじなどに使用される含油ポリマ成形品の製造方法に関する。

一般に、潤滑油含有合成樹脂として知られる含油ポリマの樹脂材料には、潤滑油を吸収し易いポリオレフィン系樹脂や、フェノール樹脂，ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂等が単独または混合して使用されている。
例えば、特公昭６３−２３２３９号公報には、ポリエチレン樹脂を用いた組成物が例示されている。また、特開平６−１５８０８４号公報には軸受にプラスチックと潤滑グリースを混合した潤滑剤を用いる方法が例示されている。これらの含油性組成物は、軸受等に塗布しまたは封入した後、その軸受等を昇温してその後冷却し、樹脂を固化させる方法で製造する。
特公昭６３−２３２３９号公報 特開平６−１５８０８４号公報

しかしながら、軸受等の被潤滑部材に含油性組成物を塗布または封入して加熱後、冷却固化させる上記従来の含油ポリマ製品の製造方法は、生産性に乏しく、量産性がないという問題点がある。
そこで、本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、含油ポリマ成形用材料を、スクリュウ式の射出成形機を用いて所定の製品形状に成形するようにした生産性の高い含油ポリマ成形品の製造方法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成する本発明の含油ポリマ成形品の製造方法は、射出成形機の加熱シリンダ内へ配設したスクリュウの回転によって加熱シリンダの材料入口部からスクリュウのヘッドと加熱シリンダのノズルとの間の材料出口部への含油ポリマ成形用材料の圧送時に、ホッパ内の前記材料を加圧して材料入口部へ供給して材料入口部内の材料の圧力を高め、材料出口部内へ圧送されて加熱された前記材料をスクリュウで軸方向に押圧して金型の凹状の成形部へ射出するものである。

すなわち、本発明は、ホッパから射出成形機の加熱シリンダの材料入口部へ材料を供給し、加熱シリンダ内へ配設したスクリュウの回転により、材料入口部から、スクリュウのヘッドと加熱シリンダのノズルとの間の材料出口部へ、材料を加熱しながら圧送し、材料出口部内の材料を、前記スクリュウで軸方向に押圧して金型の凹状の成形部へ射出する、スクリュウ式の射出成形機を用いた含油ポリマ成形品の製造方法であって、前記材料は、超高分子ポリエチレン樹脂を含むポリエチレン樹脂１０〜８０重量％と、潤滑油２０〜９０重量％とからなる含油ポリマ成形用材料であり、前記潤滑油に前記ポリエチレン樹脂の一部を添加し、当該ポリエチレン樹脂の融点以上の温度に加熱して相溶させた後、冷却し、さらに残部のポリエチレン樹脂を加えて攪拌することで、前記含油ポリマ成形用材料をペースト状の混合物として得て、ホッパから前記ペースト状にした含油ポリマ成形用材料を加圧して材料入口部へ供給して、材料入口部内の材料の圧力を高めることを特徴とする含油ポリマ成形品の製造方法を提供する。

本発明にあっては、含油ポリマ成形用材料は十分に攪拌，混合され、かつペースト状で流動性を有する状態であり、その材料を射出成形機の材料入口部に圧力をかけて圧送することで工程が開始される。
潤滑油を多量に含んだ含油ポリマ成形用材料は、通常のスクリュウ式射出成形機ではスクリュウとシリンダとのクリヤランスが大きすぎて材料がうまく供給されない。そこで、本発明にあっては、後述するように材料の準備工程で攪拌により流動性を確保すると共に、成形機の材料入口部へ材料を圧送して供給することにより射出成形を可能とする。

以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明に使用する含油ポリマ成形用材料の樹脂成分としては、ポリエチレン樹脂や超高分子量ポリエチレン樹脂を単独またはそれらを適宜混合した材料や、ポリプロピレン樹脂、ポリ４−メチルペンテン−１樹脂などのポリオレフィン樹脂やフェノール樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂も使用可能である。これらの樹脂は２種類以上の成分を組み合わせて使用することも可能であり、また、これらの組成中にガラス繊維，カーボン繊維，ウイスカ，ケプラ繊維等を強化材として適宜に添加しても良い。

本発明に使用する含油ポリマ成形用材料の潤滑油としては、鉱油，ポリα−オレフィン油，アルキルポリフェニルエーテル油，エステル油，ジエステル油，アルキルナフタレン油等をあげることができる。また、前記潤滑油と増ちょう剤との混合物（グリース）を使用することもできる。
本発明の材料準備工程は、潤滑油に所定量の樹脂成分を添加し、加熱し均一になるまで攪拌する。樹脂成分がポリオレフィン樹脂であるならば、加熱温度は樹脂融点以上が好ましい。この混合物を冷却し、さらに樹脂成分を添加し攪拌する。この操作で得られる含油ポリマ成形用材料は、グリースのように流動可能状のペースト状であり、均一で流動性を有している。

この含油ポリマ成形用材料を、所定の製品形状のキャビティを有する金型を装着した射出成形機に供給して射出成形することにより、含油ポリマ成形品を製造する。
しかして、本発明の含油ポリマ成形用材料は、潤滑油を含んだペースト状をしており、せん断力を加えると油分の分離が生じる。そのため、通常のインラインスクリュウ式の射出成形機では材料の計量，射出が不安定であり、安定した品質の製品を得ることは困難である。

そこで、本発明の含油ポリマ成形品の製造方法にあっては、含油ポリマ成形用材料をスクリュウ式の射出成形機の材料入口部に圧送し、融点以上に加熱して溶融したものを成形機円筒状部に嵌合したスクリュウで軸方向に押圧して金型の凹状の成形部へ射出する。これにより、安定した生産性の高い成形を可能とした。 図１に、スクリュウ式射出成形機を用いた場合の含油ポリマ成形品（例えば、円筒状のすべり軸受）の製造方法の概要を示す。

含油ポリマ成形用材料１を圧送式ホッパ１２へ入れ、加圧して加熱シリンダ３の材料入口部３ａへ供給する。この材料１はヒータ４によって所定温度に加熱される。含油ポリマ成形用材料１は、加熱シリンダ３に嵌合しているスクリュウ５の回転によって押圧され、材料入口部３ａから加熱シリンダ先端のノズル６とスクリュウ５のヘッド５ａとの間の材料出口部３ｂへ圧送される。次に、加熱されて可塑化した材料出口部３ｂ内の材料１はスクリュウ５に押圧されてノズル６から金型７内に射出される。そして、スプルー８，ランナ９を経てゲート１０から成形部（キャビティ）１１内に圧入される。成形部１１に圧入された溶融状態の含油ポリマ成形用材料１は、金型内で金型温度に近づくように冷却され固化する。その後、金型７をパーティングラインＰ．Ｌで開き、成形部１１内の固化した製品を取り出す。

すなわち、加熱シリンダ３の後端にはモータＭ₁ が固定され、スクリュウ５はモータＭ₁ によって回転駆動されると共にモータＭ₁ に対して軸方向に移動可能にされている。すなわち、スクリュウ５は図示されていない油圧シリンダによって軸方向に移動可能である。また、スクリュウ５のヘッド５ａの直後に設けた円周溝に配設してあるリング１３は加熱シリンダ３の円筒状孔に嵌合して円筒状孔に対して軸方向に移動可能である。モータＭ₁ の回転によって材料入口部３ａの材料はリング１３を押すが、材料入口部３ａの材料１はスクリュウ５のヘッド５ａに設けた溝５ｍを通って材料出口部３ｂへ圧送される。

この圧送時には、ホッパ１２内の材料１を加圧して加熱シリンダ３の材料入口部３ａに供給することにより材料入口部３ａ内の圧力を高め、材料出口部３ｂへの材料１の圧送を容易にする。また、材料圧送時には、スクリュウ５は材料出口部３ｂ内の材料に押されて軸方向に後退する。スクリュウ５は一定量の後退によって回転が停止し、材料出口部３ｂには一定量の材料が圧送される。次に、スクリュウ５は図外の油圧シリンダに押されて軸方向に前進する。するとリング１３の右方の側面とスクリュウ５との接触個所がシールされる。これにより、材料出口部３ｂ内の材料が金型７の凹状の成形部１１へ射出され、一定量の材料が射出される。

ここで使用する圧送式ホッパとしては、例えば図１，図２に示すような種類のものが使用される。図１に示すものは、ホッパ外枠（ホッパの材料投入側の筒体）内に嵌合して可動な蓋１２ａを設け、含油ポリマ成形用材料１をホッパ１２へ入れてこの蓋１２ａに油圧シリンダ等で荷重を加えることにより含油ポリマ成形用材料１に常に圧力をかける方式のものである。また、図２に示すものは、ホッパ１５内に射出成形機の材料入口部３ａから垂直に（ホッパ１５の材料投入側から加熱シリンダ３の材料入口部３ａに向けて、加熱シリンダ３内のスクリュウ５に対して垂直に）フィードスクリュウ１６を設け、そのフィードスクリュウ１６をホッパ１５に取り付けたモータＭ₂ で回転する構成とし、スクリュウ５の回転用のモータＭ₁ の回転時にのみモータＭ₂ を回転させてフィードスクリュウ１６の回転で含油ポリマ成形用材料１を加圧して材料入口部３ａへ供給し、スクリュウ５の回転用のモータＭ₁ の非回転時にはモータＭ₂ ひいてはフィードスクリュウ１６を非回転とする方式のものである。いずれにしても、その具体的な圧送方法については特に限定はしない。

本発明の含油ポリマ成形品の製造方法によれば、スクリュウ式の射出成形機の加熱シリンダの材料入口部からスクリュウのヘッドと加熱シリンダのノズルとの間の材料出口部への含油ポリマ成形用材料の圧送時に、ホッパ内の材料を加圧して材料入口部へ供給して材料の圧力を高めるものとしたため、従来困難であったスクリュウ式射出成形機による含油ポリマ成形用材料の射出成形が可能になり、その結果、種々の形状の含油ポリマ成形品を安定して高い生産性で量産することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施形態について説明する。
表１は、本発明に使用する含油ポリマ成形用材料の組成の例を示したものである。

ここでは、樹脂成分としてポリエチレン樹脂（分子量５×１０³ 〜５×１０⁴ ）、超高分子量ポリエチレン樹脂（分子量１×１０⁶ 〜５×１０⁶ ）、潤滑油としてジアルキルフェニルエーテル油を使用した。
上記のポリエチレン樹脂は三菱油化（株）「ユカロン」（商品名）、また 超高分子量ポリエチレン樹脂は三井石油化学（株）「ミぺロン」（商品名）などとして入手できるものである。

〔実施例１〕：
表１に示した組成の含油ポリマ成形用材料Ａ〜Ｆを準備し、図１に示すスクリュウ式射出成形機の圧送式ホッパ１２に供給する。この実施例では、可動の蓋１２ａに荷重をかける方法で実施した。
射出成形機はテクノプラス（株）製のインラインスクリュウ式を用い、内径１５ｍｍ，外径２０ｍｍ，長さ１５ｍｍの凹状の成形部を有する金型を装着して円筒状のすべり軸受を製造し、成形性を評価した。
なお、比較例として、表１に示す含油ポリマ成形用材料Ｇ〜Ｉを準備し、これらについても同様に成形性を評価した。
その評価の結果を表１に示す。
◎は、安定成形ができて、且つ精度の優れた製品が得られた材料。
○は、安定成形ができた材料。
×は、製品形状が完全にはできなかった材料。

この試験の結果から、図１の方式の圧送式ホッパ１２を用いた場合、材料組成に関して次のことが言える。
ポリエチレン樹脂（超高分子量ポリエチレン樹脂を含む）の添加量は１０〜８０重量％が好ましく、潤滑油の含有量は２０〜９０重量％が好ましい。製品の強度及び材料１の圧送に、より好ましくは、ポリエチレン樹脂（超高分子量ポリエチレン樹脂を含む）の添加量が２０〜４０重量％で、潤滑油の含有量は６０〜８０重量％である。ポリエチレン樹脂（超高分子量ポリエチレン樹脂を含む）の添加量が１０重量％未満では形成された製品の強度が不足し、離型時に変形するので好ましくない。一方、ポリエチレン樹脂（超高分子量ポリエチレン樹脂を含む）の添加量が８０重量％を越えると、含油ポリマ成形用材料の流動性が低下し、射出成形機の材料入口部３ａから材料出口部３b への材料１の圧送が不安定となるため安定成形できず、好ましくない。

〔実施例２〕：
図３に示すリニアガイド装置用シール部材２０の製造を行った。
ちなみに、このシール部材２０は、図示しないリニアガイド装置のスライダ本体の端面に、取付け穴２１に通したボルトで固定して装着される。内面にはリニアガイドレールの側面のボール転動溝に当接してシールするシールリップ２２を備えている。これを含油ポリマ成形用材料で成形することにより、シールリップ２２から潤滑油が徐々にしみ出して、ボール転動溝に潤滑油膜を形成し、長期間にわたりスライダ本体を含むスライダの円滑な運動を保証するものである。
含油ポリマ成形用材料として表１の材料Ａを用い、図のシール部材２０の成形用金型を東芝機械（株）製の射出成形機（ＩＳ５５ＦＰ：商品名）に装着し、金型温度６０〜８０℃、樹脂温度１７０〜１９０℃、射出時間０．８〜１．５秒で射出成形した。材料供給には、図１に示す方式の加圧式ホッパ１２を採用した。

〔実施例３〕：
図４に示す玉軸受用保持器３０の製造を行った。
この場合は、テクノプラス（株）製の射出成形機（ＳＩＭ４７４９：商品名）を使用し、材料供給には、図２に示すスクリュウ式ホッパ１５を用いた。
含油ポリマ成形用材料は表１の材料Ｃおよび表２の材料Ｊ，Ｋを使用した。材料Ｃについては製品形状に相当する凹状の成形部を有する金型を成形機に取付け、金型温度５０〜８０℃、樹脂温度１７０〜１８０℃、射出時間０．５〜１．０秒、射出圧４５０〜６００ｋｇ／ｃｍ² 、冷却時間２０〜３０秒の条件で成形した。

材料Ｊ，Ｋに使用するポリ４−メチルペンテン−１樹脂は三井石油化学（株）製のＴＰＸ（商品名）として入手できる。材料Ｊ，Ｋについても前記金型を用い、金型温度８０〜９０℃、樹脂温度２５０〜２６５℃、射出時間０．５〜０．９秒、射出圧５００〜６５０ｋｇ／ｃｍ² 、冷却時間２０〜３０秒の条件で成形した。

〔実施例４〕：
図５に示す含油ポリマ封入転がり軸受４０の製造を行った。
この転がり軸受４０は、外輪４０ａと内輪４０ｂとの間に保持器４０ｄに保持された転動体４０ｃが配設され、外輪４０ａと内輪４０ｂとの間の空間内に含油ポリマ成形用材料からなる自己潤滑性の充填材４２を充填して密封したものである。充填材４２は軸受内部を外部から遮断して防食作用を果たすと共に、潤滑油を長期にわたり徐々に放出して転動体４０ｃと外輪４０ａ，内輪４０ｂの各軌道面とに供給し、良好な潤滑を行うものである。

この場合は、テクノプラス（株）製の射出成形機（ＳＩＭ４７４９：商品名）を使用し、材料供給ホッパとして図１に示す圧送式を用いた。
含油ポリマ成形用材料は表２の材料Ｊを使用した。製品形状に相当する凹状の成形部を有する金型を成形機に取付け、金型温度６０〜７０℃、樹脂温度２４５〜２５０℃、射出時間１．２〜１．５秒、射出圧４００〜５００ｋｇ／ｃｍ² 、冷却時間４０〜５０秒の条件で成形した。

〔実施例５〕：
図６に示すボールねじ用の自己潤滑性シール部材５０の製造を行った。
このシール部材５０は、ボール５１を介してねじ軸５２に螺合されたボールねじナット５３の端部に装着され、ねじ軸５２のねじ溝５２ａに密接してシール機能と潤滑機能とを同時に果たすことができる自己潤滑性シール部材である。
この場合、東芝機械（株）製の射出成形機（ＩＳ５５ＦＰ：商品名）を使用し、材料供給ホッパとして図１に示す圧送式を用いた。
含油ポリマ成形用材料は表１の材料Ｄを使用した。製品形状に相当する凹状の成形部を有する金型を成形機に取り付け、金型温度７０〜８０℃、樹脂温度１８０〜１８５℃、射出時間０．８〜１．０秒、射出圧３５０〜５５０ｋｇ／ｃｍ² 、冷却時間４０〜４５秒の条件で成形した。

〔実施例６〕：
図７に示す直動すべり軸受６０の製造を行った。
このすべり軸受６０は、合成樹脂製のすべり軸受本体６２と、その外周を囲む含油ポリマ成形用材料からなる自己潤滑性組成物成形品６３とを備えて一体である。自己潤滑性組成物成形品６３は、少なくともその一部が軸受のすべり面６１ａに表出している。そのすべり面６１ａを図示されない軌道台のすべり面に接触させて直線運動させると、自己潤滑性組成物成形品６３に含有された潤滑油が長期にわたり徐々にしみ出して両すべり面に供給され、常時、良好な潤滑状態が維持されるものである。

芯部のすべり軸受本体６２用の樹脂としてナイロン６６を使用し、その外周部に表１の含油ポリマ成形用材料Ａからなる自己潤滑性組成物６３を、テクノプラス（株）製の射出成形機を用い、材料供給ホッパとして図１に示す圧送式を採用し、製品形状に相当する凹状の成形部を有する金型を前記射出成形機に取り付け、金型温度６０〜７０℃、樹脂温度１７０〜１８０℃、射出時間１．０〜１．２秒、射出圧４００〜５００ｋｇ／ｃｍ² 、冷却時間２０〜３０秒の条件で成形した。

〔比較例１〕：
表１に示す材料Ｇ，Ｈ，Ｉにおいて、
材料Ｇは、樹脂と潤滑油の攪拌時間が短く両者の混合が十分でないため粉末状を呈しており、図１の圧送式ホッパ１２でのフィードは困難であった。
また、材料Ｈについても、樹脂分が多くて圧送式ホッパ１２では圧力が材料に吸収されてしまい、材料が射出成形機の材料入口部にかからず、スクリュウ５へのフィードができなかった。
材料Ｉは、射出成形機内への材料の移送は可能であるが、樹脂分が少なくて成形品がその形状を維持できない。

本発明に使用する圧送式ホッパを備えたインラインスクリュウ式射出成形機の一例を説明する断面図である。 本発明に使用する他の圧送式ホッパを備えたインラインスクリュウ式射出成形機の他の例を説明する断面図である。 実施例２で製造したリニアガイド装置用自己潤滑性シール部材の斜視図である。 実施例３で製造した玉軸受用の自己潤滑性保持器の斜視図である。 実施例４で製造した含油ポリマ封入転がり軸受の要部断面図である。 実施例５で製造したボールねじ用の自己潤滑性シール部材の断面図である。 （ａ）は実施例６で製造した直動のすべり軸受の断面図、（ｂ）はその下面図 である。

符号の説明

１ 含油ポリマ成形用材料
３ 加熱シリンダ
３ａ 材料入口部
３ｂ 材料出口部
５ スクリュウ
５ａ スクリュウのヘッド
６ ノズル
７ 金型
１１ 成形部
１２ ホッパ
１５ ホッパ

Claims (5)

1. ホッパから射出成形機の加熱シリンダの材料入口部へ材料を供給し、加熱シリンダ内へ配設したスクリュウの回転により、材料入口部から、スクリュウのヘッドと加熱シリンダのノズルとの間の材料出口部へ、材料を加熱しながら圧送し、材料出口部内の材料を、前記スクリュウで軸方向に押圧して金型の凹状の成形部へ射出する、スクリュウ式の射出成形機を用いた含油ポリマ成形品の製造方法であって、
   前記材料は、超高分子ポリエチレン樹脂を含むポリエチレン樹脂１０〜８０重量％と、潤滑油２０〜９０重量％とからなる含油ポリマ成形用材料であり、前記潤滑油に前記ポリエチレン樹脂の一部を添加し、当該ポリエチレン樹脂の融点以上の温度に加熱して相溶させた後、冷却し、さらに残部のポリエチレン樹脂を加えて攪拌することで、前記含油ポリマ成形用材料をペースト状の混合物として得て、ホッパから前記ペースト状にした含油ポリマ成形用材料を加圧して材料入口部へ供給して、材料入口部内の材料の圧力を高めることを特徴とする含油ポリマ成形品の製造方法。
2. 請求項１に記載の方法で得られた含油ポリマ成形品からなる玉軸受用保持器。
3. 外輪と内輪との間に保持器に保持された転動体が配設され、外輪と内輪との間の空間内に、請求項１に記載の方法で得られた含油ポリマ成形品からなる自己潤滑性の充填材を充填して密封されている転がり軸受。
4. 請求項１に記載の方法で得られた含油ポリマ成形品からなるボールねじ用自己潤滑性シール部材。
5. 合成樹脂製のすべり軸受本体と、その外周を囲む含油ポリマ成形用材料からなる自己潤滑性組成物成形品とが一体化され、前記自己潤滑性組成物成形品は、請求項１に記載の方法で得られた含油ポリマ成形品である直動すべり軸受。

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