JP6697235B2

JP6697235B2 - 転がり軸受

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Publication number: JP6697235B2
Application number: JP2015184399A
Authority: JP
Inventors: 工林; 篤史徳田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2035-09-17
Also published as: JP2017057956A

Description

本発明は、自動車、モータ、工作機械などで用いられる転がり軸受の転がり軸受用保持器に関し、特に、所定の樹脂組成物を成形してなる樹脂製の転がり軸受用保持器に関する。

従来の玉軸受には、外輪の軌道面と内輪の軌道面との間に円周方向に配置された複数個の転動体を転動自在に保持する保持器として、一般的にプレス成形された鉄製のものが使用されている。しかし、軸受の回転速度が速くなった場合、鉄製の保持器では転動体と該保持器の滑り接触による摩擦が大きくなり、軸受の昇温が大きくなり、その結果、焼き付きに至るおそれがあった。そこで、保持器の材料を自己潤滑性、低摩擦特性、軽量などの点で鉄製に比較して優れている合成樹脂を射出成形した保持器を用いることが有効と考えられ、一般的には、ポリアミド６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリアミド４６樹脂などが用いられ、必要に応じてこれらにガラス繊維を含有させ強化したものを用いている（特許文献１参照）。また、より寸法安定性、耐熱性、耐薬品性を向上させる目的でポリアミド９Ｔ樹脂を使用した保持器も提案されている（特許文献２、３参照）。

特開２０００−２２７１２０号公報特開２００１−３１７５５４号公報特開２００６−２０７６８４号公報

樹脂製の保持器を組み込んだ転がり軸受を高速回転させる場合、高速回転によって発生する遠心力が保持器に作用する結果、保持器が変形するおそれがある。保持器が変形すると保持器とこの保持器に保持されている玉との摩擦が大きくなり、軸受の発熱を引き起こす原因となる。また、保持器が変形すると軸受外輪との接触も起こり、この接触による摩擦熱によって樹脂が溶融して転がり軸受が回転しなくなる（焼き付く）場合がある。よって、このように高速回転で使用される転がり軸受に組み込まれる樹脂製の保持器は、機械および／または熱的応力により、変形しないことが要求される。

しかしながら、合成樹脂はガラス転移温度を境にして、機械的特性が大きく変化し、高温では、強度や弾性率が低下する。特許文献１に記載される一般的な保持器材質であるポリアミド６６樹脂やポリアミド４６樹脂は、そのガラス転移温度がそれぞれ約５０℃、約８０℃であり、それをこえる温度では、上述のように、遠心力による変形の発生、保持器と転動体との滑り摩擦による発熱の増大、軸受温度の更なる上昇を経て、保持器と外輪が接触し、焼き付きや保持器破損に至る可能性がある。このため、例えば、ｄｍ・ｎ値（転動体のピッチ円径ｄｍと軌道輪回転数ｎとの積）が６０×１０^４以上（更には８０×１０^４以上）となる高速回転で使用した場合、焼き付きによる損傷や保持器破損を防ぐことが困難であった。また、ポリアミド６６樹脂やポリアミド４６樹脂は、吸水率が高く、それに伴って保持器寸法が変化するため、吸湿させた状態で寸法管理して使用する必要がある。さらに、保持器の吸湿後の強度および弾性率は吸湿前に比較して大きく低下する。

一方、特許文献２、３に記載されるようなポリアミド９Ｔ樹脂は、そのガラス転移温度が１２５℃であり、上述のポリアミド６６樹脂やポリアミド４６樹脂のガラス転移温度と比較して高い。しかし、ポリアミド９Ｔ樹脂においても、高速回転条件下での温度上昇に対して、何らかの要因で潤滑状態が悪くなった場合、保持器温度がそのガラス転移温度以上となり、変形などの問題が発生するおそれがある。

また、ポリアミド９Ｔ樹脂は、芳香族ポリアミドであることから、ポリアミド６６樹脂やポリアミド４６樹脂のような脂肪族ポリアミドと比較して吸水性は低くなる。しかし、射出成形で製造される樹脂製の保持器には、成形時に樹脂組成物が合流する領域に形成されるウエルド部が必ず存在するところ、ポリアミド９Ｔ樹脂は、弾性率が高く、靱性が低くなることから、使用時に該ウエルド部への応力集中が発生し、ウエルド部での割れが発生しやすくなり、保持器としての強度が低下するおそれがある。

これらの点に関して、特許文献２には、ポリアミド９Ｔ樹脂を使用した保持器の提案こそなされているが、その耐焼付き性能については示唆されていない。また、特許文献３では、温度上昇についてｄｍ・ｎ値が６０×１０^４程度の記載はあるが、ウエルド部を含めた、その保持器としての強度については示唆されていない。

ポリアミド樹脂は、ガラス繊維等の繊維状充填材を多量に配合すると、射出成形性および寸法精度が期待できず、また、機械的特性が低下する場合がある。特にもみ抜き型の保持器において射出成形時のウエルド部に割れが生じたり、冠型保持器において射出成形時の無理抜きにより保持爪先端部の亀裂や白化が生じたりする。また、繊維状充填材は摺動性の低下により使用時の発熱がし易くなるおそれがある。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、ｄｍ・ｎ値が８０×１０^４以上となるような、高温、高速条件下においても焼付きや破損を生じない転がり軸受用保持器、および該保持器を用いた転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明の転がり軸受用保持器は、樹脂組成物を射出成形してなる転がり軸受用保持器である。上記樹脂組成物は、ジカルボン酸成分とジアミン成分とからなるポリアミド樹脂をベース樹脂とし、これに繊維状補強材およびフッ素樹脂を配合した組成物であり、ジカルボン酸成分がテレフタル酸を主成分とし、ジアミン成分が１，１０−デカンジアミンを主成分とし、また、繊維状補強材がガラス繊維または炭素繊維であり、上記樹脂組成物全体に対する配合割合は、上記ガラス繊維が１５〜４０質量％、上記炭素繊維が１０〜３０質量％、上記フッ素樹脂が３〜２０質量％であることを特徴とする。
また、上記ポリアミド樹脂が、放射性同位元素である炭素１４を含むことを特徴とする。

本発明の転がり軸受は、内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体を保持する保持器とを備える転がり軸受であって、上記保持器が、本発明の転がり軸受用保持器であることを特徴とする。特に、上記転がり軸受が、ｄｍ・ｎ値が８０×１０^４以上の高速回転で使用される軸受であることを特徴とする。

本発明の転がり軸受用保持器は、ジカルボン酸成分がテレフタル酸を、ジアミン成分が１，１０−デカンジアミンを、それぞれ主成分とする所定のポリアミド樹脂に、ガラス繊維を１５〜４０質量％または炭素繊維を１０〜３０質量％、フッ素樹脂を３〜２０質量％配合してなる樹脂組成物を射出成形してなるので、剛性（弾性率）が高く、高温高速回転となる条件下でも変形を小さくでき、フッ素樹脂による潤滑効果により、発熱量を小さくでき、ｄｍ・ｎ値が８０×１０^４以上となる高速回転で使用されても、焼付きや破損を防止できる。また、ジカルボン酸成分がテレフタル酸をジアミン成分が１，１０−デカンジアミンをそれぞれ主成分とするポリアミド樹脂をベース樹脂とするので、非常に結晶化速度が速く、成形時のサイクルタイムを短くすることができ、生産性を向上できる。

ベース樹脂とする上記ポリアミド樹脂は、融点が３１０℃以上あるので、保持器材料として最も多く用いられているポリアミド６６樹脂（融点２６７℃）、ポリアミド４６樹脂（融点２９５℃）と比較して、非常に高い耐熱性を備える。また、ポリアミド９Ｔ樹脂（融点３０６℃）と比較しても、同等以上の耐熱性を備える。このため、高温高速回転となる条件下でも変形を小さくできる。

また、耐油性、耐薬品性において、上記他のポリアミド樹脂よりも優れており、従来よりも厳しい使用条件、例えば高温、油中などでも使用可能となる。さらに、吸水率も、ポリアミド９Ｔ樹脂と同等程度であり、ポリアミド６６樹脂やポリアミド４６樹脂と比較して非常に少なく、吸水による寸法変化、物性低下を極力抑制できる。

ポリアミド樹脂を構成する成分の一部（例えば１，１０−デカンジアミン）が植物より合成されるものであり、該ポリアミド樹脂に放射性同位元素である炭素１４を含むので、石油由来の合成樹脂に比べて燃焼時の実質的な二酸化炭素排出量を低減できる。

本発明の転がり軸受は、内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体を保持する上記本発明の保持器を備えてなるので、ｄｍ・ｎ値が８０×１０^４以上の高速回転で使用される場合においても焼付きや保持器破損による不具合を発生させない軸受となる。

アンギュラ玉軸受の軸方向断面図である。もみ抜き型の樹脂製保持器の斜視図等である。冠型の樹脂製保持器の部分拡大斜視図である。保持器引張試験の概要を示す図である。

本発明の転がり軸受用保持器は、樹脂組成物を射出成形してなる樹脂製の保持器である。樹脂材料とする樹脂組成物は、所定のポリアミド樹脂をベース樹脂とし、これに所定量の繊維状補強材（ガラス繊維または炭素繊維）およびフッ素樹脂を配合してなる。

本発明で用いるポリアミド樹脂は、ジカルボン酸成分とジアミン成分とからなり、各成分を構成するジカルボン酸とジアミンとを重縮合して得られる。上記ポリアミド樹脂を構成するジカルボン酸成分は、テレフタル酸を主成分とする。テレフタル酸を主成分とすることで、ポリアミド樹脂の高温剛性などに優れる。また、上記ポリアミド樹脂を構成するジアミン成分は、１，１０−デカンジアミンを主成分とする。１，１０−デカンジアミンは直鎖状の脂肪族ジアミンである。テレフタル酸および１，１０−デカンジアミンは、いずれも化学構造の対称性が高いため、これらを主成分とすることで、高い結晶性のポリアミド樹脂が得られる。

本発明では、上記ポリアミド樹脂を構成するジアミン成分について、上述のとおり、炭素数が１０である直鎖状の１，１０−デカンジアミンを主成分として用いている。主成分とするジアミン成分のモノマー単位の炭素数が１０であり、偶数であるので、奇数である場合と比較して、より安定な結晶構造をとり、結晶性が向上する（偶奇効果）。また、主成分とするジアミン成分の炭素数が８以下の場合には、上記ポリアミド樹脂の融点が分解温度を上回るおそれがある。ジアミン成分の炭素数が１２以上の場合には、上記ポリアミド樹脂の融点が低くなり、高温、高速条件下で使用する場合に保持器が変形する等のおそれがある。なお、炭素数９、１１のジアミンでは、ポリアミド樹脂の上記偶奇効果により、結晶性が不足するおそれがある。

上記ポリアミド樹脂は、ジカルボン酸成分であるテレフタル酸およびジアミン成分である１，１０−デカンジアミンの一部を、他の共重合成分で置き換えたものとしてもよい。ただし、他の共重合成分が多くなると、融点および結晶性が低下することから、主成分となるテレフタル酸および１，１０−デカンジアミンの総量は、原料モノマーの総モル数（１００モル％）に対して、９５モル％以上とすることが好ましい。また、実質的にテレフタル酸および１，１０−デカンジアミンのみから構成し、他の共重合成分を実質的に含まないことが特に好ましい。

他の共重合成分として用いる、テレフタル酸以外のジカルボン酸成分としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸などの脂肪族ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸、フタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸が挙げられる。また、他の共重合成分として用いる、１，１０−デカンジアミン以外のジアミン成分としては、１，２−エタンジアミン、１，３−プロパンジアミン、１，４−ブタンジアミン、１，５−ペンタンジアミン、１，６−ヘキサンジアミン、１，７−ヘプタンジアミン、１，８−オクタンジアミン、１，９−ノナンジアミン、１，１１−ウンデカンジアミン、１，１２−ドデカンジアミンなどの脂肪族ジアミン、シクロヘキサンジアミンなどの脂環族ジアミン、キシリレンジアミンなどの芳香族ジアミンが挙げられる。また、上記ポリアミド樹脂には、カプロラクタムなどのラクタム類を共重合させてもよい。

上記ポリアミド樹脂の重量平均分子量は、好ましくは１５０００〜５００００であり、より好ましくは２６０００〜５００００である。上記ポリアミド樹脂の重量平均分子量が１５０００未満であると、該樹脂の剛性が低下し、高速回転時に保持器が変形するおそれがある。一方、上記ポリアミド樹脂の重量平均分子量が５００００をこえると、結晶化が遅くなり射出成形時の流動性が低下する。また、上記ポリアミド樹脂の相対粘度は、特に限定されないが、保持器の成形を容易にするためには、９６質量％硫酸を溶媒とし、濃度１ｇ／ｄＬ、２５℃で測定される相対粘度を２．０以上とすることが好ましい。

上記ポリアミド樹脂は、その融点が３１０℃以上であることが好ましい。また、上限は特に限定されないが、成形加工性などを考慮して３２０〜３４０℃程度とすることが好ましい。融点範囲としては、３１０〜３４０℃が好ましく、３１０〜３３０℃がより好ましく、３１０〜３２０℃が特に好ましい。保持器材料として一般に使用される他のポリアミド樹脂（ポリアミド６６樹脂（同２６７℃）、ポリアミド４６樹脂（同２９５℃）、ポリアミド９Ｔ樹脂（同３０６℃））よりも融点が高く、耐熱性に優れるので、ｄｍ・ｎ値が８０×１０^４以上となるような、高温、高速回転で使用されても、保持器の変形、焼付き、破損などを防止できる。なお、融点は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて、不活性ガス雰囲気下で、上記ポリアミド樹脂を溶融状態から２０℃／分の降温速度で２５℃まで降温した後、２０℃／分の昇温速度で昇温した場合に現れる吸熱ピークの温度（Ｔｍ）として測定できる。

上記ポリアミド樹脂は、そのガラス転移温度が１３０℃以上であることが好ましい。より好ましくは１５０℃以上である。保持器材料として一般に使用される他のポリアミド樹脂（ポリアミド６６樹脂（同４９℃）、ポリアミド４６樹脂（同７８℃）、ポリアミド９Ｔ樹脂（同１２５℃）よりもガラス転移温度が高いので、ｄｍ・ｎ値が８０×１０^４以上となるような、高温、高速回転で使用されても、保持器の変形を抑制でき、転動体と保持器の滑り摩擦による発熱を小さくできる。なお、ガラス転移温度は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて、不活性ガス雰囲気下で、上記ポリアミド樹脂を急冷した後、２０℃／分の昇温速度で昇温した場合に現れる階段状の吸熱ピークの中点の温度（Ｔｇ）として測定できる（ＪＩＳＫ７１２１）。

ベース樹脂とする上記ポリアミド樹脂に配合する繊維状補強材としては、ガラス繊維または炭素繊維を用いる。ガラス繊維は、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｆｅ_２Ｏ_３などを主成分とする無機ガラスから紡糸して得られる。一般に、無アルカリガラス（Ｅガラス）、含アルカリガラス（Ｃガラス、Ａガラス）などを使用できる。上記ポリアミド樹脂への影響を考慮すれば無アルカリガラスが好ましい。無アルカリガラスは、組成物中にアルカリ成分をほとんど含んでいないホウケイ酸ガラスである。アルカリ成分がほとんど入っていないので、ポリアミド樹脂への影響がほとんどなく樹脂組成物の特性が変化しない。ガラス繊維としては、例えば、旭ファイバーグラス社製：０３ＪＡＦＴ６９２、ＭＦ０３ＭＢ１２０、ＭＦ０６ＭＢ１２０などが挙げられる。

炭素繊維は、ポリアクリロニトリル系（ＰＡＮ系）、ピッチ系、レーヨン系、リグニン−ポバール系混合物など原料の種類によらないで使用できる。ピッチ系炭素繊維としては、例えば、クレハ社製：クレカＭ−１０１Ｓ、同Ｍ−１０７Ｓ、同Ｍ−１０１Ｆ、同Ｍ−２０１Ｓ、同Ｍ−２０７Ｓ、同Ｍ−２００７Ｓ、同Ｃ−１０３Ｓ、同Ｃ−１０６Ｓ、同Ｃ−２０３Ｓなどが挙げられる。また、ＰＡＮ系炭素繊維としては、例えば、東邦テナックス社製：ベスファイトＨＴＡ−ＣＭＦ０１６０−０Ｈ、同ＨＴＡ−ＣＭＦ００４０−０Ｈ、同ＨＴＡ−Ｃ６、同ＨＴＡ−Ｃ６−Ｓ、または、東レ社製：トレカＭＬＤ−３０、同ＭＬＤ−３００、同Ｔ００８、同Ｔ０１０などが挙げられる。

上記ポリアミド樹脂に配合するフッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと称する。熱分解温度約４９０℃以上）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（以下、ＰＦＡと称する、熱分解温度約４６４℃以上）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（以下、ＦＥＰと称する。熱分解温度約４１９℃以上）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（以下、ＥＰＥと称する。熱分解温度約４４０℃）等があげられる。また、これらに加えて、ポリクロロトリフルオロエチレン（以下、ＰＣＴＦＥと称する。熱分解温度約３４７〜４１８℃）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（以下、ＥＴＦＥと称する。熱分解温度約３４７℃以上）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（以下、ＥＣＴＦＥと称する。熱分解温度約３３０℃以上）、ポリビニリデンフルオライド（以下、ＰＶＤＦと称する。熱分解温度約４００〜４７５℃）、ポリビニルフルオライド（以下、ＰＶＦと称する。熱分解温度約３７２〜４８０℃）等が挙げられる。また、フッ素樹脂は、上記フッ素樹脂のモノマーの例えば約１：１０から１０：１の重合割合で２種類以上の共重合体や、３元共重合体などのフッ素化ポリオレフィンなどであってもよく、これらは、固体潤滑剤としての特性を示す。

フッ素樹脂の中で、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等は高温特性に優れていて好ましい。このため、上記樹脂を含む組成物は、これを溶融成形する過程での熱履歴に比較的良く持ちこたえることができ、また高速条件下でも比較的良く耐える。特にＰＴＦＥは、骨格である炭素原子の周囲を全てフッ素原子で取り囲まれた状態であり、Ｃ−Ｆ間の強固な結合により、フッ素系樹脂の中でも耐熱温度が高く、また、低摩擦係数、非粘着性、耐薬品性等の諸特性に優れている。ＰＴＦＥは、四フッ化エチレン単独重合体で圧縮成形可能な樹脂であり、その熱分解温度は約５０８〜５３８℃である。

ＰＴＦＥを粉末状にして添加する場合は、粉末状にすればその形状や大きさを特に限定することなく用いることができるが、粒状で粒径が７５μｍ以下のもの、好ましくは平均粒径が１〜５０μｍのもの、より好ましくは平均粒径が５〜３０μｍのものが樹脂組成を均一にするために好ましい。粒径は、走査型電子顕微鏡での確認のほか、コールターカウンター、マイクロトラックなどの粒度分析計などにより評価することができる。

また、バージン材のＰＴＦＥ粉末に代え、再生ＰＴＦＥ粉末を用いることができる。再生ＰＴＦＥ粉末は、バージン材を一度焼成した後、粉砕して得られる粉末であるから、バージン材のＰＴＦＥを樹脂組成物に添加したときのように樹脂組成物の溶融粘度を著しく上昇させることがなく、射出成形性を阻害しないものである。また、再生ＰＴＦＥ粉末は、一度焼成されているので、これを混合した樹脂成形品の寸法変化、形状変化またはクラックの発生なども起こらず安定した成形品が得られる。また、再生ＰＴＦＥに代え、もしくは再生ＰＴＦＥと共に、ＰＴＦＥにγ線照射処理を施して低分子量化したＰＴＦＥ粉末を使用することも、微細な粒径であるＰＴＦＥであることより好ましいものといえる。このような再生ＰＴＦＥ含有ＰＴＦＥの平均粒径も上述した同程度の平均粒径であることが好ましい。

再生ＰＴＦＥ含有のＰＴＦＥ粉末の市販品としては、例えば喜多村社製：ＫＴ３００Ｍ、ＫＴ３００Ｈ、ＫＴ４００Ｍ、ＫＴ４００Ｈ、ＫＴ６００Ｍ、ＫＴＬ４５０、ＫＴＬ６１０、ＫＴＬ６２０等が挙げられる。

繊維状補強材としてガラス繊維を用いる場合、その配合量は、樹脂組成物全体に対して１５〜４０質量％とする。繊維状補強材として炭素繊維を用いる場合、その配合量は、樹脂組成物全体に対して１０〜３０質量％とする。フッ素樹脂は３〜２０質量％とする。ガラス繊維または炭素繊維を上記範囲とすることで、保持器の剛性を高め、高温、高速回転となる条件下でも保持器の変形を小さくできる。また、フッ素樹脂により保持器の発熱を抑えることができる。さらに、保持器の形状を射出成形時に無理抜きする形状とする場合や、ウエルド部の十分な強度（引張強度）を確保することを考慮すれば、樹脂組成物全体に対してガラス繊維の配合量は２０〜３０質量％が好ましく、また、炭素繊維を用いる場合、その炭素繊維の配合量は１５〜２５質量％が好ましい。フッ素樹脂は樹脂組成物全体に対して強度と潤滑性のバランスから５〜１５質量％が好ましい。

フッ素樹脂を３〜２０質量％、好ましくは５〜１５質量％配合することで、機械的特性を損なうことなく、耐油性や耐薬品性等に優れる特性に加えて、特に、低昇温性や耐摩耗性等を向上することもできる。配合量が３質量％未満では、これらの効果が期待できず、自己潤滑性および耐摩耗性等の滑り特性の改良が顕著に認められない。また、２０質量％をこえると、これらの溶融粘度等により造粒時や射出成形時に溶融成形機等のシリンダーにかかる負荷が大きく、成形性が悪くなり、安定した造粒性、射出成形性及び寸法精度が期待できず、また、機械的特性が低下する。

本発明における樹脂組成物には、保持器機能や射出成形性を損なわない範囲であれば、必要に応じて、上記繊維状補強材以外の添加剤を配合してもよい。他の添加剤として、例えば、固体潤滑剤、無機充填材、酸化防止剤、帯電防止剤、離型材などを配合できる。

上記樹脂組成物を構成する各材料を、必要に応じて、ヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダーなどにて混合した後、二軸混練押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレットを得ることができる。なお、充填材の投入は、二軸押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用してもよい。この成形用ペレットを用いて射出成形により保持器を成形する。射出成形時は、樹脂温度を上述のポリアミド樹脂の融点以上とし、金型温度を該ポリアミド樹脂のガラス転移温度未満に保持して行なう。

本発明の転がり軸受用保持器の樹脂材料とする樹脂組成物は、上述のとおり、所定のポリアミド樹脂に所定量の繊維状補強材（ガラス繊維または炭素繊維）およびフッ素樹脂を配合してなるので、融点およびガラス転移温度が高く、優れた耐熱性、耐油性、耐薬品性、寸法安定性、靱性、摺動性を示すとともに高い機械的性質を有する。このため、本発明の転がり軸受用保持器は、高速回転域などの過酷な環境条件（高温雰囲気、油や薬品と接触する条件、高速回転条件、高負荷条件、多湿環境など）で長時間の使用に耐え得る保持器となる。

また、上記樹脂組成物は、吸水性が小さいため、吸水・吸湿による膨潤、膨張に伴う寸法変化や物性低下を抑制できる。本発明の転がり軸受用保持器は、寸法安定性に優れ、精度の要求される用途の保持器として安価に提供できる。

本発明で用いるポリアミド樹脂において、ジカルボン酸成分またはジアミン成分として、植物由来の原料を用いてもよい。例えば、ひまし油を出発原料とした１，１０−デカンジアミンを使用できる。植物のようなバイオマス由来原料を採用することで、樹脂製保持器の焼却処分に伴う二酸化炭素の実質的な排出量を、バイオマス由来原料を用いない場合よりも低減できる。ここで、バイオマス由来原料を用いた植物性プラスチックであるかどうかは、樹脂を構成している炭素について、放射性同位元素である^１４Ｃの濃度を測定することで判別できる。^１４Ｃの半減期は５７３０年であることから、１千万年以上の歳月を経て生成されるとされる化石資源由来の炭素には ^１４Ｃが全く含まれない。このことから樹脂中に ^１４Ｃが含まれていれば、少なくともバイオマス由来の原料を用いていると判断できる。

本発明の転がり軸受用保持器および転がり軸受を図１および図２に基づいて説明する。図１は、本発明の転がり軸受の一例であるアンギュラ玉軸受の軸方向断面図であり、図２は図１の転がり軸受における保持器（もみ抜き型）の斜視図および一部拡大図である。図１に示すように、アンギュラ玉軸受１は、内輪２、外輪３と、内輪２と外輪３との間に介在する複数の転動体４と、この転動体４を周方向に一定間隔で保持する保持器５とを備えている。保持器５が、上述の本発明の転がり軸受用保持器である。内輪２および外輪３と、転動体４とは径方向中心線に対して所定の角度θ（接触角）を有して接触しており、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重を負荷できる。必要に応じて、転動体４の周囲にグリースなどの潤滑剤が封入されて潤滑がなされる。

図１のようなアンギュラ玉軸受１は、高速回転用途などで使用されるものである。本発明ではその保持器５として、ガラス転移温度が高く、剛性に優れた上述のポリアミド樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体を用いているため、高温、高速回転条件下においても該保持器の変形を抑制できる。また、上述のポリアミド樹脂は、自己潤滑性および低摩擦特性にも優れているため、転動体４や外輪３と保持器５との摩擦による発熱量を小さくでき、温度上昇が抑えられ、焼付きが発生しない。このため、該軸受は、高温、高速回転条件下でも長時間の運転が可能となる。

図２（ａ）に示すように、保持器５は、円環状の保持器本体５ａに転動体であるボールを保持するポケット６が周方向に一定間隔で複数設けられている。ポケット６の平面形状は、平円形状であるが、真円でもよい。ここで、平円形状とは、真円形状で必要とされるポケット隙間（ポケット内径とボール直径との差）量と一致させる隙間を間にして、その両側にボールの半径にほぼ近似するポケット面の半径で構成させた平円とする形状をいう。このような形状により、回転軸周方向のポケット隙間量を大きくして、ボールの進み遅れを吸収することにより、保持器にかかる負荷を低減できる。

保持器５は、もみ抜き型の保持器であり、上述の樹脂組成物を用いて射出成形で素形材を成形した後、切削加工にてポケット部分を加工する等して得られる。保持器５は射出成形体であるため、図２（ｂ）に示すように、成形時に樹脂組成物が合流する領域にウエルド部７が形成される。ウエルド部７は、保持器円環において応力集中により破断しやすい箇所である。本発明の保持器では、上述のポリアミド樹脂をベース樹脂とし、これに所定量の繊維状補強材（ガラス繊維または炭素繊維）を配合してなる樹脂組成物を射出成形して得られた成形体であるので、上記ウエルド部７での引張強度に優れ、高速回転での使用に際しても該ウエルド部での割れを防止できる。具体的には、後述の実施例に示すように、ベース樹脂のみを他のポリアミド樹脂に変更した場合と比較して、引張強度が高くなっている。

図１および図２では、本発明の転がり軸受としてアンギュラ玉軸受を例に説明したが、本発明を適用できる軸受形式はこれに限定されず、他の玉軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受などにも適用できる。

本発明の転がり軸受用保持器の他の例として、冠型の転がり軸受用保持器を図３に基づいて説明する。図３は、上述の樹脂組成物を射出成形して得られた冠型保持器の部分拡大斜視図である。図３に示すように、保持器８は、環状の保持器本体９の上面に周方向に一定ピッチをおいて対向一対の保持爪１０を形成し、その対向する各保持爪１０を相互に接近する方向にわん曲させるとともに、その保持爪１０間に転動体としてのボールを保持するポケット１１を形成したものである。また、隣接するポケット１１における相互に隣接する保持爪１０の背面相互間に、保持爪１０の立ち上がり基準面となる平坦部１２が形成される。保持爪１０は、わん曲している先端部１０ａを有する。

図３に示す冠型保持器を射出成形する場合、保持爪１０のわん曲している先端部１０ａは、金型から取り出すときに無理抜きされる。これは、ポケット開口部の直径がポケット１１の内径よりも小さいため、ポケットを成形する内径金型が、ポケット開口部の直径をポケットの内径まで弾性的に押し広げて離型されるためである。本発明の保持器では、保持器材料として上述の樹脂組成物を用いるので、使用時の高い剛性を維持しながら、成形時の上記無理抜きの際における保持爪先端部の亀裂や白化を防止し得る。特に、樹脂組成物に含まれる繊維状補強材について、その配合量を、ガラス繊維を用いる場合は樹脂組成物全体に対して２０〜３５質量％とし、炭素繊維を用いる場合は樹脂組成物全体に対して１５〜３０質量％とすることで、これを防止しやすくなる。また、フッ素樹脂を３〜２０質量％配合することで、更に摺動性の向上により、使用時の発熱を抑えることができる。

以下に実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

実施例および比較例に用いる原材料を一括して以下に示す。
（１）樹脂材料
ポリアミド樹脂Ａ：テレフタル酸と１，１０−デカンジアミンを主原料に使用した樹脂（ユニチカ社製ＸｅｃｏＴＸＮ５００）
ポリアミド６６樹脂：東レ社製アミランＣＭ３００１
ポリアミド４６樹脂：ＤＳＭ社製スタニールＴＷ３００
ポリアミド９Ｔ樹脂：クラレ社製ジェネスタＮ１０００
（２）繊維状補強材
ガラス繊維：旭ファイバーグラス社製０３ＪＡＦＴ６９２（平均繊維径１０μｍ、平均繊維長３ｍｍ）
炭素繊維：東邦テナックス社製ＨＴＡ−Ｃ６（平均繊維径７μｍ、平均繊維長６ｍｍ）
（３）フッ素樹脂
ＰＴＦＥ：喜多村社製：ＫＴＬ６１０（平均粒子径１２μｍ）

実施例１〜５、比較例１〜７
これらの原材料を表１に示す割合で配合した樹脂組成物を用いて、実施例と比較例のアンギュラ玉軸受用保持器を作製し、各種の試験を実施した。組成物の製造には二軸押出機を用いた。あらかじめ混合器を使用し、ポリアミド樹脂とフッ素樹脂を混合しておき、２軸押し出し機に投入し、ガラス繊維、炭素繊維は折損を防止するために定量サイドフィーダーを用いて供給し、押し出して造粒した。得られた成形用ペレットを用い、インラインスクリュー式射出成形機にて成形し、所望の保持器形状（外径９３ｍｍ、内径８８ｍｍ、幅１３ｍｍ）とした。なお、保持器の形状は図２に示すもみ抜き型保持器とした。成形後、８０℃、９５％相対湿度の雰囲気にて調湿処理を実施し、吸水させたものについて各試験を実施した。得られた保持器の調湿前後の質量から以下に示す算出式により吸水率を測定した。結果を表１に示す。

［吸水率の算出式］

吸水率（質量％）＝（調湿後の質量−調湿前の質量）×１００／調湿前の質量

［保持器引張試験］
本発明の保持器における破壊強さ（ウエルド部の引張強度）を確認するため、作製した保持器を用いて保持器引張試験を実施した。保持器引張試験は、図４に示す円環状の引張治具１３に試験用の保持器１４を、そのウエルド部が水平位置になるようにセットし、島津製作所社製の引張試験機（オートグラフＡＧ５０ＫＮＸ）を用いて１０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で行なった。結果を保持器破壊強さ（Ｎ）として表１に示す。

［軸受温度試験］
アンギュラ玉軸受を使用してｄｍ・ｎ値８０×１０^４まで順次回転数を上げていく軸受試験を実施した。実施例および比較例の保持器を組み込み、潤滑剤としてのグリースを封入し、両側に非接触型シールを設けて密封したアンギュラ玉軸受を用いて比較試験を行なった。試験では外輪温度を測定し、その上昇温度が、精度や耐久性を鑑み、３０℃を基準とし、３０℃未満を合格、３０℃以上温度が上昇したものを不合格とした。結果を表１に示す。

保持器引張試験に関して、ｄｍ・ｎ値が８０×１０^４以上の使用条件から、保持器の破壊強さ（ウエルド部の引張強度）は高強度が要求される。表１に示すように、本発明の実施例からなる保持器は、２０００Ｎ以上と良好な強度を示した。これに対して、比較例１〜７は、いずれも２０００Ｎ以下であった。

軸受温度試験に関して、表１に示すように、比較例１〜４は、ｄｍ・ｎ値が７０×１０^４をこえた辺りから外輪温度が急上昇し３０℃以上となった。これに対して、本発明に係る実施例では、ｄｍ・ｎ値が８０×１０^４となっても外輪温度の急上昇は見られず、３０℃以下を保っていた。比較例５〜７は、外輪温度の急上昇は見られなかったが、樹脂組成物の範囲が適正でなかったため、上述のとおり、保持器の破壊強さが劣っていた。

本発明の転がり軸受用保持器は、高温、高速条件下においても焼付きや破損を生じないので、自動車、モータ、工作機械などで用いられる種々の転がり軸受の保持器として利用できる。特に、ｄｍ・ｎ値が８０×１０^４以上となるような高速回転で使用される軸受の保持器として好適である。

１アンギュラ玉軸受（転がり軸受）
２内輪
３外輪
４転動体
５保持器
６ポケット
７ウエルド部
８保持器
９保持器本体
１０保持爪
１１ポケット
１２平坦部
１３引張治具
１４試験用保持器

Claims

内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体を保持する保持器とを備える転がり軸受であって、
前記転がり軸受が、ｄｍ・ｎ値が８０×１０^４以上の高速回転で使用される軸受であり、
前記保持器が、樹脂組成物の射出成形体である転がり軸受用保持器であり、環状の保持器本体に前記転動体を保持するポケットが設けられ、前記転がり軸受の回転に伴い遠心力が作用するものであり、
前記樹脂組成物は、ジカルボン酸成分とジアミン成分とからなるポリアミド樹脂をベース樹脂とし、これに繊維状補強材およびフッ素樹脂を配合してなる組成物であり、
前記ジカルボン酸成分がテレフタル酸を主成分とし、前記ジアミン成分が１，１０−デカンジアミンを主成分とし、
前記繊維状補強材が、ガラス繊維または炭素繊維であり、
前記樹脂組成物全体に対する配合割合は、前記ガラス繊維が１５〜４０質量％、前記炭素繊維が１０〜３０質量％、および前記フッ素樹脂が３〜２０質量％であることを特徴とする転がり軸受。
前記フッ素樹脂が、再生ポリテトラフルオロエチレンを含むことを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。