JP7022673B2 - 樹脂製プーリ - Google Patents

Description

本発明は、樹脂製プーリに関し、特に、自動車に搭載される補機類の駆動用ベルトやその他のベルトのテンショナ用、またはアイドラプーリ等として使用される樹脂製プーリに関する。

従来、自動車の補機にエンジンの回転動力を伝達するための補機駆動用ベルトなどで使用されるプーリには、その重量軽減ならびにコスト削減の目的で、転がり軸受の外輪の外周に樹脂プーリを一体成形した樹脂プーリ付き軸受（樹脂製プーリ）が用いられている。自動車におけるこれらのプーリは、高温や高衝撃、雨水、道路に散布された凍結防止剤（塩化カルシウム）などに曝される環境下で使用される。このため、樹脂プーリでは、ベルト張力に対応した機械的特性、ベルトを掛け渡して案内する案内部の形状精度、連続負荷使用時における耐熱性と耐塩化カルシウム性に優れることや、軸受との密着性を維持するために低吸水で寸法変化が少ないことが要求される。

このような特性を考慮し、従来、樹脂プーリの成形材料として、ガラス繊維などの強化繊維を所定量配合した強化ナイロン（ポリアミド）、例えば、ＰＡ６、ＰＡ６６、ポリアミド６１０（ＰＡ６１０）、ポリアミド６１２（ＰＡ６１２）、ポリアミド１１（ＰＡ１１）、ポリアミド１２（ＰＡ１２）などのガラス繊維強化材を用いることが知られている（特許文献１、２参照）。また、プーリの機械的強度および耐熱性を保持しながら塩化カルシウム耐性を高くするものとして、ＰＡ６６とＰＡ６１２との混合ポリマーに、ガラス繊維を配合してなる樹脂材料が提案されている（特許文献３参照）。

特許第３５０６７３５号公報 特許第２８３８０３７号公報 特開２０００－２３１７号公報

しかしながら、ＰＡ６６とＰＡ６１２との混合ポリマーのガラス繊維強化材からなる従来の樹脂製プーリは、ガラス繊維強化ＰＡ６６よりも耐塩化カルシウム性に優れるものの、ＰＡ６１２が、いわゆる海島構造で存在しており、ＰＡ６１２はＰＡ６６よりも耐熱性に劣るため、全体として耐熱性や機械的強度に劣る。また、耐塩化カルシウム性についても、ＰＡ６１２単独と比較すれば劣る。

また昨今では、居住空間を確保するため、エンジンルーム内がコンパクトになり、各部品に求められる耐熱性がより厳しくなっている。ＰＡ６１２ではガラス転移温度（Ｔｇ）や融点が低く、吸水した状態での高温時の物性低下も大きいため、吸水時での高い高温物性が必要となっている。

Ｔｇが低いことから、Ｔｇをこえての線膨張係数が大きいため、転がり軸受と樹脂プーリ材との線膨張係数の違いから、締め代が小さくなり、高温時に転がり軸受外輪と樹脂プーリとの間で、剥がれ、すべり、フレッチングの発生といったおそれがある。また、耐熱性が低いため、使用条件によっては高温時にプーリのクリープが発生し、ベルトを適切に案内することができなくなるおそれがある。また、軽量化の必要性から、プーリの肉ぬすみや、薄肉化から、より耐熱性(高温強度)が必要となっている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高温強度、吸水時強度、耐熱性および耐塩化カルシウム性の更なる向上を図り、寸法変化や、クリープの抑制、耐摩耗性をあわせて達成した樹脂製プーリを提供することを目的とする。

本発明の樹脂製プーリは、内輪、外輪、および、上記内輪と上記外輪との間に介在する複数の転動体を有する転がり軸受と、上記外輪に固定された樹脂製のプーリ部とを備えてなる樹脂製プーリであって、上記プーリ部は、テレフタル酸を主成分とするジカルボン酸成分と、１，４－ブタンジアミンを主成分とする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、これにガラス繊維を配合してなる樹脂組成物の射出成形体であり、上記樹脂組成物は、上記ガラス繊維を上記樹脂組成物全体に対して１０～５０質量％含むことを特徴とする。本発明において、「主成分」とは、ジカルボン酸成分、ジアミン成分、または原料モノマーの総モル数（１００モル％）に対するモル％が最も多い成分、または構成単位であることを意味する。

上記ポリアミド樹脂は、上記ジアミン成分として１，６－ヘキサンジアミンを含み、上記ポリアミド樹脂が、テトラメチレンテレフタルアミド単位と、ヘキサメチレンテレフタルアミド単位を構成単位として含む共重合ポリアミドであることを特徴とする。

上記ポリアミド樹脂は、構成単位として、上記テトラメチレンテレフタルアミド単位および上記ヘキサメチレンテレフタルアミド単位以外の芳香族ポリアミドのモノマー単位、および、脂肪族ポリアミドのモノマー単位の少なくともいずれかをさらに含む共重合ポリアミドであることを特徴とする。

上記ポリアミド樹脂は、構成単位として、上記芳香族ポリアミドのモノマー単位を含み、上記芳香族ポリアミドのモノマー単位が、テトラメチレンイソフタルアミド単位、ヘキサメチレンイソフタルアミド単位、オクタメチレンテレフタルアミド単位、ノナメチレンテレフタルアミド単位、デカメチレンテレフタルアミド単位、ウンデカメチレンテレフタルアミド単位、ドデカメチレンテレフタルアミド単位、メタキシリレンアジパミド単位、またはメタキシリレンセバカミド単位であることを特徴とする。

上記ポリアミド樹脂は、構成単位として、上記脂肪族ポリアミドのモノマー単位を含み、上記脂肪族ポリアミドのモノマー単位が、カプロアミド単位、オクタンアミド単位、デカンアミド単位、ウンデカンアミド単位、ドデカンアミド単位、テトラメチレンアジパミド単位、テトラメチレンスベラミド単位、テトラメチレンセバカミド単位、テトラメチレンドデカミド単位、ヘキサメチレンアジパミド単位、ヘキサメチレンセバカミド単位、ヘキサメチレンドデカミド単位、またはデカメチレンセバカミド単位であることを特徴とする。

上記ポリアミド樹脂は、ガラス転移温度が１２０℃以上であり、融点が３００℃以上であることを特徴とする。

本発明の樹脂製プーリのプーリ部は、ポリアミド樹脂をベース樹脂とし、これにガラス繊維を所定量配合してなる樹脂組成物の射出成形体であり、上記ポリアミド樹脂が、テレフタル酸を主成分とするジカルボン酸成分と、１，４－ブタンジアミンを主成分とするジアミン成分とからなるので、耐熱性が高く、高温時かつ吸水時の強度低下やクリープが小さく、耐塩化カルシウム性や耐疲労性、耐摩耗性に優れる樹脂製プーリとなり、信頼性向上を図ることができる。特に、上記ポリアミド樹脂が、テトラメチレンテレフタルアミド単位と、ヘキサメチレンテレフタルアミド単位を構成単位として含む共重合ポリアミドであるので、耐熱性などに一層優れる。

ベース樹脂とする上記ポリアミド樹脂は、融点が３００℃以上であるので、プーリの材料として多く用いられているＰＡ６６（融点２６７℃）、ＰＡ４６（融点２９５℃）と比較して、非常に高い耐熱性を備える。また、ＰＡ９Ｔ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、高温条件下でもプーリの変形を小さくできる。

本発明の樹脂製プーリの一例を示す側面図である。 図１の樹脂製プーリの軸方向断面図である。 本発明の樹脂製プーリの他の例を示す軸方向断面図である。

本発明の樹脂製プーリは、樹脂組成物を射出成形してなる樹脂製のプーリ部と、転がり軸受とを備える。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）を配合してなる。なお、本発明のポリアミド樹脂を、他のポリアミド樹脂と区別してポリアミドＡと記す。

ポリアミドＡ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。上記ポリアミド樹脂を構成するジアミン成分は、１，４－ブタンジアミンを主成分とする。

ポリアミドＡ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１，４－ブタンジアミンのみから構成されるポリアミドであってもよい。この場合、ポリアミドＡは、テトラメチレンテレフタルアミド単位のみで構成される。テトラメチレンテレフタルアミド単位は、ジカルボン酸であるテレフタル酸と、ジアミンである１，４－ブタンジアミンとが重合したＰＡ４Ｔの構成単位である。また、ポリアミドＡ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１，４－ブタンジアミンの一部を、他の共重合成分で置き換えた共重合ポリアミドとしてもよい。

以下には、ポリアミドＡが共重合ポリアミドの場合について説明する。

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、脂肪族ジカルボン酸、脂環式ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、芳香環を有するジカルボン酸などが挙げられる。また、他の共重合成分として用いる、１，４－ブタンジアミン以外のジアミン成分としては、脂肪族ジアミン、脂環式ジアミン、芳香族ジアミン、芳香環を有するジアミンなどが挙げられる。これらジカルボン酸やジアミンの具体例については後述する。

ポリアミドＡは、テトラメチレンテレフタルアミド単位と、ヘキサメチレンテレフタルアミド単位を構成単位として含む共重合ポリアミドであることが好ましい。ヘキサメチレンテレフタルアミド単位は、ジカルボン酸であるテレフタル酸と、ジアミンである１，６－ヘキサンジアミンとが重合したＰＡ６Ｔの構成単位である。以下では、便宜上、テトラメチレンテレフタルアミド単位をＰＡ４Ｔ単位、ヘキサメチレンテレフタルアミド単位をＰＡ６Ｔ単位と記す。

ポリアミドＡは、例えば、ＰＡ４Ｔ単位およびＰＡ６Ｔ単位のみで構成される２元共重合ポリアミド、ＰＡ４Ｔ単位およびＰＡ６Ｔ単位を含む３種のモノマー単位で構成される３元共重合ポリアミド、ＰＡ４Ｔ単位およびＰＡ６Ｔ単位を含む４種のモノマー単位で構成される４元共重合ポリアミドである。

ポリアミドＡが３元共重合ポリアミドまたは４元共重合ポリアミドである場合、追加の構成単位としては、ＰＡ４Ｔ単位およびＰＡ６Ｔ単位以外の芳香族ポリアミドのモノマー単位および脂肪族ポリアミドのモノマー単位の少なくともいずれかを含む。

上記芳香族ポリアミドは、分子中に芳香環を含んでいるポリアミド樹脂を意味し、芳香族ポリアミドのモノマー単位の分子中に芳香環が含まれていればよい。具体的には、モノマー単位中に、芳香族ジアミン、芳香環を有するジアミン、芳香族ジカルボン酸、および芳香環を有するジカルボン酸の少なくともいずれかから誘導される部分が含まれていればよい。芳香族ジアミンとしては、ｐ－フェニレンジアミンやｍ－フェニレンジアミンなどが挙げられ、芳香環を有するジアミンとしては、ｍ－キシリレンジアミンやｐ－キシリレンジアミンなどが挙げられる。また、芳香族ジカルボン酸としては、フタル酸や、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸などが挙げられ、芳香環を有するジカルボン酸としては、ｐ－フェニレン二酢酸などが挙げられる。

上記芳香族ポリアミドのモノマー単位において、ジアミン成分とジカルボン酸成分の少なくともいずれか一方が芳香環を有していればよく、他方の重合成分は芳香環を有する必要はない。例えば、芳香環を有さない成分の原料としては、脂肪族ジアミン、脂環式ジアミン、脂肪族ジカルボン酸、脂環式ジカルボン酸などが挙げられる。

芳香環を有さないジアミンとしては、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ノナンジアミン、デカンジアミン、ウンデカンジアミン、ドデカンジアミンなどの直鎖状の脂肪族ジアミン、２－メチルペンタメチレンジアミン、２－エチルヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミンなどの分岐型の脂肪族ジアミン、シクロヘキサンジアミン、シクロペンタンジアミン、シクロオクタンジアミンなどの脂環式ジアミンが挙げられる。

芳香環を有さないジカルボン酸としては、例えば、アジピン酸、ピメリン酸、セバシン酸、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式ジカルボン酸が挙げられる。

以上より、芳香族ポリアミドのモノマー単位の具体例としては、テトラメチレンイソフタルアミド単位（ＰＡ４Ｉの構成単位）、ヘキサメチレンイソフタルアミド単位（ＰＡ６Ｉの構成単位）、オクタメチレンテレフタルアミド単位（ＰＡ８Ｔの構成単位）、ノナメチレンテレフタルアミド単位（ＰＡ９Ｔの構成単位）、デカメチレンテレフタルアミド単位（ＰＡ１０Ｔの構成単位）、ウンデカメチレンテレフタルアミド単位（ＰＡ１１Ｔの構成単位）、ドデカメチレンテレフタルアミド単位（ＰＡ１２Ｔの構成単位）、メタキシリレンアジパミド単位（ＰＡＭＸＤ６の構成単位）、メタキシリレンセバカミド単位（ＰＡＭＸＤ１０の構成単位）、メタキシリレンドデカミド単位（ＰＡＭＸＤ１２の構成単位）、パラキシリレンアジパミド単位（ＰＡＰＸＤ６の構成単位）、パラキシリレンセバカミド単位（ＰＡＰＸＤ１０の構成単位）、パラキシリレンドデカミド単位（ＰＡＰＸＤ１２の構成単位）などが挙げられる。

上記脂肪族ポリアミドは、分子中に芳香環を含まないポリアミドを意味し、脂肪族ジアミンと脂肪族ジカルボン酸とを重合させたポリアミド、脂肪族ジアミンと脂環式ジカルボン酸とを重合させたポリアミド、脂環式ジアミンと脂肪族ジカルボン酸とを重合させたポリアミド、脂環式ジアミンと脂環式ジカルボン酸とを重合させたポリアミド、脂肪族ラクタム及び／または脂肪族アミノカルボン酸を重合させたポリアミド、及びこれらの共重合体である。脂肪族ジアミン、脂環式ジアミン、脂肪族ジカルボン酸、脂環式ジカルボン酸としては、上述したようなジアミンやジカルボン酸を用いることができる。

脂肪族ラクタムとして、例えば、ピロリドンや、カプロラクタム、ウンデカラクタム、ラウロラクタムなどが挙げられる。脂肪族アミノカルボン酸としては、例えば、１，１１－アミノウンデカン酸などが挙げられる。

以上より、脂肪族ポリアミドのモノマー単位の具体例としては、酪酸アミド単位（ＰＡ４の構成単位）、カプロアミド単位（ＰＡ６の構成単位）、オクタンアミド単位（ＰＡ８の構成単位）、デカンアミド単位（ＰＡ１０の構成単位）、ウンデカンアミド単位（ＰＡ１１の構成単位）、ドデカンアミド単位（ＰＡ１２の構成単位）、テトラメチレンアジパミド単位（ＰＡ４６の構成単位）、テトラメチレンセバカミド単位（ＰＡ４１０の構成単位）、テトラメチレンドデカミド単位（ＰＡ４１２の構成単位）、ヘキサメチレンアジパミド単位（ＰＡ６６の構成単位）、ヘキサメチレンセバカミド単位（ＰＡ６１０の構成単位）、ヘキサメチレンドデカミド単位（ＰＡ６１２の構成単位）、デカメチレンセバカミド単位（ＰＡ１０１０の構成単位）、デカメチレンドデカミド単位（ＰＡ１０１２の構成単位）などが挙げられる。

ポリアミドＡとしては３元共重合ポリアミドが好ましく、ＰＡ４Ｔ／６Ｔ／６６、ＰＡ４Ｔ／６Ｔ／６、ＰＡ４Ｔ／６Ｔ／４１０、ＰＡ４Ｔ／６Ｔ／４６、ＰＡ４Ｔ／６Ｔ／１０Ｔがより好ましい。ここで、「／」は共重合体を示す。この場合、ＰＡ４ＴおよびＰＡ６Ｔ以外の成分のポリアミドの総量は、ポリアミドＡ全体の原料モノマーの総モル数（１００モル％）に対して、１～３０モル％とすることが好ましく、５～２５モル％とすることがより好ましい。ポリアミドＡを構成するジカルボン酸成分においてテレフタル酸が主成分となることで、高温剛性などに優れる。

ポリアミドＡを製造する方法としては、溶融重合法、固相重合法、塊状重合法、溶液重合法、またはこれらを組み合わせた方法等、種々の重縮合を利用することができる。これらの中で好ましくは、溶融重合と固相重合の組み合わせ、水溶液重合と固相重合の組み合わせによる方法である。

以上で説明したように、ポリアミドＡは、ＰＡ４Ｔ単位のみを構成単位とする単重合体、またはＰＡ４Ｔ単位以外の構成単位も含む共重合ポリアミドである。

ポリアミドＡの相対粘度は、特に限定されないが、プーリ部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１．８以上とすることが好ましく、２．０以上とすることがより好ましい。

ポリアミドＡは、その融点が３００℃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３２０～３５０℃程度とすることが好ましい。融点範囲としては、３２０～３４０℃が好ましく、３３０～３４０℃がより好ましい。プーリ部の材料として一般に使用される他のポリアミド樹脂（ＰＡ６６樹脂（同２６７℃）、ＰＡ４６樹脂（同２９５℃）、ＰＡ６１２樹脂）よりも融点が高く、耐熱性に優れるので、高温環境下で使用されても、プーリ部の変形、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。

ポリアミドＡは、そのガラス転移温度が１２０℃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。プーリ部の材料として一般に使用される他のポリアミド樹脂（ＰＡ６６樹脂（同４９℃）、ＰＡ４６樹脂（同７８℃）、ＰＡ６１２樹脂）よりもガラス転移温度が高いので、高温雰囲気下で使用されても、プーリ部の変形を抑制できる。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（ＪＩＳ Ｋ７１２１）。

ベース樹脂とするポリアミドＡ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。ポリアミドＡ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Ａ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 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－Ｃ６、同ＨＴＡ－Ｃ６－Ｓなどが挙げられる。

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１０～５０質量％であり、好ましくは２０～５０質量％であり、より好ましくは２０～３５質量％である。含有量が１０質量％未満では、補強効果が少なく、５０質量％を越える場合は、射出成形に適した流動性が得られなかったり、表面平滑性が損なわれ、ベルトの摩耗を促進するおそれがある。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１０～４０質量％であり、好ましくは１５～３０質量％である。含有量が1０質量％未満では補強効果が少なく、４０質量％を越える場合は、射出成形に適した流動性が得られなかったり、表面平滑性が損なわれ、ベルトの摩耗を促進するおそれがある。

本発明における樹脂組成物には、プーリ部の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、ポリアミドＡ以外の他のポリマー、固体潤滑剤、無機充填材、酸化防止剤、帯電防止剤、離型材、着色剤などを配合できる。外径円筒部の耐摩耗性を向上させるため、固体潤滑剤や粒子状充填剤、具体的には、４フッ化エチレン樹脂、グラファイト、炭酸カルシウム、クレー、タルク、シリカ、ウォラストナイト、エラストマ等を添加してもよい。

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プーリ部を成形する。射出成形時は、樹脂温度をポリアミドＡの融点以上とし、金型温度をポリアミドＡのガラス転移温度以上に保持して行なう。

本発明の樹脂製プーリ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）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、本発明の樹脂製プーリは、高温雰囲気での使用や、高速回転域などの過酷な環境条件（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。

本発明で使用する樹脂組成物は、成形後の引張り強さが１４０ＭＰａ以上であり、好ましくは１６０ＭＰａ以上である。また、８０℃で９５％相対湿度の雰囲気で３時間吸水させた後の吸水引張り強さが、１４０ＭＰａ以上であり、好ましくは１６０ＭＰａ以上である。上記引張り強さは、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠して測定される。

上記樹脂組成物の吸水率は３．０％以下であり、好ましくは２．５％以下である。ここで、吸水率は、２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿下で、純水に２４時間浸漬したときの吸水率をいう。吸水率はＩＳＯ６２に準拠して測定される。このように、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。本発明の樹脂製プーリは、寸法安定性に優れ、精度の要求される用途のプーリとして安価に提供できる。

本発明の樹脂製プーリの一例を図１および図２に基づいて説明する。図１は樹脂製プーリを示す側面図であり、図２は図１の樹脂製プーリの軸方向断面図である。図１および図２に示すように、樹脂製プーリ１は、ラジアル荷重を受ける深溝玉軸受１１と、プーリ部２とを備えてなる。深溝玉軸受１１は、内輪１２と、外輪１３と、内輪１２と外輪１３との間に介在する複数の玉１４と、この玉１４を周方向に一定間隔で保持する保持器１５とを備えている。プーリ部２は、深溝玉軸受１１の外輪１３に固定されている。この形態のプーリ部２は、外輪１３に固定される内径円筒部３と、ベルト案内面を有する外径円筒部４と、内径円筒部３と外径円筒部４との間に設けられた円板部５と、円板部５の両面に放射状に設けられた複数のリブ６とを有する。プーリ部２におけるベルト案内面の形状は、フラット形状である。

深溝玉軸受１１では、内外輪間の軸方向両端開口部にシール部材１６を設けており、玉１４の周囲にグリース１７が封入されて潤滑がなされる。グリース１７としては、プーリの使用温度を考慮して、例えば、ポリ－α－オレフィン油、アルキルジフェニルエーテル油、エステル油などを基油とし、ジウレア化合物などを増ちょう剤とするグリースが使用される。

プーリ部２は上記樹脂組成物の射出成形体である。プーリ部２を深溝玉軸受１１の外輪１３に固定する方法は特に限定されないが、製造工程の簡略化が図れ、係合部不良の発生を防止できることから、射出成形により外輪１３に重ねて一体に成形（インサート成形）することが好ましい。インサート成形では、金型内に予め転がり軸受を配置し、これに上記樹脂組成物を充填してプーリ部を外輪の外径側に一体成形する。射出成形時のゲート位置は、形成されるウエルド部などを考慮して適宜設定できる。例えば、内径円筒部３の端面に所定円周間隔で複数のゲートを設けることができる。

図２に示すように、プーリ部２の内径円筒部３は、外輪１３の外径面から端面までを覆うように形成されている。これにより、外輪１３の外径部を、プーリ部２の内径円筒部３で抱え込む形となり、プーリ部２が転がり軸受から外れることを防止できる。

本発明の樹脂製プーリの他の例を図３に基づいて説明する。図３は樹脂製プーリの軸方向断面図である。図３に示すように、樹脂製プーリ２１は、ラジアル荷重を受ける深溝玉軸受３１と、プーリ部２２とを備えてなる。深溝玉軸受３１の構成は、上記図２の場合と概ね同じである。この形態のプーリ部２２は、内周部に形成されるボス部２７と、Ｖリブドベルト（図示省略）が掛け渡されるプーリ溝を有する外周部２８とが一体に形成されている。ボス部２７は、外輪３３の外径面の溝３３ａに係合することで外輪３３に固定されている。外径面に溝３３ａを有する外輪３３に対して、プーリ部２２をインサート成形することで該溝に入り込んだ樹脂により係合形状が形成される。

転がり軸受の形式としては、図２、３に示す深溝玉軸受に限定されず、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受など、公知の転がり軸受を適用できる。また、プーリ部のベルト案内面の形状は、図２のフラット形状、図３のＶリブド形状の他、タイミング歯車形状などの任意の形状とできる。その他、プーリ部と転がり軸受とをインサート成形で一体とすることが、コスト的に優位であり好ましいが、プーリ部のみを樹脂組成物で成形した後、これに必要に応じて転がり軸受を嵌合する形態であってもよい。

本発明の樹脂製プーリにおいてプーリ部は、上述のとおり、ポリアミドＡをベース樹脂とし、所定量の繊維状補強材（ガラス繊維または炭素繊維）を配合してなるので、高温強度、吸水時強度、耐熱性、耐塩化カルシウム性に優れ、寸法変化やクリープを抑制できる。このため、高温時でもベルトを適切に案内でき、転がり軸受外輪とプーリ部との固定部における剥がれやすべりを防止できる。

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。
樹脂組成物Ａ：ＰＡ４Ｔ単位を主成分とするポリアミドＡをベース樹脂とした樹脂組成物（ＤＳＭ社製ＦｏｒＴｉｉ Ａｃｅ ＭＸ５１、Ｔｇ１６０℃、Ｔｍ３３５℃、ガラス繊維３０％添加グレード）
樹脂組成物Ｂ：ＰＡ４Ｔ単位を主成分とするポリアミドＡをベース樹脂とした樹脂組成物（ＤＳＭ社製ＦｏｒＴｉｉ Ｋ１１、Ｔｇ１２５℃、Ｔｍ３２５℃、ガラス繊維３０％添加グレード）
ＰＡ６６：東レ社製アミランＣＭ３００１（Ｔｇ４９℃、Ｔｍ２６５℃）
ＰＡ４６：ＤＳＭ社製スタニールＴＷ３００（Ｔｇ７５℃、Ｔｍ２９５℃）
ＰＡ６１２：デュポン社製ザイテル１５１Ｌ（Ｔｇ６０℃、Ｔｍ２１２℃）
ガラス繊維（ＧＦ）：旭ファイバーグラス社製０３ＪＡＦＴ６９２（平均繊維径１０μｍ、平均繊維長３ｍｍ）

実施例１～２、比較例１～３
上記原材料を表１に示す割合で配合した樹脂組成物を用いて、実施例と比較例の組成にて作製し、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。ガラス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各評価用のダンベル試験片等を成形した。

各試験片について、下記の（１）吸水率、（２）引張強度評価、（３）吸水引張強度評価、（４）高温引張強度評価、（５）耐塩化カルシウム性評価を行った。それぞれの結果を表１に示す。

（１）吸水率は、ＩＳＯ６２（２３℃で５０％相対湿度）に準拠して測定した。
（２）引張強度評価は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠して引張り強さを測定した。
（３）吸水引張り強さは、８０℃で９５％相対湿度の雰囲気で３時間吸水させた後、（２）と同様に引張り強さを測定した。
（４）高温引張強度評価は、１２０℃雰囲気中で（２）と同様に引張り強さを測定した。
（５）耐塩化カルシウム性評価は、ダンベル試験片を９５℃の熱水に４８時間浸漬して吸水させた後、塩化カルシウム５ｗｔ％水溶液に噴霧し、その後１００℃で１時間乾燥した。これを１サイクルとして３サイクル繰り返し、引張り強さと外観を確認した。引張強度は、（２）と同様に測定し、塩化カルシウム噴霧前のものとの比較で引張強度の保持率として評価した。外観は、光学顕微鏡にて試験片の表面を観察し、表面あれやクラックが発生しているかを確認した。

表１に示すように、各実施例は、吸水後および高温時においても引張り強さに優れ、また、耐塩化カルシウム性にも優れていた。一方、他のポリアミド樹脂を用いた各比較例は、吸水後の引張り強さや耐塩化カルシウム性に劣る結果となった。このように本発明にかかる実施例は、樹脂成分に由来して強度、耐熱性、耐カルシウム性に優れている。

本発明の樹脂製プーリは、耐摩耗性、高温時強度、吸水後強度、耐熱性、耐塩化カルシウム性に優れ、寸法変化やクリープを抑制できるので、自動車における補機駆動用ベルトを案内するプーリや、アイドラプーリ、テンションプーリとして好適に利用できる。

１、２１ 樹脂製プーリ
２、２２ プーリ部
３ 内径円筒部
４ 外径円筒部
５ 円板部
６ リブ
１１、３１ 深溝玉軸受
１２、３２ 内輪
１３、３３ 外輪
１４、３４ 玉
１５、３５ 保持器
１６、３６ シール部材
１７、３７ グリース
２７ ボス部
２８ 外周部

Claims (6)

1. 内輪、外輪、および、前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の転動体を有する転がり軸受と、前記外輪に固定された樹脂製のプーリ部とを備えてなる樹脂製プーリであって、
   前記プーリ部は、テレフタル酸を主成分とするジカルボン酸成分と、１，４－ブタンジアミンを主成分とする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、これにガラス繊維を配合してなる樹脂組成物の射出成形体であり、
   前記樹脂組成物は、前記ガラス繊維を前記樹脂組成物全体に対して１０～５０質量％含むことを特徴とする樹脂製プーリ。
2. 前記ポリアミド樹脂は、前記ジアミン成分として１，６－ヘキサンジアミンを含み、
   前記ポリアミド樹脂が、テトラメチレンテレフタルアミド単位と、ヘキサメチレンテレフタルアミド単位を構成単位として含む共重合ポリアミドであることを特徴とする請求項１記載の樹脂製プーリ。
3. 前記ポリアミド樹脂は、構成単位として、前記テトラメチレンテレフタルアミド単位および前記ヘキサメチレンテレフタルアミド単位以外の芳香族ポリアミドのモノマー単位、および、脂肪族ポリアミドのモノマー単位の少なくともいずれかをさらに含む共重合ポリアミドであることを特徴とする請求項２記載の樹脂製プーリ。
4. 前記ポリアミド樹脂は、構成単位として、前記芳香族ポリアミドのモノマー単位を含み、
   前記芳香族ポリアミドのモノマー単位が、テトラメチレンイソフタルアミド単位、ヘキサメチレンイソフタルアミド単位、オクタメチレンテレフタルアミド単位、ノナメチレンテレフタルアミド単位、デカメチレンテレフタルアミド単位、ウンデカメチレンテレフタルアミド単位、ドデカメチレンテレフタルアミド単位、メタキシリレンアジパミド単位、またはメタキシリレンセバカミド単位であることを特徴とする請求項３記載の樹脂製プーリ。
5. 前記ポリアミド樹脂は、構成単位として、前記脂肪族ポリアミドのモノマー単位を含み、
   前記脂肪族ポリアミドのモノマー単位が、カプロアミド単位、オクタンアミド単位、デカンアミド単位、ウンデカンアミド単位、ドデカンアミド単位、テトラメチレンアジパミド単位、テトラメチレンスベラミド単位、テトラメチレンセバカミド単位、テトラメチレンドデカミド単位、ヘキサメチレンアジパミド単位、ヘキサメチレンセバカミド単位、ヘキサメチレンドデカミド単位、またはデカメチレンセバカミド単位であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の樹脂製プーリ。
6. 前記ポリアミド樹脂は、ガラス転移温度が１２０℃以上であり、融点が３００℃以上であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項記載の樹脂製プーリ。

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