WO2011013737A1 - 樹脂組成物およびその製造方法、ならびに、転がりおよびすべり軸受 - Google Patents

樹脂組成物およびその製造方法、ならびに、転がりおよびすべり軸受 Download PDF

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芳英 姫野
江上 正樹
島津 英一郎
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Definitions

  • the present invention relates to a resin composition, a production method thereof, and a rolling and sliding bearing.
  • a “crown type cage” is used for a resin cage of a deep groove ball bearing which is a kind of rolling bearing.
  • This crown type retainer has a problem of "unreasonable removal” that takes out the molded body by expanding the nail of the molded body immediately after molding by the hemispherical mold for forming the space for holding the ball when manufacturing by injection molding It may become.
  • a resin composition having a large amount of fibrous reinforcing material and a small bending strength and bending strain (elongation), particularly polytrimethylene terephthalate (hereinafter referred to as PTT) resin composition cannot be allowed to be deformed when forced.
  • defects such as cracks and whitening may occur in the pocket inner surface.
  • a similar problem may occur during molding of a resin seal, and when the lip is forcibly molded, the material may not be allowed to deform itself, and whitening and cracks may occur and molding may not be possible.
  • a biodegradable plastic composition in which the biodegradation rate is adjusted by blending a biodegradable plastic material with a carbodiimide compound (see Patent Document 2).
  • a polyamide resin composition containing 0.01 to 20 parts by mass of an aliphatic or alicyclic carbodiimide with respect to 100 parts by mass of the polyamide resin Is known (see Patent Document 3).
  • thermoplastic copolymer polyester resin composition excellent in hydrolysis resistance, oil resistance and heat aging resistance
  • a monocarbodiimide compound and / or a polycarbodiimide compound with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic copolymer polyester resin A thermoplastic copolymer polyester resin composition containing 0.01 to 10 parts by weight of a carbodiimide compound is known (see Patent Document 5).
  • JP 2008-215610 A Patent No. 3776578 JP 2006-176597 A JP 11-343408 A Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-281887
  • the present invention has been made to address the above-described problems, and the fluidity at the time of injection molding of a crown-shaped resin cage and resin seal, which is an injection molded body used for a rolling bearing, and a resin sliding bearing.
  • An object of the present invention is to provide a resin composition that can increase mechanical strength and toughness that can be used as a bearing member while securing the above.
  • the resin composition of the present invention is used for a bearing member as a molded body, and is formed by blending polycarbodiimide with a polyamide resin or a polyester resin, and the polyamide resin is selected from polyamide 66 resin and polyamide 11 resin.
  • One resin hereinafter referred to as PA resin
  • the polyester resin is a PTT resin
  • the polycarbodiimide is blended in an amount of 0.5 to 6% by weight based on the entire resin composition.
  • the resin composition contains a fibrous reinforcing material.
  • the amount of the fibrous reinforcing material is 5 to 40% by weight of the entire resin composition, and the fibrous reinforcing material is glass fiber or carbon fiber.
  • the resin composition of the present invention is characterized in that the molded body is an injection molded body, and the bearing member is a crown-shaped resin cage for a rolling bearing.
  • the bearing member is a resin seal for a rolling bearing.
  • the rolling bearing of the present invention includes at least one bearing member of a crown-shaped resin cage and a resin seal as a constituent element, and the bearing member is a molded body of the resin composition.
  • the slide bearing of the present invention is a slide bearing used for machine parts, and is characterized by being a molded body of the resin composition.
  • the method for producing the resin composition of the present invention is characterized in that polycarbodiimide is melt-kneaded while being heated to a melting point or higher of the polyamide resin or the polyester resin.
  • the resin composition of the present invention is a resin composition obtained by blending a polycarbodiimide with a PA resin or a PTT resin, it is possible to simultaneously improve mechanical strength and toughness while ensuring excellent moldability.
  • the injection-molded product obtained from the resin composition of the present invention can be easily removed when it is taken out from the mold after injection molding, or suitable for applications involving deformation such as a snap fit during assembly or use.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the crown-shaped resin cage of FIG. 1 cut along a line XX. It is a cutaway perspective view of a resin seal. It is sectional drawing of a grease enclosure deep groove ball bearing. It is sectional drawing which shows one Embodiment of the resin-made sliding bearings of this invention. It is sectional drawing which shows other embodiment of the resin slide bearing of this invention. It is a schematic diagram of the friction abrasion test in this invention.
  • the injection molded product obtained from the resin composition of the present invention is obtained by injection molding a resin composition obtained by blending polycarbodiimide with a PA resin or a PTT resin.
  • the polyamide resin that can be used in the present invention includes polyamide 66 resin or polyamide 11 resin. Moreover, it can be set as the polymer alloy material with other engineering plastics or an elastomer.
  • any PTT resin having a polyester structure obtained by a reaction between terephthalic acid and 1,3-propanediol may be used.
  • Specific product names include DuPont; Sorona and Shell; Corterra.
  • it can be set as the polymer alloy material with other engineering plastics or an elastomer.
  • these PA resins or PTT resins may contain fibrous reinforcing materials such as glass fibers, carbon fibers, plant fibers, and mineral fibers.
  • fibrous reinforcing materials such as glass fibers, carbon fibers, plant fibers, and mineral fibers.
  • glass fibers or carbon fibers are preferable in order to maintain the mechanical strength of the bearing material.
  • the blending amount of the glass fiber or the carbon fiber is not particularly limited as long as the cage or the seal can be molded, but is preferably 5% by weight or more and 40% by weight or less, more preferably PA.
  • resin it is 10 wt% or more and 35 wt% or less
  • PTT resin it is 20 wt% or more and 35 wt% or less. If it is less than 5% by weight, the flexural modulus is small, the deformation at high speed is large, and the cage may be melted by contact with the outer ring.
  • the amount is more than 40% by weight, the elongation characteristic is small, and even when polycarbodiimide is added, there is a possibility that problems such as whitening may occur due to excessive removal during molding of the cage.
  • the polycarbodiimide that can be used in the present invention is a resin having a carbodiimide structure in the molecule.
  • the polycarbodiimide is obtained by subjecting a polyisocyanate and a monoisocyanate as a molecular weight regulator to a decarboxylation condensation reaction in the presence of a carbodiimidization catalyst.
  • organic diisocyanates are preferable, and examples thereof include aromatic diisocyanates, aliphatic diisocyanates, alicyclic diisocyanates, and mixtures thereof.
  • Examples of the monoisocyanate include phenyl isocyanate, tolyl isocyanate, dimethylphenyl isocyanate, cyclohexyl isocyanate, butyl isocyanate, and naphthyl isocyanate.
  • carbodiimidization catalyst examples include 3-methyl-1-phenyl-2-phospholene-1-oxide, 3-methyl-1-ethyl-2-phospholene-1-oxide, 1,3-dimethyl-2-phospholene- Illustrate 1-oxide, 1-phenyl-2-phospholene-1-oxide, 1-ethyl-2-phospholene-1-oxide, 1-methyl-2-phospholene-1-oxide and their double bond isomers Of these, 3-methyl-1-phenyl-2-phospholene-1-oxide, which is easily available industrially, is preferred.
  • An example of a commercially available product of polycarbodiimide is Carbodilite having a trade name of Nisshinbo Co., Ltd.
  • the blending amount of polycarbodiimide is 0.5% by weight or more and 6% by weight or less, preferably 3% by weight or more and 6% by weight or less based on the entire resin composition. If it is less than 0.5% by weight, the mechanical strength and elongation characteristics of the molded product cannot be sufficiently improved. If it exceeds 6% by weight, the adhesiveness is high at the time of melting, which may result in a molding defect that sticks to the mold at the time of molding, and the kneading and molding may not be carried out properly due to the high melt viscosity.
  • the resin composition of the present invention includes a deterioration inhibitor, a deterioration inhibitor, a moldability and a molded body that suppress deterioration due to heat, ultraviolet light, oxidation, hydrolysis, etc., depending on the use of the injection molded body obtained by injection molding.
  • Plasticizers, softeners, additives such as antistatic agents and conductive materials, dispersants, pigments and the like can be added to improve the flexibility.
  • a method for improving impact resistance such as rubber modification, or a method for improving heat resistance by introducing a crosslinking structure by a radical generator, a crosslinking agent, radiation or electron beam, etc.
  • an inorganic surface treatment such as diamond-like carbon (DLC) or an organic surface treatment such as a resin coating can be performed for the purpose of improving gas barrier properties, waterproofness, water repellency, heat resistance, lubricity and the like.
  • the production method of the present invention may be any means as long as it has a step of melting and kneading polycarbodiimide into the PA resin or PTT resin heated to the melting point of the resin or higher.
  • the melt-kneading step it is preferable to use a twin-screw kneading extruder or a side-feed twin-screw kneading extruder.
  • the melt-kneaded pellet can be used as a material for resin molding.
  • injection molding is preferable.
  • an injection-molded product obtained by injection molding the resin composition of the present invention a product having an unreasonable part when taken out from a mold after injection molding, a molded product is fastened with other parts, or as a product When used, it can be suitably applied to those accompanied by deformation such as snap fit.
  • the injection molded product obtained from the resin composition of the present invention can improve mechanical strength and toughness at the same time while ensuring excellent injection moldability. It can be manufactured without reducing the properties.
  • a crown-shaped resin cage for rolling bearings As an injection-molded body with a forced punching part and an injection-molded body that undergoes deformation during assembly and use, a crown-shaped resin cage for rolling bearings, a resin cage that requires assembly, or a resin seal for rolling bearings Etc.
  • FIG. 1 is a partially enlarged perspective view of a crown-shaped resin cage integrally molded with a resin composition
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the pocket of the crown-shaped resin cage shown in FIG. FIG.
  • the crown-shaped resin cage 1 for a rolling bearing is formed with a pair of opposed holding claws 3 on the upper surface of an annular cage body 2 at a constant pitch in the circumferential direction, and the opposed holding claws 3 approach each other.
  • a rolling element holding pocket 4 for holding a ball as a rolling element between the holding claws 3 is formed while bending in the direction.
  • a flat portion 5 serving as a rising reference surface for the holding claws 3 is formed between the back surfaces of the holding claws 3 adjacent to each other in the adjacent pockets 4.
  • a holding claw 3 having a height D is formed in the upper surface direction from the cage body 2 having a thickness C. Since the diameter A of the rolling element holding pocket 4 is larger than the punching diameter B of the mold, the bent tip 3a of the holding claw 3 is forcibly removed when it is taken out from the mold. Therefore, cracks and whitening may occur at the tip 3a. Since this invention uses the said resin composition, it can suppress the crack and whitening which generate
  • FIG. 3 shows an example of a resin seal for a rolling bearing according to the present invention.
  • FIG. 3 is a cutaway perspective view of a resin seal.
  • the resin seal 6 includes an outer peripheral edge 6a that is locked in a seal member locking groove formed on the inner diameter surface of the bearing outer ring, a metal plate (core metal) 6b that reinforces the seal member, and a bearing inner ring raceway. It has a seal lip 6d that is in sliding contact with a circumferential seal groove provided on both sides, and a notch 6c provided in the axial direction in the seal lip 6d.
  • the seal lip 6d or 6d ' is forcibly removed when taken out from the mold. Therefore, cracks and whitening may occur in this part. Since this invention uses the said resin composition, it can suppress the crack and whitening which generate
  • FIG. 4 shows an example of the rolling bearing of the present invention using the above crown-shaped resin cage and resin seal.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a grease-filled deep groove ball bearing.
  • an inner ring 8 having a rolling surface 8a on the outer peripheral surface and an outer ring 9 having a rolling surface 9a on the inner peripheral surface are arranged concentrically, and the inner ring rolling surface 8a and the outer ring rolling.
  • a plurality of rolling elements 10 are interposed between the surface 9a.
  • a deep groove ball bearing 7 is constituted by the crown type resin cage 1 holding the plurality of rolling elements 10 and the resin seal 6 fixed to the outer ring 9. Lubricating grease 11 is sealed around the rolling element 10.
  • the grease-filled deep groove ball bearing 7 may be manufactured using at least one selected from the crown-shaped resin cage 1 and the resin seal 6 by using the molded body of the present invention.
  • the lubrication system of the rolling bearing of the present invention may employ any method other than the above-described grease lubrication, such as oil lubrication, air-oil lubrication, solid lubrication.
  • the rolling bearing of the present invention may be any rolling bearing such as a ball bearing, a tapered roller bearing, a self-aligning roller bearing, or a needle roller bearing.
  • the injection molded product of the resin composition can be applied as a resin sliding bearing.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a resin sliding bearing showing an embodiment of the resin sliding bearing.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a resin sliding bearing showing another embodiment of the resin sliding bearing.
  • the sliding bearing 12 made of resin has an inner peripheral surface 13a of the cylindrical injection molded body 13 whose sliding surface with respect to the shaft is an outer peripheral surface of the cylindrical injection molded body 13 having an anti-sliding surface. 13b, and this outer peripheral surface 13b is fixed to a mating member (not shown).
  • Injection molded body 13 is a resin composition obtained by blending polycarbodiimide in a PA resin made of polyamide 66 resin and / or polyamide 11 resin, or PTT resin in an amount of 0.5 to 6% by weight based on the whole resin composition. Is injection-molded.
  • the resin sliding bearing 14 has a sliding surface which is an injection-molded body 15 of a resin composition, which is an anti-sliding surface, and a metal firing which becomes a lubricating oil supply layer 16 on the back surface of the injection-molded body 15 of the resin composition. A combined layer is formed. Instead of using the metal sintered body layer, the injection molded body 15 itself of the resin composition may be a lubricating oil supply layer.
  • the shape of the resin sliding bearing 14 includes a flanged bush type (FIG. 6A), a thrust type (FIG. 6B), a radial type (FIG. 6D), a thrust and radial mixed type (FIG. 6). (C), (e)), etc., and an optimum bearing shape can be selected in accordance with the shape of the sliding portion. Moreover, it can also be set as the shape which provided the groove
  • GF represents glass fiber, and the two-digit number following GF represents the blending amount (% by weight) of the glass fiber contained in the material.
  • Polyamide 66 / GF25 manufactured by BASF; Ultramid A3HG5
  • Polyamide 11 / GF30 manufactured by Arkema; Rilsan BZM30 0TL
  • Polyamide 11 / GF30 manufactured by Arkema; Rilsan BMNO (4)
  • Glass fiber made by Owens Corning; CS03-JAFT756D (5) Carbon fiber: manufactured by Toho Natex; HTAC6 (6) PTT resin / GF30: manufactured by DuPont; Sorona 3GT (7)
  • Polycarbodiimide Nisshinbo Co., Ltd .; Carbodilite LA-1
  • Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 6 The resin and the fibrous reinforcing material were melt-kneaded using a twin-screw kneading extruder under the composition and conditions shown in Table 1, and pelletized using a pelletizer.
  • the obtained pellets were molded into No. 1 dumbbells (JIS K 7113) with an injection molding machine to obtain dumbbell test pieces.
  • the obtained dumbbell specimen was subjected to a bending test (three-point bending; JIS K 7171) shown below.
  • Table 1 shows the bending strength, bending strain at bending strength, and bending elastic modulus.
  • the moldability was evaluated and the resin-made cage test piece was obtained.
  • This cage test piece is A: 4.2 mm ⁇ , B: 3.6 mm, C: 3.6 mm, D: 0.6 mm in the shape shown in FIG.
  • the obtained resin cage test piece was subjected to the high-speed rotation test 1 shown below to evaluate the high-speed rotation, and the cage overall evaluation shown below was performed together with the moldability.
  • the obtained dumbbell test piece was subjected to the friction and wear test shown below, and the specific wear amount when used as a resin seal was measured to evaluate the wear resistance. The results are also shown in Table 1.
  • the obtained dumbbell test piece is subjected to a bending test (three-point bending) according to JIS K 7171, and the bending strength, bending strain at bending strength, and bending elastic modulus are measured.
  • ⁇ Cage comprehensive evaluation> The cage shape shown in FIG. 1 that does not cause defects such as whitening and can be rotated at a high speed is evaluated as being excellent in comprehensive evaluation, and is marked with a “ ⁇ ” mark in the cage molding or high-speed rotation test. If any of them has a defect, it is evaluated as inferior to the comprehensive evaluation, and “x” marks are recorded respectively.
  • FIG. 7 is a diagram showing a Sabang type friction and wear tester.
  • FIG. 7A shows a front view
  • FIG. 7B shows a side view.
  • the ring-shaped test piece 17 is attached to the rotating shaft 18, and the steel plate 20 is fixed to the air slider 21 of the arm portion 19.
  • the ring-shaped test piece 17 is rotationally contacted with a steel plate 20 [SCM415 carburized and tempered product (Hv 700, surface roughness Ra 0.01 ⁇ m)] while a predetermined load 22 is applied from above.
  • the frictional force generated when the ring-shaped test piece 17 is rotated is detected by the load cell 23.
  • the wear state of the test piece operated for a predetermined time was confirmed by the specific wear amount. Test conditions are shown below.
  • Opponent material SUJ2 Temperature: Room temperature Evaluation time: 1 hour
  • Examples 9 to 11 and Comparative Example 7 The resin and the fibrous reinforcing material were melt-kneaded using a twin-screw kneading extruder under the composition and conditions shown in Table 2, and pelletized using a pelletizer.
  • the obtained pellets were molded into No. 1 dumbbells (JIS K 7113) with an injection molding machine to obtain dumbbell test pieces.
  • the obtained dumbbell test piece was subjected to the bending test (3-point bending; JIS K 7171), and the bending strength, bending strain at bending strength, and bending elastic modulus are shown in Table 2.
  • the moldability was evaluated and a cage specimen was obtained.
  • This cage test piece is A: 4.2 mm ⁇ , B: 3.6 mm, C: 3.4 mm, D: 0.8 mm in the shape shown in FIG.
  • the obtained cage test piece was subjected to the high-speed rotation test 2 shown below, the high-speed rotation property was evaluated, and the above-described overall cage evaluation was performed together with the moldability.
  • the obtained dumbbell test piece was used for the above-mentioned friction wear test, the specific wear amount when it was used as a seal member was measured, and wear resistance was evaluated. The results are also shown in Table 2.
  • the cage shape is forcibly removed without changing the blending composition of the filler even when the blending amount of the glass fiber is large with PTT resin, which could not be molded conventionally. It became possible to perform injection molding having Further, in the high-speed rotation test 2, the strength and bending elastic modulus are improved, so that even when the same centrifugal force is applied, the amount of deformation is reduced, and the contact between the cage and the outer ring is suppressed. I was able to improve. In addition, from the overall evaluation of cages, even with PTT resin materials that could not be molded with the conventional cage shape, the addition of polycarbodiimide improves the elongation characteristics, and the injection molding with the forced release of the cage shape is possible.
  • An injection molded body which is a bearing member using the resin composition of the present invention, is formed by injection molding a resin composition obtained by adding a predetermined amount of polycarbodiimide to PA resin or PTT resin. (Extensibility) and bending elastic modulus are improved, and an injection-molded article that simultaneously satisfies a high elastic modulus and a high elongation characteristic that enables forcible removal during molding is obtained. For this reason, it can utilize suitably as a crown type cage material for rolling bearings, a sealing member, or a sliding bearing.

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Abstract

 転がり軸受に使われる射出成形体である冠型樹脂製保持器および樹脂製シール、ならびに樹脂製すべり軸受等の射出成形時の流動性を確保しながら、軸受部材として使用できる機械的強度および靭性を高める。成形体として軸受部材に用いられるものであり、ポリアミド樹脂またはポリエステル樹脂にポリカルボジイミドを配合してなり、ポリアミド樹脂がポリアミド66樹脂およびポリアミド11樹脂から選ばれる少なくとも1つの樹脂であり、ポリエステル樹脂がポリトリメチレンテレフタレート樹脂であり、ポリカルボジイミドは、樹脂組成物全体に対して0.5~6重量%配合されており、冠型樹脂製保持器1はこの樹脂組成物を射出成形して得られる。

Description

樹脂組成物およびその製造方法、ならびに、転がりおよびすべり軸受
 本発明は樹脂組成物およびその製造方法、ならびに、転がりおよびすべり軸受に関する。
 樹脂製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。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、転がり軸受のトルクが大きくなる。また、上記摩擦が大きくなることで、軸受の発熱を引き起こす原因となる。さらに、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場合がある。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保持器は、重要な軸受部材となる。
 このような転がり軸受の高速回転時の保持器の変形を抑えるためには、保持器に用いられる樹脂組成物の機械的強度や弾性率を大きくする必要がある。そのため、通常はガラス繊維など繊維状強化材の配合量を増やすことで対応している。
 ところで転がり軸受の1種である深溝玉軸受の樹脂製保持器には「冠型保持器」が用いられている。この冠型保持器は、射出成形による製造時に、玉を保持する空間を形成するための半球状の金型が成形直後の成形体の爪を押し広げて成形体を取り出す「無理抜き」が問題となることがある。このとき繊維状強化材の配合量が多く、曲げ強度と曲げ歪み(伸び)が小さい樹脂組成物、特にポリトリメチレンテレフタレート(以下、PTTという)樹脂組成物では無理抜き時の変形を許容できず、ポケット内径面にクラックや白化といった不具合が生じる場合がある。同様の課題が樹脂製シールの成形時に生じることがあり、リップの無理抜き成形時には材料が自身の変形を許容できず、白化・クラックが生じて成形できないことがある。
 この無理抜き対策として、保持器形状を工夫し、無理抜き時の負荷を軽減した事例が報告されている(特許文献1参照)。しかし、このような形状の保持器では必ずしも保持器の設計を高強度にすることができない。また、保持器形状で無理抜き負荷を低減することは軸受組み込み後の鋼球の保持力を小さくすることと同義であるため、好ましくない。このため、高い弾性率を持ちながらも、成形時の無理抜きを可能とするような高い伸び特性を同時に満たす樹脂材料が求められている。これまでこのような樹脂材料は存在しなかった。
 一方、生分解性プラスチック材料にカルボジイミド化合物を配合することにより生分解速度を調節した生分解性プラスチック組成物が知られている(特許文献2参照)。
 また、高温の酸性媒体中における加水分解に対する耐性を改良することを目的に、ポリアミド樹脂100質量部に対して、脂肪族または脂環式カルボジイミド0.01~20質量部を含有するポリアミド樹脂組成物が知られている(特許文献3参照)。
 また、高温の酸性媒体中における加水分解に対する耐性と、耐油性および耐ハロゲン化金属塩性を改良することを目的に、ポリアミド樹脂に対し脂肪族カルボジイミド化合物を配合するポリアミド樹脂組成物が知られている(特許文献4参照)。
 また、耐加水分解性と耐油性と耐熱エージング性に優れた熱可塑性共重合ポリエステル樹脂組成物の提供を目的に、熱可塑性共重合ポリエステル樹脂100重量部に対して、モノカルボジイミド化合物および/またはポリカルボジイミド化合物0.01~10重量部を配合してなる熱可塑性共重合ポリエステル樹脂組成物が知られている(特許文献5参照)。
 しかしながら、従来カルボジイミド化合物は、加水分解性などの化学的特性を改良することを目的に配合されており、カルボジイミド化合物を配合することにより、保持器形状などの無理抜き負荷を低減して、軸受部材として使用できるような高い弾性率と高い伸び特性を同時に満たす樹脂組成物が得られることは知られていなかった。
特開2008-215610号公報 特許第3776578号 特開2006-176597号公報 特開平11-343408号公報 特開2000-281887号公報
 本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、転がり軸受に使われる射出成形体である冠型樹脂製保持器および樹脂製シール、ならびに樹脂製すべり軸受等の射出成形時の流動性を確保しながら、軸受部材として使用できる機械的強度および靭性を高めることができる樹脂組成物の提供を目的とする。
 本発明の樹脂組成物は、成形体として軸受部材に用いられるものであり、ポリアミド樹脂またはポリエステル樹脂にポリカルボジイミドを配合してなり、上記ポリアミド樹脂がポリアミド66樹脂およびポリアミド11樹脂から選ばれる少なくとも1つの樹脂(以下、PA樹脂という)であり、上記ポリエステル樹脂がPTT樹脂であり、上記ポリカルボジイミドは、樹脂組成物全体に対して0.5~6重量%配合されていることを特徴とする。
 また、上記樹脂組成物が繊維状補強材を含有することを特徴とする。該繊維状補強材の配合量は、樹脂組成物全体の5~40重量%であり、また、該繊維状補強材は、ガラス繊維または炭素繊維であることを特徴とする。
 本発明の樹脂組成物は、上記成形体が射出成形体であり、上記軸受部材が転がり軸受用冠型樹脂製保持器であることを特徴とする。また、上記軸受部材が転がり軸受用樹脂製シールであることを特徴とする。
 本発明の転がり軸受は、冠型樹脂製保持器および樹脂製シールの少なくとも1つの軸受部材を構成要素として含み、該軸受部材が上記樹脂組成物の成形体であることを特徴とする。
 また、本発明のすべり軸受は、機械部品に用いられるすべり軸受であって、上記樹脂組成物の成形体であることを特徴とする。
 本発明の樹脂組成物の製造方法は、上記ポリアミド樹脂または上記ポリエステル樹脂の融点以上に加熱しながらポリカルボジイミドを溶融混練することを特徴とする。
 本発明の樹脂組成物は、PA樹脂またはPTT樹脂にポリカルボジイミドを配合してなる樹脂組成物であるので、優れた成形性を確保したまま、機械的強度と靭性を同時に向上させることができる。その結果、本発明の樹脂組成物より得られる射出成形体は、射出成形後の金型より取り出すときに無理抜きとなる、または、組み立て時や使用時にスナップフィットのような変形を伴う用途に好適に使用できる。例えば、複雑で薄肉形状の高強度の転がり軸受用冠型樹脂製保持器および転がり軸受用樹脂製シール、ならびに樹脂製すべり軸受が射出成形により製造可能となる。
冠型樹脂製保持器の部分拡大斜視図である。 図1の冠型樹脂製保持器のポケットをX-X線で切断した一部断面図である。 樹脂製シールの切り欠き斜視図である。 グリース封入深溝玉軸受の断面図である。 本発明の樹脂製すべり軸受の一実施形態を示す断面図である。 本発明の樹脂製すべり軸受の他の実施形態を示す断面図である。 本発明における摩擦摩耗試験の概要図である。
 本発明の樹脂組成物より得られる射出成形体は、PA樹脂またはPTT樹脂にポリカルボジイミドを配合してなる樹脂組成物を射出成形して得られる。
 本発明に用いることができるポリアミド樹脂としては、ポリアミド66樹脂またはポリアミド11樹脂が挙げられる。また、他のエンジニアリングプラスチックやエラストマーとのポリマーアロイ材とすることができる。
 本発明に用いることができるPTT樹脂としては、テレフタル酸と1,3-プロパンジオールとの反応により得られるポリエステル構造を有するPTT樹脂であればどのようなものでもよい。具体的な商品名としてはデュポン社製;ソロナ、シェル社製;コルテラ等が挙げられる。また、他のエンジニアリングプラスチックやエラストマーとのポリマーアロイ材とすることができる。
 また、これらのPA樹脂またはPTT樹脂にはガラス繊維、炭素繊維、植物繊維、鉱物繊維等の繊維状強化材を含んでもよい。繊維状強化材の中で、軸受材料の機械的強度を維持するためには、ガラス繊維または炭素繊維であることが好ましい。
 ガラス繊維または炭素繊維の配合量としては保持器またはシールを成形可能な配合量ならどの程度でもよいが、樹脂組成物全体に対して、5重量%以上40重量%以下が好ましく、より好ましくはPA樹脂の場合は10重量%以上35重量%以下であり、PTT樹脂の場合は20重量%以上35重量%以下である。5重量%未満であると曲げ弾性率が小さく、高速回転時の変形が大きく、保持器が外輪との接触によって溶融する場合がある。40重量%より多い場合には、伸び特性が小さく、ポリカルボジイミドを添加しても、保持器の成形時に無理抜きによって白化等の問題が生じる可能性がある。
 本発明に使用できるポリカルボジイミドは、分子内にカルボジイミド構造を有する樹脂である。ポリカルボジイミドは、ポリイソシアナートと、分子量調節剤としてのモノイソシアネートとをカルボジイミド化触媒の存在下で脱炭酸縮合反応させることにより得られる。ポリイソシアナートとしては、有機ジイソシアナート類が好ましく、例えば芳香族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネートやこれらの混合物を挙げることができ、具体的には、1,5-ナフタレンジイソシアネート、4,4'-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4'-ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサン-1,4-ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン-4,4'-ジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、2,6-ジイソプロピルフェニルイソシアネート、1,3,5-トリイソプロピルベンゼン-2,4-ジイソシアネート等を例示することができる。また、モノイソシアネートとしては、例えば、フェニルイソシアネート、トリルイソシアネート、ジメチルフェニルイソシアネート、シクロヘキシルイソシアネート、ブチルイソシアネート、ナフチルイソシアネート等を例示することができる。
 カルボジイミド化触媒としては、例えば、3-メチル-1-フェニル-2-フォスフォレン-1-オキシド、3-メチル-1-エチル-2-フォスフォレン-1-オキシド、1,3-ジメチル-2-フォスフォレン-1-オキシド、1-フェニル-2-フォスフォレン-1-オキシド、1-エチル-2-フォスフォレン-1-オキシド、1-メチル-2-フォスフォレン-1-オキシドおよびこれらの二重結合異性体を例示することができ、これらの中で工業的に入手の容易な3-メチル-1-フェニル-2-フォスフォレン-1-オキシドが好ましい。ポリカルボジイミドの市販品としては、日清紡績社製商品名のカルボジライトが挙げられる。
 ポリカルボジイミドの配合量としては樹脂組成物全体に対して、0.5重量%以上、6重量%以下、好ましくは、3重量%以上、6重量%以下である。0.5重量%未満では、成形体の機械的強度および伸び特性を十分に高めることができない。6重量%をこえると溶融時に粘着性が高く、成形時に金型に貼り付く成形不良となる場合があり、また、溶融粘度が高いために適切に混練や成形を実施できない場合がある。
 本発明の樹脂組成物には、射出成形で得られる射出成形体の用途に応じて、熱、紫外線、酸化や加水分解等による劣化を抑制する劣化抑制剤や劣化防止剤、成形性や成形体の柔軟性を向上する為の可塑剤、柔軟剤、帯電防止剤や導電材等の添加剤、分散剤や顔料等を添加することができる。また成形体の耐衝撃性を向上するための、例えばゴム変性等の耐衝撃性向上手法や、ラジカル発生剤、架橋剤、放射線や電子線等による架橋構造の導入による耐熱性向上手法を用いることができる。その他、ガスバリア性や防水性、撥水性、耐熱性、潤滑性向上等を目的にダイヤモンドライクカーボン(DLC)など無機物系表面処理や樹脂コーティングなどの有機物系表面処理を施すことができる。
 本発明の製造方法は、樹脂の融点以上に加熱された上記PA樹脂またはPTT樹脂にポリカルボジイミドを溶融混練する工程を有する形態であればどのような手段でもよい。溶融混練する工程は、二軸混練押出機またはサイドフィード式二軸混錬押出機を用いることが好ましい。溶融混練されたペレットは樹脂成形の材料として利用できる。成形方法としては、射出成形が好ましい。
 本発明の樹脂組成物を射出成形して得られる射出成形体の態様として、射出成形後の金型より取り出すときに無理抜き部を有するものや、成形体を他部品と締結したり、製品として使用したりする際にスナップフィットのような変形を伴うものに好適に応用できる。
 本発明の樹脂組成物より得られる射出成形体は優れた射出成形性を確保したまま、機械的強度と靭性を同時に向上させることができるので、無理抜き部を有する射出成形体であっても生産性を低下させることなく製造できる。無理抜き部を有する射出成形体として、また組み立て時や使用時に変形を伴う射出成形体としては、転がり軸受用冠型樹脂製保持器や組み立てを要する樹脂製保持器、または転がり軸受用樹脂製シールなどが挙げられる。
 本発明の軸受部材である転がり軸受用冠型樹脂製保持器の一例を図1および図2に示す。図1は樹脂組成物を一体成形した冠型樹脂製保持器の部分拡大斜視図であり、図2は図1に示す冠型樹脂製保持器のポケットをX-X線で切断した一部断面図である。転がり軸受用冠型樹脂製保持器1は、環状の保持器本体2上面に周方向に一定ピッチをおいて対向一対の保持爪3を形成し、その対向する各保持爪3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3間に転動体としてのボールを保持する転動体保持用ポケット4を形成したものである。また、隣接するポケット4における相互に隣接する保持爪3の背面相互間に、保持爪3の立ち上がり基準面となる平坦部5が形成される。
 この保持器を射出成形する場合、図2に示すように、厚さCを有する保持器本体2より上面方向に高さDの保持爪3を形成している。転動体保持用ポケット4の直径Aが金型の抜き径Bよりも大きいので、保持爪3のわん曲している先端部3aは、金型から取り出すときに無理抜きされる。そのため、この先端部3a部分に亀裂や白化が生じる場合がある。本願発明は上記樹脂組成物を用いるので、この無理抜き時に発生する亀裂や白化を抑えることができる。
 本発明の転がり軸受用樹脂製シールの一例を図3に示す。図3は樹脂製シールの切り欠き斜視図である。樹脂製シール6は、軸受外輪の内径面に形成されているシール部材係止溝に係止される外周縁部6aと、シール部材を補強する金属板(芯金)6bと、軸受内輪軌道の両側に設けられた周方向のシール溝に摺接するシールリップ6dと、シールリップ6dに軸径方向に設けられた切欠き6cとを有している。図3に示すシールを射出成形する場合、シールリップ6dまたは6d’は、金型から取り出すときに無理抜きされる。そのため、この部分に亀裂や白化が生じる場合がある。本願発明は上記樹脂組成物を用いるので、この無理抜き時に発生する亀裂や白化を抑えることができる。
 上記冠型樹脂製保持器と樹脂製シールとを用いた本発明の転がり軸受の一例を図4に示す。図4はグリース封入深溝玉軸受の断面図である。グリース封入深溝玉軸受7は、外周面に転走面8aを有する内輪8と内周面に転走面9aを有する外輪9とが同心に配置され、内輪の転走面8aと外輪の転走面9aとの間に複数個の転動体10が介在して配置される。この複数個の転動体10を保持する冠型樹脂製保持器1および外輪9に固定される樹脂製シール6により深溝玉軸受7が構成される。転動体10の周囲に潤滑グリース11が封入される。グリース封入深溝玉軸受7は冠型樹脂製保持器1および樹脂製シール6から選ばれた少なくとも一つが上記本願発明の成形体を用いて製造されていればよい。
 本発明の転がり軸受の潤滑方式は、上記したグリース潤滑以外に、油潤滑、エアオイル潤滑、固体潤滑等、どのような方法を採用してもよい。また、本発明の転がり軸受は、玉軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受等、任意の転がり軸受のいずれであってもよい。
 ポリカルボジイミドの添加によりPA樹脂またはPTT樹脂の耐摩耗性を向上させることができるので、樹脂組成物の射出成形体は樹脂製すべり軸受として適用できる。
 本発明の樹脂製すべり軸受を図5および図6により説明する。図5は、樹脂製すべり軸受の一実施形態を示す樹脂製すべり軸受の断面図である。図6は、樹脂製すべり軸受の他の実施形態を示す樹脂製すべり軸受の断面図である。図5に示すように、樹脂製すべり軸受12は、軸に対する摺動面が円筒形状の射出成形体13の内周面13aであり、反摺動面が円筒形状の射出成形体13の外周面13bであり、この外周面13bが相手材(図示せず)に固定される。射出成形体13は、ポリアミド66樹脂および/またはポリアミド11樹脂からなるPA樹脂、またはPTT樹脂に、ポリカルボジイミドを上記樹脂組成物全体に対して0.5~6重量%配合してなる樹脂組成物を射出成形したものである。
 図6(a)~図6(e)は、それぞれ樹脂製すべり軸受の断面図である。樹脂製すべり軸受14は、摺動面が樹脂組成物の射出成形体15であり、反摺動面であって、樹脂組成物の射出成形体15の裏面に潤滑油供給層16となる金属焼結体層がそれぞれ形成されている。なお、金属焼結体層を用いず、樹脂組成物の射出成形体15自体が潤滑油供給層であってもよい。樹脂製すべり軸受14の形状としては、フランジ付きブッシュ型(図6(a))、スラスト型(図6(b))、ラジアル型(図6(d))、スラストおよびラジアル混合型(図6(c)、(e))等があり、摺動部の形状に合わせて最適な軸受形状を選択できる。また、摺動面に溝を設けた形状とすることもできる。
 本発明の各実施例および各比較例において使用した材料を以下に示す。なお、GFはガラス繊維を、GFに続く2桁の数字は材料中に含まれるガラス繊維の配合量(重量%)を表す。
(1)ポリアミド66/GF25:BASF社製;UltramidA3HG5
(2)ポリアミド11/GF30:アルケマ社製;Rilsan BZM30 0TL
(3)ポリアミド11/GF30:アルケマ社製;Rilsan BMNO
(4)ガラス繊維:オーウェンスコーニング社製;CS03-JAFT756D
(5)炭素繊維:東邦ナテックス社製;HTAC6
(6)PTT樹脂/GF30:デュポン社製;ソロナ3GT
(7)ポリカルボジイミド:日清紡社製;カルボジライトLA-1
実施例1~実施例8および比較例1~比較例6
 表1に示す組成・条件で二軸混練押出機を用いて樹脂と繊維状補強材とを溶融混練し、ペレタイザーを用いてペレット化した。得られたペレットを射出成形機で1号ダンベル(JIS K 7113)に成形し、ダンベル試験片を得た。得られたダンベル試験片を以下に示す曲げ試験(3点曲げ;JIS K 7171)に供した。曲げ強さ、曲げ強さ時曲げ歪み、曲げ弾性率を表1に示す。また得られたペレットを用いて以下に示す保持器成形試験に供し、成形性を評価するとともに、樹脂製保持器試験片を得た。この保持器試験片は、図2に示す形状でA:4.2mmφ、B:3.6mm、C:3.6mm、D:0.6mmである。得られた樹脂製保持器試験片を以下に示す高速回転試験1に供し、高速回転性を評価し、成形性と合わせて以下に示す保持器総合評価を実施した。また、得られたダンベル試験片を以下に示す摩擦摩耗試験に供し、樹脂製シールとして用いた場合の比摩耗量を測定し、耐摩耗性を評価した。結果を表1に併記する。
<曲げ試験>
 得られたダンベル試験片をJIS K 7171に準拠する曲げ試験(3点曲げ;)に供し、曲げ強さ、曲げ強さ時曲げ歪み、曲げ弾性率を測定する。
<保持器成形試験>
 得られたペレットを用いて、図1に示す形状の保持器(深溝玉軸受用保持器、呼び番号608)の成形試験を行なった。良好に成形できたものは成形性に優れると評価して「○」印として、また保持爪3のわん曲している先端部3aに目視で外観上白化が生じたものは「白化」として、それぞれ記録する。
<高速回転試験1>
 得られた保持器試験片を組み込んだ軸受試験片を用いて以下に示す条件で高速回転試験を行なった。
 軸受試験片:608ZZ(NTN社製;外径22mm、内径8mm、幅7mm、鉄板シールド)
 封入グリース:マルテンプSRL(協同油脂社製)
 グリース封入量:空間容積比35体積%
 荷重:Fa=3kgf、
 回転数:60000rpmまたは80000rpm
 試験温度:室温
 評価時間:10min
 評価方法:回転数60000rpmまたは80000rpmと、回転可能時間(単位:min)との積である積算回転数が60000r以上であるものは、高速回転性が良好であると評価して「○」印を、特に80000r以上であるものは高速回転性に優れると評価して「◎」印を、高速回転で保持器が変形し、外輪等との接触によって樹脂が融解したものは「融解」を、それぞれ記録する。
<保持器総合評価>
 図1に示した保持器形状で白化等の不具合を生じることなく、かつ高速回転が可能であったものは総合評価に優れると評価して「○」印を、保持器成形または高速回転試験のどちらかに不具合のあったものを総合評価に劣ると評価して「×」印を、それぞれ記録する。
<摩擦摩耗試験>
 得られたダンベル形状の試験片を研磨紙(#2000)で研磨し、樹脂スキン層を除去した上で表面粗さを整えリング状試験片を得た。得られたリング状試験片を用いて摩擦摩耗試験をサバン型摩擦摩耗試験機にて行なった。図7はサバン型摩擦摩耗試験機を示す図である。図7(a)は正面図を、図7(b)は側面図をそれぞれ表す。回転軸18にリング状試験片17を取り付け、アーム部19のエアスライダー21に鋼鈑20を固定する。リング状試験片17は所定の荷重22を図面上方から印加されながら鋼鈑20〔SCM415浸炭焼入れ焼戻し処理品(Hv 700、表面粗さRa 0.01μm)〕に回転接触する。リング状試験片17を回転させたときに発生する摩擦力はロードセル23により検出される。所定時間運転した試験片の摩耗状況を比摩耗量で確認した。試験条件を以下に示す。
 相手材:SUJ2
 温度:室温
 評価時間:1時間
 周速:0.05m/sec
 荷重:200N 潤滑油:なし
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示すように、保持器成形試験において、強度と曲げ弾性率が向上することで、同じ遠心力が加わった場合でも変形量が小さくなり、保持器と外輪の接触が抑制された結果、積算限界回転数を向上させることができた。また、保持器総合評価から、ポリカルボジイミドを添加した実施例1~実施例8では曲げ歪み(伸び特性)が向上することで成形時の無理抜きが可能となり、また、弾性率が向上することで軸受として高速回転が可能となった。また、摩擦摩耗試験の結果から、ポリカルボジイミドを添加した材料では比摩耗量が抑えられ耐摩耗性が比較例に較べて最大2倍と大きく向上したことが分かった。
実施例9~実施例11および比較例7
 表2に示す組成・条件で二軸混練押出機を用いて樹脂と繊維状補強材とを溶融混練し、ペレタイザーを用いてペレット化した。得られたペレットを射出成形機で1号ダンベル(JIS K 7113)に成形し、ダンベル試験片を得た。得られたダンベル試験片を上述の曲げ試験(3点曲げ;JIS K 7171)に供し、曲げ強さ、曲げ強さ時曲げ歪み、曲げ弾性率を表2に示す。また得られたペレットを用いて上述の保持器成形試験に供し、成形性を評価するとともに、保持器試験片を得た。この保持器試験片は、図2に示す形状でA:4.2mmφ、B:3.6mm、C:3.4mm、D:0.8mmである。得られた保持器試験片を以下に示す高速回転試験2に供し、高速回転性を評価し、成形性と合わせて上述の保持器総合評価を実施した。また、得られたダンベル試験片を上述の摩擦摩耗試験に供し、シール部材として用いた場合の比摩耗量を測定し、耐摩耗性を評価した。結果を表2に併記する。
<高速回転試験2>
 得られた保持器試験片を組み込んだ軸受試験片を用いて以下に示す条件で高速回転試験を行なった。
 軸受試験片:608ZZ(NTN社製;外径22mm、内径8mm、幅7mm、鉄板シールド)
 封入グリース:マルテンプSRL(協同油脂社製)
 グリース封入量:空間容積比35体積%
 荷重:Fa=3kgf、
 回転数:60000rpmまたは80000rpm
 試験温度:室温
 評価時間:10min
 評価方法:回転数60000rpmまたは80000rpmと、回転可能時間(単位:min)との積である積算限界回転数が100000r以上であるものは、高速回転性が良好であると評価して「○」印を、高速回転で保持器が変形し、外輪等との接触によって樹脂が融解したものは「融解」を、それぞれ記録する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示すように、保持器成形試験において、従来では成形不可能であったPTT樹脂でガラス繊維の配合量が多い場合でも充填材の配合組成を変更することなく、保持器形状の無理抜きを有する射出成形が可能となった。また、高速回転試験2において、強度と曲げ弾性率が向上することで、同じ遠心力が加わった場合でも変形量が小さくなり、保持器と外輪の接触が抑制された結果、積算限界回転数を向上させることができた。また、保持器総合評価から、従来の保持器形状では成形不可能であったPTT樹脂材料でも、ポリカルボジイミドを添加することで、伸び特性が向上し、保持器形状の無理抜きを有する射出成形が可能となった。また、弾性率が向上することで、高速回転でも使用可能な樹脂製保持器となることが分かった。また、シール部材の摩擦摩耗試験の結果から、ポリカルボジイミドを添加したPTT樹脂材料では比摩耗量を抑えられ耐摩耗性が約2倍と向上することが分かった。
 本発明の樹脂組成物を用いた軸受部材である射出成形体は、PA樹脂またはPTT樹脂にポリカルボジイミドを所定量添加した樹脂組成物を射出成形して形成することで、曲げ強度、曲げ歪み(伸び性)および曲げ弾性率が向上し、高い弾性率と、成形時の無理抜きを可能とするような高い伸び特性とを同時に満たす射出成形体となる。このため、転がり軸受用冠型保持器材やシール部材、すべり軸受として好適に利用できる。
  1  転がり軸受用冠型樹脂製保持器
  2  保持器本体
  3  保持爪
  4  ポケット
  5  平坦部
  6  樹脂製シール
  7  グリース封入深溝玉軸受
  8  内輪
  9  外輪
 10  転動体
 11  潤滑グリース
 12  樹脂製すべり軸受
 13、15 樹脂組成物の射出成形体
 14  樹脂製すべり軸受
 16  基材または金属焼結体
 17  リング状試験片
 18  回転軸
 19  アーム部
 20  鋼鈑
 21  エアスライダー
 22  荷重
 23  ロードセル

Claims (10)

  1.  成形体として軸受部材に用いられ、ポリアミド樹脂またはポリエステル樹脂にポリカルボジイミドを配合してなる樹脂組成物であって、
     前記ポリアミド樹脂が、ポリアミド66樹脂およびポリアミド11樹脂から選ばれる少なくとも1つの樹脂であり、
     前記ポリエステル樹脂が、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂であり、
     前記ポリカルボジイミドは、樹脂組成物全体に対して0.5~6重量%配合されていることを特徴とする樹脂組成物。
  2.  前記樹脂組成物が繊維状補強材を含有することを特徴とする請求項1記載の樹脂組成物。
  3.  前記繊維状補強材の配合量は、前記樹脂組成物全体の5~40重量%であることを特徴とする請求項2記載の樹脂組成物。
  4.  前記繊維状補強材は、ガラス繊維または炭素繊維であることを特徴とする請求項2記載の樹脂組成物。
  5.  前記成形体が射出成形体であり、前記軸受部材が転がり軸受用冠型樹脂製保持器であることを特徴とする請求項1記載の樹脂組成物。
  6.  前記軸受部材が転がり軸受用樹脂製シールであることを特徴とする請求項1記載の樹脂組成物。
  7.  冠型樹脂製保持器を構成要素として含む転がり軸受であって、前記冠型樹脂製保持器が請求項5記載の樹脂組成物の成形体であることを特徴とする転がり軸受。
  8.  樹脂製シールを構成要素として含む転がり軸受であって、前記樹脂製シールが請求項6記載の樹脂組成物の成形体であることを特徴とする転がり軸受。
  9.  機械部品に用いられるすべり軸受であって、
     該すべり軸受は、請求項1記載の樹脂組成物の成形体であることを特徴とするすべり軸受。
  10.  請求項1記載の樹脂組成物の製造方法であって、
     前記ポリアミド樹脂または前記ポリエステル樹脂の融点以上に加熱しながら前記ポリカルボジイミドを溶融混練することを特徴とする樹脂組成物の製造方法。
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