(57)【要約】【課題】軌道面の摩耗が進行した場合であっても、フレーキングや焼き付きなどの不具合の発生を抑制でき、軸受寿命に優れる樹脂製スラスト軸受を提供することを目的とする。【解決手段】スラスト玉軸受１は、軌道面２ｃを有する軌道輪２と、軌道面３ｃを有する軌道輪３と、軌道面２ｃおよび軌道面３ｃ間に転動自在に配置された複数の玉５と、玉５を円周方向にわたって等間隔に保持する保持器４とを備え、軌道輪２、軌道輪３、および保持器４は樹脂組成物の成形体であり、該軸受の軸方向において保持器４と軌道輪２、および保持器４と軌道輪３との間にそれぞれ隙間６、７を有し、これら隙間６、７の隙間長さは、それぞれスラスト玉軸受１の転動体外径の０．１５％以上０．５％未満である。【選択図】図１
2020112213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軌道面を有する第１の軌道輪と、第２の軌道面を有する第２の軌道輪と、前記第１の軌道面および前記第２の軌道面間に転動自在に配置された複数の転動体と、前記転動体を円周方向にわたって等間隔に保持する保持器とを備える樹脂製スラスト軸受であって、
前記第１の軌道輪、前記第２の軌道輪、および前記保持器は樹脂組成物の成形体であり、
前記樹脂製スラスト軸受は、該軸受の軸方向において前記保持器と前記第１の軌道輪、および前記保持器と前記第２の軌道輪との間にそれぞれ隙間を有し、これら隙間の隙間長さは、それぞれ前記樹脂製スラスト軸受の転動体外径の０．１５％以上０．５％未満であることを特徴とする樹脂製スラスト軸受。
【請求項２】
前記樹脂製スラスト軸受の転動体外径が１／４インチであり、前記隙間の隙間長さがそれぞれ０．０１〜０．０３ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の樹脂製スラスト軸受。
【請求項３】
前記第１の軌道輪および前記第２の軌道輪の樹脂組成物のベース樹脂と、前記保持器の樹脂組成物のベース樹脂とが、異なる種類の樹脂材であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の樹脂製スラスト軸受。
【請求項４】
前記第１の軌道輪および前記第２の軌道輪の前記ベース樹脂が超高分子量ポリエチレン樹脂であり、前記保持器の前記ベース樹脂がフッ素樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の樹脂製スラスト軸受。
【請求項５】
前記転動体がセラミックスからなることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の樹脂製スラスト軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製スラスト軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ボール（玉）やローラ（ころ）等の転動体を有するスラスト軸受は、一対の軌道輪の軌道面間に転動体が回転自在に保持されたものであり、これら軌道輪が軸受鋼やステンレス鋼で形成された金属製軸受が多い。このような金属製スラスト軸受を、水中や薬品中、高湿度環境などのいわゆる腐食性雰囲気下で使用すると、たとえばステンレス鋼製軸受といえども軌道面や転動体の表面に腐食が起こる場合がある。
【０００３】
このような腐食の問題の対処として、合成樹脂で形成された樹脂製スラスト軸受が公知である。例えば、特許文献１に記載の樹脂製スラスト軸受においては、軌道面を有する一対の軌道輪と、複数の転動体を保持する保持器とが合成樹脂で形成されている。スラスト軸受は、アキシアル荷重が支持可能であり、使用時には転動体の回転に伴って保持器も回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１６１１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、樹脂製スラスト軸受は、使用時における転動体や保持器の動きを円滑にするため、該軸受の軸方向において保持器と一対の軌道輪との間に隙間を有している。例えば、内径５２ｍｍ、外径７０ｍｍ、幅１４ｍｍ、転動体外径１／４インチ（６．３５ｍｍ）の樹脂製スラスト軸受の場合、保持器と各軌道輪との隙間はそれぞれ０．２５ｍｍ程度（転動体外径の４％程度）に設定されている。従来の樹脂製スラスト軸受は、軌道面の摩耗が進行するとフレーキングや焼き付きなどの不具合が発生する可能性がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、軌道面の摩耗が進行した場合であっても、フレーキングや焼き付きなどの不具合の発生を抑制でき、軸受寿命に優れる樹脂製スラスト軸受の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の樹脂製スラスト軸受は、第１の軌道面を有する第１の軌道輪と、第２の軌道面を有する第２の軌道輪と、上記第１の軌道面および上記第２の軌道面間に転動自在に配置された複数の転動体と、上記転動体を円周方向にわたって等間隔に保持する保持器とを備える樹脂製スラスト軸受であって、上記第１の軌道輪、上記第２の軌道輪、および上記保持器は樹脂組成物の成形体であり、上記樹脂製スラスト軸受は、該軸受の軸方向において上記保持器と上記第１の軌道輪、および上記保持器と上記第２の軌道輪との間にそれぞれ隙間を有し、これら隙間の隙間長さは、それぞれ上記樹脂製スラスト軸受の転動体外径の０．１５％以上０．５％未満であることを特徴とする。
【０００８】
上記樹脂製スラスト軸受の転動体外径が１／４インチであり、上記隙間の隙間長さがそれぞれ０．０１〜０．０３ｍｍであることを特徴とする。
【０００９】
上記第１の軌道輪および上記第２の軌道輪の樹脂組成物のベース樹脂と、上記保持器の樹脂組成物のベース樹脂とが、異なる種類の樹脂材であることを特徴とする。
【００１０】
上記第１の軌道輪および上記第２の軌道輪の上記ベース樹脂が超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）樹脂であり、上記保持器の上記ベース樹脂がフッ素樹脂であることを特徴とする。
【００１１】
上記転動体がセラミックスからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の樹脂製スラスト軸受は、該軸受の軸方向において保持器と第１の軌道輪、および保持器と第２の軌道輪との間にそれぞれ隙間を有し、これら隙間の隙間長さは、それぞれ上記樹脂製スラスト軸受の転動体外径の０．１５％以上０．５％未満であるので、一般的な樹脂製スラスト軸受における隙間の隙間長さよりも短く設定されている。この場合、第１の軌道面および第２の軌道面の摩耗が進行した場合には、各軌道輪と保持器との間の隙間が減少し、隙間が消滅する程度までに各軌道面の摩耗が進行すると、各軌道輪と保持器とが接触し、すべり軸受として機能するようになる。そのため、ただちにフレーキングや焼き付きなどの不具合が発生することを抑制できる。その結果、従来の樹脂製スラスト軸受よりも長い製品寿命が得られる。
【００１３】
第１の軌道輪および第２の軌道輪の樹脂組成物のベース樹脂と、保持器の樹脂組成物のベース樹脂とが、異なる種類の樹脂材であるので、軌道輪および保持器に要求される特性に応じた樹脂成形体にできる。
【００１４】
第１の軌道輪および第２の軌道輪のベース樹脂がＵＨＭＷＰＥ樹脂であるので、耐衝撃性および摩擦摩耗特性に優れ、さらに、保持器のベース樹脂がフッ素樹脂であるので低摩擦特性に優れ、軌道輪や転動体と接触しても軌道輪や転動体を傷つけたり摩耗させることがない。特に、本発明の樹脂製スラスト軸受の構成では、軌道面の摩耗が進行した場合に保持器がすべり軸受として機能するため、保持器のベース樹脂にフッ素樹脂が適している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係るスラスト玉軸受の軸方向断面図などである。
【図２】スラスト軸受を水平配置した場合の保持器の落ち込みを示す図である。
【図３】摩擦試験の試験機の概略図である。
【図４】摩擦試験における軸受幅の測定箇所を示す図である。
【図５】摩擦試験後の軌道輪の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の樹脂製スラスト軸受を図１に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の軸受の一例であるスラスト玉軸受の軸方向断面図であり、図１（ｂ）は、一部拡大図である。図１（ａ）に示すように、スラスト玉軸受１は、互いに軸方向に対向する一対の軌道輪２、３と、転動体である玉５と、この玉５を周方向に一定間隔で保持する保持器４とを備えている。軌道輪２が第１の軌道輪であり、軌道輪３が第２の軌道輪である。玉５は、この一対の軌道輪２、３の各軌道面２ｃ、３ｃの間に複数個介在している。なお、転動体は玉に限定されず、ころ（円筒ころ、針状ころ等）であってもよい。
【００１７】
スラスト玉軸受の各構成について具体的に説明する。図１（ａ）に示すように、幅Ｗ１は、スラスト玉軸受１の軸方向長さであり、具体的には、軌道輪２の外側端面２ａから軌道輪３の外側端面３ａまでの長さである。外側端面２ａおよび外側端面３ａはそれぞれ平坦面からなっている。一方、図１（ｂ）に示すように、軌道輪２において、外側端面２ａの反対側の内側端面は、外側端面２ａに対して平行な平面２ｂと、該平面２ｂから凹んで形成される断面円弧状の軌道面２ｃとから構成される。同様に、軌道輪３の内側端面は、平面３ｂと軌道面３ｃとから構成される。軌道面２ｃおよび軌道面３ｃは、玉５の球形に沿って形成されており、厳密には玉の直径よりも僅かに大きい曲率にて形成されている。
【００１８】
保持器４は円環状の平板部材であり、複数のポケット４ａが周方向に沿って形成されている。保持器４は、軸方向端面として第１平面４ｂと第２平面４ｃをそれぞれ有する。ポケット４ａは、保持器４の第１平面４ｂから第２平面４ｂにわたり貫通して形成され、このポケット４ａに玉５が保持される。図１（ｂ）ではポケット４ａの断面形状は玉５の球形に沿った円弧状であるが、直線状であっても同様の効果が得られる。
【００１９】
スラスト玉軸受１において、各ポケット４ａに複数の玉５が保持された状態で、保持器４が軌道輪２と軌道輪３との間に配置される。具体的には、保持器４の第１平面４ｂが軌道輪２と対向し、保持器４の第２平面４ｃが軌道輪３と対向する。スラスト玉軸受１では一対の軌道輪２、３と玉５が接触しており、アキシアル荷重が支持可能となっている。一方、一対の軌道輪２、３と保持器４は接触しておらず、軸受の軸方向においてこれらの間には隙間６、７がそれぞれ設けられる。
【００２０】
図１（ｂ）において、隙間６の隙間長さＣ１は、該軸受の軸方向における、軌道輪２の平面２ｂから保持器４の第１平面４ｂまでの長さである。また、隙間７の隙間長さＣ２は、該軸受の軸方向における、軌道輪３の平面３ｂから保持器４の第２平面４ｃまでの距離である。隙間長さＣ１、Ｃ２は、周方向に一定の長さとなっている。なお、軌道輪２の幅（外側端面２ａから平面２ｂまでの軸方向長さ）をＷ２、軌道輪３の幅（外側端面３ａから平面３ｂまでの軸方向長さ）をＷ３、保持器４の幅（第１平面４ｂから第２平面４ｃまでの軸方向長さ）をＷ４とすると、スラスト玉軸受１において、Ｗ１＝Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４＋Ｃ１＋Ｃ２の関係が成立する。
【００２１】
ここで、本発明の樹脂製スラスト軸受は、従来の樹脂製スラスト軸受よりも、隙間長さＣ１、Ｃ２が短く設定されることを特徴としている。本発明では、隙間長さＣ１、Ｃ２を転動体外径の０．１５％以上０．５％未満に設定している。
【００２２】
具体的な数値で示すと、玉径が１／４インチ（６．３５ｍｍ）の場合に、Ｃ１およびＣ２がそれぞれ０．０１〜０．０３ｍｍに設定されることが好ましい。この場合、隙間長さＣ１、Ｃ２が０．０１ｍｍよりも小さいと、初期から保持器が軌道輪と接触するおそれがあり、初期の回転トルクが安定しない。また、隙間長さＣ１、Ｃ２が０．０３ｍｍより大きいと、摩耗により各軌道輪と保持器が摺動する前に不具合が発生するおそれがある。
【００２３】
本発明において、隙間長さＣ１および隙間長さＣ２は、略同一の長さであってもよく、異なる長さであってもよい。後者の場合、例えば、隙間長さＣ１を隙間長さＣ２よりも長くして、玉径が１／４インチ（６．３５ｍｍ）の場合で言えば、Ｃ１を０．０３ｍｍ、Ｃ２を０．０１ｍｍとしてもよい。もっとも、図２（ａ）のように転動体外径と保持器のポケット４ａには僅かな隙間があるため、スラスト軸受を図１のように水平に配置した場合、保持器は転動体よりもポケット隙間分落下するため、隙間長さＣ２よりも隙間長さＣ１が長くなる（図２（ｂ））。しかし、本発明において隙間長さＣ１、Ｃ２は、設計上の隙間長さとして定義するものであり、転動体外径の中心点と保持器ポケットの中心点を同じにした場合である。また、保持器がポケット隙間分落下することを見込み、保持器の第２平面４ｃを落下分削ることや、軌道輪３の平面３ｂを落下分削ることで隙間長さを等しくすることができる。ただし組み立て時の方向性を有するため組立時には注意が必要となる。
【００２４】
本実施形態の一対の軌道輪および保持器は、樹脂組成物の成形体である。これらを樹脂製とすることで、水中や薬品中、高湿度環境などの腐食雰囲気下での使用においても、軌道面などが腐食することを防ぐことができる。
【００２５】
一対の軌道輪および保持器を形成する樹脂組成物のベース樹脂は限定されないが、少なくともスラスト転がり軸受の使用条件（耐熱性、機械的強度など）に見合う特性、および組み立て性を有する必要がある。
【００２６】
一対の軌道輪および保持器を形成するベース樹脂としては、熱硬化性ポリイミド（ＰＩ）樹脂、熱可塑性ＰＩ樹脂、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、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（ＰＦＡ）樹脂、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂、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（ＦＥＰ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ＰＥ樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は単独で使用しても、２種類以上混合したポリマーアロイとしてもよい。
【００２７】
一対の軌道輪および保持器を形成するベース樹脂は、同じ種類の樹脂材を用いてもよく、異なる種類の樹脂材を用いてもよい。ただし、軌道輪、保持器それぞれの特性に見合った特性が得やすく、摺動時の凝着なども抑制できるため、異なる種類の樹脂材を用いることが好ましい。本発明では、軌道面の摩耗の進行によって、保持器が軌道輪の平面を摺動するため、摺動特性や摩耗特性などを考慮した樹脂材の組み合わせとすることが好ましい。
【００２８】
以上を考慮して、一対の軌道輪のベース樹脂としては、熱可塑性ＰＩ樹脂、ＰＥＫＥＫＫ樹脂、ＰＥＫ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＡＩ樹脂、ＰＡ樹脂、ＰＥ樹脂、ＰＯＭ樹脂などを用いることが好ましい。また、保持器のベース樹脂としては、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂などのフッ素樹脂を用いることが好ましい。これら中でも、融点２５０〜３１０℃で、かつ２８０〜３８０℃における溶融粘度が１×１０３〜１×１０６ポイズの範囲の射出成形可能なフッ素樹脂（溶融フッ素樹脂）がより好ましい。
【００２９】
ベース樹脂のより好ましい組み合わせとして、例えば、一対の軌道輪のベース樹脂にＰＥ樹脂、保持器のベース樹脂にＰＦＡ樹脂を用いることができる。ＰＥ樹脂は、低分子量から超高分子量まで幅広い分子量のＰＥ樹脂が上市されているところ、分子量が高いほど、材料物性、耐摩耗性が高いため、超高分子量ＰＥ（ＵＨＭＷＰＥ）樹脂が好ましい。
【００３０】
上記ベース樹脂に、必要に応じて、ガラス繊維、炭素繊維、芳香族ポリアミド繊維などの繊維状補強材や、ＰＴＦＥ樹脂、黒鉛などの固体潤滑剤、シリカ、炭酸カルシウム、マイカ、タルク、ウォラストナイトなどの無機充填材を配合して、所定の樹脂組成物とできる。一対の軌道輪および保持器は、以上のような樹脂組成物を用いて射出成形することで得られる。
【００３１】
転動体の材質は、特に限定されないが、腐食性雰囲気下における使用を考慮した場合、耐腐食性の点からセラミックスが好ましい。セラミックスとしては、例えば、窒化ケイ素、アルミナなどを用いることができる。このうち、合成樹脂製の軌道輪に対する摩耗の点から、アルミナが好ましい。
【００３２】
本実施形態のスラスト玉軸受１は、軌道輪２、３および保持器４が樹脂製であり耐腐食性に優れているため、水中や薬品中、高湿度環境などの腐食性雰囲気下でも長期間使用可能である。
【実施例】
【００３３】
実施例１
（１）スラスト玉軸受
以下に示す各構成部材を用いて、スラスト玉軸受を作製した。スラスト玉軸受の軸受サイズは、内径φ５２ｍｍ、外径φ７０ｍｍ、幅１４ｍｍであった。一対の軌道輪と保持器との隙間の隙間長さＣ１、Ｃ２は、それぞれ０．０２ｍｍであった。
【００３４】
（ｉ）軌道輪（第１の軌道輪および第２の軌道輪）
非射出成形性のＵＨＭＷＰＥ樹脂（三井化学社製、ハイゼックスミリオン２４０Ｓ）の圧縮成形体を機械加工して、内径φ５２ｍｍ、外径φ７０ｍｍ、幅５ｍｍの軌道輪を作製した。第１および第２の軌道輪用に、これを２つ作製した。
【００３５】
（ｉｉ）保持器
ＰＦＡ樹脂（ＡＧＣ社製、フルオンＰＦＡ  Ｐ−６３Ｐ）を射出成形して成形体を得た。得られた成形体を機械加工して、幅３．５ｍｍの保持器を作製した。
【００３６】
（ｉｉｉ）転動体
アルミナセラミックスからなる玉１／４インチ（６．３５ｍｍ）を２４個用いた。
【００３７】
（２）摩擦試験
作製したスラスト玉軸受を用いて、図３に示す摩擦試験機により摩擦試験を行った。図３は、摩擦試験機の概略を示している。摩擦試験機は、上部プレート１１と下部プレート１２とロードセル１３を有する。図３に示すように、スラスト玉軸受１は、上部プレート１１と下部プレート１２との間に挟持される。この場合、軌道輪２の外側端面が上部プレート１１と接触し、軌道輪３の外側端面が下部プレート１２と接触する。そして、下部プレート１２を固定し、上部プレート１１からアキシアル（スラスト）荷重１４をかけてスラスト玉軸受１を回転させることで、スラスト玉軸受の摩擦試験を行った。具体的には、軌道輪３を下部プレート１１に固定した状態で、上部プレート１１の回転によって軌道輪２を回転させ、玉を保持器４のポケット内で転動させる。なお、玉の転動により、保持器４も回転する。試験条件を下記の表１に示す。
【００３８】
【表１】
2020112213.tif 000003
【００３９】
試験開始後は、５０時間毎に試験を中断して、スラスト玉軸受の所定位置における軸受幅を測定した。この所定位置について図４を用いて説明する。図４では、スラスト玉軸受１の周方向の１箇所にマークを施して、その位置をＰとした。そして、位置Ｐから９０°時計回りに進んだ位置をＰ９０とし、位置Ｐから１８０°時計回りに進んだ位置をＰ１８０とし、位置Ｐから２７０°時計回りに進んだ位置をＰ２７０とした。試験では、図４に示す４箇所の位置における軸受幅をそれぞれ測定した。また、試験開始前の各位置における軸受幅から、試験後の各測定値を引くことで、摩耗量を算出した。測定結果を表２に示す。なお、スラスト玉軸受の軸受幅は、マイクロメータによって測定した。また、図５に、実施例１の摩擦試験後の軌道輪の状態を示す。
【００４０】
【表２】
2020112213.tif 000004
【００４１】
比較例１
隙間長さ０．０５ｍｍを用いた以外は、実施例１と同様にしてスラスト玉軸受を作製した。比較例１のスラスト玉軸受の軸受サイズは、内径φ５２ｍｍ、外径φ７０ｍｍ、幅１４ｍｍであった。一対の軌道輪と保持器との隙間の隙間長さＣ１、Ｃ２は、それぞれ０．０５ｍｍであった。作製した軸受を用いて、実施例１と同様の摩擦試験を実施した。試験結果を表３に示す。
【００４２】
【表３】
2020112213.tif 000005
【００４３】
表２に示すように、隙間長さを０．０２ｍｍとした実施例１では２５０時間後の摩耗量は最大で０．０２ｍｍであり、試験後の軌道面にフレーキングの発生は見られなかった。一方、隙間長さを０．０５ｍｍとした比較例１では、２００時間後の摩耗量は最大で０．０３ｍｍであり、軌道面にフレーキングが発生していたため、２００時間で試験を中止した。実施例１の軸受では隙間長さが比較例１の軸受よりも短く設定されているので、軌道輪の摩耗が進行しても、フレーキングや焼き付きなどの不具合が発生する前に、軌道輪と保持器とが摺動することですべり軸受としての効果が得られたと考えられる。実際に、図５に示すように、軌道輪の平面には保持器との摺動による摺動跡Ｔが確認できた。
【００４４】
以上のように本発明のスラスト転がり軸受は、各軌道輪と保持器との隙間の隙間長さがボール径の０．１５％以上０．５％未満であり、具体的には、０．０１〜０．０３ｍｍであるので、軌道面の摩耗が進行しても、軌道輪と保持器が摺動することですべり軸受として機能し、その結果、従来のスラスト軸受よりも軸受寿命を延長させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の樹脂製スラスト軸受は、耐腐食性に優れるとともに、軌道面の摩耗が進行した場合であっても、フレーキングや焼き付きなどの不具合の発生を抑制し、従来の樹脂製スラスト軸受よりも長い製品寿命を有する。これにより、耐腐食性雰囲気を有する種々の装置のスラスト軸受として広く適用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１  スラスト玉軸受
２  軌道輪（第１の軌道輪）
３  軌道輪（第２の軌道輪）
４  保持器
５  玉
６  隙間
７  隙間
【図１】
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【図２】
2020112213.tif 000007
【図３】
2020112213.tif 000008
【図４】
2020112213.tif 000009
【図５】
2020112213.tif 000010