(57)【要約】【課題】高速回転用途の転がり軸受であっても、グリース潤滑で保持器の潤滑を良好に行うことができるようにする。【解決手段】保持器の形状とされたプラスチック成形品を、潤滑油とともに耐圧容器内に入れ、この容器内に二酸化炭素を導入して容器内の温度と圧力を上昇させて二酸化炭素を超臨界状態にすることにより、前記成形品に、潤滑油が溶解した（超臨界状態の）二酸化炭素を含浸させる。次に、前記容器内の二酸化炭素を徐々に排出して容器内を大気圧に戻すことにより、前記成形品に含浸された潤滑油と二酸化炭素のうち、潤滑油を成形品内に残して二酸化炭素のみを除去する。これにより、保持器４に潤滑油を含浸させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の保持器の製造方法であって、
プラスチック材料により所定形状の成形品を得る工程と、
前記成形品に、潤滑油が溶解した超臨界状態の二酸化炭素を含浸させる工程と、
前記含浸工程後の成形品から二酸化炭素を除去する工程と、を備えたことを特徴とする保持器の製造方法。
【請求項２】
内輪、外輪、転動体、保持器を備えた転がり軸受において、
前記保持器は、プラスチック材料により所定形状とされた成形品に、潤滑油が溶解した超臨界状態の二酸化炭素を含浸させた後、前記成形品から二酸化炭素を除去する方法で、前記プラスチック製保持器に潤滑油を含有させたものであることを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
工作機械の主軸の支持に使用される請求項２記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受の保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速回転する工作機械の主軸を支持する転がり軸受としては、例えば、アンギュラ玉軸受が使用されている。その保持器の材質としては、軽量で耐摩耗性が高く摩擦係数が小さいプラスチック材料（例えば、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド等）が使用されている。
下記の特許文献１には、ターボチャージャー用アンギュラ玉軸受の保持器として、全体が円筒状でその円周方向に亙って等間隔に複数のポケットを有する形状の保持器を、繊維強化熱可塑性ポリイミド樹脂を射出成形して作製することが記載されている。また、この保持器を高圧且つ高温の潤滑油中に浸漬することにより、保持器に潤滑油を含浸させることが記載されている。
【０００３】
下記の特許文献２には、高速回転時においても案内部を損傷し難く、変形も起こり難いアンギュラ玉軸受用保持器を得るために、ガラス転移温度が１００℃を超え、融点が２７０℃を超える樹脂に、繊維径２μｍ以下のウイスカーを充填した樹脂組成物で、保持器を作製することが記載されている。
一方、転がり軸受の潤滑としては、潤滑油の使用量が少なく、高速回転でトルクを低くできることから、グリース潤滑が再注目されている。しかし、ｄm ｎ値（ｄm ：転がり軸受の転動体ピッチ円直径（ｍｍ）、ｎ：回転速度（ｍｉｎ-1））が１４０万〜１５０万であるかこれを超える領域でグリース潤滑を行うと、保持器の潤滑が短時間で不十分となり、保持器の自励振動による騒音が発生する恐れがある。また、高速回転中に保持器の案内面と内輪または外輪の保持器案内面との偏った接触により、保持器案内面にエッジ摩耗が生じる恐れもある。そのため、前記領域の潤滑としては、グリース潤滑ではなく、オイルミスト潤滑やオイルエア潤滑を行っている。
【特許文献１】特開２００１−２４８６４９号公報
【特許文献２】特開２００２−１０６５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ｄm ｎ値が１４０万〜１５０万であるかこれを超える領域で使用される転がり軸受であっても、グリース潤滑で保持器の潤滑を良好に行うことができるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、転がり軸受の保持器の製造方法であって、プラスチック材料により所定形状の成形品を得る工程と、前記成形品に、潤滑油が溶解した超臨界状態の二酸化炭素を含浸させる工程と、前記含浸工程後の成形品から二酸化炭素を除去する工程と、を備えたことを特徴とする保持器の製造方法を提供する。
本発明はまた、内輪、外輪、転動体、保持器を備えた転がり軸受において、前記保持器は、プラスチック材料により所定形状とされた成形品に、潤滑油が溶解した超臨界状態の二酸化炭素を含浸させた後、前記成形品から二酸化炭素を除去する方法で、前記プラスチック製保持器に潤滑油を含有させたものであることを特徴とする転がり軸受を提供する。
【０００６】
本発明の転がり軸受は、工作機械の主軸の支持に好適に使用される。
本発明の方法によれば、保持器をなすプラスチックの分子間の自由体積に、潤滑油の分子が存在した状態となる。よって、単純な含油処理（高温高圧等の条件下でプラスチック保持器を潤滑油に浸漬する処理）とは異なり、保持器の表面近傍だけでなく、比較的内部にまで潤滑油が存在する。また、保持器をなすプラスチックが元々有していた自由体積に潤滑油が存在するため、半永久的に潤滑油は外部に滲出しないし、潤滑油の存在によって機械的強度が低下することもない。
【０００７】
本発明の方法においては、含浸工程により、潤滑油が溶解した超臨界状態の二酸化炭素がプラスチック成形品中に含浸される。超臨界状態の二酸化炭素は、温度が臨界温度（３１℃）以上で圧力が臨界圧力（７２．８気圧；７．３８ＭＰａ）以上になっている。超臨界状態の二酸化炭素は物質を溶解する能力が高く、超臨界状態の二酸化炭素と潤滑油を共存させると、この潤滑油は二酸化炭素に溶解した状態になる。
【０００８】
例えば、プラスチックを射出成形することにより保持器の形状とされた成形品を、潤滑油とともに耐圧容器内に入れ、この容器内に二酸化炭素を導入して容器内の温度と圧力を上昇させて二酸化炭素を超臨界状態にすることにより、前記成形品に、潤滑油が溶解した超臨界状態の二酸化炭素を含浸させることができる。そして、前記容器内の二酸化炭素を徐々に排出して容器内を大気圧に戻すことにより、前記成形品に含浸された潤滑油と二酸化炭素のうち、潤滑油を成形品内に残して二酸化炭素のみを除去することができる。容器内から二酸化炭素を全て排出した後に成形品を取り出し、必要に応じて、表面に付着した潤滑油を洗浄により除去してもよい。
【０００９】
含浸工程の温度は、二酸化炭素の臨界温度以上の温度であればよいが、二酸化炭素の臨界温度以上であって成形品を構成するプラスチック材料のガラス転移温度未満の温度とすることが好ましい。プラスチック材料がガラス転移温度を超えると、その自由体積は分子主鎖のミクロブラウン運動が可能になるまで増加するため、潤滑油が溶解した超臨界状態の二酸化炭素が成形品の内部のより深い部分に至るまで含浸され易くなる。そうなると、プラスチック材料中の各種添加剤（熱安定剤等）が成形品から出されて、成形品の物性が低下する恐れがある。
【００１０】
含浸工程の圧力は、二酸化炭素の臨界圧力以上の圧力であればよいが、潤滑油が溶解した（超臨界状態の）二酸化炭素をプラスチック成形品に効率よく含浸させるためには、より高い圧力とすることが好ましい。しかし、含浸工程を行う装置をより高圧に耐えられるものとするためには大掛かりで高額な装置が必要になる。装置の操作性や設備費等を考慮すると、含浸工程の圧力は、１００気圧以上３００気圧以下（１０．１３ＭＰａ以上３０．４ＭＰａ以下）の範囲が適当である。
【００１１】
含浸工程の処理時間は、プラスチック成形品の厚さや大きさ等を考慮して適宜設定される。
含浸工程で使用する潤滑油の量は、超臨界状態の二酸化炭素に対して概ね飽和溶解度となる量とする。
含浸工程後の成形品から二酸化炭素を除去する工程では、装置内の温度を、成形品を構成するプラスチックのガラス転移温度未満とすることが好ましい。前記工程の装置内の温度がガラス転移温度以上であると、プラスチック成形品の中から二酸化炭素が除去される際に、発泡が生じる可能性が高くなる。
【００１２】
本発明で使用するプラスチック材料としては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が二酸化炭素の臨界温度よりも高いものが好ましい。これにより、プラスチック成形品から二酸化炭素を除去する工程で発泡が生じることを防止できる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート（Ｔｇ６９℃），ポリブチレンフタレート（Ｔｇ４５℃）等のポリエステル系樹脂や、ポリアミド６（Ｔｇ５３℃），ポリアミド６６（Ｔｇ５７℃）等のポリアミド系樹脂が挙げられる。また、ポリスチレン（Ｔｇ１００℃），ポリカーボネート（Ｔｇ１４５℃）等が挙げられる。
【００１３】
さらに、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、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）、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（ＦＥＴ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂も挙げられる。
また、これらのプラスチック材料に、強化繊維（ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、）やウイスカー（チタン酸カリウムウイスカー、硼酸アルミニウムウイスカー）等の充填材を含有するものであってもよい。
【００１４】
本発明で保持器に含有させる潤滑油としては、二酸化炭素への溶解性を考慮して、炭化水素を基本構造とする鉱油、ポリα−オレフィン油、ポリフェニルエーテル油（アルキルジフェニルエーテル油等）、芳香族又は脂肪族カルボン酸系エステル油、ポリオールエステル油（ペンタエリスリトールテトラエステル等）が好適である。この中から、転がり軸受の潤滑に使用する潤滑剤の種類に合わせて選択することで、保持器と潤滑剤との濡れ性を良好にすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の方法で得られた保持器によれば、保持器と潤滑剤との濡れ性を良好にすることができるため、ｄm ｎ値が１４０万〜１５０万であるかこれを超える領域で使用される転がり軸受であっても、グリース潤滑で保持器の潤滑を良好に行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の第一実施形態に相当するアンギュラ玉軸受を示す断面図である。
このアンギュラ玉軸受は、内輪１、外輪２、玉（転動体）３、保持器４を備えている。この保持器４は外輪案内タイプであり、外輪２の内周面の軌道面を除く部分の両側が保持器案内面２１となっており、保持器４の径方向の動きが外輪２により規制されている。
【００１７】
この保持器４を以下の方法で作製した。
先ず、ビクトリックス社製のＰＥＥＫ「４５０Ｇ」を射出成形して保持器の形状の成形品を得た。次に、この成形品を、潤滑油であるアルキルジフェニルエーテル（松村石油研究所製「モレスコハイルーブＬＢ１００」）とともに耐圧容器内に入れ、この容器内に二酸化炭素を導入して容器内の温度を１００℃まで上昇させるとともに、圧力を２０ＭＰａまで上昇させて６０分間保持した。これにより、容器内の二酸化炭素が超臨界状態になり、容器内の成形品に、潤滑油が溶解した二酸化炭素が含浸された。
【００１８】
次に、容器内の二酸化炭素を徐々に排出して容器内を大気圧に戻すことにより、成形品に含浸された潤滑油と二酸化炭素のうち、潤滑油を成形品内に残して二酸化炭素のみを除去した。次に、容器内から取り出した保持器を洗浄した。
図２は本発明の第二実施形態に相当するアンギュラ玉軸受を示す断面図である。このアンギュラ玉軸受は、内輪１、外輪２、玉（転動体）３、保持器４を備えている。この保持器４は外輪案内タイプであり、外輪２の内周面の軌道面を除く部分の片側が保持器案内面２２となっており、保持器４の径方向の動きが外輪２により規制されている。
【００１９】
この保持器４を以下の方法で作製した。
先ず、ポリプラスチックス（株）製のカーボン繊維３０質量％入りＰＰＳ「フォートロン２１３０Ａ１」を射出成形して保持器の形状の成形品を得た。次に、この成形品を、潤滑油であるアルキルジフェニルエーテル（松村石油研究所製「モレスコハイルーブＬＢ１００」）とともに耐圧容器内に入れ、この容器内に二酸化炭素を導入して容器内の温度を１００℃まで上昇させるとともに、圧力を２０ＭＰａまで上昇させて６０分間保持した。これにより、容器内の二酸化炭素が超臨界状態になり、容器内の成形品に、潤滑油が溶解した二酸化炭素が含浸された。
【００２０】
次に、容器内の二酸化炭素を徐々に排出して容器内を大気圧に戻すことにより、成形品に含浸された潤滑油と二酸化炭素のうち、潤滑油を成形品内に残して二酸化炭素のみを除去した。次に、容器内から取り出した保持器を洗浄した。
図３は本発明の第三実施形態に相当するアンギュラ玉軸受を示す断面図である。このアンギュラ玉軸受は、内輪１、外輪２、玉（転動体）３、保持器４を備えている。この保持器４は内輪案内タイプであり、内輪１の外周面の軌道面を除く部分の両側が保持器案内面１１となっており、保持器４の径方向の動きが内輪１により規制されている。
【００２１】
この保持器４を以下の方法で作製した。
先ず、宇部興産（株）製のガラス繊維３０質量％入りポリアミド６６「ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６」を射出成形して保持器の形状の成形品を得た。次に、この成形品を、潤滑油であるアルキルジフェニルエーテル（松村石油研究所製「モレスコハイルーブＬＢ１００」）とともに耐圧容器内に入れ、この容器内に二酸化炭素を導入して容器内の温度を１００℃まで上昇させるとともに、圧力を２０ＭＰａまで上昇させて６０分間保持した。これにより、容器内の二酸化炭素が超臨界状態になり、容器内の成形品に、潤滑油が溶解した二酸化炭素が含浸された。
【００２２】
次に、容器内の二酸化炭素を徐々に排出して容器内を大気圧に戻すことにより、成形品に含浸された潤滑油と二酸化炭素のうち、潤滑油を成形品内に残して二酸化炭素のみを除去した。次に、容器内から取り出した保持器を洗浄した。
図４は本発明の第四実施形態に相当する単列円筒ころ軸受を示す断面図である。この単列円筒ころ軸受は、内輪１、外輪２、ころ（転動体）３１、保持器４を備えている。この保持器４は外輪案内タイプであり、外輪２の内周面のうち、ころ３１との転がり接触部を除く両側の部分が保持器案内面２１となっており、保持器４の径方向の動きが外輪２により規制されている。
【００２３】
この保持器４を以下の方法で作製した。
先ず、三井化学（株）製のカーボン繊維３０質量％入り熱可塑性ポリイミド「ＡＵＲＵＭ  ＪＣＮ３０３０」を射出成形して保持器の形状の成形品を得た。次に、この成形品を、潤滑油であるアルキルジフェニルエーテル（松村石油研究所製「モレスコハイルーブＬＢ１００」）とともに耐圧容器内に入れ、この容器内に二酸化炭素を導入して容器内の温度を１００℃まで上昇させるとともに、圧力を２０ＭＰａまで上昇させて６０分間保持した。これにより、容器内の二酸化炭素が超臨界状態になり、容器内の成形品に、潤滑油が溶解した二酸化炭素が含浸された。
【００２４】
次に、容器内の二酸化炭素を徐々に排出して容器内を大気圧に戻すことにより、成形品に含浸された潤滑油と二酸化炭素のうち、潤滑油を成形品内に残して二酸化炭素のみを除去した。次に、容器内から取り出した保持器を洗浄した。
図５は本発明の第五実施形態に相当する複列円筒ころ軸受を示す断面図である。この複列円筒ころ軸受は、内輪１、外輪２、ころ（転動体）３１、保持器４を備えている。この保持器４はころ案内タイプであり、ころ３１の周面が保持器案内面となっており、保持器４の径方向の動きがころ３１により規制されている。
【００２５】
この保持器４を以下の方法で作製した。
先ず、ポリプラスチックス（株）製のカーボン繊維３０質量％入りＰＰＳ「フォートロン２１３０Ａ１」を射出成形して保持器の形状の成形品を得た。次に、この成形品を、潤滑油であるアルキルジフェニルエーテル（松村石油研究所製「モレスコハイルーブＬＢ１００」）とともに耐圧容器内に入れ、この容器内に二酸化炭素を導入して容器内の温度を１００℃まで上昇させるとともに、圧力を２０ＭＰａまで上昇させて６０分間保持した。これにより、容器内の二酸化炭素が超臨界状態になり、容器内の成形品に、潤滑油が溶解した二酸化炭素が含浸された。
【００２６】
次に、容器内の二酸化炭素を徐々に排出して容器内を大気圧に戻すことにより、成形品に含浸された潤滑油と二酸化炭素のうち、潤滑油を成形品内に残して二酸化炭素のみを除去した。次に、容器内から取り出した保持器を洗浄した。
第五実施形態では、保持器４が内輪１および外輪２と接触しない構造となっている。この場合、保持器４の自重は、保持器４のポケットところ３１との間に加わり、この部分の油膜が切れやすくなる。よって、本発明の方法で作製された保持器４を使用することによる潤滑特性の向上効果が大きいものとなる。
【００２７】
ここで、ガラス繊維（含有量は３０質量％）で強化されたポリアミド６６（宇部興産株式会社製「ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６」）で板状成形品を作製し、これをそのまま試験片としたもの（比較例）と、これに以下の方法で潤滑油を含浸させた試験片（実施例）の両方について、動摩擦係数の測定を行った。
先ず、板状成形品を、潤滑油であるポリαオレフィン油（モービルケミカルプロダクツインターナショナルインク製「Ｍｏｂｉｌ  ＳＨＦ−８２」）とともに耐圧容器内に入れ、この容器内に二酸化炭素を導入して容器内の温度を１００℃まで上昇させるとともに、圧力を２０ＭＰａまで上昇させて６０分間保持した。これにより、容器内の二酸化炭素が超臨界状態になり、容器内の成形品に、潤滑油が溶解した二酸化炭素が含浸された。
【００２８】
次に、容器内の二酸化炭素を徐々に排出して容器内を大気圧に戻すことにより、成形品に含浸された潤滑油と二酸化炭素のうち、潤滑油を成形品内に残して二酸化炭素のみを除去した。次に、容器内から取り出した保持器を洗浄した。
両試験片の動摩擦係数を、相手材をＳＰＣＣ材として、動摩擦係数測定装置を用いて測定した。その結果、比較例の動摩擦係数に対する実施例の動摩擦係数の比は０．７であった。よって、本発明の方法でプラスチック成形品に潤滑油を含浸させることにより、潤滑特性が改善されることが分かる。
【実施例】
【００２９】
本発明の方法と従来の方法でそれぞれ保持器を作製し、これらの保持器を組み込んだ転がり軸受を動トルク試験機にかけて回転させ、回転速度と動トルクとの関係を調べた。
試験軸受は図１に示す構造のアンギュラ玉軸受であり、その寸法は内径：７０ｍｍ、外径：１１０ｍｍ、玉ピッチ円直径：９０ｍｍである。
サンプルNo. １では、図１に示す形状の保持器４を以下の方法で作製した。
先ず、カーボン繊維を３０質量％含有するＰＥＥＫ（ビクトリックス社製の「ＰＥＥＫ４５０ＣＡ３０」）を射出成形して保持器の形状の成形品を得た。次に、この成形品を、潤滑油であるポリオールエステル油（日本油脂（株）製の「ユニスターＨ３８１Ｒ」）とともに耐圧容器内に入れ、この容器内に二酸化炭素を導入して容器内の温度を１００℃まで上昇させるとともに、圧力を２０ＭＰａまで上昇させて６０分間保持した。これにより、容器内の二酸化炭素が超臨界状態になり、容器内の成形品に、潤滑油が溶解した二酸化炭素が含浸された。
【００３０】
次に、容器内の二酸化炭素を徐々に排出して容器内を大気圧に戻すことにより、成形品に含浸された潤滑油と二酸化炭素のうち、潤滑油を成形品内に残して二酸化炭素のみを除去した。次に、容器内から取り出した保持器を洗浄した。
サンプルNo. ２では、図１に示す形状の保持器４を、No. １と同じ材料を射出成形して保持器の形状とすることにより作製した。
サンプルNo. ３では、図１に示す形状の保持器４を、綿入りフェノール樹脂により作製した。
各サンプルの軸受を、基油の４０℃での動粘度が２０×１０-6ｍ2 ／ｓであるグリースで潤滑し、アキシャル荷重１０００Ｎを付与し、回転速度５０００、１００００、１５０００、２００００（ｍｉｎ-1）で回転させて、動トルクを測定した。その結果を図６にグラフで示す。
【００３１】
このグラフから分かるように、本発明の実施例に相当する（保持器が本発明の方法で作製された）サンプルNo. １の軸受は、回転速度が１５０００ｍｉｎ-1以上、すなわち、ｄm ｎ値が１３５万（＝１．５万ｍｉｎ-1×９０ｍｍ）以上の高速回転領域において、本発明の比較例に相当する（保持器が本発明と異なる方法で作製された）サンプルNo. ２、３の軸受よりも、動トルクが２０〜３０％程度小さくなっている。そのため、サンプルNo. １の軸受は、サンプルNo. ２、３の軸受よりも、グリース潤滑で、高速回転領域での温度上昇を抑えることができる。
この結果から分かるように、本発明の方法で作製された保持器を備えた軸受は、ｄm ｎ値が１３５万以上の高速回転領域で良好な潤滑特性が得られて、温度上昇を抑えることができるため、工作機械の主軸を支持する転がり軸受として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一実施形態に相当するアンギュラ玉軸受を示す断面図である。
【図２】本発明の第二実施形態に相当するアンギュラ玉軸受を示す断面図である。
【図３】本発明の第三実施形態に相当するアンギュラ玉軸受を示す断面図である。
【図４】本発明の第四実施形態に相当する単列円筒ころ軸受を示す断面図である。
【図５】本発明の第五実施形態に相当する複列円筒ころ軸受を示す断面図である。
【図６】実施例で行った試験結果により得られた、軸受の回転速度と動トルクとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１  内輪
１１  保持器案内面
２  外輪
２１  保持器案内面
２２  保持器案内面
３  玉（転動体）
３１  ころ（転動体）
４  保持器
【図１】
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【図２】
2006220295.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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