(57)【要約】【課題】高面圧な環境下での使用においても軌道面の摩耗を抑制し、従来の樹脂製スラスト転がり軸受よりも長い製品寿命を有する樹脂製スラスト転がり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１１ａを有する軌道輪１１と、軌道面１２ａを有する軌道輪１２と、軌道面１１ａおよび軌道面１２ａとの間に転動自在に配置された複数の玉１３と、玉１３を円周方向にわたって等間隔に保持する保持器１４とを備え、軌道輪１１および軌道輪１２は樹脂組成物の成形体であり、該成形体の引張弾性率が３８００ＭＰａ以上であり、かつ、曲げ弾性率が３４００ＭＰａ以上である。【選択図】図１
2019002562.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の軌道面との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スラスト軸受であって、
前記第１の軌道輪および前記第２の軌道輪は樹脂組成物の成形体であり、
前記成形体の引張弾性率が３８００ＭＰａ以上であり、かつ、曲げ弾性率が３４００ＭＰａ以上であることを特徴とする樹脂製スラスト転がり軸受。
【請求項２】
前記保持器が樹脂組成物の成形体である請求項１記載の樹脂製スラスト転がり軸受。
【請求項３】
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または請求項２記載の樹脂製スラスト転がり軸受。
【請求項４】
前記第１の軌道輪および前記第２の軌道輪を形成する樹脂組成物は、繊維状補強材を含まない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転がり軸受。
【請求項５】
前記第１の軌道輪および前記第２の軌道輪を形成する樹脂組成物は、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をベース樹脂とす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転がり軸受。
【請求項６】
前記保持器を形成する樹脂組成物は、フッ素樹脂をベース樹脂とすることを特徴とする請求項２記載の樹脂製スラスト転がり軸受。
【請求項７】
前記成形体の引張弾性率が３８００ＭＰａ〜４２００ＭＰａであり、かつ、曲げ弾性率が３４００ＭＰａ〜４０００ＭＰａであることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項記載の樹脂製スラスト転がり軸受。
【請求項８】
前記第１の軌道輪を形成する樹脂組成物と前記第２の軌道輪を形成する樹脂組成物とが、同一組成の樹脂組成物であることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項記載の樹脂製スラスト転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中や薬品中、高湿度環境などの腐食性雰囲気下で使用される樹脂製スラスト転がり軸受に関する。
【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転がり軸受は、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転がり軸受を、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】
金属製スラスト転がり軸受の腐食は、軌道面や転動体の表面に比較的多いが、これら腐食を防止するためには、軸受に樹脂製の密閉用カバーを装着するなどの対策をとり、軸受に腐食性雰囲気を侵入させないことが一般的である。しかし、軸受を完全に密閉できるカバーを作製することは容易でないため、腐食の進行を確実に抑えることは困難であった。
【０００４】
このような腐食の問題の対処として、一対の軌道輪を合成樹脂で形成した樹脂製スラスト転がり軸受が公知である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
特許文献１に記載の樹脂製スラスト転がり軸受は、一対の軌道輪として、細糸もしくは太糸で編み上げた綿布を補強材としたフェノール樹脂、または、ガラス繊維を補強材としたエポキシ樹脂もしくはポリイミド樹脂のいずれかで形成された成形品を使用している。
【０００６】
また、特許文献２には、一対の軌道輪の材料として、フェノール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）樹脂、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）樹脂、モノマーキャストナイロン、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳＦ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリウレタン（ＰＵ）樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１８１３０２号公報
【特許文献２】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】
【０００８】
しかしながら、従来の樹脂製スラスト転がり軸受は、耐腐食性には優れているが、スラスト軸受としての使用における許容範囲が小さく、その使用が制限されていた。例えば、高面圧な環境下（例えば面圧２０ｋＰａを超える環境下）では、軌道面が摩耗してしまうおそれがある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高面圧な環境下での使用においても軌道面の摩耗を抑制し、従来の樹脂製スラスト転がり軸受よりも長い製品寿命を有する樹脂製スラスト転がり軸受の提供を目的とする。より具体的には、面圧２０ｋＰａを超える使用条件においても軌道面の摩耗が生じず、従来品と比較して２倍以上の製品寿命を有する樹脂製スラスト転がり軸受の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の樹脂製スラスト転がり軸受は、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の軌道面との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、上記第１の軌道輪および上記第２の軌道輪は樹脂組成物の成形体であり、上記成形体の引張弾性率が３８００ＭＰａ以上であり、かつ、曲げ弾性率が３４００ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００１１】
上記保持器が樹脂組成物の成形体であることを特徴とする。また、上記転動体がセラミックスからなることを特徴とする。
【００１２】
上記第１の軌道輪および上記第２の軌道輪を形成する樹脂組成物は、繊維状補強材を含まないことを特徴とする。また、上記第１の軌道輪および上記第２の軌道輪を形成する樹脂組成物は、芳香族ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）系樹脂をベース樹脂とすることを特徴とする。
【００１３】
上記保持器を形成する樹脂組成物は、フッ素樹脂をベース樹脂とすることを特徴とする。
【００１４】
上記成形体の引張弾性率が３８００ＭＰａ〜４２００ＭＰａであり、かつ、曲げ弾性率が３４００ＭＰａ〜４０００ＭＰａであることを特徴とする。また、上記第１の軌道輪を形成する樹脂組成物と上記第２の軌道輪を形成する樹脂組成物とが、同一組成の樹脂組成物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の樹脂製スラスト転がり軸受は、第１の軌道輪および第２の軌道輪が樹脂組成物の成形体であり、該成形体の引張弾性率が３８００ＭＰａ以上であり、かつ、曲げ弾性率が３４００ＭＰａ以上であるので、軌道輪としての剛性に優れ、高面圧（例えば面圧４０ｋＰａ）の環境下で使用しても、軌道面の摩耗が発生しない。これにより、従来の樹脂製スラスト転がり軸受よりも長い製品寿命が得られる。
【００１６】
保持器は樹脂組成物の成形体であるので、耐腐食性に優れる。また、金属製の保持器に比べ、軌道面と接触しても衝撃が小さいため、軌道面の摩耗を防ぐのに好適である。
【００１７】
転動体がセラミックスからなるので、耐腐食性に優れる。また、金属製の転動体に比べ、軌道面にかかる負担が小さいため、軌道面の摩耗を防ぐのに好適である。
【００１８】
第１の軌道輪および第２の軌道輪を形成する樹脂組成物に繊維状補強材を含まないことで、該繊維状補強材が軌道面から脱落して軌道面形状が粗くなることや脱落した繊維によって軌道面が摩耗することを防止でき、軌道面の耐摩耗性を向上させることができる。
【００１９】
第１の軌道輪および第２の軌道輪を形成する樹脂組成物は、芳香族ＰＥＫ系樹脂がベース樹脂であるので、耐熱性に優れ、高温雰囲気下でも使用可能である。また、摩擦摩耗特性にも優れるため、軌道面の耐摩耗性を向上させることができる。
【００２０】
さらに、保持器を形成する樹脂組成物は、フッ素樹脂がベース樹脂であるので、潤滑性に優れ、軌道面と接触しても軌道面を傷つけることがない。
【００２１】
第１の軌道輪および第２の軌道輪の成形体の引張弾性率が３８００ＭＰａ〜４２００ＭＰａであり、かつ、曲げ弾性率が３４００ＭＰａ〜４０００ＭＰａであるので、軌道輪としての剛性に優れ、高面圧（例えば面圧４０ｋＰａ）の環境下で使用しても、軌道面の摩耗が発生せず、従来の樹脂製スラスト転がり軸受よりも長い製品寿命が得られる。
【００２２】
第１の軌道輪を形成する樹脂組成物と第２の軌道輪を形成する樹脂組成物とが、同一組成の樹脂組成物であるので、部品の共有化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係るスラスト玉軸受の軸方向断面図である。
【図２】耐久試験の結果を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の樹脂製スラスト転がり軸受を図１に基づいて説明する。図１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る。図１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１１、１２と、転動体である玉１３と、この玉１３を周方向に一定間隔で保持する保持器１４とを備えている。軌道輪１１が第１の軌道輪であり、軌道輪１２が第２の軌道輪である。玉１３は、この一対の軌道輪１１、１２の断面円弧形状の各軌道面１１ａ、１２ａの間に複数介在している。スラスト玉軸受１において、一対の軌道輪１１、１２と玉１３は接触しており、アキシアル荷重が支持可能となっている。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。
【００２５】
本実施形態の軌道輪１１、１２は、後述する合成樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の成形体である。軌道輪１１、１２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、軌道面が腐食することを防ぐことができる。
【００２６】
さらに、軌道輪１１、１２は、それぞれ、引張弾性率が３８００ＭＰａ以上で、かつ、曲げ弾性率が３４００ＭＰａ以上である。つまり、軌道輪１１、１２は、いずれも剛性が極めて高いものとなっている。引張弾性率および曲げ弾性率の少なくともいずれかが上記数値未満であれば、高面圧な環境下（例えば面圧２０ｋＰａを超える環境下）において軌道面の摩耗が生じるおそれがある。なお、本発明における「引張弾性率」は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠して測定される温度２５℃での引張弾性率であり、「曲げ弾性率」は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定される温度２５℃での曲げ弾性率である。
【００２７】
軌道輪１１、１２を形成する樹脂組成物は、それぞれの成形体の引張弾性率が３８００ＭＰａ以上で、かつ、曲げ弾性率が３４００ＭＰａ以上となる樹脂組成物であれば、特に限定されず、スーパーエンジニアリングプラスチックなどを採用できる。上記数値範囲を満たすものであれば、第１の軌道輪の樹脂組成物と第２の軌道輪の樹脂組成物とが同一組成の樹脂組成物であっても、異なる組成の樹脂組成物であってもよい。第１の軌道輪と第２の軌道輪の形状が同じ場合、部品の共有化ができることから互いに同一組成の樹脂組成物を用いることが好ましい。また、この樹脂組成物は、合成樹脂をベース樹脂とし、エラストマーや無機充填材などを適宜配合して引張弾性率や曲げ弾性率を強化したグレードであってもよい。ただし、後述のとおり、繊維状補強材は含まないことが好ましい。
【００２８】
ベース樹脂とする合成樹脂としては、例えば、芳香族ＰＥＫ系樹脂を用いることができる。芳香族ＰＥＫ樹脂は、連続使用温度が２５０℃であり、耐熱性に優れるとともに、耐クリープ性や摩擦摩耗特性にも優れる。芳香族ＰＥＫ系樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）樹脂などがあり、これらの中でもＰＥＥＫ樹脂が好ましい。
【００２９】
この樹脂組成物は、上述のとおり、成形体の引張弾性率および曲げ弾性率がそれぞれ上記数値範囲を満たすものであればよく、各種充填材を配合してもよい。例えば、ＰＴＦＥ樹脂や黒鉛などの固体潤滑剤を配合できる。ＰＴＦＥ樹脂または黒鉛を配合する場合における該固体潤滑剤の配合量は、樹脂組成物全体に対して１〜１０質量％とすることが好ましい。より好ましくは２〜５質量％である。該固体潤滑剤の配合量をこの範囲とすることで、軌道面１１ａ、１２ａにおける潤滑性を向上させつつ、高剛性を維持することができる。
【００３０】
また、この樹脂組成物には炭素繊維およびガラス繊維などの繊維状補強材は含まないことが好ましい。仮に、樹脂組成物が繊維状補強材を含む場合には、軌道面１１ａ、１２ａに繊維状補強材が表出して脱落することが考えられる。この場合、軌道面形状が粗くなるばかりか脱落した繊維状補強材によって軌道面が摩耗するおそれがある。このような事象を防止するため、繊維状補強材を含まないことが好ましい。
【００３１】
これらを考慮して、軌道輪を形成する樹脂組成物としては、例えば、十分な引張弾性率と曲げ弾性率を有する芳香族ＰＥＫ系樹脂をベース樹脂とし、これにＰＴＦＥ樹脂や黒鉛などの固体潤滑剤を含み、かつ、繊維状補強材は含まないものが特に好ましい。さらに、該樹脂組成物の成形体の引張弾性率が３８００ＭＰａ〜４２００ＭＰａであり、かつ、曲げ弾性率が３４００ＭＰａ〜４０００ＭＰａであることが好ましい。
【００３２】
軌道輪１１、１２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。また、必要に応じて、機械加工による仕上げ加工を施してもよい。軌道輪１１、１２の内径Φは、例えば６０〜８０ｍｍであり、その場合の外径Φは、例えば８０〜１００ｍｍである。
【００３３】
転動体１３の材質は、特に限定されないが、腐食性雰囲気下におけるスラスト玉軸受１の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１１、１２に対する摩耗の点から、アルミナが好ましい。
【００３４】
保持器１４の材質は特に限定されないが、腐食性雰囲気下におけるスラスト玉軸受１の使用を考慮した場合、耐腐食性の点から樹脂製であることが好ましい。例えば、保持器１４は、フッ素樹脂、芳香族ＰＥＫ系樹脂、ＰＡＩ樹脂、ＰＰＳ樹脂などをベース樹脂とする樹脂組成物を成形して得られる。このうち、低摩擦性の点から、フッ素樹脂が好ましい。
【００３５】
フッ素樹脂としては、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、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、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体等が挙げられる。これらの樹脂は単独でも混合物としても使用できる。また、これらの中で、耐熱性および耐摩擦性に優れるＰＴＦＥ樹脂が好ましい。
【００３６】
また、保持器１４を形成する樹脂組成物に各種充填材を配合してもよい。例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、各種鉱物性繊維（ウィスカ）を配合して強度を高めてもよい。さらに、無機充填材などを配合してもよい。
【００３７】
本実施形態のスラスト玉軸受１は、軌道輪１１、１２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。さらに、軌道輪１１、１２が高剛性であるため、高面圧な環境下でも長期間にわたって使用可能である。特に、従来の樹脂製スラスト軸受の使用が困難であった面圧２０ｋＰａ以上の条件での使用に適している。例えば、面圧３０ｋＰａ以上の条件に適しており、面圧４０ｋＰａ以上の条件により適している。そのため、スラスト玉軸受１は、上記のような使用条件が想定される各種装置に広く適用することができる。
【実施例】
【００３８】
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。スラスト玉軸受の総厚は９．６ｍｍであった。なお、各実施例と比較例の軌道輪の組成と物性の一覧は表２に示すとおりである。各実施例と比較例において、一対の軌道輪はそれぞれ同じ組成の樹脂組成物を用いている。また、実施例および比較例でベース樹脂として用いるＰＥＥＫ樹脂について、実施例１〜３のＰＥＥＫ樹脂には同一グレードのＰＥＥＫ樹脂を用い、比較例１のＰＥＥＫ樹脂には、実施例１〜３のＰＥＥＫ樹脂とは異なるグレードのＰＥＥＫ樹脂を用いた。
【００３９】
（ｉ）軌道輪（第１の軌道輪および第２の軌道輪）
ベース樹脂としてＰＥＥＫ樹脂を用い、これにＰＴＦＥ樹脂３質量％を配合した樹脂組成物（表２の「ＰＥＥＫ１」）を射出成形し、外径Φ１００ｍｍ、内径Φ６０ｍｍ、厚さ４．５ｍｍの成形体を得た。得られた成形体を機械加工して、外径Φ９０ｍｍ、内径Φ７０ｍｍ、厚さ３.２ｍｍ、溝深さ１.２ｍｍの軌道輪を作製した。第１の軌道輪および第２の軌道輪用に、これを２つ作製した。
【００４０】
（ｉｉ）保持器
ベース樹脂としてＰＴＦＥ樹脂を用い、これにアラミド繊維１０質量％を配合した樹脂組成物を成形し、機械加工により保持器を作製した。
【００４１】
（ｉｉｉ）転動体
アルミナセラミックスからなる１／４インチの玉（ボール）を２９個用いた。
【００４２】
（２）評価
（ｉ）引張弾性率
軌道輪の作製に用いた樹脂組成物を射出成形して得られた試験用小片を用いて、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準じた引張試験を実施し、引張弾性率を測定した。
【００４３】
（ｉｉ）曲げ弾性率
軌道輪の作製に用いた樹脂組成物を射出成形して得られた試験用小片を用いて、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準じた曲げ試験を実施し、曲げ弾性率を測定した。
【００４４】
（ｉｉｉ）耐久試験
作製したスラスト玉軸受を用いて、下記の表１に示す運転条件にて耐久試験を行った。試験開始後は、１週間毎に試験を中断して軌道面を確認し、その都度継続使用（試験続行）の可否を判断した。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
実施例２
軌道輪の作製において、ＰＥＥＫ樹脂のみからなる樹脂組成物（表２の「ＰＥＥＫ２」）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、各評価を実施した。
【００４７】
実施例３
軌道輪の作製において、ベース樹脂としてＰＥＥＫ樹脂を用い、これに黒鉛粉末３質量％を配合した樹脂組成物（表２の「ＰＥＥＫ３」）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、各評価を実施した。
【００４８】
比較例１
軌道輪の作製において、ＰＥＥＫ樹脂のみからなる樹脂組成物（表２の「ＰＥＥＫ４」）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、各評価を実施した。
【００４９】
表２に評価結果を示す。また、図２に実施例１、実施例２、および比較例１における耐久試験後の軌道面の状態を示す。
【００５０】
【表２】
2019002562.tif 000004
【００５１】
表２に示すように、実施例１〜実施例３の軌道輪はいずれも、引張弾性率が３８００ＭＰａ以上で、かつ、曲げ弾性率が３４００ＭＰａ以上であったのに対して、比較例１の軌道輪は、曲げ弾性率が４０００ＭＰａを超えるものの、引張弾性率が３８００ＭＰａ未満であった。耐久試験では、図２に示すように、実施例１および実施例２は、１６８０時間（１０週間）の運転後も軌道面に顕著な変化は認められなかった。そのため、更なる継続使用が可能であると考えられる。一方、比較例１は、５０４時間（３週間）の運転後において、軌道面の摩耗が認められた。そのため、継続使用は困難であると判断し、その時点で耐久試験を中断した。
【００５２】
以上のように各実施例のスラスト玉軸受は、軌道輪が、引張弾性率３８００ＭＰａ以上、かつ、曲げ弾性率３４００ＭＰａ以上の合成樹脂製であるため、アキシアル荷重が４０ｋＰａ以上といった、従来のスラスト玉軸受が使用可能な荷重の２倍以上の高荷重条件でも使用可能であることが認められた。なお、１６８０時間運転後の軌道面の状態が最も良かったのは実施例２のスラスト玉軸受であった。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の樹脂製スラスト転がり軸受は、耐腐食性に優れるとともに、高面圧な環境下での使用においても軌道面の摩耗を抑制し、従来の樹脂製スラスト転がり軸受よりも長い製品寿命を有するので、耐腐食性雰囲気を有す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】
【００５４】
１  スラスト玉軸受
１１  軌道輪
１２  軌道輪
１３  玉
１４  保持器
【図１】
2019002562.tif 000005
【図２】
2019002562.tif 000006