(57)【要約】      （修正有）【課題】ポリフェニレンサルファイド樹脂特有の耐熱性や耐薬品性を維持しつつ、機械的強度を改善し、更には高温のギアオイルにも十分な耐性を有する保持器を備え、信頼性を高めた転がり軸受を提供する。【解決手段】少なくとも内輪１２、外輪１１、保持器１４及び転動体１３を備える転がり軸受１０の保持器１４を、ポリフェニレンサルファイド樹脂に、少なくとも炭素繊維と、樹脂組成物全量に対し０．１〜３０質量％のナノフィラーとを配合した樹脂組成物で形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも内輪、外輪、保持器及び転動体を備える転がり軸受において、
前記保持器が、ポリフェニレンサルファイド樹脂に、少なくとも炭素繊維と、樹脂組成物全量に対し０．１〜３０質量％のナノフィラーとを配合した樹脂組成物からなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記ナノフィラーが、ポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサンであることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成樹脂製保持器を備える転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受では、軽量化や低トルク化、低摩耗化等を目的として、合成樹脂製の保持器を用いることがある。この合成樹脂製保持器は、耐熱性に優れるポリアミド樹脂に、補強材としてガラス繊維を配合したガラス繊維強化ポリアミド樹脂を成形したものが多く使用されている。
【０００３】
また、ポリアミド樹脂よりも耐熱性に優れ、更に耐薬品性にも優れるポリフェニレンサルファイド樹脂を樹脂成分とする保持器も使用されてきている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２４８５４号公報
【特許文献２】特開２００６−２０７６８４号公報
【特許文献３】特開平１０−８２４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ポリフェニレンサルファイド樹脂は、ポリアミド樹脂に比べて耐熱性や耐薬品性に優れるものの、衝撃強度等に劣るという問題がある。そのため、ポリフェニレンサルファイド樹脂製の保持器は、乱雑な取り扱いを受けたり、軸受使用中に大きな衝撃を受けたりすると、亀裂等の破損が発生するおそれがある。
【０００６】
また、軸受として一般的な深溝玉軸受に用いられる冠型保持器に使用した場合、玉の圧入時にポケットに割れが発生する可能性が高いことから、ポケット径を大きくする対策が採られている。しかし、このような設計変更で対処するのではなく、材料からの対処も望まれている。
【０００７】
更には、ポリフェニレンサルファイド樹脂はポリアミド樹脂に比べて耐油性にも優れるものの、過酷環境下での使用、例えば高温下、極圧添加剤を多量に含有するギアオイルでの使用を想定すると、必ずしも十分な耐性を備えているとは言えず、極圧添加剤の酸化劣化により発生する酸性物質により、劣化が進行することも容易に想定される。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ポリフェニレンサルファイド樹脂特有の耐熱性や耐薬品性を維持しつつ、機械的強度を改善し、更には高温のギアオイルにも十分な耐性を有する保持器を備え、信頼性を高めた転がり軸受を提供することを目的とる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は下記の転がり軸受を提供する。
（１）少なくとも内輪、外輪、保持器及び転動体を備える転がり軸受において、前記保持器が、ポリフェニレンサルファイド樹脂に、少なくとも炭素繊維と、樹脂組成物全量に対し０．１〜３０質量％のナノフィラーとを配合した樹脂組成物からなることを特徴とする転がり軸受。
（２）前記無機ナノフィラーが、ポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサンであることを特徴とする上記（１）記載の転がり軸受。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の転がり軸受に用いる保持器は、ポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサン等のナノフィラーを介してポリフェニレンサルファイド分子のネットワーク構造が構築されており、ポリフェニレンサルファイド樹脂特有の耐熱性や耐薬品性が維持されるとともに、機械的強度が向上している。そのため、この保持器は取り扱いが容易であり、ポケット径を大きくするような設計変更の必要も無くなり、更には極圧添加剤を多量に含有するギアオイル中のような過酷な環境下での耐性が向上する。従って、本発明の転がり軸受は、信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の転がり軸受の一例（玉軸受）を示す断面図である。
【図２】図１に示す玉軸受に組み込まれる保持器の一例（冠型保持器）を示す斜視図である。
【図３】本発明の転がり軸受の他の例（アンギュラ玉軸受）を示す断面図である。
【図４】図３に示すアンギュラ玉軸受に組み込まれる保持器の一例を示す斜視図である。
【図５】図３に示すアンギュラ玉軸受に組み込まれる保持器の他の例を示す斜視図である。
【図６】保持器の他の例（円錐ころ軸受用）を示す斜視図である。
【図７】保持器の更に他の例（円筒ころ軸受用）を示す斜視図である。
【図８】保持器の更に他の例（針状ころ軸受用）を示す斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
本発明において、転がり軸受は、その構造には制限がなく、例えば図１に示す玉軸受１０を例示することができる。図示される玉軸受１０は、外周面に内輪軌道１２ａを有する内輪１２と、内周面に外輪軌道１１ａを有する外輪１１と、複数個の転動体である玉１３と、玉１３を等配で分割して配置するための保持器１４と、軸受内への異物の侵入を防止するシール１５とを備える。シール１５は、冷延鋼板に亜鉛メッキを施したもの等からなる金属製の内輪非接触タイプや、同種の鋼板を芯金とし、周辺部に弾性材を配設してなるゴムシールタイプ（内輪非接触、内輪接触）であってもよい。また、保持器１４は、図２に斜視図で示すように「冠型保持器」と呼ばれるものであり、円環状の主部２０と、主部２０の片面に設けられ周方向に等間隔で配置された複数の弾性片２１とを備えており、互いに間隔をあけて配置された一対の弾性片２１の間には、玉１３を転動自在に保持する複数のポケット２２が形成されている。また、本発明では、保持器１４を下記に示す樹脂組成物製とする。
【００１４】
樹脂組成物の樹脂成分には、耐熱性及び耐薬品性に優れるポリフェニレンサルファイド樹脂を用いる。また、ポリフェニレンサルファイド樹脂は吸水性も低く、吸水による膨潤が少なく寸法安定性にも優れる。ポリフェニレンサルファイド樹脂には直鎖状のものと分岐状のものとがあるが、靭性に優れることから直鎖状のポリフェニレンサルファイド樹脂を用いることが好ましい。また、ポリフェニレンサルファイド樹脂は、生産性を考慮して、強化繊維材を含有した状態で射出成形が可能となる分子量とすることが好ましい。具体的には数平均分子量で１３０００〜３００００が好ましく、成形性に加えて衝撃強度等の機械的強度を考慮すると１８０００〜２６０００がより好ましい。数平均分子量が１３０００未満では、分子量が低すぎて機械的強度が低く、実用性が低い。これに対して数平均分子量が３００００を越える場合は、強化繊維材を規定量含有した状態での溶融粘度が高すぎ、保持器を精度よく射出成形で製造することが困難になる。
【００１５】
ポリフェニレンサルファイド樹脂には、機械的強度を高めるために炭素繊維が配合される。尚、炭素繊維は、従来から樹脂製保持器に使用されるものを使用でき、例えばピッチ系またはＰＡＮ系の炭素繊維を用いることができる。また、炭素繊維は、ポリフェニレンサルファイド樹脂との接着性を考慮して、カップリング剤やサイジング剤で表面処理したものを用いることもできる。
【００１６】
炭素繊維の含有量は、樹脂組成物全量の５〜５０質量％であり、好ましくは１０〜４５質量％である。含有量が５質量％未満では、補強効果が十分ではない。また、保持器１４の製造には、生産性から射出成形が好ましいが、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くなり、好ましくない。
【００１７】
本発明では、上記した炭素繊維とともに、ナノフィラーを配合する。ナノフィラーは、その大きさがナノサイズの微細な充填材であり、特に下記一般式で示すポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサンが好ましい。
【００１８】
【化１】
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【００１９】
尚、式中のＲ１〜Ｒ８としてはアミン残基、エステル残基、エポキシ残基、アクリル残基、オレフィン残基、ハロゲン原子、チオール残基等であり、同一であっても、それぞれ異なっていてもよい。
【００２０】
このポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサンは、上記一般式に示すように、中央部にＳｉとＯとからなる立方体骨格を有し、その頂点のＳｉにＲ１〜Ｒ８で表される有機置換基が結合した籠型構造である。中央の立体骨格は剛直な無機骨格であり、各頂点の有機置換基がポリフェレンサルファイド分子に作用してポリフェニレンサルファイド分子のネットワーク構造を構築する。その結果として、ポリフェニレンサルファイド樹脂が本来有する耐熱性や耐薬品性の更なる向上に加えて、寸法安定性や機械的特性、極圧添加剤を多量に含有するギアオイル中のような過酷な環境下での耐性等を向上させる。
【００２１】
また、このポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサンは、ＰＯＳＳ（登録商標）として市場から入手することができる。
【００２２】
ナノフィラーとして、ポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサンの他にも、厚さ約１ｎｍの結晶が積層した層状結晶構造を有するモンモリロナイト、ヘクトライト、サポナイト等のスメクタイトを用いることができる。
【００２３】
また、ナノフィラーを配合することにおり、ナノフィラー未配合の場合と比べて炭素繊維の分散状態も良好になる。炭素繊維の分散状態が良くなることにより、炭素繊維による補強効果が更に高まり、保持器１４の表面性状も向上する。
【００２４】
ナノフィラーの含有量は、樹脂組成物全量の０．１〜３０質量％であり、好ましくは０．５〜１５質量％である。ナノフィラーの含有量が０．１質量％未満では上記効果が得られず、３０質量％を超えるとナノフィラーが凝集してポリフェニレンサルファイド分子のネットワーク構造が均一に構築され難くなる。
【００２５】
但し、ナノフィラーは、表面エネルギーが比較的大きいため二次凝集を起こしやすく、混練効率がそれほど高くない汎用設備で樹脂と混練した場合には、添加による効果（機械的強度や耐熱性、寸法安定性等の改善効果）が最適に発揮されるモルフォロジー、即ちナノフィラーの均一分散形態を達成することは一般に困難である。ナノフィラーを均一分散させるためには高せん断型の混練機、例えば株式会社テクノベル社製の完全噛合型同方向回転４軸（もしくは８軸）混練押出機や、帰還型スクリューを備えたニイガタマシンテクノ社製の高せん断成形加工機を用いることで実現可能である。
【００２６】
樹脂組成物には、炭素繊維やナノフィラーの他にも、目的に応じて種々の添加剤を添加することができる。例えば、ゼオライトやカオリン、マイカ、クレー、タルク、アルミナ、シリカ等の非繊維状充填材、顔料、染料、帯電防止剤、フッ素樹脂等の固体潤滑剤等を適量添加することができる。また、成形時及び使用時の熱による劣化を防ぐために、ヨウ化物系熱安定剤、アミン系酸化防止剤、フェノール系、亜リン酸エステル系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤をそれぞれ単独で、あるいは併用することもできる。
【００２７】
本発明は上記の玉軸受以外にも種々の転がり軸受に適用でき、例えば図３に示すアンギュラ玉軸受にも適用できる。図示されるアンギュラ玉軸受は、内輪１２と外輪１１との間に、玉１３が、上記の樹脂組成物製の保持器１４により保持されている。尚、保持器１４の具体例として、図４及び図５等を例示できる。
【００２８】
また、円錐ころ軸受や円筒ころ軸受、針状ころ軸受にも適用でき、例えば図６（円錐ころ軸受用）、図７（円筒ころ軸受用）、図８（針状ころ軸受用）に示す形状を有し、上記の樹脂組成物製の保持器１４が組み込まれる。
【実施例】
【００２９】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００３０】
（実施例１〜３、比較例１）
実施例１〜３については、表１に示す如く、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ポリプラスチック（株）製「フォートロン０２２０Ａ９」、直鎖状）、炭素繊維（ＳＧＬカーボン社製「ＳＩＧＲＡＦＩＬ  Ｃ」）及び豊通ケミプラス（株）製のＰＯＳＳを、高せん断型混練機である株式会社テクノベル社製の完全噛合型同方向回転４軸混練押出機を用いて均一に混合し、樹脂組成物を調製した。
【００３１】
また、比較例１については、ガラス繊維（旭ファイバーグラス（株）製「ＣＳ０３ＥＦＴ２Ａ」）と、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ポリプラスチック（株）製「フォートロン０２２０Ａ９」、直鎖状）と用い、定法によりガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイド樹脂を調製した。
【００３２】
そして、各樹脂組成物から引張試験用及びアイゾット衝撃試験用の各試験片を作製し、引張強度及びアイゾット衝撃強度を測定した。また、円筒ころ軸受（日本精工（株）製「ＮＵ３０８ＥＴ（内径４０ｍｍ、外径９０ｍｍ、幅２３ｍｍ）」用の保持器を射出成形した。得られた保持器を１個ずつ箱に入れ、３箱同時に８０ｃｍの高さから落下させた。それぞれの結果を表１に示すが、落下試験結果については３個とも亀裂等が発生しない場合を「○」、１個でも保持器に亀裂等が発生した場合を「×」とした。結果を表１に併記する。
【００３３】
また、引張試験片を、１８０℃のトヨタ自動車製ハイポイドギアオイルＳＸ  ８５Ｗ−９中に２００時間浸漬した後、同様の引張試験を行った。そして、浸漬しないで行った上記の引張試験の結果との相対値を求めた。結果を表１に併記する。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１に示すように、実施例のようにナノフィラーを配合することにより、ポリフェニレンサルファイド分子のネットワーク構造が構築される結果、耐衝撃強度が向上し、更には高温のギアオイルへの耐性も向上することがわかる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  転がり軸受
１１  外輪
１２  内輪
１３  玉
１４  保持器
１５  シール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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