(57)【要約】【課題】高速用途にも十分な耐久性を有する、合成樹脂組成物から成るころ軸受用保持器およびころ軸受を提供すること。【解決手段】相対向する円環状軌道面１ａ、２ａの間に介在された複数のころ３を転動自在に保持し、合成樹脂組成物から成る保持器４であって、この合成樹脂組成物には、ポリαオレフィン油を内包したカプセルが、成形後の合成樹脂組成物全重量に対して、２質量％以上５０質量％以下配合されており、前記カプセルは、前記ポリαオレフィン油をカプセル全重量に対して５０質量％以上内包している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する円環状軌道面の間に介在された複数のころを転動自在に保持し、合成樹脂組成物から成るころ軸受用保持器において、
前記合成樹脂組成物には、ポリαオレフィン油を内包したカプセルが、成形後の前記合成樹脂組成物全重量に対して、２質量％以上５０質量％以下配合されており、前記カプセルは、前記ポリαオレフィン油を前記カプセル全重量に対して５０質量％以上内包していることを特徴とするころ軸受用保持器。
【請求項２】
相対向する円環状軌道面を有する一対の軌道輪と、
前期軌道面の間に転動自在に介在された複数のころと、
該ころを保持する合成樹脂組成物から成るころ軸受用保持器を具備するころ軸受において、
前記ころ軸受用保持器が請求項１に記載のころ軸受用保持器であることを特徴とするころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対向する円環状軌道面の間に介在された複数のころを転動自在に保持し、合成樹脂組成物から成るころ軸受用保持器および該保持器を備えたころ軸受に関し、特に、保持器を構成する合成樹脂組成物の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られているころ軸受の一例として、ラジアル針状ころ軸受、スラスト針状ころ軸受等があり、それらは、特許文献１あるいは特許文献２に示されているように、ガラス繊維含有合成樹脂で成形された合成樹脂保持器を備えている。このガラス繊維含有合成樹脂は、ナイロン６６、ナイロン４６等といったポリアミド樹脂と、強化材としてのガラス繊維とを含有してなる。ガラス繊維の直径は特許文献１では８〜１２μｍ、特許文献２では５〜８μｍのものが使われている。
【０００３】
このようなころ軸受の用途として、例えば、自動車の変速装置等、種々の機構における回転軸を支持することがあるが、この場合、回転軸が高速化するのに伴って、それに安定して対応できる耐久性がころ軸受に要求されてきている。
【０００４】
また、ころ軸受においては、その負荷容量に対する能力を優先すると、ころをできるだけ数多く配置し、且つ、ころ長をできるだけ長くするように設計する必要がある。そのような要求に基づいて作製されたスラスト針状ころ軸受の合成樹脂保持器は、例えば、図３に示すように、その柱部４ｃが細くなり、肉薄になってしまう。
【特許文献１】特許第３００１２８８号公報
【特許文献２】特開２００６−１５３０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の上記ころ軸受用保持器が、高速回転に用いられる場合、ころ軸受の構造上、ころが激しくスキューして保持器の柱部を繰り返し押したり、公転しながら自転しているころの端面が、遠心力によって、保持器の針状ころを保持するポケットの外径側面に非常に強く押し付けられ続けたりするため、このような厳しい状況下で使用されるころ軸受用の保持器には、疲労や磨耗に対する耐久性が求められる。
【０００６】
特に、ころ軸受に合成樹脂保持器を採用する場合、ころを保持するポケットの、繰り返し発生する応力が集中し易い隅の角部から合成樹脂保持器が破断したり、ころの端面が摺接するポケットの外径側面が磨耗あるいは溶融したりすることにより、合成樹脂保持器が破損してしまう可能性がある。したがって、合成樹脂保持器には、柱部が細長く、肉薄でありながら、スキューによる繰り返し応力と遠心力によるポケットの外径側面の摩擦や磨耗に対する耐久性が求められる。
【０００７】
この点に関し、従来から知られている合成樹脂保持器は、機械的強度や耐油性はともかくとして、耐疲労性や耐磨耗性に対する信頼性となると十分とは言いにくい。このため、ころ軸受、特に、その合成樹脂保持器には、機械的強度等に加えて、耐疲労性や耐磨耗性の点での高い信頼性、高速用途に対する十分な耐久性が望まれるところであった。
【０００８】
ころ軸受用の合成樹脂保持器は、ガラス繊維含有合成樹脂組成物から成形されているが、このガラス繊維の含有量を増すことにより、所望の性能を向上させることも可能である。しかし、合成樹脂保持器の成形性、形状保持性等を考慮すると、一般に、ガラス繊維の含有量は、ガラス繊維含有合成樹脂組成物の全重量の約４０質量％までが限界となっているため、ガラス繊維含有量を増加させるという方法では、合成樹脂保持器の性能をさらに向上させることは難しいのが現状である。
【０００９】
また、特許文献２に示されているように、ガラス繊維自体の平均直径を限定することによって性能をある程度向上させることもできるが、これだけでは、上記ポケットの外径面の、ころ端面の摺接による磨耗を十分に防ぐことは難しい。
【００１０】
本発明は、上述した従来の不具合を解消するために、機械的強度に加えて、耐疲労性や耐磨耗性の点で信頼性が高く、高速用途にも十分な耐久性を有する、合成樹脂組成物から成るころ軸受用保持器および該保持器を備えたころ軸受を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を達成するために、本発明のころ軸受用保持器は、相対向する円環状軌道面の間に介在された複数のころを転動自在に保持し、合成樹脂組成物から成り、前記合成樹脂組成物には、ポリαオレフィン油を内包したカプセルが、成形後の前記合成樹脂組成物全重量に対して、２質量％以上５０質量％以下配合されており、前記カプセルは、前記ポリαオレフィン油を前記カプセル全重量に対して５０質量％以上内包していることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明のころ軸受は、相対向する円環状軌道面を有する一対の軌道輪と、前記軌道面の間に介在された複数のころと、該ころを転動自在に保持する合成樹脂組成物から成るころ軸受用保持器を具備し、該ころ軸受用保持器が、前記本発明のころ軸受用保持器であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、合成樹脂組成物全重量に対するカプセルの配合率、カプセル全重量に対するポリαオレフィン油の内包率を適宜選定したので、合成樹脂保持器のころを保持する部分であるポケットの外径側面が、遠心力により大きな摩擦力を受けても、配合したカプセルからポリαオレフィン油が滲み出ることによって潤滑効果が促進され、摩擦や磨耗を最小限に抑えることができる。
【００１４】
したがって、本発明は、機械的強度が失われることなく、耐磨耗性や耐疲労性の点で信頼性が高く、高速用途にも十分に耐えることができる合成樹脂保持器および該保持器を備えたころ軸受を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る実施形態を示すスラスト針状ころ軸受の一部を切欠いて示す斜視図、図２は、図１のスラスト針状ころ軸受をハウジングに組み付けた状態を示す断面図、図３は、図１のスラスト針状ころ軸受が具備する合成樹脂保持器を示す斜視図である。
【００１６】
本発明の合成樹脂保持器を有するころ軸受の一実施形態について、スラスト針状ころ軸受を例として説明する。図１及び図２に示すように、スラスト針状ころ軸受１０は、ハウジングＨＧの穴に内嵌する固定軌道輪１と、回転軸ＲＳに外嵌する回転軌道輪２と、前記固定軌道輪１の円環状軌道面１ａと前記回転軌道輪２の円環状軌道面２ａとの間に、周方向に複数、転動自在に介在された針状ころ３と、これらの針状ころ３を周方向に等間隔に保持し、ガラス繊維を含有するガラス繊維含有合成樹脂組成物から成る保持器４と、を備えている。
【００１７】
このスラスト針状ころ軸受１０が具備しているガラス繊維含有合成樹脂保持器４（以後、単に保持器４と言う）は、図３に示すように、中抜き円板形状の円環状本体４ａと、円環状本体４ａの周方向に等間隔に複数形成され、それぞれに針状ころ３を保持するポケット４ｂと、該隣り合うポケット４ｂ間に形成された柱部４ｃと、を備えている。
【００１８】
この保持器４は、ポリαオレフィン油が内包されたカプセルを含有した合成樹脂組成物から成っている。ポリαオレフィン油のカプセル全重量に対する内包率は５０質量％以上で、このカプセルは、成形後の合成樹脂組成物全重量に対して２質量％以上５０質量％以下の割合で配合されている。
【００１９】
以下、この保持器４の材料となっている合成樹脂組成物の種々のサンプルを用いた試験実施例について説明する。
【００２０】
ポリアミド６６、ガラス繊維、及びポリαオレフィン油内包カプセルの３成分を主とし、表１に示す配合にて、ガラス繊維を含有したガラス繊維含有合成樹脂組成物をそれぞれ調整し、これらを射出成形して摩擦摩耗試験用試験片、衝撃強度試験用試験片をそれぞれ製作した。
【００２１】
表１に記載しているカプセルは、膜物質がメラミン樹脂から成り、４０℃での基油動粘度５０ｍｍ２／ｓであるポリαオレフィン油がカプセル全重量に対して約５０質量％含まれたものであり、一次平均粒径は約４μｍのものを使用した。同じく表１記載のガラス繊維は、平均直径６μｍのガラス繊維を用いた。平均直径６μｍのガラス繊維とは、直径５μｍ〜７μｍの範囲に入るガラス繊維のことである。
【００２２】
そして、実施例１〜実施例４用の各々の合成樹脂組成物について、それぞれ２種類の評価用の試験片を使用して、耐磨耗性、及びアイゾット衝撃強度を評価した。
【００２３】
図４は、耐磨耗性を評価する摩擦磨耗試験の試験方法を示す概略図である。
耐磨耗性を評価するための摩擦磨耗試験には、図４に示すように、鋼球固定用治具２０により固定された鋼球３０と摩擦摩耗試験用試験片Ａとが２００Ｎの荷重を与えられて接触している状態を作った試験装置を用いた。鋼球３０の材質はＳＵＪ２、その表面粗さは１.０μｍＲａとした。
【００２４】
この試験装置において、鋼球３０と摩擦磨耗試験用試験片Ａとの接触部の中心と、鋼球３０との中心とを結ぶ延長線ＣＬを回転軸として、鋼球３０を１０００／ｍｉｎ−１回転の速度で鋼球固定用治具２０と共に回転させ、試験開始２０時間後に、摩擦磨耗試験用試験片Ａの表面の変形量を測定した。この変形量は、塑性変形深さと磨耗変形深さの合計である。この試験は、試験装置全体をＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）中に浸漬した状態で実施した。
【００２５】
アイゾット衝撃強度を評価するためのアイゾット衝撃強度試験はＪＩＳ Ｋ７１１０に準拠した。
【００２６】
なお、それぞれの評価はすべて、表１に示すように、比較例１の結果を１として相対評価している。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
但し、表１の比較例３において、（カプセル）の欄は、４０℃での基油動粘度５０ｍｍ２／ｓのエステル油を５０質量％内包しており、（実効PAO油含有量）の欄は、エステル油の含有量となっている。また、（摩擦磨耗試験表面変形量比）の欄はすべて、摩擦磨耗試験によって生じた塑性変形と磨耗変形の合計を表面変形量とした。具体的には、塑性変形深さと磨耗変形深さとの合計である。
【００２９】
図５は、樹脂全量に対するカプセル配合率と上記アイゾット衝撃強度比、表面変形量比の２種類の試験との関係を示す特性線図、図６は、カプセル全量に対するポリαオレフィン油内包率と表面変形比との関係を示す特性線図である。
【００３０】
表１に示す試験結果から、合成樹脂組成物全重量に対するカプセル配合率と、アイゾット衝撃強度比、表面変形量比の２種類の試験との関係を図５に示している。同図において、合成樹脂表面変形とは、上記のごとく、上記摩擦磨耗試験を実施した後の、塑性変形深さと磨耗変形深さの合計のことである。縦軸は比較例１の表面変形量を１とした相対値である。■は表面変形量比、◆はアイゾット衝撃強度比をそれぞれ示している。
【００３１】
同図から、アイゾット衝撃強度比◆は、カプセル配合率が４０質量％を越えると、徐々に低下していき、表面変形量比■は、カプセル配合率が１０〜４０質量％の時に最も小さくなることが分かる。したがって、合成樹脂組成物全重量に対するカプセルの配合率は、２〜５０質量％が好ましく、さらに好ましくは、１０〜４０質量％とするのが望ましいことが分かる。
【００３２】
また、表１に示す実施例３の合成樹脂組成で、カプセル全量に対するポリαオレフィン油内包量のみを変化させた摩擦磨耗試験用試験片を数種類作製し、摩擦磨耗試験を行い、比較例１の表面変形量を１として相対評価したものを図６に示している。同図から、カプセル全量に対するポリαオレフィン油内包量は、５０質量％以上にすると、樹脂表面変形比が最も小さくなることが分かる。ただし、８０質量％を超えると、カプセルとしての強度が弱くなるため好ましくない。
【００３３】
以上の試験結果から、本発明の保持器４を構成する合成樹脂組成物に配合させるカプセルは、その内包物であるポリαオレフィン油が、カプセル全重量に対して５０質量％以上内包するのが好ましい。５０質量％未満では、保持器に成形した時の、ころ端面が接触するポケット外径側面での含油による摩擦低減効果が不十分である。
【００３４】
表１に示すように、比較例３のエステル油を用いた試験結果は、表面変形量比が、ポリαオレフィン油の場合より比較的大きくなっていることから、カプセルの内包物は、エステル油よりも、ケミカルアタックを生じさせにくいポリαオレフィン油の方がより好ましいと言える。実際、ポリαオレフィン油は、極性を持ったエステル油よりも樹脂に与える影響が小さいことが分かっており、カプセルに内包させる油としては最適であると考えられる。
【００３５】
また、図５からも明らかなように、カプセルの合成樹脂組成物全重量に対する配合率は２質量％以上５０質量％以下が好ましい。２質量％未満では、含油による摩擦低減効果が非常に小さく、また、５０質量％以上であると保持器自体の機械的強度が低下してしまう。よって、同図から、カプセルの合成樹脂組成物全重量に対する含有率は、１０質量％以上、４０質量％以下の範囲がより好ましい。
【００３６】
したがって本発明の実施の形態に係る保持器４では、保持器４を形成する合成樹脂組成物に配合されたカプセル、及びこのカプセルの内包物であるポリαオレフィン油を、上記のように含有しているので、保持器４のポケット４ｂの外径側面４ｄが、遠心力により、ころ３端面との大きな摩擦力を受けても、含有したカプセルからポリαオレフィン油が滲み出ることによって潤滑効果が促進され、摩擦や磨耗を最小限に抑えることができる。
【００３７】
このように、本発明のころ軸受用保持器は、機械的強度を失うことなく、耐磨耗性や耐疲労性の点で信頼性が高く、高速用途にも十分に耐えることができる。
【００３８】
本発明で使用したポリαオレフィン油は、その動粘度は特に限定されないが、４０℃での動粘度が１０〜４００ｍｍ２／ｓが好ましい。これは、ころ軸受の使用温度に応じて変えればよい。
【００３９】
前記カプセルの膜材は、特に限定されるものではないが、保持器を成形した時の温度に耐えられるものを選ぶ必要がある。具体的には、メチロール化メラミン膜、ポリウレタン系膜、ポリイミド系膜等が挙げられる。
【００４０】
前記カプセルの一次平均粒径は、特に限定はされるものではないが、数１０μｍ以上であると保持器成形時に分散させにくくなる。このため、好ましい一次平均粒径は１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下、最も好ましくは１μｍ以下である。
【００４１】
また、保持器を形成する合成樹脂組成物の母材は、保持器の形状を成形、及び維持する役割を果たすために、耐熱性能及び耐油性能に優れることが好ましく、例えば、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、等を用いることができる。特に、ポリアミド樹脂は、耐熱性能及び耐油性能に加えて、低価格なことから好適である。
【００４２】
保持器を形成する合成樹脂組成物、及び必要に応じてこれに配合される充填材は、直接溶融混練機を用いて混合しても良いが、予め、これらの材料をヘンシェルミキサー、タンブラー、リボンミキサー等の混合機で予備混合した後に、溶融混練機へ供給することもできる。
【００４３】
溶融混練機としては、短軸又は二軸押し出し機、混合ロール、加圧ニーダー、ブラベンダープラストグラフ等の公知の溶融混練機を使用することができる。溶融混練する際の温度は、充填材を除く各成分の溶融が十分進行し、且つ分解しない温度を適宜選択すれば良い。
【００４４】
なお、本発明の保持器に耐久性を持たせるために、上記特許文献１及び２に示されているように、合成樹脂組成物にガラス繊維を適宜含有させることが好ましい。例えば、特許文献２に示されるような、ガラス繊維の平均直径が６μｍ〜７μｍで、それが合成樹脂組成物全体の１０質量％〜４０質量％のものが好ましい。ここで、平均直径が６μｍのガラス繊維とは、直径５μｍ〜７μｍの範囲のガラス繊維のことであり、平均直径が７μｍのガラス繊維とは、直径６μｍ〜８μｍの範囲のガラス繊維のことである。したがって、平均直径が６μｍ〜７μｍのガラス繊維とは、直径５μｍ〜８μｍのガラス繊維のことである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る実施形態を示すスラスト針状ころ軸受の一部を切欠いて示す斜視図である。
【図２】図１のスラスト針状ころ軸受をハウジングに組み付けた状態を示す断面図である。
【図３】図１のスラスト針状ころ軸受が具備する保持器を示す斜視図である。
【図４】耐磨耗性を評価する摩擦磨耗試験の試験方法を示す概略図である。
【図５】合成樹脂全重量に対するカプセル配合率と２種類の試験との関係を示す特性線図である。
【図６】カプセル全重量に対するポリαオレフィン油含有率と樹脂表面変形比との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    固定軌道輪
１ａ  円環状軌道面
２    回転軌道輪
２ａ  円環状軌道面
３    針状ころ
４    保持器
４ａ  円環状本体
４ｂ  ポケット
４ｃ  柱部
４ｄ  外径側端面
１０  スラスト針状ころ軸受
ＨＧ  ハウジング
ＲＳ  回転軸
【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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