(57)【要約】      （修正有）【課題】機械的強度や耐疲労性に優れ、更に成形時に表面のヒケが発生し難く寸法精度も高い合成樹脂製保持器を備え、信頼性及び耐久性に優れた鉄道車両車軸用転がり軸受を提供する。【解決手段】少なくとも内輪1、外輪2、合成樹脂製保持器4及びころ3を備える鉄道車両車軸用転がり軸受において、前記合成樹脂製保持器4が、異形断面を有するガラス繊維を１５〜４５質量％の割合で含有する合成樹脂組成物からなることを特徴とする鉄道車両車軸用転がり軸受。【選択図】図１
2008025759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも内輪、外輪、合成樹脂製保持器及びころを備える鉄道車両車軸用転がり軸受において、
前記合成樹脂製保持器が、異形断面を有するガラス繊維を１５〜４５質量％の割合で含有する合成樹脂組成物からなることを特徴とする鉄道車両車軸用転がり軸受。
【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鉄道車両車軸用転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、軽量化や複雑な形状に加工しやすい等の理由から、転がり軸受用の樹脂製保持器として、ポリアミド６６やポリアミド４６等のポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂に、補強材としてガラス繊維を配合した樹脂組成物を成形したものが使用されている。例えば、直径十数μｍ程度のガラス繊維を配合したポリアミド４６からなる保持器が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、鉄道車両の車軸用転がり軸受では、黄銅製保持器を備える円筒ころ軸受や、鉄製プレス保持器を備える円すいころ軸受が最も一般的に使用されているが、近年では同様の理由から保持器の合成樹脂化が進み始めている。具体的には、使用環境温度から、ガラス繊維を強化材として用いたポリアミド６６等が使用されている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特許第３００１２８８号公報
【特許文献２】特許２００５−２３３３９３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、鉄道車両車軸用転がり軸受は、車両の走行時、レールの継ぎ目を通過するたびに応力を受け、保持器でもポケット部にころ端面が繰り返し衝突する。そのため、応力が分散しやすい合成樹脂製保持器であっても、ポケット部に疲労が蓄積し、亀裂の発生や破損に至るおそれがある。最悪の場合、走行中に軸受が破損し、車軸の回転ができなることも考えられる。
【０００６】
また、鉄道車両車軸用転がり軸受の保持器は直径１５０〜３００ｍｍの大径であるため、ガラス繊維を含有する合成樹脂組成物を用いて成形すると、得られる保持器の表面にヒケが発生しやすく、目的とする寸法公差となるように成形するのが難しく、特に、生産効率の面で好ましい射出成形において顕著である。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、機械的強度や耐疲労性に優れ、更に成形時に表面のヒケが発生し難く寸法精度も高い合成樹脂製保持器を備え、信頼性及び耐久性に優れた鉄道車両車軸用転がり軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも内輪、外輪、合成樹脂製保持器及びころを備える鉄道車両車軸用転がり軸受において、前記合成樹脂製保持器が、異形断面を有するガラス繊維を１５〜４５質量％の割合で含有する合成樹脂組成物からなることを特徴とする鉄道車両車軸用転がり軸受を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の鉄道車両車軸用転がり軸受では、樹脂製保持器を、補強材として異形断面を有するガラス繊維を配合した樹脂組成物製としたため、従来の円形断面のガラス繊維を補強材とする樹脂製保持器に比べて機械的強度や耐疲労性等に優れ、更にはガラス繊維の異方性が低下して成形時のヒケの発生も無く、寸法精度も高まる。そのため、本発明の鉄道車両車軸用転がり軸受は、耐久性及び信頼性により優れるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
本発明において、鉄道車両車軸用転がり軸受は、樹脂製保持器を備える限り、その構造等には制限がなく、例えば図１及び図２に示す鉄道車両車軸用転がり軸受を例示することができる。尚、図１は鉄道車両車軸用転がり軸受の構造を示す部分縦断面図、図２は図１の鉄道車両車軸用転がり軸受で車軸を支持された鉄道車両の一部分を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、鉄道車両車軸用転がり軸受１０は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、内輪１の軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２と、内輪１及び外輪２の間に転動自在に配された複数の円筒ころ（転動体）３と、内輪１及び外輪２の間に円筒ころ３を保持する保持器４と、を備えている。また、保持器４には、円筒ころ３を保持するための円筒形のポケット４ａが、周方向にわたって互いに等間隔をあけて形成されていて、円筒ころ３は周方向に等配に配置される。
【００１３】
また、鉄道車両車軸用転がり軸受１０は２個一組で用いられている。そのうち車輪側に配された方の鉄道車両車軸用転がり軸受１０（図１及び図２おいては右側の軸受）の外輪２は、その内周面の軸方向両端部につば５，５を有し、内輪１はその外周面の車輪側端部のみにつば５を有している。また、反車輪側に配された方の鉄道車両車軸用転がり軸受１０（図１及び図２においては左側の軸受）の外輪２は、その内周面の軸方向両端部につば５，５を有し、内輪１はつばを有しておらず反車輪側につば輪６を備えている。尚、このつば輪６は、車軸１５に嵌合された上にロックナット等で固定されている。
【００１４】
そして、鉄道車両車軸用転がり軸受１０，１０の内輪１，１は、レール１２上を走行する車輪１３が備えられた車軸１５の両端に嵌合されており、外輪２，２は鉄道車両の車体（図示せず）を支える台車枠（図示せず）に取り付けられている。これにより、鉄道車両の車軸１５が、車体に対して回転自在に支持されることとなる。
【００１５】
本発明では、上記保持器４として、異形断面を有するガラス繊維を合成樹脂に配合した合成樹脂組成物を成形したものを用いる。合成樹脂には制限はないが、耐熱性や耐疲労性等を考慮すると、ポリフェニレンサルファイド、芳香族ポリアミド、ポリアミド４６、ポリアミド６６等が好ましい。ポリフェニレンサルファイドは吸水性が低く、耐熱性に優れ、また成形性が良好であることから、低吸水性で寸法安定性に優れ、１５０〜１８０℃の高温で使用可能な合成樹脂製保持器を射出成形により低コストで形成することができ、将来的に鉄道車両の高速化が進み、更なる温度上昇が見込まれるようになった時点でも使用可能である。また、芳香族ポリアミドは高融点、高強度であり、１２０〜１４０℃での高温での使用が可能である。また、ポリアミド４６も１２０〜１４０℃の耐熱性を有し、樹脂自体の衝撃強度・耐疲労性が高く、合成樹脂製保持器の破損に対して信頼性が向上するため好ましい。また、ポリアミド６６は、耐熱性は１００〜１２０℃であるが、衝撃強度、耐疲労性等のバランスがよく、材料コストも低いため、本発明において合成樹脂製保持器用の樹脂として最も好ましい。また、これら合成樹脂は混合して用いることもできる。
【００１６】
これら合成樹脂の分子量は、生産性を考慮して、異形断面を有するガラス繊維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、更に衝撃強度等の機械的強度を考慮すると数平均分子量で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、異形断面を有するガラス繊維を規定量含有した状態での溶融粘度が高すぎ、精度よく射出成形で製造することが困難になる。
【００１７】
異形断面を有するガラス繊維は、ぞの断面形状が円形ではないガラス繊維である。断面形状として例えばまゆ形、楕円、長円等が挙げられる。好ましくは、異形比（長径部と短径部との比率）が１．５〜５であるガラス繊維であり、２〜４であるガラス繊維がより好ましい。異形比が１．５未満では機械的強度の向上等の効果が少なく、異形比が５を越えると扁平すぎて安定して製造するのが難しくなる。また、短径部は５〜１２μｍであることが好ましい。短径部が５μｍ未満では細すぎて製造時に破断、破損するため、低コストで安定した品質を保つのが難しく、実用性が低い。一方、短径部が１２μｍを越える場合は、異形比を考慮すると繊維が太すぎ、樹脂中での分散性に劣るようになり、樹脂部に強度ムラが発生するおそれがある。
【００１８】
異形断面を有するガラス繊維の含有量は、樹脂組成物全量の１５〜４５質量％であり、好ましくは２０〜３５質量％である。含有率が１５質量％未満では補強効果が少なく、４５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るとともに、靭性が低下して成形時の金型からの無理抜き時やころ挿入時に破損するおそれがあり、好ましくない。
【００１９】
本発明で用いる異形断面を有するガラス繊維は、従来の円形断面のガラス繊維に比べて折れ難く、樹脂と混練し、射出成形した時に円形断面のガラス繊維に比べて長い状態で樹脂中に分散する。そのため、同一含有量で比較すると、円形断面のガラス繊維に比べて、機械的強度を高める効果に優れる。また、異形断面を有するガラス繊維は、成形時に保持器表面と平行に面をなすように配向するため、面で荷重を受けることができ、耐荷重性に優れるようになる。更に、径方向にも若干の補強効果が現われ、機械的強度がより高まるとともに、寸法変化の差異が小さくなるためヒケが発生し難くなる。
【００２０】
また、異形断面を有するガラス繊維は、上記した樹脂との接着性を考慮して、片末端にエポキシ基やアミノ基等を有するシランカプッリング剤、あるいはエポキシ系、ウレタン系、アクリル系等のサイジング剤で表面処理したものを用いることが好ましい。シランカップシング剤やサイジング剤は、樹脂の種類に応じて選択され、例えば、エポキシ基やアミノ基等を有するシランカップリング剤は、エポキシ基やアミノ基が樹脂のアミド結合に作用して補強効果を向上させる。
【００２１】
尚、異形断面を有するガラス繊維は、得られる樹脂製保持器において、３００〜９００μｍの繊維長を有することが好ましく、３５０〜６００μｍの繊維長であることがより好ましい。繊維長が３００μｍ未満では、補強効果及び寸法安定効果が少なく、好ましくない。一方、樹脂との混練、射出成形を行う過程で９００μｍを越えるような長い繊維状態を維持するのは困難であり、繊維長の上限は製造工程に由来して設定した値である。このような繊維長とするには、混練条件や成形条件を調整すればよい。
【００２２】
また、異形断面を有するガラス繊維の一部を、炭素繊維等の他の繊維状補強材、あるいはチタン酸カリウムウィスカー等のウィスカー状補強材で代替してもよい。
【００２３】
更に、樹脂組成物には着色剤等を添加してもよく、耐熱性が十分ではない樹脂を用いる場合には、成形時及び使用時の熱による劣化を防止するためにヨウ化物系熱安定化剤やアミン系酸化防止剤を、それぞれ単独あるいは併用して添加することが好ましい。また、耐衝撃性を改善するために、エチレンプロピレン非共役ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等のゴム状物質を配合してもよい。
【００２４】
尚、上記の樹脂、異形断面を有するガラス繊維及びその他の配合物を用いて樹脂製保持器を製造する方法としては、生産性から、射出成形が好ましい。また、保持器も、図１に示す円筒ころ軸受用の他、円すいころ軸受用とすることもできる。
【実施例】
【００２５】
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。
【００２６】
（実施例１〜３、比較例１〜２）
表１に示す如く、ポリアミド樹脂及びガラス繊維を用いて樹脂組成物を調製した。尚、樹脂に用いたＰＡ６６は宇部興産（株）製「UBEナイロン2020U（銅系熱安定剤含有）」であり、ＰＡ４６はDJEP社製「Stanyl TW341（銅系熱安定剤含有）」である。また、ガラス繊維については、何れもアミノ系シランカップリング剤処理品であり、実施例１ではまゆ形断面ガラス繊維（日東紡績（株）製「CSH3PA-870」、異形比２、短径１０μｍ、ウレタン系サイジング剤処理）」、実施例２及び実施例３では長円断面ガラス繊維（日東紡績（株）製「CSG3PA-820」、異形比４、短径７μｍ、ウレタン系サイジング剤処理）、比較例１及び比較例２では平均直径約１３μmの円形断面ガラス繊維を用いた。そして、樹脂組成物から引張試験用試験及びアイゾット衝撃試験用試験片を作製し、引張強度及びアイゾット衝撃強度を測定した。結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2008025759.tif 000003
【００２８】
表１に示すように、異形断面を有するガラス繊維を配合することで、円形断面を有するガラス繊維を配合した場合に比べて機械的強度が大幅に向上することがわかる。
【００２９】
また、上記の実施例２及び比較例１の配合からなる樹脂組成物を用い、射出成形により、内径１７３ｍｍ、外径２０３ｍｍ、厚さ７０ｍｍのころ軸受用保持器を作製した。得られた保持器の表面を観察し、ヒケの発生を確認した。結果を表２に示す。
【００３０】
更に、得られた保持器に、２３℃にて、８０ＭＰａの応力を周波数３０Ｈｚで繰り返し加え、破損に至るまでの回数を測定した。結果を表２に、比較例１に対する相対値で示す。
【００３１】
【表２】
2008025759.tif 000004
【００３２】
表２に示すように、異形断面を有するガラス繊維を配合することで、成形に伴うヒケの発生が抑えられ、得られる保持器の外観が向上するとともに、耐疲労性も大幅に向上することがわかる。
【００３３】
以上の結果から、異形断面を有するガラス繊維を配合した樹脂組成物からなる樹脂製保持器を備える鉄道車両車軸用転がり軸受は、信頼性のより高いものとなることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】鉄道車両車軸用転がり軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【図２】図１の鉄道車両車軸用転がり軸受で車軸を支持された鉄道車両の一部分を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  内輪
２  外輪
３  円筒ころ（転動体）
４  保持器
１０  鉄道車両車軸用転がり軸受
１５  車軸
【図１】
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【図２】
2008025759.tif 000006