(57)【要約】【課題】高温での使用に耐えることができ、かつ変形がなく、特に高温や高速回転条件下で長期間の使用に耐え得るプラスチック保持器、並びに前記プラスチック保持器を備え、高温や高速回転条件下での使用に好適な転がり軸受を提供する。【解決手段】架橋助剤を配合したポリアミド樹脂の成形体からなり、かつ電子線架橋されていることを特徴とする転がり軸受用プラスチック保持器、及び前記保持器を組み込んでなる転がり軸受。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
架橋助剤を配合したポリアミド樹脂の成形体からなり、かつ電子線架橋されていることを特徴とする転がり軸受用プラスチック保持器。
【請求項２】
架橋助剤の配合量が、ポリアミド樹脂１００重量部に対して０．２〜７重量部であることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受用プラスチック保持器。
【請求項３】
架橋助剤が、トリアリルイソシアヌレート、トリメチルプロパン、ペンタエリスリトールトリアクリレートまたはエチレングリコールジメタクリレートであることを特徴とする請求項１または２記載の転がり軸受用プラスチック保持器。
【請求項４】
ポリアミド樹脂の電子線架橋前の数平均分子量が３０，０００以下であり、電子線架橋後の数平均分子量が１００，０００以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の転がり軸受用プラスチック保持器。
【請求項５】
成形体が、射出成形により成形されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の転がり軸受用プラスチック保持器。
【請求項６】
ポリアミド樹脂に架橋助剤を配合してなる成形原料を転がり軸受用保持器の形状に成形し、次いで得られた成形体に電子線を照射して架橋することを特徴とするプラスチック保持器の製造方法。
【請求項７】
射出成形により成形体を得ることを特徴とする請求項６記載のプラスチック保持器の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜５の何れか１項に記載の転がり軸受用プラスチック保持器を備えることを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受用プラスチック保持器（以下、単に「プラスチック保持器」ともいう）に関し、その強度・剛性の向上に関するものである。また、本発明は、前記プラスチック保持器を備え、例えば高温・高速オルタネータ用転がり軸受や、高速工作機械用転がり軸受のように特に高温かつ高速回転での使用に好適な転がり軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、転がり軸受は転動体の種類によって玉軸受ところ軸受に分けられ、それぞれが形状や用途によっていくつかの種類に分類される。そして、各種の軸受に使用される保持器にも各種タイプがある。
【０００３】
一般に、玉軸受には図１に示す冠型保持器６が多用されている。例えば、図１に示す冠型保持器を組み込んだ転がり軸受は、図２に示すように、外周面に内輪軌道１を有する内輪２と、内周面に外輪軌道３を有する外輪４と、内輪２と外輪４との間に配置される複数個の転動体５と、これらの複数個の転動体５を保持して案内するために内輪軌道１と外輪軌道３との間に冠型保持器６を回転自在に設けて構成される。
【０００４】
また、工作機械には、例えば図３に示すようなアンギュラ玉軸受２０が多用されている。このアンギュラ玉軸受２０は、外輪２１と内輪２２との間に、複数個の転動体２３を、図４に示すような保持器２４により保持して構成されている。
【０００５】
この種の保持器としては、金属保持器、プラスチック保持器があり、プラスチック保持器の材料としては、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、フッ素樹脂等のいわゆるエンジニアリングプラスチックが単体のままで、あるいはガラス繊維、炭素繊維等の短繊維を混入して強化した複合材の形態で使用されてきた。中でも、ポリアミドは材料コストと性能のバランスが良好なことから、プラスチック保持器の材料として多用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、自動車において、省エネルギーのための改善が進められており、例えば、オルタネータにおいては、従来、冷却ファンによる空冷が一般的であったが、効率向上を目的に、水冷方式に変わりつつある。このことから、オルタネータに使用される転がり軸受は従来よりもさらに高温にさらされ、より高い耐熱性が要求されている。また、工作機械等の高速スピンドルにおいても、加工速度を向上するために剛性の高いプラスチック保持器への要求が高まっている。
【０００７】
しかし、ポリアミドとして従来一般的なポリアミド６（ナイロン６）やポリアミド６６（ナイロン６６）は、通常、数平均分子量が１０，０００〜２０，０００、多くとも３０，０００以下であることから、１２０℃を超えるような高温では強度や剛性が十分でなくなり、特に高速回転で使用される場合に変形することがあった。
【０００８】
一方、樹脂を高分子量化することにより、特に高温での剛性が高まることが知られている。しかし、分子量が高まるほど、溶融粘度が高くなり成形性が低下する。プラスチック保持器は、コスト面で有利な射出成形により製造されるのが一般的であるが、一般的な射出成形機は、樹脂の数平均分子量が５０，０００程度までであれば精度良く、安定して成形可能であるが、これより高分子量の樹脂では成形が困難になる。
【０００９】
本発明は、このような従来のプラスチック保持器の問題点を解決するためになされたものであり、高温での使用に耐えることができ、かつ変形がなく、特に高温や高速回転条件下で長期間の使用に耐え得るプラスチック保持器、並びに前記プラスチック保持器を備え、高温や高速回転条件下での使用に好適な転がり軸受を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、架橋助剤を配合したポリアミド樹脂の成形体からなり、かつ電子線架橋されていることを特徴とする転がり軸受用プラスチック保持器を提供する。
【００１１】
また、本発明は、ポリアミド樹脂に架橋助剤を配合してなる成形原料を転がり軸受用保持器の形状に成形し、次いで得られた成形体に電子線を照射して架橋することを特徴とするプラスチック保持器の製造方法を提供する。
【００１２】
更に、本発明は、上記の転がり軸受用プラスチック保持器を備えることを特徴とする転がり軸受を提供する。
【００１３】
本発明のプラスチック保持器は、電子線架橋により高分子量化されており、特に高温での剛性が高められている。そのため、このプラスチック保持器を備える本発明の転がり軸受は、高温や高速回転条件下で長期間の使用に耐えることができ、例えばオルタネータや工作機械用として好適である。また、製造に際して架橋助剤を配合した成形体に電子線を照射することから、成形は低分子量の状態で実施でき、コスト面で有利な射出成形が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
本発明において、プラスチック保持器を形成するベース樹脂は、従来と同様で構わず、ポリアミド６、ポリアミド６６（ナイロン６６）、ポリアミド４６（ナイロン４６）、ポリアミド１２（ナイロン１２）、ポリアミド１１（ナイロン１１）、ポリアミド６−１２（ナイロン６−１２）等のポリアミド樹脂を用いることができる。
【００１６】
上記ポリアミド樹脂には、架橋助剤が添加される。架橋助剤の種類は、ポリミアド樹脂を電子線架橋する際に架橋助剤として働くものであれば制限されるものではないが、取扱い性や架橋性能等を考慮すると、トリアリルイソシアヌレート、トリメチルプロパン、ペンタエリスリトールトリアクリレート、エチレングリコールジメタクリレートが好ましい。架橋助剤の添加量は、保持器としての十分な強度を得るために、ポリアミド樹脂１００重量部に対して０．２〜７重量部、好ましくは０．５〜６重量部とすることが望ましい。架橋助剤が０．２重量部未満では増強効果が不十分であり、７重量部を超えると架橋密度が高すぎて靭性に劣るようになる。
【００１７】
ポリアミド樹脂には、補強のために、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を配合することが好ましい。補強材は、ポリアミド樹脂との接着性を高めたり、分散性を高めるために、カップリング剤等による表面処理が施されていてもよい。強化材の配合量は、ポリアミド樹脂の種類や補強材の種類、あるいは保持器形状等によっても異なるが、ガラス繊維では２０〜５０重量％、好ましくは２５〜４０重量％、炭素繊維では１０〜４０％、好ましくは１５〜３５重量％の割合とする。
【００１８】
また、ポリアミド樹脂には、本発明の目的を損なわない範囲で、熱安定剤、固体潤滑剤、潤滑油、着色剤、帯電防止剤、離型剤、流動性改良剤、結晶化促進剤等を適宜添加してもよい。
【００１９】
本発明のプラスチック保持器を得るには、先ず、ポリアミド樹脂に架橋助剤、補強材及びその他の添加剤を配合してなる樹脂組成物を、好ましくは射出成形機を用いて所定の保持器形状（例えば、図１に示した冠型や図４に示したアンギュラ型）の成形体を得る。上述のように、一般的な射出成形機では、分子量が５０，０００程度までの樹脂に対しては精度よく安定して成形することできる。そこで、本発明においても、ポリアミド樹脂として、数平均分子量が３０，０００以下、好ましくは１０，０００〜２０，０００のものを用いる。このような比較的低分子量のポリアミド樹脂を用いることにより、従来通りに射出成形を実施でき、製造コストの上昇を抑えることができる。
【００２０】
尚、成形用の樹脂組成物を得るには、各成分を別々に溶融混合機に供給してもよく、また各成分をヘンシェルミキサー、リボンブレンダー等の混合機であらかじめ混合してから溶融混合機に供給してもよい。溶融混合機としては、単軸又は二軸押し出し機、混合ロール、加圧ニーダー、ブラベンダーブラストグラフ等の任意の装置が使用できる。
【００２１】
上記で得られた成形体を、次いで、電子線照射により架橋させる。この電子線照射は、大気中で行うこともできるが、樹脂の劣化を考慮してアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行うと更に好適である。また、真空下で行うことも可能である。通常、ポリアミド樹脂は、数平均分子量１００，０００前後を境にして剛性に大きな差が出てくる。そこで本発明においても、電子線照射後のポリアミド樹脂の数平均分子量が１００，０００以上、好ましくは３００，０００以上、特に好ましくは５００，０００以上になるように、電子線を照射して架橋する。従って、電子線の照射条件は、照射後のポリアミド樹脂の数平均分子量が１００，０００以上となるように、樹脂組成物の組成や保持器形状（特に大きさ）等に応じて適宜選定される。一例を示すと、オルタネータや工作機械用の一般的な転がり軸受に使用されるプラスチック保持器では、総照射量で５〜９０ｋＧｙが適当であり、好ましくは３０〜６０ｋＧｙの範囲である。電子線の照射量が５ｋＧｙ未満の場合は、架橋効率が悪く実用性が低い。これに対して電子線の照射量が９０ｋＧｙを超える場合は、架橋とともに崩壊も進み、靭性に劣るようになり、更には成形体の内部組織が分解を起こすようになる。
【００２２】
このようにして得られるプラスチック保持器は、母材であるポリアミド樹脂が架橋されて高分子量化（１００，０００以上）しており、従来よりも優れた剛性や耐久性を有する。
【００２３】
また、上記のプラスチック保持器を組み込むことにより、高温や高速回転条件下でも期間の使用に耐えることができ、例えばオルタネータや工作機械用として好適な転がり軸受となる。本発明は、上記のプラスチック保持器を組み込んだ転がり軸受も含む。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を例示して本発明を更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２５】
［実施例１〜１０、比較例１〜６］
（１）試験保持器の製作
表１に示す如く、ポリアミド６６（宇部興産（株）製「宇部ナイロン２０２０Ｕ」；数分子量２００００、ガラス繊維３０重量％含有）またはポリアミド４６（ＤＳＭ（株）製「スタニールＴＷ２００Ｆ６」；数平均分子量２００００、ガラス繊維３０重量％含有）の各ペレットに、架橋助剤としてトリアリルイソシアヌレート（日本化成（株）製「タイク」）を混合して２軸押出し機に投入し、混練温度を、ポリアミド６６を用いた場合には２８０〜２９０℃、ポリアミド４６を用いた場合は３１０〜３１５℃として押出し混練を行い、成形用ペレットを作製した。そして、成形用ペレットをインラインスクリュー式射出成形機に投入し、日本精工（株）製冠型保持器「６２０２」相当品（図１参照）に成形した。その後、成形体を電子線照射装置内に置き、真空下で電子線を照射した。電子線の総照射量は、何れも６０ｋＧｙとした。
【００２６】
（２）保持器引張強度測定
図５に示す円環引張治具に試験保持器１１を、そのゲート部１１ｇとウエルド１１ｗが水平位置になるようにセットし、島津製作所（株）製引張試験機（オートグラフＡＧ−１０ＫＮＧ）を用いて、１５０℃にて１０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で円環引張試験を行った。そして、架橋助剤を添加しない保持器（比較例１：ポリアミド６６使用の場合、比較例４：ポリアミド４６使用の場合）の測定値を１００％として、図６（ポリアミド６６使用の場合）及び図７（ポリアミド４６使用の場合）に示した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
図６及び図７から、ポリアミド６６、ポリアミド４６を用いた何れの場合も、ポリアミド樹脂１００重量部に対して架橋助剤を０．２〜７重量部添加することにより、引張強度が向上することがわかる。特に、添加量０．５〜６重量部の範囲で良好な結果が得られている。
【００２９】
（３）耐久性試験
実施例１〜５及び比較例１〜３の試験保持器を用い、図８に示す試験装置を用いて耐久性を評価した。即ち、試験装置３０のシャフト３１の一端に試験保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受（図３参照）を一対、それぞれの内輪１２を固定してハウジング３２に収容し、プーリ３３を介してシャフト３１を回転速度２２０００ｍｉｎ−１で高速回転させ、そのときの外輪１１の温度を熱電対３４で測定し、外輪温度が８０℃を超えるまでの時間（耐久時間）を測定した。結果を表２に示すが、実施例１〜５の試験保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受は何れも１００時間以上の耐久時間を有している。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラスチック保持器は、優れた強度を有しており、これを組み込んだ転がり軸受は、高温・高速回転条件下でも長時間の使用に耐え得る。また、製造に際して架橋助剤を配合した成形体に電子線を照射することから、成形は低分子量の状態で実施でき、コスト面で有利な射出成形が可能となり、製造コストも抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】冠型保持器を示す斜視図である。
【図２】冠型保持器を組み込んだ転がり軸受の半断面図である。
【図３】アンギュラ型保持器を組み込んだ転がり軸受の半断面図である。
【図４】アンギュラ型保持器の斜視図である。
【図５】保持器引張強度試験に用いた円環引張試験治具を示す概略図である。
【図６】実施例で得られた、架橋助剤の添加量と引張強度との関係（ポリアミド６６使用）を示すグラフである。
【図７】実施例で得られた、架橋助剤の添加量と引張強度との関係（ポリアミド４６使用）を示すグラフである。
【図８】耐久性試験に用いた試験装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１　内輪軌道
２　内輪
３　外輪軌道
４　外輪
５　転動体
６　冠型保持器
２１　外輪
２２　内輪
２３　転動体
２４　アンギュラ型保持器
【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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