(57)【要約】【課題】外部環境を潤滑剤で汚染することがなく、高荷重下においても長寿命な転がり支持装置を提供する。【解決手段】玉軸受の内輪１及び外輪２を、ポリエーテルエーテルケトン樹脂又はポリアリーレンスルフィド樹脂を含有し、曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上である樹脂組成物で構成した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記転動体を前記内輪と前記外輪との間に保持する保持器と、を備える転がり支持装置において、
前記内輪及び前記外輪のうち少なくとも前記外輪を、ポリエーテルエーテルケトン樹脂及びポリアリーレンスルフィド樹脂の少なくとも一方を含有し、曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上である樹脂組成物で構成したことを特徴とする転がり支持装置。
【請求項２】
内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配設された複数の転動体と、で構成される総転動体形式の転がり支持装置において、
前記内輪及び前記外輪のうち少なくとも前記外輪を、ポリエーテルエーテルケトン樹脂及びポリアリーレンスルフィド樹脂の少なくとも一方を含有し、曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上である樹脂組成物で構成したことを特徴とする転がり支持装置。
【請求項３】
前記樹脂組成物は炭素繊維を１２〜４０質量％含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり支持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂組成物で構成された転がり支持装置に係り、特に、半導体，液晶パネル，ハードディスク等（以降は「半導体等」と記す）の製造行程において使用される各種洗浄装置や食品用機械等に組み込まれる転がり支持装置のように、水又は各種洗浄溶液（酸，アルカリ）と接触するような環境下又はドライ環境下において好適に使用される転がり支持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受には、その転動部材の少なくとも一部が樹脂組成物で構成されたものがある。例えば、特開平５−２０２９４３号公報には、内外の軌道輪のうち一方が嵌着対象に緩く嵌着され、内外の軌道輪の両方又は緩く嵌着されている方の軌道輪が、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）で構成された玉軸受が開示されている。
【０００３】
また、特開平９−３０３４０３号公報には、固体潤滑剤で表面処理された転動体を備える樹脂製の転がり軸受が開示されている。
さらに、特開平１０−４７３５５号公報や特開平１０−１８４７０２号公報には、曲げ弾性率が２０００〜６０００ＭＰａであるポリアリーレンスルフィド樹脂の成形体からなる軌道輪を有する転がり軸受が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２０２９４３号公報
【特許文献２】
特開平９−３０３４０３号公報
【特許文献３】
特開平１０−４７３５５号公報
【特許文献４】
特開平１０−１８４７０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−２０２９４３号公報，特開平９−３０３４０３号公報に開示の転がり軸受は、充填材等を含有していないナチュラル材料で構成されているため、特にドライ環境下においては、比較的低荷重，低速度であっても軌道輪と転動体との接触点での滑り摩擦により前記接触面の温度が上昇し、摩耗が極めて多くなるという問題があった。その結果、これらの転がり軸受は、短期間のうちに寿命に至る場合があった。
【０００６】
また、特開平９−３０３４０３号公報のように転動体が固体潤滑剤で表面処理されている場合には、ごく初期においては固体潤滑剤の被膜により樹脂製の軌道輪の摩耗が抑制されるものの、二硫化モリブデンに代表される固体潤滑剤の被膜は転がり軸受の作動とともに摩耗し消失するので、樹脂製の転がり軸受を長期間にわたって作動させることは困難であるという問題点を有していた。
【０００７】
さらに、特開平１０−４７３５５号公報，特開平１０−１８４７０２号公報に開示の転がり軸受は、ある程度の荷重が負荷する場合には曲げ弾性率が不十分であるため、転動体と軌道輪との接触面における変形量が大きくなり、掘り起こしによる摩耗が異常に多くなるという問題があった。その結果、これらの転がり軸受は、短期間のうちに寿命に至る場合があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、外部環境を潤滑剤で汚染することがなく、高荷重下においても長寿命な転がり支持装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の転がり支持装置は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記転動体を前記内輪と前記外輪との間に保持する保持器と、を備える転がり支持装置において、前記内輪及び前記外輪のうち少なくとも前記外輪を、ポリエーテルエーテルケトン樹脂及びポリアリーレンスルフィド樹脂の少なくとも一方を含有し、曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上である樹脂組成物で構成したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る請求項２の転がり支持装置は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配設された複数の転動体と、で構成される総転動体形式の転がり支持装置において、前記内輪及び前記外輪のうち少なくとも前記外輪を、ポリエーテルエーテルケトン樹脂及びポリアリーレンスルフィド樹脂の少なくとも一方を含有し、曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上である樹脂組成物で構成したことを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明に係る請求項３の転がり支持装置は、請求項１又は請求項２に記載の転がり支持装置において、前記樹脂組成物は炭素繊維を１２〜４０質量％含有することを特徴とする。
このような構成であれば、樹脂組成物の曲げ弾性率が十分高いので、比較的高い荷重が負荷された場合においても転動体と内外輪との接触面における変形量が小さく、摩耗が生じにくい。よって、水又は各種洗浄溶液（酸，アルカリ）と接触するような環境下又はドライ環境下（無潤滑下又は少量の潤滑剤による潤滑下）において、しかも高荷重下で使用されても、長期にわたって安定して作動する。また、少なくとも外輪が前記樹脂組成物で構成されているので、転がり支持装置は自己潤滑性に優れており、潤滑剤（グリースや潤滑油）を使用する必要がない。よって、潤滑剤により外部環境を汚染することがない。樹脂組成物の曲げ弾性率が１０ＧＰａ未満であると、該樹脂組成物で構成された軌道輪に摩耗が生じやすくなり、短期間のうちに寿命に至るおそれがある。
【００１２】
なお、水又は各種洗浄溶液と接触するような環境とは、例えば、水又は各種洗浄溶液中に浸漬された場合、水又は各種洗浄溶液のミスト中に置かれた場合、あるいは水又は各種洗浄溶液の飛沫が飛散してくるような環境下に置かれた場合等がある。
前記樹脂組成物には、機械的強度，耐摩耗性，耐熱性，寸法安定性等を向上させるために、繊維状充填材を配合することができる。繊維状充填材の種類は特に限定されるものではないが、炭素繊維，ホウ酸アルミニウムウィスカー，チタン酸カリウムウィスカー，カーボンウィスカー，芳香族ポリイミド繊維，アラミド繊維，液晶性ポリエステル繊維，グラファイトウィスカー，ガラス繊維，ボロン繊維，炭化ケイ素ウィスカー，窒化ケイ素ウィスカー，アルミナウィスカー，窒化アルミニウムウィスカー，ウォラストナイト等を例示できる。
【００１３】
この繊維状充填材の含有率は特に限定されるものではないが、繊維状充填材として炭素繊維を用いる場合には、樹脂組成物全体の１２〜４０質量％とすることが好ましい。１２質量％未満では、樹脂組成物の曲げ弾性率が１０ＧＰａ未満となる場合があり、高荷重が負荷される場合に摩耗量が多くなり短寿命となるおそれがある。一方、４０質量％を超えて配合しても、機械的強度や耐摩耗性のさらなる向上が期待できないばかりでなく、樹脂組成物の溶融流動性が著しく低下する。
【００１４】
また、繊維状充填材のアスペクト比は、３〜２００であることが好ましい。アスペクト比が３未満であると樹脂の補強効果が不十分となり、２００超過であると、樹脂と混合した際に均一に分散させることが困難となる。
さらに、繊維状充填材の直径は特に限定されるものではないが、平均繊維径は０．２〜３０μｍとすることが好ましい。平均繊維径が０．２μｍ未満であると、樹脂と混合した際に繊維間の凝集が生じやすく、繊維の分散が不均一となる場合がある。一方、平均繊維径が３０μｍを超えると、樹脂組成物の表面の平滑性が阻害されたり、摺接した相手面を傷つけたりする場合がある。このような不都合がより生じにくくするためには、平均繊維径は０．３〜５μｍとすることがより好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る転がり支持装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の転がり支持装置の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
この深溝玉軸受（呼び番号６００１，内径１２ｍｍ，外径２８ｍｍ，幅８ｍｍ）は、内輪１と、外輪２と、内輪１と外輪２との間に転動自在に配設された複数の玉（転動体）３と、複数の玉３を転動自在に保持する保持器４と、を備えている。
【００１６】
この内輪１及び外輪２は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）又はポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）を含有する樹脂組成物で構成されている（表１を参照）。また、玉３は表１に示す通りの素材で構成されており、その表面粗さ（中心線平均粗さ）は０．０５μｍＲａである。さらに、保持器４はフッ素系樹脂で構成された冠形保持器である。ただし、保持器の種類は特に限定されるものではなく、例えば、かご形保持器，つの形保持器，波形保持器等でもよい。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
以下に、内輪１及び外輪２を構成している樹脂組成物の原材料である樹脂，繊維状充填材等を一括して示す。
（１）ＰＥＥＫ：ビクトレックス社製ビクトレックスＰＥＥＫ  １５０Ｇ
（２）ＰＰＳ：フィリップスペトローリアム社製ライトンＲ−６
（３）炭素繊維：呉羽化学工業株式会社製クレカチョップＭ−１０２Ｓ、直径１４．５μｍ，長さ０．２ｍｍ
（４）アラミド繊維：群栄化学工業株式会社製カイノール繊維ＫＦ０２ＢＴ、直径１４μｍ，長さ０．２ｍｍ
（５）チタン酸カリウムウィスカー：大塚化学株式会社製ティスモＤ−１０１、直径０．３〜０．６μｍ，長さ１０〜２０μｍ
（６）ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）粉末：ダイキン工業株式会社製ルブロンＬ−５，平均粒径０．２μｍ
（７）黒鉛：株式会社中越黒鉛工業所製ＣＬＸ、平均粒径４．５μｍ
これらの原材料を表１に示すように組み合わせて、慣用の方法で混合し樹脂組成物を得た。樹脂組成物の組成及び曲げ弾性率は、表１に示す通りである。そして、得られた樹脂組成物を溶融成形することにより、玉軸受の内輪及び外輪を製造した。なお、実施例１〜７及び比較例１〜４の玉軸受は、内輪及び外輪を樹脂組成物で構成してあり、実施例８及び比較例５の玉軸受は、外輪のみを樹脂組成物で構成してある。
【００１９】
このような玉軸受（実施例１〜８及び比較例１〜５）について、水と接触するような腐食環境下における耐久性を評価した。すなわち、図２に示すような日本精工株式会社製の軸受回転試験機を用いて、イオン交換水中に玉軸受を浸漬した状態で回転試験（内輪回転）を行った。回転試験の条件は、回転速度＝１０００ｍｉｎ−１，ラジアル荷重＝９８Ｎ，温度＝常温である。
【００２０】
軸受の耐久性は回転試験時の振動値によって評価し、振動値が初期値の３倍に上昇した時点を軸受の寿命とした。各軸受の耐久性の評価結果を、表１にまとめて示す。なお、表１の耐久性の数値は、比較例１の軸受の耐久性を１とした場合の相対値で示してある。
表１から分かるように、実施例１〜７の軸受は、比較例１〜４の軸受と比べて腐食環境下における耐久性が格段に優れていた。これは、内外輪を構成する樹脂組成物の曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上であると、摩耗が生じにくいためであると考えられる。
【００２１】
また、外輪のみを樹脂組成物で構成した場合においても同様であり、実施例８のように樹脂組成物の曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上であると、外輪の負荷圏における摩耗が大幅に低減されるので、比較例５と比べて腐食環境下における耐久性が格段に優れていたと考えられる。
次に、実施例１の玉軸受において炭素繊維の含有率を種々変更したものを用意して、樹脂組成物中の炭素繊維の含有率と軸受の耐久性との相関について検討した。耐久性の評価方法は、前述のものと全く同様である。
【００２２】
結果を図３のグラフに示す。なお、図３のグラフにおける耐久性の数値は、前述の比較例１の軸受（炭素繊維の含有率が０質量％の場合）の耐久性を１とした場合の相対値で示してある。図３のグラフから、樹脂組成物中の炭素繊維の含有率が１２〜４０質量％であると、耐久性が特に優れていることが分かる。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、転がり支持装置の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、本発明は様々な種類の転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
【００２３】
また、樹脂組成物に含有させる繊維状充填材には、シラン系カップリング剤やチタネート系カップリング剤で表面処理を施してもよい。そうすれば、母材であるＰＥＥＫやＰＰＳに代表されるポリアリーレンスルフィド樹脂（ＰＡＳ）との密着性や母材への分散性を向上させることができる。なお、目的に応じた他の表面処理を施しても差し支えない。
【００２４】
さらに、本発明における樹脂組成物には、ＰＴＦＥ粉末，黒鉛，六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ），フッ素雲母，メラミンシアヌレート（ＭＣＡ），層状の結晶構造を有するアミノ酸化合物（Ｎ−ラウロ−Ｌ−リジン），フッ化黒鉛，フッ化ピッチ，二硫化モリブデン（ＭｏＳ２  ）等の固体潤滑剤を適量添加してもよい。そうすれば、樹脂組成物の耐摩耗性がより向上し、内外輪と転動体との接触面に発生する摩擦力が低下するため、内外輪の摩耗が低減される。
【００２５】
樹脂組成物中の固体潤滑剤の含有率は特に限定されるものではないが、樹脂組成物全体の２５質量％以下であることが好ましい。２５質量％を超えて添加しても、潤滑性のさらなる向上が期待できないばかりでなく、樹脂組成物の機械的強度が低下して内外輪の摩耗が増加し、軸受の寿命が短くなるおそれがある。
また、固体潤滑剤の平均粒径は、０．１〜６０μｍであることが好ましい。平均粒径が０．１μｍ未満の小さい粒子では、母材である樹脂と混合した際に凝集が起こりやすく、粒子の分散が不均一となるおそれがある。一方、平均粒径が６０μｍを超える大きい粒子では、内外輪の表面の平滑性が低下するとともに強度が低下するために、軸受の寿命が短くなるおそれがある。
【００２６】
さらに、繊維状充填材及び固体潤滑剤の合計の含有率は、樹脂組成物全体の５０質量％以下であることが好ましい。繊維状充填材及び固体潤滑剤のそれぞれの含有率が前述の上限値以下であっても、前記両者の合計の含有率が５０質量％を超えると、溶融成形時の流動性と樹脂組成物の機械的強度及び耐摩耗性とが著しく低下するおそれがある。
【００２７】
なお、本発明の目的を損わない範囲内であれば、前記樹脂組成物には各種添加剤を配合してもよい。例えば、酸化防止剤，熱安定剤，紫外線吸収剤，光保護剤，難燃剤，帯電防止剤，流動性改良剤，非粘着性付与剤，結晶化促進剤，増核剤，顔料，染料等を例示することができる。
さらに、本発明の転がり支持装置を構成する部材のうち、前記樹脂組成物で構成される部材以外の部材の材質は、特に限定されるものではなく、転がり支持装置を構成する材料として通常使用されるものを問題なく使用することができる。ただし、耐食材料を用いることがより好ましく、例えば、ステンレス鋼系金属材料（ＳＵＳ４４０Ｃ，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ６３０等），チタン合金，セラミック材料（窒化ケイ素，ジルコニア，アルミナ，炭化ケイ素等）があげられる。そして、これらのうち１種を用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の転がり支持装置は、ＰＥＥＫ及びＰＡＳの少なくとも一方を含有し且つ曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上である樹脂組成物で、内輪及び外輪のうち少なくとも外輪を構成したので、外部環境を潤滑剤で汚染することがなく、高荷重下においても長寿命である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る転がり支持装置の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【図２】軸受の耐久性を評価する軸受回転試験機の構造を示す概略図である。
【図３】樹脂組成物中の炭素繊維の含有率と玉軸受の耐久性との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
１    内輪
２    外輪
３    玉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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