(57)【要約】【課題】安価でありながらも、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、更には高湿度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、更には高湿度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】ラジカル発生剤と、少なくとも２個以上の炭素間二重結合を有する多官能モノマーとを含むポリアミド樹脂組成物の成形体を加熱架橋してなることを特徴とする転がり軸受用プラスチック保持器、及び前記転がり軸受用プラスチク保持器を備える転がり軸受。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジカル発生剤と、少なくとも２個以上の炭素間二重結合を有する多官能モノマーとを含むポリアミド樹脂組成物の成形体を加熱架橋してな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】
ラジカル発生剤が２，３−ジメチル−２，３−ジフェニルブタンであり、多官能モノマーがトリアリルイソシアヌレートまたはトリアリルシアヌレートの少なくとも一方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】
ラジカル発生剤の添加量がポリアミド樹脂１００重量部に対して０．０１〜５重量部であり、多官能モノマーの添加量がポリアミド樹脂１００重量部に対して０．０１〜１０重量部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】
多官能モノマーとラジカル発生剤との添加量比が、多官能モノマー：ラジカル発生剤＝６：１０〜５０：１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】
ポリアミド樹脂の架橋前の数平均分子量が３０，０００以下であり、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１〜４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】
ポリアミド樹脂が、分子構造中にメチレン鎖（−（ＣＨ２）ｎ−）を有することを特徴とする請求項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。
【請求項７】
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１〜６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８】
請求項１〜７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。図１は玉軸受の一例を示す断面図であるが、図示されるように、内輪１１と外輪１２との間に配置される複数個の転動体である玉１３を、図２に斜視図を示す冠型保持器１４にて転動自在に保持し、更に封入グリースの漏洩や外部からの異物の侵入を防止するためのシール１５を装着して構成されている。
【０００３】
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が多用されている。このアンギュラ玉軸受は、内輪１と外輪２との間に、複数個の玉３を、図４に斜視図を示す保持器４により保持して構成されている。尚、図４において、符号４１は玉３を保持するためのポケットである。
【０００４】
上記各保持器４，１４の中には、樹脂組成物を所定形状に成形したプラスチック保持器があり、樹脂組成物として材料コストと性能のバランスが良いことから、ガラス繊維を配合したポリアミド６（ナイロン６）やポリアミド６６（ナイロン６６）をベース樹脂とした樹脂組成物が多用されている。また、転がり軸受の使用条件（温度や回転速度）によっては、より耐熱性に優れるポリアミド４６樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂をベース樹脂とした樹脂組成物も用いられている。
【０００５】
【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晒され、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。
【０００６】
しかし、ベース樹脂として従来一般的なポリアミド６やポリアミド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、これらをベース樹脂とする保持器では、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。
【０００７】
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。
【０００８】
また、上記に挙げたような耐熱性の高いポリアミド４６樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂は、ポリアミド６やポリアミド６６に比べてかなり高価であり、安易に代用することができない。更には、ポリアミド樹脂は吸水性が高いため、ポリアミド樹脂組成物からなる保持器を組み込んだ転がり軸受を高湿度下で使用すると、保持器が膨潤して転がり軸受が円滑に作動しなくなるという不具合も抱えている。
【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、安価でありながらも、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、更には高湿度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、更には高湿度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、ラジカル発生剤と、少なくとも２個以上の炭素間二重結合を有する多官能モノマーとを含むポリアミド樹脂組成物の成形体を加熱架橋してな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、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。
【００１２】
本発明のプラスチック保持器は、ポリアミド樹脂組成物を、ラジカル発生剤と、少なくとも２個以上の炭素間二重結合を有する多官能モノマーとを用いて架橋したものであり、従来品よりも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。
【００１３】
【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。
【００１４】
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ポリアミド樹脂であり、特にその種類は制限されるものではない。しかし、後述される架橋機構から、水素の引き抜きを容易にして架橋をより進行させるために、分子構造中にメチレン鎖（−（ＣＨ２）ｎ−）に有することが好ましく、繰り返し単位中にベンゼン環を有する芳香族ポリアミド樹脂よりは脂肪族ポリアミド樹脂の方が好ましい。具体的には、ポリアミド６（ナイロン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好適に用いることができる。また、これらの多くは、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ポリイミドＰＩ樹脂に比べて安価であるという利点を有する。
【００１５】
上記ポリアミド樹脂には、架橋のためのラジカル発生剤と、２個以上の炭素間二重結合を有する多官能モノマーとが添加される。ラジカル発生剤としては、下記一般式で表される１，２−ジフェニルエタン誘導体が好ましい。
【００１６】
【化１】
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【００１７】
式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜５のアルキル基、炭素数３〜１０のシクロアルキル基、フェニル基または炭素数１〜５のアルキル置換フェニル基であり、同一でも異なっていてもよい。また、Ｘ、Ｙは水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜３のアルキル基または炭素数１〜４のアルコキシ基を表す。中でも、下記に示す２，３−ジメチル−２，３−ジフェニルブタンがラジカル発生剤として特に好ましい。
【００１８】
【化２】
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【００１９】
これらラジカル発生剤は架橋剤として機能し、２００℃以上の温度で炭素間結合が開裂してラジカルを発生する。ラジカル発生剤の添加量は、ポリアミド樹脂１００重量部に対して０．０１〜５重量部、好ましくは０．０５〜２重量部である。ラジカル発生剤が０．０１重量部未満では、ラジカルの発生量が少なすぎて架橋が殆ど進行しない。また、ラジカル発生剤が５重量部を超える場合には、架橋度の更なる増大がみられないとともに、未反応物や過剰のラジカルが残存してプラスチック保持器の物性低下を引き起こすおそれがある。
【００２０】
一方、分子中に２個以上の炭素間二重結合をする多官能モノマー（以下、「特定の多官能モノマー」という）は、架橋助剤として機能する。このような特定の多官能モノマーとしては、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレート、ジアリルフタレート、ジビニルベンゼン、ジイソプロペニルベンゼン、Ｎ，Ｎ´−ｍ−フェニレンビスマレイミド、ポリブタジエン等が挙げられ、これらは単独または２種以上組み合わせ使用される。中でも、トリアリルイソシアヌレート及びトリアリルシアヌレートが、上記のラジカル発生剤との間でより円滑に架橋反応を進めることから好ましい。
【００２１】
また、特定の多官能モノマーの添加量は、ポリアミド樹脂１００重量部に対して０．０１〜１０重量部、好ましくは０．０５〜５重量部である。特定の多官能モノマーが０．０１重量部未満では、絶対量が少なすぎて架橋が殆ど進行しない。また、特定の多官能モノマーが１０重量部を超える場合には、架橋度の更なる増大がみられないとともに、未反応物等が残存してプラスチック保持器の物性低下を引き起こす可能性が高くなる。
【００２２】
更に、特定の多官能モノマーとラジカル発生剤とは、特定の多官能モノマー：ラジカル発生剤＝６：１０〜５０：１の範囲で併用することが好ましい。特定の多官能モノマーが６：１０よりも少なくなると、架橋助剤としての作用が弱すぎて架橋反応の進行が遅くなる。一方、特定の多官能モノマーが５０：１よりも多くなると、特定の多官能モノマーに由来する未反応物が残存してプラスチック保持器の物性を低下させる可能性が高くなる。
【００２３】
ポリアミド樹脂中における上記のラジカル発生剤と特定の多官能モノマーとによる架橋反応は、次のような機構によるものと考えられる。即ち、先ずラジカル発生剤の開裂により発生したラジカルが特定の多官能モノマーの炭素間二重結合に付加し、２次ラジカルを生じる。そして、この２次ラジカルが、ポリアミド樹脂のアミド結合の間に存在するメチレン水素を引き抜き、それにより発生したポリアミド樹脂の分子ラジカル同士が特定の多官能モノマーにより数箇所で結合され、架橋構造が構築される。
【００２４】
また、このようにラジカル発生剤及び特定の多官能モノマーがそれぞれ単独で架橋反応を起こさないことは、製造上大きな利点になる。即ち、ラジカル発生剤を配合したポリアミド樹脂のペレットと、特定の多官能モノマーを配合したポリアミド樹脂のペレットとを別々に調製することにより、これらの保管が可能となり、実際の製造において、両ペレットを成形機に投入すればプラスチック保持器の成形を即時開始することができる。これに対し、架橋剤として一般的な有機過酸化物は、単独でもポリアミド樹脂のアミド結合の間に存在するメチレン水素を引き抜いて架橋が進行するため、成形直前にポリアミド樹脂に有機過酸化物を添加して混練する必要があり、製造開始毎に成形原料の調製が必要になる。
【００２５】
ポリアミド樹脂には、機械的強度の向上を目的として、ガラス繊維や炭素繊維等の強化繊維、チタン酸カリウムウィスカーやホウ酸アルミニウムウィスカー等のウィスカーを補強材として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。補強材の配合量は、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、ポリアミド樹脂組成物全量に対して１０〜４０重量％、好ましくは１５〜３０重量％である。補強材の配合量が１０重量％未満では、補強効果が小さく、プラスチック保持器としての実用性が低い。一方、補強材が４０重量％を超える場合は、成形原料の溶融粘度が高すぎて成形性が悪くなり、複雑な形状のプラスチック保持器を精度よく成形するのが困難になる。
【００２６】
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、熱や光による劣化を防止するために、ヨウ化化合物等の熱安定剤、アミン化合物やフェノール化合物等の酸化防止剤、光安定化剤を添加できる。更には、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。
【００２７】
本発明のプラスチック保持器を得るには、先ず、ポリアミド樹脂にラジカル発生剤を配合したペレットと、ポリアミド樹脂に特定の多官能モノマー配合したペレットと、補強材及びその他の添加剤を、好ましくは射出成形機に投入し、この射出成形機の加熱部にて溶融混練を行う。この間に上記の架橋反応が進行し、所定の保持器形状（例えば、図２に示した冠型や図４に示したアンギュラ型）に成形した時点では架橋物としてプラスチック保持器が得られる。離型後、必要に応じて、ポリアミド樹脂の融点以下の温度、例えば１５０〜２９０℃、好ましくは２００〜２６０℃にて加熱処理を行い、架橋を更に進行させてもよい。尚、この加熱処理は、酸化劣化を防ぐために、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気もしくは真空下で行うことが望ましい。また、加熱処理後に直ちに空気中に出さず、同一雰囲気で室温程度にまで徐冷することにより酸化劣化を防止できる。
【００２８】
尚、一般的な射出成形機では、数平均分子量が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、上記の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。
【００２９】
また、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、架橋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以上になるように架橋条件を調整する。
【００３０】
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（数平均分子量１００，０００以上）しており、従来よりも優れた剛性や耐摩耗性を有する、また、高度に架橋されていることから、分子間の広がりが抑えられるため、吸水による膨張も抑制され、寸法変化も小さくなる。
【００３１】
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。
【００３２】
【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。
【００３３】
（実施例１）
ポリアミド６６樹脂（宇部興産（株）製「ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６」；数平均分子量２０，０００、ガラス繊維３０重量％及びヨウ化銅系熱安定剤含有）１００重量部に対し、ラジカル発生剤（日本油脂（株）製「ノフマーＢＣ９０」；２，３−ジメチル−２，３−ジフェニルブタン）１重量部を配合したペレットと、同ポリアミド６６樹脂１００重量部に、多官能モノマー（日本化成（株）製「タイク」；トリアリルイソシアヌレート）１重量を配合したペレットとを、１：１の割合で混合してインラインスクリュー式射出成形機に投入し、樹脂温度２８０℃で図２に示した深溝玉軸受用の冠型保持器、並びに図４に示したアンギュラ型保持器（但し、日本精工（株）製アンギュラ玉軸受（呼び番号「７９１２Ｃ」：内径６０ｍｍ、外径８５ｍｍ、幅１３ｍｍ、接触角１５°）相当品）をそれぞれ成形した。また、離型後、各保持器をアルゴンガス中で２２０℃にて１時間加熱処理を行い、アルゴンガス中で室温まで徐冷した。尚、架橋後のポリアミド６６樹脂の数平均分子量は、１２０，０００であった。そして、得られた各保持器を下記（１）保持器引張強度試験及び（２）耐久性試験に供した。
【００３４】
（実施例２）
ポリアミド６樹脂（宇部興産（株）製「ＵＢＥナイロン１０１５ＧＵ６」；数平均分子量２０，０００、ガラス繊維３０重量％及びヨウ化銅系熱安定剤含有）１００重量部に対し、ラジカル発生剤（日本油脂（株）製「ノフマーＢＣ９０」；２，３−ジメチル−２，３−ジフェニルブタン）１重量部を配合したペレットと、同ポリアミド６樹脂１００重量部に、多官能モノマー（日本化成（株）製「タイク」；トリアリルイソシアヌレート）１重量を配合したペレットとを、１：１の割合で混合してインラインスクリュー式射出成形機に投入し、樹脂温度２４０℃で実施例１と同様の冠型保持器及びアンギュラ型保持器をそれぞれ成形した。また、離型後、各保持器をアルゴンガス中で２００℃にて１時間加熱処理を行い、アルゴンガス中で室温まで徐冷した。尚、架橋後のポリアミド６樹脂の数平均分子量は、１００，０００であった。そして、得られた各保持器を下記（１）保持器引張強度試験及び（２）耐久性試験に供した。
【００３５】
（比較例１）
ポリアミド６６樹脂（宇部興産（株）製「ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６」；数平均分子量２０，０００、ガラス繊維３０重量％及びヨウ化銅系熱安定剤含有）の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、樹脂温度２２０℃で実施例１と同様の冠型保持器及びアンギュラ型保持器をそれぞれ成形した。また、離型後の熱処理は行わなかった。そして、得られた各保持器を下記（１）保持器引張強度試験及び（２）耐久性試験に供した。
【００３６】
（比較例２）
ポリアミド６樹脂（宇部興産（株）製「ＵＢＥナイロン１０１５ＧＵ６」；数平均分子量２０，０００、ガラス繊維３０重量％及びヨウ化銅系熱安定剤含有）の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、樹脂温度２２０℃で実施例１と同様の冠型保持器及びアンギュラ型保持器をそれぞれ成形した。また、離型後の熱処理は行わなかった。そして、得られた各保持器を下記（１）保持器引張強度試験及び（２）耐久性試験に供した。
【００３７】
（１）保持器引張強度試験
図５に示す円環引張治具に上記で得た各冠型保持器４０を、そのゲート部４０ｇとウエルド４０ｗ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、比較例１の測定値を１００とした相対値で実施例１の測定値を、また比較例２の測定値を１００とした相対値で実施例２の測定値を表１に示した。
【００３８】
（２）耐久性試験
上記で得た各アンギュラ型保持器を、日本精工（株）製アンギュラ玉軸受（呼び番号「７９１２Ｃ」：内径６０ｍｍ、外径８５ｍｍ、幅１３ｍｍ、接触角１５°）を組み込み、試験軸受を作製した。そして、図８に示す試験装置３０のシャフト３１の一端に、試験軸受５０を一対、それぞれの内輪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５０００ｍｉｎ−１から１０００ｍｉｎ−１ずつ上昇させていき、アンギュラ型保持器が破損もしくは変形したときの回転数を求めた。そして、比較例１のアンギュラ型保持器が破損もしくは変形した回転数を１００とし、その相対値で実施例１、実施例２及び比較例３の測定値を表１に示した。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１から、本発明に従い、ポリアミド樹脂組成物をラジカル発生剤及び多官能モノマーを用いて架橋した保持器は、高強度で耐久性にも優れることがわかる。
【００４１】
【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、安価でありながらも、優れた強度及び耐久性を有し、更には吸水による膨潤も少なく寸法安定性にも優れており、これを組み込んだ転がり軸受は、高温・高速回転、更には高湿度条件下でも長時間の使用に耐え得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】玉軸受の一例を示す断面図である。
【図２】冠型保持器を示す斜視図である。
【図３】アンギュラ玉軸受の半断面図である。
【図４】アンギュラ玉軸受用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治具を示す概略図である。
【図６】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
２　外輪
３　玉
４　アンギュラ型保持器
１１　内輪
１２　外輪
１３　玉
１４　冠型保持器
【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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