(57)【要約】【課題】保持器の原材料となる合成樹脂組成物の強度を高く維持し、射出成型時の合成樹脂組成物の流動性を妨げず、成型不良や精度不良の保持器の製造を防止できる転がり軸受用保持器を提供すること。【解決手段】転がり軸受用の合成樹脂組成物製保持器において、合成樹脂組成物は、繊維直径が５００ｎｍ以下で、アスペクト比が１０以上の微細炭素繊維を充填材として２〜５０質量％含有することを特徴とする転がり軸受用保持器を構成する。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動体を収容保持するポケットを備える合成樹脂組成物製の保持器において、当該合成樹脂組成物の組成のうち２〜５０質量％は微細炭素繊維からなる充填材であり、残りを合成樹脂からなるベース樹脂が占めており、当該微細炭素繊維の繊維直径が５００ｎｍ以下であることを特徴とする転がり軸受用保持器。
【請求項２】
請求項１に記載の転がり軸受用保持器であって、前記微細炭素繊維のアスペクト比が１０以上であることを特徴とする転がり軸受用保持器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受用保持器であって、前記転がり軸受は外径が９ｍｍ未満のミニアチュア玉軸受であることを特徴とする転がり軸受用保持器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受に使用される保持器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、転がり軸受の転動体を収容保持する保持器は、原材料の合成樹脂を射出成型して製造されている。保持器の原材料の合成樹脂にはポリアミド樹脂（例えば、６６ナイロンや４６ナイロン等）、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、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を使用している。そして、保持器の強度を高めるために、合成樹脂の中にガラス繊維や炭素繊維を充填材として含有させた合成樹脂組成物も原材料として使用されている。
【０００３】
充填材として使用されているガラス繊維は、その繊維直径が９〜１４μｍ程度、長さが０．２〜０．７ｍｍ程度である。また、充填材として使用されている炭素繊維は、その繊維直径が６〜１２μｍ程度である（以下、従来充填材として使用されてきた繊維直径が６〜１２μｍ程度の炭素繊維を「通常の炭素繊維」という）。特に、ガラス繊維を１０〜２５質量％含有させた６６ナイロンからなる合成樹脂組成物が、原材料コストと性能のバランスが良好であることを理由に広く保持器の原材料として用いられている。
【０００４】
また、転がり軸受には、転動体として玉を用いるものところを用いるものとがある。玉を転動体とする転がり軸受の保持器の１例を図２に示す。保持器１０は全体が円形冠状をなし、玉を収容保持するポケット１２が円周方向の複数箇所に形成してあり、各ポケット１２の間は柱部１４によって区切られている。また、柱部１４の先端から弾性変形可能な一対の爪１６が円弧状に延び、この一対の爪１６の間にポケット１２の開口部１８が構成され、開口部１８はアキシアル方向の一方側に開口している。開口部１８の開口幅は玉の直径よりも小さな寸法である。かかる保持器１０において、開口部１８と反対側にあるポケット１２の底部分２０及び爪１６の肉厚は薄くなっている。
【０００５】
さらに、近年になって外径が９ｍｍ未満のミニアチュア玉軸受がハードディスクドライブ（ＨＤＤ）装置等に使用されており、ミニアチュア玉軸受に使用される保持器も小型化されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、保持器の射出成型の際に、ガラス繊維や通常の炭素繊維を充填材として含有する合成樹脂組成物は、太く長い充填材の存在によってその流動性が妨げられてしまうという不具合を生じていた。特に、保持器の形態上で薄肉部分となっている部分において合成樹脂組成物の流動性が低下しやすく、成型不良や精度不良の保持器が製造されてしまうという問題を起していた。例えば、保持器１０では、ポケット１２の底部分２０及び爪１６が薄肉部分となっており、射出成型時にこれらの薄肉部分で合成樹脂組成物が流動しにくくなって保持器の形状安定性を欠くことや、薄肉部分を通過した合成樹脂組成物が会合する部分（ウェルド）の強度が充分に確保されないことがあった。
【０００７】
また、かかる不具合はミニアチュア玉軸受に使用される小型化された保持器の射出成型時により顕著に生じていた。すなわち、小型化された保持器をガラス繊維や通常の炭素繊維を充填材として含有する合成樹脂組成物から射出成型すると、保持器の微小な部分に合成樹脂組成物が流動してまわりにくくなり、やはり成型不良や精度不良を有する不良品の発生頻度が大きくなるという問題を生じていた。
【０００８】
さらに、ガラス繊維や通常の炭素繊維を充填材として含有する合成樹脂組成物製の保持器では、転動体の転動によって保持器が転動体と接触する部分で、保持器の表面に露出した充填材が脱落することがあった。脱落した充填材はそれ自体が異物となるだけでなく、保持器の摩耗を促進して合成樹脂組成物の粉塵等の新たな異物を発生させる原因ともなるため、清浄な環境での使用に適切であるとはいえなかった。
【０００９】
本発明は、上記した従来の技術の問題点を除くためになされたものであり、その目的とするところは、保持器の原材料となる合成樹脂組成物の強度を高く維持しつつ、射出成型時の合成樹脂組成物の流動性が妨げられず、成型不良や精度不良となった保持器の製造を防止できる転がり軸受用保持器を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項１の発明は、転動体を収容保持するポケットを備える合成樹脂組成物製の保持器において、当該合成樹脂組成物の組成のうち２〜５０質量％は微細炭素繊維からなる充填材であり、残りを合成樹脂からなるベース樹脂が占めており、当該微細炭素繊維の繊維直径が５００ｎｍ以下である転がり軸受用保持器である。
【００１１】
請求項１の発明において、微細炭素繊維とは微小直径の炭素繊維のことであり、その構造として、グラファイト状の炭素の層であるグラフェンが円筒状に丸まって単層又は多層に重なった構造や、多数の小さなグラフェンの層が軸方向に連続して積層した構造などが代表的である。一般的に、このような微細炭素繊維は、特にその構造やサイズに拘らず、バッキーチューブ、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノワイヤー等と呼ばれる。以下の説明において、グラファイト状の炭素の層であるグラフェンが円筒状に丸まって単層又は多層に重なった構造のものをカーボンナノチューブ、多数の小さなグラフェンの層が軸方向に連続して積層した構造のものをカーボンナノファイバーという。
【００１２】
また、従来から充填材として使われているガラス繊維や通常の炭素繊維にくらべ、微細炭素繊維は繊維直径が小さく、繊維長が短い。したがって、微細炭素繊維を充填材として含有する合成樹脂組成物の流動性は、ガラス繊維や通常の炭素繊維を充填材として含有する合成樹脂組成物の流動性よりも良い。
さらに、微細炭素繊維は繊維直径が小さく、繊維長が短いので、ガラス繊維や通常の炭素繊維よりも比表面積が大きい。したがって、合成樹脂との接触面積が大きくなり、微細炭素繊維と合成樹脂の間で一体化しやすくなる。
【００１３】
また、微細炭素繊維は合成樹脂中に曲がりくねって入り組んだ状態で分散しているので、合成樹脂とよく絡まって一体化しやすくなる。したがって、微細炭素繊維は保持器を形成する合成樹脂組成物の表面から脱落しにくくなる。
また、微細炭素繊維の繊維直径を５００ｎｍよりも大きくすると、合成樹脂組成物の強度は大きくなるものの流動性が低くなってしまう場合や、流動性は確保されても強度が不足する場合を生じてしまう。したがって、微細炭素繊維の繊維直径を５００ｎｍ以下とすることが好ましい。さらに、微細炭素繊維の繊維直径を２００ｎｍ以下とすることがより好ましく、繊維直径を２００ｎｍ以下とすることにより合成樹脂組成物の流動性と強度とがバランス良く確保される。なお、微細炭素繊維の繊維直径をより細くすることによって不都合を生じない。
【００１４】
また、合成樹脂組成物中の微細炭素繊維の含有率が５０質量％を超えると、合成樹脂組成物の流動性が低下してしまい、この含有率が２質量％よりも少ないと合成樹脂組成物の強度が確保されなくなってしまう。したがって、充填材としての微細炭素繊維の含有率は２〜５０質量％とすることが好ましい。さらに、微細炭素繊維の含有率を５〜３５質量％とすることがより好ましく、合成樹脂組成物の流動性と強度がバランス良く確保される。
【００１５】
また、合成樹脂組成物を構成する合成樹脂には、従来ある各種のエンジニアリングプラスチックを単独又は混合して用いる。
また、この保持器が収容保持する転動体には、玉ところが含まれる。
請求項２の発明は、請求項１に記載の転がり軸受用保持器であって、前記微細炭素繊維のアスペクト比が１０以上である転がり軸受用保持器である。
【００１６】
微細炭素繊維のアスペクト比が１０よりも小さいと、微細炭素繊維同士が相互に絡まりあう度合いが小さくなり、微細炭素繊維と合成樹脂とが絡まりあう度合いも小さくなってしまう。したがって、微細炭素繊維と合成樹脂とが充分な強度で一体化するために、微細炭素繊維のアスペクト比を１０以上とすることが好ましい。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受用保持器であって、前記転がり軸受は外径が９ｍｍ未満のミニアチュア玉軸受である転がり軸受用保持器である。
請求項３の発明によると、ミニアチュア玉軸受の保持器を微細炭素繊維と合成樹脂とからなる合成樹脂組成物で形成するので、保持器の微細な部分においても合成樹脂組成物の流動性低下による成型不良や精度不良は生じにくくなる。また、微細炭素繊維と合成樹脂とが充分な強度で一体化されているので、保持器から微細炭素繊維が脱落しにくい。したがって、保持器の摩耗を生じにくく、合成樹脂組成物の粉塵等の異物が発生しにくい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、本実施の形態に係る保持器は、合成樹脂組成物の原材料から射出成型して形成した外径が９ｍｍ未満のミニアチュア玉軸受用の保持器である。この保持器が収容保持する転動体は玉となっており、保持器の構成は、その原材料である合成樹脂組成物の組成を除いて従来ある保持器と同様の構成を有しており、重複する説明は省略する。
【００１９】
この保持器の原材料である合成樹脂組成物について以下説明する。合成樹脂組成物はベース樹脂であるエンジニアリングプラスチックと、充填材である微細炭素繊維を所定比率で混合したものである。エンジニアリングプラスチックとしては、従来のものと同様のポリアミド樹脂（例えば、６６ナイロンや４６ナイロン等）、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、フッ素樹脂等の合成樹脂が挙げられる。これらの合成樹脂を単独でまたは混合してエンジニアリングプラスチックとしている。また、微細炭素繊維は、５０〜２００ｎｍの繊維直径と１０〜２０μｍの繊維長を有し、そのアスペクト比は１０以上となっている。さらに、合成樹脂組成物中の微細炭素繊維の含有率は５〜３５質量％である。なお、微細炭素繊維の構造はカーボンナノチューブとカーボンナノファイバーのいずれであっても良く、カーボンナノチューブとカーボンナノファイバーを混合して使用することも可能である。
【００２０】
したがって、充填材としての微細炭素繊維は、ガラス繊維や通常の炭素繊維にくらべて繊維直径が小さく、繊維長が短い。このため、保持器を射出成型するとき、微細炭素繊維はベース樹脂の流動を妨げることが少なく、微細炭素繊維はベース樹脂とともに一緒に流動しやすくなり、合成樹脂組成物の流動性は確保されている。また、微細炭素繊維の比表面積は、ガラス繊維や通常の炭素繊維にくらべて大きい。このため、微細炭素繊維とベース樹脂との接触面積が大きくなり、微細炭素繊維とベース樹脂の間は一体化しやすくなり、保持器を形成する合成樹脂組成物に加わる力を微細炭素繊維が受けて合成樹脂組成物の強度が確保される。さらに、微細炭素繊維は曲がりくねった状態で分散しているので、微細炭素繊維はベース樹脂と絡まりやすくなり、微細炭素繊維とベース樹脂とは一体化しやすい。また、微細炭素繊維のアスペクト比は１０以上となっているので、微細炭素繊維同士が相互に絡まりあいやすく、微細炭素繊維の間にベース樹脂が満遍なく行き渡り、微細炭素繊維とベース樹脂が一体化し、合成樹脂組成物として大きな強度が発揮される。また、微細炭素繊維の繊維直径は５０〜２００ｎｍ、繊維長は１０〜２０μｍであるとともに、微細炭素繊維の含有率は５〜３５質量％であるので、合成樹脂組成物の流動性と強度とがバランス良く確保されている。
【００２１】
上述のように、流動性と強度がともに確保された合成樹脂組成物を原材料として保持器を射出成型して形成しているので、射出成型時に保持器の微小な部分に合成樹脂組成物が流動してまわりやすくなっている。このため、微小な保持器の各部分に合成樹脂組成物が行き渡り、ポケットの底部分及び爪等の薄肉部分にも合成樹脂組成物が流動して満遍なく行き渡り、形状安定性が確保され、薄肉部分を通過した合成樹脂組成物が会合する部分（ウェルド）の強度が充分に確保される。したがって、射出成型時の成型不良や精度不良が防止されることとなる。
【００２２】
また、微細炭素繊維と合成樹脂とが充分な強度で一体化されているので、保持器から微細炭素繊維が脱落しにくくなり、保持器に摩耗を生じることが防止され、合成樹脂組成物の粉塵等が異物として発生することも防止される。
次に、本実施の形態に係る保持器の特性について行った評価試験の結果を説明する。
（１）合成樹脂組成物の射出成型に対する評価
本実施の形態に係る合成樹脂組成物を用いた保持器の射出成型について評価試験を行った。評価対象の合成樹脂組成物（評価対象）のベース樹脂には６６ナイロン（宇部興産株式会社製の宇部ナイロンのＰＡ６６であり、グレードは２０２０Ｕ）を使用し、充填材の微細炭素繊維には５０〜２００ｎｍの繊維直径と１０〜２０μｍの繊維長を有し、そのアスペクト比は１０以上のものを使用した。また、比較対象の合成樹脂組成物物（比較対象）には、評価対象と同じ６６ナイロンをベース樹脂として使用し、充填材に約１０μｍの繊維直径と約０．５ｍｍの繊維長を有するガラス繊維を使用した。そして、評価対象について、ベース樹脂と充填材の含有率をそれぞれ変えてヘンシェルミキサにより混合し、これらの各混合物を二軸押出機に投入して合成樹脂組成物のペレットをつくり、各ペレットから射出成型機により保持器を成型した。射出成型機により成型した各保持器は、内径約２．３ｍｍ、外径約２．９ｍｍ、アキシアル方向の幅約０．８ｍｍの大きさの呼び番号が６８１ＸＺＺ（内径１．５ｍｍ、外径４ｍｍ、幅２ｍｍ）であるミニアチュア玉軸受用保持器に相当する冠型保持器で、本実施の形態に係る保持器と同じ構成を有するものである。また、比較対象についても、ベース樹脂の含有率を７５質量％、充填材の含有率を２５質量％とし、合成樹脂組成物の組成を除いて評価対象と同様の保持器を射出成型機により成型した。なお、比較対象に係る合成樹脂組成物は、保持器の原材料として従来から使用されている典型的な合成樹脂組成物である。
【００２３】
そして、ベース樹脂と充填材の含有率を変化させて、評価対象及び比較対象の合成樹脂組成物から成型した保持器における不良品の発生頻度を調べて比較した。なお、不良品とは、欠損、ウェルドの接合不良、反り、割れを有する保持器のことである。
表１及び図１に比較結果を示す。
【００２４】
【表１】
2004052980.tif 000002
【００２５】
表１には、評価対象の合成樹脂組成物について、ベース樹脂と充填材の含有率をそれぞれケース１からケース９まで場合分けして示し、各ケースについて不良品発生頻度と評価を示している。
各ケースの不良品発生頻度は、比較対象の不良品の発生率に対する各ケースの不良品発生率の比により示す。すなわち、不良品発生頻度が１のときは不良品発生率が比較対象の不良品発生率と同じであり、不良品発生頻度が１よりも大きな値のときは不良品発生率が比較対象の不良品発生率よりも大きくなっており、不良品発生頻度が１よりも小さな値のときは不良品発生率が比較対象の不良品発生率よりも小さなことを表す。なお、表１の不良品発生頻度の欄に成型不可と記載があるものは、そのケースに係る合成樹脂組成物から保持器を射出成型できなかったことを示す。
【００２６】
図１は、充填材である微細炭素繊維の含有率と不良品発生頻度の関係を示す。図１の横軸には微細炭素繊維の含有率をとり、縦軸には不良品発生頻度をとっている。
表１及び図１より、以下のことがわかる。評価対象において充填材である微細炭素繊維の含有率が５０質量％以下の範囲において、不良品発生頻度はケース７の不良品発生頻度よりも小さく抑えられている。充填材である微細炭素繊維の含有率が低くなるほど不良品発生頻度は小さくなっており、特に、微細炭素繊維の含有率が３５質量％以下の範囲でこの効果が顕著に認められる。一方、充填材である微細炭素繊維の含有率が６０質量％になると、保持器を射出成型できなかった。これは、合成樹脂組成物の流動性が低下してウェルドが形成されなかったからである。
【００２７】
したがって、不良品発生頻度を小さくするには、充填材としての微細炭素繊維の含有率は５０質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは３５質量％以下とすべきことがわかる。
（２）保持器の強度及び精度からみた合成樹脂組成物の評価
前述の「（１）合成樹脂組成物の射出成型に対する評価」における評価対象のケース１からケース９及び比較対象について、それぞれの合成樹脂組成物から射出成型した各保持器の強度及び寸法精度の評価試験を行った。強度の評価においては、各保持器の引っ張り強度、ウェルドの強度、ポケットの開口部の爪の変形に対する強度を測定し、比較対象について測定して得た強度を基準として相対的に評価した。
【００２８】
強度を評価した結果、充填材である微細炭素繊維の含有率が２〜５０質量％の範囲で各保持器は充分な強度を示した。また、この含有率が５〜５０質量％の範囲で保持器が示した強度は、比較対象の保持器が示した強度よりも勝っていた。一方、微細炭素繊維の含有率を１質量％以下とした場合の保持器が示した強度は、比較対象の保持器が示した強度よりも若干劣っていた。
【００２９】
また、寸法精度の評価においては、各ケースの保持器の寸法を測定し、この測定結果より保持器の形状の寸法精度を測定し、比較対象について測定して形状の寸法精度を基準として相対的に評価した。具体的には、各保持器についてその外径、内径、真円度、保持器とポケットに収容保持される転動体のＰＣＤとの同軸度を測定し、各保持器の形状の精度を算出した。
【００３０】
寸法精度を評価した結果、充填材である微細炭素繊維の含有率が５０質量％以下で各保持器は充分な寸法精度を示した。
強度及び寸法精度の評価結果より、各ケースに係る合成樹脂組成物が保持器を射出成型する原材料として有する適合性を表１の最下段に示す。この適合性は、比較対象の合成樹脂組成物を基準として相対的な評価を示している。すなわち、評価がＡの場合は、そのケースに係る合成樹脂組成物は保持器の原材料として比較対象の合成樹脂組成物よりも優れていることを示す。また、評価がＢの場合は、そのケースに係る合成樹脂組成物は保持器の原材料として比較対象の合成樹脂組成物とほぼ同等であることを示す。さらに、評価がＣの場合は、そのケースに係る合成樹脂組成物は保持器の原材料として比較対象の合成樹脂組成物よりも劣ることを示す。なお、評価がＤの場合は、そのケースに係る合成樹脂組成物から保持器を射出成型できず、評価をできなかったことを示す。
【００３１】
また、図１のグラフ中にも、表１の最下段に示した合成樹脂組成物の評価をあわせて示す。
したがって、上記した各評価試験の結果より、合成樹脂組成物において充填材である微細炭素繊維の含有率を２〜５０質量％とすることが好ましく、射出成型時の不良品発生頻度を小さく抑えるには微細炭素繊維の含有率を２〜３５質量％とすることがより好ましく、微細炭素繊維の含有率を５〜３５質量％とするとさらに好ましいことがわかる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、上記のような転がり軸受用保持器であるので、保持器の原材料となる合成樹脂組成物の強度を高く維持しつつ、射出成型時の合成樹脂組成物の流動性が妨げられず、成型不良や精度不良となった保持器の製造を防止できる転がり軸受用保持器を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】微細炭素繊維の含有率と不良品発生頻度の関係及び評価の図である。
【図２】従来ある保持器の斜視図である。
【符号の説明】
１０　保持器
１２　ポケット
１４　柱部
１６　爪
１８　ポケットの開口部
２０　ポケットの底部分
【図１】
2004052980.tif 000003
【図２】
2004052980.tif 000004