(57)【要約】【課題】  合成樹脂製保持器の機械的強度及び耐久性を向上することができ、信頼性が高く、高速回転用途にも十分に耐え得る転がり軸受を提供する。【解決手段】  内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に転動自在に設けられる複数の転動体１３と、転動体１３を円周方向に等間隔に保持する合成樹脂製保持器１４と、を備える転がり軸受であって、合成樹脂製保持器１４は、平均直径２〜４μｍのガラス繊維を２０〜５０質量％含有する合成樹脂からなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に設けられる複数の転動体と、前記転動体を円周方向に等間隔に保持する合成樹脂製保持器と、を備える転がり軸受であって、
前記合成樹脂製保持器は、平均直径２〜４μｍのガラス繊維を２０〜５０質量％含有する合成樹脂からなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記ガラス繊維は、結束剤、カップリング剤、潤滑剤及び静電防止剤の少なくとも一つを含有する表面処理剤により表面処理されることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
【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転がり軸受に関し、より詳細には、高速回転用途に好適な転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、転がり軸受の合成樹脂製保持器には、ナイロン６６、ナイロン４６等のポリアミド樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂に、ガラス繊維を強化材として配合したガラス繊維強化合成樹脂が使用されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３００１２８８号公報
【特許文献２】特開２００５−１４０１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年の機器の高速化や高性能化に伴い、転がり軸受には高速回転化が強く要望されているが、特に、針状ころ軸受では、軸受の負荷容量を優先すると、針状ころの本数をできるだけ多く配置すると共に、ころ長をできるだけ長くする必要があるため、図８に示すように、合成樹脂製保持器７の柱部７ａが細長くなり、肉薄になってしまう。このため、このような合成樹脂製保持器７では、使用に伴う繰返し応力に対する耐久性が十分ではなく、特に、針状ころが収納されるポケット７ｂの隅の角部には応力が集中し易いので、高速回転用途に適用するために合成樹脂製保持器の耐久性の向上が要望されていた。
【０００５】
また、ガラス繊維の含有量を増やすことで合成樹脂製保持器の強度を高めることもできるが、成形性や形状保持性等からガラス繊維の含有率は一般に保持器全量の５０質量％程度が限界とされており、ガラス繊維の含有量によるこれ以上の増強には余地が無い状況にある。
【０００６】
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、合成樹脂製保持器の機械的強度及び耐久性を向上することができ、信頼性が高く、高速回転用途にも十分に耐え得る転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動自在に設けられる複数の転動体と、転動体を円周方向に等間隔に保持する合成樹脂製保持器と、を備える転がり軸受であって、合成樹脂製保持器は、平均直径２〜４μｍのガラス繊維を２０〜５０質量％含有する合成樹脂からなることを特徴とする転がり軸受。
（２）  ガラス繊維は、結束剤、カップリング剤、潤滑剤及び静電防止剤の少なくとも一つを含有する表面処理剤により表面処理されることを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、合成樹脂製保持器は、平均直径２〜４μｍのガラス繊維を２０〜５０質量％含有する合成樹脂からなるため、合成樹脂製保持器の機械的強度及び耐久性を向上することができ、信頼性が高く、高速回転用途にも十分に耐え得る転がり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る転がり軸受の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る転がり軸受を説明するための断面図、図２は図１に示す転がり軸受に組み込まれる保持器を説明するための斜視図である。
【００１０】
本実施形態の転がり軸受１０は、図１に示すように、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪軌道面１１ａと前記内輪軌道面１２ａとの間に転動自在に介装される複数の転動体１３と、転動体１３を円周方向に略等間隔で保持する合成樹脂製保持器１４と、外輪１１及び内輪１２の間に形成される環状空間を密封するシール部材１５と、を備えている。なお、シール部材１５は、本実施形態では、冷延鋼板に亜鉛メッキ等を施した金属製の内輪非接触タイプであるが、同種の鋼板の芯金に弾性材を設けたゴムシールタイプ（内輪非接触、内輪接触）であってもよい。
【００１１】
合成樹脂製保持器１４は、図２に示すように、冠型保持器であって、円環状の主部２０と、この主部２０の片面に設けられ、周方向に等間隔で配置された複数の弾性片２１と、を備えており、互いに間隔をあけて配置された一対の弾性片２１の間には、転動体１３を転動自在に保持する複数のポケット２２が形成される。
【００１２】
そして、合成樹脂製保持器１４は、平均直径２〜４μｍのガラス繊維を２０〜５０質量％含有する合成樹脂（ガラス繊維強化合成樹脂）からなり、この合成樹脂としては、耐熱性を考慮して、ポリフェニレンサルファイド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリアミド４６、ポリアミド６６等を好適に用いることができる。ポリフェニレンサルファイド樹脂は、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、低吸水で寸法安定性に優れ、１５０〜１８０℃の高温で使用可能な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る。また、芳香族ポリアミド樹脂は、高融点、高強度を有し、１２０℃〜１４０℃という高温での使用が可能である。一方、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、保持器の破損に対して信頼性が向上して好ましい。さらに、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、材料コストが低いため、使用環境によっては最も好適である。なお、ここで、平均直径が２μｍのガラス繊維とは、直径１〜３μｍの範囲に入るガラス繊維のことであり、平均直径が４μｍのガラス繊維とは、直径３〜５μｍの範囲に入るガラス繊維のことである。
【００１３】
また、合成樹脂製保持器１４の合成樹脂の分子量としては、ガラス繊維を含有した状態で射出成形できる範囲、具体的には、数平均分子量で１３０００〜３００００が好ましく、より好ましくは、衝撃強度等の機械的強度や成形性を考慮して、数平均分子量で１８０００〜２６０００の範囲である。なお、数平均分子量が１３０００未満の場合は、分子量が低すぎて機械的強度が低くなり、実用性が低くなる。これに対して、数平均分子量が３００００を越える場合は、本実施形態のようにガラス繊維を２０〜５０質量％含有させると、溶融粘度が高くなりすぎ、保持器を精度良く射出成形で製造することが難しくなり、好ましくない。
【００１４】
また、合成樹脂製保持器１４のガラス繊維の含有量としては、全体の２０〜５０質量％が好ましく、より好ましくは、２５〜３５質量％の範囲である。なお、ガラス繊維の含有量が２０質量％未満の場合は、機械的強度、および寸法変化の改善効果が少なく好ましくない。これに対して、ガラス繊維の含有量が５０質量％を超える場合は、成形性が低下すると共に、靭性が逆に低下し、成形時の金型からの無理抜き時や転動体挿入時に破損する恐れがあり好ましくない。
【００１５】
また、合成樹脂製保持器１４のガラス繊維の平均繊維長としては、１００〜９００μｍが好ましく、より好ましくは、３００〜６００μｍの範囲である。なお、平均繊維長が１００μｍ未満の場合は、短すぎて補強効果及び寸法抑制効果が少なく、好ましくない。これに対して、平均繊維長が９００μｍを超える場合は、寸法抑制効果、および補強効果が向上するものの、樹脂部成形工程での繊維の破損や、配向性の低下による成形精度悪化が想定され好ましくない。
【００１６】
さらに、本実施形態では、合成樹脂製保持器１４のガラス繊維は、紡糸直後に、樹脂との接着性を考慮して、表面処理剤により表面処理が施されている。具体的には、結束剤と呼ばれる樹脂系エマルジョンやガラスと樹脂の双方を結合するためのカップリング剤や、潤滑剤や、静電気防止剤等の様々な成分が加えられた表面処理剤により処理されている。
【００１７】
結束剤としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、酢酸ビニル樹脂、およびアクリル樹脂等を用いることができる。いずれの結束剤を用いた場合においても作用効果は認められるが、特に、エポキシ樹脂を用いた場合の作用効果は大きく好適である。また、母材樹脂がポリアミド系樹脂である場合、ガラス繊維の結束剤としては、無水マレイン酸を一成分とするコポリマー（具体的には、無水マレイン酸とビニルエステルとのコポリマー、無水マレイン酸とビニルエーテルとのコポリマー、あるいは、無水マレイン酸とアクリル酸とのコポリマー等）が特に好適である。その理由は、結束剤とカップリング剤との組合せを、無水マレイン酸を一成分とするコポリマーとアミノシラン系カップリング剤、との組合せとすることで、強力なガラス繊維−カップリング剤−結束剤−ポリアミド樹脂マトリックスの４層構造を構築させることができるためである。
【００１８】
カップリング剤としては、シラン系、クロム系、チタン系等があるが、現在はシラン系カップリング剤の使用が大半を占めている。シラン系カップリング剤は、一端にガラス繊維と結合するシラノール基を、他端に樹脂マトリックス、あるいは、結束剤と結合可能な有機官能基を有している。なお、熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維強化樹脂の場合には、結束剤は樹脂マトリックス中に溶融・拡散せずに、ガラス繊維表面に残留する。このため、繊維強化熱可塑性樹脂のカップリング剤としては、結束剤との接着に優れたアミノシラン系のカップリング剤（具体的には、Ｎ−β−（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、あるいはγ−アミノプロピルトリエトキシシラン等）が好適である。
【００１９】
また、本実施形態の合成樹脂組成物（合成樹脂製保持器１４）には、ガラス繊維の他に、繊維状充填剤として、炭素繊維、アラミド繊維、炭化珪素繊維、ウォラスナイト、および、酸化亜鉛ウィスカー、チタン酸カリウムウィスカー及びホウ酸アルミニウムウィスカー等のウィスカー類を添加してもよい。なお、上記した繊維状充填剤は、単独もしくは２種類以上を併用して用いてもよい。また、ゼオライト、カオリン、マイカ、クレー、タルク、アルミナ、シリカ等の非繊維状充填剤を添加してもよい。また、顔料、染料、帯電防止剤、および、フッ素樹脂等の固体潤滑剤、等の配合剤も必要に応じて極小量添加してもよい。また、添加剤として、成形時、およ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してもよい。さらに、耐衝撃性を改善するエチレンプロピレン非共役ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等のゴム状物質を別途添加してもよい。
【００２０】
なお、本実施形態のガラス繊維強化合成樹脂の調整方法、並びに保持器への成形方法には制限がなく、それぞれ従来の方法に従うことができる。なお、成形方法としては、生産性を考慮すると射出成形が好ましい。
【００２１】
以下に、ガラス繊維径の微細化、および、特定の結束剤を含有する表面処理剤の使用による、合成樹脂組成物の物性向上の理由を説明する。
【００２２】
本実施形態の合成樹脂製保持器１４に含有されるガラス繊維としては、平均直径で２〜４μｍの範囲に入るものが用いられるが、そのような平均直径が２〜４μｍのガラス繊維は、従来の平均直径が１０〜１３μｍのガラス繊維と同じ重量含有率としたとすると、実質の本数が増加することになる。そして、これに伴い強化材であるガラス繊維の全表面積が飛躍的に増大するため、従来の平均直径のガラス繊維を用いた場合より補強効率が向上することになるのである。
【００２３】
また、本実施形態の合成樹脂製保持器１４のガラス繊維による寸法変化抑制効果は、平均直径１０〜１３μｍのガラス繊維を同一重量含有させたものより大きくなる。このような性質も、同一重量含有率の場合、実質の本数が増加することによってガラス繊維による樹脂分子鎖の拘束作用の程度が大きくなることによる。
【００２４】
さらに、本実施形態の合成樹脂製保持器１４においては、上記した寸法変化抑制効果の向上だけでなく、同一重量含有率の場合、平均直径１０〜１３μｍのガラス繊維を含有させたものと比較して、より高速化に対応できるようになっている。これは、ガラス繊維の本数の増加分だけ、より大きな負荷（使用に伴う繰返し応力）に耐えることが可能となったことによる。
【００２５】
従って、本実施形態の転がり軸受１０によれば、合成樹脂製保持器１４は、平均直径２〜４μｍのガラス繊維を２０〜５０質量％含有する合成樹脂からなるため、合成樹脂製保持器１４の機械的強度及び耐久性を向上することができ、信頼性が高く、高速回転用途にも十分耐え得る転がり軸受を提供することができる。
【００２６】
また、本実施形態の転がり軸受１０によれば、ガラス繊維は、結束剤、カップリング剤、潤滑剤及び静電防止剤の少なくとも一つを含有する表面処理剤により表面処理されるため、ガラス繊維と合成樹脂との接着性（結合性）を向上することができる。これにより、ガラス繊維の補強効率を向上することができるので、合成樹脂製保持器１４の機械的強度及び耐久性をさらに向上することができる。
【００２７】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、本実施形態では、深溝玉軸受に本発明を適用した場合を例示したが、これに限定されず、アンギュラ玉軸受（図３参照。）の保持器（図４，５参照。）や、円錐ころ軸受の保持器（図６参照。）や、円筒ころ軸受の保持器（図７参照。）や、針状ころ軸受の保持器（図８参照。）等に本発明を適用してもよい。
【実施例】
【００２８】
以下に、ナイロン６６とナイロン４６の樹脂マトリックスについて、繊維径の違いが合成樹脂組成物の物性に及ぼす効果を調べるために行った試験について説明する。
【００２９】
本試験には、ナイロン６６（宇部興産(株）製 ＵＢＥナイロン２０２０Ｕ）とナイロン４６（ＤＪＥＰ製 Ｓｔａｎｙｌ  ＴＷ３４１）に、平均直径が異なる２種（３μｍ（本実施例１，２）、１３μｍ（比較例１，２））のガラス繊維をそれぞれ３０質量％含有させた、合計４種のガラス繊維強化ナイロンを使用する。
【００３０】
本試験では、上記した４種のガラス繊維強化ナイロンの引張試験、アイゾット衝撃試験、耐熱性、耐グリース性評価を実施する。なお、引張強度は、ＪＩＳ  Ｋ７１１３に準拠し、アイゾット衝撃強度はＪＩＳ  Ｋ７１１０に準拠した。耐熱性は、試験片を１６０℃で１０００時間保持した後に引張強度を測定し、初期値を１００とした相対値を求めた。耐グリース性は、試験片を１４０℃のポリα−オレフィン油−ウレア系グリースに１０００時間浸漬した後に引張強度を測定し、初期値を１００とした相対値を求めた。結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2007057011.tif 000003
【００３２】
表１から明らかなように、ナイロン６６、ナイロン４６のいずれも、ガラス繊維の平均直径を１３μｍから３μｍにすることによって、機械的強度（引張強度、アイゾット衝撃強度）、耐熱性、耐グリース性のすべてが向上していることから、本実施例１，２が優れた機械的強度及び耐久性を有することがわかった。これにより、本実施例１，２を転がり軸受１０の合成樹脂製保持器１４に使用した場合、合成樹脂製保持器１４の耐久性が向上するため、転がり軸受１０を高速回転用途にも適用できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る転がり軸受を説明するための断面図である。
【図２】図１に示す転がり軸受に組み込まれる保持器を説明するための斜視図である。
【図３】アンギュラ玉軸受を示す断面図である。
【図４】図３に示すアンギュラ玉軸受に組み込まれる保持器の一例を示す斜視図である。
【図５】図３に示すアンギュラ玉軸受に組み込まれる保持器の他の例を示す斜視図である。
【図６】円錐ころ軸受に組み込まれる保持器を示す斜視図である。
【図７】円筒ころ軸受に組み込まれる保持器を示す斜視図である。
【図８】針状ころ軸受に組み込まれる保持器を示す図であり、（ａ）は軸方向から見た図、（ｂ）は径方向から見た図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０      転がり軸受
１１      外輪
１１ａ    外輪軌道面
１２      内輪
１２ａ    内輪軌道面
１３      転動体
１４      合成樹脂製保持器
１５      シール部材
２０      主部
２１      弾性片
２２      ポケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007057011.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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