(57)【要約】【課題】  樹脂部の機械的強度を維持しつつ、熱伝導性及び耐摩耗性を向上させた樹脂製プーリを提供する。【解決手段】  転がり軸受と、該転がり軸受の周囲に該転がり軸受と一体に形成された樹脂部とを備えた樹脂製プーリにおいて、前記樹脂部が、概ね平均繊維径が４〜１５μｍの範囲に入る炭素繊維を該樹脂部全量に対して１０〜４０質量％、概ね平均繊維径が５０〜２００ｎｍの範囲に入る炭素繊維を該樹脂部全量に対して５〜２０質量％含有する合成樹脂組成物からなることを特徴とする樹脂製プーリ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受と、該転がり軸受の周囲に該転がり軸受と一体に形成された樹脂部とを備えた樹脂製プーリにおいて、
前記樹脂部が、概ね平均繊維径が４〜１５μｍの範囲に入る炭素繊維を該樹脂部全量に対して１０〜４０質量％、概ね平均繊維径が５０〜２００ｎｍの範囲に入る炭素繊維を該樹脂部全量に対して５〜２０質量％含有する合成樹脂組成物からなることを特徴とする樹脂製プーリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製プーリに関し、より詳しくは自動車に搭載される補機類の駆動用ベルトやその他のベルトのテンショナ用、或いはアイドラプーリ等として使用される樹脂製プーリに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の補機類を駆動するベルトの案内用プーリとして、転がり軸受の外周に樹脂を一体成形してなる樹脂製プーリが採用されている。樹脂製プーリにおいては、ベルトを案内する外径部の成形精度、ベルト張力に耐える強度特性、連続負荷使用による耐熱性及び耐塩化カルシウム性等が要求されている。
【０００３】
そこで、このような成形精度、強度、耐熱性及び耐塩化カルシウム性を向上させるために、ガラス繊維を１５〜４０重量％程度充填した強化ナイロン６６、強化ナイロン６１０、強化ナイロン６１２、或いはポリフェニレンサルファイドとミネラルの複合材料や、ガラス繊維を４３重量％含有した６ナイロン、６６ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロン等のポリアミド樹脂で樹脂部を形成した樹脂製プーリが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。また、ガラス繊維として、直径１０〜１３μｍのものが用いられている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−６３２４９号公報
【特許文献２】特開平８−４８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の直径１０〜１３μｍのガラス繊維で強化したポリアミド系材料等は、耐熱性や耐疲労性に優れるものの、ガラス繊維及びベース樹脂材料の熱伝導性が悪い。そのため、軸受の温度上昇を樹脂部で放熱することが難しく、樹脂部に徐々に蓄熱される。それにより、樹脂部の熱劣化や耐疲労性の低下等が促進し、最悪の場合、樹脂部の破損等の不具合を起こす危険性がある。また、軸受温度も高く保たれることから、内部に充填されているグリースの劣化も進展することも考えられ、軸受部の耐久寿命に悪影響が及ぶことも想定される。
【０００６】
また、樹脂製プーリは、悪路走行時にベルトとの間に砂塵が入り込み、外径表面が摩耗して凹凸が形成されたり、摩耗が更に進行すると外径が小さくなり、ベルトが外れる可能性が高くなる。この摩耗は、プーリ表面に存在するガラス繊維を始めとする充填材以外の部分を起点として起こり、徐々に表面の面荒れが進行していくと考えられている。
【０００７】
本発明は、このような状況に着目してなされたものであって、樹脂部の機械的強度を維持しつつ、熱伝導性及び耐摩耗性を向上させた樹脂製プーリを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、転がり軸受と、該転がり軸受の周囲に該転がり軸受と一体に形成された樹脂部とを備えた樹脂製プーリにおいて、前記樹脂部が、概ね平均繊維径が４〜１５μｍの範囲に入る炭素繊維を該樹脂部全量に対して１０〜４０質量％、概ね平均繊維径が５０〜２００ｎｍの範囲に入る炭素繊維を該樹脂部全量に対して５〜２０質量％含有する合成樹脂組成物からなることを特徴とする樹脂製プーリを提供する。尚、概ね平均繊維径が４〜１５μｍの範囲に入る炭素繊維とは、全体で平均繊維直径が３〜１６μｍの範囲に入る炭素繊維（以下、「大径炭素繊維」ともいう）のことであり、概ね平均繊維径が５０〜２００ｎｍの範囲に入る炭素繊維とは、全体で平均繊維直径が４０〜２１０ｎｍの範囲に入る炭素繊維（以下、「微細炭素繊維」ともいう）のことである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の樹脂製プーリでは、樹脂部において、大径炭素繊維が機械的強度を維持するとともに、微細炭素繊維が金属よりも熱伝導性が高いことから放熱性を向上させる。そのため、熱による樹脂部の劣化及び軸受部の充填グリースの劣化を防止できる。また、微細炭素繊維は、樹脂部に数多く分散しているため、耐摩耗性も向上するため、砂塵等が舞うような悪路でも支障なく走行できる。このように、本発明の樹脂製プーリは、耐久性に優れ信頼性の高いものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明にかかる樹脂製プーリの一実施形態を示す正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００１１】
図１及び図２において、樹脂製プーリは、転がり軸受１と、転がり軸受１の周囲に転がり軸受１と一体的に形成された樹脂部２とから構成されている。転がり軸受１は、図２に示すように、外輪外周部に樹脂部２の脱着を防止する凹溝９を有する接触ゴムシール付きの深溝玉軸受である。接触ゴムシール１０のゴム材質としては、ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム、アクリルゴム等を原料とし、それに各種充填材を配合したものを用いることができる。また、転がり軸受１中に充填されるグリースとしては、使用温度を考慮して、ポリ−αオレフィン油、アルキルジフェニルエーテル油等を基油とし、ジウレア等を増ちょう剤とし、添加剤として酸化防止剤、摩耗防止剤等を更に加えたもの等を用いることができる。
【００１２】
樹脂部２は、転がり軸受１の外輪に固着された内径円筒部３と、ベルト案内面４を有する外径円筒部５と、外径円筒部５と内径円筒部３との間に形成された円板部６とを有し、更に、該円板部６には多数のリブ７が放射状に形成されている。また、内径円筒部３には所定ピッチ円で等間隔に多数のゲート８が形成されており、本発明では、これらゲート８に後述される合成樹脂組成物の溶融物を流し込み、射出成形することにより、本樹脂製プーリが得られる。
【００１３】
樹脂部２は、合成樹脂と、補強材である２種類の炭素繊維とを含有する合成樹脂組成物を成形して得られる。合成樹脂としては、耐疲労性に優れるポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６等のポリアミド樹脂や、耐熱性に優れるポリフェニレンサルファイド樹脂を好適に用いることができる。これら樹脂は、射出成形性を考慮すると数平均分子量で１３０００〜３００００、更に耐疲労性、高成形精度を考慮すると数平均分子量で１８０００〜２５０００であることが好ましい。数平均分子量が１３０００未満の場合には、分子量が低すぎて、樹脂部２の耐疲労性が十分でなく、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、耐疲労性は向上するものの、特定のガラス繊維を特定猟配合した場合、成形時の溶融粘度が高くなりすぎ、射出成形により高精度でプーリを製造することが難しくなる。
【００１４】
上記のポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６等は吸水性が高いことから、吸水性を低下させて耐塩化カルシウム性を向上させるために、低吸水性の他のポリアミド樹脂や酸無水物で変性されたポリオリフィン樹脂等の樹脂を組み合わせたり、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）等のゴム状物質を組み合わせてもよい。低吸水性のポリアミド樹脂の具体例としては、ポリアミド１２、ポリアミド１１、ポリアミド６１２、ポリアミド６１０、ポリアミド６Ｉ６Ｔ、ポリアミドＭＸＤ６、変性ポリアミド１２、変性ポリアミド６Ｔ等が挙げられる。これら低吸水性ポリアミド樹脂の混入量は、上記のポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６等を５０〜９０重量％とし、低吸水性ポリアミド樹脂を１０〜５０重量％とすることが好ましい。低吸水性ポリアミド樹脂の中でも、変性ポリアミド１２は、非晶性であることからポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６等との相溶性が高く、混合による機械的強度の低下を起こすことが無く、特に好ましい。また、これら低吸水性ポリアミド樹脂は、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００１５】
炭素繊維は、概ね平均繊維径が４〜１５μｍの範囲に入る大径炭素繊維と、概ね平均繊維径が５０〜２００ｎｍの範囲に入る微細炭素繊維とを混合して用いる。それぞれの配合量は、樹脂部全量に対して、大径炭素繊維が１０〜４０質量％、好ましくは２０〜３０質量％であり、微細炭素繊維が５〜２０質量％、好ましくは１０〜１５質量％である。大径炭素繊維は、樹脂部の耐衝撃性等の機械的強度を維持するために配合されるため、配合量が１０質量％未満では樹脂部が強度不足となる。一方、微細炭素繊維は、金属よりも高い熱伝導度を有することから樹脂部の熱伝導性を向上させ、更には樹脂部に数多く分散して耐摩耗性の向上にも寄与するため、配合量が５質量％未満では熱伝導性及び耐摩耗性の改善が不十分となる。また、大径炭素繊維と微細炭素繊維との合計配合量の上限は、６０質量％であるが、これは合成樹脂組成物の成形性を考慮した値である。即ち、大径炭素繊維と微細炭素繊維との合計配合量が６０質量％を越えると、合成樹脂組成物の流動性が低下するとともに、靭性が逆に低下し、金型から離型するときに破損するおそれがある。機械的強度、熱伝導性、耐摩耗性及び成形性を総合的に考慮すると、大径炭素繊維と微細炭素繊維との合計配合量は２０〜５０質量％が好ましい。
【００１６】
大径炭素繊維として、具体的にはピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維等が挙げられる。これらの炭素繊維は通常、熱伝導率が２０〜８５０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるため、黒鉛化して熱伝導率を高めたものを使用することが好ましい。また、合成樹脂との接着性を考慮して、サイジング剤（サイズ剤）で処理したものが好ましい。サイジング剤（サイズ剤）としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂及びこれら樹脂の変性物が挙げられ、ベース樹脂に応じて適宜選択される。また、大径炭素繊維の繊維長は、制限されるものではないが、５００〜７０００μｍが好ましい。
【００１７】
微細炭素繊維は、カーボンナノファイバーとも呼称されるもので、炭化水素と水素とを気相で熱分解反応させて触媒微粒子を核にして繊維状に成長させ、更に熱処理により黒鉛構造を発達させたものである。その熱伝導率は約１２００Ｗ／ｍ・Ｋであり、銅等の金属を上回る。そのため、この微細炭素繊維を配合することにより、樹脂部には微細炭素繊維が数多く分散して熱伝導性が高まる。また、この微細炭素繊維の繊維長は８〜２０μｍ程度、アスペクト比１０〜５００程度であり、大径炭素繊維には及ばないものの補強効果も有する。更に、樹脂部に数多く分散するため、耐摩耗性の向上にも寄与する。
【００１８】
尚、微細炭素繊維として、繊維径が１０ｎｍ程度のカーボンナノチューブが知られている。しかし、このカーボンナノチューブは、カーボンナノファイバーと同様に熱伝導性の向上には寄与するものの、アスペクト比が５程度であるため補強材として作用し難い。そのため、配合することで大径炭素繊維の配合量が相対的に低減するため、樹脂部の強度低下を招くようになる。
【００１９】
上記の合成樹脂、大径炭素繊維及び微細炭素繊維からなる合成樹脂組成物の熱伝導率は０．８〜１．５Ｗ／ｍ・Ｋの範囲であり、従来の合成樹脂及び炭素繊維からなる合成樹脂組成物の熱伝導率０．５〜０．７Ｗ／ｍ・Ｋに比べると大幅に高まっている。そのため、これを成形してなる樹脂部も熱伝導性が高く、放熱性に優れるようになる。そのため、樹脂部の熱劣化並びに軸受部の温度上昇を効果的に抑え、プーリ全体としての寿命延長が可能になる。また、多数の微細炭素繊維が樹脂部に分散する結果、耐摩耗性も向上する。
【００２０】
合成樹脂組成物には、必要に応じて、種々の添加剤を配合することができる。例えば、合成樹脂としてポリアミド樹脂を用いる場合は、成形時及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、それぞれ単独で、あるいは併用して配合することが好ましい。また、耐摩耗性を更に高めるために、粒子状充填剤、具体的には炭酸カルシウム、クレー、タルク、シリカ、ウォラストナイト等を配合してもよい。
【００２１】
更に、樹脂部２の外径円筒部５の凹凸を更に減少させる、或いは、外径円筒部５の耐摩耗性を更に向上させるために、上記強化材とは別に、粒子状充填材、具体的には炭酸カルシウム、クレー、タルク、シリカ、ウォラストナイト等を更に添加してもよい。これらの含有量は、本発明の効果を損なわない範囲で適宜選択される。これらの配合量は、本発明の効果を損なわない範囲で適宜選択される。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００２３】
（実施例１〜３、比較例１〜３）
表１に示す如く、合成樹脂、大径炭素繊維及び微細炭素繊維を配合、混練して合成樹脂組成物を調製した。そして、この合成樹脂組成物を成形し、成形品の熱伝導率及び引張強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００２４】
また、この合成樹脂組成物を用い、外輪外周部に凹溝を有する接触ゴムシール付き深溝玉軸受（６２０３ＤＤＬ１８）をコアにしてインサート成形（射出成形）を行い、図１及び図２に示すような試験プーリを作製した。そして、図３に示す試験機４２を用いて、８０００ｍｉｎ−１で回転させながら樹脂部表面の温度を測定し、温度が安定した時点を樹脂部温度として求めた。結果を表１に併記するが、比較例１の樹脂部温度を１００とする相対値で示す。
【００２５】
尚、図示される試験機４２は、駆動モータ（図示せず）に繋がった駆動輪４４と従動輪４６とを備えており、駆動輪４４と従動輪４６にはベルト４８が架け渡されて連結されている。そして、駆動輪４４と従動輪４６との間で、ベルト４８に試験プーリ１１のベルト案内面３１を接触させて取り付け可能としている。尚、この試験プーリ１１の転がり軸受には、下向きに９８０Ｎの荷重が掛けられており、この荷重によって試験プーリ１１のベルト案内面３１がベルト４８に押し付けられている。そして、駆動輪４４が回転すると、ベルト４８を介して従動輪４６が回転駆動され、ベルト４８に押し付けられた試験プーリ１１のベルト案内面３１が回転される。また、試験機４２は恒温槽５０に収容されている。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１に示すように、本発明に従い大径炭素繊維と微細炭素繊維とを併用した実施例は、大径炭素繊維のみを含有する比較例に比べて熱伝導性に優れることに加え、引張強度も同等以上と優れている。
【００２８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。例えば、上記実施形態では、外周円筒部がフラット形状の樹脂製プーリについて説明してきたが、図４に示すような外周円筒部５がＶリブ状の樹脂製プーリや、転がり軸受と別体で成形される構成の樹脂製プーリについても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る樹脂製プーリの一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】外径部耐摩耗性評価及び耐疲労性評価に用いた試験機の概略図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例にかかる樹脂製プーリの断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１     転がり軸受
２     樹脂部
３     内径円筒部
４     ベルト案内面
５     外径円筒部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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