(57)【要約】【課題】フィラメントワインディング法やシートワインディング法のような層間剥離、射出成形法によるウエルド部に由来する強度低下が起こらず、しかも、種類や使用条件等によらず、ほぼ同一の静音効果が得られる樹脂製保持器を提供する。【解決手段】樹脂製保持器の製造に際し、強化繊維と熱可塑性樹脂製繊維とからなる不織布を芯棒に巻き付けて積層し、硬化させた後に芯棒を抜き取って得た筒状の成形体を保持器形状に加工する。または、保持器成形用金型に、強化繊維からなる不織布を積層して収容し、熱硬化性樹脂を充填して熱硬化させる。または、強化繊維と液状の熱硬化性樹脂との混合物を保持器成形用金型のキャビティ内壁に吹き付け、熱硬化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維を樹脂に配合した繊維強化樹脂組成物からなる転がり軸受用の保持器であって、
ウエルド部及び径方向における層間を示す境界が無く、前記強化繊維がランダムに存在していることを特徴とする転がり軸受用樹脂製保持器。
【請求項２】
請求項１記載の転がり軸受用樹脂製保持器の製造方法であって、
強化繊維と熱可塑性樹脂製繊維とからなる不織布を芯棒に巻き付けて所定の厚さに積層し、積層状態で加熱して熱可塑性樹脂製繊維を溶融した後、冷却し、次いで前記芯棒を抜き取り、得られた筒状の成形体を所定の保持器形状に加工することを特徴とする転がり軸受用樹脂製保持器の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の転がり軸受用樹脂製保持器の製造方法であって、
保持器成形用金型に、強化繊維からなる不織布を積層して収容した後、熱硬化性樹脂を充填して熱硬化させることを特徴とする転がり軸受用樹脂製保持器の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の転がり軸受用樹脂製保持器の製造方法であって、
強化繊維と液状の熱硬化性樹脂との混合物を保持器成形用金型のキャビティ内壁に吹き付け、熱硬化させることを特徴とする転がり軸受用樹脂製保持器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補強繊維を含有する転がり軸受用樹脂製保持器、並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の保持器として、軽量、低騒音であり、射出成形法により効率良く製造できること等の理由から、樹脂製保持器が用いられている。また、高速回転される用途、例えば工作機械用転がり軸受等の樹脂製保持器では高い強度が要求されるため、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維を樹脂に配合した繊維強化樹脂製保持器も使用されている。
【０００３】
このような繊維強化樹脂製保持器を作製するには、強化繊維を含有する樹脂組成物を射出成形する方法が広く行われている。また、強化繊維のフィラメントや布を芯棒に巻き付け、樹脂を含浸させた後、加熱して硬化させ、次いで芯棒を抜き取って得られた筒状の成形体を輪切りにし、機械加工により周方向に複数のポケットを開口することも行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
しかしながら、射出成形する方法では、保持器形状に合わせて円環状のキャビティを有する金型を用いるため、ゲートから注入された樹脂組成物の溶融物が、キャビティ内でゲートと対向する位置にて会合し、得られる保持器には会合部に対応した位置に筋状にウエルド部が形成され、強度が低下する。また、樹脂組成物の流動性を高めるために、一般に強化繊維の含有量が少なく設定されており、得られる保持器の補強効果に限度がある。
【０００５】
一方、特許文献１、２に記載されているような所謂「フィラメントワインディング法」や「シートワインディング法」により製造された樹脂製保持器では、樹脂の含浸が十分に、かつ均一に行われないと、層間剥離を起こすことがある。
【０００６】
また、高温高速回転時には、保持器にも理想的な動的回転バランスが求められ、閾値を上回るバランス不良の保持器を使用した場合には運転音や振動の上昇のみならず、最悪の場合には破損に至る。上記のように、ウエルド部や層間剥離により保持器の強度が低下していると、より破損しやすくなる。
【０００７】
高温高速回転時に限らず、運転音の低減は重要課題になっており、転がり軸受の騒音対策も種々検討されている。転がり軸受から発生する異常音の一つに、円筒ころ軸受のきしり音のような保持器から発せられる異常音がある。この異常音は保持器音とも保ばれており、転がり軸受の回転に伴って保持器と内輪、外輪、あるいは転動体であるころや玉とが接触することにより保持器が振動し、それにより音が発生する。
【０００８】
そこで、保持器の制振を目的として、樹脂製保持器の芯材に制振合金を用いたり（例えば、特許文献３参照）、軽量・高剛性で制振性の高いマグネシウム合金で保持器を形成する（例えば、特許文献４参照）ことも行われている。しかしながら、保持器は用途や使用条件等により、同一のものであっても保持器音の発生メカニズムや音響特性が異なるため、保持器材料による固有振動モードを求めても十分な制振効果が得られないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−２１１６２２号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８０８４７号公報
【特許文献３】特開平１１−２９４４５９号公報
【特許文献４】特開２０００−２４０６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、フィラメントワインディング法やシートワインディング法のような層間剥離、射出成形法によるウエルド部に由来する強度低下が起こらず、しかも、種類や使用条件等によらず、ほぼ同一の静音効果が得られる樹脂製保持器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】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明は、下記の転がり軸受用樹脂製保持器及びその製造方法を提供する。
（１）強化繊維を樹脂に配合した繊維強化樹脂組成物からなる転がり軸受用の保持器であって、
ウエルド部及び径方向における層間を示す境界が無く、前記強化繊維がランダムに存在していることを特徴とする転がり軸受用樹脂製保持器。
（２）上記（１）記載の転がり軸受用樹脂製保持器の製造方法であって、
強化繊維と熱可塑性樹脂製繊維とからなる不織布を芯棒に巻き付けて所定の厚さに積層し、積層状態で加熱して熱可塑性樹脂製繊維を溶融した後、冷却し、次いで前記芯棒を抜き取り、得られた筒状の成形体を所定の保持器形状に加工することを特徴とする転がり軸受用樹脂製保持器の製造方法。
（３）上記（１）記載の転がり軸受用樹脂製保持器の製造方法であって、
保持器成形用金型に、強化繊維からなる不織布を積層して収容した後、熱硬化性樹脂を充填して熱硬化させることを特徴とする転がり軸受用樹脂製保持器の製造方法。
（４）上記（１）記載の転がり軸受用樹脂製保持器の製造方法であって、
強化繊維と液状の熱硬化性樹脂との混合物を保持器成形用金型のキャビティ内壁に吹き付け、熱硬化させることを特徴とする転がり軸受用樹脂製保持器の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、層間剥離やウエルド部による強度低下を起こさず、更には制振効果にも優れ、種類や使用条件等によらずにほぼ同一の静音効果が得られる樹脂製保持器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】アンギュラ玉軸受用保持器の例を示す斜視図である。
【図２】冠型保持器の例を示す斜視図である。
【図３】椀型保持器の例を示す斜視図である。
【図４】円筒ころ軸受用保持器の例を示す斜視図である。
【図５】円錐ころ軸受用保持器の例を示す斜視図である。
【図６】実施例１の保持器の振動減衰率の経時変化を示すグラフである。
【図７】比較例１の保持器の振動減衰率の経時変化を示すグラフである。
【図８】実施例１の保持器と比較例１の保持器との強度を比較したグラフである。
【図９】実施例１の保持器と比較例１の保持器との剛性を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
本発明の転がり軸受用樹脂製保持器（以下、単に「保持器」ともいう。）は、径方向における層間を示す境界がないため、フィラメントワインディング法やシートワインディング法のような層間剥離による強度低下を起こすことがない。また、ウエルド部も無く、射出成形した時に生じるウエルド部による強度低下を起こすこともない。更には、強化繊維がランダムで均一に分散しているため、補強効果に優れ、制振効果にも優れ、種類や使用条件等によらずにほぼ同一の静音効果が得られる。
【００１６】
このような保持器を得るためには、下記に示す方法により製造することができる。
【００１７】
（第１の製造方法）
第１の製造方法では、強化繊維と、熱可塑性樹脂製繊維とからなる不織布を用いる。そして、先ず、この不織布を芯棒に巻き付けて所定の厚さとなるように積層し、積層状態で熱可塑性樹脂の溶融温度以上に全体を加熱する。この加熱により、不織布の熱可塑性樹脂製繊維が溶融し、それとともに不織布を形成している強化繊維が個々に分離して熱可塑性樹脂の溶融物中にランダムに分散する。そして、全体を冷却して硬化させる。硬化後、芯棒を抜き取り筒状の成形体を得るが、この筒状の成形体は強化繊維がランダムに分散した熱可塑性樹脂からなる成形体である。次いで、筒状の成形体を輪切りにして円環物とし、面取りやポケット形成等を行うことにより、保持器を得る。
【００１８】
強化繊維は、従来から保持器の強化のために使用される繊維でかまわないが、補強効果や制振性能、不織布への加工のしやすさ等を考慮すると、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等が好適である。また、繊維径や繊維長も、従来から用いる強化繊維と同等でかまわない。
【００１９】
また、熱可塑性樹脂としては、得られる保持器の耐熱性や強度等を考慮すると、ポリアミドやポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド等が好適である。
【００２０】
不織布にするには、不織布の一般的な製造方法に準じることができる。例えば、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とを、バインダーとともに水に加えて撹拌して水性スラリーを調製し、この水性スラリーを抄製、圧縮脱水、乾燥する方法が簡便で、かつ、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とが分散し合うことから好ましい。
【００２１】
得られる保持器が十分な強度と、制振性能とを備えるために、強化繊維を１０〜６４質量％含有することが好ましい。強化繊維量が１０質量％未満では強度及び制振性能が不足し、６４質量％を超えると熱可塑性樹脂が少なすぎて、成形不良や、強化繊維が保持器表面に露出して転動体を損傷させる等の不具合が生じる。より好ましくは、強化繊維量を２０〜６０質量％にする。不織布における強化繊維量が、そのまま保持器における強化繊維量になるため、抄製に用いる水性スラリーの強化繊維量をこの範囲にする。
【００２２】
(第２の製造方法)
第２の製造方法では、上記したような強化繊維のみからなる不織布を使用する。不織布を得るには、第１の製造方法と同様に強化繊維の水性スラリーを抄製、圧縮脱水、乾燥する。そして、この不織布を積層して保持器成形用の金型に収容し、金型内に熱硬化性樹脂を充填して熱硬化させる。熱硬化に際して、加温中に熱硬化性樹脂が流動化して不織布の隙間に流入し、それに伴って強化繊維が個々に分離して分散し、硬化後に強化繊維が熱硬化性樹脂中にランダムに分散した保持器が得られる。
【００２３】
熱硬化性樹脂としては、従来から樹脂製保持器に使用されている樹脂でかまわないが、得られる保持器がより高強度になることからエポキシ樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂が好適である。また、熱硬化性樹脂は、粉末でも液体でもよいが、液体であれば充填直後に不織布の隙間に流入することから好ましい。
【００２４】
保持器における強化繊維量は、金型に収容される不織布の量になる。上記したように保持器中の強化繊維量は１０〜６４質量％が好ましく、第２の製造方法では不織布の収容量を、熱硬化性樹脂の充填量との合計量に対し１０〜６４質量％にする。
【００２５】
（第３の製造方法）
第３の製造方法では、保持器成形用の金型のキャビティ内壁に、強化繊維と、液状の熱硬化性樹脂との混合物を所定の厚さとなるように吹き付け、熱硬化させる。熱硬化性樹脂は、第２の製造方法と同様にエポキシ樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂等が好適である。また、混合物中の強化繊維量が保持器中の強化繊維量になるため、好ましい量である１０〜６４質量％になるように混合物組成を調整する。
【００２６】
このような第１〜第３の製造方法によれば、強化繊維がランダムに分散し、ウエルド部や層間剥離も発生しないことに加え、強化繊維量を多くしても成形性に影響しないため、射出成形法に比べて強化繊維量を多くすることもできる。
【００２７】
尚、本発明において保持器の種類や形状には制限がなく、例えば図１に示すようなアンギュラ玉軸受用保持器、図２に示すような冠型保持器、図３に示すような椀型保持器、図４に示すような円筒ころ軸受用保持器、図５に示すような円錐ころ軸受用保持器等に適用することができる。
【実施例】
【００２８】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００２９】
（実施例１）
炭素繊維（ピッチ系炭素繊維）が２０質量％、ポリアミド繊維が８０質量％の不織布を芯棒に巻き付けて所定の厚さに積層し、ポリアミド樹脂の溶融温度以上に加熱後、冷却して硬化させ、次いで芯棒を抜き取り、円筒状の成形体を得た。この円筒状の成形体を輪切りにし、図１に示したようなアンギュラ玉軸受用保持器となるように、ポケットを形成し、仕上げ加工を施した。
【００３０】
（比較例１）
炭素繊維（ピッチ系炭素繊維）とポリアミド樹脂とを、実施例１と同割合となるようにして射出成形し、実施例１と同形のアンギュラ玉軸受用保持器を成形した。
【００３１】
（制振性評価）
実施例１及び比較例１の各保持器について、制振減衰試験を行った。結果を図６に実施例１の保持器、図７に比較例１の保持器の振幅の経時変化を示すが、実施例１の保持器では振動負荷後、８０秒程度で振動が収まっているのに対し、比較例１の保持器では振動が収まるのに３５０秒以上要しており、実施例１の保持器は制振性能に優れることがわかる。
【００３２】
（強度評価）
実施例１及び比較例１の各保持器について、円環引張試験により強度を測定した。結果を図８に示すが、実施例１の保持器が高強度であることがわかる。
【００３３】
（剛性評価）
実施例１及び比較例１の各保持器について、円環引張試験により剛性を測定した。結果を図９に示すが、実施例１の保持器が高剛性であることがわかる。
【００３４】
（実施例２）
炭素繊維（ピッチ系炭素繊維）からなる不織布を保持器成形用金型に収容し、金型内に液状のエポキシ樹脂を注入して熱硬化させ、実施例１と同形の保持器を得た。尚、炭素繊維量とエポキシ樹脂量とは、実施例１と同様に炭素繊維が４０質量％となるように調整した。
【００３５】
（実施例３）
炭素繊維（ピッチ系炭素繊維）が４０質量％、液状のエポキシ樹脂が６０質量％の混合物を保持器成形用金型のキャビティ内壁に吹き付けた後、熱硬化させて実施例１と同形の保持器を得た。
【００３６】
実施例２及び実施例３の保持器について実施例１と同様の制振性評価を行ったところ、何れも実施例１と同程度の制振性が得られた。また、強度評価及び剛性評価を併せて行ったところ、比較例１に比べて高強度及び高剛性であった。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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