(57)【要約】【課題】放射線架橋によりプラスチック保持器の強度向上を図るとともに、酸素劣化を防ぎ、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条件下で長期間の使用に耐え得る保持器、並びに前記保持器を備え、高温や高速回転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】合成樹脂に架橋助剤を配合してなる樹脂樹脂組成物を所定の保持器形状に形成した後、無酸素雰囲気中で放射線を照射して架橋させ、次いで、無酸素雰囲気中で熱処理を施すことを特徴とする転がり軸受用保持器の製造方法。【選択図】図２
2009108150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂に架橋助剤を配合してなる樹脂樹脂組成物を所定の保持器形状に形成した後、無酸素雰囲気中で放射線を照射して架橋させ、次いで、無酸素雰囲気中で熱処理を施すことを特徴とする転がり軸受用保持器の製造方法。
【請求項２】
架橋助剤を合成樹脂１００質量部に対し０．２〜７質量部含有することを特徴とする請求項１記載の転がり軸受用保持器の製造方法。
【請求項３】
架橋助剤がトリアリルイソシアヌレート、トリメチルプロパン、ペンタエリスリトールトリアクリレートまたはエチレングリコールジメタクリレートであることを特徴とする請求項２記載の転がり軸受用保持器の製造方法。
【請求項４】
数平均分子量３万以下の合成樹脂を用い、数平均分子量１０万以上となるように架橋す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保持器の製造方法。
【請求項５】
樹脂組成物を射出成形して保持器形状に成形すること特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の転がり軸受用保持器の製造方法。
【請求項６】
放射線を補強箇所に部分的に照射して照射部のみを架橋させ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保持器の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の製造方法により得られることを特徴とする転がり軸受用保持器。
【請求項８】
内輪と外輪との間に、複数の転動体を保持器で保持してなる転がり軸受において、保持器が請求項７記載の転がり軸受用保持器であることを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受用保持器及びその製造方法に関する。また、本発明は、前記転がり軸受用保持器を備え、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。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の１種である玉軸受に、図１に示すように、内輪１１と、外輪１２と、内輪１１と外輪１２との間に配置される複数個の転動体１３と、これらの複数個の転動体１３を保持して案内するための保持器１４とを備える。保持器１４は、金属保持器の他、プラスチック保持器が使用されている。保持器形状としては、図２に示す冠型保持器１４が多用されている。
【０００３】
プラスチック保持器１４の材料には、耐熱性や機械的強度等に優れ、コストとのバランスにも優れることから、ポリアミド樹脂が主流である。また、ガラス繊維、炭素繊維等の短繊維等を混入して強化した複合材の形態でも使用されている。
【０００４】
プラスチック保持器１４を得るには、ポリアミド樹脂あるいは複合材を例えば図２に示す形状に成形すればよいが、高温特性の向上や高剛性化を図るために、放射線を用いた架橋処理が施されることもある（特許文献１、２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８１６１号公報
【特許文献２】特開２００４−２０４９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２では、放射線架橋後の後処理に関しては言及していない。放射線架橋では、放射線照射時にフリーラジカルが発生し、フリーラジカルが残存したまま大気（酸素雰囲気）に晒されると、残留フリーラジカルが酸素と結合して材料劣化を起こす。
【０００７】
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更に高温に晒され、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。このよう背景から、放射線架橋による酸素劣化は大きな問題となりつつある。
【０００８】
そこで本発明は、放射線架橋によりプラスチック保持器の強度向上を図るとともに、酸素劣化を防ぎ、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条件下で長期間の使用に耐え得る保持器、並びに前記保持器を備え、高温や高速回転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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は下記を提供する。
（１）合成樹脂に架橋助剤を配合してなる樹脂樹脂組成物を所定の保持器形状に形成した後、無酸素雰囲気中で放射線を照射して架橋させ、次いで、無酸素雰囲気中で熱処理を施すことを特徴とする転がり軸受用保持器の製造方法。
（２）架橋助剤を合成樹脂１００質量部に対し０．２〜７質量部含有することを特徴とする上記（１）記載の転がり軸受用保持器の製造方法。
（３）架橋助剤がトリアリルイソシアヌレート、トリメチルプロパン、ペンタエリスリトールトリアクリレートまたはエチレングリコールジメタクリレートであることを特徴とする上記（２）記載の転がり軸受用保持器の製造方法。
（４）数平均分子量３万以下の合成樹脂を用い、数平均分子量１０万以上となるように架橋することを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の転がり軸受用保持器の製造方法。
（５）樹脂組成物を射出成形して保持器形状に成形すること特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載の転がり軸受用保持器の製造方法。
（６）放射線を補強箇所に部分的に照射して照射部のみを架橋させることを特徴とする上記（１）〜（５）の何れか１項に記載の転がり軸受用保持器の製造方法。
（７）上記（１）〜（６）の何れか１項に記載の製造方法により得られることを特徴とする転がり軸受用保持器。
（８）内輪と外輪との間に、複数の転動体を保持器で保持してなる転がり軸受において、保持器が上記（７）記載の転がり軸受用保持器であることを特徴とする転がり軸受。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の転がり軸受用保持器は、放射線照射による残存フリーラジカルと酸素との結合を防止する後処理を施すため、酸素劣化が無く優れた強度を有する。また、これを組み込んだ転がり軸受は、高温・高速回転条件下でも長時間の使用に耐え得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
本発明において、転がり軸受用保持器を形成するベース樹脂には合成樹脂を用いる。合成樹脂としてはポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド等のエンジニアリングピラスチック、ポリエーテルエーテルケトン等のスーパーエンジアリングプラスチック等が好適である。ポリアミド樹脂としては、従来と同様で構わず、ポリアミド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）等が挙げられる。
【００１３】
ベース樹脂は、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が、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。生産性から保持器への成形方法として射出成形が好ましく、溶融粘度が高くなるのは好ましくない。そのため、出発ベース樹脂としては、数平均分子量が３０，０００以下、特に１０，０００〜２０，０００のものを用いることが好ましい。
【００１４】
ベース樹脂には、補強のために、ガラス繊維や炭素繊維等の強化材を配合することが好ましい。強化材は、ベース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。強化材の配合量は、ベース樹脂の種類や強化材の種類、あるいは保持器形状等によっても異なるが、ガラス繊維では１０〜５０重量％、好ましくは２５〜４０重量％、炭素繊維では１０〜４０％、好ましくは１５〜３５重量％の割合とする。
【００１５】
但し、架橋度を高めることにより、補強材を非配合とすることもできる。特に、内径が１０ｍｍ未満のミニチュア軸受用の保持器には有効である。ミニチュア軸受用の保持器では、強化材の長さや太さと、保持器の大きさとの相対的な比が小さいため、強化材が保持器の表面からはみ出して相手材を損傷することが考えられるが、補強材を含有しないことでこの問題を解消することができる。
【００１６】
ベース樹脂には、架橋助剤が添加される。架橋助剤の種類は、ベース樹脂を放射線架橋する際に架橋助剤として働くものであれば制限されるものではないが、取扱い性や架橋性能等を考慮すると、トリアリルイソシアヌレート、トリメチルプロパン、ペンタエリスリトールトリアクリレート、エチレングリコールジメタクリレートが好ましい。架橋助剤の添加量は、保持器としての十分な強度を得るために、ベース樹脂１００重量部に対して０．２〜７質量部、好ましくは０．５〜６質量部とすることが望ましい。架橋助剤が０．２質量部未満では増強効果が不十分であり、７質量部を超えると架橋密度が高すぎて靭性に劣るようになる。
【００１７】
ベース樹脂には、本発明の目的を損なわない範囲で、熱安定剤、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。
【００１８】
本発明の転がり軸受用保持器を得るには、先ず、ベース樹脂に架橋助剤、強化材及びその他の添加剤を配合してなる樹脂組成物を、好ましくは射出成形機を用いて所定の保持器形状（例えば図２に示した冠型）の成形体を得る。
【００１９】
尚、成形用の樹脂組成物を得るには、各成分を別々に溶融混合機に供給してもよく、また各成分をヘンシェルミキサー、リボンブレンダー等の混合機であらかじめ混合してから溶融混合機に供給してもよい。溶融混合機としては、単軸又は二軸押し出し機、混合ロール、加圧ニーダー、ブラベンダーブラストグラフ等の任意の装置が使用できる。
【００２０】
上記で得られた成形体を、次いで、放射線を照射して架橋させる。放射線はベース樹脂を架橋できれば制限はなく、α線、β線、γ線や粒子線、電子線、イオンビーム等を適宜選択できる。この放射線照射は、樹脂の酸化劣化を考慮して無酸素雰囲気中、例えばアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行う。また、真空下で行うことも可能である。このとき、放射線強度及び照射時間により架橋度を調整することができ、また表面のみを架橋することもできる。表面のみを架橋した場合、未架橋部分による弾性や耐衝撃性を維持しつづ、耐摩耗性を向上させることができる。
【００２１】
また、例えばポリアミド樹脂は、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、放射線照射後のベース樹脂の数平均分子量が１００，０００以上、好ましくは３００，０００以上になるように放射線を照射して架橋する。従って、本発明においける放射線の照射条件は、照射後のベース樹脂の数平均分子量が１００，０００以上となるように、樹脂組成物の組成や保持器形状（特に大きさ）等に応じて適宜選定される。一例を示すと、オルタネータや工作機械用の一般的な転がり軸受に使用される保持器では、総照射量で５〜９０ｋＧｙが適当であり、好ましくは３０〜６０ｋＧｙの範囲である。放射線の照射量が５ｋＧｙ未満の場合は、架橋度が低く実用性が低い。これに対して放射線の照射量が９０ｋＧｙを超える場合は、架橋度が高すぎて靭性が著しく低下する。
【００２２】
放射線架橋では、放射線照射時にフリーラジカルが発生し、フリーラジカルが残存したまま大気（酸素雰囲気）に晒されると、残留フリーラジカルが酸素と結合して材料劣化を起こす。そこで、本発明では、架橋後の保持器に対し、無酸素雰囲気中で熱処理を施す。熱処理条件は、熱による劣化を起こさない範囲であれば制限はないが、５０〜１８０℃で１〜４８時間が適当である。
【００２３】
このようにして得られる転がり軸受用保持器は、無酸素雰囲気中での熱処理により酸素劣化が抑えられており、従来の放射線架橋したものよりも優れた剛性や耐久性を有する。
【００２４】
上記の放射線による架橋は、保持器全体を一様に架橋してもよいが、保持器の補強箇所のみを部分的に架橋してもよい。例えば、図３において黒塗り部分にて示すように、円環状の基部のポケット直下部分のみを架橋させてもよい。また、図示は諸略するが、ボケットの内周面のみを架橋してもよい。一般に樹脂材料を架橋させすぎると靭性の低下を招くため、保持器全体を架橋すると許容伸びの低下によって軸受組み立て時に保持器が破損することが考えられる。また、保持器としての耐衝撃性が低下して軸受の急加減に対する対応力が低下することもある。そこで、強度が必要な部分のみを架橋することにより、高温時の高い剛性、常温時の可塑性及び耐衝撃性を両立させることができる。
【００２５】
部分的に架橋させるには、保持器の補強部分以外（例えば、図３の黒塗り部分以外）を金属、セラミックスまたはレジスト等の遮蔽部材でマスクして放射線を照射する方法、あるいは、イオンビームを用いて放射線をスポット的に照射する方法等を採用できる。この場合も、照射強度や照射時間により架橋度や架橋深さを調整することができる。
【００２６】
また、上記の転がり軸受用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、上記の転がり軸受用保持器を組み込んだ転がり軸受も含む。尚、転がり軸受としては、例えば図１に示した玉軸受を例示できる。
【実施例】
【００２７】
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。
【００２８】
［実施例１〜５、比較例１〜８］
（１）試験保持器の製作
表１に示す如く、ポリアミド６６（宇部興産（株）製「宇部ナイロン２０２０ＧＵ５５０」）、ガラス繊維２５質量％含有）の各ペレットに、架橋助剤としてトリアリルイソシアヌレート（日本化成（株）製「タイク」）を混合して２軸押出し機に投入し、混練温度２８０〜２９０℃で押出し混練を行い、成形用ペレットを作製した。そして、成形用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て、日本精工（株）製冠型保持器「６２０２」相当品（図２参照）に成形した。その後、成形体を電子線照射装置内に置き、真空下で電子線を全体に照射した。電子線の総照射量は、何れも６０ｋＧｙとした。その後、架橋後の成形体を、実施例１〜５及び比較例７〜８については、真空中１２０℃で１２時間保持した後、比較例１〜６についてはそのまま下記の保持器引張試験に供した。
【００２９】
（２）保持器引張強度測定
図４に示す円環引張治具に試験保持器を、そのゲート部ｇとウエルドｗと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、架橋助剤を添加せず、真空中で熱処理も施さない保持器（比較例６）の測定値を１００％として、それぞれの相対値を求めた。結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2009108150.tif 000003
【００３１】
表１から明らかなように、無酸素雰囲気中での熱処理を付加することにより、強度の向上を図ることができる。
【００３２】
また、架橋助剤の添加量としては、０．１質量部（比較例７）では効果が無く、０．２質量部から効果が現れはじめ、８質量部（比較例８）では効果が低下しており、０．２〜８質量部が好ましいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】転がり軸受の一例である玉軸受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】部分的に架橋する一例を示す斜視図である。
【図４】保持器引張強度試験に用いた円環引張試験治具を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１  内輪
１２  外輪
１３  転動体
１４  保持器
【図１】
2009108150.tif 000004
【図２】
2009108150.tif 000005
【図３】
2009108150.tif 000006
【図４】
2009108150.tif 000007