炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受
【課題】超臨界状態の炭酸ガスに晒されても性能低下がほとんど無く信頼性の高い炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受を提供する。
【解決手段】単列円筒ころ軸受は、外周面に軌道面を有する内輪１と、内輪１の軌道面に対向する軌道面を内周面に有する外輪２と、これらの軌道面間に転動自在に配された複数の転動体３と、これらの軌道面間に転動体３を保持する保持器４と、を備えている。保持器４は、ガラス転移温度が８０℃以上である熱可塑性樹脂と強化繊維材とを含有する樹脂組成物で構成されており、この強化繊維材の含有量は樹脂組成物の１５質量％以上４５質量％以下である。
【解決手段】単列円筒ころ軸受は、外周面に軌道面を有する内輪１と、内輪１の軌道面に対向する軌道面を内周面に有する外輪２と、これらの軌道面間に転動自在に配された複数の転動体３と、これらの軌道面間に転動体３を保持する保持器４と、を備えている。保持器４は、ガラス転移温度が８０℃以上である熱可塑性樹脂と強化繊維材とを含有する樹脂組成物で構成されており、この強化繊維材の含有量は樹脂組成物の１５質量％以上４５質量％以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ガスを冷媒として使用するコンプレッサに組み込まれる転がり軸受（以降においては、炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受と記すこともある）に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調機や冷凍機に使用されるコンプレッサにおいては、環境に配慮して、自然冷媒への切り替えが進んでいる。自然冷媒の一つである炭酸ガスは、オゾン破壊係数がゼロ、地球温暖化係数が１と、環境に極めて優しい。よって、炭酸ガスコンプレッサの用途は、業務用大型冷凍冷蔵システム，ヒートポンプ式高効率給湯機，ＬＥＶ（low emission vehicle）用密閉式カーエアコンディショナー等にも広まりつつある。
炭酸ガスは樹脂材料を化学的に劣化させることがないので、炭酸ガスコンプレッサに組み込まれる転がり軸受には、使用環境温度及び摺動性を考慮して、ガラス繊維を強化繊維材として含有するポリアミド６６樹脂組成物からなる保持器が組み込まれている場合が多い。
【特許文献１】特開２００２−２４２９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、炭酸ガスは、臨界温度３１℃、臨界圧力７．３９ＭＰａ（７２．８気圧）を超える領域では超臨界状態となることから、炭酸ガスコンプレッサに組み込まれた転がり軸受も超臨界状態の炭酸ガスに晒されると思われる。超臨界状態の炭酸ガスは、樹脂に対して非常に高い浸透性を有するとともに、物質を溶解させる高い溶解性を有している。そのため、熱安定剤等の添加剤を含有するポリアミド６６樹脂組成物からなる保持器は、超臨界状態の炭酸ガスによって、添加剤が徐々に抽出されていくと考えられる。
【０００４】
また、この抽出現象は、樹脂の分子が活発に動きやすくなるガラス転移温度以上の温度でより顕著に起こりやすいことから、炭酸ガスコンプレッサの実使用温度の上限である８０℃以下にガラス転移温度が存在するポリアミド６６（Ｔｇ６６℃）では、含有する添加剤が徐々に抽出され、樹脂組成物の物性（添加剤が熱安定剤である場合は耐熱性）が低下するおそれがあった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、超臨界状態の炭酸ガスに晒されても性能低下がほとんど無く信頼性の高い炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する保持器と、を備え、炭酸ガスを冷媒として使用するコンプレッサに組み込まれる転がり軸受において、前記保持器は、ガラス転移温度が８０℃以上である熱可塑性樹脂と強化繊維材とを含有する樹脂組成物で構成されており、前記強化繊維材の含有量は前記樹脂組成物の１５質量％以上４５質量％以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る請求項２の炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受は、請求項１に記載の炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受において、前記樹脂組成物が熱安定剤を含有していないことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受は、超臨界状態の炭酸ガスに晒されても性能低下がほとんど無く信頼性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に係る炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受の一実施形態である単列円筒ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。
図１の単列円筒ころ軸受は、外周面に軌道面を有する内輪１と、内輪１の軌道面に対向する軌道面を内周面に有する外輪２と、これらの軌道面間に転動自在に配された複数の転動体（円筒ころ）３と、これらの軌道面間に転動体３を保持する保持器４と、を備えている。
【０００８】
保持器４は、ガラス転移温度が８０℃以上である熱可塑性樹脂と強化繊維材とを含有する樹脂組成物で構成されており、この強化繊維材の含有量は樹脂組成物の１５質量％以上４５質量％以下である。
樹脂組成物には熱安定剤等の添加剤が添加されているが、炭酸ガスコンプレッサの実使用温度の上限である８０℃以上のガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂と強化繊維材とを含有する樹脂組成物で保持器４が構成されているので、炭酸ガスコンプレッサの作動時に超臨界状態の炭酸ガスに晒されても、添加剤の保持器４からの抽出が生じにくい。よって、樹脂組成物の物性（添加剤が熱安定剤である場合は耐熱性）がほとんど低下しないので、この単列円筒ころ軸受は性能低下がほとんど無く信頼性が高い。
【０００９】
熱可塑性樹脂としては、ＰＡ６Ｔ／６Ｉ（ガラス転移温度１２５℃），ＰＡ６Ｔ／ＤＴ（ガラス転移温度１４１℃），ＰＡ９Ｔ（ガラス転移温度１２５℃），ＰＡ６Ｔ／Ｍ−５Ｔ（ガラス転移温度１３５℃），ＰＰＳ（ガラス転移温度８５℃），ＰＥＥＫ（ガラス転移温度１４３℃）が好ましい。これらの中でも、１２０℃以上のガラス転移温度を有するものがより好ましい。保持器の材料として一般的に使用されているＰＡ６６（ガラス転移温度６６℃），ＰＡ４６（ガラス転移温度７８℃）は、ガラス転移温度が８０℃未満であるため好ましくない。
【００１０】
ＰＡ６Ｔ／６Ｉは、ヘキサメチレンジアミン（ＨＭＤ）とテレフタル酸（ＴＰＡ）との縮合体であるＰＡ６Ｔ部分と、ＨＭＤとイソフタル酸（ＩＰＡ）との縮合体であるＰＡ６Ｉ部分とからなるポリアミドである。また、ＰＡ６Ｔ／ＤＴは、ＨＭＤとＴＰＡとの縮合体であるＰＡ６Ｔ部分と、２−メチルペンタンメチレンジアミン（２−ＭＰＭＤ）とＴＰＡとの縮合体であるＰＡＤＴ部分とからなるポリアミドである。
さらに、ＰＡ９Ｔは、ノナンジアミン（ＮＤ）とＴＰＡとの縮合体である。さらに、ＰＡ６Ｔ／Ｍ−５Ｔは、ＨＭＤとＴＰＡとの縮合体であるＰＡ６Ｔ部分と、メチレンペンタジアミン（ＭＰＤ）とＴＰＡとの縮合体であるＰＡＭ−５Ｔ部分とからなるポリアミドである。
【００１１】
ＰＡ６Ｔ／６Ｉ，ＰＡ６Ｔ／ＤＴ，ＰＡ６Ｔ／Ｍ−５Ｔは変性ＰＡ６Ｔに分類され、この変性ＰＡ６Ｔの中にはＰＡ６Ｔ／６６もあるが、ＰＡ６Ｔ／６６はガラス転移温度が８５℃であるため、ガラス転移温度が１２０℃以上である前記３種のポリアミドの方がより好ましい。なお、ＰＡ６Ｔ／６６は、ＨＭＤとＴＰＡとの縮合体であるＰＡ６Ｔ部分と、ＨＭＤとアジピン酸との縮合体であるＰＡ６６部分とからなるポリアミドである。
【００１２】
また、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）とＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）は優れた耐熱性を有しているため、耐熱性を向上させるための熱安定剤を添加しなくてもよい。よって、超臨界状態の炭酸ガスに晒されても、熱安定剤の抽出による耐熱性の低下が生じないので、特に好適である。ＰＰＳとしては、直鎖状のＬ−ＰＰＳが靱性が高いため好適である。ＰＰＳ，ＰＥＥＫ以外の半芳香族ポリアミドは、分子構造中にベンゼン環を有しているためＰＡ６６，ＰＡ４６等の脂肪族ポリアミドと比べると耐熱性は高いものの、耐熱性を維持するために微量の熱安定剤を添加することが好ましい。
【００１３】
なお、超臨界状態の炭酸ガスは、熱可塑性樹脂の非晶部に浸透する性質を有することから、結晶部分がない非晶性樹脂に対して可塑剤のような作用を及ぼし、機械的強度を低下させるおそれがある。よって、ガラス転移温度が８０℃以上と高く、耐熱性が優れていても、非晶性樹脂よりも結晶性樹脂の方が好ましい。このような非晶性樹脂としては、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ、ガラス転移温度２２０℃），ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ、ガラス転移温度２２０℃），ポリスルホン（ＰＳＦ、ガラス転移温度１８５℃）があげられる。
【００１４】
熱可塑性樹脂の分子量は特に限定されるものではないが、強化繊維材を含有する状態で射出成形可能な溶融粘度となる分子量が好ましく、具体的には、数平均分子量で１３０００以上３００００以下とすることが好ましい。数平均分子量が１３０００未満であると、衝撃強度等の機械的強度が低くなるため実用性が低くなる。一方、数平均分子量が３００００超過であると、強化繊維材を含有させた場合に溶融粘度が高くなりすぎるため、保持器を精度良く射出成形で製造することが難しくなる。このような不都合がより生じにくくするためには、数平均分子量で１８０００以上２６０００以下とすることがより好ましい。
【００１５】
次に、樹脂組成物に使用される強化繊維材について説明する。強化繊維材の種類は特に限定されるものではないが、ガラス繊維や炭素繊維が好ましい。そして、強化繊維材の含有量は、樹脂組成物の１５質量％以上４５質量％以下とする必要がある。１５質量％未満であると、樹脂組成物の機械的強度が低くなり、保持器の性能が不十分となるおそれがある。一方、４５質量％超過であると、溶融粘度が高くなりすぎるため、保持器の成形性が低下するおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、強化繊維材の含有量は、樹脂組成物の１５質量％以上３０質量％以下とすることがより好ましい。
【００１６】
ガラス繊維の種類は特に限定されるものではなく、樹脂の強化繊維材として従来用いられていたものを問題なく使用できる。例えば、断面形状が円形且つ平均繊維径が１０μｍ以上１３μｍ以下のもので、樹脂との接着性を考慮して、カップリング剤（例えばシランカップリング剤）で表面処理されているものである。ただし、より高い機械的強度を保持器に付与し、転がり軸受の信頼性を向上させるためには、断面形状が円形且つ平均繊維径が６μｍ以上８μｍ以下のものや、異形断面を有するものがより好ましい。
【００１７】
前者の細いガラス繊維は、前記従来のガラス繊維と比べると、樹脂中に同一の質量比で含有させた場合に、樹脂の極性部分（例えばポリアミドの場合はアミド結合）に作用するガラス繊維の本数が多くなる。よって、樹脂組成物の引張強度，衝撃強度等の機械的強度が高くなる。また、含有されるガラス繊維の本数が多くなることによって、ガラス繊維全体の表面積が大きくなるので、それに伴ってガラス繊維の表面に吸着しているカップリング剤の量も増加し、樹脂の極性部分への作用点も増える。
【００１８】
また、後者の異形断面のガラス繊維としては、断面形状が繭形又は長円形で、異形比（横と縦の比）が１．５以上５以下のものがあげられる。異形比が１．５未満であると、機械的強度を向上させる作用が低くなり、５超過であると、扁平形状が大きすぎてガラス繊維を安定して製造することが困難となる。このような不都合がより生じにくくするためには、異形比が２以上４以下のものがより好ましい。
異形断面のガラス繊維の短径は、５μｍ以上１２μｍ以下であることが好ましい。短径が５μｍ未満であると、製造時に破損する場合が多く、低コストで安定した品質を有するガラス繊維を製造することが難しくなるおそれがある。一方、短径が１２μｍ超過であると、異形断面を考えると径が太すぎて、成形品中でガラス繊維の分散不良が発生するおそれがある。
【００１９】
異形断面を有するガラス繊維は、繊維一本一本の強度が強いので、樹脂組成物の成形時に破損しにくい。そのため、断面形状が円形のガラス繊維に比べて、成形後のガラス繊維の長さが長くなる。それにより、樹脂中に同一の質量比で含有させた場合に、引張強さ，衝撃強度等の機械的強度が高くなる。また、異形断面を有することにより、ガラス繊維の長手方向の補強効果に加えて、長手方向と直交する方向の補強効果も若干得られるため、成形品の異方性が低下する。それにより、ガラス繊維の配向による引張強度，寸法変化のバラツキが小さくなるため、均一な物性を要求される保持器の材料として最適である。そして、保持器の内外径の真円度が向上するとともに、表面にヒケが生じにくくなる。さらに、異形断面を有するガラス繊維は、断面が扁平形状であるため、成形品の表面で荷重を受ける確率が高くなり、保持器が部分的に高面圧になるような用途で使用されても摩耗が発生しにくい。
【００２０】
また、ガラス繊維は、熱可塑性樹脂との接着性を向上させるために、カップリング剤で表面処理されていることが好ましい。カップリング剤の種類は特に限定されるものではないが、例えば、片末端にエポキシ基，アミノ基等の官能基を有するシランカップリング剤や、エポキシ系，ウレタン系，アクリル系等のサイジング剤があげられる。熱可塑性樹脂がポリアミドである場合は、片末端にエポキシ基，アミノ基等の官能基を有するシランカップリング剤は、ポリアミドのアミド結合に作用してガラス繊維の補強効果を向上させる。
【００２１】
強化繊維材としてガラス繊維とともに炭素繊維も使用可能であるが、その種類は特に限定されるものではなく、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系炭素繊維やピッチ系炭素繊維が使用可能である。上記２種類の炭素繊維の中では、ＰＡＮ系炭素繊維の方がより高強度化が達成できるので、より好適である。炭素繊維の平均繊維径は、６μｍ以上８μｍ以下が好ましい。そして、エポキシ系，ウレタン系，ポリイミド系等のサイジング剤で表面処理されたものが、補強効果に優れるため好ましい。
なお、強化繊維材の一部を、チタン酸カリウムウィスカー等のウィスカー状物に置き換えてもよい。
【００２２】
また、樹脂組成物には、熱安定剤以外にも種々の添加剤を添加することができる。添加剤としては、例えば着色剤があげられる。さらに、樹脂組成物には、耐衝撃性を向上させるために、ゴム状物質やタフ化剤を添加してもよい。ゴム状物質としては、酸変性エチレンプロピレン非共役ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等があげられる。タフ化剤としては、グリシジルメタクリレートを分子構造中に３モル％以上２０モル％以下含有するエチレン系共重合体があげられる。
【００２３】
なお、本実施形態においては、炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受の例として単列の円筒ころ軸受をあげて説明したが、複列の円筒ころ軸受にも本発明を適用可能であることは勿論である。また、本発明は、円筒ころ軸受以外の他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受，アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
【００２４】
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。熱可塑性樹脂と強化繊維材とからなる樹脂組成物（組成は表１を参照）を射出成形して、呼び番号ＮＵ３０８の円筒ころ軸受に使用される保持器を製造した。
【００２５】
【表１】
【００２６】
ここで、実施例１〜４及び比較例１の保持器に使用した熱可塑性樹脂及び強化繊維材について説明する。実施例１の場合は、熱可塑性樹脂がＬ−ＰＰＳで、強化繊維材がガラス繊維である。このＬ−ＰＰＳは、クレハ株式会社製のフォートロンＫＰＳ Ｔ２０２０であり、熱安定剤は含んでいない。また、このガラス繊維は、断面形状が円形で平均繊維径が１３μｍである。そして、アミノ系シランカップリング剤による表面処理とエポキシ系サイジング剤による表面処理とが施されている。
【００２７】
実施例２の場合は、熱可塑性樹脂がＰＥＥＫで、強化繊維材が炭素繊維である。このＰＥＥＫは、ビクトレックス・エムシー社製のＰＥＥＫ４５０ＣＡ３０であり、熱安定剤は含んでいない。また、この炭素繊維は、ＰＡＮ系の炭素繊維であり、平均繊維径が７〜８μｍである。そして、ポリイミド系サイジング剤による表面処理が施されている。
実施例３の場合は、熱可塑性樹脂がＰＡ９Ｔで、強化繊維材がガラス繊維である。このＰＡ９Ｔは、クラレ株式会社製のジェネスタＧ１３００Ａ−Ｍ３１であり、銅系の熱安定剤を含んでいる。また、このガラス繊維は、断面形状が円形で平均繊維径が１３μｍである。そして、アミノ系シランカップリング剤による表面処理とウレタン系サイジング剤による表面処理とが施されている。
【００２８】
実施例４の場合は、熱可塑性樹脂がＰＡ６Ｔ／６Ｉで、強化繊維材がガラス繊維である。このＰＡ６Ｔ／６Ｉは、三井化学株式会社製のアーレンＡＥ４２００であり、銅系の熱安定剤を含んでいる。また、このガラス繊維は、日東紡績株式会社製のＣＳＧ３ＰＡ−８２０であり、断面形状が長円形で短径７μｍ、異形比４である。そして、アミノ系シランカップリング剤による表面処理とウレタン系サイジング剤による表面処理とが施されている。
【００２９】
比較例１の場合は、熱可塑性樹脂がＰＡ６６で、強化繊維材がガラス繊維である。このＰＡ６６は、ＢＡＳＦ社製のウルトラミッドＡ３ＨＧ５であり、アミン系の熱安定剤を含んでいる。また、このガラス繊維は、断面形状が円形で平均繊維径が１０μｍである。そして、アミノ系シランカップリング剤による表面処理とウレタン系サイジング剤による表面処理とが施されている。
この保持器を超臨界状態の炭酸ガス中に２０００時間浸漬した後に、円環強度を測定した。なお、超臨界状態の炭酸ガスの温度は１００℃であり、圧力は１０ＭＰａである。円環強度の測定結果を表１に示す。なお、表１に記載の円環強度は、超臨界状態の炭酸ガスへの浸漬を行っていない保持器の絶乾状態での円環強度を１００とした場合の相対値で示してある。
【００３０】
比較例１の保持器は、熱可塑性樹脂としてガラス転移温度が８０℃未満のＰＡ６６を用いており、熱安定剤を含むことにより耐熱性を維持しているが、超臨界状態の炭酸ガスに浸漬することにより熱安定剤が抽出されたため、機械的強度が低下した。これに対して実施例１〜４の保持器は、熱可塑性樹脂として高いガラス転移温度を有するものか、又は、熱安定剤を含んでいないものを用いたので、超臨界状態の炭酸ガスに浸漬しても機械的強度がほとんど低下しなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受の一実施形態である単列円筒ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ 内輪
２ 外輪
３ 転動体
４ 保持器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ガスを冷媒として使用するコンプレッサに組み込まれる転がり軸受（以降においては、炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受と記すこともある）に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調機や冷凍機に使用されるコンプレッサにおいては、環境に配慮して、自然冷媒への切り替えが進んでいる。自然冷媒の一つである炭酸ガスは、オゾン破壊係数がゼロ、地球温暖化係数が１と、環境に極めて優しい。よって、炭酸ガスコンプレッサの用途は、業務用大型冷凍冷蔵システム，ヒートポンプ式高効率給湯機，ＬＥＶ（low emission vehicle）用密閉式カーエアコンディショナー等にも広まりつつある。
炭酸ガスは樹脂材料を化学的に劣化させることがないので、炭酸ガスコンプレッサに組み込まれる転がり軸受には、使用環境温度及び摺動性を考慮して、ガラス繊維を強化繊維材として含有するポリアミド６６樹脂組成物からなる保持器が組み込まれている場合が多い。
【特許文献１】特開２００２−２４２９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、炭酸ガスは、臨界温度３１℃、臨界圧力７．３９ＭＰａ（７２．８気圧）を超える領域では超臨界状態となることから、炭酸ガスコンプレッサに組み込まれた転がり軸受も超臨界状態の炭酸ガスに晒されると思われる。超臨界状態の炭酸ガスは、樹脂に対して非常に高い浸透性を有するとともに、物質を溶解させる高い溶解性を有している。そのため、熱安定剤等の添加剤を含有するポリアミド６６樹脂組成物からなる保持器は、超臨界状態の炭酸ガスによって、添加剤が徐々に抽出されていくと考えられる。
【０００４】
また、この抽出現象は、樹脂の分子が活発に動きやすくなるガラス転移温度以上の温度でより顕著に起こりやすいことから、炭酸ガスコンプレッサの実使用温度の上限である８０℃以下にガラス転移温度が存在するポリアミド６６（Ｔｇ６６℃）では、含有する添加剤が徐々に抽出され、樹脂組成物の物性（添加剤が熱安定剤である場合は耐熱性）が低下するおそれがあった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、超臨界状態の炭酸ガスに晒されても性能低下がほとんど無く信頼性の高い炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する保持器と、を備え、炭酸ガスを冷媒として使用するコンプレッサに組み込まれる転がり軸受において、前記保持器は、ガラス転移温度が８０℃以上である熱可塑性樹脂と強化繊維材とを含有する樹脂組成物で構成されており、前記強化繊維材の含有量は前記樹脂組成物の１５質量％以上４５質量％以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る請求項２の炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受は、請求項１に記載の炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受において、前記樹脂組成物が熱安定剤を含有していないことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受は、超臨界状態の炭酸ガスに晒されても性能低下がほとんど無く信頼性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に係る炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受の一実施形態である単列円筒ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。
図１の単列円筒ころ軸受は、外周面に軌道面を有する内輪１と、内輪１の軌道面に対向する軌道面を内周面に有する外輪２と、これらの軌道面間に転動自在に配された複数の転動体（円筒ころ）３と、これらの軌道面間に転動体３を保持する保持器４と、を備えている。
【０００８】
保持器４は、ガラス転移温度が８０℃以上である熱可塑性樹脂と強化繊維材とを含有する樹脂組成物で構成されており、この強化繊維材の含有量は樹脂組成物の１５質量％以上４５質量％以下である。
樹脂組成物には熱安定剤等の添加剤が添加されているが、炭酸ガスコンプレッサの実使用温度の上限である８０℃以上のガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂と強化繊維材とを含有する樹脂組成物で保持器４が構成されているので、炭酸ガスコンプレッサの作動時に超臨界状態の炭酸ガスに晒されても、添加剤の保持器４からの抽出が生じにくい。よって、樹脂組成物の物性（添加剤が熱安定剤である場合は耐熱性）がほとんど低下しないので、この単列円筒ころ軸受は性能低下がほとんど無く信頼性が高い。
【０００９】
熱可塑性樹脂としては、ＰＡ６Ｔ／６Ｉ（ガラス転移温度１２５℃），ＰＡ６Ｔ／ＤＴ（ガラス転移温度１４１℃），ＰＡ９Ｔ（ガラス転移温度１２５℃），ＰＡ６Ｔ／Ｍ−５Ｔ（ガラス転移温度１３５℃），ＰＰＳ（ガラス転移温度８５℃），ＰＥＥＫ（ガラス転移温度１４３℃）が好ましい。これらの中でも、１２０℃以上のガラス転移温度を有するものがより好ましい。保持器の材料として一般的に使用されているＰＡ６６（ガラス転移温度６６℃），ＰＡ４６（ガラス転移温度７８℃）は、ガラス転移温度が８０℃未満であるため好ましくない。
【００１０】
ＰＡ６Ｔ／６Ｉは、ヘキサメチレンジアミン（ＨＭＤ）とテレフタル酸（ＴＰＡ）との縮合体であるＰＡ６Ｔ部分と、ＨＭＤとイソフタル酸（ＩＰＡ）との縮合体であるＰＡ６Ｉ部分とからなるポリアミドである。また、ＰＡ６Ｔ／ＤＴは、ＨＭＤとＴＰＡとの縮合体であるＰＡ６Ｔ部分と、２−メチルペンタンメチレンジアミン（２−ＭＰＭＤ）とＴＰＡとの縮合体であるＰＡＤＴ部分とからなるポリアミドである。
さらに、ＰＡ９Ｔは、ノナンジアミン（ＮＤ）とＴＰＡとの縮合体である。さらに、ＰＡ６Ｔ／Ｍ−５Ｔは、ＨＭＤとＴＰＡとの縮合体であるＰＡ６Ｔ部分と、メチレンペンタジアミン（ＭＰＤ）とＴＰＡとの縮合体であるＰＡＭ−５Ｔ部分とからなるポリアミドである。
【００１１】
ＰＡ６Ｔ／６Ｉ，ＰＡ６Ｔ／ＤＴ，ＰＡ６Ｔ／Ｍ−５Ｔは変性ＰＡ６Ｔに分類され、この変性ＰＡ６Ｔの中にはＰＡ６Ｔ／６６もあるが、ＰＡ６Ｔ／６６はガラス転移温度が８５℃であるため、ガラス転移温度が１２０℃以上である前記３種のポリアミドの方がより好ましい。なお、ＰＡ６Ｔ／６６は、ＨＭＤとＴＰＡとの縮合体であるＰＡ６Ｔ部分と、ＨＭＤとアジピン酸との縮合体であるＰＡ６６部分とからなるポリアミドである。
【００１２】
また、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）とＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）は優れた耐熱性を有しているため、耐熱性を向上させるための熱安定剤を添加しなくてもよい。よって、超臨界状態の炭酸ガスに晒されても、熱安定剤の抽出による耐熱性の低下が生じないので、特に好適である。ＰＰＳとしては、直鎖状のＬ−ＰＰＳが靱性が高いため好適である。ＰＰＳ，ＰＥＥＫ以外の半芳香族ポリアミドは、分子構造中にベンゼン環を有しているためＰＡ６６，ＰＡ４６等の脂肪族ポリアミドと比べると耐熱性は高いものの、耐熱性を維持するために微量の熱安定剤を添加することが好ましい。
【００１３】
なお、超臨界状態の炭酸ガスは、熱可塑性樹脂の非晶部に浸透する性質を有することから、結晶部分がない非晶性樹脂に対して可塑剤のような作用を及ぼし、機械的強度を低下させるおそれがある。よって、ガラス転移温度が８０℃以上と高く、耐熱性が優れていても、非晶性樹脂よりも結晶性樹脂の方が好ましい。このような非晶性樹脂としては、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ、ガラス転移温度２２０℃），ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ、ガラス転移温度２２０℃），ポリスルホン（ＰＳＦ、ガラス転移温度１８５℃）があげられる。
【００１４】
熱可塑性樹脂の分子量は特に限定されるものではないが、強化繊維材を含有する状態で射出成形可能な溶融粘度となる分子量が好ましく、具体的には、数平均分子量で１３０００以上３００００以下とすることが好ましい。数平均分子量が１３０００未満であると、衝撃強度等の機械的強度が低くなるため実用性が低くなる。一方、数平均分子量が３００００超過であると、強化繊維材を含有させた場合に溶融粘度が高くなりすぎるため、保持器を精度良く射出成形で製造することが難しくなる。このような不都合がより生じにくくするためには、数平均分子量で１８０００以上２６０００以下とすることがより好ましい。
【００１５】
次に、樹脂組成物に使用される強化繊維材について説明する。強化繊維材の種類は特に限定されるものではないが、ガラス繊維や炭素繊維が好ましい。そして、強化繊維材の含有量は、樹脂組成物の１５質量％以上４５質量％以下とする必要がある。１５質量％未満であると、樹脂組成物の機械的強度が低くなり、保持器の性能が不十分となるおそれがある。一方、４５質量％超過であると、溶融粘度が高くなりすぎるため、保持器の成形性が低下するおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、強化繊維材の含有量は、樹脂組成物の１５質量％以上３０質量％以下とすることがより好ましい。
【００１６】
ガラス繊維の種類は特に限定されるものではなく、樹脂の強化繊維材として従来用いられていたものを問題なく使用できる。例えば、断面形状が円形且つ平均繊維径が１０μｍ以上１３μｍ以下のもので、樹脂との接着性を考慮して、カップリング剤（例えばシランカップリング剤）で表面処理されているものである。ただし、より高い機械的強度を保持器に付与し、転がり軸受の信頼性を向上させるためには、断面形状が円形且つ平均繊維径が６μｍ以上８μｍ以下のものや、異形断面を有するものがより好ましい。
【００１７】
前者の細いガラス繊維は、前記従来のガラス繊維と比べると、樹脂中に同一の質量比で含有させた場合に、樹脂の極性部分（例えばポリアミドの場合はアミド結合）に作用するガラス繊維の本数が多くなる。よって、樹脂組成物の引張強度，衝撃強度等の機械的強度が高くなる。また、含有されるガラス繊維の本数が多くなることによって、ガラス繊維全体の表面積が大きくなるので、それに伴ってガラス繊維の表面に吸着しているカップリング剤の量も増加し、樹脂の極性部分への作用点も増える。
【００１８】
また、後者の異形断面のガラス繊維としては、断面形状が繭形又は長円形で、異形比（横と縦の比）が１．５以上５以下のものがあげられる。異形比が１．５未満であると、機械的強度を向上させる作用が低くなり、５超過であると、扁平形状が大きすぎてガラス繊維を安定して製造することが困難となる。このような不都合がより生じにくくするためには、異形比が２以上４以下のものがより好ましい。
異形断面のガラス繊維の短径は、５μｍ以上１２μｍ以下であることが好ましい。短径が５μｍ未満であると、製造時に破損する場合が多く、低コストで安定した品質を有するガラス繊維を製造することが難しくなるおそれがある。一方、短径が１２μｍ超過であると、異形断面を考えると径が太すぎて、成形品中でガラス繊維の分散不良が発生するおそれがある。
【００１９】
異形断面を有するガラス繊維は、繊維一本一本の強度が強いので、樹脂組成物の成形時に破損しにくい。そのため、断面形状が円形のガラス繊維に比べて、成形後のガラス繊維の長さが長くなる。それにより、樹脂中に同一の質量比で含有させた場合に、引張強さ，衝撃強度等の機械的強度が高くなる。また、異形断面を有することにより、ガラス繊維の長手方向の補強効果に加えて、長手方向と直交する方向の補強効果も若干得られるため、成形品の異方性が低下する。それにより、ガラス繊維の配向による引張強度，寸法変化のバラツキが小さくなるため、均一な物性を要求される保持器の材料として最適である。そして、保持器の内外径の真円度が向上するとともに、表面にヒケが生じにくくなる。さらに、異形断面を有するガラス繊維は、断面が扁平形状であるため、成形品の表面で荷重を受ける確率が高くなり、保持器が部分的に高面圧になるような用途で使用されても摩耗が発生しにくい。
【００２０】
また、ガラス繊維は、熱可塑性樹脂との接着性を向上させるために、カップリング剤で表面処理されていることが好ましい。カップリング剤の種類は特に限定されるものではないが、例えば、片末端にエポキシ基，アミノ基等の官能基を有するシランカップリング剤や、エポキシ系，ウレタン系，アクリル系等のサイジング剤があげられる。熱可塑性樹脂がポリアミドである場合は、片末端にエポキシ基，アミノ基等の官能基を有するシランカップリング剤は、ポリアミドのアミド結合に作用してガラス繊維の補強効果を向上させる。
【００２１】
強化繊維材としてガラス繊維とともに炭素繊維も使用可能であるが、その種類は特に限定されるものではなく、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系炭素繊維やピッチ系炭素繊維が使用可能である。上記２種類の炭素繊維の中では、ＰＡＮ系炭素繊維の方がより高強度化が達成できるので、より好適である。炭素繊維の平均繊維径は、６μｍ以上８μｍ以下が好ましい。そして、エポキシ系，ウレタン系，ポリイミド系等のサイジング剤で表面処理されたものが、補強効果に優れるため好ましい。
なお、強化繊維材の一部を、チタン酸カリウムウィスカー等のウィスカー状物に置き換えてもよい。
【００２２】
また、樹脂組成物には、熱安定剤以外にも種々の添加剤を添加することができる。添加剤としては、例えば着色剤があげられる。さらに、樹脂組成物には、耐衝撃性を向上させるために、ゴム状物質やタフ化剤を添加してもよい。ゴム状物質としては、酸変性エチレンプロピレン非共役ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等があげられる。タフ化剤としては、グリシジルメタクリレートを分子構造中に３モル％以上２０モル％以下含有するエチレン系共重合体があげられる。
【００２３】
なお、本実施形態においては、炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受の例として単列の円筒ころ軸受をあげて説明したが、複列の円筒ころ軸受にも本発明を適用可能であることは勿論である。また、本発明は、円筒ころ軸受以外の他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受，アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
【００２４】
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。熱可塑性樹脂と強化繊維材とからなる樹脂組成物（組成は表１を参照）を射出成形して、呼び番号ＮＵ３０８の円筒ころ軸受に使用される保持器を製造した。
【００２５】
【表１】
【００２６】
ここで、実施例１〜４及び比較例１の保持器に使用した熱可塑性樹脂及び強化繊維材について説明する。実施例１の場合は、熱可塑性樹脂がＬ−ＰＰＳで、強化繊維材がガラス繊維である。このＬ−ＰＰＳは、クレハ株式会社製のフォートロンＫＰＳ Ｔ２０２０であり、熱安定剤は含んでいない。また、このガラス繊維は、断面形状が円形で平均繊維径が１３μｍである。そして、アミノ系シランカップリング剤による表面処理とエポキシ系サイジング剤による表面処理とが施されている。
【００２７】
実施例２の場合は、熱可塑性樹脂がＰＥＥＫで、強化繊維材が炭素繊維である。このＰＥＥＫは、ビクトレックス・エムシー社製のＰＥＥＫ４５０ＣＡ３０であり、熱安定剤は含んでいない。また、この炭素繊維は、ＰＡＮ系の炭素繊維であり、平均繊維径が７〜８μｍである。そして、ポリイミド系サイジング剤による表面処理が施されている。
実施例３の場合は、熱可塑性樹脂がＰＡ９Ｔで、強化繊維材がガラス繊維である。このＰＡ９Ｔは、クラレ株式会社製のジェネスタＧ１３００Ａ−Ｍ３１であり、銅系の熱安定剤を含んでいる。また、このガラス繊維は、断面形状が円形で平均繊維径が１３μｍである。そして、アミノ系シランカップリング剤による表面処理とウレタン系サイジング剤による表面処理とが施されている。
【００２８】
実施例４の場合は、熱可塑性樹脂がＰＡ６Ｔ／６Ｉで、強化繊維材がガラス繊維である。このＰＡ６Ｔ／６Ｉは、三井化学株式会社製のアーレンＡＥ４２００であり、銅系の熱安定剤を含んでいる。また、このガラス繊維は、日東紡績株式会社製のＣＳＧ３ＰＡ−８２０であり、断面形状が長円形で短径７μｍ、異形比４である。そして、アミノ系シランカップリング剤による表面処理とウレタン系サイジング剤による表面処理とが施されている。
【００２９】
比較例１の場合は、熱可塑性樹脂がＰＡ６６で、強化繊維材がガラス繊維である。このＰＡ６６は、ＢＡＳＦ社製のウルトラミッドＡ３ＨＧ５であり、アミン系の熱安定剤を含んでいる。また、このガラス繊維は、断面形状が円形で平均繊維径が１０μｍである。そして、アミノ系シランカップリング剤による表面処理とウレタン系サイジング剤による表面処理とが施されている。
この保持器を超臨界状態の炭酸ガス中に２０００時間浸漬した後に、円環強度を測定した。なお、超臨界状態の炭酸ガスの温度は１００℃であり、圧力は１０ＭＰａである。円環強度の測定結果を表１に示す。なお、表１に記載の円環強度は、超臨界状態の炭酸ガスへの浸漬を行っていない保持器の絶乾状態での円環強度を１００とした場合の相対値で示してある。
【００３０】
比較例１の保持器は、熱可塑性樹脂としてガラス転移温度が８０℃未満のＰＡ６６を用いており、熱安定剤を含むことにより耐熱性を維持しているが、超臨界状態の炭酸ガスに浸漬することにより熱安定剤が抽出されたため、機械的強度が低下した。これに対して実施例１〜４の保持器は、熱可塑性樹脂として高いガラス転移温度を有するものか、又は、熱安定剤を含んでいないものを用いたので、超臨界状態の炭酸ガスに浸漬しても機械的強度がほとんど低下しなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受の一実施形態である単列円筒ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ 内輪
２ 外輪
３ 転動体
４ 保持器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する保持器と、を備え、炭酸ガスを冷媒として使用するコンプレッサに組み込まれる転がり軸受において、
前記保持器は、ガラス転移温度が８０℃以上である熱可塑性樹脂と強化繊維材とを含有する樹脂組成物で構成されており、前記強化繊維材の含有量は前記樹脂組成物の１５質量％以上４５質量％以下であることを特徴とする炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受。
【請求項２】
前記樹脂組成物が熱安定剤を含有していないことを特徴とする請求項１に記載の炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受。
【請求項１】
内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する保持器と、を備え、炭酸ガスを冷媒として使用するコンプレッサに組み込まれる転がり軸受において、
前記保持器は、ガラス転移温度が８０℃以上である熱可塑性樹脂と強化繊維材とを含有する樹脂組成物で構成されており、前記強化繊維材の含有量は前記樹脂組成物の１５質量％以上４５質量％以下であることを特徴とする炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受。
【請求項２】
前記樹脂組成物が熱安定剤を含有していないことを特徴とする請求項１に記載の炭酸ガスコンプレッサ用転がり軸受。
【図１】
【公開番号】特開２００９−９７６４４（Ｐ２００９−９７６４４Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７０５６２（Ｐ２００７−２７０５６２）
【出願日】平成１９年１０月１７日（２００７．１０．１７）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１７日（２００７．１０．１７）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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