転がり軸受
【課題】転がり軸受を、腐食性水溶液中または腐食性水溶液のミストや飛沫が存在する環境下で使用されても、長期に亘って潤滑性が維持されるようにする。
【解決手段】内輪2、外輪1、保持器4を、溶融成形が可能なフッ素樹脂を主成分とする樹脂組成物により形成する。内輪および外輪の少なくとも一方は、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPにより形成されるか、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPと、炭素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、またはアラミド繊維である繊維状充填材とからなり、前記繊維状充填材の含有率が5重量%以上40重量以下である樹脂組成物により形成されており、保持器は、溶融成形が可能なフッ素樹脂を主成分とし、繊維状充填材および/または固体潤滑剤が添加された樹脂組成物により形成されている。
【解決手段】内輪2、外輪1、保持器4を、溶融成形が可能なフッ素樹脂を主成分とする樹脂組成物により形成する。内輪および外輪の少なくとも一方は、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPにより形成されるか、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPと、炭素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、またはアラミド繊維である繊維状充填材とからなり、前記繊維状充填材の含有率が5重量%以上40重量以下である樹脂組成物により形成されており、保持器は、溶融成形が可能なフッ素樹脂を主成分とし、繊維状充填材および/または固体潤滑剤が添加された樹脂組成物により形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、酸やアルカリ等の腐食性水溶液中または腐食性水溶液等のミストや飛沫が存在する環境下での寿命が長い転がり軸受に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、転がり輸受は、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、内外輪の軌道間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これら複数個の転動体を、内外輪の軌道間で案内保持する保持器とで構成されている。また、保持器を備えていない、総転動体構造の転がり軸受もある。
このような転がり軸受の潤滑は、通常、潤滑油やグリースを軸受に循環供給したり、軸受内部に封入したりすることにより行なわれている。また、酸やアルカリ等の腐食性水溶液のミストや飛沫が存在する環境下では、軸受内部にこれらのミストや飛沫が浸入することを防止する必要がある。そのため、例えば、実開昭55−34002号公報や実開昭57−56218号公報には、潤滑油やグリースを軸受空間に充填して潤滑を行うとともに、軸受に接触型シールやラビリンスシールを設けて、軸受内部に水等が浸入することを防止する技術が開示されている。
【0003】
しかしながら、接触型シールは軸受の回転に伴ってシールのリップ部が摩耗するため、リップ部とシール面との間に隙間が生じる恐れがあり、この隙間から水等が浸入することを完全に防止することはできない。同様に、ラビリンスシールも隙間から水等が浸入することを完全に防止することはできない。そのため、接触型シールやラビリンスシールを設けていても、接触型シールの摩耗により生じる隙間やラビリンスシールの隙間から軸受内部に水等が浸入して潤滑油やグリースが軟化が生じ、軸受の回転時に潤滑油やグリースが軸受の外部に飛散して、軸受の外部環境を汚染する恐れがある。
したがって、例えば、クリーンルーム、半導体素子製造装置、液晶パネル製造装置、ハードディスク製造装置等のように清浄な環境を必要とする場合には、転がり軸受の潤滑に潤滑油やグリースを使用することができない。
【0004】
そこで、転がり軸受の潤滑方法として、潤滑油やグリースを用いない方法が従来より提案されている。例えば、特公平8−26894号公報や特許第2709119号公報には、ステンレス鋼製の内輪および外輪と、フッ素樹脂(フッ素樹脂単独、または直径が2μm以下のチタン酸カリウムウイスカー短繊維を含むテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体)製の保持器と、硬質カーボン製の転動体とで構成された転がり軸受が開示されている。この軸受では、保持器と転動体との摩擦接触により、保持器を構成するフッ素樹脂が、転動体、内輪、外輪に移着して、フッ素樹脂による薄い潤滑膜が形成される。
【特許文献1】特公平8−26894号公報
【特許文献2】特許第2709119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、腐食性水溶液中または腐食性溶液のミストや飛沫が存在する環境下で使用される転がり軸受は、内輪および外輪がステンレス鋼で形成されていても、錆の発生等の腐食を完全に防止することはできない。そして、腐食により、軸受構成部材の摩耗や表面粗さの増加が加速されるため、十分に長い軸受寿命を得ることができない。
すなわち、ステンレス鋼の内輪および外輪と、フッ素樹脂製の保持器と、硬質カーボン製の転動体とで構成された転がり軸受は、潤滑剤による外部環境の汚染が生じないものではあるが、この軸受に接触型シールやラビリンスシールを設けたとしても、使用環境が酸やアルカリ等の腐食性水溶液中または腐食性溶液のミストや飛沫が存在する環境下であると、長期に亘って潤滑性を維持して十分に長い軸受寿命を得ることは難しいという問題がある。
【0006】
本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたものであり、酸やアルカリ等の腐食性水溶液中または腐食性水溶液のミストや飛沫が存在する環境下で使用されても、長期に亘って潤滑性を維持することができるとともに、潤滑剤による外部環境の汚染が生じない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】
【0007】
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、耐食性材料からなる内輪、外輪、および転動体と、樹脂組成物からなる保持器とを備えた転がり軸受において、内輪および外輪の少なくとも一方は、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPにより形成されるか、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPと、炭素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、またはアラミド繊維である繊維状充填材とからなり、前記繊維状充填材の含有率が5重量%以上40重量以下である樹脂組成物により形成されており、保持器は、溶融成形が可能なフッ素樹脂を主成分とし、繊維状充填材および/または固体潤滑剤が添加された樹脂組成物により形成されていることを特徴とする転がり軸受を提供する。
【0008】
請求項1の転がり軸受によれば、内輪および/または外輪は、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPにより形成されるか、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPと、炭素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、またはアラミド繊維である繊維状充填材とからなり、前記繊維状充填材の含有率が5重量%以上40重量以下である樹脂組成物により形成されており、保持器は、溶融成形が可能なフッ素樹脂を主成分とし、繊維状充填材および/または固体潤滑剤が添加された樹脂組成物により形成されているため、内輪および外輪がステンレス鋼で形成され、保持器が前記樹脂組成物以外の樹脂組成物で形成されている転がり軸受と比較して、酸やアルカリ等の腐食性水溶液中および腐食性水溶液のミストや飛沫が存在する環境下で使用された場合の耐食性が高くなる。
【0009】
請求項1の転がり軸受によれば、また、フッ素樹脂からなる軸受構成部材(内輪および/または外輪と保持器)は自己潤滑性を有するとともに、これらが転動体と摩擦接触する際に、軸受構成部材をなすフッ素樹脂が転動体に移着して、フッ素樹脂による薄い潤滑膜が形成されるため、潤滑油やグリースを軸受内部に供給しなくても、長期に亘って潤滑性を維持することができる。すなわち、この転がり軸受によれば、潤滑油やグリースを軸受内部に供給する必要がないため、潤滑剤によって外部環境を汚染することがない。
【0010】
さらに、溶融成形が可能なフッ素樹脂により形成されている内輪および/または外輪と保持器は、量産性に優れた射出成形等により形成することが可能となるため、請求項1の転がり軸受は、内輪および外輪がステンレス鋼で形成され、保持器が前記樹脂組成物以外の樹脂組成物で形成されている転がり軸受よりも製造コストを低減することができる。
また、溶融成形が可能なフッ素樹脂により形成されている内輪および外輪の軌道面は、機械加工により仕上げることができる。そして、軌道面を機械加工により仕上げることで、機械加工による仕上げを行わない場合よりも軌道面の真円度を高くできるため、転動体がより長期間に亘って滑らかに回転できるようになる。この場合の真円度は20μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることがさらに好ましい。
【0011】
溶融成形が可能なフッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(以下、「PFA」と略称)、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(以下、「ETFE」と略称)、ポリビニリデンフルオライド(以下、「PVDF」と略称)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(以下、「FEP」と略称)、ポリクロロトリフルオロエチレン(以下、「PCTFE」と略称)、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体(以下、「ECTFE」と略称)等が挙げられ、これらを単独で、またはこれらの2種類以上を組み合わせて用いることができる。これらのうち、請求項1の転がり軸受において使用する、PFA、ETFE、PVDF、およびFEPは自己潤滑性および耐食性に優れているため、酸やアルカリ等の腐食性水溶液中または腐食性水溶液のミストや飛沫が存在する環境下で使用される軸受用の材料として特に好ましい。
【0012】
本発明の転がり軸受において、転動体の材質は耐食性材料からなるものであれば特に限定されず、例えばSUS440C、LNS125、ES1、SUS630に代表されるステンレス鋼を用いることができるが、転動体の表面または転動体全体がセラミックスまたはガラスにより形成されていることが好ましい。この場合に使用可能なセラミックスとしては、窒化珪素(Si3 N4 )、炭化珪素(SiC)、サイアロン(Sialon)、部分安定化ジルコニア(ZrO2 )、硬質カーボン、およびアルミナ(Al2 O3 )等が挙げられる。
【0013】
なお、LNS125とES1は日本精工(株)独自の規格の番号である。LNS125は、Cの含有率が0.6重量%〜0.7重量%、Siの含有率が1.00重量%以下、Mnの含有率が1.00重量%以下、Crの含有率が12.0重量%〜13.5重量%のマルテンサイト系ステンレス鋼である。ES1は、Cの含有率が0.44重量%〜0.46重量%、Siの含有率が0.2重量%〜0.4重量%、Mnの含有率が0.2重量%〜0.4重量%、Crの含有率が12.8重量%〜13.2重量%、Nの含有率が0.09重量%〜0.18重量%のマルテンサイト系ステンレス鋼である。
【0014】
転動体の表面または転動体全体がセラミックスにより形成されていると、転動体がステンレス鋼により形成されている場合よりも格段に耐食性が高くなる。そのため、酸やアルカリ等の腐食性水溶液が浸入しても腐食され難い。また、腐食性水溶液の浸入により、前述の移着による転動体への潤滑膜の形成が十分に行われない場合でも、転動体の表面または全体がセラミックスにより形成されていれば、転動体と軌道面との間に凝着が生じ難い。そのため、腐食性水溶液が浸入しても長期に亘って軸受の作動が継続する。
【0015】
また、請求項1の転がり軸受において、保持器は、溶融成形可能なフッ素樹脂に固体潤滑剤および/または繊維状充填材が添加された樹脂組成物により形成されている。
このような樹脂組成物に配合可能な固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末、黒鉛、六方晶窒化ホウ素(hBN)、フツ素雲母、メラミンシアヌレート(MCA)、層状の結晶構造を有するアミノ酸化合物(N−ラウロ・L−リジン)、フッ化黒鉛、フッ化ピッチ、二硫化モリブデン(MoS2 )等が挙げられる。このような固体潤滑剤が配合されたフッ素樹脂または耐熱性樹脂を主成分とする樹脂組成物により内輪、外輪、保持器が形成されると、これらの自己潤滑性が高くなるとともに、移着により形成された潤滑膜の摩耗が低減される。
【0016】
前記樹脂組成物に配合可能な固体潤滑剤の平均粒径は特に限定されないが、0.1μm以上60μm以下であることが好ましい。平均粒径0.1μm未満の粒径の小さい粒子では、主成分であるフッ素樹脂または耐熱性樹脂と混合した際に粒子間の凝集が起こり、粒子の分散が不均一になる場合がある。―方、60μmを超える粒径の大きい粒子では、成形体表面の平滑性が低下するとともに、強度が低下するため、軸受の寿命が短くなる場合がある。前記樹脂組成物に配合可能な固体潤滑剤の平均粒径のより好ましい範囲は0.1μm以上20μm以下であり、更に好ましい範囲は0.1μm以上10μm以下である。
【0017】
前記樹脂組成物に固体潤滑剤を配合する場合には、樹脂組成物中の含有率を5重量%以上40重量%以下(より好ましくは30重量%以下)とすることが好ましい。5重量%未満では、固体潤滑剤の作用が実質的に得られない。また、40重量%を超えて配合しても、更なる潤滑作用の向上が期待できないばかりでなく、成形体の機械的強度が低下することによって、成形体である内輪、外輪、保持器の摩耗が増加し、軸受の寿命が短くなる場合がある。
【0018】
前記樹脂組成物に配合可能な繊維状充填材としては、ホウ酸アルミニウムウイスカー、チタン酸カリウムウイスカー、カーボンウイスカー、アラミド繊維、芳香族ポリイミド繊維、液晶ポリエステル繊維、グラファイトウイスカー、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、炭化珪素ウイスカー、窒化珪素ウイスカー、アルミナウイスカー、窒化アルミニウムウイスカー、ウォラストナイト等が挙げられる。このような繊維状充填材が配合されたフッ素樹脂または耐熱性樹脂を主成分とする樹脂組成物により内輪、外輪、保持器が形成されると、成形体の機械的強度および耐摩耗性が高くなって、軸受回転時の変形や摩耗を抑制することができる。これにより、軸受は長期に亘って安定的に作動できるようになる。
【0019】
前記樹脂組成物に配合可能な繊維状充填材としては、アスペクト比が3以上200以下であるものが好ましい。アスペクト比が3未満の繊維状充填材では、成形体の補強効果が十分に発揮されず、アスペクト比が200を超えると混合時の均一分散が極めて困難となる。また、この繊維状充填材の繊維径は特に限定されないが、平均繊維径が0.2μm以上30μm以下であるものが好ましく、より好ましくは0.3μm以上20μm以下とし、更に好ましくは0.3μm以上5μm以下とする。
【0020】
前記樹脂組成物に繊維状充填材を配合する場合には、樹脂組成物中の含有率を5重量%以上40重量%以下とすることが好ましい。5重量%未満では成形体の機械的強度向上の効果がほとんど認められない。40重量%を超えて配合しても更なる機械的強度の向上が期待できないばかりでなく、樹脂組成物を溶融成形する際の流動性が著しく低下する。繊維状充填材の樹脂組成物中の含有率のより好ましい範囲は10重量%以上30重量%以下である。
【0021】
また、溶融成形の際の流動性および成形体の機械的強度の点から、前記樹脂組成物における固体潤滑剤と繊維状充填材との合計含有率は10重量%以上50重量%以下であることが好ましい。前記樹脂組成物における固体潤滑剤および繊維状充填材の各々の含有率が40重量%以下であっても、両者の合計含有率が50重量%を超えると、樹脂組成物を溶融成形する際の流動性および成形体の機械的強度が著しく低下する場合がある。
【0022】
前記樹脂組成物に繊維状充填材を配合する場合には、母材である樹脂との密着性を上げたり母材中に均一に分散させたりする目的で、シラン系やチタネート系のカップリング剤により表面処理がなされているものであってもよいし、その他の目的に応じた表面処理がなされているものでもよい。
【0023】
本発明の転がり軸受において、内輪、外輪、または転動体を形成する樹脂組成物は液晶ポリマーを含有するものであることが好ましい。すなわち、請求項3に係る発明は、請求項1の転がり軸受において、保持器を構成する樹脂組成物が液晶ポリマーを含有することを特徴とする。
溶融成形が可能なフッ素樹脂または耐熱性樹脂に液晶ポリマーを添加することにより、成形加工する際の材料の流動性が向上し、金型内での冷却による樹脂の固化速度が速くなるためバリが生じ難くなるとともに、比較的低い射出圧で射出成形することができる。すなわち、比較的流動性に劣るPEEK等の成形加工性が改善される。
【0024】
また、溶融成形が可能なフッ素樹脂または耐熱性樹脂に液晶ポリマーを添加することにより、樹脂組成物の混練時や成形加工時に、溶融成形可能なフッ素樹脂または耐熱性樹脂と液晶ポリマーとがフィブリル化して自己補強効果を発揮するため、この樹脂組成物で形成された内輪、外輪、または保持器は、十分な機械的強度および耐摩耗性が得られる。
本発明で使用可能な液晶ポリマーとしては、半芳香族液晶ポリエステルおよび全芳香族液晶ポリエステルが挙げられる。半芳香族液晶ポリエステルは下記の化1で示される基本構造を有する。この基本構造は2つの繰り返し単位からなる。また、この基本構造に第三成分(2,6−ナフタレンジカルボン酸成分)が共重合された半芳香族液晶ポリエステルを使用することもできる。
【0025】
【化1】
【0026】
市販されている半芳香族液晶ポリエステルとしては、ユニチカ製の「RODRAN」LC−5000およびLC−5050GM、出光石油化学製の「出光LCP」LCP200JおよびLCP210J、三菱化学製の「NOVACCURATE」E310、川崎製鉄製「K―LCP」等を例示することができる。
全芳香族液晶ポリエステルは、下記の化2、化3、化4、および化5で示される基本構造を有する。これらの基本構造は、2つまたは3つの繰り返し単位からなる。
【0027】
【化2】
【0028】
【化3】
【0029】
【化4】
【0030】
【化5】
【0031】
化2で示される全芳香族液晶ポリエステルとしては、Amoco社製の「XYDAR」SRT300およびSRT500、住友化学工業製の「スミカスーパーLCP」E2000およびE6000、東ソー・サンスティール社製の「HAG」および「HBG」等を例示することができる。化3で示される全芳香族液晶ポリエステルとしては、Hoechst Celanese社製「VECTRA」A950、上野製薬製「UENO LCP」1000および2000等を例示することができる。
【0032】
化4で示される全芳香族液晶ポリエステルとしては、Du Pont社製「HX−2O00およびHX−3000、Granmont社製「GRANLAR」等を例示することができる。化5で示される全芳香族液晶ポリエステルとしては、BASF社製「ULTRAX」KR400O、ICI社製「VICTREX SRP」1500Gおよび2300G、Bayer社製「POLYSTAL」等を例示することができる。
【0033】
この樹脂組成物における液晶ポリマーの含有率は特に限定されないが、5重量%以上50重量%以下であることが好ましい。5重量%未満では、液晶ポリマー含有に伴って得られる前述の作用(成形時の材料の流動性、成形加工性、強度特性)が実質的に得られない。50重量%を超えて配合すると、更なる流動性、成形加工性、強度特性の向上が期待できないばかりでなく、他の添加成分の量が相対的に減少するため、他の添加成分による作用が十分に得られなくなる。
【0034】
また、この樹脂組成物が、液晶ポリマーと固体潤滑剤および/または繊維状充填材を含有する場合は、溶融成形の際の流動性および成形体の機械的強度の点から、この樹脂組成物における液晶ポリマーと固体潤滑剤および/または繊維状充填材との合計含有率は10重量%以上60重量%以下であることが好ましい。この樹脂組成物における、液晶ポリマーの含有率と固体潤滑剤および/または繊維状充填材の含有率がそれぞれ40重量%以下であっても、両者の合計含有率が60重量%を超えると、樹脂組成物を溶融成形する際の流動性および成形体の機械的強度が著しく低下する場合がある。
なお、本発明の転がり軸受において、内輪、外輪、および転動体を形成する樹脂組成物には、本発明の目的を損なわない範囲内で、例えば酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、光保護剤、難燃剤、帯電防止剤、流動性改良剤、非晶質粘着性付与剤、結晶化促進剤、増核剤、顔料、染料等の各種添加剤を配合してもよい。
【0035】
前記樹脂組成物に固体潤滑剤や繊維状充填材を配合する場合の混合方法は特に限定されず、主成分のフッ素樹脂を溶融し、この中に固体潤滑剤や繊維状充填材や添加剤を、一つずつ添加しながら混合してもよい。また、予めこれらの材料を全て、ヘンシェルミキサー、タンブラー、リボンミキサー、ボールミル等の混合機に入れて予備混合した後、溶融混合機に供給して溶融混練するようにしてもよい。溶融混合機としては、単軸または二軸押出機、混練ロール、加圧ニーダー、バンバリーミキサー、ブランダープラストグラフ等の公知の溶融混練装置が使用できる。溶融混練の際の温度は、主成分樹脂の溶融が十分になされ、且つ分解が生じない範囲の温度であればよい。
【発明の効果】
【0036】
本発明の転がり軸受によれば、従来の耐食性転がり軸受と比較して、酸やアルカリ等の腐食性水溶液中および腐食性水溶液のミストや飛沫が存在する環境下で使用された場合の耐食性が高くなる。また、潤滑油やグリースを軸受内部に供給しなくても、長期に亘って潤滑性を維持することができる。これにより、潤滑油やグリースを軸受内部に供給する必要がないため、潤滑剤によって外部環境を汚染することがない。
【0037】
また、溶融成形可能なフッ素樹脂または耐熱性樹脂を内輪、外輪、保持器の材料として使用することにより、量産性に優れた射出成形等でこれらを形成することが可能となるため、軸受の製造コストを低減することができる。
さらに、内輪、外輪、または転動体を形成する樹脂組成物に液晶ポリマーを添加することにより、内輪、外輪、または転動体の成形加工性、機械的強度、および耐摩耗性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明の一実施形態に相当する転がり軸受を示す概略断面図である。
【図2】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物中のPTFE粉末の含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図3】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物中のチタン酸カリウムウイスカーの含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図4】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の炭素繊維の含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図5】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物(チタン酸カリウムウイスカーを一定比率で含有)中のPTFE粉末の含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図6】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物(炭素繊維を一定比率で含有)中のPTFE粉末の含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図7】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物(PTFE粉末を一定比率で含有)中のチタン酸カリウムウイスカーの含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図8】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の液晶ポリマーの含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図9】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物(液晶ポリマーを一定比率で含有)中のPTFE粉末の含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図10】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物(液晶ポリマーを一定比率で含有)中のチタン酸カリウムウイスカーの含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図11】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物(液晶ポリマーとチタン酸カリウムウイスカーを一定比率で含有)中のPTFE粉末の含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0039】
以下、本発明の実施形態について、具体的な実施例により詳細に説明する。
[No. 1〜No. 86]
試験用の転がり軸受として、 No.1〜 No.41、 No.51〜 No.53、 No.54〜 No.68、および No.73〜 No.86については、呼び番号6000に相当する単列深溝玉軸受(内径10mm、外径26mm、幅8mm)を組み立てた。この軸受は、図1に示すように、外輪1、内輪2、玉(転動体)3、および冠形の保持器4で構成され、シールを設けていない。なお、 No.42〜 No.50および No.69〜 No.72の転がり軸受としては、前記深溝玉軸受と同じ形状の内輪、外輪、および玉を用い、保持器を使用せず、シールを設けていない総玉軸受を組み立てた。
【0040】
各軸受の内輪、外輪、転動体、保持器の構成材料を下記の表1〜表4に示す。なお、内輪と外輪は各サンプル毎に同一の材料を用いた。樹脂単独または樹脂組成物を材料とする内輪、外輪、保持器は、射出成形により作製した。また、樹脂および添加材としては以下に示すものを使用した。
【0041】
溶融成形可能なフッ素樹脂;
PFA:ダイキン工業製「ネオフロンPFA AP−201」
ETFE:ダイキン工業製「ネオフロンETFE EP−520」
PVDF:呉羽化学工業製「クレハKFポリマーT−#1000」
または「クレハKFポリマーT−#850」
溶融成形可能な耐熱性樹脂;
PEN:出光マテリアル製「ID300」
PEEK:ビクトレックス製「ビクトレックスPEEK 150G」
PEEK−PBI:ヘキストセラニーズ製「セラゾール TU−60」
【0042】
繊維状充填材;
ホウ酸アルミニウムウィスカー(表1〜3に「ABW」と略称)
:四国化成工業製「アルボレックスYS1」、
平均繊維径0.5〜1.0μm、長さl0〜30μm
チタン酸カリウムウィスカー(表1〜4に「KTW」と略称)
:大塚化学製「ティスモD−101」、
平均繊維径0.3〜0.6μm、長さl0〜20μm
炭素繊維:呉羽化学工業製「クレカチョップM−102S」、
平均繊維径14.5μm、長さ0.2mm
アラミド繊維:群栄化学工業製「カイノール繊維KF02BT」
平均繊維径14.0μm、長さ0.2mm
【0043】
固体潤滑剤;
PTFE:ダイキン工業製「ルブロンL−5」、平均粒径0.2μmの粉末
MCA:三菱化学製メラミンシラヌレート、平均粒径2.0μmの粉末
フッ化ピッチ:大阪ガス製フッ化ピッチ、平均粒径1.0μmの粉末
フッ素雲母:トピー工業製「合成マイカPDM−9WA」、
平均粒径8.0μm
【0044】
ここで、フッ素樹脂と繊維状充填材とからなる樹脂組成物を使用する場合は、樹脂組成物中のフッ素樹脂の含有率を80重量%、繊維状充填材の含有率を20重量%とした。フッ素樹脂と固体潤滑剤とからなる樹脂組成物を使用する場合は、樹脂組成物中のフッ素樹脂の含有率を80重量%、固体潤滑剤の含有率を20重量%とした。フッ素樹脂と繊維状充填材と固体潤滑剤とからなる樹脂組成物を使用する場合は、樹脂組成物中のフッ素樹脂の含有率を70重量%、繊維状充填材の含有率を10重量%、固体潤滑剤の含有率を20重量%とした。
【0045】
樹脂組成物の混合は、繊維状充填材の折損を防ぐために以下のようにして行った。すなわち、先ず、繊維状充填材を除く材料をヘンシェルミキサーで乾式混合し、次に、この混合物を二軸押出機に入れる。繊維状充填材は、定量サイドフィーダーから二軸押出機に入れて前記混合物と混練する。この混練物を押出してペレット状に造粒する。このようにして得られた樹脂組成物のペレットまたは樹脂単独のペレットを射出成形機に供給して、各材料毎に最適な射出条件で射出成形を行った。
【0046】
また、 No.45〜 No.50および No.70〜 No.72の転がり軸受では、セラミックスで形成した転動体とPTFEで形成した転動体とが交互に配置されている。 No.69の転がり軸受では、セラミックス(SiC)で形成した転動体のみが配置されている。
組み立てた各転がり軸受について、日本精工(株)製の軸受回転試験機を用いて、1規定の硫酸水溶液中で下記の条件により回転試験を行い、振動値を基準とした軸受寿命を評価した。すなわち、軸受に生じるラジアル振動を回転試験中に常時測定し、この振動値が初期値の3倍以上となった時点で試験を中止し、それまでの総回転数を寿命とした。なお、 No.1〜 No.86の全ての転がり軸受に対してグリースによる潤滑は行わなかった。
【0047】
<回転試験条件>
雰囲気圧力:大気圧
雰囲気温度:常温
ラジアル荷重:49N
回転速度:300rpm
また、各試験用軸受の寿命を比較するために、従来の総金属製の転がり軸受に相当する No.51の寿命を「1」とした時の相対値を算出した。これらの結果も下記の表1〜表4に併せて示す。
【0048】
【表1】
【0049】
【表2】
【0050】
【表3】
【0051】
【表4】
【0052】
これらの表から分かるように、本発明の実施例に相当する No.1〜 No.50および No.54〜 No.85の軸受は、比較例に相当する No.51〜 No.53、 No.86の軸受と比較して、腐食環境下における寿命が著しく長くなっている。また、転動体がセラミックス製またはガラス製である No.5〜 No.7、 No.12〜 No.50、および No.57〜72の軸受は、転動体が金属製である No.1〜 No.4、 No.8〜 No.11、および No.54〜56の軸受よりも、腐食環境下における寿命が長くなっていることが分かる。
【0053】
No.73〜 No.85の軸受は、溶融成形可能な耐熱性樹脂(フッ素樹脂を除く)を主成分とし、繊維状充填材および/または固体潤滑剤が添加された樹脂組成物により、内輪、外輪、および保持器が形成されている実施例である。 No.86の軸受は、内輪および外輪が、溶融成形可能な耐熱性樹脂(フッ素樹脂を除く)に相当するPEEKで形成されている比較例である。そして、表4の結果から、 No.73〜 No.85の軸受は No.86の軸受よりも、腐食環境下における寿命が著しく長くなっていることが分かる。
【0054】
さらに、PFA、ETFE、PVDF、PEEK、またはPENを主成分とし、固体潤滑剤としてPTFE粉末を各種比率で配合した樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、ETFEとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(ETFE:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
【0055】
これらの軸受を用いて上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の固体潤滑剤の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図2にグラフで示す。「○」は主成分がPFAの場合の、「△」は主成分がETFEの場合の、「□」は主成分がPVDFの場合の、「◇」は主成分がPEEKの場合の、「*」は主成分がPENの場合の結果を示す。図2の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0056】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物に、固体潤滑剤としてPTFE粉末を40重量%以下の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。
さらに、PFA、ETFE、PVDF、PEEK、またはPENを主成分とし、繊維状充填材としてチタン酸カリウムウイスカーを各種比率で配合した樹脂組成物により内輪および外輪を作製した。これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、ETFEとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(ETFE:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて、上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
【0057】
これらの軸受を用いて上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の繊維状充填材の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図3にグラフで示す。「○」は主成分がPFAの場合の、「△」は主成分がETFEの場合の、「□」は主成分がPVDFの場合の、「◇」は主成分がPEEKの場合の、「*」は主成分がPENの場合の結果を示す。図3の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0058】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物に、繊維状充填材としてチタン酸カリウムウイスカーを40重量%以下の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。
さらに、PFA、ETFE、PVDF、PEEK、またはPENを主成分とし、繊維状充填材として炭素繊維を各種比率で配合した樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、ETFEとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(ETFE:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて、上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
【0059】
これらの軸受を用いて上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の繊維状充填材の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図4にグラフで示す。「○」は主成分がPFAの場合の、「△」は主成分がETFEの場合の、「□」は主成分がPVDFの場合の、「◇」は主成分がPEEKの場合の、「*」は主成分がPENの場合の結果を示す。図4の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0060】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物に、繊維状充填材として炭素繊維を40重量%以下の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。
さらに、PFA、ETFE、PVDF、PEEK、またはPENと、チタン酸カリウムウイスカーと、PTFE粉末とからなる樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。この樹脂組成物中のチタン酸カリウムウイスカーの含有率は10重量%で一定にし、PTFE粉末の含有率を各種比率に変化させた。なお、PFA等の含有率はPTFE粉末の含有率に応じて変化する。例えば、PTFE粉末の含有率が10重量%であれば、この樹脂組成物中のPFA等の含有率は80重量%となる。
【0061】
これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、ETFEとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(ETFE:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
これらの軸受を用いて上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の固体潤滑剤の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図5にグラフで示す。「○」は主成分がPFAの場合の、「△」は主成分がETFEの場合の、「□」は主成分がPVDFの場合の、「◇」は主成分がPEEKの場合の、「*」は主成分がPENの場合の結果を示す。図5の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0062】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物として、チタン酸カリウムウイスカーが10重量%の含有率で配合されたものを使用する場合には、この樹脂組成物中にPTFE粉末を40重量%以下(好ましくは10〜30重量%)の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。また、図5と図2〜図4との比較から、固体潤滑剤(PTFE粉末)のみ、繊維状充填材(チタン酸カリウムウイスカーまたは炭素繊維)のみを配合した場合よりも、両方を配合した場合の方が寿命を長くできることが分かる。
【0063】
さらに、PFA、ETFE、PVDF、PEEK、またはPENと、炭素繊維と、PTFE粉末とからなる樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。この樹脂組成物中の炭素繊維の含有率は10重量%で一定にし、PTFE粉末の含有率を各種比率に変化させた。なお、PFA等の含有率はPTFE粉末の含有率に応じて変化する。例えば、PTFE粉末の含有率が10重量%であれば、この樹脂組成物中のPFA等の含有率は80重量%となる。
【0064】
これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、ETFEとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(ETFE:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
これらの軸受を用いて上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の固体潤滑剤の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図6にグラフで示す。「○」は主成分がPFAの場合の、「△」は主成分がETFEの場合の、「□」は主成分がPVDFの場合の、「◇」は主成分がPEEKの場合の、「*」は主成分がPENの場合の結果を示す。図6の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0065】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物として、炭素繊維が10重量%の含有率で配合されたものを使用する場合には、この樹脂組成物中にPTFE粉末を40重量%以下(好ましくは10〜30重量%)の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。また、図6と図2〜図4との比較から、固体潤滑剤(PTFE粉末)のみあるいは繊維状充填材(チタン酸カリウムウイスカーまたは炭素繊維)のみを配合した場合よりも、両方を配合した場合の方が寿命を長くできることが分かる。
【0066】
さらに、PFA、PVDF、PEEK、またはPENと、チタン酸カリウムウイスカーと、PTFE粉末とからなる樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。この樹脂組成物中のPTFE粉末の含有率は10重量%で一定にし、チタン酸カリウムウイスカーの含有率を各種比率に変化させた。なお、PFA等の含有率はPTFE粉末の含有率に応じて変化する。例えば、チタン酸カリウムウイスカーの含有率が10重量%であれば、この樹脂組成物中のPFA等の含有率は80重量%となる。
【0067】
これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、PVDFとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(PVDF:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
これらの軸受を用いて上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の固体潤滑剤の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図7にグラフで示す。「○」は主成分がPFAの場合の、「□」は主成分がPVDFの場合の、「◇」は主成分がPEEKの場合の、「*」は主成分がPENの場合の結果を示す。図7の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0068】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物として、PTFE粉末が10重量%配合されたものを使用する場合には、この樹脂組成物中にチタン酸カリウムウイスカーを40重量%以下(好ましくは10〜30重量%)の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。また、図7と図2〜図4との比較から、固体潤滑剤(PTFE粉末)のみあるいは繊維状充填材(チタン酸カリウムウイスカーまたは炭素繊維)のみを配合した場合よりも、両方を配合した場合の方が寿命を長くできることが分かる。
【0069】
[No. 87〜 No.98]
試験用の転がり軸受として、 No.87〜 No.95については、呼び番号6000に相当する単列深溝玉軸受(内径10mm、外径26mm、幅8mm)を組み立てた。この軸受は、図1に示すように、外輪1、内輪2、玉(転動体)3、および冠形の保持器4で構成され、シールを設けていない。また、 No.96〜98の転がり軸受としては、前記深溝玉軸受と同じ形状の内輪、外輪、および玉を用い、保持器を使用せず、シールを設けていない総玉軸受を組み立てた。
【0070】
各軸受の内輪、外輪、転動体、保持器の構成材料を下記の表5に示す。なお、内輪と外輪は各サンプル毎に同一の材料を用いた。各サンプルの内輪および外輪と No.87〜 No.95の保持器は、射出成形により作製した。また、樹脂および添加材としては以下に示すものを使用した。
【0071】
溶融成形可能なフッ素樹脂;
PFA:ダイキン工業製「ネオフロンPFA AP−201」
PVDF:呉羽化学工業製「クレハKFポリマーT−#1000」
または「クレハKFポリマーT−#850」
溶融成形可能な耐熱性樹脂;
TPI:三井東圧化学製「オーラム 400」
PEN:出光マテリアル製「ID300」
PEEK:ビクトレックス製「ビクトレックスPEEK 150G」
PEEK−PBI:ヘキストセラニーズ製「セラゾール TU−60」
PPS:フィリップスペトローリアム社製「ライトンR−6」
【0072】
液晶ポリマー;
LCP1(全芳香族液晶ポリマー)
:住友化学工業製「スミカスーパーLCP E6000」
LCP2(半芳香族液晶ポリマー)
:三菱化成製「NOVACCURATE E310」
固体潤滑剤;
PTFE:ダイキン工業製「ルブロンL−5」、平均粒径0.2μmの粉末
【0073】
繊維状充填材;
チタン酸カリウムウィスカー(表5に「KTW」と略称)
:大塚化学製「ティスモD−101」、
平均繊維径0.3〜0.6μm、長さl0〜20μm
炭素繊維:呉羽化学工業製「クレカチョップM−102S」、
平均繊維径14.5μm、長さ0.2mm
【0074】
ここで、溶融成形可能な耐熱性樹脂またはフッ素樹脂(以下「溶融成形可能な樹脂」と略称)と液晶ポリマーとからなる樹脂組成物を使用する場合は、樹脂組成物中の溶融成形可能な樹脂の含有率を70重量%、液晶ポリマーの含有率を30重量%とした。溶融成形可能な樹脂と液晶ポリマーと繊維状充填材または固体潤滑剤とからなる樹脂組成物を使用する場合は、樹脂組成物中の溶融成形可能な樹脂の含有率を60重量%、液晶ポリマーの含有率を20重量%、繊維状充填材または固体潤滑剤の含有率を20重量%とした。
【0075】
溶融成形可能な樹脂と液晶ポリマーと繊維状充填材と固体潤滑剤とからなる樹脂組成物を使用する場合は、樹脂組成物中の溶融成形可能な樹脂の含有率を50重量%、液晶ポリマーの含有率を20重量%、繊維状充填材の含有率を10重量%、固体潤滑剤の含有率を20重量%とした。
樹脂組成物の混合は、繊維状充填材の折損を防ぐために以下のようにして行った。すなわち、先ず、繊維状充填材を除く材料をヘンシェルミキサーで乾式混合し、次に、この混合物を二軸押出機に入れる。繊維状充填材は、定量サイドフィーダーから二軸押出機に入れて前記混合物と混練する。この混練物を押出してペレット状に造粒する。このようにして得られた樹脂組成物のペレットまたは樹脂単独のペレットを射出成形機に供給して、各材料毎に最適な射出条件で射出成形を行った。
【0076】
また、 No.96の転がり軸受では、セラミックス(Si3 N4 )で形成した転動体のみが配置されている。 No.97の転がり軸受では、セラミックス(Si3 N4 )で形成された転動体とPTFEで形成された転動体とが交互に配置されている。 No.98の転がり軸受では、ガラスで形成された転動体と硬質カーボンで形成された転動体とが交互に配置されている。
【0077】
組み立てた各転がり軸受について、日本精工(株)製の軸受回転試験機を用いて、1規定の硫酸水溶液中で下記の条件により回転試験を行い、振動値を基準とした軸受寿命を評価した。すなわち、軸受に生じるラジアル振動を回転試験中に常時測定し、この振動値が初期値の3倍以上となった時点で試験を中止し、それまでの総回転数を寿命とした。なお、 No.87〜 No.98の全ての転がり軸受に対してグリースによる潤滑は行わなかった。
【0078】
<回転試験条件>
雰囲気圧力:大気圧
雰囲気温度:常温
ラジアル荷重:49N
回転速度:300rpm
また、各試験用軸受の寿命を比較するために、従来の総金属製の転がり軸受に相当する No.51の寿命を「1」とした時の相対値を算出した。これらの結果も下記の表5に併せて示す。
【0079】
【表5】
【0080】
この表から分かるように、本発明の実施例に相当する No.89〜 No.98の軸受は、比較例に相当する No.51〜 No.53および No.86の軸受と比較して、腐食環境下における寿命が著しく長くなっている。また、液晶ポリマーが添加された樹脂組成物で内輪および外輪が形成された No.87〜 No.98の軸受は、内輪および外輪がPEEKのみで形成されている No.86よりも、腐食環境下における寿命が長くなっていることが分かる。また、 No.87〜 No.98の軸受のうち、転動体がセラミックス製またはガラス製である No.88〜 No.98の軸受は、転動体が金属製である No.87の軸受よりも、腐食環境下における寿命が長くなっていることが分かる。
【0081】
さらに、PVDF、PEEK、TPI、またはPENに、LCP1を各種比率で配合した樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、PVDFとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(PVDF:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて、上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
【0082】
これらの軸受を用いて上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中のLCP1(液晶ポリマー)の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図8にグラフで示す。「□」は樹脂組成物がPVDFとLCP1からなる場合の、「◇」は樹脂組成物がPEEKとLCP1からなる場合の、「+」は樹脂組成物がTPIとLCP1からなる場合の、「*」は樹脂組成物がPENとLCP1からなる場合の結果を示す。なお、図8の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0083】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物に、LCP1を50重量%以下(好ましくは10〜40重量%)の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。
さらに、PVDF、PEEK、TPI、またはPENと、LCP1と、PTFE粉末とからなる樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。この樹脂組成物中のLCP1の含有率は20重量%で一定にし、PTFE粉末を各種比率に変化させた。なお、PVDF等の含有率はPTFE粉末の含有率に応じて変化する。例えば、PTFE粉末の含有率が10重量%であれば、この樹脂組成物中のPVDF等の含有率は70重量%となる。
【0084】
これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、PVDFとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(PVDF:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて、上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
これらの軸受を用いて、上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中のPTFE粉末(固体潤滑剤)の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図9にグラフで示す。「□」は主成分がPVDFである場合の、「◇」は主成分がPEEKである場合の、「+」は主成分がTPIである場合の、「*」は主成分がPENである場合の結果を示す。なお、図9の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0085】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物として、LCP1が20重量%の含有率で配合されたものを使用する場合には、この樹脂組成物中にPTFE粉末を40重量%以下(好ましくは10〜30重量%)の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。
さらに、PVDF、PEEK、TPI、またはPENと、LCP1と、チタン酸カリウムウイスカーとからなる樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。この樹脂組成物中のLCP1の含有率は20重量%で一定にし、チタン酸カリウムウイスカーの含有率を各種比率に変化させた。なお、PVDF等の含有率はチタン酸カリウムウイスカーの含有率に応じて変化する。例えば、チタン酸カリウムウイスカーの含有率が10重量%であれば、この樹脂組成物中のPVDF等の含有率は70重量%となる。
【0086】
これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、PVDFとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(PVDF:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて、上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
これらの軸受を用いて、上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中のチタン酸カリウムウイスカ(繊維状充填材)の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図10にグラフで示す。「□」は主成分がPVDFである場合の、「◇」は主成分がPEEKである場合の、「+」は主成分がTPIである場合の、「*」は主成分がPENである場合の結果を示す。なお、図10の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0087】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物として、LCP1が20重量%の含有率で配合されたものを使用する場合には、この樹脂組成物中にチタン酸カリウムウイスカーを40重量%以下(好ましくは5〜30重量%)の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。
さらに、PVDF、PEEK、TPI、またはPENと、LCP1と、チタン酸カリウムウイスカーと、PTFE粉末とからなる樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。この樹脂組成物中のLCP1とチタン酸カリウムウイスカの含有率はそれぞれ15重量%で一定にし、PTFE粉末の含有率を各種比率に変化させた。なお、PVDF等の含有率はPTFE粉末の含有率に応じて変化する。例えば、PTFE粉末の含有率が10重量%であれば、この樹脂組成物中のPVDF等の含有率は60重量%となる。
【0088】
これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、PVDFとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(PVDF:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて、上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
これらの軸受を用いて、上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中のPTFE粉末(固体潤滑剤)の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図11にグラフで示す。「□」は主成分がPVDFである場合の、「◇」は主成分がPEEKである場合の、「+」は主成分がTPIである場合の、「*」は主成分がPENである場合の結果を示す。なお、図11の寿命は、上記と同様に No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0089】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物として、LCP1およびチタン酸カリウムウイスカーがそれぞれ15重量%の含有率で配合されたものを使用する場合には、この樹脂組成物中にPTFE粉末を30重量%以下(好ましくは5〜30重量%)の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。
【符号の説明】
【0090】
1 外輪
2 内輪
3 玉(転動体)
4 保持器
【技術分野】
【0001】
本発明は、酸やアルカリ等の腐食性水溶液中または腐食性水溶液等のミストや飛沫が存在する環境下での寿命が長い転がり軸受に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、転がり輸受は、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、内外輪の軌道間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これら複数個の転動体を、内外輪の軌道間で案内保持する保持器とで構成されている。また、保持器を備えていない、総転動体構造の転がり軸受もある。
このような転がり軸受の潤滑は、通常、潤滑油やグリースを軸受に循環供給したり、軸受内部に封入したりすることにより行なわれている。また、酸やアルカリ等の腐食性水溶液のミストや飛沫が存在する環境下では、軸受内部にこれらのミストや飛沫が浸入することを防止する必要がある。そのため、例えば、実開昭55−34002号公報や実開昭57−56218号公報には、潤滑油やグリースを軸受空間に充填して潤滑を行うとともに、軸受に接触型シールやラビリンスシールを設けて、軸受内部に水等が浸入することを防止する技術が開示されている。
【0003】
しかしながら、接触型シールは軸受の回転に伴ってシールのリップ部が摩耗するため、リップ部とシール面との間に隙間が生じる恐れがあり、この隙間から水等が浸入することを完全に防止することはできない。同様に、ラビリンスシールも隙間から水等が浸入することを完全に防止することはできない。そのため、接触型シールやラビリンスシールを設けていても、接触型シールの摩耗により生じる隙間やラビリンスシールの隙間から軸受内部に水等が浸入して潤滑油やグリースが軟化が生じ、軸受の回転時に潤滑油やグリースが軸受の外部に飛散して、軸受の外部環境を汚染する恐れがある。
したがって、例えば、クリーンルーム、半導体素子製造装置、液晶パネル製造装置、ハードディスク製造装置等のように清浄な環境を必要とする場合には、転がり軸受の潤滑に潤滑油やグリースを使用することができない。
【0004】
そこで、転がり軸受の潤滑方法として、潤滑油やグリースを用いない方法が従来より提案されている。例えば、特公平8−26894号公報や特許第2709119号公報には、ステンレス鋼製の内輪および外輪と、フッ素樹脂(フッ素樹脂単独、または直径が2μm以下のチタン酸カリウムウイスカー短繊維を含むテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体)製の保持器と、硬質カーボン製の転動体とで構成された転がり軸受が開示されている。この軸受では、保持器と転動体との摩擦接触により、保持器を構成するフッ素樹脂が、転動体、内輪、外輪に移着して、フッ素樹脂による薄い潤滑膜が形成される。
【特許文献1】特公平8−26894号公報
【特許文献2】特許第2709119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、腐食性水溶液中または腐食性溶液のミストや飛沫が存在する環境下で使用される転がり軸受は、内輪および外輪がステンレス鋼で形成されていても、錆の発生等の腐食を完全に防止することはできない。そして、腐食により、軸受構成部材の摩耗や表面粗さの増加が加速されるため、十分に長い軸受寿命を得ることができない。
すなわち、ステンレス鋼の内輪および外輪と、フッ素樹脂製の保持器と、硬質カーボン製の転動体とで構成された転がり軸受は、潤滑剤による外部環境の汚染が生じないものではあるが、この軸受に接触型シールやラビリンスシールを設けたとしても、使用環境が酸やアルカリ等の腐食性水溶液中または腐食性溶液のミストや飛沫が存在する環境下であると、長期に亘って潤滑性を維持して十分に長い軸受寿命を得ることは難しいという問題がある。
【0006】
本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたものであり、酸やアルカリ等の腐食性水溶液中または腐食性水溶液のミストや飛沫が存在する環境下で使用されても、長期に亘って潤滑性を維持することができるとともに、潤滑剤による外部環境の汚染が生じない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】
【0007】
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、耐食性材料からなる内輪、外輪、および転動体と、樹脂組成物からなる保持器とを備えた転がり軸受において、内輪および外輪の少なくとも一方は、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPにより形成されるか、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPと、炭素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、またはアラミド繊維である繊維状充填材とからなり、前記繊維状充填材の含有率が5重量%以上40重量以下である樹脂組成物により形成されており、保持器は、溶融成形が可能なフッ素樹脂を主成分とし、繊維状充填材および/または固体潤滑剤が添加された樹脂組成物により形成されていることを特徴とする転がり軸受を提供する。
【0008】
請求項1の転がり軸受によれば、内輪および/または外輪は、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPにより形成されるか、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPと、炭素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、またはアラミド繊維である繊維状充填材とからなり、前記繊維状充填材の含有率が5重量%以上40重量以下である樹脂組成物により形成されており、保持器は、溶融成形が可能なフッ素樹脂を主成分とし、繊維状充填材および/または固体潤滑剤が添加された樹脂組成物により形成されているため、内輪および外輪がステンレス鋼で形成され、保持器が前記樹脂組成物以外の樹脂組成物で形成されている転がり軸受と比較して、酸やアルカリ等の腐食性水溶液中および腐食性水溶液のミストや飛沫が存在する環境下で使用された場合の耐食性が高くなる。
【0009】
請求項1の転がり軸受によれば、また、フッ素樹脂からなる軸受構成部材(内輪および/または外輪と保持器)は自己潤滑性を有するとともに、これらが転動体と摩擦接触する際に、軸受構成部材をなすフッ素樹脂が転動体に移着して、フッ素樹脂による薄い潤滑膜が形成されるため、潤滑油やグリースを軸受内部に供給しなくても、長期に亘って潤滑性を維持することができる。すなわち、この転がり軸受によれば、潤滑油やグリースを軸受内部に供給する必要がないため、潤滑剤によって外部環境を汚染することがない。
【0010】
さらに、溶融成形が可能なフッ素樹脂により形成されている内輪および/または外輪と保持器は、量産性に優れた射出成形等により形成することが可能となるため、請求項1の転がり軸受は、内輪および外輪がステンレス鋼で形成され、保持器が前記樹脂組成物以外の樹脂組成物で形成されている転がり軸受よりも製造コストを低減することができる。
また、溶融成形が可能なフッ素樹脂により形成されている内輪および外輪の軌道面は、機械加工により仕上げることができる。そして、軌道面を機械加工により仕上げることで、機械加工による仕上げを行わない場合よりも軌道面の真円度を高くできるため、転動体がより長期間に亘って滑らかに回転できるようになる。この場合の真円度は20μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることがさらに好ましい。
【0011】
溶融成形が可能なフッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(以下、「PFA」と略称)、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(以下、「ETFE」と略称)、ポリビニリデンフルオライド(以下、「PVDF」と略称)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(以下、「FEP」と略称)、ポリクロロトリフルオロエチレン(以下、「PCTFE」と略称)、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体(以下、「ECTFE」と略称)等が挙げられ、これらを単独で、またはこれらの2種類以上を組み合わせて用いることができる。これらのうち、請求項1の転がり軸受において使用する、PFA、ETFE、PVDF、およびFEPは自己潤滑性および耐食性に優れているため、酸やアルカリ等の腐食性水溶液中または腐食性水溶液のミストや飛沫が存在する環境下で使用される軸受用の材料として特に好ましい。
【0012】
本発明の転がり軸受において、転動体の材質は耐食性材料からなるものであれば特に限定されず、例えばSUS440C、LNS125、ES1、SUS630に代表されるステンレス鋼を用いることができるが、転動体の表面または転動体全体がセラミックスまたはガラスにより形成されていることが好ましい。この場合に使用可能なセラミックスとしては、窒化珪素(Si3 N4 )、炭化珪素(SiC)、サイアロン(Sialon)、部分安定化ジルコニア(ZrO2 )、硬質カーボン、およびアルミナ(Al2 O3 )等が挙げられる。
【0013】
なお、LNS125とES1は日本精工(株)独自の規格の番号である。LNS125は、Cの含有率が0.6重量%〜0.7重量%、Siの含有率が1.00重量%以下、Mnの含有率が1.00重量%以下、Crの含有率が12.0重量%〜13.5重量%のマルテンサイト系ステンレス鋼である。ES1は、Cの含有率が0.44重量%〜0.46重量%、Siの含有率が0.2重量%〜0.4重量%、Mnの含有率が0.2重量%〜0.4重量%、Crの含有率が12.8重量%〜13.2重量%、Nの含有率が0.09重量%〜0.18重量%のマルテンサイト系ステンレス鋼である。
【0014】
転動体の表面または転動体全体がセラミックスにより形成されていると、転動体がステンレス鋼により形成されている場合よりも格段に耐食性が高くなる。そのため、酸やアルカリ等の腐食性水溶液が浸入しても腐食され難い。また、腐食性水溶液の浸入により、前述の移着による転動体への潤滑膜の形成が十分に行われない場合でも、転動体の表面または全体がセラミックスにより形成されていれば、転動体と軌道面との間に凝着が生じ難い。そのため、腐食性水溶液が浸入しても長期に亘って軸受の作動が継続する。
【0015】
また、請求項1の転がり軸受において、保持器は、溶融成形可能なフッ素樹脂に固体潤滑剤および/または繊維状充填材が添加された樹脂組成物により形成されている。
このような樹脂組成物に配合可能な固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末、黒鉛、六方晶窒化ホウ素(hBN)、フツ素雲母、メラミンシアヌレート(MCA)、層状の結晶構造を有するアミノ酸化合物(N−ラウロ・L−リジン)、フッ化黒鉛、フッ化ピッチ、二硫化モリブデン(MoS2 )等が挙げられる。このような固体潤滑剤が配合されたフッ素樹脂または耐熱性樹脂を主成分とする樹脂組成物により内輪、外輪、保持器が形成されると、これらの自己潤滑性が高くなるとともに、移着により形成された潤滑膜の摩耗が低減される。
【0016】
前記樹脂組成物に配合可能な固体潤滑剤の平均粒径は特に限定されないが、0.1μm以上60μm以下であることが好ましい。平均粒径0.1μm未満の粒径の小さい粒子では、主成分であるフッ素樹脂または耐熱性樹脂と混合した際に粒子間の凝集が起こり、粒子の分散が不均一になる場合がある。―方、60μmを超える粒径の大きい粒子では、成形体表面の平滑性が低下するとともに、強度が低下するため、軸受の寿命が短くなる場合がある。前記樹脂組成物に配合可能な固体潤滑剤の平均粒径のより好ましい範囲は0.1μm以上20μm以下であり、更に好ましい範囲は0.1μm以上10μm以下である。
【0017】
前記樹脂組成物に固体潤滑剤を配合する場合には、樹脂組成物中の含有率を5重量%以上40重量%以下(より好ましくは30重量%以下)とすることが好ましい。5重量%未満では、固体潤滑剤の作用が実質的に得られない。また、40重量%を超えて配合しても、更なる潤滑作用の向上が期待できないばかりでなく、成形体の機械的強度が低下することによって、成形体である内輪、外輪、保持器の摩耗が増加し、軸受の寿命が短くなる場合がある。
【0018】
前記樹脂組成物に配合可能な繊維状充填材としては、ホウ酸アルミニウムウイスカー、チタン酸カリウムウイスカー、カーボンウイスカー、アラミド繊維、芳香族ポリイミド繊維、液晶ポリエステル繊維、グラファイトウイスカー、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、炭化珪素ウイスカー、窒化珪素ウイスカー、アルミナウイスカー、窒化アルミニウムウイスカー、ウォラストナイト等が挙げられる。このような繊維状充填材が配合されたフッ素樹脂または耐熱性樹脂を主成分とする樹脂組成物により内輪、外輪、保持器が形成されると、成形体の機械的強度および耐摩耗性が高くなって、軸受回転時の変形や摩耗を抑制することができる。これにより、軸受は長期に亘って安定的に作動できるようになる。
【0019】
前記樹脂組成物に配合可能な繊維状充填材としては、アスペクト比が3以上200以下であるものが好ましい。アスペクト比が3未満の繊維状充填材では、成形体の補強効果が十分に発揮されず、アスペクト比が200を超えると混合時の均一分散が極めて困難となる。また、この繊維状充填材の繊維径は特に限定されないが、平均繊維径が0.2μm以上30μm以下であるものが好ましく、より好ましくは0.3μm以上20μm以下とし、更に好ましくは0.3μm以上5μm以下とする。
【0020】
前記樹脂組成物に繊維状充填材を配合する場合には、樹脂組成物中の含有率を5重量%以上40重量%以下とすることが好ましい。5重量%未満では成形体の機械的強度向上の効果がほとんど認められない。40重量%を超えて配合しても更なる機械的強度の向上が期待できないばかりでなく、樹脂組成物を溶融成形する際の流動性が著しく低下する。繊維状充填材の樹脂組成物中の含有率のより好ましい範囲は10重量%以上30重量%以下である。
【0021】
また、溶融成形の際の流動性および成形体の機械的強度の点から、前記樹脂組成物における固体潤滑剤と繊維状充填材との合計含有率は10重量%以上50重量%以下であることが好ましい。前記樹脂組成物における固体潤滑剤および繊維状充填材の各々の含有率が40重量%以下であっても、両者の合計含有率が50重量%を超えると、樹脂組成物を溶融成形する際の流動性および成形体の機械的強度が著しく低下する場合がある。
【0022】
前記樹脂組成物に繊維状充填材を配合する場合には、母材である樹脂との密着性を上げたり母材中に均一に分散させたりする目的で、シラン系やチタネート系のカップリング剤により表面処理がなされているものであってもよいし、その他の目的に応じた表面処理がなされているものでもよい。
【0023】
本発明の転がり軸受において、内輪、外輪、または転動体を形成する樹脂組成物は液晶ポリマーを含有するものであることが好ましい。すなわち、請求項3に係る発明は、請求項1の転がり軸受において、保持器を構成する樹脂組成物が液晶ポリマーを含有することを特徴とする。
溶融成形が可能なフッ素樹脂または耐熱性樹脂に液晶ポリマーを添加することにより、成形加工する際の材料の流動性が向上し、金型内での冷却による樹脂の固化速度が速くなるためバリが生じ難くなるとともに、比較的低い射出圧で射出成形することができる。すなわち、比較的流動性に劣るPEEK等の成形加工性が改善される。
【0024】
また、溶融成形が可能なフッ素樹脂または耐熱性樹脂に液晶ポリマーを添加することにより、樹脂組成物の混練時や成形加工時に、溶融成形可能なフッ素樹脂または耐熱性樹脂と液晶ポリマーとがフィブリル化して自己補強効果を発揮するため、この樹脂組成物で形成された内輪、外輪、または保持器は、十分な機械的強度および耐摩耗性が得られる。
本発明で使用可能な液晶ポリマーとしては、半芳香族液晶ポリエステルおよび全芳香族液晶ポリエステルが挙げられる。半芳香族液晶ポリエステルは下記の化1で示される基本構造を有する。この基本構造は2つの繰り返し単位からなる。また、この基本構造に第三成分(2,6−ナフタレンジカルボン酸成分)が共重合された半芳香族液晶ポリエステルを使用することもできる。
【0025】
【化1】
【0026】
市販されている半芳香族液晶ポリエステルとしては、ユニチカ製の「RODRAN」LC−5000およびLC−5050GM、出光石油化学製の「出光LCP」LCP200JおよびLCP210J、三菱化学製の「NOVACCURATE」E310、川崎製鉄製「K―LCP」等を例示することができる。
全芳香族液晶ポリエステルは、下記の化2、化3、化4、および化5で示される基本構造を有する。これらの基本構造は、2つまたは3つの繰り返し単位からなる。
【0027】
【化2】
【0028】
【化3】
【0029】
【化4】
【0030】
【化5】
【0031】
化2で示される全芳香族液晶ポリエステルとしては、Amoco社製の「XYDAR」SRT300およびSRT500、住友化学工業製の「スミカスーパーLCP」E2000およびE6000、東ソー・サンスティール社製の「HAG」および「HBG」等を例示することができる。化3で示される全芳香族液晶ポリエステルとしては、Hoechst Celanese社製「VECTRA」A950、上野製薬製「UENO LCP」1000および2000等を例示することができる。
【0032】
化4で示される全芳香族液晶ポリエステルとしては、Du Pont社製「HX−2O00およびHX−3000、Granmont社製「GRANLAR」等を例示することができる。化5で示される全芳香族液晶ポリエステルとしては、BASF社製「ULTRAX」KR400O、ICI社製「VICTREX SRP」1500Gおよび2300G、Bayer社製「POLYSTAL」等を例示することができる。
【0033】
この樹脂組成物における液晶ポリマーの含有率は特に限定されないが、5重量%以上50重量%以下であることが好ましい。5重量%未満では、液晶ポリマー含有に伴って得られる前述の作用(成形時の材料の流動性、成形加工性、強度特性)が実質的に得られない。50重量%を超えて配合すると、更なる流動性、成形加工性、強度特性の向上が期待できないばかりでなく、他の添加成分の量が相対的に減少するため、他の添加成分による作用が十分に得られなくなる。
【0034】
また、この樹脂組成物が、液晶ポリマーと固体潤滑剤および/または繊維状充填材を含有する場合は、溶融成形の際の流動性および成形体の機械的強度の点から、この樹脂組成物における液晶ポリマーと固体潤滑剤および/または繊維状充填材との合計含有率は10重量%以上60重量%以下であることが好ましい。この樹脂組成物における、液晶ポリマーの含有率と固体潤滑剤および/または繊維状充填材の含有率がそれぞれ40重量%以下であっても、両者の合計含有率が60重量%を超えると、樹脂組成物を溶融成形する際の流動性および成形体の機械的強度が著しく低下する場合がある。
なお、本発明の転がり軸受において、内輪、外輪、および転動体を形成する樹脂組成物には、本発明の目的を損なわない範囲内で、例えば酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、光保護剤、難燃剤、帯電防止剤、流動性改良剤、非晶質粘着性付与剤、結晶化促進剤、増核剤、顔料、染料等の各種添加剤を配合してもよい。
【0035】
前記樹脂組成物に固体潤滑剤や繊維状充填材を配合する場合の混合方法は特に限定されず、主成分のフッ素樹脂を溶融し、この中に固体潤滑剤や繊維状充填材や添加剤を、一つずつ添加しながら混合してもよい。また、予めこれらの材料を全て、ヘンシェルミキサー、タンブラー、リボンミキサー、ボールミル等の混合機に入れて予備混合した後、溶融混合機に供給して溶融混練するようにしてもよい。溶融混合機としては、単軸または二軸押出機、混練ロール、加圧ニーダー、バンバリーミキサー、ブランダープラストグラフ等の公知の溶融混練装置が使用できる。溶融混練の際の温度は、主成分樹脂の溶融が十分になされ、且つ分解が生じない範囲の温度であればよい。
【発明の効果】
【0036】
本発明の転がり軸受によれば、従来の耐食性転がり軸受と比較して、酸やアルカリ等の腐食性水溶液中および腐食性水溶液のミストや飛沫が存在する環境下で使用された場合の耐食性が高くなる。また、潤滑油やグリースを軸受内部に供給しなくても、長期に亘って潤滑性を維持することができる。これにより、潤滑油やグリースを軸受内部に供給する必要がないため、潤滑剤によって外部環境を汚染することがない。
【0037】
また、溶融成形可能なフッ素樹脂または耐熱性樹脂を内輪、外輪、保持器の材料として使用することにより、量産性に優れた射出成形等でこれらを形成することが可能となるため、軸受の製造コストを低減することができる。
さらに、内輪、外輪、または転動体を形成する樹脂組成物に液晶ポリマーを添加することにより、内輪、外輪、または転動体の成形加工性、機械的強度、および耐摩耗性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明の一実施形態に相当する転がり軸受を示す概略断面図である。
【図2】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物中のPTFE粉末の含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図3】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物中のチタン酸カリウムウイスカーの含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図4】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の炭素繊維の含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図5】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物(チタン酸カリウムウイスカーを一定比率で含有)中のPTFE粉末の含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図6】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物(炭素繊維を一定比率で含有)中のPTFE粉末の含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図7】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物(PTFE粉末を一定比率で含有)中のチタン酸カリウムウイスカーの含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図8】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の液晶ポリマーの含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図9】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物(液晶ポリマーを一定比率で含有)中のPTFE粉末の含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図10】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物(液晶ポリマーを一定比率で含有)中のチタン酸カリウムウイスカーの含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【図11】実施形態での試験結果から得られた、軸受の内輪および外輪を構成する樹脂組成物(液晶ポリマーとチタン酸カリウムウイスカーを一定比率で含有)中のPTFE粉末の含有率と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0039】
以下、本発明の実施形態について、具体的な実施例により詳細に説明する。
[No. 1〜No. 86]
試験用の転がり軸受として、 No.1〜 No.41、 No.51〜 No.53、 No.54〜 No.68、および No.73〜 No.86については、呼び番号6000に相当する単列深溝玉軸受(内径10mm、外径26mm、幅8mm)を組み立てた。この軸受は、図1に示すように、外輪1、内輪2、玉(転動体)3、および冠形の保持器4で構成され、シールを設けていない。なお、 No.42〜 No.50および No.69〜 No.72の転がり軸受としては、前記深溝玉軸受と同じ形状の内輪、外輪、および玉を用い、保持器を使用せず、シールを設けていない総玉軸受を組み立てた。
【0040】
各軸受の内輪、外輪、転動体、保持器の構成材料を下記の表1〜表4に示す。なお、内輪と外輪は各サンプル毎に同一の材料を用いた。樹脂単独または樹脂組成物を材料とする内輪、外輪、保持器は、射出成形により作製した。また、樹脂および添加材としては以下に示すものを使用した。
【0041】
溶融成形可能なフッ素樹脂;
PFA:ダイキン工業製「ネオフロンPFA AP−201」
ETFE:ダイキン工業製「ネオフロンETFE EP−520」
PVDF:呉羽化学工業製「クレハKFポリマーT−#1000」
または「クレハKFポリマーT−#850」
溶融成形可能な耐熱性樹脂;
PEN:出光マテリアル製「ID300」
PEEK:ビクトレックス製「ビクトレックスPEEK 150G」
PEEK−PBI:ヘキストセラニーズ製「セラゾール TU−60」
【0042】
繊維状充填材;
ホウ酸アルミニウムウィスカー(表1〜3に「ABW」と略称)
:四国化成工業製「アルボレックスYS1」、
平均繊維径0.5〜1.0μm、長さl0〜30μm
チタン酸カリウムウィスカー(表1〜4に「KTW」と略称)
:大塚化学製「ティスモD−101」、
平均繊維径0.3〜0.6μm、長さl0〜20μm
炭素繊維:呉羽化学工業製「クレカチョップM−102S」、
平均繊維径14.5μm、長さ0.2mm
アラミド繊維:群栄化学工業製「カイノール繊維KF02BT」
平均繊維径14.0μm、長さ0.2mm
【0043】
固体潤滑剤;
PTFE:ダイキン工業製「ルブロンL−5」、平均粒径0.2μmの粉末
MCA:三菱化学製メラミンシラヌレート、平均粒径2.0μmの粉末
フッ化ピッチ:大阪ガス製フッ化ピッチ、平均粒径1.0μmの粉末
フッ素雲母:トピー工業製「合成マイカPDM−9WA」、
平均粒径8.0μm
【0044】
ここで、フッ素樹脂と繊維状充填材とからなる樹脂組成物を使用する場合は、樹脂組成物中のフッ素樹脂の含有率を80重量%、繊維状充填材の含有率を20重量%とした。フッ素樹脂と固体潤滑剤とからなる樹脂組成物を使用する場合は、樹脂組成物中のフッ素樹脂の含有率を80重量%、固体潤滑剤の含有率を20重量%とした。フッ素樹脂と繊維状充填材と固体潤滑剤とからなる樹脂組成物を使用する場合は、樹脂組成物中のフッ素樹脂の含有率を70重量%、繊維状充填材の含有率を10重量%、固体潤滑剤の含有率を20重量%とした。
【0045】
樹脂組成物の混合は、繊維状充填材の折損を防ぐために以下のようにして行った。すなわち、先ず、繊維状充填材を除く材料をヘンシェルミキサーで乾式混合し、次に、この混合物を二軸押出機に入れる。繊維状充填材は、定量サイドフィーダーから二軸押出機に入れて前記混合物と混練する。この混練物を押出してペレット状に造粒する。このようにして得られた樹脂組成物のペレットまたは樹脂単独のペレットを射出成形機に供給して、各材料毎に最適な射出条件で射出成形を行った。
【0046】
また、 No.45〜 No.50および No.70〜 No.72の転がり軸受では、セラミックスで形成した転動体とPTFEで形成した転動体とが交互に配置されている。 No.69の転がり軸受では、セラミックス(SiC)で形成した転動体のみが配置されている。
組み立てた各転がり軸受について、日本精工(株)製の軸受回転試験機を用いて、1規定の硫酸水溶液中で下記の条件により回転試験を行い、振動値を基準とした軸受寿命を評価した。すなわち、軸受に生じるラジアル振動を回転試験中に常時測定し、この振動値が初期値の3倍以上となった時点で試験を中止し、それまでの総回転数を寿命とした。なお、 No.1〜 No.86の全ての転がり軸受に対してグリースによる潤滑は行わなかった。
【0047】
<回転試験条件>
雰囲気圧力:大気圧
雰囲気温度:常温
ラジアル荷重:49N
回転速度:300rpm
また、各試験用軸受の寿命を比較するために、従来の総金属製の転がり軸受に相当する No.51の寿命を「1」とした時の相対値を算出した。これらの結果も下記の表1〜表4に併せて示す。
【0048】
【表1】
【0049】
【表2】
【0050】
【表3】
【0051】
【表4】
【0052】
これらの表から分かるように、本発明の実施例に相当する No.1〜 No.50および No.54〜 No.85の軸受は、比較例に相当する No.51〜 No.53、 No.86の軸受と比較して、腐食環境下における寿命が著しく長くなっている。また、転動体がセラミックス製またはガラス製である No.5〜 No.7、 No.12〜 No.50、および No.57〜72の軸受は、転動体が金属製である No.1〜 No.4、 No.8〜 No.11、および No.54〜56の軸受よりも、腐食環境下における寿命が長くなっていることが分かる。
【0053】
No.73〜 No.85の軸受は、溶融成形可能な耐熱性樹脂(フッ素樹脂を除く)を主成分とし、繊維状充填材および/または固体潤滑剤が添加された樹脂組成物により、内輪、外輪、および保持器が形成されている実施例である。 No.86の軸受は、内輪および外輪が、溶融成形可能な耐熱性樹脂(フッ素樹脂を除く)に相当するPEEKで形成されている比較例である。そして、表4の結果から、 No.73〜 No.85の軸受は No.86の軸受よりも、腐食環境下における寿命が著しく長くなっていることが分かる。
【0054】
さらに、PFA、ETFE、PVDF、PEEK、またはPENを主成分とし、固体潤滑剤としてPTFE粉末を各種比率で配合した樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、ETFEとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(ETFE:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
【0055】
これらの軸受を用いて上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の固体潤滑剤の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図2にグラフで示す。「○」は主成分がPFAの場合の、「△」は主成分がETFEの場合の、「□」は主成分がPVDFの場合の、「◇」は主成分がPEEKの場合の、「*」は主成分がPENの場合の結果を示す。図2の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0056】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物に、固体潤滑剤としてPTFE粉末を40重量%以下の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。
さらに、PFA、ETFE、PVDF、PEEK、またはPENを主成分とし、繊維状充填材としてチタン酸カリウムウイスカーを各種比率で配合した樹脂組成物により内輪および外輪を作製した。これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、ETFEとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(ETFE:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて、上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
【0057】
これらの軸受を用いて上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の繊維状充填材の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図3にグラフで示す。「○」は主成分がPFAの場合の、「△」は主成分がETFEの場合の、「□」は主成分がPVDFの場合の、「◇」は主成分がPEEKの場合の、「*」は主成分がPENの場合の結果を示す。図3の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0058】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物に、繊維状充填材としてチタン酸カリウムウイスカーを40重量%以下の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。
さらに、PFA、ETFE、PVDF、PEEK、またはPENを主成分とし、繊維状充填材として炭素繊維を各種比率で配合した樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、ETFEとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(ETFE:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて、上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
【0059】
これらの軸受を用いて上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の繊維状充填材の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図4にグラフで示す。「○」は主成分がPFAの場合の、「△」は主成分がETFEの場合の、「□」は主成分がPVDFの場合の、「◇」は主成分がPEEKの場合の、「*」は主成分がPENの場合の結果を示す。図4の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0060】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物に、繊維状充填材として炭素繊維を40重量%以下の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。
さらに、PFA、ETFE、PVDF、PEEK、またはPENと、チタン酸カリウムウイスカーと、PTFE粉末とからなる樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。この樹脂組成物中のチタン酸カリウムウイスカーの含有率は10重量%で一定にし、PTFE粉末の含有率を各種比率に変化させた。なお、PFA等の含有率はPTFE粉末の含有率に応じて変化する。例えば、PTFE粉末の含有率が10重量%であれば、この樹脂組成物中のPFA等の含有率は80重量%となる。
【0061】
これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、ETFEとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(ETFE:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
これらの軸受を用いて上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の固体潤滑剤の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図5にグラフで示す。「○」は主成分がPFAの場合の、「△」は主成分がETFEの場合の、「□」は主成分がPVDFの場合の、「◇」は主成分がPEEKの場合の、「*」は主成分がPENの場合の結果を示す。図5の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0062】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物として、チタン酸カリウムウイスカーが10重量%の含有率で配合されたものを使用する場合には、この樹脂組成物中にPTFE粉末を40重量%以下(好ましくは10〜30重量%)の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。また、図5と図2〜図4との比較から、固体潤滑剤(PTFE粉末)のみ、繊維状充填材(チタン酸カリウムウイスカーまたは炭素繊維)のみを配合した場合よりも、両方を配合した場合の方が寿命を長くできることが分かる。
【0063】
さらに、PFA、ETFE、PVDF、PEEK、またはPENと、炭素繊維と、PTFE粉末とからなる樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。この樹脂組成物中の炭素繊維の含有率は10重量%で一定にし、PTFE粉末の含有率を各種比率に変化させた。なお、PFA等の含有率はPTFE粉末の含有率に応じて変化する。例えば、PTFE粉末の含有率が10重量%であれば、この樹脂組成物中のPFA等の含有率は80重量%となる。
【0064】
これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、ETFEとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(ETFE:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
これらの軸受を用いて上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の固体潤滑剤の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図6にグラフで示す。「○」は主成分がPFAの場合の、「△」は主成分がETFEの場合の、「□」は主成分がPVDFの場合の、「◇」は主成分がPEEKの場合の、「*」は主成分がPENの場合の結果を示す。図6の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0065】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物として、炭素繊維が10重量%の含有率で配合されたものを使用する場合には、この樹脂組成物中にPTFE粉末を40重量%以下(好ましくは10〜30重量%)の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。また、図6と図2〜図4との比較から、固体潤滑剤(PTFE粉末)のみあるいは繊維状充填材(チタン酸カリウムウイスカーまたは炭素繊維)のみを配合した場合よりも、両方を配合した場合の方が寿命を長くできることが分かる。
【0066】
さらに、PFA、PVDF、PEEK、またはPENと、チタン酸カリウムウイスカーと、PTFE粉末とからなる樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。この樹脂組成物中のPTFE粉末の含有率は10重量%で一定にし、チタン酸カリウムウイスカーの含有率を各種比率に変化させた。なお、PFA等の含有率はPTFE粉末の含有率に応じて変化する。例えば、チタン酸カリウムウイスカーの含有率が10重量%であれば、この樹脂組成物中のPFA等の含有率は80重量%となる。
【0067】
これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、PVDFとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(PVDF:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
これらの軸受を用いて上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中の固体潤滑剤の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図7にグラフで示す。「○」は主成分がPFAの場合の、「□」は主成分がPVDFの場合の、「◇」は主成分がPEEKの場合の、「*」は主成分がPENの場合の結果を示す。図7の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0068】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物として、PTFE粉末が10重量%配合されたものを使用する場合には、この樹脂組成物中にチタン酸カリウムウイスカーを40重量%以下(好ましくは10〜30重量%)の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。また、図7と図2〜図4との比較から、固体潤滑剤(PTFE粉末)のみあるいは繊維状充填材(チタン酸カリウムウイスカーまたは炭素繊維)のみを配合した場合よりも、両方を配合した場合の方が寿命を長くできることが分かる。
【0069】
[No. 87〜 No.98]
試験用の転がり軸受として、 No.87〜 No.95については、呼び番号6000に相当する単列深溝玉軸受(内径10mm、外径26mm、幅8mm)を組み立てた。この軸受は、図1に示すように、外輪1、内輪2、玉(転動体)3、および冠形の保持器4で構成され、シールを設けていない。また、 No.96〜98の転がり軸受としては、前記深溝玉軸受と同じ形状の内輪、外輪、および玉を用い、保持器を使用せず、シールを設けていない総玉軸受を組み立てた。
【0070】
各軸受の内輪、外輪、転動体、保持器の構成材料を下記の表5に示す。なお、内輪と外輪は各サンプル毎に同一の材料を用いた。各サンプルの内輪および外輪と No.87〜 No.95の保持器は、射出成形により作製した。また、樹脂および添加材としては以下に示すものを使用した。
【0071】
溶融成形可能なフッ素樹脂;
PFA:ダイキン工業製「ネオフロンPFA AP−201」
PVDF:呉羽化学工業製「クレハKFポリマーT−#1000」
または「クレハKFポリマーT−#850」
溶融成形可能な耐熱性樹脂;
TPI:三井東圧化学製「オーラム 400」
PEN:出光マテリアル製「ID300」
PEEK:ビクトレックス製「ビクトレックスPEEK 150G」
PEEK−PBI:ヘキストセラニーズ製「セラゾール TU−60」
PPS:フィリップスペトローリアム社製「ライトンR−6」
【0072】
液晶ポリマー;
LCP1(全芳香族液晶ポリマー)
:住友化学工業製「スミカスーパーLCP E6000」
LCP2(半芳香族液晶ポリマー)
:三菱化成製「NOVACCURATE E310」
固体潤滑剤;
PTFE:ダイキン工業製「ルブロンL−5」、平均粒径0.2μmの粉末
【0073】
繊維状充填材;
チタン酸カリウムウィスカー(表5に「KTW」と略称)
:大塚化学製「ティスモD−101」、
平均繊維径0.3〜0.6μm、長さl0〜20μm
炭素繊維:呉羽化学工業製「クレカチョップM−102S」、
平均繊維径14.5μm、長さ0.2mm
【0074】
ここで、溶融成形可能な耐熱性樹脂またはフッ素樹脂(以下「溶融成形可能な樹脂」と略称)と液晶ポリマーとからなる樹脂組成物を使用する場合は、樹脂組成物中の溶融成形可能な樹脂の含有率を70重量%、液晶ポリマーの含有率を30重量%とした。溶融成形可能な樹脂と液晶ポリマーと繊維状充填材または固体潤滑剤とからなる樹脂組成物を使用する場合は、樹脂組成物中の溶融成形可能な樹脂の含有率を60重量%、液晶ポリマーの含有率を20重量%、繊維状充填材または固体潤滑剤の含有率を20重量%とした。
【0075】
溶融成形可能な樹脂と液晶ポリマーと繊維状充填材と固体潤滑剤とからなる樹脂組成物を使用する場合は、樹脂組成物中の溶融成形可能な樹脂の含有率を50重量%、液晶ポリマーの含有率を20重量%、繊維状充填材の含有率を10重量%、固体潤滑剤の含有率を20重量%とした。
樹脂組成物の混合は、繊維状充填材の折損を防ぐために以下のようにして行った。すなわち、先ず、繊維状充填材を除く材料をヘンシェルミキサーで乾式混合し、次に、この混合物を二軸押出機に入れる。繊維状充填材は、定量サイドフィーダーから二軸押出機に入れて前記混合物と混練する。この混練物を押出してペレット状に造粒する。このようにして得られた樹脂組成物のペレットまたは樹脂単独のペレットを射出成形機に供給して、各材料毎に最適な射出条件で射出成形を行った。
【0076】
また、 No.96の転がり軸受では、セラミックス(Si3 N4 )で形成した転動体のみが配置されている。 No.97の転がり軸受では、セラミックス(Si3 N4 )で形成された転動体とPTFEで形成された転動体とが交互に配置されている。 No.98の転がり軸受では、ガラスで形成された転動体と硬質カーボンで形成された転動体とが交互に配置されている。
【0077】
組み立てた各転がり軸受について、日本精工(株)製の軸受回転試験機を用いて、1規定の硫酸水溶液中で下記の条件により回転試験を行い、振動値を基準とした軸受寿命を評価した。すなわち、軸受に生じるラジアル振動を回転試験中に常時測定し、この振動値が初期値の3倍以上となった時点で試験を中止し、それまでの総回転数を寿命とした。なお、 No.87〜 No.98の全ての転がり軸受に対してグリースによる潤滑は行わなかった。
【0078】
<回転試験条件>
雰囲気圧力:大気圧
雰囲気温度:常温
ラジアル荷重:49N
回転速度:300rpm
また、各試験用軸受の寿命を比較するために、従来の総金属製の転がり軸受に相当する No.51の寿命を「1」とした時の相対値を算出した。これらの結果も下記の表5に併せて示す。
【0079】
【表5】
【0080】
この表から分かるように、本発明の実施例に相当する No.89〜 No.98の軸受は、比較例に相当する No.51〜 No.53および No.86の軸受と比較して、腐食環境下における寿命が著しく長くなっている。また、液晶ポリマーが添加された樹脂組成物で内輪および外輪が形成された No.87〜 No.98の軸受は、内輪および外輪がPEEKのみで形成されている No.86よりも、腐食環境下における寿命が長くなっていることが分かる。また、 No.87〜 No.98の軸受のうち、転動体がセラミックス製またはガラス製である No.88〜 No.98の軸受は、転動体が金属製である No.87の軸受よりも、腐食環境下における寿命が長くなっていることが分かる。
【0081】
さらに、PVDF、PEEK、TPI、またはPENに、LCP1を各種比率で配合した樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、PVDFとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(PVDF:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて、上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
【0082】
これらの軸受を用いて上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中のLCP1(液晶ポリマー)の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図8にグラフで示す。「□」は樹脂組成物がPVDFとLCP1からなる場合の、「◇」は樹脂組成物がPEEKとLCP1からなる場合の、「+」は樹脂組成物がTPIとLCP1からなる場合の、「*」は樹脂組成物がPENとLCP1からなる場合の結果を示す。なお、図8の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0083】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物に、LCP1を50重量%以下(好ましくは10〜40重量%)の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。
さらに、PVDF、PEEK、TPI、またはPENと、LCP1と、PTFE粉末とからなる樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。この樹脂組成物中のLCP1の含有率は20重量%で一定にし、PTFE粉末を各種比率に変化させた。なお、PVDF等の含有率はPTFE粉末の含有率に応じて変化する。例えば、PTFE粉末の含有率が10重量%であれば、この樹脂組成物中のPVDF等の含有率は70重量%となる。
【0084】
これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、PVDFとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(PVDF:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて、上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
これらの軸受を用いて、上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中のPTFE粉末(固体潤滑剤)の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図9にグラフで示す。「□」は主成分がPVDFである場合の、「◇」は主成分がPEEKである場合の、「+」は主成分がTPIである場合の、「*」は主成分がPENである場合の結果を示す。なお、図9の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0085】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物として、LCP1が20重量%の含有率で配合されたものを使用する場合には、この樹脂組成物中にPTFE粉末を40重量%以下(好ましくは10〜30重量%)の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。
さらに、PVDF、PEEK、TPI、またはPENと、LCP1と、チタン酸カリウムウイスカーとからなる樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。この樹脂組成物中のLCP1の含有率は20重量%で一定にし、チタン酸カリウムウイスカーの含有率を各種比率に変化させた。なお、PVDF等の含有率はチタン酸カリウムウイスカーの含有率に応じて変化する。例えば、チタン酸カリウムウイスカーの含有率が10重量%であれば、この樹脂組成物中のPVDF等の含有率は70重量%となる。
【0086】
これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、PVDFとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(PVDF:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて、上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
これらの軸受を用いて、上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中のチタン酸カリウムウイスカ(繊維状充填材)の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図10にグラフで示す。「□」は主成分がPVDFである場合の、「◇」は主成分がPEEKである場合の、「+」は主成分がTPIである場合の、「*」は主成分がPENである場合の結果を示す。なお、図10の寿命は、上記と同様に、 No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0087】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物として、LCP1が20重量%の含有率で配合されたものを使用する場合には、この樹脂組成物中にチタン酸カリウムウイスカーを40重量%以下(好ましくは5〜30重量%)の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。
さらに、PVDF、PEEK、TPI、またはPENと、LCP1と、チタン酸カリウムウイスカーと、PTFE粉末とからなる樹脂組成物により、内輪および外輪を作製した。この樹脂組成物中のLCP1とチタン酸カリウムウイスカの含有率はそれぞれ15重量%で一定にし、PTFE粉末の含有率を各種比率に変化させた。なお、PVDF等の含有率はPTFE粉末の含有率に応じて変化する。例えば、PTFE粉末の含有率が10重量%であれば、この樹脂組成物中のPVDF等の含有率は60重量%となる。
【0088】
これらの内輪および外輪(内輪と同じ材質のもの)と、窒化珪素(Si3 N4 )により作製した転動体と、PVDFとチタン酸カリウムウイスカー(KTW)との混合物(PVDF:KTW=80:20)により作製した保持器とを用いて、上記と同じ転がり軸受を組み立てた。
これらの軸受を用いて、上述の腐食性水溶液(1規定の硫酸水溶液)中での回転試験を行い、同様の方法で振動値を基準とした軸受寿命を評価した。そして、内輪および外輪を構成する樹脂組成物中のPTFE粉末(固体潤滑剤)の含有率と寿命との関係を調べた。その結果を図11にグラフで示す。「□」は主成分がPVDFである場合の、「◇」は主成分がPEEKである場合の、「+」は主成分がTPIである場合の、「*」は主成分がPENである場合の結果を示す。なお、図11の寿命は、上記と同様に No.51の寿命を「1」とした相対値である。
【0089】
この図から分かるように、内輪および外輪を構成する樹脂組成物として、LCP1およびチタン酸カリウムウイスカーがそれぞれ15重量%の含有率で配合されたものを使用する場合には、この樹脂組成物中にPTFE粉末を30重量%以下(好ましくは5〜30重量%)の含有率で配合することにより、腐食性水溶液中での軸受の寿命を長くすることができる。
【符号の説明】
【0090】
1 外輪
2 内輪
3 玉(転動体)
4 保持器
【特許請求の範囲】
【請求項1】
耐食性材料からなる内輪、外輪、および転動体と、樹脂組成物からなる保持器とを備えた転がり軸受において、
内輪および外輪の少なくとも一方は、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPにより形成されるか、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPと、炭素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、またはアラミド繊維である繊維状充填材とからなり、前記繊維状充填材の含有率が5重量%以上40重量以下である樹脂組成物により形成されており、
保持器は、溶融成形が可能なフッ素樹脂を主成分とし、繊維状充填材および/または固体潤滑剤が添加された樹脂組成物により形成されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項2】
前記保持器を形成する樹脂組成物は、繊維状充填材を5重量%以上40重量以下の割合で含有する請求項1記載の転がり軸受。
【請求項3】
前記保持器を形成する樹脂組成物は、繊維状充填材のアスペクト比が3以上200以下である請求項1または2記載の転がり軸受。
【請求項4】
前記保持器を形成する樹脂組成物は、繊維状充填材の平均繊維径が0.2μm以上30μm以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の転がり軸受。
【請求項5】
前記保持器を形成する樹脂組成物を構成する繊維状充填材は、ホウ酸アルミニウムウイスカー、チタン酸カリウムウイスカー、カーボンウイスカー、アラミド繊維、または炭素繊維である請求項1〜4のいずれか1項に記載の転がり軸受。
【請求項6】
前記保持器を形成する溶融成形が可能なフッ素樹脂は、ETFE、PVDF、PFA、またはFEPである請求項1〜5のいずれか1項に記載の転がり軸受。
【請求項7】
前記保持器は、ETFEを主成分とし、繊維状充填材としてチタン酸カリウムウイスカーが添加された樹脂組成物からなる請求項1〜5のいずれか1項に記載の転がり軸受。
【請求項8】
前記保持器は、溶融成形が可能なフッ素樹脂を主成分とし、繊維状充填材および固体潤滑剤が添加された樹脂組成物により形成されていることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。
【請求項9】
前記保持器を形成する樹脂組成物は、固体潤滑剤を5重量%以上40重量以下の割合で含有する請求項1または8記載の転がり軸受。
【請求項10】
前記保持器を形成する樹脂組成物は、固体潤滑剤と繊維状充填材を合計で10重量%以上50重量%以下の割合で含有する請求項8記載の転がり軸受。
【請求項11】
前記保持器を形成する樹脂組成物に配合された固体潤滑剤の平均粒径は0.1μm以上60μm以下である請求項8〜10のいずれか1項に記載の転がり軸受。
【請求項12】
前記保持器を形成する樹脂組成物に配合された固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末、黒鉛、六方晶窒化ホウ素(hBN)、フツ素雲母、メラミンシアヌレート(MCA)、層状の結晶構造を有するアミノ酸化合物(N−ラウロ・L−リジン)、フッ化黒鉛、フッ化ピッチ、二硫化モリブデン(MoS2 )のいずれかである請求項8〜11のいずれか1項に記載の転がり軸受。
【請求項13】
前記内輪および外輪の少なくとも一方は、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPと、炭素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、またはアラミド繊維である繊維状充填材とからなり、前記繊維状充填材の含有率が5重量%以上40重量以下である樹脂組成物により形成されている請求項1〜12のいずれか1項に記載の転がり軸受。
【請求項1】
耐食性材料からなる内輪、外輪、および転動体と、樹脂組成物からなる保持器とを備えた転がり軸受において、
内輪および外輪の少なくとも一方は、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPにより形成されるか、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPと、炭素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、またはアラミド繊維である繊維状充填材とからなり、前記繊維状充填材の含有率が5重量%以上40重量以下である樹脂組成物により形成されており、
保持器は、溶融成形が可能なフッ素樹脂を主成分とし、繊維状充填材および/または固体潤滑剤が添加された樹脂組成物により形成されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項2】
前記保持器を形成する樹脂組成物は、繊維状充填材を5重量%以上40重量以下の割合で含有する請求項1記載の転がり軸受。
【請求項3】
前記保持器を形成する樹脂組成物は、繊維状充填材のアスペクト比が3以上200以下である請求項1または2記載の転がり軸受。
【請求項4】
前記保持器を形成する樹脂組成物は、繊維状充填材の平均繊維径が0.2μm以上30μm以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の転がり軸受。
【請求項5】
前記保持器を形成する樹脂組成物を構成する繊維状充填材は、ホウ酸アルミニウムウイスカー、チタン酸カリウムウイスカー、カーボンウイスカー、アラミド繊維、または炭素繊維である請求項1〜4のいずれか1項に記載の転がり軸受。
【請求項6】
前記保持器を形成する溶融成形が可能なフッ素樹脂は、ETFE、PVDF、PFA、またはFEPである請求項1〜5のいずれか1項に記載の転がり軸受。
【請求項7】
前記保持器は、ETFEを主成分とし、繊維状充填材としてチタン酸カリウムウイスカーが添加された樹脂組成物からなる請求項1〜5のいずれか1項に記載の転がり軸受。
【請求項8】
前記保持器は、溶融成形が可能なフッ素樹脂を主成分とし、繊維状充填材および固体潤滑剤が添加された樹脂組成物により形成されていることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。
【請求項9】
前記保持器を形成する樹脂組成物は、固体潤滑剤を5重量%以上40重量以下の割合で含有する請求項1または8記載の転がり軸受。
【請求項10】
前記保持器を形成する樹脂組成物は、固体潤滑剤と繊維状充填材を合計で10重量%以上50重量%以下の割合で含有する請求項8記載の転がり軸受。
【請求項11】
前記保持器を形成する樹脂組成物に配合された固体潤滑剤の平均粒径は0.1μm以上60μm以下である請求項8〜10のいずれか1項に記載の転がり軸受。
【請求項12】
前記保持器を形成する樹脂組成物に配合された固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末、黒鉛、六方晶窒化ホウ素(hBN)、フツ素雲母、メラミンシアヌレート(MCA)、層状の結晶構造を有するアミノ酸化合物(N−ラウロ・L−リジン)、フッ化黒鉛、フッ化ピッチ、二硫化モリブデン(MoS2 )のいずれかである請求項8〜11のいずれか1項に記載の転がり軸受。
【請求項13】
前記内輪および外輪の少なくとも一方は、溶融成形が可能なフッ素樹脂であるETFE、PVDF、PFA、またはFEPと、炭素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、またはアラミド繊維である繊維状充填材とからなり、前記繊維状充填材の含有率が5重量%以上40重量以下である樹脂組成物により形成されている請求項1〜12のいずれか1項に記載の転がり軸受。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2011−169466(P2011−169466A)
【公開日】平成23年9月1日(2011.9.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−76039(P2011−76039)
【出願日】平成23年3月30日(2011.3.30)
【分割の表示】特願2007−327751(P2007−327751)の分割
【原出願日】平成11年7月30日(1999.7.30)
【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23年9月1日(2011.9.1)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年3月30日(2011.3.30)
【分割の表示】特願2007−327751(P2007−327751)の分割
【原出願日】平成11年7月30日(1999.7.30)
【出願人】(000004204)日本精工株式会社 (8,378)
【Fターム(参考)】
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