专利名称：轴承用保持器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于保持滚动轴承的转动体的轴承用保持器。
背景技术：
聚醚醚酮(PEEK)，即使在结晶性的热塑性树脂中，也具有高水平的耐热性、耐药品性、耐油性(对润滑油或油脂的耐性)、高温强度、蠕变强度等。因此，应用这些特性，研究利用所述PEEK制造，例如可在180℃以上的高温下高速旋转(15000rpm以上)的、可用于交流发电机用的滚动轴承等的树脂制轴承用保持器。
例如，在专利文献1中，记载了应用PEEK的前面说明的特性、作为热塑性树脂的可注射成形的特征，通过在所述PEEK中分散聚苯并咪唑等虽具有比热塑性树脂高的耐热性，但注射成形困难的耐热性树脂的粉末，制作可注射成形的树脂组合物，注射成形所述树脂组合物，制造轴承用保持器。根据所述构成，以前，由于能够通过注射成形制造具有与只通过切削制造的耐热性树脂制的轴承用保持器大致同等的高的耐热性等的轴承用保持器，从而能够大幅度降低轴承用保持器的制造成本。
专利文献1WO-A1-9901676但是，PEEK，由于成形收缩率大，尤其，在如冠型保持器开放单侧的形状的轴承用保持器中，存在，在注射成形、脱模后，开放侧的尺寸变化，或随之开放侧的形状容易变化，轴承用保持器的规定的尺寸、形状的精度低的问题。此外，PEEK还存在作为热塑性树脂非常贵的问题。因此，谋求具备与PEEK制的轴承用保持器大致同等的高的耐热性、耐药品性、耐油性、高温强度、蠕变强度等的，同时与PEEK制的轴承用保持器相比，尺寸、形状的精度高的，并且能够以低成本制造的树脂制的轴承用保持器。
发明内容
本发明是由含有聚苯硫醚和第2树脂的树脂组合物形成的轴承用保持器，其特征在于，所述第2树脂是在1.8MPa下的荷重挠曲温度比聚苯硫醚高的树脂。
作为所述第2树脂，优选弯曲弹性率比聚苯硫醚高的树脂。此外，作为第2树脂，优选从由聚酰胺酰亚胺、全芳香族聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、及聚醚醚酮等构成的群组中选择的至少1种树脂。
本发明的轴承用保持器，优选，相对于聚苯硫醚100重量份，按10～100重量份的比例含有所述第2树脂。此外，优选含有作为强化纤维的碳纤维。
在本发明中，采用含有聚苯硫醚(PPS)和第2树脂的树脂组合物形成轴承用保持器，该聚苯硫醚，除比PEEK廉价，而且具有与PEEK大致同等的高的耐热性、耐药品性、耐油性外，还可注射成形，该第2树脂，由于荷重挠曲温度比所述PPS高，所以能够补充PPS单体与PEEK相比不足的高温强度。而且，所述树脂组合物，与PEEK相比成形收缩率小。因此，根据本发明，与所述PEEK制的轴承用保持器相比，能够以低成本制造具备与以往的PEEK制的轴承用保持器大致同等的高耐热性、耐药品性、耐油性、高温强度等的同时，尺寸、形状的精度高的轴承用保持器。
此外，作为所述第2树脂，在采用弯曲弹性率比PPS高的树脂的情况下，还能够对轴承用保持器，赋予与PEEK制的轴承用保持器大致同等的高的蠕变强度。作为满足这些特性的第2树脂，在采用从由聚酰胺酰亚胺、全芳香族聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、及聚醚醚酮等构成的群组中选择的至少1种树脂的情况下，由于所述树脂完全与PPS相溶，或构成均匀的海岛结构，所以能够更加提高前面说明的利用第2树脂补充PPS的高温强度的效果、或对轴承用保持器赋予高的蠕变强度的效果。
本发明的轴承用保持器，在相对于聚苯硫醚100重量份，按10～100重量份的比例含有第2树脂的情况下，能够一同将PPS形成的耐热性、耐药品性、耐油性，和第2树脂形成的高温强度维持在良好的范围内。此外，本发明的轴承用保持器，在含有作为强化纤维的碳纤维的情况下，能够更加提高所述轴承用保持器的高温强度或蠕变强度。此外，还能够降低轴承用保持器的摩擦系数，减小磨损量。
图1是表示按本发明的实施例、比较例制造的滚珠轴承用保持器的外观的立体图。
图2是用于旋转试验所述实施例、比较例的滚珠轴承用保持器的试验装置的剖视图。
图3是表示实施例1、2、比较例1的滚珠轴承用保持器的旋转试验后的尺寸变化量的曲线图。
图4是表示实施例1～4、比较例1的滚珠轴承用保持器的旋转试验后的尺寸变化量的曲线图。
图5是表示为了对实施例的滚珠轴承用保持器进行静态蠕变试验，在所述滚珠轴承用保持器上载置金属球的状态的立体图。
图6是表示实施例1、3的滚珠轴承用保持器的静态蠕变试验后的尺寸变化量的曲线图。
具体实施例方式
本发明的轴承用保持器，采用含有PPS和荷重挠曲温度比所述PPS高的第2树脂的树脂组合物，通过注射成形等而形成。作为所述PPS，具有用式(1)表示的重复单元的，例如在通过聚合合成低聚合度的聚合物后，在空气的存在下加热进行部分交联而形成高分子量的所谓交联式的PPS、或在聚合时得到高分子量的聚合物的所谓直线式的PPS等中的可注射成形的以往公知的多种等级的PPS，都可使用。尤其，优选直线式的PPS。
此外，直线式的PPS，如果考虑对轴承用保持器赋予高的耐热性、高温强度及蠕变强度，优选其数均分子量Mn尽量大，尤其优选数均分子量Mn在8000以上。另外，直线式的PPS的数均分子量Mn，如果考虑提高耐热性等热特性，即使在所述范围内，也是越大越好。
但是，在分子量过大的情况下，加热树脂组合物，使之熔化时的流动性下降，在注射成形时，有不能将所述树脂组合物充分充填到与轴承用保持器的形状对应的模腔内的各角部的顾虑。因此，直线式的PPS的数均分子量Mn，即使在所述范围内，尤其，优选在20000以下，更优选在8500～12000。
作为第2树脂，为了提高轴承用保持器的高温强度，需要采用荷重挠曲温度高于组合的PPS的荷重挠曲温度的树脂。这是因为即使配合荷重挠曲温度与PPS相等、或比其低的树脂，也不能提高轴承用保持器的高温强度。
第2树脂的荷重挠曲温度，只要比组合的PPS的荷重挠曲温度高就可以。但是，如果考虑进一步提高轴承用保持器的高温强度，所述第2树脂的荷重挠曲温度，优选比组合的PPS的荷重挠曲温度高20℃以上，更优选高30℃以上。关于第2树脂的荷重挠曲温度的上限，不特别限定。这是因为，越提高第2树脂的荷重挠曲温度，越能提高轴承用保持器的高温强度。
此外，作为第2树脂，优选采用荷重挠曲温度满足所述条件的同时，弯曲弹性率比PPS高的树脂。由此，能够赋予轴承用保持器良好的蠕变强度。第2树脂的弯曲弹性率，只要比组合的PPS的弯曲弹性率高就可以。但是，如果考虑进一步提高轴承用保持器的蠕变强度，所述第2树脂的弯曲弹性率，优选比PPS的弯曲弹性率高500MPa以上，更优选高1000MPa以上。关于第2树脂的弯曲弹性率的上限，不特别限定。这是因为，越提高第2树脂的弯曲弹性率，越能提高轴承用保持器的蠕变强度。
在本发明中，规定用在ISO 75-11993“塑料-荷重挠曲温度的试验方法-第1部通则”、及ISO 75-21993“塑料-荷重挠曲温度的试验方法-第2部塑料及硬质胶”中规定的、扁平试验片的在弯曲应力1.8MPa下的荷重挠曲温度表示PPS及第2树脂的荷重挠曲温度。此外，弯曲弹性率，规定用在ISO 178-11993“塑料-弯曲特性的试验方法”中规定的弯曲弹性率表示。
另外，在本发明中，规定都用不配合强化纤维或充填材等的树脂单体的荷重挠曲温度、蠕变强度表示PPS和第2树脂的荷重挠曲温度及蠕变强度。PPS的荷重挠曲温度或弯曲弹性率，因PPS的种类而不同，并且即使相同种类的PPS也因分子量的差异而不同，此外，在交联式的PPS中，因交联率的差异而不同。因此，只要以在组合的PPS中固有的荷重挠曲温度或弯曲弹性率作为基准，选定具有满足所述条件的荷重挠曲温度、及弯曲弹性率的第2树脂就可以。
此外，作为第2树脂，优选完全与PPS相溶，或构成均匀的海岛结构的树脂。作为如此的第2树脂，可列举聚酰胺酰亚胺(PAI)、全芳香族聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚砜(PES)、聚砜(PSU)、及聚醚醚酮(PEEK)等中的1种或2种以上，可从其中选择使用前面说明的满足荷重挠曲温度或弯曲弹性率的条件的树脂。
关于PPS和第2树脂的配合比例，不特别限定，但优选相对于PPS100重量份，按10～100重量份的比例配合第2树脂。如果第2树脂的配合比例低于10重量份，有不能充分得到配合所述第2树脂形成的提高轴承用保持器的高温强度或蠕变强度的效果的顾虑。此外，在超过100重量份的情况下，由于相对地减少PPS的比例，所以有降低与第2树脂并用所述PPS形成的、维持与PEEK制的轴承用保持器同等的高的耐热性、耐药品性、耐油性、高温强度、蠕变强度等，同时谋求轴承用保持器的成本降低的效果的顾虑。
此外，还有加热树脂组合物使之熔化时的流动性降低，在注射成形时，不能将所述树脂组合物充分充填到模具的与轴承用保持器的形状对应的模腔内的各角部的顾虑。在2种以上并用第2树脂的时候，优选其总量在所述配合比例的范围内。
在树脂组合物中，除强化纤维、充填材以外，也可以配合各种添加剂。作为强化纤维，例如可列举玻璃纤维、碳纤维、纤维状的硅灰石、碳化硅纤维、硼纤维、氧化铝纤维、Si-Ti-C-O纤维、金属纤维(铜、钢、不锈钢等)、芳香族聚酰胺纤维、钛酸钾晶须、石墨晶须、碳化硅晶须、氮化硅晶须、氧化铝晶须等中的1种或2种以上。
此外，作为充填材料，例如可列举酚醛树脂、硅酮树脂、氟树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、芳香族聚酰胺树脂等耐热性树脂的粉末、石墨、氧化铝、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、碳黑、二硫化钼、滑石、硅藻土、石棉、碳酸镁、碳酸钙、玻璃珠、硅石球等无机物的粉末等中的1种或2种以上。
对于强化纤维和充填材，可以在树脂组合物中只配合任何一方，也可以配合双方。其配合比例，即，在只单独配合强化纤维或充填材中的任何一方时，其单独的成分的配合比例，以及，在并用两者时，其合计的配合比例，优选是PPS、第2树脂、强化纤维及/或充填材的总量100重量份中的10～50重量份。
强化纤维及/或充填材的配合比例，如果低于所述范围，有不能充分得到这些成分的添加效果，即加强轴承用保持器的效果的顾虑。此外，在配合比例超过所述范围的情况下，有加热树脂组合物使之熔化时的流动性下降，在注射成形时，不能将所述树脂组合物充分充填到模具的与轴承用保持器的形状对应的模腔内的各角部的顾虑。
在本发明中，尤其，作为强化纤维，优选配合碳纤维。因为碳纤维与最普通的强化纤维即玻璃纤维相比比重小，所以在相对于PPS和第2树脂的总量，按一定的重量比配合时，如果按体积比看，能够比所述玻璃纤维多地配合。因此，通过相对地减小成为高温下的强度下降或蠕变发生的原因的树脂的体积比，能够提高轴承用保持器的高温强度或蠕变强度。
此外，与玻璃纤维相比，还能够使所述碳纤维以更致密的状态存在于轴承用保持器的表面。此外，碳纤维与玻璃纤维相比，摩擦系数小。因此，通过以致密的状态存在于轴承用保持器的表面的碳纤维的功能，能够降低所述表面的摩擦系数，同时减小磨损量。
作为碳纤维，优选，使用其直径在目前能够容易得到的碳纤维的直径的最小值3μm以上且在15μm以下的碳纤维。在碳纤维的直径超过15μm的情况下，有轴承用保持器的韧性降低，在将转动体压入所述轴承用保持器的凹处的时候等，容易断裂或折断的顾虑。另外，如果考虑进一步提高防止轴承用保持器的韧性降低，同时通过作为强化纤维配合碳纤维提高轴承用保持器的高温强度或蠕变强度，并且降低表面的摩擦系数，减小磨损量的效果，更优选碳纤维的直径为6～10μm。
碳纤维的配合比例，优选是PPS、第2树脂和碳纤维的总量100重量份中的10～50重量份，更优选是20～40重量份。如果碳纤维的配合比例低于所述范围，有不能充分得到通过作为强化纤维配合碳纤维提高轴承用保持器的高温强度或蠕变强度，并且降低其表面的摩擦系数，同时减小磨损量的效果的顾虑。
此外，在配合比例超过所述范围的情况下，有轴承用保持器的韧性降低，在将转动体压入所述轴承用保持器的凹处的时候等，容易断裂或折断的顾虑。此外，还有加热树脂组合物使之熔化时的流动性下降，在注射成形时，不能将该树脂组合物充分充填到模具的与轴承用保持器的形状对应的模腔内的各角部的顾虑。
本发明的轴承用保持器，在熔化、混炼所述各成分，形成颗粒状、粉末状等可作为成形材料使用的形状后，能够与以往同样地通过注射成形等制造。本发明的构成，能够用于滚珠轴承、针状滚子轴承、圆筒滚子轴承、圆锥滚子轴承等多种滚动轴承用的所有形状的轴承用保持器。
如此形成的本发明的轴承用保持器，具备与以往的PEEK制的轴承用保持器大致同等的高的耐热性、耐药品性、耐油性、高温强度等，可用于在180℃以上的高温下高速旋转(15000rpm以上)的、交流发电机用的滚动轴承等。此外，由于含有PPS和第2树脂的树脂组合物，与PEEK相比成形收缩率小，所以本发明的轴承用保持器，与PEEK制的轴承用保持器相比，尤其在如冠型保持器开放单侧的形状的轴承用保持器中，能够防止在注射成形、脱模后，开放侧的尺寸变化，或开放侧的形状随之变化，提高尺寸、形状的精度。而且，由于PPS比PEEK廉价，并且可注射成形，所以本发明的轴承用保持器，与PEEK制的轴承用保持器相比，还能够以更低的成本制造。
实施例<第2树脂的研究>
作为PPS，研究了采用数均分子量Mn＝8700的直线式的PPS，同时与所述PPS组合的第2树脂。作为第2树脂，采用下记样品1～6的6种树脂。
样品1PAI系树脂样品2PI系树脂样品3PEI系树脂样品4PES系树脂样品5PSU系树脂样品6PEEK系树脂关于所述各样品的树脂、PPS、以及在70重量份的PPS中配合30重量份的玻璃纤维的复合材料，按照前面说明的ISO75-1及2，测定扁平试样的荷重挠曲温度。此外，按照ISO178，测定弯曲弹性率。表1示出其结果。
表1
由表1看出，各样品的树脂，由于所有的荷重挠曲温度都比PPS高，所以通过作为第2树脂在PPS中配合所述任何一种的树脂，都能够提高轴承用保持器高温强度。此外，得出，样品1的PAI系树脂、样品3的PEI系树脂、及样品6的PEEK系树脂，由于弯曲弹性率比PPS高，所以通过作为第2树脂在PPS中配合所述任何一种的树脂，都能够提高轴承用保持器的蠕变强度。
<成形收缩率的研究>
作为PPS，研究了采用数均分子量Mn＝8700的直线式的PPS，同时采用按重量比按70/30的比例配合所述PPS和样品1的PAI系树脂，同时配合30重量％的碳纤维的树脂组合物，注射成形长127mm、宽12.7mm、厚3.2mm的成形收缩率测定用的试验片1。此外，为了比较，采用在样品6的PEEK系树脂中配合30重量％的玻璃纤维的树脂组合物，注射成形相同尺寸的试验片2。作为注射成形的模具，采用在长度方向的中央具有浇口，试验片的长度方向与从浇口注入的树脂组合物的流动方向一致的模具。
关于所述试验片1、2，按照ASTM D955-00中记载的测定方法，测定所述树脂组合物的流动方向、及与试验片的厚度方向一致的垂直方向的成形收缩率。表2示出其结果。
表2
由表中看出，根据并用PPS和第2树脂的树脂组合物，尤其，与PEEK相比大幅度降低试验片的垂直方向的成形收缩率，能够提高轴承用保持器的尺寸、形状的精度。
<实施例1、2>
根据上述的结果，按重量比70∶30(实施例1)、或62.5∶37.5(实施例2)的比例，配合所述直线式的PPS[荷重挠曲温度110℃、弯曲弹性率3200MPa、数均分子量Mn＝8700]、和作为第2树脂的样品1的PAI系树脂[荷重挠曲温度278℃、弯曲弹性率4900MPa]。另外，在两树脂的配合物70重量份中加入玻璃纤维30重量份，熔化、混炼，制作树脂组合物，采用所述树脂组合物，通过注射成形，制造具有图1所示形状的，并且凹处侧外形尺寸D1为40mm、内径尺寸D2为30mm、高度T为10mm的滚珠轴承用保持器H。
比较例1单独使用与在实施例1、2中使用的相同的直线式的PPS，在所述PPS70重量份中加入玻璃纤维30重量份，熔化、混炼，制作树脂组合物，采用所述树脂组合物，通过注射成形，制造具有同形状、同尺寸的滚珠轴承用保持器H。
旋转试验将按实施例1、2、比较例1制造的滚珠轴承用保持器H，装入滚动轴承，以充填氟油脂(在作为基油的全氟烷基聚醚中，作为增稠剂配合了聚四氟乙烯粉末的油脂)的状态，装入图2所示的试验装置中。
图中的试验装置，具备固定侧壳2，在其内部具有筒式加热器1；旋转轴5，其旋转自如地由装入所述固定侧壳2的前侧的试验的滚动轴承3和装入后侧轴承4支撑；滑轮6，其固定在所述旋转轴5的前侧的一端上；多V皮带7，其挂在所述滑轮6和未图示的电机的驱动轴的之间。
将试验的滚动轴承3装入所述试验装置的前侧，调整多V皮带7的张力，以按图中实线的箭头所示，对滑轮6施加负载的状态，使电机工作，以18000rpm的旋转速度使旋转轴5旋转，同时同样通过未图示的温度调整电路开始向筒式加热器1的通电，以使用未图示的热电偶测定的试验的滚动轴承3的轮箍的温度达到200℃。
然后，从轮箍的温度达到200℃时开始，在使其连续旋转1000小时后，从滚动轴承3取出滚珠轴承用保持器H，测定凹处侧外径尺寸D1的尺寸变化(mm)。图3示出其结果。由图3看出，在PPS中配合第2树脂的实施例1、2的滚珠轴承用保持器，与比较例1相比，由于能够将尺寸变化量降低大约1/5～1/2的程度，所以确认能够提高高温强度及蠕变强度。
实施例3、4按重量比70∶30(实施例3)、或62.5∶37.5(实施例4)的比例，配合与在实施例1、2中使用的相同的直线式的PPS和作为第2树脂的样品1的PAI系树脂。另外，在两树脂的配合物70重量份中加入碳纤维(直径6μm)30重量份，熔化、混炼，制作树脂组合物，采用所述树脂组合物，通过注射成形，制造同形状、同尺寸的滚珠轴承用保持器H。对按所述实施例3、4制造的滚珠轴承用保持器H，进行前面的旋转试验。与实施例1、2、比较例1的结果结合将其结果示出在图4中。
静态的蠕变试验按图5所示，将按实施例1、3制造的滚珠轴承用保持器H，凹处侧朝上地放置在水平的底板上，以在其上载置直径40mm、重大约260g的金属球M的状态，在设定在200℃的恒温槽中静置160小时后取出，测定凹处侧内径尺寸D2的尺寸变化量(mm)。图6示出其结果。
由图4、6看出，作为强化纤维采用碳纤维的实施例3的滚珠轴承用保持器，与采用玻璃纤维的实施例1相比，能够降低旋转试验及静态蠕变试验中的尺寸变化量，能够提高高温强度及蠕变强度。
权利要求
1.一种轴承用保持器，其由含有聚苯硫醚和第2树脂的树脂组合物形成，其特征在于，所述第2树脂是在1.8MPa下的荷重挠曲温度比聚苯硫醚高的树脂。
2.如权利要求1所述的轴承用保持器，其特征在于，第2树脂是弯曲弹性率比聚苯硫醚高的树脂。
3.如权利要求1所述的轴承用保持器，其特征在于，第2树脂是选自由聚酰胺酰亚胺、全芳香族聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、及聚醚醚酮等构成的群组中的至少1种树脂。
4.如权利要求1所述的轴承用保持器，其特征在于，相对于聚苯硫醚100重量份，以10～100重量份的比例含有第2树脂。
5.如权利要求1所述的轴承用保持器，其中，含有作为强化纤维的碳纤维。
全文摘要
本发明提供一种轴承用保持器，其由含有聚苯硫醚、和在1.8MPa下的荷重挠曲温度比聚苯硫醚高的第2树脂的树脂组合物形成，具备与以往的聚醚醚酮制的轴承用保持器大致同等的高的耐热性、耐药品性、耐油性、高温强度等，同时与所述聚醚醚酮制的轴承用保持器相比，尺寸、形状的精度高，而且能够以低成本制造。作为所述第2树脂，优选使用弯曲弹性率比聚苯硫醚高的树脂。此外，优选在树脂组合物中作为强化纤维含有碳纤维。
文档编号F16C33/44GK101031733SQ200580028249
公开日2007年9月5日 申请日期2005年8月18日 优先权日2004年8月18日
发明者永井摄男, 东田和规, 津田武志, 山本明 申请人:株式会社捷太格特