JP2004340256A

JP2004340256A - 樹脂製プーリ

Info

Publication number: JP2004340256A
Application number: JP2003137406A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yabe; 俊一矢部; Toshimi Takagi; 敏己高城
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: JP4171899B2

Abstract

【課題】外径円筒部の成形精度の高精度化と耐摩耗性向上を併せて達成した樹脂製プーリを提供する。
【解決手段】転がり軸受（１）と、転がり軸受（１）の周囲に転がり軸受（１）と一体に形成された樹脂部（２）とを備えた樹脂製プーリにおいて、樹脂部（２）は、直径５〜９μｍのガラス繊維を１０〜５０重量％含有するポリアミド樹脂組成物からなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂製プーリに関し、より詳しくは自動車に搭載される補機類の駆動用ベルトやその他のベルトのテンショナ用、或いはアイドラプーリ等として使用される樹脂製プーリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車の補機類を駆動するベルトの案内用プーリとして、転がり軸受の外周に樹脂を一体成形してなる樹脂製プーリが採用されている。樹脂製プーリにおいては、ベルトを案内する外径部の成形精度、ベルト張力に耐える強度特性、連続負荷使用による耐熱性及び耐塩化カルシウム性等が要求されている。
【０００３】
そこで、このような成形精度、強度、耐熱性及び耐塩化カルシウム性を向上させる樹脂材料として、ガラス繊維を１５〜４０重量％程度充填した強化ナイロン６６、強化ナイロン６１０、強化ナイロン６１２、或いはポリフェニレンサルファイドとミネラルの複合材料や、ガラス繊維を４３重量％含有した６ナイロン、６６ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロン等のポリアミド樹脂を使用した樹脂製プーリが提案されている。このような樹脂材料に含有されるガラス繊維は、直径１０〜１３μｍのものが使用されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−６３２４９号公報
【特許文献２】
特開平８−４８８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記直径１０〜１３μｍのガラス繊維で強化したポリアミド系材料等は、耐熱性、耐疲労性に優れるものの、成形品外径部の成形精度が悪く、十分満足のいくものではなかった。特に、外径部の真円度（樹脂部の外径円周表面の凹凸量）が大きかったり、外径部表面に存在する凹凸が大きい等の不具合が生じ、それによってベルトを回転させた時に発生する音のレベルが大きくなり、使用上問題があった。
【０００６】
また、樹脂製プーリは、悪路走行時にベルトとの間に砂塵が入り込むと、外径部表面に摩耗が発生して上述の凹凸が大きくなったり、更に摩耗が進行してプーリの外径が小さくなると、ベルトが外れてしまう虞があった。このような摩耗は、プーリ表面に存在する充填材以外の部分から摩耗が進行し、外径部表面の面荒れが起きることで始まると推定される。
【０００７】
本発明は、このような状況に着目してなされたものであって、外径部の成形精度の高精度化と耐摩耗性向上を併せて達成した樹脂製プーリを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の樹脂製プーリは、転がり軸受と、該転がり軸受の周囲に前記転がり軸受と一体に形成された樹脂部とを備え、前記樹脂部は、直径５〜９μｍのガラス繊維を１０〜５０重量％含有するポリアミド樹脂組成物からなることを特徴とする。
【０００９】
前記構成の樹脂製プーリによれば、樹脂部は５〜９μｍのガラス繊維を１０〜５０重量％含有するポリアミド樹脂組成物からなることで、従来の直径１０〜１３μｍのガラス繊維では達成することが難しかった外径部の成形精度の高精度化と耐摩耗性向上を併せて達成する樹脂製プーリを提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して詳細に説明する。図１は本発明にかかる樹脂製プーリの一実施形態を示す正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００１１】
図１及び図２において、樹脂製プーリは、転がり軸受１と、転がり軸受１の周囲に転がり軸受１と一体的に形成された樹脂部２とから構成されている。
樹脂部２は、転がり軸受１の外輪に固着された内径円筒部３と、ベルト案内面４を有する外径円筒部５と、外径円筒部５と内径円筒部３との間に形成された円板部６とを有し、更に、該円板部６には多数のリブ７が放射状に形成されている。また、内径円筒部３には所定ピッチ円で等間隔に多数のゲート８が形成されており、これらゲート８に溶融樹脂が流し込まれ、射出成形により樹脂製プーリの製造がなされる。
【００１２】
転がり軸受１は、図２に示すように、外輪外周部に樹脂部２の脱着を防止する凹溝９を有する接触ゴムシール付きの深溝玉軸受である。接触ゴムシール１０のゴム材質としては、ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム、アクリルゴム等を原料とし、それに各種充填材を配合したものを用いることができる。
また、転がり軸受１中に充填されているグリースとしては、使用温度を考慮して、ポリαオレフィン油、アルキルジフェニルエーテル油等を基油とし、ジウレア等を増ちょう材とし、添加剤として酸化防止剤、摩耗防止剤等を更に加えたものが主に使用されている。
【００１３】
樹脂部２は、樹脂材料と充填材の複合材料からなる。上述の如く、射出成形により得られる樹脂製プーリでは、駆動時におけるベルトの振れに起因する振動発生を抑制して騒音を低減するため、ベルトを案内する外径円周部の真円度が良好であることが求められる。また、一方でベルト張力に耐える機械的強度と耐熱性が良好であることが求められる。
【００１４】
樹脂部２に使用される樹脂材料としては、耐疲労性に優れたポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６等のポリアミド樹脂をベース樹脂とすることが好ましい。また、ベース樹脂の分子量は、射出成形性を考慮すると、数平均分子量で１３０００〜３００００、更に耐疲労性、高成形精度を考慮すると、好ましくは、数平均分子量で１８０００〜２５０００の範囲である。
数平均分子量が１３０００未満の場合には、分子量が低すぎて、耐疲労性が低く、実用性がない。一方、数平均分子量が３００００を越える場合には耐疲労性は向上するものの、プーリに必要な衝撃強度等の機械的強度を達成するために１０〜５０重量％のガラス繊維を含有させると、成形時の溶融粘度が高くなる。このため、射出成形により高精度でプーリを製造することが難しくなる。
【００１５】
また、吸水性を低下させて、耐塩化カルシウム性を向上させるためには、これらベース樹脂に、低吸水の他のポリアミド樹脂や酸無水物で変性されたポリオリフィン樹脂等の樹脂を組み合わせたり、耐衝撃性を改善するエチレンプロピレン非共役ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等のゴム状物質を組み合わせてもよい。
【００１６】
低吸水のポリアミド樹脂の具体例としては、ポリアミド１２、ポリアミド１１、ポリアミド６１２、ポリアミド６１０、ポリアミド６Ｉ６Ｔ、ポリアミドＭＸＤ６、変性ポリアミド１２、変性ポリアミド６Ｔ等を使用することができる。これら低吸水性ポリアミド樹脂を混入する量は、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６等の高吸水性ポリアミド樹脂５０−９０重量％に対して、１０−５０重量％である。上記の低吸水性ポリアミド樹脂の中では、変性ポリアミド１２は、非晶性であることから高吸水性ポリアミド樹脂との相溶性が高く、混合によって機械的強度が低下することがないため、特に好ましい。また、これら低吸水性ポリアミド樹脂は、２種類以上を混合して用いてもよく、その場合にも、変性ポリアミド１２を用いると、相溶化剤として機能し、混合によって機械的強度が低下することがないため、好ましい。
【００１７】
樹脂材料に含有される充填材としては、強化材である直径が５〜９μｍ、好ましくは６〜８μｍのガラス繊維が用いられている。また、ガラス繊維はポリアミド樹脂との接着性を考慮して、片末端にエポキシ基やアミノ基等を有するシランカップリング剤で表面処理されている。ガラス表面に結合されたシランカップリング剤は、片末端に存在するエポキシ基やアミノ基等の官能基がポリアミド樹脂のアミド結合に作用し、ガラス繊維の補強効果を向上させると共に、耐摩耗性を向上させる効果もある。
つまり、ポリアミド樹脂中に同じ重量含有率でガラス繊維を含有させた場合、従来の直径１０〜１３μｍより細い直径である５〜９μｍのものを使用した方が、アミド結合に作用するガラス繊維の本数が増加し、それにより、耐摩耗性への寄与が大きくなる。但し、直径が５μｍ未満のガラス繊維を用いると、衝撃強度等の機械的強度が低下する傾向があると共に、製造コストが高くなり、実用性が低い。
また、直径が５〜９μｍのガラス繊維を使用することにより、樹脂中での配向性がよくなり、外径部の真円度が小さく、更に、外径部の凹凸も小さくなる。
【００１８】
また、本実施形態のガラス繊維の繊維長は１００〜９００μｍ、好ましくは３００〜６００μｍである。繊維長が１００μｍ未満の場合は、短すぎて補強効果及び寸法抑制効果が小さい。また、繊維長が９００μｍを越える場合は、補強効果及び寸法抑制効果は向上するものの、樹脂部成形工程での繊維の破損や、配向性の低下による成形精度悪化が想定されるようになり、外径部や断面部に存在するリブ部の成形が困難になる。
【００１９】
このガラス繊維の含有量は、全体の１０〜５０重量％、好ましくは１５〜３５重量％である。ガラス繊維の含有量が１０重量％未満の場合は、機械的強度及び耐摩耗性の改善度合いが小さい。一方、ガラス繊維の含有量が５０重量％を越える場合には、樹脂成形時の溶融粘度が高くなり、外径部や断面部に存在するリブ部を精度よく成形するのが難しくなる。
尚、強化材としてガラス繊維の一部を、炭素繊維等の繊維状物あるいは、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く、また着色剤等を加えてもよい。
【００２０】
また、上記強化材とは別に、樹脂部の放熱性を向上させるために、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性充填材、具体的には、アルミナ、マグネシア、窒化アルミニウム、炭化珪素、ベリリア、グラファイト等を更に添加してもよい。
更に、樹脂部２の外径円筒部５の凹凸を更に減少させる、或いは、外径円筒部５の耐摩耗性を更に向上させるために、上記強化材とは別に、粒子状充填材、具体的には、炭酸カルシウム、クレー、タルク、シリカ、ウォラストナイト等を更に添加してもよい。粒子状充填材としては、上記説明した高熱伝導性充填材も粒子状であれば、同様の効果を有する。
また、成形時及び使用時の熱による劣化を防止するために、添加剤として樹脂材料にヨウ化物系熱安定剤やアミン系酸化防止剤を、それぞれ単独あるいは併用して添加することが好ましい。
【００２１】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
実施例１〜４及び比較例１、２においては、以下に挙げた樹脂組成物を用いて、樹脂製プーリの外径部の成形精度評価と耐摩耗性評価について試験を行った。樹脂組成物以外の構成は、各実施例及び比較例において実質的に同じである。
【００２２】
樹脂部の製造には、外輪外周部に凹溝を有する接触ゴムシール付き深溝玉軸受（６２０３ＤＤＬ１８）をコアにして、軸受の外輪と金型との間に形成される空間部に樹脂材料を射出するインサート成形（射出成形）を行い、樹脂製プーリを得た。
【００２３】
（実施例１）
実施例１では、樹脂組成物として、シランカップリング剤処理が施された直径６μｍのガラス繊維（ＧＦ）を３０重量％含有した、数平均分子量が１８０００であるポリアミド６（宇部興産（株）製の「ＵＢＥナイロン（商品名）」）が使用された。さらに、樹脂組成物は、添加剤としてヨウ化銅系熱安定剤を含有した。
ここで、各実施例及び比較例における直径がｎμｍのガラス繊維とは、繊維の平均直径が概ねｎμｍで、各繊維の直径がｎ±１μｍの範囲にあることを意味する。
【００２４】
（実施例２）
実施例２では、樹脂組成物として、シランカップリング剤処理が施された直径６μｍのガラス繊維を３０重量％含有した、数平均分子量が２００００であるポリアミド６６（宇部興産（株）製の「ＵＢＥナイロン（商品名）」）が使用された。さらに、樹脂組成物は、添加剤としてヨウ化銅系熱安定剤を含有した。
【００２５】
（実施例３）
実施例３では、樹脂組成物として、シランカップリング剤処理が施された直径７μｍのガラス繊維を３０重量％含有した、数平均分子量が２００００であるポリアミド６６（宇部興産（株）製の「ＵＢＥナイロン（商品名）」）が使用された。さらに、樹脂組成物は、添加剤としてヨウ化銅系熱安定剤を含有した。
【００２６】
（実施例４）
実施例４では、樹脂組成物として、シランカップリング剤処理が施された直径６μｍのガラス繊維を３０重量％と、アルミナを２０重量％含有した、数平均分子量が２００００であるポリアミド６６（宇部興産（株）製の「ＵＢＥナイロン（商品名）」）が使用された。さらに、樹脂組成物は、添加剤としてヨウ化銅系熱安定剤を含有した。
【００２７】
（比較例１）
比較例１では、樹脂組成物として、シランカップリング剤処理が施された直径１３μｍのガラス繊維を３０重量％含有した、数平均分子量が２００００であるポリアミド６６（宇部興産（株）製の「ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６（商品名）」）が使用された。さらに、樹脂組成物は、添加剤としてヨウ化銅系熱安定剤を含有した。
【００２８】
（比較例２）
比較例２では、樹脂組成物として、シランカップリング剤処理が施された直径１０μｍのガラス繊維を３０重量％含有した、数平均分子量が２００００であるポリアミド６６（宇部興産（株）製の「ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６（商品名）」）が使用された。さらに、樹脂組成物は、添加剤としてヨウ化銅系熱安定剤を含有した。
【００２９】
［外径円筒部成形精度評価］
実施例１〜４及び比較例１、２の樹脂製プーリについて、外径円筒部の中間高さでの凹凸量を測定した。測定結果を表１に示す。
【００３０】
［外径円筒部耐摩耗性評価］
図３は本耐摩耗性試験で使用した耐摩耗性試験機４２の構成を示す。耐摩耗性試験機４２は、駆動モータ（図示せず）に繋がった駆動輪４４と従動輪４６とを備える。駆動輪４４と従動輪４６にはベルト４８が架け渡されて連結されている。そして、駆動輪４４と従動輪４６間には、試験対象となる樹脂製プーリ１１がベルト案内面３１をベルト４８と接触させながら取り付け可能としている。
【００３１】
なお、この樹脂製プーリ１１の転がり軸受には、下向きに９８０Ｎの荷重が掛けられており、この荷重によって樹脂製プーリ１１のベルト案内面３１がベルト４８に押し付けられている。そして、駆動輪４４が回転するとベルト４８を介して従動輪４６が回転駆動され、ベルト４８に押し付けられたベルト案内面３１が回転される。
さらに、耐摩耗性試験機４２において、恒温槽５０中の雰囲気は１２０℃に維持されている。この雰囲気中には、関東ローム粉ＪＩＳ＃８が空間容積で０．０２％の条件を満足するようにファンによって漂わせてある。この恒温槽５０中の雰囲気は、自動車の補機類に使用される樹脂製プーリが悪路走行中にあることを再現したものである。
【００３２】
そして、実施例１〜４、比較例１、２の樹脂製プーリを耐摩耗性試験機４２に取り付け、８０００ｒｅｖ・ｍｉｎ^−１で回転させた。１００時間回転させた後、耐摩耗性試験機４２を停止させて、樹脂製プーリを室温まで冷却し、樹脂製プーリ１１のベルト案内面３１の半径方向摩耗量を、基準位置（軸方向中央部）で測定した。摩耗量を表１に併せて示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１から明らかなように、ガラス繊維の直径を従来よりも細くすることで、配向性の向上と実質本数の増加及び表面状態の均一化により、外径部凹凸量が低下し、耐摩耗性が向上することがわかった。
【００３５】
なお、本実施形態では、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。
上記実施形態では、外周円筒部がフラット形状の樹脂製プーリについて説明してきたが、図４に示すような外周円筒部５がＶリブ状の樹脂製プーリや、転がり軸受と別体で成形される構成の樹脂製プーリについても適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、樹脂部は直径５〜９μｍのガラス繊維を１０〜５０重量％含有するポリアミド樹脂組成物としたことで、配向性が向上し、それにより外径円筒部の表面平滑性、即ち、凹凸量が減少し、ベルト駆動時の音圧レベルが低い樹脂製プーリが得られる。また、ガラス繊維の実質本数の増加、表面均一化により、耐摩耗性が向上し、砂塵等が舞う悪路走行での信頼性の高い樹脂製プーリが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる樹脂製プーリの一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】耐摩耗性を調べるための試験機の概略図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例にかかる樹脂製プーリの断面図である。
【符号の説明】
１転がり軸受
２樹脂部
３内径円筒部
４ベルト案内面
５外径円筒部

Claims

転がり軸受と、該転がり軸受の周囲に前記転がり軸受と一体に形成された樹脂部とを備えた樹脂製プーリにおいて、
前記樹脂部は、直径５〜９μｍのガラス繊維を１０〜５０重量％含有するポリアミド樹脂組成物からなることを特徴とする樹脂製プーリ。