JP3736486B2

JP3736486B2 - 電食防止転がり軸受

Info

Publication number: JP3736486B2
Application number: JP2002083773A
Authority: JP
Inventors: 敏己高城; 重昭阿部
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2021-01-18
Also published as: JP2002295483A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用のモータの軸受等に使用される電食防止転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道車両用のモータ等に使用される転がり軸受において、転動体と軌道輪との間に電食現象が生じることを防止するために、外輪や内輪の、少なくともハウジングまたは軸が嵌合される面に絶縁性の被膜を設けて、外部からの電流を遮断することが行われている。
【０００３】
一般に、電気絶縁性能に優れたプラスチック材料であって絶縁被膜に適する材料としては、ポリアミド６６，ポリアミド６，ポリアミド４６等の脂肪族ポリアミド樹脂や、ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂や、特開平３−２７７８１８号公報に開示されているポリフェニレンサルファイド樹脂（以下ＰＰＳ樹脂という）がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの各プラスチック材料は、いずれも、鉄道車両用モータの軸受等の絶縁被膜として適用する場合に要求される機能の全てを満足させるものではない。すなわち、このような用途に適用した場合の絶縁被膜には、▲１▼寸法安定性と▲２▼耐クリープ性と▲３▼耐熱性とを同時に満たす機能が要求されている。
【０００５】
▲１▼寸法安定性は、軸受をハウジングまたは軸に、所定の締め代で嵌合するために必要とされる。
▲２▼耐クリープ性は、上記締め代を保ったままの状態に長時間おいても絶縁被膜の厚さを減少させないために必要とされる。
▲３▼耐熱性は、鉄道車両用モータ等において、軸受が高速回転で使用される際には絶縁被膜が約１２０℃程度まで昇温することから、そのような高温でも絶縁被膜が変形したり、絶縁性能が低下することを防止するために必要とされる。
【０００６】
ところが、従来使用されていた上述のプラスチック材料のうち、ポリアミド６６，ポリアミド６，ポリアミド４６等の脂肪族ポリアミド樹脂は、吸水による寸法変化が大きいという問題点があった。また、ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂には、耐熱性を満足しないという問題点があった。
【０００７】
さらに、ＰＰＳ樹脂には、耐クリープ性が劣るという問題点があった。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、絶縁被膜の材料として芳香族ポリアミド樹脂を使用することにより、耐クリープ性，耐熱性に優れ、かつ寸法安定性の良い絶縁被膜を有する電食防止転がり軸受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】
上記の目的を達成するため、本発明は、電食防止転がり軸受の軌道輪に形成する絶縁被膜を、ガラス繊維を含有する芳香族ポリアミド樹脂組成物により形成したことを特徴とする。前記芳香族ポリアミド樹脂組成物に含有させるガラス繊維は、耐クリープ性を向上させる強化材である。
【０００９】
本発明の絶縁被膜形成材料としては、芳香族ポリアミド樹脂５０〜９０重量％、ガラス繊維１０〜５０重量％の芳香族ポリアミド樹脂樹脂組成物を使用することが好ましい。更に望ましくは、芳香族ポリアミド樹脂組成物の比率が５０〜７０重量％、ガラス繊維３０〜５０重量％である。
本発明に使用する芳香族ポリアミド樹脂として、例えば、三井石油化学（株）製の「アーレン」（商品名）、ＢＡＳＦジャパン（株）製の「ウルトラミッドＴ（商品名）、アモコジャパン（株）製の「アモデル」（商品名）等があるが、好ましくは、特開昭６２−２５６８３０号公報に開示されているようなガラス転移温度（Ｔｇ）が１１０℃以上である芳香族ポリアミド樹脂が良い。
【００１０】
また、ガラス繊維の含有量は、５０重量％を越えると溶融樹脂の流動性が低下して成形性が悪化するため好ましくない。反対に、ガラス繊維の含有量が１０重量％未満では耐クリープ性が低下する。なお、このような絶縁被膜をなす材料に、必要に応じて相溶化剤，離型剤，カップリング剤等を添加しても良い。
▲１▼本発明に使用する芳香族ポリアミド樹脂の寸法安定性について述べる。芳香族ポリアミド樹脂はポリアミド系樹脂としての吸水特性を有しているが、ポリアミド６６，ポリアミド４６等の脂肪族ポリアミド樹脂と比較すると吸水による寸法変化が小さい。
【００１１】
例えば、ガラス繊維３０重量％の樹脂組成物で厚さ０．６ｍｍの試験片を用いて上記各樹脂の吸水による変化を比べたところ、温度２３℃，相対湿度６５％の室内に１００日間放置後の芳香族ポリアミド樹脂の吸水重量変化率は、ポリアミド６６の約１／２、ポリアミド４６の約１／３であった。また、吸水による寸法変化率についても、芳香族ポリアミド樹脂組成物の寸法変化率は０．０２〜０．０５％であって、これはポリアミド６６の約１／２、ポリアミド４６の約１／３であった。その理由は、特開昭６２−２５６８３０号公報に開示されるように、芳香族ポリアミド樹脂はポリマーの繰り返し単位中に占めるアミド結合（−ＣＯＮＨ−）の分子量比が脂肪族ポリアミド樹脂（この場合ポリアミド６，ポリアミド６６，ポリアミド４６）の比に較べて小さいことによる。上記の芳香族ポリアミド樹脂の吸水による寸法変化率の値（０．０２〜０．０５％）は、本発明の意図する電食防止転がり軸受に実際に使用する上で支障のない範囲である。
【００１２】
▲２▼次に、本発明に使用する芳香族ポリアミド樹脂の耐クリープ性について述べる。一般に、合成樹脂の耐クリープ性能はガラス転移温度を越えると急激に悪化する。例えば、ＰＰＳ樹脂のガラス転移温度は約８５℃であり、これより高温では耐クリープ性能がさらに低くなる。
これに対して、芳香族ポリアミド樹脂の特徴として、高いガラス転移温度を有する点を挙げることができる。例えば、特開昭６２−２５６８３０号公報や特開昭６２−２０９１３５号公報に開示されるように、
一般式〔Ｉ〕
−ＮＨ−Ｒ−ＮＨ−ＣＯ−Ｐｈ−ＣＯ−
一般式〔ＩＩ〕
−ＮＨ−Ｒ−ＮＨ−ＣＯ−Ａｒ−ＣＯ−
〔式中、
Ｒ：炭素原子数が４ないし２５の二価の炭化水素基
Ｐｈ：フェニレン基
Ａｒ：１，３−フェニレン基以外の炭素原子数が６ないし２０の二価の炭化水素基〕で表される構成成分の組み合わせにより、種々のガラス転移温度を有する芳香族ポリアミド樹脂の製造が可能であり、例えば後述する実施例の芳香族ポリアミド樹脂はガラス転移温度約１２５℃のものである。
【００１３】
一般に、芳香族ポリアミド樹脂や脂肪族ポリアミド樹脂，ＰＰＳ樹脂の射出成形で製造される成形品の結晶化度（樹脂を結晶部と非晶部とに分けたときの結晶部の割合）は、およそ１０〜４０重量％で、非晶部分の割合の方が大きい。しかして、非晶部の分子は、ガラス転移温度より下の温度では凍結されているが、ガラス転移温度を越える温度においてはブラウン運動により動くことができる。そのため、ガラス転移温度が高温での耐クリープ性能に大きな影響を及ぼす。
【００１４】
本発明にあっては、使用温度より高いガラス転移温度を有する芳香族ポリアミド樹脂を絶縁材料に用いることで、耐クリープ性を向上させることができる。
▲３▼さらに、本発明に使用する芳香族ポリアミド樹脂の耐熱性については、４００００時間での引張強度の半減温度が約１５０℃であり、１００〜１４０℃での使用条件に対して十分に適用可能である。
【００１５】
かくして、本発明では、芳香族ポリアミド樹脂を電食防止転がり軸受の軌道輪に形成する絶縁被膜に使用することにより、寸法安定性，耐クリープ性に優れ、かつ耐熱性の良い優れた特性を備えた電食防止転がり軸受を提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。図１に示す転がり軸受（円筒ころ軸受）１Ａの外輪１１の外面を被覆する絶縁被膜２の材料として、表１の各実施例および比較例に示す樹脂組成物を用いたものを被試験体とし、それら各被試験体について以下の特性評価を実施した。
【００１７】
【表１】

【００１８】
なお、各被試験体の転がり軸受１Ａは、外輪１１の外周及び左右両端面にそれぞれ溝１１ａ，１１ｂを形成し、所定厚さの絶縁被膜２を射出成形により外輪１１の外周（ハウジングが嵌合される面）から両端面に連続して付着させることで製作した。すなわち、先ず、予め各材料組成を、ブレンダやヘンシェルミキサ等により混合して二軸押出機等の押出機に供給し、押出機から材料ペレットを得た。次に、外輪１１の外側に、絶縁被膜２の厚さ（ここでは約１．０ｍｍ）に対応させて形成した金型を設置し、外輪１１と金型との間の空間に前記ペレットを溶融した材料を射出し、所定の時間冷却後、外輪１１と絶縁被膜２を有する成形品を得た。
【００１９】
表１に示す樹脂において、芳香族ポリアミド樹脂としては三井石油化学（株）製の「アーレン」（商品名）を、ＰＰＳ樹脂としては呉羽化学工業（株）製の「フォートロンＫＰＳ」（商品名）を、ポリアミド４６としては帝人（株）製の「テイジンナイロン４６」（商品名）を使用し、また、ガラス繊維として繊維径が１０〜１５μｍ，長さが約０．２〜１．０ｍｍのものを用いた。なお、芳香族ポリアミド樹脂はガラス転移温度が約１２５℃のものを使用した。
【００２０】
表１に、各評価項目を示している。
▲１▼寸法安定性の評価は、上記被試験体を２０時間水中に浸漬し、浸漬前後の寸法変化量を測定して行った。その変化量が８μｍ以下であれば合格とした。
▲２▼耐クリープ性の評価は、上記被試験体を締め代３０μｍでハウジングに圧入したものを、１００℃の雰囲気下で１００時間放置し、放置前後の寸法変化量を測定して行った。その変化量が８μｍ以下であれば合格とした。
【００２１】
成形性の評価は、上記被試験体のウエルドやゲート部等にボイド，割れ等の無いものを合格とした。絶縁性能の評価は、上記被試験体を２０時間水中に浸漬し、表面の水を拭き取った後、絶縁被膜２の外周に金属製の環を装着し、外輪１１とその金属環との間の絶縁抵抗値を測定して行った。その絶縁抵抗値が２０００ＭΩ以上であれば合格とした。
【００２２】
表１の結果より、実施例１〜３は、寸法安定性，耐クリープ性，成形性，絶縁性能のいずれについても合格した。これに対して、比較例１のＰＰＳ樹脂では耐クリープ性が悪く、比較例２のポリアミド４６樹脂は寸法安定性と耐クリープ性に劣る。また、比較例３の芳香族ポリアミド樹脂単体では寸法安定性と耐クリープ性に劣り、比較例４のガラス繊維が６０重量％入りの芳香族ポリアミド樹脂は成形性が悪かった。したがって、芳香族ポリアミド樹脂のガラス繊維添加量は１０〜５０重量％が好ましい。
【００２３】
図２には、上記実施例１および比較例１，比較例２の被試験体について行った耐熱性評価試験の結果を示す。この試験結果は、クリープ特性と相関のある曲げ弾性率の温度依存性を示しており、実施例１と比較例２の芳香族ポリアミド樹脂はガラス転移温度約１２５℃，比較例１のＰＰＳ樹脂はガラス転移温度約８５℃である。
【００２４】
ガラス転移温度を越えると曲げ弾性率の低下が顕著になりクリープが起こり易くなるが、表１からも明らかな耐クリープ性に優れた実施例１については、１２０〜１４０℃で十分に耐える高温強度，耐クリープ性が確認できた。
図３に、本発明の電食防止転がり軸受の他の実施例を示す。この実施例は、転がり軸受として玉軸受１Ｂを対象とし、その外輪１１と内輪１２との外面を、それぞれ上記実施例１〜３で示したガラス繊維を含有する芳香族ポリアミド樹脂樹脂組成物からなる絶縁被膜２で被覆したものである。なお、外輪１１の外周及び左右両端面にそれぞれ溝１１ａ，１１ｂを形成すると共に、内輪１２の内周及び左右両端面にもそれぞれ溝１２ａ，１２ｂを形成することにより、射出成形された絶縁被膜２の付着性を高めている。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明にあっては、絶縁被膜を、ガラス繊維を含有する芳香族ポリアミド樹脂組成物により形成したため、寸法安定性，耐クリープ性，耐熱性，絶縁性に優れた絶縁被膜が得られて、例えば鉄道車両用モータの軸受などのような高速回転で高温にさらされる使用条件下でも安定した性能が保証できる電食防止転がり軸受を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電食防止転がり軸受の一実施例の断面図である。
【図２】図１の電食防止転がり軸受の耐熱性評価試験の結果を表したグラフである。
【図３】本発明の電食防止転がり軸受の他の実施例の断面図である。
【符号の説明】
２絶縁被膜
１１軌道輪（外輪）
１２軌道輪（内輪）

Claims

鉄道車両用モータに使用される電食防止転がり軸受において、芳香族ポリアミド樹脂５０〜６０重量％と、繊維径が１０〜１５μｍで長さが０．２〜１．０ｍｍであるガラス繊維４０〜５０重量％と、からなる芳香族ポリアミド樹脂組成物で形成された絶縁被膜を軌道輪に有するとともに、吸水による寸法変化率が０．０２〜０．０５％で、締め代３％でハウジングに圧入し１００℃の雰囲気下で１００時間放置した場合の寸法変化率が０．４％以下であることを特徴とする電食防止転がり軸受。