JP4172055B2

JP4172055B2 - 樹脂製プーリ

Info

Publication number: JP4172055B2
Application number: JP11526398A
Authority: JP
Inventors: 敏己高城; 孫三浜本; 貴彦内山; 浩幸山下
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2018-04-24
Also published as: JPH11311313A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂製プーリに係り、特に、自動車に搭載される補機類の駆動ベルト用プーリをはじめ、その他ベルトテンショナー用プーリ、或いはアイドラプーリ等に好適に使用できる樹脂製プーリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、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プーリ部を一体成形してなる樹脂製プーリが採用されている。この種の樹脂製プーリは、射出成形用金型の所定位置に転がり軸受を配置し、該転がり軸受の外輪外周部と前記射出成形用金型との間に形成される空間部に、溶融樹脂を射出して樹脂プーリ部が成形される。このインサート成形で使用される樹脂材料は、ガラス繊維等の強化繊維を１５〜４０重量％含有した強化６６ナイロン樹脂，強化６１０ナイロン樹脂，強化１１ナイロン樹脂等のポリアミド樹脂や、ポリフェニレンサルファイド樹脂が提案されている（侍開平７−６３２４９号公報，特開平８−４８８３号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、樹脂材料は熱伝導が悪く、上述の材料については概ね０．３Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、軸受鋼の８０Ｗ／ｍ・Ｋに比べ非常に小さい。そのため、従来の樹脂製プーリを回転させると、内蔵されている転がり軸受の回転発熱や樹脂プーリ部とベルトの間に発生する摩擦熱が十分に放熱されずに徐々に畜熱される結果、内蔵軸受の温度が、樹脂プーリのない単体での回転時よりも上昇する。このように軸受の温度が上昇すると、軸受中のグリースの劣化が進行しやすく、軸受寿命に悪影響を及ぼすという未解決の課題がある。
【０００４】
本発明は、このような従来の樹脂製プーリにおける未解決の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、樹脂プーリ部の樹脂材料自体の熱伝導を改良して放熱性を促進することにより、内蔵軸受の寿命の延長を図ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、転がり軸受と、その外周に一体に成形された樹脂プーリ部と、からなる樹脂製プーリにおいて、当該樹脂プーリ部を、樹脂と熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の充填材とを含有し熱伝導率が０．５１Ｗ／ｍ・Ｋ以上である樹脂組成物で構成するとともに、前記樹脂を６６ナイロン樹脂，４６ナイロン樹脂，６−１２共重合ナイロンと６６ナイロンとの混合樹脂，１１ナイロンと６６ナイロンとの混合樹脂，１２ナイロンと６６ナイロンとの混合樹脂，芳香族ポリアミド樹脂，又はポリフェニレンサルファイド樹脂とし、前記充填材をアルミナ，窒化ホウ素，炭化ケイ素，シリカ，酸化チタン，カーボン繊維，グラファイト，又はカーボンブラックとし、さらに、前記充填材の含有率を前記樹脂組成物の３０重量％以上５０重量％以下としたことを特徴とする。ただし、前記樹脂組成物の熱伝導率は０．７５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る樹脂製プーリの一実施形態の正面図、図２はそのII−II線断面図である。この樹脂製プーリは、中心に配した転がり軸受１と、その転がり軸受１の外周に一体成形された樹脂プーリ部２とを備えている。当該樹脂プーリ部２は、図２に示すような略エ字形断面を有するリング状で、その外径面２ｇがベルトの転動面であり、これにリブ２ａを介して連結する内径面２ｎが転がり軸受１の外輪１ｇの外面を覆って一体的に固着している。リブ２ａの側面には図１に示すような凹凸２ｂが放射状に多数形成されて、熱放射面積の増大が図られている。このように形成された樹脂製プーリは、その転がり軸受１の内輪１ｎを回転軸に装着し、樹脂プーリ部２にベルトを掛けて使用される。
【０００７】
前記樹脂プーリ部２は、プーリ使用時に発生する熱の放散を考慮して、その熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるような樹脂組成物を材料に用いて成形される。具体的には、マトリクスである樹脂中に高熱伝導率の充填材を配合することで熱伝導率を０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とした樹脂組成物を材料としている。特に、自動車向けの用途に使用される樹脂製プーリの場合は、降雪地域での使用を考慮すると耐塩化カルシウム溶液（融雪剤）性をも有することが好ましく、またエンジンルームという使用環境から樹脂自体の耐熱性も必要である。
【０００８】
これらの条件に鑑み、本発明の樹脂製プーリに好ましく使用できるマトリクス樹脂としては、６６ナイロン樹脂，４６ナイロン樹脂，６‐１２共重合ナイロンと６６ナイロンとの混合樹脂，１１ナイロンと６６ナイロンとの混合樹脂，１２ナイロンと６６ナイロンとの混合樹脂，芳香族ポリアミド樹脂，ポリフエニレンサルフアイド樹脂等を例示できる。しかし、適切な耐熱性と耐塩化カルシウム溶液性を有する樹脂材料であればこれらに限定されない。
【０００９】
一方、高熱伝導を有する充填材としては、単体の熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の充填材が好ましく、この条件にかなう充填材として、金属化合物系ではアルミナ，窒化ホウ素，炭化ケイ素，シリカ，酸化チタン等、また非金属系ではカーボン繊維，グラファイト，カーボンブラック等、単体金属ではステンレス，銅，アルミニウムを例示できる。これらの高熱伝導性充填材は、樹脂組成物の強度を維持するため、ガラス繊維などの補強材と併用するとさらに好ましい。主な高熱伝導性充填材と熱伝導率を表１に示す。
【００１０】
【表１】

【００１１】
（実施例１）
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
図１，図２に示すように、転がり軸受１の外周に樹脂プーリ部２を一体成形した樹脂製プーリを、熱伝導率が異なる種々の配合の樹脂組成物を用いて試作し、放熱性を評価した。実施例１１〜１４は樹脂組成物の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものである。一方、比較例１１は樹脂プーリ部２に代えて鉄製プーリを用いたもの、比較例１２及び１３は樹脂プーリ部２の樹脂組成物の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ未満のものである。
【００１２】
使用した樹脂はポリフェニレンサルファイド樹脂（以下ＰＰＳと略す）で、これに充填材としてガラス繊維及び／又はアルミナを配合し、表２の樹脂組成物を作成して成形材料とした。当該ＰＰＳ樹脂としては、呉羽化学工業（株）製「フオートロンＫＰＳ」を、ガラス繊維として富士ファイバーグラス（株）製のものを、アルミナとして昭和電工（株）製「ＡＳグレード」を使用した。
【００１３】
樹脂プーリ部２を有する各供試体の成形方法は次の通りである。所定量の樹脂及び充填材を計測してへンシェルミキサ一で混合した後、それを二軸押し出し機（池貝鉄工製）に投入し、樹脂温度２９０〜３００℃で押し出して成形原料であるぺレットを得た。そのペレットを、予め転がり軸受１がセットしてある所定の樹脂プーリ金型を装着した射出成形機に投入し、樹脂溶融温度３０５〜３２０℃，金型温度１３０〜１５０℃，充填時間１〜２．５秒，圧力１００〜１５０ＭＰａの成形条件の下にインサート成形して、表２の組成に該当する樹脂プーリ部２を備えた樹脂製プーリの各供試体を得た。
【００１４】
得られた供試体毎に、図３に示す評価試験機を用いて耐久運転試験を実施した。当該評価試験機の概要は、鉄製の駆動輪５と従動輪６とを備え、それらの間にタイミングベルト７を掛け渡して連結している。そのタイミングベルト７に、供試体のプーリ８ｐを係合させ、内蔵の転がり軸受１にはラジアル方向に１００Ｋｇの荷重を掛けて押しつける。この試験機は恒温槽中に収納してあり、設定温度１２０℃にて、駆動輪５を図外の駆動用モータにより駆動させて、試験プーリ８を８，０００ｒｐｍで回転させ、その時の内蔵転がり軸受１の内輪１ｎの定常になった時の温度を計測した。この温度上昇試験の結果を、試験プーリ８に用いた樹脂組成物の熱伝導率と共に、表２に示した。
【００１５】
【表２】

【００１６】
さらに、回転数を高速にして１２，０００ｒｐｍで試験プーリ８が寿命に達するまで運転を続ける耐久試験を行った。なお、試験プーリ８の寿命の判定は、軸に取り付けた加速度センサがしきい値（４０Ｇ）を越えた時の合計運転時間をもって寿命とした。その耐久試験の結果を表２に併記して示した。これらの試験結果から、概ね樹脂組成物の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上になると放熱が促進されて、軸受内輪温度の上昇を抑制する効果が発現し、その結果転がり軸受の耐久寿命も延長することが判った。
（実施例２）
樹脂製プーリの樹脂プーリ部２に用いる樹脂組成物の種類を変えて、実施例１と同様の試験を行った。実施例２１〜２３は樹脂組成物の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものであり、比較例２１，２２は樹脂プーリ部２の樹脂組成物の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ未満のものである。
【００１７】
使用した樹脂は６６ナイロン樹脂と１２ナイロン樹脂との混合樹脂で、これに充填材としてカーボン繊維を配合した表３の樹脂組成物を作成して成形材料とした。当該６６ナイロン樹脂及び１２ナイロン樹脂としては宇部興産製「宇部ナイロン」を、カーボン繊維としては大阪ガス製「リノベス」を使用した。
【００１８】
樹脂プーリ部２を有する各供試体の成形方法は上記実施例１の場合と略同様である。すなわち、所定量の樹脂及び充填材を計測してへンシェルミキサ一で混合した後、それを二軸押し出し機に投入し、樹脂温度２７５〜２８０℃で押し出して成形原料であるぺレットを得た。そのペレットを、予め転がり軸受１がセットしてある所定の樹脂製プーリ用金型を装着した射出成形機に投入し、樹脂溶融温度２９５〜３０５℃，金型温度８０〜９０℃，充填時間１〜２．５秒，圧力１００〜１５０ＭＰａの成形条件の下にインサート成形して、表３の組成に該当する樹脂プーリ部２を備えた樹脂製プーリの各供試体を得た。
【００１９】
得られた供試体毎に、図３に示す評価試験機を用いて上記と同様の条件で運転試験を実施し、試験プーリ８における転がり軸受内輪１ｎの定常になったときの温度を計測した。この温度上昇試験の結果を、樹脂プーリ部２に用いた樹脂組成物の熱伝導率と共に、表３に示した。
【００２０】
【表３】

【００２１】
さらに、前記実施例１の耐久試験と同一条件で各試験プーリ８の耐久試験を行ってその耐久性を比較評価した。耐久試験の結果を表３に併記して示した。これらの試験結果から、概ね樹脂組成物の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上になると放熱が促進されて、軸受内輪温度の上昇を抑制する効果が発現し、その結果転がり軸受の耐久寿命も延長することが判った。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、樹脂製プーリにおける樹脂プーリ部を、耐熱性のある樹脂に熱伝導率の高い充填材を配合してなる熱伝導率が０．５１Ｗ／ｍ・Ｋ以上ある樹脂組成物を用いて形成したため、樹脂製プーリの運転中に発生する熱の放散が促進されて、その結果耐熱性に優れた長寿命の樹脂製プーリ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】本発明に係る樹脂製プーリの一実施の形態を示す正面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】試験機の概略図である。
【符号の説明】
１転がり軸受
２樹脂プーリ部

Claims

転がり軸受と、その外周に一体に成形された樹脂プーリ部と、からなる樹脂製プーリにおいて、当該樹脂プーリ部を、樹脂と熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の充填材とを含有し熱伝導率が０．５１Ｗ／ｍ・Ｋ以上である樹脂組成物で構成するとともに、前記樹脂を６６ナイロン樹脂，４６ナイロン樹脂，６−１２共重合ナイロンと６６ナイロンとの混合樹脂，１１ナイロンと６６ナイロンとの混合樹脂，１２ナイロンと６６ナイロンとの混合樹脂，芳香族ポリアミド樹脂，又はポリフェニレンサルファイド樹脂とし、前記充填材をアルミナ，窒化ホウ素，炭化ケイ素，シリカ，酸化チタン，カーボン繊維，グラファイト，又はカーボンブラックとし、さらに、前記充填材の含有率を前記樹脂組成物の３０重量％以上５０重量％以下としたことを特徴とする樹脂製プーリ。
前記樹脂組成物の熱伝導率が０．７５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂製プーリ。
前記樹脂組成物が、１２ナイロンと６６ナイロンとの混合樹脂５０重量％以上６０重量％以下と、カーボン繊維５０重量％以下４０重量％以上と、からなることを特徴とする請求項２に記載の樹脂製プーリ。
前記樹脂組成物が、ポリフェニレンサルファイド樹脂５０重量％と、アルミナ３０重量％以上５０重量％以下と、を含有することを特徴とする請求項２に記載の樹脂製プーリ。
前記樹脂組成物が、さらに２０重量％以下のガラス繊維を含有することを特徴とする請求項４に記載の樹脂製プーリ。