JP2007187260A

JP2007187260A - 樹脂製プーリ

Info

Publication number: JP2007187260A
Application number: JP2006006346A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yabe; 俊一矢部
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2007-07-26

Abstract

【課題】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。
【解決手段】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、前記樹脂部が、異形断面のガラス繊維を２０〜６０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。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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の断面円形のものが使用されている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開平７−６３２４９号公報特開平８−４８８３号公報

しかしながら、上記の断面円形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。

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。

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。

上記目的を達成するために、本発明は、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た樹脂製プーリにおいて、前記樹脂部が、異形断面のガラス繊維を２０〜６０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を提供する。

本発明の樹脂製プーリは、補強材に異形断面を有するガラス繊維を用いたことで、従来の円形断面のガラス繊維を用いた場合に比べて機械的強度が高く、耐摩耗性が向上し、更に外径円筒部の表面がより平滑となりベルト駆動時の音圧レベルが低くなる。

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。尚、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。

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。

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剤とし、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。

樹脂部２は、樹脂材料に補強材として異形断面を有するガラス繊維を配合した樹脂組成物からなる。樹脂材料としては、耐疲労性に優れるポリアミド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異形断面を有するガラス繊維を規定量含有させると、成形時の溶融粘度が高くなり、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。

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。

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の混入量は、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と他の低吸水性ポリアミド樹脂とを組み合わせると、変性ポリアミド１２が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くなり、好ましい。

異形断面を有するガラス繊維は、その断面形状が円形でなければよく、例えばまゆ形、楕円、長円等の断面形状を有するガラス繊維を用いることができる。好ましくは、異形比（長径部と短径部との比率）が１．５〜５であるガラス繊維であり、２〜４であるガラス繊維がより好ましい。異形比が１．５未満では機械的強度の向上等の効果が少なく、異形比が５を越えると扁平すぎて安定して製造するのが難しくなる。また、短径部は５〜１２μｍであることが好ましい。短径部が５μｍ未満では細すぎて製造時に破断、破損するため、低コストで安定した品質を保つのが難しく、実用性が低い。一方、短径部が１２μｍを越える場合は、異形比を考慮すると繊維が太すぎ、樹脂中での分散性に劣るようになり、強度ムラが発生するおそれがある。

異形断面を有するガラス繊維の含有量は、樹脂組成物全量の２０〜６０質量％であり、好ましくは２５〜５０質量％である。含有量が２０質量％未満では補強効果が少なく、６０質量％を越える場合は、射出成形に適した流動性が得られないばかりでなく、外径円筒部５や断面部に存在するリブ７を精度良く成形するのが難しくなる。

本発明で用いる異形断面を有するガラス繊維は、従来の円形断面のガラス繊維に比べて折れ難く、ベース樹脂と混練し、射出成形した時に円形断面のガラス繊維に比べて長い状態で樹脂中に分散する。そのため、同一含有量で比較すると、円形断面のガラス繊維に比べて、引張強さや衝撃強さ等の機械的強度を高める効果に優れる。また、異形断面を有するガラス繊維は、成形時に外径円筒部５の外表面と平行に面をなすように配向するため、ベルトとの摺動による摩耗も少なくなる。更に、繊維の長さ方向の補強効果に加えて短径部方向にも若干の補強効果が現われるため、プーリ全体に満遍なく補強効果が発現し、吸水による寸法変化を抑える効果も高まり、外径円筒部５の真円度が高くなり、表面の凹凸も小さくなる。

また、異形断面を有するガラス繊維は、ベース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プッリング剤、あるいはエポキシ系、ウレタン系、アクリル系等のサイジング剤で表面処理したものを用いることが好ましい。シランカップシング剤やサイジング剤は、ベース樹脂の種類に応じて選択され、例えば、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は、エポキシ基やアミノ基がポリアミド樹脂のアミド結合に作用して補強効果を向上させる。

尚、異形断面を有するガラス繊維は、得られる樹脂製プーリにおいて、３００〜９００μｍの繊維長を有することが好ましく、３５０〜６００μｍの繊維長であることがより好ましい。繊維長が３００μｍ未満では、補強効果及び寸法安定効果が少なく、好ましくない。一方、ベース樹脂との混練、射出成形を行う過程で９００μｍを越えるような長い繊維状態を維持するのは困難であり、繊維長の上限は製造工程に由来して設定した値である。このような繊維長とするには、混練条件や成形条件を調整すればよい。

また、異形断面を有するガラス繊維の一部を、炭素繊維等の他の繊維状補強材、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補強材で代替してもよい。

樹脂組成物には、更に着色剤等を添加してもよい。また、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、外径円筒部５の凹凸を更に減少させたり、外径円筒部５の耐摩耗性を更に向上させるために、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、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。

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）
ポリアミド６６（宇部興産（株）製「ＵＢＥナイロン２０２６Ｕ」、数平均分子量２６０００、ヨウ化銅系添加剤含有）７０質量％、断面長円形のガラス繊維（日東紡績（株）製「ＣＳＧ３ＰＡ−８２０」、異形比４、短径部７μｍ、ウレタン系サイジング剤処理）３０質量％の樹脂組成物を、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インサート成形（射出成形）を行い、樹脂製プーリを得た。

（実施例２）
ベース樹脂としてポリアミド４６（ＤＪＥＰ製「ＳｔａｎｙｌＴＷ３４１」、銅系熱安定剤含有）を用いた以外は、実施例１と同様にして樹脂製プーリを得た。

（実施例３）
ベース樹脂として、ポリアミド６６（宇部興産（株）製「ＵＢＥナイロン２０２６Ｕ」、数平均分子量２６０００、ヨウ化銅系添加剤含有）とポリアミド６１２（ダイセルデフザ（株）製「ベスタミドＤＸ９３０１」との１：１混合物を用いた以外は、実施例１と同様にして樹脂製プーリを得た。

（比較例１）
ガラス繊維含有ポリアミド６６（宇部興産（株）製「ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６」、数平均分子量２００００、ヨウ化銅系添加剤含有、直径１３μｍのシランカップリング剤処理したガラス繊維を３０質量％含有）を、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インサート成形（射出成形）を行い、樹脂製プーリを得た。

［外径円筒部成形精度評価］
実施例１〜３及び比較例１の各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。

［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。尚、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。また、耐摩耗性試験機４２において、恒温槽５０中の雰囲気は１２０℃に維持されており、更にこの雰囲気中には、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。

そして、実施例１〜３及び比較例１の各樹脂製プーリを耐摩耗性試験機４２に取り付け、８０００ｍｉｎ^−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。

表１から明らかなように、異形断面を有するガラス繊維を用いることにより、異方性の低下と外径円筒部５の表面と平行にガラス繊維が配向することにより、外径部凹凸量の低下、耐摩耗性の向上が図られることがわかった。

尚、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。

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１のＡ−Ａ線断面図である。耐摩耗性を調べるための試験機の概略図である。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、前記樹脂部が、異形断面のガラス繊維を２０〜６０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。