JP6641414B2 - 分離体、機械要素、運動ガイド装置および産業用機械 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る分離体は、互いに隣り合って連動する二つの球体の間に介在して前記球体を連動可能に、かつ互いに隔てて保持するための分離体である。本実施形態に係る分離体は、機械要素の部材、運動ガイド装置の部材として用いることができる。特にボールねじの部材であるベアリング保持器として好適に用いることができる。以下ではボールねじに用いられるベアリング保持器を例に挙げて説明するが、本発明に係る分離体は、それに限定されない。
ベアリング保持器は、従来公知のボールねじに用いられている従来公知のベアリング保持器の形状と同様とすることができる。すなわち、ボールに接触しつつ、ボール同士を隔てることができ、かつナットおよびねじ軸のいずれにも接触しない形状であればよい。具体的な例を図1に示す。図1の(a)はベアリング保持器1の正面図であり、図1の(b)は、図1の(a)の矢視線AA’における断面図である。
本実施形態に係る分離体は、フッ化ビニリデンを主成分とするモノマーの重合体であるフッ素樹脂を含む樹脂組成物から形成されている。
(曲げ弾性率)
本実施形態における樹脂組成物の曲げ弾性率は、1600MPa以下である。曲げ弾性率が高すぎると、樹脂組成物のシャルピー衝撃強度が不十分となることがある。樹脂組成物の十分なシャルピー衝撃強度を実現する観点から、樹脂組成物の曲げ弾性率は、1600MPa以下であることが好ましく、1400MPa以下であることがより好ましく、1200MPa以下であることがさらに好ましい。
本実施形態における樹脂組成物のシャルピー衝撃強度は、26kJ/m2以上である。シャルピー衝撃強度が低すぎると、分離体の所期の機械的強度が不十分となることがある。分離体の十分な機械的強度を発現させる観点から、樹脂組成物のシャルピー衝撃強度は、26kJ/m2以上であることが好ましく、50kJ/m2以上であることがより好ましく、70kJ/m2以上であることがさらに好ましい。
本実施形態における樹脂組成物の融点は、高すぎると樹脂組成物の曲げ弾性率が高すぎることがあり、あるいは、シャルピー衝撃強度が不十分となることがある。所期の曲げ弾性率およびシャルピー衝撃強度の両方を発現させる観点から、樹脂組成物の融点は、173℃以下であることが好ましく、172℃以下であることがより好ましく、171℃以下であることがさらに好ましい。樹脂組成物の融点の下限値は限定されないが、所期の曲げ弾性率およびシャルピー衝撃強度の両方を発現させる観点から、100℃以上であることが好ましく、105℃以上であることがより好ましく、110℃以上であることがさらに好ましい。
本実施形態における樹脂組成物の結晶化温度は、高すぎると樹脂組成物の曲げ弾性率が高すぎることがあり、あるいは、シャルピー衝撃強度が不十分となることがある。所期の曲げ弾性率およびシャルピー衝撃強度の両方を発現させる観点から、樹脂組成物の結晶化温度は、140℃以下であることが好ましく、138℃以下であることがより好ましく、136℃以下であることがさらに好ましい。
(フッ素樹脂)
本実施形態における樹脂組成物は、フッ素樹脂を含む。樹脂組成物におけるフッ素樹脂の含有量は、前述した曲げ弾性率およびシャルピー衝撃強度を実現可能な範囲において、適宜に決めることができる。樹脂組成物は、その樹脂成分として実質的にフッ素樹脂のみを含有していてよい。
本実施形態におけるフッ素樹脂のインヘレント粘度は、0.50dL/g以上、1.30dL/g以下の範囲内であることが好ましく、0.60dL/g以上、1.20dL/g以下の範囲内であることがより好ましく、0.70dL/g以上、1.10dL/g以下の範囲内であることが最も好ましい。なお、インヘレント粘度とは対数粘度のことである。インヘレント粘度が、0.50dL/g以上、1.30dL/g以下の範囲内のフッ素樹脂を用いることにより、成形が容易となり、ベアリング保持器の形状に成形する点で好ましい。
(その他の成分)
本実施形態における樹脂組成物は、本実施形態の効果が得られる範囲において、他の成分をさらに含有していてもよい。他の成分は、一種でもそれ以上でもよく、その例には、充填剤および固体潤滑剤が含まれる。
本実施形態に係る分離体は、従来の製造方法によって製造することができる。具体的には射出成形により成形することができる。より具体的には、ベアリング保持器であれば、市販されているボールねじのベアリング保持器を基に一般的な金型を製作し、当該金型を用いて射出成形を行うことにより製造することができる。なお、一般的な金型は、成形されるベアリング保持器のどこかに必ず繋ぎ目部分(ウェルド)が発生する構造を有する。
以上、本発明に係る分離体の一実施形態としてボールねじにおけるボールどうしの間に用いられるベアリング保持器を例に説明したが、本発明に係る分離体はこれに限定されるものではない。本発明に係る分離体の別の実施形態として、上述のすり鉢構造を有する形態の他に、リング構造および筒構造の形態でもあり得る。
本発明の一実施形態に係る機械要素は、連動可能に配置されている二以上の球体と、前述の分離体とを有する。当該分離体は、隣り合う球体の間に介在して球体を連動可能に、かつ互いに隔てて保持している。
本発明の一実施形態に係る運動ガイド装置は、第1部材と、この第1部材に接して相対的に移動可能に配置されている第2部材とを有する。そして、本実施形態に係る機械要素が、第1部材および第2部材の少なくとも一方における互いに接触する箇所に配置されている。運動ガイド装置の好適な例には、ボールねじが含まれる。
ボールねじは、直線運動を回転運動に変換する、あるいは回転運動を直線運動に変換する機械部品である。ボールねじは、ナット(機械要素、第1部材)と、ナットに対して相対移動するねじ軸(機械要素、第2部材)と、ナットに配設された複数のボール(球体)とから構成される。ベアリング保持器(分離体)は、この複数のボールのそれぞれをお互いに隔て保持するように、各ボールのそれぞれの間に配設されている。ボールはナットおよびねじ軸の両方に接するようにナットのねじ溝に配設されている。ねじ軸およびナットの一方が回転運動することにより、各ボールが転動し、かつねじ溝内を循環することにより、ねじ軸およびナットの他方を直線運動させている。ベアリング保持器を除く他の構成は、従来公知のボールねじの構成と同じであり得る。
本発明の一実施形態に係る産業用機械は、本実施形態に係る運動ガイド装置を備えている。上述のボールねじを備えている産業用機械であれば、ボールねじへの負荷が高い環境においても、当該産業用機械を好適に利用することができる。したがって、上述のボールねじなどの本発明に包含される運動ガイド装置を備える産業用機械も本発明の範疇に包含される。ボールねじを備える産業用機械の例には、射出成形装置および工作機械等が含まれる。
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態に係る分離体は、互いに隣り合って連動する二つの球体の間に介在して球体を連動可能に、かつ互いに隔てて保持するための分離体である。そして、上記分離体は、フッ化ビニリデンを主成分とするモノマーの重合体であるフッ素樹脂を含む樹脂組成物から形成されており、樹脂組成物の曲げ弾性率は、1600MPa以下であり、かつ樹脂組成物のシャルピー衝撃強度は、26kJ/m2以上である。よって、本実施形態によれば、耐薬品性、耐衝撃性および生産性に優れた分離体を提供することができる。
フッ素樹脂として、以下の樹脂1〜4を用意した。下記樹脂1、2、4における「KFポリマー」は、いずれも株式会社クレハの製品である。また、樹脂3は、アルケマ社の製品であり、「Kynar」は同社の登録商標である。
樹脂2 「KFポリマーW#2300」
樹脂3 「Kynar 2500−20」
樹脂4 「KFポリマーW#2950」
[実施例1]
70質量部の樹脂1に30質量部の樹脂3を添加し、二軸押出機により混練することで、樹脂組成物1を調製した。さらに樹脂組成物1を、成形温度を190〜240℃、金型温度を80℃、冷却時間を80秒間、射出圧力を60MPaの条件で射出成形した。こうして、図1に示すような貫通孔を備えるベアリング保持器1を製造した。ベアリング保持器1の外径はφ15mmであり、貫通孔の孔径はφ6mmであり、外周部における最大厚みは6mmであり、貫通孔の開口縁部における最小厚みは1.2mmであった。また、樹脂組成物1の射出成形により、多目的試験片1(JIS K 7139 タイプA1)を製造した。
樹脂1の添加量および樹脂3の添加量をいずれも50質量部に変更した以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物2を調製し、ベアリング保持器2および多目的試験片2を製造した。樹脂組成物2のHFP量は、7.8質量%であった。
樹脂1の添加量を30質量部に変更し、樹脂3の添加量を70質量部に変更した以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物3を調製し、ベアリング保持器3および多目的試験片3を製造した。樹脂組成物3のHFP量は、11.0質量%であった。
樹脂1および樹脂3に代えて100質量部の樹脂2を用い、射出成形における成形温度を180〜220℃、金型温度を60℃、冷却時間を60秒間、射出圧力を80MPaに変更する以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物4を調製し、ベアリング保持器4および多目的試験片4を製造した。樹脂組成物4のHFP量は、9.5質量%であった。
樹脂1および樹脂3に代えて100質量部の樹脂3を用い、射出成形における成形温度を180〜220℃、金型温度を50℃、冷却時間を60秒間、射出圧力を60MPaに変更する以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物5を調製し、ベアリング保持器5および多目的試験片5を製造した。樹脂組成物5のHFP量は、15.7質量%であった。
樹脂1および樹脂3に代えて100質量部の樹脂4を用いる以外は実施例1と同様にして樹脂組成物6を調製し、ベアリング保持器6および多目的試験片6を製造した。樹脂組成物6のHFP量は、2.0質量%であった。
樹脂1および樹脂3に代えて100質量部の樹脂1を用いる以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物7を調製し、ベアリング保持器7および多目的試験片7を製造した。樹脂組成物7のHFP量は、0質量%であった。
樹脂組成物1〜7のそれぞれを用いて、その融点Tmおよび結晶化温度Tcを求めた。また、多目的試験片1〜7のそれぞれを用いて、曲げ弾性率およびシャルピー衝撃強度を求めた。さらに、ベアリング保持器1〜7の落下試験を実施した。
樹脂組成物1〜7のそれぞれについて、島津製作所社製の示差走査熱量計「DSC−60」を用いて、4〜10mgの試料樹脂を測定セルにセットし、窒素ガス雰囲気中で、温度50℃から10℃/分の昇温速度で230℃まで昇温した。次いで、230℃で1分間保持した後、230℃から10℃/分の降温速度で50℃まで降温した。次いで、50℃で1分間保持した後、50℃から10℃/分の昇温速度で230℃まで昇温して、DSC曲線を求めた。このDSC曲線における2回目の昇温過程における吸熱ピーク速度を融点Tm(℃)とし、降温過程における発熱ピーク温度を結晶化温度Tc(℃)とした。
多目的試験片1〜7(JIS K7139 タイプA1)のそれぞれから、曲げ試験(JIS K7171)用サンプル1〜7のそれぞれを作製した。サンプルの長さは80±2mmであり、幅は10±0.2mmであり、厚みは4.0±0.2である。
多目的試験片1〜7(JIS K7139 タイプA1)のそれぞれから切削加工により形状Aのシングルノッチをつけ、シャルピー衝撃試験用サンプル1〜7を作製した。サンプルの長さは80±2mmであり、幅は10±0.2mmであり、厚みは4.0±0.2であり、残り幅は8±0.2mmである。
ベアリング保持器の上下に、直径φ19mmのステンレス鋼製の球体を配置し、当該球体によってベアリング保持器を挟んだ。そして、貫通孔が鉛直方向に沿って開口する向きに静置されているベアリング保持器1〜7の上方における、高さ20cm、30cm、35.5cm、50cm、67.5cmまたは93cmの位置から、ベアリング保持器1〜7のそれぞれに対して1.3kgのおもりを落下させ、ベアリング保持器に割断が生じるか否かを確認した。作製したベアリング保持器1〜7のそれぞれから、無作為に抽出した5個に対して上記の落下試験を行った。そして、ベアリング保持器1〜7のそれぞれの5個のうち、落下試験によって割断が生じたベアリング保持器の個数の割合(%)を求めた。5個とも割断が生じなかった場合が0%である。
ベアリング保持器1〜7のそれぞれについて、23℃の切削油(協和石油ルブリカンツ(株)製サーチングカット)に1ヶ月間浸漬し、浸漬前後の重量を測定した。その結果、ベアリング保持器1〜7は、いずれも、浸漬前後における重量変化率が1%未満であった。
実施例1〜6では、少なくとも20cmの高さからの落下試験では、割れおよび破断のいずれもが生じていない。
2 貫通孔
Claims (8)
- 互いに隣り合って連動する二つの球体の間に介在して前記球体を連動可能に、かつ互いに隔てて保持するための分離体であって、
上記分離体は、フッ化ビニリデンを主成分とするモノマーの重合体であるフッ素樹脂を含む樹脂組成物から形成されており、
前記樹脂組成物の曲げ弾性率は、1600MPa以下であり、
前記樹脂組成物のシャルピー衝撃強度は、26kJ/m2以上であることを特徴とする分離体。 - 前記フッ素樹脂は、前記モノマーとしてフッ化ビニリデン以外の含ハロゲンモノマーをさらに含むポリフッ化ビニリデン系共重合体であることを特徴とする請求項1に記載の分離体。
- 前記含ハロゲンモノマーは、ヘキサフルオロプロピレンを含むことを特徴とする請求項2に記載の分離体。
- 前記フッ素樹脂は、ポリフッ化ビニリデン系共重合体とポリフッ化ビニリデンとを含むことを特徴とする請求項1に記載の分離体。
- 連動可能に配置されている二以上の球体と、隣り合う前記球体の間に介在して前記球体を連動可能に、かつ互いに隔てて保持している請求項1から4のいずれか1項に記載の分離体と、を有していることを特徴とする機械要素。
- 第1部材と、前記第1部材に接して相対的に移動可能に配置されている第2部材とを有し、
請求項5に記載の機械要素が、前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方における互いに接触する箇所に配置されていることを特徴とする運動ガイド装置。 - ボールねじであることを特徴とする請求項6に記載の運動ガイド装置。
- 請求項6または7に記載の運動ガイド装置を備えていることを特徴とする産業用機械。
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