JPH06200947A - 転動体用保持器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 潤滑剤が切れたり潤滑剤の供給がストップし
たりしても焼きつき、停止等の不具合を生じるおそれが
なく、潤滑性にすぐれた転動体用の保持器と、その製造
方法を提供する。 【構成】 保持器は、超高分子量ポリエチレンからなる
多孔質体の孔内に、潤滑剤を含油させた。製造方法は、
超高分子量ポリエチレンの粉粒体と潤滑剤の混合物を加
圧、加熱成形して保持器を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば転がり軸受等
において転動体を保持するために使用される転動体用保
持器とその製造方法に関するものある。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、転
がり軸受等の回転装置において転動体を保持する保持器
は、金属やエンジニアリングプラスチック等で形成され
ており、潤滑性を確保するために潤滑剤（グリースやオ
イル等）を別途供給する必要がある。そこで組み立て済
みの装置にあらかじめ一定量の潤滑剤を充填しておいた
り、回転時の装置に潤滑剤を供給したりすることが行わ
れている。ところが、あらかじめ充填しておいた潤滑剤
が切れたり、潤滑剤の供給がストップしたりした場合に
は、直ちに焼きつき、停止等の不具合を生じる。

【０００３】無潤滑軸受として、保持器表面や転動体表
面に潤滑性の固体コーティングを施すことも行われてい
るが、材料が特殊であることやコーティングに特殊な技
術、装置を必要とすること等から、コストや量産性等の
点で一般用には適さず、特殊用途に限定使用されている
のが現状である。金属粉を焼結して形成された、多孔質
構造を有するいわゆる焼結金属を使用して、その孔内に
潤滑剤を含油させることも考えられるが、焼結金属の含
油率は実用レベルで１５〜２０体積％程度であり、転動
体用保持器としては含油量が不十分で実用に適さない。

【０００４】本発明は以上の事情に鑑みてなされたもの
であって、潤滑剤が切れたりその供給がストップしたり
しても直ちに焼きつき、停止等の不具合を生じるおそれ
のない、潤滑性にすぐれた転動体用保持器と、その効率
的な製造方法とを提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するため、本発明者らは、平均分子量が１００万〜６
００万程度である超高分子量ポリエチレンにより転動体
用保持器を製造することを検討した。この超高分子量ポ
リエチレンは、一般の高密度ポリエチレン（平均分子量
２万〜２０万程度、融点８０〜９０℃程度）に比べて融
点が１００〜１４０℃程度と高く耐熱性にすぐれるとと
もに、この高密度ポリエチレンや他のエンジニアリング
プラスチックに比べてとくに耐摩耗性、耐衝撃性、自己
潤滑性および耐薬品性にすぐれている。しかし超高分子
量ポリエチレンからソリッドな保持器を製造した場合に
は、依然として、潤滑剤が切れたり供給がストップした
際に、焼きつき、停止等の不具合を生じる可能性があ
る。そこでさらに検討を行った結果、上記超高分子量ポ
リエチレンの粉粒体の加圧、加熱成形により形成される
多孔質体で保持器を構成し、その孔内に潤滑剤を含油さ
せれば、超高分子量ポリエチレン自体の自己潤滑性と相
俟って、焼きつき、停止等の不具合を生じるおそれのな
い、潤滑性にすぐれた転動体用保持器が得られることを
見出し、本発明を完成するに至った。

【０００６】すなわち本発明の転動体用保持器は、超高
分子量ポリエチレンの多孔質体からなることを特徴とす
る。孔内には前記のように潤滑剤が含油される。なお上
記転動体用保持器は、強化繊維により強化されているの
が好ましい。また本発明の転動体用保持器の製造方法
は、上記超高分子量ポリエチレンの粉粒体を潤滑剤と混
合した状態で加圧、加熱成形することにより、粉粒体か
らなる多孔質体の孔内に潤滑剤が含油された転動体用保
持器を製造することを特徴とする。

【０００７】上記構成からなる本発明の転動体用保持器
においては、保持器自身が自己潤滑性にすぐれた超高分
子量ポリエチレンにて形成されているとともに、この超
高分子量ポリエチレンの粉粒体からなる多孔質体の孔内
に潤滑剤を含油させることができるので、潤滑剤が切れ
たり供給がストップしたりしても直ちに焼きつき、停止
等の不具合を生じるおそれがない。

【０００８】しかも本発明によれば、成形温度や成形圧
などの成形条件、粉粒体の粒径等を調整することによ
り、成形後の保持器における気孔率すなわち潤滑剤の含
油率を自在に調整できるという利点もある。また粉粒体
を潤滑剤とともに加圧、加熱成形する本発明の製造方法
の場合には、両者の配合割合を調整することでも、上記
含油率を自在に調整できる。

【０００９】また、超高分子量ポリエチレンの粉粒体か
らなる多孔質体は、加圧、加熱成形により粉粒体同士が
溶融接着した構造を有するため、金属粉同士が完全に溶
融接着しない焼結金属に比べて気孔率（＝含油率）を高
くすることができ、たとえば条件によっては５０体積％
以上の含油率も可能である。また上記本発明の転動体用
保持器は、強化繊維を添加して強化することにより、通
常のソリッドな構造を有する樹脂製の保持器と同程度の
機械的強度を有するものとすることも可能である。

【００１０】また前記本発明の製造方法によれば、保持
器の成形と潤滑剤の含油とを１工程で行えるので、先に
成形した保持器に後から潤滑剤を含油させる場合に比べ
て効率的である上、保持器の内部まで潤滑剤を均一に含
油させることができる。なお本発明の転動体用保持器に
類似したものとして、転がり軸受の内外両軌道輪間や、
あるいは保持器と転動体との隙間等に、同じ超高分子量
ポリエチレンの粉粒体と潤滑剤とのペースト状の混合物
（通称「プラスチックグリース」）を充填した後、転が
り軸受全体を超高分子量ポリエチレンの溶融温度以上
（１５０〜２００℃程度）に加熱して粉粒体同士を溶融
固着させることで、上記混合物を適度に固化させる技術
がある（特開昭５５−１０９８２４号公報、特開昭５６
−４９４１８号公報等参照）。

【００１１】しかしこれらの従来技術が目的とするとこ
ろはあくまでも潤滑剤であって、保持器自体は、通常の
金属製、あるいはプラスチック製のものを使用する点で
本発明と従来技術とは相違している。また上記従来技術
においては、回転時における流出等を防止するために潤
滑剤を固化させるのであって、流出さえしなければ機械
的強度等は殆ど要求されないため、プラスチックグリー
スは軸受内部の空間に充填するという形でしか使えな
い。これに対し本発明の転動体用保持器は、従来技術と
ほぼ同じ原料を使用しつつも、たとえばそれに強化繊維
等を配合したり成形条件を適宜選定したりすることで、
１個の独立した保持器として取り扱い可能な状態に成形
する点においても、本発明は従来技術と相違している。

【００１２】また上記従来技術においては、プラスチッ
クグリースを組み立て済みの転がり軸受内に充填した
後、前記のような高温に加熱する必要があるので、精度
が要求される精密用途の転がり軸受に適用できないとい
う問題がある他、通常の生産ラインに、組み立て済みの
転がり軸受を加熱する工程を追加する必要があり、生産
効率が低下するという問題もある。これに対し本発明に
おいては、あらかじめ加圧、加熱成形済みの保持器を、
通常の工程どおりに転がり軸受等の回転装置に組み込む
だけでよく、回転装置の全体を高温に加熱する工程を含
まないので、たとえば精度が要求される精密用途の転が
り軸受等にも適用可能で、用途が限定されるおそれがな
い。また、従来の生産ラインでの組み立てが可能である
ため、生産効率が低下するおそれもない。

【００１３】さらに上記従来技術のうち前者の場合に
は、軸受内のあらゆる隙間にプラスチックグリースが入
り込んだ形で固化することになるので、軸受の回転トル
クが著しく上昇したり、あるいは軌道輪、転動体、保持
器等からの発熱の逃げ場がないので回転時の昇温が大き
くなったりするという問題を生じ、高速回転させること
ができない。これに対し本発明の転動体用保持器は、通
常の保持器と同様に、軸受等の回転や発熱の放散を妨げ
ない形状に成形できるので、上記のような問題が生じる
おそれもない。

【００１４】以下に本発明を説明する。超高分子量ポリ
エチレンとしては、前記のように平均分子量が１００万
〜６００万程度、とくに２００万以上であって、かつ融
点が１００〜１４０℃程度のものが好適に使用される。
超高分子量ポリエチレンの粉粒体の粒径は、本発明にお
いてはとくに限定されず、前述のように成形後の保持器
における含油率や、あるいは保持器の機械的強度等を考
慮して適宜の範囲に設定することができるが、通常は平
均粒径で１０〜１３０μｍ程度が好ましく、１０〜３０
μｍ程度がより好ましい。超高分子量ポリエチレンの粉
粒体の粒径が上記範囲未満では、これを加圧、加熱成形
して得られる多孔質体の気孔率が不十分になり、十分な
量の潤滑剤を含油できなくなるおそれがある。逆に粉粒
体の粒径が上記範囲を上回った場合には、粉粒体同士の
溶融接着率が低下して保持器の機械的強度が不十分にな
るおそれがある。

【００１５】超高分子量ポリエチレンの粉粒体には、必
要に応じて、酸化防止剤や安定剤、着色剤等の、従来公
知の種々の添加剤を、従来と同程度の割合で配合してお
くこともできる。保持器の機械的強度や耐熱性向上のた
め、上記超高分子量ポリエチレンの粉粒体に添加しても
よい強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維等の、通
常の樹脂混練用の強化繊維を、種々使用することができ
る。超高分子量ポリエチレンは溶融混練等が困難で、粉
粒体中に強化繊維を混入させることが難しいので、強化
繊維は、製造された粉粒体と混合して成形に使用するの
がよい。

【００１６】強化繊維の繊維長については本発明ではと
くに限定されず、強化繊維の種類に応じて適当な範囲が
設定されるが、強化繊維は、繊維長が長いほど保持器の
強度を向上させる効果にすぐれており、とくに繊維長５
〜１０mm程度の強化繊維が最も好適である。しかし粉粒
体との混合性や加圧、加熱成形時の分散性等を考慮した
場合には、一般の樹脂材料に用いられる短繊維長（０．
２〜０．８mm程度）の強化繊維を併用してもよい。上記
短繊維長の強化繊維を単独で用いてもよいが、その場合
には保持器の強度と用途が限定される。

【００１７】強化繊維の添加量についても本発明ではと
くに限定されないが、前記超高分子量ポリエチレンを含
めた総量に対して、強化繊維を１０〜５０重量％の割合
で添加するのが好ましい。強化繊維の添加量が上記範囲
未満では、十分な添加効果が得られないおそれがあり、
逆に強化繊維の添加量が上記範囲を上回った場合には、
粉粒体同士の溶着が不十分になり、十分な強度を得られ
ないおそれがある。

【００１８】本発明の転動体用保持器は、上記超高分子
量ポリエチレンの粉粒体と、必要に応じて強化繊維とを
混合した混合物を、保持器の形状の型窩を有する型内に
充填して加圧、加熱成形することにより製造されるが、
その際、本発明の製造方法の構成に基づき、上記混合物
にさらに潤滑剤を配合すると、保持器の成形と潤滑剤の
含油とを１工程で行えるので、先に成形した保持器に後
から潤滑剤を含油させる場合に比べて生産効率を向上さ
せることができる。また保持器の内部まで均一に含油さ
せることもできる。しかしながら、多孔質状に形成した
後に潤滑油を含油させてもよい。

【００１９】潤滑剤としては、グリースやオイル等の従
来公知の種々の潤滑剤を使用することができるが、とく
に加圧、加熱成形時に超高分子量ポリエチレンや強化繊
維と反応して、これらの成分の特性を劣化させるおそれ
のない安定な潤滑剤が好適に使用される。使用可能なグ
リースの具体例としては、これに限定されるものではな
いが、たとえばリチウム石鹸鉱油系グリース、ナトリウ
ム石鹸鉱油系グリース、アルミニウム石鹸鉱油系グリー
ス、リチウム石鹸ジエステル系グリース、リチウム石鹸
ジエステル鉱油系グリース、非石鹸ジエステル系グリー
ス、シリコーン系グリース等があげられる。また使用可
能なオイルの具体例としては、これに限定されるもので
はないが、たとえばシリコーンオイル、パラフィン系
油、合成油、ふっ素系油等があげられる。

【００２０】潤滑剤の添加量については、本発明ではと
くに限定されないが、超高分子量ポリエチレンの粉粒体
Ａと潤滑剤Ｂとの比（重量比）Ａ：Ｂ＝９５：５〜２
０：８０の範囲内となるように潤滑剤を添加するのが好
ましい。潤滑剤の添加量が上記比Ａ：Ｂ＝９５：５で表
される量より少ないと、成形後の保持器における含油量
が不十分となるおそれがあり、逆に潤滑剤の添加量が上
記比Ａ：Ｂ＝２０：８０で表される量より多いと、成形
後の保持器の機械的強度が低下するおそれがある。なお
潤滑剤の添加量が上記範囲内であっても、その範囲の上
限近傍では保持器の機械的強度が低下する傾向にあるの
で、前記強化繊維を添加したり、あるいは成形条件を変
更したりして強度を確保するのが望ましい。

【００２１】上記の各成分を含む混合物には、さらに必
要に応じて、無機充填剤等を配合してもよい。上記各成
分を含む混合物を加圧、加熱成形する際の成形条件につ
いてはとくに限定されないが、成形温度については、粉
粒体同士が十分に溶融接着可能で、しかも粉粒体が完全
に溶融して多孔質構造が潰れてしまわない程度の温度で
あるのが好ましい。具体的には、超高分子量ポリエチレ
ンの融点付近を下限として、２００℃程度までの範囲が
好適である。また成形圧については、やはり粉粒体同士
が十分に溶融接着可能で、しかも多孔質構造が潰れてし
まわない程度の圧力であるのが好ましい。具体的には１
００kg／cm² 以下程度が好適である。

【００２２】成形後の転動体用保持器は、転がり軸受等
に組み込んで使用される。上記本発明の転動体用保持器
の構成は、従来公知の種々の形状、用途の保持器に適用
することができる。なお本発明の転動体用保持器が転が
り軸受に組み込まれるものであるとき、その転がり軸受
が防塵用のシール部材を有するものである場合には、当
該シール部材を、本発明の転動体用保持器と同じく超高
分子量ポリエチレンの粉粒体の加圧、加熱成形による多
孔質体で構成したり、あるいは金属製のシール部材と保
持器との間に同様の多孔質体からなるリング状のスペー
サ部材を挿入したりするとともに、その孔内にも潤滑剤
を含油させれば、転がり軸受の焼きつき、停止等の防止
効果を、さらに向上させることが可能となる。

【００２３】当然のことながら、上記シール部材やスペ
ーサ部材は、転がり軸受の回転を妨げない形状に成形さ
れるので、前述したプラスチックグリースを用いる従来
技術のように、軸受の回転トルクが著しく上昇するおそ
れがない。また、軸受内分に十分な空間をとることもで
きるので、回転時の昇温が大きくなるおそれもない。し
かも、あらかじめ成形されたシール部材やスペーサ部材
を軸受に組み込むことになるので、従来の軸受生産ライ
ンでの組み立てが可能であり、生産効率がよい。

【００２４】上述したものは超高分子量ポリエチレンの
粉粒体を加圧、加熱成形して多孔質体状に構成している
が、ペレット状のものを加圧、加熱成形して多孔質体状
に構成したものでもよい。さらに射出成形によっても、
不活性ガス添加により多孔質体状に構成することが可能
である。

【００２５】

【実施例】超高分子量ポリエチレン（平均分子量２００
万）の、平均粒径２０μｍの粉粒体３０重量部と、強化
繊維としてのガラス繊維（繊維長５mm）２０重量部と、
潤滑剤としてのシリコーンオイル（４０℃における粘度
１００cSt ）７０重量部とを攪拌、混合してペースト状
の混合物を作製した。この混合物を金型内に流し込んだ
後、成形圧２０kg／cm² 、成形温度１５０℃の条件で成
形して、図１(a)(b)に示す形状を有し、外径Ｄ₁ ＝９
４．８mm、内径Ｄ₂ ＝８７mm、ポケット１０の内径Ｄ₃
＝８．９１mm、含油率（＝気孔率）３０体積％の工作機
用玉軸受用保持器１を得た。

【００２６】上記実施例で得られた保持器１と、比較例
として、同じ形状を有するソリッドな６６ナイロン製の
保持器とを、それぞれ、工作機用玉軸受に組み込み、オ
イル・アンド・エアの潤滑条件下で、回転速度：２００
００r.p.m.、回転荷重：６０kgの条件で一定時間回転さ
せた後、オイルの供給を停止したところ、比較例の保持
器を組み込んだ軸受は１０分以内に焼きつきを生じ、停
止してしまったが、実施例の保持器を組み込んだ軸受は
その後さらに１時間回転させても焼きつきを生じなかっ
た。

【００２７】

【発明の効果】本発明の転動体用保持器は、以上のよう
に構成されているため潤滑性にすぐれており、潤滑剤が
切れたり供給がストップしたりしても直ちに焼きつき、
停止等の不具合を生じるおそれがない。また本発明の転
動体用保持器の製造方法によれば、上記本発明の転動体
用保持器を効率よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】同図(a) は本発明の転動体用保持器の一実施例
としての、工作機用玉軸受用保持器の部分拡大縦断面
図、同図(b) は上記保持器の部分拡大横断面図である。

【符号の説明】

１ 保持器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超高分子量ポリエチレンの多孔質体からな
   ることを特徴とする転動体用保持器。
2. 【請求項２】強化繊維により強化されている請求項１記
   載の転動体用保持器。
3. 【請求項３】孔内に潤滑剤が含油されている請求項１記
   載の転動体用保持器。
4. 【請求項４】超高分子量ポリエチレンの粉粒体を潤滑剤
   と混合した状態で加圧、加熱成形することにより、粉粒
   体からなる多孔質体の孔内に潤滑剤が含油された構造の
   保持器を製造することを特徴とする転動体用保持器の製
   造方法。
5. 【請求項５】加圧、加熱成形時の粉粒体および潤滑剤
   に、さらに強化繊維を添加する請求項４記載の転動体用
   保持器の製造方法。