JPH11268073A

JPH11268073A - 合成樹脂製軸受

Info

Publication number: JPH11268073A
Application number: JP7796398A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Saigo; 隆晄西郷; Tsukasa Akaishi; 司赤石; Yutaka Ueji; 豊上治; Masaya Kurokawa; 正也黒川
Original assignee: Starlite Co Ltd
Current assignee: Starlite Co Ltd
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】形状精度に優れ、かつ優れた摩擦・摩耗特性
を有する合成樹脂製軸受を提供する。【解決手段】結晶性ポリマーに結晶核材を添加し、及
び／又は振動エネルギーを付与しながら成形して、結晶
性ポリマーの球晶サイズを小さくし、球晶サイズ、結晶
化度といった成形品全体の結晶モルホロジーを均一に制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、事務機器、自動
車、一般産業機器などにおいて使用される合成樹脂製の
軸受に関し、さらに詳しくは、形状精度及び軸受特性に
優れた合成樹脂製軸受、及びその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】軸受に使用される合成樹脂成形品に要求
される特性は、その使用条件（雰囲気温度、潤滑方法、
耐久寿命、難燃性）における激しい摺動条件に耐えうる
摩擦・摩耗特性、形状精度、及びコストなどである。従
来、上記のような合成樹脂製軸受としては、ポリアセタ
ール、ポリアミド、ポリフェニレンサルフェイドなどの
結晶性ポリマーに、摩擦・摩耗特性を付与するために、
ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、グラ
ファイトなどの各種固体潤滑材を添加した合成樹脂組成
物を成形することで摩擦係数及び摩耗量を低減させたも
のが使用されている。しかし、結晶性ポリマーに前記の
ような固体潤滑材を添加すると、成形品の機械的特性が
低下する。そこで、上記の合成樹脂組成物をマトリック
スとし、カーボン繊維、あるいはアラミド繊維などの各
種補強繊維をさらに添加した複合材料とすることにな
る。

【０００３】しかしながら、前記のような複合材料とし
た場合、マトリックスとなるポリマー単体の場合に比べ
て材料コストが高騰するだけでなく、成形時の樹脂組成
物の粘度が高くなり流動性が悪くなることから、成形時
の射出圧力を高く設定しなければならず、成形品の残留
応力が高くなるおそれが生じるだけでなく、成形のため
の設備コスト及び生産コストが上昇する。さらに、補強
繊維を添加した樹脂組成物を成形した軸受では、成形時
の繊維の配向により異方性が出現し、形状コントロール
が難しく高精度の軸受を成形することが極めて困難とな
り、形状精度が低下する。また、固体潤滑材を多く添加
した樹脂組成物は、補強繊維を添加しても機械的特性、
特に靱性値が低下するため、激しい摺動条件に耐えうる
強度を要求される軸受には使用できないという問題もあ
る。そのうえ、数種類の原材料、とくに補強繊維が配合
された合成樹脂成形品はリサイクル性の点でも問題があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来、軸
受に要求される摩擦・摩耗特性を高めるためには、上記
のようにカーボン繊維、アラミド繊維などの各種補強繊
維を配合した複合材料が用いられているが、このような
繊維配合系では、上記したように射出成形時の繊維の配
向により高精度の軸受を得ることが困難である。そこ
で、本発明は上記の点に鑑み、形状精度に優れ、かつ優
れた摩擦・摩耗特性を有する合成樹脂製軸受及びその製
造方法を提供せんとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明に係る合成樹脂製軸受は、結晶性ポリマーに
て成形してなり、成形品全体の結晶モルホロジーを均一
に制御したことを特徴とする。すなわち、この結晶性ポ
リマーの結晶モルホロジーを制御することで成形品全体
の結晶モルホロジーを均一にするとは、結晶性ポリマー
の球晶を多数生成させて、成長させないことであり、こ
れにより成形品全体の球晶サイズを均一にしたり、成形
品全体の結晶化度を均一にすることができる。前記のよ
うに結晶モルホロジーを制御するには、結晶核材を添加
して成形する、振動エネルギーを付与して成形する、又
は結晶核材の添加と振動エネルギーの付与とを併用する
場合がある。さらにはポリテトラフルオロエチレンを５
重量％〜２５重量％の範囲で添加するとともに振動エネ
ルギーを付与して成形することでも結晶モルホロジーを
制御できる。結晶性ポリマーとしてポリアセタールを使
用する場合は球晶サイズを２０μｍ以下、結晶化度を５
０％以上に制御するのが好ましい。また、結晶性ポリマ
ーとしてポリアミドを使用する場合には、球晶サイズを
サブミクロン、結晶化度を２０％以上に制御するのが好
ましい。さらに、結晶性ポリマーとしてポリフェニレン
サルファイドを使用する場合には、球晶サイズをサブミ
クロン、結晶化度を３０％以上に制御することが好まし
い。

【０００６】また、本発明に係る合成樹脂製軸受の製造
方法は、結晶性ポリマーの結晶モルホロジーを制御して
射出成形することにより成形品全体の結晶モルホロジー
を均一にすることを特徴とするものである。前記の場合
に結晶核材を添加して射出成形することにより多くの球
晶を生成させ成形品全体の球晶サイズを均一に制御す
る、又は振動エネルギーを付与しながら射出成形するこ
とでも多数の球晶を生成させ成形品全体の球晶サイズを
均一に制御することができる。さらに、結晶核材の添加
と振動エネルギーの付与とを併用させてもよい。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に係る合成樹脂製軸受の成
形に用いられる合成樹脂は、ポリアセタール、ポリアミ
ド、ポリフェニレンサルファイドなどの結晶性ポリマー
である。これらの結晶性ポリマーには、本発明の目的を
逸脱しない範囲で、必要に応じてポリテトラフルオロエ
チレン、二硫化モリブデン、グラファイトなどの各種固
体潤滑材、カーボン繊維、あるいはアラミド繊維などの
補強繊維、その他の添加剤を添加してもよい。

【０００８】本発明では、上記のような結晶性ポリマー
から成形される成形品の結晶モルホロジーを制御するこ
とで、摩擦・摩耗といった軸受特性、及び形状精度に優
れた合成樹脂製軸受としてなるが、この結晶モルホロジ
ーとは、結晶性ポリマーの球晶のサイズ、球晶の数、結
晶化度を総して表したものである。そして、結晶モルホ
ロジーを制御するとは、例えば、結晶性ポリマーから成
形される合成樹脂製軸受において、多数の球晶を生成さ
せ前記結晶性ポリマーの球晶サイズを小さくし、また、
結晶化度を上げることである。このようにして一つの成
形品中における球晶サイズや結晶化度のバラツキを抑制
することにより、軸受特性、形状精度に優れた合成樹脂
成形品とすることができる。つまり、成形品における結
晶性ポリマーの球晶の数を多くし球晶サイズを小さく
し、また結晶化度を上げることで、成形品の機械的特性
を低下させることなく摩擦抵抗を低減させ、かつ摩耗量
を通常の場合に比べて１／１０〜１／１００程度に低減
させることができ、摩擦・摩耗特性に優れた成形品とな
ると同時に、一つの成形品中における球晶サイズや結晶
化度のバラツキが抑制されることから、軸受特性に優れ
た合成樹脂成形品となるのである。

【０００９】前記の場合、結晶性ポリマーにおける球晶
の大きさは、ポリマーの種類によって異なるため一概に
はいえないが、通常の成形品に比べて１／５〜１／１０
０程度になるように制御する。また、結晶化度は、通常
の成形品の場合と同レベルか、あるいはそれ以上になる
ように制御する。このように、球晶を多数生成させるこ
とにより球晶の大きさを通常の成形品に比べて小さくで
き、結晶化度も通常の成形品の場合と同レベルか、ある
いはそれ以上になるように制御することが可能である。

【００１０】例えば、結晶性ポリマーがポリアセタール
である場合には、球晶サイズを２０μｍ以下とし結晶化
度を５０％以上とすることが好ましい。また、結晶性ポ
リマーがポリアミドである場合には、球晶サイズをサブ
ミクロンとし結晶化度を２０％以上とすることが好まし
い。更に、結晶性ポリマーがポリフェニレンサルファイ
ドである場合には、球晶サイズをサブミクロンとし結晶
化度を３０％以上とすることが好ましい。球晶サイズ及
び結晶化度を上記のように制御することで、成形品の機
械的特性を低下させることなく、摩擦・摩耗特性を向上
させることができるだけでなく、むしろ衝撃強度、靱性
といった特性を向上させることができる。また、従来の
ように複数種の固体潤滑材の大量添加によるコストアッ
プという問題もなく、また、機械的特性の低下に対する
強化繊維の添加による成形時の樹脂の流動性低下に起因
する問題の発生もなく、また、リサイクル性にも優れ
る。

【００１１】また、前記のように球晶サイズ、結晶化度
などの結晶モルホロジーを制御して合成樹脂製軸受全体
の結晶モルホロジーを均一にすることで、形状精度を向
上させることが可能となる。すなわち、一般の射出成形
では、成形品における冷却速度の勾配により、成形品の
スキン部とコア部とでは結晶性ポリマーの球晶サイズや
結晶化度が大きく異なる。つまり、金型面に近い成形品
の表面では射出成形後の急冷により結晶性ポリマーの球
晶サイズが小さく、かつ結晶化度も低いのに対し、成形
品のコア部は徐冷されることでスキン部とは反対にポリ
マーの球晶サイズが大きく、かつ結晶化度も高くなる。
このように、一つの成形品中で球晶サイズや結晶化度に
バラツキがあると、成形された軸受の各部分で成形収縮
性が異なる結果を招き、形状精度が低下する。この点、
本発明では、結晶モルホロジーをコントロールして成形
品全体の球晶サイズや結晶化度などの結晶モルホロジー
を均一化するので、上記のような一つの成形品中におけ
る成形収縮率のバラツキを抑制し、形状精度に優れた合
成樹脂製軸受とすることができる。

【００１２】なお、本発明における前記結晶サイズは光
学偏向顕微鏡により観察し、また結晶化度は、Ｘ線回折
測定後、ルーランド法により解析して得た値である。

【００１３】上記のように、本発明に係る合成樹脂成形
品は、結晶性ポリマーの結晶モルホロジーを制御するこ
とにより成形品全体の結晶モルホロジーを均一にすると
いうものであるが、この場合の成形法としては、一般的
な射出成形法だけではなく、トランスファー成形法など
も用いることができ、一旦、溶融状態を経て固化させる
成形法であれば特に限定されないが、射出成形方法が好
ましい。

【００１４】結晶性ポリマーの結晶モルホロジーをコン
トロールする手段としては、結晶核材を添加して成形す
る方法、振動エネルギーを付与しながら成形する方法及
び結晶核材の添加と振動エネルギーの付与とを併用する
方法がある。さらに、固体潤滑材であるポリテトラフル
オロエチレンを添加するとともに振動エネルギーを付与
しながら成形することでも結晶モルホロジーを制御する
ことができる。これらの方法により、成形品全体の球晶
サイズを小さくして成形品全体の球晶サイズを均一に制
御することができる。

【００１５】前記結晶核材とは、結晶性ポリマーの球晶
を多数生成し球晶サイズを小さくするとともに結晶化度
を上げる物質であればよく、無機系、有機系を問わず用
いることができる。結晶核材の具体例としては、無機系
のものでは、炭化珪素（ＳｉＯ）、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）、酸化銅（ＣｕＯ）、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）、酸
化鉄（ＦｅＯ）などが挙げられる。また、有機系のもの
では、カルボン酸金属塩化合物（例えば、モンタン酸系
でＨｏｓｔｏｍｏｎｔＣａＶ、Ｈｏｓｔｏｍｏｎｔ
ＮａＶ、いずれもヘキスト社製）などが挙げられる。結
晶性ポリマーへの結晶核材の添加量は、用いるポリマー
や結晶核材の種類、軸受成形品の使用条件などにより要
求される摩擦・摩耗特性などの軸受特性や、真円度、円
筒度などの形状精度などにより異なるが、一般的には、
ポリマーに対して０．００１〜数十重量％、好ましくは
０．０１〜１０重量％の範囲である。結晶核材の添加量
が０．００１重量％未満の場合には、結晶性ポリマーの
結晶モルホロジーを目的とする範囲に制御することが困
難な場合がある。また、結晶核材を過剰に添加すると成
形時の溶融樹脂の粘度が増し成形しにくくなるととも
に、軸受特性が低下する。

【００１６】球晶サイズを均一に制御する他の方法とし
ては、振動エネルギーを付与しながら成形する方法があ
る。具体的には、結晶性ポリマー、あるいは結晶性ポリ
マーに必要に応じて各種固体潤滑材、強化繊維、その他
の添加剤を配合した樹脂組成物を成形する際に、樹脂組
成物に数ヘルツ〜数千ヘルツ、好ましくは１０〜５００
０ヘルツ程度の機械的振動を作用させる。振動数を数万
ヘルツにまで高めると、成形金型や成形機にダメージを
与えるばかりでなく、球晶サイズが若干大きくなる場合
がある。また、振幅の大きさについては特に限定はない
が、±０．０１ｍｍ〜±１ｍｍ程度がよい。このような
振動を作用させることで、多数の微細な結晶を生成せし
め、この球晶を成長させないことができる。この場合、
振動は成形の開始から終了時まで作用させてもよいし、
樹脂組成物が溶融状態から固化し脱型する間だけ作用さ
せてもよい。振動を作用させる時間は、用いるポリマ
ー、樹脂組成物の組成、軸受の使用条件などにより要求
される特性に応じて設定すればよい。また、振動は、連
続的に作用させてもよいし、成形サイクルごとの成形品
脱型時には振動を停止するなど、間欠的でもよい。振動
を付与する具体的手段としては、例えば、金型に加振ピ
ンを設けておき、成形中のキャビティ内にある樹脂組成
物に振動を作用させる。前記加振ピンとしては、突き出
しピンやスリーブピンを用いてもよいし、別途設けるよ
うにしてもよい。さらに、上記のようにキャビティ内の
樹脂組成物に振動を付与しながら成形した場合には、成
形品のひけ、そり等の発生を防止して極めて精度の高い
成形品を得ることができるという利点もある。

【００１７】球晶サイズを小さくして成形品全体の球晶
サイズを均一に制御するさらに他の方法として、ポリテ
トラフルオロエチレンを添加するとともに振動エネルギ
ーを付与しながら成形する場合、ポリテトラフルオロエ
チレンの添加量は５〜２５重量％である。ポリテトラフ
ルオロエチレンの添加量が２５重量％をこえると、耐摩
擦・摩耗特性といった軸受特性が低下する。

【００１８】

【実施例】次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明す
るが、これらの実施例は何ら本発明を制限するものでは
ない。

【００１９】なお、実施例の記載に先立ち、実施例の軸
受の成形材料、成形方法、及び成形品の試験方法を以下
に示す。

【００２０】［成形材料］（１）樹脂：ＰＯＭ；ポリアセタール（三菱化学製；Ｆ１０−０１）ＰＰＳ；ポリフェニレンサルファイド（トープレン社
製；トープレンＴ４）ＰＡ６６；ポリアミド６６（宇部興産製；２０２０Ｂ）（２）結晶核材：ＳｉＣ；β−ＳｉＣ（イビデン（株））Ｈｏｓｔｏｍｏｎｔ；モンタン酸系金属塩化合物（ヘキ
スト社製；ＨｏｓｔｏｍｏｎｔＮａＶ）（３）ポリテトラフルオロエチレン（ＴＦ９２０５；ヘ
キスト社製）

【００２１】［成形方法］（１）通常成形：日精樹脂工業（株）製；ＰＳ６０Ｅデ
ジタルサーボ射出成形機を用い、標準成形温度及び標準
成形条件により、φ２０×φ２３×１５Ｌの軸受を成形
した。（２）加振成形：上記通常成形において、成形中、成形
金型に設けた加振ピンにより振動数１００ヘルツ、振幅
±１ｍｍの振動を与えながら軸受を成形した。

【００２２】［試験方法］（１）球晶サイズ：成形品のスキン部とコア部をミクロ
トームで３μｍ厚みで切り取り、光学偏向顕微鏡により
観察した。（２）結晶化度：成形品のスキン部とコア部をＸ線回折
測定後、ルーランド法で解析した。（３）摩擦係数及び摩耗高さ：ラジアルジャーナル試験
機を用い、下記に示す試験条件により測定した。試験条
件：０．３ＭＰａ、５ｍ／ｍｉｎ、ＲＴ、相手シャフ
ト；Ｓ４５Ｃ（４）真円度、及び円筒度：ロンコム５０Ａ真円度・
円柱形状測定機（（株）東京精密製）を使用して測定し
た。

【００２３】（実施例１〜９）表１に示す配合にて、各
種樹脂に各種類及び量の添加剤を配合したのち均一分散
させた樹脂組成物から、２軸混練押出機を用いて射出成
形用ペレットを得た。この成形用ペレットから軸受を成
形し、評価した。

【００２４】（比較例１〜３）市販の各樹脂ペレットか
ら軸受を成形し、評価した。

【００２５】上記実施例１〜９及び比較例１〜３の評価
結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１から明らかなように、結晶核材を添加
するか、振動エネルギーを付与しながら成形するか、あ
るいは結晶核材を添加するとともに振動エネルギーを付
与しながら成形した本発明に係る合成樹脂製軸受は、球
晶サイズ、結晶化度の結晶モルホロジーが成形品のスキ
ン部とコア部とで均一化されており、それにより摩擦係
数や摩耗特性といった軸受特性、及び真円度、円筒度と
いった形状精度が改善されている。

【００２８】（実施例１０〜１２、比較例４〜６）表２
に示す配合にて、各種樹脂にポリテトラフルオロエチレ
ンを配合したのち均一分散させた樹脂組成物から、２軸
混練押出機を用いて射出成形用ペレットを得た。この成
形用ペレットから加振成形により軸受を成形し、成形品
を評価した。結果を表２に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２の結果から明らかなように、ポリテト
ラフルオロエチレンを添加し、かつ振動エネルギーを付
与しながら成形することで、球晶サイズ、結晶化度とい
う結晶モルホロジーが成形品のスキン部とコア部とで均
一化されて、それにより摩擦係数、摩耗高さといった軸
受特性、及び真円度、円筒度といった形状精度が改善さ
れた。しかし、比較例４〜６のようにポリテトラフルオ
ロエチレンの添加量が過剰になると、球晶サイズ、結晶
化度という結晶モルホロジーは成形品のスキン部とコア
部とで均一化され、摩擦係数、及び形状精度は改善され
るものの、摩耗特性が低下する。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、結晶性
ポリマーの結晶モルホロジーを制御することにより、従
来のように各種固体潤滑材やガラス繊維などを大量に添
加することなく摩擦・摩耗特性などの軸受特性、及び形
状精度に優れ、かつリサイクル性に優れた合成樹脂製軸
受を低コストで提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ２９Ｋ 81:00 103:04 Ｂ２９Ｌ 31:04 (72)発明者黒川正也大阪府大阪市鶴見区徳庵１丁目１番71号スターライト工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶性ポリマーにて成形してなり、成形
品全体の結晶モルホロジーを均一に制御したことを特徴
とする合成樹脂製軸受。
【請求項２】結晶性ポリマーの球晶サイズを小さくす
ることで成形品全体の球晶サイズを均一にした請求項１
記載の合成樹脂製軸受。
【請求項３】成形品全体の結晶化度を均一にした請求
項１又は２記載の合成樹脂製軸受。
【請求項４】結晶性ポリマーに結晶核材を添加して成
形することで結晶モルホロジーを制御した請求項１〜３
のいずれかに記載の合成樹脂製軸受。
【請求項５】振動エネルギーを付与しながら成形する
ことで結晶モルホロジーを制御した請求項１〜３のいず
れかに記載の合成樹脂製軸受。
【請求項６】ポリテトラフルオロエチレンを５重量％
〜２５重量％の範囲で添加するとともに振動エネルギー
を付与しながら成形することで結晶モルホロジーを制御
した請求項１〜３のいずれかに記載の合成樹脂製軸受。
【請求項７】結晶性ポリマーに結晶核材を添加し、か
つ振動エネルギーを付与しながら成形することで結晶モ
ルホロジーを制御した請求項１〜３のいずれかに記載の
合成樹脂製軸受。
【請求項８】結晶性ポリマーがポリアセタールである
請求項１〜７のいずれかに記載の合成樹脂製軸受。
【請求項９】球晶サイズが２０μｍ以下で結晶化度が
５０％以上である請求項８記載の合成樹脂製軸受。
【請求項１０】結晶性ポリマーがポリアミドである請
求項１〜７のいずれかに記載の合成樹脂製軸受。
【請求項１１】球晶サイズがサブミクロンで結晶化度
が２０％以上である請求項１０記載の合成樹脂製軸受。
【請求項１２】結晶性ポリマーがポリフェニレンサル
ファイドである請求項１〜７のいずれかに記載の合成樹
脂製軸受。
【請求項１３】球晶サイズがサブミクロンで結晶化度
が３０％以上である請求項１２記載の合成樹脂製軸受。
【請求項１４】結晶性ポリマーの結晶モルホロジーを
制御して射出成形することにより成形品全体の結晶モル
ホロジーを均一にすることを特徴とする合成樹脂製軸受
の製造方法。
【請求項１５】結晶性ポリマーに結晶核材を添加して
射出成形することにより成形品全体の球晶サイズを均一
に制御する請求項１４記載の合成樹脂製軸受の製造方
法。
【請求項１６】振動エネルギーを付与しながら射出成
形することにより成形品全体の球晶サイズを均一に制御
する請求項１４記載の合成樹脂製軸受の製造方法。
【請求項１７】結晶性ポリマーに結晶核材を添加し、
かつ振動エネルギーを付与しながら射出成形することに
より成形品全体の球晶サイズを均一に制御する請求項１
４記載の合成樹脂製軸受の製造方法。