JP7845902B2 - すべり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、軸部材を摺動可能に支持するためのすべり軸受に関するものであり、より詳細には、円筒形状の摺動部材と、摺動部材の外周面に射出成形により形成された樹脂製ハウジングとを有するすべり軸受に関するものである。

射出成形により形成された樹脂製ハウジング１４０を有する円筒形状のすべり軸受１０１が知られている（図８～９）。すべり軸受１０１は、軸部材を支持する摺動面として機能する内周面１４２と、相手部材に固定される固定面として機能する外周面１４４とを有する。

従来、樹脂製ハウジング自体に摺動性を付与するために樹脂に固体潤滑剤などの添加剤を添加する方法や、摺動面を別部材で構成して樹脂製ハウジングと一体化する方法が知られている。しかし、添加剤を添加する方法は、ハウジングとしての機能（機械的性質）と、軸受としての機能（摺動特性）を両立させることが難しい。またこの方法は、樹脂の成形収縮の異方性の問題から、高い内径寸法精度や円筒度を得ることも難しい。

特許文献１には、すべり軸受において、軸方向に切れ目が形成された薄肉円筒形状の金属製割ブシュを摺動部材として使用し、この摺動部材を樹脂製ハウジングと一体化するようにインサート成形する方法が提案されている。引用文献１は、すべり軸受の内周面を高精度とするために樹脂が割ブシュの摺動面まで流れ出さないようにする必要性にも言及しており、したがってインサート成形では、割ブシュは最初に切れ目が密着された状態で射出金型装置のコアピンに装着され、その後樹脂が射出金型装置のキャビティ内に注入される（段落００１６～００１９および００７０等）。

特開２０２０－０８５２４３号公報

特許文献１に記載されるすべり軸受は、金属製の割ブシュを使用している。しかし、摺動面が金属であると、境界潤滑などの固体接触が発生する潤滑環境での摺動特性が十分ではない。特許文献１には、摺動面の摺動性を向上するために被膜（ＰＴＦＥコーティングなど）を付与することも提案されている（段落００２０等）が、被膜は高荷重を受けた際に接合力が十分ではない。

また特許文献１のすべり軸受において樹脂製ハウジングと金属製割ブシュの接合性を確保するためには、射出成形時に高い圧力で樹脂を充填することによりハウジングによる割ブシュの保持力を高くする必要がある。しかし、割ブシュの剛性が足りないと変形が生じて摺動性が損われ、一方、割ブシュの剛性が高すぎると金型の形状に沿わせることが難しく、すべり軸受の形状が不安定になるという問題があった。

したがって本発明の目的は、摺動部材と樹脂製ハウジングとを有するすべり軸受において、高荷重を受けても摺動部材が十分な摺動特性を有し、摺動部材と樹脂製ハウジングの接合性が高く、且つ摺動部材の内径精度や真円度の高い、すべり軸受を提供することである。

本発明によれば、軸部材を摺動可能に支持するためのすべり軸受であって、円筒形状の摺動部材と、摺動部材の外周面上に形成された樹脂製ハウジングと有するすべり軸受において、摺動部材は、軸線方向に合せ目が延びる巻きブシュを有し、巻きブシュは、内径側に位置し摺動面を形成する樹脂層と、樹脂層の外径側に位置する中間層と、中間層の外径側に位置する裏金とを少なくとも含む複層構造を有し、また樹脂製ハウジングの樹脂材料が、合せ目において、巻きブシュの外周面から内周面に向かって巻きブシュの肉厚の１０～９０％流入している、すべり軸受が提供される。

本発明の一実施形態によれば、巻きブシュの肉厚が、巻きブシュの内径の５～２０％とすることができる。

また本発明の一実施形態によれば、巻きブシュは、樹脂層と中間層と裏金とからなる３層構造とすることができる。

本発明において、巻きブシュの樹脂層は、樹脂材料と、樹脂材料に添加された添加剤とを含んでいてもよく、また樹脂材料は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含んでいてもよい。

さらに、巻きブシュの中間層は、多孔質金属材料と、多孔質金属材料の内部に含浸された樹脂材料とを含んでいてもよい。

本発明のすべり軸受では、内径側に樹脂層を有する複層構造の巻きブシュ、特に樹脂層と中間層と裏金とからなる３層構造の巻きブシュを使用することによって、摺動特性を向上しつつ、密着性の高い樹脂摺動層が提供される。この構成によれば、物理的なアンカー効果で摺動層が接着されているため、特にＰＴＦＥのような粘着性の低い樹脂材料を樹脂層に使用する場合に有効である。

また、巻きブシュは射出成形によって樹脂製ハウジングと一体形成されるが、巻きブシュの合せ目に樹脂材料を流入させること、特にその流入割合を１０～９０％とすることによって、巻きブシュの保持力を向上し、巻きブシュの抜けやハウジングとの共回りを防ぐことができる。
尚、巻きブシュの合せ目内への樹脂材料の流入割合とは、巻きブシュの肉厚（径方向厚さ）に対する、巻きブシュの外周面から内周面に向かって延びる樹脂材料の流入長さの割合を表す。したがって流入割合が０％である状態とは、樹脂材料が外周面から合せ目に流入していない状態であり、流入割合が１００％である状態とは、樹脂材料が外周面から内周面まで巻きブシュの肉厚にわたって合せ目に流入している状態である。
本発明とは異なり、樹脂材料の流入割合が１０％未満であると、流入量が足りずに巻きブシュの保持力の向上が望めない。また樹脂材料の流入割合が９０％を超えると、巻きブシュの合せ目が開いてしまい、内径精度が悪化する。さらに、樹脂材料の流入割合が１００％を超えて内周面まで流入してしまうと、摺動特性が損われる。

また本発明によれば、巻きブシュの肉厚を内径の５～２０％にすることで巻きブシュの剛性を適切に調整してもよい。これにより、巻きブシュのための十分な保持力と、摺動性に優れた巻きブシュの形状とを実現することができる。
巻きブシュの剛性は、巻きブシュの肉厚と内径の比（肉厚／内径）で決まるが、この割合が５％以上であれば効率的に剛性を高くすることができ、射出成形時に圧力を受けても巻きブシュが変形しにくくなる。またこの割合が２０％以下であれば、剛性が高く、且つ金型への追従性が低下しないので、形状が安定する（したがって真円度が高くなる）。

本発明の構成および利点について、添付の図面を参照して以下により詳細に説明する。図面は、非限定的な実施例を例示の目的でのみ示していることが理解されよう。

本発明の一実施形態によるすべり軸受を軸線方向から見た正面図である。 図１に示すすべり軸受のＡ－Ａ断面図である。 図２に示すすべり軸受の一部Ｂの拡大図であり、巻きブシュの断面を詳細に示す図である。 図１に示すすべり軸受の一部Ｃの拡大図であり、巻きブシュの合せ目を詳細に示す図である。 本発明の他の実施形態によるすべり軸受の図４に相当する図であって、巻きブシュの合せ目の他の構成を詳細に示す図である。 すべり軸受の製造工程の一例を説明するための図である。 すべり軸受の製造工程の一例を説明するための図である。 従来のすべり軸受を軸線方向から見た正面図である。 図８に示す従来のすべり軸受のＤ－Ｄ断面図である。

本発明の一実施形態によるすべり軸受１について、以下に詳細に説明する。

（すべり軸受の構造）
図１は、すべり軸受１を軸線方向から見た正面図であり、図２はすべり軸受１の軸線方向断面図である。すべり軸受１は円筒形状を有し、内径側に位置する摺動部材としての巻きブシュ２０と、その外径側に位置する樹脂製ハウジング４０とから構成される。樹脂製ハウジング４０は、巻きブシュ２０を保持するように巻きブシュ２０の外周面２４に接合される。樹脂製ハウジング４０の外周面４４は、すべり軸受１を相手部材（図示せず）に固定するための固定面として機能し、巻きブシュ２０の内周面２２は、軸部材（図示せず）を摺動可能に支持するための摺動面として機能する。

図３は、図２に示すすべり軸受１の一部Ｂの拡大図であり、特に巻きブシュ２０の軸線方向断面を詳細に示している。図３から理解されるように、巻きブシュ２０は、最も内径側に配置されて内周面（摺動面）２２を形成する樹脂層（摺動層）３２と、最も外径側に位置する裏金３６と、樹脂層３２および裏金３６の間の中間層３４とからなる３層構造の薄板を円筒形状にして形成される。中間層３４は、裏金３６上に形成された多孔質金属材料３４ａと、その内部に含浸された、樹脂層２３と同じ樹脂材料３４ｂとを含む。
尚、本実施形態の巻きブシュは３層構造であるが、例えば裏金３６の外周面側にめっき層をさらに有する４層構造であってもよい。めっき層は、例えば銅、錫、亜鉛等から形成することができる。また、裏金３６の内周面側にもめっき層を形成した５層構造とすることもでき、この場合、内周面側のめっき層の上に多孔質金属材料３４ａが焼結され、樹脂材料３４ｂが含浸される。さらに、樹脂層３２の内周面側を表面処理することもできる。

図４に詳細に示されるように、巻きブシュ２０は、３層構造の薄板の周方向端面同士の突合せ部分であり且つ軸線方向に延びる合せ目２６を有する。本実施形態における合せ目２６は、径方向断面において一定の幅Ｗで径方向に延びる隙間を有している（図４）。合せ目には、樹脂製ハウジング４０を構成する樹脂材料が、巻きブシュ２０の外周面２４から内周面２２に向かって、巻きブシュ４０の肉厚（径方向厚さ）ｔの１０～９０％まで流入している。

巻きブシュ２０の内径ｄは、例えば３～５０ｍｍとすることができる。一般に内径が５０ｍｍを超えると、より高荷重を受ける軸受となる。このとき、巻きブシュ２０の肉厚ｔは、例えば０．５ｍｍ刻みで０．５～２．５ｍｍとすることができ、合せ目の幅Ｗは、０．１～０．３ｍｍとすることができる。巻きブシュ２０の肉厚と内径の割合が５～２０％になるようにすることが好ましく、このとき０．５ｍｍ刻み各肉厚に対する内径の上下限寸法は表１の通りとなる。

尚、本発明の他の実施形態では、巻きブシュ２０の合せ目は、巻きブシュ２０の径方向断面において一定の幅Ｗで径方向にわたって延びていなくてもよく、代わりに図５に示されるように、合せ目２６’は、巻きブシュ２０の外周面２４で所定の幅Ｗを有し、しかし内周面２２に向かって徐々に幅が減少して肉厚の略中央で閉じるような隙間を有していてもよい。このような合せ目２６’により、樹脂材料が巻きブシュ４０の肉厚（径方向厚さ）ｔの１０～９０％まで流入する構成をより容易に得ることができる。尚、合せ目は、階段状や蟻溝等、内周面２２に向かって徐々に幅が減少した形状でなくてもよい。また軸線方向に幅を変えてもよい。

（すべり軸受の材質）
樹脂製ハウジング４を構成する樹脂材料は、射出成型可能なものであればよく、例えばグラスファイバー充填植物由来ポリアミド１０Ｔを使用することができる。あるいは熱可塑性樹脂として、汎用プラスチック（ＰＰ、ＰＥ、ＰＳ、ＡＢＳ、ＰＭＭＡ、ＰＶＣ、ＰＬＡ）、エンジニアリングプラスチック（ＰＡ、ＰＯＭ、ＰＣ、ＰＢＴ、ＰＶＤＦ）、およびスーパーエンジニアリングプラスチック（ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＬＣＰ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＥＩ、ＰＡＲ、ＰＳＦ、ＰＥＳ、ＰＩ、ＰＡＩ）等を使用することができ、熱硬化性樹脂（ＰＦ、ＵＦ、ＭＦ、ＥＰ、ＰＵＲ）を使用してもよい。また巻きブシュ２０の樹脂層３２には、ベース樹脂に添加剤を混合したものを使用することができる。ベース樹脂は、例えばＰＴＦＥ、ＰＯＭ、ＰＥＥＫ、ＰＡ等であり、添加剤は、例えば黒鉛やＭｏＳ_２といった固体潤滑剤や、アルミナやカーボンファイバーといった耐摩耗剤を含む。巻きブシュ２０の裏金３６は、例えば鉄や炭素鋼から作られる。巻きブシュ２０の中間層３４は、例えば銅および銅合金の粉体を焼結したものに、樹脂層３２を構成する樹脂材料を含浸させて得ることができる。

（すべり軸受の製造方法）
すべり軸受１は、例えば以下の射出成形方法で製造することができる。
まず、図６に示すように、コアピン６１と、その周囲に形成された円筒形状のキャビティ６２とを有する第１金型６０が提供され、コアピン６１にインサート材２０’（巻きブシュ２０）が外嵌される。次いで、図７に示すように、第１金型６１に第２金型６４が型締めされ、第２金型６４に形成されたスプルー６５を通して、樹脂材料がキャビティ６２に充填される。冷却固定後、この金型から成形品が取り出され、それにより、巻きブシュ２０の周囲に樹脂製ハウジング４０が形成されたすべり軸受が提供される。
尚、本実施形態では、インサート材２０’の合せ目の形状をストレートとし、その開き幅を０．６ｍｍ、射出圧力（保圧）を４０ＭＰａに調整することによって、巻きブシュ４０の肉厚に対する樹脂材料の流入割合を５０％にしたが、成形する樹脂製ハウジングの形状や種類によって流入割合は変わるため、インサート材の合せ目形状や開き幅、成形する樹脂にかける圧力等を調整することによって所望の流入割合とすることができる。

（性能評価試験）
本発明によるすべり軸受のブシュ保持力および真円度を評価するために、実施例１～８および比較例１～２について性能評価試験を行った。
尚、３層構造の巻きブシュは、裏金上に多孔質中間層を焼結し、樹脂摺動層（ＰＴＦＥ）を含浸して形成し、またハウジングは、ユニチカ株式会社のＸｅｃｏＴ（登録商標）ＸＧ５１０Ａ３０Ｄを使用して、射出成形機（ＦＡＮＵＣ社製ＲＯＢＯＳＨＯＴ α－Ｓ５０ｉＡ）により成形した。また巻きブシュの合せ目への樹脂材料の流入割合は、軸線方向に垂直な断面で測定して求めた。

（試験結果）
以下の表２は、実施例１～５および比較例１～２を用いて、巻きブシュの合せ目への樹脂材料の流入割合を変えた場合の、ブシュ保持力および真円度の測定結果をまとめた試験結果である。
尚、ブシュ保持力は、オートグラフを用いて、軸線方向へハウジングから巻きブシュを押し出すために必要な力を測定することにより求め、また真円度は、真円度測定器を用いて、ブシュ内径の真円度を測定することにより求めた。

（試験結果）
さらに、以下の表３は、実施例３および６～８を用いて、巻きブシュの肉厚と内径の割合を変えた場合に、ブシュ保持力および真円度の測定結果をまとめた試験結果である。

表２の試験結果から、樹脂材料の流入割合が１０～９０％であると、良好なブシュ保持力と真円度をバランスよく備えたすべり軸受を得られることが確認された。特に比較例１のように樹脂材料の流入割合が低いと保持力が低下し、一方、比較例２のように樹脂材料の流入割合が高すぎると真円度が悪化することが分かる。
さらに、表３の試験結果から、巻きブシュの肉厚と内径の割合を調整することで、ブシュ保持力を維持したまま真円度を改善できることも確認される。

以上、図面を参照して、また性能評価試験に関連して、本発明の実施形態および実施例を詳述してきたが、具体的な構成はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない程度の変更は本発明に含まれる。

１ すべり軸受
２０ 巻きブシュ
２２ 内周面
２４ 外周面
２６ 合せ目
３２ 樹脂層（摺動層）
３４ 中間層
３４ ａ 多孔質金属材料
３４ ｂ 樹脂材料
３６ 裏金
４０ 樹脂製ハウジング
４４ 外周面
２０’ インサート材（巻きブシュ２０）
６０ 第１金型
６１ コアピン
６２ キャビティ
６４ 第２金型
６５ スプルー

Claims (7)

1. 軸部材を摺動可能に支持するためのすべり軸受であって、円筒形状の摺動部材と、前記摺動部材の外周面上に形成された樹脂製ハウジングと有するすべり軸受において、
   前記摺動部材は、軸線方向に合せ目が延びる巻きブシュを有し、前記巻きブシュは、内径側に位置し摺動面を形成する樹脂層と、前記樹脂層の外径側に位置する中間層と、前記中間層の外径側に位置する裏金とを少なくとも含む複層構造を有し、また
   前記合せ目は、前記巻きブシュの外周面から内周面に向かって径方向に延びる隙間を有し、前記樹脂製ハウジングの樹脂材料が、前記巻きブシュの前記外周面から前記内周面に向かって前記隙間内に、前記巻きブシュの肉厚の１０～９０％流入しており、前記巻きブシュは前記樹脂製ハウジングに固定されており、軸方向に移動しないことを特徴とする、すべり軸受。
2. 前記巻きブシュの前記肉厚が、前記巻きブシュの内径の５～２０％である、請求項１に記載のすべり軸受。
3. 前記巻きブシュは、前記樹脂層と前記中間層と前記裏金とからなる３層構造を有する、請求項１に記載のすべり軸受。
4. 前記樹脂層は、樹脂材料と、前記樹脂材料に添加された添加剤とを含む、請求項１に記載のすべり軸受。
5. 前記樹脂層の樹脂材料がポリテトラフルオロエチレンを含む、請求項１に記載のすべり軸受。
6. 前記中間層は、多孔質金属材料と、前記多孔質金属材料に含浸された樹脂材料とを含む、請求項１に記載のすべり軸受。
7. 前記巻きブシュの径方向断面において、前記隙間の幅が前記巻きブシュの前記外周面から前記内周面に向かって漸減し、前記肉厚の１０～９０％の位置で閉じている、請求項１に記載のすべり軸受。