JP2010270842A - 球面滑り軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】大きい揺動角を確保でき、かつ、外輪と内輪の嵌合隙間を管理可能な合成樹脂製の球面滑り軸受を提供する。
【解決手段】球状の外周面２ｂを有する内輪２と、該外周面２ｂに対応する凹球面を有する外輪３との組合せからなる球面滑り軸受１であって、上記内輪２および上記外輪３は個別に成形された合成樹脂の成形体であり、上記外輪３の一方の端面には、上記内輪２を挿入可能に保持する２分割以上に分割された爪部３ａ、３ｂ、３ｃを一体に有し、該爪部３ａ、３ｂ、３ｃは外輪端面の周方向に形成されたスリット４によって設けられた薄肉部からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種産業機械の軸受部に用いられる球面滑り軸受に関する。

球状の外周面を有する内輪と、該外周面に対応する凹球面を有する外輪との組合せからなる球面滑り軸受において、内輪および外輪が合成樹脂で形成された球面滑り軸受は公知であり、市場で入手可能である。球面滑り軸受は、滑り部が球面であり、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重が負荷でき、揺動運動や調心運動などに適している。特に、上述の合成樹脂製の球面滑り軸受は、軽量であり、低価格であり、無潤滑性のため、各種軸受部（例えば、事務機器、産業機械などの関節軸受部など）への需要が拡大している。このような球面滑り軸受の製造方法として、あらかじめ成形した外輪を金型に仕込み、内輪を射出成形（インサート成形）することで製造する方法が知られている（特許文献１参照）。

また、球状外周面を有する内輪を備えた自動調心すべり軸受において、外輪へ内輪を組み付ける際に内輪の外周面に押されて歪み、組み付けられた状態では、歪みが復元して内輪の外周面を保持する外輪構造を有するものが知られている（特許文献２参照）。当該軸受では、その樹脂製外輪が、両端面の円周方向に沿って形成された溝によって分けられる内周面側の内周部と、外周面側の外周部とからなり、樹脂の歪みを利用することで外輪への内輪の組み付けを容易にしている（特許文献２の図１等）。

特開平０６−２８０８７９号公報 特開２００７−１００９０５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、内輪の成形収縮によって外輪との嵌合隙間が大きくなりすぎるために偏摩耗が発生する問題がある。また、これとは逆に、あらかじめ成形した内輪を金型に仕込み、外輪を射出成形することで製造した場合は、内輪に外輪が抱き付いた状態となり、回転トルクが高くなるという問題がある。このため、特許文献１のような方法で得られた球面滑り軸受は、低回転、回転トルクが高くてもよいなどの使用条件が緩い部分での使用に限定されていた。

また、特許文献２は、特許文献２の図１に示すように、金型内に射出した合成樹脂からなる外輪を、金型から無理抜きするために、外輪１０の内周部１４の周縁は、内輪２０の外周面２１の径よりも小さく、内輪２０の端面２２の径よりも大きい径を有する内輪導入面１８が球面に続いて形成されている。このため、外輪１０の内周面１１の円弧高さは、内輪２０の外周面２１の円弧高さよりも小さく、かつ外輪１０の内周面１１の幅は外輪１０の幅より狭くなっている。このような外輪構造のため、許容調心角が２０°程度にしかならないという問題がある。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、大きい揺動角を確保でき、かつ、外輪と内輪の嵌合隙間を管理可能な合成樹脂製の球面滑り軸受を提供することを目的とする。

本発明の球面滑り軸受は、球状の外周面を有する内輪と、該外周面に対応する凹球面を有する外輪との組合せからなる球面滑り軸受であって、上記内輪および上記外輪は、個別に成形された合成樹脂の成形体であり、上記外輪の少なくとも一方の端面には、上記内輪を挿入可能に保持する２分割以上に分割された爪部を一体に有し、上記爪部は上記外輪端面の周方向に形成されたスリットによって設けられた薄肉部からなることを特徴とする。

上記外輪の軸方向と、上記内輪の軸方向とのなす角である揺動角の上限が１５〜２０°であることを特徴とする。

上記スリットは、上記外輪の一方の端面に形成されており、上記スリットの深さは上記外輪の軸方向中央部まで形成されていることを特徴とする。

上記外輪の外周面は、ハウジングに挿嵌できる円筒状に形成されていることを特徴とする。また、上記内輪の内周面は、支持軸を貫挿できる軸受孔が形成されていることを特徴とする。

上記内輪の外周面は、軸方向中央部の全周に非球面部が形成されていることを特徴とする。

上記内輪および上記外輪は、上記合成樹脂の射出成形体であることを特徴とする。また、上記非球面部にパーティングラインが形成されていることを特徴とする。

上記内輪および上記外輪を形成する上記合成樹脂のベース樹脂は、それぞれ異なる樹脂であることを特徴とする。また、上記内輪を形成する合成樹脂は、潤滑性合成樹脂であることを特徴とする。

請求項１に記載の球面滑り軸受は、球状の外周面を有する内輪と、該外周面に対応する凹球面を有する外輪との組合せからなり、内輪および外輪が個別に成形された合成樹脂の成形体であるので、内輪と外輪とを個別に製造することで、嵌合隙間を管理できる。よって、管理された嵌合隙間を有する球面滑り軸受となり、偏摩耗などの不具合が生じることがない。さらに、該球面滑り軸受の外輪の少なくとも一方の端面には、内輪を挿入可能に保持する２分割以上に分割された爪部を一体に有し、該爪部は外輪端面の周方向に形成されたスリットによって設けられた薄肉部からなるので、内輪外周面の曲率が大きい場合でも、分割された薄肉部からなる爪部を介して外輪に内輪を組み込むことが容易であり、かつ、確実に保持できる。

請求項２に記載の球面滑り軸受は、上記外輪の軸方向と、上記内輪の軸方向とのなす角である揺動角の上限が１５〜２０°であるので、事務機器、産業機械などの関節軸受部などに好適となる。また、揺動角の上限がこの範囲であっても、上記構造により、内輪を外輪に容易に組み込むことができる。

請求項３に記載の球面滑り軸受は、上記スリットが上記外輪の一方の端面に形成されており、スリットの深さは外輪の軸方向中央部まで形成されているので、爪部の強度を十分に確保することができる。

請求項４に記載の球面滑り軸受は、上記外輪の外周面がハウジングに挿嵌できる円筒状に形成されているので、ハウジングへの組み込み性が優れる。

請求項５に記載の球面滑り軸受は、上記内輪の内周面に支持軸を貫挿できる軸受孔が形成されているので、ヒケによって球面形状が低下しない。

請求項６に記載の球面滑り軸受は、上記内輪の外周面の軸方向中央部の全周に非球面部が形成されているので、内輪の外輪への組み込み性が優れる。

請求項７に記載の球面滑り軸受は、上記内輪および上記外輪が合成樹脂の射出成形体であるので嵌合隙間によるマッチングが容易となる。

請求項８に記載の球面滑り軸受は、上記非球面部にパーティングラインが形成されているので、内輪の射出成形が容易でありパーティングラインの突状が外輪の摺接面と干渉しない。

請求項９に記載の球面滑り軸受は、上記内輪と上記外輪のベース樹脂がそれぞれ異なるため、凝着を防止することができ摺動トルクを経時的に安定させることができる。

請求項１０に記載の球面滑り軸受は、上記内輪が潤滑性合成樹脂で形成されているので、摺動トルクを十分に低くすることができる。

図１（ａ）は本発明の球面滑り軸受を示す正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）をＡ−Ａ線で切断した断面図である。 本発明の球面滑り軸受の内輪を示す側面図である。 図１（ｂ）の内輪が揺動したときの状態を内輪のみ斜視図で示す図である。

本発明の球面滑り軸受の一実施例として、３分割された爪部を有する球面滑り軸受を図１により説明する。図１（ａ）は、本発明の球面滑り軸受を示す正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）をＡ−Ａ線で切断した断面図である。図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、球面滑り軸受１は、球状の外周面２ｂを有する内輪２と、該外周面に対応する凹球面３ｅを有する外輪３との組合せからなる。内輪２および外輪３は、個別に合成樹脂から成形されたものである。外輪３は、一方の端面に、内輪２を挿入可能に保持する３分割された爪部３ａ、３ｂ、３ｃを外輪と一体に有している。爪部は２分割以上ないし８分割以内であれば内輪の組み込みが可能で、かつ容易に外れないため好ましい

爪部３ａ、３ｂ、３ｃは外輪端面の周方向に形成されたスリット４によって設けられた薄肉部からなる。スリット４は外輪３の一方の端面に形成されており、スリット４の深さは、図１（ｂ）に示すように、外輪３の軸方向中央部まで形成されていることが好ましい。スリットの深さを外輪の軸方向中央部までとすることで、上記爪部の強度を十分に確保できる。

内輪２において、内周面２ａに支持軸を貫挿できる軸受孔５が形成されている。また、外輪３の外周面３ｄはハウジング（図示せず）に挿嵌できる円筒状に形成されている。本発明の球面滑り軸受は、例えば、外輪３の外径が 10 mm±5 mm 程度の大きさである。

図２は、本発明の球面滑り軸受の内輪の一例を示す側面図である。図２に示すように、内輪２の外周面２ｂには、該外周面の軸方向中央部の全周に非球面部２ｃを形成することが好ましい。該非球面部２ｃを形成することで、内輪と外輪の軸方向を合せて、内輪を外輪に組み込む際に、非球面部２ｃがない場合よりも内輪外径が小さく、内輪の外輪への組み込み性が優れる。また、非球面部２ｃ以外の内輪外周面の曲率は、非球面部２ｃがない場合と同じであるため、内輪２は外輪の爪部により非球面部２ｃがない場合と同様の精度で保持される。

図２に示すように、内輪２の外周面２ｂの軸方向中央部に形成された非球面部２ｃの径方向に、２分割された金型の合わせ目であるパーティングライン２ｄが形成されていることが好ましい。この部分にパーティングラインを設けることで、球状の外周面２ｂを有する内輪２の射出成形が容易となり、該パーティングラインの突状が外輪の摺接面と干渉しない。そのため、パーティングラインの研磨を省略することができる。

図３は図１（ｂ）の内輪が揺動したときの状態を内輪のみ斜視図で示す図である。図３に示すように、本発明の球面滑り軸受１は、内輪２が球面滑りし、該内輪２が外輪３に対して揺動できる。外輪３の軸方向と、内輪２の軸方向とのなす角が揺動角（θ）である。本発明の球面滑り軸受１では、この揺動角（θ）の上限が１５〜２０°であり、内輪２が外輪３に対して揺動できる許容角（θ２）としては、３０〜４０°となる。

本発明の球面滑り軸受１の製造工程を図１により説明する。球面滑り軸受１は、内輪２と外輪３とを個別に成形した後に、個別に成形された内輪２を外輪３に組み込む（嵌合する）ことで製造する。組み込みは、外輪３の爪部３ａ、３ｂ、３ｃに内輪２をあてがい、外輪３の内側に内輪２を押し込むように挿入して行なう。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、外輪３の爪部３ａ、３ｂ、３ｃは円周方向に相互に分割隙間３ｆを有するとともに、爪部３ａと外輪外周面３ｄとの間にスリット４が形成されているので、各爪部の端面内径よりも大きい外径を有する内輪２が外周面２ｂで、外輪３の各爪部の周縁をスリット４側にめくり上げるように、かつ、分割隙間３ｆを拡げるように外輪３の凹球面３ｅを拡径しながら内輪２が押し込まれる。また、各爪部のない外輪３の他方の端面側にはスリット４および分割隙間３ｆがないので、この端面側では外輪３の内周面３ｅは拡径できず、押し込まれた内輪２は、外輪３の幅方向中心線まで押し込まれてそれ以上進めなくなり、位置決めされる。組み込まれた内輪２は、外輪３の一方の端部の爪部３ａ、３ｂ、３ｃと、他方の端部とにより保持される。

球面滑り軸受１は、このように分割された爪部構造などを有することで、揺動角の上限が１５〜２０°（許容角としては３０〜４０°）と大きく、内輪外周面の曲率が大きい場合であっても、内輪２を外輪３に容易に組み込むことができる。さらに、内輪２の組み込みにより完成した球面滑り軸受１は、インサート成形などを行なわないため、内輪２および外輪３のそれぞれの設計値に基づく嵌合隙間を保持することができ、使用時に違和感なく円滑に作動することができる。

本発明の球面滑り軸受において、外輪および内輪を形成する合成樹脂の種類は特に限定されないが、少なくとも該軸受の使用条件（耐熱性、機械的強度など）に見合う特性を有する合成樹脂である必要がある。また、射出成形可能な合成樹脂であれば製造が容易であり、寸法精度も均一にできるので嵌め合い隙間を管理する上でも好ましい。

内輪は、潤滑性合成樹脂を用いることが好ましい。例えば、ポリアセタール（以下、ＰＯＭと記す）樹脂、ナイロン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（以下、ＰＦＡと記す）樹脂やテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（以下、ＦＥＰと記す）樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（以下、ＥＴＦＥと記す）樹脂等の射出成形可能なフッ素樹脂、射出成形可能なポリイミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド（以下、ＰＰＳと記す）樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫと記す）樹脂、ポリアミドイミド樹脂などを挙げることができる。これらの各樹脂は単独で使用してもよく、２種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。あるいは、上記以外の潤滑特性の低い合成樹脂に上記の合成樹脂を配合したポリマーアロイであってもよい。

また、潤滑特性の低い合成樹脂であっても、固体潤滑剤や潤滑油を添加することで潤滑特性を高めることにより使用可能である。固体潤滑剤として、ポリテトラフルオロエチレン、黒鉛、二硫化モリブデンなどを挙げることができる。

外輪は、機械強度に優れた合成樹脂を用いることが好ましい。例えば、ＰＯＭ樹脂、ナイロン樹脂（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、分子鎖中に芳香族環を有する半芳香族ナイロンなど）、ＰＦＡ樹脂やＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂などの射出成形可能なフッ素樹脂、射出成形可能なポリイミド樹脂、ＰＰＳ樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ポリアミドイミド樹脂などを挙げることができる。また、これらの合成樹脂にガラス繊維、炭素繊維、各種鉱物性繊維（ウィスカー）を配合して強度を高めてもよい。さらに、固体潤滑剤などと併用してもよい。

内輪および外輪に用いる合成樹脂は、互いに異なったベース樹脂を使用することが好ましい。ベース樹脂が異なることで、滑り面である内輪外周面と外輪内周面との間の凝着を防止できる。異なるベース樹脂の選択に際し、外輪は内輪嵌め込み時の拡径に対処しやすく、内輪を傷付けにくいことが好ましいことから、外輪用のベース樹脂は内輪用のベース樹脂よりも硬度が低い樹脂を用いることが好ましい。これらのことから、例えば、内輪はＰＰＳ樹脂にＰＴＦＥ樹脂粉末を配合した樹脂組成物とし、外輪はナイロン樹脂を用いた組み合わせとする。

本発明の球面滑り軸受は、大きい揺動角を確保しながら、外輪と内輪の嵌合隙間が管理可能な合成樹脂製の球面滑り軸受であるので、事務機器、産業機械などの各種軸受部において好適に利用できる。

１ 球面滑り軸受
２ 内輪
２ａ 内輪の内周面
２ｂ 内輪の外周面
２ｃ 非球面部
２ｄ パーティングライン
３ 外輪
３ａ、３ｂ、３ｃ 爪部
３ｄ 外輪の外周面
３ｅ 外輪の凹球面
３ｆ 分割隙間
４ スリット
５ 軸受孔

Claims (10)

1. 球状の外周面を有する内輪と、該外周面に対応する凹球面を有する外輪との組合せからなる球面滑り軸受であって、
   前記内輪および前記外輪は、個別に成形された合成樹脂の成形体であり、
   前記外輪の少なくとも一方の端面には、前記内輪を挿入可能に保持する２分割以上に分割された爪部を一体に有し、
   前記爪部は前記外輪端面の周方向に形成されたスリットによって設けられた薄肉部からなることを特徴とする球面滑り軸受。
2. 前記外輪の軸方向と、前記内輪の軸方向とのなす角である揺動角の上限が１５〜２０°であることを特徴とする請求項１記載の球面滑り軸受。
3. 前記スリットは、前記外輪の一方の端面に形成されており、前記スリットの深さは前記外輪の軸方向中央部まで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の球面滑り軸受。
4. 前記外輪の外周面は、ハウジングに挿嵌できる円筒状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項記載の球面滑り軸受。
5. 前記内輪の内周面は、支持軸を貫挿できる軸受孔が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の球面滑り軸受。
6. 前記内輪の外周面は、軸方向中央部の全周に非球面部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項記載の球面滑り軸受。
7. 前記内輪および前記外輪は、前記合成樹脂の射出成形体であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項記載の球面滑り軸受。
8. 前記非球面部にパーティングラインが形成されていることを特徴とする請求項７記載の球面滑り軸受。
9. 前記内輪および前記外輪を形成する前記合成樹脂のベース樹脂は、それぞれ異なる樹脂であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項記載の球面滑り軸受。
10. 前記内輪を形成する前記合成樹脂は、潤滑性合成樹脂であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項記載の球面滑り軸受。

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