JP5692719B2 - 球面滑り軸受およびその製造方法 - Google Patents

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およびその製造方法に関する。

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、内輪などを合成樹脂で形成した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など）。

また、雰囲気温度の比較的高い箇所に使用される球面軸受として、金属製外輪の内周に合成樹脂製ライナーを介して内輪を摺動自在に嵌合した球面軸受が知られている（特許文献３参照）。

特開平０６−２８０８７９号公報 特開２００７−１００９０５号公報 特開平０５−１８４１２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樹脂製の球面滑り軸受は、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、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、外輪の内周部の周縁は、内輪の外周面の径よりも小さく、内輪の端面の径よりも大きい径を有する内輪導入面が球面に続いて形成されている。このため、外輪内周面の円弧高さは、内輪外周面の円弧高さよりも小さく、かつ外輪内周面の幅は外輪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。

また、特許文献３は、外輪をダイキャスト鋳造によって製造するため、冷却などの工程が必要であり、製造に長時間かかるという問題がある。さらに、ダイキャスト鋳造の熱に合成樹脂製ライナーがさらされるため、ライナーの熱劣化による摺動特性の低下が避けられない。

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、簡易な製造方法で製造可能でありながら、大きい揺動角を有し、外輪と内輪の嵌合隙間を管理可能で、摺動特性にも優れる球面滑り軸受およびその製造方法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、該外周面に接触する凹面の内周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、上記外輪は、該外輪の外周面と一方の端面と該端面と繋がり軸方向中央部まで有する内周面が形成され、他方の端面側に開口部を有する金属製の外輪本体と、該外輪本体の上記開口部に配置され、該外輪の他方の端面と該端面と繋がり軸方向中央部まで有する内周面が形成された外輪蓋とからなり、上記内輪と外輪本体と外輪蓋とは、上記内輪が上記外輪本体内部に、上記外輪蓋が上記外輪本体の上記開口部にそれぞれ配置された状態で、上記外輪蓋に対して上記外輪本体の外周開口端を加締めて一体化されていることを特徴とする。

上記外輪の内周面の軸方向断面形状が、Ｖ字状であることを特徴とする。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。また、上記外輪蓋が、上記外輪本体と同じ材質の金属製であることを特徴とする。

上記内輪が、合成樹脂製であることを特徴とする。また、上記内輪を形成する上記合成樹脂が、潤滑性合成樹脂であることを特徴とする。また、上記内輪が、上記合成樹脂の射出成形体であ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。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。

上記内輪が金属製であり、上記外輪の内周面に潤滑被膜が形成されていることを特徴とする。また、上記内輪が金属製であり、上記内輪の外周面に潤滑被膜が形成されていることを特徴とする。また、上記潤滑被膜が、フッ素樹脂被膜であることを特徴とする。特に、上記フッ素樹脂被膜が、ポリアミドイミド樹脂をバインダー樹脂としてフッ素樹脂粉末を配合した樹脂被膜であることを特徴とする。

本発明の球面滑り軸受の製造方法は、球状の外周面を有する内輪と、該外周面に接触する凹面の内周面を有する外輪との組合せからなる球面滑り軸受の製造方法であって、上記外輪は、該外輪の外周面と一方の端面と該端面と繋がり軸方向中央部まで有する内周面が形成され、他方の端面側に開口部を有する外輪本体と、該外輪本体の上記開口部に配置され、該外輪の他方の端面と該端面と繋がり軸方向中央部まで有する内周面が形成された外輪蓋とからなり、上記製造方法は、上記内輪を上記外輪本体内部に配置し、次いで上記外輪蓋を上記外輪本体の上記開口部に配置し、上記外輪蓋に対して上記外輪本体の外周開口端を加締めて一体化する工程を有することを特徴とする。

上記一体化する工程の前に、上記内輪の外周面にフッ素樹脂被膜を形成する工程、または、上記外輪の内周面にフッ素樹脂被膜を形成する工程を有することを特徴とする。

上記一体化する工程の前に、上記内輪を合成樹脂の射出成形により製造する工程を有することを特徴とする。

本発明の球面滑り軸受は、球状の外周面を有する内輪と、該外周面に接触する凹面の内周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、上記外輪は、該外輪の外周面と一方の端面と該端面と繋がり軸方向中央部まで有する内周面が形成され、他方の端面側に開口部を有する金属製の外輪本体と、該外輪本体の開口部に配置され、該外輪の他方の端面と該端面と繋がり軸方向中央部まで有する内周面が形成された外輪蓋とからなり、上記内輪と外輪本体と外輪蓋とは、内輪が外輪本体内部に、外輪蓋が外輪本体の開口部にそれぞれ配置された状態で、該外輪蓋に対して外輪本体の外周開口端を加締めて一体化されているので、内輪をインサート成形するなどの必要がなく、球面軸受の内輪と外輪の嵌合隙間を管理できる。このため、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。また、外輪本体が金属製であるので、高温雰囲気での使用に適する。

上記外輪の内周面の軸方向断面形状をＶ字状とすることで、内輪と外輪の嵌合隙間をより管理しやすくなる。また、外輪の製造が容易となる。

上記内輪の内周面に支持軸を貫挿できる軸受孔を形成することで、内輪を合成樹脂製にした場合、ヒケによって内輪外周面の球面形状が低下しない。

上記外輪蓋を上記外輪本体と同じ材質の金属製とすることで、内輪との間の摩擦特性に変化が生じず、回転ムラが生じない。

上記内輪を合成樹脂製とすることで、樹脂シートを内輪と外輪の間に介在させるなどの必要がない。特に、上記合成樹脂を潤滑性合成樹脂とすることで、安定して回転トルクが低くなる。また、上記内輪を該合成樹脂の射出成形体とすることで、内輪の製造が容易であり、製品間の寸法精度が優れる。

上記内輪の外周面において、軸方向中央部の全周に非球面部を形成することで、外輪への組み込み性などに優れる。また、上記非球面部にパーティングラインが形成されることで、射出成形時のバリ取りが簡略化でき、製造が容易となる。

上記外輪の外周面をハウジングに挿嵌できる円筒状に形成することで、ハウジングへの組み込み性が優れる。

上記球面滑り軸受において、内輪を金属製とし、外輪の内周面または内輪の外周面に潤滑被膜を形成することで、高温雰囲気での使用に適し、摺動特性にも優れる。

また、上記潤滑被膜をフッ素樹脂被膜とすることで、安定して回転トルクが低くなる。特に、上記フッ素樹脂被膜を、ポリアミドイミド樹脂をバインダー樹脂としてフッ素樹脂粉末を配合した樹脂被膜とすることで、さらに耐熱性、耐摩耗性に優れる。

本発明の球面滑り軸受の製造方法は、上記内輪を外輪本体内部に配置し、次いで上記外輪蓋を外輪本体の開口部に配置し、該外輪蓋に対して外輪本体の外周開口端を加締めて一体化する工程を有するので、製造時間が短縮され製造工程を簡略化できる。

上記一体化する工程の前に、（１）内輪の外周面にフッ素樹脂被膜を形成する工程、または、（２）外輪の内周面にフッ素樹脂被膜を形成する工程を有し、その後、上記一体化する工程を経て製造されるので、該被膜が高温にさらされることはなく、熱劣化により摺動特性が低下することがない。このため、安定して回転トルクが低い軸受を製造することができる。

上記一体化する工程の前に、上記内輪を合成樹脂の射出成形により製造する工程を有し、その後、上記一本化する工程を経て製造されるので、該合成樹脂製の内輪が高温にさらされることはなく、熱劣化により摺動特性が低下することがない。

本発明の球面滑り軸受の一例を示す斜視図である。 本発明の球面滑り軸受の一例を示す軸方向断面図である。 本発明の球面滑り軸受の外輪の他の例を示す軸方向断面図である。 本発明の球面滑り軸受の内輪の他の例を示す切り欠き断面図である。 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製造工程を示す図である。

本発明の球面滑り軸受の一実施例を図１および図２により説明する。図１は本発明の球面滑り軸受の斜視図であり、図２は該球面滑り軸受の軸方向の断面図である。図１および図２に示すように、球面滑り軸受１は、球状の外周面２ａを有する内輪２と、該外周面２ａに接触する凹面の内周面３ｃ、４ｂを有する外輪５との組合せからなる。

外輪５は、（１）該外輪５の外周面３ａと一方の端面３ｂと該端面３ｂと繋がり軸方向中央部まで有する内周面３ｃが形成され、他方の端面側に開口部３ｄを有する金属製の外輪本体３と、（２）外輪本体３の開口部３ｄに配置され、外輪５の他方の端面４ａと該端面４ａと繋がり軸方向中央部まで有する内周面４ｂが形成された外輪蓋４と、からなる２ピース構造である。すなわち、外輪本体３の内周面が、外輪５の一方（軸方向で半分）の内周面３ｃを構成し、外輪蓋４の内周面が、外輪５の他方（軸方向で半分）の内周面４ｂを構成する構造となっている。内周面３ｃと内周面４ｂとは、球面滑り軸受１の軸方向中心面に対して対称な面である。

内輪２と外輪本体３と外輪蓋４とは、内輪２が外輪本体３の内部に、外輪蓋４が外輪本体３の開口部３ｄにそれぞれ配置された状態で、外輪蓋４に対して外輪本体３の外周開口端３ｅを加締めて一体化されている。製造方法（手順）としては、例えば後述するように、まず、内輪２を外輪本体３内部に配置し、次いで外輪蓋４を外輪本体３の開口部３ｄに配置し、その後、外輪蓋４に対して外輪本体３の外周開口端３ｅを加締めて一体化する。なお、外周開口端３ｅは、外輪本体３における外周面３ａの開口部３ｄ側の端部である。

内輪２において、内周面２ｂに支持軸を貫挿できる軸受孔６が形成されている。また、外輪５の外周面３ａ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。

図１および図２に示す球面滑り軸受１では、外輪５の内周面３ｃ、４ｂは、内輪２の外周面２ａに倣った凹球面であり、その軸方向断面形状は円弧状である。また、他の態様として、図３に示すように、外輪５の内周面３ｃ、４ｂは、略そろばん駒状のような２本の直線でつなげた凹面であってもよい。この場合の該内周面の軸方向断面形状は、Ｖ字状である。外輪５を機械加工によって形成する場合は、図１および図２に示す形状よりも、図３に示す形状の方が、製造自体および寸法管理が容易であるので好ましい。

外輪５は、上記のように外輪本体３と外輪蓋４との２ピース構造であるが、少なくとも外輪本体３は金属製であることが必要である。外輪本体３を金属製とすることで加締め可能となる。一方、外輪蓋４は、金属製のほか、合成樹脂製であってもよいが、外輪本体３と同じ材質の金属製とすることが好ましい。同じ材質とすることで、線膨張係数の差による嵌合隙間のバラツキや摩擦特性に変化が生じず回転ムラが生じない。

内輪２の材質は、特に限定されず、アルミニウム合金、ステンレス鋼、鉄鋼などの金属製や、合成樹脂製、セラミックス製とできる。軸受の使用雰囲気が２５０℃程度以下であれば、使用温度に対する耐熱性を有した合成樹脂が使用できる。その場合、使用面圧、回転数を考慮して樹脂材料を選定する。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合隙間を管理する上でも好ましい。

内輪２に使用する合成樹脂は、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樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体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、ポリフェニレンスルフィド樹脂、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。その他、これらの合成樹脂に、ガラス繊維、炭素繊維、各種鉱物性繊維などを配合して強度を高めてもよい。

内輪２を金属製またはセラミックス製とした場合は、高温雰囲気での使用に適するが、金属製である外輪摺動面との潤滑特性（摺動特性）に劣る。よって、この場合は、（１）内輪２の外周面２ａ、または（２）外輪５の内周面３ｃ、４ｂ、のいずれか一方の面に潤滑被膜を形成することが好ましい。

潤滑被膜としては、安定して回転トルクが低くなることから、フッ素樹脂被膜が好ましい。特に、耐熱性、耐摩耗性、潤滑特性に優れることから、ポリアミドイミド樹脂をバインダー樹脂としてポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）樹脂粉末などのフッ素樹脂粉末を配合したフッ素樹脂被膜が好ましい。また、ＰＴＦＥ樹脂粉末としては、均一分散性や耐摩耗性に優れることから、ＰＴＦＥ樹脂をその融点以上で加熱焼成したＰＴＦＥ焼成粉末が好ましい。

図４は、本発明の球面滑り軸受の内輪の他の例を示す切り欠き断面図である。図４に示すように、内輪２の外周面２ａには、該外周面２ａ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２と外輪の軸方向を合せて、内輪２を外輪の外輪本体に組み込む際に、非球面部２ｃがない場合よりも内輪外径が小さく、内輪２の外輪本体への組み込み性が優れる。同様に、内輪２が組み込まれた外輪本体への外輪蓋の組み込み性にも優れる。

また、図４に示すように、内輪２の外周面２ａ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（ＰＬ）２ｄが形成されていることが好ましい。この部分にＰＬを設けることで、球状の外周面２ａを有する内輪２を合成樹脂の射出成形で製造する際に、射出成形が容易となり、該ＰＬの突状が外輪の内周面と干渉しない。そのため、ＰＬの研磨を省略することができる。

本発明の球面滑り軸受１は、外輪５を上記のような２ピース構造とすることで、インサート成形などを行なわず簡単な組み付けにより、球状の外周面を有する内輪２と、該外周面に接触する凹面の内周面を有する外輪５とを組合せた軸受ができるので、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。また、偏摩耗などの不具合が生じることもない。

図５は、内輪２が揺動したときの状態を内輪２のみ斜視図で示す図である。図５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５に対して揺動できる。外輪５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、外輪５が上記のような２ピース構造であるので、内輪２の外周面がどのような曲率であっても、これに対応して製造した外輪５に組み込みでき、大きい揺動角とすることもできる。例えば、この揺動角（θ）を１５〜２０°とすることが可能であり、内輪２が外輪５に対して揺動できる許容角（θ２）としては、３０〜４０°にすることができる。

本発明の球面滑り軸受の製造方法を図６により説明する。図６は、球面滑り軸受の製造工程を示す図である。該製造方法は、まず、内輪２を外輪本体３の内部に配置する（図６（ａ）、図６（ｂ））。より詳細には、内輪２と外輪本体３の軸方向を合せて、内輪２を外輪本体３の開口部３ｄ側から、内輪２の外周面２ａと、外輪本体３の内周面３ｃとが接触するように組み込む。次いで、外輪蓋４を外輪本体３の開口部３ｄに配置する（図６（ｃ））。より詳細には、内輪２が組み込まれた外輪本体３と外輪蓋４の軸方向を合せて、外輪蓋４を外輪本体３の開口部３ｄに嵌め合せて組み込む。このとき、内輪２の外周面２ａと、外輪蓋４の内周面４ｂとが接触する。最後に、外輪蓋４に対して外輪本体３の外周開口端３ｅを加締める（図６（ｄ））。以上の手順により、内輪２と外輪本体３と外輪蓋４とが一体化される。

加締める方法は、特に限定されるものではないが、例えば、外周面３ａに対して４５°傾斜した面を有するローラを外周開口端３ｅに押し付けて行なうことができる。上記方法により、外輪蓋４の端面４ａ側の外周面取り（Ｃ面取り）を外輪本体３の外周開口端３ｅで覆うように加締めることで、外輪本体３と外輪蓋４とが強固に一体化される。

本発明の球面滑り軸受の製造方法は、このような組み込みと加締めとによる工程からなるので、外輪をダイキャスト鋳造で製造するなどの場合と比較して、製造時間の短縮や、製造工程の簡略化が図れる。

また、内輪２の外周面２ａまたは外輪５の内周面３ｃ、４ｂにフッ素樹脂被膜などの潤滑被膜を形成する場合は、上記一体化の工程の前に行なう。本発明の球面滑り軸受の製造方法では、組み込みと加締めとによる工程により一体化を行ない、内輪や外輪が高温にさらされることがないので、内輪を合成樹脂製とする場合や、内・外輪に潤滑被膜を形成してある場合でも、熱劣化により摺動特性が低下することがない。

本発明の球面滑り軸受は、簡易な製造方法で製造可能でありながら、大きい揺動角を有し、外輪と内輪の嵌合隙間を管理可能で、摺動特性にも優れるので、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。また、雰囲気温度の比較的高い用途に対しても好適に利用できる。

１ 球面滑り軸受
２ 内輪
２ａ 外周面
２ｂ 内周面
２ｃ 非球面部
２ｄ パーティングライン
３ 外輪本体
３ａ 外周面
３ｂ 端面
３ｃ 内周面
３ｄ 開口部
３ｅ 外周開口端
４ 外輪蓋
４ａ 端面
４ｂ 内周面
５ 外輪
６ 軸受孔

Claims (5)

1. 球状の外周面を有する内輪と、該外周面に接触する凹面の内周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、
   前記外輪は、該外輪の外周面と一方の端面と該端面と繋がり軸方向中央部まで有する内周面が形成され、他方の端面側に開口部を有する金属製の外輪本体と、該外輪本体の前記開口部に配置され、該外輪の他方の端面と該端面と繋がり軸方向中央部まで有する内周面が形成された外輪蓋とからなり、
   前記内輪と前記外輪本体と前記外輪蓋とは、前記内輪が前記外輪本体内部に、前記外輪蓋が前記外輪本体の前記開口部にそれぞれ配置された状態で、前記外輪蓋に対して前記外輪本体の外周開口端を加締めて一体化されてなり、
   前記内輪が、潤滑性合成樹脂の射出成形体であり、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おり、前記内輪の外周面は、軸方向中央部の全周に射出成形によるパーティングラインの突状を有する円筒状の非球面部が形成され、
   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球面滑り軸受。
2. 前記外輪の内周面の軸方向断面形状が、Ｖ字状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. 前記外輪蓋が、前記外輪本体と同じ材質の金属製であ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. 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の製造方法であって、
   前記製造方法は、前記内輪を前記外輪本体内部に配置し、次いで前記外輪蓋を前記外輪本体の前記開口部に配置し、前記外輪蓋に対して前記外輪本体の外周開口端を加締めて一体化する工程を有することを特徴とする球面滑り軸受の製造方法。
5. 前記一体化する工程の前に、前記内輪を潤滑性合成樹脂の射出成形により製造する工程を有することを特徴とする請求項４記載の球面滑り軸受の製造方法。

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