JP2007223581A - すべり軸受付車輪 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性、耐荷重性において優れた機械特性を有し、車軸との回転においては、優れた摺動磨耗性を発揮できる理想的な無潤滑プラスチックローラーを低コストで提供する。
【解決手段】優れた摺動摩耗性を有する超高分子ポリエチレンを代表とした、良好な摺動摩耗性を有する樹脂リングを軸摺動面に埋め込み、車輪本体は耐荷重性、耐熱性に優れたポリアセタール樹脂などの材料で構成することにより、全体として理想的なプラスチック車輪とする。
【選択図】図１

Description

本発明はすべり軸受機能を持った車輪構造に関する。
［従来の技術］

搬送用ローラー、滑車等プラスチック軸受車輪（ベアリング車輪）は主に転がり軸受を利用した物とすべり軸受を利用した物に大別される。
水中、薬品中、食品製造工程等、使用環境、条件により転がり軸受を使用出来ない場合又は転がり軸受のコストダウンのため、すべり軸受構造を採用する場合が多い。

最も単純なすべり軸受は車輪素材自体に耐磨耗性、摺動性を持たせたいわゆる“ころ”の構造である。
この為、同用途の車輪素材には、ポリアセタール、ナイロン樹脂を始めとするエンジニアリング樹脂及び摺動含油金属、含油プラスチックなど、摺動部材を添加したこれらの複合素材が使用されている。
上記の内高荷重、高温下で使用される樹脂車輪は特に耐荷重、耐熱性が要求され複合素材が多用されるが、特殊に配合された複合素材は高価であり切削部品の多い大型の車輪等ではコストアップの要因となる。
この為、摺動面に摺動スリーブを用いたすべり軸受付の車輪が多く使用される。

すべり特性、耐磨耗性、コストの面で超高分子ポリエチレン等は非常に優れた摺動部材である。しかしながら、耐熱、耐荷重性に劣るため、単体では使用に制限があり、薄いスリーブとして使用するのに適している。
摺動スリーブは軸穴に密着し車輪から外れないために外側に外れ防止形状が必要であるが装着するために特殊な形状が必要になったり複数の部品が必要とされ、コストアップの要因となっている。

超高分子ポリエチレン等は一般的には射出成形が出来ないため加工には切削加工せざるを得ない。従って上記のように複雑な形状、複数の部品を作るには大幅なコストアップとなる。

本発明の課題は、車輪軸摺動面にのみすべり軸受機能を長期に付与する事の出来るドライベアリング構造を効率的に提供しより高い耐荷重、機械強度と優れた摺動磨耗性を併せ持った無潤滑ローラーを低コストで提供する事である。

良好な摺動磨耗性を持ったリング状のインサートパーツを金型に装着し車輪材質と一体成形して図１のような構造を作り、プラスチック車輪とする。

［発明の実施の形態］

本発明は単体では非常に優れた摺動磨耗性を有する超高分子ポリエチレンを代表とした良好な摺動磨耗性を有する樹脂リングを図２の様に軸摺動面に埋め込んだ形を有する事を特徴とする樹脂製無潤滑ローラー、及びその製造方法である。

本発明者は図２の構造において超高分子ポリエチレン層と車輪本体素材層が一定の比率において露出している場合、車輪の内面の耐磨耗性、摺動特性は内部に埋め込まれた超高分子ポリエチレン層に依存し、車輪の耐荷重、耐熱性等は車輪本体素材の特性に依存する傾向を見出し、一定の範囲の分布比率において同構造にて理想的なすべり軸受機能を発揮出来る事を見出した。

本発明によると車輪本体の温度が超高分子ポリエチレン素材の耐熱温度を超えてもポリエチレン層は耐熱樹脂素材及び車輪軸に囲まれた空間にほぼ密閉されているため車輪全体の耐熱性、機械特性などは車輪本体素材に依存する。

又、本発明によると図３のような磨耗環境においては車輪本体素材と超高分子ポリエチレン層とは同時に磨耗してゆく事となり図４、５の様に車輪本体素材のみ、又は超高分子ポリエチレン層のみが磨耗してゆく事はない。
従って同環境における耐磨耗、摺動機能においては超高分子ポリエチレン層が優位に働く事となる。

本発明による形状はインサートスリーブとして利用する超高分子ポリエチレンリング以外は射出成形による一体成形で製作する事がコスト面において最も有利である。

しかしながら本来耐熱温度８０℃、融点１３８℃程度の超高分子ポリエチレンをインサート部品として利用して２００℃以上の成形温度まで加熱された溶融樹脂と一体成形させる事は困難である。
また樹脂リングを図６の様に装着する場合、樹脂リングの固定、成形圧力によるインサートのずれ等、困難がある。

本課題に対し、本発明者は超高分子ポリエチレンがマイナス４０℃まで寸法的、機械的特性を維持している事に注目し、インサートパーツを１５℃以下、好ましくは０℃以下に冷却した状態にてインサートし成形する事でインサートパーツが超高分子ポリエチレンの耐熱温度まで上昇する前に車輪本体素材が成形、冷却される事を見出し、成形によりインサートパーツが溶融する事が無い事を発見した。

又、インサートパーツの固定、射出圧力による位置ずれに対しては図７の様に金型のインサート部に段差を設け、硬度が低く伸び率も高い超高分子ポリエチレンを無理抜きする事、及び射出ゲート位置をずらし、射出圧力が直接インサートパーツにかからない様にして高速で充填する事で解決した。

又、無理抜きにより車輪本体面からわずかに突出した超高分子ポリエチレン層は図８の様にエッジが崩れ車輪軸挿入時に超高分子ポリエチレン層のエッジに軸が引っかからずに挿入が可能である。

本発明の実施例の一つを紹介する。
車輪本体材質としてポリアセタール樹脂を用いる。
尚、本発明における車輪本体素材は上記素材に限定される事無く、すべての樹脂素材及びその複合素材について適用可能である。
本発明において車輪本体素材においても摺動磨耗性を持っている事が好ましく、ポリオキシメチレン系樹脂、ナイロン６、６６、４６等ポリアミド系樹脂ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、又は切削加工によるＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂も好ましい。
特に搬送ローラー等の用途においては車輪側面の摺動磨耗性も要求される事がありこの場合、摺動磨耗性を付加した複合素材の使用が好ましい。

摺動磨耗用リング素材として超高分子ポリエチレンを使用する。
しかしながら車輪に長期的な耐熱性が要求される場合、摺動磨耗リングにも熱老化に強い部材を選択しなければならない。
従って本発明のインサートに使用する摺動リングは超高分子ポリエチレンに限定される事無く、摺動磨耗性を有するすべての素材及びその複合材について適用可能である。例えばアニオン重合による高結晶化ナイロン樹脂、ポリアセタール樹脂、及びこれらに油、パラフィン、二硫化モリブデン等の固体潤滑材等を分散させた素材が挙げられる。
又充填材により強化されたＰＴＦＥ素材等も適用可能である。

又 本発明におけるインサート用リングは使用中に車輪と剥離しない様に図９の様にあらかじめ数ヶ所にＶ字のカットを入れておく等、回り止め対策を施しておく事が望ましい。

上記の構成にて作製された車輪は耐荷重性、耐熱性においてポリアセタール樹脂の優れた機械特性を有し、車軸との回転においては超高分子ポリエチレンの優れた摺動磨耗性を発揮出来る理想的なプラスチックベアリング車輪を得る事が出来る。

又、本発明の様にインサートパーツを予め冷却する事により耐熱性の低い樹脂をインサートに使用出来る事から例えば図９の様に切削加工した超高分子ポリエチレン車輪等の外周にウレタン樹脂を機械的に結合させる一体成形も可能であり本来接着が非常に困難な摺動磨耗性を持った樹脂とウレタン樹脂との組み合わせによるウレタンベアリング車輪も提供出来る。

本発明によれば容易に耐熱性プラスチックベアリング車輪を安価に提供出来る事から転がりベアリングが使用出来ない摺動車輪に最適である。
用途としては、化学プロセス用搬送機器、医療、食品機械部品、半導体製造部品等の大型車輪等が挙げられる。

又、本発明は車輪構造のみならず、回転軸を支える軸受構造としても適用できる。

すべり軸受車輪断面図１ すべり軸受付車輪摺動部断面 すべり軸受付車輪摺動部磨耗モデル１ すべり軸受付車輪摺動部磨耗モデル２ すべり軸受付車輪摺動部磨耗モデル３ 金型断面図１ 金型断面図２（摺動リング装着図） すべり軸受付車輪断面図２ 摺動インサートリング形状図 すべり軸受付車輪断面図３ すべり軸受付車輪断面図３におけるインサートリング形状

符号の説明

１、車輪本体部
２、摺動磨耗部
３、摺動軸
４、金型断面
５、摺動磨耗部材
６、ウレタン樹脂

Claims (3)

1. リング形状を有した摺動磨耗性を有した樹脂ブロックを軸摺動面に埋め込み、その一部が軸摺動面に露出している事を特徴とした無潤滑すべり軸受車輪
2. 摂氏１５℃以下に冷却したリング形状を有した摺動磨耗性を有した樹脂ブロックを金型内に挿入し射出成形する事を特徴としたプラスチック製すべり軸受車輪製造法
3. リング形状を有した超高分子ポリエチレンを含む事を特徴とした樹脂ブロックを金型内に挿入しウレタン樹脂にて射出成形し一体成形した事を特徴としたすべり軸受機能を有するウレタンローラー

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