JP2010156365A - 摺動受け部材 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受層の厚さ方向への摩耗進行を緩慢にし、長寿命化を図る。
【解決手段】すべり軸受１の軸受層５の表面である軸受面６を、スライド軸７の曲率半径よりも小さな曲率半径の円弧状凹面に形成する。これにより、すべり軸受１は、スライド軸７を、軸受面６の周方向両端の２位置で支持する。このため、スライド軸７の往復移動により軸受層５が摩耗しても、当該軸受層５の厚さ方向への摩耗は比較的緩慢となり、長寿命となる。
【選択図】図１

Description

本発明は棒状の相手部材を摺動可能に支持する摺動受け部材に関する。

すべり軸受（摺動受け部材）は、円弧状の内面を有し、この円弧状内面を摺動受け面として相手軸（相手部材）を摺動可能に支持する。すべり軸受では、通常、摺動受け面を真円とし、その曲率半径を、相手軸の曲率半径よりも若干大なる寸法に定めている。このすべり軸受では、相手軸は、摺動受け面に対して１位置で摺接する。このようなすべり軸受を、以下では従来真円タイプと称することとする。この従来真円タイプのすべり軸受を図１０に示す。なお、図１０では、相手軸１０１を１個のすべり軸受１０２で支持するものとし、摺動受け面１０３の曲率半径ｒ１と相手軸１０１の外面の曲率半径ｒ２との差を誇張して描いている。

複数位置で相手軸を摺動可能に支持するすべり軸受もある。例えば、特許文献１に開示されたすべり軸受は、相手軸を２位置で支持している。この特許文献１のすべり軸受は、ほぼ半円状をなし、摺動受け面である半円状内面のうち、片側のほぼ四分の一円周の円弧状内面と、残る片側のほぼ四分の一円周の円弧状内面とを、相手軸の曲率半径よりも若干大きい曲率半径で且つ曲率中心が互いに異なる２つの円弧面にて形成し、これによって相手軸がすべり軸受の摺動受け面に対し、片側の円弧面において１位置で摺接し、残る片側の円弧面において１位置で摺接するようにしている。このようなすべり軸受を、以下では従来２円弧タイプと称することとする。

この従来２円弧タイプのすべり軸受を図１１に示す。図１１のすべり軸受１０４では、摺動受け面１０５は、相手軸１０６の外面の曲率中心Ｏ５から偏心した曲率中心Ｏ６を有すると共に、相手軸１０６の外面の曲率半径ｒ３よりも大きな曲率半径ｒ４の円弧面１０５ａと、相手軸１０６の外面の曲率中心Ｏ５から偏心した曲率中心Ｏ７を有すると共に、相手軸１０６の外面の曲率半径ｒ３よりも大きな曲率半径ｒ５の円弧面１０５ｂとからなる。なお、両円弧面１０５ａ，１０５ｂの曲率半径ｒ４，ｒ５は同一寸法である。
特開２００１−１０５１０号公報（第３図参照）

すべり軸受は、通常、裏金層上に軸受合金層或いは合成樹脂層などの摺動受け層をライニングして構成される。この摺動受け層が摩耗し、裏金層が現れると、或いは裏金層が現れる少し前ですべり軸受は寿命となる。前述の図１０の従来真円タイプのすべり軸受１０２では、相手軸１０１の摺接位置Ｐ１０において、相手軸１０１のラジアル荷重の作用方向、換言すれば、摺動受け層１０２ａの摩耗進行方向Ａ１０が当該摺動受け層１０２ａの厚さ方向ｕ１０（すべり軸受１０２の径方向）と一致し、両者の角度差θ１０は０度となる。

一方、図１１の従来２円弧タイプのすべり軸受１０４では、相手軸１０６が摺接する２つの各位置と相手軸１０６の中心Ｏ５とを結ぶ２つの直線のなす角度αが１００度以内（特許文献１段落「００３０」参照）とそれ程大きくなく、図１１に点Ｐ３，Ｐ４で示す相手軸１０６の摺接位置における摺動受け層１０４ａの摩耗進行方向Ａ１１（ラジアル荷重の作用方向）と当該摺動受け層１０４ａの厚さ方向ｕ１１（すべり軸受１０４の径方向）との角度差θ１１は小さい。

このように従来のすべり軸受では、摺動受け層の摩耗の進行方向と当該摺動受け層の厚さ方向とが一致或いは両者の角度差が比較的小さいため、摺動受け層の厚さ方向の摩耗が進み易く、すべり軸受の寿命をもっと長くしたいという要望があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、長寿命化を図ることができる摺動受け部材を提供する。

本発明の摺動受け部材は、凹状の摺動受け面を有し、棒状の相手部材を前記摺動受け面にて摺動可能に支持する摺動受け部材において、摺動受け面に垂直な断面で見て、前記摺動受け面は、前記相手部材を２位置で支持し、前記相手部材が前記摺動受け面の前記２位置で支持された状態で、前記２位置における前記摺動受け面の各接線が、各位置における前記相手部材の外面の接線と交差するように構成されていることを特徴としている。

この摺動受け部材によれば、説明のために図２を用いると、摺動受け面６の相手部材７が接する位置において、厚さ方向ｕ１と相手部材７の荷重の作用方向（摺動受け層５の摩耗進行方向Ａ１）との角度差を大きくすることができ、そのために摺動受け面６と平行な方向に近い方向に摩耗を進ませることができる。したがって、摺動受け層５の厚さ方向に対しての摩耗進行を遅くさせることができる。なお、摺動受け面６は、摺動受け面６に垂直な断面で見て、略真円の一部からなる円弧、楕円や放物線や双曲線の一部からなる弧、又はそれらの組合せからなる形状等で構成することが好ましい。

相手部材が断面円形である場合、摺動受け面が、相手部材の外面の曲率半径よりも小さい曲率半径をもった円弧面から構成されている、摺動受け部材とすることができる。
摺動受け面が、相手部材の外面の曲率半径よりも小さい曲率半径をもった円弧面からなると、摺動受け層の厚さ方向と摺動受け層の摩耗進行方向との角度差を大きくし易いので、長寿命化を図り易い。
また、相手部材が断面円形である場合、摺動受け面が、曲率半径が互いに同一で、かつ曲率中心が互いに異なる２つの円弧面から構成されている、摺動受け部材とすることができる。

相手部材を支持する２位置における摺動受け面の各接線が、それらの位置における相手部材の外面の接線と交差するように構成され、摺動受け面が、曲率半径が互いに同一で、曲率中心が互いに異なる２つの円弧面からなると、摺動受け層の厚さ方向と摺動受け層の摩耗進行方向との角度差を大きくし易いので、長寿命化を図り易い。

以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図３は、摺動受け部材としてのすべり軸受１の厚さ方向の断面を示している。この図３に示すように、本実施形態のすべり軸受１は、例えば鋼製の裏金層２と、この裏金層２上に被着された例えば焼結銅合金からなる多孔質焼結合金層３と、この多孔質焼結合金層３に含浸させ且つ当該多孔質焼結合金層３を覆う例えばＰＴＦＥなどの合成樹脂からなる合成樹脂層４との複層からなる複層材により構成されている。そして、多孔質焼結合金層３と合成樹脂層４とで摺動受け層としての軸受層５が構成され、合成樹脂層４の表面は、摺動受け面としての軸受面６とされている。

すべり軸受１は、軸受面６が真円タイプのもので、円弧状に曲げられ、軸受面６が、図１に示すように、周方向に二等分する中心線Ｃ１上に曲率中心Ｏ１を持った曲率半径Ｒ１の凹状の円弧面となっている。
このすべり軸受１は、１個で、棒状の相手部材、例えば断面が円形の棒状のスライド軸７を軸方向（紙面垂直方向）に摺動可能に支持する。この実施形態では、すべり軸受１は、スライド軸７を、２位置、具体的には、軸受面６（合成樹脂層４）の周方向両端で支持する。そのために、上記軸受面６の曲率半径Ｒ１は、スライド軸７の外面の曲率半径Ｒ２よりも小さく、且つ、スライド軸７を支持したとき、軸受面６の周方向両端間の中央においてスライド軸７との間に僅かな隙間（例えば３０μｍ）が生ずるような曲率半径に定められている。

すべり軸受１によりスライド軸７を周方向両端の２位置で支持した状態において、スライド軸７のラジアル荷重は、理想的には、当該スライド軸７の中心Ｏ２を通る前記中心線Ｃ１と一致する線上であって軸受面６側に向く矢印Ａ方向に作用し、軸受面６の周方向両端にて等分に受けられることとなる。ここで、軸受面６がスライド軸７を支持している位置（軸受面６の周方向両端）をＰ１，Ｐ２とする。この支持位置Ｐ１，Ｐ２は、すべり軸７の径方向から見ると線状であるが、軸方向から見ると点となるので、以下では位置Ｐ１，Ｐ２は、Ｐ１，Ｐ２点ということとする。

このＰ１，Ｐ２点におけるスライド軸７の外面の接線は、図１に示すＴ１，Ｔ２となる。この接線Ｔ１，Ｔ２は、図２に示すように、スライド軸７の曲率中心Ｏ２とＰ１，Ｐ２を結ぶ直線（法線；一方のみ図示）と直角な直線である。これら両接線Ｔ１，Ｔ２は、スライド軸７のラジアル荷重の作用方向である矢印Ａ方向側に延長すると、互いに交差する。

一方、上記Ｐ１，Ｐ２点におけるすべり軸受１の軸受面６の接線は、Ｔ３，Ｔ４となる。この接線Ｔ３，Ｔ４は、軸受面６の曲率中心Ｏ１とＰ１，Ｐ２点を結ぶ直線（法線）と直角な直線で、Ｐ１，Ｐ２点においてスライド軸７の外面の接線Ｔ１，Ｔ２と交差している。また、上記軸受面６の両接線Ｔ３，Ｔ４も、スライド軸７のラジアル荷重の作用方向である矢印Ａ方向側に延長すると、互いに交差する。この場合、軸受面６の２つの接線Ｔ３，Ｔ４どうしの交差角度βは、スライド軸７の外面の２つの接線Ｔ１，Ｔ２どうしの交差角度γよりも小さく、したがって軸受面６の接線Ｔ３，Ｔ４は、スライド軸７の外面の接線Ｔ１，Ｔ２よりもラジアル荷重の作用方向であるＡ方向（二等分線Ｃ１）と平行になる側に傾いている。

上記のすべり軸受１では、Ｐ1,Ｐ２点において、軸受面６の接線Ｔ３，Ｔ４がスライド軸７の外面の接線Ｔ１，Ｔ２と交差するので、スライド軸７の支持位置であるＰ１，Ｐ２点間の中心角δ（点Ｐ１と中心Ｏ１を結ぶ直線と点Ｐ２と中心Ｏ１を結ぶ直線とのなす角度）を、図１０に示す従来２円弧タイプのすべり軸受１０４の中心角αよりも大きく設定することができる。なお、中心角δは、１８０度未満であり、１００〜１７０度が好ましく、更に好ましくは１４０度前後である。

一方、軸受層６は、スライド軸７の往復移動により徐々に摩耗してゆくが、その摩耗の進行方向はスライド軸７のラジアル荷重の作用方向（矢印Ａ（Ａ１）方向）であり、厚さ方向（すべり軸受１の半径方向：矢印ｕ１方向）の摩耗進行は比較的遅い。そして、ラジアル荷重の作用方向である矢印Ａ方向の軸受層５の深さ寸法（裏金層２までの寸法）ｔ１は、上記のように点Ｐ１，Ｐ２間の中心角δが大きいので、軸受層５の半径方向の厚さ寸法ｔ２よりも大きい。このため、軸受層５が摩耗して裏金層２が露出する状態になって寿命が尽きるまでの時間が長く、長寿命となる。

本発明者は、この軸受層６の半径方向（厚さ方向）の摩耗進行が比較的遅いことを、２つの実験により確認した。第１の実験は、本実施形態のすべり軸受（実施例品１，２：中心角δ＝１４０度）、従来真円タイプのすべり軸受（比較例品１）および従来２円弧タイプのすべり軸受（比較例品２：中心角α＝９０度）を対象にして、スライド軸を次の表１に示す条件にて往復移動させて軸受層が厚さ方向（半径方向）にどのくらい摩耗したかを測定する実験であり、その結果を表２に示した。本実験では、同時に、軸受層の摩擦係数を測定してその平均値を計算したので、その結果も表２に示した。なお、ここでの実施例品１，２、比較例品１，２は、いずれも図３に示す複数層構造のもので、合成樹脂層４の厚さを１５μｍ、多孔質焼結合金層の厚さを３００μｍとした。

第２の実験は、上記の実施例品１、比較例品１，２を対象にして、スライド軸を往復移動させ、スライド軸が軸受層の摩耗によってラジアル荷重の作用方向（矢印Ａ方向）に３０μｍだけ変位したとき、当該軸受層の各部が厚さ方向（径方向）にどのくらい摩耗したかを測定する実験である。その結果を次の表３および図４に示した。

そして、表３および図４は、試験終了した状態で、すべり軸受の軸受面の曲率中心を通る直線であって且つすべり軸受を周方向に二等分する直線を０度の線とし、この０度の線を軸受面の曲率中心を中心にして片側に少しずつ回転させていったとき、その直線上での軸受層の厚さ方向の摩耗量（径方向の摩耗量）と直線の回転角との関係を示したものである。この回転角の角度が、摩耗量の測定位置を表している。
上記２つの実験から明らかなように、実施例品１，２では、軸受層の厚さ方向（半径方向）の摩耗進行が比較的遅く、長寿命となることが理解される。実施例品１，２では、軸受層の摩耗進行が比較的遅いことにより、裏金層に達するまでの期間が長い。実施例品１，２は、平均摩擦係数が低かった。

図５は本発明の第２の実施形態を示すもので、上述の第１の実施形態のすべり軸受１が真円タイプに適用したものであるところ、本実施形態は２円弧タイプに適用したものである。つまり、図５に示すように、すべり軸受８を円周方向に二等分する直線をＣ２とすると、すべり軸受８の軸受面６の一方側は、スライド軸７の中心Ｏ２からラジアル荷重の作用方向（矢印Ａ方向）に、且つＰ１点から離れる側に向かって所定長さｄだけずれた点Ｏ３を曲率中心とした曲率半径Ｒ３の凹状の円弧面６ａに形成されている。また、軸受面６の他方側は、スライド軸７の中心Ｏ２からラジアル荷重の作用方向（矢印Ａ方向）に、且つＰ２点から離れる側に向かって所定長さｄだけずれた点Ｏ４を曲率中心とした曲率半径Ｒ４の凹状の円弧面６ｂに形成されている。ここでは、軸受面６の一方側および他方側の円弧面６ａ，６ｂの曲率半径Ｒ３，Ｒ４は等しく、且つスライダ軸７の外面の曲率半径Ｒ２よりも大きく定められている。

このように構成したすべり軸受８においても、スライダ軸７を軸受面６の周方向両端Ｐ１，Ｐ２にて摺動可能に支持し、このＰ１，Ｐ２点における軸受面６の接線Ｔ５，Ｔ６は、Ｐ１，Ｐ２点におけるスライダ軸７の外面の接線Ｔ７，Ｔ８と交差している。この場合も、軸受面６の接線Ｔ５，Ｔ６は、ラジアル荷重の作用方向（矢印Ａ方向）側に延長すると互いに交差し、同様に互いに交差するスライド軸７の接線Ｔ７，Ｔ８よりも、スライド軸７のラジアル荷重の作用方向であるＡ方向（二等分線Ｃ１）と平行に近くなる側に傾いている。

なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは変更が可能である。
軸受面６の一方側および他方側の円弧面６ａ，６ｂの曲率半径Ｒ３，Ｒ４を等しくし、かつそれらをスライダ軸７の外面の曲率半径Ｒ２以下にしても良い。
摺動受け部材としては、本発明の第３の実施形態を示す図６のように、断面三角形の相手部材９をスライド可能に支持するＶ字形のものであっても良い。この場合の相手部材９を支持する摺動受け部材１０の凹状の摺動受け面１１のＰ１，Ｐ２点における接線Ｔ９，Ｔ１０は、相手部材９のＰ１，Ｐ２点における接線Ｔ１１，Ｔ１２と交差している。

摺動受け部材としては、本発明の第４の実施形態を示す図７のように、周方向両端にウイング１２ａ，１２ｂが突出する形態のものでも良い。この場合、相手部材１３を支持する摺動受け部材１２のＰ１，Ｐ２点における摺動受け面１４の接線Ｔ１３，Ｔ１４は、ラジアル荷重の作用方向であるＡ方向側に存する摺動受け面１４の接線となる。
摺動受け部材としては、本発明の第５の実施形態を示す図８のように、裏金層１４に軸受合金層１５をライニングした構成、或いは、本発明の第６の実施形態を示す図９のように、軸受合金層１５の上に更にオーバレイ層１６を被着した構成のものであっても良い。
摺動受け部材としては、相手部材を往復移動可能に支持するものに限られず、回転する相手部材を支持するものであっても、揺動する相手部材を支持するものであっても良い。

本発明の第１の実施形態を示す断面図 片側の支持点部分の拡大断面図 すべり軸受の層構造を示す断面図 実験結果を示すグラフ 本発明の第２の実施形態を示す縦断面図 本発明の第３の実施形態を示す縦断面図 本発明の第４の実施形態を示す縦断面図 本発明の第５の実施形態を示す縦断面図 本発明の第６の実施形態を示す縦断面図 従来の真円タイプのすべり軸受にて示す図１相当図 従来の２円弧タイプのすべり軸受にて示す図１相当図

符号の説明

図面中、１はすべり軸受（摺動受け部材）、２は裏金層、３は多孔質焼結合金層、４は合成樹脂層、５は軸受層（摺動受け層）、６は軸受面（摺動受け面）、７はスライド軸（相手部材）、８はすべり軸受、９は相手部材、１０は摺動受け部材、１２は摺動受け部材、１３は相手部材を示す。

Claims (3)

1. 凹状の摺動受け面を有し、棒状の相手部材を前記摺動受け面にて摺動可能に支持する摺動受け部材において、
   前記摺動受け面は、前記相手部材を２位置で支持し、前記相手部材が前記摺動受け面の前記２位置で支持された状態で、前記２位置における前記摺動受け面の各接線が、各位置における前記相手部材の外面の接線と交差するように構成されていることを特徴とする摺動受け部材。
2. 前記相手部材は断面円形であって、前記摺動受け面は、前記相手部材の外面の曲率半径よりも小さい曲率半径をもった円弧面から構成されていることを特徴とする請求項１記載の摺動受け部材。
3. 前記相手部材は断面円形であって、前記摺動受け面は、曲率半径が互いに同一で、かつ曲率中心が互いに異なる２つの円弧面から構成されていることを特徴とする請求項１記載の摺動受け部材。

Images