JP2016518561A - アキシャル−ラジアル滑り軸受と、これに使用する摺動面材 - Google Patents

アキシャル−ラジアル滑り軸受と、これに使用する摺動面材 Download PDF

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Abstract

【課題】軸受内径が異なる場合でも、同一構造、又は、同一部品形状の摺動面材を用いて滑り軸受を製造できるようにする。【解決手段】第一軸受レース(11)と第二軸受レース(12)の間に配される摺動面材(20)が、軸方向摺動面となる軸方向領域(21)と半径方向摺動面となる半径方向領域(22)を備えた実質的にL字形断面に形成され、半径方向領域(22)を、ヒンジ部(23)により互いに反対方向に曲げ可能にフレキシブルに連結された複数のセグメント(24)に分割することにより、半径方向領域(22)が軸受内径に応じて湾曲するようにした。【選択図】図1

Description

本発明は、組合せアキシャル−ラジアル滑り軸受と、その滑り軸受用に開発された摺動面材に関する。
複合構造として設計された組合せアキシャル−ラジアル滑り軸受は、米国特許第5509738号明細書(特許文献1)に開示されている。
ここでは、ポリマー、好ましくは、ポリイミドで作られた摺動面材が、金属軸受半体上に固定されている。
また、円板形の軸方向摺動面を形成するために、複数の扇形のポリイミドセグメントが結合されて取り付けられている。
そして、円筒状のラジアル摺動面を提供するために、複数の屈曲ポリイミドストリップが、軸受半体の内周の所定の位置に接着されている。
この場合の問題点は、例えば、扇形セグメントと屈曲ストリップが、それぞれの軸受シェルの寸法に適合させなければならないという点である。
さらに、特許文献1に示されるような複合滑り軸受は、製造コストが嵩むという問題がある。
独国特許出願公開第2159801号明細書(特許文献2)は、金属支持層を備えた多層構造のヒンジ型軸受スリーブと、その上に形成される自己潤滑性プラスチック走行層に関する。
igus社の製品カタログ「PolymerGleitlager06.2005」のページ50.1〜50.2(非特許文献1)には、このような一般的な種類の軸/ラジアル滑り軸受が開示されている。
この滑り軸受は、PRT(polymer slewing ring bearing)とも呼ばれ、第一のアウター軸受レースと、金属又は適切なプラスチック材料で作られた第二のインナー軸受レースを備えている。
双方の軸受レースは、軸受中心の周りに、互いに反対方向に回転可能に形成されている。
第二の軸受レースは、二つの部品からなり、実質的にU字型断面に形成されている。
第二の軸受レースには、第一軸受けレースの内周部分に当接される受け座が形成されている。
このポリマー製旋回リング軸受は、摩擦学的に適切な低摩擦ポリマー(tribopolymer)で作られた摺動面材を含んでいる。
これらの摺動面材は、第一及び第二の軸受レースの間に環状に配列されて、双方の軸受レースを軸方向および半径方向に分断する。
この目的を達成するために、摺動面材はそれぞれ、軸方向面内で実質的にL字形断面を有し、その結果、軸方向摺動面が軸方向領域に設けられ、半径方向摺動面が半径方向領域に設けられる。
独国実用新案出願公開第202004006697号明細書(特許文献3)には、同様のアキシャル−ラジアル滑り軸受が開示されており、これが最も関連性の高い先行技術と考えられる。
このような滑り軸受の利点は、低摩擦で、メンテナンスフリーで、安価に製造でき、頑丈で、かつ、高い耐摩耗性を有している点にある。
軸受のこれらの良好な特性は、主として使用されるポリマーの摺動面材によって達成されている。
摺動面材は、具体的には、必要とされるすべての軸受の直径別に、例えば射出成形プロセスによって製造される。
これによって、直径の異なる軸受の製造は、軸受部品を製造するために必要なツールのために対応するコストが生じ、また、部品点数が増えることにより在庫管理にコストが嵩むという問題がある。
米国特許第5509738号明細書 独国特許出願公開第2159801号明細書 独国実用新案出願公開第202004006697号明細書
igus社の製品カタログ「PolymerGleitlager06.2005(ポリマー滑り軸受06.2005)」、ページ50.1〜50.2
そこで本発明は、直径が異なる場合でも、同一構造、又は、同一部品形状の摺動面材を使用して製造することができる軸受を提供することを技術的課題としている。
本発明によれば、この目的は、請求項1に記載のアキシャル−ラジアル滑り軸受により、そして、また独立して、請求項10に記載されたポリマー摺動面材により達成される。
ここに、アキシャル−ラジアル滑り軸受は、主に軸方向荷重下で使用される滑り軸受と、主に半径方向荷重下で使用される滑り軸受の両方に使用し得るものであると理解されている(ラジアル−アキシャル滑り軸受と呼ばれる。)。
請求項1の前段部分に記載された一般的な滑り軸受において、あるいは、請求項10の前段部分に記載された一般的なポリマー摺動面材において、本発明では、摺動面材の半径方向領域に少なくとも1つのヒンジ部が形成され、これにより、半径方向領域の2つのセグメントが互いに反対に曲がるようにフレキシブルに接続されている。
そのようなヒンジ部、または、互いに反対方向に曲がる二つのだけのセグメントに分割された半径方向領域によって、軸受レース間に配される摺動面材は、異なる直径の軸受レースに装着することができるようになっている。
これに関連して、半径方向領域に設けられたヒンジ部は、軸受の直径に応じて、軸受中心の周りに摺動面材を曲げ調整することができ、その結果、直径の異なる軸受レース間の半径方向隙間内に、摺動面材を装着することができる。
したがって、摺動面材を特別な形状とすることによって、軸受レースのサイズが異なる場合でも、少なくとも軸受直径が特定の範囲内にあるときは、効果的に使用することができる。
この場合に、第一及び第二の軸受レースの既知の構造について、いかなる変更も必要としない。
本発明の滑り軸受は、通常、任意の旋回リング軸受、特に、内側軸受レースがU字形断面を有すると共に円盤状の外側軸受レースを支持するタイプの軸受としての使用に適している。
また、U字形断面を外側に位置させた逆の構造に対しても、この摺動面材が適していることはいうまでもない。
両方の場合において、
摺動面材は、広い意味で角度がついており、相互に横方向に広がる二つの領域を有するL字形断面で形成され、その第一の領域は軸方向摺動面を形成するため軸方向領域と呼ばれ、その第二の領域は半径方向摺動面を形成するため半径方向領域と呼ばれる。
好ましくは、摺動面材の半径方向領域のヒンジ部は、例えば、摺動面材の残りの部分の壁厚と比較して薄い壁厚を有する部分によってフィルムヒンジのように形成される。
壁厚の減少した部分は、少なくとも半径方向領域にある二つの隣接する比較的硬質のセグメント同士をそれぞれ接続している。
このような構造は、単一材料を用いたワンピース一体成形による製造を可能にする。
理論的には、ヒンジ部は、摩擦学的に優れた低摩擦のプラスチック材料中に、例えば、射出成形工程により柔軟なプラスチック材料を組み合わせることにより形成することができる。
これに替え又はこれに付け加えて、ヒンジ部は、異なる方法、例えば、穿孔を設けて材料の強度を減少させたり、二つのセグメント間をそのように構成することによっても形成することができる。
したがって、本発明において、用語「ヒンジ部」は、最も広義には、半径方向領域径方向で隣接するセグメントよりも高い柔軟性を有する部分であると理解される。
この柔軟性は、より低い弾性係数を有する付加的な材料によって得ることができる。
好ましくは、追加の柔軟性が、実証されたポリマーによりワンピースに製造された摺動面材でヒンジとして機能する部分の設計によって達成される
使用可能な構成としては、ヒンジ軸またはヒンジ部は、好ましくは高柔軟性を呈し、実質的に軸受中心に対して平行に形成されると共に、半径方向の周動面又は半径方向領域で軸方向の全長にわたって延設されている。
大小の直径にできるかぎり広い範囲で適用可能とするため、
本発明は、摺動面材の半径方向領域に、独創的なヒンジ部のいくつかを備えていることが好ましい。
このようにして、半径方向領域は、好ましくはヒンジ部によって、フレキシブルに接続されたセグメントの数に対応して分割されている。
その結果、ヒンジ部が、例えば、壁厚又は他の材料の弱体化の減少を最小限とすることにより、比較的高い剛性を有している場合でさえも、摺動面材を全体的に、軸受中心の周りの半径方向領域の屈曲させることができる。
曲げ方向又は回転方向に対する半径方向領域の柔軟性をできるだけ高くするため、摺動面材の半径方向領域を、二つのヒンジ間にある一つだけのセグメントの長さにわたって、軸方向領域に接続することが好ましい。
比較的硬い二つのセグメント間あるいは領域間は、好ましくは、追加のヒンジ部により柔軟性をもって接続される。
本発明に係る摺動面材を使用した場合、アキシャル−ラジアル滑り軸受の直径によっては、隣接する摺動面材の軸方向領域との間に異なるクリアランスが自然に生成される場合がある。
このようなクリアランスに起因する摺動面材間における相対的な動きを避けるために、あるいは、関連する磨耗を減少させ、または、避けるために、摺動面材の軸方向領域には、互いに軸方向の領域を固定するコネクタが形成されていることが好ましい。
コネクタとして、特に有用なのは、外側の角に配置された締りばめコネクタである。
隣接する摺動面材の対向する端縁は、このように着脱自在に容易に相互に接続することができる。
例えば、軸方向領域のエッジまたはコーナーに設けられるフック・アンド・アイのスナップコネクタは、射出成形プロセスを用いて容易に製造することができる。
本発明の摺動面材に、一以上の傾斜端縁や、横方向、特に半径方向領域のヒンジ部に対して垂直な方向への断面減少部を形成することは、特に有利である。
結果として、軸方向領域は、低摩擦剛性材料を使用する場合も、曲げによる膨らみに起因する摩耗の増加や、望ましくない妨害を回避して、屈曲しやすくすることができる。
連続した摺動面材の軸方向領域の間に、軸受の直径に依存して生ずるクリアランスを可能な限り小さく維持するため、少なくとも実質的に等脚台形状に構成され、脚部同士のなす角が20°以下と比較的小さく、特に好ましくは15°以下にレイアウトされた軸方向領域を用いることは有利である。
このような追加のヒンジ部の軸は、半径方向領域に形成された独創的なヒンジ部の軸に対して、垂直に設けられることが好ましい。
一般的に、ヒンジ部は、軸受中心に対して斜めに形成することもできるが、この場合、少なくとも軸受中心の周りに調整可能に屈曲される十分に大きな軸方向成分を有していなければならない。
具体的に好ましい実施形態では、個別の面材を複数連続させた二つの摺動リングが、軸方向に対向するように、二つの軸受レースの間に配置されている。
個々の摺動面材を備えた二つの軸受レースは、互いに向き合わされて、軸方向及び半径方向に最適な状態に支持される。
他の実施例では、例えば、主としてラジアル軸受として使用するときは、半径方向領域が同様に設計されているポリマー摺動面材を備えた一つの摺動リングが設けられていればよい。
いずれの場合も、本発明のポリマー摺動面材が順次円周方向につなぎ合わせされて使用され、最も好都合には、ほぼ連続的な円盤状の軸方向軸受面と、ほぼ連続した環状の半径方向軸受面を形成することにより、無視できない中間のギャップや隙間がないように形成されている。
本発明によるポリマー摺動面材は、特に、250mmミリ程度より大きく、好ましくは、500mmより大きい大型軸受直径のアキシャル−ラジアル滑り軸受の提供を可能にする。
本明細書において、用語「ベアリング径」は、内側軸受レースの自由内径を意味する。
この範囲の直径を備えた本発明のヒンジ部は、例えば、すでに実証された低摩擦ポリマーを使用してフィルムヒンジのように局所的に強度を低下させる場合でも、その製造工程中に容易に生産することができる。
好ましい構成として上述された特徴的構成は、本発明の本質的特徴として、また、本発明のポリマー摺動面材についても、その構成それ自体が摺動面材に関係する限り、独立的に権利請求されている。
さらに、独立請求項10に記載のポリマー摺動面材は、これに限定されるものではないが、アキシャル−ラジアル滑り軸受に使用するのに適しており、特に、異なる直径を有する複数の旋回リング軸受に対して使用するのに適している。
本発明のポリマー摺動面材は、ヒンジ接続により、直線滑り軸受の摺動面材としても選択的に用いることができる。
本発明に従って構成された摺動面材は、また、必要に応じて設計されたアキシャル−ラジアル滑り軸受、特に、互いに反対方向に回転可能な二つの対向する形状の軸受レースを備えた滑り軸受に係る摺動面材の使用にも適用可能である。
以下、本発明のさらなる詳細、利点および特徴を、添付の図面に示す好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1A…本発明に係るポリマー摺動面材が装着されたアキシャル−ラジアル滑り軸受の軸受中心に沿って切断した断面図。 図1B…その平面図。 図2A…本発明に係る摺動面材の好ましい実施例を軸受中心の方向から見た平面図。 図2B…図2Aの正面側斜視図。 図2C…図2Aの背面側斜視図。
図1A〜1Bにおいて、アキシャル−ラジアル滑り軸受は、一般的に参照番号10で示される。
このすべり軸受は、第一の軸受レース11と第二の軸受レース12とを備え、それ自体公知の方法で、典型的には例えばアルミなどの金属で形成されている。
これらの二つの軸受レース11及び12の一方又は双方が、
適切なプラスチック材料から作ることができる。
図示された実施例では、第二軸受レース12は、内輪として設計されており、略U字状の断面を有する。
この第二の軸受レース12には受け座が形成され、これによって、第一の軸受レース11の半径方向内側部分が、完全に支持される。
図1Aに見られるように、第二の軸受レース12は、互いにフランジをつけた二つの部品から構成され、ネジによって組み立てられる。
図示された実施例では、第一の軸受レース11は、ワンピースの外輪として設計されている。
二つの軸受レース11、12の間の対応する隙間やクリアランスにより、両者は、軸受中心Aの周りに互いに回転可能に形成されている。
両方の軸受レース11及び12には、回転可能に相互に接続される構成要素(図示せず)を固定するための軸方向孔が形成されている。
それ自体知られている適切な軸受レース11、12のさらなる特徴については、冒頭の先行技術を参照されたい。
図1Aは、第一および第二の軸受レース11、12の間に、より正確には、第二の軸受レース12の受け座領域に配された、低摩擦材料(tribopolymer)で製造された摺動面材20を示す。
対向する二枚の摺動リングの夫々は、周方向に連続配置された複数の摺動面材20の各々によって形成され、軸受レース11、12を軸方向に及び半径方向に分断すると共に、軸受レースの周動面を形成する。
この目的を達成するために、軸受中心A(図1A参照)を含む断面上で、摺動面材20は、軸線方向領域21及び半径方向領域22を有する略L字状の断面形状に形成され、前記半径方向領域は、軸方向領域に対して実質的に垂直に形成されている。
本発明に用いる摺動面材20の詳細は、図2A〜図2Aに示されている。
摺動面材20は、好ましくは、軸受レース11、12を軸方向および半径方向に支持するために摩擦学的に適したポリマーにより、射出成形法でワンピースに製造される。
図2Aの面内に表裏両面が形成された軸方向領域21は、軸受レース11、12を軸受中心Aの方向に支持するために、軸方向に対向する二つの周動面として形成される。
これに対応して、半径方向領域22は、その表裏両面が、軸方向の周動面に対して略垂直に延び、半径方向の支持や軸受のために、動作位置で若干湾曲した半径方向の摺動面を形成する。
摺動面材20の半径方向領域22には、いくつかのヒンジ部23が形成されている(図示の例では2つのヒンジ部23を示す。)。
ヒンジ接続23は、セグメント24の数(この場合で3セグメント)に対応する数に半径方向領域22を細分化すると共に、これらのセグメント24同士を柔軟に、あるいは、反対向きに折れ曲がるように接続されている。
図2Bに示すように、ヒンジ部23は、セグメント24をヒンジ軸S(図2B参照)に対して互いに正逆方向に屈曲させ、又は、折り曲げることができるように構成されている。
ヒンジ部23は、装着状態で、そのヒンジ軸Sが、軸受中心Aに対して、ほぼ平行に延びるように構成されている。
その結果、摺動面材20、特に半径方向領域22は、アキシャル−ラジアル滑り軸受10のそれぞれの内径D(図1A〜1B参照)に適合させることができる。
このため、例えば直径が500〜600mmあるいはそれより大きな範囲の異なる直径Dの軸受に対して、本発明に従い、所定の形状を有する摺動面材20を使用することができる。
図2A−2Cに示す好ましい実施例では、各ヒンジ部23は、半径方向領域22の壁の厚さを比較的剛性の高いセグメント24間で減少させることによって、フィルムヒンジのように形成製されている。
各セグメント24の相対的な柔軟性を損なわないように、半径方向領域22は、一つのセグメント24が、本例では、中間セグメントのみが軸方向領域21に接続されている。
この目的のために、図2Cに示されるように、軸方向領域21と半径方向領域22との間をフレキシブルに接続するヒンジ部25が設けられている。
ヒンジ部25は、軸線方向領域21と半径方向領域22との間を横軸Tの周りに回動可能に接続し、その横軸Tは、図2C破線で図示するように、前記ヒンジ軸Sに対して実質的に垂直に、あるいは、滑り軸受10の回転方向に対して接線方向に延びている。
図2A〜2Cは、半径方向領域22のヒンジ部23のヒンジ軸Sと垂直に凹溝28が、図2Cに示す横軸Tに対して並行に、且つ、偏倚して形成されていることを示す。
さらに、別の凹溝を図2Cに示す横軸Tに対して垂直に設けることができ、ヒンジ部23の位置から延長することにより特に簡単に形成することができる。
このような凹溝28を適切に配することにより、滑り軸受20の材質にかかわらず、必要に応じて、軸方向領域21に曲げ容易性を付与することができる。
それは、図2A−2Cに示すように、摺動面材20をフラットにレイアウトする場合に使いやすく、少なくとも可能な限り、最大の軸方向領域21は等脚台形状に設計されている。
ここで、両側の脚部同士のなす角は、20°未満、好ましくは、15°未満の角度に形成され、軸受中心Aに向かって先細りするように形成されている。
前記脚部同士のなす角の半角αが、図2Aに鎖線で示されている。
そして、隣接する軸方向領域21同士の間、及び、隣接する半径方向の領域22同士の間のギャップ幅は、周方向に最適化される。
図2B−2Cは、摺動面材20の外側コーナー部に形成された係合フック26を示し、同様に形成されたフック孔27に、隣接する摺動面材20の係合フック26が嵌り合う嵌合コネクタを構成する。
摺動部材20に形成された係合フック26とフック孔27は、隣接する摺動部材20を軸受中心Aの円周方向に、又は、接線方向に固定するために嵌合接続で連結される。
最後に、図2A−2Cには、半径方向領域22がフラットで平らに配置された状態が示されているが、ヒンジ軸S周りの各セグメント24間の角度は広い範囲内で自由に選択することができ、これによって、内径Dに応じて前記ヒンジ部23の角度を調整することができる。
一方、図2A−2Cに示されるように、摺動面材20を平面に配置した場合は、リニアスライドベアリングに適用することができる。
軸受内径が異なる滑り軸受に使用する同一構造、又は、同一部品形状の摺動面材の用途に使用し得る。
10 アキシャル−ラジアル滑り軸受
11 第一の軸受レース
12 第二の軸受レース
13 孔
20 摺動面材
21 軸方向領域
22 半径方向領域
23 ヒンジ部
24 セグメント
25 ヒンジ部
26、27 嵌合コネクタ
28 凹溝
A 軸受中心
D 軸受内径
S ヒンジ軸
T 横軸
α 半角(脚部同士のなす角の半角)




Claims (16)

  1. 第一軸受レース(11)と第二軸受レース(12)が互いに対向して軸受中心(A)の周りに回転可能に配されると共に、各軸受レース間に摺動面材(20)が配され、
    前記第二レース(12)が、前記第一軸受レース(11)を少なくとも一定領域に支持するために実質的にU字形断面に形成され、
    前記摺動面材(20)は、前記軸受レースを軸方向及び半径方向に離した状態に維持するため、ポリマー、好ましくは、低摩擦ポリマー(tribopolymer)により、軸方向摺動面となる軸方向領域(21)と半径方向摺動面となる半径方向領域(22)を備えた実質的にL字形断面に形成されて成るアキシャル−ラジアル滑り軸受(10)において、
    前記摺動面材(20)が軸受内径(D)に拘わらず適合し得るように、前記半径方向領域(22)は、二つのセグメント(24)を互いに反対方向に曲げ可能にフレキシブルに連結する少なくとも一つのヒンジ部(23)を備えたことを特徴とするアキシャル−ラジアル滑り軸受(10)。
  2. 前記ヒンジ部(23)が、前記半径方向領域(22)の前記セグメント(24)の間の壁厚を減少させたフィルムヒンジに形成された請求項1記載のアキシャル−ラジアル滑り軸受。
  3. 前記摺動面材の半径方向領域(22)が、いくつかのヒンジ部(23)により、フレキシブルに接続されるいくつかのセグメント(24)に分割された請求項1又は2記載のアキシャル−ラジアル滑り軸受。
  4. 半径方向領域のただ一つのセグメント(24)が、軸方向領域に、他のヒンジ部(25)によりフレキシブルに接続された請求項1〜3いずれか記載のアキシャル−ラジアル滑り軸受。
  5. 摺動面材の軸方向領域(21)を互いに固定するために、当該軸方向領域の外側コーナーにコネクタ、好ましくは、嵌合コネクタ(26、27)が形成された請求項1〜4いずれか記載のアキシャル−ラジアル滑り軸受。
  6. 軸方向領域(21)の曲げやすさを向上させるため、一又はいくつかの凹溝(28)が、半径方向領域(22)の少なくとも一つのヒンジ部(23)のヒンジ軸(S)を横切る方向に形成された請求項1〜6いずれか記載のアキシャル−ラジアル滑り軸受。
  7. 前記摺動面材の少なくとも軸方向領域(21)は、脚部同士のなす角(2α)が20°以下、好ましくは、15°以下の等脚台形状に形成された請求項1〜6いずれか記載のアキシャル−ラジアル滑り軸受。
  8. 前記軸受レース(11、12)を、互いに、軸方向及び半径方向に支持する前記摺動面材(20)が多数配列され、当該軸受レースの間に二つの摺動リングが形成された請求項1〜7いずれか記載のアキシャル−ラジアル滑り軸受。
  9. 最小軸受内径(D)が250mm、好ましくは、500mmである請求項1〜8いずれか記載のアキシャル−ラジアル滑り軸受。
  10. 軸方向摺動面となる軸方向領域(21)と半径方向摺動面となる半径方向領域(22)により実質的にL字形断面に形成された滑り軸受用、好ましくは、請求項1〜9いずれか記載のアキシャル−ラジアル滑り軸受用のポリマー摺動面材(20)において、
    軸受内径(D)に拘わらず滑り軸受(10)に装着し得るように、前記半径方向領域(22)が、二つのセグメント(24)を互いに反対方向に曲げ可能にフレキシブルに連結する少なくとも一つのヒンジ部(23)を備えたことを特徴とするポリマー摺動面材(20)。
  11. 前記ヒンジ部(23)が、前記半径方向領域(22)の前記セグメント(24)の間の壁厚を減少させたフィルムヒンジに形成された請求項10記載のポリマー摺動面材(20)。
  12. 前記摺動面材の半径方向領域(22)が、いくつかのヒンジ部(23)を介してフレキシブルに接続されるいくつかのセグメント(24)に分割されて成る請求項10又は11記載のポリマー摺動面材(20)。
  13. 半径方向領域のただ一つのセグメント(24)が、軸方向領域に、他のヒンジ部(25)によりフレキシブルに接続された請求項10〜12いずれか記載のポリマー摺動面材(20)。
  14. 軸方向領域(21)を互いに固定するために、当該軸方向領域の外側コーナーにコネクタ、好ましくは、嵌合コネクタ(26、27)が形成された請求項10〜13いずれか記載のポリマー摺動面材(20)。
  15. 軸方向領域(21)の曲げやすさを向上させるため、一又はいくつかの凹溝(28)が、半径方向領域(22)の少なくとも一つのヒンジ部(23)のヒンジ軸(S)を横切る方向に形成された請求項10〜14いずれか記載のポリマー摺動面材(20)。
  16. 前記摺動面材の少なくとも軸方向領域(21)は、脚部同士のなす角(2α)が20°以下、好ましくは、15°以下の等脚台形状に形成された請求項10〜15いずれか記載のポリマー摺動面材(20)。



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