JP5717065B2 - 滑り軸受 - Google Patents

Description

本発明は滑り軸受に関し、特に、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置における定着装置の定着ローラや加圧ローラなどの加熱されるローラ（ヒートローラ）の支持に用いる滑り軸受に関する。

一般に、画像形成装置は、その定着装置において、光学装置で形成された静電潜像にトナーを付着させ、このトナー像をコピー用紙に転写し、さらに定着させるものである。この定着工程では、ヒータを内蔵した定着ローラと加圧ローラとの間にトナー像を通過させる。これにより、トナー像からなる転写像がコピー用紙上に加熱融着によって定着される。

定着ローラは、線状ないし棒状のヒータを軸心部に内蔵した軟質の金属製であり、両端に小径の軸部が突出した円筒状に形成されている。定着ローラは、アルミニウム、またはアルミニウム合金（Ａ５０５６、Ａ６０６３）などの熱伝導性に優れた金属材料からなる。定着ローラの表面は、旋削や研磨などで仕上げられる。また、定着ローラ表面には、フッ素樹脂などの非粘着性の高い樹脂がコーティングまたは被覆してある。定着ローラの表面の温度は、ヒータにより１８０〜２５０℃前後に加熱される。

加圧ローラは、シリコンゴムなどで被覆された鉄材または軟質材からなり、コピー用紙を定着ローラに押圧して回転駆動するものである。加圧ローラは、加熱ローラからの伝熱により、約７０〜１５０℃に加熱される。あるいは、定着ローラと同様に内部にヒータが設けられ１５０〜２５０℃前後に加熱される。以降、上記した定着ローラ、加圧ローラなどのように、内蔵されたヒータ、または、他部材からの伝熱により加熱されるローラを「ヒートローラ」と記す。

高温に加熱されるヒートローラは、両端の軸部で深溝玉軸受からなるボールベアリングを介してハウジングに回転自在に支持されており、このボールベアリングとヒートローラの軸部との間に、合成樹脂などからなる断熱スリーブが介在させてある。これは、ヒートローラの加熱時に両端部のボールベアリングから熱が逃げてヒートローラの軸方向に沿う温度分布が不均一になるのを防止するのとともに、軸受の高温劣化を防止するためである。

また、ヒートローラの支持軸受としては、樹脂製滑り軸受を用いるものがある。例えば、滑り軸受を、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの合成樹脂から形成しているものがある。具体例としては、耐熱性および機械的強度の優れたＰＰＳ樹脂などをリング状の軸受本体として、その摺動面にフッ素樹脂層を接着するか、または、フッ素樹脂を配合したＰＰＳ樹脂などで滑り軸受全体を一体成形する技術が知られている（特許文献１参照）。

樹脂製滑り軸受を使用する場合、樹脂製滑り軸受自体が断熱性を有するため、一般的には、該樹脂製滑り軸受とヒートローラの軸部との間に断熱スリーブを介在させない。通常、画像形成装置の定着装置において、中級機から高級機はヒートローラ軸受にボールベアリングが使用され、普及機は樹脂製滑り軸受が使用されている。

特開平５−１１７６７８号公報

しかしながら、上記した画像形成装置における定着装置のヒートローラ用の軸受である深溝玉軸受は、構造が複雑で製造コストも高価である。また、温度分布の不均一化、軸受の高温劣化を防止するために、上述の樹脂製断熱スリーブが必要となり、さらに高価になる。また、ヒートローラの支持軸のたわみや取り付け精度などモーメント荷重によっては、軸受が破損するなどのおそれがある。

これに対して、ＰＰＳ樹脂などの樹脂製滑り軸受は、断熱スリーブを介在させることなく使用でき、構造が簡単で射出成形できることから、低コストで生産できるという利点を有する。しかし、この樹脂製滑り軸受は、深溝玉軸受と比べて、摩擦トルクが約２〜５倍程度高い。特に、摺動相手材となるヒートローラ等の軸受摺動面粗さが粗いと、さらに摩擦トルクが大きくなり、同時に摩耗も大きくなり仕様を満足できなくなるおそれがある。

その他、摩擦トルクを小さくするため、軸受摺動面にグリースを塗布するとしても、荷重を強く受ける部分（負荷部）などではグリース不足となり、仕様を満足できなくなる場合がある。

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、低コストで、製造が容易な簡易構造でありながら、断熱スリーブなどが不要で摩擦トルクも低く維持できる滑り軸受を提供することを目的とする。

本発明の滑り軸受は、内輪と、外輪と、この内・外輪間に介在する摺動部材とを備えてなる滑り軸受であって、上記内輪は、外周に曲面を、内周に支持軸と嵌合する軸受孔をそれぞれ有し、上記摺動部材は、上記内輪の外周の曲面に対向接触して摺動する曲面を有する樹脂組成物の成形体であり、上記外輪は、上記内輪とは非接触であり、内周側で上記摺動部材を保持する１部材で構成されることを特徴とする。

上記摺動部材が、環状体であることを特徴とする。また、上記摺動部材が、１ヶ所の合い口を有する環状体、あるいは、複数に等分割される環状体であることを特徴とする。

上記内輪が、転がり軸受用の内輪であることを特徴とする。

上記外輪が、軸方向の一端面に開口部を、該開口部の縁に爪部をそれぞれ有し、上記摺動部材は上記開口部から該外輪に組み込まれて上記爪部で固定されることを特徴とする。

上記外輪が、上記摺動部材の周方向の回り止め部を有することを特徴とする。

上記摺動部材を形成する樹脂組成物のベース樹脂が、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、およびポリイミド（ＰＩ）樹脂から選ばれる少なくとも１つの合成樹脂であることを特徴とする。

上記摺動部材を形成する樹脂組成物が、固体潤滑剤および繊維状補強材から選ばれる少なくとも１つを含み、上記固体潤滑剤が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、黒鉛、および二硫化モリブデンから選ばれる少なくとも１つであり、上記繊維状補強材が、炭素繊維およびアラミド繊維から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする。

上記外輪が、樹脂組成物の成形体であることを特徴とする。上記外輪を形成する樹脂組成物のベース樹脂が、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＡＩ樹脂、およびＰＩ樹脂から選ばれる少なくとも１つの合成樹脂であることを特徴とする。また、上記外輪を形成する樹脂組成物が、繊維状補強材を含み、該繊維状補強材が、炭素繊維、ガラス繊維、およびアラミド繊維から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする。

上記内輪の外周の曲面が凹曲面であり、上記摺動部材の曲面が凸曲面であることを特徴とする。また、上記摺動部材の凸曲面は、軸方向中央部の全周に非曲面部が形成されていることを特徴とする。また、上記摺動部材が、上記樹脂組成物の射出成形体であり、上記非曲面部に射出成形における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摺動部材の摺動面に潤滑剤が塗布されることを特徴とする。また、上記潤滑剤が、フッ素グリースおよびウレアグリースから選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする。また、上記摺動部材の摺動面に、潤滑剤保持ポケットが形成されていることを特徴とする。

上記外輪が、外周にフランジを有することを特徴とする。また、上記内輪が、金属の鍛造品または切削加工品であることを特徴とする。

本発明の滑り軸受は、内輪と、外輪と、この内・外輪間に介在する摺動部材とを備えてなる滑り軸受であって、上記内輪は、外周に曲面を、内周に支持軸と嵌合する軸受孔をそれぞれ有し、上記摺動部材は、上記内輪の外周の曲面に対向接触して摺動する曲面を有する樹脂組成物の成形体であり、上記外輪は、上記内輪とは非接触であり、内周側で上記摺動部材を保持する１部材で構成されるので、ボールベアリング（転がり玉軸受）と比較して部品点数が少なく構造が簡単である。そのため、製造が容易で、製造工程、組立時間が短縮でき、安価に提供できる。さらに、非接触の内外輪間に介在する上記摺動部材が樹脂組成物の成形体であるので、ボールベアリングにはない自己断熱性効果を有し、別途、断熱スリーブなどが不要となる。

また、内輪の外周曲面と、環状体等からなる摺動部材の曲面とが対向接触して摺動する態様であるため、相手材である支持軸と摺動する樹脂製滑り軸受と異なり、摩擦トルクが支持軸の表面粗さや材質等に依存せず、また、内外輪も非接触であるので、このような態様の従来の樹脂製滑り軸受よりも摩擦トルクを低くできる。これらより、本発明の滑り軸受は、摩擦トルクと製造コストの両面において、ボールベアリングと従来の樹脂製滑り軸受の中間特性を有する。

上記摺動部材を１ヶ所の合い口を有する環状体とする、あるいは、複数に等分割される環状体とすることで、該摺動部材の内輪への組付けが容易となる。また、摺動部材の熱膨張による応力集中破壊が防止できる。

上記内輪として転がり玉軸受（ボールベアリング）用の内輪を利用することで、摺動部材との摺動面となる外周曲面が、該内輪の転走面であり、高精度であるため、回転性能の安定化に繋がる。

上記外輪が、軸方向の一端面に開口部を、該開口部の縁に爪部をそれぞれ有し、上記摺動部材は上記開口部から該外輪に組み込まれて上記爪部で固定される構造とすることで、摺動部材を外輪にスナップフィットで容易に組み込んで製造できる。該構造により、摺動部材が外輪の内部に保持され、一体化される。このようなスナップフィット可能な構造とすることで、より製造工程、組立時間が短縮でき、安価に提供できる。

上記外輪が、上記摺動部材の周方向の回り止め部を有することで、摺動部材が外輪の内周側に、該外輪に対して回転不能に保持される。これにより、外輪と摺動部材との滑りは考慮する必要がなく、回転性能の安定化に繋がる。

上記摺動部材または上記外輪を形成する樹脂組成物のベース樹脂を、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＡＩ樹脂、およびＰＩ樹脂から選ばれる少なくとも１つの合成樹脂とすることで、耐熱性に優れ、２００℃程度まで使用可能になる。このため、ヒートローラの支持軸受として好適に利用できる。

上記樹脂組成物に固体潤滑剤を配合することで、摩擦トルクが低減される。また、上記樹脂組成物に繊維状補強材を配合することで、摺動部材等を補強するとともに耐摩耗性が高くなり、さらに、高弾性化によって、より高温環境での使用が可能となる。

また、上記固体潤滑剤を、ＰＴＦＥ樹脂、黒鉛、および二硫化モリブデン等から選ばれる少なくとも１つとすることで、潤滑特性に優れ、摩擦トルクがより安定する。また、上記繊維状補強材を、炭素繊維およびアラミド繊維から選ばれる少なくとも１つとすることで、摺動相手材となる内輪の摩耗が抑制できる。また、摺動部材の耐摩耗性および高温での弾性率の保持性をより高めることができる。

上記内輪の外周の曲面を凹曲面とし、上記摺動部材の曲面を該凹曲面と対向接触して摺動する凸曲面とすることで、内輪と外輪の軸方向の位置ずれなどを防止できる。また、上記摺動部材の凸曲面において、軸方向中央部の全周に非曲面部を形成することで、この部分に潤滑剤を保持できる。さらに、上記摺動部材が上記樹脂組成物の射出成形体であり、上記非曲面部に射出成形におけるパーティングラインが形成されることで、摺動部材の射出成形が容易であり、パーティングラインの突状が内輪の摺接面と干渉しない。

上記内輪および摺動部材の摺動面に潤滑剤を塗布することで、摩擦トルクがさらに低減され、摺動部材の焼き付きを防止でき、性能寿命を大幅に長くできる。特に、上記潤滑剤をフッ素グリースおよびウレアグリースから選ばれる少なくとも１つとすることで、高温下においても安定した潤滑性能を有し、低摩擦トルクとなる。

上記摺動部材の摺動面に潤滑剤保持ポケットを形成することで、潤滑剤を摺動面に安定的に供給できる。

上記外輪が、外周にフランジを有するので、これを位置決め部材とすることができる。また、摺動部材の組み付け時の作業性にも優れる。

上記内輪を金属の鍛造品とすることで、安価で大量生産ができる。また、上記内輪を金属の切削加工品とすることで、形状にとらわれることなく多品種の滑り軸受とできる。

本発明の滑り軸受の一例を示す斜視図である。 図１の滑り軸受の軸方向断面図である。 本発明の滑り軸受の組み立て工程を示す図である。 図１の滑り軸受の摺動部材のみの正面図および軸方向断面図である。 図１の滑り軸受の外輪のみの正面図および軸方向断面図である。 図１の滑り軸受の内輪のみの正面図および軸方向断面図である。 他の態様の溝状の潤滑剤保持ポケットが形成された摺動部材の内周面の一部拡大図である。 軸加熱式高温ラジアル試験機の概略図である。 回転トルク比較試験結果を示す棒グラフである。 他の態様の外輪の正面図および軸方向断面図である。

本発明の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は本発明の滑り軸受の斜視図であり、図２は該滑り軸受の軸方向の断面図および一部拡大断面図である。図１および図２に示すように、滑り軸受１は、内輪２と、外輪３と、この内輪２と外輪３との間に介在する摺動部材４とを備えてなる。この滑り軸受１は、ラジアル軸受である。図２に示すように、内輪２は、外周に曲面２ａを、内周に支持軸と嵌合する軸受孔５をそれぞれ有している。摺動部材４は、内輪２の外周の曲面２ａに対向接触して摺動する曲面４ａを有する。外輪３は１部材からなり、内周側で摺動部材４を覆うように保持している。内輪２と外輪３との間には隙間３ｆがあり、両部材は非接触とされている。摺動部材４は、外輪３の一端面に設けられた開口部３ｄの縁に形成された複数の爪部３ａと、外輪３の内周面３ｃと、外輪３の端面側内面３ｂとの間で保持されている。より詳細には、摺動部材４は、その一端面４ｂで外輪３の端面側内面３ｂと接触し、その外周面４ｄで外輪３の内周面３ｃと接触し、その他端面４ｃが外輪３の爪部３ａに引っ掛けられて固定されることで外輪３に保持されている。

滑り軸受１の組み立て工程を図３に示す。滑り軸受１の組み立て順は、まず、内輪２の外周の曲面２ａと摺動部材４の曲面４ａとが対向接触するように、内輪２に摺動部材４を弾性変形により嵌め込む。次いで、この内輪２と摺動部材４との一体部材を、外輪３に、開口部３ｄから組み込む。該部材は、外輪３の開口部３ｄの縁に形成された複数の爪部３ａを弾性変形させて広げつつ、摺動部材４の一端面４ｂが外輪３の端面側内面３ｂと接触する位置まで押し込まれる。該部材は、この位置まで押し込まれると、複数の爪部３ａにより、摺動部材４の他端面４ｃが引っ掛けられて保持される。以上により、内輪２と外輪３と摺動部材４とが一体化された滑り軸受１が得られる。この一連の組み立ては、スナップフィットで可能である。なお、摺動面にグリース等の潤滑剤を塗布する場合は、摺動部材４を内輪２に組み込む前に、予め塗布しておくことが好ましい。

摺動部材４のみの正面図および軸方向断面図（図中矢印方向）を図４に示す。図２および図４に示すように、摺動部材４は、内周に、内輪２の外周の曲面２ａに対向接触する曲面４ａを有する環状体である。摺動部材４の外周面４ｄは、外輪３の内周側に周方向の位置ずれなく保持できるよう、該外輪３の内周面３ｃと接触する円周面（軸方向断面では直線）としている。また、摺動部材４の一端面４ｂは、外輪３の内部に軸方向の位置ずれなく保持できるよう、外輪３の端面側内面３ｂに接触する平面としている。摺動部材４の他端面４ｃは、一端面４ｂと平行な平面である。

図４に示すように、摺動部材４は、１ヶ所の合い口４ｆを有する環状体とすることが好ましい。摺動部材４は樹脂製であるので、内輪２や外輪３を金属製とした場合、これらの部材とは線膨張係数が異なる。この場合であっても、合い口４ｆを設けることで、高温時の熱膨張を該合い口部分に逃すことができ、応力集中による摺動部材の破損を防止できる。また、摺動部材４を内輪２に弾性変形により組み込む際に、合い口４ｆの部分が広がるため、組み込み性に優れる。摺動部材４のその他の態様として、同様の合い口（非連結部）を複数設け、複数に等分割される環状体とすることもできる。この場合も同様の効果が得られる。

摺動部材４は、樹脂組成物の成形体である。該樹脂組成物のベース樹脂となる合成樹脂の種類は特に限定されないが、少なくとも該滑り軸受の使用条件（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好ましい。

摺動部材４を形成する樹脂組成物のベース樹脂となる合成樹脂としては、例えば、ポリアミド６（ＰＡ６）樹脂、ポリアミド６−６（ＰＡ６６）樹脂、ポリアミド６−１０（ＰＡ６１０）樹脂、ポリアミド６−１２（ＰＡ６１２）樹脂、ポリアミド４−６（ＰＡ４６）樹脂、ポリアミド９−Ｔ（ＰＡ９Ｔ）樹脂、ポリアミド６−Ｔ（ＰＡ６Ｔ）樹脂、ポリメタキシレンアジパミド（ポリアミドＭＸＤ−６）樹脂などのポリアミド（ＰＡ）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（ＰＦＡ）樹脂、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（ＦＥＰ）樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂などの射出成形可能なフッ素樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＡＩ樹脂、射出成形可能なＰＩ樹脂などが挙げられる。なお、各ポリアミド樹脂において、数字はアミド結合間の炭素数を表し、Ｔはテレフタル酸残基を表す。これらの各合成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。

これらの合成樹脂の中で、耐熱性に優れ、２００℃程度まで使用可能になることから、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＡＩ樹脂、およびＰＩ樹脂から選ばれる少なくとも１つの合成樹脂を用いることが好ましい。これらの樹脂で摺動部材を成形することで、画像形成装置の高温下で使用する定着ローラなどのヒートローラを支持する滑り軸受にも好適に使用できる。

摺動部材４を形成する樹脂組成物において、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維などの繊維状補強材を配合することができる。これらの繊維状補強材は、１種類を配合しても２種類以上を組み合わせて配合してもよい。樹脂組成物に、これらの繊維状補強材を含むことで、摺動部材が補強されるとともに耐摩耗性が高くなる。さらに、高弾性化によって、より高温環境での使用が可能となる。

上記繊維状補強材の中でも、炭素繊維およびアラミド繊維から選ばれる少なくとも１つを配合することが好ましい。これらを用いることで、摺動部材における上記補強効果を維持しながら、摺動相手材となる内輪の摩耗を抑制できる。また、摺動部材の耐摩耗性および高温での弾性率の保持性をより高めることができる。

摺動部材４を形成する樹脂組成物において、ＰＴＦＥ樹脂粉末、黒鉛、二硫化モリブデン、ポリイミド樹脂やフェノール樹脂や全芳香族ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂粉末などの固体潤滑剤を配合することができる。これらの固体潤滑剤は、１種類を配合しても２種類以上を組み合わせて配合してもよい。固体潤滑剤を配合することで、摩擦トルクが低減される。

上記固体潤滑剤の中でも、ＰＴＦＥ樹脂粉末、黒鉛、および二硫化モリブデン等から選ばれる少なくとも１つを配合することが好ましい。これらを用いることで、摺動部材の潤滑特性が優れ、摩擦トルクがより安定する。その他、摺動部材４を形成する樹脂組成物において、必要に応じて、上記繊維状補強材、固体潤滑剤以外の他の添加剤を配合してもよい。

外輪３のみの正面図および軸方向断面図を図５に示す。図２および図５に示すように、外輪３は、１部材からなり、内周側で摺動部材４を覆うように保持するものである。外輪３は、外周にフランジ３ｅを有し、このフランジ３ｅを定着装置等の装置内での位置決め部材とすることができる。また、フランジ３ｅを軸方向中央より開口部３ｄ側に設けることで、開口部側となる軸方向端部の機械的強度を高めることができる。さらに、フランジ３ｅを有することで、摺動部材４の組み付け時の作業性にも優れる。

外輪３の開口部３ｄの縁に形成された爪部３ａの形状は、軸受使用時において、摺動部材４が外れないように固定して保持できる形状であれば任意の形状とできる。図２、図５等に示すように、爪部３ａの形状は、摺動部材４の他端面４ｃと面接触する平面部を有する形状のほか、摺動部材４の該端面に凹部等を設けて、それに嵌合できる形状とする等、摺動部材４との関係で相補的な嵌合構造を構成する形状とすることができる。また、爪部３ａの個数は、任意の個数とできる。安定して摺動部材４を保持するため、爪部３ａは、好ましくは２箇所以上、より好ましくは３〜６箇所、最も好ましくは図５に示すように５箇所とする。なお、爪部３ａを複数設ける場合では、その位置は、周方向で等間隔となるようにすることが好ましい。

外輪３の構造を、上記のような爪部等を設けたスナップフィット可能な構造とすることで、製造が容易となり（図３参照）、より製造工程、組立時間が短縮でき、安価に提供できる。また、外輪３は、１部材で摺動部材４を保持できる構造であれば、上記爪部を用いる構造以外の構造であってもよい。例えば、摺動部材４および外輪３の一部に、相補的な嵌合構造を設けて、摺動部材４を外輪３の内周側に嵌合固定するような構造とできる。

外輪３は、摺動部材４の周方向の回り止め部を有することが好ましい。回り止め部により、摺動部材４が、外輪３の内周側に該外輪３に対して回転不能に保持され、回転性能の安定化に繋がる。回り止め部としては、上述のように、外輪３の爪部やその他の部分に、摺動部材４との相補的な嵌合構造を設けて、これを該回り止め部とし、摺動部材４の周方向の回転を不能とさせてもよい。例えば、図１０に示すように、外輪３の内周面３ｃの一部に、摺動部材４の合い口４ｆの部分と嵌合できる突部（回り止め部３ｇ）を設けることができる。この回り止め部３ｇは、反負荷側に設ける構成とするのが好ましい。なお、図１０は爪部３ａが４個の場合の図である。その他、摺動部材４および外輪３の一部に該回転を阻害するピン等を設ける構成としてもよい。

外輪３は、摺動部材４を保持するための構造に作製できるものであれば、その材質は特に限定されず、合成樹脂製や金属製にすることができる。爪部等を弾性変形させてスナップフィット可能とする複雑構造を製造しやすいことから、合成樹脂製とすることが好ましい。外輪３を形成する樹脂組成物のベース樹脂となる合成樹脂としては、上記摺動部材と同様にものを使用でき、その中でも、耐熱性に優れ、２００℃程度まで使用可能になることから、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＡＩ樹脂、およびＰＩ樹脂から選ばれる少なくとも１つの合成樹脂を用いることが好ましい。

外輪３を形成する樹脂組成物において、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維などの繊維状補強材を配合することができる。これらの繊維状補強材は、１種類を配合しても２種類以上を組み合わせて配合してもよい。樹脂組成物に、これらの繊維状補強材を含むことで、外輪が補強され、高弾性化によって、より高温環境での使用が可能となる。また、上記繊維状補強材の中でも、炭素繊維、ガラス繊維、およびアラミド繊維から選ばれる少なくとも１つを配合することが好ましい。これらを用いることで、外輪の高温での弾性率の保持性をより高めることができる。その他、外輪３を形成する樹脂組成物において、必要に応じて上述の固体潤滑剤等の他の添加剤を配合してもよい。

外輪３を形成する樹脂組成物について、そのベース樹脂および補強材等を、摺動部材４を形成する樹脂組成物と同種とすることで、外輪３と摺動部材４との線膨張係数を略同一とでき、破損やズレなどを防止できる。

外輪３を金属製とする場合、金属材料としては、例えば、冷間圧延鋼（ＳＰＣＣ）、肌焼き鋼（ＳＣＭ）、熱間圧延鋼（ＳＰＨＣ）、炭素鋼（Ｓ２５Ｃ〜Ｓ５５Ｃ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４〜ＳＵＳ３１６）、軟鋼（ＳＳ４００）などの鉄系金属材料、銅−亜鉛合金、銅−アルミニウム−鉄合金などの銅系金属材料、アルミ−シリコン合金などのアルミニウム系金属材料が挙げられる。

内輪２のみの正面図および軸方向断面図を図６に示す。図６に示すように、内輪２は、外周の曲面２ａの軸方向断面が凹状のＲ形状である。この曲面２ａが摺動部材との摺動面となる。このような形状とすることで、内輪２として、既存の深溝玉軸受などの転がり玉軸受（ボールベアリング）用の内輪を転用して用いることができる。この場合、摺動部材との摺動面となる外周曲面２ａが、該転がり玉軸受の内輪転走面であり、高精度であるため、回転性能の安定化に繋がる。また、別途、本発明の滑り軸受用に内輪を製造する必要がなく、製造コストの削減が図れる。

内輪２は、その材質は特に限定されず、金属製や合成樹脂製にすることができる。金属材料としては、通常の転がり軸受の内輪の金属材料（例えば、軸受鋼等）や、上述の外輪３に用いるものが挙げられる。樹脂材料としては、上述の摺動部材に用いるものが挙げられる。

内輪２は、金属の鍛造品とすることが好ましい。鍛造品とすることで、安価で大量生産ができる。特に、内輪２は、焼結金属製とすることが好ましい。焼結金属製とすることで、内輪２および摺動部材４の摺動面に塗布する潤滑剤の保有効果が高くなる。さらに、該焼結金属に潤滑油を含浸した含油焼結金属とすることがより好ましい。含浸された潤滑油と、摺動面に塗布される潤滑剤とにより、長期間にわたり潤滑効果が維持できるなど、相乗効果が期待できる。焼結金属の種類は特に限定されず、例えば、Ｆｅ系、あるいはＣｕ系、Ｆｅ−Ｃｕ系、Ｃｕ−Ｓｎ系やＣｕ−Ｆｅ−Ｓｎ系の合金が使用できる。また、これらにカーボン、黒鉛、二硫化モリブデンなどを添加したものも使用できる。これらの焼結金属の中でも、放熱性に優れ、また圧縮成形による製造が容易であり、寸法変化も小さく低コストで生産できることから、ＣｕおよびＦｅから選ばれた少なくとも一つを主成分とする焼結金属が好ましい。

また、内輪２は、金属の切削加工品とすることが好ましい。旋削加工品とすることで、形状にとらわれることなく、多様な形態の内輪２およびそれに対応する摺動部材４を有する、多品種の滑り軸受とできる。

次に、図２に基づき、内輪２と摺動部材４との摺動面について詳細に説明する。滑り軸受１において、摺動部材４の曲面４ａと内輪２の外周の曲面２ａとが摺動面である。外輪３に回り止め部を設け、摺動部材４を外輪３に対して回転不能に保持することで、摺動部材４および外輪３が内輪２に対して共回りする。内輪２と外輪３との間には隙間３ｆがあり、両部材は非接触であるので、内・外輪間の直接の摩擦損失は生じない。

図２に示す例では、内輪２の外周の曲面２ａが、その軸方向断面が凹状のＲ形状である凹曲面であり、摺動部材４の曲面４ａが、その軸方向断面が内輪２の外周の曲面２ａに対応する凸状のＲ形状である凸曲面である。このような相補的な形状とすることで、外輪３および摺動部材４と、内輪２との軸方向の位置ずれなどを防止できる。また、摺動部材４の曲面４ａを上記のような凸曲面とすることで、上述のように、内輪側に既存の転がり玉軸受用の内輪を利用できる。

図２に示す例では、摺動部材４の曲面４ａ（凸曲面）は、軸方向中央部の全周に非曲面部４ｅが形成されている。非曲面部４ｅは、軸方向断面が直線のフラット形状である。非曲面部４ｅを形成することで、該非曲面部４ｅと内輪２の外周の曲面２ａとの間に空間部分が確保される。この部分が潤滑剤保持ポケット６となり、該部分に潤滑剤を保持することができる。摺動部材４の曲面４ａの軸方向断面が円弧状である場合は、非曲面部４ｅは、軸方向断面における円弧頂点からの距離が、該円弧半径の２〜１５％の長さとすることが好ましい。この範囲とすることで、必要十分な潤滑剤量を保持しながら、摺動部材４の曲面４ａと内輪２の外周の曲面２ａとが安定して摺接できる。なお、図２に示す例では、非曲面部４ｅの軸方向断面における円弧頂点からの距離を、摺動部材４の曲面４ａの円弧半径の１５％としている。

また、摺動部材４が射出成形体である場合、非曲面部４ｅに型割り面（パーティングライン（ＰＬ））を設定することで、ＰＬの突状が内輪２の摺接面である曲面２ａと干渉しない。そのため、少なくとも内周側のＰＬ痕の研磨などの後処理を省略することができ、製造が容易となる。

内輪２および摺動部材４の摺動面には、潤滑油やグリースなどの潤滑剤を塗布することが好ましい。本発明の滑り軸受は、上述の樹脂製の摺動部材を内・外輪間に介在させる構成であるので低摩擦特性を有するが、摺動面に潤滑剤を塗布することで、摩擦トルクがさらに低減できる。この結果、摺動部材の焼き付きを防止でき、性能寿命を大幅に長くすることができる。潤滑剤を塗布する場合、摺動部材４の摺動面に、上述したような潤滑剤保持ポケット６を形成することが好ましい。潤滑剤保持ポケット６を形成することで、潤滑剤が該潤滑剤保持ポケット６に保持され、長期にわたり摺動面に潤滑剤を安定して供給することができる。

潤滑剤保持ポケット６は、摺動部材４の摺動面、すなわち曲面４ａにおける負荷部に配置することが好ましい。負荷部は、摺動面において荷重を最も受ける部分である。潤滑剤保持ポケット６を、潤滑特性に最も重要な軸受負荷部に配置することで、潤滑剤が有効に活用される。図２等に示す態様では、曲面４ａの円弧頂点近傍が該負荷部であり、この部分に潤滑剤保持ポケット６が位置している。

摺動部材４の摺動面に形成する潤滑剤保持ポケット６の形状は、図２に示すような非曲面部４ｅのほか、ディンプル（穴）状、溝状のようなものであってもよい。これらの非曲面部、ディンプル、溝は、複数種類を組み合わせて形成してもよい。また、ディンプルや溝は、任意の個数を設けることができる。上記溝としては、軸方向あるいは周方向の溝とでき、溝の幅は、内周の０．１〜５％、その深さは、曲面４ａの軸方向断面が円弧状である場合は該円弧半径の５〜１００％とすることが好ましい。上記ディンプルとしては、その直径は、曲面４ａの軸方向幅の１〜８０％、その深さは、曲面４ａの軸方向断面が円弧状である場合は該円弧半径の５〜１００％とすることが好ましい。上述の実施態様では、図４に示すように、摺動部材４の合い口４ｆの対向部に軸方向の溝４ｇが形成され、該溝４ｇも含めて潤滑剤保持ポケット６とされている。

図７は、他の態様の溝状の潤滑剤保持ポケットが形成された摺動部材の内周面の一部拡大図である。図７に示す潤滑剤保持ポケット６は、摺動部材４の内周の曲面４ａの全周に設けられたハ字型を示す２列の矩形の複数の溝６ａから構成され、ハ字の下側が摺動部材４の回転方向に向くように形成されている。摺動部材４の回転時において、摺動部材４と内輪との間に封入されている潤滑剤は、各溝６ａ内においてハ字の下側から上側に向かって掻き寄せられて移動する。各溝６ａにおけるハ字の上側は、摺動部材４の曲面４ａの幅方向中央部に位置しているため、上記移動により潤滑剤は該中央部に移動することになる。なお、摺動部材４の回転時とは、摺動部材４が内輪２に対して相対的に回転するときであり、摺動部材４が固定で内輪２が回転する場合も含む。

また、各溝６ａは、回転方向側の矩形辺６ｂから、その対向辺６ｃに向かって溝が深くなる傾斜溝とすることが好ましい。回転方向側からその反対側に向かって溝を深くする形状とすることで、摺動部材４の回転時において、該傾斜がない場合よりも潤滑剤を掻き寄せやすくなる。

軸受の負荷状況や使用時の軸受回転数等により潤滑特性を考慮して、上記ディンプルや溝を適宜選択し、その大きさや配置位置および個数を決定することで、潤滑剤保持ポケットに充分かつ無駄なく潤滑剤を保持できる。また、摺動部材４が樹脂製であり摺動により摩耗粉が発生するが、潤滑剤保持ポケット６でこの摩耗粉を抱え込むことができるので、低摩擦トルクの回転が維持できる。

本発明の滑り軸受において、内輪２および摺動部材４の摺動面に塗布する潤滑剤であるグリースは、通常、滑り軸受に用いられるグリースであれば特に制限なく用いることができる。グリースを構成する基油としては、例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などの鉱油、ポリブテン油、ポリ−α−オレフィン油、アルキルベンゼン油、アルキルナフタレン油、脂環式化合物などの炭化水素系合成油、または、天然油脂やポリオールエステル油、りん酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、フッ素化油などの非炭化水素系合成油などが挙げられる。これらの基油は、単独または２種類以上組み合せて用いてもよい。

また、グリースを構成する増ちょう剤としては、例えば、アルミニウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん、複合リチウム石けん、複合カルシウム石けん、複合アルミニウム石けんなどの金属石けん系増ちょう剤、ジウレア化合物、ポリウレア化合物などのウレア系化合物、ＰＴＦＥ樹脂などのフッ素樹脂粉末が挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独または２種類以上組み合せて用いてもよい。

本発明の滑り軸受は、画像形成装置の高温下で作動する定着ローラなどの支持に使用するため、グリースにも耐熱性が必要となることから、上記の中でも、フッ素化油を基油としフッ素樹脂粉末を増ちょう剤とするフッ素グリース、または、ウレア系化合物を増ちょう剤とするウレアグリースを用いることが好ましい。また、これらを混合したグリースを用いることもできる。なお、上記各グリースには必要に応じて公知の添加剤を含有させることができる。

実施例１
定着ローラ用滑り軸受材であるＮＴＮ精密樹脂製ベアリーＡＳ５０５６（ＰＰＳ樹脂組成物（ＰＴＦＥ樹脂および黒鉛を配合））を用いて、図４に示す形状（非曲面部４ｅ、合い口４ｆ、および溝４ｇ有り）の摺動部材を射出成形で製造した。また、ＮＴＮ精密樹脂製ベアリーＡＳ５０４０（ＰＰＳ樹脂組成物（ガラス繊維を配合））を用いて、図５に示す形状の外輪を射出成形で製造した。内輪としては、ボールベアリング６８０５の内輪を転用した。このようにして得た、摺動部材、外輪、内輪を用いて、図２に示す構成で、外形寸法をＮＴＮ製定着ローラ用ボールベアリング：止め輪付６８０５ＺＺと同寸法に設計した滑り軸受を製造した。詳細には、まず、フッ素グリース（ＮＯＫクリューバー製ＮＯＸＬＵＢ ＢＦ４０２３）を内輪の外周の曲面に満遍なく塗布（約５ｇ）し、この内輪に摺動部材を組み付け、次いで、内輪と組み付けた摺動部材を外輪に爪部を引っ掛けて組み付けた。得られた滑り軸受を以下に示す回転トルク試験に供し、回転トルクを求めた。結果を図９に示すとともに、製造コストを考慮した総合判定を表１に示す。

＜回転トルク試験＞
図８に示す軸加熱式高温ラジアル試験機１０を用いて試験軸受１１の回転トルクを測定した。軸加熱式高温ラジアル試験機１０は、複写機の定着装置の定着ローラを模した定着ローラ１２について、その内径からカートリッジヒータ１３で加熱し、熱電対１４で定着ローラ１２の表面温度を所定の温度にコントロールするものである。試験は、試験軸受１１をハウジング１５内に組み付け、試験軸受１１の内輪内径に定着ローラ１２を挿入する。ハウジング１５の下部より、ボールベアリング１７を介して押し上げ、２００Ｎの荷重１６を負荷した。定着ローラ１２材にアルミニウム（Ａ５０５２）の旋削加工品（表面粗さＲａ０．５〜０．７μｍ）を用い、定着ローラ１２の回転数は２３０ｒｐｍ、定着ローラ１２の表面温度は１８０℃、試験時間は２０時間（ｈ）である。潤滑は、比較例２の場合は、ドライで試験を行なった。この状態で、定着ローラ１２を、カップリング１８を介して駆動モータ１９で回転させた。試験軸受１１の回転トルクは、共回りするハウジング１５の回転力をロードセル（図示せず）で測定して算出した。

＜製造コスト＞
製造コスト（算出コスト）については、実施例１を１００とした場合の相対評価で数値化し、それぞれ記録した。

＜総合判定＞
図９の回転トルク試験結果と、表１の製造コストとを考慮して、回転トルクおよび算出コストともに劣るものがない場合は、両者のバランスが良好であると総合判定し「○」印を、回転トルクと算出コストのうちどちらか一つでも劣るものがあれば、両者のバランスが不良であると総合判定し「×」印を、それぞれ記録した。

比較例１
試験軸受として、ＮＴＮ製定着ローラ用ボールベアリング：止め輪付６８０５ＺＺを用いて、実施例１と同様の試験および評価を実施した。結果を図９および表１に併記する。

比較例２
試験軸受として、ＮＴＮ精密樹脂製ベアリーＡＳ５０５６を用いてＮＴＮ製定着ローラ用ボールベアリング：止め輪付６８０５ＺＺと同寸法に射出成形した滑り軸受を用いて、実施例１と同様の試験および評価を実施した。結果を図９および表１に併記する。

図９の回転トルクの比較試験の結果、実施例１の滑り軸受は、比較例１のボールベアリングと比べて回転トルクが若干大きいものの、比較例２の滑り軸受と比べて回転トルクの大幅な軽減が確認された。表１からも明らかなように、実施例１の滑り軸受は、ボールベアリング、従来の滑り軸受より総合的に優れていることがわかる。

本発明の滑り軸受は、摩擦トルクが低く自己断熱性効果を有しながら、ボールベアリングと比較して部品点数が少なく構造が簡単であり、製造も容易であり、摩擦トルクと製造コストの両面において、ボールベアリングと従来の樹脂製滑り軸受の中間特性を有するので、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置における定着装置の加熱ローラや加圧ローラなどのヒートローラを支持する滑り軸受として好適に利用できる。

１ 滑り軸受
２ 内輪
２ａ 曲面
３ 外輪
３ａ 爪部
３ｂ 端面側内面
３ｃ 内周面
３ｄ 開口部
３ｅ フランジ
３ｆ 隙間
３ｇ 回り止め部
４ 摺動部材
４ａ 曲面
４ｂ 一端面
４ｃ 他端面
４ｄ 外周面
４ｅ 非曲面部
４ｆ 合い口
４ｇ 溝
５ 軸受孔
６ 潤滑剤保持ポケット
６ａ 溝
６ｂ 矩形辺
６ｃ 対向辺
１０ 軸加熱式高温ラジアル試験機
１１ 軸受試験片
１２ 定着ローラ
１３ カートリッジヒータ
１４ 熱電対
１５ ハウジング
１６ 荷重
１７ ボールベアリング
１８ カップリング
１９ 駆動モータ

Claims (18)

1. 内輪と、外輪と、この内・外輪間に介在する摺動部材とを備えてなる滑り軸受であって、
   前記内輪は、外周に曲面を、内周に支持軸と嵌合する軸受孔をそれぞれ有し、
   前記摺動部材は、前記内輪の外周の曲面に対向接触して摺動する曲面を有する樹脂組成物の成形体であり、
   前記内輪の外周の曲面が凹曲面であり、前記摺動部材の曲面が凸曲面であり、
   前記摺動部材の凸曲面は、軸方向中央部の全周に非曲面部が形成されており、
   前記外輪は、前記内輪とは非接触であり、内周側で前記摺動部材を保持する１部材で構成されることを特徴とする滑り軸受。
2. 前記摺動部材が、環状体であることを特徴とする請求項１記載の滑り軸受。
3. 前記内輪が、転がり軸受用の内輪であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の滑り軸受。
4. 前記外輪が、軸方向の一端面に開口部を、該開口部の縁に爪部をそれぞれ有し、前記摺動部材は前記開口部から該外輪に組み込まれて前記爪部で固定されることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の滑り軸受。
5. 前記摺動部材が、１ヶ所の合い口を有する環状体であることを特徴とする請求項２、請求項３または請求項４記載の滑り軸受。
6. 前記摺動部材が、複数に等分割される環状体であることを特徴とする請求項２、請求項３または請求項４記載の滑り軸受。
7. 前記外輪が、前記摺動部材の周方向の回り止め部を有す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１項記載の滑り軸受。
8. 前記摺動部材を形成する樹脂組成物のベース樹脂が、ポリフェニレンスルフィド樹脂、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、およびポリイミド樹脂から選ばれる少なくとも１つの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７のいずれか１項記載の滑り軸受。
9. 前記摺動部材を形成する樹脂組成物が、固体潤滑剤および繊維状補強材から選ばれる少なくとも１つを含み、
   前記固体潤滑剤が、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、黒鉛、および二硫化モリブデンから選ばれる少なくとも１つであり、
   前記繊維状補強材が、炭素繊維およびアラミド繊維から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項８記載の滑り軸受。
10. 前記外輪が、樹脂組成物の成形体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１項記載の滑り軸受。
11. 前記外輪を形成する樹脂組成物のベース樹脂が、ポリフェニレンスルフィド樹脂、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、およびポリイミド樹脂から選ばれる少なくとも１つの合成樹脂であることを特徴とする請求項１０記載の滑り軸受。
12. 前記外輪を形成する樹脂組成物が、繊維状補強材を含み、該繊維状補強材が、炭素繊維、ガラス繊維、およびアラミド繊維から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項１１記載の滑り軸受。
13. 前記摺動部材が、前記樹脂組成物の射出成形体であり、前記非曲面部に射出成形における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１ないし請求項１２のいずれか１項記載の滑り軸受。
14. 前記内輪および前記摺動部材の摺動面に潤滑剤が塗布されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項記載の滑り軸受。
15. 前記潤滑剤が、フッ素グリースおよびウレアグリースから選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項１４記載の滑り軸受。
16. 前記摺動部材の摺動面に、潤滑剤保持ポケットが形成されていることを特徴とする請求項１４または請求項１５記載の滑り軸受。
17. 前記外輪が、外周にフランジを有することを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１項記載の滑り軸受。
18. 前記内輪が、金属の鍛造品または切削加工品であることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１項記載の滑り軸受。

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