JP5898859B2 - 樹脂軸受とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属製裏金とこの金属製裏金の内周側に樹脂系の摺動部材を固着して構成される樹脂軸受とその製造方法に係り、特に、各種機械の摺動部分に用いられるすべり軸受として好適な樹脂軸受とその製造方法に関する。

従来、すべり軸受においては、軸受台金の内周部に軟質金属のホワイトメタルを遠心鋳造等により注入密着させて軸受摺動部材を形成する方法が採られている。

近年、低摩擦で高耐熱、高耐摩耗性のエンジニアリングプラスチック材が摺動部材として注目され、特に大型回転機の軸受摺動部材として熱可塑性樹脂のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を中心とし、これにガラス繊維、炭素繊維、グラファイト等を添加し、機械的強度、摺動特性及び耐摩耗性等の改善を図った高分子複合樹脂材料が摺動部材として用いられてきている。

このような樹脂摺動部材を用いた樹脂軸受では、高剛性の金属製の裏金（強度部材）に樹脂材を一体的に結合して使用することが多い。ここで、金属製裏金と樹脂摺動部材との密着強度が不十分であると、運転時に樹脂摺動部が剥離して事故を引き起こす要因となるため、樹脂材料と裏金との接合技術が重要である。

樹脂材料を裏金に結合する方法としては、例えば特許文献１には、金属製の裏金と樹脂摺動部材との二層で構成された樹脂軸受において、金属製裏金の内周側に溝加工をし、一部を溶融させて軟化させた樹脂摺動部材を加温，加圧して金属製裏金の溝に含浸させて固着させた樹脂軸受が開示されている。

特開２００４−１９８５７号公報

ところで、軸受が使用される環境はその適用箇所や機械の用途等に応じて様々であり、その環境に適した性能を備えることが求められる。例えば、油圧ショベルのフロント作業機を構成するブーム、アーム、バケットの連結部に用いられる軸受は、回転機械の駆動軸等のように比較的高速回転する軸と比較して、低速で摺動されるとともに高い面圧がかかる軸を支持している。

しかし樹脂摺動部材のみからなる軸受や金属製裏金と樹脂摺動部材からなる樹脂軸受を低速高荷重の条件下で用いる場合、例えば、樹脂摺動部材が軸と一緒に回転してしまう供回りと呼ばれる現象が発生する。また、軸にラジアル荷重のような偏荷重がかかった場合に、軸受の抜けだし強度が低くなるとの問題がある。そこで、樹脂摺動部材のみからなる軸受では、摺動部材自体を厚肉化したり、高強度ファイバー等を編み込んだ樹脂で強度を向上させた上に圧入代を大きくしているが、圧入後の変形で円筒度などの軸受精度の維持が非常に難しい等の問題がある。また樹脂軸受では、樹脂摺動部材を金属製裏金に圧入する時にエポキシ等の接着剤を塗布する対策がとられるが、この方法では抜けだし強度を高めることはできても、供回りに対してはほとんど効果がない。更に、摺動性能に富んだＰＴＦＥやＰＥＥＫのような樹脂材は接着性が低いために抜けだし強度を高める事は難しい。そのため、抜けだし強度を改善するためには、樹脂摺動部材を鍔付きとしたり、樹脂摺動部材の抜けだし防止用のストッパを設けてメカニカルに押さえる必要がある。

上述の特許文献１に記載の従来技術では、金属製裏金の内周側に溝加工をし、この溝に樹脂摺動部材を加温，加圧して含浸させて固着させているため、供回りや抜けだしの問題は解決できるものの、以下に示すような問題がある。

まず、樹脂摺動部材を加熱するために耐熱性の高い樹脂を用いる必要があり、用いることができる樹脂の種類が限定される。例えばＰＴＦＥは耐熱性に優れているため好適ともいえるが、一部を溶融させて軟化させることが困難である。また樹脂摺動部材が破断しないようにクリープ変形の範囲で含浸させる必要があるために溝への含浸に時間がかかり、製造コストが高いという問題がある。また樹脂摺動部材の強度を上げるために炭素繊維やガラス繊維を樹脂摺動部材に織り込んでいるが、これにより流動性が低下するため含浸に要する時間がさらにかかってしまう。更に、樹脂摺動部材を加熱加圧する際の雰囲気を酸素含有雰囲気で行うと、樹脂摺動部材が酸化劣化し、樹脂軸受としての特性が保てないため、真空下等の酸素をなるべく含まない雰囲気で加温加熱を行う必要があり、製造コストが高くなる。また、金属製裏金の内溝の加工をワイヤカット等で行う必要があるため、加工コストも高いという問題がある。

本発明の目的は、潤滑性などの軸受としての特性が良好であるとともに、製造コストが安価である金属製裏金と樹脂摺動部材からなる樹脂軸受とその製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、円筒形状の金属製裏金と円筒形状の樹脂摺動部材とを備える樹脂軸受において、前記金属製裏金と前記樹脂摺動部材との間に、摩擦熱によって塑性流動を発生させて金属中間材を充填し、この金属中間材が軸受の全周方向に渡って前記金属製裏金と前記樹脂摺動部材との間に介在して一体化したものである。

このように構成した本発明においては、金属中間材が、鋳造に比べて低温で作業でき、樹脂摺動部材の熱ダメージを少なくできる摩擦熱によって発生させた塑性流動によって充填されたため、軸受としての特性の劣化が強く抑制される。また、金属中間材を摩擦で形成しているため、製造工程の雰囲気に配慮する必要も、樹脂を加熱する必要も、ワイヤカット等の複雑な工程を行う必要もないため、製造コストが高くなることがなく、安価な樹脂軸受となる。

また請求項２記載の発明は、請求項１記載の樹脂軸受において、前記樹脂摺動部材は、直径方向と高さ方向の少なくとも一方で肉厚が異なる。

これにより、樹脂摺動部材の肉厚が薄い部分と厚い部分が存在するため、樹脂摺動部材と金属中間材とがかみ合い、供回りや偏荷重による抜けだしを防止でき、また、樹脂摺動部材の肉厚が薄い部分の内周面側に、軸受として使用している際に摺動によって凹凸が形成され、この凹部が有効な油溜め機構として機能し、摩耗粉のトラップも行うため、潤滑性が向上し、信頼性の高い樹脂軸受となる。

また請求項３記載の発明は、請求項２記載の樹脂軸受において、前記樹脂摺動部材は、外周面に少なくとも１本以上の溝を有することにより、肉厚が異なる。

これにより、外周面に少なくとも１本の溝が形成されていると、この溝部分に金属中間材が充填され、樹脂摺動部材が円周方向および軸方向に強固に固定されて、供回りや偏荷重による抜けだしが確実に防止され、より信頼性の高い樹脂軸受となる。

また請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の樹脂軸受において、前記樹脂摺動部材は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のいずれか１つの樹脂からなる。

良好な潤滑性を有するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が樹脂摺動部材に用いられれば、樹脂軸受の性能がより高いものとなる。

また、上記目的を達成するために、請求項５記載の発明は、円筒形状の樹脂摺動部材と円筒形状の金属製裏金とを備える樹脂軸受の製造方法において、前記樹脂摺動部材として外周面に少なくとも１本以上の溝を有するものを用い、この樹脂摺動部材を内側に、前記金属製裏金を外側にして、前記樹脂摺動部材と前記金属製裏金を治具上に同軸に配置固定する第１手順と、前記樹脂摺動部材と前記金属製裏金との間の空間に金属パイプを回転しながら供給し、この金属パイプの先端部を前記治具上に配置した金属プレートに対して押し付けることで、金属パイプの先端部を軟化させて前記空間に前記金属製裏金及び前記樹脂製摺動部材の軸方向に金属中間材を肉盛・積層させて充填する第２手順と、この金属中間材の冷却固化後、前記治具から一体となった樹脂摺動部材及び金属製裏金を取り出し、前記一体となった樹脂摺動部材及び金属製裏金における前記樹脂摺動部材の円筒内面を機械加工で仕上げる工程を含む仕上げ加工を施すことにより、前記樹脂摺動部材の前記溝部分の内周面側に凹部を形成する第３手順とを有する。

このように構成した本発明においては、金属中間材を、樹脂摺動部材の熱ダメージを少なくできる摩擦熱によって発生させた塑性流動によって充填するため、軸受としての特性の劣化が抑制される。また外周面に少なくとも１本の溝が形成されているため、この溝部分の内周面側に軸受として使用している際に摺動によって凹凸が形成されて油溜め機構として機能して潤滑性が向上し、更にこの溝部分に金属中間材が充填されるため樹脂摺動部材が円周方向および軸方向に強固に固定されて、供回りや偏荷重による抜けだしが確実に防止され、信頼性の高い樹脂軸受となる。その上、製造工程の雰囲気に配慮する必要も、樹脂を加熱する必要も、ワイヤカット等の複雑な工程を行う必要もなく、安価な樹脂軸受の製造方法となる。

上述した本発明によれば、金属中間材が樹脂摺動部材の熱ダメージを少なくできる摩擦熱によって発生させた塑性流動によって充填されたため、軸受としての特性の劣化が抑制され、かつ金属中間材を摩擦で形成しているため、製造工程の雰囲気に配慮する必要も、樹脂を加熱する必要も、ワイヤカット等の複雑な工程を行う必要もないため製造コストが高くならず、安価な樹脂軸受とその製造方法が提供される。

本発明の第１の実施形態の樹脂軸受の立体断面図である。 図１のＡ−Ａ’部分の断面を示す図である。 第１の実施形態の樹脂軸受の樹脂摺動部材の正面図である。 図３のＢ−Ｂ’部分の断面を示す図である。 図３のＣ−Ｃ’部分の断面を示す図である。 第１の実施形態の樹脂軸受の製造方法の第１手順の途中段階を示す図である。 第１の実施形態の樹脂軸受の製造方法で用いるプレートの外観を示す図である。 第１の実施形態の樹脂軸受の製造方法の第２手順の途中段階を示す図である。 第１の実施形態の樹脂軸受の製造方法の第２手順の途中段階を示す図である。 第１の実施形態の樹脂軸受の製造方法の第２手順の途中段階を示す図である。 第１の実施形態の樹脂軸受が用いられたすべり軸受に対してかかる荷重のかかり方を示した図である。 第１の実施形態の樹脂軸受の部分断面図である。 第１の実施形態の樹脂軸受の製造方法の仕上げ加工の一環である機械加工の途中段階を示す図である。 第２の実施形態の樹脂軸受の樹脂摺動部材の正面図である。 第３の実施形態の樹脂軸受の樹脂摺動部材の正面図である。 本発明の樹脂軸受が用いられたすべり軸受装置を備える油圧ショベルの外観図である。 図１６のＡ部に設けられる本発明のすべり軸受の断面を示す図である。 図１６のＢ部に設けられる本発明のすべり軸受の断面を示す図である。 本発明の樹脂軸受が用いられる箇所の周速度と荷重との関係を示す図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態の樹脂軸受の立体断面図、図２は図１のＡ−Ａ’部分の断面図である。

図１及び図２において、樹脂軸受は、相手材である軸と摺動する円筒形状の樹脂摺動部材１０１と、この樹脂摺動部材１０１の外周側に位置する円筒形状の金属製裏金１０２とを備えている。また樹脂摺動部材１０１と金属製裏金１０２との間に、摩擦熱によって発生させた塑性流動によって充填された金属中間材１０３を備えている。

樹脂摺動部材１０１は、例えば内径が８０ｍｍ、外径が８８ｍｍ、長さ６０ｍｍの円筒形状で、その肉厚を直径方向と高さ方向で変化させるために外周面に溝１０１ａ，１０１ａ…を有する。この溝１０１ａは溝ピッチが６０度、溝部のピッチは４０度、溝の軸方向長さ２０ｍｍ、溝１０１ａ，１０１ａとの間隔が５ｍｍとなっている。また、この溝１０１ａの底面１０１ｂは、樹脂摺動部材１０１の内周面と同軸同心になっており、更に底面１０１ｂのコーナー部がＲ形状となっている。樹脂摺動部材１０１の材質は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）等や、これらに炭素繊維、グラファイト、ガラス繊維などを添加した熱可塑性の組成物が好適に用いられ、特にＰＴＦＥ、ＰＥＥＫが適している。

金属製裏金１０２は、例えば内径が９４ｍｍ、外径が１０５ｍｍ、長さ６０ｍｍの円筒形状で、この金属製裏金１０２は、樹脂軸受とした際に、ボスに樹脂軸受を圧入するときに樹脂摺動部材１０１の形状を保つための強度部材として働く。この金属製裏金１０２の材質としては、例えば炭素鋼や、ステンレススチール等の合金鋼、アルミニウム等が好適である。

金属中間材１０３は、例えば内径が８８ｍｍ、外径が９４ｍｍ、長さ６０ｍｍで、樹脂摺動部材１０１と金属製裏金１０２との間に摩擦熱によって発生させた塑性流動によって充填されており、樹脂摺動部材１０１の溝１０１ａの部分にも充填されている。この金属中間材１０３によって樹脂摺動部材１０１と金属製裏金１０３は一体化している。材質は、アルミニウムなどの低融点金属が好適である。この金属中間材１０３を摩擦によって樹脂摺動部材１０１と金属製裏金１０２との間に充填する方法については詳しくは後述する。

次に、上述のように構成される樹脂軸受の製造方法について、図３〜図１１を用いて説明する。

まず、内径が８０ｍｍ、外径が８８ｍｍ、長さ６０ｍｍの円筒形状の樹脂摺動部材１０１と、内径が８０ｍｍ、外径が８８ｍｍ、長さ６０ｍｍの円筒形状の金属製裏金１０２を用意する。樹脂摺動部材１０１の材料は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）等が好ましい。金属製裏金１０２の材料には、例えば炭素鋼や、ステンレススチール等の合金鋼、アルミニウム等を用いることが好ましい。

また樹脂摺動部材１０１の外周面に、図３に示すような、予め底面が樹脂摺動部材１０１の内周面と同軸同心の溝１０１ａ，１０１ａ，…を形成しておく。またこの溝１０１ａ，１０１ａ，…の底面１０１ｂの形状を、図３のＢ−Ｂ’部分の断面図である図４や、図３のＣ−Ｃ’部分の断面図である図５に示すように、コーナー部をＲ形状としておくことが望ましい。これは、コーナー部が直角な場合、荷重が繰り返しかかることで変形した場合にコーナー部に応力が集中して樹脂摺動部材が破断する危険性があるためであり、図示するようなＲ形状になるように面取りを予め行っておき、コーナー部に応力が集中することを避けることが望ましい。

次に、図６に示すように、第１手順として、準備した樹脂摺動部材１０１を治具９９のガイド１０５に嵌める。その樹脂摺動部材１０１の外周部分に金属製裏金１０２を設置し、把持手段１０７で把持する。樹脂摺動部材１０１はガイド１０５と緩い嵌め合いとなって、金属製裏金１０２は把持手段１０７によって把持されることで、それぞれ治具９９に対して固定され、同軸に設置される。

ここで、この治具９９は、平板の治具本体１０４と、この治具本体１０４から突出する円柱状のガイド１０５と、このガイド１０５の外周部にあり治具本体１０４の凹上部に位置する円板状のプレート１０６と、左右一組の把持手段１０７を有する。治具本体１０４は、例えばステンレスなどの剛性の高い金属からなり、プレート１０６を嵌入することができる凹状部をガイド１０５の周辺部に有する。ガイド１０５は銅合金製であり、内部に冷却水を流せる機構を有する。プレート１０６は、樹脂摺動部材１０１と金属製裏金１０２との隙間の下方に位置し、治具本体１０４に設けられた凹状部に嵌入し、治具本体１０４から取り外し可能な構造となっている。またプレート１０６は、図７に示すような形状であり、突起１０６ａ等によって、プレート１０６が治具本体１０４に対して相対的に回転しないように固定された構造となっている。把持手段１０７は、金属製裏金１０２を把持するためのもので、その形状・数などは特に限定されないが、例えば半円筒状で左右一組のものとする。

次に、図６に示すように、第２手順として、樹脂摺動部材１０１と金属製裏金１０２を固定した状態で、内径８９ｍｍ、外径９３ｍｍのアルミパイプ材１０８を樹脂摺動部材１０１と金属製裏金１０２との隙間に挿入する。アルミパイプ材１０８の長さについては、樹脂摺動部材１０１と金属製裏金１０２の間にアルミニウムを十分に充填することができるように十分長くするが、あまり長いとアルミパイプ材１０８をプレート１０６に押し付けることが難しくなるため、適度な長さとすることが望ましい。

その後、図８に示すように、挿入したアルミパイプ材１０８を回転させながら治具本体１０４上に載置されたプレート１０６に押し当てる。

アルミパイプ材１０８をプレート１０６に押し当てながら回転させると、図９に示すように、押し当てられたアルミパイプ材１０８は、プレート１０６とアルミパイプ材１０８との間で発生する摩擦熱によって押し当てられた先端部分１０８ａが軟化し、塑性流動によって金属製裏金１０２と樹脂摺動部材１０１との間の空間に軟化したアルミニウムが充填されていき、冷却されて固まる。ここで、アルミパイプ材１０８を押し当てながら樹脂摺動部材１０１と金属製裏金１０２との間に充填させるため、樹脂摺動部材１０１に対して内側に絞られる力が働くが、ガイド１０５により樹脂摺動部材１０１はサポートされるため、初期の内径を維持することが可能である。

そして、アルミパイプ材１０８を連続的に供給することにより、図１０に示すように、アルミニウムが樹脂摺動部材１０１と金属製裏金１０２との空間に完全に充填され、金属製裏金１０２および樹脂摺動部材１０１とは、アルミからなる金属中間材１０３によって一体化される。なお、治具９９のガイド１０５は、上述のように銅合金を使用しており、また内部には水を循環させる機構となっている。よって充填するアルミから発生した熱で樹脂摺動部材１０１が熱的に損傷することを避けることが可能である。また、アルミ中間材の充填終了後も樹脂摺動部材１０１及びアルミ中間材１０３を冷却できるので、熱膨張した樹脂摺動部材１０１およびアルミ中間材１０３を速やかに冷却して収縮させ、一体となった樹脂摺動部材１０１と金属製裏金１０２を外し易くすることが可能である。

その後、第３手順として、金属中間材１０３が冷却されて固化した後に、一体となった樹脂摺動部材１０１および金属製裏金１０２を治具９９から取り外し、一体となった樹脂軸受に仕上げ加工を施す。これにより樹脂軸受が完成する。
この仕上げ加工として、一体化した樹脂軸受の円筒端部を機械加工して平坦にする工程がある。治具９９から取り外した時に、プレート１０５がアルミ中間材１０３と一体化していることがあるが、この端部の機械加工の際にプレート１０５も同時に除去する。また樹脂摺動部材１０１の内径を、図１１に示すような工具１１１を用いて機械加工し、既定寸法に加工する。

次に、本実施の形態の作用及び効果について説明する。

本実施例において、樹脂摺動部材１０１と金属製裏金１０２との隙間を充填しているアルミ中間材１０３は、摩擦熱によって発生させた塑性流動によって充填している。この摩擦であれば、アルミパイプ材１０８の先端のみを軟化させて充填させることができるため、アルミニウムの融点まで温度を上げる必要がないという利点がある。鋳造ではアルミを完全に溶融させる必要があるため、樹脂摺動部材１０１に大きな熱ダメージが加わる問題があるが、摩擦であればアルミニウムを完全に溶融させる必要がないため、鋳造に比べて低温で作業でき、樹脂摺動部材１０１の熱ダメージを少なくすることができるので、軸受としての特性の劣化が抑制される。そして鋳造では金属製裏金に炭素鋼等を用いた場合には、冷却した時に金属製裏金１０２と充填したアルミとの熱膨張係数との違いによって界面ではがれてしまうとの問題があるが、本実施例のように摩擦でアルミ中間材１０３を充填している場合、アルミニウムが金属製裏金１０２側へ拡散するため、金属製裏金１０２とアルミ中間材１０３とが緩やかに接合しており、供回りや抜けだしに対して十分な強度を有する。よって、金属製裏金１０２とアルミ中間材１０３とが剥がれる危険性が十分に低くなっているとの利点も有する。

また、本実施例では、樹脂摺動部材１０１に、図１及び図３に示すような円筒外周面に溝１０１ａを形成したものを使用しているため、この溝１０１ｂの部分にアルミ中間材１０３が充填され、樹脂摺動部材１０１が円周方向および軸方向に強固に固定される。この溝１０１ａによって樹脂摺動部材１０１が金属製裏金１０２に対して空回りすることを防ぐことができるため、抜けだしや供回りの問題の発生し難い樹脂軸受が提供可能となる。

更に、樹脂摺動部材１０１の外周面には図３に示すような溝１０１ａがあるため、溝１０１ａが形成されていない凸部（肉厚部）の内周面部分と、溝部が形成されている凹部（肉薄部）の内周面部分では、樹脂摺動部材１０１の厚さが異なるために剛性が異なり、図１１に示すように、摺動中の面圧の状態は、凹部（肉薄部分Ｃ）で荷重分担が高く、凸部（肉厚部分Ｄ）では相対的に荷重分担が低くなるために摺動摩耗は凹部が相対的に多くなり、摺動後にも図１２に示すような凹凸表面の形状が表れる。また、最終工程での樹脂摺動部材１０１の内周面を機械加工で仕上げる際、図１３に示すように、肉厚の凸部では樹脂摺動部材１０１が半径方向に工具１１１から逃げる量が大きくなる。そのため、機械加工後の内周面は、図１２に示すように、肉薄の凹部と比べ肉厚の凸部が盛り上がった微視的に凹凸となった形状となる。この形成された凹凸の凹部は、軸受として有効な油溜め機構として機能し、また摩耗粉のトラップも行う。このため、軸受摩擦係数の低下や、摩耗量の低下に対して大きな効果があり、潤滑性をはじめとした樹脂軸受としての性能を従来の樹脂軸受より向上することが可能である。このように、樹脂摺動部材の樹脂の厚さが異なる場合に摺動によって形成されるこの凹凸形状を、機械加工を行うことで確実に、また摺動初期から得ることができる。

このように、本実施形態の樹脂軸受によれば、摩擦係数の低いＰＴＦＥやＰＥＥＫ材等からなる樹脂摺動部材を用いた場合であっても、金属製裏金と強固に機械的に固定することができ、供回りが発生しにくく、抜けだし強度の高い高性能な樹脂軸受を提供することができる。
また主だった製造工程は、摩擦熱によって発生させた塑性流動による金属中間材１０３の形成であるため、製造工程の雰囲気に配慮する必要も、樹脂を加熱する必要も、ワイヤカット等の複雑な工程を行う必要もないため、製造コストが高くなることがなく、安価な樹脂軸受とすることができる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態の樹脂軸受について図１４を用いて説明する。本実施形態における樹脂軸受も、第１の実施形態における樹脂軸受の場合と同様、樹脂摺動部材と金属製裏金とを備え、摩擦熱によって発生させた塑性流動によって金属中間材を充填し、この金属中間材によって金属製裏金と樹脂摺動部材を一体化したものであり、樹脂摺動部材以外の構成は第１の実施形態の樹脂軸受と略同じであり、詳細は省略する。

図１４において、本実施形態の樹脂摺動部材２０１は、樹脂摺動部材２０１の外周面に形成された溝２０１ａ，２０１ａ，…が高さ方向で一つのブロックとなるように形成されている構造となっている。

このような形状の溝が形成された樹脂摺動部材を備える樹脂軸受であっても、供回りおよび抜けだし強度を高めることが可能であり、最終機械加工時や実際の使用時に樹脂摺動部材の内周面側に微視的な凹凸形状を保つことが可能である。また製造コストについても第１の実施形態と同じ効果が得られる。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態の樹脂軸受について図１５を用いて説明する。本実施形態における樹脂軸受も、第１の実施形態における樹脂軸受の場合と同様、樹脂摺動部材と金属製裏金とを備え、摩擦熱によって発生させた塑性流動によって金属中間材を充填し、この金属中間材によって金属製裏金と樹脂摺動部材を一体化したものであり、樹脂摺動部材以外の構成は第１の実施形態の樹脂軸受と略同じであり、詳細は省略する。

図１５において、本実施形態の樹脂摺動部材３０１は、樹脂摺動部材３０１の外周面に形成された溝３０１ａ，３０１ａ，…が樹脂摺動部材の円周方向に対して斜めに形成されたものとなっている。

このような溝が形成された樹脂摺動部材を備える樹脂軸受でも、得られる効果は第１及び第２の実施形態と全く同様である。なお、図１５に示すような溝形状を有する樹脂摺動部材とする場合、外周面の溝の形状は、円周方向に均等に形成することが望ましい。

＜樹脂軸受のその他の形態＞
上記の実施の形態では、樹脂摺動部材１０１は、直径方向と高さ方向の少なくとも一方で肉厚が異なる例を外周面に溝が形成されたものとしたが、樹脂摺動部材１０１の肉厚を異ならせる具体例はこれに限定されない。例えば、樹脂摺動部材の外周面に突起や窪みを設ける、樹脂摺動部材の外周面の表面を曲面形状とする、ことが挙げられる。

＜樹脂軸受の適用例＞
以下、本発明の樹脂軸受を備えるすべり軸受装置が適用された建設機械について図面を用いて説明する。図１６は本発明の樹脂軸受が用いられている建設機械の一例である油圧ショベルの側面図である。

この図に示す油圧ショベルは、下部走行体１と、この下部走行体１上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体２と、この上部旋回体２上の一方側（図１６中左側）に設けられた運転室３と、上部旋回体２上の他方側（図１６中右側）に設けられたエンジン室４と、上部旋回体２上の運転室３側に設けられたフロント作業機５を備えている。

フロント作業機５は、フロント部材として、上部旋回体２に俯仰動可能に設けられたブーム６と、このブーム６を俯仰動させるためのブーム用油圧シリンダ７と、ブーム６の先端に回動可能に設けられたアーム８と、このアーム８を回動させるためのアーム用油圧シリンダ９と、アーム８の先端に回動可能に設けられたバケット１０と、このバケット１０を回動させるためのバケット用油圧シリンダ１１を備えている。

ブーム６、アーム８、バケット１０、及び各油圧シリンダ７，９，１１は、すべり軸受装置１２によって相互に回動又は揺動可能に連結されている。フロント作業機５に用いられる各軸受装置は設置箇所に応じて大きさや形状等が異なるが、基本的な構成はほぼ同様となっている。

このようなフロント作業機５の結合部に用いられるすべり軸受装置１２のうち、図１６中のＡ部に示す、アーム８と相手方部材となるアームシリンダ９との間に設けられるすべり軸受装置１２Ａについて、図１７を参照して説明する。

すべり軸受装置１２Ａは、アームシリンダ９のピストンロッドの先端側に設けられたボス２１と、アーム８に設けられた左，右一対のブラケット部１３，１３（以下、ブラケット１３という）と、樹脂摺動部材と金属中間材と金属製裏金の３層構造の樹脂軸受１５と、軸１６と、摺動板１９等とにより構成されている。

アームシリンダ９のボス２１は略円筒状に形成され、その内周側には本発明の樹脂軸受１５が嵌着されている。

アーム８の各ブラケット１３は、ボス２１を左，右両側から挟むように配置され、後述の軸１６が挿通される軸挿通穴１３Ａを有している。このブラケット１３は、摺動板１９に対向する部位が略円形状をなす摺接面としての端面１３Ｂとなっている。なお、図１７中の右側に位置する一方のブラケット１３には、後述の軸１６をブラケット１３に対して抜止め、廻止め状態に保持するストッパ筒１４が溶接等の手段を用いて固着されている。

樹脂軸受１５は、ボス２１の内周側に固定して設けられており、この樹脂軸受１５は、例えば圧入等の手段を用いてボス２１内に嵌着され、樹脂軸受１５の内周側は軸１６が摺動可能に挿嵌される軸挿通穴１５Ａとなっている。

軸１６は、ブラケット１３にボス２１を回動可能に連結しており、この軸１６は、例えば高周波焼入鋼（Ｓ４５Ｃ）等の高強度材料を用いて円柱状のロッドとして形成されている。軸１６は、その軸方向中間部が樹脂軸受１５の軸挿通穴１５Ａ内に摺動可能に挿嵌され、軸方向両端側は各ブラケット１３の軸挿通穴１３Ａ内に挿通されている。また、軸１６には、ストッパ筒１４の内側となる軸方向一端側に径方向に延びるボルト挿通穴１６Ａが穿設されている。

固定ボルト１７は、軸１６をブラケット１３に固定しており、この固定ボルト１７は、ストッパ筒１４を介して軸１６のボルト挿通穴１６Ａを貫通するように挿通され、その先端側にはナット１７Ａが締着されている。これにより、固定ボルト１７は、ナット１７Ａと共にストッパ筒１４に固定され、軸１６をブラケット１３に対して抜止め、廻止め状態に保持するものである。

ダストシール１８，１８は、ボス２１内に軸方向両側から装着され、樹脂軸受１５の軸方向端面に当接した状態に保持されている。このダストシール１８は、樹脂軸受１５と軸１６との間の摺動面に、外部から土砂等の異物が侵入するのを防止する構成となっている。

摺動板１９，１９は、軸１６の周囲に位置してボス２１とブラケット１３との間の隙間内に設けられた左，右一対の構造で、この摺動板１９は、例えばフッ素樹脂等を含有したエステル系ウレタン等の合成樹脂材料を用いて環状平板として形成され、その板厚は例えば１〜２ｍｍ程度となっている。この場合、摺動板１９の材料としては、主剤となるエステル系ウレタンにフッ素、二硫化モリブデン等の自己潤滑性を有した材料を添加するのがよい。また、場合によっては、強度を高めるために上記の材料に硬化剤を加えることにより、所望の機械的強度を得るようにするのがよい。また、主剤となるエステル系ウレタンとしては、例えばポリカプロラクトン、ポリエチレンアジペート、ポリ１．４−ブチレンアジペート等の材料が用いられる。なお、これ以外のエステル系ウレタン材料を用いることも可能である。

摺動板１９は、ボス２１とブラケット１３との間に組付けた状態で、その両面をボス２１の端面２１Ａとブラケット１３の端面１３Ｂに摺接させることにより、ボス２１とブラケット１３との間の隙間を小さく調整し、両者の端面２１Ａ，１３Ｂ間でガタツキ等が発生するのを抑える機能を有している。例えば、上部旋回体２を旋回駆動するようなときには、ボス２１が軸方向に動こうとして、ボス２１とブラケット１３との間に軸１６の軸方向でスラスト荷重が作用する。摺動板１９は、このようなスラスト荷重により両者の端面２１Ａ，１３Ｂが直に衝突するのを緩和し、金属対金属の接触を防ぐものである。

次に、フロント作業機５の結合部に用いられるすべり軸受装置１２のうち、図１６中のＢ部に示す、ブーム６とアーム８との間に設けられるすべり軸受装置１２Ｂについて、図１８を参照して説明する。

すべり軸受装置１２Ｂは、ブーム６の先端に設けられた左，右一対のブラケット部２４，２４（以下、ブラケット２４という）と、アーム８の先端側に設けられたボス２５と、このボス２５の内部に嵌着された樹脂摺動部材と金属中間材と金属製裏金の３層構造からなる樹脂軸受２６と、ボス２５の外端面とブラケット２４との間に介在させた摺動板２７と、樹脂軸受２６内に摺動自在に嵌合した軸２９と、ボス２５内において樹脂軸受２６の端面と摺動板２７との間に設けたダストシール３１等とにより構成されている。

軸２９はブラケット２４、２４にそれぞれ設けた軸挿通穴２４Ａに両端を貫挿し、かつ固定具３０によりブラケット２４に固定される。

このすべり軸受装置１２Ｂにおける樹脂軸受２６は、軸２９が長尺であるために左右２個の樹脂軸受で構成され、両樹脂軸受２６，２６と軸２９の外周とボス２５の内周面との間に潤滑油溜め３２が形成される。この油溜め３２は、摺動面に油を供給するための‘油溜り’として機能する。ボス２５には外部から潤滑油を注入するための油孔３３が設けられ、その油孔３３には給脂ニップル３４が取付けられる。

本発明の樹脂軸受は、摺動面に樹脂系材料が位置するため、給脂は必ずしも必須ではないが、給脂した場合の方が軸受としての寿命が延びるため、好適には油孔や給脂ニップル等の給脂機構をすべり軸受装置に設け、給脂できる構造とするほうがよい。

＜その他＞
なお、以上の説明では、油圧ショベルのアーム８とアームシリンダ９との間、及びブーム６とアーム８との間に設けられるすべり軸受装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えばブーム６、アーム８、バケット１０、ブームシリンダ７、アームシリンダ９、バケットシリンダ１１等のフロント部材のいずれかの連結部に設けられたすべり軸受装置に適用してもよい。また、本発明の樹脂軸受を油圧ショベルの下部走行体１のローラ部分にも利用することができる。図１６におけるＡ部やＢ部のフロント作業機５に用いられるすべり軸受装置１２は、図１９に示すように、例えば面圧１０ＭＰａ以下、周速度０．０５ｍ／ｓｅｃ以下の条件で使用される。また、図１６における下部走行体１のローラ部に用いられるすべり軸受装置は、図１９に示すように、例えば面圧３ＭＰａ以下、周速度０．８ｍ／ｓｅｃ以下の条件で使用される。

更には、例えば油圧クレーン、ホイールローダ等の建設機械や、農業用機械、産業用機械に装備される樹脂軸受に広く適用することができる。

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
３ 運転室
４ エンジン室
５ フロント作業機
６ ブーム
７ ブーム用シリンダ
８ アーム
９ アーム用シリンダ
１０ バケット
１１ バケット用シリンダ
１２，１２Ａ，１２Ｂ すべり軸受装置
１３ ブラケット
１３Ａ 軸挿通孔
１３Ｂ 端面
１４ ストッパ筒
１５ 樹脂軸受
１５Ａ 軸挿通穴
１６ 軸
１６Ａ ボルト挿通穴
１７ 固定ボルト
１７Ａ ナット
１８ ダストシール
１９ 摺動板
２１ ボス
２１Ａ 端面
２４ ブラケット
２４Ａ 軸挿通孔
２５ ボス
２６ 樹脂軸受
２７ 摺動板
２９ 軸
３０ 固定具
３１ ダストシール
３２ 潤滑油溜め
３３ 油孔
３４ 給脂ニップル
９９ 治具
１０１ 樹脂摺動部材
１０１ａ 溝
１０１ｂ 底面
１０２ 金属製裏金
１０３ 金属中間材
１０４ 治具本体
１０５ ガイド
１０６ プレート
１０６ａ 突起
１０７ 把持手段
１０８ アルミパイプ材
１０８ａ 先端部
１１１ 工具
２０１ 樹脂摺動部材
２０１ａ 溝
３０１ 樹脂摺動部材
３０１ａ 溝

Claims (5)

1. 円筒形状の金属製裏金と円筒形状の樹脂摺動部材とを備える樹脂軸受において、
   前記金属製裏金と前記樹脂摺動部材との間に、摩擦熱によって塑性流動を発生させて金属中間材を充填し、この金属中間材が軸受の全周方向に渡って前記金属製裏金と前記樹脂摺動部材との間に介在して一体化したことを特徴とする樹脂軸受。
2. 請求項１記載の樹脂軸受において、
   前記樹脂摺動部材は、直径方向と高さ方向の少なくとも一方で肉厚が異なることを特徴とする樹脂軸受。
3. 請求項２記載の樹脂軸受において、
   前記樹脂摺動部材は、外周面に少なくとも１本以上の溝を有することにより、肉厚が異なることを特徴とする樹脂軸受。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の樹脂軸受において、
   前記樹脂摺動部材は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のいずれか１つの樹脂からなることを特徴とする樹脂軸受。
5. 円筒形状の樹脂摺動部材と円筒形状の金属製裏金とを備える樹脂軸受の製造方法において、
   前記樹脂摺動部材として外周面に少なくとも１本以上の溝を有するものを用い、この樹脂摺動部材を内側に、前記金属製裏金を外側にして、前記樹脂摺動部材と前記金属製裏金を治具上に同軸に配置固定する第１手順と、
   前記樹脂摺動部材と前記金属製裏金との間の空間に金属パイプを回転しながら供給し、この金属パイプの先端部を前記治具上に配置した金属プレートに対して押し付けることで、金属パイプの先端部を軟化させて前記空間に前記金属製裏金及び前記樹脂製摺動部材の軸方向に金属中間材を肉盛・積層させて充填する第２手順と、
   この金属中間材の冷却固化後、前記治具から一体となった樹脂摺動部材及び金属製裏金を取り出し、前記一体となった樹脂摺動部材及び金属製裏金における前記樹脂摺動部材の円筒内面を機械加工で仕上げる工程を含む仕上げ加工を施すことにより、前記樹脂摺動部材の前記溝部分の内周面側に凹部を形成する第３手順とを有することを特徴とする樹脂軸受の製造方法。

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