JP6412554B2 - 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

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. 複数の摺動面材（２０）は、コネクタにより結合されて軸受レースの間に摺動リングを形成可能であって、各前記摺動面材（２０）は、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）とを備えた実質的にＬ字形断面に形成され、
   各前記摺動面材（２０）の前記半径方向領域（２２）が、少なくとも二つのセグメント（２４）、および、隣り合う前記セグメントを連結するヒンジ部（２３）を備えるアキシャル−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. 前記摺動面材の前記半径方向領域（２２）が、前記ヒンジ部（２３）により、フレキシブルに接続される前記少なくとも二つのセグメント（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. 前記少なくとも二つのセグメント（２４）のうちの一つのみが、前記軸方向領域に、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. 前記摺動面材の前記軸方向領域（２１）を互いに固定するために、前記軸方向領域の外側コーナーに嵌合コネクタである前記コネクタ（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. 前記軸方向領域（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、前記半径方向領域（２２）の前記ヒンジ部（２３）のヒンジ軸（Ｓ）を横切る方向に形成された請求項１〜５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前記軸方向領域（２１）は、脚部同士のなす角（２α）が２０°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. 軸受レース（１１、１２）の間に、複数の前記摺動面材（２０）からなる、対向する二つの前記摺動リングが配置され、前記軸受レースが、互いを、軸方向及び半径方向に支持する請求項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）とを備えた実質的にＬ字形断面に形成された、滑り軸受用の摺動面材（２０）において、
    前記摺動面材（２０）の前記軸方向領域（２１）が、複数の前記摺動面材（２０）を接続するコネクタ（２６，２７）を備え、
    前記半径方向領域（２２）が、少なくとも二つのセグメント（２４）、および、隣り合う前記セグメントを連結するヒンジ部（２３）を備える摺動面材（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記載の摺動面材（２０）。
12. 前記摺動面材の前記半径方向領域（２２）が、前記ヒンジ部（２３）を介してフレキシブルに接続される前記少なくとも二つのセグメント（２４）に分割されて成る請求項１０又は１１記載の摺動面材（２０）。
13. 前記少なくとも二つのセグメント（２４）のうちの一つが、前記軸方向領域に、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いずれか記載の摺動面材（２０）。
14. 前記軸方向領域（２１）を互いに固定するために、前記軸方向領域の外側コーナーに嵌合コネクタである前記コネクタ（２６、２７）が形成された請求項１０〜１３いずれか記載の摺動面材（２０）。
15. 前記軸方向領域（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、前記半径方向領域（２２）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いずれか記載の摺動面材（２０）。
16. 前記摺動面材の少なくとも前記軸方向領域（２１）は、脚部同士のなす角（２α）が２０°以下の等脚台形状に形成された請求項１０〜１５いずれか記載の摺動面材（２０）。
    

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