JP6862311B2 - 車両用スライドドアのガイドローラ - Google Patents
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Description
ガイドレール部材と接する摺動層の表面の合成樹脂は、ガイドレール部材に引きずられて、摺動方向への弾性変形量が大きくなり、摺動層の表面に割れ等の損傷が起こり、または、摺動層が外輪から脱落、もしくは、外輪と摺動層の密着性が低下し、摺動層が外輪から剥離する虞がある。例えば特許文献1〜3のように外輪に鍔部が一体に形成されたガイドローラの構造であっても、ガイドローラ自体が傾いて転動されると、摺動層の上縁が局所的な負荷を受けるが、その負荷が摺動層の内部を伝播し、摺動層と外輪との界面まで達するようになると、摺動層の脱落や剥離が起こる可能性がある。
この摺動層は合成樹脂からなり、摺動層の外周面が摺動面であり、摺動層の摺動面から外輪の外周面との界面に向かって、摺動層の厚さの25%の領域を摺動面側領域、界面から摺動面に向かって摺動層の厚さの25%までの領域を界面側領域、摺動面側領域と界面側領域との間の領域を中間領域として、摺動面側領域における合成樹脂の結晶化度をX1、中間領域における合成樹脂の結晶化度をX2、界面側領域における合成樹脂の結晶化度をX3としたとき、X2−X1が5%未満であり、X2−X3が5%未満である。さらに、摺動面側領域における合成樹脂のナノインデンター硬さをY1、中間領域における合成樹脂のナノインデンター硬さをY2、界面側領域における合成樹脂のナノインデンター硬さをY3としたとき、Y2はY1の115%以上であり、Y2はY3の115%以上である。
摺動層7は、合成樹脂6中に分散した繊維状粒子を更に含有できる。繊維状粒子は、ガラス繊維粒子、セラミック繊維粒子、炭素繊維粒子、アラミド繊維粒子、アクリル繊維粒子、ポリビニルアルコール繊維粒子から選ばれる1種以上からなることが好ましい。この繊維状粒子を含有することにより、摺動層の強度を高めることができる。繊維状粒子の含有量は、5〜10%とすることが好ましい。
また、摺動層7は、CaF2、CaCo3、タルク、マイカ、ムライト、酸化鉄、リン酸カルシウム、チタン酸カリウムおよびMo2C(モリブデンカーバイト)のうちから選ばれる1種または2種以上の充填材を1〜10体積%を更に含んでもよい。この充填材を含有することにより、摺動層の耐摩耗性を高めることが可能となる。
摺動層7の厚さをTとして、摺動層7の摺動面70から界面9に向かって厚さTの25%までの距離にある領域を「摺動面側領域71」、界面9から摺動面70側に向かって厚さTの25%までの距離にある領域を「界面側領域73」、「摺動面側領域71」と「界面側領域73」との間の領域を「中間領域72」と区分する。
摺動層7の各領域は、
摺動面側領域71における合成樹脂の結晶化度をX1、中間領域72における合成樹脂の結晶化度をX2、界面側領域73における合成樹脂の結晶化度をX3とすると、本発明の摺動層7は、X2−X1が5%未満であり、かつ、X2−X3が5%未満であり、かつ、
摺動面側領域における合成樹脂のナノインデンター硬さをY1、中間領域における合成樹脂のナノインデンター硬さをY2、界面側領域における合成樹脂のナノインデンター硬さをY3としたとき、Y2はY1の115%以上であり、Y2はY3の115%以上であることを満たす。
なお、ナノインデンター硬さの絶対値については特に限定されないが、一例として、合成樹脂にナイロン(PA66)を用いた場合の中間領域のナノインデンター硬さY2は、7.5〜10.5(MPa)の範囲が好ましく、合成樹脂にポリアセタール(POM)を用いた場合の中間領域のナノインデンター硬さY2は、7.5〜10.5(MPa)の範囲が好ましく、合成樹脂にポリエチレン(PE)を用いた場合の中間領域のナノインデンター硬さY2は、3.5〜6.5(MPa)の範囲が好ましい。
また、X2−X1が3%未満であり、かつ、X2−X3が3%未満であることが更に好ましい。結晶化度の差が3%未満であると結晶化度の差が5%未満の場合よりも、上記の作用効果がさらに高まる。
また、ガイドレール部材の表面と接する摺動層の表面付近の合成樹脂は、硬さが低く変形し易いために、ガイドレール部材の表面に引きずられて、摺動層の表面に微小な割れ(クラック)等の損傷が起こり、摩耗が起こりやすい。
また、従来のガイドローラには、摺動層の全領域の合成樹脂の結晶化度が同じで、かつ全領域の合成樹脂のナノインデンター硬さが同じであるものもあるが、摺動層の表面へのガイドレール部材の負荷が、外輪との界面まで伝播するようになり、金属製の外輪と摺動層の合成樹脂の弾性変形量の違いによりせん断力が発生しせん断がおこる。小さいせん断部が発生すると、そこを起点としてマクロ的なせん断(剥離)が起こりやすい。
この第2の具体例によるガイドローラ1が、図1のガイドローラ1と異なる構成は、外輪5の外周面70の軸線方向の一端部側に、外輪5の周方向全長に亘って径方向の外側に向かって突出する鍔部10が形成されること、また、図1のガイドローラ1の摺動層7の摺動面70は、軸線方向長さの両端部を除き概ね平滑になされるが、図3のガイドローラ1の摺動層7の摺動面70は、中央部付近で最も径方向の外側に突出した全体として凸状の曲面になされることである。その他の構成は図1と同じであり、同様の作用効果を有する。
(1)予め、所定形状に加工した外輪、内輪、ベアリングを準備する。内輪および外輪は、軸受鋼(SUJ−2)等のFe合金から作製できる。また、内輪および外輪の軌道部には、高周波焼入れ処理を施すことにより、支持軸(図示しない)にかしめ固着し易くするとともに、ベアリングとの摩擦摩耗に対する耐久性を有するように構成できる。
合成樹脂の原材料としてはナイロン、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンおよびポリエーテルイミドのうちから選ばれる1種以上からなるものを用いることができる。任意で、合成樹脂の繊維状粒子を分散できるが、その場合は、繊維状粒子の原材料としては、例えば人為的に造成した無機繊維粒子(ガラス繊維粒子、セラミック繊維粒子など)や有機繊維粒子(炭素繊維粒子、アラミド繊維、アクリル繊維粒子、ポリビニルアルコール繊維粒子など)を用いることができる。
ガイドローラの摺動層は、上記原材料等から、射出成形機を用いて、「型締め」、「射出」、「冷却」の工程を経て、外輪の外周面に被覆する。
シリンダーにホッパーから合成樹脂粒、およびその他の任意材料(繊維状粒子原材料、固体潤滑剤、充填材等)の原材料を投入し、シリンダー内を190℃〜300℃の温度で加熱しながら、シリンダー内でスクリューが回転して、これらの合成樹脂等の材料を溶融混練する。この際、シリンダー内のスクリュー前部に所定量(製品に必要な量)の樹脂が溜められる。
シリンダー内のスクリューから押し出された一定量の合成樹脂を、予めセットした外輪の外周面を覆うように金型に供給(射出)する。この際、100〜120MPaと高めの射出圧力で供給(射出)を行い、金型に所定量の樹脂を充填した後は、30〜70MPaで保圧制御を行う。なお、溶融樹脂はスプルー、ランナー、ゲートを経て金型に供給されるが、本発明ではゲートにフィルムゲート方式を用いる。
金型温度は、シリンダー内の温度よりも約75℃〜175℃低く(125℃〜135℃)設定し、合成樹脂を冷却時間60秒〜70秒と長く冷却を行う。金型の金型壁内部には、合成樹脂の冷却のために冷却流体通路が形成されている。スクリューから金型に供給(射出)された溶融状態の合成樹脂は、冷却により、次第に粘度が高くなって固化が始まり、外輪の外周面が合成樹脂で覆われた形状で取り出される。摺動面から外輪までの合成樹脂の厚さの寸法の一例としては0.5〜6mmである。
摺動層を被覆した外輪を、リング状の内輪に、複数のベアリングを保持するリテーナを介して回転可能になるように組み付け、外輪と内輪をシールリングで密閉してガイドローラを作製する。
(結晶化度の制御)
次に、摺動層の合成樹脂の結晶化度の制御方法について説明する。結晶化度とは、結晶性を有する樹脂における、結晶部分の割合を表す。結晶性を有する樹脂は、高分子鎖が規則正しく配列している状態(結晶状態)をとるとされるが、実際には結晶状態と、高分子鎖が糸玉状になったり絡まったりしている状態(非晶状態)が混在している。結晶性を有する樹脂において、この結晶状態の占める割合を、一般的には結晶化度と呼ぶ値で表す。通常は、結晶性を有する樹脂は、溶融状態から急冷すると結晶化度は低くなり、逆に溶融状態から徐冷すると結晶化度は高くなる。
ナノインデンター硬さの制御は、上記のガイドローラの摺動層の製造工程中の「射出」のゲート構造において、フィルムゲートで行う。フィルムゲートとは、成形品の幅に沿って一方向から樹脂を供給(射出)させる方式であり、通常はフィルム等の薄肉品に主に適用される方式である。溶融樹脂が一方向から金型に供給(射出)されることで、金型壁面及び外輪面に接触して流れる樹脂の配向性(乱れが起こり易い)に対して、中央部を流れる樹脂は、接触する面を有しないために、樹脂の配向性が整い易くなる。そのために、ガイドローラ(の外輪の外周面)の中央部の合成樹脂は、摺動面付近及び外輪面付近の合成樹脂と比較してナノインデンター硬さが高くなる。なお、樹脂の配向性とは、射出方向に対して、合成樹脂の分子が異方的に配列することを指す。
合成樹脂の結晶化度は、DSC(示差走査熱量計)を用いて、合成樹脂の結晶化に起因する発熱ピーク熱量及び結晶融解に起因する吸熱ピーク熱量を測定し、以下の計算式(1)により算出した。なお、100%結晶融解吸熱ピーク熱量は、合成樹脂が100%結晶状態であると仮定した場合の結晶融解に伴う吸熱ピーク熱量を示す。
結晶化度(%)=[(結晶融解に伴う吸熱ピーク熱量J/g)−(結晶生成に伴う発熱ピーク熱量J/g)]/100%結晶融解吸熱ピーク熱量(J/g)×100 (1)
合成樹脂のナノインデンター硬さ(MPa)の比率は、ナノインデンターを用いて、
試験力を1mN、試験力到達時間、保持時間、除荷時間を各10秒に設定し、先端形状がダイヤモンドチップから成る正三角錐バーコビッチ圧子を使用して、合成樹脂の各領域に圧子を押し込み深さ1μmまで押し込み、その時の圧子が押し込まれた際の硬度(MPa)を任意にて各5点の箇所を測定して比率を求めた後、平均値を算出した。
実施例1、4、7〜10では、シリンダー温度を280℃、金型温度を110℃、冷却時間を70秒、
実施例2、5では、シリンダー温度を185℃、金型温度100℃、冷却時間60秒、
実施例3、6では、シリンダー温度を150℃、金型温度110℃、冷却時間70秒、
比較例11ではシリンダー温度を290℃、金型温度50℃、冷却時間70秒、
比較例12ではシリンダー温度を260℃、金型温度110℃、冷却時間30秒、
比較例13では従来の温度及び冷却条件にて、シリンダー温度を280℃、金型温度60℃、冷却時間15秒、
比較例14ではシリンダー温度を290℃、金型温度110℃、冷却時間15秒、
比較例15ではシリンダー温度を260℃、金型温度100℃、冷却時間15秒、
比較例16ではゲートに従来の3点ゲート方式を用いてシリンダー温度を280℃、金型温度60℃、冷却時間25秒とした。
また、各摺動層について、上記に説明した測定方法により、摺動面側領域、中間領域、界面側領域の各領域の合成樹脂のナノインデンター硬さの測定を行ったあと、中間領域と摺動面側領域とのナノインデンター硬さの比率、中間領域と界面側領域とのナノインデンター硬さの比率を算出し、その結果を表1の「ナノインデンター硬さ比」欄に示した。
尚、比較例15の「合成樹脂の結晶化度」及び「結晶化度の差」及び「ナノインデンター硬さ比」は、前記で説明した、ウエルドライン以外の箇所を測定した値及び算出した値を示す。
顕微鏡を用いて摺動層の断面を任意の倍率(50〜200倍)で観察して、摺動層の摺動面に垂直となる方向の厚さTを求めた。摺動面の任意の位置から外輪側へ向かって厚さTの25%の長さ(1/4×T)となる位置に、摺動面に対し平行な仮想線ULを描く。また、摺動層の外輪との界面となる面の位置から摺動面側へ向かって厚さTの25%の長さ(1/4×T)となる位置に、摺動面に対して平行な仮想線LLを描く。摺動層の摺動面から仮想線ULまでの間を摺動面側領域、摺動層の外輪との界面から仮想線LLまでの間を界面側領域、仮想線ULと仮想線LLとの間を中間領域とする。仮想線UL、LLを図2に点線で示す。なお、外輪の外周面に凹凸を有する場合には、摺動層と外輪との界面は、撮影画像中で外輪の外周面の最も摺動面側に近くに位置する凸部の頂部を通り摺動面に対し平行な仮想線とする。
2 内輪
3 ベアリング
4 リテーナ
5 外輪
6 合成樹脂
7 摺動層
8 シールリング)
9 界面
10 鍔部
70 摺動面
71 摺動面側領域
72 中間領域
73 界面側領域
Claims (9)
- 車両のスライドドアに連結された支持部材に回転自在に軸支されて、車体側に設けられたレールに沿って転動するようになっている、車両用スライドドアのガイドローラにおいて、前記ガイドローラは、前記支持部材に固定される金属製のリング状の内輪と、ベアリングを保持するリテーナと、該リテーナを介して前記内輪に回転可能に保持された金属製のリング状の外輪と、前記外輪の外周面に被覆された摺動層とから構成され、前記摺動層が合成樹脂からなり、前記摺動層の外周面が摺動面であり、
前記摺動層の前記摺動面から前記外輪との界面に向かって、前記摺動層の厚さの25%の領域を摺動面側領域、前記界面から前記摺動面に向かって前記摺動層の厚さの25%までの領域を界面側領域、前記摺動面側領域と前記界面側領域との間の領域を中間領域として、前記摺動面側領域における前記合成樹脂の結晶化度をX1、前記中間領域における前記合成樹脂の結晶化度をX2、前記界面側領域における前記合成樹脂の結晶化度をX3としたとき、
X2−X1が5%未満であり、
X2−X3が5%未満であり、
摺動面側領域における合成樹脂のナノインデンター硬さをY1、中間領域における合成樹脂のナノインデンター硬さをY2、界面側領域における合成樹脂のナノインデンター硬さをY3としたとき、
Y2はY1の115%以上であり、
Y2はY3の115%以上である、ガイドローラ。 - 前記X1が20%以上90%未満、前記X2が20%以上90%未満、前記X3が20%以上90%未満である、請求項1に記載されたガイドローラ。
- X2−X1が3%未満であり、X2−X3が3%未満である、請求項1または請求項2に記載されたガイドローラ。
- 前記合成樹脂が、ナイロン、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンのうちから選ばれる1種以上からなる、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載されたガイドローラ。
- 前記摺動層が、前記合成樹脂中に分散した繊維状粒子を含有し、該繊維状粒子が、ガラス繊維粒子、セラミック繊維粒子、炭素繊維粒子、アラミド繊維粒子、アクリル繊維粒子、およびポリビニルアルコール繊維粒子のうちから選ばれる1種以上からなる、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載されたガイドローラ。
- 前記摺動層が、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化硼素、およびポリテトラフルオロエチレンのうちから選ばれる1種以上の固体潤滑剤を更に含む、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載されたガイドローラ。
- 前記摺動層が、CaF2、CaCo3、タルク、マイカ、ムライト、酸化鉄、リン酸カルシウム、チタン酸カリウムおよびMo2Cのうちから選ばれる1種または2種以上の充填材1〜10体積%を更に含む、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載されたガイドローラ。
- 前記外輪は、前記摺動層との界面となる外周面に、凹凸部を有する、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載されたガイドローラ。
- 前記外輪は、前記摺動層との界面となる外周面から、前記ガイドローラの径方向外側に突出する鍔部を有する、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載されたガイドローラ。
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