JP2015148285A

JP2015148285A - すべり軸受

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Publication number: JP2015148285A
Application number: JP2014021718A
Authority: JP
Inventors: 則義吉塚; Noriyoshi Yoshizuka; 石井　卓哉; Takuya Ishii; 卓哉石井
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2014-02-06
Filing date: 2014-02-06
Publication date: 2015-08-20

Abstract

【課題】長期間にわたって軸受特性を維持させつつ価格を低く抑えることが可能なすべり軸受を提供する。
【解決手段】金属製基材からなる軸受外周部２と、この摺動面となる表面に樹脂材料を用いて射出成形により一体に成形された樹脂層３とを有するすべり軸受１であって、上記樹脂材料が、射出成形可能なポリエチレン樹脂（Ａ）を主成分とし、非射出成形性のフッ素樹脂（Ｂ）を含む材料であり、上記樹脂材料において、フッ素樹脂（Ｂ）が、ＰＥ樹脂（Ａ）とフッ素樹脂（Ｂ）との合計質量に対して１０質量％をこえ、４０質量％以下含まれる。
【選択図】図１

Description

本発明はすべり軸受に関し、特に、金属製基材の摺動面にポリエチレン樹脂を主成分とする樹脂層が射出成形で形成されたすべり軸受に関する。

近年、軸受に関し、各種検討が行われている。例えば、内・外輪の間に保持器を介して複数個の転動体を保持して構成され、さらに内・外輪の軌道面および転動体の表面に０．０３〜２０μｍの膜厚で潤滑剤膜を成膜してなる転がり軸受であって、潤滑剤膜を構成する基油と相溶性のある潤滑油をその全重量の１０重量％以上含有し、かつＪＩＳＫ２２２０で規定されるちょう度Ｎｏ．３より大きいちょう度を有する潤滑油保持体を、容積比で軸受空間の１〜１０％を占め、かつ内・外輪の軌道面および転動体表面と接触しないように保持器の適所に配置させた転がり軸受が提案されている（特許文献１参照）。

特開平０８−３０３４６７号公報

特許文献１の転がり軸受においては、その製造工程中に、内・外輪の軌道面および転動体の表面に０．０３〜２０μｍの膜厚で潤滑剤膜を成膜させる工程が必要とされる。また、この工程に加えて、潤滑油保持体を、容積比で軸受空間の１〜１０％を占め、かつ内・外輪の軌道面および転動体表面と接触しないように保持器の適所に配置させる工程が必要とされる。

このような転がり軸受を製造しようとした場合、転がり軸受の製造工程に煩雑な工程が増加し、その煩雑な工程の管理などのために生産性が低下し、その結果、転がり軸受の価格を低く抑えることは困難となることが推察される。また、煩雑な工程を追加しても、大きな長寿命化の効果は期待できず、転がり軸受の使用部位によっては、過剰品質となることも懸念される。

また、市場から、転がり軸受に対する更なる低価格化も要求され、これに対応するために部品点数を大幅に減らしたすべり軸受が求められつつある。ここで、すべり軸受を転がり軸受の代替として用いる場合、その代替可能範囲は、すべり軸受の対応し得るＰＶ値（面圧（Ｐ）と滑り速度（Ｖ）を乗じたもの）に大きく依存し、５ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎ．をこえる程度で約２０％、１５ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎ．以上で約８５％の代替が可能となる。このため、転がり軸受代替のすべり軸受としては、長期間にわたり低摩擦係数を維持しつつ高ＰＶ値に対応し得るなどの安定した軸受特性を有することも求められている。

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、長期間にわたって軸受特性を維持させつつ価格を低く抑えることが可能なすべり軸受を提供することを目的とする。

本発明のすべり軸受は、金属製基材と、この基材の摺動面となる表面に樹脂材料を用いて射出成形により一体に成形された樹脂層とを有するすべり軸受であって、上記樹脂材料が、射出成形可能なポリエチレン（以下、「ＰＥ」と記す）樹脂（Ａ）を主成分とし、非射出成形性のフッ素樹脂（Ｂ）を含む材料であり、上記樹脂材料において、上記フッ素樹脂（Ｂ）が、上記ＰＥ樹脂（Ａ）と上記フッ素樹脂（Ｂ）との合計質量に対して１０質量％をこえ、４０質量％以下含まれることを特徴とする。

上記フッ素樹脂（Ｂ）は、再生ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と記す）樹脂であることを特徴とする。また、上記フッ素樹脂（Ｂ）は、上記樹脂材料に平均粒子径５〜５０μｍの粉末状で配合されたことを特徴とする。なお、この平均粒子径は、レーザ回析法による測定値である。

上記ＰＥ樹脂（Ａ）は、ＪＩＳＫ７２１０に基づき、荷重１０ｋｇ、１９０℃で測定したときのＭＦＲが１〜３０ｇ／１０分であることを特徴とする。

上記すべり軸受は、面圧（Ｐ）と滑り速度（Ｖ）を乗じたＰＶ値が、５ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎ．をこえる条件で使用される軸受であることを特徴とする。

本発明のすべり軸受は、金属製基材と、この基材の摺動面となる表面に樹脂材料を用いて射出成形により一体に成形された樹脂層とを有し、上記樹脂材料が、射出成形可能なＰＥ樹脂（Ａ）を主成分とし、非射出成形性のフッ素樹脂（Ｂ）を含む材料であり、該樹脂材料において、フッ素樹脂（Ｂ）がＰＥ樹脂（Ａ）とフッ素樹脂（Ｂ）との合計質量に対して１０質量％をこえ、４０質量％以下含まれるので、高ＰＶ条件においても長期間にわたり低摩擦係数を維持でき、耐摩耗性にも優れる。また、樹脂層をインサート射出成形可能であり、煩雑な製造工程も不要であるため生産性に優れ、転がり軸受と比較して部品点数も少ないので、価格を低く抑えることが可能となる。これらの結果、本発明のすべり軸受は、多くの用途における転がり軸受の代替品として期待される。

本発明のすべり軸受の一例を示す斜視図および断面図である。軸受外周部に形成される樹脂層の構造の態様を示す断面図である。ＰＶ値と摩耗係数との関係を示す図である。

本発明のすべり軸受は、金属製基材と、この基材の摺動面となる表面に樹脂材料を用いて射出成形により一体に成形（インサート成形）された樹脂層とを有するものであり、この樹脂層を形成する樹脂材料が、射出成形可能なＰＥ樹脂（Ａ）を主成分とし、非射出成形性のフッ素樹脂（Ｂ）を所定量含む材料である。

樹脂材料の主成分となるＰＥ樹脂（Ａ）としては、射出成形可能なＰＥ樹脂あればよい。射出成形条件としては、例えば、成形温度２００℃〜２７０℃、射出圧力１００〜１６０ＭＰａで射出成形可能なものであればよい。また、耐摩耗性、自己潤滑性、耐衝撃性、耐薬品性、水の比重より軽いという軽量性、低吸水性による寸法安定性などの各諸特性に優れる高密度、高分子量化ＰＥ樹脂が好ましい。例えば、密度（ＡＳＴＭＤ１５０５）が９４２ｋｇ／ｍ^３以上である高密度ＰＥ樹脂が好ましく、高密度ＰＥ樹脂の密度の上限値は１０００ｋｇ／ｍ^３未満、厳密には９８０ｋｇ／ｍ^３以下である。

ＰＥ樹脂（Ａ）のＭＦＲ（メルトフローレイト：ＪＩＳＫ７２１０（１９０℃、１０ｋｇｆ））としては、１〜３０ｇ／１０分が好ましく、１〜１５ｇ／１０分がより好ましく、２〜６ｇ／１０分が特に好ましい。重量平均分子量としては、１００万未満であり、好ましくは２５万〜９５万程度である。また、構造としては、直鎖状のものや、メチル基の分岐を含む分岐状のものであってもよい。なお、（Ａ）成分のＰＥ樹脂は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。

本発明に使用できるＰＥ樹脂（Ａ）の市販品としては、三井化学社製の商品名リュブマーＬ３０００（密度：９６９ｋｇ／ｍ^３、ＭＦＲ：１５ｇ／１０分）、同Ｌ４０００（密度：９６７ｋｇ／ｍ^３、ＭＦＲ：６ｇ／１０分）、同Ｌ５０００（密度：９６６ｋｇ／ｍ^３、ＭＦＲ：２ｇ／１０分）などが挙げられる。

樹脂材料に配合するフッ素樹脂（Ｂ）は、非射出成形性のフッ素樹脂であり、例えば、ＰＴＦＥ樹脂などが挙げられる。ＰＴＦＥ樹脂は、結晶性熱可塑性樹脂であり、その融点は通常便宜的に３２７℃とされているが、溶融粘度が３８０℃でも１０^１１ポアズと極めて高く、成形時の溶融粘度が１０^３〜１０^４ポアズである一般の熱可塑性樹脂とは異なり、射出成形などの溶融成形法を適用できない。このためＰＴＦＥ樹脂は、主に、粉末状樹脂を予備成形し、これを融点以上の３６０〜３９０℃に加熱し、粒子を焼結する成形法が採用される。本発明において上記フッ素樹脂（Ｂ）は、射出成形で形成される樹脂層の主成分ではなく、ベースとなるＰＥ樹脂（Ａ）に対して充填剤（粉末状）として配合される。フッ素樹脂（Ｂ）を含むことで、摺動面に潤滑油やグリースを介さないドライ環境下において、低摩擦化が図れ、摩擦発熱が軽減され、高負荷でも摩擦摩耗特性に優れる。

ＰＴＦＥ樹脂としては、−（ＣＦ_２−ＣＦ_２）_ｎ−で表される一般のＰＴＦＥ樹脂を用いることができ、また、一般のＰＴＦＥ樹脂に、パーフルオロアルキルエーテル基（−Ｃ_ｐＦ_２ｐ−Ｏ−）（ｐは１−４の整数）やポリフルオロアルキル基（Ｈ（ＣＦ_２）_ｑ−）（ｑは１−２０の整数）などを導入した変性ＰＴＦＥ樹脂も使用できる。

ＰＴＦＥ樹脂としては、懸濁重合法によるモールディングパウダー、乳化重合法によるファインパウダー、再生ＰＴＦＥ樹脂のいずれを用いてもよい。ここで、再生ＰＴＦＥ樹脂とは、バージン材ではないＰＴＦＥ樹脂であり、例えば、モールディングパウダーまたはファインパウダーを融点以上で加熱および加圧した成形体、またはその加工品などを加熱焼成後に粉砕した粉末、また、この粉末にさらにγ線または電子線などを照射した粉末などのタイプがある。

ＰＴＦＥ樹脂としては、再生ＰＴＦＥ樹脂を用いることが好ましい。樹脂層の耐摩耗性を向上させるためには分子量が高いＰＴＦＥ樹脂を用いることが好適であるが、一般に分子量が高いバージン材のＰＴＦＥ樹脂を用いる場合、成形条件によっては樹脂材料が増粘して射出成形が阻害されるおそれがある。これに対して、再生ＰＴＦＥ樹脂を用いることで成形時における繊維化を防止でき、増粘による射出成形阻害が起こらない。また、均一分散性に優れるとともに、加熱焼成されているので、耐摩耗性にも優れる。なお、ＰＴＦＥ樹脂の分子量としては、数平均分子量（Ｍｎ）が約１０万〜１０００万であるものが好ましい。

フッ素樹脂（Ｂ）であるＰＴＦＥ樹脂は、樹脂材料の射出成形に際しての溶融混練時において粉末状で配合される。ＰＴＦＥ樹脂粉末の平均粒子径は、５〜５０μｍが好ましく、９〜１５μｍがより好ましい。平均粒子径が５μｍ未満であると、該粉末が凝集して塊となり、すべり軸受の摺動面が円滑な面とならないおそれがある。また、平均粒子径が５０μｍをこえると、すべり軸受の摺動面における摩擦摩耗特性にバラつきが生じるおそれがある。

本発明で使用できるＰＴＦＥ樹脂の市販品としては、喜多村社製：ＫＴＬ−６１０、ＫＴＬ−４５０、ＫＴＬ−３５０、ＫＴＬ−８Ｎ、ＫＴＬ−４００Ｈ、三井・デュポンフロロケミカル社製：テフロン（登録商標）７−Ｊ、ＴＬＰ−１０、旭硝子社製：フルオンＧ１６３、Ｌ１５０Ｊ、Ｌ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊ、ダイキン工業社製：ポリフロンＭ−１５、ルブロンＬ−５、ヘキスト社製：ホスタフロンＴＦ９２０５、ＴＦ９２０７などが挙げられる。

樹脂材料において、非射出成形性のフッ素樹脂（Ｂ）が、ＰＥ樹脂（Ａ）とフッ素樹脂（Ｂ）との合計質量（Ａ＋Ｂ）に対して、１０質量％をこえ、４０質量％以下含まれる。１０質量％以下であると、耐摩耗性の向上効果が乏しく、５ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎ．をこえるようなＰＶ値での使用に際して、耐摩耗性に劣るおそれがある。一方、４０質量％をこえると、射出成形性を阻害するおそれがある。好ましくは、１０質量％をこえ、３０質量％以下であり、より好ましくは２０〜３０質量％である。

その他、すべり軸受の樹脂層を形成する樹脂材料には、摩擦摩耗特性を改善するために、また、線膨張係数を小さくするために、適当な充填材を添加することができる。例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ポリエステル繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、窒化硼素繊維、窒化珪素繊維、金属繊維などの繊維類、炭酸カルシウムやタルク、シリカ、クレー、マイカなどの鉱物類、硼酸アルミニウムウィスカー、チタン酸カリウムウィスカーなどの無機ウィスカー類、ポリイミド樹脂やポリベンゾイミダゾールなどの各種耐熱性樹脂などが挙げられる。なお、軟質相手材を攻撃するおそれがある場合には、繊維状の充填材は配合しない。さらに、この発明の効果を阻害しない配合量で公知の添加剤を併用してもよい。例えば、帯電防止剤（カーボンナノ繊維、カーボンブラック、黒鉛など）、離型剤、難燃剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、顔料などの添加剤を適宜添加してもよく、これらを添加する方法も特に限定されるものではない。

上記樹脂材料の特に好ましい態様としては、実質的にＰＥ樹脂（Ａ）とフッ素樹脂（Ｂ）である再生ＰＴＦＥ樹脂の２成分からなる場合（微量成分として顔料などを含めてもよい）である。この場合、繊維状充填材などを含まず、また、再生ＰＴＦＥ樹脂も成形時に繊維化しないことから、樹脂材料の流動方向〔例：ＭＤ（molding direction）〕に略沿った線膨張係数と、樹脂材料の流動方向に略直交する方向〔例：ＣＤ（cross molding direction）〕に略沿った線膨張係数とを略同じとできる。さらに、潤滑油（含油シリカ）などを含まないことで、これを含む場合と比較して曲げ弾性率や曲げ強度の大幅な向上が図れる。これらにより、高ＰＶ条件下でのすべり軸受使用時において、金属製基材からの樹脂層の剥がれ、樹脂層自体の変形や偏摩耗などを防止できる。なお、ここでの線膨張係数は、例えば、Ｒ．Ｔ．（室温）〜６０℃における平均線膨張係数であり、ＴＭＡ（熱機械分析）法により測定できる。

すべり軸受の樹脂層を形成する樹脂材料において、諸原材料を混合し、混練する手段は、特に限定するものではなく、ヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダー、レディゲミキサーなどにて混合し、さらに二軸押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレットを得ることができる。また、充填材の一部材料の投入は、二軸押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用してもよい。この成形用ペレットを用い、金属製基材に対して樹脂層をインサート成形により射出成形する。射出成形を採用することで、精密成形性および生産性などに優れる。また、物性改善のためにアニール処理などの処理を採用してもよい。

樹脂材料の樹脂母材としてＰＥ樹脂（Ａ）を用いるのみでは、潤滑成分としてシリコーン油を含浸した多孔質シリカを配合する場合でも、ＰＶ値が３ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎ．程度までの条件で使用できるに留まり、これをこえるＰＶ値では耐摩耗性が満足されにくかった。これに対して、多孔質シリカを用いずに、ＰＥ樹脂（Ａ）に非射出成形性のフッ素樹脂（Ｂ）を所定割合で配合することで、高ＰＶ値での耐摩耗性を著しく向上させることができた（後述の実施例参照）。この結果、本発明のすべり軸受は、多くの用途における転がり軸受の代替品として好適に利用できる。

本発明のすべり軸受を図１により説明する。図１（ａ）はすべり軸受の斜視図を、図１（ｂ）はＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。すべり軸受１は、軸受外周部２が焼結金属製基材で形成され、この軸受外周部２の摺動部となる内周側に、上述の樹脂材料（成形用ペレット）を用いて樹脂層３がトンネルゲートを経てインサート成形されている。この樹脂層３は、軸受摺動面に複数の溝４を有し、該溝４の底部位置にゲート痕５が形成されている。図１（ａ）において、この複数の溝４は円筒状軸受のラジアル摺動面に軸方向溝４Ａ、４Ｂとして形成され、軸方向溝４Ａの底部位置にゲート痕５が形成され、軸方向溝４Ｂにはゲート痕５が形成されていない。また、複数の溝４は、円筒状軸受のラジアル摺動面、スラスト摺動面、またはラジアル摺動面およびスラスト摺動面の両方に設けることができる。

トンネルゲートを経たインサート成形は、公知の金型構造を用いて行なうことができる。トンネルゲート痕が溝の底部位置に形成されるので、成形工程におけるゲート処理が必要なく、高精度を有しつつ、大量生産が可能となる。

複数の軸方向溝４は、トンネルゲート痕を有する溝４Ａと、トンネルゲート痕を有さない溝４Ｂとから構成される。また、溝４Ａの両側から溝４Ｂに至る軸受摺動面上の距離が等しくなるように配置されている。好ましくは溝Ａと溝Ｂとが等間隔で同数形成される。この配置とすることにより、射出成形時のウエルド部が溝Ｂ内に形成される。さらに、溝４に摩耗粉を捕捉し、異常摩耗の発生を抑制することができる。

軸受外周部２は、すべり軸受の外周部を構成する筒状の部材であり、摺動部を有する部材である。この摺動部とは、例えばラジアル方向の荷重を支持するための内径側摺動部もしくは外径側摺動部の何れか一方または両方をいい、また、スラスト方向にも荷重を支持する場合には、端面摺動部を含む。例えば摺動部は、内径側摺動部、外径側摺動部、端面摺動部の少なくとも何れか一つ以上の摺動部とされる。

軸受外周部２を構成する焼結金属製基材の材質は、Ｆｅ系焼結金属、Ｃｕ系焼結金属、Ｆｅ−Ｃｕ系焼結金属が挙げられ、成分としてＣ、Ｚｎ、Ｓｎを含んでもよい。また、成形性や離型性を向上させるためバインダーを少量添加してもよい。さらに、アルミニウム系でＣｕ、Ｍｇ、Ｓｉを配合した材料や金属−合成樹脂で鉄粉をエポキシ系の合成樹脂で結合させた材料でもよい。さらにまた、樹脂層との密着性を向上させるため、成形を阻害しない程度であれば、表面処理を施す、または、接着剤を介在させることも可能である。

高い寸法精度および回転精度と共に、機械的強度および耐久性に優れたすべり軸受を得る場合にはＦｅ系焼結金属が好ましい。ここで、「Ｆｅ系」とはＦｅの含有量が質量比で９０％以上であることを意味する。この条件を満たす限り、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃなどの他の成分を含有していてもよい。また、「Ｆｅ」にはステンレスも含まれる。Ｆｅ系焼結金属は、例えば、Ｆｅを上記の含有量配合した原料金属粉末（成形性や離型性を向上させるためバインダーを少量添加してもよい）を所定形状に成形し、脱脂し、焼成して得られた焼結体に、必要に応じてサイジングなどの後処理を施して形成できる。焼結金属の内部には多孔質組織による多数の内部細孔があり、また、その表面には内部細孔が外部に開口して形成された多数の表面開孔がある。内部細孔には、例えば真空含浸によって上述の潤滑油を含浸させることができる。

焼結金属製基材からなる軸受外周部２の摺動部には樹脂層３がインサート成形され、軸部材と摺動する軸受面を形成する。成形時、樹脂層を形成する溶融樹脂が表面開孔から表層部の内部細孔に入り込んで固化するため、樹脂層は一種のアンカー固化によって母体表面に強固に密着する。そのため、軸部材との摺動による樹脂層の剥離、脱落が生じにくく、高い耐久性が得られる。

焼結金属製基材からなる樹脂層が形成される表面の表面開孔率は２０〜５０％とするのが好ましい。表面開孔率が２０％未満であると、樹脂層に対するアンカー効果が十分に得られず、表面開孔率が５０％をこえると寸法精度および機械的強度を保持できなくなる場合がある。なお、「表面開孔率」とは表面の単位面積当りに占める表面開孔の総面積の割合（面積比）である。

また、軸受外周部２は、溶製金属製基材で形成してもよい。溶製金属材質としては、鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、または銅合金であることが好ましい。鉄としては一般構造用炭素鋼（ＳＳ４００など）、軟鋼（ＳＰＣＣ、ＳＰＣＥなど）、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６など）などが挙げられ、これら鉄に亜鉛、ニッケル、銅などのめっきを施してもよい。アルミニウムとしてはＡ１１００、Ａ１０５０、アルミニウム合金としてはＡ２０１７、Ａ５０５２（アルマイト処理品も含む）、銅としてはＣ１１００、銅合金としてはＣ２７００、Ｃ２８０１などがそれぞれ挙げられる。

軸受外周部２を溶製金属製基材とする場合、インサート成形時の樹脂層との密着性を高めるために、接合面をショットブラスト、タンブラー、機械加工などにより、凹凸形状に荒らす（例えば、Ｒａ４μｍ以上）ことが好ましい。また、酸性溶液処理（硫酸、硝酸、塩酸など、もしくは他の溶液との混合）、アルカリ性溶液処理（水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど、もしくは他の溶液との混合）などの化学表面処理を施し、接合面に微細凹凸形状を形成することが好ましい。化学表面処理により形成された微細凹凸形状は、多孔質のような複雑な立体構造となっているため、アンカー効果を発揮しやすく、強固な密着が可能となる。

樹脂層における、（樹脂材料の線膨張係数（単位：１／℃）×（樹脂層の肉厚（単位：μｍ））は、０．１５以下がよく、０．１３以下が好ましく、０．１０以下がさらに好ましい。上記値が０．１５より大きい場合、樹脂層の肉厚または膨張も大きくなる。このとき、樹脂層の外径側は金属製基材で拘束されていることから、金属の膨張分以上は膨張できず、内径側へ膨張し、内径寸法が小さくなる。その結果、軸との隙間が減少し、初期の隙間設定によっては、温度上昇により軸へのダキツキが発生する可能性がある。また、過度の隙間の変動は、トルク変動を引き起こすため好ましくなく、回転精度の点からは隙間は小さいほうが好ましい。また、吸水による寸法変化も大きくなり、過度の隙間の変動が生じる場合がある。

また、成形が可能である樹脂層の肉厚は、５０μｍ程度であり、これより薄いと形成が困難となる。従って、樹脂膨張係数×肉厚は０．００３以上が必要であり、好ましくは０．０１以上、さらに好ましくは０．０１５以上必要である。

樹脂層の肉厚は、０.１〜０.５ｍｍ（１００〜５００μｍ）に設定することが好ましい。なお、本発明における「樹脂層の肉厚」は、金属製基材に入り込まない表面部分の厚さ（径方向の厚さ）である。樹脂層の肉厚が０.１ｍｍ未満では、長期使用時の耐久性に劣るおそれがある。一方、樹脂層の厚さが０．５ｍｍをこえると、ヒケが発生し寸法精度が低下するおそれがある。また、摩擦による熱が摩擦面から金属製基材に逃げ難く、摩擦面温度が高くなる。さらに、荷重による変形量が大きくなるとともに、摩擦面における真実接触面積も大きくなり、摩擦力、摩擦発熱が高くなるおそれがある。

本発明のすべり軸受の形状としては、ラジアル型、平板型、フランジ付きブッシュなど、摺動部の形状に合わせて最適な軸受形状を選択することができる。また、図１では、軸受摺動面に複数の溝を有する態様を説明したが、これに限定されず、該溝を形成しない態様であってもよい。

また、樹脂層の軸受外周部へインサート成形する箇所は、軸受外周部の摺動部であれば特に限定されない。例えば、図２（ａ）〜（ｅ）に示すような場合が挙げられる。図２（ａ）（ｅ）は、ラジアル方向への荷重を支持するため、軸受外周部２の内径側ラジアル摺動面に樹脂層３を形成したものである。図２（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、ラジアル方向およびスラスト方向への荷重を支持するため、軸受外周部２の内径側ラジアル摺動面およびスラスト摺動面に樹脂層３を形成したものである。なお、図示しないが、必要に応じて、軸受の外径部に樹脂層を付与することも可能である。なお、図２（ｃ）（ｅ）に示すように、軸受外周部と樹脂層とが剥がれないような引っ掛け部を有する樹脂層の形状を採用してもよい。

樹脂層の樹脂材料として、上述した、樹脂材料の流動方向（ＭＤ）に略沿った線膨張係数と樹脂材料の流動方向に略直交する方向（ＣＤ）に略沿った線膨張係数とが略同じものを用いることで、図２（ｂ）〜（ｅ）に示すような形状で樹脂層を形成した場合にも、軸受温度変化に対する形状／寸法精度の安定に優れ、該樹脂層の剥がれ、変形、偏摩耗などを防止できる。

本発明のすべり軸受は、高精度であり、摺動特性（低摩擦、低摩耗）に優れており、アルミ軸などの軟質相手材を攻撃せず、さらに異音の発生も抑制できる。このため、複写機やプリンターなどの事務機器の現像部、感光部、転写部などにおける回転部品の回転軸を支持する軸受として使用できる。なお、ＰＥ樹脂を主成分とすることから、主に８０℃以下の温度雰囲気において好適に利用できる。

また、１５ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎ．以上の高ＰＶ値での使用も可能であることから、従来は、転がり軸受で対応していた荷重、速度で使用される部位についても、該転がり軸受に置き換えて使用できる。

実施例および比較例のすべり軸受を、以下の材料および成形方法により製造して所定の摩擦摩耗試験を行なった。

１．樹脂材料
ベース樹脂；
（Ａ）射出成形可能なＰＥ樹脂［三井化学社製の商品名リュブマーＬ５０００Ｐ］（密度（ＡＳＴＭＤ１５０５）：９６６ｋｇ／ｍ^３、ＭＦＲ（ＪＩＳＫ７２１０（１９０℃、１０ｋｇｆ））：２ｇ／１０分）
充填剤；
（Ｂ）再生ＰＴＦＥ樹脂（非射出成形性のフッ素樹脂）［喜多村社製の商品名ＫＴＬ−６１０］（平均粒子径（レーザ回析法）：１２μｍ）
（Ｃ）多孔質シリカ［ＡＧＣエスアイテック社製の商品名サンスフェアＨ５３］
（Ｄ）シリコーン油［信越化学工業社製の商品名ＫＦ−９６Ｈ］
これら樹脂材料を用いて表１に示す配合割合で配合したものを２軸押し出し装置で溶融混練し、成形用ペレットを作成した。なお、比較例１については、多孔質シリカとシリコーン油との混合比を１：３（質量換算）とする混合物（含油多孔質シリカ）を得て、この混合物を樹脂に配合したものを２軸押し出し装置で溶融混練し、成形用ペレットを作成した。各樹脂材料を用いて試験片を射出成形で作成し、物性評価を行なった。試験方法および物性結果を表１に併記する。

表１に示すように、実施例１の樹脂材料は、含油多孔質シリカを含む比較例１の樹脂材料に対して曲げ強度および曲げ弾性率が大幅に高いことが分かる。また、実施例１の樹脂材料は、線膨張係数が流動方向（ＭＤ）とその直交方向（ＣＤ）でほぼ同じであることが分かる。

２．焼結金属製基材からなる外環（焼結外環）
サイズ：φ８．５ｍｍ（内径）、φ１６ｍｍ（外径）、５ｍｍ（高さ）
成分：銅（０．５〜２．５質量％）、その他（３質量％以下）、鉄（残量）
製造工程：材料粉末ブレンド、フォーミング、シンタリング、サイジング、防錆・乾燥

３．インサート成形条件
金型内に上記形状の焼結外環を挿入し、上記で得られた成形用ペレットを用いてトンネルゲートを経て、下記条件でインサート成形を行なった。なお、樹脂層の厚みは０．２５ｍｍである。なお、実施例、比較例のいずれも射出成形可能であった。
完成品サイズ：φ８ｍｍ（内径）、φ１６ｍｍ（外径）、５ｍｍ（高さ）
金型温度：１２０℃
成形温度：２５０℃
射出圧力：１００〜１４０ＭＰａ

４．摩擦摩耗試験
下記表２の条件で摩擦摩耗試験を行なった。相手材軸とすべり軸受の隙間は、２０μｍ（２０℃で測定）とした。また、摩耗係数は下記式により算出した。この摩擦摩耗試験を複数回行ない、ＰＶ値と摩耗係数との関係を調べた。結果を図３に示す。なお、図３は、ＰＶ値を横軸に、摩耗係数を縦軸にしてプロットした図である。

摩耗係数
ｋ＝δ／（Ｆ×Ｄ）
ｋ：摩耗係数ｍｍ／（Ｎ×ｍ）定義：単位仕事量当たりの真円度増加量
Ｆ：ラジアル荷重Ｎ
Ｄ：総滑り距離ｍ
δ：摩耗量（真円度の増加量）ｍｍ δ＝δ１−δ０
δ０：試験前の供試軸受の内径２断面真円度（半径法）の平均値
δ１：試験後の供試軸受の内径２断面真円度（半径法）の平均値

図３に示すように、含油多孔質シリカを含んでいるが非射出成形性のフッ素樹脂をまったく含まない比較例１は、ＰＶ値が３ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎこえると、耐摩耗性が満足されにくいことが分かる。また、高ＰＶ値では、測定毎の摩耗係数のバラつきも大きくなっている。これに対して、非射出成形性のフッ素樹脂を所定量含む実施例１では、ＰＶ値５、１０、１５ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎのいずれにおいても、十分な耐摩耗性を有し、また、そのバラつきも小さいことが分かる。

本発明のすべり軸受は、高ＰＶ条件においても長期間にわたり低摩擦係数を維持でき、かつ、価格を低く抑えることが可能であるので、事務機器などにおける転がり軸受の代替品として好適に利用できる。

１すべり軸受
２軸受外周部
３樹脂層
４溝
５ゲート痕

Claims

金属製基材と、この基材の摺動面となる表面に樹脂材料を用いて射出成形により一体に成形された樹脂層とを有するすべり軸受であって、
前記樹脂材料が、射出成形可能なポリエチレン樹脂（Ａ）を主成分とし、非射出成形性のフッ素樹脂（Ｂ）を含む材料であり、
前記樹脂材料において、前記フッ素樹脂（Ｂ）が、前記ポリエチレン樹脂（Ａ）と前記フッ素樹脂（Ｂ）との合計質量に対して１０質量％をこえ、４０質量％以下含まれることを特徴とするすべり軸受。
前記フッ素樹脂（Ｂ）は、再生ポリテトラフルオロエチレン樹脂であることを特徴とする請求項１記載のすべり軸受。
前記フッ素樹脂（Ｂ）は、前記樹脂材料に平均粒子径５〜５０μｍの粉末状で配合されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のすべり軸受。
前記ポリエチレン樹脂（Ａ）は、ＪＩＳＫ７２１０に基づき、荷重１０ｋｇ、１９０℃で測定したときのＭＦＲが１〜３０ｇ／１０分であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のすべり軸受。
前記すべり軸受は、面圧（Ｐ）と滑り速度（Ｖ）を乗じたＰＶ値が、５ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎ．をこえる条件で使用される軸受であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項記載のすべり軸受。