(57)【要約】【課題】低コストでありながら、相手部材を高精度に支持し得るすべり軸受を提供する。【解決手段】相手部材としての可動アーム２を回転自在に支持する軸受面Ａが設けられたすべり軸受である。当該すべり軸受４は、焼結金属製のスリーブ部５と、軸受面Ａを有し、スリーブ部５の表面を被覆する樹脂層５とを備える。このすべり軸受４は、軸受面Ａが、これに対向する可動アーム２の軸部２ａ外周面をしまりばめの状態で支持可能に構成される。樹脂層５は、スリーブ部５をインサート部品として射出成形される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に、相手部材を摺動自在に支持する軸受面を有するすべり軸受であって、
焼結金属製のスリーブ部と、軸受面を有し、スリーブ部の表面を被覆する樹脂層とを備え、軸受面が、これに対向する相手部材の外周面をしまりばめの状態で支持可能に構成されていることを特徴とするすべり軸受。
【請求項２】
前記相手部材の外周面の外径寸法をｄとしたとき、軸受面が、１．８×１０-3ｄ以上５．０×１０-3ｄ以下の締め代δ１でもって前記相手部材の外周面を支持可能に構成された請求項１に記載のすべり軸受。
【請求項３】
外周面に、相手部材を摺動自在に支持する軸受面を有するすべり軸受であって、
焼結金属製のスリーブ部と、軸受面を有し、スリーブ部の表面を被覆する樹脂層とを備え、軸受面が、これに対向する相手部材の内周面をしまりばめの状態で支持可能に構成されていることを特徴とするすべり軸受。
【請求項４】
前記相手部材の内周面の内径寸法をｒとしたとき、軸受面が、２．０×１０-3ｒ以上６．５×１０-3ｒ以下締め代δ２でもって前記相手部材の内周面を支持可能に構成された請求項３に記載のすべり軸受。
軸受装置。
【請求項５】
内周面に、第１相手部材を摺動自在に支持する第１軸受面を有すると共に、外周面に、第２相手部材を摺動自在に支持する第２軸受面を有するすべり軸受であって、
焼結金属製のスリーブ部と、第１および第２軸受面を有し、スリーブ部の表面を被覆する樹脂層とを備え、第１軸受面が、これに対向する第１相手部材の外周面をしまりばめの状態で支持可能に構成されると共に、第２軸受面が、これに対向する第２相手部材の内周面をしまりばめの状態で支持可能に構成されていることを特徴とするすべり軸受。
【請求項６】
前記第１相手部材の外周面の外径寸法をｄとしたとき、第１軸受面が、１．８×１０-3ｄ以上５．０×１０-3ｄ以下の締め代δ３でもって前記第１相手部材の外周面を支持可能に構成され、
かつ、前記第２相手部材の内周面の内径寸法をｒとしたとき、第２軸受面が、２．０×１０-3ｒ以上６．５×１０-3ｒ以下の締め代δ４でもって前記第２相手部材の内周面を支持可能に構成された請求項５に記載のすべり軸受。
【請求項７】
スリーブ部をインサート部品として、樹脂層を射出成形した請求項１、３、又は５の何れか一項に記載のすべり軸受。
【請求項８】
アーム機構の関節部に使用される請求項１〜７の何れか一項に記載のすべり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、すべり軸受に関し、例えばロボット、測定装置、医療機器等を構成するアーム機構の関節部に好適に用い得るすべり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種アーム機構において、二部材の連結部分（関節部）には軸受が組み込まれる場合があり、これにより、連結された二部材のうちの一方が他方に対して回転自在（摺動自在）に支持される。この種のアーム機構に用いられる軸受としては、いわゆる転がり軸受やすべり軸受があるが、転がり軸受は、高価であることに加え、アーム機構の構成部材に対する組み込みが煩雑となるため、アーム機構のコスト高を招くという問題がある。また、転がり軸受は小型化に限度がある。かかる実情に鑑み、特に小型のロボットや測定装置を構成するアーム機構の関節部にはすべり軸受が好適に使用される傾向にある。
【０００３】
具体的な一例として、特開２００３−１４５４７５号公報（特許文献１）には、回動軸（可動アーム）を、全体が樹脂で形成された樹脂製のすべり軸受で摺動自在に支持したアーム機構の関節部構造が開示されている。かかる構成によれば、軸受の低コスト化が図られると共にアーム機構の組立てが容易化され、その結果、アーム機構の低コスト化を図ることができる。また、樹脂は摺動特性に優れることから、可動アームをスムーズに動作させることができるというメリットもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４５４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般に、アーム機構を構成する各種アーム部材は、高剛性の金属材料で形成される場合が多いが、樹脂製のすべり軸受を用いたアーム機構は、特に高温環境下での動作精度に問題が生じる場合がある。具体的に述べると、例えば、樹脂製のすべり軸受で金属製の可動アームの軸部を支持する場合、高温環境下においてはすべり軸受が熱膨張して可動アームの軸部を締め付けるため、摺動トルク（回転トルク）が増大する。また、例えば固定アームの内周に樹脂製のすべり軸受を組み込んだ場合に、これが高温環境下に置かれてすべり軸受が熱膨張すると、固定アームからすべり軸受に対して縮径方向の圧迫力が付与される。その結果、すべり軸受の軸受面が縮径し、可動アームの回転トルクが増大する。
【０００６】
従って、アーム機構をスムーズに動作させるには、すべり軸受の軸受面とこれに対向するアーム部材（軸部）の外周面との間に比較的大きな隙間を確保しておく必要がある。しかしながらこのようにすると、常温環境下や低温環境下での作動時にアーム部材ががたつくおそれがある。そのため、別途のがた止め機構（例えば、ラチェット機構）を設けたり、可動アームの軸部を別部材にねじ止め固定したりすることによって作動時のがた止めを図っているが、アーム機構の複雑化および高コスト化が避けられない。
【０００７】
本発明の課題は、低コストでありながら、相手部材を高精度に支持し得るすべり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための第１の構成として、本発明では、内周面に、相手部材を摺動自在に支持する軸受面を有するすべり軸受であって、焼結金属製のスリーブ部と、軸受面を有し、スリーブ部の表面を被覆する樹脂層とを備え、軸受面が、これに対向する相手部材の外周面をしまりばめの状態で支持可能に構成されていることを特徴とするすべり軸受を提供する。なお、ここでいう「しまりばめ」とは、二部材（ここでは、当該すべり軸受と相手部材）を組み合わせたとき、常に締め代ができるはめあいをいう（ＪＩＳ  Ｂ０４０１を参照）。以下示す本発明に係る第２および第３の構成においても同様である。
【０００９】
また、上記課題を解決するための第２の構成として、本発明では、外周面に、相手部材を摺動自在に支持する軸受面を有するすべり軸受であって、焼結金属製のスリーブ部と、軸受面を有し、スリーブ部の表面を被覆する樹脂層とを備え、軸受面が、これに対向する相手部材の内周面をしまりばめの状態で支持可能に構成されていることを特徴とするすべり軸受を提供する。
【００１０】
なお、上記何れの構成においても、必ずしもスリーブ部の表面全体を被覆するように樹脂層を設ける必要はなく、軸受面となる領域が樹脂層に設けられていれば、スリーブ部表面の一部領域を被覆するように樹脂層を設ければ足りる。
【００１１】
さらに、上記課題を解決するための第３の構成として、本発明では、内周面に、第１相手部材を摺動自在に支持する第１軸受面を有すると共に、外周面に、第２相手部材を摺動自在に支持する第２軸受面を有するすべり軸受であって、焼結金属製のスリーブ部と、第１および第２軸受面を有し、スリーブ部の表面を被覆する樹脂層とを備え、第１軸受面が、これに対向する第１相手部材の外周面をしまりばめの状態で支持可能に構成されると共に、第２軸受面が、これに対向する第２相手部材の内周面をしまりばめの状態で支持可能に構成されていることを特徴とするすべり軸受を提供する。なお、ここで言う「樹脂層」は、必ずしも第１および第２軸受面の双方を有している必要はなく、第１軸受面を有する樹脂層と、第２軸受面を有する樹脂層とが個別に設けられている場合も含む概念である。
【００１２】
上記のように、本発明に係るすべり軸受は、相手部材と摺動する軸受面が摺動特性に優れる樹脂層に設けられたまま、その一部が焼結金属製のスリーブ部に置換され、しかも相手部材を、しまりばめの状態で支持可能とするものである。かかる構成とすれば、従来のように全体を樹脂で形成する場合に比べ、温度変化に伴う寸法変化量を減じることができる。そのため、締め代の値を適切に設定しておけば、別途のがた止め機構等を設けることなく、相手部材を常時所定のトルクでもって安定的に支持することができる。また、上記構成を採用する場合、スリーブ部に対する樹脂層の密着強度が低いと、相手部材との摺動時に樹脂層がスリーブ部から剥離等するおそれがあるが、スリーブ部が焼結金属、すなわち多孔質体で形成されることから、樹脂層を形成する樹脂材料がスリーブ部の表面開孔に入り込んでアンカー効果を発揮する。そのため、樹脂層が剥離するような事態も可及的に防止することができる。以上のことから、本発明に係るすべり軸受は、低コストでありながら、相手部材を高い支持精度でもって安定的に支持することができるものである。
【００１３】
上記第１の構成において本願発明者らが検証したところ、軸受面で支持すべき相手部材の外周面の外径寸法をｄとしたとき、軸受面を、１．８×１０-3ｄ以上５．０×１０-3ｄ以下の締め代δ１でもって相手部材の外周面を支持可能に構成しておけば、相手部材を常時所定のトルクで支持することができることを見出した。
【００１４】
また、上記第２の構成においては、軸受面で支持すべき相手部材の内周面の内径寸法をｒとしたとき、軸受面を、２．０×１０-3ｒ以上６．５×１０-3ｒ以下の締め代δ２でもって相手部材の内周面を支持可能に構成しておけば、相手部材を常時所定のトルクで支持することができることを見出した。
【００１５】
また、上記第３の構成においては、第１軸受面で支持すべき第１相手部材の外周面の外径寸法をｄとしたとき、第１軸受面を、１．８×１０-3ｄ以上５．０×１０-3ｄ以下の締め代δ３でもって第１相手部材の外周面を支持可能に構成し、かつ、第２軸受面で支持すべき第２相手部材の内周面の内径寸法をｒとしたとき、第２軸受面を、２．０×１０-3ｒ以上６．５×１０-3ｒ以下の締め代δ４でもって第２相手部材の内周面を支持可能に構成しておけば、第１および第２相手部材を常時所定のトルクで支持することができることを見出した。
【００１６】
上記何れの構成においても、樹脂層は、スリーブ部をインサート部品として射出成形することによって得ることができる。このようにすれば、型精度を高めておくだけで、所定形状の樹脂層、ひいてはすべり軸受を高精度かつ安価に量産することができる。
【００１７】
以上に示すように、本発明に係るすべり軸受は、相手部材との間の摺動トルクを安定的に維持することができるから、ロボットや測定装置のアーム機構に好適に組み込むことができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上に示すように、本発明によれば、低コストでありながら、相手部材を高精度に支持し得るすべり軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るすべり軸受を組み込んだアーム機構の関節部の部分断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るすべり軸受を組み込んだアーム機構の関節部の部分断面図である。
【図４】図３の要部拡大断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るすべり軸受を組み込んだアーム機構の関節部の部分断面図である。
【図６】図５の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１実施形態に係るすべり軸受を組み込んだアーム機構の関節部の部分断面図である。同図に示すアーム機構の関節部（すべり軸受装置）１は、固定アーム３と、固定アーム３に対して回転する可動アーム２とで主要部が構成され、この実施形態では可動アーム２が本発明で言う「相手部材」に相当する。すなわち、固定アーム３の内周には、本発明に係るすべり軸受４が適宜の手段で固定され、このすべり軸受４の内周面に設けられた軸受面Ａで可動アーム２の軸部２ａが回転自在（摺動自在）に支持される。軸部２ａには、これがすべり軸受４から抜脱するのを防止すべく、すべり軸受４の一端面と係合するＥリング等の抜け止め部材７が固定される。なお、可動アーム２および固定アーム３は、ステンレス鋼等、高剛性の金属材料で形成される。
【００２２】
すべり軸受４は、円筒状のスリーブ部５と、スリーブ部５の内周面および両端面の一部領域を被覆し、軸受面Ａを有する樹脂層６とで構成される。
【００２３】
スリーブ部５は、金属粉末を主成分とし、これにバインダ等を適量配合してなる原料粉を圧粉、焼結して得られる焼結金属の多孔質体からなる。使用可能な金属粉末に特段の限定はなく、銅、鉄、ステンレス鋼等、この種の焼結体の形成材料として公知の各種金属粉末を使用することができる。金属粉末は一種類のみを使用しても良いし、二種以上を混合して使用しても良く、スリーブ部５に求められる特性に応じて適宜選択可能である。
【００２４】
詳細な図示は省略するが、このすべり軸受４は、スリーブ部５をインサート部品として樹脂層６を射出成形することによって得られる。樹脂層６の成形に用いる樹脂材料は、樹脂層６が射出成形される本実施形態では熱可塑性樹脂をベース樹脂とし、必要に応じて各種充填材や潤滑油を適量配合したものとされる。使用可能なベース樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミドを挙げることができる。
【００２５】
充填材としては、摺動特性向上効果のあるポリテトラフルオロエチレン、黒鉛、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、二硫化タングステン等の固体潤滑剤、耐摩耗性の向上効果や熱膨張の抑制効果のある各種充填材、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、炭化ケイ素繊維、窒化ホウ素繊維、金属繊維、炭化カルシウムやタルク、シリカ、クレー、マイカ等の鉱物類、ホウ酸アルミニウムウィスカ、チタン酸カリウムウィスカ等の無機ウィスカ類、カーボンブラック、黒鉛、ポリイミド樹脂やポリベンゾイミダゾール等の各種耐熱性樹脂等を使用することができる。これら充填材は、樹脂層６の要求特性に応じて、一種又は複数種用いられる。
【００２６】
また、ベース樹脂に配合可能な潤滑油としては、スピンドル油、冷凍機油、タービン油、マシン油、ダイナモ油等の鉱油の他、炭化水素油、エステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、フッ素油等を挙げることができる。
【００２７】
以上の構成からなるすべり軸受４の軸受面Ａと、これに対向する可動アーム２の軸部２ａの外周面２ａ１との間には締め代δ１が設けられる（図２を参照）。換言すると、可動アーム２の軸部２ａは、すべり軸受４の軸受面Ａにしまりばめの状態で支持される。但し、しまりばめの程度は、可動アーム２が固定アーム３に対してスムーズに回転可能な程度とされる。具体的に述べると、締め代δ１は、軸部２ａの外周面２ａ１の外径寸法をｄとしたとき、１．８×１０-3ｄ以上５．０×１０-3ｄ以下の値に設定される。例えば、軸受面Ａで支持すべき軸部２ａの外径寸法ｄ＝１０ｍｍとした場合、締め代δ１は０．０１８ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下の値に設定される。さらに言えば、軸部２ａを挿入（嵌合）していない状態におけるすべり軸受４の軸受面Ａ（図２中、点線で示す）の内径寸法は、９．９８２ｍｍ以上９．９５ｍｍ以下に設定される。
【００２８】
上記のように、本発明に係るすべり軸受４は、可動アーム２の軸部２ａを摺動自在に支持する軸受面Ａが摺動特性に優れる樹脂層６に設けられたまま、その一部が焼結金属製のスリーブ部５に置換され、しかも軸部２ａを、しまりばめの状態で支持するものである。かかる構成とすれば、全体を樹脂で形成する場合に比べて温度変化に伴う寸法変化量を減じることができる。そのため、締め代δ１の値を適切に設定しておけば、別途のがた止め機構等を設けることなく、軸部２ａを常時所定の回転トルク（０．５〜１．５Ｎ・ｍ）でもって安定的に支持することができる。
【００２９】
上記構成を採用する場合、スリーブ部５に対する樹脂層６の密着強度が低いと、可動アーム２の軸部２ａとの摺動時に樹脂層６がスリーブ部５から剥離するおそれがある。これに対し、スリーブ部５が焼結金属の多孔質体で形成されることから、樹脂層６を形成する樹脂材料がスリーブ部５の表面開孔に入り込んでアンカー効果を発揮する。そのため、樹脂層６がスリーブ部５から剥離するような事態も可及的に防止することができる。以上から、本発明に係るすべり軸受４は、低コストでありながら、高精度に相手部材を支持し得るものである。
【００３０】
また、すべり軸受４であれば固定アーム３に対する組み込み、さらには当該すべり軸受４に対する可動アーム２（の軸部２ａ）の組み込みを、転がり軸受を用いる場合に比べて大幅に簡便化することができる。従って、アーム機構の関節部を容易に構築することができる。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態について説明を行ったが、本発明はこれに限定されない。以下、本発明の他の実施形態について説明を行うが、図１に示す実施形態と重複する構成については説明を省略する。
【００３２】
図３は、本発明の第２実施形態に係るすべり軸受４を組み込んだアーム機構の関節部１の部分断面図である。同図に示すアーム機構の関節部１が図１に示すものと異なる主な点は、すべり軸受４が、可動アーム２の軸部２ａの外周に適宜の手段で固定され、その外周面に設けた軸受面Ａで可動アーム２が固定アーム３に対して回転自在（摺動自在）に支持される点にある。つまり、この実施形態では、固定アーム３が本発明で言う「相手部材」に相当する。またこれに対応して、すべり軸受４は、軸受面Ａを有する樹脂層６が、円筒状のスリーブ部５の外周面および両端面の一部領域を被覆するように設けられたものとされる。
【００３３】
すべり軸受４の軸受面Ａと、これに対向する固定アーム３の内周面３ａとの間には締め代δ２が設けられる（図４を参照）。換言すると、可動アーム２の軸部２ａに固定したすべり軸受４の軸受面Ａは、固定アーム３の内周面３ａにしまりばめの状態で保持されている。但し、しまりばめの程度は、可動アーム２が固定アーム３に対してスムーズに回転可能な程度とされる。具体的に述べると、締め代δ２は、固定アーム３の内周面３ａの内径寸法をｒとしたとき、２．０×１０-3ｄ以上６．５×１０-3ｄ以下の値に設定される。例えば、固定アーム３の内周面３ａの内径寸法ｒ＝２０ｍｍとした場合、締め代δ２は０．０４ｍｍ以上０．１３ｍｍ以下とされる。さらに言えば、固定アーム３の内周面３ａに固定されていない状態におけるすべり軸受４の軸受面Ａ（図４中、点線で示す）の外径寸法は、１０．０４ｍｍ以上１０．１３ｍｍ以下に設定される。
【００３４】
以上の構成とすることにより、上述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
図５は、本発明の第３実施形態に係るすべり軸受４を組み込んだアーム機構の関節部１の部分断面図である。同図に示すアーム機構の関節部１は、主に、固定アーム３に対して回転する可動アームが二本設けられている点において、上記各実施形態と構成を異にしている。詳細に述べると、固定アーム３の一端面にすべり軸受４がボルト止めされており、このすべり軸受４の内周面に設けた第１軸受面Ａ１で第１可動アーム２１の軸部２１ａが回転自在に支持され、すべり軸受４の外周面に設けた第２軸受面Ａ２で第２可動アーム２２が回転自在に支持される。つまり、この実施形態では、第１可動アーム２１が本発明で言う「第１相手部材」に相当し、第２可動アーム２２が本発明で言う「第２相手部材」に相当する。またこれに対応して、すべり軸受４には、第１軸受面Ａ１を有し、スリーブ部５の内周面および両端面の一部領域を被覆する第１樹脂層６１と、第２軸受面Ａ２を有し、スリーブ部５の外周面および両端面の一部領域を被覆する第２樹脂層６２とが設けられる。
【００３６】
この実施形態では、図６に示すように、すべり軸受４の第１軸受面Ａ１と、これに対向する第１可動アーム２１の軸部２１ａの外周面との間、およびすべり軸受４の第２軸受面Ａ２と、これに対向する第２可動アーム２２の内周面２２ａとの間にそれぞれ締め代δ３，δ４が設けられる。換言すると、第１可動アーム２１の軸部２１ａは、すべり軸受４の第１軸受面Ａ１にしまりばめ状態で保持されると共に、第２可動アーム２２は、すべり軸受４の第２軸受面Ａ２にしまりばめ状態で保持されている。但し、第１軸受面Ａ１に対する軸部２１ａのしまりばめの程度は、第１可動アーム２１がスムーズに回転可能な程度とされ、また、第２可動アーム２２の内周面２２ａに対する第２軸受面Ａ２のしまりばめの程度は、第２可動アーム２２がスムーズに回転可能な程度とされる。なお、上記締め代δ３は、第１実施形態における締め代δ１と同一範囲内に設定され、上記締め代δ４は、第２実施形態における締め代δ２と同一範囲内に設定されるから、詳細な説明は省略する。
【００３７】
かかる構成とすることにより、上述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
以上に示す各実施形態では、スリーブ部５をインサート部品として樹脂層６（図５，６に示す第３実施形態では第１および第２樹脂層６１，６２）を射出成形するため、樹脂層形成用の樹脂材料として熱可塑性樹脂をベース樹脂としたものを用いているが、樹脂層６は、射出成形以外の手段、例えばスリーブ部５の表面に樹脂材料を塗布、滴下等することによって形成することもできる。この場合には、上述した熱可塑性樹脂の他、熱硬化性ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を樹脂層形成用のベース樹脂として用いることができる。
【００３９】
また、以上に示す各実施形態において、すべり軸受４を構成する焼結金属製のスリーブ部５は、内部気孔に潤滑油が含浸されたものであっても良い。この場合、例えば図１に示す第１実施形態において、スリーブ部５内周面の表面開孔の一部をすべり軸受４の内周面に開口させておけば、可動アーム２の軸部２ａとの摺動部に潤滑油を供給することができるので、更なる摺動特性の向上を図ることができる。
【００４０】
以上に示すように、本発明に係るすべり軸受４は、高い支持精度を長期に亘って安定的に維持することができるものでから、ロボット、測定装置、医療機器等のアーム機構のみならず、例えば、コピー機等の画像形成装置におけるローラ状回転体の支持部等にも好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１      アーム機構の関節部（すべり軸受装置）
２      可動アーム
３      固定アーム
４      すべり軸受
５      スリーブ部
６      樹脂層
２１    第１可動アーム
２２    第２可動アーム
Ａ      軸受面
Ａ１    第１軸受面
Ａ２    第２軸受面
δ１、δ２、δ３、δ４  締め代
【図１】
2011074958.tif 000003
【図２】
2011074958.tif 000004
【図３】
2011074958.tif 000005
【図４】
2011074958.tif 000006
【図５】
2011074958.tif 000007
【図６】
2011074958.tif 000008