(57)【要約】【課題】高速回転、高荷重下でも、剥離の発生を抑制し、信頼性の高い樹脂ローラを得ることを目的とする。【解決手段】軸受３と、軸受３の外周側に配置された樹脂製の内輪２と、内輪２の外周側に配置され、内輪２を構成する樹脂よりも弾性率の低い材料で構成されるとともに、内輪２の内部に突出するように内周面１ｐｉに沿って突出部１ａが設けられた外輪１と、を備え、突出部１ａには、当該外輪１の径方向に垂直な方向に貫通する複数の貫通孔１ａｈが形成されているとともに、複数の貫通孔１ａｈには、内輪２に連なる樹脂が充填されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受と、
前記軸受の外周側に配置された樹脂製の内輪と、
前記内輪の外周側に配置され、前記内輪を構成する樹脂よりも弾性率の低い材料で構成されるとともに、前記内輪の内部に突出するように内周面に突出部が設けられた外輪と、を備え、
前記突出部には、当該外輪の径方向に垂直な方向に貫通する複数の貫通孔が形成されているとともに、前記複数の貫通孔には、前記内輪を構成する樹脂が充填されていることを特徴とする樹脂ローラ。
【請求項２】
前記突出部には、軸を含む断面がＴ字状をなすように、内径側の端部から軸方向の両側に張り出すリブが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂ローラ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の樹脂ローラを射出成型により製造する方法であって、
前記軸受と予め成形された前記外輪とを射出成型用金型の所定位置に設置して型締めし、前記外輪の内周面と前記軸受の外周面との間に前記内輪を形成するための空間を形成する工程と、
前記空間に向けて前記内輪を構成する樹脂材料を射出する工程と、
を含むことを特徴とする樹脂ローラの製造方法。
【請求項４】
前記樹脂材料を射出する工程での射出温度が、前記外輪を成形する工程に必要な成形温度よりも高いことを特徴とする請求項３に記載の樹脂ローラの製造方法。
【請求項５】
前記樹脂材料を射出する工程では、前記軸受の内周面側から冷却することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の樹脂ローラの製造方法。
【請求項６】
前記外輪を成形する金型は、当該外輪を構成する成形材料の収縮量に応じて、前記突出部が設けられた領域の外径が他の領域の外径より大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の樹脂ローラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、エスカレータのような高速回転、高荷重下で使用される樹脂ローラの構成およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂ローラは、軸に対して滑らかに回転するための軸受の外周側に、合成樹脂製のホイールを備えたものである。一方、エスカレータに用いられる樹脂ローラは、高速回転、高荷重という過酷な条件にさらされるので、軸受とホイールには、高い接合信頼性が求められる。そこで、接着剤を用いず、軸受と合成樹脂製ホイールとを溶着により直接接合する製造方法が用いられ、接合部分を強化するために、接合面の断面形状が矩形や略台形になるように溝を設けた樹脂ローラが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８７６２６号公報（段落００２４〜００２９、図１〜図４、段落００３２、図１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような構成では、軸受の中に、ホイールが食い込むように接合部分が形成されるので、弾性率の高い部材間の接合部分の強化には、効果的である。しかしながらホイールは、軸受との接合を確実にするとともに、レールとの接触を円滑にするため、軸受側の内輪を弾性率の高い材料で構成するとともに、レールに接触する外輪をエラストマのような、内輪よりも弾性率の低い材料で構成し、内輪と外輪とを接合して層構造にしている。そのため、上記のような構成を内輪と外輪との接合部分に適用しても、荷重や回転速度が急変した際に、食い込んだ部分が内輪からはずれ、剥離が生じて寿命が短くなる可能性があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高速回転、高荷重下でも、剥離の発生を抑制し、信頼性の高い樹脂ローラを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる樹脂ローラは、軸受と、前記軸受の外周側に配置された樹脂製の内輪と、前記内輪の外周側に配置され、前記内輪を構成する樹脂よりも弾性率の低い材料で構成されるとともに、前記内輪の内部に突出するように内周面に沿って突出部が設けられた外輪と、を備え、前記突出部には、当該外輪の径方向に垂直な方向に貫通する複数の貫通孔が形成されているとともに、前記複数の貫通孔には、前記内輪を構成する樹脂が充填されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明にかかる樹脂ローラの製造方法は、前記軸受と予め成形された前記外輪とを射出成型用金型の所定位置に設置して型締めし、前記外輪の内周面と前記軸受の外周面との間に前記内輪を形成するための空間を形成する工程と、前記空間に向けて前記内輪を構成する樹脂材料を射出する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、外輪の突出部に設けた貫通孔に内輪の樹脂が充填されているので、外輪と内輪とが互いに閉図形でつながりあうことになり、高速回転、高荷重下でも、剥離の発生を抑制し、信頼性の高い樹脂ローラを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる樹脂ローラの構成を説明するための側面図、および軸方向および径方向に平行な断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる樹脂ローラの構成を説明するための軸方向に垂直な断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる樹脂ローラを構成する外輪の側面図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる樹脂ローラの製造方法を説明するための成形用金型の部分透過斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる樹脂ローラの製造方法を説明するための、工程ごとの成形用金型への部材の設置状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる樹脂ローラを構成する外輪の軸方向および径方向に平行な断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかる樹脂ローラの構成を説明するための軸方向および径方向に平行な断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかる用樹脂ローラを構成する外輪の軸方向および径方向に平行な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明にかかる樹脂ローラおよびその製造方法は、高速回転・高荷重が想定されるエスカレータで使用されることを想定したものであるが、必ずしもエスカレータに用途を限定されるものではない。つまり、他の用途に使われても本発明の作用効果を発揮することができる。
【００１１】
実施の形態１．
図１〜図５は、本発明の実施の形態１にかかる樹脂ローラ、およびその製造方法について説明するための図である。図１は樹脂ローラの構成を説明するためのもので、図１（ａ）は樹脂ローラを軸方向において離れた位置から見たときの側面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線による断面図、つまり、樹脂ローラの軸方向および径方向に平行な断面図、図２は図１（ｂ）のＢ−Ｂ線による断面図、つまり、樹脂ローラの軸方向に垂直な断面図、図３は樹脂ローラを構成する外輪の側面図である。図４は樹脂ローラの製造方法を説明するための成型用金型の部分透過斜視図、図５は樹脂ローラの製造方法を説明するためのもので、図５（ａ）と図５（ｂ）は、工程ごとの成形用金型への部材の設置状態を示す斜視図である。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、本発明の実施の形態１にかかる樹脂ローラ１０はエスカレータ用のローラであって、ゴム状のエラストマなどであらかじめ成形した外輪１と、例えばポリアミドなど機械的性質が高い高性能プラスチック材料の内輪２と、深溝玉軸受や樹脂成形製軸受等の軸受３と、で構成されている。外輪１は、樹脂ローラ１０が回転する際に、レール２０などのもう一方の面と接触するため、エラストマなど、内輪２よりも弾性率が低い材料で構成されている。内輪２は固定軸３０を介し樹脂ローラ１０に負荷した荷重に耐える強度を有するため、外輪１よりも弾性率が高く、機械的強度の高い材料で構成されている。そして、外輪１を支える外周側の輪状部２ｗｏと、軸受と接する内周側の輪状部２ｗｉとの間には、樹脂ローラ１０が回転する方向に対し一定の角度（間隔）でハブ２ｈを複数設けている。軸受３は、樹脂ローラ１０を固定軸３０に対して位置決め固定するとともに、固定軸３０に対して自在に回転させるために内部に転がり機構が設けられている。
【００１３】
樹脂ローラ１０の内部構造は、図１（ｂ）および図２に示すように、外輪１の内周面１ｐｉが内輪２の外周面２ｐｏに、内輪２の内周面２ｐｉが軸受３の外周面３ｐｏに、それぞれ接触している。図では、軸受３は、深溝球軸受を表しており、内径側と外径側に分かれた支持部３ｓ内の空隙には、図示しない潤滑油が満たされ、軸受球３ｂが軸方向での位置を保ちながら、回転するようになっている。
【００１４】
そして、本発明の実施の形態１にかかる樹脂ローラ１０の特徴としては、外輪１の内周面１ｐｉから、内輪２の内部に侵入するように突出するとともに、径方向に垂直な方向に貫通する複数の貫通孔１ａｈが形成された突出部１ａが設けられている。貫通孔１ａｈは、図３に示すように、軸方向に貫通するように、周方向に沿って突出部１ａに等間隔に設けられている。そして、後述する製造方法で説明するように、突出部１ａは内輪２内に埋め込まれるとともに、貫通孔１ａｈの両側から入り込んだ内輪２が内部でつながっている。つまり、貫通孔１ａｈ部分において、内輪２と外輪１とが鎖のように閉図形の輪と輪でつながり、互いに拘束している。
【００１５】
次に、この発明の実施の形態１にかかる樹脂ローラ１０の製造方法について説明する。
本製造方法で使用する成形金型について、図４を用いて説明する。成形金型８０は、図示しない射出成形機に取り付けるため、固定側取付板８１と可動側取付板８３と固定側型板８２と可動側型板８４とで構成する。可動側型板８４には、外輪１を位置決め固定するための入れ子８６と、軸受３を位置決め固定するための軸体８５が設置されているそして、軸体８５の中心部から冷却できるよう、水などの冷媒を流通させるための冷媒流路８７と冷媒入口８７ｆ、冷媒出口８７ｘが形成されている。
【００１６】
樹脂ローラ１０の成形に先立ち、あらかじめゴム状のエラストマなどで、例えば射出温度２００℃により、外輪１を成形（第一工程）しておく、また、軸受３も形成しておく。そして、図５（ａ）に示すように、外輪１の外周面１ｐｏを入れ子８６の内周面に合わせるようにして、外輪１を入れ子８６にセットする。続いて、図５（ｂ）に示すように、軸受３を軸体８５に突き刺すようにセットして、型締めする（第二工程）と、金型内部（外輪１の内周面１ｐｉと軸受３の外周面３ｐｏとの間）に内輪２の形状の空間が形成される。
【００１７】
この状態で、内輪２を構成する一般的にエンジニアリングプラスチックと呼ばれる樹脂材料として、外輪１よりも弾性率が高く、外輪１の成形温度よりも高い射出温度（例えば、２９５℃）の樹脂材料を成形金型８０内に射出する（第三工程）。このとき、図示しない冷媒装置を用い、冷媒入口８７ｆ、冷媒出口８７ｘを介して冷媒（例えば水）を流通させているので、注入された樹脂は、軸体８５側から冷却され、最終的に必要な部分全体が取り出し温度以下まで冷却される。すると、成形金型８０内の空間に沿って、射出した樹脂材料は、内輪２の形状をなす。
【００１８】
このようにして、上述した構成の樹脂ローラ１０が成形できる。このとき、外輪１の内周面１ｐｉから内輪２に向かって突出した突出部１ａが、内輪２内に埋め込まれるとともに、貫通孔１ａｈの両側から入り込んだ内輪２の樹脂材料が貫通孔１ａｈ内部でつながった状態になる。そのため、外輪１が内輪２から脱落することを抑制できる。また、射出成形温度が、外輪１を成形する温度よりも高いので、外輪１の内輪２と接触する表面部分が溶融し、外輪１と内輪２との界面接合がより強固になる。また、内輪２の高性能プラスチック材料は射出成形後、熱収縮により収縮するため、軸受３との接合が強固になる。その際、軸受３が樹脂成型されたものである場合は、軸受３の成形温度が内輪２を形成する際の射出温度よりも低い温度であることが望ましい。
【００１９】
一方、軸受３の内部には、軸受球３ｂを滑らかに転がすための潤滑油が封入され、また玉軸受に限らず、一般的に軸受内では潤滑油が使用されている。このとき、本実施の形態１にかかる製造方法では、成形金型８０内を軸体８５側から冷却するようにしているので、内輪２の樹脂材料が成形金型８０内に射出された際、樹脂材料の熱が軸受３に伝わっても内周面３ｐｉ側から冷却されるので、潤滑油の温度上昇が抑制され、潤滑油が軸受３の外部に流出することを防止できる。
【００２０】
なお、射出成型の度に、軸体８５から軸受３を着脱するため、軸体８５が摩耗して位置決め寸法の再現性が低下する可能性があるが、摩耗した軸体８５を交換できるよう、軸体８５を成形金型８０から着脱自在に構成しても良い。ただし、軸体８５を着脱した際は、成形金型８０に対し、圧入により軸体８５の位置が再現できる構成にする。
【００２１】
つぎに、動作について説明する。
このようにして製造した樹脂ローラ１０を、エスカレータに適用したとする。固定軸３０が受けた荷重は、軸受３と内輪２を介して外輪１を押圧し、樹脂ローラ１０に対して相対的に平行移動するレール２０の面との摩擦により回転運動する。樹脂ローラ１０は固定軸３０が受ける押圧を外輪１の内周面１ｐｉと内輪２の外周面２ｐｏに１回転する毎に１回負荷され、樹脂ローラ１０が回転する回数が多くなるに従い、内周面１ｐｉと外周面２ｐｏが受ける押圧の回数も多くなる。
【００２２】
そのため、弾性率の異なる外輪１の内周面１ｐｉと内輪２の外周面２ｐｏとの間には、この押圧で発生する圧縮や引張の力を繰り返し受けることになり、樹脂ローラ１０が破損する基点となりうる。しかし、外輪１から突出し、内輪２の内部に埋め込まれた突出部１ａに設けた貫通孔１ａｈ内に、内輪２自体が入り込み、互いに閉図形でつながった状態になっている。そのため、弾性率の低い外輪１の一部である突出部１ａがどのように変形したとしても、内輪２から抜けることはなく、外輪１と内輪２との接合を確実に維持することができる。その結果、外輪の内周面１ｐｉと内輪の外周面２ｐｏの層間は接着剤などを介さず非接着であっても外輪１が内輪２から脱輪することを防止できる。
【００２３】
なお、外輪の内周面と内輪の外周面の界面部分の断面形状を矩形や略台形になるように溝を形成しただけでは、拘束力が低く、内輪と外輪の界面を樹脂の溶融温度の差により溶着させる必要があるため、融点の低い外輪をあらかじめ成形した後、外輪の融点よりも高い射出温度で内輪を射出成形する必要があった。しかし、上述したように、内輪２を成形する際に、外輪１の内周面１ｐｉに設けた複数の貫通孔１ａｈに内輪２の構成材料を入り込ませることにより、外輪１が内輪２から脱輪することを防止できる。そのため、第三工程における、射出成形温度を外輪１の溶融温度よりも低い温度に設定したとしても、外輪１が内輪２から脱輪することを防止できる樹脂ローラ１０を製造することができる。
【００２４】
以上のように、本発明の実施の形態１にかかる樹脂ローラ１０によれば、軸受３と、軸受３の外周（外周面３ｐｏ）側に配置された樹脂製の内輪２と、内輪２の外周（外周面２ｐｏ）側に配置され、内輪２を構成する樹脂（例えばポリアミド）よりも弾性率の低い材料（例えばエラストマー）で構成されるとともに、内輪２の内部に突出するように内周面１ｐｉに沿って突出部１ａが設けられた外輪１と、を備え、突出部１ａには、当該外輪１の径方向に垂直な方向に貫通する複数の貫通孔１ａｈが形成されているとともに、複数の貫通孔１ａｈには、内輪２を構成する（内輪２と一体の）樹脂が充填されているように構成したので、内輪２と外輪１とが鎖のように閉図形の輪と輪でつながり、互いに拘束し、外輪１が内輪２から脱輪することを防止できる。そのため、高速回転、高荷重下でも、剥離の発生を抑制し、信頼性の高い樹脂ローラを得ることができる。
【００２５】
また、本発明の実施の形態１にかかる樹脂ローラ１０の製造方法によれば、軸受３と予め成形された外輪１とを射出成型用金型（成形金型８０）の所定位置に設置して型締めし、外輪１の内周面１ｐｉと軸受３の外周面３ｐｏとの間に内輪２を形成するための空間を形成する工程（第二工程）と、前記空間に向けて内輪２を構成する樹脂材料を射出する工程（第三工程）と、を含むようにしたので、貫通孔１ａｈ内に確実に内輪２と一体の樹脂材料が充填される。
【００２６】
とくに、樹脂材料を射出する工程（第三工程）での射出温度が、外輪１を成形する工程（第一工程）に必要な成形温度よりも高いので、外輪１と内輪２との界面で溶着層が生じ、強固な接合が可能になる。
【００２７】
また、樹脂材料を射出する工程（第三工程）では、軸受３の内周面３ｐｉ側から（軸体８５を介して）冷却するようにしたので、軸受３潤滑油が熱せられて外部に流出することを防止できる。
【００２８】
実施の形態２．
本実施の形態２にかかる樹脂ローラの製造方法では、実施の形態１の製造方法に対し、第一工程で予め外輪を成形する際の金型のサイズを調整したものである。図６は、本実施の形態２にかかる樹脂ローラの製造方法を説明するためのもので、予め成形した外輪の軸方向および径方向に平行な断面図である。なお、本実施の形態２において、実施の形態１と同様の部分については、説明を省略し、図１〜５については援用する。
【００２９】
実施の形態１で説明した第一工程では、図示しない射出成形機でゲル状に溶融したゴム状のエラストマなどの樹脂材料を図示しない外輪１の成形金型に注入した後、取り出し温度になるまで冷却する。その際、外輪１は樹脂材料の固有の熱収縮により外輪１の中心に対し、図６に示すように収縮方向Ｃに向かって収縮する。中でも肉厚が大きくなる突出部１ａが形成されている部分の収縮量が大きい。
【００３０】
そこで、収縮後に設計寸法（外径Ｈ）になるように、外輪１の成形金型の寸法を、Ｈより収縮分大きな寸法（外径Ｈ０）に設定した。収縮前の外径をＨ０として成形することにより、収縮後の外径を任意の所望の寸法（外径Ｈ）に形成できる。また、外輪１の外形を所望の寸法に形成できるため、樹脂ローラ１０を形成（内輪２の射出成型）した後のローラ外径の切削加工の工程を省略することができ、品質の安定した樹脂ローラを歩留まり良く製造することができる。
【００３１】
以上のように、本実施の形態２にかかる樹脂ローラ１０の製造方法によれば、外輪１を成形する金型は、当該外輪１を構成する成形材料（例えば、エラストマの第一工程における）収縮量に応じて、突出部１ａが設けられた領域の外径が他の領域の外径より大きくなるように形成されているので、成形後の樹脂ローラ１０の外径が安定し、品質の安定した樹脂ローラを歩留まり良く製造することができる。
【００３２】
実施の形態３．
本実施の形態３では、上記実施の形態１に対して、突出部の形状を変更したものである。図７と図８は、本発明の実施の形態３にかかる樹脂ローラについて説明するためのもので、図７は樹脂ローラの軸方向および径方向に平行な断面図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ線による断面図に相当するものである。図８は、外輪の軸方向および径方向に平行な断面図である。なお、本実施の形態３において、実施の形態１と同様の部分については、説明を省略し、図１（ａ）、図２、図４〜５については援用する。
【００３３】
本実施の形態３にかかる樹脂ローラ１０は、図７と図８に示すように、外輪１の突出部１ａの内径側端部に、軸方向に張り出すリブ１ａｒを設けたものである。つまり、外輪１の内周面１ｐｉに、Ｔ字型の突出部１ａを設けたものである。
【００３４】
外輪１は、図２で示したように、レール２０の上を回転する樹脂ローラ１０の回転方向に沿って、任意の角度の位置に複数の貫通孔１ａｈが設けられ、その中には、内輪２と連なる樹脂材料が入り込んでいる。さらに、突出部１ａがＴ字型をなすので、外輪１が内輪２から脱輪する方向に抗するようにリブ１ａｒが内輪２の部材と接している。そのため、上記実施の形態１よりもさらに外輪１と内輪２との接合を強化し、寿命信頼性の高い樹脂ローラ１０を得ることができる。
【００３５】
なお、本実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、収縮量を考慮して外輪１を成形するための金型寸法を設定してもよいことは言うまでもない。
【００３６】
以上のように、本実施の形態３にかかる樹脂ローラ１０によれば、突出部１ａには、軸を含む断面がＴ字状をなすように、内径側の端部から軸方向の両側に張り出すリブ１ａｒが形成されているので、外輪１が内輪２から脱輪する方向に抗するようにリブ１ａｒが内輪２の部材と接し、さらに外輪１と内輪２との接合を強化して、寿命信頼性の高い樹脂ローラ１０を得ることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１：外輪、１ａ：突出部、１ａｒ：リブ、１ａｈ：貫通孔、１ｐｉ：外輪の内周面、
１ｐｏ：外輪の外周面、１ｗ：外輪の輪状部、２：内輪、  ２ｈ：ハブ、
２ｐｉ：内輪の内周面、２ｐｏ：内輪の外周面、２ｗｉ：内輪の内側の輪状部、
２ｗｏ：内輪の外側の輪状部、３：軸受、３ｂ：軸受球、３ｐｏ：軸受の外周面、
３ｓ：球支持部、１０：ローラ、２０：レール、３０：固定軸、８０：ローラ成形金型、８１：固定側取付板、８２：固定側型板、８３：可動側取付板、８４：可動側型板、
８５：軸体、８６：入れ子、８７：流路、８７ｆ：冷媒入口、８７ｘ：冷媒出口、
Ｃ：外輪の収縮方向、  Ｈ：外輪を成形する際の収縮後の外径、  Ｈ０：外輪を成形する際の収縮前の外径。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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