滑り軸受
【課題】低コスト、簡易な構造であるとともに、摩擦トルクを低く維持できる滑り軸受を提供する。
【解決手段】画像形成装置における定着ローラや加圧ローラなどのヒートローラを支持する滑り軸受１であって、該滑り軸受１は、外輪３と内輪２とから構成され、外輪３または内輪２のいずれか一方が合成樹脂製で他方が焼結金属製であり、内輪２の外周面が凸曲面であり、外輪３の内周面が該凸曲面に対応する凹曲面であり、外輪３は径方向に２分割された形状であり、内輪２は２分割された外輪３の間に挟み込まれ、外輪３の内周面と内輪２の外周面とが相対的に摺接する構造である。
【解決手段】画像形成装置における定着ローラや加圧ローラなどのヒートローラを支持する滑り軸受１であって、該滑り軸受１は、外輪３と内輪２とから構成され、外輪３または内輪２のいずれか一方が合成樹脂製で他方が焼結金属製であり、内輪２の外周面が凸曲面であり、外輪３の内周面が該凸曲面に対応する凹曲面であり、外輪３は径方向に２分割された形状であり、内輪２は２分割された外輪３の間に挟み込まれ、外輪３の内周面と内輪２の外周面とが相対的に摺接する構造である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は滑り軸受に関し、特に、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置における定着装置の定着ローラや加圧ローラなどの加熱されるローラ（ヒートローラ）の支持に用いる滑り軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像形成装置は、その定着装置において、光学装置で形成された静電潜像にトナーを付着させ、このトナー像をコピー用紙に転写し、さらに定着させるものである。この定着工程では、ヒータを内蔵した定着ローラと加圧ローラとの間にトナー像を通過させる。これにより、トナー像からなる転写像がコピー用紙上に加熱融着によって定着される。
【０００３】
定着ローラは、線状ないし棒状のヒータを軸心部に内蔵した軟質の金属製であり、両端に小径の軸部が突出した円筒状に形成されている。定着ローラは、アルミニウム、またはアルミニウム合金（Ａ５０５６、Ａ６０６３）などの熱伝導性に優れた金属材料からなる。定着ローラの表面は、旋削や研磨などで仕上げられる。また、定着ローラ表面には、フッ素樹脂などの非粘着性の高い樹脂がコーティングまたは被覆してある。定着ローラの表面の温度は、ヒータにより１８０〜２５０℃前後に加熱される。
【０００４】
加圧ローラは、シリコンゴムなどで被覆された鉄材、または軟質材からなり、コピー用紙を定着ローラに押圧して回転駆動するものである。加圧ローラは、加熱ローラからの伝熱により、約７０〜１５０℃に加熱される。あるいは、定着ローラと同様に内部にヒータが設けられ１５０〜２５０℃前後に加熱される。
【０００５】
以降、上記した定着ローラ、加圧ローラなどのように、内蔵されたヒータ、または、他部材からの伝熱により加熱されるローラを「ヒートローラ」と記す。
【０００６】
高温に加熱されるヒートローラは、両端の軸部で深溝玉軸受からなる転がり軸受を介してハウジングに回転自在に支持されており、この転がり軸受とヒートローラの軸部との間に、合成樹脂などからなる断熱スリーブが介在させてある。これは、ヒートローラの加熱時に両端部の転がり軸受から熱が逃げてヒートローラの軸方向に沿う温度分布が不均一になるのを防止するのとともに、軸受の高温劣化を防止するためである。
【０００７】
また、ヒートローラの支持軸受としては、樹脂製滑り軸受を用いるものがある。例えば、滑り軸受を、ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと記す）樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド（以下、ＰＩと記す）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などの合成樹脂から形成している。具体例としては、耐熱性および機械的強度の優れたＰＰＳ樹脂などをリング状の軸受本体として、その摺動面にフッ素樹脂層が接着されるか、または、フッ素樹脂を配合したＰＰＳ樹脂などで滑り軸受全体を一体成形する技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００８】
樹脂製滑り軸受を使用する場合、樹脂製滑り軸受自体が断熱性を有するため、一般的には、該樹脂製滑り軸受とヒートローラの軸部との間に断熱スリーブを介在させない。通常、画像形成装置の定着装置において中級機から高級機はヒートローラ軸受に転がり軸受が使用され、普及機は樹脂製滑り軸受が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１１７６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記した画像形成装置における定着装置のヒートローラ用の軸受である深溝玉軸受は、構造が複雑で製造コストも高価である。また、温度分布の不均一化、軸受の高温劣化を防止するために、上述の樹脂製断熱スリーブが必要となり、さらに高価になる。また、ヒートローラの支持軸のたわみや取り付け精度などモーメント荷重によって軸受が破損するなど品質に問題がある。
【００１１】
これに対して、ＰＰＳ樹脂製などの樹脂製滑り軸受は、断熱スリーブを介在させることなく使用でき、構造が簡単で射出成形できることから、低コストで生産できるという利点を有する。しかし、この樹脂製滑り軸受は、深溝玉軸受と比べて、摩擦トルクが約２〜５倍程度も高いという問題がある。特に、ヒートローラの軸受摺動面粗さが粗いと、さらに摩擦トルクが大きくなり、同時に摩耗も大きくなり仕様を満足できなくなるといった問題がある。
【００１２】
また、摩擦トルクを小さくするため、軸受摺動面にグリースを塗布するとしても、荷重を強く受ける部分などではグリース不足となり、仕様を満足できなくなる場合がある。
【００１３】
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、低コスト、簡易な構造であるとともに、摩擦トルクを低く維持できる滑り軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の滑り軸受は、外輪と内輪とから構成され、上記外輪または上記内輪のいずれか一方が合成樹脂製で他方が焼結金属製であり、上記外輪の内周面と上記内輪の外周面とが相対的に摺接することを特徴とする。特に、上記滑り軸受は、ヒートローラを支持する軸受であり、上記ヒートローラは該ヒートローラに内蔵されたヒータ、または、他部材からの伝熱により加熱されるローラであることを特徴とする。
【００１５】
上記内輪の外周面が凸曲面であり、上記外輪の内周面が該凸曲面に対応する凹曲面であることを特徴とする。また、上記外輪は、径方向に２分割された形状であり、上記内輪は、２分割された上記外輪の間に挟み込まれ、上記外輪の内周面と上記内輪の外周面とが相対的に摺接するように組み込まれたものであることを特徴とする。
【００１６】
また、他の態様として、上記外輪は、その内周面の対向する２箇所に、内輪組み込み溝が形成されており、上記内輪組み込み溝が上記外輪の少なくとも一方の端面に開口して形成されており、上記内輪は、上記内輪組み込み溝を介して上記外輪に組み込まれたものであることを特徴とする。また、上記内輪は、該内輪の軸心と上記外輪の軸心とをずらした状態で上記内輪組み込み溝を介して上記外輪に挿入された後、上記内輪および上記外輪を相対回転させて上記内輪の軸心と上記外輪の軸心とを合せることで、上記外輪に組み込まれたものであることを特徴とする。
【００１７】
上記内輪と上記外輪との間にグリースが封入され、上記内輪の外周面に、上記グリースを保持するグリース保持凹部が形成されてなることを特徴とする。また、上記グリース保持凹部の深さは、最深部で０．０３〜０．７ｍｍであることを特徴とする。
【００１８】
上記グリース保持凹部は、上記内輪の外周面の全周に複数設けられた直径０．３〜２．０ｍｍの逆円錐状のディンプルであることを特徴とする。また、上記ディンプルは開口部の進入角度が１０〜４５度であることを特徴とする。
【００１９】
上記グリース保持凹部は、上記内輪の外周面の全周に設けられたハ字型を示す２列の矩形の複数の溝であり、上記ハ字の下側が上記内輪の回転方向に向くように形成されていることを特徴とする。また、上記矩形の複数の溝は、上記回転方向側の矩形辺から、その対向辺に向かって溝が深くなる傾斜溝であることを特徴とする。
【００２０】
上記合成樹脂は、固体潤滑剤を含有した樹脂組成物であることを特徴とする。また、上記樹脂組成物のベース樹脂はＰＰＳ樹脂であることを特徴とする。
【００２１】
上記焼結金属は、銅（以下、Ｃｕと記す）および鉄（以下、Ｆｅと記す）から選ばれた少なくとも一つを主成分とすることを特徴とする。
【００２２】
上記グリースは、フッ素グリースおよびウレアグリースから選ばれた少なくとも一つであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の滑り軸受は、外輪と内輪とから構成され、上記外輪または上記内輪のいずれか一方が合成樹脂製で他方が焼結金属製であり、上記外輪の内周面と上記内輪の外周面とが相対的に摺接する構造であるので、従来の転がり軸受と比べて部品点数が少なく構造が単純である。このことから製造工程が簡略化でき、製造コストも削減できる。また、外輪または内輪の一方が合成樹脂からなるので、断熱効果が高くヒートローラの熱効率が低下しない。また、外輪または内輪の他方が焼結金属からなるので、放熱効果が高く軸受寿命が長い。さらに、外輪と内輪とから構成されるため、従来の転がり軸受と同じサイズで形成でき、転がり軸受との置き換えが可能であり互換性がある。
【００２４】
上記滑り軸受は、内蔵されたヒータ、または、他部材からの伝熱により加熱されるヒートローラ、例えば画像形成装置における定着ローラや加圧ローラを支持する軸受として好適に利用できる。
【００２５】
また、内輪の外周面が凸曲面であり、外輪の内周面が該凸曲面に対応する凹曲面であるので、内輪に対して外輪に調心性を付与することができる。このため、ヒートローラの支持軸の取り付け精度やモーメント荷重などによって支持軸が撓んだ状態となっても軸受が破損することがない。
【００２６】
また、外輪が径方向に２分割された形状であり、内輪が２分割された外輪の間に挟み込まれ、外輪の内周面と内輪の外周面とが摺接するように組み込まれたものであるので、支持軸への組付け性が優れる。特に内輪の外周面が凸曲面であり、外輪の内周面が該凸曲面に対応する凹曲面であっても支持軸への組付け性が優れる。
【００２７】
また、上記外輪は、その内周面の対向する２箇所に、内輪組み込み溝が形成されており、上記内輪組み込み溝が上記外輪の少なくとも一方の端面に開口して形成されており、上記内輪は、上記内輪組み込み溝を介して上記外輪に組み込まれたものであるので、外輪を分割しなくとも、内輪を外輪に組み込むことが可能である。また、内輪の外輪への組み込みを、内・外輪の軸心をずらした状態で内輪組み込み溝を介して内輪を外輪に挿入した後、内・外輪を相対回転させて軸心を合せることで行なうので、内・外輪の弾性変形などを介さず組み込みできる。
【００２８】
また、内輪と外輪との間にグリースが封入され、内輪の外周面に、グリースを保持するグリース保持凹部が形成されているので、該グリース保持凹部にグリースが保持されて摩擦トルクを低く維持できる。また、グリース保持凹部の深さが最深部で０．０３〜０．７ｍｍであるので、グリース保持凹部に充分かつ無駄なくグリースを保持できる。
【００２９】
また、グリース保持凹部が内輪の外周面の全周に複数設けられた直径０．３〜２．０ｍｍの逆円錐状のディンプルであるので、くさび効果によってグリースを摺動面に供給することができる。また、上記逆円錐状ディンプルの開口部の進入角度が１０〜４５度であるので、くさび効果が高くなる。
【００３０】
また、グリース保持凹部が内輪の外周面の全周に設けられたハ字型を示す２列の矩形の複数の溝であり、ハ字の下側が内輪の回転方向に向くように形成されているので、内輪回転時において、グリースが各溝のハ字の下側から上側、すなわち、軸受幅方向の中央部に常に掻き寄せられる。よって、軸受が荷重を最も受ける軸受幅方向の中央部において、グリースによる膜が容易に継続的に形成され、滑らかで、かつ低摩擦トルクの回転が得られる。また、矩形の複数の溝が、回転方向側の矩形辺からその対向辺に向かって溝が深くなる傾斜溝であるので、グリースが掻き寄せられやすく、上記効果が向上する。
【００３１】
また、外輪または内輪の一方を形成する合成樹脂が固体潤滑剤を含有する樹脂組成物であるので、無潤滑でも回転トルクが安定する。また、グリース潤滑の場合でも、グリース切れを生じた際に、回転トルクが異常上昇することがない。
【００３２】
また、上記樹脂組成物のベース樹脂がＰＰＳ樹脂であるので、断熱スリーブを介在させることなく、画像形成装置における定着ローラや加圧ローラの支持に使用できる。また、射出成形できることから低コストで生産できる。
【００３３】
また、外輪または内輪の他方を形成する焼結金属が、ＣｕまたはＦｅ、あるいは、その両者を主成分とする焼結金属であるので、放熱性に優れる。また、圧縮成形による製造が容易であり、寸法変化も小さく低コストで生産できる。
【００３４】
また、封入するグリースが、フッ素グリースおよびウレアグリースから選ばれた少なくとも一つであるので、ヒートローラを支持する滑り軸受として用いられても該滑り軸受の寿命を伸ばすことができる。画像形成装置における定着ローラを支持する場合でも、定着温度に対して劣化することがない。
【００３５】
また、内輪を焼結金属製とし、外輪を合成樹脂製とすることで、軸受全体で熱膨張の影響を受け難く、外輪の偏摩耗が発生しない。また、内輪を合成樹脂製とし、外輪を焼結金属製とすることで、ヒートローラの熱効率が低下しない。このため、エネルギーコストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態として滑り軸受の斜視図および内外輪の合体前の状態を示す斜視図である。
【図２】滑り軸受の内輪外周の摺動面に設けたグリース保持凹部の一例を示す正面図である。
【図３】図２におけるグリース保持凹部の拡大断面図である。
【図４】滑り軸受の内輪外周の摺動面に設けたグリース保持凹部の他の例を示す斜視図である。
【図５】図４におけるグリース保持凹部の一部拡大斜視図である。
【図６】軸加熱式高温ラジアル試験機の概略図である。
【図７】本発明の滑り軸受の他の態様を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の滑り軸受において、外輪または内輪のいずれか一方は合成樹脂製である。合成樹脂の種類は特に限定されないが、少なくとも該滑り軸受の使用条件（耐熱性、機械的強度など）に見合う特性を有する合成樹脂である必要がある。また、射出成形可能な合成樹脂であれば製造が容易であり、寸法精度も均一にできるので嵌合隙間を管理する上でも好ましい。
【００３８】
合成樹脂としては、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ナイロン樹脂（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、分子鎖中に芳香族環を有する半芳香族ナイロンなど）、ポリテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）樹脂、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂などの射出成形可能なフッ素樹脂、射出成形可能なＰＩ樹脂、ＰＰＳ樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ポリアミドイミド樹脂などを挙げることができる。これらの各合成樹脂は単独で使用してもよく、２種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。あるいは、上記以外の潤滑特性の低い合成樹脂に上記の合成樹脂を配合したポリマーアロイであってもよい。
【００３９】
これらの合成樹脂の中で、耐熱性、機械的強度に優れ、比較的安価なＰＰＳ樹脂を用いることが好ましい。ＰＰＳ樹脂を用いることで、本発明の滑り軸受は、画像形成装置の高温下で作動する定着ローラなどを支持する滑り軸受にも好適に使用できる。
【００４０】
また、これらの合成樹脂にガラス繊維、炭素繊維、各種鉱物性繊維（ウィスカー）を添加して強度を高めてもよい。また、これらの合成樹脂に、固体潤滑剤などや潤滑油を添加することで潤滑特性を高めることが可能である。固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）樹脂、黒鉛、二硫化モリブデンなどを挙げることができる。
【００４１】
本発明の滑り軸受において、外輪、内輪のうち、上記合成樹脂製としたものの他方は焼結金属製である。焼結金属の種類は特に限定されないが、例えばＦｅ系、あるいはＣｕ系、Ｆｅ−Ｃｕ系、Ｃｕ−スズ（以下、Ｓｎと記す）系やＣｕ−Ｆｅ−Ｓｎ系の合金が使用できる。また、これらに摺動材としてカーボン、黒鉛、二硫化モリブデン等を添加したものを使用することもできる。これらの焼結金属の中でも、放熱性に優れ、また圧縮成形による製造が容易であり、寸法変化も小さく低コストで生産できることから、ＣｕおよびＦｅから選ばれた少なくとも一つを主成分とすることが好ましい。
【００４２】
本発明の滑り軸受において、内輪に焼結金属を採用し外輪に合成樹脂を採用する場合は、滑り軸受全体で熱膨張の影響を受け難く、外輪の偏摩耗が発生しない。また、内輪に合成樹脂を採用し外輪に焼結金属を採用する場合は、ヒートローラの熱効率の低下を抑制でき、定着装置のエネルギーコストを低く抑えられる。
【００４３】
本発明の滑り軸受の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の滑り軸受の斜視図および内外輪の合体前の状態を示す斜視図である。本発明の滑り軸受１は、内輪２（全体図は図２または図４）と外輪３のみから構成されており、外輪３の内周面と内輪２の外周面とが相対的に摺接する。外輪３の内周面および内輪２の外周面の摺動面は、軸方向にフラットな円筒状でもよいが、図１に示すように、内輪２の外周面を凸曲面として、外輪３の内周面を該凸曲面に対応する凹曲面で形成することで滑り軸受１に調心性を付与できる。この場合、上記凸曲面を有する内輪２の外周面は、内輪２の幅方向の中央部（最大径部分）の全周を平面とすることで、内輪の射出成形において型割り面（パーティングライン（ＰＬ））を内輪２の幅方向の中央部（最大径部分）に設定してもＰＬ痕を後処理する必要がなくなる。
【００４４】
図１に示すように、滑り軸受１において、外輪３は径方向に２分割された形状であり、内輪２が、２分割された外輪３の外輪下部３ａと外輪上部３ｂとの間に挟み込まれ、外輪３の内周面と内輪２の外周面とが摺接するように組み付けられている。
【００４５】
図１に示すように、外輪下部３ａの径方向に２分割された分割面の一方にキー３ｃおよび他方にキー溝３ｄが左右対象位置に設けられ、外輪上部３ｂの分割面にはこれらに対応するキー溝およびキーが設けられている。このようにすることで、外輪下部３ａと外輪上部３ｂとを共通の成形体として使用可能である。また、図１のようにフランジ付きの外輪であっても、前後を誤って組付けることができなくなり、組付け作業性に優れるようになる。外輪下部３ａと外輪上部３ｂとの組み合わせは、外輪下部３ａに内輪２を組み付けた後、外輪下部３ａのキー３ｃを外輪上部３ｂのキー溝に、外輪下部３ａのキー溝３ｄを外輪上部３ｂのキーに嵌合させることで、容易にできる。
【００４６】
外輪３は、２分割の場合を例示して説明したが、３分割以上とすることもできる。また、内輪を組み込み可能であれば外輪は分割しない構造であってもよい。例えば、図７のように、滑り軸受１は、内周面の対向する２箇所に内輪組み込み溝３ｅが形成された凹曲面の内周面を有する外輪３と、該凹曲面に対応する凸曲面の外周面を有する内輪２とからなる構造であってもよい。このような構造であれば、内輪２の軸心と外輪３の軸心とを９０度ずらした状態で内輪組み込み溝３ｅから内輪２を外輪３に挿入した後、内輪２および外輪３を相対回転させて内輪２の軸心と外輪３の軸心とを合せることで、内輪２を外輪３に組み込み可能である。
【００４７】
グリース潤滑を採用する場合は、摺動面にグリースを保持および供給できるように、内輪と外輪のいずれか、または両方の摺動面にグリース保持凹部を形成することが好ましい。グリース保持凹部のデザインは、滑り軸受１からグリースが洩れださないよう内輪２と外輪３の摺動面内に納まるようにする。グリース保持凹部を内輪２に形成する場合、組み付けの際には、予め上記グリース保持凹部にグリースを充分に塗布（封入）した内輪２を外輪３に組み込むことが好ましい。
【００４８】
グリース保持凹部の深さは、最深部で０．０３〜０．７ｍｍであることが好ましい。なお、該深さとは、内輪２の外周面（表面）から凹部底部までの距離であり、該凹部の底が傾斜状である場合は、最も深い部分（最深部）の深さを上記範囲とすることが好ましい。凹部深さが０．０３ｍｍ未満であると、凹部が浅すぎて潤滑に充分なグリースを保持できない。また、凹部深さが０．７ｍｍをこえると、凹部が深すぎて凹部底部においてグリースが溜まり潤滑に寄与しないグリース量が増える。
【００４９】
好ましいグリース保持凹部として図２のようなディンプルが例示できる。図３はこのディンプル部の断面図である。図２および図３に示すグリース保持凹部であるディンプル４は、内輪２の外周面の全周に複数設けられており、所定の直径Ｒを有する逆円錐状である。ディンプル４が逆円錐状であるため、内輪２の回転に伴うくさび効果によってグリースが潤滑面へ効率的に供給できる。グリース保持凹部をこのようなディンプル４とすることで、内輪２の組み込み方向にとらわれずヒートローラ等回転軸に組み付けることができる。また、回転軸の両軸を支持する場合においても、共通の成形体を使用することができる。
【００５０】
各ディンプル穴の直径Ｒは０．３〜２．０ｍｍとする。各ディンプル穴の直径Ｒが０．３ｍｍ未満であると、グリースの保持性が悪く、２．０ｍｍをこえると潤滑に寄与しないグリース量が増える。
【００５１】
各ディンプル穴の進入角αは１０〜４５°とすることが好ましい。１０°未満ではディンプルの形成が容易に行なわれず、４５°を超えると、くさび効果が得られなくなるおそれがある。また、直径２．０ｍｍで進入角４５°に設計する場合は、底部をフラットにすることで凹部深さＤを０．７ｍｍ以内に設定することができる。
【００５２】
他の好ましいグリース保持凹部を図４に示す。図４に示すグリース保持凹部は、内輪２の外周面の全周に設けられたハ字型を示す２列の矩形の複数の溝５であり、ハ字の下側が内輪２の回転方向に向くように形成されている。内輪２の回転時において、内輪２と外輪との間に封入されているグリースは、各溝５内においてハ字の下側から上側に向かって掻き寄せられて移動する。各溝５におけるハ字の上側は、内輪２の幅方向の中央部に位置しているため、上記移動によりグリースは該中央部２ａに移動することになる。なお、内輪２の回転時とは、内輪２が外輪３に対して相対的に回転するときであり、内輪２が固定で外輪３が回転する場合も含む。
【００５３】
図５に示すように、グリース保持溝５は、回転方向側の矩形辺５ａから、その対向辺５ｂに向かって溝が深くなる傾斜溝とすることが好ましい。回転方向側からその反対側に向かって溝を深くする形状とすることで、内輪２の回転時において、該傾斜がない場合よりもグリースを掻き寄せやすくなる。ただし、図４および図５に示すグリース保持凹部が形成された滑り軸受は、ヒートローラ等回転軸の回転方向に対して組み付ける方向が決められるため、回転軸の両軸を支持する場合においては、グリース保持凹部が形成された内輪２は共通の成形体を使用することができない。
【００５４】
以上のようなグリース保持凹部（ディンプル４、溝５）を内輪２の外周面に形成することで、荷重を最も受ける軸受（内輪）幅方向の中央部において、グリースによる膜が容易に継続的に形成され、滑らかで、かつ低摩擦トルクの回転が得られる。なお、図２、図４および図５では、グリース保持凹部を内輪２の外周面に形成する場合を例示したが、該グリース保持凹部は、外輪３の内周面に形成することもできる。
【００５５】
本発明の滑り軸受において、内輪と外輪との間およびグリース保持凹部に封入されるグリースは、通常、軸受に用いられるグリースであれば特に制限なく用いることができる。グリースを構成する基油としては、例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などの鉱油、ポリブテン油、ポリ-α-オレフィン油、アルキルベンゼン油、アルキルナフタレン油、脂環式化合物などの炭化水素系合成油、または、天然油脂やポリオールエステル油、りん酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、フッ素化油などの非炭化水素系合成油などが挙げられる。これらの基油は、単独または２種類以上組み合せて用いてもよい。
【００５６】
また、グリースを構成する増ちょう剤としては、例えば、アルミニウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん、複合リチウム石けん、複合カルシウム石けん、複合アルミニウム石けんなどの金属石けん系増ちょう剤、ジウレア化合物、ポリウレア化合物などのウレア系化合物、ＰＴＦＥ樹脂などのフッ素樹脂粉末が挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独または２種類以上組み合せて用いてもよい。
【００５７】
本発明の滑り軸受は、画像形成装置の高温下で作動する定着ローラなどの支持に使用するため、グリースにも耐熱性が必要となることから、上記の中でも、フッ素化油を基油としフッ素樹脂粉末を増ちょう剤とするフッ素グリース、または、ウレア系化合物を増ちょう剤とするウレアグリースを用いることが好ましい。また、これらを混合したグリースを用いることもできる。なお、上記各グリースには必要に応じて公知の添加剤を含有させることができる。
【実施例】
【００５８】
各実施例および各比較例において合成樹脂および焼結金属は以下に示す材料で構成されたものを用いた。
（１）合成樹脂：ＰＰＳ樹脂５２重量％、ＰＴＦＥ樹脂３３重量％、黒鉛１５重量％
（２）焼結金属：Ｆｅ６０重量％、Ｃｕ３５重量％、Ｓｎ５重量％（空孔率２０％）
（３）フッ素グリース：デュポン社製：クライトックスＧＰＬ２０５
【００５９】
実施例１〜実施例３、比較例１および比較例２
表１に示す合成樹脂、焼結金属、フッ素グリースおよびグリース保持凹部を有する内輪内径φ２５ｍｍ、外輪外径φ３７ｍｍ、幅７ｍｍの滑り軸受試験片を準備した。この試験片を以下に示す摩擦摩耗試験に供し、動摩擦係数を測定した。結果を表１に併記する。
【００６０】
＜摩擦摩耗試験＞
図６に示す軸加熱式ラジアル試験機１０を用いて滑り軸受１１の動摩擦係数を測定した。軸加熱式ラジアル試験機１０は、複写機の定着装置の定着ローラを模した定着ローラ１２について、その内径から棒ヒータ１３で加熱し、熱電対１４で定着ローラ１２表面温度を２００℃にコントロールする。試験は、滑り軸受１１をハウジング１５内に組み付け、滑り軸受１１の内輪内径に定着ローラ１２を挿入し、ハウジング１５の下部より、ボールベアリング１７を介して押し上げ、３００Ｎの荷重１６を負荷した。定着ローラ１２材にアルミニウム（Ａ５０５２）の旋削加工品（表面粗さＲａ０．５〜０．７μｍ）を用い、カップリング１８を介して、定着ローラ１２の回転数を６０ｒｐｍに保ち２００時間運転した。初期と２００時間後の滑り軸受１１の動摩擦係数を、共回りするハウジング１５の回転力をロードセル（図示せず）で測定して算出した。なお、１９は駆動モータである。
【００６１】
【表１】
【００６２】
摩擦摩耗試験の結果、実施例１の滑り軸受は、無潤滑のため動摩擦係数が高いが２００時間試験後でも動摩擦係数の上昇がほとんどなかった。滑り軸受の摺動面には樹脂の転移膜が形成されており、動摩擦係数の安定化の要因になったと考えられる。実施例２および実施例３の滑り軸受は、グリース潤滑のため初期から２００時間試験後でも動摩擦係数が低く安定しており、滑り軸受の摺動面の摩耗もほとんど認められなかった。一方、内輪、外輪を合成樹脂で形成し無潤滑運転した比較例１は、２００時間試験後の動摩擦係数が初期の３倍以上になった。また、摺動面には炭化したと思われる黒い摩耗粉が凝着していた。内輪、外輪を焼結金属で形成しグリース潤滑で運転した比較例２は、２００時間試験後の動摩擦係数が初期の３倍になった。また、摺動面のグリースはほぼ枯渇した状態となっていた。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の滑り軸受は、外輪と内輪とから構成され、外輪または内輪のいずれか一方が合成樹脂製で他方が焼結金属製であり、外輪の内周面と内輪の外周面とが相対的に摺接する構造であるため、放熱性に優れ、転がり軸受と同サイズにできるので互換性があり、製造工程が少なくなることから製造コストおよび製品単価が安価になる。このため、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置における定着装置の加熱ローラや加圧ローラなどのヒートローラを支持する滑り軸受として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 滑り軸受
２ 内輪
２ａ 内輪の幅方向の中央部
３ 外輪
３ａ 外輪下部
３ｂ 外輪上部
３ｃ キー
３ｄ キー溝
３ｅ 内輪組み込み溝
４ ディンプル
５ グリース保持溝
５ａ 回転方向側の矩形辺
５ｂ ５ａの対向辺
１０ 軸加熱式高温ラジアル試験機
１１ 滑り軸受
１２ 定着ローラ
１３ 棒ヒータ
１４ 熱電対
１５ ハウジング
１６ 荷重
１７ ボールベアリング
１８ カップリング
１９ 駆動モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は滑り軸受に関し、特に、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置における定着装置の定着ローラや加圧ローラなどの加熱されるローラ（ヒートローラ）の支持に用いる滑り軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像形成装置は、その定着装置において、光学装置で形成された静電潜像にトナーを付着させ、このトナー像をコピー用紙に転写し、さらに定着させるものである。この定着工程では、ヒータを内蔵した定着ローラと加圧ローラとの間にトナー像を通過させる。これにより、トナー像からなる転写像がコピー用紙上に加熱融着によって定着される。
【０００３】
定着ローラは、線状ないし棒状のヒータを軸心部に内蔵した軟質の金属製であり、両端に小径の軸部が突出した円筒状に形成されている。定着ローラは、アルミニウム、またはアルミニウム合金（Ａ５０５６、Ａ６０６３）などの熱伝導性に優れた金属材料からなる。定着ローラの表面は、旋削や研磨などで仕上げられる。また、定着ローラ表面には、フッ素樹脂などの非粘着性の高い樹脂がコーティングまたは被覆してある。定着ローラの表面の温度は、ヒータにより１８０〜２５０℃前後に加熱される。
【０００４】
加圧ローラは、シリコンゴムなどで被覆された鉄材、または軟質材からなり、コピー用紙を定着ローラに押圧して回転駆動するものである。加圧ローラは、加熱ローラからの伝熱により、約７０〜１５０℃に加熱される。あるいは、定着ローラと同様に内部にヒータが設けられ１５０〜２５０℃前後に加熱される。
【０００５】
以降、上記した定着ローラ、加圧ローラなどのように、内蔵されたヒータ、または、他部材からの伝熱により加熱されるローラを「ヒートローラ」と記す。
【０００６】
高温に加熱されるヒートローラは、両端の軸部で深溝玉軸受からなる転がり軸受を介してハウジングに回転自在に支持されており、この転がり軸受とヒートローラの軸部との間に、合成樹脂などからなる断熱スリーブが介在させてある。これは、ヒートローラの加熱時に両端部の転がり軸受から熱が逃げてヒートローラの軸方向に沿う温度分布が不均一になるのを防止するのとともに、軸受の高温劣化を防止するためである。
【０００７】
また、ヒートローラの支持軸受としては、樹脂製滑り軸受を用いるものがある。例えば、滑り軸受を、ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと記す）樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド（以下、ＰＩと記す）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などの合成樹脂から形成している。具体例としては、耐熱性および機械的強度の優れたＰＰＳ樹脂などをリング状の軸受本体として、その摺動面にフッ素樹脂層が接着されるか、または、フッ素樹脂を配合したＰＰＳ樹脂などで滑り軸受全体を一体成形する技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００８】
樹脂製滑り軸受を使用する場合、樹脂製滑り軸受自体が断熱性を有するため、一般的には、該樹脂製滑り軸受とヒートローラの軸部との間に断熱スリーブを介在させない。通常、画像形成装置の定着装置において中級機から高級機はヒートローラ軸受に転がり軸受が使用され、普及機は樹脂製滑り軸受が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１１７６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記した画像形成装置における定着装置のヒートローラ用の軸受である深溝玉軸受は、構造が複雑で製造コストも高価である。また、温度分布の不均一化、軸受の高温劣化を防止するために、上述の樹脂製断熱スリーブが必要となり、さらに高価になる。また、ヒートローラの支持軸のたわみや取り付け精度などモーメント荷重によって軸受が破損するなど品質に問題がある。
【００１１】
これに対して、ＰＰＳ樹脂製などの樹脂製滑り軸受は、断熱スリーブを介在させることなく使用でき、構造が簡単で射出成形できることから、低コストで生産できるという利点を有する。しかし、この樹脂製滑り軸受は、深溝玉軸受と比べて、摩擦トルクが約２〜５倍程度も高いという問題がある。特に、ヒートローラの軸受摺動面粗さが粗いと、さらに摩擦トルクが大きくなり、同時に摩耗も大きくなり仕様を満足できなくなるといった問題がある。
【００１２】
また、摩擦トルクを小さくするため、軸受摺動面にグリースを塗布するとしても、荷重を強く受ける部分などではグリース不足となり、仕様を満足できなくなる場合がある。
【００１３】
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、低コスト、簡易な構造であるとともに、摩擦トルクを低く維持できる滑り軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の滑り軸受は、外輪と内輪とから構成され、上記外輪または上記内輪のいずれか一方が合成樹脂製で他方が焼結金属製であり、上記外輪の内周面と上記内輪の外周面とが相対的に摺接することを特徴とする。特に、上記滑り軸受は、ヒートローラを支持する軸受であり、上記ヒートローラは該ヒートローラに内蔵されたヒータ、または、他部材からの伝熱により加熱されるローラであることを特徴とする。
【００１５】
上記内輪の外周面が凸曲面であり、上記外輪の内周面が該凸曲面に対応する凹曲面であることを特徴とする。また、上記外輪は、径方向に２分割された形状であり、上記内輪は、２分割された上記外輪の間に挟み込まれ、上記外輪の内周面と上記内輪の外周面とが相対的に摺接するように組み込まれたものであることを特徴とする。
【００１６】
また、他の態様として、上記外輪は、その内周面の対向する２箇所に、内輪組み込み溝が形成されており、上記内輪組み込み溝が上記外輪の少なくとも一方の端面に開口して形成されており、上記内輪は、上記内輪組み込み溝を介して上記外輪に組み込まれたものであることを特徴とする。また、上記内輪は、該内輪の軸心と上記外輪の軸心とをずらした状態で上記内輪組み込み溝を介して上記外輪に挿入された後、上記内輪および上記外輪を相対回転させて上記内輪の軸心と上記外輪の軸心とを合せることで、上記外輪に組み込まれたものであることを特徴とする。
【００１７】
上記内輪と上記外輪との間にグリースが封入され、上記内輪の外周面に、上記グリースを保持するグリース保持凹部が形成されてなることを特徴とする。また、上記グリース保持凹部の深さは、最深部で０．０３〜０．７ｍｍであることを特徴とする。
【００１８】
上記グリース保持凹部は、上記内輪の外周面の全周に複数設けられた直径０．３〜２．０ｍｍの逆円錐状のディンプルであることを特徴とする。また、上記ディンプルは開口部の進入角度が１０〜４５度であることを特徴とする。
【００１９】
上記グリース保持凹部は、上記内輪の外周面の全周に設けられたハ字型を示す２列の矩形の複数の溝であり、上記ハ字の下側が上記内輪の回転方向に向くように形成されていることを特徴とする。また、上記矩形の複数の溝は、上記回転方向側の矩形辺から、その対向辺に向かって溝が深くなる傾斜溝であることを特徴とする。
【００２０】
上記合成樹脂は、固体潤滑剤を含有した樹脂組成物であることを特徴とする。また、上記樹脂組成物のベース樹脂はＰＰＳ樹脂であることを特徴とする。
【００２１】
上記焼結金属は、銅（以下、Ｃｕと記す）および鉄（以下、Ｆｅと記す）から選ばれた少なくとも一つを主成分とすることを特徴とする。
【００２２】
上記グリースは、フッ素グリースおよびウレアグリースから選ばれた少なくとも一つであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の滑り軸受は、外輪と内輪とから構成され、上記外輪または上記内輪のいずれか一方が合成樹脂製で他方が焼結金属製であり、上記外輪の内周面と上記内輪の外周面とが相対的に摺接する構造であるので、従来の転がり軸受と比べて部品点数が少なく構造が単純である。このことから製造工程が簡略化でき、製造コストも削減できる。また、外輪または内輪の一方が合成樹脂からなるので、断熱効果が高くヒートローラの熱効率が低下しない。また、外輪または内輪の他方が焼結金属からなるので、放熱効果が高く軸受寿命が長い。さらに、外輪と内輪とから構成されるため、従来の転がり軸受と同じサイズで形成でき、転がり軸受との置き換えが可能であり互換性がある。
【００２４】
上記滑り軸受は、内蔵されたヒータ、または、他部材からの伝熱により加熱されるヒートローラ、例えば画像形成装置における定着ローラや加圧ローラを支持する軸受として好適に利用できる。
【００２５】
また、内輪の外周面が凸曲面であり、外輪の内周面が該凸曲面に対応する凹曲面であるので、内輪に対して外輪に調心性を付与することができる。このため、ヒートローラの支持軸の取り付け精度やモーメント荷重などによって支持軸が撓んだ状態となっても軸受が破損することがない。
【００２６】
また、外輪が径方向に２分割された形状であり、内輪が２分割された外輪の間に挟み込まれ、外輪の内周面と内輪の外周面とが摺接するように組み込まれたものであるので、支持軸への組付け性が優れる。特に内輪の外周面が凸曲面であり、外輪の内周面が該凸曲面に対応する凹曲面であっても支持軸への組付け性が優れる。
【００２７】
また、上記外輪は、その内周面の対向する２箇所に、内輪組み込み溝が形成されており、上記内輪組み込み溝が上記外輪の少なくとも一方の端面に開口して形成されており、上記内輪は、上記内輪組み込み溝を介して上記外輪に組み込まれたものであるので、外輪を分割しなくとも、内輪を外輪に組み込むことが可能である。また、内輪の外輪への組み込みを、内・外輪の軸心をずらした状態で内輪組み込み溝を介して内輪を外輪に挿入した後、内・外輪を相対回転させて軸心を合せることで行なうので、内・外輪の弾性変形などを介さず組み込みできる。
【００２８】
また、内輪と外輪との間にグリースが封入され、内輪の外周面に、グリースを保持するグリース保持凹部が形成されているので、該グリース保持凹部にグリースが保持されて摩擦トルクを低く維持できる。また、グリース保持凹部の深さが最深部で０．０３〜０．７ｍｍであるので、グリース保持凹部に充分かつ無駄なくグリースを保持できる。
【００２９】
また、グリース保持凹部が内輪の外周面の全周に複数設けられた直径０．３〜２．０ｍｍの逆円錐状のディンプルであるので、くさび効果によってグリースを摺動面に供給することができる。また、上記逆円錐状ディンプルの開口部の進入角度が１０〜４５度であるので、くさび効果が高くなる。
【００３０】
また、グリース保持凹部が内輪の外周面の全周に設けられたハ字型を示す２列の矩形の複数の溝であり、ハ字の下側が内輪の回転方向に向くように形成されているので、内輪回転時において、グリースが各溝のハ字の下側から上側、すなわち、軸受幅方向の中央部に常に掻き寄せられる。よって、軸受が荷重を最も受ける軸受幅方向の中央部において、グリースによる膜が容易に継続的に形成され、滑らかで、かつ低摩擦トルクの回転が得られる。また、矩形の複数の溝が、回転方向側の矩形辺からその対向辺に向かって溝が深くなる傾斜溝であるので、グリースが掻き寄せられやすく、上記効果が向上する。
【００３１】
また、外輪または内輪の一方を形成する合成樹脂が固体潤滑剤を含有する樹脂組成物であるので、無潤滑でも回転トルクが安定する。また、グリース潤滑の場合でも、グリース切れを生じた際に、回転トルクが異常上昇することがない。
【００３２】
また、上記樹脂組成物のベース樹脂がＰＰＳ樹脂であるので、断熱スリーブを介在させることなく、画像形成装置における定着ローラや加圧ローラの支持に使用できる。また、射出成形できることから低コストで生産できる。
【００３３】
また、外輪または内輪の他方を形成する焼結金属が、ＣｕまたはＦｅ、あるいは、その両者を主成分とする焼結金属であるので、放熱性に優れる。また、圧縮成形による製造が容易であり、寸法変化も小さく低コストで生産できる。
【００３４】
また、封入するグリースが、フッ素グリースおよびウレアグリースから選ばれた少なくとも一つであるので、ヒートローラを支持する滑り軸受として用いられても該滑り軸受の寿命を伸ばすことができる。画像形成装置における定着ローラを支持する場合でも、定着温度に対して劣化することがない。
【００３５】
また、内輪を焼結金属製とし、外輪を合成樹脂製とすることで、軸受全体で熱膨張の影響を受け難く、外輪の偏摩耗が発生しない。また、内輪を合成樹脂製とし、外輪を焼結金属製とすることで、ヒートローラの熱効率が低下しない。このため、エネルギーコストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態として滑り軸受の斜視図および内外輪の合体前の状態を示す斜視図である。
【図２】滑り軸受の内輪外周の摺動面に設けたグリース保持凹部の一例を示す正面図である。
【図３】図２におけるグリース保持凹部の拡大断面図である。
【図４】滑り軸受の内輪外周の摺動面に設けたグリース保持凹部の他の例を示す斜視図である。
【図５】図４におけるグリース保持凹部の一部拡大斜視図である。
【図６】軸加熱式高温ラジアル試験機の概略図である。
【図７】本発明の滑り軸受の他の態様を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の滑り軸受において、外輪または内輪のいずれか一方は合成樹脂製である。合成樹脂の種類は特に限定されないが、少なくとも該滑り軸受の使用条件（耐熱性、機械的強度など）に見合う特性を有する合成樹脂である必要がある。また、射出成形可能な合成樹脂であれば製造が容易であり、寸法精度も均一にできるので嵌合隙間を管理する上でも好ましい。
【００３８】
合成樹脂としては、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ナイロン樹脂（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、分子鎖中に芳香族環を有する半芳香族ナイロンなど）、ポリテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）樹脂、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂などの射出成形可能なフッ素樹脂、射出成形可能なＰＩ樹脂、ＰＰＳ樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ポリアミドイミド樹脂などを挙げることができる。これらの各合成樹脂は単独で使用してもよく、２種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。あるいは、上記以外の潤滑特性の低い合成樹脂に上記の合成樹脂を配合したポリマーアロイであってもよい。
【００３９】
これらの合成樹脂の中で、耐熱性、機械的強度に優れ、比較的安価なＰＰＳ樹脂を用いることが好ましい。ＰＰＳ樹脂を用いることで、本発明の滑り軸受は、画像形成装置の高温下で作動する定着ローラなどを支持する滑り軸受にも好適に使用できる。
【００４０】
また、これらの合成樹脂にガラス繊維、炭素繊維、各種鉱物性繊維（ウィスカー）を添加して強度を高めてもよい。また、これらの合成樹脂に、固体潤滑剤などや潤滑油を添加することで潤滑特性を高めることが可能である。固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）樹脂、黒鉛、二硫化モリブデンなどを挙げることができる。
【００４１】
本発明の滑り軸受において、外輪、内輪のうち、上記合成樹脂製としたものの他方は焼結金属製である。焼結金属の種類は特に限定されないが、例えばＦｅ系、あるいはＣｕ系、Ｆｅ−Ｃｕ系、Ｃｕ−スズ（以下、Ｓｎと記す）系やＣｕ−Ｆｅ−Ｓｎ系の合金が使用できる。また、これらに摺動材としてカーボン、黒鉛、二硫化モリブデン等を添加したものを使用することもできる。これらの焼結金属の中でも、放熱性に優れ、また圧縮成形による製造が容易であり、寸法変化も小さく低コストで生産できることから、ＣｕおよびＦｅから選ばれた少なくとも一つを主成分とすることが好ましい。
【００４２】
本発明の滑り軸受において、内輪に焼結金属を採用し外輪に合成樹脂を採用する場合は、滑り軸受全体で熱膨張の影響を受け難く、外輪の偏摩耗が発生しない。また、内輪に合成樹脂を採用し外輪に焼結金属を採用する場合は、ヒートローラの熱効率の低下を抑制でき、定着装置のエネルギーコストを低く抑えられる。
【００４３】
本発明の滑り軸受の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の滑り軸受の斜視図および内外輪の合体前の状態を示す斜視図である。本発明の滑り軸受１は、内輪２（全体図は図２または図４）と外輪３のみから構成されており、外輪３の内周面と内輪２の外周面とが相対的に摺接する。外輪３の内周面および内輪２の外周面の摺動面は、軸方向にフラットな円筒状でもよいが、図１に示すように、内輪２の外周面を凸曲面として、外輪３の内周面を該凸曲面に対応する凹曲面で形成することで滑り軸受１に調心性を付与できる。この場合、上記凸曲面を有する内輪２の外周面は、内輪２の幅方向の中央部（最大径部分）の全周を平面とすることで、内輪の射出成形において型割り面（パーティングライン（ＰＬ））を内輪２の幅方向の中央部（最大径部分）に設定してもＰＬ痕を後処理する必要がなくなる。
【００４４】
図１に示すように、滑り軸受１において、外輪３は径方向に２分割された形状であり、内輪２が、２分割された外輪３の外輪下部３ａと外輪上部３ｂとの間に挟み込まれ、外輪３の内周面と内輪２の外周面とが摺接するように組み付けられている。
【００４５】
図１に示すように、外輪下部３ａの径方向に２分割された分割面の一方にキー３ｃおよび他方にキー溝３ｄが左右対象位置に設けられ、外輪上部３ｂの分割面にはこれらに対応するキー溝およびキーが設けられている。このようにすることで、外輪下部３ａと外輪上部３ｂとを共通の成形体として使用可能である。また、図１のようにフランジ付きの外輪であっても、前後を誤って組付けることができなくなり、組付け作業性に優れるようになる。外輪下部３ａと外輪上部３ｂとの組み合わせは、外輪下部３ａに内輪２を組み付けた後、外輪下部３ａのキー３ｃを外輪上部３ｂのキー溝に、外輪下部３ａのキー溝３ｄを外輪上部３ｂのキーに嵌合させることで、容易にできる。
【００４６】
外輪３は、２分割の場合を例示して説明したが、３分割以上とすることもできる。また、内輪を組み込み可能であれば外輪は分割しない構造であってもよい。例えば、図７のように、滑り軸受１は、内周面の対向する２箇所に内輪組み込み溝３ｅが形成された凹曲面の内周面を有する外輪３と、該凹曲面に対応する凸曲面の外周面を有する内輪２とからなる構造であってもよい。このような構造であれば、内輪２の軸心と外輪３の軸心とを９０度ずらした状態で内輪組み込み溝３ｅから内輪２を外輪３に挿入した後、内輪２および外輪３を相対回転させて内輪２の軸心と外輪３の軸心とを合せることで、内輪２を外輪３に組み込み可能である。
【００４７】
グリース潤滑を採用する場合は、摺動面にグリースを保持および供給できるように、内輪と外輪のいずれか、または両方の摺動面にグリース保持凹部を形成することが好ましい。グリース保持凹部のデザインは、滑り軸受１からグリースが洩れださないよう内輪２と外輪３の摺動面内に納まるようにする。グリース保持凹部を内輪２に形成する場合、組み付けの際には、予め上記グリース保持凹部にグリースを充分に塗布（封入）した内輪２を外輪３に組み込むことが好ましい。
【００４８】
グリース保持凹部の深さは、最深部で０．０３〜０．７ｍｍであることが好ましい。なお、該深さとは、内輪２の外周面（表面）から凹部底部までの距離であり、該凹部の底が傾斜状である場合は、最も深い部分（最深部）の深さを上記範囲とすることが好ましい。凹部深さが０．０３ｍｍ未満であると、凹部が浅すぎて潤滑に充分なグリースを保持できない。また、凹部深さが０．７ｍｍをこえると、凹部が深すぎて凹部底部においてグリースが溜まり潤滑に寄与しないグリース量が増える。
【００４９】
好ましいグリース保持凹部として図２のようなディンプルが例示できる。図３はこのディンプル部の断面図である。図２および図３に示すグリース保持凹部であるディンプル４は、内輪２の外周面の全周に複数設けられており、所定の直径Ｒを有する逆円錐状である。ディンプル４が逆円錐状であるため、内輪２の回転に伴うくさび効果によってグリースが潤滑面へ効率的に供給できる。グリース保持凹部をこのようなディンプル４とすることで、内輪２の組み込み方向にとらわれずヒートローラ等回転軸に組み付けることができる。また、回転軸の両軸を支持する場合においても、共通の成形体を使用することができる。
【００５０】
各ディンプル穴の直径Ｒは０．３〜２．０ｍｍとする。各ディンプル穴の直径Ｒが０．３ｍｍ未満であると、グリースの保持性が悪く、２．０ｍｍをこえると潤滑に寄与しないグリース量が増える。
【００５１】
各ディンプル穴の進入角αは１０〜４５°とすることが好ましい。１０°未満ではディンプルの形成が容易に行なわれず、４５°を超えると、くさび効果が得られなくなるおそれがある。また、直径２．０ｍｍで進入角４５°に設計する場合は、底部をフラットにすることで凹部深さＤを０．７ｍｍ以内に設定することができる。
【００５２】
他の好ましいグリース保持凹部を図４に示す。図４に示すグリース保持凹部は、内輪２の外周面の全周に設けられたハ字型を示す２列の矩形の複数の溝５であり、ハ字の下側が内輪２の回転方向に向くように形成されている。内輪２の回転時において、内輪２と外輪との間に封入されているグリースは、各溝５内においてハ字の下側から上側に向かって掻き寄せられて移動する。各溝５におけるハ字の上側は、内輪２の幅方向の中央部に位置しているため、上記移動によりグリースは該中央部２ａに移動することになる。なお、内輪２の回転時とは、内輪２が外輪３に対して相対的に回転するときであり、内輪２が固定で外輪３が回転する場合も含む。
【００５３】
図５に示すように、グリース保持溝５は、回転方向側の矩形辺５ａから、その対向辺５ｂに向かって溝が深くなる傾斜溝とすることが好ましい。回転方向側からその反対側に向かって溝を深くする形状とすることで、内輪２の回転時において、該傾斜がない場合よりもグリースを掻き寄せやすくなる。ただし、図４および図５に示すグリース保持凹部が形成された滑り軸受は、ヒートローラ等回転軸の回転方向に対して組み付ける方向が決められるため、回転軸の両軸を支持する場合においては、グリース保持凹部が形成された内輪２は共通の成形体を使用することができない。
【００５４】
以上のようなグリース保持凹部（ディンプル４、溝５）を内輪２の外周面に形成することで、荷重を最も受ける軸受（内輪）幅方向の中央部において、グリースによる膜が容易に継続的に形成され、滑らかで、かつ低摩擦トルクの回転が得られる。なお、図２、図４および図５では、グリース保持凹部を内輪２の外周面に形成する場合を例示したが、該グリース保持凹部は、外輪３の内周面に形成することもできる。
【００５５】
本発明の滑り軸受において、内輪と外輪との間およびグリース保持凹部に封入されるグリースは、通常、軸受に用いられるグリースであれば特に制限なく用いることができる。グリースを構成する基油としては、例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などの鉱油、ポリブテン油、ポリ-α-オレフィン油、アルキルベンゼン油、アルキルナフタレン油、脂環式化合物などの炭化水素系合成油、または、天然油脂やポリオールエステル油、りん酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、フッ素化油などの非炭化水素系合成油などが挙げられる。これらの基油は、単独または２種類以上組み合せて用いてもよい。
【００５６】
また、グリースを構成する増ちょう剤としては、例えば、アルミニウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん、複合リチウム石けん、複合カルシウム石けん、複合アルミニウム石けんなどの金属石けん系増ちょう剤、ジウレア化合物、ポリウレア化合物などのウレア系化合物、ＰＴＦＥ樹脂などのフッ素樹脂粉末が挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独または２種類以上組み合せて用いてもよい。
【００５７】
本発明の滑り軸受は、画像形成装置の高温下で作動する定着ローラなどの支持に使用するため、グリースにも耐熱性が必要となることから、上記の中でも、フッ素化油を基油としフッ素樹脂粉末を増ちょう剤とするフッ素グリース、または、ウレア系化合物を増ちょう剤とするウレアグリースを用いることが好ましい。また、これらを混合したグリースを用いることもできる。なお、上記各グリースには必要に応じて公知の添加剤を含有させることができる。
【実施例】
【００５８】
各実施例および各比較例において合成樹脂および焼結金属は以下に示す材料で構成されたものを用いた。
（１）合成樹脂：ＰＰＳ樹脂５２重量％、ＰＴＦＥ樹脂３３重量％、黒鉛１５重量％
（２）焼結金属：Ｆｅ６０重量％、Ｃｕ３５重量％、Ｓｎ５重量％（空孔率２０％）
（３）フッ素グリース：デュポン社製：クライトックスＧＰＬ２０５
【００５９】
実施例１〜実施例３、比較例１および比較例２
表１に示す合成樹脂、焼結金属、フッ素グリースおよびグリース保持凹部を有する内輪内径φ２５ｍｍ、外輪外径φ３７ｍｍ、幅７ｍｍの滑り軸受試験片を準備した。この試験片を以下に示す摩擦摩耗試験に供し、動摩擦係数を測定した。結果を表１に併記する。
【００６０】
＜摩擦摩耗試験＞
図６に示す軸加熱式ラジアル試験機１０を用いて滑り軸受１１の動摩擦係数を測定した。軸加熱式ラジアル試験機１０は、複写機の定着装置の定着ローラを模した定着ローラ１２について、その内径から棒ヒータ１３で加熱し、熱電対１４で定着ローラ１２表面温度を２００℃にコントロールする。試験は、滑り軸受１１をハウジング１５内に組み付け、滑り軸受１１の内輪内径に定着ローラ１２を挿入し、ハウジング１５の下部より、ボールベアリング１７を介して押し上げ、３００Ｎの荷重１６を負荷した。定着ローラ１２材にアルミニウム（Ａ５０５２）の旋削加工品（表面粗さＲａ０．５〜０．７μｍ）を用い、カップリング１８を介して、定着ローラ１２の回転数を６０ｒｐｍに保ち２００時間運転した。初期と２００時間後の滑り軸受１１の動摩擦係数を、共回りするハウジング１５の回転力をロードセル（図示せず）で測定して算出した。なお、１９は駆動モータである。
【００６１】
【表１】
【００６２】
摩擦摩耗試験の結果、実施例１の滑り軸受は、無潤滑のため動摩擦係数が高いが２００時間試験後でも動摩擦係数の上昇がほとんどなかった。滑り軸受の摺動面には樹脂の転移膜が形成されており、動摩擦係数の安定化の要因になったと考えられる。実施例２および実施例３の滑り軸受は、グリース潤滑のため初期から２００時間試験後でも動摩擦係数が低く安定しており、滑り軸受の摺動面の摩耗もほとんど認められなかった。一方、内輪、外輪を合成樹脂で形成し無潤滑運転した比較例１は、２００時間試験後の動摩擦係数が初期の３倍以上になった。また、摺動面には炭化したと思われる黒い摩耗粉が凝着していた。内輪、外輪を焼結金属で形成しグリース潤滑で運転した比較例２は、２００時間試験後の動摩擦係数が初期の３倍になった。また、摺動面のグリースはほぼ枯渇した状態となっていた。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の滑り軸受は、外輪と内輪とから構成され、外輪または内輪のいずれか一方が合成樹脂製で他方が焼結金属製であり、外輪の内周面と内輪の外周面とが相対的に摺接する構造であるため、放熱性に優れ、転がり軸受と同サイズにできるので互換性があり、製造工程が少なくなることから製造コストおよび製品単価が安価になる。このため、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置における定着装置の加熱ローラや加圧ローラなどのヒートローラを支持する滑り軸受として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 滑り軸受
２ 内輪
２ａ 内輪の幅方向の中央部
３ 外輪
３ａ 外輪下部
３ｂ 外輪上部
３ｃ キー
３ｄ キー溝
３ｅ 内輪組み込み溝
４ ディンプル
５ グリース保持溝
５ａ 回転方向側の矩形辺
５ｂ ５ａの対向辺
１０ 軸加熱式高温ラジアル試験機
１１ 滑り軸受
１２ 定着ローラ
１３ 棒ヒータ
１４ 熱電対
１５ ハウジング
１６ 荷重
１７ ボールベアリング
１８ カップリング
１９ 駆動モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と内輪とから構成され、前記外輪または前記内輪のいずれか一方が合成樹脂製で他方が焼結金属製であり、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面とが相対的に摺接することを特徴とする滑り軸受。
【請求項２】
前記滑り軸受は、ヒートローラを支持する軸受であり、前記ヒートローラは該ヒートローラに内蔵されたヒータ、または、他部材からの伝熱により加熱されるローラであることを特徴とする請求項１記載の滑り軸受。
【請求項３】
前記ヒートローラは、画像形成装置における定着ローラまたは加圧ローラであることを特徴とする請求項２記載の滑り軸受。
【請求項４】
前記内輪の外周面が凸曲面であり、前記外輪の内周面が該凸曲面に対応する凹曲面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記載の滑り軸受。
【請求項５】
前記外輪は、径方向に２分割された形状であり、前記内輪は、２分割された前記外輪の間に挟み込まれ、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面とが相対的に摺接するように組み込まれたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の滑り軸受。
【請求項６】
前記外輪は、その内周面の対向する２箇所に、内輪組み込み溝が形成されており、前記内輪組み込み溝が前記外輪の少なくとも一方の端面に開口して形成されており、前記内輪は、前記内輪組み込み溝を介して前記外輪に組み込まれたものであることを特徴とする請求項４記載の滑り軸受。
【請求項７】
前記内輪は、該内輪の軸心と前記外輪の軸心とをずらした状態で前記内輪組み込み溝を介して前記外輪に挿入された後、前記内輪および前記外輪を相対回転させて前記内輪の軸心と前記外輪の軸心とを合せることで、前記外輪に組み込まれたものであることを特徴とする請求項６記載の滑り軸受。
【請求項８】
前記内輪と前記外輪との間にグリースが封入され、前記内輪の外周面に、前記グリースを保持するグリース保持凹部が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項記載の滑り軸受。
【請求項９】
前記グリース保持凹部の深さは、最深部で０．０３〜０．７ｍｍであることを特徴とする請求項８記載の滑り軸受。
【請求項１０】
前記グリース保持凹部は、前記内輪の外周面の全周に複数設けられた直径０．３〜２．０ｍｍの逆円錐状のディンプルであることを特徴とする請求項８または請求項９記載の滑り軸受。
【請求項１１】
前記ディンプルは開口部の進入角度が１０〜４５度であることを特徴とする請求項１０記載の滑り軸受。
【請求項１２】
前記グリース保持凹部は、前記内輪の外周面の全周に設けられたハ字型を示す２列の矩形の複数の溝であり、前記ハ字の下側が前記内輪の回転方向に向くように形成されていることを特徴とする請求項８または請求項９記載の滑り軸受。
【請求項１３】
前記矩形の複数の溝は、前記回転方向側の矩形辺から、その対向辺に向かって溝が深くなる傾斜溝であることを特徴とする請求項１２記載の滑り軸受。
【請求項１４】
前記合成樹脂は、固体潤滑剤を含有した樹脂組成物であることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか一項記載の滑り軸受。
【請求項１５】
前記樹脂組成物のベース樹脂はポリフェニレンサルファイド樹脂であることを特徴とする請求項１４記載の滑り軸受。
【請求項１６】
前記焼結金属は、銅および鉄から選ばれた少なくとも一つを主成分とすることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか一項記載の滑り軸受。
【請求項１７】
前記グリースは、フッ素グリースおよびウレアグリースから選ばれた少なくとも一つであることを特徴とする請求項８ないし請求項１６のいずれか一項記載の滑り軸受。
【請求項１８】
前記内輪が焼結金属製であり、前記外輪が合成樹脂製であることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか一項記載の滑り軸受。
【請求項１９】
前記内輪が合成樹脂製であり、前記外輪が焼結金属製であることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか一項記載の滑り軸受。
【請求項１】
外輪と内輪とから構成され、前記外輪または前記内輪のいずれか一方が合成樹脂製で他方が焼結金属製であり、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面とが相対的に摺接することを特徴とする滑り軸受。
【請求項２】
前記滑り軸受は、ヒートローラを支持する軸受であり、前記ヒートローラは該ヒートローラに内蔵されたヒータ、または、他部材からの伝熱により加熱されるローラであることを特徴とする請求項１記載の滑り軸受。
【請求項３】
前記ヒートローラは、画像形成装置における定着ローラまたは加圧ローラであることを特徴とする請求項２記載の滑り軸受。
【請求項４】
前記内輪の外周面が凸曲面であり、前記外輪の内周面が該凸曲面に対応する凹曲面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記載の滑り軸受。
【請求項５】
前記外輪は、径方向に２分割された形状であり、前記内輪は、２分割された前記外輪の間に挟み込まれ、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面とが相対的に摺接するように組み込まれたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の滑り軸受。
【請求項６】
前記外輪は、その内周面の対向する２箇所に、内輪組み込み溝が形成されており、前記内輪組み込み溝が前記外輪の少なくとも一方の端面に開口して形成されており、前記内輪は、前記内輪組み込み溝を介して前記外輪に組み込まれたものであることを特徴とする請求項４記載の滑り軸受。
【請求項７】
前記内輪は、該内輪の軸心と前記外輪の軸心とをずらした状態で前記内輪組み込み溝を介して前記外輪に挿入された後、前記内輪および前記外輪を相対回転させて前記内輪の軸心と前記外輪の軸心とを合せることで、前記外輪に組み込まれたものであることを特徴とする請求項６記載の滑り軸受。
【請求項８】
前記内輪と前記外輪との間にグリースが封入され、前記内輪の外周面に、前記グリースを保持するグリース保持凹部が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項記載の滑り軸受。
【請求項９】
前記グリース保持凹部の深さは、最深部で０．０３〜０．７ｍｍであることを特徴とする請求項８記載の滑り軸受。
【請求項１０】
前記グリース保持凹部は、前記内輪の外周面の全周に複数設けられた直径０．３〜２．０ｍｍの逆円錐状のディンプルであることを特徴とする請求項８または請求項９記載の滑り軸受。
【請求項１１】
前記ディンプルは開口部の進入角度が１０〜４５度であることを特徴とする請求項１０記載の滑り軸受。
【請求項１２】
前記グリース保持凹部は、前記内輪の外周面の全周に設けられたハ字型を示す２列の矩形の複数の溝であり、前記ハ字の下側が前記内輪の回転方向に向くように形成されていることを特徴とする請求項８または請求項９記載の滑り軸受。
【請求項１３】
前記矩形の複数の溝は、前記回転方向側の矩形辺から、その対向辺に向かって溝が深くなる傾斜溝であることを特徴とする請求項１２記載の滑り軸受。
【請求項１４】
前記合成樹脂は、固体潤滑剤を含有した樹脂組成物であることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか一項記載の滑り軸受。
【請求項１５】
前記樹脂組成物のベース樹脂はポリフェニレンサルファイド樹脂であることを特徴とする請求項１４記載の滑り軸受。
【請求項１６】
前記焼結金属は、銅および鉄から選ばれた少なくとも一つを主成分とすることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか一項記載の滑り軸受。
【請求項１７】
前記グリースは、フッ素グリースおよびウレアグリースから選ばれた少なくとも一つであることを特徴とする請求項８ないし請求項１６のいずれか一項記載の滑り軸受。
【請求項１８】
前記内輪が焼結金属製であり、前記外輪が合成樹脂製であることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか一項記載の滑り軸受。
【請求項１９】
前記内輪が合成樹脂製であり、前記外輪が焼結金属製であることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか一項記載の滑り軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−７４９７５（Ｐ２０１１−７４９７５Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２５４４３（Ｐ２００９−２２５４４３）
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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