特許 7509064 樹脂製の滑り軸受け及び画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】樹脂製の滑り軸受け及び画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   F16C 17/02 20060101AFI20240625BHJP

   F16C 33/20 20060101ALI20240625BHJP

   G03G 21/16 20060101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

F16C17/02 Z

F16C33/20 A

G03G21/16 147

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021045104

(22)【出願日】2021-03-18

(65)【公開番号】P2022144202

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2023-06-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000001270

【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001254

【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】江原 宜伸

(72)【発明者】

【氏名】森 基

【審査官】鈴木 貴晴

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０３５８３７７８（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０００－２４０６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０９９００４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－２２７２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２４３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国実用新案第２０２０１７１００８２３（ＤＥ，Ｕ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／８２１４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平３－３３５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－３１８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－７１４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９４８３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ １７／０２，３３／２０，

３２／００－３２／０６

Ｆ１６Ｃ ９／００－ ９／０６

Ｇ０３Ｇ １３／００，１５／００，

２１／１６－２１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸を滑り軸受けする軸受け面を有し、
前記軸受け面から当該軸受け面以外の他の面まで連通する空洞を有する樹脂製の滑り軸受けであって、
前記空洞には、前記軸受け面を含む部分の樹脂成型時のヒケを抑止するための内部空間部と、前記内部空間部と前記軸受け面とを連通させる気道と、が含まれ、
前記内部空間部は、底部軸方向端面のみに開口した溝である樹脂製の滑り軸受け。

【請求項2】

前記軸受け面の周方向に一周繋がっている請求項１に記載の樹脂製の滑り軸受け。

【請求項3】

前記他の面は、前記軸受け面に隣接する軸方向端面である請求項１又は請求項２に記載の樹脂製の滑り軸受け。

【請求項4】

前記軸受け面側開口部は、前記軸方向端面まで切り開かれている請求項３に記載の樹脂製の滑り軸受け。

【請求項5】

前記空洞は複数あり、前記軸受け面において周方向に分散配置されている請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の樹脂製の滑り軸受け。

【請求項6】

前記空洞の周方向に分散配置された数は、３以上である請求項５に記載の樹脂製の滑り軸受け。

【請求項7】

前記軸受け面は、樹脂材料のみで構成されている請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の樹脂製の滑り軸受け。

【請求項8】

前記樹脂材料は、オレフィン系樹脂、又はポリアセタールやポリフェニレンスルファイド、ポリアミドである請求項７に記載の樹脂製の滑り軸受け。

【請求項9】

前記軸受け面が周方向について、前記軸受け面側開口部により欠落する割合は、３０％以下である請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載の樹脂製の滑り軸受け。

【請求項10】

前記軸受け面側開口部のエッジを構成する、空洞内側面と前記軸受け面とのなす角は、直角又は鈍角である請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載の樹脂製の滑り軸受け。

【請求項11】

前記空洞の軸受け面に対する深さが２０μｍ以上である請求項１から請求項１０のうちいずれか一に記載の樹脂製の滑り軸受け。

【請求項12】

静電潜像をトナーにより現像する電子写真式の画像形成部と、
請求項１から請求項１１のうちいずれか一に記載の樹脂製の滑り軸受けと、を備え、
前記滑り軸受けがトナー配置空間と外部と貫く軸を保持するように当該トナー配置空間と外部との境界に設置され、かつ、前記滑り軸受けの軸方向端面のうち前記空洞と樹脂部を介して隔絶された軸方向端面が、トナー配置空間側に設置され、
前記軸受け面側開口において前記軸に接した前記空洞の内空間が、当該空洞の他の面側の開口を介して、当該空洞の外部空間に空気流通可能に連通した状態とされた画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、樹脂製の滑り軸受け及び画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、軸を回転可能に保持する軸受けとしては、ボールやローラーを用いた転がり軸受けなどが一般的に利用されているであるが、機構部への粉体侵入の恐れがある場所での使用や、コスト面、サイズなどからより簡易な形状を持つ滑り軸受けがしばしば用いられる。
また、素材としては金属製の物も多く使われてはいるが、周辺部材との組付け機能や、シール機能など別の機能を軸受けに持たせるためなどには、形状自由度の高い樹脂製の滑り軸受けがよく使われている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１９１４５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、従来の樹脂製の滑り軸受では、適用する条件によっては摩擦熱により樹脂が変形し回転性能が低下するおそれがある。

【0005】

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、樹脂製の滑り軸受けの冷却性能を向上し、ひいては回転性能を良好に維持することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以上の課題を解決するための本発明の一形態は、軸を滑り軸受けする軸受け面を有し、前記軸受け面から当該軸受け面以外の他の面まで連通する空洞を有する樹脂製の滑り軸受けであって、
前記空洞には、前記軸受け面を含む部分の樹脂成型時のヒケを抑止するための内部空間部と、前記内部空間部と前記軸受け面とを連通させる気道と、が含まれ、
前記内部空間部は、底部軸方向端面のみに開口した溝である樹脂製の滑り軸受け。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、軸受け面に連通する空洞により空気交換され冷却効果を得ることができ、当該冷却効果により軸受け面及びその近傍における樹脂の変質、変形を抑えることにより回転性能を良好に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係る樹脂製の滑り軸受けの上面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る樹脂製の滑り軸受けの底面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る樹脂製の滑り軸受けの中心軸を含む断面図（図１，２内Ａ－Ａに相当）である。

【図4】図３の滑り軸受けにシール部材を組み合わせた断面図である。

【図5】本発明の一実施形態に係り、樹脂製の滑り軸受け及び軸、ホルダーを示した中心軸を含む断面図である。但し、左半身は気道（空洞）が孔状である場合を、右半身は気道（空洞）が溝状である場合を示す。

【図6】本発明の一実施形態に係り、樹脂製の滑り軸受け及び軸を示した底面図である。但し、左半身は気道（空洞）が孔状である場合を、右半身は気道（空洞）が溝状である場合を示す。

【図7】本発明の滑り軸受けの空気交換による摺動熱の放熱を説明するための模式図である。

【図8】本発明の他の一実施形態に係る樹脂製の滑り軸受けの切断斜視図である。

【図9】実験例２を説明するための滑り軸受け及び軸の中心軸を含む断面図である。

【図10】気道（空洞）を軸受け面側開口部で絞った絞りタイプとした滑り軸受けの底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

【0010】

一つの実施形態の樹脂製の滑り軸受け１Ａの上面図を図１に底面図を図２に示す。また、樹脂製の滑り軸受け１Ａの中心軸Ｏを含む断面図を図３に示す。なお、フランジ４を有る側を下（底）、反対側を上として説明するが、滑り軸受けが使用される際の設置方向を示すものではない。

【0011】

図１から図３に示すように滑り軸受け１Ａは、軸を滑り軸受けする軸受け面２を最内径部内周面に有する。ここに保持対象の軸が挿入され、滑り軸受け１Ａにより軸受けされる。

【0012】

また滑り軸受け１Ａは、軸受け面２から当該軸受け面２以外の他の面まで連通する空洞３Ａを有する。滑り軸受け１Ａは、軸受け面２以外の他の面として、下段軸方向端面４１、上部内周面４２、最上端軸方向端面４３、外テーパー面４４、外周面４５、フランジ上面４６、フランジ外周面４７、底部軸方向端面４８等を有する。
上部内周面４２は、軸受け面２と同軸で軸受け面２より大径である。上部内周面４２の内側空間５は、図４に示すようにシール部材６を設置する空間として構成されている。但し、シール部材６と組み合わせるか否かは任意である。シール部材６と組み合わせるか否かに拘わらず、内側空間５（上部内周面４２）を設けなくてもよい（例えば図５の構造）。

【0013】

本実施形態では、空洞３Ａは軸受け面２から底部軸方向端面４８まで連通する。空洞３Ａは、空洞３Ａの軸受け面２に接続する軸受け面側開口部３１から、底面側開口部３２まで連続する。
空洞３Ａには、軸受け面２を含む部分の樹脂成型時のヒケを抑止するための内部空間部（以下「肉盗み部」）３３が含まれている。軸受け面２を含む部分の樹脂成型時とは、図１～図３に示す滑り軸受け１Ａの樹脂成型時を指す。図４のシール部材６のように別途成型される部材が複合する場合は、これに含まれない部分が生じる。
空洞３Ａには、肉盗み部３３と軸受け面２とを連通させる気道３４が含まれる。気道３４は、底部軸方向端面４８まで切り開かれている。すなわち、軸受け面側開口部３１は、底部軸方向端面４８まで切り開かれている。
肉盗み部３３は、底部軸方向端面４８に開口する。

【0014】

例えば以上のような構造により、軸受け面２の軸方向及び周方向について、空洞３Ａの軸受け面側開口部３１と軸受け面２の一部２１，２２とが隣接している。
また滑り軸受け１Ａは、軸受け面２の周方向に一周繋がっている。これにより、滑り軸受け１Ａの剛性を高く保つことができ、軸受け面２が容易に変形せず、軸保持精度が良好である。

【0015】

また、空洞３Ａは複数あり、軸受け面２において周方向に分散配置されている。これにより、冷却性能が均質に行き渡るとともに、軸保持性に偏りが無い。したがって、複数の空洞３Ａを中心軸Ｏ周りに均等に分散配置することがよい。

【0016】

上記滑り軸受け１Ａのように空洞３Ａが連通する他の面は、軸受け面２に隣接する軸方向端面４１，４８とする。外周面４５は、ベアリングホルダー１０（図５）により閉塞されることがしばしばであるからである。
また上記滑り軸受け１Ａのように、空洞３Ａが連通する他の面は、軸受け面２に隣接する２つの軸方向端面４１，４８のうち一方（底部軸方向端面４８）とする。これにより、空洞が軸方向に貫通せず、滑り軸受け１Ａにシール性を持たせることができる。

【0017】

上記気道３４に代え、図５の断面図及び図６の底面図の左半身（滑り軸受け１Ｂ）に示すように孔状の気道３５を有した空洞３Ｂを適用することも可能である。ただし、空洞３Ａの方が成型しやすい。空洞３Ａの全体を成型する型は一体であっても型抜きすることができるが、空洞３Ｂの全体を成型する型は分割しないと型抜きすることができないからである。

【0018】

軸受け面２は、樹脂材料のみで構成されている。図５に示すように滑り軸受け１Ａに軸９が挿入され、軸９が回転すると、軸９の外周面と軸受け面２とが滑って滑り軸受け１Ａが軸９を回転可能に保持することとなる。このとき、軸９の外周面と軸受け面２とに摺動熱が生じる。
しかし、空洞３Ａ（３Ｂ）が軸受け面２から底部軸方向端面４８まで連通するので、底面側開口部３２を開放しておくことによって（蓋をしないことによって）、軸受け面２付近の空気が交換され、空気を媒体とした摺動熱の放熱が促進される。図７の模式図に示すように軸９へのラジアル荷重が偏って摺動による発熱部位９ａが局所に集中することがあるが、樹脂製の滑り軸受け１に空気交換用の空洞３を設けたことにより、空洞３を通して滑り軸受け１の内部の空気が交換され、空気を媒体とした摺動熱の放熱が促進される。
したがって、樹脂製の滑り軸受１の冷却性能が向上し、熱による変形等の不具合が抑えられるので、回転性能を良好に維持することができる。
以上のように軸受け面２は、樹脂材料のみで構成されているが、回転性能を良好に維持することができる。
空洞３の一部を肉盗み部３３とすることにより、滑り軸受け１はコンパクトながら、樹脂成型時のヒケ抑止機能と、使用時の空冷機能を有することができる。
なお、図８に示すように上記の肉盗み部３３に相当する部分が無い樹脂製の滑り軸受け１Ｃを実施することもできる。このような樹脂製の滑り軸受け１Ｃでも同様に冷却性能を得ることができる。
滑り軸受け１を構成する樹脂材料としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などのオレフィン系樹脂のほか、ポリアセタール（ＰＯＭ）やポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）等を適用することができる。

【0019】

画像形成装置への適用例としては以下の通りである。
画像形成装置としては、静電潜像をトナーにより現像する電子写真式の画像形成部を有するものを適用する。そして、トナーの漏出を防止すべき部位に、以上説明したいずれかの滑り軸受け１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）を適用する。
図５に示すように滑り軸受け１がトナー配置空間ＴＩと外部ＴＯと貫く軸９を保持するように当該トナー配置空間ＴＩと外部ＴＯとの境界に設置され、かつ、滑り軸受け１（１Ａ，１Ｂ）の軸方向端面４１，４８のうち空洞３（３Ａ，３Ｂ）と樹脂部１ｍを介して隔絶された軸方向端面４１が、トナー配置空間ＴＩ側に設置される。これにより、空洞３（３Ａ，３Ｂ）がトナーにより埋まってしまい、空気交換不能に陥ってしまうことが避けられる。トナー配置空間ＴＩは、トナーの搬送や攪拌を行う装置内の空間であり、例えば現像装置やトナー供給装置、トナー排出装置の内部空間に相当する。軸９はトナーの搬送や攪拌を行うためのスクリュー等の軸である。外部ＴＯに設置されたモーターの動力が軸９に伝達される。
また、上述したように底面側開口部３２を蓋などせず開放しておく。すなわち、軸受け面側開口部３１において軸９に接した空洞３の内空間が、当該空洞３の他の面側の開口部３２を介して、当該空洞３の外部空間ＴＯに空気流通可能に連通した状態とされる。これにより、上述した空洞３を介した空気交換による冷却効果が得られる。
なお、トナーのシール性を高めるため、図４に示すようにシール部材６が付けられたものを適用するとよい。
また、トナーが滑り軸受け１に付着することによる回転性能の不具合等を避けるために、滑り軸受け１を構成する樹脂材料としては、トナー付着性の小さい材料が好ましい。例えば、オレフィン系樹脂（ＰＰ，ＰＥ）を適用することが好ましい。

【0020】

〈実験例１〉
ここで、冷却効果を確認するための実験例１を開示する。
表Ｉに示すように実験例１では、ポリプロピレン（ＰＰ）又はポリアセタール（ＰＯＭ）により７種のφ６ｍｍ用滑り軸受けを製作した。ＰＰ及びＰＯＭともに、上述の気道（３４，３５）を設けない比較例（気道数０）も含み７種の滑り軸受けを製作した。本発明例としては、ＰＰでは気道のタイプが孔状である滑り軸受け１Ｂにつき気道数１，３，８の３種と、気道のタイプが溝状である滑り軸受け１Ａにつき気道数８の１種を、ＰＯＭでは気道のタイプが溝状である滑り軸受け１Ａにつき気道数８の１種を製作した。なお、気道数＝空洞数である。気道数が複数の場合、空気交換用の空洞（３Ａ，３Ｂ）を周方向に均等分散配置した。
さらに、図８に示すように気道のタイプが溝状であり上記の肉盗み部３３に相当する部分が無い樹脂製の滑り軸受け１Ｃにつき、気道数８は共通で、軸受け面２に対する深さＤＰが２０μｍ、１０μｍの２種を製作した。図８に示すように軸受け面２に対する深さＤＰは、軸受け面側開口部３１から底３６までの半径方向の寸法となる。

【0021】

φ６ｍｍのポリカーボネート（ＰＣ）製の軸（９）を各滑り軸受けに挿入し、ラジアル荷重３Ｎを負荷した状態で、５００ｒｐｍの回転を加えた際の軸受け変形量を評価した結果を表Ｉ中に示す。

【0022】

【表1】

【0023】

軸受けの変形は、摺動熱と荷重により生じるもので、摺動熱が大きいほど変形量が増えていき、摺動熱が一定量を超えると表面が溶融するようになる。直接温度を測定することが難しいことから、実験例１では変形量を摺動熱の指標として比較した。
なお、樹脂としては汎用樹脂の中では摩耗性の強いといわれているＰＰ／ＰＯＭを選定、評価した。
表Ｉに示すように比較例の変形量に対して、本発明例では変形量を小さく抑えることができた。本実験により、ＰＰ／ＰＯＭともに空気交換用の空洞（３Ａ，３Ｂ）を設けたことよる冷却効果があることが分かった。
また、空気交換用の空洞（３Ａ，３Ｂ）の数は、数を増やすことで冷却効果が上昇し、３以上で冷却効果が十分発揮されることが分かった。
気道のタイプについては、孔状（気道３５）及び溝状（気道３４）の違いに影響せず冷却効果があることが分かった。したがって、成型しやすい溝状の気道３４を有する滑り軸受け１Ａを選択しても、冷却効果にそん色ないことが分かった。
深さＤＰについては、空洞３の軸受け面２に対する深さＤＰが２０μｍ以上であることで、冷却効果が十分発揮されることが分かった。深さＤＰを２０μｍ程度とする場合、空洞３を溝状とし、肉盗み部３３を無しとするか、肉盗み部３３があってもこれと繋げずに肉盗み部３３から独立した構成として実施することがよい。なお、深さＤＰが２０μｍ程度の空洞３を有する構成は、図８に示したものより大分浅くなる。

【0024】

〈実験例２〉
ここで、回転性能を確認するための実験例２を開示する。
実験例２では、上記実験例１でも製作した溝状の気道３４を有する滑り軸受け１Ａを、開口長Ｌａ（図９参照）、開口幅Ｗａ（図６、図１０参照）、開口部エッジ形状を変えて７種を製作した。開口部エッジ形状としては、図６に示すように気道３４を等断面でストレート形状としたストレートタイプと、図１０に示すように軸受け面側開口部３１で絞った絞りタイプとした。ストレートタイプは、軸受け面側開口部３１のエッジを構成する、空洞３内側面と軸受け面２とのなす角は、直角であり、絞りタイプは鋭角である。
共通条件として気道数を８、材質をポリプロピレン（ＰＰ）、φ６ｍｍ用とし、滑り軸受け１Ａの軸受け長さＬを３ｍｍとした。
上記実験例１と同様に、気道数＝空洞数である。８つの空気交換用の空洞３Ａを図２，６，１０に示すように周方向に均等分散配置した。

【0025】

φ６ｍｍのポリカーボネート（ＰＣ）製の軸（９）を各滑り軸受けに挿入し、ラジアル荷重３Ｎを負荷した状態で、５００ｒｐｍの回転を加えた際の軸受け変形量を上記実験例１と同様に評価するとともに、軸ブレを検出した結果を表ＩＩ中に示す。

【0026】

【表2】

【0027】

軸受け面２への開口長さＬａ、開口幅Ｗａ、開口面積については、これらが大きくなることによって軸保持性の低下が予測される。
開口幅Ｗａは、軸受け面２の全周の約４０％で、軸ブレが若干際立つことが分かった。そのため、軸受け面２が周方向について、軸受け面側開口部３１により欠落する割合は、３０％以下である滑り軸受け１を実施することが好ましい。すなわち、軸受け面２への開口幅Ｗａを軸受け面２の全周の３０％以下にする設定することで、軸ブレを抑えつつ軸を摺動させて軸受けすることができる。

【0028】

また、空洞３による冷却効果は開口長や、開口面積(開口長×開口幅)に影響を受けないことがわかった。
一方で、軸受け面２への開口部のエッジを鋭角にした場合、軸受け面２の溶融が発生することが分かった。これは、軸受け面２への開口部の鋭角なエッジにより局所的に高い面圧が生じることで発生したと考えられる。よって、軸受け面側開口部３１のエッジを構成する、空洞３内側面と軸受け面２とのなす角は、直角又は鈍角であることが好ましい。

【0029】

以上説明したように本実施形態の樹脂製の滑り軸受けによれば、軸受け面２に連通する空洞３（３Ａ，３Ｂ）により空気交換され冷却効果を得ることができ、当該冷却効果により軸受け面２及びその近傍における樹脂の変質、変形を抑えることにより回転性能を良好に維持することができる。
また、コンパクトでシール性を有した滑り軸受けを安価に製造することができる。

【0030】

以上の実施形態は、発明を説明するための一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に要素の変更、追加、削除を行ってもよい。
上記実施形態では、シール性を考慮したが、シール性が要求されない場合は、空洞３を滑り軸受け１の軸方向に貫通させたり、軸方向の両端部に独立した空洞３を設けたりなど、適宜に変更して実施してもよい。
また、以上の実施形態にあっては、連続した一つの空洞３（３Ａ，３Ｂ）に対して軸受け面側開口部３１及び他の面の開口部（３２）が１つずつであるが、連続した一つの空洞３に対して軸受け面側開口部３１及び／又は他の面の開口部（３２）を複数にしてもよい。
また、以上の実施形態にあっては、軸受け面２の軸方向及び周方向について、空洞３Ａの軸受け面側開口部３１と軸受け面２の一部２１，２２とが隣接している構造とした。しかし、そのような隣接する一部２１，２２を設けなくてもよい。例えば、軸受け面側開口部３１が軸方向に端から端まで連続するもの、軸受け面側開口部３１が周方向の一周しているものなどを実施してもよい。
また、以上の記載は、使用時の滑り軸受けの冷却、放熱を促進するための他の手段を併用することを妨げるものではない。

【符号の説明】

【0031】

１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ） 滑り軸受
２ 軸受け面
３（３Ａ，３Ｂ） 空洞
４ フランジ
６ シール部材
９ 軸
３１ 軸受け面側開口部
３２ 底面側開口部
３３ 肉盗み部（ヒケを抑止するための内部空間部）
３４ 気道
３５ 気道
４１，４８ 軸方向端面
Ｌａ 開口長
Ｏ 中心軸
ＴＩ トナー配置空間
ＴＯ 外部
Ｗａ 開口幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】