DU ブッシングと DX ブッシング: 構造、性能、用途、および選択ガイド

DU および DX ブッシングとは何ですか?またそれらはどのように異なりますか?

DU ブッシングと DX ブッシングは、工業工学および機械工学において最も広く指定されている自己潤滑すべり軸受タイプの 2 つです。どちらも、主に Glacier Vandervell (現在は GGB Bearing Technology の一部) の研究を通じて開発および標準化された、より広範な複合すべり軸受ファミリーに属しており、構造強度を提供するスチール製の裏打ち、リザーバーおよび結合マトリックスとして機能する多孔質青銅の中間層、および実際の軸受表面を提供するポリマー滑り層という同じ基本的な構造哲学を共有しています。このような構造的類似性にもかかわらず、DU と DX のブッシュは明らかに異なる動作条件に合わせて設計されており、特定の用途に対して間違ったタイプを選択すると、早期の摩耗、摩擦の増加、またはベアリングの故障が発生する可能性があります。

DU ブッシングは、PTFE (ポリテトラフルオロエチレン) と、焼結青銅中間層の上に塗布された鉛摺動層を使用します。 PTFE は非常に低い乾燥摩擦 (負荷と速度に応じて通常 0.03 ～ 0.20 の間の動摩擦係数) を提供し、乾燥状態またはわずかに潤滑された状態では外部潤滑なしでも良好に機能します。対照的に、DX ブッシングは PTFE ではなくアセタール (ポリオキシメチレン、POM) 樹脂の摺動層を使用しているため、より高い圧縮強度、荷重下での寸法安定性が向上し、湿潤または軽度の潤滑条件で優れた性能が得られます。各タイプがいつ適用されるか、および各仕様の背後にあるエンジニアリング データが実際に何を意味するかを理解することが、すべり軸受を正しく選択する基礎となります。

DU の構造と材料層 DXブシュ

DU および DX ブッシングに共通の 3 層構造により、並外れた性能密度が実現され、継続的な外部潤滑を必要とせずにコンパクトな寸法で高荷重を運ぶことができます。各層はベアリング全体の性能において特定の非冗長な役割を果たしており、層間の界面の品質は層自体の特性と同じくらい重要です。

スチールバッキング層

DU および DX ブッシュの最外層は低炭素鋼ストリップで、通常、ブッシュの穴の直径と定格荷重に応じて厚さは 0.7 mm ～ 1.5 mm です。このスチール製の裏当ては 2 つの機能を果たします。1 つはブッシュをハウジングの穴に締りばめで圧入するために必要な構造的剛性を提供すること、もう 1 つはベアリングの荷重をハウジングの接触領域全体に分散させ、柔らかいハウジング材料を損傷する可能性がある応力集中を防ぐことです。鋼鉄は、その上に適用される青銅中間層との強力な冶金学的および機械的結合を確保するために、通常は銅メッキまたは独自の表面処理が施されて表面処理されています。腐食環境では、DU および DX ブッシュ タイプの両方でステンレス鋼のバッキング バリエーションを利用できますが、標準の炭素鋼バージョンよりも大幅にコストが高くなります。

焼結多孔質青銅中間膜

両方のタイプのブッシングの中間層は、一般に厚さ 0.2 mm ～ 0.35 mm の焼結青銅粉末マトリックスで、粉末焼結によってスチール製の裏当てに適用されます。ブロンズ粉末は慎重にサイジングされ、制御された温度で焼結され、約 30 ～ 40 体積％の空隙率を持つ多孔質構造が生成されます。 DU ブッシングでは、これらの細孔に PTFE と鉛の混合物が含浸されます。この混合物は青銅のマトリックスを満たし、青銅の表面よりわずかに上に伸びて滑り層を形成します。 DX ブッシングでは、細孔が上部に塗布されたアセタール樹脂層の機械的な固定点として機能します。また、焼結青銅層はブッシング アセンブリに重要な熱伝導率をもたらし、滑り面で発生した摩擦熱を軸受界面から離れ、スチール製の裏当てや周囲のハウジングに伝導するのに役立ちます。これは、連続運転中にポリマー層の温度を安全な限度内に維持するために重要です。

滑り表面層: PTFE vs. アセタール

これは、DU と DX ブッシングを最も根本的に区別する層です。 DU ブッシングの滑り面は PTFE と鉛の均質な混合物 (通常、重量で PTFE 75 ～ 80%、鉛 20 ～ 25%) であり、青銅母材の表面から約 0.01 mm ～ 0.03 mm の厚さで塗布されます。 PTFE が低摩擦を実現する一方、リードは二次潤滑剤として機能し、初期のならし運転中に薄い PTFE 転写膜を相手側シャフト表面に転写するのに役立ちます。その後、シャフト自体に薄い潤滑膜が形成され、摩擦がさらに低減されます。さまざまなメーカーの最新の DU 相当ブッシングは、同等のトライボロジー性能を維持しながら、鉛をカーボンファイバー、グラファイト、二硫化モリブデンなどの代替フィラーに置き換えて、RoHS および REACH 環境規制に準拠しています。 DX ブッシュの滑り面は、機械加工または成型されたアセタール (POM) 樹脂層で、通常は厚さ 0.3 mm ～ 0.5 mm で、PTFE よりも高い圧縮強度を備え、潤滑剤または動作環境中の研磨粒子に対する優れた耐性を備えた、より硬くて硬い軸受表面を提供します。

主要なパフォーマンスパラメータ: 負荷、速度、PV 制限

すべり軸受を選択する場合の最も重要な設計パラメータは、動作荷重 (軸受圧力 P 単位 MPa または N/mm² として表されます)、滑り速度 (V 単位 m/s)、および合成 PV 値 (圧力と速度の積、単位 MPa・m/s または N/mm²・m/s) です。 PV 制限は、滑り界面での摩擦熱の発生速度を決定するため、最も重要なパラメーターです。PV 制限を超えると、ポリマー滑り層が過熱し、軟化し、急速に破損します。 DU および DX ブッシングには、それぞれの滑り層の異なる熱的および機械的特性を反映して、異なる PV 制限があります。

DU ブッシングの性能評価

DU ブッシングの最大軸受圧力は、特定のグレードと動作温度に応じて、静的条件下で約 140 MPa、動的な滑り条件下で 60 ～ 100 MPa と評価されています。 DU ブッシュの最大連続滑り速度は、通常、全負荷時で 2.0 m/s ですが、負荷が軽減されると、より高い速度が許容されます。標準 DU ブッシングの合計 PV 制限は、乾燥した無潤滑使用で約 0.10 MPa・m/s です。この数値は控えめに見えるかもしれませんが、ピボット ベアリング、リンケージ ジョイント、制御機構などの非常に広範囲の低速、高負荷の用途には十分です。残留グリース、作動油の飛沫、または水など、最小限の潤滑が存在する場合でも、DU ブッシングの PV 限界は大幅に増加し、一部のグレードでは潤滑状態での使用で 0.50 MPa・m/s 以上と評価されます。標準 DU ブッシングの動作温度範囲は -200°C ～ 280°C で、PTFE の優れた熱安定性を反映していますが、ポリマーが軟化するにつれて負荷容量は 100°C を超えると徐々に低下します。

DXブッシュの性能評価

DX ブッシングは、PTFE と比較してアセタール樹脂滑り層の圧縮強度と硬度が高いため、DU よりも高い最大動軸受圧力 (動的条件下で通常 100 ～ 140 MPa) を提供します。最大連続滑り速度はDUと同等の約2.0m/sです。乾燥状態での DX ブッシングの合計 PV 制限は約 0.05 MPa・m/s で、完全に乾燥した状態での DU よりわずかに低くなりますが、潤滑状態での使用（DX ブッシングが動作するように特に最適化されている場合）では、PV 制限は 0.15 ～ 0.20 MPa・m/s まで上昇します。 DX ブッシングは、PTFE と比較してアセタールの熱安定性が低いことを反映して、DU よりも狭い動作温度範囲 (通常は -40 °C ～ 130 °C) に対して定格されています。 100°C を超えると、アセタールはかなり軟化し始め、DX ブッシングの負荷容量が減少するため、DU または代替軸受材料を使用する必要がある高温用途には不向きになります。

パフォーマンスを並べて比較

DU ブッシングの代表的な用途

DU ブッシングは、アプリケーションでメンテナンスフリーまたはメンテナンス頻度の低い操作が必要な場合、外部潤滑が非実用的または望ましくない場合、および動作温度がアセタールの許容範囲を超える場合に推奨されます。 PTFE 滑り層の自己潤滑特性（初期動作中に相手シャフトに薄くて粘りのあるフィルムを転写し、補充なしで低摩擦を無期限に維持する）により、DU ブッシュは幅広い業界や動作タイプにわたって主要な選択肢となっています。

• 自動車のシャーシとサスペンション: スタビライザー バー リンク、コントロール アーム ピボット ブッシュ、ステアリング ラック サポート ブッシュ、およびペダル クラスター ピボットは、最も体積を必要とする DU ブッシュの用途の 1 つです。これらの場所では、車両の整備間隔に合わせたメンテナンスフリーの耐用年数が必須であり、時折の高負荷、振動運動、道路の飛沫や塩分にさらされるなどの運転条件は、まさに DU ブッシュが優れた性能を発揮する条件です。
• 農業機械および建設機械: ローダー アーム ピボット、バケット ヒンジ ピン、作業機リンケージ、および耕耘装置のジョイントは、継続的なグリス補給が現実的ではない重度に汚染された環境で動作します。これらの用途の DU ブッシングは通常、研磨粒子によるシャフトの摩耗を最小限に抑えるために、追加の硬化シャフト表面 (HRC 55 ～ 65) を備えた仕様になっています。
• 食品および飲料処理装置: PTFE は FDA に準拠しており、DU ブッシングは食品を汚染する可能性のある外部潤滑を必要としないため、潤滑剤の立ち入り禁止ゾーンが義務付けられているコンベア システム、充填機機構、および包装ラインのコンポーネントで広く使用されています。
• 航空宇宙および防衛用アクチュエーター: 操縦面ヒンジ、着陸装置アクチュエーター ピボット、兵器システム リンケージには、低摩擦、高耐荷重、極度の温度耐性を兼ね備え、使用中の潤滑メンテナンス要件がまったく不要な DU ブッシュが使用されています。
• 医療および実験装置: 関節式手術台コンポーネント、患者取り扱い装置、および分析機器機構では、DU ブッシングの清浄度、一貫した低摩擦動作、および蒸気オートクレーブ環境を含む滅菌剤に対する耐薬品性が指定されています。

DXブシュの代表的な用途

DX ブッシングは、連続または断続的な潤滑 (専用グリースやオイルの潤滑、作動油の飛沫、水の浸入、プロセス流体との接触など) と、PTFE ベースのベアリングが快適に耐えられるよりも高い圧縮荷重を組み合わせる用途に最適です。 DX ブッシングのアセタール滑り層は、持続的な圧縮荷重下で PTFE よりも硬く、寸法安定性が高くなります。これは、DX ブッシングが重荷重下でボア寸法をより正確に維持することを意味します。これは、正確なシャフト アライメントと制御されたクリアランスの用途にとって重要です。

• 油圧シリンダーとアクチュエーター: エンド キャップのピン ジョイント、ピストン ロッド アイ、および油圧シリンダのクレビス接続は、古典的な DX ブッシュの用途です。これらのジョイントは、必然的にシールを通過して移動する作動油によって潤滑され、負荷は高く、多くの場合衝撃負荷がかかります。また、振動運動は、DX の高い圧縮強度により DU よりも長い摩耗寿命が得られる速度範囲内にあります。
• 射出成形機のトグル機構: 射出成形機のトグル リンケージは、部分的に潤滑された環境、つまり作動油の飛沫は存在しますが、連続的なフィルム潤滑ではない環境で、非常に高い周期負荷の下で動作します。 DX ブッシングは高いピン負荷に対応し、潤滑剤の恩恵を受けて PV 値を制限内に維持します。
• 海洋および海洋機器: ウインチのドラムブッシュ、デッキクレーンの旋回ベアリング、アンカーハンドリング機器のジョイントは、海水に浸かったり、海水がかかる状況で動作します。 DX ブッシングは潤滑剤として水を許容し、海洋環境で保護されていない青銅または鋳鉄のベアリングを破壊する腐食に耐えます。
• 土木および鉱山機械の追跡システム: クローラー型車両のトラックピンとブッシングジョイントは、特にトラックジョイントに専用のグリース潤滑システムがある用途では、高い圧縮荷重、振動運動、DX ブッシュの特性に適した水と微細な研磨粒子の存在の組み合わせにさらされます。
• 産業用ギアボックスおよび減速機の補助シャフト: 産業用ギアボックスのギアシフト機構、補助シャフトサポート、およびオイルバス潤滑補助ベアリングには DX ブッシングが使用されており、オイル潤滑、適度な速度、および高いラジアル荷重の組み合わせにより、アセタールは PTFE に比べて耐久性があり、コスト効率の高い摺動材料の選択肢となります。

シャフトの材質と表面仕上げの要件

DU ブッシュと DX ブッシュの両方の性能と耐用年数は、その内部を通る相手シャフトまたはピンの品質に大きく依存します。転がり接触形状が定義され、適度なシャフト表面の変動を許容できる転がり要素ベアリングとは異なり、プレーンブッシュは連続的な滑り界面で動作し、シャフト表面の粗さ、硬度、材質がブッシュの摩耗率、摩擦係数の安定性、凝着摩耗や焼付きの可能性を直接決定します。

表面粗さの仕様

乾燥状態またはわずかに潤滑された状態で動作する DU ブッシングの場合、推奨されるシャフト表面粗さ (Ra) は 0.2 ～ 0.8 μm です。この範囲の表面は、PTFE 転写フィルムを滑らかかつ均一に現像できるほど十分に細かいですが、転写フィルムがシャフトに接着できないほど鏡面滑らかではありません。過度に粗いシャフト (Ra > 1.6 μm) は PTFE 滑り層を急速に摩耗させますが、非常に滑らかなシャフト (Ra < 0.1 μm) は不安定な摩擦やフィルムの付着の問題を引き起こす可能性があります。潤滑された状態で使用される DX ブッシングの場合、潤滑剤の存在により表面の凹凸に対するアセタール層の感度が低下するため、シャフト表面粗さの許容範囲はやや広くなります (Ra 0.4 ～ 1.6 μm)。ただし、シャフトが滑らかであればブッシュの寿命が長くなるという一般原則は、すべての潤滑条件において両方のタイプに当てはまります。

シャフト硬度の要件

シャフトの硬度は、ブッシュの摺動層に埋め込まれ、シャフト表面に対する研削媒体として作用する可能性のある研磨粒子（土、砂、金属微粒子、またはプロセス破片）による汚染を伴う用途では特に重要です。クリーンな環境での DU ブッシングの場合、一般に、ブッシングを犠牲摩耗部品として設計した、最低硬度 HRC 45 ～ 50 の肌焼き処理されたシャフト表面が推奨されます。汚染された環境では、HRC 55 ～ 65 のシャフト硬度 (高周波焼入れ、ケース浸炭、または適切な合金鋼の焼き入れによって達成可能) により、シャフトとブッシュの両方の有効耐用年数が大幅に延長されます。砥粒汚染が濾過またはシーリングによって制御される潤滑サービスでの DX ブッシングの場合、未硬化の中炭素鋼、ステンレス鋼、さらには軽負荷用途の硬質陽極酸化アルミニウムなど、より柔らかいシャフト材料を問題なく使用できます。

DU および DX ブッシングの取り付けガイドライン

DU および DX ブッシングの設計耐用年数を達成するには、正しい選択と同じくらい正しい取り付けが重要です。どちらのタイプも、外径が若干大きめの状態で供給されます。ハウジングのしまりばめにより、取り付け中にブッシングの壁が半径方向内側に圧縮され、内径が指定の仕上がり寸法まで減少します。不適切な取り付けにより、ブッシングが歪んだり、必要な締まりばめが達成できなかったり、滑り層が損傷したりすると、仕様の品質に関係なく、早期故障が発生します。

• ハウジングのボアの準備: 標準の DU および DX ブッシュを取り付けるには、ハウジングの穴を H7 公差 (ISO 規格) で加工し、表面粗さ Ra 0.8 ～ 1.6 μm にする必要があります。穴が小さすぎると、プレス中にブッシュに過剰な応力がかかり、スチール製の裏当てに亀裂が入る可能性があります。穴が大きすぎると、負荷がかかるとブッシュが回転したり滑ったりして、急速な故障の原因となります。
• 圧入取り付けのみ: DU および DX ブッシングは、ブッシング端の全面に接触する適切なサイズの取り付けマンドレルを使用してハウジングの穴に押し込む必要があります。薄肉構造が変形するため、ブッシングの面に直接ハンマーを使用しないでください。油圧または機械式アーバー プレスは、制御された均一な挿入力を提供します。ブッシングは直角に圧入する必要があります。圧入中に位置がずれると穴が楕円形になり、不均一な荷重が発生し、摩耗が促進されます。
• 取り付け後にリーミングしないでください。 DU、DXブッシュは標準しめしろに基づき、圧入装着後自動的に正しい仕上がり寸法まで穴が閉まるように設計されています。取り付け後に穴をリーマ加工すると、PTFE またはアセタールの滑り層が除去され、青銅の中間層が露出し、ベアリングの自己潤滑機能が完全に破壊されます。
• 取り付け時の潤滑： ドライサービスを目的とした DU ブッシングの場合、組み立て中にシャフトにもブッシングの穴にも潤滑剤を塗布しないでください。潤滑剤は PTFE 転写フィルム機構を汚染します。潤滑剤を使用して使用する DX ブッシングの場合は、潤滑剤システムが加圧される前の動作の最初の瞬間に空運転を防ぐため、最初の組み立て前にシステム作動潤滑剤をシャフトに軽く塗布してください。
• 取り付け後に穴径を確認してください。 取り付けられたボアを校正済みのボアゲージで測定し、シャフトの走りクリアランスの指定された許容差内にあることを確認します。 DU および DX ブッシュの一般的なシャフトとブッシュのランニング クリアランスは、シャフト直径が 25 mm までの場合は 0.010 mm ～ 0.040 mm ですが、より大きな直径では 0.020 mm ～ 0.060 mm に増加します。クリアランスが不十分だと、過剰な摩擦と熱が発生します。過剰なクリアランスによりシャフトが移動し、振動、騒音、ブッシュのエッジ荷重の原因となります。

DU ブッシュと DX ブッシュの選択: 実践的な意思決定の枠組み

DU と DX ブッシングの適用範囲の重複と同様の構造を考慮すると、エンジニアはどちらのタイプでも技術的に実行可能であると思われる状況に頻繁に遭遇します。このような場合、より使い慣れたタイプや容易に利用できるタイプをデフォルトとするのではなく、アプリケーションの特定の動作条件と優先順位に基づいて体系的に決定を下す必要があります。次のフレームワークは、主要な決定ポイントを重要な順に選択プロセスをガイドします。

• まず、潤滑の利用可能性を評価します。 軸受の位置に潤滑メンテナンスがまったくできない場合、または製品または環境の潤滑剤汚染が許容できない場合は、DU を指定します。ベアリングがオイル、グリース、水、またはプロセス流体によって連続的または断続的に潤滑される場合、潤滑性能が最適化された DX がより良い選択となる可能性があります。
• 次に、動作温度を確認します。 周囲条件、プロセス熱、または摩擦加熱によるものであっても、アプリケーションに 130°C を超える温度が含まれる場合、DX は失格となり、DU を指定する必要があります。 100°C 未満では、どちらのタイプも最大定格容量で動作します。
• 3 番目に、定格荷重に対する軸受圧力を評価します。 実際の軸受圧力は、作用荷重を軸受投影面積（穴径×長さ）で割って計算します。動的条件下でこの値が 60 ～ 80 MPa を超える場合は、圧縮強度がより高い DX がより保守的で耐久性のある選択肢となります。このしきい値未満では、両方のタイプが実行可能です。
• 4 番目に、規制と環境上の制約を考慮します。 食品接触、医療、またはクリーンルーム用途の場合は、選択したブッシングのタイプとその特定の配合が該当する規制基準 (食品接触については FDA、EU 10/2011、医療機器については ISO 13485) を満たしていることを確認してください。 RoHS 準拠の製品には鉛フリー DU 配合が必要です。
• 最後に、総所有コストを確認します。 ドライサービスでの DU ブッシングは、PTFE 層が外部潤滑剤を必要とせずに転写フィルムを継続的に補充するため、同等の条件での DX ブッシングよりも長いサービス間隔を達成できることがよくあります。このメンテナンスフリーの特性により、たとえ DU ブッシングの単価が同等の DX ブッシングよりわずかに高くても、トータルのライフサイクルコストが削減されます。