JP2007507674A - 自己潤滑滑り軸受、その製造方法、及びその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】極度の硬度のすべり接触対向面を用いる必要が無く、低荷重または低応力、高搖動数、小振幅動作の動作条件下で少なくとも同等の機能と寿命期間を与える自己潤滑り軸受を提供する。
【解決手段】自己潤滑ライナ３、及びそれと密接して滑り接触するすべり接触対向面５を備え、該すべり接触対向面５が、２０ｎｍ未満の表面仕上げ（表面粗さ）と略１０００ＶＰＮ未満の硬度を有することを特徴とする自己潤滑り軸受。
【選択図】図１

Description

本発明は、自己潤滑滑り軸受に関し、特に、低荷重または低応力、高搖動数、小振幅動作の用途に用いられる自己潤滑滑り軸受に関する。

自己潤滑滑り軸受は、一般的に、すべり接触対向面と滑り接触するライナを備えているハウジングから構成される。球面滑り軸受の場合、球状部には、すべり接触対向面が設けられ、ハウジングには、編まれるか組合わされた繊維から成ってＰＴＦＥまたは他の自己潤滑性の材料を一緒に多量に保持させるために樹脂で覆われた自己潤滑ライナが設けられる。そのようなＰＴＦＥ−リッチ（豊富）なライナ・システム、特に、球面滑り軸受のための低応力、高揺動数、小振幅動作の用途のものは、周知であって、過去に使用されていた。

充分に長い寿命を有する自己潤滑滑り軸受を提供するための問題点については、特許文献１に言及されて実施された処理法（少なくとも厚さ５０μｍの厚く硬質の皮膜と、５０ｎｍを超えない表面仕上げまたは表面粗さを有する極度に硬いすべり接触対向面から構成された結果の軸受）を含んで、様々な解答が提案されて実施されてきた。特許文献１では、最良でも１０−２０ｎｍのオーダーの粗さが残る表面仕上げが使用された場合を開示している。

特許文献１では、極度の硬度と平滑度の双方を有するすべり接触対向面が使用された場合を開示している。極度の硬度とは、１０００ＶＰＮ（Ｖｉｃｋｅｒｓ Ｐｙｒａｍｉｄ Ｎｕｍｂｅｒ：ビッカース硬度：四角錘圧子）未満でないように定義されて、好ましくは少なくとも１１００ＶＰＮの硬度を有しており−この硬度レベルが、炭化タングステンでコーティングされた材料に相当する点に留意する必要がある。

例えば、地上移動手段の懸架装置や、ヘリコプタの飛行制御及びロータシステムのような低応力、高揺動数、小振幅動作の用途には、特許文献１において開示された技術、即ち、極度の硬度と平滑度のすべり接触対向面を備えている軸受が要求されると長年考えられていた。すべり接触対向面に極度の硬度を用いることに隠されている別の考えは、ライナからの樹脂の粒子や、すべり接触対向面の表面仕上げが傷つけられることで発生するそのすべり接触対向面の金属くずのような硬い材料を含む破片の侵入を止めることである。すべり接触対向面の表面仕上げが傷つけられた場合、すぐにそれらの凹凸または荒れた領域が更にライナを傷つけ、更なるライナの破片が形成され、結果的に軸受のバックラッシュを増加させ、軸受寿命の短縮に至る。

それゆえに一般的には、すべり接触対向面は、特許文献１に要求された非常に硬いすべり接触対向面という結果をもたらすように、硬い破片よりも硬く製造しなければならないと考えられていた。この要求は、実施後にのみ機械加工が可能となる厚い（＞ ５０μｍ）皮膜を予め使用することが必要になる。そのため、低荷重または低応力、高搖動数、小振幅動作の用途に用いられる時で、特許文献１に示された寿命に相当する寿命で軸受を製造することを望む場合には、特許文献１に詳述された特性、特に、すべり接触対向面の硬度及び表面仕上げに関するいかなる仕様変更も得策ではないと考えられていた。

英国（ＧＢ）特許第２１７０２７９号明細書

本発明は上記したような課題を解決するためになされたもので、極度の硬度のすべり接触対向面を用いる必要が無く、特許文献１に開示されたものと同様な動作条件（低荷重または低応力、高搖動数、小振幅動作）下で少なくとも同等の機能と寿命期間を与える自己潤滑滑り軸受を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明に係る自己潤滑滑り軸受は、低応力、高揺動数、小振幅の用途に用いられるものであり、自己潤滑ライナ、及びそれと密接して滑り接触するすべり接触対向面を備え、そのすべり接触対向面が、２０ｎｍ未満の表面仕上げと略１０００ＶＰＮ未満の硬度を有することを特徴とする。

また、本発明に係る自己潤滑滑り軸受の製造方法は、凹曲面状の球面軸受表面に自己潤滑ライナが設けられるステップと；凸曲面状の球状部表面にすべり接触対向面が設けられるステップと；１０００ＶＰＮ未満の硬度を有するすべり接触対向面を形成するために、凸曲面状のすべり接触対向面が２０ｎｍ未満の表面仕上げに電解研磨されるステップと；ライナの凹曲面状のすべり接触面表面と凸曲面状のすべり接触対向面とが、相互に滑り接触するように配置されるステップを有することを特徴とする。

本発明に係る自己潤滑滑り軸受では、極度の硬度のすべり接触対向面を用いる必要が無く、特許文献１に開示されたものと同様な動作条件下で少なくとも同等の機能と寿命期間を与える自己潤滑滑り軸受を提供することができる。

本発明をより容易に理解できるようにするために、以下に、例えば、添付図面を参照してその実施形態について記載する。

図１は、本発明の実施形態の自己潤滑滑り軸受の一部を示す横断面であり、特に、低荷重または低応力、高揺動数、及び、小振幅動作の条件下で使用するように設計された自己潤滑球面軸受を示している。

上記した条件下とは、より詳しくは、少なくとも０．１Ｈｚ（ヘリコプタ用途には、一般的に５〜３０Ｈｚである）の揺動数で、±５°の許容傾斜角で、揺動角度±１２°未満の小さな搖動動作から成る振幅であり、３５ＭＰａ未満の応力である。そのような条件は、一般的にヘリコプタの飛行制御とロータシステム、及び、地上移動機の懸架装置に見受けられる。

本発明の実施形態の自己潤滑球面軸受は、ライナ・システム３が接着された球面形状の滑り接触軸受面２を有するハウジング１を備える。球状部４は、一般的にハウジング１内に配置拘束され、ライナ・システム３が密接して接触するように位置される凸曲面状表面のすべり接触対向面５が設けられる。

本発明は、本実施形態に示された球面の滑り軸受のみに限らず、他の形の自己潤滑り軸受にも適用可能である。他の形の軸受の例としては、円筒状のジャーナル軸受、及び、平面接触軸受を含んで、すべり接触対向面を有して滑り接触するすべり接触面を備えているものが挙げられる。

すべり接触対向面５とライナ・システム３のすべり接触面６との間は、滑り接触である。

ライナ・システム３は、ＰＴＦＥ−リッチな自己潤滑ライナ・システムから構成される。そのライナ・システムは、平坦なＮｏｍｅｘ（商標）織布により補強され、ＰＴＦＥ／樹脂マトリクス上でＰＴＦＥがリッチな表面を備えて、例えば、ＮＭＢミネべア株式会社によって製造されるような低い摩擦係数のライナ・システムである。

特許文献１の開示内容と直接に対比した場合、すべり接触対向面５には、特許文献１で要求された極度の高硬度を備えていない。ＡＭＳ５６３０のような、好ましくは焼入鋼の合金の球状部４に設けられたすべり接触対向面５は、５６Ｒｃ〜６２Ｒｃ（６５０〜７５０ＶＰＮ）の硬度を有する（Ｒｃ：ロックウエル硬度：Ｃスケール）。さらにすべり接触対向面５は、５ｎｍのオーダーの表面粗さを有し、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内になるように形成（準備）される。

表面の改良された構成、表面仕上げ（表面粗さ）の瑕疵の低減、ＰＴＦＥが豊富にされたライナ３の表面と協働は、特許文献１に記載されたようなすべり接触対向面の極度の硬度という従来の考えにおける本質的な要求が除去されることから、本発明にとって非常に重要である。すべり接触対向面５は、特許文献１に示された極度の硬度より軟かい場合でも、表面仕上げを５ｎｍから２０ｎｍの範囲にすることにより、ライナ・システム３と協働してすべり接触対向面５に形成される損傷をより少なくできるという驚くべき現象が発見された。そのため、すべり接触対向面５の良好な表面仕上げが破壊されなくなり、より長寿命の軸受を得ることができる。

必須条件となる表面仕上げを達成するために最も好適な方法は、欧州特許（ＥＰ）出願公開（Ａ）第１０７８７１４号明細書に示されたように５ｎｍから２０ｎｍの範囲の電解研磨による方法である。この方法は、従来は、球面滑り軸受の表面仕上げを改善するためには使用されていなかった。従来の軸受仕上げ技術を使用した場合の製造後には、略４０ｎｍの表面仕上げが達成されるが、一方、電解研磨方法では、５ｎｍから２０ｎｍのオーダーの非常に改善された表面仕上げという結果になる。

表面仕上げと摩耗特性の更なる改善は、例えば電解研磨仕上げの上を覆う１μｍ〜５μｍの間の物理蒸着皮膜のような皮膜を利用することによって実現することができる。そのような被着技術により製造された薄い皮膜の厚さでは、（すべり接触対向面を構成する）皮膜として必要な硬度の達成が不可能であるという理由から、特許文献１に記載された軸受には物理蒸着皮膜は使われてはいない。

対照的に、特許請求された本発明では極度の硬度の皮膜が要求されないので、化学的堆積又は物理蒸着による被着技術、及び、イオンプレーティング技術を容易に使用することができる。物理蒸着皮膜は、（特許文献１に示された極度の高硬度には達していないが、）１０００ＶＰＮの範囲の硬度まで向上させたすべり接触対向面５を提供できる。

２０ｎｍ以下の改良された表面仕上げではない滑り接触軸受面で実行された寿命試験と比較した試験結果からは、本発明が実施された軸受の軸受寿命が改善されることが示された。その結果は図２に示される。図２は、本発明の実施形態の軸受と従来の軸受の摩耗試験結果を比較して示す図表である。図２には、従来の仕上げ（略７０ｎｍ）及び、本発明が実施された軸受における略５ｎｍから２０ｎｍの仕上げという２つの異なる種類の軸受に実施された摩耗結果の範囲が示されている。

更に、本発明の実施形態の軸受と従来の軸受の摩耗試験結果の図表である図３に参照されるように、以下の軸受の実施例の摩耗試験結果が示される。：
比較例１は、５６Ｒｃ〜６２Ｒｃ（６５０ＶＰＮ〜７５０ＶＰＮ）の硬度を有し、従来の表面仕上げ（略７０ｎｍ）が与えられたＡＭＳ５６３０のような焼入鋼の合金の球状部４を備えている軸受から構成される。；
比較例２は、５６Ｒｃ〜６２Ｒｃ（６５０ＶＰＮ〜７５０ＶＰＮ）の硬度を有し、従来の表面仕上げ（略７０ｎｍ）が与えられたＡＭＳ５６３０のような別の焼入鋼の合金の球状部４を備えている軸受から構成される。；
実施例３は、５６Ｒｃ〜６２Ｒｃ（６５０ＶＰＮ〜７５０ＶＰＮ）の硬度を有し、皮膜なしで電解研磨された表面仕上げ（２０ｎｍ未満の）が与えられたＡＭＳ５６３０のような焼入鋼の合金の球状部４を備えている軸受から構成される。；
実施例４は、５６Ｒｃ〜６２Ｒｃ（６５０ＶＰＮ〜７５０ＶＰＮ）の硬度を有し、電解研磨された表面仕上げ（２０ｎｍ未満）、及び、物理蒸着皮膜が与えられたＡＭＳ５６３０のような焼入鋼の合金の球状部４を備えている軸受から構成される。；
実施例５は、５６Ｒｃ〜６２Ｒｃ（６５０ＶＰＮ〜７５０ＶＰＮ）の硬度を有し、電解研磨された表面仕上げ（２０ｎｍ未満）、及び、物理蒸着皮膜が与えられたＡＭＳ５６３０のような別の焼入鋼の合金の球状部４を有している軸受から構成される。；
比較例６は、皮膜なしで特許文献１に従って製造された球状部４を備えている軸受から構成される。；
及び、
比較例７は、特許文献１に従って製造されて、炭化タングステン皮膜を有する球状部４を備えている軸受から構成される。

実施例３、４、及び、５のみが、本発明の実施形態を構成していることが注意されるべきである。

本願明細書中の「構成される」は、「含む又は成りたっている」を意味し、「構成されていること」は、「含んでいること又は成りたっていること」を意味する。

本願明細書中に記述した説明又は本願請求項又は添付図面に開示された本願発明の特徴は、適切に開示された効果を得るために開示された機能、方法又は工程を実施するための手段の用語又は特定の形で示されており、それらの特徴は、個々に又は任意の組み合わせでも、本発明を多様な形で実施するために利用することができる。

従って、本発明の一実施形態では、低応力、高揺動数、小振幅用途に用いられるものであり、自己潤滑ライナ３、及び、それに密接して２０ｎｍ未満の表面仕上げ及び略１０００ＶＰＮ未満の硬度を有して滑り接触するすべり接触対向面５を備えている自己潤滑り軸受を提供している。

好ましくは、すべり接触対向面５の表面仕上げは、５ｎｍから２０ｎｍの範囲である。

都合良くは、すべり接触対向面５は、凸曲面状の球状部４の表面上に皮膜を構成し、その凸曲面状の球状部４の表面が電解研磨仕上げを有している。

有利には、電解研磨仕上げの上を覆う皮膜は、１−５μｍの厚さである。

好ましくは、その皮膜は、化学的堆積皮膜、物理蒸着皮膜、又は、イオンプレーティング皮膜である。

都合の良くは、軸受は、球面軸受である。

有利には、球面軸受は、球状部４を含み、その球状部４がすべり接触対向面５を与える。

好ましくは、使用中の動作条件は、少なくとも０．１Ｈｚの搖動数で、揺動角度±１２°未満の小さな搖動動作から成る振幅であり、３５ＭＰａ未満の応力である。

本発明の実施形態では、他に、以下の各ステップを有する自己潤滑り軸受の製造方法を提供する。
凹曲面状の球面軸受表面２に自己潤滑ライナ３が設けられるステップ。
凸曲面状の球状部４の表面にすべり接触対向面５が設けられるステップ。
１０００ＶＰＮ未満の硬度を有するすべり接触対向面５を製造するために、凸曲面状のすべり接触対向面５が２０ｎｍ未満の表面仕上げに電解研磨されるステップ。
及び、ライナ３の凹曲面状のすべり接触面６の表面と凸曲面状のすべり接触対向面５とが、相互に滑り接触するように配置されるステップ。

都合良くは、上記した各曲面状の表面は、相互に対応する曲面の表面である。

本発明の実施形態では、更に、動作条件が少なくとも揺動数０．１Ｈｚ、及び、揺動角度±１２°未満の小さな搖動動作から成る振幅であり、３５ＭＰａ未満の応力で、自己潤滑ライナ３、及び、それに密接して滑り接触し、２０ｎｍ未満の表面仕上げと１０００ＶＰＮ未満の硬度を有するすべり接触対向面５を有する自己潤滑り軸受の動作方法を提供する。

本発明の実施形態では、自己潤滑ライナ３、及び、それに密接して滑り接触して２０ｎｍ未満の表面仕上げと略１０００ＶＰＮ未満の硬度を有しているすべり接触対向面５を備えることで、低応力、高揺動数、小振幅の用途に用いられる自己潤滑り軸受及び、その動作方法、及び、同様にそれを製造する方法を提供する。

このように本実施形態の自己潤滑り軸受では、極度の硬度のすべり接触対向面を用いる必要が無く、特許文献１に開示されたものと同様な動作条件下で少なくとも同等の機能と寿命期間を与える自己潤滑り軸受を提供することができる。

本発明の実施形態の自己潤滑り軸受の一部を示す横断面である。 本発明の実施形態の軸受と従来の軸受の摩耗試験結果を比較して示す図表である。 本発明の実施形態の軸受と従来の軸受の摩耗試験結果の図表である。

符号の説明

１ ハウジング、
２ 球面形状の滑り接触軸受面、
３ ライナ（ライナ・システム）、
４ 球状部、
５ すべり接触対向面、
６ すべり接触面。

Claims (13)

1. 低応力、高揺動数、小振幅の用途に用いられるものであり、
   自己潤滑ライナ、及びそれと密接して滑り接触するすべり接触対向面を備え、
   該すべり接触対向面が、２０ｎｍ未満の表面仕上げ（表面粗さ）と略１０００ＶＰＮ未満の硬度を有する
   ことを特徴とする自己潤滑滑り軸受。
2. 前記すべり接触対向面の表面仕上げは、５ｎｍから２０ｎｍの範囲である
   ことを特徴とする請求項１に記載の自己潤滑滑り軸受。
3. 前記すべり接触対向面は、凸曲面状の表面上に皮膜を備えており、該凸曲面状の表面には電解研磨仕上げが施される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の自己潤滑滑り軸受。
4. 前記電解研磨仕上げの上を覆う皮膜は、１−５μｍの厚さを有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の自己潤滑滑り軸受。
5. 前記皮膜は、化学的堆積皮膜、物理蒸着皮膜、又は、イオンプレーティング皮膜である
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の自己潤滑滑り軸受。
6. 前記軸受は、球面軸受である
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の自己潤滑滑り軸受。
7. 前記球面軸受は、球状部を含み、該球状部にすべり接触対向面が設けられる
   ことを特徴とする請求項６に記載の自己潤滑滑り軸受。
8. 使用中の動作条件は、少なくとも０．１Ｈｚの揺動数で、揺動角度±１２°未満の小さな揺動動作から成る振幅であり、３５ＭＰａ未満の応力である
   ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の自己潤滑滑り軸受。
9. 凹曲面状の球面軸受表面に自己潤滑ライナが設けられるステップと；
   凸曲面状の球状部表面にすべり接触対向面が設けられるステップと；
   １０００ＶＰＮ未満の硬度を有するすべり接触対向面を形成するために、凸曲面状のすべり接触対向面が２０ｎｍ未満の表面仕上げに電解研磨されるステップと；
   ライナの凹曲面状のすべり接触面表面と凸曲面状のすべり接触対向面とが、相互に滑り接触するように配置されるステップを有する
   ことを特徴とする自己潤滑滑り軸受の製造方法。
10. 前記各曲面状の表面は、相互に対応する曲面の表面である
    ことを特徴とする請求項９に記載の自己潤滑滑り軸受の製造方法。
11. 自己潤滑ライナと、それに密接して滑り接触するすべり接触対向面を備え、
    該すべり接触対向面が、２０ｎｍ未満の表面仕上げと１０００ＶＰＮ未満の硬度を有し、
    動作条件が、少なくとも揺動数０．１Ｈｚで、揺動角度±１２°未満の小さな揺動動作から成る振幅であり、３５ＭＰａ未満の応力である
    ことを特徴とする自己潤滑滑り軸受の動作方法。
12. 本願明細書に略関係内容が記述され、添付図面に示されている自己潤滑滑り軸受。
13. 本願明細書に略関係内容が記述され、添付図面に示されている自己潤滑滑り軸受の製造方法又は動作方法。

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