JP2015514936A - 摩耗面を有する青銅ブッシュ - Google Patents

Abstract

ブッシュは第１の軸端と第２の軸端と中央開口部とを有する青銅支持層を含み、ブッシュは円筒形状と多孔青銅層を有する。ブッシュの半径方向の内面または外面の１つにおいて、ＰＴＦＥまたは他の適切な低摩擦材料が多孔青銅層に含浸される。ＰＴＦＥまたは他の適切な低摩擦材料の表面層が、含浸層に隣接して配置される。ブッシュは、同じく青銅支持層、多孔青銅・含浸層、および表面層を軸方向の内面または外面に備えるフランジを含んでもよい。【選択図】図３

Description

開示される実施形態は一般にブッシュに関する。開示される実施形態は特に、含浸ポリマーと表面ポリマー層とを有する青銅合金ブッシュに関する。

国際公開第２０１１／１３４９８１号パンフレット

ブッシュは、第１の軸端と第２の軸端と中央開口部とを有する青銅支持層を含み、前記ブッシュは円筒形状および多孔青銅層を有する。前記ブッシュの半径方向の内面または外面の１つにおいて、ＰＴＦＥまたはその他の適切な低摩擦材料などのポリマーが前記多孔青銅層に含浸される。ＰＴＦＥまたはその他の適切な低摩擦材料などのポリマー表面層を前記含浸ポリマー層に隣接して配置する。前記ブッシュは、同じく前記青銅支持層、前記多孔青銅と含浸ポリマー、および前記ポリマー表面層を軸方向の内面または外面に備えるフランジを含んでもよい。前記フランジにより、ブッシュがラジアル荷重を受けながら軸方向の荷重支持を行うことができる。

低い摩擦性、高い荷重支持能力、かつ長寿命をもつブッシュであって、摩擦、摩耗、もしくは強度の問題を有する既存のブッシュ構造に取って代わりうるブッシュを開発することが望ましいと考えられる。

上記の特徴はすべて単に例示的なものにすぎないことを理解するべきであり、本発明のさらに多くの特徴および目的は本明細書の開示から明らかになりうる。したがって、この「発明の概要」の限定的な解釈を理解するには、本明細書、特許請求の範囲、および添付される図面の全体を読むことが必要である。

本発明の上記および他の特徴や利点、さらにはそれらを実現する方法は、後述する実施形態や添付の図面を参照することによってさらに明らかになるだろうし、またそうすることによってブッシュに対する理解も深まるだろう。

アクチュエータアーム内に置かれた、摩耗領域を有する青銅ブッシュの一実施形態における斜視図である。 図１の青銅ブッシュおよびアクチュエータアームの一実施形態における断面図である。 ブッシュの一方の半径方向側面に摩耗領域を有する少なくとも１つの例示的青銅ブッシュの詳細断面図である。 ブッシュの反対側の半径方向側面に摩耗領域を有する少なくとも１つの例示的青銅ブッシュの詳細断面図である。 ブッシュの２側面に摩耗領域を有する、さらに別の例示的青銅ブッシュの詳細断面図である。 摩耗領域を有する例示的青銅ブッシュを形成する少なくとも１通りの工程を記載したフローチャートである。

最初に図１から図６を参照すると、ＰＴＦＥを含浸した青銅ブッシュのさまざまな実施形態が示されている。これらの実施形態は、高温かつ高荷重の作動過程における摩耗試験において優れた降伏強さと良好な結果をもたらす。これらのブッシュ構造体は、軸方向と半径方向のいずれの表面にも摩耗領域を備えうる。

図１を参照すると、ブッシュ１００が例示的アクチュエータ１１０の関節部１１２の内部に位置する様子が斜視図で示されている。アクチュエータ１１０は棒状の構造体であり、関節部１１２において旋回可能に動くほか、関節部１１２において力荷重を受ける。これはブッシュ１００の用法を説明するための一例にすぎない。他の用法も予想され、それらも本教示の範囲内と考えるべきである。ブッシュ１００は軽量さを維持しながら優れた降伏強さを発揮することにより、ポリマー製ブッシュに比べて優れた耐摩耗・耐荷重特性を実現する。これは、例えば航空産業を含むさまざまな応用分野において非常に望ましいことである。ブッシュ１００は少なくとも３０ｋｓｉの降伏強さを有し、好ましくは５０ｋｓｉの降伏強さを有しうる。ブッシュ１００は、より好ましくは少なくとも１００ｋｓｉの降伏強さを有しうる。後にわかるように、一実施形態によると、ブッシュ１００は半径方向の内面、外面、または両面に対して摩耗領域を備えるほか、軸方向の内側、外側、または両側にも摩耗面を有しうる。

一実施形態によると、ブッシュ１００はブッシュ１００の軸端にさらにフランジ１２０を備えてもよい。フランジ１２０は関節部１１２の開口部の一側面に当接して設けられる。フランジ１２０および２２０は、軸方向の荷重と摩耗に耐える表面を実現する。関節部１１２の底面側には第２のブッシュ２００がある。図では２つのブッシュを示しているが、１つのブッシュを関節部１１２全体に伸びるように形成してもいいことを理解するべきである。さらに、１つ以上のブッシュ１００および２００を、フランジ１２０と２２０を用いずに形成してもよい。

ある例示的実施形態において、ブッシュ１００および２００は主軸Ａに対して対称である。すなわち、ブッシュ１００および２００は軸Ａの方向に沿って分割も切断もされていない。一実施形態において、非分割ブッシュはスタンピングまたはプレス系統の工程で形成される。ある代替的な実施形態において、ブッシュ１００および２００は鋳造過程などの成型手法を用いて形成されうる。ただし、代替的な実施形態では、ロール成形などの過程のときのようにブッシュが分割される場合がある。したがって、特許請求の範囲に明示的に記述されない限り、ある実施形態が軸方向に非分割で示されているからといって、かかる構造体を限定的に解釈するべきではない。

一実施形態のブッシュ１００および２００は青銅合金材料をベースとする。青銅合金はＣ６３０２０またはＣ６３０００として知られる種類のものでもよく、さらに環境安全衛生の観点から鉛フリーであってもよい。あるいは、ブッシュが鋳造品の場合、青銅合金はＣ９５５１０であってもよい。

ここで図２を参照すると、アクチュエータの関節部１１２の内部にあるブッシュ１００および２００の側面断面図が示されている。この図にはフランジ構造体１２０および２２０が明確に示されている。フランジ１２０および２２０はこのブッシュ１００および２００の製造時に部分的に形成される。このとき、スタンピングに際して薄板材料が保持され、ブッシュの円筒部分が形成される。このスタンピング工程によって上記の非分割構造が実現する。フランジ１２０および２２０は、ブッシュ１００および２００を形成した薄板材料の残り部分である。フランジ１２０および２２０は必須要素ではないため、製造工程中に例えば切削や研削などによって除去してもよい。ただし、本実施形態のアクチュエータ１１０では、アキシアル荷重を受け止め、かつ関節部１１２に対して軸方向の摩耗面を提供するためにフランジ１２０および２２０が用いられている。

ブッシュ１００には半径方向の内面１４０と半径方向の外面１４２も示されている。ブッシュ１００のこれらの表面は第１の軸端１４４から第２の軸端１４６まで伸びており、中央開口部１４８をさらに含む。フランジ１２０は第１の軸端１４４または第２の軸端１４６のいずれかから伸びてもよい。

次に図３を参照すると、ブッシュ１００の一部の詳細断面図が示されている。構造体の半径方向の外層には青銅支持層１３０がある。青銅支持層１３０は青銅Ｃ６３０２０またはＣ６３０００で形成されている。あるいは、鋳造品が形成される場合、青銅はＣ９５５１０でもよい。上述のように、合金は鉛フリーが望ましく、半径方向の厚さは約２９ミルである。青銅は約５〜１５％のアルミニウム、好ましくは約１０％のアルミニウムをさらに含んでもよい。合金は約１〜１０％のアルミニウムも含んでよい。合金は約１〜１０％の鉄、好ましくは約３％の鉄も含んでよい。合金は約３〜１０％のニッケル、より好ましくは約５％のニッケルをさらに含んでもよい。

青銅支持層１３０の上には青銅と低摩擦材料とを含む含浸層１３２がある。含浸層１３２は粉末状の青銅１３４で形成されている。これは青銅支持層１３０上に散布または定置され、例えば焼結によって接着される。それによって多孔青銅１３４が生成され、その後、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの低摩擦材料１３６を用いて含浸される。ＰＴＦＥを用いる理由は、高温、化学反応、腐食、および応力接合に対する極めて高い耐性にある。記載した例示的実施形態によると、含浸層１３２の厚さは青銅支持層１３０よりも薄い。多孔青銅層１３４の含浸には他の低摩擦材料１３６を使用してもよく、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ＰＥＥＫなどのポリマーを用いてもよい。また、低摩擦材料１３６は、微細分散した二硫化モリブデン、グラファイト、または二硫化タングステンなどの固形潤滑剤、または液体潤滑剤も含んでよい。さらに別の代替物として、ＰＴＦＥおよび記載した他のポリマーのいずれかなど、さまざまなポリマーを組み合わせてもよい。

上層すなわち表面層１３８は含浸層１３２の上に伸びている。表面層１３８は上記ポリマーのいずれか、またはポリマーの組み合わせ、ならびに固形もしくは液体潤滑剤を含みうる。層１３２と層１３８の間には分離線が引かれているが、表面層１３８は含浸層１３２と区別可能であってもいいし、区別可能でなくてもよい。層間のそのような構造もしくは区別は必須ではない。表面層１３８の厚さは青銅支持層１３０および含浸層１３２よりも薄い。

ブッシュの摩耗を低減すること、およびそれを本実施形態で実現可能とすることが望ましい。ブッシュ１００は１００ポンドの荷重に対して百万サイクル当たり約０．６ミルの耐摩耗性を有する。また、摩擦が増えないようにブッシュ摩耗面の耐摩耗性を制限することが望ましい。測定されるブッシュ１００の最大摩擦係数は約０．１３である。さらに、上述のように、環境安全衛生上の課題により、鉛フリーの青銅合金の使用が望ましい。

次に図４を参照すると、構造体は青銅支持層１３０が上に来るように上下が逆の順序で示されている。これは、含浸ポリマー層１３２と表面層１３８とが図３のように半径方向の外側を向くのではなく、半径方向の内側を向いたブッシュ１１００を示している。したがって、ブッシュ１００はＰＴＦＥなどのポリマーを半径方向の最内面に設けてもいいし、あるいは半径方向の最外面に設けてもいい。さらに、構造体はフランジ１２０上のこの含浸ポリマー層（図１と図２）をフランジ１２０における軸方向の外面または軸方向の内面のいずれに備えてもよい。

次に図５を参照すると、さらに別の代替的なブッシュ２１００が示されている。このブッシュは半径方向の内面と外面の両方に含浸ポリマー層１３２を備えている。さらに、ブッシュの半径方向の内面側と半径方向の外面側の両方に含浸ポリマー層１３２および表面層１３８を設けてもよい。同様に、フランジ１２０を使用する実施形態では、フランジは軸方向の内面と軸方向の外面の両方にＰＴＦＥなどのポリマーを備えてもよい。

次に図６を参照すると、青銅ブッシュ１００の形成方法がフローチャートで示されている。最初にステップ５００において薄板状の青銅合金１３０を用意し、青銅粉末１３４を供給できるように定置する。次にステップ５１０において、青銅合金板１３０の表面に青銅粉末１３４を定置し、青銅合金板に接着する。ステップ５１２におけるこの接着工程は焼結などの加熱処理によって実施しうる。この工程によって青銅の多孔層が生じる。

次のステップ５１４において、この多孔青銅層にポリマーを含浸する。図にはＰＴＦＥと書かれているが、これはあくまで例示であり、他のポリマーを用いてもよい。したがって、これに限定されると見なすべきではない。ＰＴＦＥは青銅粉末との、したがって青銅支持層との、一体的な混合物を形成する。ステップ５１６では、含浸層の上に表面層が設けられる。この表面層は同時に形成しても個別に形成してもよく、含浸層に対して区別可能もしくは区別不能な表面層を形成する。

青銅合金板に対して多孔青銅、含浸ポリマー、および表面ポリマー層が形成されたら、青銅合金板はステップ５１８においてプレスまたはスタンピングされ、上記の各層を備えた対称形のブッシュが形成される。この工程では上述のように非分割型のブッシュが形成される。また、形成されるブッシュの片面または両面に層を有するように青銅合金板を形成しうることを当業者は理解するべきである。

これまで発明的実施形態をいくつか記載して説明してきたが、その機能を実施する、および／または結果、および／または本明細書に記載した１つ以上の利点を得るためのさまざまな他の手段および／または構造を当業者は容易に思い付くだろう。そのような変形および／または改変は、本明細書中に記載する実施形態の創案の範囲内にあると見なされる。より一般的には、本明細書中に記載するすべてのパラメータ、寸法、材料、および／または構成が例示的なものであり、かつ実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成が発明的教示を利用する具体的な用途に左右されることを当業者は容易に理解するだろう。本明細書中に記載する発明的実施形態に対して当業者は多くの均等物を認識するだろうし、日常レベルの実験によってそれを確認することができるだろう。したがって、上記の実施形態があくまでも例示にすぎず、添付の特許請求の範囲ならびにその均等物の範囲内にある限り、説明および特許請求の範囲に具体的に記載されるとおりでなくても発明的実施形態が実施可能であることを理解するべきである。本開示の発明的実施形態は、本明細書中に記載する個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法を対象としている。さらに、かかる特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法の２つ以上による組み合わせは、それらの特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法が互いに矛盾しない限り、本開示の発明範囲内に含まれる。

最良の形態を含め、実施形態の開示にはいくつかの例を用いている。また、装置もしくはシステムの作成と使用、ならびに記載された方法の実施を含め、当業者は上記の例を用いることで当該装置および／または方法を実施することができる。それらの例はすべてを網羅するものではなく、また開示内容を開示される正確な工程および／または形態に限定するものでもない。上記の教示に照らせば多くの改変および変形が可能である。本明細書中に記載する特徴は任意の組み合わせで組み合わせうる。本明細書中に記載する方法の工程は、物理的に可能な範囲において任意の順序で実施しうる。

本明細書中に定義および使用されるすべての定義は、辞書的な定義、参照によって援用される文書内の定義、および／または定義される用語の通常の意味の範囲内にあると理解するべきである。本明細書および特許請求の範囲に用いる不定冠詞の「ａ」および「ａｎ」は、そうでないことが明記される場合を除いて「少なくとも１つの」を意味することを理解するべきである。本明細書および特許請求の範囲に用いる「および／または」の語句は、その前後の要素の「いずれか一方または両方」、すなわち、ともに存在する場合と別々に存在する場合とがある要素を意味することを理解するべきである。

そうでないことが明記される場合を除き、特許請求の範囲で規定される、複数の工程または作用を有するすべての方法において、方法の工程または作用の順序は記載される方法の工程または作用の順序に必ずしも限定されないこともまた理解するべきである。

上記明細書ならびに特許請求の範囲において、「備える」、「含む」、「搭載する」、「有する」、「含有する」、「伴う」、「保持する」、「で構成される」などの移行句はすべて開放型である、すなわち「を含むがそれには限定されない」を意味するものと理解するべきである。「から成る」および「実質的に〜から成る」の移行句のみをそれぞれ米国特許商標庁のＭａｎｕａｌ ｏｆ Ｐａｔｅｎｔ Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓの２１１１．０３項に規定される閉鎖もしくは準閉鎖移行句とする。

１００ ブッシュ
１１０ アクチュエータ
１１２ 関節部
１２０ フランジ
１３０ 青銅支持層、薄板状の青銅合金、青銅合金板
１３２ 含浸層、含浸ポリマー層
１３４ 粉末状の青銅、青銅粉末、多孔青銅、多孔青銅層
１３６ 低摩擦材料
１３８ 表面層
１４０ 半径方向の内面
１４２ 半径方向の外面
１４４ 第１の軸端
１４６ 第２の軸端
１４８ 中央開口部
２００ 第２のブッシュ
２２０ フランジ
１１００ ブッシュ
２１００ ブッシュ

Claims (21)

1. 円筒形状を有するブッシュ（１００）であって、
   多孔青銅層（１３４）と、
   第１の軸端（１４４）と第２の軸端（１４６）と中央開口部（１４８）とを有する青銅支持層（１３０）と、
   前記ブッシュ（１００）の半径方向の内面（１４０）または外面（１４２）の１つにおいて前記多孔青銅層（１３４）の内部にある含浸ポリマーと、
   前記含浸ポリマー（１３２）に隣接して配置される表面ポリマー層（１３８）と、
   を備えるブッシュ（１００）。
2. 前記青銅支持層（１３０）はニッケルアルミニウム青銅合金のＣ６３０２０である、請求項１に記載のブッシュ（１００）。
3. 前記表面層（１３８）が前記含浸ポリマー（１３２）と区別できない、請求項１に記載のブッシュ（１００）。
4. 前記ブッシュ（１００）の前記第１および第２の軸端（１４４、１４６）のいずれかにフランジ（１２０）をさらに含む、請求項１に記載のブッシュ（１００）。
5. 前記フランジ（１２０）は前記多孔青銅層（１３４）、前記含浸ポリマー、および前記表面ポリマー層を含む、請求項４に記載のブッシュ（１００）。
6. 前記表面ポリマー層（１３８）の厚さが約０．０２ｍｍである、請求項１に記載のブッシュ（１００）。
7. 前記含浸ポリマーと前記多孔青銅（１３４）の厚さが約０．２５ｍｍである、請求項１に記載のブッシュ（１００）。
8. 前記青銅支持層（１３０）が約２９ミルである、請求項１に記載のブッシュ（１００）。
9. 前記ブッシュが対称形の構造体である、請求項１に記載のブッシュ（１００）。
10. 前記ポリマーはＰＴＦＥ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、またはＰＥＥＫの少なくとも１つである、請求項１に記載のブッシュ（１００）。
11. 前記ポリマーは固形潤滑剤をさらに含む、請求項１０に記載のブッシュ（１００）。
12. 前記固形潤滑剤は二硫化モリブデン、グラファイト、または二硫化タングステンのいずれかである、請求項１１に記載のブッシュ（１００）。
13. 第１の軸端（１４４）と第２の軸端（１４６）との間に深さを有する実質的に円形の青銅支持層（１３０）であって、半径方向の内面（１４０）と半径方向の外面（１４２）とを有する青銅支持層（１３０）と、
    前記青銅支持層（１３０）の前記半径方向の内面（１４０）または前記半径方向の外面（１４２）のいずれかの上に配置される青銅の多孔層（１３４）と、
    前記多孔青銅支持層に含浸されるある量のＰＴＦＥと、
    前記含浸ＰＴＦＥと前記青銅の多孔層（１３４）の上に配置されるＰＴＦＥの表面層（１３８）と、
    を含むブッシュ（１００）。
14. 前記青銅は約１０％のアルミニウムを含む合金である、請求項１３に記載のブッシュ（１００）。
15. 前記青銅は約３〜５％の鉄を含む合金である、請求項１３に記載のブッシュ（１００）。
16. 前記青銅は約５％のニッケルを含む合金である、請求項１３に記載のブッシュ（１００）。
17. 前記ブッシュ（１００）の降伏強さは少なくとも３０ｋｓｉである、請求項１３に記載のブッシュ（１００）。
18. 前記ブッシュ（１００）の降伏強さは少なくとも５０ｋｓｉである、請求項１３に記載のブッシュ（１００）。
19. 前記ブッシュ（１００）の降伏強さは少なくとも１００ｋｓｉである、請求項１３に記載のブッシュ（１００）。
20. 青銅合金で形成される実質的に鉛フリーの支持層（１３０）であって、円筒形状ならびに半径方向の内面（１４０）と半径方向の外面（１４２）とを有する支持層（１３０）と、
    前記青銅支持層（１３０）に接着される多孔青銅層（１３４）と、
    前記半径方向の内面（１４０）または外面（１４２）の少なくとも１つにおいて前記多孔支持層（１３０）に含浸される含浸ポリマーと、
    前記半径方向の内面（１４０）または外面（１４２）の前記少なくとも１つの前記含浸ポリマー（１３２）上に配置されるポリマーの表面層（１３８）と、
    を含むブッシュ（１００）。
21. 前記青銅支持層（１３０）のある軸端にフランジ（１２０）をさらに含み、前記フランジ（１２０）も前記多孔青銅層（１３４）、前記含浸ポリマー、および前記ポリマーの表面層（１３８）を含む、請求項２０に記載のブッシュ（１００）。