JP2020148315A - 滑り軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】１７０℃程度の高温環境下でも潤滑ライナーが強固に接着可能な外輪内周面を有する滑り軸受を提供する。【解決手段】滑り軸受１０は、内輪１と、外輪２とを備える。外輪２は内輪１の外側に、内輪１に対して摺動自在に嵌合されている。外輪２の内輪１側に配置される外輪内周面２Ａは、二乗平均平方根傾斜が０．２０μｍを超えている。外輪２の外輪内周面２Ａには潤滑ライナー３が、外輪２と一体となるように接着されている。【選択図】図１

Description

本発明は滑り軸受に関し、特に球面滑り軸受に関するものである。

特開２００７−２５５７１２号公報（特許文献１）には、滑り軸受の一種である球面滑り軸受について開示されている。当該球面滑り軸受は、外輪と内輪との一方がチタン合金で製造されている。外輪と内輪との一方の他方側を向く面が、物理的気相成長法によって形成された窒化チタンで覆われた軸受面となっている。外輪と内輪との他方の一方側を向く面は潤滑ライナーを有する軸受面となっている。

一方、特開２０１１−２４７４０８号公報（特許文献２）に開示の滑り軸受は以下の特徴を有している。当該滑り軸受は、外輪の内輪側に配置される外輪内周面に、潤滑ライナーが一体化されている。潤滑ライナーは、ポリエーテルケトン系樹脂と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維と、アラミド繊維とが混合された自己潤滑性樹脂組成物からなる。当該滑り軸受においては、外輪内周面の表面粗さおよび最大高さが制御されている。

特開２００７−２５５７１２号公報 特開２０１１−２４７４０８号公報

滑り軸受の用途が航空機である場合、当該滑り軸受は、ＳＡＥ−ＡＳ８１８２０などの規格を満たす必要がある。具体的には、航空機に用いられる滑り軸受は、たとえば１７０℃程度の高温環境下でも外輪内周面に潤滑ライナーが強固に一体化されるように、外輪内周面の表面粗さが最適化されることが要求される。ただし上記の特開２００７−２５５７１２号公報および特開２０１１−２４７４０８号公報に開示の滑り軸受は、軸受面がＳＡＥ−ＡＳ８１８２０などの規格を満たす程度の潤滑ライナーに対する接着強度となるとはいえない。

本発明は上記の課題に鑑みなされたものである。その目的は、１７０℃程度の高温環境下でも潤滑ライナーが強固に接着可能な外輪内周面を有する滑り軸受を提供することである。

本開示に従った滑り軸受は、内輪と、外輪とを備える。外輪は内輪の外側に、内輪に対して摺動自在に嵌合されている。外輪の内輪側に配置される外輪内周面は、二乗平均平方根傾斜が０．２０μｍを超えている。外輪の外輪内周面には潤滑ライナーが、外輪と一体となるように接着されている。

上記開示によれば、外輪内周面の算術平均粗さ、最大高さおよび二乗平均平方根傾斜を上記のように制御することにより、高温環境下でも潤滑ライナーが強固に接着可能な外輪内周面を有する滑り軸受を提供できる。

本実施の形態の滑り軸受の構成を示す概略図である。 図１の滑り軸受の外輪および潤滑ライナーの部分の構成を示す概略拡大図である。 実施例１の調査に用いられた板状試験片等を比較的上方から見た平面図である。 実施例１の調査に用いられた図３の板状試験片等を側方から見た正面図である。 実施例１の試験が実際になされる態様を側方から見た正面図である。 実施例１にて１７０℃にて保持される前と後との、各板状試験片と潤滑ライナーとの接着強度を示すグラフである。 実施例２の調査に用いられたリング状試験片の概略図である。 実施例２の試験が実際になされる態様を示す斜視図である。 実施例２にて１７０℃にて保持される前と後との、各リング状試験片と潤滑ライナーとの接着強度を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本実施の形態について説明する。なお以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

図１は本実施の形態の滑り軸受の構成を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態の滑り軸受は、たとえば球面滑り軸受１０であるがこれに限らず、他の種類の滑り軸受であってもよい。あるいは滑り軸受以外の種類の軸受であってもよい。

球面滑り軸受１０は、内輪１と、外輪２とを主に有している。内輪１および外輪２は、特に限定されないが、鋼またはチタン合金で構成されてもよい。

球面滑り軸受１０の内輪１はたとえば円筒形状を有する。このため内輪１の内側には空洞部５を有している。内輪１の外側にたとえば円筒形状の外輪２を備えている。すなわち球面滑り軸受１０においては、外輪２の中央の空洞部に内輪１が収納された態様を有している。外輪２は内輪１に対して摺動自在に嵌合されている。これを可能とするために、内輪１の外輪２側すなわち円筒形状の最外部には内輪外周面１Ａを有している。球面滑り軸受１０の内輪外周面１Ａは、円筒形の外側面としての環状の表面であり、内輪１側から見て凸形状の曲面となっている。

外輪２の内輪１側、すなわち円筒形状の最内部には外輪内周面２Ａを有している。外輪内周面２Ａは内輪外周面１Ａに沿う形状を有するため、円筒形の内側面としての環状と同様の形状の表面であり、外輪２側から見て凹形状の曲面となっている。外輪内周面２Ａは内輪外周面１Ａの外側に間隔をあけて配置される。このため外輪内周面２Ａのなす円環形状の径は内輪外周面１Ａのなす円環形状の径よりもやや大きい。

外輪内周面２Ａは、二乗平均平方根傾斜が０．２０μｍを超えている。なおその中でも、外輪内周面２Ａの二乗平均平方根傾斜は０．２５μｍ以上であることが好ましく、０．２５μｍ以上０．４５μｍ以下であることがより好ましい。さらにその中でも、外輪内周面２Ａの二乗平均平方根傾斜は０．２８μｍ以上０．４１μｍ以下であることがいっそう好ましい。ここで二乗平均平方根傾斜とは、定義された領域内のすべての点における傾斜の二乗平均平方根から求められる数値である。

外輪内周面２Ａは、算術平均粗さが２μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。なおその中でも、外輪内周面２Ａは、算術平均粗さが２．１μｍ以上３．１μｍ以下であることがより好ましく、２．１μｍ以上２．８μｍ以下であることがさらにより好ましい。ここで算術平均粗さとは外輪内周面２Ａの円筒形状の軸方向についての中央部に施される中心線の平均粗さである。

外輪内周面２Ａは、最大高さが１０μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。なおその中でも、外輪内周面２Ａは、最大高さが１０．０μｍ以上２１．０μｍ以下であることがより好ましく、１０．５μｍ以上２０．４μｍ以下であることがさらにより好ましい。ここで最大高さとは表面のなかで最も凸方向に隆起した部分と最も凹方向に凹んだ部分との高さ方向の座標の差である。

外輪２には潤滑ライナー３が、接着層４により接着されている。潤滑ライナー３は外輪２と一体となるように、外輪内周面２Ａに接着されている。すなわち外輪２の外輪内周面２Ａには潤滑ライナー３が、接着層４を介在して、外輪２と一体となるように接着されている。潤滑ライナー３は内輪１の内輪外周面１Ａに隣接している。

なお、上記の外輪内周面２Ａの二乗平均平方根傾斜とは、潤滑ライナー３が接着されない状態での外輪内周面２Ａそのものの二乗平均平方根傾斜を意味する。外輪内周面２Ａの算術平均粗さおよび最大高さについても同様である。外輪内周面２Ａを上記の二乗平均平方根傾斜、算術平均粗さおよび最大高さとするために、外輪内周面２Ａには、ショットブラスト等により凹凸形状が形成される。この凹凸形状により、外輪内周面２Ａへの潤滑ライナー３の接着強度が向上される。

図２は図１の滑り軸受の外輪および潤滑ライナーの部分の構成を示す概略拡大図である。図２を参照して、潤滑ライナー３はＰＴＦＥを含んでいることが好ましい。なかでも潤滑ライナー３は、ＰＴＦＥおよびアラミド繊維からなる織布を含んでいる。潤滑ライナー３内では当該織布が、フェノール樹脂で含浸されている。一般的には潤滑ライナー３は、耐摩耗性および耐熱性に優れ、耐荷重性が高く熱伝導性が大きく、さらに熱膨張率が小さい樹脂材料で構成されることが好ましい。また接着層４は、フェノール系の材料により構成されている。

以上の構成を有する球面滑り軸受１０は、接着層４により外輪内周面２Ａに潤滑ライナー３が接着された外輪２の内側の空洞部に、内輪１が圧入により組み込まれることで、形成される。球面滑り軸受１０は、滑り部としての内輪外周面１Ａおよび外輪内周面２Ａが、環状であり球面形状でもあることが好ましい。球面滑り軸受１０は、ラジアル荷重とアキシャル荷重との双方の負荷を受けることが出来る、自動調心系の滑り軸受である。球面滑り軸受１０は揺動運動または調心運動に適している。このため球面滑り軸受１０は産業機械および建設機械などの関節運動部に広く使用されている。本実施の形態の球面滑り軸受１０は、定期的な給油が必要ない場所で用いられる、いわゆる無潤滑球面滑り軸受である。無潤滑球面滑り軸受は、耐熱性、耐摩耗性および耐油性等が要求される航空機などの用途に用いられている。

次に、上記記載と一部重複するが、本実施の形態の作用効果について説明する。
本開示に従った滑り軸受（１０）は、内輪（１）と、外輪（２）とを備える。外輪（２）は内輪（１）の外側に、内輪（１）に対して摺動自在に嵌合されている。外輪（２）の内輪（１）側に配置される外輪内周面（２Ａ）は、二乗平均平方根傾斜が０．２０μｍを超えている。外輪（２）の外輪内周面（２Ａ）には潤滑ライナー（３）が、外輪（２）と一体となるように接着されている。

外輪内周面２Ａの二乗平均平方根傾斜が上記の数値範囲となるように最適化されることで、１７０℃程度の高温環境下でも、外輪２と潤滑ライナー３とが強固に一体化されるように接着可能となる。このため高温環境下で球面滑り軸受１０とこれが保持する軸（内輪１の空洞部５に保持される軸部材）との間に高い負荷が発生しても、潤滑ライナー３の剥離を抑制できる。

なお上記滑り軸受（１０）は、算術平均粗さが２μｍ以上４μｍ以下であり、最大高さが１０μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。このように外輪内周面２Ａの算術平均粗さおよび最大高さが最適化されることで、１７０℃程度の高温環境下でも、外輪２と潤滑ライナー３とが強固に一体化されるように接着可能となる。このため高温環境下で球面滑り軸受１０とこれが保持する軸（内輪１の空洞部５に保持される軸部材）との間に高い負荷が発生しても、潤滑ライナー３の剥離を抑制できる。

上記滑り軸受（１０）において、潤滑ライナー（３）はＰＴＦＥを含んでいることが好ましい。上記滑り軸受（１０）において、潤滑ライナー（３）はＰＴＦＥおよびアラミド繊維からなる織布を含み、織布はフェノール樹脂で含浸されていることが好ましい。このようにすれば、潤滑ライナー３の自己潤滑性を向上させることが出来る。また潤滑ライナー３の耐摩耗性、耐熱性を向上し、耐荷重性を高くし、熱伝導性を大きくし、さらに熱膨張率を小さくすることが出来る。これにより潤滑ライナー３を含む球面滑り軸受１０を航空機に適した構成とすることができる。

以上に述べた滑り軸受（球面滑り軸受１０）の外輪内周面２Ａの表面粗さの違いが潤滑ライナー３の接着強度に及ぼす影響が調査された。なおここで表面粗さは、二乗平均平方根傾斜、算術平均粗さおよび最大高さの総称とする。図３は実施例１の調査に用いられた板状試験片等を比較的上方から見た平面図である。図４は実施例１の調査に用いられた図３の板状試験片等を側方から見た正面図である。図５は実施例１の試験が実際になされる態様を側方から見た正面図である。

平面視において矩形状を有する直方体状の板状試験片６が４種類準備された。板状試験片６は平面視における寸法が横４５ｍｍ、縦１０．７ｍｍであり、その厚みは３ｍｍとされた。４種類の板状試験片６のそれぞれをＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとする。なお４種類の板状試験片６のうちＡは、チタン合金が直方体状に旋削されたまま表面処理がなされなかった。４種類の板状試験片６のうちＢ，Ｃ，Ｄは、チタン合金が直方体状に旋削された後にショットブラスト等の表面処理がなされた。４種類の板状試験片６のそれぞれの表面粗さ（二乗平均平方根傾斜ＲΔｑ、算術平均粗さＲａおよび最大高さＲｚ）の値はそれぞれ以下の表１の通りとされた。

次に、潤滑ライナー６Ａが準備された。潤滑ライナー６Ａは上記の本実施の形態と同様に、ＰＴＦＥおよびアラミド繊維からなる織布７を含み、織布がフェノール樹脂で含浸されている。潤滑ライナー６Ａは平面視における寸法が横１０ｍｍ、縦１０．７ｍｍであり、その厚みは０．３ｍｍとされた。

図３および図４に示すように、４種類の板状試験片６それぞれの、平面視における長手方向の一方の端部側の領域に潤滑ライナー６Ａが重畳するように接着された。両者の接着は上記の本実施の形態と同様の接着層４によりなされた。その後、これら４種類の板状試験片６それぞれに潤滑ライナー６Ａが接着されたものが、１７０℃で高温保持された。この板状試験片６の潤滑ライナー６Ａが接着される表面は、標準規格ＳＡＥ−ＡＳ８１８２０における使用温度が氷点下５４℃以上１６３℃以下である航空機用の球面滑り軸受１０の外輪内周面２Ａが想定されている。

潤滑ライナー６Ａが接着され１７０℃で保持される前と、１７０℃で５００時間保持された後との潤滑ライナー６Ａの板状試験片６表面に対する接着強度が、オートグラフにより測定された。具体的には、図５を参照して、１対の掴み治具が準備され、そのうち一方の掴み治具が板状試験片６の潤滑ライナー６Ａが接着された側と反対側の端部１１をチャックし、他方の掴み治具が織布７の板状試験片６に接着された側と反対側の端部１１をチャックした。このように板状試験片６および織布７がチャックされた状態で、チャックされた端部１１に図５中の矢印に示す力Ｆが加えられ、潤滑ライナー６が一定の引張速度１９ｍｍ／分で引き剥がされた。なおこのときの織布７の引張角度は、板状試験片６との接着層４に対して１８０°とされた。この引き剥がされたときの掴み治具の引張力と潤滑ライナーの接着幅とから引張強度が算出された。その引張強度が、板状試験片６に対する潤滑ライナー６Ａの接着強度として評価された。

図６は、実施例１にて１７０℃にて保持される前と後との、各板状試験片と潤滑ライナーとの接着強度を示すグラフである。図６において、各板状試験片Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうち１７０℃で保持される前の試験結果は斜線の棒グラフ（０時間）で示され、１７０℃で５００時間保持された後の試験結果は無印の棒グラフ（５００時間）で示されている。図６を参照して、ショットブラスト等の表面処理がなされなかったＡのみ、５００時間保持後の接着強度が他に比べて著しく劣り、約０．３Ｎ／ｍｍ²となっている。しかしそれ以外はいずれも約１．０Ｎ／ｍｍ²以上の接着強度を示している。

引張せん断接着強度は、標準規格ＳＡＥ−ＡＳ８１８２０において０．３５Ｎ／ｍｍ²以上と規定されている。このためサンプルＡのみ規格外となり、サンプルＢ，Ｃ，Ｄはいずれも規格に適合する結果であることが分かった。この引張せん断接着強度は、特に二乗平均平方根傾斜ＲΔｑの値と正の相関があった。このため実施例１より、外輪内周面２Ａは二乗平均平方根傾斜が０．２０μｍを超えることが必要であることが分かった。

次に実施例１にて良好な結果となったＢ，Ｃ，Ｄに対応するリング状試験片を用いて、滑り軸受（球面滑り軸受１０）の外輪内周面２Ａの表面粗さの違いが潤滑ライナー６Ａ（実施例２での潤滑ライナー３）の接着強度に及ぼす影響が調査された。なお実施例１では板状試験片を用いているのに対し本実施例ではリング状試験片を用いているのは、より実際の外輪内周面２Ａに近い形状のサンプルを用いて試験を行なう観点に基づく。

図７は実施例２の調査に用いられたリング状試験片の概略図である。図８は実施例２の試験が実際になされる態様を示す斜視図である。図７を参照して、実施例２にて用いられたチタン合金製のリング状試験片８が３種類準備された。リング状試験片８は、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、外側面の幅（図７における上下方向寸法）が１２ｍｍである。３種類のリング状試験片８のそれぞれをｂ，ｃ，ｄとする。なおｂ，ｃ，ｄのそれぞれは、実施例１にて良好な結果となった板状試験片６のＢ，Ｃ，Ｄのそれぞれと同じ表面処理がなされたものに対応する。３種類のリング状試験片８のそれぞれの表面粗さ（二乗平均平方根傾斜ＲΔｑ、算術平均粗さＲａおよび最大高さＲｚ）の値はそれぞれ以下の表２の通りとされた。

それぞれのリング状試験片８の内側の側面（内周面）上に、潤滑ライナー３が接着された。潤滑ライナー３はリング状試験片８の内周面と同一面積であり、厚み０．３ｍｍのものが、実施例１と同様の接着層４により接着された。その後、これら４種類のリング状試験片８それぞれに潤滑ライナー３が接着されたものが、１７０℃で高温保持された。

潤滑ライナー３が接着され１７０℃で保持される前と、１７０℃で５００時間保持された後との潤滑ライナー３のリング状試験片８表面に対する接着強度が、オートグラフにより測定された。具体的には、図８を参照して、１対の掴み治具が準備され、そのうち一方の掴み治具がリング状試験片８の外側面のうち、対向する内側面に潤滑ライナー３が接着された領域以外の領域の端部１１をチャックし、他方の掴み治具が潤滑ライナー３のリング状試験片８が接着された側と反対側の端部１１をチャックした。このようにリング状試験片８および潤滑ライナー３がチャックされた状態で、チャックされた端部１１に図８中の矢印に示す力Ｆが加えられ、リング状試験片８に接着された潤滑ライナー３が一定の引張速度１９ｍｍ／分で引き剥がされた。なおこのときの潤滑ライナー３の引張角度は、リング状試験片８と潤滑ライナー３との接着面６Ａに対して１００°以上１８０°以下とされた。この引張角度はＳＡＥ−ＡＳ８１８２０の規格に準拠している。この引き剥がされたときの掴み治具の引張力と潤滑ライナー３の接着幅とから引張強度が算出された。その引張強度が、リング状試験片８に対する潤滑ライナー３の接着強度として評価された。

図９は、実施例２にて１７０℃にて保持される前と後との、各リング状試験片と潤滑ライナーとの接着強度を示すグラフである。図９において、各板状試験片Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうち１７０℃で保持される前の試験結果は斜線の棒グラフ（０時間）で示され、１７０℃で５００時間保持された後の試験結果は無印の棒グラフ（５００時間）で示されている。図９を参照して、ｂ，ｃ，ｄのいずれもショットブラスト等の表面処理がなされたため、５００時間保持後の接着強度はいずれも１．５Ｎ／ｍｍ²以上となり、いずれも規格に適合する結果となった。

以上に述べた各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 内輪、１Ａ 内輪外周面、２ 外輪、２Ａ 外輪内周面、３，６Ａ 潤滑ライナー、４ 接着層、５ 空洞部、６ 板状試験片、８ リング状試験片、１０ 球面滑り軸受。

Claims (4)

1. 内輪と、
   前記内輪の外側に、前記内輪に対して摺動自在に嵌合された外輪とを備え、
   前記外輪の前記内輪側に配置される外輪内周面は、二乗平均平方根傾斜が０．２０μｍを超えており、
   前記外輪の前記外輪内周面には潤滑ライナーが、前記外輪と一体となるように接着されている、滑り軸受。
2. 前記外輪内周面は、算術平均粗さが２μｍ以上４μｍ以下であり、最大高さが１０μｍ以上３０μｍ以下である、請求項１に記載の滑り軸受。
3. 前記潤滑ライナーはＰＴＦＥを含んでいる、請求項１または２に記載の滑り軸受。
4. 前記潤滑ライナーは、ＰＴＦＥおよびアラミド繊維からなる織布を含み、
   前記織布はフェノール樹脂で含浸されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の滑り軸受。