JP2022533732A - 振動または回転する移動要素を案内するための部材 - Google Patents

振動または回転する移動要素を案内するための部材 Download PDF

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Abstract

本発明は、振動または回転して移動する要素(2)を案内するための部材(1)に関する。部材(1)は、硬化金属材料から作られ、移動要素(2)を組み付けるための内腔(12)が設けられ、内腔(12)に不連続的に分布されかつグリース溜り(30)として作用することが可能であるキャビティ(20)を含み、かつ任意選択のグリース(30)を供給するための手段(26)を備える本体(10)を有する。内腔(12)には、キャビティ(20)および供給手段(26)の外側に軸受面(14)が定められ、ならびにキャビティ(20)および供給手段(26)に非軸受面(16)が定められる。内腔(12)は、少なくとも1つの領域(40)を含み、キャビティ(20)が2~5mmの間の深さ(P20)を有し、かつ軸受面(14)当たりのキャビティ(20)内のグリース(30)の量が0.05~0.3g/cm2の間である。本発明はまた、そのような部材(1)を備える機械システム、およびそのような部材(1)を製造するための方法にも関する。

Description

本発明は、振動または回転する移動要素を案内するための部材に関する。本発明は、そのような部材を備える機械システム、およびそのような部材を製造するための方法にも関する。
本発明の分野は、連続または往復運動において、振動時または回転時の案内機能を保証する案内部材の分野である。
従来、そのような案内部材はリングによって構成され、軸または主軸などの要素を連節する能力と組み合わせるために設計されている。
実際には、そのような機械システムは稼働中に、高圧、腐食、摩損、衝撃などの高ストレスにさらされる。それらの耐用寿命を改善するために、リングと軸との間に潤滑が提供される。
例えば、本出願人名義の文書特許文献1および特許文献2に記載されているように、リングには、グリース溜りとして作用する機構を設けることができる。機械システムが使用中であるとき、グリースが徐々に機構から出てリングと軸との間の摩擦界面を潤滑する。したがって、この機構により、組立中だけ、そうでなければ非常に大きな潤滑時間間隔で潤滑を実施することが任意選択となる。
青銅、複合材料およびポリマーリングは、それらが高負荷にさらされると軸の形状に適合し、したがって法線圧力を減少させることができるという利点を有する。PV値(圧力×速度)の減少は、したがって摩耗の減少に至る。しかしながら、それらの低表面硬度が、結果としてアブレシブ摩耗に対する低耐性を生じさせる。
したがって、高負荷におよび高摩損にさらされるリングに関しては、高い機械的性質(引張降伏強さRe>800MPa)および高硬度の鋼を使用することが慣例である。これらの鋼は熱処理され、ベイナイトまたはマルテンサイト組織を有する。しかしながら、それらの高い機械的性質のため、これらのリングは軸のたわみに適応できず、このため非常に高い局部的なPV値に、そして結果的に摩耗に、次いで焼付きに至る。
本出願人は、案内部材の分野の膨大な専門知識を有しており、絶えず既存のシステムを改善しようと試みている。
国際公開第2014/091123号 国際公開第2014/091124号
本発明の目的は、摩耗に対するおよび焼付きに対する優れた耐性ならびに長耐用寿命を有する、改善された案内部材を提案することである。
このため、本発明は、振動または回転する移動要素を案内するための部材であって、硬化金属材料(硬化処理した金属材料)から作られた本体を備え、本体は、移動要素を組み付けるための内腔が設けられ、内腔に不連続的に分布されかつグリース溜りとして作用することが可能であるキャビティを含み、かつ任意選択のグリース供給手段を備え、内腔には、キャビティおよび供給手段の外側に軸受面が、ならびにキャビティおよび供給手段に非軸受面が定められる、部材において、内腔が少なくとも1つの領域を含み、キャビティが2~5mmの間の深さを有し、かつ軸受面当たりのキャビティ内のグリースの量が0.05~0.3g/cm2の間であることを特徴とする、部材を対象とする。
したがって、本発明は、耐性があり、効率がよく、かつ実装が簡単である案内部材を提案することを可能にする。この部材は、連節を備える土木、鉱山、農業または産業機械(例えば、鉄鋼部門)など、摩耗環境において重負荷下で動作しかつ衝撃にさらされる機械システムに特に十分に適している。
本発明の他の有利な特性によれば、個々にまたは組合せで、
- 軸受面当たりのグリースの量は0.05~0.2g/cm2の間である。
- キャビティの深さは3~5mmの間であり、好ましくは4mmに等しい。
- 本体は、5mmより大きい、好ましくは6mmより大きい径方向厚さを有する。
- 本体の金属材料は200~600MPaの間の降伏強さReを有する。
- 本体の金属材料は鋼である。
- グリース供給手段は、本体の外面と内腔との間の少なくとも1つの貫通孔を含む。
- グリース供給手段は、内腔に形成される少なくとも1つの環状溝を含む。
- グリース供給手段は、本体の外面に形成される少なくとも1つの環状溝を含む。
- 本体は、特に内腔に環状溝が形成されるときは、その外面に溝を有しない。
- グリースは、好ましくは0.85~1.05g/cm3の間の、例えば0.9g/cm3に等しい密度(ISO2811)を有する。
非限定的な例として、グリースは、参考例「SNR Lub EP2」、「BP energrease LS EP2」および「Tutela grease MRM2」から選ばれてよい。
- 内腔は好ましくは円筒状である。
- 内腔は表面被覆を備える。
- 表面被覆は、キャビティの形成後に、軸受面におよびキャビティに施される。
- 表面被覆は、キャビティが形成される前に軸受面に施される。
- 処理または被覆は、本体の基本金属材料と異なる物理的性質を有する。
- 処理または被覆は多層または単層である。
- 被覆は物理蒸着(PVD)によって作られる。
- 被覆は化学蒸着(CVD)によって作られる。
- 被覆はホットスプレーによって作られる。
- 被覆はコールドスプレーによって作られる。
- 被覆は粉末状にスプレーされる。
- 被覆は滴の形態でスプレーされる。
- 被覆は高速フレーム溶射(HVOF)によって作られる。
- 被覆はレーザクラッディングによって作られる。
- 被覆は焼付き防止である。
- 被覆は、特に厚さが1から5μmの間、例えば3μmの、DLC(ダイヤモンド状炭素)型の無定形炭素の外層から成る。
- 被覆は、例えばPTFE、MoS2またはグラファイト型の充填材を含む、特に樹脂および/または織もしくは不織補強ベースの、自己潤滑性複合材料の外層から成る。
- 被覆はポリマーワニスから成る。
- 処理は窒化である。好ましくは、内腔は、特に5~50μmの間、例えば20μmの厚さを有する結合層(白層)を有する。
- 処理は浸炭である。好ましくは、浸炭は、0.5~4mmの間、例えば2mmの厚さで行われる。
- 処理は固体浸漬である。
- 処理は誘導浸漬、好ましくは高周波である。
- 内腔は、0.6mm以下の拡散深さにわたって焼付きを防ぐように処理された表層であって、5~50μmの間の深さにわたって500Hv1以上の硬度を有する、表層を有する。
- 領域は内腔全体に、本体の長手方向軸周り360度にわたる。
- 領域は、本体の長手方向軸周り少なくとも120度の角度セクタにわたって内腔内に広がる。
- 2つの領域が各々、本体の長手方向軸周り少なくとも120度の角度セクタにわたって内腔内に広がる。好ましくは、2つの領域は軸の両側に設けられる。
- 領域は、幾つかの異なる種類の、または1つの種類のみのキャビティを有することができる。
- キャビティは円形横断面を有する。
- キャビティはハニカム横断面を有する。
- キャビティは各々、2~15mmの間、例えば6mmの長径または直径を有する。
- キャビティは、5~65%の間の表面密度であって、キャビティを含む上記領域における、非軸受面と軸受面の比として定義される、表面密度を有する。
- キャビティは本体の側面で側方には開口しない。
本発明は、上述したような案内部材と、この案内部材内を振動または回転して移動する要素とを備える、機械システムも対象とする。
本発明は、振動または回転する移動要素を案内するための部材を生産するための方法であって、同方法が以下の連続するステップ、
a)金属材料から作られ、移動要素を組み付けるための内腔が設けられ、内腔に不連続的に分布されかつグリース溜りとして作用することが可能であるキャビティを含み、かつ任意選択のグリース供給手段を備える本体を製造するステップであって、内腔には、キャビティおよび供給手段の外側に軸受面が定められ、ならびにキャビティおよび供給手段に非軸受面が定められ、内腔が少なくとも1つの領域を含み、キャビティが2~5mmの間の深さを有する、ステップと、
b)内腔に、少なくとも上記領域に、硬化処理を行うステップと、
c)内腔内に、少なくとも上記領域に、グリースを適用するステップであって、軸受面当たりのキャビティ内のグリースの量が上記領域において0.05~0.3g/cm2の間である、ステップと、を含むことを特徴とする、方法も対象とする。
上記製造方法の一実施形態によれば、内腔にグリースを適用するステップにおいて、軸受面当たりのキャビティ内のグリースの量は0.05~0.2g/cm2の間である。
本発明は、単に非限定的な例として与えられかつ添付の図面を参照しつつ行われる以下の説明を読むことで、より良く理解されるであろう。
リングおよびリングに収容される主軸を備える、本発明に係る機械システムの軸方向断面である。 図1における詳細IIの大縮尺図である。 図1における線III-IIIに沿ったリングの径方向断面である。 グリース供給手段のない、本発明に係るリング変形例を図示する、図1と同様の断面である。 キャビティ変形例を図示する、図2と同様の図である。 別のキャビティ変形例を図示する、図2と同様の図である。 内腔変形例を図示する、図3と同様の図である。 別の内腔変形例を図示する、図3と同様の図である。 別の内腔変形例を図示する、図3と同様の図である。
図1から図3は、本発明に係る案内リング(1)およびリング(1)において振動または回転して移動する主軸(2)を備える、同じく本発明に係る機械システムを図示する。
リング(1)は、長手方向軸(X10)を中心とする管状本体(10)を備える。本体(10)は、外側円筒面(11)および主軸(2)を受けるための内腔(12)を形成する内側円筒面を有する。本体(10)は、硬化処理、例えば窒化、浸炭または浸漬を受けた金属材料から作られる。好ましくは、本体(10)は、200~600MPaの間の降伏強さReを有する鋼から作られる。
本体(10)は、内腔(12)に分布されかつグリース溜り(30)として作用することが可能であるキャビティ(20)を含む。キャビティ(20)は内腔(12)に不連続的に分布される、すなわちそれらは互いと連通しない。好ましくは、キャビティ(20)は、軸(X10)周りにかつ/または軸(X10)沿いに内腔(12)に規則的に分布される。
キャビティ(20)は任意の形状であることができる。例えば、キャビティ(20)は、直径(D20)をもつ円形の半径方向断面、および深さ(P20)をもつ矩形の軸方向断面を有することができる。実際には、深さ(P20)は、内腔(12)の表面から最も遠い点における、キャビティ(20)の底において測定される。
本体(10)は、内腔(12)にグリース(30)を供給するための手段(26)も備える。例えば、供給手段(26)は、外面(11)に形成される環状溝(27)、内腔(12)に形成される環状溝(28)、および溝(27、28)間で本体(10)を貫通する少なくとも1つのオリフィス(29)を含む。環状溝(27、28)は軸(X10)周りに形成される。好ましくは、供給手段(26)は軸(X10)周りに分布される幾つかのオリフィス(29)を備え、2つ、3つ、4つまたはそれ以上のオリフィス(29)がある。手段(26)、より詳細には溝(28)は、キャビティ(20)に接続されない。
代替的に、供給手段(26)は外側溝(27)を有さないことも可能である。実際、試験により、内腔(12)へのグリース(30)の供給を保証するのに内側溝(28)で十分であることが明らかになった。
内腔(12)には、キャビティ(20)および供給手段(26)の外側に軸受面(14)が定められ、そしてキャビティ(20)および供給手段(26)に非軸受面(16)が定められる。
本発明によれば、内腔(12)は、以下を伴う少なくとも1つの領域(40)を含む。
- 2~5mmの間のキャビティ(20)の深さ(P20)、ならびに
- 0.05~0.2g/cm2の間の、キャビティ(20)内のグリース(30)の量を軸受面(14)で割った比。
供給手段(26)に含まれるグリース(30)は、グリース(30)/軸受面(14)比の計算に考慮されない。
本出願人によって実施された試験により、振動してまたは回転して動作する連節の場合、内側溝(28)に含まれるグリース(30)は、この溝(28)がキャビティ(20)に接続されていないので、内腔(12)の潤滑に影響を有しないことが明らかになった。更には、この溝(28)は、軸受面(14)を減少させることによって主軸(2)とリング(1)との間の接触圧を増加させることに寄与する。
これらの試験は以下の条件下で実施された。
- 内径80mm/外径95mm/長さ60mmのリング(1)
- 圧力=50MPa
- PV:0.21MPa.m/s
- 初期潤滑のみ。
- 内側潤滑溝(28)の有無によるリング(1)間の比較。
内側潤滑溝(28)のないリング(1)の耐用寿命は、内側潤滑溝(28)のあるリング(1)の2倍の長さである。
得られた結果は、外側溝および内側溝(27、28)に含まれるグリース(30)を含め、リング(1)に含まれる全てのグリース(30)が「有効である」と主張する、現状技術の一部の公表と反対である。
好ましくは、領域(40)におけるキャビティ(20)の深さ(P20)は3~5mmの間である。より好ましくは、深さ(P20)は4mmに等しい。
図1から図3の例では、領域(40)は内腔(12)全体に、本体(10)の軸(X10)周り360度にわたる。言い換えれば、内腔(12)全体に、2~5mmの間の深さ(P20)を有するキャビティ(20)が設けられる。
好ましくは、内腔(12)は、0.6mm以下の拡散深さ(P50)にわたって焼付きを防ぐように処理された表面層(50)であって、5~50μmの間の深さ(P52)にわたって500Hv1以上の硬度を有する、表面層(50)を有する。
リング(1)の寸法、キャビティ(20)の寸法および主軸(2)の材料など、一部のパラメータを変更することによって2度の試験運転が行われた。
第1の試験運転に関して、Table 1(表1)がこの運転のために使用された試験条件を提示する一方、Table 2(表2)およびTable 3(表3)は異なる一連の試験および得られた結果を提示する。
Figure 2022533732000002
Figure 2022533732000003
大リング寸法で実施された試験の結果が以下のTable 3(表3)に与えられる。
Figure 2022533732000004
第2の試験運転に関して、Table 4(表4)がこの運転のために使用された試験条件を提示する一方、Table 5(表5)は一連の試験および得られた結果を提示する。
Figure 2022533732000005
Figure 2022533732000006
2つの試験運転の結果によれば、焼付き前の繰返し数に対応する性能が、0.05g/cm2~0.3g/cm2の間、最も詳細には0.05g/cm2~0.2g/cm2の間の軸受面当たりのグリースの量に対して最大であることが留意される。
本発明に係る案内部材(1)の他の実施形態が図4から図9に図示される。部材(1)の一部の構成要素は、上記した第1の実施形態のものに相当し、かつ簡略化の目的で、同じ参照番号を有する。
図4は、キャビティ(20)を含むがグリース供給手段(26)がない案内部材(1)を図示する。内腔(12)には、キャビティ(20)の外側に軸受面(14)が定められ、そしてキャビティ(20)に非軸受面(16)が定められる。
図5は、深さ(P20)より小さな直径(D20)を有するキャビティ(20)を図示する。
図6は、深さ(P20)より大きい直径(D20)を有するキャビティ(20)を図示する。
図7は、長手方向軸(X10)周り120度の角度セクタにわたって広がる領域(42)を含む内腔(12)を図示する。内腔(12)には、この領域(42)にのみ2~5mmの間の深さ(P20)を有するキャビティ(20)が設けられる。領域(42)の外側には、内腔(12)は、グリース溜り(30)として作用するキャビティを有しない。
図8は、長手方向軸(X10)周り180度の角度セクタにわたって広がる領域(42)を含む内腔(12)を図示する。内腔(12)には、この領域(42)にのみ2~5mmの間の深さ(P20)を有するキャビティ(20)が設けられる。領域(42)の外側では、内腔(12)には、グリース溜り(30)として作用しかつ2mm未満、例えば1mmの深さを有するキャビティ(22)が設けられる。これらのキャビティ(22)は、領域(42)におけるグリース(30)/軸受面(14)比の計算のためには考慮されない。
図9は、各々長手方向軸(X10)周り120度の角度セクタにわたって広がる2つの領域(44、46)を含む内腔(12)を図示する。領域(44、46)は、軸(X10)の両側に互いに向き合って設けられる。
その上、案内部材(1)は、請求項に定められる本発明の範囲から逸脱することなく図1から図9と異なる形状にすることができる。更には、上述した種々の実施形態および変形例の技術特性は、それらの全体または一部のみを組み合わせることができる。したがって、案内部材(1)は、コスト、機能性および性能に関して応用することができる。
1 案内リング、案内部材
2 主軸
10 管状本体
11 外側円筒面、外面
12 内腔
14 軸受面
16 非軸受面
20 キャビティ
22 キャビティ
26 供給手段
27 環状溝、外側溝
28 環状溝、内側溝、内側潤滑溝
29 オリフィス
30 グリース溜り、グリース
40、42、44、46 領域
50 表面層
D20 直径
P20 深さ
P50 拡散深さ
P52 深さ
X10 長手方向軸

Claims (12)

  1. 振動または回転して移動する要素(2)の案内部材(1)であって、硬化金属材料から作られた本体(10)を備え、前記本体(10)は、移動要素(2)を組み付けるための内腔(12)が設けられ、前記内腔(12)に不連続的に分布されかつグリース溜り(30)として作用することが可能であるキャビティ(20)を含み、かつ任意選択のグリース(30)を供給するための手段(26)を備え、前記内腔(12)には、前記キャビティ(20)および供給手段(26)の外側に軸受面(14)が定められ、ならびに前記キャビティ(20)および前記供給手段(26)に非軸受面(16)が定められる、前記案内部材(1)において、前記内腔(12)が少なくとも1つの領域(40;42;44、46)を含み、キャビティ(20)が2~5mmの間の深さ(P20)を有し、かつ軸受面(14)当たりの前記キャビティ(20)内のグリース量(30)が0.05~0.3g/cmの間であることを特徴とする、案内部材(1)。
  2. 軸受面(14)当たりの前記キャビティ(20)内のグリース(30)の量が0.05~0.2g/cmの間であることを特徴とする、請求項1に記載の案内部材(1)。
  3. 前記領域(40)における前記キャビティ(20)の前記深さ(P20)が3~5mmの間であり、好ましくは4mmに等しいことを特徴とする、請求項1または2に記載の案内部材(1)。
  4. 前記内腔(12)が表面被覆を備えることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の案内部材(1)。
  5. 前記内腔(12)が、0.6mm以下の拡散深さ(P50)にわたって焼付きを防ぐように処理された表層(50)であって、5~50μmの間の深さ(P52)にわたって500Hv1以上の硬度を有する表層(50)を有することを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の案内部材(1)。
  6. 前記本体(10)の金属材料が200~600MPaの間の降伏強さReを有することを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の案内部材(1)。
  7. 前記領域(40)が前記内腔(12)全体に、前記本体(10)の長手方向軸(X10)周り360度にわたることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の案内部材(1)。
  8. 前記領域(42)が、前記本体(10)の長手方向軸(X10)周り少なくとも120度の角度セクタにわたって前記内腔(12)内に広がることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の案内部材(1)。
  9. 2つの領域(44、46)が各々、前記本体(10)の長手方向軸(X10)周り少なくとも120度の角度セクタにわたって前記内腔(12)内に広がることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の案内部材(1)。
  10. 請求項1から9のいずれか一項に記載の案内部材(1)と、前記案内部材(1)の前記内腔(12)内を振動または回転して移動する要素(2)とを備える、機械システム。
  11. 振動または回転して移動する要素(2)の案内部材(1)の製造方法であって、前記製造方法が以下の連続するステップ、すなわち
    a)金属材料から作られ、移動要素(2)を組み付けるための内腔(12)が設けられ、前記内腔(12)に不連続的に分布されかつグリース溜り(30)として作用することが可能であるキャビティ(20)を含み、かつ任意選択のグリース(30)を供給するための手段(26)を備える本体(10)を製造するステップであって、
    前記内腔(12)には、前記キャビティ(20)および供給手段(26)の外側に軸受面(14)が定められ、ならびに前記キャビティ(20)および前記供給手段(26)に非軸受面(16)が定められ、
    前記内腔(12)が少なくとも1つの領域(40;42;44、46)を含み、キャビティ(20)が2~5mm間の深さ(P20)を有する、ステップと、
    b)前記内腔(12)に、少なくとも前記領域(40;42;44、46)に、硬化処理を行うステップと、
    c)前記内腔(12)内に、少なくとも前記領域(40;42;44、46)に、グリース(30)を適用するステップであって、軸受面(14)当たりの前記キャビティ(20)内のグリース(30)の量が前記領域(40;42;44、46)において0.05~0.3g/cmの間である、ステップと、
    を含むことを特徴とする、製造方法。
  12. 前記内腔(12)内にグリース(30)を適用するステップにおいて、軸受面(14)当たりの前記キャビティ(20)内のグリース(30)の前記量が0.05~0.2g/cmの間であることを特徴とする、請求項11に記載の製造方法。
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