JP5496079B2 - 球面滑り軸受け - Google Patents

Description

本発明は、特にボールソケット形軸継手用の、滑り軸受けシェルを有する球面滑り軸受けに関し、ここで、滑り軸受けシェルは、摺動性材料を含む摺動層および少なくとも１層の寸法安定性支持層を含む。

序文に記載のタイプの球面滑り軸受けが、従来技術から長い間知られている。これらは、特に、きわめて広範囲の機械工学分野において、特に、自動車工学におけるシャーシの継手部材およびステアリングサブアセンブリの形態で用いられるボールソケット形軸継手において用いられる。滑り軸受けシェルは、軸受け筐体に設けられて継手ピンに一体的に形成された球継手を囲っている。原理上は、この幾何学的形状は、継手ピンに、すべての空間的方向への回転動作を達成させる。

従来の設計の自動車シャーシにおいて、例えば支持継手は、グリース潤滑ボールソケット形軸継手の形態である。潤滑剤および軸受け相手の老化は、通常、長期の停止後に固化現象をもたらし、従って、球継手は、自動車が再度使用されると軸受けシェルから「脱離」し；これは明瞭なクラッキングノイズをもたらすと共に、進行した軸受けの摩耗の明らかな徴候である。

英国特許８７５，００３号明細書には、序文に記載のタイプのボールソケット形軸継手の自己潤滑型球面滑り軸受けが記載されている。この球面滑り軸受けの滑り軸受けシェルは、金属材料製の２つの半球状シェル要素から形成されている。球継手に対向するこれらのシェル要素の内側は、例えばＰＴＦＥおよび鉛の混合物といった自己潤滑性摺動性材料でコートされている。半球状シェル要素の、互いに反対に位置されている外縁部は、外側クランピングリングが径方向内方に突き出ているそのフランジを介してその周りを係合される屈曲したフランジを備えている。ラバーリングが、先ずクランピングリングのフランジ間に、次いで、シェル要素の外側フランジ間に配置されており、その結果、シェル要素は取り囲まれている球継手をゴムバネ様式で支持している。

上述の球面滑り軸受けは、比較的単純な設計を特徴とする。しかしながら、エラストマーを使用しているにも関わらず、この球面滑り軸受けは、なお十分な振動減衰を達成しない。

この従来技術に基づいて、本発明は、従って、きわめて単純な設計および公知の従来技術と比して向上した振動減衰特性を特徴とする、序文に記載のタイプの自己潤滑性球面滑り軸受けを規定する目的に基づいている。

本発明によれば、請求項１のプリアンブルによる球面滑り軸受けは、滑り軸受けシェルが少なくとも１層の弾性層を含むというこの目的を達成する。

本発明による球面滑り軸受けの滑り軸受けシェルは、摺動層、少なくとも１層の寸法安定性支持層、および本発明による少なくとも１層の弾性層を有する単純な構造の層システムを含む。対応する球面滑り軸受け相手と接触する摺動層の全面域には、本発明により提供される弾性層が下位に敷設されているため、最適な振動減衰が、これら２つの軸受け相手間の性質および相対運動の力に関係なく達成される。加えて、摺動層の下に配置されている弾性層は効果的な構造音遮音（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）をもたらし、これは、一方の球面滑り軸受け相手から他への音の伝達を最低限とする。本発明による球面滑り軸受けが自動車シャーシに用いられる場合、これは、従って、効果的な振動減衰および車両フレーム構造の非干渉化、それ故、騒音、振動および突き上げ感から車両内部を遮ることを意味し、これは、運転の快適性を著しく高める。球面滑り軸受けの作動中に寸法安定性である支持層の材厚および材料は、滑り軸受けシェルが成形性を高い程度で有し、従って、球面滑り軸受けが多数の用途に適応されることが可能であるように最終的に選択される。

本発明の第１の改良によれば、滑り軸受けシェルにおける弾性層は、層領域に対して実質的に垂直にプレストレスされている。この弾性層のプレストレスの結果、摺動層における、球面滑り軸受けの耐用寿命の過程にわたる漸進的な材料の減少（ｒｅｍｏｖａｌ）は、対応するプレストレスされている弾性層の膨張により相殺されることが可能であり、これは、球面滑り軸受けの耐用寿命にわたる滑り軸受けシェルにおける軸受け相手の無間隙でのガイドを確実とする。軸受けが脱落してしまう恐れが、従って、材料の減少に応じて弛緩する弾性層による自動的な調整によって効果的に最小限とされる。

滑り軸受けシェルの層構造は異なり得る；この場合、軸受け相手と直接的に接触している外側層は常に摺動層により形成されていることが理解されるべきである。本発明の有利な改良によれば、例えば、支持層を摺動層と弾性層との間に配置することが可能である。この場合、この支持層とは反対側の弾性層の面に配置されるさらなる支持層を提供することがさらに可能である。この場合、滑り軸受けシェルは、単に、層剥離の可能性なく軸受け筐体に圧入され得る。支持層および摺動層は、接着性層により互いに接着されていることが好ましい。この場合用いられる接着材料は、少なくとも１種のフルオロポリマー、特にパーフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）（ＭＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、パーフルオロエチレンコポリマー（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレンのターポリマー、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン（ＴＨＶ）、硬化型接着剤、特にエポキシ接着剤、ポリイミド接着剤および／または低温ホットメルト接着剤、特にエチレン−ビニルアセテートおよびポリエーテル−ポリアミドコポリマー、または好適熱可塑性および／またはこれらの混合物であることが好ましい。

上述のものの代わりとして、摺動層と支持層との間に配置された弾性層を提供することもできる。この構成においても、滑り軸受けシェルは、如何なる問題もなく軸受け筐体中に圧入されることが可能である。この場合、摺動層は、定着剤層を介して弾性層に接着されていることが好ましい。同様に、この弾性層は、定着剤層を介して支持層に接着されることが好ましい。用いられる定着剤は、特に、少なくとも１種の反応性ポリマー、特にシラン−ベースの反応性ポリマー、ならびに／または特にメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、キシレン、エタノールおよび水、あるいは、エタノールおよびメチルエチルケトン（ＭＥＫ）といった溶剤中の顔料である。

本発明により提供される弾性層は、好適な弾性を有する異なる材料から形成され得る。これは、エラストマー、特にニトリルゴム、ネオプレンゴム、シリコーンゴム、オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー、熱可塑性エラストマー、架橋エラストマー、ポリエーテル−ポリエステルエラストマー、エチレン−プロピレンエラストマー、エチレン−アクリレートゴムおよび／またはフルオロエラストマーを含有することが好ましい。例えばフォームといった開孔材料もまた、好適な弾性を有している場合には好適である。潤滑剤、溶剤および／または温度に対する所望の抵抗に応じて、好適な充填材の添加に適切であれば、異なるエラストマーを用いることもまた可能である。

摺動層中に存在する摺動性材料は、一方で、異なる材料を含有することが好ましい。摺動性材料は、プラスチック、好ましくは高温プラスチック、特に、フルオロポリマー、特にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ素化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）およびパーフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）からなる群から選択されるもの、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレン、ポリスルホン、特にポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリフェニレンオキシドおよびこれらの混合物を含有することが好ましい。その優れた摺動特性によりポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いることが特に好ましい。

摺動層は、潤滑剤および／または充填材、特にガラスおよび／または炭素繊維、シリコーン、グラファイト、ポリエーテルエーテルケトン、二硫化モリブデン、芳香族ポリエステル、炭素粒子、青銅、フルオロポリマー、熱可塑性充填材、例えばポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンスルホン（ＰＰＳＯ_２）または液晶ポリマー（ＬＣＰ）、鉱物性充填材、例えば珪灰石または硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）、またはこれらの組み合わせを含有することが好ましい。

個別の層の厚さは、異なるように選択され得る。特に好ましい減衰特性および構造音遮音特性が、弾性層の厚さが摺動層の厚さの約１０倍である本発明による球面滑り軸受けの場合に達成される。具体的には、弾性層の厚さは、約０．１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．３〜０．６ｍｍであることが可能である。摺動層の厚さは、これに対応して、好ましくは０．０５〜１．０ｍｍ、好ましくは０．１〜０．２ｍｍである。寸法安定性支持層の厚さは、好ましくは０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍである。

支持層の材料は、金属材料、特に鋼、ステンレス鋼、銅、チタン、青銅、アルミニウム、これらの合金；金属織物およびＰＴＦＥ（Ｎｏｒｇｌｉｄｅ（登録商標）ＭＰ）、または、ＰＴＦＥフィルムと青銅エキスパンドメタルとから形成される複合体材料（Ｎｏｒｇｌｉｄｅ（登録商標）ＳＭ）から製造された軸受けフォイルであることが好ましい。

本発明はまた、単純な設計を有すると共に、効果的な振動減衰および構造音遮音を確実とするボールソケット形軸継手を特定する目的に基づいている。

本発明によれば、この目的は、球状継手ヘッドおよび球面滑り軸受けを含むボールソケット形軸継手によって達成され、ここで、この球面滑り軸受けは、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のとおり設計されている。

以下の文章において、本発明を、例示的な実施形態を示す図面を参照して詳細に説明する。

図１は、軸受け筐体、球面滑り軸受けおよび球継手を有するボールソケット形軸継手を示す。 図２は、図１中の詳細ＩＩにより、球面滑り軸受けの滑り軸受けシェルの層システムを示す。

本発明によるボールソケット形軸継手は、図１に示されているとおり、自己潤滑性球面滑り軸受け１と、球面滑り軸受け１中に遊びなしで設けられていると共に軸受けピン２ａが一体的に形成されている球継手２とを含む。球面滑り軸受け１は軸受け筐体３中に設けられており、軸受け筐体３の構成部品である環状要素３ａを介してこの位置に固定されている。

球面滑り軸受け１は２つの球形状滑り軸受けシェル１ａ、１ｂを含んでおり、上方滑り軸受けシェル１ａは、球継手２に一体的に形成されている軸受けピン２ａがボールソケット形軸継手から突出する中心開口１ａ^＊を含んでいる。開口１ａ^＊は、軸受けピン２ａの球面滑り軸受け１に対する所望の動きを可能とするような寸法とされている。２つの滑り軸受けシェル１ａ、１ｂの各々は、環状の径方向外方に突き出ているフランジ１ａ’、１ｂ’を互いに向かって対向する環状縁部に有している。環状の間隙４がこれら２つのフランジ１ａ’、１ｂ’の間に形成されており、この間隙は、軸受けシェル中に設けられている球継手２に対する軸受けシェル１ａ、１ｂの位置を微調整するためのものである。これは、球継手２を、遊びなしで確実に軸受けシェル１ａ、１ｂ中に配置させる。加えて、球継手２についての間隙４を適切に設定することにより製作公差を相殺することが可能である。

図２は、図１に示すボールソケット形軸継手の球面滑り軸受け１の滑り軸受けシェル１ｂ（滑り軸受けシェル１ａも同等の設計を有する）の層構造を詳細に示す。摺動層５は、球継手２に対して直接的に対向する。この層に存在する摺動性材料はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であることが好ましい。原理上は、例えば本出願人により商品名Ｎｏｒｇｌｉｄｅ（登録商標）で市販されているものといった、より多数の摺動性材料をここで用いることが可能である。

摺動層５は、下位の寸法安定性支持層７に対して接着性層６を介して接着されている。この支持層は、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さを有する鋼から構成されていることが好ましい。一方で、寸法安定性支持層７は、本発明により提供されている弾性層９に定着剤層８を介して接着されている。弾性層は、エラストマー、特にニトリルゴムを含有することが好ましい。本発明によるボールソケット形軸継手において、弾性層９が優れた振動減衰を提供する。滑り軸受けシェル１ａ、１ｂの摺動層５の全表面積の下に設けられている弾性層９は、同様に、軸受け筐体３と球継手２との間で構造音を効果的に遮断する。

本ボールソケット形軸継手の場合には、滑り軸受けシェル１ａ、１ｂにおける弾性層９は、層領域に対して垂直に、すなわち、ボールソケット形軸継手の径方向にプレストレスされている。これは、例えば摺動層５における、球面滑り軸受け１の耐用寿命の過程にわたる漸進的な材料の減少が対応するプレストレスされた弾性層９の膨張により相殺されるという効果を有する。これは、球面滑り軸受け１における遊びのない球継手２のガイドをボールソケット形軸継手の耐用寿命を通じて確実とする。

最適な減衰特性を得るために、本ボールソケット形軸継手における弾性層９の厚さは摺動層の厚さの１０倍であることが好ましい。本事例において、摺動層の厚さは約０．１ｍｍであり、弾性層の厚さは約０．４ｍｍである。

Claims (15)

1. ボールソケット形軸継手用の、滑り軸受けシェル（１ａ，１ｂ）を有する球面滑り軸受け（１）であって、
   前記滑り軸受けシェル（１ａ，１ｂ）が、摺動性材料を含有する摺動層（５）、少なくとも１層の弾性層（９）、前記摺動層（５）と前記弾性層（９）との間に配置されている寸法安定性支持層（７）、および前記寸法安定性支持層（７）とは反対側の前記弾性層（９）の面に設けられている支持層を含み、
   前記滑り軸受けシェルが軸受け筐体中に圧入されるように構成されていることを特徴とする球面滑り軸受け（１）。
2. 前記滑り軸受けシェル（１ａ，１ｂ）における前記弾性層（９）が層領域に対して実質的に垂直にプレストレスされていることを特徴とする、請求項１に記載の球面滑り軸受け（１）。
3. 前記摺動層（５）が、接着性層（６）により前記寸法安定性支持層（７）に接着されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の球面滑り軸受け（１）。
4. 前記接着性層に存在する接着剤が、
   パーフルオロアルコキシポリマー、パーフルオロメチルビニルエーテル、エチレン−テトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、パーフルオロエチレンコポリマー、テトラフルオロエチレンのターポリマー、ヘキサフルオロプロピレン、およびフッ化ビニリデンを含む少なくとも１種のフルオロポリマー、 エポキシ接着剤、ポリイミド接着剤および／または低温ホットメルト接着剤、エチレン−ビニルアセテートおよびポリエーテル−ポリアミドコポリマー、および／または熱可塑性樹脂を含む硬化型接着剤、
   および／またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項３に記載の球面滑り軸受け（１）。
5. 前記弾性層（９）が、定着剤層（８）を介して前記寸法安定性支持層（７）に接着されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の球面滑り軸受け（１）。
6. 前記定着剤層が、少なくとも１種の反応性ポリマーである、シラン−ベースの反応性ポリマー、および／またはメチルイソブチルケトン、キシレン、エタノールおよび水、あるいは、エタノールおよびメチルエチルケトンといった溶剤中の顔料を含有することを特徴とする、請求項５に記載の球面滑り軸受け（１）。
7. 前記弾性層（９）が、ニトリルゴム、ネオプレンゴム、シリコーンゴム、オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー、熱可塑性エラストマー、架橋エラストマー、ポリエーテル−ポリエステルエラストマー、エチレン−プロピレンエラストマー、エチレン−アクリレートゴムおよび／またはフルオロエラストマーを含むエラストマーを含有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の球面滑り軸受け（１）。
8. 前記摺動性材料が、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレン−プロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン、エチレン−クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシポリマー、またはこれらの組み合わせを含むフルオロポリマーからなる群から選択される高温プラスチック、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリフェニレンオキシドおよびこれらの混合物を含有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の球面滑り軸受け（１）。
9. 前記摺動層が、ガラスおよび／または炭素繊維、シリコーン、グラファイト、ポリエーテルエーテルケトン、二硫化モリブデン、芳香族ポリエステル、炭素粒子、青銅、フルオロポリマーを含む潤滑剤および／または充填材、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルホンまたは液晶ポリマーを含む熱可塑性充填材、珪灰石または硫酸バリウムを含む鉱物性充填材、またはこれらの組み合わせを含有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の球面滑り軸受け（１）。
10. 前記弾性層（９）の厚さが、０．１〜１．０ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の球面滑り軸受け（１）。
11. 前記摺動層（５）の厚さが、０．０５〜１．０ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の球面滑り軸受け（１）。
12. 前記寸法安定性支持層（７）の厚さが０．２ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の球面滑り軸受け（１）。
13. 前記寸法安定性支持層（７）が、鋼、ステンレス鋼、銅、チタン、青銅、アルミニウム、これらの合金を含む金属、金属織物およびＰＴＦＥから製造された軸受けフォイル、または、ＰＴＦＥフィルムと青銅エキスパンドメタルとから形成される複合体材料から構成されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の球面滑り軸受け（１）。
14. 球状継手ヘッド（２）および請求項１〜１３のいずれか一項に記載のとおり設計されている球面滑り軸受け（１）を含むボールソケット形軸継手。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の球面滑り軸受け（１）から構成されるボールソケット形軸継手を含む自動車シャーシ。