JP6555678B2 - 摺動部材及び摺動面への潤滑剤供給構造並びにこれらの製造方法、並びに、摺動面に潤滑剤を供給する方法 - Google Patents
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Description
これらの技術は、摩擦減少の効果は上がるものの部品点数が多くなり、それに伴い組立工数も増加するという問題も生ずる。
本発明は、具体的には以下のとおりである。
上記摺動面において一直線上に配置されていない少なくとも3つの上記有底孔を上記摺動部材内部で連通する連通孔が形成されており、
上記連通孔が上記摺動面のみに開口を有する摺動部材。
(2) 摺動面に複数の有底孔が形成された摺動部材であって、
少なくとも2つの上記有底孔を上記摺動部材内部で非直線状に連通する連通孔が形成されており、
上記連通孔が上記摺動面のみに開口を有する摺動部材。
(3) 上記有底孔の流出口が非溝状である(1)又は(2)記載の摺動部材。
(4) 上記摺動部材は、一体成形されたものである(1)〜(3)の何れか1項記載の摺動部材。
(5) 上記摺動部材は、同質材料の一体成形である(1)〜(3)の何れか1項記載の摺動部材。
(6) 上記有底孔及び上記連通孔は金属粉末成形機又は樹脂粉末成形機(以下、「3Dプリンター」と総称することがある。)により形成される(1)〜(5)の何れか1項記載の摺動部材。
(7) 上記有底孔及び上記連通孔に潤滑剤を有する(1)〜(6)の何れか1項記載の摺動部材。
(9) 摺動面に形成された複数の有底孔と、少なくとも2つの上記有底孔を部材内部において非直線状に連通する連通孔とを有し、上記連通孔が上記摺動面のみに開口を有する、摺動面への潤滑剤供給構造。
上記有底孔の流出口からの上記潤滑剤の流出に応じて、上記有底孔及び上記連通孔に存在する潤滑剤が毛細管現象によって上記流出口に補充されることにより、摺動面に潤滑剤を供給する方法。
(12) 摺動部材の摺動面に形成された複数の有底孔、及び、少なくとも2つの上記有底孔を上記摺動部材内部で非直線状に連通する連通孔に潤滑剤が充填され、
上記有底孔の流出口からの上記潤滑剤の流出に応じて、上記有底孔及び上記連通孔に存在する潤滑剤が毛細管現象によって上記流出口に補充されることにより、摺動面に潤滑剤を供給する方法。
更に、中央の有底孔2内の潤滑剤が流出した後の流出口における間隙内の気体が周囲の環境に対して負圧になるため、潤滑剤が誘引されて補充される場合もある。
本発明の摺動部材は、好ましくは、潤滑剤が有底孔2の流出口から極微量ずつ流出し、毛細管現象により極微量ずつ潤滑剤を補充することができるので、長期間にわたり適度な潤滑剤膜を摺動面1上に形成することができる。
有底孔は、また、摺動面から俯瞰視する断面が真円である必要はなく、その形状は限定されないが、製造が容易であり、潤滑剤の管路抵抗が小さい点で、円形、略円形、楕円形が好ましく、円形、略円形がより好ましい。
連通孔は、また、製造容易である点で、潤滑剤が流れる方向(例えば、図5に示す白抜き矢印の方向)に垂直な面である断面が、有底孔と同様の形状であってよい。
また、連通孔又は有底孔に異物が混入した場合を鑑みて、想定される異物の大きさに応じて、当該異物を孔内に滞留又は排出するように形状を設定してもよい。
本発明の摺動部材を内輪21aとして用いる場合、内輪21aの外周面1aを本発明の摺動部材における摺動面とし、外周面1aに複数の有底孔2aを形成する。
本発明の摺動部材を外輪21bとして用いる場合、外輪21bの内周面1bを本発明の摺動部材における摺動面とし、内周面1bに複数の有底孔2bを形成する。
本発明の摺動部材を凸部で接合する人工関節11aとして用いる場合、人工関節11aの凸部の外周面1aを本発明の摺動部材における摺動面とし、外周面1aに複数の有底孔2aを形成する。
本発明の摺動部材を凹部で接合する人工関節11bとして用いる場合、人工関節11bの凹部の内周面1bを本発明の摺動部材における摺動面とし、内周面1bに複数の有底孔2bを形成する。
そして人工関節のように常時潤滑剤の供給ができない部位にとって本発明の摺動部材は好適な形態となる。
本発明の摺動部材は、また、滑り軸受けのような回転摺動、スラスト軸受けのような面摺動、スプラインのようなスライド摺動等、種々の摺動に用いることができる。
本発明の第1の実施形態の摺動部材として、図1(実施例1)及び図2(実施例2)に示すようなディスク形状(直径24mm、高さ8mm)であって格子状の連通孔を有し、有底孔の直径が1.0mmである試験片(φ1.0)及び1.5mmである試験片(φ1.5)をそれぞれ3Dプリンター(3D Systems社製)を用いてポリ乳酸(PLA)を材料として作製した。有底孔間の距離を、図1に示す試験片では4mmとし、図2に示す試験片では5mmとした。JIS B 0601の方法により測定した、試験片表面のプラトー部の表面粗さRaは、0.02μmであった。複数の有底孔の各開口の面積の合計が摺動面全体に占める比率を面積率(%)として算出した。表1に各試験片の詳細を示す。
有底孔及び連通孔を設けないこと以外は実施例と同じ試験片を用意した。
図19に示すような、摺動面1に、図1に示す試験片と同じ直径(φ1.0及びφ1.5)、深さ及び相互間の距離を有する有底孔2を設けるが、連通孔を設けない比較用の試験片を実施例と同様の方法により作製した。
実施例及び比較例で用意した各試験片について、潤滑剤として高分岐性イソパラフィンポリα−オレフィン(PAO4、Exxon Mobil Corporation社製)により有底孔及び連通孔(比較例2の場合は有底孔のみ)を満たした。図20に示すように各試験片31の摺動面1上に潤滑剤33を各試験片当り1mL供給し、その上に載置したシリンダー32上から荷重34を図中の矢印の方向に課すバウデンレーベン型往復動摩擦試験機を用い、表2に示す実験条件により摩擦係数を測定し、試験毎の平均値を求めた。結果を図21に示す。
連通孔を有しない比較例2の試験片では摩擦係数は0.17〜0.18程度であるのに対し、連通孔を有する実施例1の試験片は摩擦係数が0.11程度であり、連通孔を設けることにより、摩擦係数が6割程度に低減され、大幅に摩擦が低減されることが確認された。
実施例1及び比較例2により作製した有底孔の直径が1.5mmである試験片について、上記摩擦試験のようにシリンダーを接触させた際の潤滑剤の挙動を観察した。可視性向上のため着色した潤滑剤を用いた。結果を図22に示す。
2 有底孔
3 連通孔
Claims (12)
- 摺動面に複数の有底孔が形成された摺動部材であって、
前記摺動面において一直線上に配置されていない少なくとも3つの前記有底孔を前記摺動部材内部で連通する連通孔が形成されており、
前記連通孔が前記摺動面のみに開口を有する摺動部材。 - 摺動面に複数の有底孔が形成された摺動部材であって、
少なくとも2つの前記有底孔を前記摺動部材内部で非直線状に連通する連通孔が形成されており、
前記連通孔が前記摺動面のみに開口を有する摺動部材。 - 前記有底孔の流出口が非溝状である請求項1又は2記載の摺動部材。
- 前記摺動部材は、一体成形されたものである請求項1〜3の何れか1項記載の摺動部材。
- 前記摺動部材は、同質材料の一体成形である請求項1〜3の何れか1項記載の摺動部材。
- 前記有底孔及び前記連通孔は金属粉末成形機又は樹脂粉末成形機により形成される請求項1〜5の何れか1項記載の摺動部材。
- 前記有底孔及び前記連通孔に潤滑剤を有する請求項1〜6の何れか1項記載の摺動部材。
- 摺動面に形成された複数の有底孔と、前記摺動面において一直線上に配置されていない少なくとも3つの前記有底孔を部材内部において連通する連通孔とを有し、前記連通孔が前記摺動面のみに開口を有する、摺動面への潤滑剤供給構造。
- 摺動面に形成された複数の有底孔と、少なくとも2つの前記有底孔を部材内部において非直線状に連通する連通孔とを有し、前記連通孔が前記摺動面のみに開口を有する、摺動面への潤滑剤供給構造。
- 請求項1〜7の何れか1項記載の摺動部材又は請求項8若しくは9記載の潤滑剤供給構造を金属粉末成形機又は樹脂粉末成形機を用いて製造する方法。
- 摺動部材の摺動面に形成された複数の有底孔、及び、前記摺動面において一直線上に配置されていない少なくとも3つの前記有底孔を前記摺動部材内部で連通する連通孔に潤滑剤が充填され、
前記有底孔の流出口からの前記潤滑剤の流出に応じて、前記有底孔及び前記連通孔に存在する潤滑剤が毛細管現象によって前記流出口に補充されることにより、摺動面に潤滑剤を供給する方法。 - 摺動部材の摺動面に形成された複数の有底孔、及び、少なくとも2つの前記有底孔を前記摺動部材内部で非直線状に連通する連通孔に潤滑剤が充填され、
前記有底孔の流出口からの前記潤滑剤の流出に応じて、前記有底孔及び前記連通孔に存在する潤滑剤が毛細管現象によって前記流出口に補充されることにより、摺動面に潤滑剤を供給する方法。
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