JP7472097B2 - ヒンジ接続型構成部材及びこのような構成部材を備える機械システム - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２つの同心状リングを備えるヒンジ接続型構成部材に関し、この同心状リングは、互いに対して移動可能であり、これら同心状リング間に摩擦界面を画成する。本発明は、同様に、このような構成部材を備える機械システムに関する。

本発明の分野は、案内部材が連続的なまたは往復運動で平行移動におけるまたは回転における案内機能を提供する分野である。

従来、このような案内部材は、リングを備えており、軸体すなわちシャフトのような素子を連接するかつ／または変位させることができるように装着されるよう設計されている。

実際には、このような機械システムは、高圧、腐食、磨減、衝撃などの著しい動作ストレスを受ける。機械システムの耐用年数を改善するために、リングと軸体との間には潤滑剤が供給される。

リングには、例えば出願人による特許文献１から特許文献３内で説明されているように、グリス貯留部として機能する配列が設けられ得る。

機械システムが動作していると、グリスは、リングと軸棒との間の摩擦界面を潤滑化するために、配列から徐々に出てくる。このため、配列は、組立中のみのあるいは長い潤滑時間間隔での潤滑を可能とする。

出願人は、案内部材の分野で優れた専門知識を有しており、既存のシステムを改善することを継続して摸索している。

欧州特許第０９８７４５６号明細書 国際公開第２０１４／０９１１２３号パンフレット 国際公開第２０１４／０９１１２４号パンフレット

本発明の目的は、ヒンジ接続型構成部材を提供することであり、このヒンジ接続型構成部材は、摩耗及び固着(seizure)に対する優れた耐久性並びに改善した耐用年数を有する。

このために、本発明は、単一自由度を有するヒンジ接続型構成部材に関し、このヒンジ接続型構成部材は、中心軸回りに互いに対して回転移動可能な少なくとも２つの同心状リングを備え、これらリング間に摩擦界面を画成しており、このヒンジ接続型構成部材は、内側摩擦面を有する外側リングと、外側摩擦面と回転、振動及び／または平行移動において構成部材によって案内される移動可能部材を受けることを意図した内側摩擦面と、を有する内側リングと、を有する。

このため、本発明は、耐久性があり小型で実施が簡素な構成部材を提供できる。構成部材は、単一のリングからなりかつ同様の寸法及び容積を揺する構成部材と比較すると、改善した耐用年数を有する。

構成部材は、３つの摩耗面を形成する３つの摩擦面を有する。単一の内側摩擦面を有する単一のリングからなる構成部材と比較すると、本発明にかかる構成部材の耐用年数は、３倍になるだろう。驚くことに、構成部材のその耐用年数に関する経験は、少なくとも５倍であった。

単一の連接リングの場合において、摩耗は、主として、円周の１／３にわたって延在する角度方向セクタにわたって局所化され、内側リングは、外側リングに対して回転し、これにより、潜在的な摩耗面、ひいては構成部材の耐用年数を大きく増加させる。

実際には、分かり得ることは、２つのリング間の摩擦界面が優先されること、である。両摩擦面は、主摩耗面の機能を行う。この界面が固着すると、内側リングの内側摩擦面は、摩耗面としての機能を引き継ぐ。

有利には、構成部材は、３つの摩擦面を有しており、これら摩擦面には、表面処理もしくは被覆及び／または潤滑剤の貯留部として機能できる配列が設けられ得る。このため、本発明は、構成部材の設計においてより大きな制御を提供し、用途ごとに構成部材の摩耗抵抗を調整できる。

単独でまたは組み合わせて考慮され得る本発明の他の有利な特徴によれば：
－摩擦界面を区画する摩擦面は、筒状である；
－摩擦界面を区画する摩擦面は、若干湾曲している、摩擦面それぞれの絶対曲げ半径は、対象の摩擦界面の半径よりも完全に大きい；
－リング間の摩擦界面は、潤滑剤を受ける、構成部材は、摩擦界面から潤滑剤が漏洩することを防止するように設計された封止手段を備える；
－潤滑剤は、グリスである；
－構成部材は、外側リングに対する内側リングの軸方向及び角度方向の移動を制限する側部素子を備える；
－封止手段は、摩擦界面の第１側にあるフランジと、摩擦界面の第２側にある肩部と、を備える；
－封止手段は、摩擦界面の各側にあるフランジを備える；
－封止手段は、摩擦界面の各側において、一方で内側リングとフランジまたは肩部との間に介装されたワッシャを備える；
－ワッシャは、ＰＴＦＥである；
－摩擦面のうちの少なくとも１つは、リングのベース材料とは異なる物理特性を有する表面処理または被覆を有する；
－表面処理または被覆は、多層または単層である；
－被覆は、物理気相成長法（ＰＶＤ）を用いて生成されている；
－被覆は、化学気相成長法（ＣＶＤ）を用いて生成されている；
－被覆は、溶射を用いて形成されている；
－被覆は、コールドスプレーを用いて形成されている；
－被覆は、粉体形状で噴霧されている；
－被覆は、液滴形状で噴霧されている；
－被覆は、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）を熱噴霧することを用いて生成される；
－被覆は、レーザクラッディングを用いて生成される；
－被覆は、固着防止されている；
－被覆は、特に１μｍ以上５μｍ以下の、例えば３μｍの厚さを有するＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）型の無定形炭素からなる外側層を備える；
－被覆は、特に樹脂及び／または例えばＰＴＦＥ、ＭｏＳ２または黒鉛タイプの充填材を含む織補強もしくは不織補強に基づいた、自己潤滑性複合材料からなる外側層を備える；
－被覆は、高分子ラッカーを含む；
－処理は、窒化することであり、摩擦面は、特に５μｍ以上５０μｍ以下の、例えば２０μｍの厚さを有する化合物層（酸化物被覆）を有する；
－処理は、０．５μｍ以上４ｍｍ以下の、例えば２ｍｍの厚さにわたって硬化することである；
－摩擦面のうちの少なくとも１つは、潤滑剤の貯留部として機能できる配列を備える；
－配列は、円状または胞状断面のキャビティを備える；
－キャビティは、マイクロキャビティであり、マイクロキャビティそれぞれは、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の、例えば６ｍｍの直径を有する；
－キャビティは、マイクロキャビティであり、マイクロキャビティそれぞれは、１５μｍ以上１００μｍ以下のより長い長さ及び５０ｎｍ以上１００μｍ以下の深さを有する；
－配列は、円状または螺旋状の溝部を備える；
－配列は、格子を備える；
－配列は、山形状模様を備える；
－同じ表面は、複数の様々なタイプのまたは１つのみのタイプの配列を備え得る；
－配列は、５％以上６５％以下の表面密度を有し、表面は、表面密度は、配列によって覆われている全面積とこれら配列を含む上記領域の全面積との間の比率である；
－摩擦面それぞれは、リングのベース材料とは異なる物理特性及び／または潤滑剤を蓄積するように機能できる配列を備える；
－摩擦面のうちの少なくとも１つは、同時に、リングのベース材料とは異なる物理特性及び潤滑剤を蓄積するように機能できる配列を有する表面処理または被覆を備える；
－外側リング及び／または内側リングは、例えば鋼鉄、鋳鉄、アルミニウム、銅合金などの金属である；
－外側リング及び／または内側リングは、複合材料からなる；
－構成部材は、排他的に、２つの同心状リングを備え、摩擦界面は、外側リングの内側摩擦面と内側リングの外側摩擦面との間に直接画成されている；
－ヒンジ構成部材は、少なくとも３つの同心状リングを備える；
－ヒンジ構成部材は、３つのリングを備え、３つのリング間には、単一の摩擦界面が画成されている、すなわち、２つのリングは、例えば接着、溶接または他の技術を用いて、互いに対して取り付けられている；
－中間リングは、自己潤滑性である、より具体的には、中間リングの外側摩擦面及び／または内側摩擦面は、自己潤滑性である；
－中間リングは、繊維ストリップを巻回したものと充填材を含む樹脂とで構成され得、これら巻回したものと樹脂とは、一体的なリングを実施するように混合されており、ストリップは、フィラメントワインディング法を用いて複数層にわたって交差されている；
－ヒンジ構成部材は、３つのリングを備えており、各対のリング間には、摩擦界面が画成されている、すなわち、３つのリングは、互いに対して移動可能である；
－中間リングは、金属である；
－中間リングは、複合材料から形成されている；
－ヒンジ構成部材は、４以上のリングを備える。

本発明は、同様に、機械システムに関し、この機械システムは、上述したヒンジ接続型構成部材と、回転、振動及び／または平行移動で構成部材によって案内される移動可能部材と、を備える。

機械システムは、４つの摩擦面、すなわち、軸体の外面及びヒンジ接続型構成部材の３つの表面を備える。一のリング内に装着された軸体と比較して、機械システムの耐用年数は、大きく改善される。

本発明は、非限定的な例としてのみ提供され以下の説明を添付の図面を参照して読むとより理解される。

本発明にかかる機械システムを示す分解斜視図であって、この機械システムが、軸棒と、２つのリング及び封止手段からなるヒンジ接続型構成部材と、を備える、分解斜視図である。 図１の構成部材を示す側面図である。 図１の構成部材を示す斜視図である。 図２のＶＩ－ＶＩ線に沿う横断面図である。 図４の詳細Ｖを示す拡大図である。 本発明にかかる別の機械システムを示す分解斜視図であって、この機械システムが、軸棒と、変形例にかかるヒンジ接続型構成部材と、を備える、分解斜視図である。 図６の構成部材に関する図２と同様の図である。 図６の構成部材に関する図３と同様の図である。 図６の構成部材に関する図４と同様の図である。 図６の構成部材に関する図５と同様の図である。 別の変形例にかかる構成部材に関する図４と同様の図であって、この構成部材が、それらの間に２つの摩擦界面を画成する３つのリングを備える、図である。 別の変形例にかかる構成部材に関する図５と同様の図であって、この構成部材が、それらの間に２つの摩擦界面を画成する３つのリングを備える、図である。 別の変形例にかかる構成部材に関する図４と同様の図であって、この構成部材が、それらの間に単一の摩擦界面を画成する３つのリングを備える、図である。 別の変形例にかかる構成部材に関する図５と同様の図であって、この構成部材が、それらの間に単一の摩擦界面を画成する３つのリングを備える、図である。

図１から図５には、本発明にかかる機械システムが示されており、この機械システムは、同様に本発明にかかるヒンジ接続型構成部材１と、構成部材１内に装着された軸棒２と、を備える。軸棒２は、回転（通常複数回転にわたる、一方向での回動）、振動（通常一回転のうちの一部にわたる、２つの交互方向での回動）及び／または平行移動（軸方向での移動）においてヒンジ接続型構成部材１によって案内される。

ヒンジ接続型構成部材１は、２つの同心状リング１０及び２０を備え、これら同心状リングは、中心軸Ｘ１回りで互いに対して回転移動可能である。２つのリング１０及び２０は、これらリング間に摩擦界面４０を画成し、この摩擦界面は、潤滑剤Ｌ，好ましくはグリスを受ける。

２つのリング１０及び２０は、外側リング１０及び内側リング２０である。外側リング１０は、内側筒状摩擦面１２及び外側筒状摩擦面１４を有する。内側リング２０は、外側筒状摩擦面２２及び内側筒状リング面２４を有する。

面１２及び２２は、これら面間に中心軸Ｘ１に対して径方向にある摩擦界面４０を画成する。面１４は、ボアホール内に外側リング１０を装着するために設けられている。チャネル４２は、面１２及び１４間でリング１０を径方向で関して配設されており、それにより、界面４０を潤滑させる。面２４は、軸棒２、より正確には軸棒２の外側筒状面４を受けるために設けられている。このため、軸棒２は、回転、振動及び／または平行移動において構成部材１によって案内される。

構成部材１は、摩擦界面４０からの潤滑剤Ｌの漏洩を防止するように設計された封止手段６０を備える。このため、構成部材１は、封止された潤滑構造を構成する。リング１０及び２０間の相対回転は、大きく容易にされ、固着する危険性を低減する。

封止手段６０は、外側リング１０に対する内側リング２０の軸方向変位を制限する横方向部材６２、６４、６６及び６８を備える。より具体的には、封止手段６０は、界面４０の第１側においてフランジ６２及びワッシャ６６を備え、摩擦界面４０の第２側において肩部６４及びワッシャ６８を備える。素子６２、６４、６６及び６８は、環状であり、軸Ｘ１を中心としている。肩部６４は、リング１０の一部である。素子６２、６６及び６８は、リング１０及び２０から分離している。ワッシャ６８は、リング１０に形成された溝部６７内に装着されており、肩部６４に当接している。素子６２及び６６は、この目的のためにリング１０内に設けられた筐体６１内に装着されており、肩部６４とは反対側にある。

あるいは、封止手段６０は、構成部材１の両側に装着された２つの取り外し可能なフランジを備え得る。

構成部材１は、非関節型である、すなわち、球面関節を構成しない。組み立てた構成部材１は、一自由度のみ、すなわち、中心軸Ｘ１回りにおけるリング１０及び２０間の回動接続を有している。リング１０及び２０は、軸Ｘ１回りに互いに対して自在に移動可能であるが、平行移動及び回転において、他の自由度に従って移動自在ではない。

摩擦面１２及び２２は、筒状であり得る。

あるいは、面１２及び２２は、若干湾曲し得る。すなわち、面１２及び２２は、回転面であり、円状セクション及び楕円状または放物線状の母面を有する。面１２及び２２（軸Ｘ１を含む径方向平面内とみなされる）それぞれの湾曲は、常に、摩擦界面４０の半径（軸Ｘ１に対する横断方向の平面内とみなされる）よりも大きい半径を有する。

好ましくは、摩擦面１２／２２／２４のうちの少なくとも１つは、対応するリング１０／２０のベース材料とは異なる物理的性質を有する表面処理または被覆を備える。

より好ましくは、摩擦面１２／２２／２４のうちの少なくとも１つは、潤滑剤Ｌを蓄積するように機能できる配列を備える。

依然として好ましくは、摩擦面１２／２２／２４それぞれは、対応するリング１０／２０のベース材料とは異なる物理的性質を有する表面処理もしくは被覆、及び／または、潤滑剤Ｌの貯留部として機能できる配列、を備える。

非限定的な例として、
－リング１０及び２０は、鋼鉄から形成されている、
－面１２は、窒化処理を受けており、約２０μｍの化合物層（酸化物被覆）を有する窒化鋼の外側層１６を有する、
－面１２は、円状セクションキャビティの形態にある配列１８を有し、この配列は、中心軸Ｘ１回りに均一に分布されており、リング１０及び２０間の界面４０において潤滑剤Ｌを蓄積する様に機能できる、
－面２２は、（例えばクロムまたは窒化クロムで構成された）副層を有してまたは有さないで、３μｍのオーダーの厚さを有するＤＬＣタイプの非晶質炭素の外側層２６で被覆されている、かつ、
－面２４は、円状溝部の形態にある配列２８を有し、この配列は、中心軸Ｘ１回りに巻回しかつ中心軸Ｘ１に沿って一定の間隔をあけており、リング２０と軸棒２との間の界面において潤滑剤Ｌを蓄積する様に機能できる。

本発明は、弾性を有し、小型で実施が容易なヒンジ接続型構成部材を提供できるようにする。２つのリング１０及び２０を有する構成部材１は、単一のリングからなり同様の寸法及び容積を有する構成部材と比較して、改善した耐用年数を有する。

単一の連接リングの場合において、摩耗は、主として、円周の１／３にわたって延在する角度方向セクタにわたって局所化される。本願発明の場合では、内側リング２０は、外側リング１０に対して回転し、これにより、潜在的な摩耗面、ひいては構成部材の耐用年数を大きく増加させる。

実際には、分かり得ることは、２つのリング１０及び２０間の摩擦界面４０が、優先されること、である。両摩擦面１２及び２２は、主摩耗面の機能を行う。この界面４０が固着すると、軸棒２の面４と接触する内側リング２０の内側摩擦面２４は、摩耗面としての機能を引き継ぐ。

構成部材１は、３つの摩耗面を形成する３つの摩擦面１２、２２及び２４を有し、これら摩擦面には、処理、被覆及び／または配列が設けられ得る。このため、本発明は、構成部材１の設計においてより大きな制御を提供し、用途ごとに構成部材の摩耗抵抗を調整できる。

機械システムは、４つの摩擦面、すなわち、軸棒２の外側面４並びに構成部材１の３つの面１２、２２及び２４を備える。単一のリング内に装着された軸棒と比較して、機械システムの耐用年数は、大きく改善される。

本発明にかかる他の実施形態のヒンジ接続型構成部材１を図６から図１４に示す。構成部材１の一部を形成する同じ素子は、上述した第１実施形態の素子と比較可能であり、簡素化を目的として、同じ参照符号を有する。

図６から図１０は、本発明にかかる別の機械システムを示しており、このシステムは、変形例の構成部材１と、構成部材１内に装着された軸棒２と、を備える。摩擦面１２／２２／２４には、表面処理または被覆、及び、潤滑剤Ｌを貯留する配列がない。
封止手段６０は、界面４０の両側にあるフランジ６２及び肩部６４を備える。このため、構成部材１は、第１実施形態におけるよりも製造するのがより簡素でありかつ高価でない。処理、被覆または配列がないにもかかわらず、２つのリング１０及び２０を備える構成部材１は、単一のリングからなり同様の寸法及び容積を有する構成部材と比較して、改善した耐用年数を有する。

図１１及び図１２は、変形例にかかるヒンジ接続型構成部材１を示しており、この構成部材は、互いに対して移動可能な３つの同心状リング１０、２０及び３０を備える。リング３０は、リング１０及び２０間に位置する。第１摩擦界面４０は、リング１０及び３０間に画成される。第２摩擦界面５０は、リング２０及び３０間に画成されている。構成部材１は、５つの摩耗面を形成する５つの摩擦面１２、２２、２４、３２及び３４を有し、これら摩擦面には、処理、被覆及び／または配列が設けられ得る。

図１３及び図１４は、変形例にかかるヒンジ接続型構成部材１を示しており、この構成部材は、３つの同心状リング１０、２０及び３０を備える。リング３０は、リング１０及び２０間に位置する。リング２０及び３０は、互いに移動可能であり、これらリング間に摩擦界面５０を画成する。リング３０は、例えば接着によって、リング１０に取り付けられている。リング３０は、繊維ストリップを巻回したものと充填材を含む樹脂とで構成され得、これら巻回したものと樹脂とは、一体的なリングを実施するように混合されており、ストリップは、フィラメントワインディング法を用いて複数層にわたって交差されている。構成部材１は、３つの摩耗面を形成する３つの摩擦面２２、２４及び３２を有し、これら摩耗面には、処理、被覆及び／または配列が設けられ得る。

実際には、ヒンジ接続型構成部材１は、本発明の範囲を越えずに、図１から図１４とは異なって構成され得る。さらに、上述した様々な実施形態の技術的特徴は、全体としてまたは部分的に、互いに組み合わされ得る。このため、構成部材１は、コスト、機能性及び性能の観点で調整され得る。

以下の表１から表５は、一連の試験を示しており、これら試験は、２つの参考リング（軸体を受ける単一のリング）と本発明にかかる様々な実施形態とを比較できる。

一連の試験の結果は、以下の観測を可能とした。
－Ｃ－ＢＨ１型構成部材は、Ｂ１型リングのサイクル数の４．６倍と同等のサイクル数を完了した。
－Ｃ－ＢＨ２型構成部材は、Ｂ２型リングのサイクル数の３．６倍と同等のサイクル数を完了した。
－Ｃ－ＢＨ３型構成部材は、Ｂ２型リングのサイクル数の４倍と同等のサイクル数を完了した。
－Ｃ－Ｂ４型構成部材は、Ｂ２型リングのサイクル数の４．６倍と同等のサイクル数を完了した。
－Ｃ－ＢＨ５型構成部材のために行った試験は、５０００００サイクルで自発的に停止された。Ｃ－ＢＨ５型構成部材の耐用年数は、Ｂ２型リングの耐用年数よりもずっと大きい。

このため、本発明は、耐久性があり小型かつ実施が簡素であるヒンジ接続型構成部材１を提供できる。複数のリングを備える構成部材１は、単一のリングからなり同様の寸法及び容積を有する構成部材と比較して、改善した耐用年数を有する。

１ ヒンジ接続型構成部材、２ 軸棒，移動可能部材、１０ 外側リング，同心状リング、１２ 内側筒状摩擦面、１６ 被覆，外側層、１８ 配列、２０ 内側リング，同心状リング、２２ 外側筒状摩擦面、２４ 内側筒状リング面、２６ 被覆，外側層、２８ 配列、３０ 同心状リング、４０，５０ 摩擦界面、６０ 封止手段、６２ フランジ，横方向部材，素子、６４ 肩部，横方向部材，素子、６６，６８ ワッシャ，横方向部材，素子、Ｌ 潤滑剤、Ｘ１ 中心軸

Claims (7)

1. 少なくとも１の自由度を有するヒンジ接続型構成部材（１）であって、３つの同心状リング（１０、２０、３０）を備え、前記同心状リングが中心軸（Ｘ１）回りに回転可能であり、
   －外側リング（１０）と、
   －前記中心軸（Ｘ１）回りの回転または振動、及び／または、前記中心軸（Ｘ１）方向の平行移動において当該構成部材（１）によって案内される移動可能部材（２）を受けることを意図した内側摩擦面（２４）を有する内側リング（２０）と、
   －複合材料からなる中間リング（３０）と、
   －前記外側リング（１０）と前記中間リング（３０）との間に画成された単一の摩擦界面（４０）または前記内側リング（２０）と前記中間リング（３０）との間に画成された単一の摩擦界面（５０）と、
   を有し、
   前記単一の摩擦界面（４０、５０）が潤滑剤（Ｌ）を受け入れ、かつ、
   前記摩擦界面（４０）からの潤滑剤（Ｌ）の漏洩を防止するように設計された封止手段（６０）を備える
   ことを特徴とするヒンジ接続型構成部材（１）。
2. 前記外側リング（１０）に対する前記内側リング（２０）の軸方向及び角度方向の変位を制限する素子（６２、６４、６６、６８）を備えることを特徴とする請求項１に記載のヒンジ接続型構成部材（１）。
3. 前記摩擦面（１２；２２；２４）のうちの少なくとも１つが、前記リング（１０；２０；３０）のベース材料とは異なる物理的性質を有する表面処理または被覆（１６；２６）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のヒンジ接続型構成部材（１）。
4. 前記摩擦面（１２；２２；２４）のうちの少なくとも１つが、潤滑剤（Ｌ）の貯留部として機能できる配列（１８；２８）を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のヒンジ接続型構成部材（１）。
5. 前記摩擦面（１２；２２；２４）それぞれが、前記リング（１０；２０；３０）のベース材料とは異なる物理的性質を有する表面処理もしくは被覆（１６；２６）、及び／または、潤滑剤（Ｌ）の貯留部として機能できる配列（１８；２８）、を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のヒンジ接続型構成部材（１）。
6. 前記外側リング（１０）及び前記内側リング（２０）が、金属であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のヒンジ接続型構成部材（１）。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のヒンジ接続型構成部材（１）と、回転、振動及び／または平行移動において前記構成部材によって案内される移動可能部材（２）と、を備えることを特徴とする機械システム。

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