JP5759239B2 - 自己潤滑性ライナーを有する無潤滑滑り軸受 - Google Patents

Description

本発明は、摺動部材の一種である無潤滑滑り軸受に係り、無潤滑滑り軸受の摺動面において利用される潤滑性組成物に関する。

回転運動の軸を保持する軸受のうち、軸を曲面からなる滑り面にて保持する滑り軸受は従来広く使用されており、特に、潤滑面に潤滑油等を使用しない無潤滑滑り軸受は、航空機等の低摩擦係数、高耐久性、高荷重性能、高耐熱性、高耐油性などが要求される用途に使用されている。

このような軸受として、図５の断面図に示すような、凹状の第１の軸受面を有する外輪部材１３と、第１の軸受面に対して摺動可能である凸状の第２の軸受面とを有する内輪部材３２とを有している、高荷重用途のための球面滑り軸受けＢ５が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この球面滑り軸受は、一方の部材はチタン合金で製造され、物理的気相成長法（ＰＶＤ）によって付与された窒化チタンで表面処理された軸受面を有している。他方の軸受面は、樹脂で構成された潤滑ライナー２３を有している。潤滑ライナー２３は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）及びポリアラミドの繊維から成るファブリックで構成され、当該ファブリックは、フェノール樹脂組成で飽和している。このようなファブリック状潤滑ライナーを摺動の内周面に接着した無潤滑スリーブ軸受は、従来技術として広く知られている。

また、ジペンタエリトリトールペンタアクリレート２０重量％以上およびポリテトラフルオロエチレン等の固体潤滑剤１０重量％以上を含む熱硬化性アクリル系組成物からなる自己潤滑コーティングが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２の自己潤滑コーティングには、トリエチレングリコールジメタクリレート２０重量％以上およびアラミドパルプ１重量％以下を添加してもよいとされている。さらに、図６に示すような、当該自己潤滑コーティングをライナー２４として外輪１４の摺動の内周面に施したスリーブ軸受Ｂ_６も開示されている。

さらに、燃料電池に付設される冷却水循環ポンプのインペラーの回転軸を回転自在に支持する滑り軸受において、滑り軸受の形成材料が金属イオン非含有のポリエーテルケトン系樹脂などの合成樹脂である燃料電池の冷却水循環ポンプ用滑り軸受が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特許文献３では、金属イオン非含有の合成樹脂の一つとしてポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が挙げられている。このようなポリエーテルケトン系樹脂の機械強度や摩擦摩耗特性を向上させるため、炭素繊維やアラミド繊維などの繊維状充填材やフッ素樹脂や黒鉛などの固体潤滑剤を配合することが好ましく、ポリエーテルケトン系樹脂１００重量部に対して３〜６０重量部を配合している。炭素繊維の添加量は、ポリエーテルケトン系樹脂１００重量部に対して５〜４０重量部、好ましくは１０〜３０重量部である。固体潤滑剤としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂粉末、黒鉛などが例示されている。固体潤滑剤の添加量は、ポリエーテルケトン系樹脂１００重量部に対して１〜４０重量部、好ましくは５〜３０重量部、より好ましくは５〜２０重量部である。以上述べた成形材料を混合し、４００〜４２０℃の温度範囲に加熱し可塑化した後、金型中に充填し固化および離型することにより円筒状の成形体からなる滑り軸受を得ることができる。

特開２００７−２５５７１２号公報 米国特許第６１８０５７４号 特開２００６−９８１９号公報

特許文献１および２に開示された滑り軸受は、航空機に組み込まれて使われるため、低摩擦係数に加えて高い荷重性能、耐熱性、耐油性などが要求されるが、さらに、機体メーカー側からは、スリーブ軸受のような滑り軸受を組み込む工程において、滑り軸受の摺動面を研削または切削によって寸法調整を行うことにより、軸側の寸法調整を行わずに嵌め合い調整を行いたいという要求がある。

しかしながら、特許文献１の繊維状潤滑ライナーは、樹脂中に繊維を含んでいるため、後加工を行うと繊維が切断されてしまうので、研削または切削によって寸法調整を行うことができない。

また、特許文献２の自己潤滑コーティングは熱硬化性アクリル樹脂をベースとするために生産性が悪いという問題がある。

さらに、特許文献３の滑り軸受は構成要素が全て樹脂製であるために、機体に組み込む軸受としては強度不足である。また、冷却水循環ポンプのインペラーの回転軸を回転自在に支持する滑り軸受の樹脂材料としては金属イオン非含有であるために好適であっても、高い荷重性能、耐熱性、耐油性などが要求される航空機に適用できるとは限らない。

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、本発明は、低摩擦係数、高耐久性、高荷重性能、高耐熱性、高耐油性を有するのは勿論のこと、研削または切削によって寸法調整を行うことが可能な自己潤滑性ライナーを有する金属製の無潤滑滑り軸受を提供することを目的としている。なお、以下、寸法調整を行うことが可能であるという意味で、自己潤滑性ライナーを単にマシナブルライナー（加工可能なライナー）と略称する場合がある。

本発明は、金属製の外輪と、外輪の内周面に形成された自己潤滑性ライナーとからなる滑り軸受であって、自己潤滑性ライナーは、ポリエーテルケトン系樹脂６０〜８０重量％と、ポリテトラフルオロエチレン１０〜３０重量％と、ＰＡＮ系炭素繊維５〜１５重量％と、アラミド繊維１５重量％以下とを混合した自己潤滑性樹脂組成物からなり、ＰＡＮ系炭素繊維とアラミド繊維の合計量は１０〜２５重量％であり、外輪の内周面は、表面粗度Ｒａ（中心線平均粗さ）４．０μｍ以上かつＲｍａｘ（最大高さ）３０．０μｍ以上であり、外輪および前記自己潤滑性ライナーは一体化されていることを特徴としている。

また、本発明の滑り軸受の製造方法は、金属製の外輪の内周面に表面処理を行って表面粗度Ｒａ（中心線平均粗さ）を４．０μｍ以上かつＲｍａｘ（最大高さ）を３０．０μｍ以上とし、ポリエーテルケトン系樹脂６０〜８０重量％と、ポリテトラフルオロエチレン１０〜３０重量％と、ＰＡＮ系炭素繊維５〜１５重量％と、アラミド繊維１５重量％以下とをＰＡＮ系炭素繊維とアラミド繊維の合計量が１０〜２５重量％となるように混合してなる自己潤滑樹脂組成物を射出成形し、外輪の内周面に自己潤滑性ライナーを一体化することを特徴としている。

本発明においては、外輪の内周面を内側あるいは外側に湾曲させ、かつ自己潤滑性ライナーの内周面は湾曲せず円筒状であることを好ましい態様としている。

本発明によれば、自己潤滑性ライナーがファブリックを含まないので、保持する軸に対応させるべく、従来のＰＴＦＥを含む繊維状ライナーでは実現できなかった摺動面の研削、切削などの加工が可能となる。また、耐熱性のある熱可塑性樹脂であるポリエーテルケトン系樹脂をベースにしたことで、従来の熱硬化性アクリル樹脂をベースにした自己潤滑コーティングよりも高い生産性が得られた。さらに、軸受の構造体を金属とし、摺動面のみを自己潤滑性ライナーとしているので、全体が樹脂で構成された従来の軸受と比較して強度が飛躍的に向上するとともに、接合面の粗度を最適化することによって金属外輪とライナーの剥離を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る滑り軸受を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の他の実施形態に係る滑り軸受を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の他の実施形態に係る滑り軸受を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の実施例における負荷試験を示す模式断面図である。 特許文献１に係る従来の滑り軸受を示す断面図である。 特許文献２に係る従来の滑り軸受を示す斜視図である。 本発明の実施例における滑り軸受を示す断面図である。 本発明の実施例における滑り軸受を示す断面図である。 荷重−変位曲線の典型例を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明を行う。
図１に、本発明の一実施形態に係る滑り軸受を示す。滑り軸受Ｂ_１は、金属製の外輪１０と、その内側に設けられた自己潤滑性ライナー層２０が形成された構造を有する。金属製の外輪１０の内周面における自己潤滑性ライナー層２０との界面は、後述するように表面粗度が最適化されているので、両者は強固に一体化されており、軸受が保持する軸（内輪）との間に高い負荷が発生しても、自己潤滑性ライナー層の剥離を抑制することができる。また、軸受の構造体自体は金属製なので、高負荷の用途にも変形などの不具合が抑制される。これらの結果として、軸受の長期の耐久性が向上する。

図１に示すスリーブ軸受Ｂ_１は、外輪１０の内周面が円筒形状をなしており、断面図（ａ）においてライナー２０は直線を呈しているが、図２に示すように、断面図（ａ）においてライナー２１の表面が曲線を呈して外輪１１の内周面が球面形状であるような球面滑り軸受Ｂ２にも本発明を適用することができる。この軸受では、外輪の内径は内輪の外径より大きい。外輪内径中央部はライナー厚さ確保のため、少し窪んでいる。また、図３に示すロッドエンドタイプ球面滑り軸受Ｂ３のように、外輪１２が、軸受を使用する装置本体と一体化させるためのネジ部を有した構造であってもよい。

次に、本発明の各構成要素について説明する。
１．本発明が適用される軸受
本発明の滑り軸受としては、スリーブの内周面が摺動面であるスリーブ軸受が挙げられ、フランジ付きスリーブ軸受も利用可能である。フランジ付きスリーブ軸受においては、内径摺動面に加えてフランジ端面も摺動面となり得る。摺動面にはインサート成形によって本発明のマシナブルライナーを固着させる。また、球面滑り軸受が挙げられる。球面滑り軸受は、凹球面状の内周面にマシナブルライナーを固着させた摺動面を有する外輪に、凸球面状の外周面と軸を挿通させるための中心孔を有する内輪を組み合わせることによって構成される。いずれの場合もマシナブルライナーを固着させる金属面は射出成形前にアルミナ溶射またはアルミナまたはシリカ、ジルコニアをメディアとするブラスト処理で下地処理を行って面粗度をＲ_ａ４．０μｍ以上およびＲ_ｍａｘ３０．０μｍ以上にする。外輪と内輪を有する球面滑り軸受の場合は、外輪と内輪を組み合わせた後、両者の間に溶融状態のマシナブルライナーを流し込み、固化させて外輪と一体化する。内輪の外周面の面粗さは、ライナーが固着しないように小さくしておく。また、本発明の滑り軸受は、航空機用として高い強度が必要なため、金属製であることが必須である。

２．内周面に固着されたマシナブルライナーからなる摺動面
本発明の無潤滑すべり軸受におけるマシナブルライナーの成分比は、ポリエーテルケトン系樹脂（ＰＥＥＫ、ＰＥＫ）６０〜８０重量％、ＰＴＦＥ粉末（固体潤滑剤）１０〜３０重量％、炭素繊維５〜１５重量％およびアラミド繊維１５重量％以下かつ炭素繊維とアラミド繊維の合計量が１０〜２５重量％、からなることを特徴としている。

３．ポリエーテルケトン系樹脂（熱可塑性樹脂）
本発明は、熱可塑性樹脂の中で摺動特性および耐熱、耐薬品特性が優れている結晶性樹脂のポリエーテルケトン系樹脂をベースポリマーとして用いたマシナブルライナーを有する。従来技術としては熱硬化性樹脂（アクリル系樹脂）をベースポリマーとして用いたマシナブルライナーが知られているが、これは熱硬化性樹脂であるため、本発明では生産性、リサイクル性が高い熱可塑性樹脂を用いている。ポリエーテルケトン系樹脂は熱可塑性樹脂なので射出成形が可能であるため、量産しやすい。航空機用すべり軸受に用いるライナーは耐熱性と耐油性に優れていることが後述のＳＡＥ規格ＡＳ８１９３４で要求されているが、ポリエーテルケトン系樹脂以外の熱可塑性樹脂では十分な結果が得られなかった。

４．高分子量タイプのＰＴＦＥ（固体潤滑剤）
ポリエーテルケトン系樹脂とＰＴＦＥを混合することによりマシナブルライナーの摺動性を向上させることができる。本発明では、高分子量タイプのＰＴＦＥを用いた。ポリエーテルケトン系樹脂と混合させるためには融点３４０℃以上の温度に上げることが必要となる。したがって、３４０℃以上の温度でもＰＴＦＥが分解されにくいように、完全に焼成され、分解ガスが発生しにくい高分子量タイプ（分子量約１００万以上）のＰＴＦＥを用いる必要がある。

要求摺動特性を満足させるＰＴＦＥ添加率は１０〜３０重量％となる。添加率が１０重量％未満であると、ＳＡＥ規格ＡＳ８１９３４の荷重性能に関する常温での要求は満足するが、高温（１２１℃（２５０°Ｆ）、１６３℃（３２５°Ｆ））での要求は満足できない。また、３０％を超える添加量は樹脂と混合時および射出成形時にＰＴＦＥの分解ガスによる悪影響が顕著になってしまう。射出成形時の成形品の空孔の発生による成形不良および発生した分解ガス（ＨＦ）による金型腐食が顕著になる。それゆえ、ＰＴＦＥの適正添加率は１０〜３０％である。

５．ＰＡＮ系の炭素繊維（ＣＦ）
ＣＦとしては、ＰＡＮ系の汎用タイプ（強度４０００ＭＰａ、弾性率２４０ＧＰａ）を強化繊維とし、特に高温時（１２１℃および １６３℃）の樹脂の軟化に伴う材料強度低下を補うための補強材に用いている。その要求特性を満足させる添加率は５〜１５重量％となる。添加率が１５重量％以上になると、摺動時に摩耗粉の発生が多くなり、アブレッシブ摩耗が起こり耐久寿命に影響を及ぼす。なお、後述の比較例で示すように、ピッチ系ＣＦでは要求特性を満たすことができなかった。

６．アラミド繊維（ＡＦ）
ＡＦとしては、チョップドファイバーまたはミルドファイバーを混合して使用する。ＡＦはＣＦより強度および弾性率が劣るが、破断伸度がＣＦより大きいため（ＡＦ約５％、ＣＦ約２％）チョップドファイバーまたはミルドファイバーを混合することにより、マシナブルライナーの靭性が増し、滑り軸受の揺動時の耐摩耗性が向上し、摩耗粉の発生を抑制できる。ＡＦ（チョップドファイバー、ミルドファイバー）を強化繊維として２０〜３０重量％添加し、固体潤滑剤としてＰＴＦＥを１０〜１５重量％添加してフィラー総量を３０〜４０重量％となるようにポリエーテルケトン系樹脂と混合した自己潤滑性樹脂組成物はインサート成形時に金属面との接着性が著しく劣り、摺動面の研削、切削時の切削抵抗による樹脂部の剥離を起こしてしまい、剥離による接着不良率が約５０％に及んだ。そこで、ＡＦの添加料を１５重量％以下にしたところ、接着不良率が１／１０（１９ヶ加工中１ヶ剥離不良）に減少した。さらに、ＰＡＮ系ＣＦを５重量％以上添加することにより接着強度が著しく改善し、接着不良率が見られなくなった。したがって、ＡＦの添加量は１５重量％以下が望ましく、ＰＡＮ系ＣＦを一緒に添加すると更に好都合である。また、繊維の合計量が少なすぎると強度不足となり、多すぎると摺動時に摩耗粉の発生が多くなり、耐久寿命に影響を及ぼすので、ＣＦとＡＦの合計量は１０〜２５重量％とするのが望ましい。

７．アルミナ溶射皮膜またはアルミナをメディアとするブラスト処理による下地処理
本発明において自己潤滑性ライナーを一体化させる金属製外輪の内周面は、Ｒ_ａ４．０μｍ以上およびＲ_ｍａｘ３０．０μｍ以上の両方を満足する面粗度が必要である。これにより、ライナーの接着不良を防止することができる。上記未満の面粗度では剥離による接着不良が発生する。本発明では、自己潤滑性ライナーの射出成形前にアルミナ溶射皮膜またはアルミナまたはシリカ、ジルコニアをメディアとするブラスト処理による下地処理を行って金属面を上記範囲の両方を満足する面粗度にしている。

８．自己潤滑性ライナーと外輪の一体化
本発明では、以上説明した自己潤滑樹脂組成物（マシナブルライナー）を射出成形（インサート成形）によって金属外輪の内周面と一体化させ、摺動面を構成するものである。このような構成により、従来のＰＴＦＥを含む繊維状ライナーでは実現できなかった、保持する軸に適合するように摺動面の研削、切削などの加工を行うことが可能となるので、ユーザサイドで組立てを行うときにも内径を加工して嵌め合い寸法を微調整することが可能である。また、耐熱性のある熱可塑性樹脂であるポリエーテルケトン系樹脂をベースにしたことで、従来の熱硬化性アクリル樹脂をベースにした自己潤滑コーティングよりも高い生産性が得られた。

本発明は、特許文献１または特許文献２の潤滑ライナーを特許文献３の合成樹脂に単に置き換えたものではない。特許文献３の合成樹脂を単に特許文献１または特許文献２と組み合わせただけでは、接着強度が不足して本発明と同じ効果は得られず、航空機用途等の高負荷用途には使用できないが、本発明では、接着強度不足を解消するために射出成形前にアルミナ溶射またはブラスト処理による下地処理を行って金属面の面粗度を最適化することにより、航空機用途にも使用できるようにした。

実施例１〜１０および比較例１〜１０
次に、実施例および比較例を用いて、本発明を更に詳細に説明する。
図１に示す実施例および比較例のスリーブ軸受を作製した。金属スリーブは、全てＳＵＳ６３０ステンレス鋼をＨ１１５０条件で熱処理した材料とし、内径φ２５．４ｍｍ、外径をφ３０．２ｍｍ、巾１２．７ｍｍとした。これは、ＡＳ８１９３４規格に記載されている型式番号Ｍ８１９３４／１−１６Ｃ０１６に相当する。アルミナ溶射処理により、スリーブ内周面をＲ_ａ４．０μｍ以上、Ｒ_ｍａｘ３０．０μｍ以上とした。軸受の自己潤滑性ライナーは、下記表１の配合の組成物を、それぞれ射出成形によって金属スリーブの内径に固着させた。この時、ライナー厚さは、後工程で内径切削および研削仕上げを行うことが可能な厚さにした。仕上げ後のライナー厚さは０．５ｍｍで統一した。

１．荷重性能評価
テフロン（登録商標）ライナーを有する無潤滑滑り軸受が航空機用途として認められるためにはＳＡＥ規格ＡＳ８１８２０（球面軸受用規格）またはＡＳ８１９３４（スリーブ軸受用規格）の荷重性能要求を満たす必要がある。ＡＳ８１９３４規格とは、内径にポリテトラフルオロエチレンを含有する自己潤滑性ライナーを接着した、使用温度−５４〜＋１６３℃（−６５〜 ＋３２５°Ｆ）のフランジ無しおよびフランジ付き無潤滑スリーブ軸受に関するＳＡＥ規格である。表２に示すように、実施例および比較例ともスリーブ軸受なので、荷重性能評価をＳＡＥ規格ＡＳ８１９３４に準じて行った。これによって、本発明のマシナブルライナーがＡＳ８１９３４規格品と同等以上の荷重性能があることが確認できた。

以下、表２に示す各試験内容の詳細を説明する。
１−ａ．ラジアル静的限界荷重
この試験におけるＡＳ８１９３４規格要求を下記表３に示す。表３に示すように、この規格では、スリーブ軸受の材料（アルミ合金とステンレス鋼）および内径寸法ごとにラジアル静的限界荷重を定めている。実施例および比較例とも、ＡＳ８１９３４規格に記載されている型式番号Ｍ８１９３４／１−１６Ｃ０１６に相当するので、最大試験荷重は１４０ｋＮ（３１，４００ｌｂ）とした。

まず、図４のようにストレートのスリーブ軸受Ｂ４を試験治具Ｔにセットして内径に軸３２を嵌合させ、ラジアル方向に荷重を掛ける。荷重はラジアル静的限界荷重値１４０ｋＮ（３１，４００ｌｂ）まで徐々に増加させ、限界荷重値に達したら徐々に除荷させる。試験中はダイヤルゲージ４２で変位を測定し、荷重をゼロに戻したときの永久歪量を荷重−変位曲線から読み取る。このときの永久歪量（ラジアル静的限界荷重負荷後の最大許容永久歪量）が０．０５１ｍｍ（０．００２ｉｎ）以下でなければならない。

１４０ｋＮの負荷時における歪量はいずれの例も０．２５ｍｍ以下であった。また、負荷後の永久歪量は、全実施例および比較例１〜４、６〜１０では０．０５１ｍｍ以下であった。しかしながら、比較例５は負荷後の永久歪量が０．０５１ｍｍを超え、規格を満たさなかった。

１−ｂ．ラジアル荷重下での常温揺動試験
この試験におけるＡＳ８１９３４規格要求は、常温揺動試験後のライナー磨耗量の上限値：１，０００サイクル後 ０．０８９ｍｍ（０．００３５ｉｎ）、５，０００サイクル後 ０．１０２ｍｍ（０．００４０ｉｎ）、２５，０００サイクル後０．１４３ｍｍ（０．００４５ｉｎ）である。

前述の図４のようにスリーブ軸受Ｂ４を試験治具Ｔにセットして、表３の揺動荷重７３．５ｋＮ（１６，５００ｌｂ）をラジアル方向に掛けて静的に１５分間保持する。１５分経過後ダイヤルゲージ４２の変位量をゼロにセットして軸３２の揺動を開始する。軸３２は±２５°の角度範囲で回転させて揺動させる。角度位置０°から＋２５°まで行って０°へ戻り、次に−２５°まで行って再度０°へ戻るまでを１サイクルとし、揺動速度は毎分１０サイクル（１０ＣＰＭ）以上とする。揺動試験中はダイヤルゲージ４２から摩耗量を読み取り、記録する。

以上の試験方法で、常温において、揺動荷重７３．５ｋＮの一定方向ラジアル荷重下で±２５°揺動（１０ＣＰＭ以上）させる試験を行った結果、全実施例と比較例１，３，４，９，１０は２５，０００サイクル後のライナー摩耗量が０．１４３ｍｍ以下であったが、その他の比較例は規格を満たさなかった。

１−ｃ．高温条件での揺動試験
この試験におけるＡＳ８１９３４規格要求は、高温揺動試験後のライナー磨耗量の上限値０．１５２ｍｍ（０．００６０ｉｎ）である。

前述の図４の試験治具Ｔにおいて軸３２とライナーを温度１６３℃＋６℃／−０℃に保ちながら、揺動荷重７３．５ｋＮの一定方向ラジアル荷重下で±２５°揺動（１０ＣＰＭ以上）させる試験を行った。その結果、全実施例において２５，０００サイクル後のライナー摩耗量が０．１５２ｍｍ以下であったが、全比較例において規格を満たさなかった。

１−ｄ．耐油性確認試験
この試験におけるＡＳ８１９３４規格要求は、耐油性確認試験後のライナー磨耗量上限値０．１５２ｍｍ（０．００６０ｉｎ）である。

本発明のマシナブルライナーを有する軸受を温度７１℃±３℃で、下記に示す６種類のそれぞれの油剤に２４時間浸漬させた後、油剤から取り出して３０分以内に上記２の常温揺動試験を行った。ただし油剤ｂについては温度４３℃±３℃、２４時間浸漬させた。また、油剤ｅについては上記２の揺動試験の７５％の面圧条件とした。

油剤ａ．Ｓｋｙｄｒｏｌ（商標）５００Ｂ作動液
油剤ｂ．ＭＩＬ−ＤＴＬ−５６２４タービン燃料油ＪＰ４またはＪＰ５
油剤ｃ．ＭＩＬ−ＰＲＦ−７８０８潤滑油
油剤ｅ．ＡＳ８２４３凍結防止剤
油剤ｆ．ＭＩＬ−ＰＲＦ−８３２８２作動液

上記試験の結果、油剤に２４時間浸漬させた後の揺動試験において、全ての油剤について、全実施例と比較例１，３，４，９，１０では２５，０００サイクル後のライナー摩耗量が０．１５２ｍｍ以下であっが、その他の比較例は規格を満たさなかった。

以下、上記表１に挙げた成分およびそれ以外で本発明に好適に使用することができる材料の具体例を列挙する。
ポリエーテルケトン系樹脂：
・ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）
・ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）
ＰＴＦＥ粉末（すべて高分子量タイプ）：
・旭硝子株式会社 Ｌ１６９Ｅ 平均粒子径（５０％粒子径）１７μｍ 融点３３２℃
・株式会社喜多村 ＫＴ−６００Ｍ 平均粒子径（５０％粒子径）１４μｍ 融点３３２℃
・株式会社喜多村 ＫＴＨ−６４５ 平均粒子径（５０％粒子径）１４μｍ 融点３３３℃
炭素繊維（ＰＡＮ系）：
・東邦テナックス ＨＴＡ Ｃ６−ＵＨ 強度４０００ＭＰａ、弾性率２４０ＧＰａ
・東レ ＴＶ１４―００６ 強度４９００ＭＰａ、性率２３５ＧＰａ
Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維を混合したライナーはＡＳ８１９３４規格を満足できなかった。
アラミド繊維：
・チョップドファイバー 帝人 テクノーラ Ｔ−３２４
・ミルドファイバー 帝人 トワロン Ｔｗ５０１１

２．金属スリーブの表面処理の検討
本発明では、金属とマシナブルライナーの接着性確保のために、金属の表面をＲ_ａ４．０μｍ以上およびＲ_ｍａｘ３０μｍ以上とする下地処理を行えば接着性を向上させることができる。上記の下地処理方法としてはアルミナ溶射皮膜およびアルミナまたはシリカ、ジルコニアをメディアとしたブラスト処理のいずれかが挙げられる。下表４は、本発明の表面処理方法と他の表面処理方法との比較結果である。

なお、カロライジング処理（アルミニウム拡散浸透法）とは、材料の表面にＡｌ素材を拡散浸透させる処理であり、これを金属表面に対して施すことで、金属表面にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）被膜を形成することができる金属表面改質処理である。アルプレックス処理とは、カロライジング処理をより高性能化させたものであり、カロライジング層のマトリックス中にアルミナ層のようなセラミック層を形成し、耐食性や耐摩耗性を更に向上させた金属表面改質処理である。ＺＡＣコートは酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）をベースにした複合セラミックで構成されたセラミックス皮膜である。

実施例１１〜１７
上記表４に示すようにアルミナ溶射処理および異なるメディアによるブラスト処理のいずれかによる下地処理を施した後に射出成形によってマシナブルライナーを固着させた実施例１１〜１７の摺動面の研削および切削によるライナーの剥離は発生しなかった。また、下記の通りの温度、時間、圧力における耐久試験を行ったが、実施例のいずれもスリーブとマシナブルライナー間の剥離は起きなかった。
−１９６℃（液体窒素）に１５分間保持
−５５℃および面圧１２０ＭＰａの条件下での摺動試験
１６３℃および面圧２７５ＭＰａ の条件下での摺動試験

比較例１１〜１４
カロライジング処理、アルプレックス処理およびＺＡＣコート処理による下地処理を施した後に射出成形によってマシナブルライナーを固着させた摺動面は、研削および切削によるライナーの剥離が発生した。また、面圧０．３ＭＰａでブラスト処理による下地処理を施した後に射出成形によってマシナブルライナーを固着させた摺動面も研削および切削によるライナーの剥離が発生した。いずれの比較例も、下地処理後の表面粗さがＲ_ａ４．０μｍ以上かつＲ_ｍａｘ３０．０μｍ以上の条件を満たしていなかった。この時点で剥離が発生してＮＧとなったのでその他の確認試験は実施しなかった。

３．金属スリーブ内径形状の検討
金属スリーブの内径を、ストレート形状、鼓型形状（実施例１８）および太鼓型形状（実施例１９）と内径形状を変化させた場合の荷重性能を荷重試験で比較した。同じラジアル荷重に対して、最大変位および永久変形量が小さいほど荷重性能に優れている。試験荷重は１４０ｋＮとし、最初にプリロード７．０ｋＮを３分間保持した後、静的に１４０ｋＮまで荷重を上げた後、静的に除荷した。規格値では、試験荷重１４０ｋＮに対して永久変形量は０．０５０８ｍｍ以下に収まらなければならない。典型的な荷重−変位曲線を図９のグラフに示す。

実施例１８
図７に示すように、金属スリーブ１５の内径を内側に湾曲させた鼓型形状にして、本発明の自己潤滑性ライナー２５を射出成形によって設けたスリーブ軸受Ｂ_７を作製した。ライナー２５の内径はストレート形状のため、ライナー厚さはスリーブ軸受Ｂ_７の両端から軸方向中心部に向かうに従って次第に小さくなる。中心部における最小厚さは０．５ｍｍとした。

実施例１９
図８に示すように、金属スリーブ１６の内径を外側に湾曲させた太鼓型（樽型）形状にして、本発明の自己潤滑性ライナー２６を射出成形によって設けたスリーブ軸受Ｂ_８を作製した。ライナー２６の内径はストレート形状のため、ライナー厚さはスリーブ軸受Ｂ_８の両端から軸方向中心部に向かうに従って次第に大きくなる。端部における最小厚さは０．５ｍｍとした。

上記試験の結果、実施例１８の金属スリーブ内径が鼓型形状の場合は、ストレート形状の場合よりも中心部の厚さが小さいので、ラジアル荷重によって圧縮された時に、ライナーが軸受の端部から外側へはみ出すことを抑制できた。

また、実施例１９の金属スリーブ内径が太鼓型形状の場合は、寸法調整のためにライナーを後加工する際に軸方向の力が掛かっても、端部の湾曲部で軸方向の力を受けることが出来た。そのため、後加工中にライナーが剥がれにくくなった。また、スリーブ軸受の使用時においてラジアル荷重を受けた際に、中心部のライナー材が圧縮されても、端部の湾曲部が軸方向にライナー材が流動するのを防ぐので、ライナーが軸受の端部から外側へはみ出すことを抑制できた。

荷重試験結果を表５に示す。全ての内径形状において、永久変形量は０．０５０８ｍｍ以下であり、規格値に対して合格となった。表５に示すように、最大変位については金属スリーブの内径形状による大きな差は見られないが、永久変形量は鼓型と太鼓型の内径形状の方がストレート形状の場合よりもかなり小さくなっている。これは、鼓型と太鼓型の内径形状の方が荷重性能に優れていることを意味する。

本発明は、航空機用途等の低摩擦係数、高耐久性、高荷重性能、高耐熱性、高耐油性などが要求される滑り軸受に好適に適用することができる。

Ｂ_１〜Ｂ_３、Ｂ_７、Ｂ_８…、本発明の軸受、
Ｂ_４…実施例・比較例の軸受、
Ｂ_５〜Ｂ_６…従来の軸受、
Ｔ…試験治具、
１０、１１、１３〜１６…外輪（スリーブ）、
１２…外輪（スリーブ）を兼ねたボディ、
２０〜２６…自己潤滑性ライナー、
３０〜３２…内輪（軸）、
４０…治具本体、
４１…テストハウジング、
４２…ダイヤルゲージ。

Claims (4)

1. 金属製の外輪と、前記外輪の内周面に形成された自己潤滑性ライナーとからなる滑り軸受であって、
   前記自己潤滑性ライナーは、
   ポリエーテルケトン系樹脂６０〜８０重量％と、
   ポリテトラフルオロエチレン１０〜３０重量％と、
   ＰＡＮ系炭素繊維５〜１５重量％と、
   アラミド繊維１５重量％以下と
   を混合した自己潤滑性樹脂組成物からなり、
   前記ＰＡＮ系炭素繊維と前記アラミド繊維の合計量が１０〜２５重量％であり、
   前記外輪の内周面は、表面粗度Ｒａ（中心線平均粗さ）４．０μｍ以上かつＲｍａｘ（最大高さ）３０．０μｍ以上であり、
   前記外輪および前記自己潤滑性ライナーは一体化されていることを特徴とする滑り軸受。
2. 金属製の外輪の内周面に表面処理を行って表面粗度Ｒａ（中心線平均粗さ）を４．０μｍ以上かつＲｍａｘ（最大高さ）を３０．０μｍ以上とし、
   ポリエーテルケトン系樹脂６０〜８０重量％と、ポリテトラフルオロエチレン１０〜３０重量％と、ＰＡＮ系炭素繊維５〜１５重量％以下と、アラミド繊維１５重量％以下とを前記ＰＡＮ系炭素繊維と前記アラミド繊維の合計量が１０〜２５重量％となるように混合してなる自己潤滑樹脂組成物を射出成形し、
   前記外輪の内周面に自己潤滑性ライナーを一体化することを特徴とする滑り軸受の製造方法。
3. 前記外輪の内周面を内側に湾曲させ、かつ前記自己潤滑性ライナーの内周面は湾曲せず円筒状であることを特徴とする請求項１に記載の滑り軸受。
4. 前記外輪の内周面を外側に湾曲させ、かつ前記自己潤滑性ライナーの内周面は湾曲せず円筒状であることを特徴とする請求項１に記載の滑り軸受。

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