(57)【要約】【課題】接触面に塗装された潤滑性塗料を好適に保持可能としてフレッティング疲労強度を向上させる。【解決手段】変動負荷を受ける部分に接触する接触片１Ｅの接触面２Ｅに、潤滑性塗料を保持するための適切な方向性を有する微細加工を施した。また、微細加工の第一段階として、接触面２Ｅに、変動負荷の負荷方向Ｘに対して垂直な方向に延びた凹部と凸部が変動負荷の負荷方向Ｘに交互に連続して並んだ垂直筋目を形成するように研磨した後に凸部の尖端を除去するように研磨仕上げした。さらに、微細加工の第二段階として、研磨仕上げした接触面２Ｅに、下向きの略正四角錐形状の複数の圧痕６をある一定の押込み量で圧痕６の上縁が形成する略正方形の対向する二辺が変動負荷の負荷方向Ｘに対して平行となるように形成した。また、圧痕６を、潤滑性塗料が接触面２Ｅから押し出されにくい分布パターンに形成した。【選択図】図６
2011036946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変動負荷を受ける部分に接触している接触片の接触面に、該接触面に塗装される潤滑性塗料を保持するための適切な方向性を有する微細加工を施したことを特徴とするフレッティング疲労強度の改善方法。
【請求項２】
前記接触面に施す微細加工の第一段階として、前記接触面に、前記変動負荷の負荷方向に対して垂直な方向に延びた凹部と凸部が該変動負荷の負荷方向に交互に連続して並んだ垂直筋目を形成するように研磨した後に前記凸部の尖端を除去するように研磨仕上げしたことを特徴とする請求項１記載のフレッティング疲労強度の改善方法。
【請求項３】
前記接触面に施す微細加工の第二段階として、前記研磨仕上げした接触面に、下向きの略正四角錐形状の複数の圧痕をある一定の押込み量で該圧痕の上縁が形成する略正方形の対向する二辺が前記変動負荷の負荷方向に対して平行となるように形成したことを特徴とする請求項２記載のフレッティング疲労強度の改善方法。
【請求項４】
前記圧痕を、前記接触面に塗装される潤滑性塗料が前記変動負荷によって該接触面から押し出されにくい分布パターンに形成したことを特徴とする請求項３記載のフレッティング疲労強度の改善方法。
【請求項５】
前記分布パターンとしては、前記圧痕を、前記接触面における前記変動負荷の負荷方向の外側端部にて該変動負荷の負荷方向に対して直交する方向に配列するとともに、該列を前記変動負荷の負荷方向に各圧痕が互い違いとなるように並べたことを特徴とする請求項４記載のフレッティング疲労強度の改善方法。
【請求項６】
前記分布パターンとしては、更に前記圧痕を、前記接触面に凸状部分が生じないように各圧痕の間に適切な間隔をあけて並べたことを特徴とする請求項５記載のフレッティング疲労強度の改善方法。
【請求項７】
前記圧痕を、前記接触面に塗装される潤滑性塗料を該接触面に補給可能とするために該潤滑性塗料が溜まる程度の大きさに形成したことを特徴とする請求項３〜６の何れか一つに記載のフレッティング疲労強度の改善方法。
【請求項８】
前記接触面に塗装される潤滑性塗料を、微細加工を施した前記接触面を清浄した後に該接触面に６μｍ程度の厚さになるように数回に分けてスプレー塗装し、
その後、前記潤滑性塗料が塗装された前記接触面を乾燥し、養生することを特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載のフレッティング疲労強度の改善方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑性塗料を好適に保持することによるフレッティング疲労強度の改善方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば航空機の金属板材同士の重ね合わせ接合には、熱による金属組織的問題や変形の問題を避けるため、溶接を用いずにリベットによる接合を多用している。ところが、リベットによる接合では、金属板材とリベットの接触部分にてフレッティングが発生し、フレッティングによって金属板材の強度が低下して部材の寿命が短くなるという問題があった。このような問題に際して、フレッティング疲労強度を改善するために、これまでに様々な特許が出願されている。
【０００３】
下記特許文献１に開示されている摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）による重ね合わせ接合では、摩擦攪拌接合された部分以外の接合部に潤滑性コーティングを施すことによってフレッティング疲労強度を高めている。また、下記特許文献２に開示されているように、フレッティング疲労強度を向上させるために、接触部材の接触面に研削処理を施し、研削処理面にショットピーニング処理を施し、ショットピーニング処理によって形成された多数の微細な凹部を油溜まりとして機能させたものがある。さらに、下記特許文献３に開示されているように、接触部材の接触面にショットピーニング処理を施し、ショットピーニング処理面にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの固体潤滑材を被膜したものがある。また、下記特許文献４に開示されている被覆付きメッキＰＣ鋼より線では、めっきを施し、より線同士の接合部のみをシールする潤滑層を形成してフレッティングの発生を抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６９４１２号公報
【特許文献２】特開２０００−２２０６２７号公報
【特許文献３】特開２００１−１２２０８号公報
【特許文献４】特開平８−２１０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、フレッティング疲労強度を改善するための一般的な方法として、接触面にＰＡＩ（ポリアミドイミド）などの潤滑性塗料をコーティングすることがある。しかしながら、接触面に潤滑性塗料をコーティングしても、潤滑性塗料が繰り返しの擦れ合い（変動負荷）によって接触面の端部から押し出されるため、実際は部材の寿命延長に十分に寄与していない可能性があった。
【０００６】
したがって、接触面の表面形状には変動負荷によって潤滑性塗料が押し出されない形状が望まれるが、上記特許文献１〜４には共通して接触面の表面形状についての詳しい検討はない。特に従来では、上記特許文献２，３に開示されているように、接触面にショットピーニング処理を施していることが多いが、ショットピーニング処理の前処理として研削処理を施したときの削る方向性が潤滑性塗料に及ぼす影響は詳細に検討されていなかった。また、潤滑性塗料の密着力を高めるために、研削処理面にショットピーニング処理を施して表面粗度を荒らすことが望ましいとした例があるが、ショットピーニング処理では、粒子が当たって形成される多数の微細な凹部と共に凸部が形成されてしまい、凸部の尖端上にある潤滑性塗料には応力が集中して剥がれやすくなり、フレッティング疲労強度を十分に高められなかった。
【０００７】
なお、従来は、上記特許文献２にも開示されているように、ショットピーニング処理によって形成された多数の微細な凹部を油溜まりとして機能させることで、接触面に潤滑性塗料を保持することを試みているが、ショットピーニング処理による接触面の凹凸は統計学的には略連続的且つ等方的に分布しており、変動負荷の負荷方向に対して適切な方向性を有して離散的に分布する利点を活用した方法はこれまでに提供されていなかった。
【０００８】
本発明は、上記利点を活用して接触面に塗装された潤滑性塗料を好適に保持可能とし、これにより、フレッティング疲労強度を向上させるフレッティング疲労強度の改善方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面（図６）を参照して説明する。
本発明による請求項１記載のフレッティング疲労強度の改善方法は、変動負荷を受ける部分に接触している接触片１Ｅの接触面２Ｅに、該接触面２Ｅに塗装される潤滑性塗料を保持するための適切な方向性を有する微細加工を施したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載のフレッティング疲労強度の改善方法は、前記接触面２Ｅに施す微細加工の第一段階として、前記接触面２Ｅに、例えば１５０番程度の粗い研磨紙で前記変動負荷の負荷方向Ｘに対して垂直な方向に延びた凹部と凸部が該変動負荷の負荷方向Ｘに交互に連続して並んだ垂直筋目を形成するように研磨した後に例えば１０００番程度の細かい研磨紙で前記凸部の尖端を除去するように研磨仕上げしたことを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載のフレッティング疲労強度の改善方法は、前記接触面２Ｅに施す微細加工の第二段階として、前記研磨仕上げした接触面２Ｅに、押込み量（荷重）の設定が正確なビッカース硬さ試験機やこれに類似する装置で下向きの略正四角錐形状の複数の圧痕６をある一定の押込み量で該圧痕６の上縁が形成する略正方形の対向する二辺が前記変動負荷の負荷方向Ｘに対して平行となるように形成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載のフレッティング疲労強度の改善方法は、前記圧痕６を、前記接触面２Ｅに塗装される潤滑性塗料が前記変動負荷によって該接触面２Ｅから押し出されにくい分布パターンに形成したことを特徴としている。
【００１３】
請求項５記載のフレッティング疲労強度の改善方法は、前記分布パターンとしては、前記圧痕６を、前記接触面２Ｅにおける前記変動負荷の負荷方向Ｘの外側端部にて該変動負荷の負荷方向Ｘに対して直交する方向に配列するとともに、該列を前記変動負荷の負荷方向Ｘに各圧痕６が互い違いとなるように並べたことを特徴としている。
【００１４】
請求項６記載のフレッティング疲労強度の改善方法は、前記分布パターンとしては、更に前記圧痕６を、前記接触面２Ｅに凸状部分が生じないように各圧痕６の間に適切な間隔をあけて並べたことを特徴としている。
【００１５】
また、前記圧痕６を、前記接触面２Ｅにおける前記変動負荷の負荷方向Ｘの外側端部にて離散的に並べることで、各圧痕６の間に適切な間隔をあけることができる。
【００１６】
請求項７記載のフレッティング疲労強度の改善方法は、前記圧痕６を、前記接触面２Ｅに塗装される潤滑性塗料を該接触面２Ｅに補給可能とするために該潤滑性塗料が溜まる程度の大きさに形成したことを特徴としている。
【００１７】
請求項８記載のフレッティング疲労強度の改善方法は、前記接触面２Ｅに塗装される潤滑性塗料を、微細加工を施した前記接触面２Ｅを清浄した後に該接触面２Ｅに６μｍ程度の厚さになるように数回に分けてスプレー塗装し、
その後、前記潤滑性塗料が塗装された前記接触面２Ｅを乾燥し、養生することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による請求項１記載のフレッティング疲労強度の改善方法によれば、接触面に塗装された潤滑性塗料が変動負荷によって押し出されることを抑止し、接触面に潤滑性塗料を好適に保持することができる。この結果、フレッティング疲労強度が向上する。
【００１９】
請求項２記載のフレッティング疲労強度の改善方法によれば、接触面にこのような垂直筋目を形成することで、接触面に塗装された潤滑性塗料が変動負荷によって押し出されることを抑止することができる。また、従来は凸部の尖端上にある潤滑性塗料に応力が集中していたが、尖端を除去することによって特定の部分に応力が集中することがなくなり、接触面に塗装された潤滑性塗料が剥がれにくくなる。
【００２０】
請求項３記載のフレッティング疲労強度の改善方法によれば、接触面に形成された圧痕は、例えば上縁が略斜方形となる向きで形成された圧痕に比べて潤滑性塗料が変動負荷に対して押し出されにくい方向性を有しており、接触面に塗装された潤滑性塗料が変動負荷によって押し出されることを抑止することができる。
【００２１】
請求項４記載のフレッティング疲労強度の改善方法によれば、接触面に塗装された潤滑性塗料が変動負荷によって押し出されることを効果的に抑止することができる。
【００２２】
請求項５記載のフレッティング疲労強度の改善方法によれば、圧痕を、フレッティングが激しく発生しやすい接触面の外側端部にて変動負荷の負荷方向に対して直交する方向に配列し、この圧痕の列を変動負荷の負荷方向に各圧痕が互い違いとなるように並べたことで、接触面に塗装された潤滑性塗料が変動負荷によって押し出されることを更に効果的に抑止することができる。
【００２３】
請求項６記載のフレッティング疲労強度の改善方法によれば、圧痕を、接触面に凸状部分が生じない程度に間隔をあけて並べたことで、接触面に塗装された潤滑性塗料に応力が集中することがなくなり、潤滑性塗料が剥がれにくくなることで、潤滑性塗料が変動負荷によって押し出されることを更に効果的に抑止することができる。
【００２４】
請求項７記載のフレッティング疲労強度の改善方法によれば、圧痕を油溜まりのように機能させることができる。これにより、潤滑性塗料を好適に保持することができる。
【００２５】
請求項８記載のフレッティング疲労強度の改善方法によれば、上記請求項１〜７における（上述したような微細加工を施した）接触面に潤滑性塗料を最も好適に塗装することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）本発明によるフレッティング疲労強度の改善方法において接触面に施す微細加工の第一段階としての平行筋目を示す図である。  （ｂ）同接触面に施す微細加工の第一段階としての垂直筋目を示す図である。  （ｃ）同接触面に施す微細加工の第一段階としての直交筋目を示す図である。  （ｄ）同接触面に施す微細加工の第一段階としての斜交筋目を示す図である。
【図２】同接触面に施す微細加工の第二段階の一例としてのケガキ線加工を示す図である。
【図３】同接触面に施す微細加工の第二段階の一例としての圧痕を示す図である。
【図４】同接触面に施す微細加工の第二段階の一例としての圧痕を示す図である。
【図５】同接触面に施す微細加工の第二段階の一例としての圧痕を示す図である。
【図６】同接触面に施す微細加工の第二段階の一例としての圧痕を示す図である。
【図７】図２〜６のフレッティング疲労試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。
この実施の形態では、フレッティング疲労試験において、試験片が繰り返しの擦れ合い（変動負荷）を受ける部分に接触している接触片の接触面に、この接触面に塗装される潤滑性塗料を保持するための適切な方向性を有する微細加工を施してその有効性を実証している。なお、フレッティング疲労試験に使用する接触片は、この実施の形態では、略コ字形状の金属ブロック片である（図２〜６参照）。
【００２８】
まず、図１を参照して図示しない試験片の変動負荷を受ける部分に接触する部材である接触片１の端面（接触面）２に施す微細加工の第一段階について説明する。
この第一段階では、接触面２に、例えば１５０番程度の粗い研磨紙で、やや大きめの凹凸をつけるように研磨する。なお、図１（ａ）は、変動負荷の負荷方向Ｘに対して平行な方向に延びた凹部と凸部が負荷方向Ｘと直交して交互に連続して並ぶように研磨した平行筋目、（ｂ）は、変動負荷の負荷方向Ｘに対して垂直な方向に延びた凹部と凸部が負荷方向Ｘに沿って交互に連続して並ぶように研磨した垂直筋目、（ｃ）は、上述した平行筋目と垂直筋目が交わるように研磨した直交筋目、（ｄ）は、斜めに交わるように研磨した斜交筋目である。
【００２９】
上述した各筋目が形成された接触面２に、例えば１０００番程度の細かい研磨紙で、凸部の尖端を軽く除去するように研磨仕上げする。
【００３０】
ここで、図１（ａ）〜（ｄ）に示すような微細加工の第一段階としての各筋目の効果を確認するために、接触面２にＰＡＩ（ポリアミドイミド）などの潤滑性塗料を塗装していない状態で、降伏応力が４３３ＭＰａの０．０９％炭素鋼の疲労試験片を用いて、正弦波、周波数１０Ｈｚ、応力比０．１、押付け応力１４７ＭＰａ、繰返し最大引張応力２９４ＭＰａとしてフレッティング疲労試験を行った。その結果、図７に示すように、斜交筋目を施した接触片１によるフレッティング疲労試験では、試験片は５５万回で破断した。続いて、接触面２に潤滑性塗料を６μｍの厚さになるように１６回に分けてスプレー塗装し、乾燥させて養生した状態のものを同一条件にてフレッティング疲労試験を行った結果、平行筋目は２４７万回、垂直筋目は６１０万回、直交筋目は３１４万回、斜交筋目は４４０万回でそれぞれ破断した。
【００３１】
次に、図２〜６を参照して接触片１の接触面２に施す微細加工の第二段階について説明する。
まず、上記結果からフレッティング疲労試験で寿命延長効果が最も高かった垂直筋目に研磨仕上げした接触面２Ａの外側端部に、図２に示すように、ケガキ線加工を施し、同一条件にてフレッティング疲労試験を行った結果、図７に示すように、３２０万回で破断した。これは、１６回塗装の接触片１では、接触面２Ａの表面形状の凹部の塗料が不足して摩擦が増加したことによる。そこで、潤滑性塗料が凹部に十分に流れ込むように、塗装回数を３２回に増やしたところ、試験片は３６２万回で破断した。なお、ここでは、ケガキ線加工には、加工寸法やパターンの細かな調節は難しいが、短時間で加工可能なハイトゲージを用いている。しかし、ケガキ線加工では、接触面２Ａの表面形状の凹部が連続して大き過ぎるため、いずれの場合も、垂直筋目に研磨仕上げし、１６回のスプレー塗装を施した接触片１による試験結果よりも寿命が短くなり、接触面２に施す微細加工の第二段階には適さないことがわかった。
【００３２】
次いで、図３に示すように、垂直筋目に研磨仕上げした接触面２Ｂの外側端部に、押込み量（荷重）の設定が正確なビッカース硬さ試験機を用いて、変動負荷の負荷方向Ｘに対して直交する方向に圧痕３を形成するとともに、この圧痕３の列を３列に配列する。圧痕３は、下向きの略正四角錐形状をなしており、その上縁が略斜方形となる向きに形成されている。また、各圧痕３は、約０．０６ｍｍの間隔をあけて並んでいる。なお、圧痕３を形成するための押込み荷重は９８０．７ｍＮに設定されている。同一条件（１６回のスプレー塗装を含む）にて、このように表面形状を形成した接触面２Ｂによるフレッティング疲労試験を行った結果、図７に示すように、試験片は３４５万回で破断した。
【００３３】
また、図４に示すように、押込み荷重が２９４２ｍＮに設定され、約０．１２ｍｍの間隔をあけて並んでおり、その他の条件は図３に示す圧痕３と略同様の圧痕４が形成された接触面２Ｃによるフレッティング疲労試験を行った結果、図７に示すように、試験片は４２１万回で破断した。
【００３４】
図３及び４に示すような圧痕３，４では、それぞれの圧痕３，４が接触面２Ｂ，２Ｃに施されたときにその形状が斜交筋目と近似することになり、その試験結果は、１６回のスプレー塗装を施した斜交筋目の接触面２の場合と略同程度の４４０万回で破断する結果となる。したがって、図３及び４に示すような形状も接触面２に施す微細加工の第二段階には適さないことがわかった。
【００３５】
次いで、図５に示すように、垂直筋目に研磨仕上げした接触面２Ｄの外側端部に、押込み量（荷重）の設定が正確なビッカース硬さ試験機を用いて、変動負荷の負荷方向Ｘに対して直交する方向に圧痕５を形成するとともに、この圧痕５の列を３列に配列する。圧痕５は、下向きの略正四角錐形状をなしており、その上縁が形成する略正方形の対向する二辺が変動負荷の負荷方向Ｘに対して平行となるように形成されている。また、圧痕５は、約０．２ｍｍの間隔をあけて並んでいる。さらに、最端の列の圧痕５は、接触面２Ｄの外側端縁から約０．０８ｍｍの間隔をあけて配列されている。なお、圧痕５を形成するための押込み荷重は９８０７ｍＮに設定されている。そして、同一条件のもと（ただし、３２回のスプレー塗装）、このように表面形状を形成した接触面２Ｄによるフレッティング疲労試験を行った結果、図７に示すように、６４９万回で破断し、垂直筋目に研磨紙上げしただけの接触面２のとき（６１０万回で破断）よりも少し寿命が延びる結果となった。
【００３６】
そして、図５の接触面２Ｄの表面形状をもとに、潤滑性塗料の塗装膜厚、圧痕の大きさ、範囲を調節したところ、特に図６に示すように、押込み荷重が２９４２ｍＮに設定され、約０．１２ｍｍの間隔をあけて並んでおり、その他の条件は図５に示す圧痕５と略同様の圧痕６が形成された接触面２Ｅによるフレッティング疲労試験を上記と同一条件（ただし、１６回のスプレー塗装）にて行った結果、図７に示すように、試験片は１０００万回を越えても破断しないほど潤滑性塗料の保持効果が高く、１７３０万回で破断した。この結果、接触面２に施す微細加工の第二段階として最も適していることがわかった。
【００３７】
上述した実施の形態によれば、接触面２の表面形状を図６に示すような形状とすれば、接触面２Ｅに塗装された潤滑性塗料が変動負荷によって押し出されることを抑止し、接触面２Ｅに潤滑性塗料を好適に保持することができ、フレッティング疲労強度が向上する。
【００３８】
また、接触面２Ｅに垂直筋目を形成することで、接触面２Ｅに塗装された潤滑性塗料が変動負荷によって押し出されることを抑止することができる。また、凸部の尖端を軽く除去することによって特定の部分に応力が集中することがなくなり、接触面２Ｅに塗装された潤滑性塗料が剥がれにくくなる。
【００３９】
さらに、接触面２Ｅに形成された圧痕６は、例えば上縁が略斜方形となる向きで形成された圧痕３，４に比べて潤滑性塗料が変動負荷に対して押し出されにくい方向性を有しており、接触面２Ｅに塗装された潤滑性塗料が変動負荷によって押し出されることを抑止することができる。
【００４０】
また、圧痕６を、フレッティングが激しく発生しやすい接触面２Ｅの外側端部にて変動負荷の負荷方向Ｘに対して直交する方向に配列し、この圧痕６の列を変動負荷の負荷方向Ｘに各圧痕が互い違いとなるように並べたことで、接触面２Ｅに塗装された潤滑性塗料が変動負荷によって押し出されることを更に効果的に抑止することができる。
【００４１】
さらに、圧痕６を、接触面２Ｅに凸状部分が生じない程度に間隔をあけて並べたことで、接触面２Ｅに塗装された潤滑性塗料に応力が集中することがなくなり、潤滑性塗料が剥がれにくくなることで、潤滑性塗料が変動負荷によって押し出されることを更に効果的に抑止することができる。
【００４２】
また、圧痕６を油溜まりのように機能させることができる。これにより、潤滑性塗料を好適に保持することができる。
【００４３】
さらに、接触面２Ｅに塗装される潤滑性塗料を、微細加工を施した接触面２Ｅを清浄した後に、この接触面２Ｅに６μｍ程度の厚さになるように数回に分けてスプレー塗装し、その後、潤滑性塗料が塗装された接触面２Ｅを乾燥し、養生することで、接触面２Ｅに潤滑性塗料を最も好適に塗装することができる。
【００４４】
なお、上述した実施の形態を、航空機部材などの金属板材同士のリベットによる重ね合わせ接合部、ＦＳＷによる重ね合わせ接合継手のような接合部、タービン動翼とディスクの結合構造のような接合部、被覆付きめっきＰＣより線のような接合部などに適用して、これらの接合部におけるフレッティング疲労強度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１（１Ｅ）…接触片
２（２Ｅ）…接触面
６…圧痕
Ｘ…変動負荷の負荷方向
【図１】
2011036946.tif 000003
【図２】
2011036946.tif 000004
【図７】
2011036946.tif 000005
【図３】
2011036946.tif 000006
【図４】
2011036946.tif 000007
【図５】
2011036946.tif 000008
【図６】
2011036946.tif 000009