(57)【要約】      （修正有）【課題】ポリテトラフルオロエチレン系ライナーと長期にわたって接触しても、内部保持具の凸球面体にキズがつきにくい耐久性が良い球面軸受を提供する。【解決手段】ポリテトラフルオロエチレン系ライナーをレース内周面に有する凹球面状の滑り面を形成した外部保持具１と、該外部保持具によって保持され且つ前記外部保持具の滑り面とによって滑り面をなす凸球面状の外周面を有する内部保持具３とからなる球面軸受において、前記内部保持具の凸球面状滑り面が、一様なＴｉＡｌＮ化合物の薄膜層４を有することを特徴とする球面軸受。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリテトラフルオロエチレン系ライナーをレース内周面に有する凹球面状の滑り面を形成した外部保持具と、該外部保持具によって保持され且つ前記外部保持具の滑り面とによって滑り面をなす凸球面状の外周面を有する内部保持具とからなる球面軸受  において、前記内部保持具の凸球面状滑り面が、一様なＴｉＡｌＮ化合物の薄膜層を有することを特徴とする球面軸受。
【請求項２】
外部保持具又は内部保持具の材質が、ステンレス鋼、チタン、チタン合金の何れかひとつである請求項１に記載した球面軸
【請求項３】
内部保持具の材質がチタンであり、その表面を浸炭窒化処理した請求項１又は請求項２に記載した球面軸言
【請求項４】
ポリテトラフルオロエチレン系ライナーが、グラスファイバー、ダクロン、ノメックス、ブロンズコンポシットからなる群れより選ばれる１種又は２種以上のバックアップ材で、強化された請求項１ないし請求項３のいずれかひとつに記載された球面軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球面軸受とくに飛行機のフラップや自動車のサスペンション機構を可変可能に支持することが出来る球面軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の球面軸受は、図１に示すように、熱硬化性樹脂により貼り付けられたポリテトラフルオロエチレン系ライナー２をレース内周面に有する凹球面状の滑り面を形成した外部保持具１と、該外部保持具１によって保持され且つ前記外部保持具の凹球面状によって保持されているポリテトラフルオロエチレン系ライナー２と接する凸球面状の外周面を有する内部保持具３とからなる球面軸受であって、内部保持具３は、外部保持具１に対して、一定の範囲の角度で、回動することが出来る構造である（特許文献１参照）。
しかし、内部保持具３の凸球面体は、ポリテトラフルオロエチレン系ライナー２と接触しているから、長期にわたって使用していると、図３に示すように、凸球面体の表面は、キズが全面にわたって発生する。（図３は、１００，０００サイクル使用に供したステンレススチール製凸球面体を、球表面のキズに対して直交する方向に、表面粗さ計測器の計測針を操作した。）
【０００３】
このようなキズができる原因は、内部保持具３の凸球面体は、ポリテトラフルオロエチレン系ライナー２との相関関係を含めて、極めて複雑でありいまだ十分な解明には至っていない。
そして、キズの程度が一線を越すと、急激にポリテトラフルオロエチレン系ライナー２の破壊が生じて、ガタが発生して球面軸受として機能しなくなる。
また、例えば、耐磨耗特性向上の手段として、硬化元素（Ｃ，Ｎ，Ｂなど）の拡散浸透による表面硬化層を形成しても、厚くすることはできず、硬質膜をコーティングする場合でも密着性が不十分であるなどの問題があることを指摘（特許文献２：２頁目、第１段、１９行目〜２０行目参照）し、コーティングとは異なる表層面の金属間化合物を形成することを特徴とする摺動部材を開示している。すなわち、（１）Ｔｉ合金の母材表面に、１５〜７５ａｔ．％のＡｌと残部Ｔｉよりなる表面層を形成させてなるＴｉ合金摺動部材である。ここでは、規制格子構造を有するＴｉとＡｌの金属間化合物（組成により、Ｔｉ３  Ａｌ，ＴｉＡｌ，ＴｉＡｌ３  となる）により、焼き付きにくく摩耗の少ない良好な摺動特性を実現することができること、金属間化合物は合金に比べれば脆いが、耐衝撃性を要求される場合にも、ＴｉやＡｌ合金母材の表面に金属間化合物を形成させること、及び、表面層である金属間化合物と母材とは同じ金属をベースとするものであるので密着性も良好であることが述べられている。
しかし、ポリテトラフルオロエチレン系ライナーを有する球面軸受においては、硬度を改善し、同時に密着性を高めた特性のものはいまだ考えられていなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−１４９３２４号公報
【特許文献２】特開平０５−２７９８３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、ポリテトラフルオロエチレン系ライナー２と長期にわたって接触しても、内部保持具３の凸球面体にキズがつきにくい球面軸受を提供することを課題とする。
さらに本発明の別の目的は、航空機に用いられるために、低温域から高温域まで、トルクが安定し、機械的諸特性に優れ、かつ軽量である球面軸受を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決する手段】
そこで本発明は、内部保持具３の凸球面体とポリテトラフルオロエチレン系ライナー２との相関関係について、内部保持具３の凸球面体の表面に薄膜層を設けて、ポリテトラフルオロエチレン系ライナー２と相性がよいものについて鋭意研究した結果、凸球面状滑り面が、一様なＴｉＡｌＮ化合物の薄膜層を有するときに、ポリテトラフルオロエチレン系ライナー２と相性が良く、長時間のサイクルにわたって、凸球面状滑り面が安定する事実を突き止め、本発明を完成させるに至った。すなわち、ポリテトラフルオロエチレン系ライナーをレース内周面に有する凹球面状の滑り面を形成した外部保持具と、該外部保持具によって保持され且つ前記外部保持具の滑り面とによって滑り面をなす凸球面状の外周面を有する内部保持具とからなる球面軸受  において、前記内部保持具の凸球面状滑り面が、一様なＴｉＡｌＮ化合物の薄膜層を有することを特徴とする球面軸受を見出した。
ＴｉＡｌＮ化合物の薄膜は、ＰＶＤ法（ＡＩＰ＜アークイオンプレーティング＞またはスパッタリング）により行われ、薄膜厚さは、０．５μｍ〜５μｍ程度であり、とくに２．０μｍ〜４．０μｍが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、外部保持具又は内部保持具の材質が、ステンレス鋼、チタン、チタン合金の何れかひとつとすることができる。軽量化を目的として材質を、チタン、チタン合金とすることができる。
また、本発明は、チタン材質の硬さを改善するべく、圧力を受ける内部保持具の材質がチタンである場合、そのチタン表面を浸炭窒化処理した内部保持具を用いることができる。浸炭ガスとしては、プロパン、ブタン、エチレン、アセチレン等が用いられ、窒化ガスとしては、アンモニアの分解ガス、窒素等が用いられる。処理温度は７５０〜９００℃が好ましい。
さらに、本発明は、ポリテトラフルオロエチレン系ライナーが、グラスファイバー、ダクロン、ノメックス、ブロンズコンポシットからなる群れより選ばれる１種又は２種以上のバックアップ材で、強化されたものを用いることができる。また、本発明の球面軸受とくに軽量化した球面軸受は、飛行機のフラップの可変可能な支持部に用いることができる。
同様に、本発明の球面軸受は、自動車のサスペンション機構の可変可能な支持部に用いることができる。
【０００８】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
（実施例１）
（ステンレススチール製内部保持具を用いた例）
図２に示す内部保持具３（ステンレススチール製）の凸球面状滑り面に、ＡＩＰ（アークイオンプレーティング法）により、厚さ３．０μｍのＴｉＡｌＮ薄膜層を設け
た。外部保持具１の凹球面に、厚さ０．３０ｍｍのポリテトラフルオロエチレン系ライナー２をフェノール樹脂（レゾール型）を用いて貼り付けた。  ポリテトラフルオロエチレン系ライナー付外部保持具１と、凸球面状滑り面上にＴｉＡｌＮ薄膜層を設けた内部保持具３を組み合わせて、球面軸受を作成した。
【０００９】
（実施例２）
（チタン製内部保持具を用いた例）
図２に示す内部保持具３（チタン製）の凸球面状滑り面に、ＡＩＰ（アークイオンプレーティング法）により、厚さ３．０μｍのＴｉＡｌＮ薄膜層を設けた。外部保持具１の凹球面に、厚さ０．３０ｍｍのポリテトラフルオロエチレン系ライナー２をフェノール樹脂（レゾール型）を用いて貼り付けた。  ポリテトラフルオロエチレン系ライナー付外部保持具１と、凸球面状滑り面上にＴｉＡｌＮ薄膜層を設けた内部保持具３を組み合わせて、球面軸受を作成した。
【００１０】
（実施例３）
（チタン表面を浸炭窒化処理したチタン製内部保持具を用いた例）
チタン製内部保持具３を、約８５０℃、浸炭ガスを含む炉内圧０．１〜１気圧の条件の浸炭処理装置に入れ、凸球面状滑り面の深さ約５０μｍの一様な浸炭処理膜を形成させ、次いで、アンモニアガスを入れてその分解ガスで窒化処理を行った。
図２に示す内部保持具３（一様な浸炭処窒化理膜を形成させたチタン製のもの）の凸球面状滑り面に、ＡＩＰ（アークイオンプレーティング法）により、厚さ  ３．０μｍのＴｉＡｌＮ薄膜層を設けた。外部保持具１の凹球面に、厚さ０．３０ｍｍのポリテトラフルオロエチレン系ライナー２をフェノール樹脂（レゾール型）を用いて貼り付けた。  ポリテトラフルオロエチレン系ライナー付外部保持具１と、凸球面状滑り面上にＴｉＡｌＮ薄膜層を設けた内部保持具３を組み合わせて、球面軸受を作成した。
【００１１】
（従来例）
図１に示すように、外部保持具１の凹球面に、厚さ０．３０ｍｍのポリテトラフルオロエチレン系ライナー２をフェノール樹脂（レゾール型）を用いて貼り付けた。  ポリテトラフルオロエチレン系ライナー付外部保持具１と、内部保持具３（ステンレススチール製）組み合わせて、球面軸受を作成した。
【００１２】
（比較例）
図２に示す内部保持具３（ステンレススチール製）の凸球面状滑り面に、ＡＩＰ（アークイオンプレーティング法）により、厚さ  ３．０μｍのＴｉＮ薄膜層を設けた。
外部保持具１の凹球面に、厚さ０．３０ｍｍのポリテトラフルオロエチレン系ライナー２をフェノール樹脂（レゾール型）を用いて貼り付けた。  ポリテトラフルオロエチレン系ライナー付外部保持具１と、凸球面状滑り面上にＴｉＡｌＮ薄膜層を設けた内部保持具３を組み合わせて、球面軸受を作成した。
【００１３】
（性能テスト）
実施例１の球面軸受、従来例の球面軸受及び比較例の球面軸受を、それぞれ１００，０００サイクルの使用の後、内部保持具３の凸球面体を、球表面のキズに対して直交する方向に、表面粗さ計測器の計測針を操作した。
２０〜５０ＭＰａ、１０〜５０ｃｐｍ、回転（揺動角度）角度１０〜９０度の条件で測定した。
従来例の球面軸受の内部保持具の凸球面体における表面粗さ結果を図３に示す。従来例の凸球面体は、平均粗さは、０．２９８８μｍＲａ、ゼロより下部の最大値の波形では３．４μｍＲａ  （キズ深さ）であった。
比較例の球面軸受の内部保持具の凸球面体における表面粗さ結果を図４に示す。比較例の凸球面体は、平均粗さは、０．２９３５μｍＲａ、ゼロより下部の最大値の波形では３．１μｍＲａ（キズ深さ）であった。また、球面軸受の半球部分において、著しいキズが発生しており、この事実は、ＴｉＮ薄膜層は、不安定であることを証明している。
実施例１の球面軸受の内部保持具の凸球面体における表面粗さ結果（拡大図）を図５に示す。
実施例１の球面軸受の平均粗さは、０．０９９５μｍＲａであり、ゼロより下部の最大値の波形では０．９μｍＲａ（キズ深さ）であり、しかも球面全体にわたって安定していることを証明している。
さらに、実施例１の球面軸受、従来例の球面軸受及び比較例の球面軸受について、磨耗特性の結果を図６に示す。
これから、本発明の球面軸受は、ポリテトラフルオロエチレン系ライナーと長期にわたって接触しても、磨耗量が少なく、特性が安定し、耐久性の良いことを示している。
【００１４】
【発明の効果】
内部保持具の凸球面状滑り面が、一様なＴｉＡｌＮ化合物の薄膜層を有する本発明の球面軸受は、ポリテトラフルオロエチレン系ライナーと相性が良く、長期にわたって接触しても、磨耗量が少なく、特性が安定していることから、耐久性の良い球面軸受となることを示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の球面軸受の見取図。
【図２】本発明の球面軸受の見取図。
【図３】従来例の球面軸受の表面粗さテストの結果（１００，０００サイクル）。
【図４】比較例の球面軸受の表面粗さテストの結果（１００，０００サイクル）。
【図５】実施例１の球面軸受の表面粗さテストの結果（１００，０００サイクル）。
【図６】従来例の球面軸受、比較例の球面軸受、実施例１の球面軸受における磨耗量のテストの結果。
【符号の説明】
１  外部保持具
２  ポリテトラフルオロエチレン系ライナー
３  内部保持具
４  ＴｉＡｌＮ薄膜層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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