(57)【要約】      （修正有）【課題】軸受け面が早期に磨耗及び腐食することがないチタン合金を使用した球面滑り軸受けを提供する。【解決手段】球面滑り軸受け１０は、金属で形成され、凹状の第１の軸受け面１６を有する外輪部材１４と、第１の軸受け面１６に対して摺動可能である凸状の第２の軸受け面１８を有する内輪部材１２とを有している。一方の部材は、チタン合金で製造され、表面処理された軸受け面を有している。他方の軸受け面は、潤滑ライナー２０を有している。ライナー２０は、ＰＴＦＥ、例えば、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製造される。表面処理面は、物理的気相成長法（ＰＶＤ）によって与えられた窒化チタンで構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹状の第１の軸受け面を有する外輪部材を構成する第１のリング部材と、前記第１の軸受け面に対して摺動可能である凸状の第２の軸受け面を有する内輪部材を構成する第２のリング部材とから構成される球面滑り軸受けであって、
前記第１のリング部材及び第２のリング部材の一方は、チタン合金で構成され、表面処理された軸受け面を有し、前記第１のリング部材及び第２のリング部材の他方は、潤滑ライナーを有している球面滑り軸受け。
【請求項２】
前記第２のリング部材は、チタン合金で構成され、前記第１のリング部材は、前記第１の軸受け面に潤滑ライナーを有する請求項１記載の球面滑り軸受け。
【請求項３】
前記表面処理面は、物理的気相成長法（ＰＶＤ）によって与えられた窒化チタン（ＴｉＮ）で構成される請求項１記載の球面滑り軸受け。
【請求項４】
前記潤滑ライナーは、ＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)で構成される請求項１記載の球面滑り軸受け。
【請求項５】
前記潤滑ライナーは、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請求項４記載の球面滑り軸受け。
【請求項６】
前記内輪部材は、重量で約６％のアルミと、４％のバナジウムとを含むチタン合金で製造される請求項１記載の球面滑り軸受け。
【請求項７】
前記第２の軸受け面は、物理的気相成長法（ＰＶＤ）により窒化チタン（ＴｉＮ）が被着され、前記潤滑ライナーは、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請求項１記載の球面滑り軸受け。
【請求項８】
前記内輪部材は、重量で約６％のアルミと、４％のバナジウムとを含むチタン合金で製造され、前記第２の軸受け面は、物理的気相成長法（ＰＶＤ）により窒化チタン（ＴｉＮ）が被着され、前記潤滑ライナーは、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請求項１記載の球面滑り軸受け。
【請求項９】
前記内輪部材は、重量で約６％のアルミと、４％のバナジウムとを含むチタン合金で製造され、前記第２の軸受け面は、物理的気相成長法（ＰＶＤ）により窒化チタン（ＴｉＮ）が被着され、前記潤滑ライナーは、前記第１の軸受け面に配置され、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請求項１記載の球面滑り軸受け。
【請求項１０】
前記第１のリング部材は、チタン合金で構成され、前記第２のリング部材は、前記第２の軸受け面に前記潤滑ライナーを有する請求項１記載の球面滑り軸受け。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球面滑り軸受けに関し、特に高荷重の用途のための球面滑り軸受けに関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン合金は、球面滑り軸受けを製造する際の使用されることが知られている。しかしながら、従来技術において、このような軸受けの軸受け面は、早期に磨耗及び腐食し易いことが知られている。
【０００３】
これらに基づき、本発明の全般的な目的は、従来の軸受けを改良した軸受けを提供することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、一形態において、金属で形成され、凹状の第１の軸受け面を有する外輪部材と、第１の軸受け面上の潤滑ライナーと、チタン合金で形成され、第１の軸受け面に対して摺動可能である凸状の第２の軸受け面を有する内輪部材とから構成される球面滑り軸受けである。
【０００５】
選択的な実施形態において、第２の軸受け面は、表面処理面であり、また、ライナーは、ＰＴＦＥ、例えば、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る。表面処理面は、物理的気相成長法（ＰＶＤ）によって与えられた窒化チタン（ＴｉＮ）で構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、外輪部材と、チタン合金で形成され、第１の軸受け面に対して摺動可能である凸状の第２の軸受け面を有する内輪部材とから構成される球面滑り軸受けを提供する。一方の部材は、チタン合金で構成され、表面処理面を有している。他方の部材は、軸受け面上に潤滑ライナーを有している。従って、表面処理された軸受け面が潤滑ライナー上を滑る。表面処理面は、物理的気相成長法によって与えられた窒化チタンで構成される。
【０００７】
本発明の一実施形態に従った球面滑り軸受けを図１に示す。軸受け１０は、内輪部材１２及び外輪部材１４から構成されている。外輪部材１４は、中心軸Ａに対して環状形状を有すると共に、中心軸に対向する球面形状を有する凹状の軸受け面１６を有している。内輪部材１２は、軸受け面１６と摺動自在に結合されるサイズとされた、球面形状を有する凸状の軸受け面１８を有している。軸受け面１６と軸受け面１８との間には、ライナーのための任意の遊びが設けられている。外輪部材１４は、従来技術で既知のように、内輪部材１２の周囲に組み立て可能に２つの合わせ部品で形成されている。
【０００８】
外輪部材１４は、例えば、金属など、いずれかの適切な材料で製造される。内輪部材１２は、チタン合金で製造される。一実施の形態において、チタン合金は、ＴＡ６Ｖ  アルファ−ベータ合金であり、重量で６％のアルミと、４％のバナジウムとを含んでいる。なお、外輪部材１４は、チタンで構成されるか、或いは、主にチタンで構成された合金から形成しても良い。
【０００９】
チタン合金の軸受け部材における軸受け面は、その硬度を改良するために表面処理されている。従って、少なくとも軸受け面１８が表面処理され、選択的に、ベアリング面１６も表面処理される。この表面処理は、物理的気相成長法（ＰＶＤ）による窒化チタン（ＴｉＮ）の層の被着で構成される。
【００１０】
軸受け１０は、軸受け面１６と軸受け面１８との間に位置するように、軸受け面１６に自己潤滑ライナー２０を含んでいる。ライナー２０は、例えば、約０．４ｍｍの厚さに処理された低摩擦のポリマー繊維のファブリックなど、耐久性があり、低摩擦の材料の層で構成される。ライナー２０は、ベアリング１０に自己潤滑性を与えている。一実施の形態において、ライナー２０は、標準規格ＳＡＥ−ＡＳ８１８２０に準拠するユニフロン（Ｒ）Ｅの自己潤滑性を有するファブリックで構成される。ユニフロン（Ｒ）Ｅのファブリックは、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構成されており、フェノール樹脂組成で飽和している。ユニフロン（Ｒ）Ｅのファブリックは、様々な環境で実用でき、また、例えば、約−３０℃から約２１０℃などの極端な温度環境でも実用できる。その組成のために、ユニフロン（Ｒ）Ｅの材料は、熱、磨耗、破損及び圧縮に極めて高い耐性を有している。ユニフロン（Ｒ）Ｅのファブリックは、高い比率でＰＴＦＥ繊維を含み、優れたスリップ性を有している。また、低い摩擦係数を持つ樹脂によって化学的に連結したマトリックスで構成されている。ユニフロン（Ｒ）Ｅのファブリックを示して説明しているが、本発明は、これに限定されるものでなく、当業者により知られている摩擦を低減する他のライナー材料、例えば、ＰＴＦＥやナイロン等を、本発明の範囲を逸脱することなく代用することが可能である。
【００１１】
上述したライナー及び表面処理されたチタン合金軸受け部材は、腐食現象を大幅に排除することが可能である。ライナーは、金属間接触に起因する物質移動の主要な不都合を改善する。また、ライナーは、表面処理を保護する。ライナーによる保護の１つの方法は、軸受け面に付着し得る粒子、例えば、内在的な粒子（例えば、酸化チタン（ＴｉＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）及び／又は三酸化二チタン（Ｔｉ２Ｏ３）などのチタン酸化物の硬い研磨粒子）、或いは、軸受けの外側にある要因からの汚染物質を吸収することによって提供される。ライナーは、厳しい振動環境下で衝撃を吸収することによって軸受けの寿命にも貢献する。
【００１２】
チタン合金軸受けの表面処理及び軸受け面間のライナーは、それぞれ軸受けを寛容にし、摩擦を低減すると共に、軸受けの寿命を長期化するのに役立つ。その結果、表面処理面を有するチタン合金内部軸受け及び潤滑ライナーを含むベアリングは、同様の寿命及び軸受け性能の提供を意図する他のベアリングよりも軽量化することができる。
【００１３】
使用時においては、第１の軸受け及び第２の軸受けのそれぞれは、互いに関連して動作する装置に連結される。ここで説明した軸受けは、高荷重の航空宇宙応用においても、実用性が見出されている。
【００１４】
「第１」、「第２」等の用語は、ここでは、順序、数量又は重要度を意味するものではなく、１つの要素を他の要素と区別するために用いられている。「ａ」及び「ａｎ」の用語は、ここでは、数量の限定を意味するものではなく、関連する要素の少なくとも１つの存在を意味するものである。
【００１５】
本発明は、特定の実施の形態に関して記載されているが、前述の発明の開示を読み、理解することにより、開示された実施の形態の数々のバリエーション及び変更は、本発明及び添付の特許請求の範囲の精神の範囲に含まれると、当業者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の１つの実施形態に従ったベアリングの断面図である。
【図１】
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【外国語明細書】
【発明の名称】    TITANIUM  SPHERICAL  PLAIN  BEARING  WITH  LINER  AND  TREATED  SURFACE
【技術分野】
【０００１】
This  invention  relates  to  spherical  plain  bearings,  and  in  particular  to  spherical  plain  bearings  for  high  load  applications.
【背景技術】
【０００２】
Titanium  alloys  are  known  for  use  in  making  spherical  plain  bearings.    However,  it  is  known  in  the  art  that  the  bearing  surfaces  of  such  bearings  are  subject  to  premature  wear  and  fretting.
【０００３】
Based  on  the  foregoing,  it  is  the  general  object  of  this  invention  to  provide  a  bearing  that  improves  upon  prior  art  bearings.
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
The  present  invention  resides  in  one  aspect  in  a  spherical  plain  bearing  that  comprises  an  outer  ring  member  formed  from  metal  and  having  a  concave  first  bearing  surface,  a  lubrication  liner  on  the  first  bearing  surface,  and  an  inner  ring  member  formed  from  a  titanium  alloy  and  having  a  convex  second  bearing  surface  in  sliding  disposition  to  the  first  bearing  surface.  
【０００５】
In  optional  embodiments,  the  second  bearing  surface  may  be  a  treated  surface,  and,  optionally,  the  liner  may  comprise  PTFE,  such  as  a  fabric  of  PTFE  and  polyaramid  fibers.    The  treated  surface  may  comprise  TiN  applied  by  physical  vapor  deposition  (PVD).
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
The  present  invention  provides  a  spherical  plain  bearing  that  comprises  an  outer  ring  member  and  an  inner  ring  member  formed  from  a  titanium  alloy  and  having  a  convex  second  bearing  surface  in  sliding  disposition  to  the  first  bearing  surface.    One  of  the  members  comprises  a  titanium  alloy  and  has  a  treated  surface;  the  other  member  has  a  lubrication  liner  on  the  bearing  surface.  Thus,  the  treated  bearing  surface  slides  upon  a  lubrication  liner.    The  treated  surface  may  comprise  TiN  applied  by  physical  vapor  deposition  (PVD).
【０００７】
A  spherical  plain  bearing  according  to  one  illustrative  embodiment  of  this  invention  is  shown  in  Fig.  1.    Bearing  10  comprises  an  inner  ring  member  12  and  an  outer  ring  member  14.    Outer  ring  member  14  has  an  annular  configuration  with  a  central  axis  A  and  a  spherical  concave  bearing  surface  16  that  faces  the  central  axis.    The  inner  ring  member  12  has  a  spherical  convex  bearing  surface  18  that  is  sized  to  slidably  engage  surface  16,  with  optional  allowance  for  a  liner  between  surface  16  and  surface  18.    The  outer  ring  member  may  be  formed  from  two  mating  parts  so  that  it  can  be  assembled  around  the  inner  ring  member,  as  is  known  in  the  art.
【０００８】
Outer  ring  member  14  is  made  from  any  suitable  material,  such  as  a  metal.    Inner  ring  member  12  is  made  from  a  titanium  alloy.    In  one  embodiment,  the  titanium  alloy  is  TA6V  alpha-beta  alloy,  which  contains  6  %  Al  and  4  %  V,  by  weight.    Optionally,  outer  ring  member  14  may  also  comprise  titanium  or  may  be  formed  from  an  alloy  that  principally  comprises  titanium.
【０００９】
The  bearing  surface  on  the  titanium  alloy  bearing  member  is  treated  to  improve  its  hardness.    Thus,  at  least  surface  18  is  treated;  optionally,  surface  16  is  treated  as  well.    The  treatment  may  comprise  the  application  of  a  layer  of  titanium  nitride  (TiN)  by  PVD  (physical  vapor  deposition).
【００１０】
Bearing  10  comprises  a  self-lubrication  liner  20  on  surface  16,  so  that  the  liner  20  is  situated  between  surfaces  16  and  18.      The  liner  20  comprises  a  layer  of  durable,  low-friction  material,  for  example,  a  fabric  of  polymeric  low-friction  fibers  disposed  with  the  fabric  weave  direction  aligned  with  the  axis  A  and  that  may  have  a  thickness  of  about  0.4  millimeters  (mm).    The  liner  20  provides  the  bearing  10  a  self-lubricating  characteristic.    In  one  embodiment,  the  liner  20  comprises  Uniflon（R）  E  self-lubricating  fabric  that  complies  with  the  SAE-AS81820  standard.    Uniflon（R）  E  fabric  comprises  fibers  of  PTFE  and  polyaramid  and  is  saturated  with  a  phenolic  resin  composition.    Uniflon（R）  E  fabric  is  useful  in  various  environments  and  extreme  temperatures,  typically  about  −30°C  to  about  +210°C.    Because  of  its  composition,  Uniflon（R）  E  material  is  highly  resistant  to  heat,  abrasion,  breaking  and  compression.    Uniflon（R）  E  fabric  contains  a  high  proportion  of  PTFE  fibers,  which  have  superb  slip  properties,  and  comprises  a  matrix  chemically  linked  by  a  resin  with  a  low  coefficient  of  friction.    While  Uniflon（R）  E  fabric  has  been  shown  and  described,  the  present  invention  is  not  limited  in  this  regard  as  other  friction  reducing  liner  materials  known  to  those  skilled  in  the  art  to  which  the  present  invention  pertains,  such  as  PTFE,  nylon,  etc.,  can  be  substituted  without  departing  from  the  broader  aspects  of  the  present  invention.
【００１１】
A  liner  and  a  surface-treated  titanium  alloy  bearing  member  as  described  above  can  substantially  eliminate  the  fretting  phenomenon.    A  liner  ameliorates  the  major  disadvantage  of  material  transfer  resulting  from  metal-to-metal  contact.  In  addition,  the  liner  protects  the  surface  treatment.    One  way  the  liner  provides  protection  is  by  absorbing  particles  that  are  likely  to  stick  to  the  bearing  surface,  such  as  internal  particles  (e.g.,  hard  and  abrasive  particles  of  titanium  oxides  such  as  TiO,  TiO2,  and/or  Ti2O3)  or  contaminants  from  sources  external  to  the  bearing.    A  liner  can  also  contribute  to  bearing  life  by  absorbing  shock  under  severe  vibration  conditions.
【００１２】
The  surface  treatment  of  the  titanium  alloy  bearing(s)  and  the  liner  between  the  bearing  surfaces  each  help  make  the  bearing  more  forgiving,  reduces  friction  and  extends  bearing  life.    As  a  result,  a  bearing  comprising  a  titanium  alloy  inner  bearing  having  a  treated  surface  and  lubrication  liner  can  be  lighter  than  other  bearings  designed  to  provide  the  same  life  and  bearing  capacity.
【００１３】
In  use,  each  of  the  first  bearing  and  the  second  bearing  are  connected  to  devices  that  are  intended  to  move  relative  to  each  other.      A  bearing  as  described  herein  finds  utility  in  high-load  aerospace  applications.
【００１４】
The  terms  “first,”  “second,”  and  the  like,  herein  do  not  denote  any  order,  quantity,  or  importance,  but  rather  are  used  to  distinguish  one  element  from  another.    The  terms  “a”  and  “an”  herein  do  not  denote  a  limitation  of  quantity,  but  rather  denote  the  presence  of  at  least  one  of  the  referenced  item.
【００１５】
Although  the  invention  has  been  described  with  reference  to  particular  embodiments  thereof,  it  will  be  understood  by  one  of  ordinary  skill  in  the  art,  upon  a  reading  and  understanding  of  the  foregoing  disclosure,  that  numerous  variations  and  alterations  to  the  disclosed  embodiments  will  fall  within  the  spirit  and  scope  of  this  invention  and  of  the  appended  claims.
【図面の簡単な説明】
【００１６】
Fig.  1  is  a  schematic  cross-sectional  view  of  a  bearing  according  to  one  a  particular  embodiment  of  the  present  invention.
1.     A  spherical  plain  bearing  comprising:
a  first  ring  member  comprising  an  outer  ring  member  having  a  concave  first  bearing  surface;
a  second  ring  member  comprising  an  inner  ring  member  having  a  convex  second  bearing  surface  in  sliding  disposition  to  the  first  bearing  surface;
wherein  one  of  the  first  ring  member  and  the  second  ring  member  comprises  a  titanium  alloy  and  has  a  treated  bearing  surface,  and  the  other  of  the  first  ring  member  and  the  second  ring  member  has  a  lubrication  liner.
2.  The  bearing  of  claim  1,  wherein  second  ring  member  comprises  the  titanium  alloy  and  wherein  the  first  ring  member  comprises  the  lubrication  liner  on  the  first  bearing  surface.
3.    The  bearing  of  claim  1,  wherein  the  treated  surface  comprises  TiN  applied  by  PVD.
4.    The  bearing  of  claim  1,  wherein  the  lubrication  liner  comprises  PTFE.
5.    The  bearing  of  claim  4,  wherein  the  lubrication  liner  comprises  a  fabric  comprising  PTFE  and  polyaramid  fibers,  the  fabric  being  saturated  with  a  phenolic  resin.
6.    The  bearing  of  claim  1,  wherein  the  inner  ring  is  made  from  a  titanium  alloy  comprising  about  6  %  Al  and  4  %  V,  by  weight.
7.  The  bearing  of  claim  1,  wherein  the  second  bearing  surface  is  treated  by  PVD  application  of  TiN  and  wherein  the  lubrication  liner  comprises  a  fabric  comprising  PTFE  and  polyaramid  fibers,  the  fabric  being  saturated  with  a  phenolic  resin.
8.    The  bearing  of  claim  1,  wherein  the  inner  ring  is  made  from  a  titanium  alloy  comprising  about  6  %  Al  and  4  %  V,  by  weight,  and  wherein  the  second  bearing  surface  is  treated  by  PVD  application  of  TiN,  and  wherein  the  liner  comprises  a  fabric  comprising  PTFE  and  polyaramid  fibers,  the  fabric  being  saturated  with  a  phenolic  resin.
9.    The  bearing  of  claim  1,  wherein  the  inner  ring  is  made  from  a  titanium  alloy  comprising  about  6  %  Al  and  4  %  V,  by  weight,  and  wherein  the  second  bearing  surface  is  treated  by  PVD  application  of  TiN,  and  wherein  the  liner  is  on  the  first  bearing  surface  and  comprises  a  fabric  comprising  PTFE  and  polyaramid  fibers,  the  fabric  being  saturated  with  a  phenolic  resin.
10.  The  bearing  of  claim  1,  wherein  first  ring  member  comprises  the  titanium  alloy  and  wherein  the  second  ring  member  comprises  the  lubrication  liner  on  the  second  bearing  surface.
1.  Abstract
A  spherical  plain  bearing  includes  an  outer  ring  formed  from  metal  and  having  a  concave  first  bearing  surface,  and  an  inner  ring  having  a  convex  second  bearing  surface  in  sliding  disposition  to  the  first  bearing  surface.  One  of  the  members  is  made  from  titanium  alloy  and  has  a  treated  bearing  surface.    The  other  bearing  surface  has  a  lubrication  liner.      The  liner  may  be  made  from  PTFE,  such  as  a  fabric  of  PTFE  and  polyaramid  fibers.    The  treated  surface  may  be  TiN  provided  by  physical  vapor  deposition.
2.  Representative  Drawing
Fig.１
【図１】
2007255712.tif 000004