曲面滑動性內襯及曲面滑動體的製作方法

2023-09-23 15:26:35

本發明是體現滑動特性的曲面滑動性內襯，在具有曲面狀的滑動部且進行滑動自如運動的曲面滑動件中，配置在內側構件與對內側構件進行保持的外側構件之間。是適用於例如球面軸承、杆端軸承、滾動軸承、球窩接頭、人工關節等曲面滑動件的曲面滑動性內襯。

背景技術：

由具有曲面狀的滑動部的內側構件和經由樹脂制的曲面滑動性內襯對該內側構件進行保持的外側構件構成的曲面滑動件的用途涉及許多方面。

眾所周知的是為了提高其滑動性而滑動性內襯利用氟樹脂。

然而，氟樹脂是柔軟且強度低的樹脂，有時形態保持力、耐磨損性、耐損傷性等不充分，並且還被指出成形困難且難以得到與曲面形狀、滑動間隙一致的成形品尺寸精度這樣的問題。

另一方面，為了解決上述那些缺陷，提出了幾個取代氟樹脂而利用了包括氟纖維的片狀的織物的滑動性內襯。

例如專利文獻1中，在球面滑動軸承中，將通過編織聚酯或玻璃纖維與氟樹脂纖維而形成的纖維基礎織物壓附於金屬制外環的內周面來作為內襯。

專利文獻2中記載了在球面滑動軸承中通過由PTFE（聚四氟乙烯）及聚芳醯胺的纖維組成且浸漬了酚醛樹脂組成物的織物來構成的潤滑內襯。

專利文獻3中也示出了在球面滑動軸承等無潤滑滑動構件中使滑動面的一方為聚四氟乙烯系織物內襯且使該織物內襯粘著形成於凹球面狀的滑動面的例子。

專利文獻1：日本特開平5-18412號公報。

專利文獻2：日本特開2007-255712號公報。

專利文獻3：日本特開2013-087852號公報。

技術實現要素：

關於如以上那樣使用於曲面滑動件的滑動性內襯，雖說形狀存在自由度，但使片狀的布帛緊貼於曲面狀的滑動面是困難的，由於褶皺的產生、粘著性的不均勻等，所以滑動性能的不穩定、偏磨損等問題未充分解決。

鑑於上述問題，本發明的課題在於提供一種抑制偏磨損且具有穩定的滑動性能和長壽命性能的曲面滑動件。

用於解決課題的手段

為了解決上述問題，本發明包括優選的方式在內具有如下結構。

（1）一種曲面滑動性內襯，具有碗形，前述碗形通過將帶狀布帛在帶狀布帛的寬度方向上產生高度差的同時進行卷繞來得到。

（2）在（1）的曲面滑動性內襯中，帶狀布帛為織物。

（3）在（1）的曲面滑動性內襯中，帶狀布帛為經編物。

（4）在前述某一曲面滑動性內襯中，帶狀布帛的末端部處於卷繞的軸。

（5）在前述某一曲面滑動性內襯中，帶狀布帛包括氟纖維且包括一種以上除氟纖維以外的纖維。

（6）在前述某一曲面滑動性內襯中，帶狀布帛的至少一部分通過樹脂浸漬來固化。

（7）在前述某一曲面滑動性內襯中，帶狀布帛具有氟纖維及其他的纖維，氟纖維的至少一部分露出在內襯的表面。

（8）在前述某一曲面滑動性內襯中，在帶狀布帛的寬度方向的至少一端部，氟纖維在長度方向上存在。

（9）在前述某一曲面滑動性內襯中，在帶狀布帛中的除寬度方向的端部以外的位置上，存在從玻璃纖維、聚對苯二甲醯對苯二胺纖維、全芳香族聚酯纖維、碳素纖維及PBO纖維中選擇的一種以上的纖維。

（10）在前述某一曲面滑動性內襯中，在帶狀布帛中，在與配置於帶狀布帛的寬度方向的端部的氟纖維相鄰的位置上，存在從聚酯纖維、尼龍纖維、PPS纖維、聚間苯二甲醯間苯二胺纖維中選擇的一種以上的纖維。

（11）一種曲面滑動件，具有外部構件、在外部構件的內部的曲面滑動性內襯及在曲面滑動性內襯的內部的內部構件，前述曲面滑動性內襯是前述某一曲面滑動性內襯。

（12）在前述曲面滑動件中，曲面滑動性內襯具有以下的至少某一形狀：i）碗形的凹內表面呈沿著內側構件的凸表面形狀的形狀；ii）碗形的凸外表面具有沿著外側構件的凹表面的形狀。

（13）一種曲面滑動性內襯的製造方法，將帶狀布帛以在帶的寬度方向上產生高度差的方式卷繞而形成為碗形的形狀。

（14）在（13）所述的曲面滑動性內襯的製造方法中，前述曲面滑動性內襯的製造方法是前述某一曲面滑動性內襯的製造方法。

根據本發明，能夠提供一種抑制偏磨損且具有穩定的滑動性能和長壽命性能的曲面滑動件。

附圖說明

圖1是本發明的實施方式的曲面滑動性內襯的一例。

圖2是曲面滑動性內襯向內側構件組裝的組裝例的示意圖。

圖3是將內側構件、曲面滑動性內襯及外側構件組裝而得到的曲面滑動件的一例的示意圖。

具體實施方式

以下，基於圖1～3來說明本發明的曲面滑動性內襯及滑動構件。

圖1是本發明的實施方式的曲面滑動性內襯的一例，圖2是曲面滑動性內襯向內側構件組裝的組裝例的示意圖，圖3是將內側構件、曲面滑動性內襯及外側構件組裝而得到的曲面滑動件的一例的示意圖。在此，外側構件為剖視圖。

需要說明的是，附圖中示出的曲面滑動性內襯1以及由曲面滑動性內襯1、內側構件2及外側構件3構成的曲面滑動件只是本發明的一例，且是為了說明而簡化的示意圖。

關於本發明的滑動性內襯1，例如圖1那樣，使帶狀布帛的末端部位於供帶狀布帛卷繞的軸，形成通過一邊在帶的寬度方向上適當產生高度差一邊卷繞帶狀布帛來得到的碗的形狀。在此，通常一邊使帶狀布帛在寬度方向上錯開一邊重疊地卷繞帶狀布帛。根據圖2的例子，前述碗形狀成形品的凹內表面具有沿著內側構件2的凸表面的形狀。雖然圖中未示出，但可以是碗形狀成形品的凸外表面具有沿著外側構件的凹表面的形狀。

曲面滑動性內襯包括以如下的面為滑動面的曲面滑動性內襯：球面、將球面的一部分切掉後的形狀的曲面、不一定是球面而是能夠進行滑動自如運動的曲面、具有滑動區域存在限制的凹面或凸面形狀的曲面、將圓筒切掉後的形狀的曲面等。其中，具有球面或球面缺少一部分的形狀的滑動面的滑動性內襯用於球窩接頭、球面軸承等。這些要求特別高的滑動自如性，因此特別有效地發揮本發明的效果。

本發明的曲面滑動性內襯能夠使用於曲面滑動構件，該曲面滑動構件具有外側構件、在外側構件的內部的曲面滑動性內襯及在曲面滑動性內襯的內部的內側構件。優選的是，滑動構件經由外側構件與一個裝置要素連結,經由內部構件與別的裝置要素連結，以滑動構件的中心附近為中心點，通過由滑動構件的內部引起的滑動，外側構件及內部構件的方向能夠移動。並且，作為本發明的滑動構件，例舉以下的形態。

i)具有外側構件、曲面滑動性內襯以及內側構件，該外側構件在曲面滑動性內襯側具有滑動面，該曲面滑動性內襯在外側構件側及內側構件側分別具有滑動面，該內側構件在曲面滑動性內襯側具有滑動面。

ii)外側構件及曲面滑動性內襯成為一體，曲面滑動性內襯在內側構件側具有滑動面，內側構件在曲面滑動性內襯側具有滑動面。

iii）外部構件在曲面滑動性內襯側具有滑動面，曲面滑動性內襯及內側構件成為一體，曲面滑動內襯在外側構件側具有滑動面。

在此，作為內側構件，例示在球窩接頭中稱為球頭螺栓等的構件、在曲面軸承中稱為內圈等的構件。

同樣，作為外側構件，例示在球窩接頭中稱為承窩或殼體等的構件、在曲面軸承中稱為外圈等的構件。

需要說明的是，在凹內表面成為滑動面的滑動性內襯中，也有時通過向滑動性內襯賦予保形性來兼具外側構件的功能，在該情況下，能夠省略另外的外側構件用材料，使用滑動性內襯兼外側構件與內側構件組合來形成曲面滑動件。

帶狀的布帛一般難以在其平面內方向上使直線形狀的帶無褶皺地彎曲。但是，在除面方向以外的方向上能夠自如地折彎。因此，以帶狀布帛的末端部為卷繞的起點，以末端部處於環繞的軸上的方式卷繞帶狀布帛，隨著從內周向外周進展而適當產生高度差，形成為碗形狀。根據該高度差的程度・條件，能夠得到為了與外側構件的面或內側構件的面緊貼而需要的曲面。在形成曲面時，可以的是，以內側構件的凸表面及/或外側構件的凹表面為基礎模型，沿著該模型將帶的高度差調整為最佳。

關於碗形狀，可以對應於內側構件或外側構件的形狀、安裝構件，對該成形品實施切口加工或開孔加工等。並且，也可以與別的構件組合來形成為滑動性內襯。

通過兩個碗形狀的各自的邊緣的部分以面對面的方式重合，還能夠形成為球狀或接近球狀的形狀。只要在將兩個碗形狀的物體對合之前內含內側構件即可。

並且，可以是如下構造：通過使帶狀布帛的寬度預先沿長度方向增減，在呈漩渦狀卷繞時產生高度差，形成曲面。在該情況下，例如可以是如下的形狀等：凹內表面具有曲面狀的形狀且凸外表面為圓筒狀。這樣，本發明的滑動性內襯能夠在以凹內表面為滑動面的基礎上，另一方面使凸外表面的形狀為除碗形狀以外的容易保持於外側構件的形狀。通過滑動性內襯本身兼具外側構件的功能並成為一體，可以省略以別的構件來設置外側構件。

作為構成形成滑動性內襯的帶狀布帛的纖維，有機纖維、無機纖維均可以使用。其中優選包含於構成滑動性良好的纖維的纖維之中。作為滑動性良好的纖維，例舉氟纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯纖維。

構成滑動性內襯的帶狀布帛更優選的是包括氟纖維且包括一種以上除氟纖維以外的纖維。氟纖維具有低摩擦滑動性，優選使用聚四氟乙烯纖維。作為構成聚四氟乙烯纖維的原材料，例舉四氟乙烯的均聚物、或整體的90摩爾%以上、優選95摩爾%以上為四氟乙烯的共聚物，從滑動特性的點考慮，優選四氟乙烯單位的含有量多，更優選為均聚物。

作為能夠與上述四氟乙烯共聚合的單體，例舉三氟乙烯、三氟氯乙烯、四氟丙烯、六氟丙烯等氟化乙烯基化合物或丙烯、乙烯、異丁烯、苯乙烯、丙烯腈等乙烯基化合物，但不需要限定於這些。在上述的單體中，從纖維摩擦特性的角度考慮，氟化乙烯基化合物其也優選為氟含有量多的化合物。

另一方面，氟纖維是柔軟的纖維，為了形成碗形狀時的形態保持（剛性提高），優選包括一種以上除氟纖維以外的纖維。作為這樣的纖維，例示聚對苯二甲醯對苯二胺（POLYPARAPHENYLENE TEREPHTHALAMIDE）、聚間苯二甲醯間苯二胺、玻璃、碳、聚對苯撐苯並二噁唑（PBO）、聚苯硫醚（PPS）、全芳香族聚酯纖維，既可以單獨使用，也可以使用兩種以上。

關於帶狀布帛，織物、編織物及無紡布均可以使用，優選使用容易在滑動面露出期望的種類的纖維的織物及經編物。

本發明的曲面滑動性內襯優選在成為其內側及/或外側的滑動面的位置上露出包括的氟纖維的一部分。因此，優選在與成為內表面及/或外表面的滑動面的位置對應的帶狀布帛的寬度方向的端部沿長度方向配置氟纖維。在此所說的端部也包括端部附近的部分。為了使氟纖維在內表面及外表面這兩面露出，只要在帶狀布帛的寬度方向的兩端部配置氟纖維即可。為了使氟纖維在內表面及外表面中的某一面露出，只要在帶狀布帛的寬度方向的一個端部配置氟纖維即可。無論是哪一種，這樣的帶狀布帛都可以通過在織造時將氟纖維配置於經紗的端部來得到。

處於織物的寬度方向的端部的氟纖維可以為一根，也可以為多根，可以在形成碗形狀時至少一部分配置於在滑動面露出的位置。

僅在帶狀布帛的一個端部配置氟纖維時，在內表面及外表面中的某一面上露出。此時，通過在另一方的一端部配置別的纖維，能夠調整成任意的滑動特性，或者能夠對應於該別的纖維具有的特性而賦予耐磨損性、耐熱性、熱傳導性、導電性等功能。

在帶狀織物中的長度方向的纖維（經紗）的端部配置氟纖維時，沿與經紗正交的方向配置的纖維（緯紗）也可以使用氟纖維。在該情況下，在帶狀布帛的長度方向的端部，氟纖維配置於經紗和緯紗這兩者，氟纖維在碗狀的成形體表面即滑動面露出的比率上升，滑動特性也提高。並且，在帶狀經編物中，通過增加長度方向的纖維（經紗）中的端部的氟纖維的根數，氟纖維變得容易在滑動面露出，滑動特性提高。而且，從尺寸穩定性的方面考慮，優選特裡科經編織物或拉歇爾（ラッセル）經編針織物等經編針織物。

並且，為了提高成形體整體的形態保持性，在帶狀布帛中的除長度方向的端部以外的位置，優選地主要配置玻璃纖維、聚對苯二甲醯對苯二胺纖維、全芳香族聚酯纖維、碳素纖維、PBO纖維等剛性高的纖維。其中更優選地配置兼具便利性和剛性的玻璃纖維。

並且，在帶狀布帛中的與配置於長度方向的端部的氟纖維相鄰的位置，優選配置聚酯纖維、尼龍纖維、PPS纖維、聚間苯二甲醯間苯二胺纖維等。這些纖維的耐壓壞性高。氟纖維在滑動時受到載荷之際容易壓壞,但通過停留於與氟纖維相鄰的耐壓壞性高的這些纖維的編織構造或編織組織中,至少氟纖維的一部分殘留於滑動面,能夠維持良好的滑動性能。上述的玻璃纖維也與這些纖維一樣具有使壓壞的氟纖維停留於編織構造中的效果,但考慮到存在該纖維本身也露出在滑動面的可能性,因此與玻璃纖維相比優選這些纖維。其中更優選耐熱性、耐化學性優異的PPS纖維。因此,更優選的是在作為成形體整體主要配置剛性高的纖維時,還在端部的氟纖維與剛性高的纖維之間夾設聚酯、尼龍、PPS、聚間苯二甲醯間苯二胺等纖維。

此時的聚酯纖維、尼龍纖維、PPS纖維、聚間苯二甲醯間苯二胺纖維等不限於一根,可以為多根,但鑑於對上述的氟纖維的耐磨損性、低摩擦性的功能進行支持的效果和成本，作為單絲或多絲，優選三根以內。

如上述那樣卷繞帶狀布帛時，若緊緊地卷繞，則向布帛的層的壓縮提高，布帛的層彼此的摩擦力提高，成形品的形狀保持力提高。卷繞後布帛的末端部只要固定即可。為了更可靠地保持其形狀，有一邊向帶狀布帛塗敷粘著劑一邊卷繞的方法、卷繞後嵌入固定於模板的方法、使樹脂浸漬於成形品來固化的方法等。

其中使樹脂浸漬於布帛並固化的方法有效。優選至少布帛中的一部分通過樹脂浸漬來固化。通過樹脂固化，以螺旋狀卷繞的布帛難以鬆開，形態保持性提高，處理變得容易，作為內襯的滑動特性也穩定。

並且，為了使滑動性內襯兼具外側構件的功能，提高形態保持性有效。

為了能夠提高形態保持性，可以使樹脂浸漬於布帛。在此，作為浸漬的樹脂，可以使用熱固性樹脂或熱塑性樹脂。在使用熱固性樹脂的情況下，將熱固性樹脂溶解於溶劑來調製成漆，通過刮塗加工、輥塗加工、點塗加工、凹版塗敷加工等對本發明中的帶狀布帛進行浸漬塗敷，在此基礎上成形為碗形狀之後進行熱固化即可。也可以在成形為碗形狀之後，通過例如浸蘸加工（ディップ加工）或附點加工（點付け加工）進行浸漬並進行熱固化。在使用熱塑性樹脂的情況下，只要在成形為碗形狀之後浸漬加熱熔融後的樹脂即可。可以使碗形狀的成形體整體浸漬在樹脂中，也可以根據需要而進行局部浸漬或向特定部位的點粘著等。

浸漬的樹脂並不特別限定，作為熱固性樹脂，優選使用例如酚醛樹脂、密胺樹脂、尿素樹脂、不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、聚氨酯樹脂、鄰苯二甲酸二丙烯酯樹脂、矽酮樹脂、聚醯亞胺樹脂、乙烯基酯樹脂等或它們的變性樹脂等，若為熱塑性樹脂，則優選使用聚氯乙烯樹脂、聚苯乙烯、ABS樹脂、聚乙烯、聚丙烯、氟樹脂、聚醯胺樹脂、聚縮醛樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酯、聚醯胺等、以及熱塑性聚氨酯、聚丁橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、聚酯等的合成橡膠或彈性體、或者它們的混合物等。其中，從耐衝擊性、尺寸穩定性、強度、表面硬度、價格等角度考慮，可以優選使用環氧樹脂、酚醛樹脂。

在上述熱固性樹脂及熱塑性樹脂中，在工業上為了其目的、用途、製造工序或加工工序中的生產性或特性改善，也可以包括通常使用的各種添加劑。例如，可以包括變性劑、增塑劑、填充劑、脫模劑、著色劑、稀釋劑等。

需要說明的是，優選除去在布帛的不必要的部位等浸漬或附著的樹脂。可以在使樹脂浸漬布帛之後，或在使進行了樹脂浸漬的布帛成形為碗形狀之後，或在碗形狀成形品中樹脂固化的期間或樹脂固化之後等進行除去。特別優選將浸漬或附著於成為滑動面的部位的樹脂除去。

【實施例】

作為本發明的一實施方式，以下說明製作球窩接頭的球面滑動性內襯的實施例。

[實施例1]

準備由φ40mm的球狀滑動部和與φ40mm的球狀滑動部連接的軸部構成的球頭螺栓，作為球窩接頭中的內側構件。

接著，按以下的方法來準備用於形成為球面滑動性內襯的帶狀織物。

首先，作為原紗，準備440dtex、60絲（filament）的聚四氟乙烯纖維、220dtex、50絲的PPS纖維、及337dtex、400絲的玻璃纖維。作為絡紗，使用聚四氟乙烯纖維，作為經紗，從絡紗側開始使用兩根聚四氟乙烯纖維、一根PPS纖維、24根玻璃纖維、四根PPS纖維，作為緯紗，使用PPS纖維，以編織密度成為經向157根/in、緯向96根/in的方式以4/4斜紋組織製作5mm寬的帶狀織物。需要說明的是，在帶織布機的特性上，緯紗在相同口打入兩根。然後，以150℃進行熱設置。

接著，按以下的方法將得到的帶狀織物以螺旋狀卷繞來成形為碗形狀。

作為成形的基本模型，準備φ40mm的不鏽鋼球，在該球上設置一根露出長度為5mm的φ1mm的不鏽鋼銷。

將帶狀織物以長度3m切斷，浸漬於環氧樹脂（向三油興業（サンユレック）株式會社制DR-082作為固化促進劑添加5質量%的三油興業株式會社制EMZ-S）之後，利用輥式壓榨機將織物表面的過剩的樹脂擠出。接著，使用事先準備的φ40mm的不鏽鋼球，將帶狀織物的末端部卷繞於在該球上設置的不鏽鋼銷。此時，使帶狀織物的端部中的絡紗側（聚四氟乙烯纖維側）為與不鏽鋼球接觸的朝向。以使帶狀織物的端部（聚四氟乙烯纖維側）始終沿著不鏽鋼球的表面的方式卷繞長度3m量，得到卷繞至不鏽鋼球的半球量為止的碗形狀的成形品。將不鏽鋼球卸下，利用丙酮將附著於碗形狀的凹面內部及不鏽鋼球的樹脂抹去之後，使碗形狀的成形品再次沿著不鏽鋼球，在該狀態下以碗形狀成形品的凹面處於上方的方式設置於乾燥機內，以150℃進行一小時熱處理來使樹脂固化。以防萬一，使環氧樹脂附著於碗形狀成形品的外側凸面，再次以150℃進行一小時熱處理，確保碗形狀成形品的外側形狀和硬度。乾燥狀態下的環氧樹脂附著量相對於碗形狀成形品為27質量%。

通過以上那樣，得到固化的碗形狀成形品。在將該固化的碗形狀成形品覆蓋於由作為實際的內側構件的φ40mm的球狀滑動部和與球狀滑動部連接的軸部構成的球頭螺栓的狀態下，拿著碗形狀成形品和球頭螺栓軸移動時，確認了在充分緊貼的狀態下能夠進行順暢的自如運動，確認了碗形狀成形品作為球面滑動性內襯是有效的。

[實施例2]

球窩接頭中的內側構件使用與實施例1相同的球頭螺栓。

用於形成為球面滑動性內襯的帶狀經編物按以下的要點準備。

作為原紗，準備440dtex、60絲的聚四氟乙烯纖維、220dtex、50絲的PPS纖維。在寬度方向最端部使用兩根上述聚四氟乙烯纖維，在相鄰處使用六根PPS纖維，利用拉歇爾經編機來製作5mm寬的帶狀經編物。

接著使得到的帶狀經編物以與實施例1相同的方法浸漬環氧樹脂，然後在擠出過剩的樹脂之後，以螺旋狀卷繞於不鏽鋼球來形成為碗形狀。在將該成形品覆蓋於實施例1的球頭螺栓的狀態下，拿著碗形狀成形品和球頭螺栓軸移動時，確認了在充分緊貼的狀態下能夠進行順暢的自如運動，確認了碗形狀成形品作為球面滑動性內襯是有效的。

附圖標記說明

1…曲面滑動性內襯；2…內側構件；3…外側構件。