九州大学学術情報リポジトリ
Kyushu University Institutional Repository
PEEK樹脂の転がりならびに摺動下における強度に関 する基礎的研究
古池, 仁暢
九州大学大学院工学府機械工学専攻
https://doi.org/10.15017/26635
出版情報：Kyushu University, 2012, 博士（工学）, 課程博士 バージョン：
権利関係：
本研究では，機械加工によるポリエーテルエーテルケトン (PEEK)軸受・PEEK ブ ッシュについて，摩耗や転がり疲労による損傷を調査した．特に，PEEK樹脂特有の 摩耗や変形，摺動，き裂成長について，転がり疲労などの基礎的な実験・評価を通 して軸受性能に与える影響を調べるとともに，ロボット関節に使用する際に必要と なる揺動運動下での損傷についても調べた．多品種少量生産の加工プロセスとして，旋 盤あるいはフライス加工による全機械加工での生産設計が考えられるが，PEEK樹脂を機 械要素に用いるには，まだ十分な研究がおこなわれていないため，加工条件が強度・性能 に及ぼす影響も評価した．ここでは，PEEK軸受を機械要素として使用する場合に重 要な湿潤環境・無潤滑環境下で，焼付き，変形，はく離を評価した．また，PEEKブッ シュをリンク機構部材に用いたロボット関節の性能評価に必要な試験機を製作し，損傷の 進行が関節の性能に及ぼす影響について明らかにした．
第Ⅰ章第1節では，PEEK軸受にアルミナ玉の接触が及ぼす影響について，第Ⅰ章 各節の構成が述べられている．
第Ⅰ章第2節では，PEEK軸受の自己潤滑，フィルムおよび焼付きの影響を明らか にするため，ラジアル型転がり深溝玉軸受を旋盤加工によって作製しドライ環境下で の転がり疲労試験を行った．ラジアル荷重領域のうち80 Nより下および100 Nより 上では，それぞれフィルム溶着および焼 付けが発生するが，その間の領域では，自己 潤滑作用により長寿命を示すことを明らかにした．
第Ⅰ章第3節では，PEEKラジアル玉軸受を旋盤加工によって異なる加工条件で作 製し，水潤滑下で疲労テストを行った結果が述べられている．テスト前後の軸受軌道 面の状態をレーザー顕微鏡によって観察し，さらに摩耗損失量を調べた結果，き裂が 損傷を支配していることを明らかにした．また，ヘルツ接触圧と内部せん断応力分布 について，水漬後の試験片を用いて測定したヤング率・ポアソン比をもとに，玉と軌 道面の接触楕円の算出を行った．さらに，有限要素法による内部応力分布を計算し，
実験で確認された事象と応力分布の比較を行い，き裂深さの力学的考察を行った．
第Ⅱ章第1節では，リンク機構を有するロボット関節に関して高精度・高強度・軽量の 観点から，PEEK ブッシュとチタン・アルミ合金の組み合わせに注目し，繰返し揺動 運動による部材の疲労がロボット関節の強度・精度へ及ぼす影響について，第Ⅱ章各 節の構成が述べられている．
第Ⅱ章第2節では，チタンクランクシャフトの接触が PEEKブッシュの摩耗と変 形へ及ぼす影響を研究するために開発した計測機および強度疲労試験機について述べら れている．
第Ⅱ章第3節では，PEEKブッシュと相手側部材であるチタンとの摩擦・摩耗によって 生じるバックラッシを計測するシステムおよびリンク機構の疲労強度試験機が述べ られている．さらにこれらの装置を用いて，PEEKブッシュの摩耗，変形，バックラ ッシの関係から角度に関する精度を整理している．
第Ⅱ章第4節では，PEEKブッシュとアルミ合金カムプレート間の摩耗・変形に起 因するバックラッシの影響について述べている．強化PEEKブッシュと超々ジュラ ルミンのカムプレート間の摩擦が疲労に及ぼす影響を調べ，トルクを負荷させた状態 では，バックラッシは疲労にしたがい増加することを明らかにした．さらに，これは，
PEEKブッシュのシビア摩耗により表面粗さが大きくなったことが原因であること を明らかにした．
第Ⅱ章第5節では，PEEKブッシュを用いたリンク機構により従来の出力可能トル クの3倍にあたる88.2 Nmで1.0×104 cyclesまで関節を動かすことが可能であるこ ことを示した．これにより，強化PEEKのもつ摺動性と強度の双方を十分に活かし たリンク機構を有するロボット関節の設計が可能となった．
終章では本論文の総括が述べられている．
