(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディに引張応力が加わりうる球面すべり軸受であって、
前記ボディは、
重量比で、Ｃ：０．０９〜０．１５％，Ｓｉ：≦１．０％，Ｍｎ：≦２．０％，Ｐ：≦０．０２％，Ｓ：≧０．１５％，Ｎｉ：８．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜１９．０％，Ｎ：０．１〜０．３％を含み、残部がＦｅおよび不純物であり、溶体化処理を１１００℃以上かつ１２００℃以下で行ったオーステナイト系ステンレス鋼からなる
球面すべり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、オーステナイト系ステンレス鋼を用いた球面すべり軸受に関し、特に、ボディに引張応力が加わりうる球面すべり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロッドエンド球面すべり軸受は、シャフトを取り付けるための貫通孔が設けられた凸球面状の外周面を有するボール（内輪）を、ボディ（「ハウジング」とも呼ばれる）に設けられた凹球面状の内周面を有する貫通孔に回転自在に保持するように構成される。
【０００３】
ロッドエンド球面すべり軸受では、ボディに設けられたストレートな貫通孔にボールを挿入した後、当該貫通孔の部分を外部からかしめることにより、ボールがボディの貫通孔に嵌合される（例えば、特許文献１参照）。このように、ロッドエンド球面すべり軸受はボディのかしめにより製造されるため、ボディは、かしめによる割れやひびが発生しにくい材料で形成される。また、ロッドエンド球面すべり軸受は各種産業機械に用いられるため、ボディは、安価で、かつ、優れた耐食性を有しているのが好ましい。そのため、ボディを形成する材料としては、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０３が使用されてきた。一方、ボールは、摺動による摩耗の抑制と耐食性とを考慮して、通常、強度の高いマルテンサイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４４０Ｃにより形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１５３１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、ロッドエンド球面すべり軸受は、ボディに引張応力が加わる状態で使用される。そのため、耐力が低いＳＵＳ３０３をボディに使用すると、ボディが使用中に塑性変形してしまう虞がある。この問題は、ロッドエンド球面すべり軸受のみならず、ボールスタッド付き球面すべり軸受等、一般に、ボディに引張応力が加わりうる球面すべり軸受に共通する。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、引張応力によるボディの塑性変形を抑制可能な球面すべり軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の球面すべり軸受は、ボディに引張応力が加わりうる球面すべり軸受であって、ボディが、重量比で、Ｃ：０．０９〜０．１５％，Ｓｉ：≦１．０％，Ｍｎ：≦２．０％，Ｐ：≦０．０２％，Ｓ：≧０．１５％，Ｎｉ：８．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜１９．０％，Ｎ：０．１〜０．３％を含み、残部がＦｅおよび不純物であり、溶体化処理を１１００℃以上かつ１２００℃以下で行ったオーステナイト系ステンレス鋼からなることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、ボディの耐力をＳＵＳ３０３よりも高くすることができるので、ボディに引張応力が加わる状態で使用された場合においても、ボディの塑性変形を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ロッドエンド球面すべり軸受の構成を示す断面図。
【図２】ロッドエンド球面すべり軸受の製造工程を示す工程図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［ロッドエンド球面すべり軸受の構成］
図１は、本発明を適用するロッドエンド球面すべり軸受の構成を模式的に示す断面模式図である。ロッドエンド球面すべり軸受１０（以下、単に「球面すべり軸受１０」とも呼ぶ）は、ボール（内輪）１００と、ボディ２００と、ライナー３００とを有している。
【００１１】
ボール１００は、ストレートな貫通孔１１０が設けられた凸球面状の外周面１２０を有する部材である。ボール１００は、摺動による外周面１２０の摩耗を抑制するため、高い強度が要求される。そのため、ボール１００は、耐食性に加え耐摩耗性を考慮して、マルテンサイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４４０Ｃにより形成される。
【００１２】
ボディ２００は、外輪部２１０と、ネック２２０と、取付部２３０とを有する部材である。外輪部２１０には、凹球面状の内周面を有する貫通孔２１２が設けられている。外輪部２１０および取付部２３０よりも細いネック２２０は、後述する球面すべり軸受１０の製造工程におけるかしめを容易にするために設けられている。取付部２３０の外輪部２１０とは反対側の端部には、ロッドを取り付けるためのねじ部２３２が形成されたねじ孔２３４が設けられている。また、当該端部の外面には、球面すべり軸受１０とロッドとを締結するための工具が係合する係合部２３６が設けられている。なお、図１に示す球面すべり軸受１０では、ネック２２０が外輪部２１０および取付部２３０よりも細くなっているが、必ずしもネック２２０は外輪部２１０および取付部２３０よりも細くなくてもよい。
【００１３】
ライナー３００は、自己潤滑性を有するシート状の部材であり、ボディ２００の貫通孔２１２に接着される。ライナー３００は、例えば、テフロンファイバー（テフロンは登録商標）とグラスファイバーとを混紡し、フェノリックレジンを含浸させることにより形成される。なお、グラスファイバーの少なくとも一部を他の合成繊維に置き換えることも可能である。また、ライナーとしては、シート状や繊維状の部材を貫通孔２１２に接着するのみならず、自己潤滑性を有する樹脂を外輪部２１０にモールドして形成してもよい。モールドする樹脂としては、自己潤滑性を有していればよく、例えば、ナイロン６やナイロン１２をベースとした樹脂を用いることができる。
【００１４】
ボール１００の凸球面状の外周面１２０は、貫通孔２１２の凹球面状の内周面よりもわずかに径が小さくなっており、ボール１００がライナー３００を介してボディの貫通孔２１２に嵌合される。上述のように、ライナー３００が自己潤滑性を有しているため、摺動面での摩擦が減少し、ボール１００がライナー３００に対してすべる。このようにボール１００がライナー３００に対してすべることにより、ボール１００は、外輪部２１０内でスムーズに回転する。なお、ライナー３００が自己潤滑性を有しているため、ボール１００とボディ２００との間に潤滑油を給油することなく、ボール１００をスムーズに回転させることが可能である。
【００１５】
ボール１００が外輪部２１０内で回転することにより、ボール１００は、ボディ２００に対して全方向に摺動可能となる。そのため、ボール１００の貫通孔１１０の軸方向は、ボディ２００の貫通孔２１２とは異なる角度にすることができ、ボール１００の貫通孔１１０にシャフトを圧入または嵌合させれば、ボール１００の回転によりシャフトがボディ２００に対して傾斜する傾斜機構を構成することができる。
【００１６】
［ロッドエンド球面すべり軸受の製造工程］
図２（ａ）ないし図２（ｄ）は、球面すべり軸受１０の製造工程の一例を示す工程図である。球面すべり軸受１０の製造工程では、まず、図２（ａ）に示すように、ボディ２００ａが準備される。ボディ２００ａは、外輪部２１０に換えて、ストレートな貫通孔２１２ａが設けられた円筒部２１０ａを有している点で球面すべり軸受１０（図１）のボディ２００と異なっている。他の点は、球面すべり軸受１０（図１）のボディ２００と同じである。
【００１７】
次いで、ボディ２００ａの貫通孔２１２ａに自己潤滑性を有する円筒状のライナー３００ａを挿入し、ライナー３００ａの外周面と、貫通孔２１２ａの内周面とを熱硬化性接着剤等により接着する（図２（ｂ））。ライナー３００ａと貫通孔２１２ａとを接着した後、図２（ｃ）に示すように、ライナー３００ａの内周面にボール１００を挿入する。
【００１８】
ボール１００の挿入後、ネック２２０側とネック２００側と反対側とから円筒部２１０ａに圧力を加えることにより、円筒部２１０ａが外周側から内周側にかしめられる。円筒部２１０ａがかしめられることにより、貫通孔２１２の内周面は、ライナー３００を介してボール１００の凸球面状の外周面１２０に沿った凹球面状となる。
【００１９】
［ボディの材質］
球面すべり軸受１０は、上述のように、ボディ２００ａの円筒部２１０ａをかしめることにより製造される。そのため、本実施形態では、かしめによる割れやひびが生じにくく、かつ耐力が高い耐食性の材料として、ＳＵＳ３０３をベースとし、微量の窒素を含有させた合金を所定の温度で溶体化処理して得られるオーステナイト系ステンレス鋼を用いてボディ２００を形成している。具体的には、次の化学成分を含有するオーステナイト系ステンレス鋼を用いてボディ２００が形成される。なお、以下では、各化学成分の含有量は、重量％で表す。
【００２０】
Ｃ：０．０９〜０．１５％
Ｃが多いとＣｒ炭化物が形成され耐食性が低下するため、Ｃの上限を０．１５％とする。なお、Ｃは、強力なオーステナイト形成元素であり、添加量が少ないとフェライト化が進むため、下限を０．０９％とする。
【００２１】
Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下
Ｓｉ及びＭｎは、σ相等の金属間化合物の析出を促進し、かしめの際に欠陥を生じさせる虞があるため、Ｓｉの上限を１．０％とし、Ｍｎの上限を２．０％とする。
【００２２】
Ｐ：０．０２％以下
Ｐが多いと溶解した合金を凝固させる際に結晶粒の境界に不純物原子が寄り集まる粒界偏析が発生し、材料が脆性破壊することがあるため、上限を０．０２％とする。
【００２３】
Ｓ：０．１５％以上
Ｓは、被削性の向上に寄与する元素であり、ボディ２００ａの形成を容易にするため、下限を０．１５％とする。
【００２４】
Ｎｉ：８．０〜１０．０％
Ｎｉは、オーステナイト形成元素であるので、８．０％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｎｉは、高価な元素であるので、上限を１０．０％とする。
【００２５】
Ｃｒ：１７．０〜１９．０％
Ｃｒは、耐食性の向上に寄与する元素であるので、１７．０％以上とするのが好ましい。但し、Ｃｒの過剰添加は、フェライトの形成を促進するので、上限を１９．０％とする。
【００２６】
Ｎ：０．１〜０．３％
Ｎが０．１％以下の場合には、０．２％耐力の向上に十分な効果が得られないため、下限を０．１％とする。一方、Ｎが０．３％以上の場合には、耐力の向上に十分な効果が得られるが、材料が脆性化するため、上限を０．３％とする。なお、Ｎを０．１％以上含有させることは、例えば、加圧ＥＳＲ（エレクトロスラグ再溶解：Electro-Slag Remelting）法により実現することが可能である。
【００２７】
上記化学成分を含有する合金の溶体化処理（固溶化処理）は、次の理由により、１１００℃以上で、かつ、１２００℃以下で行う。溶体化処理温度が１１００℃を下回る場合、Ｃｒ炭化物がマトリックス中に完全に固溶せず、錆が発生しやすくなる。一方、溶体化処理温度が１２００℃を上回る場合、結晶粒が粗大化し、材料が脆くなってしまう。なお、溶体化処理温度は、１１００℃以上で、かつ、１１５０℃以下が好ましい。
【実施例】
【００２８】
試料として、化学成分がＳＵＳ３０３をベースとし、Ｎの添加量および溶体化処理温度が異なる合金（オーステナイト系ステンレス鋼）を準備した。表１は、準備したそれぞれの試料のＮの添加量および溶体化処理温度を示している。実施例１〜６および比較例１〜３では、Ｎの添加量を０．１〜０．３％の範囲とし、比較例４〜７では、Ｎの添加量を０．３％以上とした。また、実施例１〜６および比較例４〜７については溶体化処理を１１００〜１２００℃の範囲で行い、比較例１〜３については溶体化処理を１１００℃以下で行った。
【００２９】
【表１】
0005386420.tif 000002
【００３０】
次に、これらの試料について、０．２％耐力の測定と、耐食性および靱性の評価を行った。耐食性については、JIS Z2371（中性塩水噴霧試験）に従い、温度３５℃において、濃度５％のＮａＣｌ水溶液を試験片に２４時間噴霧した後、錆の発生の有無を目視で確認した。また、靱性については、液体窒素で設定した温度まで冷却したエチルアルコール中にシャルピー衝撃試験片を３０分保持して冷却した後、冷却された試験片を用いてシャルピー衝撃試験を行った。そして、シャルピー衝撃値が急激に減少する温度を延性−脆性遷移温度とし、延性−脆性遷移温度に基づいて靱性を評価した。
【００３１】
表２は、表１に示す試料およびＳＵＳ３０３のそれぞれの０．２％耐力の測定結果と、耐食性および靱性の評価結果とを示している。
【００３２】
【表２】
0005386420.tif 000003
【００３３】
表２に示すように、実施例１〜６では、いずれの試料も０．２％耐力がＳＵＳ３０３の０．２％耐力（２０５ＭＰａ）よりも高く（２３８〜３５０ＭＰａ）、ＳＵＳ３０３に対して明らかに耐力が向上した。また、実施例１〜６では、いずれの試料も塩水噴霧試験による錆の発生が見当たらず、耐食性がＳＵＳ３０３と同等以上であることが確認できた。さらに、実施例１〜６では、いずれの試料も延性−脆性遷移温度が十分低く（−１８０〜−１４９℃）、低温においても延性に優れていることが確認できた。
【００３４】
これに対し、比較例１〜３では、０．２％耐力がＳＵＳ３０３よりも高く（２３６〜３１８ＭＰａ）なったものの、錆の発生がみられ、耐食性がＳＵＳ３０３よりも劣っていた。これは、比較例１〜３では、溶体化処理を１１００℃より低い温度（１０２５℃、１５０℃および１０７５℃）で行ったため、Ｃｒ炭化物がマトリックス中に完全に固溶しなかったためと推定される。
【００３５】
また、Ｎに添加量が０．３％を超える比較例４〜７では、０．２％耐力は実施例１〜６よりもさらに高く（３８３〜４４９ＭＰａ）、また、錆の発生も見当たらなかった。しかしながら、延性−脆性遷移温度が著しく上昇し（−８３〜−５１℃）、低温で脆化することが判った。
【００３６】
このように、本実施例のオーステナイト系ステンレス鋼は、ＳＵＳ３０３に比べて耐力が高いとともに、ＳＵＳ３０３と同等以上の耐食性を有している。また、本実施例のオーステナイト系ステンレス鋼は、低温においても良好な延性を備えている。そのため、本実施例のオーステナイト系ステンレス鋼をロッドエンド球面すべり軸受１０のボディ２００に用いることにより、使用中に引張応力を受けてもボディの塑性変形が起こりにくく、高信頼性を有するロッドエンド球面すべり軸受を提供することが可能となる。また、ＳＵＳ３０３をベースとしているため、高信頼性を有するロッドエンド球面すべり軸受１０をより安価に提供することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０…ロッドエンド球面すべり軸受
１００…ボール
１１０…貫通孔
１２０…外周面
２００，２００ａ…ボディ
２１０…外輪部
２１０ａ…円筒部
２１２，２１２ａ…貫通孔
２２０…ネック
２３０…取付部
２３２…ねじ部
２３４…ねじ孔
２３６…係合部
【図１】
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【図２】
0005386420.tif 000005