(57)【要約】【課題】すべり軸受けの軸受け部表面内部に高硬度硬化層を形成して耐摩耗性ならびに焼き付き防止性能を向上させ、寿命の長いすべり軸受けを提供する。【解決手段】ハイス材，超硬材など、導電性金属材料からなるすべり軸受けの軸受け部表面内部に、高硬度成分を拡散、浸透させて高硬度硬化層を形成し、軸受け部表面硬度をピッカーズ硬度９００〜２５００ＨＶとした。また、更にその表面に必要に応じ高硬度成分による硬化被膜を形成する。高硬度硬化層の形成には放電加工機が用いられ、放電現象により発生した超高温によりすべり軸受け金属と電極を構成する構成成分とを化学的結合による高硬度成分として軸受け部表面内部に混入させる。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイス材，超硬材など、導電性金属材料からなるすべり軸受けの軸受け又は／及びシャフトの軸受け部表面内部に高硬度成分が浸透，混入された高硬度硬化層が形成され、その表面硬度がピッカーズ硬度９００〜２５００ＨＶであることを特徴とする耐摩耗性，耐焼き付き性能に優れた硬化改質すべり軸受け。
【請求項２】
高硬度硬化層の表面に更に高硬度成分による硬化被膜を形成せしめた請求項１記載の硬化改質すべり軸受け。
【請求項３】
高硬度成分がチタンカーバイド又はタングステンカーバイドである請求項１または２記載の硬化改質すべり軸受け。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明はすべり軸受けに係り、詳しくはすべり軸受けの軸受け部金属表面内部に高硬度成分が浸透，混入された高硬度硬化層を形成して耐摩耗性を向上させ、焼き付き防止性能を向上せしめた硬化改質すべり軸受けに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
すべり軸受けは工作機械の主軸受け，大型タービンの軸受け，食品製造機械の軸受け，内燃機関のクランクまわりの軸受けなど、各方面に広く用いられているが、現在の金属製すべり軸受けは無給油状態で使用する場合の最高速度は精々、６０ｍ／ｍｉｎ位に制約されており、この最高速度を上げると軸受けとシャフト間で焼き付きが発生してロックしてしまい、また、上記の最高速度でも５００時間無給油で使用すると、０．０４５ｍｍの摩耗が軸受け側に発生することが経験されている。
【０００３】
勿論、上記すべり軸受けの耐摩耗性，耐焼き付け性能を高めるべく、その方策が考えられ、これに適合する軸受け材料，潤滑性などが考えられ、試みられているが、未だ十分な成果は得られず、上記の状態を打開できるには至っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者は上記すべり軸受けの最高速度を制約する要因を打開することについて研究を重ね、放電現象の利用に着目し、形彫放電加工機と所定の電極を使用し、軸受け部表面に所要の硬化改質層を形成させることを見出した。
放電現象を利用し、形彫放電加工機を使用することにより、金属材料表面内部に高硬度物質を浸透、混入させ、高硬度硬化層を形成せしめて十分な摩耗性を付与させることについてはさきに本発明者により発明され、提案（特願平１１−１４７４３６号）されているところであり、本発明は上記提案技術を更に発展的に使用してすべり軸受けを改質し、すべり軸受けの軸受け部表面の耐摩耗性を向上させると共に、焼き付き防止性能を向上させることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、上記目的に適合する本発明の特徴は、ハイス材，超硬材など、導電性金属材料からなるすべり軸受けにおける軸受けの軸受け又は／及びシャフトの軸受け部表面内部に高硬度成分が浸透，混入された高硬度硬化層を形成し、表面硬度をピッカーズ硬度９００〜２５００ＨＶとなした耐摩耗性，耐焼き付き性能に優れた硬化改質すべり軸受けにある。
また、上記すべり軸受けに対し更にその表面に高硬度成分による硬化被膜を形成せしめることも本発明の特徴とする。
ここで、高硬度成分としてはチタンカーバイド，タングステンカーバイドが最も実用的である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、引き続き上記本発明の具体的な態様について説明する。
【０００７】
本発明は前述の如く軸受け表面が高硬度硬化されたすべり軸受けであり、ハイス（粉末ハイスを含む），超硬材など、導電性金属材料からなるすべり軸受けの軸受け部金属表面内層に高硬度成分が浸透，混入された高硬度硬化層を形成するものである。
一般にすべり軸受けは軸受けとシャフトからなり、本発明における軸受け部表面とはこれら軸受けの表面及びシャフトの表面の両者を包含して指称する。
【０００８】
ここで上記本発明の軸受け部表面内部の高硬度硬化層は制御ボックスを付設した放電加工機を用い、液中放電現象により発生した超高温によりすべり軸受けを形成する金属と、電極を形成する構成成分との化学的結合による高硬度成分をすべり軸受けの金属の軸受け部表面内部に拡散、浸透させ、混入することによって形成されたものであり、通常、３〜２５μｍ程度の深さに形成される。これを更に説明すると、炭化水素系加工油中にすべり軸受けと電極を対向配置し、パルス電源より電極側をマイナスに接続し、すべり軸受けをプラスに接続して放電加工を施し、放電加工時の高温により電極を溶出すると共に、すべり軸受け金属材料表面を半溶解し、溶出した電極の構成成分が加工油の分解による炭素成分と化学的に結合して生成した高硬度成分を前記半溶解したすべり軸受け表面に浸透させ、該すべり軸受け内部に上記浸透した高硬度成分により高硬度硬化層を形成させ、さらにすべり軸受け表面上にも随時、高硬度成分を蓄積させるようにする。
【０００９】
しかして、以上の放電加工による高硬度硬化層形成において、溶出する電極に使用される金属としては、窒化チタン粉，窒化ジルコニウム粉，窒化バナジウム粉，窒化ニオブ粉，窒化タンタル粉，窒化クロム粉，窒化ケイ素粉，チタンカーバイド粉，ジルコンカーバイド粉，バナジウムカーバイド粉，ニオブカーバイド粉，タンタルカーバイド粉，モリブデンカーバイド粉，タングステンカーバイド粉，ホウ化チタン粉，ホウ化ジルコニウム粉，ホウ化ニオブ粉，ホウ化タンタル粉，ホウ化クロム粉，ホウ化モリブデン粉，ホウ化タングステン粉，ホウ化ランタン粉，ケイ化チタン粉，ケイ化ジルコニウム粉，ケイ化ニオブ粉，ケイ化タンタル粉，ケイ化クロム粉，ケイ化モリブデン粉，ケイ化タングステン粉などの各種金属粉を１種又は２種以上混合して圧縮成形し、半焼結状態で使用することができるが、チタン，タングステンカーバイド粉使用は最も実用的である。
【００１０】
また、すべり軸受け材としてはハイス，超硬材が一般的であるが、ＳＵＳ以外の鉄系金属でもよく、また市販の含有軸受け構成金属などにおいても導電性金属材料であれば使用可能である。
しかして、本発明すべり軸受けは、高硬度硬化層の形成により従来の焼き入れ取り付け等によるものの表面硬度が１０００ＨＶ以下であるのに対し、ＰＶＤコーティングに匹敵するピッカーズ硬度９００ＨＶ以上、特に１０００〜２５００ＨＶの硬度を得て耐摩耗性能を大幅に向上させる。
そして、すべり軸受けの表面内層部への高硬度成分の浸透による高硬度硬化層の深さは高周波パルス電源の強さを調整することにより適宜、調整することができ、通常、３〜２５μｍ程度が最も実用的であるが、最大３０μｍ程度まで形成可能である。
【００１１】
次に上記硬化改質すべり軸受けに対し、高硬度硬化層を形成する具体的態様をタングステンカーバイドを電極とする場合について説明すると、例えば誘電性の炭化水素系加工油からなる加工液中に被処理すべり軸受け（軸受け又はシャフト又は両方）と、タングステンカーバイドを主成分とする処理専用電極とを対向して配置し、放電加工機を設置して、これより電極側をマイナス（−）に接続し、一方、すべり軸受け側をプラス（＋）側に接続して放電加工を行い、両者の間に断続的に放電による火花を発生させる。
なお、用いる放電加工機には電源パルス制御器の如き制御ボックスが通常、付設されている。
【００１２】
上記放電加工に際し放電現象により発生する熱のため、電極，すべり軸受け金属面ともに溶解され、双方の成分が混合した熱混合物が形成される。
即ち、上記放電のエネルギーにより加工液が分解され、加工液の構成元素である炭素成分Ｃが負イオン化すると共に、電極は単位面積当たり大きなエネルギーが加わって電極が溶解され、これが結合されてタングステンカーバイド粒子となり、すべり軸受けに衝突し、すべり軸受け金属材料は単位当たり小さなエネルギーが加わり、半溶解状態となり、前記溶解した電極成分が放電時に発生する衝撃力等により半溶解したすべり軸受け表面に浸透し取り込まれる。そして、放電エネルギーにより発生した超高温によりすべり軸受けの金属材料とタングステンカーバイドの熱化合物を形成しながら拡散状態となってすべり軸受け表面内部に高硬度硬化層を形成する。
なお、このときの処理時間はφ１５ｍｍの内径に処理した場合、１２０秒程度である。
この場合、更に放電を続けると、すべり軸受け表面上にタングステンカーバイドが堆積し、硬化被膜を形成するに至る。
この被膜はそのまま残してもよく、また、放電痕が残り、障害となるときはその後の仕上げで適宜、除去してもよい。
【００１３】
なお、上記本発明による表面処理において、電極は極めて重要な役割を有しており、すべり軸受けの面粗さを実用上、問題のないレベルまで向上させるためには小さい放電エネルギーで電極が破壊され、効率よくすべり軸受け表面内側に高硬度硬化層を形成させるのみならず、電極をすべり軸受け形状に合わせて機械加工ができる強度が必要で、かつ経済性が求められる。
【００１４】
なお電極に用いられたタングステンカーバイドに種々の金属、例えばＣｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｒ等を混合することにより異なる性質を持った高硬度硬化層を形成することも可能である。
例えば、タングステンカーバイド（ＷＣ）にニッケル（Ｎｉ）及びクローム（Ｃｒ）を混合した場合には耐錆性の硬い硬化改質層を形成することができる。
【００１５】
このようにタングステンカーバイドのような炭化物は種々の金属を混合し、本発明の表面処理用電極として使用することにより処理面の面粗さは実用レベル（２〜１５μｍＲｍａｘの範囲）に達し、用途に応じた高硬度硬化層の性質を設定でき、しかも膜厚，硬化層の深さも一定の範囲内で調整が可能となる有利さを有している。
以上の説明においてはすべり軸受けの硬化改質について述べて来たが、本発明硬化改質処理は同様にして耐摩耗性を要求する同様な金属部材にも適用し、極めて有用であることは云うまでもない。
【００１６】
【実施例】
以下、更に本発明に係る軸受け部表面にタングステンカーバイドの高硬度硬化層を形成したすべり軸受けと市販軸受け（オイルレスサーメットＭブッシュ、型番５４Ｂ−１５２１１５）とを比較し、性能試験を行った結果を下記に示す。
【００１７】
（ａ）耐久試験
材質ＳＫ３、φ１５のシャフト（焼き入れなし）を７０００ｒ．ｐ．ｍで無給油にて回転せさ、耐久試験を行った。その結果、市販のすべり軸受けは２４時間以内で焼き付きが発生し、使用不能となったが、本発明により硬化改質されたすべり軸受けは３３６時間連続運転してもなお継続中であった。
なお、市販含油軸受けのカタログによれば含油すべり軸受けの無給油での最高速度は６０ｍ／ｍｉｎであり、回転速度だと１３００ｒ．ｐ．ｍ程度であるが、本発明すべり軸受けは回転速度においては５倍の性能を確保していた。
【００１８】
（ｂ）摩耗試験
次に本発明すべり軸受けについて摩耗度テストを行った。
（イ）耐久テスト開始２４時間後の摩耗度
シャフト；左側０．０１ｍｍ摩耗，右側０．００５ｍｍ摩耗
軸受け；左右側、摩耗なし。
（ロ）耐久テスト２４０時間後の摩耗度
シャフト；左側０．０１２ｍｍ摩耗（２４時間後より０．０２ｍｍ摩耗），右側０．００５ｍｍ摩耗（２４時間後と変化なし）
軸受け；左右摩耗なし。
【００１９】
以上より、本発明軸受けのもつ耐摩耗性の優秀さが証明され、その結果、無給油で十分使用で、高速度に対応し、耐摩耗性に優れたすべり軸受けであることが分かる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は以上のようにすべり軸受けの軸受け部表面内部に所定の高硬度硬化層を設け、かつ更に必要に応じその表面上に硬化被膜を設けたものであり、従来のすべり軸受けと異なり、軸受けの軸受け部表面内部に高硬度硬化層を形成させたため、剥離の恐れがなく、しかも硬度が大幅に改善され、耐摩耗性が大幅に向上して、摩耗の激しいすべり軸受けに対し、摩耗による劣化を防止すると共に、焼き付き防止性能をも大幅に向上させ、すべり軸受けの寿命を増大する顕著な効果を有している。
【００２１】
また、本発明すべり軸受けは硬化処理による耐摩耗性より無給油での使用が可能となり、地球環境，作業環境，作業能率，縫製品の油汚れ防止のため求められてる無給油ミシンの摺動面に使用し、無給油ミシンの実現に大きく貢献すると共に、食品製造機械においても食品の油汚れを無くする無給油食品機械や半導体製造機械などの各分野においても大きな需要の存在を期待することができる。