(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅及び鉄を含む金属粉を焼結し、連通気孔が複数形成された焼結合金層の表面を軸と相対摺動する摺動面とするすべり軸受であって、
前記摺動面は、浸炭、窒化、又は浸硫窒化処理法のいずれかによって表面改質処理が施されており、更に第１固体潤滑剤の粒子を衝突させることによって形成され前記第１固体潤滑剤が拡散浸透した凹部を有しており、
前記焼結合金層に形成された前記連通気孔の内部には潤滑油が含浸されており、
前記連通気孔は、前記潤滑油が前記摺動面上で油溜まりを形成可能なように前記凹部と連通していることを特徴とするすべり軸受。
【請求項２】
請求項１記載のすべり軸受において、
前記摺動面にかかる面圧が２ｋｇｆ／ｍｍ２から２０ｋｇｆ／ｍｍ２まで変動する環境で使用されることを特徴とするすべり軸受。
【請求項３】
請求項１又は２記載のすべり軸受において、
前記潤滑油は、第２固体潤滑剤の粒子を２〜１０ｗｔ％含有していることを特徴とするすべり軸受。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか記載のすべり軸受において、
前記潤滑油の粘度は２６０〜９５０ｃＳｔであることを特徴とするすべり軸受。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか記載のすべり軸受において、
前記連通気孔の気孔率は５〜３０％であることを特徴とするすべり軸受。
【請求項６】
銅及び鉄を含む金属粉を焼結し、連通気孔が複数形成された焼結合金層の表面を軸と相対摺動する摺動面とするすべり軸受の製造方法であって、
浸炭、窒化、又は浸硫窒化処理法のいずれかによって前記摺動面に表面改質処理を施し、
前記表面改質処理を施した前記摺動面に固体潤滑剤の粒子を衝突させることによって、前記固体潤滑剤が拡散浸透し前記連通気孔と連通する凹部を形成し、
前記焼結合金層に形成された前記連通気孔の内部に潤滑油を含浸させることを特徴とするすべり軸受の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載のすべり軸受の製造方法において、
鉄系材料から成る裏金層と前記焼結合金層となる焼結合金層とを有する板状材料を円筒状に巻いてすべり軸受の外形を成形し、この成形した材料に対して前記表面改質処理を施すことを特徴とするすべり軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸を支持するすべり軸受及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械、土木機械、搬送機械、扛重機械、工作機械、自動車等に代表される各種機械には、すべり軸受装置が用いられる場合がある。すべり軸受装置が使用される環境は様々であり、個々の使用環境に応じた特性を有するものが求められている。例えば、油圧ショベルの掘削装置におけるブーム、アーム、バケットの各連結部分において用いられる軸受装置は、回転機械の駆動軸のように軸が比較的高速で回軸する箇所に使用されるようなものに比べて低速で摺動されるとともに高い面圧がかかる環境下で使用される。
【０００３】
このような使用環境に対応するすべり軸受装置の１つとして、鉄系焼結合金によって多孔質の軸受を形成し、これに潤滑油を含浸させることにより、低速・高面圧の環境下でも長期（例えば数年間以上）に渡って無給脂での運用を可能にしたものがある（特許文献１等参照）。
【０００４】
【特許文献１】特許第２８３２８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この種のすべり軸受装置におけるすべり軸受は、摺動面の微視的な形状が軸の表面形状となじむまでに時間を要したり、軸受への負荷が比較的低面圧な場合（例えば、油圧ショベルにおいて掘削作業を伴わない動作時等）においてフレッティング等の微少摺動が発生すると、これに起因した異常音が発生したりする等、不具合を生じる場合がある。従って、比較的低速度で摺動されながら、摺動面（すべり面）にかかる面圧が低面圧から高面圧にも変動するような環境で使用するには軸受の特性を更に改善する必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、低速で摺動され、かつ、低面圧から高面圧まで変動する面圧を受ける使用環境に適したすべり軸受及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、銅及び鉄を含む金属粉を焼結し、連通気孔が複数形成された焼結合金層の表面を軸と相対摺動する摺動面とするすべり軸受であって、前記摺動面は、浸炭、窒化、又は浸硫窒化処理法のいずれかによって表面改質処理が施されており、更に第１固体潤滑剤の粒子を衝突させることによって形成され前記第１固体潤滑剤が拡散浸透した凹部を有しており、前記焼結合金層に形成された前記連通気孔の内部には潤滑油が含浸されており、前記連通気孔は、前記潤滑油が前記摺動面上で油溜まりを形成可能なように前記凹部と連通しているものとする。
（２）上記（１）のすべり軸受は、好ましくは、前記摺動面にかかる面圧が２ｋｇｆ／ｍｍ２から２０ｋｇｆ／ｍｍ２まで変動する環境で使用されるものとする。
【０００８】
（３）上記（１）又は（２）の前記潤滑油は、好ましくは、第２固体潤滑剤の粒子を２〜１０ｗｔ％含有しているものとする。
【０００９】
（４）上記（１）から（３）いずれかの前記潤滑油の粘度は、好ましくは、２６０〜９５０ｃＳｔであるものとする。
【００１０】
（５）上記（１）から（４）いずれかの前記連通気孔の気孔率は、好ましくは、５〜３０％であるものとする。
【００１１】
（６）本発明は、上記目的を達成するために、銅及び鉄を含む金属粉を焼結し、連通気孔が複数形成された焼結合金層の表面を軸と相対摺動する摺動面とするすべり軸受の製造方法であって、浸炭、窒化、又は浸硫窒化処理法のいずれかによって前記摺動面に表面改質処理を施し、前記表面改質処理を施した前記摺動面に固体潤滑剤の粒子を衝突させることによって前記固体潤滑剤が拡散浸透し前記連通気孔と連通する凹部を形成し、前記焼結合金層に形成された前記連通気孔の内部に潤滑油を含浸させるものとする。
【００１２】
（７）上記（６）は、好ましくは、鉄系材料から成る裏金層と前記焼結合金層となる焼結合金層とを有する板状材料を円筒状に巻いてすべり軸受の外形を成形し、この成形した材料に対して前記表面改質処理を施すものとする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低速・低面圧の使用環境における軸受のトライボロジ特性を改善することができるので、低速で摺動され、かつ、低面圧から高面圧まで変動する面圧を受ける使用環境に適したすべり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は本発明のすべり軸受を備えた機械の一例である油圧ショベルの側面図である。
図１に示す油圧ショベルは、下部走行体１と、この下部走行体１上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体２と、この上部旋回体２上の一方側（図１中左側）に設けられた運転室３と、上部旋回体２上の他方側（図１中右側）に設けられたエンジン室４と、上部旋回体２上の運転室３側に設けられたフロント作業機５とを備えている。
【００１６】
フロント作業機５は、上部旋回体２に俯仰動可能に設けられたブーム６と、このブーム６を俯仰動させるためのブーム用油圧シリンダ７と、ブーム６の先端に回動可能に設けられたアーム８と、このアーム８を回動させるためのアーム用油圧シリンダ９と、アーム８の先端に回動可能に設けられたバケット１０と、このバケット１０を回動させるためのバケット用油圧シリンダ１１とを備えている。
【００１７】
ブーム６、アーム８、バケット１０、及び各油圧シリンダ７，９，１１は、すべり軸受装置１２によって相互に回動可能に連結されている。フロント作業機５に用いられる各すべり軸受装置は設置箇所に応じて大きさや形状等が異なるが、基本的な構成はほぼ同様となっている。
【００１８】
図２は本発明のすべり軸受を備えたすべり軸受装置の一構成例の断面図である。
図２において、すべり軸受装置１２は、ボス１５と、このボス１５の内部に嵌着された円筒状のブッシュ（すべり軸受。以下適宜、単に軸受とも呼ぶ。）１６と、ブッシュ１６の両側面に配設された遮油部材１７と、この遮油部材１７をブッシュ１６に向かって当接させるようにボス１５内のブッシュ１６の両側に圧入されたダストシール１８と、ボス１５の両側に配置されたブラケット１９と、このブラケット１９とボス１５との隙間にそれぞれ設けられたシム２０と、ブラケット１９とボス１５との隙間の外周側にそれぞれ装着されたＯ−リング２１と、ブラケット１９及びブッシュ１６を貫通して挿入され、ブッシュ１６と摺動可能に設けられている軸２２と、回転係止ボルト２３とを備えている。
【００１９】
軸２２は鉄鋼材から成っており、まず、浸炭、窒化及び高周波焼入れをした後、その外表面を化成（例えば、りん酸亜鉛、りん酸マンガンなど）、拡散メッキをはじめとする各種メッキ処理、または浸硫処理法などにより表面改質処理を施すことが好ましい。回転係止ボルト２３は、軸２２及びブラケット１９を貫通して設けられており、軸２２とブラケット１９とを回転不能にしている。また、ボス１５及びブッシュ１６は例えば焼ばめ又は冷却ばめ等の収縮ばめによって相互に嵌着固定されている。
【００２０】
図３は図２で示したすべり軸受装置における本発明の軸受の軸との界面付近を拡大・模式化して示す部分断面図である。
図３において、ブッシュ１６は、軸２２との界面側（ブッシュ１６の内周側）に位置する焼結合金層３０と、その径方向外側に位置する裏金層４０とを有している。これらは互いに接合されており二層構造を成している。
【００２１】
焼結合金層３０は、１０重量％の銅粉、鉄粉、及びその他の微量元素を含む金属粉を焼結することによって形成した多孔質複合焼結合金から成っており、軸２２と相対摺動する摺動面である摺動面３４と、摺動面３４を含むように焼結合金層３０の内周側（軸２２との界面側）に形成された固体潤滑剤層３３と、互いに連通した複数の気孔（連通気孔）３１とを有している。なお、焼結合金層３０は銅及び鉄を必須元素として含むものであり、これに含まれる銅の量は１０重量％のみに限られず３〜９８重量％の範囲であれば良い。
【００２２】
固体潤滑剤層３３は、摺動面３４に二硫化モリブデン粒子（ＭｏＳ２：第１固体潤滑剤粒子）を投射材（ショット）として衝突させることによって焼結合金に二硫化モリブデンを拡散浸透させながら、摺動面３４に自己潤滑特性を付与した結果、摺動面３４側に事後的に形成したものであり、 二硫化モリブデン粒子が衝突する作用によって形成された凹部３５を摺動面３４上に有している。なお、図３中では、簡略して摺動面３４を略平面に表現しているが、摺動面３４上には無数の凹部３５が形成されているものとする。また、摺動面３４には、固体潤滑剤層３３を形成する前の段階において、浸炭、窒化又は浸硫処理法などにより表面改質処理が施されており、これにより形成される硬化層（図示せず）がブッシュ １６の機械的強度を向上させている。その硬化層の厚さの目安としては１〜８ｍｍ程度、好ましくは２ｍｍ程度が良く、表面改質処理後の硬化層中の鉄合金相には、例えば、セメンタイト、マルテンサイト、フェライト、又はパーライト等が含まれている。なお、この固体潤滑剤層３３の形成方法や作用については、本実 施の形態の軸受の製造方法を説明する箇所で別途詳述する。
【００２３】
気孔３１は、内部に潤滑油３２が含浸されているとともに、摺動面３４上の凹部３５と連通している。このため、潤滑油３２は、気孔３１内を流通することによって凹部３５に表出し、摺動面３４上に油溜まりを形成するようになっている。本実施の形態では気孔３１に含浸された潤滑油３２は４６０ｃＳｔの粘度を有している。なお、この潤滑油の粘度は２６０〜９５０ｃＳｔの範囲内であることが好ましい。これは、粘度が２６０ｃＳｔ未満では潤滑油の流動性が高すぎるため、潤滑油を気孔３１内に留めさせておくことが困難になり、使用中に“かじり現象”などが発生する恐れがあるからであり、他方、粘度が９５０ｃＳｔを超えると潤滑油の流動性が低下するために、摩擦熱によって軸２２との摺動面３４に滲み出た潤滑油が再び気孔３１内に戻るための毛細管現象が起こりにくくなり、長期的に安定した摺動特性を維持できなくなる恐れがあるからである。また、この潤滑油としては、鉱物油あるいは合成油等の一般に市販されている組成の潤滑油全般や、パラフィンをベースとしたワックス等が利用可能であるが、粘度が上記範囲内のものであればその組成自体は特に限定されるものではない。ただし、グリースは繊維を含有しているために気孔３１に含浸させることができないので除外される。
【００２４】
また、本実施の形態では潤滑油３２に、粒径０．５〜５０μｍ程度の自己潤滑特性を有する固体潤滑剤粒子（第２固体潤滑剤粒子：例えば、黒鉛、ＭｏＳ２、二硫化タングステン（WＳ２）、硫化マンガン（MｎＳ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等）を２〜１０重量％含有させてもよい。このような固体潤滑剤粒子を潤滑油３２に含有させると、固体潤滑剤粒子自身が滑ることで更なる潤滑特性を得ることができる。
【００２５】
またさらに、気孔３１の気孔率は５〜３０％程度であることが好ましい。これは、気孔率が５％未満である場合には潤滑油の含浸量が不充分となり、無給脂軸受として充分に機能しない可能性があるためである。一方、気孔率が３０％を超える場合には、ブッシュ１６自身の機械的強度が低下するためである。
【００２６】
裏金層４０は鉄系材料から成っている。この裏金層４０も、焼結合金層３０の摺動面３４同様に、浸炭、窒化又は浸硫処理法などにより表面改質が施されており、ブッシュ１６の機械的強度を更に向上させている。なお、この硬化層の厚さの目安は１〜３ｍｍ程度、好ましくは２ｍｍ程度が良い。このように表面改質処理を施した裏金層４０は、ブッシュ１６の強度を補強し、鉄系焼結合金のみから成る軸受において散見された軸受の破壊防止に寄与する。また、ブッシュ１６を裏金層４０と焼結合金層３０との二層構造とすることにより、焼結合金層のみで構成した場合よりも、軸受全体の弾性率は大きくなる。これによりブッシュ１６の弾性変形量を低減させることができ、ブッシュ１６の耐フレッティング特性が向上して異音の発生を抑制することができる。
【００２７】
次に、上記のように構成される本実施の形態の軸受の製造方法について説明する。
【００２８】
まず、鉄系材料から成る裏金を用意する。この裏金の材料には例えば浸炭鋼であるＳＣＭ材などを用いることが好ましい。また、この裏金はブッシュ１６の外周側の層である裏金層４０となるものであり、これを円筒状に巻くとブッシュの外形となるように成形されている。次に、このような裏金の上面に、主に銅粉と鉄粉から成り、これらが均一に混合された金属粉を散布して、これを裏金と同様の板状に成形する。ここで用いる粉末中の銅は少なくとも３重量％以上とし、好ましくは１０重量％以上とすると良い。
【００２９】
このように成形した粉末と裏金を還元炉などに入れ、約８００度の雰囲気で上記の粉末を焼結させて、裏金上に多孔質複合焼結合金を生成する。これはブッシュ１６の内周側の層である焼結合金層３０となるものである。なお、この手順における焼結は１次焼結を指し、生成後の焼結合金の気孔率が５〜３０％の範囲になるように積極的に気孔を残留させるように焼結させる。次いで、この多孔質複合焼結合金を裏金に拡散接合などによって接合させて、二層構造から成る板状の軸受材料を得る。そして、この二層構造に成形された軸受材料をプレス等により巻いて曲げ加工し、軸受として最適の形状である円筒状に加工することにより、ブッシュの概形を成形する。
【００３０】
次に、このブッシュに対して浸炭処理法を施し表面改質を行う。この処理は、焼結合金層３０及び裏金層４０の両者を対象とするものであり、これによりそれぞれの表面硬度が向上し、焼結合金層３０における軸２２との摺動面３４は耐摩耗化され、裏金層４０は強度が補強される。なお、この表面改質処理は浸炭処理法に限られず、この他に例えば、窒化、浸硫窒化処理法などの表面硬度を向上させる処理であれば良い。また、この処理の後、必要であれば機械加工やプレスなどによって寸法精度を上げても良い。
【００３１】
この表面改質処理に続いて、二硫化モリブデン粒子を摺動面３４に衝突させることによって焼結合金層３０の軸２２との界面側に固体潤滑剤層３３を形成する。二硫化モリブデン粒子を摺動面３４に衝突させる際には、ショットピーニング技術を応用した打ち込み方法を用いる。その打ち込み方法とは、一般的なショットピーニングで用いる投射材（ショット）と比較して微細な粒子（例えば、粒径５０μｍ程度の二硫化モリブデン粒子）を所定圧力（例えば、０．３ＭＰａ以上）の圧縮空気とともなって高速度（例えば、噴射速度８０ｍ／秒以上）で打ち込むものである（以下、微粒子ショットピーニングと称する）。この方法によって微粒子を被処理材に打ち込んで衝突させると、一般的なショットピーニングによって被処理材表面に形成される凹部と比較して細かい凹部が形成されるとともに、衝突の際に発生する熱によって被処理材表面の微細化や加工硬化などの表面改質処理が被処理材に施される。
【００３２】
このような微粒子ショットピーニングを用いて摺動面３４に二硫化モリブデン粒子を衝突させると、上記のように摺動面３４に微細な凹部３５が形成され摺動面３４の硬化処理が施されるとともに、更に、摺動面３４との衝突の作用によって二硫化モリブデンが摺動面３４から拡散浸透し、自己潤滑特性を有する固体潤滑材層３３が軸２２との界面側に形成される。
【００３３】
なお、上記においては二硫化モリブデン粒子を投射微粒子として衝突させる場合について説明したが、この他にも例えば、黒鉛、ＷＳ２、ＭｎＳ、ＣａＦ２等の固体潤滑剤や、Ｍｏ、Ｗ等の金属粒子を用いても良い。
【００３４】
最後に、焼結合金層３０内の気孔３１に高粘度潤滑油３２を含浸させて、最終形状のブッシュ１６とする。この含浸処理は以下のように行う。まず、潤滑油を加熱して液状化させて低粘度化する。この液状化した潤滑油内にブッシュを浸漬し、真空雰囲気下で静置する。これにより、ブッシュの気孔３１内の空気が気孔３１外へ吸い出される一方で、液状化した潤滑油３２がブッシュの気孔３１内に吸引される。潤滑油３２を吸引したブッシュ１６を空気中に取り出して室温にまで放冷すると、液状化した潤滑油３２はブッシュ１６の気孔３１内で再び元の高粘度潤滑油に戻り流動性を失う。これにより、高粘度潤滑油３２をブッシュ１６の気孔３１内に留めておくことができる。なお、粘度に応じて加熱温度は変化するので高粘度潤滑油３２の加熱温度は特に限定されず、潤滑油３２が液状化するまで加熱すればよい。また、液状化した潤滑油３２へのブッシュ１６の浸漬時間および真空度も特に限定されない。これは、浸漬時間および真空度も、使用する潤滑油の粘度により左右されるからである。ここで重要なことは、ブッシュ１６の気孔３１が潤滑油３２で飽和されるまで、ブッシュ１６を液状化した潤滑油内に浸漬させておくことである。例えば、粘度が４６０ｃＳｔの潤滑油を６０〜８０℃になるまで加熱し、２×１０−２ｍｍＨｇの真空下で、ブッシュをこの潤滑油に浸漬させる場合、約１時間でブッシュの気孔が潤滑油で飽和される。
【００３５】
このようにして気孔３１内に含浸された潤滑油３２は流動性が極めて低いので、ブッシュ１６と軸２２が相対的な摺動を繰り返しても流失することが殆どない。その結果、油膜は極めて長期（例えば数年）に渡って安定的に供給され続ける。このような微視的な“油だまり”（油膜）の存在は、駆動する軸２２とブッシュ１６との間に発生するいわゆる“かじり現象”が両者間のミクロな金属接触によって発生することを防止する。
【００３６】
次に、Ring On Ring型試験機を用いて本実施の形態に係るすべり軸受の耐摩耗特性を評価した。本試験は、作動油環境において、相手材を回転数１２００ｒｐｍで回転させ、試験片にステップ荷重を与えて荷重を段階的に増加させるものとし、荷重変化に伴う各試験片の摩擦係数の変化を測定するものである。また、相手材と試験片の接触面積は５０ｍｍ２である。試験には下記（ａ）〜（ｃ）の３種類の材料から成る試験片を用いた。
（ａ）二硫化モリブデンの微粒子ショットピーニングを施した高粘度油含浸型裏金付き多孔質複合焼結合金（粘度４６０ｃＳｔの含浸油，Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系焼結合金を使用。以下、「本実施の形態に係る試験片」と称する。）
（ｂ）高粘度油含浸型裏金付き多孔質複合焼結合金（粘度４６０ｃＳｔの含浸油，Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系焼結合金を使用。以下、「本実施の形態の母材の試験片」と称する。）
（ｃ）二硫化モリブデンの微粒子ショットピーニングを施した炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）の高周波焼入れ材（以下、「Ｓ４５Ｃ試験片」と称する。）
図４に上記試験の結果を示す。図４に示すように、本実施の形態に係る試験片（ａ）の摩擦係数は、負荷荷重１００ｋｇｆ（９８０Ｎ）付近で上昇して０．０３前後を推移することはあるが、試験開始後から２５０ｋｇｆ（２４５１Ｎ）付近までは概ね０．０１程度を保持し、この後１０００ｋｇｆ（９８０６Ｎ）までは若干の上下変動はあるものの０．０２前後を推移した。ここで、上記接触面積値（５０ｍｍ２）を利用して試験片（ａ）にかかる負荷荷重を面圧に換算すると、摩擦係数は、２〜３ｋｇｆ／ｍｍ２（負荷荷重：１００〜１５０ｋｇｆ）の低面圧域では概ね０．０３前後を推移する一方、６ｋｇｆ／ｍｍ２（負荷荷重：３００ｋｇｆ）以上の高面圧域では概ね０．０２前後を推移し、低面圧域から高面圧域にかけて概ね安定した変動を示した。また、図が示すように、本試験片（ａ）において、試験片の摺動面の微視的な形状が相手材の表面形状に適した形に摺動によって成形される、いわゆる“なじみ”に至るまでの特性（初期なじみ特性と称する。）は、他の２つの試験片（２），（３）の結果と比較すると著しく良好で、摺動初期における摩擦係数は高くても０．０４程度まで上昇するのみであった。さらに、本試験で使用した試験機の特性上１０００ｋｇｆ以上の荷重はかけられなかったが、試験片（ａ）は更なる荷重を加えても耐久可能であるという知見を発明者らは得ており、本実施の形態に係る試験片（ａ）は優れた耐荷重特性も有することが判った。
【００３７】
一方、微粒子ショットピーニングが未施工の本実施の形態の母材の試験片（ｂ）と微粒子ショットピーニングが施工済のＳ４５Ｃ試験片（ｃ）の摩擦係数は、試験開始直後の摩擦係数の上昇の仕方に違いは見られるものの、負荷荷重１００ｋｇｆ（９８０Ｎ）付近までに一旦０．１程度まで上昇した後はほぼ類似した推移を示し、その後２５０ｋｇｆ（２４５１Ｎ）付近からなじみの為に０．０５付近まで減少し、４００ｋｇｆ（３９２２Ｎ）以降においては材料の耐荷重性能を超えたために急上昇が見られた。ここで、これらの結果についても本実施の形態の試験片（ａ）同様に面圧換算すると、摩擦係数は、２〜３ｋｇｆ／ｍｍ２（負荷荷重：１００〜１５０ｋｇｆ）の低面圧域では概ね０．１前後を推移しながら、６ｋｇｆ／ｍｍ２（負荷荷重：３００ｋｇｆ）以上の高面圧域では概ね０．０５前後を推移し、いずれの領域においても試験片（ａ）と比較して高い値を推移した。中でも、低面圧域での摩擦係数は概ね０．１を示しており、試験片（ａ）と比較して著しく高い値を示した。また、先にも触れたが、図が示すように、試験片（ｂ），（ｃ）の初期なじみ特性は試験片（ａ）と比較して著しく劣っている。このように、母材の試験片（ｂ）及びＳ４５Ｃ試験片（ｃ）は、荷重変化に伴う摩擦係数の変動が激しく、特に、低面圧域では試験片（ａ）と比較して高い摩擦係数を示しており、耐荷重特性も本実施の形態に係る試験片（ａ）の半分以下しか有していない。
【００３８】
以上のような試験結果から、発明者らは、摺動面に形成された二硫化モリブデンによる固体潤滑剤層と、その径方向外側に設けられた高粘度油含浸型焼結合金層との相乗効果によって、本実施の形態に係るすべり軸受が著しく良好なトライボロジ特性を有することを知見した。
【００３９】
次に、本実施の形態の効果について説明する。
【００４０】
高粘度油含浸型裏金付き多孔質複合焼結合金を用いて、その摺動面に二硫化モリブデンによる微粒子ショットピーニングを施すことなく形成していた従来のすべり軸受では、使用開始時から、摺動面の微視的な形状が相手材たる軸の表面形状に適した形に形成される（いわゆる、なじみの状態）までに時間を要し、初期なじみ特性が芳しくないとともに、軸受への負荷が比較的低面圧な場合（例えば、油圧ショベルにおいて、バケットが空のままで掘削装置を微少動作させる等、実質的な掘削作業を伴わない動作時等）において、微少揺動等をすることによって軸と軸受がわずか数ｍｍ程度相対摺動するような現象（いわゆる、フレッティング現象）が発生すると、これに起因した異常音が発生する等の不具合が生じる場合があった。従って、比較的低速度で摺動されながら、摺動面（すべり面）にかかる面圧が低面圧（例えば、２〜３ｋｇｆ／ｍｍ２程度）から高面圧（例えば、６ｋｇｆ／ｍｍ２以上）にも変動するような環境で使用するには軸受の特性を更に改善する必要があった。
【００４１】
このような技術に対して、本実施の形態は、高粘度油含浸型裏金付き多孔質複合焼結合金を母材として、これの軸との摺動面３４に二硫化モリブデン粒子を微粒子ショットピーニングすることによって、二硫化モリブデンが拡散浸透して形成された固体潤滑剤層３３と、衝突の作用によって形成された微細な凹部３５とを摺動面３４上に形成し、潤滑油３２が気孔３１から凹部３５へ表出することによって自己潤滑特性を有する摺動面３４に油溜まりを形成するように構成している。
【００４２】
このように構成することによって、本実施の形態の軸受は、摺動面３４上の微細な凹部３５を介して軸２２と相対摺動することによって、軸２２の表面と最適な表面形状を摺動面３４上に容易に形成するので、優れた初期なじみ特性を得ることができ、使用開始時からならし摺動をすることなく低摩擦で用いることができる。また、摺動面３４は固体潤滑材層３３となることによって自己潤滑特性を付与されるので、低速・低面圧の使用環境下においてフレッティング等の微少摺動が起こっても、その自己潤滑特性によってブッシュ１６を軸２２に対して滑らかに摺動させることが可能になるので、異音の発生を抑制する優れた耐フレッティング特性を得ることができる。そして、さらに、潤滑油３２が気孔３１から凹部３５へ表出することにより自己潤滑特性を有する摺動面３４上に良好な油溜まりが形成されるので、比較的低速度で摺動されながら、軸受にかかる圧力が低面圧から高面圧まで変動するような環境でも、低摩擦を維持することができる優れたトライボロジ特性が得られる。なお、この効果は、図４で示した試験結果が表すように、炭素鋼等によって形成された軸受に二硫化モリブデンを微粒子ショットピーニングしても容易に得られるものではない。即ち、高粘度油含浸型裏金付き多孔質複合焼結合金から成る軸受に微粒子ショットピーニングを施すことによって初めて得られるものであり、高粘度油含浸型裏金付き多孔質複合焼結合金の奏する給脂効果と微粒子ショットピーニングの奏する表面改質効果との著しい相乗効果によって初めて得られるものである。
【００４３】
また、上記のように微粒子ショットピーニングによって摺動面３４に凹部３５が形成される際に、摺動面３４には圧縮残留応力が付与される。これにより摺動面３４の繰り返し荷重の環境下における疲労強度をさらに向上させることができる。また、この凹部３５は、含浸された潤滑油３２を保持するのみならず、保守等の為に定期的に給脂されるグリースの保持効果も有するので、グリースの給脂間隔を延長することができるのも、本実施の形態のメリットの１つである。
【００４４】
さらに、本実施の形態は、円筒形状から成る軸受の成形方法として、はじめに裏金層及び焼結合金層の二層構造を有する板状の軸受材料を製造しておき、その後にこの軸受材料を円筒状に巻くという方法を採用している。これにより、製造が容易な二層構造の板状の軸受材料を巻くだけで円筒状の二層構造軸受を製造することができるので、精度の良い２種類の円筒を予め作成しておいた上でこれらを接合して二層構造軸受を得る方法と比較して容易に製造することができる。なお、上記の焼結合金層の製造方法の説明では、裏金の上面に銅粉と鉄粉を散布して成形した後に還元炉に入れて裏金の上部に焼結合金を生成するように説明したが、焼結合金の生成方法はこれに限られるものではない。例えば、あらかじめ板状の裏金と板状の焼結合金をそれぞれ幅と長さの寸法を等しくして別々に製造しておき、その後に、これらを接合して二層構造から成る板状の軸受材料を得ても良い。すなわち、二層構造から成る板状の軸受材料を作成した後に、これを円筒状に巻いて軸受を製造する手順を経る製造方法であれば、焼結合金層の製造方法によらず、二層構造を有する軸受を容易に製造することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施の形態のすべり軸受を備えた機械の一例である油圧ショベルの側面図である。
【図２】本実施の形態のすべり軸受を備えたすべり軸受装置の一構成例の断面図である。
【図３】図２で示したすべり軸受装置における本発明のすべり軸受の軸との界面付近を拡大・模式化して示す部分断面図である。
【図４】本実施の形態のすべり軸受の荷重変化に伴う摩擦係数の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１２    すべり軸受装置
１６    ブッシュ（すべり軸受）
２２    軸
３０    焼結合金層
３１    気孔
３２    潤滑油
３３    固体潤滑剤層
３４    摺動面
３５    凹部
４０    裏金層
【図１】
0004619302.tif 000002
【図２】
0004619302.tif 000003
【図３】
0004619302.tif 000004
【図４】
0004619302.tif 000005