(57)【要約】【課題】優れた耐摩耗性を長期に亘って発揮できると共に、製造コストが安価な新規なすべり軸受およびその製造方法の提供。【解決手段】担体３１０の表面に粒子状の硬質炭化物２３０を付着させた投射粒子３００を生成し、その投射粒子３００を摺動面２００に高速で投射して微小な凹凸２２０を形成すると同時に粒子状の硬質炭化物２３０を埋め込んだ後、その摺動面２００を熱処理してその硬質炭化物２３０を摺動面２００に拡散接合する。これにより、その表面が塑性硬化されると同時に優れた耐摩耗性を発揮し、剥離などのおそれもない。さらに、ショットピーニングによって形成できるため、製造コストも安価となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動面に、ショットピーニングによる微小な凹凸を有すると共に粒子状の硬質炭化物が拡散接合した皮膜を有することを特徴とするすべり軸受。
【請求項２】
請求項１に記載のすべり軸受において、
前記粒子状の硬質炭化物が、金属炭化物であることを特徴とするすべり軸受。
【請求項３】
請求項２に記載のすべり軸受において、
前記金属炭化物が、ＷＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＶＣ、ＺｒＣのいずれかあるいは２種以上であることを特徴とするすべり軸受。
【請求項４】
粒子状の担体の表面に粒子状の硬質炭化物を付着させた投射粒子を生成する投射粒子生成工程と、
前記投射粒子生成工程で生成された投射粒子を摺動面に高速で投射して前記摺動面に微小な凹凸を形成すると共に前記粒子状の硬質炭化物を埋め込むためのショットピーニング工程と、
前記ショットピーニング工程を経た前記摺動面を熱処理して前記粒子状の硬質炭化物を前記摺動面に拡散接合する熱処理工程とを含むことを特徴とするすべり軸受の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のすべり軸受の製造方法において、
前記熱処理として、浸炭、ガス軟窒化、高周波焼き入れのいずれかを用いる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、各種機械に一般的に用いられるすべり軸受に係り、特に油圧ショベルなどに代表される建設機械のすべり軸受のように、高面圧、低速摺動で潤滑条件が厳しい箇所に適したすべり軸受およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベルなどの建設機械には、高面圧、低速摺動条件下で使用されるすべり軸受が多数設けられている。例えば、図８に示すように従来の油圧ショベル５００は、車体から延びるブーム５１０の先端にアーム５２０が連結されると共に、そのアーム５２０の先端にバケット５３０が回動自在に連結された構造となっており、それぞれ複数の油圧シリンダ５４０、５５０、５６０の伸縮によって回動自在に駆動される。そして、これらブーム５１０、アーム５２０、バケット５３０の連結部および油圧シリンダ５４０、５５０、５６０の端部などは、それぞれすべり軸受５７０を介して回動自在に軸支されている。
【０００３】
このような部位に使用される従来のすべり軸受５７０は、掘削作業時には、そのすべり軸受５７０を構成するブッシュと軸部との摺動面に極めて大きな面圧がかかると同時に両者は低速で摺動する関係となっているため、ブッシュと軸部との接触面（摺動面）は、潤滑条件が厳しく、グリースなどの潤滑油切れによる焼き付き、かじり、偏摩耗などを起こしやすい。
【０００４】
そのため、例えば以下の特許文献１のように、硬質粒子入りの高粘度油含浸焼結合金からなる軸受を採用することによって潤滑油切れによる焼き付き、かじり、偏摩耗などを防止することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３４２９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記特許文献１に示すような技術では、硬質粒子が脱落したり、剥離することがあり、耐久性は十分とはいえない。また、硬質粒子が脱落したり、剥離した途端に急激に摩耗が進行してしまうおそれがある。このため、摺動面に硬質メッキや溶射を施すことも考えられるが、これらの技術はオーバースペックで処理時間がかかるため、コストが高くなり、また環境への負荷も大きい。
【０００７】
そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、優れた耐摩耗性を長期に亘って発揮でき、しかも製造コストが安価な新規なすべり軸受およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために第１の発明は、摺動面に、ショットピーニングによる微小な凹凸を有すると共に、粒子状の硬質炭化物が拡散接合した皮膜を有することを特徴とするすべり軸受である。このような構成によれば、摺動面に、微小な凹凸（マイクロディンプル）と共に、薄い強固な硬質炭化物皮膜を有するため、その表面が塑性硬化されると同時に、優れた耐摩耗性を発揮する。また、この硬質炭化物皮膜は薄膜であるため、剥離などのおそれもない。さらに、この微小な凹凸および硬質炭化物皮膜は、ショットピーニングによって形成されるため、製造コストも安価となる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記粒子状の硬質炭化物が、金属炭化物であることを特徴とするすべり軸受である。このような構成によれば、薄い強固な硬質金属皮膜を形成することができる。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明において、前記金属炭化物が、ＷＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＶＣ、ＺｒＣのいずれかあるいは２種以上であることを特徴とするすべり軸受である。このような構成によれば、
【００１１】
第４の発明は、粒子状の担体の表面に粒子状の硬質炭化物を付着させた投射粒子を生成する投射粒子生成工程と、前記投射粒子生成工程で生成された投射粒子を摺動面に高速で投射して前記摺動面に微小な凹凸を形成すると共に前記粒子状の硬質炭化物を埋め込むためのショットピーニング工程と、前記ショットピーニング工程を経た前記摺動面を熱処理して前記粒子状の硬質炭化物を前記摺動面に拡散接合する熱処理工程とを含むことを特徴とするすべり軸受の製造方法である。
【００１２】
このような製造方法によれば、第１の発明のような、摺動面に、微小な凹凸（マイクロディンプル）と共に薄い強固な硬質炭化物皮膜を有する耐摩耗性に優れたすべり軸受を容易かつ安価に製造することができる。
【００１３】
第５の発明は、第４の発明において、前記熱処理として、浸炭、ガス軟窒化、高周波焼き入れのいずれかを用いることを特徴とするすべり軸受の製造方法である。このような熱処理を用いることにより、表面に埋め込まれた粒子状の硬質炭化物をその摺動面内に確実に拡散接合することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、摺動面に、微小な凹凸（マイクロディンプル）と共に、薄い強固な硬質炭化物皮膜を有するため、その表面が塑性硬化されると同時に、優れた耐摩耗性を発揮する。また、この硬質炭化物皮膜は薄膜であるため、剥離などのおそれもない。さらに、この微小な凹凸および硬質炭化物皮膜は、ショットピーニングによって形成されるため、製造コストも安価となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るすべり軸受１００の実施の一形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係るすべり軸受１００の摺動面２００を示す拡大断面図である。
【図３】本発明に係るすべり軸受１００の製造方法の流れを示す工程図である。
【図４】投射粒子３００を示す模式図である。
【図５】投射装置４００の一例を示す構成図である。
【図６】投射装置４００を用いて摺動面２００に投射粒子３００を投射している状態を示す概念図である。
【図７】投射語に於ける熱処理による拡散接合を示す模式図である。
【図８】本発明に係るすべり軸受１００を適用可能な建設機械（油圧ショベル）５００を示す全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るすべり軸受１００の実施の一形態を示す縦断面図である。図中符号１０は、両端が開口した円筒状のブッシュであり、このブッシュ１０の軸孔には、これを貫通するように円柱状の軸部２０が回転自在に挿入されている。そして、このブッシュ１０の内周面と軸部２０の外周面とが接してそれぞれ高面圧（例えば数ＭＰａ〜数十ＭＰａ）下で互いに低速度（例えば３．０ｍ／ｍｉｎ以下）で摺動し合う摺動面となっている。
【００１７】
このブッシュ１０はさらにボス３０の内部に嵌着されていると共に、このボス３０の内部であって、ブッシュ１０の両端面には、それぞれダストシール４０，４０が圧入されており、ゴミなどの異物の侵入を阻止している。また、このボス３０の両端面にはブラケット５０，５１が設けられており、それぞれの隙間にはシム５２，５２が介在している。そして、この隙間の上端の外部にそれぞれＯ−リング５３，５３が装着されている。なお、ボス３０とブッシュ１０は当業者に周知の任意の方法、例えば焼き嵌めまたは冷却嵌めなどのような収縮嵌めなどにより相互に嵌着固定させることができる。
【００１８】
軸部２０は、この両端のブラケット５０，５１を貫通するように位置しており、その一端が一方のブラケット５１を径方向に貫通する回転係止ボルト６０によって回転不能に係止されている。また、この軸部２０内には、その一端面側から側部に亘って貫通する給脂通路７０が形成されており、この給脂通路７０内にはグリースＧが充填されている。また、この給脂通路７０の一端にはグリスニップル８０が螺着されており、このグリスニップル８０によって給脂通路７０内が封止されると共に、これを取り外すことで外部から給脂通路７０内へグリースＧを容易に供給可能となっている。この給脂通路７０内に充填されたグリースＧは、その出口から軸部２０とブッシュ１０との摺動面側に達し、その摺動面を潤滑するように作用する。
【００１９】
図２は、これらブッシュ１０または軸部２０の摺動面２００の構造を示した拡大断面図である。図示するように摺動面２００は、鉄を主成分とする母材（鋼）２１０の表面にショットピーニングによる微小な凹凸（マイクロディンプル）２２０を複数を有すると共に、その表面に粒子状の硬質炭化物２３０が埋め込まれた状態で存在している。そして、その硬質炭化物２３０がその表面から母材２１０中に拡散接合して、薄い硬質炭化物皮膜２４０が形成された状態となっている。
【００２０】
ここで、この凹凸２２０の大きさや深さとしては特に限定されるものでないが、例えば１０μｍ〜１００μｍ程度となっている。また、硬質炭化物皮膜２４０の厚さも特に限定されるものでなく、例えば数μｍ〜数十μｍ程度となっている。
【００２１】
粒子状の硬質炭化物２３０としては、硬度が極めて高い金属炭化物、具体的には、ＨＶ１０００以上のＷＣ（タングステンカーバイト）、Ｍｏ２Ｃ（炭化モリブデン）、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＮｂＣ（炭化ニオブ）、ＶＣ（炭化バナジウム）、ＺｒＣ（炭化ジルコニウム）などを用いることができる。そして、これらの金属炭化物のいずれか１つあるいは２種以上を混合して用いることができる。また、その大きさは数μｍ〜２０μｍ程度となっている。
【００２２】
図３は、このような摺動面２００の製造方法の流れを示したものである。図示するように、先ず、最初のステップＳ１００において図４に示すような投射粒子３００を生成する。この投射粒子３００は、高質量の粒子３１０を担体としてその周囲に前述したような粒子状の硬質炭化物２３０をまぶすようにして付着させたものであり、例えば図５に示すような圧力容器４１０にこれらの粒子３１０，２３０を混合し、攪拌することによって得られる。ここで、この高質量粒子３１０としては、粒子状の硬質炭化物２３０よりは十分に大きく、例えば粒径が１０〜１００μｍ、つまり微小な凹凸２２０とほぼ同じ大きさのガラスビーズやハイス（鋼球）といった、安価かつ加工が容易で運動エネルギーが比較的大きい物質が用いられる。
【００２３】
次に、図３のステップＳ１０２に示すように、この投射粒子３００を摺動面２００の表面に高速で吹き付ける（ショットピーニング）。このショットピーニングは図５に示すような投射装置４００を用いて行うことができる。この投射装置４００は、圧力容器４１０内に投射粒子３００を構成する高質量粒子３１０と粒子状の硬質炭化物２３０とを投入し、その内部に流量制御用ガスを吹き込む。このとき圧力容器４１０内にゴムボールＧを入れておくことにより、内部が攪拌されて高質量の粒子３１０と粒子状の硬質炭化物２３０とがよく混ざり合い、高質量粒子３１０の表面に粒子状硬質炭化物２３０が均一に付着した良質の投射粒子３００を得ることができる。
【００２４】
この圧力容器４１０内の投射粒子３００は、流量制御用ガスによって一定量づつ流量制御用ガスと共にホース４２０を通過してノズル４３０側に送られ、図６に示すようにその先端から投射加速用ガスと共に高速で噴射されてブッシュ１０や軸部２０の摺動面２００に吹き付けられる。すると、その摺動面２００に吹き付けられた投射粒子３００は、図７に示すようにその高質量粒子３１０の高い運動エネルギーによって、ブッシュ１０または軸部２０の摺動面２００の表面に勢いよく衝突してその表面に微小な凹凸２１０を塑性形成すると同時に、その周囲に付着した粒子状の硬質炭化物２３０がその表面に食い込むようにして埋め込まれて残る。
【００２５】
次に、このようなショットピーニング処理が行われたならば、最後の工程であるステップＳ１０４に移行し、その摺動面２００を含むブッシュ１０または軸部２０全体に浸炭やガス軟窒化、高周波焼き入れといった公知の熱処理を施す。これによって、図７に示すように摺動面２００の表面に埋め込まれるようにして残った粒子状の硬質炭化物２３０が母材２１０内に拡散してその表面に強固に結合して薄膜状をした強固な硬質炭化物皮膜２４０を形成することができる。
【００２６】
そして、このような構成をした摺動面２００にあっては、その表面に微小な凹凸２２０が形成されることにより、その表面が塑性硬化されると同時に、薄い強固な硬質炭化物皮膜２４０を有しているため、優れた耐摩耗性を発揮する。また、この硬質炭化物皮膜２４０は薄膜であるため、剥離などのおそれもなく、長期に亘ってその状態を維持することができる。さらに、この微小な凹凸２２０および硬質炭化物皮膜２４０は、後述するようなショットピーニングによって容易に形成可能であるため、硬質メッキや溶射などと比べて製造コストも安価となる。
【００２７】
なお、図１に示したブッシュ１０または軸部２０の摺動面２００は曲面状になっていることから、ショットピーニングの際には、これを保持する専用の治具を用意し、ノズル４３０に対してその摺動面２００が常に直角に位置するようにブッシュ１０または軸部２０を回転させるなどの操作を同時に行う。また、ブッシュ１０の内面にショットピーニングを施す場合には、そのブッシュ１０内に入るようにノズル４３０の形を適宜変更することはもちろんである。
【符号の説明】
【００２８】
１０…ブッシュ（金属焼結体）
２０…軸部
１００…すべり軸受
２００…摺動面
２１０…母材
２２０…微小な凹凸（マイクロディンプル）
２３０…粒子状の硬質炭化物
２４０…硬質炭化物皮膜
３００…投射粒子
３１０…高質量粒子（担体）
４００…投射装置
４３０…ノズル
５００…建設機械（油圧ショベル）
Ｇ…ゴムボール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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