(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５重量％以上のＭｏ金属相と、少なくともＦｅ３Ａｌ規則相を形成するＡｌ；２〜１６重量％を含有するとともに、Ｃｕ；１０〜４０重量％、Ｃ；０．８重量％以下、Ｎｉ；３０重量％以下、Ｐ；１．５重量％以下のうちからなるグループから選ばれる１種以上の元素を含有するＦｅ基合金とからなる溶射皮膜よりなることを特徴とする摺動材料。
【請求項２】
５重量％以上のＭｏ金属相と、Ｓｎ：５〜１５重量％を含有するとともに、Ｐ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎのうちからなるグループから選ばれる１種以上の元素を１０重量％以下含有する青銅基合金とからなる溶射皮膜よりなることを特徴とする摺動材料。
【請求項３】
５重量％以上のＭｏ金属相と、Ｓｎ；２〜１０重量％、Ａｌ；２〜１４重量％を含有するとともに、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｐ、Ｚｎからなるグループから選ばれる１種以上の元素を１０重量％以下の範囲で含有し、かつその組織中にＣｕ−Ａｌ系β相を含有するＣｕ基合金とからなる溶射皮膜よりなることを特徴とする摺動材料。
【請求項４】
５重量％以上のＭｏ金属相と、Ｚｎ；１０〜３５重量％を含有するとともに、Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎからなるグループから選ばれる１種以上の元素を１０重量％以下の範囲で含有するＣｕ−Ｚｎ基合金とからなる溶射皮膜よりなることを特徴とする摺動材料。
【請求項５】
５重量％以上のＭｏ金属相と、Ｚｎ；３５〜６５重量％を含有するとともに、Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎからなるグループから選ばれる１種以上の元素を１０重量％以下の範囲で含有し、かつその組織中にＣｕ−Ａｌ系β相および／またはγ相を含有するＣｕ−Ｚｎ基合金とからなる溶射皮膜よりなることを特徴とする摺動材料。
【請求項６】
５重量％以上のＭｏ金属相を含有するとともに、Ａｌ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｎｉからなるグループから選ばれる１種以上の元素を３０重量％以下の範囲で含有するＺｎ基合金とからなる溶射皮膜よりなることを特徴とする摺動材料。
【請求項７】
黒鉛、ＣａＦ２，ＭｏＳ２の固体潤滑剤が５〜３０重量％含有されている請求項１〜６のいずれかに記載の摺動材料。
【請求項８】
回転および／または直線摺動機構を有する装置における摺動部品基材の摺動面が請求項１〜７のいずれかに記載の摺動材料で形成されていることを特徴とする摺動部材。
【請求項９】
前記摺動部品基材が多孔質焼結材料で構成されるとともに、この多孔質焼結材料における気孔に潤滑油、潤滑油とワックス類からなる潤滑組成物、およびワックス類のうちのいずれかが充填されている請求項８に記載の摺動部材。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載の摺動材料で形成される摺動面を有する摺動部品であって、当該摺動部品が作業機、サスペンション、車体連結装置、履帯走行装置等に利用される軸受ブッシュ、軸受ピン、スラスト軸受、履帯ブッシュ、または履帯ピンであることを特徴とする摺動部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高面圧・低速摺動、高速・高温摺動、高面圧・高速摺動などのような過酷な摺動条件下での耐焼付き性、耐摩耗性の向上などをねらいとした溶射皮膜よりなる摺動材料、摺動部材および摺動部品並びにそれが適用される装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長期間の給脂間隔もしくは給脂無しで使用可能な軸受として、Ｃｕ系およびＦｅ系の多孔質焼結合金中の気孔に潤滑油を含有させてなる含油すべり軸受が広く実用に供されている。ここで、Ｃｕ系およびＦｅ系の多孔質焼結合金の選定に関しては、油潤滑状況、摺動速度、摺動面圧等の条件に応じて決められており、軽負荷で高速摺動条件では青銅系の含油すべり軸受が好適に利用され、高面圧で低速摺動条件ではＦｅ−Ｃ，Ｆｅ−Ｃｕ，Ｆｅ−Ｃ−Ｃｕ系の含油すべり軸受が好適に利用されている（例えば、非特許文献１参照）。また一方で、高力黄銅や青銅製の軸受材料に固体潤滑剤である黒鉛片を規則的に配列し、その黒鉛片に潤滑油を含油させてなるすべり軸受も広く利用されている（例えば、オイレス工業社製、５００ＳＰ）。他方、高面圧・低速摺動下での摺動特性の向上をねらいとした先行技術が例えば特許文献１〜特許文献８によって提案されている。
【０００３】
前記特許文献１においては、６００ｋｇｆ／ｃｍ２以上の高面圧で、摺動速度が１．２〜３ｍ／ｍｉｎの範囲の摺動条件に使用する鉄系焼結体含油軸受に動粘度が２４０ｃＳｔ〜１５００ｃＳｔの潤滑油を含浸させたすべり軸受におけるその鉄系焼結体として、気孔率が５〜３０体積％で、銅粉末と鉄粉末とからなる複合焼結合金を採用するとともに、摺動面に対して浸炭、窒化または浸硫窒化処理を施すことが好ましいとの内容が開示されている。
【０００４】
また、前記特許文献２においては、鉄炭素合金基地中にマルテンサイトを含み、かつ銅粒子および銅合金粒子のうちの少なくとも一方が分散されてなる鉄基焼結合金の気孔中に、常温で半固体状態または固体状態で滴点６０℃以上の極圧添加材もしくは固体潤滑剤を含む潤滑組成物を充填してなるすべり軸受が３０ＭＰａ以上の面圧状態で良好なすべり軸受となることが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３においては、Ｎｉ；５〜３０重量％、Ｓｎ；７〜１３重量％およびＰ；０．３〜２重量％を含有する銅合金粉末に、Ｍｏ；１〜５重量％と黒鉛粉末１〜２．５重量％とを混合した混合粉末を加圧焼結することでプレス機のウェアプレート等に使用されて好適な自己潤滑性を有する焼結銅合金が得られるといった内容が開示されている。
【０００６】
また、特許文献４においては、マルテンサイトが存在する鉄炭素合金基地中にＣｕ粒子またはＣｕ合金粒子が分散されてなり、Ｃｕの含有量が７〜３０重量％であるとともに、前記鉄炭素合金基地より硬質な相として特定の組成を有する合金粒子が５〜３０重量％分散され、かつ気孔率が８〜３０体積％であることを特徴とする含油軸受用耐摩耗性焼結合金が開示されている。そして、この含油軸受用耐摩耗性焼結合金においては、多量の軟質なＣｕ粒子をマルテンサイト相中に分散させることによって馴染み性を改善し、また基地のマルテンサイトより硬質な合金粒子を分散させることによって、基地の塑性変形を低減するとともに、滑り摺動時に基地合金にかかる負担を低減することで、高面圧下においても優れた耐摩耗性が得られるようにされている。なおここで、前記合金粒子として当該特許文献には、▲１▼Ｃ；０．６〜１．７重量％、Ｃｒ；３〜５重量％、Ｗ；１〜２０重量％、Ｖ；０．５〜６重量％を含有するＦｅ基合金粒子（高速度鋼（ハイス）粉末粒子）、▲２▼Ｃ；０．６〜１．７重量％、Ｃｒ；３〜５重量％、Ｗ；１〜２０重量％、Ｖ；０．５〜６重量％、Ｍｏおよび／またはＣｏ；２０重量％以下を含有するＦｅ基合金粒子（高速度鋼（Ｍｏ，Ｃｏを含むハイス）粉末粒子）、▲３▼５５〜７０重量％のＭｏを含有するＭｏ−Ｆｅ粒子（フェロモリブデン）、▲４▼Ｃｒ；５〜１５重量％、Ｍｏ；２０〜４０重量％、Ｓｉ；１〜５重量％を含有するＣｏ基合金粒子（肉盛り溶射用耐熱耐摩耗性合金粉、キャボット社製、商品名コバメット）、などが列挙されている。
【０００７】
また、本出願人の先願に係る特許文献５においては、組織中に少なくともβ相が分散した（α＋β）二相組織、もしくはβ相組織からなるＣｕ−Ａｌ−Ｓｎ系焼結摺動材料における、その組織中に各種の金属間化合物等の硬質分散材、黒鉛等の固体潤滑剤等が含有されてもよいことを特徴として、更に例えば作業機連結装置に圧入される際の軸受剛性と圧入力が維持されるように、そのＣｕ−Ａｌ−Ｓｎ系焼結摺動材料が鉄系の裏金の内周面に一体化されて構成されるすべり軸受が開示されている。このすべり軸受においては、前記Ｃｕ−Ａｌ−Ｓｎ系含油焼結材料が、前述の特許文献４に係るマルテンサイトを含有する軸受材料と較べて軟質であり、また摺動相手部材（作業機連結ピンなど）との馴染み性に優れることから、従来の鉄炭素合金基地の軸受材料では達成できない、極めて遅い摺動速度（０．６ｍ／ｍｉｎ以下）で、かつ１２００ｋｇｆ／ｃｍ２までの高面圧下で好適に使用することができる極めて優れたすべり軸受とされている。
【０００８】
また、特許文献６においては、Ｓｎ；４〜１２重量％またはこれとＰｂ；０．１〜１０重量％を含有する青銅系および／または鉛青銅系焼結摺動材料中に、Ｍｏを０．５〜５重量％またはＦｅ−Ｍｏを０．５〜１５重量％添加することにより、優れた潤滑性能、油に対する親和性、低摩擦係数および高耐摩耗性を具備する焼結摺動材料を得ることができるといった内容が開示されている。
【０００９】
一方、高速・高温・油潤滑条件下で使用される例えばターボチャージャの浮動ブッシュ用摺動材料としては、比較的軟質な鉛青銅溶製材料（例えばＬＢＣ２〜５）を用いることが多いが、高温摺動条件下での耐食性（サルファーアタック性）の観点から、Ｐｂを含有した快削黄銅系や高力黄銅系合金等が好適に利用されている（例えば、特許文献７参照）。その他、同浮動ブッシュ用摺動材料として、Ａｌ青銅系溶製材料の検討も成されている（例えば、特許文献８参照）。
【００１０】
他方、高面圧・高速摺動条件下で使用される例えばエンジンメタルでは、鉛青銅系焼結ブッシュの摺動面にＳｎ等の軟質金属によるオーバレイ層を形成し、馴染み性を改善して流体潤滑性を向上させるようにされている。
【００１１】
また、同じく高面圧・高速摺動条件下で使用される油圧ポンプ／モータの構成部品のうち、高面圧・高速条件下で摺動する部品（以下、「摺動部品」という。）では、鉛青銅が鋳包み法などで一体化された材料が構成材として活用され、とりわけ過酷な摺動条件下で使用される摺動部品では、例えば高力黄銅のような高強度で、耐焼付き性、耐摩耗性に優れた材料が構成材として活用されている（例えば、非特許文献２参照）。
【００１２】
【特許文献１】
特許第２８３２８００号公報
【特許文献２】
特開平１０−２４６２３０号公報
【特許文献３】
特公平６−６７２５号公報
【特許文献４】
特開平８−１０９４５０号公報
【特許文献５】
特開２００１−２７１１２９号公報
【特許文献６】
特開平７−１６６２７８号公報
【特許文献７】
特公平５−３６４８６号公報
【特許文献８】
特開平５−２１４４６８号公報
【非特許文献１】
日本粉末冶金工業会編著「焼結機械部品−その設計と製造−」株式会社技術書院、昭和６２年１０月２０日発行、ｐ．３２７−３４１
【非特許文献２】
日本非鉄金属鋳物協会編集「銅合金鋳物のエンジニアリング・データブック」素形材センター、昭和６３年７月３０日発行、ｐ．１３４−Ｐ１５５
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、含油すべり軸受において、流体潤滑状態が達成されることは極めて稀な例であって、とりわけ、極めて遅い摺動速度、高面圧条件下では、焼結材料中の気孔を通じた油圧の逃げによって軸受面（摺動面）における潤滑油の膜厚さがその軸受面の面粗さ程度またはそれ以下に薄くなり、多くの場合、固体摩擦（凝着）を伴った境界潤滑摺動条件となる。したがって、例えば油圧ショベル等の建設機械の作業機連結部において、面圧が３００ｋｇｆ／ｃｍ２以上で摺動速度が０．０１〜２ｍ／ｍｉｎの摺動条件下で使用されるすべり軸受（ブッシュ、スラスト軸受等）では、その耐焼付き性、耐摩耗性が当該すべり軸受の材料機能（組成と組織）によって大きく支配されることになる。
【００１４】
しかしながら、非特許文献１に係るＣｕ系およびＦｅ系の多孔質焼結合金材料では、汎用的に用いられる含油すべり軸受の適用範囲が示された図２１（非特許文献１、Ｐ３３７、図６．１９「焼結軸受適用例」を引用）から明らかなように、摺動速度が０．０１〜２ｍ／ｍｉｎで面圧が３００ｋｇｆ／ｃｍ２以上の極めて遅い摺動速度、高面圧条件に適応できないという問題点がある。
【００１５】
また、銅粉末と鉄粉末とからなる複合焼結合金に対して浸炭、窒化等の表面処理が施されてなる特許文献１に係る複合焼結合金材料、および気孔中に極圧添加材等が充填され、かつマルテンサイト組織を具備する特許文献２に係る鉄基焼結合金材料でも、やはり、極めて遅い摺動速度（０．０１〜２ｍ／ｍｉｎ）においては十分な摺動性能が発揮されない恐れがあるという問題点がある。
【００１６】
また、プレス機のウェアプレート等に使用されて好適な自己潤滑性を有する特許文献３に係る焼結銅合金材料では、極めて遅い摺動速度および高面圧のために潤滑油膜が形成されにくい摺動条件下において、相手部材との局部的金属接触が起こりやすいことから、十分な耐焼付き性、耐摩耗性が得られ難いという問題点がある。さらに、当該焼結銅合金材料中に分散される黒鉛やＭｏＳ２等の軟質な固体潤滑剤の添加量が２．５重量％を超えた場合、その強度が顕著に低下するという問題点もある。
【００１７】
また、特許文献４に係る含油軸受用耐摩耗性焼結合金では、多量の軟質なＣｕ粒子をマルテンサイト相中に分散させるとともに、基地のマルテンサイトよりも硬質な合金粒子を分散させることで、基地の塑性変形を低減するとともに、滑り摺動時に基地合金にかかる負担を低減するようにされているが、一つの合金に軟質なＣｕ粒子の分散と硬質な合金粒子の分散（５〜３０重量％）とを共存させることには限界があることと、滑り摺動時に基地合金にかかる負担がその硬質合金粒子に集中されるために、耐凝着性を改善する効果が十分ではないという問題点がある。さらに、基地のマルテンサイトよりも硬質な自己潤滑性の無い合金粒子の多量の添加によって、摺動相手材料が凝着摩耗によって顕著にアタックされるとともに、摺動面の温度が上昇されて焼付き現象が生じ易くなるという問題点もある。さらにまた、当該含油軸受用耐摩耗性焼結合金を構成材とする軸受ブッシュは高価であるという問題点がある。なお、互いにすべり対偶を成す安価な摺動材料にて摺動機能の役割を分担させて、コストダウンや摺動性能の向上、メンテナンス性の改善等を図ることも検討されているが、いまだ解決するには至っていない。
【００１８】
また、本出願人の先願に係る特許文献５にて提案されているＣｕ−Ａｌ−Ｓｎ系焼結摺動材料は、従来の鉄炭素合金基地の軸受材料では達成できない、極めて遅い摺動速度（０．６ｍ／ｍｉｎ以下）で、かつ１２００ｋｇｆ／ｃｍ２までの高面圧下で使用可能な極めて優れた軸受材料ではあるものの、土砂が侵入する使用環境で必要とされる抗圧力がやや不足するために、そのような使用環境では摩耗が進行し易いという問題点がある。
【００１９】
また、特許文献６に係る焼結摺動材料において、青銅合金相を母相として摺動面積に占める〜５面積％もしくは〜１５面積％のＦｅ−５５〜７０重量％Ｍｏ（フェロモリブデン相）によって形成される潤滑機能だけでは、前述の作業機連結部のような極めて遅い摺動速度・高面圧条件下において、相手部材との局部的な金属接触による凝着部の形成が十分に防止されずに凝着摩耗が進行し、耐馴染み性、耐焼付き性および耐摩耗性が十分に達成されないという問題点や、硬質なＭｏＦｅ（フェロモリブデン）粒子が摺動相手材料に対して顕著にアタックするという問題点がある。なお、Ｍｏの添加量を５重量％以上とすることで摺動特性を改善できることが容易に想像されるが、この場合、当該焼結摺動材料の組織強度を低下させてしまうという新たな問題が生じてしまう。
【００２０】
また、ターボチャージャにおける浮動ブッシュの構成材として用いられて好適な特許文献７または特許文献８に係る鉛青銅系材料や鉛を含有する高力黄銅系、Ａｌ青銅系摺動材料に対する近年の要求は、より高速、高温摺動下での耐焼付き性と耐摩耗性の向上にあるとともに、ターボチャージャの始動時等の潤滑条件が悪い条件下にあっても、優れた耐焼付き性、耐摩耗性および耐食性を発揮することが望まれているが、これら摺動材料では、（１）摺動面近傍においてＰｂ溶出後のＰｂ欠乏層が形成されること（図２２（ａ）〜（ｃ）参照）、また（２）ターボチャージャの稼動を停止させた後においても、タービンからの熱伝導によって軸受部の温度が３００℃前後の高温になり、このため摺動面につながるＰｂ痕に潤滑油中のＳとの反応によって形成されるＣｕＳやスラッジが堆積される層が形成される（図２３（ａ）〜（ｂ）参照）ことなどのために、Ｐｂによる潤滑能が低下して、耐焼付き性、耐久性（寿命の延長化）に対する本質的な改善ができないという問題点がある。さらに、近年の環境問題の観点から、材料中に多量のＰｂが含まれるのは好ましくないという問題点がある。
【００２１】
また、油圧ポンプ／モータにおいては、近時、高圧力化やコンパクト化の傾向にあるため、当該油圧ポンプ／モータを構成する摺動部品に対して、耐焼付き性および耐摩耗性の向上が望まれているが、非特許文献２に係る従来の鉛青銅、青銅、黄銅系の摺動材料では、高出力化やコンパクト化を図る上での強度、耐焼付き性、耐摩耗性の点で不十分であるという問題点がある。
【００２２】
本発明は、以上に述べたような問題点に鑑みてなされたもので、高面圧・低速摺動や揺動などの極めて悪い潤滑条件下での耐焼付き性、耐摩耗性に優れるとともに、高速・高温摺動および高面圧・高速摺動下においても摺動時の馴染み性に優れて良好な耐焼付き性、耐摩耗性を示す溶射皮膜よりなる摺動材料、摺動部材および摺動部品並びにそれが適用される装置を提供することを目的とするものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記課題を解決するにあたり、本発明者らは、合金化されていないＭｏ金属相が、１）Ｆｅ等との凝着時に発生する熱に対して強い耐力を有するとともに化学的にもＦｅ等との合金化が起こり難い、２）潤滑油に含有されるＳや雰囲気中のＯ２との反応によって摺動面に潤滑性に富んだ皮膜（ＭｏＳ２，ＭｏＯ３）が形成され易い、３）相手材料に対するアタック性が極めて少ない、などの特性を有することに着目し、Ｍｏ金属相からなる溶射皮膜を摺動材料として用いれば極めて良好な摺動特性を得ることができることを知見した。さらに、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｚｎの１種以上を含有する金属相および／または合金相が、密着性、皮膜靭性および緻密性を改善することに着目するとともに、Ｍｏが高価であることから経済的観点をも考慮して、１０体積％以上のＭｏ金属相とＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｚｎの１種以上を含有する金属相および／または合金相とからなる溶射皮膜も摺動材料として好適であるとの知見を得た。そして、これらの知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００２４】
要するに前記目的を達成するために、第１発明による摺動材料は、
５重量％以上のＭｏ金属相と、少なくともＦｅ３Ａｌ規則相を形成するＡｌ；２〜１６重量％を含有するとともに、Ｃｕ；１０〜４０重量％、Ｃ；０．８重量％以下、Ｎｉ；３０重量％以下、Ｐ；１．５重量％以下のうちからなるグループから選ばれる１種以上の元素を含有するＦｅ基合金とからなる溶射皮膜よりなることを特徴とするものである。
【００２５】
また、第２発明による摺動材料は、
５重量％以上のＭｏ金属相と、Ｓｎ：５〜１５重量％を含有するとともに、Ｐ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎのうちからなるグループから選ばれる１種以上の元素を１０重量％以下含有する青銅基合金とからなる溶射皮膜よりなることを特徴とするものである。
【００２６】
また、第３発明による摺動材料は、
５重量％以上のＭｏ金属相と、Ｓｎ；２〜１０重量％、Ａｌ；２〜１４重量％を含有するとともに、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｐ、Ｚｎからなるグループから選ばれる１種以上の元素を１０重量％以下の範囲で含有し、かつその組織中にＣｕ−Ａｌ系β相を含有するＣｕ基合金とからなる溶射皮膜よりなることを特徴とするものである。
【００２７】
また、第４発明による摺動材料は、
５重量％以上のＭｏ金属相と、Ｚｎ；１０〜３５重量％を含有するとともに、Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎからなるグループから選ばれる１種以上の元素を１０重量％以下の範囲で含有するＣｕ−Ｚｎ基合金とからなる溶射皮膜よりなることを特徴とするものである。
【００２８】
また、第５発明による摺動材料は、
５重量％以上のＭｏ金属相と、Ｚｎ；３５〜６５重量％を含有するとともに、Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎからなるグループから選ばれる１種以上の元素を１０重量％以下の範囲で含有し、かつその組織中にＣｕ−Ａｌ系β相および／またはγ相を含有するＣｕ−Ｚｎ基合金とからなる溶射皮膜よりなることを特徴とするものである。
【００３１】
また、第６発明による摺動材料は、
５重量％以上のＭｏ金属相を含有するとともに、Ａｌ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｎｉからなるグループから選ばれる１種以上の元素を３０重量％以下の範囲で含有するＺｎ基合金とからなる溶射皮膜よりなることを特徴とするものである。
【００３２】
前記各発明において、黒鉛、ＣａＦ２，ＭｏＳ２の固体潤滑剤が５〜３０重量％含有されているのが好ましい（第７発明）。このようにすれば、潤滑性能が更に向上されるので、耐焼付き性を更に向上させることができる。
【００３３】
第８発明による摺動部材は、回転および／または直線摺動機構を有する装置における摺動部品基材の摺動面が前記第１発明〜第７発明のいずれかの溶射皮膜摺動材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００３４】
前記第８発明において、前記摺動部品基材が多孔質焼結材料で構成されるとともに、この多孔質焼結材料における気孔に潤滑油、潤滑油とワックス類からなる潤滑組成物、およびワックス類のうちのいずれかが充填されているのが好ましい（第９発明）。こうすると、潤滑能を良好に発現させることができる。
【００３５】
第１０発明による摺動部品は、前記第１発明〜第７発明のいずれかの摺動材料で形成される摺動面を有する摺動部品であって、当該摺動部品が作業機、サスペンション、車体連結装置、履帯走行装置等に利用される軸受ブッシュ、軸受ピン、スラスト軸受、履帯ブッシュ、または履帯ピンであることを特徴とするものである。
【００３６】
第１発明によれば、高面圧・低速摺動や揺動などの極めて悪い潤滑条件下での耐焼付き性、耐摩耗性に優れるとともに、高速・高温摺動および高面圧・高速摺動下においても摺動時の馴染み性に優れて良好な耐焼付き性、耐摩耗性を示す摺動材料を得ることができる。
【００３７】
前記第１発明において、Ｆｅ基合金相にＣｕが１０〜４０重量％添加されている。こうすると、マルテンサイト相を含むＦｅ基合金相とＣｕ合金相が分散し合った硬質合金層が形成されるので、耐焼付き性、耐摩耗性および溶射皮膜の密着性を更に改善することができる。なお、Ｃｕ添加量の下限値は、Ｆｅ−Ｃｕ系状態図における固／液境界組成から決定され、Ｃｕ添加量の上限値は、マルテンサイト量の減少によるＦｅ基合金相の硬さ低下の観点から設定される。また、含有炭素量は、十分なマルテンサイト硬さが発現される０．１重量％以上が好ましく、また含有炭素量の上限値は、マルテンサイト硬さがほぼ飽和する０．８重量％までとされるのが良い。また、Ａｌと、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｚｎのうちの１種以上とを共存させることによって、Ｆｅ３Ａｌ，ＦｅＡｌ型規則相の二相分離反応によって顕著に硬化させることができるから、炭素が不可避な元素でないことは明らかである。
【００３８】
前記第２，３，４，５，６，８発明によっても、より良い摺動特性を確保しつつ、Ｍｏ金属相の添加量を低減することができるので、コストダウンを図ることができるという効果を奏する。
【００３９】
ここで、第２発明における青銅基合金は、耐焼付き性に優れ、かつ鋼との接合性に優れたＣｕ基合金材料であって、例えばＰ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｉ等の汎用的な各種合金元素が添加された青銅材料であってよいことは明らかである。また、第３発明におけるＣｕ基合金は、本出願人の先願に係る特開２００１−２７１１２９号公報（特許文献５参照）にて提案されたものである。また、第４発明におけるＣｕ−Ｚｎ基合金は、例えば油圧ショベルの作業機用ブッシュ、ターボチャージャにおける浮動ブッシュ、油圧ポンプ／モータにおける摺動部品などにおいて広く利用されているα相系の比較的軟質な材料である。また、第５発明においては、黄銅系の中でもβ相とかγ相とかを含む比較的硬質な材料を採用することで、主に耐摩耗性や耐焼付き性が改善される。また、第６発明においては、Ｎｉ基合金を採用することで、主に密着性、耐熱性、耐食性、耐摩耗性が改善される。
【００４０】
本発明の摺動部材によれば、機械装置における摺動部を構成する摺動部品の構成材として好適に用いられる。なお、当該摺動部材において、前記溶射皮膜摺動材料を成膜する方法としては、雰囲気調整ができるプラズマ溶射、アーク溶射、フレーム溶射（高速フレーム溶射を含む）、線爆溶射などが挙げられる。また、前記摺動面は、円筒状、円柱状、平面状、球面状など所要の形状とされ得る。
【００４１】
前記溶射皮膜摺動材料で形成される摺動面を有する摺動部品は、以下の（１）〜（７）のいずれかであっても良い。
（１）作業機、サスペンション、車体連結装置、履帯走行装置等に利用される軸受ブッシュ、軸受ピン、スラスト軸受、履帯ブッシュ、または履帯ピン
（２）履帯走行装置の転輪装置に利用される転輪軸、転輪ローラ、転輪ブッシュ、またはスラストブッシュ
（３）歯車減速装置または履帯走行装置の転輪装置のオイルシールに用いるフローティングシール
（４）ターボチャージャ装置に利用される浮動ブッシュ、またはタービンシャフト
（５）エンジン用バルブ
（６）油圧ピストンポンプおよび／または油圧ピストンモータ装置に用いられるシリンダブロック、バルブプレート、ロッカカム、クレードル、ピストン、ピストンシュー、カムリング、ピントル、ピストンロッド、またはドライブシャフト
（７）岩盤破砕用くさび装置に用いられるくさび、またはくさびガイド
【００４２】
これらの摺動部品によれば、高面圧・低速摺動や揺動などの極めて悪い潤滑条件下での耐焼付き性、耐摩耗性に優れるとともに、高速・高温摺動および高面圧・高速摺動下においても摺動時の馴染み性に優れて良好な耐焼付き性、耐摩耗性を示す摺動部品を提供することができる。
【００６７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による摺動材料、摺動部材および摺動部品並びにそれが適用される装置の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００６８】
（第１の実施形態）
図１には、本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの全体斜視図（ａ）、およびバケット連結部を説明する分解斜視図（ｂ）がそれぞれ示されている。また、図２には、本発明の第１の実施形態に係るバケット連結装置の概略構造説明図が示されている。また、図３には、作業機ブッシュの構造説明図（ａ）およびスラスト軸受の構造説明図（ｂ）がそれぞれ示されている。
【００６９】
本実施形態に係る油圧ショベル１の作業機２は、上部旋回体３から順に、ブーム４、アーム５およびバケット６がそれぞれブーム連結装置７、アーム連結装置８およびバケット連結装置９によって連結されて構成されている。各連結装置７，８，９は、基本的に同一の構造とされており、例えばバケット連結装置９は、主に作業機連結ピン１０および作業機ブッシュ１１を備えて構成されている。以下に、アーム５とバケット６との連結部位に配されるバケット連結装置９Ａの詳細構造について図２を参照しつつ説明することとする。
【００７０】
前記バケット連結装置９Ａは、バケット（一側の機械構成要素）６と、このバケット６に形成されたブラケット６ａ，６ａに支持される作業機連結ピン（支持軸）１０およびその作業機連結ピン１０に外嵌される作業機ブッシュ（軸受ブッシュ）１１，１１を介して配されるアーム（他側の機械構成要素）５とを、互いに回動可能に連結し、かつバケット６とアーム５との間に作用するスラスト荷重を受支するスラスト軸受１２，１２を備えて構成されている。このバケット連結装置９Ａおいて、作業機ブッシュ１１，１１はアーム５の先端部に圧入され、作業機連結ピン１０はブラケット６ａにピン固定用通しボルト１３によって固定されている。なお、符号１４で示されるのは、シール装置である。また、符号１５および１６で示されるのは、それぞれ潤滑油供給口および潤滑油供給路である。
【００７１】
前記作業機連結ピン１０は、軸機能を有する鋼製の基材１７と、この基材１７に成膜される表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料１８で形成される摺動面１９，１９とを備えて構成されている。この作業機連結ピン１０においては、前記摺動面１９，１９が、前記ブラケット６ａに対する当該作業機連結ピン１０の被支持面部位に配されている。
【表１】
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〔注釈１〕：特殊炭化物は、少なくともＷ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖのうちの１種以上の元素よりなるもの。
〔注釈２〕：硬質粒子は、母相より硬質なＭｏ−Ｆｅ，Ａｌ−Ｆｅ，Ｔｉ−Ｆｅ等の金属間化合物、ＴｉＮ，ＣｒＮ，Ｓｉ３Ｎ４等の窒化物および／またはＮｉＯ，Ｃｕ２Ｏ，ＣｏＯ，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３等の酸化物よりなるもの。
〔注釈３〕：金属相および／または合金相は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｚｎの１種以上を含有してなるものであって、以下の（ａ）〜（ｈ）のいずれかからなっている。
（ａ）少なくともＣ；〜０．８重量％、Ｃｕ；１０〜４０重量％を含有するＦｅ基合金
（ｂ）少なくともＦｅ３Ａｌ規則相を形成するＡｌ；２〜１６重量％を含有するとともに、Ｃｕ；１０〜４０重量％、Ｃ；〜０．８重量％、Ｎｉ；〜３０重量％、Ｐ；〜１．５重量％のうちの１種以上を含有するＦｅ基合金
（ｃ）少なくとも５〜１５重量％Ｓｎを含有する青銅基合金
（ｄ）少なくとも２〜１０重量％Ｓｎ、２〜１４重量％Ａｌを含有し、かつその組織中にＣｕ−Ａｌ系β相を含有するＣｕ基合金
（ｅ）少なくとも１０〜３５重量％Ｚｎを含有するとともに、Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎの１種以上を〜１０重量％の範囲で含有するＣｕ−Ｚｎ基合金
（ｆ）少なくとも３５〜６５重量％Ｚｎを含有するとともに、Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎの１種以上を〜１０重量％の範囲で含有し、かつその組織中にＣｕ−Ａｌ系β相および／またはγ相を含有するＣｕ−Ｚｎ基合金
（ｇ）少なくとも（Ｃｒ＋Ａｌ）；〜５０重量％を含有するＮｉ基合金
（ｈ）少なくともＡｌ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｎｉの１種以上を〜３０重量％の範囲で含有するＺｎ基合金
【００７２】
また、前記各作業機ブッシュ１１は、図３（ａ）に示されるように、すべり軸受機能を付与された円筒状の基材２０と、この基材２０の内周面に成膜される表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料２１で形成される摺動面２２とを備えて構成されている。この作業機ブッシュに１１おいて、前記基材２０は、多孔質Ｆｅ系焼結材料から形成されている。
【００７３】
また、前記各スラスト軸受１２は、図３（ｂ）に示されるように、鋼製の中空円板状の基材２３と、この基材２３の表面に成膜される表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料２４で形成される摺動面２５とを備え、バケット（回動体）６からアーム５に付与されるスラスト荷重をすべり接触で受支するすべり軸受機能を付与されて構成されている。
【００７４】
本実施形態によれば、作業機ブッシュ１１の摺動面２２が表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料２１で形成されるので、高面圧・低速摺動のような過酷な摺動条件下で用いられて好適な連結装置とすることができる。また、作業機ブッシュ１１の基材２０が、潤滑油または潤滑組成物を多量に貯蔵できる多孔質Ｆｅ系焼結材料とされているので、摺動面２２への潤滑油の供給を長期間に亘り安定化させることができ、給脂間隔を画期的に延長することができる。また、作業機連結ピン１０の被支持面部位に、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料１８で形成される摺動面１９が配されているので、当該作業機連結ピン１０に大荷重が作用した際にその作業機連結ピン１０の回転微動や撓みなどによって前記ブラケット６ａと作業機連結ピン１０の被支持面部とが擦れたとしても、不快感を伴うような異音の発生を未然に防ぐことができる。
【００７５】
なお、本実施形態において、前記作業機連結ピン１０に成膜される溶射皮膜摺動材料１８は、多孔質体、高密度体のいずれかであっても良いが、摩耗寿命の観点からその溶射膜を厚くすることが不利になることが多いので、その溶射皮膜摺動材料１８は、より耐摩耗性を高めるために高密度であることが好ましく、更にＷ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ等の１種以上からなる炭化物、Ｆｅ３Ｐ（燐鉄化合物）やＮｉＡｌ，ＣａＦ２などの硬質粒子を皮膜中に分散させるのが好ましい。また、前記作業機連結ピン１０は、高周波焼入れ焼戻しや浸炭焼入れ焼戻しなどの熱処理が施されて高強度化を図ることが必要であることが多く、また前記溶射皮膜摺動材料１８を硬質化する場合においては、その溶射皮膜の密着性が悪くなることが危惧されるが、この場合、密着性の優れたＮｉ基合金やＣｕ基合金を予め当該作業機連結ピン１０の素地に溶射処理した後に溶射皮膜摺動材料１８を成膜することが好ましい。
【００７６】
（第２の実施形態）
図４には、本発明の第２の実施形態に係るバケット連結装置の概略構造説明図が示されている。なお、本実施形態のバケット連結装置９Ｂにおいて、作業機連結ピンおよび作業機ブッシュの構成が異なること以外は、その基本構成は先の実施形態と同様である。したがって、以下、本実施形態に特有の部分のみについて説明することとし、先の実施形態と共通する部分については図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとする。
【００７７】
本実施形態の作業機連結ピン２６は、軸機能を有する鋼製の基材２７と、この基材２７に成膜される表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料２８で形成される摺動面２９とを備え、この摺動面２９が、少なくとも前記ブラケット６ａに対する当該作業機連結ピン２６の被支持面部位、および作業機ブッシュ３０とのすべり接触面のそれぞれに配されて構成されている。
【００７８】
一方、作業機ブッシュ３０は、硬質な鉄系焼結含油軸受材料を主体として、少なくとも摺動面とされる内側表層部が多孔質なＦｅ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｕ系またはＣｕ−Ｓｎ系合金焼結摺動材料で、かつそのＦｅ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｕ系またはＣｕ−Ｓｎ系合金焼結摺動材料における気孔中に潤滑油等の潤滑組成物が充填されて構成されている。
【００７９】
本実施形態によれば、作業機連結ピン２６に摺動機能の一翼を担わせるようにされているので、当該作業機連結ピン２６の摺動相手として比較的安価な作業機ブッシュ３０を採用することができ、低コスト化を図ることができる。また、作業機ブッシュ３０が、潤滑油または潤滑組成物を多量に貯蔵できる含油焼結材料から構成されるので、摺動面２９への潤滑油の供給を長期間に亘り安定化させることができ、給脂間隔を画期的に延長することができる。さらに、本実施形態においては、作業機ブッシュ３０と比較して一般に取り外しが容易な作業機連結ピン２６に摺動機能の一翼を担わせるようにされているので、摺動機能が低下した際にその作業機連結ピン２６を新品のそれと交換または摩耗した部分に前記溶射皮膜摺動材料２８を成膜して補修し再利用することで摺動機能の回復を容易に図ることができる。したがって、メンテナンス性を著しく向上させることができる。なお、本実施形態の作業機ブッシュ３０として、より耐焼付き性に優れた既知の多孔質摺動材料からなるものであっても良いことは言うまでもない。
【００８０】
なお、第１の実施形態および第２の実施形態におけるそれぞれの作業機連結ピン１０，２６に対して、図５（ａ）に示されるような潤滑油供給路３１や、同図（ｂ）に示されるような潤滑油貯留部３２を形成するのが、軽量化や潤滑性能の長期維持の観点から好ましい。
【００８１】
また、図６（ａ）に示されるクローラ式下部走行体における履帯アッセンブリ３３、同図（ｂ）に示されるブルドーザの車体を支えるイコライザ機構３４、図７図（ａ）に示されるダンプトラック等のサスペンション装置３５、および同図（ｂ）に示されるクローラ式下部走行体における転輪アッセンブリ３６のそれぞれにおける連結部位の連結構造は、第１の実施形態および第２の実施形態に係るバケット連結装置９（９Ａ／９Ｂ）とその基本構造が類似している。すなわち、一側の機械構成要素（一側のリンクセット３７、メインフレーム４１、車体フレーム４５、転輪リテーナ４９）と、この一側の機械要素に支持される支持軸（履帯ピン３８、イコライザピン４２、サスペンション支持ピン４６、転輪シャフト５０）およびその支持軸に外嵌される軸受ブッシュ（履帯ブッシュ３９、イコライザブッシュ４３、球面ブッシュ（自由度２）４７、転輪ブッシュ（鍔付ブッシュ）５１）を介して配される他側の機械構成要素（他側のリンクセット４０、イコライザバー４４、サスペンション４８、転輪ローラ５２）とを、互いに回動または回転可能に連結する構造とされている。したがって、それら連結部位の連結装置として、第１の実施形態および第２の実施形態と同様に本発明に係る連結装置を適用することで、それら実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、図６（ａ）（ｂ）および図７（ａ）（ｂ）において、記号Ｇにて示される部位は、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料が成膜されて好適な部位である。
【００８２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、図７（ｂ）に示される転輪アッセンブリ３６におけるフローティングシール装置に本発明が適用された例である。
【００８３】
本実施形態に係る転輪アッセンブリ３６は、前述したように、転輪リテーナ４９と、この転輪リテーナ４９に支持される転輪シャフト５０およびその転輪シャフト５０に外嵌される転輪ブッシュ（鍔付ブッシュ）５１を介して配される転輪ローラ５２とが、互いに回転可能に連結された構造とされている。この転輪装置３６において、フローティングシール装置５３は、シール面が相接するように配される一対のシールリング５４，５４と、各シールリング５４に外嵌されるＯリング５５を備え、向き合った一対のシール面が、圧縮して取り付けられたＯリング５５の弾性力によって転輪シャフト５０の軸方向に押し付けられ、適当な面圧で接しながら摺動し、外部からの水等の侵入と内部からの潤滑油の漏洩を防止するように構成されている。そして、一対のシールリング５４，５４のうちの少なくとも一方のシールリング５４のシール面に、少なくとも１０〜５０体積％のＭｏ金属相と、Ｗ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ等の特殊炭化物；１０〜５０体積％と、残りがＮｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｆｅの１種以上を含有する金属相もしくは合金相からなる溶射皮膜が成膜されている。
【００８４】
本実施形態によれば、より耐焼付き性、耐摩耗性の優れたフローティングシール装置５３を提供することができる。なお、本実施形態においては、溶射皮膜中の通気性のある気孔を通しての水等の侵入を防止するために、溶射皮膜摺動材料に対して樹脂溶浸による封孔処理を施すことが好ましい。また、従来のシールリングが高Ｃｒ鋳鉄材料から構成されていたことを参酌すると、前記Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｆｅの１種以上を含有する金属相もしくは合金相は、耐食性を有し、かつ高硬度（Ｈｖ７００以上）であることが必要であることは明らかである。そのため、前記Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｆｅの１種以上を含有する金属相もしくは合金相は、例えば、Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｏの１種以上が合金化されたＮｉ−Ｃｒ基合金、またはＣｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｓｉの１種以上が合金化されたＦｅ基合金であるのが好ましい。
【００８５】
（第４の実施形態）
図８には、本発明の第４の実施形態に係るターボチャージャ装置の概略構造説明図が示されている。
【００８６】
本実施形態に係るターボチャージャ装置５６は、主に、タービンシャフト５７と、このタービンシャフト５７で連結されるタービンホイール５８およびコンプレッサホイール５９と、センタハウジング（支持体）６０に形成された軸受面とタービンシャフト５７との間に介挿される浮動ブッシュ６１とを備え、図示省略されるエンジンからの排気ガスを利用してタービンホイール５８を回転させることにより、そのタービンホイール５８と同軸上に配されたコンプレッサホイール５９を回転作動させ、そしてそのコンプレッサホイール５９から多量の空気をエンジンの燃焼室に送り込むように構成されている。
【００８７】
本実施形態においては、図９（ａ）に示されるように、前記センタハウジング６０に形成された軸受面に摺接する浮動ブッシュ６１の外周面、および前記タービンシャフト５７に摺接する浮動ブッシュ６１の内周面には、それぞれ表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料６２が成膜されている。なお、符号６３にて示されるのは、油供給用孔である。
【００８８】
本実施形態によれば、前記センタハウジング６０に形成された軸受面に摺接する浮動ブッシュ６１の外周面、および前記タービンシャフト５７に摺接する浮動ブッシュ６１の内周面に、それぞれ表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料６２が成膜されているので、耐焼付き性、耐摩耗性に優れたターボチャージャ装置５６を得ることができる。しかも、従来のＰｂを含有してなる浮動ブッシュにおいて問題とされていた、Ｐｂの欠乏およびＣｕＳの堆積によって引き起こされる潤滑能力の低下や、環境悪化の問題を招くようなことがないという利点がある。
【００８９】
なお、本実施形態のターボチャージャ装置５６においては、タービンシャフト５７と浮動ブッシュ６１との間のクリアランス、および浮動ブッシュ６１とセンタハウジング６０との間のクリアランスがそれぞれ厳重に管理されて、高速回転時の潤滑油による流体潤滑性が確保されるようにされており、一般に鋼製であるタービンシャフト５７や鋳鉄製のセンタハウジング６０との熱膨張差による浮動ブッシュ６１とのクリアランス量が大きく変化しないようにすることが、摺動抵抗性を増して焼付き等の不具合を未然に防ぐことになることは明らかである。したがって、本実施形態における浮動ブッシュ６１の基材材料としては、熱膨張係数が１．１〜１．５×１０−５の鋼、鋳鉄、Ｆｅ系焼結材料であることが経済的な観点からも好ましい。また、このように、浮動ブッシュ６１の基材材料として潤滑油を含有できる多孔質Ｆｅ基合金系焼結材料を採用すると、稼動初期において潤滑油が十分に供給されない状態での凝着を確実に防止することができるという利点がある。
【００９０】
また、前記浮動ブッシュ６１の内周面に前記溶射皮膜摺動材料６２を成膜するのが困難である場合には、図９（ｂ）に示されるように、前記センタハウジング６０に形成された軸受面に摺接する浮動ブッシュ６１の外周面、および浮動ブッシュ６１の内周面に摺接するタービンシャフト５７の外周面に、それぞれ表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料６２'を成膜するようにするのが良い。このようにしても、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００９１】
（第５の実施形態）
図１０には、本発明の第５の実施形態に係るエンジン用バルブ装置の概略構造説明図が示されている。
【００９２】
本実施形態に係るエンジン用バルブ装置６４は、図示省略されるエンジンの燃焼室を開閉するバルブ６５と、このバルブ６５の動作を案内するためにシリンダヘッド６６の所要部位に装着されるバルブガイド６７と、その他バルブシート６８や、バルブスプリング６９、以下いずれも図示省略されるロッカアーム、カムシャフト、カムシャフト・タイミングギヤ、タイミングベルト、クランクシャフト・タイミングギヤなどを備えて構成されている。
【００９３】
前記バルブ６５は、バルブヘッド６５ａ、バルブフェース６５ｂ、バルブステム６５ｃおよびバルブステムエンド６５ｄの各部位を備えて構成されている。そして、このバルブ６５において、前記バルブガイド６７と摺接するバルブステム６５ｃの表面には、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料７０が成膜されている。
【００９４】
本実施形態によれば、エンジンの高回転・高出力化に資する耐焼付き性、耐摩耗性に優れたエンジン用バルブ装置６４を得ることができるのは勿論のこと、従来、バルブガイド６７の基材材料中に多量に添加されていたＰｂを削減またはＰｂレス化することができる。
【００９５】
（第６の実施形態）
図１１には、本発明の第６の実施形態に係る斜板式油圧ピストンポンプの要部構造説明図が示されている。
【００９６】
本実施形態に係る斜板式油圧ピストンポンプ７１においては、ドライブシャフト７２とシリンダブロック７３とが同軸上に配置され、シリンダブロック７３と共に回転するピストン７４の一端部に嵌め込まれる球状頭部を有してなるピストンシュー７５を、ドライブシャフト７２に対して傾斜配置されるロッカカム７６に対して摺動させることにより、ピストン７４をシリンダブロック７３内で往復運動させ、これによりバルブプレート７７の吸入ポート７７ａを介して吸い込まれた油を高圧にしてそのバルブプレート７７の吐出ポート７７ｂから吐出するように構成されている。なお、ロッカカム７６の傾斜は、クレードル９４との摺動面に沿った回転により変更され、吐出油量の調整に用いられる。
【００９７】
ところで、この斜板式油圧ピストンポンプ７１の高出力化で不可欠なことは、油圧の高圧化と高流量化であって、ピストンシュー７５とロッカカム７６との摺動性の改善、並びにロッカカム７６とピストン７４との傾斜角度を大きくとることによって高圧油の吐出量を多くすることが重要である。そこで、本実施形態では、図１２（ａ）（ｂ）のそれぞれにおいて記号Ｈで示されるピストンシュー７５の摺動面に、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料７８を成膜するようにされている。これにより、当該斜板式油圧ピストンポンプ７１の高出力化が可能になる。なお、符号７５ａ（７９ａ）で示されるのは、油供給路であり、符号７５ｂ（７９ｂ）で示されるのは、油潤滑溝である。
【００９８】
なお、本実施形態の斜板式油圧ピストンポンプ７１とは型式が異なるラジアル式油圧ピストンポンプ（図示省略）においても、そのピストンシュー７９の摺動面Ｈ'（図１２（ｃ）参照）に対して、もしくはそのピストンシュー７９の摺動相手であるカムリング（図示省略）の摺動面に対して、またはシリンダブロックとピントル（いずれも図示省略）の摺動面に対して、本実施形態と同様に表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料８０を成膜するようにすることで、当該ラジアル式油圧ピストンポンプの高出力化を図ることができる。また、図示による詳細説明は省略するが、本実施形態の斜板式油圧ピストンポンプ７１およびラジアル式油圧ポンプのそれぞれとその基本構成を一にする斜板式油圧ピストンモータおよびラジアル式油圧ピストンモータにおいても、本発明の主旨に沿えば、本実施形態と同様の作用効果を得ることができるのは言うまでもない。
【００９９】
（第７の実施形態）
図１３には、本発明の第７の実施形態に係る斜軸式油圧ピストンポンプの要部構造説明図（ａ）および（ａ）におけるＱ部拡大図（ｂ）がそれぞれ示されている。
【０１００】
本実施形態に係る斜軸式油圧ピストンポンプ８１においては、ドライブシャフト８２に対しシリンダブロック８３が傾斜して配置され、そのドライブシャフト８２の駆動にて、当該ドライブシャフト８２の円板状端部８２ａに形成された球面凹部と嵌合する球状頭部を一端部に具備してなるピストンロッド８４、およびそのピストンロッド８４と嵌め合い係合するピストン８５を介してシリンダブロック８３を、センタシャフト８６の軸心Ｓを中心に回転させることにより、ピストン８５をシリンダブロック８３内で往復運動させ、これによりバルブプレート８７の吸入ポート８７ａを介して吸い込まれた油を高圧にしてそのバルブプレート８７の吐出ポート８７ｂから吐出するように構成されている。
【０１０１】
ところで、前記ピストンロッド８４およびセンタシャフト８６のそれぞれにおける球状頭部の球面部位での摺動速度は、０．１ｍ／ｓｅｃ以下と極めて遅く、その摺動面での潤滑状態が境界潤滑になりやすいために、従来は異音の発生が起こりやすい問題があった。そこで、本実施形態においては、ピストンロッド８４およびセンタシャフト８６のそれぞれにおける球状頭部の球面部位に、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料８８を成膜するようにされている（図１３（ｂ）参照）。これにより、従来問題となっていた異音の発生を未然に防ぐことが可能になる。なお、ドライブシャフト８２の円板状端部８２ａにおける球面凹部の球面部位に、前記溶射皮膜摺動材料８８を成膜することによっても、本実施形態と同様に異音の発生を未然に防ぐことができるのは言うまでもない。
【０１０２】
（第８の実施形態）
図１４には、本発明の第８の実施形態に係る岩盤破砕用くさび装置の概略構造説明図が示されている。
【０１０３】
本実施形態に係る岩盤破砕用くさび装置８９は、油圧シリンダ（推力発生手段）９０からの推力を受けるくさび９１と、このくさび９１を挟むように配される一対のくさびガイド９２を備え、前記油圧シリンダ９０の駆動にて前記くさび９１を前記くさびガイド９２に対して摺動させることにより、その油圧シリンダ９０からの推力をそれらくさびガイド９２によって横方向拡幅力に変換し、この横方向拡幅力により岩盤を破壊して割岩作業を行えるように構成されている。
【０１０４】
このように構成される岩盤破砕用くさび装置８９においては、前記くさび９１（くさびガイド９２であってもよい。）の摺動面に、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のうちのいずれかの溶射皮膜摺動材料９３が成膜されている。これによって、より大きな割岩力を得ることができるとともに、ランニングコストを画期的に削減することができる。
【０１０５】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について、図面を参照しつつ説明する。
【０１０６】
（実施例１）
〔軸受試験１：複層軸受軸の各種硬質皮膜の評価〕
本実施例においては、Ｓ５５Ｃの軸受軸の外周面に高周波焼入れ焼戻し（１８０℃×１ｈｒ、表面硬度ＨＲＣ６０）を施した後にその外周面に各種硬質皮膜が成膜されてなる各種複層軸受軸と、図１５に示される軸受ブッシュ（Ｓ４５Ｃ溶製材）との間の軸受試験を行い、各種硬質皮膜材料の耐焼付き限界面圧を調査する。ここで、前記各種硬質皮膜としては、ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＣｒＮ，ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン），Ｃｒメッキ，ＷＣ２０Ｃｒ７ＮｉおよびＭｏ金属の計７種類である。また、前記軸受ブッシュの内周面（摺動面）には、高周波焼入れ焼戻し（１６０℃×１ｈｒ）処理が施され、その内周面の硬さがＨｖ６００（ＨＲＣ５５）となるように調整されている。また、当該軸受試験おいては、極めて潤滑性が悪くなる条件を想定して、各種複層軸受軸を、高揺動角度（１６０°）で平均すべり速度が０．５５ｍ／ｍｉｎとなるように揺動させ、潤滑条件は初めに市販のＬｉグリースを塗布するだけとする。そして、各種複層軸受軸を所定の面圧で２０００回揺動させる毎に、面圧を２５ｋｇｆ／ｃｍ２づつ昇圧させ、摩擦係数が０．３を超える前の面圧を限界耐焼付き面圧として評価した。その結果が図１６に示されている。この図１６から明らかなように、耐凝着性物質としてはＭｏ金属が最も優れ、次いでＴｉＮ，ＣｒＮの窒素化合物、その次にＴｉＣが耐凝着性物質として優れることが分かる。
【０１０７】
また、前記各種複層軸受軸に代えて、燐酸Ｚｎ化成皮膜、燐酸Ｍｎ化成皮膜、Ｃｒメッキ膜、Ｚｎ溶射皮膜、Ｚｎ−２０重量％Ａｌ−１重量％Ｃｕ−０．３重量％Ｍｇ溶射皮膜、ＷＣ−２０重量％Ｃｒ７重量％Ｎｉプラズマ溶射皮膜およびＭｏ金属（９９％Ｍｏ）プラズマ溶射皮膜がそれぞれ前記軸受軸（表面硬度ＨＲＣ５５）の表面に形成されてなる各種複層軸受軸を用い、また前記軸受ブッシュ（Ｓ４５Ｃ、内周面硬さ：ＨＲＣ５５）に代えて、内周面に高周波焼入れ焼戻し処理を施さないＨＲＣ２５程度の焼準材からなる軸受ブッシュを用い、更に試験条件を、各揺動角度を１０°、平均すべり速度を０．０５ｍ／ｍｉｎに変更して、先の軸受試験と同主旨の試験を行った。その結果が図１７に示されている。
【０１０８】
この図１７から明らかなように、燐酸Ｍｎ皮膜、Ｃｒメッキ、ＷＣ−２０Ｃｒ７Ｎｉ溶射皮膜（約Ｈｖ８５０）は、いずれも１００ｋｇｆ／ｃｍ２以下の面圧で焼付き、とりわけ、耐凝着性に優れているとされるＷＣが約４５体積％含有されるＷＣ−２０Ｃｒ７Ｎｉにおいても期待するほどの耐凝着性を示さないことが分かる。これは、初期のグリース塗布だけでは潤滑性が確保されないという問題に起因するものである可能性もあるが、それにも増してＷＣが自己潤滑性に乏しいということに起因するものであることは明らかである。それに対して、Ｍｏ溶射皮膜は、極めて低摩擦係数を維持しながら、約１２５０ｋｇｆ／ｃｍ２まで焼き付かず、またＨｖ５５０〜７５０の硬質材料であるにもかかわらず、摺動相手の軸受ブッシュ材料（Ｓ４５Ｃ焼準材）を殆どアタックしていない。これは、１）皮膜中に５体積％程度の気孔を有するものの、Ｍｏ自身が極めて自己潤滑性に優れること、またその溶射皮膜を化学分析した結果、２）固体潤滑剤となるＭｏ酸化物が多量に分散している（酸素：０．９３重量％）ことによるためであることが分かった。なお、１０，２０重量％Ｍｏ金属相を分散させたＷＣ−１０Ｃｒ１０Ｎｉ超硬系溶射皮膜において、その皮膜中にＭｏ金属相を分散させることにより、その超硬系溶射皮膜の耐凝着性を改善できることは明らかであり、当該超硬系溶射皮膜が例えば前述のスラスト軸受やフローティングシールの摺動面に成膜されて好適であることは明らかである。
【０１０９】
また、Ｍｏ金属溶射皮膜は前述したように硬質であることから、摺動面への土砂侵入による耐摩耗性にも優れていることは明らかであり、Ｍｏ金属溶射皮膜が成膜されてなる複層軸受軸と、含油させた安価なマルテンサイトを組織に含む鉄系多孔質焼結材料で製作される軸受ブッシュとを組み合わせることによって極めて優れた連結装置が製造できることは明らかである（本発明の第２の実施形態を参照）。また、前述の軸受試験の結果（図１６参照）から、複層軸受軸として窒化物皮膜が成膜されたものも好ましいことが分かるが、その耐焼付き性がＭｏ溶射膜に較べて低いこととその皮膜厚さが数μｍを超えることができず、土砂が侵入した場合の摩耗寿命が長く取れないことが予測される。したがって、窒化物皮膜が成膜されてなる複層軸受軸と、安価な多孔質含油焼結軸受とを組み合わせる態様も好ましいことは明らかである。またさらに、ＺｎもしくはＺｎ基合金溶射皮膜によっても優れた耐焼付き性改善効果を得ることができるのは明らかである。
【０１１０】
（実施例２）
〔軸受試験２：溶射皮膜中合金相の検討〕
本実施例では、Ｍｏ金属にＣｕ，Ｎｉの金属のほかに、重量％で表示するＣｕ−１０Ｓｎ，Ｃｕ−３０Ｚｎ，Ｃｕ−６３Ｚｎ，Ｆｅ−０．６Ｃ−７Ａｌ−２２Ｃｕ合金、Ｆｅ２０Ｎｉ１０Ａｌ合金粉末をそれぞれ９５，９０，８０，７０，５０，２０，５重量％となるように配合した溶射混合粉末を用いて、実施例１と同じ軸受軸に０．２ｍｍの厚さの溶射皮膜を成膜し、その表面粗さが３μｍ以下となるように調整してなる各種複層軸受軸を用いた。また、軸受ブッシュとしては、＃１００メッシュ以下の４６００鉄粉末に０．７重量％の黒鉛粉末（平均粒６ミクロン、ロンザＫＳ６）を混合した混合粉末に対して、０．７重量％に相当する有機潤滑剤（アクラワックス）を添加混合して、成形圧力５ｔｏｎ／ｃｍ２で成形後、１１５０℃×２ｈｒの真空焼結、Ｎ２ガスで焼入れ、２００℃×１ｈｒの焼戻し処理を施し、更に含油処理を施した後に機械加工して図１５に示される軸受ブッシュと同形状にされたものを用いた。ここで、軸受ブッシュにおける内周面の面粗さは、旋盤加工によって３μｍ程度に仕上げられている。また、含油させた潤滑組成物は、５重量％のマイクロクリスタリンワックスと自動車ギヤ潤滑用潤滑油（７５Ｗ／９０、極圧添加剤のＳ添加量：０．８重量％）とからなる潤滑組成物であり、含油処理は、減圧下で１２０℃に加熱して液状化させた潤滑組成物に焼結体を溶浸することによって行った。一方、摺動条件は、実施例１のＭｏ金属溶射皮膜処理で実施した条件（各揺動角度：１０°、平均すべり速度：０．０５ｍ／ｍｉｎ）と同じものとした。
【０１１１】
図１８には、本実施例に係る軸受試験の結果が示されており、この結果から明らかなように、Ｍｏ金属添加量が１０重量％以上から急激に限界焼付き面圧が改善され、５０重量％Ｍｏあたりでその改善効果が飽和し始め、Ｍｏ金属の優れた限界焼付き面圧に近づくことが分かる。また、Ｃｕ，Ｎｉに較べ、Ｃｕ−Ｓｎ系、Ｃｕ−Ｚｎ系合金等の摺動材料系合金相を選択することによって、より優れた摺動材料となることは明らかであり、さらにＦｅ２０Ｎｉ１０Ａｌ系合金の選択によってよりすぐれた摺動材料となることが分かったが、これは本出願人の先願に係る特開平９−４９００６号公報および特開２００２−１８０２１６号公報のそれぞれにおいて開示されているように、Ｆｅ３ＡｌもしくはＦｅＡｌ規則相の析出と二層分離による顕著な硬化に起因することは明らかである。また、先の実施例１に係るＭｏ金属溶射皮膜（図１７参照）とその限界焼付き面圧を比較すると、本実施例では１３００ｋｇｆ／ｃｍ２においても焼付き限界に達しておらず、その原因が、１）軸受ブッシュをヤング率の低い鉄系焼結材料で構成していること、２）これによって摺動面への潤滑性がより高められたこと、によることは明らかである。
【０１１２】
（実施例３）：定速摩擦摩耗試験
本実施例では、実施例２で扱ったＣｕ−１０Ｓｎ合金にＭｏ金属相がそれぞれ３，５，１０，２０，３０，４０，１００重量％となるようにされた各種溶射皮膜材料を、図１９に示される試験片の摺動面に溶射し、定速摩擦摩耗試験機による滴下潤滑条件での各種溶射皮膜材料の耐焼付き性を調査した。なお、摺動試験条件は、ＳＣＭ４１５に浸炭焼入れ焼戻し処理を施し、表面硬さがＨＲＣ６０、表面粗さが３μｍ以下になるように調整した回転円板を周速１０ｍ／ｓｅｃとなるように回転させながら、６０℃に加熱した＃１０エンジン油を摺動試験片前面に５ｃｍ３／ｍｉｎで滴下潤滑しながら、摩擦係数とそのときの摩耗量を計測するが、所定の面圧で５ｍｉｎ間の異常が無い場合には、面圧を２５ｋｇｆ／ｃｍ２単位で昇圧する操作を繰り返して、限界耐焼付き面圧もしくは異常摩耗発生限界面圧を調査した。また、比較材料としては、１５重量％Ｐｂを含有する鉛青銅溶製摺動材料（ＬＢＣ４）と特殊高力黄銅（Ｐ３１Ｃ）を使用した。
【０１１３】
この定速摩擦摩耗試験の結果が示された図２０から明らかなように、５重量％Ｍｏ以上の添加量とともに限界焼付き面圧が急激に改善され、Ｍｏ金属相の下限添加量が５重量％で、より好ましくは１０重量％であり、その改善効果は、５０重量％Ｍｏ相当で飽和し、Ｍｏ金属の優れた限界焼付き面圧に近づくことと経済的な観点からＭｏ上限添加量を５０重量％とすることが好ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの全体斜視図（ａ）、およびバケット連結部を説明する分解斜視図（ｂ）である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係るバケット連結装置の概略構造説明図である。
【図３】図３は、作業機ブッシュの構造説明図（ａ）およびスラスト軸受の構造説明図（ｂ）である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係るバケット連結装置の概略構造説明図である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）は、作業機連結ピンの他の態様例を表わす図である。
【図６】図６は、履帯アッセンブリの概略構造説明図（ａ）およびイコライザ機構を説明する模式図（ｂ）である。
【図７】図７は、サスペンション装置の要部構造説明図（ａ）および転輪アッセンブリの要部構造説明図（ｂ）である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態に係るターボチャージャ装置の概略構造説明図である。
【図９】図９（ａ）（ｂ）は、図８におけるＨ部拡大図である。
【図１０】図１０は、本発明の第５の実施形態に係るエンジン用バルブ装置の概略構造説明図である。
【図１１】図１１は、本発明の第６の実施形態に係る斜板式油圧ピストンポンプの要部構造説明図である。
【図１２】図１２は、ピストンシューを一部破断して表わす側面図（ａ）、（ａ）におけるＰ−Ｐ矢視図（ｂ）および他の態様例に係るピストンシューを一部破断して表わす側面図（ｃ）である。
【図１３】図１３は、本発明の第７の実施形態に係る斜軸式油圧ピストンポンプの要部構造説明図（ａ）および（ａ）におけるＱ部拡大図（ｂ）である。
【図１４】図１４は、本発明の第８の実施形態に係る岩盤破砕用くさび装置の概略構造説明図である。
【図１５】図１５は、軸受試験用軸受ブッシュの形状を表わす図である。
【図１６】図１６は、各種材料の耐凝着性評価を表わす図である。
【図１７】図１７は、各種皮膜の耐焼付き限界面圧を表わす図である。
【図１８】図１８は、Ｍｏ金属相の添加量と耐焼付き限界面圧との関係を表わす図である。
【図１９】図１９は、定速摩擦摩耗試験条件と試験片形状とを説明する図である。
【図２０】図２０は、Ｍｏ金属相添加量と限界焼付き面圧との関係を表わす図である。
【図２１】図２１は、従来の焼結軸受の適用例を表わす図である。
【図２２】図２２は、従来のターボチャージャにおける浮動ブッシュの摺動面近傍の組成像を表わす図（ａ）、Ｐｂの分布状態を表わす図（ｂ）、Ｆｅの分布を表わす図（ｃ）である。
【図２３】図２３は、従来のターボチャージャにおける浮動ブッシュの摺動面近傍の組成像を表わす図（ａ）、Ｐｂの分布状態を表わす図（ｂ）、Ｓの分布を表わす図（ｃ）である。
【符号の説明】
２                  作業機
７                  ブーム連結装置
８                  アーム連結装置
９，９Ａ，９Ｂ      バケット連結装置
１０，２６          作業機連結ピン
１１，３０          作業機ブッシュ
１２                スラスト軸受
１７，２０，２３，２７                        基材
１８，２１，２４，２８，６２，６２'，７０，７８，８０，８８，９３      溶射皮膜摺動材料
１９，２２，２５，２９                        摺動面
３３                履帯アッセンブリ
３４                イコライザ機構
３５                サスペンション装置
３６                転輪アッセンブリ
５６                ターボチャージャ装置
５７                タービンシャフト
６０                センタハウジング
６１                浮動ブッシュ
６４                エンジン用バルブ装置
６５                バルブ
６７                バルブガイド
７１                斜板式油圧ピストンポンプ
７５，７９          ピストンシュー
８１                斜軸式油圧ピストンポンプ
８４                ピストンロッド
８９                岩盤破砕用くさび装置
９１                くさび
９２                くさびガイド
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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