JP2006162045A - 摺動部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 接触界面に異物粒子が混入するような使用環境下でも、アブレッシブ摩耗を抑制して、部品寿命を延長できる、摺動部材を提供することを目的とする。
【解決手段】 一方の摺動部である軸２５が他方の摺動部であるブッシュ２１に摺接される摺動部材において、摺動部であるブッシュ２１の表面２１ａに、互いの摺動部の接触界面に潤滑剤を供給する多孔質体スポット１ａを設けるとともに、摺動部であるブッシュ２１の表面２１ａに亙って、前記接触界面に混入した異物粒子を収容する凹状ポケット２ａが配列されていることである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接触界面に異物粒子が混入するような使用環境下でも、アブレッシブ摩耗を抑制して、部品寿命を延長できる、摺動部材に関するものである。

建設機械等の掘削装置において、例えば、油圧ショベルにおいては、アームの先端にバケットが連結される。このバケットによる掘削動作はバケットシリンダを作動させることにより、バケットをアームとの連結部を中心として回動または揺動させるようにする。

このバケットとアームとの連結部分（関節部分）を構成する軸受装置は、主にアームの先端側に設けられるボス部と、バケットの基端側に設けられる一対のブラケット部とを有し、上記一対のブラケット部間にボス部を配置すると共に、これらを連結ピンを用いて回動可能に連結するように構成されている。

また、上記ボス部とブラケット部との相対する端面は、両者が互いに摺動する摺動面となっている。そして、上記ボス部側、あるいはブラケット部側に作用するスラスト荷重を上記摺動面（スラスト面）で受承させることで、ボス部に対するブラケット部のスラスト方向（連結ピンの軸方向）へのガタつきを防止するようにしている。

バケットとアームとの連結部には、ブッシュ内に設けた孔部から潤滑油を摺動面に供給するか、ブッシュを多孔質体として、その孔部に潤滑油を閉じ込め、摺動開始とともに潤滑油がブッシュの内部から摺動面に流れ出させることで、焼付き、かじり、摩耗などの発生を抑制し、無給脂で長期間にわたって摺動可能な軸受を設けている（例えば、特許文献１、２参照）。

ところで、上記油圧ショベルのバケットなど、建設機械等の掘削装置においては、土砂を掘削、移送、積み込みなどを作業を行なうために、これらの作業中に、上記バケットとアームとの連結部に、土砂などの侵入異物粒子が混入しやすい。

しかして、スラスト荷重を受けるブッシュと軸部、ブラケット部と軸部の各スラスト面間の僅かな隙間 (摺動部の接触界面) に、土砂が侵入すると、摺動時に上記土砂がスラスト面に引っ掻き傷等を形成して、アブレッシブ磨耗が生じ、スラスト軸受部の摩耗を早めてしまうといった問題が生じている。このため、摺動部品の交換や補修に時間を要することとなる。

上記摺動部の接触界面に土砂の侵入を抑制することはできるが、土砂の侵入自体を無くすことは実質的に困難である。したがって、上記摺動部の接触界面への土砂の侵入を前提としたアブレッシブ磨耗対策が必要となる。この問題を解決するための方法として、従来から、上記スラスト荷重を受けるスラスト面の耐摩耗性を向上することにより解決することが提案されている。

この方法として、例えば、上記スラスト面に、タングステンカーバイト（ＷＣ）等のセラミック材料や超硬材料を用いたり、溶射することによって、上記摩耗を抑制するように構成することが提案されている（特許文献３参照）。また、摺動特性及び耐摩耗性に優れた被着体を、強度部材上に接着剤にて面接着する摺動部構造体も提案されている（特許文献４参照）。
特開平１０−８２４２３号公報（請求項、図１） 特開２００４−１００８１２号公報（請求項、図１） 特開平９−１８４５１８号公報（請求項、図１） 特開２００４−６０８１４号公報 (請求項、図１)

しかし、前記摺動部の接触界面に、摺動特性や耐摩耗性に優れた材料を被覆あるいは接着しても、侵入土砂によるアブレッシブ磨耗は不可避である。また、摺動特性や耐摩耗性に優れた材料を全面的に摺動部の接触界面に被覆すると、逆に高面圧側では焼き付き易くなる。このため、高負荷をかけたり、長時間（約５００時間以上）にわたって無給脂状態で使用したりすることは不可能となるなど新たな問題も生じる。また、これら摺動特性や耐摩耗性に優れた材料を全面的に被覆あるいは接着すること自体が煩雑となる。

このため、摺動特性や耐摩耗性に優れた材料を、摺動部の接触界面に、全面的に被覆あるいは接着しなくても、上記土砂の侵入を前提としたアブレッシブ磨耗防止が可能な対策が必要であり、無給脂で長期間にわたって摺動可能な摺動部材あるいは軸受が求められている。

また、一般的には、摺動部材の接触界面に、ゴミや油が溜まることが多い場合には、摺動面に溝を付与したり、潤滑剤の供給源として黒鉛を摺動面の所々に配置して固体潤滑剤と機能させることにより、摺動特性を向上させている。しかし、この方法であっても、侵入土砂によるアブレッシブ磨耗が生じるような摺動部材には、摺動特性向上の大きな限界がある。

したがって、本発明の目的は、接触界面に異物粒子が混入するような使用環境下でも、アブレッシブ摩耗を抑制して、部品寿命を延長できる、摺動部材に関するものである。

この目的を達成するために、本発明の摺動部材は、一方の摺動部が他方の摺動部に摺接される摺動部材において、いずれか一方または両方の摺動部表面に、互いの摺動部の接触界面に潤滑剤を供給する多孔質体スポットを設けるとともに、いずれか一方または両方の摺動部表面に亙って、前記接触界面に混入した異物粒子を収容する凹状ポケットが配列されていることである。

本発明では、先ず、摺動部表面に、互いの摺動部の接触界面に潤滑剤を供給する手段を設け、無給脂で長期間にわたって摺動可能とする。

その上で、前記いずれか一方側または両方の摺動部表面に亙って、前記接触界面に混入した異物粒子を収容する凹状ポケットを配列させ、接触界面に異物粒子が混入、あるいは侵入するような使用環境下でも、アブレッシブ摩耗を抑制して、部品寿命を延長する。

本発明の実施の形態について、図を用いて、以下に詳細に説明する。先ず、本発明摺動部材の前提となる、例えば、油圧ショベルのバケットとアームとの連結部分（関節部分）などを構成する、代表的な軸受装置構成を図１を用いて説明する。図１は、この軸受装置の縦断面図である。

図１の軸受装置において、ボス２０の内部にブッシュ２１が嵌着されている。ブッシュ２１の側部外周には、シール２７が圧入されている。ボス２０の両側部にはブラケット２２が設けられ、ボス２０とブラケット２２との隙間にはシム２３が介在している。そして、この隙間の上端の外部にＯリング２４が装着されている。両端のブラケット２２およびブッシュ２１を貫通して、軸２５が挿入されている。軸２５は、この軸２５とブラケット２２を貫通する回転係止ボルト２６により、回転不能にされている。

図１の軸受装置において、ブッシュ２１は固定側、軸２５は可動側となり、軸２５側の表面（摺動部）２５ａが、他方のブッシュ２１側の表面（摺動部）２１ａに摺接されて、摺動部材を構成している。なお、本発明摺動部材は、用途に応じて種々の形状や構造があり、その母材も、用途に応じて、鋼、鉄、アルミニウム合金、銅などの金属材料や、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックス材料が適宜選択される。

以上のような図１の軸受装置構造において、ブッシュ２１側の表面（摺動部）２１ａには、潤滑剤を供給する多孔質体スポット１を配列している。また、同じブッシュ２１側の表面（摺動部）２１ａに、接触界面に混入した異物粒子を収容する凹状ポケット２を配列している。図１の態様では、ブッシュ２１側の周面に、かつ周方向に亙って、一定間隔を設けて、これら多孔質体スポット１と凹状ポケット２とを交互に配列している。

（多孔質体スポット）
先ず、前記多孔質体スポット１の具体的な態様を、図２〜７を用いて、以下に説明する。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ブッシュ２１側の表面（摺動部）２１ａに設ける、多孔質体スポットの態様を斜視図で各々示す。これらの多孔質体スポットは、基本的に、ブッシュ２１表面２１ａに、潤滑剤を含浸できるポーラスな多孔質体１を、条や帯状に設けたものである。

図２（ａ）の多孔質体は、ブッシュ２１の表面（内周面）２１ａの周方向に亙って間隔を開けて、互いにブッシュ２１の軸方向に平行に、多数の多孔質体の直線的な帯１ａを設けたものである。

図２（ｂ）の多孔質体は、ブッシュ２１の表面（内周面）２１ａに、螺旋状に、ブッシュ２１の軸方向に亙って、多数の多孔質体の帯１ｂを設けたものである。

図２（ｃ）の多孔質体は、前記図２（ａ）の多孔質体の帯１ａと、図２（ｂ）の多孔質体の帯１ｂとを組み合わせて設けたものである。

これら多孔質体１の帯あるいは条は、ブッシュ２１の表面（内周面）２１ａに、直接溶射あるいは接着しても良い。ただ、接着強度や潤滑剤含浸量増大の点からは、ブッシュ２１の表面（内周面）２１ａに、設けたい多孔質体１の帯あるいは条に対応する凹溝を設け、この凹溝内に、多孔質体１の帯あるいは条を収容するように、溶射あるいは接着しても良い。

多孔質体１は、銅粉や鉄粉などの金属粉を単体あるいは複合して用いた、多孔質の焼結合金であっても良い、しかし、一般的に、ウッドセラミックス（ＣＲＢセラミックス）あるいは米糠セラミックス（ＲＢセラミックス）と称せられる、木、竹、籾殻、米糠等の植物の多孔質炭素材料を素材とした植物を原料とする、炭素材料からなる多孔質粒子とすることが好ましい。

この中でも、米糠セラミックスは、黒鉛の２５〜１００倍の硬さと、１４〜５０倍の強度を有し、気孔率が４０〜５０％の多孔質材料である。無潤滑状態での摩擦係数μは０．１３〜０．２ 程度で、鉄鋼の１，０００倍以上の耐摩耗性があり、耐食性も優れる。このため、軸受けやブッシュ、摺動部材自体の構成材料として使用されている。

この米糠セラミックスは、原料である脱脂米糠などの植物原料に、フェノール樹脂を混ぜて乾燥させた後に、窒素ガス雰囲気中において３００〜１１００度で炭化焼成することで、パウダー状になった多孔性炭素材料として得られる。

これらの米糠セラミックスあるいはウッドセラミックスの構造は、内部を無定形炭素にして多数の空孔を有しながら周囲をガラス状炭素とする。このため、多孔質の焼結合金などの比して、上記した通り、比摩耗量、摩擦係数ともに極めて小さく、優れた摩擦特性、摺動性を有している。また、優れた保油性および放油性も有する。

これらの多孔質体は、摺動部材における接触界面の必要潤滑量に応じて、多孔質体の大きさや形状、配置数、配置位置などが適宜選択される。但し、前記した耐摩耗材料のように、全面的に摺動面を被覆する必要は無い。

（異物粒子収容ポケット）
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ブッシュ２１表面（摺動部）２１ａに亙って、接触界面に混入した異物粒子を収容する凹状ポケットを配列した態様を斜視図で各々示す。これらのポケットは、基本的に、ブッシュ２１表面２１ａに、接触界面に混入した異物粒子を収容可能な大きさの断面や断面形状の凹溝（凹状溝）を設けたものである。

図３（ａ）の凹状ポケットは、ブッシュ２１の表面（内周面）２１ａの周方向に亙って間隔を開けて、互いにブッシュ２１の軸方向に平行に、多数の直線的な凹溝２ａを設けたものである。

図３（ｂ）の凹状ポケットは、ブッシュ２１の表面（内周面）２１ａに、螺旋状に、あるいは、ブッシュ２１の軸方向に平行に互いに間隔を設けて、ブッシュ２１の軸方向に亙って、多数の凹溝２ａを設けたものである。

図３（ｃ）の凹状ポケットは、ブッシュ２１の表面（内周面）２１ａに、適当な間隔を設けて、貫通していない穴、凹み、くぼみ３を、多数設けたものである。

これらの凹状ポケットは、ブッシュ２１の表面（内周面）２１ａを機械加工などすることで、設けることができる。これらの凹状ポケットは、接触界面に混入しやすい土砂など異物粒子の大きさや形状、あるいは混入量に応じて、異物粒子を収容できる、大きさと断面形状、配置数、配置位置などが適宜選択される。

以上説明した形態において、多孔質体を図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のような形状としても良く、また、逆に、異物粒子を収容する凹状ポケットを図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のような形状としても良い。

（多孔質体スポットと凹状ポケットとの組み合わせ）
これら図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の多孔質体スポット１と、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の異物粒子を収容する凹状ポケットとを組み合わせて設けた態様例を図４〜図７に各々示す。図４〜６の各（ａ）および図７は、ブッシュ２１を各々平面的に示し、図４〜６の各（ｂ）は図４〜６の各（ａ）の断面図を各々示す。

なお、本発明では、必ずしも円筒状のブッシュ２１に限定されず、互いに摺動面が平板状の摺動部材に適用することも可能であるので、図４〜図７の態様は、この互いに摺動面が平板状の摺動部材の態様も示している。

図４は、ブッシュ２１の表面２１ａに、互いに平行で、かつ交互に、直線的な多孔質体の帯１ａと、直線的な凹溝２ａとを、例えばブッシュ２１の軸方向に設けたものである。設ける方向は、ブッシュ２１の幅方向でも良い。なお、この場合、前記した通り、多孔質体の帯１ａは、ブッシュ２１表面に設けた凹溝４内に各々収容されている。

図５は、ブッシュ２１の表面２１ａに、互いに平行で、かつ交互に、直線的な多孔質体の帯１ｂと、直線的な凹溝２ａとを、ブッシュ２１に対して、傾斜させて設けたものである。これには、前記図２（ｂ）の螺旋状配置などが該当する。この場合も、多孔質体の帯１ｂは、ブッシュ２１の表面２１ａに設けた凹溝４内に各々収容されている。

図６は、ブッシュ２１の表面２１ａに、図２（ｃ）の多孔質体の互いに交差する帯１ｃ、１ｄと、直線的な凹溝２ａとを、ブッシュ２１に対して、傾斜させて設けたものである。この場合も、多孔質体の帯１ｃ、１ｄは、ブッシュ２１の表面２１ａに設けた凹溝４内に各々収容されている。

図７では、多孔質体１ｅを図２（ｃ）のような円形穴３に埋め込んだものとし、凹溝を同じく円形穴３として、互いに、直線的に、かつ平行に傾斜させて、多数、ブッシュ２１の表面２１ａに設けたものである。円形穴３の配列方向は自由である。

以上、主として、摺動部材の内、ブッシュ側の表面２１ａに、潤滑剤を供給する手段１を設けるとともに、混入異物粒子を収容する凹状ポケット２を配列した態様を示した。これは、ブッシュや軸受けの場合、軸側に設けるよりも、ブッシュ側や軸受け側の方が設けやすく、表面積が大きく、効果発揮の上で効率的であることによる。ただ、図４〜７に示した、平面的な摺動部材の場合には、いずれの摺動部に設けようと、ブッシュや軸受けのような効率差は無い。したがって、摺動部材のいずれか片側または両方に、潤滑剤を供給する手段１や凹状ポケット２を設けるか否かは、その用途毎に適宜選択される。

（多孔質体スポットと凹状ポケットの作用）
図８を用いて、以上説明した、多孔質体スポットと凹状ポケットの作用を示す。図８は、前記した図４〜６の各（ｂ）の断面図に相当する。図８において、５ａは、摺動部材の接触界面６に侵入した土砂などの異物粒子である。この摺動部の接触界面６は、例えば、前記した図１の油圧ショベルにおける、軸２５とブッシュ２１との接触界面に相当する。

通常、摺動部材の接触界面６に侵入した土砂などの異物粒子５ａは、スラスト面である軸２５の表面２５ａや、ブッシュ２１の表面２１ａに、アブレッシブ磨耗を生じさせる。これに対して、本発明では、ブッシュ２１の表面２１ａに亙って、凹状ポケット２ａを配列させているので、異物粒子５ａは、接触界面６における潤滑剤７によって搬送され、５ｂとして、凹状ポケット２ａ内に速やかに収容される。このため、接触界面６に異物粒子５ａが混入、あるいは侵入するような使用環境下でも、アブレッシブ摩耗を抑制して、部品寿命を延長できる。

そして、本発明では、摺動部表面であるブッシュ２１の表面２１ａに亙って多数設けた、凹溝４内に収容された多孔質体の帯１ａから、潤滑油などの潤滑剤が摺動部材の接触界面６に順次、継続的に供給される。このため、無給脂で長期間にわたって摺動可能とできる。

本発明によれば、接触界面に異物粒子が混入するような使用環境下でも、アブレッシブ摩耗を抑制して、部品寿命を延長できる、摺動部材を提供することができる。したがって、本発明は、油圧ショベルにおけるバケットとアームとの連結部以外でも、接触界面に異物粒子が混入するような使用環境下の機械における、軸、案内面などの摺動部材に適用できる。

本発明摺動部材の一態様を示す縦断面図である。 本発明における多孔質体スポットの種々の態様を示す斜視図である。 本発明における凹状ポケット種々の態様を示す斜視図である。 本発明摺動部材の一態様を示し、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は縦断面図である。 本発明摺動部材の別の態様を示し、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は縦断面図である。 本発明摺動部材の別の態様を示し、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は縦断面図である。 本発明摺動部材の別の態様を示す平面図である。 本発明摺動部材の作用を示す断面図である。

符号の説明

１：多孔質体スポット、２：凹状ポケット、３：穴、４：凹溝、
５：異物粒子、６：接触界面、７：潤滑油、
２０：ボス、２１：ブッシュ、２２：ブラケット、２３：シム、２４：Ｏリング、２５：軸、２６：回転係止ボルト、２７：シール、

Claims (4)

1. 一方の摺動部が他方の摺動部に摺接される摺動部材において、いずれか一方または両方の摺動部表面に、互いの摺動部の接触界面に潤滑剤を供給する多孔質体スポットを設けるとともに、いずれか一方または両方の摺動部表面に亙って、前記接触界面に混入した異物粒子を収容する凹状ポケットが配列されている摺動部材。
2. 前記多孔質体スポットがウッドセラミックスあるいは米糠セラミックスからなる請求項１に記載の摺動部材。
3. 前記多孔質体スポットと凹状ポケットとを設ける摺動部がブッシュにおける周面部である請求項１または２に記載の摺動部材。
4. 前記摺動部材が建設機械用である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の摺動部材。
   

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