JP2009024798A - すべり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】周方向に交差する方向に延びる複数の溝に貯留する潤滑油が、軸の回転に伴ってその溝に隣接する摺動面の全域に十分に供給され、これによって優れた潤滑効果が得られ、高い面圧を受けても金属接触が抑えられて摩耗しにくく円滑な軸受作用を長期にわたって発揮させることができるすべり軸受を提供する。
【解決手段】軸受１の内周面１０に、次の（Ａ）〜（Ｄ）の条件で傾斜溝１２を形成し、（Ａ）周方向と直交する方向に対して１０〜６０゜の範囲、（Ｂ）周方向の溝幅Ｂを０．５〜５ｍｍ、（Ｃ）隣接する当該溝間の山部の表面である摺動面１４の周方向の幅Ａを１〜７ｍｍ、（Ｄ）摺動面の幅Ａと溝幅Ｂとの比Ａ／Ｂを０．５〜５．０、さらに、軸受１に傾斜溝１２と連通する内周溝１５および外周溝１６を一対の状態で形成するとともに、内周溝１５および外周溝１６を貫通する貫通孔１７を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建設用機械の軸受のように、比較的寸法が大きくて軸受面である内周面に高い面圧が作用するとともに、軸受に対する軸の摺動が比較的低速度の揺動運動である軸受として好適に用いられるすべり軸受に関する。

一般に、油圧ショベル等の建設用機械が備えるアームの関節部分は、軸受に挿入された軸が、ある程度の回動角度の範囲で繰り返し相対的に揺動するようになっており、２０ＭＰａ以上の高い面圧を受ける。このため、この種の軸受としては、耐摩耗性に優れた材料を用いたすべり軸受が使用され、摺動面には粘度の高い潤滑油やグリース、ワックス等が供給されている。このようなすべり軸受にあっては、高い面圧を受けても金属接触が抑えられて摩耗しにくく円滑な軸受作用を発揮する上で、摺動面への潤滑油の供給が十分になされることが求められる。このため、すべり軸受の材料としては炭素鋼の熱処理品や高力黄銅等の材料が適用され、近年では、焼結材料の適用も具体化されている（特許文献１参照）。

上記の材料や潤滑油は優れたものであるが、よりいっそうの軸受の寿命延長を目的として、軸受の内周面に、周方向に交差する方向に延びる複数の傾斜溝を形成し、その傾斜溝内に貯留する潤滑油を軸の回転に伴って摺動面に供給するようにしたすべり軸受も適用されている（特許文献２参照）。

特開２００３−２２２１３３号公報 特開２００６−００９８４６号公報

上記特許文献２に記載される軸受の傾斜溝は、その傾斜溝内に貯留する潤滑油が、回転する軸によって発生する吸引作用によって引き出され、軸の回転方向に隣接する山部の摺動面に流動して、その摺動面を潤滑するといった作用効果を得るためのもので、潤滑油の貯留量が増加して供給量も十分であるとされている。ところが、ある条件下においては、潤滑油が摺動面に十分に供給されない場合が起こることが判明した。その理由としては、傾斜溝内から隣の山部の摺動面に供給される潤滑油の量が、その摺動面全域を潤滑するには不足する場合があるからと推測された。これにより、摺動面において潤滑油量が不足する箇所が生じ、その箇所で金属接触となって、軸受の摩耗が進行することがわかった。

また、この種の軸受は、軸方向を横向きにして使用される場合が多い。このとき、軸が軸受内を回転するため、潤滑油は軸の回転方向へと運ばれる。軸の回転停止時では、軸受下部が重力により高い面圧を受けるため、潤滑油量が不足していると、軸と軸受が金属接触する。そのため、潤滑油が軸受上部へ運ばれる場合では、軸の回転停止時に軸受下部の潤滑油が不足するおそれがあることから、軸受上部に運ばれた潤滑油を軸受下部に戻さなければならない。しかしながら、上記文献に記載のすべり軸受では、軸受下部へ潤滑油が戻りにくいため、軸の回転停止時に軸受下部で潤滑油量が不足してしまい、軸と軸受が金属接触をするおそれがある。

よって本発明は、周方向に交差する方向に延びる複数の溝に貯留する潤滑油が、軸の回転に伴って、その溝に隣接する山部の摺動面の全域に十分に供給され、これによって優れた潤滑効果が得られ、高い面圧を受けても金属接触が抑えられて摩耗しにくく円滑な軸受作用を長期にわたって発揮させることができるすべり軸受を提供することを目的とする。

本発明は、軸孔に挿入される軸を回転自在に支持し、その軸が摺動する内周面に、周方向に交差する方向に延びる複数の直線的な傾斜溝が周方向に間隔をおいて形成され、これら傾斜溝に潤滑油が供給されるすべり軸受であって、前記傾斜溝が、下記（Ａ）〜（Ｄ）の条件で形成され、
（Ａ）周方向と直交する方向に対して１０°〜６０゜の範囲で傾斜している。
（Ｂ）周方向の溝幅Ｂが０．５〜５ｍｍ。
（Ｃ）隣接する当該傾斜溝間の山部の表面である摺動面の周方向の幅Ａが１〜７ｍｍ。
（Ｄ）前記山部の摺動面の幅Ａと前記溝幅Ｂとの比Ａ／Ｂが０．５〜５．０。
さらに、前記すべり軸受の内周および外周に少なくとも一対の状態で環状溝が形成されるとともに、前記内周に形成された環状溝は前記傾斜溝に連通しており、前記一対の環状溝を互いに連通させる貫通孔が少なくとも１つ形成されることを特徴としている。

上記条件のうち、（Ａ）の条件は、摺動方向と直交する仮想線が軸受内周のどの位置においても、摺動面と前記傾斜溝とを交差するように傾斜溝の傾斜角度、傾斜溝の幅および摺動面の幅を設定され、軸受内周のどの部分に軸の荷重が掛かっても、軸面は常に摺動面と傾斜溝との両方に接して、摺動面に潤滑油を常時供給する作用を得るための条件である。

また、上記条件のうち、（Ｂ）〜（Ｄ）を満たした相乗作用により、本発明に係る傾斜溝は従来よりも細くしても摺動面に十分な潤滑油が供給される。このような傾斜溝により、軸の回転に伴って溝内から引き出されて隣の山部の摺動面に流動する潤滑油の量は、その山部の全域にいきわたる量が確保され、このため十分な潤滑効果を得ることができる。すなわち、これらの条件は、内周面に形成する傾斜溝により摺動面を十分に潤滑するために最適化されたものである。

すなわち、本発明のすべり軸受は、特許文献２のすべり軸受を改良したものであり、上記（Ｂ）〜（Ｄ）の条件により、摺動面全域へ十分な量の潤滑油の供給を果たしたものである。また、摺動面の周方向の幅Ａおよび前記摺動面の幅Ａと前記溝幅Ｂとの比Ａ／Ｂを最適化したことにより、本発明のすべり軸受は、従来のすべり軸受よりも周方向の溝幅Ｂを狭く、また傾斜溝の傾斜角度を拡大設定でき、摺動面が受ける面圧を低減させたものである。なお、本発明で言う溝幅Ｂおよび摺動面の幅Ａは、上記のように周方向の幅であり、溝の延びる方向に対して直交する方向の幅ではない。

さらに、本発明のすべり軸受では、内周および外周に貫通孔により連通した一対の環状溝が形成されている。この環状溝と貫通孔により、軸の回転で軸受上部に貯留した潤滑油を、軸の回転を停止させたときに高い面圧を受ける軸受下部へ円滑に戻すことができる。このため、潤滑油を摺動面にまんべんなく供給でき、軸の回転停止時の潤滑油不足による軸受下部の金属接触が抑えられる。この結果、摺動面の潤滑をより効率的に行い、かつ、潤滑油の給脂期間を例えば２倍以上に延ばすことが可能となり、すべり軸受の長寿命化を図ることができる。

また、本発明のすべり軸受は焼結合金製であり、すべり軸受の傾斜溝の深さｄが０．１〜３ｍｍであることが好ましい。すべり軸受を焼結合金で製作することにより、原料である金属粉末を金型を用いて成形する際に傾斜溝を容易に形成することができるため、効率よく生産することができる。また、傾斜溝が上記条件の深さであると、傾斜溝内に潤滑油が確実に貯留し、かつ、潤滑油を摺動面へ十分に供給できる。

本発明によれば、軸受の内周面に形成する潤滑油貯留用の溝の、周方向に直交する方向に対する傾斜角度、周方向の溝幅、溝間の摺動面の周方向の幅、溝と摺動面との周方向の幅の比、内周面に占める面積率を、その溝から摺動面全域に十分に潤滑油が供給されるように最適化したので、優れた潤滑効果が得られ、高い面圧を受けても金属接触が抑えられて摩耗し難く円滑な軸受作用を発揮させることができる。また、すべり軸受の内周および外周に貫通孔により連通した一対の環状溝を形成することにより、軸の回転で上部に貯留した潤滑油を軸の回転を停止したときに高い面圧を受ける軸受下部へ円滑に戻すことができる。これらの結果、摺動面の潤滑をより効率的に行い、かつ、潤滑油の給脂時間を延長することが可能になり、すべり軸受の長寿命化が図れるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１および図２は、一実施形態の円筒状のすべり軸受を示しており、図１は斜視図、図２は側面図である。図２の上側は、軸受１の側面の断面図を表している。また、図３は、軸受１の内周面１０の展開図である。この軸受１の内周面１０には、周方向（図２の矢印Ｒで示す方向）に交差する方向に延びる複数の直線的な傾斜溝１２が、周方向に等間隔をおいて形成されている。また、軸受１の内周および外周には周方向に延びる環状の内周溝１５および外周溝１６が全周にわたって１つずつ形成されている。これら内周溝１５と外周溝１６は軸受１の軸方向のほぼ中央に形成されている。そして、軸受１には、これら内周溝１５と外周溝１６とを連通する貫通孔１７が形成されている。この場合、貫通孔１７は、互いに１８０°位相がずれた位置に１つずつ、計２つ形成されている。

図４および図５は軸受１の軸孔１１に軸２０が回転自在に挿入された状態の断面図であり、図４は傾斜溝１２を示す断面図、図５は内周溝１５および外周溝１６を示す断面図である。軸２０は、傾斜溝１２間の山部１３の表面である摺動面１４を摺動しながら揺動運動する。

この軸受１は、内周面の直径が２０〜１５０ｍｍ程度、軸方向高さが２０〜１５０ｍｍ程度であり、油圧ショベル等の建設用機械が備えるアームの関節部分において、主に軸方向を横向きに配置されて、横方向に配置された軸２０の荷重をその内周面１０で支承し、２０ＭＰａ以上の高面圧下で、最大摺動速度が２０〜５０ｍｍ／ｓ程度の速度となる揺動運動に使用されるものである。このような軸２０の揺動運動は、揺動角の両端で静止するとともに、運動方向が切り替わるというように動作する。すなわち、静止状態と摺動状態とを繰り返しながら運転される。したがって、この種のすべり軸受においては、動摩擦係数とともに、静止摩擦係数の両者を低減することが要求される。特に静止摩擦係数は動摩擦係数に比して値が大きいため、金属接触を防止するためには静止摩擦係数を低減することが重要である。

本実施形態の軸受１は、前出の特許文献２のすべり軸受を改良したもので、特許文献２のすべり軸受と同様に、軸受１の内周面１０に設けた傾斜溝１２に潤滑油を貯留し、この潤滑油が、回転する軸により発生する吸引作用によって引き出され、軸２０の回転方向に隣接する山部１３の表面である摺動面１４に流動して、その摺動面１４を潤滑する作用を得るものである。

また、軸受１は、軸２０の摺動方向（図２の矢印Ｒ方向）と直交する仮想線が軸受内周のどの位置においても前記傾斜溝１２と摺動面１４とに交差するように、傾斜溝１２の傾斜角度θ、傾斜溝１２の幅および摺動面１４の幅が設定され、軸受内周のどの部分に軸２０の荷重が掛かっても、軸面は常に傾斜溝１２と摺動面１４との両方に接して、摺動面１４に潤滑油を常時供給する作用を有する。また、傾斜溝１２は、軸受１の外部から異物が浸入した場合に、異物の逃げ場として作用し、異物が摺動面１４に浸入することを防止して、異物による摩耗を防止する効果も有する。

上記の作用を有する傾斜溝１２において、傾斜溝１２の間隔すなわち摺動面１４の幅が広いと、摺動面１４が受ける面圧が低下するが、その一方で広すぎると摺動面１４全域への良好な潤滑油の供給がなされなくなる。また、摺動面１４の幅が狭いと、潤滑油の供給を行い易くなるが、軸２０の荷重を受ける摺動面１４の面積が減少するため、摺動面１４が受ける面圧が増大するので金属接触が生じ易くなる。これらの観点から本発明者等が検討した結果、摺動面１４の周方向の幅Ａ（摺動面の幅Ａ）を１〜７ｍｍとすると、摺動面１４が受ける面圧が著しく増大することなく、摺動面１４全域への良好な潤滑油の供給が果たせることことを見出した。したがって、本実施形態の軸受１は、摺動面１４の幅Ａを１〜７ｍｍとする。

傾斜溝１２の幅については、狭すぎると潤滑油の貯留量が乏しくなり、摺動面１４への潤滑油の十分な供給が果たせなくなる。その一方で傾斜溝１２の幅が広すぎると、潤滑油が漏洩し易くなるとともに、軸２０の荷重を受ける摺動面１４の面積が減少するため、摺動面１４が受ける面圧が大きくなることにより金属接触が生じ易くなり、動摩擦係数が増加する。これらの観点から検討した結果、摺動面１４の幅Ａを上記のように設定した場合、傾斜溝１２の周方向の幅Ｂ（溝幅Ｂ）を０．５〜５ｍｍと、特許文献２よりも狭く設定しても、摺動面１４への潤滑油の十分な供給が果たせ、動摩擦係数を低減できることを見出した。このことから、本実施形態の軸受１は、溝幅Ｂを０．５〜５ｍｍとする。また、軸受１においては、横幅Ｂを上記のように特許文献２のものよりも狭く設定した場合においても、摺動面１４が受ける面圧は特許文献２のものよりも低減でき、より効果的に摺動面１４全域への良好な潤滑油の供給が果たせる。

また、上記の幅Ａと溝幅Ｂは、摺動面１４全域に潤滑油を十分に供給するにあたり密接な関係にある。すなわち、溝幅Ｂを上記範囲内で広く設定すれば、傾斜溝１２に貯留される潤滑油の量が多くなるため、摺動面１４に供給できる潤滑油量が多くなり、幅Ａを大きく設定して、摺動面１４の受ける面圧を低下させることが可能となる。一方、溝幅Ｂを狭く設定すると、傾斜溝１２に貯留される潤滑油の量が少なくなるため、摺動面１４に供給できる潤滑油量が少なくなり、幅Ａを狭く設定せざるを得なくなる。したがって、良好な潤滑状態を得るためには、幅Ａと溝幅Ｂを適切な比とすることが必要である。

この観点より、本実施形態の軸受１では、幅Ａと溝幅Ｂとをそれぞれ上記のように設定するとともに、幅Ａと溝幅Ｂとの比Ａ／Ｂを０．５〜５．０の範囲に設定する。幅Ａと溝幅Ｂとの比Ａ／Ｂが上記範囲内であれば、摺動面１４が受ける面圧が過大とならず、良好な摺動面１４全域への潤滑状態が得られ、動摩擦係数を低減できるとともに、摩耗し難く円滑な軸受作用を長期にわたって発揮するすべり軸受とすることができる。一方、幅Ａと溝幅Ｂとの比Ａ／Ｂが０．５に満たない場合、幅Ａが溝幅Ｂに比して小さくなり過ぎて、摺動面１４が受ける面圧が過大となり、金属接触が発生し易くなり、場合によっては座屈等の変形が生じるおそれがある。また、Ａ／Ｂが５．０を超えると、幅Ａが溝幅Ｂに比して大きくなり過ぎて、摺動面１４全域への良好な潤滑状態を得難くなって、金属接触が発生し易くなり、摩耗が生じるおそれがある。

軸受１は、上記のように幅Ａ、溝幅Ｂおよび幅Ａと溝幅Ｂの比Ａ／Ｂを最適化したことにより、摺動面１４が受ける面圧が著しく増大することなく、摺動面１４全域への良好な潤滑油の供給が果たしたもので、これにより金属接触の発生を抑制するとともに動摩擦係数が低減され、摩耗し難く円滑な軸受作用を長期にわたって発揮することを実現した。また、このように摺動面１４全域への良好な潤滑油の供給が果たされる結果、起動時および揺動角の両端での静止時においても、軸２０と軸受１の摺動面１４との間に潤滑油の油膜が維持され、静止摩擦係数の低減、および静止状態から運動状態へと移行する際の金属接触の防止が果たされる。

上記のように幅Ａと溝幅Ｂの各々の大きさ、およびそれらの比Ａ／Ｂを設定しても、傾斜溝１２の傾斜角度θが小さすぎる場合、内周面１０の軸２０と接触する部分において、接触部分が横切る傾斜溝１２の数と摺動面１４の数は少なくなるとともに、傾斜溝１２の長さと摺動面１４の長さが長くなって、接触部分全体としては、潤滑状態が不均一な状態となる。傾斜溝１２の傾斜角度θがある程度を超えると、接触部分を横切る傾斜溝１２の数と摺動面１４の数が増加するとともに、傾斜溝１２の長さと摺動面１４の長さが適切なものとなり、摺動部全域への良好な潤滑状態が得られる。一方で、傾斜溝１２の傾斜角度θが大きすぎると、接触部分を横切る傾斜溝１２の数と摺動面１４の数はさらに増加するものの、潤滑油が傾斜溝１２に沿って流動して、摺動面１４への供給が不十分となる。これらの観点より傾斜溝１２の傾斜角度θは１０〜６０°が適切であり、好ましくは１５〜５０°程度、より好ましくは２０〜４０°程度で摩擦係数が低く安定した値を示すので好適である。すなわち、本実施形態においては、幅Ａと溝幅Ｂの各々の大きさおよびそれらの比Ａ／Ｂを最適に設定したことにより、傾斜溝１２の傾斜角度を特許文献２に比して適用範囲の拡大を果たしたもので、その結果、すべり軸受の設計の自由度が向上したものとなる。

溝の間隔は図１〜３に示すような等間隔でもよいが、上記の幅Ａ、溝幅Ｂおよび摺動面の幅Ａと溝幅Ｂの比Ａ／Ｂの範囲となるように形成すれば等間隔でなくともよい。また、傾斜溝１２の深さｄは、浅いと潤滑油の貯留量が少なく、摺動面１４全域に潤滑油を供給することができないので、０．１ｍｍ以上とする必要がある。その一方で、傾斜溝１２の深さｄを深くしすぎると、傾斜溝１２の底部に対して摺動面１４の高さが大きくなり、高面圧、揺動運動の運転環境の下、摺動部の座屈が発生するおそれがある。このため傾斜溝１２の深さｄは３ｍｍ以下に止めるべきである。

なお、傾斜溝１２の断面形状は、図示例では矩形状であるが、円弧状、Ｕ字状等、任意の形状が選択されるが、軸の揺動運動時に摺動面に潤滑油を供給し易いＶ字状、あるいは上面の幅が大きい台形状のものとすることが好ましい。また、傾斜溝１２から傾斜溝１２間の摺動面１４に移行する角部は、潤滑油の流動性の向上や摩擦低減のために面取り加工されていることが望ましく、特に、傾斜溝１２の断面形状が円弧状、Ｕ字状のものについては面取り加工されていることが望ましい。

本実施形態の軸受１には、上述したように内周および外周に、内周溝１５および外周溝１６が形成され、これら内周溝１５と外周溝１６とが貫通孔１７とによって連通されている。これら内周溝１５、外周溝１６および貫通孔１７は、上記した傾斜溝１２にまんべんなく潤滑油を供給する作用を有する。すなわち、上記のように、軸受１は軸方向を横向きにして、横方向に配置された軸２０の荷重を受けながら揺動運動されるが、揺動運動により移送された潤滑油や軸受１より滲み出した潤滑油は、この内周溝１５、外周溝１６および貫通孔１７を通じて、軸受下部（図中下側）に集められ、軸受下部の傾斜溝１２に供給されるとともに、軸２０の荷重を受ける摺動面１４への潤滑油の供給に寄与する。内周溝１５と外周溝１６は、軸方向に同じ長さの箇所に一対として用いることが貫通孔１７を形成する点で好ましい。また、内周溝１５と外周溝１６は、軸受１の軸方向長さが長い場合、複数設けてもよい。

図５に示すように、内周溝１５と外周溝１６を連結する貫通孔１７は、外周溝１６により回収された潤滑油を内周溝１５および傾斜溝１２に供給する。この作用を効率よく得るためには、貫通孔１７は最も下部に配置される必要がある。貫通孔１７を例えば５〜８個程度と多く、かつ均等に配置すると、何れかの貫通孔１７が下部側に位置することとなるため、軸受１の組み付けの際に、貫通孔１７の位相に気を配る必要がなくなるので好ましい。

潤滑油は、マシン油（工業用潤滑油）、グリース、ワックスと油の混合物等を使用することができる点で従来のものと同様であるが、傾斜溝１２を上記範囲となるよう傾斜角度θ、幅Ａ、溝幅Ｂおよび幅Ａと溝幅Ｂの比Ａ／Ｂを形成することで、従来のものよりも広い粘度範囲の潤滑油を使用できる。例えば、特許文献１等の傾斜溝を形成しない単純な円筒形状のすべり軸受において使用できるマシン油は、４０℃以上の動粘度が４１４〜１１００ｍｍ^２／ｓ程度（ＩＳＯ粘度グレードのＩＳＯ ＶＧ ４６０〜１０００相当）程度でしかない。しかしながら、上記条件範囲の傾斜溝１２を形成した軸受１では、４０℃における動粘度が１６５０ｍｍ^２／ｓの範囲のもの（ＩＳＯ ＶＧ １５００相当）まで使用することが可能となる。これは、流動し難い高粘度の潤滑油であっても、軸受１においては、傾斜溝１２の傾斜角度θ、幅Ａ、溝幅Ｂおよび幅Ａと溝幅Ｂの比Ａ／Ｂを上記範囲に設定したことにより、摺動面１４への潤滑油の供給状態が改善されたことの効果である。このような高粘度の潤滑油は流動し難いが、強固な油膜を形成できる。したがって、本実施形態の軸受１においては、高粘度の潤滑油を使用することにより、さらに金属接触を防いで摩耗の発生を防止し、軸受寿命の延長を図ることも可能である。また、グリースは、傾斜溝を形成しない単純な円筒形状のすべり軸受の場合、混和ちょう度が、２０５〜２６５程度（ＪＩＳ Ｋ２２２０に規定の２〜４号ちょう度）のものしか使用できないが、軸受１では、混和ちょう度が１３０程度（５号ちょう度）のものまで使用できるようになる。

軸受１の材料は特に限定されず、熱処理された炭素鋼や、高力黄銅等の溶製材料を用いることができる。この場合、傾斜溝１２は、鋳造、押し出し、機械加工等の手段で形成することができる。また、軸受１の材料として焼結材料を用いることもできる。焼結材料は、原料粉末を金型に充填した後、上下方向よりパンチを用いて圧縮成形して得られた成形体を焼結して得られる材料で、傾斜溝１２の雄型をコアロッドに形成しておくことで、容易に付与できるので好ましい。また焼結材料は、溶製材料に比して組成のバリエーションが広く、溶製材料では得られない金属組織の材料が容易に得られる点からも推奨される。また、軸受１に推奨される焼結材料は、特許文献２に記載のものと同様である。

本実施形態の軸受１によれば、軸２０が回転すると、それに伴って傾斜溝１２内に貯留する潤滑油が傾斜溝１２内から引き出されて軸２０の回転方向に流動し、摺動面１４に供給され、軸２０との摺動が潤滑される。傾斜溝１２が上記の傾斜角度θ、幅Ａ、溝幅Ｂおよび幅Ａと溝幅Ｂの比Ａ／Ｂの各条件を満たすことにより、傾斜溝１２内から摺動面１４に流動する潤滑油の量は、その摺動面１４の全域にいきわたる量が確保される。また、このように摺動面１４の全域にいきわたった潤滑油は静止時においても保持される。このため十分な潤滑効果を得ることができ、動摩擦係数とともに静止摩擦係数も低減することができる。また、軸受１の内外周に形成された内周溝１５と外周溝１６および貫通孔１７により揺動運動により移送された潤滑油を軸受下方に回収して傾斜溝１２に供給するから上記の動摩擦係数および静止摩擦係数を低減する効果を長期にわたり維持することができる。これらの効果により、本実施形態の軸受１は、高い面圧を受けても長期にわたって潤滑効果が維持され、摩耗し難く耐久性が向上した軸受となる。また、内周溝１５および外周溝１６は、摺動面１４近傍の潤滑油が消耗すると、摺動面１４から離れた位置の傾斜溝１２の潤滑油を内周溝１５から回収して供給するので、潤滑油の給脂期間を２倍以上に延長することができる。

次に、本発明の効果を実証する実施例を説明する。
［第１実施例］
アトマイズ鉄粉に、アトマイズ銅粉を１８質量％と、黒鉛粉を０．８質量％とを添加した原料粉末１００質量部に、さらに成形潤滑剤としてステアリン酸亜鉛粉０．５質量部を添加して混合し、この混合粉を、外径９５ｍｍ、内径８０ｍｍ、高さ（軸長）８０ｍｍの円筒形状に圧縮成形した。この成形体を１１２０℃の還元性ガス中で焼結し、続いて８５０℃に加熱した後に油焼入れし、温度１８０℃で焼戻しを行って軸受の試料を作製した。

作製した軸受について、表１に示す条件の傾斜溝の本数、幅および深さで、周方向（摺動方向）と直交する方向に対する傾斜角度は２０°と共通させて、機械加工により内周面に断面台形状の傾斜溝を形成した。また、機械加工により内周および外周に幅５ｍｍ、深さ１ｍｍの環状の内周溝、外周溝を形成するとともに内外周溝を連通する貫通孔を等間隔に２個形成した。次いで、これら軸受に４０℃における動粘度４６０ｍｍ２／ｓのマシン油を真空含浸して、表１に示す傾斜溝本数、山部の表面である摺動面の幅Ａ、傾斜溝の溝幅Ｂ、摺動面の幅Ａと溝幅Ｂとの比、傾斜溝の面積率および深さを有する軸受（試料番号０１〜４０）を作製した。なお、摺動面の幅Ａおよび溝幅Ｂは各々周方向の幅であり、溝に直交する方向の幅ではない。なお、表１の下線で示す値は、本発明範囲を逸脱することを示している。

作製した軸受の試料０１〜３８を貫通孔が軸の鉛直下に配置されるようハウジング内に固定し、それら軸受の内周面と、焼入れして研磨処理した鋼製の軸の表面に混和ちょう度が２８０のグリース（リチウムグリース２号）を塗布し、各軸受の軸孔に軸を挿入した。軸受試料の内周面と軸とのクリアランスは３００μｍ程度である。次いで、軸を、ラジアル方向に６５０Ｎの荷重を与えながら、角度１０°の範囲を０．５ｍｍ／分といったすべり速度で揺動させた。なお、揺動させるにあたっては、振り子運動の末端位置でそれぞれ０．５秒間休止させた。この時、トルクセンサにて測定したトルク値より求めた静止摩擦係数および動摩擦係数の値（平均値）を、表１に併記する。

以下に試験結果についての考察を記す。
（１）摺動面の幅Ａの影響：図６参照
表１の試料番号０１〜０７の軸受は、摺動面の幅Ａと傾斜溝の溝幅Ｂとの比（Ａ／Ｂ）をほぼ同じとした上で、幅Ａを変化させてその影響を調べたものである。これらの試料において、摺動面の幅Ａが１ｍｍに満たない試料番号０１の軸受では、摺動面の幅Ａが小さすぎることから荷重に耐えられず山部が座屈変形し、その結果、溝幅Ｂが小さくなって潤滑油の供給が不十分となって静止摩擦係数および動摩擦係数の値が大きくなっている。一方、摺動面の幅Ａが１ｍｍの試料番号０２の軸受では、荷重に十分耐えることができ、山部の変形は認められなかった。また、摺動面の幅Ａが小さいことから傾斜溝からの潤滑油の供給を十分に受けることができ、静止摩擦係数および動摩擦係数も小さい値を示している。また摺動面の幅Ａが大きくなるにしたがい静止摩擦係数および動摩擦係数は徐々に増加する傾向を示すものの、摺動面の幅Ａが７ｍｍ（試料番号０６）までは十分に小さい値を維持している。しかしながら、摺動面の幅Ａが７ｍｍを超える試料番号０７の軸受では、摺動面の幅Ａが大きく、傾斜溝からの潤滑油の供給が不十分となって静止摩擦係数および動摩擦係数がともに急激に増加している。これらのことから、摺動面の幅Ａは１〜７ｍｍの範囲が適切であることがわかる。

（２）溝幅Ｂの影響：図７参照
表１の試料番号０８〜１７の軸受は、摺動面の幅Ａと溝幅Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を、試料番号０８〜１２の軸受と、試料番号１３〜１７の軸受とでほぼ同じとした上で、溝幅Ｂを変化させてその影響を調べたものである。これらの試料において、溝幅Ｂが０．５ｍｍに満たない試料番号０８の軸受では、摺動面の幅Ａが十分であるにもかかわらず摺動面に供給する潤滑油が不十分となり、摩擦係数が大きい値を示している。一方、溝幅Ｂが０．５ｍｍの試料番号０９の軸受では、溝幅Ｂが十分に大きく摺動面に十分な潤滑油が供給できることにより、静止摩擦係数および動摩擦係数が急激に低下している。また、溝幅Ｂが０．５〜５ｍｍの範囲において、両摩擦係数は低く安定した値を示している。しかしながら、溝幅Ｂが５ｍｍを超える試料番号１７の軸受では、溝幅Ｂに対する摺動面の幅Ａの比（Ａ／Ｂ）が一定であるため、摺動面の幅Ａが大きくなって摺動面に十分な潤滑油が供給されず、静止摩擦係数および動摩擦係数ともに急激に増加している。これらのことから、溝幅Ｂは０．５〜５ｍｍの範囲が適切であることがわかる。

（３）摺動面の幅Ａと溝幅Ｂとの比（Ａ／Ｂ）の影響：図８，９参照
表１の試料番号１８〜２５と試料番号２６〜３３は、それぞれ溝本数を一定（前者が７２本、後者が３６本）にして、なおかつ摺動面の幅Ａと溝幅Ｂを変えて、摺動面の幅Ａと溝幅Ｂとの比（Ａ／Ｂ）の影響を調べたものであり、試料番号１８〜２５（溝本数が７２本）の結果が図８、試料番号２６〜３３（溝本数が３６本）の結果が図９である。これらの試料よりＡ／Ｂが０．５に満たない試料番号１８，２６の軸受は、溝幅Ｂに対する摺動面の幅Ａが大きく、摺動面に十分な潤滑油が供給されないことから、静止摩擦係数および動摩擦係数が大きい値を示している。一方、Ａ／Ｂが０．５〜５の範囲の試料番号１９〜２４（溝本数が７２本の場合）、試料番号２７〜３２（溝本数が３６本の場合）の軸受では、摺動面に十分な潤滑油が供給することができ、静止摩擦係数および動摩擦係数ともに低く安定した値を示している。しかしながら、Ａ／Ｂが５を超える試料番号２５，３３の軸受では、溝幅Ｂに対して摺動面の幅Ａが大きく、このため摺動面に十分な潤滑油が供給されず急激に静止摩擦係数および動摩擦係数が増加している。これらのことからＡ／Ｂを０．５〜５の範囲とする必要があることがわかる。

（４）傾斜溝の深さｄの影響：図１０参照
表１の試料番号２０および３４〜４０の軸受は、傾斜溝の深さの影響を調べたものである。これらの試料より、傾斜溝の深さが０．１ｍｍに満たない試料番号３４の軸受では、傾斜溝の深さが浅すぎて傾斜溝に十分な潤滑油が貯留されず、このため摺動面への潤滑油の供給量が不十分となり、静止摩擦係数および動摩擦係数がともに大きい値を示している。一方、傾斜溝の深さが０．１ｍｍの試料番号３５の軸受では、傾斜溝が潤滑油を十分に貯留する深さを有しており、この結果、摺動面への潤滑油の供給量が十分になり、静止摩擦係数および動摩擦係数ともに急激に低下している。また、傾斜溝の深さが０．１〜３ｍｍの範囲では、静止摩擦係数および動摩擦係数はともに低く安定した値を示している。しかしながら、傾斜溝の深さが３ｍｍを超える試料番号４０の軸受では、傾斜溝が深くなりすぎた結果、摺動面が荷重に耐えきれず摩耗が発生した。これらのことから、傾斜溝の深さは０．１〜３ｍｍの範囲が適切であることがわかる。

［第２実施例］
第１実施例と同様の原料粉末を用い、同様に成形、焼結を行って作製した軸受試料について、溝の本数を７２本、摺動面の幅Ａを２．０７ｍｍ、溝幅Ｂを１．４２ｍｍ、溝の深さを０．７ｍｍと共通させ、周方向（摺動方向）と直交する方向に対する傾斜角度を表２に示す条件に変更して、機械加工により内周面に断面台形状の傾斜溝と、第１実施例と同様の環状の内周溝、外周溝および貫通孔を形成した。次いで、第１実施例と同様にマシン油を真空含浸して表２に示す傾斜溝の傾斜角度を有する軸受（試料番号４１〜５３）を作製した。作製した軸受の試料４１〜５３を第１実施例と同様にして揺動試験を行い、得られた静止摩擦係数および動摩擦係数の値を表２に併記する。なお、表２に傾斜溝のが傾斜角度が２０°の例として第１実施例の試料番号２１の軸受の動摩擦係数の値を併記する。

（５）傾斜溝の傾斜角度の影響：図１１参照
表２の試料番号２１および４１〜５３の軸受は、傾斜溝の傾斜角度の影響を調べたものである。これらの試料より、傾斜溝の傾斜角度が１０°に満たない軸受（試料番号４１，４２）および傾斜溝の傾斜角度が６０°を超える軸受（試料番号５１〜５３）は、静止摩擦係数および動摩擦係数がともに高い値を示すが、傾斜溝の傾斜角度が１０〜６０°の軸受（試料番号２１，４３〜５０）の軸受は静止摩擦係数および動摩擦係数ともに低い値を示している。また、傾斜溝の傾斜角度が１５〜５０°の軸受（試料番号２１，４４〜４９）では、両摩擦係数がより小さくなっており、傾斜溝の傾斜角度が２０〜４０°の軸受（試料番号２１，４５〜４８）は、両摩擦係数が最も低く、かつ安定した値を示している。これらのことから傾斜溝の角度は１０〜６０°の範囲で静止摩擦係数および動摩擦係数の低減の作用が顕著であり、１５〜５０°がより好ましく、２０〜４０°が最も好ましいことがわかる。

［第３実施例］
第１実施例と同様の原料粉末を用い、同様に成形、焼結を行って作製した軸受試料について、溝の本数を７２本、摺動面の幅Ａを２．０７ｍｍ、溝幅Ｂを１．４２ｍｍ、溝の深さを０．７ｍｍ、周方向（摺動方向）と直交する方向に対する傾斜角度を２０°と共通させた断面台形状の傾斜溝を内周面に機械加工により形成するとともに、第１実施例と同様の環状の内周溝、外周溝および貫通孔を機械加工により形成したものと、内周溝、外周溝および貫通孔を形成しないものの２種を作製した。次いで、両者に第１実施例と同様にマシン油を真空含浸して内周溝、外周溝および貫通孔を有する軸受試料とこれらを有さない軸受試料を作製した。作製した２種の軸受試料を第１実施例と同様にして連続して揺動試験を行い、静止摩擦係数が０．１５を超える時点を寿命として運転時間の比較を行った。

その結果、内周溝、外周溝および貫通孔を有する軸受試料は、これらを有しない軸受試料が寿命に到達する時間の倍以上の時間連続運転しても寿命に達せず、内周溝、外周溝および貫通孔を有する軸受試料は、これらを有しない軸受試料に比して２倍以上の寿命を示すことが確認された。

本発明のすべり軸受は、比較的大型で、２０ＭＰａ以上の面圧が作用し、すべり速度が比較的遅く揺動して作動するような用途に好適である。具体的には、例えばブルトーザやパワーショベルのような建設機械の関節用軸受、物品移送ロボットの関節軸受等が挙げられる。

本発明の一実施形態の軸受の斜視図である。 図１に示した軸受の側面図および側面断面図である。 図１に示した軸受の内周面を示す展開図である。 同軸受に軸を挿入した状態の傾斜溝形成部の断面図である。 同軸受に軸を挿入した状態の内周溝および外周溝形成部の断面図である。 摺動面の幅Ａの影響を明らかにする実施例の試験結果であって、その幅Ａと静止摩擦係数および動摩擦係数の関係を示す線図である。 傾斜溝の溝幅Ｂの影響を明らかにする実施例の試験結果であって、その溝幅Ｂと静止摩擦係数および動摩擦係数の関係を示す線図である。 傾斜溝の本数が７２本の場合における、摺動面の幅Ａと溝幅Ｂとの比（Ａ／Ｂ）の影響を明らかにする実施例の試験結果であって、Ａ／Ｂと静止摩擦係数および動摩擦係数の関係の一例を示す線図である。 傾斜溝の本数が３６本の場合における、摺動面の幅Ａと溝幅Ｂとの比（Ａ／Ｂ）の影響を明らかにする実施例の試験結果であって、Ａ／Ｂと静止摩擦係数および動摩擦係数の関係の一例を示す線図である。 傾斜溝の深さｄの影響を明らかにする実施例の試験結果であって、その溝の深さｄと静止摩擦係数および動摩擦係数の関係を示す線図である。 傾斜溝の傾斜角度の影響を明らかにする実施例の試験結果であって、その傾斜角度と静止摩擦係数および動摩擦係数の関係を示す線図である。

符号の説明

１…軸受（すべり軸受）
１０…内周面
１１…軸孔
１２…傾斜溝
１４…摺動面
１５…内周溝（環状溝）
１６…外周溝（環状溝）
１７…貫通孔
２０…軸
Ａ…摺動面の周方向の幅
Ｂ…傾斜溝の周方向の溝幅
Ｒ…周方向
Ｓ…周方向と直交する方向

Claims (3)

1. 軸孔に挿入される軸を回転自在に支持し、その軸が摺動する内周面に、周方向に交差する方向に延びる複数の直線的な傾斜溝が周方向に間隔をおいて形成され、これら傾斜溝に潤滑油が供給されるすべり軸受であって、
   前記傾斜溝が、下記（Ａ）〜（Ｄ）の条件で形成され、
   （Ａ）周方向と直交する方向に対して１０°〜６０゜の範囲で傾斜している。
   （Ｂ）周方向の溝幅Ｂが０．５〜５ｍｍ。
   （Ｃ）隣接する当該傾斜溝間の山部の表面である摺動面の周方向の幅Ａが１〜７ｍｍ。
   （Ｄ）前記山部の摺動面の幅Ａと前記溝幅Ｂとの比Ａ／Ｂが０．５〜５．０。
   さらに、前記すべり軸受の内周および外周に少なくとも一対の状態で環状溝が形成されるとともに、前記内周に形成された環状溝は前記傾斜溝に連通しており、
   前記一対の環状溝を互いに連通させる貫通孔が少なくとも１つ形成されることを特徴とするすべり軸受。
2. 前記傾斜溝の深さｄが０．１〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のすべり軸受。
3. 前記軸受が焼結合金製であることを特徴とする請求項１または２に記載のすべり軸受。

Images