JP4112778B2 - 軸受用ボスの溶射皮膜製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば建設機械に装備される作業装置のピン結合部等に好適に用いられる軸受用ボスの溶射皮膜製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、油圧ショベル等の建設機械は、土砂等の掘削作業を行なう作業装置を備えている。そして、この作業装置は、ブーム、アームおよびバケット等を軸受装置を用いて互いに回動可能に連結して構成されている。
【0003】
即ち、油圧ショベルの作業装置にあっては、例えば一側部材となるアームの先端側にボスを設け、相手方部材となるバケットには左,右一対のブラケットを設け、これらのブラケット間にアーム側のボスを挿入した状態で両者を連結ピンを用いて回動可能に連結している。また、ボスの内周側となるピン穴にはブッシュを嵌着して設け、このブッシュの内周側に連結ピンを摺動可能に挿通することにより、連結ピンはブッシュにより摺動可能に支持されている。
【0004】
また、従来技術では、ボスの端面をブラケットの端面に摺動可能に接触させ、掘削作業時にバケットに作用するスラスト荷重をボスとブラケットとの端面間で受承する構成としている。
【0005】
ところで、この従来技術では、バケットが多量の土砂を扱う構成になっているから、土砂等が外部からボスとブラケットとの端面間に形成される僅かな隙間に頻繁に侵入する。そして、この状態でバケットを回動したときには、前記土砂によってボスの端面等が早期に摩耗する不具合が生じる。
【0006】
そこで、他の従来技術による軸受装置にあっては、ブラケットと接触するボスの端面等に、例えばタングステンカーバイト等の硬質材料を用いた溶射皮膜を形成し、この溶射皮膜によってボスの端面の耐摩耗性を高める構成としたものが知られている(例えば、特開平9−184518号公報等)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、ボスの内周側となるピン穴には連結ピンを摺動可能に支持するためのブッシュを圧入して取付ける構成としているから、ボスのピン穴はブッシュの外径に合わせて高い精度をもって形成することが要求される。
【0008】
そこで、この従来技術では、ボスのピン穴の加工精度を高めるために、ボスの製造時には、内周側が下穴となったボス基材を予め成形しておき、次にこのボス基材の下穴に仕上げ加工としての切削加工を行なう方法を採用している。
【0009】
しかし、上述した他の従来技術にあっては、ボスの端面に全面に亘って硬質材料からなる溶射皮膜を形成する構成としているため、ボスの製作時には下記のような問題が生じる。
【0010】
即ち、ボス基材の端面に溶射処理を施した後に、ボス基材の下穴加工を行なうと、下穴の加工時には、ボス基材の端面に形成した溶射皮膜を下穴の加工代分だけ一緒に削り取る必要がある。そして、このように硬質な溶射皮膜を部分的に削り取ると、この削り取った部分から溶射皮膜に割れ、剥離等の損傷が生じるという問題がある。また、硬質な溶射皮膜をバイトを用いて切削するため、バイトの寿命が著しく低下するという問題もある。
【0011】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は、ボス基材の下穴の加工時に、ボス基材の端面に形成した溶射皮膜に割れ等の損傷が発生するのを防止でき、溶射皮膜の品質を高められるようにした軸受用ボスの溶射皮膜製造方法を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項1の発明による軸受用ボスの溶射皮膜製造方法は、内周側に連結ピンが挿嵌されるピン穴用の下穴を有する筒状のボス基材を成形するボス基材成形工程と、前記ボス基材の端面のうち前記下穴の加工代となる部位にマスキングを施すため前記ボス基材の下穴に内側マスク部材を装着するマスキング工程と、マスキングが施された前記ボス基材の端面に硬質材料を溶射して溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成工程とからなり、前記ボス基材の下穴に装着される前記内側マスク部材の外径は、前記下穴を加工して前記ピン穴を成形した後の当該ピン穴の穴径よりも大きな値に設定している。
【0013】
このように構成したことにより、軸受用ボスの端面に硬質材料を溶射するときには、ボス基材の端面のうち下穴の加工代となる部位に予め内側マスク部材によるマスキングを施すことができるから、この加工代となる部位を溶射皮膜の非形成面として残すことができる。従って、ボス基材の下穴加工時には、このボス基材の端面に形成した硬質な溶射皮膜を下穴と一緒に切削する必要がなくなり、この下穴を容易に加工することができる。
【0014】
また、請求項2の発明は、前記溶射皮膜形成工程では、前記内側マスク部材よりも外側に形成される環状の端面に溶射皮膜を形成している。
【0015】
この場合には、内側マスク部材をボス基材の下穴に装着し、この状態でボス基材の端面に硬質材料を溶射することにより、ボス基材の端面のうち内側マスク部材よりも外側となる環状の端面のみに溶射皮膜を形成することができる。
【0016】
さらに、請求項3の発明は、前記内側マスク部材の他に前記ボス基材の外周側に外側マスク部材を装着し、前記溶射皮膜形成工程では内側マスク部材と外側マスク部材との間に形成される環状の端面に溶射皮膜を形成している。
【0017】
この場合には、内側マスク部材をボス基材の下穴に装着すると共に、外側マスク部材をボス基材の外周側に装着し、この状態でボス基材の端面に硬質材料を溶射する。これにより、ボス端面のうち内側マスク部材と外側マスク部材との間で形成される環状の端面のみに溶射皮膜を形成することができる。
さらに、請求項4の発明によると、前記ボス基材は、建設機械のアーム先端側に設けられるアームボスの基材であり、前記ボス基材の端面に形成した溶射皮膜は、前記アームボスに連結ピンを介して連結されるバケット側のブラケットとの間でスラスト荷重を受承するものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による軸受装置を油圧ショベルのピン結合部に適用した場合を例に挙げ、図1ないし図10の添付図面に従って詳細に説明する。
【0019】
図中、1は油圧ショベルの下部走行体、2は該下部走行体1上に旋回可能に搭載された上部旋回体で、該上部旋回体2は、旋回フレーム3を有し、この旋回フレーム3上には、運転室を画成するキャブ4、カウンタウエイト5等が設けられている。
【0020】
6は上部旋回体2の前部側に俯仰動可能に設けられた作業装置で、該作業装置6は、上部旋回体2の旋回フレーム3にピン結合されたブーム7と、該ブーム7の先端側にピン結合されたアーム8と、該アーム8の先端側にピン結合されたバケット9とによって大略構成されている。そして、作業装置6のブーム7は、ブームシリンダ10によって上,下に俯仰動され、アーム8はアームシリンダ11によりブーム7に対して俯仰動され、バケット9はバケットシリンダ12によりアーム8に対して回動される。
【0021】
21はアーム8とバケット9との間のピン結合部を構成する軸受装置で、該軸受装置21は、後述のアームボス22、ブラケット26および連結ピン27によって大略構成されている。
【0022】
22はアーム8の先端側に設けられた軸受用ボスとしてのアームボスで、該アームボス22は、図2、図3に示す如く軸方向に間隔をもって配置された左,右のボス部23,23と、該各ボス部23を互いに連結する連結筒24とによって構成されている。
【0023】
ここで、ボス部23は、鋳鉄等の金属材料を用いて略円筒状に形成され、連結筒24の両端側に嵌合して溶接されている。また、ボス部23は、その内周側が例えば95mm程度の穴径を有したピン穴23Aとなっている。また、ボス部23は、図3に示すようにブラケット26と軸方向で対向した対向面側が端面23Bとなり、該端面23Bの外周縁側には環状のテーパ部23Cが形成されている。
【0024】
さらに、このボス部23の端面23Bは、後述の溶射皮膜28が形成される部位が環状の皮膜形成面23B1 となり、該皮膜形成面23B1 の径方向内側部位は溶射皮膜28が形成されない皮膜非形成面23B2 となっている。そして、ボス部23の端面23Bは、油圧ショベルの掘削作業時等にバケット9に付加されるスラスト荷重を、後述の溶射皮膜28,29を介してブラケット26の端面26Cとの間で受承するものである。
【0025】
25,25はアームボス22の各ピン穴23A内に嵌着して設けられた一対のブッシュで、該ブッシュ25は、焼結合金等により筒状に形成され、ボス部23の各ピン穴23Aに圧入して取付けられている。
【0026】
26,26はバケット9に左,右に離間して設けられた左,右のブラケットで、該ブラケット26は、鋼板等の金属材料を用いて平板状に形成され、アームボス22の軸方向両側に対向して配置されている。また、ブラケット26には、ボス部23のピン穴23Aと同軸上に位置してピン穴26Aが穿設されている。
【0027】
また、このブラケット26の内側面にはアームボス22との間に位置して環状の補強部材26Bが溶接されている。そして、この補強部材26Bは、図3に示すようにボス部23と軸方向で対向した対向面側が端面26Cとなり、該端面26Cの外周縁側には環状のテーパ部26Dが形成されている。
【0028】
27はアームボス22を各ブラケット26間に回動可能に連結する連結ピンを示し、該連結ピン27は、その軸方向の中間部分がブッシュ25内に摺動可能に挿通され、軸方向両端側はブラケット26のピン穴26A,26A内に挿嵌されている。そして、連結ピン27は、その左端側が回転防止装置(図示せず)を用いて左側のブラケット26に廻止め状態で固定されている。また、連結ピン27とアームボス22の連結筒24との間にはグリース等の潤滑剤が封入され、このグリースによりブッシュ25と連結ピン27との摺動面間を潤滑状態に保持している。
【0029】
28,28はアームボス22の左,右の端面23Bのうち、皮膜形成面23B1 に硬質材料を溶射することにより形成されたボス側の溶射皮膜で、該溶射皮膜28は、剛性を有しかつ耐熱性を備えた硬質の超硬合金材料を用いて形成されている。この場合、超硬合金材料は、例えばタングステンカーバイト等の材料にニッケルとクロムを含ませた粉末材料を、プラズマ溶射法、高エネルギ溶射等の手段を用いて溶射処理することにより形成される。
【0030】
29,29は各ブラケット26の左,右の端面26Cに硬質材料を溶射することにより形成されたブラケット側の溶射皮膜で、該溶射皮膜29についても、溶射皮膜28とほぼ同様に硬質の超硬合金材料を用いて形成されている。
【0031】
そして、溶射皮膜28,29は、バケット9を回動したときに、アームボス22とブラケット26との端面23B,26Cが互いに直接摺接して、これらの端面23B,26Cに摩耗、損傷等が生じるのを防止する耐摩耗層を構成している。
【0032】
30,30はアームボス22の軸方向両端側に位置してピン穴23A内に嵌着して設けられたダストシールで、該ダストシール30は、ブッシュ25と連結ピン27との摺動面間に外部から土砂等の異物が侵入するのを防止すると共に、この摺動面間に給脂されたグリースの一部を、アームボス22側の溶射皮膜28とブラケット26側の溶射皮膜29との間に補給させるものである。
【0033】
31,31はアームボス22とブラケット26との間をシールするOリングで、該Oリング31は、アームボス22とブラケット26とのテーパ部23C,26D間に締代をもって装着され、アームボス22とブラケット26との間に外部から異物が侵入するのを防止している。
【0034】
本実施の形態による軸受装置21は上述の如き構成を有するもので、油圧ショベルの掘削作業時等に作業装置6のバケット9を駆動するときには、バケットシリンダ12を伸縮させることにより、バケット9側のブラケット26を連結ピン27を介してアームボス22に対し回動させる。これによりバケット9をアーム8の先端側で回動し、土砂等の掘削を行なう。
【0035】
そして、本実施の形態では、アームボス22とブラケット26との端面23B、26Cに硬質材料からなる溶射皮膜28,29を形成しているから、掘削作業時にバケット9に土砂等が衝突してスラスト荷重が付加されたときには、このスラスト荷重をアームボス22側の溶射皮膜28とブラケット26側の溶射皮膜29との間で受承でき、端面23B,26Cに摩耗、損傷等が生じるのを防止することができる。また、掘削作業時にアームボス22の端面23Bとブラケット26の端面26Cとの間に土砂が侵入したときには、溶射皮膜28,29間で土砂をすり潰すことができ、これによっても端面23B,26Cの摩耗等を防止することができる。
【0036】
次に、アームボス22の溶射皮膜製造方法を含めたアームボス22全体の製造方法について、図6ないし図10を参照して説明するに、まず、図6に示すボス基材成形工程では、鋳鉄等を用いてボス部23の基材となる円筒状のボス基材23′を成形する。
【0037】
ここで、ボス基材23′の内周側はピン穴23A用の下穴23A′となり、該下穴23A′は、例えば85mm程度の穴径Dに設定される。従って、下穴23A′は、約95mmの穴径D′をもったピン穴23Aに対して径方向に約5mm程度の加工代ΔD(2×ΔD=D′−D)を有している。
【0038】
次に、図7に示すマスキング工程では、ボス基材23′の下穴23A′にピン穴23Aの穴径D′よりも大きな外径d1 (例えば105mm程度)をもった段付円柱状の内側マスク部材32を装着する。これによりボス基材23′の端面23B′のうち、下穴23A′の加工代ΔDとなる部位とこの加工代ΔDの外周縁部位にマスキングを施す。
【0039】
また、ボス基材23′の外周側には端面23B′と対応した内形d2 (例えば152mm程度)を有する筒状の外側マスク部材33を装着する。これにより、テーパ部23C′を含めたボス基材23′の外周側にマスキングを施す。
【0040】
そして次に、図8に示す溶射皮膜形成工程では、マスキングが施されたボス基材23′の端面23B′のうち、内側マスク部材32と外側マスク部材33との間に形成される環状の皮膜形成面23B1 ′に対し、図8中に示す矢印の如くタングステンカーバイド等を主成分とした超硬合金材料を溶射し、この皮膜形成面23B1 ′に溶射皮膜28を形成する。この結果、ボス基材23′の端面23B′のうち、皮膜形成面23B1 ′の径方向内側部位は、溶射皮膜28が形成されない皮膜非形成面23B2 ′として残る。
【0041】
図9に示す第1の溶接工程では、溶射皮膜28が形成されたボス基材23′,23′を連結筒24の両端側に溶接し、該各ボス基材23′同士を連結してアームボス22′を形成する。次に、図10に示す第2の溶接工程では、アームボス22′をアーム8の先端側に溶接する。
【0042】
そして、最後にピン穴形成工程では、アーム8に溶接されたボス基材23′の下穴23A′を、バイト等の工具を用いて加工代ΔD分だけ切削し、図10中に一点鎖線で示す如くピン穴23Aを形成する。
【0043】
ここで、ボス基材23′の端面23B′は、前述の如く加工代ΔDと対応した部位を、溶射皮膜28の皮膜非形成面23B2 ′として残すことができるから、このピン穴形成工程では、ボス基材23′よりも硬質な溶射皮膜28を下穴23A′と一緒に切削する必要がなくなり、ボス基材23′の下穴23A′のみをバイト等を用いて容易に加工することができる。
【0044】
これにより、ボス基材23′の下穴23A′加工時に、従来技術で述べたように溶射皮膜28に割れ、剥離等の不具合が生じることがなくなり、耐摩耗層としての溶射皮膜28の性能、信頼性等を高めることができる。また、バイト等を用いて硬質な溶射皮膜28を切削する必要がなくなることにより、バイトの寿命を延ばすことができる。
【0045】
また、本実施の形態では、ボス基材23′の端面23Bは、加工代ΔDとなる部位の外周縁部についても皮膜非形成面23B2 として構成したから、下穴23A′の加工公差を例え大きめに設定した場合でも、下穴23A′の加工時に溶射皮膜28が下穴23A′と一緒に切削されることがなくなり、溶射皮膜28の割れ等を防止することができる。
【0046】
さらに、アームボス22の製造時には、ボス基材23′を予め連結筒24、アーム8に溶接しておき、この状態で下穴23A′を加工する構成としたので、ボス基材23′の溶接時にボス基材23′を過って落下させ、下穴23A′に傷等が生じた場合でも、このような傷を下穴23A′の加工時に除去してピン穴23Aの仕上げ面を滑らかに仕上げることができる。
【0047】
また、マスキング工程では、内側マスク部材32、外側マスク部材33をそれぞれボス基材23′の内周側、外周側に装着する構成としたので、これら2個のマスク部材32,33をボス基材23′に装着するだけで、ボス基材23′の端面23B′のうち皮膜形成面23B1 ′を除いた他の部位に容易にマスキングを施すことができ、例えばテープ等を用いてマスキングを行なう場合に比較して作業性等を高めることができる。
【0048】
なお、実施の形態では、軸受装置21のアームボス22を、2個のボス部23,23と1個の連結筒24を用いて構成する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限ることなく、例えば図11に示す第1の変形例のように、軸受装置41のアームボス42を1個の円筒部材によって形成し、このアームボス42の端面に溶射皮膜28を形成してもよい。
【0049】
ここで、この変形例に用いるアームボス42は、実施の形態で述べたボス部23とほぼ同様に、ピン穴42A,42Aおよびテーパ部42B,42B等を有している。
【0050】
また、実施の形態では、マスキング工程において、内側マスク部材32、外側マスク部材33をそれぞれボス基材23′の内周側、外周側に装着する構成とした場合を例に挙げて説明したが、これに替えて、例えば図12に示す第2の変形例のように、内側マスク部材32、外側マスク部材33のうち外側マスク部材33を廃止する構成としてもよく、この場合でも、ボス基材23′の端面23B′のうち内側マスク部材32よりも外側に形成される環状の皮膜形成面23B1 ′に溶射皮膜を形成できる。
【0051】
また、実施の形態では、溶射皮膜28,29として、例えばタングステンカーバイト等を主成分とした超硬合金材料を用いる場合を例に挙げて説明したが、これに替えて、例えばモリブデンを主成分とした他の超硬合金材料を用いてもよいし、炭化ケイ素、炭化チタン、アルミナおよび酸化クロム等を主成分としたセラミック材料を用いて形成してもよい。
【0052】
さらにまた、実施の形態では、軸受装置を、アーム8とバケット9とのピン結合部に用いる構成とした場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えばブーム7とアーム8との間を連結するピン結合部、旋回フレーム3とブーム7との間を連結するピン結合部等に用いてもよいし、油圧クレーン等の建設機械、農業用および産業用の作業機等に設けられたピン結合部に適用してもよい。
【0053】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項1の発明によれば、内周側に連結ピンが挿嵌されるピン穴用の下穴を有する筒状のボス基材を成形し、軸受用ボスの端面に溶射皮膜を形成するときには、前記ボス基材の端面のうち前記下穴の加工代となる部位に予め内側マスク部材によるマスキングを施しておき、この状態でマスキングが施されたボス基材の端面に硬質材料を溶射する上に、前記ボス基材の下穴に装着される前記内側マスク部材の外径は、前記下穴を加工して前記ピン穴を成形した後の当該ピン穴の穴径よりも大きな値に設定しているので、前記ボス基材の端面のうち下穴の加工代となる部位を溶射皮膜の非形成面として残すことができる。
【0054】
これにより、ボス基材の下穴加工時には、このボス基材の端面に形成した硬質な溶射皮膜を下穴と一緒に切削する必要がなくなり、下穴のみをバイト等の工具を用いて容易に加工でき、従来技術で述べたように溶射皮膜に割れ、剥離等の損傷が生じることがなくなり、溶射皮膜の品質を高めることができる。また、バイト等を用いて硬質な溶射皮膜を切削する必要がなくなることにより、バイトの寿命を延ばすことができる。
【0055】
また、請求項2の発明は、溶射皮膜の形成時には、予めボス基材の下穴に内側マスク部材を装着し、この状態でボス基材の端面のうち内側マスク部材よりも外側に形成される環状の端面に溶射皮膜を形成したので、1個の内側マスク部材をボス基材に装着するだけで、ボス基材の端面に容易にマスキングを施すことができ、マスク部材の装着時の作業性等を高めることができる。
【0056】
また、請求項3の発明は、溶射皮膜の形成時には、予めボス基材の下穴に内側マスク部材を装着して、ボス基材の外周側に外側マスク部材を装着し、この状態でボス基材の端面のうち内側マスク部材と外側マスク部材との間に形成される環状の端面に溶射皮膜を形成したので、この場合でも、2個の内側,外側マスク部材をボス基材に装着するだけで、ボス基材の端面に容易にマスキングを施すことができ、これらの内側,外側マスク部材を用いることによりマスキングを容易に行なうことができる。
さらに、請求項4の発明は、前記ボス基材を、建設機械のアーム先端側に設けられるアームボスの基材とし、前記ボス基材の端面に形成した溶射皮膜は、前記アームボスに連結ピンを介して連結されるバケット側のブラケットとの間でスラスト荷重を受承することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による軸受装置が適用される油圧ショベルを示す外観図である。
【図2】軸受装置を図1中の矢示II−II方向から拡大してみた縦断面図である。
【図3】図2中のアームボス、ブラケットおよび溶射皮膜等を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図4】図2中のボス部を単体で示す拡大斜視図である。
【図5】ボス部を図4中の矢示V−V方向からみた左側面図である。
【図6】ボス基材成形工程によってボス基材を成形した状態を示す断面図である。
【図7】マスキング工程によってボス基材に内側マスク部材、外側マスク部材を装着した状態を示す断面図である。
【図8】溶射皮膜形成工程によってボス基材に溶射皮膜を形成した状態を示す断面図である。
【図9】第1の溶接工程によってボス基材と連結筒を溶接した状態を示す断面図である。
【図10】第2の溶接工程によってアームにアームボスを溶接した状態を示す側面図である。
【図11】本発明の第1の変形例による軸受装置を図2と同様位置からみた断面図である。
【図12】本発明の第2の変形例によるマスキング工程を示す図7と同様の断面図である。
【符号の説明】
21,41 軸受装置
22,22′,42 アームボス(軸受用ボス)
23 ボス部
23A,42A ピン穴
23B,23B′,26C 端面
23B1 ,23B1 ′ 皮膜形成面
23B2 ,23B2 ′ 皮膜非形成面
26 ブラケット
27 連結ピン
28,29 溶射皮膜
23′ ボス基材
23A′ 下穴
32 内側マスク部材
33 外側マスク部材
ΔD 加工代
Claims (4)
- 内周側に連結ピンが挿嵌されるピン穴用の下穴を有する筒状のボス基材を成形するボス基材成形工程と、
前記ボス基材の端面のうち前記下穴の加工代となる部位にマスキングを施すため前記ボス基材の下穴に内側マスク部材を装着するマスキング工程と、
マスキングが施された前記ボス基材の端面に硬質材料を溶射して溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成工程とからなり、
前記ボス基材の下穴に装着される前記内側マスク部材の外径は、前記下穴を加工して前記ピン穴を成形した後の当該ピン穴の穴径よりも大きな値に設定してなる軸受用ボスの溶射皮膜製造方法。 - 前記溶射皮膜形成工程では、前記内側マスク部材よりも外側に形成される環状の端面に溶射皮膜を形成してなる請求項1に記載の軸受用ボスの溶射皮膜製造方法。
- 前記マスキング工程では、前記内側マスク部材の他に前記ボス基材の外周側に外側マスク部材を装着し、前記溶射皮膜形成工程では前記内側マスク部材と外側マスク部材との間に形成される環状の端面に溶射皮膜を形成してなる請求項1に記載の軸受用ボスの溶射皮膜製造方法。
- 前記ボス基材は、建設機械のアーム先端側に設けられるアームボスの基材であり、前記ボス基材の端面に形成した溶射皮膜は、前記アームボスに連結ピンを介して連結されるバケット側のブラケットとの間でスラスト荷重を受承するものである請求項1,2または3に記載の軸受用ボスの溶射皮膜製造方法。
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