JP4271624B2 - 建設機械の関節用すべり軸受 - Google Patents
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Description
この場合、前記傾斜溝の深さは、軸受内周円筒面からの最大深さが0.5〜3mmの範囲内であることが好ましい。
また、前記の傾斜溝を備えると共に、前記軸受面に切削加工によって形成した高低差が2〜20μmの範囲内の円周方向に延びる凹凸条を螺旋状または複数の環状に備えていることを特徴とする。
(A)マルテンサイトを含む金属組織の鉄合金基地中に銅粒子および銅合金粒子の少なくとも一方が分散しておりCu含有量が7〜30質量%の焼結合金、
(B)上記焼結合金(A)中に前記鉄基合金基地より硬質な鉄基合金粒子またはコバルト基合金粒子が5〜30質量%の範囲内で分散している金属組織の焼結合金、または、
(C)前記焼結合金(A)中または前記焼結合金(B)中に黒鉛および二硫化モリブデンの少なくとも一方の粒子が3質量%以下の範囲内で含有している焼結合金、
のいずれかであることを特徴とする。
この傾斜溝は、特に、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軸受面と前記傾斜溝とに交差するように、溝幅、傾斜角度、溝の本数を設定して配置するので、軸受内周のどの部分に軸の荷重が掛かっても、軸面は常に軸受面と油溝との両方に接しているため潤滑作用が良好である。傾斜溝の溝深さは0.5〜3mmの範囲内とし、溝の容積が比較的大きいので、潤滑剤を多く蓄えることができる。また、軸受要素の外部から異物が浸入した場合にも、異物の逃げ場になるので摩耗を遅延させる効果も期待できる。さらに装置に軸受を設置する際に軸受の方向性を考慮する必要がない。傾斜溝は金型を用いて粉末成形する際に形成することができるので、能率良く生産することができる。
1.焼結合金
まず、すべり軸受の焼結合金は、以下に示す6種類の形態が好適である。
(1)焼結合金1
焼結合金1は、鉄粉、銅粉、黒鉛粉を以下の成分組成となるように混合し、圧粉成形および焼結したものである。組成が質量比でC:0.3〜1.5%、Cu:7〜30%、残りが実質的にFeからなり、基地がマルテンサイトを主とする組織の鉄炭素系合金であり、基地中に銅および/または鉄を含む銅合金の形で粒子状に分散したものである。不可避的に含有する不純物としては、鉄粉中に通常含まれるMnおよびSiが挙げられる。
ここで、Cが0.3質量%を下回ると材料強度が不十分で摩耗しやすくなり、1.5質量%を超えて含有すると硬くなり過ぎて相手部材である軸の摩耗を促進する。よって、焼結合金中のC含有量は0.3〜1.5質量%とする。なお、黒鉛粉の添加量が多い範囲では、焼結体の基地に遊離黒鉛の形で残存する場合があり、遊離黒鉛は固体潤滑作用を奏する。
しかし、Cuの含有量が7質量%を下回るとその効果は不充分であり、一方、30質量%を超えると材料強度が低くなるので、面圧が高い場合は摩耗し易くなる。したがって、Cuの含有量は7〜30質量%の範囲が好適である。なお、Cuの含有量は15質量%前後が最も適当である。
焼結合金2は、前記焼結合金1の組織中に、組成が質量比でC:0.6〜1.7%、Cr:3〜5%、W:1〜20%、V:0.5〜6%を含有する比較的硬質なFe基合金粒子を、焼結合金2の全体質量に対して5〜30%分散させたものである。このFe基合金粒子は、高速度工具鋼(ハイス)の一種に相当する組成で、粉末ハイスの原料である合金粉の形態で混合粉に添加する。この焼結合金2は、マルテンサイトを含む鉄炭素系基地に更に硬い合金粒子が分散しているため、軸との摺動時に基地の変形を低減し、基地への負担を低減する。よって、より高面圧(例えば、面圧80MPa以上)で使用するのに適する軸受になる。
また、そのような硬質粒子としてNi基硬質合金を用いることも考えられるが、その場合には、Ni基硬質合金のNiが周辺の基地中へ一方的に拡散して硬質合金の硬さが低下し、しかも、硬質合金と基地との固着性が悪く不適当である。よって、硬質粒子を構成するFe基合金粒子としては、上記のような不都合が生じないものを選択する必要があり、例えば、以下に示す合金が好適である。
焼結合金3は、前記焼結合金1の合金組織中に、組成が質量比でC:0.6〜1.7%、Cr:3〜5%、W:1〜20%、V:0.5〜6%、MoまたはCoの少なくとも1種:20%以下を含有する比較的硬質なFe基合金粒子を焼結合金3の全体質量に対して5〜30%分散させた合金である。このFe基合金粒子は、高速度工具鋼の一種に相当する組成で、粉末ハイスの原料である合金粉の形態で添加される。この焼結合金3の作用、効果は前述と同様である。
焼結合金4は、前記焼結合金1の合金組織中に、組成が質量比でMo:55〜70%を含有する比較的硬質なMo−Fe合金粒子を焼結合金4の全体質量に対して5〜30質量%分散させた合金である。このMo−Fe合金粒子は、JIS(日本工業規格)に規定された炭素含有量が少ないフェロモリブデン合金粉の形で混合粉に添加される。この焼結合金4の作用、効果は前述と同様である。
焼結合金5は、前記焼結合金1の合金組織中に、組成が質量比でCr:5〜15%、Mo:20〜40%、Si:1〜5%を含有するCo合金粒子を焼結合金5の全体質量に対して5〜30質量%分散させた合金である。この合金粒子は、肉盛り溶射用に市販されている耐熱耐摩耗性合金粉末(例えば、キャポット社製、商品名:コバメット)である。この焼結合金5の作用、効果は前述と同様である。なお、焼結合金2〜5は、特開平8−109450号公報において本出願人が既に提案した合金である。
焼結合金6は、前記焼結合金1〜5の合金組織中に、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化硼素、窒化けい素、弗化黒鉛、エンスタタイトの少なくとも1種の粒子を3質量%以下含有させた合金である。固体潤滑作用のあるこれらの粒子は、摺動中の金属接触を少なくし、耐摩耗性を向上させる。中でも黒鉛あるいは二硫化モリブデンが好ましい。これらの成分は、含有量が多いほど効果があるが、3%を超えて含有すると合金の強度を低下させて摩耗を促進することがある。
図2は軸受1の内周面を展開した図であり、図の縦方向が軸受1の長さ方向を示し、図の横方向が内周面の摺動方向である。内周面には傾斜溝2が等間隔に配置され、隣り合う傾斜溝2の間が軸受面3である。傾斜溝2は、摺動方向と直交する仮想線に対する傾斜角度θが10〜40゜の範囲内であり、溝幅wは2〜8mmの範囲内である。軸受内周面に占める溝表面の面積は50%を超えない範囲内で、且つ摺動方向と直交する仮想線a、b、cが軸受内周面のどの位置においても軸受面および前記傾斜溝の両方に交差するような傾斜溝2の配置とされる。
これに対し、本発明のように傾斜角度θだけ傾斜溝2を傾斜させると、上記の欠点を解消することができる。斜角度θは10゜より小さいと、前記の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軸受面と前記傾斜溝と交差するように傾斜溝2を配置する要件を満たすためには、溝の数を多くする必要があり、内周に占める軸受面3の面積が少なくなり、軸受面に高い面圧を受けることになるので好ましくない。傾斜溝の傾斜角度θが40゜を超えると、金型で傾斜溝付き円筒形状に粉末成形する際に、成形体を金型から抜き出すことが困難になる。なお、傾斜角度θは20゜前後が好適である。
また、金型の構造を簡略にして、コアロッドの上端部には斜歯状の凸条を設けない構造にすることができる。その場合、圧粉成形体の内周に形成される傾斜溝2は、上パンチ側に対応する軸受端面附近が閉塞され、軸受面3を形成する。このように一端が閉塞された傾斜溝2であっても、実用上支障なく使用することができる。必要に応じて、閉塞側端面を切削加工で除去してもよい。成形体は還元性ガス中で、温度1080〜1150℃程度で焼結した後、熱処理を施し、旋盤あるいは研削盤で加工する。
上述の傾斜溝2によって、軸受1の耐久性が向上するが、それに加えて、軸受面3に円周方向に延びる凹凸条4を設けたものは、凹条に潤滑剤を蓄えて、高荷重が作用する部分に供給する効果を奏し、より好ましい軸受1になる。凹凸条4は、旋盤のバイトによる切削加工によって形成され、凹凸条の高低差(凹条の深さ)は2〜20μmの範囲内が好適である。
凹凸条4の高低差が2μmに満たない場合は、内周面を円筒研削盤を用いて砥石で研磨した面の性質と大差はなく、凹凸条の効果が認められない。凹凸条4の高低差を大きくすると潤滑油を保持する効果が増加するが、高荷重が作用する部分では、凸条の摩耗量が多くなるので、最大20μm程度にすることが望ましい。凹凸条4は螺旋状、環状のどちらでも効果があるが、螺旋状の方が能率良く形成できる。凹凸条4の軸方向のピッチは、約0.1〜0.5mm程度が好適である。
軸5は、傾斜溝2内と凹凸条4内から潤滑剤を得て、運転の初期には凹凸条4の凸部の上部と接して摺動する。軸5または軸受1が揺動回転することにより、潤滑剤は凹凸条4内および傾斜溝2内と凹凸条4内とを往来すると想定される。運転の初期段階で、凹凸条4の凸部は、高面圧で摺動するため、最も面圧が高く作用する部分の近傍が摩耗(図3の摩耗部6)して減少する。面圧が高く作用する部分の近傍は、傾斜溝2および凹凸条4の凹条から潤滑剤の供給を受けて軸受1と相手軸5との金属接触が防止されて低い摩擦で摺動する。摩耗部6は、面圧に耐えられる受圧面積を形成すると拡大が停止する。
次に、本発明の高面圧に適する軸受1の傾斜溝2または凹凸条4に含まれる潤滑剤としては、面圧が20MPa以上と高いものの用途が対象であり、公知の各種潤滑技術文献に記載されているような、使用される面圧に相応しい粘度、潤滑性を兼ね備えたものが用いられる。また、軸受1が比較的大きく、傾斜溝2の溝幅wおよび溝深さも比較的大きいので、軸受要素からの流出漏洩が少ないように、潤滑剤が常温で蜂蜜状、水飴状、マヨネーズ状、あるいはグリース(半固態)状のものが好適である。
潤滑剤の付与は、焼結合金の気孔への含浸処理、あるいは潤滑剤への浸漬、軸受組立て時の塗布等によって行うことができる。焼結合金の気孔内に含浸する潤滑剤も同様であるが、ワックス状やグリース状のものは、加熱して低粘度の状態にしたり、低粘度の潤滑油と混合して流動性を与えて真空中で含浸する。
使用する潤滑剤の具体例を以下に示す。
(1)ISO VG460相当(40℃における動粘度460mm2/s=cSt)以上の粘度グレードの工業用潤滑油、
(2)金属石鹸、増稠剤、極圧添加剤、固体潤滑剤などを含有するグリース、そのグリースと潤滑油との混合物、
(3)石油系ワックスや合成ワックスおよび固体潤滑剤を含有するワックス、それらワックスと潤滑油との混合物、および
(4)極圧添加剤および/または固体潤滑剤を含有する滴点が60℃以上のワックス、そのワックスと潤滑油との混合物。
2 傾斜溝
3 軸受面
4 凹凸条
5 軸
6 摩耗部
a、b、c 仮想線
θ 傾斜角
w 溝幅
Claims (4)
- 軸と軸受が揺動状態で摺動し、軸と摺動面に作用する面圧が20MPa以上で使用される軸受であって、軸受合金が焼入れ組織の鉄系焼結合金からなり、摺動方向と直交する方向に対し傾斜角度10〜40゜の範囲の傾斜溝を内周面に備え、前記傾斜溝が幅2〜8mmの範囲内で、溝表面の内周面に占める面積が50%以下の範囲内で、且つ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軸受面と前記傾斜溝との両方に交差する配置に形成され、少なくとも前記傾斜溝内に高粘度の工業用潤滑油、グリース、グリースと工業用潤滑油の混合物、ワックス、ワックスと工業用潤滑油の混合物のいずれかからなる潤滑剤を含むことを特徴とする建設機械の関節用すべり軸受。
- 前記傾斜溝の最大溝深さが0.5〜3mmの範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の建設機械の関節用すべり軸受。
- 前記軸受面が、切削加工により形成された高低差が2〜20μmの範囲内の、円周方向に延びる螺旋状または複数の環状の凹凸条を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の建設機械の関節用すべり軸受。
- 前記鉄系焼結合金が、
(A)マルテンサイトを含む金属組織の鉄合金基地中に銅粒子および銅合金粒子の少なくとも一方が分散しており、Cu含有量が7〜30質量%の合金、
(B)前記合金(A)中に前記鉄基合金基地より硬質な鉄基合金粒子またはコバルト基合金粒子が5〜30質量%の範囲内で分散した金属組織の合金、または、
(C)前記合金(A)中または前記合金(B)中に黒鉛、二硫化モリブデンの少なくとも一方の粒子を3質量%以下の範囲内で含有する合金、
のいずれかであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の建設機械の関節用すべり軸受。
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