WO2004022989A1 - 軸受装置 - Google Patents

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WO2004022989A1
WO2004022989A1 PCT/JP2003/010599 JP0310599W WO2004022989A1 WO 2004022989 A1 WO2004022989 A1 WO 2004022989A1 JP 0310599 W JP0310599 W JP 0310599W WO 2004022989 A1 WO2004022989 A1 WO 2004022989A1
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hardened
quenched
bush
bearing device
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PCT/JP2003/010599
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Yusuke Wakabayashi
Naoki Miyanagi
Shigeyuki Sakurai
Osamu Gokita
Hideki Akita
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Hitachi Construction Machinery Co., Ltd.
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    • F16C2350/26—Excavators

Definitions

  • the present invention relates to a bearing device, and more particularly to a bearing device having a sliding bearing for slidingly supporting a shaft.
  • a hydraulic shovel is an example of an excavator for a construction machine.
  • a packet is connected to the tip of the arm.
  • the bucket is rotated or moved around the connection with the arm by operating the bucket cylinder.
  • the joint between the bucket and the arm is provided with a bearing in which lubricating oil is trapped in pores in a porous bush.
  • This bearing suppresses the occurrence of seizure, galling, wear, etc. by allowing lubricating oil to flow from the inside of the bush to the sliding surface as the shaft slides. Enable movement.
  • Such a bearing is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-82423. Japanese Unexamined Patent Publication No.
  • Hei 10-82 2423 discloses that a mixture of a black high-viscosity lubricating substance generated by a mechanochemical reaction caused by sliding of a shaft and a bush, and a lubricating oil flowing out of the bush.
  • a sliding bearing which can maintain a good sliding state without lubrication for a long period of time and is effective for low speed and high surface pressure is disclosed.
  • An object of the present invention is to provide a bearing device that can maintain a good sliding state without lubrication for a long period of several years or more even under a condition where a high surface pressure is applied.
  • the present invention provides the following to achieve the above object.
  • a porous bush impregnated with a lubricant a shaft supported by the bush, a quenching hardened portion formed in a protruding shape on an outer surface of the shaft facing the inner surface of the bush, And a recess formed between the quench hardened portions and capturing the lubricant flowing out of the push.
  • the bearing device according to 1).
  • a seal member is further provided on both sides of the bush in the axial direction, and the hardened and hardened portion is provided at a location on the outer surface of the shaft facing the seal member.
  • a construction machine provided with the bearing device according to any one of (1) to (7) above, at a joint of the arms constituting the articulated arm.
  • the quenched and hardened part is provided in a grid on the outer surface of the shaft.
  • FIG. 1 is a front view showing a hydraulic shovel provided with a bearing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of the bearing device of the present invention.
  • FIG. 3 is a front view showing an example of a shaft manufacturing apparatus constituting one embodiment of the bearing device of the present invention.
  • FIG. 4 is a characteristic curve diagram showing a variation in a coefficient of friction between a shaft having a helical hardened portion and a shaft obtained by induction hardening the entire outer surface of the shaft, which constitutes an embodiment of the bearing device of the present invention.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the bearing device of the present invention.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the bearing device of the present invention. You.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the bearing device of the present invention.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the bearing device of the present invention.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the bearing device of the present invention.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the bearing device of the present invention.
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the bearing device of the present invention.
  • FIG. 1 shows a hydraulic excavator provided with a bearing device and a shaft according to a first embodiment of the present invention.
  • reference numeral 201 denotes a hydraulic excavator
  • reference numeral 202 denotes a traveling body of a hydraulic excavator
  • reference numeral 203 denotes a revolving body mounted on the traveling body 202 so as to be capable of turning.
  • 3 has a revolving frame 204. On the revolving frame 204, an operator cab 205, a machine room 206, a power center 207, and the like are provided.
  • Reference numeral 208 denotes a multi-joint arm attached to the front of the revolving body 203.
  • the multi-joint arm 208 includes a boom 2 provided on the revolving frame 204 of the revolving body 203 so as to be able to move up and down. 09, an arm 210 provided rotatably at the distal end side of the boom 209, and an excavation bucket 211 provided rotatably at the distal end of the arm 210. .
  • the device for driving the multi-joint arm 208 and the excavating bucket 211 is provided by a boom operation cylinder provided between the turning frame 204 and the boom 209. Arm 2, a cylinder 2 13 for arm operation provided between the boom 209 and the arm 210, and an excavating bucket 2 1 1 via a link 2 14. And a bucket for cylinder operation 215 provided between them.
  • the connecting portion of the arm forming the multi-joint arm includes a connecting portion between the base end 209 a of the boom 209 and the turning frame 204, and a distal end of the boom 209.
  • a connection portion between 209 b and the base end 210 a of the arm 210 and a connection portion between the tip 210 b of the arm 210 and the packet 211 are included.
  • FIG. 2 shows a connecting portion of an articulated arm provided with the first embodiment of the bearing device of the present invention.
  • a bearing device 2 16 provided at the arm tip 210 b (see FIG. 1) Applicable to In the bearing device shown in FIG. 2, a push 9 is fitted inside the boss 1. Brackets 6 are provided on both sides of the boss 1, and shims 5 are interposed in the gaps between the boss 1 and the bracket 6. An O-ring 4 is attached to the outer periphery of the gap.
  • the shaft 10 passes through the bracket 6 and the push 9 on both sides.
  • the shaft 10 is fixed (non-rotatable) by the rotation locking bolt 8 penetrating the shaft 10 and the bracket 6.
  • oil shielding members 1 and 2 are arranged. Dust seal 3 is press-fitted between 10 and 10.
  • the push 9 is entirely formed of, for example, a porous composite sintered alloy formed from a powder containing copper powder and iron powder. Further, the entirety of the push 9 may be formed of an alloy containing copper and aluminum.
  • the bush 9 has a base material such as iron (called a back metal) provided with a porous sintered layer containing copper and iron on the inner surface, or a base material such as iron with copper and aluminum on the inner surface. May be provided with a porous sintered layer containing.
  • the bush 9 is required to have strength and wear resistance, it is preferable to form the bush 9 from a porous iron-based sintered alloy containing a martensite structure.
  • the bush 9 is formed of an alloy in which copper is dispersed in a spot-like manner in an iron-carbon-based alloy base material.
  • This bush 9 is made of a hard iron-carbon-based alloy base material in which copper, which is soft and has good compatibility with a shaft, is dispersed.
  • the bush 9 has few elements constituting the alloy and has excellent durability.
  • the copper content is preferably from 8 to 25% by weight. If the amount of copper present on the sliding surface is small, the properties of the hard iron-carbon based alloy become stronger, and the shaft is liable to abrasive wear. On the other hand, if there is too much copper, the shaft 10 slides at a high surface pressure, which causes copper to be deformed and pores on the surface to be closed, and wear to progress easily.
  • the porosity of the porous iron-based sintered alloy The higher the porosity of the porous iron-based sintered alloy, the higher the oil-impregnating ability and the preferable force S. The higher the porosity, the lower the density, so that the strength decreases and the abrasion resistance is also affected. Therefore, the porosity is preferably 15 to 28%. When the copper content is 25% by weight and the porosity is 28%, the density of the porous iron-based sintered alloy is 5.8 g / cm 3 .
  • the inner peripheral surface of the bush 9 made of a porous iron-based sintered alloy is hardened, impregnated with a lubricant after being quenched, and then cut using a lathe or the like to be a cut surface having irregularities in the axial direction. .
  • the amount of pores opened on the surface of the dense layer is preferably 1 to 10% by area.
  • the height difference of the unevenness is preferably 2 to 12.5 ⁇ m, more preferably about 5 ⁇ m.
  • the lubricant pressure (oil film strength) is high because the pores initially exposed on the inner peripheral surface of the bush 9 are relatively few.
  • a high radial load is generated by the high surface pressure applied to the inner peripheral surface of the bush 9, and the inner peripheral surface of the bush 9 is worn.
  • the dense layer on the inner peripheral surface of the bush 9 is removed, and many pores are exposed on the sliding surface.
  • the temperature of the bush 9 rises due to sliding, and a large amount of lubricant is supplied from the pores due to a difference in thermal expansion.
  • a lubricant having a kinematic viscosity of about 220 to 100 cst at 40 ° C, or a semi-solid lubricant in a petas shape may be used. It can.
  • the impregnated lubricant expands more than the metal that is the base material of the bush 9 due to a rise in the temperature of the bush 9 due to sliding, and is supplied to the sliding surface.
  • the lubricant When the porous push is impregnated with a high-viscosity lubricant, the lubricant is heated to be liquefied to a lower viscosity, and the bush is immersed in the liquefied lubricant and left standing in a vacuum atmosphere. As a result, the air in the pores of the bush is sucked out, and the liquid lubricant is sucked into the pores of the bush instead. When this bush is taken out into the air and allowed to cool to room temperature, the liquid lubricant returns to the original high-viscosity lubricant again in the pores of the bush and loses fluidity. Thus, the high-viscosity lubricant can be retained in the pores of the bush.
  • the lubricating oil of viscosity force 4 6 0 c S t heated to 6 0 ⁇ 8 0 ° C, under a vacuum of 2 x 1 0- 2 mm H g , when immersing the bushing to the lubricant, In about an hour, the pores of the bush become saturated with lubricant.
  • the axis 10 is composed of, for example, S45C force of JIS (Japanese Industrial Standards).
  • FIG. 3 shows an apparatus for manufacturing the axis 10 by laser irradiation or electron beam irradiation.
  • a shaft 10 as a workpiece is supported by a clamp mechanism 30.
  • the clamp mechanism 30 is supported by the column 31.
  • the support 31 is provided with a motor 34 for rotating the clamp mechanism 30.
  • the other end of the shaft 10 is supported by a centering member 33.
  • the centering member 33 is supported by columns 31.
  • the shaft 10, the clamp mechanism 30, and the centering member 33 rotate about one axis as a center of rotation.
  • the two columns 31 are fixed to the XY table 32, and the position of the axis 10, which is the workpiece, can be moved in the X and Y directions by a control device such as an NC device.
  • Reference numeral 35 denotes an energy beam such as a laser or an electron beam.
  • An energy beam 35 is emitted from, for example, a vertical direction to a shaft 10 rotating at a constant peripheral speed by a motor 34.
  • the XY table 32 supporting the axis 10 may move in the longitudinal direction of the axis 10.
  • a hardened hardened portion 10a is formed in a spiral shape on the outer periphery of the shaft 25.
  • the quenched and hardened portion 10a undergoes martensite expansion during the heating and cooling processes.For example, when irradiation is performed at a laser irradiation condition output of 100 W, a quenched and hardened portion 1 of about 10 ⁇ m is projected. 0a is formed.
  • the quenched and hardened part 10 a formed on axis 10 is By protruding, a recess 10b is formed between the hardened and hardened portions 10a.
  • a bearing device configured by combining the above-described shaft 10 having a quench hardened portion 10a in a spiral shape with a porous bush 9 impregnated with a lubricant, for example, as shown in the bearing device 2 16 in FIG.
  • a high surface pressure acts on the porous bush 9 and the shaft 10 at the start of sliding, and the lubricant impregnated in the porous bush 9 is It flows out to the inner sliding surface.
  • This lubricant flows into the depression 10b and accumulates. In this way, the retention of the lubricant is improved, and seizure resistance can be improved, and the life of the bearing device can be prolonged.
  • the protruding quenched and hardened portion 10a formed on the shaft 10 locally increases the surface pressure on the porous bush 9 and the lubricant impregnated in the porous bush 9 Can be effectively derived.
  • the surface pressure between the quench hardened part 10a and the porous push 9 increases, this effect increases the absolute amount of lubricant interposed on the sliding surface, making it possible to stabilize lubrication extremely. is there.
  • Figure 4 shows the measured data indicating this.
  • the characteristic curve 45 in Fig. 4 shows the friction coefficient against the test time when the shaft subjected to induction hardening on the entire sliding surface of the shaft against a porous push impregnated with lubricant was slid under a constant surface pressure. Shows the change in numbers.
  • the characteristic curve 46 shows the change in the friction coefficient with respect to the test time when the spiral laser quenched shaft is slid under a constant surface pressure with respect to the porous bush impregnated with the lubricant.
  • the characteristic curve 45 when the shaft was induction hardened on the entire sliding surface fluctuated greatly with time, whereas the spiral laser hardening was performed.
  • the characteristic curve 46 when the shaft is used is very stable at a low value.
  • wear powder is generated due to initial wear immediately after the start of sliding.However, by using the porous bush 9 and the spiral laser-hardened shaft 10, wear powder due to initial wear can be reduced. It has become possible. Under high surface pressure sliding conditions such as those used in construction machinery, if the surface hardness of the hardened part 10a formed on the shaft 10 is less than HV550, it cannot withstand surface pressure. The protrusions are worn away, so that the depression 10b disappears and the effect of the oil reservoir cannot be obtained.
  • the surface hardness of the quenched and hardened portion 10a needs to be at least Hv550 or more, and in order to do so, the material of the shaft 10 has a carbon content of 0 that affects the hardness during quenching. It should be a steel material that is at least 35% by weight.
  • the area ratio of the hardened and hardened portion 10a on the sliding surface of the shaft 10 facing the inner circumferential surface of the porous bush 9 becomes 20% or less, the hardened hardened portion 10a and the porous bush 9 the c can cause uneven wear surface pressure becomes too high, the quench hardened section 1 0 a area ratio of the sliding surface is 80% or more, will the volume of the oil reservoir is small summer, the The function of retaining the lubricant is reduced, and the seizure resistance is reduced. Therefore, it is preferable that the area ratio of the quench hardened portion 10a is 2 ° to 80 ° / 0 .
  • the porous bush 9 is sufficiently heated, and the lubricant is formed of the porous push 9 and the shaft 10 with the sliding surface. It is preferable because it easily leaks out.
  • the shape of the quenched and hardened portion formed on the outer surface of the shaft constituting the bearing device of the present invention is not limited to the above-mentioned spiral shape, and the quenched and hardened portion 50a is formed as shown in shaft 50 in FIG. Alternatively, it may be formed on the outer surface of the shaft 50 in a linear shape parallel to the axis, and a recess 50b may be formed between the hardened hardened portions 50a.
  • the quench hardened portion 60a can be formed in a plurality of circular shapes on the outer surface of the shaft 60.
  • These hardened hardened portions 50a and 60a can also be formed using a manufacturing apparatus as shown in FIG.
  • the area ratio of the hardened and hardened portion on the sliding surfaces of the shafts 50 and 60 described in FIGS. 5 and 6 is preferably 20 to 80% for the same reason as described above. More preferably, 50 to 80% is more preferable.
  • the bearing device When the above-described bearing device is used, for example, in a bearing device of an articulated arm with a swiveling operation in a construction machine, when the bearing device tilts due to centrifugal force during turning or the tilt of the hydraulic excavator 201, the bearing device moves from the porous bush 9.
  • the spilled lubricant may be biased to one end of the bearing device. Therefore, as shown in FIG. 7, by forming the quenched and hardened portion 70a in a lattice or mesh shape, it is possible to reduce the unevenness of the lubricant flowing out of the porous bush 9.
  • the hardened and hardened portion 70a may be formed in a mesh shape so as to obliquely cross the axis direction of the shaft 70.
  • the quench-hardened portion 80a can be formed by a spiral quench-hardened portion and a circular quench-hardened portion formed between the quench-hardened portions. Also in this embodiment, the same effects as described above can be obtained.
  • the quench-hardened portion 90a may be formed by a quench-hardened portion parallel to the axis of the shaft 90 and a circular quenched-hardened portion formed between the quench-hardened portions. It is possible. Also in this embodiment, the same effect as described above can be obtained.
  • the quenched and hardened portion 100a can be formed in a spiral shape in the opposite direction on one side and the other side with respect to the approximate center of the shaft 100, respectively. Also in this embodiment, it is possible to reduce the bias of the lubricant in the bearing device.
  • the area ratio of the hardened and hardened portion on the sliding surfaces of the shafts 70, 80, 90, 100 described in FIGS. 7 to 10 is 20 to 80, for the same reason as described above. % Is preferable, and 50 to 80% is more preferable.
  • a protruding quench hardened portion 110c by irradiation or induction hardening. According to this embodiment, oil leakage is prevented by making the contact surface pressure between the oil shielding member 12 and the shaft 110 uniform, and wear of the shaft due to penetration of gravel into the oil shielding member 12 is prevented. It is possible.
  • Such a quench-hardened portion 110c can be applied to a shaft having a quench-hardened portion as shown in FIGS.
  • the shape of the quench hardened portion 110c is not limited to the single ring shape shown in FIG. 11, but may be a plurality of ring shapes or other shapes.
  • a quench hardened portion 110c may be provided on a surface of the shaft facing the dust seal 3.
  • a lubricant having a pattern of hardened and hardened portions as described in FIGS. 5 to 11 and a porous bush impregnated with a lubricant It is possible to extend the life of the bearing device by interposing the bearing.
  • the shaft can be slid without lubrication for a long period of time in a use environment where a high surface pressure is applied. Life can be extended.
  • the function of the porous bush can be further improved by combination with the porous bush impregnated with the lubricant.

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Abstract

軸受装置は、潤滑剤が含浸されている多孔質ブッシュ(9)と、ブッシュ(9)に支持される軸(10)とを有する。軸(10)は、突起状に形成された焼入れ硬化部(10a)と焼入れ硬化部(10a)間に形成され、ブッシュ(9)から流出する潤滑剤を捕捉する窪み(10b)とを有する。

Description

<技術分野 >
本発明は軸受装置に係り、 さらに詳しくは軸をすベり支持するすべり 軸受を有する軸受装置に関す明る。 田
<背景技術 >
建設機械の掘削装置の一例として油圧ショベルがある。 油圧ショベル においては、 アームの先端にパケッ トが連結される。 このパケッ トによ る掘削動作では、 バケツ トシリンダを作動させることにより、 パケッ ト をアームとの連結部を中心として回動または摇動させる。 バケツ トとァ ームとの連結部には、 多孔質のブッシュ内の気孔に潤滑油を閉じ込めた 軸受を設けている。 この軸受は、 軸の摺動に伴って潤滑油をブッシュの 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る軸の摺動を可能にする。 このよう な軸受は、 例えば特開平 1 0— 8 2 4 2 3号公報に開示されている。 特開平 1 0— 8 2 4 2 3号公報には、 軸とブッシュとの摺動によるメ カノケミス トリ反応によって生成される黒色の高粘度潤滑物質と、 ブッ シュから流出する潤滑油との混合物によって、 長期間にわたって無給脂 で良好な摺動状態を維持できると共に、 低速、 高面圧用として有効なす ベり軸受が開示されている。
しかし、 近年、 建設機械の長寿命化に対する要求に応じて、 すべり軸 受の機能を更に向上させることが望まれている。 <発明の開示〉
本発明の目的は、 高面圧がかかる条件下においても数年間以上の長期 間にわたって無給脂で良好な摺動状態を維持できる軸受装置を提供する ことである。
本発明は上記目的を達成するために、 以下を提供する。
( 1 ) 潤滑剤が含浸された多孔質のブッシュと、 前記ブッシュに支持 された軸と、 前記軸の前記ブッシュの内表面に対向する外表面に突起状 に形成された焼入れ硬化部と、 前記焼入れ硬化部間に形成され、 前記プ ッシュから流出する潤滑剤を捕捉する窪みと、 を備えた軸受装置。
( 2) 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に螺旋状に設けられた （
1 ) 記載の軸受装置。
( 3) 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に前記軸の軸線方向に平 行に線状に設けられた （ 1 ) 記載の軸受装置。
(4) 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に複数の円形状に設けら れた （ 1 ) 記載の軸受装置。
( 5 ) 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に格子状に設けられた （ 1 ) 記載の軸受装置。
(6 ) 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に、 その軸の軸線方向略 中央に対する一方側と他方側とにそれぞれ逆方向の螺旋状に設けられた ( 2) 記載の軸受装置。
( 7) 前記ブッシュの軸線方向両側に設けられたシ一ル部材を更に備 え、 前記シール部材に対向する前記軸の外表面の箇所に、 前記焼入れ硬 化部が設けられた （ 1 ) 乃至 （6 ) のいずれかに記載の軸受装置。
( 8) 上記 （ 1 ) 乃至 （ 7) のいずれかに記載の軸受装置を、 多関節 アームを構成するアームの連結部に設けた建設機械。
( 9 ) 軸外表面に突起状に形成された焼入れ硬化部と、 前記焼入れ硬 化部間に形成された窪みと、 を備えた軸であって、 前記窪みは、 潤滑剤 が含浸され軸を支持する多孔質のブッシュから流出する潤滑剤を捕捉す る軸。
( 1 0) 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に螺旋状に設けられた ( 9) 記載の軸。
( 1 1 ) 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に前記軸の軸線方向に 平行に線状に設けられた （ 9) 記載の軸。
( 1 2) 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に複数の円形状に設け られた （ 9 ) 記載の軸。
( 1 3 ) 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に格子状に設けられた
( 9) 記載の軸。
( 1 4) 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に、 その軸の軸線方向 略中央に対する一方側と他方側とにそれぞれ逆方向の螺旋状に設けられ た （ 1 0) 記載の軸。
<図面の簡単な説明 >
図 1は、 本発明の軸受装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示 す正面図である。
図 2は、 本発明の軸受装置の一実施の形態を示す縦断面図である。 図 3は、 本発明の軸受装置の一実施の形態を構成する軸の製造装置の 一例を示す正面図である。
図 4は、 本発明の軸受装置の一実施の形態を構成する螺旋状の焼入れ 硬化部を有する軸と軸外表面全面を高周波焼入れした軸との摩擦係数の 変動を示す特性曲線図である。
図 5は、 本発明の軸受装置の他の実施の形態を示す縦断面図である。 図 6は、 本発明の軸受装置の更に他の実施の形態を示す縦断面図であ る。
図 7は、 本発明の軸受装置の更に他の実施の形態を示す縦断面図であ る。
図 8は、 本発明の軸受装置の更に他の実施の形態を示す縦断面図であ る。
図 9は、 本発明の軸受装置の更に他の実施の形態を示す縦断面図であ る。
図 1 0は、 本発明の軸受装置の更に他の実施の形態を示す縦断面図で ある。
図 1 1は、 本発明の軸受装置の更に他の実施の形態を示す縦断面図で ある。
<発明を実施するための最良の形態 >
以下、 本発明の軸受装置及び軸の実施の形態を、 図面を用いて説明す る。 図 1は本発明の軸受装置及び軸の第 1の実施形態を備えた油圧ショ ベノレを示すものである。 図 1において、 2 0 1は油圧ショべノレ、 2 0 2 は油圧ショベルの走行体、 2 0 3は走行体 2 0 2上に旋回可能に搭載さ れた旋回体で、 この旋回体 2 0 3は旋回フレーム 2 0 4を有している。 この旋回フレーム 2 0 4上には、 運転室 2 0 5、 機械室 2 0 6および力 ゥンタウエイ ト 2 0 7等が設けられている。 2 0 8は旋回体 2 0 3の前 部に装着された多関節アームで、 この多関節アーム 2 0 8は、 旋回体 2 0 3の旋回フレーム 2 0 4に俯仰動可能に設けたブーム 2 0 9と、 この ブーム 2 0 9の先端側に回動可能に設けたアーム 2 1 0と、 アーム 2 1 0の先端に回動可能に設けた掘削バケツ ト 2 1 1 とを有している。 多関 節アーム 2 0 8および掘削バケツ ト 2 1 1を駆動するための装置は、 旋 回フレーム 2 0 4とブーム 2 0 9との間に設けたブーム操作用のシリン ダ 2 1 2 と、 ブーム 2 0 9 とアーム 2 1 0 との間に設けたアーム操作用 のシリンダ 2 1 3 と、 リ ンク 2 1 4を介してアーム 2 1 0 と掘削バケッ ト 2 1 1 との間に設けたバケツ ト操作用のシリ ンダ 2 1 5で構成されて いる。
本実施形態における、 "多間接アームを構成するアームの連結部" に は、 ブーム 2 0 9の基端 2 0 9 a と旋回フレーム 2 0 4との連結部、 プ ーム 2 0 9の先端 2 0 9 b とアーム 2 1 0の基端 2 1 0 a との連結部、 アーム 2 1 0の先端 2 1 0 b とパケッ ト 2 1 1 との連結部が含まれる。 また、 ブーム操作用シリ ンダ 2 1 2の基端 2 1 2 a と旋回フレーム 2 0 4 との連結部、 ブーム操作用シリ ンダ 2 1 2のピス トンロッ ド先端 2 1 2 b とブーム 2 0 9 との連結部、 アーム操作用シリ ンダ 2 1 3の基端 2 1 3 a とブーム 2 0 9 との連結部、 アーム操作用シリ ンダ 2 1 3 のビス トンロ ッ ド先端 2 1 3 b とアーム 2 1 0 との連結部、 バケツ ト操作用シ リ ンダ 2 1 5の基端 2 1 5 a とアーム 2 1 0 との連結部、 ノ ケッ ト操作 用シリ ンダ 2 1 5のビス トンロ ッ ド先端 2 1 5 b と リ ンク 2 1 4 との連 結部なども、 "多間接アームを構成するアームの連結部" に含まれる。 図 2は本発明の軸受装置の第 1の実施形態を備えた多関節アームの連 結部を示すもので、 例えばアーム先端 2 1 0 bに設けられた軸受装置 2 1 6 (図 1参照） に適用可能である。 この図 2に示す軸受装置において、 ボス 1の内部にプッシュ 9が嵌着されている。 ボス 1 の両側にはブラケ ッ ト 6が設けられ、 ボス 1 とブラケッ ト 6 との隙間にはシム 5が介在し ている。 そして、 この隙間の外周に O—リ ング 4が装着されている。 両 側のブラケッ ト 6およびプッシュ 9を軸 1 0が貫通している。 この軸 1 0 とブラケッ ト 6 とを貫通する回転係止ボルト 8により、 軸 1 0は固定 (回転不能に） されている。 ブッシュ 9の両端には遮油部材 1 2が配設 され、 遮油部材 1 2をプッシュ 9に向けて当接させるようにボス 1 と軸 1 0との間にダス トシール 3が圧入されている。
プッシュ 9は例えば、 銅粉と鉄粉を含む粉体から形成された多孔質複 合焼結合金により全体が形成される。 またプッシュ 9は、 銅とアルミ二 ゥムとを含む合金により全体が形成されてもよい。 またブッシュ 9は、 鉄等の母材 （バックメタルと呼ばれる） の内表面に銅と鉄とを含む多孔 質焼結層を設けたものや、 鉄等の母材の内表面に銅とアルミニウムとを 含む多孔質焼結層を設けたものでもよい。
ブッシュ 9は、 強度及び耐磨耗性が要求されるので、 マルテンサイ ト 組織を含む多孔質鉄系焼結合金により形成することが好ましい。 特にブ ッシュ 9を、 鉄炭素系合金母材中に、 銅が斑点状に分散した合金により 形成するのが望ましい。 このブッシュ 9は、 硬い鉄炭素系合金母材中に 軟質で軸とのなじみ性が良い銅が分散しているもので、 合金を構成する 元素が少なく耐久性にも優れている。 銅の含有量は 8 ~ 2 5重量％であ ることが好ましい。 摺動面に存在する銅が少ないと、 硬い鉄炭素系合金 の性質が強くなり、 軸をアブレシブ磨耗させ易い。 一方、 銅が多すぎる 場合は、 高い面圧で軸 1 0が摺動することによって、 銅が変形したり、 表面の気孔が塞がれて磨耗が進行し易くなる。
多孔質鉄系焼結合金の気孔率は大きいほど含油能力が高くて好ましい 力 S、 気孔率が大きいほど密度が低くなるので強度が低下し、 耐磨耗性に も影響を与える。そこで、気孔率は 1 5〜 2 8 %であることが好ましい。 なお、 銅の含有量が 2 5重量％で気孔率が 2 8 %であるとき、 多孔質鉄 系焼結合金の密度は 5 . 8 g / c m 3 となる。
多孔質鉄系焼結合金からなるブッシュ 9の内周面は、 焼入れの後潤滑 剤を含浸され、 その後旋盤などを用いて切削されて軸方向に凹凸を有す る切削面であることが好ましい。 そして、 プッシュ 9の内周面に、 切削 加工によって気孔が減少している深さ 1 0〜 6 0 μ mの緻密層が形成さ れていることが好ましい。 緻密層の表面に開口している気孔の量は 1〜 1 0面積％であることが好ましい。 また、 凹凸の高低差は 2〜 1 2 . 5 μ mであることが好ましく、 5 μ m程度であることがより好ましい。 こ のようなブッシュ 9内で軸 1 0を摺動させると、 最初はブッシュ 9の内 周面に露出している気孔が比較的少ないため、 潤滑剤圧力 （油膜強度） は高い。 しかし、 ブッシュ 9内周面にかかる高い面圧により高いラジア ル荷重が発生し、 ブッシュ 9内周面は磨耗する。 磨耗の進行に伴って、 ブッシュ 9内周面の緻密層が除かれて摺動面に気孔が多く露出するよう になる。 摺動によってブッシュ 9の温度は上昇しており、 熱膨張差によ り気孔からは潤滑剤が多く供給される。
多孔質ブッシュ 9に含浸させる潤滑剤としては、 例えば、 4 0 °Cにお ける動粘度が 2 2 0〜 1 0 0 0 c s t程度のものや、 ヮッタス状の半固 体潤滑剤を用いることができる。 含浸された潤滑剤は、 摺動に伴うブッ シュ 9の温度上昇によってブッシュ 9の母材である金属よりも膨張し、 摺動面へ供給される。
多孔質プッシュに高粘度潤滑剤を含浸させる場合、 潤滑剤を加熱して より低粘度に液状化させ、 この液状化潤滑剤内にブッシュを浸漬し、 真 空雰囲気下で静置する。 これにより、 ブッシュの気孔内の空気が吸い出 され、 代わりに液状潤滑剤がブッシュの気孔内に吸引される。 このブッ シュを空気中に取り出して室温にまで放冷すると液状潤滑剤はブッシュ の気孔内で再び元の高粘度潤滑剤に戻り流動性を失う。 斯く して、 高粘 度潤滑剤をブッシュの気孔内に留めておく ことができる。 例えば、 粘度 力 4 6 0 c S tの潤滑油を 6 0〜 8 0 °Cにまで加熱し、 2 x 1 0— 2 m m H gの真空下で、 ブッシュをこの潤滑剤に浸漬する場合、 約 1時間でブ ッシュの気孔が潤滑剤で飽和する。
前記軸 1 0におけるプッシュ 9の内周面に対向する外周面には、 その 表面より突出する螺旋状の焼入れ硬化部 1 0 a と、 焼入れ硬化部 1 0 a 間に形成された窪み 1 0 bとが形成されている。 この焼入れ硬化部 1 0 aの形成については、 後述する。 また、 窪み 1 0 bは、 プッシュ 9から 流出する潤滑剤を捕捉する機能を有している。 軸 1 0は例えば、 J I S (J apanese Industrial Standards) に §ΰ载の S 4 5 C力 らなる。
図 3は、 レーザ照射や電子ビーム照射による軸 1 0の製造装置を示す ものである。 この図 3において、 被加工物である軸 1 0の一端はクラン プ機構 3 0にて支持されている。 クランプ機構 3 0は支柱 3 1に支持さ れている。 支柱 3 1にはクランプ機構 3 0を回動するモータ 3 4が設け られている。 軸 1 0の他端は芯出し部材 3 3により支持されている。 芯 出し部材 3 3は支柱 3 1により支持されている。 軸 1 0、 クランプ機構 3 0、 芯出し部材 3 3は、 一つの軸線を回転中心として回転する。 二つ の支柱 3 1は X Yテーブル 3 2に固定されており、 被加工物である軸 1 0の位置を X Y方向に N C装置等の制御装置により移動できる。
3 5は、 レーザ、 電子ビーム等のエネルギービームである。 モータ 3 4により一定の周速度で回転している軸 1 0に対して例えば垂直方向か らエネルギービーム 3 5を照射する。 エネルギービーム 3 5の照射を継 続させながらエネルギービーム 3 5を軸 1 0の軸線方向に移動すること で、 軸 1 0に対してスパイラル状に焼入れ硬化部 1 0 aを形成可能であ る。 もしくは軸 1 0を支持している X Yテーブル 3 2が軸 1 0の長手方 向に移動してもよい。
エネルギービーム 3 5の照射あるいは高周波焼入れにより、 焼入れ硬 化部 1 0 aを軸 2 5外周に螺旋状に形成する。 焼入れ硬化部 1 0 aは、 加熱、 冷却の過程でマルテンサイ ト膨張を起こし、 例えばレーザ照射条 件出力 1 0 0 0 Wで照射を行った場合、 1 0 μ m程度の突起した焼入れ 硬化部 1 0 aが形成される。 軸 1 0に形成された焼入れ硬化部 1 0 aが 突出することで、 焼入れ硬化部 1 0 aの間が窪み 1 0 b となる。
上述した焼入れ硬化部 1 0 aを螺旋状に形成した軸 1 0を、 潤滑剤を 含浸した多孔質ブッシュ 9に組合せて構成される軸受装置を、 例えば図 1の軸受装置 2 1 6のような高面圧、 低摺動速度の条件下で使用した場 合、 摺動開始と共に多孔質ブッシュ 9 と軸 1 0とに高い面圧が作用し、 多孔質ブッシュ 9に含浸している潤滑剤がその内面である摺動面に流出 する。 この潤滑剤が窪み 1 0 bに流れ込み蓄積する。 こう して潤滑剤の 保時性が向上され、 耐焼付き性の向上、 しいては軸受装置の長寿命化を 図ることが可能である。 さらに、 軸 1 0に形成された突起状の焼入れ硬 化部 1 0 aが、 多孔質ブッシュ 9に対して局所的に面圧を高めることと なり、 多孔質ブッシュ 9に含浸されている潤滑剤を効果的に引き出すこ とが可能である。 焼入れ硬化部 1 0 a と多孔質プッシュ 9 との面圧は高 くなるものの、 この効果によって摺動面に介在する潤滑剤の絶対量が上 昇し、 潤滑を非常に安定させることが可能である。
このことを示す実測データを図 4に示す。 図 4中の特性曲線 4 5は潤 滑剤を含浸した多孔質プッシュに対して軸の摺動面全面に高周波焼入れ を行った軸を一定の面圧下で摺動させた場合の試験時間に対する摩擦係 数の変化を示す。 また特性曲線 4 6は、 潤滑剤を含浸した多孔質ブッシ ュに対して螺旋状のレーザ焼入れを施した軸を一定の面圧下で摺動させ た場合の試験時間に対する摩擦係数の変化を示す。 この特性曲線から明 らかなように、 摺動面全面に高周波焼入れした軸を用いた場合の特性曲 線 4 5は時間とともに大きく変動しているのに対し、 螺旋状のレーザ焼 入れを施した軸を用いた場合の特性曲線 4 6は低い値で非常に安定して いる。一般に、摺動開始直後に生じる初期摩耗により摩耗粉が生じるが、 多孔質ブッシュ 9と螺旋状のレーザ焼入れを施した軸 1 0を使用するこ とで、 初期摩耗による摩耗粉を低減することが可能となった。 建設機械で使用されるような高面圧の摺動条件では、 軸 1 0に形成さ れた焼入れ硬化部 1 0 aの表面硬度が H V 5 5 0未満であると、 面圧に 耐えられず突起部が摩滅してしまい、 窪み 1 0 bがなくなる共に油溜り の効果が得られなくなる。 そこで、 焼入れ硬化部 1 0 aの表面硬度を少 なく とも H v 5 5 0以上にする必要があり、 そのためには軸 1 0の材質 を、 焼入れ時の硬度に影響を及ぼす炭素含有量が 0. 3 5重量％以上で ある鉄鋼材料とすればよい。
多孔質ブッシュ 9の内周面に対向する軸 1 0の摺動面における焼入れ 硬化部 1 0 aの面積率が 2 0 %以下になると、 焼入れ硬化部 1 0 a と多 孔質ブッシュ 9 との面圧が高くなりすぎて偏摩耗を生じる可能性がある c また、 摺動面における焼入れ硬化部 1 0 aの面積率が 8 0 %以上になる と、 油溜りの体積が少なくなつてしまい、 潤滑剤を保時する機能が低下 し、 耐焼付き性が低下する。 そこで、 焼入れ硬化部 1 0 aの面積率は 2 ◦〜 8 0 °/0であることが好ましい。 特に、 焼入れ硬化部 1 0 aの面積率 が 5 0 %以上であると、 多孔質ブッシュ 9が充分に熱されて潤滑剤が多 孔質プッシュ 9 と軸 1 0とで構成される摺動面に流出し易くなるので好 ましい。
本発明の軸受装置を構成する軸の外表面に形成される焼入れ硬化部の 形状は、 上述した螺旋形状に限定されず、 図 5に示す軸 5 0のように、 焼入れ硬化部 5 0 aを、 軸 5 0の外表面にその軸線と平行な線状に形成 し、 この焼入れ硬化部 5 0 a間に窪み 5 0 bを形成してもよい。
また、 図 6に示す軸 6 0のように、 焼入れ硬化部 6 0 aを、 軸 6 0の 外表面に複数の円形状に形成することも可能である。 これらの焼入れ硬 化部 5 0 a， 6 0 aも、 図 3に示すような製造装置を用いて形成するこ とができる。 図 5、 図 6に説明した軸 5 0， 6 0の摺動面における焼入 れ硬化部の面積率は上述した理由と同様な理由により 2 0〜 8 0 %が好 ましく、 5 0〜 8 0 %がより好ましい。
上述した軸受装置は、 例えば建設機械における旋回動作を伴う多関節 アームの軸受装置に用いた場合、 旋回中の遠心力や油圧ショベル 2 0 1 の傾きによる軸受装置の傾きにより、 多孔質ブッシュ 9から流出した潤 滑剤が軸受装置の一端に偏る可能性がある。 そこで図 7に示すように、 焼入れ硬化部 7 0 aを格子状或いは網目状に形成することで、 多孔質ブ ッシュ 9から流出した潤滑剤の偏りを低減することが可能である。 焼入 れ硬化部 7 0 aは、 軸 7 0の軸線方向を斜めに横切るように網目状に形 成してもよレ、。
さらに、 図 8に示すように、 焼入れ硬化部 8 0 aを、 螺旋状の焼入れ 硬化部とこの焼入れ硬化部間に形成した円形状の焼入れ硬化部とで形成 することも可能である。 この実施形態においても、 上述と同様の効果を 得ることが可能である。
また、 図 9に示すように、 焼入れ硬化部 9 0 aを、 軸 9 0の軸線と平 行な焼入れ硬化部とこの焼入れ硬化部間に形成した円形状の焼入れ硬化 部とで形成することも可能である。 この実施形態においても、 上述と同 様の効果を得ることが可能である。
更に、 図 1 0に示すように、 焼入れ硬化部 1 0 0 aを、 軸 1 0 0の略 中央に対する一方側及び他方側にそれぞれ逆方向の螺旋状に形成するこ とも可能である。 この実施形態においても、 軸受装置内での潤滑剤の偏 りを低減することが可能である。
図 7乃至図 1 0に説明した軸 7 0 , 8 0， 9 0， 1 0 0の摺動面にお ける焼入れ硬化部の面積率は、 上述した理由と同様な理由により 2 0〜 8 0 %が好ましく、 5 0〜 8 0 %がより好ましい。
また、 図 1 1に示すように、 プッシュ 9の両側に圧入された遮油部材 1 2に対向する軸 1 1 0の外表面の箇所に、 レーザ照射、 電子ビーム照 射、 あるいは高周波焼入れにより、 突起した焼入れ硬化部 1 1 0 cを設 けることも可能である。 この実施形態によれば、 遮油部材 1 2と軸 1 1 0 との接触面圧を均一にして油漏れを防ぐとともに、 遮油部材 1 2への 砂利嚙み込みによる軸の摩耗を防止することが可能である。 このような 焼入れ硬化部 1 1 0 cは、 図 5乃至図 1 0に示すような焼入れ硬化部を 持つ軸にも適用可能である。 なお、 焼入れ硬化部 1 1 0 cの形状は、 図 1 1に示す一本のリング状に限らず、 複数のリング状であってもよく、 他の形状でもよい。 また、 軸の表面のダス トシール 3 と対向する箇所に 焼入れ硬化部 1 1 0 cが設けられてもよい。
図 5乃至図 1 1で説明したような焼入れ硬化部のパターンを持つ軸と. 潤滑剤を含浸されている多孔質のブッシュとで形成される摺動面にダリ ースあるいはヮッタス等の潤滑剤を介在させることで、 軸受装置の寿命 を延ばすことが可能である。
<産業上の利用可能性 >
以上説明したように、 本発明の軸受装置によれば、 高面圧がかかる使 用環境下で、 長期間にわたって無給脂で軸を摺動させることができるの で、 この軸受装置を用いた機械の長寿命化が可能である。
また、 本発明の軸によれば、 潤滑剤を含浸されている多孔質ブッシュ との組合せにより、 その多孔質ブッシュの機能を更に向上できる。 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、 本発明の 精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができる <

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 潤滑剤が含浸された多孔質のブッシュと、
前記ブッシュに支持された軸と、
前記軸の前記プッシュの内表面に対向する外表面に突起状に形成され た焼入れ硬化部と、
前記焼入れ硬化部間に形成され、 前記ブッシュから流出する潤滑剤を 捕捉する窪みと、 を備えた軸受装置。
2 . 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に螺旋状に設けられた 請求の範囲第 1項記載の軸受装置。
3 . 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に前記軸の軸線方向に 平行に線状に設けられた請求の範囲第 1項記載の軸受装置。
4 . 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に複数の円形状に設け られた請求の範囲第 1項記載の軸受装置。
5 . 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に格子状に設けられた 請求の範囲第 1項記載の軸受装置。
6 . 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に、 その軸の軸線方向 略中央に対する一方側と他方側とにそれぞれ逆方向の螺旋状に設けられ た請求の範囲第 2項記載の軸受装置。
7 . 前記ブッシュの軸線方向両側に設けられたシール部材を更に 備え、 前記シール部材に対向する前記軸の外表面の箇所に、 前記焼入れ 硬化部が設けられた請求の範囲第 1項乃至第 6項のいずれかに記載の軸
8 . 請求の範囲第 1項乃至第 7項のいずれかに記載の軸受装置を、 多関節アームを構成するアームの連結部に設けた建設機械。
9 . 軸外表面に突起状に形成された焼入れ硬化部と、
前記焼入れ硬化部間に形成された窪みと、 を備えた軸であって、 前記窪みは、 潤滑剤が含浸され軸を支持する多孔質ブッシュから流出 する潤滑剤を捕捉する軸。
1 0 . 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に螺旋状に設けられ た請求の範囲第 9項記載の軸。
1 1 . 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に前記軸の軸線方向 に平行に線状に設けられた請求の範囲第 9項記載の軸。
1 2 . 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に複数の円形状に設 けられた請求の範囲第 9項記載の軸。
1 3 . 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に格子状に設けられ た請求の範囲第 9項記載の軸。
1 4 . 前記焼入れ硬化部は、 前記軸の外表面に、 その軸の軸線方 向略中央に対する一方側と他方側とにそれぞれ逆方向の螺旋状に設けら れた請求の範囲第 1 0項記載の軸。
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