WO2019188013A1 - すべり軸受及び球面すべり軸受 - Google Patents

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WO2019188013A1
WO2019188013A1 PCT/JP2019/008363 JP2019008363W WO2019188013A1 WO 2019188013 A1 WO2019188013 A1 WO 2019188013A1 JP 2019008363 W JP2019008363 W JP 2019008363W WO 2019188013 A1 WO2019188013 A1 WO 2019188013A1
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WO
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diffusion layer
scale
plain bearing
peripheral surface
oxygen
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PCT/JP2019/008363
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English (en)
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Inventor
孟 壇
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Ntn株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C25/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for wear or play
    • F16C25/02—Sliding-contact bearings
    • F16C25/04—Sliding-contact bearings self-adjusting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12—Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/20—Sliding surface consisting mainly of plastics

Definitions

  • the present invention relates to a plain bearing and a spherical plain bearing. More specifically, the present invention relates to a plain bearing and a spherical plain bearing made of pure titanium or a titanium alloy.
  • Pure titanium or titanium alloy has lower hardness than steel. For this reason, when a mechanical component composed of pure titanium or a titanium alloy is used for an application requiring wear resistance, it is necessary to perform a surface treatment.
  • Patent Document 1 a surface treatment method described in WO 97/36018 (Patent Document 1) is known.
  • a titanium alloy member is held at a heating temperature for a predetermined time in a nitrogen-based mixed atmosphere gas containing a small amount of oxygen.
  • nitrogen and oxygen are dissolved in the surface of the titanium alloy member.
  • ⁇ Titanium alloy with solid solution of nitrogen has improved toughness but low toughness. For this reason, the wear resistance of the titanium alloy member subjected to the surface treatment according to the surface treatment method described in Patent Document 1 is not sufficient.
  • Titanium alloys can also be improved in hardness by dissolving oxygen.
  • a titanium alloy in which oxygen is dissolved has higher toughness than a titanium alloy in which nitrogen is dissolved.
  • a scale a film composed of titanium oxide
  • the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art. More specifically, the present invention provides a plain bearing and a spherical plain bearing that can improve the hardness of the sliding surface while maintaining the toughness of the sliding surface.
  • the plain bearing according to one aspect of the present invention is made of pure titanium or a titanium alloy.
  • a plain bearing according to one embodiment of the present invention includes a diffusion layer in which oxygen is dissolved, and a titanium oxide scale that is in contact with the diffusion layer and forms a sliding surface.
  • the thickness of the scale is 0.015 mm or less.
  • the concentration of oxygen in the diffusion layer is 0.99 mass percent or more at a position where the distance from the sliding surface is 0.1 mm.
  • the thickness of the brittle scale is thin, and the diffusion layer is cured while maintaining toughness by solid solution of oxygen. Therefore, according to the sliding bearing which concerns on 1 aspect of this invention, the hardness of a sliding surface can be improved, maintaining the toughness of a sliding surface.
  • the diffusion layer may have a hardness of 500 Hv or more at a position of 0.1 mm from the sliding surface.
  • the sliding bearing may be an aerospace sliding bearing.
  • a spherical plain bearing includes an inner ring and an outer ring.
  • the outer ring and the inner ring are made of pure titanium or a titanium alloy.
  • At least one of the outer ring and the inner ring includes a diffusion layer in which oxygen is dissolved, and a titanium oxide scale that is in contact with the diffusion layer and forms a sliding surface.
  • the thickness of the scale is 0.015 mm or less.
  • the concentration of oxygen in the diffusion layer is 0.99 mass percent or more at a position where the distance from the sliding surface is 0.1 mm.
  • the thickness of the brittle scale is thin, and the diffusion layer is cured while maintaining toughness by solid solution of oxygen. Therefore, according to the spherical plain bearing which concerns on 1 aspect of this invention, the hardness of a sliding surface can be improved, maintaining the toughness of a sliding surface.
  • the above spherical plain bearing may further include a liner made of a self-lubricating material disposed between the inner ring and the outer ring. In this case, friction between the inner ring and the outer ring can be reduced.
  • the liner may be a woven fabric including at least one fiber selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene fiber, aramid fiber, glass fiber, and polyester fiber. In this case, the friction between the inner ring and the outer ring can be further reduced.
  • the liner may be a molded body including at least one material selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene, polyamide, polyimide, and polyphenylene sulfide. In this case, the friction between the inner ring and the outer ring can be further reduced.
  • the above-mentioned spherical plain bearing may be an aerospace plain bearing.
  • the sliding bearing according to one aspect of the present invention can improve the hardness of the sliding surface while maintaining the toughness of the sliding surface.
  • the hardness of the sliding surface can be improved while maintaining the toughness of the sliding surface.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. It is an enlarged view in the area
  • 3 is a schematic graph showing the relationship between the oxygen concentration in the test piece 1 and the distance from the surface.
  • 3 is a schematic graph showing a relationship between an oxygen concentration in a test piece 2 and a distance from a surface.
  • FIG. 1 is a top view of a mechanical component according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • the mechanical component according to the embodiment is, for example, a plain bearing 10.
  • the machine component according to the embodiment is not limited to this.
  • the sliding bearing 10 is made of pure titanium (Ti) or a titanium alloy. Pure titanium is a metal material composed of titanium and inevitable impurities.
  • the titanium alloy constituting the slide bearing 10 is ASTM standard B348-13GR.
  • the Ti-6Al (aluminum) -4V (vanadium) alloy specified in 5 is preferable. In the following, this Ti-6Al-V alloy is referred to as a 64 titanium alloy.
  • the sliding bearing 10 is composed of a ring-shaped member.
  • the plain bearing 10 has an upper surface 10a, a bottom surface 10b, an inner peripheral surface 10c, and an outer peripheral surface 10d.
  • the bottom surface 10b is a surface opposite to the top surface 10a.
  • the outer peripheral surface 10d is a surface opposite to the inner peripheral surface 10c.
  • the top surface 10 a and the bottom surface 10 b are surfaces of the slide bearing 10 that are orthogonal to the central axis of the slide bearing 10.
  • the inner peripheral surface 10c and the outer peripheral surface 10d are connected to the upper surface 10a and the bottom surface 10b.
  • the distance between the inner peripheral surface 10c and the central axis is smaller than the distance between the outer peripheral surface 10d and the central axis.
  • the inner peripheral surface 10 c constitutes a sliding surface of the slide bearing 10.
  • FIG. 3 is an enlarged view of region III in FIG.
  • the plain bearing 10 has a diffusion layer 10f.
  • the slide bearing 10 may further include a scale 10e.
  • the scale 10e may be removed as described later.
  • the scale 10 e and the diffusion layer 10 f are on the inner peripheral surface 10 c of the slide bearing 10.
  • the diffusion layer 10f is on the inner side of the slide bearing 10 than the scale 10e. That is, the scale 10e is in contact with the diffusion layer 10f and constitutes a sliding surface.
  • the scale 10e has a thickness T1.
  • the diffusion layer 10f has a thickness T2.
  • the thickness T1 and the thickness T2 are the thicknesses of the scale 10e and the diffusion layer 10f in the direction orthogonal to the inner peripheral surface 10c.
  • the thickness T1 is 0.015 mm or less.
  • the thickness T1 is 0.005 mm or less.
  • the thickness T2 is preferably 0.15 mm or more.
  • the scale 10e is made of a titanium oxide.
  • the titanium oxide constituting the scale 10e is, for example, TiO or TiO 2 .
  • Oxygen is dissolved in the diffusion layer 10f.
  • diffusion layer 10f includes crystal grains formed of an ⁇ phase of titanium.
  • the ⁇ -phase crystal grains included in the diffusion layer 10f are arranged in an equiaxed manner.
  • the concentration of oxygen in the diffusion layer 10f is 0.99 mass percent or more at a position where the distance from the inner peripheral surface 10c is 0.1 mm.
  • the oxygen concentration in the diffusion layer 10f is more preferably 1.46% by mass or more at a position where the distance from the inner peripheral surface 10c is 0.1 mm.
  • the oxygen concentration in the diffusion layer 10f is preferably 2.2 mass percent or more at a position where the distance from the inner peripheral surface 10c is 0.05 mm. More preferably, the concentration of oxygen in the diffusion layer 10f is 3.47 mass percent or more at a position of 0.05 mm from the inner peripheral surface 10c.
  • the machining allowance when removing the scale 10e is 0.10 mm
  • the position where the distance from the inner peripheral surface 10c is 0.1 mm corresponds to the position of the sliding surface after the scale 10e is removed.
  • the allowance for removing the scale 10e is 0.05 mm
  • the position where the distance from the inner peripheral surface 10c is 0.05 mm corresponds to the position of the sliding surface after the scale 10e is removed.
  • the nitrogen concentration and oxygen concentration in the diffusion layer 10f are measured by, for example, EPMA (electron beam microanalyzer).
  • the hardness of the diffusion layer 10f decreases as the distance from the inner peripheral surface 10c increases.
  • the hardness of the diffusion layer 10f is preferably 630 Hv or more at a position where the distance from the inner peripheral surface 10 c is 0.05 mm and 500 Hv or more at a position where the distance from the inner peripheral surface 10 c is 0.1 mm. .
  • the hardness of the diffusion layer 10f is more preferably 690 Hv or more at a position where the distance from the inner peripheral surface 10 c is 0.05 mm, and 520 Hv or more at a position where the distance from the inner peripheral surface 10 c is 0.1 mm. is there.
  • the hardness of the diffusion layer 10f is measured according to the Vickers hardness test method defined in JIS Z 2244: 2009.
  • FIG. 4 is a process diagram illustrating a surface treatment method for a machine part according to the embodiment.
  • the method for manufacturing a machine part according to the embodiment includes a preparation step S1, an acid immersion step S2, a cooling step S3, and a post-processing step S4.
  • This member to be processed is a ring-shaped member made of pure titanium or a titanium alloy when the mechanical component according to the embodiment is the slide bearing 10.
  • the member to be processed has an inner peripheral surface.
  • the inner peripheral surface of the member to be processed is a surface that eventually becomes the inner peripheral surface 10c of the slide bearing 10.
  • soaking treatment is performed on the surface of the workpiece. More specifically, the dipping treatment is performed on the inner peripheral surface of the workpiece.
  • heat treatment is performed using a heat treatment furnace in an atmosphere gas containing an inert gas and oxygen.
  • the pressure of the atmospheric gas is, for example, normal pressure (atmospheric pressure).
  • This heat treatment furnace may have an atmospheric gas recovery facility.
  • the inert gas contained in the atmospheric gas is, for example, argon (Ar).
  • the heating temperature in the heat treatment is preferably 900 ° C. or higher.
  • the heating temperature in the heat treatment is preferably equal to or lower than ⁇ transus of pure titanium or titanium alloy constituting the workpiece.
  • ⁇ transus is a temperature at which the ⁇ phase in pure titanium or a titanium alloy is transformed into a ⁇ phase.
  • the ⁇ transus of 64 titanium alloy is 995 ° C.
  • the holding time in the heat treatment is preferably 4 hours or longer.
  • the holding time in the heat treatment is more preferably 8 hours or longer.
  • the partial pressure of oxygen in the atmospheric gas is set so that the growth of the oxide of the member to be processed (that is, the oxide of titanium) is suppressed at the heating temperature. More specifically, the concentration of oxygen in the atmospheric gas is 100 ppm or more and 500 ppm or less.
  • the immersion acid step S2 oxygen in the atmospheric gas enters and diffuses from the surface of the workpiece to be processed into the workpiece to form a diffusion layer 10f. Further, in the immersion step S2, the scale 10e is formed on the surface of the workpiece. The scale 10e may be removed, for example, in the post-processing step S4.
  • the surface treatment method for machine parts according to the embodiment may further include an atmospheric gas recovery step S5.
  • the atmospheric gas recovery step S5 is performed using an atmospheric gas recovery facility provided in the heat treatment furnace.
  • the atmospheric gas used in the immersion acid step S2 is recovered and impurities are removed from the atmospheric gas.
  • the atmospheric gas that has been recovered and removed impurities in the atmospheric gas recovery step S5 is used again in the immersion acid step S2.
  • the workpiece is removed from the heat treatment furnace and cooled.
  • the processing target member is cooled by water-cooling the processing target member taken out from the heat treatment furnace with, for example, a saline solution.
  • post-processing process S4 the post-processing with respect to a process target member is performed.
  • the post-processing step S4 for example, cleaning of the processing target member, machining such as grinding and polishing of the processing target member, and the like are performed. Thereby, the slide bearing 10 is manufactured from the member to be processed.
  • the machining allowance when the scale 10e is removed from the inner peripheral surface side of the processing target member in the post-processing step S4 is, for example, 0.10 mm.
  • the removal allowance when the scale 10e is removed from the inner peripheral surface side of the processing target member in the post-processing step S4 may be 0.05 mm.
  • Table 1 shows the composition of the titanium alloy used for each test piece. As shown in Table 1, the titanium alloy used for each test piece is a 64 titanium alloy. In addition, the dimension of a test piece is 20 mm x 10 mm x 10 mm.
  • ⁇ Heat treatment conditions> The above-mentioned immersion step S2 and cooling step S3 were performed on each test piece.
  • Table 2 shows the heating temperature, holding time, and atmospheric gas in the soaking step S2. As shown in Table 2, in both the test piece 1 and the test piece 2, the heating temperature was 920 ° C. and the holding time was 8 hours. In both the test piece 1 and the test piece 2, the heat treatment was performed in an atmospheric gas containing oxygen and argon. However, the oxygen concentration in the atmospheric gas used for the test piece 1 was 100 ppm, and the oxygen concentration in the atmospheric gas used for the test piece 2 was 500 ppm.
  • the cooling step S3 was performed by water cooling with 5% saline.
  • ⁇ Scale thickness> When the cross section of the test piece 1 and the test piece 2 was polished and observed with a microscope, the thickness of the scale 10e formed on the surface of the test piece 1 was 0.005 mm and was formed on the surface of the test piece 2. The thickness of the scale 10e was 0.015 mm. The thickness of the scale 10e was 0.35 mm when the same member as that of the test piece 1 and the test piece 2 was subjected to an acid treatment in the atmosphere with a heating time of 850 ° C. and a holding time of 24 hours. .
  • FIG. 5 is a schematic graph showing the relationship between the hardness of the test piece 1 and the distance from the surface.
  • FIG. 6 is a schematic graph showing the relationship between the hardness of the test piece 2 and the distance from the surface. As shown in FIGS. 5 and 6, the hardness of the test piece 1 and the test piece 2 decreased as the distance from the surface increased.
  • the hardness of the test piece 1 was 630 Hv at a position at a distance of 0.05 mm from the surface, and 520 Hv at a position at a distance of 0.1 mm from the surface.
  • the hardness of the test piece 1 was almost constant at a position where the distance from the surface was 0.15 mm or more. Therefore, in the test piece 1, it became clear that the diffusion layer 10f of about 0.15 mm was formed.
  • the hardness of the test piece 2 was 690 Hv at a position at a distance of 0.05 mm from the surface, and 500 Hv at a position at a distance of 0.1 mm from the surface.
  • the hardness of the test piece 2 was almost constant at a position where the distance from the surface was 0.15 mm or more. Therefore, in the test piece 2, it became clear that the diffusion layer 10f of about 0.15 mm was formed.
  • FIG. 7 is a schematic graph showing the relationship between the oxygen concentration in the test piece 1 and the distance from the surface.
  • FIG. 8 is a schematic graph showing the relationship between the oxygen concentration in the test piece 2 and the distance from the surface. As shown in FIG.7 and FIG.8, the oxygen concentration in the test piece 1 and the test piece 2 became small as the distance from the surface became large.
  • the oxygen concentration in the test piece 1 is 2.2 mass percent at a position at a distance of 0.05 mm from the surface, and 0.99 mass at a position at a distance of 0.1 mm from the surface. It was a percentage.
  • the oxygen concentration in the test piece 1 was substantially constant at a position where the distance from the surface was 0.15 mm or more. Therefore, in the test piece 1, it was also clarified from this test result that the diffusion layer 10f of about 0.15 mm was formed.
  • the oxygen concentration in the test piece 2 is 3.47 mass percent at a position at a distance of 0.05 mm from the surface, and 1.46 mass at a position at a distance of 0.1 mm from the surface. It was a percentage.
  • the oxygen concentration in the test piece 2 was substantially constant at a position where the distance from the surface was 0.15 mm or more. Therefore, it was also clarified from this test result that the diffusion layer 10f of about 0.15 mm was formed in the test piece 2.
  • the immersion step S2 is performed using an atmospheric gas having a small amount of oxygen, and thus the thickness of the scale 10e formed on the surface of the member to be processed.
  • the surface of the member to be processed can be hardened by solid solution strengthening of oxygen while suppressing the above.
  • the holding time when the holding time is 4 hours or more, more oxygen diffuses on the surface of the workpiece. Therefore, in this case, the hardness of the diffusion layer 10f can be improved by increasing the amount of dissolved oxygen in the diffusion layer 10f.
  • the oxygen concentration in the atmospheric gas is 100 ppm or less and 500 ppm or more
  • the thickness of the scale 10e formed on the surface of the workpiece is suppressed and the workpiece is processed.
  • the crystal grains tend to be coarsened by the transformation of the ⁇ phase into the ⁇ phase during the heat treatment. Therefore, in the surface treatment method for mechanical parts according to the embodiment, when the heating temperature is 900 ° C. or higher and ⁇ transus or lower, the crystal grains constituting the workpiece to be processed are coarsened during the acid treatment. Can be suppressed.
  • the surface of the workpiece is oxygen-suppressed while suppressing the thickness of the scale 10e formed on the surface of the workpiece. It can be cured by solid solution strengthening.
  • the processing cost can be reduced by reusing the atmospheric gas.
  • the thickness of the fragile scale 10e formed on the sliding surface is suppressed. Further, since the diffusion layer 10f is strengthened by solid solution of oxygen, it is cured while maintaining toughness. Therefore, according to the slide bearing 10 as the mechanical component according to the embodiment, the hardness of the sliding surface can be improved while maintaining the toughness of the sliding surface.
  • FIG. 9 is a sectional view of the spherical plain bearing 20 according to the embodiment.
  • the spherical plain bearing 20 has an inner ring 21 and an outer ring 22.
  • the spherical plain bearing 20 may further include a liner 23.
  • the inner ring 21 is a ring-shaped member.
  • the inner ring 21 has an upper surface 21a, a bottom surface 21b, an inner peripheral surface 21c, and an outer peripheral surface 21d.
  • the top surface 21a and the bottom surface 21b are orthogonal to the central axis 21e.
  • the bottom surface 21b is a surface opposite to the top surface 21a.
  • the inner peripheral surface 21c and the outer peripheral surface 21d are connected to the upper surface 21a and the bottom surface 21b.
  • the inner peripheral surface 21c is linear in a cross-sectional view (in a cross section passing through the central axis 21e).
  • the outer peripheral surface 21d has an arc shape in cross-sectional view.
  • the outer peripheral surface 21d constitutes a sliding surface.
  • the inner ring 21 is made of a titanium alloy.
  • the titanium alloy constituting the inner ring 21 is, for example, a 64 titanium alloy.
  • the outer ring 22 is a ring-shaped member.
  • the outer ring 22 has an upper surface 22a, a bottom surface 22b, an inner peripheral surface 22c, and an outer peripheral surface 22d.
  • the top surface 22a and the bottom surface 22b are orthogonal to the central axis 22e.
  • the bottom surface 22b is a surface opposite to the top surface 22a.
  • the inner peripheral surface 22c and the outer peripheral surface 22d are connected to the upper surface 22a and the bottom surface 22b.
  • the outer peripheral surface 22d is linear in a cross-sectional view (in a cross section passing through the central axis 22e).
  • the inner peripheral surface 22c has an arc shape in a sectional view.
  • the outer ring 22 is made of a titanium alloy.
  • the titanium alloy constituting the outer ring 22 is, for example, a 64 titanium alloy.
  • the outer ring 22 is disposed so that the inner peripheral surface 22c faces the outer peripheral surface 21d.
  • the inner ring 21 has a diffusion layer 21f and a scale 21g.
  • the scale 21g is in contact with the diffusion layer 21f.
  • the scale 21g constitutes an outer peripheral surface 21d (sliding surface).
  • the outer ring 22 has a diffusion layer 22f and a scale 22g.
  • the scale 21g is in contact with the diffusion layer 22f.
  • the scale 22g constitutes an inner peripheral surface 22c (sliding surface).
  • the inner ring 21 may not have the diffusion layer 21f and the scale 21g, and the outer ring 22 may have the diffusion layer 22f and the scale 22g.
  • the outer ring 22 may not have the diffusion layer 22f and the scale 22g, and the inner ring 21 may have the diffusion layer 21f and the scale 21g. That is, any one of the inner ring 21 and the outer ring 22 may have the diffusion layer 21f (diffusion layer 22f) and the scale 21g (scale 22g).
  • the diffusion layer 21f and the diffusion layer 22f have the same configuration as the diffusion layer 10f.
  • the scale 21g and the scale 22g have the same configuration as the scale 10e. More specifically, the thickness of the scale 21g (scale 22g) is 0.015 mm or less. The thickness of the scale 21g (scale 22g) is preferably 0.005 mm or less.
  • the oxygen concentration is 0.99 mass percent or more.
  • the oxygen concentration is preferably 1.46 mass percent or more.
  • the oxygen concentration is 2.2 mass percent or more.
  • the oxygen concentration is preferably 3.47 mass percent or more.
  • the hardness of the diffusion layer 21f (diffusion layer 22f) at a position where the distance from the outer peripheral surface 21d (inner peripheral surface 22c) is 0.1 mm may be 500 Hv or more.
  • the hardness of the diffusion layer 21f (diffusion layer 22f) at a position where the distance from the outer peripheral surface 21d (inner peripheral surface 22c) is 0.1 mm may be 520 Hv or more.
  • the hardness of the diffusion layer 21f (diffusion layer 22f) at a position where the distance from the outer peripheral surface 21d (inner peripheral surface 22c) is 0.05 mm may be 630 Hv or more.
  • the hardness of the diffusion layer 21f (diffusion layer 22f) at a position where the distance from the outer peripheral surface 21d (inner peripheral surface 22c) is 0.1 mm may be 690 Hv or more.
  • the liner 23 is disposed between the inner ring 21 and the outer ring 22. More specifically, the liner 23 is attached to the inner peripheral surface 22c.
  • the liner 23 is made of a self-lubricating material.
  • a self-lubricating material refers to a material having a lower coefficient of friction than the counterpart material.
  • a woven fabric including at least one fiber selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene fiber, aramid fiber, glass fiber, and polyester fiber is used.
  • a molded body containing at least one material selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene, polyamide, polyimide, and polyphenylene sulfide may be used.
  • the oil supply hole may be provided in the inner ring 21, for example.
  • FIG. 10 is a process diagram showing a method of manufacturing the spherical plain bearing 20 according to the embodiment.
  • the method for manufacturing the spherical plain bearing 20 includes an inner ring manufacturing step S6, an outer ring manufacturing step S7, a liner mounting step S8, and an assembly step S9.
  • the inner ring manufacturing step S6 the inner ring 21 is manufactured.
  • the outer ring manufacturing step S7 the outer ring 22 is manufactured.
  • the inner ring manufacturing step S6 and the outer ring manufacturing step S7 are performed according to the method for manufacturing a mechanical component according to the above embodiment.
  • the liner attachment step S8 the liner 23 is attached to the inner peripheral surface 22c.
  • the liner 23 is composed of a woven fabric, the liner 23 is attached by sticking the woven fabric to the inner peripheral surface 22c.
  • the liner 23 is formed of a resin molded body, the liner 23 is attached by injection molding a resin material that forms the liner 23 on the inner peripheral surface 22c.
  • the inner ring 21 and the outer ring 22 are assembled.
  • the assembly step S9 is performed by plastic working, for example.
  • a diameter expanding step for expanding the inner diameter of the outer ring 22 is performed in the assembly step S9.
  • the inner ring 21 is inserted into the outer ring 22 having an enlarged inner diameter.
  • a diameter reducing process for reducing the diameter of the outer ring 22 in a state where the inner ring 21 is inserted is performed.
  • the manufacture of the spherical plain bearing 20 is completed.
  • the spherical plain bearing 20 As described above, in the spherical plain bearing 20, at least one of the inner ring 21 and the outer ring 22 has the diffusion layer 21f (diffusion layer 22f) and the scale 21g (scale 22g) having the same configuration as the diffusion layer 10f and the scale 10e. ing. Therefore, according to the spherical plain bearing 20, the hardness in a sliding surface can be improved, maintaining the toughness in a sliding surface.
  • the liner 23 is made of a self-lubricating material, so that friction between the inner ring 21 and the outer ring 22 can be reduced.
  • the liner 23 is a woven fabric including at least one fiber selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene fiber, aramid fiber, glass fiber, and polyester fiber, or made of polytetrafluoroethylene, polyamide, polyimide, polyphenylene sulfide
  • the molded body includes at least one material selected from the group, the friction between the inner ring 21 and the outer ring 22 can be further reduced.
  • the above embodiment is advantageously applied to a machine part made of pure titanium or a titanium alloy and a surface treatment method thereof.

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Abstract

すべり軸受（１０）は、純チタン又はチタン合金製である。本発明の一態様に係るすべり軸受は、酸素が固溶した拡散層（１０ｆ）と、拡散層（１０ｆ）に接し、かつ摺動面を構成するチタン酸化物のスケールと（１０ｅ）を有する。スケール（１０ｅ）の厚さ（Ｔ１）は、０．０１５ｍｍ以下である。拡散層（１０ｆ）中における酸素の濃度は、摺動面からの距離が０．１ｍｍとなる位置において０．９９質量パーセント以上である。

Description

すべり軸受及び球面すべり軸受
　本発明は、すべり軸受及び球面すべり軸受に関する。より特定的には、本発明は、純チタン又はチタン合金製のすべり軸受及び球面すべり軸受に関する。
　純チタン又はチタン合金は、鋼と比較して硬度が低い。そのため、純チタン又はチタン合金により構成される機械部品を耐摩耗性が要求される用途に用いる場合、表面処理を施す必要がある。
　従来から、国際公開第９７／３６０１８号（特許文献１）に記載の表面処理方法が知られている。特許文献１に記載の表面処理方法においては、チタン合金製の部材は、微量の酸素を含有する窒素主体の混合雰囲気ガス中において、加熱温度で所定時間保持される。特許文献１に記載の表面処理方法によると、チタン合金製の部材の表面には、窒素及び酸素が固溶する。
国際公開第９７／３６０１８号
　窒素が固溶したチタン合金は、硬度が改善される一方で、靱性が低い。そのため、特許文献１に記載の表面処理方法にしたがって表面処理が行われたチタン合金製の部材の耐摩耗性は、十分ではない。
　チタン合金は、酸素を固溶させることによっても硬度を改善することができる。酸素が固溶したチタン合金は、窒素が固溶したチタン合金よりも靱性が高い。しかしながら、チタン合金製の部材の表面に酸素を固溶させる表面処理は、酸素を含む雰囲気中で行われるため、部材表面にスケール（チタン酸化物により構成される被膜）が形成されてしまう。
　本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、摺動面の靱性を維持しつつ、摺動面の硬さを改善することができるすべり軸受及び球面すべり軸受を提供するものである。
　本発明の一態様に係るすべり軸受は、純チタン又はチタン合金製である。本発明の一態様に係るすべり軸受は、酸素が固溶した拡散層と、拡散層に接し、かつ摺動面を構成するチタン酸化物のスケールとを有する。スケールの厚さは、０．０１５ｍｍ以下である。拡散層中における酸素の濃度は、摺動面からの距離が０．１ｍｍとなる位置において０．９９質量パーセント以上である。
　本発明の一態様に係るすべり軸受によると、脆いスケールの厚さが薄く、拡散層は酸素の固溶により靱性を維持しながら硬化している。そのため、本発明の一態様に係るすべり軸受によると、摺動面の靱性を維持しつつ、摺動面の硬さを改善することができる。
　上記のすべり軸受において、拡散層の硬さは、摺動面から０．１ｍｍとなる位置において５００Ｈｖ以上であってもよい。上記のすべり軸受は、航空宇宙用すべり軸受であってもよい。
　本発明の一態様に係る球面すべり軸受は、内輪と、外輪とを備える。外輪及び内輪は、純チタン又はチタン合金製である。外輪及び内輪の少なくとも一方は、酸素が固溶した拡散層と、拡散層に接し、かつ摺動面を構成するチタン酸化物のスケールとを有する。スケールの厚さは、０．０１５ｍｍ以下である。拡散層中における酸素の濃度は、摺動面からの距離が０．１ｍｍとなる位置において０．９９質量パーセント以上である。
　本発明の一態様に係る球面すべり軸受によると、脆いスケールの厚さが薄く、拡散層は酸素の固溶により靱性を維持しながら硬化している。そのため、本発明の一態様に係る球面すべり軸受によると、摺動面の靱性を維持しつつ、摺動面の硬さを改善することができる。
　上記の球面すべり軸受は、内輪と外輪との間に配置される自己潤滑性の材料により構成されるライナをさらに備えていてもよい。この場合には、内輪と外輪との間の摩擦を低減することができる。
　上記の球面すべり軸受において、ライナは、ポリテトラフルオロエチレン繊維、アラミド繊維、ガラス繊維及びポリエステル繊維からなる群から選択される少なくとも１の繊維を含む織布であってもよい。この場合には、内輪と外輪との間の摩擦をさらに低減することができる。
　上記の球面すべり軸受において、ライナは、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドからなる群から選択される少なくとも１の材料を含む成形体であってもよい。この場合には、内輪と外輪との間の摩擦をさらに低減することができる。
　上記の球面すべり軸受は、航空宇宙用すべり軸受であってもよい。
　本発明の一態様に係るすべり軸受によると、摺動面の靱性を維持しつつ、摺動面の硬さを改善することができる。本発明の一態様に係る球面すべり軸受によると、摺動面の靱性を維持しつつ、摺動面の硬さを改善することができる。
実施形態に係る機械部品の上面図である。 図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。 図２の領域ＩＩＩにおける拡大図である。 実施形態に係る機械部品の表面処理方法を示す工程図である。 試験片１の硬さと表面からの距離との関係を示す模式的なグラフである。 試験片２の硬さと表面からの距離との関係を示す模式的なグラフである。 試験片１中における酸素濃度と表面からの距離との関係を示す模式的なグラフである。 試験片２中における酸素濃度と表面からの距離との関係を示す模式的なグラフである。 実施形態に係る球面すべり軸受２０の断面図である。 実施形態に係る球面すべり軸受２０の製造方法を示す工程図である。
　以下に、実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さないものとする。
　（実施形態に係る機械部品の構成）
　以下に、実施形態に係る機械部品の構成を、図１～図３を参照して説明する。図１は、実施形態に係る機械部品の上面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図１及び図２に示すように、実施形態に係る機械部品は、例えばすべり軸受１０である。但し、実施形態に係る機械部品は、これに限られるものではない。
　すべり軸受１０は、純チタン（Ｔｉ）又はチタン合金により構成されている。純チタンとは、チタン及び不可避不純物により構成されている金属材料である。すべり軸受１０を構成するチタン合金は、ＡＳＴＭ規格Ｂ３４８－１３ＧＲ．５に規定されているＴｉ－６Ａｌ（アルミニウム）－４Ｖ（バナジウム）合金であることが好ましい。なお、以下においては、このＴｉ－６Ａｌ－Ｖ合金を、６４チタン合金という。
　すべり軸受１０は、リング状の部材により構成されている。すべり軸受１０は、上面１０ａと、底面１０ｂと、内周面１０ｃと、外周面１０ｄとを有している。底面１０ｂは、上面１０ａの反対側の面である。外周面１０ｄは、内周面１０ｃの反対側の面である。上面１０ａ及び底面１０ｂは、すべり軸受１０の中心軸に直交するすべり軸受１０の面である。内周面１０ｃ及び外周面１０ｄは、上面１０ａ及び底面１０ｂに連なっている。内周面１０ｃと中心軸との距離は、外周面１０ｄと中心軸との距離よりも小さくなっている。内周面１０ｃは、すべり軸受１０の摺動面を構成している。
　図３は、図２の領域ＩＩＩにおける拡大図である。すべり軸受１０は、拡散層１０ｆを有している。すべり軸受１０は、スケール１０ｅをさらに有していてもよい。スケール１０ｅは、後述するように除去されていてもよい。スケール１０ｅ及び拡散層１０ｆは、すべり軸受１０の内周面１０ｃにある。拡散層１０ｆは、スケール１０ｅよりもすべり軸受１０の内部側にある。すなわち、スケール１０ｅは、拡散層１０ｆに接しており、摺動面を構成している。
　スケール１０ｅは、厚さＴ１を有している。拡散層１０ｆは、厚さＴ２を有している。厚さＴ１及び厚さＴ２は、内周面１０ｃに直交する方向におけるスケール１０ｅ及び拡散層１０ｆの厚さである。好ましくは、厚さＴ１は、０．０１５ｍｍ以下である。特に好ましくは、厚さＴ１は、０．００５ｍｍ以下である。厚さＴ２は、０．１５ｍｍ以上であることが好ましい。
　スケール１０ｅは、チタンの酸化物により構成されている。スケール１０ｅを構成するチタンの酸化物は、例えば、ＴｉＯ、ＴｉＯ２である。拡散層１０ｆには、酸素が固溶している。好ましくは、拡散層１０ｆは、チタンのα相により構成される結晶粒を含んでいる。好ましくは、拡散層１０ｆに含まれるα相の結晶粒は、等軸状に配列されている。
　拡散層１０ｆにおける酸素の濃度は、内周面１０ｃからの距離が０．１ｍｍとなる位置において０．９９質量パーセント以上である。拡散層１０ｆにおける酸素の濃度は、内周面１０ｃからの距離が０．１ｍｍとなる位置において１．４６質量パーセント以上であることがさらに好ましい。拡散層１０ｆ中における酸素の濃度は、内周面１０ｃからの距離が０．０５ｍｍとなる位置において２．２質量パーセント以上であることが好ましい。拡散層１０ｆ中における酸素の濃度は、内周面１０ｃから０．０５ｍｍとなる位置において３．４７質量パーセント以上であることがさらに好ましい。なお、スケール１０ｅを除去する際の取り代が０．１０ｍｍとされた場合には、内周面１０ｃからの距離が０．１ｍｍとなる位置は、スケール１０ｅ除去後の摺動面の位置に対応し、スケール１０ｅを除去する際の取り代が０．０５ｍｍとされた場合には、内周面１０ｃからの距離が０．０５ｍｍとなる位置は、スケール１０ｅ除去後の摺動面の位置に対応する。
　拡散層１０ｆ中における窒素濃度及び酸素濃度は、例えばＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）により測定される。
　拡散層１０ｆの硬さは、内周面１０ｃからの距離が大きくなるにつれて、小さくなっている。拡散層１０ｆの硬さは、好ましくは、内周面１０ｃからの距離が０．０５ｍｍとなる位置において６３０Ｈｖ以上であり、内周面１０ｃからの距離が０．１ｍｍとなる位置において５００Ｈｖ以上である。拡散層１０ｆの硬さは、さらに好ましくは、内周面１０ｃからの距離が０．０５ｍｍとなる位置において６９０Ｈｖ以上であり、内周面１０ｃからの距離が０．１ｍｍとなる位置において５２０Ｈｖ以上である。
　拡散層１０ｆの硬さは、ＪＩＳ　Ｚ　２２４４：２００９に規定されているビッカース硬さ試験法にしたがって測定される。
　（実施形態に係る機械部品の表面処理方法）
　以下に、実施形態に係る機械部品の表面処理方法を、図４を参照しながら説明する。図４は、実施形態に係る機械部品の表面処理方法を示す工程図である。図４に示すように、実施形態に係る機械部品の製造方法は、準備工程Ｓ１と、浸酸工程Ｓ２と、冷却工程Ｓ３と、後処理工程Ｓ４とを有している。
　準備工程Ｓ１においては、加工対象部材の準備が行われる。この加工対象部材は、実施形態に係る機械部品がすべり軸受１０である場合、純チタン又はチタン合金製のリング状の部材である。加工対象部材は、内周面を有している。加工対象部材の内周面は、最終的にはすべり軸受１０の内周面１０ｃとなる面である。
　浸酸工程Ｓ２においては、加工対象部材の表面に対し、浸酸処理が行われる。より具体的には、加工対象部材の内周面に対して、浸酸処理が行われる。浸酸処理に際しては、不活性ガスと酸素とを含有する雰囲気ガス中において、熱処理炉を用いて加熱処理が行われる。雰囲気ガスの圧力は、例えば常圧（大気圧）である。この熱処理炉は、雰囲気ガス回収設備を有していてもよい。
　雰囲気ガス中に含まれる不活性ガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）である。加熱処理における加熱温度は、９００℃以上であることが好ましい。熱処理における加熱温度は、加工対象物を構成する純チタン又はチタン合金のβトランザス以下であることが好ましい。ここで、βトランザスとは、純チタン又はチタン合金中のα相がβ相への変態する温度である。例えば、６４チタン合金のβトランザスは、９９５℃である。熱処理における保持時間は、４時間以上であることが好ましい。熱処理における保持時間は、８時間以上であることがさらに好ましい。
　雰囲気ガス中における酸素の分圧は、加熱温度において、加工対象部材の酸化物（すなわち、チタンの酸化物）の成長が抑制されるように設定される。より具体的には、雰囲気ガス中における酸素の濃度は、１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下である。
　浸酸工程Ｓ２においては、雰囲気ガス中の酸素が加工対象部材の表面から加工対象部材の内部に侵入、拡散し、拡散層１０ｆが形成される。また、浸酸工程Ｓ２においては、加工対象部材の表面に、スケール１０ｅが形成される。スケール１０ｅは、例えば後処理工程Ｓ４において除去されてもよい。
　図４に示すように、実施形態に係る機械部品の表面処理方法は、雰囲気ガス回収工程Ｓ５をさらに有していてもよい。雰囲気ガス回収工程Ｓ５は、熱処理炉に設けられた雰囲気ガス回収設備を用いて行われる。雰囲気ガス回収工程Ｓ５においては、浸酸工程Ｓ２において用いられた雰囲気ガスの回収及び当該雰囲気ガスからの不純物の除去が行われる。雰囲気ガス回収工程Ｓ５において回収及び不純物の除去が行われた雰囲気ガスは、再び浸酸工程Ｓ２に用いられる。
　冷却工程Ｓ３においては、加工対象部材は、熱処理炉から取り出され、冷却される。加工対象部材の冷却は、熱処理炉から取り出された加工対象部材を、例えば食塩水で水冷することにより行われる。
　後処理工程Ｓ４においては、加工対象部材に対する後処理が行われる。後処理工程Ｓ４においては、例えば加工対象部材の洗浄、加工対象部材に対する研削、研磨等の機械加工等が行われる。これにより、加工対象部材からすべり軸受１０が製造される。なお、後処理工程Ｓ４においてスケール１０ｅが加工対象部材の内周面側から除去される際の取り代は、例えば０．１０ｍｍである。後処理工程Ｓ４においてスケール１０ｅが加工対象部材の内周面側から除去される際の取り代は、０．０５ｍｍであってもよい。
　（スケール厚さ及び拡散層の硬度と拡散層中における酸素濃度との関係）
　以下に、スケール１０ｅの厚さ及び拡散層１０ｆの硬度と拡散層１０ｆ中における酸素濃度との関係についての評価試験及びその結果を説明する。
　＜試験片＞
　まず、上記の試験に用いられた試験片について説明する。表１には、各試験片に用いられたチタン合金の組成が示されている。表１に示すように、各試験片に用いられたチタン合金は、６４チタン合金である。なお、試験片の寸法は、２０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　＜熱処理条件＞
　各試験片に対しては、上記の浸酸工程Ｓ２及び冷却工程Ｓ３が行われた。表２には、浸酸工程Ｓ２における加熱温度、保持時間及び雰囲気ガスが示されている。表２に示すように、試験片１及び試験片２の双方において、加熱温度は９２０℃であり、保持時間が８時間であった。試験片１及び試験片２の双方において、熱処理は、酸素とアルゴンとを含有する雰囲気ガス中で行われた。但し、試験片１に用いられた雰囲気ガス中における酸素の濃度は１００ｐｐｍであり、試験片２に用いられた雰囲気ガス中における酸素の濃度は５００ｐｐｍであった。なお、冷却工程Ｓ３は、５パーセントの食塩水で水冷することにより行われた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　＜スケール厚さ＞
　試験片１及び試験片２の断面を研磨して顕微鏡観察を行ったところ、試験片１の表面に形成されたスケール１０ｅの厚さは０．００５ｍｍであり、試験片２の表面に形成されたスケール１０ｅの厚さは０．０１５ｍｍであった。なお、試験片１及び試験片２と同一の部材を大気中において８５０℃の加熱時間及び２４時間の保持時間で浸酸処理を行った場合のスケール１０ｅの厚さは、０．３５ｍｍであった。
　＜硬さ評価試験＞
　図５は、試験片１の硬さと表面からの距離との関係を示す模式的なグラフである。図６は、試験片２の硬さと表面からの距離との関係を示す模式的なグラフである。図５及び図６に示すように、試験片１及び試験片２の硬さは、表面からの距離が大きくなるにつれて小さくなっていた。
　図５に示すように、試験片１の硬さは、表面から０．０５ｍｍの距離にある位置において、６３０Ｈｖであり、表面から０．１ｍｍの距離にある位置において、５２０Ｈｖであった。試験片１の硬さは、表面からの距離が０．１５ｍｍ以上となる位置において、ほぼ一定であった。したがって、試験片１においては、０．１５ｍｍ程度の拡散層１０ｆが形成されていることが明らかとなった。
　図６に示すように、試験片２の硬さは、表面から０．０５ｍｍの距離にある位置において、６９０Ｈｖであり、表面から０．１ｍｍの距離にある位置において、５００Ｈｖであった。試験片２の硬さは、表面からの距離が０．１５ｍｍ以上となる位置において、ほぼ一定であった。したがって、試験片２においては、０．１５ｍｍ程度の拡散層１０ｆが形成されていることが明らかとなった。
　図７は、試験片１中における酸素濃度と表面からの距離との関係を示す模式的なグラフである。図８は、試験片２中における酸素濃度と表面からの距離との関係を示す模式的なグラフである。図７及び図８に示すように、試験片１中及び試験片２中における酸素濃度は、表面からの距離が大きくなるにつれて小さくなっていた。
　図７に示すように、試験片１中における酸素濃度は、表面から０．０５ｍｍの距離にある位置において２．２質量パーセントであり、表面から０．１ｍｍの距離にある位置において０．９９質量パーセントであった。試験片１中における酸素濃度は、表面からの距離が０．１５ｍｍ以上となる位置において、ほぼ一定であった。したがって、試験片１においては、０．１５ｍｍ程度の拡散層１０ｆが形成されていることが、この試験結果からも明らかとなった。
　図８に示すように、試験片２中における酸素濃度は、表面から０．０５ｍｍの距離にある位置において３．４７質量パーセントであり、表面から０．１ｍｍの距離にある位置において１．４６質量パーセントであった。試験片２中における酸素濃度は、表面からの距離が０．１５ｍｍ以上となる位置において、ほぼ一定であった。したがって、試験片２においては、０．１５ｍｍ程度の拡散層１０ｆが形成されていることが、この試験結果からも明らかとなった。
　（実施形態に係る機械部品及びその表面処理方法の効果）
　以下に、実施形態に係る機械部品の表面処理方法の効果について説明する。実施形態に係る機械部品の表面処理方法においては、浸酸工程Ｓ２が、酸素の含有量が微量である雰囲気ガスを用いて行われるため、加工対象部材の表面に形成されるスケール１０ｅの厚さを抑制しつつ、加工対象部材の表面を酸素の固溶強化により硬化させることができる。
　実施形態に係る機械部品の表面処理方法において、保持時間が４時間以上である場合、加工対象部材の表面により多くの酸素が拡散する。そのため、この場合には、拡散層１０ｆ中における酸素の固溶量が増加することにより、拡散層１０ｆの硬度を改善することができる。
　実施形態に係る機械部品の表面処理方法において、雰囲気ガス中における酸素の濃度が１００ｐｐｍ以下５００ｐｐｍ以上である場合、加工対象部材の表面に形成されるスケール１０ｅの厚さを抑制しつつ、加工対象部材の表面を酸素の固溶強化により硬化させることができる。
　純チタン及びチタン合金の熱処理においては、熱処理中にα相がβ相に相変態することにより、結晶粒が粗大化する傾向にある。そのため、実施形態に係る機械部品の表面処理方法において、加熱温度が９００℃以上であってβトランザス以下である場合、浸酸処理の際に加工対象部材を構成する結晶粒が粗大化することを抑制できる。
　実施形態に係る機械部品の表面処理方法において、加工対象部材が６４チタン合金である場合、加工対象部材の表面に形成されるスケール１０ｅの厚さを抑制しつつ、加工対象部材の表面を酸素の固溶強化により硬化させることができる。
　実施形態に係る機械部品の表面処理方法が雰囲気ガス回収工程Ｓ５を有している場合、雰囲気ガスを再利用することにより、処理コストの低減を図ることができる。
　実施形態に係る機械部品としてのすべり軸受１０においては、摺動面に形成される脆いスケール１０ｅの厚さが抑制される。また、拡散層１０ｆは、酸素の固溶により強化されるため、靱性を維持しながら硬化する。したがって、実施形態に係る機械部品としてのすべり軸受１０によると、摺動面の靱性を維持しつつ、摺動面の硬さを改善することができる。
　（実施形態に係る球面すべり軸受の構成）
　以下に、実施形態に係る球面すべり軸受２０の構成を説明する。
　図９は、実施形態に係る球面すべり軸受２０の断面図である。図９に示すように、球面すべり軸受２０は、内輪２１と、外輪２２とを有している。球面すべり軸受２０は、ライナ２３をさらに有していてもよい。
　内輪２１は、リング状の部材である。内輪２１は、上面２１ａと、底面２１ｂと、内周面２１ｃと、外周面２１ｄとを有している。上面２１ａ及び底面２１ｂは、中心軸２１ｅに直交している。底面２１ｂは、上面２１ａの反対側の面である。内周面２１ｃ及び外周面２１ｄは、上面２１ａ及び底面２１ｂに連なっている。内周面２１ｃは、断面視において（中心軸２１ｅを通る断面において）、直線状になっている。外周面２１ｄは、断面視において、円弧状になっている。内周面２１ｃと外周面２１ｄとの距離は、上面２１ａから底面２１ｂに向かうにしたがって一旦大きくなり、その後さらに底面２１ｂに向かうにしたがって再び小さくなる。外周面２１ｄは、摺動面を構成している。内輪２１は、チタン合金製である。内輪２１を構成するチタン合金は、例えば６４チタン合金である。
　外輪２２は、リング状の部材である。外輪２２は、上面２２ａと、底面２２ｂと、内周面２２ｃと、外周面２２ｄとを有している。上面２２ａ及び底面２２ｂは、中心軸２２ｅに直交している。底面２２ｂは、上面２２ａの反対側の面である。内周面２２ｃ及び外周面２２ｄは、上面２２ａ及び底面２２ｂに連なっている。外周面２２ｄは、断面視において（中心軸２２ｅを通る断面において）、直線状になっている。内周面２２ｃは、断面視において、円弧状になっている。内周面２２ｃと外周面２２ｄとの距離は、上面２２ａから底面２２ｂに向かうにしたがって一旦小さくなり、その後さらに底面２２ｂに向かうにしたがって再び大きくなる。内周面２２ｃは、摺動面を構成している。外輪２２は、チタン合金製である。外輪２２を構成するチタン合金は、例えば６４チタン合金である。外輪２２は、内周面２２ｃが外周面２１ｄと対向するように配置されている。
　内輪２１は、拡散層２１ｆと、スケール２１ｇを有している。スケール２１ｇは、拡散層２１ｆに接している。スケール２１ｇは、外周面２１ｄ（摺動面）を構成している。外輪２２は、拡散層２２ｆと、スケール２２ｇとを有している。スケール２１ｇは、拡散層２２ｆに接している。スケール２２ｇは、内周面２２ｃ（摺動面）を構成している。内輪２１が拡散層２１ｆ及びスケール２１ｇを有さず、外輪２２が拡散層２２ｆ及びスケール２２ｇを有していてもよい。外輪２２が拡散層２２ｆ及びスケール２２ｇを有さず、内輪２１が拡散層２１ｆ及びスケール２１ｇを有していてもよい。すなわち、内輪２１及び外輪２２のいずれか一方が、拡散層２１ｆ（拡散層２２ｆ）及びスケール２１ｇ（スケール２２ｇ）を有していればよい。
　拡散層２１ｆ及び拡散層２２ｆは、拡散層１０ｆと同様の構成を有している。スケール２１ｇ及びスケール２２ｇは、スケール１０ｅと同様の構成を有している。より具体的には、スケール２１ｇ（スケール２２ｇ）の厚さは、０．０１５ｍｍ以下である。スケール２１ｇ（スケール２２ｇ）の厚さは、好ましくは、０．００５ｍｍ以下である。
　外周面２１ｄ（内周面２２ｃ）からの距離が０．１ｍｍとなる位置の拡散層２１ｆ（拡散層２２ｆ）中において、酸素濃度は、０．９９質量パーセント以上である。外周面２１ｄ（内周面２２ｃ）からの距離が０．１ｍｍとなる位置の拡散層２１ｆ（拡散層２２ｆ）中において、酸素濃度は、１．４６質量パーセント以上であることが好ましい。
　外周面２１ｄ（内周面２２ｃ）からの距離が０．０５ｍｍとなる位置の拡散層２１ｆ（拡散層２２ｆ）中において、酸素濃度は、２．２質量パーセント以上である。外周面２１ｄ（内周面２２ｃ）からの距離が０．１ｍｍとなる位置の拡散層２１ｆ（拡散層２２ｆ）中において、酸素濃度は、３．４７質量パーセント以上であることが好ましい。
　外周面２１ｄ（内周面２２ｃ）からの距離が０．１ｍｍとなる位置の拡散層２１ｆ（拡散層２２ｆ）の硬さは、５００Ｈｖ以上であってもよい。外周面２１ｄ（内周面２２ｃ）からの距離が０．１ｍｍとなる位置の拡散層２１ｆ（拡散層２２ｆ）の硬さは、５２０Ｈｖ以上であってもよい。外周面２１ｄ（内周面２２ｃ）からの距離が０．０５ｍｍとなる位置の拡散層２１ｆ（拡散層２２ｆ）の硬さは、６３０Ｈｖ以上であってもよい。外周面２１ｄ（内周面２２ｃ）からの距離が０．１ｍｍとなる位置の拡散層２１ｆ（拡散層２２ｆ）の硬さは、６９０Ｈｖ以上であってもよい。
　ライナ２３は、内輪２１と外輪２２との間に配置されている。より具体的には、ライナ２３は、内周面２２ｃに取り付けられている。ライナ２３は、自己潤滑性の材料により構成されている。自己潤滑性の材料とは、相手材に対して摩擦係数が低い材料をいう。ライナ２３には、例えばポリテトラフルオロエチレン繊維、アラミド繊維、ガラス繊維及びポリエステル繊維からなる群から選択される少なくとも１の繊維を含む織布が用いられる。ライナ２３には、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドからなる群から選択される少なくとも１の材料を含む成形体が用いられてもよい。なお、球面すべり軸受２０がライナ２３を有していない場合には、例えば内輪２１に給油孔を設けられていてもよい。
　（実施形態に係る球面すべり軸受の製造方法）
　以下に、実施形態に係る球面すべり軸受２０の製造方法を説明する。
　図１０は、実施形態に係る球面すべり軸受２０の製造方法を示す工程図である。図１０に示すように、球面すべり軸受２０の製造方法は、内輪製造工程Ｓ６と、外輪製造工程Ｓ７と、ライナ取り付け工程Ｓ８と、組立工程Ｓ９とを有している。
　内輪製造工程Ｓ６においては、内輪２１の製造が行われる。外輪製造工程Ｓ７においては、外輪２２の製造が行われる。内輪製造工程Ｓ６及び外輪製造工程Ｓ７は、上記の実施形態に係る機械部品の製造方法にしたがって行われる。ライナ取り付け工程Ｓ８においては、内周面２２ｃにライナ２３が取り付けられる。ライナ２３の取り付けは、ライナ２３が織布で構成されている場合には、当該織布を内周面２２ｃに貼付することにより行われる。ライナ２３の取り付けは、ライナ２３が樹脂成形体で構成されている場合には、内周面２２ｃに対してライナ２３を構成する樹脂材料を射出成型することにより行われる。
　組立工程Ｓ９においては、内輪２１及び外輪２２の組立が行われる。組立工程Ｓ９は、例えば塑性加工により行われる。より具体的な方法の１つとしては、組立工程Ｓ９においては、第１に、外輪２２の内径を拡げる拡径工程が行われる。第２に、内径が拡げられた外輪２２に、内輪２１が挿入される。第３に、内輪２１が挿入された状態で外輪２２を再び縮径する縮径工程が行われる。以上により、球面すべり軸受２０の製造が完了する。
　（実施形態に係る球面すべり軸受の効果）
　以下に、実施形態に係る球面すべり軸受２０の効果を説明する。
　上記のとおり、球面すべり軸受２０においては、内輪２１及び外輪２２の少なくとも一方が、拡散層１０ｆ及びスケール１０ｅと同様の構成の拡散層２１ｆ（拡散層２２ｆ）及びスケール２１ｇ（スケール２２ｇ）を有している。そのため、球面すべり軸受２０によると、摺動面における靱性を維持しつつ、摺動面における硬さを改善することができる。
　球面すべり軸受２０がライナ２３を有している場合、ライナ２３は自己潤滑性の材料により構成されているため、内輪２１と外輪２２との摩擦を低減することができる。ライナ２３がポリテトラフルオロエチレン繊維、アラミド繊維、ガラス繊維及びポリエステル繊維からなる群から選択される少なくとも１の繊維を含む織布である場合、又はポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドからなる群から選択される少なくとも１の材料を含む成形体である場合、内輪２１と外輪２２との摩擦をさらに低減することができる。
　以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
　上記の実施形態は、純チタン又はチタン合金製の機械部品及びその表面処理方法に有利に適用される。
　Ｓ１　準備工程、Ｓ２　浸酸工程、Ｓ３　冷却工程、Ｓ４　後処理工程、Ｓ５　雰囲気ガス回収工程、Ｓ６　内輪製造工程、Ｓ７　外輪製造工程、Ｓ８　ライナ取り付け工程、Ｓ９　組立工程、１０　すべり軸受、１０ａ　上面、１０ｂ　底面、１０ｃ　内周面、１０ｄ　外周面、１０ｅ　スケール、１０ｆ　拡散層、２０　球面すべり軸受、２１　内輪、２１ａ　上面、２１ｂ　底面、２１ｃ　内周面、２１ｄ　外周面、２１ｅ　中心軸、２１ｆ　拡散層、２２　外輪、２２ａ　上面、２２ｂ　底面、２２ｃ　内周面、２２ｄ　外周面、２２ｅ　中心軸、２２ｆ　拡散層、Ｔ１　厚さ、Ｔ２　厚さ。

Claims (8)

  1. 　純チタン又はチタン合金製のすべり軸受であって、
    　前記すべり軸受は、酸素が固溶した拡散層と、前記拡散層に接し、かつ摺動面を構成するチタン酸化物のスケールとを有し、
    　前記スケールの厚さは、０．０１５ｍｍ以下であり、
    　前記拡散層中における前記酸素の濃度は、前記摺動面からの距離が０．１ｍｍとなる位置において０．９９質量パーセント以上である、すべり軸受。
  2. 　前記拡散層の硬さは、前記摺動面から０．１ｍｍとなる位置において、５００Ｈｖ以上である、請求項１に記載のすべり軸受。
  3. 　航空宇宙用すべり軸受である、請求項１又は２に記載のすべり軸受。
  4. 　内輪と、
    　外輪とを備え、
    　前記外輪及び前記内輪は、純チタン又はチタン合金製であり、
    　前記外輪及び前記内輪の少なくとも一方は、酸素が固溶した拡散層と、前記拡散層に接し、かつ摺動面を構成するチタン酸化物のスケールとを有し、
    　前記スケールの厚さは、０．０１５ｍｍ以下であり、
    　前記拡散層中における前記酸素の濃度は、前記摺動面からの距離が０．１ｍｍとなる位置において０．９９質量パーセント以上である、球面すべり軸受。
  5. 　前記内輪と前記外輪との間に配置される自己潤滑性の材料により構成されるライナをさらに備える、請求項４に記載の球面すべり軸受。
  6. 　前記ライナは、ポリテトラフルオロエチレン繊維、アラミド繊維、ガラス繊維及びポリエステル繊維からなる群から選択される少なくとも１の繊維を含む織布である、請求項５に記載の球面すべり軸受。
  7. 　前記ライナは、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドからなる群から選択される少なくとも１の材料を含む成形体である、請求項６に記載の球面すべり軸受。
  8. 　航空宇宙用すべり軸受である、請求項４～７のいずれか１項に記載の球面すべり軸受。
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