JP2004100812A - 軸受装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】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摺動させるとともに、初期摩耗時に発生する摩耗粉の発生を抑制可能とする軸受装置を提供する。
【解決手段】潤滑油が含浸されている多孔質のブッシュ２１と、このブッシュ２１に支持される突起状に形成された焼入れ硬化部２８と前記焼入れ硬化部２８間に形成され、前記ブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪み部とを有する軸２５とで構成したことを特徴とする。
【選択図】 図２
【解決手段】潤滑油が含浸されている多孔質のブッシュ２１と、このブッシュ２１に支持される突起状に形成された焼入れ硬化部２８と前記焼入れ硬化部２８間に形成され、前記ブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪み部とを有する軸２５とで構成したことを特徴とする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸受装置に係り、さらに詳しくは軸をすべり支持するすべり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械等の掘削装置においては、例えば、油圧ショベルにおいては、アームの先端にバケットが連結されるが、このバケットによる掘削動作はバケットシリンダを作動させることにより、バケットをアームとの連結部を中心として回動または揺動させるようにする。このため、バケットとアームとの連結部には、多孔質のブッシュ内の孔部に潤滑油を閉じ込め、摺動開始とともに潤滑油が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って摺動可能な軸受を設けている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、軸にレーザ光線にて螺旋状もしくは、網目状に突起した焼入れ硬化部を形成し、この硬化部と硬化部との間に軟質窪みを形成し、この軟質窪みを潤滑油の油溜りとして摺動部の耐焼付き性を向上させるものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−８２４２３号公報
【特許文献２】
特開平６−８１０３０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した特許文献１に記載された従来技術は、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状態に維持することができると共に、低速、高面圧用として有効なすべり軸受である。
【０００６】
しかし、近年、建設機械の長寿命化に対する要求に応じて、前述したすべり軸受の機能を更に発揮させることが望まれている。
【０００７】
そこで、前述した特許文献１に開示されたすべり軸受に、前述した特許文献２に開示された摺動部材を適用することが考えられる。そして、この特許文献２に開示された摺動部材の材質は、ＪＩＳ ＳＡＥ−４１３０が最適であると示唆されているが、この材質での硬化の表面硬度は、Ｈｖ５００から６００程度であり、また、この焼入れ硬化部は線状で、ブッシュの内面に接触する面積が小さいため、前述した特許文献１に開示されたブッシュ内に含浸された潤滑油を、ブッシュからその内面に引き出すことができないと言う憾みがある。その結果、前述した特許文献２の摺動部材を、特許文献１に適用しても、前述した特許文献１に開示されたすべり軸受の有する機能を更に発揮させることができないという問題がある。
【０００８】
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摺動させるとともに、初期摩耗時に発生する摩耗粉の発生を抑制可能とする軸受装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、第１の発明は、潤滑油が含浸されている多孔質のブッシュと、このブッシュに支持される軸と、この軸の前記ブッシュの内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油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸受装置にある。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に螺旋形状に設けたことを特徴とする軸受装置にある。
【００１１】
更に、第３の発明は、第１の発明において、前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に前記軸の軸線平行に線状に設けたことを特徴とする軸受装置にある。
【００１２】
また、第４の発明は、第１の発明において、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たことを特徴とする軸受装置にある。
【００１３】
更に、第５の発明は、第１の発明において、前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に格子状に設けたことを特徴とする軸受装置にある。
【００１４】
また、第６の発明は、第１の発明において、前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に網目状に設けたことを特徴とする軸受装置にある。
【００１５】
更に、第７の発明は、第２の発明において、前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に、その中央付近から外方に向かってそれぞれ逆方向の螺旋状に設けたことを特徴とする軸受装置にある。
【００１６】
また、第８の発明は、第１乃至第６の発明のいずれかにおいて、前記ブッシュの外側端に設けたシール部材に対応する前記軸の外表面に、突起した焼入れ硬化部を設けたことを特徴とする軸受装置にある。
【００１７】
更に、第９の発明は、第１乃至８の発明のいずれかに記載の軸受装置を、多関節アームの連結部に設けたことを特徴とする建設機械にある。
【００１８】
また、第１０の発明は、第１乃至８の発明のいずれかに記載の軸受装置を、アーム支持関節部に設けたことを特徴とするクレーンにある。
【００１９】
更に、第１１の発明は、軸外表面に形成された複数の円形状の焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸にある。
【００２０】
また、第１２の発明は、軸外表面に格子状に形成された焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸にある。
【００２１】
更に、第１３の発明は、軸外表面に網目状に形成された焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸にある。
【００２２】
また、第１４の発明は、軸外表面に螺旋状に形成された焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸にある。
【００２３】
更に、第１５の発明は、軸外表面にその中央付近から外方に向かってそれぞれ逆方向の螺旋状に形成された焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸にある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
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ルを示すもので、この図１において、１は油圧ショベル、２は油圧ショベルの走行体、３は走行体２上に旋回可能に搭載された旋回体で、この旋回体３は旋回フレーム４を有している。この旋回フレーム４上には、運転室５、機械室６およびカウンタウエイト７等が設けられている。８は旋回体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８は、旋回体３の旋回フレーム４に俯仰動可能に設けたブーム９と、このブーム９の先端側に回動可能に設けたアーム１０とで構成されている。１１は多関節アーム８を構成するアーム１０の先端に回動可能に設けた掘削バケットである。前述した多関節アーム８および掘削バケット１１を駆動するための装置は、旋回フレーム４とブーム９との間に設けたブーム操作用のシリンダ１２と、ブーム９とアーム１０との間に設けたアーム操作用のシリンダ１３と、リンク１４を介してアーム１０と掘削バケット１１との間に設けたバケット操作用のシリンダ１５で構成されている。
【００２５】
図２は本発明の軸受装置の第１の実施の形態を備えた多関節アームの連結部を示すもので、例えばアーム先端に設けられた軸受装置１６に適用可能である。この図２に示された本発明の軸受装置において、ボス２０の内部にブッシュ２１が嵌着されている。ブッシュ２１の側部外周にシール２７が圧入されている。ボス２０の両側部にはブラケット２２が設けられ、ボス２０とブラケット２２との隙間にはシム２３が介在している。そして、この隙間の上端の外部にＯ−リング２４が装着されている。両端のブラケット２２およびブッシュ２１を貫通して軸２５が挿入されている。軸２５は、この軸２５とブラケット２２を貫通する回転係止ボルト２６により、回転不能にされている。
【００２６】
本発明の軸受装置を構成するブッシュ２１は例えば，銅粉と鉄粉とから形成された多孔質複合焼結合金である。孔質部には潤滑油が含浸されている。その他の素材からなる多孔質ブッシュも使用できる。
【００２７】
前記軸２５におけるブッシュ２１の内面に対向する外表面には、その表面より突出する螺旋状の焼入れ硬化部２８と、この焼入れ硬化部２８間に形成される軟質窪み２９が形成されている。この焼入れ硬化部に形成については、後述する。また、軟質窪み２９は、ブッシュ２１から流出する潤滑油を捕捉する機能を有している。
【００２８】
図３は本発明の軸受装置を構成する軸２５のレーザ照射、電子ビーム照射による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２５の一端はクランプ機構３０にて支持されている。クランプ機構３０は支柱３１に支持されている。支柱３１にはクランプ機構３０を回動可能とするモータ３４が設けられている。軸２５のもう一端は芯出し３３により軸の芯出しが可能である。芯出し３３は支柱３１により支持されている。軸２５、クランプ機構３０、芯出し３３はひとつの芯を共通の中心として回転する構造となっている。２つの支柱３１はＸＹテーブル３２に固定されており、被加工物である軸２５の位置をＸＹ方向にＮＣ等の制御機構により自由に移動させることが可能である。
【００２９】
３５はレーザ、電子ビームそれぞれの発振装置から出射されたレーザビーム、あるいは電子ビームで代表されるエネルギービームである。エネルギービーム３５はモータ３４により一定の周速度で回転している軸２５に対して例えば垂直方向から照射をするとともに、軸２５の長手方向に一定速度にてエネルギービーム３５の照射を継続させながら移動することで、軸２５に対してスパイラル状に照射するとともに焼入れ硬化部２８を形成可能である。もしくは軸２５を支持しているＸＹテーブルが軸２５の長手方向に移動してもよい。
【００３０】
エネルギービーム３５の照射あるいは高周波焼入れにより、焼入れ硬化部２８を軸２５外周に螺旋状に形成する。焼入れ硬化部２８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１０００Ｗで照射をおこなった場合、１０μｍ程度の突起した焼入れ硬化部２８を形成する。軸２５に形成された焼入れ硬化部２８が突起することで、焼入れ硬化部２８の２間に介在する軟質部２９は窪みとなる。
【００３１】
上述した焼入れ硬化部２８を螺旋状に形成した軸２５を、潤滑油を含浸した多孔質ブッシュ２１とに組合わせて構成される軸受装置を、例えば図１の軸受装置１６のような高面圧、低摺動速度の条件下で使用した場合、摺動開始するとともに多孔質のブッシュ２１と軸２５とに高い面圧が作用し、多孔質のブッシュ２１に含浸している潤滑油がその内面である摺動面に流出する。この潤滑油が窪みとなっている軟質窪み部２９に流れ込み蓄積し、潤滑油の保油性を向上させ、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２５に形成された突起状の焼入れ硬化部２８が、多孔質のブッシュ２１に局所的に面圧を高めることとなり、多孔質のブッシュ２１に含浸されている潤滑油を効果的に引き出すことが可能である。焼入れ硬化部２８と多孔質ブッシュ２１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油の絶対量が上昇し、潤滑を非常に安定させることが可能である。
【００３２】
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４５は潤滑油を含浸した多孔質のブ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場合の試験時間に対する摩擦係数の変化を、また、特性曲線４６は螺旋状のレーザ焼入れを行った軸を、一定の面圧下で摺動を行った際の試験時間に対する摩擦係数の変化を示したものである。この特性曲線から明らかなように、全周を高周波焼入れした軸を用いた場合の特性曲線４５は時間とともに大きく変動しているが、それに対して螺旋状状のレーザ焼入れを施した軸を用いた場合の特性曲線４６はその摩擦係数は低く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、多孔質のブッシュ２１と螺旋状のレーザ焼入れ軸２５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。
【００３３】
建設機械で使用されるような高面圧の摺動条件では、軸２５に形成された焼入れ硬化部２８の表面硬度がＨｖ５５０以下であると、面圧に耐えられず突起部が摩滅してしまい、軟質窪み部２９の窪みがなくなるとともに油溜りの効果が得られなくなる。焼入れ硬化部２８の表面硬度を少なくともＨｖ５５０以上にする必要があり，それには、焼入れ時の硬度に起因する炭素含有量を０．３５％以上となる鉄鋼材料を用いることで可能となる。
【００３４】
摺動面における焼入れ硬化部２８の面積率が、２０％以下になると焼入れ硬化部２８と多孔質のブッシュ２１との面圧が高くなりすぎて偏摩耗を生じてしまう。また、摺動面における焼入れ硬化部２８の面積率が８０％以上になると、油溜りの体積が少なくなってしまい、潤滑油を保油する機能が低下し、耐焼付き性の向上に起因しない。
【００３５】
本発明の軸受装置を構成する軸２５の外表面に形成される焼入れ硬化部２８の形状は、上述した螺旋形状に限定されず、図５に示すように、焼入れ硬化部２８を、軸２５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２８間に軟質窪み部２９を形成するように構成しても良い。
【００３６】
また、図６に示すように、焼入れ硬化部２８を、軸２５の外表面に複数の円形状に構成することも可能である。これらの焼入れ硬化部も図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２５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に２０〜８０％が好ましい。
【００３７】
本発明の軸受装置は、例えば建設機械フロントのように旋回動作を伴うような多関節アームの軸受装置に用いた場合、旋回中による遠心力もしくは油圧ショベル１の傾きによる軸受装置の傾きにより、多孔質のブッシュ２１から流出した潤滑油が軸受装置の一端に偏ってしまう。そこで、図７に示すように、焼入れ硬化部２８を格子状、網目状に形成することで、多孔質のブッシュ２１から流出した潤滑油の偏りを低減することが可能である。
【００３８】
さらに、図８に示すように、焼入れ硬化部２８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硬化部との組合わせで形成することも可能である。この実施の形態においても、上述と同様の効果を得ることが可能である。
【００３９】
また、図９に示すように、焼入れ硬化部２８を、軸線と平行な焼入れ硬化部とこの硬化部間に形成した円形状の焼入れ硬化部とでを形成することも可能である。この実施の形態においても、上述と同様の効果を得ることが可能である。
【００４０】
更に、図１０に示すように、焼入れ硬化部２８を、軸２５中央から逆方向にそれぞれ螺旋状に形成することも可能である。この実施の形態によれば、軸受装置内での潤滑油の偏りを低減することが可能である。
【００４１】
図７乃至図１０に説明した軸２５の摺動面における焼入れ硬化部２８の面積率は上述した理由と同様に２０〜８０％が好ましい。
【００４２】
また、図２に示すように、ブッシュ２１の側部外周にシール２７が圧入されている軸受装置の場合には、図１１に示すように、シール２７に対応する軸２５の外表面に、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１９を設けることも可能である。この実施の形態によれば、シール２７と軸２５との接触面圧を均一にして油漏れを防ぐとともに、シール２７への砂利噛み込みによる軸の摩耗を防止することが可能である。この実施の形態は、図５乃至図１０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。
【００４３】
図５乃至図１０で説明したような焼入れ硬化部のパターンを持つ軸と、潤滑油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グリースあるいはワック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。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の軸受装置によれば、高面圧をうける使用環境下で、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、潤滑油を含浸されている多孔質のブッシュとの組合わせにより、その多孔質のブッシュの機能を更に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軸受装置の第１の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】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】本発明の軸受装置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】本発明の軸受装置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】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】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】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８】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】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１０】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１１】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。
【符号の説明】
１ 油圧ショベル
２ 走行体
３ 旋回体
４ 旋回フレーム
５ 運転室
６ 機械室
８ 多関節アーム
９ ブーム
１０ アーム
１１ 掘削バケット
１２ ブームシリンダ
１３ アームシリンダ
１４ リンク
１５ バケットシリンダ
１６ アーム先端軸受装置
１９ 焼入れ硬化部
２０ ボス
２１ 多孔質のブッシュ
２２ ブラケット
２３ シム
２４ Ｏ−リング
２５ 軸
２６ 回転係止ボルト
２７ シール
２８ 焼入れ硬化部
２９ 軟質窪み部
【発明の属する技術分野】
本発明は軸受装置に係り、さらに詳しくは軸をすべり支持するすべり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械等の掘削装置においては、例えば、油圧ショベルにおいては、アームの先端にバケットが連結されるが、このバケットによる掘削動作はバケットシリンダを作動させることにより、バケットをアームとの連結部を中心として回動または揺動させるようにする。このため、バケットとアームとの連結部には、多孔質のブッシュ内の孔部に潤滑油を閉じ込め、摺動開始とともに潤滑油が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って摺動可能な軸受を設けている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、軸にレーザ光線にて螺旋状もしくは、網目状に突起した焼入れ硬化部を形成し、この硬化部と硬化部との間に軟質窪みを形成し、この軟質窪みを潤滑油の油溜りとして摺動部の耐焼付き性を向上させるものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−８２４２３号公報
【特許文献２】
特開平６−８１０３０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した特許文献１に記載された従来技術は、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状態に維持することができると共に、低速、高面圧用として有効なすべり軸受である。
【０００６】
しかし、近年、建設機械の長寿命化に対する要求に応じて、前述したすべり軸受の機能を更に発揮させることが望まれている。
【０００７】
そこで、前述した特許文献１に開示されたすべり軸受に、前述した特許文献２に開示された摺動部材を適用することが考えられる。そして、この特許文献２に開示された摺動部材の材質は、ＪＩＳ ＳＡＥ−４１３０が最適であると示唆されているが、この材質での硬化の表面硬度は、Ｈｖ５００から６００程度であり、また、この焼入れ硬化部は線状で、ブッシュの内面に接触する面積が小さいため、前述した特許文献１に開示されたブッシュ内に含浸された潤滑油を、ブッシュからその内面に引き出すことができないと言う憾みがある。その結果、前述した特許文献２の摺動部材を、特許文献１に適用しても、前述した特許文献１に開示されたすべり軸受の有する機能を更に発揮させることができないという問題がある。
【０００８】
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摺動させるとともに、初期摩耗時に発生する摩耗粉の発生を抑制可能とする軸受装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、第１の発明は、潤滑油が含浸されている多孔質のブッシュと、このブッシュに支持される軸と、この軸の前記ブッシュの内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油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸受装置にある。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に螺旋形状に設けたことを特徴とする軸受装置にある。
【００１１】
更に、第３の発明は、第１の発明において、前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に前記軸の軸線平行に線状に設けたことを特徴とする軸受装置にある。
【００１２】
また、第４の発明は、第１の発明において、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たことを特徴とする軸受装置にある。
【００１３】
更に、第５の発明は、第１の発明において、前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に格子状に設けたことを特徴とする軸受装置にある。
【００１４】
また、第６の発明は、第１の発明において、前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に網目状に設けたことを特徴とする軸受装置にある。
【００１５】
更に、第７の発明は、第２の発明において、前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に、その中央付近から外方に向かってそれぞれ逆方向の螺旋状に設けたことを特徴とする軸受装置にある。
【００１６】
また、第８の発明は、第１乃至第６の発明のいずれかにおいて、前記ブッシュの外側端に設けたシール部材に対応する前記軸の外表面に、突起した焼入れ硬化部を設けたことを特徴とする軸受装置にある。
【００１７】
更に、第９の発明は、第１乃至８の発明のいずれかに記載の軸受装置を、多関節アームの連結部に設けたことを特徴とする建設機械にある。
【００１８】
また、第１０の発明は、第１乃至８の発明のいずれかに記載の軸受装置を、アーム支持関節部に設けたことを特徴とするクレーンにある。
【００１９】
更に、第１１の発明は、軸外表面に形成された複数の円形状の焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸にある。
【００２０】
また、第１２の発明は、軸外表面に格子状に形成された焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸にある。
【００２１】
更に、第１３の発明は、軸外表面に網目状に形成された焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸にある。
【００２２】
また、第１４の発明は、軸外表面に螺旋状に形成された焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸にある。
【００２３】
更に、第１５の発明は、軸外表面にその中央付近から外方に向かってそれぞれ逆方向の螺旋状に形成された焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸にある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
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ルを示すもので、この図１において、１は油圧ショベル、２は油圧ショベルの走行体、３は走行体２上に旋回可能に搭載された旋回体で、この旋回体３は旋回フレーム４を有している。この旋回フレーム４上には、運転室５、機械室６およびカウンタウエイト７等が設けられている。８は旋回体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８は、旋回体３の旋回フレーム４に俯仰動可能に設けたブーム９と、このブーム９の先端側に回動可能に設けたアーム１０とで構成されている。１１は多関節アーム８を構成するアーム１０の先端に回動可能に設けた掘削バケットである。前述した多関節アーム８および掘削バケット１１を駆動するための装置は、旋回フレーム４とブーム９との間に設けたブーム操作用のシリンダ１２と、ブーム９とアーム１０との間に設けたアーム操作用のシリンダ１３と、リンク１４を介してアーム１０と掘削バケット１１との間に設けたバケット操作用のシリンダ１５で構成されている。
【００２５】
図２は本発明の軸受装置の第１の実施の形態を備えた多関節アームの連結部を示すもので、例えばアーム先端に設けられた軸受装置１６に適用可能である。この図２に示された本発明の軸受装置において、ボス２０の内部にブッシュ２１が嵌着されている。ブッシュ２１の側部外周にシール２７が圧入されている。ボス２０の両側部にはブラケット２２が設けられ、ボス２０とブラケット２２との隙間にはシム２３が介在している。そして、この隙間の上端の外部にＯ−リング２４が装着されている。両端のブラケット２２およびブッシュ２１を貫通して軸２５が挿入されている。軸２５は、この軸２５とブラケット２２を貫通する回転係止ボルト２６により、回転不能にされている。
【００２６】
本発明の軸受装置を構成するブッシュ２１は例えば，銅粉と鉄粉とから形成された多孔質複合焼結合金である。孔質部には潤滑油が含浸されている。その他の素材からなる多孔質ブッシュも使用できる。
【００２７】
前記軸２５におけるブッシュ２１の内面に対向する外表面には、その表面より突出する螺旋状の焼入れ硬化部２８と、この焼入れ硬化部２８間に形成される軟質窪み２９が形成されている。この焼入れ硬化部に形成については、後述する。また、軟質窪み２９は、ブッシュ２１から流出する潤滑油を捕捉する機能を有している。
【００２８】
図３は本発明の軸受装置を構成する軸２５のレーザ照射、電子ビーム照射による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２５の一端はクランプ機構３０にて支持されている。クランプ機構３０は支柱３１に支持されている。支柱３１にはクランプ機構３０を回動可能とするモータ３４が設けられている。軸２５のもう一端は芯出し３３により軸の芯出しが可能である。芯出し３３は支柱３１により支持されている。軸２５、クランプ機構３０、芯出し３３はひとつの芯を共通の中心として回転する構造となっている。２つの支柱３１はＸＹテーブル３２に固定されており、被加工物である軸２５の位置をＸＹ方向にＮＣ等の制御機構により自由に移動させることが可能である。
【００２９】
３５はレーザ、電子ビームそれぞれの発振装置から出射されたレーザビーム、あるいは電子ビームで代表されるエネルギービームである。エネルギービーム３５はモータ３４により一定の周速度で回転している軸２５に対して例えば垂直方向から照射をするとともに、軸２５の長手方向に一定速度にてエネルギービーム３５の照射を継続させながら移動することで、軸２５に対してスパイラル状に照射するとともに焼入れ硬化部２８を形成可能である。もしくは軸２５を支持しているＸＹテーブルが軸２５の長手方向に移動してもよい。
【００３０】
エネルギービーム３５の照射あるいは高周波焼入れにより、焼入れ硬化部２８を軸２５外周に螺旋状に形成する。焼入れ硬化部２８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１０００Ｗで照射をおこなった場合、１０μｍ程度の突起した焼入れ硬化部２８を形成する。軸２５に形成された焼入れ硬化部２８が突起することで、焼入れ硬化部２８の２間に介在する軟質部２９は窪みとなる。
【００３１】
上述した焼入れ硬化部２８を螺旋状に形成した軸２５を、潤滑油を含浸した多孔質ブッシュ２１とに組合わせて構成される軸受装置を、例えば図１の軸受装置１６のような高面圧、低摺動速度の条件下で使用した場合、摺動開始するとともに多孔質のブッシュ２１と軸２５とに高い面圧が作用し、多孔質のブッシュ２１に含浸している潤滑油がその内面である摺動面に流出する。この潤滑油が窪みとなっている軟質窪み部２９に流れ込み蓄積し、潤滑油の保油性を向上させ、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２５に形成された突起状の焼入れ硬化部２８が、多孔質のブッシュ２１に局所的に面圧を高めることとなり、多孔質のブッシュ２１に含浸されている潤滑油を効果的に引き出すことが可能である。焼入れ硬化部２８と多孔質ブッシュ２１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油の絶対量が上昇し、潤滑を非常に安定させることが可能である。
【００３２】
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４５は潤滑油を含浸した多孔質のブ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場合の試験時間に対する摩擦係数の変化を、また、特性曲線４６は螺旋状のレーザ焼入れを行った軸を、一定の面圧下で摺動を行った際の試験時間に対する摩擦係数の変化を示したものである。この特性曲線から明らかなように、全周を高周波焼入れした軸を用いた場合の特性曲線４５は時間とともに大きく変動しているが、それに対して螺旋状状のレーザ焼入れを施した軸を用いた場合の特性曲線４６はその摩擦係数は低く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、多孔質のブッシュ２１と螺旋状のレーザ焼入れ軸２５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。
【００３３】
建設機械で使用されるような高面圧の摺動条件では、軸２５に形成された焼入れ硬化部２８の表面硬度がＨｖ５５０以下であると、面圧に耐えられず突起部が摩滅してしまい、軟質窪み部２９の窪みがなくなるとともに油溜りの効果が得られなくなる。焼入れ硬化部２８の表面硬度を少なくともＨｖ５５０以上にする必要があり，それには、焼入れ時の硬度に起因する炭素含有量を０．３５％以上となる鉄鋼材料を用いることで可能となる。
【００３４】
摺動面における焼入れ硬化部２８の面積率が、２０％以下になると焼入れ硬化部２８と多孔質のブッシュ２１との面圧が高くなりすぎて偏摩耗を生じてしまう。また、摺動面における焼入れ硬化部２８の面積率が８０％以上になると、油溜りの体積が少なくなってしまい、潤滑油を保油する機能が低下し、耐焼付き性の向上に起因しない。
【００３５】
本発明の軸受装置を構成する軸２５の外表面に形成される焼入れ硬化部２８の形状は、上述した螺旋形状に限定されず、図５に示すように、焼入れ硬化部２８を、軸２５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２８間に軟質窪み部２９を形成するように構成しても良い。
【００３６】
また、図６に示すように、焼入れ硬化部２８を、軸２５の外表面に複数の円形状に構成することも可能である。これらの焼入れ硬化部も図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２５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に２０〜８０％が好ましい。
【００３７】
本発明の軸受装置は、例えば建設機械フロントのように旋回動作を伴うような多関節アームの軸受装置に用いた場合、旋回中による遠心力もしくは油圧ショベル１の傾きによる軸受装置の傾きにより、多孔質のブッシュ２１から流出した潤滑油が軸受装置の一端に偏ってしまう。そこで、図７に示すように、焼入れ硬化部２８を格子状、網目状に形成することで、多孔質のブッシュ２１から流出した潤滑油の偏りを低減することが可能である。
【００３８】
さらに、図８に示すように、焼入れ硬化部２８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硬化部との組合わせで形成することも可能である。この実施の形態においても、上述と同様の効果を得ることが可能である。
【００３９】
また、図９に示すように、焼入れ硬化部２８を、軸線と平行な焼入れ硬化部とこの硬化部間に形成した円形状の焼入れ硬化部とでを形成することも可能である。この実施の形態においても、上述と同様の効果を得ることが可能である。
【００４０】
更に、図１０に示すように、焼入れ硬化部２８を、軸２５中央から逆方向にそれぞれ螺旋状に形成することも可能である。この実施の形態によれば、軸受装置内での潤滑油の偏りを低減することが可能である。
【００４１】
図７乃至図１０に説明した軸２５の摺動面における焼入れ硬化部２８の面積率は上述した理由と同様に２０〜８０％が好ましい。
【００４２】
また、図２に示すように、ブッシュ２１の側部外周にシール２７が圧入されている軸受装置の場合には、図１１に示すように、シール２７に対応する軸２５の外表面に、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１９を設けることも可能である。この実施の形態によれば、シール２７と軸２５との接触面圧を均一にして油漏れを防ぐとともに、シール２７への砂利噛み込みによる軸の摩耗を防止することが可能である。この実施の形態は、図５乃至図１０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。
【００４３】
図５乃至図１０で説明したような焼入れ硬化部のパターンを持つ軸と、潤滑油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グリースあるいはワック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。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の軸受装置によれば、高面圧をうける使用環境下で、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、潤滑油を含浸されている多孔質のブッシュとの組合わせにより、その多孔質のブッシュの機能を更に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軸受装置の第１の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】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】本発明の軸受装置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】本発明の軸受装置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】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】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】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８】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】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１０】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１１】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。
【符号の説明】
１ 油圧ショベル
２ 走行体
３ 旋回体
４ 旋回フレーム
５ 運転室
６ 機械室
８ 多関節アーム
９ ブーム
１０ アーム
１１ 掘削バケット
１２ ブームシリンダ
１３ アームシリンダ
１４ リンク
１５ バケットシリンダ
１６ アーム先端軸受装置
１９ 焼入れ硬化部
２０ ボス
２１ 多孔質のブッシュ
２２ ブラケット
２３ シム
２４ Ｏ−リング
２５ 軸
２６ 回転係止ボルト
２７ シール
２８ 焼入れ硬化部
２９ 軟質窪み部
Claims (15)
- 潤滑油が含浸されている多孔質のブッシュと、このブッシュに支持される軸と、この軸の前記ブッシュの内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油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸受装置。
- 前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に螺旋形状に設けたことを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
- 前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に前記軸の軸線平行に線状に設けたことを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
- 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たことを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
- 前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に格子状に設けたことを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
- 前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に網目状に設けたことを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
- 前記焼入れ硬化部は、前記軸の外表面に、その中央付近から外方に向かってそれぞれ逆方向の螺旋状に設けたことを特徴とする請求項２記載の軸受装置。
- 前記ブッシュの外側端に設けたシール部材に対応する前記軸の外表面に、突起した焼入れ硬化部を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の軸受装置。
- 請求項１乃至８のいずれかに記載の軸受装置を、多関節アームの連結部に設けたことを特徴とする建設機械。
- 請求項１乃至８のいずれかに記載の軸受装置を、アーム支持関節部に設けたことを特徴とするクレーン。
- 軸外表面に形成された複数の円形状の焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸。
- 軸外表面に格子状に形成された焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸。
- 軸外表面に網目状に形成された焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸。
- 軸外表面に螺旋状に形成された焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸。
- 軸外表面にその中央付近から外方に向かってそれぞれ逆方向の螺旋状に形成された焼入れ硬化部と、この焼入れ硬化部との間に多孔質のブッシュから流出する潤滑油を捕捉する軟質窪みとを備えたことを特徴とする軸。
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