JP2001050355A

JP2001050355A - ローラチェーン

Info

Publication number: JP2001050355A
Application number: JP11222308A
Authority: JP
Inventors: Masazumi Iwata; 正純岩田; Muneaki Shibayama; 宗昭芝山
Original assignee: Shikoku Research Institute Inc; Shikoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Shikoku Research Institute Inc; Shikoku Electric Power Co Inc
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ブッシュの内筒が対面するピンの材料と異なる
非鉄金属とすることができるため、ブッシュとピンとの
溶着が防止される。また、固体潤滑材料が併用されてい
るため、さらに低い摩擦係数の下での摺動とすることが
できるローラチェーンを提供する。【解決手段】非鉄全属材料からなる内筒２１に細孔２３
を設けると共にこの細孔２３内に固体潤滑材料２４が充
填され、鋼材料からなる外筒２２を内筒２１に焼きばめ
一体化してブッシュ２０が構成されると共に、ブッシュ
２０に鋼材料からなるピンが貫通されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ローラチェーン、
特に、バケットエレベータ型の連続アンローダ等に用い
られるように、グリースの注入や保持が難しかったり石
炭粉や土砂が混入しやすい環境で使われ、且つ大荷重
（ピンおよびブッシュの面圧は２００ｋｇｆ／ｃｍ²以
上）を伝達するのに適したローラチェーンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、バケットエレベータ型の連続
アンローダ等にあっては、図６に示すように、複数のロ
ーラリンク１と、この複数のローラリンク１の隣接端部
間に跨る複数のピンリンク２と、複数のローラリンク１
の隣接端部の各々とピンリンク２の両端部の各々とを連
結する複数のピン３と、ピン３の先端に係合された抜け
止め用の割ピン４とを備え、各リンク１，２を交互に連
結することによって環状としたローラチェーン５が用い
られている。

【０００３】ローラリンク１は、一対のインナープレー
ト６，７と、このインナープレート６，７の両端間を結
合する筒状のブッシュ８，９と、ブッシュ８，９の外周
を覆う筒状ローラ１０，１１とを備えている。

【０００４】ピンリンク２は、両端に貫通孔１２ａ，１
３ａを形成した一対のアウタープレート１２，１３を備
え、隣接するローラリンク１の隣接端部間に跨った状態
でアウタープレート１２，１３の貫通孔１２ａ，１３ａ
並びに隣接するローラリンク１のブッシュ９及びブッシ
ュ８にピン３を貫通させることで各リンク１，２が交互
に連結される。

【０００５】ローラチェーン５は、大荷重を伝達するた
め、ピン３やブッシュ８，９は、引っ張り強さが１００
ｋｇｆ／ｍｍ²以上、ビッカース硬さ（Ｈｖ）で４００
以上に調整された鋼を材料として作られる。また、ピン
３とブッシュ８，９との間にはローラチェーン５の円滑
な回動移動を可能とすると同時に摩耗を防止するために
グリースが注入されている。

【０００６】尚、連続アンローダーなどではピン３とブ
ッシュ８，９との間に運搬物質が侵入・蓄積され、ある
程度の運搬物質が蓄積されるとグリースを伴って散逸す
るという問題が生じていた。

【０００７】そこで、このようなグリース枯渇状態下で
のブッシュ８，９の摩粍を低滅するため、ブッシュ８，
９の内外表面のビッカース硬さを６００〜７００とする
窒化処理や浸炭処理が施されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の如く
構成されたローラチェーン５にあっては、例えば、標準
的な窒化処理や浸炭処理によって、ビッカース硬さを６
００〜７００にしたものは、面圧３００ｋｇｆ／ｃｍ²
の下で摩耗が発生し、摺動距離１ｋｍ当たりでは３ｍｍ
前後の深さの摩耗（比摩耗量は１０^-6ｍｍ²／ｋｇｆ）
に達した。また、強度の窒化処理や浸炭処理によってビ
ッカース硬さを７００〜７５０にした場合には摩耗は１
／３に減じたが、今度は疲労破壊が発生した。

【０００９】尚、揚炭機のバケットを昇降させるローラ
ーチェーン５は高い張力で張られ、関節となるピン３や
ブッシュ８，９には３００ｋｇｆ／ｃｍ²程度の大きい
面圧（通常の軸受では潤滑下で５０ｋｇｆ／ｃｍ²程
度）がかかっており、摩耗防止のため、ピン３とプッシ
ュ８，９の双方には硬い鋼材を用いると同時に種々の硬
化処理を行うことが定石とされている。

【００１０】このような摩耗発生理由を解明するため、
両端摺動部分の外径３８．５ｍｍ、長さ９７．０ｍｍの
ピン３をブッシュ８，９と対とし、１００対のピンリン
ク２で１ラインを形成し、２ラインでバケットを上下さ
せる揚炭機で使用した。

【００１１】尚、揚炭機でのローラチェーン５の張力は
１２トンに設定されているので、各ピン３の投影面積の
１ｃｍ²当たりの荷重は３００ｋｇｆとなる。また、ピ
ン３は焼入れ・焼戻し炭素鋼とし、ビッカース硬さで約
４５０である。ブッシュ８，９は焼入れ焼戻しステンレ
ス鋼とし、浸炭処理することで表面のビッカース硬さを
約６５０としている。

【００１２】このような環境下で使用したローラチェー
ン５から１０個のローラリンク１を選び、その各リンク
１の両端に位置するピン３の中心位置の変化を計測した
ところ、図７のグラフ図に示すように、正味稼働時間３
００時間で廃棄対象となるピン３が発生している。

【００１３】この結果を踏まえ、ピン３およびブッシュ
８，９を長手方向（軸線方向）に切り出して、実際と同
じように３００ｋｇｆ／ｃｍ²の面圧を生じるように押
しつけることができ、かつ、ローラチェーン５が１周す
る間にピン３とブッシュ８，９との問に生じる往復の傾
斜を再現することができる試験装置を作成した。

【００１４】この試験装置を用いて、焼入れ・焼戻し炭
素鋼のピン３と、焼入れ・焼戻しステンレス鋼に浸炭処
理したブッシュ８，９とを試験した。

【００１５】その結果、図８に示すように、揚炭機で使
用した際のローラチェーン５と略同じ摩耗（比摩耗量は
１０^-7ｍｍ²／ｋｇｆ）を生じさせることができた。

【００１６】図９（Ａ）はこのような擬着摩耗が発生し
た状態のピン３の表面拡大図、図９（Ｂ）は同じくブッ
シュ８，９の表面拡大図である。尚、図９（Ａ），
（Ｂ）で示した顕微鏡観察（倍率６倍）の結果、ピン３
では２．６ｍｍの摩耗（摩滅）が発生し、ブッシュ８，
９では０．６ｍｍの摩耗（摩滅）が発生していた。

【００１７】この図９（Ａ），（Ｂ）で示した顕微鏡観
察の結果、通常の窒化処理などではブッシュ８，９の内
表面の大部分は鉄で覆われており、対面するピン３の外
表面も鉄で覆われているので、強く押しつけながら擦ら
れる際に両者が結合しようとした直後に強制的に離され
るため、その離される際に互いに相手をむしりとろうと
する凝着摩耗が発生することが判明した。

【００１８】尚、ピン３とブッシュ８，９の材質（表面
上）のお互いに独立した固体間の摩擦係数は０．２〜
０．３であるが、この場合には摩擦係数は０．５〜１．
０となる。また、強度の浸炭処理が鋼を脆化させるため
疲労破壊強度を低下させることになる。

【００１９】本発明は、上記事情に鑑みなされたもので
あって、ピンとブッシュとの摩耗を低減し得て、大荷重
伝達の長期使用を可能とすることができるローラチェー
ンを提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】その目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、非鉄全属材料及び固体潤
滑材料からなる内筒と、鋼材料からなる外筒とを備え、
前記内筒に前記外筒を焼きばめ一体化したブッシュを備
えていると共に、該ブッシュに鋼材料からなるピンを貫
通させたことを要旨とする。

【００２１】請求項２に記載の発明は、前記ピンは降伏
点が８０〜１３０ｋｇｆ／ｍｍ²に調整されると共に、
前記非鉄金属材料は降伏点が３０〜５０ｋｇｆ／ｍｍ²
に調整された銅合金筒であり、前記固体潤滑材料は炭素
・鉛・四ふっ化エチレン樹脂を主成分として練り合わせ
たものであり、前記非鉄金属材料からなる銅合金筒に多
数の細孔を形成すると共にその多数の細孔に前記固体潤
滑材料を充填して前記内筒を構成したことを要旨とす
る。

【００２２】請求項３に記載の発明は、前記外筒の鋼材
料は、降伏点が８０〜１３０ｋｇｆ／ｍｍ²或いはビッ
カース硬さで４００〜６５０となるように熱処理された
炭素鋼或いは合金鋼であることを要旨とする。

【００２３】請求項４に記載の発明は、前記ブッシュの
肉厚を内径の０．１５〜０．３０倍とすると共に、前記
内筒の肉厚を前記ブッシュの肉厚の０．２〜０．４倍と
したことを要旨とする。

【００２４】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、ブッシュの内
筒が対面するピンの材料と異なる非鉄金属とすることが
できるため、ブッシュとピンとの溶着が防止される。ま
た、固体潤滑材料が併用されているため、さらに低い摩
擦係数の下での摺動とすることができる。

【００２５】また、請求項２に記載の発明によれば、非
鉄合金材料には降伏点が３０〜５０ｋｇｆ／ｍｍ²に調
整された銅合金を用いているため、大荷重が負荷された
際のブッシュ内面の局部的な変形が防止され、ピンとブ
ッシュとの間の隙間やガタの発生を防止することができ
る。

【００２６】対向するピンは降伏点が８０〜１３０ｋｇ
ｆ／ｍｍ²に調整され、ブッシュに対して平均的に２．
６倍、最小で１．６倍となるため、製造時にブッシュ上
に若干の凹凸があっても、早期に削りとられ、ピン側を
快ることがなく、疲労破壊耐性も十分に大きいものとす
ることができる。

【００２７】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
固体潤滑材料には炭素・鉛・四ふっ化エチレン樹脂を主
成分として練り合わせたものを用いるため、蒸発や水に
よる乳化散逸が少なく、長期に安定した潤滑が可能とな
る。

【００２８】しかも、請求項４に記載の発明によれば、
ブッシュの肉厚を内径の０．１５〜０．３０倍とし、内
筒の肉厚をブッシュの肉厚の０．２〜０．４倍としてい
るため、２００〜４００ｋｇｆ／ｃｍ²の過酷な面圧を
受ける場合においても、内筒及び外筒の各部に生じる応
力は各材料の降伏点の３０％以下に保つことができ、変
形や疲労或いは亀裂などの不具合を生じることが防止さ
れる。

【００２９】また、全体の肉厚に上限を設けることによ
ってローラチェーンを回動移動させるスプロケットの設
計余裕度を増すことができ、内筒厚さに下限を設けるこ
とによって潤滑余裕度を増すと共に安定した焼きばめを
可能とすることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】次に、本発明のローラチェーンの
実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、上述したブ
ッシュ８，９以外のローラチェーンの構造は、上述した
ものと同一であるため、以下の説明では同一構成の詳細
な説明は省略する。

【００３１】図１，図２において、ブッシュ２０は、内
筒２１と、この内筒２１に焼きばめした外筒２２とを備
えていると共に、内筒２１に多数の細孔２３が形成され
ている。

【００３２】内筒２１には降伏点が３０〜５０ｋｇｆ／
ｍｍ²に調整された銅合金筒が用いられ、細孔２３には
炭素・鉛・四ふっ化エチレン樹脂を主成分として練り合
わせた固体潤滑材料２４が充填されている。また、ブッ
シュ２０の肉厚を内径の０．１５〜０．３０倍とすると
共に、内筒２１の肉厚をブッシュ２０の肉厚の０．２〜
０．４倍としている。

【００３３】外筒２２には、降伏点が８０〜１３０ｋｇ
ｆ／ｍｍ²、或いは、ビッカース硬さで４００〜６５０
となるように熱処理された炭素鋼或いは合金鋼が用いら
れている。

【００３４】

【検討例１】上述したように、ピン３とブッシュ２０と
を異なる材料にすることが有効であることから、ピン３
は焼入れ・焼戻し炭素鋼製（降伏点１００ｋｇｆ／ｍｍ
²）とし、ブッシュ２０には降伏点３５ｋｇｆ／ｍｍ²の
黄銅合金とし、試験装置を用いて試験した。

【００３５】その結果、図３に示すように、比摩耗量は
６．３×ｌ０^-7ｍｍ²／ｋｇｆであった（Ｎｏ２参
照）。従来技術で説明したピン３とブッシュ８，９との
比摩耗量が１０．７×ｌ０^-7ｍｍ²／ｋｇｆであること
から（Ｎｏ１参照）、検討例１では従来に対して０．６
倍程度にまで減少させることができた。尚、その他の異
材料間での試作試験の結果をＮｏ３，Ｎｏ４に列記す
る。

【００３６】

【検討例２】そこで、黄銅合金製の内筒２１に５ｍｍ問
隔で直径５ｍｍの細孔２３を１６０個所に設け、その細
孔２３に黒鉛をバインダーと共に充填した。試験装置を
用いて試験したところ、比摩耗量は０．２３×１０^-7ｍ
ｍ²／ｋｇｆであって（Ｎｏ５参照）、Ｎｏ１に対して
１／５０程度にまで減少させることができた。

【００３７】この結果、Ｎｏ５に示した組み合わせが効
果的であることが判明した。尚、このＮｏ５での摩耗試
験後のピン３の表面は図４（Ａ）のようであり、内筒２
１の内表面は図４（Ｂ）のようであり、共に凝着摩耗が
防止されていることは明らかである。

【００３８】

【検討例３】実際の使用状態では石炭に混じって微量の
砂や雨水が混入するため、Ｎｏ５のピン３及びブッシュ
２０に微量の砂あるいは石炭と水を注入したところ（Ｎ
ｏ６及びＮｏ７参照）、比摩耗量は０．３７×ｌ０^-7ｍ
ｍ²／ｋｇｆ（Ｎｏ６）及び０．５３×１０^-7ｍｍ²／ｋ
ｇｆ（Ｎｏ７）と混入前に対して増加したが、Ｎｏ１の
場合の１／２０程度にまで減少している。

【００３９】

【検討例４】この検討例３を考慮し、実際の使用環境用
として、ニッケル（Ｎｉ）とクロム（Ｃｒ）の合金を溶
射したピン３と鋼製のブッシュ８，９との組み合わせ、
および鋼製のピン３とニッケルとクロムの合金を溶射し
たブッシュ８，９との組み合わせを摩耗試験に供したと
ころ、比摩耗量はそれぞれ、０．７３×１０^-7ｍｍ²／
ｋｇｆおよび２．３×１０^-7ｍｍ²／ｋｇｆとなった。
現用の１／１５および１／５で鋼と非鉄の組合せの有効
さがわかる。ただし、鋼と黄銅・固体潤滑材料の組合せ
には及ばないことも分かる。

【００４０】

【実施例】そこで、弾性率１１０００ｋｇｆ／ｍｍ²、
降伏点３５ｋｇｆ／ｍｍ²の黄銅を用いて、内径３９．
４ｍｍ、厚さ２．０５ｍｍ、外径４３．５ｍｍ、長さ９
７．０ｍｍの内筒２１を製作すると共に、内筒２１に直
径５ｍｍの細孔２３を１６０箇開け、その細孔２３に固
体潤滑材料２４を充填した。

【００４１】また、これとは別に、弾性率２１０００ｋ
ｇｆ／ｍｍ²、降伏点１００ｋｇｆ／ｍｍ²の焼入れ・焼
戻し鋼を用いて、内径４３．４ｍｍ、厚さ５．０５ｍ
ｍ、長さ９７．０ｍｍの外筒２２を製作した。さらに、
この外筒２２を加熱膨張させて内筒２１と合体・焼きば
めした。

【００４２】尚、ブッシュ２０の全体厚さは７．１ｍｍ
で内径３９．４ｍｍに対して０．１８倍となっている。
また、内筒２１の厚さは２．０５ｍｍであるため全体の
厚さ７．１ｍｍに対して０．２９倍である。

【００４３】そして、このようなブッシュ２０の内面に
３００ｋｇｆ／ｍｍ²の面圧を与えた場合の各部位に生
じる応力を有限要素法を用いて解析した。

【００４４】その解析の結果、図２に示すように、外筒
２２の最大応力は２７．９ｋｇｆ／ｍｍ²，内筒２１の
最大応力は７．１ｋｇｆ／ｍｍ²であった。

【００４５】焼入れ・焼戻し鋼の疲労強度は、安全側評
価で６０ｋｇｆ／ｍｍ²（降伏点の６０％）であるか
ら、２７．９ｋｇｆ／ｍｍ²に対して２．１５倍の余裕
度がある。また、黄銅の疲労強度は、安全側評価で２８
ｋｇｆ／ｍｍ²（降伏点の８０％）であるから、細孔２
３の応力集中率の３倍した応力２１．３ｋｇｆ／ｍｍ²
（７．１×３）としても、１．３１倍の余裕度がある。

【００４６】

【比較例】参考までに、ブッシュ２０の内径および全体
厚さを上記と同じとし、内筒２１の肉厚を全体肉厚の
０．５倍とした場合の応力を解析した結果、図５に示す
ように、疲労破壊に対する耐性の無いことが判明した。

【００４７】このように、引張り強度が１００ｋｇｆ／
ｍｍ²相当の鋼材を外筒２２とし、３０〜５０％強度の
銅合金に固体潤滑材料２４を埋め込んで内筒２１として
外筒２２に焼きばめすると共に、内筒２１の肉厚をブッ
シュ２０の全体の肉厚の３０％としたことによって、高
い張力の下でも応力を低い水準に保つことができた。こ
れにより、疲労破壊が防止できる見通しを得ることがで
きた。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のローラチ
ェーンにあっては、非鉄全属材料及び固体潤滑材料から
なる内筒と、鋼材料からなる外筒とを備え、前記内筒に
前記外筒を焼きばめ一体化したブッシュを備えていると
共に、該ブッシュに鋼材料からなるピンを貫通させたこ
とにより、ブッシュの内筒が対面するピンの材料と異な
る非鉄金属とすることができるため、ブッシュとピンと
の溶着が防止される。また、固体潤滑材料が併用されて
いるため、さらに低い摩擦係数の下での摺動とすること
ができる。

【００４９】また、請求項２に記載の発明によれば、非
鉄合金材料には降伏点が３０〜５０ｋｇｆ／ｍｍ²に調
整された銅合金を用いているため、大荷重が負荷された
際のブッシュ内面の局部的な変形が防止され、ピンとブ
ッシュとの間の隙間やガタの発生を防止することができ
る。

【００５０】対向するピンは降伏点が８０〜１３０ｋｇ
ｆ／ｍｍ²に調整され、ブッシュに対して平均的に２．
６倍、最小で１．６倍となるため、製造時にブッシュ上
に若干の凹凸があっても、早期に削りとられ、ピン側を
快ることがなく、疲労破壊耐性も十分に大きいものとす
ることができる。

【００５１】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
固体潤滑材料には炭素・鉛・四ふっ化エチレン樹脂を主
成分として練り合わせたものを用いるため、蒸発や水に
よる乳化散逸が少なく、長期に安定した潤滑が可能とな
る。

【００５２】しかも、請求項４に記載の発明によれば、
ブッシュの肉厚を内径の０．１５〜０．３０倍とし、内
筒の肉厚をブッシュの肉厚の０．２〜０．４倍としてい
るため、２００〜４００ｋｇｆ／ｃｍ²の過酷な面圧を
受ける場合においても、内筒及び外筒の各部に生じる応
力は各材料の降伏点の３０％以下に保つことができ、変
形や疲労或いは亀裂などの不具合を生じることが防止さ
れる。

【００５３】また、全体の肉厚に上限を設けることによ
ってローラチェーンを回動移動させるスプロケットの設
計余裕度を増すことができ、内筒厚さに下限を設けるこ
とによって潤滑余裕度を増すと共に安定した焼きばめを
可能とすることができる。ことにより、。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わるローラチェーンを
示し、焼きばめ前の内筒と外筒の縦断面図である。

【図２】同じく、ブッシュの側面図に応力値を記入した
図である。

【図３】同じく、各種金属材料を用いたピンと内筒との
関係における比摩耗量を示す図表である。

【図４】同じく、（Ａ）は顕微鏡観察時のピンの表面
図、（Ｂ）は顕微鏡観察時の内筒の表面図である。

【図５】本発明の参考例に係わるローラチェーンを示
し、ブッシュの側面図に応力値を記入した図である。

【図６】従来に係わるローラチェーンを示し、一部を省
略したローラチェーンの斜視図である。

【図７】同じく、ローラリンクのピン間隔の経時変化を
示すグラフ図である。

【図８】同じく、実装置と試験装置とのローラリンクの
ピン間隔の経時変化を比較するグラフ図である。

【図９】同じく、（Ａ）は顕微鏡観察時のピンの表面
図、（Ｂ）は顕微鏡観察時の内筒の表面図である。

【符号の説明】

３…ピン２０…ブッシュ２１…内筒２２…外筒２３…細孔２４…固体潤滑材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｇ 13/02 Ｆ１６Ｇ 13/02 Ｂ (72)発明者芝山宗昭香川県高松市屋島西町2109番地８株式会社四国総合研究所内Ｆターム(参考） 3F034 MA02 MA04 MA10 MB05 MC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非鉄全属材料及び固体潤滑材料からなる
内筒と、鋼材料からなる外筒とを備え、前記内筒に前記
外筒を焼きばめ一体化したブッシュを備えていると共
に、該ブッシュに鋼材料からなるピンを貫通させたこと
を特徴とするローラチェーン。
【請求項２】前記ピンは降伏点が８０〜１３０ｋｇｆ
／ｍｍ²に調整されると共に、前記非鉄金属材料は降伏
点が３０〜５０ｋｇｆ／ｍｍ²に調整された銅合金筒で
あり、前記固体潤滑材料は炭素・鉛・四ふっ化エチレン
樹脂を主成分として練り合わせたものであり、前記非鉄
金属材料からなる銅合金筒に多数の細孔を形成すると共
にその多数の細孔に前記固体潤滑材料を充填して前記内
筒を構成したことを特徴とする請求項１に記載のローラ
チェーン。
【請求項３】前記外筒の鋼材料は、降伏点が８０〜１
３０ｋｇｆ／ｍｍ²或いはビッカース硬さで４００〜６
５０となるように熱処理された炭素鋼或いは合金鋼であ
ることを特徴とする請求項１に記載のローラチェーン。
【請求項４】前記ブッシュの肉厚を内径の０．１５〜
０．３０倍とすると共に、前記内筒の肉厚を前記ブッシ
ュの肉厚の０．２〜０．４倍としたことを特徴とする請
求項１に記載のローラチェーン。