JP2010516560A - キャタピラのジョイントシールシステム - Google Patents

Abstract

無限軌道のジョイントシールシステムは、軸受筒（４９）を介在させることにより第１キャタピラリンク（４１）が両端において回転自在に連結されている軸（４３）と、軸（４３）の端部に連結されている端部部材（４２）とを備えており、端部部材（４２）は、環状台座（５７）と、前記台座に支持収容されて軸受筒（４９）と協働してジョイントを封鎖するシール群（５６）とから構成されており、軸受筒（４９）はその端部に環状のヘッド台座（５８）が設けられており、シール群（５６）の封鎖部（４７）と接触させられることになる当接面（４８）が設けられた軸受筒インサート（５３）を該ヘッド台座が収容している。
【選択図】 図７

Description

本発明は、無限軌道車両のキャタピラのジョイントシールシステムに関するものである。

無限軌道作業車両のキャタピラは、一般に、１対の互いに平行なチェーンを備えており、チェーンは各々が一連の切れ目無く連続する蝶番型の連接ジョイントから構成されており、これらチェーンは、キャタピラリンクと呼ばれる適切な剛性接続部材によって互いに接続されているとともに一定の離隔距離に維持されている。

キャタピラはまた、互いに隣接し合うリンクとリンクの間に複数の軸受筒と軸が介在させられてリンクそれぞれの端部を接続し、チェーンを形成している。

このように支持されたキャタピラリンクと軸受筒とが互いに協働することで複数のキャタピラジョイントを形成しているが、このようなジョイントにより互いに隣接し合うキャタピラリンク相互の間で必要な回転運動を行えるようにしている。

これにより、キャタピラが回転しても、互いに隣接し合うキャタピラリンクが相互に連接することができるようになり、無限軌道手段のホイールを巻いて回る。

キャタピラの回転により無限軌道機械は地上を移動することができ、機械がするべき多数の作業を実行する。

キャタピラジョイントは、通例、シールシステムを装備しており、このシステムの目的は、使用中のチェーンが晒されることになる水、土、砂、石、それ以外の鉱物、化学物質などの腐食性と磨耗性がある混合物を寄せ付けないことである。

シールシステムは、キャタピラジョイントの内側に潤滑剤を保持することで複数のキャタピラリンクの相関的な連接運動を容易にするという機能を有している。

上述の機能を実行する際には、一般に、キャタピラリンクの収容部内に配置されて封鎖部が設けられているシール部材により得られる前面シールシステムが利用されるが、各シール部材は個々に対応する軸受筒の端面を押圧する構成になっている。

先行技術によるシールシステムは、図１から図５に端面図が例示されており、更に、この種のシール装置は、本願と同じ出願人名の欧州特許 EP 0953497号（米国特許第6,176,491号と同一）の客体を形成している。

特に、図１は先行技術によるジョイント式の一例を示している。

図示されたキャタピラジョイントは2個のキャタピラリンク１、２を備えており、これらキャタピラリンクは軸３およびシールシステム１０で相互接続されている。

シールシステム１０は軸受筒９を有しており、この軸受筒は軸３およびシールセットに同軸で当接挿入されており、軸３の両端には弾性シールリング４、スペーサーリング５、および、予備装填接触リング６が設けられている。

図２を参照すると、シールシステム１０もまた、軸受筒９およびシールセットが設けられて構成されており、シールセットは１個の弾性シール４およびスペーサーリング５を含んでいる。

上述の２つの類型において、シールリング４を起点にシール突縁７が張出しており、軸受筒９の端面８と接触することになる。

ジョイントシールを設けるもう１つ別な態様は、張出した接触面を設ける方法を採用しており、このような実施例は本願と同じ出願人名の欧州特許 EP 0953497号（米国特許第6,176,491号に対応する）の客体を形成しており、図３に具体化されている。

この類型では、シールリング４は剛性で、シール突縁７の場合とは異なり、弾性を欠いている。

シールシステム１０はこの場合も、その構成部材であるシールリング４が軸受筒９の端部、スペーサーリング５、および、予備装填リング６と接触状態になる。

キャタピラリンク１、２は、軸３および軸受筒９を介して、互いに隣接し合うジョイント対（図示せず）に接合されて、無限軌道式の機械のチェーンを構成している。

無限軌道式機械のチェーンは、図４および図５に例示されているように、カートリッジを使って構成されてもよい。

図示のカートリッジセット２１は、軸の両端の片方ごとに、軸受筒９、軸３、環部材２２、および、シールシステム１０を備えており、図４および図５に具体的な概略図で例示されている。

上述のカートリッジはその両側に当接した環部材２２を利用して、軸線方向に保持される。

環部材２２はシールリング２３を使って軸３に接続されており、挿入後に干渉嵌めされるか、または、溶接接合される。

カートリッジは、特に、互いに重なり合ったキャタピラリンク１、２の内側に挿入されてチェーンジョイントを設けるのに適した構成になっている。

上述のカートリッジシステムの利点は無数にあり、例えば、上述のカートリッジが独立式であってチェーンジョイントセットが必要とする不可欠なシール機能と支持機能を全て果たすという事実に加えて、必要に応じて、古い磨耗したカートリッジ２１を取外してその代用として新しいカートリッジ２１と交換することにより容易に修復することができる点が挙げられる。

カートリッジセット２１全体を取外して交換することでチェーンジョイントを修復するほうが、チェーンジョイントを１本ずつ全て置換するという通常の実施慣行と較べて経済的かつ効果的である。

それにも関わらず、このようなシステムを採用しても、キャタピラーセットの過剰な磨耗や頻繁な摩損の問題は未解決のままである。

欧州特許 EP 0953497号（米国特許第6,176,491号に対応する）

本件出願人は、キャタピラジョイントの作業寿命を延ばすという問題に対処するにあたり、この作業寿命が軸受筒の保全性に直接関連しており、結果的には軸受筒の保全性がシールシステム全体の寿命を左右するうえに、ジョイントとキャタピラの寿命をも左右していることを見出した。

先行技術によるシールシステムの機能不全の主因はシール突縁またはシールの一部と引掻き接触した軸受筒の端面が磨耗してしまったことであるが、このような磨耗は各部材の相対回転によって起こる。

このような接触は軸受筒の端面に溝を生じてしまうことがある。

このような溝が十分に深くなると、シールシステムの保全性が危うくなり、外部からの磨耗性で腐食性のある粒子がジョイント内部に侵入する恐れがある。

このような溝が原因となって、チェーンジョイントの内側に保有されていた潤滑剤も喪失される。

上述の各問題点はすぐさまジョイント保全性の劣化の原因となり、従って、チェーンそれ自体の保全性の劣化をも引起す恐れがある。

本件出願人は、長期に亘りキャタピラジョイントの軸受筒端面の保全性を護るのに適した構成のシールシステムにより、上述の問題点を解決することができた。

本発明の第１の観点によれば、キャタピラジョイントのシールシステムは、添付の特許請求の範囲の請求項１に記載された内容に従って設けられている。

本発明の更に別な特徴は各々が、各従属項の客体となっている。

先行技術によるキャタピラジョイントの一例の一方端を例示している部分概略図である。 先行技術によるキャタピラジョイントの別な一例の一方端を例示している部分外略図である。 先行技術によるキャタピラジョイントのもう１つの例の一方端を例示している部分外略図である。 先行技術によるキャタピラジョイントの更に別な例の一方端を例示している部分外略図である。 先行技術によるキャタピラジョイントの別な例の一方端を例示している部分概略図である。 本発明によるシールシステムを装備したキャタピラジョイントの端面の部分概略断面図である。 図６のシールシステムを詳細に例示した拡大図である。 本発明によるシールシステムを装備したキャタピラジョイントの実施例の端部を例示した部分概略図である。 本発明によるシールシステムを装備したキャタピラジョイントのもう１つ別な実施例の端部を例示した部分概略図である。

本発明によるキャタピラジョイントのシールシステムの特徴および利点は、添付の概略図面を参照しながら後段の制限する意図のない具体例を提示した発明の詳細な説明を読めば、より明らかとなる。

図６から図９を参照すると、無限軌道車両のキャタピラのチェーンジョイントの端部が例示されている。

このようなチェーンジョイントは軸の中間平面に関して実質的に対称であるため、図で認識できる構成部材は各々が、具体例として図示されている軸端の反対側軸端にも同じものが存在する。

チェーンジョイントは、第１キャタピラリンク４１および端部部材４２を備えており、これらは長手方向軸線５４に沿って長手の実質的に円筒状の軸４３により同軸に相互接続されている。

図６から図８の実施例を特に参照すると、上述の端部部材は第２キャタピラリンク４２の形状を呈しているが、図９の実施例を参照すると、このような端部部材は環部材６２の形態を呈しており、その上に第２キャタピラリンク４２が連結されている。

キャタピラリンク４１、４２は互いに隣接し合うチェーン対（図示せず）のジョイントで接続されて、無限軌道機械のチェーンを構成している。

ここで再び図６から図８を参照すると、第２キャタピラリンク４２は端部部材として、軸４３の両端に干渉状態に連結されているが、これに対応する第１キャタピラリンク４１は内側で軸４３に回転自在に連結されており、その連結位置は軸の端部の近辺であり、両部材間に軸受筒４９を介在させることで連結しているが、その軸受筒４９は第１キャタピラリンク４１に干渉状態に連結され、軸受筒４９は軸４３上に同軸に挿入されている。

第２キャタピラリンク４２はその内面の中央に環状台座５７が設けられて、組立てが完了した時点でこの台座が第１キャタピラリンク４１に対面する構成になっている。このような台座５７は、ジョイントのシールシステム５０を製造する目的で軸受筒４９と協働することになるシール群５６を収容することを見越した構成となっている。

図６および図７に例示されている実施例によれば、シール群５６は、軸４３と直接接触状態に設置されたスペーサーリング４５上に同軸に集成されたシールリング４４と、シールリング４４の外側に同軸で尚且つ台座５７の壁と接触状態に配置されてシールリング４４を圧縮状態に維持する予備装填リング４６とを備えている。

更に、シールリング４４には金属芯材５９が設けられて剛性を高めており、予備装填リング４６はシールリング４４と一体にされていてもよいし、または、別体であってもよい。

予備装填リング４６は弾性材で作られているのが好ましい。

ジョイントを封鎖するためのシールが達成されるのは、シール群５６が軸受筒インサート５３の当接面４８と協働するおかげであるが、軸受筒インサートは軸受筒の端部に設けられて第２キャタピラリンクの台座５７と対面するように作られた環状のヘッド台座５８の内側に収容されており、潤滑剤室５５がシール群５６と当接面４８との間に定められている。

特に、シール部４７は、突縁または面の形態を呈しているが、シールリング４４を起点にジョイントの内側に向かって軸線方向の張出し、軸受筒インサート５３の当接面４８との封鎖接触を設けるように図っている。

軸受筒インサート５３は、環状台座５８においてスペーサーリング４５に当接して周方向に設置された剛性インサート５２と、剛性インサート５２と同心であって、且つ、その上に重畳されて台座５８と周方向に接触することで剛性インサート５２に加えられるべき必要な圧縮推力を生成するようにした弾性リング５１とを備えている。

軸受筒インサート５３は、軸受筒４９の収容部５８の内側で回転軸線５４と同心に設置される。

潤滑剤室５５に潤滑剤を確実に維持するために、更に、外部から磨耗性で腐食性の粒子が混入するのを防ぐ目的で、シールリング４４は剛性インサート５２の当接面４８と動的封鎖結合状態となり、それと同時に、弾性リング５１は軸受筒４９に設けられている収容部５８と静止封鎖結合状態となる。

次に、弾性リング５１は収容部５８と剛性インサート５２の間で放射方向と軸線方向の両方向に圧縮される。

剛性インサート５２と当接している弾性リング５１により及ぼされる放射方向と軸線方向の圧力により、回転軸線５４と同軸であって、且つ、回転軸線に沿って剛性インサートを同一中心に設置することができるようになる。

剛性インサート５２と当接している弾性リング５１によって及ぼされる軸線方向の圧力は、キャタピラ機械の使用時によくある衝突や振動が生じた場合でさえも、シールリング４４と剛性インサート５２の当接面４８との間の接触を一定に保つように作用する。

弾性リング４４によって及ぼされる軸線方向圧力と放射方向圧力の複合圧力が、収容部５８に関して軸受筒インサート５３が回転するのを阻止している。

収容部５８と静止封鎖結合状態で剛性インサート５２を支持するために、弾性リング５１は剛性インサート５２と一体であってもよいし、または、別体であってもよい。

剛性インサート５２には実質的にＬ字型部分が設けられており、一方側には当接面４８が設けられており、他方面には弾性リング５１の収容部６０が設けられている。

剛性インサート５２の当接面４８は熱処理により硬化されるか（一般には、剛性インサート５２の素材を焼入れしてから焼戻すのが好ましい）、または、単層プラズマ被膜または多層プラズマ被膜を硬化することにより被覆されるのが好ましいが、このような処理により硬度レベルを上昇させることができ、合金鋳鉄の熱処理の場合は少なくともロックウエルHRC硬度値65まで、また、表面被膜の場合は少なくともビッカース HV 硬度値900（HRC 硬度値67と同等）まで上昇させることができる。

これに代えて、潤滑剤補給されているチェーンの典型的な軸受筒は焼結炭レベルの低い浸炭鋼の構造にされ、焼入れされてから焼戻しされる。

熱処理後、浸炭部材片の表面ではHRC硬度値が58から62に達しているが、芯部位では炭素レベルが低く、よって、焼入れ処理の硬化効果に対してはほとんど反応がないが、延性および靭性をかなりの強度と共に兼備している。

このような表面の硬質性と靭性とを芯部位が兼備して維持していることは非常に重要であるが、このような表面特性は高い耐磨耗性と、疲労による寿命の延命と、キャタピラ機械では頻繁に起こるピーク応力に耐える能力とから生じる。

作業寿命を延ばすこと、すなわち、シールシステムの耐摩耗性の向上は、本発明に従って、軸受筒の端面をまた別な部材で代用する、すなわち、軸受筒インサートで代用することにより実施されるが、軸受筒インサートは、従来の方法を利用して製造された軸受筒の仕上げ面で得られる硬度と比較してより硬質の表面を有している。

軸受筒の接触面の代用として、剛性インサート５２は、その一方側に硬度をより向上させた表面を設けている。

剛性インサート５２は以下に列挙する素材のうち１種類以上を利用して製造されるのが好ましい。すなわち、
−耐腐食性合金鋳鉄のうち、例えば、クロミウム含有量の高い合金鋳鉄、クロミウム・モリブデン合金鋳鉄、ニッケル・クロミウム合金鋳鉄など、硬化熱処理のせいで接触面でHRC硬度値65に等しい硬度に達したもの。
−熱処理で硬化され、尚且つ、接触面上に単層プラズマ被膜または多層プラズマ被膜が設けられたスチールのうち、表面硬度レベルをビッカー硬度レベルにして少なくともHV 900 の硬度値まで上昇させることができるもの。
−浸炭鋼または焼入れ鋼。

弾性リング５１は、軸受筒インサート５３と軸受筒収容部５８との間のジョイントを封鎖する機能を有しており、シール突縁またはシール面４７を利用して軸受筒インサート５３の接触面が継続的に接触し続けるように図っている。

この機能は、軸受筒インサートとシールそれ自体との間で弾性リングが圧縮することにより発揮される。

弾性リングには、軸受筒収容部の形状および軸受筒インサートの形状に相関的な円形部または偏菱形部が設けられていてもよい。

弾性リングの素材は、必要な封鎖圧縮力を生じることができて、油、水、砂、および、粒子が存在していても、また一般にどのような温度でも、衝突、振動、もしくは、衝突と振動の両方に遭遇しても、または、これらの諸条件がどのように組合わさって生じても上述の封鎖圧縮力を継続して維持するエラストマーであるのが好ましい。

剛性インサート５２の当接面４８の粗さは、インサート５２と接触するリング４４の素材に関連して予め整えられるが、一般に、表面仕上げはラップ仕上げにより施されて、平均粗さの値Raが0.2マイクロメートルから0.4マイクロメートルの範囲であるのが好ましい。

スペーサーリング４５は第２キャタピラリンク４２と軸受筒４９の間の軸４３の上に自由に設置されて、両部材の間の軸線方向の空隙を最小に制限することができる。

本発明による軸受筒インサート５３は、出願人が本件出願人と同一名である欧州特許EP 0953497号による剛性表面シールリングなどと組合せて使用されてもよいし、または、もっと一般的に、軸受筒の端面と接触状態で作動する封鎖部を設けた従来のシール群と組合せて使用されてもよい。

図９で明らかなように、シールシステム５０はカートリッジセット６１の内側に取付けられ、前述の各実施例に類似して、本発明により既に説明した軸受筒インサート５３を装備した軸受筒４９、軸４３、環部材６２、および、カートリッジ６１の内面の中央に設けられた台座５７の内側に収容されたシール群５６を備えており、カートリッジ６１は本実施例では、軸４３と直接係合状態になると、シール群を支持する端部部材として作用するが、この状態ではシール群は第２キャタピラリンク４２に設けられているシール群と完全に同じような態様で中央に位置する。

カートリッジは、それ自体の両側に当接した環部材６２により軸線方向に保持される。

環部材６２は弾性安全リング６３により軸４３と接続され、接続は干渉嵌めされているか、または、溶接接合されている。

カートリッジはキャタピラリンク４１、４２の相互の間の回転接続部材として挿入されるのに適した構成になっており、この事例では、第２キャタピラリンク４２は環部材６２と係合している。

Claims (12)

1. 無限軌道のジョイントシールシステムにおいて、軸受筒（４９）を介在させることにより第１キャタピラリンク（４１）が両端において回転自在に連結されている軸（４３）と、前記軸（４３）の端部に係合している端部部材（４２）とを備えており、前記端部部材（４２）は、環状台座（５７）と、前記台座に支持収容されて前記軸受筒と協働してジョイントを封鎖するシール群（５６）とから構成されており、前記軸受筒には、その端部に環状のヘッド台座（５８）が設けられており、前記シール群（５６）の封鎖部（４７）と接触させられることになる当接面（４８）が設けられた軸受筒インサート（５３）を前記ヘッド台座が収容していることを特徴とする、無限軌道のジョイントシールシステム。
2. 前記軸受筒インサート（５３）は前記環状のヘッド台座（５８）に設置された剛性の周方向インサート（５２）と、前記剛性インサート（５２）と同心であって、且つ、その上に重畳されてヘッド台座（５８）と周方向に接触することになる弾性リング（５１）とを備えており、前記剛性インサートに加えるのに必要な圧縮推力を生成するように図ったことを特徴とする、請求項１に記載の無限軌道のジョイントシールシステム。
3. 前記軸受筒インサート（５３）は、前記軸受筒（４９）の収容部である前記台座（５８）の内側で前記軸（５３）の長手方向の回転軸線と同心に設置されていることを特徴とする、請求項２に記載の無限軌道のジョイントシールシステム。
4. 前記シール群（５６）は、前記軸（４３）と直接接触状態に設置されたスペーサーリング（４５）上でこれと同心で集成されたシールリング（４４）と、前記シールリング（４４）の外側に同心で配置され、且つ、前記封鎖部（４７）の壁面と接触して前記シールリングを圧縮状態に維持する予備装填リング（４６）とを有していることを特徴とする、請求項３に記載の無限軌道のジョイントシールシステム。
5. 前記シール群（５６）の前記封鎖部（４７）、および、これと接触している前記当接面（４８）は相互の間に潤滑剤室（５５）を定めており、前記シールリング（４４）は前記剛性インサート（５２）の前記当接面（４８）と動的封鎖結合状態となり、これと同時に、前記弾性リング（５１）は前記軸受筒（４９）に設けられた収容部である前記台座（５８）と静止封鎖結合状態となることを特徴とする、請求項４に記載の無限軌道のジョイントシールシステム。
6. 前記弾性リング（５１）は前記剛性インサート（５２）と一体に製造され、または、別体に製造され、収容部である前記台座（５８）と静止封鎖結合状態にある前記剛性インサート（５２）を支持することを特徴とする、請求項５に記載の無限軌道のジョイントシールシステム。
7. 前記剛性インサート（５２）に実質的にＬ字型の部材を設けるにあたり、前記Ｌ字型部材はその一方側には前記当接面（４８）が作られ、他方側には、剛性インサートとは別体に製造された場合の弾性リング（５１）の収容部（６０）が作られることを見越して設けるのが好ましいことを特徴とする、請求項６に記載の無限軌道のジョイントシールシステム。
8. 前記剛性インサートは、
   −耐腐食性合金鋳鉄、合金鋳鉄、クロミウム含有量の高い合金鋳鉄、クロミウム・モリブデン合金鋳鉄、ニッケル・クロミウム合金鋳鉄など、
   −熱処理で硬化されたスチール、および、
   −浸炭鋼または焼入れ鋼、
   から選択された１種類以上の素材から製造されていることを特徴とする、請求項７に記載の無限軌道のジョイントシールシステム。
9. 前記剛性インサート（５２）の前記当接面（４８）は熱処理により硬化されるか、または、硬化単層プラズマ被膜または硬化多層プラズマ被膜で被覆されて、前記合金鋳鉄の熱処理の場合は少なくともロックウエルHRC硬度値65まで上昇させ、また、表面被膜の場合は少なくともビッカース HV 硬度値900まで上昇させることができるのが好ましいことを特徴とする、請求項８に記載の無限軌道のジョイントシールシステム。
10. 前記弾性リングには、前記軸受筒の収容部である前記台座の形状と前記軸受筒インサートの形状とに関連して円形部または偏菱形部が設けられており、前記弾性リングはエラストマー材から製造されていることを特徴とする、請求項８に記載の無限軌道のジョイントシールシステム。
11. 前記剛性インサート（５２）の前記当接面（４８）は表面仕上げをして製造されるが、前記表面仕上げはラップ仕上げにより施されて、平均粗さの値Raが0.2マイクロメートルから0.4マイクロメートルの範囲であることを特徴とする、請求項９に記載の無限軌道のジョイントシールシステム。
12. 前記端部部材（４２）は前記軸（４３）に直接係合することができる第２キャタピラリンクであってもよいし、または、カートリッジセット（６１）の環部材（６２）であり、前記第２キャタピラリンク（４２）が前記環部材（６２）に係合することができるようにしてもよいことを特徴とする、請求項１に記載の無限軌道のジョイントシールシステム。

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