JP2013508554A - 改良された磨耗表面のピンジョイントコンポーネント - Google Patents

Abstract

本開示は、改良された磨耗表面を有するピンジョイントアセンブリのためのピンジョイントコンポーネントに対する。特には、スラストリング、へり、およびその他の近接する磨耗コンポーネントと接合するピンジョイントコンポーネントの部分に対する。ピンジョイントコンポーネントは、素材をピンジョイントコンポーネントの磨耗表面から除去し、被覆素材に置き換えることで形成される第１の処理領域を備える。この操作の前に、第２の処理領域が、第１の処理領域と異なるピンジョイントコンポーネントの部分から素材を除去し、その上に窒化処理を施すことにより形成される。

Description

本発明は、一般にピンジョイントコンポーネントに関する。特には、本発明は、少なくとも２つの区別された表面処理を用いて処理されたピンジョイントアセンブリカラー、挿入部、ブッシング、およびトラックリンクに関する。

ピンジョイントは、履帯チェーンや下部構造機構、連結ピン、またはブームピンジョイントなどのさまざまな工作機械用途で一般的に使用されている。一般に、ピンジョイントコンポーネントは、限定的な表面処理を施した汎用使用スチールから作られている。さらに、同じコンポーネントまたはコンポーネントの表面への複数の表面処理は技術的に難しい。これは、複数の表面処理を使用すると、一般に、初めに行った表面処理の効果が次の処理に相殺されるという問題が発生するためである。

ピンジョイントの摩擦抵抗を改善することに関する主な改良は、Ｙａｍａｍｏｔｏ他による米国特許番号７，１２１，５５５で開示されたような、密閉技術に対するものである。Ｙａｍａｍｏｔｏ他によって改良されてはいるが、それらはピンジョイントコンポーネントに関する改良に対処しておらず、複数の表面処理を施したピンジョイントコンポーネントは作成されていないことは確実である。

一態様では、本開示は、第１に処理された領域と、第１に処理された領域に近接した第２に処理された領域とを含む外部磨耗表面を有する本体を備えたピンジョイントコンポーネントに対するものである。

第１の処理領域は、被覆合金素材を含み、第２の処理領域は窒化表面を含む。

別の態様では、本開示は、以下の手順を備えるピンジョイントコンポーネントの形成のための方法に対するものである：合金を、ピンジョイントコンポーネントの通常の形状に鍛造することと、ピンジョイントコンポーネントの磨耗表面から素材を取り除き、第２の処理領域を形成することと、第２の処理領域を窒化することと、ピンジョイントコンポーネントの外部磨耗表面から素材を取り除き、第１の処理領域を形成することと、第１の処理領域に合金を被覆すること。

さらに別の態様では、本開示は、本体を有するピンジョイントコンポーネントを備えたピンジョイントアセンブリに対するものである。本体は、（ｉ）第１の処理領域と、（ｉｉ）外部磨耗表面と同一表面上にない第２の処理領域と、（ｉｉｉ）第１の処理領域と第２の処理領域との間にある、少なくとも約１ｍｍの幅を有する肩と、（ｉｖ）肩と第２の処理領域との間にある溝とを有する磨耗表面を含む。さらに、第１の処理領域は被覆ステンレススチール合金を含み、第２の処理領域は少なくとも約５５ＨＲＣの硬度を有し、少なくとも約０．１５ｍｍ表面下部に伸長する窒化表面を含む。

ピンジョイントアセンブリの概略図である。 カラー、挿入部、密閉アセンブリを含むピンジョイントアセンブリ領域の概略図である。 本開示の挿入部の、第１および第２の処理領域を伴う断面図である。 本開示の挿入部の、第２の処理領域を露出させた断面図である。 本開示の挿入部の、第１および第２の処理領域を露出させた断面図である。 本開示の挿入部の、被覆被覆合金が第１の処理領域に適用された断面図である。 本開示の挿入部の、第１および第２の処理領域間に溝を配置した断面図である。 本開示に従って作成されたブッシングおよびトラックリンクを含むピンジョイントアセンブリの断面図である。 本開示に従って作成されたブッシングおよびカラーを含むピンジョイントアセンブリの断面図である。

可能な場合は常に同じ参照番号が、図面全体を通して、同じまたは同様の部品を参照するために使用される。

本明細書で開示するピンジョイントコンポーネントは、以下に説明するようなさまざまな工作機械用で有用性がある。軌道敷設機械の下部構造機構のピンジョイントコンポーネントの以下の使用例は例にすぎず、これに限定するために示すものではない。

軌道敷設機械は、建設、採掘、石油／ガス、林業、およびその他の厳しい操業環境での操業中に、機械を地形に対応して推進するため連結した無限軌道を活用する。このような無限軌道は一般に、機械の左右に対で配置されて活用される。無限軌道は、一連の部分組み立て品を備え、その数は特定の用途に必要な長さにより決定され、一般に駆動輪と少なくとも１つの遊びの周囲に伸長する閉ループを形成するよう、各無限軌道の反対の端がマスタ連結を使用して機械的に連結される。各部分組み立て品には、トラックピンアセンブリ、内部および外部連結、および履板を含む。図１に示すように、トラックピンアセンブリ１０はトラックピン１１、ブッシング１２、カラー１４、およびカラーと呼ばれることもある挿入部１３を含む。挿入部１３は第１端域１５、磨耗端１６、および穴１７を含む。挿入部１３は、挿入部１３がトラックピン１１を軸にして回転または移動しないよう、トラックピン１１に対し固定されていても良い。たとえば、挿入部１３はトラックピン１１に圧入、溶接、接着または化学的に結合、あるいは２つの機械コンポーネントを取り付ける別の既知の方法で結合されていても良い。運転中、ピンジョイントコンポーネントの移動で金属と金属が常に接触すると、これらのコンポーネント間の摩擦を最小にするための対策が取られていても、著しい磨耗が発生し得る。

図面を参照すると、図２は従来技術のトラックピンアセンブリコンポーネントの断面図で、具体的には、本体を有する挿入部１３と、動作環境に露出している磨耗表面１６と、カラー１４とである。既存の技術の構成では、スラストリング２１が磨耗表面１６に近接して配置される。さらに、へり２３は、密閉アセンブリ２６の一部として磨耗表面１６に近接して配置される。密閉アセンブリは、負荷リング２４およびカン２５も含む。磨耗表面１６が未処理の場合、スラストリング２１とへり２３は、スラストリング２１については磨耗表面１６よりも硬い合金で形成されているため、磨耗表面１６を容認しがたいほど磨耗させる。へり２３については、塩基性または酸性スラリーへの露出などの環境因子により、磨耗表面１６が腐食する。したがって、図３に示すように、挿入部１３は密閉アセンブリのへり２３と接合する第１の処理領域３１と磨耗表面１６のスラストリング２１と接合する第２の処理領域３２とを含み、第１の処理領域３１と第２の処理領域３２との間に肩３３を有する。ここで第１の処理領域３１と第２の処理領域３２は一般に互いに平行だが、同一平面上になくてもよい。

挿入部１３を形成するため、一般的な形状は鍛造および焼鈍処理により形成される。炭素スチールやクロモリスチールを含むスチールなどの任意の適した合金を使用することができる。加えてさらに挿入部１３を形成するために、挿入部１３のグリーン体生成やローレット切りなどの冷間加工が通常実施される。

図４を参照すると、中性硬化手順が任意で行われた後に、第２の処理領域３２を形成する磨耗表面１６の一部から、素材が除去される。除去された素材は、第２の処理領域３２が磨耗表面１６に対して同一平面状にないような、第２の処理領域３２に適切な形状を形成して良い。図４に示すように、そのような形状の１つは一般に、肩３３の近くに任意の放射状の部分カットを有する矩形である。除去する素材の深さは、任意の適切な深さで良く、一例では素材の深さの少なくとも約０．１ｍｍで、例えば少なくとも約０．１５ｍｍまたは０．２０ｍｍなどである。

前述の素材除去手順後、第２の処理領域３２は窒化手順を経る。窒化手順は、ガス窒化、液体または塩浴窒化、イオン窒化、またはプラズマ窒化などの、窒化技術において既知の標準的な手順を含む。図４は、ガス窒化処理が施される挿入部１３の表面の窒化にガス窒化が採用された実施形態を示す。窒化された第２の処理領域３２は、少なくとも約４５ＨＲＣ、例えば少なくとも約４７ＨＲＣまたはさらに、少なくとも約５０ＨＲＣなどの、平均見かけ硬度を有する。「見かけ硬度」については、ＨＲＣスケールを使用した一般的な試験から得られた硬度で、４２ＨＲＣ以下の硬度しかない可能性がある柔らかい基材上にある窒化された第２の処理領域３２が比較的薄い層であるため、この値は下方へずれることがある。第２の処理領域３２自体の実際の硬度はこれよりもかなり高く、例えば少なくとも約５５ＨＲＣまたはさらに少なくとも約６５ＨＲＣなどとなり得る。

第２の処理領域３２は、第２の処理領域３２の表面下部に、少なくとも約０．１５ｍｍ深さまたは少なくとも約０．２０ｍｍ深さといった、少なくとも約０．１ｍｍの深さで伸長する。この窒化カバー４１は、ガス窒化処理のため若干または実質的に均一な挿入部１３の外部表面の曲線をなぞる線として示されている。他の窒化処理では、このような実質的に均一なカバー深さにはならないことがあり、一部の処理では、第２の処理領域３２のみに限定されることがある。このカバーは、窒化から得られる硬度が明らかに落ちることを必ずしも示すものではなく、硬度が徐々に落ちる場合があることは理解されよう。

第２の処理領域３２の窒化後、挿入部１３は、一般に第１の処理領域３１となる領域の磨耗表面１６から素材を除去する別の素材除去手順を経る。具体的には、図５に示すように、磨耗表面１６の一部が肩３３として保持され、一方で、第２の処理領域３２から遠位にある肩の側の磨耗表面１６から素材が除去される。肩３３は、第１の処理領域３１の処理の後の手順が、第２の処理領域３２に著しい影響を与えないように十分な幅でなければならない。一般に、肩３３は、少なくとも約２ｍｍ幅または少なくとも約３ｍｍ幅などのように、少なくとも約１ｍｍ幅でなければならない。

再度図５を参照すると、磨耗表面１６から除去された素材は、一般に矩形形状の空洞５１を磨耗表面１６に残し、任意で、空洞の一端または両端に放射状の部分カットを有する。空洞５１はその深さが、約０．１０ｍｍ〜約４．０ｍｍの間で、例えば約０．８ｍｍ〜３．０ｍｍの間などである。空洞５１の幅は約１．０ｍｍ〜約１２．０ｍｍの間で、例えば約２．０ｍｍ〜約１０．０ｍｍまたはさらに、約３．０ｍｍ〜約７．５ｍｍの間である。

この手順後、磨耗表面１６に形成された空洞５１を埋めるため、密閉アセンブリのへり２３に隣接するのに適した合金を用いて被覆加工が使用される。具体的には、ステンレススチール合金や、その他の耐食合金が、被覆処理を使用したワイヤー又は粉末の供給原料の沈着に適している。被覆加工中、第２の処理領域３２は、肩および任意で第２の処理領域３２の窒化領域に蓋をすることで、被覆加工での素材の流出または飛散から保護される。結果として得られる挿入部１３を図６に示す。この図は第１の処理領域３１がどのように第１の処理領域への合金被覆を施されて、空洞が埋まり余分な合金素材６１が積層されたかを示す。

余分に積層した被覆素材は次に、高硬度旋削などの冷間手順により除去される。この処理手順中、素材が磨耗表面１６からも除去される可能性がありそれが予期される。従って、磨耗表面１６の完成表面、第１の処理領域３１の被覆表面、および肩３３がすべて素材除去を経る。しかし、除去される素材の量は、第１の処理領域３１と第２の処理領域３２が実質的に互いに並行だが互いに同一平面上にないように保持されるよう、第２の処理領域３２の深さよりも少ない。最終ホーニングまたは研磨手順を含んでも良い。図７に示すように、溝が任意で、肩３３と第２の処理領域３２との間に形成されても良い。この溝は、スラストリング２１などの隣接機能を固定するのに役立てられる。

図８に示すように、挿入部１３がこの特定の用途向けに再構成されるよう、同様の処理を別のピンジョイントコンポーネントに適用しても良い。具体的には、へり２３およびスラストリング２１に接合する可能性のあるブッシング１２の表面が２つの同様の局所的処理を経ても良い。具体的には、素材は第２の処理領域３２を形成するブッシング１２の端の部分から除去される。除去された素材は、第２の処理領域３２が、ブッシング１２の端に対して同一平面状にないような、第２の処理領域３２に適切な形状を形成して良い。このような形状の１つは一般的に、肩３３の近くに任意の放射状の部分カットを施した矩形である。

前述の素材除去手順後、第２の処理領域３２は窒化手順を経る。次に、一般に第１の処理領域３１となる領域のブッシング１２の端から素材を除去する、別の素材除去手順が続く。

ブッシング１２から除去された素材は、通常矩形形状の空洞を残し、任意で空洞の一端または両端に放射状の部分カットが施される。被覆加工が次に使用され、ブッシング１２に形成された空洞を密閉アセンブリのへり２３に隣接するのに適切な合金を使用して埋める。余分な合金素材６１が、被覆加工中に積層することが予想される。

余分に積層した被覆素材は次に、高硬度旋削などの冷間手順により除去される。この処理手順中、素材がブッシング１２からも除去される可能性がありそれが予期される。従って、ブッシング１２、第１の処理領域３１の被覆表面、および肩３３がすべて素材除去を経る。しかし、除去される素材の量は、第１の処理領域３１と第２の処理領域３２が実質的に互いに並行だが互いに同一平面上にないように保持されるよう、第２の処理領域３２の深さよりも少ない。最終ホーニングまたは研磨手順を含んでも良い。

図８を参照すると、同様の局所的処理が、別のピンジョイントコンポーネントに適用されていても良い。例えば、へり２３とスラストリング２１に接合する可能性のあるトラックリンク８１の内部表面が２つの同様の局所的処理を経ていても良い。具体的には、素材は第２の処理領域３２を形成するトラックリンク８１の部分から除去される。除去された素材は、第２の処理領域３２が、トラックリンク８１の側面に対して同一平面状にないような、第２の処理領域３２に適切な形状を形成して良い。このような形状の１つは一般的に矩形であり、肩３３の近くに任意の放射状の部分カットが施される。

前述の素材除去手順後、第２の処理領域３２は窒化手順を経る。次に、一般に第１の処理領域３１となる領域のトラックリンク８１の端から素材を除去する、別の素材除去手順が続く。

トラックリンク８１から除去された素材は通常矩形形状の空洞を残し、任意で空洞の一端または両端に放射状の部分カットが施される。被覆加工が次に使用され、トラックリンク８１に形成された空洞を密閉アセンブリのへり２３に隣接するのに適切な合金を使用して埋める。余分な合金素材６１が、被覆加工中に積層することが予想される。

余分に積層した被覆素材は次に、高硬度旋削などの冷間手順により除去される。この処理手順中、素材がトラックリンク８１からも除去される可能性がありそれが予期される。従ってトラックリンク８１の端の完成表面、第１の処理領域３１の被覆表面、および肩３３がすべて素材除去を経る。しかし、除去される素材の量は、第１の処理領域３１と第２の処理領域３２が実質的に互いに並行だが互いに同一平面上にないように保持されるよう、第２の処理領域３２の深さよりも少ない。最終ホーニングまたは研磨手順を含んでも良い。

図９を参照すると、同様の局所的処理を、例えばこの特定の設定では挿入部１３と共に再構成されているカラー１４などの別のピンジョイントコンポーネントに適用しても良い。このようなピンジョイントアセンブリは、カートリッジアセンブリと呼ばれることもある。カラー１４はへり２３およびスラストリング２１と接合していても良く、挿入部１３について前述のものと同様の、２つの局所的処理を経ていても良い。具体的には、素材は第２の処理領域３２を形成するカラー１４の部分から除去される。除去された素材は、第２の処理領域３２が、カラー１４の側面に対して同一平面状にないような、第２の処理領域３２に適切な形状を形成して良い。このような形状の１つは一般的に矩形であり、肩３３の近くに任意の放射状の部分カットが施される。

前述の素材除去手順後、第２の処理領域３２は窒化手順を経る。次に、一般に第１の処理領域３１となる領域のトラックリンク８１の端から素材を除去する、別の素材除去手順が続く。

カラー１４から除去された素材は通常矩形形状の空洞を残し、任意で空洞の一端または両端に放射状の部分カットが施される。被覆加工が次に使用され、カラー１４に形成された空洞を密閉アセンブリのへり２３に隣接するのに適切な合金を使用して埋める。余分な合金素材６１が、被覆加工中に積層する可能性がある。

余分に積層した被覆素材は次に、高硬度旋削などの冷間手順により除去される。この処理手順中、素材がカラー１４からも除去される可能性がありそれが予期される。従ってカラー１４の端の完成表面、第１の処理領域３１の被覆表面、および肩３３がすべて素材除去を経る。しかし、除去される素材の量は、第１の処理領域３１と第２の処理領域３２が実質的に互いに並行だが互いに同一平面上にないように保持されるよう、第２の処理領域３２の深さよりも少ない。最終ホーニングまたは研磨手順を含んでも良い。

産業上の利用可能性
本開示に従って形成された挿入部１３は、特に、履帯式機械の下部構造機構で使用するピンジョイントアセンブリでの使用に適している。たとえば、挿入部は履帯式トラクタ、履帯式掘削機、およびその他の履帯式工作機械で使用される無限軌道装置の一部である前述のピンジョイントアセンブリの一部であっても良い。

さらに、本開示の挿入部１３は、スラストリングまたはその他の同様のハードコンポーネントが挿入部１３に隣接する、操業中に過度の磨耗が発生する同様のピンジョイント構成で採用しても良い。このような例には、ブッシング、トラックリンク、カラー表面などが挙げられる。

試験により、本開示に従った第１の処理領域３１および第２の処理領域３２を有する磨耗表面１６の二重処理は、ピンジョイントコンポーネントの処理表面の摩擦耐性を、従来のピンジョイントコンポーネント設計よりも１０倍増加することができ得ることが示された。

本開示は、典型的な実施形態を参照して説明したが、本分野の技術者には、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、形態と詳細の変更を行うことができることは認識されよう。例えば、異なる典型的な実施形態が、１つまたは複数の利点を提供する１つまたは複数の特徴を含むように説明されている場合があるが、説明されて典型的な実施形態または他に代わる実施形態において、説明された特徴を互いに入れ替えること、あるいは互いに組み合わせることができる。典型的な実施形態を参照しながら説明し、後述の請求項に記載される本開示は、可能な限り幅広いものであることが、明白に意図される。

Claims (20)

1. ピンジョイントコンポーネントであって、
   第１の処理領域および第１の処理領域に近接した第２の処理領域とを含む外部磨耗表面を有し、第１の処理領域が被覆合金素材を含み、第２の処理領域が窒化表面を含む、本体
   を備えたピンジョイントコンポーネント。
2. 前記ピンジョイントコンポーネントが、カラー、ブッシング、挿入部、およびトラックリンクから成るコンポーネントの群から選択される、請求項１に記載のピンジョイントコンポーネント。
3. 前記合金素材がステンレススチールである、請求項１に記載のピンジョイントコンポーネント。
4. 前記第２の処理領域が外部磨耗表面と同一平面状にない、請求項１に記載のピンジョイントコンポーネント。
5. 前記第２の処理領域が少なくとも約４５ＨＲＣの見かけ硬度を有する、請求項１のピンジョイントコンポーネント。
6. 前記第１の処理領域と第２の処理領域との間に配置された溝を含む、請求項１のピンジョイントコンポーネント。
7. 前記外部磨耗表面がさらに、第１の処理領域と第２の処理領域との間に肩を備える、請求項１に記載のピンジョイントコンポーネント。
8. 前記肩が少なくとも約１ｍｍ幅である、請求項６に記載のピンジョイントコンポーネント。
9. ピンジョイントコンポーネントを形成する方法で、
   合金を、ピンジョイントコンポーネントの一般的な形状に鍛造することと、
   素材をピンジョイントコンポーネントの磨耗表面から除去して第２の処理領域を形成することと、
   第２の処理領域を窒化することと、
   素材をピンジョイントコンポーネントの外部磨耗表面から除去して第１の処理領域を形成することと、
   合金を第１の処理領域に被覆すること、
   とを備える方法。
10. 前記ピンジョイントコンポーネントを任意の冷間加工の前に焼鈍することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 焼鈍後に前記ピンジョイントコンポーネントの冷間加工をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 冷間加工後に前記ピンジョイントコンポーネントの窒化をさらに含む、請求項１１に記載の。
13. 前記第１の処理領域からはみ出した被覆合金を除去することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記磨耗表面および前記第１の処理領域の被覆合金のホーニングをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１の処理領域を形成するための磨耗表面からの素材の除去が同時に、前記第１の処理領域と第２の処理領域との間の肩を形成する、請求項９に記載の方法。
16. 前記第１の処理領域と第２の処理領域との間に溝を形成することを含む、請求項９の方法。
17. 前記第２の領域の窒化が、ガス窒化技術を使用して実施される、請求項９に記載の方法。
18. 前記第１の処理領域と第２の処理領域が同一平面状にない、請求項９に記載の方法。
19. ピンジョイントアセンブリであって、
    第１の処理領域と、外部磨耗領域と同一表面上にない第２の処理領域と、第１の処理領域と第２の処理領域との間にある少なくとも約１ｍｍの幅を有する肩と、肩と第２の処理領域との間にある溝を有する磨耗表面とを有する本体を有し、第１の処理領域が被覆ステンレススチール合金を含み、第２の処理領域が、少なくとも約４５ＨＲＣの見かけ硬度を有し、少なくとも約０．１５ｍｍ表面下部に伸長する窒化表面を含むピンジョイントコンポーネント
    を備えるピンジョイントアセンブリ。
20. 前記ピンジョイントコンポーネントがカラー、ブッシング、挿入部、およびトラックリンクから成るコンポーネントの群から選択される、請求項１９に記載のピンジョイントアセンブリ。

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