JP2017528659A - 材料を処理するための焼付防止方法 - Google Patents

Abstract

材料を処理するための焼付防止方法であって、少なくとも１自由度で相互に連結し、金属材料からなる少なくとも２つの構成部品のうちの少なくとも１つに、表面硬さを増加するための熱処理の第１予備ステップと、表面研磨の第２予備ステップとを施すことを備え、−予め予備ステップを受けた少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分を洗浄する第１ステップを実行することと、−予め洗浄された少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分をショットピーニングする第２ステップを実行することと、−予めショットピーニングされた少なくとも１つの構成部品の少なくとも１つの部分に二硫化モリブデンの層を塗布する第３ステップを実行することとから構成されている、材料を処理するための焼付防止方法。

Description

本発明は、材料を処理するための焼付防止方法（anti-galling method）に関する。

正常運転中に互いに対してスライドする２つの機械本体は、焼付として知られている現象の影響を受けやすい。

用語「焼付（galling）」は、通常、過剰な滑り摩擦に起因する２つ又はそれ以上の相補的に移動する機械部材の固着の発生のことを言い、それに伴う通常動作の一時的又は永久的な中断を引き起こす。

焼付は、種々の理由に起因し得るが、単一の結果、すなわち、推進ユニットの過剰な過熱を導く。例えば、焼付は潤滑の欠如、（例えば、機械の実能力を超える稼働率によって引き起こされる）最大出力で長時間続く過大な応力、又は、部品間の不適当な遊び（例えば、軸受と各軸の間の異常に小さな遊びは、潤滑膜の断絶を引き起こす可能性があり、過剰な遊びは、例え潤滑油があるとしても、潤滑油の適当な隔離を許容せず、構成部品間の衝突を発生させ得る）によって引き起こされ得る。

往復運動中の連結された構成部品の間には、潤滑油が使用されていない多数の機械的な連結が提供されているが、一般には潤滑油（グリース、油又は特定の乳濁液）が存在する。

原則として、本発明は、好ましくは、その構成部品が往復回転運動を伴う金属材料（例えば、スチール、アルミニウム及び他の種類の合金）からなる、あらゆる軸・軸受アセンブリに関する。

この種のアセンブリでは、焼付がしばしば発生し、設備停止時間及び軸の明らかな損傷の原因となる。

これらの欠点を予防するため、軸と軸受の間（それらの間の遊び内）にしばしば潤滑油が挿入され、特定のシール要素によってそこに隔離される。

しかしながら、場合によっては、潤滑油は、特に長時間の運転の後には、焼付を回避するのには十分ではないことがある。

したがって、既知のタイプのアセンブリは、特に、焼付の影響を受けやすく、その発生を回避するため、軸と軸受の間に遊びに設けた潤滑油の状態を検査し、理想的な状態に修復することを目的とする定期的なメンテナンスが提供されている。

したがって、既知のタイプのアセンブリは、焼付現象の影響を受けやすく、設備停止時間の原因となるこの現象の発生を回避することを望む場合、アセンブリの頻繁で高価な定期的なメンテナンスが必要となる。

焼付の発生を減少するため、焼入焼戻鋼からなる軸に異なるタイプの熱処理を施すことに頼ることが知られており、その熱処理の終わりに、軸の表面は、研削される。

このような処理を施した後でさえ、いずれにせよ、軸は、焼付現象の影響をうけやすく、従って、軸の長い耐用年数を保証できない。

本発明の目的は、焼付の発生を無視すらできるところまで最小化することを許容する材料を処理するための焼付防止方法を提案することで、上述の問題を解決することである。

この目的の範囲内において、本発明の目的は、軸が係合した軸受に対して回転することが意図された軸の焼付の危険性を最小化できる材料を処理するための焼付防止方法を提案することである。

本発明の他の目的は、前記方法の対象となる構成部品を備えた機械的連結の定期的なメンテナンスを抑えることを保証する、材料を処理するための焼付防止方法を提案することである。

本発明の他の目的は、低コストで、実際に相対的に簡単に提供でき、適用に際して安全である、材料を処理するための焼付防止方法を提供することである。

この目的と、以下でより明らかになる他の目的とが材料を処理するための焼付防止方法によって達成され、この焼付防止方法は、少なくとも１自由度で相互に連結している少なくとも２つの（金属材料からなる）構成部品のうちの少なくとも１つに対して、表面硬さを増加させるために熱処理の第１予備ステップと、表面研磨の第２予備ステップとを行うことを備え、
−予め前記予備ステップを受けた少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分を洗浄する第１ステップを実行することと、
−予め洗浄をされた少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分をショットピーニングする第２ステップを実行することと、
−予めショットピーニングをされた少なくとも１つの構成部品の少なくとも１つの部分に二硫化モリブデン層を塗布する第３ステップを実行することと
を備える。

本発明の更なる特徴及び利点は、本発明に係る材料を処理するための焼付防止方法の好ましいが制限的ではない実施形態の説明からより明らかになる。この実施形態は、添付の図面中の非制限的な例によって説明される。

本発明に係る焼付防止方法を適用することで提供された実現可能な回転可能な機械連結の横平面に沿った部分正面図。

特に図面を参照すると、符号１は、概して、本発明に係る材料を処理するための焼付防止方法を適用することで提供された、実現可能な回転機械連結を示す。

本発明に係る方法は、少なくとも１自由度の機械連結に適用できる。

構成部品は金属材料で構成されるのが好ましい。すなわち、例示として、スチール等の金属合金、又はアルミニウム等の実質的に純粋な状態での金属が挙げられる。鋼製の構成部品について言及すると、通常、焼入焼戻鋼が使用される。

本発明に係る焼付防止方法は、少なくとも２つの構成部品のうちの少なくとも１つに、表面を硬くするための第１予備ステップと、表面を研削する第２予備ステップとが行われる必要がある。

前記２つの予備ステップは、一般に背景技術で適用されているものである。

本発明に係る方法は、前記少なくとも１つの構成部品に対する付加的で連続的なステップの実行を備える。

実際に、予備ステップが予め行われた少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分を洗浄する第１ステップを実行することが必要である。

そして、予め洗浄された少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分をショットピーニングする第２ステップを実行することが必要である。

最後に、前記プロセスは、予めショットピーニングされた少なくとも１つの構成部品の少なくとも１つの部分に二硫化モリブデン層を塗布する第３ステップを実行することを必要とする。

また、第１洗浄ステップは、予め予備ステップを受けた少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分の表面脱脂を備えることを特定することは有用である。

脱脂は、（機械的、熱的等の）その後の処理や、表面仕上げ処理を行う前に、（一般に鋼からなる）構成部品の表面からグリースや埃のあらゆる痕跡を除去することからなる。本質的に炭素から構成される有機分子の存在は危険であり得るため、グリースや埃の痕跡を除去することは重要である。すなわち、実際に、炭素は、熱処理中に材料の母材に侵入することがあり、熱処理が実行された場合（熱を発生させる幾つかの機械処理により、機械加工された部分の外表面に存在するグリースに含まれる炭素の移動を引き起こし得る）、当該部分の美的損傷、及び何よりも特性の局所的な劣化を引き起こす。炭素が多いと、硬化と脆化によって当該部分に機械的特性に悪影響を及ぼし、さらにその耐腐食性を低下させ得る。

脱脂は、「似たもの同士はよく溶ける」という化学原理を利用して有機溶剤を用いるか、又は水溶性基剤中でアルカリ性又は酸性の溶剤を用いて、実行可能である。この第２の場合では、溶剤のうちの一方が化合物の親水性成分に作用する。

予め洗浄された少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分をショットピーニングする第２ステップは、当該少なくとも１つの部分において、２００ＭＰａから１００００ＭＰａの間の値を有する残留圧縮応力状態を得るために延長される。本発明に係る方法の適切な実施のために取得可能な残留圧縮応力の理想値は、約１１００ＭＰａである。

ショットピーニングは、球状のショットや、ワイヤを切断することにより得られる（カットワイヤショットとして知られている）円筒ショットの強烈な射出を使用した表面冷間鍛造から構成されている。

この処理を実行する装置すなわちピーニング装置は、１つ又は複数の高速で回転するインペラ、通常は遠心インペラを使用するか、又は圧縮空気を使用して、機械加工される部分に向かって丸い又は円筒状のショットの射出を推進する。いずれにしても、グリットに使用される材料は、鋳鉄、鋼、ガラス、まれにセラミックスであってもよい。

また、ショットピーニングは、機械的な処理及び／又は熱的な処理によって不安定になっている表面張力の分布を改善し、切欠き、ネジ山、脱炭等によって発生する力点の集中を緩和する。

ショットピーニングは、実施方法に関して、研磨と似ているが、摩減よりも塑性に作用するため、その用途については、圧延に類似する。

その射出は、考慮されている材料の１０分の数ミリの深さに伝播する塑性変形を誘発し、技術的には、表面張力の分布を改善するように働くため、表面圧縮応力が実際に発生し、その結果、処理された部分の疲労強度を増大させる。

この効果は、材料の表面及び下層で発生する残留圧縮張力の結果であり、それにより当該部分が圧力を受けたときに内部張力を抑制できる。これにより、材料は疲労応力に対してより耐性を示す。

処理の最後では、発生し相互に重なり合ったマイクロキャビティによって、副次的な効果として、材料上で反射される光量の減少、すなわち一種の梨地仕上げを有する。

ショットピーニングの効果は、ショットピーニングされる材料の性質が一定に維持されるならば、ショットの硬さとサイズ、流速、流れの衝突速度及び角度、射出システムからの距離、強度、及び、カバレージ（covarage）に依存する。ショットピーニングの強度は、アルメン度（Almen degree）で測定され、層状の試験片（７６ｘ１９ｍｍ）の２つの表面のうちの１つが受ける流れの発生方向における曲率によって評価される。前記試験片は、４４÷４５ＨＲＣで焼き入れ及び焼き戻しされたＣ７０ ＵＮＩ ７８４５キルド鋼から得られる。試験片の（複数の）厚さは、弱い強度Ｎ、中間の強度Ａ、及び強い強度Ｃのショットピーニングに対応する３つの異なる値を呈する。ショットの流れによって生じた曲率は、クアドラントコンパレータ（quadrant comparator）を用いて計測される。

カバレージは、関連する強度に対応する時間に亘り光沢のある試験片をショットの流れにさらし、従来通りに設定された直径を有する円の中に位置する全ての衝突領域の面積を、５０倍の倍率で計測することで決定される。カバレージは、衝突領域の面積と前記円の面積との比として定義される。

予め洗浄を受けた少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも一部をショットピーニングする第２ステップは、０．０１ｍｍと１．５ｍｍの間の直径を有するＳ１１０鋼球を用いて実行される。好ましくは、本発明に係る方法における処理の最適な結果が観測される球の直径の値である、約０．３ｍｍに等しい直径を有する球が採用される。

予め洗浄された少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分をショットピーニングする第２ステップは、Ａタイプの試験片（すなわち、文字Ａで示された中間強度のピーニング）を参照して４から４０アルメン度の間の強度で実行されることに留意されたい。

この場合、アルメン度で表され、文字Ａで示される中間強度のピーニングを参照した、ピーニング強度の理想的な値は、おおよそ６から８であると明確にすることは適切であるとみなされる。

いずれにしても、最適な結果は、前記少なくとも１つの部分の１００％のカバレージで達成されるのだが、ショットピーニングの第２ステップは、６０％より大きなカバレージを提供することで実行される。

本発明に係る方法の第３ステップは、少なくとも１つの構成部品の少なくとも１つの部分への二硫化モリブデン層の塗布に対応し、１μｍから５０μｍの厚さを有する層の供給を必要とする。

この場合、二硫化モリブデンの理想的な厚さが、本発明に係る方法の範囲内において、５μｍと１５μｍの間であると特定することは都合がよい。

少なくとも１つの構成部品の少なくとも１つの部分に二硫化モリブデン層を塗布する第３ステップは、重量パーセントで、１０％を超える二硫化モリブデンと、無機樹脂と、溶媒と、噴霧剤とを備えるエアゾールの前記部分上での散布を備えることに留意されたい。

より良好な結果と、構成部品の処理された部分により効率的で安定的な層を得るために、二硫化モリブデンの割合が２０％よりも大きいエアゾールを採用することが好ましい。

表面洗浄が二硫化モリブデンの層の接着の理想的な条件を決定するため、本発明に係る方法によって示され提供されたステップの組み合わせは、特に効果的である。

同時に、ショットピーニングステップは、構成部品の外側表面上に多数の連続的な微小凹部を生じさせる。

この表面の不規則性は、二硫化モリブデンの接着を容易にし、その結果、構造強度を増加させるさらに厚い付着物が局所的に生産されることを保証する。

さらに、同一の滑らかな表面に対して、不連続性を有しない多数の連続的な凹部に影響される表面は、大面積を有しており、従って、二硫化モリブデンと表面自体との間の接触領域を拡大させることは明白である。すなわち、二硫化モリブデンの接着の強さは、被膜された表面の面積に正比例し、従って、不規則な表面は、成層のより大きな安定性を生じさせる。

最後に、ショットピーニングステップによって生じた残留張力は、構成部品の表面のより大きな剛性を保証する。

変形が層の分離を起こし得るため、変形を受けにくい構成部品は、確かに、硬質材料の層の付着を続いて受けるのにより適している。

前記ステップの組み合わせは、従って、前述の効果の重複、及び二硫化モリブデンの層の強度と、耐久性及び機械的性能に関して驚異的な機械連結の有効性を保証するそれらの効果の相乗的な組み合わせを伴う。

本発明に係る方法は、２つの相互に結合した構成部品間の遊びを増加するために、２つの相互に結合した構成部品のうちのもう一方の材料を除去する追加の補助ステップの選択的な実施をさらに備えることに留意されたい。

この場合、材料の除去は、第１ステップから第３ステップを受けた少なくとも１つの部分に対向しないが最も近い他の構成部品の少なくとも１つの領域で発生する。

材料を取り除くことにより、２つ（又はそれ以上）の構成部品間の滑動が前記方法を受けた部分のみで確実に行われることが可能になる。事実、その他の部分は、前述した補助ステップにおいて提供された更なる材料の除去によって得られる相当な遊びによって分離される。

更に、遊びの増加は、前記遊び内により多量の潤滑剤（油又はグリス）を格納することを可能にする。前記潤滑剤は、伝統的なタイプのシール要素をそれぞれ使用して前記構成部品間に存在する自由空間（遊び）内に隔離される。この伝統的なタイプのシール要素のために、いかなる特定の説明を提供することは、（それらは公知であるため）必要であるとは考えられない。

多数の利点及び相当な将来性を単純に及び直ちに確認することを可能にする、本発明に係る方法の具体的な適用によれば、第１の構成部品は、軸２から構成されており、第２の構成部品は、軸受３から構成されている。

使用のための構成において、軸２は、軸受３内に回転可能に挿入されており、第１から第３ステップを受けた、少なくとも１つの部分４の滑動を、軸受３の内表面の対応する領域に限定する。

次に、軸受３は、より大きな直径を有する空洞によって形成される空洞の領域５を画定するために、内表面の一部の材料を除去加工される。

この方法では、軸２と軸受３の領域５との間に（相当な寸法を有し得る）遊び６を認識可能である。

予め決められた量の潤滑剤は、遊び６の中に隔離されてもよく、これにより軸２と軸受３との相対回転を容易にする。

添付の図面において、具体的には、相互に連結されているチェーンのリンクの可能な連結に言及する。

例によって与えられた構造的な解決策を特に分析すると、この場合のチェーンのリンク７及び８は、所定の干渉を伴って軸受３上に固定される。

同様に、軸受３と一体のチェーンリンクと対向する、２つの他のチェーンリンク９及び１０は、再度所定の干渉を採用することで、軸２に固定される。

実用上は、前に定義した構成によると、軸２とリンク９及び１０とのアセンブリは、第１の結合部を構成し、軸受３とリンク７及び８とのアセンブリは第２の結合部を構成する。

２つの結合部は、機械的な連結を構成し、これは、軸受３の内表面を滑動することが意図されている軸２の部分４が本発明に係る方法をうけるとき、特に効率がよい。

最後に、軸２と軸受３の内側の空洞のより大きな直径を有する領域との間に画定された遊び６における必要な潤滑剤の隔離を保証するために、シール要素１１及び１２が軸２と軸受３との間に使用されることが特定される。

添付の図面に示したタイプのチェーンは、土木機械及び他の多くの産業プロセスにおいて、広く使用されている。

本発明に係る方法は、どのような場合であっても、付加された機械的な張力及び／又は相対運動の速度及び周期に起因して、一般的に焼付の影響を受ける、相当な数の他の機械的な連結及び接合に適用可能である。

好ましくは、本発明は、焼付の発生を無視すらできるところまで最小化することを許容する材料を処理するための焼付防止方法を提案することで、前述した問題を解決する。

この結果は、ショットピーニングステップによって誘発された残留圧縮状態の相乗効果及び二硫化モリブデンの層の存在によって達成される。

有用なことには、本発明に係る焼付防止方法は、軸２と係合している軸受３に対して回転することが意図されている軸２の焼付の危険性を最小化することを許容し、従って回転連結の場合特に有効である。

効率的なことには、本発明に係る焼付防止方法は、前記方法を受けた構成部品を備える機械的な連結の定期的なメンテナンスの減少を保証する。

実際、減少した焼付現象の発生と、（伝統的なタイプの連結に対して）大きな遊び６の存在とは、必要とされるメンテナンスの介入の数の劇的な減少を保証する。

好ましくは、本発明に係る焼付防止方法は、実質的に低コストで実行可能であり、実際に提供するのに相対的に単純であり、適用する上で安全である。

このように着想された本発明は、多数の修正及び変更が可能であり、これらの全ては添付の請求の範囲内である。更に、細部の全ては他の技術的に等価な要素と置き換えられてもよい。

示した実施形態の例において、特定の例に関して前提とされた個々の特徴は、実施形態の他の例に存在する他の種々の特徴と実際に置き換え可能である。

実際は、使用される材料は、寸法と同様に、要件と技術水準に応じて任意である。

請求項の中で述べられた技術的な特徴は、参照記号を付されており、それらの参照符号は、請求項の明瞭性を増加させるという唯一の目的のために包含されており、従って、そのような参照符号は、前記参照符号によって例として識別される各要素の解釈にいかなる制限的な影響をも与えない。

Claims (10)

1. 少なくとも１自由度で相互に連結し、金属材料からなる少なくとも２つの構成部品のうちの少なくとも１つに、表面硬さを増加するための熱処理の第１予備ステップと、表面研磨の第２予備ステップとを施すことを備える、材料を処理するための焼付防止方法であって、
   −予め予備ステップを受けた少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分を洗浄する第１ステップを実行することと、
   −予め洗浄された少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分をショットピーニングする第２ステップを実行することと、
   −予めショットピーニングされた少なくとも１つの構成部品の少なくとも１つの部分に二硫化モリブデンの層を塗布する第３ステップを実行することと
   を備える、材料を処理するための焼付防止方法。
2. 前記第１洗浄ステップは、予備ステップを予め受けた少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分の表面脱脂を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の焼付防止方法。
3. 予め洗浄された少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分をショットピーニングする第２ステップは、少なくとも１つの部分において、２００ＭＰａから１００００ＭＰａの間に含まれる値の残留応力状態が得られるまで、延長されることを特徴とする、請求項１に記載の焼付防止方法。
4. 予め洗浄された少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分にショットピーニングする第２ステップは、０．０１ｍｍから１．５ｍｍの間の直径を有するＳ１１０鋼球を用いて実行されることを特徴とする、請求項１に記載の焼付防止方法。
5. 予め洗浄をされた少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分をショットピーニングする第２ステップは、タイプＡ試験片を参照して４アルメン度から２０アルメン度の間の値の強度で実行されることを特徴とする、請求項１に記載の焼付防止方法。
6. 予め洗浄された少なくとも１つの構成部品の表面の少なくとも１つの部分をショットピーニングする第２ステップは、少なくとも１つの部分の６０％を超えるカバレージで実行されることを特徴とする、請求項１に記載の焼付防止方法。
7. 少なくとも１つの構成部品の少なくとも１つの部分に二硫化モリブデンの層を塗布する第３ステップは、１μｍから５０μｍの間の厚さを有する層を生成することを備えることを特徴とする、請求項１に記載の焼付防止方法。
8. 少なくとも１つの構成部品の少なくとも１つの部分に二硫化モリブデンの層を塗布する第３ステップは、少なくとも１つの部分に、１０％を超える重量パーセントの二硫化モリブデンと、無機樹脂と、溶媒と、噴霧剤とを備えるエアゾールの散布を備えることを特徴とする、請求項１に記載の焼付防止方法。
9. ２つの相互に連結された構成部品のうちの他方の材料を、前記２つの構成部品間の遊びを増加させるために取り除く補助ステップを備え、前記材料の除去は、第１から第３ステップを受けた少なくとも１つの部分に対向せず近傍にある他方の構成部品の少なくとも１つの領域で行われることを特徴とする、請求項１に記載の焼付防止方法。
10. 第１構成部品は軸（２）であり、第２構成部品は軸受（３）であり、前記軸（２）は、使用される構成において、前記軸受（３）に回転可能に挿入され、第１ステップから第３ステップを受けた軸（２）の少なくとも１つの部分（４）の滑動を、前記軸受（３）の内側表面の対応する範囲に限定することを特徴とする、請求項１に記載の焼付防止方法。

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