JP4021010B2 - ブッシュの熱処理方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理に関し、より詳しくはブッシュを外側周辺表面と内側円周表面から同時に熱処理する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
公知のエンドレス履帯装備機械用の履帯（トラック）組立体は、ブッシュにより結合され、横に重なる端部を有する複数のリンク、ピン、ブッシュの端部とリンクの間に入るオイルシール、リンク上にボルトとナットで固定された履帯シューを備える。
ブッシュの損傷の主な原因は、磨耗と疲労による割れである。ブッシュの寿命を長くするため、外側周辺表面と内側円周表面は硬化され、磨耗に耐えるようにする。ブッシュの外側周辺表面は、履帯を駆動するスプロケットと係合する表面なので、高い高度と厚い硬化深さを要する。内側円周表面の中心は、スプロケットからブッシュへの荷重移行通路により生じる応力のため、高い疲労強度を要する。内側円周表面の端部は、ブッシュとピンの間の接触により高い応力が生じるので、高い表面硬さを要する。
【０００３】
このような厳しい条件に合うように、履帯用ブッシュは色々の熱処理をされる。
ブッシュの熱処理方法の例は、1991年７月６日に土屋らに発行された米国特許第5,032,192 号に開示されている。この特許では、ブッシュの材料として中炭素鋼を使用する。熱処理工程のステップは、第１にブッシュを浸炭し、次に環境温度まで冷却する。その後、壁の全断面が急冷温度まで加熱されるように、ブッシュの外側周辺表面を誘導加熱する。次に、ブッシュが均等に硬化するように、ブッシュ全体を急冷液体で冷却する。硬化後、ブッシュを焼き戻す。
他のブッシュの熱処理方法の例は、1991年９月17日にサハラらに発行された米国特許第5,049,207 号に開示されている。この例でも、ブッシュに中炭素鋼を使用する。この工程では、第１にブッシュを、内側円周表面が1540°Ｆのオーステナイト変態温度に達するまで、外側周辺表面から誘導加熱硬化する。次に、ブッシュの全厚さを急冷により冷却する。次に、ブッシュを熱処理工程で得られた有効硬さを損なわないような特定の温度範囲で炉中で焼き戻す。この工程の最後のステップは、ブッシュを誘導加熱を使用して外側周辺表面を内側円周表面より低い温度で焼き戻しするよう、内側円周表面から誘導焼き戻しすることである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の方法では、複数の加熱ステップを要し、ブッシュを１つの加熱装置から他の加熱装置へ移動しなければならず、かなりの製造時間がかかる。その結果、労働と製造コストが増加し、エネルギーと資源のむだになる。
本発明は、上述の問題の１つまたはそれ以上を解決しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１態様では、ほぼ同時操作でブッシュを熱処理する方法が提供される。この方法は、ブッシュを中心軸に対して同軸に位置決めする。次に、ブッシュを端部で支持し、中心軸の周りを円周方向に回転する。ブッシュと加熱コイルのうち１方を、他方に対して軸方向に移動させる。ブッシュが回転し軸方向に移動するとき、外側周辺表面と、内側円周表面と、１対の端部から誘導加熱される。最後に、ブッシュを急冷する。
【０００６】
本発明の他の態様では、ブッシュを熱処理する装置が提供される。この装置は、機械フレームに取り付けられ、ブッシュを中心軸に対して位置合わせする位置決め手段を備える。ブッシュの１端部を支持する駆動体が、第１キャリッジに回転可能に取り付けられる。該第１キャリッジは、機械フレームに接続される。ブッシュを１端から支持する中空軸が、心押し台上に回転可能に取り付けられる。該心押し台上は、機械フレームに接続する複数のガイド上に往復動可能に取り付けられる。ブッシュを内側円周表面から加熱するのに使用する第１誘導コイルが、中空軸のボアと軸方向に整列して心押し台により支持される。ブッシュを外側周辺表面から加熱するのに使用する第２誘導コイルが、心押し台により支持され、中空軸の外径の周りに軸方向に整列する。誘導加熱が起こった後にブッシュを急冷する内側冷却リングと外側冷却リングもまた、心押し台により支持される。
【０００７】
【発明の実施の形態及び実施例】
図１、２を参照すると、本発明の方法と装置を適用するブッシュ10が示される。ブッシュ10は、ほぼ円筒形の形状に形成され、ブッシュ10のほぼ全長に延びる段付き外側周辺表面12と、１対の端部14と、１対の端部14間に延びる縦方向ボア18と、中心軸19とを有する。縦方向ボア18は、１対の内側円周表面20と、１対の内側円周表面20の間に位置する中央部分24とを有する。硬化層26が、１対の内側円周表面20と、１対の端部14と、段付き外側周辺表面12から約2.0 から10.0mmの厚さで内側に延びる。柔らかいコア28が、中央部分24に並び、硬化層26の間に位置する。
【０００８】
ブッシュは、１対の端部14の間の長さは「Ｌ」、外径は「Ｄ」である。１対の内側円周表面20は、ほぼ同じ長さ「Ｈ」で、残りの中央部分28の長さは「Ｌ’」である。
ブッシュ10は、中炭素鋼合金の冷間圧延棒状切断素材から製造されるのが好ましい。原材料は、規格S.A.E.1040又は1056に近似し、表１に示す組成を有する。

棒状切断素材は、ブッシュの長さ「Ｌ」より少し長い長さに切断され、最終寸法まで機械加工される。通常の方法で加工し、ブッシュ10は熱処理工程の準備が完了する。
【０００９】
図３にブッシュ10の熱処理装置30を示す。装置30は、図示しない好適なベース又は他の支持具に取り付けられる機械フレーム32を備える。図４に最もよく示すように、ブッシュ10の位置決め手段34が、通常の方法で第１油圧シリンダー36に接続される。この例では、位置決め手段34は、固体位置決め部材であるが、伸張可能なコレット、油圧アーバー等の他の種類の位置決め部材も使用できる。第１油圧シリンダー36は、機械フレーム32に接続するブラケット37に取り付けられる。
キャリッジ38が、機械フレーム32に接続する。
駆動体40が、キャリッジ38に回転可能に取り付けられる。駆動体40は、ほぼ円筒形状でボア42と端部44を形成する。位置決め部材34が、駆動体40のボア42内に整列し摺動可能に配置される。駆動体40の端部44は、図７に示すように断続表面46を有する。この例では、鋸歯状表面48等の断続表面46は、ブッシュ10を１方の端部14から支持するため、端部44に設けられる。駆動体40は、油圧モーター50に作動的に結合する。
【００１０】
心押し台52は、機械フレーム32に固定された複数のガイド54上に取り付けられる。第２油圧シリンダー56が、心押し台52とキャリッジ38に取り付けられる。
中空軸60が、心押し台52上に回転可能に取り付けられる。図８に示すように、中空軸60は、ほぼ円筒形で、縦方向ボア62と端部64を形成する。中空軸60の端部64は、断続表面66を有する。この例では、鋸歯状表面68等の断続表面66は、ブッシュ10を１方の端部14から支持するため、端部64に設けられる。
【００１１】
第１誘導コイル70が、中空軸60の縦方向ボア62及びブッシュ10の縦方向ボア18と軸方向に整列して、支持プレート72により支持される。第１誘導コイル70は、ブッシュ10の縦方向ボア18より小さい所定の直径に形成された複数の巻きを備える。第１誘導コイル70は、高周波数電源（図示せず）に接続される。また、内側冷却リング76が、支持プレート72により支持され、第１誘導コイル70内に吊り下げられて、中空軸60の縦方向ボア62及びブッシュ10の縦方向ボア18と軸方向に整列する。内側冷却リング76は、所定の位置で第１誘導コイル70から間隔をおき、内部に冷却剤78を有する。例えば、この例では内側冷却リング76は、心押し台52が初めの位置で、第１誘導コイル70から軸方向に約25mm延び、ブッシュ10の１対の端部14の１方の上方約100 mmにある。
【００１２】
第２誘導コイル80が、ブッシュ10の外側周辺表面と軸方向に整列して、支持プレート72により支持される。第２誘導コイル80は、ブッシュ10の外側周辺表面と中空軸60より大きい所定の直径に形成された複数の巻きを備える。第２誘導コイル80は、高周波数電源（図示せず）に接続される。また、外側冷却リング82が、支持プレート72により支持され、第２誘導コイル80内の所定に位置に間隔をおいて吊り下げられる。外側冷却リング82は、内部に冷却剤78を有する。例えば、この例では外側冷却リング82は、心押し台52が初めの位置で、第２誘導コイル80から軸方向に約25mm延び、ブッシュ10の１対の端部14の１方の上方約100 mmにある。
第３油圧シリンダー84が、複数のスタンドオフ86により心押し台52に取り付けられる。第３油圧シリンダー84は、通常の方法で支持プレート72に接続される。
【００１３】
動作において、装置30は、ブッシュ10を機械に導入する従来のオートメーションシステム（図示せず）と協働関係になるように、工場で機械ベース又はテーブル（図示せず）上に設置される。運転を始めるには、ブッシュ10を中心軸19に対して位置合わせして、ブッシュ10を１対の内側円周表面20の１方と接触する関係で位置決め手段34上に置く。ブッシュ10は、駆動体40の断続表面46と接触する関係で、１対の端部14の一方で支持される。図５に最もよく示すように、第２油圧シリンダー56が、通常の方法で作動され、心押し台52を複数のガイド54に沿って軸方向に移動させ、中空軸60の断続表面66がブッシュ10の１対の端部14の一方と接触するようにする。第２油圧シリンダー56内である圧力に到達すると、ブッシュ10は、駆動体40と中空軸60の間で１対の端部14で支持される。次に第１油圧シリンダー36が作動され、位置決め手段34をブッシュ10の縦方向ボア18から引き抜く。次に第３油圧シリンダー84が作動され、内側と外側冷却リング76,82 と第１，第２誘導コイル70,80 をブッシュ10の縦方向ボア18を通って軸方向へ移動させる。図６に最もよく示すように、内側と外側冷却リング76,82 が、１対の端部14の両方を通過し、ブッシュ10を約25mm超えた位置で、第３油圧シリンダー84の作動を中止し、軸方向移動を止める。次に、油圧モーター50が作動し、駆動体40とブッシュ10と中空軸60を一緒に回転させる。次に、第１誘導コイル70と第２誘導コイル80に電圧をかける。
【００１４】
短い休止の後、第３油圧シリンダー84が再度作動され、内側と外側冷却リング76,82 と第１，第２誘導コイル70,80 を軸方向上方へ移動させる。この点で、冷却剤78が内側と外側冷却リング76,82 に供給される。用いられる冷却剤78は、水、可溶性オイル、ポリマー冷却剤のうちの１つでもよい。短い休止があるので、外側周辺表面12と、１対の端部14の一方と、内側円周表面20は、1540°Ｆのオーステナイト変態温度に確実に到達する。第２誘導コイル80は、軸方向移動の全期間中電圧をかけたままである。第１誘導コイル70は、内側円周表面20の寸法「Ｈ」を移動する間だけ電圧をかける。内側と外側冷却リング76,82 と第１，第２誘導コイル70,80 が軸方向に移動して、第１誘導コイル70がブッシュ10の長さ「Ｌ’」を通り抜けると、第１誘導コイル70に再度電圧をかける。第１誘導コイル70が残りの長さ「Ｈ」を通り抜けるまで、内側と外側冷却リング76,82 と第１，第２誘導コイル70,80 は軸方向に移動し続ける。急冷が完了した後、第３油圧シリンダー84は完全に後退する。この点で、油圧モーターが作動を止め、駆動体40とブッシュ10と中空軸60の回転を止める。次に第２油圧シリンダー56が作動し、心押し台52と中空軸60を複数のガイド54に沿って軸方向上方へ移動させる。熱処理したブッシュ10が、装置30から通常のオートメーションシステム（図示せず）により取り除かれ、行程は完了する。従って、ブッシュの熱処理に利用するより有効でより経済的な方法を提供する。
【００１５】
本発明の他の態様、目的、利点は、図面発明の詳細な説明、および特許請求の範囲から分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を使用するブッシュの軸方向断面図である。
【図２】本発明を使用するブッシュの端面図である。
【図３】本発明のブッシュを熱処理する装置の斜視図である。
【図４】本発明のブッシュを熱処理する装置の側面立面図である。
【図５】本発明のブッシュを熱処理する装置の側面立面図である。
【図６】本発明のブッシュを熱処理する装置の正面立面図である。
【図７】鋸歯状駆動体の一部断面図である。
【図８】鋸歯状中空軸の一部断面図である。
【符号の説明】
１０ ブッシュ
１２ 外側周辺表面
１４ 端部
２０ 内側円周表面
２６ 硬化層
３０ 熱処理装置
３２ 機械フレーム
３６ 第１油圧シリンダー
３８ キャリッジ
４０ 駆動体
５０ 油圧モーター
５２ 心押し台
５４ ガイド
５６ 第２油圧シリンダー
６０ 中空軸
７０ 第１誘導コイル
７２ 支持プレート
７６ 内側冷却リング
８０ 第２誘導コイル
８２ 外側冷却リング
８４ 第３油圧シリンダー

Claims (8)

1. ブッシュの熱処理装置において、
   機械フレーム、
   前記ブッシュを中心軸に対して同軸に位置決めする手段、
   前記機械フレームに接続したキャリッジ、
   円筒形状で、前記ブッシュを半径方向に支持するボアを形成し、１対の端部の一方を支持し、前記キャリッジに回転可能に取り付けられ、前記位置決め手段の周りに回転可能で摺動可能に配置された駆動体、
   前記機械フレームに取り付けられた複数のガイド、
   前記複数のガイドに沿って移動可能に取り付けられた心押し台、
   円筒形状で、前記ブッシュを半径方向に支持するボアを形成し、１対の端部の一方を支持し、前記心押し台に回転可能に取り付けられた中空軸、
   前記ブッシュの縦方向ボアより小さい直径で形成された複数の巻きを有し、支持プレートにより支持される第１誘導コイル、
   前記ブッシュの外側周辺表面より大きい直径で形成された複数の巻きを有し、前記支持プレートにより支持される第２誘導コイル、
   前記支持プレートにより支持され、前記第１誘導コイルから間隔をおいて前記第１誘導コイルの中心を通って吊り下げられた内側冷却リング、及び、
   前記支持プレートにより支持され、前記第２誘導コイルから間隔をおいて吊り下げられた外側冷却リング、
   を備えることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載した熱処理装置であって、前記位置決め手段は、前記ブッシュの前記縦方向ボア内に軸方向に延びる固体位置決め部材であることを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載した熱処理装置であって、前記心押し台の前記複数のガイドに沿った移動と、前記位置決め部材の移動と、前記第１、第２誘導コイルの移動と、前記駆動体の回転との制御手段を備えることを特徴とする装置。
4. ブッシュの熱処理方法において、
   前記ブッシュを中心軸に対して内側円周表面から位置決めし、
   前記ブッシュを１対の端部から支持し、
   前記ブッシュを前記ブッシュの中心軸に対して円周方向に回転し、
   前記ブッシュと第１、第２加熱コイルの一方を相対的に移動し、
   ここに、前記第１加熱コイルは前記ブッシュを内側表面から加熱するためのもので、前記第２加熱コイルは前記ブッシュを外側表面から加熱するためのものであり、
   前記ブッシュを外側周辺表面と、前記１対の端部と、前記１対の端部に隣接する１対の内側円周表面で、第１、第２加熱コイルを同時運転して誘導加熱し、
   その後前記ブッシュを急冷する
   ステップを備えることを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載した熱処理方法であって、前記誘導加熱のステップは、前記ブッシュを1540°Ｆのオーステナイト変態温度まで加熱することであることを特徴とする方法。
6. 請求項４に記載した熱処理方法であって、前記急冷のステップは、前記外側周辺表面、前記１対の端部、前記１対の内側円周表面を急冷することであることを特徴とする方法。
7. 請求項４に記載した熱処理方法であって、前記急冷は水により行われることを特徴とする方法。
8. 請求項４に記載した熱処理方法であって、前記ブッシュに使用される鋼のカーボン含有量は、0.55から0.58重量％であることを特徴とする方法。

Images