JP4916365B2

JP4916365B2 - 履帯ブッシュ

Info

Publication number: JP4916365B2
Application number: JP2007099215A
Authority: JP
Inventors: 武盛高山; 真之大石
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2022-05-24
Also published as: JP2007262580A

Description

本発明は、建設機械などに使用される履帯ブッシュに関するものであり、より詳しくは耐摩耗性、耐衝撃疲労性に優れたオイル封入式履帯ブッシュに関するものである。

従来、建設機械の履帯５１は図２６に示されるような各部品群で構成されており、とりわけ履帯ブッシュ５２は、終減速装置からの回転運動を伝えるスプロケットティースと噛み合い、履帯５１を回転させる機能を持つことから、外周面においては耐摩耗性が要求されるとともに、これに加わる負荷に耐えるために、内周面において強度と靭性とが要求される。

また、ブルドーザのように高速で走る履帯では、履帯ピン５３と履帯ブッシュ５２との焼付きを防止するために、これらの隙間に潤滑油を介在させたオイル封入履帯が使われており、この場合には、スプロケットと直接接触する外周面の耐摩耗性だけでなく、図２７に示されるように、履帯ブッシュの両端部平坦面（シール平坦部）６１とダストシール６２で潤滑油をシールする必要から、少なくともブッシュ端面のシール平坦部６１でのダストシール６２当たり位置の範囲（外周面から肉厚の約１／２までが摩耗後の当たり位置）が焼入れによって十分に硬化されていることが必要である。

これらの必要特性を満足させるために、従来、この履帯ブッシュの製造に際しては、次に示されるような方法が実施されている。
（i）肌焼鋼に浸炭処理を施して、内外周面およびその両端面部に高硬度なマルテンサイトを形成し、耐摩耗性と強度およびオイルシール性を確保するようにしたもの（例えば特許文献１参照）。
（ii）焼入れ性向上元素を含有する炭素鋼を履帯ブッシュに成形加工し、全体を焼入れした後更にその履帯ブッシュの内周面のみを誘導加熱により焼入れすることによって、その外周面、端面および内周面に焼入れ硬化層を形成させ、それらの焼き入れ硬化層の間に高靭性な焼入れ焼戻し軟化層を形成し、その軟化層が履帯ブッシュ両端面近傍の内周面につながるようにする履帯ブッシュの製造方法が特許文献２に開示されている。また、特許文献３においても、履帯ブッシュの肉厚全体を焼入れ硬化し、その内周面のみから誘導焼入れを施し、肉厚中心部に形成される焼入れ焼戻し軟化層がその両端面の近傍の内周面につながって形成する履帯ブッシュの製造方法を開示している。
（iii）さらに、履帯ブッシュの内周面用冷却媒体と外周面用冷却媒体を仕切り治具で分離できる焼入れ装置を使って、中炭素鋼のブッシュ素材を一旦焼入れ処理が可能な温度以上に高周波加熱し、内周面を先行冷却した所定時間後に外周面からの冷却を始めるか、もしくは高周波加熱によって外周面を加熱しながら内周面冷却を行い、所定時間後に外周面加熱を止めて、外周面冷却を行うことの一連の焼入れ操作によって、履帯ブッシュの外周面および内周面から肉厚中心部に向かって焼入れ硬化層を形成して、各両焼入れ硬化層間に軟質な未焼入れ層を残すようなＵ字型のスムーズな硬度分布をもち、さらに、外周面部からの硬化層深さを内周面からの硬化層深さに比べてより深く形成し、かつ、仕切り治具の工夫によって端面部を端面幅の１／２以上に硬化した耐摩耗性に優れたオイル封入式履帯ブッシュとその安価な製造方法が、特許文献４および特許文献５に開示されている。

しかしながら、前記（i）の浸炭法で作られる履帯ブッシュは、その端面部も均一に浸炭硬化されるのでオイル封入用ブッシュとしての両端面部の耐摩耗性は良いが、外周円筒面での耐摩耗性を高めるために浸炭硬化層を深くする必要があるため、浸炭時間を長くかかるとともに、浸炭ガスの大量使用等によるコスト面での問題がある。例えばブッシュの肉厚が厚くなる大型履帯ブッシュでは、強度、耐摩耗性の観点から必要硬化層深さがより深くなるため、生産性の低下とコストの高騰とが問題になる。さらに、内外周表面においては浸炭加熱時間が長時間に及ぶために粒界酸化層や不完全焼入れ層が数十μｍ厚さで形成されることになり、疲労強度や耐衝撃特性が劣化しやすくなる問題がある。

一方、前記（ii）の高周波焼入れ法では、（i）の浸炭法に比べてコスト的な改善がなされているが、一旦全体硬化した履帯ブッシュの内周面を再焼入れする必要があるために、焼割れの発生など十分な品質上の管理に問題があるとともに、小径な履帯ブッシュの内周面を高周波焼戻しすることの困難性や、移動高周波焼入れなど生産性の低さおよび二度以上の熱処理工程を必要とすることからコスト的に安価にできない問題がある。

また、前記（ii）の高周波焼入れ法では、特許文献６、特許文献７に開示されているように、内周面からの誘導加熱によって外周面焼入れ硬化層がより中心部付近で焼き戻され、外周面焼入れ硬化層硬さが中心部に向かって軟化し易く、外周面の耐摩耗性を十分に改善できない問題がある。

さらに、特許文献８、特許文献９においては、履帯ブッシュの外周面および内周面の両方から、履帯ブッシュを移動させる移動式高周波焼入れを同時に実施し、少なくともスプロケットと噛み合う部位の内周面への高周波焼入れを実施せずに、履帯ブッシュの強度を高めた履帯ブッシュとその製造方法が開示されているが、前記と同様に、小径な履帯ブッシュ内径熱処理が困難であること、生産性の低い移動高周波焼入れであること、二つの高周波加熱用電源を必要として設備投資が高いこと、内周面未焼き入れ層がＨＲＣ３５未満のフェライトおよびパーライト組織であるために強靭性が十分でない、さらに、全般的に薄肉な履帯ブッシュを内、外周面からの同時冷却を実施することから、スルーハード化されやすく、それを避けるためには外周面焼入れ硬化層深さが浅くなるために、履帯ブッシュの耐摩耗寿命が十分でない等の問題がある。

また、前記（iii）の高周波焼入れ方法においては、より薄肉で、小型のオイル封入履帯ブッシュ端面部での焼入れ部分のムラや硬化層の抜けが完全に避けられず、最終検査工程が必要になるという問題がある。

特公昭５２−３４８０６号公報特公平３−６９９６９号公報特開２００１−９８３２６号公報特開平１１−６１２６４号公報特開平１１−２３６６１９号公報特公昭６３−１６３１４号公報特開平５−７８７４５号公報特開平６−２４７３５１号公報特開平１０−６８０２３号公報

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、安価な高周波焼入れ技術をベースにして、オイル封入履帯としてのオイル封入性の確保、衝撃的な過酷な負荷に対する優れた靭性の確保、耐摩耗性および摩耗寿命の改善を図るとともに、より安価に製造することのできる履帯ブッシュを提供することを主たる目的とするものである。

また、本発明では、建機の大型化と高負荷化にともなって問題となる履帯ブッシュと回転、揺動摺動する履帯ピンとの耐焼き付き性および履帯リンクからの抜けを防止する方法についても改善することを目的とするものである。

例えば、小径な中小型ブルドーザ用のオイル封入式履帯ブッシュにおいては、肉薄で、端面部は履帯リンクへの圧入のための端面加工が施され、内周面側においては履帯ピンとのたわみによる局部当たりを避けるための面取り加工が施されていることから、端面部の平行面は極めて幅狭になっている。このため、端面シール部硬化層を確実に確保するため、および、履帯リンクへ履帯ブッシュを圧入する際のかじりによる圧入不良を防止するに、外周面圧入端面加工部を確実に硬化させることが必要である。またさらに、その履帯ブッシュとしての強度、靭性および耐摩耗性を確保するために、少なくとも、その外周面にはＨＲＣ５０以上の硬質な焼入れ硬化層が形成され、その肉厚内部においてＨＲＣ４５以下の軟質層を形成することにとって、熱処理時の焼き割れを防止することが必要である。

なお、油圧ショベルなどに使う履帯は前述のようなオイル封入式でなく潤滑が関与しない乾式であるために、履帯ブッシュ内周面は焼入れ硬化されているが、両端面部は焼入れ硬化されていない。この乾式用履帯ブッシュにおいて、両端面を追加的に焼入れ硬化して利用できれば、端面部焼入れ硬化層の安定した形成と生産設備の共通化や生産性の向上が画期的に図ることができる。

そこで、第１発明による履帯ブッシュは、
少なくとも炭素が０．３５〜１．２重量％の範囲で含有される炭素鋼および／または低合金鋼からなり、外周面または外周面と内周面に焼入れ硬化層が形成されるとともに、ＨＲＣ４５未満の軟質層が肉厚中心部から内周面にかけて形成されるか、または、外周面硬化層と内周面硬化層の間に形成され、その軟質層が両端面部に繋がっている履帯ブッシュの両端面部を高周波焼入れ法で硬化することにより端面部硬化層が形成され、外周面硬化層または外周面硬化層と内周面硬化層と、高周波焼入れしてなる端面部硬化層のそれぞれ重なる部位においてマルテンサイトの焼戻し軟質層が存在し、端面部近傍の内周面および／または外周面に形成されるマルテンサイトの焼戻し軟質層または未焼入れ軟質層が、履帯ブッシュを履帯リンクに圧入する際の履帯ブッシュ外周面の圧入開始部を避けて形成されるとともに、前記高周波焼入れ法で硬化した端面部硬化層の硬化深さが前記圧入開始部より深く形成され、端面部高周波加熱において、両端面部近傍の内周面および／または外周面に形成されるマルテンサイトの焼戻し軟質層における履帯ブッシュ軸方向残留応力が圧縮応力であることを特徴とするものである。

また、前記両端面部の焼入れに供する履帯ブッシュにおいては、内、外周面がそれぞれ高周波焼入れすることを特徴とするが、端面部の高周波焼入れ硬化層と重なる位置での焼割れが発生しやすいことを勘案して、前述の重ね焼入れと同様に両端面部を高周波加熱するときには加熱深さが深くなるようにその温度勾配を緩やかにして焼入れるものとするのが好ましい。

前記両端面部が高周波焼入れ法で硬化された履帯ブッシュにおいて、１個以上の履帯ブッシュ素材が、Ａ１もしくはＡ３変態温度以上の温度に加熱された後、（１）高周波加熱を止めて、内周面もしくは外周面のどちらか一方からの冷却を先行して実施した後に、それらの反対面（外周面もしくは内周面）からの冷却を施す一連の焼入れ作業、もしくは（２）履帯ブッシュ外周面からの前記高周波全体加熱後、高周波加熱を継続しながら内周面からの冷却を先行実施した後に、外周面の加熱を止めて外周面からの冷却を施す一連の焼入れ作業、もしくは（３）履帯ブッシュ内周面からの前記高周波全体加熱後、高周波加熱を継続しながら外周面からの冷却を先行実施した後に、内周面の加熱を止めて外周面からの冷却を施す一連の焼入れ作業のいずれかの焼入れ作業を施されることによって、その外周面と内周面に焼入れ硬化層が形成され、その両焼入れ硬化層間にフェライト、パーライト、ベイナイトおよびマルテンサイトのうちの１種以上の組織またはそれらの組織中に粒状セメンタイトが分散してなる軟質な未焼入れ層が両端面部につながっていることを特徴とする履帯ブッシュが好ましい。

この高周波焼入れ方法においては、特開２００１−２４０９１４号公報に開示されているように、複数個の履帯ブッシュを端面部で積み重ねて焼入れすることができ、また小径な履帯ブッシュにおいても内周面を層流冷却媒体で冷却することによって均一な冷却が可能なことから、極めて生産性良く、安価に製造できるので好ましい。

さらに、両端面部が未焼入れ層からなる履帯ブッシュを複数個同時に生産する方法としては、重ねる履帯ブッシュ間に適切な治具を挟み、端面部が加熱されにくくすることおよび／または端面部が冷却されるようにすることによって前述の方法が適用できるが、全体加熱するための渦巻き型または円筒型高周波誘電子の形状を調整することによって、重なる履帯ブッシュ端面部近傍が加熱されにくくし、端面部に未焼入れ層を残した履帯ブッシュを複数個同時に生産するのが極めて好ましい方法である。

なお、前記一連の焼入れ作業のいずれかにおいて、（１）その作業途中で内周面側および／または外周面側の冷却を一時止めるかもしくは止めて、履帯ブッシュ内に残る残熱で内周面側硬化層を焼戻す一連の焼入れ作業、もしくは（２）外周面側もしくは内周面側からの高周波加熱により、少なくとも、内周面焼入れ硬化層を焼戻したことを特徴とする履帯ブッシュは、別工程での焼戻し処理を省略することができること、さらに、その硬さをＨＲＣ３０〜４５に調整することによって高靭性な履帯ブッシュとなるので好ましい。

なお、未焼入れ層を両端面部に残した前記履帯ブッシュの両端面部を高周波焼入れする方法は、端面部の高周波加熱による焼割れの危険がないことから、極めて生産性が良く実施されるが、使用する高周波加熱源としては３０ｋＨｚ以上であるのが好ましい。

例えば、後述するように４０ｋＨｚの高周波電源を用い、端面部からの高周波加熱焼入れを実施した例からも明らかなように、１５０ｋＷｈ，５秒以内で、端面から４ｍｍまで深く焼入れ硬化されるので、熱処理時間が極めて短時間で済む端面高周波焼入れ法が好ましい。また、履帯ブッシュを履帯リンクに圧入されるための履帯ブッシュ外周面取り位置（「圧入開始部」という。）に硬化層の重なる部位の軟質層が存在する場合には、その軟質層硬さがＨＲＣ４０以上でないと圧入時のかじりによる不具合を発生しやすくするために、その軟質層硬さがＨＲＣ４０未満、より好ましくはＨＲＣ４５以下の場合には前記圧入開始部を避けて形成されるものとした。

なお、前記圧入開始部位置より端面から浅く高周波焼入れする場合には、高周波電源の周波数をより高めることや水中にブッシュを浸漬しながら端面を高周波焼入れする（「水中高周波焼入れ法」）ことが好ましい。

また、前記端面を高周波焼入れする前処理として、少なくとも１５０℃、好ましくは２００℃以上の温度で焼戻し処理を施すことによって、内周面硬化層の靭性の回復を図っておくことがより好ましい（第２発明）。

さらに、端面部焼入れ硬化層深さが０．５ｍｍ以上で、好ましくは１〜３ｍｍで、この硬化層を焼入れ状態のより硬質な状態で使用することによって、端面部の耐摩耗性をより改善することが好ましいが、端面部高周波焼入れ後に適切な焼戻し処理を施して使用することもできる（第３発明）。

前記端面部近傍の外周面および内周面にできる軟質層や未焼入れ層部にはいずれにしても引張残留応力が発生するので、本発明では、履帯ブッシュ両端面の高周波焼入れ硬化層に接して形成される前記マルテンサイトの焼戻し軟質層または未焼入れ層が繋がる外周面および外周面と内周面とにショットピーニングなどの機械的圧縮加工を施して、圧縮残留応力を発生させるようにして、耐遅れ破壊性の改善を図ることが好ましい（第４発明）。

また、前記履帯ブッシュ形状においても、両端面付近の外周面面取り位置が内周面面取り位置より履帯ブッシュ中心位置に近い場合においては、履帯ピンにかかる偏荷重や曲げ荷重によって端面面取り部に大きな曲げ荷重を発生させ、端面部近傍を破損する危険性が高いので、内周面側の面取り開始点が外周面面取り開始点以上に履帯ブッシュ中心位置にあるようにするのが好ましい（第５発明）。

また、前記履帯ブッシュの両端面を追加焼入れ硬化する場合には、内周面硬化層、外周面硬化層、端面硬化層との間に軟化層が存在するので、この部位に過負荷応力が作用することを避けることが好ましいので、前記履帯ブッシュの両端面部近傍の形状において、内周面側面取り部を外周面面取り部より大きくし、偏荷重による履帯ブッシュ端面コーナー部に大きな曲げ応力が発生することを防止するのが好ましい。なお、この結果は、履帯ピンとのかじりに対しても有効と考えられる。

さらに、内周面硬化層、外周面硬化層、端面硬化層との間に軟化層が存在する場合には、引張残留応力が発生しやすいので、少なくとも、履帯ブッシュ両端面近傍の内、外周面、端面部をショットピーニングすることによって大きな圧縮残留応力を付加し、強度の向上を図るのが好ましい（第６発明）。なお、ショットピーニングを内周面に施すことは、履帯ブッシュの画期的な強度向上と履帯ピンとの耐焼き付き性を向上させる手段として極めて有効である。

なお、前記両端面を追加焼入れ硬化した履帯ブッシュにおいても、前述のようにその内周面、外周面に燐酸塩皮膜などの化成処理もしくはメッキ処理を施すのが好ましい（第７発明）。

次に、履帯ブッシュの製造方法は、
少なくとも炭素が０．３５〜１．２重量％の範囲で含有される炭素鋼および／または低合金鋼からなり、外周面および内周面から肉厚中心部に向かって高周波焼入れ硬化した後、その肉厚中心部付近に形成される未硬化層が両端面部に繋がっている履帯ブッシュの両端面部を内周面硬化層および外周面硬化層と重なるように高周波焼入れ法で硬化し、または、端面近傍の内周面および外周面に未硬化層を残すように、内周面および外周面から肉厚中心部に向かって高周波焼入れ法で硬化した後、内周面硬化層および外周面硬化層と重ならないように端面部を高周波焼入れ法で硬化し、端面部を高周波焼入れする際、端面部近傍の内周面および／または外周面に形成されるマルテンサイトの焼戻し軟質層または未焼入れ軟質層が、履帯ブッシュを履帯リンクに圧入する際の履帯ブッシュ外周面の圧入開始部を避けて形成されるとともに、前記高周波焼入れ法で硬化した端面部硬化層の硬化深さが前記圧入開始部より深くなるように端面部を焼入れ硬化することを特徴とするものである。このように乾式用履帯ブッシュの両端面を追加的に焼入れ硬化して、オイル封入式履帯ブッシュに利用できれば、生産設備の共通化が図れるとともに生産性を画期的に向上させることができる。

本発明において、前記外周面および内周面を高周波焼入れする際に、後の端面部の高周波焼入れ硬化層と重ならないように、未焼入れ層を残して焼入れした場合には、端面部の高周波による予備加熱を必要とせず、良い生産性を高めることができる。また、端面高周波焼入れ前段階において少なくとも１５０℃以上の温度での焼戻し処理が施され、端面部焼入れ硬化層を焼戻さないでより高硬度で、耐摩耗性に優れた状態で製造することが好ましい。

前述のように軟質層が履帯ブッシュ端面部に繋がるような履帯ブッシュの製造方法は、内周面、外周面をそれぞれ高周波焼入れすることによって製造されるが、小径な履帯ブッシュにおいては内周面を高周波焼入れすることが困難であり、また、内周面と外周面を個別に高周波焼入れすることはコスト高であるという難点がある。そこで、前記製造方法において、前記両端面部の焼入れに供する履帯ブッシュにおいては、１個以上の履帯ブッシュ素材をその外周面側からの高周波加熱によって、少なくともその履帯ブッシュ素材の内周面温度を焼入れ硬化可能な温度に加熱した後、（１）高周波加熱を止めて内周面からの冷却を先行して実施した後に、外周面からの冷却を施す一連の焼入れ作業、もしくは（２）高周波加熱を継続しながら内周面からの冷却を先行実施した後に、外周加熱を止めて外周面からの冷却を施す一連の焼入れ作業、もしくは（３）前記（１）、（２）の焼入れ作業において、その作業途中で内周面側の冷却を止めて、履帯ブッシュ内に残る残熱で内周面側硬化層を焼戻す一連の焼入れ作業のいずれかの焼入れ作業によって、外周面および内周面から肉厚中心部に向かって焼入れ硬化層を形成するか、または、内周面部にＨＲＣ４５未満の焼戻し層を形成し、内周面および外周面間に軟質な未焼入れ層が残されてなり、両焼入れ層間の軟質組織が焼入れ温度からの冷却過程で析出するフェライト、パーライト、ベイナイトおよびマルテンサイトのうちの１種以上の組織またはそれらの組織中に粒状セメンタイトが分散されてなる組織からなるものとするのが好ましい。

特に、複数個の履帯ブッシュを同時に焼入れる場合には履帯ブッシュを端面部で接触させて重ねて焼入れすることが可能であり、端面部においては肉厚中心部の軟化層が繋がり、オイルシール性が確保できないが、多数個同時に熱処理が可能で、画期的に生産性が高まるので、極めて低コストで乾式履帯ブッシュを生産することができる。

また、多数個を同時に焼入れる場合には、内周面冷却は特開２００１−２４０９１４号公報に記載された層流焼入れ方法を適用することが好ましい。また、前述の両端面部に未焼入れ硬化層を残した履帯ブッシュを生産する場合には、
（i）全体加熱用の高周波コイル形状が履帯ブッシュ端面部近傍の加熱速度を遅くするようにする、（ii）履帯ブッシュ端面部に熱伝導性の良い材料からなる治具を配置して加熱される速度を遅らせる、等の手段を講じるのが好ましい。

前記履帯ブッシュの両端面部焼入れ方法としては、３ｋＨＺ以上の高周波加熱源を用いた高周波焼入れ方法を用いるのが好ましく、履帯ブッシュは履帯リンクに圧入する際の履帯ブッシュ圧入開始部がＨＲＣ４５以下に焼戻ることを防止することによって、圧入不具合が防止される。また、ＨＲＣ４５以下の軟化層が発生する場合には、圧入開始部を避け、より端面側もしくはより中心側に深くすることによって圧入不具合が防止される。また、圧入開始部位置より端面側に浅く高周波焼入れする場合には、高周波電源の周波数をより高めることや水中に履帯ブッシュを浸漬しながら端面部を高周波焼入れすることが好ましい。

また、前記履帯ブッシュの両端面部に高周波焼入れを実施する焼割れ防止の前処理として、１５０℃以上、好ましくは２００℃以上の焼戻し処理を施すことが好ましい。

また、前記履帯ブッシュの両端面を追加焼入れ硬化する場合には、内周面硬化層、外周面硬化層、端面硬化層との間に軟化層が存在するので、この部位に過負荷な応力が作用することを避ける必要が好ましいので、前記履帯ブッシュの両端面部近傍の形状において、内周面側面取り位置が外周面面取り位置より大きくし、偏荷重による履帯ブッシュ端面コーナー部に大きな曲げ応力が発生するのを防止するのが良い。なお、この結果は、履帯ピンとのかじりに対しても有効であると考えられる。

さらに、内周面硬化層、外周面硬化層、端面硬化層との間に軟化層が存在する場合には、引張残留応力が発生しやすいので、履帯ブッシュ両端面の高周波焼入れ硬化層に接して形成される前記マルテンサイトの焼戻し軟質層または未焼入れ層が繋がる外周面位置および内周面位置にショットピーニングを施すのが好ましく、これによって大きな圧縮残留応力を付加し、強度の向上を図ることが可能となる。なお、ショットピーニングを内周面に施すことは、履帯ブッシュの画期的な強度向上と履帯ピンとの耐焼き付き性を向上させる手段として極めて有効である。

また、前記両端面を追加焼入れ硬化した履帯ブッシュにおいても、前述のようにその内周面、外周面に燐酸塩皮膜などの化成処理もしくはメッキ処理が施されるのが好ましい。

次に、本発明による履帯ブッシュの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、外径６０ｍｍ、内径４０ｍｍ、肉厚１０ｍｍの履帯ブッシュを、８５０℃に加熱し、内周面と外周面から同時に強水冷したときの外周表面（Ａ位置）、外周表面から２ｍｍ深さ位置（Ｂ位置）および肉厚中心（Ｃ位置）における温度と冷却時間との関係を示したものである。
また、同図中の太い破線でＳ４５Ｃ相当材の連続冷却変態図におけるパーライト析出開始線（Ｃカーブ）の範囲をα、βの各Ｃカーブで示したものであるが、それらのカーブは、肉厚１０．４ｍｍの履帯ブッシュを８５０℃から内外周面同時焼入れた場合の外周面焼入れ硬化層深さに基づいて推定したものであり、αＣカーブは焼入性の低い鋼（ＤＩ＝０．５１５ｉｎ、０．４７Ｃ−０．３４Ｍｎ）の外周面焼入れ硬化層深さが約２．２ｍｍで、肉厚中心硬さがＨｖ＝３１０であったことに基づいて、ほぼＢ位置での冷却線と交わるように記載され、さらに、βＣカーブは、ＤＩ＝０．７２ｉｎ、０．５３Ｃ−０．４８Ｍｎ炭素鋼を用いた場合のもので、その外周面硬化層硬さがＨｖ＝７６０であるが、肉厚中心硬さがＨｖ＝５１０とスルーハード化されていることから、ほぼＣ位置での冷却線と交わるように記載されるが、肉厚内部に未焼入れ層の形成がわずかなＤＩ値の差で決まることがわかる。

図２は、０．４〜０．６重量％炭素を含有した各種炭素鋼のＤＩ値とスルーハード化する履帯ブッシュ肉厚の関係を実験的に求めたものであり、その関係は、ほぼＤＩ（ｉｎｃｈ）≦１．７５×肉厚（ｉｎｃｈ）（図２中の直線関係）で与えられることがわかった。またさらに、入手性の良いＳ４５Ｃ相当材のＤＩ値バラツキ範囲を図２中の破線で示したが、例えばＰＣ６０（肉厚８．２５ｍｍ）で０．５６ｉｎｃｈ、ＰＣ２００（１０．４ｍｍ）で０．７１ｉｎｃｈ以下の焼入性を持つように鋼材成分範囲が厳重に狭く管理することが必要とされ、その鋼材の入手性がきわめて難しく、単純な内外周面同時焼入れ方法によって、中小型履帯ブッシュの肉厚内部に軟質な未焼入れ層を形成させる製造方法が極めて難しいことがわかる。

また、図２の破線で示した鋼を使って必ずスルーハード化しない肉厚１７ｍｍ以上の大型履帯ブッシュを製造する場合には、平均的なＤＩ値（０．９６ｉｎｃｈ）が低いために、外周面焼入れ硬化層深さが３．４ｍｍ程度に浅くなり（肉厚の約２０％）、その履帯ブッシュの摩耗寿命が十分に改善できない問題が起こることは明らかである。

前記の観点から、本発明では各種の熱処理方法を駆使して、履帯ブッシュ肉厚内部の冷却速度を遅らせることによって、より高いＤＩ値の鋼材を使った履帯ブッシュ肉厚内部においてもパーライト変態を促進させようとするものである。

図３は、図１と同じ履帯ブッシュを８５０℃からの２秒間の内外周面同時冷却後に２秒冷却を中止し、さらにその後内外周面を同時に再冷却した場合の前記Ａ，Ｂ，Ｃ位置での冷却線を示したものであり、Ａ，Ｂ位置での温度は内外周面同時冷却を一時停止する間（２秒）に復温し、中心部のＣ位置では、５５０〜５００℃で２秒間恒温処理されるような冷却挙動を取ることがわかる。

なお、前記ＣＣＴ線図の最短時間でパーライト変態を起こす温度（ノーズ）が５５０℃近傍であり、ＤＩ値の増大に伴ってその鋼のノーズ位置がより長時間側に移動することはよく知られており、例えば図２の直線関係と各種肉厚の肉厚中心部温度が５５０℃になるための冷却時間の関係を求め、前記の２秒間の遅れがＤＩ＝０．７ｉｎｃｈでスルーハード化するものをＤＩ＝１．０５までスルーハード化しないようにすることができること示していることがわかる。

また、図３に示した肉厚中心部の冷却曲線が恒温状態に近い状態にある場合にはＣＣＴ線図での検討よりＴＴＴ線図（恒温変態線図）で議論するほうが適正と考えられるので、図３中に０．５重量％Ｃ−０．９１重量％Ｍｎ炭素鋼のＴＴＴ線図（太破線；５０％パーライト変態線、太実線；１００％パーライト変態線）とマルテンサイト開始温度（Ｍｓ）を示したが、通常、パーライト変態のための駆動力が大きい状態で起こるＴＴＴ線図はＣＣＴ線図よりより短時間側にあることから、肉厚中心部でのパーライト変態が起こりやすくなることは明らかである。

さらに、前記各冷却線との関係から、外周表面層近傍では、一旦マルテンサイト化した後に内周部からの熱拡散による焼戻しが起こり、Ｂ位置では、復温されるがその期間中に軟質組織形成されることはなく、再冷却によって硬化するが、肉厚中心のＣ位置ではパーライト変態が進行し軟質な組織が形成されることがわかる。

図４は前記冷却停止時間を４秒としたときの肉厚中心部（Ｃ位置）での冷却曲線を比べたものであり、前記冷却途中の停止時間をかなり長くできることは、かなり広範囲な焼入性の炭素鋼を使った履帯ブッシュの肉厚内部に軟質な未焼入れ層を形成させることができることは明らかである。

なお、前記の方法は履帯ブッシュ肉厚内部の冷却速度を遅らせるための極めて有効な方法であることがわかるが、例えば、内外周面同時冷却を内外同時に停止するだけでなく、例えば、内周面冷却だけを一時停止するかもしくは再冷却しないで完全に停止することなどによっても、その肉厚内部の冷却速度を遅らせることができることは明らかである。

図５（ａ），（ｂ）は、前記内外周面同時冷却開始後に冷却を一時停止させる等の考え方に従った本実施形態の履帯ブッシュの部分断面図を示したものであり、いずれの履帯ブッシュも全周面が焼入れ硬化されたマルテンサイト組織からなり、その肉厚内部にパーライト組織を含んだ未焼入れ硬化層が形成されているが、さらに図５（ｂ）は、前記方法において内外周面同時冷却後、内周面冷却のみを止めて内部面側のマルテンサイトを内部からの熱拡散によってＨＲＣ４５未満の焼戻しマルテンサイト組織としたものである。

またさらに、履帯ブッシュの肉厚内部の冷却速度を遅らせる方法としては、全体加熱した後に外周面もしくは内周面の一方を所定時間先行冷却し、肉厚中心部を遅く冷却することによってパーライト変態を起こさせ、所定時間後に内外周面を両方冷却する方法が有効であることは明らかである。

図６は、前記と同じ肉厚の履帯ブッシュを８５０℃に加熱した後、内周面から４秒間先行冷却し、その後外周面を冷却した場合の各工程における肉厚断面における各温度分布を示したものであり、同図中の内外周面同時冷却時の温度分布と比較して、肉厚中心部の冷却速度が明らかに遅らされており、図１に併記したＣカーブを参照することによって、履帯ブッシュ肉厚内部に軟質な未焼入れ層を形成させる有効な手段であることは明らかである。

また、図６の場合とは逆に、外周面先行冷却後に内周面を冷却する方法であっても、ほぼ図６と同程度の肉厚中心部の冷却速度を有効に遅らせることができることは明らかである。

より具体的には、肉厚１０．４ｍｍのＰＣ２００の履帯ブッシュにおいては内外周面同時冷却によってスルーハード化する鋼のＤＩ値が０．７２ｉｎｃｈであることを上述したが、内周面のみの冷却によってスルーハード化するＤＩ値が約２倍の１．４５ｉｎｃｈとなることから、この外周面もしくは内周面の一方を所定時間先行冷却する方法に従うと焼入性幅の広い鋼を使っても容易に肉厚内部にパーライト変態層を形成させることができることがわかる。

図７（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、前記外周面もしくは内周面の一方を先行冷却し、所定時間後に全周を冷却する考え方に従った本実施形態の履帯ブッシュの部分断面図を示したものであり、図７（ａ）は内周面と外周面の冷却媒体を仕切る治具を端面部内周面側に押し当て、外周面と端面部が同時に外周面冷却媒体で冷却されるようにしたもので、外周面と端面部を先行冷却するかもしくは内周面を先行冷却し、所定時間後に全周面が冷却されるようにして肉厚内部のパーライト組織を含んでなる軟質層が端面部内周面につながるように製造されるものであり、さらに、図７（ｂ）はその熱処理中の内周面冷却を制御して、内周面に形成された焼入れ硬化層を肉厚中心部の熱拡散によってＨＲＣ４５未満の硬さに焼戻したものである。また、図７（ｃ）は内周面と外周面の冷却媒体を仕切る治具を端面部外周面側に押し当て、内周面と端面部が同時に外周面冷却媒体で冷却されるようにし、外周面と端面部を先行冷却するかもしくは内周面を先行冷却し、所定時間後に全周面が冷却されるようにして肉厚内部のパーライト組織を含んでなる軟質層が端面部外周面につながるように製造されるものである。

さらにまた、履帯ブッシュを全体加熱した後に、内周面もしくは外周面の一方から先行冷却する際に、その冷却面の反対面から誘導加熱を施すことによって肉厚に極めて大きな温度勾配を形成させ、かつ、肉厚芯部の冷却速度を最も遅らせることができることは明らかであり、肉厚内部にパーライト変態層が形成される所定時間後に誘導加熱を止めて、その加熱面を冷却するこの方法は、誘導加熱による誘導加熱深さや投入電力および先行冷却時間を適正に選定することによって、前記使用する鋼の焼入性に関する制限を大幅に緩和するとともに肉厚内部におけるパーライト変態層形成位置とその幅を任意に調整できる特徴を有することがわかる。

図８は前記の関係を図示したものであり、履帯ブッシュを全体加熱した後に内周面を先行冷却する状態においては図中の線で示すような温度勾配を形成するが、その先行冷却中に外周面からの誘導加熱を施した場合には、図中の矢印で示すような更なる急激な温度勾配が形成され、５５０℃近傍にある肉厚内部位置で前述のＴＴＴ変態図やＣＣＴ変態図に記載されるパーライト変態が優先しておこること、さらに、肉厚中心部近傍まで焼入れ可能な温度以上に外周面から加熱し、その誘導加熱を止めて外周面冷却を実施することによって、深い外周面焼入れ硬化層形成することができることは明らかであり、摩耗寿命の改善に適した履帯ブッシュを製造するのに好ましい方法であることがわかる。

さらにまた、前記内周面の先行冷却を外周面からの誘導加熱中もしくは誘導加熱を止めて外周面冷却中に一時停止するかもしくはそのまま完全停止することによって外周面側からの熱拡散や外周面からの誘導加熱による熱拡散で内周面のマルテンサイト組織が焼戻されることは明らかである。

前記外周面からの誘導加熱方法とは逆の内周面からの誘導加熱方法をとる場合においても、外周面先行冷却中の内周面誘導加熱が内周面側により集中されるようにすることで、外周面硬化層深さをより深くし、内周面焼入れ硬化層を浅くすることができることも明らかである。

図９（ａ），（ｂ）は、上述の外周面もしくは内周面からの誘導加熱を施しながらその反対面から先行冷却する考え方にしたがった本実施形態の履帯ブッシュの部分断面図を示したものであり、履帯ブッシュの摩耗寿命を改善するために、外周面側焼入れ硬化層をより深くするとともに、図９（ｂ）では、内周面焼入れ硬化層を高靭性な焼戻しマルテンサイト組織としたものである。また、肉厚内部のパーライト組織を含む軟質層は、前記の図７に示すように、内周面と外周面の冷却媒体を仕切る治具を押し当てる位置と内周面と外周面のどちらを誘導加熱するのかによって外周面，内周面もしくは端面部につながるように調整されることは明らかである。

図１０は、外径７０ｍｍ、内径４５．２ｍｍ、肉厚さ１２．４ｍｍの履帯ブッシュを、３ｋＨｚ、２００ｋＷの電源を用いて、多段階に電力調整しながら９６０℃に全体加熱したときの外周面、肉厚中心部および内周面での誘導加熱状況を示している。

この図１０から明らかなように、内周面温度は加熱開始から約１２秒でほぼＡ１温度（７２０℃）に達するが、その時の肉厚中心部ではほぼ外周面温度とほぼ同じ９３０〜９４０℃に加熱されており、この状態で焼入れた履帯ブッシュは外周面硬化層として肉厚さの１／２以上が得られることは明らかである。また、内周面昇温曲線を参考にすれば、内周面硬さが軟化し過ぎないタイミングでの内周面冷却が可能であり、さらに、あらかじめ内周面を焼入れ硬化ものや、あるいは油焼入れなどによって肉厚全体を硬化させた履帯ブッシュを素材として外周面からの高周波加熱を実施することによって、内周面に焼戻しされた硬化層を残しながら肉厚中心部に軟質層を形成し、かつ、端面硬化層が肉厚さを１／２以上に形成し、且つ肉厚さ中心部の軟化層が端面部近傍の内周面側に繋げることができるのは明らかである。この製造方法は、内径面が小径で、内周面を高周波焼入れしにくい小径な履帯ブッシュの製造方法として極めて有効であり、内周面が高温短時間の焼戻し処理をかね、別工程での焼戻し処理を必要としない低コストな製造方法である。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、上述の考えに従った本実施形態の履帯ブッシュの部分断面図を示すものであり、図１２はそのときの履帯ブッシュ肉厚断面における硬さ分布を示したものである。ここで、図１１（ａ）（ｂ）は、履帯ブッシュ素材を一旦焼入れし、その肉厚全体を焼入れ硬化させた後（図１２（ａ）中（ａ）、（ｂ）線）に、外周面から高周波焼入れすることによって、肉厚芯部にＨＲＣ４５未満の軟質な焼戻しマルテンサイト組織の軟質層１（図１２（ｂ）中の（ａ）線）、または、その軟質層１と外周面焼入れ硬化層２との境近傍にパーライトを含む軟質層３（図１２（ｂ）中の（ｂ）線）が形成され、それらの軟質層１，３が端面部焼入れ硬化層４を避けて、端面部近傍の内周面に繋がって形成されるオイル封入式履帯ブッシュ５の部分断面図である。また、図１１（ｃ）、（ｂ）は履帯ブッシュ素材の少なくとも内周面を焼入れし、パーライト組織を含んだその肉厚芯部に向かって内周面に焼入れ硬化層を形成した（図１２（ａ）中（ｂ）、（ｃ）線）後、前記と同様に外周面からの高周波焼入れを施したオイル封入式履帯ブッシュ５の部分断面図である（図１２（ｂ）中の（ｂ）、（ｃ）線）。なお、図１１中、符号６は内周面部の焼戻しマルテンサイト硬化層、符号７はＨＲＣ４５未満のフェライト＋パーライト未焼入れ硬化層である。

前記肉厚全体を焼入れ硬化するための鋼材はより焼入れ性の高い高価なものを使用することになるのに対して、少なくとも内周面が焼入れ硬化される鋼材は焼入れ性を低く抑えることができるので、より安価な鋼材（例えば０．３〜１．５重量％Ｃ、〜１．５重量％Ｍｎ、〜０．５重量％Ｃｒ、Ｂの２種以上の合金元素を含有する中、高炭素鋼）が利用できる特徴がある。

また、本実施形態では外周面から高周波加熱中に内周面の焼入れ硬化層が、外周面からの熱拡散によって焼戻されるため、履帯ブッシュの靭性回復のために従来から実施されている焼戻し工程を廃止することができ、さらに、その結果としてより耐摩耗を必要とする外周面と端面部の焼入れ硬化層をより高硬度な状態で使用できることは極めて有効である。

さらに、通常、履帯ブッシュは外周面からの摩耗深さが肉厚の１／２に至る時点で履帯ブッシュ寿命として交換することが実施されているために、履帯ブッシュの外周面硬化層を肉厚の４０〜７０％まで深くすることが摩耗寿命を延ばす方策としてより有効であり、本実施形態では、外周面からの高周波加熱を施し始める際から、または、途中から内周面を各種の方法で冷却することによって、内周面の焼入れ硬化層が軟質に焼戻しされ過ぎないようにしながら外周面からの深い高周波焼入れができるようにした。

外周面からの高周波加熱方法としては、図１３（ａ）に示されるように端面部、外周面が効率的に加熱されるような鞍型コイル８を用いて高周波焼入れする方法も有効であるが、図１３（ｃ）に示されるように端面部が効率的に加熱されるようにした渦巻きコイル状の誘電子９を用いる方法が加熱大電力の投入の観点から有効である。ここで、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＡ矢視図である。

使用する高周波加熱用の周波数は履帯ブッシュの肉厚によって最適化されるものであるが、設備の共有性を考慮した場合には、１〜２０ｋＨｚ程度の高周波電源を用いることが好ましく、履帯ブッシュ５を回転させながら、外周面からの高周波加熱が均質化されるように実施し、所定時間後に外周からの高周波加熱を止めて、外周面から水スプレーなどによって冷却して焼入れる操業を行うのが良い。更に内周面焼入れ硬化層の硬さをＨＲＣ４５以上に確保しながら、より深い外周面硬化層を得る場合には、前述したように内周面からの冷却を実施することが必要であり、内周面温度が５００℃以上に過熱されないように制御することが必要である。

また、この場合においては、内周面温度を内周面冷却によって適切にコントロールすることによって、外周面側からの高周波加熱による内周面焼入れ硬化層の硬さが調整できることが大きな製造方法の特徴となり、例えば、内周面焼入れ硬化層をＨＲＣ４５未満に制御することによって内周面焼入れ硬化層をセメンタイト粒が分散したマルテンサイト組織に改質することができ、より衝撃的荷重に耐える、高靭性の、オイル封入式履帯ブッシュを製造することができる。

図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は前述の内周面冷却方法を示したものである。図１４（ａ）は、履帯ブッシュ５両端面部に、内周冷却媒体が外周面側に漏れないようにする仕切り治具１０，１１を配し、さらに、水、水溶性焼入れ液等の冷却媒体導入管１２を履帯ブッシュ５内周面に配して、この冷却媒体導入管１２内を流れる冷却媒体の方向を変えて、その冷却媒体導入管１２外周面と履帯ブッシュ５内周面で構成される隙間に、履帯ブッシュ５軸方向に冷却媒体を流す層流冷却方法で内周面の冷却を制御する方法を示すものである。この層流冷却方法は１秒以内での冷媒の流れをＯＮ−ＯＦＦできるために、より正確な内周面冷却が可能であるので好ましい方法である。

また、図１４（ｂ）は、冷却媒体導入管１２として、ノズルタイプのものを使用する例であり、水以外にも空気、噴霧などの冷却媒体を使用するのに好ましいものである。図１４（ｃ）は、履帯ブッシュ５端面近傍を避けた内周面を熱伝導性の良い金属材料性の内径コレットチャック１３によって保持し、外周面からの高周波加熱による内周面の温度上昇を抑制する方法である。なお、この内径コレットチャック１３から空気を吹き付けることや水などを沁みださせる等によってその内径コレットチャック１３に冷却機能を持たせるのが好ましい。

また、この図１４中に示した仕切り治具１０，１１のように、仕切り治具を履帯ブッシュ端面近傍内周面を覆うような形状とすることによって、前述の内周面冷却による履帯ブッシュ端面部の内周面側からの冷却が遅れ、端面部のより安定した焼入れ硬化層が得られるので、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれの方法においても、この仕切り治具を適用することが好ましい。なお、図１４（ｄ）は内周面に冷しがね（または水冷された冷しがね）１４を配したものであって、最も内周面冷却効果の少ない方法である。

図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、前述のコレットチャック方式の他の例を示したものである。（ｂ）は履帯ブッシュ端面部近傍の内周面部を断熱するように内径コレットチャック１３に断熱材１５を配したものである。こうすることで、端面部の焼入れ硬化層がより短時間の外周面からの加熱によって形成され易くなり、熱処理サイクルを短縮させるのに好ましい方法である。また、（ｃ）はコレットチャック１３中心部に空気、噴霧等冷却媒体が噴出せる冷却ノズル１６を設けたものである。

図１６（ａ）、（ｂ）は、外周面からの移動式高周波焼入れ法による履帯ブッシュの外周面焼入れ硬化層および端面部焼入れ硬化層を形成させる製造方法を示したものである。図１６（ａ）は前述の履帯ブッシュ５を連続的に矢印Ｂ方向に押し込みながら高周波加熱コイル９で加熱して、外周面冷却ノズル１７から水もしくは水溶性焼入れ液、噴霧等の冷却媒体を吹き付けて焼入れ硬化する方法を示したものである。この際には、端面部近傍での履帯ブッシュ送りの速度Ｖ１を中央付近での送り速度Ｖ２より遅くすることによって、端面部近傍が十分に加熱され、それに続く冷却によって端面部での焼入れ硬化層が幅広く形成される。また、内周面硬さをＨＲＣ４５以上に確保しながら、深い外周面焼入れ硬化層を形成するには、図１６（ｂ）に示されるように履帯ブッシュ５内周面を内周面冷却ノズル１７Ａにて前述とほぼ同じ原理で、水、水溶性焼入れ液、空気、噴霧の吹き付け等で適切に冷却しながら、外周面からの深い高周波加熱とそれに続く冷却を実施すると良い。なお、図１６において、符号１８にて示されるのは、隣接する履帯ブッシュ５，５間の隙間に介挿される隙間治具である。

なお、設備上の便利さからすれば、必ずしも履帯ブッシュ５を移動させることは無く、高周波加熱コイル９と冷却ノズル１７，１７Ａを移動させても良い。また、履帯ブッシュ５を必ずしも連続的に送る必要もない。さらに、図１６に示されるような横型でなく、縦型で移動焼入れすることも可能であり、例えば、図１７に示されるように、図１４，１５に示されるような各種内周面冷却方法を併用しながら外周面からの高周波焼入れを実施することもできる。

本実施形態において、肉厚全体を焼入れ硬化した履帯ブッシュを外周面から急速加熱しすぎた場合には、いわゆる重ね焼入れによる焼割れが発生する危険があるので、外周面からの高周波加熱初期の昇温速度をやや遅くすることが好ましく、このような加熱速度調整ができる全体高周波加熱方法が移動式高周波加熱法より好ましい。さらに、前述の内周面焼入れ硬化した履帯ブッシュでは外周面からの急速加熱によっても焼割れを発生する危険性が無いので、より好ましい。

さらに、外周面からの全体高周波加熱による履帯ブッシュの昇温曲線（図１０）を参考にすると、内周面温度が焼入れ硬化処理が可能になる８００℃以上に加熱される状態で、外周面からの高周波加熱を止めるか、または、その加熱を継続しながら、内周面のみを強烈に先行冷却し、先行冷却中に一旦焼入れマルテンサイト層を形成した後に（所定時間後に）内周面冷却を止め、外周面からの熱拡散による内周面焼入れ硬化層をＨＲＣ４５未満になるように焼戻しながら、外周面からの高周波加熱を止めて外周面からの冷却を実施する方法が強靭な履帯ブッシュの製造方法として適していることが分かる。

図１８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、この製造方法によって製造される履帯ブッシュの部分断面図を示したものである。この方法によれば、前述の履帯ブッシュ肉厚全体を焼入れ硬化したり、履帯ブッシュの内周面を焼入れ硬化させておく熱処理を必要としないことから極めて安価な製造方法となることは明らかである。さらに、ＨＲＣ４５未満のセメンタイト粒が分散した焼戻しマルテンサイト組織層１９は、Ｕノッチシャルピー衝撃値が確実に５ｋｇ−ｍ／ｃｍ^２以上になるように設定されているが、その焼戻し温度４００℃以上の温度で短時間焼き戻されている状態が好ましい。なお、図１８（ａ）（ｂ）において、符号２０にて示されるのは、冷却途中で析出するフェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの１種以上が焼戻された組織層である。

本発明者らは、ほぼ同じ手法で、内周面をＨＲＣ４５以上の硬さの焼入れマルテンサイト組織の硬化層とする技術を先願として提案したが、この先願においては、より硬質な焼入れマルテンサイト組織を得るために、内周面先行冷却をし続けるために、仕切り治具との履帯ブッシュの接触部が変態途中に変形し、この部位からの内周面冷却媒体が漏れやすくなり、その端面部での焼きむらが発生しやすい問題があった。これに対して、本実施形態では、仕切り治具が接触する履帯ブッシュ両端面部近傍の面取り形状を外周面の面取り形状より大きくすること、および／または、より高靭性のＨＲＣ４５未満の焼戻しマルテンサイトを形成させるために内周面先行冷却を途中で一旦止めることによって、仕切り治具からの冷却媒体の漏れによる焼きむらに対する防止を図ったものであり、一連の焼入れ操作で内、外周面の熱処理が完了する経済効果は大きい。さらに、その履帯ブッシュ肉厚中心部では再加熱再焼入れによる顕著な結晶粒の微細化（ＡＳＴＭ粒度番号で９〜１３番）が図られ、履帯ブッシュの強度向上に寄与することは明らかである（図１８参照）。

なお、外周面の焼入れ硬化層と繋がって端面部が焼入れ硬化される外周面高周波焼入れ方法については前述の通りである。本実施形態では、この外周面高周波焼入れ方法を適用し、その焼入れ硬化層２，４を除く部位がＨＲＣ４５未満の高靭性の軟質層２１からなるオイル封入式履帯ブッシュを得たものである。図１９（ａ）〜（ｅ）には、このオイル封入式履帯ブッシュの組織構成図が示されている。なお、ＨＲＣ４５未満の軟質層２１を形成する方法としては、外周面高周波焼入れ前に、素材調質（焼入れ焼戻し）等によって硬さ、組織を調整しておく方法もあるが、前述の製造方法によって調整するのがコスト的より好ましい方法である。

さらに、履帯ブッシュ内周面に嵌る履帯ピンとの摺動によって焼付き現象が発生したり、耐摩耗性を必要とする場合や砂地などを長距離、高速走行するために、より確実な履帯ブッシュの疲労強度を高める必要がある場合には、図１９に示した履帯ブッシュの内周面に図２０（ａ）〜（ｅ）に示されるように、肉厚の５〜１５％に相当する薄い高周波焼入れ硬化層２２を形成し、内周面に３０ｋｇ／ｍｍ^２以上の圧縮残留応力を形成することが好ましい。

また、内周面の高周波加熱による熱拡散によって外周面硬化層の硬さが減少し、焼入れ硬化深さが浅くなることは避けねばならないので、好ましくは２０ｋＨｚ以上の高周波電源を使うとともに、外周面を冷却しながら内周面高周波焼入れを実施することが好ましい。

図２１（ａ）〜（ｅ）には、油圧ショベルなどに使用されているオイル封入性を必要としない乾式履帯の履帯ブッシュが示されている。図示のように、この乾式履帯ブッシュにおいては、外周面硬化層２３と内周面硬化層２４との間に形成された肉厚中心部の軟質層２５が両端面に繋がっている。なお、図２１において、記号Ｐは外周面圧入開始点を示し、記号Ｑは内周面面取り開始点を示している。

ところで、前記履帯ブッシュの製造方法としては各種の方法が提案されているが、図２２に示されているように、本発明者らが先願（特開２００１−２４０９１４号公報）において提案した層流焼入れ方法により、複数個の履帯ブッシュ５の内外周面に同時に硬化層を形成させ、両硬化層間に軟質層を設けた履帯ブッシュを製造する方法を用いることができる。なお、図２２において、１個以上の履帯ブッシュ端面部に未焼入れ層を形成させる場合においては、全体加熱する際に、端面部の加熱が遅れるように高周波加熱コイル（渦巻きコイル）９の間隔を調整するのが好ましい。

図２３（ａ）〜（ｆ）には、履帯ブッシュ端面を別途硬化させることによる、生産性の良い端面を硬化したオイル封入式履帯ブッシュの製造方法が示されている。

図２３（ａ）〜（ｆ）において、端面部に符号２６にて示される部位は追加的に高周波焼入れした硬化層である。通常、この硬化層２６はオイルシールが摺動し、外系からの土砂進入を防止する機能をも果たすために、より高い硬度が要求され、少なくとも０．５ｍｍ以上の硬化深さが要求されているが、より長時間の使用を考慮した場合には、１ｍｍ以上の硬化深さが必要である。とりわけ、図２３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示される履帯ブッシュにおいては、端面硬化層２６と外周面硬化層２３、内周面硬化層２４が重なって焼入れされるために、その重なり部分には軟質な粒状セメンタイトが分散した焼戻しマルテンサイト層２７が形成され、焼入れ硬化層２６との境部においてはＨＲＣ４０未満の一部フェライト、パーライト組織が形成される。このＨＲＣ４０未満の軟質部位が、履帯ブッシュが履帯リンクに圧入される時の外周部の圧入開始点Ｐに存在する場合には、かじりによる圧入不具合を発生するために、圧入開始点Ｐの硬さをＨＲＣ４０以上、好ましくはＨＲＣ４５以上にするように、端面部焼入れ硬化深さをより浅くするか、または図２３（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）に示されるように圧入開始点Ｐよりもより深く焼入れることが好ましい。なお、前記端面部焼入れ層２６を浅くしたり、またその熱影響部を浅くする場合には、高周波加熱電源は４０ｋＨｚ以上に高くしたり、加熱焼入れ部以外を冷却しながら高周波焼入れすることが好ましい。

また、端面部の高周波焼入れによる焼割れが起こりやすい低合金鋼（ＳＭｎ、ＳＣｒ、ＳＣｒＢ、ＳＣＭ、ＳＮＣＭ系鋼材）や、より高炭素の鋼（０．５５重量％以上）からなる履帯ブッシュでは、この端面部の焼割れを防止するために、端面部から高周波加熱する場合には、端面部高周波加熱初期における急速加熱を避け、十分な高周波により余熱を実施しながら、本加熱で急速加熱焼入れを実施することや、端面部の内周面、外周面が焼入れ硬化されていない履帯ブッシュを図２３（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）のように端面焼き入硬化させることが好ましい。

図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、三段に積み重ねて、全体高周波加熱後に内周面先行冷却、外周面冷却によって製造した履帯ブッシュ（Ｓ４５Ｃ炭素鋼）の両端面部を１５０ｋＷ、４０ｋＨｚ、３，４，５秒の各条件で高周波焼入れしたもののマクロ組織を示したものである。また、図２５は、図２４に示される矢印Ｒ方向および位置での外周面の硬度測定結果を示したものである。端面硬化層のシール面硬さはＨＲＣ６０（ビッカース硬さＨｖ＝７００）と、浸炭焼入れ履帯ブッシュと同程度の硬さが得られていることがわかる。

また、図２５の硬さ分布図から明らかなように、焼入れ硬化層から履帯ブッシュ中央方向に高周波加熱による軟化層が広がっている。この熱影響部を幅狭くするためには、例えば焼入れ硬化層以外の熱影響部を冷却することが好ましく、例えば履帯ブッシュを端面部を残して水浸する焼入れ方法や、水中で端面部を高周波焼入れする方法等を用いることが好ましい。

なお、これらの履帯ブッシュは図２４に示されるように端面部近傍の内周面、外周面に軟化層が繋がるために、この繋ぎ部位に引張残留応力が発生しやすいことが危惧されたので、図２４（ｃ）に示される５秒の高周波焼入れ品の圧入開始点から履帯ブッシュの中央側へ１ｍｍ，３ｍｍ入った位置での残留応力をＸ線法によって調査した。この結果、１ｍｍ位置では軸方向応力＝−５３ｋｇｆ／ｍｍ^２、円周方向応力＝３９ｋｇｆ／ｍｍ^２の残留応力が観察され、最も危惧される焼入れ硬化層に沿った円周状の割れの危険性がないことが明らかになった。さらに、焼入れ処理により残留応力が１５０℃以上の焼戻し処理を施すことによって減少することから、履帯ブッシュの端面高周波焼入れによる焼割れなどの危険が完全に回避されることが明らかである。

また、履帯に係る偏荷重を受けて履帯ピンが撓む時には履帯ブッシュ端面部近傍に偏荷重が作用してもその軟質層に曲げ荷重がかかりやすいため、本実施形態では端面の内周側面取り終点が少なくとも外周面の圧入開始点よりも深い位置にくるようにして、曲げ応力を軽減できる形状とし、さらに、最終熱処理工程の焼戻し処理を廃止して使用する場合には、前記円周方向の残留応力を圧縮残留応力に変える目的から、その端面熱処理部近傍にショットピーニングなどの機械的加工処理を施すようにした。

なお、履帯ブッシュの内周、外周、端面部の一箇所以上の焼入れ硬化層硬さが少なくともＨＲＣ５０以上であることが好ましいことから、履帯ブッシュに供する鋼材の炭素量は０．３０〜１．５重量％であることが好ましい。また、その焼入れ性（ＤＩ値）は特に特定するもので無いが、ＤＩ値＝２．０以下の焼入れ性の低い炭素鋼、炭素ボロン鋼で多く対応できるため、大きな経済効果が期待できる。

さらに、端面部の耐摩耗性をより強化するためには、前記端面部を追加高周波焼入れした焼入れ硬化層は１５０℃未満の焼戻しまたは未焼戻しの状態で使用することが好ましいので、この追加焼入れに供する履帯ブッシュにおいて焼戻し処理などを完了させておくことも好ましい。

８５０℃に全体加熱した後、外周面と内周面を同時に急冷した時の履帯ブッシュの冷却状況と連続冷却変態線を示すグラフ履帯ブッシュが外周面と内周面を同時に急冷された時にスルーハード化するその肉厚とＤＩ値の関係を実験的に求めたもの８５０℃に全体加熱した後、外周面と内周面を同時に２秒間急冷した後、２秒間その冷却を一時停止した後に再冷却した履帯ブッシュの冷却状況とＳ５０Ｃ炭素鋼の恒温変態線を示すグラフ８５０℃に全体加熱した後、外周面と内周面を同時に２秒間急冷した後、４秒間その冷却を一時停止した後に再冷却した履帯ブッシュの冷却状況とＳ５０Ｃ炭素鋼の恒温変態線を示すグラフ履帯ブッシュの外周面と内周面を同時冷却後に、その冷却を一時停止させることによって得られる履帯ブッシュの部分断面図であり、（ｂ）は肉厚内部の熱拡散によって高靭性な焼戻しマルテンサイト組織層としたもの８５０℃に全体加熱した後、内周面のみを４秒間先行して急冷した後、外周面も冷却した履帯ブッシュの冷却状況を示すグラフ内周面もしくは外周面を先行冷却して行う熱処理によって得られる履帯ブッシュの部分断面図であり、（ａ）は冷却媒体の仕切り治具を端面内周部に押し当て、肉厚内部の軟質なパーライト組織層を端面内周面に繋げたものであり、（ｂ）はその内周面を肉厚内部からの熱拡散によって焼戻しマルテンサイト組織層としたものである。また、（ｃ）は冷却媒体の仕切り治具を端面外周部に押し当て、肉厚内部の軟質なパーライト組織層を端面外周面に繋げたもの履帯ブッシュ全体加熱後に、外周面からの高周波加熱実施しながら、内周面を先行冷却した時の肉厚内部における温度分布を示したもの外周面もしくは内周面を高周波加熱しながらその判定面を先行冷却して行う熱処理によって得られる履帯ブッシュの部分断面図であり、（ｂ）は外周面からの高周波加熱熱の拡散によって内周面を高靭性な焼戻しマルテンサイト組織層としたもの外周面からの高周波加熱による履帯ブッシュの昇温状況を示すグラフオイル封入式履帯ブッシュの部分断面図であって、（ａ）（ｂ）は肉厚全体を焼入れ硬化した後、外周面からの高周波焼入れを行ったもの、（ｂ）（ｃ）は内周面を焼入れ硬化した後、外周面からの高周波焼入れを行ったもの肉厚全体を焼入れ硬化および内周面部のみを焼入れ硬化した履帯ブッシュの硬さ分布（ａ）および、更に外周面からの高周波焼入れした履帯ブッシュの肉厚断面における硬さ分布（ｂ）外周面からの全体高周波加熱方法説明図各種内周面冷却方法説明図内径コレットチャックを示す図外周面からの移動式高周波焼入れ方法説明図内周面冷却にコレットチャック冷却を用いた外周面移動高周波焼入れ方法説明図内周面にＨＲＣ４５未満で、高靭性の粒状セメンタイトが分散した焼戻しマルテンサイト組織層を形成した履帯ブッシュの部分断面図外周面硬化層と連続的に繋がる端面部硬化層を持ち、残部位がＨＲＣ４５未満の軟質層からなる履帯ブッシュの部分断面図内周のＨＲＣ４５未満の軟質層に焼入れ硬化層を設けた履帯ブッシュの部分断面図乾式履帯ブッシュの部分断面図多段積み全体高周波加熱焼入れ方法説明図端面を高周波焼入れした履帯ブッシュの部分断面図履帯ブッシュの端面焼入れ硬化のマクロ組織端面焼入れ硬化した履帯ブッシュの外周面の硬度測定結果を示すグラフ履帯の分解斜視図履帯ブッシュ端面のシール平坦部におけるシール当たり位置を説明する図

符号の説明

１焼戻しマルテンサイト組織の軟質層
２外周面焼入れ硬化層
２Ａ内周面焼入れ硬化層
２Ｂ、４端面部焼入れ硬化層
２Ｃ内周面部ＨＲＣ４５未満の焼戻しマルテンサイト層
３パーライトを含む軟質層
５履帯ブッシュ
６焼戻しマルテンサイト硬化層
７ＨＲＣ４５未満のフェライト＋パーライト未焼入れ硬化層
８鞍型コイル
９渦巻きコイル状の誘電子（高周波加熱コイル）
１０，１１仕切り治具
１２冷却媒体導入管
１３内径コレットチャック
１４冷しがね
１５断熱材
１６，１７，１７Ａ冷却ノズル
１８隙間治具
１９粒状セメンタイトが分散した焼戻しマルテンサイト組織層
２０フェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの１種以上が焼戻された組織層
２２ＨＲＣ４５以上の焼入れ硬化層
２６端面部高周波焼入れ硬化層
２７端面焼入れによる焼戻し層
Ｐ外周面圧入開始点
Ｑ内周面面取り開始点

Claims

少なくとも炭素が０．３５〜１．２重量％の範囲で含有される炭素鋼および／または低合金鋼からなり、外周面または外周面と内周面に焼入れ硬化層が形成されるとともに、ＨＲＣ４５未満の軟質層が肉厚中心部から内周面にかけて形成されるか、または、外周面硬化層と内周面硬化層の間に形成され、その軟質層が両端面部に繋がっている履帯ブッシュの両端面部を高周波焼入れ法で硬化することにより端面部硬化層が形成され、外周面硬化層または外周面硬化層と内周面硬化層と、高周波焼入れしてなる端面部硬化層のそれぞれ重なる部位においてマルテンサイトの焼戻し軟質層が存在し、端面部近傍の内周面および／または外周面に形成されるマルテンサイトの焼戻し軟質層または未焼入れ軟質層が、履帯ブッシュを履帯リンクに圧入する際の履帯ブッシュ外周面の圧入開始部を避けて形成されるとともに、前記高周波焼入れ法で硬化した端面部硬化層の硬化深さが前記圧入開始部より深く形成され、端面部高周波加熱において、両端面部近傍の内周面および／または外周面に形成されるマルテンサイトの焼戻し軟質層における履帯ブッシュ軸方向残留応力が圧縮応力であることを特徴とする履帯ブッシュ。
履帯ブッシュの両端面部に高周波焼入れを実施する前処理として、１５０℃以上の焼戻し処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の履帯ブッシュ。
履帯ブッシュの最大摩耗部において、内、外周面表面硬さがＨＲＣ５０以上で、外周面側硬化層深さが履帯ブッシュ肉厚さの３０〜８０％で、両端面部焼入れ硬化層を未焼戻し状態にしてその硬化層硬さが内、外周面硬化層より硬く、ＨＲＣ５２以上で、硬化深さが０．５ｍｍ以上である請求項１または２に記載の履帯ブッシュ。
履帯ブッシュ両端面の高周波焼入れ硬化層に接して形成される前記マルテンサイトの焼戻し軟質層または未焼入れ層が繋がる外周面位置および内周面位置にショットピーニングを施すことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の履帯ブッシュ。
履帯ブッシュの両端面部近傍の形状において、内周面側の面取り部を外周面側の面取り部より大きくすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の履帯ブッシュ。
履帯リンクに圧入される前記履帯ブッシュの部位における外周面および／または内周面において、ショットピーニング処理による機械的加工処理を施して、最表面部をより高硬度にし、かつ圧縮残留応力を付加することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の履帯ブッシュ。
内周面および外周面に燐酸塩皮膜による化成処理を施すことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の履帯ブッシュ。