JP5883376B2 - 摩擦撹拌表面処理方法、及びその方法を含む履帯用シューの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、被処理材に摩擦熱を与えて表面を加工処理する摩擦撹拌表面処理方法、及びその方法を含む履帯用シューの製造方法に関する。

従来より、建設機械に使用される履帯用シュー等の摺動部材は、摺動することによって表面が摩耗する等の影響を受けるので、摺動部材を長持ちさせるために摺動部材の表面には各種の加工処理が行われている。

このような加工処理の１つとして、例えば被処理材に鋼材が用いられている場合には、被処理材をオーステナイト状態になるまで加熱した後、急冷することでマルテンサイト状態にして硬度を得る焼入れ方法が知られているが、被処理材の全体を加熱する焼入れ方法では被処理材の局所的な急冷が難しい等の問題があり、被処理材の表面を上手く改質できない等の問題があった。

そこで、特許文献１に開示されている表面硬化処理方法のように円筒状のツールと呼ばれる回転工具を用い、ツールと被処理材との間で局所的に発生した摩擦熱を利用して周囲の温度上昇を抑えることにより、被処理材の表面を改質する摩擦撹拌表面処理方法が従来技術の１つとして提案されている。

具体的には、この従来技術の摩擦撹拌表面処理方法は、ツールを被処理材に押し当てた状態で回転させながら移動させると、被処理材の表面のうちツールが通過した部分が摩擦熱によって加熱され、塑性流動が引き起こされるので、被処理材の表面の金属組織が微細化されると共に、被処理材の表面に存在する欠陥が減少する。これにより、被処理材の表面の硬度が高められるので、被処理材の摺動性能を向上させることができる。

ここで、従来技術の摩擦撹拌表面処理方法によって形成される被処理材の表面における硬化領域の上面側の形状、及び上面に対する垂直断面の形状は、被処理材の特性、回転工具と被処理材との接触円の直径、ツールを被処理材の表面から内部へ押し込んで挿入する挿入深さ、ツールの移動軌跡、ツールの回転速度、及びツールの移動速度等の回転条件の影響を受けるが、被処理材の表面全体において均一になることが好ましい。

特開２０１０−２２９４７３号公報

従来技術の摩擦撹拌表面処理方法では、被処理材の表面における被加工面の面積がツールを１回だけ推進させたときの移動軌跡の面積より大きい場合には、被処理材の被加工面に対してツールの移動軌跡が同方向に一部重複又は隣接するようにツールを複数回に渡って推進させる加工処理（以下、便宜的にマルチパス処理と呼ぶ）が行われる。このとき、ツールは既に形成された硬化領域の近傍を通過することになるので、この硬化領域が伝播した熱によって再び加熱されて軟化し、被処理材の被加工面において所望の硬化領域と硬度が得られないことが問題になっている。

図１８は従来技術の摩擦撹拌表面処理方法で加工処理された被処理材の硬化領域と硬度との関係を示す図である。

図１８に示すように、従来技術の摩擦撹拌表面処理方法によって被処理材５０の被加工面５１に対してマルチパス処理が行われたことにより、被処理材５０の被加工面５１の硬度は高くなっているが、被処理材５０の被加工面５１のうちツールの移動軌跡が重複又は隣接した部分５２付近の硬度は、なだらかに減少していることが分かる。

このようなマルチパス処理によって形成された被処理材５０の硬化領域の軟化を抑制する方法として、マルチパス処理において隣接するツールの移動軌跡の間隔を広げることにより、既に形成された硬化領域に伝播する熱を緩和させることも考えられる。しかしながら、熱の伝播はツールの回転条件に依存するので、この回転条件に合わせたツールの通過経路を確保する作業が煩雑であると共に、被処理材５０の被加工面５１に対してツールを同方向に推進させる回数が減少するので、得られる硬化領域自体が小さくなることが懸念されている。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、被処理材を効率良く加工処理することができ、被処理材の表面において十分な硬度を得ることができる摩擦撹拌表面処理方法、及びその方法を含む履帯用シューの製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の摩擦撹拌表面処理方法は、ツールを被処理材に押し当てた状態で回転させながら移動させ、この被処理材に摩擦熱を与えて表面を加工処理する摩擦撹拌表面処理方法において、前記被処理材の表面のうち前記ツールによる加工処理が行われる被加工面に沿って、前記ツールを前記被加工面の表面から内部へ押し込んで挿入する挿入深さ未満に溝部を設定するとともに、前記被処理材の表面に対して前記ツールの移動軌跡が同方向に一部重複又は隣接するように前記ツールを複数回に渡って推進させる加工処理が行われたときに、前記被処理材の表面のうち前記ツールの移動軌跡が重複又は隣接した部分付近に形成される硬化領域の深さ以上に前記溝部を設定した熱絶縁部を形成する熱絶縁部形成工程と、前記ツールを前記被加工面に押し当てた状態で回転させながら前記熱絶縁部形成工程で形成された前記熱絶縁部に対して並進させ、前記被加工面のうち前記熱絶縁部を挟む両側の面を加工処理する加工処理工程とを含むことを特徴としている。

このように構成した本発明は、加工処理工程においてツールを被処理材の被加工面に押し当てた状態で回転させながら熱絶縁部に対して並進させることにより、ツールが被加工面のうち熱絶縁部を挟む両側の一方の面を通過すると、この面がツールとの間で発生する摩擦熱によって局所的に加熱されて硬化領域となる。そして、ツールが被加工面のうち熱絶縁部を挟む両側の他方の面を通過しても、この他方の面とツールとの間で発生した摩擦熱は熱絶縁部によって既に硬化領域となった面側へ伝播することが妨げられるので、被加工面の硬化領域が再び加熱されて軟化することを抑制することができる。これにより、被処理材の表面において高い硬度を確保することができる。

また、熱絶縁部はツールの回転条件に依存することなく熱の伝播を遮断するので、熱絶縁部形成工程における熱絶縁部の形成にツールの回転条件を考慮する必要がなく、熱絶縁部形成工程を容易に実施することができる。さらに、加工処理工程では、ツールを被処理材の被加工面に押し当てて熱絶縁部に沿って容易に推し進めることができるので、被処理材の加工処理を迅速に行うことができる。このように、被処理材を効率良く加工処理することができ、被処理材の表面において十分な硬度を得ることができる。

また、熱絶縁部は溝部を有することから、この溝部によって被処理材の被加工面の表面積が大きくなるので、加工処理工程においてツールとの間で発生した摩擦熱で加熱された被処理材を表面側からだけでなく側面側からも冷却することができる。これにより、被処理材の冷却効率を向上させることができる。

また、本発明は、加工処理工程においてツールを被加工面に対して溝部の深さよりも深く押し込んで加工処理が行われることにより、得られる被処理材の硬化領域を内部へ拡大させることができるので、被処理材の表面だけでなく内部が損傷することを効果的に防止することができる。しかも、熱絶縁部形成工程において溝部の深さはツールの挿入深さに対して熱絶縁部として機能するのに十分な深さに設定されているので、加工処理工程においてツールを被加工面に対して溝部の深さより深く押し込んでも、被加工面の硬化領域が軟化することを十分に抑制することができる。

また、本発明に係る履帯用シューの製造方法は、前記発明における摩擦撹拌表面処理方法を含むことを特徴としている。このように構成すると、履帯用シューは製造過程において既に熱絶縁部である溝部が形成されるので、当該摩擦撹拌表面処理方法の熱絶縁部形成工程を実施する手間を省くことができ、都合が良い。

本発明の摩擦撹拌表面処理方法、及びその方法を含む履帯用シューの製造方法によれば、被処理材の表面に熱絶縁部を導入し、ツールを被加工面に押し当てた状態で回転させながら熱絶縁部に対して並進させ、被加工面のうち熱絶縁部を挟む両側の面を加工処理することにより、被処理材の加工処理が容易になると共に、被加工面のうち熱絶縁部を挟む両側の一方の面において発生する熱が他方の面に及ぼす影響を緩和することができる。これにより、被処理材を効率良く加工処理することができ、被処理材の表面において十分な硬度を得ることができる。

本発明に係る摩擦撹拌表面処理方法の第１実施形態が適用される建設機械の一例として挙げた油圧ショベルの構成を示す図である。 図１に示す走行体の構成を説明する図である。 図２に示すアイドラの構成を説明する図である。 図２に示す履帯の構成を説明する図である。 図２に示すガイドローラの構成を説明する図である。 図１に示すフロント作業機のバケットの構成を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法の熱絶縁部形成工程を説明する斜視図である。 図７に示す矢視Ａ図である。 本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法の加工処理工程を説明する斜視図である。 図９に示す矢視Ｂ図である。 図１０に示すツールと第１の突出部の拡大図である。 図９に示す矢視Ｅ図である。 図９に示すＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図９に示すＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法で加工処理された被処理材の硬化領域と硬度との関係を示す図である。 本実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法で用いるツールの他の一例を示す図である。 本実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法が適用される被処理材の被加工面の推奨される幅を説明する図である。 従来技術の摩擦撹拌表面処理方法で加工処理された被処理材の硬化領域と硬度との関係を示す図である。

以下、本発明に係る摩擦撹拌表面処理方法、及びその方法を含む履帯用シューの製造方法を実施するための形態を図に基づいて説明する。

［摩擦撹拌表面処理方法の第１実施形態］
本発明に係る摩擦撹拌表面処理方法の第１実施形態は、例えば建設機械に適用される。この建設機械は、例えば図１に示すように油圧ショベル１から成り、この油圧ショベル１は、車体を走行させる走行体２と、この走行体２の上側に旋回装置３ｂを介して旋回可能に取り付けられ、旋回フレーム３ａを有する旋回体３と、この旋回体３の前方に取り付けられて上下方向に回動し、掘削等の作業を行うフロント作業機４とから構成されている。

旋回体３は、前方に配置され、作業者が乗車して運転するキャブ７と、後方に配置され、車体のバランスを保つカウンタウェイト６と、これらのキャブ７とカウンタウェイト６との間に配置され、エンジン（図示せず）を内部に収容するエンジンルーム５とを備えている。

走行体２は、図２に示すように旋回装置３ｂを支持するトラックフレーム１１と、このトラックフレーム１１の前後方向に沿う一端に取付けられて回動駆動するスプロケット１２と、トラックフレーム１１の前後方向に沿う他端に回動可能に取付けられたアイドラ１３と、これらのスプロケット１２及びアイドラ１３の外周に無端状に巻かれた履帯１４と、この履帯１４を内側から案内するガイドローラ１５とを有しており、スプロケット１２が回動駆動することで履帯１４が回動して地面と摺動し、車体が移動するようになっている。

アイドラ１３は、例えば図３に示すように軸線が左右方向に配置された円筒体１３ａと、この円筒体１３ａの中空部分に介装された軸部（図示せず）と、この軸部の両端に設けられ、内側で円筒体１３ａを保持する保持部１３ｂと、円筒体１３ａの外周のうち中央部分が径方向外側へ突出し、履帯１４が外周面に摺動する摺動部１３ｃとを有している。

履帯１４は、例えば図２、図４に示すように両端が巻回方向に沿って互いに連結された複数のリンク１６と、これらのリンク１６の外周に設けられたシュー１７とを有しており、このシュー１７は、リンク１６の外周に沿って離隔して配置され、左右方向に延設して外側へ突出した複数の凸部１７ａを有している。

ガイドローラ１５は、例えば図２、図５に示すようにスプロケット１２とアイドラ１３との間にそれぞれ離隔して配置され、トラックフレーム１１の下側に回動可能に取り付けられた７つの下側ローラ１５ａと、スプロケット１２とアイドラ１３との間に互いに離隔して配置され、トラックフレーム１１の上側に回動可能に取付けられた上側ローラ１５ｂとから構成されている。

この上側ローラ１５ｂは、例えば軸線が左右方向に向けられた状態で離隔して配置され、履帯１４のリンク１６が外周面に摺動する円筒状の一対の摺動部１５ｂ１と、これらの摺動部１５ｂ１の間に設けられ、リンク１６の左右方向の動きを規制する規制部１５ｂ２とから構成されている。

この規制部１５ｂ２は、例えば左右方向に沿う中空部を有し、左右方向に沿う両端の外径が摺動部１５ｂ１の外径よりも大きく設定されている。また、トラックフレーム１１の上方には、各摺動部１５ｂ１の中空部分及び規制部１５ｂ２の中空部を挿通する軸部１８が配置されており、トラックフレーム１１の上部には、この軸部１８の基端を固定する固定部１９がボルト２０等で取り付けられている。

フロント作業機４は、図１に示すように旋回体３から前方へ延設され、上下方向に回動する作業腕を有し、この作業腕は、例えば基端が旋回体３に回動可能に取り付けられて上下方向に回動するブーム４ａと、このブーム４ａの先端に回動可能に取り付けられたアーム４ｂとから構成されている。

また、フロント作業機４は、アーム４ｂの先端に回動可能に取り付けられ、図６に示すように開口部が形成されたバケット４ｃを有している。このバケット４ｃは、例えば開口部から土砂等を収容する収容部２５と、この収容部２５の外側面のうち基端側の中央部分に左右方向に離隔して設けられ、アーム１３の先端を取り付ける一対のブラケット２６ａ，２６ｂとを有している。収容部２５は、例えば奥側へ弓状に湾曲し、底面を形成する底板２５ａと、この底板２５ａの左右両側に設けられ、両側面を形成する一対の側板２５ｂ，２５ｃとから成っている。

さらに、バケット４ｃは、例えば収容部２５の各側板２５ｂ，２５ｃのうち開口部側の端部に開口外側へ突出するように設けられ、側板２５ｂ，２５ｃ側から土砂等を切り込む一対のサイドカッタ２７ａ，２７ｂと、収容部２５の底板２５ａの先端部に左右方向にそれぞれ離隔して開口外側へ突出するように設けられ、先端側から土砂等を切り込む５つのツース２８ａ〜２８ｅとを有しており、これらのサイドカッタ２７ａ，２７ｂとツース２８ａ〜２８ｅによって掘削時の抵抗が減少し、バケット４ｃにかかる負荷が軽減されるようになっている。

このように構成した油圧ショベル１に適用される本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法の加工処理が行われる被処理材は、例えば上述した走行体２のシュー１７、アイドラ１３、下側ローラ１５ａ、上側ローラ１５ｂ、サイドカッタ２７ａ，２７ｂ、及びツース２８ａ〜２８ｅから成っている。

本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法による加工処理は、これらのシュー１７、アイドラ１３、下側ローラ１５ａ、上側ローラ１５ｂ、サイドカッタ２７ａ，２７ｂ、及びツース２８ａ〜２８ｅの摺動面圧が高くなる部分に行われる。従って、被処理材の被加工面は、シュー１７の凸部１７ａのうち地面との摺動面、アイドラ１３の摺動部１３ｃの摺動面、下側ローラ１５ａの摺動部の摺動面、上側ローラ１５ｂの摺動部１５ｂ１の摺動面、サイドカッタ２７ａ，２７ｂの内側面、及びツース２８ａ〜２８ｅの内側面である。

そして、本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法にあっては例えば以下の手順のようにして被処理材の加工処理が行われる。

本発明に係る摩擦撹拌表面処理方法の第１実施形態は、図７、図８に示すように被処理材３０の表面のうちツール３５による加工処理が行われる被加工面３１に沿って熱絶縁部を形成する熱絶縁部形成工程と、図９に示すようにツール３５を被加工面３１に押し当てた状態で回転させながら熱絶縁部形成工程で形成された熱絶縁部に対して並進させ、被加工面３１のうち熱絶縁部を挟む両側の面を加工処理する加工処理工程とを含んでいる。

具体的には、ツール３５は、例えば図１１に示すように円筒状に形成された軸部３５ａと、この軸部３５ａの先端に設けられ、頂部が被処理材３０の被加工面３１に向かう曲面状に形成された曲面部３５ｂと、この曲面部３５ｂの頂部に設けられた突起部３５ｃとから構成されている。

熱絶縁部形成工程において形成される熱絶縁部は、例えば図７、図８に示すように被処理材３０の表面側から内部に向かって陥没する複数の溝部３２を有しており、これらの溝部３２の深さＩは、例えば図１１に示すように加工処理工程でツール３５を被加工面３１の表面から内部へ押し込んで挿入する挿入深さＨ以上に設定されており、ツール３５と被処理材３０との接触円の直径ｄは、例えばツール３５の軸部３５ａの外径よりも若干小さく設定されている。なお、溝部３２は、例えば被処理材３０の表面を切削して形成されているが、鋳造やプレス加工などにて溝部を形成しても良い。

また、図９，図１０に示すように加工処理工程では被処理材３０の被加工面３１に対してツール３５の移動軌跡が同方向に溝部３２を挟んで隣接するようにツール３５を複数回に渡って推進させるので、各溝部３２がツール３５の進行方向Ｌに沿って形成されることにより、被処理材３０の表面はツール３５の進行方向Ｌに対して垂直方向に凹凸が交互に繰り返し現れるようになっている。

ここで、便宜的に図９に示す左側の被処理材３０の凸部を第１の突出部３１ａ、右側の被処理材３０の凸部を第２の突出部３１ｂと呼ぶことにする。以下、これらの第１、第２の突出部３１ａ，３１ｂの表面に対して実施する加工処理工程を主に説明し、残りの部分の被加工面３１に対して実施する加工処理工程も同様であるので、重複する説明を省略する。なお、各突出部３１ａ，３１ｂの幅Ｗは、例えば図１１に示すようにツール３５の軸部３５ａの外径よりも若干大きく設定されている。

本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法の加工処理工程では、図１０、１１に示すようにまずツール３５を軸線Ｇ周りに回転させながら第１の突出部３１ａの表面に押圧し、ツール３５を第１の突出部３１ａの表面から内部へ押し込んで予め設定した挿入深さＨまで挿入する。そして、図９、図１２に示すようにツール３５を溝部３２に沿って進行方向Ｌへ並進させる。

このとき、ツール３５が第１の突出部３１ａを摺動することにより、ツール３５と第１の突出部３１ａとの間に摩擦熱が発生し、図１３、図１４に示すようにこの摩擦熱によって第１の突出部３１ａのうちツール３５の通過領域３１ａ１が局所的に加熱されて硬化領域となる。

次に、ツール３５を第１の突出部３１ａの表面から引き離してツール３５を軸線Ｇ周りに回転させたまま第２の突出部３１ｂの表面に押圧し、ツール３５を第２の突出部３１ｂの表面から内部へ押し込んで予め設定した挿入深さＨまで挿入する。そして、ツール３５を溝部３２に沿って進行方向Ｌへ並進させる。

このとき、上述した第１の突出部３１ａの場合と同様にツール３５が第２の突出部３１ｂを摺動することにより、ツール３５と第２の突出部３１ｂとの間に摩擦熱が発生し、この摩擦熱によって第２の突出部３１ｂのうちツール３５の通過領域３１ｂ１（図１５参照）が局所的に加熱されて硬化領域となる。

図１５に示すように、本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法によって被処理材３０の被加工面３１に対して加工処理が行われたことにより、被処理材３０の被加工面３１の硬度は高くなっており、しかも被処理材３０の被加工面３１のうち溝部３２付近の硬度は減少していないことが分かる。

ここで、本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法と異なり、仮に熱絶縁部形成工程を実施する前に被処理材３０の表面のうち第１の突出部３１ａと第２の突出部３１ｂの表面に相当する部分を加工処理した後、熱絶縁部形成工程を実施して被処理材３０の表面に第１の突出部３１ａと第２の突出部３１ｂとを離隔する溝部３２を形成した場合には、第１の突出部３１ａ及び第２の突出部３１ｂのうち溝部３２付近が軟化する熱影響が残るので、各突出部３１ａ，３１ｂ全体において十分な硬度が得られなくなる。

また、熱影響が残った第１の突出部３１ａ及び第２の突出部３１ｂのうち溝部３２付近を切削した場合には、切削量が増えて切削作業が煩雑になるだけでなく、溝部３２の幅が大きくなることによって第１の突出部３１ａ及び第２の突出部３１ｂの表面の面積が小さくなるので、各突出部３１ａ，３１ｂの強度が低下することになる。

上述のように構成した本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法によれば、熱絶縁部形成工程において第１の突出部３１ａと第２の突出部３１ｂとの間に溝部３２を形成しておくことにより、加工処理工程において第２の突出部３１ｂの表面を加工処理しても、第２の突出部３１ｂで発生した摩擦熱が既に硬化領域となった第１の突出部３１ａへ伝播することを防止でき、図１５に示すように第１の突出部３１ａ及び第２の突出部３２ｂにおいて安定した硬化領域を得ることができる。

さらに、第１の突出部３１ａ及び第２の突出部３１ｂで発生した摩擦熱は溝部３２によって各突出部３１ａ，３１ｂ内に閉じ込められ、各突出部３１ａ，３１ｂ内を伝播するので、各突出部３１ａ，３１ｂを深部まで加熱することができる。これにより、第１の突出部３１ａ及び第２の突出部３１ｂにおいて高い硬度を確保することができる。

また、溝部３２には空気があり、この空気は各突出部３１ａ，３１ｂの熱伝導率よりも低いことからツール３５の回転条件に依存することなく熱の伝播を遮断し、しかも溝部３２は被処理材３０の表面を切削することで簡単に形成できるので、熱絶縁部形成工程を容易に実施することができる。さらに、加工処理工程では、ツール３５を第１の突出部３１ａ及び第２の突出部３１ｂの表面に順に押し当てて溝部３２に沿って合計２回推し進めるだけで良いので、被処理材３０の加工処理を迅速に行うことができる。このように、被処理材３０を効率良く加工処理することができ、被処理材３０の表面において十分な硬度を得ることができる。

また、本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法は、溝部３２は、被処理材３０の表面側から内部に向かって陥没しているので、加工処理工程において各突出部３１ａ，３１ｂとツール３５との間で発生した摩擦熱を表面側と側面側から放熱することができる。さらに、冷却水等の冷却剤を溝部３２に与えれば、各突出部３１ａ，３１ｂの冷却効果をより発揮させることができる。従って、被処理材３０の冷却効率を向上させることができる。

また、本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法は、加工処理工程においてツール３５を第２の突出部３１ｂの表面から内部へ押し込んで挿入しても、ツール３５は溝部３２の深さＩ以下までしか到達しないので、第２の突出部３１ｂで発生した摩擦熱が溝部３２の下側から既に硬化領域となった第１の突出部３１ａへ伝わることを回避することができ、第１の突出部３１ａが軟化することを確実に抑制することができる。これにより、被処理材３０の表面の強度を高めることができ、優れた摺動性能を得ることができる。

また、本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法で製造されたシュー１７は、溝部３２の形成が製造過程の一工程に含まれているので、他の被処理材３０であるアイドラ１３、下側ローラ１５ａ、上側ローラ１５ｂ、サイドカッタ２７ａ，２７ｂ、及びツース２８ａ〜２８ｅよりも加工処理が簡単である。そして、地面と摺動するシュー１７の外周面が本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法の加工処理によって硬化されているので、シュー１７の摺動面の摩耗を抑えることができ、油圧ショベル１の安定的な走行状態を実現させることができる。

また、本発明の第１実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法が適用される油圧ショベル１は、被処理材３０の被加工面３１としてアイドラ１３の摺動部１３ｃの摺動面、下側ローラ１５ａの摺動部の摺動面、上側ローラ１５ｂの摺動部１５ｂ１の摺動面、サイドカッタ２７ａ，２７ｂの内側面、及びツース２８ａ〜２８ｅの内側面に熱絶縁部形成工程及び加工処理工程が実施されてこれらの部品が加工処理されているので、油圧ショベル１が動作することで各部品に働く摺動面圧から保護することができる。これにより、アイドラ１３、下側ローラ１５ａ、上側ローラ１５ｂ、サイドカッタ２７ａ，２７ｂ、及びツース２８ａ〜２８ｅの高寿命化を図ることができるので、これらの部品の交換作業の頻度を減少させることができる。

［摩擦撹拌表面処理方法の第２実施形態］
本発明の摩擦撹拌表面処理方法の第２実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態が図１１に示すように溝部３２の深さＩが加工処理工程でツール３５を被加工面３１の表面から内部へ押し込んで挿入する挿入深さＨ以上に設定されたのに対して、第２実施形態は、溝部の深さＩは、例えば加工処理工程でツール３５を被加工面３１の表面から内部へ押し込んで挿入する挿入深さＨ未満、かつ被処理材３０の表面に対してツール３５の移動軌跡が同方向に一部重複又は隣接するようにツール３５を複数回に渡って推進させる加工処理、すなわちマルチパス処理が行われたときに、被処理材３０の表面のうちツール３５の移動軌跡が重複又は隣接した部分付近に形成される硬化領域（例えば、図１８に示す被処理材５０の被加工面５１のうちツール３５の移動軌跡が重複又は隣接した部分５２付近の硬化領域）の深さ以上に設定されたことである。その他の構成は第１実施形態と同じであるので、同一又は対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略している。

このように構成した本発明の第２実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法によれば、加工処理工程において軸線Ｇ周りに回転したツール３５を各突出部３１ａ，３１ｂの表面から内部へ押し込んで溝部３２の深さＩよりも深く挿入することにより、各突出部３１ａ，３１ｂの硬化領域が深部へ拡がるので、被処理材３０の内部が損傷することを効果的に防止することができる。特に、加工処理工程においてツール３５が各突出部３１ａ，３１ｂを通過する通過領域３１ａ１，３１ｂ１が深くなるので、加工処理が行われる前後の各突出部３１ａ，３１ｂの表面を容易に区別することができる。これにより、加工処理工程における加工処理の進行具合を把握でき、被加工面３１の処理残しを抑えることができる。

また、仮に被処理材３０の表面にマルチパス処理が行われたときに、被処理材３０の表面のうちツール３５の移動軌跡が重複又は隣接した部分付近に形成される硬化領域の深さ以上の溝部３２が熱絶縁部形成工程において形成されているので、加工処理工程においてツール３５を各突出部３１ａ，３１ｂの表面から内部へ押し込んで溝部３２の深さＩより深く挿入しても、被加工面３１の硬化領域が軟化することを十分に抑制することができる。従って、被処理材３０を上手く改質できるので、被処理材３０の摺動性能を向上させることができる。

なお、上述した本実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法は、熱絶縁部形成工程において形成される熱絶縁部が溝部３２である場合について説明したが、この場合に限らず、熱絶縁部は、被処理材３０の熱伝導率よりも低ければ溝部３２でなくても良い。

また、本実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法は、加工処理工程においてツール３５に突起部３５ｃがある場合について説明したが、この場合に限らず、図１６に示すようにツール３５に突起部３５ｃはなくても良い。

また、本実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法は、第１の突出部３１ａ及び第２の突出部３１ｂの幅が図１１に示すようにツール３５の軸部３５ａの外径よりも若干大きく設定された場合について説明したが、この場合に限らず、第１の突出部３１ａ及び第２の突出部３１ｂの幅Ｗは、例えば図１７に示すようにツール３５の軸部３５ａの外径以下に設定されていても良い。この場合、加工処理工程において各突出部３１ａ，３１ｂ全体を加熱し易くなるので、所望の硬化領域と硬度を迅速に得ることができる。

また、本実施形態に係る摩擦撹拌表面処理方法が適用される油圧ショベル１の部品の個数は上述した個数に限定されるものではない。

１ 油圧ショベル（建設機械）
２ 走行体
３ 旋回体
４ フロント作業機
４ａ ブーム
４ｂ アーム
４ｃ バケット
１１ トラックフレーム
１２ スプロケット
１３ アイドラ
１３ａ 円筒体
１３ｂ 保持部
１３ｃ 摺動部
１４ 履帯
１５ ガイドローラ
１５ａ 下側ローラ
１５ｂ 上側ローラ
１５ｂ１ 摺動部
１５ｂ２ 規制部
１６ リンク
１７ シュー
１７ａ 凸部
１８ 軸部
１９ 固定部
２５ 収容部
２５ａ 底板
２５ｂ，２５ｃ 側板
２６ａ，２６ｂ ブラケット
２７ａ，２７ｂ サイドカッタ
２８ａ〜２８ｅ ツース
３０ 被処理材
３１ 被加工面
３１ａ 第１の突出部
３１ｂ 第２の突出部
３２ 溝部（熱絶縁部）
３５ ツール
３５ａ 軸部
３５ｂ 曲面部
３５ｃ 突起部

Claims (3)

1. ツールを被処理材に押し当てた状態で回転させながら移動させ、この被処理材に摩擦熱を与えて表面を加工処理する摩擦撹拌表面処理方法において、
   前記被処理材の表面のうち前記ツールによる加工処理が行われる被加工面に沿って、前記ツールを前記被加工面の表面から内部へ押し込んで挿入する挿入深さ未満に溝部を設定するとともに、前記被処理材の表面に対して前記ツールの移動軌跡が同方向に一部重複又は隣接するように前記ツールを複数回に渡って推進させる加工処理が行われたときに、前記被処理材の表面のうち前記ツールの移動軌跡が重複又は隣接した部分付近に形成される硬化領域の深さ以上に前記溝部を設定した熱絶縁部を形成する熱絶縁部形成工程と、
   前記ツールを前記被加工面に押し当てた状態で回転させながら前記熱絶縁部形成工程で形成された前記熱絶縁部に対して並進させ、前記被加工面のうち前記熱絶縁部を挟む両側の面を加工処理する加工処理工程とを含むことを特徴とする摩擦撹拌表面処理方法。
2. 請求項１に記載の摩擦撹拌表面処理方法において、
   前記加工処理工程の後に、前記溝部に冷却剤を与える冷却工程を更に有することを特徴とする摩擦撹拌表面処理方法。
3. 請求項１又は２に記載の摩擦撹拌表面処理方法を含む履帯用シューの製造方法。

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