ローラチェーン
【課題】潤滑油を供給せずに長い寿命を確保できるローラチェーンを提供する。
【解決手段】本発明に係るローラチェーン１は、一対の内側リンクプレート２１の両端部同士を筒状のブッシュ２２でそれぞれ連結してなる内側リンク２と、一対の外側リンクプレート３１の両端部同士をブッシュ２２に回転自在に挿通されるピン３２でそれぞれ連結してなる外側リンク３と、ブッシュ２２の外周面を囲んで回転自在に設けられるローラ４とを備えるローラチェーンであって、ブッシュ２２及びローラ４のいずれにも窒化処理が施されている、という構成を採用する。
【解決手段】本発明に係るローラチェーン１は、一対の内側リンクプレート２１の両端部同士を筒状のブッシュ２２でそれぞれ連結してなる内側リンク２と、一対の外側リンクプレート３１の両端部同士をブッシュ２２に回転自在に挿通されるピン３２でそれぞれ連結してなる外側リンク３と、ブッシュ２２の外周面を囲んで回転自在に設けられるローラ４とを備えるローラチェーンであって、ブッシュ２２及びローラ４のいずれにも窒化処理が施されている、という構成を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローラチェーンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温の炉内で被処理物に対して浸炭処理等を行う熱処理装置（浸炭炉）が知られている。このような熱処理装置の炉内には、被処理物を搬送するチェーンコンベヤ等が設けられており、チェーンコンベヤにはローラチェーンが使用されている。ローラチェーンは、一対の内側リンクプレートの両端部同士を筒状のブッシュでそれぞれ連結してなる内側リンクと、一対の外側リンクプレートの両端部同士をブッシュに回転自在に挿通されるピンでそれぞれ連結してなる外側リンクと、ブッシュの外周面を囲んで回転自在に設けられるローラとを備えている。ローラチェーンは、スプロケット等に巻回され、一方向に延在するガイドレールに沿って移動する。
【０００３】
ローラチェーンの移動に伴い、ローラがガイドレール上を転動するため、ローラはブッシュに対して摺動して回転する。また、ローラチェーンがスプロケット等に巻回されつつ移動することで、ブッシュとピンとが摺動する。ローラとブッシュとの間及びブッシュとピンとの間を潤滑し、それらの摺動箇所の摩耗を低減させるために、ローラチェーンには潤滑油が供給されている。潤滑油を供給するために、移動するローラチェーンの一部が潤滑油を貯留する油槽に浸けられる油浴式の供給装置や、空隙を有する焼結材で成形されたローラ等に潤滑油を予め含ませる無給油式ローラチェーン等が用いられている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８６１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、熱処理装置の炉内の温度は高温（例えば４００℃）となっており、ローラチェーンに供給された潤滑油は炉内で蒸発する。そのため、蒸発した潤滑油が被処理物の表面に付着し、浸炭処理に影響を与え、被処理物の浸炭品質が低下する虞があった。また、蒸発した潤滑油が炉内で炭化・固化し炭化物（コーキング）が生成される虞があった。熱処理装置の安定した運転のためには炭化物を除去する必要があり、炭化物除去のための定期的なメンテナンス作業が発生していた。さらに、ローラチェーンに潤滑油を供給するために油浴式の供給装置を用いる場合は、蒸発による潤滑油の消費が多くランニングコストが増加してしまうという課題があった。
【０００６】
一方、ローラチェーンに対して全く潤滑油を供給しない、いわゆるオイルフリー化とすると、特にローラとブッシュとの摺動箇所が急速に摩耗し、ローラチェーンの寿命が短くなる。ローラチェーンが短寿命化すると頻繁に部品交換作業等が生じてしまい、かえってランニングコストが増加するため、現状のローラチェーンではオイルフリー化できないという課題があった。
【０００７】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、潤滑油を供給せずに長い寿命を確保できるローラチェーンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係るローラチェーンは、一対の内側リンクプレートの両端部同士を筒状のブッシュでそれぞれ連結してなる内側リンクと、一対の外側リンクプレートの両端部同士をブッシュに回転自在に挿通されるピンでそれぞれ連結してなる外側リンクと、ブッシュの外周面を囲んで回転自在に設けられるローラとを備えるローラチェーンであって、ブッシュ及びローラのいずれにも窒化処理が施されている、という構成を採用する。
本発明によれば、ブッシュ及びローラのいずれにも窒化処理が施されるために、ブッシュ及びローラの表面硬度がいずれも向上する。すなわち、ブッシュとローラとの摺動箇所における硬度がいずれも向上する。
【０００９】
また、本発明に係るローラチェーンは、ブッシュ及びローラのいずれにもＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理が施されている、という構成を採用する。
【００１０】
また、本発明に係るローラチェーンは、ブッシュ及びローラがいずれもオーステナイト系ステンレス鋼から形成されている、という構成を採用する。
【００１１】
また、本発明に係るローラチェーンは、ピンに窒化処理が施されている、という構成を採用する。
【００１２】
また、本発明に係るローラチェーンは、ピンにＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理が施されている、という構成を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、窒化処理によりブッシュとローラとの摺動箇所における硬度がいずれも向上する。そのため、ブッシュ及びローラはいずれも高い耐摩耗性を有しており、このようなブッシュ及びローラを備えるローラチェーンは、潤滑油を供給せずに、長い寿命を確保できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態におけるローラチェーンの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態におけるローラチェーンとガイドレールとの位置関係を示す垂直断面図である。
【図３】ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理の一般的な処理条件を示す概略図である。
【図４】ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理の本発明の実施形態における処理条件を示す概略図である。
【図５】試験材に対する摩耗試験の概略構成を示す斜視図である。
【図６】試験材に対する摩耗試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図１から図６を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
図１は、本実施形態におけるローラチェーン１の構成を示す概略図であって、（ａ）は一部断面平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線視断面図である。また、図２は、本実施形態におけるローラチェーン１とガイドレールＲとの位置関係を示す垂直断面図である。
ローラチェーン１は、不図示の熱処理装置で使用されるものである。熱処理装置の一例としては、高温（例えば４００℃）且つ真空（数百Ｐａ）の炉内で鋼材等の被処理物Ｗ（図２参照）に対して浸炭処理を行う真空浸炭炉が挙げられる。熱処理装置の炉内には、被処理物Ｗを搬送するためのチェーンコンベヤ（図示せず）が設けられており、チェーンコンベヤはローラチェーン１を備えている。すなわち、ローラチェーン１は、高温且つ真空の環境下で使用されるものである。
【００１７】
図１に示すように、ローラチェーン１は、内側リンク２と、外側リンク３と、ローラ４とを備えている。
内側リンク２は、一対の内側リンクプレート２１の両端部同士が筒状のブッシュ２２でそれぞれ連結された構成となっている。内側リンクプレート２１は、一方向に延在する板部材である。内側リンクプレート２１の両端部には、板厚方向で貫通する貫通孔がそれぞれ形成されている。ブッシュ２２は、円筒状に成形された部材であって、内側リンクプレート２１の両端部の貫通孔にそれぞれ嵌合して固定されている。一対の内側リンクプレート２１は、互いに対向する位置で一対のブッシュ２２を介して連結されている。なお、ブッシュ２２は、オーステナイト系のＳＵＳ３１６ステンレス鋼を用いて成形されている。
【００１８】
外側リンク３は、一対の外側リンクプレート３１の両端部同士がブッシュ２２に回転自在に挿通されるリンクピン３２（ピン）でそれぞれ連結された構成となっている。外側リンクプレート３１は、一方向に延在する板部材である。外側リンクプレート３１の両端部には、板厚方向で貫通する貫通孔がそれぞれ形成されている。リンクピン３２は、円柱状に成形されたピン本体の一端部に、該ピン本体の径よりも大径のピン頭部を備えている。一対の外側リンクプレート３１が内側リンク２の両側に配置され、リンクピン３２は、外側リンクプレート３１の両端部の貫通孔及びブッシュ２２を挿通して設けられている。なお、少なくともリンクピン３２は、ブッシュ２２に回転自在に挿通されている。リンクピン３２におけるピン頭部の逆側には、割ピン３３が設けられている。割ピン３３は、リンクピン３２が外側リンクプレート３１から抜け落ちることを防止するためのものである。また、割ピン３３の代わりに、ピン頭部の逆側にカシメ部を形成してもよい。
【００１９】
ローラ４は、ローラチェーン１を円滑に移動させるためのものであって、ブッシュ２２の外周面を囲んで回転自在に設けられている。ローラ４は、オーステナイト系のＳＵＳ３１６ステンレス鋼を用いて成形されている。
【００２０】
図２に示すように、熱処理装置のチェーンコンベヤに設けられるローラチェーン１は、一方向（紙面に垂直な方向）に延在するガイドレールＲ上に設置されている。ローラチェーン１によって搬送される被処理物Ｗは、内側リンクプレート２１によって支持される。ローラ４の外周面は、ガイドレールＲの支持面に当接している。すなわち、被処理物Ｗは、ローラチェーン１における内側リンクプレート２１、ブッシュ２２及びローラ４を介して、ガイドレールＲに支持されている。特に、被処理物Ｗの重量により、ブッシュ２２の外周面はローラ４の内周面に強く接触している。また、ローラチェーン１は、不図示のスプロケットに巻回されており、該スプロケットにはローラチェーン１を移動させるための不図示の駆動装置が連結されている。
【００２１】
駆動装置の駆動によりローラチェーン１がガイドレールＲに沿って移動し、被処理物Ｗが搬送される。ローラ４は、ローラチェーン１の移動に伴い、ガイドレールＲの支持面を転動する。すなわち、ローラ４はブッシュ２２に対して摺動して回転する。また、ローラチェーン１がスプロケットに巻回されつつ移動することで、ブッシュ２２とリンクピン３２とが摺動する。
ブッシュ２２とリンクピン３２との間の摺動の量よりも、ローラ４とブッシュ２２との間の摺動の量が多くなっている。さらに、上述したように、被処理物Ｗの重量により、ブッシュ２２の外周面はローラ４の内周面に強く接触している。そのため、摺動箇所の摩耗によりローラチェーン１が寿命となるときには、ローラ４とブッシュ２２との摺動箇所が摩耗することで寿命に到達する場合が多い。
【００２２】
続いて、ローラ４及びブッシュ２２の材質及び表面処理について、より詳細に説明する。図３は、ガス窒化法の一方法である、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理の一般的な処理条件を示す概略図である。また、図４は、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理の本実施形態における処理条件を示す概略図である。なお、図３及び図４に示す窒化処理の処理条件とは、被処理物に対する処理温度の経時的変化を示す温度プロファイルと、処理炉内に供給される雰囲気ガスの供給タイミングとを共に示したものである。
【００２３】
上述したように、ローラ４及びブッシュ２２は、オーステナイト系のＳＵＳ３１６ステンレス鋼を用いて成形されている。このステンレス鋼は、焼き入れ処理及び焼き戻し処理を施した調質材となっている。
【００２４】
さらに、本実施形態におけるローラ４及びブッシュ２２には、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理が施されている。
窒化処理は、鋼材やチタン合金等の被処理物の表面から窒素を浸み込ませ、表面部分における硬度を向上させる表面処理方法である。窒化処理には、塩浴軟窒化法、ガス窒化法及びプラズマ窒化法等の方法が存在する。ガス窒化法は、被処理物をアンモニアガス（ＮＨ３）や窒素ガス（Ｎ２）の雰囲気中に設置し、被処理物をオーステナイト化温度（８００℃から９００℃）以下の温度に加熱し、被処理物の表面に窒素を浸透させて硬化させる方法である。
【００２５】
本実施形態におけるＳＰ−ＮＩＴＥ法は、ガス窒化法に属する方法である。例えば窒化処理の被処理物として鋼材を用いる場合には、鋼材の表面は一般的に酸化被膜（不働態被膜）で被覆されており、適切に窒化処理を施すためには酸化被膜を除去あるいは活性化することが必要となる。ＳＰ−ＮＩＴＥ法では、アンモニアガス及び窒素ガスの雰囲気中に被処理物の表面を活性化させるＣＸガスを導入することで、酸化被膜を有したまま窒化処理を施すことができ、処理後の被処理物の表面には特殊窒化層（いわゆるＳＰ層）が形成される。
【００２６】
次に、図３を参照して、一般的な処理条件を説明する。
ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理の温度プロファイルは、昇温期間Ｐ１と処理期間Ｐ２と冷却期間Ｐ３とに分けられる。
昇温期間Ｐ１は、ローラ４及びブッシュ２２等の被処理物に対する処理温度まで、被処理物を加熱して昇温させる期間である。なお、昇温期間Ｐ１として５時間が例示されるが、これに限定されるものではなく、被処理物の材質や、求める被処理物の表面硬度等の条件に応じて適宜調整してよい。
処理期間Ｐ２は、被処理物に対して窒化処理を施す期間である。処理期間Ｐ２として１４時間が例示され、処理温度として４００℃が例示されるが、これに限定されるものではなく、被処理物の材質や、求める被処理物の表面硬度等の条件に応じて適宜調整してよい。なお、上述したように、処理温度は、被処理物のオーステナイト化温度（８００℃から９００℃）以下に設定する必要がある。
冷却期間Ｐ３は、処理温度にある被処理物を常温にまで冷却する期間である。なお、冷却期間Ｐ３として３時間が例示されるが、これに限定されるものではなく、被処理物の材質や冷却時における変形・破損の程度等に応じて適宜調整してよい。
【００２７】
また、処理炉内に供給される雰囲気ガスとして、上述したＣＸガス、アンモニアガス及び窒素ガスが例示される。
ＣＸガスの供給は、昇温期間Ｐ１のうちのいずれかの時点で開始され、処理期間Ｐ２のうちのいずれかの時点で停止される。図３において符号Ｐ４で示すＣＸガスの供給期間は、被処理物の材質や、求める被処理物の表面硬度等の条件に応じて適宜調整してよい。なお、ＣＸガスの供給は、図３に示すように被処理物が未だ処理温度に到達していない時点で開始されるのが一般的である。
アンモニアガスの供給は、昇温期間Ｐ１のうちのいずれかの時点で開始され、冷却期間Ｐ３のうちのいずれかの時点で停止される。アンモニアガスの供給期間は、被処理物の材質や、求める被処理物の表面硬度等の条件に応じて適宜調整してよい。なお、アンモニアガスの供給は、昇温期間Ｐ１において被処理物が加熱され始めた時点で開始され、冷却期間Ｐ３において被処理物の温度が処理温度よりも低くなった時点で停止されるのが一般的である。
窒素ガスの供給は、昇温期間Ｐ１において被処理物が加熱され始めた時点で開始され、冷却期間Ｐ３において被処理物の温度が常温となり冷却が完了した時点で停止されるのが一般的である。
【００２８】
次に、図４を参照して、本実施形態における被処理物であるローラ４及びブッシュ２２に対する処理について説明する。なお、本実施形態では被処理物に対して以下の処理条件による窒化処理を施したが、これに限定されるものではなく、一般的なＳＰ−ＮＩＴＥ法の処理条件による窒化処理を施してもよい。
昇温期間Ｐ１、処理期間Ｐ２及び冷却期間Ｐ３は、それぞれ５時間、１４時間及び３時間に設定され、処理温度は４００℃に設定されている。
ＣＸガスの供給は、被処理物が処理温度（４００℃）に到達したとき（すなわち昇温期間Ｐ１の終了時点）に開始され、その供給期間（Ｐ４）は数時間（１〜５時間）の範囲内で適宜調整している。また、アンモニアガスは、処理期間Ｐ２の全期間においてのみ供給されている。すなわち、アンモニアガスは、昇温期間Ｐ１の終了時点から供給が開始され、冷却期間Ｐ３の開始と同時にその供給が停止されている。
【００２９】
昇温期間Ｐ１では、常温から処理温度（４００℃）まで加熱して昇温させる。この昇温期間Ｐ１では、被処理物が不活性ガスである窒素ガスの雰囲気中に配置されているため、被処理物に生じる酸化等の変化を抑制することができる。
被処理物の温度が処理温度に到達し、処理期間Ｐ２が開始する。処理期間Ｐ２では、ＣＸガスの導入により被処理物の表面が活性化するとともに、ＣＸガスと同時に供給開始されるアンモニアガスと、窒素ガスとを構成する窒素が被処理物の表面から浸透する。本実施形態における処理温度及び処理時間は、被処理物の耐食性向上を狙い、それぞれ４００℃及び１４時間に設定されている。窒素が浸透することで、被処理物の表面には窒化層（化合物層（いわゆる白層）や拡散層）が形成され、被処理物の表面硬度が向上する。ＳＰ−ＮＩＴＥ法で形成される窒化層の厚さは、１０μｍ〜数十μｍである。被処理物をＳＵＳ３１６ステンレス鋼として、本実施形態の条件におけるＳＰ−ＮＩＴＥ法を実施すると、処理された被処理物の表面硬度は約１０００Ｈｖとなる。
【００３０】
冷却期間Ｐ３では、被処理物の温度を４００℃から常温まで低下させる。なお、冷却期間Ｐ３の開始とともに、アンモニアガスの供給は停止される。
以上で、本実施形態における被処理物であるローラ４及びブッシュ２２に対する窒化処理が完了する。なお、処理後、白層は研磨等により除去してもよい。
【００３１】
ローラ４及びブッシュ２２のいずれにもＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理を施すことで、これらの表面硬度はいずれも約１０００Ｈｖまで向上する。すなわち、ローラ４とブッシュ２２との摺動箇所における硬度が向上する。そのため、ローラ４及びブッシュ２２はいずれも高い耐摩耗性を有しており、このようなローラ４及びブッシュ２２を備えるローラチェーン１は、潤滑油を供給せずに、長い寿命を確保することが可能となる。
【００３２】
続いて、潤滑油を供給せずに長い寿命を確保できるローラチェーン１の開発に伴い実施した、実験の結果について説明する。図５は、試験材に対する摩耗試験の概略構成を示す斜視図である。また、図６は、試験材に対する摩耗試験の結果を示すグラフである。
本発明者等は、複数の材料から選択した一対の試験材を互いに摺動させ、摩耗の量を参照することで、摩耗の量を低減できる一対の試験材の材料及び組合せを検証した。図５に示すように、摩耗試験の構成は、ローラ４を模した平板部材５と、ブッシュ２２を模した円柱部材６とを有している。平板部材５の板面に円柱部材６の外周面を当接させ、平板部材５の板厚方向で荷重を加えつつ、平板部材５の板面に平行する方向（符号Ｓで示す方向）で円柱部材６を往復移動させ、摩耗により失われた体積（摩耗体積、ｍｍ３）を平板部材５及び円柱部材６のそれぞれについて計測した。摩耗試験の試験条件は、荷重１９．６Ｎ、摺動速度１０ｍｍ／ｓ、往復ストローク１０ｍｍ、試験材温度４００℃、摺動時間６時間（Ｈｒ）、試験雰囲気は真空とした。
【００３３】
ローラ４を模した平板部材５及びブッシュ２２を模した円柱部材６に用いた試験材の組合せを表１に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１に示すように、従来材として、平板部材５及び円柱部材６のいずれにもＳ４５Ｃ炭素鋼を選択した。Ｓ４５Ｃ炭素鋼は、従来の一般的なローラチェーン１に用いられる材料である。
なお、従来のローラ４及びブッシュ２２がいずれもＳ４５Ｃ炭素鋼を用いて成形される場合であっても、それぞれの材料に調質処理や浸炭処理等が施され、従来のローラ４及びブッシュ２２は互いに異なる硬度を有していた。これは、両者の硬度を異ならせることで、摩耗の初期段階で低い硬度を有する部材が高い硬度を有する部材に摩耗・研削され、高い硬度を有する部材の外形に沿うために、両者の接触面積が大きくなることで接触圧が低下し、長期的に見れば両者の摩耗総量を抑制できるという知見があったためである。よって、従来のローラ４及びブッシュ２２では、両者の硬度は互いに異なっていた。
なお、表１に示す平板部材５及び円柱部材６に用いられる、各Ｓ４５Ｃ炭素鋼の硬度は同一となっている。
【００３６】
従来材の他に、試験材Ａから試験材Ｄまでの４種類の組合せについて、摩耗の量を計測した。
なお、表１に示す「ＳＵＳ４０３（ＮＶ窒化）」は、マルテンサイト系のＳＵＳ４０３ステンレス鋼にガス窒化法の一方法であるＮＶ窒化法を用いて窒化処理を施した材料を表している。ＮＶ窒化法とは、ＮＶガスによるガス活性化処理により被処理物の酸化膜をフッ化膜に置き換え、アンモニアガスによりフッ化膜を除去しつつ速やかに被処理物の表面から窒素を浸透させる方法である。ＮＶ窒化法によっても、被処理物の表面硬度を、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた場合と同等の表面硬度（１０００Ｈｖ以上）とすることが可能となる。
【００３７】
また、表１に示す「ＳＵＳ４４０ＣＱＴ」とは、マルテンサイト系のＳＵＳ４４０Ｃステンレス鋼に、調質処理を施した材料を表している。
また、表１に示す「ＳＵＳ４０３ＱＴ」とは、マルテンサイト系のＳＵＳ４０３ステンレス鋼に、調質処理を施した材料を表している。
また、表１に示す「ＳＵＳ３１６（ＳＰ−ＮＩＴＥ）」とは、オーステナイト系のＳＵＳ３１６ステンレス鋼に、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理を施した材料を表している。なお、試験材Ｄは、本実施形態におけるローラ４及びブッシュ２２と同一の組合せとなっている。
【００３８】
図６に示す摩耗試験の結果によれば、ローラ４を模した平板部材５及びブッシュ２２を模した円柱部材６のいずれにも、オーステナイト系のＳＵＳ３１６ステンレス鋼にＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理を施した試験材Ｄの組合せの摩耗体積が、最も少なくなっていることが分かる。
従来の知見によれば、平板部材５及び円柱部材６の硬度が同一である試験材Ｄの組合せよりも、両者の硬度が異なる試験材Ｃの組合せでの摩耗体積が少なくなるはずであるが、結果は従来の知見とは逆となっている。これはすなわち、一定の硬度以下の材料では、従来の知見の通り両者の硬度を異ならせることによって長期的な摩耗の量が低減できるが、一定の硬度以上の材料では、両者の硬度は同一にすることによって摩耗の量を低減できることが考えられる。
【００３９】
また、表１に示す試験材Ａの組合せは、平板部材５が、マルテンサイト系のＳＵＳ４０３ステンレス鋼にＮＶ窒化法を用いて窒化処理を施した材料から形成され、円柱部材６が、マルテンサイト系のＳＵＳ４４０Ｃステンレス鋼に調質処理を施した材料から形成されている。これらの材料はいずれも高い硬度を有しているが、材料及び表面処理が違うため、各々の硬度は異なっている。一方、本実施形態における試験材Ｄの組合せは、平板部材５及び円柱部材６のいずれもが、オーステナイト系のＳＵＳ３１６ステンレス鋼にＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理を施した材料から形成されている。ここで、窒化処理を施す前において、オーステナイト系ステンレス鋼の硬度は、マルテンサイト系ステンレス鋼よりも低い。
しかしながら、図６に示すように、試験材Ａの組合せでの摩耗体積よりも、試験材Ｄの組合せでの摩耗体積が少なくなっている。すなわち、オーステナイト系ステンレス鋼であっても、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理を施すことで高い耐摩耗性を備えることができ、平板部材５及び円柱部材６（すなわちローラ４及びブッシュ２２）の摩耗を低減できることが判明した。
【００４０】
また、マルテンサイト系ステンレス鋼は、硬度が高いことから機械加工が難しく、加工用工具の消耗も激しいことから、ローラ４及びブッシュ２２の製作における加工の手間やコストが増加する傾向にあった。一方、窒化処理を施す前のオーステナイト系ステンレス鋼の硬度は、マルテンサイト系ステンレス鋼に比べて低いことから、ローラ４及びブッシュ２２の製作における加工の手間やコストを削減することができる。
【００４１】
図６に示す摩耗試験の結果によれば、ローラ４及びブッシュ２２のいずれにもＳＵＳ３１６ステンレス鋼にＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理を施すことで、このようなローラ４及びブッシュ２２を備えるローラチェーン１は潤滑油を供給せずに長い寿命を確保できることが判明した。
よって、本実施形態におけるローラチェーン１を熱処理装置（浸炭炉）等に用いた場合には、摩耗を低減させるための潤滑油を供給する必要が無くなる。すなわち、完全オイルフリー化を達成でき、被処理物Ｗの浸炭品質が向上することや、炭化物の発生が防止され潤滑油の消費が無くなることによるメンテナンスコスト・ランニングコストの低減といった効果がある。
【００４２】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理によりローラ４とブッシュ２２との摺動箇所における硬度がいずれも向上する。そのため、ローラ４及びブッシュ２２はいずれも高い耐摩耗性を有しており、このようなローラ４及びブッシュ２２を備えるローラチェーン１は、潤滑油を供給せずに、長い寿命を確保できるという効果がある。
【００４３】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態では、ローラ４及びブッシュ２２にＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理が施されているが、これに限定されるものではなく、その他の窒化処理法を用いて処理を施してもよい。例えば、ガス窒化法の一方法であるＮＶ窒化法を用いて窒化処理を施してもよい。また、ガス窒化法以外の窒化法、例えば塩浴軟窒化法又はプラズマ窒化法等を使用してもよい。なお、塩浴窒化法を採用する場合には、環境への負荷が低減されるイソナイトＬＳ法を用いることが好ましい。このような窒化処理法は、ローラ４及びブッシュ２２で同一の方法を用いることが好ましい。
【００４５】
また、上記実施形態では、ローラ４及びブッシュ２２にＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理が施されているが、これに加えて、ブッシュ２２と摺動するリンクピン３２に窒化処理を施してもよい。なお、リンクピン３２に施される窒化処理は、ブッシュ２２に施される窒化処理と同一の方法を用いることが好ましい。
リンクピン３２に対しても窒化処理を施すことで、リンクピン３２とブッシュ２２とが共に高い耐摩耗性を備えることから、リンクピン３２とブッシュ２２との間における摩耗が低減される。このようなリンクピン３２を用いることで、ローラチェーン１に潤滑油を供給しない完全オイルフリー化とする場合であっても、ローラチェーン１の長い寿命を確保することができる。
また、リンクピン３２が、オーステナイト系ステンレス鋼から形成されるとともに、窒化処理が施されている構成であってもよい。オーステナイト系ステンレス鋼を使用することで、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼を使用する場合に比べて、加工の手間及びコストを削減することができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、ローラ４及びブッシュ２２に用いられる材料はＳＵＳ３１６ステンレス鋼であるが、これに限定されるものではなく、窒化処理を施すことのできる材料（合金鋼、高合金鋼、チタン合金等）であればよい。なお、使用する材料によって窒化処理後の表面硬度が変化するため、窒化処理後の表面硬度が１０００Ｈｖ以上となる材料を用いることが好ましい。
【符号の説明】
【００４７】
１…ローラチェーン、２…内側リンク、２１…内側リンクプレート、２２…ブッシュ、３…外側リンク、３１…外側リンクプレート、３２…リンクピン（ピン）、４…ローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローラチェーンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温の炉内で被処理物に対して浸炭処理等を行う熱処理装置（浸炭炉）が知られている。このような熱処理装置の炉内には、被処理物を搬送するチェーンコンベヤ等が設けられており、チェーンコンベヤにはローラチェーンが使用されている。ローラチェーンは、一対の内側リンクプレートの両端部同士を筒状のブッシュでそれぞれ連結してなる内側リンクと、一対の外側リンクプレートの両端部同士をブッシュに回転自在に挿通されるピンでそれぞれ連結してなる外側リンクと、ブッシュの外周面を囲んで回転自在に設けられるローラとを備えている。ローラチェーンは、スプロケット等に巻回され、一方向に延在するガイドレールに沿って移動する。
【０００３】
ローラチェーンの移動に伴い、ローラがガイドレール上を転動するため、ローラはブッシュに対して摺動して回転する。また、ローラチェーンがスプロケット等に巻回されつつ移動することで、ブッシュとピンとが摺動する。ローラとブッシュとの間及びブッシュとピンとの間を潤滑し、それらの摺動箇所の摩耗を低減させるために、ローラチェーンには潤滑油が供給されている。潤滑油を供給するために、移動するローラチェーンの一部が潤滑油を貯留する油槽に浸けられる油浴式の供給装置や、空隙を有する焼結材で成形されたローラ等に潤滑油を予め含ませる無給油式ローラチェーン等が用いられている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８６１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、熱処理装置の炉内の温度は高温（例えば４００℃）となっており、ローラチェーンに供給された潤滑油は炉内で蒸発する。そのため、蒸発した潤滑油が被処理物の表面に付着し、浸炭処理に影響を与え、被処理物の浸炭品質が低下する虞があった。また、蒸発した潤滑油が炉内で炭化・固化し炭化物（コーキング）が生成される虞があった。熱処理装置の安定した運転のためには炭化物を除去する必要があり、炭化物除去のための定期的なメンテナンス作業が発生していた。さらに、ローラチェーンに潤滑油を供給するために油浴式の供給装置を用いる場合は、蒸発による潤滑油の消費が多くランニングコストが増加してしまうという課題があった。
【０００６】
一方、ローラチェーンに対して全く潤滑油を供給しない、いわゆるオイルフリー化とすると、特にローラとブッシュとの摺動箇所が急速に摩耗し、ローラチェーンの寿命が短くなる。ローラチェーンが短寿命化すると頻繁に部品交換作業等が生じてしまい、かえってランニングコストが増加するため、現状のローラチェーンではオイルフリー化できないという課題があった。
【０００７】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、潤滑油を供給せずに長い寿命を確保できるローラチェーンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係るローラチェーンは、一対の内側リンクプレートの両端部同士を筒状のブッシュでそれぞれ連結してなる内側リンクと、一対の外側リンクプレートの両端部同士をブッシュに回転自在に挿通されるピンでそれぞれ連結してなる外側リンクと、ブッシュの外周面を囲んで回転自在に設けられるローラとを備えるローラチェーンであって、ブッシュ及びローラのいずれにも窒化処理が施されている、という構成を採用する。
本発明によれば、ブッシュ及びローラのいずれにも窒化処理が施されるために、ブッシュ及びローラの表面硬度がいずれも向上する。すなわち、ブッシュとローラとの摺動箇所における硬度がいずれも向上する。
【０００９】
また、本発明に係るローラチェーンは、ブッシュ及びローラのいずれにもＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理が施されている、という構成を採用する。
【００１０】
また、本発明に係るローラチェーンは、ブッシュ及びローラがいずれもオーステナイト系ステンレス鋼から形成されている、という構成を採用する。
【００１１】
また、本発明に係るローラチェーンは、ピンに窒化処理が施されている、という構成を採用する。
【００１２】
また、本発明に係るローラチェーンは、ピンにＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理が施されている、という構成を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、窒化処理によりブッシュとローラとの摺動箇所における硬度がいずれも向上する。そのため、ブッシュ及びローラはいずれも高い耐摩耗性を有しており、このようなブッシュ及びローラを備えるローラチェーンは、潤滑油を供給せずに、長い寿命を確保できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態におけるローラチェーンの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態におけるローラチェーンとガイドレールとの位置関係を示す垂直断面図である。
【図３】ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理の一般的な処理条件を示す概略図である。
【図４】ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理の本発明の実施形態における処理条件を示す概略図である。
【図５】試験材に対する摩耗試験の概略構成を示す斜視図である。
【図６】試験材に対する摩耗試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図１から図６を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
図１は、本実施形態におけるローラチェーン１の構成を示す概略図であって、（ａ）は一部断面平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線視断面図である。また、図２は、本実施形態におけるローラチェーン１とガイドレールＲとの位置関係を示す垂直断面図である。
ローラチェーン１は、不図示の熱処理装置で使用されるものである。熱処理装置の一例としては、高温（例えば４００℃）且つ真空（数百Ｐａ）の炉内で鋼材等の被処理物Ｗ（図２参照）に対して浸炭処理を行う真空浸炭炉が挙げられる。熱処理装置の炉内には、被処理物Ｗを搬送するためのチェーンコンベヤ（図示せず）が設けられており、チェーンコンベヤはローラチェーン１を備えている。すなわち、ローラチェーン１は、高温且つ真空の環境下で使用されるものである。
【００１７】
図１に示すように、ローラチェーン１は、内側リンク２と、外側リンク３と、ローラ４とを備えている。
内側リンク２は、一対の内側リンクプレート２１の両端部同士が筒状のブッシュ２２でそれぞれ連結された構成となっている。内側リンクプレート２１は、一方向に延在する板部材である。内側リンクプレート２１の両端部には、板厚方向で貫通する貫通孔がそれぞれ形成されている。ブッシュ２２は、円筒状に成形された部材であって、内側リンクプレート２１の両端部の貫通孔にそれぞれ嵌合して固定されている。一対の内側リンクプレート２１は、互いに対向する位置で一対のブッシュ２２を介して連結されている。なお、ブッシュ２２は、オーステナイト系のＳＵＳ３１６ステンレス鋼を用いて成形されている。
【００１８】
外側リンク３は、一対の外側リンクプレート３１の両端部同士がブッシュ２２に回転自在に挿通されるリンクピン３２（ピン）でそれぞれ連結された構成となっている。外側リンクプレート３１は、一方向に延在する板部材である。外側リンクプレート３１の両端部には、板厚方向で貫通する貫通孔がそれぞれ形成されている。リンクピン３２は、円柱状に成形されたピン本体の一端部に、該ピン本体の径よりも大径のピン頭部を備えている。一対の外側リンクプレート３１が内側リンク２の両側に配置され、リンクピン３２は、外側リンクプレート３１の両端部の貫通孔及びブッシュ２２を挿通して設けられている。なお、少なくともリンクピン３２は、ブッシュ２２に回転自在に挿通されている。リンクピン３２におけるピン頭部の逆側には、割ピン３３が設けられている。割ピン３３は、リンクピン３２が外側リンクプレート３１から抜け落ちることを防止するためのものである。また、割ピン３３の代わりに、ピン頭部の逆側にカシメ部を形成してもよい。
【００１９】
ローラ４は、ローラチェーン１を円滑に移動させるためのものであって、ブッシュ２２の外周面を囲んで回転自在に設けられている。ローラ４は、オーステナイト系のＳＵＳ３１６ステンレス鋼を用いて成形されている。
【００２０】
図２に示すように、熱処理装置のチェーンコンベヤに設けられるローラチェーン１は、一方向（紙面に垂直な方向）に延在するガイドレールＲ上に設置されている。ローラチェーン１によって搬送される被処理物Ｗは、内側リンクプレート２１によって支持される。ローラ４の外周面は、ガイドレールＲの支持面に当接している。すなわち、被処理物Ｗは、ローラチェーン１における内側リンクプレート２１、ブッシュ２２及びローラ４を介して、ガイドレールＲに支持されている。特に、被処理物Ｗの重量により、ブッシュ２２の外周面はローラ４の内周面に強く接触している。また、ローラチェーン１は、不図示のスプロケットに巻回されており、該スプロケットにはローラチェーン１を移動させるための不図示の駆動装置が連結されている。
【００２１】
駆動装置の駆動によりローラチェーン１がガイドレールＲに沿って移動し、被処理物Ｗが搬送される。ローラ４は、ローラチェーン１の移動に伴い、ガイドレールＲの支持面を転動する。すなわち、ローラ４はブッシュ２２に対して摺動して回転する。また、ローラチェーン１がスプロケットに巻回されつつ移動することで、ブッシュ２２とリンクピン３２とが摺動する。
ブッシュ２２とリンクピン３２との間の摺動の量よりも、ローラ４とブッシュ２２との間の摺動の量が多くなっている。さらに、上述したように、被処理物Ｗの重量により、ブッシュ２２の外周面はローラ４の内周面に強く接触している。そのため、摺動箇所の摩耗によりローラチェーン１が寿命となるときには、ローラ４とブッシュ２２との摺動箇所が摩耗することで寿命に到達する場合が多い。
【００２２】
続いて、ローラ４及びブッシュ２２の材質及び表面処理について、より詳細に説明する。図３は、ガス窒化法の一方法である、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理の一般的な処理条件を示す概略図である。また、図４は、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理の本実施形態における処理条件を示す概略図である。なお、図３及び図４に示す窒化処理の処理条件とは、被処理物に対する処理温度の経時的変化を示す温度プロファイルと、処理炉内に供給される雰囲気ガスの供給タイミングとを共に示したものである。
【００２３】
上述したように、ローラ４及びブッシュ２２は、オーステナイト系のＳＵＳ３１６ステンレス鋼を用いて成形されている。このステンレス鋼は、焼き入れ処理及び焼き戻し処理を施した調質材となっている。
【００２４】
さらに、本実施形態におけるローラ４及びブッシュ２２には、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理が施されている。
窒化処理は、鋼材やチタン合金等の被処理物の表面から窒素を浸み込ませ、表面部分における硬度を向上させる表面処理方法である。窒化処理には、塩浴軟窒化法、ガス窒化法及びプラズマ窒化法等の方法が存在する。ガス窒化法は、被処理物をアンモニアガス（ＮＨ３）や窒素ガス（Ｎ２）の雰囲気中に設置し、被処理物をオーステナイト化温度（８００℃から９００℃）以下の温度に加熱し、被処理物の表面に窒素を浸透させて硬化させる方法である。
【００２５】
本実施形態におけるＳＰ−ＮＩＴＥ法は、ガス窒化法に属する方法である。例えば窒化処理の被処理物として鋼材を用いる場合には、鋼材の表面は一般的に酸化被膜（不働態被膜）で被覆されており、適切に窒化処理を施すためには酸化被膜を除去あるいは活性化することが必要となる。ＳＰ−ＮＩＴＥ法では、アンモニアガス及び窒素ガスの雰囲気中に被処理物の表面を活性化させるＣＸガスを導入することで、酸化被膜を有したまま窒化処理を施すことができ、処理後の被処理物の表面には特殊窒化層（いわゆるＳＰ層）が形成される。
【００２６】
次に、図３を参照して、一般的な処理条件を説明する。
ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理の温度プロファイルは、昇温期間Ｐ１と処理期間Ｐ２と冷却期間Ｐ３とに分けられる。
昇温期間Ｐ１は、ローラ４及びブッシュ２２等の被処理物に対する処理温度まで、被処理物を加熱して昇温させる期間である。なお、昇温期間Ｐ１として５時間が例示されるが、これに限定されるものではなく、被処理物の材質や、求める被処理物の表面硬度等の条件に応じて適宜調整してよい。
処理期間Ｐ２は、被処理物に対して窒化処理を施す期間である。処理期間Ｐ２として１４時間が例示され、処理温度として４００℃が例示されるが、これに限定されるものではなく、被処理物の材質や、求める被処理物の表面硬度等の条件に応じて適宜調整してよい。なお、上述したように、処理温度は、被処理物のオーステナイト化温度（８００℃から９００℃）以下に設定する必要がある。
冷却期間Ｐ３は、処理温度にある被処理物を常温にまで冷却する期間である。なお、冷却期間Ｐ３として３時間が例示されるが、これに限定されるものではなく、被処理物の材質や冷却時における変形・破損の程度等に応じて適宜調整してよい。
【００２７】
また、処理炉内に供給される雰囲気ガスとして、上述したＣＸガス、アンモニアガス及び窒素ガスが例示される。
ＣＸガスの供給は、昇温期間Ｐ１のうちのいずれかの時点で開始され、処理期間Ｐ２のうちのいずれかの時点で停止される。図３において符号Ｐ４で示すＣＸガスの供給期間は、被処理物の材質や、求める被処理物の表面硬度等の条件に応じて適宜調整してよい。なお、ＣＸガスの供給は、図３に示すように被処理物が未だ処理温度に到達していない時点で開始されるのが一般的である。
アンモニアガスの供給は、昇温期間Ｐ１のうちのいずれかの時点で開始され、冷却期間Ｐ３のうちのいずれかの時点で停止される。アンモニアガスの供給期間は、被処理物の材質や、求める被処理物の表面硬度等の条件に応じて適宜調整してよい。なお、アンモニアガスの供給は、昇温期間Ｐ１において被処理物が加熱され始めた時点で開始され、冷却期間Ｐ３において被処理物の温度が処理温度よりも低くなった時点で停止されるのが一般的である。
窒素ガスの供給は、昇温期間Ｐ１において被処理物が加熱され始めた時点で開始され、冷却期間Ｐ３において被処理物の温度が常温となり冷却が完了した時点で停止されるのが一般的である。
【００２８】
次に、図４を参照して、本実施形態における被処理物であるローラ４及びブッシュ２２に対する処理について説明する。なお、本実施形態では被処理物に対して以下の処理条件による窒化処理を施したが、これに限定されるものではなく、一般的なＳＰ−ＮＩＴＥ法の処理条件による窒化処理を施してもよい。
昇温期間Ｐ１、処理期間Ｐ２及び冷却期間Ｐ３は、それぞれ５時間、１４時間及び３時間に設定され、処理温度は４００℃に設定されている。
ＣＸガスの供給は、被処理物が処理温度（４００℃）に到達したとき（すなわち昇温期間Ｐ１の終了時点）に開始され、その供給期間（Ｐ４）は数時間（１〜５時間）の範囲内で適宜調整している。また、アンモニアガスは、処理期間Ｐ２の全期間においてのみ供給されている。すなわち、アンモニアガスは、昇温期間Ｐ１の終了時点から供給が開始され、冷却期間Ｐ３の開始と同時にその供給が停止されている。
【００２９】
昇温期間Ｐ１では、常温から処理温度（４００℃）まで加熱して昇温させる。この昇温期間Ｐ１では、被処理物が不活性ガスである窒素ガスの雰囲気中に配置されているため、被処理物に生じる酸化等の変化を抑制することができる。
被処理物の温度が処理温度に到達し、処理期間Ｐ２が開始する。処理期間Ｐ２では、ＣＸガスの導入により被処理物の表面が活性化するとともに、ＣＸガスと同時に供給開始されるアンモニアガスと、窒素ガスとを構成する窒素が被処理物の表面から浸透する。本実施形態における処理温度及び処理時間は、被処理物の耐食性向上を狙い、それぞれ４００℃及び１４時間に設定されている。窒素が浸透することで、被処理物の表面には窒化層（化合物層（いわゆる白層）や拡散層）が形成され、被処理物の表面硬度が向上する。ＳＰ−ＮＩＴＥ法で形成される窒化層の厚さは、１０μｍ〜数十μｍである。被処理物をＳＵＳ３１６ステンレス鋼として、本実施形態の条件におけるＳＰ−ＮＩＴＥ法を実施すると、処理された被処理物の表面硬度は約１０００Ｈｖとなる。
【００３０】
冷却期間Ｐ３では、被処理物の温度を４００℃から常温まで低下させる。なお、冷却期間Ｐ３の開始とともに、アンモニアガスの供給は停止される。
以上で、本実施形態における被処理物であるローラ４及びブッシュ２２に対する窒化処理が完了する。なお、処理後、白層は研磨等により除去してもよい。
【００３１】
ローラ４及びブッシュ２２のいずれにもＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理を施すことで、これらの表面硬度はいずれも約１０００Ｈｖまで向上する。すなわち、ローラ４とブッシュ２２との摺動箇所における硬度が向上する。そのため、ローラ４及びブッシュ２２はいずれも高い耐摩耗性を有しており、このようなローラ４及びブッシュ２２を備えるローラチェーン１は、潤滑油を供給せずに、長い寿命を確保することが可能となる。
【００３２】
続いて、潤滑油を供給せずに長い寿命を確保できるローラチェーン１の開発に伴い実施した、実験の結果について説明する。図５は、試験材に対する摩耗試験の概略構成を示す斜視図である。また、図６は、試験材に対する摩耗試験の結果を示すグラフである。
本発明者等は、複数の材料から選択した一対の試験材を互いに摺動させ、摩耗の量を参照することで、摩耗の量を低減できる一対の試験材の材料及び組合せを検証した。図５に示すように、摩耗試験の構成は、ローラ４を模した平板部材５と、ブッシュ２２を模した円柱部材６とを有している。平板部材５の板面に円柱部材６の外周面を当接させ、平板部材５の板厚方向で荷重を加えつつ、平板部材５の板面に平行する方向（符号Ｓで示す方向）で円柱部材６を往復移動させ、摩耗により失われた体積（摩耗体積、ｍｍ３）を平板部材５及び円柱部材６のそれぞれについて計測した。摩耗試験の試験条件は、荷重１９．６Ｎ、摺動速度１０ｍｍ／ｓ、往復ストローク１０ｍｍ、試験材温度４００℃、摺動時間６時間（Ｈｒ）、試験雰囲気は真空とした。
【００３３】
ローラ４を模した平板部材５及びブッシュ２２を模した円柱部材６に用いた試験材の組合せを表１に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１に示すように、従来材として、平板部材５及び円柱部材６のいずれにもＳ４５Ｃ炭素鋼を選択した。Ｓ４５Ｃ炭素鋼は、従来の一般的なローラチェーン１に用いられる材料である。
なお、従来のローラ４及びブッシュ２２がいずれもＳ４５Ｃ炭素鋼を用いて成形される場合であっても、それぞれの材料に調質処理や浸炭処理等が施され、従来のローラ４及びブッシュ２２は互いに異なる硬度を有していた。これは、両者の硬度を異ならせることで、摩耗の初期段階で低い硬度を有する部材が高い硬度を有する部材に摩耗・研削され、高い硬度を有する部材の外形に沿うために、両者の接触面積が大きくなることで接触圧が低下し、長期的に見れば両者の摩耗総量を抑制できるという知見があったためである。よって、従来のローラ４及びブッシュ２２では、両者の硬度は互いに異なっていた。
なお、表１に示す平板部材５及び円柱部材６に用いられる、各Ｓ４５Ｃ炭素鋼の硬度は同一となっている。
【００３６】
従来材の他に、試験材Ａから試験材Ｄまでの４種類の組合せについて、摩耗の量を計測した。
なお、表１に示す「ＳＵＳ４０３（ＮＶ窒化）」は、マルテンサイト系のＳＵＳ４０３ステンレス鋼にガス窒化法の一方法であるＮＶ窒化法を用いて窒化処理を施した材料を表している。ＮＶ窒化法とは、ＮＶガスによるガス活性化処理により被処理物の酸化膜をフッ化膜に置き換え、アンモニアガスによりフッ化膜を除去しつつ速やかに被処理物の表面から窒素を浸透させる方法である。ＮＶ窒化法によっても、被処理物の表面硬度を、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた場合と同等の表面硬度（１０００Ｈｖ以上）とすることが可能となる。
【００３７】
また、表１に示す「ＳＵＳ４４０ＣＱＴ」とは、マルテンサイト系のＳＵＳ４４０Ｃステンレス鋼に、調質処理を施した材料を表している。
また、表１に示す「ＳＵＳ４０３ＱＴ」とは、マルテンサイト系のＳＵＳ４０３ステンレス鋼に、調質処理を施した材料を表している。
また、表１に示す「ＳＵＳ３１６（ＳＰ−ＮＩＴＥ）」とは、オーステナイト系のＳＵＳ３１６ステンレス鋼に、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理を施した材料を表している。なお、試験材Ｄは、本実施形態におけるローラ４及びブッシュ２２と同一の組合せとなっている。
【００３８】
図６に示す摩耗試験の結果によれば、ローラ４を模した平板部材５及びブッシュ２２を模した円柱部材６のいずれにも、オーステナイト系のＳＵＳ３１６ステンレス鋼にＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理を施した試験材Ｄの組合せの摩耗体積が、最も少なくなっていることが分かる。
従来の知見によれば、平板部材５及び円柱部材６の硬度が同一である試験材Ｄの組合せよりも、両者の硬度が異なる試験材Ｃの組合せでの摩耗体積が少なくなるはずであるが、結果は従来の知見とは逆となっている。これはすなわち、一定の硬度以下の材料では、従来の知見の通り両者の硬度を異ならせることによって長期的な摩耗の量が低減できるが、一定の硬度以上の材料では、両者の硬度は同一にすることによって摩耗の量を低減できることが考えられる。
【００３９】
また、表１に示す試験材Ａの組合せは、平板部材５が、マルテンサイト系のＳＵＳ４０３ステンレス鋼にＮＶ窒化法を用いて窒化処理を施した材料から形成され、円柱部材６が、マルテンサイト系のＳＵＳ４４０Ｃステンレス鋼に調質処理を施した材料から形成されている。これらの材料はいずれも高い硬度を有しているが、材料及び表面処理が違うため、各々の硬度は異なっている。一方、本実施形態における試験材Ｄの組合せは、平板部材５及び円柱部材６のいずれもが、オーステナイト系のＳＵＳ３１６ステンレス鋼にＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理を施した材料から形成されている。ここで、窒化処理を施す前において、オーステナイト系ステンレス鋼の硬度は、マルテンサイト系ステンレス鋼よりも低い。
しかしながら、図６に示すように、試験材Ａの組合せでの摩耗体積よりも、試験材Ｄの組合せでの摩耗体積が少なくなっている。すなわち、オーステナイト系ステンレス鋼であっても、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理を施すことで高い耐摩耗性を備えることができ、平板部材５及び円柱部材６（すなわちローラ４及びブッシュ２２）の摩耗を低減できることが判明した。
【００４０】
また、マルテンサイト系ステンレス鋼は、硬度が高いことから機械加工が難しく、加工用工具の消耗も激しいことから、ローラ４及びブッシュ２２の製作における加工の手間やコストが増加する傾向にあった。一方、窒化処理を施す前のオーステナイト系ステンレス鋼の硬度は、マルテンサイト系ステンレス鋼に比べて低いことから、ローラ４及びブッシュ２２の製作における加工の手間やコストを削減することができる。
【００４１】
図６に示す摩耗試験の結果によれば、ローラ４及びブッシュ２２のいずれにもＳＵＳ３１６ステンレス鋼にＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理を施すことで、このようなローラ４及びブッシュ２２を備えるローラチェーン１は潤滑油を供給せずに長い寿命を確保できることが判明した。
よって、本実施形態におけるローラチェーン１を熱処理装置（浸炭炉）等に用いた場合には、摩耗を低減させるための潤滑油を供給する必要が無くなる。すなわち、完全オイルフリー化を達成でき、被処理物Ｗの浸炭品質が向上することや、炭化物の発生が防止され潤滑油の消費が無くなることによるメンテナンスコスト・ランニングコストの低減といった効果がある。
【００４２】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理によりローラ４とブッシュ２２との摺動箇所における硬度がいずれも向上する。そのため、ローラ４及びブッシュ２２はいずれも高い耐摩耗性を有しており、このようなローラ４及びブッシュ２２を備えるローラチェーン１は、潤滑油を供給せずに、長い寿命を確保できるという効果がある。
【００４３】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態では、ローラ４及びブッシュ２２にＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理が施されているが、これに限定されるものではなく、その他の窒化処理法を用いて処理を施してもよい。例えば、ガス窒化法の一方法であるＮＶ窒化法を用いて窒化処理を施してもよい。また、ガス窒化法以外の窒化法、例えば塩浴軟窒化法又はプラズマ窒化法等を使用してもよい。なお、塩浴窒化法を採用する場合には、環境への負荷が低減されるイソナイトＬＳ法を用いることが好ましい。このような窒化処理法は、ローラ４及びブッシュ２２で同一の方法を用いることが好ましい。
【００４５】
また、上記実施形態では、ローラ４及びブッシュ２２にＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理が施されているが、これに加えて、ブッシュ２２と摺動するリンクピン３２に窒化処理を施してもよい。なお、リンクピン３２に施される窒化処理は、ブッシュ２２に施される窒化処理と同一の方法を用いることが好ましい。
リンクピン３２に対しても窒化処理を施すことで、リンクピン３２とブッシュ２２とが共に高い耐摩耗性を備えることから、リンクピン３２とブッシュ２２との間における摩耗が低減される。このようなリンクピン３２を用いることで、ローラチェーン１に潤滑油を供給しない完全オイルフリー化とする場合であっても、ローラチェーン１の長い寿命を確保することができる。
また、リンクピン３２が、オーステナイト系ステンレス鋼から形成されるとともに、窒化処理が施されている構成であってもよい。オーステナイト系ステンレス鋼を使用することで、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼を使用する場合に比べて、加工の手間及びコストを削減することができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、ローラ４及びブッシュ２２に用いられる材料はＳＵＳ３１６ステンレス鋼であるが、これに限定されるものではなく、窒化処理を施すことのできる材料（合金鋼、高合金鋼、チタン合金等）であればよい。なお、使用する材料によって窒化処理後の表面硬度が変化するため、窒化処理後の表面硬度が１０００Ｈｖ以上となる材料を用いることが好ましい。
【符号の説明】
【００４７】
１…ローラチェーン、２…内側リンク、２１…内側リンクプレート、２２…ブッシュ、３…外側リンク、３１…外側リンクプレート、３２…リンクピン（ピン）、４…ローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の内側リンクプレートの両端部同士を筒状のブッシュでそれぞれ連結してなる内側リンクと、一対の外側リンクプレートの両端部同士を前記ブッシュに回転自在に挿通されるピンでそれぞれ連結してなる外側リンクと、前記ブッシュの外周面を囲んで回転自在に設けられるローラとを備えるローラチェーンであって、
前記ブッシュ及び前記ローラのいずれにも、窒化処理が施されていることを特徴とするローラチェーン。
【請求項２】
請求項１に記載のローラチェーンにおいて、
前記ブッシュ及び前記ローラのいずれにも、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理が施されていることを特徴とするローラチェーン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のローラチェーンにおいて、
前記ブッシュ及び前記ローラは、いずれもオーステナイト系ステンレス鋼から形成されていることを特徴とするローラチェーン。
【請求項４】
請求項１に記載のローラチェーンにおいて、
前記ピンに、窒化処理が施されていることを特徴とするローラチェーン。
【請求項５】
請求項２に記載のローラチェーンにおいて、
前記ピンに、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理が施されていることを特徴とするローラチェーン。
【請求項１】
一対の内側リンクプレートの両端部同士を筒状のブッシュでそれぞれ連結してなる内側リンクと、一対の外側リンクプレートの両端部同士を前記ブッシュに回転自在に挿通されるピンでそれぞれ連結してなる外側リンクと、前記ブッシュの外周面を囲んで回転自在に設けられるローラとを備えるローラチェーンであって、
前記ブッシュ及び前記ローラのいずれにも、窒化処理が施されていることを特徴とするローラチェーン。
【請求項２】
請求項１に記載のローラチェーンにおいて、
前記ブッシュ及び前記ローラのいずれにも、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理が施されていることを特徴とするローラチェーン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のローラチェーンにおいて、
前記ブッシュ及び前記ローラは、いずれもオーステナイト系ステンレス鋼から形成されていることを特徴とするローラチェーン。
【請求項４】
請求項１に記載のローラチェーンにおいて、
前記ピンに、窒化処理が施されていることを特徴とするローラチェーン。
【請求項５】
請求項２に記載のローラチェーンにおいて、
前記ピンに、ＳＰ−ＮＩＴＥ法を用いた窒化処理が施されていることを特徴とするローラチェーン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２４１００７（Ｐ２０１１−２４１００７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２２７８（Ｐ２０１０−１１２２７８）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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