JP6267269B2 - 油圧ブレーカ用ブシュおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は油圧ブレーカ用ブシュおよびその製造方法に関するものである。

油圧ブレーカは、作業機械のアームの先端に取り付けられ、岩盤、コンクリート、炉壁、製鉄スラグ等の破砕に使用される。油圧ブレーカにおいては、ピストンにより軸方向に駆動される棒状のチゼルが岩盤等を破砕する。チゼルは、基端側がフレームに取り囲まれ、先端側がフレームから突出するように保持される。油圧ブレーカは、チゼルが鉛直方向下向きに岩盤等に衝突するような姿勢だけでなく、チゼルが水平方向に駆動される姿勢や、チゼルが鉛直方向上向きに岩盤等に衝突する姿勢でも使用される。そのため、チゼルとフレームとの間に土砂が侵入し、フレームが大きく摩耗する場合がある。そのため、フレームにおいてチゼルと接触する領域には、耐摩耗性が要求される。

また、フレームが摩耗すると、チゼルとフレームとの間の間隔が大きくなり、稼働時にチゼルとフレームとが衝突する。そのため、フレームにおいてチゼルと接触する領域には、靭性が要求される。このような要求に対応する観点から、フレームのチゼルに接触する領域には、チゼルの外周面を取り囲む筒状の形状を有するブシュが設置される。ブシュを構成する材料としては、焼入焼戻処理された機械構造用合金鋼（たとえばＪＩＳ ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０、ＳＮＣＭ４３９など）が採用される。また、ブシュを構成する材料として、靭性に優れた窒化用鋼を採用することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平８−１９３２４２号公報

しかしながら、ブシュを構成する材料として焼入焼戻処理された機械構造用合金鋼を採用した場合、ブシュの硬度を十分な耐摩耗性が得られる硬度に調整すると、靭性が不十分となる。また、上記特許文献１のように窒化用鋼を採用した場合、十分な靭性を確保しつつ高い表面硬度を達成することが可能であるものの、硬化層である窒化層の厚みが不十分となり、十分な耐摩耗性を得ることは難しい。

本発明はこのような問題に対応するためになされたものであって、その目的は、耐摩耗性と靭性とを両立した油圧ブレーカ用ブシュおよびその製造方法を提供することである。

本発明に従った油圧ブレーカ用ブシュは、軸方向端部を含む領域の内周に径方向中央側に向けて突出する内鍔部を有する筒状の形状を有し、０．５５質量％以上０．７０質量％以下の炭素（Ｃ）と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素（Ｓｉ）と、０．４質量％以上０．９質量％以下のマンガン（Ｍｎ）と、０．４質量％以上１．３質量％以下のクロム（Ｃｒ）と、０．１５質量％以上０．５０質量％以下のモリブデン（Ｍｏ）と、を含有し、残部が鉄（Ｆｅ）および不可避的不純物からなる鋼から構成される。この油圧ブレーカ用ブシュは、３０ＨＲＣ以上４５ＨＲＣ以下の硬度を有するベース領域と、ベース領域の内周側であって、内鍔部を含む領域の内周面を含むように形成され、５５ＨＲＣ以上６３ＨＲＣ以下の硬度を有する焼入硬化層と、を備える。

本発明の油圧ブレーカ用ブシュは、内鍔部を有する筒状の形状を有している。内鍔部にはチゼルが衝突するため、特に優れた耐摩耗性と靭性との両立が求められる。これに対し、本発明の油圧ブレーカ用ブシュは、上記適切な成分組成を有する鋼からなっている。そのため、チゼルに接触する内鍔部を含む領域の内周面を含むように５５ＨＲＣ以上６３ＨＲＣ以下の硬度を有する焼入硬化層が形成されることにより、高い耐摩耗性が確保される。また、焼入硬化層が形成されない領域であるベース領域の硬度を３０ＨＲＣ以上４５ＨＲＣ以下とすることにより、高い靭性を得ることができる。このように、本発明の油圧ブレーカ用ブシュによれば、耐摩耗性と靭性とを両立した油圧ブレーカ用ブシュを提供することができる。

上記油圧ブレーカ用ブシュにおいて、上記鋼の不可避的不純物であるリン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）の含有量は、それぞれ０．０１５質量％以下であることが好ましい。リンおよび硫黄は、鋼の靭性を低下させる不純物である。そのため、これらの含有量を０．０１５質量％以下とすることにより、より確実に本発明の油圧ブレーカ用ブシュの靭性を向上させることができる。

上記油圧ブレーカ用ブシュにおいて、上記焼入硬化層の厚みは、３ｍｍ以上８ｍｍ以下であってもよい。焼入硬化層の厚みを３ｍｍ以上とすることにより、より確実に十分な耐摩耗性を得ることができる。一方、焼入硬化層の厚みを８ｍｍ以下とすることにより、より確実に十分な靭性を得ることができる。

上記油圧ブレーカ用ブシュでは、内鍔部に対応する領域において、焼入硬化層の厚みは、肉厚の１０％以上４０％以下であってもよい。焼入硬化層の厚みを肉厚の１０％以上とすることにより、より確実に十分な耐摩耗性を得ることができる。一方、焼入硬化層の厚みを肉厚の４０％以下とすることにより、より確実に十分な靭性を得ることができる。

上記油圧ブレーカ用ブシュにおいて、内鍔部に対応する領域の、内周面は焼入硬化層に含まれ、外周面はベース領域に含まれてもよい。このようにすることにより、耐摩耗性が重要な内鍔部の内周面に焼入硬化層を配置して耐摩耗性を確保しつつ、外周面側にベース領域を配置して高い靭性を得ることができる。

上記油圧ブレーカ用ブシュにおいて、内鍔部が位置する側の端面は、内周面側に焼入硬化層を、外周面側にベース領域を含んでいてもよい。このようにすることにより、耐摩耗性が重要な内鍔部の内周面側に焼入硬化層を配置して耐摩耗性を確保しつつ、外周面側にベース領域を配置して高い靭性を得ることができる。

本発明に従った油圧ブレーカ用ブシュの製造方法は、軸方向端部を含む領域の内周に径方向中央側に向けて突出する内鍔部を有する筒状の形状を有し、０．５５質量％以上０．７０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．４質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上１．３質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．５０質量％以下のモリブデンと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成され、３０ＨＲＣ以上４５ＨＲＣ以下の硬度を有する成形体を準備する工程と、成形体の内鍔部を含む領域の内周面を含む領域に対して高周波焼入処理を実施することにより、５５ＨＲＣ以上６３ＨＲＣ以下の硬度を有する焼入硬化層を形成する工程と、を備える。

本発明の油圧ブレーカ用ブシュの製造方法によれば、上記適切な成分組成を有する鋼からなり、内鍔部を有する油圧ブレーカ用ブシュに対応する形状を有し、３０ＨＲＣ以上４５ＨＲＣ以下の硬度を有する成形体が準備される。その後、内鍔部を含む領域の内周面を含む領域に対して高周波焼入処理を実施することにより、５５ＨＲＣ以上６３ＨＲＣ以下の硬度を有する焼入硬化層が形成される。このようにすることにより、上記本発明の油圧ブレーカ用ブシュを容易に製造することができる。

上記油圧ブレーカ用ブシュの製造方法において、上記鋼の不可避的不純物であるリンおよび硫黄の含有量は、それぞれ０．０１５質量％以下であることが好ましい。靭性を低下させる不純物であるリンおよび硫黄の含有量を０．０１５質量％以下とすることにより、より確実に油圧ブレーカ用ブシュの靭性を向上させることができる。

上記焼入硬化層を形成する工程では、３ｍｍ以上８ｍｍ以下の厚みの焼入硬化層が形成されてもよい。焼入硬化層の厚みを３ｍｍ以上とすることにより、より確実に十分な耐摩耗性を得ることができる。一方、焼入硬化層の厚みを８ｍｍ以下とすることにより、より確実に十分な靭性を得ることができる。

上記焼入硬化層を形成する工程では、内鍔部に対応する領域において、焼入硬化層の厚みが肉厚の１０％以上４０％以下となるように、焼入硬化層が形成されてもよい。焼入硬化層の厚みを肉厚の１０％以上とすることにより、より確実に十分な耐摩耗性を得ることができる。一方、焼入硬化層の厚みを肉厚の４０％以下とすることにより、より確実に十分な靭性を得ることができる。

上記油圧ブレーカ用ブシュの製造方法において、焼入硬化層を形成する工程では、焼入硬化層と焼入硬化層以外の領域であるベース領域との界面が、内鍔部に対応する領域の内周面と外周面との間に位置するように、焼入硬化層が形成されてもよい。このようにすることにより、耐摩耗性が重要な内鍔部の内周面を含むように焼入硬化層を配置して耐摩耗性を確保しつつ、外周面側にベース領域を配置して高い靭性を得ることができる。

ここで、鋼の成分組成を上記範囲に限定した理由について説明する。

炭素：０．５５質量％以上０．７０質量％以下
炭素は、焼入硬化層の硬度に大きな影響を及ぼす。ベース領域の靭性の確保に必要な焼戻温度である１８０℃での焼戻を実施した場合に耐摩耗性に必要な硬度である５８ＨＲＣ以上の硬度を確保する観点から、炭素含有量は０．５５質量％以上とする必要がある。一方、炭素含有量が０．７０質量％を超えると硬度の上昇は飽和する。そのため、炭素含有量は０．７０質量％以下とし、０．６５質量％以下とすることが好ましい。

珪素：０．１５質量％以上０．３５質量％以下
珪素は、鋼の焼入性の向上に有効であるとともに、製鋼プロセスにおいては脱酸効果を有する元素である。珪素含有量が０．１５質量％未満では、上記効果が十分に得られない。そのため、珪素含有量は０．１５質量％以上とする必要があり、０．２０質量％以上とすることが好ましい。一方、上記効果を得るためには、０．３５質量％を超える珪素含有量は必要ない。

マンガン：０．４質量％以上０．９質量％以下
マンガンは、鋼の焼入性の向上に有効であるとともに、製鋼プロセスにおいては脱酸効果を有する元素である。マンガン含有量が０．４質量％未満では、上記効果が十分に得られない。そのため、マンガン含有量は０．４質量％以上とする必要があり、０．５質量％以上とすることが好ましい。一方、０．９質量％を超えて添加すると、焼き割れが発生する懸念がある。そのため、マンガン含有量は０．９質量％以下とする必要があり、０．８質量％以下とすることが好ましい。

クロム：０．４質量％以上１．３質量％以下
クロムは、鋼の焼入性を向上させる。十分な焼入性を確保する観点から、クロム含有量は０．４質量％以上とする必要があり、０．４５質量％以上とすることが好ましい。一方、クロムを過剰に添加すると焼割れが生じるおそれがある。焼割れの発生を回避する観点から、クロム含有量は１．３質量％以下とする必要があり、１．２質量％以下とすることが好ましい。

モリブデン：０．１０質量％以上０．５５質量％以下
モリブデンは、焼入性を向上させ、焼戻軟化抵抗性を高める。また、モリブデンは、靭性向上にも寄与する。モリブデン含有量が０．１０質量％未満では、これらの効果が十分に発揮されない。そのため、モリブデン含有量は０．１０質量％以上とする必要があり、０．１５質量％以上であることが好ましい。一方、モリブデン含有量が０．５５質量％を超えると、上記効果が飽和する。そのため、モリブデン含有量は上記範囲とする。モリブデン含有量を０．５０質量％以下とすることにより、鋼の製造コストを低減することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の油圧ブレーカ用ブシュおよびその製造方法によれば、耐摩耗性と靭性とを両立した油圧ブレーカ用ブシュおよびその製造方法を提供することができる。

油圧ブレーカの構造を示す概略断面図である。 内鍔付きブシュの構造を示す概略断面図である。 内鍔付きブシュの製造工程の概略を示すフローチャートである。 内鍔付きブシュの製造方法を説明するための概略断面図である。 高周波焼入工程を説明するための概略断面図である。 サンプルの内周面からの距離と硬度との関係を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

図１は、油圧ブレーカの構造を示す概略断面図である。図１を参照して、本実施の形態における油圧ブレーカ１は、チゼル１０と、ピストン２０と、フレーム３０とを備える。

チゼル１０は、棒状の形状を有する。チゼル１０は、ベース部１２と、先端側縮径部１１と、基端側縮径部１２Ｂと、基端側円筒部１２Ｃとを含む。ベース部１２は、円筒形状を有する。先端側縮径部１１は、ベース部１２の一方の端部に接続され、先端１１Ａに近づくにしたがって軸方向に垂直な断面における断面積が小さくなる円錐形状を有する。基端側縮径部１２Ｂは、ベース部１２の他方の端部に接続され、基端１２Ａに近づくにしたがって軸方向に垂直な断面における断面積が小さくなる円錐台形状を有する。基端側円筒部１２Ｃは、基端側縮径部１２Ｂのベース部１２に接続される側とは反対側に接続され、円筒状の形状を有する。基端１２Ａは、基端側円筒部１２Ｃの基端側縮径部１２Ｂとは反対側の端面である。軸方向において、チゼル１０の基端１２Ａに近い側がフレーム３０に取り囲まれており、先端１１Ａに近い側がフレーム３０から突出している。

ピストン２０は、棒状の形状を有する。ピストン２０は、フレーム３０に取り囲まれる領域に配置される。ピストン２０は、チゼル１０と同軸に配置される。ピストン２０の先端側には、軸方向に交差する平面部である先端側平面部２１が形成されている。ピストン２０の先端側平面部２１とチゼルの基端１２Ａとが対向するようにチゼル１０およびピストン２０は配置される。ピストン２０はフレーム３０に対して軸方向に相対的に移動可能に保持されている。

ピストン２０が軸方向に移動してチゼル１０を叩くことにより、チゼル１０に打撃力が伝達される。フレーム３０の内周側に形成された打撃室３１内において、ピストン２０の先端側平面部２１がチゼル１０の基端１２Ａに接触することにより、ピストン２０からチゼル１０に打撃力が伝達される。チゼル１０は伝達された打撃力により岩盤等を破砕する。

ピストン２０とフレーム３０との間には、ピストン２０を駆動するための作動油が進入するための油室３２が形成されている。フレーム３０の側面に、コントロールバルブ機構４０が設置される。コントロールバルブ機構４０から作動油が油室３２に供給されることによりピストン２０が軸方向に駆動され、ピストン２０がチゼル１０を打撃する。チゼル１０はピストン２０から伝達された打撃力により岩盤等を破砕する。

このような動作において、フレーム３０の内壁面においてチゼル１０に接触する領域には、耐摩耗性が要求される。特に、フレーム３０の、チゼル１０の基端側縮径部１２Ｂを取り囲む領域、およびフレーム３０の出口付近には、特に高い耐摩耗性が要求される。そのため、これらの領域には、それぞれ内鍔付きブシュ６０および外鍔付きブシュ５０が配置される。内鍔付きブシュ６０および外鍔付きブシュ５０は、中空円筒状の形状を有する。内鍔付きブシュ６０および外鍔付きブシュ５０は、たとえばフレーム３０の内部に圧入されることにより設置される。

次に、図１および図２を参照して、本実施の形態の油圧ブレーカ用ブシュである内鍔付きブシュ６０について説明する。図２は、内鍔付きブシュの構造を示す概略断面図である。図２を参照して、内鍔付きブシュ６０は、軸方向一方の端部を含む領域の内周に径方向中央側（中心軸側）に向けて突出する内鍔部６１を有する筒状の形状を有する。内鍔付きブシュ６０の内周面６２は、円筒面形状を有する大径部６２Ａと、大径部６２Ａに接続され、大径部６２Ａから離れるにしたがって直径が小さくなる円錐面形状を有するテーパ部６２Ｂと、テーパ部６２Ｂの大径部６２Ａとは反対側に接続され、大径部６２Ａよりも直径の小さい円筒面形状を有する小径部６２Ｃとを含む。

内鍔付きブシュ６０は、０．５５質量％以上０．７０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．４質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上１．３質量％以下のクロムと、０．１０質量％以上０．５５質量％以下のモリブデンと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼（ブシュ用鋼）から構成される。不可避的不純物であるリンおよび硫黄の含有量は、それぞれ０．０１５質量％以下であることが好ましい。

内鍔付きブシュ６０は、ベース領域６４と、焼入硬化層６３とを備える。ベース領域６４は、円筒状の形状を有し、かつ３０ＨＲＣ以上４５ＨＲＣ以下の硬度を有する。ベース領域６４を構成する鋼は、焼戻マルテンサイト組織を有する。焼入硬化層６３は、ベース領域６４の内周側であって、内鍔部６１を含む領域の内周面６２（テーパ部６２Ｂおよび小径部６２Ｃ）を含むように形成され、５５ＨＲＣ以上６３ＨＲＣ以下の硬度を有する。焼入硬化層６３の厚みは、たとえば３ｍｍ以上８ｍｍ以下である。内鍔部６１に対応する領域において、焼入硬化層６３の厚みは、たとえば肉厚の１０％以上４０％以下である。内鍔部６１に対応する領域の、内周面６２（テーパ部６２Ｂおよび小径部６２Ｃ）は焼入硬化層６３に含まれ、外周面６５はベース領域６４に含まれる。本実施の形態において、焼入硬化層６３は、内周面６２の全域にわたって形成されている。内鍔部６１が位置する側の端面６６は、内周面６２側に焼入硬化層６３を、外周面６５側にベース領域６４を含む。内鍔付きブシュ６０の軸方向一方の端面６６および他方の端面６７では、外周側に非硬化層であるベース領域６４が、内周側に焼入硬化層６３が、それぞれ形成されている。

本実施の形態の内鍔付きブシュ６０は、内鍔部６１を有する筒状の形状を有している。内鍔部６１にはチゼル１０の基端側縮径部１２Ｂおよび基端側円筒部１２Ｃが衝突する。そのため、特に優れた耐摩耗性と靭性との両立が求められる。内鍔付きブシュ６０は、上記適切な成分組成を有する鋼からなっている。そのため、チゼル１０に接触する内鍔部６１を含む領域の内周面６２を含むように５５ＨＲＣ以上６３ＨＲＣ以下の硬度を有する焼入硬化層６３が形成されることにより、高い耐摩耗性が確保される。また、焼入硬化層６３が形成されない領域であるベース領域６４の硬度を３０ＨＲＣ以上４５ＨＲＣ以下とすることにより、高い靭性を得ることができる。このように、本実施の形態の油圧ブレーカ用ブシュである内鍔付きブシュ６０は、耐摩耗性と靭性とを両立した油圧ブレーカ用ブシュとなっている。

次に、本実施の形態の内鍔付きブシュ６０の製造方法の一例について説明する。図３は、内鍔付きブシュ６０の製造方法の概略を示すフローチャートである。図３を参照して、本実施の形態における内鍔付きブシュ６０の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として鋼管準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、たとえば上記ブシュ用鋼からなり、中空円筒状の形状を有する鋼管が準備される。

次に、工程（Ｓ２０）として加工工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において準備された鋼管に対して、切削加工などの加工が施される。これにより、本実施の形態の内鍔付きブシュ６０の概略形状を有する成形体９０が得られる。図４は、成形体９０の構造を示す概略断面図である。図４および図２を参照して、成形体９０の内鍔部９１および内周面９２は、それぞれ内鍔付きブシュ６０の内鍔部６１および内周面６２に対応する。

次に、工程（Ｓ３０）として全体調質工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）において得られた成形体９０に対して調質処理（焼入焼戻処理）が実施される。具体的には、たとえば成形体９０が加熱炉内において８６０℃に加熱された後、油中に浸漬されることにより当該温度から急冷されて、焼入処理される。その後、成形体が加熱炉内において、たとえば６００℃に加熱された後、室温まで空冷される。これにより、成形体９０の硬度が、３０ＨＲＣ以上４５ＨＲＣ以下に調整される。

次に、工程（Ｓ４０）として高周波焼入工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、工程（Ｓ３０）において調質処理された成形体９０に対して、高周波焼入処理が実施される。図５は、高周波焼入工程を説明するための概略断面図である。図５を参照して、高周波焼入装置７０は、円環状の形状を有する第１コイル７１と、第２コイル７２と、第３コイル７３と、支持軸７５とを備えている。第１コイル７１、第２コイル７２および第３コイル７３は、支持軸７５の中心軸Ｃに中心が一致するように、中心軸Ｃに沿って並べて配置される。第１コイル７１、第２コイル７２および第３コイル７３は、支持軸７５に接続されて支持されている。第３コイル７３の直径は、第１コイル７１および第２コイル７２の直径よりも大きい。第１コイル７１の直径と第２コイル７２の直径とは等しい。第１コイル７１、第２コイル７２および第３コイル７３は、支持軸７５の一方の端部に近い側からこの順に配置される。なお、採用可能なコイルの大きさの関係は、上記に限られるものではなく、第１コイル７１、第２コイル７２、第３コイル７３の順に、直径が大きくされてもよい。

工程（Ｓ４０）においては、第１コイル７１および第２コイル７２が内鍔部９１の内周面９２（テーパ部９２Ｂおよび小径部９２Ｃ）に対向し、第３コイル７３が内鍔部９１以外の領域の内周面９２（大径部９２Ａ）に対向する状態で、電源（図示しない）から第１コイル７１、第２コイル７２および第３コイル７３に高周波電流が供給される。これにより、第１コイル７１、第２コイル７２および第３コイル７３に対向する内周面９２の表層領域に渦電流が流れて、当該領域が加熱される。そして、支持軸７５が中心軸Ｃ周りに矢印αに沿って回転しつつ、中心軸Ｃに沿って矢印βの向きに移動する。これにより、第１コイル７１、第２コイル７２および第３コイル７３により加熱される領域が移動する。そして、加熱が完了した領域に対して冷却水が噴射されることにより当該領域が冷却され、焼入硬化される。これにより、焼入硬化層が形成される（図２の焼入硬化層６３参照）。このとき、外周面９５に冷却水を噴射することにより、焼入硬化層の厚みを調整することができる。

焼入硬化層の厚みは、たとえば３ｍｍ以上８ｍｍ以下とされる。内鍔部９１に対応する領域において、焼入硬化層の厚みは、たとえば肉厚の１０％以上４０％以下とされる。焼入硬化層と焼入硬化層以外の領域であるベース領域９４との界面が、内鍔部９１に対応する領域の内周面９２と外周面９５との間に位置するように、焼入硬化層が形成される（図２参照）。

次に、工程（Ｓ５０）として焼戻工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ４０）において焼入硬化層が形成された成形体９０に対して低温焼戻が実施される。具体的には、焼入硬化層が形成された成形体９０が炉内に挿入され、たとえば１８０℃に加熱された後、空冷される。これにより、焼入硬化層の硬度が５５ＨＲＣ以上６３ＨＲＣ以下に調整される。

次に、工程（Ｓ６０）として仕上げ工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ５０）において焼戻処理が実施された成形体９０に対して、必要に応じて切削加工、研削加工などの仕上げ処理が実施される。以上の手順により、本実施の形態の内鍔付きブシュ６０を製造することができる。

以上のように、本実施の形態の内鍔付きブシュ６０の製造方法では、上記適切な成分組成を有する鋼（ブシュ用鋼）からなり、内鍔付きブシュ６０に対応する形状を有し、３０ＨＲＣ以上４５ＨＲＣ以下の硬度を有する成形体９０が準備される。その後、内鍔部９１を含む領域の内周面９２を含む領域に対して高周波焼入処理を実施することにより、５５ＨＲＣ以上６３ＨＲＣ以下の硬度を有する焼入硬化層６３が形成される。このようにすることにより、上記本実施の形態の内鍔付きブシュ６０を容易に製造することができる。

（鋼管を用いた実験）
本発明に従った成分組成を有する鋼管を準備し、それぞれに焼入硬化層を想定した熱処理（高周波焼入後、１８０℃で焼戻）を実施したサンプルおよびベース領域を想定した熱処理（８６０℃に加熱して油焼入後、６００℃で焼戻）を実施したサンプルを準備し、硬度および衝撃値を調査する実験を行った。鋼管の形状は、外径１８０ｍｍ、内径１４６ｍｍの中空円筒形状である。硬度は、ロックウェル硬度計により測定した。衝撃値は、シャルピー衝撃試験により測定した。焼入硬化層を想定した熱処理後の硬度は、耐摩耗性を評価するものである。ベース領域を想定した熱処理後の衝撃値は、靭性を評価するものである。衝撃試験の試験片としては、端面が一辺７．５ｍｍの正方形形状、長さが５５ｍｍの四角柱形状の長手方向中央に深さ２ｍｍのＶノッチを形成したものを採用した。

また、比較のため、ＪＩＳ Ｓ５５Ｃ、ＳＵＪ２、ＳＮＣＭ４３９、ＳＣＭ４４０からなる鋼管を準備し、同様の試験を実施した。なお、ＪＩＳ ＳＮＣＭ４３９、ＳＣＭ４４０からなるサンプルについては、焼入硬化層を想定した熱処理として、全体焼入後、２００℃で焼戻を実施する熱処理を採用した。各サンプルの成分組成を表１、各サンプルの実験結果を表２に示す。

表１において、数値はいずれも質量％であり、残部は鉄および不可避的不純物である。不可避的不純物のうち、特に重要なリンおよび硫黄については、表中に表示した。また、Ｎｏ．６以外のサンプルに含まれるニッケル（Ｎｉ）は不可避的不純物である。表１における「−」は添加されていないことを示す。表２における「−」は、該当する実験が実施されなかったことを示す。また、表２に最下段には、内鍔付きブシュ（油圧ブレーカ用ブシュ）として好ましい数値（合格基準）が示されている。

表１および表２を参照して、本発明の範囲外の成分組成を有するＮｏ．４〜７は、特に重要な焼入硬化層を想定した熱処理後の硬度とベース領域を想定した熱処理後の衝撃値とにおいて合格基準を同時に満たすことができていない。これに対し、本発明の実施例に対応するＮｏ．１〜３は、全ての項目において合格基準を満たしている。このことから、本発明の成分組成を有する鋼を用いることで、耐摩耗性と靭性とを両立した油圧ブレーカ用ブシュを製造できることが確認される。

（内鍔付きブシュを用いた実験）
上記表１のＮｏ.２の成分組成を有する鋼を用いて、内鍔付きブシュに対応する形状を有するサンプルを作製し、所望の領域に硬化層を形成可能であることを確認する実験を行った。具体的には、Ｎｏ．２の成分組成を有する鋼管を準備し、これを加工することにより外径１８２ｍｍ、内径１４５ｍｍ、内鍔部の内径１２４ｍｍの円筒形状を有する成形体を準備した。そして、上記実施の形態と同様の手順で工程（Ｓ２０）〜（Ｓ３０）を実施した後、上記実施の形態と同様の高周波焼入装置７０を用いて内周面を含む領域に焼入硬化層を形成する実験を行った。その結果、高周波電源の出力、周波数、コイルの移動速度等を調整することにより、所望の領域に焼入硬化層を有するサンプルの作製に成功した。

図６は、得られたサンプルの内鍔部の肉厚方向における硬度分布を示している。横軸は内周面からの距離、縦軸は硬度を示している。なお、比較のため、全体焼入を施した表１のＮｏ．６およびＮｏ．７の鋼からなる同形状のサンプルについても、同様に硬度分布を図６に示す。

図６を参照して、比較例であるＮｏ．６およびＮｏ．７は、内周面から内部に向けてほぼ一定の硬度である。これに対し、本発明の実施例であるＮｏ．２のサンプルは、内周面を含む領域に十分な硬度を有する焼入硬化層が十分な厚みだけ形成されているとともに、内部の硬度は低くなっている。このような硬度分布を有することにより、本発明の内鍔付きブシュ（油圧ブレーカ用ブシュ）によれば、硬度の高い焼入硬化層により耐摩耗性を確保しつつ、硬度の低い内部（ベース領域）により高い靭性を得られることが確認される。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の油圧ブレーカ用ブシュおよびその製造方法は、高い耐久性を要求される油圧ブレーカ用ブシュに、特に有利に適用され得る。

１ 油圧ブレーカ、１０ チゼル、１１ 先端側縮径部、１１Ａ 先端、１２ ベース部、１２Ａ 基端、１２Ｂ 基端側縮径部、１２Ｃ 基端側円筒部、２０ ピストン、２１ 先端側平面部、３０ フレーム、３１ 打撃室、３２ 油室、４０ コントロールバルブ機構、５０ 外鍔付きブシュ、６０ 内鍔付きブシュ、６１ 内鍔部、６２ 内周面、６２Ａ 大径部、６２Ｂ テーパ部、６２Ｃ 小径部、６３ 焼入硬化層、６４ ベース領域、６５ 外周面、６６，６７ 端面、７０ 高周波焼入装置、７１ 第１コイル、 ７２ 第２コイル、７３ 第３コイル、７５ 支持軸、９０ 成形体、９１ 内鍔部、９２ 内周面、９２Ａ 大径部、９２Ｂ テーパ部、９２Ｃ 小径部、９４ ベース領域、９５ 外周面。

Claims (11)

1. 軸方向端部を含む領域の内周に径方向中央側に向けて突出する内鍔部を有する筒状の形状を有し、０．５５質量％以上０．７０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．４質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上１．３質量％以下のクロムと、０．１０質量％以上０．５５質量％以下のモリブデンと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される油圧ブレーカ用ブシュであって、
   ３０ＨＲＣ以上４５ＨＲＣ以下の硬度を有するベース領域と、
   前記ベース領域の内周側であって、前記内鍔部を含む領域の内周面を含むように形成され、５５ＨＲＣ以上６３ＨＲＣ以下の硬度を有する焼入硬化層と、を備える、油圧ブレーカ用ブシュ。
2. 前記鋼の前記不可避的不純物であるリンおよび硫黄の含有量は、それぞれ０．０１５質量％以下である、請求項１に記載の油圧ブレーカ用ブシュ。
3. 前記焼入硬化層の厚みは、３ｍｍ以上８ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の油圧ブレーカ用ブシュ。
4. 前記内鍔部に対応する領域において、前記焼入硬化層の厚みは、肉厚の１０％以上４０％以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の油圧ブレーカ用ブシュ。
5. 前記内鍔部に対応する領域の、内周面は前記焼入硬化層に含まれ、外周面は前記ベース領域に含まれる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の油圧ブレーカ用ブシュ。
6. 前記内鍔部が位置する側の端面は、内周面側に前記焼入硬化層を、外周面側に前記ベース領域を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の油圧ブレーカ用ブシュ。
7. 軸方向端部を含む領域の内周に径方向中央側に向けて突出する内鍔部を有する筒状の形状を有し、０．５５質量％以上０．７０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．４質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上１．３質量％以下のクロムと、０．１０質量％以上０．５５質量％以下のモリブデンと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成され、３０ＨＲＣ以上４５ＨＲＣ以下の硬度を有する成形体を準備する工程と、
   前記成形体の前記内鍔部を含む領域の内周面を含む領域に対して高周波焼入処理を実施することにより、５５ＨＲＣ以上６３ＨＲＣ以下の硬度を有する焼入硬化層を形成する工程と、を備える、油圧ブレーカ用ブシュの製造方法。
8. 前記鋼の前記不可避的不純物であるリンおよび硫黄の含有量は、それぞれ０．０１５質量％以下である、請求項７に記載の油圧ブレーカ用ブシュの製造方法。
9. 前記焼入硬化層を形成する工程では、３ｍｍ以上８ｍｍ以下の厚みの前記焼入硬化層が形成される、請求項７または８に記載の油圧ブレーカ用ブシュの製造方法。
10. 前記焼入硬化層を形成する工程では、前記内鍔部に対応する領域において、前記焼入硬化層の厚みが肉厚の１０％以上４０％以下となるように、前記焼入硬化層が形成される、請求項７〜９のいずれか１項に記載の油圧ブレーカ用ブシュの製造方法。
11. 前記焼入硬化層を形成する工程では、前記焼入硬化層と前記焼入硬化層以外の領域であるベース領域との界面が、前記内鍔部に対応する領域の内周面と外周面との間に位置するように、前記焼入硬化層が形成される、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の油圧ブレーカ用ブシュの製造方法。

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