JP2004270941A - 動力伝達用チェーン - Google Patents
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Abstract
【課題】 チェーンの耐摩耗性および耐腐食性を向上させる。
【解決手段】 リンク11,13からなる複数のリンクの組12,14を有し、隣り合う各リンクの組12,14を互いに枢支可能に連結する枢支部材16を有するチェーン10において、枢支部材16が、耐摩耗性および耐腐食性に優れたセラミック材料から構成されている。
【選択図】 図1A
【解決手段】 リンク11,13からなる複数のリンクの組12,14を有し、隣り合う各リンクの組12,14を互いに枢支可能に連結する枢支部材16を有するチェーン10において、枢支部材16が、耐摩耗性および耐腐食性に優れたセラミック材料から構成されている。
【選択図】 図1A
Description
本発明は、一般に、自動車用タイミングまたは動力伝達用アプリケーションのためのチェーンに関し、より詳細には、セラミックス製連結部材を有するチェーンに関する。
動力伝達用チェーンは、自動車の点火タイミングのみならず、機械的な動力を自動車の駆動輪に伝達するために、自動車産業において広く用いられている。
たとえば自動車用タイミングチェーンのアプリケーションに使用される従来の動力伝達用チェーンの一つの形式は、「サイレントチェーン」と呼称されている。サイレントチェーンは、一般に、交互に配置された複数の金属製リンクの組から構成されており、隣り合うリンクの組は、枢支手段によって連結されている。
サイレントチェーンの各チェーンリンクは、クロッチ部によって隔てられた一対のつま先部を有している。各つま先部は内側フランク面および外側フランク面によって限定されており、各内側フランクはクロッチ部によってまたはクロッチ部において接続されている。各チェーンリンクはまた、枢支手段が挿入される一対の開孔を有している。
このようなサイレントチェーンにおいてこれまで使用されてきた枢支手段は、金属製のローラピンまたはロッカーピンのような金属製の連結部材であった。サイレントチェーンおよびそのリンク部材は、動力伝達組立体または動力伝達装置において、歯付スプロケットとともに用いられるように設けられていた。
歴史的には、サイレントチェーンのリンクの外側フランク面または内側フランク面が、自動車用のタイミングチェーンまたは伝動チェーンのアプリケーションにおいて、スプロケットと噛み合うように用いられてきた。金属製のピンおよびロッカージョイントは、隔てられたリンクの組の間で結合が緩むのを防止するために、非常にきつい公差の範囲に仕上げられていなければならない。
このような従来のサイレントチェーンを製作する際、典型的には、チェーンの組立後においてチェーンが使用に供される前に、予荷重つまり引張荷重を作用させている。予荷重は、動力伝達用のアプリケーションにおいてチェーンに実際の荷重が作用する前に、チェーンの長さを予め調整するために作用させている。
予荷重は、チェーン長さの変化をもたらし、その結果、初期応力を生じさせる。もしこのような予荷重が従来のサイレントチェーン構造に作用していなければ、チェーンは、初めて使用に供されたときに、相対的に著しい初期伸びを受けるだろう。このような初期伸びは、望ましくないものである。
その一方、従来のサイレントチェーン構造に予荷重が作用している場合には、荷重は、ロッカーピンの側面がリンクプレートの開孔の壁面に圧接するように、ロッカーピンに作用する。これにより、ロッカーピンを開孔内に着座させ、ロッカーピンおよび開孔間に大きな接触面を提供して摩耗を低減させる。
その結果、チェーンピッチの望ましくないオフセットが開孔について発生し得るが、これは、チェーンの性能に悪影響を与えることになるだろう。したがって、従来のサイレントチェーン構成は、予荷重の要求に関連した、将来起こり得る欠点を有している。
従来のもう一つのタイミングチェーン構成は、ローラチェーン構造である。従来のローラチェーン構造の一つは、一般に、縦方向に交互に並設されかつ枢支可能に連結された複数の内側リンク対および外側リンク対を有している。このような構造にするために、各内側リンクは、互いに横方向に隔てられかつ実質的に平行に配設された少なくとも二つの内側プレートとして設けられている。
これらの内側プレートは、金属製のピンを受け入れるための、同芯に配置されたピン孔を各端部に有している。各内側プレートの対応する端部に配置された各ピン孔内には、たとえば圧入によってブシュが固定されている。各外側リンクは、間隔を隔てて平行に配設された少なくとも二つの外側プレートを有しており、これらの外側プレートは、単一の丸ピンのような連結部材により互いに連結されている。
各外側プレートの隣り合う二つの端部を連結するピンは、各外側プレートの間に配置された第1の各内側プレートの各端部のピン孔を挿通している。同じ外側プレートの他の端部を連結するピンは、各外側プレートの間に配置された第2の各内側プレートの各端部のピン孔を挿通している。
各ブシュの上において各内側プレート間には、回転自在な円筒状ローラが設けられている。各ローラは、対応するブシュ上で自由に回転し得るようになっている。ローラチェーンは、ローラがスプロケット歯面と駆動噛合することにより、スプロケットと噛み合う。
サイレントチェーン構造においては、リンクの摩耗が重要な関心事である。リンクの摩耗は、荷重の作用下でチェーンリンクがスプロケットと噛み合うときのチェーンリンクの動きにより発生する。チェーンの摩耗を低減させるための方策として、金属製のチェーン構成部品をオイルまたはグリースで潤滑することが長年行われてきた。
しかしながら、潤滑剤は、チェーンと接触することになる塵埃を捕捉しやすい傾向がある。このことは、チェーン構成部品の摩滅や摩耗を引き起こすという意図しない結果に帰着することになる。このようなチェーン摩耗は、その他の要因によってさらに悪化させられる。
たとえば自動車用タイミングチェーンのアプリケーションにおいては、摩耗の恐れはまた、直噴ガソリンエンジンに関連して増加する。このような目的のために開発されて使用される燃料は、従来のチェーン潤滑剤と好ましくない化学反応を起こす傾向がある。
とりわけ、このような化学反応は、オイルを酸性にし、汚染された潤滑剤と接触する金属製のドライブチェーン部品に対して潜在的に腐食性を有する。また、このような不利な化学反応は、オイル全体の潤滑性および品質を低下させて、さらに摩耗を生じさせる。
摩耗増加の問題はまた、たとえば乗用車のアプリケーションに用いられるディーゼルエンジンに関連している。すなわち、内燃機関でディーゼル燃料を使用することは、チェーンの潤滑オイル内に硫黄を生成することになり、このことがオイル内に腐食性の酸を形成することに帰着する。
このような酸は、金属に対して腐食性を有しており、金属製のドライブチェーン構成要素を化学的に攻撃する。単独でまたは組み合わされて、上述した現象は、タイミング・動力伝達用ドライブチェーンの摩耗および性能低下を促進させる。
連結部材のようなチェーン構成部品の表面の摩耗、摩滅および腐食は、チェーン構成部品、とくに金属製ピン、ブシュ、およびローラ(もし使用されていれば)のような連結部材の材料の損失につながるので、問題である。部品表面から失われた材料は、それ自体潤滑油をさらに汚染させ、その結果、チェーンの摩耗増加に寄与する。
このような材料の損失は、結局、ドライブチェーンの異なる連結部材間に隙間を形成させる。このような隙間は、チェーンを伸ばさせる、つまり元の長さから長さを増加させる。このような伸びたチェーンにおける全体の緊張力は、たとえば一般的なブレードスプリングテンショナを用いてチェーンの弛みを除去することによって、変更される。また、材料の損失および腐食は、チェーンに要求される機械的な特性を損なわせる。
さらに、たとえチェーン全体が再び張力を付与されたとしても、摩耗および(または)腐食の量は、チェーン全体を通じて均等には生じないので、摩耗したチェーンおよびスプロケットは均一の噛合いができなくなる。その結果、チェーンの有効寿命が短くなる。
或るタイプのチェーンおよびチェーンコンベアの特定の部品にセラミック材料を導入することが提案されている。たとえば米国特許第 5,069,331号は、非金属製のオーバレイ・ブシュに取り付けられた複合リンクを備えた作物収穫用コンベアチェーンについて開示している。
米国特許第 4,911,681号は、セラミック製ロッドによりセラミック製スペーサに相互に連結されたセラミック製バーを有するセラミック製のコンベアベルトについて開示している。このコンベアベルトにおいては、セラミック製端部のタブを用いてバーがロッド上に固定されており、それによって、バーの突起がロッドの一端に係合する一方、ロッドを半径方向および軸方向に固定してロッドの回転の自由度を妨げるためにセラミックのパテで満たされたロッド逆側には、空間を残している。
米国特許第 5,069,331号および米国特許第 4,911,681号は、回転可能なピン結合を用いたチェーンの非屈曲リンクに関する。また、これらの米国特許に記述されたようなコンベアチェーンは、長手方向のチェーン伸びの問題が関心事ではないように、チェーン全体のサイズに対して引張荷重が低い運転環境に関する。
米国特許第 5,829,850号は、クローラーチェーンおよびドライブスプロケットホイールを有する車両に用いられる軌道システムについて開示しており、このシステムは、ピン組立体を有している。ピン組立体は、ボルトまたはブシュを備え、その外周は、少なくとも、せいぜい15%の焼結混和剤を有する窒化ケイ素または酸化ジルコニウムからなる材料から構成されている。
相対的に大きなチェーン構成要素を備えた軌道システムは、重大なチェーン伸びの問題を生じることなく、相対的に低荷重の環境に移行する。米国特許第 5,884,387号は、センターリンク、センターローラおよびスプロケットと認識される自己潤滑性のセラミック要素を有するドライブシステムについて開示している。
米国特許第 5,803,852号は、米国特許第 5,884,387号と同様に、セラミック製のセンターリンクおよびセンターローラと、スライドしつつ回転接触するように配置されたプロケットとを備えたドライブシステムについて開示している。米国特許第 4,704,098号は、金属製の外側リンクプレートおよびプラスチック製の内側リンクプレートから構成された組合せリンクチェーンについて開示している。
自動車用タイミングチェーンやその他の動力伝達用アプリケーションのような大荷重および高速運転状況下で、良好な耐摩耗性、耐腐食性、耐久性およびチェーン伸びを有するとともに、チェーンの性能を実質的に損なうことなく、製造上の観点から実際的で費用効率の高いドライブチェーンを使用する必要性があった。
米国特許第 5,069,331号明細書
米国特許第 4,911,681号明細書
米国特許第 5,829,850号明細書
米国特許第 5,884,387号明細書
米国特許第 5,803,852号明細書
米国特許第 4,704,098号明細書
本発明が解決しようとする課題は、動力伝達用チェーンにおいて、耐摩耗性および耐腐食性を向上させることにある。
請求項1の発明は、複数のリンクの組を有し、隣り合う各リンクの組を互いに枢支可能に連結する枢支部材を有する動力伝達用チェーンにおいて、枢支部材が耐摩耗性および耐腐食性のセラミック材料から構成されている。
請求項2の発明では、請求項1において、チェーンの各リンクが少なくとも二つの開孔を有しており、或るリンクの各開孔が、同じリンクの組における残りのリンクの各開孔と整列して同芯に配置されており、整列した開孔内に少なくとも一つの枢支部材が挿入されている。
請求項3の発明では、請求項2において、各リンクの組における少なくとも一つのリンクが、互いに面接触する少なくとも2枚のリンクプレートから構成されている。
請求項4の発明では、請求項2において、枢支部材が円柱状のセラミックピンである。
請求項5の発明では、請求項2において、枢支部材が、セラミック材料を含むロッカージョイントを有しており、ロッカージョイントが、長短一対のロッカーピンから構成されるとともに、長いロッカーピンが開孔を完全に挿通して最外側リンクを逆側の最外側リンクに連結しており、短いロッカーピンが同じ開孔を完全に挿通せずに延びており、各ロッカーピンが開孔内で互いに転動し合うように設けられている。
請求項6の発明では、請求項5において、短いロッカーピンが、セラミック材料から構成されている。
請求項7の発明では、請求項5において、短いロッカーピンがセラミック材料から構成され、長いロッカーピンが金属材料から構成されている。
請求項8の発明では、請求項1、4ないし7のいずれかにおいて、セラミック材料が、ジルコニア、ジルコニア強化アルミナ、希土類酸化強化ジルコニア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、ボロンカーバイド、アルミナ、ベリリウム、サファイア、アルミナ/ジルコニア複合体、およびこれらの組合せからなるグループから選択されている。
請求項9の発明では、請求項1、4ないし7のいずれかにおいて、セラミック材料が窒化ケイ素から構成されている。
請求項10の発明では、請求項1、4ないし7のいずれかにおいて、セラミック材料がジルコニア強化アルミナから構成されている。
請求項11の発明では、請求項1において、リンクの組が、一つおきに並んで配設された複数の内側リンクおよび外側リンクから構成されており、内側リンクが、整列した開孔対を有する少なくとも2枚の内側プレートと、整列した開孔対の間に配置されたピンブシュとを有しており、外側リンクが、その端部において第1、第2のピンで連結された少なくとも2枚の外側プレートを有しており、内側プレートの端部の開孔を挿通しかつ外側プレートの端部に取り付けられた第1のピンにより、内側および外側リンクが互いに枢支可能に連結されており、第1のピンが同じ外側リンクの他方の外側プレートを連結しており、内側プレートの端部の開孔を挿通する第2のピンにより外側プレートの他の端部が連結されており、各ピンブシュには、ピンブシュの回り回転自在なローラがそれぞれ設けられている。
請求項12の発明は、動力伝達用チェーンおよびスプロケット組立体であって、組立体1ないし12のいずれかに記載のチェーンと、スプロケット歯を有するスプロケットとを備えている。
請求項13の発明は、内燃機関のタイミングを制御するために動力伝達用チェーンを使用するための方法であって、クレーム1ないし12のいずれかに記載された無端状のチェーンをチェーン駆動手段およびチェーン従動手段の係合歯と運転可能に係合させることと、チェーン駆動手段およびチェーン従動手段の回りでチェーンに回転運動を与えるチェーン駆動手段を、内燃機関の制御されたタイミングを提供するように駆動することとを備えている。
本発明は、摩耗、腐食、チェーン伸びの影響を受けにくく、自動車用のみならずその他の使用にも適した種々の動力伝達用チェーンの製造に関する。このようなチェーンは、端部がオーバラップした複数のリンクの組を有しており、これらのリンクは、チェーン伸びを減少させるのに効果的な少なくとも一つのセラミック製連結部材を含む枢支部材により連結されている。また、このようなチェーンは、スプロケット歯と駆動可能に噛合う手段を有している。
本発明の一つの特徴部分においては、チェーンの鋼製連結部の代わりにセラミック製連結部を導入することにより、鋼製部品が用いられていれば発生したであろうチェーンの伸びを少なくとも約10%減少させている。
そして、伸びの減少は、チェーンの使用時間およびその運転条件に応じて、約25%またはそれ以上にまで増加し得る。伸びが少ない一方で、本発明によるチェーンは、すべて金属からなる同様の構造のチェーンの耐用年数にほぼ匹敵するまたはそれ以上の耐用年数を有している。
このようなチェーンは、好ましくは、自動車用タイミングまたは運動伝達方法のために用いられている。このような運転環境は、大荷重を有している。一つの特徴部分においては、本発明は、運転中に半径方向、軸方向および長手方向からの過酷な力が作用する屈曲タイミングチェーンの臨界応力点となるチェーンピンのような枢支手段を、セラミック材料から作ることができるという、これまでの常識からは考えられない予期しない発見に基づいている。
セラミック材料は、自動車のタイミングチェーンおよびドライブチェーンが受ける強大な引張荷重に耐える一方、チェーン伸びの問題、とりわけ腐食を著しく低減させることができる。自動車用のタイミングアプリケーションに使用されるサイレントチェーンは、運転中にしばしば荷重変動を受ける。
これまでセラミック部品は、一般的な金属材料と比べて、比較的脆い材料であると考えられてきた。しかしながら、本願発明者は、セラミック製の枢支手段が、自動車用タイミングチェーンに用いられたときには、大荷重の作用下にも拘らず、割れや脆化によって機能的には弱くならないということを発見した。
本発明によるドライブチェーンにおいて、鋼製の連結部材の代わりにセラミック製の連結部材を使用することは、後述される試験結果により実証されるように、チェーンが摩耗、腐食および伸びの影響を受けにくくする。
このような利点は、チェーンの全体寿命を延ばし、本発明によるチェーンを用いたときにエンジンシステムの信頼性を向上させる。たとえばチェーンの摩耗および腐食を低減させることによって、本発明によるチェーンは、内燃機関におけるクランクシャフトおよびカムシャフト間のタイミング変化の可能性を減少させる。
さらに、本発明のもう一つの潜在的な利点は、本発明の一つの側面による自動車用アプリケーションのためのサイレントチェーンが、セラミック製の連結枢支手段を用いて組み立てられた後に、従来の鋼製サイレントチェーンで一般に行なわれていたプリストレスまたは予荷重を作用させる必要がなく、すぐに使用できるという点である。このような利点は、チェーンの製造コストおよび品質管理コストを低減させる。
本発明の他の側面においては、スプロケット歯を有するスプロケットを含むスプロケット駆動装置と、スプロケット歯と噛み合う複数のリンクの組を有する動力伝達用チェーンとの組合せである。
少なくとも一部がセラミック材料から形成された枢支部材は、リンクの各組が隣のリンクの組に対して屈曲できるように、リンクの連続する組を連結している。リンクは、好ましくは金属材料から構成されており、これにより、複合チェーン構造を構成している。
サイレントチェーン構造により直接的に関係する本発明の一つの側面においては、歯付スプロケット駆動装置と駆動噛合いする動力伝達用チェーンが、少なくとも二つの開孔をそれぞれ有する各リンクの連続する組を有している。
リンクの各開孔は、同じリンクの組の中の残りのリンクの開孔と整列するとともに、連続するリンクの組の各開孔と整列している。少なくともその一部がセラミック材料から構成された枢支手段が、リンクの整列した開孔内に挿入されて、リンクの連続した組を連結している。
本発明のさらに他の側面においては、各リンクの組において少なくとも一つのリンクが、互いに重ね合わされた少なくとも2枚のリンクプレートから構成されている。このような積層リンクプレートは、とくに、枢支部材が圧接する開孔壁面において、変形に対してより抵抗力のある強固なチェーンリンク構造を提供する。
本発明のサイレントチェーンに用いられる枢支部材は、たとえば丸ピンまたはロッカージョイントである。これらの枢支部材は、少なくともその外周面にセラミック材料を含んでいる。枢支部材は、全体を通じて均質なセラミック材料から構成されるか、あるいは、セラミック表面層でコーティングされた金属製の母材から構成される。
枢支部材がロッカージョイントである場合には、ロッカージョイントは、好ましくは、長短一対のロッカーピンを有している。長い方のロッカーピンは、リンクの開孔を完全に挿通してリンクの組の一方の最外側リンクを同じ組の他方の最外側リンクに結合しており、短い方のロッカーピンは、リンクの同じ開孔を完全に挿通することなく挿入されており、これら長短一対のロッカーピンは、開孔内で互いに転動し合う。これらロッカーピンのうちの少なくとも一方が、上述したようなセラミック材料を含んでいる。
本発明の別の側面においては、歯付スプロケット駆動装置と駆動噛合いをする動力伝達用チェーンが、ローラチェーンである。ローラチェーンにおいては、リンクの連続する組が、一つおきに並んで配置された複数の内側リンクおよび外側リンクから構成されている。内側リンクは、整列した開孔対が形成されかつ対応する開孔対間に配置されたブシュを有する少なくとも2枚の内側プレートを備えている。
外側リンクは、第1および第2のピンで連結された少なくとも2枚の外側プレートを備えている。外側リンクおよび内側リンクは、一方の外側プレートの一端に取り付けられかつ隣り合う第1の内側リンクの内側プレートの開孔内に延びる第1のピンにより、互いに屈曲可能に連結されている。
この第1のピンは、同じ外側リンクの他方の外側プレートの対向端部を連結している。同じ外側プレートの他の端部は、隣り合う第2の内側リンクの内側プレートの開孔内に延びる第2のピンによって連結されている。
複数のローラの各々は、自由な回転のためにブシュの一方を囲繞するとともに、内側プレートの内側面間に配置されている。整列した開孔の各列と関連する少なくとも一つのブシュまたはピンが、少なくともその表面にセラミック材料を含んでいる。
チェーンの枢支部材または連結部材の構成において本発明に有用なセラミック材料は、たとえば、ジルコニア、ジルコニア強化アルミナ(ZTA)、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、ボロンカーバイド、アルミナ、ベリリウム、サファイア、およびこれらの組合せである。
これらのセラミックと安定剤や強化剤のような他の調節剤との混合物も用いられ得る。一つの側面においては、セラミック材料は、ジルコニアのイットリア安定化形態(Y−TZP)のような、希土類酸化物で強化されたジルコニアを有している。
本発明およびその目的をさらに理解するためには、図面、図面の簡単な説明、本発明の好ましい実施態様の詳細な説明および特許請求の範囲に注意が向けられるべきである。
本発明によれば、チェーンの枢支部材がセラミック材料から構成されるので、耐摩耗性および耐腐食性を向上できる。
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示している。
図1Aおよび図1Bは、それぞれリンク11,13からなる組12,14を交互に組み合わせて構成されたチェーン構造体10を示している。リンク11,13の各組は、そのオーバラップした各端部11a,13aにおいて枢支手段16によって連結されている。
図1Aおよび図1Bは、それぞれリンク11,13からなる組12,14を交互に組み合わせて構成されたチェーン構造体10を示している。リンク11,13の各組は、そのオーバラップした各端部11a,13aにおいて枢支手段16によって連結されている。
リンク11,13の各々は、枢支手段16を受け入れるための、間隔を隔てた一対の開孔32を有している(図3参照)。リンク11,13の長手方向は、双方の開孔32の中心を通る線に平行な方向に延びている。本発明による個々のチェーンリンクは、単一のプレートまたは重ねられた複数のプレートから構成されている。
図1Bに示すように、枢支手段16は、たとえば、円筒状に形成された丸ピンであって、リンク11,13の連続する組12,14において整列した開孔32内に受け入れられて支持されている。
屈曲運動をするリンク13とピン16との間には、相対回転が生じる。ピン16は、チェーン10がスプロケットの回りを屈曲しつつ回転運動するように、各リンク11,13の組12,14を連結している。
各丸ピン16は、リンク11,13のオーバラップした端部において幅方向に整列した丸い開孔32内に挿入されている。ピン16はセラミック製であって、ピン16の外周面は、リンク13の開孔32の内周面に対して直接回転摺動する。
なお、リンク11の組12は、ガイドリンク31(図3参照)を有していてもよい。ガイドリンク31は、スプロケット歯と駆動噛合いをせず、スプロケット上でチェーン10の横方向の配置を維持するのに用いられている。
チェーンおよびその構成部品の横方向は、ピン16の軸線と平行な方向に延びている。従来より知られている内側ガイドリンク(図示せず)は、スプロケットがガイドリンクを受け入れるように溝を有している場合に、用いることができる。
図2Aは、本発明の他の実施例によるサイレントチェーン構造の平面図であって、このサイレントチェーン10′においては、内側リンク14が、リンク12の第2の組と交互に組み合わされることなく、互いに直接接触して積層されている。内側リンク14および外側リンクは、リンクの各端部の整列した開孔内を挿通するセラミックピン16により一体化されている。
図2Bに示すように、図1Aに示された丸ピン式チェーンは、セラミックピン16および三日月状のブシュ17を有するブシュ式チェーン10″であってもよい。ピン16は、三日月状のブシュ17に対して回転する。ブシュ17の内側面はピン16の外周面に当接しており、ブシュ17はリンク開孔32′内での移動が規制されている。
ブシュ17についてもセラミック材料から構成するようにしてもよい。ブシュ式チェーン10″は、チェーンテンショナまたはアイドラーが用いられる場合のようにチェーンのバックベンディングが必要とされるかどうかに応じて、バックベンディングを防止する衝突リンクか、または自由なバックベンディングを許容する非衝突設計のいずれかを採用してもよい。
図3Aは、スプロケット35と噛み合う内向き歯サイレントチェーン10の一部を示している。スプロケット35は、間隔を隔てた複数の歯37を有しており、これらの歯37は、チェーンリンク11,13と噛み合っている。
各リンク11,13は、凸状に湾曲する内側フランク面18aおよび外側フランク面18bによって限定されたつま先部を有している。各内側フランク面18aは、クロッチ部18cで接続されている。たとえばエンジンタイミングのアプリケーションにおけるサイレントチェーンの噛合いにおいては、内側フランク面18aがスプロケット歯37と駆動噛合いをする。
図3Bは、エンジンのタイミングチェーンシステムにおいて、ドライブスプロケット35およびドリブンスプロケット39と駆動可能に噛み合うチェーン10を示している。たとえばエンジンモータである駆動手段38は、スプロケット35に回転を与えるように用いられている。あるいは、駆動手段38は、スプロケット39を駆動するように用いることもできる。
理解されるように、チェーンが採り得る特定のチェーンレイアウトは、エンジンレイアウト、駆動されるカムシャフトの数、一つのシリンダにおけるバルブの数によって、またはチェーンによってどんな補助装置が運転されるかによって、影響を受ける。本発明のタイミングチェーンおよびタイミングチェーンシステムに関連したチェーンテンショナおよびスナッバの選択および使用は、その必要に応じて行なわれる。
本発明における重要な特徴部分は、枢支部材16がセラミック材料を含んでいることにある。「セラミック材料」という語は、非金属無機材料に関係しており、成形や加熱によって所望の形状に変形可能である。セラミック材料は、枢支部材の少なくとも外側露出表面領域に設けられており、チェーンの他の構成部と係合する。
たとえば、枢支部材上のセラミック表面は、枢支部材が受け入れられるリンク開孔を限定する壁面と接触する。好ましくは、セラミック表面材料は、硬くて滑らかな面である。これは、枢支部材およびリンク開孔間の物理的接触から生じる摩耗の影響を受けにくくする「自己潤滑面」を提供する。少なくとも外側露出面にセラミック材料を含む枢支部材は、化学的に不活性であって、非腐食性を有している。
これを実現するために、枢支部材は、全体が実質的にセラミック材料から構成された円筒状ピンとして構成されている。好ましい実施例では、ピンは、均質なセラミック構造体である。
一実施例においては、セラミックピンを構成するセラミック材料が、ジルコニア、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミナ、シリコンカーバイド、ボロンカーバイド(炭化ホウ素)、ベリリウム、サファイア、およびこれらの組合せからなるグループから選択されている。一実施例においては、セラミック材料は、複合セラミック材料である。
好ましい一実施例においては、ジルコニア強化アルミナ(ZTA)のようなセラミック複合材料が用いられている。ZTAに含まれるジルコニアは、一般に約40wt%よりも低く、好ましくは25wt%よりも低い。好ましくは、ジルコニアは、アルミナ全体に均一に分布している。
ZTAは、アルミナ粉末およびジルコニアを混合するとともに、加熱圧縮しまたは未焼結機械加工して、焼結し、研磨することによって用意される。アルミナ粉末およびジルコニア粉末は、いずれも市販されている。
あるいは、ZTAは、米国特許第5,002,909号および米国特許第 5,032,555号に記述されたような当該分野の技術により、高分子電解質を用いて溶液から析出させることにより用意することもできる。なお、上記米国特許はいずれも引用することによって本明細書の中に含まれている。
セラミック材料は、一般に、加熱圧縮または未焼結機械加工され、焼結されて合成されるとともに、研磨されて所望のピン形状にされる。好ましくは、高い密度および小さな粒径で特徴付けられる構造を有するZTAは、ピンのアプリケーションに良好に適合した機械的特性をもたらすセラミック材料として提供されている。
高い硬度、靭性および破壊強度を有するZTAが提供され、こうしてセラミックピンに用いられている。使用されるZTAはまた、大量生産に対して信頼できかつ貢献できる材料である。
他の好ましい特徴部分においては、セラミックピンの材料が、ジルコニアベースのセラミック材料として、または、安定剤や強化剤などを導入することによって調節された複合セラミック材料として得られている。ジルコニアベースの材料と組み合わされて使用される強化剤または安定剤の重要な機能の一つは、ジルコニアの正方晶系相の準安定性を向上させることである。
これは一般に知られていることであるが、ジルコニアは、焼結または焼鈍後の冷却中に正方晶系の結晶構造から単斜晶系の結晶構造に変態する傾向がある。ジルコニアの正方晶系粒子は、セラミック材料の破壊強度を増加させる。
これは、正方晶系ジルコニアを含むセラミック内部において微小クラック近傍の応力が正方晶系ジルコニアを単斜晶系形態に変態させるのに効果的に吸収され、これにより、微小クラックがセラミック材料内に進行するのに必要なエネルギーを増加させると考えられているところの「負荷吸収材(stress-absorber)」と同等の作用のせいであるとされている。
強化剤としてもしばしば言及されるイットリアのような安定化酸化物の追加は、冷却されたセラミック内部の正方晶系結晶構造の保持力を増加させる。その一方、強化剤の量は、立方晶系ジルコニアを生じさせる量よりも少なく維持されていなければならない。
安定剤または強化剤は、準安定化正方晶系結晶構造の保持力を向上させるのに効果的な量で加えられる。強化剤の例は、以下のものを含むが、これらには限定されない。すなわち、イットリア(Y2O3),セリア(CeO2),La2O3,Er2O3,MgO,CaO,Ta2O5,Nb2O5,HfO2などである。
本発明において使用され得る強化ジルコニアセラミックは、たとえば、イットリア安定化正方晶系ジルコニア多結晶体(YTZP)、イットリア部分安定化ジルコニア(YPSZ)、セリア安定化正方晶系ジルコニア多結晶体(CeTZP)、マグネシウム酸化物安定化TZP、スカンジウム酸化物安定化TZP、ランタニド酸化物安定化TZP、インジウム酸化物安定化TZPなどのような安定化および部分安定化形態のジルコニアを含んでいる。
セラミック材料はまた、セリウム安定化・アルミナ強化ジルコニア(CeATZ)などでもよい。セラミック材料はまた、引用することによって本明細書中に含まれる米国特許第 4,316,964号に記述されたような、ジルコニアに希土類酸化物を導入することによって強化されたアルミナ(Al2O3)/ジルコニア(ZrO2)の2層複合体のような強化複合セラミックでもよい。
本明細書で記述されたようなチェーンピンおよび枢支部材を提供するために、セラミック材料は、好ましくは、自己潤滑性をもたらすように滑らかな面を有しているべきである。セラミックコーティングのための母材として用いられる円柱状の金属製芯部は、動力伝達用チェーンの連結部材に用いられる一般的な金属製ピン材料から選択することができる。
チェーンに有用な本発明によるセラミック製連結部材を製造するための方法の例は、以下に詳細に説明される。一般に、セラミック材料を含む成形原料塊を、意図されたチェーン連結部材の適切な形状に成形することは可能である。成形原料塊は、与えられた形状を永久的なものにするために焼成されまたは焼結され、これにより、硬くて滑らかな表面を有する固体が得られる。
本発明の一実施例のサイレントチェーンにおいてセラミックピンを使用することにより、リンクの組12,14における少なくとも一方のリンク11,13を構成することが可能になる。
少なくとも2枚のリンクプレートが互いに面接触して積層配置されることにより単一のリンク11,13を構成している場合には、ピンがリンク開孔に当接したときに、より良好に変形に耐え得る強固なリンクが提供される。また、枢支部材16に形成された滑らかなセラミック面の自己潤滑性機能により、チェーン潤滑油およびグリースの必要性が減少し、おそらくはその必要性がなくなる。
本発明の他の実施例においては、本発明によるサイレントチェーンは、枢支手段として、少なくとも一部がセラミック材料から形成されたロッカージョイントを有している。図4および図5に示すように、サイレントチェーン40は、交互に配置されたリンクの組41,47から構成されている、これらのリンクの組41,47は、枢支手段としてのロッカージョイント43によって連結されている。
ロッカージョイント43は、少なくとも一部がセラミック材料から構成された部材を有している。リンクの組41には、屈曲運動する複数のリンク42が配置されている。各リンク42は、図1〜図3に関連して説明されたリンク13と同様に、一対のつま先部48および開孔45を有している。
リンク42の組41はリンク46の組47と交互に配置されており、各リンクの組41,47のオーバラップした端部41a,47aの対応する開孔45は整列している。リンク42およびロッカージョイント43間で相対回転が生じる。
このようにして、ロッカージョイント43は、チェーン40のロッカージョイント43回りの屈曲運動を許容するように、リンク42,46の組41,47を連結している。また、チェーン10に設けられたガイドリンク31と同様のガイドリンク49が、最外側リンク46の代わりに設けられていてもよい。
図5に示すように、ロッカージョイント43は、短いロッカーピン(ロッカー)43Aと長いロッカーピン43Bを有している。好ましい実施例においては、短いロッカーピン43Aが均質なセラミック材料から構成されており、長いロッカーピン43Bが金属製ピンから構成されている。長いロッカーピン43Bは、標準的なリベット締めのような方法により、チェーン端部に容易に固定することができる。
長いロッカーピン43Bは、開孔45を完全に挿通しており、リンクの組47の一端側の最外側リンク46を他端側の最外側リンク46に連結している。短いロッカーピン43Aは、開孔45内に延びているが、開孔45を完全に挿通してはいない。各ロッカーピン43A,43Bは、開孔45内で互いに転動し合う。
図4に示すように、各ロッカーピン43A,43Bは、いずれも凸状円弧面を有している。ロッカー面の曲率半径は、各ロッカーピン43A,43Bの凸状円弧面によって限定されている。
長いロッカーピン43Bおよび短いロッカーピン43Aの双方、またはいずれか一方をセラミック材料から構成することができる。各ロッカーピン43A,43Bは、実質的にピン全体をセラミック材料から構成することも可能である。たとえば、ロッカーピン43は、均質なセラミック構造を有していてもよい。
あるいは、各ロッカーピン43は、金属製の母材と、その上に設けられた実質的に連続したセラミック外側層とを含むロッカーとして構成されていてもよい。ロッカーピンのセラミック層は、硬くて滑らかな面を有しているのが好ましい。このような面は、自己潤滑性を提供する。こうした観点から有用なセラミック材料は、上述した材料のみならず、窒化ケイ素(Si3N4)を含んでいる。
その性能向上のために予荷重を作用させるのが望ましいサイレントチェーンにおいては、鋼製ピンに組み合わされたセラミック製ロッカーを採用するようにしてもよい。ロッカーピンにおける最大のせん断・曲げ荷重は、ガイドリンクのすぐ内側で発生する。通常鋼製であるロッカーは、これが当接する鋼製ピンによって全長で支持されているので、セラミック部材で置き換えることが可能である。
その一方、鋼製ピンの場合には、もしセラミック部材で置き換えられると、過大な引張荷重である予荷重の作用時に、最大せん断・曲げ荷重がセラミックピンを破損させるおそれがある。したがって、短いロッカーピン(ロッカー)43Aのみをセラミック製とすることによって、本発明によるロッカーチェーンは、実用に供される前にチェーンに予荷重を作用させることができるという利点を享受しつつ、セラミックロッカーの高い硬度、滑らかな面および高い腐食抵抗という利点を享受することができる。
ロッカーピンのチェーン構造においては、ピンは、典型的には、チェーンのガイドリンクに圧入されている。これは、ピンを所定位置にしっかりと保持する強固な装置を構成する。ガイド列内においてピンに当接する内側リンクは、ピンに対して屈曲運動をしない。
チェーンが張り側スパンから弛み側スパンまで走行するとき、チェーンの張力は高い値と低い値の間で変化する。このとき、内側リンクは、大きな荷重でピンに当接するが、ピンに対しては屈曲運動をしない。このような相対運動の低さは、それに比例してチェーンの当該領域における摩耗を少なくする。
その一方、チェーンのノンガイド列においては、ロッカーはガイドリンクに圧入されていない。ノンガイド列における内側リンクもまた、ロッカーに対して「すきまばめ」になっている。このため、チェーンがスプロケット回りを走行するとき、ロッカーは、内側リンク開孔内においてピンの上を回動する。その結果、ピンおよびロッカーの転動面のみならず、ロッカーおよび内側リンク開孔内で摩耗が発生する。
こうした摩耗により、チェーンの長さが伸びることになる。鋼製ロッカーのみをセラミックロッカーに置き換えることで、ピンをリベット締めしかつチェーンに予荷重を作用させることを許容しつつ、チェーンの摩耗がもっとも発生しやすい領域が実質的に強化されることになる。
タイミングチェーンまたはその他の動力伝達用チェーンのアプリケーションに使用されるとき、ロッカージョイント43内にセラミック製部材を有するサイレントチェーン40は、図3においてチェーン10に関して記述されたのと同様にして、スプロケット駆動装置35の上に取り付けられる。
少なくともその一部がセラミック材料からなるロッカージョイントから構成されたチェーンが実用に供されるということは、驚くべきことである。ロッカージョイントは高度に動的な枢支部材であるが、このようなタイプの連結部材は、セラミックで構成されたとき、自動車用タイミングおよびその他の動力伝達用のアプリケーションにおいて十分に機能することが確認された。
さらに、セラミック材料を含むロッカージョイントで構成されたサイレントチェーンは、組立後に予荷重を作用させるのを必要としないことが分かった。セラミックロッカージョイントは、チェーンのロッカージョイントとして意図された機能を発揮するばかりでなく、このような連結部材を含むチェーンが運転中にチェーン長さの変化を受けにくいことがわかった。
これは、セラミックロッカージョイントを使用したことによるものと考えられる。チェーン長さの変化は十分に抑制されているため、組み立てられたサイレントチェーンの予荷重処理は省略することが可能である。新しく組み立てられたチェーンに対して予荷重処理を省略できることは、ロッカーピン表面に発生した過大な面圧によりロッカーピン内部にクラックや局部変形が発生する危険を減らす。
図6Aには、本発明の他の実施例が示されている。この実施例によるローラチェーン60は、セラミック材料を含む連結部材を備えている。リンクの連続した組は、交互に並設された複数の内側リンク63および外側リンク67から構成されている。
少なくとも2枚の内側プレート63a,63bからなる内側リンク63は、整列した開孔68を有しており、各開孔68間にはピンブシュ66が配置されている。少なくとも2枚の外側プレート67a,67bからなる外側リンク67は、その長手方向端部67c,67d,67e,67fにおいて第1および第2のピン61A,61Bにより互いに連結されている。
ピンブシュ66は、内側プレート63a,63bの各端部63cの整列した開孔68内に圧入されているのが好ましい。ピンブシュ66は、ピン61A,61Bに対して自由に回転し得るようになっている。ブシュ66は、好ましくは、各ピン61A,61Bの全周を囲繞している。
図6Aに示すように、第1のピン61Aが内側リンク63の各内側プレート63a,63bの開孔68内を挿通して延びるとともに外側プレート67a,67bの一方の端部に固定されることによって、外側リンク67および内側リンク63が互いに屈曲運動可能に連結されている。
同様に、第2のピン61Bは、内側リンク63′の内側プレート63e,63fの開孔68′内を挿通して延びるとともに外側プレート67a,67bの他方の端部に固定されている。複数のローラ69が設けられており、各ローラ69は、自由な回転が許容されるように、対応するピンブシュ66を囲繞している。ローラ69は、内側プレート63a,63bの内側面の間に配置されている。ローラ69は、スプロケット35のスプロケット歯37と駆動噛合いをする。
このような本発明の特徴部分のために、ローラチェーンは、ANSI(全米規格協会)のローラチェーンまたは英国規格のローラチェーンなどが好ましい。また本発明は、ローラを有しない、いわゆるローラレスチェーンを含み得るということが理解されるだろう。このようなローラレスチェーンにおいては、ブシュ66には分厚い厚みの壁が設けられており、このブシュは、別個のブシュおよびローラとではなく、スプロケットと噛み合う。
本発明のローラチェーンにおいては、ピンおよび(または)ブシュがセラミック材料を含んでいてもよい。従来の鋼製連結部材の少なくとも一部にセラミック材料を使用することにより、チェーン連結部において摩耗が減少する。このような利点に有用なセラミック材料については、上述したものと同様である。
図6Bは、図6Aのローラチェーン60の斜視図であって、セラミックピン61Cとブシュ66Aの分解図を含んでいる。ピン61Aも同様にセラミック製である。図6Cは、図6Aおよび図6Bのローラチェーンの平面図である。図6Dは、本発明の他の実施例によるローラチェーンの平面図であって、このローラチェーン60″は、横方向に幅が拡げられている。
チェーン60″は、一方のチェーン60の内側リンク63a,63bおよび外側リンク67a,67bの整列した開孔内にセラミックピン(たとえばセラミックピン61A)を挿入するとともに、隣接する他方のチェーン60′の内側リンク63a′,63b′および外側リンク67a′,67b′の整列した開孔内にセラミックピンを挿入することによって、その幅が拡げられている。
図6Dに示すように、隣り合う各チェーン60,60′の外側リンク67b,67b′は、それぞれ外表面において面接触しており、一体的なチェーン60″の屈曲運動を許容するようにピン連結されている。他の方法では、チェーン60″の構成部品の組立ては、幅狭のチェーン60に関して本明細書中で記述されたものと同様である。
図7A〜図7Hは、本発明の上記実施例およびその他の実施例を実施するために金属製のリンクから構成されたチェーンにセラミックピンを組み付けるのに用いられる保持方法について示しているが、これらには限定されない。図7Aにおいては、外側ガイドリンク71,74は、外側リンク71,74および内側リンク72,73の整列した開孔77,78を挿通するセラミックピン75,76に圧入されている。
ピンの圧入のためには、リンク71〜74は、鋼製リンクのような金属製リンクであるのが好ましい。あるいは、ピン75,76をガイド71,74に固定するのに、接着剤を用いることも可能である。たとえば、エポキシ樹脂系のような2剤からなる接着剤が、ピン75,76の端部および(または)外側ガイドリンク71,74の開孔77,78に塗布される。
接着剤は、外側ガイドリンク71,74がピン75,76の端部に圧入されるときに、圧力、熱、光などによって活性化されて硬化され、これにより、ガイドリンクがピンに保持される。このような保持方法は、リベット締めの必要性をなくす。図7Bに示された他の方法によれば、星形ワッシャーまたは類似の圧入リテーナ手段がピン75の上に圧入されるとともに、周溝702に保持されている。
周溝702は、ピン71の予備成形時に前もって成形されている。図7Cにおいては、C形クリップ702または類似の手段がピン溝702内に嵌め込まれている。図7Dでは、セラミックキャップ703がセラミックピン75の端部に接着されている。セラミックキャップ703はステム704を有している。
ステム704は、セラミックピン75の端部に成形された係合穴705に挿入されて係合されており、これにより、機械的な保持力が増している。ここで用いられる接着剤は、セラミック材料を鋼に接着するための一般的に知られた任意のまたはその他の適切な接着剤でよく、たとえばエポキシ系接着剤が用いられる。
図7Eおよび図7Fには、ガイドリンク71の外表面から金属材料706を変位させて係合させるための溝702が形成された溝付セラミックピン75が示されている。図7Gにおいては、ガイドリンク71からの金属材料707をセラミックピン75の溝702まで変位させるのに、レーザーや電子ビームなどのような高エネルギー源が用いられている。
高エネルギー源は、セラミック材料自体に影響を与えないように、調節されている。図7Hにおいては、セラミックピン708が一体的な頭部709を一端に有するように予め成形されている。
金属製チェーンリンク71〜74の組立後、圧入ガイドリンクを用いることなく、セラミックピン708の他端には、セラミックキャップ703が取り付けられており(図7D参照)、該キャップ703はエポキシ樹脂系などの適切な接着剤を用いて所定位置に接着されている。
本発明によるチェーンのセラミック製連結部材を構成するのに有用な方法は、以下のものを含んでいる。
チェーンのセラミック製連結部材を製作するための一般的な方法の一つは、粒子状のセラミックと一時結合剤の混合物を混ぜ合わせる工程と、セラミック粉/結合剤の混合物に対して圧縮、射出成形または押出成形などを行なうことによって、所望の形状にする工程と、成形された未焼結部分を必要に応じて機械加工する工程と、成形された未焼結部分を高温で焼結して高密度の硬いセラミック製品を形成する工程と、焼結セラミック製品に対して必要に応じて最終精密機械加工を行なう工程とを備えている。
チェーンピン、枢支ピンまたはロッカーピンなどとしての使用に適した大きさを有する、高密度で中実の円柱状セラミック製品を成形するために、たとえば、未焼結部分は熱間アイソスタティック圧縮(HIP: hot isostatic press)されていてもよい。
セラミック粉を混ぜ合わせる際には、セラミック合金または異なるセラミック材料の混合物を用いることもできる。たとえば、正方晶系ジルコニア合金を用いることもできる。この合金は市販されており、当該分野で一般に知られているように、ジルコニア(ZrO2)に多くの第2の酸化物を混ぜることによって製造可能である。
あるいは、ジルコニアおよびアルミナ(Al2O3)の混合物のような、異なるセラミックの混合物が用いてもよい。たとえば、セラミック粉の混合物は、約60〜99wt%のジルコニアと、約1〜40wt%のアルミナとを含み得る。次に、セラミック粉またはその混合物は、有機結合剤の存在下で圧縮される。
有機結合剤としては、たとえば、ポリエチレングリコールのようなポリビニルアルコール、パラフィンまたはポリアルキレンポリオールなどが挙げられる。結合剤は、結合剤およびセラミック粉の混合の際の処理温度において流体でなければならない。セラミック粉および結合剤の混合は、たとえば、ボールミルまたはスプレードライによって行われる。
次に、セラミック粉/結合剤の混合物は、所望の最終形状にほぼ成形される。これは、ドライプレス、ラムプレス、冷間アイソスタティック成形、射出成形、冷間押出成形などの多くの異なった方法で行われる。圧縮および成形後、未焼結品の寸法を所望のほぼ最終形状に作製する必要がある場合には、未焼結品は、当該分野で知られたカーバイド製の機械加工工具のような適切な工具を用いて機械加工される。
次に、未焼結品は焼結されて、高密度の硬化セラミック部品が成形される。焼結は、高温焼鈍、マイクロ波焼結などのような任意の適切な技術を用いて実行される。焼結処理は、有機結合剤のような高度揮発性物質を効果的に排除する。セラミック品の高温焼結は、一般に、約1300〜1700℃の温度で約1〜3時間実行される。
また、最終のセラミック製品である連結部材が狭い寸法公差の範囲内にあることを保証するとともにチェーンの円滑な走行および性能を保証するために、もし必要であれば、当該分野で知られたダイヤモンド工具やレーザー加工、ラップ仕上加工などを用いて、焼結後に最終の精密機械加工が行われる。
チェーンのセラミック製連結部材を製作するその他の方法においては、鋼またはその他の金属製チェーン連結部材が母材として用いられる。この母材は、実質的な使用のための必要な寸法を有しまたはわずかに小さな寸法を有しており、その上には、使用上の最終寸法を提供するように所定の厚みを有するセラミックコーティングが施されている。
セラミックコーティングは、溶射ガンを用いて、金属母材の上に直接粉末混合物を溶射することによって形成される。好ましくは、金属表面は、コーティング層との結合力を向上させるために、セラミックコーティングの前に細かな研摩性粒子を用いたグリットブラスチングなどによって形成された粗面である。
溶射は、たとえば酸素アセチレン炎のような燃焼炎を用い、少なくとも約3〜6インチ離れた位置で毎分約25〜75フィートの移動速度で実行される。セラミック材料は、炎で過度に燃焼しないものが選択されなければならない。たとえば、アルミナは、有用なセラミック材料である。
また、セラミックコーティングの金属母材に対する結合力は、粉末金属をセラミック粉に均一に混合させることによって、向上させることができる。フロー剤として少量のシリカを用いるようにしてもよい。金属母材の上にセラミックコーティングするのに、溶射のかわりにプラズマ溶射を用いることも可能である。
以下の実験例は、例示のためであって、本発明をこれらに限定する意図ではない。ここで用いられた%表示は、他に示されていなければ、すべて重量%である。
<実験例>
サイレントチェーンにセラミックピンを用いた場合の効果を調べるために、同じサイレントチェーンに鋼製ピンを用いた場合との比較で、以下の実験が行われた。試験されたサイレントチェーンとしては、0.25インチ×102ピッチで、ガイド列5枚、ノンガイド列4枚からなる配列のものを用いた。
<実験例>
サイレントチェーンにセラミックピンを用いた場合の効果を調べるために、同じサイレントチェーンに鋼製ピンを用いた場合との比較で、以下の実験が行われた。試験されたサイレントチェーンとしては、0.25インチ×102ピッチで、ガイド列5枚、ノンガイド列4枚からなる配列のものを用いた。
本発明によるテストチェーンに使用されたセラミックピンは、HIPedY-TZPジルコニアとして形成された。ローラとも呼称されるセラミックピンは、図8に示すように、面取りされた端部を有する円筒形状を有している。
セラミックピンは、長さLが0.465インチ(11.81mm)、直径Dが0.1068インチ(2.71mm)、面取のアールRが0.015インチ(0.38mm)であるセラミックピンは、Ra値が5ミクロンおよびRz値が0.5ミクロンの滑らかな表面粗さを有している。
試験された本発明によるチェーンの残りの(つまりセラミックピン以外の)構成部品は、鋼製であった。比較チェーンに使用された鋼製ピンおよびチェーンリンク部品は、鋼製であった。
各テストチェーンは、モータ駆動の試験装置に取り付けられるとともに、使用されたディーゼルエンジンオイルの状態を再現するためにススで意図的に汚染されたオイルを用いて試験された。試験装置は、一定の時間にわたってサイレントチェーンに一定の荷重を作用させるように用いられた。各テストチェーンについて、一連の試験時間の後に、Acu-Rite IIIディジタル読出システムを備えた測定機械を用いて、芯間伸び(%)が測定された。
テストチェーンの芯間距離の伸びである芯間伸び(%)は、一定時間ごとに測定された。試験中は、入力速度が3250であり、双方のチェーンスパンが張られた状態でチェーン張力が100lbであった。
また、ドライブスプロケットの歯数が42枚で、ドリブンスプロケットの歯数が21枚であった。潤滑油は5W30であった。潤滑油中のススの量は、0.25wt%または1.0wt%のいずれかとなるように調製された。試験条件および結果は、表2に要約されている。
これらの試験結果はまた、図9のグラフにプロットされている。
図9から明らかなように、本発明によるセラミックピンで組み立てられたサイレントチェーンについての芯間伸び(%)は、スス含有量の異なる二つのオイルの双方において、著しく低減しており、従来の鋼製ピンで組み立てられたサイレントチェーンに対して非常に優れていることが分かる。
本明細書においては、例示された特定の実施例に関連してこれまで記述されてきたが、当該分野の当業者にとっては、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更例や変形例を構築し得ることが理解されるだろう。明細書および図面は、例示としてみなされるべきものであり、これらに限定する意図はない。
10:(動力伝達用)チェーン
11: リンク
12: リンクの組
13: リンク
14: リンクの組
16: ピン(枢支部材)
11: リンク
12: リンクの組
13: リンク
14: リンクの組
16: ピン(枢支部材)
Claims (13)
- 動力伝達用チェーンであって、
リンク(11,13)からなる複数のリンクの組(12,14)を有し、隣り合うリンクの組(12,14)を互いに枢支可能に連結する枢支部材(16)を有するチェーン(10,40,60)において、
枢支部材(16)がセラミック材料から構成されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。 - 請求項1において、
チェーン(10)の各リンク(11,13)が少なくとも二つの開孔(32)を有しており、或るリンク(11,13)の各開孔(32)が、同じリンクの組(12,14)における残りのリンク(11,13)の各開孔(32)と整列して同芯に配置されており、整列した開孔(32)内に少なくとも一つの枢支部材(16)が挿入されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。 - 請求項2において、
各リンクの組(12,14)における少なくとも一つのリンク(11,13)が、互いに面接触する少なくとも2枚のリンクプレートから構成されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。 - 請求項2において、
枢支部材(16)が円柱状のセラミックピンである、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。 - 請求項2において、
枢支部材(16)が、セラミック材料を含むロッカージョイント(43)を有し、ロッカージョイント(43)が、長短一対のロッカーピン(43A,43B)から構成されるとともに、長いロッカーピン(43B)が開孔(45)を完全に挿通して最外側リンク(46a)を逆側の最外側リンク(46b)に連結しており、短いロッカーピン(43A)が同じ開孔(45)を完全に挿通せずに延びており、各ロッカーピン(43A,43B)が開孔(45)内で互いに転動し合うように設けられている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。 - 請求項5において、
短いロッカーピン(43A)が、セラミック材料から構成されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。 - 請求項5において、
短いロッカーピン(43A)がセラミック材料から構成され、長いロッカーピン(43B)が金属材料から構成されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。 - 請求項1、4ないし7のいずれかにおいて、
セラミック材料が、ジルコニア、ジルコニア強化アルミナ、希土類酸化強化ジルコニア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、ボロンカーバイド、アルミナ、ベリリウム、サファイア、アルミナ/ジルコニア複合体、およびこれらの組合せからなるグループから選択されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。 - 請求項1、4ないし7のいずれかにおいて、
セラミック材料が窒化ケイ素から構成されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。 - 請求項1、4ないし7のいずれかにおいて、
セラミック材料がジルコニア強化アルミナから構成されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。 - 請求項1において、
リンクの組(62、64)が、一つおきに並んで配設された複数の内側リンク(63,63′)および外側リンク(67,67′)から構成されており、内側リンク(63)が、整列した開孔対(68)を有する少なくとも2枚の内側プレート(63a,63b)と、整列した開孔対(68)の間に配置されたピンブシュ(66)とを有しており、外側リンク(67)が、その端部(67c,67d)において第1、第2のピン(61A,61B)で連結された少なくとも2枚の外側プレート(67a,67b)を有しており、内側プレート(63a,63b)の端部(63c,63d)の開孔(68)を挿通しかつ外側プレート(67a)の端部(67c)に取り付けられた第1のピン(61A)により、内側および外側リンク(63,67)が互いに枢支可能に連結されており、第1のピン(61A)が同じ外側リンク(67)の他方の外側プレート(67b)を連結しており、内側プレート(63e,63f)の端部(63g、63h)の開孔(68′)を挿通する第2のピン(61B)により外側プレート(67b)の他の端部(67e,67f)が連結されており、各ピンブシュ(66)には、ピンブシュ(66)の回りを回転自在なローラ(69)がそれぞれ設けられている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。 - 動力伝達用チェーンおよびスプロケット組立体であって、
組立体1ないし12のいずれかに記載のチェーン(10,40,60)と、スプロケット歯(37)を有するスプロケット(35)と、
を備えた動力伝達用チェーンおよびスプロケット組立体。 - 内燃機関のタイミングを制御するために動力伝達用チェーンを使用するための方法であって、
クレーム1ないし12のいずれかに記載された無端状のチェーン(10)をチェーン駆動手段(35)およびチェーン従動手段(39)の係合歯と運転可能に係合させることと、
チェーン駆動手段(35)およびチェーン従動手段(39)の回りでチェーン(10)に回転運動を与えるチェーン駆動手段(35)を、内燃機関の制御されたタイミングを提供するように駆動することと、
を備えた方法。
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