JP4394193B2

JP4394193B2 - リンクチェーン

Info

Publication number: JP4394193B2
Application number: JP05141399A
Authority: JP
Inventors: 正博永江; 満六郎木
Original assignee: Daido Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daido Kogyo Co Ltd
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: JP2000249196A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サイレントチェーン及びリーフチェーン等の複数のリンクプレートをピンにて連結したリンクチェーンに係り、特にエンジン内においてクランクシャフト及びカムシャフトを連動するタイミングチェーンに用いて好適であり、詳しくは特定の材質からなるリンクプレート及びピンを用いたリンクチェーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、高速及び高荷重条件下で使用されるタイミングチェーンにサイレントチェーンが用いられている。
【０００３】
従来、タイミングチェーンとして用いられるサイレントチェーンは、例えばＣ；０．５［Ｗｔ％］の炭素鋼を焼入れ・焼戻し又は恒温変態処理等の熱処理をして硬度４００〜６００［Ｈｖ］程度（５５０Ｈｖ近辺）としたリンクプレートと、低炭素はだ焼鋼を浸炭焼入れにより表面硬化したピンとを組合せてなり、リンクプレートに穿孔されたピン孔にピンが嵌挿して屈曲しつつ、駆動側スプロケット及び従動側スプロケットに噛合して駆動している。
【０００４】
この際、上記リンクの屈曲によるピンとピン孔との摺接により、ピン及びピン孔に摩耗が発生し、チェーン伸びが大きくなってエンジンの長寿命要求に応えられない場合を生じる。なお一般に、上記チェーンの駆動に伴うピン及びピン孔の摩耗は、ピン：ピン孔（リンクプレート）≒７：３の割合で進行する。
【０００５】
このような状況から、例えば特公昭５７−６０４２２号公報に示すように、炭素鋼からなるピン素材にクロマイジング処理を施して、表面に非常に硬質のＣｒ炭化物層を１０〜２０［μｍ］程度形成したピンが採用され、これによりピンの摩耗を少なくしてチェーン全体の伸びを小さくすることが図られている。
【０００６】
図３は、前記浸炭焼入ピンと、上記Ｃｒ炭化物層を形成したピン（表面硬さ１３００［Ｈｖ］以上）を用いたチェーンを、所定の荷重で所定時間運転した状態のチェーンの伸び率を示す図（比較摩耗試験データ）である。これにより、Ｃｒ炭化物層を形成したピンを用いることにより大幅な伸びの低減、即ちチェーンの長寿命化が図られることがわかる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、エンジンの高回転化や長寿命の要求から、更にチェーンの伸びの低減が望まれている。上記Ｃｒ炭化物層を被覆したピンを組込んだチェーンにあっては、ピンの摩耗が減少する結果、ピン摩耗量：ピン孔（リンクプレート）≒１：９となり、上記更なるチェーンの伸びの対策としては、リンクプレートのピン孔の摩耗量にも注目する必要がある。
【０００８】
リンクプレートのピン孔の摩耗による伸びを低減する対策として、リンクプレートに浸炭を施して焼入れすることが考えられる。このものは（浸炭焼入プレート）は、図４に示すように、炭素鋼通常熱処理プレートに比してチェーンの伸び率の向上が見られるが、図５に示すように、該浸炭焼入プレート、例えば表面から０．２［ｍｍ］（板厚の１７［％］）浸炭したプレートは、靭性が低下することに基づき、浸炭を施さない標準プレートに対して引張り強度（破断荷重）が著しく低下する。
【０００９】
更に、リンクプレートの引張り強度を維持すること、並びにチェーンと噛合するスプロケットの歯面及びチェーンに摺接するチェーンガイド、ダンパー等が早期に摩耗することを防ぐことも望まれている。
【００１０】
そこで、本発明は、ピン及びリンクプレートの硬度の絶対値及び両者の差を考慮して、ピンに対応したリンクプレートの材質を選定することにより、上記課題を解決したリンクチェーンを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る本発明は、多数のリンクプレート（２）をピン（３）にて連結したリンクチェーンにおいて（図１、図２参照）、
前記ピンが、その表面に、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）の少なくとも１種類の、拡散浸透法により形成されるビッカース硬度が１３００［Ｈｖ］以上の金属炭化物層を５［μｍ］以上被覆してなり、
前記リンクプレートが、炭素を０．３０〜０．５５［重量％］の範囲で含有する炭素鋼又は合金鋼を素材として、その表面から板厚の２５［％］以下の深さで窒化層を形成して、その表面のビッカース硬度を５００〜７００［Ｈｖ］の範囲に調整してなる、
リンクチェーンにある。
【００１２】
また、前記リンクプレートの芯部のビッカース硬度が、４００〜６５０［Ｈｖ］の範囲からなる。
【００１５】
請求項２に係る本発明は、多数のリンクプレートをピンにて連結したリンクチェーンにおいて、
前記ピンが、その表面に、クロム、バナジウム、ニオブ、チタン、ジルコニウム、タンタル、モリブデン、タングステンの少なくとも１種類の、拡散浸透法により形成されるビッカース硬度が１３００［Ｈｖ］以上の金属炭化物層を５［μｍ］以上被覆してなり、
前記リンクプレートが、炭素を０．３０〜０．６０［重量％］の範囲で、かつクロム、バナジウム、ニオブ、チタン、ジルコニウム、タンタル、モリブデン、タングステンの少なくとも１種類の元素を含有した合金鋼を素材として、熱処理により前記少なくとも１種類の元素よりなる微細な金属炭化物を略々均一に残留させて、該リンクプレート全体でロックウェル硬度が５２〜５７［ＨＲＣ］の範囲からなる、
リンクチェーンにある。
【００１６】
なお、上記リンクチェーンは、サイレントチェーンに適用して好適であるが、これに限らず、吊下用・引張り用等に用いられるリーフチェーン、木材加工用のブレードチェーン等の、他のリンクプレートとピンとの組合せによるチェーンにも適用可能である。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１に係る本発明によると、リンクプレート表面を窒化処理により硬度を向上したので、金属炭化物層を有して硬度の高いピンに対しても、ピン孔の摩耗を増加することなく、チェーン伸びを低減できると共に、窒化深度は浅く、脆性による引張り強度の低下に対する影響はなく、チェーンの破断強度を保持することができ、また本リンクプレートによる硬さ程度では、それと摺接するスプロケット歯面、チェーンガイド等の摩耗に対しての影響は少なく、伸びの少ない実用的なリンクチェーンを得ることができる。
【００１８】
また、リンクプレート芯部が高い靭性を有しており、表面が窒化により硬化されているにも拘らず、充分な引張り強度を保持することができる。
【００２１】
請求項２に係る本発明によると、リンクプレート全体に亘って、高い硬度を有する微細な金属炭化物を略々均一に残留して、表面に硬度の高い金属炭化物層を被覆したピンと組合せても、ピン孔を早期に摩耗することを防止して、チェーン伸びの低減化を図ることができ、かつリンクプレート全体としての硬度はそれ程高くなく、引張り強度を保持できると共に、スプロケット歯面等の摺接する部材の摩耗も所定レベルに抑えることができ、実用性の高いリンクチェーンを得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をサイレントチェーンに適用した実施の形態について説明する。図１は、サイレントチェーンの正面図、図２は、同平面図である。
【００２３】
サイレントチェーン１は、内側に２個の歯２ａ，２ａを有する多数のリンクプレート２をピン３により交互に連結して無端状に構成されている。各列のリンクプレート２は、偶数枚及び奇数枚からなり、図示の実施例にあって２枚のリンクプレートからなるリンク列と３枚のリンクプレートからなるリンク列とからなり、少ない枚数のリンク列の両側には、上記歯２ａを有さないガイドリンクプレート４がピン３によりカシメられて連結されている。従って、ガイドリンクプレート４を有するガイドリンク列１₁ とガイドリンクプレートを有さないノンガイドリンク列１₂ とがピン３によりチェーン長手方向に交互に連結されてなる。
【００２４】
上記サイレントチェーン１は、上記リンクプレート２の歯２ａがスプロケットと噛合することにより動力伝達が行なわれる。各リンク列１₁ ，１₂ は、スプロケットに噛合する際及び噛合から外れる際、屈曲してリンクプレート２のピン孔５とピン３とが相対回転する。特に、エンジンのタイミングチェーンとして用いられる場合、比較的大きな張力が作用しかつ高温に晒されている環境下にあって、上記リンクプレートのピン孔５とピン３との相対回転が、ピン及びピン孔の摩耗となって、チェーン伸びの原因となっている。
【００２５】
前記ピンは、Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗの少なくとも１種類の硬度１３００［Ｈ_P ］以上の金属炭化物層を、拡散浸透法によりピン表面の少なくとも５［μｍ］以上被覆して形成されている。
【００２６】
〔実施例１〕窒化処理したリンクプレート
材質がＳＣＭ４３５（クロムモリブデン合金鋼）で板厚が１．２［ｍｍ］のリンクプレート素材に、シアン酸塩（ＫＣＮＯ）を主成分とする塩浴中に浸して、空気を送り込みながら比較的低温下で窒化する、いわゆるタフトライト処理（軟窒化処理）を５８０［℃］で約１０分間行う。このようにして作られたリンクプレートは、表面硬さ・断面硬さは、図６の窒化処理プレートに示す通りである。即ち、窒化層（拡散層）が表面から約０．２［ｍｍ］あり、板厚（１．２ｍｍ）の約１７［％］に相当する。なお、材質ＳＣＭ４３５の成分は、Ｃ；０．３５［％］、Ｓｉ；０．２７［％］、Ｍｎ；０．６５［％］、Ｃｒ；１．１２［％］、Ｍｏ；０．１８［％］、残余は鉄及び不純物からなる。
【００２７】
そして、図７は、窒化層の深さを変えたリンクプレートの引張り強度を試験した結果であり、該図７から明らかなように、窒化層が約０．２５［ｍｍ］までは、窒化処理しないリンクプレートと略々同じ強度（破断強度）を有し、かつ窒化層が０．２５［ｍｍ］、即ち板厚の２１［％］を越えると、脆くなり、窒化層の増加に略々比例して破断強度が低下する。従って、窒化層が０．３０［ｍｍ］（板厚の２５［％］）以下、好ましくは０．２０［ｍｍ］（板厚の１７［％］）以下であることが、リンクプレートの強度上望ましい。
【００２８】
また、前記表面にＣｒ等の炭化物層を被覆したピンと、上記窒化処理プレートの組合せによるサイレントチェーンは、図４に示すように、従来の炭素鋼通常熱処理したプレート及び浸炭焼入れしたプレートよりもチェーンの伸び率が減少し、上記炭素鋼通常熱処理プレートに比して約３０［％］の伸び率の低減が確認された。更に、本窒化処理プレートは、表面硬度が約６００［Ｈｖ］であり、この程度の表面硬度では、図８に示すように高周波焼入れ又は浸炭焼入れしたスプロケットの歯面に対して従来のプレート（炭素鋼通常熱処理プレート及び浸炭プレート）より摩耗を増加する等の影響を与えることはなく、かつリンクプレート自体の歯面（クロッチ面ａ、フランク面ｂ；図１参照）の摩耗が軽減されることが確認された。
【００２９】
上記窒化処理プレートは、Ｃ；０．３０〜０．５０［Ｗｔ％］の範囲で含有する炭素鋼又は合金鋼を素材として適用可能であり、かつその表面から板厚の２５［％］以下の深さで窒化層が形成され、その表面硬さが５００〜７００［Ｈｖ］の範囲に調整されればよい。
【００３０】
また、該窒化処理プレートは、芯部硬さが４００〜６５０［Ｈｖ］の範囲にあって、脆性による引張り強度の低下が少ないものが好ましい。
【００３１】
〔参考例２〕炭化物層を被覆したリンクプレートを、以下参考例として説明する。なお、該参考例を便宜上実施例と表記する。
材質がＳＣＭ４３５で板厚が１．２［ｍｍ］のリンクプレート素材を、浸炭処理して表面の炭素濃度を増加した後、金属クロム粉末及び活性剤としての塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）、焼付防止剤としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等を一緒にして密閉容器内に詰め、電気炉に入れて昇温・保持し、Ｃｒをリンクプレート表面に拡散浸透させる、いわゆるクロマイジング処理を施す。これにより、リンクプレートの表面には、ＣｒとＦｅの固溶体からなる固溶体中にＣｒとＣとの化合物であるＣｒ炭化物が多数点在するＣｒ炭化物層が形成された。
【００３２】
そして、該表面にＣｒ炭化物層を有するリンクプレートは、引張り強度を上げるため、約８５０［℃］により焼入れしかつ約２３０［℃］にて焼戻しをした後、表面及びピン孔が研磨される。これにより、該リンクプレートは、基部がマルテンサイトからなり、充分な強度を保持しつつ、表面から約５［μｍ］に亘って形成されたＣｒ炭化物層の表面粗さが改善される。
【００３３】
該表面にＣｒ炭化物層が被覆されたリンクプレートと前記ピンとの組合せによるサイレントチェーンは、図４に示すように、従来のチェーンに対して約６０［％］の伸び率の低減が確認された。
【００３４】
該リンクプレートは、表面に、硬度１３５０［Ｈｖ］からなる極めて硬いＣｒ炭化物層が被覆されているため、図８に示すように、スプロケット歯面の摩耗を増大してしまう。同様な理由で、ゴム、プラスチック又は金属からなるチェーンガイド、チェーンテンショナ、ダンパー等のチェーンと摺接する部材（チェーン振動防止部材）の摩耗を促進させてしまう。
【００３５】
このため、スプロケット歯と接触するリンクプレートのクロッチ面ａ又はフランク面ｂ（歯面）（図１参照）、及び上記チェーンガイド等に摺接するリンクプレートの背面ｄ（図１参照）を研削して、Ｃｒ炭化物層を除去する。更に、角を丸めるため、該リンクプレートは再度研磨される。
【００３６】
このようにして作られたリンクプレート（噛合い面炭化物層除去あり）は、図８に示すように、スプロケット歯面の摩耗量を、従来のプレートと略々同等の問題のないレベルに低減し得た。該リンクプレートは、歯面（クロッチ面ａ又はフランク面ｂ）及び背面ｄを研磨してＣｒ炭化物層を除去したが、プレートの側面は、そのままＣｒ炭化物層が被覆されているため、リンクプレート同士の摺接に対しては、ピンとピン孔の摺接と同様に、極めて摩耗の少ない構造になっており、かつ凝着摩耗に対しても優れた特性を有する。
【００３７】
なお、上記実施例は、金属炭化物層としてＣｒ炭化物を用いたが、上記クロマイジングの代りに、チタンナイジング（Ｔｉ）等の他の金属拡散浸透処理を施すことにより、Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｔａ，Ｍｏ又はＷの金属炭化物層を被覆してもよく、またリンクプレート母材からの金属の滲出により複数の金属炭化物を散在させてもよく、更にＣｒ−Ｎｉ、Ｃｒ−Ｍｏ等の複合金属炭化物でもよい。
【００３８】
上記金属炭化物層被覆リンクプレートは、Ｃを０．３０〜０．５５［Ｗｔ％］の範囲で含有する炭素鋼又は合金鋼を素材として適用可能であり、かつその表面に、Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗの少なくとも１種類の硬度が１３００［Ｈｖ］以上の金属炭化物層を５［μｍ］以上の厚さに拡散浸透法により被覆すればよい。
【００３９】
〔実施例３〕炭化物を含有したリンクプレート
材質がＣ；０．５２［％］、Ｃｒ；１．００［％］Ｖ；０．２０［％］を主要成分とする合金鋼からなるリンクプレート素材を、約８６０［℃］で焼入れ後、約２３０［℃］焼戻しして、硬度５４［ＨＲＣ］（５８０［Ｈｖ］換算）に調整した後、研磨して構成される。該リンクプレートは、表面に限らず、その内部に亘って極めて硬い微細なＣｒ炭化物が略々均一に点在されて、リンクプレート全体で約５４［ＨＲＣ］の上記硬度が保持される。
【００４０】
上記Ｃｒ炭化物を含有したリンクプレートと従来の浸炭焼き入れピンとを組合せたサイレントチェーンは、図３に示すように、炭素鋼通常熱処理プレートと浸炭焼入れピンとの組合せからなる従来のサイレントチェーンよりも伸び率が高くなってしまうが、本実施例によるＣｒ炭化物含有リンクプレートとＣｒ炭化物層被覆ピンとの組合せによると、図４に示すように、従来のチェーンに対して約４０［％］の伸び率の低減が図られる。これは、プレート母材内部、従ってピン孔周囲にも、硬度１３００［Ｈｖ］を越える非常に硬いＣｒ炭化物が豊富に内在しているため、浸炭焼入れピンではピンが摩耗してチェーン伸びを促進するが、ピン自体を表面が非常に硬いＣｒ炭化物層にて構成すると、ピンの摩耗が低減されると共にリンクプレートのピン孔の摩耗も低減されることによる。
【００４１】
また、本実施例によるＣｒ炭化物含有プレートは、その表面全体ではそれ程硬度が高くなく、従って図８に示すように、スプロケットの歯面摩耗量に対して、従来の通常熱処理プレートを使用したチェーンに比して僅かに増加するが、実用上問題のないレベルに保っている。また、リンクプレート全体は、硬度がそれ程高くなく、従って靭性の低下による引張り強度の低下を防止し得る。
【００４２】
上記金属炭化物含有リンクプレートは、Ｃ；０．３０〜０．６０［Ｗｔ％］の範囲で、かつＣｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗの少なくとも１種類の元素を含有した合金鋼を素材として適用可能であり、焼入れ・焼戻し又は恒温変態処理等の適当な熱処理により、硬度が１３００［Ｈｖ］を超える非常に硬く微細な金属炭化物を略々均等に残留させて、プレート全体の硬さを５２〜５７［ＨＲＣ］の範囲に調整すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用し得るサイレントチェーンを示す正面図。
【図２】その平面図。
【図３】各ピンとリンクプレートによるチェーン伸び試験の結果を示す図。
【図４】Ｃｒ炭化物層形成ピンを組込んだ各リンクプレートによるチェーン伸び試験の結果を示す図。
【図５】標準リンクプレートと浸炭リンクプレートの引張り強度の比較を示す図。
【図６】各リンクプレートの表面からの距離によるビッカース硬さを示す図。
【図７】窒化層深さによるチェーンの引張り強度を示す図。
【図８】各リンクプレートによるスプロケットの歯面の摩耗量を示す図。
【符号の説明】
１リンク（サイレント）チェーン
２リンクプレート
３ピン
５ピン孔

Claims

多数のリンクプレートをピンにて連結したリンクチェーンにおいて、
前記ピンが、その表面に、クロム、バナジウム、ニオブ、チタン、ジルコニウム、タンタル、モリブデン、タングステンの少なくとも１種類の、拡散浸透法により形成されるビッカース硬度が１３００［Ｈｖ］以上の金属炭化物層を５［μｍ］以上被覆してなり、
前記リンクプレートが、炭素を０．３０〜０．５５［重量％］の範囲で含有する炭素鋼又は合金鋼を素材として、該リンクプレートの芯部のビッカース硬度が、４００〜６５０［Ｈｖ］の範囲からなるように調整し、かつ該リンクプレートの表面から板厚の２５［％］以下の深さで窒化層を形成して、その表面のビッカース硬度を５００〜７００［Ｈｖ］の範囲に調整してなる、
リンクチェーン。
多数のリンクプレートをピンにて連結したリンクチェーンにおいて、
前記ピンが、その表面に、クロム、バナジウム、ニオブ、チタン、ジルコニウム、タンタル、モリブデン、タングステンの少なくとも１種類の、拡散浸透法により形成されるビッカース硬度が１３００［Ｈｖ］以上の金属炭化物層を５［μｍ］以上被覆してなり、
前記リンクプレートが、炭素を０．３０〜０．６０［重量％］の範囲で、かつクロム、バナジウム、ニオブ、チタン、ジルコニウム、タンタル、モリブデン、タングステンの少なくとも１種類の元素を含有した合金鋼を素材として、熱処理により前記少なくとも１種類の元素よりなる微細な金属炭化物を略々均一に残留させて、該リンクプレート全体でロックウェル硬度が５２〜５７［ＨＲＣ］の範囲からなる、
リンクチェーン。