JP5317889B2 - チェーン - Google Patents

Description

本発明は、複数のチェーン構成部材を屈曲可能かつスプロケットに巻回可能に組み付けてなるチェーンに関し、例えば、エンジンルーム内のクランク軸とカム軸の夫々に設けたスプロケット間に無端懸回したローラチェーン、サイレントチェーン等の伝動チェーンに関するものである。

従来、複数のチェーン構成部材を屈曲可能かつスプロケットに巻回可能に組み付けてなるチェーンにおいて、振動や騒音を低減するとともに摩耗や発熱を低減し耐久性を向上させて小型軽量化を図るために、複数のチェーン構成部材の相互間に形成された摺動部を構成する摺接面の摺動抵抗を低減することが行われている。

このような公知のチェーンにおいて、複数のチェーン構成部材の相互間に形成された摺動部を構成する摺接面の摺動抵抗を低減するため、摺接面の表面粗さが向上するようにチェーン構成部材を表面加工したものが公知である。
例えば、サイレントチェーンの内リンクプレートのピン孔内周面と連結ピンの外周面がバレル加工により表面粗さを向上し、サイレントチェーンの屈曲時のピン孔内周面と連結ピンの外周面の摺動抵抗を低減して、両者の摺接面の磨耗や発熱を低減することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、複数のチェーン構成部材の相互間に形成された摺動部を構成する摺接面の摺動抵抗を低減するため、摺接面の表面粗さを向上した上でさらに潤滑油を保持したり潤滑油中の夾雑物を落とし込むように表面に凹部を設け、両者の摺接面の摺動抵抗を低減し磨耗や発熱を低減することが知られている（例えば、特許文献２、３参照。）。

特開２００７−８５５２９号公報（第５頁、図７） 特開２００８−１３３９０６号公報（第５頁、図２、図４） 特許３２０２６５３号公報（第２頁、図３）

しかしながら、摺接面間の平均距離が小さくなると、摺接面同士に生じる吸引力であるメニスカス力（近接した２物体の界面間に存在する液体の表面張力に起因する吸着力）が指数関数的に大きくなるという特性を持っており、表面粗さを向上させると摺動時の摺動抵抗は低減するものの、摺接面間の平均距離が小さくなるためメニスカス力が急激に大きくなる。

すなわち、図８に示すように、２つのチェーン構成部材５０１、５０２によって構成される摺動部のそれぞれの摺接面５０３、５０４の表面粗さが向上すると、摺接面５０３、５０４の間隔が平均的に極めて小さくなるとともに、凹凸がなだらかな面となるため、液体５０５（潤滑油や凝集した水分等）が大きなメニスカス力を発生する近接部の面積が増大して面全体のメニスカス力が極めて大きくなる。

このため、停止状態から摺動に移行する際にメニスカス力に対抗する大きな引離力が必要となり、摺動開始と同時に該引離力が急激に開放されるため、振動や騒音が発生したり、摺動時の摺接面５０３、５０４間における適切な潤滑油膜の形成を阻害して摺動抵抗を増大させるという問題があった。

特に、チェーンにおいては、屈曲動作時のみ複数のチェーン構成部材の相互間に形成された摺動部が摺動し、屈曲動作を行わないフリースパンやスプロケットに巻き掛けられている区間、あるいは、一定曲率のチェーンガイドに沿って走行している区間等では摺動部は停止状態にあり、チェーンの走行時には摺動部が必然的に何度も摺動と停止を繰り返す構造であるため、摺動抵抗を低減するために表面粗さを向上させるほどメニスカス力の影響が無視できなくなるという問題があった。

本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、摺接面の表面粗さを向上して摺動抵抗を低減するとともに、メニスカス力の影響によって摺動開始時に必要となる引離力を低減して振動や騒音、磨耗や発熱の発生を防止し、摺接面間の適切な潤滑油膜を形成するチェーンを提供することである。

本請求項１に係る発明は、複数のチェーン構成部材を屈曲可能かつスプロケットに巻回可能に組み付けてなるチェーンにおいて、前記複数のチェーン構成部材の相互間に形成された摺動部を構成する少なくとも１個所の摺接面がメニスカス力を軽減する多数の微細溝を有しているとともに、前記多数の微細溝が前記摺接面を複数の区画に分けた区画ごとに異なる方向に平行に延びるように設けられていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項２に係る発明は、請求項１に記載されたチェーンの構成に加えて、前記チェーン構成部材が、前記チェーン構成部材が、互いに屈曲時に接触摺動するリンクプレートを含み、前記多数の微細溝を有している摺接面が、互いに屈曲時に接触摺動する一方のリンクプレートの接触面および／または他方のリンクプレートの接触面であることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載されたチェーンの構成に加えて、前記チェーン構成部材が、リンクプレートおよび該リンクプレートのピン孔に遊嵌される連結ピンを含み、前記多数の微細溝を有している摺接面が、リンクプレートのピン孔内周面および／または連結ピンの外周面であることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたチェーンの構成に加えて、前記チェーン構成部材が、連結ピンおよび該連結ピンに外嵌されるブシュを含み、前記多数の微細溝を有している摺接面が、ブシュの内周面および／またはブシュの端面であることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載されたチェーンの構成に加えて、前記チェーン構成部材が、ブシュおよび該ブシュに外嵌されるローラを含み、前記多数の微細溝を有している摺接面が、ブシュの外周面および／またはローラの内周面であることにより、前記課題をさらに解決するものである。

本請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載されたチェーンの構成に加えて、前記微細溝を有している摺接面が、ピッチを１μｍ以下、深さを０．１μｍ以下とした多数の溝を設けてなることにより、前記課題をさらに解決するものである。

本請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載されたチェーンの構成に加えて、前記多数の微細溝を有している摺接面が、多数の溝が摺動方向に平行に延びるように設けられてなることにより、前記課題をさらに解決するものである。

本請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載されたチェーンの構成に加えて、前記多数の微細溝が、フェムト秒レーザーによって加工されていることにより、前記課題をさらに解決するものである。

本請求項１に係る発明のチェーンは、複数のチェーン構成部材を屈曲可能かつスプロケットに巻回可能に組み付けてなるチェーンにおいて、複数のチェーン構成部材の相互間に形成された摺動部を構成する少なくとも１個所の摺接面がメニスカス力を軽減する多数の微細溝を有しているとともに、多数の微細溝が摺接面を複数の区画に分けた区画ごとに異なる方向に平行に延びるように設けられていることにより、メニスカス力の要因である凝縮した水分や潤滑油等の界面間に存在する液体が多数の微細溝の存在により低減されるとともに、表面粗さを向上させたことによる摺動時の潤滑油の薄膜の形成効果がさらに維持されるため、複数のチェーン構成部材の相互間に形成された摺動部の摺接面の表面粗さを向上させて摺動抵抗を低減するとともに摺動部のメニスカス力の影響によって摺動開始時に必要となる引離力を低減して振動や騒音、磨耗や発熱の発生を防止し、摺接面間の適切な潤滑油膜を形成することができる。

本請求項２に係る発明のチェーンは、請求項１に係るチェーンが奏する効果に加えて、チェーン構成部材が互いに屈曲時に接触摺動するリンクプレートを含み、多数の微細溝を有している摺接面が互いに屈曲時に接触摺動する一方のリンクプレートの接触面および／または他方のリンクプレートの接触面であることにより、チェーンの隣接するリンクプレートで構成される摺動部において、摺接面の表面粗さを向上して摺動抵抗を低減するとともに摺動部のメニスカス力の影響によって必要となる引離力を低減して振動や騒音、磨耗や発熱の発生を防止し、摺接面間の適切な潤滑油膜を形成することができる。

本請求項３に係る発明のチェーンは、請求項１または請求項２に係るチェーンが奏する効果に加えて、チェーン構成部材がリンクプレートおよび該リンクプレートのピン孔に遊嵌される連結ピンを含み、多数の微細溝を有している摺接面がリンクプレートのピン孔内周面および／または連結ピンの外周面であることにより、サイレントチェーン等のリンクプレートのピン孔と連結ピンで構成される摺動部において、摺接面の表面粗さを向上して摺動抵抗を低減するとともに摺動部のメニスカス力の影響によって必要となる引離力を低減して振動や騒音、磨耗や発熱の発生を防止し、摺接面間の適切な潤滑油膜を形成することができる。

本請求項４に係る発明のチェーンは、請求項１乃至請求項３のいずれかに係るチェーンが奏する効果に加えて、チェーン構成部材が連結ピンおよび該連結ピンに外嵌されるブシュを含み、多数の微細溝を有している摺接面がブシュの内周面および／またはブシュの端面であることにより、ブシュチェーンやローラチェーン等のブシュと連結ピンで構成される摺動部および／またはブシュとリンクプレートで構成される摺動部において、摺接面の表面粗さを向上して摺動抵抗を低減するとともに摺動部のメニスカス力の影響によって必要となる引離力を低減して振動や騒音、磨耗や発熱の発生を防止し、摺接面間の適切な潤滑油膜を形成することができる。

本請求項５に係る発明のチェーンは、請求項１乃至請求項４のいずれかに係るチェーンが奏する効果に加えて、チェーン構成部材がブシュおよび該ブシュに外嵌されるローラを含み、多数の微細溝を有している摺接面がブシュの外周面および／またはローラの内周面であることにより、ローラチェーン等のブシュとローラで構成される摺動部において、摺接面の表面粗さを向上して摺動抵抗を低減するとともに摺動部のメニスカス力の影響によって必要となる引離力を低減して振動や騒音、磨耗や発熱の発生を防止し、摺接面間の適切な潤滑油膜を形成することができる。

本請求項６に係る発明のチェーンは、請求項１乃至請求項５のいずれかに係るチェーンが奏する効果に加えて、多数の微細溝を有している摺接面がピッチを１μｍ以下、深さを０．１μｍ以下とした多数の溝を設けてなることにより、摺動時の潤滑油の薄膜の形成効果をさらに維持できるため、複数のチェーン構成部材の相互間に形成された摺動部の摺接面の表面粗さを向上して摺動抵抗を低減するとともに、摺動部のメニスカス力の影響によって必要となる引離力を低減して振動や騒音、磨耗や発熱の発生を防止し、摺接面間の適切な潤滑油膜を形成することができる。

本請求項７に係る発明のチェーンは、請求項１乃至請求項６のいずれかに係るチェーンが奏する効果に加えて、多数の微細溝がフェムト秒レーザーによって加工されていることにより、多数の微細溝が正確に形成されているため、表面粗さを向上したことによる摺動時の潤滑油の薄膜の形成効果がさらに維持され、さらに摺動抵抗を低減するとともに摺動部のメニスカス力の影響によって摺動開始時に必要となる引離力を低減して振動や騒音、磨耗や発熱の発生を防止し、摺接面間の適切な潤滑油膜を形成することができる。

本発明のチェーンが適用されるエンジンのタイミングシステムの説明図。 本発明の理解を助けるための第１参考例であるローラチェーンの斜視図。 図２の一部断面とした平面図。 本発明の理解を助けるための第１参考例における連結ピンの説明図。 本発明の理解を助けるための第１参考例における摺接面の拡大説明図。 本発明の理解を助けるための第２参考例であるサイレントチェーンの斜視図。 図６の一部断面とした平面図。 従来のチェーンの摺接面の拡大説明図。

本発明は、複数のチェーン構成部材を屈曲可能かつスプロケットに巻回可能に組み付けてなるチェーンにおいて、複数のチェーン構成部材の相互間に形成された摺動部を構成する少なくとも１個所の摺接面がメニスカス力を軽減する多数の微細溝を有しているとともに、多数の微細溝が摺接面を複数の区画に分けた区画ごとに異なる方向に平行に延びるように設けられ、摺接面の表面粗さを向上して摺動抵抗を低減するとともにメニスカス力の影響によって摺動開始時に必要となる引離力が低減されて振動や騒音、磨耗や発熱の発生が防止し、摺接面間の適切な潤滑油膜を形成するものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても何ら構わない。

すなわち、本発明のチェーンは、複数のチェーン構成部材の相互間に摺動部を有するものであれば、いかなる形状のチェーンであっても良い。
また、本発明のチェーンの摺接面に設けられた多数の微細溝は、表面粗さに影響のない微細溝であれば、転造、鍛造、切削等、如何なる加工方法で形成されても良く、特にレーザー加工で形成されるのが好適である。

本発明のチェーンは、例えば、エンジンのタイミングシステムに使用される。
エンジンのタイミングシステムは、図１に示すように、エンジンルーム内のクランク軸に取付けた駆動スプロケットＳ１とカム軸に取付けた一対の従動スプロケットＳ２、Ｓ３間に無端懸回したチェーンを用いて、チェーンの張力を適正に保持してチェーンをガイドするテンショナレバーＴとチェーンの走行を案内する固定ガイド部材Ｇとが押接される。

テンショナレバーＴは、エンジンルームに取付軸Ｂで揺動自在に取付けられ、エンジンルームに取付部材Ｆによって固定されたハウジング内のプランジャＰにより押圧付勢されており、固定ガイド部材Ｇはエンジンルームに取付軸Ｂ１、Ｂ２で固定されている。

このエンジンのタイミングシステムにおいて、チェーンは、スプロケットＳ１、Ｓ２、Ｓ３への進入および離脱する区間Ｈ１、Ｈ２、Ｈ６、Ｈ７、Ｈ８、Ｈ９、テンショナレバーＴへの進入および離脱する区間Ｈ３、Ｈ５、固定ガイド部材Ｇへの進入および離脱する区間Ｈ１０、Ｈ１１、テンショナレバーＴの曲率の変化する区間Ｈ４を通過する時にそれぞれ屈曲動作を行って複数のチェーン構成部材の相互間に形成された摺動部が摺動し、それ以外の区間では屈曲動作を行なわず複数のチェーン構成部材の相互間に形成された摺動部は停止状態にある。

したがって、チェーンが屈曲動作を行うＨ１乃至Ｈ１１の区間の開始位置で、複数のチェーン構成部材の相互間に形成された摺動部は停止から摺動を開始し、メニスカス力に対抗する引離力が必要となる。

参考例１

以下に、本発明の理解を助けるための第１参考例であるローラチェーンとして構成されたチェーン１００について、図面に基づいて説明する。
チェーン１００は、図２、図３に示すように、ブシュ１２０の両端が、それぞれ一対の内リンクプレート１１０のブシュ孔１１１に圧入され、ブシュ１２０内に遊貫された連結ピン１５０の両端が一対の内リンクプレート１１０の両外側に配置された一対の外リンクプレート１４０のピン孔１４１に圧入され、無端状に連結されてブシュ１２０と連結ピン１５０が相対的に自由に回転することにより屈曲可能に構成され、ブシュ１２０にローラ１３０を回転自在に外挿されて、チェーン１００がスプロケットに巻き掛けられた際に、ローラ１３０がスプロケットの歯と当接するように構成されている。

チェーン１００において、屈曲動作時に摺動する２つのチェーン構成部材の摺動部は、内リンクプレート１１０の外側面と外リンクプレート１４０の内側面、内リンクプレート１１０の内側面とローラ１３０の端面、ブシュ１２０の内周面１２１と連結ピン１５０の外周面１５１、および、ブシュ１２０の端面と外リンクプレート１４０の内側面がそれぞれ接触する部分である。
また、ブシュ１２０の外周面とローラ１３０の内周面からなる摺動部は、ローラ１３０がスプロケットの歯と当接、離脱する際の屈曲動作時にのみ摺動する。

これらの摺動部は、いずれも大きなメニスカス力が生じる可能性があるため、これらの摺動部の一方の摺接面に、メニスカス力を軽減する多数の微細溝を形成することにより、摺接面の表面粗さを向上して摺動抵抗を低減し、振動や騒音、磨耗や発熱を低減するとともに、メニスカス力の影響によって摺動開始時に必要となる引離力を低減して振動や騒音、磨耗や発熱の発生を防止し、摺接面間の適切な潤滑油膜を形成することができる。

メニスカス力を軽減する多数の微細溝を形成する摺接面は全ての摺動部に設けても良いが、特に、チェーン１００がローラチェーンである場合、引張力を受けるブシュ１２０の内周面１２１と連結ピン１５０の外周面１５１とから成る摺動部が、最も表面粗さを向上させ摺動時の摺動抵抗を低減することで屈曲抵抗を低減する効果も高く、引張力を受けて摺接面間の平均距離も小さくなる。
このことから、本参考例では、この摺動部の連結ピン１５０の外周面１５１にメニスカス力を軽減する微細溝を形成している。

連結ピン１５０の外周面１５１は、図４に示すように、ブシュ１２０の内周面１２１と摺接して摺動部を構成する領域に、連結ピン１５０の軸方向に平行な多数の微細溝１５２が形成されている。
これらの多数の微細溝１５２は、フェムト秒レーザーによって、深さを０．１μｍ以下、ピッチを１μｍ以下で平行に加工したものである。

なお、加工後の表面はマクロでみた場合は平行な多数の微細溝１５２で形成されているが、表面粗さよりも小さい深さの獄微細加工であるため、図４の拡大写真に示すように、ミクロで見た場合には連続した溝には見えず、また、直線の溝にも見えない。

ブシュ１２０の内周面１２１と連結ピン１５０の外周面１５１とから成る摺動部は、図５に示すように、ブシュ１２０の内周面１２１が表面粗さの小さな滑らかな面であるが、連結ピン１５０の外周面１５１が表面粗さの小さな滑らかな面に多数の平行な微細溝１５２を設けた面となるため、液体１０５（潤滑油や凝集した水分等）が大きなメニスカス力を発生する近接部を分断してその面積を低減し、面全体のメニスカス力を低減することができる。

参考例２

次に、本発明の理解を助けるための第１参考例であるサイレントチェーンとして構成されたチェーン２００について、図面に基づいて説明する。
チェーン２００は、図６、図７に示すように、複数の内リンクプレート２１０のピン孔２１１、複数の中間リンクプレート２４０のピン孔２４１が交互に配置されて連結ピン２５０が緩挿され、この連結ピン２５０の両端が複数の内リンクプレート２１０の両最外に配置されたガイドプレート２６０のピン孔２６１に嵌合固定されることにより形成され、連結ピン２５０を軸として複数の中間リンクプレート２４０が回動することで自由に屈曲する。

複数の内リンクプレート２１０および複数の中間リンクプレート２４０には歯が設けられており、チェーン２００がスプロケットに巻き掛けられた際に、該内リンクプレート２１０および中間リンクプレート２４０の歯がスプロケットの歯と当接するように構成されている。

チェーン２００において、屈曲動作時に摺動する２つのチェーン構成部材の摺動部は、内リンクプレート２１０の側面と中間リンクプレート２４０の側面、内リンクプレート２１０の側面とガイドプレート２６０の内側面、および、内リンクプレート２１０のピン孔２１１の内周面と連結ピン２５０の外周面２５１がそれぞれ接触する部分である。

メニスカス力を軽減する多数の微細溝を形成する摺接面は、全ての摺動部に設けても良いが、特に、チェーン２００がサイレントチェーンである場合、引張力を受ける内リンクプレート２１０のピン孔２１１の内周面と連結ピン２５０の外周面２５１とから成る摺動部が、最も表面粗さを向上させ摺動時の摺動抵抗を低減することで屈曲抵抗を低減する効果も高く、引張力を受けて摺接面間の平均距離も小さくなることから、少なくとも連結ピン２５０の外周面２５１にメニスカス力を軽減する多数の微細溝を形成するのが好適である。

上述したような参考例では、メニスカス力を軽減する多数の微細溝が連結ピン１５０、２５０の軸方向に平行に、すなわち、摺動方向と直角の方向に平行に延びるように設けられているが、摺接面の潤滑油の薄膜の形成効果等の特性に応じて、摺動方向に平行に延びるように設けられてもよく、斜めの方向に平行に延びるように設けられても良い。

そこで、本発明のチェーンは、上述した参考例のようなメニスカス力を軽減する多数の微細溝が摺接面を複数の区画に分けた区画ごとに異なる方向に平行に延びるように設けられている。
以上説明したように、本発明のチェーンによれば、摺接面を複数の区画に分けた区画ごとに異なる方向に平行に延びるように設けられた多数の微細溝により、表面粗さを向上させたことによる摺動時の潤滑油の薄膜の形成効果がさらに維持されるため、摺接面の表面粗さを向上させて摺動抵抗を低減して振動や騒音、磨耗や発熱を低減するとともに、メニスカス力の影響によって摺動開始時に必要となる引離力が低減されて振動や騒音、磨耗や発熱の発生が防止でき、摺接面間の適切な潤滑油膜を形成することができるなど、その効果は甚大である。

なお、メニスカス力を軽減する多数の微細溝は、チェーン構成部材の相互間に形成された摺動部だけでなく、チェーン構成部材とスプロケットの歯の間に形成された摺動部に設けても良い。
また、従来の潤滑油を保持したり潤滑油中の夾雑物を落とし込むように表面に凹部を設けた摺接面に、さらにメニスカス力を軽減する多数の微細溝を形成しても良い。

１００、２００、５００ ・・・チェーン
１０１、 ５０１ ・・・チェーン構成部材
１０２、 ５０２ ・・・チェーン構成部材
１０３、 ５０３ ・・・摺接面
１０４、 ５０４ ・・・摺接面
１０５、 ５０５ ・・・液体
１１０、２１０ ・・・内リンクプレート
１１１ ・・・ブシュ孔
２１１ ・・・ピン孔
１２０ ・・・ブシュ
１２１ ・・・ブシュ内周面
１３０ ・・・ローラ
１４０ ・・・外リンクプレート
２４０ ・・・中間リンクプレート
１４１、２４１ ・・・ピン孔
１５０、２５０ ・・・連結ピン
１５１ ・・・連結ピン外周面
１５２ ・・・微細溝
２６０ ・・・ガイドプレート
２６１ ・・・ピン孔

Claims (7)

1. 複数のチェーン構成部材を屈曲可能かつスプロケットに巻回可能に組み付けてなるチェーンにおいて、
   前記複数のチェーン構成部材の相互間に形成された摺動部を構成する少なくとも１個所の摺接面が、メニスカス力を軽減する多数の微細溝を有しているとともに、
   前記多数の微細溝が、前記摺接面を複数の区画に分けた区画ごとに異なる方向に平行に延びるように設けられていることを特徴とするチェーン。
2. 前記チェーン構成部材が、互いに屈曲時に接触摺動するリンクプレートを含み、
   前記多数の微細溝を有している摺接面が、互いに屈曲時に接触摺動する一方のリンクプレートの接触面および／または他方のリンクプレートの接触面であることを特徴とする請求項１に記載のチェーン。
3. 前記チェーン構成部材が、リンクプレートおよび該リンクプレートのピン孔に遊嵌される連結ピンを含み、
   前記多数の微細溝を有している摺接面が、リンクプレートのピン孔内周面および／または連結ピンの外周面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のチェーン。
4. 前記チェーン構成部材が、連結ピンおよび該連結ピンに外嵌されるブシュを含み、
   前記多数の微細溝を有している摺接面が、ブシュの内周面および／またはブシュの端面であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のチェーン。
5. 前記チェーン構成部材が、ブシュおよび該ブシュに外嵌されるローラを含み、
   前記多数の微細溝を有している摺接面が、ブシュの外周面および／またはローラの内周面であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のチェーン。
6. 前記多数の微細溝を有している摺接面が、ピッチを１μｍ以下、深さを０．１μｍ以下とした多数の溝を設けてなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のチェーン。
7. 前記多数の微細溝が、フェムト秒レーザーによって加工されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のチェーン。
   

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