JP7455378B2 - 自転車用チェーン、これを備えた自転車、及び自転車用チェーンの製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、摩擦抵抗の低減を目的として高摺動性の表面処理を施した自転車用チェーンに関する。
従来、ロードバイクやマウンテンバイク等に用いられる自転車用チェーンは、ギヤに加えた力を効率よく後輪へ伝達するため、グリスや潤滑油を使用したり、高摺動性のめっきを施したりして、摩擦力の低減がなされている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
特許文献１のチェーンは、ブシュの円筒内周面に設けた多孔質層にフッ素樹脂を含侵させて、ブシュに挿通されて摺回動するピンの外周面にフッ素樹脂含有ニッケルめっき層を設けて、ブシュとピンの間の摺動性を高めるものである。
また、特許文献２の摺動部材は、摺動めっき層と基材の間に中間めっき層を設けることで摺動めっき層を剥がれにくくして、摺動めっき層により多くの固定重滑剤を含有するようにしている。
また、特許文献３の摺動部材では、摺動めっき層に固体潤滑剤よりも硬い硬質粒子を含めることで、固定潤滑剤の摩耗を抑制するようにしている。
しかし、特許文献１乃至特許文献３のチェーンのように、高摺動性のめっき等により摺動性を高めたものは、ブシュと内プレートの嵌合力が低下し、チェーンの屈曲不良を起こすという問題がある。また、ピンと外プレートの嵌合力が低下する、すなわち構造体としての強度が低下すると、チェーンが分解する可能性がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高摺動性を確保しながら、各部材間の嵌合力の低下を抑制し、嵌合力の低下に起因した屈曲不良や分解といった問題を解消した、すなわち低い駆動抵抗と高い構造強度を兼備した自転車用チェーンの提供を目的とする。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高摺動性を確保しながら、各部材間の嵌合力の低下を抑制し、嵌合力の低下に起因した屈曲不良や分解といった問題を解消した、すなわち低い駆動抵抗と高い構造強度を兼備した自転車用チェーンの提供を目的とする。
上記課題を解決するためになされた発明は、内リンクと外リンクを交互に連結して構成され、前記内リンクは、前後にブシュ嵌合孔を有する一対の内プレートと、前記ブシュ嵌合孔に両端を嵌合されて前記一対の内プレートを連結する一対の円筒状のブシュと、前記一対のブシュにそれぞれ外嵌される一対の円筒状のローラとを備え、前記外リンクは、前後にピン嵌合孔を有する一対の外プレートと、前記ブシュに挿通された状態で前記ピン嵌合孔に両端を嵌合されて前記一対の外プレートを連結する前後一対の丸棒状のピンとを備えた自転車用チェーンであって、前記ピンは、表面が硬化処理層を有し、前記ブシュの内周面及び両端面は、表面に固体潤滑剤を含む高摺動層を有し、前記ブシュの外周面は、前記ブシュ嵌合孔に嵌合する部分が母材表面からなり、前記ピンの硬化処理層の前記ピン嵌合孔に嵌合する部分、及び前記ブシュの前記母材表面が研磨されており、前記ピンの表面の硬化処理層が浸炭処理層、バナジウム処理層、又はクロマイジング処理層であることを特徴とする自転車用チェーンである。
ここで、「母材表面からなる」とは、全面が母材表面からなるものに限らず、その一部
が母材表面でないようなものも含むものとする。
ここで、「母材表面からなる」とは、全面が母材表面からなるものに限らず、その一部
が母材表面でないようなものも含むものとする。
このように、本発明の自転車用チェーンは、ピンの外周面に高摺動性を有するめっき層を設けず、研磨した硬化処理層を施すことで、外プレートに対するピンの嵌合力を高めることができ、さらには印加される応力についても高い強度を持つことができることからスムースな力の伝達が可能になる。
また、ブシュ外周面のブシュ嵌合孔に嵌合する部分を母材表面とすることで、内プレートに対するブシュの嵌合力を高めることができる。
また、ブシュの内周面、および両端面に高摺動層を設けるとともに、ピン表面に研磨した硬化処理層を設けたことで、ピン表面に高摺動性を有するめっき層を設けなくても、ブシュのピンに対する摺動性と、ブシュの外プレートに対する摺動性を高めることができる。
なお、嵌合部が母材表面ではなく、高摺動性の表面処理層が存在したままで、組立後にブシュ端面を締鋲することによって嵌合力を確保する方法もあるが、本発明は、そのような工程を採用することなく、高い嵌合力を保持できる。
また、ブシュ外周面のブシュ嵌合孔に嵌合する部分を母材表面とすることで、内プレートに対するブシュの嵌合力を高めることができる。
また、ブシュの内周面、および両端面に高摺動層を設けるとともに、ピン表面に研磨した硬化処理層を設けたことで、ピン表面に高摺動性を有するめっき層を設けなくても、ブシュのピンに対する摺動性と、ブシュの外プレートに対する摺動性を高めることができる。
なお、嵌合部が母材表面ではなく、高摺動性の表面処理層が存在したままで、組立後にブシュ端面を締鋲することによって嵌合力を確保する方法もあるが、本発明は、そのような工程を採用することなく、高い嵌合力を保持できる。
また、ピンおよびブシュの外周面が研磨されていることで、ピンと外プレート、及びブシュと内プレートの嵌合力をより高めるともに、ピンに対するブシュの摺動性をより高めることができる。
前記ブシュの高摺動層は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または窒化ホウ素（ＢＮ）の粒子を分散させた無電解Ｎｉ‐Ｐ複合めっき層からなり、厚さ０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
このように、硬質めっき層の形成を無電解で行うことで、めっきのつきまわり性を向上できる。
また、潤滑性を有する固体粒子を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または窒化ホウ素（ＢＮ）とすることで、高摺動層の耐久性と摺動性を高めることができる。
このように、硬質めっき層の形成を無電解で行うことで、めっきのつきまわり性を向上できる。
また、潤滑性を有する固体粒子を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または窒化ホウ素（ＢＮ）とすることで、高摺動層の耐久性と摺動性を高めることができる。
前記内プレートの表面が研磨される場合、中心線平均粗さＲａが０．２μｍ未満にまで母材が研磨されていることが好ましい。こうすることで、内プレートと外プレートの間の摺動性や、内プレートとローラとの摺動性を高めることができる。
前記ピンは、表面のビッカース硬度が９００Ｈｖ以上で、かつ中心線平均粗さＲａが０．１μｍ未満であることが好ましい。ピン表面のビッカース硬度を９００Ｈｖ以上とすることで、高強度と同時にピン変形による嵌合力低下を防ぐことができる。また、ピン表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ未満とすることで、ピンとブシュの間の摺動性をより効果的に高めることができる。
前記外プレート、及び／または前記ローラの全表面に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または窒化ホウ素（ＢＮ）の粒子を分散させた無電解Ｎｉ‐Ｐ複合めっき層、またはダイアモンドライクカーボン層からなる高摺動層を有し、当該高摺動層の厚さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
かかる高摺動層により、チェーンの摺動性をより効果的に高めることができる。
かかる高摺動層により、チェーンの摺動性をより効果的に高めることができる。
前記ブシュの前記内プレートに対する嵌合力は、４４０Ｎ以上であることが好ましい。こうすることで、自転車用チェーンの屈折不良を抑制できる。
本発明は、上記いずれかの自転車用チェーンを備えた自転車を含む。
本発明は、前記ブシュの全面に高摺動層を設けたのち、前記ブシュの外周面を母材が露出するまで研磨する自転車チェーンの製造方法を含む。こうすることで、ブシュの内面、及び両端面に高摺動層を有し、外周面が母材表面まで研磨されたブシュを容易に製造することができる。
以上説明したように、本発明の自転車用チェーンによれば、高摺動性を確保しながら、嵌合部の嵌合力を高めて屈折不良を抑制できる。
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳述する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
図１、図２は、本発明の一の実施形態に係る自転車用チェーン１００を示している。自転車用チェーン１００は、炭素鋼やステンレス鋼等の金属から形成され、内リンク１０と外リンク２０を交互に多数連結したのち、連結リンク３０で輪状に連結されている。自転車用チェーン１００は、例えば、ＪＩＳＤ９４１７に基づいて製作される。
図１、図２は、本発明の一の実施形態に係る自転車用チェーン１００を示している。自転車用チェーン１００は、炭素鋼やステンレス鋼等の金属から形成され、内リンク１０と外リンク２０を交互に多数連結したのち、連結リンク３０で輪状に連結されている。自転車用チェーン１００は、例えば、ＪＩＳＤ９４１７に基づいて製作される。
内リンク１０は、図１から図３に示すように、前後にブシュ嵌合孔１ａ、１ａを有する一対の内プレート１，１と、ブシュ嵌合孔１ａ、１ａに両端を嵌合されて一対の内プレート１，１を連結する一対の円筒状のブシュ２，２と、一対のブシュ２，２にそれぞれ外嵌される一対の円筒状のローラ３，３とを備えている。
尚、本明細書において、チェーンの連結方向を前後方向というものとする。
尚、本明細書において、チェーンの連結方向を前後方向というものとする。
外リンク２０は、図１から図３に示すように、前後にピン嵌合孔５ａ，５ａを有する一対の外プレート５，５と、ブシュ２に挿通された状態でピン嵌合孔５ａ，５ａに両端を嵌合されて一対の外プレート５，５を連結する前後一対の丸棒状のピン４，４とを備えている。
内プレート１は、例えば、機械構造用の炭素鋼でＣ量が０．４２～０．４８％程度であるＳ４５Ｃ、あるいは同等の機械特性を有する鋼材から形成される。内プレート１は、前後方向を長手方向とし、平面視で中央がくびれた略ひょうたん型をなす板状部材からなり、くびれの前後に一対の円形貫通孔からなるブシュ嵌合孔１ａ，１ａを有している。内プレート１は、嵌合孔１ａ，１ａの内周面を含む全表面が、αアルミナや珪砂等のメディアを用いたバレル研磨（いわゆる共磨き、あるいは白磨き）により、中心線平均粗さＲａが、０．１５μｍ未満となるよう母材が研磨されている。
ブシュ２は、例えば、Ｃｒ-Ｍｏ合金鋼であるＳＣＭ４１５、あるいは同等の機械特性を有する鋼線材を冷間鍛造した円筒状部材からなる。一対の内プレート１，１の前後一対のブシュ嵌合孔１ａ，１ａに、一対のブシュ２，２の両端をそれぞれ嵌合することで、井桁状の内リンク１０が形成される。
ブシュ２は、図４に示すように、一旦全面に高摺動性の無電解Ｎｉ-Ｐ分散めっき層（分散粒子例：ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または窒化ホウ素（ＢＮ））からなる高摺動層２ａを施したのち、内周面２１、及び両端面２２，２２の高摺動層は残すようにして、外周面２３のみ高摺動層２ａがセンタレス研磨により研磨して取り除かれた場合の例を示している。この例では、母材まで研磨がなされている。
ブシュ２は、図４に示すように、一旦全面に高摺動性の無電解Ｎｉ-Ｐ分散めっき層（分散粒子例：ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または窒化ホウ素（ＢＮ））からなる高摺動層２ａを施したのち、内周面２１、及び両端面２２，２２の高摺動層は残すようにして、外周面２３のみ高摺動層２ａがセンタレス研磨により研磨して取り除かれた場合の例を示している。この例では、母材まで研磨がなされている。
高摺動層２ａの厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。高摺動層２ａの厚さが０．５μｍ未満であると十分な摺動性を得られない虞があり、１０μｍを超えると高摺動層について十分な強度が得られず、短時間で高摺動層に割れが入ることがあり推奨されない。
ブシュ２の外周面は、中心線平均粗さＲａが０．１５μｍ未満であることが好ましい。中心線平均粗さＲａが０．１５μｍ以上であると、ブシュ２と内プレート１の嵌合力が十分に得られないことがあり推奨されない。
ブシュ２の外周面は、中心線平均粗さＲａが０．１５μｍ未満であることが好ましい。中心線平均粗さＲａが０．１５μｍ以上であると、ブシュ２と内プレート１の嵌合力が十分に得られないことがあり推奨されない。
ローラ３は、例えば、冷間圧延鋼板であって引張強度２７０Ｎ／ｍｍ２以上、Ｃ量０．１５％以下、Ｍｎ量０．６０％以下、Ｐ量０．１００％、Ｓ量０．０３５％以下のものを巻回して形成される。ローラ３は、図５に示すように、全面に潤滑性を有する固体粒子を分散させた硬質Ｎｉ‐Ｐ複合めっき層を厚さ０．２μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上１０μｍ以下備える。硬質めっき層の形成は、つきまわり性の観点で無電解が好ましい。また、潤滑性を有する固体粒子は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または窒化ホウ素（ＢＮ）、あるいは同等の潤滑性を有する固体粒子から選択される。
ピン４は、例えば、Ｃ量０．９５％以上、Ｃｒ量１．３０％以上の高炭素クロム鋼であるＳＵＪ２などの特殊鋼を用い、丸棒状に形成されている。ピン４は、図６に示すように、表面に硬化処理層４ａを有し、外周面においては、硬化処理層４ａの表面にアルミナ研磨による研磨処理が施されている。
硬化処理層４ａは、母材表面の硬度を高めるものであれば特に限定されず、浸炭処理層、バナジウム処理層、またはクロマイジング処理層等が挙げられ、クロマイジング処理層が、研磨後に表面粗度を小さくできるため好ましい。
硬化処理層４ａは、母材表面の硬度を高めるものであれば特に限定されず、浸炭処理層、バナジウム処理層、またはクロマイジング処理層等が挙げられ、クロマイジング処理層が、研磨後に表面粗度を小さくできるため好ましい。
外プレート５は、内プレート１同様、例えば、機械構造用の炭素鋼でＣ量が０．４２～０．４８％程度であるＳ４５Ｃ、あるいは同等の機械特性を有する鋼材より形成され、前後方向を長手方向とし、平面視で中央がくびれた略ひょうたん型をなす板状部材からなり、前後に一対の円形貫通孔からなるピン嵌合孔５ａ，５ａを有している。外プレート５は、図７に示すように、ピン嵌合孔５ａ，５ａの内周面を含め、全面に潤滑性を有する固体粒子を分散させた硬質Ｎｉ‐Ｐ複合めっき層を厚さ０．２μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上１０μｍ以下備える高摺動層５ｂが設けられている。硬質めっき層の形成は、つきまわり性の観点で無電解が好ましい。また、潤滑性を有する固体粒子は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または窒化ホウ素（ＢＮ）、あるいは同等の潤滑性を有する固体粒子から選択される。
以下、本発明の試験例について説明する。ただし、本発明は、以下の試験例の結果により限定されるものではない。
＜外プレートの試験例＞
（比較例１）
外プレート、及び内プレートをＳ４５Ｃ相当の機械構造用の炭素鋼から、ピンをＳＵＪ２相当の高炭素クロム合金鋼から、ブシュをＳＣＭ４１５相当のＣｒ-Ｍｏ合金鋼から、ローラを引張強度２７０Ｎ／ｍｍ２以上の冷間圧延鋼板から形成し、これら各部品には表面処理を行わずにチェーンを組み立てた。このチェーンをグリス等の潤滑油を塗らずに自転車の動きを模す様にその位置を再現したリングとコグに装着し、加わるトルクにより電流・電圧を制御するよう構成されたサーボモータ（Ｋｅｙｅｎｃｅ製）により回転させ、回転開始初期５分間についての回転中の電力（Ｗ）を測定し、これを動摩擦抵抗値の基準値（＝１０）とした。
リングの歯車数は一例として５４、コグの歯車数は一例として１４とした。
サーボモータは、実際の自転車駆動の状態を模擬するため、１５０～５００Ｗが印加されるように電流・電圧を制御した。
＜外プレートの試験例＞
（比較例１）
外プレート、及び内プレートをＳ４５Ｃ相当の機械構造用の炭素鋼から、ピンをＳＵＪ２相当の高炭素クロム合金鋼から、ブシュをＳＣＭ４１５相当のＣｒ-Ｍｏ合金鋼から、ローラを引張強度２７０Ｎ／ｍｍ２以上の冷間圧延鋼板から形成し、これら各部品には表面処理を行わずにチェーンを組み立てた。このチェーンをグリス等の潤滑油を塗らずに自転車の動きを模す様にその位置を再現したリングとコグに装着し、加わるトルクにより電流・電圧を制御するよう構成されたサーボモータ（Ｋｅｙｅｎｃｅ製）により回転させ、回転開始初期５分間についての回転中の電力（Ｗ）を測定し、これを動摩擦抵抗値の基準値（＝１０）とした。
リングの歯車数は一例として５４、コグの歯車数は一例として１４とした。
サーボモータは、実際の自転車駆動の状態を模擬するため、１５０～５００Ｗが印加されるように電流・電圧を制御した。
（試験例１）
比較例１と同様に形成した外プレート、内プレート、ピン、ブシュ、及びローラの各部品のうち、外プレートの全表面に無電解Ｎｉ―Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを０．１μｍの厚さで施し、他の部品には表面処理を行わず、これらを用いて組み立てたチェーンについて、グラス等を塗らず、比較例１同様に電力（Ｗ）を測定し、比較例１の電力（Ｗ）を１０とした場合の比を試験例１の動摩擦抵抗値とした。
比較例１と同様に形成した外プレート、内プレート、ピン、ブシュ、及びローラの各部品のうち、外プレートの全表面に無電解Ｎｉ―Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを０．１μｍの厚さで施し、他の部品には表面処理を行わず、これらを用いて組み立てたチェーンについて、グラス等を塗らず、比較例１同様に電力（Ｗ）を測定し、比較例１の電力（Ｗ）を１０とした場合の比を試験例１の動摩擦抵抗値とした。
（試験例２から試験例１３）
外プレートの表面処理方法、およびめっき厚を表１に示したように変更したほかは、試験例１と同様にして動摩擦抵抗値を算出した。 表１に比較例１、及び試験例１乃至１３の結果を示す。尚、以下の表において、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＢＮは、それぞれ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、窒化ホウ素（ＢＮ）を分散粒子とする無電解Ｎｉ―Ｐ複合めっきのことを示す。
外プレートの表面処理方法、およびめっき厚を表１に示したように変更したほかは、試験例１と同様にして動摩擦抵抗値を算出した。 表１に比較例１、及び試験例１乃至１３の結果を示す。尚、以下の表において、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＢＮは、それぞれ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、窒化ホウ素（ＢＮ）を分散粒子とする無電解Ｎｉ―Ｐ複合めっきのことを示す。
表１の結果から、チェーンの各パーツに施す無電解Ｎｉ―Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきの厚さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下、特に０．５μｍ以上１０μｍ以下が動摩擦抵抗と使用時の強度が優れる点で好ましいことが分かった。
また、ＰＦＡや球状黒鉛を分散粒子としたＮｉ-Ｐ複合めっき、ＤＬＣコーティングは、使用環境を模擬した摺動条件においては十分な強度や低い動摩擦抵抗が得られないことがわかった。
また、ＰＦＡや球状黒鉛を分散粒子としたＮｉ-Ｐ複合めっき、ＤＬＣコーティングは、使用環境を模擬した摺動条件においては十分な強度や低い動摩擦抵抗が得られないことがわかった。
＜内プレートの試験例＞
（試験例１４）
比較例１と同様に形成した各部品のうち、内プレートを共磨き（白磨き）し、他の部品は表面処理を行わず、試験用チェーンを組み立てた。これを用いて試験例１と同様に動摩擦抵抗値を算出した。また、内プレートの表面の複数個所について中心線平均粗さＲａを測定した。その結果を表２に示す。
（試験例１４）
比較例１と同様に形成した各部品のうち、内プレートを共磨き（白磨き）し、他の部品は表面処理を行わず、試験用チェーンを組み立てた。これを用いて試験例１と同様に動摩擦抵抗値を算出した。また、内プレートの表面の複数個所について中心線平均粗さＲａを測定した。その結果を表２に示す。
（試験例１５）
内プレートの表面処理を一般的な電解研磨液を用いて電解研磨を行った他は、試験例１４と同様にして組み立てた試験用チェーンの動摩擦係数を測定し、内プレート表面の複数個所について中心線平均粗さＲａを測定した。
内プレートの表面処理を一般的な電解研磨液を用いて電解研磨を行った他は、試験例１４と同様にして組み立てた試験用チェーンの動摩擦係数を測定し、内プレート表面の複数個所について中心線平均粗さＲａを測定した。
（試験例１６）
表１の実施例に相当する表面処理（無電解Ｎｉ-Ｐ分散めっき）を行った内プレート表面を研磨した後にエアーブラスト処理した他は、試験例１４と同様にして組み立てた試験用チェーンの動摩擦係数を測定し、内プレート表面の複数個所について中心線平均粗さＲａを測定した。
表１の実施例に相当する表面処理（無電解Ｎｉ-Ｐ分散めっき）を行った内プレート表面を研磨した後にエアーブラスト処理した他は、試験例１４と同様にして組み立てた試験用チェーンの動摩擦係数を測定し、内プレート表面の複数個所について中心線平均粗さＲａを測定した。
（比較例２）
表１の比較例１の内プレートを用い、表面の複数個所について中心線粗さＲａを測定した。
結果を表２に示す。
表１の比較例１の内プレートを用い、表面の複数個所について中心線粗さＲａを測定した。
結果を表２に示す。
表２の結果から、中心平均粗さＲａが０．２μｍ未満のものが動摩擦係数を低く制御する点で好ましいことがわかった。内プレートの表面処理の方法として、電解研磨は、水素脆化によると推察される強度低下がみられること、中心線平均粗さＲａが、本発明の範囲を超えて大きくなる手法、例えば、本検討ではエアーブラストは、好ましくないことが分かった。
＜ピンの試験例＞
（試験例１７）
比較例１のピンと同じロットで形成したピンの表面にガス浸炭法で浸炭処理を行ったのち油焼き入れを行い、センタレス研磨を行ったピンを試験例１７として示す。表面の複数個所で、ビッカース硬度と、中心線平均粗さＲａを、ピン表面の複数個所で計測した。
（試験例１７）
比較例１のピンと同じロットで形成したピンの表面にガス浸炭法で浸炭処理を行ったのち油焼き入れを行い、センタレス研磨を行ったピンを試験例１７として示す。表面の複数個所で、ビッカース硬度と、中心線平均粗さＲａを、ピン表面の複数個所で計測した。
（試験例１８、試験例１９）
表面処理の方法をバナジウム処理、クロマイジング処理とした他は、試験例１７と同様にして試験を行った。
表面処理の方法をバナジウム処理、クロマイジング処理とした他は、試験例１７と同様にして試験を行った。
結果を表３に示す。複数回の試験を行ったものについては、中心線平均粗さＲａを数値範囲として示す。
表３の結果から、ピンの表面処理方法として、研磨後の表面硬度と中心線平均粗さに優れる点で、クロマイジング処理後に研磨を行うことが好ましい。また、ビッカース硬度は９００Ｈｖ以上が好ましく、中心線平均粗さＲａは、０．１μｍ未満が好ましい。
＜ブシュの試験例＞
（比較例３）
比較例１と同様に形成したブシュと内プレートを用い、ブシュを内プレートの嵌合孔へはめ込んだ後に引き抜く際に必要な力（嵌合力）を、東京衝機試験機製圧縮強さ試験機を用いて測定した。
（比較例３）
比較例１と同様に形成したブシュと内プレートを用い、ブシュを内プレートの嵌合孔へはめ込んだ後に引き抜く際に必要な力（嵌合力）を、東京衝機試験機製圧縮強さ試験機を用いて測定した。
（比較例４）
ブシュとして、全面に無電解Ｎｉ―Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっき（表４：全面ＰＴＦＥと表記、以下同じ）を施したものを用いたほかは、比較例３と同様にして嵌合力を測定した。めっきの厚さが３から５μｍの範囲の複数のブシュを用いて測定を行った。
ブシュとして、全面に無電解Ｎｉ―Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっき（表４：全面ＰＴＦＥと表記、以下同じ）を施したものを用いたほかは、比較例３と同様にして嵌合力を測定した。めっきの厚さが３から５μｍの範囲の複数のブシュを用いて測定を行った。
（試験例２０）
ブシュとして、全面に無電解Ｎｉ―Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを施したのち、ブシュ外面のめっき層表面をセンタレス研磨したほかは、比較例３と同様にして嵌合力を測定した。
ブシュとして、全面に無電解Ｎｉ―Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを施したのち、ブシュ外面のめっき層表面をセンタレス研磨したほかは、比較例３と同様にして嵌合力を測定した。
（試験例２１）
ブシュとして、外周面以外の全面に無電解Ｎｉ―Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを施した。外周面は研磨した。比較例３と同様にして嵌合力を測定した。
ブシュとして、外周面以外の全面に無電解Ｎｉ―Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを施した。外周面は研磨した。比較例３と同様にして嵌合力を測定した。
（試験例２２）
ブシュとして、全面に無電解Ｎｉ―Ｐ／ＢＮ複合めっきを施したのち（表４：ＢＮと表記）、ブシュ外面のめっき層表面をセンタレス研磨したほかは、比較例３と同様にして嵌合力を測定した。
ブシュとして、全面に無電解Ｎｉ―Ｐ／ＢＮ複合めっきを施したのち（表４：ＢＮと表記）、ブシュ外面のめっき層表面をセンタレス研磨したほかは、比較例３と同様にして嵌合力を測定した。
比較例３、４、及び試験例２０乃至２２の結果を表４に示す。数値に幅があるのは、複数の試験を行ったことによる。
表４の結果から、ブシュに無電解Ｎｉ－Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを施す場合は、外周面以外の箇所を被覆すること、あるいは全面を被覆した後、母材まで研磨することで、ブシュと内プレートの嵌合力を高められることが分かった。
これにより、チェーンの構造強度を向上させ屈曲不良を抑制できる。
これにより、チェーンの構造強度を向上させ屈曲不良を抑制できる。
＜チェーン試験例＞
（比較例５）
成型後、熱処理してアルカリ洗浄を行う従来品の標準処理を行った各部品を用いて組み立てたチェーンにグリス（ＪＸＴＧエネルギー ＦＢＫオイルＲ０３２）を塗布し、比較例１と同様にして動摩擦抵抗値を測定した。また、比較例３と同様にしてブシュの嵌合力を測定した。
（比較例５）
成型後、熱処理してアルカリ洗浄を行う従来品の標準処理を行った各部品を用いて組み立てたチェーンにグリス（ＪＸＴＧエネルギー ＦＢＫオイルＲ０３２）を塗布し、比較例１と同様にして動摩擦抵抗値を測定した。また、比較例３と同様にしてブシュの嵌合力を測定した。
（比較例６）
ローラ、外プレート、内プレート、及びブシュに二硫化モリブデンを固体潤滑剤として塗布し、ピン表面にはクロマイジング処理を施して、比較例３と同様にして、ブシュ嵌合力を測定し、比較例１と同様にして、動摩擦抵抗値を測定した。
（比較例７）
チェーン各部品の内、ローラ、外プレート、内プレート、及びブシュの全面に厚さ平均で約２μｍで無電解Ｎｉ－Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっき（表５：ＰＴＦＥと表記、以下同じ）を施し、ピン表面に試験例１３と同様のクロマイジング処理と研磨処理を施したほかは、比較例６と同様にして、動摩擦抵抗値とブシュ嵌合力を測定した。
ローラ、外プレート、内プレート、及びブシュに二硫化モリブデンを固体潤滑剤として塗布し、ピン表面にはクロマイジング処理を施して、比較例３と同様にして、ブシュ嵌合力を測定し、比較例１と同様にして、動摩擦抵抗値を測定した。
（比較例７）
チェーン各部品の内、ローラ、外プレート、内プレート、及びブシュの全面に厚さ平均で約２μｍで無電解Ｎｉ－Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっき（表５：ＰＴＦＥと表記、以下同じ）を施し、ピン表面に試験例１３と同様のクロマイジング処理と研磨処理を施したほかは、比較例６と同様にして、動摩擦抵抗値とブシュ嵌合力を測定した。
（実施例１）
内プレートは全面バレル研磨（白磨き）を行い、ブシュは、全面に無電解Ｎｉ－Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを施したのち、外周面のみを研磨処理した（Ｈ処理）ものを用いた。その他は、比較例６と同様にして、ブシュ嵌合力と動摩擦抵抗値を測定した。
内プレートは全面バレル研磨（白磨き）を行い、ブシュは、全面に無電解Ｎｉ－Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを施したのち、外周面のみを研磨処理した（Ｈ処理）ものを用いた。その他は、比較例６と同様にして、ブシュ嵌合力と動摩擦抵抗値を測定した。
（実施例２）
外周面を含む全面に無電解Ｎｉ－Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを行った後、外周面のみめっきが剥離するまで研磨処理を施したものを用いた。
その他は、実施例１と同様にして、ブシュ嵌合力と動摩擦抵抗値を測定した。
外周面を含む全面に無電解Ｎｉ－Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを行った後、外周面のみめっきが剥離するまで研磨処理を施したものを用いた。
その他は、実施例１と同様にして、ブシュ嵌合力と動摩擦抵抗値を測定した。
（実施例３）
内プレートは全面バレル研磨（白磨き）を行い、ブシュは、全面に無電解Ｎｉ－Ｐ／ＢＮ複合めっきを施したのち、外周面のみを研磨処理した（Ｈ処理）ものを用いた。その他は、実施例１と同様にして、ブシュ嵌合力と動摩擦抵抗値を測定した。
内プレートは全面バレル研磨（白磨き）を行い、ブシュは、全面に無電解Ｎｉ－Ｐ／ＢＮ複合めっきを施したのち、外周面のみを研磨処理した（Ｈ処理）ものを用いた。その他は、実施例１と同様にして、ブシュ嵌合力と動摩擦抵抗値を測定した。
結果を表５に示す。摩擦抵抗値は比較例４との電力（Ｗ）の差により評価した。表５中のＰＴＦＥは、全面に無電解Ｎｉ－Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを施したことを示し、Ｍｏは、二硫化モリブデンを塗布したことを示す。
表５の結果から、ローラ、及び外プレートは、無電解Ｎｉ－Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを施し、内プレートに白磨きを施し、ピンは、クロマイジング処理の後、その表面に特殊研磨仕上げを行い、ブシュは、外周面以外の全面を無電解Ｎｉ－Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきで被覆したもの、あるいは外周面を含む全面に無電解Ｎｉ－Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを行った後、外周面のみめっきが剥離するまで研磨処理を施したものを用いることで、二硫化モリブデンを固体潤滑剤として用いる場合と同等の動摩擦抵抗値が得られることが分かった。
＜従来品との比較＞
（比較例８）
ブシュを強度２７０Ｎ／ｍｍ２以上を有する冷延鋼板を巻回して形成した他は、各部品を比較例１と同様の構成として組み立てた従来品のチェーンを、比較例１と同様のリングとコグに装着した。これを、モータに５００Ｗの電力を印加して２０分間回転させ、１秒ごとの電力を測定した。測定は、同様に形成したチェーン５本について行った。５本のチェーンで測定された１秒ごとの測定結果を、まとめて図８（ａ）のヒストグラムに示す。
（比較例８）
ブシュを強度２７０Ｎ／ｍｍ２以上を有する冷延鋼板を巻回して形成した他は、各部品を比較例１と同様の構成として組み立てた従来品のチェーンを、比較例１と同様のリングとコグに装着した。これを、モータに５００Ｗの電力を印加して２０分間回転させ、１秒ごとの電力を測定した。測定は、同様に形成したチェーン５本について行った。５本のチェーンで測定された１秒ごとの測定結果を、まとめて図８（ａ）のヒストグラムに示す。
（実施例４）
５本のチェーンとして、試験例１７と同じチェーンを用いた他は、比較例５と同様にしてチェーン回転時の電力を測定した。５本のチェーンで測定された１秒ごとの測定結果を、まとめて図８（ｂ）のヒストグラムに示す。
５本のチェーンとして、試験例１７と同じチェーンを用いた他は、比較例５と同様にしてチェーン回転時の電力を測定した。５本のチェーンで測定された１秒ごとの測定結果を、まとめて図８（ｂ）のヒストグラムに示す。
比較例８と実施例４の結果より、ローラと外プレートには無電解Ｎｉ－Ｐ／ＰＴＦＥ複合めっきを施し、内プレートには白磨きを施し、ピンにはクロマイジング処理ののち表面特殊研磨仕上げを施し、ブシュには、Ｈ処理を施した本発明に係るチェーンは、従来品に比べて、動摩擦抵抗が低下し、伝達性が向上することがわかった。
また、表５および図８に示す本発明実施例によるチェーンは、電動バイクまたは電動アシストバイクなど電動モータによる駆動または駆動アシスト機能を有する機器に採用した場合、電力消費量を大きく削減することができ、電動による航続距離や電動アシスト可能距離を長く保つことに貢献する。また、低電力消費となるため、搭載する電池の小型化にも寄与できる。
また、表５および図８に示す本発明実施例によるチェーンは、電動バイクまたは電動アシストバイクなど電動モータによる駆動または駆動アシスト機能を有する機器に採用した場合、電力消費量を大きく削減することができ、電動による航続距離や電動アシスト可能距離を長く保つことに貢献する。また、低電力消費となるため、搭載する電池の小型化にも寄与できる。
本発明の自転車用チェーンは、上記の実施形態に限らず、例えば、ピン表面の硬化処理層は、クロマイジング処理や浸炭処理、バナジウム処理以外の処理により設けてもよい。ブシュ内周面や端面のめっき処理は、ＰＴＦＥや窒化ホウ素を分散配置した無電解Ｎｉ－Ｐめっきに限らず、他の高摺動層であってもよい。ブシュの外周面や内プレートは、母材研磨面でなくともよい。
ブシュ内周面の高摺動層の厚さは、０．５μｍ未満であってもよいし１０μｍを超えてもよい。内プレート表面の中心線平均粗さＲａは、０．１５μｍ以上であってもよい。ピンは、表面のビッカース硬度が１０００Ｈｖ未満であってもよいし、中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以上であってもよい。
ブシュ内周面の高摺動層の厚さは、０．５μｍ未満であってもよいし１０μｍを超えてもよい。内プレート表面の中心線平均粗さＲａは、０．１５μｍ以上であってもよい。ピンは、表面のビッカース硬度が１０００Ｈｖ未満であってもよいし、中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以上であってもよい。
１０ 内リンク
２０ 外リンク
１ａ ブシュ嵌合孔
１ 内プレート
２ ブシュ
２ａ 内周面
２ｂ 両端面
２ｃ 高摺動層
２ｄ 外周面
３ ローラ
４ ピン
４ａ 硬化処理層
４ｂ 硬化処理後研磨面
５ 外プレート
５ａ ピン嵌合孔
２０ 外リンク
１ａ ブシュ嵌合孔
１ 内プレート
２ ブシュ
２ａ 内周面
２ｂ 両端面
２ｃ 高摺動層
２ｄ 外周面
３ ローラ
４ ピン
４ａ 硬化処理層
４ｂ 硬化処理後研磨面
５ 外プレート
５ａ ピン嵌合孔
Claims (8)
- 内リンクと外リンクを交互に連結して構成され、
前記内リンクは、前後にブシュ嵌合孔を有する一対の内プレートと、前記ブシュ嵌合孔に両端を嵌合されて前記一対の内プレートを連結する一対の円筒状のブシュと、前記一対のブシュにそれぞれ外嵌される一対の円筒状のローラとを備え、
前記外リンクは、前後にピン嵌合孔を有する一対の外プレートと、前記ブシュに挿通された状態で前記ピン嵌合孔に両端を嵌合されて前記一対の外プレートを連結する前後一対の丸棒状のピンとを備えた自転車用チェーンであって、
前記ピンは、表面が硬化処理層を有し、
前記ブシュの内周面及び両端面は、表面に固体潤滑剤を含む高摺動層を有し、前記ブシュの外周面は、前記ブシュ嵌合孔に嵌合する部分が母材表面からなり、
前記ピンの硬化処理層の前記ピン嵌合孔に嵌合する部分、及び前記ブシュの前記母材表面が研磨されており、
前記ピンの表面の硬化処理層が浸炭処理層、バナジウム処理層、又はクロマイジング処理層であることを特徴とする自転車用チェーン。 - 前記ブシュの高摺動層は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または窒化ホウ素（ＢＮ）の粒子を分散させた無電解Ｎｉ‐Ｐ複合めっき層からなり、厚さ０．５μｍ以上１０μｍ以下である請求項１に記載の自転車用チェーン。
- 前記内プレートの表面は、中心線平均粗さＲａが０．２μｍ未満にまで母材が研磨されている請求項１、又は請求項２に記載の自転車用チェーン。
- 前記ピンは、表面のビッカース硬度が９００Ｈｖ以上で、かつ中心線平均粗さＲａが０．１μｍ未満である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の自転車用チェーン。
- 前記外プレート、及び／または前記ローラの全表面に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または窒化ホウ素（ＢＮ）の粒子を分散させた無電解Ｎｉ‐Ｐ複合めっき層、またはダイアモンドライクカーボン層からなる高摺動層を有し、
当該高摺動層の厚さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自転車用チェーン。 - 前記ブシュの前記内プレートに対する嵌合力が、４４０Ｎ以上である請求項１に記載の自転車用チェーン。
- 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載された自転車用チェーンを備えた自転車。
- 請求項１に記載の自転車チェーンの製造方法であって、前記ブシュの全面に高摺動層を設けたのち、前記ブシュの外周面を母材が露出するまで研磨する自転車チェーンの製造方法。
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