JP2005112871A - チェーンガイド - Google Patents

Abstract

【課題】 高い耐摩耗性を保持しながらタイミングチェーンとの摺動時に発生する摩擦力を低減することができるチェーンガイドを提供すること。
【解決手段】 本発明のチェーンガイドは、金属よりなるベース材１と、ベース材１の表面上に形成されチェーンとの摺動面を形成する樹脂よりなる摺動樹脂材２と、からなるチェーンガイドにおいて、摺動樹脂材２のチェーンとの摺動面２１が、摺動樹脂全体を１００ｖｏｌ％としたときに、０．５〜２０ｖｏｌ％の固体潤滑剤と、０．５〜２５ｖｏｌ％の硬質成分と、残部が熱硬化性樹脂と、からなる摺動樹脂よりなることを特徴とする。本発明のチェーンガイドは、固体潤滑剤と硬質成分とが分散した摺動樹脂材でチェーンとの摺動部が形成されており、高い耐摩耗性を維持しながら摺動時に生じる摩擦力を低減できるチェーンガイドとなっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用のエンジンのタイミングチェーンに当接するチェーンガイドに関し、詳しくは、エンジン性能の低下を抑えたチェーンガイドに関する。

従来より、車両用のエンジンには、エンジンのクランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達するタイミングチェーンが取り付けられている。タイミングチェーンは、クランクシャフトに固定されたスプロケット及びカムシャフトに固定されたスプロケットに掛装されている。すなわち、クランクシャフトが回転することにより、タイミングチェーンが走行し、これに伴ってカムシャフトが回転する。

このような機構においては、タイミングチェーンが振れるのを抑制するとともに、走行経路の安定化を図るために、タイミングチェーンに当接するようにしてチェーンガイドが設けられるのが一般的である。チェーンガイドは、チェーンの走行経路の途中の一定区間に設けられるものであり、例えば、エンジン本体の内壁に固定されたダンパや、或いはテンショナーに設けられたスリッパと称される揺動可能な部材が、チェーンガイドを構成している。

具体的には、チェーンガイドは、図８に主な構成を示したように、クランクシャフト６０およびカムシャフト６１を内部に掛装したリング状をなすタイミングチェーン６を略リング状の径方向内方に押圧し、タイミングチェーン６にテンションを加えている。このようなチェーンガイドとしては、たとえば特許文献１に開示されている。

チェーンガイドはタイミングチェーンにテンションを加える働きも有しており、タイミングチェーンの走行時には、チェーンガイドとタイミングチェーンとは摺動している。そして、従来のチェーンガイドは、鋼あるいはアルミニウムよりなるベース材上に６，６−ナイロンよりなる摺動樹脂材をもうけることで形成されており、この６，６−ナイロンよりなる摺動樹脂材がタイミングチェーンとの摺動を行っていた。

一般的な車両用のエンジンにおいては、チェーンガイドはエンジン油で潤滑されているもののチェーンガイドの摺動面の表面に油膜の形成が起こりにくいため、チェーンガイドとタイミングチェーンとの摺動は固体接触によりなされていると考えられている。両者の摺動が固体接触によりなされていることから、摺動部においては高い摩擦力がはたらいている。この摩擦力により、タイミングチェーンを走行させるためには、より大きな力が必要となっていた。この結果、出力や燃費等のエンジンの性能が低下するという問題が引き起こされていた。
特開平１０−２８８２４９号公報

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、高い耐摩耗性を保持しながらタイミングチェーンとの摺動時に発生する摩擦力を低減することができるチェーンガイドを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者は、チェーンガイドの摺動面を、固体潤滑剤と硬質成分とが分散した摺動樹脂材で形成することで上記課題を解決できることを見出した。

すなわち、本発明のチェーンガイドは、金属よりなるベース材と、ベース材の表面上に形成されチェーンとの摺動面を形成する樹脂よりなる摺動樹脂材と、からなるチェーンガイドにおいて、摺動樹脂材のチェーンとの摺動面が、摺動樹脂全体を１００ｖｏｌ％としたときに、０．５〜２０ｖｏｌ％の固体潤滑剤と、０．５〜２５ｖｏｌ％の硬質成分と、残部が熱硬化性樹脂と、からなる摺動樹脂よりなることを特徴とする。

本発明のチェーンガイドは、固体潤滑剤と硬質成分とが分散した摺動樹脂材でチェーンとの摺動部が形成されており、高い耐摩耗性を維持しながら摺動時に生じる摩擦力を低減できるチェーンガイドとなっている。

本発明のチェーンガイドは、固体潤滑剤と硬質成分とが分散した摺動樹脂材でチェーンとの摺動部が形成されており、硬質成分が耐摩耗性を維持し、固体潤滑剤が摩擦力を低減している。この結果、本発明のチェーンガイドは、高い耐摩耗性を維持しながら摺動時に生じる摩擦力を低減できるチェーンガイドとなっている。

本発明のチェーンガイドは、金属よりなるベース材と、ベース材の表面上に形成されチェーンとの摺動面を形成する樹脂よりなる摺動樹脂材と、からなる。

チェーンガイドにおいてベース材は、チェーンガイド全体の剛性を得るための部材である。すなわち、ベース材が金属材よりなることで、本発明のチェーンガイドが高い剛性を有するようになる。そして、ベース材により高い剛性を得たチェーンガイドは、チェーンを押圧してテンションを付与できるようになる。

摺動樹脂材は、チェ−ンガイドのチェーンとの摺動面を形成する。摺動面が摺動樹脂材により形成されることで、製造時に摺動面の形状を簡単に成形できるようになる。また、樹脂よりなることで、チェーンガイドの重量を低減できる。

本発明のチェーンガイドは、摺動樹脂材のチェーンとの摺動面が、摺動樹脂全体を１００ｖｏｌ％としたときに、０．５〜２０ｖｏｌ％の固体潤滑剤と、０．５〜２５ｖｏｌ％の硬質成分と、残部が熱硬化性樹脂と、からなる摺動樹脂よりなる。すなわち、本発明のチェーンガイドは、摺動面が摺動樹脂よりなることで、耐摩耗性を維持しながら摺動時に生じる摩擦力を低減できるようになる。

摺動樹脂は、熱硬化性樹脂に固体潤滑剤と硬質成分とが分散してなる。固体潤滑剤を含有することで摺動面の摩擦を低下させる。硬質成分を含有することで、摺動樹脂の硬度の低下を抑える。固体潤滑剤の含有量が０．５ｖｏｌ％未満となると摩擦力低減の効果が得られなくなり、２０ｖｏｌ％を超えると摺動樹脂の強度が低下して耐摩耗性が低下する。また、硬質成分の含有量が０．５ｖｏｌ％未満では硬質成分の添加の効果（摺動樹脂の強度の向上）が得られなくなり、２５ｖｏｌ％を超えると摺動樹脂の強度が過剰に大きくなり、耐摩耗性が低下するようになる。

摺動樹脂全体を１００ｖｏｌ％としたときに、固体潤滑剤と硬質成分を合計で５〜１５ｖｏｌ％で含むことが好ましい。

固体潤滑剤は、熱硬化性樹脂中に分散させることが可能な物質であれば特に限定されるものではなく、従来公知の固体潤滑剤を用いることができる。固体潤滑剤としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、グラファイト、ＭｏＳ₂、ＷＳ₂、フッ化カーボン、ＢＮ、Ａｇ₂Ｓ、Ｂｉ₂Ｓ₃、ＦｅＳ、ＦｅＳ₂、ＺｎＳ、Ｓｂ₃Ｓ₂、ＣｕＳ、カーボンより選ばれる少なくとも一種をあげることができる。固体潤滑剤は、ＰＴＦＥおよび／またはグラファイトよりなることがより好ましい。

硬質成分は、熱硬化性樹脂中に分散させることが可能な物質であれば特に限定されるものではなく、従来公知の硬質粒子を用いることができる。硬質成分としては、たとえば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、Ｓｉ₃Ｎ₄、ガラス繊維、カーボンファイバー、カーボン繊維、グラファイト繊維、チタン酸カリウム繊維、芳香族ポリアミド、ＳｉＣウィスカより選ばれる少なくとも一種をあげることができる。硬質成分としては、アルミナ粉末を用いることがより好ましい。

なお、上記固体潤滑剤および硬質成分の大きさ（粉末においては粒径、繊維においては太さおよび長さなど外形の大きさを示す）は、上記特性を得られる範囲であれば特に限定されるものではない。

固体潤滑剤および硬質粒子を分散する熱硬化性樹脂としては、特に限定されるものではなく、従来公知の熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、たとえば、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエステルイミド、フェノール樹脂、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＰＡ、ＰＰＳ、ＦＥＰ、ＰＥＩ、ＰＥより選ばれる少なくとも一種をあげることができる。熱硬化性樹脂としては、ＰＡＩを用いることがより好ましい。

摺動樹脂材は、熱硬化性樹脂よりなる樹脂母材と、樹脂母材上に一体に形成された摺動樹脂よりなる樹脂コート層と、からなることが好ましい。すなわち、摺動樹脂材が樹脂母材と樹脂コート層よりなることで、摺動樹脂材を安価に製造することができる。詳しくは、チェーンとの摺動面を摺動樹脂により形成し、それ以外の部分を熱硬化性樹脂単独で形成することで、摺動樹脂のみにより摺動樹脂材を形成したときと比較して、コストの上昇を招く固体潤滑剤や硬質成分の使用量を低減できる。このため、本発明のチェーンガイドの製造に要するコストを低減できる。

樹脂母材を構成する熱硬化性樹脂と摺動樹脂を構成する熱硬化性樹脂とは、相溶性にすぐれていることが好ましい。両者が相溶性にすぐれた樹脂よりなることで、使用時に両者の界面で剥離を生じなくなる。樹脂母材を構成する前記熱硬化性樹脂が６，６−ナイロンよりなり、摺動樹脂を構成する熱硬化性樹脂がＰＡＩよりなることが好ましい。

摺動樹脂材が樹脂母材と樹脂コート層よりなるときに、樹脂コート層の厚さは特に限定されるものではない。すなわち、チェーンガイドとして求められる特性を発揮できる程度の厚さを有していればよい。より好ましくは、１〜５ｍｍである。樹脂コート層の厚さが厚くなると樹脂コート層の製造に要するコストが上昇しチェーンガイドのコストが上昇するようになる。また、樹脂コート層の厚さが薄くなると、樹脂コート層の寿命が短くなり、耐摩耗性と低摩擦という本発明のチェーンガイドの効果を得られる期間が短くなる。

ベース材がマグネシウム合金よりなることが好ましい。一般的なチェーンガイドにおいては、ベース材は鉄系金属（鋼）やアルミニウム系金属により形成されている。このベース材をマグネシウム合金とすることで、ベース材を軽量化できる。通常の車両においてはチェーンガイドはエンジンの前方にもうけられており、車両の操舵に要する力を低減できるようになる。また、ベース材をマグネシウム合金とすることで、音および振動の吸収性が向上する。なお、マグネシウム合金としては、ＡＺ９１、ＡＭ６０等の合金をあげることができる。

本発明のチェーンガイドは、その製造方法が特に限定されるものではない。たとえば、ベース材上に樹脂母材を形成し、樹脂母材上に樹脂コート層を形成することで製造することができる。

以下、実施例を用いて本発明を説明する。

本発明の実施例としてチェーンガイドを製造した。

（実施例）
まず、所定の形状のベース材をＡＺ９１を用いて製造した。ここで、ベース材の製造は、鋳造によりなされた。なお、このベース材は、従来公知のチェーンガイドのベース材と同じ形状である。

つづいて、ベース材上に６，６−ナイロンよりなる樹脂母材を形成した。樹脂母材は、両側端が突出した断面凹字状に形成された。そして、断面凹字状に形成された樹脂母材の内周面の表面上に樹脂コート層を形成した。

樹脂コート層の形成は、母材表面上に樹脂コート層を形成可能な組成を有する樹脂コート材を塗布し、樹脂母材上で硬化させることで製造された。

樹脂コート層は、全体を１００ｖｏｌ％としたときに、５ｖｏｌ％のＰＴＦＥと、７ｖｏｌ％のグラファイトと、５ｖｏｌ％のアルミナ粉末と、がＰＡＩに均一に分散した摺動樹脂より形成されている。ここで、樹脂コート層の厚さは、３ｍｍであった。

以上の手段により、マグネシウム合金よりなるベース材１上に６，６−ナイロンよりなる樹脂母材２０と、摺動樹脂よりなる樹脂コート層２１とからなる摺動樹脂材２を有するチェーンガイドが製造された。

本実施例のチェーンガイドの断面を図１に示した。なお、図１に示された断面は、図８においてＡＡ’線で示された面における断面である。

（比較例）
本比較例は、ベース材がアルミニウム合金（ＡＤＣ１２）よりなり、樹脂コート層を形成していない以外は、実施例と同様にして製造されたチェーンガイドである。

詳しくは、アルミニウム合金を用いてベース材１を形成し、ベース材上１に６，６−ナイロンよりなる摺動樹脂材２を形成して製造された。

本比較例のチェーンガイドの断面を図２に示した。本図の断面は、図１と同様な断面である。

（評価）
実施例および比較例のチェーンガイドの評価として、まず、摺動樹脂材の評価を行った。

摺動樹脂材の評価は、実施例および比較例の摺動樹脂材と同様な樹脂試験片を作成し、ブロックオンリング試験法を用いて摩耗量を測定することでなされた。

ブロックオンリング試験は、図３に示した構成の装置を用いて行われた。図３に構成が示された装置３は、貯溜したエンジン油３０の中に回転軸を有する標準リング（ＳＡＥ４６２０に規定）３１を水平状態で、かつその標準リング３１の大半の部分をエンジン油３０の中に浸漬した状態で標準リング３１が回転自在な状態で軸支した装置である。この装置は、エンジン油３０の液面よりも上方に露出した標準リング３１の外周面に樹脂試験片３２を上方から標準リング３１の軸心方向に圧接し、樹脂試験片３２が圧接された状態で回転軸を回転させて、樹脂試験片３２の摺接部の摩耗量および回転時のトルクを測定するものである。なお、本試験は、ブロックオンリング試験機（ＬＦＷ−１）を用いて行われた。主な試験条件は、荷重：１２０Ｎ、回転速度：６０ｒｐｍ、エンジン油の油温：８０℃であった。

試験片の摩耗量の測定結果を図４に示した。

図４より、樹脂コート層中に固体潤滑剤とアルミナ粉末を分散させることで、試験片の摩耗量が大幅に減少していることがわかる。すなわち、実施例のチェーンガイドにおいてタイミングチェーンとの摺動面を形成する樹脂コート層は、比較例のチェーンガイドより耐摩耗性にすぐれた摺動面を形成している。

つづいて、実施例と比較例のそれぞれのチェーンガイドの重量を測定したところ、実施例のチェーンガイドは５６０ｇであり比較例は８００ｇであった。すなわち、実施例のチェーンガイドは比較例のチェーンガイドよりも大幅に重量が軽減されている。

また、実施例および比較例のチェーンガイドの評価として、チェーンガイドを実機のエンジンに組み付け、このエンジンを作動させたときのフリクション特性および騒音を測定した。

フリクション特性および騒音の測定は、図５に示した構成の装置４を用いてなされた。測定装置４は、クランクシャフト４１がベルト４２を介してモータ４３に接続されており、モータ４３を回転させることでクランクシャフト４１を回転することができる。このモータ４３にはトルク計４４が組み付けられており、モータ４３の回転力からクランクシャフト４１の回転時のトルクを測定することができる。また、チェーンガイド４０から１０ｃｍの距離に集音マイク４５を配置し、この集音マイク４５によりタイミングチェーン４６とチェーンガイド４０の摺動音を測定できる。

この装置４のエンジン（Ｅｎｇ）のタイミングチェーン４６にチェーンガイド４０を取り付けた。そして、モータにより６０００ｒｐｍでクランクシャフトを回転させ、このときのトルクおよび騒音を測定した。測定結果を図６および７に示した。

図６より、実施例のチェーンガイドは比較例のチェーンガイドと比較して、６０００ｒｐｍにおけるトルクをおよそ５０％も低減できた。すなわち、より少ない力でタイミングチェーンを走行できる。

また、図７より、実施例のチェーンガイドは比較例のチェーンガイドと比較しておよそ５ｄＢも騒音を低減できたことがわかる。

以上により、本実施例のチェーンガイドは、高い耐摩耗性を維持しながら摺動時に生じる摩擦力を低減できるチェーンガイドとなっている。また、マグネシウム合金によりベース材を形成することで重量が軽くなっていることから、通常の車両においてはチェーンガイドはエンジンの前方にもうけられており、車両の操舵に要する力を低減できるようになるとともに、音および振動の吸収性が向上している。

実施例のチェーンガイドの断面図である。 比較例のチェーンガイドの断面図である。 ブロックオンリング試験の試験装置の構成を示した図である。 ブロックオンリング試験における摩耗量の測定結果を示した図である。 フリクション特性および騒音の測定に用いた装置の構成を示した図である。 チェーンガイドのフリクション特性の測定結果を示した図である。 チェーンガイドの騒音の測定結果を示した図である。 チェーンガイドが組み付けられたエンジンのチェーンガイド近傍の構成を示した図である。

符号の説明

１…ベース材
２…摺動樹脂材 ２０…樹脂母材
２１…樹脂コート層
３…ブロックオンリング試験装置 ３０…エンジン油
３１…標準リング ３２…樹脂試験片
４…フリクション測定装置 ４０…チェーンガイド
４１…クランクシャフト ４２…ベルト
４３…モータ ４４…トルク計
４５…集音マイク ４６…タイミングチェーン
５…チェーンガイド
６…タイミングチェーン ６０…クランクシャフト
６１…カムシャフト

Claims (7)

1. 金属よりなるベース材と、該ベース材の表面上に形成されチェーンとの摺動面を形成する樹脂よりなる摺動樹脂材と、からなるチェーンガイドにおいて、
   該摺動樹脂材の該チェーンとの摺動面が、摺動樹脂全体を１００ｖｏｌ％としたときに、０．５〜２０ｖｏｌ％の固体潤滑剤と、０．５〜２５ｖｏｌ％の硬質成分と、残部が熱硬化性樹脂と、からなる摺動樹脂よりなることを特徴とするチェーンガイド。
2. 前記摺動樹脂材は、熱硬化性樹脂よりなる樹脂母材と、樹脂母材上に一体に形成された前記摺動樹脂よりなる樹脂コート層と、からなる請求項１記載のチェーンガイド。
3. 前記固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）および／またはグラファイトよりなる請求項１記載のチェーンガイド。
4. 前記硬質成分は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粉末よりなる請求項１記載のチェーンガイド。
5. 前記熱硬化性樹脂は、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）よりなる請求項１記載のチェーンガイド。
6. 前記樹脂母材を形成する前記熱硬化性樹脂は、６，６−ナイロンよりなる請求項２記載のチェーンガイド。
7. 前記ベース材がマグネシウム合金よりなる請求項１記載のチェーンガイド。