JP2005299800A

JP2005299800A - サイレントチェーン

Info

Publication number: JP2005299800A
Application number: JP2004117149A
Authority: JP
Inventors: Takashi Makino; 隆牧野; Shuji Sasamoto; 修次笹本; Takashi Nakagawa; 貴司中川; Kenichi Nagao; 憲一永尾; Shogo Asao; 省吾浅尾
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-04-12
Also published as: JP4218806B2

Abstract

【課題】極端に劣化した酸化度の高い潤滑油とともに使用した場合であっても、チェーン全体に異常摩耗伸びが発生することなく、リンクプレートと連結ピンを長期に亘って円滑に摺接回動させて動力伝達することができる安価なサイレントチェーンを提供すること。
【解決手段】ガイドリンクプレート１２０と、該ガイドリンクプレート１２０のピン孔に嵌合固定された連結ピン１３０と、該連結ピン１３０がピン孔に遊嵌されてなる噛合い歯を有するインナーリンクプレート１１０とで構成され、前記連結ピン１３０は、基材１３１の表面に炭化バナジウムからなる硬化層１３２が形成され、この硬化層１３２中にＳｉ₃Ｎ₄粒子１３３が分散されているサイレントチェーン１００。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車、産業用機械等において、動力を伝達する場合に用いられるサイレントチェーンに関する。

近年、高速及び高荷重条件下で使用される自動車のタイミングチェーン等の分野において、サイレントチェーンの採用が増加している。

サイレントチェーンは、ガイドリンクプレートと、噛合い歯を有するインナーリンクプレートと、ガイドリンクプレートに穿孔されたピン孔に嵌合固定されるとともに、インナーリンクプレートに穿孔したピン孔に遊嵌されている連結ピンとで構成されており、リンクプレートがスプロケット歯に対して斜めに当接するため、スプロケット歯とサイレントチェーンとの衝突による衝撃が緩和され、騒音レベルを低減するようになっている。

このような従来のサイレントチェーンにおいては、連結ピン及びリンクプレートの基材として、入手の容易さや材料原価の点から、０．７〜１．１重量％の炭素を含有する高炭素鋼を焼入れ処理して硬度を高めて使用していた。そして、連結ピンの表面に、金属炭化物よりなる硬化層を施し、連結ピンの摩耗を抑制していた（特許文献１参照）。

また、連結ピンの表面処理に加えて、リンクプレートの表面に窒化処理や拡散浸透処理などの硬化処理を施し、リンクプレートの摩耗を抑制することも提案されていた（特許文献２参照）。

しかしながら、上述したサイレントチェーンにおいては、連結ピンやリンクプレートへ表面処理を施したにもかかわらず、期待した耐摩耗性を発揮せずに異常に摩耗して異常摩耗伸びが生ずることがわかり、その原因は、エンジンルーム内の潤滑油が極度に劣化し、潤滑油の酸化がｐＨ３以下（全酸価が６以下）にまで進行した際に、インナーリンクプレートのピン孔内壁の摩耗が促進されることによって発生することが解明され、そのため、このようなｐＨ３以下の潤滑油中でもインナーリンクプレートの腐食が生じないように、耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼、高炭素クロム軸受鋼及び合金工具鋼等に熱硬化処理を施したものを基材とすることが提案されていた（特許文献３参照）。
特許３１９９２２５号公報特開２０００−２４９１９６号公報特開２００３−３０１８８８号公報

ところが、前述した、ｐＨ３以下の潤滑油中でも耐食性を発揮する材料は高価であることから、サイレントチェーンのコストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明は、上記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、極端に劣化した酸化度の高い潤滑油とともに使用した場合であっても、チェーン全体に異常摩耗伸びが発生することなく、リンクプレートと連結ピンを長期に亘って円滑に摺接回動させて動力伝達することができる安価なサイレントチェーンを提供することにある。

まず、本請求項１に係る発明は、ガイドリンクプレートと、該ガイドリンクプレートのピン孔に嵌合固定された連結ピンと、該連結ピンがピン孔に遊嵌されてなる噛合い歯を有するインナーリンクプレートとで構成されたサイレントチェーンにおいて、前記連結ピンは、表面に金属炭化物からなる硬化層が形成され、前記硬化層中にＳｉ₃Ｎ₄粒子が分散されていることにより、前記目的を達成するものである。

そして、請求項２に係る発明は、金属炭化物をＶ炭化物またはＣｒ炭化物として、硬化層中へのＳｉ₃Ｎ₄粒子が分散し易くして、前記目的をさらに一段と達成するものである。

本請求項１に係る発明のサイレントチェーンは、ガイドリンクプレートやインナーリンクプレートを連結する連結ピンの表面にＳｉ₃Ｎ₄粒子が分散された硬化層が形成されていることによって、以下のような特有の効果を奏することができる。
すなわち、前記連結ピンの表面に形成された硬化層中のＳｉ₃Ｎ₄が、連結ピンとインナーリンクプレートのピン孔との摺接回動に起因する摩擦熱によって、潤滑油中の水分と次式（１）に示すように反応して、弱アルカリ性のアンモニウムイオン（ＮＨ₄ ⁺)と水酸化イオン（ＯＨ^-）をエンジンオイル中に放出する。
Ｓｉ₃Ｎ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＳｉＯ＋ＮＨ₄ ⁺＋ＯＨ^- ・・・（１）

そこで、この弱アルカリ性のアンモニウムイオンと弱アルカリ性の水酸化イオンは、エンジンルーム内の酸化劣化した潤滑油（エンジンオイル）中の成分である酸性のＳＯｘや水素イオン（Ｈ⁺）とそれぞれ次式（２）、（３）に示すように反応し、エンジンオイル中の成分であるＳＯｘや水素イオンが中和される。
ＮＨ₄ ⁺＋ＳＯｘ→ＮＨ₄ＳＯｘ(中和)，・・・（２）
ＯＨ^-＋Ｈ⁺→Ｈ₂Ｏ(中和) ・・・（３）

その結果、前述したような中和反応が継続して起きることから、酸性となっていた潤滑油のｐＨを回復させて、潤滑油の劣化によるｐＨの低下を継続して防止するため、プレート孔面の磨耗量を低減することができ、しかも、連結ピンも表面に硬化層を形成されていることによって、連結ピン自体の磨耗も低減されるため、サイレントチェーンの伸びが減少し、酸化雰囲気中においても異常摩耗伸びを起こすことなく、リンクプレートと連結ピンとの間で長期に亘り円滑に摺接回動する。

このように、潤滑油のｐＨを高めて、酸性化での腐食を抑制できることから、インナーリンクプレートの材質は、従来から用いられている安価な高炭素鋼等を使用でき、サイレントチェーンの製造コストを上昇させることなく、異常摩耗伸びを防止できる。

また、前述した反応は、実際に腐食磨耗が生ずる連結ピンとインナーリンクプレートのピン孔との摺動部で起こるため、中和剤の注入等の他の中和方法を採用した場合よりも効果が大きい。

そして、請求項２に係る発明のサイレントチェーンは、上述した請求項１に係るサイレントチェーンが奏する効果に加えて、金属炭化物がＶ炭化物またはＣｒ炭化物であることにより、硬化層中へＳｉ₃Ｎ₄粒子を分散し易くなるため、酸化雰囲気中における使用下で、弱アルカリ性のアンモニウムイオンと水酸化イオンの除放性を発揮してリンクプレートと連結ピンとの間の円滑な摺接回動を長期に亙って発揮することができ、前記目的をさらに一段と達成するものである。

本発明のサイレントチェーンは、ガイドリンクプレートやインナーリンクプレートを連結する連結ピンの表面にＳｉ₃Ｎ₄粒子が分散された硬化層が形成されていることによって、極端に劣化した酸化度の高い潤滑油とともに使用した場合であっても、チェーン全体に異常摩耗伸びが発生することなく、リンクプレートと連結ピンを長期に亘って円滑に摺接回動させて動力伝達するものであって、劣化して酸性化した潤滑油を中和させてｐＨを回復し、潤滑油の酸性化による腐食を抑制するためのＳｉ₃Ｎ₄を連結ピンの表面に形成したものであれば、その具体的な態様は如何なるものであっても差し支えない。

本発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１は、本発明のサイレントチェーンの斜視図であり、図２は、本発明で採用した連結ピンの拡大断面図であり、図３は、本発明のサイレントチェーンと従来のサイレントチェーンの運転時間に対する伸び率の変化を示す図である。

図１に示すサイレントチェーン１００は、関節列Ａに噛合い歯を有するインナーリンクプレート１１０を３枚有しており、ガイド列Ｂにガイドリンクプレート１２０を４枚有している。そして、ガイドリンクプレート１２０のピン孔に連結ピン１３０が嵌合固定されており、この連結ピン１３０がインナーリンクプレート１１０のピン孔に遊嵌された構成をしている。図１では、チェーン内部の構造が分かるように、手前中央の２枚のガイドリンクプレート１２０を切り欠いて図示している。なお、図１に示した例では、ガイドリンクプレート１２０が４枚、インナーリンクプレート１１０が３枚のものについて図示しているが、ガイドリンクプレート１２０をインナーリンクプレート１１０より１枚多くして、最外列がガイドリンクプレート１２０となるのであれば、特にその枚数については限定されるものではなく、要求される負荷等に応じて適宜選択することができる。

前記連結ピン１３０は、図２に示すように、その基材１３１の表面にＶ炭化物（炭化バナジウム）の硬化層１３２を形成し、その硬化層中にＳｉ₃Ｎ₄粒子１３３を分散配置させたものである。

Ｖ炭化物（炭化バナジウム）からなる硬化層１３２は、拡散浸透法やＣＶＤ等の周知の方法を使用して形成することができるが、特に、拡散浸透法が好ましく、拡散浸透法では、連結ピン１３０の母材となる基材１３１を、炭化物を形成するバナジウムの粉末中に浸漬し加熱することにより、上記基材１３１の表面にバナジウムを浸透させ、鋼中の炭素と化合させて、基材１３１の表面にＶ炭化物（炭化バナジウム）の硬化層１３２を形成するのが良い。その際、浸透されるバナジウムに応じて、ＮＨ₄Ｃｌ等の添加剤およびアルミナ等の焼結防止剤をバナジウム粉末中に配合して、拡散浸透法を行うことが好ましい。

上記のような拡散浸透法において、バナジウム粉末、ＮＨ₄Ｃｌおよびアルミナの混合粉末中にＳｉ₃Ｎ₄粒子を追加配合し、基材１３１を浸漬加熱することで、前記硬化層１３２中にＳｉ₃Ｎ₄粒子を分散した硬化層１３２が形成される。
なお、Ｓｉ₃Ｎ₄の硬化層１３２への分散は、Ｓｉを硬化層１３２に拡散浸透した後、窒化処理して、Ｓｉ₃Ｎ₄粒子を形成してもよい。

そして、連結ピン表面の硬化層中のＳｉ₃Ｎ₄は、インナーリンクプレート１１０のピン孔と摺動中に、弱アルカリ性のアンモニウムイオン（ＮＨ４⁺）と水酸化イオン（ＯＨ^-）を潤滑油（エンジンオイル）中に放出し、エンジンルーム内の酸化劣化した潤滑油（エンジンオイル）中の一成分である弱酸性のＳＯｘや水素イオン（Ｈ⁺）と中和反応を起こし、潤滑油のｐＨを高める。

前記連結ピン１３０及びインナーリンクプレート１１０は、０．７〜１．１％Ｃの高炭素鋼を用いている。この連結ピン１３０の表面には、前述の拡散浸透法により炭化バナジウム（Ｖ炭化物）よりなる硬化層１３２を形成した後、この硬化層１３２中にＳｉ₃Ｎ₄を拡散配置している。他方、インナーリンクプレート１１０は、焼き入れ処理したものを使用している。

図３は、本実施例のサイレントチェーン１００の酸化雰囲気（ｐＨ＝３すなわち全酸価６以下）における摩耗伸び性能を試験した結果を示している。
試験方法としては、前記サイレントチェーン１００を２つのスプロケット間で循環掛け張りし、張力を０．７ｋＮに維持し、劣化したオイルを０．２リットル／分でオイルジェットで直接吹き付けた。

ここで、劣化したオイルとして、エンジンルーム内のＮＯｘ，ＳＯｘ等のブローバイガス発生や酸化劣化したエンジンオイルでの環境に準ずるように、オイルを１７０℃で７０時間加熱して、強制的に酸化させたバブリングオイルに酸５ｗｔ％、水２０ｗｔ％加え、ｐＨ３に設定したものを用いた。

図３中の（ａ）で示した実線は、本発明の一実施例であるサイレントチェーン１００の試験結果を示したものであり、（ｂ）で示した実線は、連結ピン１３０の表面にＶ炭化物(炭化バナジウム)層のみを形成した従来のサイレントチェーンの試験結果を示したものである。

図３から明らかなように、このような酸化雰囲気においては、本実施例のサイレントチェーン１００は、従来のようなＳｉ₃Ｎ₄を含まないサイレントチェーンに比較すると、伸び指数が半分であり、潤滑油が極端に劣化し酸化した場合においても、本実施例のサイレントチェーン１００は、異常摩耗伸びが発生せず、長期に亘って円滑に摺接回動することが裏付けられた。

ここで、本実施例のサイレントチェーン１００では、Ｖ炭化物(炭化バナジウム)に分散配置したが、Ｃｒ炭化物に分散配置した場合でも同様な試験結果を得た。また、金属炭化物として、Ｓｉ₃Ｎ₄粒子が分散できるものであれば、どのような金属炭化物でも可能であり、そのような炭化物としてＮｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗの炭化物が挙げられる。さらに、前記硬化層１３２にＡｌ₂Ｏ₃等の酸化物を分散させてもよい。

また、連結ピン１３０の基材１３１として０．７〜１．１％Ｃの高炭素鋼を用いたが、低炭素鋼を浸炭し、表面を高炭素化したものも使用でき、ＣＶＤやＰＶＤのような被膜形成法では、炭化物の形成に基材１３１中の炭素を必要としないため低炭素の合金鋼も使用できる。

本実施例のインナーリンクプレート１１０には、０．７〜１．１％Ｃの高炭素鋼を用いたが、クロムモリブデン合金鋼等、従来使用されている鋼材を使用することもでき、さらに、これらのプレート表面に、Ｎｉ−Ｐ合金めっきやＴｉＮ、ＣｒＮ、ＤＬＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｍｏ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ等の硬化層を形成してもよい。

このように連結ピン１３０の表面に硬化層１３２を形成することによって、酸化雰囲気中における耐摩耗性を一層向上させることができる。なお、前記硬化層１３２を形成する方法については、拡散浸透法等、周知の方法が適用できる。

なお、プレート表面に金属炭化物の硬化層を形成したインナーリンクプレート１１０を用いた場合には、連結ピン１３０の金属炭化物とは異種の金属炭化物を用いることが好ましい。このように異種の金属炭化物とすれば、両者の結晶格子間距離が異なっているため、接触界面における拡散接合が起こりにくいため、接触界面での凝着を抑制できるなど、その効果は甚大である。

本発明のサイレントチェーンの斜視図。本発明で採用した連結ピンの拡大断面図。本発明のサイレントチェーンと従来のサイレントチェーンの運転時間に対する伸び率の変化を示す図。

符号の説明

１００・・・サイレントチェーン
１１０・・・ガイドリンクプレート
１２０・・・インナーリンクプレート
１３０・・・連結ピン
１３１・・・連結ピンの基材
１３２・・・硬化層
１３３・・・Ｓｉ₃Ｎ₄粒子

Claims

ガイドリンクプレートと、該ガイドリンクプレートのピン孔に嵌合固定された連結ピンと、該連結ピンがピン孔に遊嵌されてなる噛合い歯を有するインナーリンクプレートとで構成されたサイレントチェーンにおいて、
前記連結ピンは、表面に金属炭化物からなる硬化層が形成され、前記硬化層中にＳｉ₃Ｎ₄粒子が分散されていることを特徴とするサイレントチェーン。
前記金属炭化物が、Ｖ炭化物またはＣｒ炭化物であることを特徴とする請求項１記載のサイレントチェーン。