JP2018063013A

JP2018063013A - チェーン

Info

Publication number: JP2018063013A
Application number: JP2016202163A
Authority: JP
Inventors: 昭藤原; Akira Fujiwara
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-10-14
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2018-04-19

Abstract

【課題】チェーンにおいて、リンクプレート及びピンの摩耗を低減する。【解決手段】一対のピン孔を備えた複数のリンクプレートと、前記ピン孔に摺動可能に挿入され、複数の前記リンクプレートを互いに屈曲可能に繋ぐ複数のピンとを有するチェーンであって、前記ピンの外周面のビッカース硬さが、１７００ＨＶ以上３０００ＨＶ以下であり、前記リンクプレートの前記ピン孔の孔面のビッカース硬さが、８００ＨＶ以上１５００ＨＶ以下であることを特徴とするチェーンを提供する。【選択図】図４

Description

本発明は、チェーンに関し、特に自動車の内燃機関に使用されるものに関する。

自動車の内燃機関に使用されるサイレントチェーンにおいて、エンジンオイルに混入した煤に起因するリンクプレート及びピンの摺動部の摩耗を抑制するべく、ピンの表面、又はリンクプレートに形成されたピン孔の孔面にバナジウム炭窒化物（ＶＣＮ）からなる硬質被膜を形成したものがある（例えば、特許文献１）。ＶＣＮ被膜はビッカース硬さが１６００ＨＶ以上であり、煤のビッカース硬さ（８００ＨＶ）よりも高いため、リンクプレート及びピンの摺動部に煤が存在しても、摺動部の摩耗が抑制される。

特許５６０８２８０号明細書

硬質被膜をリンクプレートに形成する場合、リンクプレートの表面の全域に硬質被膜を形成する手法が、作業性及びコストの観点から有利である。しかしながら、リンクプレートの表面の全域に硬質被膜を形成する場合、リンクプレートの歯部にも同様に硬質被膜が形成され、硬度が高くなる。リンクプレートの歯部が噛み合うスプロケットは、一般的に炭素鋼から形成され、ＶＣＮからなる硬質被膜よりも硬度が低い。そのため、リンクプレートとスプロケットとの摺接によって、スプロケットの歯部が摩耗し易くなる。

本発明は、以上の背景を鑑み、チェーンにおいて、リンクプレート及びピンの摩耗を低減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の一態様は、一対のピン孔を備えた複数のリンクプレートと、前記ピン孔に摺動可能に挿入され、複数の前記リンクプレートを互いに屈曲可能に繋ぐ複数のピンとを有するチェーンであって、前記ピンの外周面のビッカース硬さが、１７００ＨＶ以上３０００ＨＶ以下であり、前記リンクプレートの前記ピン孔の孔面のビッカース硬さが、８００ＨＶ以上１５００ＨＶ以下であることを特徴とするチェーンを提供する。

この態様によれば、リンクプレートのピン孔の孔面及びピンの外周面の硬度のそれぞれが、煤の硬度（８００ＨＶ）よりも高く設定されているため、エンジンオイル内に煤が存在し、煤がリンクプレートのピン孔の孔面及びピンの外周面の間に進入したとしても、リンクプレートのピン孔の孔面及びピンの外周面の摩耗が抑制される。

また、上記の態様において、当該チェーンは、サイレントチェーンであり、前記リンクプレートは、一対の歯部を備え、前記リンクプレートの前記歯部の表面のビッカース硬さが、８００ＨＶ以上１５００ＨＶ以下であるとよい。

この態様によれば、リンクプレートの歯部の表面の硬度が、ピンの外周面の硬度よりも低く設定されているため、リンクプレートが噛み合うスプロケットが炭素鋼から形成される場合にも、スプロケットの摩耗が低減される。

また、上記の態様において、前記リンクプレートの前記歯部の表面及び前記ピン孔の孔面のビッカース硬さが、８００ＨＶ以上１３００ＨＶ以下であるとよい。

この態様によれば、リンクプレートの歯部の表面の硬度が、煤の硬度よりも高い範囲で一層低く設定されるため、スプロケットの摩耗が一層低減される。

また、上記の態様において、前記リンクプレートは、鋼からなるプレート基材と、前記プレート基材における少なくとも前記ピン孔及び前記歯部の表面に形成され、鉄及びマンガンを含む合金からなるプレート表面層とを有するとよい。

この態様によれば、プレート表面層のビッカース硬さを８００ＨＶ以上１５００ＨＶ以下にすることができる。

また、上記の態様において、前記プレート表面層は、（Ｍｎ，Ｆｅ）_３Ｃ、（Ｍｎ，Ｆｅ）_７Ｃ_３、及び（Ｍｎ，Ｆｅ）_２３Ｃ_６の少なくとも１つを含むとよい。

この態様によれば、プレート表面層のビッカース硬さを８００ＨＶ以上１５００ＨＶ以下にすることができる。プレート表面層のビッカース硬さは、（Ｍｎ，Ｆｅ）_３Ｃの場合には１０００ＨＶ以上１３００ＨＶ以下になり、（Ｍｎ，Ｆｅ）_７Ｃ_３又は（Ｍｎ，Ｆｅ）_２３Ｃ_６の場合には１２００ＨＶ以上１５００ＨＶ以下になる。

また、上記の態様において、前記プレート表面層は、前記リンクプレートの表面の全域に形成されているとよい。

この態様によれば、リンクプレートの製造性が向上し、コストが低減する。

また、上記の態様において、前記ピンは、鋼からなるピン基材と、前記ピン基材の外周面に形成されたバナジウム系のピン表面層とを有するとよい。

この態様によれば、ピン表面層のビッカース硬さを１７００ＨＶ以上３０００ＨＶ以下にすることができる。

また、上記の態様において、前記ピン表面層は、クロム炭化バナジウム、炭化バナジウム、及び窒化バナジウムの少なくとも１つを含むとよい。

また、上記の態様において、前記ピン表面層は、前記ピンの表面の全域に形成されているとよい。

この態様によれば、ピンの製造性が向上し、コストが低減する。

また、上記の態様において、前記リンクプレートの前記歯部が噛み合うスプロケットの歯部のビッカース硬さが、８００ＨＶ以上９００ＨＶ以下であるとよい。

この態様によれば、リンクプレートとスプロケットとの摺接部において、煤に起因する摩耗が低減される。

また、上記の態様におけるチェーンはガソリン直噴エンジン又はディーゼルエンジンに使用されるとよい。

上記の態様におけるチェーンは、上述したように煤に起因する摩耗が生じ難いため、エンジンオイルへの煤の混入が比較的多いガソリン直噴エンジンやディーゼルエンジンへの使用に適している。

以上の構成によれば、チェーンにおいて、リンクプレート及びピンの摩耗が低減する。

本実施形態に係るサイレントチェーンの平面図本実施形態に係るサイレントチェーン及びスプロケットの正面図実施例１及び比較例１〜５のプレート表面層及びピン表面層の材料の組み合わせを示す説明図サイレントチェーンの伸び試験結果を示すグラフプレート表面層の硬度とスプロケットの歯部の摩耗量との関係を示すグラフ

以下、図面を参照して、本発明のチェーンの実施形態について説明する。実施形態に係るサイレントチェーン１は、例えば、内燃機関においてクランクシャフトに設けられたスプロケットと、吸気及び排気カムシャフトのそれぞれに設けられたスプロケット７とに巻き掛けられて使用される。本実施形態に係るサイレントチェーン１は、特に、煤がエンジンオイルに混入し易いガソリン直噴エンジンやディーゼルエンジンへの使用に適している。

図１及び図２に示すように、サイレントチェーン１は、複数のリンクプレート２と、各リンクプレート２を屈曲可能に繋ぐ複数のピン３とを有する。リンクプレート２は、インナプレート４とアウタプレート５とを有する。各インナプレート４は、所定の方向に延びた形状に形成され、長手方向における両端において厚み方向に貫通した一対のピン孔４Ａと、長手方向に沿った側縁の一方から側方に突出した一対の歯部４Ｂとを有する。各インナプレート４は、長手方向における端部が隣り合うインナプレート４の端部と重なり合い、かつそれぞれの歯部４Ｂが一側に並ぶように配置され、ピン孔４Ａにピン３が摺動可能に挿入されることによって互いに回動可能に連結されている。これにより、複数のインナプレート４は、複数のピン３によって無端状にかつ屈曲可能に繋がっている。

ピン３によって互いに連結される各インナプレート４は、それぞれの厚み方向において複数個が同位置に間隔をおいて積層されている。サイレントチェーン１は、厚み方向において所定の複数個のインナプレート４が積層された第１部分と、第１部分における数よりも１個多い複数個のインナプレート４が積層された第２部分とを、サイレントチェーン１の長手方向に交互に有する。第１部分と第２部分とは、互いに連結される端部において、それぞれのインナプレート４が厚み方向に交互に配列されている。

第１部分の厚み方向における両端部には、それぞれアウタプレート５が設けられている。各アウタプレート５は、インナプレート４の２つのピン孔４Ａと対応する位置にそれぞれピン孔５Ａを有する。ピン３は、各インナプレート４のピン孔４Ａと同様にアウタプレート５のピン孔５Ａを通過し、各アウタプレート５の外方における両端部においてかしめられている。これにより、ピン３は、インナプレート４及びアウタプレート５から抜け出せない状態となっている。アウタプレート５は、一方の側縁にインナプレート４の一対の歯部４Ｂ及び一対の歯部４Ｂ間の空間に対応した部分を覆う突出部５Ｂを有する。

インナプレート４及びアウタプレート５は、鋼から形成されたプレート基材と、プレート基材の表面に形成されたプレート表面層とを有する。プレート基材を形成する鋼は、例えばオーステンパー処理されたオーステンパー材又はマルテンパー処理されたマルテンパー材であることが好ましく、例えばＳＡＥ１０５０等の炭素鋼である。プレート基材の硬度（ビッカース硬さ）は、５００ＨＶ以上６００ＨＶ以下であることが好ましい。以下、本実施形態では、単に硬度という場合にはビッカース硬さのことをいう。

インナプレート４のプレート表面層は、少なくともプレート基材の歯部４Ｂの表面及びピン孔４Ａの孔面に対応した部分に形成されている。インナプレート４及びアウタプレート５のプレート表面層は、プレート基材の表面の全域に形成されていることが好ましい。プレート表面層は、例えば、鉄及びマンガンを含む合金から形成されており、鋼からなるプレート基材の表面にマンガンが拡散した層（被膜）であってよい。プレート表面層は、例えば（Ｍｎ，Ｆｅ）_３Ｃ、（Ｍｎ，Ｆｅ）_７Ｃ_３、及び（Ｍｎ，Ｆｅ）_２３Ｃ_６の少なくとも１つを含むとよい。（Ｍｎ，Ｆｅ）_３Ｃは、セメンタイトにマンガンが固溶した形態を表す。プレート表面層の硬度は、８００ＨＶ以上１５００ＨＶ以下であり、より好ましくは８００ＨＶ以上１３００ＨＶ以下である。プレート表面層は、（Ｍｎ，Ｆｅ）_３Ｃの場合には硬度が１０００ＨＶ以上１３００ＨＶ以下となり、（Ｍｎ，Ｆｅ）_７Ｃ_３又は（Ｍｎ，Ｆｅ）_２３Ｃ_６の場合には硬度が１２００ＨＶ以上１５００ＨＶ以下となる。プレート表面層の厚みは、５μｍ以上１５μｍ以下であり、約１０μｍが好ましい。

鉄及びマンガンを含む合金からなるプレート表面層は、公知の様々な被膜形成方法を用いて形成することができ、例えば粉末パック法によって鋼から形成されたプレート基材の表面に形成される。鋼から形成されたプレート基材の表面に鉄及びマンガンを含む合金からなるプレート表面層を形成した場合、プレート基材側に（Ｍｎ，Ｆｅ）_７Ｃ_３及び（Ｍｎ，Ｆｅ）_２３Ｃ_６が多く存在し、表面側（プレート基材と相反する側）に（Ｍｎ，Ｆｅ）_３Ｃが多く存在する。

ピン３は、鋼から形成されたピン基材と、ピン基材の表面に形成されたピン表面層とを有する。ピン基材を形成する鋼は、例えばＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼であることが好ましい。ピン表面層は、バナジウム系の硬質被膜であり、クロム炭化バナジウム（ＣｒＶＣ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、及び窒化バナジウム（ＶＮ）の少なくとも１つを含むとよい。クロム炭化バナジウム、炭化バナジウム、及び窒化バナジウムのピン表面層は、鋼であるピン基材の表面へのクロム炭化バナジウム、炭化バナジウム、及び窒化バナジウムの拡散浸透処理によって形成される。ピン３は、ピン基材の表面にピン表面層を形成した後に、焼入れ及び焼戻し処理がなされているとよい。ピン３の外周面を含むピン表面層の硬度は、１７００ＨＶ以上３０００ＨＶ以下であることが好ましい。

スプロケット７は、炭素鋼から形成され、例えば高濃度浸炭処理によってセメンタイトが表面に形成されていることが好ましい。インナプレート４の歯部４Ｂと噛み合うスプロケット７の歯部７Ａの硬度は、８００ＨＶ以上９００ＨＶ以下であるとよい。

以上のように構成したサイレントチェーン１は、インナプレート４及びアウタプレート５を含むリンクプレート２のピン孔４Ａの孔面及びピン３の外周面の硬度のそれぞれが、煤の硬度（８００ＨＶ）よりも高く設定されているため、エンジンオイル内に煤が存在し、エンジンオイルによる潤滑によって煤がピン孔４Ａの孔面及びピン３の外周面の間に進入したとしても、ピン孔４Ａの孔面及びピン３の外周面の摩耗が抑制される。また、リンクプレート２の歯部４Ｂの表面の硬度が、ピン３の外周面の硬度よりも低く設定されているため、リンクプレート２が噛み合うスプロケット７が炭素鋼から形成される場合にも、スプロケット７の摩耗が低減される。

また、インナプレート４及びアウタプレート５の表面の全領域にプレート表面層を形成するため、インナプレート４及びアウタプレート５の製造が容易であり、製造コストの削減が可能になる。

（実施例）
以下、上記実施形態に係るサイレントチェーン１の実施例１と、比較例１〜５との各種測定結果を以下に示す。実施例１と比較例１〜５とは、形状、プレート基材の材料、ピン基材の材料が互いに同じであり、プレート表面層の材料及びピン表面層の材料が互いに相違する。

実施例１及び比較例１〜５では、プレート基材がオーステンパー材であるＳＡＥ１０５０によって形成され、ピン基材がＳＵＪ２から形成されている。
実施例１では、プレート表面層が、主に（Ｍｎ，Ｆｅ）_３Ｃである鉄及びマンガンを含む合金から形成され、ピン表面層が炭化バナジウムによって形成されている。実施例１におけるプレート表面層の硬度は１０００ＨＶであり、ピン表面層の硬度は２３００ＨＶである。
比較例１では、プレート表面層がプレート基材と同じＳＡＥ１０５０から形成され、ピン表面層が炭化バナジウムによって形成されている。比較例１におけるプレート表面層の硬度は５５０ＨＶであり、ピン表面層の硬度は２３００ＨＶである。
比較例２では、プレート表面層がプレート基材と同じＳＡＥ１０５０から形成され、ピン表面層がクロム炭化バナジウムによって形成されている。比較例２におけるプレート表面層の硬度は５５０ＨＶであり、ピン表面層の硬度は１８００ＨＶである。
比較例３では、プレート表面層がプレート基材と同じＳＡＥ１０５０から形成され、ピン表面層が炭化クロムによって形成されている。比較例３におけるプレート表面層の硬度は５５０ＨＶであり、ピン表面層の硬度は１５５０ＨＶである。
比較例４では、プレート表面層がプレート基材と同じＳＡＥ１０５０から形成され、ピン表面層が炭化チタンによって形成されている。比較例４におけるプレート表面層の硬度は５５０ＨＶであり、ピン表面層の硬度は３１００ＨＶである。
比較例１〜４では、プレート表面層として硬質被膜が形成されていない。
比較例５では、プレート表面層が炭化クロムから形成され、ピン表面層が炭化バナジウムによって形成されている。比較例５におけるプレート表面層の硬度は１５５０ＨＶであり、ピン表面層の硬度は２３００ＨＶである。
図３に示すように、実施例１及び比較例１〜５は、プレート表面層及びピン表面層の硬度によって区別される。

実施例１及び比較例１〜５に係るサイレントチェーンに対して、伸び試験を行った。伸び試験は、長手方向におけるリンクプレートの数が１３６個であるサイレントチェーンを試験機の駆動スプロケット及び従動スプロケットに巻き掛けて行った。駆動スプロケット及び従動スプロケットは、炭素鋼を高濃度浸炭処理したものであり、その表面はセメンタイトによって形成されて硬度が８５０ＨＶである。駆動スプロケットの歯数は２３個、従動スプロケットの歯数は４６個であり、駆動スプロケットの回転数が７０００ｒｐｍ、サイレントチェーンの張力が１５００Ｎである。サイレントチェーンと駆動スプロケットとの噛み始め部には、０．４％のディーゼル排気微粒子を含む０Ｗ−２０低燃費油（エンジンオイル）を、油温度８０℃、油量０．５Ｌ／分で供給した。

図４は、実施例１及び比較例１〜４に係るサイレントチェーンについて、伸び試験の試験継続時間（耐久時間）とサイレントチェーン１の伸び（％）との関係を示すグラフである。サイレントチェーンの伸びは、インナプレート及びアウタプレートのピン孔の摩耗、及びピンの摩耗によって生じるため、ピン孔及びピンの摩耗の程度を表している。図４に示すように、実施例１と比較例１との比較によって、ピン表面層の硬度が２３００ＨＶで同じである場合、プレート表面層の硬度は５５０ＨＶよりも１０００ＨＶの方がチェーンの伸びが小さくなり、摩耗量が小さいことがわかる。これは、プレート表面層の硬度が煤の硬度（８００ＨＶ）よりも高くなることによって、煤によるプレート表面層の摩耗が低減されたことに起因すると考えられる。また、比較例２〜４の比較によって、ピン表面層の硬度は２３００ＨＶ付近のときにピンとインナプレート及びアウタプレートとの摩耗量が最も小さくなると考えられる。ピン表面層の硬度が２３００ＨＶよりも低下すると、ピン表面層の硬度が低下することによってピンの摩耗量が増え、ピン表面層の硬度が２３００ＨＶよりも高くなると、ピンとインナプレート及びアウタプレートとの硬度差が大きくなることによってインナプレート及びアウタプレートの摩耗量が増加すると考えられる。

図５は、実施例１、比較例１及び５に係るサイレントチェーンについて、プレート表面層の硬度とスプロケットの歯部の摩耗量との関係を示すグラフである。図５の試験結果は、試験継続時間を１３６時間として得られた結果である。図５に示すように、プレート表面層の硬度が高くなるにつれて、スプロケットの歯部の摩耗量が増加することがわかる。比較例５のように、プレート表面層の硬度が１５５０ＨＶのとき、スプロケットの摩耗量は５０μｍ以上になる。

図４及び図５の結果から、プレート表面層の硬度は、煤の硬度（８００ＨＶ）より大きくなると、ピンとインナプレート及びアウタプレートとの合計の摩耗量が低下するが、１５００ＨＶより大きくするとスプロケットの摩耗量が問題となる。そのため、プレート表面層の硬度は、８００ＨＶ以上１５００ＨＶ以下、より好ましくは８００ＨＶ以上１３００ＨＶ以下であるとよい。一方、ピン表面層の硬度は、自身の摩耗量の点からできるだけ高いことが好ましいが、ピン表面層の硬度が高くなりピン表面層の硬度との差が大きくなるとピン表面層の摩耗量が大きくなるため、１７００ＨＶ以上３０００ＨＶ以下であるとよい。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記の実施形態では本発明をサイレントチェーンに適用した例について示したが、本発明はローラーチェーンに適用することができる。ローラーチェーンを構成する場合、上述したサイレントチェーン１のリンクプレート２のピン孔４Ａ、５Ａ及びピン３の構成をローラーチェーンのプレート及びピンの構成に適用するとよい。

１：サイレントチェーン
２：リンクプレート
３：ピン
４：インナプレート
４Ａ：ピン孔
４Ｂ：歯部
５：アウタプレート
５Ａ：ピン孔
５Ｂ：突出部
７：スプロケット
７Ａ：歯部

Claims

一対のピン孔を備えた複数のリンクプレートと、前記ピン孔に摺動可能に挿入され、複数の前記リンクプレートを互いに屈曲可能に繋ぐ複数のピンとを有するチェーンであって、
前記ピンの外周面のビッカース硬さが、１７００ＨＶ以上３０００ＨＶ以下であり、
前記ピン孔の孔面のビッカース硬さが、８００ＨＶ以上１５００ＨＶ以下であることを特徴とするチェーン。
当該チェーンは、サイレントチェーンであり、
前記リンクプレートは、一対の歯部を備え、
前記リンクプレートの前記歯部の表面のビッカース硬さが、８００ＨＶ以上１５００ＨＶ以下であることを特徴とする請求項１に記載のチェーン。
前記リンクプレートの前記歯部の表面及び前記ピン孔の孔面のビッカース硬さが、８００ＨＶ以上１３００ＨＶ以下であることを特徴とする請求項２に記載のチェーン。
前記リンクプレートは、鋼からなるプレート基材と、前記プレート基材における少なくとも前記ピン孔及び前記歯部の表面に形成され、鉄及びマンガンを含む合金からなるプレート表面層とを有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のチェーン。
前記プレート表面層は、（Ｍｎ，Ｆｅ）_３Ｃ、（Ｍｎ，Ｆｅ）_７Ｃ_３、及び（Ｍｎ，Ｆｅ）_２３Ｃ_６の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４に記載のチェーン。
前記プレート表面層は、前記リンクプレートの表面の全域に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のチェーン。
前記ピンは、鋼からなるピン基材と、前記ピン基材の外周面に形成されたバナジウム系のピン表面層とを有することを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか１つの項に記載のチェーン。
前記ピン表面層は、クロム炭化バナジウム、炭化バナジウム、及び窒化バナジウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７に記載のチェーン。
前記ピン表面層は、前記ピンの表面の全域に形成されていることを特徴とする請求項６又は請求項８に記載のチェーン。
前記リンクプレートの前記歯部が噛み合うスプロケットの歯部のビッカース硬さが、８００ＨＶ以上９００ＨＶ以下であることを特徴とする請求項２〜請求項９のいずれか１つの項に記載のチェーン。
ガソリン直噴エンジン又はディーゼルエンジンに使用されることを特徴とする請求項２〜請求項１０のいずれか１つの項に記載のチェーン。