JP4218806B2 - Silent chain - Google Patents
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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。 The present invention relates to a silent chain used for transmitting power in automobiles, industrial machines, and the like.
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。 In recent years, the adoption of silent chains has increased in fields such as automobile timing chains used under high speed and high load conditions.
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。 The silent chain is fitted and fixed in a guide link plate, an inner link plate having meshing teeth, and a pin hole drilled in the guide link plate, and is loosely fitted in a pin hole drilled in the inner link plate. Since the link plate is obliquely abutted against the sprocket teeth, the impact caused by the collision between the sprocket teeth and the silent chain is mitigated, and the noise level is reduced.
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)。 In such a conventional silent chain, a high carbon steel containing 0.7 to 1.1% by weight of carbon is used as a base material for connecting pins and link plates from the viewpoint of easy availability and material cost. And increased the hardness. And the hardening layer which consists of metal carbide was given to the surface of the connection pin, and the abrasion of the connection pin was suppressed (refer patent document 1).
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)。 In addition to the surface treatment of the connecting pins, it has also been proposed to suppress the wear of the link plate by subjecting the surface of the link plate to a hardening treatment such as nitriding treatment or diffusion permeation treatment (see Patent Document 2).
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)。
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。 However, the above-described material exhibiting corrosion resistance even in a lubricating oil having a pH of 3 or less is expensive, and there is a problem that the cost of the silent chain is increased.
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、潤滑油のpHを回復させ、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。 Therefore, the present invention solves the above-mentioned problem, that is, the object of the present invention is to restore the pH of the lubricating oil even when used with an extremely deteriorated lubricating oil having a high degree of oxidation. Another object of the present invention is to provide an inexpensive silent chain capable of transmitting power by smoothly sliding and rotating a link plate and a connecting pin over a long period of time without causing abnormal wear and elongation in the entire chain.
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。 First, the invention according to the first aspect of the present invention includes a guide link plate, a connecting pin fitted and fixed in a pin hole of the guide link plate, and an inner having a meshing tooth formed by loosely fitting the connecting pin in the pin hole. In the silent chain composed of a link plate, the connection pin achieves the object by forming a hardened layer made of metal carbide on the surface and dispersing Si 3 N 4 particles in the hardened layer. To do.
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。 The invention according to claim 2 further achieves the above object by making the metal carbide V carbide or Cr carbide to facilitate the dispersion of Si 3 N 4 particles in the hardened layer.
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+13H2O→3SiO+4NH4 ++10OH− ・・・(1)
In the silent chain according to the first aspect of the present invention, the hardened layer in which Si 3 N 4 particles are dispersed is formed on the surface of the connecting pin that connects the guide link plate and the inner link plate. A specific effect can be produced.
That is, the Si 3 N 4 in the hardened layer formed on the surface of the connecting pin is caused by the frictional heat caused by the sliding contact and rotation of the connecting pin and the pin hole of the inner link plate. Reacting as shown in (1), weak alkaline ammonium ions (NH 4 + ) and hydroxide ions (OH − ) are released into the engine oil.
Si 3 N 4 + 13H 2 O → 3SiO + 4NH 4 + + 10OH − (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(H+)が中和される。
NH4 ++SOx→NH4SOx(中和)、 ・・・(2)
OH−+2H+→H2O(中和) ・・・(3)
Therefore, the weakly alkaline ammonium ion and the weakly alkaline hydroxide ion are expressed by the following formulas ( 1 ) as acidic SOx and hydrogen ions (H + ) which are components in the lubricating oil (engine oil) deteriorated in the engine room. 2) The reaction occurs as shown in (3), and SOx and hydrogen ions (H + ), which are components in the engine oil, are neutralized.
NH 4 + + SOx → NH 4 SOx (neutralization), (2)
OH − + 2H + → H 2 O (neutralization) (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。 As a result, since the neutralization reaction as described above occurs continuously, in order to recover the pH of the lubricating oil that has been acidic, and continuously prevent a decrease in pH due to deterioration of the lubricating oil, The amount of surface wear can be reduced, and since the connecting pin is also formed with a hardened layer on the surface, the wear of the connecting pin itself is also reduced. In this case, the sliding movement is smoothly performed between the link plate and the connecting pin for a long period without causing abnormal wear and elongation.
このように、潤滑油のpHを高めて、酸性雰囲気下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。 In this way, the pH of the lubricating oil can be increased and corrosion under an acidic atmosphere can be suppressed, so the material of the inner link plate can be made of conventionally used inexpensive high carbon steel, etc. Abnormal wear and elongation can be prevented without increasing costs.
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。 In addition, since the reaction described above occurs at the sliding portion between the connecting pin where the corrosion wear actually occurs and the pin hole of the inner link plate, it is more effective than the case where other neutralization methods such as injection of a neutralizing agent are employed. large.
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。 The silent chain of the invention according to claim 2, in addition to the effect achieved by the silent chain according to claim 1 described above, by the metal carbide is V carbide or Cr carbide, Si 3 N 4 into hardened layer Dispersion of the particles is easy, so that when used in an oxidizing atmosphere, the release of weak alkaline ammonium ions and hydroxide ions is demonstrated, and smooth sliding rotation between the link plate and the connecting pin can be achieved over a long period of time. In other words, the object can be further achieved.
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。 In the silent chain of the present invention, the hardened layer in which Si 3 N 4 particles are dispersed is formed on the surface of the connecting pin that connects the guide link plate and the inner link plate. Even when used with oil, the link chain and the connecting pin smoothly slide and rotate over a long period of time without causing abnormal wear and elongation in the entire chain. If the surface of the connecting pin is formed with Si 3 N 4 for neutralizing the acidified lubricating oil to recover the pH and suppressing corrosion due to the acidification of the lubricating oil, a specific mode thereof Can be anything.
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。
Embodiments of the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of the silent chain of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the connecting pin employed in the present invention, and FIG. 3 is an operation time of the silent chain of the present invention and the conventional silent chain. It is a figure which shows the change of the elongation rate with respect to.
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2枚のガイドリンクプレート120とその間の2枚のインナーリンクプレート110との計4枚を有している。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、ガイドリンクプレート120を含むガイド列Bをインナーリンクプレート110のみからなる関節列A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、特にそのプレート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。
The
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。
As shown in FIG. 2, the connecting
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。
The hardened
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。
In the diffusion permeation method as described above, Si 3 N 4 particles are additionally blended in the mixed powder of vanadium powder, NH 4 Cl and alumina, and the
Si 3 N 4 may be dispersed in the hardened
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。
Then, Si 3 N 4 in the hardened layer on the surface of the connecting pin is used for lubricating weakly alkaline ammonium ions (NH 4 + ) and hydroxide ions (OH − ) as lubricating oil during sliding with the pin holes of the
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。
The connecting
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。
FIG. 3 shows the results of testing the wear elongation performance of the
As a test method, the
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。 Here, as the deteriorated oil, the oil is heated at 170 ° C. for 70 hours to forcibly oxidize so that it conforms to the environment of blow-by gas such as NOx and SOx generated in the engine room and the engine oil deteriorated by oxidation. In addition, 5 wt% acid and 20 wt% water were added to bubbling oil and the pH was set to 3.
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。
The solid line shown in (a) in FIG. 3 shows the test result of the
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。
As can be seen from FIG. 3, in such an oxidizing atmosphere, the
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。
Here, in the
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。
Moreover, although the high carbon steel of 0.7-1.1% C was used as the
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。
For the
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。
Thus, by forming the
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。
When
100 ・・・ サイレントチェーン
110 ・・・ インナーリンクプレート
120 ・・・ ガイドリンクプレート
130 ・・・ 連結ピン
131 ・・・ 連結ピンの基材
132 ・・・ 硬化層
133 ・・・ Si3N4粒子
100 ...
Claims (2)
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、劣化潤滑油等の酸化雰囲気中においてOH−を生成供給するSi3N4粒子が前記硬化層中に分散されていることを特徴とするサイレントチェーン。 In a silent chain composed of a guide link plate, a connecting pin fitted and fixed in a pin hole of the guide link plate, and an inner link plate having meshing teeth formed by loosely fitting the connecting pin in the pin hole,
The connecting pin has a hardened layer made of a metal carbide formed on the surface thereof, and Si 3 N 4 particles that generate and supply OH − in an oxidizing atmosphere such as deteriorated lubricating oil are dispersed in the hardened layer. Silent chain.
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