JP6920607B2 - チェーン - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車のタイミングチェーン等として使用されるローラチェーン、サイレントチェーン等の、産業用の動力伝達用のチェーンの構成部品である、ピン、ブシュ、リンクプレート及びローラ等のチェーンに関する。

窒化クロム膜を金属表面に形成することにより、金属の耐摩耗性及び耐食性が向上することが知られており、機械部材、金型、及び工具等の長寿命化を図るために、この窒化クロム膜の成膜が広く行われている。

窒化クロム膜は一般的に、真空チャンバ内で、Ｃｒを蒸気化及びイオン化して基材に照射し、窒素ガスを導入して形成するイオンプレーティング法、並びにターゲットと基板との間に高電圧を印加してグロー放電を発生させ、プラズマ化したＡｒイオンをターゲット表面に衝突させ、Ｃｒ原子をたたき出して基板に堆積させるスパッタリング法等の物理的蒸着法（ＰＶＤ法）により形成されている。

しかし、ＰＶＤ法により形成された窒化クロム膜は、チェーンのような高荷重の摺動部材の表面処理層として用いた場合、鋼等の金属製の基材から剥離し易く、基材の表面に密着させて剥離し難いように基材と一体化させることが困難である、という問題があった。
そして、ＰＶＤ法によれば表面にドロップレットが生じることもあり、生じた場合には表面粗さが増大し、ドロップレットを起点にクラックが生じ、耐摩耗性が悪くなるという問題があった。研磨によりドロップレットを剥離させた場合においても、ドロップレットを剥離した部分に孔が開き、孔は負荷により拡大して孔同士がつながり、耐摩耗性を向上することができないという問題があった。
また、ＰＶＤ法では、クラックが生じ、耐摩耗性が低下するので、膜厚を厚くして長寿命化を図ることができないという問題があった。
さらに、被処理材が例えば孔を有する場合、孔の内面にまで成膜するのが困難であるという問題があった。

上述の機械部材として、例えば自動車エンジン用のタイミングチェーンに備えられるピンが挙げられる。タイミングチェーンとして、ローラチェーン、ブシュドチェーン、及びサイレントチェーン等が挙げられる。
ローラチェーンは、円筒状のブシュの両端部が、該ブシュにローラが外嵌された状態で、一対の内プレートのブシュ孔に圧入され、ブシュに内嵌されたピンの両端部が、一対の内プレートの両外側に配置された一対の外プレートのピン孔に圧入されてなる。ブシュドチェーンの場合、ローラを有さない。

従来のタイミングチェーンにおいては、ブシュとピンとの耐摩耗性の向上を目的として、ピンの鋼製の母材にクロマイジング処理を施していた。
しかし、タイミングチェーンは、自動車のエンジンルーム内で大きく劣化したエンジン油と共に使用された場合、ピン及びブシュが摩耗し易くなり、寿命が短くなる虞があるという問題があった。
また、エンジンの燃焼過程にて発生したスーツがエンジン油に混入した場合、スーツが硬いため、スーツを含んだ潤滑油が、高速及び高負荷で走行するタイミングチェーンの部品であるピンとブシュとの間に侵入することにより、ピン及びブシュ間に被膜を形成したにも関わらず、被膜が損傷してピンとブシュの摩擦係数が上がったり摩耗が促進する虞もあった。
従って、チェーンの耐摩耗性がより高くなるような表面処理を施すことが求められていた。

特許文献１には、金属表面に窒化クロム膜を成膜した場合に熱履歴剥離が生じ易く、基材との密着性が悪かったという課題を解決するために、金属材料表面にＣｒメッキを施した後、金属素材をハロゲン化合物中又はハロゲンを含む反応性ガス中で加熱し、Ｃｒメッキ層表面を浄化して活性化し、次いで窒化雰囲気中で加熱し、Ｃｒメッキ層表面を窒化して窒化クロム膜を形成する方法が開示されている。
また、表面に微細な凹部を設け、スーツを含んだ潤滑油のスーツを凹部に落とすことで、スーツによる摩擦係数の上昇や摩耗を抑制することも知られている。

特開平１１−２９８４８号公報

特許文献１の窒化クロム膜の形成方法は、鋼等の基材に工業用Ｃｒメッキ、及び割れ目なしの高耐食性Ｃｒメッキ、マクロポーラスＣｒメッキ、２〜４％炭素を含有したアモルファスＣｒメッキ等の特殊Ｃｒメッキを施し、さらにハロゲン前処理を行った後に、窒化処理を行うので、工程が非常に煩雑である。また、特許文献１の実施例１〜３のように、得られた窒化クロム膜のビッカース硬度は１７００〜２０００ＨＶであり、窒化クロム膜と柔らかい母材との間で硬度のギャップが大きいので、密着性が十分に得られず、耐摩耗性が長期に亘って維持されない虞があった。
従って、特許文献１の表面処理方法をタイミングチェーンのピン等のチェーン部品に適用した場合、製造工程が煩雑であり、製造コストが高く、長期に亘って、良好な耐摩耗性が維持されないという問題が生じると考えられる。
また、表面に微細な凹部を設ける場合、単なる粗面とすると、凸部の頂部のみが対抗面と当接するため、面圧が高くなり対抗面に損傷を与える虞がある。
このため、凸部をできる限り平坦にする必要があるが、凸部を平坦化するほどスーツを逃がす凹部が充分に確保できず、スーツが多かったり長時間の稼働では、効果が充分に得られない虞があり、逆に、スーツが凹部に蓄積し滞留したまま突出することで対抗面に悪影響を及ぼす虞もあった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、簡単な表面処理構造を有し、長期に亘って、良好な耐摩耗性が維持されるチェーン部品を備え、良好な耐摩耗伸び性が維持されるチェーンを提供することを目的とする。

本発明に係るチェーンは、ピン及びブシュを有する産業用の動力伝達用チェーンであって、前記ピン及び前記ブシュの少なくとも一方が、鋼系基材と、該鋼系基材の外側に形成されており、鉄を０質量％超過５５質量％以下含む、窒化クロム層とを有し、前記窒化クロム層の少なくとも他の部品と摺動する表面が、表面粗さＲｋ０．０５μｍ〜０．５μｍの凹凸を有する粗面であり、前記ピンと前記ブシュとの隙間距離が、３０μｍ〜１２０μｍであることを特徴とする。

本発明のチェーンによれば、鋼系基材の外側に前記窒化クロム層が形成されており、表面処理構造が簡単であり、少ない工程数で、容易に、安価に製造され得る。
窒化クロムは摩擦係数が低く、靭性が高いことから、該窒化クロム層が形成されているチェーン部品の相手部材への攻撃性が低く、微細で硬度の高いスーツ等による損傷も少ない。
摩擦係数が低い窒化クロム層によって摺動熱が小さくなり、窒化クロムは酸化開始温度が高く、高温でも酸化しないため、チェーン部品の耐摩耗性が良好に維持される。
また、窒化クロム層は鉄を含むので、鋼系基材との密着性が良好であり、かつ、鉄の含有量が０質量％超過５５質量％以下であるので、チェーン部品の耐摩耗性が長期的に維持される。
さらに、窒化クロム層が相手部材への攻撃性が低く、微細で硬度の高いスーツ等による損傷も少ないことから、摺動部分の間隙距離の設定自由度が向上する。
さらに、窒化クロム層の少なくとも他の部品と摺動する表面が、凹凸を有する粗面であることから、スーツを粗面の凹部に落として間隙から逃がすことができ、対抗面への攻撃性が低くなる。
また、窒化クロム層の靭性が高いことから、粗面の凸部の頂部のみが対抗面と当接して面圧が高くなっても、対抗面に損傷を与えることはない。

これらの特性を有することで、耐摩耗伸び性が良好である。

ローラチェーンの一例を示す一部斜視図である。 サイレントチェーンの一例を示す一部斜視図である。 ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ：Electron Probe Micro Analyzer）を用いた線分析により求めた、実施例１のピンのＦｅ、Ｃｒ、及びＮの断面組成分布を示すグラフである。 実施例１のピンを用いたローラチェーン、及び比較例１のピンを用いたローラチェーンにつき、所定時間チェーンを動作した後のピン及びピンが内嵌されるブシュの摩耗量を調べた結果を示すグラフである。 実施例１のピンの表面を示す光学顕微鏡写真である。 比較例２のピンの表面を示す光学顕微鏡写真である。 窒化クロム層のＦｅの含有量と摩耗伸び比率との関係を示すグラフである。 窒化クロム層の層厚と摩耗伸び比率との関係を示すグラフである。 ブシュドチェーンのピンとブッシュの間隙を示す断面図である。 ピンとブッシュの間隙と表面層の違いによる経時的な摩耗量を示すグラフである。 劣化したエンジンオイルを使用した際の従来例及び本発明の表面を示す光学顕微鏡写真である。 表面を粗面とした際の経時的な摩耗量を示すグラフである。

本発明に係るチェーンは、ピン及びブシュの少なくとも一方が、鋼系基材と、鋼系基材の外側に形成されている窒化クロム層とを有する。

窒化クロム層は、Ｆｅを０質量％超過５５質量％以下含む。Ｆｅの含有量の下限値は１質量％であるのが好ましく、５質量％であるのがより好ましく、８質量％であるのがさらに好ましい。上限値は４５質量％であるのが好ましく、３２質量％であるのがより好ましい。
Ｆｅは、鋼系基材の表面から外側に向けて徐々に低下する濃度分布を有するのが好ましい。
Ｃｒ及びＮの含有量は、外側から鋼系基材の表面側に向けて、徐々に低下するのが好ましい。

窒化クロム層は、全量を１００質量％として、Ｆｅを０質量％超過５５質量％以下、Ｃｒを４５質量％以上９０質量％以下、Ｎを５質量％以上２５質量％以下含むのが好ましい。
Ｆｅの含有量の下限値は１質量％であるのが好ましく、５質量％であるのがより好ましく、８質量％であるのがさらに好ましい。上限値は４５質量％であるのが好ましく、３２質量％であるのがより好ましい。
Ｃｒの含有量の下限値は４８質量％であるのが好ましく、５１質量％であるのがより好ましい。上限値は７７質量％であるのが好ましく、６７質量％であるのがより好ましい。
Ｎの含有量の下限値は９質量％であるのが好ましく、１３質量％であるのがより好ましい。
なお、Ｆｅの含有量は、ＥＰＭＡの定性定量分析により求められた値である。また、Ｃｒ、Ｎの含有量は、ＥＰＭＡの定性定量分析により求められた値に対し、窒化クロムの標準サンプルの分析値を考慮して補正した値である。

窒化クロム層は、２μｍ以上３０μｍ以下の厚みを有するのが好ましい。この場合、表面粗さが小さく、クラックが生じ難く、耐摩耗性が良好であり、チェーン部品を組み立てて得られるチェーンの耐摩耗伸び性が良好である。

窒化クロム層と鋼系基材との間には、窒化クロム層の鋼系基材への密着性を向上させる中間層を有していてもよい。
中間層としては、Ｃｒ、ＣｒＢ、ＣｒＢ_２、ＣｒＣ、Ｃｒ_２Ｎ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｒＳｉ_２、ＣｒＮｉ、ＣｒＢ−Ｏ、ＣｒＢ_２−Ｏ、（Ｖ，Ｃｒ）Ｃ、（Ｃｒ，Ｚｒ）Ｎ、ＣｒＢＮ、ＣｒＢ_２＋Ｎｉ、（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｃ、（Ｃｒ，Ｍｏ）Ｎ、（Ｖ，Ｃｒ）Ｂ、（Ｃｒ，Ｆｅ）Ｃ、（Ｃｒ，Ｗ）Ｎ、（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｂ、（Ｃｒ，Ｃｏ）Ｃ、（Ｃｒ，Ｃｕ）Ｎ、（Ｃｒ，Ｆｅ）Ｂ、（Ｃｒ，Ｎｉ）Ｃ、（Ｃｒ，Ｖ）Ｎ、（Ｃｒ，Ｃｏ）Ｂ、（Ｃｒ，Ｃｕ）Ｃ、（Ｃｒ，Ｎｉ）Ｂ、（Ｃｒ，Ｚｎ）Ｃ、（Ｃｒ，Ｃｕ）Ｂ、（Ｃｒ，Ｚｒ）Ｃ、（Ｃｒ，Ｚｎ）Ｂ、（Ｃｒ，Ｎｂ）Ｃ、（Ｃｒ，Ｚｒ）Ｂ、（Ｃｒ，Ｍｏ）Ｃ、（Ｃｒ，Ｎｂ）Ｂ、（Ｃｒ，Ｈｆ）Ｃ、（Ｃｒ，Ｍｏ）Ｂ、（Ｃｒ，Ｔａ）Ｃ、（Ｃｒ，Ｈｆ）Ｂ、（Ｃｒ，Ｗ）Ｃ、（Ｃｒ，Ｔａ）Ｂ、（Ｃｒ，Ｗ）Ｂ等が挙げられる。

本発明に係るチェーンの窒化クロム層は、鋼系基材と、Ｃｒ粉末、酸化アルミニウム（以下、アルミナという）、及びハロゲン化アンモニウムを含む処理剤とを加熱炉に収容し、前記加熱炉を目的温度まで昇温し、さらに前記加熱炉を所定時間保持した後、徐冷することにより、鋼系基材の外側に形成される。処理剤には、上述の中間層に含まれる元素の由来となる化合物が含まれ得る。

以下、本発明に係るチェーンを、自動車エンジンのタイミングチェーン等として使用されるローラチェーンに適用した場合について説明する。
図１は、ローラチェーン１の一例を示す一部斜視図である。
ローラチェーン１は、ブシュ３の両端が、夫々一対の内プレート２、２のブシュ孔２ａ、２ａに圧入され、ブシュ３に内嵌されたピン６の両端が、一対の内プレート２，２の両外側に配置された一対の外プレート５，５のピン孔５ａ、５ａに圧入されてなる。ブシュ３にはローラ４が外嵌されている。
ピン６の外側には、前記窒化クロム層が設けられている。

以下、ピン６を例として、本発明に係るチェーンの製造方法について説明する。
ピン６の鋼基材として、例えば炭素鋼、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ）等の線材が用いられる。
ピン６の鋼基材の表面にＣｒを拡散浸透させ、Ｎを拡散浸透させて、表側に窒化クロム層を形成する。

Ｃｒの拡散浸透処理としては、「粉末パック法」と言われる公知の方法を採用することができる。
具体的には、まず、ピン６と、Ｃｒ粉末、アルミナ、及びハロゲン化アンモニウムを含む処理剤とを、例えばアルミナボート内に充填して、アルミナボートを例えば電気炉等の加熱炉に収容する。処理剤は、全量を１００質量％として、Ｃｒ粉末を６０〜６７質量％、アルミナを３０〜３７質量％、ハロゲン化アンモニウムを０．２〜３質量％含むのが好ましい。
ハロゲン化アンモニウムとしては、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム、フッ化アンモニウム等が挙げられる。ハロゲン化アンモニウムは、目的の層構成に応じて、１種又は２種以上が選択される。

昇温前にＡｒ、Ｎ_２等の不活性ガスで置換を行う。
そして、所定温度まで加熱する。
このとき、目的の窒化クロム層の厚み、膜構成、膜全体の厚み等に応じ、所定の流量でＮＨ_３及び／又はＮ_２を通流させてもよい。
所定時間保持した後、冷却する。
目的の膜が形成されていない場合は、再度、ＮＨ_３及び／又はＮ_２を通流させ、所定温度まで加熱し、所定時間保持した後、冷却する。
処理剤の組成比、処理温度、及び保持時間は、鋼系基材の組成、目的の窒化クロム層の厚み、膜構成、膜全体の厚み等を考慮して決定する。
窒化クロム層の形成方法の具体例として、鋼系基材の表面やＣｒＣ層を窒化する方法が挙げられる。

この窒化クロム層の形成方法によれば、少ない工程数で、容易に、安価に、鋼系基材の外側に窒化クロム層を形成することができる。そして、Ｃｒ、Ｃ、及びＦｅが濃度勾配を有し、窒化クロム層と鋼系基材との密着性が良好である。

上述の製造方法により得られたチェーンは、酸化開始温度が高く、高温でも酸化しない窒化クロム層が外側に形成されているので、良好な耐摩耗性を有し、窒化クロム層の鋼系基材に対する密着性が良好であるので、良好な耐摩耗性が長期間維持される。
なお、ピン６に窒化クロム層を形成する場合につき説明したが、これに限定されるものではなく、内プレート２、ブシュ３、ローラ４、及び外プレート５のチェーン部品の表面に窒化クロム層を形成することにしてもよい。
本発明に係るチェーン１によれば、良好な耐摩耗伸び性が長期間維持される。

本発明に係るチェーンは、ローラを有さないブシュドチェーンであってもよい。

本発明に係るチェーンは、サイレントチェーンであってもよい。
図２は、サイレントチェーン１０の一例を示す一部斜視図である。
サイレントチェーン１０は、短手方向の一端部にＷ字状に形成された一対のリンク歯１１ａ、１１ａを有する複数の内プレート１１を、サイレントチェーン１０の幅方向に、隣り合う一のインナープレート１１の一のリンク歯１１ａが他のインナープレート１１の他のリンク歯１１ａと重なる状態で、ピン孔に挿入されるピン１２により屈曲可能に連結し、前記幅方向の両外側にピンが挿入固定されるガイドプレート１３を配置してなる。
サイレントチェーン１０は、インナープレート１１、ピン１２、及びガイドプレート１３のチェーン部品の少なくとも１つの表面に窒化クロム層を有する。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
［実施例１］
実施例１の被処理材として、ＳＵＪ２の線材を所定の長さに切断し、研削処理を行い、鋼系基材としてのピン６基材を得た。
上記数値範囲内で配合したＣｒ粉末、アルミナ、及びＮＨ_４Ｃｌを含む処理剤と、ピン６とをアルミナボート内に収容し、アルミナボートを加熱炉に入れる。不活性ガスで置換し、適宜の流量で添加ガス（ＮＨ_３及びＮ_２）を通流し、上述の温度まで昇温し、この温度を保持してピン６の外側に窒化クロム層を形成した。その後、ヒータの電源をオフし、徐冷した。
以上のようにして、鋼基材の外側に窒化クロム層が形成されているピン６を得た。

窒化クロム層のＦｅの含有量は１３質量％、Ｃｒの含有量は７４質量％、Ｎの含有量は１３質量％であり、厚みは１３μｍである。

図３は、ＥＰＭＡを用いた線分析により求めた、実施例１のピン６のＦｅ、Ｃｒ、及びＮの断面組成分布を示すグラフである。横軸は厚み方向の長さ、縦軸は成分の検出強度である。
測定条件は、以下の通りである。
加速電圧：１５ｋＶ
試料電流：５０ｎＡ
ビーム径：１μｍ

図３より、外側からピン６基材表面側へ向かうにしたがって、Ｆｅの含有量は徐々に増加し、Ｃｒ及びＮの含有量が徐々に低下することが分かる。
以上より、ピン６基材の表面側部分にＣｒ及びＮが拡散浸透して、鋼系基材の外側に、窒化クロム層が形成されたことが確認された。Ｃｒ及びＮは拡散浸透するので濃度勾配を有する。Ｆｅも鋼系基材の表面側部分から外側へ向けて、含有量が徐々に低下する濃度分布を有する。Ｆｅ、Ｃｒ、及びＮが濃度勾配を有するので、ピン６基材と窒化クロム層との密着性が良好であることが分かる。

［比較例１］
従来の粉末パック法により、鋼基材に、厚み１５μｍのＣｒＣ層が形成されている比較例１のピンを得た。

［比較例２］
鋼基材に、従来のＰＶＤ法により窒化クロム層が６μｍ形成されている比較例２のピンを得た。

上述の実施例１のピン６、比較例１のピン、及び比較例２のピンを用いてローラチェーンを組み立てた。
各ローラチェーンにつき、耐摩耗伸び性を評価した。
まず、ＳＡＥ規格「５Ｗ−３０」のエンジンオイルを使用し、実際に街中を夫々５０００ｋｍ、１００００ｋｍ、１５０００ｋｍ走行した自動車から、劣化したエンジンオイルを回収した。
そして、各エンジンオイルを使用し、実施例１、比較例１、及び比較例２のピンを備えるローラチェーンを高速で１００時間回転させて過酷試験を行った。その結果を表１に示す。表１においては、各走行距離のエンジンオイルにつき、夫々比較例１のローラチェーンの摩耗伸び率を１００としたときの、実施例１及び比較例２の摩耗伸び率の割合（摩耗伸び比率）で表している。

表１より、実施例１、比較例１、比較例２の順に、耐摩耗伸び性が良好であることが分かる。即ち、鋼系基材の外側に、Ｆｅを０質量％超過５５質量％以下含む窒化クロム層が形成された実施例１のローラチェーン１は、良好な耐摩耗伸び性を有することが分かる。そして、より走行距離が大きい（劣化が進んだ）エンジンオイルを使用するのに従い、前記窒化クロム層の耐摩耗伸び性向上効果が大きくなっている。

図４は、実施例１のピン６を用いたローラチェーン、及び比較例１のピンを用いたローラチェーンにつき、所定時間チェーンを動作した後のピン及びピンが内嵌されるブシュの摩耗量を調べた結果を示すグラフである。
図４より、実施例１のピン６を有するローラチェーンを用いた場合、比較例１のピンを有するローラチェーンを用いた場合と比較して、ピン及びブシュの摩耗量が低下していることが分かる。特にブシュの摩耗量が大きく低下しているが、これは実施例１のピン６の窒化クロム層が、摺動の相手部材（ブシュ）への攻撃性が低いためである。

図５は、実施例１のピン６の表面を示す光学顕微鏡写真、図６は比較例２のピンの表面を示す光学顕微鏡写真である。
図５の実施例１のピン６の場合、表面にドロップレットが存在していないのに対し、比較例２のピンの場合、ドロップレットが多数生じていることが分かる。比較例２のピンの場合、表面粗さが増大し、ドロップレットを起点にクラックが生じ、耐摩耗性が悪くなることが分かる。

次に、劣化したエンジンオイルを使用し、ローラチェーンの窒化クロム層のＦｅの含有量を変えて耐摩耗伸び性評価試験を行った結果について説明する。
実施例１と同様にして、下記表２の通りの元素の組成を有する実施例２〜６のピン６、及び比較例３のピンを作製した。表２には、上述の実施例１及び比較例１も示している。
表２の元素のうち、Ｆｅの含有量は、ＥＰＭＡの定性定量分析により求められた値である。また、Ｃｒ、Ｎの含有量は、ＥＰＭＡの定性定量分析により求められた値に対し、窒化クロムの標準サンプルの分析値を考慮して補正した値である。

劣化したエンジンオイルとして、ＳＡＥ規格「０Ｗ−２０」のエンジンオイルを使用し、実際に街中を１００００ｋｍ走行した自動車から回収したものを用いた。
このエンジンオイルを使用し、実施例１〜６、比較例１、及び比較例３のピンを備えるローラチェーンを高速で１５０時間回転させて過酷試験を行った。その結果を前記表２に示す。表２においては、比較例１のローラチェーンの摩耗伸び率を１００としたときの、各実施例及び比較例３の摩耗伸び率の割合（摩耗伸び比率）で表している。

図７は、窒化クロム層のＦｅの含有量と摩耗伸び比率との関係を示すグラフであり、横軸はＦｅの含有量（質量％）、縦軸は前記摩耗伸び比率（％）である。

表２及び図７より、Ｆｅを０質量％超過５５質量％以下含む窒化クロム層が形成された各実施例のローラチェーン１は良好な耐摩耗伸び性を有することが分かる。
Ｆｅの含有量の下限値は１質量％であるのが好ましく、５質量％であるのがより好ましく、８質量％であるのがさらに好ましい。上限値は４５質量％であるのが好ましく、３２質量％であるのがより好ましい。
Ｃｒの含有量の下限値は４８質量％であるのが好ましく、５１質量％であるのがより好ましい。上限値は７７質量％であるのが好ましく、６７質量％であるのがより好ましい。
Ｎの含有量の下限値は９質量％であるのが好ましく、１３質量％であるのがより好ましい。

劣化したエンジンオイルを使用し、ローラチェーンの窒化クロム層の層厚を変えて耐摩耗伸び性評価試験を行った結果について説明する。
劣化したエンジンオイルとして、ＳＡＥ規格「０Ｗ−３０」のエンジンオイルを使用し、実際に街中を１００００ｋｍ走行した自動車から回収したものを用いた。
このエンジンオイルを使用し、窒化クロム層の層厚を変えた各実施例のピンを備えるローラチェーンを高速で１８０時間回転させて過酷試験を行った。

図８は、窒化クロム層の層厚と摩耗伸び比率との関係を示すグラフであり、横軸は層厚（μｍ）、縦軸は比較例１のローラチェーンの摩耗伸び率を１００としたときの耐摩耗伸び率の割合（％）である。
図８より、窒化クロム層の層厚が２μｍ以上３０μｍ以下である場合、耐摩耗伸び性が良好であることが分かる。層厚が３０μｍを超える場合、クラックが生じ、耐摩耗伸び性が悪くなる。

以上より、本発明の実施例に係るピン６の窒化クロム層はドロップレットを有さないので剥離し難く、また相手部材への攻撃性が低く、層厚を２μｍ以上３０μｍ以下にすることができるので、ローラチェーン１は良好な耐摩耗伸び性を有し、耐摩耗伸び性が長期に亘って良好に維持されることが確認された。

次に、図９に示すようなブシュドチェーン２０で、劣化したエンジンオイルを使用した際の試験の結果について説明する。
一般的に、ピン６とブシュ３の内周との隙間距離ＣＬは、耐摩耗性向上のために小さく設計し、張力付加時の軸受部面圧を低減している。
しかしながら、隙間距離ＣＬを小さくすると、チェーン全体の捩れ性、撓み性が劣り、エンジン組付性の悪化やチェーン自ら負荷を加えることによる強度低下につながる。
また、隙間距離ＣＬを小さくすると、エンジン油に混入したスーツ等が滞留しやすくなり、スーツ等がピンやブシュの内周の表面に損傷を加えることで摩擦係数が増大し、発熱、抵抗、摩耗の増加につながる。
したがって、隙間距離ＣＬは張力付加時の軸受部面圧の低減と、その他の影響の関係を考慮して、用途や使用環境に応じて非常に狭い範囲で厳密に設計されている。

本発明では、表面に摩擦係数が低く、靭性が高い窒化クロム層を適用したことで、隙間距離ＣＬを大きくして軸受部面圧を上げても耐摩耗性の低下を抑制できる。
また、窒化クロム層が相手部材への攻撃性が低く、微細で硬度の高いスーツ等による損傷も少ないことで、隙間距離ＣＬを小さくしてスーツ等が滞留しやすくなっても、スーツ等がピンやブシュの内周の表面に損傷を加えることを抑制し、摩擦係数が増大に伴う発熱、抵抗、摩耗の増加を抑制することができる。
このことで、隙間距離ＣＬの設定の自由度が高く様々な用途や使用環境の変化に柔軟に対応可能となる。
具体的には、ピン６とブシュ３との隙間距離ＣＬが、３０μｍ〜１２０μｍの範囲で問題なく使用できることが確認できた。
また、窒化クロム層の厚さＮとしたとき、６０≧ＣＬ／Ｎ≧２．８で問題なく使用でき、層の厚さが小さくても充分に隙間距離ＣＬを大きくできることが確認できた。

図１０に、ピン６の表面に、従来のクロマイジング処理したチェーンと、本発明の窒化クロム層を設けたチェーンとの劣化したエンジンオイルを使用した際の経時的な摩耗伸びの変化を示す。
隙間距離ＣＬの大小にかかわらず、本発明の窒化クロム層を設けたチェーンの伸びは確実に抑制されている。
また、本発明の窒化クロム層を設けたチェーンで隙間距離ＣＬを大きくとった場合でも、従来のクロマイジング処理したチェーンの隙間距離ＣＬを小さくした場合とほぼ同様の伸びしか発生しておらず、隙間距離ＣＬの設定の自由度が高くなることが確認できる。

図１１に、従来のクロマイジング処理したピンと、本発明の窒化クロム層を設けたピンの表面の状態の写真を示す。
上段のａ、ｂが、従来のクロマイジング処理したピンと、本発明の窒化クロム層を設けたピンの表面の、劣化したエンジンオイルを使用した際の傷の状態、下段のｃ、ｄが、従来のクロマイジング処理したピンと、本発明の窒化クロム層を設けたピンの表面にビッカース硬さ試験を実施した際の圧痕の状態である。
上段のａ、ｂの傷の状態で分かるように、従来のクロマイジング処理したピンでは、表面に傷が多く発生するのに対し、本発明の窒化クロム層を設けたピンでは、摩擦係数が低く、靭性が高いことからほとんど傷が発生しない。
また、下段のｃ、ｄで分かるように、従来のクロマイジング処理したピンでは、圧痕周囲にクラックが発生しているのに対し、本発明の窒化クロム層を設けたピンでは、靭性が高いことからクラックは発生しない。

図１２に、本発明において、窒化クロム層の摺動する表面を粗面化処理した際の、摺動面の摩耗量の結果についてのグラフを示す。
図１２左のグラフは、サイレントチェーンのピンに表面処理し、０Ｗ−１６のスーツを含む劣化オイルを使用して、１００時間運転したときの摩耗量を示すグラフである。
従来の炭化バナジウム層を有するピンを使用した場合に比べ、本発明の窒化クロム層を有するピンでは、ピン、リンクプレートともに摩耗量は極めて小さい。
また、図１２右のグラフは、ブシュチェーンのピンに表面処理し、０Ｗ−１６のスーツを含む劣化オイルを使用して、１００時間運転したときの摩耗量を示すグラフである。
従来の炭化クロム層を有するピンを使用した場合に比べ、本発明の窒化クロム層を有するピンでは、ピンの摩耗量はほぼ同じであるが、対抗面であるブシュの摩耗量が、表面粗さに関わらず小さい。
また、本発明の窒化クロム層を有するピンでは、０．３２μｍまで表面を粗面化しても、従来の炭化クロム層を有するピンの表面粗さ０．１５μｍのものよりも対抗面であるブシュの摩耗量は少なく、スーツがさらに多くなる環境でも充分なスーツの排除効果をそうすることができる。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び特許請求の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、本発明のチェーンは、上述のローラチェーン、ブシュドチェーン、及びサイレントチェーンには限定されない。さらに、タイミングチェーン以外の産業用の動力伝達用チェーンに適用することも可能である。

１ ローラチェーン
２ 内プレート
２ａ ブシュ孔
３ ブシュ
４ ローラ
５ 外プレート
５ａ ピン孔
６、１２ ピン
１０ サイレントチェーン
１１ インナープレート
１３ ガイドプレート
２０ ブシュドチェーン

Claims (8)

1. ピン及びブシュを有する産業用の動力伝達用チェーンであって、
   前記ピン及び前記ブシュの少なくとも一方が、
   鋼系基材と、
   該鋼系基材の外側に形成されており、鉄を０質量％超過５５質量％以下含む、窒化クロム層とを有し、
   前記窒化クロム層の少なくとも他の部品と摺動する表面が、表面粗さＲｋ０．０５μｍ〜０．５μｍの凹凸を有する粗面であり、
   前記ピンと前記ブシュとの隙間距離が、３０μｍ〜１２０μｍであることを特徴とするチェーン。
2. 前記鉄は、前記鋼系基材の表面から外側に向けて徐々に低下する濃度分布を有することを特徴とする請求項１に記載のチェーン。
3. 前記窒化クロム層のクロム及び窒素は、外側から前記鋼系基材の表面に向けて徐々に低下する濃度分布を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のチェーン。
4. 前記鉄の含有量は、１質量％以上４５質量％以下であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のチェーン。
5. 前記窒化クロム層は、２μｍ以上３０μｍ以下の厚みを有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のチェーン。
6. ２本のピンにより連結された一対の外プレートと、２つのブシュにより連結された一対の内プレートとが、前記ブシュに前記ピンが遊嵌された状態で交互に複数連結されているチェーンであることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のチェーン。
7. ２本のピンにより連結された一対の外プレートと、ローラが夫々外嵌された２つのブシュにより連結された一対の内プレートとが、前記ブシュに前記ピンが遊嵌された状態で交互に複数連結されているチェーンであることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のチェーン。
8. 短手方向の一端部にＷ字状に形成された一対のリンク歯と前後一対のピン孔とを有する複数のインナープレートが、チェーンの幅方向に、隣り合う一のインナープレートの一のリンク歯が他のインナープレートの他のリンク歯と重なる状態で、前記ピン孔に挿入されるピンにより屈曲可能に連結されており、前記幅方向の両外側に前記ピンが挿入固定されるガイドプレートが配置されているチェーンであって、
   前記ピン及び前記インナープレートの少なくとも一方が、
   鋼系基材と、
   該鋼系基材の外側に形成されており、鉄を０質量％超過５５質量％以下含む、窒化クロム層とを有し、
   前記窒化クロム層の少なくとも他の部品と摺動する表面が、表面粗さＲｋ０．０５μｍ〜０．５μｍの凹凸を有する粗面であり、
   前記ピンと摺接するインナープレートのピン孔と前記ピンとの隙間距離が、３０μｍ〜１２０μｍであることを特徴とするチェーン。

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