KR102203306B1 - 슬라이딩 부재， 및 체인용 링크 및 당해 링크를 구비한 체인 - Google Patents

슬라이딩 부재， 및 체인용 링크 및 당해 링크를 구비한 체인 Download PDF

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Abstract

응착계 모드의 윤활 조건하에서도 내마모성을 향상시킬 수 있는 체인용 링크를 제공한다.
연결 핀(3)을 삽입하기 위한 핀 구멍(22)을 갖는 강제의 사일런트 체인용 링크 플레이트(2)를 구성한다. 핀 구멍(22)의 내주면에는， 열처리(예를 들면 마템퍼 처리)를 실시함으로써 얻어진 경화층이 형성됨과 함께， 경화층의 표층부에는, 당해 경화층의 표면 경도와 동일하거나 또는 그보다 경도가 높은 다수의 경질 입자(hp)가 마텐자이트의 조직 내에 결정 상태로 점재되어 있다. 경질 입자(hp)는， 링크 플레이트재의 강 중에 원래 존재하고 있던 Cr， V， Ti， Nb 중 어느 하나의 원소의 산화물， 탄화물 또는 질화물이다.

Description

슬라이딩 부재， 및 체인용 링크 및 당해 링크를 구비한 체인{SLIDING MEMBER， CHAIN LINK， AND CHAIN COMPRISING SAID LINK}
본 발명은， 응착계 모드의 윤활 조건하에서도 내마모성을 향상시킬 수 있는 슬라이딩 부재， 특히 체인용 링크에 관한 것이다.
사일런트 체인， 롤러 체인 및 리프 체인과 같은 동력 전달용 체인이나， 엔진의 캠샤프트 구동 체인， 오일 펌프 구동 체인， 밸런서 체인 등에 있어서는， 다수의 링크가 연결 핀을 통하여 무단상(無端狀)으로 연결되어 있어， 체인의 운전 시에는 링크가 연결 핀의 둘레를 회전 슬라이딩함으로써 연결 핀 및(또는) 링크의 핀 구멍이 마모된다. 따라서， 종래보다， 연결 핀이나 링크의 핀 구멍의 내마모성을 향상시키기 위한 다양한 방법이 제안되고 있다.
연결 핀의 내마모성의 향상을 도모한 것은， 지금까지 다수가 있으며， 예를 들면， 일본 공개특허공보 소56-41370호， 일본 공개특허공보 평10-169723호， 일본 공개특허공보 2002-195356호， 일본 공개특허공보 2006-336056호， 일본 공개특허공보 2011-122190호 등에 기재되어 있다.
상기 일본 공개특허공보 소56-41370호에 기재된 것에는， 핀 소재에 크로마이징 처리를 실시함으로써 핀 소재의 표면에 크로뮴층을 형성함과 함께， 크로뮴층 내에 탄소， 크로뮴 및 금속 원소가 결합된 금속 탄화물을 다수 점재시키고 있고， 일본 공개특허공보 평10-169723호에 기재된 것에는， 핀 소재의 표면에 크로뮴， 타이타늄， 바나듐， 나이오븀 중 적어도 하나의 원소의 탄화물층을 형성하고 있으며， 일본 공개특허공보 2002-195356호에 기재된 것에는， 핀 소재에 크로뮴 및 바나듐 침투 처리를 실시함으로써 핀 소재의 표면에 바나듐 탄화물 및 크로뮴 탄화물을 포함하는 탄화물층을 형성하고 있고， 일본 공개특허공보 2006-336056호에 기재된 것에는， 핀 소재에 크로뮴 및 바나듐 침투 확산 처리를 실시함으로써 핀 소재의 표면에 2중 바나듐 탄화물층(VxC＋VyC)을 형성하고 있으며， 일본 공개특허공보 2011-122190호에 기재된 것에는， 핀 소재에 침투 처리를 실시함으로써 핀 소재의 표면에 복합 탄화물로 이루어지는 중간층을 통하여 탄화물층을 형성하고 있다.
또， 링크의 핀 구멍의 내마모성의 향상을 도모한 것은， 예를 들면 일본 공개특허공보 2008-223859호에 기재되어 있다.
상기 일본 공개특허공보 2008-223859호에 기재된 것에는， 링크의 핀 구멍 내주면에， 탄소강의 노출면인 저경도면과， 확산 침투 처리에 의한 탄화물층으로 이루어진 고경도면을 형성하고 있다.
또한， 연결 핀 및 링크의 핀 구멍의 내마모성의 향상을 도모한 것은， 예를 들면， 일본 공개특허공보 2000-249196호， 일본 공개특허공보 2003-269550호， 일본 공개특허공보 2005-291349호， 일본 공개특허공보 2006-132637호에 기재되어 있다.
상기 일본 공개특허공보 2000-249196호에 기재된 것에는， 핀 소재에 확산 침투 처리를 실시함으로써 핀 소재의 표면에 금속 탄화물층을 형성함과 함께， 링크 표면에 확산 침투 처리를 실시함으로써 링크 표면에 질화층 또는 금속 탄화물층을 형성하고 있고， 일본 공개특허공보 2003-269550호에 기재된 것에는， 핀 소재에 침투 처리를 실시함으로써 핀 소재의 표면에 바나듐 탄화물 및 크로뮴 탄화물을 포함하는 탄화물층을 형성함과 함께， 링크의 핀 구멍에 마무리 가공을 하고 있고， 일본 공개특허공보 2005-291349호에 기재된 것에는， 핀 소재에 대하여 확산 침투 처리를 실시함으로써 핀 소재의 표면에 경질 탄화물층을 형성하고 또한 당해 경질 탄화물층의 표면에 DLC층을 형성함과 함께, 당해 DLC층을 링크의 핀 구멍의 내주면에 전사하고 있으며， 일본 공개특허공보 2006-132637호에 기재된 것에는， 핀 소재의 표면에 VC층을 형성함과 함께， 링크 표면에 크로마이징 처리를 실시하고 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 소56-41370호(청구범위 참조) 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 평10-169723호(청구항 1 참조) 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 2002-195356호(청구항 1 참조) 특허문헌 4: 일본 공개특허공보 2006-336056호(청구항 1 참조) 특허문헌 5: 일본 공개특허공보 2011-122190호(청구항 1 참조) 특허문헌 6: 일본 공개특허공보 2008-223859호(청구항 1 참조) 특허문헌 7: 일본 공개특허공보 2000-249196호(청구항 1， 3 참조) 특허문헌 8: 일본 공개특허공보 2003-269550호(청구항 1 참조) 특허문헌 9: 일본 공개특허공보 2005-291349호(청구항 1 참조) 특허문헌 10: 일본 공개특허공보 2006-132637호(청구항 1 참조)
그러나， 상기 각 공보에 기재된 것에는， 충분한 오일이 공급되고 있는 윤활 조건하에서는 일정한 효과를 기대할 수 있지만， 오일의 희석화나 공급 오일의 감소， 오일의 점성의 저하， 오일의 열화 등에 의한 유막 파단， 또는 오일 내의 수트(그을음)의 존재에 의한 침식(soot attack)이라는 이른바 응착계 모드의 윤활 조건하에 있어서는， 반드시 양호한 내마모성을 얻지는 못하고 있었다.
본 발명은， 이러한 종래의 실정을 감안하여 이루어진 것으로， 본 발명이 해결하고자 하는 과제는， 응착계 모드의 윤활 조건하에서도 내마모성을 향상시킬 수 있는 슬라이딩 부재 및 체인용 링크를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여， 본원 발명에 관한 발명자들은， 체인 부품， 특히 체인용 링크의 핀 구멍의 내마모성에 관하여， 조성이 상이한 다양한 재료를 이용하여 다양한 응착계 모드의 윤활 조건하에서 시험을 행하여 예의 연구를 진행해 온 결과， 본원 발명을 상도하기에 이르렀던 것이다.
본 발명에 관한 강제(鋼製)의 슬라이딩 부재는， 열처리를 실시함으로써 얻어진 경화층이 그 표면에 형성되어 있고， 경화층의 표층부에는, 당해 경화층의 표면 경도와 동일하거나 또는 그보다 경도가 높은 다수의 경질 입자가 각각 결정 상태로 점재되어 있는 것을 특징으로 하고 있다(청구항 1 참조).
본 발명에 관한 슬라이딩 부재에 의하면， 슬라이딩 부재의 표면에 형성된 경화층의 표층부에 다수의 경질 입자를 점재시키도록 하였으므로， 특히， 오일의 희석화나 공급 오일의 감소， 오일의 점성의 저하， 오일의 열화 등에 의한 유막 파단， 또는 오일 내의 수트의 존재에 의한 침식(soot attack)이라는 이른바 응착계 모드의 윤활 조건하에 있어서， 슬라이딩 부재가 피슬라이딩 부재에 대하여 슬라이딩했을 때에， 경화층의 표층부에 노출된 다수의 경질 입자가 이른바 "앵커 효과"를 발휘하여 그 장소에 머물려고 함으로써， 경질 입자의 주위의 경화층 표층부가 피슬라이딩 부재의 슬라이딩에 의하여 소성 유동을 발생시키는 것을 효과적으로 방지할 수 있고， 그 결과， 슬라이딩 부재의 표면의 응착 마모를 저감시킬 수 있어， 내마모성을 향상시킬 수 있다.
경질 입자는， 열처리 전의 당해 슬라이딩 부재에 원래 포함되어 있던 Cr， V， Ti， Nb 중 어느 하나의 원소의 산화물， 탄화물 또는 질화물이다(청구항 2 참조).
경화층이 마템퍼 처리에 의하여 형성되어， 경질 입자가 수 미크론~수십 미크론의 결정 입도를 갖고， 마텐자이트의 조직 내에 결정 상태로 점재되어 있다(청구항 3 참조).
상기 경화층의 두께가 20~30㎛이다(청구항 4 참조).
경질 입자의 경도가 Hｖ 550~2500으로서， 슬라이딩 부재의 경화층의 표면 경도가 Hｖ 500~600이다(청구항 5 참조).
또， 본 발명에 관한 체인용 링크는， 연결 핀을 삽입하기 위한 핀 구멍을 갖는 강제의 체인용 링크에 있어서， 핀 구멍의 내주면에 열처리에 의하여 얻어진 경화층이 형성되어 있고， 경화층의 표층부에는, 당해 경화층의 표면 경도와 동일하거나 또는 그보다 경도가 높은 다수의 경질 입자가 각각 결정 상태로 점재되어 있는 것을 특징으로 하고 있다(청구항 6 참조).
본 발명에 관한 체인용 링크에 의하면， 핀 구멍 내주면에 형성된 경화층의 표층부에 다수의 경질 입자를 점재시키도록 하였으므로， 특히， 오일의 희석화나 공급 오일의 감소， 오일의 점성의 저하， 오일의 열화 등에 의한 유막 파단, 또는 오일 내의 수트의 존재에 의한 침식(soot attack)이라는 이른바 응착계 모드의 윤활 조건하에 있어서， 링크가 연결 핀에 대하여 슬라이딩했을 때에， 링크의 핀 구멍 내주면의 경화층의 표층부에 노출된 다수의 경질 입자가 이른바 "앵커 효과"를 발휘하여 그 장소에 머물려고 함으로써， 경질 입자의 주위의 경화층 표층부가 연결 핀의 외주면의 슬라이딩에 의하여 소성 유동을 발생시키는 것을 효과적으로 방지할 수 있고， 그 결과， 링크의 핀 구멍 내주면의 응착 마모를 저감시킬 수 있어, 내마모성을 향상시킬 수 있다.
상기 체인용 링크를 구비한 체인에 있어서， 연결 핀에는， Cr， V， Ti， Nb， W 중 어느 1개 또는 2개 이상의 원소의 탄화물 또는 질화물로 이루어지는 경화층이 형성되어 있고, 당해 경화층의 표면 경도가， 경질 입자의 경도와 동일하거나 또는 그보다 높게 되어 있다(청구항 7 참조).
이상과 같이， 본 발명에 의하면， 슬라이딩 부재의 표면(또는 링크의 핀 구멍의 내주면)에 형성된 경화층의 표층부에 다수의 경질 입자를 점재시키도록 하였으므로， 특히， 오일의 희석화나 공급 오일의 감소， 오일의 점성의 저하， 오일의 열화 등에 의한 유막 파단, 또는 오일 내의 수트의 존재에 의한 침식(soot attack)이라는 이른바 응착계 모드의 윤활 조건하에 있어서， 슬라이딩 부재(또는 링크)가 피슬라이딩 부재(또는 연결 핀)에 대하여 슬라이딩했을 때에， 경화층의 표층부에 노출된 다수의 경질 입자가 이른바 "앵커 효과"를 발휘하여 그 장소에 머물려고 함으로써， 경질 입자의 주위의 경화층 표층부가 피슬라이딩 부재(또는 연결 핀)의 슬라이딩에 의하여 소성 유동을 발생시키는 것을 효과적으로 방지할 수 있고， 그 결과， 슬라이딩 부재의 표면(또는 링크의 핀 구멍의 내주면)의 응착 마모를 저감시킬 수 있어, 내마모성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 링크 플레이트를 채용하는 사일런트 체인의 평면 개략 부분도이다.
도 2는 사일런트 체인(도 1)의 정면 개략 부분도이다.
도 3은 링크 플레이트(도 1)의 정면 확대도이다.
도 4는 링크 플레이트(도 1)의 프레스 블랭킹 가공 공정을 설명하기 위한 도이다.
도 5는 링크 플레이트(도 1)의 핀 구멍 단면의 전자 현미경 사진이다.
도 6은 종래의 링크 플레이트의 핀 구멍 단면의 전자 현미경 사진이다.
도 7은 사일런트 체인 마모 시험 장치의 개략 구성을 시험 조건과 함께 나타내는 도이다.
도 8은 마모 시험 장치(도 7)에 의한 마모 시험 결과를 나타내는 그래프로서， 각종 시험 모드하에서 본 발명의 링크 플레이트(L) 및 핀(P)의 마모량을 종래의 링크 플레이트(L) 및 핀(P)의 마모량과 대비하여 나타내고 있다.
도 9는 도 8의 각종 시험 모드하에 있어서 본 발명의 사일런트 체인의 신장을 종래의 사일런트 체인의 신장과 대비하여 나타내고 있다.
도 10은 사일런트 체인의 운전 시에 있어서， 본 발명에 의한 링크 플레이트 및 연결 핀의 슬라이딩 접촉 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
이하， 본 발명의 실시예를 첨부 도면에 근거하여 설명한다.
도 1 내지 도 5는， 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 도이다. 여기에서는， 슬라이딩 부재로서， 사일런트 체인의 링크 플레이트를 예를 들어 설명한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이， 사일런트 체인(1)은， 각각 한 쌍의 치부(齒部)(21) 및 핀 구멍(22)을 갖는 다수의 링크 플레이트(2)를 두께 방향(도 1 상하 방향， 도 2 종이면 수직 방향) 및 길이 방향(도 1， 도 2 좌우 방향)으로 적층함과 함께， 각 핀 구멍(22) 내에 삽입된 연결 핀(3)에서 각 링크 플레이트(2)를 피버팅 가능하게 또한 무단상으로 연결함으로써 구성되어 있다. 링크 플레이트(2)의 최외측에는， 도시하지 않는 체인 가이드나 텐셔너암에 대하여 당해 사일런트 체인의 가이드 기능을 갖는 가이드 링크(4)가 배치되어 있고， 가이드 링크(4)의 핀 구멍(41) 내에는， 연결 핀(3)의 단부가 고정되어 있다.
링크 플레이트(2)의 각 치부(21)는， 도 3에 나타내는 바와 같이， 각각 내측 플랭크면(21a) 및 외측 플랭크면(21b)으로 구성되어 있으며， 각 내측 플랭크면(21a)은 크로치부(21c)로 연결되어 있다. 또， 링크 플레이트(2)의 각 치부(21)의 역측에는， 배면(23)이 마련되어 있다. 또한， 여기에서는， 링크 플레이트(2)의 핀 구멍(22)으로서， 원 형상의 구멍의 예를 나타냄과 함께， 연결 핀(3)으로서， 횡단면 원 형상(즉 원기둥 형상)의 핀의 예를 나타내고 있다. 또， 가이드 링크로서， 그 배면측에 크로치부(42)가 형성된 이른바 저강성 가이드를 예로 들고 있다.
링크 플레이트(2)를 구성하는 탄소강재로서는， 예를 들면 표 1에 나타내는 바와 같은 화학 조성을 갖는 크로뮴 몰리브데넘강의 일종이 이용된다. 동일 표에 있어서， 하단의 각 숫자는， 상단의 각 화학 성분의 비율을 ％로 나타내고 있다. 동일 표에 나타내는 바와 같이， 이 탄소강재는， 탄소(C)， 규소(Si)， 망가니즈(Mn)， 인(P)， 황(S)， 구리(Cu)， 니켈(Ni)， 크로뮴(Cr) 및 몰리브데넘(Mo)을 포함하고 있으며， 종래의 일반적인 크로뮴 몰리브데넘강에 비하여， 탄소함유량이 많게 되어 있다.

C
Si
Mn
P
S
Cu
Ni
Cr
Mo

0.54
0.20
0.36
0.012
0.002
0.02
0.03
1.06
0.25
표 2는， 표 1의 탄소강재의 각 화학 성분의 비율을 최솟값과 최댓값의 범위로 나타낸 것이다. 표 2의 하단 중， 상측의 숫자가 최솟값을， 하측의 숫자가 최댓값을 나타내고 있다. 본 실시예에서 사용되는 탄소강재의 각 화학 성분의 비율로서는， 적어도， 표 2에 나타낸 범위에 있는 것이 적합하다고 할 수 있다.

C
Si
Mn
P
S
Cu
Ni
Cr
Mo
0.52
|
0.58		 0.15
|
0.35		 0.30
|
0.50		 －
|
0.016		 －
|
0.020		 －
|
0.20		 －
|
0.25		 0.90
|
1.20		 0.20
|
0.40
여기에서， 참고로， 종래의 링크 플레이트를 구성하는 탄소강재인 기계 구조용 탄소강의 화학 조성을 표 3에 나타낸다. 표 1과 동일하게， 표 3에 있어서， 하단의 각 숫자는， 상단의 각 화학 성분의 비율을 ％로 나타내고 있다. 동일 표에 나타내는 바와 같이， 이 탄소강재는， 탄소(C)， 규소(Si)， 망가니즈(Mn)， 인(P)， 황(S) 외에， 소량의 크로뮴(Cr)을 포함하고 있다.

C
Si
Mn
P
S
Cu
Ni
Cr
Mo

0.55
0.21
0.78
0.019
0.005
－
－
0.07
－
또， 표 4는， 표 3의 탄소강재의 각 화학 성분의 비율을 최솟값과 최댓값의 범위로 나타낸 것으로， 동일 표의 하단 중， 상측의 숫자가 최솟값을， 하측의 숫자가 최댓값을 나타내고 있다.

C
Si
Mn
P
S
Cu
Ni
Cr
Mo
0.51
|
0.55		 0.15

0.25		 0.75
|
0.95		 －
|
0.020		 －
|
0.010
－
－		 0.05
|
0.10
－
링크 플레이트(2)의 외형 및 핀 구멍은， 표 1 또는 표 2에 나타내는 바와 같은 화학 조성을 갖는 탄소강제의 띠강을 프레스 블랭킹 가공함으로써 형성된다. 도 4는， 이러한 프레스 블랭킹 가공의 일례를 나타내는 공정도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이， 띠강의 블랭크재(B)를 화살표 방향으로 반송하여， 동일 도면 좌방에 마련된 가공 위치(도시하지 않음)로 이동시키면서， 순서대로 (a)~(c)의 프레스 블랭킹 가공을 행한다. 또한， 동일 도면 중， 사선 부분은， 스트리퍼(스크랩)되는 부분을 나타내고 있다.
먼저， 도 4 중의 제1 공정(a)에 있어서， 사선 부분(S1)을 펀칭함으로써(피어싱함)으로써， 링크 플레이트의 핀 구멍(22)으로 이루어지는 한 쌍의 구멍을 뚫는다. 다음으로， 제2 공정(b)에 있어서， 사선 부분(S2)을 펀칭함으로써， 링크 플레이트의 배부(背部)를 구성하는 배면(23)을 형성한다. 다음으로， 제3 공정(c)에 있어서， 사선 부분(S3)을 펀칭함으로써， 링크 플레이트의 각 치부(21)로 이루어지는 대략 W자 형상의 면을 형성한다. 그리고， 도시하지 않지만， 마지막 공정에 있어서， 링크 플레이트의 좌우의 견부(肩部)를 구멍을 뚫음으로써， 링크 플레이트가 블랭크재(B)로부터 취출되게 된다.
또한， 여기에서의 상세한 설명은 생략하지만， 필요에 따라， 링크 플레이트의 프레스 블랭킹 가공 공정에 있어서， 셰이빙 공구나 바니시 공구를 이용함으로써， 링크 플레이트의 핀 구멍(22)이나 치부(21)， 배면(23)에 대하여， 면 조도를 향상시키기 위한 셰이빙 가공이나 바니시 마무리 가공이 실시된다.
프레스 블랭킹 가공되어 블랭크재(B)로부터 취출된 링크 플레이트는， 다음 공정에 있어서 열처리된다.
여기에서, 일반적으로, "열처리"라는 용어는, 금속을 어느 온도까지 가열시킨 후, 냉각하여 원하는 금속 조직으로 개질하는 조작을 의미하고 있으며, ??칭, 템퍼링, 어닐링, 노멀라이징, 마템퍼 등의 처리를 포함하고 있지만, 본 명세서 중에서 사용하는 "열처리"에는, 크로마이징이나 바나다이징 등과 같이, 금속의 외부로부터 Cr이나 V 등의 원소를 금속의 내부로 확산 침투시키는 것과 같은 처리는 포함하지 않는 것으로 한다.
본 실시예에 있어서는， 링크 플레이트는 마템퍼 처리되어 있다. 이 마템퍼 처리의 조건은 이하와 같다.
1) 가열 온도： 890℃
2) 가열 시간： 38min.
3) CP값： 0.55
4) 염 템퍼 온도： 280℃
5) 염 템퍼 시간： 70min.
종래의 링크 플레이트에 대해서도 마템퍼 처리가 행해지고 있지만， 그 조건은， 본 실시예의 경우와 달리， 이하와 같다.
1) 가열 온도： 850℃
2) 가열 시간： 38min.
3) CP값： 0.50
4) 염 템퍼 온도： 280℃
5) 염 템퍼 시간： 70min.
양자를 비교하면 알 수 있는 바와 같이， 본 실시예에 있어서는， 종래의 마템퍼 처리와 비교하여， 가열 온도가 높고 또한 분위기 CP값이 높게 되어 있다.
마템퍼 처리 후， 링크 플레이트는， 혼전기에 넣어져 배럴 연마된다.
다음으로， 배럴 연마 후의 링크 플레이트를 핀 구멍을 통과하는 단면으로 절단하여， 그 절단면을 전자 현미경으로 촬영한 사진(반사 전자상)을 도 5에 나타낸다. 동일 도면에 있어서， 상부의 검은 띠 형상의 부분은， 절단된 링크 플레이트를 유지하기 위한 수지 부재이며， 수지 부재와의 경계면에 있어서 좌우 방향으로 뻗는 면이 핀 구멍의 내주면이다.
도 5에는, 링크 플레이트의 경화층 및 그 하층의 심부(芯部)(모재)의 단면이 나타나 있으며, 동일 도면에는 명확하게 나타나 있지 않지만, 경화층의 두께는 약 20㎛이다. 경화층의 두께로서는 20~30㎛이면 된다. 경화층의 표층부(즉 핀 구멍 내주면 근방 영역)에 있어서 원 또는 타원으로 둘러싼 개소에는, 그 주위에 비하여 거무스름한 영역이 다수 점재되어 있다. 이들은, 경화층의 표면 경도보다 경도가 높은 경질 입자의 결정으로， 본 실시예에서는, 크로뮴(Cr)의 산화물(CrxOy)이라고 생각된다. 이들 크로뮴 산화물은, 마템퍼 처리 시에 CP 0.55의 노(爐) 분위기 내의 산소성분이 링크 플레이트 내에 원래 존재하고 있던 크로뮴과 결합하여 발생한 석출물이라고 추측된다. 각 경질 입자의 결정 입도는, 수 미크론~수십 미크론이다.
한편， 종래의 링크 플레이트의 핀 구멍을 통과하는 단면의 전자 현미경 사진(반사 전자상)을 도 6에 나타낸다. 동일 도면에는 명확하게 나타나 있지 않지만, 종래의 링크 플레이트에 있어서도, 경화층의 두께는 약 20㎛이다. 종래의 링크 플레이트의 경화층의 표층부(즉 핀 구멍 내주면 근방 영역)에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 그 주위 영역에 비하여 거무스름하고 또한 경도가 높고 그리고 표층부에 다수 점재되는 것과 같은 경질 입자의 결정 영역은 보이지 않는다. 또한, 도 6 중, 경화층의 표층부에 몇 개 드물게 보이는 거무스름한 영역은， 마템퍼 처리되기 전부터(즉 강 생성 시에) 이미 링크 플레이트재에 존재하고 있던 개재물이라고 추측된다.
또， 본 실시예에 의한 링크 플레이트에 있어서， 경질 입자의 경도는， 링크 플레이트의 경화층의 표면 경도와 동일해도 된다. 구체적으로는， 경질 입자의 경도 및 링크 플레이트 경화층의 표면 경도는 이하와 같다.
a) 경질 입자의 경도： Hｖ 550~2500
b) 링크 플레이트 경화층의 표면 경도： Hｖ 500~600
한편， 연결 핀(3)에는， 크로뮴(Cr)， 바나듐(V)， 타이타늄(Ti)， 나이오븀(Nb) 또는 텅스텐(W) 중 어느 1개 또는 2개 이상의 원소의 탄화물 또는 질화물로 이루어지는 경화층이 형성되어 있다. 바람직하게는， 연결 핀(3)의 경화층의 표면 경도는， 경질 입자의 경도와 동일하거나 또는 그보다 높게 되어 있다. 구체적으로는， 경화층이 예를 들면 크로뮴 탄화물층인 경우， 경화층의 경도는 Hｖ 600~1700이며， 경화층이 예를 들면 바나듐 탄화물층인 경우는， 경화층의 경도는 Hｖ 2400~2500이다.
다음으로， 상술한 링크 플레이트 및 연결 핀으로 이루어지는 사일런트 체인을 이용한 마모 시험 방법에 대하여 설명한다.
또한， 여기에서는， 연결 핀으로서， 경화층에 바나듐 탄화물층이 형성된 이른바 VC핀을 채용한 예를 나타낸다.
마모 시험은， 도 7에 그 개략 구성을 시험 조건과 함께 나타내는 마모 시험 장치에 의하여 행해졌다. 동일 도면에 나타내는 바와 같이， 이 마모 시험 장치는， 이격 배치된 구동축(D1) 및 종동축(D2)에 모두 치수(齒數) 23매의 스프로킷(S1， S2)을 장착하여 구성되어 있으며， 이들 스프로킷(S1， S2)에 시험용의 사일런트 체인(C)이 감겨 있다.
마모 시험 장치의 구동축(D1) 및 종동축(D2)의 회전수는 모두 3000rpm으로서， 체인 장력은 2000N이다. 윤활유의 유온은 120℃이고， 유량은 매분 0.5 리터이다. 윤활유는， 모의 수트가 들어있는 오일 0.4％를 포함하는 저점도 오일을 사용했다. 보다 상세하게는， 모의 수트가 들어있는 오일 0.4％를 포함하는 10W-30의 윤활유， 및 모의 수트가 들어있는 오일 0.4％를 포함하는 0W-20의 윤활유를 각각 이용한 2종류의 시험 조건 외에， 실기(實機) 파이어링 조건하에서도 마모 시험을 행했다. 마모 시험은， 체인 사이클로서 450만 사이클(즉 체인 총회전수로서 450만 사이클)을 행했다.
상기 마모 시험 장치에 의한 마모 시험 후의 시험 결과를 도 8 및 도 9에 나타낸다. 각 도에는， 상술한 바와 같이， 10W-30의 윤활유＋모의 수트， 0W-20의 윤활유＋모의 수트， 및 실기 파이어링 시험이라는 3종류의 시험 모드로 나누어 마모 시험 결과가 나타나 있다. 도 8은， 링크 플레이트(L)의 핀 구멍 및 핀(P)의 각각의 마모량을 본 발명품 및 종래품에서 대비하면서 나타내고 있으며， 도 9는， 사일런트 체인의 신장을 본 발명품 및 종래품에서 대비하면서 나타내고 있다.
도 8 중, 본 발명품의 링크 플레이트(L)란， 상술한 경질 입자를 포함하는 링크 플레이트이며, 종래품의 링크 플레이트(L)란， 경질 입자를 포함하지 않는 종래의 링크 플레이트이다. 또, 도 8 중, 본 발명품 및 종래품에 있어서의 연결 핀(P)이란， 모두 VC핀이다. 한편, 도 9 중, 본 발명품의 사일런트 체인이란, 상술한 경질 입자를 포함하는 링크 플레이트 및 VC핀으로 이루어지는 사일런트 체인이며, 종래품의 사일런트 체인이란, 경질 입자를 포함하지 않는 종래의 링크 플레이트 및 VC핀으로 이루어지는 사일런트 체인이다.
도 8에서 알 수 있는 바와 같이， 10W-30의 윤활유＋모의 수트， 0W-20의 윤활유＋모의 수트， 및 실기 파이어링 시험 중 어느 시험 모드에 있어서도， 본 발명품의 링크 플레이트(L)가 종래품의 링크 플레이트(L)보다 핀 구멍의 마모량이 적었다. 보다 상세하게는， 10W-30의 윤활유＋모의 수트의 시험 모드하에서는， 본 발명품이 종래품보다 핀 구멍 마모량이 약 48％ 감소하고， 0W-20의 윤활유＋모의 수트의 시험 모드하에서는， 본 발명품이 종래품보다 핀 구멍 마모량이 약 60％ 감소하며， 실기 파이어링 시험의 시험 모드하에서는， 본 발명품이 종래품보다 핀 구멍 마모량이 약 36％ 감소했다. 또한， 핀(P)의 마모량에 관해서는， 어느 시험 모드하에서도 양자에 거의 차는 없었다.
또， 도 9에서 알 수 있는 바와 같이， 체인 신장에 관해서는， 어느 시험 모드에 있어서도， 본 발명품의 사일런트 체인이 종래품의 사일런트 체인보다 신장이 적었다. 이것은， 도 8의 결과로부터도 쉽게 유추할 수 있다. 보다 상세하게는， 10W-30의 윤활유＋모의 수트의 시험 모드하에서는， 본 발명품이 종래품보다 체인 신장이 약 41％ 감소하고， 0W-20의 윤활유＋모의 수트의 시험 모드하에서는， 본 발명품이 종래품보다 체인 신장이 약 48％ 감소하며， 실기 파이어링 시험의 시험 모드하에서는， 본 발명품이 종래품보다 체인 신장이 약 22％ 감소했다.
다음으로， 도 10은， 사일런트 체인의 운전 시에 있어서， 본 발명에 의한 링크 플레이트 및 연결 핀의 슬라이딩 접촉 상태를 확대하여 모식적으로 나타낸 것이다. 동일 도면에 나타내는 바와 같이， 링크 플레이트의 핀 구멍(22)의 내주면 근방 영역(즉 경화층의 표층부)에는， 다수의 경질 입자(hp)가 점재되어 있다. 각 경질 입자(hp)는， 핀 구멍 내주면의 둘레 방향(도 10 좌우 방향) 및 핀 구멍 내주면의 원통면을 따르는 방향(동일 도면 종이면 수직 방향)뿐만 아니라， 핀 구멍(22)의 법선 방향 즉 핀 구멍 내주면으로부터 모재로 진입하는 방향(동일 도면 하 방향)으로 서로 불규칙한 간격으로 점재되어 있다. 링크 플레이트의 핀 구멍(22)에는， 연결 핀(3)이 삽입되어 있다. 여기에서는， 도시의 편의상， 링크 플레이트(2)의 핀 구멍(22)의 내주면 및 연결 핀(3)의 외주면(30)을 곡선이 아니라 직선으로 그리고 있다. 연결 핀(3)의 외주면(30)과 핀 구멍(22)의 내주면의 사이에는， 클리어런스(C)가 형성되어 있다. 연결 핀(3)의 외주면(30)에는， 외방으로 돌출되는 다수의 볼록부(30a)가 형성되어 있지만， 이들 볼록부(30a)는 외주면(30)의 면 조도를 과장하여 그린 것이다. 또， 연결 핀(3) 및 핀 구멍(22) 간의 클리어런스(C)에는， 수트(s)가 존재하고 있는 상태가 나타나 있다.
상술한 마모 시험에 있어서， 본 발명품이 종래품보다 링크 플레이트의 핀 구멍 마모량이 현저하게 감소한 이유에 대하여， 도 10을 이용하여 설명한다.
사일런트 체인의 운전 시에는， 사일런트 체인이 스프로킷의 둘레를 회전할 때에 링크 플레이트(2)가 관절 운동을 반복함으로써， 링크 플레이트(2)가 연결 핀(3)의 둘레를 회전 슬라이딩한다(도 10 중의 흰색 화살표 참조).
이 때， 연결 핀(3) 및 핀 구멍(22) 간의 클리어런스(C)에 충분한 양의 오일이 공급되어 있는 경우에는， 링크 플레이트(2)가 연결 핀(3)의 둘레를 회전 슬라이딩했을 때에 링크 플레이트(2)의 핀 구멍(22)의 내주면이 응착 마모를 발생시키는 것을 방지할 수 있다. 한편， 공급 오일의 감소나 오일의 희석화， 오일의 점성의 저하， 오일의 열화 등에 의하여， 클리어런스(C)에 유막 파단이 발생한 경우， 또는 연결 핀(3) 및 핀 구멍(22)에 대하여 오일 내의 수트(s)에 의한 침식(soot attack)이 발생한 경우에는， 링크 플레이트(2)의 핀 구멍(22)의 내주면이 연결 핀(3)의 외주면(30)에 직접 또는 수트(s)를 통하여 접촉하여 소성 유동을 발생시킴으로써， 핀 구멍 내주면이 응착 마모를 발생시킬 우려가 있다.
그런데， 본 실시예에 있어서는， 상술한 바와 같이， 링크 플레이트(2)의 핀 구멍 내주면의 경화층의 표층부에 다수의 경질 입자(hp)를 점재시키도록 하였으므로， 유막 파단이나 수트(s)에 의한 침식을 포함하는 이른바 응착계 모드의 윤활 조건하에 있어서， 핀 구멍(22)이 연결 핀(3)의 외주면에 대하여 슬라이딩했을 때， 핀 구멍 내주면에 노출된 다수의 경질 입자(hp)가 이른바 "앵커 효과"를 발휘하여 그 장소에 머물려고 함으로써， 경질 입자(hp)의 주위의 경화층 표층부가 연결 핀(3)의 슬라이딩에 의하여 소성 유동을 발생시키는 것을 효과적으로 방지할 수 있고(도 10 중의 핀 구멍 내주면 상의 화살표 참조)， 그 결과， 핀 구멍(22)의 내주면의 응착 마모를 저감시킬 수 있어， 내마모성을 향상시킬 수 있다.
또한， 경질 입자(hp)는， 핀 구멍 내주면의 표층부뿐만 아니라 핀 구멍 단면의 깊이 방향에도 존재하고 있으므로， 핀 구멍 내주면의 표층부가 마모되어 표층부의 경질 입자(hp)가 박리된 경우에는， 핀 구멍 단면의 깊이 방향에 존재하고 있던 경질 입자(hp)가 핀 구멍 내주면의 표층부로 노출되게 되어， 새롭게 "앵커 효과"를 발휘한다. 이와 같이 하여， 핀 구멍 내주면의 표층부의 소성 유동을 방지할 수 있고， 그 결과， 핀 구멍 내주면의 응착 마모를 저감시킬 수 있어， 내마모성을 향상시킬 수 있다.
상기 실시예에서는， 링크 플레이트의 핀 구멍으로서 원 형상의 구멍을 이용함과 함께， 연결 핀으로서 횡단면 원 형상의 핀을 이용한 예를 나타냈지만， 본 발명은， 그 외의 임의의 형상의 핀 구멍 및 연결 핀에도 적용 가능하다.
상기 실시예에서는， 강제 재료로서 크로뮴 몰리브데넘강의 일종을 채용함과 함께， 경질 입자로서 크로뮴 산화물을 채용한 예를 나타냈지만， 본 발명의 적용은 이에 한정되지 않고， 크로뮴 탄화물이나 크로뮴 질화물이어도 된다. 또， 강제 재료로서는， 바나듐， 타이타늄 또는 나이오븀을 포함하는 강(예를 들면 바나듐강， 타이타늄 합금 또는 나이오븀강)을 채용하도록 해도 되고， 경질 입자로서는， 각 강의 내부에 원래 포함되어 있던 바나듐(V)， 타이타늄(Ti) 또는 나이오븀(Nb)의 산화물， 탄화물 또는 질화물이어도 된다.
상기 실시예에서는， 본 발명에 의한 링크 플레이트가 사일런트 체인에 적용된 예를 나타냈지만， 본 발명은， 롤러 체인용의 링크 플레이트 및 리프 체인용의 링크 플레이트에도 동일하게 적용할 수 있고， 또한 체인용 링크 플레이트뿐만 아니라， 서로 슬라이딩하는 슬라이딩 부재에도 적용 가능하다.
산업상 이용가능성
본 발명은， 사일런트 체인， 롤러 체인 및 리프 체인과 같은 동력 전달용 체인이나， 엔진의 캠샤프트 구동 체인， 오일 펌프 구동 체인， 밸런서 체인 등에 있어서， 특히， 연결 핀에 의하여 무단상으로 연결되는 링크에 적합하다.
1 사일런트 체인
2 링크 플레이트(슬라이딩 부재)
22 핀 구멍
3 연결 핀
hp 경질 입자

Claims (8)

  1. 강제의 슬라이딩 부재로서,
    상기 슬라이딩 부재의 외측으로부터 표면 안으로 원소를 도입함 없이 열처리를 실시함으로써 얻어진 경화층이 상기 슬라이딩 부재의 표면에 형성되고, 상기 경화층의 표면 경도와 동일하거나 또는 그보다 경도가 높은 다수의 경질 입자들이 상기 경화층의 표층부에 결정 상태로 점재되며,
    상기 경질 입자들은 상기 열처리 전에 상기 슬라이딩 부재에 원래 포함되어 있던 Cr, V, Ti 또는 Nb로부터의 어느 하나의 원소의 산화물, 탄화물, 또는 질화물 중 적어도 하나이고,
    상기 경화층의 두께는 20~30㎛인, 슬라이딩 부재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경화층은 마템퍼 처리(martempering)에 의해 형성되고,
    상기 경질 입자들은 수 미크론 내지 수십 미크론의 결정 입도를 가지며, 마텐자이트(martensite)의 조직 내에 결정 상태로 점재되는, 슬라이딩 부재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 경질 입자들의 경도는 Hv 550~2500이고, 상기 슬라이딩 부재의 상기 경화층의 표면 경도는 Hv 500~600인, 슬라이딩 부재.
  4. 복수의 연결 핀들을 삽입하기 위한 복수의 핀 구멍들을 갖는 강제의 체인용 링크로서,
    상기 복수의 핀 구멍들 각각의 내주면은 상기 핀 구멍의 외측으로부터 내주면 안으로 원소를 도입함 없이 열처리를 실시함으로써 형성되는 경화층을 포함하고, 상기 경화층에서 상기 경화층의 경도와 동일하거나 또는 그보다 경도가 높은 다수의 경질 입자들이 상기 경화층의 표면 상에 결정 상태로 점재되며,
    상기 경질 입자들은 상기 열처리 전에 상기 체인용 링크에 원래 포함되어 있던 Cr, V, Ti 또는 Nb로부터의 어느 하나의 원소의 산화물, 탄화물, 또는 질화물 중 적어도 하나인, 체인용 링크.
  5. 경화된 강제의 슬라이딩 부재를 제조하기 위한 방법으로서,
    강제의 슬라이딩 부재를 준비하는 단계; 및
    상기 강제의 슬라이딩 부재의 외측으로부터 표면 안으로 원소를 도입함 없이 상기 강제의 슬라이딩 부재에 열처리를 실시하는 단계;를 포함하여,
    상기 강제의 슬라이딩 부재의 표면 상에 경화층이 형성되고, 상기 경화층에서 다수의 경질 입자들이 상기 경화층의 표면 상에 결정 상태로 점재되며, 상기 경질 입자들은 상기 경화층의 경도와 동일하거나 또는 그보다 높은 경도를 가지고,
    상기 경질 입자들은 상기 열처리 전에 상기 슬라이딩 부재에 원래 포함되어 있던 Cr, V, Ti 또는 Nb로부터의 어느 하나의 원소의 산화물, 탄화물, 또는 질화물 중 적어도 하나인, 슬라이딩 부재 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 경화층은 마템퍼 처리(martempering)에 의해 형성되고,
    상기 경질 입자들은 수 미크론 내지 수십 미크론의 결정 입도를 가지며, 마텐자이트(martensite)의 조직 내에 결정 상태로 점재되는, 슬라이딩 부재 제조 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 경화층의 두께는 20~30㎛인, 슬라이딩 부재 제조 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 경질 입자들의 경도는 Hv 550~2500이고, 상기 슬라이딩 부재의 상기 경화층의 표면 경도는 Hv 500~600인, 슬라이딩 부재 제조 방법.
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