TWI490062B - 含固體潤滑相之鏈條鏈片及其製造方法 - Google Patents

Description

含固體潤滑相之鏈條鏈片及其製造方法

　　本發明係有關於一種含固體潤滑相之鏈條鏈片及其製造方法，尤其是指一種可使鏈條鏈片具有高硬度、高韌性以及自動潤滑之功效，以提高鏈條運轉順暢性、降低運轉產生之噪音，以及延長鏈條之使用壽命者。

　　隨著生活品質的提升，自行車已由傳統的交通代步工具轉變成休閒運動工具，不論自行車是用於交通運輸、娛樂休閒或競速比賽，世界各國的自行車工業都在不斷地改進自行車的各種不同的組件；而在自行車的動力傳輸結構中，鏈條係扮演著舉足輕重的角色，絕大多數之自行車皆係使用鏈條以將騎乘者的踩踏動力傳輸至車輪驅動。

　　請參閱第五圖所示，係為現有鏈條結構之外觀立體圖，係主要由複數內、外鏈片（３１）配合鏈銷（３２）串接成一長條狀鏈條（３）；其中，內、外鏈片（３１）多為低碳鋼板材質所製成，且係具有二半圓形的鏈片端部（３１１）以及一連接二鏈片端部（３１１）之鏈片中段部（３１２），於二鏈片端部（３１１）各設一銷孔（３１３），使該些鏈片（３１）可以成對排列並以鏈銷（３２）穿設於銷孔（３１３）中而組成一具有可撓性的鏈條（３）；而當鏈條組裝完成後，一般需浸漬於高溫且液化之潤滑液中，而當潤滑液回復常溫時即成為濃稠狀之潤滑油，並可均勻地披覆於鏈條上；然，濃稠之潤滑油不單單有潔淨度問題(沾黏人體或衣褲)，意亦會隨著鏈條的使用而消耗減少，不僅使得鏈條之運作不甚順暢，亦造成元件間的快速磨損而導致鏈條鏽蝕的情況發生，進而影響鏈條與齒輪盤間的咬合與變速穩定度，降低整體動力傳遞效率；因此，大多數的騎乘者會於鏈條表面塗上一層潤滑油以可提高鏈條運轉時之順暢性和降低噪音；然，塗佈的潤滑油容易溢散，使得鏈條在潤滑效果上不易持久，需要經常添加潤滑油來維持鏈條運轉時的順暢性和低噪音，在使用上未盡理想。

　　於是，有業者研發一種『具有儲油環的鏈條』，請參閱中華民國新型專利公告第Ｍ２７６９１８號，其主要於鏈條的每一串接單元皆包含有：兩對左右間隔之鏈片、一串接該等鏈片之鏈軸，以及一儲油環，其中該等鏈片包括有一外端部、一與該外端部具有高度差的內端部，以及一銜接在該等內、外端部間的銜接部，其中外端部上設有一外穿孔，以及一圍繞該外穿孔並往另一相對應鏈片突出的外凸緣，而該儲油環即圍繞該鏈軸並介於該等外凸緣間；於實際實施使用時，雖可達到長時間提供鏈軸足夠潤滑油之功效，然，鏈條上之潤滑油會與外來異物（例如：灰塵、污泥、鐵屑等）結合，導致鏈條運轉之順暢度降低；再者，鏈條上之潤滑油容易使騎乘者之褲角或鞋邊沾附油污，造成清洗上的麻煩與不便。

　　此外，亦有業者於鏈片之表面披覆一耐磨層，該耐磨層係是厚度介於０．０１～１０微米之間，且摩擦係數介於０．０１～０．６５之間，並具有高硬度（ＨＶ　９００－９０００）、抗磨耗、表面潤滑度佳、抗氧化、耐腐蝕、附著性佳等特色的類鑽碳（Ｄｉａｍｏｎｄ－Ｌｉｋｅ　Ｃａｒｂｏｎ，ＤＬＣ）膜，請參閱中華民國發明專利公開第２０１０２０４１８號之『耐磨鏈條』；然，上述方法必須於製作完成之鏈片上以化學氣相沉積法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）、物理氣相沉積法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＶＤ）等鍍膜技術再加工形成一耐磨層，進而增加製造上的成本費用。

　　今，發明人即是鑑於上述現有之動力傳輸用鏈條在實際實施上仍具有多處之缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富專業知識及多年實務經驗所輔佐而加以改善，並據此研創出本發明。

　　本發明主要目的為提供一種含固體潤滑相之鏈條鏈片及其製造方法，尤其是指一種可使鏈條鏈片具有高硬度、高韌性以及自動潤滑之功效，以提高鏈條運轉順暢性、降低運轉產生之噪音，以及延長鏈條之使用壽命者。

　　為了達到上述實施目的，本發明人提出一種含固體潤滑相之鏈條鏈片之製造方法，係至少包括下列步驟：首先，準備包括有１～５ｗｔ.％的矽、１～５ｗｔ.％的碳，以及剩餘重量百分比的鐵基材質；接著，將材質加熱使其成為熔融狀態，並進行接種與球化處理；再將熔融狀態之材質鑄入至一對應鏈條鏈片外形之鑄模內；然後，待熔融狀態之材質於鑄模中冷卻定型後，將定型後之半成品脫離鑄模；接著，熱處理半成品使其沃斯田鐵化；之後，對熱處理後之半成品淬入鹽浴爐進行回火處理，使金屬組織中相變態形成具高硬度與高韌性之變韌體組織，其中變韌體組織係至少包括有呈針狀或羽毛狀組織結構之高碳肥粒體、殘留沃斯田體以及固體潤滑相；再將形成變韌體組織之半成品於預定之銷孔位置處鑽孔；最後，於鑽孔後之半成品依預定寬度尺寸規格切割出單一鏈條鏈片成品。

　　如上所述的含固體潤滑相之鏈條鏈片的製造方法，其中沃斯田鐵化之熱處理係以大氣爐將半成品於攝氏８００度至攝氏１０００度之溫度下，進行６０～１２０分鐘。

　　如上所述的含固體潤滑相之鏈條鏈片的製造方法，其中淬入鹽浴爐進行回火處理之方式係將半成品於攝氏２５０度至攝氏４５０度之溫度下淬入鹽浴爐，並持續１０～１８０分鐘。

　　如上所述的含固體潤滑相之鏈條鏈片的製造方法，其中之切割方式可為雷射切割或鋸切其中之一。

　　藉此，金屬組織中的變韌體使得依據本發明所製作之鏈條鏈片具有高硬度以及高韌性等特性，令其在不影響鏈條運轉順暢性的前提下，大幅提高鏈條使用上的抗磨損性，進而相對延長鏈條之使用壽命；再者，變韌體之固體潤滑相（球狀石墨）使得鏈條鏈片具有潤滑性，藉此不僅可維持鏈條運轉時的順暢性，亦不需於鏈條上塗佈潤滑油，避免潤滑油與外來異物結合，導致鏈條運轉之順暢度降低，亦或是使騎乘者之褲角或鞋邊沾附油污，造成清洗上的麻煩與不便。

　　本發明之目的及其結構功能上的優點，將依據以下圖面所示之結構，配合具體實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。
　　首先，請參照第一圖所示，為本發明之含固體潤滑相之鏈條鏈片其製造方法之 較佳實施例的步驟流程圖，係主要包括有如下步驟：

　　步驟一（Ｓ１）：以１００％的組成成份總重量百分比計算，準備包括有１～５ｗｔ.％的矽、１～５ｗｔ.％的碳，以及剩餘重量百分比的鐵基材質；其中，矽原料係具抗氧化之功效，而碳原料係用以形成固體潤滑相，且鐵基材質係含有微量元素；

　　步驟二（Ｓ２）：將材質加熱使其成為熔融狀態，並進行接種與球化處理；其中，接種處理係將碳元素聚集，之後再以球化處理析出固體潤滑相（球狀石墨），於本實施例中，球化劑係可使用氧化鎂系材料；

　　步驟三（Ｓ３）：將熔融狀態之材質鑄入至一對應鏈條鏈片（１）外形之鑄模內，請一併參閱第二圖所示；

　　步驟四（Ｓ４）：待熔融狀態之材質於鑄模中冷卻定型後，將定型後之半成品（２）脫離鑄模；

　　步驟五（Ｓ５）：熱處理半成品（２）使其沃斯田鐵化；其方式係以大氣爐將半成品（２）於攝氏８００度至攝氏１０００度之溫度下，進行６０～１２０分鐘之熱處理；

　　步驟六（Ｓ６）：對熱處理後之半成品（２）淬入鹽浴爐進行回火處理，使金屬組織中相變態形成具高硬度與高韌性之變韌體組織；於本實施例中，係將半成品於攝氏２５０度至攝氏４５０度之溫度下淬入鹽浴爐，並持續１０～１８０分鐘；其中，所形成之變韌體組織至少包含有高碳肥粒體、殘留沃斯田體以及固體潤滑相，且其體積率係分別為６５～８４ｖｏｌ％、１５～３０ｖｏｌ％以及２．０～５．０ｖｏｌ％；其中高碳肥粒體係為針狀或羽毛狀組織結構其中之一；值得注意的，當回火處理的時間太短，變韌體組織會具有低於１０ｖｏｌ％的麻田散體，而若回火時間太長，變韌體組織則會具有低於５ｖｏｌ％的碳化物； 

　　步驟七（Ｓ７）：將形成變韌體組織之半成品（２）於預定之銷孔（１１１）位置處鑽孔；以及

　　步驟八（Ｓ８）：於鑽孔後之半成品（２）依預定寬度尺寸規格切割出單一鏈條鏈片（１）成品，請參閱第三圖所示；其中，切割方式可為雷射切割或鋸切其中之一。

　　再者，於步驟八（Ｓ８）完成後，可進一步於鏈條鏈片（１）之表面進行拋光處理，以有效地使鏈條鏈片（１）表面均勻地產生滑順與亮化的外觀。

　　爰此，本發明製作出一種含固體潤滑相之鏈條鏈片（１），其組成物包含有１～５ｗｔ.％的矽、１～５ｗｔ.％的碳，以及剩餘重量百分比的鐵基材質，且於鏈條鏈片（１）之金屬組織中含有變韌體組織；其中變韌體組織至少包含有高碳肥粒體、殘留沃斯田體以及固體潤滑相，且高碳肥粒體可為針狀或羽毛狀組織結構其中之一；此外，鏈條鏈片（１）之變韌體組織中至少包含有體積率６５～８４ｖｏｌ％之高碳肥粒體、１５～３０ｖｏｌ％之殘留沃斯田體，以及２．０～５．０ｖｏｌ％之固體潤滑相；再者，鏈條鏈片（１）係具有呈圓弧形狀之二端部（１１）以及一連接二端部（１１）之中段部（１２），並於端部（１１）設有一以上述鑽孔方式所形成之銷孔（１１１）。

　　此外，藉由下述製備出含固體潤滑相之鏈條鏈片的具體實施例，可進一步證明本發明之製程可實際應用之範圍，但不意欲以任何形式限制本發明之範圍：

　　首先，將一包含有２．８ｗｔ.％的矽、３．５ｗｔ.％的碳，以及剩餘重量百分比的鐵基材質之組成物，高溫加熱使其成為熔融狀態；之後，將熔融狀態之組成物經由接種與球化後鑄入至一對應鏈條鏈片（１）外形之鑄模內，並於鑄模中冷卻定型，再將定型後之半成品（２）脫離鑄模；接著，將半成品（２）於攝氏９３０度下熱處理１個小時使其組織沃斯田鐵化；然後，將半成品（２）於攝氏４２０度下進行淬鹽處理０．５個小時，使得半成品（２）之金屬組織中形成有變韌體組織，其係包括有針狀或羽毛狀之高碳肥粒體、殘留沃斯田體以及固體潤滑相，以具有高硬度、韌性佳之機械性質，請參閱第四圖所示，為本發明具體實施例製作之含固體潤滑相之鏈條鏈片的金相顯微鏡照片圖；圖中之α符號即為高碳肥粒體，而γ符號係為殘留沃斯田體；此外，於第四圖之金相顯微鏡照片圖中可清楚看到三顆為固體潤滑相（球狀石墨），藉此可不需於鏈條上塗佈潤滑油即可使鏈條具有良好潤滑性，以維持鏈條運轉時的順暢性；在此值得注意的，本發明之含固體潤滑相之鏈條鏈片及其製造方法並不限於自行車鏈條之使用或應用，任何用以傳遞動力之鏈條裝置，皆可適用並包含於本發明。

　　由上述之實施說明可知，本發明與現有技術相較之下，本發明具有以下優點：

1. 本發明之含固體潤滑相之鏈條鏈片藉由組織內的變韌體使其具有高硬度以及高韌性等機械特性，在不影響鏈條運轉順暢性的前提下，大幅提高製成之鏈條的抗磨損性，進而相對延長鏈條之使用壽命。
2. 本發明藉由變韌體組織中之固體潤滑相，使得所製成之鏈條鏈片具有潤滑性，藉此不僅可維持鏈條運轉時的順暢性，亦不需於鏈條上塗佈潤滑油，避免潤滑油與外來異物結合，導致鏈條運轉之順暢度降低，亦或是使騎乘者之褲角或鞋邊沾附油污，造成清洗上的麻煩與不便。
3. 本發明於製造單一鏈條鏈片後即可使其具有高硬度、高韌性以及自動潤滑之功效，與傳統於鏈片表面披覆一耐磨層之技術相較下，本發明無須額外再加工耐磨層之材料與時間費用，於製造成本上相對較具競爭優勢。

　　綜上所述，本發明之含固體潤滑相之鏈條鏈片及其製造方法，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

　　惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

〈本發明〉

(1)．．．鏈條鏈片

(11)．．．端部

(111)．．．銷孔

(12)．．．中段部

(2)．．．半成品

α．．．高碳肥粒體

γ．．．殘留沃斯田體

(S1)．．．步驟一

(S2)．．．步驟二

(S3)．．．步驟三

(S4)．．．步驟四

(S5)．．．步驟五

(S6)．．．步驟六

(S7)．．．步驟七

(S8)．．．步驟八

〈現有〉

(3)．．．鏈條

(31)．．．鏈片

(311)．．．鏈片端部

(312)．．．鏈片中段部

(313)．．．銷孔

(32)．．．鏈銷

第一圖：本發明較佳實施例之製造方法步驟流程圖

第二圖：本發明較佳實施例之半成品切割出單一鏈條鏈片成品之外觀立體示意圖

第三圖：本發明較佳實施例之單一鏈條鏈片之外觀立體示意圖

第四圖：以本發明具體實施例製作之含固體潤滑相之鏈條鏈片的金相顯微鏡照片圖

第五圖：現有鏈條結構之外觀立體圖

(S1)．．．步驟一

(S2)．．．步驟二

(S3)．．．步驟三

(S4)．．．步驟四

(S5)．．．步驟五

(S6)．．．步驟六

(S7)．．．步驟七

(S8)．．．步驟八

Claims (10)

1. ㄧ種含固體潤滑相之鏈條鏈片之製造方法，其包括下列步驟：
   　　步驟一：以１００％的組成成份總重量百分比計算，準備包括有１～５ｗｔ.％的矽、１～５ｗｔ.％的碳，以及剩餘重量百分比的鐵基材質；
   　　步驟二：將該材質加熱使其成為熔融狀態，並進行接種與球化處理；
   　　步驟三：將該熔融狀態之材質鑄入至一對應鏈條鏈片外形之鑄模內；
   　　步驟四：待該熔融狀態之材質於該鑄模中冷卻定型後，將該定型後之半成品脫離該鑄模；
   　　步驟五：熱處理該半成品使其沃斯田鐵化；
   　　步驟六：對熱處理後之半成品淬入鹽浴爐進行回火處理，使金屬組織中相變態形成變韌體組織；
   　　步驟七：將形成變韌體組織之半成品於預定之銷孔位置處鑽孔；以及
   　　步驟八：於鑽孔後之半成品依預定寬度尺寸規格切割出單一鏈條鏈片成品。
2. 如申請專利範圍第1項所述之含固體潤滑相之鏈條鏈片之製造方法，其中該變韌體組織至少包含有高碳肥粒體、殘留沃斯田體以及固體潤滑相。
3. 如申請專利範圍第2項所述之含固體潤滑相之鏈條鏈片之製造方法，其中該高碳肥粒體係為針狀或羽毛狀組織結構其中之一。
4. 如申請專利範圍第1項所述之含固體潤滑相之鏈條鏈片之製造方法，其中該步驟五將該半成品沃斯田鐵化之熱處理係在攝氏８００度至攝氏１０００度之溫度下持續６０～１２０分鐘。
5. 如申請專利範圍第1項所述之含固體潤滑相之鏈條鏈片之製造方法，其中該步驟六進行回火處理之步驟係包括將該半成品於攝氏２５０度至攝氏４５０度之溫度下淬入鹽浴爐，並持續１０～１８０分鐘。
6. 如申請專利範圍第1項所述之含固體潤滑相之鏈條鏈片之製造方法，其中該步驟八之切割方式係為雷射切割或鋸切其中之一。
7. 一種含固體潤滑相之鏈條鏈片，其組成物包含有１～５ｗｔ.％的矽、１～５ｗｔ.％的碳，以及剩餘重量百分比的鐵基材質，於鏈條鏈片之金屬組織中含有變韌體組織，鏈條鏈片係具有二端部以及一連接該二端部之中段部，於該端部設有一銷孔。
8. 如申請專利範圍第7項所述之含固體潤滑相之鏈條鏈片，其中該端部係呈圓弧形狀。
9. 如申請專利範圍第7項所述之含固體潤滑相之鏈條鏈片，其中該變韌體組織至少包含有高碳肥粒體、殘留沃斯田體以及固體潤滑相。
10. 如申請專利範圍第9項所述之含固體潤滑相之鏈條鏈片，其中該高碳肥粒體係為針狀或羽毛狀組織結構其中之一。