WO2004109153A1

WO2004109153A1 - チェーン用ピン及びその製造方法

Info

Publication number: WO2004109153A1
Application number: PCT/JP2004/007511
Authority: WO
Inventors: Yoshio Okumura; Akira Fujiwara
Original assignee: Daido Kogyo Co.,Ltd.; Honda Motor Co.,Ltd.
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2004-12-16
Also published as: US20060162819A1; CN100394067C; JP2004360755A; CN1802524A; MY148929A; TWI329715B; EP1635087A4; BRPI0411097A; JP4401108B2; US7695575B2; TW200502497A; EP1635087B1; EP1635087A1

Abstract

　本発明のチェーン用ピン製造方法は、ピン母材としてＣｒリッチな鋼材を用い、ＶＣｌ雰囲気中の拡散浸透処理により、まず母材中のＣｒ，Ｃにより（Ｖ，Ｃｒ）8 Ｃ7 からなる境界部を形成し、その後Ｖ8 Ｃ7 からなる表面層を形成するという１ステップの熱処理からなる。境界部のＣｒ含有率は母材及び表面層に向けて漸減し、明確に区画されない。従って、中間層をクロム炭化物層とし表面層をバナジウム・クロム炭化物の混合層として、熱処理が２ステップ必要であった従来のチェーン用ピン製造方法に比べて、本発明の製造方法はシンプルで、耐摩耗性が高く、タイミングチェーン等の苛酷な環境での使用に適したピンの製造が可能になる。

Description

明細書

チェーン用ピン及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、サイレントチェーン、ローラチェーン等の動力伝達用チェーンに用いられるピンに係り、特にエンジン内に用いられるチェーン用として好適であり、詳しくはチェーン用ピン及びその製造方法に関する。

^景技術

[0002] 一般に、サイレントチェーンは、ピンとリンクプレートの間、ローラチェーンは、ピンとブッシュとの間に、相対回転摺動を生じ、ピンが摩耗する。該ピンの摩耗を減少するため、ピン表面に各種の表面処理が施されている。

[0003] 従来、表面処理したピンとして、ピン表面にクロム炭化物層を形成したピン (以下クロマイジングピンという）と、ピン表面にバナジウム炭化物層を形成したピン (以下 VC ピンという）が知られている。高面圧が繰り返される使用環境下にあっては、上記クロマイジングピンは、クロム炭化物層の表面に剥離が生じ、また VCピンの場合は、バナジゥム炭化物層と母材 (ピン素材）との間の境界面に剥離が起る場合があることから、クロム炭化物は、母材との密着性 (結合性）は良いが面圧強度が低ぐ一方バナジゥム炭化物は、面圧強度は高レ、が母材との密着性は低レ、と考察されてレ、る。

[0004] 上記考察結果に基づき、日本特開 2002 - 195356号公報には、高面圧下において耐摩耗性を向上する目的で、鋼からなるピン母材表面に、クロム浸透拡散処理を行うことによりクロム炭化物を形成し、更にその上に、クロム浸透拡散処理の際の温度より高温で、バナジウム浸透拡散処理を行うことにより、前記クロム炭化物層より厚いバナジウム炭化物を主成分とし少量のクロム炭化物を含む混合層を形成することが提案されている。

[0005] 上記提案されているピンは、クロム浸透拡散処理を行った後、それよりも高い温度で、クロム及びバナジウム浸透処理を行う必要があり、表面処理が面倒で高価になつてしまう。

[0006] 特に、タイミングチェーン等のエンジン内の高温環境下において高い面圧が作用する場合、上記ピンの最表面は、バナジウム炭化物とクロム炭化物の混合層 [ (V， Cr ) xCy、例えば (V, Cr) C ]からなる関係上、バナジウム炭化物 (Vx, Cy、例えば V

C )からなるものに比して面圧強度が充分でなぐ表面に剥離を生じ、剥離の進行と共にピンの摩耗が進行する虞れがあり、更にクロム'バナジウム混合層と母材である鋼との間に、クロム炭化物層力なる明確な中間層が存在する関係で、上記中間層と、その上層である混合層及びその下層である鋼母材との間の境界面で剥離が生じ、その結果摩耗が急激に進行する虞れがある。

発明の開示

[0007] そこで、本発明は、ピン母材とバナジウム炭化物からなる表面層との間に、クロム含有量が傾斜変化して、明確な界面を形成しない複合炭化物を形成し、もって上述した課題を解決したチェーン用ピン及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の第 1の態様によると（例えば図 4参照）、ピン母材（1)と、バナジウム炭化物（ Vx, Cy、例えば V C )力なる表面層（6)との境界部（5)に、バナジウム及びクロムの複合炭化物 [ (V, Cr) xCy、例えば (V, Cr) C ]が存在し、

該複合炭化物のクロム（Cr)の含有量は、前記表面層に向って徐々に減少してなることを特徴とするチェーン用ピンにある。

[0008] 本発明の第 2の態様によると（例えば図 3参照）、ピン母材（1)としてクロムを 0. 6 [% ]以上含有する鋼材を用い、

該ピン母材を、バナジウムを有する気体雰囲気中（例えば VC1)にて所定温度で拡散浸透処理を行い、

前記ピン母材から供給されるクロム (Cr)及び炭素 (C)と前記雰囲気中のバナジゥム (V)により、まず、前記ピン母材の表面部にバナジウムとクロムの複合炭化物（例えば (V, Cr) C )を形成し、

その後、ピン母材（1)からのクロム（Cr)の供給が減少する状態で、前記雰囲気中のバナジウム (V)により、上記複合炭化物との間に界面（8)を形成することなぐジゥム炭化物（例えば V C )からなる表面層を形成してなる、ことを特徴とするチェーン用ピンの製造方法にある。

[0009] 本発明の第 2の態様において、好ましくは、（例えば図 3参照）、前記拡散浸透処理は、浸透材原料として、バナジウム含有粉末 [例えばフエ口バナジウム（FeV) ]、焼結防止材 [例えばアルミナ (A1〇）]及び促進材 [例えば塩ィ匕アンモニゥム（NH C1) 等のハロゲン化物]を用いた粉末パック法からなり、

熱処理温度が 1000 [°C] 1100 [°C]である、

ことを特徴とするチェーン用ピンの製造方法にある。

[0010] なお、上記カツコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより請求項の構成に何等影響を及ぼすものではなレ、。

[0011] 本発明の第 1の態様によると、表面層がバナジウム炭化物からなるため、高い面圧強度を有し、高温環境下において高い面圧が繰返し作用する苛酷な使用状態にあつても、表面に剥離を生ずることを防止し、更に該表面層とピン母材との境界部に、明確に区画された界面を形成しない形でバナジウムとクロムの複合炭化物を形成するので、表面層とピン母材との密着強度を向上すると共に、複合炭化物とピン母材及び表面層との境界面での剥離を生じることも防止して、苛酷な使用環境下での使用であっても、ピン摩耗を減少して、チェーンの耐久性及び長寿命化を図ることができる。

[0012] 本発明の第 2の態様によると、ピン母材としてクロムリッチな鋼材を用いることにより、 2種類以上の浸透材を用いることなぐ 1ステップの熱処理に基づく拡散浸透処理にて、ピン母材表面にまずバナジウムとクロムの複合炭化物を形成し、更にその後、複合炭化物との間で界面を形成することなくバナジウム炭化物からなる表面層を形成したので、 1ステップの熱処理による表面処理にて、簡単かつ容易に精度の高い上記チェーン用ピンを確実かつ安価に製造することができる。

[0013] 本発明の好ましい第 2の態様によると、実績のある粉末パック法による、 1000 [°C] 一 1100 [°C]での 1ステップの熱処理により、大きなコストアップを伴うことなぐ上記チエーン用ピンを正確に製造することができる。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]従来の技術 (特開 2002-195356号公報にて提案されている技術）によるチェーン用ピンの製造方法を示す図である。

[図 2]従来の技術によるチェーン用ピンの断面写真で見た皮膜構造を示す図である。

[図 3]本発明に係るチェーン用ピンの製造方法を示す図である。

[図 4]本発明に係るチェーン用ピンの断面を示す図で、図 4aは断面写真から得られた皮膜構造を示す図、図 4bは分析結果力も見た皮膜構造を示す図、図 4cはその模式図。

[図 5]本発明に係るチェーン用ピンの X線プローブアナライザによる分析結果を示す図で、図 5aはバナジウム含有率、図 5bはクロム含有率を示す。

[図 6]スクラッチ試験結果を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0015] 以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。本発明に係るチェーン用ピンは、公知のローラチェーン又はサイレントチェーン等のあらゆる動力伝達用チェーンに適用され、特にタイミングチェーン等のエンジン内に用いられるチェ一ンに適用して好適である。

[0016] ローラチェーンは、 2枚のピンリンクプレートの両端部をピンにて連結したピンリンクと、同じく 2枚のローラリンクプレートの両端部をブッシュにて連結したローラリンクとを、ピンをブュシュ内に嵌揷して無端状に連結すると共に、ブッシュにローラを遊嵌して構成される。また、サイレントチェーンは、両端にガイドリンクプレートを有する複数のリンクプレートからなるガイド列と、上記ガイドリンクプレートを有さず歯付きリンクプレートのみからなる関節列とを、上記ガイドリンクプレートに固定されたピンにて無端に連結して構成されている。

[0017] そして、チェーンの屈曲毎に、上記ローラチェーンにあっては、ピンとブッシュとの間に摺接運動を生じ、またサイレントチェーンにあっては、ピンと関節列のリンクプレートのピン孔との間に摺接運動を生じ、かつチェーンには大きな引張力が作用しているので、上記摺接運動するピンには大きな面圧が作用する。

[0018] 本発明は、上記チェーン用ピンに関するが、まず本発明の実施の形態を説明する前に、前述した従来の技術に係るピン及びその製造方法について、図 1に沿って説明する。 [0019] 母材としてのピン母材 1は、列えば S50C (C ; 0. 47-0. 53%、 Si ; 0. 15—0. 35 、 Mn ; 0. 60—0. 90%、 P ; 0. 30%以下、 S ; 0. 35%以下、不純物としての Cr ; 0. 20%以下）の機械構造用炭素鋼鋼材等の鋼からなり、該鉄 (Fe)を母材とするピン母材（素材） 1に 2ステップの金属浸透処理が行われる。まず、 1ステップ目の金属浸透処理は、クロム浸透拡散処理（CrC拡散浸透処理、クロマイジング）であり、ピン母材と共に、浸透材原料としての Cr (金属クロム）と、焼結防止材としての Al O (アルミナ

)と、促進材としての NH C1 (塩ィ匕アンモニゥム）とからなる粉末を炉内に入れ、 800

°C一 900°Cに昇温し、所定時間保持する。該 CrC拡散処理は、炉内において、 NH

C1→NH + HC1 (気体）となり、 HC1 (気体） + Cr (金属粉末）→CrCl (気体） + H † となり、該 CrCl雰囲気中にあって、ピン母材中の Fe及び Cが雰囲気中の Crと結合し、 (Fe, Cr) xCy、例えば（Fe, Cr) C となり、ピン母材 1の表面に、まず該クロム炭化物（CrC)が浸透して被覆層を形成する。

[0020] 該ピン母材のクロム浸透拡散処理の終了後、表面にクロム炭化物を浸透被覆したピン (クロマイジングピン)を、ー且炉から取り出し、今度は、 2ステップ目の金属浸透処理として、バナジウム拡散浸透処理 (VC拡散浸透処理）が行われる。該バナジウム拡散浸透処理は、浸透材原料として FeV (フエ口バナジウム）が用いられ、その他前記クロム浸透拡散処理と同様に、アルミナ及び塩化アンモニゥムが上記クロマイジングピンと共に炉内に入れられ、 900°C— 1000°Cに昇温し、所定時間保持される。該 VC拡散浸透処理は、上記の同様な反応により、 VC1雰囲気中にあって、ピン母材中の Cと雰囲気中の Vが結合して、 VxCy、例えば V Cとなり、上記ピン母材表面のクロム炭化物の層上に、該バナジウム炭化物が浸透して表面被覆層を形成する。該表面被覆層は、バナジウム炭化物が主成分となるが、上記クロム炭化物を少量混在しており、混合層を形成している。

[0021] 従って、従来の技術によるチェーン用ピン P は、図 2に示すように、まず Feを主成分とするピン母材 1上に、クロム炭化物（Fe， Cr) Cからなる中間層 2が形成され、更にその上にバナジウム炭化物 (V C )を主成分とする表面層 3が形成される。上記クロム炭化物からなる中間層 2は、母材 1及びバナジウム炭化物を主成分とする表面層 3と断面写真上で明確に区別し得る。 [0022] 本発明に係るチェーン用ピンの製造方法を図 3に示す。本製造方法は、 1回（1ステップ）の金属拡散浸透処理、即ちバナジウム浸透拡散処理 (VC複合拡散浸透処理）の粉末パック法のみにより行われる。該 VC複合拡散浸透処理は、浸透材 (粉末）となる FeV (フヱ口バナジウム）、焼結防止材としての耐火物粉末である Al O 、添加材（促進材）としてのハロゲン化物である NH C1 (塩化アンモニゥム）からなる粉末がピン母材 1と共に炉内に入れる。そして、ピン母材 1は、クロムモリブデン鋼鋼材（SCM)、クロム鋼鋼材（SCr)、ニッケルクロムモリブデン鋼鋼材（SNCM)、ニッケルクロム鋼鋼材（SNC)、マンガンクロム鋼鋼材（SMnC)、高炭素クロム軸受鋼鋼材（SUJ)、窒化鋼（SACM, SCM, SCMV)、軟窒化鋼（SAC)等の高いクロム含有率（Cr;0.6 wt%以上）の鋼材、例えば SNCM439(C;0. 36—0.43%、 Si;0. 15—0. 35% 、 Mn;0. 60—0. 90%、 P;0.030%以下、 S;0.03%以下、 Cr;0. 6—1. 00%、 Ni;l.6— 2.00%、Mo;0. 15—0. 30%)又は SUJ2 (C ; 0. 95— 1. 10%、 Si;0 . 15—0. 35%、 Mn;0. 50%以下、 P;0.025%以下、 S;0.025%以下、 Cr;l. 30—1. 60^o/_o)のま岡材カ S用レヽられる。なお、 SACM645, SCM56, SCMV2, SAC 56, SAC72は、 Crが 1.00[wt%]以上含有して、ピン母材の材料として好ましい。

[0023] 上記浸透材原料とピン母材は、炉内において 1000°C— 1100°Cに昇温され、該温度に所定時間保持された後、除冷される。これにより、 NH C1が分解した HC1 (気体

)と FeVの Vが結合した VC1雰囲気中にあって、まず、該雰囲気中の Vが、ピン母材（素材)から拡散した Cr及び Cと結合して、バナジウム及びクロムの複合炭化物 [(V, C r)xCy、例えば (V, Cr) C ]が形成され、ピン母材表面に該バナジウム 'クロム複合炭化物からなる境界部が形成される。該拡散浸透処理が進むにつれて、ピン母材（素材)からのの供給が減少し (供給効果が小さくなり）、雰囲気中の Vと母材力の

Cとが結合して、バナジウム炭化物 (VxCy、例えば V C )が形成されてピン表面に皮膜される。

[0024] 本発明に係る製造方法にて製造されたチェーン用ピン P表面の断面を図 4a, 4b,

4cに示す。上述したように、ピン母材 1との境界部にバナジウム 'クロム複合炭化物 [( V， Cr) C ]5が形成される。更に、該複合炭化物 5からなる境界部上に、バナジウム炭化物 (V C )6からなる表面層が皮膜される。上記複合炭化物 [(V, Cr) C ]は、ピン母材 1中にも、 Vが浸透することにより拡散して、クロム炭ィ匕物（Cr C )と共に存在し、かつ表面層 6部分にも存在し、上記母材 1との境界部に最も多く存在するが、その Crの含有率は、母材との境界面 7から表面層 6に向って徐々に減少し、明確に区画されない。従って、図 4bに示すように、上記複合炭化物 [ (V, Cr) C ]は、後述する X線プローブマイクロアナライザ等の分析結果から見れば、境界部における上記複合炭化物層 5の存在を推測できるが、図 4a，図 4cに示すように、断面写真からは、表面層 6と複合炭化物層 5との間の界面 8を認識することができず、母材 1と表面層 6 との界面 7のみが認識でき、上記複合炭化物層 5の存在を明確に区画することはできない。

[0025] 図 5は、母材に SUJ2を用レ、、上記バナジウム拡散浸透処理を施した、本発明に係るチェーン用ピンを X線プローブマイクロアナライザにより分析した結果である。図 5a は、バナジウムの含有率を示し、該バナジウム含有率は、ピン表面から所定距離 (約 20 / m)に亘り、約 80 [%]を有し、境界部 7で急激に低下し、ピン母材中にあっては、約 0 [%]となる。

[0026] 図 5bは、クロムの含有率を示し、上記アナライザを、 k iS 1次線を使って大電流で分析したものである。クロム含有率は、ピン母材中からピン表面に向って徐々に低下していることが分析されている。即ち、クロムリッチなピン母材中から、上記高温による熱処理により、クロム（Cr)がバナジウム炭化物層（表面層）に拡散、浸透して、複合炭化物層 [ (V， Cr) xCy] 5を形成し、該複合炭化物層中のクロム含有率は、上記境界部分 7が最も高ぐピン表面に向って徐々に減少して、境界面から所定距離 (約 6 μ m)で約 0 [%]となり、そこからピン表面までは、略々バナジウム炭化物からなる表面層 6となる。

[0027] 一般に、バナジウム拡散浸透処理は、バナジウム炭化物粒度の粗大化を避けるため、熱処理温度は、 1000°C以下に設定されており、図 1に示す従来の技術にあっても、バナジウム拡散浸透処理は、 900°C 1000°Cに設定されている。従来の技術にあっては、ピン母材中に炭化物形成元素（例えば Cr)が存在していても、その含有率が小さぐ拡散効量が小さい。このため、上記複合炭化物 [ (V, ) xCy] 5のような、組成傾斜中間層を得ることは難しい。例え、熱処理温度を 1000°C以上に高くすることにより、母材に含まれる Cr等の炭化物形成元素の拡散効果が得られる可能性があるとしても、上述したように、母材中の炭化物形成元素（Cr)が少ないために、上記拡散効果が得られない。

[0028] 本発明にあっては、母材中の Cr含有率が高ぐバナジウム拡散浸透処理の温度を 1000°C以上として、母材中の Crのバナジウム炭化物層への拡散を図り、上記複合化合物からなる組成傾斜中間層を得ることができる。なお、熱処理温度が 1100°Cを超えると、バナジウム炭化物 (VC)粒の粗大化が進み、該 VC粒の脱落現象を生じる場合があり、上記拡散浸透処理温度は、 1000°C 1100°Cの範囲が望ましい。

[0029] 上記チェーン用ピン P は、 10 111ー30 111の表面処理皮膜( C力もなる表面

2 8 7

層 6と (V， Cr) C力もなる境界部 5とを合せた皮膜)からなり、特に該表面皮膜層は

8 7

、約 20 z m (16— 25 z m)が望ましい。そして、ピン強度を付与するために、上記拡散浸透処理後、所定の焼入、焼戻し又は恒温変態処理が行われる。

[0030] 前述した従来の技術によるピン P の製造方法は、図 1に示すように、 2ステップの熱

1

処理を必要とし、その分製造方法が面倒であるが、本発明に係るピン P の製造は、

2

図 3に示すように、 1ステップの熱処理で足り、その分製造方法が容易であり、精度の高レ、ピン P を高レ、効率にて容易かつ正確に製造することができる。

2

[0031] また、従来の技術によるチェーン用ピン P は、中間層のクロム炭化物（Cr C )がバ

1 8 7 ナジゥム炭化物 (V C )を主成分とする表面層 3を母材 (Fe)に高い密着強度で密着

8 7

するが、上記クロム炭化物層（中間層） 2は、図 2に示すように、明確に区画される単独層からなるため、該クロム炭化物層 2と表面層 3及びピン母材 1との間に区画し得る境界面 2a， 2bが存在し、上記密着強度が充分ではない。

[0032] これに対し、図 4に示すように、本発明に係るチェーン用ピン P は、クロムリッチな母

2

材 1から供給される及び Cが雰囲気中の Vと相俟って複合炭化物 [ (V， Cr) C ]

8 7 を形成し、かつ該複合炭化物層 5は、バナジウム炭化物 (V C )からなる表面層 6と

8 7

ピン母材 1の境界部にあって明確に区画されずに、 Crの含有率が徐々に変化するので、該複合炭化物 5がピン母材 1にバナジウム炭化物 (V C )からなる表面層 6を強

8 7

い密着強度で密着する。また、バナジウム炭化物からなる表面層 6は、高い面圧強度を有し、高温環境下における高い面圧が作用する苛酷な使用状態にあっても、表面に剥離を生じることが防止される。

[0033] 図 6は、ダイヤモンド圧子を上記ピンに押し付け、連続的に荷重を上げて引つかき試験を行い、剥離限界荷重を求めるスクラッチ試験の結果である。該試験結果は、本発明に係る複合拡散浸透処理によるピン P 力従来の技術によるピン P に比して

2 1

、高い剥離限界荷重を有することを示しており、本発明に係るピン P ヽ従来の技術

2

によるピン P に比して、表面層であるバナジウム炭化物が強い強度で密着しているこ

1

とが理解される。

産業上の利用可能性

[0034] 上述の本発明のチェーン用ピンは公知のローラーチェーンやサイレンとチェーンなどのあらゆる動力伝達用チェーンに適用でき、特にエンジンのような苛酷な使用環境で使用されるタイミングチェーンなどに好適である。

Claims

請求の範囲

[1] ピン母材と、バナジウム炭化物からなる表面層との境界部に、バナジウム及びクロムの複合炭化物が存在し、

該複合炭化物のクロムの含有量は、前記表面層に向って徐々に減少してなる、ことを特徴とするチェーン用ピン。

[2] 前記チヱーン用ピン力サイレントチヱーン用のピンである、請求項 1記載のチヱ一ン用ピン。

[3] 前記チェーン用ピンが、ローラチェーン用ピンである、請求項 1記載のチェーン用ピン。

[4] ピン母材としてクロムを 0· 6 [%]以上含有する鋼材を用い、

該ピン母材を、バナジウムを有する気体雰囲気中にて所定温度で拡散浸透処理を行い、

前記ピン母材から供給されるクロム及び炭素と前記雰囲気中のバナジウムにより、まず、前記ピン母材の表面部にバナジウムとクロムの複合炭化物を形成し、

その後、ピン母材からのクロムの供給が減少する状態で、前記雰囲気中のバナジゥムにより、上記複合炭化物との間に界面を形成することなぐバナジウム炭化物からなる表面層を形成してなる、

ことを特徴とするチヱーン用ピンの製造方法。

[5] 前記拡散浸透処理は、浸透材原料として、バナジウム含有粉末、焼結防止材及び促進材を用いた粉末パック法からなり、

熱処理温度が 1000 [°C] 1100 [°C]である、

請求項 4記載のチェーン用ピンの製造方法。

[6] 前記チヱーン用ピン力サイレントチヱーン用のピンである、請求項 4記載のチヱ一ン用ピンの製造方法。

[7] 前記チェーン用ピンが、ローラチェーン用ピンである、請求項 4記載のチェーン用ピンの製造方法。