JP2005290435A - チェーン用ピンおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐摩耗性を向上させることができるチェーン用ピンを提供する。
【解決手段】 サイレントチェーンの連結ピン３に対してＶＣ処理を行なった後、母材の最表層をバレル研磨処理によって除去することにより、Ｖ₈ Ｃ₇ 以外のバナジウム炭化物を多く含む不純物が除去されたＶＣ層を母材の最表部に形成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、耐摩耗性を向上させたチェーン用ピンおよびその製造方法に関する。

サイレントチェーンやローラチェーン等の動力伝達用チェーンやプライマリドライブチェーンにおいては、チェーンの運転中にリンクがピンの回りを回転摺動することによってピンが摩耗する。そこで、従来よりピンの耐摩耗性を向上させるための種々の硬化処理が提案されている。

たとえば、特開平１０−１６９７２３号公報に示すものでは、ピン素材の表面にクロム、チタニウム、バナジウム、ニオビウムのうちの少なくとも一つの炭化物層を形成している。

ここで、本件出願に係る発明者らは、チェーン用ピンに種々の条件下でバナダイズ処理（ＶＣ処理）を行ってピン表面にバナジウム炭化物層（ＶＣ層）を形成し、このようなＶＣ処理を行った各種ＶＣピンをそれぞれチェーンに組み込んで、各チェーンに対してそれぞれ摩耗試験を行った。その結果、ＶＣ層の違いにより、チェーン摩耗伸びにばらつきが生じることが分かった。

そこで、各ＶＣ層をＸ線線分析法により元素分析した結果、以下のことが判明した。すなわち、バナジウム炭化物の中で耐摩耗性にもっとも優れているのは、Ｖ_８Ｃ_７であり、これ以外のバナジウム炭化物を多く含む不純物層は、Ｖ_８Ｃ_７に比べて耐摩耗性に劣ることが分かった。また、不純物層は、ＶＣ処理の炉内冷却時に形成されると考えられ、Ｖ_２Ｃを多く含むと推測されているが、ピンの最表部に形成されることが多いこともわかった。
特開平１０−１６９７２３号公報（段落番号［００１２］参照）

本発明は、このような検証結果に基づいてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、耐摩耗性を向上させることができるチェーン用ピンおよびその製造方法を提供することにある。

請求項１の発明に係るチェーン用ピンは、チェーン用ピンの母材となる鋼の最表部に、不純物層が除去されたＶＣ層が形成されていることを特徴としている。

請求項２の発明に係るチェーン用ピンは、チェーン用ピンの母材となる鋼の最表部に、Ｖ₈ Ｃ₇ 以外のバナジウム炭化物を多く含む不純物層が除去されたＶＣ層が形成されていることを特徴としている。

請求項３の発明に係るチェーン用ピンは、チェーン用ピンの母材となる鋼の最表部に、Ｖ_８Ｃ_７を含みかつＶ_２Ｃが除去されたＶＣ層が形成されていることを特徴としている。

請求項４の発明に係るチェーン用ピンは、請求項１ないし３のいずれかにおいて、ＶＣ層が、ＣｒＣまたはＣｒが混合された混合層であることを特徴としている。

請求項５の発明に係るチェーン用ピンは、請求項１ないし４のいずれかにおいて、ＶＣ層と母材との間の境界領域において、Ｖ_８Ｃ_７の含有率が急激に減少しかつＣｒＣの含有率が急激に増加している境界層が形成されていることを特徴としている。

請求項６の発明に係るチェーン用ピンは、請求項１ないし３のいずれかにおいて、不純物層またはＶ_２Ｃがいずれも研磨処理によって除去されていることを特徴としている。

請求項７の発明に係るチェーン用ピンの製造方法は、以下の工程から構成されている。
ｉ）チェーン用ピンの母材となる鋼の表面に、バナダイズ処理を行うことにより、Ｖ_８Ｃ_７を含むＶＣ層を形成させる。
ii)研磨処理により、ＶＣ層の最表層から不純物層を除去する。

請求項８の発明に係るチェーン用ピンの製造方法は、以下の工程から構成されている。
ｉ）チェーン用ピンの母材となる鋼の表面に、バナダイズ処理を行うことにより、Ｖ_８Ｃ_７を含むＶＣ層を形成させる。
ii)研磨処理により、ＶＣ層の最表層からＶ_２Ｃを除去する。

請求項９の発明に係るチェーン用ピンの製造方法は、以下の工程から構成されている。
ｉ）チェーン用ピンの母材となる鋼の表面に、クロマイジング処理を行うことによりＣｒＣ層を形成させる。
ii)クロマイジング処理の際の温度よりも高温でクロマイジングおよびバナダイズ処理を行うことにより、Ｖ_８Ｃ_７を含むバナジウム炭化物およびクロム炭化物の混合層をＣｒＣ層の上に形成させる。
iii)研磨処理により、混合層の最表層から不純物層を除去する。

請求項１０の発明に係るチェーン用ピンの製造方法は、以下の工程から構成されている。
ｉ）チェーン用ピンの母材となる鋼の表面に、クロマイジング処理を行うことによりＣｒＣ層を形成させる。
ii)クロマイジング処理の際の温度よりも高温でクロマイジングおよびバナダイズ処理を行うことにより、Ｖ_８Ｃ_７を含むバナジウム炭化物およびクロム炭化物の混合層をＣｒＣ層の上に形成させる。
iii)研磨処理により、混合層の最表層からＶ_２Ｃを除去する。

請求項１１の発明に係るチェーン用ピンの製造方法は、請求項７ないし１０のいずれかにおいて、最表層から除去される層の厚みが２〜５μｍであることを特徴としている。

請求項１２の発明に係るチェーン用ピンの製造方法は、請求項７ないし１０のいずれかにおいて、研磨処理が、ビッカース硬度Ｈｖ２０００〜５５００の研磨剤を用いたバレル研磨処理であることを特徴としている。

請求項１３の発明に係るチェーン用ピンは、請求項７ないし１２のいずれかの方法により製造されている。

本発明によれば、チェーン用ピンの母材となる鋼の最表部に、不純物層が除去されたＶＣ層を形成するようにしたので、ピンの耐摩耗性を向上させることができる。

以下、本発明の実施態様を添付図面に基づいて説明する。
＜第１の実施例＞
図１は本発明の第１の実施例による連結ピンが採用されたサイレントチェーンの平面概略図、図２はその正面概略図、図３（ａ）は研磨処理前の連結ピンの断面部分図、同図（ｂ）は研磨処理後の連結ピンの断面部分図、図４は連結ピンのＶＣ処理の際の温度制御線図、図５はサイレントチェーンの摩耗試験後の連結ピンおよびリンクプレートの摩耗量を示すグラフである。

図１および図２に示すように、サイレントチェーン１は、各々一対の歯部２１およびピン穴２２を有する多数のリンクプレート２を厚み方向および長手方向に積層するとともに、各ピン穴２２内に挿入した連結ピン（チェーン用ピン）３で各リンクプレート２を枢支可能に連結することにより構成されている。リンクプレート２の最外側には、ガイドリンク４が配置されており、ガイドリンク４のピン穴４１内には、連結ピン３の端部が固定されている。なお、ここでは、ガイドリンクとして、その背面側にクロッチ部４２が形成されたいわゆる低剛性ガイドを例にとっている。

連結ピン３には、ＶＣ処理（バナダイズ処理）による硬化処理が施されており、ＶＣ処理後、連結ピン３の母材表面には、図３（ａ）に示すように、Ｖ_８Ｃ_７を主成分とするバナジウム炭化物層（ＶＣ層）が形成されており、ＶＣ層の上の最表層には、不純物層が形成されている。ＶＣ処理後、連結ピン３には、バレル研磨などの研磨処理が施されており、これにより、図３（ｂ）に示すように、最表層の不純物層が除去されている。不純物層は、Ｖ_８Ｃ_７以外のバナジウム炭化物を多く含む層であり、主にＶ_２Ｃを含んでいると推測される。また、バレル研磨により除去される不純物層の厚みは、２〜５μｍが好ましい。

次に、連結ピン３のＶＣ処理について、図４を用いて説明する。図４は、ピンの加熱処理炉（図示せず）の温度制御を説明するための線図であり、この温度分布はＩ，II, III の３つの部分から構成されている。

まず、図４中のＩに示すように、炉内の温度を９００〜１１００℃まで上昇させる。そして、IIに示すように、炉内の温度を所定時間一定に保持する。このとき、炉内においてピン母材の表層では、以下の反応が進行していると考えられる。
８ＶＣｌ_２＋７Ｃ ⇔ Ｖ_８Ｃ_７↓＋８Ｃｌ_２

次に、III に示すように、炉内の温度を下げる。このとき、炉内においてピン母材の表層では、以下の反応が進行していると考えられる。
２ＶＣｌ_２＋Ｃ ⇔ Ｖ_２Ｃ↓＋２Ｃｌ_２

このようにして、連結ピンの母材の上にＶ_８Ｃ_７からなるバナジウム炭化物層（ＶＣ層）が形成されるとともに、その表層に、Ｖ_８Ｃ_７以外のバナジウム炭化物を多く含む不純物層が形成されることになる（図３（ａ）参照）。

ところで、連結ピンのＶＣ処理の際に、最表層に不純物層が形成されるのは、図４中のIII に示すような炉内冷却時に、連結ピンの母材からのＣ原子の供給が減少するためであると考えられる。

次に、連結ピンに対して、バレル研磨処理を施すことにより、連結ピンの最表層の不純物層を除去する。このバレル研磨処理の際には、ビッカース硬度Ｈｖ２０００〜５５００の研磨剤を用いて処理するのが好ましい。これは、連結ピンの母材表面に形成されるＶ_８Ｃ_７の硬度がＨｖ２５００程度であり、また最表層の不純物層の硬度がＨｖ２０００程度かまたはこれよりも低いためである。

このようなバレル研磨処理により、図３（ｂ）に示すように、連結ピンの母材表面には、Ｖ_８Ｃ_７のみからなるバナジウム炭化物層（ＶＣ層）が残ることになる。

次に、不純物層が除去された連結ピンからなるサイレントチェーンと、不純物層が残されたままの連結ピンからなるサイレントチェーンの双方について、同様の条件下で摩耗試験を行った。試験条件は、以下のとおりである。
ドライブスプロケット回転数：６０００ｒｐｍ
潤滑方法：強制給油（０．５Ｌ／ｍｉｎ）
運転時間：１００時間

摩耗試験結果を図５に示す。同図において、連結ピンの不純物層が除去されたサイレントチェーンの摩耗試験結果を右側の棒グラフで、連結ピンに不純物層が残されたままのサイレントチェーンの摩耗試験結果を左側の棒グラフでそれぞれ示している。また、各棒グラフにおいて、白抜きの部分はチェーン１ピッチ当たりのリンク摩耗量を示し、網かけの部分はチェーン１ピッチ当たりのピン摩耗量を示している。

図５から分かるように、連結ピンに不純物層が残されたものでは、リンクプレートの摩耗量が８μｍで、ピンの摩耗量が０．６μｍであった。また、連結ピンの不純物層が除去されたものでは、リンクプレートの摩耗量が４μｍで、ピンの摩耗量が０．３μｍであった。

このように、不純物層が除去されたサイレントチェーンの方が、連結ピンの摩耗量のみならず、リンクプレートのピン穴の摩耗量も著しく低下していることが分かる。

＜第２の実施例＞
第１の実施例では、連結ピンの母材表面に、バナジウム炭化物のみからなるＶＣ層が形成された例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。ＶＣ層の内部にクロムまたはクロム炭化物（ＣｒＣ）が混合されていてもよい。

図６は、このような硬化層が形成された連結ピンの母材表面の断面写真を示しており、同図（ａ）は研磨処理前の連結ピンの断面拡大部分図、同図（ｂ）は研磨処理後の連結ピンの断面拡大部分図である。なお、図６においては、連結ピンがガイドリンクに固定された状態で示されており、このため、ピン断面の上方には、ガイドリンク断面が併せて示されている。

連結ピン３には、クロム浸透処理（クロマイジング処理）およびＶＣ処理（バナダイズ処理）による硬化処理が施されている。硬化処理後、連結ピン３の母材表面には、図６（ａ）に示すように、ＣｒＣ層と、その上層に配置されたＶＣ層とが形成されており、ＶＣ層の最表層には、不純物層が形成されている。硬化処理後、連結ピン３には、バレル研磨などの研磨処理が施されており、これにより、図６（ｂ）に示すように、最表層の不純物層が除去されている。なお、このバレル研磨では、ＶＣ層が５μｍほど除去されている。不純物層は、上述したように、Ｖ_８Ｃ_７以外のバナジウム炭化物を多く含む層であり、主にＶ_２Ｃを含んでいると推測される。

連結ピン３の母材表面の組成をさらに詳細に示したのが図７である。同図は、波長分散型Ｘ線マイクロアナライザによるＸ線線分析法により元素分析された結果を示している。同図に示すように、連結ピン３の硬化層は、母材の最表面に形成され、ＶＣを主成分としかつ少量のＣｒＣを含む炭化物層と、炭化物層および母材間に形成され、ＶＣ（正確にはＶ_８Ｃ_７）の含有率が急激に減少しかつＣｒＣの含有率が急激に増加している境界層とから構成されている。

このような連結ピンの硬化処理方法について説明すると、以下のとおりである。
まず、第１の工程において、チェーン用ピンの母材となる鋼である、たとえば軸受鋼や機械構造用炭素鋼に対して、８００〜９００℃の温度下でクロム浸透処理を行うことにより、数μｍ程度の厚みの薄いクロム炭化物層を鋼の表面に形成させる。

その後、第２の工程において、９００〜１１００℃の温度下で、クロムおよびバナジウム浸透処理を行うことにより、鋼の最表面に、すなわち第１の工程で形成されたクロム炭化物層の上に、バナジウム炭化物およびクロム炭化物の混合層を形成させる。この混合層の形成時には、第１の工程で形成されたクロム炭化物層の内部に徐々にバナジウム炭化物層が浸透していくことになる。このクロムおよびバナジウム浸透処理は、第１の工程におけるクロム浸透処理よりも長時間にわたって実行される。これにより、クロムよりもバナジウムを多く含みかつクロム炭化物層よりも厚い炭化物層（Ｖ_８Ｃ_７層）が鋼の表面に形成される。また、このとき、最表層には、Ｖ_８Ｃ_７以外のバナジウム炭化物を多く含む不純物層が形成される。

その一方、第２の工程でのクロムおよびバナジウム浸透処理に先立って、第１の工程でクロムの浸透処理が行われているので、鋼の最表面に形成されたバナジウム炭化物およびクロム炭化物の混合層と鋼との間の境界領域には、クロム炭化物を比較的多量に含むクロムリッチ層が形成されることになる。

次に、連結ピンに対して、ビッカース硬度Ｈｖ２０００〜５５００の研磨剤を用いてバレル研磨処理を施すことにより、連結ピンの最表層の不純物層を除去する。このバレル研磨処理により、前記第１の実施例と同様に、連結ピンの母材表面には、ＣｒＣを含むＶＣ層のみが残ることになる（図６（ｂ））。

次に、不純物層が除去された連結ピンからなるサイレントチェーンと、不純物層が残されたままの連結ピンからなるサイレントチェーンの双方について、同様の条件下で摩耗試験を行った結果を図８および図９に示す。図８は、潤滑油として未使用のクリーンオイルを使用した場合の試験結果を示し、図９は、潤滑油として添加剤入りのオイルを使用した場合の試験結果を示している。

図８および図９から明らかなように、いずれのオイルを用いた場合でも、不純物層が除去されたサイレントチェーンの方が、チェーン伸びが低下しており、このことから、不純物層が除去されている連結ピンの方が耐摩耗性が向上していることが分かる。

しかも、この場合には、母材およびバナジウム炭化物との結合力が大きいクロム炭化物を比較的多く含むクロムリッチ層が炭化物層と母材との間の境界層に形成されることにより、高面圧下でも炭化物層が母材から剥離しにくくなっており、これにより、ピンの耐摩耗性が一層向上している。

＜他の実施例＞
前記各実施例では、硬化処理後の連結ピンの研磨処理として、バレル研磨を例にとって説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。たとえば、センタレス研磨により研磨処理を行うようにしてもよい。

本発明の第１の実施例による連結ピンが採用されたサイレントチェーンの平面概略図である。 サイレントチェーン（図１）の正面概略図である。 （ａ）は本発明の第１の実施例による連結ピンの研磨処理前の断面部分図、（ｂ）は研磨処理後の断面部分図である。 連結ピン（図３）のＶＣ処理の際の温度制御線図である。 サイレントチェーン（図１）の摩耗試験後の連結ピンおよびリンクプレートの摩耗量を、連結ピンが研磨処理されていないサイレントチェーンの摩耗試験結果と比較して示すグラフである。 （ａ）は本発明の第２の実施例による連結ピンの研磨処理前の断面部分図、（ｂ）は研磨処理後の断面部分図である。 本発明の第２の実施例による連結ピンの組成を示すグラフであって、母材と炭化物層との境界領域の拡大図である。 研磨処理された連結ピンからなるサイレントチェーンについてクリーンオイルを用いて行った摩耗試験結果を、連結ピンが研磨処理されていないサイレントチェーンの摩耗試験結果と比較して示すグラフである。 研磨処理された連結ピンからなるサイレントチェーンについて添加剤入オイルを用いて行った摩耗試験結果を、連結ピンが研磨処理されていないサイレントチェーンの摩耗試験結果と比較して示すグラフである。

符号の説明

１： サイレントチェーン
３： 連結ピン（チェーン用ピン）

Claims (13)

1. チェーン用ピンの母材となる鋼の最表部に、不純物層が除去されたＶＣ層が形成されている、
   ことを特徴とするチェーン用ピン。
2. チェーン用ピンの母材となる鋼の最表部に、Ｖ₈ Ｃ₇ 以外のバナジウム炭化物を多く含む不純物層が除去されたＶＣ層が形成されている、
   ことを特徴とするチェーン用ピン。
3. チェーン用ピンの母材となる鋼の最表部に、Ｖ_８Ｃ_７を含みかつＶ_２Ｃが除去されたＶＣ層が形成されている、
   ことを特徴とするチェーン用ピン。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記ＶＣ層は、ＣｒＣまたはＣｒが混合された混合層である、
   ことを特徴とするチェーン用ピン。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   前記ＶＣ層と前記母材との間の境界領域において、Ｖ_８Ｃ_７の含有率が急激に減少しかつＣｒＣの含有率が急激に増加している境界層が形成されている、
   ことを特徴とするチェーン用ピン。
6. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記不純物層または前記Ｖ_２Ｃがいずれも研磨処理によって除去されている、
   ことを特徴とするチェーン用ピン。
7. チェーン用ピンの製造方法であって、
   チェーン用ピンの母材となる鋼の表面に、バナダイズ処理を行うことにより、Ｖ_８Ｃ_７を含むＶＣ層を形成させ、
   次に、研磨処理により、前記ＶＣ層の最表層から不純物層を除去した、
   ことを特徴とするチェーン用ピンの製造方法。
8. チェーン用ピンの製造方法であって、
   チェーン用ピンの母材となる鋼の表面に、バナダイズ処理を行うことにより、Ｖ_８Ｃ_７を含むＶＣ層を形成させ、
   次に、研磨処理により、前記ＶＣ層の最表層からＶ_２Ｃを除去した、
   ことを特徴とするチェーン用ピンの製造方法。
9. チェーン用ピンの製造方法であって、
   チェーン用ピンの母材となる鋼の表面に、クロマイジング処理を行うことによりＣｒＣ層を形成させ、
   次に、前記クロマイジング処理の際の温度よりも高温でクロマイジングおよびバナダイズ処理を行うことにより、Ｖ_８Ｃ_７を含むバナジウム炭化物およびクロム炭化物の混合層を前記ＣｒＣ層の上に形成させ、
   次に、研磨処理により、前記混合層の最表層から不純物層を除去した、
   ことを特徴とするチェーン用ピンの製造方法。
10. チェーン用ピンの製造方法であって、
    チェーン用ピンの母材となる鋼の表面に、クロマイジング処理を行うことによりＣｒＣ層を形成させ、
    次に、前記クロマイジング処理の際の温度よりも高温でクロマイジングおよびバナダイズ処理を行うことにより、Ｖ_８Ｃ_７を含むバナジウム炭化物およびクロム炭化物の混合層を前記ＣｒＣ層の上に形成させ、
    次に、研磨処理により、前記混合層の最表層からＶ_２Ｃを除去した、
    ことを特徴とするチェーン用ピンの製造方法。
11. 請求項７ないし１０のいずれかにおいて、
    前記最表層から除去される層の厚みが２〜５μｍである、
    ことを特徴とするチェーン用ピンの製造方法。
12. 請求項７ないし１０のいずれかにおいて、
    前記研磨処理が、ビッカース硬度Ｈｖ２０００〜５５００の研磨剤を用いたバレル研磨処理である、
    ことを特徴とするチェーン用ピンの製造方法。
13. 請求項７ないし１２のいずれかの方法により製造されたチェーン用ピン。

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