JP2018522170A - チェーン要素およびチェーン要素を製造する方法 - Google Patents

Abstract

チェーン要素（２）およびチェーン要素を製造する方法を開示する。チェーンピン（４）は、少なくとも２つのチェーンリンク（３）を連結するために用いられる。チェーンピン（４）またはチェーン要素（２）は、ベース材料（５）、特に鋼材から形成されている。チェーン要素（２）は、外側のバナジウム層（８）を少なくとも部分的に有し、外側のバナジウム層（８）は、チェーン要素（２）の表面（１０）を形成する酸化バナジウム層（９）で覆われている。

Description

本発明は、チェーン要素に関する。

本発明はさらに、チェーン要素を製造する方法に関する。

一般的なチェーン要素は、例えば、動力を伝達するためのチェーン駆動システムまたは対応するチェーン駆動システムの部品として使用され、例えば自動車技術分野といった、様々な異なる技術分野において用いられる。

チェーン要素は、その動作時に支配する高い機械的応力に基づき、通常は、機械的に耐応力性の高い鋼材から形成されている。さらに知られているのが、特に、他のチェーン要素またはそれ以外の構成部品に接触する領域のチェーン要素に、機械的特性に影響を及ぼす表面改質、特に表面硬化を施すことであり、これは、例えば、耐摩耗性で、腐食媒体に対して安定なコーティングを意味する。対応する表面改質、すなわち、特に個別の周辺層の形成は、例えば、チェーン要素を形成するベース材料にその表面領域で変化した特性スペクトルを付与することになり得る。そのため、例えば、一定の強度および靭性を有する材料、特に鋼材に、耐摩耗性かつ耐腐食性の周辺層を施すことで、その機械的特性を適宜変えることができる。鋼材の表面を改質するための、すなわち対応する周辺層を形成するための既知の方法は、例えば、浸炭(Carburieren)、窒化および／またはチタンもしくはモリブデンをベースとするコーティングの付与である。

エンジンの負荷が高い場合または油による汚染がひどい場合、油のすす汚れ、燃料希釈および／または老化によって、熱処理されかつクロム炭化物層が施されたチェーンピンは、摩耗に対する期待された抵抗性を示さないことがわかっている。自動車エンジンの性能が高まるにつれて、摩耗によるチェーンの伸びを回避し、ひいてはエンジンの信頼性を改善することがどうしても必要になってくる。損耗したチェーンの独自の分析から、潤滑油が、チェーンの損耗の要因となるパラメータであることがわかっている。エンジンの潤滑油は、極端に激しく分解する。チェーンピンの表面の損耗により発生する粒子が、滑らかな接触面の損耗を早めることになる。潤滑油そのものは、滑らかな接触面の研磨をさらに早めることになりかねない。潤滑油はさらに、チェーンピンおよびスリーブの表面を腐食させるおそれがある。この腐食は、油の性質に基づくものであり、油のｐＨ値は、使用中に変化する。

特許第５６０８２８０号明細書は、種々のチェーン要素の少なくとも１つがベース材料上にバナジウム炭窒化物（ＶＣＮ）の表面層を有する駆動チェーンを開示している。所定の厚みを有する酸化バナジウム（ＶＯ）の皮膜が、ＶＣＮの表面層の表面上に付与されている。酸化バナジウムの皮膜は、使用時に、つまりＶＣＮの表面層と更なる摩擦相手との間に存在する。

独国特許出願公開第１０２０１２２１７０２０号明細書は、チェーン要素、特に、少なくとも２つのチェーンリンクを連結するためのチェーンピンを開示している。チェーン要素は、プラスチックを含有するベース材料、特に鋼材からなり、かつホウ素およびバナジウムを含有する周辺層を有する。周辺層の製造は、第一の方法工程で、バナジウムを拡散させるための少なくとも１つの措置によってベース材料の表面近傍領域に形成された炭素およびバナジウムを含有する中間層を形成する方法によって行われている。続く第二の方法工程では、ホウ素を中間層内に拡散させるための少なくとも１つの措置により中間層を変換させることによって、周辺層が形成される。

独国特許出願公開第１０２０１２２１７０２８号明細書は、チェーン要素、特に、少なくとも２つのチェーンリンクを連結するためのチェーンピンを開示している。チェーン要素は、炭素、窒素およびバナジウムをチェーン要素の表面近傍領域に拡散させるための少なくとも１つの措置によって形成されており、ここで、周辺層は、炭素、窒素およびバナジウムを有する。

本発明の課題は、特に摩耗強度、耐腐食性に鑑みて、かつ摩擦の点で改善されており、チェーンの伸びを防止するチェーン要素を提供することである。

この課題は、本発明により、冒頭に挙げた種類の、請求項１の特徴を含むチェーン要素によって解決される。

本発明の更なる課題は、低コストで、単純かつ大量生産に適した手法で、摩耗強度および耐腐食性が改善され、それによってチェーンの伸びが回避されるように、チェーン要素の表面を形成する方法を提供することである。

この課題は、本発明により、請求項６の特徴を含むチェーン要素を製造する方法によって解決される。

特にチェーンピンであるチェーン要素は、少なくとも２つのチェーンリンクを連結するために使用される。チェーン要素は、ベース材料、特に鋼材から形成されている。チェーン要素は、外側のバナジウム層を少なくとも部分的に有し、このバナジウム層は、チェーン要素の開放外面を形成する酸化バナジウム層で覆われている。一般に、別の摩擦相手と相互作用するチェーン要素の開放外面には、バナジウム層およびその上に存在する酸化バナジウム層が施されている。

本発明によるチェーン要素は、外側の層によって損耗の問題を回避するという利点を有する。更なるコーティングによって、更なる損耗に対する耐久性を改善することができる。この処理は、外側のコーティングの特性のみを変えるものであって、その下にあるコーティングおよびベース材料の特性を変えるものではない。

チェーン要素の表面上のバナジウム層は、５μｍを上回る厚みを有する。その上に付与された酸化バナジウム層は、２μｍ未満の厚みを有する。

本方法によって、チェーン要素、特にチェーンピンを製造することができ、これらを組み立ててチェーンを作ることができる。

本方法は、以下の工程：
・まず、バナジウム層を、ある厚みでチェーン要素のベース材料の表面上に付与する工程と、
・バナジウム層の表面上に、酸化バナジウム層を付与する工程と、
を含む。

ベース材料上でバナジウム層を酸化バナジウム層によりコーティングするためのパラメータは、酸化バナジウム層の厚みが２μｍ未満となるように調整される。１つの可能な実施形態によれば、チェーン要素上に酸化バナジウム層が付与された後、５５０℃の温度に加熱される。この温度は、約３時間維持される。引き続き、酸化バナジウム層を有するチェーン要素は、標準的な周囲雰囲気（通常の周囲条件）で冷却される。

したがって、本発明によるチェーン要素は、例えば、今日の自動車の駆動系の部品として、常に機械的にも腐食的にも高い負荷がかかる動作条件下で容易に用いることができ、従来のチェーン要素と比較して、その寿命が改善されている点で際立っている。これは、特に、自動車の動作時に発生する、摩耗による駆動系のコンポーネントに起因する研磨粒子に対する前述の摩耗強度の高まりだけでなく、劣化した潤滑剤が引き金となって生じる、本発明によるチェーン要素の周辺層の腐食環境に対する耐腐食性の高まりにも基づいている。さらに付け加えられる利点は、チェーン要素の外側の周辺層が、構成部品の耐久性に加えて摩擦も低下させ、ひいては一次エネルギーの消費を低下させるホウ酸層を有することである。

これには、消費の低下によって環境が保護され、かつ顧客満足が高まるという利点がある。

以下では、本発明およびその利点を、実施例により添付の図面を参考にしてさらに詳しく説明する。図面におけるサイズ比は、実際のサイズ比に常に相当するとは限らない。なぜなら、簡略化された形態で示したものもあれば、より具体的に示すために他の要素と比較して拡大した形態で示したものもあるからである。

複数のチェーン要素を含むチェーンの特徴的な部分を示す。 チェーンの少なくとも２つのチェーンリンクを連結するためのチェーンピンの形態のチェーン要素を示す。 本発明によるチェーン要素の製造中の本質的な方法工程を示す。 本発明によるチェーン要素の製造中の本質的な方法工程を示す。 本発明によるチェーン要素の製造中の本質的な方法工程を示す。 チェーンの様々な損耗のグラフ図を示す。

本発明の同等の要素または同等に作用する要素については、同じ参照符号を使用する。さらに、全体を見通すために、それぞれの図面の説明のために必要である符号のみを個々の図面において示す。

図１は、複数のチェーン要素２を含むチェーン１の特徴的な部分を示す。チェーン１は、サイレントチェーンとして形成されていてよく、そのため、例えば駆動系における動力伝達のためにまたは自動車の駆動系の部品として用いることができる。

チェーン１は、複数のチェーン要素２を、連続的に配置された、特にプレート状の、チェーンピン４によって互いに連結されているチェーンリンク３の形態で含むことが読み取られる。図２は、チェーン１の少なくとも２つのチェーンリンク３を連結するための、チェーンピン４の形態のチェーン要素２の個別の図を示す。

チェーン１を形成するチェーン要素２、すなわち、チェーンリンク３およびチェーンピン４は、炭素および鉄をベースとする金属性ベース材料５から形成されている。チェーン要素のベース材料は、特に、例えばＳＡＥ １０１０、ＳＡＥ １０１２、ＳＡＥ ８６２０、ＤＩＮ １６ＭｎＣｒ５またはその基本組織といった、その特性を変えない鋼材である。好ましくは、ベース材料５として、基材、すなわち、約０．８重量％の炭素含有率を有する鋼材が使用される。

図３〜図５は、チェーン要素２のベース材料５の表面６上にコーティングを形成する種々の方法工程を描写している。まず、図４に示しているように、ベース材料５の表面６上にバナジウム層８を付与する。バナジウム層８は、ある厚み８Ｄを有する。図５に描写している工程では、バナジウム層８の表面７上に、酸化バナジウム層９を、ある厚み９Ｄで付与する。酸化バナジウム層９を付与することができる種々の方法が先行技術に存在している。バナジウム層８の表面７上の酸化バナジウム層９は、極端な条件および非常に大きな負荷がかかった状況での耐久力を高める。このようにして形成された外面１０は、接着による損耗も低下させる。

同様に、チェーン要素２の外面１０の酸化バナジウム層９は、潤滑剤としても用いられる。酸化バナジウム層９の利点は、チェーン要素２の外面１０と、それと相互作用する接触相手（非図示）との間の接着を低下させることである。

酸化バナジウムは、バナジウムおよび酸素の複数の化合物の名称である：使用することができる酸化バナジウムの種々の形態は、
ＶＯ 酸化バナジウム（ＩＩ）、
Ｖ_２Ｏ_３ 酸化バナジウム（ＩＩＩ）、
ＶＯ_２ 酸化バナジウム（ＩＶ）または
Ｖ_２Ｏ_５ 酸化バナジウム（Ｖ）
である。

バナジウム層９にとって好ましいのは、ＶＯ_２またはＶ_２Ｏ_５である。ここに挙げた酸化バナジウム化合物以外のものも使用できることは、当業者にとって自明である。

図６は、損耗が引き金となって生じるチェーンの重量損失に酸化バナジウム層９が及ぼす影響をグラフ表示で示す。重量損失は、チェーンに作用する負荷の関数として［ｍｇ］でプロットしている。バナジウムのコーティングのみを有するチェーン要素２を有するチェーン１は、破線によって示している。バナジウムのコーティングに加えて酸化バナジウム層も有するチェーン要素２を有するチェーン１は、実線で示している。一定の負荷１５から、チェーン要素２がバナジウムのコーティングのみを有するチェーン１の重量損失は激しく増大する。これは損耗が高まったことを意味する。

１ チェーン
２ チェーン要素
３ チェーンリンク
４ チェーンピン
５ ベース材料
６ ベース材料の表面
７ バナジウム層の表面
８ バナジウム層
８Ｄ バナジウム層の厚み
９ 酸化バナジウム層
９Ｄ 酸化バナジウム層の厚み
１０ 外面
１５ 負荷

Claims (9)

1. ベース材料（５）、特に鋼材から形成されているチェーン要素（２）、特に、少なくとも２つのチェーンリンク（３）を連結するためのチェーンピン（４）であって、前記チェーン要素（２）が、外側のバナジウム層（８）を少なくとも部分的に有し、前記外側のバナジウム層（８）は、前記チェーン要素（２）の表面（１０）を形成する酸化バナジウム層（９）で覆われていることを特徴とする、チェーン要素（２）。
2. 前記酸化バナジウムが、好ましくはＶＯ_２またはＶ_２Ｏ_５の形態を含む、請求項１記載のチェーン要素（２）。
3. 前記チェーン要素（２）の表面（６）上の前記バナジウム層（８）が、５μｍを上回る厚み（８Ｄ）を有する、請求項１または２記載のチェーン要素（２）。
4. 前記バナジウム層（８）の表面（７）上の前記酸化バナジウム層（９）が、２μｍ未満の厚み（９Ｄ）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載のチェーン要素（２）。
5. 請求項１から４までのいずれか１項記載のチェーン要素（２）、特にチェーンピン（４）を有するチェーン（１）。
6. 以下の工程：
   ・まず、バナジウム層（８）を、ある厚み（８Ｄ）でチェーン要素（２）のベース材料（５）の表面（６）上に付与する工程と、
   ・前記バナジウム層（８）の表面（７）上に、酸化バナジウム層（９）を付与する工程と、
   を含む、チェーン要素（２）を製造する方法。
7. 前記ベース材料（５）上で前記バナジウム層（８）を前記酸化バナジウム層（９）によりコーティングするためのパラメータを、２μｍ未満の前記酸化バナジウム層（９）の厚み（９Ｄ）が作製されるように調整する、請求項８記載の方法。
8. 前記酸化バナジウム層（９）を作製するためのパラメータが、
   コーティングが施された前記チェーン要素（２）を５５０℃に加熱することと、
   この温度を３時間維持することと、
   引き続き標準的な周囲雰囲気で冷却することと、
   を含む、請求項６記載の方法。
9. 請求項５から８までのいずれか１項記載の方法に従って製造されるチェーン要素（２）を有するチェーン（１）。

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