汽车发动机用链的制作方法

专利名称：汽车发动机用链的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于汽车发动机的动力传递用链及凸轮轴驱动用链，特 别优选地涉及汽车发动机用正时链。
背景技术：
近年来，在用于汽车发动机的凸轮轴驱动机构等中的动力传递媒体 中，根据高负荷、高速化、布置的自由度的提高以及免维护化的要求，
代替以往较多釆用的带齿的带及V型带、而耐久性良好的金属制套筒链
或金属制的滚子链的采用增加了 。
一般，汽车发动机用的金属制套筒链为将圆筒状的套筒的两端部分 别压入到一对内板的套筒孔中、将有间隙地贯通在套筒内的钢制的销的 两端压入到配置在一对内板的两外侧的一对外板的销孔中的结构，金属 制滚子链为将滚子外插到金属制套筒链的套筒中的结构。
在做成了这样的结构的以往的链中，以硬度提高、磨损伸长性能的
提高为目的，(1 )对销实施淬火(Quench hardening )、回火(tempering ) 处理或渗碳(Carburizing)、氮化(Nitriding)处理等的热处理加工， (2)对销表面实施渗硼处理或渗铬处理等的表面硬化处理，或者(3) 对销表面实施镍等的镀层处理等(例如参照特许文献1 )。
此外，本发明的发明者们为了解决以往的汽车发动机用正时链具有 的、在与发动机室内的极端劣化的氧化度较高的润滑油一起使用的情况 下容易受到氧化及腐蚀的影响、因销与套筒的粘附(Adhension)而容易 磨损、寿命较短的问题，已经开发了对套筒的材质实施渗碳处理、并且 在销的表面上形成有碳化钒(VC)层的汽车发动机用链，在市场上得到 了较高的评价(例如参照特许文献2 )。
进而，还提出了在对无声链进行碳化钒(VC)处理后、通过将母材 的最外层用滚筒研磨完全除去、在母材的最外层形成除去了 VA以外的 较多含有钒碳化物的杂质层的碳化钒(V8C7)层的链(例如，参照特许文 献3)。
特许文献1实开平1 - 149048号公报特许文献2特许第3659963号公报
特许文献3特开2QQ5 - 29Q435号公报
但是，在上述特许文献1中公开的用于自动两轮车以及一般设备的 传动用小型链中，尽管对销表面实施了渗硼处理或渗铬处理等的表面硬 化处理、或实施了镍等的镀层处理，但在汽车用发动机的正时链等中使 用时，有偶尔会存在不能发挥期待的耐久性而发生异常磨损(Abnormal wear)伸长的链的报告。
此外，在上述特许文献2中/>开的汽车发动机用链中，通过对套筒 的材质实施渗碳处理、并且在销的表面上形成了碳化钒(VC),来抑制起 因于套筒与销的粘附的磨损，但需要对套筒与销两者实施热加工处理及 碳化钒(VC)层的形成处理，使"制造成本上升"。
进而，在将上述特许文献3中公开的无声链的表面处理方法应用到 作为汽车发动机用链使用的滚子链或套筒链中的情况下，虽然其磨损机 理没有确定，但推测在滚子链或套筒链中、通过套筒内的表面受氧化度 较高的润滑油腐蚀、还有在高负荷下面压较高的销与套筒的滑动接触、 促进了滑动接触面的磨损，不能得到如应用在无声链中时那样的效果。
并且，由于通过滚筒研磨将销的最外层完全除去，所以在应用到套 筒内表面与销外表面进行面接触的滚子链或套筒链中的情况下，因为通 过磨损产生的磨损粉作为夹杂物存在于销与套筒之间而进一步促进了磨 损的、所谓的"磨料磨损"成为销及套筒间的滑动接触面的异常磨损的 原因，不能如应用到无声链中时那样发挥提高销的耐磨损性的效果。
进而，在销与套筒由亲和性l^高的材质、例如同种元素构成的情况 下，可知两者容易"粘附"，也成为妨碍汽车发动机用链的平滑的弯曲滑 动的原因。

发明内容
所以，本发明的第1目的是消除上述那样的以往的汽车发动机用链 所具有的问题，提供一种即使在与含有夹杂物那样的极端劣化的氧化度 较高的润滑油一起使用的情况下也不会发生"研磨磨损"带来的销及套 筒间的滑动"^妻触面的"异常磨损伸长"、并且即使在销和套筒由亲和性较 高的材质、例如同种元素构成的情况下两者也难以"粘附"、起因于"粘 附"的磨损被抑制、长期平滑地弯曲滑动的汽车发动机用链。
此外，本发明的第2目的是提供一种使良好的润滑性长期持续的汽 车发动才几用《连。
进而，本发明的第3目的是提供一种减少向作为对方部件的套筒的
"攻击性"、提高了 "耐冲击性(Shock resistance)"的汽车发动机用链。
所以，有关技术方案1的汽车发动机用链是套筒的两端分别压入到 一对内板的套筒孔中、有间隙地贯通在上述套筒内的钢制的销的两端压 入到配置在上述一对内板的两外侧的一对外板的销孔中的汽车发动机用 链，其特征在于，在上述销的表面上形成有通过扩散渗透处理形成的Cr 碳化物层；在上述Cr碳化物层的上述销的母材侧形成有主要由(^7(:3构 成的层；在上述Cr碳化物层的最外侧形成有主要由(^23(:6构成的最外层； 并且以残留上述最外层的状态在上述最外层上形成有大小为润滑油中的 碳灰等的夹杂物落入其中、面压较小的表面凹部；由此，解决了上述问 题。
此外，有关技术方案2的汽车发动机用链除了有关技术方案1的汽 车发动机用链的结构以外，形成上述表面凹部的处理是滚筒研磨处理， 由此进一步解决了上述问题。
进而，有关技术方案3的汽车发动机用链除了有关技术方案1或2 的汽车发动机用链的结构以外，形成在上述销的母材侧的主要由&7(:3构 成的内侧Cr碳化物层比形成在上述销的最外侧的主要由(^23(:6构成的外 侧Cr碳化物层厚，由此进一步解决了上述问题。
有关技术方案1的汽车发动机用链是套筒的两端分别压入到一对内 板的套筒孔中、有间隙地贯通在上述套筒内的钢制的销的两端压入到配 置在上述一对内板的两外侧的一对外板的销孔中的汽车发动机用链，在 上述销的表面上形成有通过扩散渗透处理形成的Cr碳化物层；在上述Cr 碳化物层的上述销的母材侧形成有主要由&7(:3构成的层；在上述Cr碳 化物层的最外侧形成有主要由Cr23C6构成的最外层；由此，由于在销的 母材上形成有由高硬度的主要由&7(:3构成的第1层、在其上的耐磨损性 良好、多孔质(渗透性)的、耐热性及润滑性也良好的主要由&23(:6构 成的第2层构成的性质不同的两层，所以即使在极端劣化的氧化度较高 的润滑油中使用的情况下也能够抑制"异常磨损伸长"，并且能够得到"耐 磨损性"、"耐热性"、"润滑性"良好的汽车发动机用链。
进而，通过以残留耐磨损性良好、多孔质(渗透性)的、耐热性及 润滑性也良好的主要由Cr23C6构成的最外层的状态在上述最外层上形成
有大小为润滑油中的碳灰等的夹杂物落入其中，面压较小的表面凹部， 该表面凹部成为油池，发挥良好的"润滑性"，并且在直喷型发动机或柴 油发动机中容易产生的碳灰等的夹杂物落入到上述表面凹部中，不会妨 碍形成于销的表面上的油膜的形成，并且在销表面与套筒内表面的滑动 接触面上不再存在有夹杂物，能够抑制磨料磨损的发生，所以能够減小 链的磨损伸长。对于该效果，利用图2详细说明。
图2 (a)是示意地表示作为本发明的主要部分的形成在销表面上的 Cr碳化物层的最外层20的截面的图。主要由(^23(:6构成的最外层20在 没有进行任何表面粗糙度处理的情况下，具有表面凸部24和表面凹部 22,表面凸部24的面压较高，即，由于表面凸部24的前端部的面积4交 小，所以对套筒的攻击性较高。
图2 (b)示意地表示例如实施了滚筒研磨处理那样的表面粗糙度处 理直到图2(a)所示的虚线B的位置的状态。在此情况下，图2 (a)所 示的表面凸部24几乎都被磨掉，所以对套筒的攻击性降低。但是，由于 将表面凸部24过量研磨，所以表面凹部22的大小变小，润滑油中的碳 灰等的夹杂物26不会落入到表面凹部22中而存在于销表面上。因此， 会妨碍油膜28的形成，并且要担心夹杂物26带来的向套筒的攻击性。
图2 (c)示意地表示实施了表面粗糙度处理直到图2(a)所示的虚 线C的位置的状态。在此情况下，图2 (a)所示的表面凸部24被磨削 到大致中腹部，所以形成大小为润滑油中的碳灰等的夹杂物26能够恰好 落入其中的表面凹部22。因此，也形成有油膜28，并且表面凸部24大 部分被磨掉，面压降低，所以向套筒的攻击性降低很多。技术方案1中 的"大小为润滑油中的碳灰等的夹杂物落入其中、面压较小的表面凹部"， 是指图2(c)所示的状态。
图2 (d)示意地表示实施了表面粗糙度处理直到图2(a)所示的虚 线D的位置的状态。在此情况下，图2 (a)所示的表面凸部24仅前端 部分被磨掉，形成有大小为润滑油中的碳灰等的夹杂物26能够落入其中 的表面凹部22。并且，虽然也形成了油力莫28, j旦由于表面凸部24的前 端部的面积较小而面压变大，所以向套筒的攻击性较高。
以往以来，为了降低链的磨损伸长，使销的表面粗糙度变好。到目 前为止，都认为销的表面粗糙度越好，耐磨损性越提高。但是，如上述 的说明可知，在润滑油中存在碳灰等的夹杂物的环境下，可以确认如果 销的表面粗糙度过好则反而会促进销磨损。
进而，有关技术方案2的汽车发动机用链除了有关技术方案1的汽 车发动机用链发挥的效果以外，通过进一 步形成表面凹部的处理是滚筒 研磨处理，与例如
U)"超精加工"(将圆筒的内外面或平面、球面等的工件精加工为 镜面为目的的加工方法，通过弹簧推压以较大的面接触在旋转的工件上、 并且在旋转轴方向上施加微d、的低频振动的加工方法)、
(2) "化学研磨"(将想要加工的工件浸渍在加工液中、通过化学反
应使其变得平滑、以赋予光泽为目的的加工方法)、以及
(3) "电解研磨"(将想要加工的工件浸渍在电解液中、通过将工件 连接到阳极(+ )、将加工电极连接到阴极(_ )、使阳极的工件的表面 溶解到电解液中的加工方法)等相比，作为被加工物的销与研磨部件在 滚筒槽内发生相对摩擦，所以能够高效地进行销那样的小物品部件的研 磨。
有关技术方案3的汽车发动机用链除了有关技术方案1或2的汽车 发动机用链的结构以外，通过形成在销的母材侧的主要由C"C3构成的内 侧Cr碳化物层比形成在销的最外侧的主要由&23(:6构成的外侧Cr碳化 物层厚，向作为对方部件的套筒的"攻击性"减小，所以链的耐冲击性 提高，能够抑制套筒的磨损量。
除了这些效果以外，能够提供"耐久性"良好、抑制了起因于"粘 附"的磨损、"耐磨损性"及"耐冲击性"良好、长期平滑地弯曲滑动的 汽车发动机用链。并且，还能够实现与汽车发动机用链一起使用的润滑 油的耐用期间的长期化，对于"环境负荷降低"有利。


图1是表示本发明的滚子链的一部分的立体图。
图2是说明本发明的机理的概念图。
图3是本发明的滚子链的销的截面组织照片。
图4是说明本发明的销表面的截面的概况的图。
图5是本发明的滚子链的劣化润滑油中的链伸长试验结果。
具体实施例方式
基于实施例，参照图1至图5说明本发明的实施方式。另外，在上 述的说明中可知，由于本发明是以改善起因于套筒的内表面与销的外表
面的滑动接触的特性劣化为目的的发明，所以无论是滚子链还是套筒链， 效果都显示出基本上相同的倾向。因而，在以下的实施例的说明中，仅 对滚子链进行说明。
图1是表示作为本发明的一实施方式的滚子链的一部分的立体图。 在该图l中，以部分切开的状态图示，以使滚子链的内部构造变得清楚。
滚子链10是套筒12的两端分别压入到一对内板ll的套筒孔lla中， 有间隙地贯通在套筒12内的销15的两端压入到配置在一对内板11的两 外侧的一对外板14的销孔14a中。并且，滚子13旋转自如地外插在套 筒12上。
本发明的滚子链10的套筒12由合金钢构成，并且在作为销15的母 材的钢或低碳钢的表面15a上形成有高碳表面层。该高碳表面层的形成 方法并没有特别限定，但可以通过在渗碳剂中加热到900 950。C左右、 使碳扩散来增加销15的表层的碳量的、所谓的"渗碳处理，，来进行。不 言而喻，在作为销15的母材而使用高碳钢的情况下，不需要实施该"渗 碳处理"。
接着，在该销15的周边填充铬粉末或铬合金粉末，通过在900 - 1200 。C的高温下进行5~25小时加热处理的作为扩散渗透处理的一种的"粉 末包裹法"，在销15的表面上形成渗铬层(铬的扩散层)。在进行该"粉 末包裹法"时，适当地添加氧化铝等的防烧结剂及氯化铵等的反应促进 剂。
在该实施方式中，作为扩散渗透处理的具体的方法，通过"粉末包 裹法"在销15的表面上形成了渗铬层，但在该方法以外，还已知有在熔 融盐中处理的"炫融盐法(通称为Toyota Diffusion )，，、将添加有销4分 末与防沉淀剂的涂料涂布并干燥、在惰性气体或真空中加热的"涂布法，， 等。但是，在实施例中，采用制造成本较便宜、适合于销15那样的小物 体的处理的"粉末包裹法"。
如上所述，在高碳表面层的上方通过扩散渗透处理形成渗铬层，通 过使处理温度为IOO(TC左右，铬(Cr)由于是强力的碳化物形成元素， 所以形成在销15的最外层中的高碳表面层及包含在母材本身中的碳扩散 渗透到形成在销15的表面上的渗铬层中，与渗铬层中含有的铬(Cr)结 合，如图3所示的由电子显微镜摄影的销15的表面的截面组织照片可知， 与作为销15的母材的钢接触的层中的Cr碳化物层成为主要由(^7(:3构成
的层，销的最外层的Cr碳化物层成为主要由&23(:6构成的层。
在本实施例的情况下，如果从图3所示的截面组织照片中测量，则 母材侧的主要由(^,3构成的内侧Cr碳化物层的厚度为8~20ym，最外 层的主要由&23(:6构成的外侧Cr碳化物层的厚度为l~6Mm。这样，关 于表面的渗铬层为何被分为两层目前还没有确定详细的机理，但可以推 测为，作为处理粉末而从外部供给的铬(Cr)与销15的母材及从形成在 母材表面上的高碳表面层供给的碳结合，形成Cr - C ( Cr碳化物层)，此 时，在更接近于母材的地方形成碳的比例较高的主要由&7(:3构成的层， 在距离母材较远的表面侧形成碳的比例较低的主要由Cr23C6构成的层。
并且，通过其形成过程中的两者的固相与固相的平衡而被分为两层。
接着，将销的表面滚筒研磨处理，在残留耐磨性良好的主要由Cr23C6 构成的最外层的同时，在最外层形成大小为润滑油中的碳灰等的夹杂物 落入其中、面压较小的表面凹部。为了将表面凹部形成为润滑油中的碳 灰等的夹杂物落入其中的大小而面压较小的上述图2(c)所示的状态， 首先使滚筒研磨处理时间变化，每次进行电子显微镜的截面摄像，确认 表面凹部的大小。求出结果在残留最外层的同时、形成大小为润滑油中 的碳灰等的夹杂物落入其中、面压较小的表面凹部为止的滚筒研磨处理 时间。以后，通过利用该时间进行滚筒研磨处理，能够再现性良好地形 成适当大小的表面凹部。图4中表示这样形成的销表面包覆层的剖视图 的示意图。
为了实现实施例的汽车发动机用链的销的特性，在下述所示的试验 条件下进行磨损伸长试验，将其结果在图5中表示。 <磨损伸长试验条件>
-链间距8mm的滚子链
链轮齿数18个x 36个
'旋转速度6500r/min
-润滑油劣^fc的发动才几油
油量1L/min
另外，图5所示的实施例及为了比较而表示的以往例1、以往例2 的链伸长试验的结果仅基于在上述的条件下使用通常的运转试验机进行 链伸长试验的结果。但是，由于上述的试验方法是在本领域中通常使用 的再现性较高的试验方法，所以可以推测如果进行其他试验方法也会显
示相同的倾向。
这里，为了比较而表示的以往例1是对用与实施例同样的方法制造
的销彻底地进行滚筒研磨处理、从形成在销的表面上的两层Cr碳化物层 中将最外层的Cr23C6层完全除去而形成表面凹部的链。此外，以往例2 是残留最外层的<^23(:6层、并且进行更微细的研磨处理、将凹部从表面 去除而将表面平滑地精加工后的链。
根据图5所示的链伸长试验的结果，如果在试验时间经过50小时后 比较实施例的滚子链和以往例1及以往例2的滚子链，则实施例的链伸 长率为0.08%，相对于以往例1的0.20%减少为约40%,相对于以往 例2的0. 12%减少为约67%。由该结果可知，通过在确保最外层(&23(:6) 的同时、在该最外层形成大小为润滑油中的碳灰等的夹杂物落入其中， 面压较小的表面凹部，产生最外层(Cr23C6)的效果与表面凹部的效果的 相乘效果，得到了链伸长率的显著的改善。
工业实用性
到目前为止，都认为汽车发动机用链的销的表面粗糙度越好、越能 改善链的磨损伸长。但是，本发明的发明者们锐意研究后，基于在汽车 用链在润滑油中存在碳灰等的夹杂物那样的环境下使用的情况下、销的 表面粗糙度过好反而会促进销磨损的新的发现，完成了本发明的汽车发 动机用链，在能够不使用特殊的制造设备及昂贵的材料而再现性很好地 改善链磨损伸长性的方面，工业实用性很大。
权利要求
1.一种汽车发动机用链，套筒的两端分别压入到一对内板的套筒孔中、有间隙地贯通在上述套筒内的钢制的销的两端压入到配置在上述一对内板的两外侧的一对外板的销孔中，其特征在于，在上述销的表面上形成有通过扩散渗透处理形成的Cr碳化物层；在上述Cr碳化物层的上述销的母材侧形成有主要由Cr7C3构成的层；在上述Cr碳化物层的最外侧形成有主要由Cr23C6构成的最外层；并且以残留上述最外层的状态在上述最外层上形成有大小为润滑油中的碳灰等的夹杂物落入其中、面压较小的表面凹部。
2. 如权利要求1所述的汽车发动机用链，其特征在于，形成上述 表面凹部的处理是滚筒研磨处理。
3. 如权利要求1或2所述的汽车发动机用链，其特征在于，形成 在上述销的母材侧的主要由&7(:3构成的内侧Cr碳化物层比形成在上述 销的最外侧的主要由&23(:6构成的外侧Cr碳化物层厚。
全文摘要
提供一种即使在与含有夹杂物那样的极端劣化的氧化度较高的润滑油一起使用的情况下也能够抑制研磨磨损带来的销及套筒间的滑动接触面的异常磨损伸长、并且即使在销和套筒由亲和性较高的材质构成的情况下两者也难以粘附、起因于粘附的磨损被抑制、长期地平滑地弯曲滑动的汽车发动机用链。在销的表面上实施了通过扩散渗透处理形成的Cr碳化物层，作为销的母材侧的钢的最外侧的Cr碳化物层主要由Cr₇C₃形成，销的Cr碳化物层的最外层主要由Cr₂₃C₆形成，并且以残留最外层的状态形成大小为润滑油中的碳灰等的夹杂物落入其中、面压较小的表面凹部，由此，实现了上述目的。
文档编号F16G13/02GK101191526SQ20071016308
公开日2008年6月4日 申请日期2007年9月30日 优先权日2006年11月28日
发明者宫永正太 申请人:株式会社椿本链索