(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブシュの両端がそれぞれ一対の内プレートのブシュ孔に嵌着固定され、前記ブシュ内に回転自在に嵌挿されたピンの両端が前記一対の内プレートの両外側に配置された一対の外プレートのピン孔に嵌着固定され、かつ、前記ブシュにローラが外挿されている自動車エンジン用タイミングチェーンにおいて、
前記ローラの外径Ｄ及び前記ピンの外径ｄがチェーンピッチＰに対して、
０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ
０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐ
の関係を満たすとともに、前記内プレートの高さＨが、
０．９６Ｐ≦Ｈ
の関係を満たすことを特徴とする自動車エンジン用タイミングチェーン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車エンジンのタイミングドライブ用（カム軸駆動用）に適した自動車エンジン用タイミングチェーンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車エンジンの動力伝達機構等に用いられる動力伝達媒体には、高荷重、高速化及びメンテナンスフリー化の要請から、従来多用されていた歯付ベルトに代わり、金属製ローラチェーンの採用が増加している。
【０００３】
従来のローラチェーン５００は、図５に示すように円筒状のブシュ５２２の両端部がそれぞれ一対の内プレート５２４のブシュ孔５２６に嵌着固定され、そのブシュ５２２にローラ５２８を回転自在に外嵌した内リンク５２０（図５（ｂ）参照）と、前記ブシュ５２２内に回転自在に嵌挿されたピン５４２の両端が、前記一対の内プレート５２４の両外側に配置された一対の外プレート５４４のピン孔５４６に嵌着固定された外リンク５４０（図５（ｃ）参照）から構成されている。
【０００４】
このような従来のローラチェーンは、寸法的バランスからローラの外径Ｄ及びピンの外径ｄがチェーンピッチＰに対して、いわゆるＡ系ローラチェーンにおいて、
０．５９１≦Ｄ／Ｐ≦０．６４０  かつ  ０．２８１≦ｄ／Ｐ≦０．３７７
及びＢ系ローラチェーンにおいて、
０．５７５≦Ｄ／Ｐ≦０．６７０  かつ  ０．２８８≦ｄ／Ｐ≦０．３８９
のものが使用されていた（ＪＩＳＢ１８０１参照）。
【０００５】
この理由は、Ｄ／Ｐが大きくなり過ぎると、ローラチェーンと噛み合うスプロケットの歯幅が小さくなり過ぎ、スプロケットの歯の強度が問題となり、一方、Ｄ／Ｐが小さくなり過ぎると、ブシュに嵌挿されるピンの外径ｄが小さくなり、チェーンの強度が低下することが問題となると考えられていたためである。そして、実際には、前記Ｂ系ローラチェーンのうち、例えば、ＪＩＳＢ１８０１で「０６Ｂ」（ＩＳＯの呼び番号と一致）と呼ばれるピッチ９．５２５ｍｍ、ローラ外径６．３５ｍｍ、ピン外径３．２８ｍｍのものが、自動車エンジンの動力伝達機構の動力伝達媒体として多用されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような従来のローラチェーンを、高負荷（例えば、４ｋＮ）が発生する自動車のタイミングチェーンに使用した際には、期待した耐久性を発揮しないチェーンが、ごくわずかであるが存在することが報告された。
【０００７】
それ故に、エンジンのさらなる信頼性向上のため、自動車エンジン用タイミングチェーンの一層の耐久性向上が焦眉の課題であった。そこで本発明者らが鋭意研究を重ねたところ、他の用途では許容範囲にあるローラチェーンの「伸び＝耐摩耗性」が、タイミングの正確さを追求するカム軸駆動用チェーン、すなわちタイミングチェーンとして用いた場合には、耐久性を決定する重要な課題となっていること及びエンジンの高速化によりチェーンのリンクを連結しているピンに予想以上の負荷が加わっていることが判明した。そのため、従来の寸法的バランスから設定されていたローラチェーンのピッチＰとローラの外径Ｄ及びピンの外径ｄの寸法比（Ｄ／Ｐ、ｄ／Ｐ）が、必ずしも最適値ではないことが解明された。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、前述したような従来のローラチェーンが抱えていた問題点を解消するものであって、耐摩耗性及び強度を向上させるとともに、高速で回転する自動車エンジンに用いた場合にも十分な耐久性を発揮する自動車エンジン用タイミングチェーンを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、ブシュの両端がそれぞれ一対の内プレートのブシュ孔に嵌着固定され、前記ブシュ内に回転自在に嵌挿されたピンの両端が前記一対の内プレートの両外側に配置された一対の外プレートのピン孔に嵌着固定され、かつ、前記ブシュにローラが外挿されている自動車エンジン用タイミングチェーンにおいて、前記ローラの外径Ｄ及び前記ピンの外径ｄがチェーンピッチＰに対して、０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ及び０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐの関係を満たすとともに、前記内プレートの高さＨが、０．９６Ｐ≦Ｈの関係を満たすような構成とする。
【００１０】
ここで、０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ及び０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐ、すなわち０．７２≦Ｄ／Ｐ≦０．７９及び０．４０≦ｄ／Ｐ≦０．４４とするとともに、０．９６Ｐ≦Ｈとするのは、次のような理由による。
【００１１】
ｄ／Ｐを０．４０以上とすることにより、ピンが太くなり、ピンの強度が高まり、高負荷又は高速回転時におけるピン折れが解消される。一方、ｄ／Ｐを０．４４以上とすることは、ブシュ及びローラの肉厚を極端に薄くすることを強いられ、かえって、チェーンの強度を低下させるため好ましくない。
【００１２】
また、ブシュ及びローラの耐衝撃性を低下させないためには、ブシュ及びローラの肉厚は、従来の肉厚を維持する必要がある。そのため、Ｄ／Ｐの値は、ｄ／Ｐの値を、０．４０≦ｄ／Ｐ≦０．４４とするのに呼応して、０．７２≦Ｄ／Ｐ≦０．７９とした。
【００１３】
さらに、０．４０≦ｄ／Ｐ≦０．４４としたことにより、従来よりブシュ径も大きくなる。そのため、内リンクの最小断面積（すなわちブシュ孔の中心を通る垂直断面積）が減少し、内リンクの強度が低下する。
そこで、従来、チェーンピッチＰの８６％程度であった内リンクの高さＨを９６％以上まで大きくすることにより、最小断面積の減少を抑えた。
【００１４】
【作用】
本発明の自動車エンジン用タイミングチェーンは、ローラの外径Ｄ及びピンの外径ｄがチェーンピッチＰに対して、０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ及び０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐの関係を満たすとともに、内プレートの高さＨが、０．９６Ｐ≦Ｈの関係を満たすようにしたことによって、ピンが太くなり、ピン破断強さが飛躍的に向上し、長期に亘り、円滑に屈曲摺動する。
【００１５】
また、ピンが太くなることにより、ピンとブシュの接触面積が増大するためピンとブシュに加わる接触応力が減少し、その結果としてピン及びブシュの摩耗、すなわち、チェーンの伸びが抑制され、長期に亘り、スプロケットとの正確な噛み合いが実現する。さらに、内リンクの最小断面積が増大するため、内リンクのブシュ圧入部近傍への応力集中が回避される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例に基づき、図１乃至図４を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の自動車エンジン用タイミングチェーンの一例を示しており、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が側面図である。なお、（ａ）は、自動車エンジン用タイミングチェーンの内部構造がわかるように、その一部を断面図として描いている。
【００１８】
この自動車エンジン用タイミングチェーン１００は、円筒状のブシュ１２２の両端部がそれぞれ一対の内プレート１２４のブシュ孔１２６に嵌着固定され、そのブシュ１２２にローラ１２８を回転自在に外嵌した内リンク１２０と、前記ブシュ１２２内に回転自在に嵌挿されたピン１４２の両端が、前記一対の内プレート１２４の両外側に配置された一対の外プレート１４４のピン孔１４６に嵌着固定された外リンク１４０から構成されている。
【００１９】
ローラの外径Ｄ及びピンの外径ｄは、チェーンピッチＰに対して、０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ及び０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐの関係を満たすとともに、内プレートの高さＨは、チェーンピッチＰに対して、０．９６Ｐ≦Ｈの関係を満たすように各部位の寸法を設定した。
【００２０】
本実施例では、ローラの外径Ｄを６．２５ｍｍ、ピンの外径ｄを３．５０ｍｍ、チェーンピッチＰを８．００ｍｍ及び内プレートの高さＨを７．８ｍｍとした。すなわち、Ｄ／Ｐ＝０．７８１、ｄ／Ｐ＝０．４３８、Ｈ／Ｐ＝０．９７５であり、いずれも上記の関係式を満たしている。
【００２１】
次に本実施例による自動車エンジン用タイミングチェーンの特性について、図２乃至図４に示した測定結果に基づき詳述する。なお、各測定において、従来例として用いたローラチェーンは、ＪＩＳＢ１８０１で「０６Ｂ」（ＩＳＯの呼び番号と一致）と呼ばれるチェーンピッチ９．５２５ｍｍ、ローラ外径６．３５ｍｍ、ピン外径３．２８ｍｍ、内プレートの高さが８．２６ｍｍのものを使用した。
【００２２】
図２は、自動車エンジン用タイミングチェーンの伸び率（％）について、測定した結果を示す。試験方法としては、歯数が１８枚と３６枚の２つのスプロケットにリンク数が９６のローラチェーンを循環掛張し、張力を２．０ｋＮに維持しつつ毎分６５００回転で回転させ、チェーンの伸び指数（％）を計測した。図２で、実線が本実施例の自動車エンジン用タイミングチェーンによる測定結果を示しており、破線は、従来のローラチェーンの測定結果を示している。
【００２３】
図２からわかるように、本実施例のローラチェーンからなる自動車エンジン用タイミングチェーンは、２００時間経過後の伸び率が従来品の約７０％に抑えられている。さらに、ピンとブシュの接触応力について測定したところ、本実施例の自動車エンジン用タイミングチェーンは、従来品に比べて接触応力が１０％近く低減されており、この接触応力の低減により、上記のように伸び率が抑えられたものと推察される。
【００２４】
図３は、自動車エンジン用タイミングチェーンのピン破断強さ（ｋＮ）について、測定した結果を示す。試験方法としては、５リンク以上のローラチェーンを引張試験機に取り付けて、ピンがどれぐらいの引張荷重に耐えられるかを測定した。図３からわかるように、本実施例の自動車エンジン用タイミングチェーンは、従来品に比べてピンの破断強さが１．５倍近く向上している。
【００２５】
図４は、自動車エンジン用タイミングチェーンの回転疲れ限度（ｋＮ）について、測定した結果を示す。回転疲れ限度とは、所定回数の繰返し荷重により疲れ破壊を起こさない荷重限界のことであり、試験方法としては、ＪＩＳＢ１８０１（１９９７年改訂）で規定された方法を用いて測定した。
【００２６】
図４からわかるように、本実施例の自動車エンジン用タイミングチェーンは、従来品に比べて疲れ限界が１．５倍近く向上している。これは、内プレートの高さＨをチェーンピッチＰの９６％以上としたことにより、内プレートの最小断面積が増大し、この箇所への応力の集中が回避されたことによるものと推察される。
【００２７】
上記の例では、ローラの外径Ｄが６．２５ｍｍ、ピンの外径ｄが３．５０ｍｍ、チェーンピッチＰが８．００ｍｍ及び内プレートの高さＨが７．８ｍｍである自動車エンジン用タイミングチェーンを用いたが、０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ、０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐ及び０．９６Ｐ≦Ｈの関係を満たしさえすれば、上述の試験結果と同様、伸び率、破断強さ、回転疲れ限界の点で、従来のローラチェーンに対して有意な特性の向上が確認された。
【００２８】
なお、本実施例の自動車エンジン用タイミングチェーンと共に使用されるスプロケットは、本実施例の自動車エンジン用タイミングチェーンのチェーンピッチＰ及びローラの外径Ｄに基づき、基準寸法計算式にしたがって決められた寸法のスプロケットであれば、その歯形は、Ｓ歯形、Ｕ歯形、ＩＳＯ歯形のいずれでもよく、従来から用いられているスプロケットを使用することができる。しかしながら、チェーンのローラ径が大きくなる分、スプロケットの歯が小さくなるため、動力伝達機構全体の信頼性を高めるという観点から、スプロケットの材質及び熱処理を工夫して、スプロケットの強度を向上させることが好ましい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自動車エンジン用タイミングチェーンは、ローラの外径Ｄ及びピンの外径ｄがチェーンピッチＰに対して、０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ及び０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐの関係を満たすとともに、内プレートの高さＨが、０．９６Ｐ≦Ｈの関係を満たすようにしたことによって、ピンが太くなり、ピン破断強さが飛躍的に向上し、高速で回転する自動車エンジンに使用した場合、経年劣化によりピンが折れることがない。さらに、内プレートの最小断面積が増大するので、内プレートのブシュ圧入部近傍への応力の集中が回避され、内プレートへのクラック（亀裂）発生等が抑制される。
【００３０】
また、ピンが太くなることにより、ピンとブシュの接触面積が増大するためピンとブシュに加わる接触応力が減少し、その結果としてピン及びブシュの摩耗が抑制され、チェーン伸び率が低減され、製品寿命が延びる。特に、タイミングチェーンとして、長期に亘って、タイミングの正確さが確保され、しかも、ローラの使用により静粛性も向上し、自動車の省エネ化、低騒音化に寄与する。
【００３１】
本発明は、自動車エンジン用タイミングチェーンの寿命を決定する原因を究明し、ローラチェーンの伸びや破断のメカニズムを踏まえて、ローラチェーンを構成する各部材の寸法比の最適化を図ったことにより、きわめて再現性良く耐久性を向上させることができる点で産業上の技術的意義はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動車エンジン用タイミングチェーンの一部を示す平面図。
【図２】本発明の自動車エンジン用タイミングチェーンの伸び率試験の結果を示す図。
【図３】本発明の自動車エンジン用タイミングチェーンの破断強さ試験の結果を示す図。
【図４】本発明の自動車エンジン用タイミングチェーンの回転疲れ限度試験の結果を示す図。
【図５】従来のローラチェーンの一部を示す斜視図で、（ａ）はチェーン全体、（ｂ）は内リンク、（ｃ）は外リンクを示す。
【符号の説明】
１００  ・・・  自動車エンジン用タイミングチェーン
５００  ・・・  ローラチェーン
１２０、５２０  ・・・  内リンク
１２２、５２２  ・・・  ブシュ
１２４、５２４  ・・・  内プレート
１２６、５２６  ・・・  ブシュ孔
１２８、５２８  ・・・  ローラ
１４０、５４０  ・・・  外リンク
１４２、５４２  ・・・  ピン
１４４、５４４  ・・・  外プレート
１４６、５４６  ・・・  ピン孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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