(57)【要約】【課題】  チェーンの耐摩耗性および耐腐食性を向上させる。【解決手段】  リンク１１，１３からなる複数のリンクの組１２，１４を有し、隣り合う各リンクの組１２，１４を互いに枢支可能に連結する枢支部材１６を有するチェーン１０において、枢支部材１６が、耐摩耗性および耐腐食性に優れたセラミック材料から構成されている。【選択図】  図１Ａ
2004270941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力伝達用チェーンであって、
リンク（１１，１３）からなる複数のリンクの組（１２，１４）を有し、隣り合うリンクの組（１２，１４）を互いに枢支可能に連結する枢支部材（１６）を有するチェーン（１０，４０，６０）において、
枢支部材（１６）がセラミック材料から構成されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。
【請求項２】
請求項１において、
チェーン（１０）の各リンク（１１，１３）が少なくとも二つの開孔（３２）を有しており、或るリンク（１１，１３）の各開孔（３２）が、同じリンクの組（１２，１４）における残りのリンク（１１，１３）の各開孔（３２）と整列して同芯に配置されており、整列した開孔（３２）内に少なくとも一つの枢支部材（１６）が挿入されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。
【請求項３】
請求項２において、
各リンクの組（１２，１４）における少なくとも一つのリンク（１１，１３）が、互いに面接触する少なくとも２枚のリンクプレートから構成されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。
【請求項４】
請求項２において、
枢支部材（１６）が円柱状のセラミックピンである、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。
【請求項５】
請求項２において、
枢支部材（１６）が、セラミック材料を含むロッカージョイント（４３）を有し、ロッカージョイント（４３）が、長短一対のロッカーピン（４３Ａ，４３Ｂ）から構成されるとともに、長いロッカーピン（４３Ｂ）が開孔（４５）を完全に挿通して最外側リンク（４６ａ）を逆側の最外側リンク（４６ｂ）に連結しており、短いロッカーピン（４３Ａ）が同じ開孔（４５）を完全に挿通せずに延びており、各ロッカーピン（４３Ａ，４３Ｂ）が開孔（４５）内で互いに転動し合うように設けられている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。
【請求項６】
請求項５において、
短いロッカーピン（４３Ａ）が、セラミック材料から構成されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。
【請求項７】
請求項５において、
短いロッカーピン（４３Ａ）がセラミック材料から構成され、長いロッカーピン（４３Ｂ）が金属材料から構成されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。
【請求項８】
請求項１、４ないし７のいずれかにおいて、
セラミック材料が、ジルコニア、ジルコニア強化アルミナ、希土類酸化強化ジルコニア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、ボロンカーバイド、アルミナ、ベリリウム、サファイア、アルミナ/ジルコニア複合体、およびこれらの組合せからなるグループから選択されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。
【請求項９】
請求項１、４ないし７のいずれかにおいて、
セラミック材料が窒化ケイ素から構成されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。
【請求項１０】
請求項１、４ないし７のいずれかにおいて、
セラミック材料がジルコニア強化アルミナから構成されている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。
【請求項１１】
請求項１において、
リンクの組（６２、６４）が、一つおきに並んで配設された複数の内側リンク（６３，６３′）および外側リンク（６７，６７′）から構成されており、内側リンク（６３）が、整列した開孔対（６８）を有する少なくとも２枚の内側プレート（６３ａ，６３ｂ）と、整列した開孔対（６８）の間に配置されたピンブシュ（６６）とを有しており、外側リンク（６７）が、その端部（６７ｃ，６７ｄ）において第１、第２のピン（６１Ａ，６１Ｂ）で連結された少なくとも２枚の外側プレート（６７ａ，６７ｂ）を有しており、内側プレート（６３ａ，６３ｂ）の端部（６３ｃ，６３ｄ）の開孔（６８）を挿通しかつ外側プレート（６７ａ）の端部（６７ｃ）に取り付けられた第１のピン（６１Ａ）により、内側および外側リンク（６３，６７）が互いに枢支可能に連結されており、第１のピン（６１Ａ）が同じ外側リンク（６７）の他方の外側プレート（６７ｂ）を連結しており、内側プレート（６３ｅ，６３ｆ）の端部（６３ｇ、６３ｈ）の開孔（６８′）を挿通する第２のピン（６１Ｂ）により外側プレート（６７ｂ）の他の端部（６７ｅ，６７ｆ）が連結されており、各ピンブシュ（６６）には、ピンブシュ（６６）の回りを回転自在なローラ（６９）がそれぞれ設けられている、
ことを特徴とする動力伝達用チェーン。
【請求項１２】
動力伝達用チェーンおよびスプロケット組立体であって、
組立体１ないし１２のいずれかに記載のチェーン（１０，４０，６０）と、スプロケット歯（３７）を有するスプロケット（３５）と、
を備えた動力伝達用チェーンおよびスプロケット組立体。
【請求項１３】
内燃機関のタイミングを制御するために動力伝達用チェーンを使用するための方法であって、
クレーム１ないし１２のいずれかに記載された無端状のチェーン（１０）をチェーン駆動手段（３５）およびチェーン従動手段（３９）の係合歯と運転可能に係合させることと、
チェーン駆動手段（３５）およびチェーン従動手段（３９）の回りでチェーン（１０）に回転運動を与えるチェーン駆動手段（３５）を、内燃機関の制御されたタイミングを提供するように駆動することと、
を備えた方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、自動車用タイミングまたは動力伝達用アプリケーションのためのチェーンに関し、より詳細には、セラミックス製連結部材を有するチェーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
動力伝達用チェーンは、自動車の点火タイミングのみならず、機械的な動力を自動車の駆動輪に伝達するために、自動車産業において広く用いられている。
【０００３】
たとえば自動車用タイミングチェーンのアプリケーションに使用される従来の動力伝達用チェーンの一つの形式は、「サイレントチェーン」と呼称されている。サイレントチェーンは、一般に、交互に配置された複数の金属製リンクの組から構成されており、隣り合うリンクの組は、枢支手段によって連結されている。
【０００４】
サイレントチェーンの各チェーンリンクは、クロッチ部によって隔てられた一対のつま先部を有している。各つま先部は内側フランク面および外側フランク面によって限定されており、各内側フランクはクロッチ部によってまたはクロッチ部において接続されている。各チェーンリンクはまた、枢支手段が挿入される一対の開孔を有している。
【０００５】
このようなサイレントチェーンにおいてこれまで使用されてきた枢支手段は、金属製のローラピンまたはロッカーピンのような金属製の連結部材であった。サイレントチェーンおよびそのリンク部材は、動力伝達組立体または動力伝達装置において、歯付スプロケットとともに用いられるように設けられていた。
【０００６】
歴史的には、サイレントチェーンのリンクの外側フランク面または内側フランク面が、自動車用のタイミングチェーンまたは伝動チェーンのアプリケーションにおいて、スプロケットと噛み合うように用いられてきた。金属製のピンおよびロッカージョイントは、隔てられたリンクの組の間で結合が緩むのを防止するために、非常にきつい公差の範囲に仕上げられていなければならない。
【０００７】
このような従来のサイレントチェーンを製作する際、典型的には、チェーンの組立後においてチェーンが使用に供される前に、予荷重つまり引張荷重を作用させている。予荷重は、動力伝達用のアプリケーションにおいてチェーンに実際の荷重が作用する前に、チェーンの長さを予め調整するために作用させている。
【０００８】
予荷重は、チェーン長さの変化をもたらし、その結果、初期応力を生じさせる。もしこのような予荷重が従来のサイレントチェーン構造に作用していなければ、チェーンは、初めて使用に供されたときに、相対的に著しい初期伸びを受けるだろう。このような初期伸びは、望ましくないものである。
【０００９】
その一方、従来のサイレントチェーン構造に予荷重が作用している場合には、荷重は、ロッカーピンの側面がリンクプレートの開孔の壁面に圧接するように、ロッカーピンに作用する。これにより、ロッカーピンを開孔内に着座させ、ロッカーピンおよび開孔間に大きな接触面を提供して摩耗を低減させる。
【００１０】
その結果、チェーンピッチの望ましくないオフセットが開孔について発生し得るが、これは、チェーンの性能に悪影響を与えることになるだろう。したがって、従来のサイレントチェーン構成は、予荷重の要求に関連した、将来起こり得る欠点を有している。
【００１１】
従来のもう一つのタイミングチェーン構成は、ローラチェーン構造である。従来のローラチェーン構造の一つは、一般に、縦方向に交互に並設されかつ枢支可能に連結された複数の内側リンク対および外側リンク対を有している。このような構造にするために、各内側リンクは、互いに横方向に隔てられかつ実質的に平行に配設された少なくとも二つの内側プレートとして設けられている。
【００１２】
これらの内側プレートは、金属製のピンを受け入れるための、同芯に配置されたピン孔を各端部に有している。各内側プレートの対応する端部に配置された各ピン孔内には、たとえば圧入によってブシュが固定されている。各外側リンクは、間隔を隔てて平行に配設された少なくとも二つの外側プレートを有しており、これらの外側プレートは、単一の丸ピンのような連結部材により互いに連結されている。
【００１３】
各外側プレートの隣り合う二つの端部を連結するピンは、各外側プレートの間に配置された第１の各内側プレートの各端部のピン孔を挿通している。同じ外側プレートの他の端部を連結するピンは、各外側プレートの間に配置された第２の各内側プレートの各端部のピン孔を挿通している。
【００１４】
各ブシュの上において各内側プレート間には、回転自在な円筒状ローラが設けられている。各ローラは、対応するブシュ上で自由に回転し得るようになっている。ローラチェーンは、ローラがスプロケット歯面と駆動噛合することにより、スプロケットと噛み合う。
【００１５】
サイレントチェーン構造においては、リンクの摩耗が重要な関心事である。リンクの摩耗は、荷重の作用下でチェーンリンクがスプロケットと噛み合うときのチェーンリンクの動きにより発生する。チェーンの摩耗を低減させるための方策として、金属製のチェーン構成部品をオイルまたはグリースで潤滑することが長年行われてきた。
【００１６】
しかしながら、潤滑剤は、チェーンと接触することになる塵埃を捕捉しやすい傾向がある。このことは、チェーン構成部品の摩滅や摩耗を引き起こすという意図しない結果に帰着することになる。このようなチェーン摩耗は、その他の要因によってさらに悪化させられる。
【００１７】
たとえば自動車用タイミングチェーンのアプリケーションにおいては、摩耗の恐れはまた、直噴ガソリンエンジンに関連して増加する。このような目的のために開発されて使用される燃料は、従来のチェーン潤滑剤と好ましくない化学反応を起こす傾向がある。
【００１８】
とりわけ、このような化学反応は、オイルを酸性にし、汚染された潤滑剤と接触する金属製のドライブチェーン部品に対して潜在的に腐食性を有する。また、このような不利な化学反応は、オイル全体の潤滑性および品質を低下させて、さらに摩耗を生じさせる。
【００１９】
摩耗増加の問題はまた、たとえば乗用車のアプリケーションに用いられるディーゼルエンジンに関連している。すなわち、内燃機関でディーゼル燃料を使用することは、チェーンの潤滑オイル内に硫黄を生成することになり、このことがオイル内に腐食性の酸を形成することに帰着する。
【００２０】
このような酸は、金属に対して腐食性を有しており、金属製のドライブチェーン構成要素を化学的に攻撃する。単独でまたは組み合わされて、上述した現象は、タイミング・動力伝達用ドライブチェーンの摩耗および性能低下を促進させる。
【００２１】
連結部材のようなチェーン構成部品の表面の摩耗、摩滅および腐食は、チェーン構成部品、とくに金属製ピン、ブシュ、およびローラ（もし使用されていれば）のような連結部材の材料の損失につながるので、問題である。部品表面から失われた材料は、それ自体潤滑油をさらに汚染させ、その結果、チェーンの摩耗増加に寄与する。
【００２２】
このような材料の損失は、結局、ドライブチェーンの異なる連結部材間に隙間を形成させる。このような隙間は、チェーンを伸ばさせる、つまり元の長さから長さを増加させる。このような伸びたチェーンにおける全体の緊張力は、たとえば一般的なブレードスプリングテンショナを用いてチェーンの弛みを除去することによって、変更される。また、材料の損失および腐食は、チェーンに要求される機械的な特性を損なわせる。
【００２３】
さらに、たとえチェーン全体が再び張力を付与されたとしても、摩耗および（または）腐食の量は、チェーン全体を通じて均等には生じないので、摩耗したチェーンおよびスプロケットは均一の噛合いができなくなる。その結果、チェーンの有効寿命が短くなる。
【００２４】
或るタイプのチェーンおよびチェーンコンベアの特定の部品にセラミック材料を導入することが提案されている。たとえば米国特許第 5,069,331号は、非金属製のオーバレイ・ブシュに取り付けられた複合リンクを備えた作物収穫用コンベアチェーンについて開示している。
【００２５】
米国特許第 4,911,681号は、セラミック製ロッドによりセラミック製スペーサに相互に連結されたセラミック製バーを有するセラミック製のコンベアベルトについて開示している。このコンベアベルトにおいては、セラミック製端部のタブを用いてバーがロッド上に固定されており、それによって、バーの突起がロッドの一端に係合する一方、ロッドを半径方向および軸方向に固定してロッドの回転の自由度を妨げるためにセラミックのパテで満たされたロッド逆側には、空間を残している。
【００２６】
米国特許第 5,069,331号および米国特許第 4,911,681号は、回転可能なピン結合を用いたチェーンの非屈曲リンクに関する。また、これらの米国特許に記述されたようなコンベアチェーンは、長手方向のチェーン伸びの問題が関心事ではないように、チェーン全体のサイズに対して引張荷重が低い運転環境に関する。
【００２７】
米国特許第 5,829,850号は、クローラーチェーンおよびドライブスプロケットホイールを有する車両に用いられる軌道システムについて開示しており、このシステムは、ピン組立体を有している。ピン組立体は、ボルトまたはブシュを備え、その外周は、少なくとも、せいぜい１５％の焼結混和剤を有する窒化ケイ素または酸化ジルコニウムからなる材料から構成されている。
【００２８】
相対的に大きなチェーン構成要素を備えた軌道システムは、重大なチェーン伸びの問題を生じることなく、相対的に低荷重の環境に移行する。米国特許第 5,884,387号は、センターリンク、センターローラおよびスプロケットと認識される自己潤滑性のセラミック要素を有するドライブシステムについて開示している。
【００２９】
米国特許第 5,803,852号は、米国特許第 5,884,387号と同様に、セラミック製のセンターリンクおよびセンターローラと、スライドしつつ回転接触するように配置されたプロケットとを備えたドライブシステムについて開示している。米国特許第 4,704,098号は、金属製の外側リンクプレートおよびプラスチック製の内側リンクプレートから構成された組合せリンクチェーンについて開示している。
【００３０】
自動車用タイミングチェーンやその他の動力伝達用アプリケーションのような大荷重および高速運転状況下で、良好な耐摩耗性、耐腐食性、耐久性およびチェーン伸びを有するとともに、チェーンの性能を実質的に損なうことなく、製造上の観点から実際的で費用効率の高いドライブチェーンを使用する必要性があった。
【特許文献１】米国特許第 5,069,331号明細書
【特許文献２】米国特許第 4,911,681号明細書
【特許文献３】米国特許第 5,829,850号明細書
【特許文献４】米国特許第 5,884,387号明細書
【特許文献５】米国特許第 5,803,852号明細書
【特許文献６】米国特許第 4,704,098号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本発明が解決しようとする課題は、動力伝達用チェーンにおいて、耐摩耗性および耐腐食性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
請求項１の発明は、複数のリンクの組を有し、隣り合う各リンクの組を互いに枢支可能に連結する枢支部材を有する動力伝達用チェーンにおいて、枢支部材が耐摩耗性および耐腐食性のセラミック材料から構成されている。
【００３３】
請求項２の発明では、請求項１において、チェーンの各リンクが少なくとも二つの開孔を有しており、或るリンクの各開孔が、同じリンクの組における残りのリンクの各開孔と整列して同芯に配置されており、整列した開孔内に少なくとも一つの枢支部材が挿入されている。
【００３４】
請求項３の発明では、請求項２において、各リンクの組における少なくとも一つのリンクが、互いに面接触する少なくとも２枚のリンクプレートから構成されている。
【００３５】
請求項４の発明では、請求項２において、枢支部材が円柱状のセラミックピンである。
【００３６】
請求項５の発明では、請求項２において、枢支部材が、セラミック材料を含むロッカージョイントを有しており、ロッカージョイントが、長短一対のロッカーピンから構成されるとともに、長いロッカーピンが開孔を完全に挿通して最外側リンクを逆側の最外側リンクに連結しており、短いロッカーピンが同じ開孔を完全に挿通せずに延びており、各ロッカーピンが開孔内で互いに転動し合うように設けられている。
【００３７】
請求項６の発明では、請求項５において、短いロッカーピンが、セラミック材料から構成されている。
【００３８】
請求項７の発明では、請求項５において、短いロッカーピンがセラミック材料から構成され、長いロッカーピンが金属材料から構成されている。
【００３９】
請求項８の発明では、請求項１、４ないし７のいずれかにおいて、セラミック材料が、ジルコニア、ジルコニア強化アルミナ、希土類酸化強化ジルコニア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、ボロンカーバイド、アルミナ、ベリリウム、サファイア、アルミナ/ジルコニア複合体、およびこれらの組合せからなるグループから選択されている。
【００４０】
請求項９の発明では、請求項１、４ないし７のいずれかにおいて、セラミック材料が窒化ケイ素から構成されている。
【００４１】
請求項１０の発明では、請求項１、４ないし７のいずれかにおいて、セラミック材料がジルコニア強化アルミナから構成されている。
【００４２】
請求項１１の発明では、請求項１において、リンクの組が、一つおきに並んで配設された複数の内側リンクおよび外側リンクから構成されており、内側リンクが、整列した開孔対を有する少なくとも２枚の内側プレートと、整列した開孔対の間に配置されたピンブシュとを有しており、外側リンクが、その端部において第１、第２のピンで連結された少なくとも２枚の外側プレートを有しており、内側プレートの端部の開孔を挿通しかつ外側プレートの端部に取り付けられた第１のピンにより、内側および外側リンクが互いに枢支可能に連結されており、第１のピンが同じ外側リンクの他方の外側プレートを連結しており、内側プレートの端部の開孔を挿通する第２のピンにより外側プレートの他の端部が連結されており、各ピンブシュには、ピンブシュの回り回転自在なローラがそれぞれ設けられている。
【００４３】
請求項１２の発明は、動力伝達用チェーンおよびスプロケット組立体であって、組立体１ないし１２のいずれかに記載のチェーンと、スプロケット歯を有するスプロケットとを備えている。
【００４４】
請求項１３の発明は、内燃機関のタイミングを制御するために動力伝達用チェーンを使用するための方法であって、クレーム１ないし１２のいずれかに記載された無端状のチェーンをチェーン駆動手段およびチェーン従動手段の係合歯と運転可能に係合させることと、チェーン駆動手段およびチェーン従動手段の回りでチェーンに回転運動を与えるチェーン駆動手段を、内燃機関の制御されたタイミングを提供するように駆動することとを備えている。
【００４５】
本発明は、摩耗、腐食、チェーン伸びの影響を受けにくく、自動車用のみならずその他の使用にも適した種々の動力伝達用チェーンの製造に関する。このようなチェーンは、端部がオーバラップした複数のリンクの組を有しており、これらのリンクは、チェーン伸びを減少させるのに効果的な少なくとも一つのセラミック製連結部材を含む枢支部材により連結されている。また、このようなチェーンは、スプロケット歯と駆動可能に噛合う手段を有している。
【００４６】
本発明の一つの特徴部分においては、チェーンの鋼製連結部の代わりにセラミック製連結部を導入することにより、鋼製部品が用いられていれば発生したであろうチェーンの伸びを少なくとも約１０％減少させている。
【００４７】
そして、伸びの減少は、チェーンの使用時間およびその運転条件に応じて、約２５％またはそれ以上にまで増加し得る。伸びが少ない一方で、本発明によるチェーンは、すべて金属からなる同様の構造のチェーンの耐用年数にほぼ匹敵するまたはそれ以上の耐用年数を有している。
【００４８】
このようなチェーンは、好ましくは、自動車用タイミングまたは運動伝達方法のために用いられている。このような運転環境は、大荷重を有している。一つの特徴部分においては、本発明は、運転中に半径方向、軸方向および長手方向からの過酷な力が作用する屈曲タイミングチェーンの臨界応力点となるチェーンピンのような枢支手段を、セラミック材料から作ることができるという、これまでの常識からは考えられない予期しない発見に基づいている。
【００４９】
セラミック材料は、自動車のタイミングチェーンおよびドライブチェーンが受ける強大な引張荷重に耐える一方、チェーン伸びの問題、とりわけ腐食を著しく低減させることができる。自動車用のタイミングアプリケーションに使用されるサイレントチェーンは、運転中にしばしば荷重変動を受ける。
【００５０】
これまでセラミック部品は、一般的な金属材料と比べて、比較的脆い材料であると考えられてきた。しかしながら、本願発明者は、セラミック製の枢支手段が、自動車用タイミングチェーンに用いられたときには、大荷重の作用下にも拘らず、割れや脆化によって機能的には弱くならないということを発見した。
【００５１】
本発明によるドライブチェーンにおいて、鋼製の連結部材の代わりにセラミック製の連結部材を使用することは、後述される試験結果により実証されるように、チェーンが摩耗、腐食および伸びの影響を受けにくくする。
【００５２】
このような利点は、チェーンの全体寿命を延ばし、本発明によるチェーンを用いたときにエンジンシステムの信頼性を向上させる。たとえばチェーンの摩耗および腐食を低減させることによって、本発明によるチェーンは、内燃機関におけるクランクシャフトおよびカムシャフト間のタイミング変化の可能性を減少させる。
【００５３】
さらに、本発明のもう一つの潜在的な利点は、本発明の一つの側面による自動車用アプリケーションのためのサイレントチェーンが、セラミック製の連結枢支手段を用いて組み立てられた後に、従来の鋼製サイレントチェーンで一般に行なわれていたプリストレスまたは予荷重を作用させる必要がなく、すぐに使用できるという点である。このような利点は、チェーンの製造コストおよび品質管理コストを低減させる。
【００５４】
本発明の他の側面においては、スプロケット歯を有するスプロケットを含むスプロケット駆動装置と、スプロケット歯と噛み合う複数のリンクの組を有する動力伝達用チェーンとの組合せである。
【００５５】
少なくとも一部がセラミック材料から形成された枢支部材は、リンクの各組が隣のリンクの組に対して屈曲できるように、リンクの連続する組を連結している。リンクは、好ましくは金属材料から構成されており、これにより、複合チェーン構造を構成している。
【００５６】
サイレントチェーン構造により直接的に関係する本発明の一つの側面においては、歯付スプロケット駆動装置と駆動噛合いする動力伝達用チェーンが、少なくとも二つの開孔をそれぞれ有する各リンクの連続する組を有している。
【００５７】
リンクの各開孔は、同じリンクの組の中の残りのリンクの開孔と整列するとともに、連続するリンクの組の各開孔と整列している。少なくともその一部がセラミック材料から構成された枢支手段が、リンクの整列した開孔内に挿入されて、リンクの連続した組を連結している。
【００５８】
本発明のさらに他の側面においては、各リンクの組において少なくとも一つのリンクが、互いに重ね合わされた少なくとも２枚のリンクプレートから構成されている。このような積層リンクプレートは、とくに、枢支部材が圧接する開孔壁面において、変形に対してより抵抗力のある強固なチェーンリンク構造を提供する。
【００５９】
本発明のサイレントチェーンに用いられる枢支部材は、たとえば丸ピンまたはロッカージョイントである。これらの枢支部材は、少なくともその外周面にセラミック材料を含んでいる。枢支部材は、全体を通じて均質なセラミック材料から構成されるか、あるいは、セラミック表面層でコーティングされた金属製の母材から構成される。
【００６０】
枢支部材がロッカージョイントである場合には、ロッカージョイントは、好ましくは、長短一対のロッカーピンを有している。長い方のロッカーピンは、リンクの開孔を完全に挿通してリンクの組の一方の最外側リンクを同じ組の他方の最外側リンクに結合しており、短い方のロッカーピンは、リンクの同じ開孔を完全に挿通することなく挿入されており、これら長短一対のロッカーピンは、開孔内で互いに転動し合う。これらロッカーピンのうちの少なくとも一方が、上述したようなセラミック材料を含んでいる。
【００６１】
本発明の別の側面においては、歯付スプロケット駆動装置と駆動噛合いをする動力伝達用チェーンが、ローラチェーンである。ローラチェーンにおいては、リンクの連続する組が、一つおきに並んで配置された複数の内側リンクおよび外側リンクから構成されている。内側リンクは、整列した開孔対が形成されかつ対応する開孔対間に配置されたブシュを有する少なくとも２枚の内側プレートを備えている。
【００６２】
外側リンクは、第１および第２のピンで連結された少なくとも２枚の外側プレートを備えている。外側リンクおよび内側リンクは、一方の外側プレートの一端に取り付けられかつ隣り合う第１の内側リンクの内側プレートの開孔内に延びる第１のピンにより、互いに屈曲可能に連結されている。
【００６３】
この第１のピンは、同じ外側リンクの他方の外側プレートの対向端部を連結している。同じ外側プレートの他の端部は、隣り合う第２の内側リンクの内側プレートの開孔内に延びる第２のピンによって連結されている。
【００６４】
複数のローラの各々は、自由な回転のためにブシュの一方を囲繞するとともに、内側プレートの内側面間に配置されている。整列した開孔の各列と関連する少なくとも一つのブシュまたはピンが、少なくともその表面にセラミック材料を含んでいる。
【００６５】
チェーンの枢支部材または連結部材の構成において本発明に有用なセラミック材料は、たとえば、ジルコニア、ジルコニア強化アルミナ（ＺＴＡ）、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、ボロンカーバイド、アルミナ、ベリリウム、サファイア、およびこれらの組合せである。
【００６６】
これらのセラミックと安定剤や強化剤のような他の調節剤との混合物も用いられ得る。一つの側面においては、セラミック材料は、ジルコニアのイットリア安定化形態（Ｙ−ＴＺＰ）のような、希土類酸化物で強化されたジルコニアを有している。
【００６７】
本発明およびその目的をさらに理解するためには、図面、図面の簡単な説明、本発明の好ましい実施態様の詳細な説明および特許請求の範囲に注意が向けられるべきである。
【発明の効果】
【００６８】
本発明によれば、チェーンの枢支部材がセラミック材料から構成されるので、耐摩耗性および耐腐食性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示している。
図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれリンク１１，１３からなる組１２，１４を交互に組み合わせて構成されたチェーン構造体１０を示している。リンク１１，１３の各組は、そのオーバラップした各端部１１ａ，１３ａにおいて枢支手段１６によって連結されている。
【００７０】
リンク１１，１３の各々は、枢支手段１６を受け入れるための、間隔を隔てた一対の開孔３２を有している（図３参照）。リンク１１，１３の長手方向は、双方の開孔３２の中心を通る線に平行な方向に延びている。本発明による個々のチェーンリンクは、単一のプレートまたは重ねられた複数のプレートから構成されている。
【００７１】
図１Ｂに示すように、枢支手段１６は、たとえば、円筒状に形成された丸ピンであって、リンク１１，１３の連続する組１２，１４において整列した開孔３２内に受け入れられて支持されている。
【００７２】
屈曲運動をするリンク１３とピン１６との間には、相対回転が生じる。ピン１６は、チェーン１０がスプロケットの回りを屈曲しつつ回転運動するように、各リンク１１，１３の組１２，１４を連結している。
【００７３】
各丸ピン１６は、リンク１１，１３のオーバラップした端部において幅方向に整列した丸い開孔３２内に挿入されている。ピン１６はセラミック製であって、ピン１６の外周面は、リンク１３の開孔３２の内周面に対して直接回転摺動する。
【００７４】
なお、リンク１１の組１２は、ガイドリンク３１（図３参照）を有していてもよい。ガイドリンク３１は、スプロケット歯と駆動噛合いをせず、スプロケット上でチェーン１０の横方向の配置を維持するのに用いられている。
【００７５】
チェーンおよびその構成部品の横方向は、ピン１６の軸線と平行な方向に延びている。従来より知られている内側ガイドリンク（図示せず）は、スプロケットがガイドリンクを受け入れるように溝を有している場合に、用いることができる。
【００７６】
図２Ａは、本発明の他の実施例によるサイレントチェーン構造の平面図であって、このサイレントチェーン１０′においては、内側リンク１４が、リンク１２の第２の組と交互に組み合わされることなく、互いに直接接触して積層されている。内側リンク１４および外側リンクは、リンクの各端部の整列した開孔内を挿通するセラミックピン１６により一体化されている。
【００７７】
図２Ｂに示すように、図１Ａに示された丸ピン式チェーンは、セラミックピン１６および三日月状のブシュ１７を有するブシュ式チェーン１０″であってもよい。ピン１６は、三日月状のブシュ１７に対して回転する。ブシュ１７の内側面はピン１６の外周面に当接しており、ブシュ１７はリンク開孔３２′内での移動が規制されている。
【００７８】
ブシュ１７についてもセラミック材料から構成するようにしてもよい。ブシュ式チェーン１０″は、チェーンテンショナまたはアイドラーが用いられる場合のようにチェーンのバックベンディングが必要とされるかどうかに応じて、バックベンディングを防止する衝突リンクか、または自由なバックベンディングを許容する非衝突設計のいずれかを採用してもよい。
【００７９】
図３Ａは、スプロケット３５と噛み合う内向き歯サイレントチェーン１０の一部を示している。スプロケット３５は、間隔を隔てた複数の歯３７を有しており、これらの歯３７は、チェーンリンク１１，１３と噛み合っている。
【００８０】
各リンク１１，１３は、凸状に湾曲する内側フランク面１８ａおよび外側フランク面１８ｂによって限定されたつま先部を有している。各内側フランク面１８ａは、クロッチ部１８ｃで接続されている。たとえばエンジンタイミングのアプリケーションにおけるサイレントチェーンの噛合いにおいては、内側フランク面１８ａがスプロケット歯３７と駆動噛合いをする。
【００８１】
図３Ｂは、エンジンのタイミングチェーンシステムにおいて、ドライブスプロケット３５およびドリブンスプロケット３９と駆動可能に噛み合うチェーン１０を示している。たとえばエンジンモータである駆動手段３８は、スプロケット３５に回転を与えるように用いられている。あるいは、駆動手段３８は、スプロケット３９を駆動するように用いることもできる。
【００８２】
理解されるように、チェーンが採り得る特定のチェーンレイアウトは、エンジンレイアウト、駆動されるカムシャフトの数、一つのシリンダにおけるバルブの数によって、またはチェーンによってどんな補助装置が運転されるかによって、影響を受ける。本発明のタイミングチェーンおよびタイミングチェーンシステムに関連したチェーンテンショナおよびスナッバの選択および使用は、その必要に応じて行なわれる。
【００８３】
本発明における重要な特徴部分は、枢支部材１６がセラミック材料を含んでいることにある。「セラミック材料」という語は、非金属無機材料に関係しており、成形や加熱によって所望の形状に変形可能である。セラミック材料は、枢支部材の少なくとも外側露出表面領域に設けられており、チェーンの他の構成部と係合する。
【００８４】
たとえば、枢支部材上のセラミック表面は、枢支部材が受け入れられるリンク開孔を限定する壁面と接触する。好ましくは、セラミック表面材料は、硬くて滑らかな面である。これは、枢支部材およびリンク開孔間の物理的接触から生じる摩耗の影響を受けにくくする「自己潤滑面」を提供する。少なくとも外側露出面にセラミック材料を含む枢支部材は、化学的に不活性であって、非腐食性を有している。
【００８５】
これを実現するために、枢支部材は、全体が実質的にセラミック材料から構成された円筒状ピンとして構成されている。好ましい実施例では、ピンは、均質なセラミック構造体である。
【００８６】
一実施例においては、セラミックピンを構成するセラミック材料が、ジルコニア、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミナ、シリコンカーバイド、ボロンカーバイド（炭化ホウ素）、ベリリウム、サファイア、およびこれらの組合せからなるグループから選択されている。一実施例においては、セラミック材料は、複合セラミック材料である。
【００８７】
好ましい一実施例においては、ジルコニア強化アルミナ（ＺＴＡ）のようなセラミック複合材料が用いられている。ＺＴＡに含まれるジルコニアは、一般に約４０wt％よりも低く、好ましくは２５wt％よりも低い。好ましくは、ジルコニアは、アルミナ全体に均一に分布している。
【００８８】
ＺＴＡは、アルミナ粉末およびジルコニアを混合するとともに、加熱圧縮しまたは未焼結機械加工して、焼結し、研磨することによって用意される。アルミナ粉末およびジルコニア粉末は、いずれも市販されている。
【００８９】
あるいは、ＺＴＡは、米国特許第5,002,909号および米国特許第 5,032,555号に記述されたような当該分野の技術により、高分子電解質を用いて溶液から析出させることにより用意することもできる。なお、上記米国特許はいずれも引用することによって本明細書の中に含まれている。
【００９０】
セラミック材料は、一般に、加熱圧縮または未焼結機械加工され、焼結されて合成されるとともに、研磨されて所望のピン形状にされる。好ましくは、高い密度および小さな粒径で特徴付けられる構造を有するＺＴＡは、ピンのアプリケーションに良好に適合した機械的特性をもたらすセラミック材料として提供されている。
【００９１】
高い硬度、靭性および破壊強度を有するＺＴＡが提供され、こうしてセラミックピンに用いられている。使用されるＺＴＡはまた、大量生産に対して信頼できかつ貢献できる材料である。
【００９２】
他の好ましい特徴部分においては、セラミックピンの材料が、ジルコニアベースのセラミック材料として、または、安定剤や強化剤などを導入することによって調節された複合セラミック材料として得られている。ジルコニアベースの材料と組み合わされて使用される強化剤または安定剤の重要な機能の一つは、ジルコニアの正方晶系相の準安定性を向上させることである。
【００９３】
これは一般に知られていることであるが、ジルコニアは、焼結または焼鈍後の冷却中に正方晶系の結晶構造から単斜晶系の結晶構造に変態する傾向がある。ジルコニアの正方晶系粒子は、セラミック材料の破壊強度を増加させる。
【００９４】
これは、正方晶系ジルコニアを含むセラミック内部において微小クラック近傍の応力が正方晶系ジルコニアを単斜晶系形態に変態させるのに効果的に吸収され、これにより、微小クラックがセラミック材料内に進行するのに必要なエネルギーを増加させると考えられているところの「負荷吸収材（stress-absorber）」と同等の作用のせいであるとされている。
【００９５】
強化剤としてもしばしば言及されるイットリアのような安定化酸化物の追加は、冷却されたセラミック内部の正方晶系結晶構造の保持力を増加させる。その一方、強化剤の量は、立方晶系ジルコニアを生じさせる量よりも少なく維持されていなければならない。
【００９６】
安定剤または強化剤は、準安定化正方晶系結晶構造の保持力を向上させるのに効果的な量で加えられる。強化剤の例は、以下のものを含むが、これらには限定されない。すなわち、イットリア（Ｙ２Ｏ３），セリア（ＣｅＯ２），Ｌａ２Ｏ３，Ｅｒ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，ＨｆＯ２などである。
【００９７】
本発明において使用され得る強化ジルコニアセラミックは、たとえば、イットリア安定化正方晶系ジルコニア多結晶体（ＹＴＺＰ）、イットリア部分安定化ジルコニア（ＹＰＳＺ）、セリア安定化正方晶系ジルコニア多結晶体（ＣｅＴＺＰ）、マグネシウム酸化物安定化ＴＺＰ、スカンジウム酸化物安定化ＴＺＰ、ランタニド酸化物安定化ＴＺＰ、インジウム酸化物安定化ＴＺＰなどのような安定化および部分安定化形態のジルコニアを含んでいる。
【００９８】
セラミック材料はまた、セリウム安定化・アルミナ強化ジルコニア（ＣｅＡＴＺ）などでもよい。セラミック材料はまた、引用することによって本明細書中に含まれる米国特許第 4,316,964号に記述されたような、ジルコニアに希土類酸化物を導入することによって強化されたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）／ジルコニア（ＺｒＯ２）の２層複合体のような強化複合セラミックでもよい。
【００９９】
本明細書で記述されたようなチェーンピンおよび枢支部材を提供するために、セラミック材料は、好ましくは、自己潤滑性をもたらすように滑らかな面を有しているべきである。セラミックコーティングのための母材として用いられる円柱状の金属製芯部は、動力伝達用チェーンの連結部材に用いられる一般的な金属製ピン材料から選択することができる。
【０１００】
チェーンに有用な本発明によるセラミック製連結部材を製造するための方法の例は、以下に詳細に説明される。一般に、セラミック材料を含む成形原料塊を、意図されたチェーン連結部材の適切な形状に成形することは可能である。成形原料塊は、与えられた形状を永久的なものにするために焼成されまたは焼結され、これにより、硬くて滑らかな表面を有する固体が得られる。
【０１０１】
本発明の一実施例のサイレントチェーンにおいてセラミックピンを使用することにより、リンクの組１２，１４における少なくとも一方のリンク１１，１３を構成することが可能になる。
【０１０２】
少なくとも２枚のリンクプレートが互いに面接触して積層配置されることにより単一のリンク１１，１３を構成している場合には、ピンがリンク開孔に当接したときに、より良好に変形に耐え得る強固なリンクが提供される。また、枢支部材１６に形成された滑らかなセラミック面の自己潤滑性機能により、チェーン潤滑油およびグリースの必要性が減少し、おそらくはその必要性がなくなる。
【０１０３】
本発明の他の実施例においては、本発明によるサイレントチェーンは、枢支手段として、少なくとも一部がセラミック材料から形成されたロッカージョイントを有している。図４および図５に示すように、サイレントチェーン４０は、交互に配置されたリンクの組４１，４７から構成されている、これらのリンクの組４１，４７は、枢支手段としてのロッカージョイント４３によって連結されている。
【０１０４】
ロッカージョイント４３は、少なくとも一部がセラミック材料から構成された部材を有している。リンクの組４１には、屈曲運動する複数のリンク４２が配置されている。各リンク４２は、図１〜図３に関連して説明されたリンク１３と同様に、一対のつま先部４８および開孔４５を有している。
【０１０５】
リンク４２の組４１はリンク４６の組４７と交互に配置されており、各リンクの組４１，４７のオーバラップした端部４１ａ，４７ａの対応する開孔４５は整列している。リンク４２およびロッカージョイント４３間で相対回転が生じる。
【０１０６】
このようにして、ロッカージョイント４３は、チェーン４０のロッカージョイント４３回りの屈曲運動を許容するように、リンク４２，４６の組４１，４７を連結している。また、チェーン１０に設けられたガイドリンク３１と同様のガイドリンク４９が、最外側リンク４６の代わりに設けられていてもよい。
【０１０７】
図５に示すように、ロッカージョイント４３は、短いロッカーピン（ロッカー）４３Ａと長いロッカーピン４３Ｂを有している。好ましい実施例においては、短いロッカーピン４３Ａが均質なセラミック材料から構成されており、長いロッカーピン４３Ｂが金属製ピンから構成されている。長いロッカーピン４３Ｂは、標準的なリベット締めのような方法により、チェーン端部に容易に固定することができる。
【０１０８】
長いロッカーピン４３Ｂは、開孔４５を完全に挿通しており、リンクの組４７の一端側の最外側リンク４６を他端側の最外側リンク４６に連結している。短いロッカーピン４３Ａは、開孔４５内に延びているが、開孔４５を完全に挿通してはいない。各ロッカーピン４３Ａ，４３Ｂは、開孔４５内で互いに転動し合う。
【０１０９】
図４に示すように、各ロッカーピン４３Ａ，４３Ｂは、いずれも凸状円弧面を有している。ロッカー面の曲率半径は、各ロッカーピン４３Ａ，４３Ｂの凸状円弧面によって限定されている。
【０１１０】
長いロッカーピン４３Ｂおよび短いロッカーピン４３Ａの双方、またはいずれか一方をセラミック材料から構成することができる。各ロッカーピン４３Ａ，４３Ｂは、実質的にピン全体をセラミック材料から構成することも可能である。たとえば、ロッカーピン４３は、均質なセラミック構造を有していてもよい。
【０１１１】
あるいは、各ロッカーピン４３は、金属製の母材と、その上に設けられた実質的に連続したセラミック外側層とを含むロッカーとして構成されていてもよい。ロッカーピンのセラミック層は、硬くて滑らかな面を有しているのが好ましい。このような面は、自己潤滑性を提供する。こうした観点から有用なセラミック材料は、上述した材料のみならず、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を含んでいる。
【０１１２】
その性能向上のために予荷重を作用させるのが望ましいサイレントチェーンにおいては、鋼製ピンに組み合わされたセラミック製ロッカーを採用するようにしてもよい。ロッカーピンにおける最大のせん断・曲げ荷重は、ガイドリンクのすぐ内側で発生する。通常鋼製であるロッカーは、これが当接する鋼製ピンによって全長で支持されているので、セラミック部材で置き換えることが可能である。
【０１１３】
その一方、鋼製ピンの場合には、もしセラミック部材で置き換えられると、過大な引張荷重である予荷重の作用時に、最大せん断・曲げ荷重がセラミックピンを破損させるおそれがある。したがって、短いロッカーピン（ロッカー）４３Ａのみをセラミック製とすることによって、本発明によるロッカーチェーンは、実用に供される前にチェーンに予荷重を作用させることができるという利点を享受しつつ、セラミックロッカーの高い硬度、滑らかな面および高い腐食抵抗という利点を享受することができる。
【０１１４】
ロッカーピンのチェーン構造においては、ピンは、典型的には、チェーンのガイドリンクに圧入されている。これは、ピンを所定位置にしっかりと保持する強固な装置を構成する。ガイド列内においてピンに当接する内側リンクは、ピンに対して屈曲運動をしない。
【０１１５】
チェーンが張り側スパンから弛み側スパンまで走行するとき、チェーンの張力は高い値と低い値の間で変化する。このとき、内側リンクは、大きな荷重でピンに当接するが、ピンに対しては屈曲運動をしない。このような相対運動の低さは、それに比例してチェーンの当該領域における摩耗を少なくする。
【０１１６】
その一方、チェーンのノンガイド列においては、ロッカーはガイドリンクに圧入されていない。ノンガイド列における内側リンクもまた、ロッカーに対して「すきまばめ」になっている。このため、チェーンがスプロケット回りを走行するとき、ロッカーは、内側リンク開孔内においてピンの上を回動する。その結果、ピンおよびロッカーの転動面のみならず、ロッカーおよび内側リンク開孔内で摩耗が発生する。
【０１１７】
こうした摩耗により、チェーンの長さが伸びることになる。鋼製ロッカーのみをセラミックロッカーに置き換えることで、ピンをリベット締めしかつチェーンに予荷重を作用させることを許容しつつ、チェーンの摩耗がもっとも発生しやすい領域が実質的に強化されることになる。
【０１１８】
タイミングチェーンまたはその他の動力伝達用チェーンのアプリケーションに使用されるとき、ロッカージョイント４３内にセラミック製部材を有するサイレントチェーン４０は、図３においてチェーン１０に関して記述されたのと同様にして、スプロケット駆動装置３５の上に取り付けられる。
【０１１９】
少なくともその一部がセラミック材料からなるロッカージョイントから構成されたチェーンが実用に供されるということは、驚くべきことである。ロッカージョイントは高度に動的な枢支部材であるが、このようなタイプの連結部材は、セラミックで構成されたとき、自動車用タイミングおよびその他の動力伝達用のアプリケーションにおいて十分に機能することが確認された。
【０１２０】
さらに、セラミック材料を含むロッカージョイントで構成されたサイレントチェーンは、組立後に予荷重を作用させるのを必要としないことが分かった。セラミックロッカージョイントは、チェーンのロッカージョイントとして意図された機能を発揮するばかりでなく、このような連結部材を含むチェーンが運転中にチェーン長さの変化を受けにくいことがわかった。
【０１２１】
これは、セラミックロッカージョイントを使用したことによるものと考えられる。チェーン長さの変化は十分に抑制されているため、組み立てられたサイレントチェーンの予荷重処理は省略することが可能である。新しく組み立てられたチェーンに対して予荷重処理を省略できることは、ロッカーピン表面に発生した過大な面圧によりロッカーピン内部にクラックや局部変形が発生する危険を減らす。
【０１２２】
図６Ａには、本発明の他の実施例が示されている。この実施例によるローラチェーン６０は、セラミック材料を含む連結部材を備えている。リンクの連続した組は、交互に並設された複数の内側リンク６３および外側リンク６７から構成されている。
【０１２３】
少なくとも２枚の内側プレート６３ａ，６３ｂからなる内側リンク６３は、整列した開孔６８を有しており、各開孔６８間にはピンブシュ６６が配置されている。少なくとも２枚の外側プレート６７ａ，６７ｂからなる外側リンク６７は、その長手方向端部６７ｃ，６７ｄ，６７ｅ，６７ｆにおいて第１および第２のピン６１Ａ，６１Ｂにより互いに連結されている。
【０１２４】
ピンブシュ６６は、内側プレート６３ａ，６３ｂの各端部６３ｃの整列した開孔６８内に圧入されているのが好ましい。ピンブシュ６６は、ピン６１Ａ，６１Ｂに対して自由に回転し得るようになっている。ブシュ６６は、好ましくは、各ピン６１Ａ，６１Ｂの全周を囲繞している。
【０１２５】
図６Ａに示すように、第１のピン６１Ａが内側リンク６３の各内側プレート６３ａ，６３ｂの開孔６８内を挿通して延びるとともに外側プレート６７ａ，６７ｂの一方の端部に固定されることによって、外側リンク６７および内側リンク６３が互いに屈曲運動可能に連結されている。
【０１２６】
同様に、第２のピン６１Ｂは、内側リンク６３′の内側プレート６３ｅ，６３ｆの開孔６８′内を挿通して延びるとともに外側プレート６７ａ，６７ｂの他方の端部に固定されている。複数のローラ６９が設けられており、各ローラ６９は、自由な回転が許容されるように、対応するピンブシュ６６を囲繞している。ローラ６９は、内側プレート６３ａ，６３ｂの内側面の間に配置されている。ローラ６９は、スプロケット３５のスプロケット歯３７と駆動噛合いをする。
【０１２７】
このような本発明の特徴部分のために、ローラチェーンは、ＡＮＳＩ（全米規格協会）のローラチェーンまたは英国規格のローラチェーンなどが好ましい。また本発明は、ローラを有しない、いわゆるローラレスチェーンを含み得るということが理解されるだろう。このようなローラレスチェーンにおいては、ブシュ６６には分厚い厚みの壁が設けられており、このブシュは、別個のブシュおよびローラとではなく、スプロケットと噛み合う。
【０１２８】
本発明のローラチェーンにおいては、ピンおよび（または）ブシュがセラミック材料を含んでいてもよい。従来の鋼製連結部材の少なくとも一部にセラミック材料を使用することにより、チェーン連結部において摩耗が減少する。このような利点に有用なセラミック材料については、上述したものと同様である。
【０１２９】
図６Ｂは、図６Ａのローラチェーン６０の斜視図であって、セラミックピン６１Ｃとブシュ６６Ａの分解図を含んでいる。ピン６１Ａも同様にセラミック製である。図６Ｃは、図６Ａおよび図６Ｂのローラチェーンの平面図である。図６Ｄは、本発明の他の実施例によるローラチェーンの平面図であって、このローラチェーン６０″は、横方向に幅が拡げられている。
【０１３０】
チェーン６０″は、一方のチェーン６０の内側リンク６３ａ，６３ｂおよび外側リンク６７ａ，６７ｂの整列した開孔内にセラミックピン（たとえばセラミックピン６１Ａ）を挿入するとともに、隣接する他方のチェーン６０′の内側リンク６３ａ′，６３ｂ′および外側リンク６７ａ′，６７ｂ′の整列した開孔内にセラミックピンを挿入することによって、その幅が拡げられている。
【０１３１】
図６Ｄに示すように、隣り合う各チェーン６０，６０′の外側リンク６７ｂ，６７ｂ′は、それぞれ外表面において面接触しており、一体的なチェーン６０″の屈曲運動を許容するようにピン連結されている。他の方法では、チェーン６０″の構成部品の組立ては、幅狭のチェーン６０に関して本明細書中で記述されたものと同様である。
【０１３２】
図７Ａ〜図７Ｈは、本発明の上記実施例およびその他の実施例を実施するために金属製のリンクから構成されたチェーンにセラミックピンを組み付けるのに用いられる保持方法について示しているが、これらには限定されない。図７Ａにおいては、外側ガイドリンク７１，７４は、外側リンク７１，７４および内側リンク７２，７３の整列した開孔７７，７８を挿通するセラミックピン７５，７６に圧入されている。
【０１３３】
ピンの圧入のためには、リンク７１〜７４は、鋼製リンクのような金属製リンクであるのが好ましい。あるいは、ピン７５，７６をガイド７１，７４に固定するのに、接着剤を用いることも可能である。たとえば、エポキシ樹脂系のような２剤からなる接着剤が、ピン７５,７６の端部および（または）外側ガイドリンク７１，７４の開孔７７，７８に塗布される。
【０１３４】
接着剤は、外側ガイドリンク７１，７４がピン７５，７６の端部に圧入されるときに、圧力、熱、光などによって活性化されて硬化され、これにより、ガイドリンクがピンに保持される。このような保持方法は、リベット締めの必要性をなくす。図７Ｂに示された他の方法によれば、星形ワッシャーまたは類似の圧入リテーナ手段がピン７５の上に圧入されるとともに、周溝７０２に保持されている。
【０１３５】
周溝７０２は、ピン７１の予備成形時に前もって成形されている。図７Ｃにおいては、Ｃ形クリップ７０２または類似の手段がピン溝７０２内に嵌め込まれている。図７Ｄでは、セラミックキャップ７０３がセラミックピン７５の端部に接着されている。セラミックキャップ７０３はステム７０４を有している。
【０１３６】
ステム７０４は、セラミックピン７５の端部に成形された係合穴７０５に挿入されて係合されており、これにより、機械的な保持力が増している。ここで用いられる接着剤は、セラミック材料を鋼に接着するための一般的に知られた任意のまたはその他の適切な接着剤でよく、たとえばエポキシ系接着剤が用いられる。
【０１３７】
図７Ｅおよび図７Ｆには、ガイドリンク７１の外表面から金属材料７０６を変位させて係合させるための溝７０２が形成された溝付セラミックピン７５が示されている。図７Ｇにおいては、ガイドリンク７１からの金属材料７０７をセラミックピン７５の溝７０２まで変位させるのに、レーザーや電子ビームなどのような高エネルギー源が用いられている。
【０１３８】
高エネルギー源は、セラミック材料自体に影響を与えないように、調節されている。図７Ｈにおいては、セラミックピン７０８が一体的な頭部７０９を一端に有するように予め成形されている。
【０１３９】
金属製チェーンリンク７１〜７４の組立後、圧入ガイドリンクを用いることなく、セラミックピン７０８の他端には、セラミックキャップ７０３が取り付けられており（図７Ｄ参照）、該キャップ７０３はエポキシ樹脂系などの適切な接着剤を用いて所定位置に接着されている。
【０１４０】
本発明によるチェーンのセラミック製連結部材を構成するのに有用な方法は、以下のものを含んでいる。
【０１４１】
チェーンのセラミック製連結部材を製作するための一般的な方法の一つは、粒子状のセラミックと一時結合剤の混合物を混ぜ合わせる工程と、セラミック粉／結合剤の混合物に対して圧縮、射出成形または押出成形などを行なうことによって、所望の形状にする工程と、成形された未焼結部分を必要に応じて機械加工する工程と、成形された未焼結部分を高温で焼結して高密度の硬いセラミック製品を形成する工程と、焼結セラミック製品に対して必要に応じて最終精密機械加工を行なう工程とを備えている。
【０１４２】
チェーンピン、枢支ピンまたはロッカーピンなどとしての使用に適した大きさを有する、高密度で中実の円柱状セラミック製品を成形するために、たとえば、未焼結部分は熱間アイソスタティック圧縮（HIP: hot isostatic press）されていてもよい。
【０１４３】
セラミック粉を混ぜ合わせる際には、セラミック合金または異なるセラミック材料の混合物を用いることもできる。たとえば、正方晶系ジルコニア合金を用いることもできる。この合金は市販されており、当該分野で一般に知られているように、ジルコニア（ＺｒＯ２）に多くの第２の酸化物を混ぜることによって製造可能である。
【０１４４】
あるいは、ジルコニアおよびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の混合物のような、異なるセラミックの混合物が用いてもよい。たとえば、セラミック粉の混合物は、約６０〜９９ｗｔ％のジルコニアと、約１〜４０ｗｔ％のアルミナとを含み得る。次に、セラミック粉またはその混合物は、有機結合剤の存在下で圧縮される。
【０１４５】
有機結合剤としては、たとえば、ポリエチレングリコールのようなポリビニルアルコール、パラフィンまたはポリアルキレンポリオールなどが挙げられる。結合剤は、結合剤およびセラミック粉の混合の際の処理温度において流体でなければならない。セラミック粉および結合剤の混合は、たとえば、ボールミルまたはスプレードライによって行われる。
【０１４６】
次に、セラミック粉／結合剤の混合物は、所望の最終形状にほぼ成形される。これは、ドライプレス、ラムプレス、冷間アイソスタティック成形、射出成形、冷間押出成形などの多くの異なった方法で行われる。圧縮および成形後、未焼結品の寸法を所望のほぼ最終形状に作製する必要がある場合には、未焼結品は、当該分野で知られたカーバイド製の機械加工工具のような適切な工具を用いて機械加工される。
【０１４７】
次に、未焼結品は焼結されて、高密度の硬化セラミック部品が成形される。焼結は、高温焼鈍、マイクロ波焼結などのような任意の適切な技術を用いて実行される。焼結処理は、有機結合剤のような高度揮発性物質を効果的に排除する。セラミック品の高温焼結は、一般に、約１３００〜１７００℃の温度で約１〜３時間実行される。
【０１４８】
また、最終のセラミック製品である連結部材が狭い寸法公差の範囲内にあることを保証するとともにチェーンの円滑な走行および性能を保証するために、もし必要であれば、当該分野で知られたダイヤモンド工具やレーザー加工、ラップ仕上加工などを用いて、焼結後に最終の精密機械加工が行われる。
【０１４９】
チェーンのセラミック製連結部材を製作するその他の方法においては、鋼またはその他の金属製チェーン連結部材が母材として用いられる。この母材は、実質的な使用のための必要な寸法を有しまたはわずかに小さな寸法を有しており、その上には、使用上の最終寸法を提供するように所定の厚みを有するセラミックコーティングが施されている。
【０１５０】
セラミックコーティングは、溶射ガンを用いて、金属母材の上に直接粉末混合物を溶射することによって形成される。好ましくは、金属表面は、コーティング層との結合力を向上させるために、セラミックコーティングの前に細かな研摩性粒子を用いたグリットブラスチングなどによって形成された粗面である。
【０１５１】
溶射は、たとえば酸素アセチレン炎のような燃焼炎を用い、少なくとも約３〜６インチ離れた位置で毎分約２５〜７５フィートの移動速度で実行される。セラミック材料は、炎で過度に燃焼しないものが選択されなければならない。たとえば、アルミナは、有用なセラミック材料である。
【０１５２】
また、セラミックコーティングの金属母材に対する結合力は、粉末金属をセラミック粉に均一に混合させることによって、向上させることができる。フロー剤として少量のシリカを用いるようにしてもよい。金属母材の上にセラミックコーティングするのに、溶射のかわりにプラズマ溶射を用いることも可能である。
【０１５３】
以下の実験例は、例示のためであって、本発明をこれらに限定する意図ではない。ここで用いられた％表示は、他に示されていなければ、すべて重量％である。
＜実験例＞
サイレントチェーンにセラミックピンを用いた場合の効果を調べるために、同じサイレントチェーンに鋼製ピンを用いた場合との比較で、以下の実験が行われた。試験されたサイレントチェーンとしては、０．２５インチ×１０２ピッチで、ガイド列５枚、ノンガイド列４枚からなる配列のものを用いた。
【０１５４】
本発明によるテストチェーンに使用されたセラミックピンは、HIPedY-TZPジルコニアとして形成された。ローラとも呼称されるセラミックピンは、図８に示すように、面取りされた端部を有する円筒形状を有している。
【０１５５】
セラミックピンは、長さＬが０．４６５インチ（１１．８１ｍｍ）、直径Ｄが０．１０６８インチ（２．７１ｍｍ）、面取のアールＲが０．０１５インチ（０．３８ｍｍ）であるセラミックピンは、Ｒａ値が５ミクロンおよびＲｚ値が０．５ミクロンの滑らかな表面粗さを有している。
【０１５６】
セラミックピンは、比重６．０８，弾性係数２２０ＧＰａ，（４点曲げによる）曲げ強度１４００ＭＰａ，および粒子径０．５μｍ未満である。試験されたセラミックピンを整理すると、以下の表１のようになる。
【表１】
2004270941.tif 000003
【０１５７】
試験された本発明によるチェーンの残りの（つまりセラミックピン以外の）構成部品は、鋼製であった。比較チェーンに使用された鋼製ピンおよびチェーンリンク部品は、鋼製であった。
【０１５８】
各テストチェーンは、モータ駆動の試験装置に取り付けられるとともに、使用されたディーゼルエンジンオイルの状態を再現するためにススで意図的に汚染されたオイルを用いて試験された。試験装置は、一定の時間にわたってサイレントチェーンに一定の荷重を作用させるように用いられた。各テストチェーンについて、一連の試験時間の後に、Acu-Rite IIIディジタル読出システムを備えた測定機械を用いて、芯間伸び（％）が測定された。
【０１５９】
テストチェーンの芯間距離の伸びである芯間伸び（％）は、一定時間ごとに測定された。試験中は、入力速度が３２５０であり、双方のチェーンスパンが張られた状態でチェーン張力が１００ｌｂであった。
【０１６０】
また、ドライブスプロケットの歯数が４２枚で、ドリブンスプロケットの歯数が２１枚であった。潤滑油は５Ｗ３０であった。潤滑油中のススの量は、０．２５ｗｔ％または１．０ｗｔ％のいずれかとなるように調製された。試験条件および結果は、表２に要約されている。
【表２】
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これらの試験結果はまた、図９のグラフにプロットされている。
【０１６１】
図９から明らかなように、本発明によるセラミックピンで組み立てられたサイレントチェーンについての芯間伸び（％）は、スス含有量の異なる二つのオイルの双方において、著しく低減しており、従来の鋼製ピンで組み立てられたサイレントチェーンに対して非常に優れていることが分かる。
【０１６２】
本明細書においては、例示された特定の実施例に関連してこれまで記述されてきたが、当該分野の当業者にとっては、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更例や変形例を構築し得ることが理解されるだろう。明細書および図面は、例示としてみなされるべきものであり、これらに限定する意図はない。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
【図１Ａ】本発明の一実施例によるピン構造を含むサイレントチェーンの平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのサイレントチェーンの一部断面を含む拡大部分図である。
【図２Ａ】本発明の他の実施例によるピン構造を含むサイレントチェーンの平面図である。
【図２Ｂ】本発明の他の実施例によるブシュ式チェーンを含むサイレントチェーンの平面図であって、一部隠れ線を含んでいる。
【図３Ａ】チェーンおよびスプロケットの噛合状態を示す概略図であって、チェーンの一部が切り欠かれている。
【図３Ｂ】図３Ａのチェーンおよびドライブ・ドリブンスプロケットの全体斜視図である。
【図４】本発明の他の実施例によるサイレントチェーンの一部切欠き正面図である。
【図５】図４のサイレントチェーンの平面図である。
【図６Ａ】本発明の他の実施例によるローラチェーン構造におけるピン・ブシュジョイントの一部断面を含む平面図である。
【図６Ｂ】ピンおよびブシュの一部分解図を含む、図６Ａのローラチェーンの斜視図である。
【図６Ｃ】図６Ａのローラチェーンの平面図である。
【図６Ｄ】本発明の他の実施例によるローラチェーンの変形例を示す平面図である。
【図７Ａ】本発明によるセラミックピンをチェーンに組み付ける際の種々の保持機構を示す図である。
【図７Ｂ】本発明によるセラミックピンをチェーンに組み付ける際の種々の保持機構を示す図である。
【図７Ｃ】本発明によるセラミックピンをチェーンに組み付ける際の種々の保持機構を示す図である。
【図７Ｄ】本発明によるセラミックピンをチェーンに組み付ける際の種々の保持機構を示す図である。
【図７Ｅ】本発明によるセラミックピンをチェーンに組み付ける際の種々の保持機構を示す図である。
【図７Ｆ】本発明によるセラミックピンをチェーンに組み付ける際の種々の保持機構を示す図である。
【図７Ｇ】本発明によるセラミックピンをチェーンに組み付ける際の種々の保持機構を示す図である。
【図７Ｈ】本発明によるセラミックピンをチェーンに組み付ける際の種々の保持機構を示す図である。
【図８】チェーン性能試験に用いられたセラミックピンの外形形状を示す図である。
【図９】異なる二種類の煤（スス）混入オイルで一定時間試験されたサイレントチェーンの芯間伸び値（％）のグラフであって、本発明によるセラミックピンで組み立てられたチェーンと鋼製ピンで組み立てられたチェーンとを比較して示している。
【符号の説明】
【０１６４】
１０：（動力伝達用）チェーン
１１：  リンク
１２：  リンクの組
１３：  リンク
１４：  リンクの組
１６：  ピン（枢支部材）
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2004270941.tif 000006
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図８】
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【図９】
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