JP2005009516A - ローラチェーン用スプロケット - Google Patents

Abstract

【課題】ローラチェーンのかみ合い時、あるいは離脱時における騒音の発生をより抑制することができるとともに、駆動力伝達時に、荷重をより多くの歯に分散させることができ、しかも、チェーンのスリップによる歯飛びをも抑制することができる新たなローラチェーン用スプロケットを提供する。
【解決手段】外周に複数の歯Ｔが歯間部Ｔｓを挟んで等ピッチで形成されたローラチェーン用スプロケットＧであって、各歯Ｔおよび各歯間部Ｔｓは、ローラチェーンＣＨへの、あるいはローラチェーンＣＨからの駆動力伝達時、チェーンローラＲが歯Ｔの圧力伝達側面Ｓｐのみ、あるいは、当該圧力伝達側面Ｓｐおよびこれと対向する隣接歯の前後方向側面Ｓｏのみに接触し、歯底部Ｔｂに当接しないように形成されている。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本願発明は、ローラチェーン用スプロケットに関し、より詳しくは、ローラチェーン（以下、単にチェーンということがある。）が掛け回されることによりチェーンに駆動力を伝達し、あるいは、チェーンから駆動力が伝達されるスプロケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このようなローラチェーン用スプロケットが用いられる動力伝達装置の典型例としては、クランク軸に取付けられた前ギヤと、後輪ハブに取付けられたフリーホイールと呼ばれる後ギヤと、これら前後ギヤ間に掛け回された無端チェーンとからなる自転車の駆動装置がある（特許文献１参照）。ペダル踏力によって前ギヤに与えられた回転駆動力は、無端チェーンを介して後ギヤに伝達されてこの後ギヤないし後輪を回転させ、自転車を前進させる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−８６４７１号公報
【０００４】
従来の自転車の駆動装置の前ギヤとして用いられてきたスプロケットＧの一般的な歯形形状を図６に示す。このスプロケットＧの歯Ｔは、歯の前後幅の中心線に対して対称形となっており、歯先に向かうほど細状となっている。また、駆動力伝達時、チェーンＣＨのローラＲは、歯底部Ｔｂと、歯側面の圧力点Ｐの２点においてスプロケットＧに接触するように設計されている。歯側面における圧力点Ｐ付近から歯先にかけては、凸に湾曲させられており、その結果、歯先に向かうほど、細状となる。
【０００５】
スプロケットＧに掛け回されたチェーンＣＨの隣接ローラ中心間を結ぶ直線と、当該ローラ中心と圧力点Ｐ間を結ぶ直線のなす角を圧力角αといい、この圧力角αは、スプロケットＧの歯数が少なくなるほど大きく歯数が多くなるほど小さくなる。一般に、圧力角αが大きいほど、チェーンかみ合い時におけるローラＲの衝突時の衝撃が和らげられ、かつ、隣接する複数の歯Ｔへの荷重分散がなされるが、スリップによる歯飛び現象が生じやすいことが知られている。スリップによる歯飛びは、ローラチェーンＣＨによる動力伝達装置としては致命的な欠陥となるため、実際の設計においては、歯数の多いスプロケットＧにおいても、上記した圧力角αがせいぜい２０°程度以下となるように設計されるのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したことから、自転車の駆動装置に用いられる上記した従来からの一般的なスプロケットＧには、次のような解決するべき課題がある。
【０００７】
第１に、チェーンかみ合い時におけるローラＲは、上記したように歯底部Ｔｂと圧力点Ｐの２点においてスプロケットＧに接触するため、ローラＲが歯底部Ｔｂに衝突する際の騒音の発生を回避することができない。スプロケットＧの歯底部Ｔｂは、チェーンＣＨのローラＲが歯間に入り込む方向とほぼ直交するため、ローラＲは、スプロケットＧへのチェーンかみ合い時、歯底部Ｔｂにほぼ直角に衝突するからである。上記したように、歯数の多いスプロケットＧにおいても、圧力角αはほぼ２０°以下とされており、この圧力角αによる騒音低減効果が抑制されていることから、なおさらである。
【０００８】
第２に、圧力角αを比較的小さく抑制せざるをえないことから、駆動力伝達時、荷重を十分に隣接歯に分散させることができず、それ故に、駆動力伝達時、チェーンＣＨが掛かろうとする歯Ｔ、あるいはチェーンＣＨが離脱しようとする歯Ｔに極度に荷重が集中する。そのため、歯Ｔの磨耗が激しく、スプロケットＧの材料により強度が要求されるとともに、概して、スプロケットＧの寿命が短くなる。
【０００９】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ローラチェーンのかみ合い時、あるいは離脱時における騒音の発生をより抑制することができるとともに、駆動力伝達時に、荷重をより多くの歯に分散させることができ、しかも、チェーンのスリップによる歯飛びをも抑制することができる新たなローラチェーン用スプロケットを提供することをその課題とする。
【００１０】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１１】
すなわち、本願発明によって提供されるローラチェーン用スプロケットは、外周に複数の歯が歯間部を挟んで等ピッチで形成されたローラチェーン用スプロケットであって、
各歯および各歯間部は、ローラチェーンへの、あるいはローラチェーンからの駆動力伝達時、チェーンローラが歯の圧力伝達側面のみ、あるいは、当該圧力伝達側面およびこれと対向する隣接歯の前後方向側面のみに接触し、歯底部に当接しないように形成されていることを特徴としている。
【００１２】
このローラチェーン用スプロケットが駆動側のスプロケットとして用いられる場合、このローラチェーンが掛かろうとする歯およびこれに隣接するいくつかの歯がローラチェーンをスプロケットの回転方向に向けて牽引し、駆動力をチェーンに伝達する。より具体的には、回転するスプロケットの接線方向にスプロケットの周速と同等の速度で走行してきたチェーンは、そのローラがスプロケットの歯間部に次々と嵌まり込むようにしてこのスプロケットに掛かってゆく。このとき、歯間部に嵌まり込んだローラが歯の圧力伝達側面に接触して歯からの駆動力を受ける。
【００１３】
本願発明に係るスプロケットでは、各歯および歯間部は、上記のようにして歯間部に嵌まり込むローラが、圧力伝達側面のみ、あるいは、この圧力伝達側面およびこれと対向する隣接歯の前後方向側面に接触し、歯底部には接触しないように形成されている。これらの歯の圧力伝達側面およびこれに対向する隣接歯の前後方向側面は、ローラが歯間部に嵌まり込もうとする方向に対して傾斜しているので、ローラがこれらの歯の側面に衝突するときの衝撃が著しく緩和され、したがって、ローラが歯間部に嵌まり込む際の騒音の発生を効果的に抑制することができる。
【００１４】
好ましい実施の形態においては、各歯における上記圧力伝達側面は、各歯の高さ方向について、圧力点付近で凹に湾曲させられている。
【００１５】
好ましい実施の形態においてはまた、上記圧力点における圧力角は、２５〜３５°、より好ましくは２８〜３２°に設定されている。
【００１６】
これらの好ましい実施形態においては、従来において圧力点での圧力角が２０°程度と比較的小さかったのに対し、圧力点での圧力角が大きくなっている。そうして、この圧力点が設定された圧力伝達側面は、圧力点付近で凹に湾曲していることは、かりに、歯側面におけるローラの接触点が上記設定された圧力点より歯高さ方向上方にずれた場合、見かけ上の圧力角が上記圧力点での圧力角よりも次第に小さくなることを意味する。
【００１７】
歯間部に嵌まり込んだローラが歯側面から圧力を受けると、圧力点付近の圧力角が大きいため、ローラは、歯側面の斜面効果によって歯高さ方向上方にずれ動こうとする。この影響は、ローラチェーンが掛かり始めた歯が数ピッチ分回転するまで続く。このことは、チェーンを牽引してこれに駆動力を伝達するための荷重を、いくつかの歯に分散させることができることを意味する。したがって、かかる構成のスプロケットでは、駆動力伝達時、一部の歯に荷重が極度に集中することを回避し、スプロケットの寿命を延長することができる。
【００１８】
また、歯側面において、ローラが上記圧力点から歯高さ方向上方にずれ動くと、上記したように、見かけの圧力角が次第に小さくなるので、不用意に歯飛びが生じるといった事態をも、有効に回避することができる。
【００１９】
好ましい実施の形態において、上記ローラチェーン用スプロケットは、自転車の前ギヤまたは後ギヤとして用いられるものであるが、本願発明にローラチェーン用スプロケットは、このような自転車の駆動部への適用に限られるものではない。
【００２０】
本願発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２２】
図１は、本願発明を自転車の駆動部における前ギヤに適用したスプロケットＧの一例の全体側面図、図２は、歯および歯間部の詳細説明図、図３は、ローラチェーンが掛かろうとする場合の挙動の検討図、図４は、ローラチェーンが離脱しようとする場合の挙動の検討図、図５は、歯部の厚み方向拡大断面図である。
【００２３】
このスプロケットＧは、中心ハブ部２と、この中心ハブ部２から等しい中心角ごとに放射状に延びるステー部３と、これらステー部３の外方端につながる外周リング部４とを備えており、金属板材を打ち抜き、プレス加工することにより形成される。中心ハブ部２には、内周にセレーションが形成された中心孔５が形成されている。このスプロケットＧは、クランク軸に取付けられたクランクアーム（図示略）の基端ボス部に対し、上記中心孔５を嵌合させることにより固定保持される。このスプロケットＧの中心は、クランク軸と対応しており、駆動力伝達時、このスプロケットＧは、図１の時計周り方向（矢印Ｐ方向）に回転する。このスプロケットＧには、図示しない後ギヤを離れて矢印ｐ方向に走行してきたローラチェーンＣＨがスプロケットＧ上部において掛かってゆき、このスプロケットＧの右半分に掛け回された後、スプロケットＧ下部から後ギヤに向けて離脱する。すなわち、このスプロケットＧは、ローラチェーンＣＨを牽引してこれに駆動力を伝達する、駆動側のスプロケットＧとして機能する。
【００２４】
スプロケットＧの外周リング部の外周には、複数の歯Ｔが歯間部Ｔｓを挟んで等ピッチで形成されている。歯Ｔおよび歯間部Ｔｓのピッチ円ＰＣ上のピッチは、ローラチェーンＣＨのピッチ、すなわち、ローラ間ピッチと対応させられている。上記のように後ギヤを離れて走行してきたローラチェーンＣＨは、そのローラＲが歯間部Ｔｓに嵌まり込むようにして、このスプロケットＧに掛かってゆく。上記したように、このスプロケットＧは、駆動側のスプロケットＧとして機能するので、その回転方向前方側の歯側面が圧力伝達側面としてローラＲに接触してこのローラＲを押し、チェーンＣＨに駆動力を伝達する。各ローラＲの中心がスプロケットＧのピッチ円ＰＣと対応している場合において、上記歯側面がローラＲに接触してこれを押す点を、圧力点Ｐという。
【００２５】
さて、このスプロケットＧに形成された歯Ｔおよび歯間部Ｔｓは、図６に示した従来のスプロケットＧの場合のように、前後方向について対称形とはなっていない。このスプロケットＧの歯Ｔおよび歯間部Ｔｓの形状は、次の点に特徴づけられる。
【００２６】
第１に、上記圧力伝達側面Ｓｐにおける圧力点Ｐでの圧力角αは、２５〜３５°、より好ましくは２８〜３２°と、従前のスプロケットＧにおける圧力角（２０°以下）に比較して、大幅に大きくしてある。図に示す実施形態では、この圧力角αは、３０°に設定してある。
【００２７】
第２に、上記圧力点Ｐ付近において、歯Ｔの圧力伝達側面Ｓｐはゆるやかに凹に湾曲させられている。したがって、ローラＲが上記圧力点Ｐより歯高さ方向下方にずれ動いた場合の見かけの圧力角は、上記圧力点Ｐにおける圧力角αよりもさらに大きくなる一方、ローラＲが上記圧力点Ｐより歯高さ方向上方にずれ動いた場合の見かけの圧力角は、上記圧力点Ｐにおける圧力角αよりも次第に小さくなる。
【００２８】
第３に、歯底部Ｔｂの位置は、通常のスプロケットＧの場合よりも低く、かつ、歯底部Ｔｂ付近の曲率は、ローラＲの外周の曲率よりも大きくしてあり、したがって、ローラＲは、決して歯底部Ｔｂに当接することはない。
【００２９】
第４に、各歯Ｔの高さ、とりわけ、ピッチ円ＰＣより上の寸法は、従前のスプロケットＧのそれよりも大きくしてある。
【００３０】
図２は、上記スプロケットＧにローラチェーンＣＨが理想的な恰好で掛け回されている状態を模式的に示している。スプロケットＧは時計周り方向（矢印Ｐ方向）に回転しており、ローラチェーンＣＨに駆動力を伝達している。ローラＲは、その中心がスプロケットＧのピッチ円ＰＣ上に位置している。このとき、ローラＲは、歯の圧力伝達側面Ｓｐのみに、圧力点Ｐ付近において当接しており、圧力伝達側面Ｓｐと対向する隣接歯の側面Ｓｏにも、歯底部Ｔｂにも当接していない。ペダル踏力を解除するなどして、駆動力が解除された場合には、ローラＲが図２に示される状態よりも歯底部Ｔｂ側に変位することもあろうが、この場合においても、上記隣接歯の側面Ｓｏにも当接するだけであって、決して歯底部Ｔｂに当接するということはない。上述したように、圧力点Ｐでの圧力角は、３０°と比較的大きいため、圧力伝達側面ＳｐからローラＲに伝達するべき荷重が増大すると、圧力伝達側面Ｓｐの斜面効果によってローラＲが上記圧力点Ｐよりも歯高さ方向上方にずれようとするが、ローラ間ピッチは一定であること、および、圧力伝達側面Ｓｐにおける見かけの圧力角が歯高さ方向上方に向かうほど小さくなることから、必要以上にローラＲが上方にずれ動き、スリップによる歯飛びを起こすといったこともない。さらには、ローラＲが上方にずれ動くと、隣接する歯Ｔの圧力伝達側面Ｓｐ間ピッチが拡大するにもかかわらず、ローラ間ピッチが一定であることから、隣接するいくつかの歯Ｔの圧力伝達側面Ｓｐとこれらに当接するローラＲとの間の圧力も上昇する。このことは、スプロケットＧからローラチェーンＣＨに駆動力を伝達するために各歯Ｔの圧力伝達側面ＳｐとローラＲとの間に作用させる荷重を、いくつかの歯Ｔに分散させることができることを意味する。
【００３１】
図３は、上記スプロケットＧにローラチェーンＣＨが掛かろうとする状況を示す模式図である。スプロケットＧの回転に伴い、ローラＲが次々と歯間部Ｔｓに嵌まり込むようにして、ローラチェーンＣＨがスプロケットＧに掛かってゆく。すでに説明したように、駆動力を伝達している場合において、すでに歯間部Ｔｓに嵌まり込んでいるローラＲは、歯Ｔの圧力伝達側面Ｓｐにおいて、その圧力点Ｐ付近に当接しているから、次に歯間部Ｔｓに嵌まり込もうとするローラＲもまた、次の歯の圧力伝達側面Ｓｐに当接するのであり、決して歯底部Ｔｂに当接することはない。圧力伝達側面Ｓｐは、ローラＲが嵌まり込もうとする方向（ほぼスプロケットＧの半径方向）に対して傾斜しているので、ローラＲが圧力伝達側面Ｓｐに当接する際の衝撃は緩和され、大きな衝撃音が発生するということはない。このことは、図６に示した従来のスプロケットＧにおいて、ローラＲが歯底部Ｔｂにほぼ直角に衝突する場合と比較すれば、容易に理解されよう。
【００３２】
図４は、上記スプロケットＧからローラチェーンＣＨが離脱しようとしている状況を示す模式図である。ローラＲは、それまで嵌まり込んでいた歯間部Ｔｓから次々と離脱してゆくが、上記したように、圧力点Ｐでの圧力角αを大きくしてあるので、歯高さを従来のスプロケットＧよりも高くしていても、ローラＲは、圧力伝達側面Ｓｐのどこにも干渉することなく、スムースに離脱することができる。
【００３３】
上記においては、スプロケットＧが駆動側のスプロケットＧとして機能する場合について述べたが、被動側のスプロケットＧとして機能する場合も同様の利点を享受することができる。このスプロケットＧを被動側のスプロケットＧとして機能させる場合、図３において、スプロケットＧに掛け回されていたローラチェーンＣＨが矢印ｑ方向に走行させられてスプロケットＧから離脱することに伴い、スプロケットＧが矢印Ｑ方向に回転させられる。この場合において、ローラＲが歯Ｔの圧力伝達側面Ｓｐに当接する点は、上記した駆動側スプロケットとして機能する場合と同様である。この場合においても、圧力点Ｐ付近の圧力角αを大きく設定してあることから、ローラチェーンＣＨからの駆動力をスプロケットＧに伝達するための荷重を、いくつかの歯Ｔに分散させることができる。また、歯高さ方向上方に向かうほど見かけの圧力角が小さくなっていることから、スリップによる歯飛び現象を抑制することができる。
【００３４】
被動側のスプロケットＧとして機能させる場合、図４において、矢印ｑ方向に走行するローラチェーンＣＨが矢印Ｑ方向に回転するスプロケットＧに掛かってゆく。この場合においても、ローラＲは、決して歯底部Ｔｂに当接することはなく、また、圧力伝達側面Ｓｐに傾斜状に当接するので、ローラＲの衝突に起因する騒音の発生を抑制することができるのである。
【００３５】
なお、このスプロケットＧの歯Ｔの厚み方向断面は、図５に示すように、ローラチェーンＣＨのインナープレート間の間隔と対応した適切な形態とされるが、好ましくは、歯Ｔの厚み方向の側面を凸曲面状として先細状としておくことが、ローラチェーンＣＨのインナープレートの引っ掛かり等による騒音を防止できるので、好都合である。
【００３６】
このように、上記構成のローラチェーン用スプロケットＧによれば、ローラチェーンＣＨのかみ合い時、あるいは離脱時における騒音の発生をより抑制することができるとともに、駆動力伝達時に、荷重をより多くの歯Ｔに分散させることができ、しかも、チェーンのスリップによる歯飛びをも抑制することができる。
【００３７】
もちろん、この発明の範囲は上記した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本願発明に範囲に含まれる。
【００３８】
実施形態では、自転車の駆動装置に用いられるスプロケットを例としたが、本願発明の適用範囲はこれに限らず、ローラチェーンを介して駆動力を伝達する、あるいは駆動力が伝達されるあらゆるスプロケットに適用可能である。
【００３９】
さらに、ローラチェーンが掛かろうとするときの騒音の発生をさらに抑制するためには、スプロケットＧの特に外周の歯形成部に樹脂、セラミック、カーボン等のコーティングを施したり、ダクロダイズド処理を施しておくことが有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係るローラチェーン用スプロケットの一実施形態の全体側面図である。
【図２】図１に示したスプロケットの外周部における歯および歯間部の形状をこれに係るローラチェーンとともに示す部分拡大模式図である。
【図３】ローラチェーンが掛かろうとする場合の挙動を説明するための模式図である。
【図４】ローラチェーンが離脱しようとする場合の挙動を説明するための模式図である。
【図５】歯部の厚み方向拡大断面図である。
【図６】従来のローラチェーン用スプロケットの説明図である。
【符号の説明】
Ｇ スプロケット
Ｔ 歯
Ｔｓ 歯間部
ＣＨ チェーン
Ｔｂ 歯底部
ＰＣ ピッチ円
Ｒ ローラ
Ｐ 圧力点
Ｓｐ 圧力伝達側面
Ｓｏ 側面
α 圧力角
２ 中心ハブ部
３ ステー部
４ 外周リング部
５ 中心孔

Claims (4)

1. 外周に複数の歯が歯間部を挟んで等ピッチで形成されたローラチェーン用スプロケットであって、
   各歯および各歯間部は、ローラチェーンへの、あるいはローラチェーンからの駆動力伝達時、チェーンローラが歯の圧力伝達側面のみ、あるいは、当該圧力伝達側面およびこれと対向する隣接歯の前後方向側面のみに接触し、歯底部に当接しないように形成されていることを特徴とする、ローラチェーン用スプロケット。
2. 各歯における上記圧力伝達側面は、各歯の高さ方向について、圧力点付近で凹に湾曲させられている、請求項１に記載のローラチェーン用スプロケット。
3. 上記圧力点における圧力角は、２５〜３５°、より好ましくは２８〜３２°に設定されている、請求項２に記載のローラチェーン用スプロケット。
4. 自転車の前ギヤまたは後ギヤとして用いられる、請求項１ないし３のいずれかに記載のローラチェーン用スプロケット。

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