JP2008514454A - チェーンソー用のリムスプロケット - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】大型のリムスプロケットに特に適用される、チェーンソー用のリムスプロケットのバッチ鋳造法は、空隙率及び切り欠けに起因して望ましくない程、高いスクラップ発生率を生じさせる。その解決策は、開口ステムの破断を許容する寸法の溶融鋼の入口又はゲートを保持しつつ、スプロケット型内にて溶融鋼が凝固する間、溶融鋼の流れを保証することである。このことは、有益であることが判明しているように、スプロケット型内の溶融鋼の冷却率を向上させることになる。このように、スクラップ発生率を減少させる目的は、鋳造されるスプロケットの表面積に対する質量の比を表面積の各平方インチ当たり約４ｇ以下の材料に維持することにより、また、これと代替的に、木の切屑の除去を更に助ける、リムスプロケットを貫通する貫通穴を提供することによって実現される。この設計はまた、材料の容積を減少させ、このことは製品のコスト及び重量を削減することにもなる。

Description

本発明は、チェーンソーのソーチェーンを駆動するリムスプロケットであって、ソーチェーンが例えば、１対の側部リンクと接続された中央駆動リンクを備え、該１対の側部リンクの特定のものが側部切断リンクである上記リムスプロケット、より具体的には、従前のものに比べて、使用する材料が少なく、このため重量がより軽量であり且つ、強度が等しく又はより大きい、かかるリムスプロケットの構造に関する。より具体的に且つ（又は）付加的には、本発明は、スクラップ発生率が小さくなるようにしながら、スプロケットを製造する方法に関する。

リムプスロケットは、円板形状の側壁の間に配置された星形の中央部分（すなわち、半径方向に伸びた歯を有する部分）を有するとして説明することができる。歯と歯との間の周方向に沿った間隙部分、及び側壁と側壁との間の横方向（厚さ方向）に沿った間隙部分は、ソーチェーンの中央リンクの駆動舌状部を受け入れる溝（ｇｕｌｌｅｔｓ）を画定し、また、側壁は、ソーチェーンの側部リンクを支持する外周部支持面又はレールを画定する。スプロケットは、両側の側壁および歯という３つの全ての部分の厚さを貫通するスプライン形状の中央開口部を有しており、該中央開口部は、駆動軸、例えば、チェーンソーのエンジンによって駆動されるアダプタの駆動軸（アダプタ軸）を受け入れる。かかるチェーンソーの一例において、エンジンによって駆動される遠心クラッチは、カップと係合してアダプタ軸を回転させ、リムスプロケット、ひいては該リムスプロケットに装架されたソーチェーンを回転駆動する。これにより、ソーチェーンは、チェーンソーの案内バーの回りにて駆動され、木や丸太およびこれらと同様のものを切断する。

駆動スプロケットは、チェーンソーの駆動系の中心的構成要素であり、荒く酷使され、急速に磨耗し易い。スプロケットは、例えば、幾つかの切断用チェーンの寿命と同程度の長時間の使用に亙って過度の酷使に耐えることができ、しかも可能な限り経済的に製造できることが望まれる。

かかるスプロケットを製造する過程については開発されている。鋳造ツリー（ｍｏｌｄｔｒｅｅ）が形成される。鋳造ツリーは、垂直中央部分を備えるプラスチック型枠であり、垂直部分は、水平方向に放射状に延びるスポークを有する、多数の相互に接続したセグメントからなる。各スポークには、製造すべきリムスプロケットの形状をした、スプロケット型又は型枠が取り付けられている。このツリーをセラミックにて被覆し、セラミック型は残してプラスチック型枠を加熱して焼失させる。このようにして、加熱により焼失した中央部分（湯口と称される）により形成されたツリー型の中心の下方の箇所と、加熱により焼失したスポーク部分（ゲートと称される）を通ってスプロケットの型キャビティの各々に到る箇所とに通路が形成される。溶湯は、１回の工程にて、通路を通って且つ、複数のスプロケット型のキャビティ内に鋳込まれる。冷却したとき、凝固したスプロケットの周囲のセラミック型は除去するが、これにも拘わらず、複数のスプロケットは、ゲート内にて硬化した鋳湯を介して相互に接続されたままである。ゲート内にて形成され硬化した鋳湯は、ステムと称されることがある。そのように設計されるのではあるが、ゲートの内部に形成され且つスプロケットと接続されたステムの鋳湯は寸法が小さく、スプロケットを、湯口内にて形成され硬化した金属から破断させることができる。スプロケットに残るステムのすべての小塊は、直ちに研磨して、相互接続部のすべての部分を除去し、これにより、例えば、熱処理によってスプロケットを直ちに最終的に処理することができるようにする。

上述した方法は、多数の限界的な特徴を有し、その結果、問題点が生じる。本発明はかかる問題点に対処するものである。型枠を完全に充填し、且つ、最終製品の所望の鋼の組成を保証するため、溶湯は確立された溶融温度にて鋳込まれることが望ましい。ゲートにて生じたステムは、凝固したスプロケットからきれいに破断するのを許容し得るような形態とする必要がある。スプロケット形態の全体に亙る金属は、均一に高密度であること、すなわち、空隙率が無しであることが好ましい。リムスプロケットに対するその他の望ましい特徴は、製造したスプロケットが、木の切断作業中に木の切屑の除去を容易にするような形態であること、また、スプロケットの重量が最小であることなどである。

本発明は、例えば、３８．１ｍｍ（１．５インチ）直径以上のような、大型のリムスプロケットを成形するときに生じる、望ましくない高いスクラップ発生率に関する研究に基づくものである。高いスクラップ発生率は、主として、ゲート内にて金属が過早に凝固することに起因するものと判断した。このように、大きいキャビティ内への十分な金属の流れを保証し、このため、空隙率を回避するため、スポークを貫通するゲート又は開口は拡大する必要がある。しかし、拡大したとき、ゲート内部に形成された（金属の凝固後）大きいステムは、スプロケットから破断し難しく、その結果、スプロケット本体の一部分が時々、欠損（切り欠け）することがある。

更なる研究の結果、比較的大型のスプロケットに対する金属量を減少させることにより、比較的小さな入口を維持する試みが為された。星形の中央部分及び円板形状の側壁の形態は、駆動されるソーチェーンの形態によって少なくともその一部分が決まる。中央開口部は、スプロケットを駆動するカップに取り付けられたアダプタによって決まる。このように、容積を減少させる最初の試みは、側方部分の側壁に通路を形成しようとするものであった。これらの試みは、金属の容積を減少し、その結果、スクラップ発生率が減少し、このようにして製造されたスプロケットは、所望の強度を保持する点にて成功であることが分かった。かかる成功は、金属量を減少させる更なる試みの動機付けとなり、側壁には、スプロケットの歯と歯との間にて軸方向の開口部が設けられ、また、開発の第三段階において、スプロケット歯を覆う側壁部分の厚さも減少された。

上述した金属の除去及びその後の試験の結果、新たなことも分かった。すなわち、リムを形成する、比較的薄い部分の特定のものは、旧来の厚い部分よりも堅牢であり又は少なくとも等しい強度であることがしばしばである。更に、限界応力領域にて比較的硬い面であれば、そのために耐磨耗寿命は延びるものと考えられる。従来の比較的厚い部分は、どちらかといえば比較的多孔質であり、このように多孔質になることは、金属の冷却及び凝固過程の現象であることが分かった。溶融金属は、冷却するに伴い凝固し、また、凝固過程の間に収縮する。このように、より高密度に充填したキャビティを維持するため、収縮過程の全体に亙って追加の溶融金属を提供する必要がある。溶融金属を追加しないならば、望ましくない空隙率が生じ且つ、表面硬度を低下させる隙間が形成されることになる。

上述の試行錯誤の結果、限界的な関係、すなわち鋳込まれるスプロケットの表面積とスプロケット型のキャビティを充填するのに必要な金属の容積との関係が判明した。より具体的には、例えば、例えば、平方インチのような表面積に対するグラムによる重量の比は、４対１又はそれ以下でなければならない、すなわち、鋳込まれるスプロケットの外表面を形成する表面積の平方インチ当たり溶融金属は約４ｇ以下でなければならない。この望ましい関係は、非限界的な応力領域内にてスプロケットの形態に対する厚さを減少させ、また、可能であれば、表面積を増大させることにより実現される。本発明によって製造されたスプロケットの観察から、より急速な冷却及び凝固は、より軽量なリムスプロケットを製造し、より経済的に製造でき、また、更に、より長い耐磨耗寿命となることが分かった。本発明は、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態の以下の詳細な説明を参照することにより、より完全に了知され、且つ、理解されよう。

図１５には、例えば、プラスチックにて形成される型枠１０が図示されているが、後述するように、鋳造過程の後、相互に接続したリムスプロケットも示されている。型枠１０は、高温度に耐えるセラミックにて取り囲まれている。セラミックの取り囲み部分は、破線１５で示されている。プラスチックは、溶融させ且つ除去し、その結果、型枠１０の寸法及び形状に実質的に相応する複雑なキャビティを有するセラミック型となる。例えば、鋼組成のような溶融金属を中央湯口を通して下方に鋳込み（矢印１２で示すように）、また、該溶融金属は、型枠１０のステム又はステム部分１４で示した開口又はゲートまで且つ該開口又はゲートを通って外方に流れ、スプロケットの型枠１６によって画定された外側キャビティ内に入る。

型鋳造物のゲート又は開口を画定するステム部分１４は、スプロケットの型枠１６の側壁１８の実質的な厚みになることが理解されよう。溶融鋼（例えば（１６４８．９℃（３０００Ｆ°）以上）は、湯口開口部（１２）からゲート（１４）を通ってスプロケットキャビティが充填される迄、多数のキャビティ型枠（１６）内に流れる。かかる充填に必要な時間は極めて短い。その後、溶融鋼は冷却し、冷却するに伴い、収縮し、追加的な溶融鋼がゲート（１４）を通ってキャビティ形態部（１６）内に引き込まれる。追加的な溶融鋼をゲート（１４）から取り入れることが可能である程度にて、スプロケットキャビティの型枠（１６）に対して望まれる鋼の密度が維持される。スプロケットキャビティの型枠（１６）の溶融鋼が凝固する前に、ゲート（１４）内にて溶融鋼が凝固してゲートを閉塞したならば、鋳湯がキャビティ内にて引き続き凝固する結果、鋼は収縮し又は萎み、これにより、スプロケットの本体内に隙間が生じ、このため望ましくない空隙率となる。

本発明の１つの実施の形態を示す、図１ないし図５を参照する。典型的なリムスプロケットは、星形の中央部分２０によって互いに分離された２つの平面状円板の側壁１８を有し、また、両側壁及び中央部分の外周部及び内周部は、スプロケットにより駆動されるソーチェーン（図５の破線２６を参照）及びスプロケットを駆動する駆動軸（図５の破線４２を参照）によりそれぞれ決定される。当該出願人は、外周部及び内周部の間においてのみ側壁から材料を除去するようにする。より具体的には、また、特に図３を参照すると、側壁１８の外周部部分３４及び内周部部分３６（周縁レールと称される場合もある）は、図１に最も良く示すように、スプロケットの歯２０と一致する接続部分３８により相互に接続されている。理解し得るように、部分３４、３６、３８により画定された空間は、貫通穴２８を提供する。（貫通穴２８は歯を妨害してはならないこと、すなわち穴の側端縁は歯の側端縁の内側になければならないことも理解すべきである。図５参照。さもなければ、亀裂を生じる応力上昇部を形成することになろう。）
明らかであるように、かかる材料の除去は、新たに露出した表面積、すなわち図１及び図３に最も良く示すように、貫通穴２８を取り囲む領域４０を提供しつつ、スプロケットの材料の質量を減少させることになる。この材料の除去の目的は、質量対表面積の比を減少させ、例えば、表面積１平方インチ当たり鋼材料が４ｇ以下であるようにすることである。

上述したように、また、図１ないし図５を参照すると理解されるように、スプロケット１６には、スプロケットの全厚さにわたって延びる、すなわち両側壁１８を貫通して延びる貫通穴２８が設けられている。溶融金属は、両側壁１８の貫通穴の上方、下方及び各側部に位置する。駆動軸４２によって画定された中央開口部は、チェーンソーのエンジンからの回転動力をスプロケットに、従って図５に示すように、スプロケット１６に乗るソーチェーン２６に伝達し得るよう駆動軸４２のスプライン部に嵌まる切欠き３２を有する形態とされる。

スプロケット１６の形態は、リムスプロケットを鋳造するときの旧来の経験に基づいて、従来、極めて弱体であると考えられていた。しかし、上述したように、また、質量を減少させる必要性のために減じてみた結果、より厚いということは、常に良い、すなわち、より丈夫であるとは限らないことが分かった（多孔質であるか、非多孔質であるかの問題）。その結果、低応力領域に貫通穴２８を提供することは、スプロケットを構成する金属の質量を無理なく減少させることが判明した。これは、スプロケットの寸法を減少させることなく（すなわち、同一の内側及び外側周縁の形態、また、ソーチェーンを支持し且つ駆動するのに必要なランド表面積を維持して）、また、強度を犠牲にせずに、可能であった。特に、表面積が大きく質量が小さければ小さい程、質量対表面の望ましい比を維持しつつ、より大きい寸法、例えば、直径３８．１ｍｍ（１．５インチ）以上のスプロケットを製造することを可能にする。広範囲な実験を通じて、この比は、４対１以下、すなわち表面積１平方インチ当たり約４ｇの重量を維持することが望ましいことが判明した。

次に、図６ないし図９に示した代替的な実施の形態に関して説明する。この代替的な実施の形態は、図１ないし図５の接続部分３８と比較すると、接続部分３８´の厚さが減少されている点が、図１ないし図５の実施形態と唯一の相違点である。従来の実施の形態の指定された歯２０及び接続部分３８は、スプロケットの共通の構成要素として鋳造されることが理解されよう。２つの実施の形態において、組み合わせ体２０、３８の厚さは、第一の実施の形態（図１ないし図５）にて最大の厚さとして、また、第二の実施の形態（図６ないし図９）にてほぼ最小の厚さとして示されている。これらの間の厚さが、チェーンソーのユーザの必要性に最も良く対応することができ、従ってこれら最大及び最小厚さの間における全範囲の厚さが本発明の教示に包含される。

第三の実施の形態は、図１０ないし図１４に示されている。この実施の形態において、外周部部分３４と内周部部分３６（両側部にて）との間の材料が薄くされている。すなわち、通路すなわちはめ込み部（ｉｎｓｅｔ）４４が、内周部及び外周部部分（内側及び外側リング部分と称される場合がある）の間に形成される。図１０、図１２及び図１３に最も良く示されるように、かかる通路を提供することは、金属材料を減少させ、また、表面積を増大させ、例えば、遷移表面積４６を追加させることになる。

上記の開示は、好ましい実施の形態に関するものであり、特許請求の範囲により規定された本発明から逸脱せずに、多数の変更例及び改変例が具体化可能であり、その特許請求の範囲の語は、当該分野にて広義で且つ一般的な意味を与えられる。

本発明に従ったリムスプロケットの斜視図である。 リムスプロケットの端面図である。 リムスプロケットの側面図である。 図３の線４−４に沿った断面図である。 図４の線５−５に沿った断面図である。 １つの代替的な実施の形態によるリムスプロケットの同様の図である。 ７Ａは、１つの代替的な実施の形態によるリムスプロケットの同様の図である。７Ｂは、１つの代替的な実施の形態のリムスプロケットの同様の図である。 １つの代替的な実施の形態のリムスプロケットの同様の図である。 １つの代替的な実施の形態のリムスプロケットの同様の図である。 第二の代替的な実施の形態によるリムスプロケットの同様の図である。 第二の代替的な実施の形態のリムスプロケットの同様の図である。 第二の代替的な実施の形態によるリムスプロケットの同様の図である。 第二の代替的な実施の形態によるリムスプロケットの同様の図である。 第二の代替的な実施の形態によるリムスプロケットの同様の図である。 図１ないし図１４のリムスプロケットを製造する過程を示す鋳造ツリー型枠の図解図である。

Claims (6)

1. チェーンソーのソーチェーンを駆動するリムスプロケットであって、バッチ鋳造過程にて溶融鋼から鋳造された前記リムスプロケットにおいて、
   互いに隔てられた複数の側壁にして、同様に互いに周方向に沿って隔てられた複数の歯によって互いに接続された側壁を含み、該側壁は、ソーチェーンの側部リンクを支持する外周部を有しており、前記歯は、ソーチェーンの中央駆動リンク舌状部を受け入れ且つ該舌状部と係合するようになされており、前記側壁は、チェーンソーのスプライン部付き駆動軸を、前記リムスプロケットを回転駆動し得るようにして受け入れ得る形態とされた内周部を有しており、また、前記側壁は、前記歯が駆動リンクの舌状部と係合することによって、チェーンソーのソーチェーンを駆動するようになされており、
   前記側壁は、前記内周部及び外周部を画定する、金属の連続的な複数の周縁リングを有しており、前記側壁及び歯は、互いに協働して前記歯と歯との間に貫通穴を提供する形態とされており、該貫通穴は、両側の前記側壁間を貫通して延びており、互いに協働する形態とされた前記側壁及び歯は、その質量をスプロケットの外表面積と比較した場合、表面積１平方インチに対し重量グラムで、約４対１以下の値となる所望の材料の質量を有している、チェーンソーのソーチェーンを駆動するリムスプロケット。
2. チェーンソーのソーチェーンを駆動するリムスプロケットであって、バッチ鋳造過程にて溶融鋼から鋳造された前記リムスプロケットにおいて、
   互いに隔てられた複数の側壁にして、同様に互いに周方向に沿って隔てられた複数の歯によって互いに接続された側壁を含み、該側壁は、ソーチェーンの側部リンクを支持する外周部を有しており、前記歯は、ソーチェーンの中央駆動リンク舌状部を受け入れ且つ該舌状部と係合するようになされており、前記側壁は、チェーンソーのスプライン部付き駆動軸を、前記リムスプロケットを回転駆動し得るようにして受け入れ得る形態とされた内周部を有しており、また、前記側壁は、前記歯が駆動リンクの舌状部と係合することによって、チェーンソーのソーチェーンを駆動するようになされており、
   前記側壁は、前記内周部及び外周部を画定する、金属の連続的な複数の周縁リングを有しており、前記連続的なリング間における両側の前記側壁は、共に厚さを減じられて溝型形状のはめ込み部を形成しており、それにより表面積を増大させ且つ質量を減少させており、
   前記質量対表面積の比は、１平方インチに対してグラムにて測定したとき、約４対１以下であり、前記駆動スプロケットは、直径３８．１ｍｍ（１．５インチ）以上の寸法を有する、チェーンソーのソーチェーンを駆動するリムスプロケット。
3. 請求項１に記載のリム型駆動スプロケットにおいて、前記側壁における前記貫通穴は、内側リング及び外側リングの間の接続部分を画定しており、該接続部分の厚さは、内側リング及び外側リングの厚さと比較して減少されている、リム型駆動スプロケット。
4. チェーンソーのソーチェーンを駆動するリムスプロケットを製造する方法において、
   中央湯口と、多数のスプロケットキャビティと、中央湯口をキャビティと接続するゲートとを有する鋳造物を製造するステップと、
   チェーンソーの駆動軸に嵌合し且つソーチェーンの側部リンクを支持ようになされた外側及び内側支持リングを有する側壁と、前記側壁間にて前記ソーチェーンの駆動舌状部と係合するスプロケット歯とを有するように前記キャビティを製造し、前記外側及び内側支持リング並びに前記スプロケットの歯を、高応力の臨界的構成要素であるとみなし、前記外側及び内側リングを、側壁部分を接続する非高応力部分によって接続されるようにする、ステップと、
   表面積１平方インチ当たり４ｇ以下の質量という、材料の質量対表面積の比を維持するように前記接続部分の厚さを減少させるステップと、を備える、チェーンソーのソーチェーンを駆動するリムスプロケットを製造する方法。
5. 請求項４に記載の方法において、前記外側及び内側支持リングは、前記側壁及び前記スプロケット歯によって相互に接続されており、外側支持リングと内側支持リングとの間及び前記スプロケットの歯間における前記スプロケットの厚さを貫通する長さの貫通穴を提供することにより、質量を減少させ且つ木の切屑の除去を促進させるステップを備える、方法。
6. 請求項４に記載の方法において、前記側壁に通路を形成することにより、前記スプロケットの露出した表面積を更に増し得るようにしながら
   、前記側壁部分の質量を減少させるステップを含む、方法。

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