JP3222467U - スプロケット - Google Patents

Abstract

【課題】二輪車用のスプロケットにおいて歯部の摩耗を低減し、高速度回転での長時間使用にも耐え得るようにする。【解決手段】スプロケットＳＰの歯先２１の周方向端部２２ａ，２２ｂが丸みＲを有する形状であることを特徴とする。ここで、歯先２１の端部２２ａ，２２ｂの丸みＲの曲率半径は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であるのが好ましい。またスプロケットの材質はアルミ合金、鉄、チタン合金、炭素鋼、クロムモリブデン鋼、合金工具鋼のいずれかであるのが好ましい。【選択図】図２

Description

本考案はスプロケットに関し、より詳細には二輪車に好適に使用されるスプロケットに関するものである。

二輪車において動力を伝達する方式としては、通常、駆動側スプロケット（ドライブスプロケット）と従動側スプロケット（ドリブンスプロケット）との間に無端状のローラーチェーンを架け渡して動力を伝達する方式が用いられている。

このような動力伝達方式では、スプロケットの歯部とローラーチェーンのローラーとが噛み合って、ローラーから歯部の側面（スプロケットの周方向の側面）に又は歯部の側面からローラーに力が加わる。そして、ローラーの歯部への噛み込みの際及び噛み外れの際の滑り接触によってスプロケットの歯部に摩耗が生じる。

スプロケットの歯部の摩耗が大きくなると、スプロケットの歯部とローラーとの噛み合いが不十分となって動力の伝達損失が増加する。またスプロケットの歯部の強度が低下して破損する虞もある。このため、歯部の摩耗量が所定以上になるとスプロケットは新しい物と交換される。スプロケットの交換時期を判定する方法としては、例えば、歯形ゲージを歯部の側面に当てて隙間（摩耗量）を測定する方法、摩耗限界凹溝をスプロケットの歯部に形成し、摩耗によって凹溝の側壁が消失（凹溝が消失）したかどうかで判定する方法（例えば特許文献１）、摩耗限界量を示す摩耗限界マーク部材をスプロケットの歯部に設け、摩耗によって摩耗限界マーク部材が歯部の側面に露出することで判定する方法（例えば特許文献２）などが提案されている。

実開平０３−７８１５３号公報 特開２００４−３６６３９号公報

しかしながら、スプロケットの交換作業には少なからぬ時間と労力が必要となるため、例えば自動二輪車のレースなどではレース中でのスプロケットの交換は想定されていない。耐久レースではレース時間は数時間から数十時間にも及び、その間スプロケットは高速で回転し続ける。このような過酷な使用条件でも摩耗限界量に達しないスプロケットが望まれている。スプロケットの耐久性を向上させるため、スプロケットの材料や形状の検討がこれまで種々行われてはいるが、更なる耐久性の向上が望まれている。

本考案はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速度回転での長時間使用にも耐え得る二輪車用のスプロケットを提供することにある。

前記目的を達成する本考案に係るスプロケットは、二輪車用のスプロケットであって、歯先の周方向の少なくとも一方側の端部が丸みを有することを特徴とする。

前記構成の考案において、前記端部の丸みの曲率半径が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である構成としてもよい。

また前記構成の考案において、前記スプロケットの材質がアルミ合金、鉄、チタン合金、炭素鋼、クロムモリブデン鋼、合金工具鋼のいずれかである構成としてもよい。

本考案に係るスプロケットによれば、ローラーの歯部への噛み込みの際及び噛み外れの際の滑り接触が低減されて歯部の摩耗が従来に比べて格段に減少する。これにより、高速度回転での長時間使用にも耐え得る。

本考案に係るスプロケットの一例を示す正面図である。 図１の丸枠Ｂで囲われた歯部２の拡大図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 ホブ５１を使用した創成歯切り方法の概説図である。 スプロケットＳＰからローラーチェーンのローラー６１が噛み外れる部分の状態図である。 摩耗による歯部の形状変化を示す説明図である。 さらに激しい摩耗による歯部の形状変化を示す説明図である。 エンドミル７１を使用した歯切り加工の説明図である。

以下、本考案を図に基づきさらに詳しく説明するが本考案はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

本考案に係るスプロケットの一例を示す正面図を図１に、図１の丸枠Ｂの歯部２の拡大図を図２に、図１のＡ−Ａ線断面図を図３にそれぞれ示す。なお、これらの図に示すスプロケットは自動二輪車のドリブンスプロケット（以下、単に「スプロケット」と記すことがある。）として使用されるものである。

図１に示すスプロケットＳＰは、所定の厚みを有する円盤状の本体部１と、本体部１の外周に周方向に等間隔で形成された複数個の溝部３と、溝部３の形成により出現した歯部２とを有する。

図３に示すように、円盤状の本体部１は中央部１１が外縁部１２よりも薄く成形され、本体部１の表裏面において中央部１１と外縁部１２との境界に段差１３が形成されている。外縁部１２は半径方向外方に向かって所定厚みで延在した後、外縁部１２の厚みは半径方向外方に向かって徐々に薄くなっている。すなわち、外縁部１２の表裏面には、半径方向外方に向かって厚み方向中央に向かう傾斜面１４ａ，１４ｂ（図３を参照）が形成されている。この傾斜面１４ａ，１４ｂを有する外縁部１２に溝部３及び歯部２が形成される。したがって、溝部３及び歯部２の厚みは半径方向外方に向かって徐々に薄くなっており、これによって、ローラーチェーンがスプロケットＳＰの歯部２に噛み合い始めるとき、ローラーチェーンがスプロケットＳＰに対して多少左右に横ぶれしたり、あるいは片方側に片寄って進入することがあっても、ローラーチェーンのローラーのスプロケットＳＰの歯部２への噛み込みが確実に実行されるようになる。なお、本体部１の外縁部１２と中央部１１とに段差１３を形成しているのは主としてスプロケットＳＰの軽量化を図るためであり、スプロケットＳＰの強度や剛性等の観点からスプロケットＳＰの本体部１に段差１３を設けずに同一厚みとしても勿論構わない。

本体部１の中央部１１の中心には所定径の軸穴１５が形成され、軸穴１５の周囲にはスプロケットＳＰを二輪車本体に着脱可能に取り付けるための６個の固定用穴１６が周方向に等間隔で形成されている。また、スプロケットＳＰの軽量化を図るため本体部１の軸穴１５の周囲には周方向に等間隔で円形の軽量化穴１７が複数個形成されている。なお、軸穴１５及び固定用穴１６の大きさや個数、形成位置などはスプロケットＳＰを取り付ける二輪車の仕様に合わせて適宜決定される。また、軽量化穴１７の形状や個数などはスプロケットＳＰの強度等を考慮して適宜決定され、軽量化穴１７を設けない構成としても勿論構わない。

本体部１の外周に形成される溝部３及び歯部２は、通常、ＪＩＳ及びＡＮＳＩに規定される形状に準じたの形状とされる。具体的には、チェーンピッチやローラー外径、スプロケットＳＰの歯数などが決まれば、ピッチ円直径、歯底円直径、歯面半径、歯底部円弧半径などは所定の式から求められ、溝部３及び歯部２の形状が定まる。

本考案に係るスプロケットＳＰの材料としては従来公知の物が使用可能であるが、耐久性を向上させる観点からは高硬度の物が望ましい。このような材料としては、例えば、アルミ合金、鉄、チタン合金、炭素鋼、クロムモリブデン鋼、合金工具鋼などが挙げられる。またこれらの材料に対して表面処理や熱処理を行った物を用いてもよい。

本考案に係るスプロケットＳＰの直径は二輪車に使用される直径であり、通常、５０ｍｍ以上３１０ｍｍ以下の範囲である。また本考案に係るスプロケットＳＰの厚みは二輪車に使用される厚みであり、通常、４．３ｍｍ，５．８ｍｍ，７．２ｍｍ，８．７ｍｍなどである。

これまでのスプロケットＳＰの一般的な製造方法は、板状鋼材を円盤状に打ち抜き加工する工程、円盤の中央部１１を外縁部１２よりも薄くするとともに、軸穴１５及び固定用穴１６、そして必要により軽量化穴１７を形成する切削加工工程、円盤の表裏両面の外周に傾斜面を形成する旋削加工工程、円盤の外周部に溝部３（歯部２）を形成する歯切り加工工程、浸炭焼き入れなどの熱処理工程、バリ取りなどの仕上げ処理工程を含むものであった。

ここで、円盤の外周部に溝部３（歯部２）を形成する歯切りは、ホブを使用した創成歯切り法による歯切り加工が従来一般的であった。図４に、ホブを使用した創成歯切り方法の概説図を示す。複数枚の円盤４１が共通の軸線上に積み重ねられ、円筒の外周にラック歯形の切り刃をネジ状に配置したホブ５１が円盤４１の軸線に対して軸線が垂直となるように配置され、ホブ５１と円盤４１とが一定の回転速度比で同期回転しながらホブ５１が円盤４１の軸方向に移動して、円盤４１の外周部に等間隔に溝部３（歯部２）が形成される。このような従来の創成歯切り加工によれば、スプロケットＳＰの歯部２の歯先２１の周方向両端部２２ａ，２２ｂは必然的に角となる（図２を参照）。

スプロケットＳＰの歯部２の摩耗を低減しスプロケットＳＰの耐久性を向上させるため本考案者が鋭意検討を重ねたところ、歯先２１を含む歯部２の摩耗の原因の一つはスプロケットＳＰの歯先２１の周方向端部２２ａ，２２ｂが角になっていたことであるを突き止めた。

自動二輪車のドリブンスプロケットＳＰを例に説明する。図５は、ドリブンスプロケットＳＰからローラーチェーンのローラー６１が噛み外れる部分の状態図であり、ドリブンスプロケットＳＰは、ローラーチェーンから伝えられる駆動力によって図５において時計回りに回転する。ローラーチェーンのローラー６１は、歯部２に噛み合ってから噛み外れるまで歯部２の回転方向上流側の歯面２３ａに圧接して駆動力をドリブンスプロケットＳＰに伝える。より詳細には、ローラーチェーンのローラー６１がスプロケットＳＰの歯部２に噛み合った状態から噛み外れる際に、ローラー６１は、歯部２の回転方向上流側の歯面２３ａに圧接しながら歯先２１の方向に相対的に移動し、歯面２３ａの先端部にまで移動した後、ローラー６１は歯部２から噛み外れる。このようなローラー６１の歯面２３ａに対する圧接・移動によって歯面２３ａが摩耗する。特に、ローラー６１が歯部２から噛み外れる歯面２３ａの先端すなわち歯先２１の端部２２ａが角であると、ローラー６１からの力が角に集中して摩耗しやすく、図６に示すように当初は略台形状であった歯部２の形状（図６の破線）が、摩耗によって頂部が回転方向下流側に偏心した略三角形状に変化する。そしてさらに使用を続けると、図７に示すように、歯部２全体の強度が低下して歯部２の歯先２１が回転方向下流側に曲がった形状になる。歯部２の形状がこのように変化すると、ローラー６１との噛み合いが不十分となって動力の伝達損失が増加する。またスプロケットＳＰの歯部２が破損することもある。

そこで、本考案では、スプロケットＳＰの歯部２の先端（歯先２１）の周方向端部２２ａ，２２ｂが丸みＲを有する形状とすることとした（図２を参照）。スプロケットＳＰの歯部２の先端（歯先２１）の周方向端部２２ａ，２２ｂが丸みＲを有する形状とすることにより、ローラー６１が歯部２から噛み外れる際に、歯先２１の端部２２ａに加わる力が従来よりも分散されて摩耗が格段に低減される。

スプロケットＳＰの歯先２１の周方向端部２２ａ，２２ｂの丸みＲの曲率半径は、スプロケットＳＰの直径や歯数などを考慮し適宜決定すればよいが、通常、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であるのが好ましい。丸みＲの曲率半径が０．１ｍｍ未満であると、本考案の効果が十分に得られない虞がある。一方、丸みＲの曲率半径が０．５ｍｍを超えるとローラー６１からの駆動伝達効率が低下する虞がある。

（スプロケットＳＰの作製）
前述のように、従来のホブ５１による創成歯切り加工ではスプロケットＳＰの歯先２１の周方向両端部は必然的に角となるので、本考案に係るスプロケットＳＰの歯切り加工には向かない。そこで、本考案に係るスプロケットＳＰの歯切り加工としては、エンドミルによる切削加工が望ましい。図８に示すように、エンドミル７１は円柱体の外周面に多数の刃を有するものであって、これを回転させながら工作物に接触させることによって、外周面に形成された刃で回転軸に直交する方向に穴が削られ広げられる。したがって、エンドミル７１を用いた歯切り加工では、円盤４１の外周部に所望形状の歯部２を削り出すことが可能となる。

ただし、エンドミル７１による切削加工で円盤４１の外周部を歯切り加工する場合、耐摩耗性の観点から円盤４１は高い硬度を有する材料から構成されているので、エンドミル７１の円盤４１外周への食い込み量は深くすることは望ましくない。このため、円盤４１の外周部に所望形状の歯部２を削り出すためには、エンドミル７１の円盤４１外周への食い込み量を所定量以下（例えば１ｍｍ程度）として、所定深さ（所定形状）に達するまで繰り返し切削する必要がある。つまり、エンドミル７１が円盤４１の外周を複数回周り続けることによって円盤４１の外周部に所定形状の歯部２が形成される。

なお、板状鋼材から円盤状への加工や軸穴１５・固定用穴１６・軽量化穴１７の形成なども打ち抜き加工ではなく切削加工により形成するのが望ましい。打ち抜き加工によると、高い生産効率は得られるが打ち抜き品に歪みが残りスプロケットＳＰとしたときの寸法精度に影響がでるおそれがある。これに対し、切削加工による削り出しによって作製されたスプロケットＳＰでは高い寸法精度が得られるからである。

（実施例１）
下記構成のスプロケットを作製し、自動二輪車に装着し８時間連続走行した後、スプロケットの歯先２１の摩耗状態を目視により観察したところ、歯先２１の摩耗は肉眼では見られなかった。
スプロケットの構成
材質：クロムモリブデン鋼
歯数：４０個
外径：２０８．５ｍｍ
ピッチ円形：２０２．８９ｍｍ
歯形：Ｕ歯型
歯先の周方向両端に丸み（Ｒ）：０．５ｍｍ

（比較例１）
歯先の周方向両端に丸み（Ｒ）を設けなかった以外は実施例１と同じ構成のスプロケットを作製し、実施例１と同様にして自動二輪車に装着して８時間連続走行した後、スプロケットの歯先の摩耗状態を目視により観察したところ、歯先の周方向端部において視認可能な摩耗が見られた。

（その他）
以上説明した実施形態は自動二輪車のドリブンスプロケットであったが、本考案に係るスプロケットはドライブスプロケットにも適用可能である。また、ＪＩＳ及びＡＮＳＩに準拠しない形状の溝部３及び歯部２を有するスプロケットにも適用可能である。

本考案に係るスプロケットは、ローラーの歯部への噛み込みの際及び噛み外れの際の滑り接触が低減されて歯部の摩耗が従来に比べて格段に減少し、高速度回転での長時間使用にも耐え得る。

ＳＰ スプロケット
１ 本体部
２ 歯部
３ 溝部
Ｒ 丸み
１１ 中心部
１２ 外周部
１３ 段差
１４ａ，１４ｂ 傾斜面
１５ 軸穴
１６ 固定用穴
１７ 軽量化穴
２１ 歯先
２２ａ，２２ｂ 歯先の周方向端部
２３ａ，２３ｂ 歯面
７１ エンドミル

Claims (3)

1. 二輪車用のスプロケットであって、
   歯先の周方向の少なくとも一方側の端部が丸みを有する
   ことを特徴とするスプロケット。
2. 前記端部の丸みの曲率半径が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である請求項１記載のスプロケット。
3. 前記スプロケットの材質がアルミ合金、鉄、チタン合金、炭素鋼、クロムモリブデン鋼、合金工具鋼のいずれかである請求項１又は２記載のスプロケット。