JP6226773B2

JP6226773B2 - スプロケット

Info

Publication number: JP6226773B2
Application number: JP2014033229A
Authority: JP
Inventors: 正則横山; 毅樺井
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2034-02-24
Also published as: CN104864046B; CN104864046A; DE102015203124A1; US20150240932A1; JP2015158232A; DE102015203124B4; KR101871208B1; KR20150100502A; US9500271B2

Description

本発明は、チェーンが噛み合う複数の歯を備え、前記複数の歯の間に、歯底を中心として、所定の曲率半径及び所定の角度範囲の円筒面の一部で構成される歯底部を有するスプロケットに関するものである。

従来、標準スプロケットとして、ＩＳＯ６０６：１９９４（Ｅ）にスプロケットの歯形（以下、ＩＳＯ歯形という）が規定されている。
ＩＳＯ歯形は、図６に示すように、チェーンピッチをｐ、ピッチ円直径をＤｐΦ、ローラ（ブシュチェーンの場合は、ブシュ：以下同様）直径をΦｒ、歯底部円弧半径をＲｂ、歯面半径をＲｓ、歯底円直径をＤｂΦ、スプロケットの歯数をｚとすると、これらの関係は、次の式で規定されている。

ＤｐΦ＝ｐ／ｓｉｎ（１８０°／ｚ）
ＤｂΦ＝ＤｐΦ−Φｒ
Ｒｂ（ｍｉｎ）＝０．５０５Φｒ
Ｒｂ（ｍａｘ）＝０．５０５Φｒ＋０．０６９（Φｒ）^１／３
Ｒｓ（ｍｉｎ）＝０．００８Φｒ（ｚ^２＋１８０）
Ｒｓ（ｍａｘ）＝０．１２Φｒ（ｚ＋２）

上記式から明らかなように、ＩＳＯ歯形においては、歯５１０の歯底部５１１はローラの半径（Φｒ／２）よりわずかに大きい歯底部円弧半径Ｒｂの円弧で形成されている。
また、歯底円直径ＤｂΦはピッチ円直径ＤｐΦとローラ直径Φｒとの差に等しく形成されており、歯底円直径ＤｂΦはピッチ円直径ＤｐΦと歯底部円弧半径Ｒｂの２倍との差にほぼ等しく形成されている。

この標準的なスプロケット５００は、図７（ａ）で示すように、ローラチェーン５２０を巻き掛けた際に各ローラ５２１が歯底部５１１の中心に着座するように規定されているものである。
ローラ５２１はスプロケット５００の歯底部５１１に順次噛み合うため、ローラチェーン５２０は多角形運動を生じて上下動（脈動）して振動し、騒音の発生要因となり、また、この多角形運動はローラチェーン５２０の進行方向の速度変動も発生させる。
このような、振動や騒音、速度変動等を低減するために、前述した標準的なスプロケット５２０の規格と異なる諸元のスプロケットを用いたものが公知である（例えば、特許文献１乃至６等参照。）。

特開２００５−３０５０１号公報特開２００５−２４９１６６号公報特開２００６−１７０３６２号公報特開２００７−１０７６１７号公報特開２００８−１６４０４５号公報特開２００９−２７５７８８号公報

しかしながら、公知のスプロケットは、多角形運動によるローラチェーンの速度変動を減少させて振動を低減する効果はあるものの、チェーンの伸びに起因して、ローラがスプロケットに最初に当接する位置や、着座した際の着座位置が変化することの影響については考慮されていない。
実際にチェーンは、張力による伸び、経時変化による伸びや摺動部の摩耗等によってピッチが大きくなり、その際、図７（ｂ）で示すように、ローラ５２１がスプロケット５００に当接する位置５１３が変化して、歯底部５１１以外の歯側面５１２の高い位置と当接して、大きな衝撃を発生するという問題があった。
この問題は、標準的なスプロケット５００のみならず、標準以外の前述の公知のスプロケットによっても同様に発生するものであり、このことで、噛合音が大きくなるという問題があった。
また、このような衝撃は、チェーンやスプロケットの噛合部の摩耗の原因となるとともに、チェーンの他の摺動部にも大きな力を及ぼし、摩耗の原因となり、それぞれの寿命を低減させる要因となっていた。

さらに、経時変化による伸びや摺動部の摩耗等によってチェーンのピッチがさらに大きくなった場合、チェーンがスプロケットに巻き掛けられた部分で、ローラが歯底部以外の歯側面の高い位置に着座したままの状態となる。
このような状態となると、チェーンとスプロケットとの噛合の強度が低下したり、噛合音が増大したり、歯やローラの摩耗が増大し、さらには、歯飛び等の要因となるという問題があった。

本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、チェーンの伸びに伴う騒音や振動、各部の摩耗を低減するとともに、チェーンとスプロケットとの噛合の強度の低下を抑制し、チェーンの寿命を向上するスプロケットを提供することである。

本発明に係るスプロケットは、チェーンが噛み合う複数の歯を備え、前記複数の歯の間に、所定の半径及び所定の角度範囲の歯底部円弧を有するスプロケットであって、前記歯底部円弧の半径が、噛み合うチェーンのローラまたはブシュの直径に対して、Ｒｂ＞０．５０５＊Φｒ＋０．０６９＊Φｒ^１／３（Ｒｂ：歯底部円弧半径、Φｒ：噛み合うチェーンのローラまたはブシュの直径）の関係を有することにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係る発明のスプロケットによれば、歯底部円弧の半径が、Ｒｂ＞０．５０５＊Φｒ＋０．０６９＊Φｒ^１／３（Ｒｂ：歯底部円弧半径、Φｒ：噛み合うチェーンのローラまたはブシュの直径）の関係を有する、すなわち、歯底部円弧半径を標準的なスプロケットの歯底部円弧半径の最大値よりさらに大きくすることにより、張力、経時変化による伸びや摺動部の摩耗等によってチェーンのピッチが大きくなった場合でも、ローラあるいはブシュが噛み合う際に歯側面とは当接せず歯底部と当接し、歯底部に着座することが可能となり、騒音や振動、各部の摩耗を低減し、チェーンとスプロケットとの噛合の強度の低下を抑制し、チェーンの寿命を向上することができる。

本請求項２に記載の構成によれば、歯底部円弧半径の中心が、標準スプロケットの歯底部円弧半径の中心よりも外周側に位置することにより、歯底部円弧半径を大きくした際にもスプロケットの歯底円直径が小さくなることを抑制し、チェーンのピッチの伸びが少ない場合の着座位置の変化を抑制することが可能となるため、さらに、騒音や振動、各部の摩耗を低減し、チェーンとスプロケットとの噛合の強度の低下を抑制し、チェーンの寿命を向上することができる。
本請求項３に記載の構成によれば、スプロケットの歯底円直径が、標準スプロケットの歯底円直径以上であることにより、チェーンに伸びがない状態での着座位置をあらかじめ逆方向にずらすことができ、チェーンのピッチがさらに大きくなった場合でも着座位置の変化を抑制することが可能となる。
本請求項４に記載の構成によれば、歯底部円弧半径Ｒｂと標準スプロケットの歯底部円弧半径Ｒｉとの差が、歯底円直径と標準スプロケットの歯底円直径との差の半分よりも大きいことにより、チェーンに伸びがない状態での着座位置をあらかじめ逆方向にずらしつつ、チェーンが伸びてピッチがさらに大きくなった場合の着座位置の対応余裕を大きく取ることができ、より大きなチェーンの伸びに対応することが可能となる
本請求項５に記載の構成によれば、歯底部円弧の角度範囲が、標準スプロケットの歯底部円弧の角度範囲と等しいことにより、歯側面の形状を標準スプロケットと同等とすることができ、ローラまたはブシュが噛み合う際に歯側面と当接した場合でも、標準スプロケットと同等の動作とすることができる。

本発明の第１実施形態であるスプロケットの諸元図。本発明の第１実施形態であるスプロケットの一部側断面図。本発明の第１実施形態であるスプロケットの特性グラフ。標準スプロケットの諸元図。本発明の第２実施形態であるスプロケットの諸元図。スプロケットの諸元説明図。標準スプロケットにチェーンを係合させた説明図。

本発明は、チェーンが噛み合う複数の歯を備え、複数の歯の間に、所定の半径及び所定の角度範囲の歯底部円弧を有するスプロケットであって、歯底部円弧の半径が、噛み合うチェーンのローラまたはブシュの直径に対して、Ｒｂ＞０．５０５＊Φｒ＋０．０６９＊Φｒ^１／３（Ｒｂ：歯底部円弧半径、Φｒ：噛み合うチェーンのローラまたはブシュの直径）の関係を有し、チェーンの伸びに伴う騒音や振動、各部の摩耗を低減するとともに、チェーンとスプロケットとの噛合の強度の低下を抑制し、チェーンの寿命を向上するものであれば、その具体的な実施態様は如何なるものであっても何ら構わない。

本発明の第１実施形態であるスプロケット１００は、ローラ直径：Φｒ_１＝４．４９ｍｍのローラチェーン１２０と噛み合うものであり、図１に示すように、以下の諸元を持つ。
ピッチ円直径：ＤｐΦ_１＝４８．６０ｍｍ
歯底部円弧半径：Ｒｂ_１＝２．７２ｍｍ
歯底部円弧角度：θ_１＝１２５．３°
歯底円直径：ＤｂΦ_１＝４４．１１ｍｍ
スプロケットの歯数：ｚ_１＝１９枚
なお、「ローラ」、「ローラチェーン」は「ブシュ」、「ブシュチェーン」であってもよい（以下、同様。）。

ローラチェーン１２０が全く伸びていない場合、図２（ａ）に示すように、ローラチェーン１２０の全てのローラ１２１は、標準スプロケット５００の場合と同様に、スプロケット１００の歯底部１１１のほぼ中心に噛み合う。
張力による伸び、経時変化による伸びや摺動部の摩耗等によってローラチェーン１２０のピッチが大きくなった場合、図２（ｂ）に示すように、ローラ１２１とスプロケット１００とが当接する位置１１３が変化するが、歯底部円弧半径Ｒｂ_１が大きく設定されていることによりローラ１２１が歯底部１１１から外れて歯側面１１２と当接することがなく、チェーンの伸びに伴う騒音や振動、各部の摩耗を低減するとともに、チェーンとスプロケットとの噛合の強度の低下を抑制し、チェーンの寿命が向上する。

図３に、本実施形態のスプロケット１００を用いた場合（ａ）と、標準スプロケットを用いた場合（ｂ）の応力解析の比較結果を示す。
本実施形態のスプロケットを用いた場合、明らかにピーク応力の発生が抑制されており、このことで、騒音や振動を低減される。
なお、比較に用いた標準スプロケット５００は、図４に示すように、
ピッチ円直径：ＤｐΦ＝４８．６０ｍｍ
歯底部円弧半径：Ｒｉ＝２．３２ｍｍ
歯底部円弧角度：θ＝１２５．３°
歯底円直径：ＤｂΦ＝４４．１１ｍｍ
スプロケットの歯数：ｚ＝１９枚
の諸元を持つものである。

本発明の第２実施形態であるスプロケットは、前述の第１実施形態と同様にローラ直径：Φｒ_１＝４．４９ｍｍのローラチェーンと噛み合うものであり、図５に示すように、以下の諸元を持つ。
ピッチ円直径：ＤｐΦ_２＝４８．６０ｍｍ
歯底部円弧半径：Ｒｂ_２＝２．７２ｍｍ
歯底部円弧角度：θ_２＝１２５．３°
歯底円直径：ＤｂΦ_２＝４４．２６ｍｍ
スプロケットの歯数：ｚ_２＝１９枚

本実施形態のスプロケットは、標準のスプロケットの歯底部円弧半径：Ｒｉ＝２．３２ｍｍ、歯底円直径：ＤｂΦ＝４４．１１ｍｍに対して、
ＤｂΦ_２＝４４．２６＞ＤｂΦ＝４４．１１・・・式１
Ｒｂ_２−Ｒｉ＝０．４＞（ＤｂΦ_２−ＤｂΦ）／２＝０．０７５・・・式２
の関係を有している。
このことで、全くローラチェーンに伸びのない状態では、式１の関係があるため、ローラとスプロケットとが当接する位置が第１実施形態の場合と逆方向にずれるが、歯底部円弧半径Ｒｂ_２が式２の関係で大きく設定されていることによりローラが歯底部２１１から外れ歯側面２１２と当接することはない。

そして、ローラチェーンがわずかに伸びた際には、ローラチェーンの全てのローラは、スプロケットの歯底部２１１のほぼ中心に噛み合い、ローラチェーンがさらに伸びた際には、ローラとスプロケットとが当接する位置が第１実施形態の場合と同様に変化する。
このとき、式１の関係を有することで、伸びのない状態でローラとスプロケットとの当接する位置が逆方向にずれているため、第１実施形態よりもさらにローラチェーンが伸びても、ローラとスプロケットとが当接する位置を歯底部２１１に保つことができる。

１００、５００・・・スプロケット
１１０、２１０、５２０・・・歯
１１１、２１１、５１１・・・歯底部
１１２、２１２、５１２・・・歯側面
１１３、５１３・・・当接する位置
１２０、５２０・・・ローラチェーン
１２１、５２１・・・ローラ

Claims

チェーンが噛み合う複数の歯を備え、前記複数の歯の間に、所定の半径及び所定の角度範囲の歯底部円弧を有するスプロケットであって、
前記歯底部円弧の半径が、噛み合うチェーンのローラまたはブシュの直径に対して、
Ｒｂ＞０．５０５＊Φｒ＋０．０６９＊Φｒ^１／３
Ｒｂ：歯底部円弧半径
Φｒ：噛み合うチェーンのローラまたはブシュの直径
の関係を有することを特徴とする記載のスプロケット。
前記歯底部円弧半径の中心が、
Ｒｉ＝０．５０５＊Φｒ＋０．０６９＊Φｒ^１／３
Ｒｉ：標準スプロケットの歯底部円弧半径
Φｒ：噛み合うチェーンのローラまたはブシュの直径
で表される歯底部円弧半径を持つ標準スプロケットの歯底部円弧半径の中心よりも外周側に位置することを特徴とする請求項１に記載のスプロケット。
前記スプロケットの歯底円直径が、
前記標準スプロケットの歯底円直径以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスプロケット。
前記歯底部円弧半径Ｒｂと標準スプロケットの歯底部円弧半径Ｒｉとの差が、前記歯底円直径と標準スプロケットの歯底円直径との差の半分よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載のスプロケット。
前記歯底部円弧の角度範囲が、標準スプロケットの歯底部円弧の角度範囲と等しいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のスプロケット。