JP7292087B2

JP7292087B2 - スプロケット

Info

Publication number: JP7292087B2
Application number: JP2019077762A
Authority: JP
Inventors: 航平林
Original assignee: Daido Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daido Kogyo Co Ltd
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2023-06-16
Anticipated expiration: 2039-04-16
Also published as: WO2020213578A1; JP2020176648A

Description

本発明は、ローラチェーン等のチェーンに噛合するスプロケットに関する。

一般に、スプロケットは、規格により標準歯形が規定されており、該歯形は、スプロケット１歯の２等分線に対して、前後方向対称に形成されている。図３（Ａ）に示すように、スプロケット１が矢印Ｋ方向に駆動回転して、上記標準歯形上にローラチェーン２が噛合う際、先行ローラ８_１が先行歯の歯底３_１に着座して、該先行ローラ８_１を中心にピッチＰを半径として歯溝の噛合い側面５にローラ８_２が衝接する。この際のローラ８_２の速度Ｖに対する接触点Ｃでの速度成分Ｖ_１が比較的大きくなる。即ち、接触点Ｃが、上記対称の標準歯形に起因して、ローラ８_１のピッチ線６に直交する方向の速度方向線ＶＬと、接触点Ｃにおける接線Ｔに直交する速度成分方向線Ｖ_１Ｌとのなす速度成分角度θ_１が比較的小さく、この結果上記速度成分Ｖ_１が比較的大きくなって、ローラ８_２の衝撃力が大きくなる。

従来、歯形が、スプロケット１歯の２等分線に対して前後方向非対称としたスプロケットは、提案されている（特許文献１参照）。

特表２００２－５１４２８７号公報

上述した標準歯形からスプロケットは、歯形が１歯の２等分線に対して対称に形成されているため、ローラの接触点における速度成分Ｖ_１が比較的大きく、その結果ローラチェーンの噛合い時の衝突エネルギーが大きく、ローラチェーン及びスプロケットの耐久性向上を妨げる一因になっている。

上記特許文献１のスプロケットは、歯溝の噛合い側（係合逃げ）面が噛外れ側（滑り逃げ面）より急傾斜になるような非対称の歯形を有するが、噛合い側面の歯先部分に歯溝に向って突出する丸みと歯底面となる円弧面とを有し、上記丸みに平坦部を有する。ローラは、上記平坦部の上端で初期接触（Ａ）し、略接線方向である平坦部に沿って接触（Ｂ）し、その後上記円弧面にあるローラの半径方向接触点（Ｃ）で接触するように進行する。ローラは、初期接触（Ａ）から接触点（Ｂ）を経て半径方向接触点（Ｃ）で完全２点接触するまで移動して、衝撃を多段化して衝突エネルギーを分散する。また、上記完全２点でのローラが接触するので、ローラ外径と係合側面の円弧面との間に隙間を形成するために半径方向接触点（Ｃ）近傍に傾斜歯底表面を備える。

従って、上記特許文献１のスプロケットは、ローラチェーンとの噛合い時の衝突を低減化することは可能であるが、ローラチェーンに関連してスプロケットの歯形精度を高める必要があり、製造が面倒であると共にコストアップの原因となり、更に適用するローラチェーンとの関係も微妙となり、多様のローラチェーンに兼用して用いることが困難となる。

そこで、本発明は、比較的簡単な構成の非対称の歯形により、上述した課題を解決したスプロケットを提供することを目的とするものである。

本発明は、１歯の２等分線（Ｄ）に対して、歯底面（１３）の最底部（Ｓ）が噛合い側に所定量（Ｘ）ずれて位置する非対称の歯形を備えるスプロケット（１１）であって、
前記歯底面（１３）は、噛合い側と噛外れ側とが同じ半径（Ｒ，Ｒ’）からなる円弧面からなり、噛合い側歯底円弧面（１３ａ）が噛外れ側歯底円弧面（１３ｂ）より領域角度が大きく（Ａ＞Ａ’）、
前記歯底面（１３）に連接して、噛合い側第２円弧面（２７）及び噛外れ側第２円弧面（３１）を有し、前記噛外れ側第２円弧面（３１）の半径（ｒ’）及び中心点（Ｏ４）に対して、前記噛合い側第２円弧面（２７）の半径（ｒ）が小さくかつ中心点（Ｏ３）が小径側に位置してなる、
ことを特徴とするスプロケットにある。

前記歯底面（１３）の最底部（Ｓ）に所定長さ（Ｕ）の歯底平坦部（１４）を有する。

前記歯底面（１３）の最底部（Ｓ）の所定ずれ量（Ｘ）が、１歯当りのなす角度の１～５％である。

前記噛合い側第２円弧面（２７）の領域角度（Ｂ）が、前記噛外れ側第２円弧面（３１）の領域角度（Ｂ’）より小さく、
前記噛合い側第２円弧面（２７）の歯先側が、噛合い側平坦面（３０）を介して噛合い側逃げ曲面（２９）に接続し、
前記噛外れ側第２円弧面（３１）の歯先側が、噛外れ側逃げ曲面（３２）に接続してなる。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより特許請求の範囲の記載に何等影響を及ぼすものではない。

歯底面の最底部が噛合い側に所定量ずれた非対称からなり、歯底面は、噛合い側も噛外れ側も同じ半径の円弧面からなるので、先行するローラを歯底面に正確に着座する。歯底面の噛合い側円弧面は、噛外れ側円弧面よりも領域角度が大きく、比較的大きな立上り角となり、それに続く第２円弧面は、噛外れ側第２円弧面より半径が小さくかつ中心が小径側にあるので、高い立上り角となり、ローラが衝接する際の接触点で速度成分は、標準形歯形に比して小さくなり、衝突エネルギーを低減して、ローラチェーン及びスプロケットの耐久性の向上を図ることができる。

また、本スプロケットの歯形は、歯底面及び第２円弧面等からなる比較的単純な形状からなり、製造が容易であると共に、ローラの接触域は、噛合い側面の比較的広い領域であり、適用するローラチェーンの寸法を比較的広く対応することができる。

歯底面の最底部に、所定長さの歯底平坦部を有すると、歯底面に着座するローラの寸法範囲を比較的広く適用可能とすることができる。

歯底面の最底部の所定ずれ量を、１歯当りのなす角度の１～５％とすると、適正な非対称となって衝突エネルギーの低減を可能とする。

噛合い第２円弧面の領域角度が、噛外れ側円弧面の領域角度より小さく、それに噛合い側平坦面が続くので、高い立上り角度でローラが接触する領域を広げて、多種ローラチェーンの対応性を向上することができる。

本発明を適用したチェーン伝動装置を示す正面図。本発明の実施の形態によるスプロケットの歯形を示す正面図。ローラチェーンのスプロケットへの噛合い時を示す図で、（Ａ）は標準歯形、（Ｂ）は本発明を示す。本発明のスプロケットと標準歯形のスプロケットを比較した実験結果を示す図。

以下、図面に沿って本発明の実施の形態について説明する。本発明に係る非対称のスプロケットを用いたチェーン伝動装置１０は、図１に示すように、駆動スプロケット１１と従動スプロケット１２との間にローラチェーン２が巻掛けられて構成されている。該チェーン伝動装置１０は、エンジンで駆動される伝動装置、例えば二輪自動車の走行駆動用、エンジン内で使用されるカム駆動用のタイミングチェーン、バランサチェーン、四輪駆動車用のトランスファチェーン等に適用して好適であるが、その他の産業用チェーン等の他の伝動用に適用可能であり、更に場合によっては、コンベヤやエスカレータ等の搬送用チェーンのスプロケットにも適用可能である。

前記ローラチェーン２は、１対の外プレート７の両端部をピン９で連結した外リンクと、１対の内プレート１７の両端部をブシュ１８で連結し、該ブシュにローラ８を被嵌した内リンクとを、ブシュ１８にピン９を嵌挿して交互にかつ無端に連結して構成される。前記駆動スプロケット１１及び従動スプロケット１２は、１歯の２等分線に対して噛合い側に所定量ずれた非対称形状の歯形からなり、両スプロケットとも同様な態様からなるため、以下駆動スプロケット１１について説明する。

スプロケット１１の歯形は、図２に示すように、隣接する歯２１，２１により形成される歯溝２２を有し、該１歯の歯溝２２は、歯底面１３、噛合い側面１５及び噛外れ側面１６を有する。該歯底面１３の最底部中央Ｓ、即ち歯底面の位相が、歯溝２２を構成する隣接する歯２１，２１の歯先中心とスプロケット１１の中央とを結ぶ線（１歯）の２等分線Ｄに対して噛合い側面１５側に、所定量Ｘ、例えば上記１歯当りのなす角度の１～５％ずれて位置する。従って、上記所定量Ｘずれた位置でのスプロケット中心を結ぶ線Ｅが本歯形のみかけの中心線Ｅとなるが、該みかけの中心線Ｅは、前述した標準歯形の中心線（Ｄ）に対して上記所定量Ｘ（例えば０．５～１．０°）噛合い側にずれている。

上記歯底面１３は、最底部に所定長さＵの歯底平坦部１４があり、該平坦部を隔てた中心線Ｆ１，Ｆ２に位置する中心点Ｏ１，Ｏ２を中心とする同一半径Ｒ，Ｒ’（Ｒ＝Ｒ’）の円弧面（１３ａ，１３ｂ）により上記歯底面１３が形成され、従って歯底面１３は、上記みかけの中心線Ｅを中心とした左右対称となる。上記左右の歯底円弧面の領域角度Ａ，Ａ’は、噛合い側歯底円弧面（１３ａ）の角度Ａが噛外れ側歯底円弧面（１３ｂ）の角度Ａ’より大きい（Ａ＞Ａ’）。例えば、噛外れ側領域角度Ａ’に対して噛合い側領域角度Ａは、７～２５％大きい。

噛合い側面１５は、上記歯底面１３に続く噛合い側第２円弧面２７と、歯先側の噛合い側逃げ曲面２９とを有し、上記噛合い側第２円弧面２７と噛合い側逃げ曲面２９との間に平坦部３０が形成されている。該噛合い側第２円弧面２７の半径ｒは、上記歯底円（Ｒ＝Ｒ’）に比して大きく、その領域角度Ｂは、比較的小さい。

噛外れ側面１６は、同様に上記歯底面１３に続く噛外れ側第２円弧面３１からなり、歯先側は噛外れ側逃げ曲面３２になっている。該噛外れ側第２円弧面３１の半径ｒ’は、上記噛合い側第２円弧面２７の半径ｒより大きく（ｒ’＞ｒ）、かつその中心Ｏ４は、噛合い円弧面の半径ｒの中心Ｏ３より外径方向に離れている。また、該噛外れ側第２円弧面３１の領域角度Ｂ’は、噛合い側第２円弧面２７の角度Ｂに対して大きい（Ｂ’＞Ｂ）。例えば、上記噛合い側及び噛外れ側第２円弧面２７，３１の半径ｒ，ｒ’は、噛合い側半径ｒ対して噛外れ側半径ｒ’が３０～４０％大きい。

噛合い側逃げ曲面２９は、歯溝２２側に突出する円弧面（半径ｒｒ）からなり、長さＬからなる噛合い側平坦部３０を介して噛合い側第２円弧面２７に滑らかに接続している。噛外れ側逃げ曲面３２も、同様に歯溝側に突出する円弧面（半径ｒｒ’）からなる。上記噛合い外れ側逃げ曲面２９の半径ｒｒは、噛外れ側逃げ曲面３２の半径ｒｒ’より大きく、噛合い時のローラの衝接面をも構成し得、また噛外れ側逃げ曲面３２は、ローラの滑らかな逃げ面を構成する。

なお、図２において、ＯＤは、歯先円であり、ＲＤは、歯底円である。また、上述した実施の形態にあっては、歯底面１３に平坦部１４を介在したが、該平坦部は、なくてもよい。

チェーンピッチ１２．７ｍｍ、ローラ径８．５ｍｍのローラチェーンに適用する本発明に係る、歯数１４のスプロケットの各値は、以下の通りである。歯底面位相ずれＸ；０．５５ｍｍ、歯底面半径Ｒ（＝Ｒ’）；４．３２ｍｍ、ピッチクリアランスＵ；０．３５ｍｍ、噛合い側歯底面角度Ａ；５８．２９°、噛外れ側歯底円角度Ａ’；４８．２９°、噛合い側第２円弧面半径ｒ；８．６０ｍｍ、角度Ｂ；１６．２７°、噛外れ側第２円弧面半径ｒ’；１１．５３ｍｍ、角度；１３．７６°、噛合い側平坦部長さＬ；０．８１ｍｍ。

ついで、上記スプロケット１１の作用について、説明する。ローラチェーン２は、図３（Ｂ）に示すように、１個先行するリンクのローラ８_１がスプロケット１１の１個前の歯溝の歯底面１３_１に着座して、該ローラ８_１を中心にピッチＰを半径して次のローラ８_２が歯溝２２の噛合い側面１５に衝接する。本スプロケット１１の歯形は、非対称からなり、歯底面１３の中心位置Ｅが噛合い側に所定量Ｘずれているので、噛合い側面１５の接線角が噛外れ側面１６の接線角より大きい。従って、上記ローラ８_２の速度Ｖの方向線ＶＬとローラの噛合い側面１５でのローラ８_１の接触点Ｃにおける速度成分方向線Ｖ_２Ｌとのなす速度成分角度θ_２が、従来の対称の標準歯形における前記角度θ_１より大きくなる（θ_１＜θ_２）。これにより、ローラ８_２がスプロケット１１の噛合い側面に衝接する際の速度成分Ｖ_２が、上記標準歯形における速度成分Ｖ_１より小さくなり（Ｖ_２＜Ｖ_１）、その分ローラのスプロケットに噛合う際の衝突エネルギーが低減される。

具体的には、本スプロケット１１は、非対称の歯形からなるが、ローラチェーン２の先行するローラ８_１は、左右対称の半径Ｒ，Ｒ’からなる歯底面１３に正確に安定して着座する。なお、歯底面１３の最底部分に所定長さＵの平坦部１４があるので、ローラ８の直径寸法に誤差等の若干の相違があっても、ローラ８は、確実に歯底面１３に着座する。

そして、スプロケット１１の噛合い始めるローラ８_２は、先行ローラ８_１が噛合い側に所定量Ｘずれているので、確実に歯溝２２の噛合い側１５、それも比較的歯先側の高い位置に衝接する。本スプロケット１１の噛合い側は、同じ半径（Ｒ＝Ｒ’）であるが、歯底面１３の円弧面１３ａの領域角度Ａが噛外れ側円弧面１３ｂの領域角度Ａ’より大きく、該大きい分、円弧面が歯先に向って立上り、接線角が大きくなる（９０°に近くなる）。

噛合い側第２円弧面２７は、上記噛合い側歯底面１３の立上った部分に接続して、噛外れ側第２円弧面３１の半径ｒ’より小さい半径ｒからなり、かつての中心点Ｏ３が噛外れ側の中心点Ｏ４より小径側にあるので、比較的大きい立上り角で更に接線角が大きくなる（９０°に更に近づく）。そして、噛合い側第２円弧面２７の最も立上り角が大きくなった部分に平坦部３０が接続して、該大きな接線角が続く。

従って、ローラ８_１は、スプロケット１１の歯溝に噛合う際、噛合い側のどこに接触開始しても、即ち噛合い側歯底円弧面１３ａの上部分、噛合い側第２円弧面２７及び平坦部３０に接触しても、いずれも高い立上り角からなり、前記速度成分角θ_２が大きくなって、ローラの衝突エネルギーが低減する。

エンジンブレーキ等のローラチェーン伝動装置の駆動方向が逆転した場合、従動側となる駆動スプロケット１１の噛外れ側面１６に、駆動側となるスプロケット１２からの張力が作用するローラチェーン２のローラ８が係合、接触するが、該噛外れ側面１６は、全体に立上り角が小さく、張力成分を小さくして、すべりによるフリクションを低減できる。

ついで、図４に沿って、対称の標準形歯形からなる従来のスプロケットと、上述した本発明に係る非対称のスプロケット１１（１２）とに、同じローラチェーンを用いた駆動試験を行った結果について説明する。標準形歯形によるスプロケットは、駆動時間２５時間でローラにクラック、脱落等のローラ割れが発生した。本発明に係る非対称歯形からなるスプロケットは、４０時間駆動した状態でローラ割れが発生した。従って、本発明に係るスプロケットは、従来の標準形歯形のスプロケットに比して、約１６０％耐久性が向上した。

なお、上述した実施の形態は、駆動スプロケット１１及び従動スプロケット１２の両方に本発明に係る非対称スプロケットを用い、エンジン駆動等で慣性による逆駆動を生ずる場合等に特に望ましいが、逆駆動がないような伝達装置、またあってもそれによる影響が少ない場合、駆動スプロケットのみを本発明に係る非対称のスプロケットを用い、従動スプロケットは、標準形歯形からなるスプロケットを用いてもよい。

また、スプロケットに噛合するチェーンは、ローラチェーンが好適であるが、ローラを省いたいわゆるブシュチェーンを適用してもよく、本発明にあっては、ローラチェーンとはブシュチェーンを含む広義の意味を定義する。

２ローラチェーン
８ローラ
１０チェーン伝動装置
１１（駆動）スプロケット
１２（従動）スプロケット
１３歯底面
１３ａ噛合い側歯底円弧面
１３ｂ噛外れ側歯底円弧面
１４歯底平坦部
１５噛合い側面
１６噛外れ側面
２７噛合い側第２円弧面
２９噛合い側逃げ曲面
３０噛合い側平坦部
３１噛外れ側第２円弧面
３２噛外れ側逃げ曲面

Claims

１歯の２等分線に対して、歯底面の最底部が噛合い側に所定量ずれて位置する非対称の歯形を備えるスプロケットであって、
前記歯底面は、噛合い側と噛外れ側とが同じ半径からなる円弧面からなり、噛合い側歯底円弧面が噛外れ側歯底円弧面より領域角度が大きく、
前記歯底面に連接して、噛合い側第２円弧面及び噛外れ側第２円弧面を有し、前記噛外れ側第２円弧面の半径及び中心点に対して、前記噛合い側第２円弧面の半径が小さくかつ中心点が小径側に位置してなる、
ことを特徴とするスプロケット。
前記歯底面の最底部に、所定長さの歯底平坦部を有する、
請求項１記載のスプロケット。
前記歯底面の最底部の所定ずれ量が、１歯当りのなす角度の１～５％である、
請求項１又は２記載のスプロケット。
前記噛合い側第２円弧面の領域角度が、前記噛外れ側第２円弧面の領域角度より小さく、
前記噛合い側第２円弧面の歯先側が、噛合い側平坦面を介して噛合い側逃げ曲面に接続し、
前記噛外れ側第２円弧面の歯先側が、噛外れ側逃げ曲面に接続してなる、
請求項１ないし３のいずれか１項記載のスプロケット。