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ローラーチェーン またはブッシュローラーチェーンは、コンベア、ワイヤー・チューブ引き抜き機、印刷機、自動車、オートバイ、自転車など、多くの種類の家庭用、産業用、農業用機械で機械動力を伝達するために最も一般的に使用されているチェーン駆動方式です。これは、サイドリンクで結合された一連の短い円筒形ローラーで構成されています。スプロケットと呼ばれる歯車によって駆動されます。これは、シンプルで信頼性が高く、効率的な動力伝達手段です[ 1 ] 。
16世紀のレオナルド・ダ・ヴィンチのスケッチには、ローラーベアリング付きのチェーンが描かれている。[ 2 ] 1800年には、ジェームズ・フッセルがバランスロックの開発でローラーチェーンの特許を取得し[ 3 ]、1880年にはハンス・レノルドがブッシュローラーチェーンの特許を取得した。[ 4 ]
ブッシュローラーチェーンには、 2種類のリンクが交互に配置されています。1つ目はインナーリンクで、2枚のインナープレートが2つのスリーブまたはブッシングで固定され、その上で2つのローラーが回転します。インナーリンクは、2つ目のアウターリンクと交互に配置され、アウターリンクは、インナーリンクのブッシングを貫通するピンで固定された2枚のアウタープレートで構成されています。「ブッシングレス」ローラーチェーンは、構造は異なりますが動作は似ています。インナープレートを固定する別々のブッシングまたはスリーブの代わりに、プレートに穴から突き出たチューブがプレス加工されており、同じ役割を果たします。これにより、チェーンの組み立て工程が1つ削減されるという利点があります。
ローラーチェーン設計は、よりシンプルな設計に比べて摩擦を低減し、効率の向上と摩耗の低減を実現します。従来の動力伝達チェーンにはローラーやブッシングがなく、内側プレートと外側プレートの両方がピンで保持され、ピンがスプロケットの歯に直接接触していました。しかし、この構成では、スプロケットの歯と、ピンを支点とするプレートの両方が非常に速く摩耗するという問題がありました。この問題は、外側プレートを保持するピンが内側プレートを接続するブッシングまたはスリーブを貫通するブッシングチェーンの開発によって部分的に解決されました。これにより摩耗はより広い範囲に分散されましたが、ブッシングとの滑り摩擦により、スプロケットの歯は依然として望ましいよりも速く摩耗していました。チェーンのブッシングスリーブを囲むローラーを追加し、スプロケットの歯と転がり接触させることで、スプロケットとチェーンの両方の耐摩耗性が大幅に向上しました。チェーンが十分に潤滑されていれば、摩擦も非常に低くなります。ローラーチェーンの継続的かつ清潔な潤滑は、適切な張力と同様に、効率的な運転にとって最も重要である。[ 5 ]
多くの駆動チェーン（例えば、工場設備や内燃機関内部のカムシャフトの駆動など）は清浄な環境で動作するため、摩耗面（つまり、ピンとブッシュ）は降雨や空気中の砂塵から保護されており、オイルバスのような密閉された環境にあるものも少なくありません。一部のローラーチェーンは、外側のリンクプレートと内側のローラーリンクプレートの間のスペースにOリングが組み込まれるように設計されています。チェーンメーカーは、コネチカット州ハートフォードのWhitney Chainで働いていたJoseph Montanoがこの機能を発明した後、1971年にこの機能を採用し始めました。Oリングは、動力伝達チェーンのリンクへの潤滑を改善する方法として組み込まれており、これはチェーンの寿命を延ばすために非常に重要なサービスです。これらのゴム製の部品は、工場で塗布された潤滑グリースをピンとブッシュの摩耗領域内に保持するバリアを形成します。さらに、ゴム製のOリングは、汚れやその他の汚染物質がチェーンリンク内部に入り込むのを防ぎ、そのような粒子が大きな摩耗を引き起こすのを防ぎます。[ 6 ]
また、汚れた環境下で使用されるチェーンも多く、サイズや操作上の理由から密閉できないものもあります。例えば、農機具、自転車、チェーンソーなどに使われるチェーンなどが挙げられます。これらのチェーンは必然的に摩耗率が高くなります。
多くの油性潤滑剤は汚れやその他の粒子を引き寄せ、最終的には研磨ペーストを形成してチェーンの摩耗を悪化させます。この問題は、「ドライ」PTFEスプレーを使用することで軽減できます。これは塗布後に固体の膜を形成し、粒子と水分をはじきます。[ 7 ]
オートバイに搭載されているチェーンと同等の高速で動作するチェーンは、オイルバスと併用して使用する必要があります。[ 8 ]現代のオートバイではこれは不可能であり、ほとんどのオートバイのチェーンは保護されずに動作します。そのため、オートバイのチェーンは他の用途に比べて非常に早く摩耗する傾向があります。極端な力にさらされ、雨、汚れ、砂、路面塩にさらされます。
オートバイのチェーンは、モーターの動力を後輪に伝えるための駆動系の一部です。適切に潤滑されたチェーンは、伝達効率が98%以上になります。潤滑されていないチェーンは、性能が著しく低下し、チェーンとスプロケットの摩耗が増加します。[ 1 ]
オートバイのチェーン用アフターマーケット潤滑剤には、スプレー式潤滑剤とオイル滴下式潤滑剤の2種類があります。
チェーンが摩耗の激しい用途に使用されない場合（例えば、機械の手動レバーから制御軸、またはオーブンのスライドドアに動きを伝達するだけの場合）、よりシンプルなタイプのチェーンを使用することができます。逆に、強度を高めつつ、より小さなピッチでスムーズな駆動が必要な場合は、チェーンを「サイアミーズ」にすることができます。チェーンの外側に2列のプレートがあるだけでなく、3列（「デュプレックス」）、4列（「トリプレックス」）、またはそれ以上のプレートが平行に並び、隣接するペアの間にはブッシングとローラーがあり、スプロケットにはそれに合わせて同じ数の歯が平行に並んでいます。例えば、自動車エンジンのタイミングチェーンは、通常、ストランドと呼ばれる複数のプレート列を備えています。
ローラーチェーンはいくつかのサイズで製造されており、最も一般的な米国規格協会（ANSI）規格は40、50、60、80です。最初の数字はチェーンのピッチを1/8インチ単位で示し、最後の数字は標準チェーンの場合は0、軽量チェーンの場合は1、ローラーのないブッシュ付きチェーンの場合は5です。したがって、ピッチが1/2インチのチェーンはNo.40であり、No.160スプロケットは歯の間隔が2 インチです。メートルピッチは1/16インチで表されます。したがって、メートルNo.8チェーン（08B-1）はANSI No.40に相当します。ほとんどのローラーチェーンは普通炭素鋼または合金鋼で作られていますが、潤滑が問題となる食品加工機械などの場所ではステンレス鋼が使用され、同じ理由でナイロンや真鍮が使用されることもあります。
ローラーチェーンは通常、マスターリンク（「コネクティングリンク」とも呼ばれる）を使用して接続されます。マスターリンクは通常、摩擦嵌合ではなくホースシュークリップで固定されたピンが1つ付いているため、簡単な工具で挿入または取り外すことができます。取り外し可能なリンクまたはピンを備えたチェーンは「コッタードチェーン」とも呼ばれ、チェーンの長さを調整できます。ハーフリンク（「オフセット」とも呼ばれる）も利用可能で、チェーンの長さをローラー1つ分長くするために使用されます。リベット留めローラーチェーンでは、マスターリンク（「コネクティングリンク」とも呼ばれる）の両端が「リベット留め」または圧着されています。これらのピンは耐久性があり、取り外しできません。[ 10 ]
ホースシュークリップとは、ローラーチェーンのループを完成させるためにかつて不可欠だった、連結リンク（または「マスター」リンク）のサイドプレートを固定するU字型のバネ鋼製金具のことです。メンテナンスを目的としないエンドレスチェーンの製造が増えているため、クリップ方式は次第に廃れてきています。現代のオートバイにはエンドレスチェーンが装着されていることが多いですが、チェーンが摩耗して交換が必要になるという稀なケースでは、予備としてチェーンと連結リンク（ホースシュークリップ付き）が付属します。オートバイのサスペンションの改良により、この方式の使用は減少傾向にあります。
古いオートバイや古い自転車（例えばハブギア付きのもの）ではよく見られるこのクリップ方式は、ディレイラーギア付きの自転車には使用できません。クリップがギアチェンジャーに引っかかってしまうためです。
多くの場合、エンドレスチェーンは機械のフレームに連結されているため、簡単に交換することはできません（これは、従来の自転車などにも当てはまります）。しかし、場合によっては、U字型クリップ付きの連結リンクが使用できない、あるいは用途に適さないこともあります。このような場合は、チェーンリベッターで取り付け、摩擦のみで固定する「ソフトリンク」が使用されます。最新の材料と工具、そして熟練した技術を用いれば、これは切れていないチェーンとほぼ同じ強度と寿命を持つ、恒久的な修理となります。
リーフチェーンはローラーチェーンに似ていますが、同じではありません。リーフチェーンはローラーチェーンに似ており、以下の用途で使用されます。
ローラーチェーンの摩耗は、ピッチ（リンクの間隔）を増加させ、チェーンを長くする効果があります。これは、ピボットピンとブッシュの摩耗によるものであり、金属自体の伸びによるものではないことに注意してください（自動車のハンドブレーキケーブルなど、一部の柔軟な鋼製部品では実際に金属が伸びることがあります）。
現代のチェーンでは、自転車のチェーンを除いて、チェーンが摩耗して切れることは稀です。摩耗したチェーンはスプロケットの歯の摩耗を急速に進行させ、最終的にはスプロケットの歯がすべて失われてしまうからです。スプロケット（特に小さい方のスプロケット）は、歯の駆動面に特徴的なフック状の形状を与える研磨運動を受けます。（この影響は、チェーンの張力が不適切な場合に悪化しますが、どんなに注意を払っても避けられません。）摩耗した歯（およびチェーン）は、もはやスムーズな動力伝達を提供できなくなり、これは騒音、振動、または（タイミングチェーンを使用する自動車エンジンでは）タイミングライトで確認できる点火タイミングの変動によって明らかになることがあります。このような場合は、スプロケットとチェーンの両方を交換する必要があります。摩耗したスプロケットに新しいチェーンを取り付けても長持ちしないからです。しかし、軽度の場合は、2つのスプロケットのうち大きい方を再利用できる可能性があります。なぜなら、摩耗が最も激しいのは常に小さい方のスプロケットだからです。自転車のような非常に軽量な用途、あるいはチェーンの張力が極端に不適切な場合にのみ、チェーンは通常スプロケットから外れます。
チェーンの摩耗による伸びは、次の式で計算されます。
M = 測定されたリンク数の長さ
S = 測定されたリンクの数
P = ピッチ
産業界では、チェーンテンショナー（手動式か自動式かを問わず）の動きや、ドライブチェーンの正確な長さを監視するのが一般的です（目安としては、調整式ドライブの場合はローラーチェーンが3%伸びたら、固定式ドライブの場合は1.5%伸びたら交換します）。自転車やオートバイのユーザーにとって特に便利な簡単な方法は、チェーンがピンと張った状態で、2つのスプロケットのうち大きい方のスプロケットからチェーンを引っ張ってみることです。大きく動いた場合（例えば、隙間から向こう側が見えるほど）、チェーンが限界まで、あるいは限界を超えて摩耗している可能性が高いです。この問題を放置すると、スプロケットが損傷します。スプロケットの摩耗はこの影響を打ち消し、チェーンの摩耗を隠してしまう可能性があります。
ディレイラー式変速機を備えた自転車の軽量チェーンは、内部のピンが円筒形ではなく樽型になっているため、切断（正確には、リベット留め部分が先に破損するのが普通なので、サイドプレート部分で分離）することがあります。ピンとブッシングの接触点は直線ではなく一点であるため、チェーンのピンがブッシングを通り抜け、最終的にローラーに接触し、チェーンが切断される原因となります。この構造が必要なのは、このタイプの変速機では、チェーンが横方向に曲がり、ねじれる必要があるためですが、自転車ではチェーンの柔軟性が高く、自由長が比較的長いため、このような動きが起こり得るのです。
ハブギアシステムではチェーンラインが曲がらないため、平行ピンとブッシュの接触面がはるかに大きくなり、チェーンの破損ははるかに起こりにくくなります。また、ハブギアシステムは完全な密閉構造になっているため、潤滑性が向上し、砂利などの異物からも保護されます。
ローラーチェーンの強度を測る最も一般的な指標は引張強度です。引張強度は、チェーンが一度の負荷に耐えられる限界値です。引張強度と同様に重要なのが、チェーンの疲労強度です。チェーンの疲労強度を左右する重要な要素は、チェーンの製造に使用される鋼材の品質、チェーン部品の熱処理、リンクプレートのピッチ穴加工の品質、リンクプレートへのショットピーニングの種類と強度です。その他の要素としては、リンクプレートの厚さや形状（輪郭）などが挙げられます。連続駆動でローラーチェーンを使用する場合の目安は、使用するマスターリンクの種類（圧入式か嵌合式か）に応じて、チェーンの負荷がチェーンの引張強度の1/6または1/9を超えないようにすることです。これらの閾値を超えて連続駆動でローラーチェーンを使用すると、リンクプレートの疲労破壊により早期に破損することが多く、実際に破損します。
ANSI 29.1 鋼製チェーンの標準的な最小極限強度は 12,500 × (ピッチ、インチ) 2です。X リングチェーンとO リングチェーンは、内部潤滑剤によって摩耗を大幅に低減し、チェーンの寿命を延ばします。内部潤滑剤は、チェーンをリベットで接合する際に真空を利用して注入されます。
標準化団体（ ANSIやISOなど）は、伝動チェーンの設計、寸法、互換性に関する規格を維持しています。例えば、次の表は、米国機械学会（ASME）が開発したANSI規格B29.1-2011（精密動力伝達ローラーチェーン、アタッチメント、スプロケット） [ 11 ]のデータを示しています。詳細については、参考文献[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]を参照してください。
記憶を助けるために、同じ規格の主要な寸法をインチの分数で表したものを以下に示します（これは、 ANSI規格で推奨される数値を選択した背景にある考え方の一部です）。
一般的な自転車チェーン（ディレイラーギア用）は、ピッチが狭い1/2インチのチェーンを使用します。チェーンの幅は可変で、耐荷重には影響しません。後輪のスプロケットの数が多いほど（従来は3～6個、現在は7～12個）、チェーンは狭くなります。チェーンは、対応するギア数に応じて販売され、例えば「10速チェーン」のように表記されます。ハブギアまたはシングルスピードの自転車は、1/2 x 1/8インチのチェーンを使用します。ここで1/8インチは、そのチェーンで使用できるスプロケットの最大厚さを指します。
一般的に、平行な形状のリンクを持つチェーンは偶数個のリンクで構成され、細いリンクの後に太いリンクが続きます。一方、片側が細く、もう片側が太い均一な形状のリンクで構成されたチェーンは、奇数個のリンクで作ることができ、これは特殊なチェーンホイール間隔に適応させる上で有利となる場合があります。しかしながら、このようなチェーンは強度が劣る傾向があります。
ISO規格に基づいて製造されたローラーチェーンは、「アイソチェーン」と呼ばれることもあります。
https://www.leonardodigitale.com/en/browse/Codex-atlanticus/0987-r/
