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チェーン駆動は、機械的な動力をある場所から別の場所へ伝達する方法の一つです。特に自転車やオートバイなどの車両の車輪に動力を伝えるためによく用いられます。また、車両以外にも様々な機械に使用されています。
多くの場合、動力はスプロケット上を通過するローラーチェーン（駆動チェーンまたは伝動チェーンとも呼ばれる）[ 1 ]によって伝達され、ギアの歯がチェーンのリンクの穴と噛み合います。ギアを回転させると、チェーンが引っ張られ、システムに機械的な力が加わります。もう1つのタイプの駆動チェーンは、米国ニューヨーク州イサカのモースチェーン社によって発明されたモースチェーンです。これは逆向きの歯を持っています。[ 2 ]
動力は、チェーンを回転させるだけで出力される場合があり、これは物体を持ち上げたり引きずったりするのに使用できます。別の状況では、2 つ目のギアが配置され、このギアにシャフトまたはハブを取り付けることで動力が回収されます。ドライブ チェーンは多くの場合単純な楕円形のループですが、チェーンに沿って 2 つ以上のギアを配置することで角を曲がることもできます。システムに動力を入力または伝達しないギアは、一般にアイドラー ホイールと呼ばれます。入力ギアと出力ギアの直径を互いに変化させることで、ギア比を変更できます。たとえば、自転車のペダルのギアが 1 回転すると、車輪を駆動するギアが 1 回転以上回転します。デュプレックス チェーンは、基本的に 2 本のチェーンを横に並べて接続した別のタイプのチェーンで、より多くの動力とトルクを伝達できます。
チェーン駆動の最も古い既知の応用例は、ビザンチウムのギリシャ人技師フィロン（紀元前3世紀）が記述したポリボロスに見られる。2本の平らなリンクチェーンが巻き上げ機に接続されており、巻き上げ機が前後に回転することで、弾倉が空になるまで自動的に矢が発射された。[ 3 ]この装置は、チェーンが「シャフトからシャフトへ動力を伝達しないため、チェーン駆動そのものの直接の祖先ではない」ため、動力を連続的に伝達するものではなかったが、[ 4 ]このギリシャの設計は、「このようなカムの以前の例は知られておらず、16世紀までこれほど複雑なものは知られていない」ため、チェーン駆動の歴史の始まりを示している。[ 3 ]レオナルド・ダ・ヴィンチにしばしば帰せられる平らなリンクチェーンが実際に初めて登場したのはここである。[ 5 ] [ 3 ]
最初の連続式かつ最初の無限チェーン駆動は、中世中国の博学者で数学者、天文学者であった蘇宋（西暦1020～1101年）が宋代の時計学論文に記述したもので、彼はこれを用いて天文時計塔の天球儀（これが最初の天文時計である）[ 6 ]や、機械的にゴングや太鼓を叩いて時刻を示す時計ジャックの人形[ 7 ]を操作した。チェーン駆動自体は回転運動を直線運動に変換し、蘇宋の水時計タンクと水車の油圧機構を介して動力が供給された。後者は大きな歯車として機能した[ 8 ]。
ほとんどのチェーン駆動システムは、チェーンとローラー間の運動伝達に歯を使用します。これにより、運動伝達に摩擦を利用することが多いベルト駆動システムよりも摩擦損失が少なくなります。
チェーンはベルトよりも強度を高めることができるが、質量が大きいため駆動系の慣性が増大する。
駆動チェーンはほとんどの場合金属製ですが、ベルトはゴム、プラスチック、ウレタン、またはその他の素材で作られることが多いです。駆動チェーンが同等の駆動ベルトよりも重い場合、システムの慣性モーメントは大きくなります。理論的には、これによりフライホイール効果が大きくなる可能性がありますが、実際には、ベルトまたはチェーンの慣性モーメントは、駆動系全体の慣性モーメントのごく一部を占めるにすぎません。
ローラーチェーンの問題の1つは、チェーンがスプロケットをリンクごとに一周する際の加速と減速によって生じる速度の変動、つまりサージングです。これは、チェーンのピッチ線がスプロケットの最初の歯に接触した瞬間に始まります。この接触は、スプロケットのピッチ円より下の点で発生します。スプロケットが回転すると、チェーンはピッチ円まで持ち上げられ、スプロケットの回転が続くと再び下がっていきます。ピッチ長が固定されているため、リンクのピッチ線はスプロケット上の2つのピッチ点間の弦を横切り、リンクがスプロケットから出るまでスプロケットに対してこの位置に留まります。このピッチ線の上昇と下降が、弦効果または速度変動を引き起こします。[ 9 ]
つまり、従来のローラーチェーン駆動では、チェーンとスプロケットの組み合わせにおける有効作用半径が回転中に常に変化するため（「弦作用」[ 10 ]）、振動が発生する可能性があります。チェーンが一定速度で動く場合、シャフトは常に加速と減速を繰り返す必要があります。1つのスプロケットが一定速度で回転する場合、チェーン（およびおそらくそれが駆動する他のすべてのスプロケット）は常に加速と減速を繰り返す必要があります。これは通常、多くの駆動システムでは問題になりませんが、ほとんどのオートバイには、この振動問題をほぼ完全に解消するために、ゴムブッシュ付きのリアホイールハブが装備されています。歯付きベルト駆動は、一定のピッチ半径で動作することでこの問題を軽減するように設計されています[ 11 ]。
チェーンはベルトよりも幅が狭いことが多く、そのためギア比を変えるために、より大きなギアやより小さなギアに簡単に切り替えることができます。ディレイラーを備えた多段変速自転車はこの原理を利用しています。また、チェーンのより確実な噛み合いにより、直径が増減するギアを作りやすくなり、ギア比も変化します。しかし、最近の同期ベルトの中には、「同じ幅のローラーチェーン駆動と同等の容量」を持つと主張するものもあります。[ 12 ]
どちらも、ポケット、バケツ、フレームなどを取り付けて物体を移動させるために使用できます。チェーンは、工業用トースターのように、フレームに物体を保持して垂直方向に移動させるのによく使われます。一方、ベルトは、コンベアベルトのように水平方向に物体を移動させるのに適しています。これらのシステムを組み合わせて使用することも珍しくありません。例えば、コンベアベルトを駆動するローラー自体が、駆動チェーンによって駆動されることがよくあります。
ドライブシャフトは、機械動力を伝達する一般的な方法の一つであり、チェーン駆動と比較検討されることもあります。特に、ベルト駆動、チェーン駆動、シャフト駆動のどれを選ぶかは、ほとんどのオートバイにとって重要な設計上の決定事項です。ドライブシャフトはチェーン駆動よりも頑丈で信頼性が高い傾向がありますが、ベベルギアはチェーンよりもはるかに摩擦が大きくなります。そのため、高性能オートバイはほぼすべてチェーン駆動を採用しており、シャフト駆動は一般的にスポーツバイク以外の車種に用いられています。一部の（スポーツバイク以外の）モデルでは、歯付きベルト駆動が採用されています。
1885年に登場した安全自転車は、2つの同じ大きさの車輪を備え、チェーン駆動方式を採用していたため、直結駆動式のペニーファージング型、いわゆる「ハイホイール」自転車とは大きく異なっていた。チェーン駆動式の安全自転車の人気はペニーファージング型の衰退を招き、チェーン駆動方式は今日でも自転車設計の基本要素となっている。
初期の自動車の多くはチェーン駆動システムを採用しており、これはパナール・システムに代わる人気の高い選択肢でした。一般的な設計では、車体中央付近にディファレンシャルを配置し、ローラーチェーンを介して後車軸に駆動力を伝達していました。このシステムにより、比較的シンプルな構造で、後輪サスペンションに伴う車軸の垂直方向の動きに対応することが可能でした。
フレイザー・ナッシュは、ドッグクラッチで選択されたギアごとに1本のチェーンを使用するこのシステムを強く支持していました。彼らのチェーン駆動システム（GNサイクルカー社向けに設計されたもの）は非常に効果的で、素早いギア選択を可能にしました。このシステムは1920年代と1930年代の多くのレーシングカーで使用されました。最後に人気を博したチェーン駆動自動車は、1960年代のホンダS600でした。 [ 13 ]
チェーン駆動かベルト駆動か、あるいはドライブシャフトを使用するかは、オートバイの設計における基本的な決定事項であり、ほぼすべてのオートバイがこれら3つの方式のいずれかを採用している。
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