ローラーチェーン

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、線材および管引き機、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、農業用の機械で機械的動力を伝達するために最も一般的に使用されるチェーンドライブのタイプです。これは、サイドリンクで一緒に保持された一連の短い円筒形の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^[1]動力伝達手段です。

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年にジェームズ・ファッセルは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年にハンス・レノルドは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、交互に配置された2 種類のリンクがあります。最初のタイプは、2 つのスリーブまたはブッシングで固定された 2 つの内側プレートを持つ内側リンクで、その上で 2 つのローラーが回転します。内側リンクは、内側リンクのブッシングを貫通するピンで固定された 2 つの外側プレートで構成される 2 つ目のタイプの外側リンクと交互に配置されます。「ブッシングレス」ローラー チェーンは、構造は同じですが、動作は似ています。内側プレートを固定する個別のブッシングまたはスリーブの代わりに、プレートには穴から突き出たチューブが刻印されており、同じ目的を果たします。これにより、チェーンの組み立て手順が 1 つ削減されるという利点があります。

ローラー チェーンの設計により、より単純な設計に比べて摩擦が低減されるため、効率が向上し、摩耗が少なくなります。元の動力伝達チェーンの種類にはローラーとブッシングがなく、内側と外側のプレートは両方ともピンで保持され、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、ピン上で回転するプレートの両方が非常に急速に摩耗していました。この問題は、外側のプレートを保持するピンが内側のプレートを接続するブッシングまたはスリーブを通過するブッシング 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、摩耗が広い領域に分散されましたが、ブッシングに対する滑り摩擦により、スプロケットの歯は依然として望ましいよりも急速に摩耗していました。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たため、スプロケットとチェーンの両方の摩耗に対する優れた耐性が得られました。チェーンが十分に潤滑されている限り、摩擦は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、正しい張力調整と同様に、効率的な操作のために最も重要です。^[5]

多くの駆動チェーン（工場設備や内燃機関内のカムシャフトの駆動など）はクリーンな環境で動作するため、摩耗面（ピンやブッシング）は降水や空気中の砂利の影響を受けず、オイルバスなどの密閉環境でもその影響を受けない。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る。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 がこれを発明した 1971 年にこの機能を取り入れ始めた。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た。これはチェーンの寿命を延ばすために極めて重要なサービスである。これらのゴム製の固定具は、工場で塗布された潤滑グリースをピンとブッシングの摩耗領域内に保持するバリアを形成する。さらに、ゴム製の O リングは、チェーンのリンク内に汚れやその他の汚染物質が入り込むのを防ぐ。そうでなければ、そのような粒子は大きな摩耗を引き起こす。^[6]

また、汚れた環境で動作しなければならず、サイズや動作上の理由から密閉できないチェーンも数多くあります。例としては、農機具、自転車、チェーンソーのチェーンが挙げられます。これらのチェーンは必然的に摩耗率が比較的高くなります。

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スプレーの使用によって軽減できます。このスプレーは塗布後に固体膜を形成し、粒子と水分の両方をはじきます。^[7]

オートバイのチェーンと同等の高速で作動するチェーンは、オイルバスと併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チェーンは保護されていない状態で作動します。そのため、オートバイチェーンは他の用途に比べて摩耗が早い傾向があります。極端な力を受け、雨、土、砂、道路の塩分にさらされます。

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ドライブトレインの一部です。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、パフォーマンスが大幅に低下し、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には、スプレー式潤滑剤とオイル滴下供給システムの 2 種類のアフターマーケット潤滑剤が利用できます。

• スプレー潤滑剤にはワックスやPTFE が含まれている場合があります。これらの潤滑剤はチェーンに付着したままにするために粘着添加剤を使用していますが、道路の土や砂を吸着し、時間が経つと研磨ペーストが生成されて部品の摩耗が促進される可能性があります。^[要出典]
• オイルドリップフィードシステムはチェーンを継続的に潤滑し、チェーンに付着しない軽質オイルを使用します。研究によると、オイルドリップフィードシステムは最大の摩耗防止と最大の電力節約を実現することがわかっています。^[9]

チェーンが摩耗の激しい用途に使用されていない場合 (たとえば、手動レバーから機械のコントロール シャフト、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に駆動する必要がある場合は、チェーンを「サイアメーズ」にすることができます。つまり、チェーンの外側に 2 列のプレートを配置する代わりに、3 列 (「デュプレックス」)、4 列 (「トリプレックス」)、またはそれ以上の列のプレートを平行に並べ、隣接する各ペアの間にブッシングとローラーを配置し、スプロケットに同じ数の列の歯を平行に並べます。たとえば、自動車エンジンのタイミング チェーンには通常、ストランドと呼ばれる複数の列のプレートがあります。

ローラーチェーンにはいくつかのサイズがあり、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ングチェーンの場合は 5 です。したがって、1/2 インチ ピッチのチェーンは No. 40 で、No. 160 スプロケットは歯の間隔が 2 インチ、というようになります。メートル法のピッチは 1/16 インチで表​​されます。したがって、メートル法の 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の炭素鋼または合金鋼で作られていますが、食品加工機械など潤滑が問題となる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。マスターリンクには通常、摩擦嵌めではなく馬蹄形クリップで保持されたピンが 1 つあり、簡単なツールで挿入または取り外しが可能です。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）も用意されており、チェーンの長さを 1 つのローラーで増やすために使用されます。リベット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）が端に「リベット留め」または押しつぶされています。これらのピンは耐久性が高く、取り外しできません。^[10]

馬蹄形クリップは、ローラー チェーンのループを完成させるためにかつては不可欠だった、ジョイント (または「マスター」) リンクのサイド プレートを保持する U 字型のスプリング スチール フィッティングです。メンテナンスを目的としないエンドレス ループとして製造されるチェーンが増えるにつれ、クリップ方式は人気を失いつつあります。現代のオートバイにはエンドレス チェーンが取り付けら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状況では、チェーンとジョイント リンク (馬蹄形クリップ付き) がスペアとして提供されます。オートバイのサスペンションの変更により、この使用法は普及しなくなっています。

古いオートバイや自転車（ハブギア付きのものなど）では一般的ですが、このクリップ方式は、クリップがギアチェンジャーに引っかかる傾向があるため、ディレイラーギアが取り付けられた自転車では使用できません。

多くの場合、エンドレス チェーンはマシンのフレームにリンクされているため、簡単に交換できません (従来の自転車など)。ただし、馬蹄形クリップ付きの接続リンクを使用できないか、アプリケーションで好まれない場合もあります。この場合、「ソフト リンク」を使用し、チェーン リベッターで配置して摩擦のみに頼ります。最新の材料とツール、および熟練したアプリケーションを使用すると、これは破損していないチェーンとほぼ同じ強度と寿命を持つ永久的な修理になります。

• ローラー チェーンは、毎分約 600 ～ 800 フィートの低速から中速のドライブで使用されますが、毎分約 2,000 ～ 3,000 フィートの高速では、摩耗や騒音の問題があるため、通常はV ベルトが使用されます。
• 自転車チェーンはローラーチェーンの一種です。自転車チェーンにはマスターリンクが付いている場合があり、取り外しや取り付けにチェーンツールが必要な場合があります。ほとんどのオートバイでは、同様の大型で強度の高いチェーンが使用されていますが、騒音レベルが低くメンテナンスの必要性が少ない歯付きベルトまたはシャフトドライブに置き換えられることもあります。
• 一部の自動車 エンジンでは、カムシャフトの駆動にローラーチェーンが使用されています。 非常に高性能なエンジンではギア駆動が使用されることが多く、1960 年代初頭からは一部のメーカーで歯付きベルトが使用されるようになりました。
• チェーンは、油圧ラムを滑車として使用して台車を上下させるフォークリフトでも使用されますが、これらのチェーンはローラー チェーンとは見なされず、リフト チェーンまたはリーフ チェーンとして分類されます。
• チェーンソーの 切断チェーンは、表面的にはローラー チェーンに似ていますが、リーフ チェーンに近いものです。チェーンは突出した駆動リンクによって駆動され、このリンクはチェーンをバー上に配置するのにも役立ちます。

• おそらく珍しいオートバイチェーンの使用例は、ハリアージャンプジェットです。このジェット機では、空気モーターからのチェーンドライブを使用して可動エンジンノズルを回転させ、ホバリング飛行の場合はノズルを下向きに、通常の前進飛行の場合はノズルを後方に向けることができます。このシステムは「推力偏向」として知られています。

ローラー チェーンの摩耗の影響により、ピッチ (リンクの間隔) が大きくなり、チェーンが長くなります。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、金属の実際の伸びによるものではありません (自動車のハンド ブレーキ ケーブルなどの一部の柔軟な鋼製部品では、この現象が発生します)。

現代のチェーンでは、チェーンが切れるまで摩耗することは珍しくありません (自転車のチェーン以外)。摩耗したチェーンはスプロケットの歯の摩耗を急速に開始し、最終的にはスプロケットの歯がすべて失われるからです。スプロケット (特に 2 つのうちの小さい方) は、歯の駆動面に特徴的なフック形状を付ける摩擦運動を受けます (この影響はチェーンの張りが適切でないと悪化しますが、どのような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、スムーズな動力伝達を提供できなくなり、これはノイズ、振動、または (タイミング チェーンを使用している自動車エンジンの場合) 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ります。これらの場合は、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ためです。ただし、それほど深刻でない場合は、2 つのスプロケットのうち大きい方を節約できる可能性があります。なぜなら、最も摩耗するのは常に小さい方のスプロケットだからです。自転車などの非常に軽量な用途、または張力が極端に不適切な場合にのみ、チェーンは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。

${\displaystyle \%=((M-(S*P))/(S*P))*100}$

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

業界では、チェーン テンショナー (手動または自動) 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 (経験則として、ローラー チェーンは調整可能なドライブでは 3%、固定センター ドライブでは 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適しており、より簡単な方法は、チェーンが張っていることを確認しながら、2 つのスプロケットのうち大きい方からチェーンを引き離してみることです。大きな動き (隙間から見えるなど) は、チェーンが限界を超えて摩耗していることを示しています。問題を無視すると、スプロケットが損傷します。スプロケットの摩耗によりこの効果が打ち消され、チェーンの摩耗が隠れてしまう場合があります。

ディレイラー ギア付きの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であるため、切れることがあります (正確には、サイド プレートで外れます。「リベット」が最初に壊れるのが普通です)。ピンとブッシングの接触は通常の線ではなく、チェーンのピンがブッシングを通り抜けて最終的にローラーに接触する点であり、最終的にチェーンが切れます。この構造形式が必要なのは、この形式のトランスミッションのギア変更動作ではチェーンが横に曲がると同時にねじれる必要があるためですが、自転車のチェーンがこのように細く、自由長が比較的長いため、このようなことが起こる可能性があります。

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、チェーンの破損の問題は大幅に軽減され、平行ピンはブッシュと接触する摩耗面がはるかに大きくなります。ハブギア システムでは完全な密閉も可能で、潤滑と砂利からの保護に非常に役立ちます。

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で破断するまでにどれだけの負荷に耐えられるかを表します。引張強度と同じくらい重要なのは、チェーンの疲労強度です。チェーンの疲労強度の重要な要因は、チェーンの製造に使用される鋼の品質、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、およびショットの種類とリンクプレート上のショットピーニングの強度です。その他の要因には、リンクプレートの厚さやリンクプレートのデザイン（輪郭）が含まれます。連続駆動で動作するローラーチェーンの経験則は、使用するマスターリンクの種類（プレスフィットまたはスリップフィット）に応じて、チェーンの負荷がチェーンの引張強度のわずか 1/6 または 1/9 を超えないことです^[要出典]。これらのしきい値を超えて連続駆動で動作するローラーチェーンは、リンクプレートの疲労破損により早期に故障する可能性があり、通常は実際に故障します。

ANSI 29.1 スチール チェーンの標準最小極限強度は 12,500 x (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留めるときに真空によって注入されます。

標準化団体（ ANSIやISOなど）は、伝動チェーンの設計、寸法、互換性に関する標準を維持しています。たとえば、次の表は、アメリカ機械学会（ASME）が策定した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。}

記憶の便宜上、同じ規格の主要な寸法をインチの分数で表したものを次に示します (これはANSI 規格で 推奨される数値を選択する際の考え方の一部です)。

一般的な自転車チェーン (ディレイラー ギア用) は、 1 ⁄ 2インチ ピッチの狭いチェーンを使用します。チェーンの幅は可変で、負荷容量には影響しません。後輪のスプロケットの数が多いほど (歴史的には 3～6 個、現在では 7～12 個のスプロケット)、チェーンは狭くなります。チェーンは、たとえば「10 スピード チェーン」のように、動作するように設計された速度の数に応じて販売されます。ハブ ギアまたはシングル スピードの自転車では、1/2 x 1/8 インチのチェーンを使用します。1/8 インチは、チェーンで使用できるスプロケットの最大の厚さを指します。

通常、平行形状のリンクを持つチェーンは、リンクの数が偶数で、各狭いリンクの後に広いリンクが続きます。一方が狭く、もう一方が広い均一なタイプのリンクで構成されたチェーンは、リンクの数を奇数にすることができます。これは、特殊なチェーンホイール距離に適応するのに有利ですが、一方で、そのようなチェーンはそれほど強くない傾向があります。

ISO 規格を使用し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。

• 自己潤滑チェーン

• オバーグ、エリック; ジョーンズ、フランクリン D.; ホートン、ホルブルック L.; リフェル、ヘンリー H. (1996)、グリーン、ロバート E.; マコーリー、クリストファー J. (編)、『機械ハンドブック』 (第 25 版)、ニューヨーク:インダストリアル プレス、ISBN 978-0-8311-2575-2、OCLC  473691581。

ウィキメディア・コモンズには、ローラーチェーンに関連するメディアがあります。

https://www.leonardodigitale.com/en/browse/Codex-atlanticus/0987-r/

• チェーンの完全ガイド