(57)【要約】【課題】高負荷時における耐摩耗性及び強度を向上させ、十分な耐久性を発揮するローラチェーン伝動装置を提供すること。【解決手段】ブシュの両端がそれぞれ一対の内プレートのブシュ孔に嵌着固定され、前記ブシュ内に回転自在に嵌挿されたピンの両端が前記一対の内プレートの両外側に配置された一対の外プレートのピン孔に嵌着固定され、かつ、前記ブシュにローラが外挿されたローラチェーンと当該ローラチェーンと噛み合う歯形のスプロケットとからなるローラチェーン伝動装置において、前記ローラチェーンは、前記ローラの外径Ｄ、前記ピンの外径ｄ及び前記内プレートの高さＨがピッチＰに対して、０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ、０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐ、０．９６Ｐ≦Ｈの関係を満たし、前記スプロケットは、歯底円弧の半径ｒが、０．５０５Ｄ≦ｒ≦０．５０５Ｄ＋０．０６９３√Ｄの関係を満たす構成とする。【選択図】    図１
2004301239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブシュの両端がそれぞれ一対の内プレートのブシュ孔に嵌着固定され、前記ブシュ内に回転自在に嵌挿されたピンの両端が前記一対の内プレートの両外側に配置された一対の外プレートのピン孔に嵌着固定され、かつ、前記ブシュにローラが外挿されているローラチェーンと当該ローラチェーンと噛み合う歯形を有するスプロケットとからなるローラチェーン伝動装置において、
前記ローラチェーンは、前記ローラの外径Ｄ、前記ピンの外径ｄ及び前記内プレートの高さＨがピッチＰに対して、
０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ
０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐ
０．９６Ｐ≦Ｈ
の関係を満たすとともに、
前記スプロケットは、歯底円弧の半径ｒが、
０．５０５Ｄ≦ｒ≦０．５０５Ｄ＋０．０６９３√Ｄ
の関係を満たすことを特徴とするローラチェーン伝動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、産業用機械等の動力伝達機構あるいは搬送機構などに用いられるローラチェーン伝動装置に関するものである。特に、自動車エンジンのタイミングドライブ用（カム軸駆動用）に適したローラチェーン伝動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車エンジンの動力伝達機構等に用いられる伝動装置には、高荷重、高速化及びメンテナンスフリー化の要請から、従来多用されていた歯付ベルトを用いた伝動装置に代わり、金属製のローラチェーンを用いたローラチェーン伝動装置の採用が増加している。
【０００３】
従来のローラチェーン伝動装置は、図７に示すように、円筒状のブシュ５２２の両端部がそれぞれ一対の内プレート５２４のブシュ孔５２６に嵌着固定され、そのブシュ５２２にローラ５２８を回転自在に外嵌した内リンク５２０（図７（ｂ）参照）と、前記ブシュ５２２内に回転自在に嵌挿されたピン５４２の両端が、前記一対の内プレート５２４の両外側に配置された一対の外プレート５４４のピン孔５４６に嵌着固定された外リンク５４０（図７（ｃ）参照）から構成されるローラチェーン５００とそのチェーンに噛み合うスプロケットを構成要素としていた。
【０００４】
このような従来のローラチェーン伝動装置に用いられていたローラチェーンとしては、寸法的バランスからローラの外径Ｄ及びピンの外径ｄがローラチェーンのピッチＰに対して、いわゆるＡ系ローラチェーンにおいて、
０．５９１≦Ｄ／Ｐ≦０．６４０  かつ  ０．２８１≦ｄ／Ｐ≦０．３７７及びＢ系ローラチェーンにおいて、
０．５７５≦Ｄ／Ｐ≦０．６７０  かつ  ０．２８８≦ｄ／Ｐ≦０．３８９のものが使用されていた（ＪＩＳＢ１８０１参照）。
【０００５】
この理由は、Ｄ／Ｐが大きくなり過ぎると、ローラチェーンと噛み合うスプロケットの歯幅が小さくなり過ぎ、スプロケットの歯の強度が問題となり、一方、Ｄ／Ｐが小さくなり過ぎると、ブシュに嵌挿されるピンの外径ｄが小さくなり、チェーンの強度が低下することが問題となると考えられていたためである。そして、実際には、前記Ｂ系ローラチェーンのうち、例えば、ＪＩＳＢ１８０１で「０６Ｂ」（ＩＳＯの呼び番号と一致）と呼ばれるピッチ９．５２５ｍｍ、ローラ外径６．３５ｍｍ、ピン外径３．２８ｍｍのものが、自動車エンジンのローラチェーン伝動装置の動力伝達媒体として多用されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような従来のローラチェーン伝動装置は、高負荷（例えば、４ｋＮ）が発生する自動車のタイミングドライブ用に使用した際には、期待した耐久性を発揮しないものが、ごくわずかであるが存在することが報告された。
【０００７】
それ故に、エンジンのさらなる信頼性向上のため、ローラチェーン伝動装置の一層の耐久性向上が焦眉の課題であった。そこで本発明者らが鋭意研究を重ねたところ、他の用途では許容範囲にあるローラチェーンの「伸び＝耐摩耗性」が、タイミングの正確さを追求するカム軸駆動用チェーン、すなわちタイミングチェーンとして用いた場合には、耐久性を決定する重要な課題となっていること及びエンジンの高速化によりチェーンのリンクを連結しているピンに予想以上の負荷が加わっていることが判明した。そのため、従来の寸法的バランスから設定されていたローラチェーンのピッチＰとローラの外径Ｄ及びピンの外径ｄの寸法比（Ｄ／Ｐ、ｄ／Ｐ）が、必ずしも最適値ではないことが解明された。また、従来のスプロケットの歯幅と歯底半径の寸法的バランスも、スプロケットの耐摩耗性の点で必ずしも最適値ではないことが解明された。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ローラチェーン及びスプロケットの形状寸法の最適化を図ることにより、前述したような従来のローラチェーン伝動装置が抱えていた問題点を解消し、耐摩耗性及び強度を向上させ、特に、高速で回転する自動車エンジン用タイミングドライブ用として用いた場合にも、十分な耐久性を発揮するローラチェーン伝動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、ブシュの両端がそれぞれ一対の内プレートのブシュ孔に嵌着固定され、前記ブシュ内に回転自在に嵌挿されたピンの両端が前記一対の内プレートの両外側に配置された一対の外プレートのピン孔に嵌着固定され、かつ、前記ブシュにローラが外挿されているローラチェーンと当該ローラチェーンと噛み合う歯形を有するスプロケットとからなるローラチェーン伝動装置において、前記ローラチェーンは、前記ローラの外径Ｄ、前記ピンの外径ｄ及び前記内プレートの高さＨが、前記ローラチェーンのピッチＰに対して、０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ、０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐ、０．９６Ｐ≦Ｈの関係を満たし、前記スプロケットは、歯底円弧の半径ｒが、
０．５０５Ｄ≦ｒ≦０．５０５Ｄ＋０．０６９３√Ｄ
の関係を満たすような構成とする。
【００１０】
ここで、０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ及び０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐ、すなわち０．７２≦Ｄ／Ｐ≦０．７９及び０．４０≦ｄ／Ｐ≦０．４４とするとともに、０．９６Ｐ≦Ｈとするのは、次のような理由による。
【００１１】
ｄ／Ｐを０．４０以上とすることにより、ピンが太くなり、ピンの強度が高まり、高負荷又は高速回転時におけるピン折れが解消される。一方、ｄ／Ｐを０．４４以上とすることは、ブシュ及びローラの肉厚を極端に薄くすることを強いられ、かえって、チェーンの強度を低下させるため好ましくない。
【００１２】
また、ブシュ及びローラの耐衝撃性を低下させないためには、ブシュ及びローラの肉厚は、従来の肉厚を維持する必要がある。そのため、Ｄ／Ｐの値は、ｄ／Ｐの値を、０．４０≦ｄ／Ｐ≦０．４４とするのに呼応して、０．７２≦Ｄ／Ｐ≦０．７９とした。
【００１３】
さらに、０．４０≦ｄ／Ｐ≦０．４４としたことにより、従来よりブシュ径も大きくなる。そのため、内リンクの最小断面積（すなわちブシュ孔の中心を通る垂直断面積）が減少し、内リンクの強度が低下する。そこで、従来、ピッチＰの８６％程度であった内リンクの高さＨを９６％以上まで大きくすることにより、最小断面積の減少を抑えた。
【００１４】
一方、ローラチェーンとともに使用され、伝動装置を構成するスプロケットとしては、ＩＳＯ６０６（ＢＳ２２８）にある基準寸法計算式に準じて計算された歯形のものが使用されるが、具体的には、歯底円弧の半径ｒが、
０．５０５Ｄ≦ｒ≦０．５０５Ｄ＋０．０６９３√Ｄ
の関係を満たすことにより、前記ローラチェーンとの噛み合い及び噛み外れの際の円滑な運動が確保される。歯底円弧の半径がこの範囲を逸脱すると、チェーンからスプロケットへの回転トルクの伝達効率が低下するため好ましくない。
【００１５】
【作用】
本発明のローラチェーンは、ローラの外径Ｄ及びピンの外径ｄがローラチェーンのピッチＰに対して、０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ及び０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐの関係を満たすとともに、内プレートの高さＨが、０．９６Ｐ≦Ｈの関係を満たすようにしたことによって、ピンが太くなり、ピン破断強さが飛躍的に向上し、長期に亘り、円滑に屈曲摺動する。
【００１６】
また、ピンが太くなることにより、ピンとブシュの接触面積が増大するためピンとブシュに加わる接触応力が減少し、その結果としてピン及びブシュの摩耗、すなわちチェーンの伸びが抑制され、長期に亘り、スプロケットとの正確な噛み合いが実現する。さらに、内リンクの最小断面積が増大するため、内リンクのブシュ圧入部近傍への応力集中が回避される。
【００１７】
さらに、スプロケットとして、歯底円弧の半径ｒが、
０．５０５Ｄ≦ｒ≦０．５０５Ｄ＋０．０６９３√Ｄ
の関係を満たすものを用いたことにより、チェーンのローラ外径が従来のものよりも大きくなった分、スプロケットの歯底円弧の半径ｒも大きくなり、その結果、ローラとスプロケットの接触面圧が従来のものと比較して小さくなり、高負荷においてもスプロケットの歯摩耗が抑制される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例に基づき、図１乃至図６を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明のローラチェーン伝動装置の全体構成図である。１００は、ローラチェーンであり、Ｓ１は駆動側スプロケット、Ｓ２は従動側スプロケットである。Ｇａは、テンショナＴと協働して、ローラチェーン１００に摺接して適切な張力を付与する可動ガイドであり、Ｇｂは、ローラチェーン１００の走行軌跡をガイド規制する固定ガイドである。
【００２０】
図２は、本発明のローラチェーン伝動装置に用いられるローラチェーン１００の一例を示しており、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が側面図である。なお、（ａ）は、ローラチェーンの内部構造がわかるように、その一部を断面図として描いている。
【００２１】
このローラチェーン１００は、円筒状のブシュ１２２の両端部がそれぞれ一対の内プレート１２４のブシュ孔１２６に嵌着固定され、そのブシュ１２２にローラ１２８を回転自在に外嵌した内リンク１２０と、前記ブシュ１２２内に回転自在に嵌挿されたピン１４２の両端が、前記一対の内プレート１２４の両外側に配置された一対の外プレート１４４のピン孔１４６に嵌着固定された外リンク１４０から構成されている。
【００２２】
ローラの外径Ｄ及びピンの外径ｄは、ローラチェーンのピッチＰに対して、０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ及び０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐの関係を満たすとともに、内プレートの高さＨは、ピッチＰに対して、０．９６Ｐ≦Ｈの関係を満たすように各部位の寸法を設定した。
【００２３】
本実施例では、ローラの外径Ｄが７．０６ｍｍ、ピンの外径ｄが３．９５ｍｍ、ピッチＰが９．５２５ｍｍ及び内プレートの高さＨが９．３ｍｍであるローラチェーンを用いて伝動装置を構成した。すなわち、Ｄ／Ｐ＝０．７４１、ｄ／Ｐ＝０．４１５、Ｈ／Ｐ＝０．９７６であり、いずれも上記の関係式を満たしている。
【００２４】
次に本実施例によるローラチェーン伝動装置の特性について、図３乃至図６に示した測定結果に基づき詳述する。なお、各測定において、従来例として用いたローラチェーン伝動装置は、ＪＩＳＢ１８０１で「０６Ｂ」（ＩＳＯの呼び番号と一致）と呼ばれるピッチ９．５２５ｍｍ、ローラ外径６．３５ｍｍ、ピン外径３．２８ｍｍ、内プレートの高さが８．２６ｍｍのローラチェーンを用いた伝動装置を使用した。
【００２５】
図３は、ローラチェーン伝動装置に使用したローラチェーンの伸び率（％）について、測定した結果を示す。試験方法としては、歯数が１８枚と３６枚の２つのスプロケットにリンク数が９６のローラチェーンを循環掛張し、張力を２．０ｋＮに維持しつつ毎分６５００回転で回転させ、チェーンの伸び指数（％）を計測した。図３で、実線が本実施例に用いたローラチェーンによる測定結果を示しており、破線は、従来のローラチェーンの測定結果を示している。
【００２６】
図３からわかるように、本実施例に用いたローラチェーンは、２００時間経過後の伸び率が従来品の約７０％に抑えられている。さらに、ピンとブシュの接触応力について測定したところ、本実施例のローラチェーンは、従来品に比べて接触応力が１０％近く低減されており、この接触応力の低減により、上記のように伸び率が抑えられたものと推察される。
【００２７】
図４は、上記のローラチェーンの伸び試験に使用したスプロケットの歯摩耗量について、測定した結果を示す。この図から明らかなように、本実施例に用いたスプロケットは、従来品に用いられているスプロケットと比較して、摩耗量が約３０％低減している。これは、本実施例に用いたスプロケットは、ローラチェーンのローラ外径が従来のものより大きくなった分、スプロケットの歯底円弧の半径も大きくなり、その結果、ローラとスプロケットの接触面圧が従来品に比較して小さくなったためと推察される。
【００２８】
図５は、本発明に用いたローラチェーンのピン破断強さ（ｋＮ）について、測定した結果を示す。試験方法としては、５リンク以上のローラチェーンを引張試験機に取り付けて、ピンがどれぐらいの引張荷重に耐えられるかを測定した。図４からわかるように、本実施例に用いたローラチェーンは、従来品に比べてピンの破断強さが１．５倍近く向上している。
【００２９】
図６は、本発明に用いたローラチェーンの回転疲れ限度（ｋＮ）について、測定した結果を示す。回転疲れ限度とは、所定回数の繰返し荷重により疲れ破壊を起こさない荷重限界のことであり、試験方法としては、ＪＩＳＢ１８０１（１９９７年改訂）で規定された方法を用いて測定した。
【００３０】
図６からわかるように、本実施例のローラチェーンは、従来品に比べて疲れ限界が１．５倍近く向上している。これは、内プレートの高さＨをピッチＰの９６％以上としたことにより、内プレートの最小断面積が増大し、この箇所への応力の集中が回避されたことによるものと推察される。
【００３１】
上記の例では、ローラの外径Ｄが７．０６ｍｍ、ピンの外径ｄが３．９５ｍｍ、ピッチＰが９．５２５ｍｍ及び内プレートの高さＨが９．３ｍｍであるローラチェーンを用いたが、０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ、０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐ及び０．９６Ｐ≦Ｈの関係を満たしさえすれば、上述の試験結果と同様、伸び率、破断強さ、回転疲れ限界の点で、従来のローラチェーンに対して有意な特性の向上が確認された。
【００３２】
なお、本実施例に使用されるスプロケットは、チェーンのローラ径が大きくなる分、スプロケットの歯幅が小さくなるが、ローラチェーンのローラの外径Ｄに基づき、基準寸法計算式にしたがって決められた寸法内のスプロケットであれば、強度の点で問題ないことが確認された。具体的には、歯底円弧の半径ｒが、  ０．５０５Ｄ≦ｒ≦０．５０５Ｄ＋０．０６９３√Ｄ  の関係を満たすものを用いる。本実施例では、歯底円弧の半径が３．６３ｍｍのスプロケットを使用した。また、歯形については、Ｓ歯形、Ｕ歯形、ＩＳＯ歯形のいずれでも使用することができる。
【００３３】
上述したように、チェーンのローラ径が大きくなる分、スプロケットの歯幅が小さくなるため、伝動装置全体の信頼性をさらに高めるという観点から、スプロケットの材質及び熱処理を工夫して、スプロケットの強度を向上させることが好ましい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のローラチェーン伝動装置は、ローラチェーンとして、ローラの外径Ｄ、ピンの外径ｄ、内プレートの高さＨが、ピッチＰに対して、０．７２Ｐ≦Ｄ≦０．７９Ｐ、０．４０Ｐ≦ｄ≦０．４４Ｐ、０．９６Ｐ≦Ｈの関係を満たすものを用い、スプロケットとして、歯底円弧の半径ｒが、  ０．５０５Ｄ≦ｒ≦０．５０５Ｄ＋０．０６９３√Ｄ  の関係を満たすものを用いたことによって、ローラチェーンのピンが太くなり、ピン破断強さが飛躍的に向上し、高負荷で回転する自動車エンジンのタイミングドライブ用として使用した場合であっても、経年劣化によりチェーンのピンが折れることがない。さらに、内プレートの最小断面積が増大するので、内プレートのブシュ圧入部近傍への応力の集中が回避され、内プレートへのクラック（亀裂）発生等が抑制される。
【００３５】
また、ピンが太くなることにより、ピンとブシュの接触面積が増大するためピンとブシュに加わる接触応力が減少し、その結果としてピン及びブシュの摩耗が抑制され、チェーン伸び率が低減され、製品寿命が延びる。さらにローラとスプロケットの接触面圧が従来のものと比較して小さくなり、高負荷時においてもスプロケットの歯摩耗が抑制され、耐久性、信頼性が向上する。特に、タイミングドライブ用として使用した場合には、長期に亘って、タイミングの正確さが確保され、しかも、ローラの使用により静粛性も向上し、自動車の省エネ化、低騒音化に寄与する。
【００３６】
本発明は、自動車エンジンのタイミングドライブ用等、高速で回転するローラチェーン伝動装置の寿命を決定する原因を究明し、チェーンの伸びや破断のメカニズムを踏まえて、伝動装置を構成するローラチェーン及びスプロケットの寸法比の最適化を図ったことにより、きわめて再現性良くローラチェーン伝動装置の耐久性を向上させることができる点で産業上の技術的意義はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のローラチェーン伝動装置の全体を示す平面図。
【図２】本発明に使用されるローラチェーンの一部を示す平面図。
【図３】本発明に使用されるローラチェーンの伸び率試験の結果を示す図。
【図４】本発明に使用されるスプロケットの歯摩耗試験の結果を示す図。
【図５】本発明に使用されるローラチェーンの破断強さ試験の結果を示す図。
【図６】本発明に使用されるローラチェーンの回転疲れ限度試験の結果を示す図。
【図７】従来品に使用されるローラチェーンの一部を示す斜視図で、（ａ）はチェーン全体、（ｂ）は内リンク、（ｃ）は外リンクを示す。
【符号の説明】
１００、５００      ローラチェーン
１２０、５２０      内リンク
１２２、５２２      ブシュ
１２４、５２４      内プレート
１２６、５２６      ブシュ孔
１２８、５２８      ローラ
１４０、５４０      外リンク
１４２、５４２      ピン
１４４、５４４      外プレート
１４６、５４６      ピン孔
Ｓ１                駆動側スプロケット
Ｓ２                従動側スプロケット
Ｇａ                可動ガイド
Ｇｂ                固定ガイド
Ｔ                  テンショナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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