KR20150100502A - 스프로킷 및 체인 전동 기구 - Google Patents

스프로킷 및 체인 전동 기구 Download PDF

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Abstract

(과제) 체인의 신장에 수반되는 소음이나 진동, 각 부의 마모를 저감함과 아울러 체인과 스프로킷의 맞물림의 강도의 저하를 억제하여 체인의 수명을 향상시키는 스프로킷 및 체인 전동 기구를 제공하는 것이다.
(해결 수단) 체인이 맞물리는 복수의 톱니 사이에 소정의 반경 및 소정의 각도 범위의 톱니 저부 원호를 갖는 스프로킷 및 체인 전동 기구로서, 톱니 저부 원호의 반경이 맞물리는 체인의 롤러 또는 부시의 직경에 대하여 Rb＞0.505＊Φr＋0.069＊Φr1 /3(Rb: 톱니 저부 원호 반경, Φr: 맞물리는 체인의 롤러 또는 부시의 직경)의 관계를 갖는 것이다.

Description

스프로킷 및 체인 전동 기구{SPROCKET AND CHAIN TRANSMISSION MECHANISM}
본 발명은 체인이 맞물리는 복수의 톱니를 구비하고, 상기 복수의 톱니 사이에 톱니 바닥을 중심으로 하여 소정의 곡률 반경 및 소정의 각도 범위의 원통면의 일부로 구성되는 톱니 저부를 갖는 스프로킷 및 상기 스프로킷을 갖는 체인 전동 기구에 관한 것이다.
종래, 체인 전동 기구의 표준 스프로킷으로서 ISO 606:1994(E)에 스프로킷의 톱니형(이하, ISO 톱니형이라고 한다)이 규정되어 있다.
ISO 톱니형은 도 6에 나타내는 바와 같이 체인 피치를 p, 피치원 직경을 DpΦ, 롤러(부시 체인의 경우에는 부시: 이하, 마찬가지) 직경을 Φr, 톱니 저부 원호 반경을 Rb, 톱니면 반경을 Rs, 톱니 바닥 원 직경을 DbΦ, 스프로킷의 톱니수를 z로 하면 이들의 관계는 다음 식에 의해 규정되어 있다.
DpΦ=p/sin(180°/z)
DbΦ=DpΦ-Φr
Rb(min)=0.505Φr
Rb(max)=0.505Φr＋0.069(Φr)1/3
Rs(min)=0.008Φr(z2＋180)
Rs(max)=0.12Φr(z＋2)
상기 식으로부터 명백히 나타내는 바와 같이 ISO 톱니형에 있어서는 톱니(510)의 톱니 저부(511)는 롤러의 반경(Φr/2)보다 약간 큰 톱니 저부 원호 반경(Rb)의 원호로 형성되어 있다.
또한, 톱니 바닥 원 직경(DbΦ)은 피치원 직경(DpΦ)과 롤러 직경(Φr)의 차와 동일하게 형성되어 있고, 톱니 바닥 원 직경(DbΦ)은 피치원 직경(DpΦ)과 톱니 저부 원호 반경(Rb)의 2배의 차와 대략 동일하게 형성되어 있다.
이 표준적인 스프로킷(500)은 도 7(a)에서 나타내는 바와 같이 롤러 체인(520)을 권취했을 때에 각 롤러(521)가 톱니 저부(511)의 중심에 착좌하도록 규정되어 있는 것이다.
롤러(521)는 스프로킷(500)의 톱니 저부(511)에 순차적으로 맞물리기 때문에 롤러 체인(520)은 다각형 운동을 발생시켜 상하 이동(맥동)해서 진동하여 소음의 발생 요인이 되고, 또한 이 다각형 운동은 롤러 체인(520)의 진행 방향의 속도 변동도 발생시킨다.
이러한 진동이나 소음, 속도 변동 등을 저감하기 위해서 상술한 표준적인 스프로킷(520)의 규격과 다른 제원의 스프로킷을 사용한 체인 전동 기구가 공지이다(예를 들면, 특허문헌 1~6 등 참조).
일본 특허 공개 2005-30501호 공보 일본 특허 공개 2005-249166호 공보 일본 특허 공개 2006-170362호 공보 일본 특허 공개 2007-107617호 공보 일본 특허 공개 2008-164045호 공보 일본 특허 공개 2009-275788호 공보
그러나, 공지의 체인 전동 기구의 스프로킷은 다각형 운동에 의한 롤러 체인의 속도 변동을 감소시켜서 진동을 저감하는 효과는 있지만, 체인의 신장에 기인해서 롤러가 스프로킷에 최초로 접촉하는 위치나, 착좌했을 때의 착좌 위치가 변화되는 것의 영향에 대해서는 고려되어 있지 않다.
실제로 체인은 장력에 의한 신장, 경시 변화에 의한 신장이나 슬라이딩부의 마모 등에 의해 피치가 커지고, 그때, 도 7(b)에서 나타내는 바와 같이 롤러(521)가 스프로킷(500)에 접촉하는 위치(513)가 변화되어 톱니 저부(511) 이외의 톱니측면(512)의 높은 위치와 접촉해서 큰 충격을 발생시킨다는 문제가 있었다.
이 문제는 표준적인 스프로킷(500)뿐만 아니라 표준 이외의 상술한 공지의 스프로킷에 의해서도 마찬가지로 발생하는 것이며, 이것에 의해 맞물림 소리가 커진다는 문제가 있었다.
또한, 이러한 충격은 체인이나 스프로킷의 맞물림부의 마모의 원인이 됨과 아울러 체인의 다른 슬라이딩부에도 큰 힘을 미치게 하고, 마모의 원인이 되어 각각의 수명을 저감시키는 요인이 되고 있었다.
또한, 경시 변화에 의한 신장이나 슬라이딩부의 마모 등에 의해 체인의 피치가 더 커졌을 경우, 체인이 스프로킷에 권취된 부분에서 롤러가 톱니 저부 이외의 톱니측면의 높은 위치에 착좌한 채의 상태가 된다.
이러한 상태로 하면 체인과 스프로킷의 맞물림의 강도가 저하되거나, 맞물림 소리가 증대되거나, 톱니나 롤러의 마모가 증대되고, 게다가 기어 빠짐 등의 요인이 된다는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제를 해결하는 것으로서, 체인의 신장에 수반되는 소음이나 진동, 각 부의 마모를 저감함과 아울러 체인과 스프로킷의 맞물림의 강도의 저하를 억제하여 체인의 수명을 향상시키는 스프로킷 및 체인 전동 기구를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 스프로킷은 체인이 맞물리는 복수의 톱니를 구비하고, 상기 복수의 톱니 사이에 소정의 반경 및 소정의 각도 범위의 톱니 저부 원호를 갖는 스프로킷으로서, 상기 톱니 저부 원호의 반경이 맞물리는 체인의 롤러 또는 부시의 직경에 대하여 Rb＞0.505＊Φr＋0.069＊Φr1 /3(Rb: 톱니 저부 원호 반경, Φr: 맞물리는 체인의 롤러 또는 부시의 직경)의 관계를 가짐으로써 상기 과제를 해결하는 것이다.
본 발명에 의한 체인 전동 기구는 체인과, 상기 체인의 롤러 또는 부시가 맞물리는 복수의 톱니를 구비한 스프로킷을 갖는 체인 전동 기구로서, 상기 스프로킷의 복수의 톱니 사이에 소정의 반경 및 소정의 각도 범위의 톱니 저부 원호를 갖고, 상기 톱니 저부 원호의 반경이 상기 체인의 롤러 또는 부시의 직경에 대하여 Rb＞0.505＊Φr＋0.069＊Φr1 /3(Rb: 톱니 저부 원호 반경, Φr: 상기 체인의 롤러 또는 부시의 직경)의 관계를 가짐으로써 상기 과제를 해결하는 것이다.
(발명의 효과)
본 청구항 1에 의한 발명의 스프로킷 및 본 청구항 6에 의한 발명의 체인 전동 기구에 의하면 톱니 저부 원호의 반경이 Rb＞0.505＊Φr＋0.069＊Φr1 /3(Rb: 톱니 저부 원호 반경, Φr: 맞물리는 체인의 롤러 또는 부시의 직경)의 관계를 갖는, 즉 톱니 저부 원호 반경을 표준적인 스프로킷의 톱니 저부 원호 반경의 최대값보다 더 크게 함으로써 장력, 경시 변화에 의한 신장이나 슬라이딩부의 마모 등에 의해 체인의 피치가 커진 경우에도 롤러 또는 부시가 맞물릴 때에 톱니측면과는 접촉하지 않고 톱니 저부와 접촉하여 톱니 저부에 착좌하는 것이 가능해지고, 소음이나 진동, 각 부의 마모를 저감하고, 체인과 스프로킷의 맞물림의 강도의 저하를 억제하여 체인의 수명을 향상할 수 있다.
본 청구항 2에 기재된 구성에 의하면 톱니 저부 원호 반경의 중심이 표준 스프로킷의 톱니 저부 원호 반경의 중심보다 외주측에 위치함으로써 톱니 저부 원호 반경을 크게 했을 때에도 스프로킷의 톱니 바닥 원 직경이 작아지는 것을 억제하여 체인의 피치의 신장이 적을 경우의 착좌 위치의 변화를 억제하는 것이 가능해지기 때문에 소음이나 진동, 각 부의 마모를 저감하고, 체인과 스프로킷의 맞물림의 강도의 저하를 억제하여 체인의 수명을 더 향상시킬 수 있다.
본 청구항 3에 기재된 구성에 의하면 스프로킷의 톱니 바닥 원 직경이 표준 스프로킷의 톱니 바닥 원 직경 이상임으로써 체인에 신장이 없는 상태에서의 착좌 위치를 미리 역방향으로 어긋나게 할 수 있고, 체인의 피치가 더 커졌을 경우에도 착좌 위치의 변화를 억제하는 것이 가능해진다.
본 청구항 4에 기재된 구성에 의하면 톱니 저부 원호 반경(Rb)과 표준 스프로킷의 톱니 저부 원호 반경(Ri)의 차가 톱니 바닥 원 직경과 표준 스프로킷의 톱니 바닥 원 직경의 차의 반분보다 큼으로써 체인에 신장이 없는 상태에서의 착좌 위치를 미리 역방향으로 어긋나게 하면서 체인이 신장되어 피치가 더 커졌을 경우의 착좌 위치의 대응 여유를 크게 취할 수 있어 보다 큰 체인의 신장에 대응하는 것이 가능해진다.
본 청구항 5에 기재된 구성에 의하면 톱니 저부 원호의 각도 범위가 표준 스프로킷의 톱니 저부 원호의 각도 범위와 동일함으로써 톱니측면의 형상을 표준 스프로킷과 동일하게 할 수 있고, 롤러 또는 부시가 맞물릴 때에 톱니측면과 접촉한 경우에도 표준 스프로킷과 동일한 동작으로 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태인 스프로킷의 제원도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태인 스프로킷의 일부측 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태인 스프로킷의 특성 그래프이다.
도 4는 표준 스프로킷의 제원도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태인 스프로킷의 제원도이다.
도 6은 스프로킷의 제원 설명도이다.
도 7은 표준 스프로킷에 체인을 결합시킨 설명도이다.
본 발명은 체인이 맞물리는 복수의 톱니를 구비하고, 복수의 톱니 사이에 소정의 반경 및 소정의 각도 범위의 톱니 저부 원호를 갖는 스프로킷 및 체인 전동 기구에 있어서, 톱니 저부 원호의 반경이 맞물리는 체인의 롤러 또는 부시의 직경에 대하여 Rb＞0.505＊Φr＋0.069＊Φr1 /3(Rb: 톱니 저부 원호 반경, Φr: 맞물리는 체인의 롤러 또는 부시의 직경)의 관계를 갖고, 체인의 신장에 수반되는 소음이나 진동, 각 부의 마모를 저감함과 아울러 체인과 스프로킷의 맞물림의 강도의 저하를 억제하여 체인의 수명을 향상시키는 것이면 그 구체적인 실시형태는 어떠한 것이라도 조금도 상관없다.
실시예 1
본 발명의 스프로킷 및 체인 전동 기구의 제 1 실시형태인 스프로킷(100)은 롤러 직경: Φr1=4.49㎜의 롤러 체인(120)과 맞물리는 것이며, 도 1에 나타내는 바와 같이 이하의 제원을 갖는다.
피치원 직경: DpΦ1=48.60㎜
톱니 저부 원호 반경: Rb1=2.72㎜
톱니 저부 원호 각도: θ1=125.3°
톱니 바닥 원 직경: DbΦ1=44.11㎜
스프로킷의 톱니수: z1=19매
또한, 「롤러」, 「롤러 체인」은 「부시」, 「부시 체인」이어도 좋다(이하, 마찬가지).
롤러 체인(120)이 완전히 신장되어 있지 않은 경우, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이 롤러 체인(120)의 모든 롤러(121)는 표준 스프로킷(500)의 경우와 마찬가지로 스프로킷(100)의 톱니 저부(111)의 대략 중심에 맞물린다.
장력에 의한 신장, 경시 변화에 의한 신장이나 슬라이딩부의 마모 등에 의해 롤러 체인(120)의 피치가 커졌을 경우, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 롤러(121)와 스프로킷(100)이 접촉하는 위치(113)가 변화되지만, 톱니 저부 원호 반경(Rb1)이 크게 설정되어 있음으로써 롤러(121)가 톱니 저부(111)로부터 벗어나서 톱니측면(112)과 접촉하는 일 없이 체인의 신장에 수반되는 소음이나 진동, 각 부의 마모를 저감함과 아울러 체인과 스프로킷의 맞물림의 강도의 저하를 억제하여 체인의 수명이 향상된다.
도 3에 본 실시형태의 스프로킷(100)을 사용했을 경우(a)와, 표준 스프로킷을 사용했을 경우(b)의 응력 해석의 비교 결과를 나타낸다.
본 실시형태의 스프로킷을 사용했을 경우, 명백하게 피크 응력의 발생이 억제되어 있고, 이것에 의해 소음이나 진동이 저감된다.
또한, 비교에 사용한 표준 스프로킷(500)은 도 4에 나타내는 바와 같이,
피치원 직경: DpΦ=48.60㎜
톱니 저부 원호 반경: Ri=2.32㎜
톱니 저부 원호 각도: θ=125.3°
톱니 바닥 원 직경: DbΦ=44.11㎜
스프로킷의 톱니수: z=19매
의 제원을 갖는 것이다.
실시예 2
본 발명의 스프로킷 및 체인 전동 기구의 제 2 실시형태인 스프로킷(200)은 상술한 제 1 실시형태와 마찬가지로 롤러 직경: Φr1=4.49㎜의 롤러 체인과 맞물리는 것이며, 도 5에 나타내는 바와 같이 이하의 제원을 갖는다.
피치원 직경: DpΦ2=48.60㎜
톱니 저부 원호 반경: Rb2=2.72㎜
톱니 저부 원호 각도: θ2=125.3°
톱니 바닥 원 직경: DbΦ2=44.26㎜
스프로킷의 톱니수: z2=19매
본 실시형태의 스프로킷(200)은 표준의 스프로킷의 톱니 저부 원호 반경: Ri=2.32㎜, 톱니 바닥 원 직경: DbΦ=44.11㎜에 대하여,
DbΦ2=44.26＞DbΦ=44.11···식 1
Rb2-Ri=0.4＞(DbΦ2-DbΦ)/2=0.075···식 2
의 관계를 갖고 있다.
이것에 의해 완전히 롤러 체인에 신장이 없는 상태에서는 식 1의 관계가 있기 때문에 롤러와 스프로킷(200)이 접촉하는 위치가 제 1 실시형태의 경우와 역방향으로 어긋나지만, 톱니 저부 원호 반경(Rb2)이 식 2의 관계에서 크게 설정되어 있음으로써 롤러(221)가 톱니 저부(211)로부터 벗어나 톱니측면(212)과 접촉하는 일은 없다.
그리고, 롤러 체인이 약간 신장되었을 때에는 롤러 체인의 모든 롤러는 스프로킷(200)의 톱니 저부(211)의 대략 중심에 맞물리고, 롤러 체인이 더 연장되었을 때에는 롤러와 스프로킷(200)이 접촉하는 위치가 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로 변화된다.
이때, 식 1의 관계를 가짐으로써 신장이 없는 상태에서 롤러와 스프로킷(200)이 접촉하는 위치가 역방향으로 어긋나 있기 때문에 제 1 실시형태보다 롤러 체인이 더 연장되어도 롤러와 스프로킷(200)이 접촉하는 위치를 톱니 저부(211)에 유지할 수 있다.
100, 200, 500 : 스프로킷 110, 210, 520 : 톱니
111, 211, 511 : 톱니 저부 112, 212, 512 : 톱니측면
113, 513 : 접촉하는 위치 120, 520 : 롤러 체인
121, 521 : 롤러

Claims (6)

  1. 체인이 맞물리는 복수의 톱니를 구비하고, 상기 복수의 톱니 사이에 소정의 반경 및 소정의 각도 범위의 톱니 저부 원호를 갖는 스프로킷으로서,
    상기 톱니 저부 원호의 반경이 맞물리는 체인의 롤러 또는 부시의 직경에 대하여,
    Rb＞0.505＊Φr＋0.069＊Φr1 /3
    [Rb: 톱니 저부 원호 반경, Φr: 맞물리는 체인의 롤러 또는 부시의 직경]
    의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 스프로킷.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 톱니 저부 원호 반경의 중심은
    Ri=0.505＊Φr＋0.069＊Φr1 /3
    [Ri: 표준 스프로킷의 톱니 저부 원호 반경, Φr: 맞물리는 체인의 롤러 또는 부시의 직경]
    으로 나타내어지는 톱니 저부 원호 반경을 갖는 표준 스프로킷의 톱니 저부 원호 반경의 중심보다 외주측에 위치하는 것을 특징으로 하는 스프로킷.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프로킷의 톱니 바닥 원 직경은,
    상기 표준 스프로킷의 톱니 바닥 원 직경 이상인 것을 특징으로 하는 스프로킷.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 톱니 저부 원호 반경 Rb와 표준 스프로킷의 톱니 저부 원호 반경 Ri의 차는 상기 톱니 바닥 원 직경과 표준 스프로킷의 톱니 바닥 원 직경의 차의 반분보다 큰 것을 특징으로 하는 스프로킷.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 톱니 저부 원호의 각도 범위는 표준 스프로킷의 톱니 저부 원호의 각도 범위와 동일한 것을 특징으로 하는 스프로킷.
  6. 체인과, 상기 체인의 롤러 또는 부시가 맞물리는 복수의 톱니를 구비한 스프로킷을 갖는 체인 전동 기구로서,
    상기 스프로킷의 복수의 톱니 사이에 소정의 반경 및 소정의 각도 범위의 톱니 저부 원호를 갖고,
    상기 톱니 저부 원호의 반경이 상기 체인의 롤러 또는 부시의 직경에 대하여,
    Rb＞0.505＊Φr＋0.069＊Φr1 /3
    [Rb: 톱니 저부 원호 반경, Φr: 상기 체인의 롤러 또는 부시의 직경]
    의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 체인 전동 기구.
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