チェーン駆動装置およびチェーンの種類に関する包括ガイド：エンジニア必須知識

​

チェーン駆動は重要な機械的動力伝達方式であり、長距離（例えば5階建ての船舶用エンジンなど）から短距離（自転車など）まで、さまざまなコンポーネント間で動力を伝達するために広く使用されています。チェーン駆動は、結合器、ギア駆動、ベルト駆動、およびネジ式動力伝達装置とともに、もっとも一般的な機械的動力伝達方式の上位5つに含まれています。それぞれの方式には特有の長所と短所があり、エンジニアは特定の用途に最適な選択をするためにこれらの要素を慎重に検討する必要があります。本記事では、チェーン駆動の基本、分類、一般的なチェーンの種類、選定基準、および主な利点と欠点について詳しく説明します。

チェーン駆動とは？

チェーン駆動とは、チェーンを使用してある場所から別の場所へと動力を伝達する機械的動力伝達システムです。一般的なチェーン駆動装置は、2つ以上のスプロケット（歯付きホイール）とチェーン自体で構成されています。チェーンのリンクにある穴がスプロケットの歯にかみ合います。
プライムムーバー（例えば、電動モーターや内燃機関）が回転すると、そのシャフトに取り付けられたスプロケットを回転させます。この回転によってスプロケットに巻き回されたチェーンが駆動され、機械的な力が従動軸に伝わり、効果的に動力が伝送されます。

他の伝動方式との主な比較

ベルト駆動との比較：チェーン駆動はスリップがゼロであるため、一定の速度比を保つことができます。これにより動力伝達の遅れが解消され、内燃機関のタイミングチェーンなどの用途に最適です。チェーン駆動における動力損失は、チェーンリンクとスプロケットの間の摩擦によるもののみであり、機械効率が高い特徴があります。
ギア駆動との比較：チェーン駆動は、使用可能な距離に関してより柔軟性があります。シャフト間の距離がギアで対応できる距離よりも離れている場合でも、コンパクトな構成を維持しながら優れた性能を発揮します。さらに、1本のチェーンで複数のシャフトを同時に駆動できることも特徴であり、これはギアではめったに実現できません。

チェーン駆動の種類（機能別）

チェーン駆動は、主にその機能に基づいて3つの主要なタイプに分類され、それぞれ特定の用途に応じた設計がなされています：

1. 力伝達用チェーン駆動

 主に2つのシャフト間で動力を伝達するために設計されたこれらのチェーン駆動は、動力を発生させる機械（例えば、ポンプ用モーターなど）の多くが、そこで生成された動力をその場で使用できないという一般的な課題に対応します。
一般的な用途：自転車、農業機械、コンプレッサー、エンジンのカムシャフトなど、動力源から使用箇所まで動力を伝えるためにパワートランスミッションチェーンが活用されています。

2. コンベア用チェーン駆動

コンベア用チェーン駆動は、主に材料の搬送を目的として設計されています。摩擦係数が低く、耐熱性、耐化学薬品性、帯電防止機能、磁気特性など、多様な特性を持つ数百種類の設計があり、さらにチェーンにさまざまなアタッチメントを取り付けることで、多様な用途に応じた使用が可能です。
産業用途：包装、自動車製造、食品・飲料生産、医薬品、繊維業界において、効率的な素材輸送のために広く採用されています。

3. リフティングおよびトラクションチェーンドライブ

これらのチェーンドライブは、重い荷物の昇降を行う機械装置に使用され、滑車と併用して作業負荷を軽減することが多いです。例として、チェーンブロック（手動・電動・空気圧式）があり、これらはガレージ、工場、建設現場、船舶の機関室、工場などで一般的に使用され、最大20トンまでの荷物を昇降できます。
リフティングチェーンはさらに以下の2つのサブタイプに分けられます：

楕円チェーン（コイルチェーン）：中～低負荷、低速度のリフティング用途に使用されます。チェーンのリンクは楕円形状で、溶接によって連結されています。四角リンクチェーンは場合によって代替として使用されることもありますが、応力分布が悪く絡まりやすいという欠点があるため、通常は避ける傾向があります。
スタッドチェーン: 高荷重用途に適しています。各リンクの内幅にスタッドが取り付けられており、絡まりを防ぎ、強度と耐久性を高めます。船のアンカーやその他の重機用リフティング機器によく使用されます。

チェーン駆動における一般的なチェーンの種類

5種類のチェーンが産業および商業用途で広く使用されており、それぞれ構造と利点が異なります:

1. ローラーチェーン（ブッシングローラーチェーン）

最も一般的なチェーンの種類であり、自転車、オートバイ、輸送機器などの動力伝達に広く使用されています。一般的に、炭素鋼または鋼合金で作られています。
構造: 内板（ローラー板）、外板（ピン板）、ブッシング、ピン、ローラーで構成されています。ローラーはリンクの間隔ごとに均等に配置され、スプロケットの歯と噛み合って動力を伝達します。
主な利点：ローラーはスプロケットの歯と接触する際に必要に応じて回転するため、動力損失を最小限に抑えることができます。伝動用チェーンの場合、ローラーの両側にあるローラー板の高さがローラー径よりも大きく、側板がスプロケットに接触するのを防ぎ、チェーンの滑りを防ぐガイドとして機能します。コンベア用ローラーチェーンの場合、ローラー径が側バーの高さよりも大きいため、側バーとコンベアトラックとの接触が排除され、摩擦を低減します。高出力が必要な用途には多列ローラーチェーンも用意されており、同じ負荷条件において低速かつ小さなピッチを使用することが可能です。

2. サイレントチェーン（インバートトゥースチェーン）

従来のチェーン駆動は多くの場合騒音が大きいため、閉鎖空間や鉱山、住宅地など騒音に敏感な環境には適していません。サイレントチェーン（またはインバートトゥースチェーン）は、高速運転時に高い動力伝達能力を維持しながら静かに動作するという利点があります。
構造：複数のピンによって連結された、平らなプレートを列状に重ねた構造。各リンクの底面にはスプロケットの歯と適合するプロファイルが設けられ、スムーズな噛み合いを実現。
性能：リンク内の平らなプレート数が増加するにつれて、耐荷重性、引張強度、チェーン幅が向上する。

3. リーフチェーン

最も単純な構造のチェーンであり、ピンとプレートのみから構成される。プレートはピンリンクとヒンジリンクとして交互に配置される。スプロケットとは噛み合わず、代わりにガイド用プーリー上を走行する。
用途：エレベーターやフォークリフト、ストラドルキャリア、エレベーターマストなど、リフティングやバランス調整に最適。低速機器において高い静的荷重と最小限の作業荷重がかかる環境に適しており、衝撃や慣性に強く設計されている。
重要な要件：伸びや破断に耐える高い引張強度と、疲労に耐えるための十分なじん性を備えている必要がある。設計時には潤滑および環境条件を考慮しなければならない。

4. フラットトップチェーン

平らなトップチェーンは、コンベアベルトやベルト駆動装置に代わって輸送に専用されるものであり、材料を直接そのリンク上に乗せて輸送できます。
構造：個々のリンクは、底面にバレル型の中空突起部がある鋼板で作られるのが一般的です。ピンがこれらの突起部を貫通して隣接するリンクを連結し、一方向にのみ可動できるようになっています。専用の平らなトップチェーンには、ピン構造を改良することで横方向に曲がるものもあり、コンベアがカーブを通過できるようになります。
用途：アセンブリラインでの材料輸送に用いられる低速コンベアに使用されます。

5. エンジニアリング用鋼製チェーン

1880年代に開発されたエンジニアリング用鋼製チェーンは、過酷な環境や要求の厳しい用途に適応するように設計されています。ホットロール鋼（場合によっては追加の強度を得るために熱処理される場合もあります）で作られており、動作中に粉塵、 Dirt、研磨材などを取り扱うためにコンポーネント間の隙間が広く取られています。
現代的な用途：主に素材取り扱い用のコンベアチェーンとして使用されますが、一部は駆動用としても使用されます。コンベア、フォークリフト、バケットエレベーター、掘削リグなどに使用され、現代の産業ニーズに応えるために、強度、摩耗抵抗性、荷重容量、ピッチが改良されています。

適切なチェーン駆動装置の選定方法

正しいチェーン駆動装置の選定には、用途に応じた要件を評価し、不適なオプションを除外することが必要です。検討すべき主な要素は以下の通りです：

1. 荷重

伝達される動力の量を算出します。チェーンは原動機が発生する動力を処理できる必要があります。安全のために正確な計算が不可欠であり、十分な安全係数を設定することをお勧めします。

2. チェーン速度

すべてのチェーン駆動装置が高速で動作するわけではなく、一部は低速向けに設計されています。必要な速度を算出し、チェーンの推奨範囲内であることを確認して選択肢を絞り込みます。

3. シャフト配置

ほとんどのチェーン駆動装置は平行シャフトでのみ動作します。シャフトが整列していない場合、ギア駆動の方が適している可能性があります。

4. シャフト間の中心距離

シャフト間の中心距離は、チェーンのピッチの30～50倍が推奨されます。さらに、小さいスプロケット側には120°以上の接触アークを確保してください。スプロケットの歯数が少ない場合は、常に少なくとも5つの歯がチェーンと接触している必要があります。

5. 使用環境

使用環境によって、チェーンに求められる耐湿性、耐塵性、耐摩耗性、耐食性、高温耐性などが決まります。また、振動や騒音レベル、疲労強度にも影響を与えます。たとえば、ノイズに敏感なエリアでは逆歯チェーン（サイレントチェーン）が好まれます。

6. 潤滑

多くのチェーン駆動装置は摩耗寿命を延ばすために潤滑が必要です。チェーンの種類、サイズ、荷重、速度によって潤滑方法（手動潤滑、滴下式、オイルバス、または強制潤滑）が決まります。自己潤滑機能を持つチェーンも存在し、油含浸焼結プラスチックまたは金属製のブッシングを使用して、外部のメンテナンスなしに継続的な潤滑を提供します。

チェーン駆動の利点

長距離にわたってトルクを伝達できます。
スリップがない（ベルト駆動とは異なり）、安定した性能を確保します。
ベルト駆動よりもコンパクトであり、比較的小さなスペースに収まります。
1つのチェーン駆動で複数のシャフトを駆動できます。
多用途であり、高温やさまざまな環境（乾燥、湿気、研磨、腐食など）で作動します。
低摩擦システムであり、高い機械効率を保証します。

チェーン駆動の欠点

非平行シャフトでは使用できません。
作動中に騒音や振動が発生しやすいです。
アラインメントのずれによりチェーンが滑ることがあります。
一部の設計では、継続的な潤滑が必要です。
通常、保護用のカバーが必要です。
定期的な張力調整（例：アイドラ経由）により、性能を維持する必要があります。

​