JP2006511769A - 金属クッションリングを有する非対称スプロケット組立体 - Google Patents

Abstract

スプロケット組立体は、（ｉ）反対側にある第１及び第２軸方向面（１１４ａ、１１４ｂ）から軸方向外側に突出する第１及び第２ハブ（１１６ａ、１１６ｂ）と、（ｉｉ）第１及び第２ハブ間において半径方向外側に突出し、周方向で列をなして延在する複数の歯（１２０）とを備えるスプロケットボデイ（１１０）からなる。各歯は、駆動歯面（１２４）とコースト歯面（１２６）とを含む。非対称歯形を画定するため、少なくともいくつかの歯の駆動歯面及びコースト歯面は互いに異なる形状を有している。第１及び第２の金属クッションリング（１１２ａ、１１２ｂ）は、それぞれ第１及び第２ハブ上で捕捉され、偏心して浮動する。歯は、同一の歯形であるか、または複数の非対称歯形であって、１つのスプロケットボデイ上に使用され、規則的、または非規則的なパターンで配置される。連続する歯の間の歯元面は、逃げとなることで歯元面と、歯元を架け渡しするローラーと、の間に間隔を形成する。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００２年１２月１９日に出願した米国仮特許出願第６０/４３５，５５５号の出願日の優先権と利益を享受する。

図１，図２Ａ，図２Ｂはスプロケットボデイ１０と、それぞれスプロケットボデイ１０の第１、第２軸方向面１４ａ、１４ｂに隣接して設けられた円形状金属クッションリング１２ａ、１２ｂとを含む従来のスプロケット組立体Ｓを示す。このスプロケットボデイ１０は、回転中心軸Ｌを中心とする孔Ｂやその他のくぼみと、それぞれ第１、第２面１４ａ、１４ｂから互いに反対方向で軸方向外側に突出する第１、第２ハブ１６ａ、１６ｂとを画定する。このハブ１６ａ、１６ｂはそれぞれ、軸Ｌを中心とし各リング１２ａ、１２ｂの内径内に収容される円筒状外径を画定する。リング１２ａ、１２ｂの内径は、ハブ１６ａ、１６ｂの外径より大きく形成され、リング１２ａ、１２ｂはハブ１６ａ、１６ｂ上を偏心して浮動できるようになっている。

第１、第２のフランジ１８ａ、１８ｂは、それぞれ溶接またはその他の方法で第１、第２のハブ１６ａ、１６ｂに固定され、これらのハブ１６ａ、１６ｂの上に第１、第２のリング１２ａ、１２ｂを捕捉する一方、なおもハブの外径上でリング１２ａ、１２ｂが偏心して浮動することを許容する。スプロケットボデイ１０は、ボデイ内に設けられ、互いに歯間隔２２によって分離される複数の歯２０を更に備える。各歯は、「係合（ｅｎｇａｇｉｎｇ）」すなわち「駆動」歯面（ｆｌａｎｋ）２４と「非係合（ｄｉｓｅｎｇａｇｉｎｇ）」すなわち「コースト（ｃｏａｓｔ）」歯面２６を含み、駆動歯面２４は、スプロケットが回転する方向（矢印１１参照）においてコースト歯面２６の下流側にある。このように歯間隔２２は、円周方向に連続的に設けられる駆動歯面２４とコースト歯面２６の間に形成される。

たとえば、スプロケット組立体Ｓとして記載されるタイプの金属製クッションリング１２ａ、１２ｂを有する従来のスプロケット組立体では、スプロケットボデイ１０の歯２０と歯間隔２２は、形状においてまったく対称的である。さらに詳しく説明すると、金属製クッションリング１２ａ、１２ｂを有する既知のスプロケット組立体Ｓは，すべて同一の歯２０を有し、これら同一の歯２０のすべては、互いに対称である駆動歯面２４とコースト歯面２６によって画定される。すなわち、歯面２６は歯面２４の鏡像である。例えば、スプロケット組立体のスプロケットボデイ１０とその歯２０は、周知技術であるＩＳＯ−６０６規格に基づいて共通に画定される。

従来のスプロケットボデイ１０は、一般的には粉末金属技術、鋳造、機械加工等により一体構造として、鋼または他の金属の適切な材料により形成されるか、または溶接あるいはその他の方法によって一緒に固定される、別々の構成部材によって組み立てることができる。これらのリング１２ａ、１２ｂは、通常軸受級鋼のような金属によって形成される。

周知なものとして、チェーンの関連部分がスプロケットＳと噛み合うとき、クッションリング１２ａ、１２ｂは、関係するローラーまたはブッシュチェーンのリンクの衝撃を緩衝または緩和する。噛み合いの始めにはチェーンのリンクは、リング１２ａ、１２ｂの外周面に接触し、その上に載置し、そしてリング１２ａ、１２ｂは、チェーンローラーがスプロケット歯２０と充分に噛み合うことのできる位置にまで徐々に移動する。上述したスプロケット組立体Ｓは，通常自動車用チェーン駆動システム、例えばタイミング及び／またはバランス駆動システムに用いられる。

本開発によれば、スプロケット組立体は、（ｉ）反対側にある第１及び第２軸方向面から軸方向外側に突出する第１及び第２ハブと、（ｉｉ）前記第１及び第２ハブ間において半径方向外側に突出し、周方向で列をなして延在する複数の歯と、を含むスプロケットボデイを備えることを特徴する。各歯は、駆動歯面とコースト歯面とを含み、非対称歯形を画定するため、少なくともいくつかの歯の駆動歯面及びコースト歯面は互いに異なる形状を有している。第１及び第２の金属クッションリングは、それぞれ第１及び第２ハブ上で捕捉され、偏心して浮動する。

本発明に従って構成されたスプロケット組立体は、自動車用タイミングシステムの関連するチェーンと機能的に噛み合うとき、改善した（減少した）騒音と振動特性を示す。

本発明は、種々の構成部品と構成部品の配置とから構成され、本発明の好ましい実施例は添付図面に示されている。

図３から図７は、自動車用タイミングまたはバランス駆動システム等のチェーン駆動システムＣＤＳの一部として本発明に基づいて構成されたスプロケット組立体ＡＳを示す。このチェーン駆動システムＣＤＳは、スプロケット組立体ＡＳと、ここではローラーチェーンであるが、ブッシュチェーンであっても良いチェーンＣから構成される。周知のように、このチェーンＣはピンＣＰと、このピンＣＰによって支持されたローラーＣＲ（ローラーを示すためにリンクが省略された図５と図６を参照方）と、ローラーリンクプレートＲＬＰと、そしてピンリンクプレートＰＬＰから構成される。このスプロケット組立体ＡＳは、駆動スプロケットまたは従動スプロケットであって、その他別に示され及び／または記載される場合を除いて、図１，図２Ａ，図２Ｂに基づいて上記のように開示されたスプロケット組立体Ｓと同一である。

このスプロケット組立体ＡＳは、スプロケットボデイ１１０と、それぞれスプロケットボデイ１１０の第１及び第２軸方向面１１４ａ、１１４ｂ（図４Ａも参照）に隣接して設けられた第１及び第２金属クッションリング１１２ａ、１１２ｂとから構成される。このスプロケットボデイ１１０は、回転中心軸Ｌ周りに画定され、駆動軸または従動軸（図示されず）を収容する孔Ｂやくぼみを含む。このスプロケットボデイ１１０は、鋼のような任意の適切な材料によって形成される。このボデイ１１０は、成形粉末金属技術、鋳造、鍛造及び／または機械加工等により一体構造で形成されるか、または溶接あるいはその他の方法によって一緒に固定される、別々の構成部材によって構成することができる。これらのリング１１２ａ、１１２ｂは、好ましくは軸受級鋼のような金属によって形成される。

スプロケット組立体ＡＳの互いに反対側にある軸方向面を示す特に図４Ａと図４Ｂを参照すると、第１及び第２ハブ１１６ａ、１１６ｂは、それぞれ第１及び第２の反対側にあるスプロケットボデイ面１１４ａ、１１４ｂから軸Ｌに沿って互いに反対方向で軸方向外側に突出していることが理解できる。このハブ１１６ａ、１１６ｂはそれぞれ軸Ｌを中心とし、各リング１１２ａ、１１２ｂの円筒状内径ＩＤａ、ＩＤｂ内に収容される円筒状外径ＯＤａ、ＯＤｂを画定する（以下にさらに詳細に記載されるフランジ１１８ａ、１１８ｂとリング１１２ａ、１１２ｂは、スプロケットボデイ１１０を見せるために部分的に切り欠かれている）。リング１１２ａ、１１２ｂの内径ＩＤａ、ＩＤｂは、ハブ１１６ａ、１１６ｂの外径ＯＤａ、ＯＤｂより大きく形成され、各第１及び第２ハブ１１６ａ、１１６ｂ上を偏心して浮動できるようになっている一方、それぞれフランジ１１８ａ、１１８ｂとスプロケット面１１４ａ、１１４ｂの間に形成される溝の中で軸方向に捕捉される。

この第１及び第２フランジ１１８ａ、１１８ｂは、ハブ１１６ａ、１１６ｂに対して半径方向に拡大され、それぞれ溶接またはその他の方法で第１及び第２のハブ１１６ａ、１１６ｂに固定されるか、またはこれらと一体構造として形成され、これら第１及び第２ハブ１１６ａ、１１６ｂの上に第１及び第２のリング１１２ａ、１１２ｂを捕捉する一方、なおも各ハブ１１６ａ、１１６ｂの外径ＯＤａ、ＯＤｂ上でリング１１２ａ、１１２ｂが偏心して浮動することを許容する。言い換えると環状のチャンネル１１９ａ、１１９ｂがそれぞれフランジ１１８ａ、１１８ｂと面１１４ａ、１１４ｂ間に形成され、リング１１２ａ、１１２ｂが、これらのチャンネルにそれぞれ配置される。

図４Ａと図４Ｂからわかるように、このスプロケットボデイ１１０は、更にボデイ１１０の周りで周方向に列をなして延在し、これらのハブ１１６ａ、１１６ｂ間の軸方向でボデイ１１０から半径方向外側に突出する複数の歯１２０とを備え、すなわち画定する。歯間隔１２２は、連続する歯間において周方向に形成される。各歯は、「係合（ｅｎｇａｇｉｎｇ）」すなわち「駆動」歯面（ｆｌａｎｋ）１２４と「非係合（ｄｉｓｅｎｇａｇｉｎｇ）」すなわち「コースト（ｃｏａｓｔ）」歯面１２６から構成され、駆動歯面１２４は、スプロケット組立体ＡＳが矢印１１で示されるように回転する方向においてコースト歯面１２６の下流側（前方）にある。このように歯間隔１２２は、円周方向に連続的に設けられる駆動歯面１２４とコースト歯面１２６の間に形成される。

図１、図２Ａ，図２Ｂに基づいて上述のように記述した従来のスプロケット組立体Ｓとは異なり、スプロケットＡＳの複数の、好ましくはすべての歯１２０と歯間隔１２２とが、非対称に形成され、チェーンローラーＣＲとスプロケット歯１２０との噛み合い衝撃に起因する騒音と振動を減少させる。詳しくは、少なくとも複数の歯１２０は、互いに非対称な関係にある駆動歯面１２４とコースト歯面１２６によって画定される。すなわち、歯面１２６は、少なくとも１つの歯１２０、好ましくはすべての歯１２０において歯面１２４と異なる形状になっている（つまり、鏡像ではない）。更に、すべての歯は互いに同一に出来、また別の例としてはチェーンローラーＣＲとスプロケット歯１２０間の衝撃周波数を調整するため、数個の歯と残りの歯が異なるようにして、スプロケットボデイ１１０上で規則的、または非規則的、「ランダム」パターンに配列することができる。

歯１２０と歯間隔１２２は、結果的に非対称（すなわち、異なる形状）歯面１２４，１２６となる、任意の形状を有するように形成される。そしてこの係合歯面１２４は、示されるように非係合歯面１２６より（ｓｔｅｅｐｅｒ）傾斜され、それによって対応する歯間隔１２２に着座する前の噛み合いの始まりにおいてチェーンローラーＣＲが、係合歯面１２４と接線方向の衝撃を生じさせるようにすることが望ましい。歯面１２４，１２６は、円弧部またはインボリュートによって画定され、騒音や振動を低減するため、任意に平面または他の形状を含む。非対称歯１２０と歯間隔１２２の好ましい歯形の例が以下の米国特許文献に開示され、そのすべての開示はここに参照により明確に組み込まれる：（ｉ）６，３７１，８７５；（ｉｉ）６，３２５，７３４；（ｉｉｉ）６，１７９，７４１；（ｉｖ）６，０９０，００３；（ｖ）５，９９７，４２４；（ｖｉ）５，９９３，３４４；（ｖｉｉ）５，９７６，０４５；（ｖｉｉｉ）５，９２１，８７９；（ｉｘ）５，９２１，８７８；及び（ｘ）５，８７６，２９５。

図８は、スプロケットボデイ１１０の代わりに使用されうるスプロケットボデイ２１０を示し、これがスプロケット組立体ＡＳを形成する。スプロケットボデイ２１０は、スプロケットを中心として互いに規則的、または非規則的ランダムパターンに配列された、異なる非対称歯１２０ａ、１２０ｂの組み合わせから構成されることを除いて、スプロケットボデイ１１０と同一である。上記特許文献の中で少なくとも５，９２１，８７９；５，９７６，０４５；６，０９０，００３；５，９９７，４２４；６，１７９，７４１は、スプロケットボデイ１１０の歯１２０として使用に適した方法で１つのスプロケット上に規則的に、または非規則的で、ランダムなパターンで配置される、異なる非対称歯を有することでスプロケットボデイ２１０を形成する非対称スプロケットを開示している。このような異なる形状の非対称歯１２０a、１２０ｂの構成が、チェーンＣがスプロケットボデイ１１０と噛み合うときに生じるチェーンＣのローラーＣＲとスプロケットボデイ１１０の歯１２０間の初期衝撃の周波数を調整する働きを行い、騒音と振動を低減する効果を有する。

図５と図６は、スプロケット組立体ＡＳの作動を示す（両方とも、チェーンリンクは省略され、通常は隠れてしまう特徴が実線によって示され、開発の理解を促進する）。巻き付け角（ｗｒａｐ ａｎｇｌｅ）θの範囲にあるチェーンＣのいくつかのローラーＣＲが、それぞれの歯間隔１２２内に完全に着座し、一方巻き付け角範囲外の他のローラーＣＲは、スプロケットＡＳに対して部分的に着座し、すなわち完全には噛み合っていないことが理解できる。チェーン駆動システムＣＤＳの全体構造は、チェーン巻き付け角θの大きさを決定する。図６に示されるように、プレートＲＬＰの間に配置されたローラーＣＲが、移動して歯１２０（リンクプレートＲＬＰのみが背後に示されている）と係合すると、整列した、対のローラーリンクプレートＲＬＰは、歯１２０の軸方向反対側でリング１１２ａ、１１２ｂと係合する。このピンリンクプレートＰＬＰ及びローラーリンクプレートＲＬＰは、リング１１２ａ、１１２ｂの外周面と接触し、対応するローラーＣＲの初期接触位置と完全着座位置との間の距離Ｄだけリング１１２ａ、１１２ｂを半径方向に変位させる。上述のように、リング１１２ａ、１１２ｂは、スプロケットボデイ１１０のローラーＣＲと歯１２０間の衝撃を減衰して、騒音を低減させる。巻き付け角θが増加するにつれて、各リング１１２ａ、１１２ｂの外径が減少し、そうでなければ巻き付け角θの増加につれて増加してしまう半径方向の変位距離Ｄを制御する。

このスプロケット組立体ＡＳは、図７に示される別の例である、スプロケットボデイ１１０’によって任意に構成されることができる。示される及び／または記述されることがない限り、このスプロケットボデイ１１０’は、スプロケットボデイ１１０と同一であり、そして 同様の構成部品は、接尾語プライム「’」を付された同様の参照番号により示されている。スプロケット１１０と異なり、スプロケットボデイ１１０’の連続した歯１２０’の間に画定された歯間隔１２２’は、歯元逃げによって画定される。すなわち係合歯面１２４’及び非係合歯面１２６’間に位置する歯元面１２２ｒが「逃げ（ｒｅｌｉｅｖｅｄ）」となり、間隔ＲＲが、歯元面１２２ｒと、歯間隔１２２’に完全に着座し、歯元面１２２ｒを架け渡する一方、それぞれ係合面１２４’及び非係合面１２６’の位置Ｓ１，Ｓ２で着座するローラーＣＲとの間に画定される。

本発明は、好ましい実施例によって記載したが、その修正と変更は、本発明の属する分野の当業者によって生じるものであり、本発明は、そのような修正、変更のすべてを含むように解釈されることを意図するものである。

金属クッションリングを有する従来の（対称な）スプロケットの等角図である。 図１に示されたスプロケットの分解等角図である。 図２Ａと同一であるが、スプロケット組立体の反対側を示す。 本開発により形成された金属クッションリングを有する非対称スプロケット組立体と噛み合うローラーチェーンからなるチェーン駆動システムの部分正面図である。 図３の非対称スプロケット組立体の互いに反対側の軸方向面の等角図である。 図３の非対称スプロケット組立体の互いに反対側の軸方向面の等角図である。 図３のチェーン駆動システムを示す正面図であって、スプロケット組立体の一部分を切り欠いたものである。 図３のチェーン駆動システムを示す背面図であって、スプロケット組立体の一部分を切り欠いたものである。 図３のチェーン駆動システムの異なる図であって、フランジ１１８ａの全体といくつかのチェーンリンクプレートがクッションリング１１２ａの作動を表すために省略されている（通常はチェーンによって隠されてしまうスプロケットボデイの一部分が実線で表され、発明の作動を理解するのに役立つ）。 図５の領域６に対応する、大きく拡大された部分図である。 異なる実施例による、金属クッションリングを有する非対称スプロケット組立体のスプロケットボデイの部分図である。 異なる実施例による、非対称スプロケット組立体の一部として用いられるスプロケットボデイの部分図である。

Claims (14)

1. （ｉ）反対側にある第１及び第２軸方向面から軸方向外側に突出する第１及び第２ハブと、（ｉｉ）前記第１及び第２ハブ間において放射状外側に突出し、周方向で列をなして延在する複数の歯と、を備え、前記各歯は駆動歯面及びコースト歯面を含み、非対称歯形を画定するため、少なくともいくつかの歯の前記駆動歯面と前記コースト歯面とは互いに異なる形状を有するスプロケットボデイと、
   それぞれ前記第１及び第２ハブ上で捕捉され、偏心して浮動する第１及び第２の金属クッションリングと、
   を備えることを特徴とするスプロケット組立体。
2. 前記第１及び第２ハブが円筒状外径からなり、前記第１及び第２金属クッションリングが円筒状内径を画定し、（ｉ）前記第１クッションリングの前記内径は、前記第１ハブの外径より大きく、（ｉｉ）前記第２クッションリングの前記内径は、前記第２ハブの外径より大きいことを特徴とする請求項１記載のスプロケット組立体。
3. 前記スプロケットボデイが、それぞれ前記第１及び第２ハブから外側に突出する第１及び第２フランジをさらに備え、前記第１フランジが、前記第１ハブ上で前記第１クッションリングを軸方向に捕捉し、前記第２フランジが、前記第２ハブ上で前記第２クッションリングを軸方向に捕捉することを特徴とする請求項１記載のスプロケット組立体。
4. 第１及び第２環状チャンネルが、前記第１及び第２フランジと、前記第１及び第２軸方向面と、の間にそれぞれ画定され、前記第１及び第２クッションリングが、前記第１及び第２環状チャンネル内に配置されることを特徴とする請求項３記載のスプロケット組立体。
5. 前記第１及び第２フランジが、前記第１及び第２ハブに溶接により接合されることを特徴とする請求項４記載のスプロケット組立体。
6. 前記スプロケットボデイが、一体構造として形成されることを特徴とする請求項５記載のスプロケット組立体。
7. 前記スプロケットボデイが、成形粉末金属により形成されることを特徴とする請求項６記載のスプロケット組立体。
8. 前記スプロケットボデイが、関連する軸を収容するように構成された孔またはくぼみを更に備えることを特徴とする請求項３記載のスプロケット組立体。
9. 前記複数の歯のすべてが、互いに同一であることを特徴とする請求項１記載のスプロケット組立体。
10. 前記歯は少なくとも、第１の非対称歯形を有する第１組の歯と、前記第１の非対称歯形と異なる第２の非対称歯形を有する第２組の歯と、からなることを特徴とする請求項１記載のスプロケット組立体。
11. 前記第１及び第２の組の歯が、不規則なパターンで配置されることを特徴とする請求項１０に記載のスプロケット組立体。
12. 前記非対称歯形の前記駆動歯面が、前記非対称歯形の前記コースト歯面より傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のスプロケット組立体。
13. 前記スプロケットボデイが、前記複数の歯の連続する各対の間に配置される歯元面を備え、関連するローラーが、前記対の一方の歯の駆動歯面及び前記対の他方の歯のコースト歯面と接触して着座しているとき、前記歯元面と関連するローラー間に間隔が形成されるように前記歯元面が、逃げとなることを特徴とする請求項１２に記載のスプロケット組立体。
14. スプロケットボデイと駆動係合するローラーチェーンを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のスプロケット組立体。

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