JP2008138883A - ローラチェーンおよびスプロケット組立体の設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ローラチェーンとスプロケットとの実質的な半径方向衝突を防止してノイズを低減する。
【解決手段】 ローラチェーンおよびこれと噛み合うスプロケットからなるローラチェーン・スプロケット組立体の設計方法を提供する。この設計方法は、ローラチェーンを構成する複数のローラ部材５０のローラ半径１２０およびチェーンピッチ長を決定する工程と、スプロケットのピッチ円８０を各ローラ部材５０のローラ中心を通る円弧として決定し、ローラチェーンの各ローラ部材５０がスプロケットの各歯１００と噛み合う際の弦上下動量を決定する工程と、スプロケットの各歯１００の歯元部６０を、ピッチ円８０上において隣り合う各歯１００の間の中点を中心とし、少なくともローラ半径１２０および弦上下動量の和に等しい長さを歯元半径９０とする円弧から構成する工程とを備えている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ローラチェーンおよびスプロケット組立体の設計方法に関し、とくに、ローラチェーンおよびスプロケットが噛み合うときに発生するノイズを低減させるためのスプロケット構造に関する。

ローラチェーンがスプロケットと噛み合う際に発生するノイズは、長年にわたって認識されてきた問題である。典型的なローラチェーン駆動装置における最も大きなノイズ発生要因の一つは、ローラがスプロケット歯間に着座するときにローラおよびスプロケット間で繰り返される衝突に起因している。

図１は、スプロケットＳ１，Ｓ２と噛み合うローラＲを有するチェーンＣを概略的に示している。図２の拡大図に示すように、スプロケットＳと噛み合うローラ１０は、チェーンピッチＰと等しい半径を有する円弧２０上を、着座した隣のローラ３０の中心の回りを回動する。すなわち、ローラ１０は円弧２０に沿って旋回して、スプロケット歯底部４０と実質的に半径方向に衝突する。

従来技術は、スプロケットと衝突するローラによって発生するノイズを低減させるためのいくつかの試みを開示している。ローラおよびスプロケットの衝突によって発生するノイズレベルを低減させるためのこのような試みの一つは、米国特許第 6,030,306号に示されている。

この米国特許は、多数のスプロケットとの衝突によって発生するオーバーオール・ノイズレベルを低減させるように、多数のスプロケットと噛み合うチェーンを互い違いに配置する技術を開示している。しかしながら、この方法は、実質的に半径方向の衝突を回避しておらず、また、個々のスプロケット歯底部とローラとの間の衝突によって発生するノイズを低減してはいない。

他のスプロケットの設計においては、スプロケットの歯形形状を変えることによって、ローラチェーン駆動装置の衝突音を減少させる試みがなされている。このような設計の初期の例は、米国特許第 3,448,629号に開示されている。

この米国特許は、スプロケットの歯底径を修正して、スプロケットの隣り合う歯の間の隙間を広げるとともに、各スプロケットの外周縁部近傍に一つまたはそれ以上のゴム製リングを装着することを開示している。

修正されたスプロケット歯形形状を用いてローラチェーンおよびスプロケットのノイズを低減させるための最近の試みは、米国特許第 5,921,877号に開示されている。

三つの部分を有するスプロケット歯形形状が、大きなノイズを発生させることなく、チェーンのローラをスプロケット歯に噛み合わせることを開示している。しかしながら、この設計手法は、図３に概略示されるように、スプロケット歯形形状が非対称であることにより、一方向のローラチェーン駆動装置に限定されてしまうという欠点がある。

チェーンのローラがスプロケットと衝突するとき、ローラの衝突によって発生するノイズを低減させるためのその他の設計手法もまた、非対称の歯形形状を利用していた。米国特許第 5,876,295号は、スプロケット歯の駆動側から傾斜面側まで異なるフランク半径を備えた非対称の歯形形状を開示している。

米国特許第5,921,878号および米国特許第 5,993,344号は、噛合フランク半径および第１の歯底半径と接するフランク平坦部を有し、スプロケットのコーダルピッチがチェーンのコーダルピッチよりも小さいようなピッチの不釣り合いを有する非対称の歯形形状を開示している。

この装置は、ローラとスプロケット歯との段階的接触を容易にするものとして記述されている。また、この歯形形状の非対称性により、一方向のローラチェーン駆動システムが要求されることになる。

その他の非対称の歯形形状は、米国特許第 5,997,424号に開示されているように、ローラが摩耗したとき、着座していないローラが振動しつつスプロケット歯と接触することによって発生するノイズを減少させようとして、歯底の一部およびローラ間にクリアランスを提供している。

図４は、このような設計の一例を示している。歯底部と衝突するかわりに、ローラは、歯底部を跨いで配置された点Ａ₁ ，Ａ₂ において隣の歯のフランクと半径方向に接触する。このスプロケットはまた、一方向のローラチェーン駆動システム用としても設計されている。

同様に、米国特許第5,397,278号は、ローラが隣のスプロケット歯のフランクと同時に半径方向接触するように、隣り合うスプロケット歯間の隙間を単純に減少させている。その一方、このような設計手法により、多方向のローラチェーン駆動システムにおける使用が可能になる。

このように、ローラチェーンのローラおよびスプロケット間において、実質的に半径方向の衝突によって発生するノイズを実質的に最小限に抑えるための多方向スプロケットの必要性が、長年にわたって存在している。本発明は、このような必要性のみならず、従来技術におけるその他の問題に取り組んでいる。
米国特許第 6,030,306号明細書 米国特許第 3,448,629号明細書 米国特許第 5,921,878号明細書 米国特許第 5,876,295号明細書 米国特許第 5,993,344号明細書 米国特許第 5,997,424号明細書 米国特許第 5,397,278号明細書

本発明が解決しようとする課題は、ローラチェーンスプロケットとチェーンローラとの実質的な半径方向衝突を防止してノイズを低減することにある。

請求項１の発明は、ローラチェーンおよびこれと噛み合うスプロケットからなるローラチェーン・スプロケット組立体の設計方法である。この設計方法は、ローラチェーンを構成する複数のローラ部材のローラ半径およびチェーンピッチ長を決定する工程と、スプロケットのピッチ円をローラ部材のローラ中心を通る円弧として決定し、ローラチェーンの各ローラ部材がスプロケットの各歯と噛み合う際の弦上下動量を決定する工程と、スプロケットの各歯の歯元部を、ピッチ円上において隣り合う各歯の間の中点を中心とし、少なくともローラ半径および弦上下動量の和に等しい長さを半径とする円弧から構成する工程とを備えている。

請求項２の発明では、請求項１において、弦上下動量が、スプロケット中心線上にローラ部材が位置するときにスプロケット中心からスプロケット中心線と直交するチェーン中心線までの距離と、隣り合う二つのローラ部材がスプロケット中心線の回りに均等配置されているときにスプロケット中心からスプロケット中心線と直交するチェーン中心線までの距離との差により決定されている。

請求項３の発明は、互いにピッチの異なる第１、第２のリンクを交互に組み合わせかつピンを介して回動可能に連結するとともにピンにローラ部材を取り付けてなるローラチェーンと、これに噛み合うスプロケットとからなるローラチェーン・スプロケット組立体の製作方法である。この設計方法は、ローラチェーンにおいて、ローラ部材のローラ半径を決定するとともに、第１のリンクの第１のピッチを決定し、第２のリンクの第２のピッチを、第１のピッチよりも大きな値として決定する工程と、スプロケットのピッチ円および各歯のピッチを第１のピッチに対応した値に設定するとともに、ローラチェーンのローラ部材がスプロケットの各歯と噛み合う際の弦上下動量を決定する工程と、スプロケットの各歯の歯元部を、ピッチ円上において隣り合う各歯の間の中点を中心とし、少なくともローラ半径および弦上下動量の和に等しい長さを半径とする円弧から構成する工程とを備えている。

本発明によれば、スプロケットの歯元部の円弧面を構成する歯元半径が、ローラチェーンのローラ部材のローラ半径にローラチェーンの弦上下動を加えたものよりも大きくなっており、これにより、ローラチェーンとスプロケットとの噛合時には、ローラ部材と歯元部との間にクリアランスが形成されることになる。このクリアランスにより、ローラチェーンのローラ部材は、スプロケット歯に対して、歯元部上に実質的に半径方向からではなく、フランク面上に実質的に接線方向から衝突することになる。これにより、チェーンローラとの実質的な半径方向衝突を防止でき、ノイズを低減できる。

以上説明したように、本発明によれば、スプロケットの歯元部の円弧面を構成する歯元半径が、ローラチェーンのローラ部材のローラ半径にローラチェーンの弦上下動を加えたものよりも大きくなるようにしたので、ローラチェーンとスプロケットとの噛合時には、ローラチェーンのローラ部材が、スプロケット歯に対して、歯元部上に実質的に半径方向からではなく、フランク面上に実質的に接線方向から衝突することになる。これにより、チェーンローラとの実質的な半径方向衝突を防止でき、ノイズを低減できる効果がある。

本発明によるスプロケットは、ローラがスプロケットと実質的に半径方向に衝突するのを最小限に抑える多方向性のローラチェーンスプロケットである。

このスプロケットは、チェーンおよびスプロケット間の連結エネルギをスムーズにかつ静粛に伝達するために、ローラおよびスプロケット歯フランク間において実質的に接線方向の衝突を生じさせる歯元部・チェーンピッチ関係を提供する。

本発明によるスプロケットの関連する特徴部分は、衝突エネルギに関連するノイズの発生を防止するために、ローラおよびスプロケットの連結エネルギを分配することである。

一実施態様においては、周知のローラチェーンが、スプロケットのピッチに適合するように、選択されている。このローラチェーンは、枢支ピンによって相互に連結された複数のリンクを有している。枢支ピンの回りを自由に回転し得るローラ部材が、各枢支ピンに取り付けられている。

ローラ部材は、円柱状の外周面を有しており、その最大径および最小径の間で円柱状外周面の直径を変化させることを表す公差の積み重ねによって特徴付けられている。ローラチェーンは、その外周の回りに離間配置された複数の歯を有するスプロケットと噛み合うように構成されている。スプロケットは、各ローラ部材がスプロケットと完全に噛み合ったときに各ローラ部材の中心を通るピッチ円を有している。

スプロケットは、隣り合う各歯の間に概略円弧状の歯元部を有している。各歯元部は歯元半径によって限定されている。この歯元半径とは、スプロケットのピッチ円上において隣り合う各歯の間の中心に位置する点から歯元部上の点までの距離のことである。

歯元半径は、ローラ部材がスプロケットと実質的に半径方向に衝突するのを最小限に抑えるように決定される。ローラ部材は、フランク上で斜め方向にまたは実質的に接線方向にスプロケット歯と噛み合う。

スプロケットは、ローラ半径つまりローラの外側円柱面の半径に、ローラ部材間の公差の重なりおよびチェーンの弦上下動量を加えたものに等しい歯元半径を有している。しかしながら、小さい方の歯元半径でも十分である。

本発明によるスプロケットのこれらおよびその他の特徴部分は、以下の詳細な記述から明らかになるだろう。

緊張力の作用したチェーンが静止状態のスプロケットの回りに巻き掛けられるときに視覚化できる動きによって、ローラチェーンのローラは、従来のスプロケットの歯元部に対して実質的に半径方向に着座する。このような動きは、図２に示されている。図５は、従来のスプロケット歯７０の歯元部１１０に着座した状態のチェーンローラ部材５０を示している。

本発明によるスプロケットは、チェーンローラ部材５０が本発明のスプロケット歯元部６０と実質的に半径方向に衝突するのを最小限に抑えることにより、あるいは、チェーンローラ部材５０が本発明のスプロケット歯元部６０を跨ぐように衝突することにより、従来のスプロケットを改良している。このことは、ローラチェーンスプロケットに関連するノイズの重要な発生源を実質的に除去することになる。

このような改良は、従来のスプロケット歯７０について元のピッチ円８０を維持しつつ、歯元部１１０の半径１２０を増加させることによって実現される。増加した歯元部の半径９０は、スプロケット歯１００の歯厚を薄くするとともに、歯元部６０を元の歯元部１１０よりも深くする。

その結果、ピッチ円８０上に位置するローラ部材５０は、歯元部６０とは接触しない。ローラ部材５０と歯元部６０との間には、クリアランスが形成されている。このクリアランスは、ローラ部材５０の半径と実質的に等しい従来の歯元部の半径１２０と、増加した歯元半径９０との差にほぼ等しくなっている。

このクリアランスは、ローラ部材５０と歯元部６０との半径方向の衝突を最小限に抑える。ローラ５０は、修正されたフランク面１３０と実質的に接線方向に接触して、スプロケット歯と斜め方向にスムーズに噛み合う。

図６は、改良されたスプロケット歯１００にローラ部材５０が噛み合う際において、スプロケット歯１００のフランク面１３０に対してローラ部材５０が実質的に接線方向に接触している状態を、ローラ部材５０のクリアランス１４０とともに示している。

図６に示すように、スプロケットが回転すると、ローラ部材５０は、スプロケット歯フランク面１３０に対して実質的に接線方向に接触して、フランク面１３０に係合する。これにより、各ローラ部材５０は、スプロケット歯元部６０に対して実質的に半径方向に激しく衝突するのではなく、静かに回転してスプロケット歯フランク面１３０と接触する。

このような回転噛合はまた、従来のスプロケットに比べてより長時間にわたって、スプロケット歯１００およびローラ部材５０の衝突による噛合エネルギを吸収する。噛み合ったローラ部材５０と隣のスプロケット歯の後側のフランク面１３０との間にもクリアランスが生じており、これにより、システムのバックラッシュが増加する。

ローラ部材５０およびスプロケット歯元部６０の間に生じるクリアランス１４０は、ローラ部材がスプロケットと実質的に半径方向に接触するのを防止するほど十分であるべきある。ローラ間の公差の重なりと、チェーンクリアランスの弦上下動量との総距離は良好な指針となるが、これより小さなクリアランスでも十分である。

チェーンの弦の上下動量は、ローラ部材５０がスプロケット中心線上に位置するときにおいて、スプロケット中心から、スプロケット中心線と直交するチェーン中心線までの距離と、隣り合う二つのローラ部材５０がスプロケット中心線の回りに均等配置されているときにおいて、スプロケット中心から、スプロケット中心線と直交するチェーン中心線までの距離との差で定義される。

この値、つまり半径方向の差は、チェーンおよび（または）スプロケットのピッチとともに変化する。

図６にも示されるように、チェーンピッチは変化していてもよい。隣のローラ部材５０からピッチＰ１の距離だけ離れてリンク１７０に取り付けられたローラ部材５０は、歯元部６０からクリアランス１４０だけ離れた状態で、スプロケット歯１００と噛み合う。

リンク１８０における大きなピッチＰ２は、歯元部６０から大きな距離１６０だけ離れた位置において、ローラ部材５０をスプロケット歯１００と噛み合わせる。

図７は、８ｍｍピッチの実際のローラチェーンとともに使用される本発明によるスプロケット歯の一実施態様を示している。この実施態様では、歯元部の半径１８０は過大な３．０８８５ｍｍである。これに対して、スプロケット歯のピッチ径１９０は、選択されたチェーンピッチに従って、６１．２９０４ｍｍに維持されている。

本発明が関連する技術分野の当業者は、とくに上述の教示内容を考慮するとき、本発明の精神あるいは本質的な特徴から外れることなく、本発明の原理を利用する種々の変形例やその他の実施態様を構築し得る。上述の実施態様はあらゆる点で単なる例示としてのみみなされるべきものであり、限定的なものではない。

それゆえ、本発明の範囲は、上記記述内容よりもむしろ添付の請求の範囲に示されている。したがって、本発明が個々の実施態様に関連して説明されてきたものの、構造、順序、材料その他の変更は、本発明の範囲内においてではあるが、当該分野の当業者にとって明らかであろう。

典型的なローラチェーンおよびスプロケット駆動システムの概略構成図である。 チェーンローラが従来のスプロケットと実質的に半径方向に噛み合う状態を説明するための拡大図である。 従来の非対称のスプロケット歯形形状を示す正面部分図である。 従来の非対称歯形形状を有するスプロケット歯の歯元部とチェーンローラとの間の２点接触状態を示す正面拡大図である。 従来のスプロケット歯形形状から修正された、本発明によるスプロケット歯形形状およびローラ部材を示す正面拡大部分図である。 チェーンのローラ部材が本発明によるスプロケットと噛み合う状態を示す正面部分図である。 ８ｍｍピッチの実際のローラチェーンとともに使用するように構成された本発明の一実施態様によるスプロケットの正面部分図である。

符号の説明

５０：（チェーン）ローラ部材
６０：（スプロケット）歯元部
８０： ピッチ円
９０： 歯元半径
１００：（スプロケット）歯
１３０： フランク面
１４０，１６０： クリアランス
１７０，１８０： リンク

Claims (3)

1. ローラチェーンおよびこれと噛み合うスプロケットからなるローラチェーン・スプロケット組立体の設計方法であって、
   前記ローラチェーンを構成する複数のローラ部材のローラ半径およびチェーンピッチ長を決定する工程と、
   前記スプロケットのピッチ円を前記ローラ部材のローラ中心を通る円弧として決定し、前記ローラチェーンの前記各ローラ部材が前記スプロケットの各歯と噛み合う際の弦上下動量を決定する工程と、
   前記スプロケットの各歯の歯元部を、前記ピッチ円上において隣り合う前記各歯の間の中点を中心とし、少なくとも前記ローラ半径および前記弦上下動量の和に等しい長さを半径とする円弧から構成する工程と、
   を備えたローラチェーンおよびスプロケット組立体の設計方法。
2. 請求項１において、
   前記弦上下動量は、ローラ部材がスプロケット中心線上に位置するときにスプロケット中心からスプロケット中心線と直交するチェーン中心線までの距離と、隣り合う二つのローラ部材がスプロケット中心線の回りに均等配置されているときにスプロケット中心からスプロケット中心線と直交するチェーン中心線までの距離との差により決定されている、
   ことを特徴とするローラチェーンおよびスプロケット組立体の設計方法。
3. 互いにピッチの異なる第１、第２のリンクを交互に組み合わせかつピンを介して回動可能に連結するとともに前記ピンにローラ部材を取り付けてなるローラチェーンと、これに噛み合うスプロケットとからなるローラチェーン・スプロケット組立体の設計方法であって、
   前記ローラチェーンにおいて、前記ローラ部材のローラ半径を決定するとともに、前記第１のリンクの第１のピッチを決定し、前記第２のリンクの第２のピッチを、前記第１のピッチよりも大きな値として決定する工程と、
   前記スプロケットのピッチ円および各歯のピッチを前記第１のピッチに対応した値に設定するとともに、前記ローラチェーンの前記ローラ部材が前記スプロケットの各歯と噛み合う際の弦上下動量を決定する工程と、
   前記スプロケットの各歯の歯元部を、前記ピッチ円上において隣り合う前記各歯の間の中点を中心とし、少なくとも前記ローラ半径および前記弦上下動量の和に等しい長さを半径とする円弧から構成する工程と、
   を備えたローラチェーンおよびスプロケット組立体の設計方法。

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