JP2008517229A - １．５次、およびその倍数の振動を消去するプロフィールを備えたスプロケット、並びにそのようなスプロケットを用いた同期駆動装置 - Google Patents

Abstract

振動消去ローターと、そのようなローターを用いた同期駆動装置を提供する。同期駆動装置の、別の回転部材の速度の半分の速度で回転する、ある回転部材に、その振動消去ローターを用いることによって、同期駆動装置における１．５次振動を軽減することができる。１．５次振動を消去するためには、上記ローターは、上記同期駆動装置の連続ループの細長い駆動構造体に係合する３つの突出部分を備えた非真円放射状プロフィールを有する。１．５次と３次の振動を消去するためには、上記ローターは、非真円の合成プロフィールを創り出すために、３つの突出部分を備えたプロフィール上に重ねられた６つの突出部分を備えた非真円放射状プロフィールを有し、連続ループの細長い駆動構造体に係合する。上記連続ループの細長い駆動構造体は、チェーンや歯付ベルトとすることができる。

Description

本発明は、同期駆動装置装置における振動を消去するスプロケットやローター、および、そのようなスプロケットやローターを用いた同期駆動装置に関する。本発明は、特に、そのような同期駆動装置において、スプロケットやローターが１．５次振動およびその倍数の振動を軽減するように形成されている、チェーンあるいはベルト同期駆動装置用のスプロケットやローターに関する。

同期駆動システムは広く用いられており、おそらく通常は、エンジンのクランクシャフトに同期してカムシャフトやジャックシャフト等を駆動する内燃機関で使用される。

そのような同期駆動装置は広く用いられているものの、欠点に悩まされている。特に、同期駆動装置によって駆動される、エンジンのシリンダーの点火や、カムシャフトにより作動する装置の動作、等は、ねじり振動として知られている一種の望ましくない機械振動の原因となる。ねじり振動は、タイミングエラーおよび高レベルの機械騒音の原因となる。望ましくない振動や騒音に加えて、ねじり振動は同期駆動装置のチェーンやベルトのスパン張力の変動の原因にもなり、それは同期駆動装置のチェーンやベルトの磨耗を大きくし寿命を減らすことになり得る。

ねじり振動の周波数が同期駆動装置の固有周波数に近いと、システム共振が起こって、ねじり振動が最大になる。

ねじり振動問題の解決策がこれまでに提案されてきている。具体的には、本発明の発明者が発明者であり本発明の譲受人に譲渡された公開ＰＣＴ出願ＷＯ０３０４６４１３は、スプロケットやローターが同期駆動装置の共振を軽減するような形に形成されたチェーンやベルト用の非真円スプロケットを備えた同期駆動装置を教示している。この出願の内容は、参照することにより、ここに組み入れられる。

ＰＣＴ出願ＷＯ０３０４６４１３に開示された発明は、多くの状況において特に有利であると認められているものの、同期駆動装置の固有周波数の何次かの共振を軽減するには有利でないことがある。具体的には、Ｖ６構造等の、ある内燃機関構造体では、同期駆動装置の一次共振点が１．５次共振であり、より少ない程度ではあるが、３次共振等、その倍数次の共振がある。ＰＣＴ出願ＷＯ０３０４６４１３に開示された発明は、２次共振とその倍数の共振を軽減するには効果的であることが立証されているものの、Ｖ６エンジン等においてより支配的な１．５次共振やその倍数の共振を軽減できることが要望されている。

本発明の目的は、先行技術の少なくとも１つの問題を取り除く、あるいは緩和する新規なスプロケットやローター、および、同期駆動装置を提供することにある。

本発明の第一の態様によれば、同期駆動装置における他のローターの半分の速度で回転する振動消去スプロケットやローターが提供され、そのローターはローターの外周まわりに多数の歯を備え、その歯は同期駆動装置の相互連結部材やエンドレス駆動構造体に係合するように作動可能であり、上記歯はローターの外周まわりの３つの同一の突出部分(lobe)に設けられており、各突出部分は、上記ローター用の基準真円放射状プロフィール（半径方向プロフィール）の上に位置するいくつかの歯と、上記基準真円放射状プロフィールの下に位置するいくつかの歯を有して、上記ローター用の望ましい３つの突出部分を備えた非真円プロフィールを創っており、上記３つの突出部分を備えた非真円プロフィールの形状は、同期駆動装置のエンドレス駆動構造体において修正トルクを作り出して上記同期駆動装置の１．５次振動を軽減するように選択されている。

好ましくは、上記振動消去ローターはさらに、上記ローター用の非真円合成放射状プロフィール（半径方向プロフィール）を作るために、ローターの上記３つの突出部分を備えた非真円放射状プロフィール（半径方向プロフィール）上に重ねられた６つの突出部分を備えた非真円放射上プロフィールを有しており、上記合成非真円放射状プロフィールの形状は、同期駆動装置のエンドレス駆動構造体において修正トルクを作り出して上記同期駆動装置の１．５次及び３次振動を軽減するように選択される。

本発明の別の態様によれば、エンドレス駆動構造体によって接続された少なくとも２つの回転素子を有する同期駆動装置が提供され、上記少なくとも２つの回転素子の一方は、上記少なくとも２つの回転素子の他方の半分の速度で回転するようになっており、上記駆動装置は、エンドレス駆動構造体と、半分の速度で回転する上記少なくとも１つの回転素子のうちの一方の素子に接続されたローターとを備え、そのローターは上記一方の素子を回転するために上記エンドレス駆動構造体に係合するように作動可能であり、上記ローターは上記相互連結手段に係合する３つの突出部分を備えた非真円放射状プロフィールを有しており、かつ、上記少なくとも２つの回転素子の他方に接続されてその接続された素子を回転するため上記相互連結手段に係合するよう作動可能であるローターを備え、上記一方の素子に接続された上記ローターの３つの突出部分を備えた非真円放射状プロフィールは、上記同期駆動装置の上記エンドレス駆動構造体において修正トルクを作りだして同期駆動装置における１．５次振動を軽減するよう選択される。

好ましくは、２つ以上の素子が駆動装置における別の素子の半分の速度で回転するなら、半分の速度で回転する各素子のローターは、同期駆動装置における１．５次振動を軽減する３つの突出部分を備えた非真円放射状プロフィールを有する。

また好ましくは、上記ローターの３つの突出部分を備えた非真円放射状プロフィールには、６つの突出部分を有する第二プロフィールが重ねられて、ローター用の合成非真円プロフィールを形成しており、その合成プロフィールは、同期駆動装置のエンドレス駆動構造体において修正トルクを作り出して上記同期駆動装置の１．５次及び３次振動を軽減するように選択される。

本発明は、同期駆動装置の別の回転部材の半分の速度で回転する同期駆動装置のある回転素子上の振動消去ローター、および振動消去ローターを用いることで同期駆動装置の１．５次振動が軽減できるようなローターを用いた同期駆動装置を提供する。１．５次振動を消去するためには、ローターは、同期駆動装置のエンドレス駆動構造体に係合する３つの突出部分を備えた非真円放射状プロフィールを有する。１．５次および３次の振動を消去するためには、ローターは、エンドレス駆動構造体に係合する６つの突出部分を備えた合成非真円放射状プロフィールを有する。上記エンドレス駆動構造体は、チェーンや歯付ベルトとすることができる。

本発明の実施例に基づいた同期駆動装置は、通常、図１の２０に示される。駆動装置２０は、内燃機関のクランクシャフトに設けられた駆動ローター２４と、一対の吸気カムシャフト・ローター２８と３２と、一対の排気カムシャフト・ローター３６と４０と、アイドラーシャフト・ローター４４を有しており、これらすべてはローラー・チェーン４８によって相互に連結されている。

図１の実施例では、同期駆動装置２０は、ローターを相互連結するのにローラー・チェーン４８を用いているが、ローターが連続したループ状の細長い駆動構造体に係合するように形成されているということを唯一の条件とすれば、エンドレスの駆動装置２０が、代わりに、歯付ベルトや、その他のローターを相互連結するのに適した手段を用いることができることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、ここで使用しているように、「スプロケット」や「ローター」の語は、チェーン駆動装置用のスプロケットやローター、歯付ベルト駆動装置用のスプロケットやローター、の両方を包含するよう意図している。さらに、次の説明において、「歯」という語は、チェーン駆動装置用のローターの駆動係合素子、歯付ベルト用ローター上の歯係合構造体、の両方を包含するよう意図している。

図１は単に、本発明に従った同期駆動装置の具体例を示すものである。 当業者にとって明らかなように、非整数次の共振を受けやすい同期駆動装置の、色々な他の構成が可能であり、それらは本発明によって対処できる。

例えば、図１は、シングル・チェーンを用いたＶ６エンジン用同期駆動装置の１つの構成を示しており、図２は、２つのローラー・チェーンを用いたＶ６同期駆動装置の別の構成を示している。図２において、図１の部品と同様な部品は、同じ参照番号に「ａ」を付して示してある。

図２において、駆動装置２０ａは、２つのチェーン５２と５６を有しており、その各々は、Ｖ６エンジンの、それぞれのバンク上のカムシャフト・ローターを駆動し、アイドラー・ローターは必要でない。具体的には、チェーン５２が吸気カムシャフト・ローター２８ａと排気カムシャフト・ローター３６ａを駆動し、同時にチェーン５６が吸気カムシャフト・ローター３２ａと排気カムシャフト・ローター４０ａを駆動する。チェーン５２と５６の各々は、エンジンのクランクシャフト上に設けられた被駆動ダブル・ローター６０上のそれぞれの歯の組によって駆動される。段階的駆動装置等を含んで、多くの他の構成の同期駆動装置が可能であり、そのような構成においては、１．５次共振やその整数倍の共振も本発明によって処置できる。

図３は、典型的な従来のＶ６エンジン同期駆動装置のカムシャフトにおいて測定したねじり振動のフーリエ・ウォーターフォール・グラフを示している。高レベルのねじり振動が、１．５クランクシャフト次において認められ、より少ない程度であるが、３次共振点が明らかである（この図において「速度」は、クランクシャフトの速度を指している）。

図４は、本発明に従って作られた３６個の歯を備えたローター１００の歯の非真円放射状プロフィールを実線で示している。その図において、発明の被駆動ローター１００は、破線で示された従来の３６個の歯を備えたローター１０４の歯の真円放射状プロフィール上に重ねられている。図５は、図４における２つのローターの放射状プロフィールの輪郭を示しており、放射状の線は、各ローターのローター歯の、それぞれの中点位置を示している。ローター１００の放射状プロフィールの輪郭は実線で示されており、従来のローター１０４のプロフィールの輪郭は破線で示されている。

それらの図に示したように、従来のローター１０４は真円放射状プロフィールを有しているが、本発明に従って作られた被駆動ローター１００は、３つの繰り返しの突出部分を備えた非真円放射状プロフィールを有している（そのプロフィールの非真円の大きさは、明確にするために、図では誇張されていることに留意すべきである）。具体的には、歯番号１から歯番号１３までの第１突出部分のプロフィールは、歯番号１３からは番号２５までの第２突出部分、歯番号２５から歯番号１までの第３の突出部分で繰り返されている。

第１突出部分のプロフィールは、そのプロフィールが半径方向において従来の真円ローター１０４のプロフィールの上側／外側になっている各端部において（歯１と歯１３において）「高」点を有しており、そのプロフィールが半径方向において従来の真円ローター１０４のプロフィールの下側／内側になっている、その中点において（歯７において）「低」点を有している。繰り返しの第２と第３の突出部分の各々は、それぞれの対応する位置、具体的には第２突出部分については歯１３と２５において、第３突出部分については歯２５と１において、同じ高点を有しており、それぞれの対応する位置、具体的には第２突出部分については歯１３において、第３突出部分については歯３１において、同じ低点を有している。

ローター１００は、上記公開ＰＣＴ出願に記載された原理や、参照することでここに内容が組み入れられているＰＣＴ２００５／０２６５８３に従って設計できる。カムシャフトにおいてローター１００を利用することにより、ローター１００の非真円プロフィールによって創り出された修正トルクが、クランクシャフトの半分の速度でチェーンに印加され、もって、１．５次共振（およびその倍数共振）の軽減が可能となる。

図１のＶ６エンジン用同期駆動装置２０において、カムシャフト・ローター２８、３２、３６、４０の少なくとも１つを、適切に設計された被駆動ローター１００と置き換えることで、同期駆動装置２０の１．５次共振を軽減できることがわかった。

図２のＶ６エンジン用同期駆動装置２０ａにおいて、カムシャフト・ローター２８ａ、３６ａの少なくとも１つと、カムシャフト・ローター３２ａ、４０ａの１つを置き換えることで、同期駆動装置２０ａの１．５次共振を軽減できることがわかった。

しかしながら、さらに好ましいのは、同期駆動装置２０、２０ａにおける各カムシャフト・ローターを、適切に設計されたローター１００に置き換えることであり、これにより、それぞれの同期駆動装置における１．５次ねじり振動をさらに軽減できる。

ローター１００の非真円プロフィールに起因する修正トルクを、ねじり振動を起こすトルクが作り出される点に印加することで、最良の修正が行われ、もって、１．５次ねじり振動が軽減される、と考えられる。もって、従来の各ローターを、本発明に従って適切に設計されたローター１００に置き換えることが好ましい。

したがって、図１の駆動装置２０においては、好ましくはカムシャフト・ローター２８、３２、３６、４０の各々が適切なローター１００に置き換えられ、図２の駆動装置２０ａにおいては、好ましくはカムシャフト・ローター２８ａ、３２ａ、３６ａ、４０ａの各々が適切なローター１００に置き換えられる。

当業者にとって明らかなように、複数のローター１００がカムシャフト・ローターとして用いられることになっている同期駆動装置用のローター１００を設計するに際して、各ローター１００の設計は、その直前のスパンについて行われる。言い換えれば、図１のようなＤＯＨＣエンジンでは、ローター４０のプロフィールは、ローター４０に対するクランクシャフト２４からのスパンを考慮して設計され、同時に、ローター３２のプロフィールは、ローター３２からローター４０へのスパンを考慮して設計され、もって、２つのプロフィールが異なってくる。

本発明は、ＤＯＨＣエンジンの用途に限定されるものではなく、本発明は、オーバーヘッド・カムシャフト構成であろうと、プッシュロッド構成であろうと、シングルカムを備えたＶ６エンジン等と一緒に有利に用いることができることも留意すべきである。

１つもしくはそれ以上の適切に設計された非真円ローター１００を用いたＶ６エンジンのテストは１．５次ねじり振動で顕著な軽減を示しているが、本発明者は１．５次の倍数における振動を軽減することも可能であると決定した。具体的には、ローターやスプロケットが適切な第二プロフィールも有するように設計されると、１．５次振動と一緒に３次振動を軽減することができる。

上述したように、１．５次振動を軽減するために、ローター１００は、ローター１００の周囲に３回繰り返される突出部分形状を備えた放射状プロフィールでもって設計される。３次振動を軽減するためには、ローター１００の周囲に６回繰り返される突出部分形状を備えた第二プロフィールも含まれる。この第二の、６つの突出部分を備えたプロフィールが、上記３つの突出部分を備えたプロフィール上に重ねられ、合成プロフィールとなっている。 この第二プロフィールは、上記公開ＰＣＴ出願中に記載されているように決定され、３次振動を起こすトルクを相殺する修正トルクを創り出す働きをする。

プロフィール間の非真円度の違い（各プロフィールの突出部分の高、低点が位置されなければならないローターまわりの位置）が大きいと、結果として生じる合成プロフィールは、３つの大きい突出部分と３つの小さい突出部分を持つように見える。プロフィール間の非真円度の違いが小さいと、単一次ねじり振動を消去するためのプロフィールの異なった形状にもかかわらず、合成プロフィールはちょうど３つの突出部分を持つように見える。プロフィール間の非真円度の違いは、同期駆動装置の部品の位置と配列の物理的詳細に依存している。

図６は、本発明に従って作られた、３６個の歯が設けられたローター１０８の歯のプロフィールを実線で示している。その図において、発明のローター１０８は、破線で示された従来の３６個の歯が設けられたローター１０４の歯のプロフィール上に重ねられている。

わかるように、ローター１０８のプロフィールは、歯１、１３、２５を中心とした３つの大きな突出部分間に位置する、歯７、１９、３１を中心とした３つの小さな突出部分を備えた一般的な３つの突出部分形状を有している。

歯７、１９、３１に中心がある小さな突出部分は、３次振動を軽減するための６つの突出部分を備えたプロフィールの３つの突出部分に対応しており、歯１、１９、２５に中心がある突出部分の各々のかなり違った形状は、１．５次振動を軽減するプロフィールの３つの突出部分に３次振動を軽減するプロフィールの残り３つの突出部分を追加することに起因している。具体的には、歯１、１３、２５を中心とする３つの大きな突出部分の合成プロフィールにおいて、歯１、１３、２５の各側面にそれぞれ隣接した２つの歯（例えば、歯１３のまわりの歯１１、１２、１４と１５、等）は、ローター１００上の同じ歯とは、かなり違ったプロフィールを有している。

図７は、図３でテストしたＶ６エンジンにおけるローター１０８を用いた結果を示している。１．５次と３次の振動の顕著な軽減を、その図中にはっきりと見ることができる。

当業者にとって明らかであるように、ローター１０８が十分大きい、すなわち、追加のプロフィールも含めることのできる十分な歯を持っていると、４．５次のような１．５次より高位の倍数次振動も軽減できる。４．５次振動を軽減するには、９回繰り返される突出部分を備えたプロフィールを、３つの突出部分と６つの突出部分のプロフィールに重ねて、必要な合成非真円プロフィールを形成することが必要である。ほとんどの内燃機関では、同期駆動装置のローターは、通常は、そのような一組のプロフィールの形成を可能にするだけの十分な歯を持っていないが、ローターが十分大きければ、より高次の振動を軽減するために本発明を用いることができる。

上述した本発明の実施例は、本発明の、いくつかの例を意図するものであり、ここに添付の特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲を逸脱することなく、当業者による変更や修正が可能である。

Ｖ６エンジンのシングル・チェーン同期駆動装置を示す図である。 Ｖ６エンジンのデュアル・チェーン同期駆動装置を示す図である。 Ｖ６エンジンの典型的な先行技術同期駆動装置のカムシャフトで測定したねじり振動のフーリエ・ウォーターフォール・グラフを示す図である。 従来のソケットの歯のプロフィール上に重ねられた本発明に従ったローターの歯のプロフィールを示す図である。 図４のロータープロフィールの輪郭と、それらの、それぞれの歯の中点を示す図である。 従来のソケットの歯のプロフィール上に重ねられた２つの非真円プロフィールを備えた本発明に従ったローターの歯のプロフィールを示す図である。 カムシャフト・ローターが図６のローターに置き換えられたときの、図３のＶ６エンジンのカムシャフトで測定したねじり振動のフーリエ・ウォーターフォール・グラフを示す図である。

Claims (17)

1. 同期駆動装置における駆動ローターの速度の半分の速度で駆動される振動消去ローターであって、そのローターはその外周まわりに多数の歯を有しており、それらの歯は同期駆動装置の連続ループの細長い駆動構造体に係合するように作動可能であり、上記歯はローターの外周まわりに３つの突出部分に配置されており、各突出部分は、上記ローター用の所望の３つの突出部分を備えた非真円プロフィールを創り出すために、上記ローターの基準真円放射状プロフィール上に位置するいくつかの歯と、上記基準真円放射状プロフィールの下に位置するいくつかの歯を有しており、上記３つの突出部分を備えた非真円プロフィールの形状は、同期駆動装置における１．５次振動を軽減する修正トルクを作り出すように選択されている、振動消去ローター。
2. 上記連続ループの細長い駆動構造体がチェーンである、請求項１の振動消去ローター。
3. 上記連続ループの細長い駆動構造体が歯付ベルトである、請求項１の振動消去ローター。
4. 上記ローター用の合成非真円放射状プロフィールを作り出すために、上記ローターはさらに、上記ローターの３つの突出部分を備えた非真円放射状プロフィール上に重ねられた６つの突出部分を備えた非真円放射状プロフィールを有しており、上記合成非真円放射状プロフィールの形状は、同期駆動装置における１．５次と３次振動を軽減する修正トルクを作り出すように選択されている、請求項１の振動消去ローター。
5. 連続ループの細長い駆動構造体によって接続された、駆動ローターと少なくとも１つの被駆動ローターを有し、上記被駆動ローターが上記駆動ローターの速度の半分の速度で回転する同期駆動装置であって、
   連続ループの細長い駆動構造体と、
   上記細長い駆動構造体に係合し、それによって回転されるように作動可能な被駆動ローターであって、３つの突出部分を備えた非真円放射状プロフィールを有する被駆動ローターと、
   上記細長い駆動構造体を駆動するように作動可能な駆動ローター、
   を備え、上記被駆動ローターの上記３つの突出部分を備えた非真円放射状プロフィールが、同期駆動装置における１．５次振動を軽減する修正トルクを作り出すように選択される、同期駆動装置。
6. 上記被駆動ローターが、真円放射状プロフィールを有している、請求項５の同期駆動装置。
7. 上記細長い駆動構造体に係合するように作動可能な第二被駆動ローターをさらに備え、上記第二被駆動ローターが３つの突出部分を備えた非真円放射状プロフィールを有している、請求項５の同期駆動装置。
8. 上記第二被駆動ローターが、上記第一被駆動ローターの偏心度の大きさよりも小さい大きさの偏心度を有している、請求項７の同期駆動装置。
9. 上記連続ループの細長い駆動構造体がチェーンである、請求項５の同期駆動装置。
10. 上記連続ループの細長い駆動構造体が歯付ベルトである、請求項５の同期駆動装置。
11. 少なくとも２つの被駆動ローターを有し、それら被駆動ローターの各々が、上記同期駆動装置における１．５次振動を軽減する修正トルクを作り出すための、上記細長い駆動構造体に係合する３つの突出部分を備えた非真円放射状プロフィールを有している、請求項５の同期駆動装置。
12. 上記被駆動ローターのうちの一方が、上記被駆動ローターのうちの他方の偏心度の大きさより小さい大きさの偏心度を有している、請求項１１の同期駆動装置。
13. 上記ローターの上記３つの突出部分を備えた非真円プロフィールに、６つの突出部分を有するさらなる第二プロフィールが重ねられて、上記ローター用の合成非真円プロフィールを形成しており、その合成プロフィールは、同期駆動装置における１．５次と３次の振動を軽減する修正トルクを作り出すように選択されている、請求項５の同期駆動装置。
14. 少なくとも２つの被駆動ローターを有し、上記被駆動ローターの各々が、合成非真円放射状プロフィールを有している、請求項１３の同期駆動装置。
15. 上記被駆動ローターのうちの一方が、上記被駆動ローターのうちの他方の偏心度の大きさより小さい大きさの偏心度を有している、請求項１４の同期駆動装置。
16. その外周まわりに多数の歯を有し、それらの歯は同期駆動装置の連続ループの細長い駆動構造体に係合するように作動可能であり、上記歯はローターの外周まわりの少なくとも２つの突出部分に配置されており、各突出部分は、上記ローター用の第一非真円プロフィールを創り出すために、上記ローターの基準真円放射状プロフィールの上に位置するいくつかの歯と、上記基準真円放射状プロフィールの下に位置するいくつかの歯を有しており、上記第一非真円プロフィールの形状は、同期駆動装置における第一の所定次振動を軽減する修正トルクを作り出すように選択されている振動消去ローターであって、上記ローター用の合成非真円放射状プロフィールを作り出すための、上記ローターの上記第一非真円放射状プロフィール上に重ねされた第二非真円放射状プロフィールを特徴とし、上記合成非真円放射状プロフィールの形状は、上記同期駆動装置の上記第一の所定次振動および上記第一所定次振動の整数倍振動を軽減する修正トルクを作り出すように選択されている、振動消去ローター。
17. 上記第一所定次振動が１．５である、請求項１６の振動消去ローター。

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