JP2009510362A - 複式緩衝リングスプロケットアセンブリ - Google Patents

複式緩衝リングスプロケットアセンブリ Download PDF

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Abstract

緩衝リングスプロケットアセンブリは、連続して並んだ複数の歯を有するスプロケット本体を含む。スプロケット本体は、背中合わせの第1及び第2の軸方向歯面と、第1及び第2の歯面に対して軸方向外側に延びる第1及び第2のハブとを含む。緩衝リングの第1及び第2のセットは、第1及び第2のハブ上でそれぞれ保持されている。緩衝リングの第1のセットは、少なくとも、第1のハブ上で偏心して配置された第1の内側緩衝リングと、第1の内側緩衝リング上で偏心して配置された第1の外側緩衝リングを含む。緩衝リングの第2のセットは、少なくとも、第2のハブ上で偏心して配置された第2の内側緩衝リングと、第2の内側緩衝リング上で偏心して配置された第2の外側緩衝リングを含む。第1及び第2の外側緩衝リングが第1及び第2の内側緩衝リングとそれぞれ接触してこれらの内側緩衝リングを撓めるように、第1及び第2の外側緩衝リングは、関連するチェーンのリンクプレートによって接触及び撓みが生じるように構成されている。第1及び第2の保持デバイスが、第1及び第2のハブ上で第1の及び第2のリングセットを保持するように第1及び第2のハブにそれぞれ接続されている。

Description

本願は、2005年9月29日出願の米国特許仮出願番号第60/721,715及び2006年7月28日出願の米国特許仮出願番号第60/834,015の出願日に基づいて優先権及び利点を主張したものであり、これらの仮出願の双方は、参照することにより本明細書に明示的に援用される。
金属製緩衝リングを組み込んだスプロケットが、カムシャフト及びバランスシャフト駆動装置のような自動車エンジン用ローラチェーン駆動システムにおいて使用されている。緩衝リングの目的は、かみ合いの開始時に生じるローラ−スプロケット間の衝突を弱くする、即ち和らげることで、ローラチェーン駆動システムに関連するチェーンのかみ合いの騒音レベルを下げるよう作用することである。かみ合いの開始時に生じるローラ−スプロケット間の衝撃はローラチェーン駆動システムに関連する主な騒音源であり、この衝撃は、チェーンリンクがスパンを離れ、そのかみ合いローラが係合時にスプロケットの歯と衝突する際に生じる。ローラ−スプロケット歯間の複数の衝撃はかみ合い現象の際に生じ、これらの衝撃はローラチェーン駆動装置に関連する好ましくない騒音レベルをもたらすと考えられる。
図1及び図2は、スプロケット本体10と、スプロケット本体10の第1及び第2の軸方向面14a、14bにそれぞれ隣接して配置された円形の金属製緩衝リング12a、12bとを含む従来のスプロケットアセンブリSを示している。スプロケット本体10は回転中心軸Lを中心に穴Bや他の凹部を定めており、第1及び第2のハブ16a、16bが第1及び第2の面14a、14bから反対方向へ軸方向外側にそれぞれ突出している。ハブ16a、16bの各々は、軸Lを中心に配置され、リング12a、12bの各々の内径内に収容される円筒状の外径を定めている。リング12a、12bの内径はハブ16a、16bの外径よりも大きいため、リング12a、12bはハブ16a、16b上で偏心して浮動することができる。
保持リング/クリップ18a、18bのような第1及び第2の保持デバイスがハブ16a、16bの溝19a、19b内にはめ込まれており、第1及び第2のリング12a、12bを第1及び第2のハブ上で保持すると同時に、なおハブの外径上でのリング12a、12bの偏心的な浮動運動を可能にする。第1及び第2のリング12a、12bをハブ上で保持する/捕らえる他の保持デバイスや手段を用いることができる。例えば、溶接板や他のクリッピング構成を第1及び第2のハブに取り付けて第1及び第2のリングをそれぞれ捕らえることができる。
スプロケット本体10は、スプロケット本体10に定められ、歯溝22によって互いに離間された複数の歯20を更に含む。各歯20は「係合」即ち「駆動」側面(flank)24と「係合解除」即ち「斜面(coast)」側面26を含み、駆動側面24はスプロケットの回転方向(矢印11を参照)において斜面側面26の下流に位置する。よって、歯溝22は円周方向に連続する駆動側面24と斜面側面26との間に定められている。歯20(及び歯溝22)は左右対称でもよいし非対称でもよい。
スプロケット本体10は、成形粉末金属技術によって単一部品構造体のような好適な材料から定められたり、スチールから機械加工されたりする。通常、リング12a、12bは軸受グレードのスチールなどの好適な金属から定められる。
周知のように、例えばローラチェーンやブシュチェーンのような関連するチェーンのリンクプレートは、チェーンとスプロケットがかみ合う前に緩衝リング12a、12bの外径と接触する。この接触は、チェーンのスパンにおいて横方向振動を制御して減衰し、かみ合い現象時のローラ−スプロケット間の衝撃を弱くする、即ち和らげるように機能する。チェーンリンクプレートがかみ合いの開始時にリング12a、12bの外側表面と接触して外側表面上に配置されるにつれて、リング12a、12bは、チェーンローラが歯溝22においてスプロケット歯20と完全にかみ合うことのできるような位置へ徐々に移動し、及び/又はこのようなかみ合いが可能になる形状に変形する。説明しているスプロケットアセンブリSは、概してタイミングシャフト駆動システムやバランスシャフト駆動システムなどの自動車用チェーン駆動システムに使用される。
本発明は種々の構成要素及び構成要素の配置を含み、これらの好適な実施の形態を添付の図面に示す。
図3から図7Bは、自動車用タイミング又はバランス駆動システムのようなチェーン駆動システムCDSの一部として、本発明に従って形成されたスプロケットアセンブリSAを示している(図7A、図7Bを参照)。チェーン駆動システムCDSは、スプロケットアセンブリSAと、少なくとも1つの他のスプロケット(図示せず)と、スプロケットアセンブリSA及び1つ以上の他のスプロケットとかみ合った従来のチェーンCを含む。チェーンCは、本明細書ではローラチェーンとして示されているが、ブシュチェーンや、スプロケットアセンブリSAとかみ合うことのできる他のタイプのチェーンでもよい。説明を簡単にするために、本明細書に用いられる「ローラチェーン」という用語は、ローラチェーンと、ブシュチェーン、即ち、チェーンブシュ上に回転ローラが含まれないチェーンの双方を含むものと意図される。スプロケットアセンブリSAは、駆動スプロケットでもよいし従動スプロケットでもよい。
スプロケットアセンブリSAはスプロケット本体110を含む。金属製緩衝リングの第1のセット112a及び第2のセット112bが、スプロケット本体110の第1及び第2の軸方向面114a、114bに隣接してそれぞれ配置されている。金属製緩衝リングの各セット112a、112bは、少なくとも2つの別個の(内側及び外側の)金属製円形緩衝リング、即ち、より詳しく後述するように、第1のセット112aの内側リング112a1及び外側リング112a2と、第2のセット112bの内側リング112b1及び外側リング112b2を含む(図5及び図6も参照のこと)。
スプロケット本体110は、回転中心軸Lを中心に定められ、駆動軸又は従動軸(図示せず)を受け入れる穴B又は凹部を含む。スプロケット本体110は、成形粉末金属技術又はスチールからの機械加工などにより、単一部品又は多部品構造体として定められている。リング112a1、112a2、112b1及び112b2は、軸受グレードのスチールのような好適な金属から定められることが好ましい。
スプロケット本体110は複数の歯120を更に含むか又は定めており、これらの歯120は本体110の周りを円周方向に連続して延び、本体110から半径方向外側に、かつハブ116a、116bの軸方向間から突出している。歯溝122が、連続する歯120の間に円周方向に定められている。各歯は、「係合」即ち「駆動」側面124(図5)と、「係合解除」即ち「斜面(coast)」側面126を含み、駆動側面124は、矢印11で示すようなスプロケットアセンブリSAの回転方向において斜面側面126の下流(前方)に位置する。よって、歯溝122は、円周方向に連続する駆動側面124と斜面側面126との間に定められている。歯120及び歯溝122は、例えばISO606:2004(E)規格(国際標準化機構)に従って形成されるなど左右対称にしてもよいし、あるいは、例えば(i)第6,371,875号、(ii)第6,325,734号、(iii)第6,179,741号、(iv)第6,090,003号、(v)第5,997,424号、(vi)第5,993,344号、(vii)第5,976,045号、(viii)第5,921,879号、(ix)第5,921,878号及び(X)第5,876,295号といった米国特許文献に述べられるように歯120及び歯溝122のいくつか又は全てを非対称にしてもよい。これら全ての特許文献の開示内容は本明細書に明示的に援用される。更に、全ての歯120が互いに同一であってもよいし、歯120のうちのいくつかを残りの歯と異なるようにして規則パターン、不規則パターン又は「ランダム」パターンでスプロケット本体110上に配列し、チェーンローラRとスプロケット歯120との間の衝撃の振動数を変えて騒音及び振動を低減することができる。また、歯120は、必要に応じて「歯底逃げ面」又は他のこのような「アンダーカット歯底」を有して定められてもよい。即ち、隣接する歯を相互接続する歯底曲面125、即ち1つの歯の係合側面124を他の歯の係合解除側面126に接続する歯底曲面125に逃げが形成されており、これにより、ローラ又はブシュが歯溝122内で完全にかみ合うとき、ローラ/ブシュは歯底曲面125から間隔をおいて歯底曲面125の上方に位置されるため、リングセット112a、112bが十分に撓められると、ローラ/ブシュと歯底曲面125との間の半径方向の衝撃が生じなくなる。
図4から図6を特に参照すると、第1及び第2のハブ116a、116bは、背中合わせの第1及び第2の面114a、114bからそれぞれ軸Lに沿って反対方向へ軸方向外側に突出していることがわかる。ハブ116a、116bは、軸Lを中心とする円筒状の外径117a、117bを定める。第1及び第2の内側緩衝リング112a1、112b1は、ハブ外径117a、117b上でそれぞれ受け止められる円形の内径D1をそれぞれ有し、内側リング112a1、112b1がハブ116a、116b上でそれぞれ偏心して浮動するように内径D1はハブ外径よりも大きい。
更に、内側リング112a1、112b1はそれぞれ外径D2を有し、外側リング112a2、112b2はこれらの外径D2上でそれぞれ受け止められる。具体的に言うと、第1及び第2の外側緩衝リング112a2、112b2は、内側リング外径D2上でそれぞれ受け止められる内径D3をそれぞれ有し、外側リング112a2、112b2が内側リング112a1、112b1上でそれぞれ偏心して浮動するように、外側リング112a2、112b2の内径D3は内側リングの外径D2よりも大きい。また、外側リング112a2、112b2は外径D4を有し、後述するように、外径D4には、チェーン駆動システムCDSの関連するチェーンCのリンクプレートPLP、RLPが接触するようになっている。
緩衝リング112a、112bの第1及び第2のセットは、歯面114a、114bにそれぞれ隣接する第1及び第2のハブ116a、116b上で保持される。例示する実施の形態では、サークリップ118a、118bのような第1及び第2のリテーナが第1及び第2のハブ116a、116bに結合されており、第1及び第2のリングセット112a、112bをそれぞれ保持している。クリップ118a、118bがハブ116a、116bの溝119a、119bにはめ込まれている。クリップ118a、118bとスプロケット面114a、114bとの間の軸方向の間隙は、リング112a1、112a2及び112b1、112b2の軸方向の幅よりも必要最小限だけ大きくなっている。そのため、リングはハブ116a、116b上で自由に偏心して浮動するが、スプロケット面114a、114bから軸方向に大きく離れて移動することはない。これにより、外側リング112a2、112b2が適切に配置されて関連するチェーンCのリンクプレートPLP、RLPによって係合されることが確実になり、また、内側リング112a1、112b1がそれぞれの外側リング112a2、112b2と常に軸方向に位置合わせされることが確実になる。例えば、ハブ116a、116bに溶接されるか又は他の方法で接続されるフランジなど、クリップ118a、118bを他の保持手段に替えることができる。
図7A及び図7Bは、チェーン駆動システムCDSの一部としてのスプロケットアセンブリSAを示している。従来のローラ/ブシュチェーンCは、本発明の開発物を理解しやすくするためやや概略的に示されていることに注意されたい。チェーンは、間にローラ/ブシュRが保持された離間ローラリンクプレートRLPを複数対含み、また、ローラリンクプレートRLPの連続する列をピボット可能に相互接続する離間ピンリンクプレートPLPを複数対含むことを当業者は認識するであろう。チェーンCが図示のようにスプロケットアセンブリSAと係合しているとき、離間ローラリンクプレートRLPの各対の部材とピンリンクプレートPLPの各対の部材は背中合わせの第1及び第2の軸方向歯面114a、114bに隣接して位置するよう歯120にまたがっており、ローラ/ブシュRはそれぞれの歯溝122内に位置する。ローラ/ブシュRはブシュに支持されたローラでもよいし、単にブシュローラが支持されていない非回転式ブシュでもよいことを当業者は認識するであろう。
図7A及び図7Bは、外部の力を受けていない状態にある、即ちチェーンによって撓みや変形が生じていない緩衝リングのセット112a、112bを示している。使用の際、チェーンCには張力がかかり、チェーンリンクプレートは外側緩衝リング112a2、112b2を撓め、及び/又は変形させ、外側緩衝リング112a2、112b2は内側緩衝リング112a1、112b1をそれぞれ撓め、及び/又は変形させて、ローラ/ブシュRの歯溝122でのかみ合いを可能にすることを当業者は認識するであろう。内側緩衝リング112a1、112b1及び外側緩衝リング112a2、112b2の撓み/変形量は、使用時により異なるチェーンの張りに応じて変化する。リングのセット112a、112bはローラRとスプロケット歯120との間のかみ合い衝撃を弱めて騒音及び振動を低減する。
歯120の各軸方向面に隣接して単一の緩衝リングのみを有する従来の緩衝リングスプロケットアセンブリS(図1、図2)とは異なり、複式リングスプロケットアセンブリSAは歯120の各軸方向面114a、114bに隣接して2つ以上の緩衝リング(例えば3つの緩衝リング)を含み、追加の緩衝リングは内側リング112a1及び外側リング112a2と内側リング112b1及び外側リング112b2との間に偏心して配置される。この複式リング構成によって全体的なリング撓みを大きくすることができ、よってチェーンのスパンにおける横方向振動が減少し、チェーンのスパンの制御がより良いものとなる。なぜなら、チェーンリンクプレートPLP、RLPは、チェーンがスプロケットに近づくにつれてかみ合うプロセスの早い時期に外側緩衝リング112a2、112b2と接触してローラRの移動の初期減衰をもたらす一方、内側緩衝リング112a1、112b1は減衰プロセスを段階的に完了するためである。チェーンのスパン制御を向上させることにより、かみ合いの開始時に生じるローラ−スプロケット間の衝撃が小さくなる。また、複数のリングにより、リングのセット112a、112bの緩衝作用を特定のチェーン駆動用途に合わせて調節することができる。前述のように、外側リング112a2、112b2のみが最初に撓んで初期減衰率をもたらし、ついにはこれらの内径D3が内側リング112a1、112b1の外径D2とそれぞれ接触する。この時点で、チェーンが半径方向内側に移動し続けるためには双方のリングは撓まなくてはならないため、減衰率は増加する。この複式緩衝リング構成の他の主な利点は、複式リングを使用することによって、緩衝リング112a1、112a2、112b1、112b2の応力を付随的に増加させることなく減衰を大きくすることである。
リングの撓みと、リングセット112a、112bを撓めるのに必要な負荷は、リング直径とリングの半径方向厚さの関数である。例示する実施の形態では、外側リング112a2、112b2は、内側リング112a1、112b1の対応する半径方向厚さよりも小さい半径方向厚さを有し、このことにより、外側リング112a2、112b2は、直径がより大きいことと相まって、内側リング112a1、112b1よりも容易に撓んだり変形したりする。しかし、かみ合い時のチェーンスパンの減衰を最適にするように、これらのリングの半径方向厚さを同一にしてもよいし、外側リングを内側リングより厚くしてもよい。チェーンの駆動力学及び関連するチェーンの張力は、外側リング及び内側リングのリング直径とそれぞれの半径方向厚さに影響を及ぼす。しかし、いずれにせよ、内側リング112a1、112b1は互いに同一であり、外側リング112a2、112b2は互いに同一である。同一という用語は、製造公差によるばらつきを許容するように意図される。
1つの実施の形態では、リングのセット112a、112bが十分に撓められ/変形され、内側リング112a1、112b1と外側リング112a2、112b2との間に強い接触が生じ、更に内側リング112a1、112b1とハブ117a、117bとの間に強い接触が生じた際に、十分に撓んだ緩衝リングのセット112a、112bと強く接触するローラリンクプレートRLP間に支持されたチェーンローラ又はブシュRが連続する係合側面124と係合解除側面126との間の歯底曲面125と半径方向の接触を生じることができないよう、緩衝リングのセット112a、112b及び歯底曲面125は寸法決めされている。このような場合、リングのセット112a、112b及びアンダーカットされた歯底曲面125は、チェーンローラ又はブシュRが歯底曲面125と半径方向に接触できないことを確実にする。このことは騒音及び振動の低減に有益であると考えられる。
好適な実施の形態を参照して本発明を説明した。変更及び改変が本発明に関連する当業者には思いつくであろう。本発明は、文字通りに解釈される請求の範囲、及び/又は同等物の原則に準じた変更及び改変を全て含むように解釈されるものと意図される。
金属製緩衝リングを有する従来のスプロケットアセンブリの等角図である。 図1に示すスプロケットの組立分解等角図である。 本発明に従って形成された複式緩衝リングスプロケットアセンブリの等角図である。 図3に示すスプロケットの組立分解等角図である。 図3の複式緩衝リングスプロケットアセンブリの正面図であり、複式緩衝リング構造をより明らかに示すために緩衝リングの保持クリップが取り除かれている。 図5の6−6線に沿った拡大断面図である(保持クリップは図6には示されているが、基本的な構成要素を明らかにするために図5からは省略されていることに注意)。 図5のスプロケットアセンブリを示しているが、チェーン駆動システムを提供するためにスプロケットアセンブリ上に巻かれた従来のローラ又はブシュチェーンを示している(使用の際、チェーンは、双方の緩衝リングが示される、外部の力を受けない中立の状態から双方の緩衝リングを撓める及び/又は変形させることに注意)。 図7Bは、図7Aのチェーン駆動システムの軸方向の反対側を示している。

Claims (12)

  1. 緩衝リングスプロケットアセンブリであって、
    連続して並んだ複数の歯と、背中合わせの第1及び第2の軸方向歯面と、該第1及び第2の歯面に対して軸方向外側に延びる第1及び第2のハブとを含むスプロケット本体と、
    前記第1及び第2のハブ上でそれぞれ偏心して保持された緩衝リングの第1及び第2のセットであって、
    前記緩衝リングの第1のセットが、少なくとも、前記第1のハブ上で偏心して配置された第1の内側緩衝リングと、該第1の内側緩衝リング上で偏心して配置された第1の外側緩衝リングとを含み、
    前記緩衝リングの第2のセットが、少なくとも、前記第2のハブ上で偏心して配置された第2の内側緩衝リングと、該第2の内側緩衝リング上で偏心して配置された第2の外側緩衝リングとを含み、
    第1及び第2の外側緩衝リングは関連するチェーンのリンクプレートによって接触及び撓みが生じるように構成されており、
    前記第1及び第2のハブ上で前記緩衝リングの第1及び第2のセットをそれぞれ保持するように前記第1及び第2のハブに接続された第1及び第2の保持デバイスとを含む、
    緩衝リングスプロケットアセンブリ。
  2. 前記緩衝リングの第1のセットが前記第1の内側緩衝リング及び前記第1の外側緩衝リングのみを含み、前記緩衝リングの第2のセットが前記第2の内側緩衝リング及び前記第2の外側緩衝リングのみを含む、請求項1に記載の緩衝リングスプロケットアセンブリ。
  3. 前記第1及び第2の内側緩衝リングが互いに同一であり、前記第1及び第2の外側緩衝リングが互いに同一である、請求項1に記載の緩衝リングスプロケットアセンブリ。
  4. 前記第1及び第2の内側緩衝リングは前記第1及び第2の外側緩衝リングと比べて半径方向厚さが異なる、請求項3に記載の緩衝リングスプロケットアセンブリ。
  5. 前記第1及び第2の内側緩衝リングは前記第1及び第2の外側緩衝リングと比べて半径方向厚さが異なる、請求項1に記載の緩衝リングスプロケットアセンブリ。
  6. 前記第1及び第2の外側緩衝リングが前記第1及び第2の内側緩衝リングとそれぞれ軸方向に位置合わせされている、請求項1に記載の緩衝リングスプロケットアセンブリ。
  7. チェーン駆動システムであって、
    チェーンと、
    緩衝リングスプロケットアセンブリと、
    を含み、該緩衝リングスプロケットアセンブリが、
    連続して並んだ複数の歯と、背中合わせの第1及び第2の軸方向歯面と、該第1及び第2の歯面に対して軸方向外側に延びる第1及び第2のハブとを含むスプロケット本体と、
    前記第1及び第2のハブ上でそれぞれ偏心して保持された緩衝リングの第1及び第2のセットと、
    を含み、
    前記緩衝リングの第1のセットが、前記第1のハブに対して偏心して移動するように構成された第1の内側緩衝リングと、該第1の内側緩衝リングに対して偏心して移動するように構成された第1の外側緩衝リングとを少なくとも含み、
    前記緩衝リングの第2のセットが、前記第2のハブに対して偏心して移動するように構成された第2の内側緩衝リングと、該第2の内側緩衝リングに対して偏心して移動するように構成された第2の外側緩衝リングとを少なくとも含み、
    前記チェーンが前記歯とかみ合ったローラ又はブシュを含み、前記チェーンが前記背中合わせの第1及び第2の軸方向歯面に隣接して配置されたリンクプレートを含み、前記第1の軸方向歯面に隣接して配置された前記チェーンリンクプレートが前記第1の外側緩衝リングと接触し、前記第2の軸方向歯面に隣接して配置された前記チェーンリンクプレートが前記第2の外側緩衝リングと接触し、前記第1及び第2の外側緩衝リングが前記第1及び第2の内側緩衝リングとそれぞれ接触する、
    チェーン駆動システム。
  8. 前記緩衝リングの第1のセットが前記第1の内側緩衝リング及び前記第1の外側緩衝リングのみを含み、前記緩衝リングの第2のセットが前記第2の内側緩衝リング及び前記第2の外側緩衝リングのみを含む、請求項7に記載のチェーン駆動システム。
  9. 前記第1及び第2の内側緩衝リングが互いに同一であり、前記第1及び第2の外側緩衝リングが互いに同一である、請求項7に記載のチェーン駆動システム。
  10. 前記第1及び第2の内側緩衝リングは前記第1及び第2の外側緩衝リングと比べて半径方向厚さが異なる、請求項9に記載のチェーン駆動システム。
  11. 前記第1及び第2の内側緩衝リングは前記第1及び第2の外側緩衝リングと比べて半径方向厚さが異なる、請求項7に記載のチェーン駆動システム。
  12. 緩衝リングスプロケットアセンブリにチェーンをかみ合わせる方法であって、
    該チェーンのローラ又はブシュが連続する歯の間の歯溝内に収容され、チェーンリンクプレートが前記スプロケット本体の第1及び第2の軸方向歯面に隣接して配置されるように、スプロケットアセンブリ本体を回転し、及びスプロケットアセンブリ本体の歯とチェーンとをかみ合わせることと、
    前記スプロケット本体の前記第1の軸方向歯面に隣接して配置されたチェーンリンクプレートと第1の金属製外側緩衝リングを接触させて該第1の金属製外側緩衝リングを撓めることと、
    前記スプロケット本体の前記第2の軸方向歯面に隣接して配置されたチェーンリンクプレートと第2の金属製外側緩衝リングを接触させて該第2の金属製外側緩衝リングを撓めることと、
    前記スプロケット本体の第1のハブ上で偏心して保持された第1の金属製内側緩衝リングを、該第1の内側緩衝リング上で偏心して保持され該第1の内側緩衝リングと軸方向に位置合わせされた前記第1の外側緩衝リングと接触させ、前記第1の内側緩衝リングを撓めることと、
    前記スプロケット本体の第2のハブ上で偏心して保持された第2の金属製内側緩衝リングを、該第2の内側緩衝リング上で偏心して保持され該第2の内側緩衝リングと軸方向に位置合わせされた前記第2の外側緩衝リングと接触させ、前記第2の内側緩衝リングを撓めることと、
    を含む前記方法。
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