JP2009530570A - チェーン騒音低減装置 - Google Patents

Abstract

クッションリング（１０２）が、歯及びハブを備えたスプロケット（１１２）の同心溝内に収容される。より詳細には、溝は、ハブの環状部と歯との間に画定される。クッションリングは、内側リング（１０６）及び外側リング（１０４）を有する。外側リングは、チェーンのリンクからの荷重を受け取る荷重支持領域を有する非圧縮性材料から作製される。チェーンリンクの荷重及び係合騒音エネルギーは、結合されて外側リングの広い領域にわたって分散される。内側リングは、外側リングからこの分散された荷重及び騒音エネルギーを受け取り、かかるエネルギーの大部分を吸収する。この分散の改善により、弾性材料の摩耗が低減し寿命が延長され、またチェーン係合騒音のレベルが低減する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００６年３月２１日に出願された、「チェーン騒音低減装置（ＣＨＡＩＮ ＮＯＩＳＥ ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ ＤＥＶＩＣＥ）」と題する米国仮特許出願第６０／７８４，４３１号明細書に開示された発明を特許請求する。ここで、米国特許法第１１９条（ｅ）の下での米国仮特許出願の利益を主張し、上述した出願を参照により本明細書に援用する。

本発明は、チェーン騒音低減装置に関する。より詳細には、本発明は、チェーンスプロケットにおけるクッションリング又は減衰リングに関する。

チェーン及びスプロケットは、動力を伝達する、回転部品のタイミングをとる等のための手段として長く使用されてきた。かかるチェーン及びスプロケット装置に関する１つの問題は、チェーンローラ又はリンクとスプロケットとが係合する際のチェーンローラ又はリンクのスプロケットに対する衝撃である。この衝撃により、過度な騒音及び過度な摩耗がもたらされる。この衝撃及びそれに関連する騒音を、図１において、チェーン１２のローラ１０がスプロケット１６の歯１４に衝突することからもたらされるものとして示す。最大騒音は、係合開始点１８において発生し、それは、チェーンの走行路に沿った分布曲線２０によって示すように発生する。

従来のローラチェーン及びスプロケット結合に関する騒音及び摩耗の結果として、これら問題を低減しようとして、オオヌマ（Ｏｏｎｕｍａ）らによる米国特許第４，３４８，１９９号明細書において説明されておりかつ従来技術の図１〜７に示されているような装置が開発された。これら装置は、最大騒音が発生する点１８の範囲においてチェーンに対し緩衝をもたらすように試みた。図２及び図３に第１緩衝リングを示し、それは、スプロケット２６のスプロケット歯２８の両側に円形周辺溝２２及び２４を有する。溝２２及び２４内に、弾性的に圧縮性の緩衝リング３０及び３２が配置される。これら緩衝リング３０及び３２は、それらの弾性的性質のために、溝２２及び２４にぴったりと嵌まる。図２及び図３における緩衝リングは、緩衝効果を提供し、チェーン３６のリンクプレート３４に抵抗して、リング３０及び３２の圧縮に対する弾性的な復元力を通して騒音を低減する。しかしながら、緩衝リング３０及び３２のスプロケット２６及びスプロケット歯２８に対する位置が固定されているため、リング３０及び３２の固定点において急速な摩耗及び疲労がもたらされ、装置が比較的実用的でなくなる。

第２タイプの緩衝リングを図４及び図５に示す。スプロケット２６はこの場合もまた、スプロケット歯２８の両側に金属緩衝リング３８及び４０を収容する円形周辺溝２２及び２４を有する。これら緩衝リングは、内径が、溝２２及び２４のいずれかの外径より大きい。また、緩衝リング３８及び４０は、径方向厚さが、ローラチェーンがスプロケットと係合する、ローラチェーンのリンクプレート３４の内接円４２より下方の、溝２２及び２４の底部の深さより小さいか又はそれに等しい。内接円４２は図４に示す。

図４及び図５に示す緩衝リングは、リングをその円形形状から変形させるか又は円形のままであることにより機能する。リング材料自体は、図２及び図３の装置の場合のようにチェーン３６のリンクプレートと溝２２及び２４の底部との間で圧縮されない。金属製緩衝リングの利点は、スプロケット２６の歯２８に関して位置を常に変化させ、そのため、摩耗点が固定されないことである。しかしながら、リング３８及び４０と溝２２及び２４との間には依然として金属対金属の接触があるため、最大騒音の軽減を達成することができない。

図６、図７及び図８は、別のタイプの緩衝リングを示す。緩衝リング６２は、ゴムから作製される外側の弾性的に圧縮性のリング６４と、鋼製の、圧縮性でない内側のばね状リング６６と、から構成される。緩衝リング６２は、円形周辺溝５４においてスプロケット５０と円形フランジ部材５６との間にある。円形フランジ部材５６は、スプロケット５０に締結具５８によってボルト締めされる。円形フランジ部材５６はまた、スプロケットの側面と円形周辺溝５４を形成する径方向フランジ６０を有する。ローラチェーン４４は、スプロケット５０の歯５２と係合するローラ４８を有するリンクプレート４６から構成される。

緩衝リング６２に関連する問題の１つは、チェーン４６のリンクプレートの鋭利な縁部が、緩衝リング６２のゴム製外側部分６４の非常に小さい表面に接触することである。リンク４６の縁部が緩衝リング６２の外側部分６４に接触する表面領域が小さいため、リンク４６の鋭利な縁部が、強制的にリングのゴム製外側部分６４の同じ場所に連続的に接触し、ゴムに圧痕を付けそれを摩耗し、結果として、緩衝リング６２の外側部分６４のチェーンの鋭利なリンクとゴム製外側リング６４との間の接触場所に噛みが発生する。図９において、ゴムに対する圧痕とこれら点において発生する高局部応力とを矢印６９によって示す。

クッションリングの別の例が、ワタナベ（Ｗａｔａｎａｂｅ）らによる米国特許第４，２６１，２１４号明細書に示されており、それは、内部螺旋巻回体であって、その層が互いに近接している本体と、クッション材を備えた外側周辺部との多層構造で形成されるリングを開示している。本体は、ばね鋼か又は強化プラスチックから作製され得る。クッション材は、ローラチェーンガイドと接触する。

鋼製の別のクッションリングがハミルトン（Ｈａｍｉｌｔｏｎ）による米国特許出願公開第２００３／０１７６２５１号明細書に示されており、それは、２つのクッションリングが夫々の非円形フランジによって閉じ込められるスプロケットアセンブリを開示している。クッションリングは鋼である。クッションリングは、クッションリングを変形させた後、クッションリングの開口を通してスプロケット本体の非円形フランジを挿入することによって、スプロケット本体に取り付けられる。

カワシミ（Ｋａｗａｓｈｉｍｉ）らによる米国特許第４，２２７，４２２号明細書は、鋼ばね板である内側部材と、ゴム又はプラスチックのような可撓性及び弾力性を有する外側部材と、を備えた緩衝ばね板又はクッションリングを開示している。外側部材は、ローラチェーンガイドと接触する。

したがって、本技術分野において、寿命が長く、摩耗に耐性があり、かつチェーンのスプロケットとの衝突からの騒音を低減する、クッションリングが必要とされている。

クッションリングが、歯及びハブを備えたスプロケットの同心溝内に収容される。より詳細には、溝は、ハブの環状部分と歯との間において、チェーンのリンクチェーンストランドと接触するように画定される。クッションリングは、内側リング及び外側リングを有する。外側リングは、チェーンのリンクから荷重を受け取る荷重支持領域を有する非圧縮性材料から作製される。チェーンリンクの荷重及び係合騒音エネルギーは、結合され、外側リングの広い領域にわたって分散される。内側リングは、外側リングからこの分散された荷重及び騒音エネルギーを受け取り、エネルギーの大部分を吸収する。この分散の改善により、摩耗が低減し、弾性材料の寿命が延長される一方で、チェーン係合騒音のレベルもまた低減する。

内側リングを、外側リングに接合してもよく、又はスプロケットハブに接合してもよく、又は内側リングは、ハブ及び歯の環状部分と外側リングとの間で溝に対して浮動してもよい。

外側リングは、鋼又はばね鋼から作製されることが好ましく、内側リングは、プラスチック又はゴムから作製されることが好ましいが、他の材料を使用してもよい。

クッションリングを、ローラチェーン、サイレントチェーン、歯付きチェーン及び／又はピン及びリンクを備えた動力伝達チェーンと使用してもよい。

図１２は、スプロケット１１２に取り付けられ、チェーンリンク１０８及びローラ１１０からなるローラチェーンと係合する、本発明のクッションリング又は緩衝リング１０２の概略図を示す。本発明のクッションリング１０２は、ばね状鋼又は圧縮性でない材料から作製される外側リング１０４と、ゴム又はプラスチック等の圧縮性又は弾性材料からなる内側リング１０６と、を含む。本実施形態では、図１１に示すように、外側リング１０４と内側リング１０６とは互いに接合される。クッションリング１０２は、外径が、スプロケット１１２と係合する時にチェーンリンクプレート１０８によってもたらされる内接円１４２より大きい。クッションリング１０２は、単一スプロケットにおける入口チェーンストランド１０１と出口チェーンストランド１０３との間の力平衡として作用する。クッションリング１０２は、係合点において、スプロケットの弦振幅におよそ等しい量だけチェーン経路に干渉する。チェーンの入口ストランド１０１及び出口ストランド１０３の張力が等しい場合、クッションリング１０２は、チェーンの弦振動を打ち消す。入口ストランド１０１及び出口ストランド１０３における張力が等しくない場合、クッションリング１０２は、チェーンの張られたストランド１０３からの荷重を緩んだ又は弛んだストランド１０１まで瞬間的に伝達する。

クッションリング１０２は、３つの点において荷重を受け取る。点１０５における第１荷重Ｒ_Ｈは、スプロケットハブ１２０上にわたるクッションリングの内側リング１０６の内径に対する。第２荷重Ｒ_１Ｎ及び第３荷重Ｒ_２Ｎは、は、チェーンがクッションリング１０２の外側リング１０４の外径と接触する入口位置及び出口位置においてもたらされる。クッションリング１０２は、係合点の近くの短い距離にわたってチェーンと接触する。クッションリング１０２は、弾性材料の圧縮性に応じて、有効ラップ角にわたってチェーンと接触してもよく又は接触しなくてもよい。チェーンの入口ストランド１０１及び出口ストランド１０３の張力Ｔ１及びＴ２が変化するに従い、クッションリング１０２は枢支点１０５において揺動し、張られたストランド１０３から緩んだストランド１０１にストランド張力を伝達し、それにより、張られたストランド１０３の張力及びリング干渉又は接触が瞬間的に低減し、一方でチェーンの緩み側１０１とのリング干渉及び応力が増大する。力Ｒ_１Ｎ及びＲ_２Ｎは、ストランド張力が大きい場合、比較的小さく、それは、干渉がチェーンストランド長と比較して小さいためである。

クッションリング１０２の外側リング１０４をばね状鋼とすることにより、本発明のクッションリングは、スプロケット１１２上に着座するチェーンのリンク１０８の衝撃エネルギーを低減する。ゴム又はプラスチック等の弾性材料から作製される内側リング１０６は、リンク１０８の衝撃をさらに緩和し、クッションリング１０２とスプロケット１１２との間にさらなるクッション及び防音材を追加し、そこで、弾性内側リング１０６に対する損傷及び／又はその摩耗の可能性が低下する。チェーンのリンク１０８が接触する荷重支持部が大幅に増大し、リンク１０８と嵌合する外側リング面１０４ａが平滑であり、弾性内側リング１０６とローラチェーンガイドリンク１０８の切断縁部との間の接触が低減するため、クッションリング１０２に対する損傷及び／又はその摩耗の可能性もまた低下する。

上述したように、本発明のクッションリング１０２は、好ましくは鋼である非圧縮性材料からなる外側リング１０４と、好ましくはゴム又はプラスチックである圧縮性材料からなる内側リング１０６と、を有する。外側リング１０４及びチェーンの接触面が非圧縮性である（鋼）ため、有効ラップ角にわたってチェーンによって生成される荷重は、クッションリング１０２の外面１０４に沿って分散され、従来技術におけるような点荷重のポケットがもたらされず、クッションリング１０２の寿命が延長する。チェーンストランドの入口点及び出口点において内側リング１０６に伝達される荷重は非常に小さく、上死点及び点１０５に近づくに従い、荷重が増大する。内側リング１０６における最高荷重は、Ｒ_Ｈで上死点及び点１０５にあり、最低量の荷重は、図１０及び図１２に示すようにチェーンストランド１０１の入口点Ｒ_１Ｎ及び、チェーンストランド１０３の出口点Ｒ_２Ｎに存在する。さらに、内側リング１０６が圧縮性材料（ゴム）から作製されるため、鋼製外側リング１０４に対するいかなる荷重スパイクも、内側リング１０６によってさらに吸収され減衰される。

従来技術、特に米国特許第４，３４８，１９９号明細書において、かつ従来技術の図６〜８に示すように、クッションリングが、ゴム又は圧縮性材料からなる外側リングと鋼の非圧縮性材料からなる内側リングとを有する場合、外側リングに対する摩耗及び応力は著しく高い。従来技術では、チェーンのリンク４６の縁部は、緩衝リング６２の外側部分６４の小さい面に接触する。接触領域が非常に小さく、使用される材料の特徴により容易に変位可能であるため、チェーンのリンク４６の鋭利な縁部は、外側リング６４の必ずしも同じ場所ではない場所に連続して接触し、チェーンと接触する時にゴムに圧痕を与えかつゴムを変位させ、最終的にゴムが噛み潰される。図９を参照すると、クッションリング６２のゴム製外側リング６４は、有効ラップ角に沿って矢印６９によって示すように、点荷重応力を受ける。点荷重応力は、チェーンとの入口接触点及び出口接触点において最高であり、上死点に近づくに従って低減するが、上死点近くでも依然として存在する。図９に示すような点荷重がありゴムの摩耗が増大するため、従来技術によるクッションリングは、チェーンの入口ストランド及び出口ストランドの力を平衡させるという点で有効ではなく、摩耗寿命が非常に短い。

図１１及び図１３は、スプロケットとともに第１実施形態のクッションリングの別の概略図を示す。スプロケットは、ハブ１２０と、径方向フランジ１１４を備えた環状部と、隔置された径方向に突出する歯１１２の連続した円周方向列と、を備える。環状部は、ハブ１２０上に締結又は溶接され、径方向フランジ１１４は、クッションリング内径より大きい円形外径又は同心溝１１８を画定し、クッションリング１０２を同心溝１１８内に緩く閉じ込める。溝１１８は、スプロケット１１２と同軸上に配置され、スプロケット歯１１２ａに隣接する。溝１１８とクッションリング１０２の弾性内側リング１０６との間に小さい空間１０７（図１０参照）が存在することにより、内側リング１０６の弾性部品を必要に応じて変位させることができる。チェーンのリンク１０８は、外側リング１０４の外面又は荷重支持部１０４ａに沿って延びる。

図１４及び図１５は、スプロケットとともに第２実施形態のクッションリングを示す。クッションリング２０２は、圧縮性ではないばね状鋼から作製される外側リング２０４と、ゴム又はプラスチック等の弾性材料から作製される内側リング２０６と、から構成される。本実施形態では、外側リング２０４及び内側リング２０６は、互いに接合されず、互いに独立しており、すなわち別個である。内側リング２０６は、外側リング２０４より径が小さく、内側リング２０６と外側リング２０４との間に空間２０７が存在する。内側リング２０６はＯリングであることが好ましい。スプロケットは、ハブ１２０と、径方向フランジ１１４を備えた環状部と、隔置された径方向に突出する歯１１２ａの連続した円周方向の列と、を備える。環状部は、ハブ１２０上に締結又は溶接され、径方向フランジ１１４は、クッションリング内径より径が大きい円形外径又は同心溝２１８を画定し、クッションリング２０２を同心溝２１８内に緩く閉じ込める。溝は、スプロケット１１２と同軸上に配置され、スプロケット歯１１２ａに隣接する。

内側リング２０６は、外側リング２０４とは別個であり、径が外側リング２０４より小さいため、外側リング２０４からは独立して同心溝２１８内で浮動する。外側リング２０４は、内側リングから独立して、内側リング２０６の外径の周囲で回転又は浮動する。内側リング２０６及び外側リング２０４が互いに独立して浮動又は回転するため、内側リング２０６の外径が外側リング２０４の内径の同じ場所に接触する頻度は極めて低く、クッションリングの摩耗は均一に又は連続的に分散される。

チェーンのリンク１０８は、外側リング２０４の外面又は荷重支持部２０４ａに沿って延びる。外側リング２０４及びチェーンの接触面が非圧縮性である（鋼）ため、チェーンの有効ラップ角にわたって生成される荷重は、クッションリング２０２の外面２０４に沿って分散され、従来技術におけるように点荷重のポケットがもたらされず、クッションリング２０２の寿命が延長される。チェーンストランドの入口点及び出口点において内側リング１０６に伝達される荷重は非常に小さく、上死点及び点１０５に近づくに従い荷重は増大する。内側リング１０６に対する最高荷重はＲ_Ｈで上死点及び点１０５にあり、最低量の荷重は、図１０及び図１２に示す第１実施形態と同様にチェーンストランド１０１の入口点Ｒ_１Ｎ及びチェーンストランド１０３の出口点Ｒ_２Ｎに存在する。さらに、内側リング２０６が圧縮性材料（ゴム）から作製されるため、鋼製外側リング２０４に対するいかなる荷重スパイクも、内側リング２０６によってさらに吸収され減衰される。

第１実施形態の場合と同様に、チェーンのリンクが接触する荷重支持部が著しく増大し、チェーンのリンク１０８及び弾性内側リング２０６と嵌合する外側リング２０４面が平滑であり、弾性内側リング２０６とチェーンリンク１０８の切断縁との間の接触が低減し、内側リング２０６の荷重支持領域が循環するため、損傷及び摩耗が低減する。クッションリング２０２の力分散は、図１０及び図１１のクッションリング１０２と同様に向上する。

いずれの実施形態においても、クッションリング１０２、２０２はスプロケット歯１１２の一方の側又は他方の側に限定されず、スプロケットハブ１２０の各側に付されてもよい。

内側リング１０６、２０６は、ＨＮＢＲゴムであることが好ましい。外側リング１０４、２０４は、チェーンのリンク１０８と同様の硬度を有する高炭素鋼又は合金鋼であることが好ましい。

本発明のクッションリング１０２、２０２を、歯付きチェーン、サイレントチェーン、ならびにピン及びリンクを備えた他の動力伝達チェーンとともに使用してもよい。

したがって、本明細書で説明した本発明の実施形態は、本発明の原理の適用を単に例示するものであることを理解されたい。本明細書における例示した実施形態の細部への参照は、特許請求の範囲を限定するようには意図されておらず、特許請求の範囲自体が、本発明に必須であるとみなされる特徴を列挙する。

ローラチェーンとスプロケットとの間の結合の概略図を示す。 ローラチェーンと相互作用する従来技術による第１緩衝リングの側面図を示す。 図２の断面図を示す。 ローラチェーンと相互作用する従来技術による第２緩衝リングの側面図を示す。 図４の断面図を示す。 ローラチェーン及びスプロケットと相互作用する別の従来技術による緩衝リングの側面図を示す。 図６の線７−７に沿った断面図を示す。 図６の従来技術による緩衝リングの概略図を示す。 図６の従来技術による緩衝リングに対する力の衝撃の概略図を示す。 本発明の第１実施形態のクッションリングに対する力の衝撃の概略図を示す。 スプロケットとともに第１実施形態のクッションリングの側面図を示す。 スプロケットに取り付けられローラチェーンと係合する、第１実施形態のクッションリングの概略図を示す。 スプロケットとともに第１実施形態のクッションリングの断面図を示す。 スプロケットとともに第２実施形態のクッションリングの概略図を示す。 スプロケットとともに第２実施形態のクッションリングの断面図を示す。

Claims (11)

1. ハブ及び歯を有するスプロケットの同心溝内に収容されるクッションリングであって、前記溝が前記ハブの環状部分と前記歯との間に画定されて、チェーンのリンクチェーンストランドと接触するクッションリングであり、
   前記チェーンのリンクからの荷重を受け取る荷重支持領域を有する非圧縮性材料からなる外側リングと、
   前記外側リングより径が小さい、前記外側リング内の、弾性材料からなる内側リングと、
   を備え、
   それにより、荷重が、前記クッションリングの前記外側リングにわたって分散され、前記クッションリングの前記内側リングによって吸収され、それにより前記クッションリングの前記内側リング及び前記外側リングの摩耗が低減される、クッションリング。
2. 内側リングが前記外側リングに接合される、請求項１に記載のクッションリング。
3. 前記内側リングが前記外側リングから独立している、請求項１に記載のクッションリング。
4. 前記内側リングが、前記溝及び前記外側リングに対して浮動している、請求項１に記載のクッションリング。
5. 前記外側リングの前記非圧縮性材料が鋼である、請求項１に記載のクッションリング。
6. 前記外側リングの前記非圧縮性材料がばね鋼である、請求項１に記載のクッションリング。
7. 前記内側リングの前記弾性材料がゴムである、請求項１に記載のクッションリング。
8. 前記内側リングの前記弾性材料がプラスチックである、請求項１に記載のクッションリング。
9. 前記チェーンがローラチェーンである、請求項１に記載のクッションリング。
10. 前記チェーンがサイレントチェーンである、請求項１に記載のクッションリング。
11. 前記チェーンが歯付きチェーンである、請求項１に記載のクッションリング。

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