JP2023177328A - チェーンシステムのｎｖｈ性能に影響するパターンを有するテンショナガイド又はアームの表面 - Google Patents

Abstract

【課題】チェーンシステム内の騒音、振動、及びハーシュネスを低減する方法を提供する。【解決手段】テンショナアーム、ガイド又は緩衝器のチェーンとの接触面に施されたパターンは、チェーンリンクの背面とテンショナアーム、ガイド又は緩衝器の表面との間のチェーン接触力を意図的に破壊する。これは、チェーンシステム内のＮＶＨの原因となるチェーン関連次数とのアラインメントを防ぐために、又はチェーン関連次数を不明瞭にするために全体的なＮＶＨを増加させるために行われる。【選択図】図３

Description

本発明は、テンショナアーム、ガイド又は緩衝器の表面に関し、より具体的には、チェーンシステムの騒音、振動、ハーシュネス（ＮＶＨ）に影響を与えるためにテンショナアーム、ガイド又は緩衝器の表面に適用される独特のパターンに関する。

チェーン又は歯付きベルト駆動は振動により励振される。例えば、エンジンのクランク軸とカム軸との間で、チェーン又は歯付きベルト駆動を使用することができる。振動励振は、クランク軸のねじり振動及び／又は動弁機構及び／又は燃料ポンプからの変動トルク負荷であってもよい。

チェーンの適用では、タイミング又はドライブシステムのいずれであっても、チェーンの動きを制御するために、チェーンの背面がテンショナガイド、アーム、又は緩衝器の表面に接触する必要がある場合がある。チェーンと表面との間の接触は、ＮＶＨを増加させ、チェーンシステムの知覚性能を低下させる係合騒音をもたらすことがある。特に、チェーン－表面接触力は、ピッチ周波数などのチェーン関連次数と一致することができ、追加の励振及び許容できない性能をもたらす。軸の１回転当たりのイベント数に関する次数は、単位時間当たりのイベント数である。

チェーンシステムのＮＶＨは、通常、チェーンの各リンクとスプロケット及びテンショナとの係合に関連する騒音であるピッチ次数と、ガイド列内のリンクから非ガイド列内のリンクへの係合の違い、又はチェーンのリンク歯の側面に沿った遷移の結果として、半ピッチ及び２倍ピッチ次数で発生する係合の違いと、によって引き起こされる。ピッチ次数は、駆動スプロケットの歯の数に等しい。したがって、駆動スプロケットの歯数が４０であれば、スプロケットの回転数は４０ｔｈ次数に等しくなり、ピッチ次数と呼ばれる。周波数（Ｈｚ）は、（次数番号×ｒｐｍ）／６０と表すことができる。

図１は、従来のチェーンシステム１を示している。チェーンシステム１は、駆動スプロケット２に歯付きチェーン８を介して連結された従動スプロケット６を備えている。歯付きチェーン８は、結合要素７により互いに結合された複数のチェーンリンク５を有する。チェーンリンク５の歯３は、歯従動スプロケット６と駆動スプロケット２とに係合している。第１テンショナ１０は、チェーン８の第１ストランド８ａに隣接して存在し、第１ストランド８ａの張力を維持し、第２テンショナ１２は、チェーン８の第２ストランド８ｂに隣接して存在し、第２ストランド８ｂの張力を維持する。チェーンストランド８ａ、８ｂの特定領域において、チェーンリンク５の背面の第１及び第２テンショナ１０、１２が付勢接触して、チェーンストランド８ａ、８ｂを互いに付勢することにより、張力が維持される。

図２は、従来の第１テンショナ１０又は第２テンショナ１２の一例を示している。テンショナ１０、１２は、そこから垂直に延びるピボット軸６４を有する取り付けブラケット６２を有する。ピボット軸６４と平行にストッパ６９付き軸６５が設けられている。ピボット軸６４は、アーム６８を受け入れる。アーム６８は、好ましくは、第１端部６８ａと、第２端部６８ｂと、第１端部６８ａと第２端部６８ｂとの間で本体の大部分を延在する滑らかなチェーン摺動面７４とを有する一体型本体７８を有し、摺動面はチェーンストランド８ａ又はチェーンストランド８ｂと相互作用する。より具体的には、チェーン摺動面７４は、歯３に対向するチェーンリンク５の背面９と相互作用する。本体７８の第１端部６８ａは、ピボット軸６４を受け入れるための孔（図示せず）を有する。

トーションスプリング６６は、取り付けブラケット６２の間に存在し、アーム６８を一方向に付勢するためのものである。スプリング６６の第１端６８ａは取り付けブラケット６２に対して接地され、スプリング６６の第２端６６ｂはアーム６８に接触して付勢力を与える。

他の従来技術は、チェーン摺動面にオイルを供給してチェーンとテンショナの表面との間の摩擦を低減するか、チェーンがチェーン摺動面に沿って摺動する間にチェーンを案内するためのディンプル又はスリットを含む。従来技術は、チェーンの背面とのアラインメントを積極的に制御して、特定のチェーン関連次数での係合を減少させてＮＶＨを減少させたり、全体的な騒音を増加させて、ＮＶＨを増加させるチェーン関連次数を不明瞭にしたりするパターンを構成していない。

本発明の一実施形態によれば、チェーンの背面とテンショナアーム、ガイド、又は緩衝器の表面との間のチェーン接触力を意図的に破壊し、チェーンシステム内のＮＶＨの原因となるチェーン関連次数のアラインメントを防ぐために、テンショナアーム、ガイド、又は緩衝器の表面に特殊なパターンが施される。

本発明の別の実施形態によれば、テンショナアーム、ガイド、又は緩衝器の表面に施されたパターンは、騒音振幅の小さい非チェーン関連次数を意図的に励振するように施され、それにより、全体的な騒音レベルが増加して、著しいＮＶＨを引き起こす次数を隠蔽又は不明瞭にすることができる。

テンショナアーム、ガイド又は緩衝器の張力面と表面的に相互作用するチェーン駆動システムの概略図を示す。 チェーン駆動システム用の従来のテンショナアームの図を示す。 直線溝を含むパターンを有する張力面を有するテンショナアームの等角図を示す。 直線溝を含むパターンを有する張力面を有するテンショナアームの上面図を示す。 斜め溝を含むパターンを有する張力面を有するテンショナアームの等角図を示す。 斜め溝を含むパターンを有する張力面を有するテンショナアームの上面図を示す。 異なる軸方向チェーンパスを有するテンショナアームの斜視図を示す。 テンショナのトルク量に対するテンショナの表面の幾何学的形状の半ピッチ周波数ＮＶＨメトリックのグラフを示す。 テンショナのトルク量に対するテンショナの表面の幾何学的形状のピッチ周波数ＮＶＨメトリックのグラフを示す。 テンショナのトルク量に対するテンショナの表面の幾何学的形状の２倍ピッチ周波数ＮＶＨメトリックのグラフを示す。 可変間隔を含むパターンを有するテンショナアームの斜視図を示す。 可変間隔を含むパターンを有するテンショナアームの上面図を示す。 可変間隔及び斜め溝を含むパターンを有するテンショナアームの上面図を示す。 ＮＶＨを変更するためにテンショナアーム、ガイド、又は緩衝器の表面に独特のパターンを施す方法の流れ図を示す。

図３～図４は、直線溝１８０を含むパターンを有するテンショナアーム１２０を示している。テンショナアーム１２０は、チェーンストランド８ａ、８ｂの一方又は両方に隣接して存在する。各テンショナアーム１２０は、ブラケット１６２を有し、ブラケット１６２はボルト孔１６３を介してドライブトレインケース（図示せず）に連結されている。取り付けブラケット１６２からは、軸１６５とピボット軸１６４とが垂直に延びている。軸１６５は、ピボット軸１６４に平行である。ピボット軸１６４は、第１端部１７８ａと、第２端部１７８ｂと、第１表面１８８と、第１表面１８１に対向する第２表面１８３とを有する本体１７８で形成されたアーム１６８を受け入れる。第２表面１８３は、第１端部１８３ａ、第２端部１８３ｂ、第１側面１８３ｃ、第２側面１８３ｄ、及び弓状のボス部１８５によって画成される。第２表面１８３は、第１端部１７８ａから第２端部１７８ｂまで、チェーン摺動面１７４と、非係合面１７４と、ボス部１８５とを含む。チェーン摺動面１７４は、チェーンストランド８ａ、８ｂの各々のチェーンリンク７の背面５に係合又は相互作用する溝１８０及びスペーサ１８１の独特のパターンを有する。このパターンは、幅ｗのスペーサ１８１によって分離された複数の放射状溝１８０を含む。本実施形態では、スペーサ１８０の幅ｗはパターン全体にわたって一定である。溝１８１は、第１及び第２側面１８３ｃ、１８３ｄの間に延び、溝１８１が第１側面１８３ｃ又は第２側面１８３ｄに対して直角をなすように直線状である。溝１８０、スペーサ１８１の数、スペーサ１８１の幅ｗは変化してもよい。溝１８０を離間させるスペーサ１８１の幅ｗと溝１８０の数は、チェーンストランド８ａ、８ｂのチェーンリンク７の背面５とテンショナアーム１６８のチェーン摺動面１７４との間のチェーン接触力を意図的に破壊し、チェーンシステム内でのＮＶＨの原因となるチェーン関連次数とのアラインメントを防ぐ。

第２表面１８３の非係合部１７５は、チェーンストランド８ａ、８ｂと係合せず、ピボット軸１６４を回転可能に受け入れるための孔１８６を画定するボス部１８５内に延びている。
別の実施形態では、アーム１６８の本体１７８は、複数の部品から製造することができる。
以下に示す式１．１及び１．２を用いて、独特のパターン及び関連する溝パターンの間隔を計算することが好ましい。パターン係合寸法は、溝間のスペーサの幅である。
（１．１）
（１．２）
ここで、
ｐ＝チェーンピッチ
ｎ＝任意の整数
式１．１及び式１．２は、各チェーンリンク７の係合に起因するチェーンシステムのＮＶＨを引き起こすピッチ次数、及びチェーンシステムのチェーン８のチェーンリンク７のガイド列から非ガイド列又は側面への遷移の係合差を除去する。

図８～図１０は、従来技術の平滑な又は連続した面７４を含むテンショナの表面の幾何学的形状の例、溝パターン間隔を決定するために式１．１及び１．２とともに使用される整数、及び溝パターン間隔を決定するために使用される非整数を示している。たとえば、整数が２の場合、
又はｐ（０．５）になる。つまり、溝１８０間の間隔チはチェーンピッチの０．５倍に設定されている。図８に示す半ピッチＮＶＨメトリックで示すように、溝のない連続面を使用すると、テンショナのトルク量が０．１５Ｎｍになり、０．５×ピッチ（整数２）を使用すると、テンショナのトルク量が０．５Ｎｍになり、ＮＶＨ性能が向上し、チェーンシステムでは連続面を使用するよりも多くのＮＶＨが生成される。整数でない２．５の場合、
又はｐ（０．４）になる。０．４×ピッチを使用すると、テンショナのトルク量は０．１Ｎｍとなり、これは連続面及び０．５×ピッチのＮＶＨよりも小さくなる。
図９は、ピッチ周波数ＮＶＨメトリックを示している。０．４×ピッチ（非整数２．５）では、テンショナのトルク量は２．５Ｎｍであり、連続面のテンショナのトルク量は２．８Ｎｍであり、０．５×ピッチ（整数２）では、テンショナのトルク量は３．１Ｎｍである。整数倍以外のピッチを使用すると、連続面及び整数×ピッチよりもＮＶＨが小さくなる。
図１０は、ピッチ周波数の２倍のＮＶＨメトリックを示している。０．４×ピッチ（非整数２．５）では、テンショナのトルク量は１．２Ｎｍであり、連続面のテンショナのトルク量は１．７Ｎｍであり、０．５×ピッチ（整数２）では。テンショナのトルク量は２．３Ｎｍである。整数倍以外のピッチを使用すると、連続面及び整数×ピッチよりもＮＶＨが小さくなる。
トーションスプリング１６６は、取り付けブラケット１６２とアーム１８５のボス部との間に存在し、第２表面１８３の非係合部１７４に隣接し、アーム１６８に作用してアーム１６８をチェーン８に向かって付勢する。スプリング１６６の第１端部１６６ａは取り付けブラケット１６２に対して接地され、スプリング１６６の第２端部１６６ｂは軸１６５に対して接地されている。スプリング１６６のコイル１６６ｃは、ピボット軸１６４に巻回され、ボス部１８５とブラケット１６２とテンショナアーム１６８の第２端部１８３ｂとの間に存在する。

ストッパ１６９は、軸１６５上に存在し、アーム１６８が過度に枢動した場合、アーム１６８のボス部１８５と相互作用することができる。

図５～図６は、角度の付いた又は斜め溝を含むパターンを有する張力面を有するテンショナアーム２２０を示している。

ピボット軸１６４は、第１端部１７８ａと、第２端部１７８ｂと、第１表面１８８と、第１表面１８８に対向する第２表面１８３とを有する本体１７８で形成されたアーム１６８を受け入れる。第２表面１８３は、第１端部１８３ａ、第２端部１８３ｂ、第１側面１８３ｃ、第２側面１８３ｄ、及び弓状のボス部１８５によって画成される。第２表面１８３は、第１端部１７８ａから第２端部１７８ｂまで、チェーン摺動面２７４と、非係合面１７５と、ボス部１８５とを含む。チェーン摺動面２７４は、各チェーンストランド８ａ、８ｂのチェーンリンク７の背面５に係合又は相互作用する溝２８０及びスペーサ２８１の固有のパターンを有する。パターンは、幅ｗのスペーサ２８１によって分離された複数の放射状溝２８０を含む式１．１及び式１．２を用いて、独特のパターン及び関連する溝パターンの間隔を計算することが好ましい。本実施形態では、スペーサ２８１の幅ｗはパターン全体にわたって一定である。溝２８０は、第１側面１８３ｃと第２側面１８３ｄとの間に延び、溝２８０が第１側面１８３ｃ又は第２側面１８３ｄに対して９０度にならないように角度をなしている。最小角度は、テンショナとの接触中にチェーン幅全体が所定の溝を通過することを可能にする。この角度θは、テンショナの接触長さ（ｘ）とチェーンの幅（ｙ）とからｔａｎ－１（ｙ／ｘ）として算出することができる。溝２８０及びスペーサ２８１の数は変化してもよい。溝２８０を離間させるスペーサ２８１の幅（ｗ）と溝２８０の数は、チェーンストランド８ａ、８ｂのチェーンリンク７の背面５とテンショナアーム１６８のチェーン摺動面１７４との間のチェーン接触力を意図的に破壊し、チェーンシステム内でのＮＶＨの原因となるチェーン関連次数とのアラインメントを防ぐ。

第２表面１８１の非係合部１７５は、チェーンストランド８ａ、８ｂと係合せず、ピボット軸１６４を回転可能に受け入れるための孔１８６を画定するボス部１８５内に延びている。

ストッパ１６９は、軸１６５上に存在し、アーム１６８が過度に枢動した場合、アーム１６８のボス部１８５と相互作用することができる。

図１１～図１２は、直線溝を含むパターンを有する引張面を有する代替のテンショナアーム４２０を示している。本実施形態では、チェーン摺動面４７４の複数の溝４８０間のスペーサ４８１ａ、４８１ｂの幅はパターン内で変化している。例えば、図示のパターンにおいて、少なくとも１つのスペーサ４８１ｂは、パターンの他のスペーサ４８１ａの幅ｗよりも大きい幅ｗ１を有している。溝４８０は、テンショナアーム４２０の第２表面１８３の第１側面又は第２側面１８３ｃ、１８３ｄに対して直角になるように、第１及び第２側面１８３ｃ、１８３ｄの間に延びて直線状である。

図１３は、斜め溝又は傾斜溝を含むパターンを有する引張面６７４を有する代替のテンショナアーム６２０を示している。本実施形態では、チェーン摺動面の複数の溝間のスペーサの幅はパターン内で変化している。例えば、図示のパターンにおいて、少なくとも１つのスペーサ６８１ｂは、パターンの他のスペーサ６８１ａの幅ｗよりも大きい幅ｗ１を有する。溝６８０は、第１側面１８３ｃと第２側面１８３ｄとの間に延び、溝６８０が第１側面１８３ｃ又は第２側面１８３ｄに対して９０度未満の角度をなすように角度をなしている。

図１４は、ＮＶＨを変更するためにテンショナアーム、ガイド、又は緩衝器の表面に独特のパターンを施す方法の流れ図である。

第１ステップでは、チェーンシステム内でＮＶＨが発生するチェーン関連次数を決定する（ステップ５０２）。チェーン関連次数は、コンピュータシミュレーションにより、又はチェーンシステム自体のテストにより決定され得る。

決定されたＮＶＨ問題の原因となるチェーン関連次数に基づいて、テンショナアーム、ガイド又は緩衝器の表面に施すための、複数の溝及びスペーサを含むパターンを作製する（ステップ５０６）。溝の具体的な幾何学的形状は、シミュレーション、テスト、又はそれらの組み合わせによって決定され得る。この過程は実験によって繰り返し行われる。溝の幾何学的形状は、式１．１及び１．２で決定された既知のチェーン関連次数の配列が減少しないように選択されるべきである。

次に、このパターンをテンショナアームのチェーン摺動面、ガイド又は緩衝器に施し（ステップ５０８）、この方法を終了する。

図８～図１０では、チェーンシステムが半ピッチ及び２倍ピッチ周波数で既知のＮＶＨ問題を有することが確認されている。２種類のテンショナの表面の幾何学的形状を解析したところ、溝形状が０．５×ピッチでは性能が劣るが、０．４×ピッチでは性能が良いことが分かった。

図７は、異なる軸方向チェーンパス３２１、３２２、３２３を有するテンショナアーム３２０の別の実施形態の斜視図を示しており、軸方向チェーンパス３２１、３２２、３２３は、それぞれ、他の実施形態におけるスペーサと同様の凸部３８０と、チェーンストランド８ａ、８ｂのリンクの背面と接触する他の実施形態における溝と同様の凹部３８１とから形成されている。本実施形態では、アーム３２０は、他の実施形態のアームに取って代わるものであり、孔３８６を介してブラケット１６２のピボット軸１６４に接続されている。アーム３２０は、第１端部３７８ａと、第２端部３７８ｂと、第１表面３８８と、第１表面３８８に対向する第２表面３８３とを有する本体３７８で形成される。第２表面３８３は、第１端部３８３ａ、第２端部３８３ｂ、第１側面３８３ｃ、第２側面３８３ｄ、及び弓状のボス部３８５によって画成される。第２表面３８３は、第１端部３７８ａから第２端部３７８ｂまで、チェーン摺動面３７４と、非係合面３７５と、ボス部３８５とを含む。チェーン摺動面３７４は凸部３８０と凹部３８１の独特のパターンを有し、隆起した凸部３８０は軸方向チェーンパス３２１、３２２、３２３の異なる領域に存在し、チェーンリンク７の背面５がテンショナアーム３２０と相互作用する位置を変化させる。

アーム３２０の第２表面３８３の第１側面３８３ｃから第２側面３８３ｄに延びる３つの異なる軸方向パスは、チェーン摺動面の側面間に延びる溝及びスペーサを有する代わりに設けられている。各軸方向パスは、テンショナがチェーンストランドを緊張するとき、チェーンが各軸方向パスの異なる凸部及び後退部に接触するように、異なる点に配置された一連の凸部及び凹部を有する。凸部及び凹部は、溝が付いた上記の実施形態と同様に、チェーン関連次数が破壊されるように配置される。同様に、これらの凸部の次元は、式１．１及び１．２によって制御される。

チェーン摺動面に施されるパターンの例は、テンショナアームに施されるものとして示されているが、本発明の範囲を逸脱することなく、ガイドや緩衝器のチェーン摺動面に施すこともできる。

したがって、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本発明の原理の適用例にすぎないことが理解されるべきである。本明細書において示された実施形態の詳細への参照は特許請求の範囲の範囲を限定することを意図するものではなく、それら自体が本発明に不可欠であるとみなされる特徴を列挙している。

Claims (15)

1. チェーンシステム内の騒音、振動、及びハーシュネスを低減する方法であって、
   前記チェーンシステム内で騒音、振動、及びハーシュネスが発生するチェーン関連次数を決定するステップと、
   増加を避けるべきチェーン関連次数を決定するステップと、
   ある幅を有するスペーサによって分離された複数の溝を含むテンショナ、ガイド又は緩衝器の表面に施すもので、前記複数の溝及び前記スペーサが、前記表面の第１及び第２縁部に対して角度をなしているパターンを作製するステップであって、前記パターンは、前記テンショナ、前記ガイド又は前記緩衝器の表面が、回避すべきチェーン関連次数ではなく、少なくとも１つのチェーン次数の前記チェーンシステムのチェーンに係合するように、ピッチの倍数及び整数又はピッチの倍数及び整数分の１に等しくないパターン係合寸法を含むステップと、
   前記テンショナ、前記ガイド、又は前記緩衝器の表面に前記パターンを施すステップと、を含む、方法。
2. 前記角度は、９０度以下である、請求項１に記載の方法。
3. 前記スペーサの幅は、前記パターン内で一定である、請求項１に記載の方法。
4. 前記スペーサの幅は、前記パターン内で変化している、請求項１に記載の方法。
5. 前記溝は、前記テンショナ、前記ガイド、又は前記緩衝器の前記表面を径方向に貫通する、請求項１に記載の方法。
6. 前記溝は、前記テンショナ、前記ガイド、又は緩衝器の前記表面を軸方向に延びている、請求項１に記載の方法。
7. 前記溝は、それぞれ軸方向チェーンパスを形成する、請求項６に記載の方法。
8. チェーンシステム内のチェーンを緊張するためのテンショナアームであって、
   前記チェーンシステムを収納するドライブトレイントランスファケースに取り付けられ、取り付けブラケットから垂直に延びるピボット軸を有する取り付けブラケットと、
   第１端部と、第２端部と、第１表面と、前記第１表面に対向する第２表面とを有する本体を含み、前記第２表面は、前記第１端部から前記第２端部まで、チェーン摺動面と、非係合面と、前記ピボット軸を回転可能に受け入れるための孔を画定するボス部とを含み、前記第２表面は、第１縁部と第２縁部とによってさらに画定される、アームと、
   前記第２表面の前記チェーン摺動面に施され、記本体の前記第２表面の前記第１縁部及び前記第２縁部に対して角度をなしている複数の溝及びスペーサを含むパターンであって、前記パターンは、前記パターンは、前記テンショナ、前記ガイド又は前記緩衝器の表面が、回避すべきチェーン関連次数ではなく、少なくとも１つのチェーン次数の前記チェーンシステムのチェーンに係合するように、ピッチの倍数及び整数又はピッチの倍数及び整数分の１に等しくないパターン係合寸法を含む、パターンと、
   前記非係合面に隣接して前記取付けブラケットと前記ボス部との間に取り付けられ、前記ピボット軸におけるアームを前記チェーンのストランドに向けて付勢するトーションスプリングと、を含む、テンショナアーム。
9. 前記溝は、軸方向であり、前記第１端部から前記第２端部に向かって前記チェーン摺動面を通って延びている、請求項８に記載のテンショナアーム。
10. 前記溝は、それぞれ軸方向チェーンパスを形成する、請求項９に記載のテンショナアーム。
11. 前記角度は９０度以下である、請求項８に記載のテンショナアーム。
12. 前記スペーサの幅は、前記パターン内で一定である、請求項８に記載のテンショナアーム。
13. 前記スペーサの幅は、前記パターン内で変化している、請求項８に記載のテンショナアーム。
14. 前記取り付けブラケットから垂直に延びる軸をさらに含み、前記軸は前記ピボット軸と平行である、請求項８に記載のテンショナアーム。
15. 前記トーションスプリングの前記第１端部は、前記軸に取り付けられ、前記トーションスプリングの前記第２端部は、前記ブラケットに取り付けられている、請求項１４に記載のテンショナアーム。