JP3805074B2 - フェーズドチェーン・スプロケットシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、動力伝達用チェーンに関し、さらに詳細には、チェーンがピッチ長さの一部分あるいはスプロケット歯の一部分だけ位相調整されあるいはオフセットされている動力伝達用チェーンシステムに関する。チェーンおよびスプロケットシステムの位相調整は、システムのノイズ特性を変更する。
【0002】
【従来の技術およびその課題】
発明の背景
1996年1月31日に出願され、現在出願係属中の「フェーズドチェーンシステムのためのアイドラースプロケット組立体」という名称の米国特許出願第08/595,038号が参照されるべきである。当該特許出願の主題は本願発明に関連している。
【0003】
動力伝達用チェーンは、自動車産業においてエンジンのタイミング駆動装置ばかりでなく自動車用トランスミッションシステムにも広く用いられている。一般に、エンジンタイミングシステムは、クランクシャフトに配置された少なくとも一つの駆動スプロケットと、カムシャフトに配置された少なくとも一つの従動スプロケットとを有している。クランクシャフトが回転すると、チェーンおよびスプロケットシステムを介してカムシャフトが回転する。
【0004】
自動車用トランスミッションシステムにおいては、たとえばトルクコンバータとオートマチックトランスミッション入力側との間に動力伝達用チェーンが用いられている。動力伝達用チェーンはまた、四輪駆動車のトランスファケース内にも用いられている。
【0005】
チェーン駆動装置にノイズはつきものである。噛合い開始時のチェーンおよびスプロケットの衝突によって生じる衝突音や、チェーンおよびスプロケットのコーダルアクションを含む種々の発生源によって、ノイズは発生する。
【0006】
衝突音に関しては、その大きさはとりわけ、チェーンおよびスプロケット間の衝突速度と、ある特定の瞬間つまり時間増分においてスプロケットと接触するチェーンリンクの質量とにより影響を受ける。
【0007】
チェーン駆動装置における噛合い衝突音は、一般に周期音である。というのは、衝突音は、チェーンがスプロケットと噛み合う周波数とほぼ同じ周波数で繰り返されるからである。周波数は、スプロケットの歯数と回転速度に関連している。したがって、チェーンとスプロケットの衝突により、不快な純音成分(pure sonic tones)を含む音が発生する。
【0008】
コーダルアクションは、チェーンリンクがチェーンのフリースパン部分(スプロケット間のチェーン部分)からスプロケットに入り込むときに発生する。チェーンの噛合周波数でチェーンおよびスプロケットが噛み合うことにより、チェーンのフリースパン部分が、チェーンおよびスプロケットと同一平面内においてチェーン走行方向と垂直な方向に動く。このようなチェーンの振動はまた、チェーンの噛合周波数あるいはその導関数で不快な純音成分を含む音を生じさせる。
【0009】
純音成分の不快な影響を最小にしようとすべく、チェーン駆動装置においてノイズレベルおよびピッチ周波数分布を低減させるための多くの努力がなされてきた。たとえば、引用することによって本明細書の中に含まれる米国特許第 5,427,580号は、コーダルアクション・ノイズスペクトルのみならず衝突ノイズスペクトルを変更するためのスプロケットの位相調整について開示している。本発明は、当該米国特許第 5,427,580号の中で教示された概念をスプロケットシステムに応用している。
【0010】
本発明によるフェーズドチェーンシステムは、駆動軸あるいは従動軸に沿って二つのスプロケットを互いに位相調整することを含んでいる。スプロケットを位相調整することにより、与えられた時間増分の間にスプロケットと衝突するチェーンリンクの歯数(すなわちチェーンの質量)を減少させることができる。
【0011】
同様に、スプロケットを位相調整することにより、チェーンおよびスプロケットのコーダルアクションや屈曲運動、さらにはその結果生じる衝突ノイズやコーダルアクションノイズを変更しあるいは位相調整することができる。
【0012】
チェーン駆動装置は、従来より、スプロケットの位相調整を提供してきた。しかしながら、これらのチェーン駆動装置においては、二つのスプロケットが単一のハブで機械加工されている。このようなシステムは、単一のハブで二つのスプロケットを機械加工するための複雑な製造工程を要求される。
【0013】
その他の従来のフェーズドシステムは、位相調整位置またはオフセット位置にスプロケットを保持するために、互いにボルト締結されたあるいはリベット締結された一対のスプロケットを使用している。このようなシステムは、二つのスプロケットをオフセット位置に配置する工程と、その位置で二つのスプロケットをボルト締結あるいはリベット締結する工程とが必要になる。
【0014】
これに対して、本発明の好ましい実施態様においては、分離されてはいるが同一の部材から構成された一つのスプロケット組立体を用いている。スプロケットの各々は、中心軸上の対応するスプラインまたはキー溝に係合するスプラインやキー溝のような突出部あるいは溝を有している。各スプロケットは、中心軸上において外側スプロケット歯の配置を異ならせることになる少なくとも二つの向きに組み立てられる。
【0015】
一方のスプロケットを一方の向きに配置し、他方のスプロケットを他方の向きに配置することにより、位相調整されあるいはオフセットされた関係が達成できる。本発明のスプロケット組立体は、スプロケットおよび組立体の製造において利点をもたらす。
【0016】
このように本発明の目的は、製造および組立てを容易に行うことができるフェーズドチェーン・スプロケット組立体を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明に係るフェーズド・スプロケットシステムは、外周に複数の外側スプラインを有するスプロケット軸と、外周に複数のスプロケット歯をそれぞれ有するとともに、前記スプロケット軸の前記各外側スプラインと係合する複数の内側スプラインをそれぞれ軸穴に有し、前記スプロケット軸上に並設される、同一形状および同一の大きさの第1および第2のスプロケットとを備えている。前記第1、第2のスプロケットのそれぞれについて、前記軸穴の軸芯回りに所定角度回転させたとき、前記各内側スプラインがスプロケット回転前の当該各内側スプラインの位相と一致するとともに、前記各スプロケット歯がスプロケット回転前の当該スプロケット歯の位相からオフセットされるように、前記各内側スプラインおよび前記各スプロケット歯が形成されている。前記第1および第2のスプロケットのうちのいずれか一方のスプロケットを軸芯回りに前記所定角度回転させて前記軸穴の前記内側スプラインを前記スプロケット軸の前記外側スプラインに係合させることにより、前記各スプロケットの前記各スプロケット歯が円周上で互いにオフセットされた状態で前記スプロケット軸上に配設されている。
【0018】
請求項2の発明に係るフェーズド・スプロケットシステムは、請求項1において、前記第1、第2のスプロケットのそれぞれについて、前記スプロケット歯の枚数が、(プロケット歯の枚数)=(360°/所定角度)×(x+オフセット量)により設定され、前記内側スプラインの歯数が、(内側スプラインの歯数)=(360°/所定角度)×y(x,y:自然数)により設定されている。
【0019】
請求項3の発明に係るフェーズド・スプロケットシステムは、外周に複数の外側スプラインを有するスプロケット軸と、外周に複数のスプロケット歯をそれぞれ有するとともに、前記スプロケット軸の前記各外側スプラインと係合する複数の内側スプラインをそれぞれ軸穴に有し、前記スプロケット軸上に並設される、同一形状および同一の大きさの第1および第2のスプロケットとを備えている。前記第1、第2のスプロケットのそれぞれについて、前記複数の内側スプラインがスプロケット直径方向の内側スプライン対称軸に関して線対称に形成されるとともに、前記複数のスプロケット歯が、前記内側スプライン対称軸と異なるスプロケット直径方向のスプロケット歯対称軸に関して線対称に形成されている。前記第1および第2のスプロケットのうちのいずれか一方のスプロケットを前記内側スプライン対称軸の回りに180度回転させて裏返し前記軸穴の前記内側スプラインを前記スプロケット軸の前記外側スプラインに係合させることにより、前記各スプロケットの前記各スプロケット歯が円周上で互いにオフセットされた状態で前記スプロケット軸上に配設されている。
【0020】
請求項4の発明に係るフェーズド・スプロケットシステムは、外周に複数のキーを有するスプロケット軸と、外周に複数のスプロケット歯をそれぞれ有するとともに、前記スプロケット軸の前記各キーと係合する複数のキー溝をそれぞれ軸穴に有し、前記スプロケット軸上に併設される、同一形状および同一の大きさの第1および第2のスプロケットとを備えている。前記第1、第2のスプロケットのそれぞれについて、前記複数のキー溝のうちの第1および第2のキー溝が、前記第1、第2のキー溝を通らないスプロケット直径方向の対称軸に関して線対称の位置に配置されるとともに、前記第1、第2のキー溝に対応する同じ半径方向位置の前記各スプロケット歯の位相が互いにオフセットされている。前記第1および第2のスプロケットのうちのいずれか一方のスプロケットを前記対称軸の回りに180度回転させて裏返し前記スプロケット軸の前記各キーを前記軸穴の前記各キー溝に係合させることにより、前記各スプロケットの前記各スプロケット歯が円周上で互いにオフセットされた状態で前記スプロケット軸上に配設されている。
【0021】
請求項5の発明に係るフェーズド・スプロケットシステムは、請求項4において、前記第1、第2のキー溝が、円周方向に180度間隔で配置されており、前記第1および第2のスプロケットのうちのいずれか一方のスプロケットが前記軸穴の軸芯回りに180度回転することにより、前記各スプロケットのそれぞれの外周歯が円周上で互いにオフセットされた状態で前記スプロケット軸上に配設されている。
【0022】
請求項6の発明に係るフェーズド・スプロケットシステムは、請求項1、3、4のいずれかにおいて、前記第1、第2のスプロケットが、外周歯の1/2歯分オフセットされている。
【0023】
本発明に係るフェーズドチェーン・スプロケットシステムでは、第1および第2のスプロケットを同一形状のスプロケットから構成するようにしたので、製造および組立てを容易にできる。
【0024】
【発明の実施の形態】
発明の概要
本発明は、フェーズドチェーン組立体あるいはフェーズドチェーンシステムに関し、とくに、軸またはハブの上に配置された複数のスプロケットから構成されるフェーズドスプロケット組立体に関する。
【0025】
本発明は、チェーンシステム内の一対のスプロケット間に位相調整された関係を提供しようとしている。位相調整は、コーダルアクション・ノイズスペクトルのみならず衝突ノイズスペクトルを変更するために行われる。位相調整は、スプロケットを1/2歯(1/2ピッチ)あるいは1/4歯(1/4ピッチ)、または他の望ましい量だけオフセットすることによって達成できる。
【0026】
本発明においては、チェーンおよびスプロケット組立体の駆動軸または従動軸上において、二つのスプロケットは並んで配置されているだけでなく、位相調整されあるいはオフセットされた関係で配置されている。
【0027】
この組立体は、トランスファケースの入出力間の駆動装置であり、あるいはトルクコンバータからオートマチックトランスミッションへの駆動装置である。この駆動装置はまた、エンジンタイミング駆動装置内のクランクシャフトおよびカムシャフト間に配置され、あるいはタイミングシステム内のカムシャフト間駆動装置のカムシャフト間に配置される。
【0028】
二つのスプロケットはそれぞれ内周面に多数の突起および溝を有している。これらの突起および溝は、ある実施態様においてはスプラインであり、他の実施態様においてはキー溝である。
【0029】
いくつかの実施態様においては、スプロケットは、スプライン加工されたハブあるいは軸に組み立てられる内側スプラインを有している。各スプロケットの内側スプラインは、同一形状をしているのが好ましい。最初の二つの実施態様は、これら内側スプラインを備えたスプロケットを有している。
【0030】
本件出願の目的のために、「軸方向の整列」とは、中心軸の軸線と平行な軸線に沿った整列状態と定義する。この「軸方向の整列」は、二つのスプロケットが中心軸に組み立てられているときに、一方のスプロケットが他方のスプロケットに対して隣接しているかあるいはオフセットされているかどうかに関係している。
【0031】
本件出願の目的のために、「半径方向の整列」とは、スプロケット面上の半径方向に沿った整列状態と定義する。この「半径方向の整列」は、スプロケット内周面上の内側スプラインがスプロケット外周面上の外側スプロケット歯と整列しているかどうかに関係している。
【0032】
また本件出願の目的のために、一方のスプロケットの他方のスプロケットに対する「回転」とは、軸上の組立位置に配置する前に、両スプロケットの外側スプロケット歯と内側スプラインまたはキー溝との周方向の第1の整列位置から、両スプロケットの内側スプラインまたはキー溝が軸方向に整列しかつ外側スプロケット歯が軸方向にオフセットされている第2の位置まで、一方のスプロケットを回転させることと定義する。
【0033】
さらに本件出願の目的のために、一方のスプロケットの他方のスプロケットに対する周方向の「オフセット」とは、スプラインへの組立後に、一方のスプロケットが隣のスプロケットのスプロケット歯に対して周方向にオフセットされて配置されるスプロケット歯端数部分と定義する。
【0034】
また、「スプロケット中心」とは、中心軸の軸線上に位置するスプロケット面上の点のことである。
【0035】
一実施態様においては、一方のスプロケットが第2のスプロケットに対して中心軸の軸線回りに90°回転している。この回転により、内側スプライン歯が一方のスプロケットの外側スプロケット歯と整列するとともに、隣のスプロケット歯との位置関係において、同じ内側スプライン歯が第2のスプロケットの外側スプロケット歯元部(outer sprocket root)と整列する。このようにして、位相調整されたあるいは周方向にオフセットされた関係が達成される。
【0036】
他の実施態様においては、内側スプラインは、スプロケット面を含む平面上でスプロケット中心を通る与えられた軸線に関して対称になっている。外側歯は、スプロケット面を含む平面上で同様にスプロケット中心を通りかつ内側スプライン歯の軸線から与えられた角度分だけオフセットされた他の軸線に関して対称になっている。
【0037】
第2のスプロケットは、第1のスプロケットの前面が第2のスプロケットの前面と隣接するように、内側スプラインの対称軸の回りに回転している。内側スプラインは対称なので、第1のスプロケットおよび回転した第2のスプロケットの間の内側スプラインは軸方向に整列している。
【0038】
ところが、外側スプロケット歯は回転軸に関して対称になっていないので、第1のスプロケットの外側スプロケット歯は、第2のスプロケットの外側スプロケット歯に対して周方向にオフセットされている。
【0039】
オフセット量は、外側スプロケット歯の対称軸と内側スプラインの対称軸との間の角度変位量である。このようにして、両スプロケットは、内側スプラインが整列した状態で、与えられたオフセット量だけ外側スプロケット歯がオフセットされることになる。
【0040】
この対称機構を使用した他の実施態様においては、組立てを適当な回転軸に限定するために、180°離れた二つのスプラインが各スプロケットから取り除かれている。さらに他の実施態様においては、スプロケットが、スナップ・リングまたは同種のもので軸またはハブに固定されている。
【0041】
他の実施態様においては、内周面がスプラインを含んでおらず、そのかわりに、二本のキー溝が内周面に形成されている。これらのキー溝は、形状および大きさが同一である。そして、一方のスプロケットが回転させられ、キー溝が軸方向に整列した状態で二つのスプロケットが前面同士を向かい合わせにして組み立てられる。
【0042】
一方、外側スプロケット歯およびキー溝の幾何学的形状は、スプロケット回転後の外側スプロケット歯がスプロケット回転前の外側スプロケット歯に対して位相調整されるような形状になっている。このようにして、キー溝を逆にした状態で二つのスプロケットが組み立てられたとき、外側スプロケット歯が位相調整される。
【0043】
他の実施態様においては、二本のキー溝がスプロケット内周面上で180°離れて配置されている。一方のキー溝が外側スプロケット歯底部と、また他方のキー溝が外側スプロケット歯先部とそれぞれ半径方向に整列するように、外側スプロケット歯が奇数枚の歯を有している。第2のスプロケットは、中心軸の軸線の回りに180°回転している。キー溝は軸方向に整列しているが、外側スプロケット歯はオフセットされている。
【0044】
スプロケットシステムを組み立てる際には、スプラインまたはキー溝は、軸に沿って配置される。まず、一方のスプロケットが、中心軸上の対応するスプラインまたはキー溝と整列するように配置される。次に、第2のスプロケットが軸上に配置される。第2のスプロケットのスプラインまたはキー溝は、第1のスプロケットと同様に、中心軸のスプラインまたはキー溝と整列している。
【0045】
しかしながら、第2のスプロケットは、第1のスプロケットと異なる向きに配置されるように、回転させられている。第2のスプロケットの内側スプラインまたはキー溝は、第1のスプロケットおよび中心軸の内側スプラインまたはキー溝と整列しているが、その外側歯は第1のスプロケットに対して周方向にオフセットされあるいは位相調整されている。
【0046】
他の実施態様は、スプロケットの内周面ではなく、スプロケット面上にスプラインを備えた同一形状のスプロケットを含んでいる。二つのスプロケットは、各スプラインが対向配置した状態で中心軸上に組み立てられる。
【0047】
各スプラインが互いに係合するように、一方のスプロケットが他方のスプロケットに対して回転させられている。スプロケットの幾何学的形状により、この回転(rotation)によって外側スプロケット歯が位相調整される。この位相調整されたスプロケットは、中心軸に固定連結されておらず、ある状態下で自由に回転(spin)し得るようになっている。そして、スプロケット側面のクラッチ・パック(clutch pack)またはドッグレッグがトルクを伝達する。
【0048】
好ましい実施態様の詳細な説明
以下、本発明の実施態様を添付図面に基づいて説明する。
本発明は、同一形状のスプロケットを使用するフェーズドチェーン・スプロケットシステムを提供しようとしている。この位相調整(フェージング)は、システム内のコーダルアクションによって生じるノイズ成分のみならず、全般的なノイズスペクトルを変更して減少させる。また、同一形状のスプロケットを使用することにより、スプロケットの製造および組立てが容易になる。
【0049】
図1は、チェーン・スプロケット組立体の一実施態様を示している。動力伝達システム10は、駆動軸14上に配置された一対の駆動スプロケット12と、従動軸18上に配置された一対の従動スプロケット16とを有している。駆動軸14の回転により、チェーン・スプロケットシステム10を介して従動軸18が回転する。
【0050】
本発明のフェーズドシステムにおいては、駆動軸14および従動軸18は1/2ピッチ分オフセットされた二つのスプロケットをそれぞれ有している。各スプロケット上には、並設された二本のチェーン26,28が配置されている。
【0051】
図2は、駆動軸14側のスプロケット22,24および中心軸30の分解組立図である。この実施態様では、中心軸30がスプロケット22,24の各内側スプライン34,35と係合するスプライン32を有している。各スプロケット22,24はまた、チェーン26,28(図1)と噛み合う外側歯36,38を有している。
【0052】
組立ての際には、まず、第1のスプロケット22が中心軸30上に配置されて、各スプライン32,34が係合する。次に、第2のスプロケット24が、第1のスプロケット22に隣接して中心軸30上に配置される。第2のスプロケット24の内側スプライン35は、中心軸30上のスプライン32と係合する。
【0053】
このとき、第2のスプロケット24は、その外側歯38が第1のスプロケット22の外側歯36から1/2歯分のように、ある設定された距離分だけオフセットされるように整列させられる。また、各スプロケット22,24を中心軸30上において軸方向に保持するために、スナップリング40のような締結手段が用いられる。
【0054】
図3は、外側歯が1/2歯分だけ位相調整された状態で組み立てられたシステムを示している。図4はこのシステムの側面断面図である。
【0055】
第1の実施態様は、一方のスプロケットが、中心軸の軸線回りを所定の周方向の距離分だけ回転させられた同一形状のスプロケットに対して所定の歯数分だけ位相がずれているような幾何学的形状のスプロケットを有している。たとえば図5(a),(b)は、第1のスプロケットと同一形状の第2のスプロケットを90°回転させることにより1/2歯分位相がずれた状態で組み立てられる第1および第2のスプロケットの組合せを示している。
【0056】
図5(a)において、内側スプライン102は、外側スプロケット歯100の歯先部101と整列している。この外側スプロケット歯100は、スプロケット140を貫通する孔104によってマーキングされている。内側スプライン112は、第1の内側スプライン102から90°離れて配置されている。この第2の内側スプライン112は、他の外側スプロケット歯110の歯底部114と半径方向に整列している。
【0057】
図5(b)は、図5(a)のスプロケットを示しており、該スプロケットは、フェーズドチェーンシステム内に第2のスプロケットとして組み立てられる向きに配置されている。図5(b)のスプロケットの内側スプライン124は、図5(a)のスプロケットの内側スプライン122と軸方向に整列している。一方、図5(b)のスプロケットの外側スプロケット歯132は、図5(a)のスプロケットの外側スプロケット歯130に対して1/2歯分オフセットされている。
【0058】
とくに、図5(a)の内側スプライン112と図5(b)の内側スプライン152との角度位置に注目してほしい。図5(a)のスプロケット140が図5(b)のスプロケット190として同じ中心軸上に組み立てられるように、内側スプライン112と内側スプライン152とは軸方向に整列している。
【0059】
しかしながら、図5(a)の内側スプライン112が外側スプロケット歯110の歯底部114と半径方向に整列しているのに対し、図5(b)の内側スプライン152は、外側スプロケット歯150の歯先部151と半径方向に整列している。
【0060】
図5(a)および(b)の回転位相調整は、各スプロケットの内側スプラインおよび外側スプロケット歯の数を含むある幾何学的形状でのみ可能である。たとえば、図5(a)および(b)に示すスプロケットは、34枚の外側スプロケット歯と、20枚の内側スプラインとを有している。上述のように、1/2歯分位相調整された二つのスプロケットからなるスプロケット組立体を構成するために、スプロケットが90°回転させられる。
【0061】
90°の回転と1/2歯分のオフセットとの組合せは、内側スプラインの数が4の倍数であり、かつ外側スプロケット歯の枚数が4の倍数に2を加えた数であるスプロケットについてのみ可能である。数学的には、このような条件は以下のように説明される。すなわち
外側スプロケット歯の枚数=4x+2
内側スプラインの数=4y
【0062】
ここで、xおよびyは任意の正の自然数である。図5に示すスプロケットについては
x=8
y=5
である。したがって
4x+2=34
4y=20
となる。
【0063】
1/2歯の位相調整と90°の回転とを備えたシステムを構成するに、任意のxおよびyを用いることができる。xは回転角度内のスプロケット部分における外側スプロケット歯の歯数に等しく、yは回転角度内のスプロケット部分における内側スプラインの数に等しいことに注意してほしい。
【0064】
代数学的な式である 4x+2 および 4y は、所望のオフセット量および回転角によって左右される。第2のスプロケットが90°回転した後に内側スプラインが整列するためには、スプロケットの任意の90°部分において内側スプラインが自然数(たとえば「7 1/2」ではなく「8」)でなければならない。言い換えれば、任意の内側スプライン102の先端部が、他の内側スプライン112の先端部から正確に90°離れていなければならない。
【0065】
もし内側スプライン102の中心が他の内側スプライン112の縁部または基部と整列していれば、スプロケットを90°回転させたときに、第2のスプロケットの内側スプラインが第1のスプロケットの内側スプラインと軸方向に整列しないことになり、二つのスプロケットが単一の中心軸上に組み立てられなくなる。
【0066】
このように、内側スプライン102の先端部が内側スプライン112の先端部と整列するためには、内側スプラインの数が4の倍数でなければならない。図5において、スプロケットの各90°部分つまり各四分円部分は、他の3つの四分円部分のスプライン形状と同一のスプライン形状を有していなければならない。したがって、内側スプラインの総数は、単一の四分円部分におけるスプラインの数を4倍したものでなければならない。
【0067】
外側スプロケット歯の枚数を表す式である 4x+2 は、所望のオフセット量によって左右される。図5において、所望のオフセット量は1/2歯である。したがって、第1のスプロケット140における任意の外側スプロケット歯の歯底部114が、第2のスプロケット190の外側スプロケット歯150の歯先部151と軸方向に整列していなければならない。
【0068】
同一形状のスプロケットを備えたシステム内でこのような配置を達成するためには、一方の外側スプロケット歯100の歯先部101が他の外側スプロケット歯110の歯底部114から軸方向に90°離れていなければならない。すなわち、スプロケットの任意の四分円部分は、外側スプロケット歯の歯先部から始まり、外側スプロケット歯の歯底部で終わらなければならない。
【0069】
このため、任意の四分円部分における外側スプロケット歯の枚数は、自然数に1/2を加えた数でなければならない。したがって、スプロケット全体についての外側スプロケット歯の枚数は、いくつかの自然数の4倍に1/2の4倍を加えた数、すなわち、4の倍数に2を加えた数になる。このようにして、外側スプロケット歯の枚数は、式 4x+2 に一致する。
【0070】
その他のオフセット量および回転角に関する外側スプロケット歯および内側スプラインについての式は、同様の理論付けにより決定される。一般に、式は次のようになる。すなわち
外側スプロケット歯の枚数=(360°の回転角/所望の回転角)
×(x+オフセットされる歯の枚数)
内側スプライン歯の数=(360°の回転角/所望の回転角)×y
【0071】
たとえば、図5において、90°の回転角および1/2歯のオフセット量のためには
(360/90)×(x+1/2)=4x+2
枚の外側スプロケット歯が必要になり、
(360/90)×y=4y
の内側スプラインが必要になる。
【0072】
このようにして、外側スプロケット歯の枚数は4の倍数よりも2だけ大きく、内側スプラインの数は4の倍数になる。
【0073】
同様にして、もし1/2歯のオフセットのために60°の回転角が必要であれば、外側スプロケット歯の枚数は
(360/60)×(x+1/2)=6x+3
となり、内側スプラインの数は
(360/60)×y=6y
となる。外側スプロケット歯の枚数は6の倍数よりも3だけ大きく、内側スプラインの数は6の倍数になる。
【0074】
もし1/2歯のオフセットのために180°の回転角が必要であれば、外側スプロケット歯の枚数は
(360/180)×(x+1/2)=2x+1
となり、内側スプラインの数は
(360/180)×y=2y
となる。外側スプロケット歯の枚数は2の倍数よりも1だけ大きく、内側スプラインの数は2の倍数になる。
【0075】
もし1/4歯のオフセットのために90°の回転角が必要であれば、外側スプロケット歯の枚数は
(360/90)×(x+1/4)=4x+1
となり、内側スプラインの数は
(360/90)×y=4y
となる。
【0076】
もし1/4歯のオフセットのために10°の回転角が必要であれば、外側スプロケット歯の枚数は
(360/10)×(x+1/4)=36x+9
となり、内側スプラインの数は
(360/10)×y=36y
となる。
【0077】
本実施態様の利点は、フェーズドチェーン・スプロケットシステムを同一形状のスプロケットから構成することにより生じる製造および組立ての容易さを含んでいる。
【0078】
また本実施態様によれば、スプロケットが前面同士または背面同士向かい合うのではなく、前面と背面とが向かい合った状態で組み立てられるということが提供される。
【0079】
図4に示すように、この前面と背面とを向かい合わせて組み立てることにより、スプロケット面50,52間の中間でスプロケット面50,52に平行なA−A面に関して各スプロケットを対称にできる。
【0080】
図6ないし図8は他の実施態様によるスプロケットを示している。この実施態様では、スプロケット面上においてスプロケット中心を通る軸線回りに第2のスプロケットを回転させることによって、一方のスプロケットが同一形状の第2のスプロケットと位相調整された関係で組み立てられる。
【0081】
図6に示すように、スプロケット200の内側スプラインは、スプロケット中心201から内側スプライン歯220を通る、スプライン面上の軸線B−Bに関して対称になっている。内側スプライン210および230は、内側スプラインの対称軸線B−Bからそれぞれ90°離れている。
【0082】
外側スプロケット歯も同様に対称であるが、これらは異なった対称軸に関して対称になっている。外側スプロケット歯は、スプロケット面200に沿って中心201から外側スプロケット歯244の歯先部を通る軸線C−Cに関して対称になっている。内側スプラインの対称軸が内側スプライン220を通るのに対し、外側スプロケット歯の対称軸はオフセットされて、外側スプロケット歯244を通っている。
【0083】
図7は、図6に示されるスプロケットと同一形状のスプロケットを示しており、該スプロケットは、図6のスプロケットに対して1/2外側スプロケット歯分だけ位相がずれて組み立てられるように、向きが変えられている。このスプロケットは、内側スプライン220を通る内側スプラインの対称軸B−Bに関して180°回転させられている。
【0084】
図6においては、内側スプライン210は紙面手前側に回転し、内側スプライン230は紙面奥側に回転する。回転後、内側スプライン210は、回転前の内側スプライン230が占めていたのと同じ周上の位置を占める。図8は、図6および図7のスプロケットが回転後中心軸に組み付けられたときの側面図である。
【0085】
内側スプラインは回転軸に関して対称なので、第1のスプロケットの内側スプラインの各々は、第2のスプロケットの内側スプラインと整列している。たとえば、スプライン210はスプライン280と整列し、スプライン212は回転後のスプライン262と整列している。したがって、図6のスプロケットの内側スプラインは、図7のスプロケットの内側スプラインと軸方向に整列している。
【0086】
一方、図7のスプロケットの外側スプロケット歯は、図6のスプロケットの外側スプロケット歯から1/2歯分オフセットされている。第1のスプロケット200の内側スプライン210が第2のスプロケット250の内側スプライン280と軸方向に整列し、第1のスプロケット200の内側スプライン210が外側スプロケット歯の歯底部240と半径方向に整列しているのに対し、第2のスプロケット250の内側スプライン280は外側スプロケット歯の歯先部292と半径方向に整列している。
【0087】
回転したスプロケットのオフセット量は、内側スプラインの対称軸と外側スプロケット歯の対称軸との間における1/2歯分のオフセット量の結果である。
【0088】
その他に望まれるオフセット量については、対称軸間に異なったオフセット量が要求される。たとえば1/4歯のオフセットの場合には、外側スプロケット歯の対称軸が、内側スプラインの対称軸から1/4歯分オフセットされる。
【0089】
図9ないし図14は、内側スプラインのかわりに対称なキー溝による位相調整を用いた、本発明によるその他の3つの実施態様を示している。これらの実施態様は、中心軸の外周面上の突起に係合する二つのキー溝をスプロケット内周面上に備えたスプロケットに関している。
【0090】
第1のスプロケットと同一形状の第2のスプロケットは、キー溝間の中間距離分だけスプロケットの直径の回りに回転させられている。したがって、これら二つのスプロケットでは、キー溝が整列し、外側スプロケット歯がオフセットされている。
【0091】
図9はスプロケット300を示している。スプロケット300の内周面は、形状および大きさが同一である二つのキー溝320,322を有している。一方のキー溝320は、外側スプロケット歯の歯底部326と整列しており、孔324によりマーキングされている。他方のキー溝322は外側スプロケット歯の歯先部328と整列している。
【0092】
二つのキー溝320,322は形状および大きさが同じなので、スプロケット300を二つの対称部分に二等分する軸線D−Dが存在する。この軸線D−Dは、スプロケット面に沿いつつ、スプロケット中心301を通り、二つのキー溝間の中間の点302を通っている。
【0093】
図10は、図9に示されたスプロケットと同一のスプロケットの側面図であって、軸線D−Dの回りを180°回転した後の状態を示している。図9においてスプロケット300が軸線D−Dの回りを回転すると、一方のキー溝320が紙面奥側に回転し、他方のキー溝322が紙面手前側に回転する。
【0094】
回転後、キー溝320は他のキー溝322の周上の位置につき、キー溝322はキー溝320の周上の位置につく。回転したスプロケット350のキー溝370,372は、第1のスプロケット300の各キー溝320,322と整列している。
【0095】
一方、外側スプロケット歯はオフセットされている。図9のスプロケット300のキー溝320と図10のスプロケット350のキー溝372とは軸方向に整列し、キー溝320は外側スプロケット歯の歯底部326と半径方向に整列しているが、キー溝372は外側スプロケット歯の歯先部378と半径方向に整列している。
【0096】
同様に、スプロケット300のキー溝322はスプロケット350のキー溝370と軸方向に整列し、キー溝322は外側スプロケット歯の歯先部328と半径方向に整列しているが、キー溝370は外側スプロケット歯の歯底部376と半径方向に整列している。
【0097】
図11は本発明の他の実施態様を示している。この実施態様では、スプロケットは図9および図10のスプロケットと似ているが、キー溝が鈍角に配置されている。図12は、キー溝が整列しかつ外側スプロケット歯が1/2歯分オフセットされるように、図11のスプロケットを回転させたものを示している。
【0098】
図13は本発明のさらに他の実施態様を示している。この実施態様では、スプロケットは図9および図10のスプロケットと似ているが、キー溝が鋭角に配置されている。図14は、キー溝が整列しかつ外側スプロケット歯が1/2歯分オフセットされるように、図13のスプロケットを回転させたものを示している。
【0099】
図15および図16は本発明の別の実施態様を示している。この実施態様は、180°離れた同一形状の二本のキー溝と奇数枚の外側スプロケット歯とを備えた同一形状の二つのスプロケットを利用するフェーズドスプロケット組立体を提供しようとしている。一方のスプロケットを他方のスプロケットに対して中心軸線の回りに180°回転させることによって、スプロケット組立体が組み立てられる。
【0100】
図15は、形状および大きさが同一でかつ180°離れて配置された二本のキー溝410,420を備えたスプロケット400を示している。一方のキー溝410は外側スプロケット歯の歯底部412と半径方向に整列しており、他方のキー溝420は外側スプロケット歯の歯先部422と整列している。キー溝420は、組立てのしやすさのために、孔404でマーキングされている。
【0101】
図16は、組立てのために向きが変えられた図15のスプロケットを示している。第2のスプロケット450は、中心軸の軸線回りに180°回転させられている。
【0102】
第2のスプロケット450は、第1のスプロケット400のキー溝410,420と軸方向に整列するキー溝460,470を有している。一方、第2のスプロケットの外側スプロケット歯は、第1のスプロケットの外側スプロケット歯から1/2歯分オフセットされている。第1のスプロケットのキー溝410は第2のスプロケットのキー溝460と軸方向に整列し、キー溝410は外側スプロケット歯の歯底部412と半径方向に整列しているが、キー溝460は、外側スプロケット歯の歯先部462と半径方向に整列している。
【0103】
同様に、キー溝420,470は軸方向に整列し、第1のスプロケットのキー溝420は外側スプロケット歯の歯先部422と半径方向に整列しているが、第2のスプロケットのキー溝470は、外側スプロケット歯の歯底部472と半径方向に整列している。
【0104】
この実施態様の利点は、必要とされるスプロケットがただ一種類だけでよいことにより生じる、製造および組立ての容易さを含んでいる。また、キー溝付のスプロケットはスプライン付のスプロケットよりも製造が容易であり、180°離れたキー溝を有するスプロケットは、他の角度で配置されたキー溝を有するスプロケットよりも製造が容易である。
【0105】
さらに、この実施態様では、第2のスプロケットが中心軸の軸線回りに回転しているので、スプロケットが前面と背面を向かい合わせて組み立てられる。このような組立ては、第2のスプロケットをスプロケット面上の軸線回りに回転させることによりスプロケットの前面同士が対向して組み立てられている他のキー溝の実施態様とは対照的である。
【0106】
このようにスプロケットの前面と背面とを向かい合わせた組立て方法により、スプロケットの前面をスプロケットの背面とは異なる外観にすることができる。
【0107】
図17は本発明の他の実施態様を示している。この実施態様では、スプロケット500は、他の実施態様のように内周面504上ではなく、スプロケット面502上にスプライン510を有している。これらの面状スプライン510は、内周面504から外周面506にかけて半径方向に形成されている。
【0108】
組立ての際には、面状スプライン510を互いに向かい合わせた状態で中心軸30(図2)上に二つのスプロケットを配置する。次に、一方のスプロケットを1/2面状スプライン分またはその数倍分回転させる。これにより、一方のスプロケット上の面状スプラインの先端部520が第2のスプロケット上の面状スプラインの基部522と軸方向に整列する。このようにして、面状スプラインが二つのスプロケット間で互いに係合した状態になる。
【0109】
スプロケットの幾何学的形状については、一方のスプロケットが隣のスプロケットに対して面状スプライン歯の1/2歯分オフセットされて組み立てられるとともに、両スプロケットの外側スプロケット歯530が位相調整されるように、形成されていなければならない。たとえば、外側スプロケット歯の1/2歯分のオフセット量が望ましい場合には、外側スプロケット歯の枚数は面状スプラインの数の数倍でなければならない。
【0110】
外側スプロケット歯と同じ数の面状スプラインを備えたシステムを考えてほしい。もし面状スプラインおよび外側スプロケット歯が周方向に均等に配置されていれば、各外側スプロケット歯の角度幅は、各面状スプラインの角度幅と等しくなければならない。
【0111】
面状スプラインの1/2歯分だけスプロケットを回転させることは、必然的に外側スプロケット歯の1/2歯分外側スプロケット歯をオフセットさせることになる。外側スプロケット歯の枚数が面状スプラインの数の倍数になっているスプロケットを備えたどんなシステムにおいても、同様のことが当てはまる。
【0112】
この実施態様は、同一形状のスプロケットからフェーズドチェーン・スプロケットシステムを構築することにより生じる利点に加えて、製造および組立てを容易にするという利点を有している。組立ての際には、スプライン同士が相互に連結される限りにおいては、一方のスプロケットの他方のスプロケットに対する回転位置は重要ではない。スプライン同士を係合した状態で二つのスプロケットを対向配置させることにより、外側スプロケット歯が常に位相調整されることになる。
【0113】
また、この実施態様は、スプロケットおよび中心軸間が固定連結されていないことから生じる利点を有している。このような構成になるスプロケットは、スプロケットが中心軸に固定連結されていないときがあり、かつある条件下で回転(spin)できるようになっている、たとえばトランスファケースのようなアプリケーションに使用される。スプロケット面上のクラッチ・パック(clutch pack)またはドッグレッグがトルク伝達手段を提供する。
【0114】
図18は、本発明の他の実施態様を示している。この実施態様は、図17に示す実施態様におけるような面状スプラインを備えたスプロケット600に関する。しかしながら、図17のスプロケットにおける面状スプラインが矩形状の面を有するスプラインであるのに対し、図18の実施態様における面状スプライン610は直線状の面を有するスプラインになっている。
【0115】
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、本発明の原理を採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。
【0116】
その他の実施態様は、本発明の範囲内においてではあるが、本システムに関連する追加された特徴を有している。たとえば、一方のスプロケットが、他方のスプロケットには存在していないクラッチ・コーン(clutch cone)その他の特徴をその面状に有していてもよい。
【0117】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係るフェーズドチェーン・スプロケットシステムでは、第1および第2のスプロケットを同一形状のスプロケットから構成するようにしたので、製造および組立てを容易にできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】駆動軸および従動軸を備えたチェーンシステムを示す図。
【図2】本発明によるスプロケット組立体の構成部品を示す分解組立図。
【図3】本発明によるスプロケット組立体が組み立てられた状態を示す斜視図。
【図4】本発明によるスプロケット組立体の側面断面図。
【図5】各スプロケットが1/2歯分位相調整された本発明の一実施態様の側面図であって、(a),(b)に示す各スプロケットは、外側歯の歯元部と整列する一方の内側スプラインと、外側歯の歯先部と整列しかつ90°離れた他方の内側スプラインとをそれぞれ有している。
【図6】本発明の他の実施態様の側面図であって、スプロケット面を含む平面内で第1の軸線に関し対称な内側スプライン歯と、第1の軸線から1/2歯分オフセットされた第2の軸線に関し対称な外側歯とを有するスプロケットを示している。
【図7】図6に示すスプロケットが内側スプラインの対称軸の回りを回転した後の状態を示す側面図。
【図8】図6に示す二つのスプロケットが位相調整された関係で組み立てられた後の状態を示す側面図。
【図9】中心軸の軸線に関して90°離れて配置された二本のキー溝を有する他の実施態様の側面図。
【図10】図9に示すスプロケットがキー溝の対称軸の回りを回転した後の状態を示す側面図。
【図11】中心軸の軸線の回りを90°以上離れて配置されたキー溝を有する他の実施態様の側面図。
【図12】図11に示すスプロケットがキー溝の対称軸の回りを回転した後の状態を示す側面図。
【図13】中心軸の軸線の回りを90°未満離れて配置されたキー溝を有する他の実施態様の側面図。
【図14】図13に示すスプロケットがキー溝の対称軸の回りを回転した後の状態を示す側面図。
【図15】中心軸の軸線の回りを180°離れて配置されたキー溝を有する他の実施態様の側面図。
【図16】図15に示すスプロケットが中心軸の軸線の回りを180°回転した後の状態を示す側面図。
【図17】スプロケット面上に矩形状の面を有するスプラインを備えた他の実施態様の斜視図。
【図18】スプロケット面上に直線状の面を有するスプラインを備えた他の実施態様の斜視図。
【符号の説明】
10 動力伝達システム
22,24 スプロケット
26,28 チェーン
30 中心軸(スプロケット軸)
36,38 外側歯
510,610 スプライン
Claims (6)
- フェーズド・スプロケットシステムであって、
外周に複数の外側スプラインを有するスプロケット軸と、
外周に複数のスプロケット歯をそれぞれ有するとともに、前記スプロケット軸の前記各外側スプラインと係合する複数の内側スプラインをそれぞれ軸穴に有し、前記スプロケット軸上に並設される、同一形状および同一の大きさの第1および第2のスプロケットとを備え、
前記第1、第2のスプロケットのそれぞれについて、前記軸穴の軸芯回りに所定角度回転させたとき、前記各内側スプラインがスプロケット回転前の当該各内側スプラインの位相と一致するとともに、前記各スプロケット歯がスプロケット回転前の当該スプロケット歯の位相からオフセットされるように、前記各内側スプラインおよび前記各スプロケット歯が形成されており、
前記第1および第2のスプロケットのうちのいずれか一方のスプロケットを軸芯回りに前記所定角度回転させて前記軸穴の前記内側スプラインを前記スプロケット軸の前記外側スプラインに係合させることにより、前記各スプロケットの前記各スプロケット歯が円周上で互いにオフセットされた状態で前記スプロケット軸上に配設されている、
ことを特徴とするフェーズド・スプロケットシステム。 - 請求項1において、
前記第1、第2のスプロケットのそれぞれについて、前記スプロケット歯の枚数および前記内側スプラインの歯数が、
(プロケット歯の枚数)=(360°/所定角度)×(x+オフセット量)
(内側スプラインの歯数)=(360°/所定角度)×y(x,y:自然数)
により設定されている、
ことを特徴とするフェーズド・スプロケットシステム。 - フェーズド・スプロケットシステムであって、
外周に複数の外側スプラインを有するスプロケット軸と、
外周に複数のスプロケット歯をそれぞれ有するとともに、前記スプロケット軸の前記各外側スプラインと係合する複数の内側スプラインをそれぞれ軸穴に有し、前記スプロケット軸上に並設される、同一形状および同一の大きさの第1および第2のスプロケットとを備え、
前記第1、第2のスプロケットのそれぞれについて、前記複数の内側スプラインがスプロケット直径方向の内側スプライン対称軸に関して線対称に形成されるとともに、前記複数のスプロケット歯が、前記内側スプライン対称軸と異なるスプロケット直径方向のスプロケット歯対称軸に関して線対称に形成されており、
前記第1および第2のスプロケットのうちのいずれか一方のスプロケットを前記内側スプライン対称軸の回りに180度回転させて裏返し前記軸穴の前記内側スプラインを前記スプロケット軸の前記外側スプラインに係合させることにより、前記各スプロケットの前記各スプロケット歯が円周上で互いにオフセットされた状態で前記スプロケット軸上に配設されている、
ことを特徴とするフェーズド・スプロケットシステム。 - フェーズド・スプロケットシステムであって、
外周に複数のキーを有するスプロケット軸と、
外周に複数のスプロケット歯をそれぞれ有するとともに、前記スプロケット軸の前記各キーと係合する複数のキー溝をそれぞれ軸穴に有し、前記スプロケット軸上に併設される、同一形状および同一の大きさの第1および第2のスプロケットとを備え、
前記第1、第2のスプロケットのそれぞれについて、前記複数のキー溝のうちの第1および第2のキー溝が、前記第1、第2のキー溝を通らないスプロケット直径方向の対称軸に関して線対称の位置に配置されるとともに、前記第1、第2のキー溝に対応する同じ半径方向位置の前記各スプロケット歯の位相が互いにオフセットされており、
前記第1および第2のスプロケットのうちのいずれか一方のスプロケットを前記対称軸 の回りに180度回転させて裏返し前記スプロケット軸の前記各キーを前記軸穴の前記各キー溝に係合させることにより、前記各スプロケットの前記各スプロケット歯が円周上で互いにオフセットされた状態で前記スプロケット軸上に配設されている、
ことを特徴とするフェーズド・スプロケットシステム。 - 請求項4において、
前記第1、第2のキー溝が、円周方向に180度間隔で配置されており、
前記第1および第2のスプロケットのうちのいずれか一方のスプロケットが前記軸穴の軸芯回りに180度回転することにより、前記各スプロケットのそれぞれの外周歯が円周上で互いにオフセットされた状態で前記スプロケット軸上に配設されている、
ことを特徴とするフェーズド・スプロケットシステム。 - 請求項1、3、4のいずれかにおいて、
前記第1、第2のスプロケットが、外周歯の1/2歯分オフセットされている、
ことを特徴とするフェーズド・スプロケットシステム。
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