JP4004051B2 - アイドラスプロケット - Google Patents

Description

本発明はアイドラスプロケットに関し、特にベルト駆動システムにおけるアイドラスプロケットに関する。

ベルト駆動システムは、ベルトが架け回された２つ以上のプーリを備えてもよい。ベルトは、歯付、マルチリブドあるいはＶベルトを含む従来公知のいかなる輪郭形状を備えてもよい。

適切な動作とベルト寿命を保証するために、ベルト張力あるいは予荷重がベルトに付与される。これは、単にプーリを動かして所定の距離だけわずかに離間させることにより達成されるかもしれない。それはまた、ベルトに設けられたバネ荷重のテンショナの使用によって達成されるかもしれない。他のオプションは調整可能アイドラスプロケットを使用することである。

アイドラスプロケットの場合、ベルト張力はベルトに対するアイドラの位置の関数である。アイドラはベルト受け面を有する。同期ベルトすなわち歯付ベルトとともに用いられるアイドラスプロケットの場合、アイドラスプロケットのベルト受け面は歯を備えてもよい。これは特に、アイドラスプロケットがベルトの歯側面に係合する場合である。

動作中、歯付アイドラスプロケットは、スプロケットが回転するときに、スプロケット歯のベルトに対する衝撃のためにノイズを発生する。このノイズは非常に不快である。

従来技術の代表は株式会社リコーの特願平9-220821号であり、これは、ｎ本（２以上の整数）のタイミングベルトの各歯が、駆動プーリの歯のピッチの１／ｎだけ周方向にずらすように、駆動プーリの歯溝に噛合し始める位置を決めることを開示している。

必要なものは駆動ノイズが著しく低減したスプロケットである。必要なものはスプロケットに係合するベルトのピッチに実質的に一致した円弧状ピッチを有するスプロケットである。必要なものは最小の巻付け角を有するベルトに用いられるスプロケットである。本発明はこれらのニーズに合致する。

本発明の主な特徴は駆動ノイズが著しく低減したスプロケットを提供することである。

本発明の他の特徴は、スプロケットに係合するベルトのピッチに実質的に一致した円弧状ピッチを有するスプロケットを提供することである。

本発明の他の特徴は、最小の巻付け角を有するベルトを用いたスプロケットを提供することである。

本発明の他の特徴は、本発明の後述の説明と添付図により指摘され、明らかにされる。

本発明は、ノイズを著しく低減させる円弧状ピッチを有するベルト駆動システムおよび歯付アイドラスプロケットを備える。歯付アイドラスプロケットは、最小のベルト巻付け角でベルトとスプロケットの間の適切な係合を生じるために十分なピッチを有する。

明細書に組み込まれて明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、記述とともに、本発明の原理を説明するために役立つ。

図１はプーリの側面図である。プーリ１０は溝１１と、溝１１の間に配置された歯１２を備える。歯付ベルト２０はプーリ１０に係合する。プーリ１０はベルト駆動システムのベルトスパンに係合してもよい。一般に、アイドラプーリはシステムのベルト張力を調整するために用いられる。

図１を参照すると、ベルト駆動システムにおいて、ベルト２０のピッチＰ_Bは隣接するベルト歯２１の中心の距離である。スプロケット１０のピッチＰ_Sは、隣接する歯の面における隣接するスプロケット歯１２の中心間の距離である。適切に動作するため、ベルトは、巻付け角とも呼ばれる、プーリの円周の一部に係合する。

普通のプーリ/ベルトシステムの場合、適切な巻付け角を達成するためには、スプロケット歯のピッチＰ_Sがベルト歯のピッチＰ_Bよりわずかに小さいか、あるいは他の方法に置き換えると、スプロケットのピッチラインの直径がベルトピッチラインの直径に等しいことが必要である。ピッチラインはベルト張力コードの位置にほぼ一致する。ピッチラインは通常、スプロケットの歯面の上からある距離だけ離れた基準円弧によって表される。

従来技術において用いられる他の値は、ピッチライン差すなわち“ＰＬＤ”である。それはベルトのピッチライン位置すなわちスプロケットのピッチの直径（ＰＤ）とスプロケットの外径（“ＯＤ”）との間の差である。言い換えると、
ＰＤ−ＯＤ＝ＰＬＤ

ＯＤはスプロケットの外歯の表面において測定される。例えば、８mm−２８歯のスプロケットにおけるＯＤは２．７４４インチであってもよく、これはスプロケットのピッチの直径（“ＰＤ”）を２．８０７インチにする。この場合、０．０６３インチのＰＬＤは、８．０mmのピッチを有するベルト歯が巻付け角の周りにスプロケット歯に対して適切に噛合することを許容する。

従来技術において、歯付ベルト駆動システムに用いられるアイドラはＰＬＤ法を使用して切削される。これは、従来技術のアイドラがかなり大きい巻付け角に対してベルトに適切に噛合することを意味する。それはまた、スプロケット歯が各ベルトのランド面に衝撃を与えることを意味する。従来技術のスプロケットとは逆に、ここに十分に説明されているように、ベルトはかなり大きい巻付け角にわたって本発明のスプロケットに適切に係合しない。

特に、ベルトの歯側面が係合するほとんどのアイドラアプリケーションにおいて、巻付け角αは一般的に３０°よりも小さい。これは、スプロケットがベルトに係合するときに、ベルトが実質的にラック型、すなわち平面であることを意味する。例えば、ラック型に適切に係合するときの２つのかみ合った歯の輪郭は正確に同じピッチを有する。しかし、輪郭間におけるピッチの相異は、ＰＬＤの設計に必要であるが、ラック型においてわずかに不整合な輪郭を生じる。これは、ベルト歯の側面とスプロケットの溝との間に許容されないクリアランスを発生させる。これらのクリアランスの中におけるベルトの挙動は、内燃機関に起こる駆動ノイズの原因となる。この開示において「巻付けの角度」および「巻付け角」は言い換え可能であり、同じ意味を有する。

隣接するスプロケット歯の間は、溝深さを備えた溝である。その深さはベルト歯のプーリ溝との適切な係合を確保するように選択され、これにより最大動力伝達が保証される。各プーリ歯は各ベルト歯の間のランド面に係合する。動作中、各スプロケット歯のベルトランド面に対する衝撃はノイズを発生させる。ノイズの強さは、ランド面の深さに対する歯の高さ含む、種々の要素の関数である。

本発明のスプロケットは実質的に「ラック」あるいは平面の位置において、また小さい巻付け角において、駆動ノイズを著しく低減させる。これは、スプロケットのピッチが係合面においてベルトのピッチに実質的に噛み合うからである。例えば、ラック形状における8.0mmピッチのベルトは8.0mmの歯から歯までの間隔を有する。この結果、低いノイズ状況を達成するために、スプロケットの歯から歯までの間隔（「弧状のピッチ」）は8.0mmでなければならない。この「ラックでの噛み合い」は、わずか１つのスプロケット歯が正確にラック位置にあるベルトに接触するのであれば、適用できる。

無視できないベルトスパンの撓みと、スプロケットに接触する１よりも多いベルト歯とを有するアプリケーションにおいて、スプロケットの「ラックでの噛み合い」ＯＤはスプロケット歯とベルト溝との間での適切な噛み合いを維持するために適当な大きさだけ減少させなければならない。

ベルトスパンがラック位置からそれるシステムにおいて本発明のスプロケットの調整されたＯＤ（“Ａｄ”）を決定するために、次の式が用いられる。スプロケットの歯の数に加えて、２つのことが知られていなければならない。すなわち同じ歯の数を有する「標準」のスプロケットのＰＬＤと、システムの動作中におけるスプロケットに対するベルト巻付けの量である。歯の数とＰＬＤは、種々の製品カタログのスプロケットの仕様書の一覧表に利用できる。巻付け角は従来技術で知られている方法を用いて算出してもよい。

従って、
Ａｄ＝Ｓｄ−（ＰＬＤｄ×ＢＷｄ）
ここで、
ＰＬＤ＝ピッチライン差
ＢＷd＝ベルト巻付け角度（°）
Ｓｄ＝ベルトラックのピッチに噛み合うスプロケットの外径
Ａｄ＝調整されたスプロケットの外径
ＰＬＤｄ＝ＰＬＤ／３６０°
８mm−２８歯のスプロケットの５°の巻付けの角度での計算例は次の通りである。
ＰＬＤ＝０．０６３インチ
ＢＷｄ＝５°
Ｓｄ＝２．８０７インチ
ＰＬＤｄ＝０．０００１８インチ／°
したがって、
Ａｄ＝２．８０７インチ−（．０００１８インチ／°×５°）＝２．８０６インチ

５°の巻付けの角度を有するシステムに対し、Ａｄ＝２．８０６インチである。これは２．７４４インチの「標準」ＯＤと比較できる。本発明のスプロケットは標準のスプロケットよりも大きい０．０６２インチのＯＤを有する。歯の数は２８に維持される。この計算がどんな数の歯を有するスプロケットにも適用できることが理解される。

続いて、Ａｄ＝２．８０６インチであると、５°の巻付けの角度の本発明スプロケットのピッチは、
本発明ピッチ＝π（２．８０６インチ）/２８＝０．３１４８インチ（７．９９５９mm）である。これは標準スプロケットのピッチと比較される。
標準ピッチ＝π（２．７４４インチ）/２８＝０．３０７９インチ（７．８２０６mm）である。

標準スプロケットおよび本発明スプロケットにおけるピッチの差は０．００６９インチすなわち０．１７５３mmである。これは、本発明スプロケットが小さい巻付け角で標準スプロケットよりも大きいピッチを有し、これによりスプロケットとベルトの間の係合を高めることを示す。言い換えると、スプロケットのピッチは巻付け角に反比例する、つまり巻付けの角度が小さくなるにしたがってスプロケットのピッチは大きくなる。当業者は、巻付け角が０に近ずくにしたがってスプロケットのピッチが係合するベルトの巻付けピッチに実質的に等しくなることを理解する。これはさらに、本発明のスプロケットがスプロケットの外形とベルトの外形との間における、スプロケット・アイドラ・システムに含まれるかもしれなかった、ミスマッチを実質的に減少させ、あるいは除去し、これによりミスマッチにより生じるノイズを低減させ、あるいは除去する。

本発明のスプロケットは例えば５°以下のような小さい巻付け角度に容易に適用できるが、その方法は、特定の巻付け角を有し、１８０°以下の巻付け角のアイドラとベルトの間の正確な係合を要求する、いかなるアイドラの位置にも適用できる。

さらにノイズを減少させるために、スプロケットの溝の外形は、例えば内燃機関において、回転速度の変動を伴う駆動において騒音を生じるバックラッシュを除去する、ベルト歯の外形のミラーイメージにしてもよい。スプロケットの溝深さを小さくすることはまた、音信号を改善する。これはベルト/スプロケットの境界面におけるランド領域のクリアランスを生じさせ、これにより音圧力レベルを低減させることができる。

したがって、本発明は多くの従来技術の問題を改良する。本発明のスプロケットおよびシステムの利点はたくさんある。第１に、スプロケットの歯は標準ＰＬＤのスプロケットよりも、より十分かつ正確に各ベルト歯面に係合する。第２に、スプロケット歯の高さは、ベルト歯の側面とスプロケット溝の間における適切な完全な係合を保障するために、ベルト溝の深さと比較して減少させることができる。第３に、スプロケット歯は、一般的ＰＬＤの形態の変わりに特定の巻付け角を示す適切な形状のベルト歯に係合する。第４に、改良されたスプロケット/ベルト係合は、スプロケット歯とベルトランド面の間の減少した接触により、ベルト駆動システムの操作の間に生じるノイズを著しく減少させる。第５に、スプロケット溝とベルト歯の間のクリアランスは十分に小さくなり、これによりスプロケットとベルトの間の相対移動により生じるノイズを低減させる。

例えば、本発明において、長手方向における溝の輪郭形状は、この明細書に組込まれ、ウェストフ（Westhoff）に付与された米国特許第4,605,389号明細書に開示されたような実質的にトラクトリクス曲線の形をしてもよい。この実施形態の溝の輪郭形状はトラクトリクス曲線を備えるが、本発明の有用性はひとつの歯の輪郭形状に限定されない。溝の輪郭形状は、本発明のアイドラスプロケットがベルトの輪郭形状に協働的に係合する形状を有する限り、従来技術において歯付ベルトに使用されるかもしれない、いかなる他の歯の輪郭形状を備えてもよい。

図３に示された他の実施形態において、本発明のスプロケット５００の外周は天然ゴムおよび合成ゴムを含むエラストマのような弾性材料５０を備える。ハブ部５１は金属のような非圧縮の材料を備える。圧縮部５０は従来技術で知られている接着剤によりハブ部５１に接着される。弾性材料は動作中、スプロケットに対するベルトの係合によって振動を減衰させる。

図２は本発明のアイドラを有する２プーリ駆動システムの側面図である。アイドラプーリ１０は、駆動プーリ３０と被駆動プーリ４０の間のベルトスパンに係合して示される。巻付け角は約７２°よりも小さい。巻付け角は、ひとつのスプロケット歯がベルトに係合できるのに必要かもしれないだけ小さくてもよい。もちろん、巻付け角はシステムの構成によって要求されるときは７２°を超えてもよい。プーリ１０はブラケットＢの移動Ｍにより調整される。

本発明のひとつの形態が説明されたが、ここに記載された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、構成と関連した部分に種々の変形が施されることは当業者にとって自明である。

プーリの側面図である。 本発明のアイドラを有する２プーリ駆動システムの側面図である。 本発明のアイドラの他の実施形態である。

Claims (6)

1. ピッチを有し、少なくとも２つのスプロケットの間に架け回された歯付ベルトと、
   ピッチを有し、ベルトの歯面に係合する第３のスプロケットとを備え、
   前記ベルトが前記第３のスプロケットの周りにおける巻付け角を有し、
   前記第３のスプロケットのピッチが以下の式により計算される
   ベルト駆動システム。
   第３のスプロケットのピッチ＝π（Ａｄ）／（スプロケットの歯数）
   Ａｄ＝Ｓｄ−（ＰＬＤｄ × ＢＷｄ）
   Ｓｄ＝ベルトラックのピッチに噛み合うスプロケットの外径
   ＢＷｄ＝ベルトの巻付け角
   ＰＬＤｄ＝ＰＬＤ／３６０°
2. ベルトの歯の長手方向における輪郭形状が実質的にトラクトリクス曲線の形状である
   請求項１に記載のベルト駆動システム。
3. ベルトの溝がプーリの歯の高さ以上の深さを有する
   請求項１に記載のベルト駆動システム。
4. 前記ピッチは、ベルトの巻付け角が０に近づくに従ってベルトピッチに実質的に等しくなる
   請求項１に記載のシステム。
5. 円筒面上に複数の歯を有し、前記歯がピッチを有し、
   前記ピッチが以下の式により計算されるスプロケット。
   ピッチ＝π（Ａｄ）／（スプロケットの歯数）
   Ａｄ＝Ｓｄ−（ＰＬＤｄ × ＢＷｄ）
   Ｓｄ＝ベルトラックのピッチに噛み合うスプロケットの外径
   ＢＷｄ＝ベルトの巻付け角
   ＰＬＤｄ＝ＰＬＤ／３６０°
6. 前記ピッチは、ベルトの巻付け角が０に近づくに従ってベルトピッチに実質的に等しくなる
   請求項５に記載のスプロケット。

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