JP4321891B2 - ローラチェーン・スプロケットシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ローラチェーンと、これと噛み合うスプロケットとの組合せからなるローラチェーン・スプロケットシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
〔発明の背景〕
本件出願は、１９９７年１０月３日に出願された米国仮出願第60/060,806号に基づく優先権を主張しており、当該仮出願は、引用することによって本件出願の中に含まれる。
【０００３】
本発明は、ローラやブシュに急激な衝撃荷重を作用させることなくローラチェーンの噛合周波数を変えるように設計されたローラチェーン用スプロケットに関する。本発明は、着座したローラ間で一定の弦長さを維持する一方、ローラの半径方向の着座位置をランダムに配列することによって、ローラの噛合いを変えている。とくに、スプロケット歯底部の径（あるいはローラの着座のためのスプロケット歯間の部分）がスプロケットの回りにランダムに（不規則に）配列されている。
【０００４】
一方、サイレントチェーンにおいては、チェーンリンクとスプロケットとの噛合周波数を変えるために、以前よりランダムスプロケットを使用している。スプロケットのランダム化は、いくつかのスプロケット歯の側面から少量の材料を切除すなわち取り除くことによって、一般に達成されている。切除されたスプロケット歯は、切除されていないスプロケット歯の間に所定のパターンで配列されている。このチェーン駆動装置は、ピッチ周波数でノイズの変調をもたらした。このようなチェーンの一例は、米国特許第 3,377,875号に示されている。
【０００５】
サイレントチェーンがこのような従来のランダムスプロケットと接触するとき、リンクの弦上下位置はスプロケット歯により変化する。そのため、チェーンリンクの中には、連続した切除スプロケット歯に続く非切除スプロケット歯と噛み合うとき、高い衝撃荷重を受けるものもある。
【０００６】
ローラチェーンが、このような切除スプロケット歯を有するスプロケットを利用すれば、いくつかのローラが高い衝撃荷重を受けることになり、その結果、ローラの早期疲労破壊につながることになるだろう。ローラの疲労は高速仕様のローラチェーン駆動装置の主要な破壊形態の一つであるので、このような問題は、従来のランダムスプロケットをローラチェーンに採用する上での大きな障害になる。
【０００７】
米国特許第 3,448,629号は、与えられたチェーンにおいて理論上正確なスプロケット歯底径に対してスプロケット歯底径を修正することによって、さらに、修正スプロケットがチェーンと噛み合うことができるようにスプロケットの隣り合う歯間の隙間を十分に広くすることによって、ローラチェーンにおけるチェーンの衝撃を低減させようとしている。このようなスプロケットは、スプロケット歯底径のランダム化を提供しない。
【０００８】
１９９７年３月２７日に公開されたＰＣＴ国際公開ＷＯ９７／１１２９２は、スプロケット歯を間引くことにより各スプロケット歯間の歯底部を延長することによって、衝撃ノイズを減少させようとしたローラチェーンタイミング駆動装置を開示している。
【０００９】
歯底部は詳細な計算を通じて延長されており、これにより、スプロケット歯の駆動フランク面からもう一方のフランク面までのスプロケット歯の厚みが減少することになる。その結果、スプロケットの回りに巻き付くすべてのローラが、チェーンの設計寿命全体を通じて、スプロケット歯と接触し続けることになる。
【００１０】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、ローラに急激な衝撃荷重を作用させることなくローラチェーンの噛合周波数を変えることができるローラチェーン・スプロケットシステムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るローラチェーン・スプロケットシステムは、ローラチェーンと概略円形のスプロケットとを備えている。ローラチェーンは、交互に配置された複数のリンク対を有し、前記各リンク対が枢支ピンによって相互に連結されるとともに、前記枢支ピンの各々が該各枢支ピンの回りに回転自在に設けられた概略円形のローラを有している。スプロケットは、その外周に間隔を隔てて配置された複数の歯を有するとともに、隣り合う各歯間に配置された前記ローラ受入れ用の歯底部を有しており、前記歯底部の各々が、半径方向においてスプロケット中心に最も近い歯底部上の点と該スプロケット中心との間の距離として限定される歯底半径を有している。前記歯底部の少なくとも一つが第１の歯底半径を有し、前記歯底部の少なくとも一つが第２の歯底半径を有するとともに、前記第２の歯底半径が前記第１の歯底半径より小さくなっている。第１の歯底半径を有する第１の歯底部が、第２の歯底半径を有する第２の歯底部に対して、予め設定されたパターンでスプロケットの回りに不規則に配列されるように、スプロケットの前記歯底部の半径方向位置が調整されている。また、前記ローラチェーンのローラがスプロケットの前記第１の歯底部または前記第２の歯底部に着座した際に、着座した隣り合うローラの中心間距離が変化しないように、スプロケットの歯底部の円周方向位置が調整されることにより、スプロケットの角変位がスプロケット回りで不規則に変化していることを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明に係るローラチェーン・スプロケットシステムは、請求項１において、前記歯底部のいくつかが第１の歯底半径を有し、他の歯底部が第２の歯底半径を有していることを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明に係るローラチェーン・スプロケットシステムは、請求項１において、前記歯底部のいくつかが第３の歯底半径を有し、該第３の歯底半径が前記第２の歯底半径よりも小さくなっていることを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明に係るローラチェーン・スプロケットシステムは、請求項３において、前記第３の歯底半径を有する前記歯底部が、前記第１の歯底半径を有する前記歯底部および前記第２の歯底半径を有する前記歯底部に対して、予め設定されたパターンで前記スプロケットの回りに不規則に配列されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項５の発明に係るローラチェーン・スプロケットシステムは、請求項４において、前記第２の歯底半径を有する少なくとも一つの歯底部が、前記第１の歯底半径を有する歯底部と前記第３の歯底半径を有する歯底部との間に常時位置するように、前記設定パターンが設定されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項６の発明に係るローラチェーン・スプロケットシステムは、請求項４において、前記設定パターンが、第１の歯底半径、第２の歯底半径、第３の歯底半径、第３の歯底半径、第２の歯底半径、第１の歯底半径のように連続する歯底半径の組合せを一部に有していることを特徴としている。
【００１７】
本発明においては、スプロケットの歯底部が、第１の歯底半径と、これより小さな第２の歯底半径との組合せから構成されるとともに、隣り合うローラの中心間距離が歯底部に着座したローラに沿って概略等しくなるように、第１，第２の歯底半径が限定されているので、ローラに急激な衝撃荷重を作用させることなくローラチェーンの噛合周波数を変えることができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
〔発明の要約〕
本発明は、着座したローラ間で一定の弦長さを維持する一方、ローラの半径方向の着座位置を変化させようとしている。このような変化すなわちランダム化は、従来のランダムスプロケットによる高い衝撃のマイナス効果を避けつつノイズ変調効果を提供しようとしている。
【００１９】
本発明の一実施態様においては、ローラチェーン・スプロケット駆動装置は、交互に配置された複数対のリンクを含むローラチェーンを有している。リンク対は、枢支ピンによって相互に連結されている。枢支ピンの各々は、該各ピンの回りを回転自在に設けられた概略円形のローラ部材を有している。
【００２０】
ローラチェーンは、その外周に間隔を隔てて配置された多数のスプロケット歯を有する概略円形のスプロケットの回りを回転するように構成されている。スプロケット歯は、隣り合う各スプロケット歯間に配置されかつローラを受け入れて着座させるための歯底部を有している。
【００２１】
各歯底部は歯底径によって限定されており、この歯底径は、スプロケット中心と、半径方向においてスプロケット中心に最も近い歯底部上の点との間の距離である。歯底部の少なくともいくつかは第１の歯底径を有し、残りの歯底部の少なくともいくつかは第２の歯底径を有しており、この第２の歯底径が第１の歯底径よりも小さくなっている。
【００２２】
第１および第２の歯底径は、隣り合うローラの中心間の距離が、スプロケット歯底部に着座したローラに沿って実質的に等しくなるように決定されている。言い換えれば、弦上のピッチ距離、すなわちチェーンの隣り合うローラの中心間距離が、隣り合うローラ対間で同一になっている。
【００２３】
またローラチェーン・スプロケットシステムは、第１の歯底径を有する複数の歯底部を備えるとともに、第２の歯底径を有する複数の歯底部を備えたスプロケットを有していてもよい。第１の歯底径を有する歯底部は、第２の歯底径を有する歯底部に対して、スプロケット外周の回りに予め設定されたパターンでランダムに配置されている。ランダムに配置することにより、パターンが単調に変化するのではなく、第１および第２の半径間においてパターンが食い違ったものになる。
【００２４】
ローラチェーン・スプロケットシステムはまた、第３の歯底径を有する複数の歯底部を有していてもよく、この第３の歯底径は第２の歯底径よりも小さくなっている。この場合には、第１，第２，第３の歯底径は、スプロケット回りにおいてそれぞれ最大、公称、最小の歯底径を限定している。第３の歯底径を有する歯底部は、第１の歯底径の歯元部および第２の歯底径の歯元部に対して、スプロケット外周の回りに予め設定されたパターンでランダムに配置されている。この予め設定されるパターンはまた、公称径である第２の歯底径を有する少なくとも一つの歯底部が、最大径である第１の半径を有する歯底部と最小径である第３の半径を有する歯底部との間に常時位置するように、配列されているのが好ましい。
【００２５】
本発明のこれらおよびその他の特徴・目的をよく理解するためには、添付図面に関連して以下の詳細な記述が参照されるべきである。
【００２６】
〔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、スプロケット歯の半径方向および円周方向の位置が従来の均等間隔からわずかに調整（すなわちランダム化）されているローラチェーン用ランダムスプロケットに関する。これにより、着座したローラ間のピッチ長さ（弦長さ）は一定のまま、ローラの半径方向の着座位置がスプロケット歯間で変化している。
【００２７】
ランダムスプロケットを構成する際には、スプロケット上の始端位置および終端位置が円滑に結合するように、平均着座径がまず決定される。着座径の調整は、公称着座径、上部（最大）着座径あるいは下部（最小）着座径のうちのいずれかの半径方向距離において、ローラがスプロケット歯間の歯底部に着座するように、行われる。あるいは、ローラは、最大着座径または最小着座径のいずれか半径方向距離において、スプロケット歯間に着座する。
【００２８】
スプロケット歯間のローラ着座位置は、スプロケット回りで所定のパターンによりランダムに変化している。このパターンは、好ましくは、最大または最小の着座径を有する各ローラの前後に、公称着座径を有するローラを配置している。二つの着座径のみが利用される場合には、着座径のパターンは、最大および最小の着座径の間で変更されるというよりもむしろランダム化される。
【００２９】
ローラの着座径を変化させることにより、ローラがスプロケットと連続して衝突するタイミングが変化することになる。また、着座したローラ間のピッチ長さを一定に保つことによって、ローラおよびスプロケット歯間の衝撃荷重が減少する。
【００３０】
図１には、スプロケット１０が、二つのスプロケット歯１８，２０間に着座したローラチェーンの各ローラ１２，１４，１６とともに示されている。スプロケット１０は、外径ＯＤ，歯底径ＲＤおよびピッチ径ＰＤを有している。外径ＯＤは、スプロケット中心からスプロケット歯の最外側位置までの距離である。歯底径ＲＤは、隣り合う二枚のスプロケット歯間の歯底の最下部からスプロケット中心までの距離である。ピッチ径ＰＤは、スプロケット中心からスプロケットのピッチ円までの距離である。また各ローラは、直径Ｄを有している。
【００３１】
図２ないし図４には、ローラの最大着座半径Ｒ３に対応する円弧、最小着座半径Ｒ１に対応する円弧、および公称着座半径Ｒ２に対応する円弧がそれぞれ示されている。ローラがスプロケット歯間のある着座部から他の着座部に移動するとき、ローラが着座する半径方向位置が、最大半径から公称半径さらに最小半径まで変化する。スプロケットの角変位は、ある着座部におけるローラ中心とこれと隣り合う着座部におけるローラ中心との間の角度距離である。角変位は、スプロケット上の着座部間で効果的に変更されている。
【００３２】
本発明は、歯底部間における角変位の非常に小さな変化が、着座部とのローラの噛合タイミングに、したがって衝突ノイズの発生に大きな影響を与え得るという概念に関する。衝突ノイズは、歯底部または歯部の側面と衝突するローラまたはブシュからの接線方向成分ばかりでなく、歯底部の底部と衝突するローラまたはブシュからの半径方向成分を含んでいる。本発明は、歯面の側部を除去した従来のスプロケットにおける接線方向成分の変更と異なり、主に半径方向成分のランダム化に関する。
【００３３】
また、着座したローラ間のピッチ長さ（弦長さ）は一定に保たれる。弦長さを一定に保つことにより、ローラのスプロケット歯への衝撃荷重が減少する。スプロケット歯への着座位置が変化することにより、連続する衝突のタイミングが変化することになる。このようなタイミングの変化が、チェーン駆動装置によって引き起こされるピッチ周波数ノイズを減少させる。
【００３４】
歯面上の任意の点で測った有効歯厚は、スプロケットの歯底径を変更したことにより、スプロケット上の歯により変化する。その一方、ローラを着座位置に保持する歯底部またはポケット部の形状は、スプロケット歯間でほぼ同一に維持されている。本発明の意図は、ローラとスプロケット歯底部との噛合状態（または着座状態）を維持させる一方、歯底部の位置をスプロケット歯により半径方向に変化させようとすることにある。
【００３５】
スプロケット歯がスプロケット中心の回りを進むとき、着座位置の変化のパターンが選択される。好ましくは、このパターンはランダムである。すなわち、スプロケットの回りで不規則に変化している。また好ましくは、このパターンは、少なくとも一枚のスプロケット歯に関して、公称着座位置を通らずに上部着座位置または下部着座位置から最も離れた位置まで急激に移動することを含んではいない。このような急激な移動を避けることは、チェーンの円滑な運転に寄与し、機械的ノイズの発生を抑制するとともに、ローラの摩耗を減少させる。
【００３６】
本発明によるスプロケット形状を創成するためには、各歯底部（すなわちローラが着座するスプロケット歯間の間隙）について着座半径の位置を決定しなければならない。各ローラの着座位置を配置する一方、着座したローラ間のピッチ長さは一定に保たれなければならない。
【００３７】
中間ピッチ半径Ｒ２の出発値が最初に選択される。このピッチ半径の値すなわち公称ピッチ半径である １／２×Ｐ×１／ＳＩＮ（１８０／Ｎ） （Ｎ：スプロケット歯数） は便宜上の選択である。言い換えれば、ピッチ半径Ｒ２のための出発値は、長さ ２×ＳＩＮ（１８０／Ｎ） によって分割されたチェーン上において、着座した隣り合うローラ間のピッチ長さＰ１である。
【００３８】
次に、最大および最小ピッチ半径が、中間ピッチ半径の値から計算される。最小ピッチ半径Ｒ１は、中間ピッチ半径Ｒ２からピーク間のピッチ半径の変化（Δ）の１／２を差し引くことによって計算される。最大ピッチ半径Ｒ３は、中間ピッチ半径Ｒ２にピーク間のピッチ半径の変化（Δ）の１／２を足すことによって計算される。
【００３９】
次に、第１のローラ中心が、スプロケット中心からＲ２の距離を隔ててスプロケットの上死点（top dead center)に配置される。隣り合う次のローラ中心が、第１のローラ中心から一定の弦長さ（公称ピッチ長さ）Ｐだけ離れるとともに、選択されたランダムパターンに応じてスプロケット中心から半径方向の距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３だけ隔てられるように、配置される。隣り合う次のローラが、第２のローラ中心から一定の弦長さＰだけ離れるとともに、選択されたランダムパターンに応じてスプロケット中心から距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３だけ隔てられるように、配置される。
【００４０】
本発明の一実施態様においては、エンジンタイミング駆動装置用ローラチェーンのための標準的なスプロケットにおいて、最大および最小ピッチ半径間の変化量が任意に１ｍｍに設定されている。歯底半径間の差は、１／２ｍｍまたは１／４ｍｍに設定されている。スプロケットサイズや他の要因に応じて、他の半径寸法差を採用するようにしてもよい。
【００４１】
図に示すように、ローラ１２，１４はピッチ長さＰ１だけ隔てられており、各ローラ１４，１６はピッチ長さＰ２だけ隔てられている。本発明にしたがって、Ｐ１はＰ２と等しく、スプロケット回りに着座したローラの残りのピッチ長さもまた等しい。ローラがスプロケットの回りを進むと、ローラは、スプロケット１０の中心Ｃから異なる距離に着座する。たとえば、ローラ１２は半径Ｒ１で、ローラ１４は半径Ｒ２で、ローラ１６は半径Ｒ１でそれぞれ着座する。
【００４２】
スプロケット全体を完成するために、着座した最初のローラと最後のローラとの間の弦ピッチ長さが公称ピッチＰに等しくなければならない。もし弦ピッチ長さが着座した他のローラと等しくない場合には、中間のピッチ半径Ｒ２が増加または減少しなければならず、スプロケット形状が再構築される。
【００４３】
着座したローラが一旦スプロケット形状に適切に配置されると、スプロケット歯は、各歯底部または着座部の半径方向位置が着座部およびこれに対応するローラ間に望ましいクリアランスをもって位置づけられるように、配置される。またスプロケット歯は、歯間隙部の中心線がスプロケット中心からローラ中心までの法線と一致するように、配置される。最終のスプロケット形状は、隣り合うスプロケット歯間で混成半径の使用が必要となるかもしれない。
【００４４】
このようにして、着座したローラの中心間距離（すなわちピッチ長さまたは弦長さ）を一定に保持したまま、ローラ中心がスプロケット中心から三つの半径距離のうちの一つの円弧上に配置されるように各ローラの着座位置が変化しているスプロケット形状が与えられる。
【００４５】
本発明は、ブシュの外側にローラが介在することなく、ブシュがスプロケット歯に直接接触するブシュ・チェーンに適用される。また本発明は、リンクのスプロケット歯への衝突を上述と同じ方法で変化させることができるサイレントチェーンおよびスプロケットにも適用される。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係るローラチェーン・スプロケットシステムによれば、ローラに急激な衝撃荷重を作用させることなくローラチェーンの噛合周波数を変えることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施態様によるローラチェーンスプロケットの側面部分図であって、歯底径、ピッチ径および外径寸法を示している。
【図２】 隣り合うスプロケット歯の断面図であって、公称着座径、上部着座径および下部着座径を示している。
【図３】 スプロケットの側面部分図であって、関連するローラチェーンにおけるローラの着座状態を示している。
【図４】 ローラおよびこれに関連するスプロケット歯の断面図である。
【符号の説明】
１２，１４，１６ ローラ
１０ スプロケット
１８，２０ 歯
Ｐ１，Ｐ２ ピッチ長さ（ローラ中心間距離）
ＲＤ 歯底半径

Claims (6)

1. ローラチェーン・スプロケットシステムであって、
   交互に配置された複数のリンク対を有し、前記各リンク対が枢支ピンによって相互に連結されるとともに、前記枢支ピンの各々が該各枢支ピンの回りに回転自在に設けられた概略円形のローラ（１２、１４、１６）を有するローラチェーンと、
   その外周に間隔を隔てて配置された複数の歯（１８、２０）を有するとともに、隣り合う各歯間に配置された前記ローラ受入れ用の歯底部を有している概略円形のスプロケット（１０）とを備え、
   前記歯底部の各々が、半径方向においてスプロケット中心（Ｃ）に最も近い歯底部上の点と該スプロケット中心（Ｃ）との間の距離として限定される歯底半径（ＲＤ）を有しており、
   前記歯底部の少なくとも一つが第１の歯底半径を有し、前記歯底部の少なくとも一つが第２の歯底半径を有するとともに、前記第２の歯底半径が前記第１の歯底半径より小さくなっており、
   第１の歯底半径を有する第１の歯底部が、第２の歯底半径を有する第２の歯底部に対して、予め設定されたパターンでスプロケット（１０）の回りに不規則に配列されるように、スプロケット（１０）の前記歯底部の半径方向位置が調整されるとともに、
   前記ローラチェーンのローラ（１２、１４、１６）がスプロケット（１０）の前記第１の歯底部または前記第２の歯底部に着座した際に、着座した隣り合うローラ（１２、１４、１６）の中心間距離が変化しないように、スプロケット（１０）の前記歯底部の円周方向位置が調整されることにより、スプロケット（１０）の角変位がスプロケット回りで不規則に変化している、
   ことを特徴とするローラチェーン・スプロケットシステム。
2. 請求項１に記載のローラチェーン・スプロケットシステムにおいて、
   前記歯底部のいくつかが第１の歯底半径を有し、他の歯底部が第２の歯底半径を有している、
   ことを特徴とするローラチェーン・スプロケットシステム。
3. 請求項１に記載のローラチェーン・スプロケットシステムにおいて、
   前記歯底部のいくつかが第３の歯底半径を有し、該第３の歯底半径が前記第２の歯底半径よりも小さくなっている、
   ことを特徴とするローラチェーン・スプロケットシステム。
4. 請求項３に記載のローラチェーン・スプロケットシステムにおいて、
   前記第３の歯底半径を有する前記歯底部が、前記第１の歯底半径を有する前記歯底部および前記第２の歯底半径を有する前記歯底部に対して、予め設定されたパターンでスプロケット（１０）の回りに不規則に配列されている、
   ことを特徴とするローラチェーン・スプロケットシステム。
5. 請求項４に記載のローラチェーン・スプロケットシステムにおいて、
   前記第２の歯底半径を有する少なくとも一つの歯底部が、前記第１の歯底半径を有する歯底部と前記第３の歯底半径を有する歯底部との間に常時位置するように、前記設定パターンが設定されている、
   ことを特徴とするローラチェーン・スプロケットシステム。
6. 請求項４に記載のローラチェーン・スプロケットシステムにおいて、
   前記設定パターンが、第１の歯底半径、第２の歯底半径、第３の歯底半径、第３の歯底半径、第２の歯底半径、第１の歯底半径のように連続する歯底半径の組合せを一部に有している、
   ことを特徴とするローラチェーン・スプロケットシステム。

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