JP5090360B2

JP5090360B2 - ローラ又はブシュチェーン用のスプロケット歯形

Info

Publication number: JP5090360B2
Application number: JP2008535532A
Authority: JP
Inventors: マークリー，ジョージ
Original assignee: ボーグワーナーインコーポレーテッド
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: US20070087880A1; EP1952044B1; JP2009511840A; DE602006004774D1; US7740555B2; CN101287930B; CN101287930A; WO2007044165A1; EP1952044A1

Description

本発明はローラ又はブシュチェーン用のスプロケットの分野に関する。より具体的には、本発明はローラ又はブシュチェーンとスプロケットが噛み合うときに発生する騒音を低減するスプロケットに関する。

従来のチェーンスプロケットのインターフェースは、スプロケットが静的に保持され、緊張したチェーンがその周りに巻きつけられているかのようにローラ又はブシュをスプロケットの歯の根元に位置させている。スプロケットのピッチ円上に位置する前のローラの中心の周りで、チェーンピッチの長さの円弧上を揺れ動いているローラは、該スプロケットのピッチ円に到達したときにスプロケットの歯の根元と接触する。

図１１はスプロケットＳ１及びＳ２と係合しているローラＲを有するチェーンＣを示す。スプロケットと噛み合っているローラチェーンにより発生する騒音は、長い間認識されている問題である。典型的なローラチェーン駆動における最も顕著な騒音源の一つは、ローラがスプロケットの歯の間に位置する際に、ローラとスプロケットとの間で繰り返される衝突から生じる。図１２に示すように、スプロケットＳと係合しているローラ１０は位置する隣のローラ３０の中心の周りで、チェーンピッチＰと等しい半径を有する円弧２０上を揺れ動く。ローラ１０はスプロケットの歯元４０と相当な半径方向の衝突を生じて、円弧に沿って揺れ動く。

従来技術はスプロケットに衝突するローラによって生成される騒音を低減する試みを開示している。幾つかのスプロケットの設計は、スプロケットの歯形を変えることによりローラチェーン駆動の衝突音の低減を試みた。変更されたスプロケットの歯形を用いてローラチェーンとスプロケットの騒音を低減する一つの試みは米国特許第５，９２１，８７７号明細書により記述されている。三つの部分を有するスプロケットの歯形は、大きな騒音を発生させることなく、チェーンのローラをスプロケットの歯と係合させるとして説明されている。しかしながら、この設計は図１３に全般的に示すような歯形の非対称性のために、一方向のローラチェーン駆動に限定される。

他の設計もまたスプロケットを打つときのローラの衝突により発生する騒音を低減するために、非対称の歯の設計を活用した。米国特許第５，９２１，８７８号明細書及び米国特許第５，９９３，３４４号明細書は、係合している歯面半径及び第一の歯元半径に対して接線方向の平らな歯面を含み、そしてスプロケットの弦ピッチがチェーンの弦ピッチよりも小さい、ピッチの不整合を含む非対称な歯形を開示している。この配置はスプロケットとの段階的なローラの歯の接触を容易にすると説明されている。再び、歯面の非対称は一方向のローラチェーン駆動システムを要求する。

他の非対称な歯の設計は、ローラが摩耗するにつれて位置の決まらないローラとスプロケットの歯との振動的接触により発生する騒音を低減する試みとして、ローラと歯元の一部分との間に歯溝の隙間を備える。図１４は一つのそのような設計を例証する。歯元の底に衝突する代わりに、ローラは位置Ａ１及びＡ２において隣接する歯の歯面と半径方向に接触し、その間ローラは歯元の底の上を橋架けしている。このスプロケットはまた一方向のローラチェーン駆動システム用に設計されている。同様に、米国特許第５，３９７，２７８号明細書は、ローラが隣接する歯の歯面と同時に半径方向の接触をするように、隣接するスプロケットの歯間の隙間を単純に減らしている。しかしながら、この設計は多方向のローラチェーン駆動システムにおいて用いられ得る。

米国特許第６，７３６，７４４号明細書はチェーンローラとスプロケットとの半径方向の衝突を実質的に避けるスプロケットを開示している。スプロケットのピッチ円直径が維持される一方、スプロケットの歯元半径は増やされる。従って、ローラと歯元との間の隙間が生成され、それは同様なピッチのチェーンのローラがスプロケットの歯に、それらの歯元に対して実質的に半径方向へよりも、むしろそれらの歯面に対して実質的に接線方向へのやり方で衝突することを可能にする。バックラッシはこの設計では最小化されない。

同様に、米国特許出願公開第２００３／０１８６７６６号明細書は、全てが明確な半径及び円弧中心を有する円弧を伴った、位置の定まっている衝突部分及び末端部分を有する、係合する歯面形状を開示している。係合していない歯面の形状は、スプロケットのピッチがローラチェーンのピッチよりも小さい、ＪＩＳ規格の修正された形状に従って決定される。

衝突点はローラの速度における段階的な変化を可能にするため、接線方向の点において位置する。バックラッシはこの設計では最小化されない。

それゆえ、バックラッシを最小化する一方で、ローラチェーンのローラとスプロケットとの間の、実質的に半径方向の衝突により発生する騒音を実質的に最小化する、多方向スプロケットが当該技術分野において必要とされる。

改善されたスプロケット形状はローラ又はブシュチェーンと円滑に係合し、係合の間に歯元との半径方向の衝突を防止する。スプロケットにおける歯はチェーン係合する構成部品と等価な歯元半径を有し、歯元半径の中心点は一つの弦距離分だけスプロケットのピッチ円の内側に位置している。この形状はチェーンローラ又はブシュがスプロケットの歯に、それらの歯元に対して半径方向によりも、むしろそれらの歯面に対して接線方向に衝突することを可能にする。本発明はローラ及びブシュチェーンの双方に対して適用できる。

本発明はチェーン係合している構成部品のものと同等の歯元半径を歯に与え、歯元半径の中心点が一つの弦距離分だけスプロケットのピッチ円の内側に位置していることにより、スプロケットの歯とローラ又はブシュチェーンとの間の接触を変更する。本発明はＩＳＯによる標準の歯元半径を用いるが、しかし従来技術と異なり、歯元半径は一つの弦距離分だけピッチ円の内側に位置している。本発明は騒音及びバックラッシを低減する。

弦距離（弦上昇又は弦下降としても知られる）は、（ローラチェーン用の）チェーンローラ部材又は（ブシュチェーン用の）チェーンブシュ部材がスプロケットの中心線上にあるときに対して、二つのローラ部材又は二つのブシュ部材がスプロケットの中心線の周りに等間隔で位置しているときに、スプロケットの中心から該スプロケットの中心線に直角なチェーンの中心線までの距離として定義される。この値、又は半径方向の差はチェーン及び／又はスプロケットのピッチと共に変化する。

図１〜６は本発明の歯形構造の詳細を示す。図１Ａはスプロケットの歯元（１００）を示す。歯元（１００）は歯元半径（１０１）を有し、その中心点（１０２）は一つの弦距離（１０３）分だけスプロケットのピッチ円（１０４）の内側に位置している。ローラ又はブシュチェーンのピン（図示せず）がスプロケットのピッチ円（１０４）上で両方向に歯の回転の１／２分だけ、該スプロケットのピッチ円（１０４）上に降りる点（１０５）及び（１０６）は、弦距離（１０３）を測定するための最低点（１０２）を定義し、それはまた本発明のスプロケット各歯の歯元半径の中心点（１０２）である。点（１０７）はスプロケットの中心線（１０８）に直角な、ローラ又はブシュチェーン（１０９）の中心線である。円（１０９）はローラ又はブシュチェーンの双方、及び等半径（中心点がスプロケットのピッチ円の中心線上にある円）を表わす。円（１１０）はスプロケットのピッチ円（１０４）に沿った等半径（１０９）の１／２回転を示す。点線の四角で囲まれた図１Ａの部分の拡大図は図１Ｂに示される。

図２において、歯元半径の円（１１１）は一つの歯溝の角度だけ回され、そして円弧（１１２）は円（１１１）の中心から、第一の円（１００）に対して接線方向に描かれる。図３は、第一の円（１００）の中心を通るスプロケットのピッチ円（１０４）中心からの中心線周りの接弧（１１２）を、一つの歯溝の角度だけ回されたコピーの接弧（１１３）を作り出すために鏡に写し、従って第二の接弧（１１３）は第二の円（１１１）に対して接線方向である。歯先（１１６）の径を表わす円弧（１１４）が第一の円（１００）と第二の円（１１１）との間に追加されている。第一の円（１００）に対して接線方向の第二の弧（１１５）は、スプロケット上の隣接する歯を表わすために示されている。図４は結んでいない端部を切り取り、そして二つの歯面（１１８）と（１１９）及び歯先（１１６）を有する歯（１１７）を示す。図５は隣接する歯の歯面に対して接線方向の第一の円（１２０）を切り取っている。図６は第二の円（１１１）を取り除き、鏡に写された円弧（１１５）は完全な歯（１１７）を残している。

図７は本発明の変更された歯元半径（１０１）を有する歯（１１７）を用いたスプロケットの外形（１３０）を示す。スプロケットの外形（１３０）を説明するために、歯（１１７）はピッチ円（１０４）のまわりに適切な回数だけ繰り返されている。

図８Ａ及び８Ｂはスプロケットの歯（１１７）と係合しているチェーン（１３２）の軌道（１３８）を例証する。チェーンと歯面（１３７）との間の空間として定義される隙間（１３４）は、チェーンが係合し歯元（１２０）に入るにつれて減少する（１３４’）。歯先における隙間は係合の点まで滑らかに減少する。チェーンがピッチ円（１０４）上にあるときのチェーンの片側又は両側における最小隙間はバックラッシである。ローラはピッチ円（１０４）上に位置するため、半径方向の接触はない。チェーンは歯元（１２０）に衝突したり、又は歯元に乗り上げたりしない。代わりに、チェーンとスプロケットの間には接線方向の接触（１３６）がある。

図９はスプロケットの歯（１１７）から外れているチェーン（１３３）の軌道（１３８）を例証する。隙間（１３７）はチェーンが離れるにつれて増加する。チェーンは歯からの干渉なしに円滑に外れる。

図１０はスプロケットの歯（１１７）の根元（１２０）に位置するローラ又はブシュを有するチェーンのローラ又はブシュが、一つの最小限度のバックラッシ（１４２）を有する歯を通過し、次に続く歯の係合においてどのようにピッチ円（１０４）に滑らかに戻るかを例証する。本発明の設計は常に十分な隙間があり、例えローラ又はブシュが歯元（１２０）内の奥深くにあっても、歯面とチェーンのローラ又はブシュとの間に干渉がないことを保証する。例えば、ローラ又はブシュは本システムが静止しているときに歯元（１２０）内の奥深くにあるかも知れない。

弦距離はバックラッシの量を決定し、与えられた数の歯に対して弦距離はピッチ円直径が減少するにつれて増加する。表１はスプロケット外形の二つの例を示す。

両方の例において、ピッチは任意に８ｍｍとして選ばれた。第一の例において、スプロケットは１０枚の歯を有する。１０枚の歯を伴うピッチ円半径は１２．９４４ｍｍである。対応する弦距離は０．６３４ｍｍであり、それは相当に大きく過度のバックラッシを生じ得る。過度のバックラッシはチェーンとスプロケットのインターフェースにより生成される騒音のレベル及びタイプに対する非常に重要な誘因となることが示されている。それゆえ、歯元をスプロケットのピッチ円から一つの弦距離分未満だけ移動させることは、１０枚の歯を有するこの例を含め、少数の歯数を有するスプロケットにおいて有利となり得る。１０枚の歯を有するスプロケットを設計するとき、ゼロと一つの弦距離との間でどの値を選ぶかの決定は、スプロケットの特定の設計に依存するであろう。第二の例においては、２４枚の歯がある。この例において、ピッチ円半径は３０．６４５ｍｍであり、そして弦距離は０．２６２ｍｍである。

従って、ここに記述されている本発明の実施形態は、単に本発明の原理の適用における実例に過ぎない。例証されている実施形態の詳細に対するここでの引用は、それら自体が本発明に必須と見なされる特徴を列挙している請求項の範囲を制限することを意図していない。

本発明の実施形態において、その中心点が一つの弦距離分だけスプロケットのピッチ円の内側に位置している歯元半径を示す。図１Ａに示された弦距離の拡大図を示す。一つの歯溝の角度だけ回転し、そして一つの円弧がその中心から第一の円に対して接線方向に旋回している、図１Ａの円を示す。第一の円の中心を通るスプロケットのピッチ円中心からの中心線周りの図２の接弧と、一つの歯溝の角度だけ回転させ、それを第二の円の接線方向に置いたそのコピーとの鏡写しを示す。切り取られた歯を形成する、結んでいない端部を示す。隣接する切り取られた歯の歯面に対して接線方向の第一の円を示す。第二の円が取り除かれ、完全な歯を残している鏡に写された円弧を示す。本発明の歯を用いたスプロケットの外形を示す。本発明の一つの実施形態における、スプロケットの歯と係合しているチェーンの軌道を示す。チェーンがスプロケットと係合しているときの、該チェーンとスプロケットの歯との間の隙間の拡大図を示す。本発明の一つの実施形態における、スプロケットの歯から外れているチェーンの軌道を示す。スプロケットの歯の根元に位置するローラを有するチェーンのローラが、一つの最小限度のバックラッシを有する歯を通過し、次に続く歯の係合においてどのようにピッチ円に滑らかに戻るかを示す。典型的なローラチェーン及びスプロケット駆動システムを例証する。チェーンローラと従来のスプロケットとの実質的に半径方向の噛み合いを例証する。従来技術の非対称のスプロケット歯形を例証する。チェーンローラと従来技術のリリーフ加工された非対称歯形スプロケットの歯元との間の二点接触を例証する。

Claims

予め選ばれた半径のローラ部材であって、チェーンピッチの距離だけ離れた中心を伴って位置するローラ部材を有するローラチェーンと共に用いられるスプロケットが、予め選ばれたローラチェーンのピッチに対応するスプロケットのピッチ円を有し、前記スプロケットは、
前記スプロケットの外周まわりに離間された複数の歯と、
隣接した歯の間で前記スプロケットにより定義される歯元であって、各々の前記歯元が、隣接する複数の歯の複数の歯面を接線方向につなぐ１つの歯元の円弧を定義し、かつ前記スプロケットのピッチ円内側に位置する中心点を持つ歯元半径を有する歯元とを含み、
前記歯元半径の各々が、前記ローラ部材の予め選ばれた半径に等しく、
各々の前記歯は、一対の歯面を有し、各歯面は１つの歯面の円弧を定義し、当該円弧は前記歯を、当該歯に隣接する前記歯元に接線方向につないで、前記ローラ部材が前記複数の歯の複数の歯面に接線方向に衝突するようにするスプロケット。
前記歯元半径が一つの弦距離分未満だけ前記スプロケットのピッチ円内側に位置する、請求項１に記載のスプロケット。
前記歯元半径が一つの弦距離分だけ前記スプロケットのピッチ円内側に位置する、請求項１に記載のスプロケット。
前記ローラ部材と前記スプロケットとの間の半径方向の衝突が実質的に防止される、請求項１に記載のスプロケット。
前記歯面の円弧の各々は、前記歯の他の歯面につながる歯元の歯元半径の中心点に位置する中心点を有する歯面半径を有する、請求項１に記載のスプロケット。
ローラチェーンとスプロケットの組立品であって、
予め選ばれたピッチと、予め選ばれた半径のローラ部材とを有するローラチェーンと、
前記予め選ばれたローラチェーンのピッチに対応するスプロケットのピッチ円を有するスプロケットであって、前記スプロケットが、前記スプロケットの外周まわりに離間された複数の歯を定義し、そして隣接する歯の間の歯元を定義し、各々の前記歯元が、隣接する複数の歯の複数の歯面を接線方向につなぐ１つの歯元の円弧を定義し、かつ前記スプロケットのピッチ円内側に位置する中心点を持つ歯元半径を有するスプロケットとを備え、
各々の前記歯は、一対の歯面を有し、各歯面は１つの歯面の円弧を定義し、当該円弧は前記歯を、当該歯に隣接する前記歯元に接線方向につないで、前記ローラ部材が前記複数の歯の複数の歯面に接線方向に衝突するようにし、
前記歯元半径が前記ローラ部材の予め選ばれた半径に等しい、ローラチェーンとスプロケットの組立品。
前記歯元半径が一つの弦距離分未満だけ前記スプロケットのピッチ円内側に位置する、請求項６に記載のローラチェーンとスプロケットの組立品。
前記歯元半径が一つの弦距離分だけ前記スプロケットのピッチ円内側に位置する、請求項６に記載のローラチェーンとスプロケットの組立品。
前記ローラ部材と前記スプロケットとの間の半径方向の衝突が実質的に防止される、請求項６に記載のローラチェーンとスプロケットの組立品。
前記歯面の円弧の各々は、前記歯の他の歯面につながる歯元の歯元半径の中心点に位置する中心点を有する歯面半径を有する、請求項６に記載のローラチェーンとスプロケットの組立品。
予め選ばれた半径のブシュ部材であって、チェーンピッチの距離だけ離れた中心を伴って位置するブシュ部材を有するブシュチェーンと共に用いられるスプロケットであって、前記スプロケットが、予め選ばれたブシュチェーンのピッチに対応するスプロケットのピッチ円を有し、
前記スプロケットの外周まわりに離間された複数の歯と、
隣接した歯の間で前記スプロケットにより定義される歯元であって、各々の前記歯元が、隣接する複数の歯の複数の歯面を接線方向につなぐ１つの歯元の円弧を定義し、かつ前記スプロケットのピッチ円内側に位置する中心点を持つ歯元半径を有する歯元とを備え、
前記歯元半径の各々が、前記ブシュ部材の予め選ばれた半径に等しく、
各々の前記歯は、一対の歯面を有し、各歯面は１つの歯面の円弧を定義し、当該円弧は前記歯を、当該歯に隣接する前記歯元に接線方向につないで、前記ブシュ部材が前記複数の歯の複数の歯面に接線方向に衝突するようにするスプロケット。
前記歯元半径が一つの弦距離分未満だけ前記スプロケットのピッチ円内側に位置する、請求項１１に記載のスプロケット。
前記歯元半径が一つの弦距離分だけ前記スプロケットのピッチ円内側に位置する、請求項１１に記載のスプロケット。
前記ブシュ部材と前記スプロケットとの間の半径方向の衝突が実質的に防止される、請求項１１に記載のスプロケット。
前記歯面の円弧の各々は、前記歯の他の歯面につながる歯元の歯元半径の中心点に位置する中心点を有する歯面半径を有する、請求項１１に記載のスプロケット。
ブシュチェーンとスプロケットの組立品であって、
予め選ばれたピッチと、予め選ばれた半径のブシュ部材とを有するブシュチェーンと、
前記予め選ばれたブシュチェーンのピッチに対応するスプロケットのピッチ円を有するスプロケットであって、前記スプロケットが、前記スプロケットの外周まわりに離間された複数の歯を定義し、そして隣接する歯の間の歯元を定義し、各々の前記歯元が、隣接する複数の歯の複数の歯面を接線方向につなぐ１つの歯元の円弧を定義し、かつ前記スプロケットのピッチ円内側に位置する中心点を持つ歯元半径を有するスプロケットとを備え、
各々の前記歯は、一対の歯面を有し、各歯面は１つの歯面の円弧を定義し、当該円弧は前記歯を、当該歯に隣接する前記歯元に接線方向につないで、前記ブシュ部材が前記複数の歯の複数の歯面に接線方向に衝突するようにし、
前記歯元半径が、前記ブシュ部材の予め選ばれた半径に等しい、ブシュチェーンとスプロケットの組立品。
前記歯元半径が一つの弦距離分未満だけ前記スプロケットのピッチ円内側に位置する、請求項１６に記載のブシュチェーンとスプロケットの組立品。
前記歯元半径が一つの弦距離分だけ前記スプロケットのピッチ円内側に位置する、請求項１６に記載のブシュチェーンとスプロケットの組立品。
前記ブシュ部材と前記スプロケットとの間の半径方向の衝突が実質的に防止される、請求項１６に記載のブシュチェーンとスプロケットの組立品。
前記歯面の円弧の各々は、前記歯の他の歯面につながる歯元の歯元半径の中心点に位置する中心点を有する歯面半径を有する、請求項１６に記載のブシュチェーンとスプロケットの組立品。