JP6955157B2 - スプロケット及び伝動機構 - Google Patents

Description

本発明は、チェーンと噛み合う複数の歯が形成されたスプロケット及び伝動機構に関するものである。

回転を確実に伝達する伝動機構として、本体の周面に複数の歯が形成されたスプロケットにチェーンを掛け回す伝動機構が慣用されている。
スプロケットの歯がチェーンと噛み合うことによって、複数のスプロケットの間で、タイミングと回転力が確実に伝えられるが、噛み合いに伴って騒音や振動が発生することは避けられない。
回転に伴って周期的に負荷トルクが変動する伝動機構の場合、負荷トルクの周期変動に同期させて張力変動を軽減するように、複数の歯を各歯が等間隔でチェーンと噛み合う位相をゼロとした場合、正側及び負側に交互に位相が変動する位相変動パターンを形成するように配置することで、負荷トルク変動に対応した張力変動の影響を軽減し、騒音や振動を抑制したスプロケットが公知である（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００９−１５６３２０号公報

公知のスプロケットでは、張力変動が軽減されることでチェーンの振動による騒音を抑制することは可能であるが、負荷トルク変動が周期的であることから、その周期に対応した次数音の発生は不可避であった。
また、負荷トルク変動の位相がずれた場合や、スプロケットの回転数とチェーンの固有振動数との関係で共振した場合には、逆に張力変動が増大したり、騒音や振動が増加する可能性があった。

本発明は、これらの問題点を解決するものであり、負荷トルク変動に対応した張力変動の影響を軽減し、騒音や振動を抑制しつつ、負荷トルク変動の周期に対応した次数音の発生を抑制し、負荷トルク変動の位相ずれ、共振等による、張力変動の増大、騒音や振動の増加を防止するスプロケットを提供することを目的とするものである。

本発明に係るスプロケットは、チェーンと噛み合う複数の歯が形成されたスプロケットであって、前記複数の歯は、各歯が等間隔でチェーンと噛み合う位相をゼロとした場合、正側及び負側に位相が変動する波形の位相変動パターンを形成するように配置され、前記位相変動パターンが、波長の異なる部分を有するように設定され、前記位相変動パターンの波長が、周方向に大から小または小から大に連続して変化するように設定されていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係るスプロケットによれば、複数の歯は、各歯が等間隔でチェーンと噛み合う位相をゼロとした場合、正側及び負側に位相が変動する波形の位相変動パターンを形成するように配置されていることにより、周期的な負荷トルク変動に対応した張力変動の影響を軽減し、騒音や振動を抑制することができる。
また、位相変動パターンが、波長の異なる部分を有するように設定されていることにより、負荷トルクの変動周期と複数の位相変動の周期のずれる部分が生じるため、負荷トルクの変動周期に対応した次数音の発生が抑制されるとともに、共振が抑制され、負荷トルク変動の位相ずれ、共振等による、張力変動の増大や、騒音や振動の増加を防止することができる。

さらに、位相変動パターンの波長が、周方向に大から小または小から大に連続して変化するように設定されていることにより、負荷トルクの変動周期と位相変動パターンの周期の位相のずれるタイミングを円滑に変化させることができ、さらに次数音の発生を抑制することができる。
本請求項２に記載の構成によれば、位相変動パターンが、主たるトルク変動の波長と同じ部分を含むことにより、主たる騒音や振動の原因となるトルク変動に対する影響を効果的に軽減することが可能となる。
本請求項３に記載の構成によれば、位相変動パターンの波長が、主たるトルク変動の波長の半分または２倍の波長のものを含むように設定されていることにより、主たるトルク変動の周期に対する複数の次数音をさらに効果的に軽減することが可能となる。

本請求項４に記載の構成によれば、位相変動パターンは、スプロケットの１周で複数の周期を有し、複数の歯は、位相変動パターンの最大の波長を有する周期を構成する歯数が、チェーンの巻き掛かる歯数よりも小さくなるよう周方向に並べて配置されていることにより、チェーンの巻き掛かった部分に必ず位相変動の大きな部分と小さな部分を存在させることができ、チェーンの張力変動を低減することが可能となる。
本請求項５に記載の構成によれば、複数の歯は、位相変動パターンの最大の波長を有する角度範囲が、最小の波長を有する角度範囲の２倍以上のものを含み、連続的に波長が変化するように周方向に並べて配置されていることにより、さらにチェーンの張力変動を低減することが可能となる。
本請求項６に記載の構成によれば、位相変動パターンは、最大に変動する位相の大きさ（波高）が異なるものを含むことにより、位相のずれ量を変化させることができ、さらに次数音の発生が抑制することができる。

本発明の実施例１、実施例２に係るスプロケットの位相変動パターン及び張力変化のグラフ。 本発明の実施例３に係るスプロケットの位相変動パターンのグラフ。

本発明のスプロケットは、チェーンと噛み合う複数の歯が形成されたスプロケットであって、前記複数の歯は、各歯が等間隔でチェーンと噛み合う位相をゼロとした場合、正側及び負側に位相が変動する波形の位相変動パターンを形成するように配置され、前記位相変動パターンが、波長の異なる部分を有するように設定され、位相変動パターンの波長が、周方向に大から小または小から大に連続して変化するように設定され、負荷トルク変動に対応した張力変動の影響を軽減し、騒音や振動を抑制しつつ、周期に対応した次数音の発生を抑制し、負荷トルク変動の位相ずれ、共振等による、張力変動の増大、騒音や振動の増加を防止するものであれば、その具体的な構成はいかなるものであってもよい。

スプロケットに掛け回されるチェーンは、サイレントチェーン、ローラチェーン、ブシュチェーン等いかなるものであってもよく、また、スプロケットの歯と噛み合う構造のものであれば、タイミングベルト等の可撓性伝動部材であってもよい。
また、位相変動パターンを形成する具体的な構成として、各歯のピッチを変化させるのが好適であるが、歯の噛合面の形状、半径方向の歯とチェーンとの噛合位置等を変化させて位相変動パターンを形成してもよい。
また、位相変動パターンの波形は、スプロケット全周で１回の周期を持つものでもよく、複数の周期を持つものであってもよい。
なお、本発明での「周期」なる用語は、位相変動パターンの波形の中で正側（山）及び負側（谷）に１回ずつ変動した１セットを１つの「周期」するものであり、１つの「周期」の中で波長が変化するものも含んだ概念として使用している。

本発明のスプロケットについて、歯数が４０で、直列４気筒４サイクルＤＯＨＣエンジンのカムシャフトに使用される例を説明する。
直列４気筒４サイクルＤＯＨＣエンジンのカムシャフトは、図１に示すように、１回転に２回の負荷トルク変動がある。
また、可変バルブタイミング機構を備えている場合、図１に示すように、負荷トルク変動の位相が変化する。
まず、前述の公知の特許文献１に記載の従来例のスプロケットでは、図１の従来例で示すように、負荷トルク変動を打ち消すように同期した２回の周期を持つ位相変動パターンを有している。
この状態で、理想状態では図に示すようにチェーン張力は均一となるが、実際は温度変化やチェーン伸び等の他の要因によって均一とはならず、２回の周期的なチェーン張力の変動が生じる。
また、負荷トルク変動の位相がずれた場合も、図に示すように、２回の周期的なチェーン張力の変動が生じる。

これに対し、本発明の実施例１のスプロケットでは、図１の実施例１で示すように、負荷トルク変動の倍の４回の周期の波形を持つ位相変動パターンを有し、波長が、周方向に各周期、及びそれぞれの周期の中で、大から小に連続して変化するように設定されている。
この結果、チェーン張力は変動するものの、負荷トルク変動よりも波長が小さく、かつ、ランダムな変動となり、負荷トルク変動の位相がずれた場合も、負荷トルク変動よりも波長が小さく、かつ、ランダムな変動が維持される。
このことで、負荷トルク変動に対応した張力変動の影響を軽減し、騒音や振動を抑制しつつ、周期に対応した次数音の発生を抑制し、負荷トルク変動の位相ずれ、共振等による、張力変動の増大、騒音や振動の増加を防止することができる。

本発明の実施例２のスプロケットでは、３回の周期の波形を持つ位相変動パターンを有し、位相変動パターンの波長が、周方向に各周期、及びそれぞれの周期の中で、大から小に連続して変化するように設定されているとともに、最大の波長が負荷トルク変動の波長と同一であり、最小の波長の２倍となるように設定されている。
この結果、チェーン張力の変動は、負荷トルク変動よりもさらに波長が小さくなり、特に負荷トルク変動の位相がずれた場合の波長が小さくなる。

本発明の実施例３のスプロケットは、歯数が２１で、図２に示すように、位相変動パターンが５つの周期を有し、位相変動パターンの波長が、周方向に第１周期から第５周期まで大から小に連続して変化するように設定されている。
また、正方向の最大に変動する位相（波高）は第１周期から第３周期までが０．３°で、第４周期、第５周期はそれより小さく、負方向の最大に変動する位相は第２周期が０．３°で、第１周期、第３周期から第５周期まではそれより小さくなるように設定されている。

以上説明した各実施形態は、本発明に係るスプロケットの位相変動パターンの具体例であるが、本発明に係るスプロケットがこれらに限定されるものではなく様々な変形が可能である。

Claims (7)

1. チェーンと噛み合う複数の歯が形成されたスプロケットであって、
   前記複数の歯は、各歯が等間隔でチェーンと噛み合う位相をゼロとした場合、正側及び負側に位相が変動する波形の位相変動パターンを形成するように配置され、
   前記位相変動パターンが、波長の異なる部分を有するように設定され、
   前記位相変動パターンの波長が、周方向に大から小または小から大に連続して変化するように設定されていることを特徴とするスプロケット。
2. 前記位相変動パターンが、主たるトルク変動の波長と同じ部分を含むことを特徴とする請求項１に記載のスプロケット。
3. 前記位相変動パターンの波長が、主たるトルク変動の波長の半分または２倍の波長のものを含むように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のスプロケット。
4. 前記位相変動パターンは、スプロケットの１周で複数の周期を有し、
   前記複数の歯は、位相変動パターンの最大の波長を有する周期を構成する歯数が、チェーンの巻き掛かる歯数よりも小さくなるよう周方向に並べて配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスプロケット。
5. 前記複数の歯は、位相変動パターンの最大の波長を有する角度範囲が、最小の波長を有する角度範囲の２倍以上のものを含み、連続的に波長が変化するように周方向に並べて配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のスプロケット。
6. 前記位相変動パターンは、最大に変動する位相の大きさ（波高）が異なるものを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のスプロケット。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のスプロケットと、前記スプロケットが取り付けられるシャフトと、前記スプロケットにかけまわされるチェーンとを有する伝動機構。

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