JP7392945B2

JP7392945B2 - チェーンの評価方法

Info

Publication number: JP7392945B2
Application number: JP2020026625A
Authority: JP
Inventors: 幹樹田中; 武彦広瀬; 武司戸井; 貴史武田; 成鋒朴
Original assignee: Chuo University; Daido Kogyo Co Ltd
Current assignee: Chuo University; Daido Kogyo Co Ltd
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2023-12-06
Anticipated expiration: 2040-02-19
Also published as: JP2021131123A

Description

本発明は、チェーンの評価方法に関する。

従来、エンジンのクランク軸の回転をカムシャフトに伝達する場合、その静粛性の高さからタイミングベルトが広く使用されていた。しかしながら、メンテナンスフリー化や、エンジンのコンパクト化の要求の高まりに加え、静粛性の高いサイレントチェーンの登場により、近年、多くのエンジンにおいて、タイミングベルトの代わりにタイミングチェーンが採用されるようになっている。

また、このようなサイレントチェーンにおいて、リンクプレート歯部の内側フランク面を、スプロケットとの噛合い始めにスプロケット歯に積極的に干渉するように構成してチェーンの弦を押し上ることにより、チェーンの弦の上下運動（所謂コーダルアクション）量を減少させ、更なる騒音の低減を図っているものも案出されている（特許文献１参照）。

特開平８―７４９４０号公報

上記特許文献１のような技術を用いると、サイレントチェーンのスプロケットとの噛合い時の音圧を下げることができ、一般にこの音圧が下がればチェーンの噛合い音によってユーザが感じる不快感も低下するものと考えられてきた。しかしながら、本発明の発明者の研究によると、上記チェーンの噛合い時の音圧が低下したにも関わらずユーザの感じる不快感が高いチェーンが存在し、上記噛合い時の音圧とユーザの聴感評価との間には、必ずしも正の相関が見られない場合があるとの知見を得た。

そこで、本発明は、ユーザの聴感評価に近い形でのチェーンの噛合い音の評価を可能とすることを目的とする。

本発明の一態様は、チェーンの噛合い音の音圧を次数成分ごとに取得する取得工程と、前記取得工程にて取得された次数成分ごとのチェーンの噛合い音の音圧を、次数成分ごとのチェーンの噛合い音の音圧を説明変数とし、チェーンの噛合い音の評価値を目的変数とした評価式に当てはめて、前記評価値を算出する評価工程と、を備えた、ことを特徴とするチェーンの評価方法である。

本発明によると、チェーンの噛合い音の音圧を次数成分ごとに評価し、チェーンの評価値を算出するため、人間の聴感に近い形でチェーンの噛合い音を評価することができる。

シミュレーション装置の概略構成の示すブロック図。チェーンの噛合い音の評価処理を示すフローチャート図。（ａ）サイレントチェーンの平面図、（ｂ）歯付きリンクプレートの正面図。音圧測定モデルを示す表である。

＜シミュレーション装置の概略構成＞
以下、本発明の実施の形態に係るチェーンの評価方法及びチェーンの噛合い音をシミュレーションするシミュレーション装置について、図面に基づいて説明をする。図１は、本実施の形態に係るチェーンの噛合い音をシミュレーションするシミュレーション装置１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、シミュレーション装置１は、ＣＰＵ５を主体として演算装置６を構成していると共に、このＣＰＵ５には、ＲＯＭ７及びＲＡＭ９などの記憶装置１０がバス１１を介して接続されている。

また、ＲＯＭ７には、チェーンの設計に用いられるＣＡＤプログラム１２や、詳しくは後述するチェーンの噛合い音のシミュレーションを行うシミュレーションプログラム１３などのプログラムが格納されていると共に、上記シミュレーション時に使用される音圧推定モデル１４や、印象モデル１５などのデータが格納されている。

また、ＣＰＵ５には、バス１１及び入力インターフェース１７を介して入力装置１６や表示装置１９と接続されている。従って、上記入力装置１６からシミュレーション装置本体に対して、シミュレーションに必要な情報、或いはその他の指示の入力が可能となっていると共に、上記表示装置１９に対してシミュレーション結果を出力可能となっている。

＜噛合い音のシミュレーション＞
ついで、上記シミュレーション装置１を用いたチェーンの噛合い音のシミュレーションについて説明をする。ユーザは、上述したＣＡＤプログラム１２等を用いてチェーンの設計が完了すると、当該チェーンの駆動時における噛合い音を評価するために、シミュレーションプログラム１３に基づいてチェーンの噛合い音のシミュレーション（評価処理）を行う。

具体的には、チェーンの設計データが入力されると、上記シミュレーションプログラム１３に基づいてＣＰＵ５は、まず、当該設計されたチェーンとスプロケットとの噛合いモデルを形成する（噛合いモデル形成工程、図２のステップＳ１）。ついで、シミュレーション装置１は、当該噛合いモデルを用いて機構解析を行い、設定された駆動条件でチェーンを駆動させた際のチェーンとスプロケットとの衝突速度を求める（機構解析工程、図２のステップＳ２）。

上記衝突速度が求まると、次にＣＰＵ５は、この衝突速度と、ＲＯＭ７に格納されている音圧推定モデル１４と、に基づいて、チェーンの噛合い音の各次数成分ごとの音圧を算出して取得する（取得工程、図２のステップＳ３）。なお、次数成分（回転次数成分）とは、基準に定めた回転軸の１回転についてＮ（Ｎは整数で次数を表す）周期として現れる成分のことをいい、本実施の形態では、次数成分をＦ［Ｈｚ］、上記駆動条件にて設定されているスプロケットの歯数をＴ、スプロケットの回転速度をＳ［ｒｐｍ］とした場合、Ｆ＝Ｔ＊（Ｓ／６０）＊Ｎの式によって求められる。

そして、次数成分ごとにチェーンの噛合い音の音圧が求まると、ＣＰＵ５は、ＲＯＭ７に格納されている印象モデル１５に基づいて、チェーンの噛合い音の快音レベルを示す第１の評価値及び噛合い音の重厚レベルを示す第２の評価値を求めて、これら第１及び第２の評価値を表示装置１９へと出力し（評価工程、図２のステップＳ４）、噛合い音のシミュレーションを終了する。

このように、本実施の形態のチェーンの評価処理（評価方法）では、チェーンの噛合い音を全体音圧の高低によって評価するのではなく、チェーンの噛合い音の音圧を次数成分単位で算出し、これら次数成分ごとの音圧が、人間の聴感にどのような印象を与えるかを加味した上で、第１及び第２の評価値を求めている。このため、ユーザは、これら第１及び第２の評価値に基づいて、チェーンの噛合い音を、人間の聴感に近い形で評価することができ、チェーンの設計へとフィードバックすることができるようになっている。

＜印象モデルについて＞
ついで、上述した印象モデル１５について詳しく説明をする。本実施の形態において、印象モデル１５は、ＳｅｍａｎｔｉｃＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ法（以下、ＳＤ法という）を用いた主観評価に基づいて構築をされている。例えば、図３に示すサイレントチェーン３０を例に取った場合、基準寸法のサイレントチェーンの噛合い音の音源（以下、基準音という）を聞いた後、詳しくは後述するリンクプレート３２のＣ寸法Ｃｓ、Ｒ半径Ｒｒ、Ｒ座標Ｒｃの少なく１つのパラメータを、上述した基準寸法から変更したサイレントチェーンの噛合い音の音源（以下、評価音源という）を聞き、評価音源の基準音に対する評価を行った。

また、上記評価では、被験者が「快適」、「好ましい」等と感じる快適因子と、「調和のとれた」、「重々しい」等と感じる重厚因子と、の２つの因子について評価を行った。目的変数を、上述した第１の評価値である快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔ、第２の評価値である重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄとし、説明変数を各評価音源における基準音との各次数成分の音圧差ＳＰＬ_{Oｒｄｅｒ}（Ｏｒｄｅｒ＝１ｓｔ～１０ｔｈ）として重回帰分析を行うと、快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔ及び重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄの印象モデル式（評価式）は、以下のようになる。なお、上記音圧差ＳＰＬ_{Oｒｄｅｒ}の単位は、Ａ特性音圧レベルの単位であるｄＢＡである。
Ｃｏｍｆｏｒｔ＝－０．０８０＊ＳＰＬ_１ｓｔ＋０．０７８＊ＳＰＬ_２ｎｄ―０．０３９ＳＰＬ_５ｔｈ―０．００４
Ｐｒｏｆｏｕｎｄ＝－０．０６９＊ＳＰＬ_１ｓｔ－０．０９７＊ＳＰＬ_４ｔｈ―０．０７４ＳＰＬ_９ｔｈ＋０．３５３

このように上記快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔの印象モデル式（第１の評価式）では、噛合い音の１次成分の音圧及び５次成分の音圧に係る項が負の項、２次成分の音圧に係る項が正の項として形成されている。このため、快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔは、１次成分及び５次成分の音圧を小さく、２次成分の音圧を大きくすることによって得点を向上させることができる。特に快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔに対しては、１次成分の音圧が大きく寄与しており（有意なパラメータ）であり、この１次成分の音圧を低減することが重要である。

また上記重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄの印象モデル式（第２の評価式）では、噛合い音の１次成分の音圧、４次成分の音圧及び９次成分の音圧に係る項が負の項として形成されている。このため、重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄは、１次成分、４次成分及び９次成分の音圧を小さくすることによって得点を向上させることができる。特に重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄに対しては、４次成分の音圧及び９次成分の音圧が大きく寄与しており（有意なパラメータ）であり、これら４次成分及び９次成分の音圧を低減することが重要である。

なお、上述した音圧差ＳＰＬ_{Oｒｄｅｒ}（Ｏｒｄｅｒ＝１ｓｔ～１０ｔｈ）は、各次数成分の音圧を基準音との差分の形で表したものであり、本実施の形態において次数成分の音圧の概念に含まれるものである。

また、上述したサイレントチェーン３０は、図３（ａ）に示すように、ピン３１により歯付きリンクプレート３２（３２_１，３２_２）が交互に連結されて構成されており、これら歯付きリンクプレート３２のリンク列（横列）の両最外側にガイドリンクプレート３４が配置されている。上記ピン３１は、左右ガイドリンクプレート３４，３４にカシメ、しまり嵌め等により固定され、従ってガイドリンクプレートを有するガイド列（外列、外側リンク）３５は、ピン３１に対して歯付きリンクプレート３２_１を含めて相対回転せず、該ガイド列に隣接するノンガイド列（内列、内側リンク）３６の歯付きリンクプレート３２_２がピン３１に対して相対回転して、サイレントチェーン３０は、自由に屈曲し得るようになっている。

歯付きリンクプレート３２（３２_１，３２_２）は、図３（ｂ）に示すように、左右１対のピン孔４０，４０を有し、これらピン孔の中心Ｏ，Ｏを結ぶ線Ｌ－Ｌ（以下ピッチラインという）の内径側である正面側に１対の歯４１，４１を有する。該歯４１は、その間のクロッチ部４２側に内側フランク面４３，４３並びに各歯の外側に外側フランク面４４，４４が形成されている。上述したリンクプレート３２のＣ寸法Ｃｓは、上記外側フランク面４４の張り出し量である。また、Ｒ半径Ｒｒは、内側フランク面４３の形状である円弧の中心座標からの距離である。更に、Ｒ座標Ｒｃは内側フランク面４３の形状である円弧の中心座標である。

＜音圧測定モデルについて＞
ついで、上述した音圧推定モデル１４について詳しく説明をする。本実施の形態では、測定実験により算出した各次数の音圧レベルを用いて、重回帰分析を実施し、各次数成分における音圧推定モデル１４を算出している。ここで、上述したサイレントチェーン３０では、リンクプレート３２がスプロケットの歯と衝突する各噛合いモデルのパターンは、以下の表１のようになる。

なお、上述した表１における、内股とは内側フランク面４３を、外股とは外側フランク面４４を示している。また、内列とはノンガイド列３６を、外列とはガイド列３５を、示している。このため、例えば、表１における項目名Ｓｔ＿Ｉｎ＿Ｏｕｔは、サイレントチェーン３０とスプロケットの噛合い始めにおいて、ガイド列３５のリンクプレート３２の内側フランク面４３が、スプロケットの歯と衝突するモデルを示している。以下の説明においては、当該項目が該当する噛合いモデルにおける衝突速度を表しているものとする。

スプロケットの歯数が１７、駆動軸の回転速度が６０００ｒｐｍ、チェーンに付与される張力が４００Ｎの駆動条件における、サイレントチェーン３０の各次数の音圧測定モデルの一例を、図４に示す。この場合、上述した快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔ及び重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄの印象モデル式で有意であった１次成分、４次成分、９次成分の音圧レベル差ＳＰＬ_１ｓｔ、ＳＰＬ_４ｔｈ、ＳＰＬ_９ｔｈ（ｄＢＡ）の推定モデルは、それぞれ以下のような式で表せられる。
ＳＰＬ_１ｓｔ＝―５１＊Ｓｔ＿Ｉｎ＿Ｏｕｔ＋７３
ＳＰＬ_４ｔｈ＝―３７＊Ｓｔ＿Ｉｎ＿Ｏｕｔ＋２２８＊Ｅｎ＿Ｉｎ＿Ｏｕｔ＋１４
ＳＰＬ_９ｔｈ＝３２８＊Ｓｔ＿Ｏｕｔ＿Ｏｕｔ＋１２１＊Ｅｎ＿Ｉｎ＿Ｉｎ―１９２＊Ｅｎ＿Ｏｕｔ＿Ｉｎ＋１８

これらの式から１次成分の音圧を低減するには、Ｓｔ＿Ｉｎ＿Ｏｕｔの値を上げることが、４次成分の音圧を低減するには、Ｅｎ＿Ｉｎ＿Ｏｕｔの値を下げることが、９次成分の音圧を低減するには、Ｅｎ＿Ｉｎ＿Ｉｎの値を下げることが重要であることが分かる。

＜適切な設計パラメータの算出＞
サイレントチェーン３０においては、上述した設計パラメータであるＣ寸法Ｃｓ、Ｒ半径Ｒｒ、Ｒ座標Ｒｃの中でも、特にＣ寸法Ｃｓ及びＲ半径Ｒｒが、快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔ及び重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄに与える影響が大きいことが発明者の実験によって確認されており、ユーザは、上記Ｃ寸法Ｃｓ及びＲ半径Ｒｒを変更して快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔ及び重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄを算出し、評価することによって、噛合い音を考慮したチェーンの設計行うことができる。

また、上記シミュレーション装置１は、上記設計パラメータの変更、その後の快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔ及び重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄの算出を自動で行い、快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔ及び重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄの良い設計データをユーザに対して提示することもできる。なお、設計パラメータの変更については、変更する設計パラメータ及び範囲をユーザが指定することも、ランダムで行うこともどちらでも可能である。

更に、予め快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔ及び重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄの得点からチェーンの噛合い音をユーザが設計することによって、シミュレーション装置１は、これら快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔ及び重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄの得点から上述したシミュレーション処理を逆演算することによって、サイレントチェーンの設計値をユーザに対して提示することもできる。

なお、上述した実施の形態では、サイレントチェーンの設計データから快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔ及び重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄを求めたが、チェーンの噛合い音の次数成分ごとの音圧は、実測したデータから取得しても良く、シミュレーション装置１は、このような実測値のデータを入力して快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔ及び重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄを算出することもできる。これら快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔ及び重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄの評価値は、例えば、チェーンにおけるカタログスペックの一つや広告などとして表示することができる。

また、上述した実施の形態では、快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔ及び重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄの両方を算出可能としたが、例えば、快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔのみなど、どちらか一方のみを算出可能としても良い。更に、快適因子得点Ｃｏｍｆｏｒｔ及び重厚因子得点Ｐｒｏｆｏｕｎｄは、上述した例に限らず、例えば、それぞれ有意であった次数成分の音圧が入っていれば、種々の変形例が考えられる。また、上述した実施の形態では、シミュレーションプログラム１３と、ＣＡＤプログラム１２とを別々のプログラムとして記載したが、例えば、シミュレーションプログラム１３をＣＡＤプログラム１２に取り込んで、ＣＡＤプログラムの中の一つの機能として上述した評価処理を実行できるように構成しても良い。更に、本発明は、サイレントチェーンに限らず、ローラチェーン、コンベアチェーンなど、種々のチェーンに対して適用することができる。

Ｓ３：取得工程
Ｓ４：評価工程
ＳＰＬ_１ｓｔ：１次成分の音圧（１次成分の音圧差）
ＳＰＬ_２ｎｄ：２次成分の音圧（２次成分の音圧差）
ＳＰＬ_４ｔｈ：４次成分の音圧（４次成分の音圧差）
ＳＰＬ_５ｔｈ：５次成分の音圧（５次成分の音圧差）
ＳＰＬ_９ｔｈ：９次成分の音圧（９次成分の音圧差）

Claims

チェーンの噛合い音の音圧を次数成分ごとに取得する取得工程と、
前記取得工程にて取得された次数成分ごとのチェーンの噛合い音の音圧を、次数成分ごとのチェーンの噛合い音の音圧を説明変数とし、チェーンの噛合い音の評価値を目的変数とした評価式に当てはめて、前記評価値を算出する評価工程と、を備えた、
ことを特徴とするチェーンの評価方法。
前記評価式は、前記噛合い音の１次成分の音圧に係る項が負の項となっている、
ことを特徴とする請求項１記載のチェーンの評価方法。
前記評価式は、前記噛合い音の５次成分の音圧に係る項が負の項となり、前記噛合い音の２次成分の音圧に係る項が正の項となっている、
ことを特徴とする請求項２記載のチェーンの評価方法。
前記評価式及び評価値は、第１の評価式及び第１の評価値であり、
前記評価工程では、前記第１の評価式とは異なる第２の評価式に前記取得工程にて取得された次数成分ごとのチェーンの噛合い音の音圧を当てはめて、第２の評価値を算出可能であり、
前記第２の評価式は、前記噛合い音の１次成分の音圧に係る項、４次成分の音圧に係る項及び９次成分の音圧に係る項が負の項となっている、
ことを特徴とする請求項３記載のチェーンの評価方法。