KR20090090266A - 체인용 스프로킷 - Google Patents

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KR20090090266A
KR20090090266A KR1020090007541A KR20090007541A KR20090090266A KR 20090090266 A KR20090090266 A KR 20090090266A KR 1020090007541 A KR1020090007541 A KR 1020090007541A KR 20090007541 A KR20090007541 A KR 20090007541A KR 20090090266 A KR20090090266 A KR 20090090266A
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tooth
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teeth
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chain
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KR1020090007541A
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아키라 히라이
šœ지 사쿠라
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가부시기가이샤쯔바기모도체인
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Abstract

스프로킷의 치형 및 치형 피치각의 최적화에 의해, 체인이 스프로킷의 이 (tooth)와 서로 맞물릴 때 발생하는 진동 및 소음을 저감함과 함께, 표준 체인의 스프로킷으로부터의 맞물림 해제가 원활한 체인용 스프로킷을 제공하는 것이다.
체인용 스프로킷(100)에 있어서, 상기 복수의 이(105)가, 크기가 다른 복수 종류의 치형 피치각을 가지며, 상기 복수 종류의 치형 피치각을 가진 이가 불규칙하게 배열됨과 함께, 표준 스프로킷의 치형 피치각보다 작은 치형 피치각을 가진 이(105S)의 치수(number of teeth)보다도 표준 스프로킷의 치형 피치각보다 큰 치형 피치각을 가진 이(105L)의 치수(number of teeth)가 많이 설치되어 있는 것이다.

Description

체인용 스프로킷{SPROCKET FOR CHAIN}
본 발명은, 서로 마주 보는 치면부(tooth surface portions)가 치저부(tooth gap bottom portions)에 연속하는 치홈(tooth grooves)과, 서로 인접한 치홈 사이에 형성된 복수의 이(tooth)를 가지며, 롤러 체인의 롤러 또는 부쉬 체인의 부쉬가 상기 치홈에 서로 맞물리는 체인용 스프로킷으로서, 롤러 체인의 롤러 또는 부쉬 체인의 부쉬가 스프로킷의 이와 서로 맞물릴 때 발생하는 소음을 저감함과 함께 맞물림 해제가 원활하게 이루어지는 체인용 스프로킷에 관한 것이다.
종래, 체인을 구동측 및 종동측의 적어도 2개의 스프로킷에 걸쳐 두고 동력을 전달하는 체인전동장치는 널리 사용되고 있으며, 어느 용도에서든 소음 레벨을 저감시키는 것이 바람직하다.
특히, 자동차의 엔진에 있어서, 크랭크축의 회전을 캠축에 전달하는 전동장치 등의 용도에서는, 환경 문제에 대한 의식이 높아짐에 따라 연소효율이 높고 또한 고출력화가 되어, 크랭크축의 회전을 캠축에 전달하는 전동장치의 부하가 증대하는 한편으로, 사용자의 요구가 높아짐에 따라, 자동차의 저소음화의 요구 수준도 엄격해지고 있으며, 체인과 스프로킷의 맞물림 소음도 무시할 수 없는 수준이 되고 있다.
종래, 자동차용 엔진에 있어서의 맞물림 소음의 저감 대책으로서, 엔진에 방진재를 붙여 방사음을 흡수시키거나, 방진고무를 접착하여 고무의 특성을 이용하여 소음ㆍ진동을 감소시키는 등의 대책이 채택되어 왔지만, 크랭크축의 회전을 캠축에 전달하는 전동장치의 부하가 증대하면, 체인의 장력도 증대하여 맞물림 소음이 커지기 때문에, 이들 대책으로는 소음 레벨을 충분히 억제하는 것이 곤란하게 되어 있다.
이들 체인전동장치는, 일본공업규격(JIS)에 JIS B1801-1997(전동용 롤러 체인 및 부쉬 체인)이 규정되고, 그 부속서 2(스프로킷의 형상 및 사이즈)에 스프로킷의 치형(S치형, U치형)이 규정되어 있으며(비특허문헌 1 참조), 또한, 국제 규격 (ISO)에 ISO 606:1994(E)에, 체인 및 스프로킷의 치형(ISO치형)이 규정되어 있으며(비특허문헌 2 참조), 이들에 규정하는 전동용 롤러 체인 또는 부쉬 체인과 스프로킷이 사용된다.
이하에, 종래의 체인전동장치인, 표준 체인으로서의 롤러 체인(표준 롤러 체인)(150)과, ISO 치형을 가진 스프로킷(표준 스프로킷)(500)으로 이루어진 체인전동장치에 대해서, 도 5 및 도 6에 기초하여 설명한다.
도 5는, ISO 규격에 의한 표준 스프로킷(500)과 표준 롤러 체인(150)으로 이루어진 체인전동장치의 정면도이고, 도 6은, 도 5의 Y부의 확대도이다.
도 5 및 도 6에 도시한 ISO 치형은, ISO 606:1994(E)에 의해 다음의 식으로 규정되고 있다.
d=p/sin(180°/z)…(피치 원직경)
df=d-d1…(치저 원직경)
dc=df…(짝수 이에 있어서의 치저 거리)
dc=d*cos(90°/z)-d1…(홀수 이에 있어서의 치저 거리)
re(max)=0.12*d1(z+2)…(치선(tooth head) 원호의 반경 최대치)
ri(min)=0.505*d1…(치저 원호의 반경 최소치)
re(min)=0.008*d1(z2+180)…(치선 원호의 반경 최소치)
ri(max)=0.505*d1+0.069(d1)1/3(…치저 원호의 반경 최대치)
한편, 상기 식에 있어서, p는 롤러 체인의 피치, d는 피치 원직경, d1은 롤러 체인의 롤러 외경, df는 치저 원직경, dc는 치저 거리, re(max)는 치선 원호의 반경 최대치, ri(min)는 치저 원호의 반경 최소치, re(min)는 치선 원호의 반경 최소치, ri(max)는 치저 원호의 반경 최대치, z는 스프로킷의 치수(齒數)이다.
또한, 도 5 및 도 6에 있어서, pa는, 스프로킷의 현(弦)피치이다. 그리고, 이 스프로킷의 현 피치 pa는, 체인 피치 p와 동일하다.
상기 식으로부터 명백하듯이, 도 6에 도시한 표준 스프로킷(500), 즉, ISO치형의 치저부(503)는 롤러(152)의 반경(d1/2)보다 약간 큰 치저 원호의 반경 ri의 원호로 형성되고, 치면부(502)는 치선 원호의 반경 re의 원호로 형성되며, 이 치면부(502)는 치저부(503)의 양측에 연속하여 형성되어 있다. 또한, 치저 원직경 df는 피치 원직경 d와 롤러 체인의 롤러 외경 d1과의 차와 동일하게 형성되고, 치저 원 직경 df는, 피치 원직경 d와 치저 원호의 반경 ri의 2배의 차와 대략 동일하게 형성되어 있다.
표준 롤러 체인(150)은, 2개의 부쉬의 양 단이 한 쌍의 내부 플레이트의 부쉬구멍에 각각 압입됨과 함께 외경 d1의 롤러가 부쉬의 바깥둘레에 자유로이 회전하도록 끼워 넣어진 내부 링크와, 부쉬 내에 자유로이 회전하도록 삽입된 2개의 연결 핀의 양 단이 한 쌍의 내부 플레이트의 양 바깥쪽에 배치된 한 쌍의 외부 플레이트의 핀 구멍에 각각 압입된 외부 링크를 가지며, 내부 링크와 외부 링크가 연결 핀에 의해 서로 굴곡이 가능하도록 연결된 것이며, 균등한 체인 피치 p(각 롤러의 중심간의 거리)를 가지고 있다.
표준 스프로킷(500)은, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 회전 중심 O와 치저부(503)의 중심을 연결하는 치저부 중심선 X에 대해서 치저부(503)와 치저부(503)에 연속하는 치면부(502)가 좌우 대칭으로 형성되어 있다. 그리고, 각 치저부 중심선 X와 피치 원 pc의 교점을 a로 하면, 서로 인접한 치저부 중심선 X가 이루는 치형 피치각 θ는, 피치 원 pc상의 2개의 교점 a, a의 중심각이기 때문에, 스프로킷의 치수 z에 의해 정해지고, 이의 피치각 θ=360°/z이다. 또한, 치형 피치 pa는 각 치저부 중심선 X와 피치 원 pc의 교점 a, a간의 거리이다.
따라서, 치형 피치 pa는, 치형 피치각 θ에 대응하는 현의 길이이며, 표준 스프로킷(500)은 치형 피치각 θ가 모두 동일하기 때문에, 균등한 치형 피치 pa(현 피치)가 피치 원 pc의 원둘레방향을 따라서 배열되어 있으며, 또한, 치형 피치 pa(현 피치)는, 체인 피치 p와 동일하다.
또한, 종래, 체인이 스프로킷에 서로 맞물릴 때 발생하는 소음을 저감하는 저소음 체인전동장치로서, 롤러 체인과 치저부 및 치면부를 갖는 동일 형상의 다수의 이를 구비한 스프로킷으로 이루어진 체인전동장치에 있어서, 상기 롤러 체인의 롤러의 외경을, 상기 롤러가 상기 스프로킷의 이에 맞물릴 때, 상기 스프로킷의 치저부와의 사이에 공극을 두고 인접하는 한 쌍의 치면부에 접촉하도록, 표준 사이즈보다 크게 구성하고, 또한, 상기 스프로킷의 치저부를 상기 롤러의 외경보다 약간 작은 직경으로 이루어지는 원호면으로 구성하고, 게다가, 상기 스프로킷의 치면부에 상기 롤러가 접촉하는 부분에 있어서의 상기 롤러의 접선과, 상기 롤러의 중심과 상기 스프로킷의 중심을 연결하는 선이 이루는 각을, 상기 롤러 및/또는 상기 치면부를 탄성변형하면서, 상기 롤러가 상기 치저부에 착좌하거나 또는 그 근방까지 상기 치면부에 슬라이드 접촉ㆍ이동할 수 있는 작은 각도로 구성한 저소음 체인전동장치가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).
[비특허문헌 1] JIS B1801-1997
[비특허문헌 2] ISO 606:1994(E)
[특허문헌 1] 일본 특공평 7-18478호 공보
종래의 표준 롤러 체인(150)과 표준 스프로킷(500)으로 이루어지는 체인전동장치에서는, 표준 스프로킷(500)이 시계 회전 방향으로 회전하면, 롤러(152)의 맞물림 시작부에 있어서, 이미 치저부에 착좌하여 지지되고 있는 선행 롤러(152)의 중심 c를 중심으로 하고 체인 피치 p를 반경으로 하여 후속 롤러(152)가 상대적으로 운동하여, 표준 스프로킷(500)의 치저부에 충돌한다. 그 때, 후속 롤러(152)는 치저부의 중심 근방에 대략 직각으로 충돌하므로, 후속 롤러(152)가 맞물리기 시작할 때에, 표준 스프로킷(500)의 치면부에 대한 후속 롤러(152)의 운동 에너지가 완충되지 않고 치저부에 전해진다. 그 때문에, 후속 롤러(152)가 맞물림을 시작할 때의 진동 및 소음이 커진다고 하는 문제가 있었다.
또한, 표준 스프로킷(500)의 치형 피치 pa(현 피치)는, 표준 롤러 체인(150)의 피치 p와 동일하기 때문에, 각 후속 롤러(152)가 맞물림을 시작할 때에, 각 후속 롤러(152)는 표준 스프로킷(500)의 이와 동일한 접촉 위치 t에서 접촉한다. 따라서, 각 후속 롤러(152)의 표준 스프로킷(500)의 이와 맞물리기 시작하는 타이밍은 항상 일치하고 있다. 그 때문에, 치수(齒數)에 따라서 정해지는 차수(次數)에 의한 진동 및 소음이 커진다고 하는 문제가 있었다.
또한, 상기 특허문헌 1에 개시된 저소음 체인전동장치에 있어서는, 스프로킷의 치면부에 롤러가 접촉하는 부분에 있어서의 상기 롤러의 접선과, 상기 롤러의 중심과 스프로킷의 중심을 연결하는 선이 이루는 각을, 롤러 및/또는 치면부를 탄성변형하면서, 상기 롤러가 치저부에 착좌하거나 또는 그 근방까지 치면부에 슬라이드 접촉ㆍ이동할 수 있는 작은 각도로 구성하고 있으므로, 롤러와 스프로킷의 치면부가 서로 맞물릴 때의 충격이 완화되어, 맞물릴 때의 소음을 저감할 수 있지만, 그 반면, 롤러가 치저부측을 향하여 쐐기형상으로 대향하는 치면부 사이에 끼운 상태로 서로 맞물리기 때문에, 롤러 체인이 스프로킷으로부터 맞물림이 해제되는 쪽 에서 롤러와 스프로킷의 치면부의 원활한 맞물림 해제가 저해되고, 그로 인해 체인의 진동이 발생하여, 역으로 소음이 발생하는 등의 문제가 있었다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제를 해결하는 것으로서, 즉, 본 발명의 목적은, 스프로킷의 치형 및 치형 피치각의 최적화에 의해, 체인이 스프로킷의 이와 서로 맞물릴 때 발생하는 진동 및 소음을 저감함과 함께, 표준 체인의 스프로킷으로부터의 맞물림 해제가 원활한 체인용 스프로킷을 제공하는 것이다.
청구항 1에 관한 발명의, 서로 마주 보는 치면부(tooth surface portions)가 치저부(tooth gap bottom portions)에 연속하는 치홈과, 서로 인접한 치홈(tooth grooves) 사이에 형성된 복수의 이(tooth)를 가지며, 롤러 체인의 롤러 또는 부쉬 체인의 부쉬가 상기 치홈에 서로 맞물리는 체인용 스프로킷에 있어서, 상기 복수의 이가, 크기가 다른 복수 종류의 치형 피치각을 가지며, 상기 복수 종류의 치형 피치각을 갖는 이가, 피치 원의 원둘레방향을 따라서 불규칙하게 배열됨과 함께, 표준 스프로킷의 치형 피치각보다 작은 치형 피치각을 갖는 이의 치수(齒數)보다도 표준 스프로킷의 치형 피치각보다 큰 치형 피치각을 갖는 이의 치수(齒數) 쪽이 많이 설치되어 있는 것에 의해, 상기 과제를 해결하는 것이다.
청구항 2에 관한 발명은, 청구항 1에 관한 발명의 구성에 더하여, 상기 치형 피치각이, 표준 스프로킷의 치형 피치각을 θ로 하고 가장 작은 치형 피치각을 θ-Δθ로 했을 경우, 가장 큰 치형 피치각이 θ+Δθ 미만인 것에 의해, 상기 과제를 더 해결하는 것이다.
청구항 3에 관한 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 관한 발명의 구성에 더하여, 상기 치홈이, 그 치저 원직경 또는 치저 거리를 표준 스프로킷의 치저 원직경 또는 치저 거리보다 크게 형성되어 있는 것에 의해, 상기 과제를 더 해결하는 것이다.
본 발명에 의하면, 서로 마주 보는 치면부가 치저부에 연속하는 치홈과, 서로 인접한 치홈 사이에 형성된 복수의 이를 가지며, 롤러 체인의 롤러 또는 부쉬 체인의 부쉬가 상기 치홈에 서로 맞물리는 체인용 스프로킷에 있어서, 상기 복수의 이가, 크기가 다른 복수 종류의 치형 피치각을 가진 것에 의해, 롤러 또는 부쉬의 스프로킷에 서로 맞물릴 때에 상기 롤러 또는 부쉬의 충돌 혹은 접촉의 타이밍이 어긋나 롤러 또는 부쉬의 스프로킷에 서로 맞물릴 때에 스프로킷의 치면부에 대한 운동 에너지가 완충되어 접촉에 의한 충격이 적어져 롤러 또는 부쉬의 맞물림 소음이 저감되고, 또한, 치수에 의해서 정해지는 차수의 진동 및 소음도 저감되며, 게다가 체인전동장치의 전체의 소음과 각 회전차수음의 개방이 크기 때문에 귓전을 맴도는 소음을 저감할 수 있는 것과 함께, 이하와 같은 각별한 효과를 발휘할 수 있다.
즉, 본 청구항 1에 관한 발명의 체인용 스프로킷은, 복수 종류의 치형 피치각을 가진 이가, 피치 원의 원둘레방향을 따라서 불규칙하게 배열됨과 함께, 표준 스프로킷의 치형 피치각보다 작은 치형 피치각을 가진 이의 치수보다도 표준 스프로킷의 치형 피치각보다 큰 치형 피치각을 가진 이의 치수쪽이 많이 설치되어 있는 것에 의해서, 작은 치형 피치각을 가진 이를 극히 줄일 수 있고, 스프로킷 전체의 내구성을 해치지 않고 진동 및 소음을 저감 할 수 있다.
그리고, 본 청구항 2에 관한 발명의 체인용 스프로킷은, 청구항 1에 관한 체인용 스프로킷이 발휘하는 효과에 더하여, 치형 피치각이, 표준 스프로킷의 치형 피치각을 θ로 하고 가장 작은 치형 피치각을 θ-Δθ로 했을 경우, 가장 큰 치형 피치각이 θ+Δθ 미만인 것에 의해, 치형 피치각이 작은 쪽에의 변화량을 충분히 확보할 수 있기 때문에, 스프로킷 전체의 내구성을 해치지 않고 진동 및 소음을 보다 확실히 저감할 수 있다.
또한, 본 청구항 3에 관한 발명의 체인용 스프로킷은, 청구항 1 또는 청구항 2에 관한 체인용 스프로킷이 발휘하는 효과에 더하여, 치홈이, 그 치저 원직경 또는 치저 거리를 표준 스프로킷의 치저 원직경 또는 치저 거리보다 크게 형성되어 있는 것에 의해, 롤러 또는 부쉬의 스프로킷에의 맞물림 시작부에서, 체인의 선행 롤러 또는 부쉬가 상기 스프로킷의 회전 방향 배면측의 치면부에 최초로 접촉함과 함께, 선행 롤러 또는 부쉬가 회전 방향 배면측의 치면부에 거의 접선 방향으로부터 접촉하므로, 선행 롤러 또는 부쉬의 상대적인 운동에 의한 충격이 적고, 선행 롤러 또는 부쉬의 회전 방향 배면측의 치면부에의 접촉시의 충격에 의한 진동 및 소음을 저감할 수 있는 것과 함께, 롤러 또는 부쉬의 스프로킷으로부터의 맞물림 해제부에서, 선행 롤러 또는 부쉬는 후속 롤러 또는 부쉬의 중심을 중심으로 하고 체인의 체인 피치를 반경으로 하여 상대적으로 요동운동할 때에, 선행 롤러 또는 부쉬는 스프로킷의 회전 방향 앞면측의 치면부의 접촉 위치로부터 용이하게 멀어져 진동에 의해 치저부와 충돌하지 않고 요동운동할 수 있으며, 선행 롤러 또는 부쉬와 스프로킷의 치면부와의 원활한 맞물림 해제가 저해되지 않고 원활하게 이루어질 수 있어 보다 진동 및 소음을 저감할 수 있다.
본 발명은, 서로 마주 보는 치면부가 치저부에 연속하는 치홈과, 서로 인접한 치홈사이에 형성된 복수의 이를 가지며, 롤러 체인의 롤러 또는 부쉬체인의 부쉬가 상기 치홈에 서로 맞물리는 체인용 스프로킷에 있어서, 상기 복수의 이가, 크기가 다른 복수 종류의 치형 피치각을 가지며, 상기 복수 종류의 치형 피치각을 가진 이가, 피치 원의 원둘레방향을 따라서 불규칙하게 배열됨과 함께, 표준 스프로킷의 치형 피치각보다 작은 치형 피치각을 가진 이의 치수보다도 표준 스프로킷의 치형 피치각보다 큰 치형 피치각을 가진 이의 치수쪽이 많이 설치되어 있는 것으로서, 스프로킷 전체의 내구성을 해치지 않고 서로 맞물릴 때에 발생하는 진동 및 소음을 저감효과를 발휘하는 것이면, 그 구체적인 실시의 형태는 어떠한 것이라도 아무런 상관이 없다
즉, 본 발명의 복수의 이는, 그 이의 수는 몇매여도 좋고, 또한, 복수 종류의 치형 피치각은 2종류 이상이면 몇 종류여도 좋으며, 3종류 이상인 경우는 표준 스프로킷의 치형 피치각의 이를 포함해도 좋다.
[실시예]
이하에, 본 발명의 실시예인 체인용 스프로킷에 대해 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시예인 체인용 스프로킷의 복수 종류의 치형 피치각을 가진 이를 도시한 정면도이고, 도 2는, 도 1에 도시한 본 발명의 제 1 실시예인 체인용 스프로킷의 치형을 나타내는 정면 일부 확대도이며, 도 3은, 본 발명의 제 2 실시예인 체인용 스프로킷의 복수 종류의 치형 피치각을 가진 이를 도시한 정면도이고, 도 4는, 본 발명의 제 3 실시예인 체인용 스프로킷의 복수 종류의 치형 피치각을 가진 이를 도시한 정면도이다.
먼저, 본 발명의 제 1 실시예인 체인용 스프로킷(100)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 치수가 18매이고, 치형 피치각이 다른 2종류의 이, 즉, 치형 피치각 θ-Δθ의 이(105S), 치형 피치각 θ+(Δθ/2)의 이(105L)를 가지고 있으며, 치형 피치각 θ-Δθ의 이(105S)가 1매, 치형 피치각 θ+(Δθ/2)의 이(105L)가 그 이웃에 연속하여 2매 배열되어, 3매의 이를 1조로서 합계 6조로 전체둘레의 이가 구성된다.
치형 피치각 θ-Δθ의 이(105S)가 1매와 치형 피치각 θ+(Δθ/2)의 이 (105L)가 그 이웃에 연속하여 2매인, 합계 3매의 이의 합계 각도는 3θ가 되어, 표준적인 치형 피치각 θ의 이(105)의 3매분과 동일하고, 복수 종류의 치형 피치각을 가진 이(105S,105L)가 3매 1조로 피치 원(pc101)의 원둘레방향을 따라서 6조가 반복하여 배치되는 것에 의해 불규칙하게 배열된 스프로킷이 됨과 함께, 체인용 스프로킷(100) 전체적으로 표준 스프로킷의 치형 피치각 θ보다 작은 치형 피치각 θ-Δθ을 가진 이(105S)의 치수(6매)보다도 표준 스프로킷의 치형 피치각 θ보다 큰 치형 피치각 θ+(Δθ/2)을 가진 이(105L)의 치수(12매)쪽이 많이 설치되며, 가장 큰 치형 피치각 θ+(Δθ/2)은 θ+Δθ 미만이다.
한편, Δθ은 체인과의 맞물림을 허용할 수 있는 범위 내인 것이 필요하고, 표준 피치각 θ의 1/4 이하(즉, Δθ<θ/4)인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예의 체인용 스프로킷(100)의 치수는 18매이지만, 치수는 이것에 한정되는 것이 아니라, 치수가 3으로 나뉘어 떨어지지 않는 스프로킷의 경우, 여분의 이는 치형 피치각 θ의 이로 구성하면 되고, 상기 치형 피치각 θ의 이는 어느 위치에 배치해도 좋다.
또한, 본 실시예의 체인용 스프로킷(100)의 6조 중의 1조 이상을 치형 피치각 θ의 이 3매로 구성해도 좋고, 즉, 최저한, 치형 피치각 θ-Δθ을 가진 이 (105S)가 1매와 치형 피치각 θ+(Δθ/2)을 가진 이(105L)가 2매인 합계 3매의 이로 이루어진 조가 1조 이상 존재하면 좋다. 그 때, 상기 치형 피치각 θ의 이는 어느 위치에 배치해도 좋다.
다음에, 본 발명의 제 1 실시예인 스프로킷(100)의 이의 부분과 표준 롤러 체인(150)의 롤러(152)의 하나가 맞물리고 있는 부분의 치홈 형상을 도 2에 기초하여 설명한다.
스프로킷(100)은, 서로 마주 보는 치면부(102a) 및 치면부(102b)가 치저부 (103)에 연속하는 치홈(104)에 의해서 복수의 이(105S,105L)가 형성되어 있다. 한편, 도 1에는, 비교를 위해서, 이(105S,105L)와 동일한 치형 피치각의 이를 ISO 치형(표준 치형)으로 설계한 경우의 치면부, 치저부의 형상을 파선(破線)으로 도시하고 있다.
스프로킷(100)의 치형은, 스프로킷(100)의 회전 중심 O(도시는 되어 있지 않음)와 각 치저부(103)의 중심을 연결하는 치저부 중심선 X에 대해서 스프로킷(100)의 회전방향 앞면측의 치면부(102a)와 회전 방향 배면측의 치면부(102b)가 좌우 대칭으로 형성되고, 치면부(102a) 및 치면부(102b)는, 각각 단면이 볼록한 형상의 원호에 의해 형성되어 있다.
치면부(102a) 및 치면부(102b)를 형성하는 원호는, ISO 치형(표준 치형)으로 설계한 경우의 원호형상의 치면부의 치면반경 re보다 큰 치면반경 re102a, re102b로 각각 형성되고, re102a>re, 및, re102b>re의 관계에 있으며, 치면부(102a) 및 치면부(102b)는, 치저부(103)에 부드럽게 연속하고 있다.
또한, 치저부(103)는, 치저부 중심선 X상에 중심을 가진 원호에 의해 형성되어 있다. 치저부(103)를 형성하는 원호는, ISO 치형(표준 치형)으로 설계한 경우의 원호형상의 치저부의 치저부 원호 반경 ri보다 큰 치저부 원호 반경 ri103으로 형성되어 있다. 즉, ri103>ri의 관계에 있다. 이 치저부 원호 반경 ri103의 중심은, 치저부 중심선 X상에 있고, 또한 ISO 치형(표준 치형)으로 설계한 경우의 치저부 원호 반경 ri의 중심보다 바깥쪽에 위치하고 있다.
그리고, 치저부 원호 반경 ri103의 중심이 ISO 치형(표준 치형)으로 설계한 경우의 치저부 원호 반경 ri의 중심보다 바깥쪽에 위치한 것에 의해, 스프로킷 (100)의 치수 z가 짝수의 경우는, 치저 원직경 df103은 ISO 치형(표준 치형)으로 설계한 경우의 치저 원직경 df보다 커지고 있다. 즉, df103>df의 관계에 있다. 또한, 스프로킷(100)의 치수 z가 홀수인 경우는, 치저 거리 de103은 ISO 치형(표준 치형)으로 설계한 경우의 치저 거리 dc보다 커지고 있으며, dc103>dc의 관계에 있다.
또한, 치저 원직경 df103 또는 치저 거리 dc103을 ISO 치형(표준 치형)으로 설계한 경우의 치저 원직경 df 또는 치저 거리 dc보다 크게 함으로써, 스프로킷 (100)의 현 피치 pa101L(즉, 피치 원(pc101)과 치저부 중심선 X와의 교점 a, a간의 거리)는, 치형 피치각 θ의 이를 ISO 치형(표준 치형)으로 설계한 경우의 스프로킷의 현 피치 pa(도 5 및 도 6 참조)보다 커지고 있다. 즉, pa101L>pa의 관계에 있다.
그리고, 스프로킷(100)은, 표준 롤러 체인(150)에 적용되는 것이기 때문에, 치형 피치각 θ의 이를 ISO 치형(표준 치형)으로 설계한 경우의 스프로킷의 현 피치 pa는, 표준 롤러 체인(150)의 체인 피치 p(즉, 롤러(152)의 중심간의 거리)와 동일한데 비하여, 스프로킷(100)의 치형 피치각 θ+(Δθ/2)의 이(105L)의 현 피치 pa101L는, 표준 롤러 체인(150)의 체인 피치 p보다 커지고 있다. 즉, pa101L>p의 관계에 있다.
한편, 치형 피치각 θ-Δθ의 이(105S)의 현 피치 pa101S는, Δθ의 설정에 따라 다르지만, 치형 피치각이 θ-Δθ의 이를 ISO 치형(표준 치형)으로 설계한 경우의 스프로킷의 현 피치보다 커지고 있다.
표준 롤러 체인(150)은, 균등한 체인 피치 p를 가지고 있으며, 게다가 스프로킷(100)은, 크기가 다른 2종류의 치형 피치각 θ-Δθ, θ+(Δθ/2)을 가지며, 피치 원 pc의 원둘레방향을 따라서 불규칙하게 배열되어 있으므로, 스프로킷(100) 이 회전하면, 각 롤러(152)의 맞물림 시작부에 있어서, 이미 치저부에 착좌하여 지지되어 있는 선행 롤러(152)의 중심을 중심으로 하고 체인 피치 p를 반경으로 하여 후속 롤러(152)가 상대적으로 운동하여 치면부에 거의 접선방향으로부터 접촉할 때에 접촉의 타이밍이 어긋나 치수(齒數)에 의해서 정해지는 차수(次數)의 진동 및 소음이 저감된다.
또한 상술한 홈 형상을 갖기 때문에, 각 롤러(152)의 맞물림 시작부에 있어서 치저부(103)에 착좌하기 전에 치면부(102)에 접선 방향으로부터 접촉하고, 맞물림 해제부에서는 선행 롤러(152)가 치면부(102)에 접촉한 상태로부터 접선 방향으로 이탈하는 것에 의해 진동 등에 의해 치저부(103)에 충돌하는 경우가 없는 것과 아울러, 후속 롤러(152)의 스프로킷(100)의 치면부에 대한 운동 에너지가 완충되어, 후속 롤러(152)의 맞물림 소음이 저감되어, 체인전동장치의 전체의 소음이 저감된다.
또한, 치형 피치각 θ-Δθ의 이(105S)는 표준 스프로킷의 치형 피치각과 동일한 치형 피치각 θ의 이(105)와 비교해서 강도가 약간 떨어지지만, 스프로킷 (100) 전체둘레에서 그 수는 적고 스프로킷(100) 전체의 내구성을 해치는 경우는 없다.
다음에, 본 발명의 제 2 실시예에 관한 체인용 스프로킷(200)에 대해 이하에 설명한다.
발명의 제 2 실시예인 체인용 스프로킷(200)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 치수가 18매이고, 치형 피치각이 다른 3종류의 이, 즉, 표준 스프로킷의 치형 피치 각과 동일한 치형 피치각 θ의 이(205), 치형 피치각 θ-Δθ의 이(205S), 치형 피치각 θ+(Δθ/(N-1))의 이(205L)를 가지고 있으며, 치형 피치각 θ-Δθ의 이 (205S)가 1매, 치형 피치각 θ+(Δθ/(N-1))의 이(205L)가 그 이웃에 연속하여 N-1매 배열되고, 5매의 이(N=5)을 1조로 하여 합계 3조가 배치되고, 여분의 이는 모두 치형 피치각 θ의 이(205)의 이로 구성된다.
치형 피치각 θ-Δθ의 이(205S)가 1매와 치형 피치각 θ+(Δθ/(N-1))의 이(205L)가 그 이웃에 연속하여 N-1매의, 합계 N매의 이의 합계 각도는 Nθ가 되어, 치형 피치각 θ의 이(205)의 N매분과 동일하고, 복수 종류의 치형 피치각을 가진 이(205,205S,205L)가 피치 원(pc101)의 원둘레방향을 따라서 불규칙하게 배열되는 부분이 됨과 함께, 체인용 스프로킷(200) 전체적으로 표준 스프로킷의 치형 피치각 θ보다 작은 치형 피치각 θ-Δθ을 가진 이(205S)의 치수(1매)보다 표준 스프로킷의 치형 피치각 θ보다 큰 치형 피치각 θ+(Δθ/(N-1))을 가진 이(205L)의 치수(N-1매)가 많이 설치되어, 가장 큰 치형 피치각 θ+(Δθ/(N-1))는 θ+Δθ 미만이다.
한편, Δθ는 체인과의 맞물림을 허용할 수 있는 범위 내인 것이 필요하고, 표준 피치각 θ의 1/4이하(즉, Δθ<θ/4)인 것이 바람직하다.
또한, 여분의 치형 피치각 θ의 이는 어느 위치에 배치해도 좋고, 스프로킷의 치수는 몇매여도 좋으며, 표준의 치수가 N으로 나뉘어 떨어지는 스프로킷의 경우, 치형 피치각 θ가 없어도 좋다.
또한, 복수의 조 중의 1조 이상을 치형 피치각 θ의 이(tooth) N매로 구성해 도 좋고, 즉, 최저한, 치형 피치각 θ-Δθ을 가진 이(205S)가 1매와 치형 피치각 θ+(Δθ/(N-1))를 가진 이(205L)가 N-1매인 합계 N매의 이로 이루어지는 조가 1조 이상 존재하면 좋다. 그 때, 상기 치형 피치각 θ의 이는 어느 위치에 배치하더라도 좋다.
제 2 실시예에 사용되는 스프로킷(200)의 치형은 도 2에 도시한 제 1 실시예의 치형과 동일하고, 타이밍 등은 다르지만 소음이 저감되는 작용ㆍ효과도 제 1 실시예와 동일하다.
다음에, 본 발명의 제 3 실시예에 관한 체인용 스프로킷(300)에 대하여 이하에 설명한다.
본 발명의 제 3 실시예인 체인용 스프로킷(300)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 치형 피치각이 다른 2종류의 이, 즉, 표준 스프로킷의 치형 피치각 θ보다 작은 치형 피치각 θ-Δθ의 이(305S), 표준 스프로킷의 치형 피치각 θ보다 큰 치형 피치각 θ+(Δθ/(T-1))의 이(305L)를 가지고 있으며, 치형 피치각 θ-Δθ의 이(205S)가 1매이고, 나머지 이는 모두 치형 피치각 θ+(Δθ/(T-1))의 이(205L)이다.
스프로킷(300)의 전체 치수는 T매이며, 치형 피치각 θ-Δθ의 이(305S)가 1매와 치형 피치각 θ+(Δθ/(T-1))의 이(305L)가 T-1매인, 합계 T매의 이의 합계 각도는 360°가 되어, 치형 피치각 θ-Δθ의 이(305S)가 pc101의 원둘레방향을 따라서 불규칙하게 배열되는 부분이 됨과 함께, 체인용 스프로킷(300) 전체적으로 표준 스프로킷의 치형 피치각 θ보다 작은 치형 피치각 θ-Δθ을 가진 이(305S)의 치수(1매)보다도 표준 스프로킷의 치형 피치각 θ보다 큰 치형 피치각 θ+(Δθ/(T-1))를 가진 이(305L)의 치수(T-1매) 쪽이 많이 설치되고, 가장 큰 치형 피치각 θ+(Δθ/(T-1))는 θ+Δθ 미만이다.
한편, Δθ는 체인과의 맞물림을 허용할 수 있는 범위 내인 것이 필요하고, 표준 피치각 θ의 1/4이하(즉, Δθ<θ/4)인 것이 바람직하다.
제 3 실시예에 사용되는 스프로킷(300)의 치형은 도 2에 도시한 제 1 실시예의 치형과 동일하고, 타이밍 등은 다르지만 소음이 저감되는 작용ㆍ효과도 제 1 실시예와 동일하다.
한편, 표준 스프로킷의 치형 피치각보다 작은 치형 피치각을 가진 이의 치수보다도 표준 스프로킷의 치형 피치각보다 큰 치형 피치각을 가진 이의 치수 쪽이 많이 설치되는 것, 혹은, 표준 스프로킷의 치형 피치각을 θ로 하여 가장 작은 치형 피치각을 θ-Δθ로 한 경우, 가장 큰 치형 피치각이 θ+Δθ 미만인 것은, 상술한 제 1 내지 제 3 실시예에 한정되는 것이 아니라, 가장 작은 치형 피치각 θ-Δθ의 이를 N매, 가장 큰 치형 피치각 θ+(NΔθ/M)를 M매로 하여 N<M이 되는 관계를 만족하면 좋고, 각각의 이의 스프로킷 상에서의 배열은 어떠한 것이라도 좋다.
또한, 상기 본 발명의 각 실시예에서는 크기가 다른 복수 종류의 치형 피치각은 3종류 혹은 2종류이지만, 4종류 이상이라 하더라도, 표준 스프로킷의 치형 피치각보다 작은 치형 피치각을 가진 이의 치수보다도 표준 스프로킷의 치형 피치각보다 큰 치형 피치각을 가진 이의 치수 쪽이 많이 설치되거나, 혹은, 표준 스프로 킷의 치형 피치각을 θ로 하고 가장 작은 치형 피치각을 θ-Δθ로 한 경우, 가장 큰 치형 피치각이 θ+Δθ 미만이면 좋다.
또한, 상기 본 발명의 각 실시예에서는, 표준 롤러 체인(150)을 이용하고 있지만, 롤러 대신에 부쉬가 스프로킷의 치홈에 서로 맞물리는 표준 부쉬 체인에도 적용할 수 있으며, 또한, 상기의 각 실시예에서 치형이 표준 스프로킷과 다른 치형을 채택하고 있지만, 스프로킷의 치형은, 그 치저 원직경 또는 치저 거리가 표준 스프로킷의 치저 원직경 또는 치저 거리보다 크다고 하는 조건을 만족하면, 치형은 표준 스프로킷과 동일해도 같은 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예인 체인용 스프로킷의 복수 종류의 치형 피치각을 가진 이를 도시한 정면도,
도 2는 도 1에 도시한 본 발명의 제 1 실시예인 체인용 스프로킷의 치형을 도시한 정면 일부 확대도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예인 체인용 스프로킷의 복수 종류의 치형 피치각을 가진 이를 도시한 정면도,
도 4는 본 발명의 제 3 실시예인 체인용 스프로킷의 복수 종류의 치형 피치각을 가진 이를 도시한 정면도,
도 5는 종래의 ISO 규격에 의한 표준 스프로킷과 표준 롤러 체인으로 이루어지는 체인전동장치의 정면도, 및
도 6은 도 5에 도시한 종래의 ISO 규격에 의한 표준 스프로킷과 표준 롤러 체인으로 이루어지는 체인전동장치의 일부의 확대도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 300, 500 : 스프로킷 (sproket)
102, 502 : 치면부(tooth surface portion)
103, 503 : 치저부(tooth gap bottom portion)
104, 504 : 치홈(tooth groove) 105, 205, 305, 505 : 이(tooth)
150 : 표준 롤러 체인 152 : 롤러

Claims (3)

  1. 서로 마주 보는 치면부가 치저부에 연속하는 치홈과, 서로 인접한 치홈 사이에 형성된 복수의 이를 가지며, 롤러 체인의 롤러 또는 부쉬 체인의 부쉬가 상기 치홈에 서로 맞물리는 체인용 스프로킷에 있어서,
    상기 복수의 이가, 크기가 다른 복수 종류의 치형 피치각을 가지며,
    상기 복수 종류의 치형 피치각을 가진 이가, 피치 원의 원둘레방향을 따라서 불규칙하게 배열됨과 함께, 표준 스프로킷의 치형 피치각보다 작은 치형 피치각을 가진 이의 치수(齒數)보다도 표준 스프로킷의 치형 피치각보다 큰 치형 피치각을 가진 이의 치수(齒數)쪽이 많이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 체인용 스프로킷.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 치형 피치각이, 표준 스프로킷의 치형 피치각을 θ로 하고 가장 작은 치형 피치각을 θ-Δθ로 한 경우, 가장 큰 치형 피치각이 θ+Δθ 미만인 것을 특징으로 하는 체인용 스프로킷.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 치홈이, 그 치저 원직경 또는 치저 거리를 표준 스프로킷의 치저 원직경 또는 치저 거리보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 체인용 스프로킷.
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