KR20200058280A - 스프로켓 및 전동 기구 - Google Patents

Abstract

[과제] 부하 토크 변동에 대응하는 장력 변동의 영향을 경감하여, 소음이나 진동을 억제하면서, 체인 장력이 작고 부하 토크가 작은 경우나, 장력의 영향을 받지 않고 맞물리고 있는 영역에서도, 장력 변동의 증대나, 소음이나 진동의 증가를 방지하는 스프로켓을 제공하는 것이다. [해결 수단] 인접하는 이 사이에서, 체인이 무부하로 착석했을 때의 무부하 착석점의 반경 방향의 위치가, 원주 방향으로 연속적으로 변화하도록 설치되고, 복수의 무부하 착석점의 반경 방향의 위치는, 각도 위치에 따라 증감하는 변동 패턴을 가지는 것이다.

Description

스프로켓 및 전동 기구{SPROCKET AND DRIVE MECHANISM}

본 발명은, 체인과 맞물리는 복수의 이가 형성된 스프로켓(sprocket) 및 전동 기구에 관한 것이다.

회전을 확실히 전달하는 전동 기구로서, 본체의 둘레면에 복수의 이가 형성된 스프로켓에 체인을 걸어 돌리는(掛回, put around) 전동 기구가 관용되고 있다.

스프로켓의 이가 체인과 맞물림에 의해서, 복수의 스프로켓 사이로, 타이밍과 회전력이 확실히 전해지지만, 맞물림에 수반하여 소음이나 진동이 발생하는 것은 피할 수 없다.

회전에 수반하여 주기적으로 부하 토크가 변동하는 전동 기구의 경우, 부하 토크의 주기 변동에 동기시켜 장력 변동을 경감하도록, 복수의 이를 각 이가 등간격으로 체인과 맞물리는 위상을 제로로 했을 경우, 정측(正側) 및 부측(負側)으로 교대로 위상이 변동하는 위상 변동 패턴을 형성하도록 배치함으로써, 부하 토크 변동에 대응하는 장력 변동의 영향을 경감하여, 소음이나 진동을 억제한 스프로켓이 공지이다(예를 들면, 특허문헌 1 등 참조).

일본 공개특허 특개2009-156320호 공보

공지의 스프로켓에서는, 장력 변동이 경감됨으로써 체인의 진동에 의한 소음을 억제하는 것은 가능하지만, 부하 토크 변동이 주기적이므로, 그 주기에 대응하는 차수음(次數音, order noises)의 발생은 불가피 하였다.

또, 부하 토크 변동의 위상이 어긋났을 경우나, 스프로켓의 회전수와 체인의 고유 진동수의 관계로 공진했을 경우에는, 반대로 장력 변동이 증대하거나, 소음이나 진동이 증가할 가능성이 있었다.

또, 체인 장력이 작고 부하 토크가 작은 경우나, 장력의 영향을 받지 않고 맞물리고 있는 영역에서는, 스프로켓의 복수의 이가 위상 변동 패턴을 형성하도록 배치되어 있으므로, 스프로켓의 형상이 반대로 체인의 장력 변동이나 진동이나 소음의 요인이 되는 우려도 있었다.

본 발명은, 이러한 문제점을 해결하는 것으로, 부하 토크 변동에 대응하는 장력 변동의 영향을 경감하여, 소음이나 진동을 억제하면서, 체인 장력이 작고 부하 토크가 작은 경우나, 장력의 영향을 받지 않고 맞물리고 있는 영역에서도 장력 변동의 증대, 소음이나 진동을 억제하는 스프로켓을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명에 따른 스프로켓은, 체인과 맞물리는 복수의 이가 형성된 스프로켓으로서, 인접하는 상기 이 사이에서, 체인이 무부하로 착석했을 때의 무부하 착석점(無負荷着座点, no-load seating point)의 반경 방향의 위치가, 원주 방향으로 연속적으로 변화하도록 설치되고, 상기 복수의 무부하 착석점의 반경 방향의 위치는, 각도 위치에 따라 증감하는 변동 패턴을 가지는 것으로, 상기 과제를 해결하는 것이다.

본 청구항 1에 따른 스프로켓에 의하면, 인접하는 이 사이에서, 체인이 무부하로 착석했을 때의 무부하 착석점의 반경 방향의 위치가, 원주 방향으로 연속적으로 변화하도록 설치되고, 복수의 무부하 착석점의 반경 방향의 위치는, 각도 위치에 따라 증감하는 변동 패턴을 가짐으로써, 무부하 착석점의 반경 방향의 위치에 따라 부하 토크에 따라 실제의 착석점이 변화하여, 맞물린 체인의 피치 라인이 변화한다.

이 피치 라인의 변화는, 부하 토크가 커지는 만큼 현저하게 되므로, 토크 변동에 동적으로 대응하여 장력 변동의 영향을 경감하여, 소음이나 진동을 억제할 수 있다.

또, 복수의 무부하 착석점의 반경 방향의 위치는, 각도 위치에 따라 증감하는 변동 패턴을 가지므로, 동일한 부하 토크에서도 피치 라인의 변화를 변동시키는 것이 가능하고, 스프로켓의 회전수와 체인의 고유 진동수의 관계로 공진하는 것이 억제되어, 장력 변동이 증대하거나, 진동이나 소음이 증가하는 것을 억제할 수 있다.

본 청구항 2 기재의 구성에 의하면, 무부하 착석점이, 인접하는 상기 이 사이의 각 치저이므로, 부쉬 체인, 롤러 체인 혹은 플레이트치의 선단이 착석하는 사일런트 체인 등에 사용할 때에 매우 적합하다.

본 청구항 3 기재의 구성에 의하면, 변동 패턴은, 증감 변동이 복수 회 반복되고, 증감 변동의 주기가, 둘레 방향으로 대로부터 소 또는 소로부터 대로 연속하여 변화하도록 설정된 것에 의해, 부하 토크의 변동 주기와 변동 패턴의 증감 변동의 주기의 위상이 어긋나는 타이밍을 원활히 변화시키는 것이 가능하고, 또한 차수음의 발생을 억제할 수 있다.

본 청구항 4 기재의 구성에 의하면, 변동 패턴은, 증감 변동이 복수 회 반복되고, 증감 변동의 주기가, 주된 토크 변동의 주기와 동일한 부분을 포함함으로써, 주된 소음이나 진동의 원인이 되는 토크 변동에 대한 영향을 효과적으로 경감하는 것이 가능해진다.

본 청구항 5 기재의 구성에 의하면, 복수의 무부하 착석점은, 각도 위상이 원주 방향으로 연속적으로 변화하도록 설치된 것에 의해, 보다 효과적으로 맞물림 타이밍을 분산시키는 것이 가능하고, 차수음을 저감하는 것이 가능해진다.

본 청구항 6 기재의 구성에 의하면, 복수의 무부하 착석점의 각도 위상의 변화와 반경 방향의 위치의 변동 패턴은, 체인이 상기 복수의 무부하 착석점에 착석했을 때에, 체인의 피치와 일치하도록 설정된 것에 의해, 체인 장력이 작고 부하 토크가 작은 경우나, 장력의 영향을 받지 않고 맞물리고 있는 영역에서 착석 위치가 안정되어, 스프로켓이 요인이 되는 장력 변화나 진동, 소음을 더 억제할 수 있다.

[도 1] 본 발명의 일 실시 형태에 따른 스프로켓의 측면 설명도.
[도 2] 본 발명의 일 실시 형태에 따른 스프로켓의 복수의 치저의 반경 방향의 위치의 변동 패턴, 및, 각도 위상의 변화의 설명도.

본 발명의 스프로켓은, 체인과 맞물리는 복수의 이가 형성된 스프로켓이며, 인접하는 상기 이 사이에서, 체인이 무부하로 착석했을 때의 무부하 착석점의 반경 방향의 위치가, 원주 방향으로 연속적으로 변화하도록 설치되고, 상기 복수의 무부하 착석점의 반경 방향의 위치는, 각도 위치에 따라 증감하는 변동 패턴을 가지는 것이면, 그 구체적인 구성은 어떠한 것이어도 좋다.

스프로켓에 걸어 돌려지는 체인은, 사일런트 체인, 롤러 체인, 부쉬 체인(bushing chain) 등 어떠한 것이어도 좋고, 또, 스프로켓의 이와 맞물리는 구조의 것이면, 타이밍 벨트 등의 가요성 전동 부재(可撓性傳動部材, flexible drive member)여도 좋다.

본 발명의 일 실시 형태인 스프로켓(sprocket)(100)에 대해서, 도면에 근거하여 설명한다.

도 1에 나타내듯이, 스프로켓(100)은, 체인, 본 실시 형태에서는 롤러 체인의 롤러(R)와 맞물리는 복수의 이(齒, teeth)(101)가 형성되고 있고, 인접하는 이 사이에는 치저(齒底, tooth root)(102)가 형성되고 있다.

체인을 무부하 상태로 스프로켓(100)에 맞물리게 했을 경우, 체인의 롤러(R)는, 치저(102)에 착석한다.

일반적인 스프로켓에서는, 치저(102)는 스프로켓의 회전 중심을 중심으로 하는 치저원(D) 상에 존재하지만, 본 발명에서는, 복수의 치저(102)의 반경 방향의 위치가 각도 위치에 따라 증감하는 변동 패턴을 가지고 있어, 도 1에 나타내듯이, 각 치저(102)는, 치저원(D)으로부터 반경 방향으로 멀어지는 치저 변위량(tooth root displacement)(d2, d3, d4···)을 가진 것을 포함하고 있다.

치저 변위량(d2, d3, d4···)의 각도 위치에 따라 증감하는 변동 패턴은, 도 2에 나타내듯이, 증감 변동이 복수 회 반복되고, 증감 변동의 주기가 둘레 방향으로 대로부터 소로 연속하여 변화하도록 설정되어 있다.

또 본 실시 형태에서는, 치저 변위량(d2, d3, d4···)의 각도 위치에 따라 증감하는 변동 패턴에 의해서, 서로 이웃이 되는 치저(102)의 위치가 각각 약간 반경 방향으로 다르게 되어, 체인의 롤러(R)가 복수의 치저에 착석했을 때에, 체인의 롤러(R)의 피치(P)와 일치하지 않기 때문에, 도 2에 나타내듯이, 각 치저(102)는, 위상 변위량(phase displacement)(θ2,θ3,θ4···)을 갖고 각도 위상이 원주 방향으로 연속적으로 변화하도록 설정함으로써, 서로 이웃이 되는 치저(102)의 거리가 조정되어, 체인의 롤러(R)가 복수의 치저에 착석했을 때에, 체인의 롤러(R)의 피치(P)와 일치하도록 설정되어 있다.

이상과 같이 구성된, 스프로켓(100)의 작용에 대해 설명한다.

전술한 바와 같이, 무부하시에는, 체인의 롤러(R)는 스프로켓(100)에 치저(102)에 착석하고, 또, 부하가 작은 경우도 체인의 각 치저(102)가 등 피치로 설치되고 있기 때문에, 롤러(R)는 스프로켓(100)에 치저(102)에 지극히 가까운 장소에 착석한 상태로 맞물리기 때문에, 체인의 회전 일렁임(rotation irregularity)이 줄어 들어 전달 효율을 올릴 수 있음과 동시에, 스프로켓(100)이 요인이 되는 장력 변화나 진동, 소음을 억제할 수 있다.

체인 장력이 커지면, 롤러(R)는 무부하시의 착석점인 치저(102)가 아니고, 치저(102)로부터 멀어진 장소에 착석함으로써 토크를 전달하기 때문에, 체인이 스프로켓(100)의 외주 방향으로 뜬(lifted) 상태가 된다.

본 발명의 스프로켓에서는, 각 치저(102)는, 치저원(D)으로부터 반경 방향으로 멀어지는 치저 변위량(d2, d3, d4···)을 가진 것을 포함함으로써, 부하시의 체인의 외주 방향에의 뜬 양을 변화시킴으로써, 맞물림시의 피치를 변화시킨 것과 동일하게 차수음 저감을 도모할 수 있다.

또, 치저 변위량(d2, d3, d4···)을 각도 위치에 따라 서서히 변화하고, 둘레 방향으로 대로부터 소 또는 소로부터 대로 연속하여 변화하는 변동 패턴을 가지도록 함으로써, 맞물림시의 피치를 체인의 장력 변동에 맞추어 변화시킨 것과 동일하게 장력 저감을 도모하는 것이 가능하고, 변동 패턴이 주된 토크 변동의 파장과 동일한 부분을 포함하는 것으로, 엔진 등의 미리 토크 변동 요인이 정해져 있는 용도에서 특히 효과를 상주한다.

또한, 상술의 설명으로는, 치저(102)를 롤러 체인의 롤러(R)의 착석 위치인 것으로 했지만, 사일런트 체인에서의 플레이트의 치처가 무부하의 경우 스프로켓(100)의 치저(102)에 착석하는 것이어도 좋다.

또, 무부하의 경우에 사일런트 체인에서의 플레이트의 이너 플랭크(inner flank) 또는 아웃터 플랭크(outer flank)가 스프로켓의 이 사이의 무부하 착석점에 착석하는 경우, 상기 무부하 착석점이 전술한 치저와 동일하게 배치되어 있으면 좋다.

100···스프로켓
101···이
102···치저(무부하 착석점)
R···롤러
P···피치
D···치저원
d···치저원으로부터의 반경 방향의 거리(치저 변위량)
θ···치저의 각도 위상의 편위(위상 변위량)

Claims (7)

1. 체인과 맞물리는 복수의 이가 형성된 스프로켓으로서,
   인접하는 상기 이 사이에서, 체인이 무부하로 착석했을 때의 무부하 착석점의 반경 방향의 위치가, 원주 방향으로 연속적으로 변화하도록 형성되고,
   상기 복수의 무부하 착석점의 반경 방향의 위치는, 각도 위치에 따라 증감하는 변동 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 스프로켓.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 무부하 착석점이, 인접하는 상기 이 사이의 각 치저인 것을 특징으로 하는 스프로켓.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 변동 패턴은, 증감 변동이 복수 회 반복되고,
   상기 증감 변동의 주기가, 둘레 방향에서 대로부터 소 또는 소로부터 대로 연속하여 변화하도록 설정된 것을 특징으로 하는 스프로켓.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 변동 패턴은, 증감 변동이 복수 회 반복되고,
   상기 증감 변동의 주기가, 주된 토크 변동의 주기와 동일한 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 스프로켓.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 무부하 착석점은, 각도 위상이 원주 방향으로 연속적으로 변화하도록 설치된 것을 특징으로 하는 스프로켓.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 복수의 무부하 착석점의 상기 각도 위상의 변화와 상기 반경 방향의 위치의 변동 패턴은, 체인이 상기 복수의 무부하 착석점에 착석했을 때에, 체인의 피치와 일치하도록 설정된 것을 특징으로 하는 스프로켓.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항 기재의 스프로켓과, 상기 스프로켓이 장착되는 샤프트와, 상기 스프로켓에 걸쳐 돌려지는 체인을 가지는 전동 기구.

Images