KR20240036470A - 스프로킷 및 체인 전동기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부하 토크 변동에 대응한 장력 변동의 영향을 경감하여 소음이나 진동을 억제하면서, 체인 거동을 안정화시키는 것이 가능하고, 스프로킷의 내구성의 저하 및 회전 차수음의 발생을 억제 가능한 스프로킷 및 체인 전동기구를 제공하는 것을 목적으로 한다. 스프로킷은 인접한 톱니 사이에 형성되는 치저가 톱니의 피치에 따른 소정의 수치 범위 내에서 설정되고 표준 치형의 치저원으로부터 반경 방향으로 멀어지는 치저 편차량을 갖는 것을 포함하고, 치저 반경을 각도 위치에 따라 변화시킴으로써 형성되는 위상 변동 패턴의 파형의 진폭이 최대 진폭 Amax에 대해서 (1/7)Amax의 범위 내에서 변화하도록 설정된 구성으로 되어 있다. 체인 전동기구는 체인이 걸리는 복수의 스프로킷 중 적어도 하나가 상기 스프로킷에 의해 구성된다.

Description

스프로킷 및 체인 전동기구{SPROCKET AND CHAIN DRIVE SYSTEM}

본 발명은 체인과 맞물리는 복수의 톱니가 형성된 스프로킷 및 이 스프로킷을 이용한 체인 전동기구에 관한 것이다.

회전을 확실하게 전달하는 전동기구로서, 둘레면에 복수의 톱니가 형성된 스프로킷에 체인을 걸어 돌리는 전동기구가 관용되고 있다.

스프로킷의 톱니가 체인과 맞물림으로써 복수의 스프로킷 사이에서 타이밍과 회전력이 확실하게 전달되지만, 스프로킷의 톱니와 체인과의 맞물림에 수반하여 소음이나 진동이 발생하는 것은 피할 수 없다 .

이러한 문제에 대해서, 회전에 따라 주기적으로 부하 토크가 변동하는 체인 전동기구의 경우, 부하 토크의 주기 변동에 동기시켜 장력 변동을 경감하도록 복수의 톱니를 각 톱니가 등간격으로 체인과 맞물리는 위상을 제로로 한 경우, 정(正)측 및 부(負)측에 교대로 위상이 변동하는 위상 변동 패턴을 형성하도록 배치함으로써, 부하 토크 변동에 대응한 장력 변동의 영향을 경감하여 소음이나 진동을 억제한 스프로킷이 공지이다.

예를 들면 특허문헌 1에는, 인접하는 톱니 사이에서, 체인이 무부하로 착좌했을 때의 무부하 착좌점의 반경 방향의 위치가 원주 방향으로 연속적으로 변화되도록 설치되어, 복수의 무부하 착좌점의 반경 방향의 위치는 각도 위치에 따라 증감하는 위상 변동 패턴을 갖는 스프로킷이 개시되어 있다.

일본 공개특허 특개 2020-085041호 공보

상기 특허문헌 1에 기재된 스프로킷과 같이, 톱니의 피치를 일정하게 한 채로 치저 반경을 변동시킨 경우라도, 체인과 스프로킷의 전동 하중을 복수의 톱니에 균등하게 하중 분담하기만 하면 스프로킷의 내구성이 저하되지는 않는다.

그러나, 위상 변동 패턴의 파형의 진폭이나 주기에 따라서는 체인의 다각형 운동량이 커져 운동 에너지가 증폭된다. 그 결과, 체인 거동이 불안정하게 되어 하중 분담을 악화시키는 것이 되기 때문에, 스프로킷의 강도가 저하된다.

이와 같이, 체인이나 스프로킷의 내구성을 유지하면서 소음이나 진동을 억제하는 것은 곤란한 것이 실정이었다. 또, 하중 분담이 악화되면, 스프로킷 톱니의 마모가 빨라지고, 소음 저감 효과가 조기에 손상된다는 문제점도 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하는 것으로, 부하 토크 변동에 대응하는 장력 변동의 영향을 경감하여 소음이나 진동을 억제하면서 체인 거동을 안정화시키는 것이 가능하며, 스프로킷의 내구성의 저하 및 회전 차수음의 발생을 억제 가능한 스프로킷 및 체인 전동기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 스프로킷은, 체인과 맞물리는 복수의 톱니가 형성된 스프로킷으로서, 상기 복수의 톱니는, 각 톱니가 등간격으로 체인과 맞물리는 위상을 제로로 한 경우, 정(正)측 및 부(負)측에 위상이 변동하는 파형의 위상 변동 패턴을 형성하도록 배열되고 인접한 톱니 사이에 형성되는 치저는 표준 치형의 치저원으로부터 반경 방향으로 멀어지는 치저 편차량을 갖는 것을 포함하고, 상기 치저 편차량의 최대치는 상기 톱니의 피치의 2~7%의 크기의 범위 내에서 설정되고, 상기 위상 변동 패턴은 치저 반경을 각도 위치에 따라 변화시킴으로써 형성되고, 상기 위상 변동 패턴의 파형의 진폭이 최대 진폭 Amax에 대해서 (1/7)Amax의 범위 내에서 변화하도록 설정된 구성인 것으로, 상기 과제를 해결하는 것이다.

여기에서, 표준 치형이란, 각 톱니의 치저원 반경이 일정하고, 또한 축 중심으로부터의 톱니 각도가 일정(둘레 방향으로 인접하는 톱니의 중심간 거리로 나타나는 치형 피치가 일정)한 것을 말하는 것으로 한다.

본 발명에 따른 체인 전동기구는, 크랭크 샤프트에 설치된 구동측 스프로킷 및 캠축에 설치된 종동측 스프로킷을 포함하는 복수의 스프로킷과, 상기 복수의 스프로킷에 걸린 체인을 갖는 체인 전동기구로서, 상기 구동측 스프로킷 및 상기 종동측 스프로킷 중 적어도 하나를 상기의 스프로킷으로 구성함으로써 상기 과제를 해결하는 것이다.

본 청구항 1에 따른 스프로킷에 의하면, 기본적으로, 복수의 톱니가 위상 변동 패턴을 형성하도록 배열되어, 부하 토크 변동에 동적으로 대응하여 체인의 장력 변동의 영향을 경감하여 소음이나 진동을 억제할 수 있다.

또한, 위상 변동 패턴을 각 톱니의 치저 반경을 각도 위치에 따라 변화시킴으로써 형성하고, 위상 변동 패턴의 파형의 진폭을 소정 범위 내에서 변화시킴으로써, 스프로킷에 대한 체인의 감김이 좋아진다. 이 때문에, 체인 장력을 받는 스프로킷의 톱니의 수가 증가하므로, 체인 주행시에서의 체인의 거동을 안정화시킬 수 있다. 그 결과, 맞물림 차수음의 발생을 억제하는 것이 가능해짐과 동시에, 맞물림음의 차수의 분산화를 도모하는 것이 가능해진다. 또, 과잉의 접촉력이 발생하지 않고 하중 분담의 균일화를 도모하는 것이 가능해지기 때문에, 맞물림부의 마모를 저감하여 내구성의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.

본 청구항 2에 따른 구성에 의하면, 체인 주행시에서의 체인의 굴곡의 발생을 억제할 수 있으므로, 체인 거동을 보다 한층 안정화시키는 것이 가능하다.

본 청구항 3에 따른 구성에 의하면, 체인의 다각형 운동량을 감소시킬 수 있기 때문에, 체인 상하 방향의 속도가 감소하여 운동 에너지가 저감되고, 체인 전동기구 전체의 소음(오버올 음(overall noise))을 저감하는 것이 가능해진다. 또 체인 피치에 대한 스프로킷의 톱니 피치가 확대되어 체인의 「놀이(pay)」가 줄어들기 때문에 하중 분담의 불균형의 발생을 방지하는 것이 가능하고, 스프로킷이나 체인의 강도 향상을 도모하는 것이 가능하다. 여기서, 「놀이」란, 스프로킷의 톱니에 주기성이 없어지는 것으로, 체인이 감기는 스프로킷의 톱니가 하중을 받지 않는 상태인 것을 말한다.

본 청구항 4에 따른 구성에 의하면, 체인의 다각형 운동량을 증감시킴으로써, 주기적으로 발생하는 맞물림 차수음을 저감하는 것이 가능해진다.

본 청구항 5에 따른 구성에 의하면, 하중 분담의 불균형의 발생을 방지하면서 차수음 저감을 효과적으로 얻을 수 있다.

본 청구항 6에 따른 구성에 의하면, 스프로킷의 치면의 오일 유지성의 향상에 의해 체인과의 접촉부의 윤활 영역을 늘림으로써 마모 저감을 도모하는 것이 가능함과 동시에, 포러스(porous)에 의해 공기 진동을 감쇠시켜 소음 저감 효과를 얻는 것이 가능하다. 또, 소결 밀도에 의해 질량을 컨트롤함으로써, 맞물릴 때의 공진점을 어긋나게 할 수 있다.

본 청구항 7에 따른 체인 전동기구에 의하면, 구동측 스프로킷 및 종동측 스프로킷 중 적어도 하나를 상기의 스프로킷에 의해 구성함으로써, 부하 토크 변동에 대응하는 장력 변동의 영향을 경감하여 소음 및 진동을 억제하면서, 체인 거동을 안정화시키는 것이 가능해짐과 동시에, 스프로킷의 내구성의 저하 및 맞물림 차수음의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

본 청구항 8에 따른 구성에 의하면, 종동측 스프로킷을 구동측 스프로킷의 위상 변동 패턴과 역위상의 위상 변동 패턴을 갖도록 구성하고, 치저 반경에 변동에 의한 축간 거리의 대소를 2축 이상으로 조합함으로써, 맞물림음의 차수를 분산화하는 것이 가능해진다. 또, 축간 거리의 변동을 억제할 수 있기 때문에, 체인 장력을 저감하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 스프로킷 치형의 변화가 적어져, 전체 소음(OA)이나 맞물림 차수음(특정 주파수 소음)의 저감 효과를 길게 유지하는 것이 가능해진다.

본 청구항 9에 따른 구성에 의하면, 크랭크 샤프트의 변동에 대응하는 체인의 장력 변동의 영향을 경감하고, 소음이나 진동을 억제하는 것이 가능해진다.

본 청구항 10에 따른 구성에 의하면, 주된 소음이나 진동의 원인이 되는 토크 변동에 대한 영향을 효과적으로 경감하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 스프로킷의 일 구성예에서의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 실시예 1에 따른 스프로킷의 위상 변동 패턴의 일례를 도시한 도면이다.
도 3a는 표준 치형 스프로킷에서의 톱니에 대한 체인의 접촉력의 경시적 변화를 도시한 도면이다.
도 3b는 실시예 1에 따른 스프로킷에서의 톱니에 대한 체인의 접촉력의 경시적 변화를 도시한 도면이다.
도 4는 체인의 스프로킷에 대한 접촉력의 최대치의 경시적 변화를 도시한 도면이다.
도 5는 비교용 스프로킷(1)의 위상 변동 패턴의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 비교용 스프로킷(1)에서의 톱니에 대한 체인의 접촉력의 경시적 변화를 도시한 도면이다.
도 7은 실시예 1에 따른 스프로킷에서의 체인 진동량의 경시적 변화를 도시한 도면이다.
도 8은 비교용 스프로킷(2)의 위상 변동 패턴의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 스프로킷의 일 구성예에서의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 실시예 2에 따른 스프로킷의 위상 변동 패턴의 일례를 도시한 도면이다.
도 11은 실시예 2에 따른 스프로킷의 오버올 음 및 맞물림음의 1차 성분의 소리의 회전수에 대응한 변화를 도시한 도면이다.
도 12는 비교용 스프로킷(3)에 대한 체인의 접촉력의 최대치의 경시적 변화를 도시한 도면이다.
도 13은 비교용 스프로킷(3)에서의 톱니에 대한 체인의 접촉력의 경시적 변화를 도시한 도면이다.
도 14는 실시예 2에 따른 스프로킷에서의 톱니에 대한 체인의 접촉력의 경시적 변화를 도시한 도면이다.
도 15는 실시예 2에 따른 스프로킷에 대한 체인의 접촉력의 최대치의 경시적 변화를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 체인 전동기구의 일례에서의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 17은 구동측 스프로킷의 치저의 배열 위치와 엔진의 폭발 변동이 발생하는 맞물림 위치와의 관계를 도시한 도면이다.
도 18a는 본 발명에 따른 체인 전동기구의 오버올 음과 맞물림음의 1차 성분의 소리의 크랭크 샤프트의 회전수에 대응하는 변화를 도시한 도면이다.
도 18b는 본 발명에 따른 체인 전동기구의 오버올 음과 맞물림 소리의 2차 성분의 소리의 크랭크 샤프트의 회전 수에 따른 변화를 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 체인 전동기구에서의 크랭크 샤프트의 회전 속도에 대응한 체인 장력의 변화를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면에 근거하여 설명한다.

[실시예 1]

실시예 1에 따른 스프로킷은, 예를 들어 롤러 체인의 롤러와 맞물리는 복수의 톱니가, 각 톱니가 등간격으로 체인과 맞물리는 위상을 제로로 한 경우에, 정(正)측 및 부(負)측에 위상이 변동하는 파형의 위상 변동 패턴을 형성하도록 배열된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 실시예 1에 따른 스프로킷(100)에서는, 복수의 톱니(101)가 원주 방향으로 등피치로 배열되고 인접한 톱니(101) 사이에 형성되는 치저(102)는 표준 치형의 치저원(D)으로부터 반경 방향 외방측 또는 반경 방향 내방측으로 멀어지는 치저 편차량을 갖는 것을 포함한다. 치저 편차량의 최대치는 톱니(101)의 피치의 2∼6.5%의 크기의 범위 내에서 설정되고, 이로 인해, 각 톱니(101)의 하중 분담의 균일화를 도모하는 것이 가능하다. 도 1에서의 rs는 치저원(D)의 반경이다.

위상 변동 패턴은 치저 반경(r1, r2, r3, r4, r5, ···)을 각도 위치에 따라 원주 방향으로 연속적으로 증감하도록 변화시킴으로써 형성된다. 치저 편차량의 위상 변동 패턴의 파형의 일례를 도 2에 도시한다. 도 2에서의 종축은 치저의 편차량의 톱니의 피치에 대한 비율[%]이고, 치저 반경이 표준 치형의 치저 반경보다 작은 경우를 마이너스로 나타내고 있다. 도 2에서의 횡축은 치저의 배열 번호이다.

이 치저 편차량의 위상 변동 패턴은, 치수가 18인 스프로킷에 따른 것으로, 예를 들면 6회의 주기 P1~P6을 갖고, 파장이 둘레 방향으로 대(大)로부터 소(小)로 연속하여 변화하도록 설정되어 있다. 또한, 본 발명에서의 「주기」라는 용어는, 위상 변동 패턴의 파형 중에서 정측(산) 및 부측(골)에 1회씩 변동한 1세트를 1개의 「주기」로 하는 것으로, 파장이 변화하는 것도 포함한 개념으로서 사용하고 있다.

이와 같이, 복수의 톱니(101)가 위상 변동 패턴을 형성하도록 배열됨으로써, 부하 토크 변동에 동적으로 대응하여 체인의 장력 변동의 영향을 경감하고, 소음이나 진동을 억제하는 것이 가능하다.

또, 치저 편차량의 위상 변동 패턴은, 파형의 진폭을 최대 진폭 Amax에 대해서 (1/7)Amax의 범위 내에서 변화시키도록 하여 설정되어 있다. 즉, 파형의 최소 진폭 Amin은 (1/7)Amax보다 작게 설정된다.

스프로킷(100)의 치저 반경을 변화시킴으로써, 예를 들어 롤러 체인에서의 롤러의 착좌 위치가 치저 반경의 크기에 따라 반경 방향으로 변화하게 되지만, 파형의 진폭을 소정 범위 내의 크기로 규제하여 변화시킴으로써, 체인의 다각형 운동량을 작게 억제하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 체인 장력을 받는 스프로킷의 톱니(101)의 수가 증가하므로, 체인의 스프로킷(100)에 대한 감김성이 향상되어, 주행하는 체인의 거동을 안정화시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 맞물림 차수음의 발생을 억제하는 것이 가능해짐과 동시에, 맞물림 차수음의 분산화를 도모하는 것이 가능해진다.

또, 과잉의 접촉력이 발생하지 않고 하중 분담의 균일화를 도모하는 것이 가능해지기 때문에, 맞물림부의 마모를 저감하여 내구성의 저하를 억제하는 것이 가능하다. 즉, 개개의 톱니에 주목하면, 체인의 스프로킷의 톱니에 대한 접촉력은 시간 경과에 수반하여 상승하여 피크 값을 취하고, 그 후 시간 경과에 따라 완만하게 감소하는 경향이 있다. 표준 치형의 스프로킷에서는, 복수의 톱니가 소정 시간 간격으로 순차적으로 맞물림으로써, 도 3a에 도시한 바와 같이, 각 톱니의 하중 분담은 실질적으로 균등한 것이 되고, 또, 도 4에서의 일점 쇄선의 곡선으로 도시한 바와 같이, 스프로킷 전체로 보면, 접촉력의 최대치의 경시적 변화에서, 급격한 접촉력의 변화나 체인 장력의 상승을 일으키지 않는다. 도 3a 및 도 4는 편의상 체인과 순차적으로 맞물리는 서로 인접한 임의의 3 개의 톱니(t1~t3)에 대한 체인의 접촉력만을 도시하고 있다.

따라서, 실시예 1에 따른 스프로킷(100)에서는, 치저 반경의 크기에 따라 맞물림 개시의 타이밍은 변화하지만, 치저 편차량을 톱니(101)의 피치에 따라 설정함과 동시에, 위상 변동 패턴의 파형에서의 진폭을 소정 범위 내에서 변화시킴으로써, 도 3b에 도시한 바와 같이, 각 톱니의 하중 분담이 실질적으로 균등해지는 상태를 유지하면서, 도 4에서 실선의 곡선으로 도시한 바와 같이, 접촉력의 최대치의 경시적 변화에서, 급격한 접촉력의 변화나 체인 장력의 상승을 억제하는 것이 가능하다. 이에 의해, 체인 장력의 상승을 억제하는 것이 가능해짐과 동시에, 발생 응력도 경미한 것이 되어 내구성의 저하를 회피하는 것이 가능해진다. 도 3b에서는 편의상 체인과 순차적으로 맞물리는 서로 인접한 임의의 3 개의 톱니(t1~t3)에 대한 체인의 접촉력만을 도시하고 있다.

한편, 도 5에 도시한 바와 같이, 최소 진폭 Amin을 1/7Amax보다 작게 설정한 비교용 스프로킷(1)에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 각 톱니의 하중 분담이 불균일하게 됨과 동시에, 도 4에서 파선의 곡선으로 도시한 바와 같이, 접촉력의 최대치의 경시적 변화에서, 급격한 접촉력의 변화가 발생기게 되어 하중 분담이 악화된다. 이 때문에, 스프로킷의 톱니의 마모가 빨라지고, 소음 저감 효과가 조기에 손상된다. 도 6에서는, 편의상, 체인과 순차적으로 맞물리는 서로 인접하는 임의의 3개의 톱니(t1~t3)에 대한 체인의 접촉력만을 도시하고 있다.

이상에서, 위상 변동 패턴은 톱니의 주기가 둘레 방향으로 소(小)로부터 대(大)로 연속하여 변화하도록 설정된다. 여기서, 「톱니의 주기」란, 치저 편차량이 일치하는 사인 커브(Asin(Bx))의 주기(사인 커브 상당 주기)를 말한다. 예를 들어, n번째 톱니의 스프로킷 회전 방향 하류측에 위치하는 n번째 치저의 치저 편차량이, 주기가 「a」인 사인 커브로 나타낸 변동 패턴에서의 n번째 치저의 치저 편차량과 일치할 때, 상기 n번째 톱니의 주기는 「a」가 된다.

톱니의 주기의 최소치는, 예를 들면 2~10의 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하고, 또, 톱니의 주기의 최대치와 최소치의 차로 나타나는 톱니의 주기 변동폭은 21 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 도 7에 실선의 곡선으로 도시한 바와 같이, 체인의 진동량을 작게 억제하여 체인 주행시에서의 체인의 굴곡의 발생을 억제할 수 있으므로, 체인 거동을 보다 한층 안정화시키는 것이 가능하다. 여기에서, 체인의 진동량은 무부하시에서의 체인의 위치를 기준(진동량 0㎜)으로 하고, 갭 센서에 의해 체인의 위치를 측정함으로써 얻어진 것이다.

한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 톱니의 주기의 최소치가 2 미만으로 설정된 위상 변동 패턴을 갖는 비교용 스프로킷에서는, 도 7에 점선 곡선으로 도시한 바와 같이 체인 거동이 불안정 하게 되어 과대한 진동이 발생한다. 이 때문에, 체인 장력이 상승하고 내구성이 저하된다. 또, 톱니의 주기의 최소치가 10을 초과하도록 위상 변동 패턴이 설정된 경우에는, 체인의 강도가 불안정 해지고, 과대한 진동이 발생하여 체인 장력이 상승하고 내구성이 저하된다고 하는 문제가 발생한다.

또한, 톱니의 주기 변동 폭이 21을 넘도록 위상 변동 패턴이 설정된 경우에는, 위상 변동 패턴의 파형을 톱니의 주기의 최소치가 2 이상이 되도록 설정하는 것이 곤란해지고, 체인의 강도가 불안정해지고, 과대한 진동이 발생하여 체인 장력이 상승하고 내구성이 저하된다는 문제가 발생한다.

상기 스프로킷(100)은, 윤활유를 함침하여 유지할 수 있는 포러스(porous) 구조를 갖는 소결체에 의해 형성되어 있다.

이로 인해, 체인과의 접촉부의 윤활 영역을 늘리는 것이 가능해지기 때문에, 스프로킷(100)의 치면의 오일 유지성이 향상되어, 마모 저감을 도모할 수 있음과 동시에, 포러스에 의해 공기 진동을 감쇠시켜 소음 저감 효과를 얻는 것이 가능해진다. 또, 소결 밀도에 의해 질량을 컨트롤함으로써, 맞물릴 때의 공진점을 어긋나게 할 수 있다.

이상에서는, 복수의 톱니가 원주 방향으로 치형 피치가 일정해지도록 배열된 구성에 대해 설명했지만, 복수의 톱니는 둘레 방향으로 인접하는 톱니의 치형 피치가 다른 것을 포함하는 구성이라도 좋다.

치형 피치는, 예를 들면, 치저 편차량의 위상 변동 패턴에 대응하여 각도 위치에 따라 변화하도록 설정되고, 치형 피치의, 표준 치형의 치형 피치에 대한 변동량은 ±1%의 범위 내의 크기로 되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 체인의 다각형 운동량을 증감시킴으로써, 주기적으로 발생하는 맞물림 차수음을 한층 저감하는 것이 가능해진다.

[실시예 2]

도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 스프로킷에서의 구성의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.

실시예 2에 따른 스프로킷(100)은 모든 치저(102)가 치저 반경(r1, r2, r3, r4, r5, ···)이 표준 치형의 치저원(D)의 반경(rs)보다 커지도록 형성되는 것 이외에는 실시예 1에 따른 스프로킷과 동일한 구성을 갖는다. 즉, 실시예 2에 따른 스프로킷(100)에서의 치저(102)의 각각은, 도 10에서 실선의 곡선으로 도시한 바와 같이, 표준 치형의 치저원(D)의 반경(rs)(도 10에서 사각표의 플롯으로 도시한다.)으로부터 반경 방향 내방측으로 멀어지는 치저 편차량을 갖는 것을 포함하지 않게 되어 있다.

도 10에 파선의 곡선으로 도시한 바와 같이, 표준 치형의 치저원(D)의 반경(rs)으로부터 반경 방향 내방측으로 멀어지는 치저 편차량을 갖는 비교용 스프로킷(3)이라도, 오버올 음(도 11에서 파선의 곡선 B0으로 도시한다.) 및 맞물림음의 1차 성분의 소리(도 11에서 파선의 곡선 B1로 도시한다.)를 표준 치형 스프로킷보다 저감하는 것은 가능하다. 도 11에서, 표준 치형의 스프로킷에서의 오버올 음을 일점 쇄선의 곡선 C0, 맞물림음의 1차 성분의 소리를 일점 쇄선의 곡선 C1로 도시하고 있다.

그러나, 치저 편차량의 최대치가 톱니(101)의 피치의 2% 미만의 크기의 범위 내에서 설정된 위상 변동 패턴이고, 도 12에 도시한 바와 같이, 스프로킷 전체로 보면 접촉력의 최대치의 경시적 변화에서 체인의 스프로킷에 대한 접촉력의 급격한 변화를 일으키지는 않지만, 도 13에 도시한 바와 같이, 각 톱니의 하중 분담에 불균형이 발생하게 된다. 또한, 도 12 및 도 13에서는, 편의상, 체인과 순차적으로 맞물리는 서로 인접하는 임의의 3개의 톱니(t1~t3()에 대한 체인의 접촉력만을 나타내고 있다.

그러나 치저 반경(r1, r2, r3, r4, r5, ···)을 표준 치형의 치저원(D)의 반경(rs)보다 크게 함으로써 체인의 다각형 운동량이 줄어 든다. 이 때문에, 체인 상하 방향의 속도가 줄어들어 운동 에너지가 저감되고, 오버올 음(도 11에서 실선의 곡선 A0으로 도시한다.) 및 맞물림음의 1차 성분의 소리(도 11에서 실선의 곡선 A1로 도시한다.)를 한층 저감시키는 것이 가능해지고 있다.

또한, 치저 반경을 확대함으로써 체인 피치에 대한 스프로킷의 톱니 피치가 확대되어 체인의 「놀이」가 줄어든다. 이에 의해, 도 14에 도시한 바와 같이, 각 톱니의 하중 분담의 불균형을 억제하는 것이 가능해진다. 또, 도 15에 도시한 바와 같이, 스프로킷 전체로 보면, 접촉력의 최대치의 경시적 변화에서, 급격한 접촉력의 변화나 체인 장력의 상승을 일으키지 않으므로, 스프로킷이나 체인에서의 롤러 등의 강도 향상으로 이어진다. 또, 「놀이」란, 스프로킷의 톱니에 주기성이 없어지는 것으로, 체인이 감긴 스프로킷의 톱니가 하중을 받지 않는 상태인 것을 말한다. 또, 도 14 및 도 15에서는, 편의상, 체인과 순차적으로 맞물리는 서로 인접하는 임의의 3개의 톱니(t1~t3)에 대한 체인의 접촉력만을 나타내고 있다.

이하, 상기 스프로킷을 이용한 본 발명에 따른 체인 전동기구에 대해서, 흡배기 밸브를 구동하는 2개의 캠축을 실린더 헤드에 구비한 엔진에서의 타이밍 시스템으로서 적용한 경우를 예로 들어 설명한다.

도 16에 도시한 바와 같이, 이 체인 전동기구(110)는, 크랭크 샤프트에 설치된 구동측 스프로킷(111)과, 캠축에 설치된 2개의 종동측 스프로킷(112)과, 구동측 스프로킷(111)과 종동측 스프로킷(112) 사이에 걸려있는 체인(115)을 갖는다. 도 16에서의 부호 T는, 체인(115)의 느슨한 측에 텐셔너 레버(G)를 통해 적정한 장력을 부여하여, 주행시에 발생하는 진동을 억제하는 텐셔너이다.

본 실시예에서는, 구동측 스프로킷(111) 및 종동측 스프로킷(112)의 각각은 치저 반경을 각도 위치에 따라 원주 방향으로 연속적으로 증감하도록 변화시킴으로써 형성된 위상 변동 패턴을 갖고, 종동측 스프로킷(112)은 구동측 스프로킷(111)의 위상 변동 패턴과 역위상의 위상 변동 패턴을 갖도록 구성된다.

구동측 스프로킷(111)은, 도 17에 도시한 바와 같이, 표준 치형의 치저 반경(도 17에서 일점 쇄선의 곡선으로 도시한다.)보다 큰 치저 반경을 갖는 치저가 엔진의 폭발 변동이 생길 때의 맞물림 위치(도 17에서 점선으로 도시한 위치)에 위치하지 않도록 형성된다. 이 실시예에서는, 표준 치형의 스프로킷의 치저 반경에 대해 마이너스측에서 피크를 도시한 치저 편차량을 갖는 치저 위치(예를 들면 No. 4, No. 10, No. 16)가 엔진의 폭발 변동이 일어날 때의 맞물림 위치와 일치하고 있다.

이에 의해, 크랭크 샤프트의 변동에 대응한 체인의 장력 변동의 영향을 경감하고, 소음이나 진동을 억제하는 것이 가능해진다. 도 17은 각 치저(102)의 치저 반경의 값을 공통 원점으로부터 방사상으로 배치한 레이더 그래프이며, 화살표는 구동측 스프로킷(111)의 회전 방향을 나타낸다.

또, 구동측 스프로킷(111)의 위상 변동 패턴은, 캠축의 주기적인 부하 변동에 위상을 맞추어 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 주된 소음이나 진동의 원인이 되는 토크 변동에 대한 영향을 효과적으로 경감하는 것이 가능해진다.

상술한 체인 전동기구(110)에서는, 부하 토크 변동에 대응한 체인 장력 변동의 영향을 경감할 수 있으므로, 도 18a 및 도 18b에 도시한 바와 같이, 오버올 음(도 18a 및 도 18b에서 실선으로 도시한 곡선 A0), 맞물림음의 1차 성분의 소리(도 18a에서 실선으로 도시한 곡선 A1) 및 맞물림음의 2차 성분 소리(도 18b에 실선으로 도시한 곡선 A2)를 구동측 스프로킷 및 종동측 스프로킷으로서 표준 치형 스프로킷을 이용한 비교용 체인 전동기구에 비해 저감하는 것이 가능해짐과 동시에, 맞물림 차수음의 분산화를 도모하는 것이 가능해진다. 도 18a 및 도 18b에서 파선으로 도시한 곡선 B0은 비교용 체인 전동기구에서의 오버올 음, 도 18a에서 파선으로 도시한 곡선 B1은 비교용 체인 전동기구에서의 맞물림음의 1차 성분의 소리, 도 18b에서 파선으로 도시한 곡선 B2는 비교용 체인 전동기구에서의 맞물림음의 2차 성분의 소리이다.

또, 축간 거리의 변동을 억제할 수 있기 때문에, 도 19에서 실선의 곡선 α로 도시한 바와 같이, 체인 장력을 비교용 체인 전동기구(도 19에서 파선의 곡선 β로 도시한다.)에 비해 저감하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 스프로킷의 치형의 변화가 적어져, 오버올 음이나 맞물림 차수음(특정 주파수 소음)의 저감 효과를 길게 유지하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명의 일 실시 형태를 상세히 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 본 발명을 일탈하지 않고 여러 가지 설계 변경을 실시하는 것이 가능하다.

예를 들면, 스프로킷에서의 복수의 톱니는 서로 동일 형상일 필요는 없고, 치부의 형상이 다른 것을 포함하는 것이라도 좋다. 구체적으로는, 예를 들면, 톱니의 높이, 톱니의 치면의 형상 및 그 외의 구성이 다른 것을 포함하고 있어도 좋다.

또, 상기 체인 전동기구에서는, 구동측 스프로킷 및 종동측 스프로킷의 각각이 위상 변동 패턴을 갖도록 구성되어 있지만, 본 발명에서는 구동측 스프로킷 및 종동측 스프로킷 중 적어도 하나가 위상 변동 패턴을 갖도록 구성되어 있으면 좋다. 예를 들어, 상기 체인 전동기구에서의 구동측 스프로킷이 표준 치형 스프로킷으로 구성되어도 좋다. 또, 2 개의 종동측 스프로킷의 각각이 표준 치형 스프로킷으로 구성되거나, 어느 일방의 종동측 스프로킷만 표준 치형 스프로킷으로 구성되어도 좋다.

또한, 스프로킷에 걸려있는 체인은 사일런트 체인, 롤러 체인, 부시 체인 등 어떠한 것이라도 좋고, 또, 스프로킷의 톱니와 맞물리는 구조의 것이면 타이밍 벨트 등의 가요성 전동 부재라도 좋다.

100···스프로킷
101···톱니
102···치저
110···체인 전동기구
111···구동측 스프라킷
112···종동측 스프라킷
115···체인
D ···표준 치형의 치저원
G ···텐셔너 레버
rs ···표준 치형의 치저원의 반경
T ···텐셔너

Claims (10)

1. 체인과 맞물리는 복수의 톱니가 형성된 스프로킷으로서,
   상기 복수의 톱니는, 각 톱니가 등간격으로 체인과 맞물리는 위상을 제로로 한 경우, 정측 및 부측에 위상이 변동하는 파형의 위상 변동 패턴을 형성하도록 배열되고,
   인접하는 톱니 사이에 형성되는 치저는 표준 치형의 치저원으로부터 반경 방향으로 멀어지는 치저 편차량을 갖는 것을 포함하고,
   상기 치저 편차량의 최대치는, 상기 톱니의 피치의 2~7%의 크기의 범위 내에서 설정되고,
   상기 위상 변동 패턴은 치저 반경을 각도 위치에 따라 변화시킴으로써 형성되고, 상기 위상 변동 패턴의 파형의 진폭이 최대 진폭 Amax에 대해서 (1/7)Amax의 범위 내에서 변화하도록 설정된 것을 특징으로 하는 스프로킷.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 톱니의 피치를 일정하게 하고,
   상기 위상 변동 패턴은 상기 톱니의 주기가 둘레 방향으로 소로부터 대로 연속하여 변화하도록 설정되고,
   상기 톱니의 주기의 최소치가 2~10의 범위 내에서 설정됨과 동시에, 톱니의 주기의 최대치와 최소치의 차로 나타나는 톱니의 주기 변동폭이 21 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 스프로킷.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 톱니는 치저 반경이 표준 치형의 치저 반경보다 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스프로킷.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 톱니는 둘레 방향으로 인접하는 톱니의 중심 간 거리로 나타낸 치형 피치가 다른 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 스프로킷.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 치형 피치의 표준 치형의 치형 피치에 대한 변동량이 ±1% 범위내의 크기인 것을 특징으로 하는 스프로킷.
   
6. 제1항에 있어서,
   윤활유를 함침하여 유지 가능한 포러스 구조를 갖는 소결체에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 스프로킷.
   
7. 크랭크 샤프트에 설치된 구동측 스프로킷과, 캠축에 설치된 종동측 스프로킷과, 구동측 스프로킷과 종동측 스프로킷 사이에 걸린 체인을 갖는 체인 전동기구로서,
   상기 구동측 스프로킷 및 상기 종동측 스프로킷 중 적어도 하나가 제1항에 기재된 스프로킷인 것을 특징으로 하는 체인 전동기구.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 구동측 스프로킷은 제1항에 기재된 스프로킷이며,
   상기 종동측 스프로킷은 상기 구동측 스프로킷의 위상 변동 패턴과 역위상의 위상 변동 패턴을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 체인 전동기구.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 구동측 스프로킷은 표준 치형의 치저 반경보다 큰 치저 반경을 갖는 치저가 엔진의 폭발 변동이 발생하는 맞물림 위치에 위치하지 않도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 체인 전동 메커니즘.
   
10. 제7항에 있어서,
    상기 구동측 스프로킷의 위상 변동 패턴은 캠축의 주기적인 부하 변동에 위상을 맞추어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 체인 전동기구.