JP5795792B2 - 周波数変調噛合特性を有する逆歯チェーンスプロケット - Google Patents
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Description
本出願は、2010年4月6日に出願された米国特許仮出願第61/321,245号の出願日からの優先権およびその利益を主張するものであり、この米国特許仮出願のすべての開示は参照により本明細書に援用されるものとする。
本発明は、周波数変調噛合特性を有する逆歯チェーンスプロケットに関する。
タイプAの標準歯のそれぞれは、その係合歯面および離脱歯面は、非緩和型の完全材料歯面で画定され、
タイプBの標準歯のそれぞれは、その係合歯面および離脱歯面は、歯中心に関して相互に非対称に画定され、ここで、その係合歯面は非緩和型の完全材料歯面で画定され、かつその離脱歯面は、タイプAの各標準歯の離脱歯面の非緩和型完全材料歯面に比べて、歯中心に関して負にオフセットされた、歯面緩和型の歯面によって画定され、
タイプAの緩和型歯のそれぞれは、その係合歯面および離脱歯面は、歯中心に関して相互に非対称に画定され、ここで、その離脱歯面は非緩和型の完全材料歯面で画定され、かつその係合歯面は、タイプAの各標準歯の係合歯面の非緩和型完全材料歯面に比べて歯中心に関して負にオフセットされた、歯面緩和型の歯面によって画定され、
タイプBの緩和型歯のそれぞれは、その係合歯面および離脱歯面は、タイプAの各標準型歯の係合歯面と離脱歯面のそれぞれの非緩和型完全材料歯面に比べて歯中心に関して負にオフセットされた歯面緩和型材料歯面で画定される。
本発明はさまざまな部品および部品の配置からなっており、その好適な実施形態を添付の図面で示す。
CR=rp−rc=rp[1−cos(180°/N)]
であり、rcは、弦半径、すなわちスプロケット中心から、チェーンのピッチ長さにも等しい、長さPのスプロケットピッチ弦までの距離であり、rpは、スプロケットのピッチ半径の理論値、すなわちピッチ直径PDの半分であり、Nはスプロケット歯の数であり、
αはスプロケット歯角度、すなわち360°/Nである。図3Aは、スプロケットと噛合した瞬間の第1の位置におけるチェーンピン中心Cを示し、そこでは、接線TLとスプロケットピッチ直径PDとに同時に整列している。当技術分野で周知であり、本明細書において使われるように、接線TLは、噛合するチェーンピン中心がそれに沿ってスプロケットに近づく、理論的な直線経路である。ここで示すように、接線TLは水平方向に位置し、その場合は、接線TLは上死点、すなわちピッチ直径PD上の12時の位置においてピッチ直径PDに対する接線となる。つまり、チェーンピン中心Cがピッチ直径PD上に中心を置いて配置され、かつ同一のピン中心Cが、接線TLに直交しスプロケットの回転軸を通る半径方向参照線上にも中心を置くように配置された位置において、接線TLはピッチ直径PDに接する(接線がここに示すように水平方向であれば、参照線は、垂直である)。図3Bは、スプロケットが角度α/2だけ回転した後の、同じピン中心Cの位置を示し、ここでは、ピン中心Cがスプロケットラップの周りの移動を続けた結果、横方向に距離CRだけ変位したことがわかる。このピン中心の垂直変位は、上流のチェーンスパンとその接線TLに対応する変位をもたらす。チェーンのピン中心Cが弦上昇および弦下降を経ながら移動する際の、この横方向の変位は、フリーなチェーンスパンの望ましくない振動を誘起する。この弦上昇CRは、本明細書では代わりに理論的弦運動CMTHEORと呼ぶ。
−初期接触角θが上記のように定義される。
−噛合接触角τは、接線TLと、制御ピン中心C6と初期接触位置ICとの両方を通る初期接触参照線80とがなす角度として定義される。
−初期接触参照線80は、制御ピン中心C6と、初期接触位置ICとの間のレバーアーム長Dを定義する。
−リンクプレートの入口角βは、初期接触参照線80と、内側歯面半径RFiの弧の中心89と初期接触位置ICとを通る内側歯面参照線84との間の角度で定義される(ここで、内側歯面参照線84は、スプロケット歯T1の係合歯面Eのインボリュート曲線(または円弧部分あるいはその他の曲面)に対して垂直となる)。
−噛合衝撃角σは、接線TLと内側歯面参照線84とのなす角度で定義される。すなわち、σ=τ+βとなる。
EI=C×m×D2×ω2×cos2(90−β)
ここで、Cは定数、mは1つの噛合リンク列L5の質量に等しく、Dは制御ピン中心C6から初期接触位置ICまでの距離、ωはスプロケットの角速度、βはリンクプレートの噛合入口角である。噛合衝撃とそれに付随するノイズレベルは、速度差を小さくすることで低減可能であり、それは噛合入口角βを低減することで達成される。
FS=FH/cosσ
であり、FHは、水平方向の合力がゼロであることを満足するためにTCと等しい。図1Aにおいては、噛合衝撃角σとその成分角は、接線TLに平行で初期接触位置ICを通り、力ベクトルFHに一致する、参照線82に対する角度として示されていることに留意されたい。スプロケット歯T5は、歯T5の前方(下流側)にある次のいくつかの歯と共にチェーン張力TCの荷重分布を分担し、初期噛合接触の開始時に歯T1の位置ICにおいて最大の反力FHを生じることに留意されたい。歯T5の前方のいくつかの歯に掛かる、チェーン張力荷重の残りの部分は、噛合ノイズレベルには影響を与えないので、本発明の考慮の対象外とする。以上まとめると、リンク衝撃力ベクトルFLは、初期噛合接触時に噛合衝撃位置ICに作用し、全噛合衝撃エネルギーEIとそれに関連するノイズレベルを増大させる。
−移行角φが定義される。
−移行接触角τ’は、接線TLと、外側歯面接触位置OFと制御中心C6(これは移行現象に関しては、位置OFにおいて後方外側歯面接触に移行しようするリンク列の前方ピン中心である)の両方を通る移行接触参照線90とのなす角度として定義される。
−移行接触参照線90は、制御ピン中心C6と外側歯面接触位置OFとの間のレバーアーム長D’を定義する。
−リンクプレート移行角β’は、移行接触参照線90と、後方外側歯面Foに対して垂直に延びる外側歯面参照線94とのなす角度として定義される。ここで、外側歯面参照線94は、スプロケット歯T5の係合歯面Eのインボリュート曲線(または円弧部分あるいはその他の曲面)に対して垂直となる。
−移行衝撃角σ’は、接線TLと外側歯面参照線94とのなす角度で定義される。ここでは、σ’=τ’+β’となる。
−タイプAの標準歯:通常の非緩和型の完全材料係合歯面Eと、離脱歯面歯面DEを持つ、歯中心TCに関して対称的に画定される歯。
−タイプBの標準歯:通常の非緩和型の完全材料係合歯面Eと歯面緩和型の離脱歯面DE’を持つ、歯中心TCに関して非対称的に画定される歯。
−タイプAの緩和型歯:歯面緩和型の係合歯面E’と通常の非緩和型の完全材料離脱歯面DEを持つ、歯中心TCに関して非対称的に画定される歯。
−タイプBの緩和型歯:歯面緩和型の係合歯面E’と歯面緩和型の離脱歯面奪DE’を持つ、歯中心TCに関して対称的に画定される歯。
−スプロケット回転の観点から見ると,噛合リンク列が標準歯と初期接触ICをする場合に比べて、噛合リンク列が歯面緩和型歯と初期接触ICする方が遅くなる。
−初期接触ICからのスプロケット回転で考えると、噛合リンク列が移行点に到達するのは、歯面緩和型歯の場合が標準歯の場合よりも早くなる。
基準円=PDxCOS(PA)
ここで、PD=スプロケットピッチ直径、PA=歯の圧力角である。更に、ピッチ直径PDそのものは以下のように定義される。
PD=P/SIN(180/N)
ここで、P=ピッチ、N=スプロケットの歯の数である。
インボリュート歯形はラジアル歯形、すなわち1つまたは複数の円弧で近似することができ、ラジアル歯形の圧力角PAは、同様に決定することができる。いずれにせよ、大きな圧力角で画定される係合歯面に比べて、小さい圧力角で画定される係合歯面ほどより急峻となる(スプロケットの回転軸を起点とするラジアル線により近くなる)。こうして、前述の初期接触位置ICのような係合歯面上の所与の位置に関して、初期接触位置ICにおける係合歯面に接する参照線は、それ自身と、係合歯面とそのすぐ下流(前方)離脱歯面との間のラジアル参照線との間にある角度を画定する。この角度は、圧力角が減少すると小さくなり、圧力角が増加すると大きくなる。
Claims (16)
- それぞれの歯中心に相対して画定される複数の歯からなる本体を備え、前記歯中心は外周上に等間隔に配置され、前記複数の歯のそれぞれは係合歯面と離脱歯面とを含む、スプロケットであって、
前記複数の歯の外周上の連続するそれぞれの対は、各歯溝で互いに離間され、前記歯溝のそれぞれは前記外周上で連続する歯の1つの係合歯面と、前記外周上で連続するもう一方の歯の離脱歯面と、前記歯溝の係合歯面と離脱歯面との間にある歯底面とで、少なくとも部分的に画定され、
各歯溝における係合歯面は、前記歯溝を二等分する半径方向の歯溝中心線に対して各歯溝の前記離脱歯面の鏡像として画定され、
前記複数の歯は、タイプAの標準歯、タイプBの標準歯、タイプAの緩和型歯、タイプBの緩和型歯からなり、
前記タイプAの標準歯のそれぞれに関して、前記係合歯面および前記離脱歯面は、非緩和型の完全材料歯面で画定され、
前記タイプBの標準歯のそれぞれに関して、前記係合歯面および前記離脱歯面は、前記歯中心に関して相互に非対称に画定され、ここで、前記係合歯面は非緩和型の完全材料歯面で画定され、かつ前記離脱歯面は、前記タイプAの標準歯の前記離脱歯面の非緩和型完全材料歯面に比べて、歯中心に関して負にオフセットされた、歯面緩和型の歯面によって画定され、
前記タイプAの緩和型歯のそれぞれに関して、前記係合歯面および前記離脱歯面は、前記歯中心に関して相互に非対称に画定され、ここで、前記離脱歯面は非緩和型の完全材料歯面で画定され、かつ前記係合歯面は、前記タイプAの標準歯のそれぞれの前記係合歯面の非緩和型完全材料歯面に比べて、歯中心に関して負にオフセットされた、歯面緩和型の歯面によって画定され、
前記タイプBの緩和型歯のそれぞれに関して、前記係合歯面および前記離脱歯面は、前記タイプAの標準型歯の前記係合歯面と前記離脱歯面とのそれぞれの前記非緩和型完全材料歯面に比べて前記中心線に対して負にオフセットされた歯面緩和型材料歯面で画定される、スプロケット。 - 前記タイプAの緩和型歯の係合歯面は歯面緩和型圧力角で画定され、前記タイプAの標準歯の係合歯面は標準圧力角で画定され、前記歯面緩和型圧力角は、前記標準圧力角よりも小さい、請求項1に記載のスプロケット。
- 前記タイプBの緩和型歯の係合歯面は歯面緩和型圧力角で画定され、前記タイプBの標準歯の係合歯面は標準圧力角で画定され、前記歯面緩和型圧力角は、前記標準圧力角よりも小さい、請求項1に記載のスプロケット。
- 前記スプロケットの前記歯面緩和型係合歯面の第1の群は、それぞれの歯中心に対して第1の負のオフセット量だけ負にオフセットされ、前記スプロケットの前記歯面緩和型係合歯面の第2の群は、それぞれの歯中心に対して前記第1の負のオフセット量よりも大きな第2の負のオフセット量だけ負にオフセットされている、請求項2に記載のスプロケット。
- 前記スプロケットの前記歯面緩和型係合歯面の第1の群は、それぞれの歯中心に対して第1の負のオフセット量だけ負にオフセットされ、前記スプロケットの前記歯面緩和型係合歯面の第2の群は、それぞれの歯中心に対して前記第1の負のオフセット量よりも大きな第2の負のオフセット量だけ負にオフセットされている、請求項1に記載のスプロケット。
- 歯面緩和型輪郭を持つ係合歯面と歯面緩和型輪郭を持つ離脱歯面との間に画定される前記歯溝のそれぞれに位置する歯底面のそれぞれは、非緩和型輪郭を持つ係合歯面と非緩和型輪郭を持つ離脱歯面との間に画定される前記歯溝のそれぞれに位置する歯底面のそれぞれに比べて半径方向外側に配置された、嵩上げされた歯底面を備える、請求項1に記載のスプロケット。
- 前記嵩上げされた歯底面のそれぞれは、歯溝中心線上にある歯底円弧中心を中心とする半径によって画定される円弧を含む、請求項6に記載のスプロケット。
- 前記スプロケットに噛合する逆歯チェーンをさらに備え、前記スプロケットと前記スプロケットに噛合する逆歯チェーンは前記スプロケットの時計方向回転と反時計方向回転とで等しい噛合運動特性で双方向に動作する、請求項6に記載のスプロケット。
- 前記逆歯チェーンはそれぞれが前記スプロケットと内側歯面噛合する構造となった複数のリンク列を備え、各リンク列の前方内側歯面は先行リンク列の後方外側歯面よりも外側に突出して、前記チェーンの各噛合リンク列の前方内側歯面が前記スプロケット歯の一つの係合歯面と内側歯面接触をする、請求項8に記載のスプロケット。
- 前記逆歯チェーンが前記タイプA緩和型歯の一つまたは前記タイプB緩和型歯の一つと完全に噛合する際、前記タイプA緩和型歯の一つまたは前記タイプB緩和型歯の一つに先行する歯溝にある前記歯底面に前記逆歯チェーンが接触する、請求項9に記載のスプロケット。
- 前記逆歯チェーンは、接線に沿って前記スプロケットに近づき噛合するように適合された自由スパンを含み、
前記自由スパンからの前記チェーンの個々の噛合リンク列の前方内側歯面は、前記チェーンと前記スプロケットとの間の初期接触の際に前記スプロケット歯の係合歯面と内側歯面接触をし、
(i)第1の初期接触角θ1が、前記チェーンと、前記タイプAの緩和型歯または前記タイプBの緩和型歯のうちの一つとの間の初期接触の瞬間に画定され、
(ii)第2の初期接触角θ2が、前記チェーンと、前記タイプAの標準歯または前記タイプBの標準歯のうちの一つとの間の初期接触の瞬間に画定され、
前記第1および第2の初期接触角θ1、θ2は、第1の参照線と第2の参照線との間で画定され、(i)前記第1の参照線は前記スプロケットの回転軸を通って、前記接線に直交して延伸し、(ii)前記第2の参照線は前記回転軸を通って、前記チェーンが内側歯面初期接触をする前記歯の歯中心を通過し、ここでθ2>θ1である、請求項9に記載のスプロケット。 - 前記スプロケットの前記歯面緩和型係合歯面は、それぞれの歯中心に対して、少なくともθ2−θ1>0.5度となる大きさの負のオフセット量だけそれぞれの歯中心から負にオフセットされている、請求項11に記載のスプロケット。
- 前記チェーンの自由スパンは、前記スプロケットと噛合する際に前記接線に対して実際に弦運動CMICを示し、前記スプロケットの前記歯面緩和型係合歯面は、それぞれの歯中心に対してCMIC≦0.75×CMTHEORとなる大きさだけ負にオフセットされており、ここでCMTHEORは前記接線に対する前記チェーンの前記自由スパンの理論的最大弦運動である、請求項12に記載のスプロケット。
- それぞれのタイプA標準歯の前記係合歯面および前記離脱歯面は、前記タイプA標準歯の各歯中心に関して対称的に画定される、請求項1に記載のスプロケット。
- それぞれのタイプB緩和型歯の前記係合歯面および前記離脱歯面は、前記タイプB緩和型歯の各歯中心に関して対称的に画定される、請求項1に記載のスプロケット。
- スプロケットと、
前記スプロケットと噛合する内側歯面係合逆歯チェーンと、
を備える逆歯チェーン駆動システムであって、
前記スプロケットは、前記スプロケットの回転軸を中心とする外周上に等間隔に配置されたそれぞれの歯中心に対して画定され、それぞれが係合歯面と離脱歯面とを有する複数の歯を含み、
前記逆歯チェーンは、それぞれが前記スプロケットと内側歯面噛合する構造となった複数のリンク列を備え、前記チェーンが前記スプロケットに近づく際には、各リンク列の前方内側歯面は先行リンク列の後方外側歯面に対して外側に突出して、前記各列の前方内側歯面が前記スプロケット歯の1つの前記噛合歯面と初期噛合接触をするようになっており、
前記スプロケット歯の少なくともあるものは標準歯であり、残りの歯が歯面緩和型歯であって、前記標準歯のそれぞれは完全材料係合歯面からなり、前記歯面緩和型歯のそれぞれは、その各歯中心に向かって前記標準歯の一つの前記完全材料係合歯面と比べて負のオフセットをした緩和型係合歯面からなっており、
前記スプロケットの外周上の連続する各一対の歯の間に歯溝が画定され、各歯溝は第1の歯の係合歯面と、第2の歯の離脱歯面と、前記第1の歯の係合歯面と前記第2の歯の離脱歯面との間にある歯底面とからなり、各歯面緩和型歯に先行する前記歯底面は、各標準歯に先行する前記歯底面に比較して半径方向外側に位置しており、前記逆歯チェーン駆動システムは、
各歯溝の前記第1の歯の係合歯面と前記第2の歯の離脱歯面とは歯溝中心線に関して対称的に画定されているとともに、
前記標準歯は、タイプAの標準歯、及びタイプBの標準歯からなり、
前記緩和型歯は、タイプAの緩和型歯、及びタイプBの緩和型歯からなり、
前記タイプAの標準歯のそれぞれに関して、前記係合歯面および前記離脱歯面は、非緩和型の完全材料歯面で画定され、
前記タイプBの標準歯のそれぞれに関して、前記係合歯面および前記離脱歯面は、前記歯中心に関して相互に非対称に画定され、ここで、前記係合歯面は非緩和型の完全材料歯面で画定され、かつ前記離脱歯面は、前記タイプAの標準歯の前記離脱歯面の非緩和型完全材料歯面に比べて、歯中心に関して負にオフセットされた、歯面緩和型の歯面によって画定され、
前記タイプAの緩和型歯のそれぞれに関して、前記係合歯面および前記離脱歯面は、前記歯中心に関して相互に非対称に画定され、ここで、前記離脱歯面は非緩和型の完全材料歯面で画定され、かつ前記係合歯面は、前記タイプAの標準歯のそれぞれの前記係合歯面の非緩和型完全材料歯面に比べて、歯中心に関して負にオフセットされた、歯面緩和型の歯面によって画定され、
前記タイプBの緩和型歯のそれぞれに関して、前記係合歯面および前記離脱歯面は、前記タイプAの標準型歯の前記係合歯面と前記離脱歯面とのそれぞれの前記非緩和型完全材料歯面に比べて前記中心線に対して負にオフセットされた歯面緩和型材料歯面で画定されることを特徴とする逆歯チェーン駆動システム。
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