JP7011166B2 - スプロケット及び伝動機構 - Google Patents

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Description

本発明は、チェーンと噛み合う複数の歯が形成されたスプロケット及び伝動機構に関するものである。
回転を確実に伝達する伝動機構として、本体の周面に複数の歯が形成されたスプロケットにチェーンを掛け回す伝動機構が慣用されている。
スプロケットの歯がチェーンと噛み合うことによって、複数のスプロケットの間で、タイミングと回転力が確実に伝えられるが、噛み合いに伴って騒音や振動が発生することは避けられない。
回転に伴って周期的に負荷トルクが変動する伝動機構の場合、負荷トルクの周期変動に同期させて張力変動を軽減するように、複数の歯を各歯が等間隔でチェーンと噛み合う位相をゼロとした場合、正側及び負側に交互に位相が変動する位相変動パターンを形成するように配置することで、負荷トルク変動に対応した張力変動の影響を軽減し、騒音や振動を抑制したスプロケットが公知である（例えば、特許文献１等参照）。
特開２００９－１５６３２０号公報
公知のスプロケットでは、張力変動が軽減されることでチェーンの振動による騒音を抑制することは可能であるが、負荷トルク変動が周期的であることから、その周期に対応した次数音の発生は不可避であった。
また、負荷トルク変動の位相がずれた場合や、スプロケットの回転数とチェーンの固有振動数との関係で共振した場合には、逆に張力変動が増大したり、騒音や振動が増加する可能性があった。
また、チェーン張力が小さく負荷トルクが小さい場合や、張力の影響を受けずに噛み合っている領域では、スプロケットの複数の歯が位相変動パターンを形成するように配置されていることで、スプロケットの形状が逆にチェーンの張力変動や振動や騒音の要因になる虞もあった。
本発明は、これらの問題点を解決するものであり、負荷トルク変動に対応した張力変動の影響を軽減し、騒音や振動を抑制しつつ、チェーン張力が小さく負荷トルクが小さい場合や、張力の影響を受けずに噛み合っている領域でも張力変動の増大、騒音や振動を抑制するスプロケットを提供することを目的とするものである。
本発明に係るスプロケットは、チェーンと噛み合う複数の歯が形成されたスプロケットであって、前記複数の歯は、各歯に対するチェーンの低負荷時の着座点が等ピッチで設けられるとともに、高負荷時のチェーンとの接触面の噛合圧力角が異なるものを含むことにより、前記課題を解決するものである。
本請求項１に係るスプロケットによれば、複数の歯は、各歯に対するチェーンの低負荷時の着座点が等ピッチで設けられるとともに、高負荷時のチェーンとの接触面の噛合圧力角が異なるものを含むことにより、噛合圧力角に応じて負荷トルクに応じて着座点が変化し、噛み合ったチェーンのピッチラインが変化する。
このピッチラインの変化は、負荷トルクの大きくなるほど顕著となることから、トルク変動に動的に対応して張力変動の影響を軽減し、騒音や振動を抑制することができる。
また、チェーン張力が小さく負荷トルクが小さい場合や、張力の影響を受けずに噛み合っている領域では、噛合圧力角の差によるピッチラインの変化はほとんど無く、各歯に対するチェーンの低負荷時の着座点が等ピッチで設けられていることでスプロケットが要因となる張力変化や振動、騒音を抑制することができる。
本請求項２に記載の構成によれば、チェーンとの噛合圧力角が、周方向に大から小または小から大に連続して変化する変動パターンを有することにより、負荷トルクの変動周期と変動パターンの周期の位相のずれるタイミングを円滑に変化させることができ、さらに次数音の発生を抑制することができる。
本請求項３に記載の構成によれば、変動パターンが、主たるトルク変動の波長と同じ部分を含むことにより、主たる騒音や振動の原因となるトルク変動に対する影響を効果的に軽減することが可能となる。
本発明の一実施形態に係るスプロケットに巻き掛かるチェーンの、無負荷時のプレート位置の説明図。 本発明の一実施形態に係るスプロケットに巻き掛かるチェーンの、負荷時のプレート位置の説明図。
本発明のスプロケットは、チェーンと噛み合う複数の歯が形成されたスプロケットであって、前記複数の歯は、各歯が等ピッチで設けられるとともに、チェーンとの噛合圧力角が異なるものを含むものであれば、その具体的な構成はいかなるものであってもよい。
スプロケットに掛け回されるチェーンは、サイレントチェーン、ローラチェーン、ブシュチェーン等いかなるものであってもよく、また、スプロケットの歯と噛み合う構造のものであれば、タイミングベルト等の可撓性伝動部材であってもよい。
本発明のスプロケットについて、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、チェーンを無負荷状態でスプロケット１００に噛み合わせた場合、チェーンのプレートＰは、内股部がスプロケット１００の歯１０１の頂点を着座点Ｔとして着座する。
この時、チェーンのピッチラインＰＬのスプロケット１００での半径はｒ１で、最小値となる。
また、負荷が小さい場合もチェーンの各歯１０１が等ピッチで設けられため、プレートＰは、内股部がスプロケット１００の歯１０１の頂点を着座点Ｔとして着座し、ピッチラインＰＬのスプロケット１００での半径がｒ１の状態で噛み合うため、チェーンの回転ムラが減り伝達効率を上げることができるとともに、スプロケット１００が要因となる張力変化や振動、騒音を抑制することができる。
チェーン張力が大きくなると、図２に示すように、プレートＰは、外側部がスプロケット１００の歯１０１の噛合点Ｋに着座したままトルクを伝達することとなるため、無負荷時の着座点Ｔは着座せず、チェーンのプレートＰはスプロケット１００の外周方向にｈだけ浮いた状態となり、ピッチラインＰＬのスプロケット１００での半径もｒ２に増大する。
この時、増大するピッチラインＰＬの半径は、チェーン張力に応じて変化すると同時に、チェーンのプレートＰと歯１０１の噛合点Ｋにおける噛合圧力角θによっても変化する。
そこで、本発明のスプロケットでは、各歯１０１を等ピッチで設けるとともに、噛合圧力角θの異なるものを含むことで、負荷時のピッチラインＰＬのスプロケット１００での半径をランダム化し、噛合い時のピッチをランダムに変えたものと同様に次数音低減を図ることができる。
また、噛合圧力角θを角度位置に応じて徐々に変化し、周方向に大から小または小から大に連続して変化する変動パターンを有するようにすることで、噛合い時のピッチをチェーンの張力変動に合わせて変えたものと同様に張力低減を図ることができ、変動パターンが主たるトルク変動の波長と同じ部分を含むようすることで、エンジン等のあらかじめトルク変動要因が決まっている用途で特に効果を奏する。
なお、上述の説明では、無負荷時にはチェーンのプレートＰの内股部がスプロケット１００の歯１０１の頂点を着座点Ｔとして着座するものとしたが、チェーンのプレートＰの歯先がスプロケット１００の歯底に着座するもの、プレートＰの内股部の側面がスプロケット１００の歯１０１の側面に着座するもの、プレートＰの両外側面がスプロケット１００両隣の歯１０１の側面に着座するものであってもよい。
負荷時にはプレートＰの外側部がスプロケット１００の歯１０１の噛合点Ｋに着座したままトルクを伝達するものとしたが、プレートＰの内股部の側面がスプロケット１００の歯１０１の側面の噛合点Ｋに着座したままトルクを伝達するものであってもよい。
１００ ・・・ スプロケット
１０１ ・・・ 歯
Ｐ ・・・ チェーンプレート
Ｋ ・・・ 噛合点
Ｔ ・・・ 着座点
θ ・・・ 圧力角
ＰＬ ・・・ ピッチライン

Claims (4)

  1. チェーンと噛み合う複数の歯が形成されたスプロケットであって、
    前記複数の歯は、各歯に対するチェーンの低負荷時の着座点が等ピッチで設けられるとともに、高負荷時のチェーンとの接触面の噛合圧力角が異なるものを含むことを特徴とするスプロケット。
  2. 前記複数の歯は、チェーンと噛合圧力角が角度位置に応じて徐々に変化し、周方向に大から小または小から大に連続して変化する変動パターンを有することを特徴とする請求項１に記載のスプロケット。
  3. 前記変動パターンが、主たるトルク変動の波長と同じ部分を含むことを特徴とする請求項２に記載のスプロケット。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスプロケットと、前記スプロケットが取り付けられるシャフトと、前記スプロケットにかけまわされるチェーンとを有する伝動機構。
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