JP3970281B2 - チェーン伝動装置 - Google Patents
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Description
本発明は、車両用エンジンのような内燃機関に用いるチェーン伝動装置に関し、特に、スプロケットと噛み合って多角形運動する伝動チェーンの上下動を抑制するチェーン伝動装置に関する。
従来、図８に示すようなチェーン伝動装置５００は、伝動チェーン５１０をＩＳＯ ６０６：１９９４（Ｅ）に規定されている歯形を備えたスプロケット５２０に巻き掛けて動力伝達を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許第３０８９９０２号公報
しかしながら、このような従来のチェーン伝動装置５００は、図９に示すように、動力伝達時にローラＲがスプロケット歯５２２の歯底５２２ａで噛み合うため、伝動チェーン５１０に多角形運動を生じる。
そして、このような多角形運動により伝動チェーン５１０に生じた上下動が、スプロケット５２０に噛み合うまでの伝動チェーン５１０に弦振動を誘発して振動騒音を発生させるばかりでなく、噛み合い時に生じるローラＲの歯底５２２ａに対する衝撃音を更に助長して大きな伝動騒音を発生させるという問題があり、また、伝動チェーン５１０の進行方向の速度変動を発生させて、安定した動力伝達を達成することができないという問題があった。
そして、このような多角形運動により伝動チェーン５１０に生じた上下動が、スプロケット５２０に噛み合うまでの伝動チェーン５１０に弦振動を誘発して振動騒音を発生させるばかりでなく、噛み合い時に生じるローラＲの歯底５２２ａに対する衝撃音を更に助長して大きな伝動騒音を発生させるという問題があり、また、伝動チェーン５１０の進行方向の速度変動を発生させて、安定した動力伝達を達成することができないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、前述したような従来技術の問題点を解消するものであって、噛み合い時の多角形運動による伝動チェーンの上下動を確実に解消して伝動チェーンの速度変動を抑制することができるとともに、振動騒音と歯底への衝撃音を回避した低騒音化を実現できるチェーン伝動装置を提供することにある。
本発明は、伝動チェーンがスプロケットに噛み合って動力を伝達するチェーン伝動装置において、前記スプロケットのスプロケット歯が、歯底に連続して互いに向かい合う回転方向前面側の歯面と回転方向背面側の歯面とを備え、前記スプロケットの回転中心とスプロケット歯の中心とを結ぶ仮想基準線から前記スプロケット歯の少なくとも回転方向前面側の歯面までの距離をピッチ円より歯先側部分においてピッチ円部分より大きいかまたは等しくするとともにスプロケット歯の歯底円直径を前記スプロケット歯に対応するＩＳＯ歯形の歯底円直径より小さくなるように形成されていることによって、前記目的を達成するものである。
なお、本発明で意味するところの「コーダルアクション」とは、伝動チェーンがスプロケットに巻き付く際に生じるスプロケットの正多角形運動に伴う伝動チェーンの上下動をいう。
本発明のチェーン伝動装置は、スプロケットのスプロケット歯が、歯底に連続して互いに向かい合う回転方向前面側の歯面と回転方向背面側の歯面とを備え、前記スプロケットの回転中心とスプロケット歯の中心とを結ぶ仮想基準線から前記スプロケット歯の少なくとも回転方向前面側の歯面までの距離をピッチ円より歯先側部分においてピッチ円部分より大きいかまたは等しくするとともにスプロケット歯の歯底円直径を前記スプロケット歯に対応するＩＳＯ歯形の歯底円直径より小さくなるように形成されていることによって、スプロケットの回転に伴って先行する伝動チェーンのローラまたはブシュが、噛み合い時にスプロケット歯の歯底に対して直に衝突することなく歯溝内を転動しながら回転方向前面側の歯面から回転方向背面側の歯面へと移動するため、噛み合い時の多角形運動による伝動チェーンの上下動を確実に解消して伝動チェーンの速度変動を抑制できるとともに、振動騒音と歯底への衝撃音を回避した低騒音化を実現できる。
本発明のチェーン伝動装置は、スプロケットのスプロケット歯が、歯底に連続して互いに向かい合う回転方向前面側の歯面と回転方向背面側の歯面とを備え、前記スプロケットの回転中心とスプロケット歯の中心とを結ぶ仮想基準線から前記スプロケット歯の少なくとも回転方向前面側の歯面までの距離をピッチ円より歯先側部分においてピッチ円部分より大きいかまたは等しくするとともにスプロケット歯の歯底円直径を前記スプロケット歯に対応するＩＳＯ歯形の歯底円直径より小さくなるように形成されていることによって、噛み合い時の多角形運動による伝動チェーンの上下動を確実に解消して伝動チェーンの速度変動を抑制することができるとともに、振動騒音と歯底への衝撃音を回避できるものであれば、その具体的な実施の態様は如何なるものであっても何ら構わない。
すなわち、本発明のチェーン伝動装置に用いる伝動チェーンについては、ローラチェーンを用いた場合を挙げて開示しているが、スプロケットに噛み合う伝動チェーンであれば、これ以外のブシュチェーン、オフセット形チェーンおよびシールチェーン等、どのような種類のチェーンであっても差し支えない。
また、本発明のチェーン伝動装置に用いるスプロケットは、スプロケット歯が、歯底に連続して互いに向かい合う回転方向前面側の歯面と回転方向背面側の歯面とを備え、前記スプロケットの回転中心とスプロケット歯の中心とを結ぶ仮想基準線から前記スプロケット歯の少なくとも回転方向前面側の歯面までの距離をピッチ円より歯先側部分においてピッチ円部分より大きいかまたは等しくするとともにスプロケット歯の歯底円直径を前記スプロケット歯に対応するＩＳＯ歯形の歯底円直径より小さくなるように形成されて、スプロケットの回転に伴って先行する伝動チェーンのローラまたはブシュが、噛み合い時にスプロケット歯の歯底に接触することなく歯底への衝撃音を回避して歯溝内を転動しながら回転方向前面側の歯面から回転方向背面側の歯面へと移動し、後続するローラまたはブシュが回転方向背面側の歯面に噛み合っているときに、先行するローラまたはブシュと回転方向背面側の歯面との噛み合いを解除して伝動チェーンがスプロケットから円滑に噛み外れるものであれば、如何なるものであっても差し支えない。
したがって、上記スプロケットの具体的な歯形としては、スプロケットの中心とスプロケット歯の中心とを結ぶ仮想基準線に対して左右対称にそれぞれ断面略凹状の曲面を形成した歯形、スプロケットの中心とスプロケット歯の中心とを結ぶ仮想基準線に対して左右対称にそれぞれ断面略凸状の曲面を形成した歯形、スプロケットの中心とスプロケット歯の中心とを結ぶ仮想基準線に対して左右対称にそれぞれ相互に略平行な平面を形成した歯形、スプロケットの中心とスプロケット歯の中心とを結ぶ仮想基準線に対して左右非対称に形成され一方の歯面を断面略凹状の曲面に形成するとともに他方の歯面を本発明のスプロケット歯に対応するＩＳＯ歯形の歯面と略同様な曲面に形成した歯形を採用することができる。
さらに、本発明のチェーン伝動装置は、その具体的な用途として、車両用エンジンにおける吸気バルブと排気バルブの開閉タイミング動作に用いるタイミングチェーン伝動装置や、車両用トランスミッション内における駆動側スプロケットから受動側スプロケットへ動力を伝達するパワードライブと称する動力伝達装置などを例示することができるが、これ以外の伝達装置であっても何ら構わない。
本発明の一実施例であるチェーン伝動装置を、図１乃至図７に基づいて説明する。
図１は、本実施例であるチェーン伝動装置の全体概略図であり、図２は、本実施例のチェーン伝動装置における要部説明図であり、図３は、本実施例に用いたスプロケットの歯を拡大した図であって、図４は、図３に示すスプロケットの第１の変形例を示した図であり、図５は、図３に示すスプロケットの第２の変形例を示した図であり、図６は、図３に示すスプロケットの第３の変形例を示した図であり、図７は、図２の噛み合い領域Ａを拡大視した動作図である。
図１は、本実施例であるチェーン伝動装置の全体概略図であり、図２は、本実施例のチェーン伝動装置における要部説明図であり、図３は、本実施例に用いたスプロケットの歯を拡大した図であって、図４は、図３に示すスプロケットの第１の変形例を示した図であり、図５は、図３に示すスプロケットの第２の変形例を示した図であり、図６は、図３に示すスプロケットの第３の変形例を示した図であり、図７は、図２の噛み合い領域Ａを拡大視した動作図である。
図１乃至図２に示す本発明の一実施例であるチェーン伝動装置１００は、車両用エンジンにおける吸気バルブ（図示しない）と排気バルブ（図示しない）の開閉タイミング動作に用いるタイミングチェーン伝動装置であって、多数のＲａ，Ｒｂ・・・を備えたローラチェーンからなる伝動チェーン１１０と、この伝動チェーン１１０を掛け回す複数のスプロケット１２０とで構成され、これらのスプロケット１２０は、駆動側スプロケット１２０ａと前記吸気バルブと排気バルブをそれぞれ作動させる一対の受動側スプロケット１２０ｂ、１２０ｂとで構成されている。
なお、本実施例では、伝動チェーン１１０としてローラチェーンを用いた場合を挙げて開示しているが、スプロケット１２０に噛み合う伝動チェーンであれば、これ以外のブシュチェーン、オフセット形チェーンおよびシールチェーン等、どのような種類のチェーンであっても差し支えない。また、図１における符号Ｔは、伝動チェーン１１０のチェーン張力を調整するためのテンショナであり、符号Ｇ１は、テンショナＴと伝動チェーン１１０との間で揺動自在に介在して伝動チェーン１１０を弛緩させることなく適正なチェーン張力で走行させるための可動ガイドであり、符号Ｇ２は、伝動チェーン１１０を走行案内させるための固定ガイドである。
なお、本実施例では、伝動チェーン１１０としてローラチェーンを用いた場合を挙げて開示しているが、スプロケット１２０に噛み合う伝動チェーンであれば、これ以外のブシュチェーン、オフセット形チェーンおよびシールチェーン等、どのような種類のチェーンであっても差し支えない。また、図１における符号Ｔは、伝動チェーン１１０のチェーン張力を調整するためのテンショナであり、符号Ｇ１は、テンショナＴと伝動チェーン１１０との間で揺動自在に介在して伝動チェーン１１０を弛緩させることなく適正なチェーン張力で走行させるための可動ガイドであり、符号Ｇ２は、伝動チェーン１１０を走行案内させるための固定ガイドである。
そこで、本実施例のチェーン伝動装置１００が最も特徴とするスプロケット１２０について図２乃至図７に基づいて詳しく説明する。
まず、図３に示すスプロケット１２０は、スプロケット本体１２１に周設された多数のスプロケット歯１２２が歯底１２２ａに連続して互いに向かい合う回転方向前面側の歯面１２２ｂと回転方向背面側の歯面１２２ｃとを備えている。
まず、図３に示すスプロケット１２０は、スプロケット本体１２１に周設された多数のスプロケット歯１２２が歯底１２２ａに連続して互いに向かい合う回転方向前面側の歯面１２２ｂと回転方向背面側の歯面１２２ｃとを備えている。
すなわち、図３に示すスプロケット歯１２２は、スプロケット本体１２１の回転中心ｏとスプロケット歯１２２の中心とを結ぶ仮想基準線ｘに対してスプロケット歯１２２の回転方向前面側の歯面１２２ｂと回転方向背面側の歯面１２２ｃが左右対称に形成されており、これらの互いに向かい合う回転方向前面側の歯面１２２ｂと回転方向背面側の歯面１２２ｃは、それぞれ断面略凹状の曲面で形成されている。また、前記歯底１２２ａは、少なくとも１つの歯底円弧半径ｒにより円弧状に形成され、回転方向前面側の歯面１２２ｂと回転方向背面側の歯面１２２ｃに滑らかに連続している。
そして、スプロケット本体１２１の回転中心ｏとスプロケット歯１２２の中心とを結ぶ仮想基準線ｘからスプロケット歯１２２の回転方向前面側の歯面１２２ｂ及び回転方向背面側の歯面１２２ｃまでの距離が、ピッチ円ｐｃより歯先側部分においてピッチ円部分での距離Ｌより大きくなっており、図３に示すように、本実施例の歯底円直径ｄｆは、前記スプロケット歯１２２に対応するＩＳＯ歯形の歯底円直径Ｄｆより小さく、ｄｆ＜Ｄｆの関係にある。
なお、図３の破線は、ＩＳＯ歯形の歯底円直径Ｄｆを示している。
なお、図３の破線は、ＩＳＯ歯形の歯底円直径Ｄｆを示している。
なお、本実施例のチェーン伝動装置１００で採用したプロケット１２０の変形例として、以下に開示するようなスプロケット２２０、スプロケット３２０、スプロケット４２０があり、これらのいずれを採用しても基本的な作用効果は同じであり、格別の差異はない。
すなわち、図４に示すように、スプロケット２２０は、前述したスプロケット１２０と同様に、スプロケット本体２２１に周設された多数のスプロケット歯２２２が、歯底２２２ａに連続して互いに向かい合う回転方向前面側の歯面２２２ｂと回転方向背面側の歯面２２２ｃとを備えているとともに、スプロケット歯２２２には、スプロケット本体２２１の回転中心ｏとスプロケット歯２２２の中心とを結ぶ仮想基準線ｘに対してスプロケット歯２２２の回転方向前面側の歯面２２２ｂと回転方向背面側の歯面２２２ｃが左右対称に形成されている。
そこで、スプロケット２２０の場合は、これらの互いに向かい合う回転方向前面側の歯面２２２ｂと回転方向背面側の歯面２２２ｃが、それぞれ断面略凸状の曲面で形成され、前記歯底２２２ａが歯底円弧半径ｒにより円弧状に形成されている。
そこで、スプロケット２２０の場合は、これらの互いに向かい合う回転方向前面側の歯面２２２ｂと回転方向背面側の歯面２２２ｃが、それぞれ断面略凸状の曲面で形成され、前記歯底２２２ａが歯底円弧半径ｒにより円弧状に形成されている。
また、図５に示すように、スプロケット３２０は、前述したスプロケット１２０と同様に、スプロケット本体３２１に周設された多数のスプロケット歯３２２が歯底３２２ａに連続して互いに向かい合う回転方向前面側の歯面３２２ｂと回転方向背面側の歯面３２２ｃとを備えているとともに、スプロケット歯３２０には、スプロケット本体３２１の回転中心ｏとスプロケット歯３２２の中心とを結ぶ仮想基準線ｘに対してスプロケット歯３２２の回転方向前面側の歯面３２２ｂと回転方向背面側の歯面３２２ｃが左右対称に形成されている。
そこで、スプロケット３２０の場合は、これらの互いに向かい合う回転方向前面側の歯面３２２ｂと回転方向背面側の歯面３２２ｃが、それぞれ相互に略平行な平面で形成され、前記歯底３２２ａが歯底円弧半径ｒにより円弧状に形成されている。
そこで、スプロケット３２０の場合は、これらの互いに向かい合う回転方向前面側の歯面３２２ｂと回転方向背面側の歯面３２２ｃが、それぞれ相互に略平行な平面で形成され、前記歯底３２２ａが歯底円弧半径ｒにより円弧状に形成されている。
さらに、図６に示すように、スプロケット４２０は、前述したスプロケット１２０と同様に、スプロケット本体４２１に周設された多数のスプロケット歯４２２が歯底４２２ａに連続して互いに向かい合う回転方向前面側の歯面４２２ｂと回転方向背面側の歯面４２２ｂとを備えている。
そこで、スプロケット４２０の場合は、スプロケット歯４２２がスプロケット本体４２１の回転中心ｏとスプロケット歯４２２の中心とを結ぶ仮想基準線ｘに対してスプロケット歯４２２の回転方向前面側の歯面４２２ｂと回転方向背面側の歯面４２２ｃが左右非対称に形成されている。そして、これらの互いに向かい合う回転方向前面側の歯面４２２ｂと回転方向背面側の歯面４２２ｃが、回転方向前面側の歯面４２２ｂが断面略凹状の曲面に形成され、回転方向背面側の歯面４２２ｃがＩＳＯ歯形の歯面と略同様な曲面で形成され、前記歯底４２２ａが、歯底円弧半径ｒにより円弧状に形成され、断面略凹状の曲面に形成された回転方向前面側の歯面４２２ｂ、及び、ＩＳＯ歯形の歯面と略同様な曲面に形成された回転方向背面側の歯面４２２ｃに滑らかに連続している。
そこで、スプロケット４２０の場合は、スプロケット歯４２２がスプロケット本体４２１の回転中心ｏとスプロケット歯４２２の中心とを結ぶ仮想基準線ｘに対してスプロケット歯４２２の回転方向前面側の歯面４２２ｂと回転方向背面側の歯面４２２ｃが左右非対称に形成されている。そして、これらの互いに向かい合う回転方向前面側の歯面４２２ｂと回転方向背面側の歯面４２２ｃが、回転方向前面側の歯面４２２ｂが断面略凹状の曲面に形成され、回転方向背面側の歯面４２２ｃがＩＳＯ歯形の歯面と略同様な曲面で形成され、前記歯底４２２ａが、歯底円弧半径ｒにより円弧状に形成され、断面略凹状の曲面に形成された回転方向前面側の歯面４２２ｂ、及び、ＩＳＯ歯形の歯面と略同様な曲面に形成された回転方向背面側の歯面４２２ｃに滑らかに連続している。
このようにして得られた本実施例のチェーン伝動装置１００の動作態様を、図２乃至図３および図７に基づいて説明する。
まず、図２乃至図３に示すように、スプロケット１２０が矢印で示すような反時計方向に回転すると、伝動チェーン１１０のローラＲは、歯底１２２ａに連続して互いに向かい合う回転方向前面側の歯面１２２ｂと回転方向背面側の歯面１２２ｃとで構成される歯溝Ｓ内へ噛み合いながら移動する。
この際、図７に示すように、スプロケット１２０と伝動チェーン１１０との噛み合い領域Ａにおいて、先行するローラＲａが歯溝Ｓ内に噛み合っている状態で、後続するローラＲｂが既にスプロケット歯１２２の回転方向前面側の歯面１２２ｂと噛み合う。この時、先行するローラＲａの中心と後続するローラＲｂの中心とは、ローラＲｂが歯底１２２ａに接触することなく歯底への衝撃音を回避して、スプロケット１２０の反時計方向の回転に伴って、それぞれのローラＲは、歯溝Ｓ内上を転動しながら回転方向前面側の歯面１２２ｂ側から回転方向背面側の歯面１２２ｃ側へ移動する。
以上のような本実施例のチェーン伝動装置１００では、伝動チェーン１１０の上下動を確実に解消するため、スプロケット１２０の回転速度などの使用条件を変更しても伝動チェーン１１０の上下動に起因する速度変動を抑制できるとともに、振動騒音と歯底への衝撃音を回避した低騒音化を実現できる。また、スプロケット１２０や伝動チェーン１１０の摩耗などの経時変化に対しても速度変動の抑制および伝動チェーン１１０の伝動騒音の低減効果を長期にわたって得ることができる。
そして、このような歯底への衝撃音の回避によって伝動チェーン１１０の疲労破壊が防止され、伝動チェーン１１０の耐久性を向上させることができる。しかも、スプロケット１２０の歯面と伝動チェーン１１０が噛み合う際の衝突によって損失されるエネルギーが減少するので伝動効率を向上させることができるなど、その効果は甚大である。
そして、このような歯底への衝撃音の回避によって伝動チェーン１１０の疲労破壊が防止され、伝動チェーン１１０の耐久性を向上させることができる。しかも、スプロケット１２０の歯面と伝動チェーン１１０が噛み合う際の衝突によって損失されるエネルギーが減少するので伝動効率を向上させることができるなど、その効果は甚大である。
１００，５００ ・・・チェーン伝動装置
１１０，５１０ ・・・伝動チェーン
１２０，２２０，３２０，４２０，５２０ ・・・スプロケット
１２１，２２１，３２１，４２１，５２１ ・・・スプロケット本体
１２２，２２２，３２２，４２２，５２２ ・・・スプロケット歯
１２２ａ，２２２ａ，３２２ａ，４２２ａ，５２２ａ ・・・歯底
１２２ｂ，２２２ｂ，３２２ｂ，４２２ｂ ・・・回転方向前面側の歯面
１２２ｃ，２２２ｃ，３２２ｃ，４２２ｃ ・・・回転方向背面側の歯面
１３０ ・・・チェーン規制ガイド
Ａ ・・・噛み合い領域
Ｓ ・・・歯溝
ｏ ・・・スプロケットの回転中心
ｐｃ ・・・ピッチ円
Ｄｐ ・・・ピッチ円直径
ｘ ・・・歯の中心線
Ｌ ・・・距離
ｄｆ ・・・歯底円直径
Ｄｆ ・・・ＩＳＯ歯形の歯底円直径
ｒ ・・・歯底円弧半径
Ｒ，Ｒａ，Ｒｂ ・・・ローラ
１１０，５１０ ・・・伝動チェーン
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１３０ ・・・チェーン規制ガイド
Ａ ・・・噛み合い領域
Ｓ ・・・歯溝
ｏ ・・・スプロケットの回転中心
ｐｃ ・・・ピッチ円
Ｄｐ ・・・ピッチ円直径
ｘ ・・・歯の中心線
Ｌ ・・・距離
ｄｆ ・・・歯底円直径
Ｄｆ ・・・ＩＳＯ歯形の歯底円直径
ｒ ・・・歯底円弧半径
Ｒ，Ｒａ，Ｒｂ ・・・ローラ
Claims (1)
- 伝動チェーンがスプロケットに噛み合って動力を伝達するチェーン伝動装置において、 前記スプロケットのスプロケット歯が、歯底に連続して互いに向かい合う回転方向前面側の歯面と回転方向背面側の歯面とを備え、前記スプロケットの回転中心とスプロケット歯の中心とを結ぶ仮想基準線から前記スプロケット歯の少なくとも回転方向前面側の歯面までの距離をピッチ円より歯先側部分においてピッチ円部分より大きいかまたは等しくするとともにスプロケット歯の歯底円直径を前記スプロケット歯に対応するＩＳＯ歯形の歯底円直径より小さくなるように形成されていることを特徴とするチェーン伝動装置。
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