(57)【要約】【課題】張力変動の影響を軽減してチェーンの小型軽量化を図るとともに、チェーンの振動による騒音を防止しシステムの静粛性を向上させた夕イミングチェーンドライブ装置を提供すること。【解決手段】駆動スプロケットと、従動スプロケットと、両スプロケットの間に掛架されて回転力を伝達するチェーンとを有するタイミングチェーンドライブ装置において、スプロケット１７０のスプロケット歯１７１が、該スプロケット１７０の全周にわたり回転速度変動に同期する位相で不等間隔のピッチに設定されていること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動スプロケットと、従動スプロケットと、両スプロケットの間に掛架されて回転力を伝達するチェーンとを有し、前記駆動スプロケットと従動スプロケットとの位相を所定の関係で同期させて回転駆動するタイミングチェーンドライブ装置において、
前記駆動スプロケットまたは従動スプロケットのいずれか一方あるいは両方のスプロケットのスプロケット歯のピッチが、駆動軸に生じる回転速度変動に同期する位相で周方向に周期的に増減するように設定され、
駆動軸の回転速度が最大となる回転角において、駆動スプロケットの場合は張り側チェーンの噛始め点でのスプロケット歯のピッチが最も大きくなり、従動スプロケットの場合は張り側チェーンの噛外れ点でのスプロケット歯のピッチが最も小さくなるように設定されていることを特徴とするタイミングチェーンドライブ装置。
【請求項２】
前記駆動スプロケットが、エンジンのクランクシャフトに、前記従動スプロケットが、エンジンの吸排気弁を駆動するカムシャフトに、それぞれ設けられており、
前記駆動軸に生じる回転速度変動が、前記クランクシャフトの駆動に伴う回転速度変動であることを特徴とする請求項１に記載のタイミングチェーンドライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動スプロケットと従動スプロケットとの位相を所定の関係で同期させて回転駆動するタイミングチェーンドライブ装置に関し、さらに詳しくは、夕イミングチェーンの張力変動の影響を軽減するとともに振動や騒音を軽減する機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的なＤＯＨＣ型、すなわち、シリンダーヘッドに吸排気弁を駆動する二本のカムシャフトを備えたエンジンにおける夕イミングチェーンドライブ装置５００は、図５に示すように駆動スプロケット５５０と従動スプロケット５６０、従動スプロケット５７０に掛架されたチェーンＣＨにより動力を伝達するように構成されており、チェーンＣＨの緩み側の従動スプロケット５６０と駆動スプロケット５５０との間にテンショナＴと協動して循環走行するチェーンＣＨに摺接して適切な張力を付与するとともに走行中のチェーンＣＨの振動、横振れを防止するための滑り機能を備えた緩み側のチェーンガイド５４０が配置されている。
【０００３】
一方、チェーンＣＨの張り側の従動スプロケット５７０と駆動スプロケット５５０との間には、走行軌道を所定のスパン長さ（従動スプロケット５７０の噛外れ点〜駆動スプロケット５５０の噛始め点に至る軌道の長さ）にガイド規制する張り側のチェーンガイド５１０からなるガイド機構が用いられている。
【０００４】
この緩み側のチェーンガイド５４０は、エンジンの躯体Ｅの内壁に取付ボルト、取付ピン等の軸支手段Ｐで揺動可能に取り付けられており、テンショナＴにより緩み側のチェーンガイド５４０のシュー部分をチェーンＣＨに向けて付勢されている。一方、張り側のチェーンガイド５１０は、躯体Ｅの内壁に取付ボルト、取付ピン等の固定手段Ｑにより固設されており、循環走行するチェーンＣＨの走行軌道をガイド規制している（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このような夕イミングチェーンドライブ装置のレイアウトでは、左右のカムシャフトに連結された吸排気弁の駆動機構を駆動するためのカムシャフトに掛かる負荷トルクの周期変動が、カムシャフト及びクランクシャフトの回転に同期して出現する。
さらに、クランクシャフトの回転速度変動によっても、循環走行するチェーンＣＨの張り側に周期的な張力変動が発生する。
【０００６】
例えば、吸排気弁の駆動機構を駆動するためのカムシャフトに掛かる負荷トルクにより、直列４気筒の場合、カムシャフト１回転当たり４周期の張力変動が発生し、直列６気筒の場合、カムシャフト１回転当たり６周期の張力変動が発生する。すなわち、クランクシャフト及びカムシャフトに、吸排気弁駆動による負荷トルク変動に対応した張力変動が生じる。このため、上述したような、循環走行するチェーンＣＨの張り側で走行軌道をガイド規制する張り側のチェーンガイド５１０を配置した従来の夕イミングチェーンドライブ装置５００では、この張力変動のピーク値が過大になる恐れがあるため、その最大張力を許容できる引張り強度の大きなチェーンを採用する必要があり、夕イミングチェーンドライブ装置の重量が重くなるとともに、高張力に起因する騒音も発生し、小型軽量化及び低騒音を阻害してきた。
【０００７】
これらの問題を解決するために、スプロケットを負荷トルクの周期変動に同期させて非円形としたり、歯底半径を変化させて張力変動のピーク値が過大になるのを防ぐものが知られている（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００８】
しかしながら、非円形のスプロケットや歯底半径が変化するスプロケットを使用した場合、スプロケットの回転に伴いチェーンに走行方向に対して直角の方向に力と変位を与えることとなるため、チェーンの振動による騒音やチェーンガイドとの接触騒音が増加するという弊害があった。
【特許文献１】特開２００３−２１４５０４号公報（第２頁第２段落、第１１図）
【特許文献２】特表２００７−５０６０４３号公報（第６乃至９頁、第１、８、９図）
【特許文献３】特開２００３−１８４９９６号公報（第５乃至６頁、第２、３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的はチェーンの小型軽量化を図ると共に、システムの静粛性を向上させた夕イミングチェーンドライブ装置を提供することであり、特にクランクシャフトの駆動による回転速度変動に対応した張力変動の影響を軽減しつつ、チェーンの振動による騒音を防止した夕イミングチェーンドライブ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本請求項１に係る発明は、駆動スプロケットと、従動スプロケットと、両スプロケットの間に掛架されて回転力を伝達するチェーンとを有し、前記駆動スプロケットと従動スプロケットとの位相を所定の関係で同期させて回転駆動するタイミングチェーンドライブ装置において、前記駆動スプロケットまたは従動スプロケットのいずれか一方あるいは両方のスプロケットのスプロケット歯のピッチが、駆動軸に生じる回転速度変動に同期する位相で周方向に周期的に増減するように設定され、駆動軸の回転速度が最大となる回転角において、駆動スプロケットの場合は張り側チェーンの噛始め点でのスプロケット歯のピッチが最も大きくなり、従動スプロケットの場合は張り側チェーンの噛外れ点でのスプロケット歯のピッチが最も小さくなるように設定されていることにより、前記課題を解決するものである。
【００１１】
本請求項２に係る発明は、請求項１に記載されたタイミングチェーンドライブ装置の構成に加えて、前記駆動スプロケットが、エンジンのクランクシャフトに、前記従動スプロケットが、エンジンの吸排気弁を駆動するカムシャフトに、それぞれ設けられており、前記駆動軸に生じる回転速度変動が、前記クランクシャフトの駆動に伴う回転速度変動であることにより、前記課題をさらに解決するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本請求項１に係る発明のタイミングチェーンドライブ装置は、駆動スプロケットと、従動スプロケットと、両スプロケットの間に掛架されて回転力を伝達するチェーンとを有し、前記駆動スプロケットと従動スプロケットとの位相を所定の関係で同期させて回転駆動するタイミングチェーンドライブ装置において、前記駆動スプロケットまたは従動スプロケットのいずれか一方あるいは両方のスプロケットのスプロケット歯のピッチが、駆動軸に生じる回転速度変動に同期する位相で周方向に周期的に増減するように設定されて、駆動軸の回転速度が最大となる回転角において、駆動スプロケットの場合は張り側チェーンの噛始め点でのスプロケット歯のピッチが最も大きくなり、従動スプロケットの場合は張り側チェーンの噛外れ点でのスプロケット歯のピッチが最も小さくなるように設定されていることにより、張り側チェーンがスプロケット歯に噛始めあるいは噛外れる歯位置が変化し、スプロケット間のチェーン張り区間に存在するチェーンの実質長さが変化するため、チェーンの走行方向以外の変位や力を与えることなく張力を変化させたり回転速度変動を吸収したりすることができ、タイミングチェーンドライブ装置全体を、可動部分が少なく構造が単純で小型軽量のものとすることができるとともに、振動や騒音等を軽減することができる。
【００１３】
また、本請求項２に係る発明のタイミングチェーンドライブ装置は、請求項１に係る発明のタイミングチェーンドライブ装置が奏する効果に加えて、前記駆動スプロケットが、エンジンのクランクシャフトに、前記従動スプロケットが、エンジンの吸排気弁を駆動するカムシャフトに、それぞれ設けられており、前記駆動軸に生じる回転速度変動が、前記クランクシャフトの駆動に伴う回転速度変動であることにより、特に小型軽量化と静粛性が要求されるカムシャフトを備えたエンジンにおいて、駆動軸に生じる回転速度変動に伴い生ずる張力変動による影響を効率的に排除できるとともに、タイミングチェーンドライブ装置全体を、可動部分が少なく構造が単純で小型軽量のものとすることができるとともに、振動や騒音等を軽減することができ、エンジン全体の小型軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のタイミングチェーンドライブ装置は、駆動スプロケットと、従動スプロケットと、両スプロケットの間に掛架されて回転力を伝達するチェーンとを有し、前記駆動スプロケットと従動スプロケットとの位相を所定の関係で同期させて回転駆動するタイミングチェーンドライブ装置において、前記駆動スプロケットまたは従動スプロケットのいずれか一方あるいは両方のスプロケットのスプロケット歯のピッチが、駆動軸に生じる回転速度変動に同期する位相で周方向に周期的に増減するように設定され、駆動軸の回転速度が最大となる回転角において、駆動スプロケットの場合は張り側チェーンの噛始め点でのスプロケット歯のピッチが最も大きくなり、従動スプロケットの場合は張り側チェーンの噛外れ点でのスプロケット歯のピッチが最も小さくなるように設定されて、テンショナ等によりチェーンの走行方向以外の力を与えることなく張力を変化させたり回転速度変動を吸収したりすることができ、タイミングチェーンドライブ装置全体を、可動部分が少なく構造が単純で小型軽量のものとすることができるとともに、振動や騒音等を軽減することができるという効果を発揮するものであれば、その具体的な実施態様は如何なるものであっても何ら構わない。
【実施例】
【００１５】
以下に、本発明のタイミングチェーンドライブ装置について図面を基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施例であるタイミングチェーンドライブ装置のスプロケットのスプロケット歯の概略図であり、図２は、図１に示す本発明の一実施例であるタイミングチェーンドライブ装置の動作説明図であり、図３は、図２に示した動作時のスプロケット歯の位相と負荷との関係を示す図であり、図４は、図１に示す本発明の一実施例であるタイミングチェーンドライブ装置と従来例の実験結果の比較図である。
【００１６】
本発明の一実施例であるタイミングチェーンドライブ装置は直列４気筒のＤＯＨＣエンジンに適用され、駆動軸１回転あたり２周期の回転速度変動、すなわち従動スプロケット１回転当たり４周期の回転速度変動が発生するものであり、チェーンの張り側の従動スプロケットのスプロケット歯のピッチ以外の構成は図５に示す従来例と全く同様である。
【００１７】
チェーンＣＨの張り側の従動スプロケット１７０は、１回転当たり４周期の回転速度変動に同期してスプロケット歯１７１の歯位置の変化も４周期繰り返されるように構成されており、図１に示すように、スプロケット歯１７１のピッチが最も広いＰｍａｘである部分、および、ピッチが最も狭いＰｍｉｎである部分が４５度の間隔で交互になるようピッチが周期的に増減されている。
このことでスプロケット１７０の回転時に、チェーンＣＨの噛外れ点でのスプロケット歯１７１の歯位置は、スプロケット歯が等ピッチであるものと比較して周期的に進み・遅れを繰り返すこととなる。
【００１８】
なお、図１では説明にためにスプロケット歯１７１のピッチが最も広いＰｍａｘである部分、および、ピッチが最も狭いＰｍｉｎである部分のピッチを誇張して図示しているが、実際ピッチは、チェーンＣＨの張り側の従動スプロケット１７０と駆動スプロケットの間のチェーン張り区間の距離が３００ｍｍ程度の一般的な直列４気筒のＤＯＨＣエンジンにおいて、通常のピッチ幅に対して０．２ｍｍ程度の増減であればよく、ピッチの変化によってチェーンＣＨの噛み合いに影響を及ぼすことはない。
【００１９】
このように構成されたチェーンＣＨの張り側の従動スプロケット１７０のスプロケット歯１７１のスプロケット歯が等ピッチであるものと比較した歯位置とその動作について、図２を用いて説明する。
図２（ａ）乃至（ｄ）に示すように、張り側の従動スプロケット１７０にはチェーンＣＨが掛架され図面上時計回りに回転を伝達される。チェーンＣＨは噛外れ点Ｋで張り側の従動スプロケット１７０から離脱する。
【００２０】
なお、張り側の従動スプロケット１７０のスプロケット歯１７１については、説明のためにピッチが最も広い部分Ｐｍａｘを白抜き、ピッチが最も狭い部分Ｐｍｉｎを黒抜きで模式的に示し、具体的な歯形の図示は省略してある。また、本実施例では、ピッチは正弦波曲線状に変化するものである。
【００２１】
まず、図２（ａ）の状態は、張り側の従動スプロケット１７０のＰｍａｘが噛外れ点Ｋを過ぎて次にＰｍｉｎが噛外れ点Ｋに至る途中で、図２（ｄ）の状態から、噛外れ点Ｋに位置する歯のピッチが徐々に狭くなり歯位置の遅れる速度が遅くなって標準のピッチ相当のスプロケット歯が噛外れ点Ｋに位置した状態であり、標準より広いピッチの歯が噛外れ点Ｋをすべて通過し、噛外れ点Ｋにおいて最も歯位置が遅れた状態である。
【００２２】
次に、図２（ｂ）の状態は、図２（ａ）の状態から、噛外れ点Ｋにかかる歯のピッチが徐々に狭くなって歯位置の進む速度が速くなり、噛外れ点Ｋに最もピッチの狭いＰｍｉｎが位置して、噛外れ点Ｋにおいて最も歯位置の進む速度が速い状態である。
【００２３】
図２（ｃ）の状態は、張り側の従動スプロケット１７０のＰｍｉｎが噛外れ点Ｋを過ぎて次にＰｍａｘが噛外れ点Ｋに至る途中で、図２（ｂ）の状態から、噛外れ点Ｋに位置する歯のピッチが徐々に広くなり歯位置の進む速度が遅くなって標準のピッチ相当のスプロケット歯が噛外れ点Ｋに位置した状態であり、標準より狭いピッチの歯が噛外れ点Ｋをすべて通過し、噛外れ点Ｋにおいて最も歯位置が進んだ状態である。
【００２４】
図２（ｄ）の状態は、図２（ｃ）の状態から、噛外れ点Ｋに位置する歯のピッチが徐々に広くなって歯位置の遅れる速度が速くなり、噛外れ点Ｋに最もピッチの広いＰｍａｘが位置して、噛外れ点Ｋにおいて最も歯位置の遅れる速度が速い状態である。
【００２５】
このように、図２（ａ）乃至（ｄ）の状態を繰り返しながら歯位置の進み・遅れが周期的に発生することにより、チェーンＣＨの張り側の従動スプロケット１７０と駆動スプロケットの間のチェーン張り区間に存在するチェーンＣＨの実質長さが周期的に変化することとなる。
【００２６】
次に、チェーンＣＨの張り側の従動スプロケット１７０のスプロケット歯１７１の歯位置と回転速度変動の関係について、図３を用いて説明する。
ここで、図３のａ乃至ｄ点は、それぞれ、図２（ａ）乃至（ｄ）の状態に対応している。
【００２７】
まず、ａ点においては、噛外れ点Ｋにおける歯位置が最も遅れた状態でチェーン張り区間に存在するチェーンＣＨの実質長さが最も短い状態であり、ａ点から次のｃ点に向かって位相が進んでチェーン張り区間に存在するチェーンＣＨの実質長さが長くなっていく。
この区間が、回転速度増大による張力の増大をチェーンＣＨの実質長さを増大させることにより軽減できる区間である。
【００２８】
そして、ｂ点が、噛外れ点Ｋにおいて最も歯位置の進む速度が速い点であるから、チェーンＣＨの実質長さの増大速度も最高であり、最も回転速度の大きな点をここで同期させることにより、最も効果的に回転速度増大による張力の増大を軽減することができる。
【００２９】
次に、ｃ点においては、噛外れ点Ｋにおける歯位置が最も進んだ状態でチェーン張り区間に存在するチェーンＣＨの実質長さが最も長い状態であり、ｃ点から次のａ点に向かって歯位置が遅れてチェーン張り区間に存在するチェーンＣＨの実質長さが短くなっていく。
この区間は、回転速度増大による張力の増大を軽減しにくい区間であり、特にｄ点が噛外れ点Ｋにおいて最も歯位置の遅れる速度が速い点であり、チェーンＣＨの実質長さの減少速度も最高であるから最も張力の増大を軽減しにくく、最も回転速度の小さな点をこのｄ点に同期させる。
【００３０】
このように、チェーンＣＨの張り側の従動スプロケット１７０のスプロケット歯１７１の位相と回転速度変動を最適な位相関係で同期させることにより、チェーンの走行方向以外の変位や力を一切与えることなく回転速度変動を効果的に吸収することができ、チェーンにかかる最大張力を軽減しチェーンを小型軽量化できるとともに、タイミングチェーンドライブ装置全体を、可動部分が少なく構造が単純で小型軽量のものとすることができ、さらに、チェーンの振動による騒音を防止した夕イミングチェーンドライブ装置を提供することができるなど、その効果は甚大である。
【００３１】
図４は、一例として、直列４気筒エンジンで従動スプロケットが標準スプロケットであるものと本発明の実施例であるピッチが周期的に増減するように設定されたスプロケットとのピーク張力（単位：ｋＮ）の実験測定結果をグラフに示したものである。
【００３２】
図４（ａ）は、標準スプロケットでクランク軸の回転速度変動がない状態を示し、他の変動要素（例えばカムシャフトの負荷変動等）により張力が僅かに変動している。
図４（ｂ）は、標準スプロケットでクランク軸が周期的に回転速度変動している状態を示し、回転速度変動周期に同期して大きな張力変動が発生している。
【００３３】
図４（ｃ）は、本発明の実施例であるピッチが周期的に増減するように設定されたスプロケットでクランク軸が周期的に回転速度変動している状態を示し、回転速度が最大となる回転角において張り側チェーンの噛外れ点でのスプロケット歯のピッチが最も小さくなるように設定することで、図４（ａ）と同様の他の構成要素による張力の僅かに変動のみとなり、回転速度変動に伴う張力変動はほぼ吸収される。
【００３４】
この実験例ではクランク軸の回転速度（回転数）を６０００ｒｐｍとした時の効果を示しているが、エンジンの形式や大きさ、他の構成要素の大きさや配置等様々な条件により顕著な効果が表れる回転速度は異なり、一般的に低い回転数では他の張力吸収要素によりある程度張力変動が吸収されるため、特に回転速度が高いほど顕著な効果を発揮する。
そして、一般的にエンジンの性能向上や小型軽量化に際しては高回転まで十分な耐久性をもって使用可能とすることが重要な課題であり、本発明によれば特に回転が高いほど顕著な効果を発揮するものであり、その効果は甚大である。
【００３５】
なお、本実施例では、スプロケット歯１７１の歯位置の進み・遅れ、および従動スプロケットの回転速度変動を正弦波曲線による周期変動としたが、実際の回転速度変動が正弦波曲線でない場合でも、最も回転速度の高くなる回転角位置において噛外れ点Ｋにおける歯位置の進む速度が最も早くなるように、適宜スプロケット歯１７１の歯位置の進み・遅れの曲線を設定すればよい。
【００３６】
また、本実施例では、全周にわたりピッチが周期的に増減するように設定されるスプロケットは従動スプロケットであるが、駆動スプロケットを全周にわたりピッチが周期的に増減するように設定しても良く、また、従動スプロケット、駆動スプロケットとも全周にわたりピッチが周期的に増減するように設定しても良い。
駆動スプロケットを全周にわたりピッチが周期的に増減するように設定する場合は、チェーン張り区間がチェーンの進行方向後方となり、従動スプロケットの噛外れ点に相当する点である噛始め点における歯位置の進み・遅れとＰｍａｘ・Ｐｍｉｎの関係は、従動スプロケットの噛外れ点のそれと全く逆に設定される。
【００３７】
さらに、周期的な回転速度変動以外の様々な振動や騒音に対しても、スプロケットの全周にわたりピッチが周期的に増減するように設定し、スプロケットの回転に伴ってチェーン張り区間に存在するチェーンの実質長さを変化させて、チェーンの走行方向以外の変位や力を与えることなく張力を変化させることにより、共振や共鳴に伴う振動や騒音などを防止することができるなど、その効果は甚大である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例であるタイミングチェーンドライブ装置のスプロケットのスプロケット歯の概略図。
【図２】図１に示す本発明の一実施例であるタイミングチェーンドライブ装置の動作説明図。
【図３】図２に示した動作時のスプロケット歯の位相と負荷との関係を示す図。
【図４】図１に示す本発明の一実施例であるタイミングチェーンドライブ装置の実験結果の比較図。
【図５】従来のタイミングチェーンドライブ装置の概略図。
【符号の説明】
【００３９】
１７０  ・・・従動スプロケット（張り側）
１７１  ・・・スプロケット歯
５００  ・・・タイミングチェーンドライブ装置
５１０  ・・・張り側のチェーンガイド
５４０  ・・・緩み側のチェーンガイド
５５０  ・・・駆動スプロケット
５６０  ・・・従動スプロケット（緩み側）
５７０  ・・・従動スプロケット（張り側）
ＣＨ  ・・・チェーン
Ｋ    ・・・噛外れ点
Ｔ    ・・・テンショナ
Ｑ    ・・・固定手段
Ｅ    ・・・エンジンの躯体
【図１】
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【図２】
2010133443.tif 000004
【図３】
2010133443.tif 000005
【図４】
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【図５】
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