(57)【要約】スプロケット（２１２）は、ハブと、該ハブから径方向外側に突出する複数の歯とを含む。該歯に隣接して少なくとも１つのクッションリング（２４４）が配置され、該クッションリングは、複数の横断方向の溝（４０４）によって互いに隔てられた複数の圧縮パッド（４０２）を定める。該各圧縮パッドは、周方向の中点に関して対称となるよう定められる。スプロケットの一部が対称形の歯溝を有する場合には、クッションリングは、第１及び第２の互いに逆の回転方向において等しく動作可能である。１つの構成において、各圧縮パッドは、スプロケットがその周りを回転するハブの中心からの共通の径方向距離に配置された先端部及び後端部を有する平面状の外面を含む。スプロケットの歯溝は対称形、非対称形とすることが可能であり、歯元面には二番取りを施すことが可能である。スプロケットは、ハブの周囲にランダムに配分された複数の歯形を含むことが可能である。
2005523407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブと、
前記ハブから径方向外側に突出する複数の歯と、
前記歯に隣接して配置される少なくとも１つのクッションリングであって、該クッションリングは複数の溝によって互いに隔てられた複数の圧縮パッドを定め、該各圧縮パッドは周方向の中点に関して対称となるよう定められる、クッションリングと、
を含むスプロケット。
【請求項２】
前記複数の圧縮パッドの各々が、前記スプロケットがその周りを回転する前記ハブの中心からの共通の径方向距離に配置された先端部及び後端部を有する外面を含む、請求項１記載のスプロケット。
【請求項３】
前記少なくとも１つのクッションリングが、前記歯の軸方向に対向する第１及び第２の面にそれぞれ隣接して配置された第１及び第２のクッションリングからなる、請求項１記載のスプロケット。
【請求項４】
前記第１及び第２のクッションリングが前記ハブに取り付けられる、請求項３記載のスプロケット。
【請求項５】
前記少なくとも１つのクッションリングが前記ハブに取り付けられる、請求項１記載のスプロケット。
【請求項６】
前記溝が、一連の前記複数の歯をそれぞれ隔てる歯溝と径方向に位置合わせされた軸方向に延びる溝からなる、請求項１記載のスプロケット。
【請求項７】
前記溝が、一連の前記複数の歯をそれぞれ隔てる歯溝と径方向に位置合わせされた軸方向に延びる溝からなる、請求項３記載のスプロケット。
【請求項８】
前記溝が、個々の溝の円弧中心を中心とする半径によって定められ、前記スプロケットの前記複数の歯が、個々の歯元の円弧中心を中心とする半径によって少なくとも部分的に定められる複数の歯元面によって隔てられ、前記溝の円弧中心の各々が、前記歯元の円弧中心の１つと位置合わせされる、請求項１記載のスプロケット。
【請求項９】
各前記圧縮パッドが、弓形の面によって定められる外面を含む、請求項１記載のスプロケット。
【請求項１０】
各前記圧縮パッドが、平面によって定められる外面を含む、請求項１記載のスプロケット。
【請求項１１】
２つの関連づけられたローラがそれぞれ隣接する歯溝内に完全に着座した場合に、関連づけられたチェーンの該２つの関連づけられたローラ間に延びる線分に対して平行である外面を含むように、各前記圧縮パッドが構成される、請求項１０記載のスプロケット。
【請求項１２】
前記複数の歯が対称形歯溝によって互いから隔てられる、請求項１記載のスプロケット。
【請求項１３】
前記複数の歯が非対称形歯溝によって互いから隔てられる、請求項１記載のスプロケット。
【請求項１４】
前記複数の歯が、関連づけられたローラが前記歯溝内に完全に着座した場合に前記関連づけられたローラから離間した逃げ面を有するように構成された歯元面によって互いに隔てられる、請求項１２記載のスプロケット。
【請求項１５】
前記複数の歯が、少なくとも２つの異なる歯形を含む、請求項１記載のスプロケット。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの異なる歯形が、前記ハブの周囲にランダムに配置される、請求項１５記載のスプロケット。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのクッションリングがエラストマー化合物からなる、請求項１記載のスプロケット。
【請求項１８】
ハブと、
前記ハブから径方向外側に突出する複数の歯と、
前記歯に隣接して配置される少なくとも１つのクッションリングであって、複数の軸方向に延びる溝が定められた対称形外面を定めるクッションリングと、
を含むスプロケット。
【請求項１９】
ハブと、
前記ハブから径方向外側に突出する複数の歯と、
前記歯に隣接して配置される少なくとも１つのクッションリングであって、複数の溝によって互いに隔てられた複数の圧縮パッドを含み、第１及び第２の互いに逆の回転方向において等しく動作可能なクッションリングと、
を含むスプロケット。
【請求項２０】
ハブと、
前記ハブから径方向外側に突出する複数の歯と、
前記歯に隣接して配置される少なくとも１つのクッションリングであって、該クッションリングは複数の溝によって互いに隔てられた複数の圧縮パッドを定め、該各圧縮パッドは前記スプロケットがその周りを回転する前記ハブの中心からの共通の径方向距離に配置された先端部及び後端部を有する外面を含む、クッションリングと、
を含むスプロケット。
【請求項２１】
各前記圧縮パッドの前記外面が平面を含む、請求項２０記載のスプロケット。
【請求項２２】
各前記圧縮パッドの前記平面状の外面が、前記先端部と前記後端部との間に延びると共に、該先端部及び後端部を含む、請求項２１記載のスプロケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本願は２０００年１２月１日に出願された米国特許出願第０９／７２８，６９８号（現在は米国特許第６，３７１，８７５号）に基づく優先権を主張し、この米国特許出願第０９／７２８，６９８号は１９９９年８月２５日に出願された米国特許出願第０９／３８３，１２８号（現在は米国特許第６，１７９，７４１号）に基づく優先権を主張し、この米国特許出願第０９／３８３，１２８号は１９９８年８月２５日に出願された米国特許仮出願第６０／０９７，９３１号に基づく優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、自動車のタイミングチェーン技術に関する。本発明は、特に、自動車のカムシャフトドライブ用途に用いられるローラチェーンスプロケットに関連して適用され、特にその用途に関して説明される。しかし、本発明は、他のタイプのチェーンドライブシステムや、チェーンドライブに伴うノイズレベルの低減が望まれる用途に関連して適用されてもよい。
【背景技術】
【０００３】
自動車エンジンのカムシャフトドライブに用いられるローラチェーンスプロケットは、ＤＩＮ、ＪＩＳ、ＩＳＯ等の１つ以上の国際規格に従って製造されるのが一般的である。ＩＳＯ−６０６：１９９４（Ｅ）（国際標準化機構）標準は、短ピッチ精密ローラチェーン及びそれに関連するチェーンホイール又はスプロケットに対する要求事項を定めたものである。
【０００４】
図１は、ＩＳＯ−６０６準拠スプロケットの対称歯溝形状を示している。この歯溝は、ローラ着座角αによって定められる１つのフランク（即ち、面）から隣接するフランクへと延びる連続したフィレット又は歯元半径Ｒiを有する。フランク半径Ｒfは、接点ＴＰにおいてローラ着座半径Ｒiに正接する。リンクピッチがＰのチェーンは、歯溝と接触する直径がＤ1のローラを有する。このＩＳＯスプロケットは、長さが同じくＰの弦ピッチと、歯元直径Ｄ2と、Ｚ個の歯とを有する。ＩＳＯ−６０６準拠スプロケットは、ピッチ円直径ＰＤ、歯先直径又は外径ＯＤ、及び歯角Ａ（３６０°／Ｚに等しい）によって更に定められる。最大及び最小ローラ着座角αは、
αmax＝１４０°−（９０°／Ｚ）、及び、
αmin＝１２０°−（９０°／Ｚ）
として定義される。
【０００５】
図２を参照すると、例示的なＩＳＯ−６０６準拠ローラチェーンドライブシステム１０は、矢印１１によって示されるように時計回り方向に回転する。チェーンドライブシステム１０は、駆動スプロケット１２と、従動スプロケット１４と、多数のローラ１８を有するローラチェーン１６とを含む。スプロケット１２、１４、及びチェーン１６の各々は、ＩＳＯ−６０６標準に概ね準拠している。
【０００６】
ローラチェーン１６は、スプロケット１２及び１４の周囲に係合して巻き付けられると共に、該スプロケット間に延びる２つのスパンである、たるみストランド２０及び張りストランド２２を有する。ローラチェーン１６には、矢印２４によって示されるような張力がかかっている。張りストランド２２の中央部分は、従来のチェーンガイド（図示せず）によって従動スプロケット１４と駆動スプロケット１２との間を案内されてもよい。図示されている第１のローラ２８は、１２時の位置で駆動スプロケット１２との噛み合いを開始している。第２のローラ３０は第１のローラ２８に隣接しており、次に駆動スプロケット１２と噛み合うローラである。
【０００７】
チェーンドライブシステムは、複数の望ましくないノイズ成分を有する。ローラチェーンドライブの主なノイズ源は、ローラがスパンを離れて噛み合い中にスプロケットと衝突する際に生じる音である。生じる衝撃ノイズは、チェーンがスプロケットと噛み合う周波数と概ね等しい周波数で繰り返される。衝撃ノイズの大きさは、噛み合いプロセス中に生じる衝撃エネルギー（ＥA）の関数である。衝撃エネルギー（ＥA）は、エンジン速度、チェーン質量、及び噛み合い開始時のチェーンとスプロケットとの間の衝撃速度に関係する。衝撃速度は、チェーン−スプロケット係合ジオメトリに影響され、このファクタは、次式の係合フランク圧角度γ（図３）である。
【０００８】
【数１】
2005523407.tif 000003
【０００９】
式中、ＥA＝衝撃エネルギー[Ｎ・ｍ]であり、ＶA＝ローラ衝撃速度[ｍ／ｓ] であり、γ＝係合フランク圧力角であり、ｎ＝エンジン速度[ＲＰＭ] であり、ｗ＝チェーン質量[ｋｇ／ｍ] であり、Ｚ＝スプロケットの歯数であり、Ａ＝歯角（３６０°／Ｚ）であり、α＝ローラ着座角であり、Ｐ＝チェーンピッチ（弦ピッチ）である。
【００１０】
衝撃エネルギー（ＥA）の式は、チェーンドライブの運動学が準静的解析モデルと概ね一致することと、スプロケットがスパンからローラを集める際に、フランク半径及び歯元半径の接点ＴＰ（図３）でローラ対スプロケット駆動接触が生じることとを仮定したものである。
【００１１】
図３に示されるように、圧力角γは、係合しているローラ２８の中心から延びる線Ａがフランク半径Ｒfの中心を通って接点ＴＰで係合フランクと接触する場合の線Ａと、歯元直径Ｄ2に完全に着座したローラ２８の中心と次に噛み合うローラ３０がその係合する歯溝内の歯元直径Ｄ2に着座した場合のローラ３０の中心とを結ぶ線Ｂとの間の角度として定義される。図４に示されているローラ着座角α及び圧力角γは、上記に定めた式から計算されたものである。なお、αが最大のときにはγは最小である。従って、図２及び図３に示されている例示的な２３歯のＩＳＯ−６０６準拠駆動スプロケット１２は、図４の表に示されているように、１４．１３°〜２４．１３°の範囲の圧力角γを有する。
【００１２】
図３は、駆動スプロケット１２が矢印１１の方向に回転する際の、係合経路（破線のローラ）及びローラ２８（実線）の駆動接触位置も示している。図３は、チェーンピッチ及びスプロケット弦ピッチが共に理論ピッチＰに等しい最大実体（maximum material）スプロケットの歯元直径Ｄ2に、チェーンローラ２８が着座した、理論ケースを示す。この理論ケースでは、ローラの係合開始時に生じるノイズは、ローラが移動して駆動接触する際に、ローラ２８が歯元面Ｒiと衝突して生じる径方向成分ＦRと、同じローラ２８が点ＴＰで係合フランクと衝突して生じる正接方向成分ＦTとを有する。最初に径方向の衝撃が生じ、ほぼ同時に正接方向の衝撃が続くと思われる。図示されているローラ衝撃速度ＶAは、ローラ２８が点ＴＰで駆動接触した際に、係合フランクの接点ＴＰを介し且つ接点ＴＰに略垂直に作用する。
【００１３】
衝撃エネルギー（ＥA）の式は、噛み合い中の正接方向のローラ衝撃のみを考慮したものである。従って、（任意の順序で生じる）正接方向及び径方向の衝撃を有するものと仮定される実際のローラの係合は、衝撃エネルギー（ＥA）の式とは異なるように見える。この、方向性ツールとして有益に用いられる準静的モデルを適用することにより、噛み合い開始時の正接方向のローラ対スプロケットの衝突の際に生じる衝撃エネルギーを低減するために変更され得る要素の解析が可能になる。噛み合いの際の径方向の衝突及びそのノイズレベルに対する影響を、衝撃エネルギー（ＥA）の式から離れて評価できる。
【００１４】
要素の寸法公差の結果としての実際の条件下では、通常、チェーンとスプロケットとの間にピッチの不整合があり、使用中に構成要素が摩耗するにつれ不整合は増大する。このピッチの不整合により、噛み合い衝撃点が移動し、径方向の衝突が依然として歯元面Ｒiで生じても、必ずしもＤ2では生じない。正接方向の衝突は、通常は点ＴＰ付近で生じるが、この接触は、実際のチェーン−スプロケット間のピッチ不整合の関数として、歯元半径Ｒiの係合面の高い位置で、又は係合フランク半径Ｒf上の点ＴＰから径方向外側で生じ得る。
【００１５】
上述の衝撃エネルギー（ＥA）の式によって予測されたように、係合フランクの圧力角γを低減することにより、ローラチェーンドライブに伴う噛み合いノイズレベルが低減される。対称歯形を維持しつつ圧力角γを低減することは、実現可能ではあるが、推奨しない。これは、単純に、ローラ着座角αを増加させ、両方のフランクの圧力角を事実上減少させることで実現できよう。上述した形状では、摩耗したチェーンは、ローラがスプロケットラップ（後述する）の周囲を移動するにつれ、より急な傾きと整合する必要があり、ローラは、ラップから離れる前にコーストフランク（coast flank）上により高く乗り上げることが必要となろう。
【００１６】
チェーンドライブのノイズの別の発生源は、部分的にはシャフトの捩り振動と、チェーンとスプロケットとの間の僅かな寸法誤差とによって生じる広帯域機械ノイズである。広帯域機械ノイズレベルに対してより大きく寄与するのは、ローラがスプロケットラップの周囲を移動する際に、負荷がかかっていないローラとスプロケット歯との間に生じる断続的又は振動接触である。特に、通常のチェーンドライブシステムの摩耗は、スプロケットの歯先面の摩耗及びチェーンの摩耗を含む。チェーンの摩耗は、チェーン接合部の軸受摩耗によって生じ、ピッチの伸びとして特徴づけることができる。摩耗したチェーンがＩＳＯ標準スプロケットと噛み合うと、１つのローラのみが駆動接触し、そのローラに最大負荷条件の負荷がかかると思われる。
【００１７】
再び図２を参照すると、最大負荷の駆動接触は、ローラが係合時に駆動スプロケットラップ３２に入る際に生じる。図示されている係合ローラ２８は、駆動接触し且つ最大負荷条件の負荷がかかっている。ローラ２８に対する負荷は、主に、噛み合い衝撃負荷及びチェーン引張り負荷である。チェーン引張り負荷は、ローラ２８の前方のラップ３２内の次の複数のローラに分配されるが、分配の割合はだんだん低くなる。ローラ２８に対する負荷（及び、ラップ内の次の複数のローラに対する、より低い負荷）により、ローラとスプロケットの歯元面３４とのしっかりした又は堅固な接触が維持される。
【００１８】
ローラ３６は、たるみストランド２０に入る前の駆動スプロケットラップ３２内の最後のローラである。ローラ３６も、歯元面３４上の（例えば、径方向外側に）より高い点で、駆動スプロケット１２と堅固に接触している。ローラ２８及び３６並びにチェーン引張り負荷が分配されたローラ２８の前方の複数のローラを除き、駆動スプロケットラップ３２内の残りのローラは、スプロケットの歯元面３４と堅固に接触しておらず、従って、ラップを回って移動する際にスプロケットの歯元面に対して自由に振動し、それによって望ましくない広帯域機械ノイズの発生に寄与する。
【００１９】
ローラ３８は、張りストランド２２に入る前の従動スプロケット１４のスプロケットラップ４０内の最後のローラである。ローラ３８は、スプロケット１４と駆動接触している。駆動スプロケットラップ３２内のローラ３６と同様に、スプロケットラップ４０内のローラ４２は、従動スプロケット１４の歯元半径４４と堅固に接触するが、歯元直径では堅固に接触しないのが一般的である。
【００２０】
スプロケット歯の間にピッチ線クリアランス（ＰＬＣ）を設けると、たとえローラチェーンが摩耗しても、スプロケットラップ内のチェーンローラとスプロケットとの堅固な接触が促進されることが知られている。歯溝に加えられるピッチ線クリアランスの量は、歯溝の中心にある短い円弧の長さを定めると共に、歯元直径Ｄ2のセグメントを形成する。歯元フィレット半径Ｒiは、フランク半径ＲF及び歯元直径円弧セグメントの接線である。歯形は依然として対称であるが、Ｒiはもはや１つのフランク半径から隣接するフランク半径へと連続するフィレット半径ではない。このことは、チェーンドライブシステムの広帯域機械ノイズ成分を低減する効果を有する。しかし、スプロケットの歯の間にピッチ線クリアランスを加えても、衝撃時のローラ対スプロケットの衝突によって生じるチェーンドライブノイズは低減されない。
【００２１】
ローラチェーンの噛み合いに伴うノイズレベルを低減するための別の試みが、特許文献１に記載されており、これは、噛み合い開始時の径方向のローラ−歯元面間の接触を解消するために、歯元面をアンダーカット又は二番（逃げ）取りすることを開示している。しかし、特許文献１に開示された発明では、噛み合い衝撃周波数は変調されない。即ち、全ての歯形が略同一である。従って、フランク衝撃は噛み合い周波数で生じる。特許文献１に開示されているスプロケットの更なる短所は、ローラが完全に噛み合った際に、係合フランク及び脱係合フランクの両方と接触することである。従って、ローラが完全に噛み合って着座した際に、ローラと脱係合フランクとの間にクリアランスが生じない場合には、ローラが歯溝内に挟まれることがある。
【００２２】
ローラチェーンの噛み合いに伴うノイズレベルを低減するための更なる試みは、噛み合いプロセス中にスパンから離れてスプロケットと衝突するローラの係合衝撃を緩衝する又はやわらげる働きをする１つ以上のエラストマークッションリングを組み込むことである。図６を参照すると、従来のローラチェーンドライブシステム１１０と関連づけられた駆動スプロケット１１２には、ＩＳＯ−６０６に準拠した対称歯溝形状が組み込まれている。駆動スプロケット１１２は駆動スプロケット１２（図２）と略同一であるが、駆動スプロケット１１２は、スプロケット１１２の各ハブに１つずつ固定された２つの円形クッションリング１４４を含む点が異なる。各クッションリング１４４は、半径Ｒによって定められる連続した又は別様で均一な外面を有する。当該技術分野で周知のように、クッションリング１４４は、噛み合いプロセス中にスパンから離れてスプロケットと衝突するローラの係合衝撃を緩衝する又はやわらげる働きをする。
【００２３】
具体的には、図６ａ及び図６ｂに示されるように、ローラ１２８、ブッシュ１２９、及び関連するピン１３１が、２組の重なり合ったリンクプレート１４６Ｌ及び１４６Ｒ並びに１４８Ｌ及び１４８Ｒによって支持されている。駆動スプロケット１１２が矢印１１の方向に回転すると、ローラ１２８が関連づけられたスプロケット歯と衝突する前に、リンクプレート１４６が両方のクッションリング１４４の外面に衝突して圧縮するか又は別様で変形させ、次にリンクプレート１４８が続く。その結果、スプロケットと噛み合う前に、ローラ１２８の衝撃速度が低減され、それによって噛み合い衝撃ノイズが低減される。最大量のクッションリングの圧縮１４９は、チェーンピッチＰを有する隣接するローラ間の中点Ｐ／２付近で、又は中点Ｐ／２で生じる。図６ｂは、リンクプレート１４６とリンクプレート１４８との間を連続ピッチで行き来するゴムの圧縮を示している。クッションリングに伴う一般的な問題は耐久性の１つである。即ち、リンクの衝突が繰り返された後には、リングの圧縮が最大となる領域において、クッションリングのエラストマー材料が摩耗及び圧縮硬化することが予測できる。更に、噛み合いプロセス中の圧縮サイクルが繰り返される結果、クッションリングが最終的にへたることがある。
【特許文献１】米国特許第５，３９７，２７８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
従って、より良好且つ好ましい結果を提供しつつ、上述の必要性を満たすと共に上述の短所等を克服する、新たな改良されたローラチェーンドライブシステム及びスプロケットを開発することが望ましいと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本開発の１つの態様によれば、スプロケットは、ハブと、該ハブから径方向外側に突出する複数の歯とを含む。該歯に隣接して少なくとも１つのクッションリングが配置され、該クッションリングは、複数の横断方向の溝によって互いに隔てられた複数の圧縮パッドを定める。該各圧縮パッドは、周方向の中点に関して対称となるよう定められる。
【００２６】
本開発の別の態様によれば、スプロケットは、ハブと、該ハブから径方向外側に突出する複数の歯とを含む。該歯に隣接して少なくとも１つのクッションリングが配置される。該クッションリングは、複数の軸方向に延びる溝を有した対称形外面を定める。
【００２７】
本開発の別の態様によれば、スプロケットは、ハブと、該ハブから径方向外側に突出する複数の歯とを含む。該歯に隣接して少なくとも１つのクッションリングが配置され、該クッションリングは、複数の溝によって互いに隔てられた複数の圧縮パッドを含む。該クッションリングは、第１及び第２の互いに逆の回転方向において等しく動作可能である。
【００２８】
本開発の更なる態様によれば、スプロケットは、ハブと、該ハブから径方向外側に突出する複数の歯とを含む。該歯に隣接して少なくとも１つのクッションリングが配置され、該クッションリングは、複数の横断方向の溝によって互いに隔てられた複数の圧縮パッドを定める。該各圧縮パッドは、スプロケットがその周りを回転するハブの中心からの共通の径方向距離に配置された先端部及び後端部を有する外面を含む。
【００２９】
本発明の１つの長所は、クッションリングを形成するエラストマー材料の疲労寿命を増加させるように設計された、少なくとも１つのクッションリングを含むスプロケットの提供である。
【００３０】
本発明の別の長所は、異なる歯形が導入された２組のスプロケット歯と、この歯形と協働して、チェーンドライブシステムのノイズレベルを、この歯形又はクッションリング単独で生じるノイズレベルよりも低減する、少なくとも１つのクッションリングとを有するスプロケットの提供である。
【００３１】
本発明の別の長所は、歯元の逃げが各々に導入された２組の異なる非対称形スプロケット歯を有するスプロケットの提供である。
【００３２】
本発明の別の長所は、ローラ対第１の歯形の係合フランクの初期接触の周波数を、ローラ対第２の歯形の係合フランクの初期接触に対して位相調整又は変調することにより、ローラ対第１の係合フランクの初期接触及びローラ対第２の係合フランクの初期接触のリズムを変える、スプロケットの提供である。
【００３３】
本発明の更に別の長所は、噛み合い中のローラ対スプロケットの衝突によって生じる衝撃ノイズ、及び／又は、スプロケットラップ中の負荷がかかっていないローラによって生じる広帯域機械ノイズを最小限にするスプロケットの提供である。
【００３４】
本発明の更に別の長所は、最初に正接方向のローラ対スプロケットの衝撃が生じ、続いて完全な噛み合い時に径方向のローラ対スプロケットの衝撃が生じる、「段階的な」ローラ衝撃（即ち、ローラ噛み合い間隔の延長）を提供するスプロケットの提供である。
【００３５】
本発明の更に別の長所は、負荷をより緩やかに移動させることによって、ローラ対スプロケットの衝撃及びそこから生じる固有ノイズを最小限にするために、ローラの係合を有効な時間間隔にわたって広げる、スプロケットの提供である。
【００３６】
本発明の更に別の長所は、歯元の逃げを含む対称形歯溝及びクッションリングを含むことにより、ローラが個々の歯溝に完全に着座した際に、個々の歯溝において、関連するローラチェーンのローラが、二番取りされた歯元面から離間される、スプロケットの提供にある。
【００３７】
本発明の更なる長所は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読み理解した当業者には、明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明は、様々な構成要素、及び構成要素の配置、並びに様々な工程、及び工程の配置の形態を取り得る。図面は、単に好ましい実施形態を説明することを目的とし、本発明を限定するものであるとは解釈されない。
【００３９】
本発明は、対称形及び／又は非対称形の歯又は歯溝を有するスプロケットに関すると共に、任意に配置された複数の非対称歯形を有するスプロケット（本明細書ではランダム係合スプロケットと呼ぶ）にも関する。本発明によれば、これらのスプロケットはいずれも、本発明に従って構成された１つ以上のクッションリングを含む。更に、本明細書で説明される特定のスプロケット及び歯の形状は、好ましい実施形態の例としてのものであり、これらの好ましい実施形態に本発明が限定されることは決して意図されない。
【００４０】
次に図７を参照すると、本発明の特徴を組み込んだローラチェーンドライブシステム２１０が示されている。ローラチェーンドライブシステム２１０は、ランダム係合駆動スプロケット２１２と、従動スプロケット２１４と、スプロケット２１２、２１４に係合して巻き付けられる多数のローラ２１８を有するローラチェーン２１６とを含む。スプロケット２１２、２１４は、矢印１１によって示されるように時計回り方向に回転する。
【００４１】
ローラチェーン２１６は、スプロケット間に延びる２つのスパンである、たるみストランド２２０及び張りストランド２２２を有する。ローラチェーン２１６には、矢印２２４によって示されるような張力がかかっている。張りストランド２２２の中央部分は、チェーンガイド（図示せず）によって、従動スプロケット２１４と駆動スプロケット２１２との間を案内されてもよい。図示されている第１のローラ２２８は、駆動スプロケット２１２に１２時の位置で完全に着座している。第２のローラ２３０は第１のローラ２２８と隣接しており、次に駆動スプロケット２１２と噛み合うローラである。
【００４２】
本発明の非対称歯形の説明を容易にするために、駆動スプロケット２１２のみを参照する。しかし、本発明の非対称歯形は、従動スプロケット２１４、並びにアイドラースプロケットや逆回転バランスシャフトに関連するスプロケット等の他のタイプのスプロケットにも、等しく適用可能である。
【００４３】
引き続き図７を参照すると共に図８及び図８ａを特に参照すると、ランダム係合ローラチェーン駆動スプロケット２１２は、２３歯スプロケットとして示されている。しかし、所望に応じて、スプロケット２１２はこれより多い又は少ない歯を有してもよい。スプロケット２１２は、中心ハブ２１３と、ハブ２１３の周回りに任意に又は不規則に配置された第１のグループのスプロケット歯２５０（個々の参照番号は付さない）及び第２のグループのスプロケット歯２５２（個々にスプロケット歯１、３、８、９、１０、１４、１７、２１、及び２２として参照される）とを含む。説明中の図示されている実施形態では、スプロケット２１２の周囲に任意に配置された１４個のスプロケット歯２５０及び９個のスプロケット歯２５２がある。しかし、各タイプのスプロケット歯の数及び位置は、本発明の範囲を逸脱することなく変更可能であることを認識されたい。
【００４４】
次に図８及び図８ａも参照すると、スプロケット２１２は、本発明に従って構成された２つのエラストマークッション又は緩衝リング２４４を含む。クッションリング２４４は、スプロケット歯の軸方向両面、即ち、歯２５０、２５２の軸方向両側に隣接して、ハブ２１３に従来の方法で固定されるか又は別様で取り付けられている。好ましい実施形態では、クッションリングは、ニトリルゴム化合物等の従来のエラストマー材料で形成されるが、本発明の全体的な範囲及び意図から逸脱することなく、他の任意の適切な弾性及び耐久性を有する材料を用いることが可能である。
【００４５】
ローラ対スプロケットの初期接触の接触点及びリズムを変えることにより、噛み合い衝撃周波数を変調するために、２組のスプロケット歯２５０、２５２はランダムなパターンに配置されている。しかし、２組のスプロケット歯２５０、２５２は、多くの異なるランダムパターンに配置されてよい。更に、２組のスプロケット歯２５０、２５２を、同様に機能する多数の規則的パターンで配列することも考えられる。いずれにしても、スプロケットに２組のスプロケット歯を配列することで、全てのスプロケット歯が略同一形状である場合に通常伴うと共に誘発される噛み合い周波数衝撃ノイズを、壊す又は変調する手段が提供される。ローラ対スプロケットの初期接触の接触点及びリズムを変えることによって、噛み合い周波数ノイズの低減が部分的に達成される。
【００４６】
次に、特に図８を参照すると、各スプロケット歯２５０は係合面又は係合フランク形状を含み、この係合面又は係合フランク形状は、（時計回りに）隣接する歯の脱係合面又は脱係合フランク形状と協働して、歯元面２５６を有する第１の非対称形歯溝２５４を構成することがわかる。参照番号が付された各スプロケット歯２５２は係合面又は係合フランク形状を含み、この係合面又は係合フランク形状は、（時計回りに）隣接する歯の脱係合面又は脱係合フランク形状と協働して、歯元面２６０を有する第２の非対称形歯溝２５８を構成する。詳細は後述するが、第１及び第２のスプロケット歯のグループ２５０、２５２は、クッションリング２４４と協働して、チェーンドライブシステムのノイズレベルを、いずれかの歯形が単独で用いられた場合に生じるノイズレベルよりも低減する。
【００４７】
次に図９〜図９ｃを参照すると、スプロケット２１２は、係合面又はフランク２６４を有する第１の歯２６２と、脱係合面又はフランク２６８を有する第２の歯２６６とを含む。係合フランク２６４及び脱係合フランク２６８は、協働して、チェーン２１６と関連づけられたローラ２６９等のローラを受容する歯溝２５４の１つを画定する。従って、スプロケット歯２６２は、必然的に歯２５０の１つとして分類され、スプロケット歯２６６は、スプロケット歯２５０又は２５２の１つとして分類され得る。
【００４８】
図示されている係合ローラ２６９はローラ径Ｄ1を有し、歯溝２５４内に２点で接触して完全に着座している。具体的には、係合ローラ２６９は、歯溝２５４内に駆動接触して完全に着座した際に、係合フランクの表面又は面に沿って軸方向（即ち、図面の紙面に直交する方向）に延びる２つの線又はリッジＢ及びＣに接触する。しかし、説明を容易にするために、以降、線又はリッジＢ及びＣを歯溝内の接触点として図示すると共に参照する。
【００４９】
係合フランク２６４は、フランク平面２７０の径方向外端に正接する半径Ｒfを有する。半径Ｒiによって定められる歯元面２５６の第１の部分は、一端部においては、フランク平面２７０の径方向内端に正接し、他端部においては、点Ｃから径方向外側に伸びる第１の非機能平面（図示せず）の径方向外端に正接する。図９ａに最もよく示されているように、点Ｂ及び点Ｃにおける２点／線接触が確実に生じるようにするために、歯元半径Ｒiの最大値は、最小ローラ半径０．５Ｄ1以下でなければならない。Ｒi≦０．５Ｄ1の結果、ローラが点Ｂ及び点Ｃにおいて着座した際に、歯元面２５６とローラ２６９との間に小クリアランス２７３が画定される。
【００５０】
点Ｂと、半径Ｒiによって定められる歯元面部分の径方向外端との間には、第２の非機能平面（図示せず）が延びている。第２の非機能平面は、フランク平面２７０に隣接している。即ち、フランク平面２７０の第１の部分が、点Ｂから径方向外側に延び、ローラ対スプロケットの「段階的」な噛み合いを容易にする。フランク平面２７０の第２の非機能部分は、点Ｂから径方向内側に延び、点Ｃから径方向外側に延びる第１の非機能平面と協働して、ローラが点Ｂ及び点Ｃで２点接触して着座するのを容易にする。
【００５１】
再び図９を参照すると、フランク平面２７０の位置は角度βによって決まり、平面の向きは、ローラが点Ｂ及び点Ｃでスプロケットに接触した際に、点Ｂ及びローラ２６９の中心（点Ｘ）を通る線に対して直角又は垂直である。点Ｂから径方向外側に延びるフランク平面部の長さは、フランク平面２７０に沿った第１の接触点Ａにおけるスプロケット２１２とローラ２６９との間における正接方向の初期衝撃と、次の点Ｃにおける径方向の衝撃との間の時間遅延に影響する。なお、圧力角γ（詳細は後述する）、チェーンとスプロケットとの間のピッチ不整合の量、及びフランク平面の長さは、ローラ対スプロケットの噛み合い開始時における所望の初期ローラ接触点Ａを得るように変更可能であることを認識されたい。また、理論条件下では、ローラ対スプロケットの初期接触は点Ｂで生じることを認識されたい。しかし、他の全てのピッチ不整合条件では、初期接触は点Ｂからオフセットした点Ａで生じる。従って、理論条件以外では、噛み合い開始時に、点Ａで、関連する衝撃力ＦT（図９ｂ）を伴う正接方向の初期接触が生じる。
【００５２】
スプロケットの回転によりローラが完全に噛み合うように移動して、次に点Ｃにおいて径方向に接触する際、ローラ２６９は、点Ａから点Ｂまでフランク平面２７０と堅固に接触し続けると思われる。スプロケットが十分に回転してローラ２６９が点Ｃで径方向に接触するまで、径方向の衝撃力ＦR（図９ｂ）は生じない。従って、径方向の衝撃力ＦRは完全に噛み合った瞬間に生じる。点Ｃにおける径方向の衝撃の発生を示す力のベクトルＦRはベタ塗りで示されており、その前の点Ａにおける正接方向の衝撃の発生を示す正接方向の衝撃力のベクトルＦTは白抜きで示されている。
【００５３】
噛み合い中のローラへの張りストランドの負荷の移動は、完全な噛み合い時に完了すると考えられる。径方向の衝撃力ＦRを伴う、点Ｃにおけるローラ２６９による径方向の衝突の瞬間には、ＦTの正接方向の衝撃力は既に生じており、もはやファクタではない。ローラ対スプロケットの正接方向の衝突と径方向の衝突との間の時間遅延（「段階的」係合）は、噛み合いプロセス中に生じる衝撃エネルギーをより大きい時間間隔にわたって効果的に拡散し、それにより、噛み合い周波数で生じるノイズレベルに対する衝撃エネルギーの寄与を低減する。更に、この非対称スプロケット歯形により、噛み合い中のローラが点Ａの初期噛み合いから点Ｂ及び点Ｃにおける完全２点噛み合い位置へと移動する際の、完全に係合したローラから噛み合い中のローラへの張りストランド負荷のより緩やかな移動が可能になり、好ましい。
【００５４】
再び図９を参照すると、歯元面２５６には歯元の逃げが組み込まれている。即ち、点Ｃから径方向内側に第２の平面２７２が延びている。半径Ｒi’によって定められる歯元面２５６の第２の部分は、平面２７２の径方向内端に正接し、且つ、第３の平面２７４の径方向内端に正接する。半径Ｒf’によって定められる脱係合フランク２６８は、第３の平面２７４の径方向外端に正接する。
【００５５】
なお、点Ｃから径方向外側に延びる非機能平面は、平面２７２と隣接していることを認識されたい。即ち、平面２７２の第１の部分は、点Ｃから径方向外側に延び、（フランク平面２７０と関連づけられた）点Ｂから径方向内側に延びる第２の非機能平面と協働して、ローラを点Ｂ及び点Ｃで２点接触するよう着座させる。平面２７２の第２の部分は点Ｃから径方向内側に延び、第３の平面２７４と協働して歯元の逃げを設ける。
【００５６】
ローラ２６９が点Ｂ及び点Ｃにおいて完全に噛み合って着座した際には、ローラ２６９と二番取りされた歯元面２５６との間にクリアランス２７６が存在する。歯元が二番取りされた歯溝２５４では、ローラ２６９は、その中心が理論ピッチ円直径ＰＤ上にある場合、完全な噛み合い時に点Ｂに接触する。第２の歯元半径Ｒi’は、ローラ２６９の径Ｄ1の１／２以下であることが必要である。図９ｂは、ローラ２６９の点Ｂ及び点Ｃにおける完全な噛み合い位置での、脱係合フランク２６８に対するローラクリアランス２７８を示している。
【００５７】
次に図９ｃを参照すると、本明細書では、歯元の逃げは、ローラ２６９が歯元にわたって位置し、それぞれ対向する係合フランク２６４及び脱係合フランク２６８上の点Ｓ及び点Ｓ’において着座した際の、ローラ２６９と二番取りされた歯元面２５６との間に存在するクリアランス２８０として定められる。従って、ローラ２６９が歯元にわたって位置し、それぞれ対向する係合フランク２６４及び脱係合フランク２６８上の点Ｓ及び点Ｓ’において着座する点へとスプロケット２１２が回転する際に、ローラ２６９が歯元面２５６に接触することが防止される。具体的には、図９ｃは、スプロケット２１２がスプロケットラップ２３２（図７）回りに回転する間に、ローラ２６９が点Ｃから径方向内側に移動して、点Ｓ及び点Ｓ’においてフランク下部と接触する点を示している。なお、ローラがスプロケットラップ回りに移動を続けると、ローラは点Ｓ’から脱係合フランク２６８に沿って外側に移動することを認識されたい。
【００５８】
ローラ２６９が進み、点Ｓ及び点Ｓ’でフランク下部と接触するためには、ローラは、完全な２点噛み合い位置から前進して、ピッチ円直径ＰＤから或る径方向距離だけ径方向内側に移動しなければならない。何らかの厳しい動作条件下で、チェーンドライブの動力によってローラ２６９が歯溝２５４のフランク下部面に衝突しても、ローラは噛み合いジオメトリによって制約される。この噛み合いジオメトリは、ローラが、点Ｓ及び点Ｓ’に向かって前方且つ径方向内側に前進可能になる前に、点Ａにおいてスプロケット歯と接線方向に初期接触し、次に、点Ｂ及び点Ｃにおける完全な２点噛み合い位置へと移動することを必要とし、また、ローラが径方向内側に向かう経路を移動する際には、クッションリング２４４が更に圧縮されることを必要とする（詳細は後述する）。
【００５９】
この非対称歯形の噛み合いジオメトリは、点Ｓ及び点Ｓ’における好ましいローラ対スプロケット着座ジオメトリと共に、図６の従来のＩＳＯ−６０６ゴムクッションリングシステムよりも優れたノイズ減衰を提供する。衝撃ベクトルＦIS及びＦIS’（図９ｃ）は、正接方向の初期接触及びその次の２点着座に順次続いて生じる。一方、ＩＳＯ−６０６の径方向（歯元）衝撃ベクトルＦR（図３）は、ローラが次に係合フランク上の駆動位置へと移動する前のローラ対スプロケットの初期衝撃であると思われる。
【００６０】
係合フランクのローラ着座角β（図９）及び脱係合フランクのローラ着座角β’は、ＩＳＯ−６０６のローラ着座角αに代わるものである。圧力角γは、係合フランクのローラ着座角βの関数である。即ち、βが増加するとγは減少する。次式から、最小非対称圧力角を決定することができる。
γmin＝βmax−（αmax／２＋γISO min）
【００６１】
従って、図５の表に示されるように、βmax＝（αmax／２＋γISO min）の場合には、非対称圧力角γmin＝０である。図５は、複数のスプロケットサイズ及び複数の非対称形状に対する最大ベータ（β）角度及びそれに対応する圧力角（γ）を示している。なお、係合フランク圧力角γを減少させると、接線方向の衝撃力成分ＦT（図９ｂ）が低減され、それに従って、係合開始時の全体のノイズレベルに対する接線方向の衝撃ノイズの寄与が低減されることを認識されたい。
【００６２】
衝撃力ＦTは衝撃速度の関数であり、衝撃速度は圧力角γと関係する。圧力角γが減少すると、それに対応して、噛み合い開始時のチェーンとスプロケットとの間の衝撃速度が減少し、その結果、ＮＶＨ特性が改善される。圧力角γを最小にすることにより、正接方向の接触点Ａ及びＢ間を分離又は距離をより大きくして、係合の「段階」を更に増加する又は最大化することも容易になる。好ましい実施形態では、ローラとスプロケットとの間の段階的な衝撃を最適化する係合フランク圧力角γは、約−３．０°〜約+８°の範囲内である。
【００６３】
説明中の実施形態では、ローラ着座角βは、最大実体状態（maximum material condition）においてＩＳＯのαmax／２より大きく、βは、所望の係合フランク圧力角γが得られるまで調節可能である。例えば、ローラ着座角βは、０未満、即ち負の値の圧力角γを与えることが可能である。理論的なチェーン／スプロケット境界面に対する小さい負の圧力角は、「通常の」システム、即ち摩耗を有するシステムでは、０に近い圧力角γを好ましく与えると思われる。しかし、係合フランクのローラ着座角βは、ＩＳＯ−６０６の最小圧力角よりも小さい値を有する任意の係合フランク圧力角γを与えるように好ましく調節されてもよい。
【００６４】
なお、圧力角γが負の値を有する場合には、弦ピッチの減少が必要となり得る。そうしなければ、（最大実体スプロケット及び理論ピッチ（最短）チェーンでは）ローラがスプロケットラップから出てスパンに戻る際に、ローラが係合フランクと干渉することになる。また、減少した弦ピッチは、上述の段階的な噛み合いの一助となる。
【００６５】
更に、脱係合フランクのローラ着座角β’（図９）を、αmin／２に等しいかそれより小さい最大値を有するように調節してもよい。この着座角β’の減少により、ローラがスプロケットから出てスパンに入る際の、より迅速な分離が促進される。この着座角β’の減少により、ローラがスプロケットのラップを回って移動する際に、摩耗したチェーンのローラでも、コーストフランク面に、さほど急ではない角度まで乗り上げることが可能になる。
【００６６】
次に図１０を参照すると、スプロケット２１２は更に、係合面又はフランク３６４を有する第３の歯３６２と、脱係合面又はフランク３６８を有する第４の歯３６６とを含む。係合フランク３６４及び脱係合フランク３６８は、協働して、チェーン２１６と関連づけられたローラ３６９等のローラを受容する歯溝２５８の１つを画定する。従って、スプロケット歯３６２は必然的に、参照番号を付されたスプロケット歯２５２（図８）の１つとして分類され、スプロケット歯３６６は、スプロケット歯２５０又は２５２の１つとして分類され得る。
【００６７】
係合ローラ３６９はローラ径Ｄ1を有し、歯溝２５８内に２点接触で完全に着座した状態で図示されている。係合ローラ３６９は、点Ｂ’及び点Ｃで歯溝に完全に着座する前に、点Ａ’で係合フランク３６４に初期接触する。非対称形歯溝２５４に関して上述したように、接触点Ｂ’及びＣは、実際には、各スプロケット歯の面に沿って軸方向（即ち、図面の紙面に直交する方向）に延びる線である。
【００６８】
係合フランク３６４は、第１の非機能平面（図示せず）の接触点Ｂ’に正接する半径Ｒfを有する。ローラの２点接触を容易にするためにのみ機能するこの平面は、点Ｂから’径方向内側に延びている。半径Ｒiによって定められる歯元面２６０の第１の部分は、その一端部において、第１の非機能フランク面の径方向内端に正接し、他端部において、点Ｃから径方向外側に伸びる第２の非機能面（図示せず）の径方向外端に正接する。具体的には、点Ｂ’及び点Ｃにおける２点／線接触を確実にするために、歯元半径Ｒiの最大値は、最小ローラ半径０．５Ｄ1以下でなければならない。Ｒi≦０．５Ｄ1の結果、ローラが点Ｂ’及び点Ｃに着座した際に、歯元面２６０とローラ３６９との間に小クリアランス（図９ａに示されているクリアランス２７３に対応する）が画定される。
【００６９】
第１の非機能平面の位置は角度βによって決まり、平面の向きは、ローラが点Ｂ’及び点Ｃでスプロケットに接触した際に、点Ｂ’及びローラ３６９の中心を通る線に対して直角又は垂直である。なお、圧力角γ及びチェーンとスプロケットとの間のピッチ不整合の量は、ローラ対スプロケットの噛み合い開始時における所望のローラ初期接触点Ａ’を得るために変更可能であることを認識されたい。理論条件下では、ローラ対スプロケットの初期接触は点Ｂ’で生じる。しかし、他の全てのピッチ不整合条件では、初期接触は点Ｂ’からオフセットして示されている点Ａ’で生じる。
【００７０】
従って、理論条件以外では、噛み合い開始時に、点Ａ’で接線初期接触が生じる。スプロケットの回転により、ローラが、点Ａ’における接線初期衝突から点Ｂ’における完全な噛み合い位置に移動して、その結果点Ｃで径方向に接触する際に、ローラ３６９は堅固に接触し続けると思われる。スプロケットが十分に回転してローラ３６９が点Ｃで径方向に接触するまで、径方向の衝撃力は生じない。
【００７１】
従って、径方向の衝撃力ＦRは完全に噛み合った瞬間に生じる。噛み合い中のローラへの張りストランド負荷の移動は、完全な噛み合い時に完了すると考えられる。径方向の衝撃力を伴う、点Ｃにおけるローラ３６９による径方向の衝突の瞬間には、正接衝撃力は既に生じており、もはやファクタではない。ローラ対スプロケットの正接方向の衝突と径方向の衝突との間の時間遅延（「段階的」係合）は、噛み合いプロセス中に生じる衝撃エネルギーをより大きい時間間隔にわたって効果的に拡散し、それにより、噛み合い周波数において生じるノイズレベルに対する衝撃エネルギーの寄与を低減する。更に、この非対称スプロケット歯形により、噛み合い中のローラが点Ａ’の初期噛み合いから点Ｂ’及び点Ｃにおける完全２点噛み合い位置へと移動する際の、完全に係合したローラから噛み合い中のローラへの張りストランド負荷のより緩やかな移動が可能になり、好ましい。
【００７２】
歯元面２６０には歯元の逃げが組み込まれている。即ち、点Ｃから径方向内側に第２の平面３７２が延びている。半径Ｒi’によって定められる歯元面２６０の第２の部分は、平面３７２の径方向内端に正接し、且つ、第３の平面３７４の径方向内端に正接する。半径Ｒf’によって定められる脱係合フランクは、第３の平面３７４の径方向外端に正接する。
【００７３】
なお、（点Ｃから径方向外側に延びる）第２の非機能平面は、平面３７２と隣接していることを認識されたい。即ち、平面３７２の第１の部分は、点Ｃから径方向外側に延び、点Ｂから径方向内側に延びる第１の非機能平面と協働して、ローラが点Ｂ’及び点Ｃで２点接触して着座するのを容易にする。平面３７２の第２の部分は点Ｃから径方向内側に延び、第３の平面と協働して歯元の逃げを設ける。
【００７４】
先に示したように、ローラ３６９が点Ｂ’及び点Ｃにおいて完全に噛み合って着座した際には、ローラ３６９と二番取りされた歯元面２６０との間にクリアランス３７６が存在する。歯元が二番取りされた歯溝２５８では、ローラ３６９は、その中心が理論ピッチ円直径ＰＤ上にある場合、完全な噛み合い時に点Ｂ’に接触する。第２の歯元半径Ｒi’は、ローラ３６９の径の１／２以下であることが必要である。図１０は、ローラ３６９が点Ｂ’及び点Ｃに着座した際の完全な噛み合い位置での、脱係合フランク３６８に対するローラクリアランス３７８も示している。歯溝２５４と同様に、歯溝２５８は歯元の逃げを備えている。即ち、ローラが歯元面にわたって位置し、点Ｓ及び点Ｓ’において着座した際（図９ｃのクリアランス２８０参照）、ローラ３６９が歯元面２６０に接触することが防止される。従って、ローラ３６９は、係合フランク及び脱係合フランクの下部のみに接触可能である。なお、ローラがスプロケットラップ回りに移動を続けると、ローラは点Ｓ’から脱係合フランク３６８に沿って外側に移動することを認識されたい。
【００７５】
ピッチ不整合は、１つの条件、即ち、最短ピッチのチェーン（最短とは理論ピッチである）及び最大実体スプロケットとして定義される理論条件を除き、チェーン／スプロケット境界面に固有のものである。従って、この理論条件は、チェーンとスプロケットとのピッチ不整合関係の公差範囲の一方の限界（ピッチ不整合がゼロ、即ち無い）を定義する。他方の限界は、最長の「現況」チェーンを最小実体状態（minimum material condition）のスプロケット、即ち、最小形状（minimum profile）を有するスプロケットと共に用いた場合と定義される。この限界では、ピッチ不整合の量は最大となる。従って、ピッチ不整合の範囲は、部品要素の公差によって決定される。
【００７６】
（非対称歯溝２５４の）点Ａにおける接線初期（噛み合い）接触と（非対称歯溝２５８の）点Ａ’における接線初期接触との間のより大きな時間遅延を容易にするために、更にピッチ不整合を導入してもよい。即ち、各歯溝２５４、２５８のローラ対スプロケットの初期接触が生じる時間を変えると、ローラ対スプロケットの初期接触の接触点及びリズムが変わるので、噛み合い周波数ノイズが低減される。チェーンピッチとスプロケットピッチとの不整合を増加させることによって、点Ａ及び点Ａ’におけるローラ対スプロケットの接触の時間遅延、又は変調を増加させてもよい。なお、主にβ角の差（図１１参照）と、それよりも度合いは低いが、スプロケット歯２５０の係合フランクのより高い位置で初期接触を生じさせるフランク平面２７０とにより、歯溝２５４の方が歯溝２５８よりも早期に初期接触が生じることを認識されたい。
【００７７】
ローラと歯との段階的な接触を容易にするために、スプロケットの弦ピッチはチェーンピッチよりも短いことが必要である。更に、弦ピッチを減少させると、ローラがスプロケットラップから出てストランドに戻る際に、ローラ対フランクのクリアランスが設けられる。弦ピッチの低減を用いる場合、付される弦ピッチの低減は０．００５〜０．０５０ｍｍの範囲内であるのが好ましい。
【００７８】
スプロケット歯の圧力角γをＩＳＯ標準よりも実質的に小さくすることにより、各歯溝２５４、２５８に対する段階的なローラの接触を更に支援してもよい。０に等しい又は非常に近い圧力角γ、或いは負の圧力角が考えられる。例えば、図１１は、歯溝２５４、２５８の圧力角γが異なるランダム係合駆動スプロケット２１２の一実施形態を示している。即ち、圧力角γは共に正の値又は０であるが、歯溝２５４の圧力角γ254は、歯溝２５８の圧力角γ258よりも小さい（ローラ着座角β254はローラ着座角β258よりも大きい）。従って、歯溝２５４のγminは０°であってもよく、歯溝２５８のγminは＋８°であってもよく、両方の歯溝のγmaxは常にＩＳＯ最小圧力角よりも小さい（γmin及びγmaxに対する要素の公差帯又は公差範囲は、両方の歯溝２５４、２５８に関して同じである）。
【００７９】
その結果、歯溝２５４では、点Ａでローラ対スプロケットの初期接触が生じ、続いて点Ｂ及び点Ｃで次の径方向の接触が生じる。歯溝２５８では、点Ａ’でローラ対スプロケットの初期接触が生じ、続いて点Ｂ’及び点Ｃで次の径方向の接触が生じる。スプロケット２１２には、更に弦ピッチの減少を組み込むこともでき、その開示の全ての教示を参照して本明細書に組み込む米国特許第５，９２１，８７８号に記載されているような、歯溝クリアランス（ＴＳＣ）を組み込むこともできる。歯溝クリアランス（ＴＳＣ）は、摩耗したチェーンのローラとスプロケット歯の１つ以上の傾斜した歯元面との堅固な接触を維持可能にする。即ち、平面２７２、２７４（図９）並びに３７２、３７４（図１０）の１つ以上を用いて、特定の程度のチェーンピッチの伸張ΔＰに対処することにより、チェーンピッチの伸張又はチェーン摩耗を補償することができる。更に、傾斜した歯元面により、径方向の反力の低減が容易になり、それにより、全体的なノイズレベルに対するローラの径方向の衝撃ノイズの寄与が低減される。なお、浅いβ’角は、歯溝クリアランスと併せて、ラップ内のローラのローラ対スプロケットの「堅固な」接触の維持に有用であることを認識されたい。
【００８０】
或いは、歯溝２５４の圧力角γminは常に負の値であってもよく、一方、歯溝２５８の圧力角γminは常に正の値又は０であってもよい。例えば、歯溝２５４のγminは−３°であってもよく、歯溝２５８のγminは+８°であってもよく、両方の形状のγmaxは常にＩＳＯ最小圧力角よりも小さい。この実施形態では、更なる弦ピッチの減少は常に含まれるが、歯溝クリアランスは含まれても含まれなくてもよい。更に別の実施形態では、歯溝２５４、２５８は、同じ又は少なくとも略同じ圧力角γを有することができる（従って、これらの歯溝は、同じ又は少なくとも略同じローラ着座角β254及びβ258を有する）。
【００８１】
図１２は、ローラリンクプレート２４８等の各ローラリンクプレートが、スプロケット２１２と噛み合い接触する際に辿る経路（破線）を示している。ローラ２３０が移動して対応するスプロケットの歯溝と噛み合い係合する際に、ローラリンクプレート２４８は完全に噛み合ったローラ２２８の中心回りに回動して、歯２５０及び／又は２５２の前後両面でスプロケット２１２のハブ２１３に固定された弾性クッション又は緩衝リング２４４を圧縮する（図８ａも参照）。
【００８２】
引き続き図１２を参照すると共に図１２ａも参照すると、環状のエラストマー（例えばゴム）緩衝／クッションリング２４４はそれぞれ、交互に配置された圧縮パッド４０２と横断方向即ち軸方向に延びる溝４０４とで構成された起伏のある又は波形の外面４００を含む。各圧縮パッド４０２は、クッションリング２４４の外径ＯＤEに略沿って先端部即ち上流側端部４０６ａから後端部即ち下流側端部４０６ｂまでの間に延びる、弓形、平面状、又は別様の外面４０６を有する。各圧縮パッド４０２の先端部４０６ａ及び後端部４０６ｂは、スプロケット２１２の中心又は中心縦軸ＣＬ（図８、図８ａも参照）から共通の径方向距離に配置されるのが好ましく、先端部４０６ａ及び後端部４０６ｂはクッションリング２４４の外径ＯＤE上に配置されるのが最も好ましい。先端部４０６ａと後端部４０６ｂとの間では、外面４０６は、圧縮パッド４０２の外面４０６を二等分する中点４０６ｃに関して対称な、任意の所望の形状又は構成を有することが可能である。従って、クッションリング２４４は、対称形の圧縮パッド４０６によって画定される対称形の外面又は外径ＯＤEを含むのが好ましい。更に、外面４０６は、先端部４０６ａと後端部４０６ｂとの間では平滑であると共に、平面状であるか、又はクッションリング２４４の外径ＯＤEに沿って滑らかに弓形に延びるのが好ましい。
【００８３】
従って、各圧縮パッド４０２の外面４０６は、ローラ２３０が移動してスプロケット２１２と係合する際に、チェーンのリンク２４８によって、パッド４０２が先端部４０６ａから後端部４０６ｂまで均等且つ均一に圧縮されるように定められる。即ち、図１２に示されている例を引き続き参照すると、各圧縮パッド４０２の圧縮勾配は、着座したローラ２２８と次に噛み合うローラ２３０との間で均等配分される。
【００８４】
ローラチェーンのリンクプレートの、着座して回動するローラ２２８に隣接する部分では、クッションリング２４４の圧縮が最小であるか又は生じず、圧縮してもほとんど又は全く利益がないことを考慮して、各クッションリング２４４の一連の圧縮パッド４０２の間に配置された溝４０４は、横断方向又は軸方向（即ち、スプロケット２１２の中心軸ＣＬに対して平行）に延びている。更に、溝４０４は、各ローラの噛み合い中及びそのローラがその後スプロケットラップ２３２（図７）を通って回転する間に、圧縮パッド４０２の後端部４０６ｂを構成するエラストマー材料が移動可能な、空隙又は空間を提供する。
【００８５】
次に図１２ｂを参照すると、各溝４０４は、溝４０４の円弧中心４０８から延びる少なくとも１つの半径Ｒ2によって定められる（説明中の実施形態では、溝４０４は少なくとも２つの半径によって定められる）。同様に、歯溝２５４、２５８の歯元面２５６、２６０の一部は、半径Ｒi’によって定められる歯元面部分の円弧中心４１０から延びる半径Ｒi’によってそれぞれ定められる。
【００８６】
従って、図示されている例では、円弧中心４１０と、円弧中心４０８と、スプロケット２１２の中心ＣＬとの間に、径方向の線４１２を引くことができる。クッションリング２４４、具体的には圧縮パッド４０２及び溝４０４は、スプロケット２１２に対して、溝４０４の円弧中心４０８が径方向の線４１２に沿って位置合わせされるように配向されていることがわかる。より一般的には、本発明によれば、各クッションリング２４４の各溝４０４は、スプロケット２１２の歯溝２５４、２５８の１つから径方向内側に配置されると共に周方向に位置合わせされる。各溝４０４は、スプロケット２１２の中心ＣＬから円弧中心４１０を通って延びる径方向の線４１２によって二等分されるのが最も好ましい。更に、ここに図示されている溝４０４は半径Ｒ2等の半径によって定められるが、溝が別様で定められる又は構成されることも考えられる。即ち、溝を、１つ以上の平面及び／又は他の非平面によって定めることもできる。
【００８７】
次に図１２ｃを参照すると、スプロケット２１２は、ローラ２３０がスプロケット２１２に２点駆動接触して完全に着座するまで時計回り方向１１に回転している（図１２と比較した場合）。図１２ｃに示されるように、２つの連続したローラ２２８、２３０がスプロケット２１２と係合した際には、圧縮パッド４０２の外面４０６は、先端部４０６ａと後端部４０６ｂとの間で量２４９だけ均一に圧縮されることがわかる。
【００８８】
次に図１２ｄを参照すると、図示されているローラ２８２は、ローラ及びフランクに対して垂直な短い線２８６ａによって示される点で、係合フランクと接触している。図示されているローラ２８４は、該ローラが入っている歯溝内の位置２８６ｂで、脱係合フランクと接触している。隣接する歯の脱係合フランクに接触するまでの、図１２ｄに示されている角位置におけるローラ２８２の前進は、その現在位置と現在ローラ２８４が占めている角位置との間で行われる。
【００８９】
図１２ｅは、ローラ２８２が線Ｓ及び線Ｓ’で示されるように両方のフランクと接触する瞬間まで、歯角Ａより小さい或る角度だけ矢印１１の方向に回転したスプロケット２１２を示している。上述したように、この状態を達成するためには、ローラ２８２は、両方のフランク上の点Ｓ及び点Ｓ’で接触するために、距離２８８だけ径方向内側に移動して、ゴムのクッションリング２４４のパッドを更に圧縮しなければならない。実際には、ローラが係合フランクとの接触から脱係合フランクとの接触へと進む際に、ローラ２８２の中心はピッチ円直径ＰＤ上に留まってもよい。いずれにしても、クッションリング２４４は、スプロケットラップ２３２内のローラが、ローラとスプロケット歯との断続的な接触を生じるほど振動して、望ましくない広帯域ノイズを発生させるのを阻止する。
【００９０】
なお、異なる組のスプロケット歯を、任意パターンではなく、同様に機能する複数の規則的パターンに配列することもできる。いずれにしても、スプロケットに２組の異なるスプロケット歯を配列することで、全てのスプロケット歯が略同一形状である場合に通常伴うと共に誘発される噛み合い周波数衝撃ノイズを壊す手段が与えられる。噛み合い周波数ノイズの低減及び広帯域ノイズの低減は、１つの歯形から次の歯形へのローラ対スプロケットの初期接触の接触点及びリズムを変えることと、噛み合いプロセス中にローラがスパンから離れてスプロケットと衝突する際のローラの係合衝撃を緩衝する又はやわらげることとによって、達成される。
【００９１】
上述のランダム係合ローラチェーン駆動スプロケット２１２は、歯元の逃げを組み込んだ異なる歯形を各グループが有する２つのグループのスプロケット歯を有する。しかし、２組のスプロケット歯の一方のみを用いること、及び／又は、一方のみに歯元の逃げを組み込むことも考えられる。また、第１及び／又は第２のスプロケット歯の特定の歯にのみ、歯元の逃げを組み込むことも考えられる。
【００９２】
一般的にチェーンドライブ内の最小のスプロケットであるクランクシャフトスプロケットは、通常、主要なノイズ寄与要素である。しかし、一般的にそれより大きい従動カムシャフトスプロケットも、発生するノイズのレベルに寄与するが、その程度はクランクシャフトスプロケットよりも低いのが一般的である。しかし、従動スプロケット、特に、バランスシャフトスプロケットやポンプスプロケットの場合のように、駆動スプロケットとほぼ同じサイズであるか又はそれより小さい従動スプロケットは、主なノイズ発生源になり得る。従って、本発明の特徴は、カムシャフトや従動スプロケットにも好ましく用いられ得る。
【００９３】
なお、開示された非対称歯形の特徴は、本発明のノイズ低減の長所を生むチェーンとスプロケットとの噛み合い運動学から実質的に逸脱することなく、僅かに変更可能であることを認識されたい。例えば、非対称係合フランク形状を、インボリュート形状によって近似可能であると共に、非対称脱係合フランク形状を、異なるインボリュート形状によって近似可能である。製造及び／又は品質制御の理由で、又は単に部品の寸法づけを改良するために、形状に対する僅かな変更が行われてもよい。
【００９４】
クッションリング１４４（図６〜図６ｂ）のような公知のクッションリングが組み込まれたＩＳＯ−６０６準拠スプロケットよりも優れたＮＶＨゲインを得るために、本発明の１つ以上のクッションリング２４４を、スプロケット１２（図２）のように対称に形成された歯及び歯溝を有する公知のＩＳＯ−６０６準拠スプロケット又は他の任意のスプロケットに取り付けることも可能であると考えられる。次に図１３ａを参照すると、ＩＳＯ−６０６準拠スプロケット５１２は、複数の対称形スプロケット歯５１４を含む。連続的に隣接するスプロケット歯は、協働して、歯元面５１８を有する対称形歯溝５１６を画定する。スプロケット５１２には、少なくとも１つのエラストマークッションリング２４４が取り付けられている。スプロケット２１２に関して上述したように、歯５１４が２つのクッションリング２４４の軸方向の間に位置するように、クッションリング２４４は、スプロケット５１２の各軸方向の面に隣接して取り付けられるのが好ましい。
【００９５】
図１３ａに示されている実施形態では、各溝４０４は、溝４０４の円弧中心５２０から延びる少なくとも１つの半径Ｒ2によって定められる（説明中の実施形態では、溝４０４は少なくとも２つの半径によって定められる）。同様に、各対称形歯溝５１６の歯元面５１８は、半径Ｒiによって定められる歯元面の円弧中心５２２から延びる半径Ｒiによって定められる。半径Ｒiによって定められる歯元面部分の円弧中心５２２とスプロケット５１２の中心（図示せず）との間に、径方向の線５２４を引くことができる。クッションリング２４４、具体的には、圧縮パッド４０２及び溝４０４は、スプロケット２１２に対して、半径Ｒ2によって定められる溝部分の円弧中心５２０が径方向の線５２４に少なくとも近接するように配向されるのが好ましい。この場合には、各溝４０４の少なくとも一部を通る径方向の線５２４を引くことができる。半径Ｒ2によって定められる溝部分の円弧中心５２０は、径方向の線５２４上に配置されるのが好ましい。この場合には、径方向の線５２４は溝４０４を二等分する。より一般的には、上述したように、クッションリング２４４の溝４０４は、それぞれ歯元面５１８から径方向内側に配置されると共に、歯元面５１８と周方向に少なくとも部分的に重なるのが好ましい。
【００９６】
図１３ｂは、本発明によるクッションリング２４４を含むスプロケット５１２’を部分的に示している。特に図示及び記載される場合を除き、スプロケット５１２’及びそれに固定されるクッションリング２４４は、先に説明した図１３ａに示されているスプロケット５１２と同一である。しかし、スプロケット５１２’は、歯元面５１８（破線で示す）が二番取りされ、二番取りされた歯元面５１８’が一連の歯５１４の間の歯元の少なくとも一部を定めるようになっている点が、僅かに変更されている。具体的には、二番取りされた歯元面５１８’は、関連するローラチェーンのローラ（図１４のローラＲ１を参照）が、歯溝５１６’に完全に着座した際に、二番取りされた歯元面５１８’に接触しないように定められる。二番取りされた歯元面５１８’は、１つ以上の半径によって、及び／又は１つ以上の平面によって定めることができ、ローラチェーンのローラに接触しないものである限り、二番取りされた歯元面５１８’の形状そのものは重要ではない。
【００９７】
二番取りされた歯元面５１８’の正確な位置及び長さは、本発明の全体的な範囲及び意図から逸脱することなく変更可能である。図示されるように、二番取りされた歯元面５１８’は、歯溝５１６’に関して対称に画定される、即ち、歯溝５１６’を二等分する径方向の線５２４に関して対称に画定されることが、必要ではないが好ましい。しかし、最小限、関連するローラが、歯溝５１６’に完全に着座した際に、歯溝５１６’の中心、即ち、径方向の線５２４において、スプロケットから離間されることが重要である。
【００９８】
本発明に従って構成された対称形クッションリング２４４は、対称形スプロケット５１２、５１２’、又は他の任意の対称形スプロケットに対して、スプロケット歯５１４のいずれの面にも、クッションリング２４４の向きを逆にせずに取り付ける又はインサート成形することができるという、公知の「鋸歯」クッションリング又は非対称形外面を有する他のクッションリングを超える大きな長所を与える。換言すれば、クッションリング２４４は、スプロケット５１２、５１２’等の対称形スプロケットに固定された場合、それらが回転する方向に関係なく適切に機能する。従って、取り付け作業では組み立て時間及びエラーが低減され、一方、射出成形金型内に配置されたスプロケット５１２、５１２’にクッションリングが直接成形されるインサート成形作業では、スプロケットの「正しい方を上に向けて」配置する必要がない。
【００９９】
図１４は、図１３ｂのスプロケット５１２’を示すと共に、好ましいクッションリングの構成及び位置を示しており、各圧縮パッド４０２は平面状の外面４０６を有する。平面状の外面４０６は、隣接する２つのローラＲ１、Ｒ２が共にそれぞれの歯溝５１６’内に完全に着座して圧縮パッド４０２の両端部に隣接した際の、ローラＲ１、Ｒ２の中心間に延びる弦又は線分ＣＲ１２に対して平行である。このようにして、圧縮パッド４０２は、ローラＲ１、Ｒ２間に延びるリンクによって、均一な量Ｘ４９だけ圧縮される。面４０６が平面状であり且つ線分ＣＲ１２に対して平行であると共に、完全に着座した隣接するローラＲ１、Ｒ２間に延びるリンクによって、面４０６がその長手に沿って均一に圧縮されるように、パッドが構成及び配置されるこの関係は、タウ（Τ）＝０°として示される。
【０１００】
好ましい実施形態を参照して本発明を説明した。本明細書を読み且つ理解した者が変形を思いつくことは明らかであり、それらの変形が、添付の特許請求の範囲又はその同等物の範囲内である限り、本発明はそれらの変形を含むことが意図される。
【０１０１】
例えば、本発明の歯溝の実施形態を、i）係合面のローラ着座角βが脱係合面のローラ着座角β’よりも大きい場合、及び、ii）係合面のローラ着座角βが脱係合面のローラ着座角β’と等しく、且つ、係合面がフランク平面２７０等を含む場合のように、係合面の形状が隣接する脱係合面の形状とは異なる場合に、非対称形と分類できることを認識されたい。更に、非対称係合フランク形状を、インボリュート形状によって近似可能であると共に、非対称脱係合フランク形状を、異なるインボリュート形状によって近似可能である。
【０１０２】
本明細書では、クッションリング２４４を、各種スプロケット２１２、５１２、５１２’の軸方向に突出するハブに固定されるものとして説明したが、ハブではなくスプロケットの対向する前面及び／又は後面に、１つ以上のクッションリングを直接固定できることが、当業者には認識されよう。これは、例えば、軸方向に延びるハブを含まないスプロケットに関して生じる。クッションリングは、上述のように関連するローラチェーンのリンクプレートと係合するために、本明細書で説明した通り、スプロケット歯及び歯溝に隣接して配置されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】ＩＳＯ−６０６準拠ローラチェーンスプロケットの対称歯溝形状を示す図である。
【図２】ＩＳＯ−６０６準拠駆動スプロケットと、従動スプロケットと、ローラチェーンとを有する例示的なローラチェーンドライブシステムを示す図である。
【図３】駆動スプロケットが時計回り方向に回転した際の、係合経路（破線）と駆動位置にあるローラ（実線）とを示す、図２の駆動スプロケットの部分拡大図である。
【図４】複数の異なるＩＳＯ−６０６準拠スプロケットのサイズに対するローラ着座角α及び圧力角γを示す表である。
【図５】本発明の様々なスプロケットサイズの３通りの異なる非対称歯溝形状（１〜３）に対する最大ベータ（β）角及び対応する圧力角（γ）を示す表である。
【図６】各面に従来のクッション又は緩衝リングが組み込まれた例示的なＩＳＯ−６０６準拠駆動スプロケットを示す図である。
【図６ａ】ローラチェーンリンクプレートとクッションリングとの相互作用を示す、図６の駆動スプロケットの部分拡大図である。
【図６ｂ】図６ａの線６ｂ−６ｂに沿って切ったローラチェーンリンクプレートの断面図である。
【図７】本発明の特徴が組み込まれた例示的なローラチェーンドライブシステムを示す図である。
【図８】図７のドライブシステムのランダム係合ローラチェーン駆動スプロケットを示す図である。
【図８ａ】図８の線８ａ−８ａに沿って切ったスプロケットの断面図である。
【図９】図８のスプロケットの第１の非対称歯溝形状を示す図である。
【図９ａ】ローラが２点で接触して完全に着座した、図９の第１の非対称歯溝形状の係合フランクの部分拡大図である。
【図９ｂ】２点で噛み合って完全に着座したローラを示す、図９の第１の非対称歯溝形状の係合フランクの部分拡大図である。
【図９ｃ】フランク下部の点Ｓ及び点Ｓに着座したローラを示す、図９の第１の非対称歯溝形状の係合フランクの部分拡大図である。
【図１０】図８のスプロケットの第２の非対称歯溝形状を示す図である。
【図１１】図９の非対称歯形に図１０の非対称歯形を重ねた図である。
【図１２】図７のランダム係合ローラチェーン駆動スプロケットの張りストランド−スプロケット境界面の部分拡大図である。
【図１２ａ】図８のランダム係合ローラチェーン駆動スプロケットの部分拡大図である。
【図１２ｂ】スプロケットの歯溝とクッションリングのパッド及び溝との位置関係を示す、図１２ａのスプロケットの部分拡大図である。
【図１２ｃ】図１２のスプロケットの部分拡大図である。
【図１２ｄ】図１２のスプロケットの部分拡大図である。
【図１２ｅ】図１２ｄのスプロケットの部分拡大図である。
【図１３ａ】ＩＳＯ−６０６準拠スプロケットの歯溝と、本発明のクッションリングのパッド及び溝との関係を示す、ＩＳＯ−６０６準拠スプロケットの部分拡大図である。
【図１３ｂ】歯元の逃げが組み込まれると共に、本発明に従って構成されたクッションリングを含む、ＩＳＯ−６０６準拠スプロケットの部分拡大図である。
【図１４】各圧縮パッドが、隣接する２つのローラが共にそれぞれの歯溝内に完全に着座して圧縮パッドの両端部に隣接した際のローラの中心間に延びる弦又は線分に対して平行な平面を有する、好ましいクッションリングの構成及び位置を示す、図１３ｂのスプロケットを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図８ａ】
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【図９】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
2005523407.tif 000018
【図１０】
2005523407.tif 000019
【図１１】
2005523407.tif 000020
【図１２】
2005523407.tif 000021
【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
2005523407.tif 000024
【図１２ｄ】
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【図１２ｅ】
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【図１３ａ】
2005523407.tif 000027
【図１３ｂ】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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