(57)【要約】  非円形スプロケット部品は、複数の歯（１６）が外周の周りに配置されたロータ（１１）を含み、各々の歯がクラウン（９）を有し、隣接する歯の各対の間に谷（８）を有している。歯のクラウンは、ロータの外周を形成する湾曲した包絡線上にある。外周は、凹入部分（２４、２５）と交互配置された少なくとも２つの突出部分（２２、２３）を有する非円形の外形を有する。隣接する歯の各対のクラウン（９）の中心点（Ｖ）間の距離は、ほぼ同じである。隣接する歯の各対の間の谷（８）の外形は、ほぼ同じである。前述の非円形の外形を形成するために、各々のクラウン（９）の中心点（Ｖ）とロータの軸（Ａ）との間の距離は、外周の周りで異なる。
2007506043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の歯が外周の周りに配置されたロータを含み、各々の歯がクラウンを有し、隣接する歯の各対の間に谷を有し、前記歯の前記クラウンが、前記ロータの外周を形成する湾曲した包絡線上にあり、該ロータの外周が、凹入部分と交互配置された少なくとも２つの突出部分をもつ非円形外形を有する回転部品であって、
前記隣接する歯の各対における前記クラウンの中心点間の距離がほぼ同じであり、前記隣接する歯の各対の間における前記谷の外形がほぼ同じであり、各々のクラウンの前記中心点と前記ロータの軸との間の距離が外周の周りで異なって前記非円形の外形を形成することを特徴とする回転部品。
【請求項２】
各々の歯について、前記歯の前記クラウンの中心点周りにとった谷の配向が、歯の一方の側面と該歯の他方の側面とで異なって、前記非円形の外形を形成する請求項１に記載の回転部品。
【請求項３】
前記歯の前記クラウンの中心点が、それぞれ、等しい側面が非円形形状に配置された不規則多角形の隣接する側面の交差部に位置させられ、前記多角形の２つの隣接する側面の交差部Ｖnの位置が、Ｒnが交差部Ｖnから前記ロータの中心Ａまでの距離であり、ｎがｎ＝１の基準交差部から数えられた交差部Ｖnの数であり、Ｌが交差部Ｖnから該ロータの中心Ａまでの平均距離であり、Ｂが前記平均距離ＬとＲnの最大値か又はＲnの最小値のいずれかにおいてとられたときの実際の距離Ｒnとの間の差として定義される所望の非真円係数であり、Ｎが該ロータ上に必要とされる歯の数であり、Ｍが該ロータの外形の突出部分の数であるとしたとき、以下の式
【数１】
2007506043.tif 000012
によって与えられる請求項１又は請求項２のいずれかに記載の回転部品。
【請求項４】
複数の歯が外周の周りに配置されたロータを含み、各々の歯がクラウンを有し、隣接する歯の各対の間に谷を有し、前記歯の前記クラウンが、前記ロータの外周を形成する湾曲した包絡線上にあり、該ロータの外周が、凹入部分と交互配置された少なくとも２つの突出部分をもつ非円形外形を有する回転部品であって、
各々の歯について、前記歯の前記クラウンの中心点周りにとった谷の配向が、歯の一方の側面と該歯の他方の側面とで異なって、前記非円形の外形を形成することを特徴とする回転部品。
【請求項５】
複数の歯が外周の周りに配置されたロータを含み、各々の歯がクラウンを有し、隣接する歯の各対の間に谷を有し、前記歯の前記クラウンが、前記ロータの外周を形成する湾曲した包絡線上にあり、該ロータの外周が、凹入部分と交互配置された少なくとも２つの突出部分をもつ非円形外形を有する回転部品であって、
前記歯の前記クラウンの中心点が、それぞれ、等しい側面が非円形形状に配置された不規則多角形の隣接する側面の交差部に位置させられれ、前記多角形の２つの隣接する側面の交差部Ｖnの位置が、Ｒnが交差部Ｖnから前記ロータの中心Ａまでの距離であり、ｎがｎ＝１の基準交差部から数えられた交差部Ｖnの数であり、Ｌが交差部Ｖnから該ロータの中心Ａまでの平均距離であり、Ｂが前記平均距離ＬとＲnの最大値か又はＲnの最小値のいずれかにおいてとられたときの実際の距離Ｒnとの間の差として定義される所望の非真円係数であり、Ｎが該ロータ上に必要とされる歯の数であり、Ｍが該ロータの外形の突出部分の数であるとしたとき、以下の式
【数２】
2007506043.tif 000013
によって与えられることを特徴とする回転部品。
【請求項６】
前記非円形外形が、ほぼ楕円形の外形である請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の回転部品。
【請求項７】
前記非円形の外形が、前記ロータの周りに規則的に配置された３つの突出部分を有する請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の回転部品。
【請求項８】
前記非円形の外形が、前記ロータの周りに規則的に配置された４つの突出部分を有する請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の回転部品。
【請求項９】
前記突出部分が主突出部分を構成し、前記凹入部分が主凹入部分を構成し、前記非円形外形が、前記主突出部分より小さい程度の付加的な小突出部分を含む前記請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の回転部品。
【請求項１０】
前記請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の回転部品を含む同期駆動装置であって、
複数の係合部分を有する連続ループの細長い駆動構造と、
少なくとも、前記細長い駆動構造の前記係合部分と係合するための複数の歯を有する第１のロータと、該細長い駆動構造の該係合部分と係合するための複数の歯を有する第２のロータとを含む複数のロータと、
前記第２のロータに連結された回転負荷組立体と、
を備え、
前記細長い駆動構造は、該細長い駆動構造を駆動するように配置された前記第１のロータと、該細長い駆動構造により駆動されるように配置された前記第２のロータとの周りに係合され、前記回転負荷組立体は、回転駆動されたときに周期的に変動する負荷トルクを与えるようになっており、
前記第１及び第２のロータの一方が、前記回転負荷組立体の前記変動する負荷トルクによって発生する振動を低減するか又はほぼ相殺するように配置された、前記請求項１から請求項９までのいずれかに記載の回転部品である、
ことを特徴とする同期駆動装置。
【請求項１１】
前記非円形外形が前記第１のロータ上に形成された請求項１０に記載の同期駆動装置。
【請求項１２】
前記非円形外形が前記第２のロータ上に形成された請求項１０に記載の同期駆動装置。
【請求項１３】
前記非円形の外形が第３のロータ上に形成された請求項１０に記載の同期駆動装置。
【請求項１４】
前記第３のロータが、前記連続ループの細長い駆動構造と接触するように付勢された遊動ロータを含み、該第３のロータが、該細長い駆動構造の前記係合部分と係合するための複数の歯を有するようになった請求項１３に記載の同期駆動装置。
【請求項１５】
内燃機関に取り付けられる場合には、前記第１のロータがクランクシャフト・スプロケットにより構成される請求項１０から請求項１４のいずれかに記載の同期駆動装置。
【請求項１６】
前記内燃機関がディーゼル機関であり、前記回転負荷組立体が回転燃料ポンプを含む請求項１５に記載の同期駆動装置。
【請求項１７】
前記内燃機関がガソリン機関であり、前記回転負荷組立体がカムシャフト組立体を含む請求項１５に記載の同期駆動装置。
【請求項１８】
前記連続ループの細長い構造が、歯付きベルトである請求項１０から請求項１７までのいずれかに記載の同期駆動装置。
【請求項１９】
前記連続ループの細長い構造が、駆動チェーンである請求項１０から請求項１７まで
のいずれかに記載の同期駆動装置。
【請求項２０】
前記回転部品が、等しい側面が非円形形状に配置された不規則多角形の隣接する側面の交差部にそれぞれ位置決めされた前記クラウンの前記中心点を有し、前記多角形の２つの隣接する側面の交差部Ｖnの位置は、Ｒnが交差部Ｖnから前記ロータの中心Ａまでの距離であり、ｎがｎ＝１の基準交差部から数えられた交差部Ｖnの数であり、Ｌが交差部Ｖnから該ロータの中心Ａまでの平均距離であり、Ｂ2が、前記平均距離Ｌと、主突出部分におけるＲnの最大値か又は大きい凹入部分におけるＲnの最小値のいずれかにおいてとられたときの実際の距離Ｒnとの間の差として定義される第１の所望の非真円係数であり、前記第１の所望の非真円係数は、前記回転負荷組立体の二次高調波により発生する振動を除去する又はなくすようにするものであり、Ｂ4が、該平均距離Ｌと、小さい突出部分におけるＲnの最大値か又は小さい凹入部分におけるＲnの最小値のいずれかにおいてとられたときの実際の距離Ｒnとの間の差として定義される第２の所望の第２の非真円係数であり、該第２の非真円係数は、該回転負荷組立体の四次高調波によって発生する振動を除去する又はなくすようにするものであり、Ｎが該ロータ上に必要とされる歯の数であり、φが二次及び四次振動間の所望の位相シフトを表す角度であるとしたとき、以下の式
【数３】
2007506043.tif 000014
によって与えられる請求項３又は請求項５に従属する場合を除く、請求項９に従属する場合の請求項１０から請求項１９までのいずれか１項に記載の同期駆動装置。
【請求項２１】
複数の歯が外周の周りに配置されたロータを含み、各々の歯がクラウンを有し、隣接する歯の各対の間に谷を有し、前記歯の前記クラウンが、前記ロータの外周を形成する湾曲した包絡線上にあり、該ロータの外周が、凹入部分と交互配置された少なくとも２つの突出部分を有する非円形外形を有する回転部品を構築するための方法であって、
多角形の２つの隣接する側面の交差部Ｖnの位置は、Ｒnが交差部Ｖnから前記ロータの中心Ａまでの距離であり、ｎがｎ＝１の基準交差部から数えられた交差部Ｖnの数であり、Ｌが交差部Ｖnから該ロータの中心Ａまでの平均距離であり、Ｂが前記平均距離ＬとＲnの最大値か又はＲnの最小値のいずれかにおいてとられたときの実際の距離Ｒnとの間の差として定義される所望の非真円係数であり、Ｎが該ロータ上に必要とされる歯の数であり、Ｍが該ロータの外形の突出部分の数であるとしたとき、以下の式
【数４】
2007506043.tif 000015
によって与えられる、等しい側面が非円形形状に配置された不規則多角形のテンプレートを作成するステップと、
前記歯の前記クラウンの中心点を前記不規則多角形の側面の交差部の点に位置決めすることによって、前記ロータの外周の周りに位置決めされるべき該歯の輪郭を形成するステップと、
前記不規則多角形を基準にすることによって形成された前記歯の輪郭に対応する外周を有するように前記回転部品を構築するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
複数の歯が外周の周りに配置されたロータを含み、各々の歯がクラウンを有し、隣接する歯の各対の間に谷を有し、前記歯の前記クラウンが、前記ロータの外周を形成する湾曲した包絡線上にあり、該ロータの外周が、大きい凹入部分と交互配置された少なくとも２つの主突出部分を有する非円形の外形を有し、前記非円形の外形が、前記主突出部分及び主凹入部分より小さい大きさの付加的な小突出部分及び小凹入部分を含む、回転部品を構築するための方法であって、
多角形の２つの隣接する側面の交差部Ｖnの位置が、Ｒnが交差部Ｖnから前記ロータの中心Ａまでの距離であり、ｎがｎ＝１の基準交差部から数えられた交差部Ｖnの数であり、Ｌが交差部Ｖnから該ロータの中心Ａまでの平均距離であり、Ｂ2が前記平均距離Ｌと、主突出部分におけるＲnの最大値か又は大きい凹入部分におけるＲnの最小値のいずれかにおいてとられたときの実際の距離Ｒnとの間の差として定義される第１の所望の非真円係数であり、Ｂ4が、該平均距離Ｌと、小さい突出部分におけるＲnの最大値か又は小さい凹入部分におけるＲnの最小値のいずれかにおいてとられたときの実際の距離Ｒnとの間の差として定義される第２の所望の非真円係数であり、Ｎが該ロータ上に必要とされる歯の数であり、φが前記回転部品の特定の用途のために選択される定角であるとしたとき、以下の式
【数５】
2007506043.tif 000016
によって与えられる、等しい側面が非円形構成で配置された不規則的な多角形のテンプレートを作成するステップと、
前記歯の前記クラウンの中心点を前記不規則的な多角形の側面の交差部の点に位置決めすることによって、前記ロータの外周の周りに位置決めされるべき該歯の輪郭を形成するステップと、
前記不規則的な多角形を基準にすることによって形成された前記歯の輪郭に対応する外周を有するように前記回転部品を構築するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非円形回転部品、特に、限定的ではないが同期駆動装置のための非円形回転部品、及びかかる部品を構成する方法に関する。この部品は、限定的ではないが、特に内燃機関における機械的振動の除去又は低減に用いることができる非円形スプロケット部品を構成することができる。
【背景技術】
【０００２】
タイミング・ベルトをベースとするシステムのような同期駆動システムは、自動車、並びに、工業用途に広く用いられている。例えば、自動車においては、機関の吸気弁及び排気弁を開閉するカムシャフトを駆動するために、タイミング・ベルト又はチェーンが用いられている。さらに、水ポンプ、燃料ポンプ等のような他の装置も、同じベルト又はチェーンにより駆動することができる。
内燃機関は、その作動中に多くの種類の機械的振動を発生し、こうした振動は通常、同期駆動システム内のタイミング・ベルト又はチェーンを通じて伝達される。機械的振動の特に強力な発生源は、吸気弁及び排気弁並びにそうした吸気弁及び排気弁を開閉するカムシャフトによりもたらされる。吸気弁及び排気弁を開閉すると、ねじり振動として知られる種類の振動がもたらされる。こうした振動の周波数が駆動装置の固有振動数に近づいた場合には、システム共振が発生する。共振時には、ねじり振動及びスパン張力変動がその最大値になる。
ねじり振動が、ベルト又はチェーン張力の変動を引き起こし、それによりベルト又はチェーンの磨耗を増加させ、その耐用寿命を減少させる可能性がある。ねじり振動はまた、タイミング・エラーを引き起こし、望ましくないノイズ量をもたらす場合がある。
【０００３】
振動を低減又はなくすことを試みるために、非円形スプロケット部品をこのような駆動システムに設けることが知られている。ＤＥ−Ａ−１９５２０５０８（アウディＡＧ）においては、タイミング・ベルトが、機関のカムシャフトに連結された２つの従動プーリに巻きつけられ、１つの駆動プーリが該機関のクランクシャフトに連結された、内燃機関のための巻きベルト駆動装置が開示されている。この特許においては、カムシャフト・プーリの一方を構成するものとして示される「非真円」プーリにより、ねじり振動を低減させることが提案されている。示される非真円プーリは、そのプーリの周りに規則的に配置された４つの突出部分及び４つの凹入部分を有する。
１９８７年の日本国実用新案ＪＰ６２−１９２０７７（実用新案公開番号平１−９５５３８）（ハタノ他／三菱）においては、内燃機関内のタイミング・ベルトのようなベルト駆動装置により、駆動プーリの回転を従動プーリに伝達する張力均等化駆動装置が開示されている。カムシャフトの駆動シャフトの歯付きプーリが内燃機関の駆動シャフトに接続された楕円形のタイミング・ベルト駆動スプロケットにより駆動されるタイミング・ベルト装置が示されている。１９９７年の日本国出願番号平９−７３５８１（特許公開番号平１０−２６６８６８号）（クボ／三菱）においては、クランク・スプロケットとして楕円形のスプロケットを使用することを説明している。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、複数の歯が外周の周りに配置されたロータを含み、各々の歯がクラウンを有し、隣接する歯の各対の間に谷を有し、該歯の該クラウンが、該ロータの外周を形成する湾曲した包絡線上にあり、該ロータの外周が、凹入部分と交互配置された少なくとも２つの突出部分をもつ非円形外形を有する回転部品が提供され、この回転部品においては、該隣接する歯の各対の該クラウンの中心点間の距離がほぼ同じであり、該隣接する歯の各対の間の谷の外形がほぼ同じであり、各々のクラウンの該中心点と該ロータの軸との間の距離が、外周の周りで異なって、前述の非円形の外形を形成する。
本発明の第２の態様によれば、複数の歯が外周の周りに配置されたロータを含み、各々の歯がクラウンを有し、隣接する歯の各対の間に谷を有し、該歯の該クラウンが、該ロータの外周を形成する湾曲した包絡線上にあり、該ロータの外周が、凹入部分と交互配置された少なくとも２つの突出部分をもつ非円形外形を有する回転部品が敵供され、この回転部品は、各々の歯について、該歯の該クラウンの中心点の周りにとった谷の配向が、歯の一方の側面と該歯の他方の側面とで異なって、前述の非円形の外形を形成する。
【０００５】
本発明の第３の態様によれば、複数の歯が外周の周りに配置されたロータを含み、各々の歯がクラウンを有し、隣接する歯の各対の間に谷を有し、該歯の該クラウンが、該ロータの外周を形成する湾曲した包絡線上にあり、該ロータの外周が、凹入部分と交互配置された少なくとも２つの突出部分をもつ非円形外形を有するむ回転部品が提供され、この回転部品においては、該歯の該クラウンの中心点が、等しい側面が非円形構成で配置された不規則多角形の隣接する側面の交差部にそれぞれ位置決めされ、該多角形の２つの隣接する側面の交差部Ｖnの位置が、Ｒnが交差部Ｖnから前記ロータの中心Ａまでの距離であり、ｎがｎ＝１の基準交差部から数えられた交差部Ｖnの数であり、Ｌが交差部Ｖnから該ロータの中心Ａまでの平均距離であり、Ｂが前記平均距離ＬとＲnの最大値か又はＲnの最小値のいずれかにおいてとられたときの実際の距離Ｒnとの間の差として定義される所望の非真円係数であり、Ｎが該ロータ上に必要とされる歯の数であり、Ｍが該ロータの外形の突出部分の数であるとしたとき、以下の式
【数１】
2007506043.tif 000003
によって与えられる。
【０００６】
すべての態様において、本発明は、非円形回転部品が必要とされる多くの形態の装置における用途を有するが、本発明では、複数の係合部分を有する連続ループの細長い駆動構造と、少なくとも、該細長い駆動構造の係合部分と係合するための複数の歯を有する第１のロータと、該細長い駆動構造の係合部分と係合するための複数の歯を有する第２のロータとを含む複数のロータと、該第２のロータに連結された回転負荷組立体と、を備え、該細長い駆動構造は、該細長い駆動構造を駆動するように配置された該第１のロータと、ロータが該細長い駆動構造により駆動されるように配置された該第２のロータとの周りに係合され、該回転負荷組立体は、回転駆動されたときに周期的に変動する負荷トルクを与えるようになっている。このような装置においては、前述の第１及び第２のロータの一方は、該回転負荷組立体の変動する負荷トルクによって発生する振動を低減するか又はほぼ相殺するように配置された、上述のような本発明による非円形回転部品である。
【０００７】
本発明では、内燃機関以外の多くの形態の同期駆動装置、並びに、実際には同期駆動装置以外の装置に対する適用をも見出すことを認識すべきである。また、非円形の外形は、駆動装置内の多くの異なる位置に形成されてもよい。例えば、非円形の外形は、第１のロータ（細長い駆動構造を駆動する）及び／又は第２のロータ（細長い駆動構造により駆動される）上に形成されてもよいし、及び／又は、例えば、連続ループの細長い駆動構造と接触するように付勢された遊動ローラのような第３のロータ上に形成されてもよい。
しかしながら、本発明の実施形態では、内燃機関に取り付けられた場合及び第１のロータがクランクシャフト・スプロケットを含む場合に特定の用途を見出す。幾つかの構成においては、内燃機関はディーゼル機関であり、回転負荷組立体は回転燃料ポンプを含む。他の構成においては、内燃機関はガソリン機関とすることができ、回転負荷組立体はカムシャフト組立体とすることができる。
【０００８】
例えば、ほぼ楕円形の外形であるか又はロータの周りに規則的に配置された３つ又は４つの突出部分を有する外形といった、多くの異なる形態の非円形の外形を形成することができることを認識するであろう。外形の選択は、同期駆動装置の他の部品によって決まることになる。形成することが可能な例には、以下のもの、すなわち、内燃機関が４気筒直列型燃焼機関であり、クランクシャフト・スプロケットが楕円形の形状が付けられた外形を有するもの、内燃機関が４気筒直列型燃焼機関であり、カムシャフト・スプロケットがほぼ矩形の形状が付けられた外形を有するもの、内燃機関が４気筒直列型燃焼機関であり、カムシャフト・スプロケットがほぼ矩形の形状が付けられた外形を有し、クランクシャフト・スプロケットが楕円形の形状が付けられた外形を有するもの、内燃機関が３気筒直列型燃焼機関であり、カムシャフト・スプロケットがほぼ三角形の形状が付けられた外形を有するもの、内燃機関が６気筒直列型燃焼機関であり、クランクシャフト・スプロケットがほぼ三角形の形状が付けられた外形を有するもの、内燃機関が６気筒Ｖ６燃焼機関であり、カムシャフト・スプロケットがほぼ三角形の形状が付けられた外形を有するもの、内燃機関が８気筒Ｖ８燃焼機関であり、カムシャフト・スプロケットがほぼ矩形の形状が付けられた外形を有するもの、又は内燃機関が２気筒燃焼機関であり、カムシャフト・スプロケットが楕円形の形状が付けられた外形を有するものが含まれる。
【０００９】
上述した本発明の大部分の実施形態においては、突出部分及び凹入部分は、概ね同じ大きさのものであり、規則的な非円形の外形を示す。しかしながら、状況によっては、不規則的な外形を形成することができる。さらに、上で説明された突出部分が主突出部分を構成し、凹入部分が主凹入部分を構成し、非円形の外形は、該主突出部分より小さい大きさの付加的な小突出部分を含むことができる。こうした小突出部分は、特に、例えば回転負荷組立体により与えられる四次の変動する負荷トルクのような、回転負荷組立体により与えられる副次的な次数の変動する負荷トルクによる振動を低減するか又はほぼ相殺するという目的に適応させることができる。
【００１０】
本発明の１つの特に有用な形態においては、前述のように、以下の特徴、すなわち、前述の突出部分が主突出部分を構成し、前述の凹入部分が主凹入部分を構成し、非円形の外形が該主突出部分より小さい付加的な小突出部分を含み、前述の非円形回転部品が、等しい側面が非円形構成で配置された不規則多角形の隣接する側面の交差部にそれぞれ位置決めされた歯のクラウンの中心点を有する、同期駆動装置が提供され、該多角形の隣接する２つの側面の交差部Ｖnの位置は、Ｒnが交差部Ｖnからロータの中心Ａまでの距離であり、ｎがｎ＝１の基準交差部から数えられた交差部Ｖnの数であり、Ｌが交差部Ｖnから該ロータの中心Ａまでの平均距離であり、Ｂ2が、該平均距離Ｌと、主突出部分におけるＲnの最大値か又は大きい凹入部分におけるＲnの最小値のいずれかにおいてとられたときの実際の距離Ｒnとの間の差として定義される第１の所望の非真円係数であり、該第１の所望の非真円係数は、該回転負荷組立体の二次高調波により発生する振動を除去する又はなくすようにするものであり、Ｂ4が、該平均距離Ｌと、小さい突出部分におけるＲnの最大値か又は小さい凹入部分におけるＲnの最小値のいずれかにおいてとられたときの実際の距離Ｒnとの間の差として定義される第２の所望の第２の非真円係数であり、該第２の非真円係数は、該回転負荷組立体の四次高調波によって発生する振動を除去する又はなくすようにするものであり、Ｎが該ロータ上に必要とされる歯の数であり、φが二次振動と四次振動との間の所望の位相シフトを表す角度であるとしたとき、以下の式
【数２】
2007506043.tif 000004
によって与えられる。
【００１１】
ここでは、本発明の特徴が、本発明による装置に関して説明されており、このような特徴は、さらに、非円形回転部品を構築する本発明による方法によっても提供することができ、またその逆も同様であることを認識すべきである。
具体的には、本発明の別の態様によれば、複数の歯が外周の周りに配置されたロータを含み、各々の歯がクラウンを有し、隣接する歯の各対の間に谷を有し、該歯の前記クラウンが、該ロータの外周を形成する湾曲した包絡線上にあり、該ロータの外周が、凹入部分と交互配置された少なくとも２つの突出部分を有する非円形の外形を有する回転部品を構築するための方法が提供され、この方法は、
該多角形の２つの隣接する側面の交差部Ｖnの位置が、前述の第１の式によって与えられる、等しい側面が非円形構成で配置された不規則多角形テンプレートを作成するステップと、
該歯の該クラウンの中心点を該不規則的な多角形の側面の交差部の点に位置決めすることによって、該ロータの外周の周りに位置決めされるべき該歯の輪郭を形成するステップと、
該不規則的な多角形を参照することによって形成された該歯の輪郭に対応する外周を有するように該回転部品を構築するステップと、
を含む。
【００１２】
本発明のさらに別の態様によれば、複数の歯が外周の周りに配置されたロータを含み、各々の歯がクラウンを有し、隣接する歯の各対の間に谷を有し、該歯の前記クラウンが、該ロータの外周を形成する湾曲した包絡線上にあり、該ロータの外周が、大きい凹入部分と交互配置された少なくとも２つの主突出部分を有する非円形の外形を有し、該非円形の外形が、該主突出部分及び主凹入部分より小さい付加的な小突出部分及び小凹入部分を含む、回転部品を構築するための方法が提供され、この方法は、
該多角形の２つの隣接する側面の交差部Ｖnの位置が、前述の第２の式によって与えられる、等しい側面が非円形構成で配置された不規則的な多角形のテンプレートを作成するステップと、
該歯の該クラウンの中心点を該不規則的な多角形の側面の交差部の点に位置決めすることによって、該ロータの外周の周りに位置決めされるべき該歯の輪郭を形成するステップと、
該不規則的な多角形を参照することによって形成された該歯の輪郭に対応する外周を有するように該回転部品を構築するステップと、
を含む。
【００１３】
本発明の適用において、少なくとも本発明の好ましい実施形態においては、多数の利点が生じる。回転部品上で谷の形状を一定に維持することの重要性は、それが駆動ベルトの歯と良好に嵌合することを可能にするためである。ベルト及びスプロケットは、性能及び耐久性のためにできるだけ完全に互いに適合する必要がある。ベルト製造業者は、ベルトの歯の外形及び適合するスプロケットの歯の外形について厳密さが求められる形状を設計しようと何年も努力してきた。非円形スプロケットについて同等の条件を作成することは課題を生成する。スプロケットの歯をどのように構築し、位置決めし、配向する必要があるかについての幾何学的指示を出す設計上の解決法を与える特定の式が提供される。好ましい実施形態における主な特徴は、谷の幅はほぼ一定であるが、歯の幅が異なることである。しかしながら、付加的な好ましい特徴がある。特定の次数の振動を相殺するのに効率的に作用する非円形スプロケットについては、スプロケットの中心から歯までの距離及び歯の配向が重要な役割を果たす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ここでは、本発明の実施形態を一例として添付図面を参照しながら説明する。
図１は、例えば、自動車の内燃機関に用いることができる、本発明を具体化する非円形スプロケット部品の概略図である。非円形スプロケット部品１０は、外周の周りに複数の歯１６が配置されたロータ１１を有し、該歯の各々はクラウン９を有し、隣接する歯の各対の間に谷８を有する。歯のクラウンは、ロータの外周を形成する湾曲した包絡線７上にあり、該ロータの外周は、２つの突出部分２２及び２３と２つの凹入部分２４及び２５とを有する非円形の外形を有する。ロータ１１は軸Ａを有し、該ロータはその周りで作動回転させられる。各々の歯１６の各々のクラウン９の中心点は参照文字Ｖにより示され、各々の中心点は、個々にＶ１、Ｖ２、Ｖ３以下同様からＶ２０までの表示が付されている。
【００１５】
非円形の外形を有するスプロケット部品を構成することは公知である。本発明は、特に有利な方法で、必要とされる非円形の外形を達成するための、外周の周りの歯の配置方法、及び、歯の構成に関するものである。多数の好ましい特徴を組み合わせる、図１に示す例示的な実施形態においては、隣接する歯の各対のクラウン９の中心点Ｖ間の距離がほぼ同じであるように配置される。隣接する歯の各対の間の谷８の外形もほぼ同じである。各々のクラウン９の中心点Ｖとロータ１１の軸Ａとの間の距離は、必要とされる非円形の外形を形成するためにロータの外周の周りで異なっている。図１で組み合わされる好ましい特徴によれば、各々の歯１６について、歯のクラウンの中心点Ｖの周りでとられた、歯の一方の側面上の谷８に対する歯の他方の側面上の谷の配向は、前述の非円形の外形を形成するために外周の周りで異なっている。このことは、後で説明されることになる、詳細な図５ａから図５ｄにおいて、より完全に示される。
【００１６】
同様に、図１において具体化される好ましい特徴と関連して、歯のクラウン９の中心点Ｖは、図２に示す不規則な多角形２７の隣接する側面の交差部にそれぞれ位置決めされ、等しい側面２８が、この場合には、ほぼ楕円形構成の非円形構成に配置される。多角形の２つの隣接する側面の交差部Ｖ１又はＶ２又はＶ３（一般的に交差部Ｖnと呼ばれる）の位置は、次式により与えられ、
【数３】
2007506043.tif 000005
ここで、Ｒnは、交差部Ｖnからロータの中心Ａまでの距離であり、ｎは、ｎ＝１の基準交差部から数えられた交差部Ｖnの数であり、Ｌは、交差部Ｖnからロータの中心Ａまでの平均距離であり、Ｂは、平均距離ＬとＲnの最大値か又はＲnの最小値のいずれかにおいてとられた場合の実際の距離Ｒnとの間の差として定義される所望の非真円係数であり、Ｎは、ロータ上に必要とされる歯の数であり、Ｍは、極の数、すなわちロータの外形の突出部分の数（例えば、楕円の場合は２、三角形の場合は３、正方形の場合は４等）である。
【００１７】
このように、図２において、頂点Ｖ１からＶ２０までは、図１に示す歯１６の中心点Ｖ１からＶ２０までの位置を表す。点Ｖ１からＶ２０までの間の距離はすべて等しい（又はほぼ等しい）が、これらの点から多角形の中心Ａまでの距離は異なる。従って、点Ｖ１からＶ２０までは、すべての側面が等しいが、円に内接しない不規則的な多角形を形成する。
【００１８】
典型的な非円形スプロケットについての計算例は、次の通りとすることができる。交差部Ｖnからロータの中心Ａまでの距離の式を次式で示す。
【数４】
2007506043.tif 000006
一例として、以下の値を想定することができる。Ｌは、３０．３２ｍｍ（交差部Ｖnから中心Ａまでの平均距離）であり、Ｂは、１．２ｍｍ（所望の非真円係数）であり、Ｎは、２０（ロータ上に必要とされる歯の数）であり、Ｍは、２（突出部分の数）である。
これらの値を用いると、以下の結果が生成される。
【表１】
2007506043.tif 000007
上記の表において、次のことに気付くであろう。Ｒ１及びＲ１１は、Ｌより１．２ｍｍだけ大きい。これは、図１におけるスプロケットの長軸を表す。Ｒ６及びＲ１６は、Ｌより１．２ｍｍだけ小さい。これは、図１におけるスプロケットの短軸を表す。
【００１９】
図１に示すスプロケット部品を構成する方法もまた、本発明を具体化する。このような方法は、まず、上で与えられた式を用いて、図２に示す不規則的な多角形の形態のテンプレートを作成するステップを含むことができる。多角形の頂点のすべてが算出されると、所望の外形の歯及び谷が、点Ｖ１及びＶ２、Ｖ２及びＶ３以下同様の間に定められる。次に、隣接する歯の側面により谷の輪郭が形成される。次に、クラウン歯のクラウンの中心点を不規則的な多角形の側面の交差部の点に位置決めすることによって、谷が、ロータの外周の周りに位置決めされる。各々の歯及び谷の輪郭は、隣接する歯の各対の間の谷の外形がほぼ同じであるように形成される。必要とされる非円形の外周の外形は、歯の一方の側面の谷の配向を、歯の他方の側面の谷に対して変化させることにより取得される。次に、不規則的な多角形を参照することにより形成された歯の輪郭を参照することによって、スプロケット部品が構成される。
【００２０】
この方法により、すべての谷が同じ幅（ある特定の所与の深さで測定される）を有するが、歯が様々な幅を有するスプロケットの構成が可能になる。この構成を図３に示し、幾らかの任意的に選択された深さにおける各々の谷の幅は４．０６ｍｍで一定であり、同じ深さにおいて選択された各々の歯の幅は、Ｖ１の４．３５ｍｍからＶ６の４．５５ｍｍまでの間で変化する。
この方法を用いる特定の実用的な構成においては、式中の係数は以下の方法で得られる。スプロケット部品に対する所与の必要条件については、歯の数Ｎ及び軸Ａから歯のクラウンまでの平均距離Ｌは、スプロケットについて考えられる用途により定められることになる。所望の非真円係数Ｂもまた、例えば、使用の際に軽減されるべき振動形態といった、スプロケットについて考えられる用途により決定されることになる。
【００２１】
例えば、楕円の場合は２、三角形の場合は３、正方形の場合は４以下同様といった、突出部分すなわち極Ｍの数もまた、スプロケットが置かれるべき用途により決定されることになる。例えば、スプロケット部品が自動車の機関に用いられるべき場合には、極の数は、機関構成に適合する必要がある。例えば、２つの極（楕円）は、４気筒直列型機関のカムシャフト・スプロケットに適しており、３つの極（三角形）は、３気筒直列型機関のクランクシャフト・スプロケットにも適しているし、又は６気筒Ｖ６機関のカムシャフト・スプロケットとしても適している。
ここでは、様々な歯の幅を実現するために、一定の谷の外形が頂点Ｖ１からＶ２０に対して位置決めされる方法をより詳細に説明する。
【００２２】
図５は、図３に示すスプロケット部品の外周の一部の拡大図である。図６は、比較目的のために与えられた公知の円形スプロケット部品の外周の一部についての同様な図を示す。図５ａ及び図５ｂは、１つの例示的な形態における、図５に示すスプロケット部品の歯の非常に拡大された概略図を示し、図５ｃ及び図５ｄは、同じ歯であるが、別の代替的な形態における拡大された同様な概略図を示す。図５においては、所与の深さにおける各々の歯の幅は、４．３５ｍｍから４．５５ｍｍまで変化し、その深さにおける各々の谷の幅は、４．０６ｍｍで維持される。図６においては、円形スプロケット部品上に、歯の幅が４．４５ｍｍで一定に維持され、谷の幅が４．０５ｍｍで一定に維持される状態を示す。
【００２３】
結果として得られる歯の形状についての１つの特定の例が、図５ａ及び図５ｂに与えられる。図５ｂにおいては、一例に過ぎないが、中心点Ｖ１を有するクラウン９が示されており、ロータの直径２０に対して垂直な、概略的な直線として示される、ほぼ平坦なクラウンを有するものとして示されている。図５ａにおいては、一定の谷形状の位置決めが、どのようにしてクラウンの中心点Ｖ６においてくぼみを形成するかを非常に誇張した形態で示す。中心点Ｖ６のいずれの側面においても、平坦なクラウン部分９が、直径２１に対して僅かに傾斜しており、その結果、歯の幅は、図５ｂにおける４．３５ｍｍの歯の幅と比較して４．５５ｍｍまで僅かに増加する。
一定の谷外形の位置決めについての代替的な形態が、図５ｃ及び図５ｄに示されている。ここでは、一例として、中心点Ｖ６におけるクラウンが、直径２１に対してほぼ垂直な図５ｃの概略的な直線により示される平面であることが示されている。ロータの構築が、その歯を図２の多角形上の点Ｖ６におけるその中心点と揃えることにより開始され、同じ一定の谷形状がＶ６からＶ１までの外形の周りに配置された場合の中心点Ｖ１における結果が図５ｄに示される。ここでは、中心点Ｖ１のいずれの側面上のクラウン９の各々の半分の部分も、９０°より僅かに小さい角度で直径２０に対して傾斜していることが分り、中心点Ｖ１において僅かな尖頭すなわち頂点が見える。
【００２４】
このように、図５ａ及び図５ｂと図５ｃ及び図５ｄとに示す２つの例の各々において、必要とされる非円形の外形は、歯の一方の側面上の谷に対する歯の他方の側面上の谷の配向を、歯のクラウンの中心点の周りにおける変化分だけ変化させることにより取得される。図５ａから図５ｄまでを参照しながら説明された例は、形成することが可能な歯のクラウン形状の１つの形態の例に過ぎないことを特に認識すべきである。実用的な例においては、クラウンの表面は、必要とされる非円形の外形を達成するために、歯のいずれの側面上にも様々な配向の谷を維持した状態で、丸くされてもよいし、或いは平坦にされてもよい。
ここでは、本発明を具体化する非円形スプロケット部品を組み込むことができる同期駆動装置の種々の例を、図７から図９ｄまでを参照しながら説明する。
【００２５】
図７は、本発明を具体化する、自動車の内燃機関のための同期駆動装置の概略図である。この装置は、連続ループの細長い駆動構造１０と、第１及び第２のロータ１１及び１２と、さらに別のロータ１３、１４及び１７とを含む。連続ループの細長い駆動構造１０は、該連続ループの細長い駆動構造の複数の係合部分を構成する、介在する谷と共に歯１５を有する通常のタイミング・ベルトにより与えられる。各々のロータ１１及び１２は、タイミング・ベルト１０の歯１５の間の谷と係合するための複数の歯１６を有するスプロケットにより与えられる。スプロケット１１は、内燃機関のクランクシャフト（図示せず）に連結され、スプロケット１２は、内燃機関のカムシャフト２６により構成される回転負荷組立体（図示せず）に連結される。タイミング・ベルト１０は、第１及び第２のロータ１１及び１２の周りに係合し、該第１のロータ１１は該ベルト１０を駆動するように配置され、第２のロータ１２は該ベルト１０により駆動されるように配置される。ロータ１４も歯１６を有し、水ポンプのような、内燃機関の他の要素を駆動させるためのスプロケットを構成し、ロータ１３は、公知の方法でベルトに張力をかけるための、タイミング・ベルト１０の歯のない側面に支持されるベルト・テンショナに好ましい。ロータ１７は、タイミング・ベルト１０の歯のない側面に支持される固定されたアイドラ・プーリに好ましい。
【００２６】
同期駆動装置の公知の形態においては、クランクシャフト・スプロケットは、円形の外形を有する。このような場合、同期駆動装置は、オーバーヘッド・カムシャフトによる内燃機関の吸気弁及び排気弁の開閉によって発生する、ねじり振動として知られている振動を起こしやすい。
ＳＯＨＣ機関のための図７に示す本発明の実施形態によれば、クランクシャフト・スプロケット１１は、全体が参照符号１９によって示される（前述の）非円形の外形を有する。非円形の外形１９は、説明される特定の実施形態においては、図１に示す長軸２０と短軸２１とを有する楕円である。外形１９は、２つの突出部分２２及び２３と、２つの凹入部分２４及び２５とを有する。
【００２７】
図８ａから図８ｄまでは、４気筒及び３気筒機関のためのクランクシャフト及びカムシャフト・スプロケットの異なる組み合わせを示す。図９ａから図９ｄまでは、６気筒、８気筒及び２気筒機関用のクランクシャフト及びカムシャフト・スプロケットの異なる組み合わせを示す。各々の場合において、１つ又はそれ以上のスプロケット部品は、概ね上述されたように、本発明を具体化する形状のものとすることができる。
ここでは、スプロケット部品の非円形の外形がほぼ楕円形であるが、さらにロータの周りに位置決めされた小さい突出部分を含む、本発明の代替的な実施形態である図４を参照して説明する。図４においては、各々の谷の幅は、４．０７ｍｍの一定の幅で示される。各々の歯の幅は、中心点Ｖ１における４．１８ｍｍの最小値から中心点Ｖ４における４．６２ｍｍの最大値に向い、Ｖ６における４．４２ｍｍに減って戻るような変化が示されている。同様なパターンが、ロータの残りの四分の三を通して繰り返される。
【００２８】
図４に示す非円形の外形は、図７に示されるような内燃機関のための同期駆動装置に用いられるときに特に有用である。２つの主突出部分２２及び２３に加えて、中心点Ｖ６及びＶ１６の領域において、２つの付加的な小突出部分３１及び３２が形成されている。これを達成するためには、歯の中心点Ｖ１からＶ２０までは、図２に示されたものと異なる、修正された式、すなわち、図２の式から修正された式により形成される非円形の多角形上に位置決めされる。頂点Ｖ１からＶ２０までは、次式により与えられる非円形の多角形上に形成される。
【数５】
2007506043.tif 000008
ここで、Ｒnは、交差部Ｖnからロータの中心Ａまでの距離であり、ｎは、ｎ＝１の基準交差部から数えられた交差部Ｖnの数であり、Ｌは、交差部Ｖnからロータの中心Ａまでの平均距離であり、Ｂ2は、平均距離Ｌと主突出部分におけるＲnの最大値か又は主凹入部分におけるＲnの最小値のいずれかでとられたときの実際の距離Ｒnとの差として定義される第１の所望の非真円係数であり、該第１の所望の非真円係数は、回転負荷組立体の二次高調波によって発生する振動を低減するか又はなくすようにするものであり、Ｂ4は、平均距離Ｌと小さい突出部分におけるＲnの最大値か又は小さい凹入部分におけるＲnの最小値のいずれかでとられたときの実際の距離Ｒnとの差として定義される第２の非真円係数であり、該第２の非真円係数は、回転負荷組立体の四次高調波によって発生する振動を低減するか又はなくすようにするものであり、Ｎは、ロータ上に必要とされる歯の数であり、φは、二次及び四次の振動間の所望の位相シフトを表す角度である。
【００２９】
図１、図２及び図３を参照して上で与えられた第１の式が、ねじり振動の主要な次数を低減することができる非円形スプロケットの構築を可能にする。多くの機関（例えば、ディーゼル機関）は、高次（高調波）にも遭遇する。本発明の修正された実施形態は、同時に多数の次数のねじり振動の除去又は低減することを可能にする。この場合、上で与えられた第１の式は、図４を参照して与えられる第２の式に示されるものと、多少異なる形態をとる。例えば、４気筒直列型機関における二次及び四次の振動と同時に戦うためには、２つの非真円係数Ｂ1及びＢ2を導入する必要がある。Ｂ2は、二次の振動に対する所望の非真円係数であり、Ｂ4は、四次に対する所望の非真円係数である。角度φは、二次から四次への間の所望の位相シフトである。
角度φは、フーリエの方程式により定められる高調波次数間の位相の差角である。特に、第２の式においては、それは、二次と四次との間の位相の差角である。この角度は、機関の特性によって決まる。例えば、ガソリン機関の場合は、それは通常、ディーゼル機関と比較して小さい。
【００３０】
第２の式を用いて作成される非円形スプロケットは、図４に示すように、大部分が楕円形であるが、若干正方形でもある。同時に多数の次数のねじり振動を除去するか又は低減することは、同じ駆動装置において１つより多い非円形スプロケットを用いることによっても可能である。例えば、４気筒直列型機関の場合、カムシャフト・スプロケットを正方形にし、クランクシャフト・スプロケットも正方形にすると、同時に二次及び四次が低減されることになる。
内燃機関は、様々な気筒数、単一又は二重のカムシャフト、燃料ポンプの有無等をもつ多くの異なる構成になる。既述の構成に基づいて、所与の構成に対して修正された式を適用することが可能である。例えば、４気筒機関は、主に二次の振動を発生することが広く知られている。このことは、Ｍ（ロータの外形の突出部分の数）について２の値を選択することができることを意味する。非典型的な構成の場合には、機関を試験する必要があり、適切な式を見出すために機関の振動を測定する必要がある。
【００３１】
再び図５を参照すると、これは、非真円係数Ｂの意味を示すものである。点Ｖ1からスプロケットの中心（点Ａ）までの距離は、次式により与えられる。
【数６】
2007506043.tif 000009
点Ｖ６からスプロケットの中心（点Ａ）までの距離は、次式により与えられる。
【数７】
2007506043.tif 000010
Ｖ１における歯は４．３５ｍｍの幅（所与の深さにおいて測定される）を有するが、Ｖ6の歯は４．５ｍｍの幅を有することに注目すべきである。
図６は、規則的な円形のスプロケットを示す。このスプロケットにおいては、点Ｖnからスプロケットの中心（点Ａ）までのすべての距離が等しいため、
【数８】
2007506043.tif 000011
となる。
Ｖ1における歯は、Ｖ6の歯と同じ４．４５ｍｍの幅を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】例えば、自動車の内燃機関に用いることができる、本発明を具体化する非円形スプロケット部品の概略図である。
【図２】本発明を具体化して非円形スプロケット部品を構成する方法に用いられる非円形多角形のテンプレートの概略図である。
【図３】スプロケット部品の種々の部分の寸法を示す、図１の非円形スプロケット部品の別の概略図である。
【図４】同様に、ほぼ楕円形であるが、ほぼ矩形の構成を与える付加的な小さい突出部分を含むように修正された外形を有するスプロケット部品の種々の部分の寸法を示す、本発明を具体化する別の非円形スプロケット部品の概略図である。
【図５】図３に示すスプロケット部品の外周の一部の拡大図である。
【図５ａ】１つの例示的な形態における図５に示すスプロケット部品の歯の非常に拡大された概略図を示す。
【図５ｂ】１つの例示的な形態における図５に示すスプロケット部品の歯の非常に拡大された概略図を示す。
【図５ｃ】対応する歯のものであるが、別の代替的な形態の拡大された同様な概略図を示す。
【図５ｄ】対応する歯のものであるが、別の代替的な形態の拡大された同様な概略図を示す。
【図６】比較目的のために与えられた公知の円形スプロケット部品の外周の一部についての図５と同様な図を示す。
【図７】本発明を具体化する非円形スプロケット部品を組み込む、自動車の内燃機関のための同期駆動装置の概略図である。
【図８ａ】４気筒機関において本発明を具体化するクランクシャフト及びカムシャフト・スプロケットの構成を示す。
【図８ｂ】４気筒機関において本発明を具体化するクランクシャフト及びカムシャフト・スプロケットの構成を示す。
【図８ｃ】４気筒機関において本発明を具体化するクランクシャフト及びカムシャフト・スプロケットの構成を示す。
【図８ｄ】３気筒機関において本発明を具体化するクランクシャフト及びカムシャフト・スプロケットの構成を示す。
【図９ａ】６気筒機関において本発明を具体化するクランクシャフト及びカムシャフト・スプロケットの組み合わせを示す。
【図９ｂ】６気筒機関において本発明を具体化するクランクシャフト及びカムシャフト・スプロケットの組み合わせを示す。
【図９ｃ】８気筒機関において本発明を具体化するクランクシャフト及びカムシャフト・スプロケットの組み合わせを示す。
【図９ｄ】２気筒機関において本発明を具体化するクランクシャフト及びカムシャフト・スプロケットの組み合わせを示す。
【図１】
2007506043.tif 000017
【図２】
2007506043.tif 000018
【図３】
2007506043.tif 000019
【図４】
2007506043.tif 000020
【図５】
2007506043.tif 000021
【図５ａ】
2007506043.tif 000022
【図５ｂ】
2007506043.tif 000023
【図５ｃ】
2007506043.tif 000024
【図５ｄ】
2007506043.tif 000025
【図６】
2007506043.tif 000026
【図７】
2007506043.tif 000027
【図８ａ】
2007506043.tif 000028
【図８ｂ】
2007506043.tif 000029
【図８ｃ】
2007506043.tif 000030
【図８ｄ】
2007506043.tif 000031
【図９ａ】
2007506043.tif 000032
【図９ｂ】
2007506043.tif 000033
【図９ｃ】
2007506043.tif 000034
【図９ｄ】
2007506043.tif 000035
【国際調査報告】
2007506043.tif 000036
2007506043.tif 000037