(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
順次連結された一連のローラを持つローラチェーンで使用するためのスプロケットであって、
前記スプロケットは、
前記ローラと駆動係合するための間隔が隔てられた複数の歯をその周囲に亘って備え、
これらの歯のうちの少なくとも一つの歯の歯形は、ローラが移動して前記少なくとも一つの歯と係合するときにローラと接触するようになった係合フランクと、脱係合フランクとを含み、
前記係合フランクは、ローラと最初に係合する衝撃点を有し、この衝撃点は、前記歯形の円形着座部分に接する線上に配置されており、この接線は、前記スプロケットの中央軸線即ち回転軸線と交差する、スプロケット。
【請求項２】
請求項１に記載のスプロケットにおいて、
前記歯形の係合フランクは、前記着座部分（２１１）と隣接した衝撃部分（２１２）と、衝撃部分（２１２）に隣接した先端部分（２１３）とを含み、
前記係合フランク歯形の前記着座部分、前記衝撃部分、及び前記先端部分の各々は、半径及び円弧中心によって形成される円弧を構成しており、
前記係合フランクの前記先端部分、前記衝撃部分、及び着座部分は、互いに滑らかに接しており、
前記衝撃点は、前記衝撃部分が前記着座部分に接合する場所に配置されている、スプロケット。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスプロケットにおいて、
各歯の係合フランク上の衝撃点は、夫々の歯の前記着座部分の円弧中心（即ちピッチ中心）と、隣接した歯の着座部分の円弧中心（即ちピッチ中心）とを結ぶ仮想線の上方（即ち半径方向外方）にある、スプロケット。
【請求項４】
請求項２に記載のスプロケットにおいて、
前記衝撃部分（２１２）の円弧中心ＯＢＣは、夫々の歯の前記着座部分（２１１）の円弧中心Ｏ１（即ちピッチ中心）から前記衝撃点１１４を通って延びる仮想線と、前記スプロケットの半径方向に沿った前記歯の中心線との交点ＯＢＣにあり、前記歯の中心線は、前記スプロケットの中央軸線と交差する、スプロケット。
【請求項５】
請求項２乃至４のうちのいずれか一項に記載のスプロケットにおいて、
前記先端部分（２１３）の前記円弧中心ＯＣＤは、ＪＩＳ規格Ｂ１８０２−１９８１に従って決定され、
前記先端部分（２１３）は、前記先端部分の円弧中心ＯＣＤと前記衝撃部分（２１２）の円弧中心ＯＢＣとの間を延びる仮想線が、前記衝撃部分（２１２）の円弧と交差する場所（Ｃ）で、前記係合フランクの前記衝撃部分（２１２）に接合する、スプロケット。
【請求項６】
請求項５に記載のスプロケットにおいて、
前記先端部分の前記円弧は、前記スプロケットの外円で終端する、スプロケット。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のスプロケットにおいて、
前記スプロケットのピッチは、前記ローラチェーンのピッチよりも小さい、スプロケット。
【請求項８】
請求項７に記載のスプロケットにおいて、
前記スプロケットの歯形は非対称である、スプロケット。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の少なくとも一つのスプロケットと、このスプロケットと係合するためのローラチェーンとを含むチェーン駆動システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のチェーン駆動システムを持つ機械装置。
【請求項１１】
チェーン駆動システムのスプロケットためのスプロケット歯形を設計する方法であって、
前記スプロケット歯形は、ローラが移動して歯と係合するときにチェーンローラと接触するようになった係合フランクと、脱係合フランクとを含み、
前記方法は、
前記係合フランク歯形の基部にローラ用の円形着座部分を形成するため、前記スプロケット歯についての歯元円半径を決定する工程と、
前記円形着座部分に接する線上でローラと最初に係合するように衝撃点の位置を決定する工程とを含み、
前記接線は、前記スプロケットの中心Ｏを通り円形着座部分に接する線であり、その円形着座部分との接線点を衝撃点とする、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、
各歯の前記係合フランク上の前記衝撃点は、夫々の歯の着座部分の円弧中心（即ちピッチ中心）と、隣接した歯の着座部分の円弧中心（即ちピッチ中心）とを結ぶ仮想線の上方（即ち半径方向外方）にあるように決定される、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
前記歯形の前記係合フランクが、前記着座部分（２１１）と隣接して衝撃部分（２１２）を持つように、また、前記衝撃部分（２１２）と隣接して先端部分（２１３）を持つように形成する工程を更に含み、
前記係合フランク歯形の前記着座部分、前記衝撃部分、及び前記先端部分の各々が、半径及び円弧中心によって形成された円弧を構成しており、
前記係合フランクの前記先端部分、前記衝撃部分、及び前記着座部分は、互いに滑らかに接合され、
前記衝撃点は、前記衝撃部分が前記着座部分に接合する場所に配置されている、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
前記衝撃部分（２１２）の円弧中心ＯＢＣが、夫々の歯の前記着座部分（２１１）の円弧中心Ｏ１（即ちピッチ中心）から前記衝撃点（１１４）を通って延びる仮想線と、前記スプロケットの半径方向に沿った前記歯の中心線との交差部ＯＢＣにあり、前記歯の中心線は、前記スプロケットの中央軸線と交差するように形成する工程を更に含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、
前記先端部分（２１３）の円弧中心ＯＣＤと前記衝撃部分（２１２）の円弧中心ＯＢＣとの間を延びる仮想線が、前記衝撃部分（２１２）の円弧と交差する場所（Ｃ）で、前記先端部分（２１３）が前記係合フランクの前記衝撃部分（２１２）に接合するように、前記先端部分（２１３）の前記円弧中心ＯＣＤをＪＩＳ規格Ｂ１８０２−１９８１に従って形成する工程を更に含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全体として、ローラチェーンで使用するためのスプロケットに関し、更に詳細には、ノイズを減少するためのスプロケット歯形の設計に関する。本発明は、更に、新たな歯形を持つ少なくとも一つのスプロケットを組み込んだチェーン駆動システム、並びにこのようなスプロケット歯形を設計するための方法又はシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ローラチェーン駆動システムの設計における主要な判断基準としてノイズ減少が挙げられている。ローラチェーンシステムの二つの最も大きなノイズ源は、噛み合いプロセス中のチェーンローラとスプロケット歯との間の相対速度による多角形作用（ｐｏｌｙｇｏｎａｌ  ａｃｔｉｏｎ）及び衝撃の集中である。多角形作用は、チェーンが多角形をなして巻き付くことによるチェーン及びスプロケットの係合位置の変動により生じ、チェーンスパンを長さ方向及び横方向の両方向で振動させる。こうした振動によりチェーン速度が一定でなくなり、これにより係合プロセス並びに衝撃レベルに悪影響が及ぼされる。
【０００３】
かくして、相対的速度による衝撃の効果（図１参照）を解明できる。駆動スプロケットは一定速度で回転し、回転動力を引っ張り動力に変換するに当たり、ローラがスプロケット歯に着座し、スプロケットの運動に従う。スプロケット歯がローラと係合する瞬間にローラの移動方向が瞬間的に変化し、その結果、強い衝撃を生じる。
【０００４】
従来技術では、チェーン駆動システムのノイズ特性を改良するための標準的な方法には、歯数の増大、システムの性能に影響を及ぼすパラメータの操作、ローラ歯係合機構の改良が含まれる。歯数の増大は、特に高速チェーン駆動装置の場合、多角形作用を減少するための最も直接的であり且つ効果的な方法である。一般的に操作される設計パラメータは、中心距離（初期張力を制御する）及びスプロケットの慣性である。係合機構は、集中的潤滑、サイレントチェーン、ホイールガイド等によって改良できる。
【０００５】
上述の技術は、チェーン駆動システムのノイズ特性を所定程度まで改良するが、特定の限度がある。例えば、歯数を増大するにはスプロケットの寸法を大きくする必要があり、ガイドホイールを設置するには追加の空間を必要とする。更に、これらの方法は、常に適正に機能するとは限らない。詳細には、密なスパンで設置されたホイールガイドは、ローラを案内し、特定の条件下でスプロケットのピッチ円に対して接線方向に移動できるが、そうでない場合もある。一般的には、従来技術の方法は消極的であり、即ち主な欠点である標準的な歯形設計に基づいて問題点の緩和を図る。積極的方法は、衝撃を最小にする新たな歯形を設計することにより、設計の初期段階からノイズの問題点に根本的に取り組む。わかるように、「歯形（ｔｏｏｔｈ  ｐｒｏｆｉｌｅ）」という用語は、本明細書中、全体として、スプロケットの回転軸線に対して実質的に垂直な平面内でのスプロケット歯の平面的形状即ち輪郭に関する。
【０００６】
新たな歯形の設計は決して容易ではない。これは、設計方法が多年に亘って開発され、ＩＳＯ（国際標準化機構）規格６０６：１９９４（Ｅ）及びＪＩＳ（日本工業規格）Ｂ１８０２−１９８１等の様々な規格によって承認されているためである。これらは、図３及び図４の夫々に再現してある。それにも拘わらず、歯形設計の開発について多くの余地が残っており、近年、ノイズを減少する歯形設計の技術が探し求められており、改良されている。
【０００７】
レドヴィナに付与された米国特許第４，７５８，２０９号には、交互の歯形の同数の歯がスプロケットに形成された、サイレントタイミングチェーンで使用するためのスプロケットが記載されている。
【０００８】
スズキ等に付与された米国特許第５，３９７，２７８号には、噛み合い中のローラとスプロケットとの間の衝撃を減少する改良スプロケットが記載されている。多角形作用によって発生した振動に対する対処はなされない。
【０００９】
バッダリアに付与された米国特許第６，０３６，６１４号には、衝撃ノイズ並びに多角形作用から発生するノイズの両方に対処する複雑な歯形を持つ対称スプロケット歯が記載されている。歯形は、ＩＳＯが推奨する角度を越えるローラスキャッティング（ｒｏｌｌｅｒ  ｓｃａｔｉｎｇ）角度を有し、これが脱係合中の問題点の原因である。更に、着座部分と衝撃部分との間の連結点の決定は簡単ではなく、歯形を決定する上での複雑さもまた、設計者にとって障害となる。
【００１０】
ヤングに付与された一連の米国特許第５，９２１，８７９号、米国特許第５，９９３，３４４号、及び米国特許第６，０９０，００３号には、ノイズ特性が改善されたローラチェーンスプロケットが記載されている。これらに共通した原理は、先ず最初に接線方向衝撃が発生した後に半径方向衝撃が発生する「段階的」ローラ衝撃を提供する平らな表面を含む非対称歯空間を提供することである。この技術は、一回の衝撃を異なる時間に起こる二つの衝撃に分けるが、それにも拘わらず、接線方向衝撃及び半径方向衝撃は、両方とも瞬間的である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、単向性の又は一方向性のローラチェーン駆動システムで使用した場合に発生するノイズを減少する改良スプロケットを提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、新たな歯形を設計することによってローラ−歯衝撃を減少した改良スプロケットを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
一つの特徴によれば、本発明は、順次連結された一連のローラを持つローラチェーンで使用するためのスプロケットを提供する。スプロケットは、ローラと駆動係合するための間隔が隔てられた複数の歯をその周囲に亘って有する。これらの歯のうちの少なくとも一つの歯、及び好ましくは各歯は、ローラが移動して歯と係合するときにローラと接触するようになった係合フランク、及び脱係合フランクを含む歯形を有する。係合フランクは、ローラと最初に係合するための衝撃点を含み、衝撃点は、最初の衝撃を最小にするため、また、ローラの速度が先ず最初に接線方向（歯面に対して垂直）で変化した後に半径方向（歯面に対して平行な方向）に徐々に変化するように、ローラの速度を徐々に変化するため、接線上に配置されている。
【００１４】
衝撃点は、望ましくは、歯形の円形着座部分に対して接線をなす線上に配置されており、この接線は、スプロケットの中央軸線即ち回転軸線と交差する。
【００１５】
係合フランクの歯形は、好ましくは、着座（底）部分、衝撃（中間）部分、及び先端（歯先）部分を含む三つの領域又は部分を含む。着座部分は、好ましくは、半径がチェーンローラよりも僅かに大きい円弧によって形成されている。着座部分は、好ましくは、歯元から上方に延びており、実際には、歯元円を形成し即ち画成する。
【００１６】
衝撃部分は、好ましくは、着座部分をスプロケットの中心からのその接線点のところで、特定の歯の中心線に沿って配置された円弧中心に連結する別の円弧によって画成されている。
【００１７】
先端部分は、好ましくは更に別の円弧であり、その円弧中心は、ＪＩＳ規格によって決定される。半径は、衝撃部分と、衝撃の中心と先端部分の中心とを結ぶ線の延長部との交差部である衝撃部分の端点によって決定される。
【００１８】
従って、本発明の別の特徴によれば、順次連結された一連のローラを持つローラチェーンで使用するためのスプロケットが提供される。このスプロケットは、ローラと駆動係合するための間隔が隔てられた複数の歯をその周囲に亘って有し、これらの歯のうちの少なくとも一つの歯（好ましくは全ての歯）は、ローラが移動して歯と係合するときにローラと接触するようになった係合フランク、及び脱係合フランクを含む歯形を有し、係合フランクはローラと最初に係合するための衝撃点を有し、この衝撃点は、歯形の円形着座部分に対する接線上に配置され、この接線は、スプロケットの中央軸線即ち回転軸線と交差する。
【００１９】
本発明の好ましい実施例では、歯形の係合フランクは、着座部分と隣接した衝撃部分、及び衝撃部分と隣接した先端部分を含む。係合フランク歯形の着座部分、衝撃部分、及び先端部分は、半径及び円弧中心によって定義される円弧を構成する。
【００２０】
本発明の好ましい実施例では、各歯の係合フランク上の衝撃点は、夫々の歯の着座部分の円弧中心（即ちピッチ中心）と、隣接した歯の着座部分の円弧中心（即ちピッチ中心）とを結ぶ力学的線の上方（即ち半径方向外方）にある。従って、係合フランクの先端部分、衝撃部分、及び着座部分は、望ましくは、互いに滑らかに接合し、衝撃点は、衝撃部分が着座部分に接合する場所に配置されている。
【００２１】
本発明の好ましい実施例では、衝撃部分の円弧中心は、夫々の歯の着座部分の円弧中心（即ちピッチ中心）から衝撃点を通って延びる力学的線と歯の半径方向中心線との交点にある。
【００２２】
本発明の好ましい実施例では、先端部分の円弧中心は、ＪＩＳ規格Ｂ１８０２−１９８１に従って決定され、先端部分は、好ましくは、先端部分の円弧中心と衝撃部分の円弧中心との間を延びる力学的線が衝撃部分の円弧と交差する場所で係合フランクの衝撃部分に接合する。先端部分の円弧は、好ましくは、スプロケットの外円で終端する。
【００２３】
本発明の好ましい実施例では、スプロケットのピッチは、ローラのピッチよりも小さく、及びかくしてスプロケットのピッチ円半径は、ＪＩＳ規格Ｂ１８０２−１９８１によって定められているよりも小さいように変更される。
【００２４】
本発明によるスプロケットの歯形は、好ましくは非対称であり、脱係合フランクは、好ましくは、ＪＩＳ規格Ｂ１８０２−１９８１に従って変更した歯元半径及び変更したピッチ円半径を使用して設計される。
【００２５】
別の特徴によれば、本発明は、上文中に概略に説明した本発明による少なくとも一つのスプロケット、及びこのスプロケットと係合するための相補的ローラチェーンを含むチェーン駆動システムを提供する。更に別の特徴では、本発明は、更に、本発明によるチェーン駆動システムを含む機械を提供する。
【００２６】
更に別の特徴によれば、本発明は、ローラが移動して歯と係合するときにチェーンローラと接触するようになった係合フランク、及び脱係合フランクを含む、チェーン駆動システムのスプロケットのスプロケット歯形を設計する方法において、係合フランク歯形の基部にローラ用の円形着座部分を画成するため、スプロケット歯についての歯元円半径を決定する工程、及び円形着座部分に接する線上でローラと最初に係合するように衝撃点の位置を決定する工程とを含み、接線は、更に、スプロケットの中央軸線即ち回転軸線と交差する方法を提供する。
【００２７】
本発明の好ましい実施例では、方法は、各歯の係合フランク上の衝撃点を、夫々の歯の着座部分の円弧中心（即ちピッチ中心）と隣接した歯の着座部分の円弧中心（即ちピッチ中心）とを結ぶ力学的線の上方（即ち半径方向外方）にあると定義する工程を更に含む。
【００２８】
本発明の好ましい実施例では、方法は、歯形の係合フランクを、着座部分と隣接して衝撃部分を持ち、衝撃部分と隣接して先端部分を持つものと定義する工程を更に含み、係合フランク歯形の着座部分、衝撃部分、及び先端部分は、半径及び円弧中心によって定義された円弧を構成する。
【００２９】
本発明の好ましい実施例では、方法は、衝撃部分の円弧中心を、夫々の歯の着座部分の円弧中心（即ちピッチ中心）から衝撃点を通って延びる力学的線とその歯の半径方向中心線との交差部にあると定義する工程を更に含む。
【００３０】
本発明の好ましい実施例では、方法は、先端部分の円弧中心を、先端部分が、先端部分の円弧中心と衝撃部分の円弧中心との間を延びる力学的線が衝撃部分の円弧と交差する場所で係合フランクの衝撃部分に接合するように、ＪＩＳ規格Ｂ１８０２−１９８１に従って決定する工程を更に含む。
【００３１】
かくして、本発明はローラチェーンスプロケット用の新たな歯形を提供する。新たな歯形を画成するための段階的方法もまた提供される。機械学的原理、数値シミュレーション並びに原型試験により、ノイズレベルが大幅に減少されたことが示された。主に駆動スプロケットについて歯形が開発されてきたが、被駆動スプロケットにも同様に適用できる。
【００３２】
当然のことながら、新たなスプロケット歯形は係合フランク及び脱係合フランクを含むけれども、本発明は、主として、係合フランクに関する。本発明による歯形は、好ましくは非対称であり、脱係合フランクの設計は、好ましくは、ＪＩＳ規格に定められた方法に従って決定される。このような好ましい実施例では、ノイズ減少は一方向のみであり、チェーンスプロケットシステムが他方の方向でも作動できる（係合フランクと脱係合フランクが逆になる）けれども、この場合にはノイズ減少の利点が全く得られない。
【００３３】
本発明と従来の設計方法との一つの相違点は、本発明のスプロケットのピッチはローラチェーンピッチよりも小さいが、従来のスプロケットではその逆になっているということである。これは、有限要素分析によって確かめられるように、適正な係合プロセスについて必要な条件である。
【００３４】
このような歯形の原理は、係合中の従来のスプロケット設計の瞬間的衝撃を所定期間に亘って分配し、チェーンローラの方向を徐々に変化させることができるということである。チェーンローラの速度は、衝撃点で歯面に対して半径方向及び接線方向の二つの成分に分解できる。衝撃持続時間の開始時に接線方向でだけ変化が生じ、その後接線方向での変化が減少し、これと同時に半径方向で増大する。速度が徐々に全体として変化することにより、衝撃レベルが大幅に変化し、これによりノイズが減少する。ここで新たな接線点を定義し、衝撃点を接線点に、又はその近くに置くことによって、速度変化を初期衝撃について最小にする。
【００３５】
かくして、本発明の利点は、接線点を衝撃点として提供することにより、初期衝撃を最小にし、係合中にチェーンローラの速度を徐々に変化させ、これにより衝撃及びノイズを減少することである。
【００３６】
本発明の別の利点は、チェーンローラがスプロケット歯に、先ず最初に接線点で当たり、次いで着座部分上に下方に徐々に落ち込み、これによって多角形作用及びチェーンの垂直振動を減少することである。
【００３７】
本発明の更に別の利点は、係合フランクが、好ましくは、円弧中心を簡単な方法で決定できる三つの円弧を含み、これによって設計及び製造を容易にすることである。
【００３８】
本発明の更に別の利点は、ローラ及び着座部分が、係合後、湾曲に沿って完全に接触し、かくして寸法許容差を小さくでき、これによって寸法の不正確さにより生じる広帯域の機械的ノイズを減少させることである。
【００３９】
本発明の以上の及び他の特徴及び利点は、同様の部品に同様の参照番号を付した添付図面を参照して本発明の好ましい実施例の以下の詳細な説明を読むことにより更によく理解されるであろう。
【００４０】
【発明の実施の形態】
次に、従来のチェーンスプロケットシステムについての係合プロセスを示す図１を参照する。駆動スプロケット１１０は一定速度Ωで回転し、スプロケット上の各点はその接線方向に移動する。一杯に着座したローラ１２１は、スプロケット歯１１２の移動に追従する。未だ係合していないローラ１２３は、ローラ速度Ｖｒで移動する。ローラ１２２はスプロケット歯１１２との係合点にあり、衝撃点１１４に衝撃を加える。衝撃直後に、衝撃点１１４のところでローラ速度Ｖｒがスプロケット歯１１２の歯速度Ｖｔと一致するように変化する。かくして、突然の衝撃による速度の変化Ｖｓが存在する。この関係を閉じたベクトル線図１３１に表すのが有用である。
【００４１】
次に図２を参照すると、この図には、係合したローラ及びスプロケット歯並びに速度変化の成分Ｖｓの拡大図が示してある。ベクトルＶｓをスプロケット中心に関して半径方向成分Ｖｓr及び接線方向成分Ｖｓtの夫々に分解する一つの方法がベクトル図１３２に示してある。ＶｓtがＶｓとなす角度には、更に、Ψが付してある。別のベクトル図に示す別の方法は、衝撃点１１４での歯形勾配を基準として使用する。歯形に対して垂直な成分にはＶｓnが付してある。この垂直方向に対して垂直な成分にはＶｓpが付してあり、これを、本明細書中、簡単のために垂直方向と呼ぶ。この場合、術語の両義性を避けるために「接線方向」の使用が回避される。これは、この用語がベクトル図１３２のＶｓtに限って使用されるためである。ＶｓnとＶｓとの間の角度にはφが付してある。φは、衝撃点での歯形勾配の関数であるのに対し、Ψは勾配とは無関係であり、所与の衝撃点について一定である。衝撃点１１４での歯面勾配が半径方向で整合している場合には、φ及びΨは等しく、ベクトル図１３２と１３３が一致する。
【００４２】
従来のスプロケット設計について、Ｖｓn及びＶｓpは実際上同時に発生し、大きな衝撃をもたらす。従来、ヤングに付与された米国特許第５，９９３，３４４号に開示されているように衝撃を二つの段階に分ける試みがなされてきた。このような方法の欠点は、二つの段階の各々が、非常に短い衝撃時間の別個の衝撃を含むということである。垂直方向速度を長い衝撃時間に亘って更にゆっくりと変化させると、衝撃ノイズが更に大幅に減少する。本発明は、改良歯形を説明することによって、これを行うことに関する。
【００４３】
新たな歯形は、以下の基本的必要条件を満たさなければならない。次にこれを詳細に説明する。
・歯形の連続した湾曲
・歯形設計についての規格、即ちＩＳＯ規格及びＪＩＳ規格
・ローラをスプロケットと係合させたり脱係合したりできるための最小歯形状。
【００４４】
連続した湾曲は、ローラと歯との間が追加の衝撃なしに滑らかに接触した状態を維持する上で重要である。キンク（換言すれば、捩れ、ねじれなどの変形欠陥）、特に歯形の様々な区分間のキンクは回避しなければならない。
【００４５】
図３はＩＳＯ規格を示す。本発明にとって特に関係があるのは、ローラ着座角度αであり、これは以下の限度内になければならない。
【００４６】
１２０°−（９０°／Ｚ）＜α＜１４０°−（９０°／Ｚ）
ここでＺは歯数である。
【００４７】
適正な係合機構及び脱係合機構を確保するため、上限は変えることができない。
【００４８】
図４はＪＩＳ規格を示し、図及び等式をここに再現する。本発明の歯形は、主にＪＩＳ規格に基づく。詳細には、脱係合フランク歯形は、ＪＩＳ規格の変更した形態に従う。二つの相違点の特徴を順次指摘する。図５は、ＪＩＳ規格と新たな歯形との間の視覚的比較を容易にする。
【００４９】
次に図６を参照すると、この図には、スプロケット１１０及びチェーンローラが剛体として取り扱われる歯形形状の限度の理想的な場合を示す。破線で示す円は、脱係合中にローラ１２４が外方に移動するときのスプロケット１１０に対するローラ１２４の相対位置の移動を示す。これにより、係合フランク１１５の輪郭に制限が加えられる。これは、制限歯形形状を越えるとローラ１２４の経路が妨げられるためである。同様に、適正な係合のために脱係合フランク１１６についての制限歯形が存在する。これは、垂直軸線を中心として図６の鏡像である。後者の制限は、本発明の歯形との関連が小さい。これは、脱係合フランク１１６がＪＩＳ規格にぴったりと追従するためである。
【００５０】
重要な必須条件を記載したが、次に、設計上の配慮を順に論じる。次に、図２を再び参照すると、理想的な摩擦なしの状況を仮定すると、衝撃点１１４での最初の衝撃の正確な瞬間にＶｓn成分だけがある（実際には、摩擦によりＶｓpが発生するが、この大きさが非常に小さい）ということが明らかである。Ｖｓn成分は、衝撃ノイズの主因である。その後、ローラ１２２が下方に僅かの下点まで「転動」し、接触点が変化する。このとき、Ｖｔの方向がシフトする。これは、スプロケットの回転Ｖｒもまた変化するためである。このプロセスは、ローラ１２２が一杯に着座し、Ｖｒ及びＶｔが等しくなるまで繰り返される。従来のスプロケット設計については、全持続時間は非常に短い。実際には、係合機構の寸法許容差及び不確実性のため、衝撃は必ずしも設計衝撃点１１４で起こるとは限らず、これは係合プロセスの複雑性を増すに過ぎない。Ｖｓnを最小にすることにより衝撃ノイズを制限できると解釈するのに十分であるが、この詳細な機構を簡単に説明することはできない。
【００５１】
次に図７を参照すると、係合フランクの歯形は、三つの別個の部分、即ち着座（底）部分２１１、衝撃（中間）部分２１２、及び先端（歯先）部分２１３を含む。着座部分２１１は、歯元半径（ルート半径）がＲで中心がＯ1の円弧ＡＢであり、衝撃部分２１２は半径がＯBCＣで中心がＯBCの別の円弧ＢＣであり、先端部分２１３は、半径がＯCDＣで中心がＯCDの更に別の円弧ＣＤである。
【００５２】
改良歯形の基礎的考えは、Ｖｓnを小さくすることによって、速度を徐々に変化するという概念から出てきた。衝撃点１１４での歯形勾配が半径方向で整合し、φがΨと等しい場合にＶｓnが最小になるということは当業者には明らかであろう。これは、衝撃点１１４をＢの接線点２１０のところに置くことによって行われる。これは、円弧ＡＢと接触したスプロケットの中心Ｏを通る線を引くことによって決定される。従来技術では、衝撃点及び力学的接線点円弧は、必ずしも一致しない。実際、とりわけ寸法上の許容差のため、衝撃点１１４を確証を以て予測することはできないが、衝撃点１１４は、一貫して、接線点２１０に近くなければならない。
【００５３】
初期衝撃は、速度が先ず最初に接線方向で（歯面に対する垂直方向にも）変化し、次いで半径方向に（歯面に対して平行な方向でも）徐々に変化する。初期衝撃Ｖｓnの方向がＶｔと一致するため、ローラは接線方向にだけ拘束され、半径方向には拘束されない。ローラは長い衝撃持続時間に亘って着座位置に徐々に「転がり」込むことができ、かくして衝撃ノイズを減少する。これにより、多角形作用による横方向振動が減少するという追加の利点が得られることが明らかになる。
【００５４】
衝撃点１１４を越える歯形の設計は、二つの相反する必要条件によって制限される。一方では、脱係合機構が妨げられないように、越えることが出来ない制限歯形がある。他方では、少なくとも従来の設計方法が適用された場合、連続した曲線により歯形が越えられてしまう。これらの必要条件は、衝撃部分に直線でなく円弧ＢＣを設けることによって満たされるものと考えられる。
【００５５】
本発明については、スプロケットピッチのローラチェーンのピッチに対する比は、従来の設計とは異なる。従来の設計では、衝撃点１１４は、二つの隣接したピッチ中心を結ぶ線Ｏ1、Ｏ2の下方に配置される。かくして、スプロケットピッチは、ローラチェーンの引張変形を吸収するため、ローラチェーンピッチよりも僅かに長くなければならない。逆に、新たな設計については、衝撃点は線Ｏ1、Ｏ2の上方に配置される。このことは、スプロケットのピッチが大き過ぎ、スプロケットピッチ及びローラチェーンのピッチが係合プロセス中に互いに適合するように、スプロケットピッチがローラチェーンピッチよりも小さくなければならないということを意味する。当然の結果として、ピッチサイクル半径ＯＯ1は、比較的小さいスプロケットピッチに適応するため、ＪＩＳ規格よりも小さい。
【００５６】
脱係合フランク２１５は、変更した歯元半径及び小さくしたピッチ円半径を使用する変更したＪＩＳ規格に従う。脱係合中には衝撃は考えられないため、これ以上変更する必要はほとんどなく、新たな歯形に基づく対称歯形は、係合プロセスの邪魔になるに過ぎない。かくして、本発明の非対称歯形は、係合−脱係合フランク設計の好ましい特徴を提供できる。例えば、最大ローラ着座角度αについてのＩＳＯ規格は、新たな非対称歯形と一致させる必要はない。
【００５７】
新たな歯形設計についての方法を以下の段階を追って概略に説明する。
１．半径Ｒｐ‘＝Ｒｐ−ΔＲのピッチ円を描く。ここで、ΔＲは、歯半径Ｒ及びローラ半径Ｒｒから決定される。
２．歯元半径がＲでＯ1に中心を持つ円を描く。ここで、Ｒはローラ半径Ｒｒよりも僅かに大きい（例えば図７を参照されたい。図７では、Ｒ＝Ｏ1Ａ＝１．０１Ｒｒ＋０．０６５（２Ｒｒ）1/3である）。
３．上述の円の接線ＯＢを見つけ、接線点Ｂを決定する。
４．線Ｏ1Ｂをプロットし、それを延長し、ＯBCのところで歯中心線ＯＯBCと交差させる。
５．半径がＯBCＢで中心がＯBCの円弧を描く。
６．ＪＩＳ規格に従って点ＯCDを決定する。
７．線ＯCDＯBCをプロットし、それを延長し、Ｃのところで上述の曲線ＢＣと  交差させる。
８．半径がＯCDＣで中心がＯCDにある円弧を描き、この円弧を点Ｄのところで外円１１８と交差させる。
９．スプロケットピッチがローラチェーンピッチよりも小さい変更したＪＩＳ規格に従って脱係合フランク２１５の歯形を決定する。
【００５８】
次に、新たな歯形とＪＩＳ規格とを図面上で比較する図５を再度参照すると、この図は、新たな歯形の重要な特徴を区別する上で有用である。破線がＪＩＳ歯形１１７について使用されているのに対し、実線は、変更したＪＩＳ歯形２１７を表す。新たな歯形の主な相違点は、変更したＪＩＳ歯形２１７の係合フランク１１５に一部分２２０を加えたことである。脱係合フランク１１６の歯形には変更が加えてない。
【００５９】
かくして、噛み合いプロセス中のノイズを減少するスプロケット用の新たな改良した歯形を説明した。これは、有限要素分析並びに原型試験によって確認された。実験により、本発明の新たな改良された歯形を持つ試験された特定のスプロケットが、システムノイズを９０．８２ｄＢのレベルから８６．３３ｄＢのレベルまで減少するという結果が示された。このことは、システムノイズを約５％減少するということを表す。
【００６０】
歯形を描くための特別の方法を説明したが、本発明の精神から逸脱することなく、この方法を変更することができる。例えば、先端部分の円弧中心ＯCDをＪＩＳ規格以外の手段によって位置決めできる。これは、ＯCDの位置を僅かに移動してもノイズ減少機構にほとんど影響しないためである。
【００６１】
従って、特許請求の範囲に定義された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、上文中に説明した本発明のスプロケット及びチェーン駆動システムの特定の構造及び構成における変更及び／又は追加を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来のチェーン−スプロケットシステムについての係合プロセスを示す図である。
【図２】図２は、係合ローラ及びスプロケット歯を速度変化とともに示す拡大図である。
【図３】図３は、歯形及びＩＳＯ−６０６規格による幾つかの設計パラメータを示す図である。
【図４】図４は、ＪＩＳ規格に従ったローラ−チェーンスプロケットについての「Ｓ」型歯形及び設計パラメータを示す図である。
【図５】図５は、本発明の好ましい実施例による歯形とＪＩＳ規格による歯形とを図面上で比較する図である。
【図６】図６は、スプロケット歯及びローラチェーンが剛体であると仮定した場合の歯形形状の理想的限度を示す図である。
【図７】図７は、本発明の好ましい実施例による新たなスプロケット歯形を示す図である。
【符号の説明】
１１０  スプロケット
１２４  ローラ
１１５  係合フランク
１１６  脱係合フランク
１１４  衝撃点
１２２  ローラ
２１０  接線点
２１１  着座部分
２１２  衝撃部分
２１３  先端部分
２１５  脱係合フランク
【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７】
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