(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラチェーンスプロケットであって、
スプロケットの複数の歯の各歯が噛合側歯面の丸みを有する噛合側及び非噛合側歯面の丸みを有する非噛合側を有し、
前記噛合側が隣接するスプロケット歯の前記非噛合側と協働してローラチェーンと関連するローラを受容するための非対称的な歯溝を画定し、
前記非対称的な歯溝の各々はさらに谷の底面を有し、
前記谷の底面は噛合側ローラ位置付けの丸みおよび非噛合側ローラ位置付けの丸みを有し、
前記スプロケットが回転している間にローラと前記噛合側とが共に打ち当たり、少なくとも一つの非対称的な歯溝が非噛合側ローラ位置付け角度（β’）よりも大きい噛合側ローラ位置付け角度（β）により画定され、
前記噛合側ローラ位置付け角度（β）は、前記噛合側ローラ位置付けの丸みの弧中心から前記スプロケットの中心までをつなぐ第１の直線と、前記噛合側ローラ位置付けの丸みの弧中心から前記噛合側歯面の丸みの弧中心までをつなぐ第２の直線と、の間に画定され、
前記非噛合側ローラ位置付け角度（β’）は、前記非噛合側ローラ位置付けの丸みの弧中心から前記スプロケットの中心までをつなぐ第１の直線と、前記非噛合側ローラ位置付けの丸みの弧中心から前記非噛合側歯面の丸みの弧中心までをつなぐ第２の直線と、の間に画定される、
ローラチェーンスプロケット。
【請求項２】
β≧αNOMINAL／２であって、
αNOMINALがＩＳＯ−６０６−１９９４（Ｅ）の基準のローラ位置付け角度である、
請求項１記載のスプロケット。
【請求項３】
αMAX／２≧β≧αNOMINAL／２であって、
αNOMINALがＩＳＯ−６０６−１９９４（Ｅ）の基準のローラ位置付け角度であり、かつ、αMAXがＩＳＯ−６０６−１９９４（Ｅ）の最大のローラ位置付け角度である、
請求項１記載のスプロケット。
【請求項４】
β’≦αNOMINAL／２であって、
αNOMINALがＩＳＯ−６０６−１９９４（Ｅ）の基準のローラ位置付け角度である、
請求項１記載のスプロケット。
【請求項５】
αMIN／２≦β’≦αNOMINAL／２であって、
αNOMINALがＩＳＯ−６０６−１９９４（Ｅ）の基準のローラ位置付け角度であり、かつ、αMINがＩＳＯ−６０６−１９９４（Ｅ）の最小のローラ位置付け角度である、
請求項１記載のスプロケット。
【請求項６】
β≧αNOMINAL／２であり、かつ、
β’≦αNOMINAL／２であって、
αNOMINALがＩＳＯ−６０６−１９９４（Ｅ）の基準のローラ位置付け角度である、
請求項１記載のスプロケット。
【請求項７】
αMAX／２≧β≧αNOMINAL／２であり、かつ、
αMIN／２≦β’≦αNOMINAL／２であって、
αNOMINALがＩＳＯ−６０６−１９９４（Ｅ）の基準のローラ位置付け角度であり、αMAXがＩＳＯ−６０６−１９９４（Ｅ）の最大のローラ位置付け角度であり、αMINがＩＳＯ−６０６−１９９４（Ｅ）の最小のローラ位置付け角度である、
請求項１記載のスプロケット。
【請求項８】
前記非対称的な歯溝が、さらに噛合側圧力角（γ）により画定され、該噛合側圧力角は各々ＩＳＯ−６０６−１９９４（Ｅ）の基準の圧力角以下である、請求項１記載のスプロケット。
【請求項９】
前記噛合側圧力角（γ）は、零（０）からＩＳＯ−６０６−１９９４（Ｅ）の基準の圧力角の範囲内であり、かつ、
β’≦αNOMINAL／２であって、
αNOMINALがＩＳＯ−６０６−１９９４（Ｅ）の基準のローラ位置付け角度である、
請求項８記載のスプロケット。
【請求項１０】
前記噛合側ローラ位置付けの丸み及び前記非噛合側ローラ位置づけの丸みは、共有の弧中心について画定され、
互いに関連して等しい大きさを有し、
前記噛合側ローラ位置付けの丸みが該噛合側歯面の丸みと接し、
前記非噛合側ローラ位置付けの丸みが該非噛合側歯面の丸みに接する、
請求項１記載のスプロケット。
【請求項１１】
前記谷の底面がさらに平坦な面を有し、
前記平坦な面が前記噛合側ローラ位置付けの丸みおよび前記非噛合側ローラ位置づけの丸みの各々に、各々接する対向する端部を有し、
前記平坦な面は、前記スプロケットの回転時に前記ローラが該スプロケットと強く接触した状態を容易に維持するために歯溝のすきまを提供する、
請求項１記載のスプロケット。
【請求項１２】
単方向ローラチェーン駆動システムであって、
駆動スプロケットと、
被駆動スプロケットと、
前記駆動スプロケットおよび前記被駆動スプロケットに駆動的に噛み合わされるローラを有するローラチェーンと、
を備え、
前記駆動スプロケット及び被駆動スプロケットの少なくとも一方は、請求項１〜１１のいずれか１項において画定されているローラチェーンスプロケットである、
単方向ローラチェーン駆動システム。
【発明の詳細な説明】
関連出願に関する相互参照
本出願は、１９９６年１月２３日に出願された米国仮出願番号60/010,435、及び１９９６年５月２９日に出願された米国仮出願番号60/018,385の利益を主張する。
発明の背景
本発明は、通常チェーン駆動と関連してノイズレベルを低下させる、自動車エンジンのチェーン駆動システムに用いるための、ローラチェーン駆動に関する。特に、本発明は、かみ合う際にチェーンとスプロケットとが衝突することによって生じる衝撃ノイズを最小に抑えることを試みた、非対称的な歯形を有するローラチェーンスプロケットに関する。
本発明は特に、自動車エンジンのカムシャフト駆動用途のローラチェーンスプロケットの技術に関連付けられ、従って特定のものに言及して述べられているが、本発明は他の分野及び他の用途においても有用性があるということは認められるであろう。
自動車エンジンのカムシャフト駆動に用いられるローラチェーンスプロケットは、典型的には国際標準ＩＳＯ  ６０６−１９９４（Ｅ）に沿って製造されている。図１に示されているように、ＩＳＯ  ６０６歯形は歯溝に関しては対称的であり、また、１つの歯面から隣接した歯面に及ぶ、一定の谷の丸み又はローラ位置付け半径Ｒiを有する。リンクピッチＰを有するチェーンは、弦ピッチＰ、谷径Ｄ2、及びＺ個の歯を有するスプロケットと接触する、直径Ｄlの複数のローラを有する。歯面半径Ｒf、ピッチ円直径Ｐ．Ｄ．、歯先円直径Ｏ．Ｄ．、歯角Ａ（３６０°／Ｚに等しい）、及びローラ位置付け角度αは、さらにＩＳＯ  ６０６スプロケットを決定している。
図２は、テンショナ又はチェーンガイドのない、時計回りの方向に回転する、典型的なカムインブロック式ＩＳＯ標準のチェーン駆動システムを示している。チェーン駆動システム１０は、２５歯駆動スプロケット２０、５０歯被駆動スプロケット３０、及び複数のローラ４２を有するローラチェーン４０から成る。ローラチェーン４０は、スプロケット２０及び３０と噛合し双方の回りに巻き付いていて、また、これらのスプロケット間に延びている２つのスパン、すなわち、ゆるみストランド４４及び張りストランド４６を有する。チェーンには矢印５０で示されている張力がかかっていて、また、スプロケット２０及び３０の中心は距離Ｄだけ引き離されている。
ＩＳＯ標準のスプロケットとかみ合うチェーンが摩耗すると、１つのローラのみが駆動接触状態になり、その１つのローラのみに最大荷重状態で荷重がかかると考えられている。このような最大荷重状態での接触は、図２に示されている噛合ローラＡがその状態であるように、ローラが駆動スプロケットラップ６０と噛合を始めるときに起こる。ローラＡに対する荷重は主に、かみ合い衝撃荷重及び大部分のチェーン引っ張り５０荷重から成る。ローラＡの前方にあり、ラップ６０にあるローラＡに隣り合ったいくつかのローラが、チェーン引っ張り荷重を分け合うが、その割合はローラＡから離れているほど次第に減少していく。ローラＡの（また、ラップにあるローラＡに隣り合ったいくつかのローラに対するより小さい）このような荷重は、ローラがスプロケットの歯の表面としっかりと又は固く接触した状態を維持するのに役立つ。ローラＢ、すなわち、ゆるみストランド４４に入る直前の駆動ラップ６０にある最後のローラもまた、駆動スプロケット２０と固く接触しているであろうが、歯底面２２のより高い位置のある点で接触している。ローラＡ及びＢ、並びにチェーン引っ張り荷重を分け合うローラＡに続くいくつかのローラを除いて、残りのローラはスプロケットの歯と固く接触せず、また、これらのローラがラップを回って移動するとき、スプロケットの歯の表面に対して振動自由となり、これは広帯域機械ノイズレベルの一因となる。
被駆動スプロケット３０の、張りストランドに入る前のラップにある最後のローラ、すなわち図２のローラＤは、最大荷重状態でスプロケット３０と駆動接触状態になるローラである。また、駆動スプロケットラップ６０にある最後のローラ、すなわちローラＢと同様に、噛合ローラＣは、被駆動スプロケット３０の谷の丸み３２と固く接触するであろうが、一般的には谷径では固く接触しない。
図２に示されているようなシステムは、通常使用している間に次第に摩耗していく、ということは知られている。このような摩耗とは、スプロケットの歯の表面の摩耗及びチェーンの摩耗を含む。チェーンの摩耗はピッチの伸びとみなすことができる。チェーンが摩耗するとピッチの長さが長くなるので、スプロケットのピッチ円直径を対応させて長くすると、摩耗したチェーンに対して好適に整合する。
ＩＳＯ  ６０６スプロケットを用いるものを含むチェーン駆動システムは、望ましくないノイズを構成する要素を複数有する。チェーン駆動ノイズの主な要素は、チェーンローラがスパンを過ぎてスプロケットとかみ合う際に衝突すると生じるノイズである。かみ合いにおいてローラは、スプロケットの歯と歯底で衝突すると半径方向の衝撃要素を有し、また、噛合歯面と衝突すると接線方向の衝撃要素を有するであろう。衝撃ノイズの大きさは、かみ合う際に吸収されなければならない衝撃エネルギーに関連して変化するであろうことが認められている。このような衝撃エネルギーは、エンジンの回転数、チェーンの質量、及び、チェーンとスプロケットとの噛合の幾何学的配置に関係し、この幾何学的配置については噛合歯面に対する圧力角が主な要素である。この結果として生じるかみ合い衝撃音は一般的に、チェーンがスプロケットとかみ合う頻度に等しい頻度で繰り返される。
チェーン駆動ノイズのもう１つの原因は、シャフトのねじり振動、及び、チェーンとスプロケットとの間のわずかな大きさの誤差によってある程度生じる、広帯域機械ノイズである。より大きく広帯域ノイズレベルに寄与しているのは、ローラがラップを回って移動するときの、非荷重ローラとスプロケットの歯との間の、間欠接触又は振動接触である。
スプロケットの歯と歯の間に歯溝のすきまをあけると、チェーンが摩耗したときでさえ、スプロケットラップにあるチェーンローラとスプロケットとの間の接触をより固くさせる、ということが知られている。これは、チェーン駆動システムノイズ全体の広帯域機械ノイズ要素を減少させるという効果がある。しかし、スプロケットの歯と歯の間に歯溝のすきまをあけても、ローラとスプロケットとの噛合の衝撃により生じるチェーン駆動ノイズは減少しない。
従って、スプロケットとの噛合の際のチェーンローラの衝撃により生じるノイズを減少させる、チェーン駆動システムが必要である。本発明は、従来のチェーン駆動システムに関連する、このようなまた他のニーズを満たしている。例えば本発明は、ローラとスプロケットの接線方向の衝撃力を減少させ、また接線方向のローラの衝撃と関連してその結果生じるノイズレベルを低下させるために、噛合歯面に対する圧力角を小さくした非対称的な歯形を利用する。このような非対称的な歯形はまた、ローラがスプロケットラップを出るときに、ローラとスプロケットとをより速く分離させるために、非噛合歯面に対して小さくしたローラ位置付け角度を利用する。このようにローラ位置付け角度を小さくすることはまた、ローラがラップにある間、ローラがスプロケットの歯の表面としっかりと又は固く接触した状態を都合よく維持し、これが広帯域機械ノイズレベルを低下させるのに寄与している。本発明の好適な実施例では、ローラとスプロケットの半径方向の衝撃力を都合よく減少させ、また半径方向のローラの衝撃と関連してその結果生じるノイズレベルを都合よく低下させるために歯溝のすきまを備えるように、傾斜歯底面が用いられている。その傾斜歯底面はまた、摩耗によりチェーンピッチが伸びたときでさえ、ローラとスプロケットとが固く接触した状態を都合よく維持し、さらに広帯域機械ノイズレベルを低下させるのに寄与する。本発明により満たされる他のニーズは、好適な実施例の論議から当業者に明らかになるであろう。
発明の概要
本発明の主な目的は、スプロケットがスパンからローラを引き寄せるときに、チェーンとスプロケットとの噛合衝撃エネルギーを減少させることにより、通常チェーン駆動と関連するノイズレベルを低下させる、ローラチェーン及びスプロケット駆動システムを提供することである。本発明は、この目的を非対称的な歯形を有するスプロケットを提供することによって達成している。該スプロケットの各歯は、噛合歯面（これはまた、駆動スプロケットの駆動歯面でもある）と、隣接する歯の噛合歯面の反対側にある非噛合歯面（又は、同じ駆動スプロケットの傾斜歯面）と、隣接するスプロケットの歯の噛合歯面と非噛合歯面との間に配置されている複数の谷の丸みに接する傾斜歯底面とを備えている。
本発明の１つの態様において、最も効果的な噛合歯面の圧力角は、接線方向のローラ噛合力を減少させるために都合よく小さくされ、これにより、ノイズレベル全体に関わるチェーンのかみ合い衝撃ノイズが減少する。
本発明のもう１つの態様において、傾斜歯底面は、１つの歯の噛合歯面から隣接した歯の非噛合歯面へ向かって、上がっていく又は“上り坂”の歯底面である。
本発明のもう１つの態様において、傾斜歯底面は、１つの歯の噛合歯面から隣接した歯の非噛合歯面へ向かって、下がっていく又は“下り坂”の歯底面である。
本発明のもう１つの態様において、非噛合側面に対するローラ位置付け角度は、ローラがスプロケットを離れてスパンに入るときに、ローラをスプロケットからより速く分離させるために、最適な角度まで小さくされる。このような特徴はローラとスプロケットとの間の接触をより固くさせる、ということも考えられている。
本発明のもう１つの態様において、歯溝のすきまは、ローラがラップを回って移動するとき、チェーンのローラがスプロケットの歯と固く接触した状態を維持できるようにし、これにより、チェーン駆動によって生じる広帯域機械ノイズが減少する。
本発明のもう１つの利点は、チェーンが磨耗しチェーンピッチが伸びたとき、傾斜歯底面はローラを半径方向に外側に動かすのに役立ち、効果的にローラを好適なピッチ円により近づくように位置付ける。
本発明のもう１つの利点は、“上り坂”の歯底面という特徴を備えるスプロケットにおいて、傾斜歯底面が、歯溝のすきまと同じ分だけ歯をより薄くすることを必要とする、ということである。
本発明のもう１つの利点は、一定の歯溝のすきま、及び、それに関連する“上り坂”の歯底面という特徴を備えるスプロケットの歯厚において、非対称的な歯形のデザインは、一定の谷径を用いている従来のスプロケットの歯溝のすきまよりもより頑丈であろう、ということである。
本発明のもう１つの利点は、下り坂の傾斜歯底面を有する非対称的なスプロケットの歯形は半径方向の反作用力を減少させ、これにより、ノイズレベル全体に寄与しているローラの半径方向の衝撃かみ合いノイズが減少する、ということである。
本発明の適用性のさらなる範囲は、下記の詳細な記述から明らかになるであろう。しかし、下記の詳細な記述及び特定の実施例は、本発明の好適な実施例を例示しているが、これは単なる例示にすぎないため、本発明の趣旨及び範囲内でのさまざまな変更及び修正は、当業者に明らかであろう。
図面の説明
本発明はさまざまな要素の構造、配置、及び組み合わせの中にあり、これによって、意図した目的は、下記でより十分に説明され、請求の範囲で明確に示され、また次のような添付の図面で示されているように、達成される。
図１は、従来のＩＳＯ  ６０６ローラチェーンスプロケットの歯形の選択部分の正面図である。
図２は、テンショナ又はガイドチェーンのない、従来のカムインブロック式チェーン駆動システムの正面図である。
図３は、ローラとスプロケットとのかみ合いの始めのところで吸収されなければならない、衝撃エネルギーを決定するのに考慮される変数を示している。
表１は、いくつかのＩＳＯローラチェーンスプロケットの、最大及び最小ローラ位置付け角度、並びに最大及び最小圧力角を示している。
図４は、スプロケットと噛合し始めるローラとともに、最大実態状態の２５歯ＩＳＯスプロケットの選択部分を示している。
図５は、ＩＳＯ歯形の範囲内に適合する、“上り坂”の傾斜歯底面を有する２５歯駆動スプロケットの、非対称的な歯形の選択部分を示している。
図５ａは、図５のスプロケットのピッチ円及びピッチ多角形を示している。
図５ｂは、傾斜歯底面という特徴をもたない２５歯スプロケットの、非対称的な歯形の選択部分を示している。
図６は、ＩＳＯの範囲外である、“上り坂”の傾斜歯底面を有する２５歯駆動スプロケットの、非対称的な歯形を示している。
図６ａは、ＩＳＯの範囲外である、“上り坂”の傾斜歯底面を有する２５歯駆動スプロケットの、非対称的な歯形の選択部分を示している。図６ｂは、駆動スプロケットの非対称的な歯形を示している。
図７は、伸びたピッチを有するチェーンと噛合した１８歯駆動スプロケットに関する、チェーンラップを示している。
図７ａは、図７の破線で表されたブロックの拡大図を示している。
図８は、“下り坂”の傾斜歯底面を有する２５歯駆動スプロケットの、非対称的な歯形の選択部分を示している。
図９は、“上り坂”の傾斜歯底面という特徴を有する５０歯被駆動スプロケットの、非対称的な歯形の選択部分を示している。
図１０は、３６歯被駆動スプロケットに関する、チェーンラップを示している。
表２は、ローラ位置付け角度との関係で、さまざまな歯形の圧力角を示している。
図１１は、いくつかの２５歯スプロケットについて、チェーンとの噛合の際に吸収されなければならない衝撃エネルギーを、エンジンの回転数の関数としてグラフに示している。
図１２は、２５歯と５０歯の組み合わせにおいて双方に非対称的な歯形のスプロケットを用いている、カムインブロック式カムシャフトチェーン駆動システムを示している。
図１３は、４２歯と２１歯の組み合わせにおいて双方に非対称的な歯形のスプロケットを用いている、チェーン駆動システムを示している。
図１４は、４２歯と２１歯の組み合わせにおいて双方に非対称的な歯形のスプロケットを用いている、他のチェーン駆動システムを示している。
好適な実施例の詳細な記述
図面を参照して説明するが、図面は単に本発明の好適な実施例を示すためのみに用いられ、本発明を図面と等しいものに限定するためのものではない。図３は、ローラとスプロケットの衝撃ノイズに影響を与える変数を示している。具体的にはこの衝撃ノイズは、チェーンとスプロケットとが噛合する際に吸収されなければならない、ローラ衝撃エネルギーＥA（Ｎｍ）の関数である。
0004195090.tif 000002
ＥAの等式は、チェーン駆動運動学は一般的に準静分析モデルに従うということ、及び、ローラとスプロケットとの駆動接触は、スプロケットがスパンからローラを引き寄せるとき、歯面と谷の丸みとの接触点ＴＰにおいて生じる、ということを仮定している。
スプロケットの圧力角γを小さくすると、チェーン駆動と関連するノイズ、振動、及び不調和（ＮＶＨ）特性は改善される、ということが認められる。表１は、いくつかのＩＳＯスプロケットについて、歯角Ａの関数として最大及び最小圧力角γ、並びに最大及び最小ローラ位置付け角度αを示している。図４に示されている一例は、かみ合いローラとの噛合点において１４．６°の最小圧力角γを有する、対称的な２５歯最大ＩＳＯスプロケットを示している。圧力角は、噛合ローラの中心から歯面と谷の丸みとの境を通るラインＡと、完全に位置付けられているローラの中心と、完全に位置付けられたときの噛合ローラの理論上のピッチ円上にある中心とを結ぶラインＢとに対して、求められる。
図５は、ローラチェーン（図示せず）の張りストランドからローラ９０を引き寄せる、本発明の２５歯駆動スプロケット１００の、非対称的な歯形の選択部分を示している。スプロケット１００の各歯１１０は、噛合歯面１２０及び非噛合歯面１３０を有する。ローラ９０はスプロケット１００との噛合を始め、ローラ位置付け半径Ｒiによって決定される歯底に位置付けられる。噛合歯面半径Ｒf及びそれに接するローラ位置付け半径Ｒiは、ＩＳＯ  ６０６歯形の規格を満たしている。ＩＳＯの対称的な歯形、及び、本発明の実施例の非対称的な噛合側面の歯形は、最大実体状態において全く同一である。そのような場合、谷径Ｄ2に位置付けられた最大ローラは、理論上のピッチ円上にその中心を有するであろう。
ローラ位置付け半径Ｒiはまた、歯溝のすきまＴＳＣを法定する傾斜歯底面１４０にも接している。傾斜歯底面１４０は、一定の幾何学的配置を満たすのに必要とされる、又は一定のピッチの伸びを補うのに必要とされる、あらゆる角度φで傾斜可能な有限長の平面である。歯底面傾斜角度φは、Ｒiの円弧の中心及びスプロケットの中心を通る１本のラインから、Ｒiの円弧の中心を通り傾斜歯底面１４０の下端と直角をなす第２のラインまでで求められる。非噛合歯面ローラ位置付け半径又は谷の丸みＲi’もまた、傾斜歯底面１４０に接している。
図５ａに示されているように、ローラ９０が、傾斜した又は“上り坂”の歯底面１４０の上端に位置決めされるとき、そのローラの中心は、理論上のピッチ円よりも大きな新しいピッチ円を決定する。谷の丸みＲi及びＲi’は、このような構造では典型的には同じ大きさであろうが、噛合歯面半径Ｒf及び非噛合歯面半径Ｒf’は、異なる値であることもあり得る。
もう一度図５を参照すると、噛合側のローラ位置付け角度βと非噛合側のローラ位置付け角度β’とを足した角度は、対称的なＩＳＯのローラ位置付け角度αに置き換えられる。角度β及びβ’の許容誤差は、β及びβ’の誤差全体がＩＳＯのローラ位置付け角度αの許容誤差の２分の１を越えないように、小さくされているのが好ましい。角度βの最大値はＩＳＯのαmax／２に等しくなるであろう。ここでαmax＝１４０°−９０°／Ｚであり、２５歯スプロケットでは１３６．４°である。同様に、角度β’の最小値はＩＳＯのαmin／２に等しくなるであろう。ここでαmin＝１２０°−９０°／Ｚである。
図５に示されているスプロケットの幾何学的配置において、圧力角γはβに関連している。このような２５歯駆動スプロケット１００の駆動側の歯形において、ＩＳＯの（破線で示された）最大値及び非対称の最大値は全く同一で、一列で回転させられると重なり合う。しかし、図５に示されているように、非対称的なスプロケット１００の外径は上部を切断されている。
圧力角γがあるため、図５に示されている接線方向衝撃力要素ＦTは（半径方向衝撃力ＦRは示していない）、ローラ衝撃速度ＶAに比例する。本発明に従うと、噛合側のローラ位置付け角度βを最大にすると、スパンからローラを引き寄せる歯とチェーンとが噛合するところの圧力角γは、最小になるであろう。これはまた、接線方向衝撃力要素ＦTも減少させ、従って、ノイズレベル全体に関わる衝撃ノイズも減少するであろう。
図５のローラ位置付け角度β’とβが等しくなることもあり得る。しかし角度β’は、せいぜいαmin／２に等しい値であるのが好ましい。位置付け角度β’を小さくすると、ローラがスプロケットを離れてスパンに入るとき、これらの分離が速められる。従って、非噛合側のローラ位置付け角度β’は最小の角度で示されている。
図５ａは、理論上のピッチ（最大）Ｐを有するスプロケットの、ピッチ円Ａ及びそれに対応するピッチ多角形Ｂの一部を示している。図５ａはまた、わずかに長い弦ピッチＰ＋ΔＰを有するスプロケットの、ピッチ円Ｃ及びピッチ多角形Ｄも示していて、摩耗したチェーンに対する好適なスプロケットの整合を明示している。ローラ９０が谷の丸みＲi’に位置付けられるとき、ピッチ円がどのくらい大きくなるかは、歯底面傾斜角度φの作用及び歯溝のすきまＴＳＣの大きさによる。
図５ｂは、本発明のさらなる実施例であるスプロケット２００を示している。この実施例では、スプロケット２００は、図５で示されている実施例の傾斜歯底面も歯溝のすきまも有していない。
図６は、ＩＳＯ規格の範囲外である本発明に従った、２５歯非対称駆動スプロケット３００の選択部分を示している。具体的にはこの実施例では、角度βはαmax／２よりも大きい。図６にβ’maxで示されている隣接した歯の角度β’の最大値は、αmin／２に等しい。このような構造は圧力角γによってＮＶＨ特性を改善し、これにより、チェーン駆動の衝撃エネルギーＥAは減少する。図６ａに示されているもう１つの実施例では、スプロケット４００のβ’の最大値β’maxは、αmin／２よりも小さい。図６に示されているスプロケット３００と同様、図６ａのスプロケット４００もまたＩＳＯ規格の範囲外である。
図７は、２５歯と５０歯のスプロケットのチェーン駆動システムにおける、２５歯駆動スプロケット５００の非対称的な歯形の、ローラチェーンラップを示している。理論上のピッチを有する新しいチェーンでは、ローラ９０の全てが、完全ラップ５６０まで最大歯形のスプロケットの歯底面５５０と接触する。磨耗したチェーンでは、このようなスプロケットに噛合する最初のローラ、すなわちローラＡのみが駆動接触状態で完全に位置付けられ、ラップにある残りのローラは次第に歯底面５５０からずり上がってしまう。図７のスプロケット５００には、一定のチェーンピッチの伸びΔＰに適応するように歯溝のすきまＴＳＣが備えられている。言い換えれば、歯溝のすきまＴＳＣが、磨耗したチェーンのローラがスプロケットの歯の傾斜歯底面と固く接触した状態を、維持できるようにしているのである。図７ａは、ローラがラップにあるスプロケット５００を回って移動するときの、歯溝にあるローラの進行を、より明らかに示している。
ここまでは、スプロケットの非噛合歯面の方に向かって半径方向に外側に、すなわち“上り坂”になるよう配置されている、傾斜歯底面が設けられている態様について、その利点とともに説明してきた。本発明のより好ましい態様においては図８に示されているように、駆動スプロケットの傾斜歯底面が逆になっている。具体的には、駆動スプロケット６００の傾斜歯底面６４０は、歯溝の噛合歯面６２０から非噛合歯面６３０に向かって半径方向に内側に、すなわち“下り坂”になるように配置されている。言い換えれば、傾斜歯底面６４０は下がっていく歯底面である。
図１をもう一度参照すると、ＩＳＯ標準スプロケットは、歯とローラとがかみ合うとき、谷の丸みＲiの谷底部分にチェーンローラをとらえる。従って、ローラは谷の丸みＲiに谷径Ｄ2方向に衝撃を与え、図３に示されている半径方向の反作用力ＦRを生じさせる。“下り坂”の傾斜歯底面を備えた非対称的な歯形は、噛合の際のかみ合わせを改善する。具体的には、ローラがラップを回って移動するとき、ローラの進行は磨耗したチェーンでは下り坂である。このような構造においては、ＦR（ＩＳＯ）と図８に示されたＦφとの間の差を吸収するチェーンリンクプレートを用いることにより、半径方向の反作用力ＦRは減少し、またある程度の減衰が生じるであろう、と考えられている。
しかし、“下り坂”の傾斜歯底という特徴は、チェーンの摩耗に伴ってスプロケットのピッチ円を半径方向に内側に動かす。従って、（伸びを補って同じチェーンピッチになるように）ローラが固く接触した状態を維持するためには、“上り坂”の歯底面構造を用いたものよりも、より大きな歯溝のすきまが必要とされる。
図８をもう一度参照すると、本発明における２５歯“下り坂”スプロケット６００の非対称的な歯形が示されている。駆動スプロケット６００のローラ位置付け角度βは、最大実体状態においてＩＳＯのαmax／２よりも大きく、また圧力角γが０になる点まで大きくすることができる。表２は、γをＩＳＯの角度γの１／４に小さくした第２の非対称的な歯形をリストで示していて、このような歯形はいくつかのチェーン駆動システムに有益であるかもしれない。
図８に示されたローラ９０は、点Ｂで歯底面と接触しているとき、ローラの中心は理論上のピッチ円上にある。噛合ローラ位置付け半径Ｒiは、ＩＳＯ標準に従って非噛合ローラ位置付け半径Ｒi’に等しいこともあり得る。従って、これらのローラ位置付け半径は、最大ローラ半径よりもわずかに大きいであろう。ローラが谷径Ｄ2上に位置付けられるときに、ローラの中心が理論上のピッチ円直径上にある態様でもよい。ローラが点ＢとＤ2との間のある点で歯底面と接触するときに、ローラの中心が理論上のピッチ円直径上にある態様でもよい。
図９は、“上り坂”の傾斜歯底面７４０を備えた、５０歯被駆動スプロケット７００の非対称的な歯形を示している。傾斜の方向が上り坂と考えられるか下り坂と考えられるかは、ローラが駆動接触状態にあるときの、ローラに対する傾斜歯底面の位置に関連して変わる。図９で示された実施例では、傾斜歯底面は、非噛合（駆動）歯面７３０から噛合歯面７２０に向かって半径方向に外側になるようにされている。従ってローラは、ゆるみストランドから半径方向の衝撃を減少させるのに有益な下り坂の傾斜面へと、被駆動スプロケットラップに入るが、チェーンの摩耗が生じるとラップにあるローラは、駆動接触位置から好適な方向に半径方向に外側に、すなわち上り坂の方に進む。
図９に示された実施例では、噛合ローラ位置付け角度βはαmax／２よりも大きく、また非噛合ローラ位置付け角度β’はαmin／２よりも小さい。ローラ９０と傾斜歯面７２０との噛合の始めのところでの接触は理論上、チェーンの摩耗が最大のチェーンピッチの伸びΔＰであるときのみ生じるであろう。理論上のピッチＰを有する新しいチェーンでは、全てのローラが、図９に示された最大実体状態のスプロケット、スプロケット７００の谷径Ｄ2と接触するであろう。図１０は、１８歯と３６歯のスプロケットのチェーン駆動システムにおける、歯溝のすきまＴＳＣを有する３６歯被駆動スプロケット８００の、ラップ角度８７０を示している。図１０はまた、それに対応する適応可能なチェーンピッチの伸びΔＰも示している。
表２は、いくつかのスプロケットの最大及び最小ＩＳＯローラ位置付け角度α、並びに、本発明の主題に従った２種類の非対称的な歯形の噛合側のローラ位置付け角度βを、リストにして示している。これらの歯形は、スプロケットの歯の数、駆動側面ローラ位置付け角度β、及び圧力角γに応じて記述されていて、また、ＩＳＯ標準歯形と並記されている。この非対称的な歯形は、本発明に従ったスプロケットの単なる例証にすぎない。従って、他の歯形を有する別のスプロケットの方が、特定の駆動に対してはより優れたＮＶＨ特性を有するかもしれない。しかし、実験による分析は、圧力角γをＩＳＯ標準の角度より小さくすると非対称的な歯形の噛合ノイズレベルは低下する、ということを実証している。
図１１は、８mmピッチローラチェーンが２５歯スプロケットに噛合する際の、エンジンの回転数の関数として衝撃エネルギーＥAを、グラフで示している。グラフに示されている４つのＥAの曲線は、ＩＳＯ歯形の最大及び最小圧力角、並びに、非対称的な歯形の最大及び最小圧力角に対するものである。これらの曲線は、最大及び最小実体状態のスプロケット、及び、理論上のピッチを有するチェーンである理論上の場合を表している。非対称的な歯形の最大衝撃エネルギーレベル（ＭＡＸ  ＡＳＹＭＭ）は、ＩＳＯ歯形の最大値（ＭＡＸ  ＩＳＯ）及びＩＳＯ歯形の最小値（ＭＩＮ  ＩＳＯ）よりも低い。
図１２は、２５歯と５０歯スプロケットの組み合わせで、非対称的な歯形のスプロケットを用いる、典型的なカムインブロック式カムシャフトチェーン駆動システム９００を示している。このチェーン駆動装置の２５歯駆動スプロケット９１０は、クランクシャフトにしっかりと固定されているので、クランクシャフトの速度で動く。カムシャフトにしっかりと固定されている５０歯被駆動スプロケット９２０は、クランクシャフトの半分の速度で動く。
非対称歯形スプロケットのもう１つのチェーン駆動用途は、図１３に示されているようなバランスシャフトドライブ９００’である。４２歯駆動スプロケット９１０’は、クランクシャフトにしっかりと固定されている。２１歯被駆動スプロケット９２０’は、バランスシャフトにしっかりと固定されているので、クランクシャフトの２倍の速度で動くであろう。このような構造において、被駆動シャフトは通常、もう１つの逆回転バランスシャフトを１：１ギヤドライブを通して駆動するであろう。
図１４は、４スプロケットチェーン駆動システムにおいて、同じ４２歯と２１歯スプロケットの組み合わせを用いる、もう１つの典型的なバランスシャフトドライブ９００”を示していて、この駆動システムは、バランスシャフトを逆回転させるためにアイドラスプロケット９４０”を用いている。クランクシャフトの２倍の速度で動く逆回転バランスシャフト９２０”及び９３０”は、列形４シリンダエンジンの二次自由（バランスを失った）力を調整するのに役立つ。ローラＸ及びＹはそれぞれ、右手のバランスシャフトスプロケット９３０”の噛合ローラ、及び、左手のバランスシャフトスプロケット９２０”の噛合ローラである。ローラの噛合が同時に起こらないようにすることが好ましく、これは例えば、２つのスプロケットの間のチェーンストランドオフセットを大きく又は小さくして、チェーンの幾何学的配置をわずかに変えることによってうまく処理することができる。２１歯スプロケット９３０”及び９２０”はノイズレベル全体により大きく関わるが、４つのスプロケット全てがローラとスプロケットとのかみ合いの結果ノイズレベルに関わる。従って、スプロケット全てのローラとのかみ合いをずらすようにドライブを設計することが好ましい。
本発明を用いてノイズを減少させるという利点をもたらす、チェーンとスプロケットとのかみ合い運動学から実質的にそれない程度に、上記で示され述べられた歯形の特徴をわずかに変更することができる。例えば、製造、品質管理のため、又は部品の寸法を改善するために、歯形をわずかに変えることができるであろう。このような変更は、ここに開示されたような本発明の範囲内である。
上記の記述は、本発明の特定の実施例を単に開示しているにすぎず、本発明を制限する目的ではない。このように、本発明はここに述べた実施例のみに制限されない。それどころか、当業者は本発明の範囲内である他の実施例を考え出すことができるであろう、ということが認められる。
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【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５ａ】
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【図５ｂ】
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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７ａ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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