JP4508616B2 - ローラチェーン伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車、産業用機械等の動力伝達機構あるいは搬送機構などに用いられるローラチェーン伝動装置に関するものである。特に、自動車エンジンのタイミングドライブ用（カム軸駆動用）に適したローラチェーン伝動装置に関するものである。

近年、自動車エンジンの動力伝達機構等に用いられる伝動装置には、高荷重、高速化及びメンテナンスフリー化の要請から、従来多用されていた歯付ベルトを用いた伝動装置に代わり、金属製のローラチェーンを用いたローラチェーン伝動装置の採用が増加している。

ローラチェーン伝動装置は、円筒状の２本のブシュの両端が一対の内プレートに穿孔されたブシュ孔にそれぞれ圧入され、そのブシュにローラを回転自在に外嵌した内リンクと、隣接した内リンクのブシュ内にそれぞれ回転自在に遊貫された２本のピンの両端が、一対の内プレートの両外側に配置された一対の外プレートに穿孔されたピン孔にそれぞれ圧入された外リンクとを有し、内リンクと外リンクがピンにより交互に屈曲可能に連結されたローラチェーンとそのローラチェーンに噛み合う歯形を有し、駆動側と従動側に配置された少なくとも２つのスプロケットにより構成されており、駆動側スプロケットの回転をローラチェーンを介して従動側スプロケットに伝達している。

このようなローラチェーン伝動装置に用いられるローラチェーンとしては、寸法的バランス及び標準化の要請からローラ外径Ｄｒ及びピン径ｄが、チェーンピッチＰに対して、いわゆるＡ系ローラチェーンにおいて、
０．５９≦Ｄ／Ｐ≦０．６４ かつ ０．２８≦ｄ／Ｐ≦０．３８
及びＢ系ローラチェーンにおいて、
０．５７≦Ｄ／Ｐ≦０．６７ かつ ０．２８≦ｄ／Ｐ≦０．３８
のものが使用されている（ＪＩＳＢ１８０１参照）。

また、スプロケットとしては、ローラチェーンとの噛み合い及び噛み外れの時に円滑な運動をし、効率よく回転トルクを回転軸に伝達するような形状の歯形を有するスプロケットが規格化されており、ローラチェーンに応じて、適合するスプロケットが選択され、使用されている。

さらに、チェーンとスプロケットとの噛み合い時に発生する騒音を低減する目的で、ローラ外径が異なる２種類以上のローラをランダムに配置したローラチェーンを用いたり、フランク面形状が異なる歯をランダムに配置したスプロケットを用いることにより、ローラとチェーンとが不規則な圧力角で噛み合うようにした低騒音ローラチェーン伝動装置も提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
実開平５−５９０１４号公報 特開２００２−２６６９８８号公報

ところが、上述したような従来の低騒音ローラチェーン伝動装置においては、ローラ外径が異なる２種類以上のローラや、フランク面形状が異なる歯をどのようにランダムに配置した場合に、どの程度、噛み合い音が低減するかについて明らかにされておらず、最適な低減効果を得るためには、試行錯誤を繰り返す必要があった。

さらに、ローラとチェーンとの噛み合い騒音は、特定の回転速度領域において、特に、大きな騒音が発生することが指摘されていたが、従来の低騒音ローラチェーン伝動装置においては、このような特定の回転速度領域において発生する異常騒音に対しては、配慮がなされていなかった。

そこで、本発明の目的は、上述したような従来のローラチェーン伝動装置が抱える課題をふまえて、試行錯誤を繰り返すことなく、再現性よく、ローラチェーンとスプロケットの噛み合い音を低減するとともに、特定の回転速度領域における異常騒音の発生を抑制したローラチェーン伝動装置を提供することである。

請求項１に係る発明は、２本のブシュの両端が、一対の内プレートに穿孔されたブシュ孔にそれぞれ圧入され、前記ブシュの外側に回転可能なローラを有する内リンクと、隣接した前記内リンクの前記ブシュ内に回転自在に遊貫された２本のピンの両端が、前記一対の内プレートの両外側に配置された一対の外プレートに穿孔されたピン孔にそれぞれ圧入された外リンクとを有し、前記内リンクと前記外リンクとが前記ピンにより交互に屈曲可能に連結されたローラチェーンと、該ローラチェーンと噛み合う歯形を有するスプロケットとによりローラチェーン伝動装置を構成し、そのスプロケットを、歯形の異なる第１の歯と第２の歯を少なくとも有し、前記第１の歯と前記第２の歯が不規則に、且つ、前記第１の歯が連続することなく配列していると共に、前記第２の歯の数が第１の歯の数の４倍を越えないものとし、
前記第１の歯及び第２の歯の歯形を、第１の歯の歯底円半径をＲ１、歯底部円弧の半径をｒ１とし、第２の歯の歯底円半径をＲ２、歯底部円弧の半径をｒ２とした時に、スプロケットのピッチ円直径Ｄｐ、ローラチェーンのローラ外径Ｄｒ、チェーンピッチＰに対して、
Ｒ１＝（Ｄｐ−Ｄｒ）／２
Ｒ１−０．０５Ｐ＜Ｒ２＜Ｒ１−０．０１５Ｐ
０．５０５Ｄｒ＜ｒ１＜０．５０５Ｄｒ＋０．０６９³√Ｄｒ
０．５０Ｄｒ＜ｒ２＜ｒ１
の関係式を満たす歯形とすることにより、上記課題を解決するものである。

ここで、本発明で使用した用語は、ＪＩＳＢ１８０２に準拠した技術的意味において使用している。
すなわち、歯底円半径とは、図３に示したように、スプロケットの中心を円の中心とし、各歯の歯底に接する円の半径を意味しており、歯底部円弧とは、スプロケットの隣接する２つの歯先ラインによって等分されるピッチ円上の点を円の中心とし、歯溝に接触する円の半径を意味している。
また、ピッチ円直径とは、スプロケットに巻き付けたチェーンのピッチ線に外接する円の直径を意味している。

そして、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の構成に加えて、ローラチェーン伝動装置を構成するローラチェーンとして、内リンクと外リンクとを屈曲可能に連結するピンが、少なくともピン径の異なる第１のピンと第２のピンとからなり、それらのピン径の異なるピンがローラチェーンの長さ方向に不規則に配列されているローラチェーンを用いることにより、上記課題のより一層の解決を図るものである。

さらに、請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明の構成に加えて、第１のピンと第２のピンが、それぞれ、ローラチェーンの総ピン数に対して２０％以上の割合で存在すると共に、第１のピンのピン径をｄ１、第２のピンのピン径をｄ２とした時に、
０．９９２ｄ１≦ｄ２≦０．９９８ｄ１
の関係式を満たすローラチェーンを用いることにより、上記課題をさらに解決するものである。

請求項１に係る発明によれば、歯形の異なる第１の歯と第２の歯を少なくとも有すると共に、第１の歯が連続することなく、また、第２の歯の数が第１の歯の数の４倍を越えない数で不規則に配列されたスプロケットを用いているため、チェーンとスプロケットとの噛み合いの時間的間隔を最も分散させるという不規則配列が定量的に実現でき、噛み合い音を再現性よく低減することが可能になる。
その結果、ローラチェーン伝動装置の静粛性の向上、開発期間の短縮という効果が奏される。

また、第１の歯及び第２の歯の歯形を、第１の歯の歯底円半径をＲ１、歯底部円弧の半径をｒ１とし、第２の歯の歯底円半径をＲ２、歯底部円弧の半径をｒ２とした時に、スプロケットのピッチ円直径Ｄｐ、ローラチェーンのローラ外径Ｄｒ、チェーンピッチＰに対して、
Ｒ１＝（Ｄｐ−Ｄｒ）／２ （数式１）
Ｒ１−０．０５Ｐ＜Ｒ２＜Ｒ１−０．０１５Ｐ （数式２）
０．５０５Ｄｒ＜ｒ１＜０．５０５Ｄｒ＋０．０６９³√Ｄｒ （数式３）
０．５０Ｄｒ＜ｒ２＜ｒ （数式４）
の関係式（数式１〜４）を満たす歯形としたことにより、特定の回転領域で発生する噛み合い音の上昇を抑制する効果が奏される。

ここで、上述した関係式は、後述するような本発明者らが実施した精力的な騒音測定試験の結果に基づき帰納的に求めたものである。
すなわち、第２の歯の歯底円半径Ｒ２が、Ｒ１ー０．０５Ｐより小さい場合、噛み合い音を低減する効果が少なく、また反対に、Ｒ１ー０．０１５Ｐより大きくても噛み合い音の低減効果が少なくなる上、空気音や振動音等の噛み合い音以外の騒音も含めた装置全体の騒音レベル、すなわち、オーバーオール値の上昇が大きくなるため、好ましくない。

また、第１の歯の歯底部円弧の半径ｒ１は、上記関係式において、数式３で規定するように、ＩＳＯ“Ｂ”規格、いわゆるＢＳ規格（ＢＳ２２８）に準じているが、第２の歯の歯底部円弧の半径ｒ２は、ｒ１より小さくすることにより、噛み合い音の低減効果が上昇する。
しかしながら、０．５０Ｄｒ以下にした場合、ローラ外径よりも小さくなるため、歯飛び発生の原因となるため、好ましくない。

さらに、請求項２に係る発明によれば、ローラチェーン伝動装置を構成するローラチェーンとして、内リンクと外リンクとを屈曲可能に連結するピンが、少なくともピン径の異なる第１のピンと第２のピンとからなり、それらのピン径の異なるピンがローラチェーンの長さ方向に不規則に配列されているローラチェーンを用いているため、請求項１に係る発明が奏する噛み合い音の低減効果が一層顕著に現れる。

また、請求項３に係る発明は、第１のピンと第２のピンが、それぞれ、ローラチェーンの総ピン数に対して２０％以上の割合で存在すると共に、第１のピンのピン径をｄ１、第２のピンのピン径をｄ２とした時に、
０．９９２ｄ１≦ｄ２≦０．９９８ｄ１
の関係式を満たすローラチェーンを用いたことにより、請求項２に係る発明が奏する噛み合い音の低減効果がより一層顕著に、しかも、再現性よく奏される。

さらに、本発明のローラチェーン伝動装置によれば、上述したスプロケット及びローラチェーンの個々の構成により奏される効果が相乗的に作用し、特定の回転領域で発生する噛み合い音及びオーバーオール値の上昇、すなわち、装置の共振に起因する異常騒音の発生を抑制することができるのみならず、共振に起因するチェーン張力の上昇を回避することが可能になり、装置の長寿命化、耐久性・信頼性の向上が図られる。

さらには、装置の静粛性向上や共振現象の抑制により、チェーン周りの遮音材の削減や、周辺部品の剛性低減（薄肉化等）が可能になり、装置の低コスト化が図られる。

本発明の実施の形態を実施例に基づき、図１乃至図６を参照して説明する。

本発明の実施例１によるローラチェーン伝動装置は、図２にその一部を示したように、円筒状の２本のブシュ１２の両端部が一対の内プレート（１４）に穿孔されたブシュ孔（１４ａ）にそれぞれ圧入され、そのブシュ（１２）にローラ（１１）を回転自在に外嵌した内リンク（ＩＬ）と、隣接した内リンク（ＩＬ）の前記ブシュ（１２）内にそれぞれ回転自在に遊貫されたピン（１６）の両端が、前記一対の内プレート（１４）の両外側に配置された一対の外プレート（１８）に穿孔されたピン孔（１８ａ）にそれぞれ圧入された外リンク（ＯＬ）とを有し、前記内リンク（ＩＬ）と前記外リンク（ＯＬ）が前記ピン（１６）により交互に屈曲可能に連結されたローラチェーンと、そのようなローラチェーンに噛み合う歯形を有する駆動側と従動側の少なくとも２つのスプロケットにより構成され、駆動側スプロケット（２０）の回転をローラチェーン（１０）を介して従動側スプロケットに伝達している（図１参照）。

そして、スプロケットは、図１に示したように、歯形の異なる第１の歯（Ａ）と第２の歯（Ｂ）を少なくとも有し、前記第１の歯（Ａ）と前記第２の歯（Ｂ）が不規則に、且つ、前記第１の歯（Ａ）が連続することなく配列していると共に、前記第２の歯（Ｂ）の数が第１の歯（Ａ）の数の４倍を越えないように設定されている。

さらに、第１の歯（Ａ）及び第２の歯（Ｂ）は、図３に示したように第１の歯の歯底円半径をＲ１、歯底部円弧の半径をｒ１とし、前記第２の歯の歯底円半径をＲ２、歯底部円弧の半径をｒ２とした時に、スプロケットのピッチ円直径Ｄｐ、前記ローラチェーンのローラ外径Ｄｒ、チェーンピッチＰに対して、
Ｒ１＝（Ｄｐ−Ｄｒ）／２
Ｒ１−０．０５Ｐ＜Ｒ２＜Ｒ１−０．０１５Ｐ
０．５０５Ｄｒ＜ｒ１＜０．５０５Ｄｒ＋０．０６９³√Ｄｒ
０．５０Ｄｒ＜ｒ２＜ｒ１
の関係式を満たすように歯形形状を設計している。

本実施例の場合、６個の第１の歯と１２個の第２の歯が図３のように配列され、ピッチ円直径Ｄｐが４６．０７ｍｍであり、第１の歯の歯底円半径Ｒ１が２０．２１ｍｍ、歯底部円弧の半径ｒ１が２．９１ｍｍであり、第２の歯の歯底円半径Ｒ２が１９．９１ｍｍ、歯底部円弧の半径ｒ２が２．８７ｍｍであるスプロケットを駆動側に用い、チェーンピッチＰが８．００ｍｍであり、ローラ外径Ｄｒが５．６５ｍｍのローラチェーンを伝動媒体として、ローラチェーン伝動装置を構成した。

このローラチェーン伝動装置を用いて騒音測定試験を行った結果を図５に示す。この騒音測定試験は、上述したローラチェーンとスプロケットを用い、従動側スプロケットとして歯数３６の標準スプロケットを用い、駆動側スプロケットの回転速度を毎分５００回転から毎分５０００回転まで変化させ、駆動軸前方１００ｍｍの位置におけるオーバーオール値と回転速度に対応する次数音（本実施例においては、１８次成分）を測定することにより行った。
ここで、次数音とは、回転数に対応した周波数（１次成分）の歯数倍の周波数を持つ音を意味しており、ローラチェーン伝動装置から発生する騒音の中で支配的な騒音となっている。
なお、従来品として用いたローラチェーン伝動装置は、駆動側スプロケットとして歯数１８の標準スプロケットを用いた以外は、上述の条件と同一である。

図５から分かるように、実施例１のローラチェーン伝動装置によれば、９００回転、１２００回転、１５００回転、１８００回転近傍で発生していた装置全体の騒音値（オーバーオール値）の上昇が低減している。
また、噛み合い音の１８次成分については、測定した回転速度のほぼ全領域において、数ｄＢ〜１０ｄＢ低減する。
なお、ここでは、実施例１のローラチェーン伝動装置による騒音測定試験の結果のみを示しているが、図５に示されるような特定回転速度域におけるオーバーオール値上昇の抑制効果や噛み合い音の低減効果は、上述した条件を満足するスプロケットを用いた場合に、再現性よく奏されることが実験的に確認できた。

次に、実施例１のローラチェーン伝動装置で用いたローラチェーンに代えて、内リンクと外リンクとを屈曲可能に連結するピンが、ピン径の異なる第１のピンと第２のピンとを有すると共に、これらの第１のピンと第２のピンがローラチェーンの長さ方向に不規則に配列しているローラチェーンを用いたところ、噛み合い音の低減効果が一層顕著に現れことが確認された。
さらに、この効果は、第１のピンと第２のピンの数を、それぞれ、ローラチェーンの総ピン数に対して２０％以上とすると共に、図４に示したように、第１のピンのピン径をｄ１、第２のピンのピン径をｄ２とした時に、
０．９９２ｄ１≦ｄ２≦０．９９８ｄ１
の関係式を満足させることにより、再現性よく奏されることを実験的に確認することができた。

図６は、その一例を示すものであり、ピン径ｄ１が３．０４５ｍｍである第１のピンと、ピン径ｄ２が３．０３０ｍｍである第２のピンからなる異なるピン径の２種類のピンを、第１のピンの数：第２のピンの数が７０：３０の割合で有するローラチェーンを用いて騒音測定試験を行った結果を示している。
その他の条件については、実施例１における騒音測定試験と同じ値を用いている。

図６から分かるように、実施例２のローラチェーン伝動装置によれば、９００回転、１２００回転、１５００回転、１８００回転近傍で発生していた装置全体の騒音値（オーバーオール値）の上昇が、ほとんど確認できない程度まで低減する。
また、噛み合い音の１８次成分についても、測定した回転速度のほぼ全領域において、より大きな低減効果が確認された。

本発明は、ローラチェーン伝動装置における噛み合い騒音の低減及び特定の回転速度領域において発生する装置全体の騒音値（オーバーオール値）上昇の抑制を、再現性よく実現するものであり、自動車エンジンのタイミングシステムの低騒音化、耐久性向上、システム設計期間の短縮に寄与するのみならず、産業用機械の動力伝達や搬送機構など、その産業上の利用可能性は、きわめて高い。

本発明のローラチェーン伝動装置の機構を説明する説明図。 本発明に使用されるローラチェーンの一部を示す斜視図。 本発明に使用されるスプロケットを説明する平面図。 本発明に使用されるローラチェーンであって、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図。 実施例１のローラチェーン伝動装置の騒音測定試験結果を示す図。 実施例２のローラチェーン伝動装置の騒音測定試験結果を示す図。

１０ ・・・ ローラチェーン
１１ ・・・ ローラ
１２ ・・・ ブシュ
１４ ・・・ 内プレート
１４ａ ・・・ ブシュ孔
１６ ・・・ ピン
１８ ・・・ 外プレート
１８ａ ・・・ ピン孔
２０ ・・・ スプロケット
ＩＬ ・・・ 内リンク
ＯＬ ・・・ 外リンク
Ａ ・・・ 第１の歯
Ｂ ・・・ 第２の歯
Ｄｐ ・・・ スプロケットのピッチ円直径
Ｄｒ ・・・ ローラチェーンのローラ外径
Ｐ ・・・ ローラチェーンのピッチ長
ｄ１ ・・・ ローラチェーンの第１のピン径
ｄ２ ・・・ ローラチェーンの第２のピン径
Ｒ１ ・・・ 第１の歯の歯底円半径
Ｒ２ ・・・ 第２の歯の歯底円半径
ｒ１ ・・・ 第１の歯の歯底部円弧の半径
ｒ２ ・・・ 第２の歯の歯底部円弧の半径

Claims (3)

1. ２本のブシュの両端が、一対の内プレートに穿孔されたブシュ孔にそれぞれ圧入され、前記ブシュの外側に回転可能なローラを有する内リンクと、隣接した前記内リンクの前記ブシュ内に回転自在に遊貫された２本のピンの両端が、前記一対の内プレートの両外側に配置された一対の外プレートに穿孔されたピン孔にそれぞれ圧入された外リンクとを有し、前記内リンクと前記外リンクが前記ピンにより交互に屈曲可能に連結されたローラチェーンと、該ローラチェーンと噛み合う歯形を有するスプロケットとからなるローラチェーン伝動装置において、
   前記スプロケットが、歯形の異なる第１の歯と第２の歯を少なくとも有し、前記第１の歯と前記第２の歯が不規則に、且つ、前記第１の歯が連続することなく配列していると共に、前記第２の歯の数が第１の歯の数の４倍を越えないものとし、
   前記第１の歯及び前記第２の歯が、
   前記第１の歯の歯底円半径をＲ１、歯底部円弧の半径をｒ１とし、前記第２の歯の歯底円半径をＲ２、歯底部円弧の半径をｒ２とした時に、
   前記スプロケットのピッチ円直径Ｄｐ、前記ローラチェーンのローラ外径Ｄｒ、チェーンピッチＰに対して、
   Ｒ１＝（Ｄｐ−Ｄｒ）／２
   Ｒ１−０．０５Ｐ＜Ｒ２＜Ｒ１−０．０１５Ｐ
   ０．５０５Ｄｒ＜ｒ１＜０．５０５Ｄｒ＋０．０６９³√Ｄｒ
   ０．５０Ｄｒ＜ｒ２＜ｒ１
   の関係式を満たす歯形を有していること
   を特徴とするローラチェーン伝動装置。
2. 前記ローラチェーンは、前記内リンクと前記外リンクとを屈曲可能に連結する前記ピンが、ピン径の異なる第１のピンと第２のピンとを有すると共に、前記第１のピンと前記第２のピンが前記ローラチェーンの長さ方向に不規則に配列していること
   を特徴とする請求項１に記載のローラチェーン伝動装置。
3. 前記第１のピンと前記第２のピンは、それぞれ、前記ローラチェーンの総ピン数に対して２０％以上の割合で存在すると共に、
   前記第１のピンのピン径をｄ１、前記第２のピンのピン径をｄ２とした時に、
   ０．９９２ｄ１≦ｄ２≦０．９９８ｄ１
   の関係式を満たすこと
   を特徴とする請求項２に記載のローラチェーン伝動装置。

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