JP6445285B2 - 低騒音ギヤ - Google Patents

Description

本発明は、騒音を低減する低騒音ギヤに関する。

エンジンのバルブを開閉するカムギヤは、プッシュロッドとロッカーアームを介して吸・排気バルブを開閉する。カムギヤは、吸・排気バルブを閉じる方向に付勢するスプリングの付勢力を回転方向に受けている。したがって、カムギヤは、回転してバルブを開閉するとき、トルク変動が生じ、噛合したギヤとの間で騒音を発生する。

カムギヤは、一般に、Ｓ５３Ｃ（機械構造用炭素鋼)、クロム鋼、クロムモリブデン鋼といった高硬度の材料が用いられているため、音響に対する減衰量が小さく、甲高い歯打ち音が長い間響き続ける。

特開２０１１−１６９２６９号公報

歯打ち音を低減させるギヤとしては、シザースギヤがある。しかしながら、シザースギヤは、同形、同軸の２枚の歯車にバネでトルクを与えて遊びをなくすものであり、ギヤそのものの部品点数も多く構造も複雑である。また、シザースギヤは、互いに摺動する２枚のギヤの摺動面が摩耗するため、ギヤ交換も必要となる。

また、低騒音ギヤとしては、例えば特許文献１に示すようなものもある。この低騒音ギヤの構造は、ギヤを、内側部材と、外側部材とに分割し、内側部材と外側部材との間に内部摩擦抵抗を増やすと共に、振動を減衰するための振動減衰部材を設けてなる。この低騒音ギヤ構造では、ギヤを径方向に３分割するものであり、構造が複雑である。

本発明は、簡単な構成で、騒音を減衰することができる低騒音ギヤを提供することを目的とする。

以上のような課題を解決する低騒音ギヤは、円盤形状を有し、外周にギヤ部が設けられた本体部と、前記本体部とは異なる固有振動数を有する防振プレートと、前記本体部に設けられ、前記防振プレートの側面を保持する保持部とを備える。

上記構成によれば、前記本体部とは異なる固有振動数の防振プレートが保持部に取り付けられることで、ギヤとギヤとが噛合し、回転により歯が叩かれることにより発生する前記本体部の振動を、減衰させることができる。これにより、トルク変動等によって生じる騒音を短時間で低減することができる。上記構成では、前記本体部の保持部に防振プレートを取り付けるだけの簡単な構成で、ギヤの騒音を低減することができる。

上記低騒音ギヤにおいて、更に、前記保持部は、前記本体部に設けられた溝部に設けられるようにし、前記防振プレートを、前記溝部の側面に、圧入で保持されるようにしてもよい。この場合、前記防振プレートは、前記溝部の底面に対してフリーとなる。これにより、前記プレートは、前記本体部とは異なる振動数で振動することができ、前記本体部の振動を減衰させることができる。
上記構成によれば、前記防振プレートを圧入によって簡単に取り付けることができる。

上記低騒音ギヤにおいて、更に、上記防振プレートは、環状に形成するとよい。
上記構成によれば、前記円形の本体部全体に亘って発生する振動を効果的に減衰することができる。

上記低騒音ギヤにおいて、前記本体部は、高炭素鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼の何れかで形成し、前記防振プレートは、ダクタイル鋳鉄で形成することができる。また、熱間圧延鋼板で形成することができる。

上記構成によれば、強度部材となる前記本体部を、高強度材料で形成し、前記防振プレートを、前記本体部より振動数の低い材料で形成することで、物理的強度を維持しながら、前記本体部の振動を減衰させ、騒音を低減することができる。熱間圧延鋼板のときには、前記防振プレートは、プレス加工で容易に製造することができる。

以上のような構成によれば、簡単な構成で、騒音を減衰することができる。

低騒音ギヤの斜視図である。 低騒音ギヤの平面図である。 低騒音ギヤの断面図である。 第２実施形態として示す低騒音ギヤの平面図である。 第３実施形態として示す低騒音ギヤの平面図であり、環状プレートを外周のリムの内側に圧入する例を示す。 第４実施形態として示す低騒音ギヤの断面図であり、環状プレートが一対の環状リブ間に圧入される例を示す。 第４実施形態として示す低騒音ギヤの断面図であり、環状リブの外側に環状プレートが圧入された例を示す。 第４実施形態として示す低騒音ギヤの断面図であり、環状リブの内側に環状プレートが圧入された例を示す。

以下、図１〜図３を参照して、低騒音ギヤの実施の形態を説明する。
（第１実施形態）

図１〜図３に示す低騒音ギヤ１は、例えば、プッシュロッドとロッカーアームとを介して吸・排気バルブを開閉するカムギヤに適用される。この低騒音ギヤ１は、平歯車であって、外周にギヤ部３が形成された円盤形状の本体部２を有する。この本体部２は、Ｓ５３Ｃ（機械構造用炭素鋼)、クロム鋼、クロムモリブデン鋼といった高硬度の材料で形成され、第１固有振動数を有している。本体部２は、中心部に、カムシャフトが挿通される中心孔４が形成されている。本体部２は、一方の面に、中心孔４の外周部に第１中央凹部５が形成されている。第１中央凹部５は、カムシャフトのフランジが配置される。本体部２の他方の面には、中心孔４の外周部に、カムシャフトに低騒音ギヤ１を取り付ける止めねじ等の取付部材が配置される第２中央凹部７が形成されている。第１中央凹部５及び第２中央凹部７には、カムシャフトに対して低騒音ギヤ１が回転することを防止するノックピン６ａが係合される係合部６が形成されている。

本体部２の一方の面には、第１中央凹部５の外周側と連続して環状突部８が形成されており、更に、環状突部８の外周側に連続して環状溝部９が形成されている。環状溝部９の外周側には、リム１２が設けられ、リム１２の外周面に、ギヤ部３が形成されている。

環状溝部９には、防振プレートとなる環状プレート１１が取り付けられる。環状溝部９は、環状突部８の外周に隣接した部分、すなわち内周側の底面と環状突部８の外周面が環状プレート１１の保持部９ａとなる。保持部９ａは、環状プレート１１の取付面に対応した形状となっており、ここでは、平坦な面に形成されている。また、保持部９ａの外周側は、取付面より深い凹部９ｂとなっている。環状プレート１１は、その内径が環状突部８の外径と一致し、環状溝部９内の保持部９ａに環状溝部９の底面に接するまで圧入される。環状プレート１１は、環状突部８に、すなわち環状溝部９の内周側面に、締まりばめで取り付けられるので、振動等によっても、本体部２から脱落することが防止されている。また、環状溝部９において、保持部９ａの外周側は、環状プレート１１が配置されず、環状プレート１１の配置後においても凹部９ｂとなる。なお、締め代は、少なくとも通常の使用による振動によって環状プレート１１が本体部２から外れないように適宜設定される。

環状プレート１１は、その厚さが環状溝部９の深さと略一致するように形成されており、環状溝部９に配置されたとき、表面が環状突部８の頂面と略面一となる。すなわち、環状突部８の頂面とリム１２の頂面の高さが略同じであり、環状プレート１１も保持部９ａに取り付けられたときには、環状突部８の頂面とリム１２の頂面から突出することがない。したがって、低騒音ギヤ１は、カムシャフト等に取り付けられた際にも、環状プレート１１が隣接する他の部材に干渉することを防止することができる。なお、ここでは、環状プレート１１の厚さ（保持部９ａの深さ）は、本体部２に求められる振動の度合いに応じて適宜設定されるものであり、本体部２の振動を減衰できる厚さが必要であり、例えば本体部２の厚さ（リム１２や環状突部８の厚さ）の０．２倍〜０．５倍、好ましくは０．３倍〜０．４倍程度となっている。

また、環状溝部９は、その幅が環状プレート１１の幅より広く形成され、環状プレート１１が配置された際に、環状プレート１１の外周に凹部９ｂが形成される。環状溝部９は、環状プレート１１の取り付け後にも、凹部９ｂが臨む大きさとすることで、全体の軽量化を図っている。この環状プレート１１は、本体部２の第１固有振動数と異なる第２固有振動数の材料が選択されており、ここでは、第１固有振動数より固有振動数が低く振動の減衰効果の高いダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ（Ｆｅｒｒｕｍ Ｃａｓｔｉｎｇ Ｄｕｃｔｉｌｅ））や熱間圧延鋼板（ＳＰＨ）が用いられている。熱間圧延鋼板を用いた場合には、環状プレート１１をプレス加工によって容易に形成することができる。

環状プレート１１は、環状突部８の外周、すなわち環状溝部９の内周側面に圧入されることで、その内周面が環状突部８の外周面に、締まりばめによって保持される。環状プレート１１は、環状溝部９の底面に対して接しながらも接着がされておらず、フリーとなっている。これにより、環状プレート１１は、本体部２と一体的に振動するのではなく、本体部２とは別に固有の振動数で振動し、本体部２の振動を減衰させることができる。なお、環状プレート１１は、環状突部８に対して、圧入ではなく、溶接や接着剤等で取り付けられてもよい。

なお、本体部２の他方の面には、第２中央凹部７の外周側に、更に突状の環状部１０が設けられ、環状部１０の外周側に、環状凹部１０ａが形成されている。本体部２は、他方の面に環状凹部１０ａを形成することで、全体の軽量化を図るようにしている。

第１実施形態の低騒音ギヤ１によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）低騒音ギヤ１は、エンジンのバルブを開閉する際に回転駆動される。カムギヤである低騒音ギヤ１は、吸・排気バルブを閉じる方向に付勢するスプリングの付勢力を回転方向に受けているため、回転してバルブを開閉するとき、トルク変動が生じ、噛合したギヤとの間で騒音を発生する。具体的に、本体部２は、トルク変動やバックラッシュ等で、面全体が振動し、騒音を発生する。本体部２は、Ｓ５３Ｃ（機械構造用炭素鋼)、クロム鋼、クロムモリブデン鋼といった高硬度の材料が用いることで、必要な物理的強度を確保することはできるものの、音響に対する減衰量が小さい。

低騒音ギヤ１は、環状溝部９には、本体部２とは固有振動数の異なる環状プレート１１が環状突部８に圧入されることで、環状プレート１１が本体部２とは別に固有振動数で振動する。したがって、環状プレート１１は、本体部２の全体に発生している振動を押さえ付けるようにして減衰させることができる。これにより、低騒音ギヤ１は、トルク変動等によって生じる騒音を短時間で低減することができる。更に、カムギヤである低騒音ギヤ１から周辺部品への加振力を低減することができる。

（２）加えて、低騒音ギヤ１は、高度部品と本体部２に、高硬度の材料を使用しているので、上述のように騒音を低減しながら、物理的な強度を維持することができる。

（３）更に、環状プレート１１は、圧入によって、容易に環状溝部９に取り付けることができ、また、環状プレート１１が圧入された低騒音ギヤ１も、構成を簡素なものにすることができる。

（第２実施形態）
図４に示すように、環状プレート１１は、リングを複数に分割した円弧状プレート２１であってもよい。図４に示す例では、環状溝部９には、環状突部８の外周から放射状に等間隔に、複数の放射状突部２２が形成されている。そして、放射状突部２２，２２間には、防振プレートとなる円弧状プレート２１が配置される。円弧状プレート２１は、環状突部８の外周部や放射状突部２２の側縁が保持部となり、この保持部に、圧入や溶接や接着剤等で取り付けられる。圧入の場合は、円弧状プレート２１が環状突部８の外周部と放射状突部２２，２２とに３方向が囲まれた領域に、締まりばめされる。

なお、放射状突部２２は、環状突部８の外周部とリム１２とに亘って形成してもよい。また、放射状突部２２は、周回方向に、不等間隔に形成するようにしてもよい。更に、環状溝部９を放射状突部２２で分割する数は、特に限定されるものではなく、２つでも、３つでもそれ以上であってもよい。

（第３実施形態）
環状プレート１１は、環状突部８の外周に圧入し、その内周面を環状突部８の外周面で保持するのではなく、図５に示すように、外周面が保持されるようにしてもよい。例えば、環状プレート１１の外径を、リム１２の内径と略一致させる。そして、リム１２の内側を保持部９ａとし、保持部９ａに環状プレート１１を圧入し、その外周面をリム１２の内周面に圧接させて、締まりばめで保持させる。このような構成によっても、上記（１）〜（３）と同様な効果を得ることができる。なお、この場合、環状プレート１１の内側であって環状突部８との間に凹部９ｂが形成されることになる。

（第４実施形態）
環状プレート１１が配置される環状溝部９内の保持部９ａは、以上のように、本体部２の主面に対して凹部で構成してよい他、図６に示すように、環状リブ２６，２７によって構成してもよい。環状リブ２６，２７は、環状プレート１１の幅に合わせて離間して形成され、環状リブ２６，２７間を保持部９ａとしている。そして、環状プレート１１は、環状リブ２６，２７の間に圧入される。環状プレート１１は、内周面と外周面とが環状リブ２６，２７に、締まりばめによって保持され、環状リブ２６，２７によって構成された環状溝部９の底面に対してはフリーである。これにより、環状プレート１１は、本体部２とは別に、固有の振動数で振動し、本体部２の振動を押さえ込むようにして減衰させることができる。これにより、低騒音ギヤ１は、トルク変動等によって生じる騒音を低減することができる。

なお、図７に示すように、環状リブは、外周側の環状リブ２６だけとし、図６と比較して構成を簡素化してもよい。この場合、環状プレート１１は、環状リブ２６の内側に圧入され、環状リブ２６に環状プレート１１の外周面が圧接され、締まりばめによって環状リブ２６に保持されることになる。

また、図８に示すように、環状リブは、内周側の環状リブ２７だけとし、図６と比較して構成を簡素化してもよい。この場合、環状プレート１１は、環状リブ２７の外側に圧入され、環状リブ２７に環状プレート１１の内周面が圧接され、締まりばめによって環状リブ２７に保持されることになる。

なお、上記第１〜４実施形態は、以下のように変更してもよい。
・以上の例では、カムギヤを例に説明したが、本発明を適用したギヤは、他に、パワーステアリングポンプ駆動用ギヤやエアーコンプレッサ駆動用ギヤやオイルポンプ駆動用ギヤ等のエンジンやエンジン周辺に配設されるエンジンギヤにも適用することができる。更に、本発明のギヤは、トルク変動が発生するギヤ一般に適用することもできる。
・環状プレート１１や円弧状プレート２１の材料は、本体部２と固有振動数が異なるのであれば、ダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ（Ｆｅｒｒｕｍ Ｃａｓｔｉｎｇ Ｄｕｃｔｉｌｅ））や熱間圧延鋼板（ＳＰＨ）に限定されるものではなく、例えば合成樹脂プレート等であってもよい。

・環状プレート１１や円弧状プレート２１は、本体部２の他方の面に配設してもよく、また、本体部２の両面に設けるようにしてもよい。
・ギヤの種類としては、平歯車の他に、はすば歯車や、やまば歯車等であってもよい。

１…低騒音ギヤ、２…本体部、３…ギヤ部、４…中心孔、５…第１中央凹部、６…係合部、６ａ…ノックピン、７…第２中央凹部、８…環状突部、９…環状溝部、９ａ…保持部、９ｂ…凹部、１０…環状部、１０ａ…環状凹部、１１…環状プレート、１２…リム、２１…円弧状プレート、２２…放射状突部、２６…環状リブ、２７…環状リブ。

Claims (5)

1. 円盤形状を有し、外周にギヤ部が設けられた本体部と、
   前記本体部とは異なる固有振動数を有する防振プレートと、
   前記本体部に設けられ、前記防振プレートの側面を保持する保持部と、
   を備え、
   前記本体部は、前記本体部の一方の面に前記本体部と同心の環状溝部を有し、
   前記環状溝部は、前記保持部と、前記本体部の径方向において前記保持部よりも外側に位置する環状の凹部とから構成され、
   前記本体部の一方の面に対して、前記凹部の深さは、前記保持部の深さよりも深い
   低騒音ギヤ。
2. 前記防振プレートは、前記環状溝部の側面に、圧入で保持され、前記環状溝部の底面に対してフリーである
   請求項１記載の低騒音ギヤ。
3. 上記防振プレートは、環状である
   請求項１又は２記載の低騒音ギヤ。
4. 前記本体部は、高炭素鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼の何れかであり、
   前記防振プレートは、ダクタイル鋳鉄である
   請求項１〜３の何れか１項に記載の低騒音ギヤ。
5. 前記本体部は、高炭素鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼の何れかであり、
   前記防振プレートは、熱間圧延鋼板である
   請求項１〜３の何れか１項に記載の低騒音ギヤ。

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