CN100422595C - 螺旋同步传送带及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是为避免螺旋同步传送带(helical synchronous belt)无法控制正确位置，且在来回运转时震动不断，另外为防止接触到滑轮侧面的凸缘时，侧面的摩擦造成耐久性衰减，而开发一种不会因螺旋齿轮的影响，而有偏移的滑架驱动用螺旋同步传送带。螺旋同步传送带的芯线(core cord)的扭转角设定值与螺旋齿倾角呈相反，而螺旋齿倾角设为5°～15°，且芯线扭转角设为15°～2°。

Description

螺旋同步传送带及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有螺旋齿的驱动带。主要用于打印机与复印机等，是利用滑架(carriage)或其它类似结构的来回作动，来决定正确的印刷位置。
背景技术
一般现有技术是利用同步传送带与轮齿之间的密合来传达动力，并控制搭载有打印头的滑架(carriage)的位置。这种同步传送带适用于正确位置的控制，且随着信息科技社会的发展及计算机的普及，亦多用于办公室及一般家庭。
然而，这种同步传送带在运转时有比如噪音及驱动质量不整的缺点，对于办公室的工作环境及一般家庭的生活环境产生不好的影响。为减少同步传送带的噪音及驱动质量不整缺点，遂开发了具有螺旋齿的螺旋同步传送带，并广为应用同步传送带。
螺旋同步传送带(helical synchronous belt)由于所述带齿在齿的长度范围下，不会同时与轮齿接触，因此具有减低噪音的效果。
然而，制成螺旋齿轮后虽然减少了噪音，却由于轮齿对于旋转轴呈斜向，因而产生了将皮带横向移动的力，造成皮带偏移的问题。
由于螺旋同步传送带(helical synchronous belt)的影响使得偏移变大，结果造成无法控制正确位置，且在来回运转时震动不断，另外因接触到滑轮侧面的凸缘(flange)，而使得皮带的耐久性减弱。
以图1～图3概略说明运用螺旋同步传送带(helical synchronous belt)的驱动机械。螺旋同步传送带(helical synchronous belt)设置于滑轮及皮带上的螺旋齿轮是对滑轮的旋转轴具有倾斜角度，必然地，与螺旋同步传送带共享的滑轮亦具有相对于滑轮的旋转轴呈倾斜角度的螺旋齿轮。这种设计会产生轴向推力，而因此发生皮带偏移至驱动滑轮倾斜的下流侧的现象。
滑架驱动用螺旋同步传送带(helical synchronous belt)的基本构成如图1所示，由驱动滑轮(1)、从动滑轮(2)(driven pulley)及螺旋同步传送带(3)构成。在此皮带上装设具有打印头的滑架(8)并使其来回动作。为防止脱落，驱动滑轮(1)和从动滑轮(2)上设有凸缘(7)。如图2所示，对于滑轮轴呈斜角的螺旋同步传送带(helicalsynchronous belt)(3)是与滑轮上的螺旋齿轮相啮合而驱动。这种具螺旋齿轮的同步传送带在驱动时噪音较小，但由于齿对于旋转轴呈斜向，有轴向推力的作用，故如图3所示会沿着齿的倾斜面产生偏移。偏移会使其与凸缘接触，造成磨损并使耐久性减弱。
另外，偏移亦会造成在皮带横向方向滑轮与皮带的接触压力不均，而发生震动。由于皮带的倾斜，使得滑架的方向不正，造成印刷动作紊乱。
为解决此问题，有几项技术已被公开出来。
例如，专利文献1(日本特开平10-153240号公报)中记载着一种将各芯线27的捻向均朝单一方向，并且将芯线的捻向与齿迹的倾斜方向(inclinationdirection)同向，将驱动马达的驱动力顺畅传达至滑架(carriage)，稳定地驱动滑架使记录质量提升的同步传送带及使用同步传送带的打印机的滑架驱动机构。并记载其作用及效果在于，使驱动齿轮的齿形的倾斜方向与驱动滑轮的齿形的倾斜方向相反，则可以缓和当使用螺旋齿形时所产生的驱动滑轮及驱动齿轮的轴向推力，故在长时间使用下可有高度可靠性，并且，同步传送带的螺旋齿的齿迹的旋转方向与构成此同步传送带的芯线的捻向为同一方向，故同步传送带和驱动滑轮及从动滑轮相互啮合而产生的横向推力，可利用芯材的旋转力来抵消的优异效果。
专利文献2(日本特开平10-184808号公报)中记载一种螺旋同步定时皮带，其特征是：提供一种在架设于具有护手的有齿滑轮上且使其在旋转驱动的情况下，可以大幅减少其与有齿滑轮的凸缘之间的摩擦所造成的震动的螺旋同步定时皮带；其中，(a)于带体中埋设芯线(core cord)，且在上述带体的齿面侧贴设帆布而形成的螺旋同步带；(b)以皮带运行的方向为基准，将芯线(core cord)倾斜的方向与帆布布目的倾斜方向设定为和同步传送带的齿迹倾斜方向成相反；(c)以皮带运行的方向为纵基准，当同步传送带的齿的倾斜方向为右上升方向时使用S捻的芯线(core cord)，若为左上升方向时则使用Z捻的芯线(core cord)。此发明的螺旋齿同步带，可将螺旋齿轮的齿迹倾斜产生的推力，与芯线(core cord)及帆布所产生的推力抵消，因此可以降低带体整体的推力。
又本案发明者于先前专利文献3(日本特公昭62-11222号公报)中提出另一发明：将绫织布的棱线相对于皮带运行方向，于抗张细绳(cord)的倾斜方向的相反方向上倾斜设置，则以帆布与滑轮之间的接触所产生的推力来降低抗张细绳(cord)的倾斜所造成的偏移力，可减少皮带运行所产生的偏移。
本案申请人于先前专利文献4(日本特开2001-159449号公报)中提出一种螺旋同步传送带(helical synchronous belt)传动装置，其结构特征是：为抑止螺旋同步传送带(helical synchronous belt)在运转时皮带偏移，且为了防止皮带侧面折动凸缘时所产生的噪音及皮带侧面的磨损，于螺旋同步传送带(helical synchronous belt)及由所述螺旋同步传送带(helical synchronous belt)所转动的驱动滑轮和从动滑轮所构成的螺旋同步传送带(helical synchronous belt)传动装置中，各驱动滑轮和从动滑轮，在与螺旋同步传送带(helical synchronous belt)的啮合状态下，从啮合开始部分运行到啮合终止部分时，皮带齿与滑轮沟之间的接触面积将依序增大。本发明的目的在于减少皮带的螺旋齿与滑轮的螺旋齿之间的接触，限制两者齿的摩擦面积，以达到限制推力的产生。
专利文献1：特开平10-153240号公报
专利文献2：特开平10-184808号公报
专利文献3：特公昭62-11222号公报
专利文献4：特开2001-159449号公报
发明内容
本发明是为了防止位置控制不正及来回作动所产生的震动，且防止与滑轮侧面凸缘接触时的侧面摩擦所造成耐久性减弱的缺点，而开发一种不因螺旋齿轮的影响而产生偏移现象的滑架驱动用螺旋同步传送带(helical synchronous belt)。
本发明的研发期间，将引起皮带偏移的成因着眼于芯线(core cord)的揉捻成分，并发现通过改变芯线(core cord)的捻数，可以降低其偏移力，并且更具体地以扭转角规定芯线(core cord)的捻法，以达到一种实用上完成度高的发明。
一种螺旋同步传送带(helical synchronous belt)的制造方法，其中所述螺旋同步传送带包括背部、齿部及芯线(core cord)，其中背部和齿部是以合成树脂制成，所述方法包括：同步传送带的外周长为皮带长度，将设有螺旋齿的母齿型的圆筒状型卷上芯线，之后覆盖具有背部厚度大小空隙的外圆筒，于其空隙中注入合成树脂，使树脂硬化、脱型，裁剪成皮带宽度，即形成轮状的螺旋同步传送带；使用装设于驱动滑轮侧的歪曲测量仪表，测定由芯线的扭转角而产生的对螺旋同步传送带的推力，及基于所测得的结果来决定螺旋齿倾角及芯线的扭转角。
一种螺旋同步传送带，其中所述同步传送带包括背部、齿部及芯线，其中背部和齿部是以聚氨酯树脂制成，：芯线的扭转角与螺旋齿倾角呈相反方向，螺旋齿倾角设定为5°～15°，芯线的扭转角设定为15°～2°。
所述螺旋齿倾角为10°、7°或5°，芯线的扭转角为10.2°或4.8°。
构成背部和齿部的材质使用聚氨酯树脂，芯线的材质使用芳族聚酰胺纤维(aramid fiber)或玻璃纤维。
螺旋同步传送带是滑架驱动用的螺旋同步传送带。
附图说明
图1是一般的滑架驱动用螺旋同步传送带的驱动图；
图2是螺旋同步传送带与滑轮的斜视图；
图3是螺旋同步传送带的偏移机制示意图；
图4是另一形式的被覆帆布的螺旋同步传送带；
图5是一无帆布的螺旋同步传送带；
图6是表示捻丝的捻向；
图7是皮带的螺旋齿倾角与芯线的扭转角的模式图；
图8是偏移力测定装置的示意图；图9是偏移力-耐久性测定图。
附图标记说明：1-驱动滑轮(driving pulley)；2-从动滑轮(driven pulley)；3-螺旋同步传送带(helical synchronous belt)；b-偏移方向；a-旋转方向；4-齿部；5-背部；6-芯线(core cord)；7-凸缘；8-滑架；9-帆布；α-螺旋齿倾角；β-扭转角；L1-滑轮的轴线方向线；4a-齿的倾斜线；6a-揉捻的倾斜线；41-歪曲测量仪表；42-电桥(bridge)；43-增幅器(amplifier)；44-解析装置FFT；45-PC。
具体实施方式
本发明所使用的螺旋同步传送带(helical synchronous belt)是由齿部4、背部5及芯线(core cord)6构成。芯线(core cord)6是埋设于齿部4侧面的背部5中。
此位置关系于图标中省略，其同步传送带的外周长为皮带长度，将设有螺旋齿的母齿型的圆筒状型卷上芯线(core cord)，之后覆盖具有背部厚度大小空隙的外圆筒，于其空隙中注入合成树脂，使树脂硬化、脱型，裁剪成皮带宽度，即形成具轮状的螺旋同步传送带。由于是卷在具有此齿型的圆筒上，故形成皮带时芯线(core cord)会位于背部的齿部侧表面。又，由于合成树脂是注入充填于背部与齿部之间的空隙，故可一体成型。
如此构成的螺旋同步传送带(helical synchronous belt)是由轮齿的顶部与皮带齿之间的底部相互接触而形成。图5所示的螺旋同步传送带(helical synchronousbelt)是本发明所使用的螺旋同步传送带(helical synchronous belt)的构成例。其背部及齿部是由同一种树脂构成，芯线(core cord)位于齿侧的背部中。
图4所示为同步传送带的另一构成例，其齿部侧表面设有帆布9。
专利文献2的一般现有例中所使用的皮带即为这种类型。使用帆布时由于帆布与滑轮相接触故会有产生摩擦及受到帆布编织法的影响，此类型不适用于本发明。
皮带的芯线(core cord)是使用数条细绳(cord)所合捻的捻丝。
捻丝依捻向分为右旋性捻(Z-捻)与左旋性捻(S-捻)。如图6所示，右上升方向为Z捻，左上升方向为S捻。一般皮带的芯线(core cord)是使用S捻与Z捻两条捻线交互合捻。一般现有例可参照如日本特开平10-278127号公报等文献中所记载的皮带的制造工程及SZ捻线的卷绕(参照日本特开平10-278127号公报的图11)。
本发明的特征在于芯线(core cord)的捻丝的捻法，其目的在获得可抵抗螺旋同步传送带(helical synchronous belt)上推力的抵抗力。
当驱动力作用于皮带上产生张力时，芯线(core cord)上亦会产生张力。芯线(core cord)的捻丝被拉动时则在捻丝的旋紧方向上产生转矩。
这是因为当芯线(core cord)捻丝上的凹凸不平接触到轮齿的顶部，会对滑动造成摩擦跟阻力。此凹凸不平由于构成捻丝的细绳的接触角度及接触长度会依揉捻方向及密度而变，故摩擦阻力亦会改变。
本发明另一特征在于细绳的接触角度及接触长度，是依据芯线(core cord)的扭转角而变化，本发明是提供一种依此扭转角来抵抗推力的螺旋同步传送带(helicalsynchronous belt)。
因与埋设于树脂内的各芯线(core cord)的推力相抵抗的力极小，故而难以个别计算。因此，本发明人将抵抗此推力的抵抗力，利用扭转角相异的芯线(core cord)做成试验用的螺旋同步传送带(helical synchronous belt)，并使用安装有可测定偏移力的歪曲测量仪表的滑轮，采用试验方式决定偏移变小的扭转角，完成了本发明。
在此，扭转角是采用构成捻丝的细绳(cord)对于芯线(core cord)方向因捻加工而产生倾斜的角度。图7中以β表示扭转角。
根据实际测知，一般芯线(core cord)的扭转角为18.9°，但将螺旋齿的角度与芯线(core cord)的扭转角朝同方向时，或朝相反方向时，2°～15°范围之间的角度亦有效果。
皮带的螺旋齿倾角与芯线(core cord)的扭转角的模式图如图7所示。螺旋齿的角度与芯线(core cord)捻法之间的关系以图7为例，螺旋齿是右上升方向的α螺旋齿倾角，而芯线(core cord)则是左上升方向的扭转角β的捻线(即S捻)的组合。
如图7所示，螺旋同步传送带(helical synchronous belt)3的中滑轮轴线方向线L1及螺旋齿的倾斜线4a所成的角α为螺旋齿倾角，而构成捻线6的细绳的捻向倾斜线6a及芯线(core cord)方向所成的角β为扭转角。
用于构成螺旋同步传送带(helical synchronous belt)的齿部和背部的合成树脂，可为任何一般所使用的材质。例如在本实施例中是使用聚氨酯橡胶。
芯线(core cord)亦可由一般使用的材质制成。于实施例中，芯线是由芳族聚酰胺纤维及玻璃纤维合捻制作而成。
偏移力测定装置如图8所示。
图8是使用应变测量仪表来测定偏移力的图。
以马达M驱动的驱动滑轮1的自由端侧设置应变测量仪表41，用以检测旋转螺旋同步传送带(helical synchronous belt)3而产生推力时应变测量仪表41所受到的压力，以电桥(bridge)42、增幅器(amplifier)43增幅后，经解析装置FFT44解析后输出至PC45。
[测定例]
令螺旋齿倾角分别为10°、7°及5°，细绳的扭转角分别为18.9°、10.2°及4.8°，测定偏移力与耐久性的结果如表1及图9所示。
耐久性是测定皮带来回动作直至因破损或断裂而无法使用时的数值。
细绳的扭转角与偏移力的关系及耐久性
Figure C20048003530600081
表1
以偏移力来看本试验结果可发现，当螺旋齿倾角为10°，一般现有扭转角为18.9°时，偏移力为4.51N，但当扭转角为10.2°时偏移力减少为3.63N，且当扭转角为4.8°时偏移力明显减少至2.75N，偏移力均大幅减少。另一方面，耐久性可从一般现有的6.4万次增加到15万次及36万次，因此其寿命分别增为原先的2倍以上、5倍以上。
当螺旋齿倾角为7°，一般现有扭转角为18.9°时，偏移力为0.59N，但当扭转角为10.2°时偏移力为0.57N，而当扭转角为4.8°时偏移力为0.52N。耐久性可从原先的534万次增加到745万次及925万次，分别较原先增加了约200万次及400万次。
当螺旋齿倾角为5°，一般现有扭转角为18.9°时，偏移力为0.51N，但当扭转角为10.2°时偏移力为0.50N，而当扭转角为4.8°时偏移力为0.44N。耐久性分别从原先的3000万次增加到3300万次及3500万次，寿命均有增长。
采用愈大的螺旋齿倾角对减低噪音愈有效，但会造成耐久性衰退，而本发明中采用愈大的螺旋齿倾角，对于减低偏移力及延长寿命均有良好效果。当螺旋齿倾角为中间数值的7°时，较螺旋齿倾角为10°的时候其偏移力大幅减小，寿命大幅增长。另外，愈小的螺旋齿倾角其偏移力的变化虽小，但对于延长寿命的效果好。
为了使芯线(core cord)收束成合股芯线(core cord)，最小的扭转角必须为2°。
图9所示为，当螺旋齿倾角为10°、7°及5°，扭转角为18.9°、10.2°及4.8°时的偏移力与耐久性的关系图。纵轴以N表示偏移力，横轴以对数表示其耐久寿命的时间。
由图9亦支持前述结果，可知当螺旋齿倾角愈大而减小扭转角时，可将偏移力减小、延长寿命，由扭转角7°或4.8°的情况可知，其对延长寿命有良好效果。
滑架驱动用皮带可固定滑架来回使用，并因为凸缘会产生摩擦、跳齿，而经一段时间后会降低打印品质。可配合螺旋齿倾角而改变细绳扭转角大小，来增进发生跳齿前的耐久性。
产业上应用的可能性
本发明成功地使螺旋同步传送带的偏移力减低，并提高皮带的耐久性。故使用在打印机等的滑架带时，可以于低噪音下达到稳定的打印品质。
当螺旋齿倾角愈大而减小扭转角时，可使偏移力减小并提高耐久性。当螺旋齿倾角小时，减小扭转角可提高皮带的耐久性及增长其使用时间。

Claims (5)

1. 一种螺旋同步传送带的制造方法，其中所述螺旋同步传送带包括背部、齿部及芯线，其中背部和齿部是以合成树脂制成，所述方法包括：
同步传送带的外周长为皮带长度，将设有螺旋齿的母齿型的圆筒状型卷上芯线，之后覆盖具有背部厚度大小空隙的外圆筒，于其空隙中注入合成树脂，使树脂硬化、脱型，裁剪成皮带宽度，即形成轮状的螺旋同步传送带；
其特征为：使用装设于驱动滑轮侧的歪曲测量仪表，测定由芯线的扭转角产生的对螺旋同步传送带的推力；及基于所测得的结果决定螺旋齿倾角及芯线的扭转角。
2. 一种螺旋同步传送带，其中所述螺旋同步传送带包括背部、齿部及芯线，其中背部和齿部是以聚氨酯树脂制成，其特征为：芯线的扭转角与螺旋齿倾角呈相反方向，螺旋齿倾角设定为5°-15°，芯线的扭转角设定为15°-2°。
3. 如权利要求2所述的螺旋同步传送带，其中所述螺旋齿倾角为10°、7°或5°，芯线扭转角为10.2°或4.8°。
4. 如权利要求2或3所述的螺旋同步传送带，其特征为：构成背部和齿部的材质使用聚氨酯树脂，芯线的材质使用芳族聚酰胺纤维或玻璃纤维。
5. 如权利要求2或3所述的螺旋同步传送带，其特征为：是用于驱动滑架。
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