JP2002139109A

JP2002139109A - 歯付ベルト駆動装置

Info

Publication number: JP2002139109A
Application number: JP2000332279A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kawaguchi; 正行川口
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ベルトピッチラインに沿って延び、ピッチラ
インを形成する少なくとも心線で補強された樹脂からな
る歯付ベルトと歯付プーリのかみ合い時の干渉を少なく
し、歯付ベルトの歯飛びを少なくすることができる歯付
ベルト駆動装置を提供する。【解決手段】前記歯付ベルト３の歯部５の高さＨを歯
付プーリのプーリ溝部の深さと同じにし、さらに歯付ベ
ルトＰＬＤ：歯付プーリの設計上のＰＬＤを０．８：１
から１．０９：１とし、歯付ベルト３のピッチが５ｍｍ
である場合、前記歯付プーリの外径が５５ｍｍより小さ
い場合は、心線１７として素線径が０．０５ｍｍ〜０．
１０ｍｍのものを使用し、前記歯付プーリの外径が５５
ｍｍ以上の場合は、心線１７として素線径が０．１１ｍ
ｍ〜０．１５ｍｍのものを使用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歯付ベルト及びそ
れを歯付プーリと組み合せてなる歯付ベルト駆動装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】歯付ベルトは、滑りのない確実伝動が可
能であり、他の確実伝動が可能である歯車とチェーンと
の駆動装置に比べ、給油が不要となり、低騒音などの利
点がある為、近年その需要は増大の一途を辿っている。
例えば、歯付ベルト及びそれを歯付プーリと組み合せて
なる歯付ベルト駆動装置は、自動車エンジンのＯＨＣ駆
動用や一般産業用として使用されている。

【０００３】歯付ベルトはベルト長手方向に沿ってベル
ト歯部とベルト溝部を交互に設けて形成されるものであ
り、また歯付プーリは外周にプーリ歯部とプーリ溝部を
交互に設けて形成されるものであり、プーリ溝部にベル
ト歯部を係合させて歯付プーリに歯付ベルトを懸架する
ことによって、歯付プーリと歯付ベルトを同期駆動する
ことができるようにしたものである。

【０００４】このような歯付ベルトと歯付プーリにあっ
て、ベルト歯部やプーリ溝部は断面台形状のものが多か
ったが、ベルト歯部やプーリ溝部がこのような断面台形
状であると、ベルト歯部がプーリ溝部とかみ合うときや
かみ合いが外れるときに、ベルト歯部の前方と後方の側
面とプーリ溝部の前方と後方の表面が干渉し合い、ベル
ト歯部が剪断力を受けて破損するおそれがあり、ベルト
寿命が著しく短くなる。

【０００５】そこで、例えば特公昭５７−５１５８９号
公報にみられるように、ベルト歯部の前方と後方の表面
を円弧状に形成した歯付プーリを組み合わせ、ベルト歯
部の高さをプーリ溝部の深さより大きく形成してベルト
歯部をプーリ溝部に圧縮係合させるようにしたベルト伝
動装置が提供されている。このようにベルト歯部やプー
リ溝部を円弧タイプに形成することによって、ベルト歯
部とプーリ溝部の干渉を小さくし、ベルト歯部の破損を
防ぐことができるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この従来技術では、ベ
ルト歯部がプーリ溝部に圧縮係合しているが、歯付ベル
トが樹脂製である場合、ベルト歯部の硬度が高くなり、
その為ベルトがプーリに係合した場合ベルト歯部が圧縮
せず、歯付ベルトが弾性エラストマー製の場合と比べて
歯付ベルトのピッチラインディファレンスが大きくな
り、歯付ベルトのかみ合いが短くなりかみ合い干渉から
歯飛び現象を起こしていた。

【０００７】上記従来の歯付ベルト駆動装置の歯飛び現
象を図示すると、図１５の（ａ）〜（ｂ）に示すように
なり、駆動側プーリのかみ合い始めにおいて、ベルト歯
部５５とプーリ溝部６３とのかみ合いが短くなり、図１
５（ｂ）に示すように駆動プーリ５９の回転によって歯
付ベルト５３のベルト歯部５５がせり上がり、図１５
（ｃ）においては完全にベルト歯部５５がプーリ歯部６
１上に乗り上がってしまい、歯飛び現象を起こしてい
る。この現象を起こすと，歯付ベルト５３に無理な張力
が掛かってベルトが切断したり、あるいは繰返し歯飛び
をおこすことによって、ベルト歯部５５に繰返しの屈曲
疲労が重なりベルト歯が欠けるという故障となるのであ
る。

【０００８】本発明は、上記問題を鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、歯付ベルトと歯付
プーリのかみ合い時の干渉を少なくし、歯付ベルトの歯
飛びを少なくすることができる歯付ベルト駆動装置を提
供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】係る目的を達成するため、
本発明では請求項１は、ベルトピッチラインに沿って延
び、ピッチラインを形成する少なくとも１つの高弾性率
補強部材で補強された樹脂からなり、ピッチＰだけ均等
に隔たりかつＰよりも小さい想像上の歯厚Ｗを持つ一連
の同形の歯を有する歯付ベルトであって、各歯がほぼ同
じ前、後表面を有しこれら前後表面の全部又はその大部
分を断面において半径Ｗの円弧で形成しており、上記円
弧の中心はピッチラインとピッチラインに向かって延び
る歯の輪郭線の想像上の延長線との交点に配置されてな
り、各歯のこれらの円弧がその中心をピッチライン上に
距離Ｗだけ離しておいている歯付ベルトと、該歯付ベル
トを少なくとも一対の歯付プーリに巻き掛けて往復運動
又は一方向運動を行う駆動装置である。

【００１０】請求項１に記載の発明によると、前記歯付
ベルト駆動装置において、直線状で測定して前記歯付プ
ーリのプーリ溝部の深さをベルト歯部の高さと同等とな
るように構成したことから、歯付ベルトと歯付プーリと
のかみ合いがよくなり、かみ合い干渉が発生して歯飛び
現象が起こることはなくなった。

【００１１】請求項２に記載の発明は、前記歯付ベルト
のピッチラインディファレンス（以下ちＰＬＤと記す）
と歯付プーリの設計ＰＬＤとの比を０．８：１から１．
０９：１の間とした請求項１に記載の歯付ベルト駆動装
置にある。

【００１２】請求項２に記載の発明によると、前記歯付
ベルトのＰＬＤと歯付プーリの設計ＰＬＤとの比を０．
８：１から１．０９：１の間とすることによって、かみ
合いがより改良されると共に、かみ合いの精度も高まり
歯付ベルトの歯飛び現象がより起こり難くなる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、前記歯付ベルト
のピッチＰが５ｍｍであり、前記歯付プーリの外径が５
５ｍｍより小さい場合は前記心線として素線径が０．０
５ｍｍ〜０．１０ｍｍのものを使用し、前記歯付プーリ
の外径が５５ｍｍ以上の場合は、心線として素線径が
０．１１ｍｍ〜０．１５ｍｍのものを使用した請求項１
又は２に記載の歯付ベルト駆動装置にある。

【００１４】請求項３に記載の発明によると、前記歯付
ベルトのピッチＰが５ｍｍであり、前記歯付プーリの外
径が５５ｍｍより小さい場合は前記心線として素線径が
０．０５ｍｍ〜０．１０ｍｍのものを使用し、前記歯付
プーリの外径が５５ｍｍ以上の場合は、心線として素線
径が０．１１ｍｍ〜０．１５ｍｍのものを使用した請求
項１又は２に記載の歯付ベルト駆動装置とすることか
ら、歯付ベルトと歯付プーリとのかみ合いがより良くな
り、歯飛び現象は確実に起こらなくなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の一実施形態例を説明する。図２は、本発明に係る歯付
ベルト駆動装置に使用する歯付ベルトを示す一部の正面
図である。歯付ベルト３は補強部材がベルト長手方向に
沿って埋入される環状のベルト背部１６と、ベルト背部
１６の内周側の表面にベルト長手方向に交互に多数配置
して形成されるベルト歯部５と、ベルト溝部７とから形
成してある。ベルト背部１６及びベルト歯部５は樹脂に
よって形成されるものであり、樹脂としては熱硬化性樹
脂や熱可塑性樹脂を用いることができ、このような樹脂
としては、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、スチ
レン系樹脂、オレフィン系樹脂、又は塩化ビニール樹脂
から選ばれた少なくとも一種の樹脂を使用する。

【００１６】上記樹脂としては、液状原料に硬化剤を加
え、注型を行いベルトを成形できる材料や、加熱によっ
て溶融し、押出機と接続して成形できる材料が選定でき
る。

【００１７】さらに、前記熱可塑性樹脂の材料の一部
を、少なくとも一度溶融した後冷却固化した熱可塑樹脂
を使用しても良い。このとき、前記熱可塑樹脂が未使用
のものと少なくとも一度溶融したものとを混合した熱可
塑性樹脂のペレットを用いると良い。

【００１８】また補強部材としては心線１７を用いるこ
とができるものであり、このような心線１７としてはポ
リエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等のコード
をＲＦＬ液で処理したものやスチール心線を用いる。

【００１９】そして、前記心線の素線径として、歯のピ
ッチが５ｍｍのベルトに限っては、前記歯付プーリの外
径が５５ｍｍより小さい場合は素線径が０．０５ｍｍ〜
０．１０ｍｍのものを使用し、前記歯付プーリの外径が
５５ｍｍ以上の場合は、素線径が０．１１ｍｍ〜０．１
５ｍｍのものを使用する。

【００２０】このようにプーリ外径に応じて心線の素線
径を変更することにより、プーリ外径が小さい場合は素
線径の細い心線を使用することになり、歯付ベルトがし
なやかになり、歯付ベルトが歯付プーリにかみ合ったと
きに発生する多角形効果が緩和される。一方、プーリ外
径が大きいときに素線径の太い心線を使用することによ
り、心線の伸びが小さくなり、歯飛び現象が起きにくく
なる。

【００２１】さらに、背部１６の表面や、ベルト歯部５
からベルト溝部７にかけての表面には、補強布を積層す
るようにしても良い。このような補強布としては、綿、
ポリエステル繊維、ナイロン繊維等を平織、綾織、朱子
織等に製織した帆布を用いることができるものであり、
織成したままの無処理でも良いが、染色処理したものに
更にＲＦＬ液で処理したものが好ましい。

【００２２】ここで、ＲＦＬ処理（レゾルシン−ホルマ
リン−ラテックス液）とは、レゾルシンとホルマリンと
の初期縮合物をラテックスに混合したものであり、ここ
で使用するラテックスとしてはスチレン、ブタジエン、
ビニルピリジン三元共重合体、クロロプレンゴム、水素
化ニトリルゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、エ
ポクロルヒドリンなどのラテックスである。

【００２３】上記の歯付ベルト３にあって、心線１７で
形成される補強部材８の中心線がピッチ線１５となるも
のであり、同一形状に形成されるベルト歯部５はピッチ
Ｐだけ離隔している。そして各ベルト歯部５は、ベルト
走行方向における前方側面及び後方側面を、ベルト長手
方向に切断した断面形状が半径Ｗの円弧となるように形
成してある。この前方側面の円弧の中心Ｏ₂₁とＯ₂₂は両
方ともピッチ線１５上に位置しているものであり、この
中心Ｏ₂₁とＯ₂₂は距離Ｗだけ離れている。ここで、円弧
の半径Ｗは、ベルト歯部５のベルト長手方向での歯厚寸
法に設定するのが好ましい。

【００２４】図３（ａ）（ｂ）は歯付プーリ４の実施の
形態の一例を示すものであって、円板体の外周に、プー
リ歯部１１とプーリ溝部１３を周方向に交互に多数配置
して形成されるものであり、同一形状に形成されるプー
リ歯部１１はピッチＰだけ離隔している。また同一形状
に形成されるプーリ溝部１３は、プーリ回転方向におけ
る前方側面及び後方側面を、プーリ面方向と平行に切断
した断面形状が、ピッチ円１９上に中心Ｏ₆₁，Ｏ₆₂を有
する円弧となるように形成してある。このピッチ円１９
は、プーリ歯部１１の先端を通るプーリ外径円２０の中
心Ｏと中心が同じ円であり、ピッチ円１９の半径ｒ
₁は、プーリ外径円２０の半径ｒ₂と歯付ベルト３におけ
るベルト溝部７の底部からピッチ線１５までの距離ｄと
の和に設定されるものである。ここで、プーリ溝部１３
の前方側面及び後方側面の円弧の中心Ｏ ₆₁，Ｏ₆₂は距離
Ｗだけ離れてピッチ円１９上に設定されるようにするの
が好ましい。

【００２５】上記のように形成される歯付ベルト３と歯
付プーリ９とを組合せて、歯付プーリ９に歯付ベルト３
を懸架することによって、歯付ベルト駆動装置が形成さ
れるものであり、ベルト歯部５の高さＨをプーリ溝部１
３の深さＤと同じにして、ベルト歯部５の歯先８とプー
リ溝部１３の底部６に接触し、また、プーリ歯部１１の
歯先１２が歯付ベルト３のベルト溝部７の底部１８に接
触する。

【００２６】このことより、ベルトの歯先もベルトの歯
底も歯付プーリと接触し、かみ合いも良好となるのであ
る。

【００２７】また、前記歯付ベルト３のピッチラインデ
ィファレンスｄと歯付プーリ９の設計ピッチラインディ
ファレンスｄ´との比を０．８：１から１．０９：１の
間としている。上記のようにピッチラインディファレン
スの比を限定することによってより一層かみ合いが良く
なり、歯飛び現象が減少する。

【００２８】上記のような実施の形態をとることによ
り、図１に示されるように（ａ）から（ｂ）へとベルト
歯が進行するにつれてスムースなかみ合いとなる。

【００２９】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００３０】（実施例１）ベルトの歯部及び背部を形成
する樹脂に熱可塑性ウレタンとしてタケダバーディッシ
ュ製エラストランＥＰ６９０−１１ＡＶ、グリーンＴＧ
１７１を使用し、心線としてはスチール心線及びアラミ
ド心線を使用した。前記スチール心線としては、素線径
として０．１５ｍｍ及び０．１０ｍｍのものを使用し
た。また、アラミド心線としては、心線の仕様は表１に
示す。そして、スチールバンドの圧力を０．１ＭＰａに
設定し、ベルトサイズ２５０Ｓ５Ｍ３６０を製作した。
そして端部同士を熱溶着によりジョイントしエンドレス
ベルトを得た。そして、ベルトの寸法および、プーリに
かみ合わせたときのかみ合い歯数を測定した。かみ合い
歯数は３０歯プーリの規格内で最大外径のプーリを使用
し、無張力でかみ合い歯数を測定した。その測定値を表
２に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】表２から実施例１は従来例と比較して歯付
プーリとのかみ合いが改良されていることがよくわか
る。

【００３４】次に、実施例１と従来例とで既知の有限要
素法を用いて歯付ベルトと歯付プーリとがかみ合うとき
の応力の掛かり方を示した図が図４である。図では、黒
くなればなるほど応力が掛かっていることを示してお
り、図４では、従来例は非常に大きな圧縮力をベルトが
受けているのに対して、実施例では圧縮力をほとんど受
けていないことがわかる。

【００３５】さらに、図５は前記有限要素法での解析を
したデータを基に各かみ合うっているベルト歯の位置毎
に加わる歯荷重を示したグラフである。実施例１では、
ほとんど歯荷重は均一で、最大でも３００ｇｆ／ｍｍし
かベルト歯に荷重が掛かっていないのに対して、従来例
では一定の位置でかなり大きな荷重が掛かっており、そ
の値は最大で１ｋｇｆ／ｍｍを超える程となっており、
ベルト歯１歯に掛かる荷重が大きいことから歯欠けや歯
飛び現象を起こす原因となっている。

【００３６】次に、同じベルトサイズのベルトにて一対
の４０歯のＳ５Ｍのプーリ間にベルトを懸架し、軸荷重
を変えて軸間距離の変化を調べた。軸荷重が３００Ｎの
ときを基準値とした。その結果を図６に示す。

【００３７】図６からわかるように、スチール心線を使
用するとアラミド心線を使用するよりも歯付ベルトが伸
びにくいことがわかる。さらに、同じスチール心線であ
れば実施例１の方が従来例と比べて伸びにくいこともわ
かる。

【００３８】次に、歯付ベルトが歯飛びを起こすときの
トルクを測定した。（以下、ジャンピングトルクと記
す）この試験は一対のＳ５Ｍプーリに前記したベルトサ
イズのベルトを懸架し、軸荷重を変化させたときのジャ
ンピングトルクを測定したものである。このときの駆動
側プーリの回転数は１２００ｒｐｍであった。このとき
の結果を図７の（ａ）から（ｃ）に示す。

【００３９】図７からは同じ心線であれば、ベルト歯部
の高さがプーリ溝部の深さと同じにした方が、ベルト歯
部の高さをプーリ溝部の深さよりも大きくした方がジャ
ンピングトルクが大きくなっていることがわかる。さら
に、図７からは最も厳しいかみ合いとなる２６歯のプー
リ（外径４０．４２ｍｍ）に懸架した場合、実施例２が
最もジャンピングトルクが大きくなっていることがわか
る。つまり、歯付プーリの外径が５５ｍｍより小さくな
ると、同じ歯形であれば、素線径が０．１０ｍｍのもの
を使用した方が素線径が０．１５ｍｍのものを使用する
よりもジャンピングトルクが大きくなることがわかる。
また、図８及び図９に示すように、プーリ歯数３６歯
（外径５６．３４ｍｍ）及び４８歯（外径７５．４３ｍ
ｍ）のプーリの場合は、実施例１が最もジャンピングト
ルクが大きくなっていることがわかる。つまり、歯付プ
ーリの外径が５５ｍｍ以上になると、同じ歯形であれ
ば、素線径が０．１５ｍｍのものを使用した方が素線径
が０．１０ｍｍのものを使用するよりもジャンピングト
ルクが大きくなることがわかる。

【００４０】次に、多軸での正逆走行試験を行った。試
験レイアウトは図１０に示す通りであった。加速度を
０．１７Ｇとし、駆動側プーリの最大回転数を７７ｒｐ
ｍ、ベルトの移動距離を４５０ｍｍとした。走行時間を
最大１２０時間とし、１２０時間走行後のベルト初張力
と比較した張力保持率を求めた。その結果を図９から図
１２に示す。

【００４１】図１１から図１４よりベルト張力低下は従
来例に比べ実施例１の方が小さくなっていることがわか
る。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明では、前記歯付ベル
ト駆動装置において、直線状で測定して前記歯付プーリ
のプーリ溝部の深さをベルト歯部の高さと同等となるよ
うに構成したことから、歯付ベルトと歯付プーリとのか
み合いが良くなり、かみ合い干渉が発生して歯飛び現象
が解消する効果がある。

【００４３】請求項２に記載の発明では、前記歯付ベル
トのＰＬＤと歯付プーリの設計ＰＬＤとの比を０．８：
１から１．０９：１の間とすることによって、かみ合い
がより改良されると共に、かみ合いの精度も高まり歯付
ベルトの歯飛び現象がより起こり難くなるという効果が
有る。

【００４４】請求項３に記載の発明では、請求項２の効
果に加えて、前記歯付ベルトのピッチＰが５ｍｍであ
り、前記歯付プーリの外径が５５ｍｍより小さい場合は
前記心線として素線径が０．０５ｍｍ〜０．１０ｍｍの
ものを使用し、前記歯付プーリの外径が５５ｍｍ以上の
場合は、心線として素線径が０．１１ｍｍ〜０．１５ｍ
ｍのものを使用した歯付ベルト駆動装置とすることか
ら、歯付ベルトと歯付プーリとのかみ合いがより良くな
り、歯飛び現象が確実に起こらなくなるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の歯付ベルト駆動装置における歯付ベル
トと歯付プーリのかみ合いを示すものであり、（ａ）乃
至（ｃ）はそれぞれ一部の正面図である。

【図２】歯付ベルトを示す一部の正面図である。

【図３】歯付プーリを示すものであり、（ａ）は正面
図、（ｂ）は一部の拡大した正面図である。

【図４】実施例１と従来例の歯荷重分担を表したＦＥＭ
解析図であり、（ａ）は実施例１を示し、（ｂ）は従来
例を示したものである。

【図５】実施例１と従来例の歯荷重分担を示したグラフ
である。

【図６】歯付ベルトのＳ−Ｓカーブを示したグラフであ
る。

【図７】歯付ベルトのジャンピングトルクを示した図で
あり、プーリ歯数２６歯でのものである。

【図８】プーリ歯数３６歯での歯付ベルトのジャンピン
グトルクを示した図である。

【図９】プーリ歯数４８歯での歯付ベルトのジャンピン
グトルクを示した図である。

【図１０】多軸での正逆走行試験のレイアウト図であ
る。

【図１１】多軸走行試験機での走行時間とベルト張力保
持率との関係を示したグラフであり、荷重を５４９Ｎ架
けたときの結果である。

【図１２】多軸走行試験機での走行時間とベルト張力保
持率との関係を示したグラフであり、荷重を７４５Ｎ架
けたときの結果である。

【図１３】多軸走行試験機での走行時間とベルト張力保
持率との関係を示したグラフであり、荷重を８４３Ｎ架
けたときの結果である。

【図１４】多軸走行試験機での走行時間とベルト張力保
持率との関係を示したグラフであり、荷重を９４１Ｎ架
けたときの結果である。

【図１５】従来の歯付ベルト駆動装置における歯付ベル
トと歯付プーリのかみ合いを示すものであり、（ａ）乃
至（ｃ）はそれぞれ一部の正面図である。

【符号の説明】１歯付ベルト駆動装置３歯付ベルト５ベルト歯部６プーリ溝部７ベルト溝部８ベルト歯先９歯付プーリ１１プーリ歯部１２プーリ歯先１３プーリ溝部１５ピッチ線１６ベルト背部１７心線１８底部１９ピッチ円２０プーリ外径円Ｈベルト歯部の高さｄベルトＰＬＤｄ´ プーリ設計ＰＬＤ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベルトピッチラインに沿って延び、ピッ
チラインを形成する少なくとも心線で補強された樹脂か
らなり、ピッチＰだけ均等に隔たりかつＰよりも小さい
想像上の歯厚Ｗを持つ一連の同形の歯を有する歯付ベル
トであって、各歯がほぼ同じ前、後表面を有し、これら
前後表面の全部又はその大部分を断面において半径Ｗの
円弧で形成しており、上記円弧の中心はピッチラインと
ピッチラインに向かって延びる歯の輪郭線の想像上の延
長線との交点に配置されてなり、各歯のこれらの円弧が
その中心をピッチライン上に距離Ｗだけ離しておいてい
る歯付ベルトと、該歯付ベルトを少なくとも一対の歯付
プーリに巻き掛けて往復運動又は一方向運動を行う駆動
装置において、直線状で測定して前記歯付プーリのプー
リ溝部の深さをベルト歯部の高さと同等となるように構
成せしめた歯付ベルト駆動装置。
【請求項２】前記歯付ベルトのピッチラインディファ
レンスと歯付プーリの設計ピッチラインディファレンス
との比を０．８：１から１．０９：１の間とした請求項
１に記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項３】前記歯付ベルトのピッチＰが５ｍｍであ
り、前記歯付プーリの外径が５５ｍｍより小さい場合は
前記心線として素線径が０．０５ｍｍ〜０．１０ｍｍの
ものを使用し、前記歯付プーリの外径が５５ｍｍ以上の
場合は、心線として素線径が０．１１ｍｍ〜０．１５ｍ
ｍのものを使用した請求項１又は２に記載の歯付ベル
ト。