JP2005083428A - はす歯ベルト駆動装置、および、これに用いるはす歯プーリ - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト荷重によるベルトの斜行を抑制するとともに噛み合い衝撃を大幅に緩和して騒音低減を実現でき、量産性に優れたはす歯ベルト駆動装置を提供すること。
【解決手段】はす歯プーリ１１０と該はす歯プーリ１１０に噛み合うはす歯ベルト１２０とで構成されるはす歯ベルト駆動装置１００において、前記はす歯プーリ１１０が、歯先円直径Ｄ１を歯幅中央部Ｗｃから両側端Ｗｓに向けて漸減させた樽型の歯先全周面１１１を備えていること。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般産業機械などの伝動機構やタイミング駆動機構に用いられるはす歯ベルト駆動装置に関する。

従来、はす歯ベルト駆動装置の一例として、同軸上にある複数個のはす歯プーリ部からなるはす歯プーリと、前記はす歯プーリ部にそれぞれ噛合する複数本のはす歯ベルトとを具備するとともに、前記複数のはす歯プーリ部の歯形のピッチを連続的ではなく相互にずらしてあるはす歯歯付きベルト駆動装置が知られている（特許文献１参照）。
そして、このようなはす歯歯付きベルト駆動装置は、複数個のはす歯プーリ部の歯形のピッチを連続的ではなく相互にずらしてあるので、はす歯プーリ部とはす歯ベルトとの組の相互間の噛み合い周期をずらすこと、すなわち、噛み合い周期音を分散して相互に打ち消すように干渉させることができるようにして、騒音を低減している。
また、従来のはす歯ベルト駆動装置の一例として、１５〜４５度程度の大きなねじれ角を両側に形成した山歯を備えるとともにこの山歯の左右の位相をずらすことにより、騒音を低減しようとする山歯歯付きベルト駆動装置が知られている（特許文献２参照）。
特開２００２−５４７２０号公報（第１頁、図４） 米国特許第５２０９７０５号明細書（第１頁、ＦＩＧ．１）

しかしながら、前述したような特開２００２−５４７２０号公報に開示されている従来のはす歯歯付きベルト駆動装置は、噛み合い周期を大幅にずらそうとする場合、過度のスラスト荷重が発生してはす歯ベルトが斜行し易くなるため、歯形のねじれ角が歯幅方向に対して１０度程度に制約され、このような小さなねじれ角度では噛み合い周期をずらすことによる騒音低減効果が充分に発揮することができず、また、歯形のねじれ角が大きいと歯幅方向のスラスト荷重が大きくなり、はす歯プーリ部の側面に配置したフランジ部との摩擦などによって摺接騒音が発生して、結局、騒音低減効果が発揮できないという問題があった。

また、前述したような米国特許第５２０９７０５号明細書に開示されている従来の山歯歯付きベルト駆動装置は、スラスト荷重に起因するベルトの斜行を解決しているが、ベルトが特異な山歯形状であるため、通常のモルード成形法では１回の成形加工で１本しか製造できず量産が望めないため、コストパフォーマンスが悪く競争力に欠けるという問題があった。

そこで、本発明が解決しようとする課題、すなわち、本発明の目的は、上述したような従来技術の問題点を解消するものであって、スラスト荷重によるベルトの斜行を抑制するとともに噛み合い衝撃を大幅に緩和して騒音低減を実現でき、しかも、量産性に優れたはす歯ベルト駆動装置、および、これに用いるはす歯プーリを提供することである。

本請求項１に係る発明は、はす歯プーリと該はす歯プーリに噛み合うはす歯ベルトとで構成されるはす歯ベルト駆動装置において、前記はす歯プーリが歯先円直径を歯幅中央部から両側端に向けて漸減させた樽型の歯先全周面を備えていることにより、上述した課題を解決している。

そして、本請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の構成に加えて、前記はす歯プーリが、歯底円直径を歯幅中央部から両側端に向けて漸減させた樽型の歯底全周面とを備えていることにより、上述した課題をさらに解決している。

さらに、本請求項３に係る発明は、請求項１乃至請求項２のいずれかに記載のはす歯プーリであることにより、上述した課題を解決している。

なお、本発明で意味するはす歯プーリの「歯先全周面」とは、はす歯プーリの歯先面に全面接触してプーリ軸と同心状に形成される仮想曲面のことであり、また、歯プーリの「歯底全周面」とは、はす歯プーリの歯底面に全面接触してプーリ軸と同心状に形成される仮想曲面のことである。

本請求項１に係る発明のはす歯ベルト駆動装置は、はす歯プーリが歯先円直径を歯幅中央部から両側端に向けて漸減させた樽型の歯先全周面を備えていることによって、はす歯ベルトがはす歯プーリに噛み合う際に、ベルト張力が歯幅中央部で最大値となり、両側端で最小値となるため、従来のような歯幅の全域に亙って均等に作用するはす歯ベルト駆動装置に比較すると、はす歯ベルトとはす歯プーリとの間に生じる噛み合い衝撃を大幅に緩和できるので、駆動騒音の一因となる噛み合い衝撃音を低減することができる。

そして、前記はす歯プーリが樽型の歯先全周面を備えていることによって、歯幅中央部が両側端より中高となっているため、噛み合い時におけるベルト張力が歯幅中央部でほぼ集中的に負荷され、歯幅両側端への負荷が軽減されるので、従来のようなスラスト荷重によるベルトの斜行を抑制して、大きなねじれ角のはす歯が使用でき、駆動騒音の一因となる噛み合い衝撃音を低減することができる。しかも、従来のようなフランジ部を備えたはす歯プーリを用いる必要もないため、フランジ部との摩擦などによって生じた摺接騒音を解消することもでき、はす歯プーリをその簡素な構造、かつ、低コストで製造することができる。

また、歯幅中央部が両側端より中高となっているため、小さなねじれ角のはす歯であっても、噛み合い時におけるベルト張力が歯幅中央部でほぼ集中的に負荷され、歯幅両側端への負荷が軽減されるので、はす歯ベルトとはす歯プーリとの間に生じる噛み合い衝撃を大幅に緩和でき、十分な騒音低減が得られるばかりでなく、はす歯ベルトが小さなねじれ角のはす歯であれば、ベルト成型加工時に型からのベルト抜き出しが容易になり、ベルト製造負担を大幅に軽減することができる。なお、はす歯プーリの歯幅中央部を両側端より中高にしたため、はす歯ベルトの方に特段の工夫を必要とすることもないので、従来の山歯歯付きベルト駆動装置で採用する山歯ベルトのような量産性、製造コストの問題を回避することができる。

そして、本請求項２に係る発明のはす歯ベルト駆動装置は、本請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、前記はす歯プーリが歯底円直径を歯幅中央部から両側端に向けて漸減させた樽型の歯底全周面とを備えていることにより、はす歯プーリの歯先全周面と歯底全周面とがほぼ一定間隔を保って歯溝を形成しているため、はす歯ベルトがはす歯プーリの歯幅の全域に亙って確実に噛み合い、はす歯ベルトの偏摩耗を抑制することができるばかりでなく、噛み合い時の噛み合い衝撃音を歯溝内に封じ込めることなく解放して騒音レベルの高い破裂音に変質するのを回避することができる。

さらに、本請求項３に係る発明は、はす歯プーリの歯幅中央部を両側端より中高なはす歯プーリにしたことにより、通常のホブ・カッターによって簡単に製造することができ、はす歯ベルトの方に特段の工夫を必要としないため、従来の山歯歯付きベルト駆動装置で採用する山歯ベルトのような量産性、製造コストの問題を回避することができる。

本発明のはす歯ベルト駆動装置は、歯先円直径を歯幅中央部から両側端に向けて漸減させた樽型の歯先全周面を備えはす歯プーリと該はす歯プーリに噛み合うはす歯ベルトとで構成され、スラスト荷重によるベルトの斜行を抑制するとともに噛み合い衝撃を大幅に緩和して騒音低減を実現できるようになっている。

なお、本発明のはす歯ベルト駆動装置で用いたはす歯プーリの歯先全周面、および、歯底全周面に形成される樽型の膨らみ形態については、歯幅中央部が両側端より中高となっていれば如何なる膨らみ形態であっても差し支えなく、例えば、１つの円弧で規定されても良く、また、複数の円弧、若しくは、円弧と直線の組み合わせで規定されていても何ら構わない。

図面に基づいて本発明の一実施例であるはす歯ベルト駆動装置を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施例であるはす歯ベルト駆動装置１００の一部概観図であり、図２は図１に示すはす歯プーリ１１０の一部断面を誇示した概観図である。

図１に示すような本実施例のはす歯ベルト駆動装置１００は、タイミング駆動機構として適用したものであって、歯先円直径Ｄ１を歯幅中央部Ｗｃから両側端Ｗｓに向けて漸減させた樽型の歯先全周面１１１を形成したはす歯プーリ１１０と、該はす歯プーリ１１０に噛み合うはす歯ベルト１２０とで構成されている。

そして、前記はす歯プーリ１１０は、図２に示すように、プーリ歯数３０、左ねじれ角１５度で、ベルトピッチ５．００ｍｍ、ベルト幅３０．００ｍｍの使用ベルトに対応するように、通常のホブ・カッターを用いた歯切り法により製造して、その歯先全周面１１１は、前述したように歯先円直径Ｄ１を歯幅中央部Ｗｃから両側端Ｗｓに向けて漸減させている、すなわち、歯幅中央部Ｗｃが両側端ＷｓよりΔｈ分だけ中高となって、所謂、樽型となり、歯底全周面１１２は、歯底円直径Ｄ２を歯幅中央部Ｗｃと両側端Ｗｓとの間で一定にして、所謂、円筒型となっている。
他方、前記はす歯ベルト１２０は、左ねじれ角１５度でベルトピッチ５．００ｍｍ、ベルト幅２５．００ｍｍとなるように、通常のベルト製造法によって製造している。
なお、本実施例で意味するところの「歯先全周面」とは、はす歯プーリ１１０の歯先面に全面接触してプーリ軸と同心状に形成される仮想曲面のことであり、また、「歯底全周面」とは、はす歯プーリ１１０の歯底面に全面接触してプーリ軸と同心状に形成される仮想曲面のことである。

そして、本実施例のはす歯ベルト駆動装置１００の騒音試験結果は、以下のとおりである。
本実施例のはす歯ベルト駆動装置１００の騒音試験は、モータ駆動される駆動軸、該駆動軸に対応する従動軸、該従動軸に連動する動力計、該駆動軸に近接配置した集音マイク、該集音マイクからの集音結果を分析表示する手段などで構成される騒音測定装置を用いて、前記駆動軸と従動軸に本実施例で採用したはす歯プーリ１１０、１１０を装着し、これらのはす歯プーリ１１０、１１０の間にはす歯ベルト１２０を取り付け張力３０４Ｎで掛け廻すこととした。なお、前記騒音試験における駆動軸と従動軸の回転数は５０００ｒｐｍである。

また、本実施例のはす歯ベルト駆動装置１００の騒音試験結果については、通常の直歯プーリ（プーリ歯数３０、ねじれ角０度で、ベルトピッチ５．００ｍｍ、歯幅３０．００ｍｍの使用ベルトに対応するように通常のホブ・カッターを用いた歯切り法により製造）と直歯ベルト（ねじれ角０度でベルトピッチ５．００ｍｍ、ベルト幅２５．００ｍｍとなるように、通常のベルト製造法によって製造）を用いて測定した騒音試験結果との比較相対値を求めることとし、中高の程度を示すΔｈ分が０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍの３種類について発生する騒音を計測した。
その結果、通常の直歯プーリと直歯ベルトとの騒音結果に比較すると、中高の程度を示すΔｈ分が０．２ｍｍの場合は、８．５ｄＢだけ騒音低減され、Δｈ分が０．５ｍｍの場合は、１０．０ｄＢだけ騒音低減され、Δｈ分が１．０ｍｍの場合は、１０．６ｄＢだけ騒音低減されていることが明らかになった。
なお、本実施例のはす歯ベルト駆動装置１００で用いたはす歯プーリ１１０においては、ねじれ角１５度のものを採用しており、ねじれ角αが５〜３０度の範囲内であれば、これ以外のねじれ角であっても差し支えない。すなわち、ねじれ角αが５度以下である場合には、騒音低減効果が少なく、ねじれ角αが３０度以上である場合には、更なる騒音低減効果の変化を期待することができず、寧ろ、ベルトに負荷されるスラスト力の制御が困難になる。

このようにして得られた本実施例のはす歯ベルト駆動装置１００は、はす歯プーリ１１０が歯先円直径Ｄ１を歯幅中央部Ｗｃから両側端Ｗｓに向けて漸減させた樽型の歯先全周面１１１を備えていることによって、はす歯ベルト１２０がはす歯プーリ１１０に噛み合う際に、ベルト張力が歯幅中央部Ｗｃで最大値となり、両側端Ｗｓで最小値となるため、従来のような歯幅の全域に亙って均等に作用するはす歯ベルト駆動装置に比較すると、はす歯ベルト１２０とはす歯プーリ１１０との間に生じる噛み合い衝撃を大幅に緩和できるので、駆動騒音の一因となる噛み合い衝撃音を低減することができ、また、従来のようなフランジ部を備えたはす歯プーリを用いる必要もないため、フランジ部との摩擦などによって生じた摺接騒音を解消することもでき、はす歯プーリ１１０をその簡素な構造、かつ、低コストで製造することができるなど、その効果は甚大である。

つぎに、図３は本発明の第２実施例であるはす歯ベルト駆動装置に用いたはす歯プーリ２１０の一部断面を誇示した概観図である。
まず、本実施例のはす歯ベルト駆動装置は、前述した第１実施例のはす歯ベルト駆動装置１００と同様に、タイミング駆動機構として適用したものであって、歯先円直径Ｄ１を歯幅中央部Ｗｃから両側端Ｗｓに向けて漸減させた樽型の歯先全周面２１１と歯底円直径Ｄ２を歯幅中央部Ｗｃから両側端Ｗｓに向けて漸減させた樽型の歯底全周面２１２とを形成したはす歯プーリ２１０と、該はす歯プーリ２１０に噛み合うはす歯ベルト（図示しない）とで構成されている。

ここで、前記はす歯プーリ２１０は、図３に示すように、プーリ歯数３０、左ねじれ角１５度で、ベルトピッチ５．００ｍｍ、歯幅３０．００ｍｍの使用ベルトに対応するように、通常のホブ・カッターを用いた歯切り法により製造して、その歯先全周面２１１と歯底全周面２１２とがほぼ一定間隔Ｈを保って歯溝を形成している。
他方、図示していないはす歯ベルトは、左ねじれ角１５度でベルトピッチ５．００ｍｍ、ベルト幅２５．００ｍｍとなるように、通常のベルト製造法によって製造している。

そして、本実施例のはす歯ベルト駆動装置の騒音試験結果は、以下のとおりである。
本実施例のはす歯ベルト駆動装置の騒音試験は、前述した騒音試験と同様に、モータ駆動される駆動軸、該駆動軸に対応する従動軸、該従動軸に連動する動力計、該駆動軸に近接配置した集音マイク、該集音マイクからの集音結果を分析表示する手段などで構成される騒音測定装置を用いて、前記駆動軸と従動軸に本実施例で採用したはす歯プーリ２１０、２１０を装着し、これらのはす歯プーリ２１０、２１０の間にはす歯ベルトを取り付け張力３０４Ｎで掛け廻すこととした。なお、前記騒音試験における駆動軸と従動軸の回転数は５０００ｒｐｍである。

また、本実施例のはす歯ベルト駆動装置の騒音試験結果については、通常の直歯プーリ（プーリ歯数３０、ねじれ角０度で、ベルトピッチ５．００ｍｍ、歯幅３０．００ｍｍの使用ベルトに対応するように通常のホブ・カッターを用いた歯切り法により製造）と直歯ベルト（ねじれ角０度でベルトピッチ５．００ｍｍ、ベルト幅２５．００ｍｍとなるように、通常のベルト製造法によって製造）を用いて測定した騒音試験結果との比較相対値を求めることとし、中高の程度を示すΔｈ分が０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍの３種類について発生する騒音を計測した。
その結果、前述した第１実施例のはす歯ベルト駆動装置１００の騒音試験結果よりも、０．２〜０．５ｄＢだけ更に騒音低減されていることが明らかになった。
なお、本実施例のはす歯ベルト駆動装置で用いたはす歯プーリ２１０においては、ねじれ角１５度のものを採用しており、ねじれ角αが５〜３０度の範囲内であれば、これ以外のねじれ角であっても差し支えない。すなわち、前述した第１実施例と同様に、ねじれ角αが５度以下である場合には、騒音低減効果が少なく、ねじれ角αが３０度以上である場合には、更なる騒音低減効果の変化を期待することができず、寧ろ、ベルトに負荷されるスラスト力の制御が困難になる。

このようにして得られた本実施例のはす歯ベルト駆動装置は、前述した第１実施例のはす歯ベルト駆動装置１００が奏することができた効果に加えて、前記はす歯プーリ２１０が歯底円直径Ｄ２を歯幅中央部Ｗｃから両側端Ｗｓに向けて漸減させた樽型の歯底全周面２１２とを備えていることにより、はす歯プーリ２１０の歯先全周面２１１と歯底全周面２１２とがほぼ一定間隔Ｈを保って歯溝を形成しているため、はす歯ベルトがはす歯プーリ２１０の歯幅の全域に亙って確実に噛み合い、はす歯ベルトの偏摩耗を抑制することができるばかりでなく、噛み合い時の噛み合い衝撃音を歯溝内に封じ込めることなく解放して騒音レベルの高い破裂音に変質するのを回避することができるなど、その効果はさらに甚大である。

本発明の第１実施例であるはす歯ベルト駆動装置１００の概観図。 図１に示すはす歯プーリ１１０の一部断面を誇示した概観図。 本発明の第２実施例であるはす歯ベルト駆動装置に用いた歯プーリ２１０の一部断面を誇示した概観図。

符号の説明

１００ ・・・ はす歯ベルト駆動装置
１１０、２１０ ・・・ はす歯プーリ
１１１、２１１ ・・・ 歯先全周面
１１２、２１２ ・・・ 歯底全周面
１２０ ・・・ はす歯ベルト
Δｈ ・・・ 中高
Ｄ１ ・・・ 歯先円直径
Ｄ２ ・・・ 歯底円直径
Ｗｃ ・・・ 歯幅中央部
Ｗｓ ・・・ 両側端
α ・・・ ねじれ角

Claims (3)

1. はす歯プーリと該はす歯プーリに噛み合うはす歯ベルトとで構成されるはす歯ベルト駆動装置において、
   前記はす歯プーリが、歯先円直径を歯幅中央部から両側端に向けて漸減させた樽型の歯先全周面を備えていることを特徴とするはす歯ベルト駆動装置。
2. 前記はす歯プーリが、歯底円直径を歯幅中央部から両側端に向けて漸減させた樽型の歯底全周面とを備えていることを特徴とする請求項１記載のはす歯ベルト駆動装置。
3. 請求項１乃至請求項２のいずれかに記載のはす歯プーリ。
   

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