JP2005351425A - 歯付プーリ及びそれを備えたベルト式伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト式伝動装置の騒音を防止し、かつ、歯付ベルトの片寄り力を低減する歯付プーリを提供する。
【解決手段】歯付プーリ１は、プーリ本体２と、プーリ本体２の外周面部にそれぞれ配設された複数の歯部３，３，…とを有している。各歯部３はその歯筋方向がプーリ本体２のプーリ幅方向と平行になるように配置されている。各歯部３は歯先面３ａを有している。プーリ本体２の外周面部における隣り合う歯部３，３の間の部分は歯底部２ｂを構成している。各歯部３及び各歯底部２ｂはそれぞれ、プーリ幅の中央部が両端部よりもプーリ本体２の回転軸２ａ側に凹んだ逆クラウン状に形成されている。各歯部３はその歯厚がプーリ幅方向の両端部から中央部に向かうに従って小さくなるように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯付プーリ及びそれを備えたベルト式伝動装置に関し、特に、歯付プーリ及び歯付ベルトの噛合騒音を低減させる対策に関するものである。

従来から、歯付プーリとその歯付プーリに掛け渡された歯付ベルトとにより構成されているベルト式伝動装置はよく知られている。このベルト式伝動装置では、運転時にプーリ歯とベルト歯とが噛み合うことによって発生する噛み合い衝撃音が大きな問題となっている。さらに、近年、環境問題の一つとして騒音問題がクローズアップされており、それゆえに、上記ベルト式伝動装置の衝撃音を低減すべきとの要求が社会的に非常に高まっている。

そこで、特許文献１及び２のベルト式伝動装置では、歯付プーリの形状に工夫をこらすことにより騒音防止が図られている。
実開昭５３−１１５２５２号公報 実開平５−６２７５９号公報

しかしながら、上述のベルト式伝動装置では、充分な騒音防止効果が得られているとは言い難く、さらなる改良の余地があった。また、ベルト式伝動装置においては、歯付ベルトの片寄り力を低減することが望ましい。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、歯付プーリ及びそれを備えたベルト式伝動装置において、ベルト式伝動装置の騒音を防止し、かつ、歯付ベルトの片寄り力を低減する技術を提供することにある。

第１の発明は、プーリ本体と、歯筋方向がプーリ幅方向と平行になるように上記プーリ本体の外周面部にそれぞれ配設された複数の歯部とを備え、上記プーリ本体の外周面部における隣り合う歯部間に歯底部が構成されている歯付プーリであって、上記各歯部及び上記各歯底部がそれぞれ、プーリ幅方向中央部が両端部よりも上記プーリ本体の中心軸側に凹んだ円弧状に形成され、上記各歯部が、その歯厚がプーリ幅方向両端部から中央部に向かうに従って小さくなるように形成されていることを特徴とするものである。

これにより、本発明に係る歯付プーリをベルト式伝動装置に用いたときには、ベルト式伝動装置の騒音を防止できるとともに、歯付ベルトの片寄り力を低減できる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記各歯部及び上記各歯底部がそれぞれ、上記プーリ本体のプーリ幅に対して伸張率０．００１〜０．０６％の曲率を有する円弧状に形成されていることを特徴とするものである。

これにより、本発明に係る歯付プーリをベルト式伝動装置に用いたときには、ベルト式伝動装置の騒音を確実に防止できるとともに、歯付ベルトの片寄り力を確実に低減できる。

第３の発明は、上記第１の発明において、上記各歯部の歯先面のプーリ幅方向中央部の歯厚Ｘとプーリ幅方向両端部の歯厚Ｙとが、１≦[（Ｙ−Ｘ）／Ｙ]×１００≦２５の関係式を満たすことを特徴とするものである。

これにより、本発明に係る歯付プーリをベルト式伝動装置に用いたときには、ベルト式伝動装置の騒音を確実に防止できる。

第４の発明は、上記第１の発明において、上記各歯部が、その歯厚の大きさが曲線的に変化していることを特徴とするものである。

これにより、本発明に係る歯付プーリをベルト式伝動装置に用いたときには、ベルト式伝動装置の騒音を確実に防止できるとともに、歯付ベルトの片寄り力を確実に低減できる。

第５の発明は、上記第１〜第４の発明のいずれか１つに記載の歯付プーリと、上記歯付プーリに掛け渡された歯付ベルトと、を備えたことを特徴とするベルト式伝動装置である。

本発明によれば、該本発明に係る歯付プーリをベルト式伝動装置に用いたときに、ベルト式伝動装置の騒音を防止できるとともに、歯付ベルトの片寄り力を低減できる。したがって、低騒音で信頼性の高いベルト式伝動装置を実現できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るベルト式伝動装置１０は、駆動プーリ及び従動プーリとしての２つの歯付プーリ１，１（図２も参照）と、これら歯付プーリ１，１に掛け渡された、一般的な歯付ベルト１１とを備えている。これら歯付プーリ１，１はそれぞれ、駆動プーリ及び従動プーリである。

図２に示すように、各歯付プーリ１は、中心に回転軸（中心軸）２ａを有する略円柱状（略環状）のプーリ本体２と、そのプーリ本体２の外周面部に周方向に所定ピッチでそれぞれ配設された、複数の歯部３，３，…とを有している。各歯部３はそれぞれ、その歯筋方向がプーリ本体２のプーリ幅方向（回転軸２ａの軸線方向）と平行になるように配置されている（図３も参照）。すなわち、上記歯筋方向とプーリ本体２のプーリ幅方向（回転軸２ａの軸線方向）とは同じ方向である。各歯部３はそれぞれ、歯付プーリ１の外周面をなす歯先面３ａを有し、この歯先面３ａは歯筋方向と直交する方向の断面形状が直線状をなしている。プーリ本体２の外周面部における隣り合う歯部３，３間の部分は、歯底部２ｂを構成している。すなわち、歯底部２ｂは、歯付プーリ１の隣り合う歯部３，３間の溝底をなしている。

本発明の特徴として、図３に示すように、各歯部３及び各歯底部２ｂはそれぞれ、互いに平行であって、プーリ幅方向（回転軸２ａの軸線方向）中央部が両端部よりも回転軸２ａ側に凹んだ曲率半径Ｒの円弧状、すなわち、いわゆる逆クラウン状に形成されている。つまり、各歯部３ａ及び各歯底部２ｂはそれぞれ、プーリ幅方向両端部の回転軸２ａからの寸法がプーリ幅方向中央部よりも大きい、逆クラウン曲率半径Ｒの円弧状に成形されている。言い換えれば、歯付プーリ１は、その歯先円直径及び歯底円直径がそれぞれプーリ幅方向両端部から中央部に向かうにつれて小さくなる略鼓形状に形成されている。上記逆クラウンは、プーリ本体２のプーリ幅に対して伸張率０．００１〜０．０６％の曲率を有する円弧状であることが好ましい。ここで、伸張率ρ（％）は、プーリ幅をＷ（ｍｍ）、逆クラウン曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、以下の式により求められる。
θ＝２ｓｉｎ^-1（Ｗ／２／Ｒ）
Ｌ＝Ｒ・θ
ρ＝｛（Ｌ−Ｗ）／Ｗ｝×１００

また、逆クラウン高さδ（ｍｍ）は、以下の式により求められる。ここで、逆クラウン高さとは、回転軸２ａから歯先面３ａ（歯底部２ｂ）の歯筋方向両端部までの距離と回転軸２ａから歯先面３ａ（歯底部２ｂ）の歯筋方向中央部までの距離との差である（図３を参照）。
δ＝Ｒ−Ｒ・ｃｏｓ（θ／２）

また、本発明の特徴として、図４に示すように、各歯部３はそれぞれ、その歯厚（歯幅）が歯筋方向（プーリ幅方向）両端部から中央部に向かうに従って小さくなるように形成されている。各歯部３の歯先面３ａの歯筋方向中央部の歯厚Ｘは、歯筋方向両端部の歯厚Ｙに対して１〜２５％だけ小さく（狭く）なっている。すなわち、各歯部３の歯先面３ａの歯筋方向中央部の歯厚Ｘと歯筋方向両端部の歯厚Ｙとは、１≦[（Ｙ−Ｘ）／Ｙ]×１００≦２５の関係式を満たしている。各歯部３はそれぞれ、その歯厚の大きさが歯筋方向両端部から中央部にかけて直線的ではなく曲線的に変化するように形成されている。換言すれば、各歯部３の歯側面部３ｃはそれぞれ、その歯筋方向中央部が両端部よりも該歯部３の内側に凹んだ曲面になるように形成されている。

ところで、本実施形態に係る歯付プーリ１の形状は、以下の試験結果に基づいて決定されている。

（試験用プーリ）
＜歯付プーリＡ＞
試験用プーリとして、伸張率が０．０００％、０．００１％、０．００４％、０．０４１％、０．０６０％、０．２２６％、０．３２２％及び０．４９３％の歯付プーリＡをそれぞれ用意した。これら歯付プーリＡは、上記実施形態に係るものであって、歯数が２４歯でプーリ幅が４０ｍｍのものである。

さらに、歯厚変量率が０％、１％、３％、６％、９％、１２％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％及び４０％の歯付プーリＡをそれぞれ用意した。ここで、歯厚変量率とは、各歯部３の歯先面３ａの歯筋方向中央部の歯厚Ｘと歯筋方向両端部の歯厚Ｙとの関係を示した値であって、以下の式により求められるものである。
歯厚変量率（％）＝[（Ｙ−Ｘ）／Ｙ]×１００

＜歯付プーリＢ〜Ｅ＞
また、歯付プーリＡと比較するための試験用プーリとして、伸張率が０．０００％、０．００１％、０．００４％、０．０４１％、０．０６０％、０．２２６％、０．３２２％及び０．４９３％の歯付プーリＢ〜Ｅをそれぞれ用意した。これら歯付プーリＢ〜Ｅは、歯数が２４歯でプーリ幅が４０ｍｍのものである。また、図５に示すように、歯付プーリＢ〜Ｅの歯厚は、歯筋方向一端部から他端部にかけて一定の大きさである。また、歯付プーリＢ〜Ｅの歯先面３ａの歯厚は、歯付プーリＡの歯先面３ａの歯筋方向両端部の歯厚Ｙと同じ大きさである。また、図６に示すように、歯付プーリＢ〜Ｅの歯底部２ｂは平らである。すなわち、歯付プーリＢ〜Ｅの歯底部２ｂは、回転軸２ａと平行である。

以下、歯付プーリＢ〜Ｅの歯先面３ａの形状を図６を参照しながらそれぞれ説明する。

＜歯付プーリＢ＞
図６（ａ）に示すように、歯付プーリＢは、その歯先面３ａがいわゆる逆クラウン状になるように形成されたものである。

＜歯付プーリＣ＞
図６（ｂ）に示すように、歯付プーリＣは、その歯先面３ａがＶ字状になるように形成されたものである。

＜歯付プーリＤ＞
図６（ｃ）に示すように、歯付プーリＤは、その歯部３が凹字状になるように形成されたものである。

＜歯付プーリＥ＞
図６（ｄ）に示すように、歯付プーリＥは、その歯先面３ａの歯筋方向中央部が平らで、かつ、その歯先面３ａの回転軸２ａからの寸法が歯筋方向中央部から歯筋方向両端部に向かうに従って大きくなるように形成されたものである。

（試験方法）
歯付プーリＡ〜Ｅに対して、以下に示す騒音試験と片寄り試験を行った。

＜騒音試験＞
駆動プーリ及び従動プーリが上記歯付プーリＡ〜Ｅのうちいずれか１つからなるベルト式伝動装置を用意した。そして、そのベルト式伝動装置を室温下でかつ駆動プーリの回転数を１５００ｒｐｍで作動させて、発生する騒音を駆動プーリの回転軸から３００ｍｍ離れたところで測定した。このような騒音試験を、上記歯付プーリＡ〜Ｅの全てに対して行った。

＜片寄り試験＞
上記ベルト式伝動装置を室温下でかつ駆動プーリの回転数を１５００ｒｐｍで作動させて、歯付ベルトの片寄り移動量を、歯付ベルトの片寄り移動が安定したときに測定した。このような片寄り試験を、上記歯付プーリＡ〜Ｅの全てに対して行った。

（試験結果）
図７〜図１０は、騒音試験の結果を示している。これから、駆動及び従動プーリが歯付プーリＡからなるときには、歯付プーリＢ〜Ｅからなるときよりも、騒音レベルが小さくなっていることが分かった。

また、図７及び図８に示すように、騒音レベルを小さくするためには、歯付プーリＡの伸張率が０．００１％〜０．０６０％であることが好ましく、０．００４％〜０．０６０％であることがより好ましく、０．０４１％〜０．０６０％であることがさらにより好ましいことが分かった。なお、歯付プーリＡの伸張率が０．２２６％以上であるときは、騒音レベルを小さくすることができるものの、耐久性の観点から好ましくない。

また、図９及び図１０を示すように、騒音レベルを小さくするためには、歯付プーリＡの歯厚変量率が１％〜２５％であることが好ましく、６％〜２５％であることがより好ましく、１２％〜２５％であることがさらにより好ましいことが分かった。なお、歯付プーリＡの歯厚変量率が３０％以上であるときは、騒音レベルを小さくすることができるものの、耐久性の観点から好ましくない。

図１１及び図１２は、片寄り試験の結果を示している。これから、駆動及び従動プーリが歯付プーリＡからなるときには、歯付プーリＢ〜Ｅであるときよりも、片寄り移動量が小さくなっていることが分かった。

また、片寄り移動量を小さくするためには、歯付プーリの伸張率が０．００１％〜０．０６０％であることが好ましく、０．００４％〜０．０６０％であることがより好ましく、０．０４１％〜０．０６０％であることがさらにより好ましいことが分かった。なお、歯付プーリＡの伸張率が０．２２６％以上であるときは、片寄り移動量を小さくすることができるものの、耐久性の観点から好ましくない。

−効果−
以上により、本実施形態によれば、本実施形態に係る歯付プーリ１をベルト式伝動装置１０に用いたときには、ベルト式伝動装置１０の騒音を防止できるとともに、歯付ベルト１１の片寄り力を低減できる。したがって、低騒音で信頼性の高いベルト式伝動装置１０を実現できる。

以上説明したように、本発明は、プーリ本体と、歯筋方向が該プーリ本体の軸方向と平行になるように上記プーリ本体の外周面部にそれぞれ配設された複数の歯部とを備えた歯付プーリ等について有用である。

本発明の実施形態に係るベルト式伝動装置の概略構成図である。 歯付プーリの正面図である。 図１のＸ−Ｘ線の矢視縦断面図である。 歯付プーリの歯部の平面図である。 歯付プーリＢ〜Ｅの歯部の平面図である。 （ａ）は歯付プーリＢの図３に相当する図であり、（ｂ）は歯付プーリＣの図３に相当する図であり、（ｃ）は歯付プーリＤの図３に相当する図であり、（ｄ）は歯付プーリＥの図３に相当する図である。 歯付プーリＡ〜Ｅの伸張率と騒音レベルとの関係とを示した表である。 歯付プーリＡ〜Ｅの伸張率と騒音レベルとの関係とを示した図である。 歯付プーリＡの歯厚変量率と騒音レベルとの関係を示した表である。 歯付プーリＡの歯厚変量率と騒音レベルとの関係を示した図である。 歯付プーリＡ〜Ｅの伸張率と片寄り移動量との関係を示した図である。 歯付プーリＡ〜Ｅの伸張率と片寄り移動量との関係を示した図である。

符号の説明

１ 歯付プーリ
２ プーリ本体
２ａ 回転軸（中心軸）
２ｂ 歯底部
３ 歯部
３ａ 歯先面
１０ ベルト式伝動装置

Claims (5)

1. プーリ本体と、歯筋方向がプーリ幅方向と平行になるように上記プーリ本体の外周面部にそれぞれ配設された複数の歯部とを備え、上記プーリ本体の外周面部における隣り合う歯部間に歯底部が構成されている歯付プーリであって、
   上記各歯部及び上記各歯底部はそれぞれ、プーリ幅方向中央部が両端部よりも上記プーリ本体の中心軸側に凹んだ円弧状に形成され、
   上記各歯部は、その歯厚がプーリ幅方向両端部から中央部に向かうに従って小さくなるように形成されていることを特徴とする歯付プーリ。
2. 請求項１記載の歯付プーリにおいて、
   上記各歯部及び上記各歯底部はそれぞれ、上記プーリ本体のプーリ幅に対して伸張率０．００１〜０．０６％の曲率を有する円弧状に形成されていることを特徴とする歯付プーリ。
3. 請求項１記載の歯付プーリにおいて、
   上記各歯部の歯先面のプーリ幅方向中央部の歯厚Ｘとプーリ幅方向両端部の歯厚Ｙとは、１≦[（Ｙ−Ｘ）／Ｙ]×１００≦２５の関係式を満たすことを特徴とする歯付プーリ。
4. 請求項１記載の歯付プーリにおいて、
   上記各歯部は、その歯厚の大きさが曲線的に変化していることを特徴とする歯付プーリ。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の歯付プーリと、
   上記歯付プーリに掛け渡された歯付ベルトと、
   を備えたことを特徴とするベルト式伝動装置。
   

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