JP2007139180A - タイミングベルト及びその結合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】歯形とベルト本体部が接するコーナー部に最適形状の溝を形成することにより、コーナー部に作用する応力を軽減させると共に、タイミングベルトの耐久力を増加させ、歯形の表面またはスプロケットに通孔溝を形成することにより、騒音及び振動を最少化させることができるタイミングベルト及びその結合構造を提供することにある。
【解決手段】ベルト本体部に歯形が設けられたタイミングベルトにおいて、前記歯形とベルト本体部が接するコーナー部に溝を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイミングベルト及びその結合構造に係るもので、特に歯形とベルト本体部が接するコーナー部に最適形状の溝を形成することにより、コーナー部に作用する応力を軽減させると共に、タイミングベルトの耐久力を増加させ、また、歯形の表面あるいはスプロケットに通孔溝を形成することにより、騒音及び振動を最少化させることができるタイミングベルト及びその結合構造に関する。

一般に、タイミングギヤは車両のエンジン部に装着されるクランクシャフトとカムシャフトの全端に取り付けられ、バルブの開閉のタイミングをクランクシャフトの回転と同期させるためのギヤまたはプーリを総称するものであって、クランクシャフト上のギヤとカムシャフト上のギヤとを互いに連結するためにチェーンを用いるチェーン式と、タイミングベルトを用いるベルト式と、伝達に優れたスパーギヤで連結するギヤ式などがあるが、軸間の距離が大きい場合にはチェーン式とベルト式が多く用いられ、これらの中でも高価のチェーン式より低価のベルト式が主に用いられている。

前記タイミングベルトの表面部にはギヤと噛み合うＶ形歯が形成され、ベルトはゴム及びグラスファイバーなどの伸縮しにくい繊維で作られ、軽くて静かであり且つ潤滑を必要としないとの点から往復型エンジンに広く使用されている。

図６は一般のタイミングベルトの装着構造を示す構造図であり、図２は従来の台形歯形タイミングベルトの断面図および応力解釈の結果であり、図８は従来の半円形歯形タイミングベルトの断面図及び応力解釈の結果であり、図９は従来のタイミングベルトのジャケットの表面を拡大した図である。

図６に示すように、タイミングベルト４０はカムシャフトスプロケット１０、クランクシャフトスプロケット２０、及びオイルポンプスプロケット３０上に装着されて前記スプロケットを連結させ、前記カムシャフトスプロケット１０とクランクシャフトスプロケット２０間に連結されるタイミングベルト４０上にはテンションプーリ１１が当接され、前記オイルポンプスプロケット３０とカムシャフトスプロケット１０間に連結されるタイミングベルト４０上にはアイドラプーリ３１が当接されて構成される。

このような構成によりエンジンが作動されると、クランクシャフトの回転と同期を合わせてバルブの開閉のタイミングを合わせるようになる。

図６における未説明符号１２はタイミングマーク、１３はテンショナーアーム、１４は自動テンショナーである。

そして、前記スプロケット１０，２０，３０とプーリ１１，３１上に装着されるタイミングベルト４０には、図７及び図８に示すように、ベルト本体部４２にクランク軸またはカム軸の方向（すなわち、横方向）に多数の歯形４３が所定間隔を置いて設けられ、これと対応して前記カムシャフトスプロケット１０とクランクシャフトスプロケット２０の外周面部には多数のギヤ歯面が軸方向に設けられている。

図７及び図８に示すように、従来のタイミングベルトの歯形４３は台形または半円形でなされており、このような歯形４３上にナイロン材質のジャケットを覆って製作して使用している。

然るに、このような従来の歯形４３を有するタイミングベルト４０の場合には、歯形４３とベルト本体部４２とが接するコーナー部４５にスプロケット１０，２０，３０による応力が集中されて、図９に示すようにジャケット（高耐久性のナイロン材質）が相対のスプロケット１０，２０，３０との反復的な接触に起因して磨耗され、図７及び図８に示すようにジャケット下部のゴム材質だけが応力を支持するため、コーナー部４５に疲労応力による亀裂発生及びその進展、そして歯形の脱落で急速に限界寿命に至るとの問題点があった。

また、タイミングベルトの場合に回転駆動でベルトの歯形４３がスプロケット１０，２０，３０の歯底部に安着されるとき、ベルト歯形４３とスプロケット１０，２０，３０の歯底部との間の空気排出が円滑でなくて、騒音及び振動が発生するとの問題点があった。

そこで、本発明の目的は、タイミングベルトのコーナー部に最適形状の溝を設けることにより、コーナー部に集中される応力を低減させてタイミングベルトの疲労寿命を大きく増加させると共に耐久力を向上させ、また、タイミングベルトの歯形表面またはスプロケットの歯底部に通孔溝を設けることにより、騒音及び振動を最少化させることができるタイミングベルト及びその結合構造を提供することにある。

このような目的を達成するため本発明によるタイミングベルトは、ベルト本体部に歯形が設けられたタイミングベルトにおいて、前記歯形とベルト本体部が接するコーナー部に溝を形成することを特徴とする。

前記タイミングベルトの表面には補強皮膜を形成し、該補強皮膜は前記溝にそって形成される。

また、スプロケットと接触する前記ベルト歯形の表面に幅方向に通孔溝を形成することが好ましい。

また、タイミングベルトとスプロケットが結合されたタイミングベルトの結合構造において、前記スプロケットの歯底部に幅方向に通孔溝を形成する。

本発明は、コーナー部に幅方向に溝を形成することにより、コーナー部にスプロケットにより応力が集中することを防止してタイミングベルトの耐久力及び耐磨耗性を向上させることができる。

また、タイミングベルトの使用寿命を延長させることにより、タイミングベルトの交替費用の節減と該当機械製品の信頼性の向上及び維持保守のための経済的・時間的消耗を解消することができるばかりか、耐摩耗性を大きく向上させてタイミングチェーンに比べ生産単価を大きく低減させることができる。

また、溝をスプロケットのギヤ歯面よりもっと大きくし、溝にそって皮膜を形成することにより、皮膜がスプロケットと直接接触しなくて皮膜の磨耗を防止することができる。
また、ベルトの歯形表面またはスプロケットの歯底部に幅方向に通孔溝を形成することにより、回転の際にベルトとギヤが高速で接触するにあたって空気の流れを円滑にし、空気の圧縮率及び速度を低減して、駆動時の騒音及び振動を低減させることができる。

また、図５に示すように、疲労強度と疲労寿命曲線（いわば‘Ｓ−Ｎ曲線’）上から見るとき、一般の鋼の場合に応力の２０％低減で寿命はほぼ１０倍ほど増加することがわかる。

以下、添付図を参照して本発明の好ましい実施例について詳しく説明する。
図１は本発明の実施例によるタイミングベルトの断面図及び応力解釈の結果であり、図２は本発明の実施例による他のタイミングベルトの断面図であり、図３は本発明の実施例によるまた他のタイミングベルトの断面図であり、図４は本発明の実施例によるスプロケットの断面図である。

図１に示すように、本発明のタイミングベルトは従来のタイミングベルトのように、ベルト本体部１００と該ベルト本体部１００に一定間隔で設けられた歯形２００が形成される。前記歯形２００は台形、半円形、その外の従来の歯形の中でいずれもよろしい。
前記ベルト本体部１００と前記歯形２００が接するコーナー部３００には最適形状の溝４００が設けられる。

上述のように、コーナー部３００に幅方向に溝４００を形成することにより、コーナー部３００にスプロケット５００による応力の集中を防止して、タイミングベルトの耐久力及び耐摩耗性を向上させることができる。

このとき、前記溝４００は前記タイミングベルトと接するスプロケット５００のギヤ歯面よりもっと大きく形成されるのが好ましい。
このようにすることにより、スプロケット５００のギヤ歯面が溝４００に直接接触することを防止して、タイミングベルトの耐摩耗性をもっと向上させることができる。

前記溝４００の大きさはギヤの刃の大きさと係わり、有限要素解釈を通じてタイミングベルトのコーナー部３００の応力を最少とする最適形状の溝に選定するようにする。
応力の集中される部分に溝４０を設けた結果として、応力集中部が直接的に相対スプロケット５００のギヤ歯面に当たらないとの結果が発生し、このため、ジャケットの磨耗が減らすことにより寿命増大に寄与する。

前記溝４００は前記ベルト本体部１００と接してなす角が前記タイミングベルトの歯形２００と接してなす角よりも緩慢になるようにするのが好ましい。
即ち、前記溝４００は前記タイミングベルトの歯形２００の下部に形成される。
また、前記タイミングベルトの表面にはナイロン材質の補強皮膜を形成し、前記皮膜は前記溝４００にそって形成される。

従って、皮膜がスプロケット５００のギヤ歯面と直接接触しないので、皮膜が磨耗されることを防止することができる。
そして、図２及び図３に示すように、前記ベルト歯形２００の表面に通孔溝２１０を幅方向に中央部に一つまたは多数個形成するか、図４に示すようにスプロケットの歯底部５２０に通孔溝５１０を形成するのが好ましい。

このようにすることにより、ベルト歯形２００がスプロケット５００の歯底部５２０に安着されるとき、ベルト歯形２００とスプロケット５００の歯底部５２０との間の空気が前記通孔溝２１０、５１０を通じて円滑に排出されて、空気圧着率が低減され、且つ空気流出率が高くなって、騒音及び振動を大きく低減させることができる。

また、スプロケット５００の歯底部５２０はベルト歯形２００の外周面に噛み合うようにするのが好ましいが、ベルト歯形２００の外周面が略半円形の曲線で形成されているので、前記スプロケット５００の歯底部５２０も半円形の曲線で形成されるのが好ましい。

以下、本発明の作動原理及び作用を説明する。
スプロケット５００が回転すると、スプロケット５００のギヤ歯面とタイミングベルトの歯形２００とが噛み合うに従いに、前記タイミングベルトが回転するようになる。
このとき、前記スプロケット５００のギヤ歯面は前記タイミングベルトのコーナー部３００に集中応力を加えるのに、前記コーナー部３００に溝４００が形成されていて、前記スプロケット５００のギヤ歯面は前記溝４００に係合する。

上述のように、前記溝４００は前記スプロケット５００のギヤ歯面より大きいため、前記スプロケット５００のギヤ歯面は前記溝４００と接しない。
従って、前記コーナー部３００に集中応力が加えられることを防止し、溝４００に形成された皮膜が磨耗されることを防止することにより、タイミングベルトの寿命を延長させることができる。

このような本発明のタイミングベルトによると、タイミングベルトの使用寿命を延長させて、タイミングベルトの交替費用の節減と該当機械製品の信頼性の向上及び維持保守のための経済的・時間的消耗を解消できるばかりか、耐摩耗性を大きく向上させてタイミングチェーンに比べ生産単価を大きく低減させることができる。

また、ベルト歯形２００の表面またはスプロケットの歯底部５２０に通孔溝２１０，５１０が形成されて、回転の際にベルトとギヤが高速で接触するにあたって騒音及び振動を低減させることができる。

表１はジャケットを覆った場合のベルト歯形によるベルトコーナー部の応力解釈の結果を示す。

このように本発明は、半円形歯形に溝を設けた後にジャケットを覆うことにより、従来の溝のない半円形歯形より３５％の応力低減の効果が得られて、最小１５倍以上の疲労寿命の増大効果を図ることができる。

ジャケットの覆わない場合の比較においても本発明は１１％の応力低減の効果が得られて、最小２倍ないし４倍の疲労寿命の増大効果を図ることができる。
本発明のタイミングベルト及びその結合構造は上述の実施例に限定されず、本発明の技術思想が許容する範囲内で多様に変形して実施することができる。

本発明の実施例によるタイミングベルトの断面図及び応力解釈の結果である。 本発明の実施例による他のタイミングベルトの断面図である。 本発明の実施例によるまた他のタイミングベルトの断面図である。 本発明の実施例によるスプロケットの断面図である。 本発明の効果を説明するための疲労強度と疲労寿命の曲線である。 一般のタイミングベルトの装着構造を示す構造図である。 従来の台形歯形タイミングベルトの断面図及び応力解釈の結果である。 従来の半円形歯形タイミングベルトの断面図及び応力解釈の結果である。 従来のタイミングベルトのジャケットの表面を拡大した図である。

符号の説明

１００ ベルト本体部
２００ 歯形
２１０，５１０ 通孔溝
３００ コーナー部
４００ 溝
５００ スプロケット
５２０ スプロケット歯底部

Claims (4)

1. ベルト本体部に歯形が設けられたタイミングベルトにおいて、
   前記歯形とベルト本体部が接するコーナー部に溝を設けることを特徴とするタイミングベルト。
2. 前記タイミングベルトの表面には補強皮膜を形成し、
   前記補強皮膜は前記溝にそって形成されることを特徴とする請求項１に記載のタイミングベルト。
3. スプロケットと接触する前記ベルト歯形の表面に幅方向に通孔溝を設けることを特徴とする請求項１または２に記載のタイミングベルト。
4. タイミングベルトとスプロケットが結合されたタイミングベルトの結合構造において、
   前記スプロケットの歯底部に幅方向に通孔溝を設けることを特徴とするタイミングベルトの結合構造。
   

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