JP2015048870A - 自転車用歯付ベルト駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水と砂の混合物などの異物が付着する環境下にあっても、従動プーリにおけるベルトのジャンピングの発生を抑制し、円滑な動力伝達性能を維持する。
【解決手段】自転車用歯付ベルト駆動装置は、駆動状態において、従動プーリ１２０のプーリ溝部１２１と、ベルト歯部３のベルト走行方向側の面の一部分とは、面接触する。この面接触する部分が、従動プーリ１２０の外径からベルト歯部３の歯高さＨを差し引いた長さを直径とする当該プーリと同心の基準円周Ｌ３からベルト歯部３の歯元側の範囲内であって、且つ、ベルト幅方向に直交する断面において曲線状である。また、従動プーリ１２０のプーリ溝部１２１と、ベルト歯部３のべルト走行方向と反対側の面との最短距離の最大値ｄ３は、歯ピッチの１０％以上１８％以下であって、従動プーリ１２０のプーリ溝部１２１の溝深さｈ３は、ベルト歯部３の歯高さＨよりも大きく、その差が歯高さＨの５％以上である。
【選択図】図８

Description

本発明は、ベルト駆動式自転車に用いられる自転車用歯付ベルト駆動装置に関する。

従来、自転車のペダルの回転を後輪に伝達するための装置として、ペダルの回転軸に連結された駆動プーリと、後輪の回転軸に連結された従動プーリと、これら２つのプーリに巻き掛けられた歯付ベルトとを備えた歯付ベルト駆動装置が知られている。この歯付ベルトの内周面には、凸状のベルト歯部がベルト長手方向に沿って所定のピッチで形成されている。また、駆動プーリおよび従動プーリの外周面には、ベルト歯部と噛み合うプーリ溝部が形成されている。

従動プーリは、駆動プーリよりも外径が小さいため、プーリ溝部１つあたりにかかかるベルト張力は駆動プーリよりも大きくなる。そのため、走行中に立ち漕ぎなどによって急激にベルトの張力が大きくなって、部分的にベルトが伸びると、従動プーリにおいてベルトのジャンピング（歯飛び）が発生しやすくなる。特に、雨天走行中では、従動プーリに雨水がかかって、プーリ溝部とベルト歯部との摩擦係数が低下するため、ジャンピングが一層発生しやすくなる。このような雨天走行時に急激にベルトの張力が増大したときの従動プーリでのベルトのジャンピングを抑制するために、例えば特許文献１の歯付ベルト駆動装置では、従動プーリのプーリ溝部と歯付ベルトのベルト歯部の形状を工夫している。

特許第４３４０４６０号公報

走行状況によっては、歯付ベルト駆動装置に水だけでなく砂も入り込む場合がある。砂は水を含むことでよりプーリやベルトに付着しやすくなる。上述の特許文献１の歯付ベルト駆動装置において、砂と水の混合物が、従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部との間に入り込むと、砂と水の混合物が、両者の間に噛み込まれてしまう。これにより、砂と水の混合物が、ベルト歯部をプーリ溝部との噛み合いを外す方向（プーリ径方向外側）に押しやり、その結果、従動プーリにおいてベルトのジャンピングが生じやすくなってしまう。

そこで、本発明は、水と砂の混合物などの異物が付着する環境下にあっても、従動プーリにおけるベルトのジャンピングの発生を抑制し、円滑な動力伝達性能を維持できる自転車用歯付ベルト駆動装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明に係る自転車用歯付ベルト駆動装置は、ベルト長手方向に沿って抗張体が埋設されたゴム状弾性体で形成され、ベルト長手方向に所定の歯ピッチで配置された凸状のベルト歯部を有する歯付ベルトと、前記ベルト歯部と噛み合うプーリ溝部が外周面に形成された駆動プーリおよび従動プーリとを備える自転車用歯付ベルト駆動装置であって、ベルト幅方向に直交する断面において、前記ベルト歯部が、ベルト厚み方向の直線に対して対称に形成されており、駆動状態において、前記駆動プーリの前記プーリ溝部と前記ベルト歯部のベルト走行方向と反対側の面の一部分、および、前記従動プーリの前記プーリ溝部と前記ベルト歯部のベルト走行方向側の面の一部分が、それぞれ面接触し、前記プーリ溝部と前記ベルト歯部との前記面接触する部分が、前記駆動プーリおよび前記従動プーリのそれぞれの外径から前記ベルト歯部の歯高さを差し引いた長さを直径とする当該プーリと同心の基準円周から前記ベルト歯部の歯元側の範囲内であって、且つ、ベルト幅方向に直交する断面において曲線状であり、駆動状態において、前記駆動プーリの前記プーリ溝部と前記ベルト歯部のベルト走行方向と反対側の面との前記基準円周上の間隔、および、前記従動プーリの前記プーリ溝部と前記ベルト歯部のベルト走行方向側の面との前記基準円周上の間隔が、前記ベルト歯部の歯ピッチの０％以上０．５％以下であって、駆動状態において、前記駆動プーリの前記プーリ溝部と、前記ベルト歯部のべルト走行方向側の面との最短距離の最大値が、前記ベルト歯部の歯ピッチの２％以上６％以下であって、駆動状態において、前記従動プーリの前記プーリ溝部と、前記ベルト歯部のべルト走行方向と反対側の面との最短距離の最大値が、前記ベルト歯部の歯ピッチの１０％以上１８％以下であって、前記従動プーリの前記プーリ溝部の溝深さが、前記ベルト歯部の歯高さよりも大きく、その差が前記ベルト歯部の歯高さの５％以上であることを特徴とする。

本発明では、従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部のべルト走行方向と反対側の面との最短距離の最大値が、歯ピッチの１０％以上と大きい。そのため、砂と水の混合物などの異物が付着する環境下で自転車用歯付ベルト駆動装置を駆動した場合に、従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部のべルト走行方向と反対側の面との間に、砂と水の混合物などの異物が噛み込まれるのを防止できるとともに、入り込んだ異物を外部に排出させやすい。その結果、従動プーリにおけるベルトのジャンピングの発生を抑制できる。
また、仮に、従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部のべルト走行方向と反対側の面との最短距離の最大値が歯ピッチの１８％を超える場合には、隣り合う２つのプーリ溝部の間の幅（プーリ歯部の幅）が狭くなりすぎる。そのため、摩耗により従動プーリの耐久性が低下したり、プーリ溝部の肩の丸み（プーリ歯部の歯先丸み）を大きく確保できなくなる。また、たとえプーリ溝部の肩の丸みを確保できたとしても、欠けやすくなる。一方、本発明では、従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部のべルト走行方向と反対側の面との最短距離の最大値が歯ピッチの１８％以下であるため、上述したような問題を防止できる。

また、従動プーリのプーリ溝部の溝深さがベルト歯部の歯高さよりも大きく、その差が５％未満の場合、水や砂などの異物が付着しない環境下では従動プーリでのベルトのジャンピングの発生を抑制できるものの、砂と水の混合物などの異物が付着する環境下では、従動プーリのプーリ溝部の溝底とベルト歯部の歯先との間に砂と水の混合物などの異物が噛み込まれるため、ジャンピングが発生しやすい。一方、本発明では、従動プーリのプーリ溝部の溝深さとベルト歯部の歯高さとの差がベルト歯部の歯高さの５％以上である。そのため、従動プーリのプーリ溝部の溝底とベルト歯部の歯先との間に砂と水の混合物などの異物が噛み込まれるのを防止でき、ジャンピングの発生を抑制できる。

また、仮に、駆動プーリおよび従動プーリのプーリ溝部、または、ベルト歯部のベルト幅方向に直交する断面形状が、前記基準円周よりも歯元側の範囲内において、直線状の部分を含んでいる場合、プーリ溝部とベルト歯部との接触は線接触になりやすい。従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部とが線接触する場合、ベルト歯部に局所的に大きい応力がかかるため、ジャンピング時に歯欠けが生じやすくなる。
一方、本発明では、駆動プーリおよび従動プーリのプーリ溝部と、ベルト歯部とは、それぞれ、前記基準円周より歯元側の範囲内において断面曲線状に面接触する。そのため、従動プーリのベルト歯部に局所的に大きい応力がかかるのを防止できるため、ジャンピング時に歯欠けが生じるのを抑制できる。

さらに、本発明では、駆動状態において、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部のベルト走行方向と反対側の面との前記基準円周上の間隔、および、従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部のベルト走行方向側の面との前記基準円周上の間隔が、それぞれ、歯ピッチの０％以上０．５％以下である。そのため、駆動プーリおよび従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部とが円滑に噛み合うことができ、円滑な動力伝達性能を得ることができる。

また、自転車用歯付き駆動装置においては、駆動プーリは、従動プーリよりも外径が大きいため、プーリ溝部１つあたりにかかるベルト張力は従動プーリよりも小さい。そのため、水と砂の混合物などの異物が付着する環境下でも駆動プーリではベルトのジャンピングはほとんど生じない。したがって、駆動プーリでは、従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部のべルト走行方向と反対側の面との間隔のように、プーリ溝部とベルト歯部のべルト走行方向側の面との間隔を大きく確保する必要はない。
仮に、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部のべルト走行方向側の面との最短距離の最大値が歯ピッチの６％を超える場合、動力伝達効率の低下、振動や異音の発生、摩耗による歯付きベルトの耐久性（寿命）の低下などの問題が生じる。一方、本発明では、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部のべルト走行方向側の面との最短距離の最大値が歯ピッチの６％以下であるため、上述したような問題を防止できる。
さらに、本発明では、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部のべルト走行方向側の面との最短距離の最大値が、歯ピッチの２％以上であるため、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部とが円滑に噛み合うことができ、円滑な動力伝達性能を得ることができる。

第２の発明に係る自転車用歯付ベルト駆動装置は、第１の発明において、ベルト幅方向に直交する断面において、前記従動プーリの前記プーリ溝部が、プーリの径方向のいずれの直線に対しても非対称であることを特徴とする。

この構成によると、ベルト幅方向に直交する断面において、従動プーリのプーリ溝部が、プーリの径方向に沿った直線に対して対称である場合に比べて、駆動状態における従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部のべルト走行方向と反対側の面との最短距離の最大値をより大きく確保できる。そのため、従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部のべルト走行方向と反対側の面との間に、砂と水の混合物などの異物を押し固めて滞留させてしまうことを防止でき、異物を速やかに外部に排出させやすくなる。したがって、従動プーリにおけるベルトのジャンピングの発生を継続的に抑制できる。

第３の発明に係る自転車用歯付ベルト駆動装置は、第１または第２の発明において、ベルト幅方向に直交する断面形状において、前記ベルト歯部の歯先が、ベルト長手方向に延びる直線状に形成されていることを特徴とする。

この構成によると、ベルト幅方向に直交する断面において、ベルト歯部の歯先が、外側に膨らんだ円弧状に形成されている場合に比べて、駆動状態における従動プーリのプーリ溝部の溝底とベルト歯部の歯先との間隔をより大きく確保できる。そのため、従動プーリのプーリ溝部の溝底とベルト歯部の歯先との間に、砂と水の混合物などの異物が噛み込まれるのをより確実に防止でき、ジャンピングの発生をより確実に抑制できる。

第４の発明に係る自転車用歯付ベルト駆動装置は、第１〜第３の発明のいずれかにおいて、前記抗張体が、炭素繊維からなることを特徴とする。

この構成によると、抗張体の材料にアラミド繊維を用いた場合よりも、抗張体が高強度且つ高弾性であるため、中間伸びが抑えられ、適正な張力を維持できる。そのため、伸びによる歯付ベルトのゆるみ、ばたつき、かみ合い異常の発生などを防止できる。さらに万が一、歯付ベルトに過大な張力がかかっても、歯付ベルトの伸びが低く抑えられるので、ジャンピングの発生を抑制できる。

第５の発明に係る自転車用歯付ベルト駆動装置は、第１〜第４の発明のいずれかにおいて、前記ゴム状弾性体が、少なくとも熱硬化性ウレタンエラストマーを含むことを特徴とする。
この構成によると、歯付ベルトの歯面が歯布で被覆されていない簡素な構成であっても、容易に歯付ベルトの耐磨耗性を向上させることができる。また、磨耗粉の発生を抑制できる。

第６の発明に係る自転車用歯付ベルト駆動装置は、第１〜第５の発明のいずれかにおいて、前記ゴム状弾性体のＪＩＳＡ硬度が、９０以上であることを特徴とする。
この構成によると、歯付ベルトの歯変形が低く抑えられるので、ジャンピングの発生を抑制できる。

本発明の第１実施形態に係る自転車用歯付ベルト駆動装置の構成を示す図である。 図１の歯付ベルトの部分拡大断面図である。 図１の駆動プーリの部分拡大断面図である。 図１の装置の駆動状態における駆動プーリと歯付ベルトの部分拡大断面図である。 図１の従動プーリの部分拡大断面図である。 図１の装置の駆動状態における従動プーリと歯付ベルトの部分拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る自転車用歯付ベルト駆動装置の従動プーリの部分拡大断面図である。 図７の装置の駆動状態における従動プーリと歯付ベルトの部分拡大断面図である。 比較例の駆動状態における従動プーリと歯付ベルトの部分拡大断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、本実施形態の自転車用歯付ベルト駆動装置１は、自転車のペダル（図示せず）の回転軸に連結される駆動プーリ１０と、自転車の後輪（図示せず）の回転軸に連結される従動プーリ２０と、駆動プーリ１０および従動プーリ２０に巻き掛けられる無端状の歯付ベルト２とを備える。本実施形態の自転車用歯付ベルト駆動装置１は、歯付ベルト２の張力を調整する張力調整機構を有しない。

自転車のライダーがペダルを踏んでペダルを回転させると、駆動プーリ１０が回転し、その回転運動が歯付ベルト２を介して従動プーリ２０に伝達されることで、後輪が回転する。

以下の説明において、自転車用歯付ベルト駆動装置１のベルト幅方向に直交する断面（プーリの軸方向に直交する断面）を、側断面という。

図２に示すように、歯付ベルト２の内周面には、凸状のベルト歯部３が、ベルト長手方向に沿って一定の歯ピッチで配置されている。隣り合う２つのベルト歯部３の間には、ピッチラインＰＬと平行な歯底面４が形成されている。

歯付ベルト２は、ピッチラインＰＬ上に抗張体（図示せず）が埋設されたゴム状弾性体からなる。なお、ピッチラインＰＬとは、ベルトが曲げられても同じ長さを保つベルト中のベルト長手方向の基準線のことである。ゴム状弾性体は、ゴム、エラストマー、または合成樹脂等で構成されている。ゴム状弾性体は、熱硬化性ウレタンエラストマーを含んでいることが好ましい。また、ゴム状弾性体のＪＩＳＡ硬度は、９０以上が好ましい。抗張体には、高弾性で高強度のコードが用いられる。抗張体は、例えば、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等で形成されている。なお、抗張体には、ゴム状弾性体との接着性を高める目的で接着処理が施されていてもよい。また、歯付ベルト２の歯面（内周面）は、歯布で被覆されていてもよい。

歯付ベルト２の側断面の形状はベルト幅方向に関して一定である。側断面において、ベルト歯部３は、ベルト厚み方向に沿ったベルト中心線Ｃに対して対称に形成されている。歯ピッチは、隣り合う２つのベルト歯部３のベルト中心線Ｃ間の距離のことである。

側断面において、ベルト歯部３の輪郭は、歯先部５と、２つの歯元部６と、２つの歯側部７とで構成されている。歯元部６は、歯底面４の端部に接続されており、単一の円弧状（任意の一点を中心とする円弧状）に形成されている。歯先部５は、ベルト歯部３の先端（歯頂）を含む部分である。本実施形態の歯先部５は、ベルト長さ方向に延びる直線状に形成されている。なお、歯先部５は、単一の円弧状に形成されていてもよい。歯側部７は、歯先部５と歯元部６との間の部分である。歯側部７は、複数の円弧をなめらかに繋げた形状であって、外側に膨らんだ曲線状となっている。ベルト歯部３の先端から、ベルト歯部３の歯底面４までのベルト厚さ方向の距離が、ベルト歯部３の歯高さＨである。

駆動プーリ１０は、ポリアセタール、ナイロン、ポリプロピレン等の合成樹脂、または、金属で形成されている。なお、従動プーリ２０の材質も駆動プーリ１０と同様である。図３に示すように、駆動プーリ１０の外周面には、ベルト歯部３と噛み合うプーリ溝部１１が形成されている。

側断面において、プーリ溝部１１は、駆動プーリ１０の径方向に沿ったプーリ中心線ｃ１に対して対称に形成されている。側断面において、プーリ溝部１１は、複数の円弧をなめらかに繋げた形状となっている。

駆動プーリ１０のプーリ溝部１１の溝深さｈ１は、ベルト歯部３の歯高さＨよりも大きいことが好ましいが、ベルト歯部３の歯高さＨより小さくてもよい。前述のように、水と砂の混合物などの異物が付着する環境下でも駆動プーリ１０では歯付ベルト２のジャンピングはほとんど生じないが、水と砂の混合物などの異物の付着によりベルト歯先部５及びプーリ溝部１１においても磨耗が促進されるおそれがある。また、歯付ベルト２と駆動プーリ１０の噛み合いを良好に維持する必要がある。このため、駆動プーリ１０のプーリ溝部１１の溝深さｈ１は、ベルト歯部３の歯高さＨよりも大きいことが好ましい。むろん、溝深さｈ１と歯高さＨの差は、後述の従動プーリ２０と同様に、歯高さＨの５％以上であっても良い。

図４に示すように、駆動状態において、駆動プーリ１０のプーリ溝部１１と、ベルト歯部３のベルト走行方向（図４の矢印Ｂ方向）と反対側の面の一部分とは、面接触する。なお、図４では、歯付ベルト２および駆動プーリ１０の断面を示すハッチングを省略して表示している。プーリ溝部１１においてベルト歯部３と面接触する部分を、第１動力伝達領域Ａ１とする。また、駆動プーリ１０の外径からベルト歯部３の歯高さＨを差し引いた長さを直径とする駆動プーリ１０と同心の円周を、第１基準円周Ｌ１とする。

第１動力伝達領域Ａ１は、第１基準円周Ｌ１から歯元部６側の範囲内にある。また、側断面において、第１動力伝達領域Ａ１は、複数の円弧を繋げた形状または単一の円弧状である（すなわち、曲線状である）。本実施形態の第１動力伝達領域Ａ１は、ベルト歯部３の歯側部７の一部と歯元部６の一部に接触するが、歯側部７のみに接触してもよい。

また、駆動状態において、駆動プーリ１０のプーリ溝部１１とベルト歯部３のベルト走行方向と反対側の面との第１基準円周Ｌ１上の間隔（以下、動力伝達側のバックラッシという）Ｄ１は、歯ピッチの０．５％以下である。間隔Ｄ１は無くてもよい（歯ピッチの０％であってもよい）。また、駆動状態において、駆動プーリ１０のプーリ溝部１１とベルト歯部３のべルト走行方向側の面との最短距離の最大値（以下、非動力伝達側のバックラッシという）ｄ１は、歯ピッチの２％以上６％以下である。

図５に示すように、従動プーリ２０の外周面には、ベルト歯部３と噛み合うプーリ溝部２１が形成されている。従動プーリ２０の外径は、駆動プーリ１０の外径よりも小さい。従動プーリ２０のプーリ溝２１の溝数は、一般的な自転車用歯付ベルト駆動装置の範囲内であって、例えば２２〜２９である。従動プーリ２０と駆動プーリ１０の外径比（溝数比）は、一般的な自転車用歯付ベルト駆動装置の範囲内であって、例えば１．７〜３．２である。

側断面において、プーリ溝部２１は、従動プーリ２０の径方向に沿ったプーリ中心線ｃ２に対して対称に形成されている。側断面において、プーリ溝部２１は、複数の円弧をなめらかに繋げた形状となっている。

従動プーリ２０のプーリ溝部２１の溝深さｈ２は、ベルト歯部３の歯高さＨよりも大きい。その差は、歯高さＨの５％以上である。

図６に示すように、駆動状態において、従動プーリ２０のプーリ溝部２１と、ベルト歯部３のベルト走行方向（図６の矢印Ｂ方向）側の面の一部分とは、面接触する。なお、図６では、歯付ベルト２および従動プーリ２０の断面を示すハッチングを省略して表示している。プーリ溝部２１においてベルト歯部３と面接触する部分を、第２動力伝達領域Ａ２とする。また、従動プーリ２０の外径からベルト歯部３の歯高さＨを差し引いた長さを直径とする従動プーリ２０と同心の円周を、第２基準円周Ｌ２とする。

第２動力伝達領域Ａ２は、第２基準円周Ｌ２から歯元部６側の範囲内にある。また、側断面において、第２動力伝達領域Ａ２は、複数の円弧を繋げた形状または単一の円弧状である（すなわち、曲線状である）。本実施形態の第２動力伝達領域Ａ２は、ベルト歯部３の歯側部７の一部と歯元部６の一部に接触するが、歯側部７のみに接触してもよい。第２動力伝達領域Ａ２のプーリの径方向（ベルト厚さ方向）の長さは、歯高さＨの１０％以上５０％以下が好ましい。

また、駆動状態において、従動プーリ２０のプーリ溝部２１とベルト歯部３のベルト走行方向側の面との第２基準円周Ｌ２上の間隔（以下、動力伝達側のバックラッシという）Ｄ２は、歯ピッチの０．５％以下である。間隔Ｄ２は無くてもよい（歯ピッチの０％であってもよい）。また、駆動状態において、従動プーリ２０のプーリ溝部２１と、ベルト歯部３のべルト走行方向と反対側の面との最短距離の最大値（以下、非動力伝達側のバックラッシという）ｄ２は、歯ピッチの１０％以上１８％以下である。従動プーリ２０のプーリ溝部２１とベルト歯部３のべルト走行方向と反対側の面との最短距離が最大となる位置は、ベルト歯部３の歯先部を通る円周よりも、第２基準円周Ｌ２に近い。

本実施形態の自転車用歯付プーリ駆動装置１では、従動プーリ２０の非動力伝達側のバックラッシｄ２が、歯ピッチの１０％以上と大きい。そのため、砂と水の混合物などの異物Ｘが付着する環境下で自転車用歯付ベルト駆動装置１を駆動した場合に、従動プーリ２０のプーリ溝部２１とベルト歯部３のべルト走行方向と反対側の面との間に、砂と水の混合物などの異物Ｘが噛み込まれるのを防止できるとともに、入り込んだ異物Ｘを外部に排出させやすい。その結果、従動プーリ２０におけるベルトのジャンピングの発生を抑制できる。

また、仮に、従動プーリ２０の非動力伝達側のバックラッシｄ２が、歯ピッチの１８％を超える場合には、隣り合う２つのプーリ溝部２１の間の幅（プーリ歯部の幅）が狭くなりすぎる。そのため、摩耗により従動プーリ２０の耐久性が低下したり、プーリ溝部２１の肩の丸みを大きく確保できなくなる。また、たとえプーリ溝部２１の肩の丸みを確保できたとしても、欠けやすくなる。一方、本実施形態では、従動プーリ２０の非動力伝達側のバックラッシｄ２が、歯ピッチの１８％以下であるため、上述したような問題を防止できる。

また、従動プーリ２０のプーリ溝部２１の溝深さｈ２が、ベルト歯部３の歯高さＨよりも大きく、その差が５％未満の場合、水や砂などの異物Ｘが付着しない環境下では従動プーリ２０でのベルトのジャンピングの発生を抑制できるものの、砂と水の混合物などの異物Ｘが付着する環境下では、従動プーリのプーリ溝部の溝底とベルト歯部の歯先との間に異物Ｘが噛み込まれるため、ジャンピングが発生しやすい。一方、本実施形態では、従動プーリ２０のプーリ溝部２１の溝深さｈ２とベルト歯部３の歯高さＨとの差が歯高さＨの５％以上である。そのため、従動プーリ２０のプーリ溝部２１の溝底とベルト歯部３の歯先との間に砂と水の混合物などの異物Ｘが噛み込まれるのを防止でき、ジャンピングの発生を抑制できる。

また、仮に、駆動プーリおよび従動プーリのプーリ溝部、または、ベルト歯部のベルト幅方向に直交する断面形状が、基準円周よりも歯元側の範囲内において、直線状の部分を含んでいる場合、プーリ溝部とベルト歯部との接触は線接触になりやすい。従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部とが線接触する場合、ベルト歯部に局所的に大きい応力がかかるため、ジャンピング時に歯欠けが生じやすくなる。
一方、本実施形態では、駆動プーリ１０および従動プーリ２０のプーリ溝部１１、２１と、ベルト歯部３とは、それぞれ、基準円周Ｌ１、Ｌ２より歯元側の範囲内において断面曲線状に面接触する。そのため、従動プーリ２０のベルト歯部３に局所的に大きい応力がかかるのを防止でき、ジャンピング時に歯欠けが生じるのを抑制できる。

さらに、本実施形態では、駆動状態において、駆動プーリ１０の動力伝達側のバックラッシＤ１、および、従動プーリ２０の動力伝達側のバックラッシＤ２が、それぞれ、歯ピッチの０％以上０．５％以下である。そのため、駆動プーリ１０および従動プーリ２０のプーリ溝部１１、２１とベルト歯部３とが円滑に噛み合うことができ、円滑な動力伝達性能を得ることができる。

また、駆動プーリ１０は、従動プーリ２０よりも外径が大きいため、プーリ溝部１つあたりにかかるベルト張力は従動プーリ２０よりも小さい。そのため、水と砂の混合物などの異物Ｘが付着する環境下でも駆動プーリ１０ではベルトのジャンピングはほとんど生じない。したがって、駆動プーリ１０では、従動プーリ２０のように、非動力伝達側のバックラッシを大きく確保する必要はない。
仮に、駆動プーリ１０の非動力伝達側のバックラッシｄ１が、歯ピッチの６％を超える場合、動力伝達効率の低下、振動や異音の発生、摩耗による歯付きベルトの耐久性（寿命）の低下などの問題が生じる。一方、本実施形態では、駆動プーリ１０の非動力伝達側のバックラッシｄ１が、歯ピッチの６％以下であるため、上述したような問題を防止できる。
さらに、本実施形態では、駆動プーリ１０の非動力伝達側のバックラッシｄ１が、歯ピッチの２％以上であるため、駆動プーリ１０のプーリ溝部１１とベルト歯部３とが円滑に噛み合うことができ、円滑な動力伝達性能を得ることができる。

また、本実施形態では、側断面において、ベルト歯部３の歯先部５が、ベルト長手方向に延びる直線状に形成されている。したがって、側断面において、ベルト歯部３の歯先部が、外側に膨らんだ円弧状に形成されている場合に比べて、駆動状態における従動プーリ２０のプーリ溝部２１の溝底とベルト歯部３の歯先との間隔をより大きく確保できる。そのため、従動プーリ２０のプーリ溝部２１の溝底とベルト歯部３の歯先との間に、砂と水の混合物などの異物Ｘが噛み込まれるのをより確実に防止でき、ジャンピングの発生をより確実に抑制できる。

また、歯付ベルト２を構成するゴム状弾性体が、熱硬化性ウレタンエラストマーからなる場合、歯付ベルトの歯面が歯布で被覆されていない簡素な構成であっても、容易に歯付ベルトの耐磨耗性を向上させることができる。また、磨耗粉の発生を抑制できる。

また、歯付ベルト２を構成するゴム状弾性体のＪＩＳＡ硬度が、９０以上である場合、歯付ベルトの歯変形が低く抑えられるので、ジャンピングの発生を抑制できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。但し、前記第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。
本実施形態の自転車用歯付ベルト駆動装置は、第１実施形態の従動プーリ２０と異なる従動プーリ１２０と、第１実施形態と同様の駆動プーリ１０および歯付ベルト２とを備えている。

図７に示すように、従動プーリ１２０の外周面には、ベルト歯部３と噛み合うプーリ溝部１２１が形成されている。なお、図７には、第１実施形態の従動プーリ２０を破線で表示している。従動プーリ１２０の外径およびプーリ溝部１２１の溝数は、第１実施形態の従動プーリ２０と同じである。

側断面において、プーリ溝部１２１は、従動プーリ１２０の径方向のいずれの直線に対しても非対称となっている。側断面において、プーリ溝部１２１は、複数の円弧をなめらかに繋げた形状となっている。

従動プーリ１２０のプーリ溝部１２１の溝深さｈ３は、ベルト歯部３の歯高さＨよりも大きい。その差は、歯高さＨの５％以上である。プーリ溝部１２１の溝深さｈ３は、第１実施形態の従動プーリ２０のプーリ溝部２１の溝深さｈ２よりも大きい。

プーリ溝部１２１の回転方向（図７の矢印Ｂ方向）側の面は、第１実施形態のプーリ溝部２１の回転方向側の面とほぼ同じ形状である。また、プーリ溝部１２１の回転方向と反対側の面は、第１実施形態のプーリ溝部２１の回転方向と反対側の面より外側に形成されている。したがって、プーリ溝部１２１の溝幅は、プーリ溝部２１の溝幅よりも大きい。

図８に示すように、駆動状態において、従動プーリ１２０のプーリ溝部１２１と、ベルト歯部３のベルト走行方向（図８の矢印Ｂ方向）側の面の一部分とは、面接触する。なお、図８では、歯付ベルト２および従動プーリ１２０の断面を示すハッチングを省略して表示している。プーリ溝部１２１においてベルト歯部３と面接触する部分を、第３動力伝達領域Ａ３とする。また、従動プーリ１２０の外径からベルト歯部３の歯高さＨを差し引いた長さを直径とする従動プーリ１２０と同心の円周を、第３基準円周Ｌ３とする。第３基準円周Ｌ３は、第２基準円周Ｌ２と同径である。

第３動力伝達領域Ａ３は、第３基準円周Ｌ３から歯元部６側の範囲内にある。また、側断面において、第３動力伝達領域Ａ３は、複数の円弧を繋げた形状または単一の円弧状である（すなわち、曲線状である）。本実施形態の第３動力伝達領域Ａ３は、ベルト歯部３の歯側部７の一部と歯元部６の一部に接触するが、歯側部７のみに接触してもよい。第３動力伝達領域Ａ３のプーリの径方向（ベルト厚さ方向）の長さは、歯高さＨの１０％以上５０％以下が好ましい。

また、駆動状態において、従動プーリ１２０のプーリ溝部１２１とベルト歯部３のベルト走行方向側の面との第３基準円周Ｌ３上の間隔（以下、動力伝達側のバックラッシという）Ｄ３は、歯ピッチの０．５％以下である。間隔Ｄ３は無くてもよい（歯ピッチの０％であってもよい）。また、駆動状態において、従動プーリ１２０のプーリ溝部１２１と、ベルト歯部３のべルト走行方向と反対側の面との最短距離の最大値（以下、非動力伝達側のバックラッシという）ｄ３は、歯ピッチの１０％以上１８％以下である。従動プーリ１２０のプーリ溝部１２１とベルト歯部３のべルト走行方向と反対側の面との最短距離が最大となる位置は、ベルト歯部３の歯先部を通る円周よりも、第３基準円周Ｌ３に近い。

本実施形態の自転車用歯付プーリ駆動装置では、第１実施形態で述べた効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施形態では、側断面において、従動プーリ１２０のプーリ溝部１２１が、プーリの径方向のいずれの直線に対しても非対称である。したがって、側断面において、従動プーリ１２０のプーリ溝部が、プーリの径方向に沿った直線に対して対称である場合に比べて、従動プーリ１２０の非動力伝達側のバックラッシｄ３をより大きく確保できる。そのため、従動プーリ１２０のプーリ溝部１２１とベルト歯部３のべルト走行方向と反対側の面との間に、砂と水の混合物などの異物Ｘを押し固めて滞留させてしまうことを防止でき、異物Ｘを速やかに外部に排出させやすくなる。したがって、従動プーリ１２０におけるベルトのジャンピングの発生を継続的に抑制できる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。

以下、本発明の具体的な実施例と比較例について説明する。

＜実施例１＞
実施例１として、図１〜図６に示す第１実施形態の自転車用歯付ベルト駆動装置と同様の駆動プーリ、従動プーリ、および歯付ベルトを使用した。また、駆動プーリのプーリ溝部の溝数は５５であり、従動プーリのプーリ溝部の溝数は２５であって、その溝数比は２．２である。駆動プーリおよび従動プーリは、鋼材で形成されている。また、駆動プーリのプーリ溝部の溝深さは、３．４５ｍｍである。従動プーリのプーリ溝部の溝深さ（Ｈｐ）は、表１に示す通りである。なお、後述する実施例２および比較例２〜８の駆動プーリは、実施例１の駆動プーリと同様のものを用いた。また、後述する実施例２および比較例２〜８の従動プーリの材質およびプーリ溝の溝数は、実施例１の従動プーリと同様である。

実施例１の歯付ベルトの仕様は以下の通りである。なお、後述する実施例２および比較例３〜８の歯付ベルトは、実施例１の歯付ベルトと同様のものを用いた。
・ベルト幅：１５ｍｍ
・歯ピッチ：８ｍｍ
・歯高さ（Ｈｂ）：３．４ｍｍ
・ピッチ円周長（ピッチライン上の長さ）：１２００ｍｍ
・歯数：１５０
・ゴム状弾性体：熱硬化性ウレタンエラストマー、ＪＩＳＡ硬度９５
・抗張体：カーボン繊維、直径０．９ｍｍ

実施例１のベルト走行時の駆動プーリの動力伝達側のバックラッシは、歯ピッチの０．２６％であって、非動力伝達側のバックラッシは、歯ピッチの４．５２％である。また、ベルト走行時の従動プーリの動力伝達側のバックラッシＤおよび非動力伝達側のバックラッシｄの歯ピッチに対する割合は、表１に示す通りである。

＜実施例２＞
実施例２の従動プーリとして、図７および図８に示す上述した第２実施形態の従動プーリを使用した。従動プーリのプーリ溝部の溝深さ（Ｈｐ）は、表１に示す通りである。ベルト走行時の従動プーリの動力伝達側のバックラッシＤおよび非動力伝達側のバックラッシｄの歯ピッチに対する割合は、表１に示す通りである。

＜比較例１＞
比較例１として、特許文献１（特許第４３４０４６０号公報）に記載の駆動プーリ、従動プーリ、および歯付ベルトと同様のものを使用した。図９（ａ）は、比較例１のベルト走行時の従動プーリと歯付ベルトの部分拡大断面図を示している。駆動プーリのプーリ溝部の溝数は５５であり、従動プーリのプーリ溝部の溝数は２５であって、その溝数比は２．２である。駆動プーリのプーリ溝部の溝深さは、３．６５ｍｍである。従動プーリのプーリ溝部の溝深さ（Ｈｐ）は、表１に示す通りである。

比較例１の歯付ベルトは、抗張体の材質と、ベルト歯部の歯高さ（Ｈｂ）と、ベルト歯部の形状が、実施例１、２および後述する比較例２〜８の歯付ベルトと異なっているが、その他の仕様は同じである。比較例１では、抗張体の材質は、アラミド繊維であって、ベルト歯部の歯高さ（Ｈｂ）は、３．５６ｍｍである。図９（ａ）に示すように、比較例１の歯付ベルトの歯先は、断面円弧状に形成されている。

比較例１のベルト走行時の駆動プーリの動力伝達側のバックラッシは、歯ピッチの０．３１％であって、非動力伝達側のバックラッシは、歯ピッチの３．４９％である。また、ベルト走行時の従動プーリの動力伝達側のバックラッシＤおよび非動力伝達側のバックラッシｄの歯ピッチに対する割合は、表１に示す通りである。比較例１では、ベルトの走行時に、従動プーリのプーリ溝部と歯付ベルトの走行方向側の面とが、断面曲線状に面接触する。

＜比較例２＞
図９（ｂ）は、比較例２のベルト走行時の従動プーリと歯付ベルトの部分拡大断面図を示している。比較例２の歯付ベルトは、抗張体がアラミド繊維からなり、この点以外は実施例１の歯付ベルトと同じ構成である。比較例２の従動プーリのプーリ溝部の溝深さと、ベルト走行時の従動プーリの動力伝達側のバックラッシＤおよび非動力伝達側の非動力伝達側のバックラッシｄの歯ピッチに対する割合は、表１に示す通りである。比較例２では、ベルトの走行時に、従動プーリのプーリ溝部と歯付ベルトの走行方向側の面とが、断面曲線状に面接触する。

＜比較例３〜８＞
図９（ｃ）〜図９（ｇ）は、比較例３〜８のベルト走行時の従動プーリと歯付ベルトの部分拡大断面図を示している。比較例３〜８の従動プーリとのプーリ溝部の溝深さと、ベルト走行時の従動プーリの動力伝達側のバックラッシＤおよび非動力伝達側の非動力伝達側のバックラッシｄの歯ピッチに対する割合は、表１に示す通りである。比較例３、４では、ベルトの走行時に、従動プーリのプーリ溝部と歯付ベルトの走行方向側の面とが、断面曲線状に面接触する。比較例５〜８では、従動プーリのプーリ溝部と歯付ベルトの走行方向側の面と非相似形であって、ベルトの走行時に、従動プーリのプーリ溝部と歯付ベルトの走行方向側の面とが、従動プーリの外径から歯高さを差し引いた長さを直径とする従動プーリと同心の円周である基準円周Ｌより外側の位置において、線接触する。

以上の実施例１、２および比較例１〜８について、異物の無い状況と、水と砂の混合物が付着する状況で、それぞれ、ジャンピング試験を行った。

異物が無い状況でのジャンピング試験は、まず、駆動プーリと従動プーリに歯付ベルトを巻き掛けて、ベルト張力が３００Ｎになるようにプーリの軸間距離を調整した後、駆動プーリを５００ｒｐｍで回転させた。その後、従動軸に与える負荷トルクを連続的に上昇させていき、ジャンピングが発生した時点での従動軸の負荷トルクを「水・砂無しジャンピングトルクＴ_１」とした。その結果を表１に示す。

また、異物が無い状況でのジャンピング試験と同様に、ベルト張力が３００Ｎになるようにプーリの軸間距離を調整した後、歯付ベルトの従動プーリに巻き付く手前側の歯面全体（図１のＡの範囲）に、容積比1：1で計量・混合した砂と水の混合物をベルト歯元が見えなくなる程度まで堆積させた後、駆動プーリを回転させた（５００ｒｐｍ）。砂は、珪砂６号（粒径０．２〜０．４ｍｍ）を用いた。その後、従動軸に与える負荷トルクを連続的に上昇させていき、ジャンピングが発生した時点での従動軸の負荷トルクを「水・砂有りジャンピングトルクＴ_２」とした。また、試験後、歯付ベルトの歯欠けの有無を観察した。それらの結果を表１に示す。また、「水・砂無しジャンピングトルクＴ_１」に対する「水・砂有りジャンピングトルクＴ_２」の低下率（（Ｔ_１―Ｔ_２）／Ｔ_１）（以下、ジャンピングトルクの低下率という）も表１に示す。

表１から明らかなように、比較例１〜７では、ジャンピングトルクの低下率が０よりも大きい。つまり、異物の付着により、ジャンピングが発生しやすくなっている。これに対して、比較例８および実施例１、２では、ジャンピングトルクの低下率が０である。つまり、異物の付着に起因するジャンピングの発生を抑制できていることがわかる。

また、従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部とが線接触する比較例８では、歯欠けが生じている。これに対して、従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部とが面接触する実施例１、２では、歯付ベルトの歯欠けが生じていない。これは、従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部とが面接触することで、歯付ベルトに局所的に大きな応力がかかることを防止できたためと考えられる。

また、比較例２、３は、抗張体の材質のみが異なっており、比較例２ではアラミド繊維を用いており、比較例３ではカーボン繊維を用いている。
比較例２、３の試験結果を比較すると、比較例３は、「水・砂無しジャンピングトルクＴ_１」、「水・砂有りジャンピングトルクＴ_２」とも、比較例２よりも大きくなっている。この結果から、抗張体としてカーボン繊維を用いることが、ジャンピングの発生の抑制に寄与していることがわかる。

また、比較例４では、従動プーリのプーリ溝部の溝深さ（Ｈｐ）が、ベルト歯部の歯高さ（Ｈｂ）よりも小さい。一方、比較例３では、従動プーリのプーリ溝部の溝深さ（Ｈｐ）が歯高さ（Ｈｂ）よりも大きい。
比較例３、４の試験結果を比較すると、比較例３は、「水・砂無しジャンピングトルクＴ_１」が、比較例４よりも大きくなっている。さらに比較例３は、従動プーリの非動力伝達側のバックラッシｄが比較例４よりも小さいにも関わらず、「水・砂有りジャンピングトルクＴ_２」が、比較例４よりも大きくなっている。この結果から、従動プーリのプーリ溝部の溝底と、ベルト歯部の歯先との間に、隙間を確保することが、ジャンピングの発生の抑制に寄与していることがわかる。
なお、比較例３と比較例４では、ジャンピングトルクの低下率はほぼ同じである。

また、比較例５〜８は、従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部とが線接触するという条件が同じであって、比較例５、６、７、８の順に、従動プーリの非動力伝達側のバックラッシｄが大きくなっていると共に、従動プーリのプーリ溝部の溝底とベルト歯部の歯先との間の隙間が大きくなっている。
比較例５〜８の試験結果を比較すると、比較例５、６、７、８の順に、「水・砂無しジャンピングトルクＴ_１」および「水・砂有りジャンピングトルクＴ_２」が大きくなっていると共に、ジャンピングトルクの低下率が小さくなっている。
ここで、比較例３、４の結果から、従動プーリのプーリ溝部の溝底とベルト歯部の歯先との間の隙間の大きさは、ジャンピングトルクの低下率への影響は小さいと考えられる。したがって、従動プーリの非動力伝達側のバックラッシｄが大きくなるほど、ジャンピングトルクの低下率が小さくなることと考えられる。

１ 自転車用歯付ベルト駆動装置
２ 歯付ベルト
３ ベルト歯部
５ 歯先部
６ 歯元部
７ 歯側部
１０ 駆動プーリ
１１ プーリ溝部
２０、１２０ 従動プーリ
２１、１２１ プーリ溝部
Ａ１ 第１動力伝達領域
Ａ２ 第２動力伝達領域
Ａ３ 第３動力伝達領域
Ｃ ベルト中心線
ｃ１、ｃ２ プーリ中心線
Ｄ１ 駆動プーリの動力伝達側のバックラッシ
Ｄ２、Ｄ３ 従動プーリの動力伝達側のバックラッシ
ｄ１ 駆動プーリの非動力伝達側のバックラッシ
ｄ２、ｄ３ 従動プーリの非動力伝達側のバックラッシ
Ｈ 歯高さ
ｈ１、ｈ２、ｈ３ 溝深さ
Ｌ１ 第１基準円周
Ｌ２ 第２基準円周
Ｌ３ 第３基準円周

Claims (6)

1. ベルト長手方向に沿って抗張体が埋設されたゴム状弾性体で形成され、ベルト長手方向に所定の歯ピッチで配置された凸状のベルト歯部を有する歯付ベルトと、
   前記ベルト歯部と噛み合うプーリ溝部が外周面に形成された駆動プーリおよび従動プーリとを備える自転車用歯付ベルト駆動装置であって、
   ベルト幅方向に直交する断面において、前記ベルト歯部が、ベルト厚み方向の直線に対して対称に形成されており、
   駆動状態において、前記駆動プーリの前記プーリ溝部と前記ベルト歯部のベルト走行方向と反対側の面の一部分、および、前記従動プーリの前記プーリ溝部と前記ベルト歯部のベルト走行方向側の面の一部分が、それぞれ面接触し、
   前記プーリ溝部と前記ベルト歯部との前記面接触する部分が、前記駆動プーリおよび前記従動プーリのそれぞれの外径から前記ベルト歯部の歯高さを差し引いた長さを直径とする当該プーリと同心の基準円周から前記ベルト歯部の歯元側の範囲内であって、且つ、ベルト幅方向に直交する断面において曲線状であり、
   駆動状態において、前記駆動プーリの前記プーリ溝部と前記ベルト歯部のベルト走行方向と反対側の面との前記基準円周上の間隔、および、前記従動プーリの前記プーリ溝部と前記ベルト歯部のベルト走行方向側の面との前記基準円周上の間隔が、前記ベルト歯部の歯ピッチの０％以上０．５％以下であって、
   駆動状態において、前記駆動プーリの前記プーリ溝部と、前記ベルト歯部のべルト走行方向側の面との最短距離の最大値が、前記ベルト歯部の歯ピッチの２％以上６％以下であって、
   駆動状態において、前記従動プーリの前記プーリ溝部と、前記ベルト歯部のべルト走行方向と反対側の面との最短距離の最大値が、前記ベルト歯部の歯ピッチの１０％以上１８％以下であって、
   前記従動プーリの前記プーリ溝部の溝深さが、前記ベルト歯部の歯高さよりも大きく、その差が前記ベルト歯部の歯高さの５％以上であることを特徴とする自転車用歯付ベルト駆動装置。
2. ベルト幅方向に直交する断面において、前記従動プーリの前記プーリ溝部が、プーリの径方向のいずれの直線に対しても非対称であることを特徴とする請求項１に記載の自転車用歯付ベルト駆動装置。
3. ベルト幅方向に直交する断面形状において、前記ベルト歯部の歯先が、ベルト長手方向に延びる直線状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の自転車用歯付ベルト駆動装置。
4. 前記抗張体が、炭素繊維からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自転車用歯付ベルト駆動装置。
5. 前記ゴム状弾性体が、少なくとも熱硬化性ウレタンエラストマーを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自転車用歯付ベルト駆動装置。
6. 前記ゴム状弾性体のＪＩＳＡ硬度が、９０以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置。