JP2015200406A - 歯付きベルト - Google Patents
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Abstract
【解決手段】背部、歯部、及び、前記背部に埋設された心線を備える歯付ベルトであって、
前記背部及び歯部はウレタン樹脂組成物を含み、心線がガラス繊維フィラメント群からなる撚りコードである場合、歯部のピッチは、0.45〜0.60mm、ガラス繊維フィラメントの直径が6〜9ミクロン、心線の線径が0.14〜0.20mmであり、心線がポリアリレート繊維フィラメント群からなる撚りコードである場合、歯部のピッチは、0.45〜0.71mm、心線の線径が0.14〜0.28mmであることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
前記背部及び歯部はウレタン樹脂組成物を含み、
前記心線は、ガラス繊維フィラメント群からなる撚りコード、又は、ポリアリレート繊維フィラメント群からなる撚りコードであり、
前記心線が、ガラス繊維フィラメント群からなる撚りコードである場合、
前記歯部のピッチは、0.45〜0.60mm、
前記ガラス繊維フィラメントの直径が6〜9ミクロン、
前記心線の線径が0.14〜0.20mmであり、
前記心線が、ポリアリレート繊維フィラメント群からなる撚りコードである場合、
前記歯部のピッチは、0.45〜0.71mm、
前記心線の線径が0.14〜0.28mmである、
ことを特徴としている。
また、心線を、ガラス繊維フィラメント群(フィラメントの直径が6〜9ミクロン)からなる、線径0.14〜0.20mmの撚りコードにすることにより、線径0.20mmよりも大きいものに比べて歯付きベルトの屈曲性を高めることができる。これにより、歯付きベルトを、より小径のプーリ間に低張力で巻き掛けることができる。
加えて、心線の線径を小さくしているため、歯付きベルトの背部を薄くすることが可能となる。これによっても、歯付きベルトの屈曲性を高めることができる。
また、心線にガラス繊維フィラメント群を使用することにより、経時的・環境的な歯付きベルトの寸法安定性を確保することができる。
そして、歯付きベルトの寸法安定性・屈曲性を高めることにより、小径のプーリ間に歯付きベルトを低張力で巻き掛けた場合でも、歯付きベルトの走行時におけるベルト速度変動を小さくすることができる。
また、心線を、ポリアリレート繊維フィラメント群からなる、線径0.14〜0.28mmの撚りコードにすることにより、線径0.28mmよりも大きいものに比べて歯付きベルトの屈曲性を高めることができる。これにより、歯付きベルトを、より小径のプーリ間に低張力で巻き掛けることができる。
加えて、心線の線径を小さくしているため、歯付きベルトの背部を薄くすることが可能となる。これによっても、歯付きベルトの屈曲性を高めることができる。
また、心線にポリアリレート繊維フィラメント群を使用することにより、経時的・環境的な歯付きベルトの寸法安定性を確保することができる。
そして、歯付きベルトの寸法安定性・屈曲性を高めることにより、小径のプーリ間に歯付きベルトを低張力で巻き掛けた場合でも、歯付きベルトの走行時におけるベルト速度変動を小さくすることができる。
また、歯付きベルトの寸法安定性・屈曲性を高めることにより、(駆動プーリの軸に取り付けた駆動モータの)起動トルクを低くすることができ、起動時の動力伝達性を高めることができる。
また、軸荷重を、比較的低い5〜15Nに設定しているため、歯付きベルトの耐久性(寿命)も高めることができる。
なお、軸荷重が、5〜15Nで使用される理由としては下記理由が挙げられる。
まず、軸荷重が5N未満ではベルト張力が弱すぎて、歯付きベルトをプーリ間に掛架できず、プーリ間における同期伝動性能を十分に発揮できない。一方、15Nは、低出力・小型タイプのモータを装置の駆動用に採用し得る軸荷重の最大値とされ、軸荷重が15Nより大きいと、低出力・小型タイプのモータ軸に過剰な負荷がかかり、モータのトルク性能を十分に発揮できない。
以下、本発明の第1実施形態を図面に従って説明する。図1及び図2に本発明に係る歯付きベルト1を示す。
速度変動率試験では、図3に示す二軸レイアウトにて歯付きベルト1を走行させたときの速度むらをレーザードップラ計にて測定し、周波数分析により、かみ合い1次周波数でのベルト速度変動率(%)を求めた。
具体的には、図3で示すように、駆動プーリ5と従動プーリ6との間に歯付きベルト1を掛架し(駆動プーリ5及び従動プーリ6は、歯数、歯ピッチ、ピッチ円直径が同じ歯付きプーリである)、歯付きベルト1に所定の張力を付与するために、従動プーリ6を移動させ、所定の軸荷重(本試験では、5N、10N、15N、20N)を与え固定した。次に、駆動プーリ5を1200rpmにて回転させた。そして、軸荷重が所定の数値で安定した後、レーザードップラ計にて歯付きベルト1の速度むらを測定して、ベルト速度変動率(%)を算出した。
ベルト速度変動率=(ΔV/V0)×100(%)
従って、実施例の歯付きベルト1は、軸荷重を5N〜15Nにした場合であっても、ベルト速度変動率の評価を良好(〇)とすることができたことにより、例えば、駆動プーリ5に取り付ける駆動モータに、低出力・小型タイプのものを採用しやすいというメリットが生じる。
耐久走行試験では、図4に示す二軸レイアウトにて歯付きベルト1にプリンターキャリッジ等を想定したワーク(錘)を装着し、歯付きベルト1の往復動作を繰り返し、歯付きベルト1の機能特性(歯欠け・歯元クラック・摩耗・切断などの有無、ベルト張力強さの残存率)を評価した。
具体的には、図4で示すように、駆動プーリ5と従動プーリ6との間に、350gのワーク(錘)を装着した歯付きベルト1を掛架し、歯付きベルト1に所定の張力を付与するために、従動プーリ6を移動させ、15Nの軸荷重を与え固定した。次に、駆動プーリ5を600rpmにて回転させ、ワーク移動距離が140mmに達したところで、駆動プーリ5を600rpmで逆回転させることによりワークを装着した歯付きベルト1を往復動作させた。そして、この往復動作を100万回(200万パス)行い、歯付きベルト1の機能特性(歯欠け・歯元クラック・摩耗・切断などの有無、ベルト引張強さの残存率)を評価した。なお、使用する駆動プーリ5の歯数、歯ピッチ、ピッチ円直径は表4に記載している。また、従動プーリ6は、平プーリ(φ10mm)を使用した。
ベルト寸法安定性試験では、比較例1〜9及び実施例1〜6の歯付きベルトを室温40℃、湿度90%の環境下でフリーの状態で保管し、経過日数とベルトの寸法変化率を測定した。
具体的な寸法変化率の測定としては、保管時と同一環境下で2個の歯付きプーリに歯付きベルト1を掛架し、軸荷重12Nを与えてプーリの軸間距離を測定し、当初のプーリの軸間距離と比較した軸間距離変化率を測定した。また、評価基準としては、経過日数10日で軸間距離変化率(絶対値)が0.02%以下である場合を良好(〇)とし、0.02%を超えた場合を不可(×)とした。表5に実施例4に係る歯付きベルト1のベルト寸法安定性試験結果を示す。また、図7に実施例4に係る歯付きベルト1における、経過日数と軸間距離変化率との関係を示す。
ベルト屈曲性試験では、歯付きベルト1の屈曲性、及び、起動のし易さ(起動時の動力伝達性)、の代用試験として起動トルクを測定した。
具体的には、図3で示すように、駆動プーリ5と従動プーリ6との間に歯付きベルト1を掛架し(駆動プーリ5及び従動プーリ6は、歯数、歯ピッチ、ピッチ円直径が同じ歯付きプーリである)、歯付きベルト1に所定の張力を付与するために、従動プーリ6を移動させ、歯付きベルト1に所定の軸荷重(本試験では、5N、10N、20N、30N)を与えた。その後、駆動プーリ5に糸を巻き掛け、糸の先端に装着したロードセルを引っ張った。この時、従動プーリ6が回転を始める時のトルク値(起動トルクN・m)を測定した。また、評価基準としては、軸荷重が10N時における比較例7の起動トルクの水準と比較し、同等の場合は評価を可(△)とし、この水準より低い場合には良好(○)と評価した。表6に、比較例7及び実施例4に係る歯付きベルトに関して、軸荷重を5N、10N、20N、30Nにした場合の起動トルクを測定した結果を示す。また、表7に、比較例7及び実施例4に係る歯付きベルトに関して、ベルト構成、軸荷重を10Nにした場合の起動トルク、及び評価をまとめた表を示す。また、図8に、比較例7及び実施例4に係る歯付きベルトに関して、軸荷重と起動トルクとの関係をグラフ化した図を示す。
従って、屈曲性に優れ、起動トルクが低いベルトは、(駆動プーリ5の軸に取り付けた駆動モータを)起動し易く、起動時の動力伝達性に優れるとともに、より小型で低出力の駆動モータの採用、ひいては、駆動モータの小型・軽量化、省電力化に貢献することができる。
上記1.速度変動率試験、2.耐久走行試験、3.ベルト寸法安定性試験、及び、4.ベルト屈曲性試験の結果、速度変動率試験でのベルト速度変動率の評価を良好(〇)とし、耐久走行試験での評価を最良好(◎)とし、ベルト寸法安定性試験の結果を良好(○)とし、ベルト屈曲性試験で良好(○)と評価された歯付きベルト1の条件をまとめると、歯部と歯部との間のピッチは0.45〜0.60mmであり、心線3は、ガラス繊維フィラメント群からなる撚りコードとして、フィラメントの直径が6〜9ミクロン、心線3の線径が0.14〜0.20mmであることが分かる。
また、心線3を、ガラス繊維フィラメント群(フィラメントの直径が6〜9ミクロン)からなる、線径0.14〜0.20mmの撚りコードにすることにより、線径0.20mmよりも大きいものに比べて歯付きベルト1の屈曲性を高めることができる。これにより、歯付きベルト1を、より小径のプーリ間に低張力で巻き掛けることができる。
加えて、心線3の線径を小さくしているため、歯付きベルト1の背部4を薄くすることが可能となる。これによっても、歯付きベルト1の屈曲性を高めることができる。
また、心線3にガラス繊維フィラメント群を使用することにより、経時的・環境的な歯付きベルト1の寸法安定性を確保することができる。
そして、歯付きベルト1の寸法安定性・屈曲性を高めることにより、小径のプーリ間に歯付きベルト1を低張力で巻き掛けた場合でも、歯付きベルト1の走行時におけるベルト速度変動を小さくすることができる。
以下、本発明の第2実施形態を図面に従って説明する。図9及び図10に本発明に係る歯付きベルト1を示す。
速度変動率試験では、図11に示す二軸レイアウトにて歯付きベルト1を走行させたときの速度むらをレーザードップラ計にて測定し、周波数分析により、かみ合い1次周波数でのベルト速度変動率(%)を求めた。
具体的には、図11で示すように、駆動プーリ5と従動プーリ6との間に歯付きベルト1を掛架し(駆動プーリ5及び従動プーリ6は、歯数、歯ピッチ、ピッチ円直径が同じ歯付きプーリである)、歯付きベルト1に所定の張力を付与するために、従動プーリ6を移動させ、所定の軸荷重(本試験では、5N、10N、15N、20N)を与え固定した。次に、駆動プーリ5を1200rpmにて回転させた。そして、軸荷重が所定の数値で安定した後、レーザードップラ計にて歯付きベルト1の速度むらを測定して、ベルト速度変動率(%)を算出した。
ベルト速度変動率=(ΔV/V0)×100(%)
従って、実施例の歯付きベルト1は、軸荷重を5N〜15Nにした場合であっても、ベルト速度変動率の評価を良好(〇)とすることができたことにより、例えば、駆動プーリ5に取り付ける駆動モータに、低出力・小型タイプのものを採用しやすいというメリットが生じる。
耐久走行試験では、図12に示す二軸レイアウトにて歯付きベルト1にプリンターキャリッジ等を想定したワーク(錘)を装着し、歯付きベルト1の往復動作を繰り返し、歯付きベルト1の機能特性(歯欠け・歯元クラック・摩耗・切断などの有無、ベルト張力強さの残存率)を評価した。
具体的には、図12で示すように、駆動プーリ5と従動プーリ6との間に、350gのワーク(錘)を装着した歯付きベルト1を掛架し、歯付きベルト1に所定の張力を付与するために、従動プーリ6を移動させ、15Nの軸荷重を与え固定した。次に、駆動プーリ5を600rpmにて回転させ、ワーク移動距離が140mmに達したところで、駆動プーリ5を600rpmで逆回転させることによりワークを装着した歯付きベルト1を往復動作させた。そして、この往復動作を100万回(200万パス)行い、歯付きベルト1の機能特性(歯欠け・歯元クラック・摩耗・切断などの有無、ベルト引張強さの残存率)を評価した。なお、使用する駆動プーリ5の歯数、歯ピッチ、ピッチ円直径は表11に記載している。また、従動プーリ6は、平プーリ(φ10mm)を使用した。
ベルト寸法安定性試験では、比較例1〜7及び実施例1〜7の歯付きベルト1を室温40℃、湿度90%の環境下でフリーの状態で保管し、経過日数とベルトの寸法変化率を測定した。
具体的な寸法変化率の測定としては、保管時と同一環境下で2個の歯付きプーリに歯付きベルト1を掛架し、軸荷重12Nを与えてプーリの軸間距離を測定し、当初のプーリの軸間距離と比較した軸間距離変化率を測定した。また、評価基準としては、経過日数10日で軸間距離変化率(絶対値)が0.02%以下である場合を良好(〇)とし、0.02%を超えた場合を不可(×)とした。表12に、比較例1(ガラス心線)に係る歯付きベルト1、実施例3(ポリアリレート心線)に係る歯付きベルト1のベルト寸法安定性試験結果を示す。また、図15に比較例1及び実施例3に係る歯付きベルト1における、経過日数と軸間距離変化率との関係を示す。
ベルト屈曲性試験では、歯付きベルト1の屈曲性、及び、起動のし易さ(起動時の動力伝達性)、の代用試験として起動トルクを測定した。
具体的には、図11で示すように、駆動プーリ5と従動プーリ6との間に歯付きベルト1を掛架し(駆動プーリ5及び従動プーリ6は、歯数、歯ピッチ、ピッチ円直径が同じ歯付きプーリである)、歯付きベルト1に所定の張力を付与するために、従動プーリ6を移動させ、歯付きベルト1に所定の軸荷重(本試験では、5N、10N、20N、30N)を与えた。その後、駆動プーリ5に糸を巻き掛け、糸の先端に装着したロードセルを引っ張った。この時、従動プーリ6が回転を始める時のトルク値(起動トルクN・m)を測定した。また、評価基準としては、軸荷重が10N時における比較例7の起動トルクの水準と比較し、同等の場合は評価を可(△)とし、この水準より低い場合には良好(○)と評価した(なお、顕著に低ければ(◎)と評価)。表13に、比較例7、比較例1及び実施例3に係る歯付きベルト1に関して、軸荷重を5N、10N、20N、30Nにした場合の起動トルクを測定した結果を示す。また、表14に、比較例7、比較例1及び実施例3に係る歯付きベルト1に関して、ベルト構成、軸荷重を10Nにした場合の起動トルク、及び、評価をまとめた表を示す。また、図16に、比較例7、比較例1及び実施例3に係る歯付きベルトに関して、軸荷重と起動トルクとの関係をグラフ化した図を示す。
従って、屈曲性に優れ、起動トルクが低いベルトは、(駆動プーリ5の軸に取り付けた駆動モータを)起動し易く、起動時の動力伝達性に優れるとともに、より小型で低出力の駆動モータの採用、ひいては、駆動モータの小型・軽量化、省電力化に貢献することができる。
上記1.速度変動率試験、2.耐久走行試験、3.ベルト寸法安定性試験、及び、4.ベルト屈曲性試験の結果、速度変動率試験でのベルト速度変動率の評価を良好(〇)とし、耐久走行試験での評価を最良好(◎)とし、ベルト寸法安定性試験の結果を良好(○)とし、ベルト屈曲性試験で良好(○)と評価された歯付きベルト1の条件をまとめると、歯部と歯部との間のピッチは0.45〜0.71mmであり、心線3は、ポリアリレート繊維フィラメント群からなる撚りコードとして、心線3の線径が0.14〜0.28mmであることが分かる。
また、心線3を、ポリアリレート繊維フィラメント群からなる、線径0.14〜0.28mmの撚りコードにすることにより、線径0.28mmよりも大きいものに比べて歯付きベルトの屈曲性を高めることができる。これにより、歯付きベルト1を、より小径のプーリ間に低張力で巻き掛けることができる。
加えて、心線3の線径を小さくしているため、歯付きベルト1の背部4を薄くすることが可能となる。これによっても、歯付きベルト1の屈曲性を高めることができる。
また、心線3にポリアリレート繊維フィラメント群を使用することにより、経時的・環境的な歯付きベルト1の寸法安定性を確保することができる。
そして、歯付きベルト1の寸法安定性・屈曲性を高めることにより、小径のプーリ間に歯付きベルト1を低張力で巻き掛けた場合でも、歯付きベルト1の走行時におけるベルト速度変動を小さくすることができる。
また、歯付きベルト1の寸法安定性・屈曲性を高めることにより、(駆動プーリの軸に取り付けた駆動モータの)起動トルクを低くすることができ、起動時の動力伝達性を高めることができる。
2 歯部
3 心線
4 背部
5 駆動プーリ
6 従動プーリ
Claims (2)
- 背部、歯部、及び、前記背部に埋設された心線を備える歯付ベルトであって、
前記背部及び歯部はウレタン樹脂組成物を含み、
前記心線は、ガラス繊維フィラメント群からなる撚りコード、又は、ポリアリレート繊維フィラメント群からなる撚りコードであり、
前記心線が、ガラス繊維フィラメント群からなる撚りコードである場合、
前記歯部のピッチは、0.45〜0.60mm、
前記ガラス繊維フィラメントの直径が6〜9ミクロン、
前記心線の線径が0.14〜0.20mmであり、
前記心線が、ポリアリレート繊維フィラメント群からなる撚りコードである場合、
前記歯部のピッチは、0.45〜0.71mm、
前記心線の線径が0.14〜0.28mmである、
ことを特徴とする、歯付きベルト。 - ベルト張力によってプーリ間に巻き掛けられた際の当該プーリの軸にかかる荷重である軸荷重が、5〜15Nとなる条件で使用されることを特徴とする請求項1に記載の歯付きベルト。
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