JP2017048924A - 自転車用歯付ベルト駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歯付ベルトと駆動プーリに異物が付着する環境下にあっても、駆動プーリにおける異音を抑制できると共に、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部との円滑な噛み合いを維持できる自転車用歯付ベルト駆動装置を提供する。【解決手段】歯付ベルト４は、ベルト長手方向の両側面が平坦状または外側に膨らんだ湾曲状に形成された複数のベルト歯部１０を有する。駆動プーリ２の外周部に形成されてベルト歯部１０と噛み合うプーリ溝部２０は、互いに対向する面が外側に膨らんだ湾曲状に形成されており、その隙間にベルト歯部１０が係合される２つのピン部２３と、駆動プーリ２の回転中心Ｃｒを取り囲むように配置されて、ベルト歯部１０と接触しない溝底面３０ａの一部とによって形成される。２つのピン部２３のＣｒから最も離れた位置を通る円周と、溝底面３０ａとの間の空間の少なくとも一部は、Ｃｒ方向の少なくとも一方向に開放されている。【選択図】図４

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、クランクを介してペダルに連結される駆動プーリと、後輪の回転軸に連結される従動プーリと、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（例えば特許文献１、２参照）。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。自転車用歯付ベルト駆動装置に用いられるプーリには、一般的なタイミングプーリが用いられる。プーリの材質は、材質は金属や樹脂素材など様々である。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。プーリ溝部はベルト歯部と円滑に噛み合うようにベルト歯部とほぼ相似形に形成されている。また、例えば特許文献１に開示されているように、一般的なタイミングプーリのプーリ溝部のベルト幅方向両端はフランジ部に接続されている。

雨天走行時には、砂と水の混合物がプーリ溝部とベルト歯部との間に入り込む場合がある。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、砂と水の混合物などの異物が従動プーリのプーリ溝部とベルト歯部との間に噛み込まれると、ベルトのジャンピング（歯飛び）が生じやすい。特許文献２には、このような異物の噛み込みによるベルトのジャンピングを抑制する自転車用歯付ベルト駆動装置が開示されている。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と反対側の面との隙間を大きく確保することで、異物の噛み込みを抑制すると共に、入り込んだ異物を排出させやすくしている。一方、駆動プーリは、異物を噛み込んでもベルトのジャンピングはほとんど生じない。そのため、プーリ溝部とベルト歯部のベルト走行方向の面との隙間は大きく確保する必要がなく、隙間を大きくし過ぎると、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の低下などの問題が生じる旨が特許文献２に開示されている。

特許第４０４８５３６号公報 特開２０１５−４８８７０号公報

しかしながら、特許文献１、２のような、一般的なタイミングプーリを用いた自転車用歯付ベルト駆動装置は、特に、異物が付着する環境下で長期間使用した場合に、駆動プーリにおいて異音の問題が生じる。

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が噛み合い始めてから完全に噛み合うまでの間、ベルト歯部の走行方向と反対側の面はプーリ溝部の側面に接触しながら移動する。そのため、プーリ溝部とベルト歯部との接触による摩擦音（ギシギシ音）が生じる。砂と水の混合物などの異物が付着する環境下で長期間使用した場合には、プーリ溝部とベルト歯部との間に異物が噛み込まれることで摩擦力が大きくなり、より大きな摩擦音が生じる。

また、一般的なタイミングプーリは、溝底面の両端がフランジ部に接続されているため、プーリ溝部とベルト歯部が噛み合う際、フランジ部とプーリ溝部とベルト歯部とに囲まれた空間の空気が圧縮される。この圧縮された空気が、任意の隙間（例えば、フランジ部とベルトとの微小な隙間）から外部に抜け出る際に、破裂音が生じる場合がある。
さらに、ベルト歯部の先端が、プーリ溝部の溝底面に接触するような態様で噛み合う場合は、ベルト歯部の先端が溝底面を叩く際に叩き音が生じる。

駆動プーリで生じる異音は、特に摩擦音が問題となる。摩擦音を低減するために、ベルト歯部とプーリ溝部の材質を工夫して、ベルト歯部とプーリ溝部の摩擦係数を低減させることが考えられる。しかしながら、ベルト歯部とプーリ溝部の摩擦係数を低減させても、ベルト歯部とプーリ溝部との間に、砂と水との混合物などの異物が噛み込まれると、摩擦音を低減できない。また、異物の噛み込みにより摩擦力が増すと、摩擦音が増大するだけでなく、円滑な噛み合いに悪影響を及ぼす場合がある。また、噛み込まれる異物が多すぎると、円滑な噛み合いが出来なくなる恐れがある。

そこで、本発明は、たとえ、歯付ベルトと駆動プーリに砂と水の混合物などの異物が付着する環境下にあっても、駆動プーリにおける異音を抑制できると共に、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部との円滑な噛み合い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の発明の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、ベルト長手方向の両側面が平坦状または外側に膨らんだ湾曲状に形成された複数のベルト歯部を有する歯付ベルトと、前記複数のベルト歯部とそれぞれ噛み合う複数のプーリ溝部が外周部に形成され、前記歯付ベルトを走行させる駆動プーリと、を備える自転車用歯付ベルト駆動装置であって、前記駆動プーリの前記プーリ溝部は、前記駆動プーリの回転中心を中心とした円周に沿って隙間を空けて配置され、互いに対向する面が外側に膨らんだ湾曲状に形成されており、前記隙間に前記ベルト歯部が係合される２つのピン部と、前記２つのピン部よりも前記駆動プーリの前記回転中心に近い位置に前記回転中心を取り囲むように配置されて、前記ベルト歯部と接触しない溝底面の一部とによって形成されており、前記２つのピン部の前記駆動プーリの前記回転中心から最も離れた位置を通る円周と、前記溝底面との間の空間の少なくとも一部が、前記駆動プーリの前記回転中心方向の少なくとも一方向に開放されており、前記２つのピン部の前記駆動プーリの前記回転中心から最も離れた位置を通る円周の半径から前記ベルト歯部の歯高さの半分の値を差し引いた長さを半径として、前記駆動プーリの前記回転中心を中心とする円周を、第１基準円周とし、前記駆動プーリの前記回転中心を中心として、前記２つのピン部の最小隙間を通る円周を、第２基準円周とすると、駆動状態において、前記ピン部と、前記ベルト歯部のベルト走行方向と反対側の面との接触部分が、前記第１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、駆動状態において、前記ピン部と、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第２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２％以下であって、駆動状態において、前記ピン部と、前記ベルト歯部のべルト走行方向側の面との前記第２基準円周上の間隔が、前記ベルト歯部の歯ピッチの２％以上２０％以下であることを特徴とする。

この構成によると、駆動状態において、歯付ベルトのベルト歯部と駆動プーリのプーリ溝部が噛み合う際、ベルト歯部のベルト走行方向と反対側の面が、プーリ溝部のピン部に接触する。ベルト歯部は、プーリ溝部の溝底面は接触しない。駆動状態において、ピン部と、ベルト歯部のベルト走行方向と反対側の面との接触部分は、第１基準円周からベルト歯部の歯元側の範囲内であって、ピン部と、ベルト歯部のベルト走行方向と反対側の面との第２基準円周上の間隔は、ベルト歯部の歯ピッチの０％以上２％以下であって、ピン部と、ベルト歯部のべルト走行方向側の面との第２基準円周上の間隔は、ベルト歯部の歯ピッチの２％以上２０％以下である。これにより、動力伝達効率の低下、振動の発生、異音の増大、摩耗による歯付きベルトの耐久性（寿命）の低下、プーリ溝部（ピン部）の強度不足などの問題が生じることなく、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部との円滑な噛み合いを実現できる。
ベルト歯部のベルト長手方向の両側面は、平坦状または外側に膨らんだ湾曲状に形成されている。また、プーリ溝を形成する２つのピン部は、互いに対向する面が外側に膨らんだ湾曲状に形成されている。そのため、ベルト歯部のベルト走行方向と反対側の面と、ピン部とは、ほぼ線状に接触する。一方、従来の自転車用歯付ベルト駆動装置に用いられる一般的なタイミングプーリのプーリ溝部は、ベルト歯部とほぼ相似形に形成されている。そのため、ベルト歯部のベルト走行方向と反対側の面と、従来の駆動プーリのプーリ溝部とは、面接触する。したがって、本発明の自転車用歯付ベルト駆動装置は、ベルト歯部のベルト走行方向と反対側の面とプーリ溝部との接触面積を、従来よりも大幅に低減できる。接触面積が小さくなることで、接触面圧は大きくなる。しかし、本発明では、上述したようにベルト歯部とプーリ溝部との噛み合いが円滑になされるため、接触面圧の増加を最小限に抑えることができる。接触面圧の増加を抑えつつ、接触面積を大幅に低減できるため、ベルト歯部とプーリ溝部との接触による摩擦音を抑制できる。

また、ベルト歯部とプーリ溝との接触面積が狭いことにより、ベルト歯部とプーリ溝との間に、砂と水との混合物などの異物が入り込んでも、異物が噛み込まれにくく、また、噛み込まれても抜け出やすい。そのため、異物の噛み込みによる摩擦音の増大を抑制できる。
さらに、２つのピン部の駆動プーリの回転中心から最も離れた位置を通る円周と、プーリ溝部の溝底面との間の空間の少なくとも一部が、駆動プーリの回転中心方向の少なくとも一方向に開放されている。そのため、プーリ溝部とベルト歯部との間に入り込んだ異物を、外部に開放された空間から外部に容易に排出することができる。それにより、ベルト歯部とプーリ溝との間に異物が噛み込まれるのをより確実に抑制でき、異物の噛み込みによる摩擦音の増大をより確実に抑制できる。
さらに、プーリ溝部に異物が堆積するのを防止できるため、異物によってベルト歯部とプーリ溝とが円滑に噛み合わなくなるのを防止できる。

また、溝底面のピン部側の空間の少なくとも一部が外部に開放されていることにより、プーリ溝部とベルト歯部との間で空気が圧縮されるのを防止できる。したがって、圧縮された空気が外部に抜け出る際に生じる破裂音を防止できる。
また、ベルト歯部の先端はプーリ溝部の溝底面に接触しない。そのため、ベルト歯部の先端が溝底面に接触する際に生じる叩き音を防止できる。

以上のように、本発明の自転車用歯付ベルト駆動装置は、たとえ、歯付ベルトと駆動プーリに砂と水の混合物などの異物が付着する環境下にあっても、駆動プーリにおける異音を抑制できると共に、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部との円滑な噛み合いを維持できる。

第２の発明の自転車用歯付ベルト駆動装置は、前記第１の発明において、前記ピン部は、前記駆動プーリの前記回転中心と平行に延びる円柱状または円筒状に形成され、前記円柱状または前記円筒状の中心軸回りに回転可能であることを特徴とする。

この構成によると、ベルト歯部がピン部と噛み合うときに、ピン部が回転することで、ベルト歯部とピン部との接触部分の摩擦が実質的に無くなる。したがって、ベルト歯部とピン部とが直接接触することによる摩擦音を防止できる。そのため、ピン部が回転不能な場合に比べて、駆動プーリにおける異音をより抑制できると共に、プーリ溝とベルト歯部がより円滑に噛み合うことができる。
また、ベルト歯部とピン部との間に異物が噛み込まれた場合に、ピン部の回転により、ピン部のベルト歯部と接触する位置が変更される。これにより、異物が噛み込まれた状態から容易に抜け出ることができる。したがって、異物の噛み込みによる摩擦音をより抑制できると共に、異物の噛み込みによってプーリ溝とベルト歯部との円滑な噛み合いが阻害されるのをより確実に防止できる。
また、摩擦が実質的に無いことで、ピン部とベルト歯部との接触部分における双方の偏摩耗を抑制することができる。よって、プーリ溝部とベルト歯部との円滑な噛み合いを長期間にわたって維持できる。

第３の発明の自転車用歯付ベルト駆動装置は、前記第２の発明において、前記ピン部は、前記駆動プーリの前記回転中心と平行に延びる円筒状に形成されており、前記駆動プーリは、前記ピン部の内側に挿通されており、前記ピン部を回転可能に支持する支持軸を有することを特徴とする。

この構成によると、ピン部の両端部が軸受によって回転可能に支持される構成に比べて、駆動プーリを簡素化且つ軽量化できる。

第４の発明の自転車用歯付ベルト駆動装置は、前記第１〜第３のいずれかの発明において、前記駆動プーリは、前記駆動プーリの前記回転中心方向の少なくとも一方向に前記自転車用歯付ベルト駆動装置を見たときに、前記溝底面の視線方向の手前側の端部の少なくとも一部が外部に露出するように構成されていることを特徴とする。

この構成によると、駆動プーリの回転軸方向に見て、溝底面の視線方向の手前側の端部の少なくとも一部が外部に露出しているため、プーリ溝部に入り込んで溝底面に付着した異物を当該手間側の端部から外部に容易に排出することができる。したがって、異物の噛み込みによる摩擦音をより抑制できると共に、異物の噛み込みによってプーリ溝とベルト歯部との円滑な噛み合いが阻害されるのをより確実に防止できる。

第５の発明の自転車用歯付ベルト駆動装置は、前記第４の発明において、前記駆動プーリの前記溝底面の少なくとも一部は、前記駆動プーリの前記回転中心方向の前記少なくとも一方向に前記自転車用歯付ベルト駆動装置を見たときに、視線方向の手前側の端部から視線方向の奥側に向かうにつれて、前記駆動プーリの前記回転中心から離れるように、前記回転中心に対して傾斜していることを特徴とする。

この構成によると、駆動プーリの回転軸方向に見て、溝底面の視線方向の手前側の端部の少なくとも一部が外部に露出していると共に、溝底面の少なくとも一部が、視線方向の手前側の端部から奥側に向かうにつれて駆動プーリの回転中心から離れるように、回転中心に対して傾斜している。そのため、プーリ溝部に入り込んで溝底面に付着した異物を、溝底面の傾斜に沿って移動させて外部に排出させることができる。また、溝底面上において、外部に開放された空間の高さ（駆動プーリの径方向長さ）をより広く確保することができる。それにより、異物が外部により排出されやすくなる。したがって、異物の噛み込みによる摩擦音をより抑制できると共に、異物の噛み込みによってプーリ溝とベルト歯部との円滑な噛み合いが阻害されるのをより確実に防止できる。

第６の発明の自転車用歯付ベルト駆動装置は、前記第１〜第５のいずれかの発明において、前記駆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。

この構成によると、駆動プーリのプーリ溝部の溝底面とベルト歯部の先端との間に異物が噛み込まれるのをより確実に防止できる。

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模式図である。 図１の駆動プーリの斜視図である。 図１の駆動プーリの分解斜視図である。 図１の駆動プーリの正面図である。 （ａ）は図４のＡ−Ａ線断面図であって、（ｂ）は図４のＢ−Ｂ線断面図である。 図５のVI−VI線断面図である。 ベルト歯部がプーリ溝部に噛み合う過程を示す断面図である。 第２実施形態に係る自転車用歯付ベルト駆動装置の駆動プーリの斜視図である。 図８の駆動プーリの断面図である。 変更例に係る自転車用歯付ベルト駆動装置において、ベルト歯部がプーリ溝部に噛み合う過程を示す断面図である。 変更例に係る自転車用歯付ベルト駆動装置の駆動プーリの断面図である。 変更例に係る自転車用歯付ベルト駆動装置の駆動プーリの断面図である。 発音性試験を行う本発明の実施例に係る自転車用歯付ベルト駆動装置を示す模式図である。

＜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、クランク（図示省略）を介してペダル（図示省略）に連結される駆動プーリ２と、自転車の後輪（図示省略）の回転軸（図示省略）に連結される従動プーリ３と、駆動プーリ２および従動プーリ３に巻き掛けられる無端状の歯付ベルト４とを備える。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２が回転し、その回転運動が歯付ベルト４を介して従動プーリ３に伝達されることで、後輪が回転する。つまり、駆動プーリ２が歯付ベルト４を走行させる。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４の張力を調整する張力調整機構を有しないが、張力調整機構を有していてもよい。

図６に示すように、歯付ベルト４の内周面には、凸状のベルト歯部１０が、ベルト長手方向に沿って一定の歯ピッチＰｔで配置されている。隣り合う２つのベルト歯部１０の間には、ピッチラインＰＬと平行な歯底面１１が形成されている。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。歯ピッチＰｔは、ピッチラインＰＬ上のベルト歯部１０の配置間隔である。ベルト歯部１０の歯高さＨｔは、ベルト歯部１０の先端と歯底面１１とのベルト厚さ方向の離間距離である。

図５に示すように、歯付ベルト４は、ピッチラインＰＬ上に抗張体１２が埋設されたゴム状弾性体からなる。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１２には、高弾性で高強度のコードが用いられる。抗張体１２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１２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４の内周面は、歯布で被覆されていてもよい。

図６に示すように、ベルト長手方向に沿った断面において、ベルト歯部１０は、ベルト厚み方向の直線に対して対称に形成されている。図７（ａ）に示すように、ベルト長手方向に沿った断面において、ベルト歯部１０の輪郭は、歯先部１０ａと、２つの歯側部１０ｂと、２つの歯元部１０ｃで構成されている。歯元部１０ｃは、歯底面１１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１０ａ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１０ａ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１０ａは、単一の円弧状に形成されていてもよい。歯側部１０ｂは、歯先部１０ａと歯元部１０ｃとの間の部分である。歯側部１０ｂは、外側に膨らんだ湾曲状に形成されている。つまり、ベルト歯部１０のベルト長手方向の両側面は、外側に膨らんだ湾曲状に形成されている。歯側部１０ｂは、複数の円弧をなめらかに繋げた形状である。

駆動プーリ２の外周部には、ベルト歯部１０と噛み合うプーリ溝部２０が形成されている。図２〜図５に示すように、駆動プーリ２は、ベース部２１と、カバー部２２と、複数のピン部２３とを備える。ここで、駆動プーリ２の回転中心Ｃｒの延在方向と平行な方向をＣｒ方向という。Ｃｒ方向は、自転車の車幅方向と一致する。ベース部２１とカバー部２２は、Ｃｒ方向に並んで配置される。ベース部２１は、カバー部２２よりも自転車の車幅方向中央側に配置される。以下の駆動プーリ２の説明において、Ｃｒ方向のうち、自転車の幅方向中央に向かう方向をＩＮ方向とし、ＩＮ方向と逆方向をＯＵＴ方向とする。

図３および図５に示すように、ベース部２１は、略円筒状の円筒部３０と、内フランジ部３１と、クランク取付部３２で構成されている。クランク取付部３２は、円環板状であって、円筒部３０の内周面に接続されている。クランク取付部３２には、周方向に並んだ６つのクランク取付孔３２ａが形成されている。クランク取付部３２のＯＵＴ方向側には、ペダルと連結されたクランク（図示せず）が配置される。クランクは、クランク取付孔３２ａに挿通されるボルト等（図示せず）によってクランク取付部３２に固定される。クランクは、円筒部３０の中心に配置されるクランク軸を支持している。クランク軸の中心軸が、駆動プーリ２の回転中心Ｃｒである。

内フランジ部３１は、円環板状であって、円筒部３０の外周面３０ａのＩＮ方向端部に接続されている。内フランジ部３１のＯＵＴ方向側の面には、複数の挿入孔３１ａが形成されている。複数の挿入孔３１ａは、駆動プーリ２の回転中心Ｃｒを中心とした円周に沿って等間隔に形成されている。図５に示すように、挿入孔３１ａは、円形の凹部である。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、円筒部３０の外周面３０ａは、Ｃｒ方向（駆動プーリ２の回転軸方向）に対して傾斜している。詳細には、円筒部３０の外周面３０ａは、ＯＵＴ方向側の端部からＩＮ方向に向かうにつれて、直径が大きくなるように（回転中心Ｃｒから離れるように）、傾斜している。以下の説明において、円筒部３０の外周面３０ａを溝底面３０ａと称する。溝底面３０ａは、駆動プーリ２の回転中心Ｃｒを取り囲むように配置されている。また、円筒部３０のＯＵＴ方向側の端面には、周方向に並んだ６つのカバー部取付孔３０ｃが形成されている。

カバー部２２は、円環板状の外フランジ部４０と、６つの突出部４１によって構成されている。突出部４１は、外フランジ部４０の内周端から径方向内向きに突出している。図３および図５（ａ）に示すように、各突出部４１には、貫通孔４１ａが形成されている。図５（ｂ）に示すように、外フランジ部４０の内径は、円筒部３０の外径（即ち、溝底面３０ａの直径）よりも大きい。外フランジ部４０の外径は、内フランジ部３１の外径とほぼ同じである。カバー部２２は、突出部４１が円筒部３０のＯＵＴ方向側の端面３０ｂに接するように配置される。突出部４１の貫通孔４１ａを貫通して、円筒部３０のカバー部取付孔３０ｃに挿入されるボルト２５によって、カバー部２２はベース部２１に固定される。

円筒部３０のＯＵＴ方向側の端面３０ｂの一部（周方向の一部）は、外フランジ部４０の内側において、外部に露出している。したがって、自転車用歯付ベルト駆動装置１をＩＮ方向に見たときに、溝底面３０ａのＯＵＴ方向側の端部（視線方向の手前側の端部）の少なくとも一部が外部に露出している。また、２つのピン部２３の回転中心Ｃｒから最も離れた位置を通る円周と、溝底面３０ａとの間の空間の一部が、ＯＵＴ方向に開放されている。より詳細には、溝底面３０ａから駆動プーリ２の径方向外側の空間の一部が、ＯＵＴ方向に露出されている。

また、図５に示すように、外フランジ部４０のＩＮ方向側の面には、複数の挿入孔４０ａが形成されている。複数の挿入孔４０ａは、内フランジ部３１に形成された複数の挿入孔３１ａとそれぞれ対向している。

複数のピン部２３は、ベース部２１とカバー部２２の間に配置される。図５に示すように、ピン部２３は、円柱状の部材であって、一端が内フランジ部３１の挿入孔３１ａに挿入され、他端がカバー部２２の挿入孔４０ａに挿入されている。ピン部２３は、駆動プーリ２の回転中心Ｃｒ方向と平行に延びている。複数のピン部２３は、溝底面３０ａの外周側に配置される。言い換えると、複数のピン部２３は、溝底面３０ａより駆動プーリ２の回転中心Ｃｒから遠い位置に配置される。ピン部２３は、ベース部２１およびカバー部２２に対して相対回転不能となっている。

図６に示すように、駆動プーリ２のプーリ溝部２０は、隣り合う２つのピン部２３と、溝底面３０ａの一部によって形成される。ベルト歯部１０は、隣り合う２つのピン部２３の隙間に係合される。ベルト歯部１０は、溝底面３０ａには接触しない。隣り合う２つのベルト歯部１０の隙間には、１つのピン部２３が係合する。

図４に示すように、複数のピン部２３の回転中心Ｃｒから最も離れた位置を通る円周の半径をＲとする。半径Ｒは、駆動プーリ２の歯付ベルト４が巻き掛けられる部分の最大半径である。図６に示すように、プーリ溝部２０の溝深さＨｇは、半径Ｒから溝底面３０ａの半径を差し引いた値である。図５（ｂ）に示すように、溝底面３０ａはＣｒ方向に対して傾斜しており、プーリ溝部２０の溝深さＨｇは、ＯＵＴ方向側端部において最大溝深さＨｇ_MAXとなり、ＩＮ方向側端部において最小溝深さＨｇ_MINとなる。

プーリ溝部２０の溝深さＨｇは、ベルト歯部１０の歯高さＨｔよりも大きい。プーリ溝部２０の溝深さＨｇと、ベルト歯部１０の歯高さＨｔとの差は、ベルト歯部１０の歯高さＨｔの５％以上であることが好ましい。

図６に示すように、半径Ｒからベルト歯部１０の歯高さＨｔの半分の値を差し引いた長さを半径とする駆動プーリ２の回転中心Ｃｒを中心とした円周を、第１基準円周Ｌ１とする。また、駆動プーリ２の回転中心Ｃｒを中心とし、隣り合う２つのピン部２３の最小隙間ｄ１を通る円周を、第２基準円周Ｌ２とする。本実施形態の第２基準円周Ｌ２は、ピン部２３の中心よりも若干内側（回転中心Ｃｒ側）を通る。

図７（ｄ）に示すように、駆動状態において、駆動プーリ２のピン部２３と、ベルト歯部１０のベルト走行方向（図７中の白抜きの矢印方向）と反対側の面と接触する部分との接触部分Ａ１は、第１基準円周Ｌ１からベルト歯部１０の歯元側の範囲内である。なお、接触部分Ａ１は、ベルト歯部１０がプーリ溝部２０に噛み合い始めた状態（図７（ｂ））から、プーリ溝部２０から抜け出す間に、接触する部分のことである。また、駆動状態とは、従動プーリ３の回転に負荷が付与されて、駆動プーリ２が回転している状態をいう。

駆動状態において、ピン部２３と、ベルト歯部１０のベルト走行方向と反対側の面との第２基準円周Ｌ２上の間隔Ｄ１を、動力伝達側のバックラッシＤ１という。動力伝達側のバックラッシＤ１は、ベルト歯部１０の歯ピッチＰｔの０％以上２％以下である。

駆動状態において、ピン部２３と、ベルト歯部１０のべルト走行方向側の面との第２基準円周Ｌ２上の間隔Ｄ２を、非動力伝達側のバックラッシＤ２という。非動力伝達側のバックラッシＤ２は、ベルト歯部１０の歯ピッチＰｔの２％以上２０％以下である。

ピン部２３は、その小さい断面積にかかる荷重（特には、せん断荷重）に耐える相応の強度が必要である。そのため、ピン部２３の材質は、合成樹脂よりも金属（鋼材）の方が望ましい。例えば、機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃなど）や硬鋼線材（ＳＷＲＨ６０Ｃなど）等の高炭素鋼、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ３０３など）が望ましい。なお、炭素鋼の場合は、硬質クロムメッキ、無電解ニッケルメッキなど防食性、耐摩耗性等が見込める適切な表面処理を施すことが好ましい。

駆動プーリ２のベース部２１およびカバー部２２は、例えば、ポリアセタール、ポリアミド、ポリプロピレン、フェノール系樹脂等の合成樹脂、または、金属で形成される。合成樹脂の場合は、材料中に、ガラス繊維や炭素繊維等を適量添加して強度を高めてもよい。金属の場合は、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金などの一般的な金属でよい。金属の場合、防食加工を施すことが好ましい。具体的には、炭素鋼の場合には、亜鉛メッキ処理等を施し、アルミニウム合金の場合にはアルマイト加工を施すことが好ましい。

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

従動プーリ３は、公知のプーリの構造が採用される。従動プーリ３は、特許文献２（特開２０１５−４８８７０号公報）に記載の従動プーリを用いることが好ましい。特許文献２の従動プーリを用いることにより、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。従動プーリ３の材質は、駆動プーリ２のベース部２１およびカバー部２２に用いられる材質と同様である。

以上説明した本実施形態の自転車用歯付ベルト駆動装置１は、以下の特徴を有する。

駆動状態において、歯付ベルト４のベルト歯部１０と駆動プーリ２のプーリ溝部２０が噛み合う際、ベルト歯部１０のベルト走行方向と反対側の面が、プーリ溝部２０のピン部２３に接触する。ベルト歯部１０は、プーリ溝部２０の溝底面３０ａには接触しない。駆動状態において、ピン部２３と、ベルト歯部１０のベルト走行方向と反対側の面との接触部分は、第１基準円周Ｌ１からベルト歯部１０の歯元側の範囲内であって、ピン部２３と、ベルト歯部１０のベルト走行方向と反対側の面との第２基準円周Ｌ２上の間隔は、ベルト歯部１０の歯ピッチの０％以上２％以下であって、ピン部２３と、ベルト歯部１０のべルト走行方向側の面との第２基準円周Ｌ２上の間隔は、ベルト歯部１０の歯ピッチの２％以上２０％以下である。これにより、動力伝達効率の低下、振動の発生、異音の増大、摩耗による歯付きベルトの耐久性（寿命）の低下、プーリ溝部２０（ピン部２３）の強度不足などの問題が生じることなく、駆動プーリ２のプーリ溝部２０とベルト歯部１０との円滑な噛み合いを実現できる。

ベルト歯部１０のベルト長手方向の両側面は、平坦状または外側に膨らんだ湾曲状に形成されている。また、プーリ溝部２０を形成する２つのピン部２３は、互いに対向する面が外側に膨らんだ湾曲状に形成されている。そのため、ベルト歯部１０のベルト走行方向と反対側の面と、ピン部２３とは、ほぼ線状に接触する。一方、従来の自転車用歯付ベルト駆動装置に用いられる一般的なタイミングプーリのプーリ溝部は、ベルト歯部とほぼ相似形に形成されている。そのため、ベルト歯部のベルト走行方向と反対側の面と、従来の駆動プーリのプーリ溝部とは、面接触する。したがって、本実施形態の自転車用歯付ベルト駆動装置１は、ベルト歯部１０のベルト走行方向と反対側の面とプーリ溝部２０との接触面積を、従来よりも大幅に低減できる。接触面積が小さくなることで、接触面圧は大きくなる。しかし、本実施形態では、上述したようにベルト歯部１０とプーリ溝部２０との噛み合いが円滑になされるため、接触面圧の増加を最小限に抑えることができる。接触面圧の増加を抑えつつ、接触面積を大幅に低減できるため、ベルト歯部１０とプーリ溝部２０との接触による摩擦音を抑制できる。

また、ベルト歯部１０とプーリ溝部２０との接触面積が狭いことにより、ベルト歯部１０とプーリ溝部２０との間に、砂と水との混合物などの異物が入り込んでも、異物が噛み込まれにくく、また、噛み込まれても抜け出やすい。そのため、異物の噛み込みによる摩擦音の増大を抑制できる。
さらに、２つのピン部２３の駆動プーリ２の回転中心Ｃｒから最も離れた位置を通る円周（半径Ｒの円周）と、溝底面３０ａとの間の空間の少なくとも一部が、駆動プーリ２のＣｒ方向の少なくとも一方向に開放されている。そのため、プーリ溝部２０とベルト歯部１０との間に入り込んだ異物を、外部に開放された空間から外部に容易に排出することができる。それにより、ベルト歯部１０とプーリ溝部２０との間に異物が噛み込まれるのをより確実に抑制でき、異物の噛み込みによる摩擦音の増大をより確実に抑制できる。
さらに、プーリ溝部２０に異物が堆積するのを防止できるため、異物によってベルト歯部１０とプーリ溝部２０とが円滑に噛み合わなくなるのを防止できる。

また、溝底面３０ａのピン部２３側の空間の少なくとも一部が外部に開放されていることにより、プーリ溝部２０とベルト歯部１０との間で空気が圧縮されるのを防止できる。したがって、圧縮された空気が外部に抜け出る際に生じる破裂音を防止できる。
また、ベルト歯部１０の先端はプーリ溝部２０の溝底面３０ａに接触しない。そのため、ベルト歯部１０の先端が溝底面３０ａに接触する際に生じる叩き音を防止できる。

以上のように、本実施形態の自転車用歯付ベルト駆動装置１は、たとえ、歯付ベルト４と駆動プーリ２に砂と水の混合物などの異物が付着する環境下にあっても、駆動プーリ２における異音を抑制できると共に、駆動プーリ２のプーリ溝部２０とベルト歯部１０との円滑な噛み合いを維持できる。

Ｃｒ方向の一方向（ＩＮ方向）に見て、溝底面３０ａの視線方向の手前側の端部の少なくとも一部は外部に露出している。そのため、プーリ溝部２０に入り込んで溝底面３０ａに付着した異物を当該手間側の端部から外部に容易に排出することができる。したがって、異物の噛み込みによる摩擦音をより抑制できると共に、異物の噛み込みによってプーリ溝部２０とベルト歯部１０との円滑な噛み合いが阻害されるのをより確実に防止できる。

また、Ｃｒ方向の一方向（ＩＮ方向）に見て、溝底面３０ａの視線方向の手前側の端部の少なくとも一部は外部に露出していると共に、溝底面３０ａの少なくとも一部は、視線方向の手前側の端部から奥側に向かうにつれて回転中心Ｃｒから離れるように、回転中心Ｃｒに対して傾斜している。そのため、プーリ溝部２０に入り込んで溝底面３０ａに付着した異物を、溝底面３０ａの傾斜に沿って移動させて外部に排出させることができる。また、溝底面３０ａ上において、外部に開放された空間の高さ（駆動プーリ２の径方向長さ）をより広く確保することができる。それにより、異物が外部により排出されやすくなる。したがって、異物の噛み込みによる摩擦音をより抑制できると共に、異物の噛み込みによってプーリ溝部２０とベルト歯部１０との円滑な噛み合いが阻害されるのをより確実に防止できる。

駆動プーリ２のプーリ溝部２０の溝深さＨｇは、ベルト歯部１０の歯高さＨｔよりも大きく、その差が歯高さＨｔの５％以上である。この構成によると、駆動プーリ２のプーリ溝部２０の溝底面３０ａとベルト歯部１０の先端との間に異物が噛み込まれるのをより確実に防止できる。

上述したように、従動プーリ３と駆動プーリ２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１の範囲内であって、例えば１．７〜３．２である。そのため、一般的な自転車用歯付ベルト駆動装置１の場合は、駆動プーリ２においてベルト歯部１０が受ける応力（１歯あたりの応力）は、従動プーリ３においてベルト歯部１０が受ける応力と比べて概ね３分の１から半分程度の小さいものとなる。
また、上述したように、駆動プーリ２のプーリ溝部２０とベルト歯部１０とはほぼ線状に接触するものの、プーリ溝部２０とベルト歯部１０とが円滑に噛み合うため、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部とが略相似形であって接触面積が大きい従来の構成（例えば、特許文献２）と比べても、接触面圧の増加は最小限に抑えられる。
したがって、本実施形態の駆動プーリ２を用いても、従来の駆動プーリ（例えば、特許文献２）と同様に、歯付ベルト４に、摩耗や歯欠け等に起因する耐久性（寿命）の低下などの問題はほとんど生じない。

＜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実施形態の駆動プーリ２と異なる駆動プーリ１０２を有する。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

図８および図９に示すように、駆動プーリ１０２は、ベース部１２１と、カバー部１２２と、複数のピン部１２３と、複数の支持軸１２４とを備える。

ベース部１２１の内フランジ部１３１のＯＵＴ方向側の面には、複数の挿入孔１３１ａが形成されている。挿入孔１３１ａの直径は、挿入孔３１ａの直径よりも小さい。複数の挿入孔１３１ａは、複数の挿入孔３１ａと同じ位置に形成されている。ベース部１２１のその他の構成は、第１実施形態のベース部２１と同じである。

カバー部１２２の外フランジ部１４０のＩＮ方向側の面には、複数の挿入孔１４０ａが形成されている。挿入孔１４０ａの直径は、挿入孔４０ａの直径よりも小さい。複数の挿入孔１４０ａは、複数の挿入孔４０ａと同じ位置に形成されている。カバー部１２２のその他の構成は、第１実施形態のカバー部２２と同じである。

ピン部１２３は、円筒状の部材であって、その外径は、ピン部２３の外径と同じである。ピン部１２３の内側には、円柱状の支持軸１２４が挿通されている。支持軸１２４は、一端が内フランジ部１３１の挿入孔１３１ａに挿入され、他端がカバー部１２２の挿入孔１４０ａに挿入されている。支持軸１２４およびピン部１２３は、Ｃｒ方向と平行に延びている。支持軸１２４は、ピン部１２３を回転可能に支持する。ピン部１２３は、その中心軸回りに回転可能である。

第１実施形態と同様に、駆動プーリ１０２の外周部には、ベルト歯部１０と噛み合うプーリ溝部２０が形成されている。プーリ溝部２０は、隣り合う２つのピン部１２３と、溝底面３０ａの一部によって形成される。

ピン部１２３の材質は、支持軸１２４との摺動性の高い材質が好ましい。金属の場合は、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金などでよいが、耐焼付性を考慮した材質（たとえば、ＳＵＳ３０３など）とするか、または摺動性の良い表面処理を施すのが望ましい。合成樹脂の場合、ポリアセタール、ポリアミド、ポリプロピレン、フェノール系樹脂等の合成樹脂でよい。合成樹脂の場合、固体潤滑剤等の添加により摺動性を発現させてもよい。支持軸１２４の材質は、第１実施形態のピン部２３の材質と同じでよい。駆動プーリ１０２のベース部１２１およびカバー部１２２の材質は、第１実施形態の駆動プーリ２と同じである。

本実施形態の自転車用歯付ベルト駆動装置は、第１実施形態で述べた特徴に加えて以下の特徴を有する。

ピン部１２３は、回転中心Ｃｒと平行に延びる円筒状であって、その中心軸回りに回転可能となっている。そのため、ベルト歯部１０がピン部１２３と噛み合うときに、ピン部１２３が回転することで、ベルト歯部１０とピン部１２３との接触部分の摩擦が実質的に無くなる。したがって、ベルト歯部１０とピン部１２３とが直接接触することによる摩擦音を防止できる。そのため、ピン部１２３が回転不能な場合に比べて、駆動プーリ１０２における異音をより抑制できると共に、プーリ溝部２０とベルト歯部１０がより円滑に噛み合うことができる。
また、ベルト歯部１０とピン部１２３との間に異物が噛み込まれた場合に、ピン部１２３の回転により、ピン部１２３のベルト歯部１０と接触する位置が変更される。これにより、異物が噛み込まれた状態から容易に抜け出ることができる。したがって、異物の噛み込みによる摩擦音をより抑制できると共に、異物の噛み込みによってプーリ溝部２０とベルト歯部１０との円滑な噛み合いが阻害されるのをより確実に防止できる。
また、摩擦が実質的に無いことで、ピン部１２３とベルト歯部１０との接触部分における双方の偏摩耗を抑制することができる。よって、プーリ溝部２０とベルト歯部１０との円滑な噛み合いを長期間にわたって維持できる。

ピン部１２３は、ピン部１２３の内側に挿通された支持軸１２４によって回転可能に支持されている。この構成によると、ピン部の両端部が軸受によって回転可能に支持される構成に比べて、駆動プーリ１０２を簡素化且つ軽量化できる。

以上、本実施形態の好適な実施の形態について説明したが、本実施形態は上述の第１おおよび第２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。

上記第１および第２実施形態のベルト歯部１０の両側面は、外側に膨らんだ湾曲状に形成されているが、両側面が平坦状であってもよい。

上記第２実施形態では、ピン部１２３は、その内側に挿通された支持軸１２４に回転可能に支持されているが、ピン部を回転可能に設ける構成はこれに限定されない。例えば、ピン部の両端部を軸受（例えば、ボールベアリング）で支持することでピン部が回転可能となっていてもよい。この場合、軸受は、軸受内への異物侵入やグリースの漏れ出しを抑制することができるシール付のタイプが望ましい。また、この場合、ピン部は円柱状であってもよい。

また、上記第２実施形態の変更例として、ピン部１２３と支持軸１２４との間にブッシュ（滑り軸受)を装着して、このブッシュ（滑り軸受)を介してピン部１２３は支持軸１２４に回転可能に支持されていてもよい。ブッシュ（滑り軸受)は、耐摩耗性が良く自己潤滑性に優れるポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂等の合成樹脂で形成することが好ましい。ブッシュ（滑り軸受)は、円筒状でよいが、Ｃ字状断面として、若干拡径又は縮径された状態で支持軸１２４又はピン部１２３に装着して自己弾性復元力によって支持軸１２４の外周面又はピン部１２３の内周面に密着させてもよい。これにより、ピン部１２３と支持軸１２４との間にブッシュ（滑り軸受)を装着しない場合と比べて、ピン部１２３と支持軸１２４との間で起こり得る、焼付、摩擦音、異物噛み等をより抑制できる。

第１実施形態のようにピン部２３が回転不能の場合、ピン部の断面形状は円形状に限らない。隣り合う２つのピン部の互いに対向する面が、外側に膨らんだ湾曲状に形成されていればよい。例えば図１０に示すように、ピン部２２３の断面形状が長円形状であってもよい。駆動状態において、ピン部２２３と、ベルト歯部１０のベルト走行方向（図１０中の白抜きの矢印方向）と反対側の面と接触する部分との接触部分Ａ２は、第１基準円周Ｌ１からベルト歯部１０の歯元側の範囲内とする。第２基準円周Ｌ３は、隣り合う２つのピン部２２３の最小隙間ｄ２を通る。第１および第２実施形態と同様に、第２基準円周Ｌ３上の動力伝達側のバックラッシＤ３は、ベルト歯部１０の歯ピッチＰｔの０％以上２％以下とし、第２基準円周Ｌ３上の非動力伝達側のバックラッシＤ４は、ベルト歯部１０の歯ピッチＰｔの２％以上２０％以下とする。この構成により、図１０の変形例は、第１実施形態で述べた効果と同様の効果を奏する。

上記第１および第２実施形態では、隣り合う２つのベルト歯部１０の間に、１つのピン部２３、１２３が係合しているが、２つ以上のピン部が係合してもよい。

上記第１および第２実施形態では、溝底面３０ａの断面形状は、回転中心Ｃｒを中心とした円形状に形成されている。しかし、溝底面３０ａは、ベルト歯部１０と接することがなく、且つ、回転中心Ｃｒを取り囲むように形成されていれば、その形状は特に限定されない。例えば、溝底面３０ａの断面形状が、８角形などの多角形状であってよい。また、例えば、溝底面３０ａは、１つまたは複数の凸部または凹部を有する形状であってもよい。また、溝底面３０ａの中心位置は、回転中心Ｃｒと一致しなくてもよい。

上記第１および第２実施形態の駆動プーリ２、１０２は、Ｃｒ方向の一方向（ＩＮ方向）に見たときに、溝底面３０ａの視線方向の手前側の端部の一部が外部に露出するように構成されているが、溝底面３０ａの視線方向の手前側の端部の全部が外部に露出するように構成されていてもよい。

上記第１および第２実施形態では、溝底面３０ａの全体が、Ｃｒ方向に対して傾斜しているが、溝底面３０ａ全体が、Ｃｒ方向と平行に形成されていてもよい。また、溝底面３０ａの一部分（例えばＣｒ方向の一部分）だけがＣｒ方向に対して傾斜し、残りの部分がＣｒ方向と平行であってもよい。

上記第１および第２実施形態の駆動プーリ２、１０２は、ＩＮ方向に見たときに、溝底面３０ａの視線方向の手前側の端部（ＯＵＴ方向側の端部）の一部が外部に露出するように構成されているが、ＯＵＴ方向に見たときに、溝底面３０ａの視線方向の手前側の端部（ＩＮ方向側の端部）の少なくとも一部が外部に露出するように構成されていてもよい。この場合、溝底面３０ａのＣｒ方向に対する傾斜の方向は逆方向とする。

例えば図１１に示す駆動プーリ３０２のように、Ｃｒ方向のいずれの方向に見たときも、溝底面３３０ａの視線方向の手前側の端部の少なくとも一部が外部に露出するように構成されていてもよい。図１１では、駆動プーリ３０２のベース部３２１の内フランジ部３３１に、溝底面３３０ａのＩＮ方向側端部を外部に露出させる開口３３１ｂが形成されている。
この変更例では、溝底面のＯＵＴ方向側の領域の少なくとも一部を、ＯＵＴ方向側の端部からＩＮ方向に向かうにつれて、回転中心Ｃｒから離れるようにＣｒ方向に対して傾斜させると共に、溝底面のＩＮ方向側の領域の少なくとも一部を、ＩＮ方向側の端部からＯＵＴ方向に向かうにつれて、回転中心Ｃｒから離れるようにＣｒ方向に対して傾斜させてもよい。具体的には、例えば図１１に示す溝底面３３０ａのように、駆動プーリ３０２の周方向に直交する断面形状が三角形状であってもよい。

複数のピン部２３（１２３）の回転中心Ｃｒから最も離れた位置を通る円周（半径Ｒの円周）と、溝底面３０ａとの間の空間の少なくとも一部が、Ｃｒ方向の少なくとも一方向に開放されていれば、Ｃｒ方向に見て溝底面３０ａのＣｒ方向の端部が外部に露出していなくてもよい。例えば、図１２に示すように、駆動プーリ４０２のカバー部４２２が、溝底面３０ａのＯＵＴ方向側端部の直径より小さい内径を有する円環板状であって、且つ、溝底面３０ａのＯＵＴ方向側端部よりも回転中心Ｃｒから離れた位置に、２つのピン部２３の回転中心Ｃｒから最も離れた位置を通る円周と、溝底面３０ａとの間の空間の少なくとも一部を外部に開放させる開口４２２ｂを有する構成であってもよい。

本発明の具体例な実施例と、本発明と比較するための比較例とを用いて、本発明の効果を検証するための試験を行った。

［実施例１］
実施例１の自転車用歯付ベルト駆動装置は、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じ構成とした。

実施例１の駆動プーリ（２）の円柱状のピン部（２３）は、カバー部（２２）の挿入孔（４０ａ）に嵌入されて固定されている。ピン部（２３）の材質は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０３）とし、ベース部（２１）およびカバー部（２２）の材質は、亜鉛メッキ処理が施された炭素鋼（Ｓ２５Ｃ）とした。駆動プーリ（２）の各部の寸法は、以下の通りである。
・プーリ溝部（２０）の数：５５
・ピン部（２３）の径：３ｍｍ
・挿入孔（３１ａ、４０ａ）の径：３ｍｍ
・プーリ溝部（２０）の溝深さ（Ｈｇ）：５．８ｍｍ（Ｈｇ_MIN）〜９．５ｍｍ（Ｈｇ_MAX）
・動力伝達側のバックラッシ（Ｄ１）：歯ピッチ（Ｐｔ）の１．６％
・非動力伝達側のバックラッシ（Ｄ２）：歯ピッチ（Ｐｔ）の５．９％

実施例１の従動プーリ（３）は、本願と出願人が同一の特許文献２の実施例２の従動プーリと同じ構成のものを用いた。従動プーリ（３）のプーリ溝部の数は、２５であった。したがって、従動プーリ（３）と駆動プーリ（２）の溝数比（外径比）は、２．２（＝５５／２５）であった。

実施例１の歯付ベルト（４）は、特許文献２の実施例２の歯付ベルトと同じ構成のものを用いた。歯付ベルト（４）の各部の寸法は、以下の通りである。プーリ溝部（２０）の溝深さ（Ｈｇ）とベルト歯部（１０）の歯高さ（Ｈｔ）との差は、歯高さ（Ｈｔ）の約７０％〜約１８０％であった。なお、特許文献２には、歯元部の曲率半径は記載されていない。
・ベルト幅：１５ｍｍ
・歯ピッチ：８ｍｍ
・歯高さ（Ｈｔ）：３．４ｍｍ
・ベルト周長（ピッチライン上の長さ）：１２００ｍｍ
・歯数：１５０
・歯元部（１０ｃ）の曲率半径：０．７ｍｍ

［実施例２］
実施例２の自転車用歯付ベルト駆動装置は、図８および図９に示す第２実施形態の自転車用歯付ベルト駆動装置とほぼ同じ構成とした。

実施例２の駆動プーリ（１０２）は、上述の第２実施形態の変更例と同じく、円筒状のピン部（１２３）と円柱状の支持軸（１２４）との間にブッシュ（滑り軸受)が装着されており、このブッシュ（滑り軸受)を介してピン部１２３が支持軸（１２４）に回転可能に支持された構成とした。この構成以外、実施例２の駆動プーリ（１０２）は、実施例１の駆動プーリ（２）と同じ構成である。ブッシュは、円筒状であって、その筒軸方向の長さは、プーリ溝部（２０）の幅（即ち、内フランジ部（１３１）と外フランジ部（１４０）との間の距離）とほぼ同じとした。
ピン部（１２３）の材質は、実施例１と同じく、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０３）とした。支持軸（１２４）の材質は、ピン部（１２３）の材質と同じとした。ブッシュは、摩擦低減剤としてオイルが添加されたポリアセタール樹脂組成物で形成されている。ベース部（１２１）およびカバー部（１２２）の材質は、実施例１と同じく、亜鉛メッキ処理が施された炭素鋼（Ｓ２５Ｃ）とした。
駆動プーリ（１０２）の実施例１と異なる構成の各部の寸法は、以下の通りである。
・ピン部（１２３）：外径３ｍｍ、内径２．４ｍｍ
・支持軸（１２４）の径：２ｍｍ
・ブッシュ：厚さ０．２ｍｍ、内径２ｍｍ、外径２．４ｍｍ
・挿入孔（１３１ａ、１４０ａ）の径：２ｍｍ

実施例２の従動プーリ（３）および歯付ベルト（４）は、実施例１と同じである。また、従動プーリ（３）と駆動プーリ（１０２）の溝数比（外径比）は、実施例１と同じである。

［実施例３］
実施例３の自転車用歯付ベルト駆動装置は、駆動プーリのピン部の径および挿入孔の径以外、実施例１と同じ構成とした。

駆動プーリ（２）のピン部（２３）の径は、歯付ベルトとの噛み合い性およびピン部の強度（せん断強度）を正常に維持し得る最小寸法、即ち、歯付ベルトの歯元部の曲率半径（０．７ｍｍ）の２倍の寸法とした。挿入孔（３１ａ、４０ａ）の径は、ピン部（２３）の径と同じく、１．４ｍｍとした。動力伝達側のバックラッシ（Ｄ１）は、歯ピッチ（Ｐｔ）の０．６％であった。非動力伝達側のバックラッシ（Ｄ２）は、歯ピッチ（Ｐｔ）の２０．０％であり、非動力伝達側のバックラッシ（Ｄ２）の許容範囲（歯ピッチＰｔの２％以上２０％以下）の上限値に相当する。

［比較例１］
比較例１の自転車用歯付ベルト駆動装置は、駆動プーリが、特許文献２の実施例２の駆動プーリとほぼ同じであって、その他の構成は、本発明の実施例１と同じとした。比較例１の駆動プーリのプーリ溝部は、ベルト歯部と略相似形である。

比較例１の駆動プーリの材質は、亜鉛メッキ処理が施された炭素鋼（Ｓ２５Ｃ）とした。この点以外は、比較例１の駆動プーリは、特許文献２の実施例２の駆動プーリと同じとした。駆動プーリの各部の寸法は以下の通りである。
・プーリ溝部の数：５５（実施例１と同じ）
・プーリ溝部の溝深さ：３．４５ｍｍ
・動力伝達側のバックラッシ：歯ピッチの０．３％
・非動力伝達側のバックラッシ：歯ピッチの４．５％

なお、比較例１における駆動プーリのバックラッシの定義は、実施例１〜３における駆動プーリのバックラッシの定義とは異なる。比較例１において、動力伝達側のバックラッシとは、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第１基準円周上の間隔である。この第１基準円周の定義は、上述の実施形態で述べた第１基準円周の定義と同じである。また、比較例１において、非動力伝達側のバックラッシとは、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べルト走行方向側の面との最短距離の最大値である。

上述の実施例１〜３および比較例１の自転車用歯付ベルト駆動装置について、異物（水と砂の混合物）が付着する状態と、異物（水・砂）の無い状態とで、それぞれ、発音性試験を実施して、駆動プーリの噛み合い一次の周波数成分の音圧を測定して静音性を比較評価すると共に、駆動プーリの噛み合い性および砂噛みの程度を評価した。なお、噛み合い一次の周波数とは、単位時間当たりのプーリ溝部とベルト歯部の噛み合い回数に対応する。

歯付ベルトは、事前に、２軸走行試験機によって予備走行させた。予備走行中に、プーリ間において歯付ベルトの上下動が目視で認められないことが確認された歯付ベルトを、当試験に使用した。

（１）異物（水・砂）が無い状態の発音性評価試験
ベルト張力が３００Ｎになるように駆動プーリと従動プーリの軸間距離を調整した後、負荷トルク１０Ｎｍを従動プーリの回転軸に掛けた状態で、駆動プーリを回転させて、歯付ベルトを走行させた。試験中の雰囲気温度は、室温（２５±３℃）とした。駆動プーリの回転速度は、一般の自転車（実用車）に乗る人がペダルを回す速さ（１分間のクランク回転数）のおおよその目安である５０〜６０ｒｐｍに略一致する６０ｒｐｍとした。駆動プーリの回転方向は、図１３に示す矢印方向（反時計周り）とした。なお、図１３中の符号は、便宜上、上述の第１実施形態と同じ符号を用いており、符号２は、駆動プーリ、符号３は、従動プーリ、符号４は、歯付ベルトを表す。

図１３に示すように、歯付ベルトの駆動プーリに巻き付き始める位置の近傍に、騒音計Ｘを配置した。負荷トルクが所定の数値（１０Ｎｍ）で安定した後、騒音計Ｘで、噛み合い一次の周波数成分のＡ特性音圧レベル［ｄＢＡ］を測定した。Ａ特性音圧レベルとは、Ａ特性による補正を施して測定された音圧レベルである。Ａ特性とは、騒音計による測定に使われる、人間の聴覚を考慮した周波数重み付け特性であって、ＪＩＳ Ｃ １５０２−１９９０「普通騒音計」に定められている。駆動プーリの回転開始から１時間後、駆動プーリの回転を停止させて、試験を終了させた。駆動プーリの噛み合い性は、試験終了直前に、プーリ間（詳細には駆動プーリに巻き付く手前の部分）における歯付ベルトの上下動の度合いを目視で観察することにより評価した。

（２）異物（水・砂）が有る状態の発音性評価試験
異物が無い状態での発音性試験と同様に、ベルト張力が３００Ｎになるように軸間距離を調整した。次に、歯付ベルトの駆動プーリから離れた直後の位置から、従動プーリに巻き付く手前の位置までの内周面全体（図１３に示すＡの範囲）に、水と砂を１：１の容積比で混合した混合物（異物）を、歯元部が見えなくなる程度まで堆積させた。その後、負荷トルク１０Ｎｍを従動プーリの回転軸に掛けた状態で、駆動プーリを６０ｒｐｍで回転させて、歯付ベルトを走行させた。砂は、珪砂６号（粒径０．２〜０．４ｍｍ）を用いた。

噛み合い一次の音圧の測定は、異物が無い状態での発音性試験と同じ要領で行った。駆動プーリの回転開始から１時間後、駆動プーリの回転を停止させた。次に、その状態のまま、２４時間休止時間（異物の乾燥時間に相当）を設けてから、再度、駆動プーリを同じ速度で回転させて、ベルト走行を１時間繰り返した後、駆動プーリの回転を停止させて、試験を終了させた。駆動プーリの噛み合い性は、試験終了直前に、プーリ間（詳細には駆動プーリに巻き付く手前の部分）における歯付ベルトの上下動の度合いを目視で観察することにより評価した。また、試験終了後、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部との噛み合い部分の、砂噛みの程度を目視で観察した。

音圧レベルの測定結果を、比較例１の異物（水・砂）無しの場合の測定結果を１００（基準値）として、指数化した。その結果を表１に示す。また、この基準値の評価を△とし、基準値よりも音圧レベルが低い場合（即ち、静音性に優れる）場合には、評価○とした。音圧レベルが最も低い（最も静音性に優れる）ものは、評価○ではなく、評価◎とした。また、基準値よりも音圧レベルが高い（即ち、静音性に劣る）場合には、評価×とした。この評価結果も表１に示した。

噛み合い性の評価は、上述したように、プーリ間における歯付ベルトの上下動の大きさを目視で確認することで行った。上下動が認められず、噛み合い伝動が優れている場合には、評価◎とした。上下動が微かであって、噛み合い伝動が良好である場合には、評価○とした。上下動が明らかにあるものの小さく、噛み合い伝動が許容範囲内である場合には、評価△とした。上下動が大きく、噛み合い伝動が困難な場合には、評価×とした。この評価結果も表１に示した。

砂噛みの程度の評価は、上述したように、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部との噛み合い部分を目視で確認することで行った。砂噛みが無く、砂の固着も無い場合には、評価○とした。顕著な砂噛みは認められないが、砂の固着がある場合には、評価△とした。また、顕著な砂噛みが有る場合には、評価×とした。この評価結果も表１に示した。

試験の結果、実施例１〜３では、駆動プーリにおいて、異物がプーリ溝部に入った場合でも、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部との円滑な噛み合いを実現できることがわかった。
駆動プーリにおいて、駆動状態でプーリ溝部とベルト歯部とが円滑に噛み合う構成とし（接触面圧の増加を最小限に抑えつつ）、噛み合うときのプーリ溝部とベルト歯部との接触面積が小さい実施例１は、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部とが略相似形であって、噛み合いが面接触で、接触面積が大きい比較例１と比べて、摩擦による発音そのものを低減できることが確認できた。
駆動プーリのピン部が回転できる実施例２は、ピン部が回転不能な実施例１と比べて、ベルト歯部とピン部との接触部分の摩擦が実質的に無くなることで、ベルト歯部とピン部とが直接接触することによる摩擦音を低減できるとともに、異物が有る状態での噛み合いがよりスムーズになることが確認できた。
駆動プーリにおいて、ベルト歯部の先端がプーリ溝部の溝底面に接触せず、かつ、溝底面のピン部側の空間の少なくとも一部が外部に開放されている実施例１〜３では、異物がプーリ溝部に入った場合でも、異物の外部への排出がスムーズに行われるため、駆動プーリのプーリ溝部とベルト歯部とが略相似形である比較例１に比べて、プーリ溝部とベルト歯部との間に入り込んだ異物の固着を抑制できることがわかった。この構成によっても、上記摩擦音のみならず破裂音や叩き音が抑制され、上記発音の抑制に寄与できたと考えられる。

１ 自転車用歯付ベルト駆動装置
２、１０２、３０２、４０２ 駆動プーリ
３ 従動プーリ
４ 歯付ベルト
１０ ベルト歯部
２０ プーリ溝部
３０ａ、３３０ａ 溝底面
２３、１２３ ピン部
１２４ 支持軸
Ｃｒ 駆動プーリの回転中心
ｄ１、ｄ２ 最小隙間
Ｄ１、Ｄ３ 駆動プーリの動力伝達側のバックラッシ
Ｄ２、Ｄ４ 駆動プーリの非動力伝達側のバックラッシ
Ｈｔ 歯高さ
Ｈｇ 溝深さ
Ｌ１ 第１基準円周
Ｌ２、Ｌ３ 第２基準円周
Ｐｔ 歯ピッチ

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、ベルト長手方向の両側面が平坦状または外側に膨らんだ湾曲状に形成された複数のベルト歯部を有する歯付ベルトと、
   前記複数のベルト歯部とそれぞれ噛み合う複数のプーリ溝部が外周部に形成され、前記歯付ベルトを走行させる駆動プーリと、を備える自転車用歯付ベルト駆動装置であって、
   前記駆動プーリの前記プーリ溝部は、
   前記駆動プーリの回転中心を中心とした円周に沿って隙間を空けて配置され、互いに対向する面が外側に膨らんだ湾曲状に形成されており、前記隙間に前記ベルト歯部が係合される２つのピン部と、
   前記２つのピン部よりも前記駆動プーリの前記回転中心に近い位置に前記回転中心を取り囲むように配置されて、前記ベルト歯部と接触しない溝底面の一部とによって形成されており、
   前記２つのピン部の前記駆動プーリの前記回転中心から最も離れた位置を通る円周と、前記溝底面との間の空間の少なくとも一部が、前記駆動プーリの前記回転中心方向の少なくとも一方向に開放されており、
   前記２つのピン部の前記駆動プーリの前記回転中心から最も離れた位置を通る円周の半径から前記ベルト歯部の歯高さの半分の値を差し引いた長さを半径として、前記駆動プーリの前記回転中心を中心とする円周を、第１基準円周とし、
   前記駆動プーリの前記回転中心を中心として、前記２つのピン部の最小隙間を通る円周を、第２基準円周とすると、
   駆動状態において、前記ピン部と、前記ベルト歯部のベルト走行方向と反対側の面との接触部分が、前記第１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、
   駆動状態において、前記ピン部と、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第２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２％以下であって、
   駆動状態において、前記ピン部と、前記ベルト歯部のべルト走行方向側の面との前記第２基準円周上の間隔が、前記ベルト歯部の歯ピッチの２％以上２０％以下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. 前記ピン部は、前記駆動プーリの前記回転中心と平行に延びる円柱状または円筒状に形成され、前記円柱状または前記円筒状の中心軸回りに回転可能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. 前記ピン部は、前記駆動プーリの前記回転中心と平行に延びる円筒状に形成されており、
   前記駆動プーリは、
   前記ピン部の内側に挿通されており、前記ピン部を回転可能に支持する支持軸を有することを特徴とする請求項２に記載の自転車用歯付ベルト駆動装置。
4. 前記駆動プーリは、前記駆動プーリの前記回転中心方向の少なくとも一方向に前記自転車用歯付ベルト駆動装置を見たときに、前記溝底面の視線方向の手前側の端部の少なくとも一部が外部に露出するように構成されてい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. 前記駆動プーリの前記溝底面の少なくとも一部は、前記駆動プーリの前記回転中心方向の前記少なくとも一方向に前記自転車用歯付ベルト駆動装置を見たときに、視線方向の手前側の端部から視線方向の奥側に向かうにつれて、前記駆動プーリの前記回転中心から離れるように、前記回転中心に対して傾斜していることを特徴とする請求項４に記載の自転車用歯付ベルト駆動装置。
6. 前記駆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請求項１〜５のいずれかに記載の自転車用歯付ベルト駆動装置。

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