JP2554694B2 - 自動張力調整機構を有するベルト伝動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ベルトの張力を駆動力に応じて自動的に調
整して、そのスキップ現象を抑制するベルト伝動装置の
改良に関するものである。

（従来の技術） 従来より、歯付プーリにタイミングベルト（シンクロ
ベルト）を巻き掛けてベルト伝動を行うベルト伝動装置
においては、ベルトの張力が低下すると、ベルトの歯部
とプーリの歯部との噛合がなくなっていわゆるスキップ
現象が生じるという問題がある。

斯かるスキップ現象を抑制する装置としては、ベルト
の緩み側背面をばね等に付勢されたテンションローラに
より押圧して、ベルトにその駆動力に応じた張力を与え
るテンション機構が知られている。しかし、このもので
は、ベルトがテンションローラによって通常の屈曲方向
とは逆の背面方向に屈曲されるため、ベルト心体の疲労
が促進され、ベルトの耐久性が低下するという不具合が
あった。また、大きいトルクが加わった場合や、経時変
化に伴ってベルトに伸びが生じた場合には、テンション
ローラのばね等の戻りによりその押圧力が低下し、スキ
ップ現象の発生は確実に阻止し得ない。

そこで、上記の不具合を解消すべく、従来、特公昭58
−47592号公報に開示される自動張力調整機構を備えた
ベルト伝動装置が提案されている。

すなわち、この提案のものは、例えば第５図に示すよ
うに、互いに平行な１対の回転軸a,bと、該回転軸a,bに
それぞれ支持された歯付プーリからなる駆動および従動
プーリc,dと、該両プーリc,d間に巻き掛けられて両回転
軸間a,bで動力を伝達するタイミングベルトｅとを設
け、上記駆動または従動プーリc,dのいずれか一方を、
回転軸a,bに回転一体に支持されかつ外周にギヤｆを有
する第１プーリ部材ｇと、該第１プーリ部材ｇの外周に
第１プーリ部材ｇの軸心a₁に対して偏心可能に配置さ
れ、上記第１プーリ部材ｇのギヤｆに噛合するギヤｈを
内周に有し、外周に上記タイミングベルトｅに噛み合う
歯付ｉを有する第２プーリ部材ｊとで構成し、上記両回
転軸a,bの軸心a₁,b₁同士を結ぶ直線l_Aと、該直線l_Aに直
交しかつ上記第１プーリ部材ｇの軸心a₁を通る直線l_Bと
により区画された緩み側偏心ゾーンＺに、上記第２プー
リ部材ｉの軸心i₁が所定量偏心して位置するよう、上記
ベルトｅの長さを設定したものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この提案のものでは、図示の如く、駆
動プーリｃ側を第１および第２プーリ部材g,iで構成し
た場合、該両プーリ部材g,iの径の違いにより必然的に
第２プーリ部材ｉ側のギヤｈの数が第１プーリ部材ｇの
ギヤｆの数よりも多くなり、回転軸ａの回転が減速され
て第２プーリ部材ｉつまりベルトｅに伝達されることと
なる。このため、駆動プーリｃから従動プーリｄに回転
を増速して伝達する必要のある自転車の駆動系に適用す
ると、その増速伝達の確保のために、上記減速分を見越
して駆動プーリｃの直径を必要以上に大きくせねばなら
ず、その配置スペースが大きくなったり、重量が増加し
たりする等の難がある。

また、両プーリ部材g,iは剛体同士の噛合いであるの
で、噛合い時の摩擦によるトルクロスや騒音が増大し、
磨耗による耐久性の低下等の問題もある。しかも、両プ
ーリ部材g,iのギヤf,h部分に異物が混入したときには、
プーリの損傷が生じる虞れもあった。

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目
的は、上記のベルド伝動装置において、回転軸に結合支
持される第１プーリ部材とベルトに噛合連結される第２
プーリ部材とをギヤ機構以外の所定の手段により連結す
るようにすることにより、第１プーリ部材の回転を減速
することなくそのままかつトルクロス、騒音、磨耗等を
低下させつつ伝達でき、しかも異物の混入の悪影響を排
除できるようにし、駆動側のプーリの回転を増速して従
動側のプーリに伝達する駆動系であっても該駆動側のプ
ーリの直径を小さく保って、その配置スペースの縮小化
および軽量化を図ることにある。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明の解決手段は、基
本的に、駆動側のプーリにおける第１および第２プーリ
部材を高張力可撓性部材によって連結する。

具体的には、本発明は、互いに平行な１対の回転軸
と、該回転軸にそれぞれ支持された歯付プーリからなる
駆動および従動プーリと、該両プーリ間に巻き掛けられ
て両回転軸間で動力を伝達するタイミングベルトとを備
えたベルト伝動装置が前提である。

さらに、上記駆動プーリを、回転軸に回転一体に支持
された第１プーリ部材と、該第１プーリ部材の外周に第
１プーリ部材の軸心に対して偏心可能に配置され、外周
に上記タイミングベルトに噛み合う歯部を有する略リン
グ状の第２プーリ部材と、内端が上記第１プーリ部材の
外周に所定角度間隔をあけて連繋され、外端が上記第２
プーリ部材の内周に所定角度間隔をあけて連繋された同
一長さＬの複数本の高張力可撓性部材とを備えた構成と
する。

そして、上記両プーリ部材を連繋する高張力可撓性部
材に緩みを付与するために、該各可撓性部材の長さＬ
は、第１プーリ部材の外径D_Oおよび第２プーリ部材の内
径D_Iに対し、 Ｌ＞（D_I−D_O）/2 … に設定する。

また、上記高張力可撓性部材は、具体的構造としてロ
ープ状またはフィルム状であるのが好ましい。

また、第１および第２プーリ部材が可撓性部材によっ
て連繋されているので、両プーリ部材の配置位置を適正
に保つために、両プーリ部材の一方に他方を受容して両
者の軸方向の相対移動を規制するフランジを設ける。

（作用） 上記の構成により、本発明では、両プーリ部材を連繋
する高張力可撓性部材の長さＬが式の関係に設定され
て、その可撓性部材には緩みが生じている。そして、無
負荷状態ではタイミングベルトの張力が零になり、駆動
プーリにおける両プーリ部材の軸心が最大量偏位する。
この状態から回転軸に駆動力が加わって負荷状態になる
と、その駆動力に応じて上記各プーリと各高張力可撓性
部材との位置関係が連続的に変化し、各可撓性部材が、
両プーリ部材の軸心を通る平面において両回転軸の軸心
同士を結ぶ直線に対しほぼベルト緩み側を横切るとき
に、可撓性部材が緊張状態となり、該可撓性部材を介し
て第１プーリ部材から第２プーリ部材に駆動力が伝達さ
れる。このとき、可撓性部材に伝わる力の分力として、
駆動力と共に、第２プーリ部材を両プーリ部材の軸心を
通る平面に沿ってタイミングベルトの緊張側に移動させ
ようとする力が働き、この力により両プーリ部材の偏心
量が減少方向に変化して、第２プーリ部材がベルトピッ
チ周長を増大させる方向に移動し、これに伴ってベルト
の張り側と緩み側とに常に一定の比率で張力が分配さ
れ、よってベルトのスキップ現象を有効に抑制できるこ
ととなる。そして、ベルトの回行状態では、両プーリ部
材の軸心が略一致し、このことにより駆動プーリはスム
ーズに回転する。

そして、上記両プーリ部材が複数本の高張力可撓性部
材により連結されているので、駆動プーリに対しその回
転軸の回転を1:1の伝達比で伝達でき、駆動プーリの回
転を増速して従動プーリに伝動する場合であっても駆動
プーリを必要以上に大きくせずとも済み、よって駆動プ
ーリの配置スペースを縮小しかつその重量を軽減できる
のである。

また、こうして可撓性部材による連結により両プーリ
部材間で駆動力を伝達するため、ギヤの噛合等により駆
動力を伝達する場合と比べ、摩擦トルクロスや騒音が低
く、磨耗を抑制して耐久性を向上できるとともに、プー
リ部材間に異物が混入したとしてもプーリ部材は損傷を
受け難い。

その場合、上記高張力可撓性部材は、ロープ状または
フィルム状であるので、第１プーリ部材から第２プーリ
部材に駆動力を伝達する機能と、両プーリ部材の軸心を
相対変位させる機能とを良好に満足することが可能であ
る。

また、第１または第２プーリ部材の一方に他方を受容
するフランジを設けると、両プーリ部材が軸心方向に相
対的に位置ずれするのを規制でき、両プーリ部材の配置
位置を確実に適正に保つことができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示し、１
は自転車のフランクペダル（図示せず）に連結された駆
動軸、２は該駆動軸１に平行に配置されて自転車の後車
輪（図示せず）を支持する従動軸であって、上記駆動軸
１には歯付きの駆動プーリ３が回転一体に取り付けら
れ、従動軸２には駆動プーリ３よりも小径で外周に歯部
7aを有する従動プーリ７が駆動回転方向（図で反時計回
り方向）にのみ回転一体に支持されている。そして、こ
の両プーリ3,7間には底面（内周面）に歯部8aを有する
タイミングベルト８が巻き掛けられており、このベルト
８によって駆動軸１から従動軸２に動力を伝達するよう
になされている。

上記駆動プーリ３は、駆動軸１に回転一体に支持され
た外径D_Oを有する第１プーリ部材４と、該第１プーリ部
材４の外周に配置され、第１プーリ部材４を遊嵌合可能
な内径D_Iの中心孔5aを有し、かつ第１プーリ部材４の軸
心O₁すなわち駆動軸１の回転中心に対して偏心可能な軸
心O₂を有する略リング状の第２プーリ部材５と、両プー
リ部材4,5を連繋する16本の高張力可撓性部材6,6,…と
で構成され、上記第２プーリ部材５の外周には上記タイ
ミングベルト８に噛み合う歯部5bが形成されている。

上記高張力可撓性部材6,6,…の内端は第１プーリ部材
４の外周に、外端は第２プーリ部材５の内周（中心孔5a
の周囲）にそれぞれ円周方向に22.5゜の等角度間隔をあ
けて連繋されている。そして、上記各可撓性部材６の長
さＬは、Ｌ＞（D_I−D_O）/2に設定されている。

また、上記各可撓性部材６はロープ状またはフィルム
状であり、ロープ状のものとしてはスチールケーブル、
アラミド繊維、ポリエルテル繊維、ポリアミド繊維等の
高張力可撓性コードが好ましい。また、フィルム状のも
のとしては、金属または合成樹脂製のフィルムが使用さ
れる。また、可撓性部材６は16本以外の複数本に適宜増
減変更することができる。

また、上記駆動および従動軸1,2の軸心O₁,O₃同士を結
ぶ直線l_Aと、該直線l_Aに直交しかつ上記第１プーリ部材
４の軸心O₁を通る直線l_Bとにより区画された緩み側偏心
ゾーンＺに、上記第２プーリ部材５の軸心O₂が所定量偏
心して位置するよう、上記タイミングベルト８の長さが
設定されている。

したがって、上記実施例においては、両プーリ3,7間
で動力伝達が行われない無負荷状態では、第１図に示す
ように、タイミングベルト８の張力が零になり、駆動プ
ーリ３における第２プーリ部材５の軸心O₂が第１プーリ
４の軸心O₁に対し最大量偏心している。

この状態から駆動軸１に駆動力が加わって負荷状態に
なると、第２図に示すように、その駆動力に応じて上記
第２プーリ部材５と各可撓性部材６との位置が連続的に
変化し、各可撓性部材６が、第１および第２プーリ部材
4,5の軸心O₁,O₂を通る平面ｐにおいて駆動および従動軸
1,2の軸心O₁,O₃同士を結ぶ直線l_Aに対しほぼタイミング
ベルト８の緩み側範囲（図で右下側）を横切るときに、
該各可撓性部材６が緊張状態となって、第１プーリ部材
４から該可撓性部材６を介して第２プーリ部材５に駆動
力が伝達される。このとき、可撓性部材６に伝わる力の
分力として、駆動力の他に、第２プーリ部材５を第１お
よび第２プーリ部材4,5の軸心O₁,O₂を通る平面ｐに沿っ
てタイミングベルト８の緊張側に移動させようとする力
が働き、第２プーリ部材５が上記緊張状態となった可撓
部材６により引っ張られて第１プーリ部材４との偏心量
が減少するようにベルト緊張側（ベルトピッチ周長を増
大させる方向）に移動し、これに伴ってタイミングベル
ト８の張り側と緩み側とに常に一定の張力が分配され
る。その結果、タイミングベルト８のスキップ現象を抑
制することができる。

そして、タイミングベルト８の回行状態では、上記両
プーリ部材4,5の軸心O₁,O₂同士が略一致し、このことに
より駆動プーリ３をスムーズに回転させることができ
る。

その場合、上記両プーリ部材4,5が可撓性部材6,6,…
により連結されているので、駆動プーリ３に対しその駆
動軸１の回転を1:1の伝達比で伝達でき、駆動プーリ３
の回転を増速して従動プーリ７に伝動する場合であって
も駆動プーリ３を必要以上に大きくせずとも済み、よっ
て駆動プーリ３の配置スペースを縮小しかつその重量を
も軽減することができる。

また、駆動プーリ３における両プーリ部材4,5が可撓
性部材6,6,…により連結されて駆動力の伝達が行われる
ことから、摩擦トルクロスや騒音が低く抑えられ、磨耗
も少ないとともに、両プーリ部材4,5間に異物が混入し
たとしてもプーリ部材4,5が損傷を受けるのを防止する
ことができる。

また、第１図に示すように、無負荷状態ではタイミン
グベルト８の張力が零であるので、該タイミングベルト
８の装着の際に初張力を与える必要がなく、その装着を
容易に行うことができる。

第３図は本発明の第２実施例を示す。尚、第１図と同
じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省
略する。

すなわち、この実施例では、駆動プーリ３′における
第２プーリ部材５′の前後側面には、第１プーリ部材４
の外径D_Oと略同じ内径の中心孔9aを有する１対のフラン
ジ9,9（一方のみ図示する）が、第２プーリ部材５′の
軸心O₂と同心に配置されて一体に接合されており、両プ
ーリ部材4,5′の軸心O₁,O₂が変位した状態で、このフラ
ンジ間9,9に第１プーリ部材４を第２プーリ部材５′に
対し摺動可能に受容して、両プーリ部材4,5′の軸方向
の相対移動を規制するように構成されている。

したがって、この実施例では、第２プーリ部材５′の
前後１対のフランジ9,9間に第１プーリ部材４が摺動可
能に受容されているので、該フランジ9,9により、両プ
ーリ部材4,5′が軸心方向に位置ずれするのを規制で
き、両プーリ部材4,5′を可撓性部材6,6,…に連繋され
ているにも拘らず適正な配置位置に保つことができる。

また、第４図は第３実施例を示し、この実施例では、
駆動プーリ３″における第１プーリ部材４′の前後側面
に１対のフランジ９′,9′（一方のみ図示する）が一体
に接合されており、両プーリ部材４′,5の軸心O₁,O₂が
変位した状態で、このフランジ９′,9′間に第２プーリ
部材５を第１プーリ部材４′に対し摺動可能に受容する
ようになされている。したがって、この実施例でも上記
第２実施例と同様の作用効果を奏することができる。

尚、以上の各実施例では、自転車の駆動系に適用した
場合であるが、本発明はこの他、高い耐久性の要求され
る各種のベルト伝動装置に対しても適用することができ
る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によると、タイミングベ
ルトにより従動プーリとの間で動力を伝達する駆動プー
リを、その回転軸に回転一体に支持された第１プーリ部
材と、該第１プーリ部材の外周に第１プーリ部材の軸心
に対して偏心可能に配置され、かつ第１プーリ部材に複
数本の高張力可撓性部材を介して連結され、外周にて上
記タイミングベルトに噛み合う第２プーリ部材とで構成
し、第１プーリ部材の駆動力の増大に伴い、第２プーリ
部材の第１プーリ部材に対する偏心量を連続的に減少変
化させるようにしたことにより、第１プーリ部材の回転
を減速することなく1:1の回転比で第２プーリ部材に伝
達でき、駆動プーリの回転を増速して従動プーリに伝達
する駆動系であっても駆動プーリの直径を小さく保ち
得、よって駆動プーリひいてはベルト伝動装置の配置ス
ペースの縮小化おより軽量化を図ることができる。ま
た、両プーリ部材の高張力可撓性部材による連結によ
り、摩擦トルクロスや騒音、磨耗等を低減できるととも
に、両プーリ部材間の駆動力伝達状態での異物混入によ
る損傷を抑制してその耐久性の向上を図ることもでき
る。

また、上記高張力可撓性部材は、ロープ状またはフィ
ルム状とするのが好ましく、第１プーリ部材から第２プ
ーリ部材に駆動力を伝達する機能と、両プーリ部材の軸
心を相対変位させる機能とを良好に満足させることがで
きる。

さらに、第１または第２プーリ部材の一方に他方を受
容するフランジを設けることにより、両プーリ部材の軸
心方向の位置ずれを規制でき、両プーリ部材の配置位置
を適正に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は無負荷状態のベルト伝動装置を示す一部破断正面
図、第２図は同負荷状態を示す一部破断正面図である。
第３図は第２実施例における第１図相当図である。第４
図は第３実施例における第１図相当図である。第５図は
従来例を示す第２図相当図である。 １……駆動軸、２……従動軸、3,3′,3″……駆動プー
リ、4,4′……第１プーリ部材、5,5′……第２プーリ部
材、5a,5′ａ……歯部、６……高張力可撓性部材、７…
…従動プーリ、7a……歯部、８……タイミングベルト、
9,9′……フランジ、O₁……第１プーリ部材の軸心、O₂
……第２プーリ部材の軸心、O₃……従動軸の軸心、ｐ…
…軸心O₁,O₂を通る平面、l_A……軸心O₁,O₃を結ぶ直線、
Ｌ……可撓性部材の長さ、D_O……第１プーリ部材の外
径、D_I……第２プーリ部材の内径。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに平行な１対の回転軸と、該回転軸に
   それぞれ支持された歯付プーリからなる駆動および従動
   プーリと、該両プーリ間に巻き掛けられて両回転軸間で
   動力を伝達するタイミングベルトとを備え、上記駆動プ
   ーリは、回転軸に回転一体に支持された第１プーリ部材
   と、該第１プーリ部材の外周に第１プーリ部材の軸心に
   対して偏心可能に配置され、外周に上記タイミングベル
   トに噛み合う歯部を有する略リング状の第２プーリ部材
   と、内端が上記第１プーリ部材の外周に所定角度間隔を
   あけて連繋され、外端が上記第２プーリ部材の内周に所
   定角度間隔をあけて連繋された同一長さＬの複数本の高
   張力可撓性部材とを備えてなり、上記各高張力可撓性部
   材の長さＬは、第１プーリ部材の外径D_Oおよび第２プー
   リ部材の内径D_Iに対し、 Ｌ＞（D_I−D_O）/2 に設定されていることを特徴とする自動張力調整機構を
   有するベルト伝動装置。
2. 【請求項２】高張力可撓性部材は、ロープ状またはフィ
   ルム状である請求項（１）記載の自動張力調整機構を有
   するベルト伝動装置。
3. 【請求項３】第１または第２プーリ部材の一方に、他方
   を受容して両者の軸方向の相対移動を規制するフランジ
   が設けられている請求項（１）または（２）記載の自動
   張力調整機構を有するベルト伝動装置。