JP3964725B2 - 歯付きベルト伝動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯付きベルトに噛み合うタイミングギヤを小径にしながら歯付きベルトの耐久性を向上させた歯付きベルト伝動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯付きベルトとタイミングギヤとにより動力を伝える歯付きベルト伝動装置としては、例えば、▲１▼特開平１１−１３２２９１号公報「歯付きベルト伝動装置」、▲２▼特許第２９９５０２１号公報 「歯付プーリ群及び歯付プーリ並びにそれを用いた動力伝達装置」が知られている。
【０００３】
上記公報▲１▼の図１には、歯付きベルト４（符号については、同公報に記載されているものを使用した。以下同様。）の歯先１１２及び歯底１１１をそれぞれ１つの円弧で形成するとともに、スプロケットの歯先８０２及び歯底８０１をそれぞれ１つの円弧で形成することで歯付きベルト４の歯底１１１とスプロケットの歯先８０２とを密に嵌合させ、これらの歯底１１１と歯先８０２との相対滑りを抑えて耐摩耗性の低下を防止した歯付きベルト伝動装置が記載されている。
【０００４】
上記公報▲２▼の図１には、歯付プーリＰの歯溝２の溝中心線Ｌｃの両側の歯部側面を凹状円弧形とした１対の圧力面５，５を形成し、これらの圧力面５，５を形成する円弧の曲率中心Ｑ，Ｑを、溝中心線Ｌｃと直交する直線Ｌ上に配置し、この直線Ｌと溝底面３との距離（溝中心線Ｌｃ上の距離である。）を、上記曲率中心ＱがプーリピッチラインＬｐの外方に位置するように設定することで、曲率中心ＱがプーリピッチラインＬｐ上に配置される従来の場合よりも各歯溝２の周方向寸法を小さくできる結果、プーリランド部７の周方向長さを従来よりも大きくしてこのプーリランド部７と、同公報の図２に示す歯付ベルトＢのベルトランド部ｉとの間の面圧の増大を抑え、面圧の増大に起因するベルト摩耗等を抑えて歯付ベルトＢの耐久性を向上させた動力伝達装置が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報▲１▼及び公報▲２▼では共に、歯付きベルト及び歯付プーリ（又はスプロケット）の歯部又は歯溝の形状を改良することで歯付きベルト伝動装置の耐久性を向上させた技術を開示しているが、例えば、上記した公報▲１▼及び公報▲２▼の歯付きベルト伝動装置を外形寸法の小さいエンジンに適用する場合は、小径の歯付プーリ（又はスプロケット）に歯付きベルトを巻き掛けることになり、ベルト自体、特に歯元部を局部的に大きく曲げることになる。また、伸び防止のために、歯付きベルトの周長に沿って無端状の心線を埋め込んだ歯付きベルトでは、心線の曲げが局部的に大きくなる。この結果、歯付きベルトの歯部又は心線の耐久性が低下する。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、歯付きベルト伝動装置を改良することで、歯付きベルトに噛み合うタイミングギヤを小径にしながら歯付きベルトの耐久性を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、心線を埋め込んだ歯付きベルトをタイミングギヤ間に掛け渡すことで動力を伝達する歯付きベルト伝動装置において、タイミングギヤの隣り合う歯部を第１歯部及び第２歯部とし、これらの第１歯部及び第２歯部のそれぞれの歯先と歯面との角部に単一の円弧部を設け、第１歯部の円弧部と第２歯部の円弧部とに接する共通接線を引き、第１歯部の円弧部における歯先側の開始点を通る第１接線を引いたときに、これらの共通接線と第１接線とのなす角度を、歯付きベルトの屈曲の度合を示す屈曲角とし、この屈曲角が６〜１４．４°を満たす形状を有するタイミングギヤを備えることを特徴とする。
【０００８】
共通接線と第１接線とのなす角度を、６〜１４．４°とすることで、歯付きベルトの心線及び歯元の耐久性を向上させて歯付きベルトの耐久性を向上させることができるとともに、タイミングギヤの外径を小さくすることができてエンジンを小型にすることができる。
【０００９】
上記した角度が６°を下回る場合は、タイミングギヤの歯部の影響を受けて歯元の耐久性が低下し、上記した角度が１４．４°を上回る場合は、心線の曲げ応力が増大して心線の耐久性が低下する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る歯付きベルト伝動装置を採用するエンジンの断面図であり、エンジン１０は、上部ケース１１と下部ケース１２との合わせ部にベアリング１３，１４を介してクランクシャフト１５を回転可能に取付け、このクランクシャフト１５にクランクピン１６を介してコンロッド１７をスイング可能に取付け、このコンロッド１７にピストンピン１８を介してピストン２１をスイング可能に取付けるとともに上部ケース１１に設けたシリンダ部２３にピストン２１を移動可能に取付けた小型４サイクルＯＨＣエンジンである。
【００１１】
また、エンジン１０は、上部ケース１１の上部に、吸気バルブ及び排気バルブを開閉するためのカムを形成したカムシャフト（不図示）を取付け、一方、クランクシャフト１５に駆動側タイミングギヤ２６を取付け、この駆動側タイミングギヤ２６に歯付きベルト２７の下部を掛け、この歯付きベルト２７の上部を被動側タイミングギヤ２８に掛け、この被動側タイミングギヤ２８を上記カムシャフトに連結したものである。
【００１２】
ここで、３３は点火プラグ、３４はプラグキャップ、３５はハイテンションコード、３６はリコイルスタータ、３７はリコイルスタータ用ノブ、３８は燃料タンク、４１は上部カバー、４２は被動側タイミングギヤ２８の回転軸となる支軸、４３はヘッドカバーである。
【００１３】
図２は図１の２−２線断面図であり、小径の駆動側タイミングギヤ２６と被動側タイミングギヤ２８とに歯付きベルト２７を掛け渡したことを示す。
上記した駆動側タイミングギヤ２６、歯付きベルト２７及び被動側タイミングギヤ２８は、歯付きベルト伝動装置５０を構成する部材である。
【００１４】
駆動側タイミングギヤ２６と被動側タイミングギヤ２８とは、歯数が所定の比率であるため、駆動側タイミングギヤ２６を小径にすれば、被動側タイミングギヤ２８も小径とすることができる。このように、駆動側タイミングギヤ２６及び被動側タイミングギヤ２８をそれぞれ小径にすることで、歯付きベルト伝動装置５０を収納する収納部５１を小さくすることができ、ひいてはエンジン１０を小型にすることができる。
【００１５】
図３は本発明に係る歯付きベルトの斜視図（一部断面図）であり、歯付きベルト２７は、平ベルト部に歯部を一体成形したゴム製のベルト本体５３と、このベルト本体５３に埋め込むことで伸びに対する抵抗力を得るためのグラスファイバー製の心線５４・・・（・・・は複数個を示す。以下同様。）と、ベルト本体５３の表面に張り付けることで耐摩耗性を得る歯布５６とからなる。
【００１６】
図４は本発明に係る歯付きベルト伝動装置の歯付きベルトの屈曲角を説明する模式図である。
歯付きベルトの耐久性は、主に心線及び歯部の耐久性によって決まり、これら心線及び歯部の耐久性には歯付きベルトの屈曲の度合いが大きく影響する。本発明では、上記の歯付きベルトの屈曲の度合いを、タイミングギヤの形状から求めた屈曲角として定義した。以下に屈曲角について説明する。
【００１７】
タイミングギヤ２６（ここでは、図２に示した駆動側タイミングギヤ２６を単に「タイミングギヤ２６」と記す。）の第１歯部６１の歯先６２の半径をＲ１、歯先６２及び後述する歯面に接する円弧部６３の半径をＲ２、この円弧部６３に接するとともに歯底６４を通る円弧部６５の半径をＲ３、第１歯部６１に隣り合う第２歯部６６（この第２歯部６６は第１歯部６１と同形状であるが、ここでは便宜上区別した。）の歯先６７及び円弧部６５に接する円弧部６８の半径をＲ２とする。なお、７１，７１は円弧部６３及び円弧部６８に隣接するとともに円弧部６５の一部を構成する歯面である。
【００１８】
また、歯先６２と円弧部６３との接点を変曲点７３（即ち、円弧部６３における歯先６２側の開始点である。）、この変曲点７３を通る接線を第１接線としての歯先側接線７４、第１歯部６１の円弧部６３と第２歯部６６の円弧部６８との両方に接する接線を共通接線７５、この共通接線７５の円弧部６３上の接点を第１接点７７、共通接線７５の円弧部６８上の接点を第２接点７８とする。
上記した歯先側接線７４と共通接線７５とのなす角を屈曲角αとする。
【００１９】
歯付きベルト２７は、タイミングギヤ２６の歯先６２及び円弧部６３に倣うようにして巻き付くため、心線５４は点８１と点８２との範囲にて屈曲角αで折れ曲がる。（点８１は、変曲点７３における歯先側接線７４の法線８３と心線５６との交点、点８２は、第１接点７７における共通接線７５の法線８４と心線５６との交点である。）
【００２０】
屈曲角αに関係する因子としては、タイミングギヤ２６の外径（即ち、歯先円直径である。）、歯数がある。
例えば、歯部６１，６６の外形寸法を一定とした場合に、タイミングギヤ２６の外径を大きくすると、歯数が多くなり、歯付きベルト２７はより多角形的に巻き付くため、多角形ほどその外角が小さくなるのと同様に、屈曲角αはより小さくなる。また、タイミングギヤ２６の外径を小さくすると、歯数が少なくなり、屈曲角αは大きくなる。
【００２１】
即ち、図４において、屈曲角αを大きくすれば、心線５４は大きく屈曲するために心線５４に発生する応力が大きくなって耐久性が低下する。
また、屈曲角αを小さくすれば、心線５４の屈曲は小さくなって心線５４の応力は小さくなり、耐久性は向上する。
【００２２】
ところが、屈曲角αが小さい場合、図４において、歯付きベルト２７がタイミングギヤ２６の歯先６２及び円弧部６３に倣うように巻き付く際に、タイミングギヤ２６の歯先６２と円弧部６３との接点である変曲点７３と、第１歯部６１の円弧部６３と第２歯部６６の円弧部６８との両方に接する共通接線７５の円弧部６３上の第１接点７７との間で、歯付きベルト２７の内面には最も応力が集中する。
【００２３】
即ち、タイミングギヤ２６の歯先６２と円弧部６３との変曲点７３と、第１歯部６１の円弧部６３と第２歯部６６の円弧部６８との両方に接する共通接線７５の円弧部６３上の第１接点７７との距離は、屈曲角αが小さくなるほど減少するために、歯付きベルト２７の歯布の摩耗が進展しやすくなり、歯付きベルト２７の歯元部の強度低下によって耐久性は低下する。
【００２４】
以上のことから、タイミングギヤの外径を小さくした場合に心線の曲げ応力が大きくならないように屈曲角αの上限を求め、しかも、歯元の疲労強度を確保するように屈曲角αの下限を求めるため、屈曲角αを基にして歯付きベルトの疲労耐久テストを実施した。
この疲労耐久テストで得られた結果を次に説明する。まず、心線についての疲労強度の結果を表１で説明する。
【００２５】
【表１】
【００２６】
表１は、歯付きベルトの屈曲角αを変化させたときの心線の疲労強度の評価結果を、試料としての実施例１〜実施例６及び比較例１、比較例２で説明するものである。
疲労耐久テストは、駆動側タイミングギヤと被動側タイミングギヤとに歯付きベルトを掛け渡して、駆動側タイミングギヤを所定回転数にて回転させることで歯付きベルト、詳しくは心線及び歯元に繰り返し曲げによる応力振幅を与えるものであり、心線及び歯元が破損（クラック発生も含む）する時間（実耐久時間）の基準の耐久時間に対する割合を算出して寿命比とし、心線の寿命比と歯元の寿命比で歯付きベルトの耐久性を判断する（心線の寿命比＝心線が破損した時間÷基準の耐久時間、歯元の寿命比＝歯元が破損した時間÷基準の耐久時間である。）。表１では心線の寿命比について説明し、後述する表２では歯元の寿命比について説明する。
【００２７】
テストに用いた歯付きベルトの心線仕様は以下に示す通りである。
・心線仕様
材質：グラスファイバー
線径：０．５ｍｍ
本数：７本
【００２８】
次に各試料の結果を説明する。
比較例１：屈曲角α＝４．０°
歯付きベルトの心線の寿命比は１．４８となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００２９】
実施例１：屈曲角α＝６．０°
歯付きベルトの心線の寿命比は１．４９となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００３０】
実施例２：屈曲角α＝８．０°
歯付きベルトの心線の寿命比は１．４２となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００３１】
実施例３：屈曲角α＝８．９°
歯付きベルトの心線の寿命比は１．４１となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００３２】
実施例４：屈曲角α＝１０．０°
歯付きベルトの心線の寿命比は１．３９となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００３３】
実施例５：屈曲角α＝１２．０°
歯付きベルトの心線の寿命比は１．３０となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００３４】
実施例６：屈曲角α＝１４．４°
歯付きベルトの心線の寿命比は１．０２となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００３５】
比較例２：屈曲角α＝１６．０°
歯付きベルトの心線の寿命比は０．５６となり、１．００未満であるから、判定は×（不合格）である。
【００３６】
次に、歯元についての疲労強度の結果を表２で説明する。
【００３７】
【表２】
【００３８】
表２は、歯付きベルトの屈曲角αを変化させたときの歯元の疲労強度の評価結果を、試料としての実施例１１〜実施例１６及び比較例１１で説明するものである。
歯付きベルトの歯元用のテスト仕様は、表１に示した実施例１〜実施例６、比較例１、比較例２に対して心線の疲労強度を向上させ、心線の破損によってテストが中断する等の影響を無くした。（なお、心線の他は表１の仕様と同一。）
・心線仕様
材質：グラスファイバー
線径：０．４ｍｍ
本数：１１本
【００３９】
次に各試料の結果を説明する。
比較例１１：屈曲角α＝４．０°
歯付きベルトの歯元の寿命比は０．８０となり、１．００未満であるから、判定は×（不合格）である。
【００４０】
実施例１１：屈曲角α＝６．０°
歯付きベルトの歯元の寿命比は１．０１となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００４１】
実施例１２：屈曲角α＝８．０°
歯付きベルトの歯元の寿命比は１．１７となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００４２】
実施例１３：屈曲角α＝８．９°
歯付きベルトの歯元の寿命比は１．１８となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００４３】
実施例１４：屈曲角α＝１０．０°
歯付きベルトの歯元の寿命比は１．２８となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００４４】
実施例１５：屈曲角α＝１２．０°
歯付きベルトの歯元の寿命比は１．３５となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００４５】
実施例１６：屈曲角α＝１４．４°
歯付きベルトの歯元の寿命比は１．４３となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００４６】
以上の結果をグラフに表すと次のようになる。
図５は本発明に係る歯付きベルトの疲労耐久テスト結果を示すグラフであり、縦軸は寿命比、横軸は屈曲角α（°）を表す。なお、グラフ中の実線及び黒丸印は心線の寿命比、破線及び白丸印は歯元の寿命比を示す。
心線の寿命比は、屈曲角αが大きくなるにつれて低下する傾向にあり、屈曲角αが１４．４を越えると１．００を下回る。
【００４７】
また、歯元の寿命比は、屈曲角αが大きくなるにつれて増加する傾向にあり、屈曲角αが６．０以上では寿命比は１．００を越える。
以上より、６．０≦α≦１４．４で歯付きベルトの耐久性はＯＫ（合格）となる。即ち、上記屈曲角αを満たす形状を有するタイミングギヤを得ることができた。
【００４８】
例えば、α＝１４．４°となるタイミングギヤは、歯先円直径が１９．３ｍｍ、歯数が１０であり、このようにタイミングギヤを小径にすれば、この小径化に伴って歯付きベルトの全長が短くなり、小径のタイミングギヤ及び短い歯付きベルトによってエンジンを小型にすることができる。
【００４９】
以上の図２、図４及び図５で説明したように、本発明は、心線５４を埋め込んだ歯付きベルト２７を駆動側タイミングギヤ２６、被動側タイミングギヤ２８間に掛け渡すことで動力を伝達する歯付きベルト伝動装置５０において、各タイミングギヤ２６，２８の隣り合う歯部を第１歯部６１及び第２歯部６６とし、これらの第１歯部６１及び第２歯部６６のそれぞれの歯先６２，６７と歯面７１との角部に円弧部６３，６８を設け、第１歯部６１の円弧部６３と第２歯部６６の円弧部６８とに接する共通接線７５を引き、第１歯部６１の円弧部６３における歯先６２側の開始点、即ち変曲点７３を通る歯先側接線７４を引いたときに、これらの共通接線７５と歯先側接線７４とのなす角度、即ち屈曲角αを、６〜１４．４°としたことを特徴とする。
【００５０】
共通接線７５と歯先側接線７４とのなす屈曲角αを、６〜１４．４°とすることで、歯付きベルト２７の心線５４及び歯元９３の耐久性を向上させることで歯付きベルト２７の耐久性を向上させることができるとともに、タイミングギヤ２６の外径を小さくすることができてエンジン１０を小型にすることができる。
【００５１】
上記した角度が６°を下回る場合は、歯付きベルト２７の歯元９３がタイミングギヤ２６の第１歯部６１、第２歯部６６の影響を受けて歯元９３の耐久性が低下し、上記した角度が１４．４°を上回る場合は、心線５４の曲げ応力が増大して心線５４の耐久性が低下する。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の歯付きベルト伝動装置は、タイミングギヤの隣り合う歯部を第１歯部及び第２歯部とし、これらの第１歯部及び第２歯部のそれぞれの歯先と歯面との角部に単一の円弧部を設け、第１歯部の円弧部と第２歯部の円弧部とに接する共通接線を引き、第１の歯部の円弧部における歯先側の開始点を通る第１接線を引いたときに、これらの共通接線と第１接線とのなす角度を、歯付きベルトの屈曲の度合を示す屈曲角とし、この屈曲角が６〜１４．４°を満たす形状を有するタイミングギヤを備えるので、歯付きベルトの心線及び歯元の耐久性を向上させることにより歯付きベルトの耐久性を向上させることができるとともに、タイミングギヤの外径を小さくすることができてエンジンを小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る歯付きベルト伝動装置を採用するエンジンの断面図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】本発明に係る歯付きベルトの斜視図（一部断面図）
【図４】本発明に係る歯付きベルト伝動装置の歯付きベルトの屈曲角を説明する模式図
【図５】本発明に係る歯付きベルトの疲労耐久テスト結果を示すグラフ
【符号の説明】
２６，２８…タイミングギヤ（駆動側タイミングギヤ、被動側タイミングギヤ）、２７…歯付きベルト、５０…歯付きベルト伝動装置、５４…心線、６１…第１歯部、６２…歯先、６３，６８…円弧部、６６…第２歯部、７１…歯面、７３…円弧部における歯先側の開始点（変曲点）、７４…第１接線（歯先側接線）、７５…共通接線、α…共通接線と第１接線とのなす角度（屈曲角）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯付きベルトに噛み合うタイミングギヤを小径にしながら歯付きベルトの耐久性を向上させた歯付きベルト伝動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯付きベルトとタイミングギヤとにより動力を伝える歯付きベルト伝動装置としては、例えば、▲１▼特開平１１−１３２２９１号公報「歯付きベルト伝動装置」、▲２▼特許第２９９５０２１号公報 「歯付プーリ群及び歯付プーリ並びにそれを用いた動力伝達装置」が知られている。
【０００３】
上記公報▲１▼の図１には、歯付きベルト４（符号については、同公報に記載されているものを使用した。以下同様。）の歯先１１２及び歯底１１１をそれぞれ１つの円弧で形成するとともに、スプロケットの歯先８０２及び歯底８０１をそれぞれ１つの円弧で形成することで歯付きベルト４の歯底１１１とスプロケットの歯先８０２とを密に嵌合させ、これらの歯底１１１と歯先８０２との相対滑りを抑えて耐摩耗性の低下を防止した歯付きベルト伝動装置が記載されている。
【０００４】
上記公報▲２▼の図１には、歯付プーリＰの歯溝２の溝中心線Ｌｃの両側の歯部側面を凹状円弧形とした１対の圧力面５，５を形成し、これらの圧力面５，５を形成する円弧の曲率中心Ｑ，Ｑを、溝中心線Ｌｃと直交する直線Ｌ上に配置し、この直線Ｌと溝底面３との距離（溝中心線Ｌｃ上の距離である。）を、上記曲率中心ＱがプーリピッチラインＬｐの外方に位置するように設定することで、曲率中心ＱがプーリピッチラインＬｐ上に配置される従来の場合よりも各歯溝２の周方向寸法を小さくできる結果、プーリランド部７の周方向長さを従来よりも大きくしてこのプーリランド部７と、同公報の図２に示す歯付ベルトＢのベルトランド部ｉとの間の面圧の増大を抑え、面圧の増大に起因するベルト摩耗等を抑えて歯付ベルトＢの耐久性を向上させた動力伝達装置が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報▲１▼及び公報▲２▼では共に、歯付きベルト及び歯付プーリ（又はスプロケット）の歯部又は歯溝の形状を改良することで歯付きベルト伝動装置の耐久性を向上させた技術を開示しているが、例えば、上記した公報▲１▼及び公報▲２▼の歯付きベルト伝動装置を外形寸法の小さいエンジンに適用する場合は、小径の歯付プーリ（又はスプロケット）に歯付きベルトを巻き掛けることになり、ベルト自体、特に歯元部を局部的に大きく曲げることになる。また、伸び防止のために、歯付きベルトの周長に沿って無端状の心線を埋め込んだ歯付きベルトでは、心線の曲げが局部的に大きくなる。この結果、歯付きベルトの歯部又は心線の耐久性が低下する。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、歯付きベルト伝動装置を改良することで、歯付きベルトに噛み合うタイミングギヤを小径にしながら歯付きベルトの耐久性を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、心線を埋め込んだ歯付きベルトをタイミングギヤ間に掛け渡すことで動力を伝達する歯付きベルト伝動装置において、タイミングギヤの隣り合う歯部を第１歯部及び第２歯部とし、これらの第１歯部及び第２歯部のそれぞれの歯先と歯面との角部に単一の円弧部を設け、第１歯部の円弧部と第２歯部の円弧部とに接する共通接線を引き、第１歯部の円弧部における歯先側の開始点を通る第１接線を引いたときに、これらの共通接線と第１接線とのなす角度を、歯付きベルトの屈曲の度合を示す屈曲角とし、この屈曲角が６〜１４．４°を満たす形状を有するタイミングギヤを備えることを特徴とする。
【０００８】
共通接線と第１接線とのなす角度を、６〜１４．４°とすることで、歯付きベルトの心線及び歯元の耐久性を向上させて歯付きベルトの耐久性を向上させることができるとともに、タイミングギヤの外径を小さくすることができてエンジンを小型にすることができる。
【０００９】
上記した角度が６°を下回る場合は、タイミングギヤの歯部の影響を受けて歯元の耐久性が低下し、上記した角度が１４．４°を上回る場合は、心線の曲げ応力が増大して心線の耐久性が低下する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る歯付きベルト伝動装置を採用するエンジンの断面図であり、エンジン１０は、上部ケース１１と下部ケース１２との合わせ部にベアリング１３，１４を介してクランクシャフト１５を回転可能に取付け、このクランクシャフト１５にクランクピン１６を介してコンロッド１７をスイング可能に取付け、このコンロッド１７にピストンピン１８を介してピストン２１をスイング可能に取付けるとともに上部ケース１１に設けたシリンダ部２３にピストン２１を移動可能に取付けた小型４サイクルＯＨＣエンジンである。
【００１１】
また、エンジン１０は、上部ケース１１の上部に、吸気バルブ及び排気バルブを開閉するためのカムを形成したカムシャフト（不図示）を取付け、一方、クランクシャフト１５に駆動側タイミングギヤ２６を取付け、この駆動側タイミングギヤ２６に歯付きベルト２７の下部を掛け、この歯付きベルト２７の上部を被動側タイミングギヤ２８に掛け、この被動側タイミングギヤ２８を上記カムシャフトに連結したものである。
【００１２】
ここで、３３は点火プラグ、３４はプラグキャップ、３５はハイテンションコード、３６はリコイルスタータ、３７はリコイルスタータ用ノブ、３８は燃料タンク、４１は上部カバー、４２は被動側タイミングギヤ２８の回転軸となる支軸、４３はヘッドカバーである。
【００１３】
図２は図１の２−２線断面図であり、小径の駆動側タイミングギヤ２６と被動側タイミングギヤ２８とに歯付きベルト２７を掛け渡したことを示す。
上記した駆動側タイミングギヤ２６、歯付きベルト２７及び被動側タイミングギヤ２８は、歯付きベルト伝動装置５０を構成する部材である。
【００１４】
駆動側タイミングギヤ２６と被動側タイミングギヤ２８とは、歯数が所定の比率であるため、駆動側タイミングギヤ２６を小径にすれば、被動側タイミングギヤ２８も小径とすることができる。このように、駆動側タイミングギヤ２６及び被動側タイミングギヤ２８をそれぞれ小径にすることで、歯付きベルト伝動装置５０を収納する収納部５１を小さくすることができ、ひいてはエンジン１０を小型にすることができる。
【００１５】
図３は本発明に係る歯付きベルトの斜視図（一部断面図）であり、歯付きベルト２７は、平ベルト部に歯部を一体成形したゴム製のベルト本体５３と、このベルト本体５３に埋め込むことで伸びに対する抵抗力を得るためのグラスファイバー製の心線５４・・・（・・・は複数個を示す。以下同様。）と、ベルト本体５３の表面に張り付けることで耐摩耗性を得る歯布５６とからなる。
【００１６】
図４は本発明に係る歯付きベルト伝動装置の歯付きベルトの屈曲角を説明する模式図である。
歯付きベルトの耐久性は、主に心線及び歯部の耐久性によって決まり、これら心線及び歯部の耐久性には歯付きベルトの屈曲の度合いが大きく影響する。本発明では、上記の歯付きベルトの屈曲の度合いを、タイミングギヤの形状から求めた屈曲角として定義した。以下に屈曲角について説明する。
【００１７】
タイミングギヤ２６（ここでは、図２に示した駆動側タイミングギヤ２６を単に「タイミングギヤ２６」と記す。）の第１歯部６１の歯先６２の半径をＲ１、歯先６２及び後述する歯面に接する円弧部６３の半径をＲ２、この円弧部６３に接するとともに歯底６４を通る円弧部６５の半径をＲ３、第１歯部６１に隣り合う第２歯部６６（この第２歯部６６は第１歯部６１と同形状であるが、ここでは便宜上区別した。）の歯先６７及び円弧部６５に接する円弧部６８の半径をＲ２とする。なお、７１，７１は円弧部６３及び円弧部６８に隣接するとともに円弧部６５の一部を構成する歯面である。
【００１８】
また、歯先６２と円弧部６３との接点を変曲点７３（即ち、円弧部６３における歯先６２側の開始点である。）、この変曲点７３を通る接線を第１接線としての歯先側接線７４、第１歯部６１の円弧部６３と第２歯部６６の円弧部６８との両方に接する接線を共通接線７５、この共通接線７５の円弧部６３上の接点を第１接点７７、共通接線７５の円弧部６８上の接点を第２接点７８とする。
上記した歯先側接線７４と共通接線７５とのなす角を屈曲角αとする。
【００１９】
歯付きベルト２７は、タイミングギヤ２６の歯先６２及び円弧部６３に倣うようにして巻き付くため、心線５４は点８１と点８２との範囲にて屈曲角αで折れ曲がる。（点８１は、変曲点７３における歯先側接線７４の法線８３と心線５６との交点、点８２は、第１接点７７における共通接線７５の法線８４と心線５６との交点である。）
【００２０】
屈曲角αに関係する因子としては、タイミングギヤ２６の外径（即ち、歯先円直径である。）、歯数がある。
例えば、歯部６１，６６の外形寸法を一定とした場合に、タイミングギヤ２６の外径を大きくすると、歯数が多くなり、歯付きベルト２７はより多角形的に巻き付くため、多角形ほどその外角が小さくなるのと同様に、屈曲角αはより小さくなる。また、タイミングギヤ２６の外径を小さくすると、歯数が少なくなり、屈曲角αは大きくなる。
【００２１】
即ち、図４において、屈曲角αを大きくすれば、心線５４は大きく屈曲するために心線５４に発生する応力が大きくなって耐久性が低下する。
また、屈曲角αを小さくすれば、心線５４の屈曲は小さくなって心線５４の応力は小さくなり、耐久性は向上する。
【００２２】
ところが、屈曲角αが小さい場合、図４において、歯付きベルト２７がタイミングギヤ２６の歯先６２及び円弧部６３に倣うように巻き付く際に、タイミングギヤ２６の歯先６２と円弧部６３との接点である変曲点７３と、第１歯部６１の円弧部６３と第２歯部６６の円弧部６８との両方に接する共通接線７５の円弧部６３上の第１接点７７との間で、歯付きベルト２７の内面には最も応力が集中する。
【００２３】
即ち、タイミングギヤ２６の歯先６２と円弧部６３との変曲点７３と、第１歯部６１の円弧部６３と第２歯部６６の円弧部６８との両方に接する共通接線７５の円弧部６３上の第１接点７７との距離は、屈曲角αが小さくなるほど減少するために、歯付きベルト２７の歯布の摩耗が進展しやすくなり、歯付きベルト２７の歯元部の強度低下によって耐久性は低下する。
【００２４】
以上のことから、タイミングギヤの外径を小さくした場合に心線の曲げ応力が大きくならないように屈曲角αの上限を求め、しかも、歯元の疲労強度を確保するように屈曲角αの下限を求めるため、屈曲角αを基にして歯付きベルトの疲労耐久テストを実施した。
この疲労耐久テストで得られた結果を次に説明する。まず、心線についての疲労強度の結果を表１で説明する。
【００２５】
【表１】
表１は、歯付きベルトの屈曲角αを変化させたときの心線の疲労強度の評価結果を、試料としての実施例１〜実施例６及び比較例１、比較例２で説明するものである。
疲労耐久テストは、駆動側タイミングギヤと被動側タイミングギヤとに歯付きベルトを掛け渡して、駆動側タイミングギヤを所定回転数にて回転させることで歯付きベルト、詳しくは心線及び歯元に繰り返し曲げによる応力振幅を与えるものであり、心線及び歯元が破損（クラック発生も含む）する時間（実耐久時間）の基準の耐久時間に対する割合を算出して寿命比とし、心線の寿命比と歯元の寿命比で歯付きベルトの耐久性を判断する（心線の寿命比＝心線が破損した時間÷基準の耐久時間、歯元の寿命比＝歯元が破損した時間÷基準の耐久時間である。）。表１では心線の寿命比について説明し、後述する表２では歯元の寿命比について説明する。
【００２７】
テストに用いた歯付きベルトの心線仕様は以下に示す通りである。
・心線仕様
材質：グラスファイバー
線径：０．５ｍｍ
本数：７本
【００２８】
次に各試料の結果を説明する。
比較例１：屈曲角α＝４．０°
歯付きベルトの心線の寿命比は１．４８となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００２９】
実施例１：屈曲角α＝６．０°
歯付きベルトの心線の寿命比は１．４９となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００３０】
実施例２：屈曲角α＝８．０°
歯付きベルトの心線の寿命比は１．４２となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００３１】
実施例３：屈曲角α＝８．９°
歯付きベルトの心線の寿命比は１．４１となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００３２】
実施例４：屈曲角α＝１０．０°
歯付きベルトの心線の寿命比は１．３９となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００３３】
実施例５：屈曲角α＝１２．０°
歯付きベルトの心線の寿命比は１．３０となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００３４】
実施例６：屈曲角α＝１４．４°
歯付きベルトの心線の寿命比は１．０２となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００３５】
比較例２：屈曲角α＝１６．０°
歯付きベルトの心線の寿命比は０．５６となり、１．００未満であるから、判定は×（不合格）である。
【００３６】
次に、歯元についての疲労強度の結果を表２で説明する。
【００３７】
【表２】
表２は、歯付きベルトの屈曲角αを変化させたときの歯元の疲労強度の評価結果を、試料としての実施例１１〜実施例１６及び比較例１１で説明するものである。
歯付きベルトの歯元用のテスト仕様は、表１に示した実施例１〜実施例６、比較例１、比較例２に対して心線の疲労強度を向上させ、心線の破損によってテストが中断する等の影響を無くした。（なお、心線の他は表１の仕様と同一。）
・心線仕様
材質：グラスファイバー
線径：０．４ｍｍ
本数：１１本
【００３９】
次に各試料の結果を説明する。
比較例１１：屈曲角α＝４．０°
歯付きベルトの歯元の寿命比は０．８０となり、１．００未満であるから、判定は×（不合格）である。
【００４０】
実施例１１：屈曲角α＝６．０°
歯付きベルトの歯元の寿命比は１．０１となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００４１】
実施例１２：屈曲角α＝８．０°
歯付きベルトの歯元の寿命比は１．１７となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００４２】
実施例１３：屈曲角α＝８．９°
歯付きベルトの歯元の寿命比は１．１８となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００４３】
実施例１４：屈曲角α＝１０．０°
歯付きベルトの歯元の寿命比は１．２８となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００４４】
実施例１５：屈曲角α＝１２．０°
歯付きベルトの歯元の寿命比は１．３５となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００４５】
実施例１６：屈曲角α＝１４．４°
歯付きベルトの歯元の寿命比は１．４３となり、１．００以上であるから、判定は○（合格）である。
【００４６】
以上の結果をグラフに表すと次のようになる。
図５は本発明に係る歯付きベルトの疲労耐久テスト結果を示すグラフであり、縦軸は寿命比、横軸は屈曲角α（°）を表す。なお、グラフ中の実線及び黒丸印は心線の寿命比、破線及び白丸印は歯元の寿命比を示す。
心線の寿命比は、屈曲角αが大きくなるにつれて低下する傾向にあり、屈曲角αが１４．４を越えると１．００を下回る。
【００４７】
また、歯元の寿命比は、屈曲角αが大きくなるにつれて増加する傾向にあり、屈曲角αが６．０以上では寿命比は１．００を越える。
以上より、６．０≦α≦１４．４で歯付きベルトの耐久性はＯＫ（合格）となる。即ち、上記屈曲角αを満たす形状を有するタイミングギヤを得ることができた。
【００４８】
例えば、α＝１４．４°となるタイミングギヤは、歯先円直径が１９．３ｍｍ、歯数が１０であり、このようにタイミングギヤを小径にすれば、この小径化に伴って歯付きベルトの全長が短くなり、小径のタイミングギヤ及び短い歯付きベルトによってエンジンを小型にすることができる。
【００４９】
以上の図２、図４及び図５で説明したように、本発明は、心線５４を埋め込んだ歯付きベルト２７を駆動側タイミングギヤ２６、被動側タイミングギヤ２８間に掛け渡すことで動力を伝達する歯付きベルト伝動装置５０において、各タイミングギヤ２６，２８の隣り合う歯部を第１歯部６１及び第２歯部６６とし、これらの第１歯部６１及び第２歯部６６のそれぞれの歯先６２，６７と歯面７１との角部に円弧部６３，６８を設け、第１歯部６１の円弧部６３と第２歯部６６の円弧部６８とに接する共通接線７５を引き、第１歯部６１の円弧部６３における歯先６２側の開始点、即ち変曲点７３を通る歯先側接線７４を引いたときに、これらの共通接線７５と歯先側接線７４とのなす角度、即ち屈曲角αを、６〜１４．４°としたことを特徴とする。
【００５０】
共通接線７５と歯先側接線７４とのなす屈曲角αを、６〜１４．４°とすることで、歯付きベルト２７の心線５４及び歯元９３の耐久性を向上させることで歯付きベルト２７の耐久性を向上させることができるとともに、タイミングギヤ２６の外径を小さくすることができてエンジン１０を小型にすることができる。
【００５１】
上記した角度が６°を下回る場合は、歯付きベルト２７の歯元９３がタイミングギヤ２６の第１歯部６１、第２歯部６６の影響を受けて歯元９３の耐久性が低下し、上記した角度が１４．４°を上回る場合は、心線５４の曲げ応力が増大して心線５４の耐久性が低下する。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の歯付きベルト伝動装置は、タイミングギヤの隣り合う歯部を第１歯部及び第２歯部とし、これらの第１歯部及び第２歯部のそれぞれの歯先と歯面との角部に単一の円弧部を設け、第１歯部の円弧部と第２歯部の円弧部とに接する共通接線を引き、第１の歯部の円弧部における歯先側の開始点を通る第１接線を引いたときに、これらの共通接線と第１接線とのなす角度を、歯付きベルトの屈曲の度合を示す屈曲角とし、この屈曲角が６〜１４．４°を満たす形状を有するタイミングギヤを備えるので、歯付きベルトの心線及び歯元の耐久性を向上させることにより歯付きベルトの耐久性を向上させることができるとともに、タイミングギヤの外径を小さくすることができてエンジンを小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る歯付きベルト伝動装置を採用するエンジンの断面図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】本発明に係る歯付きベルトの斜視図（一部断面図）
【図４】本発明に係る歯付きベルト伝動装置の歯付きベルトの屈曲角を説明する模式図
【図５】本発明に係る歯付きベルトの疲労耐久テスト結果を示すグラフ
【符号の説明】
２６，２８…タイミングギヤ（駆動側タイミングギヤ、被動側タイミングギヤ）、２７…歯付きベルト、５０…歯付きベルト伝動装置、５４…心線、６１…第１歯部、６２…歯先、６３，６８…円弧部、６６…第２歯部、７１…歯面、７３…円弧部における歯先側の開始点（変曲点）、７４…第１接線（歯先側接線）、７５…共通接線、α…共通接線と第１接線とのなす角度（屈曲角）。
Claims (1)
- 心線を埋め込んだ歯付きベルトをタイミングギヤ間に掛け渡すことで動力を伝達する歯付きベルト伝動装置において、
前記タイミングギヤの隣り合う歯部を第１歯部及び第２歯部とし、これらの第１歯部及び第２歯部のそれぞれの歯先と歯面との角部に単一の円弧部を設け、第１歯部の円弧部と第２歯部の円弧部とに接する共通接線を引き、第１歯部の円弧部における歯先側の開始点を通る第１接線を引いたときに、これらの共通接線と第１接線とのなす角度を、前記歯付きベルトの屈曲の度合を示す屈曲角とし、この屈曲角が６〜１４．４°を満たす形状を有する前記タイミングギヤを備えることを特徴とする歯付きベルト伝動装置。
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