JP4010551B2 - ハス歯ベルト伝動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハス歯ベルト伝動装置に関し、特に高負荷又は高速回転で駆動されるベルト伝動装置に用いられるハス歯プーリとハス歯ベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベルト伝動装置において直歯を用いると、大きな騒音や振動が発生するという問題がある。これらの問題を解決する方法として、例えばハス歯を用いたベルト伝動装置が知られている（特許文献１参照）。しかし、例えば減速機などのように高負荷、高速回転（例えば１５００ｒｐｍ〜４５００ｒｐｍ）で駆動される動力伝達装置では、ハス歯を用いても必ずしも騒音及び振動を効果的に低減できない。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３３０８５３号公報（特許請求の範囲、第３Ｂ図等参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、高負荷又は高速回転で駆動されるハス歯ベルト伝動装置において、騒音及び振動を低減することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のハス歯ベルト伝動装置は、ハス歯ベルトとハス歯プーリとの噛合わせにより駆動力を伝達するハス歯ベルト伝動装置であって、歯ピッチＰｔ、歯筋角度θ、ハス歯ベルトのベルト幅Ｗとするとき、歯筋角度θが、−０．２≦１−Ｗ・ｔａｎθ／Ｐｔ≦０．７５の範囲にあるとともに、ハス歯ベルトとハス歯プーリとの間のバックラッシが歯ピッチＰｔの１．６％〜３％であることを特徴としている。
【０００７】
本発明のハス歯ベルト伝動装置は、ハス歯ベルトとハス歯プーリとの噛合わせにより駆動力を伝達するハス歯ベルト伝動装置であって、歯ピッチＰｔ、歯筋角度θ、ハス歯ベルトのベルト幅Ｗとするとき、歯筋角度θが、１−Ｗ・ｔａｎθ／Ｐｔ≦０の範囲にあるとともに、ハス歯ベルトの圧縮率が１．５％〜５％であることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１、図２を参照して、ハス歯を用いたベルト伝動装置におけるベルトの挙動および騒音、振動の発生について説明する。
【０００９】
図１は、ハス歯プーリに装着された無端ハス歯ベルトの配置をベルト背面側から模式的に示した図である。図に示されるようにハス歯ベルト１０はそれぞれ軸Ｌ１、Ｌ２の周りに回転可能な１組のハス歯プーリ２０、３０に掛け回される。例えばハス歯プーリ３０は原動プーリであり、ハス歯プーリ３０の回転力は、ハス歯ベルト１０を介して従動プーリ２０に伝達される。図１において、実線で示されたハス歯ベルト１０は、ベルト取り付け直後のハス歯ベルトの配置を示している。これに対し、参照符合１０’によって示される二点鎖線は、ベルト伝動装置が駆動された後のハス歯ベルト１０の位置を示している。
【００１０】
ハス歯ベルト１０をハス歯プーリ２０、３０に取り付けた直後（ベルト伝動装置駆動前）には、ハス歯ベルト１０の歯筋は、ハス歯プーリ２０、３０の歯筋に略一致しており、ハス歯ベルト１０は、その長手方向がハス歯プーリ２０、３０の回転軸Ｌ１、Ｌ２と略垂直になる。しかし、原動プーリであるハス歯プーリ３０が駆動され、負荷がハス歯ベルト１０に加わると、ハス歯ベルト１０はプーリの歯筋に沿って横滑りを起こしてスラストが発生する。すなわち、ベルト伝動装置が駆動されると、ハス歯ベルト１０は図１に示されるように、ハス歯プーリ２０において回転軸Ｌ１に沿ってＡ方向に横滑りを起こし、ハス歯プーリ３０では回転軸Ｌ２に沿ってＡ方向とは逆方向のＢ方向に横滑りを起こす。これによって、実線で示されるハス歯ベルト１０は、２点鎖線で示される位置１０’まで移動する。このようなスラストは特に高負荷あるいは高速回転するベルト伝動装置において顕著である。
【００１１】
図２は、ベルト伝動装置駆動後、すなわちスラスト発生後のハス歯プーリ３０の歯筋と、これと噛合うハス歯ベルト１０の歯筋との関係を示す模式的な拡大図である。図に示されるように、ハス歯プーリ３０の歯筋３１に対して、ハス歯ベルト１０の歯筋１１は、横滑りによりベルトが傾いた角度分だけ傾き、歯筋１１は歯筋３１からズレたものとなる。ハス歯ベルト１０の歯筋とハス歯プーリ３０の歯筋との間にズレが発生すると、プーリの歯の肩部（圧力面と歯先面を連絡する部分）とベルトの歯面が接触するなどして、プーリとベルトとの間において不適切な干渉を生じる。このような不適切な噛合いは騒音や振動を発生する。なお、図１から明らかなように同様の現象は、ハス歯プーリ２０においても発生する。
【００１２】
このような問題を解決するために、本発明の第１の実施形態では、ベルトとプーリとの間のバックラッシを大きく設定し、プーリの歯とベルトの歯との間の不適切な干渉を防止し、騒音及び振動を低減する。図３を参照して、本実施形態におけるバックラッシの定義について説明する。
【００１３】
図３には、ベルトとプーリの歯形（半分）が示される。実線の曲線Ｐ１はプーリの歯形を示し、破線の曲線Ｐ２はベルトの歯形を示す。一点鎖線の直線Ｂはベルトの歯底面を通る基準線であり、ベルトの歯高さＨは、基準線Ｂからベルト歯の先端までの高さによって定義される。また、一点鎖線で示される円弧Ｃは、基準線Ｂから歯高さＨの半分の距離（１／２Ｈ）にある点を通る円弧であり、その中心はプーリの中心と一致する。すなわち、円弧Ｃの直径はプーリの外径から歯高さＨを差し引いたものに等しい。ベルトとプーリの間のバックラッシは、この円弧Ｃに沿った位置におけるプーリ歯とベルト歯の距離Ｄ（曲線Ｐ１と円弧Ｃの交点と、曲線Ｐ２と円弧Ｃの交点の間の距離）によって定義される。
【００１４】
次に図４を参照して、第１の実施形態の無端ベルトに適用されるハス歯の角度について説明する。図４は、第１の実施形態に用いられるハス歯ベルト１０の模式的な展開図の一部であり、ハス歯ベルト１０の歯筋は、ベルトの幅方向に沿った斜めの実線で表される。ここでベルト歯のピッチはＰｔで表され、ベルト幅はＷで表される。また、ベルトの幅方向に沿った直線（ベルト長手方向に垂直な直線）と歯筋のなす角度（歯筋角度）をθとするとき、第１歯の噛合いの終わりと、これに隣接する第２歯の噛合いの始まりとの間隔ｄは、ピッチＰｔ、ベルト幅Ｗ、歯筋角度θを用いてｄ＝Ｐｔ−Ｗ・ｔａｎθで表される。第１の実施形態において、歯筋角度θは、−０．２≦ｄ／Ｐｔ＝１−Ｗ・ｔａｎθ／Ｐｔ≦０．７５を満たすように設定される。
【００１５】
従来のハス歯ベルト伝動装置においては、バックラッシＤは歯ピッチＰｔに対して約１．５％に設定されているが、第１の実施形態のハス歯ベルト伝動装置のバックラッシＤは、歯ピッチＰｔの１．６％〜３％（Ｄ／Ｐｔ×１００）の範囲に設定される。
【００１６】
すなわち、第１の実施形態のハス歯ベルト伝動装置では、バックラッシＤを歯ピッチＰｔの１．６％〜３％と大きく設定することにより（ワイドバックラッシ）、駆動時に大きな負荷が掛かりベルトにスラストが発生してもプーリの歯とベルトの歯との間の不適切な干渉を防止することができる。そして、これは、−０．２≦ｄ／Ｐｔ≦０．７５を満たす歯筋角度θに対して特に有効である。すなわち、幅広い歯筋角度θにおいて（圧縮歯形では効果が低い小さい角度においても）、騒音及び振動を低減できる。以上により、第１の実施形態によれば、高負荷又は高速回転で駆動されるハス歯ベルト伝動装置において、騒音及び振動を効果的に低減することができる。
【００１７】
次に図５、図６を参照して、本発明の第２の実施形態のベルト伝動装置について説明する。図５は、第２の実施形態に用いられるハス歯ベルト１０の模式的な展開図の一部であり、ハス歯ベルト１０の歯筋は、ベルトの幅方向に沿った斜めの実線で表される。また、図６は、第２の実施形態で用いられる圧縮歯形の形状を示す図である。
【００１８】
第２の実施形態のベルト伝動装置では、ハス歯角度θがｄ／Ｐｔ＝１−Ｗ・ｔａｎθ／Ｐｔ≦０の範囲に設定される。すなわち図５に示すように、ｄの値は０又は負であり、第１歯の噛合いが終わらないうちに（あるいは噛合い終了と同時に）隣接する第２歯の噛合いが始まる。
【００１９】
図６において、実線で示される曲線Ｐ３は、第２の実施形態におけるハス歯プーリ２０、３０の歯形を示し、破線で示される曲線Ｐ４は第２の実施形態におけるハス歯ベルト１０の歯形を示す。また、一点鎖線Ｂは、ベルト装着時におけるベルトの基準線を表す。基準線Ｂからプーリの歯底までの深さである歯溝深さＤｐは、ベルトの歯高さＨよりもｈだけ浅い。したがって、ハス歯ベルト１０がハス歯プーリ２０、３０に掛け回され、張力が掛けられると、ベルト歯はプーリの歯底に押し付けられ圧縮される。これにより個々のベルト歯のプーリ歯溝に対する位置決め精度が向上し、ベルト歯とプーリ歯との間の噛合いにおける累積誤差が低減され、ベルト歯とプーリ歯との不適切な干渉が防止される。なお、第２の実施形態では、圧縮率（ｈ／Ｈ×１００）が１．５％〜５％に設定される。
【００２０】
以上のように第２の実施形態によれば、ハス歯角度θがｄ／Ｐｔ＝１−Ｗ・ｔａｎθ／Ｐｔ≦０の範囲にある高負荷又は高速回転で駆動されるハス歯ベルト伝動装置において、ベルト歯とプーリ歯との不適切な干渉が防止することにより騒音及び振動を効果的に低減することができる。なお、第２の実施形態のハス歯ベルト伝動装置は、特にスパン共振周波数近傍において有効である。
【００２１】
【実施例】
以下、比較例とともに実施例を挙げて本発明の第１実施形態および第２実施形態の効果について説明する。
【００２２】
実施例１〜５及び比較例１〜４には何れも歯ピッチ３ｍｍ、ベルト幅２５ｍｍのハス歯ベルトを用いた。また、比較例１、２、実施例１の歯筋角度は２°であり、比較例３、４、実施例２の歯筋角度は５°である。また、比較例５、実施例３、４の歯筋角度は８°である。比較例１、３、５には何れも従来の歯形を用い、バックラッシは歯ピッチの１．５％であり、圧縮率は０％である。これに対し実施例１、２、３のバックラッシは歯ピッチの２．４％であり、圧縮率は０％である。また、比較例２、４、実施例４のバックラッシは歯ピッチの０．８％であり、圧縮率は４．７％である。
【００２３】
すなわち、実施例１、２、３は、ワイドバックラッシの第１の実施形態に対応し、実施例４は圧縮歯形の第２の実施形態に対応する。なお、比較例２、４は、圧縮歯形を第１の実施形態の歯筋角度に適用したものに対応する。
【００２４】
図７に歯筋角度が２°のときの比較例１、２及び実施例１に対する騒音試験の結果を示す。図７から明らかなように、歯筋角度が２°のとき従来の歯形である比較例１と圧縮歯形である比較例２では、７５ｄＢを越える騒音が発生したのに対し、ワイドバックラッシを適用した実施例１では６４ｄＢ弱と極めて高い騒音低減効果を発揮した。
【００２５】
図８には、歯筋角度が５°のときの比較例３、４と実施例２に対する騒音試験の結果が示される。歯筋角度が５°のときにも、従来の歯形である比較例３と圧縮歯形である比較例３では、６８ｄＢを越える騒音が発生したのに対し、ワイドバックラッシを適用した実施例２では約６３ｄＢと極めて高い騒音低減効果を発揮した。
【００２６】
図９には、歯筋角度が８°のときの比較例５と実施例３、４に対する騒音試験の結果が示される。従来の歯形である比較例５では７２ｄＢを越える騒音が発生したが、実施例３、４では、６７ｄＢ前後となり、比較例５に比べて大きな騒音低減効果が得られた。
【００２７】
なお、ワイドバックラッシと圧縮歯形を組み合わせることも可能である（例えば、バックラッシを２．３％とし圧縮率を１．５％とする）。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高負荷又は高速回転で駆動されるハス歯ベルト伝動装置において、騒音及び振動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハス歯プーリに装着された無端ハス歯ベルトの配置をベルト背面側から模式的に示した図である。
【図２】ベルト伝動装置駆動後、すなわちスラスト発生後のハス歯プーリの歯筋と、これと噛合うハス歯ベルトの歯筋との関係を示す模式的な拡大図である。
【図３】ベルト歯とプーリ歯との間のバックラッシの定義を示すための図であり、ベルトとプーリの歯形が示される。
【図４】第１の実施形態に用いられるハス歯ベルトの模式的な展開図の一部である。
【図５】第２の実施形態に用いられるハス歯ベルトの模式的な展開図の一部である。
【図６】第２の実施形態で用いられる圧縮歯形の形状を示す図である。
【図７】歯筋角度が２°のときの比較例１、２及び実施例１に対する騒音試験の結果を示すグラフである。
【図８】歯筋角度が５°のときの比較例３、４と実施例２に対する騒音試験の結果を示すグラフである。
【図９】歯筋角度が８°のときの比較例５と実施例３、４に対する騒音試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 無端ハス歯ベルト
２０、３０ ハス歯プーリ
Ｐ１、Ｐ３ プーリ歯形
Ｐ２、Ｐ４ ベルト歯形

Claims (2)

1. ハス歯ベルトとハス歯プーリとの噛合わせにより駆動力を伝達するハス歯ベルト伝動装置であって、
   歯ピッチＰｔ、歯筋角度θ、前記ハス歯ベルトのベルト幅Ｗとするとき、前記歯筋角度θが、−０．２≦１−Ｗ・ｔａｎθ／Ｐｔ≦０．７５の範囲にあるとともに、前記ハス歯ベルトと前記ハス歯プーリとの間のバックラッシが前記歯ピッチＰｔの１．６％〜３％である
   ことを特徴とするハス歯ベルト伝動装置。
2. ハス歯ベルトとハス歯プーリとの噛合わせにより駆動力を伝達するハス歯ベルト伝動装置であって、
   歯ピッチＰｔ、歯筋角度θ、前記ハス歯ベルトのベルト幅Ｗとするとき、前記歯筋角度θが、１−Ｗ・ｔａｎθ／Ｐｔ≦０の範囲にあるとともに、前記ハス歯ベルトの圧縮率が１．５％〜５％である
   ことを特徴とするハス歯ベルト伝動装置。

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