JP4185299B2

JP4185299B2 - 歯付プーリ

Info

Publication number: JP4185299B2
Application number: JP2002081116A
Authority: JP
Inventors: 喜隆佐藤; 正吉賀
Original assignee: Gates Unitta Asia Co
Current assignee: Gates Unitta Asia Co
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: JP2003278890A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車エンジンのクランク軸に装着されて、このクランク軸の回転をカム軸に伝えるベルト伝動機構の一部を構成する歯付プーリに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等のエンジンでは、そのクランク軸と、吸気弁及び排気弁を開閉するためのカム軸とに歯付プーリが装着され、両歯付プーリに歯付ベルトが掛巻されて、クランク軸の回転をカム軸に伝えるベルト伝動機構を構成している。
【０００３】
この歯付ベルトは、弁側部材がカムの膨出部を乗り越えることにより、その張力が周期的に変動する。すなわち、弁側部材がカムの膨出部に乗り上げるときには、クランク側歯付プーリへの噛み込み側のベルト張力が大きくなり、弁側部材がカムの膨出部から下りるときには、クランク側歯付プーリからの噛み出し側のベルト張力が大きくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、歯付プーリへの噛み込み側のベルト張力が大きいときには、その張力によって噛み込み側のベルトが伸びて、プーリ歯にベルト歯が遅れ気味に噛み込むことになる。この場合、噛み込み部付近でベルト歯とプーリ歯先との干渉が起こり、プーリ歯及びベルト歯の噛み合った歯部のうち、噛み込み部付近の歯部の受ける力が大きくなる。一方、歯付プーリからの噛み出し側のベルト張力が大きいときには、その張力によって噛み出し側のベルトが伸びて、プーリ歯からベルト歯が早めに噛み出すため、噛み出し部付近の歯部の受ける力が大きくなる。
【０００５】
特に、噛み込み側のベルト張力が最大（ピーク）になるとき、あるいは噛み出し側のベルト張力が最大（ピーク）になるときには、噛み合った各歯部が受ける力の総和が大きくなるだけでなく、各歯部が分担する力の不均一がより顕著になる。そのため、噛み込み部及び噛み出し部において、ベルト歯に特に大きな力が作用することになり、ベルト歯が痛められて、その寿命を低下させるおそれがある。
【０００６】
本発明は、噛み合った歯部が分担する力の均一化を図り、ベルト歯の耐久性を向上させることができる歯付プーリを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明は、歯付ベルトを掛巻して使用され、該歯付ベルトの張力が周期的に変動する歯付プーリにおいて、噛み込み側のベルト張力のピーク時にベルト歯への噛み込み部付近に位置するプーリ歯の回転方向前側にバックラッシュが拡大形成された歯付プーリを提供して、噛み込み部付近でのベルト歯とプーリ歯先との干渉を軽減するものである。
【０００８】
この構成によれば、噛み込み側のベルト張力のピーク時に、噛み合った各歯部が分担する力の均一化を図って、噛み込み部付近のベルト歯の受ける力が特に大きくなることを防止することができる。
【０００９】
つまり、噛み込み側のベルト張力のピーク時には、噛み込み側のベルトが伸びてプーリ歯にベルト歯が遅れ気味に噛み込むため、噛み込み部付近において、ベルト歯とプーリ歯の回転方向前側とが干渉し、噛み込み部付近のベルト歯の受ける力が特に大きくなりやすい。これに対して、プーリ歯の回転方向前側のバックラッシュ（隙間）を拡大して、ベルト歯の噛み込みの遅れを吸収することにより、ベルト歯とプーリ歯との干渉を軽減し、噛み込み部付近のベルト歯の受ける力を小さくすることができる。
【００１０】
一方、噛み出し側のベルト張力のピーク時には、噛み出し側のベルトが伸びてプーリ歯からベルト歯が早めに噛み出すため、噛み出し部付近でのベルト歯とプーリ歯の回転方向後側との干渉が起こり、噛み出し部付近のベルト歯の受ける力が特に大きくなりやすい。
【００１１】
これに対して、本発明は、歯付ベルトを掛巻して使用され、該歯付ベルトの張力が周期的に変動する歯付プーリにおいて、噛み出し側のベルト張力のピーク時にベルト歯からの噛み出し部付近に位置するプーリ歯の回転方向後側にバックラッシュが拡大形成された歯付プーリを提供し、噛み出し部付近でのベルト歯とプーリ歯先との干渉を軽減する。
【００１２】
プーリ歯のうちのバックラッシュを拡大形成する歯部は、ベルト張力の変動周期に応じて選択すればよく、噛み込み側のベルト張力のピーク時にベルト歯への噛み込み部付近に位置するプーリ歯、あるいは噛み出し側のベルト張力のピーク時にベルト歯からの噛み出し部付近に位置するプーリ歯にバックラッシュを拡大形成する。
【００１３】
各箇所においてバックラッシュを拡大形成するプーリ歯の歯数は、噛み合い歯数の５０％以下として、バックラッシュを拡大形成しないプーリ歯の受ける力が大きくなりすぎないようにするのがよい。さらに、ベルト歯への噛み込み部付近、あるいはベルト歯からの噛み出し部付近における１歯〜３歯にバックラッシュを拡大形成すれば、ベルト歯とプーリ歯との干渉の影響が特に大きい箇所だけにバックラッシュを拡大形成して、全体の噛み合いがくずれないようにすることができ、より好適である。
【００１４】
バックラッシュの好適な拡大幅は、ベルトの歯ピッチ及びベルト張力によって異なるが、プーリ歯間の歯溝幅の１０％以下とすればよく、この範囲内において、各プーリ歯ごとに異なる拡大幅に設定してもよく、同一の拡大幅に設定してもよい。なお、バックラッシュの拡大幅は、歯溝幅の１％以下ではその効果を得にくく、歯溝幅の１０％以上では噛み合いがくずれやすくなるため、バックラッシュの拡大幅をプーリ歯の歯溝幅の１％〜１０％に設定すればより好適である。
【００１５】
ここで、歯溝幅とは、歯溝中心線上における歯溝深さの１／２点を通り、プーリの回転中心軸及び歯溝中心線に直交する直線（ピッチ円の接線と平行な直線）上における歯溝の幅のことをいう。また、バックラッシュの拡大幅とは、歯溝幅を設定する直線の方向におけるバックラッシュの拡大部の幅のことをいう。
【００１６】
この歯付プーリをエンジンのクランク軸に装着して、クランク軸の回転をカム軸に伝えるベルト伝動機構の一部を構成すれば、本発明の好適な態様を提供することができる。ここで、４サイクルエンジンでは、クランク軸が２回転する間にカム軸が１回転するように、クランク側歯付プーリの歯数がカム側歯付プーリの歯数の２倍に設定され、クランク側歯付プーリとの噛み合いにおいて、ベルト歯がより大きな力を受けるようになっており、本発明の歯付プーリをクランク軸に装着すれば、より効果的にベルト歯の耐久性を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る歯付プーリの実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の歯付プーリの断面図であり、図２（ａ）はドライブ側にバックラッシュを拡大形成したプーリ歯の拡大断面図、図２（ｂ）はドリブン側にバックラッシュを拡大形成したプーリ歯の拡大断面図、図３は図１の歯付プーリを備えたベルト伝動機構の構成図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、この歯付プーリ１は、その外周にプーリ歯２が形成されてなる。プーリ歯２のうち、一部のプーリ歯２ａのドライブ側（回転方向前側）には、切削等により、ドライブ側バックラッシュ３ａが拡大形成され、他の一部のプーリ歯２ｂのドリブン側（回転方向後側）には、ドリブン側バックラッシュ３ｂが拡大形成されている。これらのバックラッシュ３ａ、３ｂの拡大幅は、プーリ歯２の間の歯溝幅の１％〜１０％とされる。
【００１９】
ドライブ側バックラッシュ３ａは、連続する２つのプーリ歯２ａに拡大形成されて、ドライブ側バックラッシュ群４ａを構成し、ドリブン側バックラッシュ３ｂは、連続する２つのプーリ歯２ｂに拡大形成されて、ドリブン側バックラッシュ群４ｂを構成している。これらのバックラッシュ群４ａ、４ｂは等間隔で交互に配置され、歯付プーリ１の外周に合計４つのバックラッシュ群４ａ、４ｂが形成されている。
【００２０】
図３に示すように、歯付プーリ１は、４気筒４サイクルエンジンのクランク軸に設けられ、吸気弁及び排気弁を開閉するためのカム軸に、カム側歯付プーリ５が設けられる。これらの歯付プーリ１及びカム側歯付プーリ５には歯付ベルト６が掛巻され、図３における時計回りに回転してクランク軸の回転をカム軸に伝えるベルト伝動機構７が構成される。なお、図１中の８はテンショナーである。
【００２１】
このベルト伝動機構７は、弁側部材がカムの膨出部を乗り越えるときに、その歯付ベルト６のベルト張力が変動する。すなわち、弁側部材がカムの膨出部に乗り上げるときには、歯付プーリ１への噛み込み側（図３では右側）のベルト張力（Ｔｔ）が大きくなり、弁側部材がカムの膨出部から下りるときには、歯付プーリ１からの噛み出し側（図３では左側）のベルト張力（Ｔｓ）が大きくなる。
【００２２】
この張力変動をクランク角度（クランク軸の回転角）との関係で示すと図４のようになる。つまり、図４はクランク角度と歯付ベルトの有効張力との関係を示す図であり、横軸がクランク角度（°）を示し、縦軸が有効張力を示す。ここで、有効張力は、歯付プーリ１への噛み込み側のベルト張力（Ｔｔ）と、歯付プーリ１からの噛み出し側のベルト張力（Ｔｓ）との差（Ｔｔ−Ｔｓ）である。
【００２３】
図４に示すように、４気筒４サイクルエンジンでは、クランク軸が２回転する間に、カムの回転により４回の張力変動が生じ、クランク角度に応じた有効張力（Ｔｔ−Ｔｓ）の周期的な変動が起こる。この有効張力（Ｔｔ−Ｔｓ）は、略サインカーブを示し、プラス側（噛み込み側のベルト張力が大きいとき）及びマイナス側（噛み出し側のベルト張力が大きいとき）に、それぞれ４つ（合計８つ）のピークが１８０°（９０°）間隔で現れる。
【００２４】
次に、ベルト張力のピーク時におけるプーリ歯２とベルト歯９との噛み合いについて説明する。図５はプラス側ピーク時のプーリ歯とベルト歯との噛み込みを示す図で、（ａ）はドライブ側バックラッシュを拡大形成しない場合を示し、（ｂ）はドライブ側バックラッシュを拡大形成した場合を示す。
【００２５】
図６はベルト歯と噛み合った各プーリ歯が受けるベルト歯荷重分担を示す図で、（ａ）は有効張力のプラス側ピーク時を示し、（ｂ）は有効張力のマイナス側ピーク時を示す。図６では、歯Ｎｏ．７付近〜歯Ｎｏ．１７付近のプーリ歯２がベルト歯９と噛み合っており、実線はバックラッシュ３ａ、３ｂを拡大形成しない場合を示し、破線はバックラッシュ３ａ、３ｂを拡大形成した場合を示す。
【００２６】
有効張力のプラス側ピーク時には、噛み込み側のベルト張力（Ｔｔ）が大きくなって噛み込み側のベルトが伸ばされ、プーリ歯２にベルト歯９が遅れ気味に噛み込むことになる。ドライブ側バックラッシュ３ａを拡大形成しない場合には、図５（ａ）に示すように、噛み込み部においてプーリ歯２のドライブ側とベルト歯９とが干渉し、図６（ａ）の実線に示すように、噛み込み部付近のプーリ歯２（歯Ｎｏ．７付近）に大きな力（ベルト歯荷重）が作用する。
【００２７】
また、有効張力のマイナス側ピーク時には、噛み出し側のベルト張力（Ｔｓ）が大きくなって噛み出し側のベルトが伸ばされ、プーリ歯２からベルト歯９が早めに噛み出すことになる。図示しないが、ドリブン側バックラッシュ３ｂを拡大形成しない場合には、噛み出し部においてプーリ歯２のドリブン側とベルト歯９とが干渉し、図６（ｂ）の実線に示すように、噛み出し部付近のプーリ歯２（歯Ｎｏ１７付近）に大きな力（ベルト歯荷重）が作用する。
【００２８】
これに対して、歯付プーリ１の外周には、ドライブ側バックラッシュ群４ａ及びドリブン側バックラッシュ群４ｂがそれぞれ２つずつ等間隔で形成されており、クランク軸が２回転する間に、ドライブ側バックラッシュ群４ａが噛み込み部に４回位置し、ドリブン側バックラッシュ群４ｂが噛み出し部に４回位置するようになっている。
【００２９】
バックラッシュ群４ａ、４ｂは、有効張力のプラス側ピーク時に、ドライブ側バックラッシュ群４ａが噛み込み部に位置し、有効張力のマイナス側ピーク時に、ドリブン側バックラッシュ群４ｂが噛み出し部に位置するように配置され、図５（ｂ）に示すように、有効張力のピーク時にプーリ歯２ａ、２ｂとベルト歯９との干渉を軽減する。
【００３０】
図６の破線に示すように、ドライブ側バックラッシュ群４ａ及びドリブン側バックラッシュ群４ｂにより、噛み合った各プーリ歯２が受ける力（ベルト歯荷重）の分布がより均一化される。これに伴って、噛み込み部付近あるいは噛み出し部付近のプーリ歯２ａ、２ｂに大きな力が作用することを防止でき、ベルト歯９がプーリ歯２から受ける力を小さくすることができる。なお、連続する２つのプーリ歯２ａ、２ｂに形成したバックラッシュ３ａ、３ｂでバックラッシュ群４ａ、４ｂを構成するため、全体の噛み合いをくずすことはない。
【００３１】
ここで、プーリ歯が受ける力の測定方法について説明する。図７はプーリ歯が受ける力の測定方法を示す図で、（ａ）は歯付ベルトを掛巻した歯付プーリの断面図、（ｂ）は力を測定するプーリ歯の拡大断面図である。図に示すように、歯付プーリ１を回転軸１０に装着して、歯付ベルト６を掛巻する。
【００３２】
１つのプーリ歯２は、隣接するプーリ歯２と分割され、ドライブ側又はドリブン側に力を受けることにより周方向にたわむようになっており、その根元に貼付された歪みゲージ１１からの信号に基づいて、ベルト歯９から受ける力が算出される。回転軸１０を回転させることにより、各位置におけるプーリ歯２の受ける力の大きさが測定される。
【００３３】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内のおいて、適宜変更を加えることができる。例えば、歯付プーリ１に、ドライブ側バックラッシュ３ａ及びドリブン側バックラッシュ３ｂの両方を設ける必要はなく、いずれか一方だけを設けてもよく、同一のプーリ歯２ａ、２ｂにドライブ側バックラッシュ３ａ及びドリブン側バックラッシュ３ｂの両方を設けてもよい。
【００３４】
また、歯付プーリ１は、４気筒４サイクルエンジンのクランク軸に設けるだけでなく、ベルト張力が周期的に変動するものであればどのようなものに設けてもよく、３気筒や６気筒エンジンのクランク軸に設けてもよい。この場合、バックラッシュ群４ａ、４ｂは、ベルト張力のピーク時に、噛み込み部又は噛み出し部に位置するように配置すればよい。
【００３５】
バックラッシュ群４ａ、４ｂを構成するバックラッシュ３ａ、３ｂは、連続する２つのプーリ歯２ａ、２ｂに拡大形成するだけでなく、その歯数は特に限定されないが、１歯〜３歯のプーリ歯２ａ、２ｂに拡大形成すれば特に好適である。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明では、変動するベルト張力のピーク時に、噛み込み部付近あるいは噛み出し部付近に位置するプーリ歯にバックラッシュを拡大形成するため、噛み込み部付近あるいは噛み出し部付近のベルト歯に大きな力が作用しないようにすることができる。
【００３７】
その結果、ベルト歯の耐久性を向上させてベルトの寿命を長くすると共に、ベルトスパン振動を低減し、異音発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の歯付プーリの断面図
【図２】（ａ）はドライブ側にバックラッシュを拡大形成したプーリ歯の拡大断面図であり、（ｂ）はドリブン側にバックラッシュを拡大形成したプーリ歯の拡大断面図
【図３】図１の歯付プーリを備えたベルト伝動機構の構成図
【図４】クランク角度と歯付ベルトの有効張力との関係を示す図
【図５】プラス側ピーク時のプーリ歯とベルト歯との噛み込みを示す図で、（ａ）はドライブ側バックラッシュを拡大形成しない場合を示し、（ｂ）はドライブ側バックラッシュを拡大形成した場合を示す
【図６】ベルト歯と噛み合った各プーリ歯が受ける力の分担を示す図で、（ａ）は有効張力のプラス側ピーク時を示し、（ｂ）は有効張力のマイナス側ピーク時を示す
【図７】プーリ歯が受ける力の測定方法を示す図で、（ａ）は歯付ベルトを掛巻した歯付プーリの断面図、（ｂ）は力を測定するプーリ歯の拡大断面図
【符号の説明】
１歯付プーリ
２プーリ歯
３ａドライブ側バックラッシュ
３ｂドリブン側バックラッシュ
４ａドライブ側バックラッシュ群
４ｂドリブン側バックラッシュ群
６歯付ベルト
７ベルト伝動機構
９ベルト歯

Claims

歯付ベルトを掛巻して使用され、該歯付ベルトの張力が周期的に変動する歯付プーリにおいて、噛み込み側のベルト張力のピーク時にベルト歯への噛み込み部付近に位置するプーリ歯の回転方向前側にバックラッシュが拡大形成され、前記バックラッシュを拡大形成するプーリ歯は、前記ベルト歯と噛み合ったプーリ歯のうち、前記ベルト歯への噛み込み部から１歯〜３歯とされたことを特徴とする歯付プーリ。
歯付ベルトを掛巻して使用され、該歯付ベルトの張力が周期的に変動する歯付プーリにおいて、噛み出し側のベルト張力のピーク時にベルト歯からの噛み出し部付近に位置するプーリ歯の回転方向後側にバックラッシュが拡大形成され、前記バックラッシュを拡大形成するプーリ歯は、前記ベルト歯と噛み合ったプーリ歯のうち、前記ベルト歯からの噛み出し部から１歯〜３歯とされたことを特徴とする歯付プーリ。
前記バックラッシュの拡大幅は、歯溝幅の１０％以下とされたことを特徴とする請求項１又は２記載の歯付プーリ。
エンジンのクランク軸に装着され、該クランク軸の回転をカム軸に伝えるベルト伝動機構の一部を構成することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の歯付プーリ。