JP4387002B2

JP4387002B2 - 歯付ベルト駆動装置

Info

Publication number: JP4387002B2
Application number: JP24351399A
Authority: JP
Inventors: 智文岡本; 士郎福田; 健蔵田中
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2019-08-30
Also published as: JP2001065648A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯のピッチが１．０１６、１．３５５、２．０３２ｍｍのような小型の歯付ベルトの駆動装置に関し、特にプリンター等の印字機構の一部材として好適な装置であって、より具体的には、歯付ベルトに取り付けられたキャリッジの位置決め精度を高め、速度変動率を小さくし、印字ムラの発生を押さえたプリンター等の印字機構等に用いられる歯付ベルトの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯付ベルトは、滑りのない確実伝動が可能であり、他の確実伝動が可能である歯車とチェーンとの駆動装置に比べ、給油が不要となり、低騒音などの利点があるため、近年その需要は増大の一途を辿っている。
【０００３】
従来の、歯付ベルト駆動装置における、ベルトとプーリ間のバックラッシュはベルト歯元から歯先にかけて略等間隔に形成されているか、若しくはベルト歯元部分のバックラッシュが大きく設定されている。このようなベルトとプーリ間のバックラッシュを有する歯付ベルト駆動装置では、歯付ベルトのプーリへのかみ合いはスムーズに行われるが、ベルト駆動開始時、ベルト或いはプーリの移動代が大きくなって、ベルト歯部表面はプーリにこすられて摩耗しやすく、この現象は歯付ベルトを小径プーリに掛装した折、或いは逆方向への運動を反復する折に、特に顕著であった。
【０００４】
そのため、プリンター等の印字機構等の駆動装置に使用した場合、ベルト歯元部のバックラッシュの存在によって、印字機能を備えたキャリッジなど正確な位置決めを行うことが困難であった。
【０００５】
そこで、本出願人は、前記問題を含む従来の歯付ベルト駆動装置の諸問題を改善するために、ベルト歯部のプーリ溝部内での移動を阻止し、小さなベルト張力下で、歯付ベルトの位置決め精度を向上せしめると共に、ベルト歯部を円滑にプーリにかみ合わせしめ得る歯付ベルト駆動装置を提案した（特公平５−５０６０４号公報）。この歯付ベルト駆動装置は、歯付ベルトとプーリとの静的なかみ合い状態において、ベルト歯部とプーリ溝間のバックラッシュがベルト歯元から歯先側にかけて漸増し、またプーリ溝部の深さがベルト歯部の高さより大きいか、又は等しく構成されている。このような構成とすることで、ベルトの歯元部とプーリの歯先部とを部分的に接触或いはこれに近い状態に保ち、ベルトとプーリとのかみ合い、離反の折には、その干渉を排し、その運動を円滑なものとし、ベルトの精度の高い確実走行、停止を実現し、印刷機構のキャリッジなどの正確な位置決めを行うことができるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この歯付ベルト駆動装置は、歯布で覆われたゴムの歯付ベルトでは、動的状態でかみ合い干渉が少なく、前述したように良好な印字精度が得られていたが、熱硬化性の注型ウレタンエラストマー等からなるベルトを使用した場合、正確な位置決めができず、印字ムラ等が発生することを見出した。これは、注型ウレタンエラストマーの場合、他のゴムに比べ、硬度が高く、変形しにくく、表面の摩擦抵抗が歯布に覆われたゴムよりも大きい等の理由で、動的状態時にかみ合い干渉が発生しているためだと考えられる。
【０００７】
そこで、本発明は、前述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ベルトの材質に影響されることなく、位置決め精度を高め、速度変動率を小さくし、印字ムラ等の発生を無くしたプリンター等の印字機構のキャリッジに用いられる小型の歯付ベルト駆動装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項１に係る発明は、ピッチライン上に抗張体を埋設したゴム状弾性体で形成され、凸状のベルト歯部が一連に形成された歯付ベルトと、前記凸状のベルト歯部がかみ合う凹状のプーリ溝部が形成されたプーリとを備え、前記歯付ベルトは、静的状態において、前記ベルト歯部と前記プーリ溝部との間のバックラッシュが歯元から歯先にかけて徐々に増加したあと徐々に減少し、歯元でプーリ歯先と接触する以外はプーリと非接触となる形状に形成されている歯付ベルト駆動装置である。このような構成とすること、特に静的状態におけるバックラッシュを歯元から歯先にかけて上記のように変化させることにより、動的状態においてベルトとプーリとのかみ合い干渉がなくなり、位置決め精度を高めるとともに、速度変動率を小さくすることができる。更に、ベルトとプーリとの静的なかみ合い時に、ベルトの歯元とプーリの歯先でのみ接触させるため、ジャンピングトルクを増大させることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、ピッチライン上に抗張体を埋設したゴム状弾性体で形成され、凸状のベルト歯部が一連に形成された歯付ベルトと、前記凸状のベルト歯部がかみ合う凹状のプーリ溝部が形成されたプーリとを備え、前記歯付ベルトは、静的状態において、歯元でプーリ歯先と接触する以外はプーリと非接触であって、前記ベルト歯部と前記プーリ溝部との間に全面的にバックラッシュが設けられ、前記バックラッシュの最大部分が、歯元から計ったベルト歯部の高さＨ_Ｂに対して、Ｈ_Ｂ×（０．５〜０．７５）の範囲に出現し、前記バックラッシュの最大値が、歯元から計ったベルト歯部の高さＨ_Ｂの半分の位置において、その位置の歯幅の９〜１６％である歯付ベルト駆動装置である。バックラッシュの最大部分が、歯元から計ったベルト歯部の高さＨ_Ｂに対してＨ_Ｂ×（０．５〜０．７５）の範囲に出現し、歯元から計ったベルト歯部の高さＨ_Ｂの半分の位置において、その位置の歯幅の９〜１６％、好ましくは１０〜１５％とすることで、動的状態におけるベルトとプーリとのかみ合い干渉がなくなり、位置決め精度を高めるとともに、速度変動率を小さくすることができる。ここで、歯元から計ったベルト歯部の高さＨ_Ｂの半分の位置における、バックラッシュの大きさが、その位置の歯幅の９％よりも小さい場合は、動的状態で、ベルトとプーリとの間でかみ合い干渉が発生し、１６％を越える場合は、ジャンピングトルクが小さくなると考えられ、精確な位置決め及び速度変動率の低減が実現できない。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記プーリ溝部は半円部と接線方向のゼロ以上の直線部とプーリ歯先のコーナー部とで形成されている請求項１又は２記載の歯付ベルト駆動装置である。このような構造とすることで、ベルトとプーリのかみ合いを、ベルト歯元とプーリ歯先での接触だけで行うことができ、ベルト側壁のプーリの歯溝側面への接触を防止してジャンピングトルクを増大させることができる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記半円部はプーリ歯溝深さの７０〜９０％である請求項３記載の歯付ベルト駆動装置である。半円部をプーリ歯溝深さの７０〜９０％、好ましくは７０〜８０％とするとジャンピングトルクが増大する。しかし、半円部がプーリ歯溝深さの７０％よりも小さくなると、速度変動率が大きくなる。また、９０％よりも大きくなると、ベルト歯元が傷つきやすくなり、ベルト歯元に亀裂が入る原因ともなる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記ゴム状弾性体の硬度が、ＪＩＳＡ硬度で７０以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の歯付ベルト駆動装置である。ＪＩＳＡ硬度で７０以上であるゴム状弾性体からなるベルトであっても、精確な位置決め及び速度変動率の低減が可能となる。
【００１３】
請求項６に係る発明は、前記ゴム状弾性体が歯布を介することなく、直接前記プーリに接触する請求項１〜５のいずれか一項に記載の歯付ベルト駆動装置である。歯布で覆われていない摩擦抵抗の高いベルトであっても、使用することができ、精確な位置決め及び速度変動率の低減が可能となる。請求項７に係る発明は、前記ゴム状弾性体がウレタンエラストマー類からなる請求項１〜６のいずれか一項に記載の歯付ベルト駆動装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図示例とともに説明する。図１は、本発明に係る装置の一つのベルト歯部のプーリへのかみ合い状態を示す縦断面図、図２は本発明に係る装置に使用するプーリの一本の溝部の縦断面図、図３は同じく歯付ベルトの一個の歯部の縦断面図、図４はキャリッジを装備した本発明に係る歯付ベルトの駆動装置の概略正面図である。
【００１５】
本発明におけるベルト駆動装置に使用される歯付ベルト１は、図３に示すように、そのベルト本体１ａはゴムや、合成樹脂等のゴム状弾性体からなり、裏面長手方向には一定のピッチにて歯部２と溝部３が交互に形成されている。さらに、ベルト本体１ａのピッチライン４状にはガラス繊維、アラミド繊維等の低伸度高強度の抗張体が埋設されている。そして、歯部２及び溝部３で構成される歯付ベルト１の裏面側には、歯布で被覆されていても、されていなくてもどちらであってもよい。また、ベルト本体１ａに使用されるゴムや、合成樹脂等には特に制限はないが、ウレタンエラストマー類が最も好ましい。
【００１６】
ベルト歯部２は、ベルト本体内１ａ内に中心点５を持つ曲率半径Ｒ_Ｂの円弧面の一部からなるベルトの裏面の一部を形成する１対の凸状のベルト側壁９、９と、中心点２０を持つ半径Ｒ_１をもって描かれる円弧面からなる１対のベルト歯元コーナー６及び前記１対のベルト側壁９、９の先端部分をつなぐ平面若しくは凸状円弧面をもって形成される歯先部８から構成されている。
【００１７】
図２において、前記歯付ベルト１とかみ合うプーリ１０は、ポリアセタール、ナイロン、ポリプロピレン等の合成樹脂や金属等からなり、ベルト歯部２とかみ合うプーリ溝部１６と、ベルト溝部３とかみ合うプーリ歯部１１とが一定のピッチにて交互に形成されている。
【００１８】
プーリ溝部１６は、半径Ｒ_Ｐをもって描かれる半円部からなるプーリ溝部側面と、この半円部の先端にその接線方向に長さｂを持つ１対の直線部１７、１７とから構成されている。この直線部１７、１７の長さｂは、半径Ｒ_Ｐの０％〜１２％とすることで、歯溝深さが調節できるとともに、プーリ歯先コーナー１２を１／４円状態とすることができ、ベルト歯部２のジャンピングを抑えることができる。この直線部１７、１７は、中心点１４を持つ半径Ｒ_２をもって描かれる１／４の円弧面とつながり、プーリ歯先コーナー１２を構成している。そして、プーリ歯先コーナー１２は他方で直線となりプーリ歯先表面部１５を形成している。
【００１９】
以上のように構成されている歯付ベルト１と、プーリ１０とをかみ合わせた状態を図１に示す。図に示すように、歯付ベルト１と、プーリ１０とは、ベルト歯元コーナー６とプーリ歯先コーナー１２とでのみ接触し、ベルト歯部２とプーリ溝部１６とでは、接触することがなくバックラッシュ７を形成している。従来は、図５（ｂ）に示すように、ベルト歯部とプーリ溝部側面とでも接触していたため、バックラッシュＢはベルト歯先部周辺でのみ形成されていた。図５（ａ）には、本発明に係るベルトとプーリのかみ合った状態の断面図を比較のために示すが、そのバックラッシュＢが大きいことが一目でわかる。図１に戻り、本発明に係るベルトとプーリにより形成されるバックラッシュ７は、ベルト歯元コーナ部６側からＢ_１、Ｂ_２、Ｂ_３のように徐々に広がり、ベルト歯元からベルト歯先８までの高さＨ_Ｂの０．５〜０．７５Ｈ_Ｂの時に最高となり、歯先８に向かうに従い小さくなっている。また、このバックラッシュ７（Ｂ_１）は、ベルト歯元からベルト歯先８までの高さＨ_Ｂの半分の高さで、その位置の幅Ｗ_１の９〜１６％となっている。このような、バックラッシュ７をとることで、かみ合い干渉を防止し、精確な位置決め及び速度変動率の低減が可能となる。ここで、バックラッシュ７は、ベルトピッチライン４と平行な線上に形成されるベルト歯部２とプーリ溝部１６との隙間としている。
【００２０】
このバックラッシュ７の大きさは、静的状態におけるベルト側壁９、９を形成する円弧面の曲率半径Ｒ_Ｂと、その中心点５の位置と、プーリ溝部幅Ｗとの相関関係で決められる。したがって、ベルト歯部とプーリ歯溝が、かみ合い干渉を起こさず、精確な位置決めができる適正なバックラッシュ７を取るためには、ベルト側壁９、９を形成する円弧面の曲率半径Ｒ_Ｂの大きさとプーリ溝部幅Ｗとを比較し、その大小関係によって、ベルト側壁９、９を形成する円弧面の曲率半径Ｒ_Ｂの中心点５の位置を決める。例えば、ベルト側壁９、９を形成する円弧面の曲率半径Ｒ_Ｂが、プーリ溝部幅Ｗより大きい場合は、中心点５をプーリ溝部外側に設けることが好ましい。また、曲率半径Ｒ_Ｂが、プーリ溝部幅Ｗよりも小さい場合は、中心点５はプーリ溝部の内側に設けることが好ましい。また、曲率半径Ｒ_Ｂと、プーリ溝部幅Ｗが等しい場合は、中心部５はプーリ溝部１６の半円部の接線上、若しくはその両側に僅かに離した点に設けることが好ましい。なお、この際、中心点５のベルト歯元からの距離ｈは、ベルト歯元からの高さＨ_Ｂの０．２〜０．２８の距離にあることが好ましい。ここで、プーリ溝部幅Ｗは、プーリ溝部側面１３を形成する半円部の曲率半径Ｒ_Ｐと、Ｗ＝２Ｒ_Ｐの関係にある。
【００２１】
また、静的状態で、唯一接触しているベルト歯元コーナー６とプーリ歯先コーナー１２のそれぞれの半径Ｒ_１とＲ_２との比がＲ_１／Ｒ_２＝１．２〜１．５となるようにする。これによって、静的状態において、ベルト歯元でプーリ歯先と接触する以外はプーリと非接触となり、バックラッシュを比較的大きくし、大中小に変化させることが容易になる。これにより、精確な位置決めが可能となると共に、高いジャンピングトルクを得ることができる。なお、Ｒ_２は大きすぎても、小さすぎてもよくなく、０．１〜０．２ｍｍであることが好ましい。０．１ｍｍよりも小さいと、ベルト歯元コーナー６が傷つきやすくなり、ベルト歯元コーナー６の亀裂発生の原因となる。また、０．２ｍｍよりも大きい場合、ベルト歯元コーナー６との間のバックラッシュが大きくなり、位置決めが精度が悪くなる。
【００２２】
以上のような、バックラッシュ７や、ベルト歯元コーナー６とプーリ歯先コーナー１２の半径Ｒ_１とＲ_２との比とすることで、ベルト歯部とプーリ溝部とがかみ合い干渉することがなくなり、位置決め精度が高くなるとともに、速度変動率を低減させた歯付ベルト駆動装置とすることができる。
【００２３】
図４は、印字機構を装備したキャリッジを取り付けた本発明に係る歯付ベルト駆動装置も概略正面図である。図に示すように、歯付ベルト駆動装置は、下面に所定のピッチをもって歯部２を全長にわたって備えたベルト本体１ａが、左右１対の駆動プーリ１０ａ及び従動プーリ１０ｂ間に掛装されている。そしてベルト本体１ａの上側ベルト部には、インク、ハンマー等の印字機構（図略）が装備されたキャリッジ２０が取り付けられている。そして、駆動プーリ１０ａの交互に反復される正転、逆転運動に伴い、キャリッジ２０は所定区域間を頻繁な往復運動を繰り返す。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。図５は従来の歯付ベルト駆動装置と本発明に係る歯付ベルト駆動装置とを比較説明するための図であり、図５（ａ）は本発明に係る歯付ベルト駆動装置、図５（ｂ）は従来品を示す。図６は本発明に係る歯付ベルト駆動装置の軸荷重と速度変動率の関係を表す図であり、図７は本発明に係る歯付ベルト駆動装置の軸荷重とジャンピングトルクの関係を表す図である。
（実施例）
図５（ａ）において、ベルト歯部側壁の曲率半径Ｒ_Ｂが１．１４ｍｍである２６２ＫＺ８０−５．５からなるベルトを、半径Ｒ_Ｐが０．５７ｍｍの半円部を有し、深さＨ_Ｐが０．７７ｍｍの歯溝を有する１０歯からなる１対のプーリに掛装し、各軸荷重での速度変動率及びジャンピングトルクを以下に示す方法で求めた。なお、ベルト歯元から歯先までの高さの半分の位置におけるバックラッシュＢは、その位置における歯幅の１２．５％であった。
【００２５】
（比較例）
図５（ｂ）に示すように、プーリ歯溝幅と等しく曲率半径Ｒ_Ｂが１．４８ｍｍである２６２ＳＴ８０−５．５からなるベルトを、歯溝側面の曲率半径Ｒ_Ｐが１．２９ｍｍの歯溝を有する１０歯からなる１対のプーリに掛装し、実施例同様に各軸荷重での速度変動率及びジャンピングトルクを求めた。なお、ベルト歯元から歯先までの高さの半分の位置におけるバックラッシュＢは、その位置における歯幅の１．６％であった。
【００２６】
（速度変動率測定方法）
速度変動率は、ベルトの平均速度に対するベルトとプーリのかみ合いによる変動速度の割合を求め速度変動率とした。具体的には、速度ムラ測定器で速度ムラを測定し、ベルトとプーリのかみ合い時の周波数を計測し、各速度変化と周波数の関係より算出した。なお、速度変動率は、駆動プーリを固定し、従動プーリを駆動プーリの他方側に２．０〜３．２ｋｇｆの範囲で０．４ｋｇｆ毎に引っ張った荷重を軸荷重とし、各軸荷重毎に測定した。
【００２７】
（ジャンピングトルク測定方法）
ジャンピングトルクは、駆動プーリを固定し、従動プーリの軸をトルクゲージで回転させて歯跳びを起こした時のトルクをジャンピングトルクとした。なお、ジャンピングトルクも、速度変動率と同様に各軸荷重毎に測定した。
【００２８】
速度変動率の測定結果を図６に、シャンピングトルクの測定結果を図７に示す。本発明に係る歯付ベルトは、低荷重時より、速度変動率が低く、荷重が大きくなるに従っても速度変動率に変化がないことがわかる。また、ジャンピングトルクは、従来のものに比べて、増加していることがわかる。これらのことから、本発明における歯付ベルト駆動装置は、繰り返し長時間使用しても、高い位置決め精度を維持できることがわかる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によると、静的状態におけるバックラッシュを歯元から歯先にかけて上記のように変化させることにより、動的状態においてベルトとプーリとのかみ合い干渉がなくなり、位置決め精度を高めるとともに、速度変動率を小さくすることができる効果を奏する。また、静的状態におけるベルトとプーリのかみ合い時に、ベルトの歯元とプーリの歯先でのみ接触させることができ、ジャンピングトルクを増大させることができる。
【００３０】
請求項２に係る発明によると、適正な範囲のバックラッシュとすることができ、請求項１に係る発明と同様、精確な位置決め及び速度変動率の低減が実現できる。また、静的状態において、ベルトの歯元とプーリの歯先でのみ接触させることができ、請求項１と同様にジャンピングトルクを大きくすることができる。
【００３１】
請求項３に係る発明によると、ベルトとプーリのかみ合いを、ベルト歯元とプーリ歯先での接触だけで行うことができ、ベルト側壁のプーリの歯溝側面への接触を防止することができ、ジャンピングトルクを大きくすることができる。
【００３２】
請求項４に係る発明によると、ジャンピングトルクを大きくするとともに、ベルトとプーリのかみ合い干渉を抑制し、ベルト歯元の傷付を防ぎ、ベルト歯元の亀裂を防ぐことができる。
【００３３】
請求項５に係る発明によると、ウレタンエラストマー等のＪＩＳＡ硬度で７０以上であるゴム状弾性体からなるベルトであっても、精確な位置決め及び速度変動率の低減が可能となる。
【００３４】
請求項６に係る発明によると、歯布で覆われていない摩擦抵抗の高いベルトであっても、使用することができ、精確な位置決め及び速度変動率の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装置の一つのベルト歯部のプーリへのかみ合い状態を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る装置に使用するプーリの一本の溝部の縦断面図である。
【図３】本発明に係る装置に使用する歯付ベルトの一個の歯部の縦断面図である。
【図４】キャリッジを装備した本発明に係る歯付ベルトの駆動装置の概略正面図である。
【図５】従来の歯付ベルト駆動装置と本発明に係る歯付ベルト駆動装置のかみ合い状態を示す縦断面図である。（ａ）は本発明に係る歯付ベルト駆動装置、（ｂ）は従来品を示す。
【図６】本発明に係る歯付ベルト駆動装置の軸荷重と速度変動率の関係を表す図である。
【図７】本発明に係る歯付ベルト駆動装置の軸荷重とジャンピングトルクの関係を表す図である。
【符号の説明】
１歯付ベルト
１ａベルト本体
２ベルト歯部
３ベルト溝部
４ピッチライン
５中心点
６ベルト歯元コーナー
７バックラッシュ
８ベルト歯先部
９ベルト側壁
１０プーリ
１１プーリ歯部
１２プーリ歯先コーナー
１３溝部側面
１４中心点
１５歯先表面部
１６プーリ溝部
１７直線部
２０中心点

Claims

ピッチライン上に抗張体を埋設したゴム状弾性体で形成され、凸状のベルト歯部が一連に形成された歯付ベルトと、
前記凸状のベルト歯部がかみ合う凹状のプーリ溝部が形成されたプーリとを備え、
前記歯付ベルトは、静的状態において、前記ベルト歯部と前記プーリ溝部との間のバックラッシュが歯元から歯先にかけて徐々に増加したあと徐々に減少し、歯元でプーリ歯先と接触する以外はプーリと非接触となる形状に形成されている歯付ベルト駆動装置。
ピッチライン上に抗張体を埋設したゴム状弾性体で形成され、凸状のベルト歯部が一連に形成された歯付ベルトと、
前記凸状のベルト歯部がかみ合う凹状のプーリ溝部が形成されたプーリとを備え、
前記歯付ベルトは、静的状態において、歯元でプーリ歯先と接触する以外はプーリと非接触であって、前記ベルト歯部と前記プーリ溝部との間に全面的にバックラッシュが設けられ、前記バックラッシュの最大部分が、歯元から計ったベルト歯部の高さＨ_Ｂに対して、Ｈ_Ｂ×（０．５〜０．７５）の範囲に出現し、前記バックラッシュの最大値が、歯元から計ったベルト歯部の高さＨ_Ｂの半分の位置において、その位置の歯幅の９〜１６％である歯付ベルト駆動装置。
前記プーリ溝部は半円部と接線方向のゼロ以上の直線部とプーリ歯先のコーナー部とで形成されている請求項１又は２記載の歯付ベルト駆動装置。
前記半円部はプーリ歯溝深さの７０〜９０％である請求項３記載の歯付ベルト駆動装置。
前記ゴム状弾性体の硬度が、ＪＩＳＡ硬度で７０以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の歯付ベルト駆動装置。
前記ゴム状弾性体が歯布を介することなく、直接前記プーリに接触する請求項１〜５のいずれか一項に記載の歯付ベルト駆動装置。
前記ゴム状弾性体がウレタンエラストマー類からなる請求項１〜６のいずれか一項に記載の歯付ベルト駆動装置。