JP5987708B2

JP5987708B2 - 動力伝達用の歯付ベルトおよび動力伝達装置並びに歯付ベルトの製造方法

Info

Publication number: JP5987708B2
Application number: JP2013012114A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　秀樹; 佐々木　　秀樹; 英之村山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: JP2014142046A

Description

本発明は、動力伝達用の歯付ベルトおよび動力伝達装置並びに歯付ベルトの製造方法に関し、例えば、車両用の電動パワーステアリング装置において、ステアリング機構と、このステアリング機構へのアシスト力を出力する電気モータとを、トルク伝達可能に接続する動力伝達装置として使用することが可能である。

動力伝達用の歯付ベルトは、例えば、下記特許文献１に示されている。下記特許文献１に記載されている歯付ベルトにおいては、ベルト歯部（複数の歯先部と複数の歯底部を有する歯部）を備えるとともに、ベルト背部を備えていて、前記ベルト背部のベルト歯部側部位中にベルト長手方向に沿って延びる芯線が埋設されている。

特開２０１２−５７７１１号公報

上記特許文献１に記載されている歯付ベルトでは、複数の芯線が一重（一層）とされていて、ベルト背部のベルト歯部側に配設（前記ベルト歯部の歯底部位に近接配置）されている。このため、歯付ベルトのベルト歯底部（複数の芯線によって剛性が高められている）と歯付プーリのプーリ歯先部との衝突によって作動音（剛性の高い芯線が採用されている場合には大きな音）が発生することがある。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、ベルト歯部を備えるとともに、ベルト背部を備えていて、前記ベルト背部のベルト歯部側部位中にベルト長手方向に沿って延びる芯線が埋設されている歯付ベルトであって、前記芯線が、ベルト歯部側に配設されて前記ベルト歯部の歯底部位に近接配置される第１の芯線と、この第１の芯線の背部側に配設される第２の芯線を備えていて、前記第１の芯線の剛性に対して前記第２の芯線の剛性が高く設定されていることに特徴がある。

上記した本発明の実施に際して、前記第１の芯線と前記第２の芯線では断面形状の異なる芯材が採用されていて、前記第１の芯線の断面形状に対して前記第２の芯線の断面形状が大きくされていることも可能である。また、前記第１の芯線と前記第２の芯線では同一形状の芯材が採用されていて、前記第１の芯線の本数に対して前記第２の芯線の本数が多くされていることも可能である。

本発明による歯付ベルトおいては、ベルト背部のベルト歯底近傍部位を低剛性とし、ベルト背部の歯厚中心側部位を高剛性とすることができて、歯付ベルトのベルト歯底部と歯付プーリのプーリ歯先部との衝突による作動音の低減と、歯付ベルトの引っ張り強度確保の両立を図ることが可能である。

本発明の歯付ベルトは、同歯付ベルトを介して連結される歯付プーリ等とにより、トルク伝達可能な動力伝達装置を構成可能であり、例えば、車両用電動パワーステアリング装置にて、ステアリング機構と、このステアリング機構へのアシスト力を出力する電気モータが、前記動力伝達装置を介してトルク伝達可能に接続されていることも可能である。

また、本発明の歯付ベルトは、芯金型の外周に、前記ベルト歯部となる歯部素材（歯布）を巻きつける歯部巻き工程と、この歯部巻き工程後に、前記歯部素材の外周に、前記第１の芯線と前記第２の芯線を予め重ねた状態で螺旋状に巻きつける芯線巻き工程と、この芯線巻き工程後に、前記歯部素材と前記芯線の外周に、前記ベルト背部となる背部素材を巻きつける背部巻き工程を経て、製造されることも可能である。

本発明による歯付ベルトの第１実施形態を概略的に示した部分縦断斜視図である。本発明による歯付ベルトを備えた車両用電動パワーステアリング装置の一実施形態を概略的に示した部分縦断正面図である。本発明による歯付ベルトの第２実施形態を概略的に示した部分縦断斜視図である。本発明による歯付ベルトの第３実施形態を概略的に示した部分縦断斜視図である。本発明による歯付ベルトの第４実施形態を概略的に示した部分縦断斜視図である。本発明による歯付ベルトの第１製造方法（第１実施形態または第２実施形態の歯付ベルトの製造方法）の主要な製造工程を示した工程図である。本発明による歯付ベルトの第２製造方法（第３実施形態または第４実施形態の歯付ベルトの製造方法）の主要な製造工程を示した工程図である。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明による歯付ベルトの第１実施形態を概略的に示していて、この歯付ベルト３３は、ベルト歯部３３１とベルト背部３３２を備えるとともに、ベルト長手方向に沿って延びる二つの芯線３３３、３３４を備えている。ベルト歯部３３１は、ゴムとこれを覆う歯布（ナイロン製）で形成されていて、複数の歯先部３３１ａと複数の歯底部３３１ｂを有している。ベルト背部３３２は、ゴム製であり、そのベルト歯部側部位中には二つの芯線３３３、３３４が埋設されている。なお、図１に示した二点鎖線（図３、図４、図５に示した二点鎖線等も同じ）は、ベルト歯部３３１と、ベルト背部３３２および芯線３３３、３３４等との境界線を示したものである。

ベルト歯底部側（第１）の芯線３３３は、高強度ガラス繊維やカーボン繊維のような剛性の高い材料（芯材）で形成されていて、ベルト歯部３３１の歯底部位に近接配置されている。ベルト背面側（第２）の芯線３３４は、芯線３３３と同じ材料（芯材）で形成されていて、芯線３３３に接合する状態にてベルト背部３３２の歯厚中心側に配置されている。芯線３３３の線径は、芯線３３４の線径より所定量細く形成されていて、芯線３３３の剛性に対して芯線３３４の剛性が高く設定されている。

上記した歯付ベルト３３は、図２に示したように、同歯付ベルト３３を介して連結される歯付プーリ３１，３２等とにより、トルク伝達可能な動力伝達装置３０を構成している。動力伝達装置３０は、車両用電動パワーステアリング装置１００にて、ステアリング機構１０と、このステアリング機構１０へのアシスト力を出力する電気モータ２０を、トルク伝達可能に接続している。

電動パワーステアリング装置１００では、車幅方向に配置されるラック軸１１（ボールねじ軸）に対して電動モータ２０の回転軸２１が平行に配置されている。電動パワーステアリング装置１００は、ラック式のステアリング装置１０と電動モータ２０を備えていて、電動モータ２０の回転軸２１と同軸上にトルク伝達可能に結合した歯付プーリ（駆動プーリ）３１の回転力（電動モータ２０の回転力）を、ステアリング装置１０の回転部材であるボールナット１２と同軸上にトルク伝達可能に結合した歯付プーリ（従動プーリ）３２に、歯付のベルト３３を介して伝達することによって、操舵アシストを行うように構成されている。

ラック式のステアリング装置１０は、それ自体公知のものであり、ステアリングホイール（図示省略）にピニオンシャフト（図示省略）とステアリングシャフト（図示省略）等を介して連結されているラック軸１１が、車体（図示省略）に組付けられるステアリングハウジング１４に車幅方向にて移動可能に支持されている。また、このステアリング装置１０では、ボールナット１２が、ベアリング１３を介してステアリングハウジング１４に回転自在に組付けられている。また、ボールナット１２とベアリング１３が、ボールナット１２に組付けた固定ナット１５と、ステアリングハウジング１４に組付けた固定ナット１６によって位置決め固定されている。

電動モータ２０は、ステアリングホイールからステアリングシャフトに伝達される操舵トルクに応じて駆動されるように構成されている。このため、回転軸２１の回転が、歯付プーリ３１、ベルト３３、歯付プーリ３２を介してボールナット１２に伝達されて、ラック軸１１の軸方向駆動力（アシスト力）とされて、操舵アシストが行なわれる。回転軸２１は、電動モータ２０のモータハウジング２２にベアリング（図示省略）を介して回転自在に組付けられている。モータハウジング２２は、ステアリングハウジング１４に対して上下方向（ベルト３３の張設方向）にて位置調整可能（両プーリ３１，３２の回転中心間距離（芯間距離）を調節可能で、ベルト３３の張力を調整可能）に組付けられている。

ところで、上記したこの実施形態の歯付ベルト３３おいては、芯線３３３、３３４によって、ベルト背部３３２のベルト歯底近傍を低剛性とし、ベルト背部３３２の歯厚中心側を高剛性とすることができて、歯付ベルト３３のベルト歯底部（３３１ｂ）と歯付プーリ３１，３２のプーリ歯先部との衝突による作動音の低減と、歯付ベルト３３の引っ張り強度確保の両立を図ることが可能である。なお、歯付ベルト３３の引っ張り強度確保によっては、歯付ベルト３３の張力による伸び変形を抑制することができて、歯付ベルト３３での歯飛びや振動の発生を防止することが可能である。

上記した第１実施形態の歯付ベルト３３では、（第１の）芯線３３３と（第２の）芯線３３４において、断面形状（線径）の異なる芯材が採用されていて、（第１の）芯線３３３の断面形状に対して（第２の）芯線３３４の断面形状が大きくされているが、本発明の実施に際しては、図３に示した第２実施形態のように、（第１の）芯線３３３と（第２の）芯線３３４において、同一形状（同一線径）の芯材が採用されていて、（第１の）芯線３３３の本数（１本）に対して（第２の）芯線３３４の本数（２本）が多くされていることも可能である。

また、上記した第１実施形態の歯付ベルト３３と第２実施形態の歯付ベルト３３では、（第１の）芯線３３３と（第２の）芯線３３４が互いに接合するように構成されているが、本発明の実施に際しては、図４の示した第３実施形態の歯付ベルト３３または図５に示した第４実施形態の歯付ベルト３３のように、（第１の）芯線３３３と（第２の）芯線３３４間にフィルム状ゴム３３５を介在させることも可能である。

上記した第１実施形態の歯付ベルト３３と第２実施形態の歯付ベルト３３は、図６に主要な製造工程を示した第１製造方法によって製造されているが、上記した第３実施形態の歯付ベルト３３と第４実施形態の歯付ベルト３３は、図７に主要な製造工程を示した第２製造方法によって製造されている。

図６に主要な製造工程を示した第１製造方法においては、芯金型（例えば、特開２０１２−５７７１１号公報の図６に示されている円筒状成形型参照）の外周に、ベルト歯部３３１となる歯部素材（ゴムと歯布）を巻きつける歯部巻き工程２０１と、この歯部巻き工程２０１後に、前記歯部素材の外周に、芯線３３３と３３４を予め重ねた状態で螺旋状に巻きつける芯線巻き工程２０２と、この芯線巻き工程２０２後に、前記歯部素材と前記芯線３３３，３３４の外周に、ベルト背部３３２となる背部素材を巻きつける背部巻き工程２０３を経て、歯付ベルト３３が製造されている。なお、背部巻き工程２０３後には、加硫工程２０４と離型工程２０５があり、加硫工程２０４後の何れかのときに、ベルト幅に切断するカット工程（図示省略）がある。

一方、図７に主要な製造工程を示した第２製造方法においては、芯金型（例えば、特開２０１２−５７７１１号公報の図６に示されている円筒状成形型参照）の外周に、ベルト歯部３３１となる歯部素材（ゴムと歯布）を巻きつける歯部巻き工程２１１と、この歯部巻き工程２１１後に、前記歯部素材の外周に、ベルト背部３３２となる背部素材の一部を巻きつける第１の背部巻き工程２１２と、この第１の背部巻き工程２１２後に、第１の芯線３３３を螺旋状に巻きつける第１の芯線巻き工程２１３と、この第１の芯線巻き工程２１３後に、第１の芯線３３３の外周にフィルム状ゴム３３５をとなる素材を巻きつけるフィルム状ゴム巻き工程２１４と、このフィルム状ゴム巻き工程２１４後に、フィルム状ゴム３３５素材の外周に、第２の芯線３３４を螺旋状に巻きつける第２の芯線巻き工程２１５と、この第２の芯線巻き工程２１５の後に、第２の芯線３３４の外周に、ベルト背部３３２となる背部素材の残部を巻きつける第２の背部巻き工程２１６を経て、歯付ベルト３３が製造されている。なお、第２の背部巻き工程２１６後には、上記した第１製造工程と同様に、加硫工程２１７と離型工程２１８があり、加硫工程２１７後の何れかのときに、ベルト幅に切断するカット工程（図示省略）がある。

１０…ステアリング装置、１１…ラック軸（ボールねじ軸）、１２…ボールナット（回転部材）、１３…ベアリング（従動プーリ支持ベアリング）、１４…ステアリングハウジング（ハウジング）、２０…電動モータ、２１…回転軸、２２…モータハウジング、３０…動力伝達装置、３１，３２…歯付プーリ、３３…歯付ベルト、３３１…ベルト歯部、３３１ａ…ベルト歯先部、３３１ｂ…ベルト歯底部、３３２…ベルト背部、３３３…（第１の）芯線、３３４…（第２の）芯線、３３５…フィルム状ゴム、１００…電動パワーステアリング装置

Claims

ベルト歯部を備えるとともに、ベルト背部を備えていて、前記ベルト背部のベルト歯部側部位中にベルト長手方向に沿って延びる芯線が埋設されている歯付ベルトであって、
前記芯線が、ベルト歯部側に配設されて前記ベルト歯部の歯底部位に近接配置される第１の芯線と、この第１の芯線の背部側に配設される第２の芯線を備えていて、前記第１の芯線の剛性に対して前記第２の芯線の剛性が高く設定されている歯付ベルト。
前記第１の芯線と前記第２の芯線では断面形状の異なる芯材が採用されていて、前記第１の芯線の断面形状に対して前記第２の芯線の断面形状が大きくされていることを特徴とする請求項１に記載の歯付ベルト。
前記第１の芯線と前記第２の芯線では同一形状の芯材が採用されていて、前記第１の芯線の本数に対して前記第２の芯線の本数が多くされていることを特徴とする請求項１に記載の歯付ベルト。
請求項１に記載の歯付ベルトと、この歯付ベルトを介して連結される歯付プーリを備えていて、前記歯付ベルトを介してトルク伝達可能な動力伝達装置。
請求項４に記載の動力伝達装置と、ステアリング機構と、このステアリング機構へのアシスト力を出力する電気モータを備えていて、前記ステアリング機構と前記電気モータが前記動力伝達装置を介してトルク伝達可能に接続されている電動パワーステアリング装置。
請求項１に記載の歯付ベルトの製造方法であって、芯金型の外周に、前記ベルト歯部となる歯部素材を巻きつける歯部巻き工程と、この歯部巻き工程後に、前記歯部素材の外周に、前記第１の芯線と前記第２の芯線を予め重ねた状態で螺旋状に巻きつける芯線巻き工程と、この芯線巻き工程後に、前記歯部素材と前記芯線の外周に、前記ベルト背部となる背部素材を巻きつける背部巻き工程を経て、前記歯付ベルトが製造されている。