JP6524099B2 - ベルトロックを有するタイミングベルト - Google Patents

Description

本発明は、第１の端部、第２の端部、後面、前面を有し、後面および／または前面に配置された複数の歯を有する、タイミングベルト、具体的には歯付きベルトに関する。第１の端部は少なくとも１つの切欠部を有し、第２の端部は、切欠部に挿入可能な少なくとも１つのタインを有し、第１の端部と第２の端部は連結手段によって互いに着脱可能に連結可能である。

タイミングベルトおよび具体的には歯付きベルトは、多くの異なる設計のものが知られている。歯付きベルトは、一定の間隔で歯を備える押し込みロック式の駆動要素または輸送要素である。歯付きベルトは通常、いくつかのプーリ上を進む。プーリは歯の隙間を有することができ、その隙間同士の距離は歯付きベルトの歯間の距離と一致する。このようにして、歯付きベルトの歯はプーリの歯の隙間に係合して、押し込みロック式連結を生み出すことができる。歯付きベルトは、押し込みロック式係合により、平ベルトともＶベルトとも異なり、同期して走行し、その機能は非常に効率的である。

歯付きベルトはプラスチックから作製されることが多い。引張強度を上昇させるために、多くの歯付きベルトが優れた引張強度を有する金属製または繊維製の補強手段を含む。こうした引張手段は、例えば、ベルトのベース材料に、例えばプラスチックに埋め込まれた金属ワイヤであってもよい。

タイミングベルトおよび歯付きベルトは、エンドレスベルトとして、すなわち、「始端」も「終端」もないクローズドベルトとして設計されることが多い。エンドレスベルトは、弱点がなくその全長にわたって厳密に同じ特性を呈するという利点を有する。具体的には、エンドレスベルトはその全長にわたってほぼ一定の（引張）剛性を有し、そうなると、ベルトに負荷が掛けられると伸張がベルトの全長にわたって均一に起こる。これは、同期されたベルトの走行を特に効果的にすることを可能にする。

しかし、エンドレスベルトは、取り付けおよび取り外しが難しい場合があるという不利な点を有する。エンドレスベルトを取り付けるかまたは取り外すために、ベルトは完全に単一の部品としてプーリに組み付けられなければならない。したがって、このような駆動ベルトをバックルベルトと同じように開閉できることが長い間望まれていた。ベルトを開閉するためのこのような装置は「ベルトロック」とも呼ばれる。

ベルトを開閉するための選択肢が例えば特許文献１および特許文献２によって知られている。両文献は互いに挿入できる舌部および切抜部をベルトの端部に設けるという同様の提案を含む。歯に孔が設けられ、その孔は、ベルトの長手方向を横切ってベルト幅の方向に歯の全長を通るように延在する。その孔を通してロックピンが押し込められてベルトの２つの端部間に押し込みロック式の連結を生み出す。

別のベルトロックが特許文献３によって知られている。その文献でも、歯付きベルトの両端に舌部／切抜部の連結を設けることが提案されている。円周の溝がコネクタに形成される。シートメタルから作製された弾性連結クランプの設計は、コネクタの周りに達し、溝に係合し、そうすることで、コネクタの領域で押し込みロック式に歯付きベルトの２つの端部を連結するようなっている。

歯付きベルトの２つの端部を連結するためのさらなる既知の選択肢が、図１、図２Ａおよび図２Ｂに示されており、そのために指定され確保された説明の部分にさらに詳細に説明される。

記載されるベルトロックに関連する欠点は、ベルトロックの周りの領域が連続する張力部材を有さず、したがってベルトの残りの部分より引張強度が小さいことである。その結果、一定の引張負荷が加えられると、ロックの周りの領域がベルトの残りの部分より大きい伸長を受ける。これは、具体的には、ベルトの（引張）剛性のために不可欠な引張要素が設計のせいで必ずロックの領域で分割されることによる。しかし、ロック自体は、通常は引張剛性をベルトの残りの部分の引張剛性まで上昇させることができない。

ベルトロックの領域でベルトの伸長が不釣り合いになることはいくつかの不利な点を有する。第１に、伸長が不均一に分布すると、歯が不均一に離間することになる。その結果、プーリの歯の隙間への歯の係合が不正確になり、表面が摩耗を受け易くなる。

第２に、輸送に用いられるベルトが不均一に伸長すると、負荷の下ではベルト上に組み付けられる要素間の距離が不均一に変化する。このように組み付けられる要素は、例えば、輸送コンテナを固定できる適切な形状の部分またはアダプタとすることができる。ベルトに負荷がないときは組み付けられる要素が互いから一定の距離の位置にあるが、ベルトが負荷下にあるときは互いから一定の距離の位置にないという、問題が生じる場合がある。具体的には、組み付けられる要素間の距離が、ロックの周りの領域ではベルトの残りの部分より大きい割合で増大するという問題が生じる場合がある。したがって、負荷下で輸送コンテナ間の距離が一定であることが望ましくかつ必要とされる理由の一つは、確実にコンテナに負荷を掛け負荷を軽減できることを保証することにある。

独国特許出願公開第４４ ４２ ９２７（Ａ１）号 独国特許出願公開第２ ３２２ ３４３（Ａ）号 独国特許出願公開第１０ ２００４ ０２５ １７０（Ａ１）号

したがって、本発明の目的は、冒頭に記載し上でさらに詳細に説明した、ベルトロックの領域の過度の伸長が防止されるようなタイミングベルトを設計および開発することである。

この目的は、張力なしの連結状態では、第１の端部の歯が第２の端部の歯に対してオフセットを有する、請求項１のプリアンブルに記載のタイミングベルトを用いて解決される。

この文脈では、オフセットとは、ベルトの長さ方向において第１のベルト端部の歯の位置が第２のベルト端部の歯に対して互い違いに配置された位置またはシフトされた位置を意味すると理解される。このオフセットは、負荷のない状態で、すなわち、ベルトが長さ方向の張力下にない状態で起こるべきである。勿論、オフセットは、連結状態で、すなわち、ベルトの両端が互いに連結され閉ループを形成する状態でしか起こらない。オフセットによって短くなり、したがって、張力下にないときは、ベルトはロック領域でわずかに短過ぎる。オフセットは、ロックの領域で、すなわち、２つの端部が連結される領域でベルトの引張剛性が低いという欠点に対抗するように働く。タイミングベルトは、それが用いられる用途に応じて、どんな場合でもある一定のプリテンションまたは動作張力の下で動作されなければならない。既知のベルトでは、この張力によりベルトロックの領域ではベルトの伸長が許容できない程度になる。対照的に、ベルトの残りの部分の伸長はごくわずかである。

本発明は、ベルトロックの領域ではベルトがある一定の長さだけ「短く」されなければならず、動作中はその長さがベルトロックの領域におけるベルトの予期される伸長にできるだけ正確に一致しなければならないという原理を考慮に入れる。このように短くなることは、ベルトロックの領域における歯のフランクのオフセットによって可能になる。言い換えると、本発明によれば、ベルトの一端にある歯のフランクは、ベルトが張力下にないときは、ベルトの他端にある歯のフランクと位置合わせされない。引張ストレスによる負荷を掛けられるまで、オフセットは消失せず、ベルトは所望の公称長さに達しない。重要な歯のフランクも、やはり負荷を掛けられた状況で位置合わせされる。したがって、ベルトは、ある一定のプリテンションおよび動作負荷に関して最適化される。

本発明の有利な変更形態によれば、オフセットが０．１ｍｍと１．５ｍｍとの間の長さを有することが実現される。試験により、オフセットが提示した範囲にあると、ベルトの多くの通常の動作張力に関して非常に良好な結果が可能になることが分かった。

本発明のさらなる変更形態では、連結手段としてタイミングベルトがバックパネルおよび／またはインサートを有することが提案される。バックパネルおよびインサートは、例えばネジによって、特に信頼できるクランプ式の連結を生み出すように働く。バックパネルは、例えば、ネジによる連結によって生じる張力を非常に大きい表面領域を介してベルトに取り入れるように働くことができる。このようにして、ベルトに作用する圧縮負荷をできるだけ小さくなるように維持することができ、ベルトの変形または損傷を防止することができる。バックパネルは例えば鋼から作製することができる。インサートは、ベルトの歯と同様のまたは同一の材料から作製することができ、雌ネジ、例えば鋼製の雌ネジを有することができる。好ましくは、バックパネルもインサートもベルトの幅全体にわたって延在してタインを全てカバーする。ベルトの可撓性を保護するために、専用のバックパネルおよびインサートを個々の歯それぞれに割り当てることができる。

本発明のさらなる教示が、タインがその後面に、バックパネルを収容する窪みを有することを実現する。窪みはバックパネルの位置決めを助け、したがって、取り付け補助具として働く。窪みは、バックパネルのための嵌め込み嵌合の末端停止部も作り出し、そうすることで、２つのベルト端部の連結がさらに信頼できるものになる。窪みの深さは、好ましくは、バックパネルの厚さに対応し、そうすることで、ベルトの完全に滑らかな後面が作り出される。これは、循環するベルトが、隣接する構成要素の表面と衝突するかまたはそれに沿って摩擦するリスクを低下させる。タインとは、突出部または「フィンガ」を意味すると理解され、矩形でも、傾斜していても、丸形でもよい。具体的には、タインは幅が広いというより長くすることができる。

本発明のさらなる変更形態によれば、タインはその前面に、インサートを収容する溝を有する。溝はインサートの位置決めも助け、したがって、取り付け補助具として働く。溝もインサートとベルトとの間に嵌め込み嵌合の連結も生み出す。最後に、溝の深さも、好ましくは、歯の形状を維持するためにインサートの厚さと等しい。溝はインサートを収容するように設計されたタイプの窪みを意味すると理解される。

本発明のさらなる改良形態では、溝および／または窪みがベルトの長手方向において歯に対して偏心して位置合わせされることが実現される。溝および／または窪みは、非対称の配置を生み出すために意図的に歯に対して中心から外して配置される。溝および／または窪みを偏心して配置することは、２つのベルト端部の歯間にオフセットを生み出す極めて単純な構造手法である。具体的には、溝および／または窪みの偏心した配置を用いて、必要なオフセットを精密に定めることができ、そうすることで、取り付けるときにオフセットを手動で調節する必要が無くなる。

本発明のさらなる教示が、第１の端部および／または第２の端部（単数または複数）のタインが、ベルトの後面から前面に延在する貫通孔を有することを提供する。後面から前面への貫通孔の経路はベルトを通る最短の通路を表す。したがって、特許文献１および特許文献２の冒頭に記載の孔とは異なり、本発明による孔は歯の全長を貫通する必要はなく、その代わりに歯を横断する。孔をできるだけ短く維持することの利点は、ベルトの変形について心配する必要なく、保持力が非常に高いクランプ式の連結を作り出すことができることにある。

本発明のさらなる改良形態によれば、タイミングベルトは連結要素を有する。連結要素を固定するために、タイミングベルトは好ましくは貫通孔を有する。貫通孔および連結要素は、ベルトを輸送のための手段として用いることを可能にする。連結要素は、例えば、輸送コンテナを固定できる適切な形状の部分またはアダプタとすることができる。

本発明のさらなる改変形態では、タインおよび切欠部が６個から１４個の、特に８個から１２個の歯の長さであることが実現される。タインおよび切欠部の長さによりベルトロックの長さが決まる。一方、ベルトロックの長さは、ベルトの引張強度がこの領域ではより低いので、限度内に維持されるべきである。他方、ベルトロックが小さすぎる場合は、ベルトの２つの端部間の信頼できる連結を保証することができない。６個から１４個の、特に８個から１２個の歯の長さが特に良好な妥協点を表すことを証明した。

最後に、本発明のさらなる改良形態では、タイミングベルトがプラスチックから作製され、金属製の、具体的には鋼製の張力要素を備えることが提案される。プラスチックは、成形の観点から、コストが低く、弾性が高く、汎用性が極めて高いので特に適している。鋼の張力要素はその非常に高い引張強度について注目に値する。両材料の特性は、鋼の張力要素をプラスチックに埋め込むことによって有利に組み合わせることができる。あるいは、張力要素は、引張負荷に耐えることができる任意の他の材料から、例えばガラス繊維（ケブラー）、炭素繊維またはテキスタイル繊維から、作製することができる。

以下では、本発明の好ましい実施形態を１つだけ例示する図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。

組み付けていない状態にある、連結要素を有する、従来技術から知られたタイミングベルトの斜視図を示す。 組み付け状態にある図１のタイミングベルトの側面図を示す。 組み付け状態にある図１のタイミングベルトの上面図を示す。 張力なしの組み付け状態にある、本発明による、オフセットを有するタイミングベルトの側面図を示す。 張力なしの組み付け状態にある、図３Ａのタイミングベルトの上面図を示す。 張力なしの組み付け状態にある、図３Ａのタイミングベルトの下面図である。 タイミングベルトのうちの、図３Ａ中「ＩＩＩ Ｄ」部の詳細図である。 タイミングベルトのうちの、図３Ｃ中「ＩＩＩ Ｅ」部の詳細図である。 張力下で組み付け状態にある、本発明によるタイミングベルトの側面図を示す。 張力下で組み付け状態にある、図４Ａのタイミングベルトの上面図を示す。 張力下で組み付け状態にある、図４Ａのタイミングベルトの下面図である。 タイミングベルトのうちの、図４Ａ中「ＩＶ Ｄ」部の詳細図である。 タイミングベルトのうちの、図４Ｃ中「ＩＶ Ｅ」部の詳細図である。

図１は、連結要素を有し組み付けていない状態にある、従来技術から知られたタイミングベルト１の斜視図を示す。連結要素はネジ２、バックパネル３およびインサート４である。図１に示されるタイミングベルト１は、第１の端部５および第２の端部６を有する歯付きベルトである。

タイミングベルト１の第１の端部５は、２つのタイン７および３つの切欠部８を有する。切欠部８の１つは２つのタイン７の間に配置され、他の２つの切欠部８はタイン７の一方の側に配置される。同じく、タイミングベルト１の第２の端部６は３つのタイン７および２つの切欠部８を有し、その２つの切欠部８は図１に示されるようにして３つのタイン７の間に配置される。

タイミングベルト１の第１の端部５および第２の端部６は互いに補完するように形状設定される。これは、第１の端部５のタイン７が第２の端部６の切欠部８にぴったりと嵌合し、同じく、第２の端部６のタイン７が第１の端部５の切欠部８に完璧に嵌合することを意味する。したがって、２つの端部５と６とが互いに押し込まれると、タイン７と切欠部８とが途切れのない滑らかな面を形成するように互いに完璧に補完する（図２Ｂも参照）。

タイミングベルト１は平坦な後面９および前面１０を有する。歯１１は前面１０に配置される。

タイン７は前面１０に溝１２を有し、溝１２は歯１１の中央においてベルト１の長手方向を横切る方向に延在する。溝１２はインサート４を収容するように働く。タイン７はその後面に窪み１３も有する。窪み１３はバックパネル３を収容するように働き、窪み１３も歯１１に対して中央を延在する。バックパネル３は貫通孔１４を備える。同様にして、第１の端部５のタイン７は貫通孔１５を有する。最後に、インサート４は、ネジ２と位置合わせされた開口部１６を有する。

ベルト１の２つの端部５と６とは、一方の端部のタイン７をそれぞれの他方の端部の切欠部８に押し込むことによって互いに連結することができる。そのとき、バックパネル３は窪み１３に位置決めされ、インサート４は溝１２に挿入される。バックパネル３が適位置にあり、具体的にはインサート４が係合されるとすぐに、ベルト１の２つの端部５と６との間に押し込みロック式の連結が生み出される。押し込みロック式の連結はネジの連結によって補助される。このために、ネジ２が貫通孔１４、１５を貫通し、開口部１６にねじ込まれる。このようにして、嵌め込み嵌合の連結に加えて、ベルト１の２つの端部５と６との間にフォースフィッティングの連結、すなわちクランプ式の連結も構築される。

図２Ａおよび図２Ｂは、組み付けられた状況にある図１のタイミングベルト１の後面９の側面図（図２Ａ）および上面図（図２Ｂ）を示す。図１を参照しながらこれまで記述した特性は、図２Ａおよび図２Ｂおよび以降の全ての図において同じ参照符号で示される。

図３Ａは、組み付けられた状況にあるが張力なしの、本発明による、オフセット１７を有するタイミングベルト１の側面図を示す。このタイミングベルト１と図１から図２Ｂのベルトとの違いの一つは、第１の端部５のタイン７の歯１１と第２の端部６のタイン７の歯１１との間にオフセット１７が設けられることにある。言い換えると、歯１１のフランクは、ベルトロックの領域では互いに位置合わせされず、互いに対して互い違いに配置される。このことは、例えば溝１２および／または窪み１３を歯のちょうど中央ではなく、偏心して配置することによって達成することができる。これは、２つの端部５、６のタイン７がそれぞれの他方の端部６、５の切欠部８中の「遠過ぎる」位置に押し込まれる場合に達成されることになるのと同様の作用を有する。このように、オフセット１７を設けると、定められた数の歯１１（図３Ａでは１０個の歯）の間の距離Ａがベルトロックの領域ではオフセット１７に対応する長さＸだけ短くなる。その結果、図３Ａに示されるタイミングベルト１は、負荷のない状態では小さくなる。

図１から図２Ｂに示されるタイミングベルト１に関する別の相違点は、図３Ａに表されるタイミングベルト１が、タイミングベルト１に設けられた貫通孔１９に固定される連結要素１８を有することである。連結要素１８によって連結部品をタイミングベルト１と連結することができる。これは、例えばベルト１がドライブベルトではなく輸送用ベルトとして用いられる場合に必要である。図３Ａに示されるタイミングベルト１の場合は、連結要素１８は互いから１０個の歯１１の距離に対応する距離Ａの位置にある。オフセット１７によって距離Ａが長さＸだけ短いベルトロックの領域には、例外が適用される。このように長さＸだけ短くなることは図３Ｂからも明白であり、図３Ｂは負荷のない組み付け状態にある図３Ａのタイミングベルト１の上面図を示す。

図３Ｃは、負荷のない組み付け状態にある、図３Ａのタイミングベルト１の下面図を示す。下から見る説明図は、前面１０の下から、すなわち歯１１の側から見た図を示す。ベルトロックの領域にある歯１１のフランクが位置合わせされておらず、オフセットを有することが全く明白である。

図３Ｄは、タイミングベルト１のうちの、図３Ａ中「ＩＩＩ Ｄ」部の詳細図を示す。対照的に、図３Ｅはタイミングベルト１のうちの、図３Ｃ中「ＩＩＩ Ｅ」部の詳細図を示す。図３Ｄおよび図３Ｅの拡大図は、第１の端部５のタイン７の歯１１が第２の端部６のタイン７の歯１１に対してオフセット１７であることを特にはっきりと示す。具体的には、歯のフランクは互いに一列に配置されない。

図４Ａでは、組み付けられており張力下にある、本発明によるタイミングベルト１の側面図が示されている。図４Ａに表されるタイミングベルト１は、例えばプリテンションの結果として通常は動作中に生じる張力Ｆを受ける。ベルトロックの領域がベルト１の残りの部分に存在する引張剛性より有意に低い引張剛性を有するので、張力Ｆによりベルトはベルトロックの領域で伸びるが、ベルト１の残りの部分の伸長はごくわずかである。

ベルトロックの領域で伸長が増大することは、一方では、通常、ベルト１に存在する引張要素がそこで分割されることに起因しており、他方では、２つの端部５と６との間の連結がしっかりとしているにもかかわらず、２つの端部５、６のタイン７間のごくわずかな相対移動を完全に無くすことはできないという理由からである。その結果、張力なしの状態のオフセット１７は図４Ａに示される張力下の状態にはもはや存在せず、この時点ではベルトロックの領域を囲繞する２つの連結要素１８も互いから距離Ａの位置に配置される。オフセット１７によって生じる寸法Ａ−Ｘは張力下の状態で所望の公称寸法Ａに変わる。オフセット１７の代わりに、オフセット１７の長さにほぼ等しい長さを有する隙間２０がタイン７の端部と切欠部８の端部との間に生じる。

図４Ｂは、組み付けられ張力下にある、ベルト１の後面９に向かって見た、図４Ａのタイミングベルト１の上面図である。この図でも、張力Ｆの作用下でベルト１がベルトロックの領域にもはやオフセットを有さず、この領域に配置する２つの連結要素１８が互いから距離Ａの位置にあることが理解できる。生み出された隙間２０もはっきりと見ることができる。

図４Ｃは、前面１０から見た、図４Ａのタイミングベルト１の下面図を示す。この図でも、張力Ｆの作用下でベルトがもはやオフセットを有さず、ベルトロックの領域にある歯１１のフランクがやはり互いに位置合わせされることが理解できる。隙間２０はここでもはっきりと見ることができる。

図４Ｄは、タイミングベルト１のうちの、図４Ａ中「ＩＶ Ｄ」部の詳細図を示す。対照的に、図４Ｅは、タイミングベルト１のうちの、図４Ｃ中「ＩＶ Ｅ」部の詳細図を示す。図４Ｄおよび図４Ｅの拡大図は特に明快に、歯１１が張力Ｆの影響下で所望の動作位置にシフトしたこと、およびその位置では歯１１間にもはやオフセットがないことを示す。言い換えると、歯１１のフランクはこの時点ではやはり互いに１列になっている。最後に、図４Ｄおよび図４Ｅは、隙間２０が歯１１と対応するインサート４との間に形成されることもはっきりと示す。隙間２０は、インサート４のうちのそれぞれ負荷の掛けられていない側に形成され、負荷の掛けられた側ではインサート４は歯１１と面一である。

Claims (13)

1. 第１の端部（５）、第２の端部（６）、後面（９）、前面（１０）を有し、前記後面（９）および／または前記前面（１０）に配置された複数の歯（１１）を有する、タイミングベルトであって、前記第１の端部（５）は少なくとも１つの切欠部（８）を有し、前記第２の端部（６）は、前記切欠部（８）に挿入可能な少なくとも１つのタイン（７）を有し、前記第１の端部（５）と前記第２の端部（６）とは連結手段（２、３、４）によって互いに着脱可能に連結可能である、タイミングベルトにおいて、
   張力なしの連結状態では、前記第１の端部（５）の前記歯（１１）は、前記第２の端部（６）の前記歯（１１）に対してオフセット（１７）を有することを特徴とする、タイミングベルト。
2. 前記オフセット（１７）は０．１ｍｍと１．５ｍｍとの間の長さを有することを特徴とする、請求項１に記載のタイミングベルト。
3. 前記タイミングベルト（１）は、連結手段としてバックパネル（３）および／またはインサート（４）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のタイミングベルト。
4. 前記タイン（７）はその前記後面（９）に、前記バックパネル（３）を収容するための窪み（１３）を有することを特徴とする、請求項３に記載のタイミングベルト。
5. 前記タイン（７）はその前記前面（１０）に、前記インサート（４）を収容するための溝（１２）を有することを特徴とする、請求項３に記載のタイミングベルト。
6. 前記タイン（７）はその前記後面（９）に、前記バックパネル（３）を収容するための窪み（１３）を有し、および／または、前記タイン（７）はその前記前面（１０）に、前記インサート（４）を収容するための溝（１２）を有し、且つ、前記溝（１２）および／または窪み（１３）は、前記タイミングベルト（１）の長手方向において前記歯（１１）に対して偏心して配置されることを特徴とする、請求項３に記載のタイミングベルト。
7. 前記第１の端部（５）および／または前記第２の端部（６）の前記タイン（７）は、前記タイミングベルト（１）の前記後面（９）から前記前面（１０）に延在する貫通孔（１５）を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のタイミングベルト。
8. 前記タイミングベルト（１）は、連結部品を連結して固定できる適切な形状の部分またはアダプタから成る連結要素（１８）を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のタイミングベルト。
9. 前記タイン（７）および前記切欠部（８）は６個から１４個の歯（１１）の長さであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のタイミングベルト。
10. 前記タイン（７）および前記切欠部（８）は８個から１２個の歯（１１）の長さであることを特徴とする、請求項９に記載のタイミングベルト。
11. 前記タイミングベルト（１）は、プラスチックから作製され、金属から作製された引張要素を備えることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のタイミングベルト。
12. 前記タイミングベルト（１）は、プラスチックから作製され、鋼から作製された引張要素を備えることを特徴とする、請求項１１に記載のタイミングベルト。
13. 歯付きベルトであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のタイミングベルト。

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