JPH05203001A - ベルト内の応力を非局在化するための同期動力伝達装置に対する改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】同期動力伝達装置の同期ベルトにおける雑音の
問題を解決する。 【構成】同期可撓ベルト（５）と、それと協働する歯付
プーリとから成る動力伝達アセンブリにおいて、この同
期可撓ベルトの幾何形状は、ベルトの歯（１０）の支持
表面の周囲の長さと歯間内部表面（９）の長さとの、対
応する側方表面の比にほぼ等しい比によって決定され、
そのため、かみ合せの際にベルトの歯（１０）の歯先、
フランク及び歯溝の輪郭は協働する各々のプーリの対応
する断面形状と完全にかつあそびなくぴったり一致し、
かくして、接触圧力が均一に保たれるようになっている
ことを特徴とする動力伝達アセンブリ。車両用の４サイ
クルエンジンでの運動の伝達及び割出しされる軸動作を
伴う工業的用途のために利用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エラストマ製の可撓性
の歯によってプーリの剛性歯とかみ合うエンドレスベル
トのような可撓性リンクによって連結された平行な軸上
に取りつけられた要素間の回転運動の動力伝達機構の分
野に関する。これらの動力伝達機構は、特に、カムシャ
フトの駆動のための車両のエンジン及び割出しされる軸
動作を伴うその他の工業的分野で利用される。

【０００２】

【従来の技術】車のエンジン上のカムシャフトの駆動は
必然的に確動性を維持しつづけなければならない、つま
りプーリの相対的位置に対して割出しされた状態にとど
まらなくてはならず、長い間、ピニオン又はピニオン・
カスケード上のピン鎖によって実現されてきた。これ
は、過去数十年にわたり、一体となった輪郭をもつピニ
オンの歯溝とのかみ合せにより同期化を行なうエラスト
マで成形された歯が一体化された、可撓性補強材を含む
ベルトの使用によって革新されてきた。

【０００３】数多くある中でも J. O. JEFFEREY の米国
特許第4,047,444 号は、円筒形プーリ上に付着する動力
伝達用平ベルトとこのベルトの上に浮彫り成形された歯
から成る歯付きベルトの利用を説明している。プーリ上
に設けられた共役の複数の歯溝が、可撓性補強材の張力
の作用による機械的付着性により原則として確保される
動きの同期化を果たしている。追求されている目的は、
その摩耗を最低限におさえるため歯数の減少を提案する
ことにあり、ここで駆動ピニオンは被動ピニオン上に刻
まれるピッチに対応するものよりも高い補強材の張力に
対応するピッチを課している。歯による同期化作用は、
補強材の張力を、駆動ピニオン及び被動ピニオンのピッ
チの２つの値の間の中間ピッチに対応する実際の値に適
切に調和させる。

【０００４】一般にグラスファイバさらに最近では芳香
族ポリアミドファイバで作られている可撓性補強材の長
さ方向不変形性における進歩は、張力の作用による伸び
の変動についてのこれらの論議を時代遅れのものにてし
まった。その結果、台形の輪郭をもつ歯付き同期ベルト
は現在全て互換性があり、その寸法は規格化の対象とな
っている。

【０００５】しかしながら、自由空気と連通状態にある
カバーの下での剛性ピニオン上のかみ合せ面とエラスト
マ製の歯の支持面の同期的な接触はつねに、かみ合いの
基本振動数又はその倍数の雑音源である。つねに円筒形
でつまりベルトの幅に対して一定の断面で描かれるさま
ざまな輪郭は、かみ合せの改良を目的としている。接点
の移動が円のインボリュートの形の曲線を描く剛性歯付
プーリ伝導装置ヒントを得て、専門家達は、円弧又はよ
り複雑な丸味で形成された歯の付いた（規格化されてい
ない）同期ベルトを提案している。

【０００６】従って、GOODYEARの仏国特許第2,238,094
号は、プーリの歯の歯先と歯溝底面の間にあそびが存在
することを条件として、類似の仕方で規定されたプーリ
の輪郭とかみ合う、ベルトの基本軸上に心合せされた円
弧により歯の前方フランクの輪郭と歯の後方フランクの
輪郭を規定している。これとは全く逆に、同様にGOODYE
ARのものである仏国特許第2,335,750 号及び仏国特許第
2,362,312 号は、自由状態における高さがプーリの歯の
歯溝の深さよりも大きく、好ましくはその高さの３％乃
至７％であるようなベルトのノッチの半径方向圧縮にそ
の論拠を置いている。

【０００７】従って、張力によるものである圧縮応力が
ベルトの歯の底面から要求され、この圧縮応力は従って
歯の材料のすぐ上の可撓性補強材から直接加わる。ベル
トの歯を構成するエラストマブロックの圧縮及び解放の
周期的交替は、歯の進行の基本振動数をもつ可撓性補強
材の張力変動を誘発する不連続性の源である。台形の輪
郭をもつ歯の場合と同様に（かみ合せ衝撃による）、た
だし別の理由によって（ここでは歯の圧縮による）、張
力変動の周期的な供給源は、このタイプのベルトすなわ
ち自由空気と連通した状態でカバーの下に閉じ込められ
たベルトの特徴である雑音を生み出す。

【０００８】従って、或る一定の運転状態における機能
上の雑音の低減問題が、解決すべきものとして残ってい
る。或る種の類似性が DAYCOの明細書Ｗ086/10-2982 号
の中にも見られ、この明細書では、ベルトの各々の歯の
丸くなったフランクが、可撓性の歯の歯先及び歯元にお
いてあそびを伴ってプーリの歯の歯溝のフランク上に支
えられているようなベルトが記載されている。

【０００９】歯付プーリ上の巻き付け部におけるベルト
の歯の接触開始とそれに続く出口における離れが不連続
であるため、この改良によっては、同期ベルトにおける
雑音という永続的な問題を解決することができないでい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の対象である同
期動力伝達装置の目標は、同期ベルトの騒音の問題に対
する解決法を探究することである。この目的で、本発明
は、可撓ベルトとそれに協働する剛性の歯付プーリ界面
における圧縮開始の際、そしてそれと対称的にその離脱
の際に、歯の理論的かみ合せ形状の如何に関わらず応力
を非局在化させることを目標としている。

【００１１】可撓性補強材の張力の動的変動に加えて、
もう１つの音響伝達源は、同期ベルトの可撓性の歯と、
協働する歯付プーリの歯の歯溝との間から追い出される
空気の脈動によって代表される。これを減少させるため
には、２つの接触した固体により駆動される空気力学的
限界層の各々の空気がそれらの接近により連続的に追い
出され次にできる限りわずかな不連続性で再度補給され
るべく、機械的付着性をもつ平滑なベルトの機能に対す
る同化が求められる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、同期可撓ベル
トと、それと協働する歯付プーリで構成され、このベル
トについては補強材を構成する可撓性層に密に結びつけ
られたエラストマ化合物製の同期化用の歯が具備され、
又協働する歯付プーリにいついてはかみ合せが起こる有
効幅全体にわたり一定の輪郭をもつ斜めのフランクを有
する一体となった幾何形状の歯溝が具備されている動力
伝達装置に関する。

【００１３】本発明は、同期可撓ベルトの幾何形状が、
協働する歯付プーリの歯の歯溝の底面と接触する歯の歯
先と斜めのフランクによって三方で閉じ込められたベル
トの歯の支持面の周囲の長さと、前記同期可撓ベルトの
歯の間の内部表面の長さとの間の比によって決定され、
この比が相応する側方表面の比にほぼ等しいことを特徴
とする。

【００１４】このため、前記同期可撓ベルトに協働する
歯付プーリ上へのかみ合せの際に、歯の歯先、フランク
及び歯溝の輪郭は完全にかつあそび無く前記協働する歯
付プーリの相応する剛性要素の輪郭とぴったり一致し、
かくして、歯の歯先、斜めフランク及び歯溝の表面全体
にわたって接触圧力は均一に保たれるようになってい
る。

【００１５】本発明は図面に伴う記述を読むことにより
より良く理解できるだろう。

【００１６】

【実施例】図１は、割出しされる軸の動きに対する工業
的応用又は最新の設計の車両用のあらゆる４サイクルエ
ンジンに具備される、同期可撓ベルトと、それに２の比
で協働する歯付プーリとで構成される動力伝達装置の全
体図である。クランク軸２の軸上の駆動歯付プーリ１
は、同期可撓ベルト５を用いてシリンダヘッドでカムシ
ャフト４と一体化された被動歯付プーリ３を１／２の速
度で駆動する。張力は一般に、前記同期可撓ベルト５の
平滑な背面上を走行する調節用ローラ６によって調節さ
れている。その可撓性補強材８は実際上つねに補強層で
形成されており、この補強層は最も一般的には、同時に
平滑な背面７、歯の間の内部面９及び同期可撓ベルトの
ベルトの歯１０を形成するエラストマ化合物で含浸され
た、突き合わせてらせん状に巻きつけられた撚り糸で形
成された織物である。

【００１７】一実施例においては、極端な温度における
カバーの膨張により同期可撓ベルト５の各側上で測定さ
れた３０daＮの値に達しうる駆動歯付プーリ１及び被動
歯付プーリ３の軸間距離上で確保される永続的張力は、
直径５８ミリメートルで幅２０ミリメートルの駆動歯付
プーリ１の直径上に巻きつけられたこのベルトの接触面
上で５バールに近い圧力を及ぼし、この圧力は従って被
動歯付プーリ３上では2.５バールに移行する。

【００１８】前記駆動歯付プーリ１の歯先直径１１上に
巻きつけられることになる歯のない機械的付着式の可撓
ベルトは、１０Ｎ.mを超えないもののカムシャフトの駆
動ひいてはその動的変動の伝達のために充分なものであ
る駆動トルクを加えることが可能となる。従って、斜め
のフランク１２によるベルトの歯１０と、それに協働す
る歯付プーリの歯１３の歯溝の斜めの壁との機械的接触
は、駆動上の理由から必要であるのではなく、駆動歯付
プーリ１及び被動歯付プーリ３の２本の軸の角度的位置
の間の同期可撓ベルト５を介しての割り出しを確実に行
なう好ましくは変動可能な相対的固定手段なのである。

【００１９】図２は、協働する歯付プーリの歯の歯溝上
の同期可撓ベルトの歯の入口近くを局所的に示した側面
図である。同期可撓ベルト５は、２つの歯付プーリ間で
可撓性補強材８が緊張されているその直線軌跡１４にお
いてと同時に、例えば駆動歯付プーリの歯先直径１１上
のその歯間内部表面９の巻きつけの始めにおいて表わさ
れている。

【００２０】静態では、つまり伝達されるトルクの動的
変動のない定常状態においては、可撓性補強材８を介し
て加えられる直線軌道１４内の張力は、同期可撓ベルト
５の巻きつけられた部分上の永続的な圧力つまり協働す
る歯付プーリの直径上の均等な突出が当該例について駆
動トルクのない状態で約５バールであるような圧力によ
り平衡化されている。

【００２１】歯が無い場合、歯先直径１１上の機械的付
着により機能する一定の厚みのエンドレスの平ベルト
は、漸進的な形でこの値に等しい均等な圧力を受けるこ
とになる。形状係数、すなわち相応するエラストマ化合
物層の自由側方表面と支持面と比率は、エラストマ化合
物の通常の変形係数でわずかな変形を呈することにより
この圧力の伝達にとって有利なものである。

【００２２】ベルトの歯１０の存在により、適切な圧力
が変形可能なエラストマ化合物を横切って及ぼされる。
このため、歯の歯溝の場合によって膨らんでいる底面に
よる協働する歯付プーリに対する半径方向圧縮を、通常
行なわれているような配置の１つにおいて歯の歯溝の深
さより当初大きいものであるベルトの歯１０の高さの弾
性的な低減を伴って、及ぼすことが可能である。

【００２３】この場合、ベルトの歯１０を構成するエラ
ストマ化合物の体積的圧縮性は、横方向への側壁の反り
と同時に、初期のあそびにもかかわらず寄りかかってく
る斜めのフランク１２の長手方向の膨張を誘発する。既
知のその他の配置においては、自由状態での幾何形状
は、圧縮がその斜めのフランク１２の局所的応力付加に
より同期ベルトの歯の一部分のみの上で優先的に及ぼさ
れるように設計されている。

【００２４】このとき、誘発された内部変形の結果、圧
力は、歯の歯溝の底面１５に可撓性の歯の歯先を押しつ
けることなく、可撓性補強材８上に加わることになる。
いずれの場合でも、同期可撓ベルト５の曲げの結果であ
るもの以外には歯と歯の間の内部表面９上の著しい圧力
は存在しない。さらに、カムシャフトの駆動の中でどこ
にでも存在する伝達されるトルクの動的変動は全て、斜
めのフランク１２上の非対称の応力の形で現われ、応力
分布をさらに不均等なものにしている。

【００２５】圧力の不均等性以外に、エラストマ化合物
の交互せん断による幾何的変形が発生する。実際、歯の
歯溝の２つの斜めの壁１３の間の締めつけによる円周方
向におけるベルトの歯１０の長さの縮減ならびに歯の歯
溝１５の底面の接触の下での高さの減少による膨張は、
エラストマ化合物製の歯の内部振動の源である。この振
動は、関連する弾性共鳴現象を全て伴って、可撓ベルト
の側壁の一体となった変位により音響学的に伝達され
る。

【００２６】反対に、本発明において求められている最
適化は、ベルトの歯１０の交互の幾何変形の抑制又は最
大限の減少による同期可撓ベルト５により発せられる雑
音の低減を目的とするものである。図３は、雑音現象に
介入する及ぼされた応力の分布を説明するための、同期
可撓ベルトとそれに協働する歯付プーリの動力伝達装置
の歯の拡大図である。 当該改良の対称となっている最
適化は、協働する歯付プーリのフランクを構成する剛性
の歯の歯溝の斜壁１３の形状とできるかぎり同一の形の
ベルトの歯１０の斜めのフランク１２の輪郭を生み出
す。

【００２７】被覆用の織物１６がエラストマ化合物の表
面を摩耗から保護し、最も多くは金属又は剛性プラスチ
ックである協働する歯の材料に対する摩擦係数を規定し
ている。好ましくはこの被覆用織物１６は、この摩擦係
数が0.４未満にとどまるような形で選ばれる。この被覆
用織物１６は同様に、歯の歯溝の底面１５と接触するベ
ルトの歯１０の歯先の表面ならびに歯間内部表面９をも
覆い、かくして、駆動歯付プーリ１及び単数又は複数の
被動歯付プーリの剛性表面と接触する同期可撓ベルト５
の表面全体を被覆している。この被覆用織物１６は、剛
性拮抗壁とエラストマ化合物の間の接触圧力を最もうま
く分布させるため、かなり変形可能なものとして、好ま
しくは綾織物の形で選ばれる；均等なせん断によりトル
クの動的変動に相応する圧力差を伝達するベルトの歯１
０の全体的非対称曲げ又は可撓性補強材８の曲げによる
歯間内部表面９内のわずかな圧縮は、ほぼ均等な接触圧
力と同様に小規模なものにとどまる。

【００２８】従って、最適化された同期可撓ベルトの全
表面にわたる圧縮圧力は、単なる機械的付着性によって
機能するエンドレス平ベルトの内部表面上に生じること
になる値と極めて類似の値を有することになる。同時
に、歯間内部表面９と直角に、（通常歯の歯元において
より大きく、かくして疲労の源である）可撓性補強材８
の曲げは、歯間内部表面９とベルトの歯１０の間でより
うまく分布された状態にあり、かくしてこの可撓性補強
材８の内部応力は非局在化されている。

【００２９】可撓性補強材８の非伸展性層と接触面の間
に含まれる可撓性エラストマ化合物の厚みにより、変形
可能なエラストマは、故意に低く選ばれたこのエラスト
マ化合物の変形係数に適合するほぼ一定の形状係数を有
することになる。支持面と自由表面との比率であるこの
形状係数は、歯間内部表面９の比較的短かい領域におい
て及び、３方で閉じ込められたベルトの歯１０の支持面
に沿って同じ程度の大きさを有し、３方で閉じ込められ
たベルトの歯１０の支持面の周囲の長さは、歯間内部表
面９の長さに対して、対応する側方表面の比にほぼ等し
い比を有する。その結果、エラストマ化合物の厚みの違
いにもかかわらず、圧縮の局所的剛性は２つの領域内で
ほぼ同じ値を有することになる。前述の例においては、
この比率は８ミリメートルのピッチについて約３の値を
とる。

【００３０】前記形状係数を付与する自由表面を構成す
る横方向における同期可撓ベルト５の側壁は、エラスト
マ化合物の体積的非圧縮性のため、加えられる圧力に抵
抗するため膨張することになる。この現象は、直線軌道
１４の後の可撓性補強材８の巻きつけ領域内で、できる
かぎり連続的に発生する。本改良の目的である最適化
は、音波を生み出す拡声機の壁と同じ性質の壁のこの移
動が連続的に生じ、歯溝が空間的に静止した位置にとど
まることをも目指している。

【００３１】さらにこれには、連続巻き状での輪郭のか
み合せによる同様の漸進的な接触圧力の介入による空気
圧効果が加わる。空気力学的限界層の空気は連続的に追
い出され、輪郭の接触時点で通常生じる衝撃音を避けな
がら同様にして再補給され、ここで分離は、音波源であ
る相応する吸込みにより、吸盤の剥離と類似の要領で行
なわれる。

【００３２】本発明による改良型同期可撓ベルトの製造
方法は、既知の技術に比べて変更されておらず、著しい
差異は、調製用ドラムの歯の形状のより大きな幾何的精
度を必要とする幾何学的構成のレベルにおいてのみ存在
する。望ましい長さの円筒形スリーブは、歯のキャビテ
ィを有する調製用ドラム上に連続して材料を巻きつける
ことによって調製される。

【００３３】第１段階は、調製用ドラムの上に被覆用織
物を置く段階である。この被覆用織物は、後でエラスト
マ化合物の導入の影響下で全ての歯面を被覆するため、
円周方向に充分弾性あるものが選ばれる。可撓性補強材
を構成する撚り糸は上かららせん状に巻きつけられる。
第２段階では、温度及び圧力の作用下で、エラストマ化
合物の加硫と構成要素全体の密な結合が同時に行なわれ
る。

【００３４】第３段階は、冷却後の同期可撓ベルトの平
滑な背面の機械加工から成り、その結果として得られる
表面状態は、調節用プーリ上を通過中の同期可撓ベルト
の逆方向のたわみの間に生み出される振動を避けること
による雑音の減少の重要な要因を構成している。第４段
階は、いつでも納入できる状態にある個々の可撓ベルト
の形へのスリーブの切断である。

【００３５】同期可撓ベルトの幾何形状の決定に対して
提案された改良の利点は、以下のようなものである： ──同期可撓ベルトが協働するその剛性歯付プーリに接
触した時点での支持圧力の不連続性がなくなったことか
ら雑音源が減少する； ──応力が非局在化され、その結果、摩耗が減りベルト
の寿命が増大する； ──交互疲労耐性の改善を保証する応力のより優れた連
続性のため、あらゆる故障の源である重大な劣化をひき
起こす亀裂の出現を遅らせることができる； ──使用温度にいついての増々強くなる必要条件と連続
して、応力の均質性が高くなり、熱耐性の改善に寄与す
る。

【００３６】結論としては、本発明の主要目的である雑
音源の減少と同時に、改良型同期可撓ベルトは、増々強
くなる使用条件の厳しさにもかかわらず、応力の非局在
化により改善された耐用寿命を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】割出しされた軸の動きを伴う器材又は車両の４
サイクル機関などに装備される、同期可撓ベルトとそれ
に協働する歯付プーリの動力伝達装置の全体図である。

【図２】協働する歯付プーリの歯の歯溝上の同期可撓ベ
ルトの歯の入口付近のかみ合せのフランク図である。

【図３】加わる応力の分布を明示するための、同期可撓
ベルトと協働する歯付プーリの動力伝達装置の歯の拡大
図である。

【符号の説明】

１ 駆動歯付プーリ ３ 被動歯付プーリ ５ 同期可撓ベルト ８ 可撓性補強材 ９ 歯間内部表面 １０ ベルトの歯 １２ 斜めのフランク １５ 歯の歯溝 １６ 被覆用織物

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同期可撓ベルト（５）と、それと協働す
   る駆動歯付プーリ（１）及び被動歯付プーリ（３）とで
   構成され、この同期可撓ベルト（５）については補強材
   を構成する可撓性の層に密に結びつけられたエラストマ
   化合物製の同期用の歯が具備され、又前記協働する歯付
   プーリについてはかみ合せが起こる有効幅全体にわたり
   一定の輪郭をもつ斜めのフランクを有する共役の幾何形
   状の歯溝が具備されている動力伝達装置において、前記
   同期可撓ベルト（５）の幾何形状は、協働する駆動歯付
   プーリ（１）又は被動歯付プーリ（３）の歯溝（１５）
   の底面と接触する歯の歯先と斜めのフランク（１２）に
   よって三方で閉じ込められたベルトの歯（１０）の支持
   面の周囲の長さと、前記同期可撓ベルト（５）の歯と歯
   の間の内部表面（９）の長さと比によって決定され、こ
   の比は対応する側方表面の比にほぼ等しく、それによっ
   て、前記同期可撓ベルト（５）と協働する歯付プーリへ
   のかみ合せの際に、ベルトの歯（１０）の歯先、フラン
   ク及び歯溝の輪郭は完全にかつあそびなく前記協働する
   歯付プーリの対応する剛性要素の輪郭とぴったり一致
   し、かくして、歯の歯先、斜めフランク及び歯溝の表面
   全体にわたって接触圧力が均一に保たれるようになって
   いることを特徴とする動力伝達装置。
2. 【請求項２】 ベルトの歯（１０）の支持面の周囲の長
   さと、歯と歯の間の内部表面（９）の長さとの前記比
   が、８ミリメートルのピッチの協働する歯付プーリを使
   用する４サイクルエンジンについての利用についてほぼ
   ３に等しいことを特徴とする請求項１に記載の同期可撓
   ベルト（５）と協働する歯付プーリの動力伝達装置。
3. 【請求項３】 加わった圧力の結果である横方向におけ
   る側方壁の反りが、直線軌跡（１４）の後の可撓性補強
   材（８）の巻きつけ領域において前記同期可撓ベルトの
   移動の連続性のために静止した空間的位置にとどまって
   いることを特徴とする請求項１に記載の協働する歯付プ
   ーリと協働するようになった同期可撓ベルト（５）。
4. 【請求項４】 ベルトの歯（１０）を構成するエラスト
   マ化合物と剛性拮抗壁の間の接触圧力を分配するのに充
   分変形可能な被覆用織物（１６）が、協働する各々の歯
   付プーリの剛性面と接触する可能性のあるこの同期可撓
   ベルト（５）の表面全体を被覆しており、この接触の摩
   擦係数は0.４以下であることを特徴とする請求項１又は
   ３のいずれか１項に記載の協働する歯付プーリと協働す
   るようになった同期可撓ベルト（５）。