JPH071051B2 - 歯付ベルト及びこれを用いた駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は歯付ベルト及びこれを用いた駆動装置、より詳
しくは歯付ベルトとプーリとの円滑な噛合を達成すると
共に高負荷伝動の時における歯付ベルトとプーリとの噛
合時における異音あるいは騒音を軽減せしめた歯付ベル
ト及びこれを用いた駆動装置に関する。

（従来技術） 歯付ベルトは滑りの無い確実伝動が可能であり、他の確
実伝動の一つである歯車とチエンとの駆動装置に比べて
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。一般に広く利用さ
れている歯付ベルトとプーリの組合せからなる駆動装置
として、RMA IP-24（1978年）に規定されているよう
に、断面逆台形のベルト歯部とこの歯部と相似形の溝群
を周面に設けたプーリとの噛合による伝動システムがあ
る。

その他、米国特許第3,756,091号明細書、同第4,515,577
号明細書に開示されているこの種の伝動システムを構成
する歯付ベルトの歯部は、先端部分にて互いに交差する
それぞれ等しい曲率半径を有する一対の円弧からなる丸
歯によって構成され、またこれに対応して、プーリもそ
の周面に一つの円弧から形成された溝部を有している。
この歯付ベルトがプーリと噛み合った折、ベルト歯部は
プーリの溝部底部に接触もしくは圧縮係合し、ベルト溝
部表面の摩耗を減少せしめることを意図した構成からな
っている。

また、米国特許第4,108,011号明細書（特公昭57-51589
号公報に相当）には、ベルトのピッチライン上に中心点
を有する一対の円弧からなる丸歯を有する歯付ベルト
と、このベルト歯部と相似形の溝部をプーリの周面に設
けたプーリの組合せからなり、歯付ベルトをプーリに圧
縮係合させて騒音防止を改良した歯付ベルトの駆動装置
が開示されている。

このように今日の歯付ベルトの駆動装置は、断面逆台形
の歯部を有する歯付ベルトとベルト歯部と同一形状のプ
ーリ溝を有するプーリとの組合せ体、あるいは一対の円
弧面の一部からなる丸歯を有する歯付ベルトとこの丸歯
と相似する形状のプーリ溝を有するプーリとの組合せ体
がその主流を占めている。

これらの丸歯ベルトの駆動装置における騒音防止対策と
しては、ベルト歯部の高さをプーリ溝部の深さより大き
くし、まずベルト歯部をプーリ溝部底面に当接させて圧
縮変形させ、ベルト溝部底面とプーリ歯部表面とのたた
き音を防止するものであった。

また、最近ではベルト溝部底面とプーリ歯部表面との衝
突により発生するベルトの振動による異音、即ちこの衝
突により発生するベルトの振動数がベルトの固有振動数
に重なった時に生じる異常なベルト振動（ベルトの共
振）によって発生する異音を軽減するために、ベルト歯
頂部をベルト歯部底面より隆起させた形状とし、ベルト
とプーリとの噛み合い時に隆起したベルト歯頂部をプー
リ溝部底面に干渉させる駆動装置も提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） 確かに、ベルト歯頂部の隆起部をプーリ溝部底面に干渉
させ、衝突エネルギーを吸収してベルトの共振をなくす
ことで、ベルト走行時の異音発生を低減できることが確
認されている。

しかし、従来のベルト歯部側面とプーリ溝部側面の形状
は相似形であり、高負荷伝動時においてベルト歯部のほ
ぼ全領域がプーリ溝部に接触し、そしてベルト歯部側面
がプーリ溝部に強く圧接している。このため、ベルト歯
部がプーリ溝部から離れる時には、ベルト歯部側面はプ
ーリ歯先部にこすられながら移動することがあり、この
時に異音が発生した。

また、プーリ歯先部がベルト歯元部よりもベルト歯先部
付近で干渉するため、ベルト歯元部はモーメントの関係
からベルト歯部を抗張体から剥離させようとする大きな
剪断力を受けていた。これがベルト歯元部にクラックを
発生させる原因になっていた。

このため、従来のようにベルト歯部をプーリ溝部に圧縮
係合させるだけでは充分な騒音防止対策にはならず、と
りわけ高負荷伝動用には更にこれを改善する必要があっ
た。

本発明はこのような問題点を改善するものであり、特に
高負荷伝動の条件下においてベルト歯部がプーリ溝部に
スムーズに噛合い、またベルトがプーリから抜けるとき
にプーリ歯先部をベルト歯部に大きく干渉させずに回転
させて騒音を軽減し、しかも効率よくトルクを伝達する
ことが出来る歯付ベルト及びこれを用いた駆動装置を提
供することを目的とする。

（問題を解決するための手段） 即ち、本発明に係る歯付ベルトはベルト本体のピッチラ
イン上に抗張体を埋設し、ベルト本体に一定ピッチで歯
部を有し、該ベルト歯部が円弧のベルト歯元部と、ピッ
チライン上に中心点を有するベルト歯幅Ｗに等しいかあ
るいはほぼ等しい曲率半径を有する円弧の動力伝達領域
と、ベルト歯部内に中心点を有する円弧からなるベルト
歯先部から形成される。

また、本発明に係る歯付ベルトの駆動装置を構成する歯
付ベルトは、ベルト本体のピッチライン上に抗張体を埋
設し、ベルト本体のベルトランドライン上に一定のピッ
チで歯部を有し、このベルト歯部の側壁はベルト歯元
部、動力伝達領域及びベルト歯先部から形成されてい
る。一方、このベルトと噛み合うプーリはその周面に設
けた溝群が円状面の凹状溝壁を有している。この歯付ベ
ルトとプーリとの静的な噛合状態でベルト歯部をプーリ
溝部側壁に接触させた状態において、ベルト歯部の動力
伝達領域がその領域内でプーリ溝壁に接触し、またベル
ト歯元部とプーリ溝部間及びベルト歯先部とプーリ溝部
間にバックラッシュが存在している。

（作用） 本発明の歯付ベルト及びこれを用いた駆動装置にあって
は、ベルトとプーリとが噛み合った際に、バックラッシ
ュがベルト歯元部とプーリ溝壁間、そしてベルト歯先部
とプーリ溝壁間にそれぞれ存在する状態になり、またベ
ルト歯元部とベルト歯先部の間に位置する特定領域の動
力伝達領域がプーリ溝壁に接触するため、ベルトはプー
リ溝壁に干渉せずに噛み合う。またベルトがプーリから
抜ける時にも、プーリ歯先部はベルト歯部の表面を大き
くこすらずにスムーズに回転し、プーリとの噛合時及び
プーリから抜ける時の騒音が減少する。

更には、たとえベルト歯部がプーリ溝壁に当接して、ベ
ルト歯部とプーリ溝壁間のバックラッシュの占める領域
が広くなっても、ベルト歯部の動力伝達領域はプーリ溝
壁に充分に接触し、効率よくプーリからのトルク伝達を
受ける。

（実施例） 次に、本発明に係る歯付ベルト及びこれを用いた駆動装
置の具体的実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明に係る装置に使用する歯付ベルトの歯部
正面図、第２図は同じくプーリの溝部正面図、第３図は
本発明に係る装置のベルトとプーリの噛合状態を示す正
面図である。

（実施例１） 本発明において使用される歯付ベルト（１）は、第１図
に示すように、そのベルト本体（１′）をゴム、合成樹
脂などのゴム状弾性体によって構成し、ベルト本体
（１′）の裏面長手方向には一定のピッチでベルト歯部
（２）とベルト溝部（３）が交互に形成され、ベルト本
体（１′）のピッチライン（４）上にはガラス繊維、ア
ラミド繊維などの低伸度高強力のロープ抗張体が埋設さ
れている。そして、ベルト歯部（２）およびベルト溝部
（３）によって構成されるベルト（１）の裏面側は必要
に応じ、カバー帆布によって全面連続的に被覆されてい
る。

このベルト歯部（２）はベルト歯部（２）の中心線
（１）に対して左右対称で、ベルト歯部の側壁はベルト
ランドライン（５）からのびるベルト歯元部（６）、側
壁の中間部に位置する後述する始点Ｓから終点Ｆに至る
動力伝達領域（７）、そしてベルト歯先部（８）との一
連の領域から構成されている。

ベルト歯元部（６）はベルト溝部（３）内に位置する中
心点（９）を持つ半径R_Aの円弧の一部によって形成さ
れ、また動力伝達領域（７）はピッチライン（４）上に
中心点（10）をもつ曲率半径R_Bの円弧の一部から形成さ
れている。

更に、ベルト歯先部（８）はベルト歯部（２）内にあっ
てベルトランドライン（５）に近い位置に中心点（11）
をもつ曲率半径R_D（R_D＜R_B）の円弧の一部より形成され
ている。そして、ベルト歯先部（８）の最先端部（12）
はベルトランドライン（５）に対して平行になってい
る。尚、曲率半径R_Bはベルト歯幅Ｗと等しいか、または
ほぼ等しく形成されている。

前記動力伝達領域（７）はベルト歯元部（６）との境界
になる始点（Ｓ）とベルト歯先部（８）との境界になる
終点（Ｆ）に至る領域であるが、この終点（Ｆ）はベル
トランドライン（５）からベルト歯部の高さH_Bの1/2程
度離れた所に位置し、曲率半径R_Bと曲率半径R_Dがほぼ交
差する位置になっている。また、始点（Ｓ）はベルトラ
ンドライン（５）からベルト歯部の高さH_Bの1/4程度離
れた所に位置している。この領域（７）はプーリ溝壁に
当接して効率よくトルク伝達を担うところとなり、しか
も大きな圧縮歪を受ける場所にもなる。

一方、上記歯付ベルト（１）と噛合するプーリ（14）は
第２図に示すように、プーリ歯部（15）は中心点（16）
を有する半径r_pの円弧で形成されるプーリ歯先部（17）
と、曲線で形成される歯先表面部（18）、及び該プーリ
（14）に噛合した前記歯付ベルト（１）のピッチライン
（４）上に中心点（19）を有する曲率半径r_bの円弧の一
部とプーリ溝部（21）内に中心点（19′）を有する曲率
半径r_dの円弧の一部を組合せた凹状のプーリ溝壁（20）
によって構成されている。

一方、プーリ溝部（21）はこの一対のプーリ溝壁（20）
（20）とその間を結ぶ平板面もしくは突条の円弧面をも
って形成される溝底部（22）を有している。

尚、プーリの曲率半径r_bの中心点はベルト歯部（２）の
曲率半径R_Bのそれとほぼ同一であるが、プーリの曲率半
径r_dの中心点はベルト歯部の曲率半径R_Dのそれと多少異
なる場合もある。また、r_b＞R_B、r_d＞R_Dの関係を有す
る。

このような丸歯を有する歯付ベルト（１）をプーリ（1
4）に嵌合させ、ベルト歯部を一方のプーリ溝部壁面へ
接触させた場合の具体的な態様を第３図に示す。これに
よると、ベルト歯元部（６）とプーリ歯先部（17）間に
バックラッシュが存在し、またベルト歯部の動力伝達領
域（７）のほぼ全領域はプーリ溝壁（20）に接触し、更
にベルト歯先部（８）では動力伝達領域の終点（Ｆ）か
ら歯先に至って徐々に大きなバックラッシュが存在す
る。

また、ベルト歯部の高さH_Bはプーリ溝部の深さD_pに等し
いか、もしくは大きくなり、ベルト歯部（２）はプーリ
溝部底面（22）に圧縮係合する。ベルト歯部（２）の高
さH_Bはプーリ溝部（21）の深さD_pより最大10％程度大き
く設定されている。従って、前記歯付ベルト（１）とプ
ーリ（14）の組合せにおいては、プーリ（14）とベルト
歯元部（６）及びベルト歯先部（８）間の領域において
バックラッシュが存在するため、ベルト歯部（２）は干
渉を受けずにスムーズにプーリに噛み合い、またプーリ
歯先部（17）はベルト歯部（２）側壁をこすらずに回転
する。更に、ベルト歯部の動力伝達領域（７）はその全
領域がプーリ溝壁（20）に接触するためにプーリからの
伝達トルクを効率よく受けることが可能になる。

実施例２ 第４図及び第５図は他の実施例を示すものであって、第
４図は本実施例の駆動装置に使用するプーリの正面図そ
して第５図はベルトとプーリとの噛み合い状態を示す正
面図である。

ここで使用されるプーリ（14）は基本的に実施例１のプ
ーリと同一形状になっているが、プーリ歯先部（17）は
歯先表面部（18）からプーリ溝部の深さD_pの1/2相当離
れた位置にあるプーリ溝壁（20）上の点（Ｇ）の接線
（23）とプーリ歯先表面部（18）上の接線（24）の両方
に接する円弧（中心点（16）を有する曲率半径r_Dの円
弧）から形成されている。また残部のプーリ歯部（15）
は歯付ベルトのピッチライン（４）上に中心点（19）を
有する曲率半径r_bの円弧の一部からなるプーリ溝壁（2
0）によって構成されている。

従って、プーリ歯先部（17）は円弧面の曲率半径が小さ
い場合には円弧と平面を組合せた形状になり、一方円弧
の曲率半径が最も大きい場合には円弧のみになる。この
プーリ歯先部（17）の一部分はベルト歯部の動力伝達領
域（７）に当接する。

上記プーリ（14）に噛み合う歯付ベルト（１）は、第１
図に示すベルト歯部の形状と全く同一であり、ベルト歯
部（３）はベルト歯元部（６）、動力伝達領域（７）、
そしてベルト歯先部（８）から構成されている。

前記歯付ベルト（１）とプーリ（14）を組合せると、ま
ずベルト歯元部（６）の円弧の曲率半径R_Aがプーリ歯先
部（17）の円弧の曲率半径r_Dより小さくなっているため
に、バックラッシュがベルト歯元部（６）とプーリ歯先
部（17）間にあり、またベルト歯先部（８）とプーリ溝
壁（20）間にもベルト歯先に向かって徐々に大きくなる
バックラッシュが存在する。そして、ベルト歯部の動力
伝達領域（７）はベルト溝壁（20）と接触するが、この
場合円弧からなる動力伝達領域（７）は円弧と平面を組
合せた形状もしくは円弧のみからなるプーリ歯先部（1
7）に接触するため、その接触領域は部分的になる。

従って、ベルト歯部（２）はプーリ溝壁（20）に干渉せ
ずにスムーブに噛み合い、またベルト歯部（２）はプー
リ歯先部（17）によって干渉を受けずにプーリから離れ
るため、噛み合う時の騒音発生要因が除外される。しか
も、ベルト歯部（２）はプーリ溝底部（22）と圧縮係合
するために、ベルト溝部（３）とプーリ歯部表面（18）
とのたたき音も除外され、ベルト噛み合い時の騒音発生
が一段と小さくなる。そして、ベルト歯部の動力伝達領
域（７）が部分的にプーリ溝部側壁と当接するが効率よ
く動力を伝達する。

（効果） 以上のように本発明の歯付ベルト及びこれを用いた駆動
装置においては、ベルトとプーリとを静的に噛み合わせ
た場合、ベルト歯元部とプーリ歯先部間及びベルト歯先
部とプーリ溝壁間にバックラッシュが存在する関係にあ
り、そしてベルト歯部の動力伝達領域の全領域もしくは
一部分がプーリ溝壁に接触する状態になる。このため、
まずベルト歯部がプーリ溝部に噛み合う際には、ベルト
歯部は干渉を受けずに噛み合い、またベルト歯部がプー
リから抜ける時にも、プーリ歯先部がベルト歯部の側壁
をこすらずにスムーズに回転するために、ベルト駆動時
の騒音要因が除外される。

更に、このようにベルト歯部とプーリ溝壁間においてバ
ックラッシュの占める領域が広くなっても、ベルト歯部
の動力伝達領域がプーリ溝壁と充分に接触するために、
ベルト歯部はプーリからのトルク伝達を効率よく受ける
ことが可能になる。

また、歯付ベルトもベルト歯先がプーリに干渉しないた
めにベルト歯元にかかる応力も小さくなり、歯元クラッ
クが生じにくく、またベルト歯部に動力伝達領域が設定
されているために効率よくプーリへトルク伝達すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る歯付ベルトの歯部正面図、第２図
は本発明の駆動装置に使用するプーリの溝部正面図、第
３図は本発明に係る装置であってベルトとプーリの噛み
合い状態を示す正面図、第４図は本発明に係る他の実施
例である駆動装置に使用するプーリ溝部の正面図、そし
て第５図は本発明に係る他の実施例である駆動装置の正
面図である。 （１）……歯付ベルト （２）……ベルト歯部 （３）……ベルト溝部 （４）……ピッチライン （５）……ベルトランドライン （６）……ベルト歯元部 （７）……動力伝達領域 （８）……ベルト歯先部 （14）……プーリ （15）……プーリ歯部 （17）……プーリ歯先部 （20）……プーリ溝壁 （21）……プーリ溝部 （22）……プーリ溝部底面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 藤井 俊明 (56)参考文献 特開 昭62−113939（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベルト本体のピッチライン上に抗張体を埋
   設し、ベルト本体のベルトランドライン上に一定ピッチ
   で歯部を有し、該ベルト歯部が円弧のベルト歯元部と、
   ピッチライン上に中心点を有するベルト歯幅Ｗに等しい
   かあるいはほぼ等しい曲率半径を有する円弧からなる動
   力伝達領域と、ベルト歯部内に中心点を有する円弧から
   なるベルト歯先部から形成されることを特徴とする歯付
   ベルト。
2. 【請求項２】前記ベルト歯部の動力伝達領域は、ベルト
   ランドラインからベルト歯部高さの1/4程度離れた点を
   始点とし、また該ラインからベルト歯部高さの1/2程度
   離れた点を終点とする領域である請求項１記載の歯付ベ
   ルト。
3. 【請求項３】ベルト本体のピッチライン上に抗張体を埋
   設し、ベルト本体に一定ピッチで歯部を設け、該ベルト
   歯部の側壁にベルト歯元部、動力伝達領域およびベルト
   歯先部を形成してなる歯付ベルトと、周面の溝部の溝壁
   を凹弧状面に形成されたプーリとからなり、前記ベルト
   とプーリとの静的な噛み合いでベルト歯部をプーリ溝壁
   に接触させた状態において、前記ベルト歯元部とプーリ
   溝壁間及びベルト歯先部とプーリ溝壁間に夫々バックラ
   ッシュを設け、更にベルト歯部の動力伝達領域をその領
   域内でプーリ溝壁に接触させてなることを特徴とする歯
   付ベルトの駆動装置。
4. 【請求項４】前記ベルト歯部の動力伝達領域は、その全
   領域でプーリ溝壁に接触してなる請求項３記載の歯付ベ
   ルトの駆動装置。
5. 【請求項５】前記ベルト歯部の動力伝達領域は、その領
   域内で部分的にプーリ溝壁に接触してなる請求項３記載
   の歯付ベルトの駆動装置。