JPH07224905A

JPH07224905A - 伝動用ベルト

Info

Publication number: JPH07224905A
Application number: JP1661294A
Authority: JP
Inventors: Hisanaga Matsuoka; 久永松岡; Masahiko Kato; 正彦加藤; Mitsuo Inagaki; 稲垣　　光夫
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1995-08-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ベルト伝動機構の任意の二個のプーリ間にお
ける伝動用ベルト（弦）に発生する弦共振を防止する。【構成】タイミングベルト３のような伝動用ベルトの
背面側６ｃの厚さを、長手方向に連続的に且つ滑らかに
変化させることにより、長手方向の線密度を連続的に変
化させて、二個のプーリ間の伝動用ベルトの弦が一定の
共振振動数を持たないようにして弦共振を防止する。他
の実施例としては、芯線７の配置を不規則なものとし、
芯線７が相互に撚れた部分を形成したり、芯線７の太さ
を部分的に変化させることによって、伝動用ベルトの部
分的な剛性を長手方向に連続的に変化させる。この場合
は、各弦において伝動用ベルトに作用する張力が小さな
変化を繰り返すので、共振振動数が変動して弦共振を防
ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、内燃機関に使
用されるカムシャフト駆動用のタイミングベルトや、冷
却水ポンプ、冷却ファン或いは発電機等の補機を駆動す
るためのＶベルトのような、一般に回転駆動力を伝達す
るための伝動用ベルトに関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、伝動用のベルトは二個以
上のプーリにわたって巻き掛けられることにより、一つ
のプーリから他のプーリへ回転駆動力を伝達するベルト
伝動機構を構成する。ベルト伝動機構が作動するとき、
伝動用ベルトの一部分によって直接に連動される任意の
二個のプーリ間では、伝動用ベルトのその一部分があた
かも弦楽器における弦のような横振動（弦振動）をする
ので、任意の二個のプーリとの接点の間の伝動用ベルト
の一部分を「弦」と呼ぶことにすると、ベルト伝動機構
はプーリの数と同じ数の伝動用ベルトの弦を有し、各弦
とその両端の二個のプーリが各弦毎の弦振動の振動系を
形成する。そして一般の振動系と同様に、伝動用ベルト
の弦振動も個々の弦毎に固有の共振振動数を有してい
る。

【０００３】ベルト伝動機構が作動することにより、伝
動用ベルトの各弦に作用する起振力によって発生する弦
振動の振動数が、その弦に固有の共振振動数と合致する
と、所謂「弦共振」の状態になり、弦振動の振幅が非常
に大きくなって、しかも振動の波が鋭く立ち上がる典型
的な共振現象が見られる。弦共振の状態になると、伝動
用ベルトから直接に、或いは関連する機材に振動が伝播
して騒音が発生するだけでなく、伝動用ベルトが損傷す
るなど関連機器の寿命が低下させたり、ベルト伝動機構
が自動車の内燃機関に付設されている場合には、自動車
の乗員に不快な振動を感じさせるというような問題を生
じる。

【０００４】このように、ベルト伝動機構における伝動
用ベルトの弦の有害な共振現象は、各プーリの位置が決
まっていて伝動用ベルトの長さが一定であれば、伝動用
ベルトの張力が特定の大きさになったときや、ベルト伝
動機構の回転数が特定の値になったときに発生するが、
例えば設計の段階においてベルト伝動機構のいずれかの
弦に弦共振が発生することが判明した場合でも、張力や
回転数の値を変更することは難しいので、従来技術にお
いては各プーリの設置位置を変更して伝動用ベルトの各
弦の長さを変化させたり、弦が長くなる部分には中間に
テンションプーリやアイドルプーリを設けて弦の長さを
短縮し、低い振動数域の弦共振が生じるのを抑えるとい
う対策を講じている。

【０００５】弦共振を抑えるための従来の対策であるプ
ーリの設置位置の変更によるプーリ間距離、従って、弦
の長さの変更や、テンションプーリ又はアイドルプーリ
の設置による弦の長さの短縮には、ベルト伝動機構のた
めにより大きなスペースが必要になること、コストが上
昇すること、テンションプーリ等による摩擦によって動
力損失が増大すること、構造が複雑になること等、色々
な問題が伴うので、弦共振の対策は従来から設計を困難
にする要因の一つになっていた。

【０００６】この問題に対処するための一つの解決策が
特開昭６２−１３８４２号公報に開示されている。改良
されたこの従来技術は、プーリ間に巻き掛けられたタイ
ミングベルトの外面に、張り側の弦と緩み側の弦となる
部分に常時一個ずつのおもりが来るように複数個のおも
りを取り付けることにより、タイミングベルトの線密度
を部分的に異なったものとし、タイミングベルト機構が
作動するときにプーリ間における各弦の固有振動数が常
に変動するようにして、過大な振幅を伴う弦共振が発生
しないようにするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】改良された従来技術
は、タイミングベルトの外面（背面）に幾つかのおもり
を取り付けるというものであるから、ベルトの背面の所
々から不連続的におもりが大きな突起となって外方に突
出することになることは明らかである。従って、このタ
イミングベルトの背面にプーリやスライド等を滑らかに
接触させることは困難であるから、この従来技術におい
ては、ベルトの背面に接触するテンションプーリやスラ
イドのような張力調節手段を使用することができない。

【０００８】本発明は先に述べた従来のベルト伝動機構
における弦共振の問題や、それを改良しようとした従来
技術における問題に対処して、きわめて簡単にこれらの
問題を解決することができる新規な手段を提供すること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】ベルト伝動機構の個々の
弦における弦振動の共振振動数Ｂは、弦の長さをＬ，弦
に作用している張力をＴ，伝動用ベルトの線密度、即ち
ベルトの長手方向の単位長さ当たりの質量をＤとして次
のように表される。Ｂ＝（Ｔ／Ｄ）^1/2／２Ｌ …(1) 上述の改良された従来技術においても試みられている
が、ベルト伝動機構の各弦における伝動用ベルトの共振
振動数Ｂを常に変動させることによって大きな弦共振が
発生するのを防止するには、上記の式における張力Ｔ，
線密度Ｄ，及び弦の長さＬのうちの一つ以上が絶えず変
動するように設定すればよい。しかし、スペースの制約
に対してベルト伝動機構の設計を容易にするためにプー
リの位置が予め指定されていて各弦の長さＬが一定であ
り、また、ベルト伝動機構を最適条件で作動させるため
に張力Ｔの値も概ね決まっているものとすれば、残る可
変要件は線密度Ｄのみである。

【００１０】そこで本発明の第１の解決手段において
は、改良された従来技術のような問題を伴うことなく弦
共振を防止するために、ベルト伝動機構に使用される伝
動用ベルトに対して、長手方向における線密度が連続的
に且つ滑らかに変化する内部構造を与えて、伝動用ベル
トの各部分がベルト伝動機構を一巡する間に、いずれの
プーリ間の弦においても共振振動数が絶えず連続的に且
つ滑らかに変化するようにした点に特徴がある。

【００１１】また、本発明の第２の解決手段において
は、伝動用ベルトの内部に埋め込まれている個々の芯線
の太さや剛性を部分的に変化させたり、複数の芯線の配
置を不規則なものとして撚れた部分を形成することによ
って、伝動用ベルトの部分的な剛性を長手方向に連続的
に変化させて、伝動用ベルトの各部分がベルト伝動機構
を一巡する間に、いずれのプーリ間の弦においても張力
が絶えず小さく変動し、それによって各弦の共振振動数
が一定にならないで絶えず変化し続けるようにした点に
特徴がある。

【００１２】

【作用】第１の解決手段においては、伝動用ベルトが、
その長手方向における線密度が連続的に且つ滑らかに変
化する内部構造を有しており、また第２の解決手段にお
いては、芯線の太さや剛性を部分的に変化させたり、複
数の芯線に撚れた部分を形成することによって、伝動用
ベルトが、その長手方向における部分的な剛性が連続的
に変化する内部構造を有し、それによって各プーリ間の
伝動用ベルトの弦に作用する張力が絶えず小さな変動を
繰り返すので、各弦における伝動用ベルトの共振振動数
が一定になることがなく、弦共振の状態に陥ることが回
避される。

【００１３】

【実施例】図２は、ベルト伝動機構の基本構成の一例と
して、内燃機関に使用されるカムシャフトを駆動するた
めのタイミングベルト機構を略示したもので、被駆動軸
としてののカムシャフトの端部に取り付けられているカ
ムシャフトプーリ１と、カムシャフトプーリ１の半分の
有効半径を有しクランクシャフトの端部に取り付けられ
ている駆動側のクランクシャフトプーリ２は、いずれも
周面に図示しない歯を有しており、それらに噛み合う歯
付きベルトである一連のタイミングベルト３によって連
動するように構成されている。なお、４はテンションプ
ーリ、５は例えばオイルポンプ、ウオーターポンプ等の
補機を駆動するための他の被駆動軸に取り付けられるタ
イミングプーリを示している。これによって図２のタイ
ミングベルト機構におけるタイミングベルト３は、各プ
ーリの間に弦振動を生じ得る５つの「弦」を有してい
る。

【００１４】本発明の伝動用ベルトの第１実施例とし
て、タイミングベルト３の断面構造が図１に示されてい
る。周知のようにタイミングベルト３は、主としてゴム
質の材料からなるループ状に閉じた長いベルト本体６
と、ゴム質の本体６の中に矢印で示す長手方向に埋め込
まれた金属或いは合成樹脂の細い線材、若しくはガラス
繊維或いは炭素繊維のような材料からなる補強用の芯線
７とからなっている。芯線７から見て、本体６の腹側部
分のゴム６ａの表面は波形に成形されて、タイミングプ
ーリ１及び２の歯と噛み合う歯６ｂを形成している。ま
た、芯線７から見て本体６の背側部分のゴム６ｃは、芯
線７を保護するために通常は一様な厚さで設けられるも
のであるが、第１実施例の場合は、図１から明らかなよ
うに、背側のゴム６ｃの厚さがタイミングベルト３の長
手方向に、連続的に且つ滑らかに、しかも不規則的に変
化している。

【００１５】第１実施例の場合は、タイミングベルト３
の背側のゴム６ｃの厚さが、矢印で示す長手方向に連続
的に且つ滑らかに、しかも不規則的に変化している結
果、タイミングベルト３の線密度、即ち長手方向の単位
長さの質量も、図３に示すように背側のゴム６ｃの厚さ
と同様なモードで長手方向に連続的に変化することにな
る。その結果、図２の各プーリ間の弦におけるタイミン
グベルト３の共振振動数も前述の式(1) において線密度
Ｄが不規則に連続的な変化をすることから、各弦におけ
る共振振動数Ｂの値も同様に変化して図４に示すように
なり、どの弦においても共振振動数が一定の値をとるこ
とがない。従って、全ての弦において弦の鋭い共振現象
が発生することが実質的に抑えられて、騒音の発生やタ
イミングベルト３の早期損傷等が防止される。

【００１６】第１実施例の場合は、タイミングベルト３
の背側のゴム６ｃの厚さが位置によって連続的に且つ不
規則に変化するが、その変化は滑らかであるから、テン
ションプーリ４が常に背側のゴム６ｃの表面に接触して
いても、テンションプーリ４は図示しない弾性手段によ
って弾力的に支持されているから、背側のゴム６ｃが隆
起した部分が来ると円滑に後退する。従って、背側のゴ
ム６ｃの滑らかな凹凸がタイミングベルト３の作動に支
障を生じるような恐れはなく、タイミングベルト３はタ
イミングプーリ１及び２等に対して円滑に噛み合って、
それらの間で駆動力を伝達することができる。

【００１７】図５は本発明の第２実施例を示すもので、
この場合も本発明をタイミングベルト３に適用した例で
ある。タイミングベルト３の内部には芯線７が設けられ
ているが、第２実施例の特徴は、図５に示すように個々
の芯線７を不規則に配置し、多数の芯線７が相互に撚れ
ている部分を多数形成している点にある。

【００１８】なお、第２実施例は芯線７の配置の仕方に
特徴があるので芯線７についてやや詳細に説明する。こ
の例における個々の芯線７は、直径数十μｍ程度の細い
グラスファイバーの素線を数十本ずつ縒り合わせたもの
で、１本の芯線７の直径はおよそ１ｍｍ程度になってい
る。従来のタイミングベルト３においては、図６に示す
ように、ゴム質の本体６の中に多数の芯線７が規則正し
く並列に且つ均等に配置されていたのを、第２実施例に
おいては多数の芯線７を不規則な配置として、芯線７同
士が相互に撚れている部分を形成している。

【００１９】第２実施例の場合は、上記のような芯線７
の不規則配置によって芯線７の間に部分的な撚れが生じ
ており、タイミングベルト３の部分的な剛性が図５に矢
印によって示す長手方向に連続的に変化しているので、
図５に示すタイミングベルト３をタイミングプーリ１及
び２等の間に巻き掛けたタイミングベルト機構において
は、各プーリ間を通過するタイミングベルト３の部分部
分、即ち弦に作用する張力が連続的に変化する。これは
芯線７が不規則に配置されて相互に撚れているために、
各弦においてタイミングベルト３に作用する張力が直接
に芯線７の中心に作用しない場合があるためである。こ
のように、各プーリ間の弦におけるタイミングベルト３
の部分的な張力が絶えず変動するので、前記の式(1) に
よって定まる弦の共振振動数も絶えず変化し、どの弦に
おいても共振振動数が一定になることがない。従って、
全ての弦において鋭い共振現象の発生が防止され、第１
実施例の場合と同様な効果が奏される。

【００２０】また、第２実施例の変形として、芯線７の
太さをタイミングベルト３の長手方向に連続的に変化さ
せても同様な効果を上げることができる。なお、以上説
明した第１実施例及び第２実施例のいずれの場合も、伝
動用ベルトとしてタイミングベルトを取り上げている
が、これらの例については、伝動用ベルトがＶベルトで
あっても同様なことが言える。

【００２１】以上の各実施例においては、伝動用ベルト
の線密度、背面の厚さ、剛性等を長手方向に不規則的に
変化させる場合を取り上げているが、変化が不規則的で
あることは必ずしも本発明の要件ではなく、例えば、線
密度等が長手方向に三角関数的に変化する場合や、同じ
く指数関数的に変化する場合のように、弦共振を起こさ
せる恐れがない規則的変化もあるので、このような規則
的変化については本発明が適用され得る。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、きわめて簡単な手段に
よってベルト伝動機構における伝動用ベルトの弦共振を
防止することができるので、弦共振による振動や騒音の
発生を未然に回避することが可能になり、ベルト伝動機
構の設計が容易になって、コストの面でも有利になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の伝動用ベルトの第１実施例の構造を示
す断面図である。

【図２】ベルト伝動機構の基本構成を例示する概念図で
ある。

【図３】第１実施例における伝動用ベルトの線密度の変
化を例示する線図である。

【図４】第１実施例における共振振動数の変化を例示す
る線図である。

【図５】本発明の伝動用ベルトの第２実施例の構造を示
す透視斜視図である。

【図６】従来の伝動用ベルトの構造を例示する透視斜視
図である。

【符号の説明】

１…カムシャフトプーリ２…クランクシャフトプーリ３…タイミングベルト４…テンションプーリ５…オイルポンプ、ウオーターポンプ等の補機駆動用プ
ーリ６…ゴム質の本体７…芯線６ａ…腹側のゴム６ｂ…歯６ｃ…背側のゴム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長手方向の線密度が連続的に且つ滑らか
にに変化していることを特徴とする伝動用ベルト。
【請求項２】芯線から見て背面側の厚さが連続的に且
つ滑らかに変化していることを特徴とする請求項１に記
載の伝動用ベルト。
【請求項３】内部に長手方向に埋め込まれた複数の芯
線が相互に撚れていることによって部分的な剛性が連続
的に変化していることを特徴とする伝動用ベルト。
【請求項４】内部に長手方向に埋め込まれた芯線の太
さが長手方向に変化していることによって部分的な剛性
が連続的に変化していることを特徴とする伝動用ベル
ト。
【請求項５】芯線がグラスファイバーからなっている
ことを特徴とする請求項２，３又は４のいずれかに記載
された伝動用ベルト。