JPH11132291A - 歯付きベルト伝動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベルト部歯底の破断を防止し、歯付きベルト
の耐久性を確保出来るようにする。 【解決手段】 歯付きベルト４が巻き掛けされた駆動側
と従動側の両スプロケット５，６を同期回転させる歯付
きベルト伝動装置において、歯付きベルト４の歯先１１
２及び歯底１１１をそれぞれ一つの円弧（半径ｒ３，ｒ
４）で形成するとともにスプロケット５，６の歯先８０
２及び歯底８０１をそれぞれ一つの円弧（半径ｒ２，ｒ
１）で形成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動側と従動側の
両スプロケット間に歯付きベルトを巻き掛けして、両ス
プロケットを同期回転させる歯付きベルト伝動装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ベルトを用いた回転力伝動装置の一つに
タイミングベルトと呼称される歯付きベルトを用いた伝
動装置が知られている。この歯付きベルト伝動装置は、
駆動側と従動側の両スプロケット間に歯付きベルトを巻
き掛けして両スプロケットを同期回転させることがで
き、例えば、駆動側となるエンジンのクランクシャフト
の回転を従動側のカム軸に同期した状態で伝達できる。

【０００３】ここで、エンジン（図示せず）のタイミン
グベルト伝動装置の一例を図５（ａ）〜（ｃ）に沿って
説明する。ここで、図示しないカム軸と一体のカム軸ス
プロケット１０１はその外周面に多数の平歯のスプロケ
ット歯１０２を備え、各スプロケット歯１０２には、そ
れらの外周面に沿って重なるような内周面形状を備える
歯付きベルト１０３のベルト歯１０４が噛み合う。ここ
で、ベルト歯１０４は従来構成を継承しており、即ち、
歯先が丸い丸歯で、歯底は平底を成す。このような歯付
きベルト１０３は駆動時において、ベルトの内側と外側
への折曲を交互に繰り返しつつ回転することより、特
に、ベルトの内周壁に亀裂Ｊ（図５（ｃ）参照）を生じ
易い。このため、歯付きベルト１０３はその内周壁面全
体にナイロン製の帆布１０５を張着するという構成を採
っており、これによりその耐久性を保持している。

【０００４】ところで歯付きベルト伝動装置が駆動し、
回転力の授受が複数のベルト歯１０４と複数のスプロケ
ット歯１０２との間で行なわれ、即ち、ベルト引っ張り
力Ｆが噛み合い状態にある複数のスプロケット歯１０２
に分散して分散力ｆとなってそれぞれに加わり、カム軸
スプロケット１０１が回転駆動されることと成る。この
際、スプロケット歯１０２の噛合い面と圧接するベルト
歯１０４は、図５（ｂ）に示すように、その付け根部分
ｈとその歯先との間の圧接領域ａで弾性的に変形する。
しかも、ベルト歯１０４の変形に応じてスプロケット歯
１０２の歯先ｃはベルト部歯底ｄをベルト引っ張り力Ｆ
の方向と逆方向に微小に振動して擦られることと成る。
このように回転伝動装置が駆動する際、ベルト部歯底ｄ
はスプロケット歯の歯先ｃにより擦られ破損しやすい
が、このベルト部歯底ｄは帆布１０５の貼着により、所
定の耐久性を確保している。

【０００５】なお、タイミングベルトであってタイミン
グベルトの帆布が歯すじ方向に対して一定の角度を保持
するという構成を採るという技術の一例が特開昭６３−
２２５７４５号公報に開示される。更に、タイミングベ
ルト用スプロケットを金属材料で形成し、タイミングベ
ルトの当接部分を高分子材料で形成するという技術の一
例が、特開平０５ー１７５９号公報に開示される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、クランクシ
ャフトの回転力をカム軸側に伝達する場合、即ち、ベル
ト歯１０４を介し各スプロケット歯１０２に引っ張り力
Ｆを伝達する場合、図５（ｂ）に示すように、弾性体で
あるベルト歯１０４が圧接領域ａを変形させるが、この
際、ベルト歯１０４のベルト部歯底ｄは平底で、スプロ
ケット歯１０２の歯先ｃも平歯であり、この部位では引
っ張り力Ｆの方向への相対的変位が生じ易い。即ち、図
４に２点鎖線で示すようにベルト部歯底ｄに対して、ス
プロケット歯１０２の歯先ｃが滑りを生じ、変位量ｔ２
と比較的大きく変位し、歯先ｃが振動を繰返してベルト
部歯底ｄを擦るという挙動が誘起され、早期に帆布１０
５が破断することと成る。しかも、ベルト歯１０４が変
形を開始すると、その付け根部分ｈをスプロケット歯１
０２の歯先ｃが係止し、同部に集中して分散力ｆを加え
るので、同付け根部分ｈに荷重が集中し、弾性変形量が
過度に大きくなり易く、この点でもベルト歯１０４に対
するスプロケット歯１０２の相対変位が生じ易くなる。

【０００７】このように、ベルト部歯底ｄが平底で、ス
プロケット歯１０２の歯先ｃも平歯である場合、引っ張
り力Ｆの方向及び逆方向への振動変位が大きく生じ易
く、ベルト部歯底ｄをスプロケット歯１０２の歯先ｃが
擦ることと成る。なお、この点は特開昭６３−２２５７
４５号公報や特開平０５ー１７５９号公報に開示される
各ベルト伝動装置でもベルト部歯底が平底で同様の問題
が生じている。特に、従動側となるカム軸スプロケット
１０１と一体のカム軸（図示せず）のように、これに加
わる回転負荷が図示しないカムの形状に応じて回転中に
おいて常に増減変動するものでは、ベルト歯１０４の圧
接領域ａの変形量も増減変動する比率が高くなり、スプ
ロケット歯の歯先ｃがベルト部歯底ｄを振動状態で擦る
比率が高まり、図５（ｃ）に示すように、早期にベルト
部歯底ｄの帆布１０８が破断し、歯付きベルト１０３の
耐久性が低下するという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、ベルト部歯底の破断を防
止し、歯付きベルトの耐久性を確保出来る歯付きベルト
伝動装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明によれば、駆動側と従動側の両スプロケット間に歯付
きベルトを巻き掛けし、複数のスプロケットを同期回転
させるもので、歯付きベルトの歯底およびスプロケット
の歯先がそれぞれ一つの円弧で形成される。ここでは、
スプロケットの歯とこれに噛合するベルトの歯が相対的
に回転力を授受するにあたり、スプロケットの歯に噛合
するベルトの歯がその圧接領域を変形させ、即ち、回転
力の方向及びその逆の方向に変形を繰り返すが、この
際、ベルトの歯底が一つの円弧で凹状に連続形成され、
スプロケットの歯先が一つの円弧で凸状に連続形成さる
ので、これら両者の噛み合いによりスプロケットの歯先
の振動変位を抑えられ、即ち、ベルトの歯底を振動状態
で擦ることを低減出来、歯付きベルトの耐久性の低下を
防止出来る。しかも、ベルトの歯が弾性変位してもベル
トの歯底とスプロケットの歯先とがそれぞれ一つ円弧の
ため滑りを生じ易く、噛み合い面、即ち、圧接領域を比
較的広くして応力の分散を図り、変位を小さく抑えられ
る。このため、スプロケットの歯先がベルトの歯底を擦
る量が減り、歯付きベルトの耐久性の低下を防止でき
る。

【００１０】好ましくは、駆動側がクランクシャフト
で、従動側がカム軸であっても良く、この場合、カム軸
の回転負荷が比較的大きく変動するにもかかわらずベル
トの凹状の歯底に噛み合うスプロケットの歯先の振動幅
を抑え、スプロケットの歯先がベルトの歯底を擦る量を
減らし、歯付きベルトの耐久性を向上させることが出来
る。

【００１１】請求項２に記載された発明によれば、特
に、歯付きベルトの歯底ならびに歯先およびスプロケッ
トの歯先ならびに歯底がそれぞれ一つの円弧で形成され
各歯底ならびに歯先を接線で連続させた。この場合、噛
み合い時の相対的な滑りをよりスムーズに出来、耐久性
をより向上させることが出来る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１には本発明の適用された歯付
きベルト伝動装置の要部を示し、図２にはこの歯付きベ
ルト伝動装置をタイミングベルト伝動装置として装備す
るエンジン１を示した。歯付きベルト伝動装置はエンジ
ン１のクランクシャフト２の回転を歯付きベルト４を用
い、図示しない動弁系の給排気カム軸３，３’及び図示
しないエンジン補機、等に伝達する。ここで、クランク
シャフト２はクランク軸スプロケット５を、給排カム軸
３，３’は給排気カム軸スプロケット６，６’をそれぞ
れ一体的に結合しており、これら各スプロケット間に歯
付きベルト４を巻き掛けして同期回転させる。

【００１３】歯付きベルト４及び各スプロケット５，
６，６’は同一の歯ピッチＰを備え、特に、クランク軸
スプロケット５に対し給排気カム軸スプロケット６，
６’は倍の歯数を備えるように設定され、しかも、給排
気カム軸スプロケット６，６’は同一歯形形状を成す。
このため、ここでは、給気カム軸スプロケット６を主に
説明し、重複説明を略す。給気カム軸スプロケット６は
給気カム軸３の一端に一体結合される回転板７と、その
外周の複数のスプロケット歯８を備え、これらは板金の
プレス成形により製造される。各スプロケット歯８は回
転板７の外周端より屈曲され回転軸方向（図１の紙面垂
直方向）に歯幅だけ突出形成され、歯すじが回転軸方向
（図１の紙面垂直方向）に沿って延びる丸歯として形成
される。特に、各スプロケット歯８は歯底８０１が半径
ｒ１の円弧に形成され、歯先８０２が半径ｒ２の円弧に
形成され、これら歯底８０１と歯先８０２の各円弧部は
当該円弧もしくは共通接線で連続面を成すように形成さ
れる。

【００１４】一方、歯付きベルト４は帯状の平ベルト部
１０とその内周面より突き出し成形される多数のベルト
歯１１を備える。ここで平ベルト部１０は要部がゴム製
で、その内周壁面より所定量内側にガラス繊維などから
成る帯状の張力体１２を埋込成形し、これにより引っ張
り力Ｆ（図３参照）の加わる方向の延び変位を抑えてい
る。しかも、平ベルト部１０およびその内周面より突き
出し成形される多数のベルト歯１１の内周壁面全体には
ナイロン製などの帆布１３が張着される。張着された帆
布１３は、ベルト駆動時においては、平ベルト部１０が
内、外側への折曲を交互に繰り返すことによって誘発す
る平ベルト部１０の内周壁に亀裂を生じることを抑え、
その耐久性の確保を図っている。

【００１５】ここで平ベルト部１０より突き出し成形さ
れる各ベルト歯１１は各スプロケット歯８の外表面に沿
って重なるように、即ち、隣合う各ベルト歯１１が各ス
プロケット歯８と同一の歯ピッチＰ（図３参照）で、歯
すじが回転軸方向（図１の紙面垂直方向）に沿って延び
る丸歯として形成されている。しかも、各ベルト歯１１
は歯底１１１が半径ｒ３の円弧に形成され、歯先１１２
が半径ｒ４の円弧に形成され、歯底１１１と歯先１１２
の各円弧の重合部は当該円弧もしくは共通接線で連続面
を成すように形成される。ここでベルト歯１１の歯底１
１１が半径ｒ３の円弧に形成され、スプロケット歯８の
歯先８０２が半径ｒ２の円弧に形成され、半径ｒ３に対
し半径ｒ２は多少小さいかほぼ等しく設定され、これに
よりベルト歯１１の歯底１１１にスプロケット歯８の歯
先８０２が密に嵌合可能に形成される。同じく、ベルト
歯１１の歯先１１２が半径ｒ４の円弧に形成され、スプ
ロケット歯８の歯底８０１が半径ｒ１の円弧に形成さ
れ、半径ｒ１に対し半径ｒ４は多少小さいかほぼ等しく
設定され、これによりベルト歯１１の歯先１１２がスプ
ロケット歯８の歯底８０１に密に嵌合可能に形成され
る。

【００１６】このように歯付きベルト４および給気カム
軸スプロケット６が形成されるが、ここでの給気カム軸
スプロケット６と同一に排気カム軸スプロケット６’が
形成され、更に、クランク軸スプロケット５も歯数が１
／２である点以外は給気カム軸スプロケット６と同様に
形成される。このような歯付きベルト伝動装置を備えた
エンジン１が駆動し、クランク軸スプロケット５より従
動側の給排カム軸スプロケット６，６’に回転が伝達さ
れるとする。この場合、例えば、駆動側のベルト歯１１
が従動側の給気カム軸スプロケット６のスプロケット歯
８に噛み合い回転伝動がなされるとする。ここで、ベル
ト引っ張り力Ｆが従動側の各スプロケット歯８に分散力
ｆとして加わり、この際、弾性体であるベルト歯１１
は、ベルト引っ張り力Ｆに応じて圧接領域ａで弾性的に
変形する。

【００１７】このベルト歯１１とスプロケット歯８の噛
み合い時において、図３に実線で示すように、ベルト歯
１１の凹状の歯底１１１に対して、スプロケット歯８の
凸状の歯先８０２が密に嵌合し、圧接している。このた
め、ベルト歯１１の圧接領域ａが変形し、これに連動し
て、スプロケット歯８の歯先８０２がベルト歯１１の歯
底１１１に対し相対的に引っ張り力Ｆの方向と逆の方向
に変位し、２点鎖線で示すように変位しようとしても、
この凹状の歯底１１１と凸状の歯先８０２の嵌合により
滑りが抑えられ、その時の変位量ｔ１は比較的小さく抑
えられ、歯先８０２が微小振れを繰返して歯底１１１を
擦るという挙動が低減されることと成る。これに対し、
図４に沿って先に説明したように、ベルト部歯底ｄが平
底で、スプロケット歯１０２の歯先ｃが平歯先の場合に
は平歯先ｃが平歯底ｄを擦るという挙動が促進され、早
期に帆布１０５が破断することと成るが、図１の歯付き
ベルト伝動装置ではこのような挙動を確実に防止出来
る。

【００１８】更に、噛合い時において、ベルト歯１１の
圧接領域ａの側壁とこれに当接するスプロケット歯８の
歯先８０２の側壁との間で相対的に分散力ｆが授受され
相対的に滑りを生じるが、特に、このベルト歯１１が半
径ｒ３の凹状壁にスプロケット歯８が半径ｒ２の凸状壁
に形成されるので、互いが特に噛み合い作動中に相対的
に滑りを生じ易く、分散力ｆを側壁全体で偏ること無く
授受出来、応力集中を防げ、圧接領域ａのベルト引っ張
り力Ｆの方向の圧縮変位量を低減出来、この点でもベル
ト歯１１の歯底１１１をスプロケット歯８の歯先８０２
が擦るという挙動を低減できる。このため、図１の歯付
きベルト伝動装置では、ベルト歯１１の歯底１１１をス
プロケット歯８の歯先８０２が擦る場合の擦る振れ幅が
大きく低減し、帆布１３が張着されているベルト部の歯
底１１１の帆布１３の早期の破断及び、亀裂の発生を低
減でき、耐久性の低下を防止出来る。

【００１９】図１の歯付きベルト伝動装置ではエンジン
１のタイミングベルト伝動装置として採用されていた
が、その他の各種の回転伝達系に本発明の適用された歯
付きベルト伝動装置を適用することができ、この場合
も、図１の歯付きベルト伝動装置と同様の作用効果が得
られる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、スプロケットの歯とこれに噛合するベルトの歯
が相対的に回転力を授受するにあたり、スプロケットの
歯に噛合するベルトの歯の圧接領域が変形を繰り返す
が、この際、ベルトの歯底が一つの円弧で凹状に連続形
成され、これに噛み合うスプロケットの歯先も一つの円
弧で凸状に連続形成されるので、スプロケットの歯先が
ベルトの歯底を振動状態で擦ることを低減出来、歯付き
ベルトの耐久性の低下を防止できる。しかも、ベルトの
歯が弾性変位してもベルトの歯底とスプロケットの歯先
とがそれぞれ一つ円弧のため、噛み合い中における滑り
を生じ易く、噛み合い面、即ち、圧接領域を比較的広く
して圧縮応力の分散を図り、圧縮変位を小さく抑えら
れ、この点でもスプロケットの歯先がベルトの歯底を擦
る量が減り、歯付きベルトの耐久性の低下を防止でき
る。

【００２１】請求項２の発明によれば、特に、噛み合い
時の相対的な滑りをよりスムーズに出来、耐久性をより
向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用された歯付きベルト伝動装置の要
部切欠側面図である。

【図２】図１の歯付きベルト伝動装置を装備するエンジ
ンの概略構成明図である。

【図３】図１の歯付きベルト伝動装置の噛み合い状態説
明図である。

【図４】従来の歯付きベルト伝動装置の噛み合い状態説
明図である。

【図５】従来の歯付きベルト伝動装置の要部を示し、
（ａ）はベルト歯及びスプロケット歯の分解状態説明
図、（ｂ）は噛み合い状態説明図、（ｃ）ベルトの亀裂
発生状態説明図である。

【符号の説明】

４ 歯付きベルト ５ スプロケット ６ スプロケット ８ スプロケット歯 １１ ベルト歯 １１１ 歯底 １１２ 歯先 １２ 張力体 １３ 帆布 Ｆ 引っ張り力 Ｊ 亀裂 ｒ１ スプロケットの歯底の半径 ｒ２ スプロケットの歯先の半径 ｒ３ 歯付きベルトの歯底の半径 ｒ４ 歯付きベルトの歯先の半径

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】歯付きベルトが巻き掛けされた複数のスプ
   ロケットを同期回転させる歯付きベルト伝動装置におい
   て、上記歯付きベルトの歯底および上記スプロケットの
   歯先をそれぞれ一つの円弧で連続形成したことを特徴と
   する歯付きベルト伝動装置。
2. 【請求項２】請求項１の歯付きベルト伝動装置におい
   て、 上記歯付きベルトの歯底ならびに歯先およびスプロケッ
   トの歯先ならびに歯底がそれぞれ一つの円弧で形成され
   各歯底ならびに歯先を接線で連続させたことを特徴とす
   る歯付きベルト伝動装置。