JPS591896B2 - 歯付ベルトの伝動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は歯付ベルトとプーリとの組合わせ構造からなる
歯付ベルトの伝動装置に係り、更に詳しくは、今日使用
されている断面台形の溝及び歯を有するプーリと直線及
び円弧とを組合わせた歯をもつ歯付ベルトとを一定の寸
法関係で組合わせた歯付ベルトの伝動装置に関するもの
である。

歯付ベルトは、平ベルトやＶベルトと異なり、すべりの
無い確実伝動が可能であり、又、＠軍やチェーンの確実
伝動に比べて給油を必要としない等の利点を有している
ため、近年、需要が急激に増大してきた。

ψしかし、この歯付ベル斗による伝動は、ベルト歯部と
プーリ溝部が夫々噛み合い力の伝達を行なうものであり
、夫々の噛み合う状態により、または歯形によって、噛
み合い時、または噛み合いから離れるとき、騒音、異音
を発生するばかりでなく、ベルト溝部表面が摩耗したり
或いはベルト歯部が破損することがある。

例えば、今日、一般に使用されている歯付ベルトとプー
リの組合せ体からなる伝動装置として、ＲＭＡ （Ｒｕ
ｂｂｅｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｓ Ａｓ５ｏｃｉａ
ｔｉｏｎ）Ｉｐ−２４（１９７８）に定められているよ
うに、断面台形のベルト歯部とその歯部と相似形のプー
リとの噛み合いによる伝動システムで、ベルト歯部の先
端部とプーリ溝部の底面との間に空間を有し、ベルト溝
部とプーリ歯部の側面が密着するようになっている装置
においては、ベルト溝部が外側に帆布、これに隣接して
硬い抗張体が位置しているために硬く、またこれに対応
するプーリ歯部も金属または樹脂からなる硬い材質から
なっているため、ベル斗溝部とプーリ歯部とが衝突する
ことによってベルトが振動する。

通常、この振動の周波数ｆは、ｆ−グーＩＪｆｆｆｌ数
×プーリ回転数／６０で示され、駆動軸や従動軸及びア
イドラー軸等のプーリ周辺の固有振動数ｆ′がｆ′二ｎ
ｆ又はｆ＝ｎｆ’（ｎ：自然数）の場合、共振を起して
異音を発生する。

殊に、この装置を自動車等のエンジンに用いた場合、エ
ンジンの広範囲な回転数のどこかの範囲で共振を起し、
不快な騒音を発生する場合が多い。

また、このような硬い物質同志の衝突により比較的高周
波の騒音が発生する。

更に、ベルト溝部とプーリ歯部との接触によってベルト
溝部の表面が摩耗によって傷み易く、この部分からベル
ト歯部の剪断に発展することが解明されている。

そこで、これらの点を改善するため、ベルト歯部の高さ
をプーリの溝の深さより太きくシ、ベルト歯部をプーリ
溝部に圧縮係合させる駆動装置が開発されている。

（米国特許第４０３７４８５号明細書参照）この装置に
よれば、ベルト歯部がプーリ溝部内で圧縮変形すること
によってベルト歯の高さが減少し、それによってベルト
溝部とプーリ歯部とが接触してもベルト溝部の摩耗は防
止される。

しかし、ベルト歯部とプーリ溝部の形状は相似形でベル
ト歯部がプーリ溝部に全面に接触し、即ち、プーリ溝部
の側面と接触するベルト歯部側面は可能な限り面積を犬
きくして接触圧力を低く保ち、薗の変形を小さくするよ
うに設計されているため、プーリ溝部内におけるベルト
歯部の圧縮変形の自由度が小さく、ベルト歯部のクッシ
ョン性能を十分発揮できず、ベルト歯部とプーリ溝部と
の衝突音が大きくなる結果を避けられない。

本発明はこのような点に着目し、更にその改善を図るも
ので、特にベルト歯部の形状並びにベルトとプーリとの
静的噛み合い時の寸法関係を改良することによって、ベ
ルト溝部とプーリ歯部、そしテヘルト歯部とプーリ溝部
との噛み合い時の騒音を減少させると共にベルト溝部と
プーリ歯部との衝突振動による異音発生を防止し、そし
て高負荷伝動におけるベルト溝部表面の損傷を防ぎ、更
にベルト耐久時間を長くすることを目的とする。

しかして、かかる目的に適合する本発明の特徴とすると
ころは、ゴムその他の弾性体又は合成樹脂からなりベル
ト長手方向に一定ピッチで歯と溝を交互に設けた歯付ベ
ルトであって、ベルト歯形としてベルト、ｆｆ１部表面
からベルト歯部高さＨｂの６０〜９５％までの第１領域
を一定のベルト歯部角度θを有する直線状平面とし、ベ
ルト歯部の先端部に至る残りの第２領域の少くともベル
ト歯部の先端部をベルト歯部の中心線上に中心を有する
円弧の一部としたベルト歯部をもつ歯付ベルトと、実質
的に断面台形状の溝と歯を有する歯付プーリから構成さ
れ、かつ、該歯付ベルトとプーリの寸法関係において（
ベルト歯部の高さＨｂ−プーリ溝部の深さＨｐ ）／ベ
ルト歯部の高さＨｂ二〇〜０．１５の関係を満足させ、
歯付ベルトとプーリとの噛み合い時にベルト歯部の先端
部をプーリ溝部の底面に接触させたことにある。

以下、更に本発明の具体的特徴を添付図面に示す実施例
を参照しつつ説明する。

第１図は歯付ベルトの伝動装置において歯付ベルトがプ
ーリの噛み合うところを示した部分側面図であり、図に
おいて１は歯付プーリ、２はゴムその他の弾性体又は合
成樹脂よりなる面付ベルト、３は前記面付ベルトの抗張
体、４はベルト歯部、５はベルト溝部６と噛み合うため
のプーリ歯部、７はゝルトがプーリと噛み合うときのベ
ルト走行方向を示したもので、これらは面付ベルトの抗
張体３の中心線がベルトのピッチライン８となりプーリ
のピッチライン９と合致してスムーズな噛み合いを行な
うと同時に、ベル）ｆｆ１部４の先端部１０の一部分の
みがプーリ溝部１１の底面１２と接触し、該先端部１０
０犬部分が自由面であるためベルト歯部４の圧縮時、形
状効果がベルト溝部６とプーリ面部５の接触圧力を大き
く緩和して大きな騒音、異音もなく、ベルトとプーリは
嵌合状態を保持する。

第２図は前記の如き伝動装置にあって、歯付ベルトがプ
ーリに静止状態で嵌み合った状態を示す部分側面図であ
り、この場合には歯付ベルト２はベルト長手方向に一定
ピッチで設けた歯と溝を有しているが このベルト図形
は図より明らかなように直線状平面と円弧の組合わせに
よって構成されている。

このうち直線状平面はベルト溝部表面１３からベルト歯
部の高さＨｂの６０〜９５チ（ｈｔ） までの第１領
域１４内にあり、ベルト歯部の角度θと対応し４０°〜
５０°の範囲内にある。

若し、上記範囲を外れ、第１領域を６０係以下まで包含
せしめることは直線平面が減少し、歯付ベルトの機能を
低下させるので好ましくなく、又その角度も噛合性能よ
りみて前記範囲が望ましい。

一方、円弧はベルト歯部の先端部１０に至る残りの第２
領域１５内にあり、ベルト歯部４の中心線１６上に中心
を有する半径Ｒ１の円弧である。

従来の台形歯部をもつベルトは前記第１領域１４と第２
領域１５との境界にベルト溝部表面１３と平行な図頂底
面１７を有する。

従って、本発明の構成に係る前記歯付ベルトの面部は従
来の台形歯形に円弧歯形を追加したものであり、ベルト
歯部４の高さＨｂは従来の台形歯形を有するベルト歯の
高さくｈｔ）に円弧歯の高さく△ｈ）を加算したもので
ある。

なお、ベルト歯部４の直線状平面と円弧との境界部、即
ち連結部１８は適当な円弧で形成される。

第２領域１５内に位置する円弧はベルト歯部の中心線１
６上に位置しベルト溝部表面１３からＨｂだげ離れた点
１９と、従来の台形歯形のベルト歯部側面と低面の連結
部に形成される円弧上に位置する点２０を通る。

そして、この円弧の中心点２１は前記ベルト歯部の中心
線１６上に位置している。

第３図は上記の如き歯付ベルト２の歯形の設計例を示し
ているが、斜線で囲った断面台形の歯形をもつ従来ベル
トは歯部の高さｈｔ、ベルト歯部の角度θ、ベルト歯部
の側面と底面との連結円弧ｒｂ、そしてＰＬＤ値（抗張
体の中心とベルト溝部表面１３間の距離）が夫々ＨＭＡ
等に規定されている。

そこで、本発明に係る面付ベルトの歯部の高さＨｂを後
述するところに従って得られたＨｂ −Ｈｐ／Ｈｂ＝Ｏ
〜０．１５の関係から求めてベル）ｆｆ１部の中心＠１
６上に位置しベルト溝部表面１３からＨｂだげ離れた点
１９を決定し、更に従来ベルトの連結円弧ｒｂ上にあり
、且つこの円弧を２分割する点２０，２０７ を求める
。

そして、上記３点１９．２０．２０’を通る円弧Ｒ１の
中心点２１はベルト歯部の中心線１６上にある。

このようなベルトと噛み合うプーリ１は直線状平面で囲
まれた断面台形のプーリ溝部１１とプーリ歯部５から構
成されているが、これは従来のものと何ら変わりがない
。

また、プーリ溝部１１の側面２２をインボリュート曲線
とし、溝底面１２を直線状平面とした断面台形の溝と図
を有する従来プーリも可能である。

従って、ベルト歯形に応じてプーリの歯形を別設変える
必要もなく、従来のプーリがそのまま使用できる利点か
ら経済的な伝動システムが可能になる。

上記のような本発明において更にもう１つの特徴となる
点は、前述した面付ベルトとプーリとの寸法関係にある
。

即ち、ベル）ｆｆ１部の高さＨｂはプーリ溝部の深さＨ
ｐと同一か、若しくはそれより大きくなり、（Ｈｂ−Ｈ
ｐ ）／Ｈｂ＝ｏ〜０．１５の関係を満足する様にベル
トは設計されることが肝要である。

この場合、上記寸法関係を同一以下とすることは製作に
難があるので問題外であるが、０．１５以上にすると、
ベルトはプーリから浮き易く、そのためベルトはプーリ
からジャンプ或いはスキップして正確な噛み合いができ
なくなる。

従って、理論的、実験的な考察にもとづいて前記寸法関
係の望ましいことが実証され、特定することが好適であ
る。

なお、ベルト歯部４の１ＪｌｌＩ向とプーリ溝部１１の
側面２２の間に隙間即ちバックラッシュを設けてもよい
。

このようにして、上記歯付ベルトの形状でベルトとプー
リとの寸法関係を保持すれば、歯付ベルトは従来のＲＭ
Ａ等に定められた寸法をもつプーリと噛み合うとき、帆
布とゴム等の弾性体から構成された軟かいベルトａ部の
先端部がプーリ溝部の底面と衝突しても防振ゴムのよう
に作用し、しかもベルト歯部の先端部が円弧であるため
スムーズにプーリの溝部内をころがるように円滑に接触
係合し、且つ、ベルト溝部とグーＩＪｆｍ部間の接触圧
力を緩和して干渉を避け、ベルト溝部とプーリ歯部間の
衝突による振動を防止することができる。

従って、異音及び騒音が発生しない。

また、ベルト溝部には大きな接触圧力がかからないよう
な構成を呈するため、ベルト溝部の損傷が避けられる。

しかも、噛み合いの当初、ベル）１部の先端部の一部の
みがプーリ溝部の底面と接触し、その後円弧の大部分が
ベルト溝部の側面に伺ら拘束されることなく自由に圧縮
変形して軟かいベルト歯部のクッション性能を十分発揮
するので、ベルト歯部の先端部とプーリ溝部底面の衝突
音は小さくなる。

なお、ベル）ｆｆ１部とプーリ溝部の形状を相似形にす
れば、ベル）ｆｆ１部がプーリ溝部の全面に当り、また
、ベルト溝部の側面に拘束されて圧縮変形の自由度も小
さくなるため、ベルト歯部とプーリ溝部の衝突音は改良
されない。

従って、本発明ではベルト歯部の先端部のみを必ずプー
リ溝部底面に接触させることも重要な要件である。

第４図は前記本発明装置の変形実施例であり、歯付ベル
ト２３はベルト歯部表面２４からベルト歯部の高さＨｂ
の６０〜９５％（ｈｔ）までの第１領域２５に設けた直
線状平面と、ベルト歯部の先端部２７に至る第２領域２
６に設けた２つの円弧２８，２９を組合わせた歯形を有
しており、該円弧２８，２９の中心点はベルト歯部３０
の中心線３２上に位置している。

第２領域２６に設けた円弧２９はベルト歯部の先端部２
７を明確に位置づけるものであり、また、２つの円弧２
８．２９を組合わせて得られた第２領域２６の広さは第
２図に示した歯付ベルトの１つの円弧からなる第２領域
１５より小さい。

かかる構成な採用すれば、ベルト歯部の先端部２７がプ
ーリ溝部の底面と接触しても、ベルトとプーリ間の空間
３１が一層大きくなっているため、噛み合いにおけるベ
ル）ｆｆ１部３０とプーリ溝部３３の衝突音は小さくな
る。

本発明では、噛み合い時においてベルＭｆｆｉ部の先端
部をプーリ溝部底面に接触変形させ衝突エネルギーを吸
収させることによってベルト歯部とプーリ溝部間の衝突
音を防止でき、更にこの衝突エネルギー吸収によってベ
ルト溝部とプーリ歯部間の衝突音も防止できるのである
。

以下、更に実施例により具体的な試験結果を示す。

実施例 １ ２０００ｃｃのガソリンエンジンにおいて、クランク軸
からオイルポンプ軸間のベルトの固有振動数ｆ’−３０
０Ｈｚの条件で、従来の断面台形の図を有する歯付ベル
ト（ピッチ９．５２５ ｍｍｓ 歯数１２２、ベルト巾
１９ｒ／ＬｒＩＬ１ベルト歯部高さｈｔ＝２、２９ ｍ
ｍ、連結円弧ｒｂ＝１．０２− ベルト歯部角度θ＝４
０°、ＰＬＤ値＝０．６８６ｒｒＬ７ｎ）をクランク軸
、オイルポンプ軸に取り付けた直線状平面で囲まれた断
面台形の画と溝をもつクランクプーリ（＠数２４、溝深
さＨｐ ＝ ２．５９ ｍｍ 〇＝４０°）オイルポン
ププーリ（＠数１８、Ｈｐ ＝ ２．５９ ｍｍ。

θ＝４０° ）に掛張し運転させたところ、クランクプ
ーリの低速回転域（回転数６００〜９００ｒｐｍ、ｆ＝
２４０〜３６０Ｈｚ）で共振し、ジャラジャラという異
音を発生した。

これに対し前記ベルトとして第３図に示す本発明に係る
ベルト（ピッチ９．５２５ｍｍ、歯数１２２、ベルト巾
１９ａｍ、 Ｈｂ＝２．７５ｍｍ、Ｒ１＝３．５５ｍｍ
、 ｒｂ ＝１．０２ｍｍ、θ＝４０°、ＰＬＤ値＝
０．６８６ｒ／Ｌｒ／Ｌ）を使用した場合、ベルト溝部
とプーリ歯部間の振動発生及び異音発生はクランクプー
リの如何なる回転領域にも見られなかった。

実施例 ２ 直線状平面で囲まれた断面台形の任と溝をもつ駆動プー
リ（画数３２、Ｈｐ ＝ ２．５９ ｍｍ、 θ＝４０
０ ）と２つの従動プーリ（＠数１６、Ｈｐ＝２．５９
邑 θ＝４００ ）からなる３軸に実施例１と同様な従
来ベルトと、本発明に係るベルトを夫夫掛張し、従動プ
ーリ間にテンションプーリを設けた伝動装置の騒音とベ
ルト耐久時間を測定した。

その結果を下表に示す。

なお、ベルト走行時の雰囲気湿度は１００°０１、駆動
プーリの回転数は３０００ｒｐｍ 、 ベルト負荷は
８．１ ｐ８Ｓ （Ｈｂ Ｈｐ ）／’Ｈｂ −＝
０−０５であった。

以上のように、本発明の伝動装置は従来の断面台形の溝
、図をもつプーリに直線状平面と円弧とを組合わせた歯
形をもつベルトを噛み合わせたもので、ベルト歯部の先
端部がプーリ溝部と接触してベルト歯部の圧縮変形を自
由にし、ベルト歯部のクッション性を十分発揮させるこ
とによってベルｌ［部とプーリ溝部間の衝突音を緩和さ
せ、更にベルト歯部の先端部が円弧であるためスムーズ
にプーリ溝部内をころがる様に円滑に接触係合し、そし
てベル）ｆｆ１部先端の衝突エネルギー吸収によってベ
ルト溝部とプーリ歯部間での衝突音、異音、騒音を防止
し、しかも、ベルト溝部の損傷を防止できる等、種々の
顕著な効果を有している。

殊にまた、ベルト寿命が長いことも他の１つの特長であ
り、自動車のエンジン用を始め伝動装置としてその利用
分野は広汎で、かつ実用性の期待される装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は歯付ベルトがプーリに噛み合うところを示した
本発明に係る面付ベルトの伝動装置の部分側面図、第２
図は歯付ベルトがプーリに静止状態で噛み合った状態を
示す同じく本発明に係る伝動装置の部分側面図、第３図
は本発明に係る歯付ベルトの図形詳細図、第４図は本発
明に係る伝動装置の変形実施例である。 １・・・・・・歯付ベルト、２・・・・・・歯付ベルト
、４・・・・・・ベルト両部、５・・・・・・プーリ休
部、６・・・・・・ベルト溝部、１０・・・・・・ベル
ト歯部の先端部、１１・・・・・・プーリ溝部、２２・
・・・・・プーリ溝部底面、１３・・・・・・ベルト溝
部表面、１４・・・・・・第１領域、１５・・・・・・
第２領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ゴムその他の弾性体又は合成樹脂からなり、ベルト
   長手方向に一定ピッチで歯と溝を交互に有し、かつ、ベ
   ルト図形としてベルト溝部表面からベルト歯部の高さＨ
   ｂの６０〜９５％までの第１領域を一定のベル）ｆｆ１
   部角度θを有する直線状平面とし、ベルト歯部の先端部
   に至る残りの第２領域の少くともベルト歯部の先端部を
   ベルト歯部の中心線上に中心を有する円弧としたベルト
   歯部をもつ歯付ベルトと、断面台形状の溝と図を有する
   歯付プーリとから構成され、前記歯付ベルトとブーりの
   寸法関係において、ベルト歯部の高さＨｂをブーり溝部
   の深さＨｂと同じくするか、若しくはそれより太きくシ
   、歯付ベルトとグーりとの噛み合い時にベルト歯部の先
   端のみをプーリ溝部底面に接触させたことを特徴とする
   歯付ベルトの伝動装置。 ２ 歯付ベルトが第１領域に設けた一定のベルト両部角
   度θを有する直線状平面と、ベルト歯部の先端部に至る
   第２領域に設けてなるベル）１部の中心線上に中心を有
   する１つの円弧とを組み合わせた区部を有する特許請求
   の範囲第１項記載の歯付ベルトの伝動装置。 ３ ＠付ベルトが、第１領域に設けた一定のベルト歯部
   角度θを有する両面線状平面と、ベルト歯部の先端部に
   至る第２領域に設けてなる、該ベルト歯部の中心線上に
   中心を有する２つの円弧とを組合わせた区部を有する特
   許請求の範囲第１項記載の歯付ベルトの伝動装置。 ４ ベルト歯部の高さＨｂとプーリ溝部の深さＨｐとの
   関係が（Ｈｂ−Ｈｐ ）／Ｈｂ二〇〜０．１５を満足す
   る特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の歯付
   ベルトの伝動装置。 ５ ベルト歯部角度θが４０°〜５０°である％許請求
   の範囲第１項乃至第４項の倒れか各項記載の歯付ベルト
   の伝動装置。 ６ ＠付プーリが実質的に直線状平面で囲まれた断面台
   形状溝と歯を有する特許請求の範囲第１項乃至第５項の
   何れか各項記載の歯付ベルトの伝動装置。 ７ ＠付プーリがプーリ溝部の側面のみをインボリュー
   ト曲線とした断面台形状の溝と歯を有する歯°付プーリ
   である特許請求の範囲第１項乃至第５項の何れか各項記
   載の床付ベルトの伝動装置。