TWI622525B - Toothed belt drive for bicycle - Google Patents

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TWI622525B
TWI622525B TW103129751A TW103129751A TWI622525B TW I622525 B TWI622525 B TW I622525B TW 103129751 A TW103129751 A TW 103129751A TW 103129751 A TW103129751 A TW 103129751A TW I622525 B TWI622525 B TW I622525B
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Susumu Osaki
Takahide Okazawa
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Mitsuboshi Belting Ltd
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Abstract

本發明係關於一種自行車用齒型皮帶驅動裝置，於驅動狀態下，其從動輪之輪槽部與皮帶齒部之皮帶行走方向側之面之一部分進行面接觸，該面接觸之部分處於基準圓周至皮帶齒部之齒根部側之範圍內，該基準圓周係以自從動輪之外徑減去皮帶齒部之齒高所得之長度為直徑且與該皮帶輪同心，且上述面接觸之部分於與皮帶寬度方向正交之剖面為曲線狀，又，從動輪之輪槽部與皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面之最短距離的最大值為齒間距之10%以上且18%以下，從動輪之輪槽部之槽深大於皮帶齒部之齒高，且其差為齒高之5%以上。

Description

自行車用齒型皮帶驅動裝置
本發明係關於一種用於皮帶驅動式自行車之自行車用齒型皮帶驅動裝置。
先前，作為用以將自行車踏板之旋轉傳遞至後輪之裝置，已知有齒型皮帶驅動裝置，其包括：驅動輪，其連結於踏板之旋轉軸；從動輪，其連結於後輪之旋轉軸；及齒型皮帶，其捲繞於該等兩輪。於該齒型皮帶之內周面，沿皮帶長度方向以特定間距形成有凸狀之皮帶齒部。又，於驅動輪及從動輪之外周面形成有與皮帶齒部嚙合之輪槽部。
於從動輪之外徑較驅動輪小之情形時，對從動輪之每一輪槽部施加之皮帶張力大於對驅動輪之每一輪槽部施加之皮帶張力。因此，若行車中皮帶之張力因站踏等而急遽增大，皮帶局部伸長，則從動輪處容易發生皮帶之跳動(跳齒)。尤其於雨天行車時，雨水淋在從動輪上，從而輪槽部與皮帶齒部之摩擦係數降低，因此更容易發生跳動。為抑制此種雨天行駛時皮帶之張力急遽增大時之從動輪處之皮帶之跳動，例如於專利文獻1之齒型皮帶驅動裝置中，對從動輪之輪槽部及齒型皮帶之皮帶齒部之形狀進行設計。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利第4340460號公報
根據行車狀況，存在不僅有水亦有砂進入齒型皮帶驅動裝置之情形。砂因包含水而更容易附著於皮帶輪或皮帶。於上述專利文獻1之齒型皮帶驅動裝置中，若砂與水之混合物進入從動輪之輪槽部與皮帶齒部之間，則砂與水之混合物會嚙入兩者之間。藉此，砂與水之混合物將皮帶齒部向鬆開與輪槽部之嚙合之方向(皮帶輪徑向外側)推擠，其結果導致從動輪處容易發生皮帶之跳動。
因此，本發明之目的在於提供一種自行車用齒型皮帶驅動裝置，其於附著水與砂之混合物等異物之環境下，亦可抑制從動輪處發生皮帶跳動，而維持順利之動力傳遞性能。
本發明之第1態樣之自行車用齒型皮帶驅動裝置包括：齒型皮帶，其由沿皮帶長度方向埋設有抗拉體之橡膠狀彈性體形成，具有以特定齒間距配置於皮帶長度方向之複數個凸狀之皮帶齒部；驅動輪，其於外周面形成有與上述皮帶齒部嚙合之輪槽部；及從動輪，其於外周面形成有與上述皮帶齒部嚙合之輪槽部；於與皮帶寬度方向正交之剖面中，上述皮帶齒部形成為相對於皮帶厚度方向之直線而大致對稱，於驅動狀態下，上述驅動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面之一部分進行面接觸，且上述從動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之皮帶行走方向側之面之一部分進行面接觸，上述驅動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之上述面接觸之部分、及上述從動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之上述面接觸之部分處於基準圓周至上述皮帶齒部的齒根部側之範圍內，該基準圓周以自上述驅動輪及上述從動輪之各者之外徑減去上述皮帶齒部之齒高所得之長度為直徑且與該皮帶輪同心，且上述驅動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部 之上述面接觸之部分、及上述從動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之上述面接觸之部分於與皮帶寬度方向正交之剖面中為曲線狀，於驅動狀態下，上述驅動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面於上述基準圓周上的間隔、及上述從動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之皮帶行走方向側之面於上述基準圓周上的間隔為上述皮帶齒部之齒間距之0%以上且0.5%以下，於驅動狀態下，上述驅動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之皮帶行走方向側之面之最短距離的最大值為上述皮帶齒部之齒間距之2%以上且6%以下，於驅動狀態下，上述從動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面之最短距離的最大值為上述皮帶齒部之齒間距之10%以上且18%以下，且上述從動輪之上述輪槽部之槽深大於上述皮帶齒部之齒高，其差為上述皮帶齒部之齒高之5%以上。
於本態樣中，從動輪之輪槽部與皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面之最短距離的最大值較大，為齒間距之10%以上。因此，於附著砂與水之混合物等異物之環境下驅動自行車用齒型皮帶驅動裝置之情形時，可防止砂與水之混合物等異物嚙入從動輪之輪槽部與皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面之間，並且容易將進入之異物排出至外部。其結果，可抑制從動輪處發生皮帶之跳動。
又，於假設從動輪之輪槽部與皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面之最短距離的最大值超過齒間距之18%之情形時，相鄰兩個輪槽部間之寬度(輪齒部之寬度)變得過窄。因此，因磨耗而導致從動輪之耐久性降低，或者無法較大地確保輪槽部之上端之弧度(輪齒部之齒頂弧度)。又，即便能確保輪槽部之上端之弧度，從動輪齒部亦容易缺損。另一方面，於本態樣中，從動輪之輪槽部與皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面之最短距離的最大值為齒間距之18%以下，因此可防止如上所述之問題。
於一般之自行車用齒型驅動裝置中，由於驅動輪之外徑較從動輪大，故而對驅動輪之每一輪槽部施加之皮帶張力小於對從動輪之每一輪槽部施加之皮帶張力。因此，即便於附著水與砂之混合物等異物之環境下，驅動輪處亦幾乎不會發生皮帶之跳動。故而，對於驅動輪，無需如從動輪之輪槽部與皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面的間隔般較大地確保輪槽部與皮帶齒部之皮帶行走方向側之面的間隔。
於假設驅動輪之輪槽部與皮帶齒部之皮帶行走方向側之面之最短距離的最大值超過齒間距之6%的情形時，會產生動力傳遞效率之降低、振動或異常音之產生、由磨耗造成之齒型皮帶之耐久性(壽命)之降低等問題。另一方面，於本態樣中，驅動輪之輪槽部與皮帶齒部之皮帶行走方向側之面之最短距離的最大值為齒間距之6%以下，因此可防止如上所述之問題。
進而，於本態樣中，驅動輪之輪槽部與皮帶齒部之皮帶行走方向側之面之最短距離的最大值為齒間距之2%以上，因此驅動輪之輪槽部與皮帶齒部可順利地嚙合，而可獲得順利之動力傳遞性能。
又，於從動輪之輪槽部之槽深大於皮帶齒部之齒高，且其差未達5%之情形時，雖在未附著水或砂等異物之環境下可抑制從動輪處發生皮帶之跳動，但在附著砂與水之混合物等異物之環境下，砂與水之混合物等異物會嚙入從動輪之輪槽部之槽底與皮帶齒部之齒頂之間，因此容易發生跳動。另一方面，於本態樣中，從動輪之輪槽部之槽深與皮帶齒部之齒高的差為皮帶齒部之齒高之5%以上。因此，可防止砂與水之混合物等異物嚙入從動輪之輪槽部之槽底與皮帶齒部之齒頂之間，而可抑制發生跳動。
又，於假設驅動輪及從動輪之輪槽部、或皮帶齒部之正交於皮帶寬度方向之剖面形狀在較上述基準圓周更靠皮帶齒部之齒底側之範 圍內包含直線狀之部分的情形時，輪槽部與皮帶齒部之接觸容易成為線接觸。於從動輪之輪槽部與皮帶齒部進行線接觸之情形時，會對皮帶齒部局部地施加較大之應力，因此跳動時容易產生齒缺損。
另一方面，於本態樣中，驅動輪及從動輪之輪槽部與皮帶齒部分別在比上述基準圓周靠齒底側之範圍內呈剖面曲線狀地進行面接觸。因此，可防止對從動輪之皮帶齒部局部地施加較大之應力，故而可抑制跳動時產生齒缺損。
進而，本態樣中，於驅動狀態下，驅動輪之輪槽部與皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面於上述基準圓周上的間隔、及從動輪之輪槽部與皮帶齒部之皮帶行走方向側之面於上述基準圓周上的間隔分別為齒間距之0%以上且0.5%以下。因此，驅動輪及從動輪之輪槽部與皮帶齒部可順利地嚙合，而可獲得順利之動力傳遞性能。
本發明之第2態樣之自行車用齒型皮帶驅動裝置係於第1態樣中，在與皮帶寬度方向正交之剖面中，上述從動輪之上述輪槽部相對於皮帶輪之徑向之任一直線均不對稱。
根據該構成，與在正交於皮帶寬度方向之剖面中，從動輪之輪槽部相對於沿皮帶輪之徑向之直線而對稱之情形相比，可更大地確保驅動狀態下之從動輪之輪槽部與皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面之最短距離的最大值。因此，可防止於從動輪之輪槽部與皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面之間將砂與水之混合物等異物壓緊而導致滯留的情況，且容易將異物迅速排出至外部。因此，可持續抑制從動輪處發生皮帶之跳動。
本發明之第3態樣之自行車用齒型皮帶驅動裝置係於第1或第2態樣中，在與皮帶寬度方向正交之剖面形狀中，上述皮帶齒部之齒頂形成為沿皮帶長度方向延伸之直線狀。
根據該構成，與在正交於皮帶寬度方向之剖面中，皮帶齒部之 齒頂形成為向外側凸出之圓弧狀的情形相比，可更大地確保驅動狀態下之從動輪之輪槽部之槽底與皮帶齒部之齒頂的間隔。因此，可更確實地防止砂與水之混合物等異物嚙入從動輪之輪槽部之槽底與皮帶齒部之齒頂之間，而可更確實地抑制發生跳動。
本發明之第4態樣之自行車用齒型皮帶驅動裝置係於第1至第3態樣之任一態樣中，上述抗拉體包含碳纖維。
根據該構成，與抗拉體之材料使用芳族聚醯胺纖維之情形相比，抗拉體為高強度且高彈性，故而中間伸長受到抑制，可維持適當之張力。因此，可防止因伸長而發生齒型皮帶之鬆弛、晃動、嚙合異常等。進而，即便萬一對齒型皮帶施加過大之張力，亦可將齒型皮帶之伸長抑制為較低，因此可抑制發生跳動。
本發明之第5態樣之自行車用齒型皮帶驅動裝置係於第1至第4態樣之任一態樣中，上述橡膠狀彈性體至少包含熱硬化性胺基甲酸酯彈性體。
根據該構成，即便為齒型皮帶之齒面未由齒布被覆之簡單構成，亦可容易地提高齒型皮帶之耐磨耗性。又，可抑制磨耗粉之產生。
本發明之第6態樣之自行車用齒型皮帶驅動裝置係於第1至第5態樣之任一態樣中，上述橡膠狀彈性體之JISA硬度為90以上。
根據該構成，可將齒型皮帶之齒變形抑制為較低，因此可更確實地抑制發生跳動。
1‧‧‧自行車用齒型皮帶驅動裝置
2‧‧‧齒型皮帶
3‧‧‧皮帶齒部
4‧‧‧齒底面
5‧‧‧齒頂部
6‧‧‧齒根部
7‧‧‧齒側部
10‧‧‧驅動輪
11‧‧‧輪槽部
20、120‧‧‧從動輪
21、121‧‧‧輪槽部
A1‧‧‧第1動力傳遞區域
A2‧‧‧第2動力傳遞區域
A3‧‧‧第3動力傳遞區域
C‧‧‧皮帶中心線
c1、c2‧‧‧皮帶輪中心線
D‧‧‧從動輪之動力傳遞側之齒隙
D1‧‧‧驅動輪之動力傳遞側之齒隙
D2、D3‧‧‧從動輪之動力傳遞側之齒隙
D‧‧‧從動輪之非動力傳遞側之齒隙
d1‧‧‧驅動輪之非動力傳遞側之齒隙
d2、d3‧‧‧從動輪之非動力傳遞側之齒隙
H‧‧‧齒高
h1、h2、h3‧‧‧槽深
L‧‧‧基準圓周
L1‧‧‧第1基準圓周
L2‧‧‧第2基準圓周
L3‧‧‧第3基準圓周
PL‧‧‧節線
X‧‧‧異物
圖1係表示本發明之第1實施形態之自行車用齒型皮帶驅動裝置之構成的圖。
圖2係圖1之齒型皮帶之部分放大剖面圖。
圖3係圖1之驅動輪之部分放大剖面圖。
圖4係圖1之裝置之驅動狀態下之驅動輪及齒型皮帶之部分放大剖面圖。
圖5係圖1之從動輪之部分放大剖面圖。
圖6係圖1之裝置之驅動狀態下之從動輪及齒型皮帶之部分放大剖面圖。
圖7係本發明之第2實施形態之自行車用齒型皮帶驅動裝置之從動輪之部分放大剖面圖。
圖8係圖7之裝置之驅動狀態下之從動輪及齒型皮帶之部分放大剖面圖。
圖9(a)~(g)係比較例1~8之驅動狀態下之從動輪及齒型皮帶之部分放大剖面圖。
<第1實施形態>
以下，一面參照圖式一面對本發明之第1實施形態進行說明。
如圖1所示，本實施形態之自行車用齒型皮帶驅動裝置1包括：驅動輪10，其連結於自行車之踏板(未圖示)之旋轉軸；從動輪20，其連結於自行車之後輪(未圖示)之旋轉軸；及環狀之齒型皮帶2，其捲繞於驅動輪10及從動輪20。本實施形態之自行車用齒型皮帶驅動裝置1不具有調整齒型皮帶2之張力之張力調整機構。
當自行車之騎車人蹬踩踏板使踏板旋轉時，驅動輪10旋轉，且該旋轉運動經由齒型皮帶2而傳遞至從動輪20，藉此後輪旋轉。
於以下說明中，將自行車用齒型皮帶驅動裝置1之正交於皮帶寬度方向之剖面(正交於皮帶輪之軸向之剖面)稱為側剖面。
如圖2所示，於齒型皮帶2之內周面，沿皮帶長度方向以固定齒間距配置有複數個凸狀之皮帶齒部3。於相鄰兩個皮帶齒部3之間，形成有與節線(pitch line)PL大致平行之齒底面4。
齒型皮帶2係由在節線PL上埋設有抗拉體(未圖示)之橡膠狀彈性體構成。再者，所謂節線PL係指即便皮帶彎曲亦保持相同長度之皮帶中之皮帶長度方向之基準線。橡膠狀彈性體包含橡膠、彈性體、或合成樹脂等。橡膠狀彈性體較佳為包含熱硬化性胺基甲酸酯彈性體。又，橡膠狀彈性體之JISA硬度較佳為90以上。此處，JISA硬度係使用A型硬度計，依據JIS K 6253-3：2012進行測定。抗拉體係使用高彈性且高強度之簾線。抗拉體例如以碳纖維、芳族聚醯胺纖維、玻璃纖維等形成，較佳為以碳纖維形成。再者，亦可對抗拉體實施接著處理以提高與橡膠狀彈性體之接著性。又，齒型皮帶2之齒面(內周面)亦可由齒布所被覆。
齒型皮帶2之側剖面之形狀在皮帶寬度方向上固定。於側剖面中，皮帶齒部3形成為相對於沿皮帶厚度方向之皮帶中心線C而大致對稱。所謂齒間距係指相鄰之2個皮帶齒部3之皮帶中心線C間之距離。
於側剖面中，皮帶齒部3之輪廓係由齒頂部5、2個齒根部6、及2個齒側部7構成。齒根部6連接於齒底面4之端部，且形成為單一之圓弧狀(以任意一點為中心之圓弧狀)。齒頂部5為包含皮帶齒部3之前端(齒頂)之部分。本實施形態之齒頂部5係形成為沿皮帶長度方向延伸之直線狀(與皮帶長度方向大致平行)。再者，齒頂部5亦可形成為單一之圓弧狀。齒側部7為齒頂部5與齒根部6之間之部分。齒側部7係將複數段圓弧平滑地相連而成之形狀，且成為向外側凸出之曲線狀。皮帶齒部3之前端至皮帶齒部3之齒底面4之皮帶厚度方向之距離為皮帶齒部3之齒高H。
驅動輪10係由聚縮醛、尼龍、聚丙烯等合成樹脂、或金屬所形成。再者，從動輪20之材質亦與驅動輪10相同。如圖3所示，於驅動輪10之外周面形成有與皮帶齒部3嚙合之輪槽部11。
於側剖面中，輪槽部11係形成為相對於沿驅動輪10之徑向之皮帶輪中心線c1而對稱。於側剖面中，輪槽部11成為將複數段圓弧平滑地相連而成之形狀。
驅動輪10之輪槽部11之槽深h1較佳為大於皮帶齒部3之齒高H，但亦可小於皮帶齒部3之齒高H。如上所述，即便於附著水與砂之混合物等異物之環境下，驅動輪10處亦幾乎不發生齒型皮帶2之跳動，但因水與砂之混合物等異物之附著，於齒頂部5及輪槽部11處亦有促進磨耗之虞。又，必須良好地維持齒型皮帶2與驅動輪10之嚙合。因此，驅動輪10之輪槽部11之槽深h1較佳為大於皮帶齒部3之齒高H。當然，槽深h1與齒高H之差亦可與後述從動輪20同樣地為齒高H之5%以上。
如圖4所示，於驅動狀態下，驅動輪10之輪槽部11與皮帶齒部3之和皮帶行走方向(圖4之箭頭B方向)為相反側之面之一部分進行面接觸。再者，於圖4中，將表示齒型皮帶2及驅動輪10之剖面之陰影線省略而表示。將輪槽部11中與皮帶齒部3進行面接觸之部分設為第1動力傳遞區域A1。又，將以自驅動輪10之外徑減去皮帶齒部3之齒高H所得之長度為直徑且與驅動輪10同心之圓周設為第1基準圓周L1。
第1動力傳遞區域A1處於第1基準圓周L1至齒根部6側之範圍內。又，於側剖面中，第1動力傳遞區域A1為將複數段圓弧相接而成之形狀或單一之圓弧狀(即，曲線狀)。本實施形態之第1動力傳遞區域A1與皮帶齒部3之齒側部7之一部分及齒根部6之一部分相接觸，但亦可僅與齒側部7接觸。
又，於驅動狀態下，驅動輪10之輪槽部11與皮帶齒部3之和皮帶行走方向為相反側之面在第1基準圓周L1上的間隔(以下，稱為動力傳遞側之齒隙)D1為齒間距之0.5%以下。亦可不存在間隔D1(亦可為齒間距之0%)。又，於驅動狀態下，驅動輪10之輪槽部11與皮帶齒部3之 皮帶行走方向側之面之最短距離的最大值(以下，稱為非動力傳遞側之齒隙)d1為齒間距之2%以上且6%以下。
如圖5所示，於從動輪20之外周面形成有與皮帶齒部3嚙合之輪槽部21。從動輪20之外徑小於驅動輪10之外徑。從動輪20之輪槽21之槽數處於一般之自行車用齒型皮帶驅動裝置之範圍內，例如為22~29。從動輪20與驅動輪10之外徑比(槽數比)處於一般之自行車用齒型皮帶驅動裝置之範圍內，例如為1.7~3.2。
於側剖面中，輪槽部21係形成為相對於沿從動輪20之徑向之皮帶輪中心線c2而對稱。於側剖面中，輪槽部21成為將複數段圓弧平滑地相連而成之形狀。
從動輪20之輪槽部21之槽深h2大於皮帶齒部3之齒高H。其差為齒高H之5%以上。
如圖6所示，於驅動狀態下，從動輪20之輪槽部21與皮帶齒部3之皮帶行走方向(圖6之箭頭B方向)側之面之一部分進行面接觸。再者，於圖6中，將表示齒型皮帶2及從動輪20之剖面之陰影線省略而表示。將輪槽部21中與皮帶齒部3進行面接觸之部分設為第2動力傳遞區域A2。又，將以自從動輪20之外徑減去皮帶齒部3之齒高H所得之長度為直徑且與從動輪20同心之圓周設為第2基準圓周L2。
第2動力傳遞區域A2處於第2基準圓周L2至齒根部6側之範圍內。又，於側剖面中，第2動力傳遞區域A2為將複數段圓弧相連而成之形狀或單一之圓弧狀(即，曲線狀)。本實施形態之第2動力傳遞區域A2與皮帶齒部3之齒側部7之一部分及齒根部6之一部分相接觸，但亦可僅與齒側部7接觸。第2動力傳遞區域A2於皮帶輪之徑向(皮帶厚度方向)之長度較佳為齒高H之10%以上且50%以下。
又，於驅動狀態下，從動輪20之輪槽部21與皮帶齒部3之皮帶行走方向側之面在第2基準圓周L2上的間隔(以下，稱為動力傳遞側之齒 隙)D2為齒間距之0.5%以下。亦可不存在間隔D2(亦可為齒間距之0%)。又，於驅動狀態下，從動輪20之輪槽部21與皮帶齒部3之和皮帶行走方向為相反側之面之最短距離的最大值(以下，稱為非動力傳遞側之齒隙)d2為齒間距之10%以上且18%以下。從動輪20之輪槽部21與皮帶齒部3之和皮帶行走方向為相反側之面的最短距離成為最大的位置較通過皮帶齒部3之齒頂部之圓周更靠近第2基準圓周L2。
於本實施形態之自行車用齒型皮帶驅動裝置1中，從動輪20之非動力傳遞側之齒隙d2較大，為齒間距之10%以上。因此，於附著砂與水之混合物等異物X之環境下驅動自行車用齒型皮帶驅動裝置1之情形時，可防止砂與水之混合物等異物X嚙入從動輪20之輪槽部21與皮帶齒部3之和皮帶行走方向為相反側之面之間，並且容易將進入之異物X排出至外部。其結果，可抑制從動輪20處發生皮帶之跳動。
又，於假設從動輪20之非動力傳遞側之齒隙d2超過齒間距之18%之情形時，相鄰兩個輪槽部21之間之寬度(輪齒部之寬度)過窄。因此，會因磨耗而導致從動輪20之耐久性降低，或者無法較大地確保輪槽部21之上端之弧度。又，即便能確保輪槽部21之上端之弧度，從動輪齒部亦容易缺損。另一方面，於本實施形態中，從動輪20之非動力傳遞側之齒隙d2為齒間距之18%以下，因此可防止如上所述之問題。
又，於從動輪20之輪槽部21之槽深h2大於皮帶齒部3之齒高H，且其差未達5%之情形時，雖於未附著水或砂等異物X之環境下可抑制從動輪20處發生皮帶之跳動，但於附著砂與水之混合物等異物X之環境下，異物X會嚙入從動輪之輪槽部之槽底與皮帶齒部之齒頂之間，因此容易發生跳動。另一方面，於本實施形態中，從動輪20之輪槽部21之槽深h2與皮帶齒部3之齒高H的差為齒高H之5%以上。因此，可防止砂與水之混合物等異物X嚙入從動輪20之輪槽部21之槽底與皮帶齒部3之齒頂之間，而可抑制發生跳動。
又，於假設驅動輪及從動輪之輪槽部、或皮帶齒部之正交於皮帶寬度方向之剖面形狀在較基準圓周更靠皮帶齒部之齒底側之範圍內包含直線狀之部分的情形時，輪槽部與皮帶齒部之接觸容易成為線接觸。於從動輪之輪槽部與皮帶齒部進行線接觸之情形時，會對皮帶齒部局部地施加較大之應力，因此跳動時容易產生齒缺損。
另一方面，於本實施形態中，驅動輪10及從動輪20之輪槽部11、21與皮帶齒部3分別在較基準圓周L1、L2靠齒底側之範圍內呈剖面曲線狀地進行面接觸。因此，可防止對從動輪20之皮帶齒部3局部地施加較大之應力，故而可抑制跳動時產生齒缺損。
進而，本實施形態中，於驅動狀態下，驅動輪10之動力傳遞側之齒隙D1、及從動輪20之動力傳遞側之齒隙D2分別為齒間距之0%以上且0.5%以下。因此，驅動輪10及從動輪20之輪槽部11、21與皮帶齒部3可順利地嚙合，而可獲得順利之動力傳遞性能。
又，由於驅動輪10之外徑較從動輪20大，故而對驅動輪10之每一輪槽部施加之皮帶張力小於對從動輪20之每一輪槽部施加之皮帶張力。因此，即便於附著水與砂之混合物等異物X之環境下，驅動輪10處亦幾乎不發生皮帶之跳動。因此，對於驅動輪10，無需如從動輪20般較大地確保非動力傳遞側之齒隙。
於假設驅動輪10之非動力傳遞側之齒隙d1超過齒間距之6%之情形時，會產生動力傳遞效率之降低、振動或異常音之產生、由磨耗造成之齒型皮帶之耐久性(壽命)之降低等問題。另一方面，於本實施形態中，驅動輪10之非動力傳遞側之齒隙d1為齒間距之6%以下，因此可防止如上所述之問題。
進而，於本實施形態中，驅動輪10之非動力傳遞側之齒隙d1為齒間距之2%以上，因此驅動輪10之輪槽部11與皮帶齒部3可順利地嚙合，而可獲得順利之動力傳遞性能。
又，本實施形態中，在側剖面中，皮帶齒部3之齒頂部5係形成為沿皮帶長度方向延伸之直線狀(與皮帶長度方向大致平行)。因此，與側剖面中皮帶齒部3之齒頂部形成為向外側凸出之圓弧狀之情形相比，可更大地確保驅動狀態下之從動輪20之輪槽部21之槽底與皮帶齒部3之齒頂之間隔。因此，可更確實地防止砂與水之混合物等異物X嚙入從動輪20之輪槽部21之槽底與皮帶齒部3之齒頂之間，而可更確實地抑制發生跳動。
又，於構成齒型皮帶2之橡膠狀彈性體由熱硬化性胺基甲酸酯彈性體所構成之情形時，即便為齒型皮帶之齒面未由齒布被覆之簡單構成，亦可容易地提高齒型皮帶之耐磨耗性。又，可抑制磨耗粉之產生。
又，於構成齒型皮帶2之橡膠狀彈性體之JISA硬度為90以上之情形時，可將齒型皮帶之齒變形抑制為較低，因此可抑制發生跳動。
<第2實施形態>
其次，對本發明之第2實施形態進行說明。但，對具有與上述第1實施形態相同之構成者，使用相同符號並適當省略其說明。
本實施形態之自行車用齒型皮帶驅動裝置包括與第1實施形態之從動輪20不同之從動輪120、以及與第1實施形態相同之驅動輪10及齒型皮帶2。
如圖7所示，於從動輪120之外周面形成有與皮帶齒部3嚙合之輪槽部121。再者，圖7中，以虛線表示第1實施形態之從動輪20。從動輪120之外徑及輪槽部121之槽數與第1實施形態之從動輪20相同。
於側剖面中，輪槽部121相對於從動輪120之徑向之任一直線均不對稱。於側剖面中，輪槽部121成為將複數段圓弧平滑地相連而成之形狀。
從動輪120之輪槽部121之槽深h3大於皮帶齒部3之齒高H。其差 為齒高H之5%以上。輪槽部121之槽深h3大於第1實施形態之從動輪20之輪槽部21之槽深h2。
輪槽部121之旋轉方向(圖7之箭頭B方向)側之面為與第1實施形態之輪槽部21之旋轉方向側之面大致相同之形狀。又，輪槽部121之與旋轉方向為相反側之面係形成於較第1實施形態之輪槽部21之與旋轉方向為相反側之面更外側。因此，輪槽部121之槽寬大於輪槽部21之槽寬。
如圖8所示，於驅動狀態下，從動輪120之輪槽部121與皮帶齒部3之皮帶行走方向(圖8之箭頭B方向)側之面之一部分進行面接觸。再者，於圖8中，將表示齒型皮帶2及從動輪120之剖面之陰影線省略而表示。將輪槽部121中與皮帶齒部3進行面接觸之部分設為第3動力傳遞區域A3。又，將以自從動輪120之外徑減去皮帶齒部3之齒高H所得之長度為直徑且與從動輪120同心的圓周設為第3基準圓周L3。第3基準圓周L3與第2基準圓周L2同徑。
第3動力傳遞區域A3處於第3基準圓周L3至齒根部6側之範圍內。又，於側剖面中，第3動力傳遞區域A3為將複數段圓弧相連而成之形狀或單一之圓弧狀(即，曲線狀)。本實施形態之第3動力傳遞區域A3係與皮帶齒部3之齒側部7之一部分及齒根部6之一部分相接觸，但亦可僅與齒側部7接觸。第3動力傳遞區域A3之皮帶輪之徑向(皮帶厚度方向)之長度較佳為齒高H之10%以上且50%以下。
又，於驅動狀態下，從動輪120之輪槽部121與皮帶齒部3之皮帶行走方向側之面在第3基準圓周L3上之間隔(以下稱為動力傳遞側之齒隙)D3為齒間距之0.5%以下。亦可不存在間隔D3(亦可為齒間距之0%)。又，於驅動狀態下，從動輪120之輪槽部121與皮帶齒部3之和皮帶行走方向為相反側之面之最短距離的最大值(以下稱為非動力傳遞側之齒隙)d3為齒間距之10%以上且18%以下。從動輪120之輪槽部 121與皮帶齒部3之和皮帶行走方向為相反側之面之最短距離成為最大的位置較通過皮帶齒部3之齒頂部之圓周更靠近第3基準圓周L3。
於本實施形態之自行車用齒型皮帶輪驅動裝置中，除第1實施形態所述之效果外，亦發揮以下效果。
本實施形態中，在側剖面中，從動輪120之輪槽部121相對於皮帶輪之徑向之任一直線均不對稱。因此，與側剖面中從動輪120之輪槽部相對於沿皮帶輪之徑向之直線而對稱之情形相比，可更大地確保驅動狀態下之從動輪120之非動力傳遞側之齒隙d3。因此，可防止於從動輪120之輪槽部121與皮帶齒部3之和皮帶行走方向為相反側之面之間將砂與水之混合物等異物X壓緊而導致滯留的情況，且容易迅速將異物X排出至外部。因此，可持續抑制從動輪120處發生皮帶之跳動。
以上，對本發明之較佳之實施形態進行了說明，但本發明並不限於上述實施形態，可在申請專利範圍所記載之範圍內進行各種變更。
實施例
以下，對本發明之具體實施例及比較例進行說明。
<實施例1>
作為實施例1，使用與圖1~圖6所示之第1實施形態之自行車用齒型皮帶驅動裝置相同之驅動輪、從動輪、及齒型皮帶。又，驅動輪之輪槽部之槽數為55，從動輪之輪槽部之槽數為25，其等之槽數比為2.2。驅動輪及從動輪係由鋼材形成。又，驅動輪之輪槽部之槽深為3.45mm。從動輪之輪槽部之槽深(Hp)如表1所示。再者，下述實施例2及比較例2~8之驅動輪係使用與實施例1之驅動輪相同者。又，下述實施例2及比較例2~8之從動輪之材質及輪槽之槽數與實施例1之從動輪相同。
實施例1之齒型皮帶之規格如下所述。再者，下述實施例2及比較例3~8之齒型皮帶係使用與實施例1之齒型皮帶相同者。
．皮帶寬度：15mm
．齒間距：8mm
．齒高(Hb)：3.4mm
．節圓周長(節線上之長度)：1200mm
．齒數：150
．橡膠狀彈性體：熱硬化性胺基甲酸酯彈性體、JISA硬度95
．抗拉體：碳纖維、直徑0.9mm
實施例1之皮帶行走時之驅動輪之動力傳遞側之齒隙為齒間距之0.26%，非動力傳遞側之齒隙為齒間距之4.52%。又，皮帶行走時之從動輪之動力傳遞側之齒隙D及非動力傳遞側之齒隙d相對於齒間距之比率如表1所示。
<實施例2>
作為實施例2之從動輪，使用圖7及圖8所示之上述第2實施形態之從動輪。從動輪之輪槽部之槽深(Hp)如表1所示。皮帶行走時之從動輪之動力傳遞側之齒隙D及非動力傳遞側之齒隙d相對於齒間距之比率如表1所示。
<比較例1>
作為比較例1，使用與專利文獻1(日本專利第4340460號公報)所記載之驅動輪、從動輪、及齒型皮帶相同者。圖9(a)表示比較例1之皮帶行走時之從動輪及齒型皮帶之部分放大剖面圖。驅動輪之輪槽部之槽數為55，從動輪之輪槽部之槽數為25，其等之槽數比為2.2。驅動輪之輪槽部之槽深為3.65mm。從動輪之輪槽部之槽深(Hp)如表1所示。
比較例1之齒型皮帶之抗拉體之材質、皮帶齒部之齒高(Hb)、及 皮帶齒部之形狀與實施例1、2及下述比較例2~8之齒型皮帶不同，而其他規格相同。於比較例1中，抗拉體之材質為芳族聚醯胺纖維，皮帶齒部之齒高(Hb)為3.56mm。如圖9(a)所示，比較例1之齒型皮帶之齒頂形成為剖面圓弧狀。
比較例1之皮帶行走時之驅動輪之動力傳遞側之齒隙為齒間距之0.31%，非動力傳遞側之齒隙為齒間距之3.49%。又，皮帶行走時之從動輪之動力傳遞側之齒隙D及非動力傳遞側之齒隙d相對於齒間距之比率如表1所示。於比較例1中，皮帶行走時，從動輪之輪槽部與齒型皮帶之齒部之行走方向側之面呈剖面曲線狀地進行面接觸。
<比較例2>
圖9(b)表示比較例2之皮帶行走時之從動輪及齒型皮帶之部分放大剖面圖。比較例2之齒型皮帶之抗拉體包含芳族聚醯胺纖維，除此點以外，與實施例1之齒型皮帶為相同構成。比較例2之從動輪之輪槽部之槽深、以及皮帶行走時之從動輪之動力傳遞側之齒隙D及非動力傳遞側之齒隙d相對於齒間距之比率如表1所示。於比較例2中，皮帶行走時，從動輪之輪槽部與齒型皮帶之齒部之行走方向側之面呈剖面曲線狀地進行面接觸。
<比較例3~8>
圖9(b)~圖9(g)表示比較例3~8之皮帶行走時之從動輪及齒型皮帶之部分放大剖面圖。比較例3~8之從動輪之輪槽部之槽深、以及皮帶行走時之從動輪之動力傳遞側之齒隙D及非動力傳遞側之齒隙d相對於齒間距之比率如表1所示。於比較例3、4中，皮帶行走時，從動輪之輪槽部與齒型皮帶之齒部之行走方向側之面呈剖面曲線狀地進行面接觸。於比較例5~8中，從動輪之輪槽部與齒型皮帶之齒部之行走方向側之面為不相似形狀，皮帶行走時，從動輪之輪槽部與齒型皮帶之齒部之行走方向側之面於較基準圓周L更外側之位置進行線接觸， 上述基準圓周L以自從動輪之外徑減去齒高所得之長度為直徑且與從動輪同心。
對於以上之實施例1、2及比較例1~8，在無異物之狀況、及附著水與砂之混合物之狀況下分別進行跳動試驗。
無異物之狀況下之跳動試驗係首先將齒型皮帶捲繞於驅動輪及從動輪上，以皮帶張力成為300N之方式調整皮帶輪之軸間距離後，使驅動輪以500rpm進行旋轉。其後，使對從動軸施加之負荷轉矩連續上升，將發生跳動之時間點之從動軸之負荷轉矩設為「無水、砂之跳動轉矩T1」。將其結果示於表1。
又，與無異物之狀況下之跳動試驗同樣地，以皮帶張力成為300N之方式調整皮帶輪之軸間距離後，將按體積比1：1計量並混合之砂與水之混合物堆積於齒型皮帶之捲附於從動輪之近前側之齒面整體(圖1之A之範圍)至看不到皮帶齒根之程度，然後使驅動輪進行旋轉(500rpm)。砂係使用矽砂6號(粒徑0.2~0.4mm)。其後，使對從動軸施加之負荷轉矩連續上升，將發生跳動之時間點之從動軸之負荷轉矩設為「存在水、砂之跳動轉矩T2」。又，試驗後，觀察齒型皮帶有無齒缺損。將其等之結果示於表1。又，「存在水、砂之跳動轉矩T2」相對於「無水、砂之跳動轉矩T1」之降低率((T1-T2)/T1)(以下，稱為跳動轉矩之降低率)亦示於表1。
根據表1可知，於比較例1~7中，跳動轉矩之降低率大於0。即，因異物之附著而容易發生跳動。與此相對，於比較例8及實施例1、2中，跳動轉矩之降低率為0。即，可知能抑制因異物之附著而導致發生跳動。
又，從動輪之輪槽部與皮帶齒部進行線接觸之比較例8中產生齒缺損。與此相對，從動輪之輪槽部與皮帶齒部進行面接觸之實施例1、2中，未產生齒型皮帶之齒缺損。認為其原因在於：藉由從動輪之 輪槽部與皮帶齒部之面接觸，可防止對齒型皮帶局部地施加較大之應力。
又，比較例2、3僅抗拉體之材質不同，比較例2係使用芳族聚醯胺纖維，比較例3係使用碳纖維。
若將比較例2、3之試驗結果進行比較，則比較例3之「無水、砂之跳動轉矩T1」、「存在水、砂之跳動轉矩T2」均較比較例2大。根據該結果可知，使用碳纖維作為抗拉體有助於抑制發生跳動。
又，於比較例4中，從動輪之輪槽部之槽深(Hp)小於皮帶齒部之齒高(Hb)。另一方面，於比較例3中，從動輪之輪槽部之槽深(Hp)大於齒高(Hb)。
若將比較例3、4之試驗結果進行比較，則比較例3之「無水、砂之跳動轉矩T1」較比較例4大。進而，比較例3雖從動輪之非動力傳遞側之齒隙d較比較例4小，但「存在水、砂之跳動轉矩T2」較比較例4大。根據該結果可知，確保從動輪之輪槽部之槽底與皮帶齒部之齒頂之間的間隙有助於抑制發生跳動。
再者，於比較例3及比較例4中，跳動轉矩之降低率大致相同。
又，比較例5~8中，從動輪之輪槽部與皮帶齒部進行線接觸之條件相同，而從動輪之非動力傳遞側之齒隙d按比較例5、6、7、8之順序變大，並且從動輪之輪槽部之槽底與皮帶齒部之齒頂之間的間隙按比較例5、6、7、8之順序變大。
若將比較例5~8之試驗結果進行比較，則「無水、砂之跳動轉矩T1」及「存在水、砂之跳動轉矩T2」按比較例5、6、7、8之順序變大，並且跳動轉矩之降低率按比較例5、6、7、8之順序變小。
此處，根據比較例3、4之結果，認為從動輪之輪槽部之槽底與皮帶齒部之齒頂之間的間隙之大小對跳動轉矩之降低率之影響較小。因此，認為從動輪之非動力傳遞側之齒隙d越大，跳動轉矩之降低率 越小。
已詳細並且參照特定實施態樣地對本發明進行了說明，但對業者而言應明白可於不脫離本發明之精神及範圍之情況下施加各種修正或變更。
本申請案係基於2013年8月30日提出申請之日本專利申請2013-179395，並將其內容以參照之形式併入本文中。

Claims (6)

  1. 一種自行車用齒型皮帶驅動裝置，其包括：齒型皮帶，其由沿皮帶長度方向埋設有抗拉體之橡膠狀彈性體形成，具有以特定齒間距配置於皮帶長度方向之複數個凸狀之皮帶齒部；驅動輪，其於外周面形成有與上述皮帶齒部嚙合之輪槽部；及從動輪，其於外周面形成有與上述皮帶齒部嚙合之輪槽部；於正交於皮帶寬度方向之剖面，上述皮帶齒部形成為相對於皮帶厚度方向之直線大致對稱，於驅動狀態下，上述驅動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面之一部分進行面接觸，且上述從動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之皮帶行走方向側之面之一部分進行面接觸，上述驅動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之上述面接觸之部分、及上述從動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之上述面接觸之部分處於基準圓周至上述皮帶齒部的齒根部側之範圍內，上述基準圓周係以自上述驅動輪及上述從動輪之各者之外徑減去上述皮帶齒部之齒高所得之長度為直徑且與該皮帶輪同心，且上述驅動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之上述面接觸之部分、及上述從動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之上述面接觸之部分於與皮帶寬度方向正交之剖面為曲線狀，於驅動狀態下，上述驅動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面在上述基準圓周上的間隔、及上述從動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之皮帶行走方向側之面在上述基準圓周上的間隔為上述皮帶齒部之齒間距之0%以上且0.5%以下， 於驅動狀態下，上述驅動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之皮帶行走方向側之面之最短距離的最大值為上述皮帶齒部之齒間距之2%以上且6%以下，於驅動狀態下，上述從動輪之上述輪槽部與上述皮帶齒部之和皮帶行走方向為相反側之面之最短距離的最大值為上述皮帶齒部之齒間距之10%以上且18%以下，且上述從動輪之上述輪槽部之槽深大於上述皮帶齒部之齒高，且其差為上述皮帶齒部之齒高之5%以上。
  2. 如請求項1之自行車用齒型皮帶驅動裝置，其中於與皮帶寬度方向正交之剖面，上述從動輪之上述輪槽部相對於皮帶輪之徑向之任一直線均不對稱。
  3. 如請求項1或2之自行車用齒型皮帶驅動裝置，其中於與皮帶寬度方向正交之剖面形狀中，上述皮帶齒部之齒頂形成為沿皮帶長度方向延伸之直線狀。
  4. 如請求項1或2之自行車用齒型皮帶驅動裝置，其中上述抗拉體包含碳纖維。
  5. 如請求項1或2之自行車用齒型皮帶驅動裝置，其中上述橡膠狀彈性體至少包含熱硬化性胺基甲酸酯彈性體。
  6. 如請求項1或2之自行車用齒型皮帶驅動裝置，其中上述橡膠狀彈性體之JISA硬度為90以上。
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