JP2000320626A - 歯付ベルトとプーリとの組み合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベルト歯部をプーリ溝部に圧縮係合させてな
る歯付ベルトとプーリとの組み合わせ装置において、ベ
ルト歯の圧縮率を特定の比とすることによって、耐久性
を保ちながら発音の低減をし、さらにベルト歯とプーリ
歯溝とのバックラッシュ量も特定の範囲とすることによ
ってさらに発音を低減した歯付ベルトとプーリとの組み
合わせ装置を提供する。 【解決手段】 ベルト歯部５及びプーリ溝部１２の形状
をふたつの円弧及びそれらの円弧を結ぶ接線とで形成さ
れた形状とし、ベルト歯部５をプーリ溝部１２に圧縮係
合したときの圧縮率を２〜４％とした。さらにベルト歯
部５とプーリ歯溝１２とのバックラッシュ量もベルト歯
部５の歯幅Ｗに対して１１〜１４％の範囲とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はオーバーヘッドカム
シャフト駆動用等の自動車エンジンに使用される歯付ベ
ルトとそれにかみ合う歯付プーリに係り特定のバックラ
ッシュ及びベルト歯部とプーリ溝部との圧縮率を持たせ
ることによって発音を低減できるベルトとプーリの組み
合わせ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この歯付ベルトは、長さ方向に沿って配
設された複数の歯部と、心線を埋設た背部と、歯部表面
及び歯底部を被覆する歯布とからなる。歯部ピッチが
８．０ｍｍや９．５２５ｍｍのような短ピッチの歯付ベ
ルトは、オーバーヘッドカムシャフト駆動用等の如く主
に自動車用に使用されている。

【０００３】近年、エンジンの高出力化、高回転化に伴
い、歯付ベルトの使用環境温度の上昇とともに、ベルト
にかかる負荷も増加してきている。このような要求品質
に対応する高性能な歯付ベルトも開発されつつあるが、
近年、特に異音に対する要求も厳しくなってきている。
歯付ベルトの基本性能は良くても、異音のために採用さ
れないケースもあり、異音の改良は重要な意味を持って
いる。

【０００４】通常、異音が発生する条件は、比較的限ら
れているため、例えば一般産業用途の場合、特定の回転
数帯を外したりすることで、比較的容易に異音の改良が
できる。しかし、自動車用の場合、使用される回転数の
範囲が広いため、単に特定の回転数を外すということで
はなく、根本的な解決が必要とされる。すなわち、歯付
ベルト自体、或いはベルトドライブシステムとして異音
の発生を抑える手段を講じる必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】歯付ベルトの異音の発
生のメカニズムとしては、歯付ベルトの歯とプーリの歯
がかみ合うときの衝撃力が加振源となり、ベルト本体が
弦振動をするためと考えられる。従って、異音解消に対
し有効な対策としては、衝撃力を低減することであり、
そのためには、衝撃力そのものを低減する方法と、衝撃
力を吸収する方法とがある。前者は、歯付ベルトやプー
リの寸法を改良し歯付ベルトとプーリのかみ合い状態を
改善する方法であり、後者は、歯付ベルトやプーリの材
料を適正化する方法である。

【０００６】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、ベルト歯の高さと
プーリ歯溝の深さを特定の比とすることによってベルト
歯がプーリ歯溝と一定の圧縮量でかみ合うことにより、
耐久性を保ちながら発音の低減をし、さらにベルト歯と
プーリ歯溝とのバックラッシュ量も特定の範囲とするこ
とによってさらに発音の低減を図るものである。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】上記課題を解決する請求項
１の発明は、溝部と歯部とを交互に有するプーリを駆動
軸と少なくともひとつの従動軸にそれぞれ装着するとと
もに、これらのプーリに歯付ベルトを掛架し、ベルト歯
部の高さをプーリ溝部の深さより大きくしてベルト歯部
をプーリ溝部に圧縮係合させてなる歯付ベルトとプーリ
との組み合わせ装置において、歯付ベルト及びプーリの
それぞれが長手断面輪郭を有し、その長手断面輪郭には
少なくともふたつの円弧が含まれてなり、上記ふたつの
円弧間はそれぞれの接線で連結されており、さらに上記
ベルト歯部とプーリ溝部間でベルト歯部が２〜４％の圧
縮率にて圧縮係合し、上記ベルト歯部とプーリ溝部間の
バックラッシュの最大値がベルト歯部の歯幅に対して１
１〜１４％の範囲であることを特徴とする歯付ベルトと
プーリの組み合わせ装置にある。

【０００８】ベルト歯部を形成するふたつの円弧間はそ
れぞれの接線で連結されており、さらに上記ベルト歯部
とプーリ溝部間でベルト歯部が２〜４％の圧縮率にて圧
縮係合し、上記ベルト歯部とプーリ溝部間のバックラッ
シュの最大値がベルト歯部の歯幅に対して１１〜１４％
の範囲であることより、ベルト歯部にかかる応力分散が
十分に行われるとともに、発音の低減が図られ、さらに
ベルト歯とプーリ歯溝とのバックラッシュ量も特定の範
囲とすることによってさらに発音の低減を図ることがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明に係る装置の一つのベ
ルト歯部のプーリへのかみ合い状態を示す縦断面図、図
２は本装置に使用する歯付ベルトの一個の歯部の縦断面
図、図３は同じくプーリの一個の溝部の縦断面図であ
る。また、図５は歯付ベルトの構成を表す斜視図であ
る。本発明で使用する歯付ベルト３は、図５に示される
ように長さ方向に沿って交互に配置した複数のベルト歯
部５とベルト溝部７、心線６を埋設した背部２、そして
ベルト歯部５とベルト溝部７の表面に歯布８を被覆した
構成からなっている。

【００１０】このベルト歯部５は、図２に示される断面
形状になっている。これによると、ベルト歯部５はベル
ト歯部５の中心線上に起点を有し、歯先部９を形成する
曲率半径Ｒ_Bの円弧と歯元部１１を形成する曲率半径ｒ_B
の円弧とその二つの円弧を結ぶ接線１３からなる丸歯で
ある。

【００１１】前記歯部５及び背部２に使用される原料ゴ
ムは、水素化ニトリルゴムを始めとして、クロロプレン
ゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、ア
ルキル化クロロスルフォン化ポリエチレン（ＡＣＳＭ）
などの耐熱老化性の改善されたゴムや、天然ゴム、スチ
レンブタジエンゴム、ニトリルゴム等が使用される。

【００１２】上記心線６としては、Ｅガラスまたは高強
度ガラスの５〜９μｍのフィラメントを撚り合わせたも
のを、ゴムコンパウンドからなる保護剤あるいは接着剤
であるＲＦＬ液等で処理されたものである。また、有機
繊維としては応力に対して伸びが小さく、引張強度が大
きいパラ系アラミド繊維（商品名：ケブラー、テクノー
ラ）の０．５〜２．５デニールのフィラメントを撚り合
わせ、ＲＦＬ液、エポキシ溶液、イソシアネート溶液と
ゴムコンパウンドとの接着剤で処理された撚りコードが
使用される。しかし、本発明ではこれらに限定されるこ
とはない。

【００１３】歯布として用いられる帆布は、６ナイロ
ン、６６ナイロン、ポリエステル、アラミド繊維等であ
って、単独あるいは混合されたものであってもよい。歯
布の経糸（ベルト幅方向）や緯糸（ベルト長さ方向）の
構成も前記繊維のフィラメント糸または紡績糸であり、
織構成も平織物、綾織物、朱子織物でいずれでもよい。
なお、緯糸には伸縮性を有するウレタン弾性糸を一部使
用するのが好ましい。

【００１４】ここで使用するプーリ１０は、ベルト歯部
５とベルト溝部７にかみ合うプーリ溝部１２とプーリ歯
部１４を有するものである。図３に示すプーリ溝部１２
は中心線ｌ上に起点１５をもつ曲率半径Ｒ_Pから形成さ
れる円弧のプーリ底面１７とほぼ直線から形成されるプ
ーリ側面１６とからなっている。

【００１５】また、プーリ歯先部１８は起点１９をもつ
曲率半径ｒ_Pから形成される円弧からなっている。ま
た、プーリ側面１６はプーリ底面１７を形成する円弧と
プーリ歯先部１８を形成する円弧の接線となっている。

【００１６】上記プーリ溝部１２とベルト歯部５とのか
み合い状態は静的かつ直線状のかみ合いにおいては図１
に示しているように、ベルト歯部５の高さＨ_Bがプーリ
溝部１２の深さＨ_Pより大きく、張力が加わった場合に
はベルト歯部５とプーリ溝部１２とは圧縮係合する。圧
縮率は（Ｈ_B−Ｈ_P）／Ｈ_B×１００（％）で算出され
る。

【００１７】上記プーリ溝部１２とベルト歯部５との動
的なかみ合いの場合は図４（ａ）〜（ｃ）に示すように
ベルト歯部５がプーリ溝部１２中で圧縮されることによ
ってベルト溝部７とプ―リ歯先部１８が接触しながらベ
ルトとプーリとのかみ合いが行なわれる。

【００１８】ここで、発明者は従来の歯付ベルトのバッ
クラッシュ量が小さく、その為に歯付ベルト３と歯付プ
ーリ１０の動的なかみ合い（図４（ａ）〜（ｃ））にお
いて、完全にプーリとかみ合っているベルト歯２０はプ
ーリとのかみ合い上問題はないが、不完全かみ合い部と
なっているベルト歯２１は、ベルト３進行方向の前方ベ
ルト側面２２がプーリ側面２３と干渉し、発音を生じて
いたことを突き止めた。

【００１９】上記事象を詳細に説明すると、図４におい
て、歯付ベルト３が歯付プーリ１０にかみ合う際に、そ
のかみ合い始めで、歯付ベルト３のベルト歯部５と歯付
プーリ１０のプーリ歯先部１８が、図４（ａ）から図４
（ｂ）にかみ合うときに互いに干渉し合い、プーリ歯先
部１８がベルト歯部５を押し上げ歯付ベルト３の直線部
を振動させる。そして、この振動が歯付ベルト３に周期
的に加わり、この加振周期が歯付ベルト３の固有振動数
と一致したとき共振により弦振動が増幅され発音する。

【００２０】上記問題を解決する為には、加振の増長を
遮断することと、ベルト歯への摩擦力や変形を耐久性を
下げること無しに極めて少なくすることが必要であるこ
とに発明者は到達した。

【００２１】上記加振の増長を遮断することに対して
は、ベルト側面１３がプーリ側面１６に必要以上の力で
接触しないことである。そのためには、ベルト歯部とプ
ーリ溝部とがかみ合うときに滑らかにベルト歯部がプー
リ溝部に入り、また滑らかにベルト歯部がプーリ溝部か
ら出て行くことが必要である。そのためには、ベルト歯
部とプーリ溝間のバックラッシュを適量にすることによ
って上記ベルト歯部とプーリ溝部のかみ合いが滑らかと
なり、加振が増長されないことがわかった。ここで、図
１においてバックラッシュ量Ｂをベルト歯部５の歯幅Ｗ
に対して１１〜１４％の範囲とすることによってベルト
歯部５の両ベルト側面２２，２４がプーリ歯溝１２の両
プーリ側面２３，２５に干渉しながらかみ合うことはな
くなり、加振が増長されることは無くなる。

【００２２】そして、上記バックラッシュ量が１１％よ
り小さい場合はベルト歯部５の進行方向前側のベルト側
面２２がプーリ溝部１２のプーリ側面２３と干渉し、一
方バックラッシュ量が１４％を超えるとベルト歯部５の
進行方向後側のベルト側面２４がプーリ溝部１２のプー
リ側面２５と干渉し加振を増長し発音する。

【００２３】次にベルト歯先でのプーリとのかみ合い時
における摩擦力を低減する為にはベルトの圧縮量を少し
でも小さくする必要があるが、ベルト歯先がプーリ歯溝
底部に接触しないようにした場合には、ベルト歯底部と
プーリ歯先部でのたたき音が発生し、さらにベルト歯部
に掛かる応力が分散されず耐久性が悪くなることを突き
止めた。

【００２４】そこで、発明者は上記圧縮率も適量にする
ことによってベルト歯部とプーリ溝部とがかみ合うとき
にベルト歯先とプーリ歯溝底部との摩擦力が極めて小さ
くなり、さらにはベルト歯部に掛かる応力も分散できる
ベルト歯部の圧縮率を見出した。つまり上記圧縮率とし
ては、ベルト歯部５の圧縮率が２％〜４％が最適であ
る。

【００２５】ここで上記圧縮率としてベルト歯部５の圧
縮率が２％より小さい場合は応力の分散が良好にならず
ベルトの歯元部１１に応力が集中してしまい、歯元クラ
ック等の早期寿命となる。一方、上記圧縮率でベルト歯
部５の圧縮率が４％より大きい場合は、ベルト歯部５の
圧縮率が大きくなりすぎ、ベルト歯部５の底面に摩擦力
が掛かり過ぎその摩擦力が発音の原因となってしまう。

【００２６】

【実施例】実施例としてベルトサイズとして２００ＭＹ
２０を使用し、ベルト歯高さを３ｍｍ、プーリ歯溝深さ
を２．９１ｍｍとした。このときの圧縮率は３％であっ
た。従来例としては、同じサイズのベルトで、ベルト歯
高さを３．１３ｍｍ、プーリ溝深さが２．９１ｍｍであ
った。このときの圧縮率は７％であった。この時、実施
例、従来例共にバックラッシュの最大値はベルト歯部の
歯幅に対して１３％であった。さらに比較例として表２
に示す様なベルトを作製した。

【００２７】つぎに、実施例と従来例のベルトで発音の
トラッキング分析による測定を実施した。試験条件とし
ては、最大回転数からアイドリング回転数迄スイープさ
せて発音を測定した。さらに発音測定用マイクは、エン
ジン上方に設置し、発音測定用マイクより取り込んだ音
をＦＦＴにかけ、発音のトラッキング分析を行った。試
験レイアウトは図６に示す。ここで、クランクプーリ３
０は歯数が２４歯、カムプーリ３１及び３４は４８歯、
アイドラープーリ３６は２４歯、アイドラープーリ３２
及び３７は径がφ６０ｍｍ、オートテンショナー３３は
径がφ７４．２ｍｍ、ウォーターポンプ側アイドラー３
５は径がφ６０ｍｍであった。

【００２８】ここで、クランクプーリ３３の回転数を８
００ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍ迄変化させた。ベルトはオ
ートテンショナーで常時３０ｋｇｆの張力を掛けた。さ
らにマイクをクランク軸から３０ｃｍ離した場所に設置
して測定を行った。結果は図７に示す。ここで、常用回
転域が１０００〜３０００ｒｐｍであることより、実施
例は従来例に比べて常用回転域での発音が低減している
ことがわかる。

【００２９】次に、同じレイアウトで駆動プーリ回転数
を１０００ｒｐｍとしてエンジンから５０ｃｍ離れた場
所に立って聴感の評価を行なった。評点の程度を表１に
その結果を表２に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】表２からわかるように比較例１〜４に比べ
て実施例はほとんどグルグル、ウルウル音が聞こえない
ことがわかる。さらに圧縮率がはるかに大きい従来例は
グルグル、ウルウルと良く聞こえ、かなり発音が大きく
なっている。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明では、ベルト歯部を
形成するふたつの円弧間がそれぞれの接線で連結されて
おり、さらに上記ベルト歯部とプーリ溝部間でベルト歯
部が２〜４％の圧縮率にて圧縮係合し、上記ベルト歯部
とプーリ溝部間のバックラッシュの最大値がベルト歯部
の歯幅に対して１１〜１４％の範囲であることより、ベ
ルト歯部にかかる応力分散が十分に行われるとともに、
発音の低減が図られ、さらにベルト歯とプーリ歯溝との
バックラッシュ量も特定の範囲とすることによってさら
に発音の低減を図ることができる効果が有る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る装置の一つのベルト歯部のプーリ
へのかみ合い状態を示す縦断面図である。

【図２】本発明の装置に使用する歯付ベルトの一個の歯
部の縦断面図である。

【図３】本発明の装置に使用するプーリの一個の溝部の
縦断面図である。

【図４】歯付ベルトとプーリとの動的なかみ合いを表し
た図であり、（ａ）から（ｃ）へ行くに従って不完全か
み合いから完全かみ合いに移行する様子を示している。

【図５】本発明の装置に使用する歯付ベルトの構成を表
す斜視図である。

【図６】発音試験のレイアウト図である。

【図７】発音のトラッキング分析結果である。

【符号の説明】

１ 歯付ベルトとプーリの組み合わせ装置 ２ ベルト背部 ３ 歯付ベルト ５ ベルト歯部 ６ 心線 ７ ベルト溝部 ８ 歯布 ９ 歯先部 １０ 歯付プーリ １１ 歯元部 １２ プーリ溝部 １３ ベルト側面 １４ プーリ歯部 １６ プーリ側面 １７ プーリ底面 １８ プーリ歯先部 １９ 起点 ２２ ベルト側面 ２３ プーリ側面 ２４ ベルト側面 ２５ プーリ側面 Ｗ 歯幅

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溝部と歯部とを交互に有するプーリを駆
   動軸と少なくともひとつの従動軸にそれぞれ装着すると
   ともに、これらのプーリに歯付ベルトを掛架し、ベルト
   歯部の高さをプーリ溝部の深さより大きくしてベルト歯
   部をプーリ溝部に圧縮係合させてなる歯付ベルトとプー
   リとの組み合わせ装置において、歯付ベルト及びプーリ
   のそれぞれが長手断面輪郭を有し、その長手断面輪郭に
   は少なくともふたつの円弧が含まれてなり、上記ふたつ
   の円弧間はそれぞれの接線で連結されており、さらに上
   記ベルト歯部とプーリ溝部間でベルト歯部が２〜４％の
   圧縮率にて圧縮係合し、上記ベルト歯部とプーリ溝部間
   のバックラッシュの最大値がベルト歯部の歯幅に対して
   １１〜１４％の範囲であることを特徴とする歯付ベルト
   とプーリの組み合わせ装置。