JPH0637922B2

JPH0637922B2 - 歯付ベルトとスプロケツト

Info

Publication number: JPH0637922B2
Application number: JP60157985A
Authority: JP
Inventors: ウイリアム・エル・ウエストホフ
Original assignee: ザ・ゲ−ツ・ラバ−・カンパニ−
Priority date: 1985-04-22
Filing date: 1985-07-17
Publication date: 1994-05-18
Anticipated expiration: 2009-05-18
Also published as: US4605389A; JP2535130B2; JPH06174016A; ES296084U; ZA854822B; HK63089A; ES295643Y; EP0203235B1; JPS61244939A; MX162970B; EP0203235A1; CA1236996A; BR8503901A; ES296084Y; ES295643U; DE3567710D1; SG39389G

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は歯付ベルトに関し、特に曲面のフランク面を有
する歯付動力伝達ベルトに関する。

従来の技術歯付ベルトはチエン駆動、歯車列に代えて同期ベルト駆
動用に広く使用される。チエン、歯車はピッチ円が歯車
又はスプロケツト歯上のある点を通るが、ベルト駆動の
ピッチ線はベルト及びスプロケツト歯から離れ、ベルト
張力部材にある。ピッチ線が別の位置にあるために生ず
る問題点は、各種ベルト負荷及びスプロケツト直径に対
して最小の干渉でベルト歯がスプロケツト凹みに確実に
入らせる点にある。ベルト歯とスプロケツトの干渉の問
題は次の各項の複合によつて生ずる。すなわち、ベルト
張力部材の伸びによるベルト歯間のピッチの変化；弾性
ベルト歯の変形；スプロケツト歯又は歯間の負荷による
ベルト張力部材の弦状緊張；最初に固定中心駆動に伴う
低い静的全張力が作用する（ベルト張力装置のないと
き）場合、高トルク条件でベルト駆動装置にラチエット
運動が生ずること；がある。ベルト歯とスプロケツトの
ラチエットと適合の問題を各種負荷下で解決するため、
平なフランク面を有する通常のベルト歯を曲面のフラン
ク面としたベルト歯とすることが研究されている。

現在では曲面のフランク面の歯を有する数種の市販のベ
ルトがある。この例として米国特許３７５６０９１号、
３９７７２６５号、４４５２５９４号、３９２４４８１
号がある。これらのベルトは各種作動条件での動力伝達
に有効な解決となるが、円滑運転及び静粛と動的条件で
の歯のラチエツト運動に対する抵抗特にスプロケツト中
心をロツクし高張力比下で兼ね行なうものはない。

発明が解決しようとする問題点円滑な運転とラチエツト防止の特性を組合せる市販され
ない理論的の試みが米国特許４３７１３６３号に示され
る。この特許はうまい解決法ではなく歯のプロフイルの
形がベルト歯を形成するエラストマー材料の特定の型式
についての係数によつて異なる。この設計では異なるエ
ラストマー材料例えばゴム製のベルトとウレタンの高弾
性率ベルトでは互換性がなく、一般用にはならない。

動的条件でのラチエツト防止性能の良い既知のベルトは
高い歯又は急なフランク面の歯又はこの組合せである。
ラチエツト防止ベルトはベルト歯とスプロケツトとのあ
る程度の干渉があり、通常は騒音を生じ、ベルトの振動
又は荒い運転を伴なう。これに対して円滑運転低騒音の
ベルトは短いベルト歯と浅い歯フランク面を有し、スプ
ロケツトとの相対摩擦がない。

第１図ないし第４図はベルトとスプロケツトとの間の適
合の正確さについて計算機の算したレイアウトの線を示
す。第１図、第２図に示すベルトの歯のプロフイルは歯
高さとベースの比が大きく、鋭いフランク面であるため
ラチエツトを防ぐ。しかし、両ベルトはベルト歯とスプ
ロケツトとの間の摩擦を生ずる。第３図は円滑作動ベル
トの例であり、フランク面が浅く歯高と歯ベースとの比
が小さいためベルト歯がスプロケツト上を摩擦すること
はほとんどない。しかし、このベルトは第１、２図のベ
ルトよりは低トルクでラチエツトを生ずる。

第１図はパターソン型ベルトＰＡを示し、歯高さＨ１、
歯ベースＢ１の比は約0.70であり、32枚歯スプロケツト
１２の一部に重なり、ベルトの噛合特性がフランク面の
形状によつて異なることを示す。スプロケツト凹み１６
内に完全に係合したベルト歯１４には干渉がないが、ス
プロケツト溝２０に入るベルト歯１８とスプロケツト溝
２４を去るベルト歯２２とはフランク面２６、２８が著
しく急であり、スプロケツト歯３０、３２に摩擦するこ
とが重なり部３４、３６によつて示される。こ干渉は騒
音を生じ、ベルト作動間に望ましくないベルト振動を生
ずる。しかし、ベルトＰＡは優れたラチエツト防止特性
を示し、後に第１表に示す。歯の出入を干渉なく行なう
ためにスプロケツト歯を狭くし、例えば重なり部３４、
３６を削れば、ベルトは単にスプロケツト歯に接触する
位置に動き、ベルト歯の干渉は同様に生ずる。

第２図に示すベルトＨＴは米国特許３７５６０９１号の
型式のベルトであり、歯高さＨ２と歯ベースＢ２の比即
ち歯のアスペクト比は約0.72である。ベルトＨＴの作動
はベルトＰＡと同様であり、同様のラチエツト防止特性
と本質的ベルト干渉とがある。スプロケツト溝４２に完
全に係合するベルト歯４０は干渉がないが、スプロケツ
ト溝４６に入るベルト歯４４とスプロケツト溝５０を出
るベルト歯４８とはフランク面５２、５４がスプロケツ
ト歯５６、５８に重なり部６０、６２で摩擦接触する。
ベルトのスプロケツトに対する摩擦接触は騒音を生じ、
ベルト振動を誘起する原因となる。鋭いフランク面と大
きなアスペクト比0.72との組合せによつて、ベルトＨＴ
は第１表に後述する通り優れたラチエツト防止特性とを
有する。

米国特許３９７７２６５号の既知のベルトは図示しない
が歯高さと歯ベースの比が約0.54である。ベルトは鋭い
フランク面を有し、ベルトＨＴと同様である。このベル
トも良いラチエツト防止特性を有する。しかし、このベ
ルトも同様にベルト歯とスプロケツト歯の干渉をベルト
ＨＴと同様に生ずる。この型式のベルトのラチエツト特
性は第１表に示す。

第３図は米国特許３９２４４８１号のベルトＳＴを示
し、優れた円滑運転特性を有し、ラチエツト防止特性は
悪い。比較的狭いベルト歯フランクのプロフイルと、歯
高さＨ３と歯ベースＢ３のアスペクト比0.58の組合せ効
果である。スプロケツト溝６８内に完全に係合したベル
ト歯６６と同様にスプロケツト溝７２に入るベルト歯７
０とスプロケツト溝７６を出るベルト歯７４とはフラン
ク面７８、８０とスプロケツト歯８２、８４との間には
干渉を生じない。ベルト歯がスプロケツト歯に対して摩
擦接触を生じ易い部分８６、８８で重なり部は形成され
ない。このためベルトＳＴは優れた円滑運転特性を有
し、ほとんど騒音は生じない。しかし、フランク面が浅
く、歯のアスペクト比が小さいことの組合せによつて、
ベルトはラチエツト防止特性が悪く、第１表に示す。

本発明はベルト歯を提供し、ラチエツト防止特性が良
く、しかも歯間の干渉を生じないようにすることを目的
とする。

問題点を解決するための手段本発明によるベルトは、ベルトの長手方向断面の歯のフ
ランク面をトラクトリツクスス曲線即ちカテナリーのイ
ンボリユートとする。同様にして、スプロケツトの歯の
フランク面をトラクトリツクス曲線とする。ベルト歯フ
ランク面のこの曲線形は歯高さとベースのアスペクト比
約0.66となり、比較的急なフランク面によつてベルトは
優れたラチエツト防止特性を有し、歯間の摩擦接触即ち
干渉はほとんどなく、円滑な運転を行なう。

作用本発明の利点はベルト歯プロフイルが定まり、円滑な運
転に組合せてラチエツト防止特性が優れている。

実施例本発明を例示する実施例並びに図面について説明する。

ベルト歯、スプロケツト歯が平歯車型である時にベルト
歯フランク面とスプロケツト歯フランク面のプロフイル
を生成するためのトラクトリツクス曲線９２、９４の形
成法９０を第５図に示す。

簡単に説明すればトラクトリツクス曲線はカテナリーの
インボリユートとして定義される。ベルト歯プロフイル
を形成するためにトラクトリツクス曲線の特性が有用で
ある点は、切線の部分が曲線上の接触点と直角座標軸と
の間が一定長さとなる。この利点はすべての切線の方向
がスプロケツト歯に干渉することなくスプロケツト溝に
入る時のベルト歯の動きの相対方向にほぼ近似する。

ベルト歯のフランク面について見るに、トラクトリツク
ス曲線９２の形状は直角座標について次の式で表現でき
る。

ここに、ｙ軸はベルトの長手軸線に直角、ｘ軸はベルトの長手軸線に平行ｙはｙ軸座標ｘはｘ軸座標Ａはトラクトリツクス曲線上の点とｙ軸との間の一定の
接線部分、トラクトリツクス曲線はベルト歯先の点又はスプロケツ
ト溝の底部の点に相当する点ｘ、ｙで始まる。図示の例
では、点ｘはｙ軸から寸法Ａの位置にあり、点ｘでの曲
線に対する切線に相当する。点ｘ₂、ｙ₂では切線Ａ₂は
切線Ａに等しい寸法である。曲線９２を続け、点ｘ₃、
ｙ₃の切線Ａ₃は切線Ａ₂、Ａと同じ寸法である。曲線を
続けると破線に示す点ｘ₄、ｙ₄はベルト歯ランド面のス
プロケツト歯先の位置に相当する線９３上にある。点ｘ
₄、ｙ₄はｘ軸から寸法ｈの位置にあり、ベルト歯の高
さ、即ちスプロケツト溝のフランク面の深さに相当する
位置にある。曲線９２は半径Ｒによつて線９３に遷移す
る。トラクトリツクス曲線９４を同様にして生成する。
点ｘ、ｙから寸法Ｌだけ離れた点ｘ₅、ｙ₅から開始す
る。曲線９４を生成して点ｘ₆、ｙ₆に到り、点ｘ₄、ｙ₄
から寸法ｂだけ離れる。この寸法ｂはベルト歯のベース
巾、スプロケツト溝の巾を定める。

第６図において、本発明の歯付動力伝達ベルトＴＦはエ
ラストマー本体９６の一側に複数のベルト歯９８を形成
し、他側に形成する裏層は所要の形状とし、例えば平滑
面１００又は波型面１０２とする。本体は成形又は鋳造
等とし、所要のエラストマー、例えば天然ゴム、人造コ
ム、これらの混合、又は鋳造可能のエラストマー例えば
ポリウレタン製とする。張力部材１０４を本体内に埋込
み、ピツチ線１０６を形成し、曲げの場合の長手軸線と
なる。張力部材は所要の高弾性率材料、例えば編んだ鋼
ケーブル、フアイバーグラスの紐、アラミドフアイバー
例えば商品名ケブラー又はケブラー４９等がある。繊維
状材料をベルト歯内に埋込んで又は配合して弾性率を高
くすることもでき、耐磨耗織物１０８を歯面被覆として
本体に設け、歯の弾性率を高くすることもできる。

本発明によって、各ベルト歯の少なくともフランク面１
１２、１１４の主部１１０はトラクトリツクス曲線と
し、ベルト歯がラツクの時に第５図に示したように生成
する。トラクトリツクス曲線は半径Ｒによつてランド面
１１５に遷移する。同様にして、半径又はトラクトリツ
クス曲線の連続部を使用して長さＬのベルト歯先１１６
に遷移させる。

ベルト歯はピツチ線ｐ、ベースｂ、高さｈとし、断面形
に示す。フランク面の傾斜はラチエツト作用に影響し、
比A/hによつて制御される。A/hの好適な値は0.550〜0.9
00である。更に好適な値はA/hを0.600〜0.750とし、最
も好適な値は0.650〜0.700とする。

ベルト歯の深さもラチエツト作用に影響し、h/bの値で
制御される。h/bの好適な値は0.30〜1.0である。更に好
適な値はh/bを0.45〜0.85とし、最も好適な値はh/bを0.
60〜0.75とする。

比b/pはベルト歯とスプロケツトとの間の出入に際して
重なり干渉がないことを確かめるために使用される。b/
pの好適な値は0.80〜0.35である。好適な値は0.75〜0.4
5とする。最も好適なb/pの値は0.70〜0.60とする。

上述の比の他に、b/2を常にＡ−ｘ₄より大とし、トラク
トリツクス曲線９２、９４が理論的に互に重なるのを防
ぐ。

上述のフランク面はｙ軸がピツチ線に直角の時のラツク
形のベルト歯の条件である。ベルトが曲つた時はｙ軸は
ピツチ線に直角でなく、ｙ軸はベルト歯に固定関係にあ
る。

例１．本発明のベルト歯のプロフイルとスプロケツトの有効性
を示すために数種の１４mm歯ピツチのベルトを同じ材料
によつて製造した。すべてのベルトはウレタン本体、ナ
イロン布の歯面被覆、アラミドフアイバーの商品名ケブ
ラー４９の張力部材とした。ベルトは前述の既知の歯プ
ロフイル、及び本発明の歯プロフイルとした。本発明の
ベルトの歯はトラクトリツクス形フランク面とし、各比
の値はA/h＝0.667、h/b＝0.659、b/p＝0.650とした。ス
プロケツトの比の値はA/h＝0.667、h/b＝0.635、b/p＝
0.675とした。

すべてのベルトを３２枚歯のスプロケツトにかけ、静的
全駆動張力を６０ｌｂとしてスプロケツト間の中心距離
をロツクした。ベルトを１７５０rpmで回転し、トルク
を増加してラチエツトを生じさせた。各歯プロフイルの
ラチエツト生起を第１表に示す。

上述の通り、本発明ＴＦベルトはラチエツト防止特性が
ＳＴベルトの約2.72倍であり、ＨＴベルトのラチエツト
防止特性の約９５％に達する。

本発明のＴＦベルトは円滑運転特性を示し、ベルト歯と
スプロケツトとの間に本質的干渉がなく、第４図に示
す。ベルト歯１１８は比h/b＝0.659であり、スプロケツ
ト１１２の溝１２０内に完全に係合する。ベルト歯１２
８がスプロケツト溝１３０に入る時にベルト歯フランク
面１２４とスプロケツト歯１２６との間に接触と切線滑
動接触とが生ずる。同様にベルト歯１３６がスプロケツ
ト溝１３８を出る時にベルト歯フランク面１３２はスプ
ロケツト歯１３４に接触と切線滑動接触とが生ずる。か
くして本発明のベルトは円滑運転となる。

第４図ではスプロケツト溝をベルト歯と全く同形に描い
た。１４mmピツチのスプロケツトの各比の値で示した通
り、スプロケツトはベルト歯より僅に大きい溝とするの
が望ましい。このためには、スプロケツト溝巾を約0.5
〜１０％ベルト歯巾より大とし、スプロケツト歯の形状
の好適な比の値は次のようになる。

A/hは好適な値0.550〜0.900 更に好適な値0.600〜0.750 最も好適な値0.650〜0.700 A/bは好適な値0.273〜0.995 更に好適な値0.409〜0.846 最も好適な値0.545〜0.746 b/pは好適な値0.880〜0.352 更に好適な値0.825〜0.452 最も好適な値0.770〜0.603 発明の効果本発明ベルトのフランク面のトラクトリツクス曲線によ
つて高いベルト歯と、ベルト歯がスプロケツトに出入す
る時の切線滑動接触とが得られる。このような作動は既
知のベルト設計では得られない。第３図のＳＴベルトは
浅い歯フランク面であり、歯高は最小であり、フランク
面は歯高に等しい半径によつて定める。第１図のＰＡベ
ルトと第２図のＨＴベルトとは本質的の干渉があり、騒
音が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はＵＳＰ４４５２５９４号記載のベルトのラツク
ベルト歯に同じベルトの逆型としたスプロケツト歯を有
する３２枚スプロケツトにかけた線図とした部分拡大
図、第２図はＵＳＰ３７５６０９１号のベルトの第１図
と同様の図、第３図はＵＳＰ３９２４４８１号のベルト
の第１図と同様の図、第４図は本発明ベルト歯の第１図
と同様の図、第５図は本発明ベルト歯フランク面とスプ
ロケツト歯フランク面をトラクトリツクス曲線として生
成する図、第６図は逆のフランク面をトラクトリツクス
曲線とした本発明ベルトの部分断面図である。１２……スプロケツト１４、１８、２２、４０、４４、４８、６６、７０、７
４、１１８、１２８、１３６……ベルト歯１６、２０、２４、４２、４６、５０、６８、７２、７
６、１２０、１３０、１３４……スプロケツト溝２６、２８、５２、５４、７８、８０、１２４、１３２
……フランク面３０、３２、５６、５８、８２、８４、１２２……スプ
ロケツト歯３４、３６、６０、６２……干渉部９２、９４……トラクトリツクス曲線９３……ベルト歯ランド面９６……本体１０４……張力部材１０６……ピツチ線１１２、１１４……フランク面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エラストマーで形成され、ピッチ線を形成
する張力部材で補強され、長手方向断面で見た歯が夫々
ベース巾ｂ、高さｈ、ピッチ間隔ｐを有し、反対向きの
フランク面が根元でランド面に歯先で歯先面に遷移す
る、歯付動力伝達ベルトにおいて、各ベルト歯のフランク面の主部が長手方向断面において
実質的に次式で規定されるトラクトリックス曲線を形成
し、ここにベルトがラック形である時に、ｙはピッチ線に直角のｙ軸の座標、ｘはピッチ線に平行のｘ軸の座標、Ａは曲線に対する切線で、切線点からｙ軸までの一定寸
法、更に、上記トラクトリックス曲線の比の値の範囲を次の
値Ａ／ｈは約０．５５０〜約０．９００ｈ／ｂは約０．３０〜約１．００ｂ／ｐは約０．８０〜約０．３５とすることを特徴とする歯付動力伝達ベルト。
【請求項２】上記トラクトリックス曲線の比の値をＡ／ｈは約０．６５０〜約０．７００ｈ／ｂは約０．６０〜約０．７５０ｂ／ｐは約０．７０〜約０．６０とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の歯
付動力伝達ベルト。