JPH11148538A - 歯付ベルトとプーリとの組合せ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベルトの初張力を小さく設定して装置等の使
用機械の軸荷重を軽減し、またベルト歯部の圧縮比率が
変わってもベルト歯部の自由な圧縮変形を維持すること
によりベルト寿命の延長を狙った歯付ベルトとプーリと
の組合せ装置を提供する。 【解決手段】 溝部３と歯部４とを交互に有するプーリ
２を駆動軸５と少なくとも一つの従動軸６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７を掛架
した歯付ベルトとプーリとの組合せ装置である。この装
置１において、上記駆動軸５と従動軸６に装着したプー
リの歯数を相違させ、歯数の多いプーリ側のプーリ溝部
３Ａとベルト歯部３との圧縮比率を、歯数の少ないプー
リ側の該圧縮比率に比べて小さくし、しかも歯数の少な
いプーリ側のプーリ溝部３ａ容積を歯数の多いプーリ側
のプーリ溝部３Ａ容積より大きくした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は歯付ベルトとプーリ
との組合せ装置に係り、詳しくはベルト歯部とプーリ溝
部との圧縮比率をプーリ歯数に応じて変化させて、使用
機械の軸荷重を軽減し、ベルト歯部にかかる負担を小さ
くし、更にプーリ歯数が変化してもプーリ溝部容積を変
化させることによってベルト歯部の自由な圧縮変形を維
持することによりベルト寿命の延長を狙った歯付ベルト
とプーリとの組合せ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日の歯付ベルトとプーリとの組合せ装
置では、ベルト歯部側面を円弧状にするとともに、プー
リ溝部側面も円弧状にした駆動装置が種々提案された。
中でも、特公平５−７０７３５号公報、特公昭５７−５
１５８９号公報、特公昭５６−２９１４１号公報に開示
された駆動システムが今日の主流になっている。

【０００３】そして、これらの駆動装置では、一般に表
面硬度の大きいベルト溝部表面とプーリ歯部表面とが当
接するときに発生するたたき音を阻止するために、ベル
ト歯部の高さをプーリ溝部の深さより大きくして、比較
的柔軟なベルト歯部をプーリ溝部に当接して圧縮係合さ
せ、駆動時の騒音を軽減している。即ち、ベルト歯部に
衝突時のエネルギーを吸収させるようにバンパー効果を
付与している。通常、ベルト歯部の高さをＨとし、プー
リ溝部の深さをＤとしたとき、ベルト歯部とプーリ溝部
との圧縮比率は（Ｈ−Ｄ）／Ｈ×１００（％）、即ちベ
ルト歯部圧縮代／Ｈ×１００（％）で算出されるが、こ
の値が１〜２０％にすることが、例えば特公昭５６−２
９１４１号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の装置で
は、駆動軸に装着したプーリ歯数が従動軸に装着したプ
ーリ歯数と異なっていても、ベルト歯部とプーリ溝部と
の圧縮比率を同一に設定していた。歯数の大きいプーリ
とベルトとの単位面積当たりの面圧は、歯数の小さいプ
ーリとベルトとの面圧に比べて小さくなり、歯数の大き
いプーリに嵌合しているベルト歯部の圧縮歪みは、歯数
の小さいプーリに嵌合しているそれに比べて小さくなっ
ていた。

【０００５】例えば、ベルト歯部とプーリ溝部との圧縮
比率を歯数の少ないプーリ側に合わせると、歯数の多い
プーリ側では、ベルト歯部が充分に圧縮されなくなる。
ベルトは常時プーリから浮き上がった状態になり、歯型
に期待する正常な噛み合い状態が得られないだけでな
く、走行中にジャンピングを起こし、プーリから離脱す
ることがあった。これを阻止するためにベルト張力を高
めていたが、ベルトに大きな負担がかかっていた。逆
に、ベルト歯部とプーリ溝部との圧縮比率を歯数の多い
プーリ側に合わせると、歯数の少ないプーリ側では、ベ
ルト溝部表面とプーリ歯部表面とが当接し、たたき音が
発生した。

【０００６】更に、従来の駆動装置では、ベルトに必要
以上の張力を必要とし、かつ軸荷重を過大にしていた。

【０００７】本発明はこのような問題点を改善するもの
であり、ベルトの初張力を小さく設定して装置等の使用
機械の軸荷重を軽減し、またベルト歯部の圧縮比率が変
わってもベルト歯部の自由な圧縮変形を維持することに
よりベルト寿命の延長を狙った歯付ベルトとプーリとの
組合せ装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本願の請求項１記
載に係る発明は、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一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
リとの組合せ装置において、上記駆動軸と従動軸に装着
したプーリの歯数を相違させ、歯数の多いプーリ側のプ
ーリ溝部とベルト歯部との圧縮比率を、歯数の少ないプ
ーリ側の該圧縮比率に比べて小さくし、しかも歯数の少
ないプーリ側のプーリ溝部容積を歯数の多いプーリ側の
プーリ溝部容積より大きくした歯付ベルトとプーリとの
組合せ装置にある。

【０００９】即ち、上記歯付ベルトとプーリとの組合せ
装置では、歯数の多いプーリ側のプーリ溝部とベルト歯
部との圧縮比率を、歯数の少ないプーリ側の該圧縮比率
に比べて小さくし、歯数の多いプーリ側と歯数の少ない
プーリ側でベルト歯部を適切に圧縮しているため、ベル
トの張力増加を抑えて装置等の使用機械の軸荷重を軽減
することができる。これはベルト歯部にかかる応力負担
を軽減することになってベルト寿命を延長することにな
る。また、各プーリでベルト歯部が適切に圧縮されるた
め、走行時におけるベルトのジャンピングによるプーリ
からの離脱がなく、走行時の騒音も軽減される。更に、
歯数の多いプーリ側のプーリ溝部容積を歯数の少ないプ
ーリ側のプーリ溝部容積より大きくしたことにより、特
に歯数の少ないプーリ側のベルト歯部が規制を受けずに
圧縮変形することができる。即ち、ベルト歯部とプーリ
との圧縮比率が変わっても、各ベルト歯部は規制を受け
ずに圧縮変形し、発熱しにくくなる。

【００１０】本願の請求項２記載に係る発明は、一つの
駆動軸と一つの従動軸の２軸からなる歯付ベルトとプー
リとの組合せ装置にある。

【００１１】本願の請求項３記載に係る発明は、プーリ
溝部が中心線上に起点をもつ曲率半径から形成される円
弧の底面を有している歯付ベルトとプーリとの組合せ装
置にある。

【００１２】

【発明の実施の態様】以下、添付図面を参照し、本発明
の実施の態様を説明する。図１は本発明に係る歯付ベル
トの駆動装置の側面図、図２は図１において歯数の少な
いプーリ側でのＡ−Ａ断面図、図３は図１において歯数
の多いプーリ側でのＢ−Ｂ断面図を示す。

【００１３】本発明に係る歯付ベルトの駆動装置１で
は、プーリ溝部３とプーリ歯部４とを交互に有するプー
リ２、２が駆動軸５と従動軸６にそれぞれ装着され、歯
付ベルト７が上記駆動軸５と従動軸６に装着された歯数
の異なるプーリ２、２に掛架された構成からなってい
る。駆動軸５に装着したプーリ２の歯数は、従動軸６に
装着したプーリ２の歯数より少なくなっている。むろ
ん、レイアウトはこの逆でもよい。

【００１４】本発明で使用する歯付ベルト７は、長さ方
向に沿って交互に配置した複数のベルト歯部８とベルト
溝部９、心線１０を埋設した背部１１、そしてベルト歯
部８とベルト溝部９の表面に歯布を被覆した構成からな
っている。このベルト歯部８は、図２、図３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８は
ベルト歯部８の中心線上から離れた点に起点を有し、交
差した曲率半径Ｒｂの円弧から形成される丸歯である。
無論、本発明では、これに限定されることなく、ピッチ
ライン上に設けた起点からベルト歯部に歯幅Ｗを半径と
する円弧の一部からなる丸歯であってもよく、また台形
歯であってもよい。

【００１５】前記歯部８及び背部１１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、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、ア
ルキル化クロロスルホン化ポリエチレン（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。

【００１６】上記心線１０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。

【００１７】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。

【００１８】ここで使用するプーリ２は、ベルト歯部８
とベルト溝部９に噛み合うプーリ溝部３とプーリ歯部４
を有するものである。図４に示す歯数の少ないプーリ溝
部３ａは、円弧あるいはほぼ直線から形成される側面１
６と、中心線ｌ上に起点１５をもつ曲率半径Ｒ₂ から形
成される円弧の底面１７とからなっている。側面１６と
底面１７との境界は、曲率半径Ｒ₄ からなる円弧で接続
されている。上記起点１５をもつ曲率半径Ｒ₂ の大きさ
及び起点１５の位置は、プーリの深さに応じて決定され
る。また、プーリ歯先部１８は起点１９をもつ曲率半径
Ｒ₃ から形成される円弧からなっている。

【００１９】一方、歯数の多いプーリ側のプーリ溝部３
Ａは、歯数の少ないプーリ側のプーリ溝部３ａに比べて
深さＤが大きくなるように設定されている。即ち、図５
に示すように、歯数の多いプーリ側のプーリ溝部３Ａは
歯数の少ないプーリ側のプーリ溝部３ａと同じ中心線ｌ
上に起点１５ａをもつ曲率半径Ｒ₁ から形成される円弧
の側面１６と同じ円弧からなる底面１７からなってい
る。尚、プーリ歯先部１８は図４に示すプーリと同一形
状になっている。

【００２０】図４に示すように歯数の多いプーリ側のプ
ーリ溝部３Ａ（点線）と歯数の少ないプーリ側のプーリ
溝部３ａ（実線）の側面１６と底面１７の形状を比較す
ると、歯数の少ないプーリ側のプーリ溝部３ａにおいて
は底面１７で容積が減少しているが、その分が側面１６
と底面１７との境界部分２０で増加し、結局歯数の少な
いプーリ側のプーリ溝部３ａの容積が歯数の多いプーリ
側のプーリ溝部３Ａの容積より大きくなっている。（歯
数の少ないプーリ側のプーリ溝部３ａの容積）−（歯数
の多いプーリ側のプーリ溝部３Ａの容積）＝プーリ溝部
３Ａの容積の０．１〜１０％とわずかである。

【００２１】これにより、歯数の少ないプーリ側のプー
リ溝部３ａとベルト歯部８との噛合では、ベルト歯部８
の歯先部が圧縮しやすくなるとともに、境界部分２０の
空間部２１を占有するように変形する。ベルト歯部８は
プーリとの圧縮比率が変わっても出来るだけ規制を受け
ずに圧縮変形することができるため、ベルト歯部８は圧
縮変形しやすく、そして発熱しにくくなる。尚、歯数の
多いプーリ側のプーリ溝部３Ａと歯数の少ないプーリ側
のプーリ溝部３ａの組み合わせは、上記プーリ溝部の形
状に限定する必要がなく、歯数の少ない側のプーリ溝部
容積を歯数の多い側のプーリ溝部容積以上にすればよ
い。

【００２２】上記プーリ溝部３とベルト歯部８との嵌合
状態は、図２〜図３に示しているように、ベルト歯部８
の高さＨがプーリ溝部３の深さＤより大きく、ベルト歯
部８とプーリ溝部３とは圧縮係合している。圧縮比率は
ベルト歯部圧縮代／Ｈ×１００（％）で算出される。

【００２３】更に、本発明の組合せ装置では、歯数の多
い側のプーリ溝部３Ａとベルト歯部８との圧縮比率を、
歯数の少ない側のプーリ溝部３ａとベルト歯部８との圧
縮比率に比べて小さくした点がもう一つの特徴になって
いる。具体的には、駆動軸５における歯数の少ないプー
リ側のプーリ溝部３ａとベルト歯部８との圧縮比率が、
従動軸６における歯数の多いプーリ側のプーリ溝部３Ａ
とベルト歯部８との圧縮比率より大きくなっている。

【００２４】この圧縮比率とプーリ歯数との関係につい
ては、以下の計算によって算出される。まず、図６に示
すように駆動軸５と従動軸６に同じ歯数とピッチをもつ
プーリ２、２を装着し、歯付ベルト７を掛架した装置を
作製し、駆動軸５と従動軸６に装着するプーリの歯数を
変化させて、軸荷重がほぼ一定になるように圧縮比率を
求めた。

【００２５】この場合、歯数１８のプーリ２、２を駆動
軸５と従動軸６に装着した場合における圧縮比率を１０
０とし、これと異なる歯数をもつプーリにおける最適圧
縮比率を計算した。例えば、歯数１８のプーリにおいて
は、図７に示すようにプーリ歯数、各歯角度（α）、そ
して噛合歯数を基にするとともに、ベルト歯部８に噛み
合っている各プーリ溝部３のＸ軸方向の各分力Ｘ₀ ，Ｘ
₁ ，Ｘ₂ ，Ｘ₃ ，Ｘ₄を、Ｘ₀ ＝１００に設定して、式
Ｘ_n ＝１００ｃｏｓｎαから求めた。即ち、プーリ歯数
１８におけるＸ軸方向の分力の合計は、４×（Ｘ₁ ＋Ｘ
₂ ＋Ｘ₃ ＋Ｘ₄ ）＋（Ｘ₀ ×２）＝１１５１．８であ
る。

【００２６】また、他のプーリ歯数におけるＸ軸方向の
分力も、その合計がプーリ歯数１８の合計（１１５１．
８）に近似するように、まずＸ軸方向の分力Ｘ₀ を比例
計算（１００×１８／使用するプーリ歯数）より算出
し、その後に式Ｘ_n ＝Ｘ₀ ｃｏｓｎαを用いて各Ｘ₁ ，
Ｘ₂ ，Ｘ₃ ，Ｘ₄ ，Ｘ_n を計算した。この結果を表１に
示す。また、図８には表１のＸ₀ とプーリ歯数をプロッ
トしたもので、圧縮比率とプーリ歯数との関係を示す。
即ち、分力Ｘ₀ によって、ベルト歯部は圧縮変形を受け
るので、この分力Ｘ₀ に比例してベルト歯部圧縮代は変
化する。ここで、圧縮比率の定義（ベルト歯部圧縮代／
Ｈ×１００）により、ベルト歯部圧縮代と圧縮比率は比
例関係にあるので、その結果分力Ｘ₀ と圧縮比率は比例
する。

【００２７】

【表１】

【００２８】この結果より、プーリ歯数が変化しても軸
荷重がほぼ一定になるような条件下では、プーリ歯数が
増加するにつれて圧縮比率も指数関数的に低下している
ことが判る。

【００２９】従って、本発明の組合せ装置のように駆動
軸５と従動軸６に装着したプーリ歯数が相違している場
合であっても、前記圧縮比率とプーリ歯数との特性関係
を満足するように、圧縮比率を設定する必要がある。例
えば、プーリ歯数１８とプーリ歯数３６を組み合わせた
駆動装置（装置１）では、プーリ歯数１８に係合するベ
ルト歯部８との圧縮比率を７％に設定すると、前記特性
関係に基づいてプーリ歯数３６に係合する歯付ベルトと
の圧縮比率は３．５％に設定される。即ち、プーリ歯数
３６のプーリの溝部の深さＤは、プーリ歯数１８のそれ
より大きくしなければならない。

【００３０】また、プーリ歯数１８とプーリ歯数８０を
組み合わせた駆動装置（装置２）では、プーリ歯数１８
に係合する歯付ベルトとの圧縮比率を７％に設定する
と、プーリ歯数８０に係合する歯付ベルトとの圧縮比率
は１．５８％に設定され、プーリの溝部の深さをＤは大
きくなる。この２つの装置１と装置２とのベルト初張力
は変化せず、また軸荷重もほぼ一定になる。

【００３１】しかし、プーリ歯数１８とプーリ歯数３６
を組み合わせた駆動装置において、前記圧縮比率をとも
に７％に設定した場合のベルト初張力と軸荷重は、装置
１に比べて大きくなる。また、プーリ歯数１８とプーリ
歯数８０を組み合わせた駆動装置において、前記圧縮比
率をともに７％に設定した場合のベルト初張力と軸荷重
は、さらに大きくなる。圧縮比率を一定に設定した場
合、プーリ歯数が増すにつれて、軸荷重は直線的に増加
する。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本願請求項記載の歯付ベル
トとプーリとの組合せ装置では、歯数の多いプーリ側と
歯数の少ないプーリ側でベルト歯部とプーリ溝部との圧
縮比率を適切に変えているため、１）ベルトの張力増加
を抑えて軸荷重を軽減でき、２）ベルト歯部にかかる応
力負担を小さくしてベルト寿命を延長することができ、
３）各プーリでベルト歯部が適切に圧縮されるために走
行時におけるベルトのジャンピングによるプーリからの
離脱もなくて走行時の騒音も軽減でき、そして４）ベル
ト歯部はプーリとの圧縮比率が変わっても出来るだけ規
制を受けずに圧縮変形することができ、圧縮疲労しにく
く、そして発熱しにくくなる、といった効果を有してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る歯付ベルトとプーリとの組合せ装
置の側面図である。

【図２】図１において歯数の少ないプーリ側のＡ−Ａ断
面図である。

【図３】図１において歯数の多いプーリ側のＢ−Ｂ断面
図である。

【図４】歯数の少ないプーリ側のプーリ溝部の拡大図で
ある。

【図５】歯数の多いプーリ側のプーリ溝部の拡大図であ
る。

【図６】駆動軸と従動軸に同じ歯数とピッチを有するプ
ーリを装着した駆動装置の側面図である。

【図７】歯付ベルトに噛み合った歯数１８のプーリの各
溝部に係るＸ軸方向の分力を示す模式図である。

【図８】軸荷重がほぼ一定になる条件下におけるプーリ
溝部とベルト歯部との圧縮比率とプーリの歯数との関係
を示す。

【符号の説明】

１ 組合せ装置 ２ プーリ ３ プーリ溝部 ３ａ 歯数の少ないプーリ側のプーリ溝部 ３Ａ 歯数の多いプーリ側のプーリ溝部 ４ プーリ歯部 ５ 駆動軸 ６ 従動軸 ７ 歯付ベルト ８ ベルト歯部 ９ ベルト溝部 １５ 起点 １６ 側面 １７ 底面

Claims (3)

【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
   動軸と少なくとも一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
   との組合せ装置において、上記駆動軸と従動軸に装着し
   たプーリの歯数を相違させ、歯数の多いプーリ側のプー
   リ溝部とベルト歯部との圧縮比率を、歯数の少ないプー
   リ側の該圧縮比率に比べて小さくし、しかも歯数の少な
   いプーリ側のプーリ溝部容積を歯数の多いプーリ側のプ
   ーリ溝部容積より大きくしたことを特徴とする歯付ベル
   トとプーリとの組合せ装置。
2. 【請求項２】 一つの駆動軸と一つの従動軸の２軸から
   なる請求項１記載の歯付ベルトとプーリとの組合せ装
   置。
3. 【請求項３】 プーリ溝部が中心線上に起点をもつ曲率
   半径から形成される円弧の底面を有している請求項１記
   載の歯付ベルトとプーリとの組合せ装置。