JP4922854B2 - ベルト伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は、トルクリミッタを備えたベルト伝動装置に関する。

従来より、例えば農業機械等における動力伝達機構には、所定以上のトルク伝達を遮断するトルクリミッタが付加されている。こうしたトルクリミッタの一例として、例えば所定のトルクでピン等を破断させる破断式のものが知られている。破断式のトルクリミッタは、安価であるものの、トルクリミッタが作動するトルク（リミットトルク）が不安定で（つまり、リミットトルクの精度が低い）、しかもトルクリミッタの作動後はピンの交換を行わなければならず、容易に復帰させることができないと共に復帰に長時間を要する（つまり、反復性・復帰性が悪い）という問題がある。

これに対し、例えば特許文献１には、伝動ベルトの片寄りを生じたときに、プーリ軸にかかる軸荷重の位置が変化することを利用してプーリ本体を変位させ、それによって伝動ベルトの蛇行を防止する自動調心プーリを備えることによって、トルクリミッタを実現したベルト式の動力伝達機構が開示されている。すなわち、この自動調心プーリは、伝動ベルトが巻き掛けられるプーリ本体と、プーリ本体を、そのプーリ軸周りに回転自在にかつ、所定の枢軸周りに揺動自在に支持する支持手段と、を有し、枢軸は、プーリ軸方向に沿って見て軸荷重の方向に対し前記プーリ本体の回転方向前側に所定の傾倒角で傾倒して配置される。この構成により自動調心プーリは、伝動ベルトの片寄り時には、その伝動ベルトに対し所定の調心力を付与する。

このベルト伝動装置における伝動ベルトは、その心線の巻方向を調整すること等によってプーリ幅方向の一方向に付勢するスラスト力が作用するようになっており、伝動ベルトは、通常時は自動調心プーリからの調心力とスラスト力とがつり合った状態で走行する。一方、駆動プーリがスリップして伝動ベルトの走行が停止したときには、自動調心プーリからの調心力が無くなることで、伝動ベルトはスラスト力によってプーリ幅方向の一方向に移動して、駆動プーリのプーリ面から脱落することになる。つまり、トルクリミッタが作動したことになる。
特開２００６−３００１５４号公報

前記特許文献１に開示されているトルクリミッタは反復性・復帰性が高く、しかもリミットトルクの精度も比較的高い。しかしながら、このベルト伝動装置では、伝動ベルトの走行速度が比較的高いときには、伝動ベルトの運動エネルギが比較的高くなるため、駆動プーリがスリップしたときに伝動ベルトはプーリから瞬時に脱落するが、伝動ベルトの走行速度が比較的低いときには、伝動ベルトの運動エネルギが比較的低いため、駆動プーリがスリップしたときでも、伝動ベルトはプーリから脱落し難いという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、自動調心プーリを備えてトルクリミッタを実現するベルト伝動装置において、伝動ベルトの低速走行時においても、トルクリミッタを確実に作動させることにある。

本発明の一側面によると、ベルト伝動装置は、駆動平プーリと、従動平プーリと、自動調心プーリと、前記駆動平プーリ、従動平プーリ及び自動調心プーリ間に巻き掛けられて該駆動平プーリの動力を前記従動平プーリに伝達する伝動平ベルトと、を備え、前記自動調心プーリは、前記伝動平ベルトが巻き掛けられるプーリ本体と、前記プーリ本体を、そのプーリ軸周りに回転自在にかつ、所定の枢軸周りに揺動自在に支持する支持手段と、を有し、前記枢軸は、前記プーリ軸方向に沿って見て軸荷重の方向に対し前記プーリ本体の回転方向前側に所定の傾倒角で傾倒しており、前記駆動平プーリのプーリ面には、そのプーリ幅方向の一方向に向かって進む螺旋溝が形成されている。

この構成によると、ベルト伝動装置は自動調心プーリを備えていることで、通常時には、自動調心プーリから伝動平ベルトに付与される調心力により、伝動平ベルトの蛇行が防止される。

つまり、伝動平ベルトが自動調心プーリのプーリ本体上で片寄って、軸荷重が枢軸の位置からプーリ本体の幅方向にずれて作用するようになると、その軸荷重によって枢軸周りの回転モーメントが発生して、プーリ本体が回動変位する。枢軸は、軸荷重の方向に対して該プーリ本体の回転方向前側に傾倒している（すなわち傾倒角度が０度を越え且つ９０度未満である）ため、プーリ本体は、伝動平ベルトの片寄った側が軸荷重の方向に移動するように、すなわち、軸荷重の方向で高低をみれば、伝動平ベルトが片寄ってきた側が低く、反対側が高くなるように傾斜すると共に、軸荷重方向に直交する前後方向（平ベルトがプーリ本体に接触して走行している方向である）でみれば、平ベルトの片寄った側がベルト走行方向の前側に移動して、当該平ベルトに対し斜交いになって接触した状態になる。

プーリ本体が軸荷重の方向に傾斜することによって、伝動平ベルトには前記片寄り方向とは反対の方向への戻し力が働くことになる。これと同時に、プーリ本体が伝動平ベルトに対し斜交い状態で回転することにより、伝動平ベルトにはプーリ本体から前記片寄り方向とは反対の方向への戻し力が働くことになる。このようにして自動調心プーリから伝動平ベルトに付与される調心力により、伝動平ベルトの蛇行が防止される。

前記自動調心プーリは、ベルト走行時にはその伝動平ベルトに対し調心力を付与することができるのに対し、ベルト走行が停止した時にはその伝動平ベルトに対し調心力を付与することができない。このため、従動平プーリの負荷が所定以上になって駆動平プーリがスリップし、伝動平ベルトの走行が停止することに伴い自動調心プーリからの調心力はなくなる。

ここで、前記駆動平プーリのプーリ面には、プーリ幅方向の一方向に向かって進む螺旋溝が形成されているため、駆動平プーリがスリップしたときには、螺旋溝によって、伝動平ベルトには、その螺旋が進む方向への付勢力が付与される。この付勢力によって、調心力が付与されていない伝動平ベルトは駆動平プーリから脱落することになる。このように、伝動平ベルトは、螺旋溝が形成された駆動平プーリがスリップすることによって脱落するため、伝動平ベルトの走行速度が比較的低いときに駆動平プーリがスリップしたとしても、伝動平ベルトは確実に駆動平プーリから脱落することになる。そうして、ベルト伝動装置におけるトルクリミッタが確実に作動することになる。

ここで、前記駆動平プーリの径は、前記従動平プーリの径よりも小に設定されている、とすることが好ましい。こうすることで、駆動平プーリにおける接触面積（接触角度）と、従動平プーリにおける接触面積とを比較したときに、駆動平プーリにおける接触面積の方が小さくなると共に、前記螺旋溝を形成している分だけ、駆動平プーリにおける接触面積はさらに小さくなるため、従動平プーリの負荷が所定以上になったときには、確実に駆動平プーリ側がスリップするようになる。その結果、前述したように、駆動平プーリの螺旋溝によって、伝動平ベルトが駆動平プーリから確実に脱落する。

以上のように、本発明によると、自動調心プーリを備えることによってトルクリミッタを実現するベルト伝動装置において、駆動平プーリのプーリ面に螺旋溝を形成することによって、駆動平プーリがスリップしたときには、伝動平ベルトを駆動平プーリから確実に脱落させることができ、ベルト伝動装置のトルクリミッタを確実に作動させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１，２に示すベルト伝動装置において、１は駆動プーリ（平プーリ）、２は従動プーリ（平プーリ）、４は自動調心プーリであり、この駆動プーリ１及び従動プーリ２に、伝動ベルトとしての平ベルト３が巻き掛けられている。自動調心プーリ４は、テンションプーリとしてこの平ベルト３に張力を付与すべく、付勢アーム４１により、ベルトの緩み側において平ベルト３の背面に押し当てられている。尚、前記平ベルト３は、図示は省略するが、例えばコード平ベルトとすればよい。

前記駆動プーリ１は、図示省略の駆動軸に嵌め込まれてこの駆動軸と回転一体にされている。駆動プーリは、そのプーリ径が、従動プーリのプーリ径に比べて小さく設定されており、これによって、駆動プーリ１の接触角度θ１は、相対的に小さく設定される。

駆動プーリ１のプーリ面には、図３及び図６（ｂ）に示すように螺旋溝１１が形成されており、この螺旋溝１１は、プーリ幅方向の一方向（図２，３では、紙面下方向）に向かって進むように形成されている。従って、図３に矢印で示すように、駆動プーリ１の平面視において、螺旋溝１１は、そのプーリ軸に直交する左右方向に対して傾斜している。

前記従動プーリ２は、前記駆動軸に対し平行に配置された、図示省略の従動軸に嵌め込まれて、この従動軸と回転一体にされている。前述したように従動プーリ２は、そのプーリ径が、駆動プーリ１のプーリ径に比べて大きく設定されており、その接触角度θ２は、相対的に大きく設定されている。また、この従動プーリ２のプーリ面には溝が形成されておらず、そのプーリ面は平らにされている（図６（ａ）参照）。

前記自動調心プーリ４は、図４，５に示すように、平ベルト３が巻き掛けられる円筒状のプーリ本体５と、プーリ本体５をプーリ軸Ｃ１周りに回転自在にかつ枢軸Ｃ２周りに揺動自在に支持する支持手段１０と、を備えている。

前記支持手段１０は、ベアリング１２，１２を介してプーリ本体５を支持する筒状の軸部材１１と、支持ロッド１３と、枢軸Ｃ２を構成するピン１７と、を備えて構成される。

支持ロッド１３は、その基端部が前記付勢アーム４１に固定されると共に、その先端側が前記軸部材１１の筒孔に挿入される支持部１３ｂとされている。支持部１３ｂは、断面円形ロッドの直径方向に対応する部位をＤ字状にカットして形成されたものであり、このＤカットによって、互いに平行になった平坦な摺動面１３ｃ，１３ｃが形成されている。

尚、付勢アーム４１は、図１に示すように、その一端部が、図示は省略する装置本体に対し回動可能に取り付けられると共に、前記支持ロッド１３が固定される他端部には、引っ張りコイルばね４２が取り付けられている。付勢アーム４１は、この引っ張りコイルばね４２の付勢力によって、平ベルト３に張力が付与されるように自動調心プーリ４を平ベルト３に押し付けるようになっている。

前記軸部材１１の筒孔を構成する内周面は、前記支持ロッド１３の摺動面１３ｃ，１３ｃが摺動自在に接触する平坦な摺動面１１ａ，１１ａが相対向すると共に、この摺動面１１ａ，１１ａの両側縁同士を結ぶ２つの円弧面が相対向することによって形成されている。

支持手段１０のピン１７は、支持ロッド１３の支持部１３ｂに対し、摺動面１３ｃ，１３ｃに直交する方向に貫通して配設されていると共に、その両端部は、前記軸部材１１の摺動面１１ａ，１１ａに対し直交して形成された支持孔に内挿されることで、当該軸部材１１に対して固定されている。そうしてピン１７は、図５に示すように、プーリ幅方向に対しては、プーリ本体５の中央位置に位置すると共に、プーリ本体５の回転方向に対しては、軸荷重方向Ｌに対しプーリ本体５の回転方向前側に所定の傾倒角αで傾倒して配置される（図１参照）。

支持ロッド１３の支持部１３ｂの両サイドの円弧面と軸部材１１の筒孔の両サイドの円弧面との間には、ピン１７を軸として軸部材１１がプーリ本体５と共に揺動することを許容する隙間１５，１５が形成されている。従って、前記プーリ本体５は、支持手段１０により、プーリ軸（回転中心軸）Ｃ１周りに回転自在にかつ、そのプーリ軸Ｃ１に直交する枢軸Ｃ２周りに揺動自在に支持される。

次に、このベルト伝動装置の動作について説明する。図１，２に示す使用形態、つまり、平ベルト３が駆動プーリ１と従動プーリ２とに巻きかけられて、平ベルト３による動力伝達が行われている通常時において、プーリ幅方向の中央付近に掛かっていた平ベルト３がプーリ本体５の片側へ寄ると、軸荷重はピン１７の位置からプーリ本体５の片側にずれて軸部材１１に作用するようになる。これにより、軸部材１１にピン１７を中心とする回転モーメントが働き、この軸部材１１がプーリ本体５と共にピン１７の回りに回転変位する。具体的にプーリ本体５は、平ベルト３が片寄ってきた側がベルト走行方向の先側になるようにこの平ベルト３に対して斜交い状態になると共に、平ベルト３が片寄ってきた側が低く、反対側が高くなるように軸荷重Ｌの方向において傾斜する。

そのように、プーリ本体５が回動変位することによって、平ベルト３は、プーリ本体５の軸荷重方向への傾斜によって片寄りを戻す方向の戻し力を受けると共に、プーリ本体５が斜交いになることによって片寄りを戻す方向に捩じられて、片寄りを戻す方向の戻し力を受ける。

従って、走行している平ベルト３には、プーリ本体５が斜交い状態になることによる戻し力と、プーリ本体５が傾斜することによる戻し力との双方の力（調心力）が働き、これによって平ベルト３は、その調心力と片寄り力とがつり合う位置で安定して走行することになる。

これに対し、前記従動プーリ２の負荷が増大して所定以上になったとき（従動プーリ２に衝撃トルクが加わった時等）には、駆動プーリ１がスリップする。つまり、このベルト伝動装置においては、前述したように、駆動プーリ１の径が、従動プーリ２の径よりも小さく、駆動プーリ１の方が接触面積が小さくなる（θ１＜θ２）上に、図６（ａ）（ｂ）に示すように、駆動プーリ１のプーリ面に螺旋溝１１が形成されているため、その溝の分だけさらに接触面積が小さくなる。このため、従動プーリ２の負荷が増大して所定以上になったときには、駆動プーリ１がスリップする。尚、平ベルト３を備えたベルト伝動装置では、平ベルト３の張力と駆動プーリ１の最大トルクとの関係が一定である。このベルト伝動装置においては、自動調心プーリ４（テンションプーリ）によって、平ベルト３に対し所定かつ一定の張力が付与されることによって、駆動プーリ１の最大トルク、換言すれば、このベルト伝動装置におけるトルクリミッタのリミットトルクが高精度に設定される。

駆動プーリ１のスリップにより平ベルト３の走行が停止するため、自動調心プーリ４から平ベルト３に付与される調心力がなくなる。一方で、駆動プーリ１には、螺旋溝１１が形成されているため、この螺旋溝１１によって、前記平ベルト３には、螺旋の進み方向への付勢力が付与される。この付勢力によって平ベルト３はプーリ幅方向の一方向、具体的には図２に白抜きの矢印で示すように、図２の紙面下方向に移動し、最終的に駆動プーリ１から脱落する。そうして、トルクリミッタが作動したことになる。

尚、トルクリミッタ作動後の復帰の際には、平ベルト３を駆動プーリ１上に戻すだけでよい。

従って、このベルト伝動装置は、前記自動調心プーリ４を用いることによって、通常時においては、平ベルト３を安定に走行させて、平ベルト３による高い伝動効率を得ることができる。

一方、従動プーリ２の負荷が所定以上になって駆動プーリ１がスリップすることによりベルト３の走行が停止した時には、前記自動調心プーリ４が機能しなくなると共に、駆動プーリ１のプーリ面に形成されている螺旋溝１１によって、平ベルト３にプーリ幅方向の付勢力が付与される。これらが相俟って、仮に、平ベルト３の走行速度が比較的低速であってその運動エネルギが比較的小さくても、平ベルト３を駆動プーリ１から確実に脱落させることができる。尚、プーリ面における螺旋溝１１の進み方向を逆方向にしたときには、平ベルト３の脱落方向が逆になる。このためこの構成は、平ベルトの脱落方向を任意に設定することができるという利点がある。

また、上述したように、このベルト伝動装置においてトルクリミッタの作動後の復帰は極めて容易であり、反復性・復帰性が高い。従って、リミットトルクの高精度化を図りつつ、反復性・復帰性の高いトルクリミッタが、前記の自動調心プーリ４による単純な構造によって構成されるため、コストの大幅な低減化を図ることができる。

なお、プーリ本体５の外周面には緩やかなクラウンを付けるようにしてもよい。クラウンが緩やかであれば、平ベルト３に大きな負荷がかかることは避けられる。

また、前記の自動調心プーリ４は、枢軸Ｃ２をピン１７によって構成していたが、これに限らず、プーリ本体５を枢軸Ｃ２周りに回動可能に構成するのであれば、どのような構成を採用してもよい。

加えて、前記自動調心プーリ４では、枢軸Ｃ２がプーリ本体５のプーリ軸Ｃ１と直交しているがこれに限るものではなく、枢軸Ｃ２はプーリ本体５のプーリ軸Ｃ１に沿って見たときに軸荷重方向Ｌに対して所定角度αだけ傾倒していればよい。

また、前記実施形態では、自動調心プーリ４をテンションプーリとして用いたが、テンションプーリを別途設け、前記自動調心プーリ４を、ベルトの長さ、接触角の調節、ベルト走行方向の変更などベルト伝動装置の他の用途に用いるようにしてもよい。

以上、説明したように、本発明に係るベルト伝動装置は、自動調心プーリによってトルクリミッタを構成しつつも、そのトルクリミッタの作動が、ベルトの走行速度が低速から高速までの広い範囲に亘って確実になるから、例えば自動車、農機、各種産業機械、家電製品、その他の機器に利用可能な点で有用である。

ベルト伝動装置の正面図である。 同装置の平面図である。 駆動プーリの平面図である。 自動調心プーリの正面図である。 自動調心プーリの縦断面図（図４のＶ−Ｖ断面図）である。 （ａ）従動プーリにおけるベルト巻き掛け状態、（ｂ）駆動プーリにおけるベルト巻き掛け状態を示す断面図である。

１ 駆動プーリ
２ 従動プーリ
３ 平ベルト（伝動ベルト）
４ 自動調心プーリ
５ プーリ本体
１０ 支持手段
１１ 螺旋溝
Ｃ１ プーリ軸
Ｃ２ 枢軸
α 傾倒角

Claims (2)

1. 駆動平プーリと、
   従動平プーリと、
   自動調心プーリと、
   前記駆動平プーリ、従動平プーリ及び自動調心プーリ間に巻き掛けられて該駆動平プーリの動力を前記従動平プーリに伝達する伝動平ベルトと、を備え、
   前記自動調心プーリは、
   前記伝動平ベルトが巻き掛けられるプーリ本体と、
   前記プーリ本体を、そのプーリ軸周りに回転自在にかつ、所定の枢軸周りに揺動自在に支持する支持手段と、を有し、
   前記枢軸は、前記プーリ軸方向に沿って見て軸荷重の方向に対し前記プーリ本体の回転方向前側に所定の傾倒角で傾倒しており、
   前記駆動平プーリのプーリ面には、そのプーリ幅方向の一方向に向かって進む螺旋溝が形成されているベルト伝動装置。
2. 請求項１に記載のベルト伝動装置において、
   前記駆動平プーリの径は、前記従動平プーリの径よりも小に設定されているベルト伝動装置。

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