JPH01279135A - 歯付ベルト及びこれを用いた駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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及びこれを用いた駆動装置に係り、
より詳しくはベルト歯元部における応力集中を緩和して
ベルトの寿命を向上させてなる歯付ベルト及びこの歯付
ベルトとプーリとの相合せ体からなる駆動装置に関する
。

（従来技術） 歯付ベルトは滑りの無い確実伝動が可能であり、他の確
実伝動の一つである歯車とチエインとの駆動装置に比べ
、給油が不要となり、低騒音等の利点があるため、近年
その需要は増大の一途を辿っている。一般に広く利用さ
れている歯付ベルトとプーリの組合せからなる駆動装置
としてｆｌＡＭＩＰ−２４（１９８７年）に規定されて
いるように、断面逆台形のベルト歯部とこの歯部と相似
形の溝群な周面に設けたプーリとの噛合により伝動シス
テムがある。

その他、米国特許第３＋　７５　（３＋　０９１号明細
書、同第４，５１５，５７７号明細書あるいは同４．１
０８，０１１号明細書（特公昭５７−５１５８９号公報
に相当）には、円弧またはこれに近似する曲線から形成
される丸歯状の歯付ベルトとこれに噛み合うプーリ溝部
も同様の形状を有するプーリを有し、ベルト歯部にかか
る応力を均一に分散させた駆動装置が開示されている。

このように今日の歯付ベルトの駆動装置は断面逆台形の
歯部を有する歯付ベルトとベルト歯部と同一形状のプー
リ溝を有するプーリとの組合せ体、あるいは一対の円弧
面の一部から成る丸歯を有する歯付ベルトとこの丸歯と
相似する形状のプーリ溝を有するプーリとの組合せ体が
その主流を占めている。

（発明が解決しようとする問題点） このような歯付ベルトがプーリに噛み合う場合には、ベ
ルトはプーリ溝部側壁によって圧接され、比較的応力を
分散しながら歯部にかかる負荷を正確に抗張体に伝え、
高トルク伝動を可能にしているが、上記ベルトも特にベ
ルト歯元部ではプーリ歯元部から局部的に応力集中を受
けている。しかも、ベルトがプーリから離れる時には、
プーリ歯先部がベルト歯元部よりも歯先部分で干渉しな
がら走行するために、ベルト歯元部は更に大きな応力集
中を受け、クラックはベルト歯元部から発生していた。

本発明はこのような問題点を改善するものであり、ベル
ト歯元部にかかる応力集中を緩和してベルト寿命を向上
させるもので、特にベルト歯元部あるいはプーリ歯先部
の形状に特徴を有する歯付ベルト及びこれを用いた駆動
装置を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の歯付ベルトにおい
てはベルト本体のピッチライン上に抗張体を埋設し、ベ
ルト本体の少なくとも一方の側に一部ピッチで歯部を有
し、該ベルト歯部がベルト歯元部、動力伝達領域そして
ベルト歯先部からなり、このベルト歯元部が動力伝達領
域に向かって曲率な連続的にもしくは不連続的に小さく
した曲線形状から形成されている。

また、歯付ベルトを用いた駆動装置においては、ベルト
本体のピッチライン上に抗張体を埋設しベルト本体の少
なくとも一方の側にベルト歯部を有する歯付ベルトと、
これと噛み合うプーリからなり、前記ベルト歯部の歯元
部が動力伝達領域に向かって曲率を連続的にもしくは不
連続的に小さくした曲線形状からなり、他方プーリにお
ける歯先部も前記ベルト歯元部とほぼ同一形状を有し、
歯付ベルトとプーリの静的な噛合状態でベルト歯元部が
プーリ歯元部に接する。

（作用） 本発明の歯付ベルトにおいては、ベルト歯元部が動力伝
達領域に向がって曲率を連続的にもしくは不連続的に小
さくした曲線、即ち流線プロフィルもしくはこれに近似
する曲線を有するため、プーリ歯部から受ける応力に対
してコーナ一部であるベルト歯元部の応力集中が緩和さ
れる。その結果ベルト歯元部のクラックが発生しにくく
ベルト寿命も向上する。

また、前記歯付ベルトとプーリから駆動装置においても
、プーリ歯先部がベルト歯元部とほぼ同様の曲線してい
るためにベルト歯元部の応力集中がより一層緩和され、
更にベルト歯部の動力伝達領域がプーリ溝壁を当接して
効率よくトルク伝達を担うことになる。

（実力用例） 以下、本発明の実施例を添付図面に従って具体的に説明
する。

第１図〜第３図は本発明に係る歯付ベルトの歯部正面図
である。

本発明に係る歯付ベルト（１）はゴム、合成樹脂等のゴ
ム状弾性体からなるベルト本体（１ａ）と、その長手方
向に一部ピッチで交互に形成されたベルト歯部（２）と
ベルト溝部（３）及びベルト本体（１ａ）のピッチライ
ン（４）上に埋設されたガラス繊維、アラミド繊維等の
低伸度高強力のローブ状の抗張体等を有している。そし
て、ベルト歯部（２）及びベルト溝部（３）の表面には
カバー帆イｌｊが全面的に被覆される。しかし、ベルト
本体（ｌａ）の材質がウレタンである場合には、カバー
帆イｌｊを設ける必要はない。

上記第１図に示すベルト歯部（２）は基本的に断面台形
状であり、この中心ＵＡ（＋）に対して左右対称で、ベ
ルト歯部の側壁はベルトランドライン（５）から伸びる
ベルト歯元部（６）、側壁の中間部に位置する始点Ｓか
ら終点Ｆに至る動力伝３３領域（７）そしてベルト歯元
部（８）との一連の領域から構成されている。

ベルト歯元部（６）は本発明の重要な構成部分であり、
ベルトランドライン（５）から動力伝達領域（７）に向
かって曲率な順次連続的にもしくは不連続的に小さくし
た曲線を有する流線プロフィルあるいはこれに近似する
曲線を有している。

即ち、第１図におけるベルト歯元部（６）は流線プロフ
ィルの近似として円弧Ａ、Ａ２、Ａ２Ａ３そしてＡ３Ａ
４の３つの円弧を連結した形状になっている。円弧Ａ　
Ｉ　Ａ　２は起点０１をもつ曲率半径（０，ＡＩ＝ｏ、
Ａ２）を有し、また円？ＡＡ　２　Ａ　３は曲率半径０
、Ａ２上に起点０２をもつ曲線半径（０２Ａ２＝０２Ａ
３）からなり、そして円弧Ａ３Ａ４は曲率半径０２Ａ３
上に起点０３をもつ曲率半径（０３Ａ３＝０３Ａ４）か
らなっている。勿論、この曲線を順次連続的に小さくす
れば流線プロフィルになり、本発明におけるベルト歯元
部（６）の最も理想的な形状になる。

また、動力伝達領域（７）はベルト歯元部（６）との境
界になる始点（Ｓ）とベルト歯先部（８）との境界にな
る終点（Ｆ）に至る領域でほぼ直線になっている。

この終点（Ｆ）はベルトランドライン（５）からベルト
歯部の高さＨ８の１／２程度殖れた所に位置し、また始
点（５）はベルトランドラインからベルト歯部の高さＨ
Ｂの１／４程度離れた所に位置している。この領域（７
）は始点（Ｓ）と終点（Ｆ）を結ぶ直線の交差角（２β
）が３６〜４４°であり、プーリ歯部に当接して効率よ
くトルク伝達を担うところとなり、駆動時はベルト歯元
部（６）と同様に大きな圧縮歪を受ける。更に、ベルト
歯先部（８）は直線と円弧を連結した形状になっている
。

他方、第２図に示す歯付ベルト（１）は丸歯に近似する
もので、ベルト歯元部（６）は第１図に示されるベルト
歯元部と同様に順次曲率半径の異なる円弧を連結した曲
線を有し、動力伝達領域（７）は直線から形成され、そ
してベルト歯先部（８）はベルト歯部（２）内に中心線
を有する円弧の一部より形成されている。そしてベルト
歯元部（８）はベルト歯部（２）内に中心点（１１Ｘを
有する曲線半径ＲＡを有する円弧とベルトランドライン
（５）に対して平行に位置する最先端（９）から形成さ
れている。

また、本発明において使用される歯付ベルトは、第３図
に示すように、ベルト歯元部（６）は前述の通り動力伝
達領域（７）に向かって順次曲率半径が小さくなる円弧
を連結した流線プロフィルの類似した曲線によって形成
され、また動力伝達領域（７）及びベルト歯先部（６）
はベルトピッチライン（４）上にあり、且つベルト歯部
の中心線（１）よりベルトｍ　ｒｌ　（Ｗ）の１／２相
当分離れた位置に中心線（１０）をもつ曲線半径（Ｒ８
）の円弧の一部をもって形成され、更にベルト歯先部（
８）のコーナ一部はベルト歯部（２）内に中心点（１１
）をもつ曲線半径（ＲＣ）の円弧の一部によって形成さ
れている。

尚、本発明の歯付ベルトにおいては動力伝達領域（７）
及びベルト歯先部（８）が楕円、放物線等を有するもの
も含まれる。

一方、前記第１図及び第２図に示す歯付ベルト（１）に
噛み合うプーリ（１２）は、第４図に示すようにプーリ
歯部（１３）が溝底に向かって順次曲率半径を小さくし
た円弧を連結した曲線を有するプーリ歯先部（１４）と
曲線で形成される歯先表面部（１５）及び略直線状のプ
ーリ溝壁（１６）　（１６）によって構成されており、
他方プーリ溝部（１７）がこの一対のプーリ溝壁（１６
）　（１６）とその間を結ぶ平面状もしくは突条の円弧
面をもって形成される溝底部（１８）を有している。

尚、プーリ溝壁（１６）と溝底部（１８）間には中心点
（１９）をもつ曲率半径（ｒｅ）をもつ円弧の一部がら
なり、また前記ベルト歯先部（１／Ｉ）は流線プロフィ
ルの近似として円弧［１，Ｂ２、Ｂ３２１３３そして８
３Ｂ４の３つの円弧を連結した形試になっている。この
円弧１３１Ｂ２は起点０１をもつ曲率半径（ＯＩＢＩ＝
Ｏ□Ｂ２）を有し、円弧［３２［３３は曲イ・１半径０
．Ｂ２上に起点０２をもつ曲率半径（０２Ｂ３　；：　
＝　０２８３　）からなり、そして円弧Ｂ３Ｂ４は曲率
半径０２Ｂ３上に起点をもつ曲率半径（０３Ｉ’３３＝
ＯっＢ４）からなっている。

上記プーリと第２図に示す歯付ベルトの噛み合い状態は
、第５図に示すようにプーリ歯先部（１４）がベルト歯
元部（６）とほぼ同−形試になっており、歯付ベルト（
１）をプーリ（１２）には合させてベルト歯部を一方の
プーリ溝部壁面へ接触させた場合、ベルト歯元部（６）
がプーリ歯先部（１４）に接する。

また、ベルト歯部の動力伝達領域（７）のほぼ全領域は
プーリ溝壁（１６）に接触し、更にベルト歯先部（８）
では動力伝達領域の終点（Ｆ）から歯先に至ってバック
ラッシュが存在する。そして、ベルト歯部の高さＨＢは
プーリ溝部の深さＤＰに等しいが、もしくは小さくなっ
ている。

従って、前記歯付ベルト（１）とプーリ（１２）の組合
せにおいては、ベルト歯元部（６）が流線プロフィルま
たはこれに近似する曲線になっているため、ベルト歯元
部にかかる応力集中が大きく緩和され、またベルト歯部
の動力伝達領域（７）はその全領域がプーリ溝壁（１６
）に接触するためにプーリからの伝達トルクを効率よく
受けることが可能になる。

また、本発明においては第３図に示す歯付ベルトと噛み
合うように設計されたプーリも使用可能であり、この場
合プーリ歯先部はベルト歯元部の形試と同一であり、ま
たプーリ溝壁もプーリピッチライン上に中心点を有し、
がっプーリ溝ｒｌ中心線よりプーリ溝１１（Ｗ’）の１
／２相当分離れた位置に中心点をもつ曲線半径の円弧の
一部をもって形成されている。

勿論、本発明においてはベルト歯部に噛み合うようなプ
ーリであれば使用できる。

次に、本発明の歯付ベルトおけるベルト歯元部の応力集
中の状態及び走行寿命について試験を行った結果を以下
に述べる。

まず、本測定に使用した歯付ベルトは第１図に示される
ＺＡ型ベルト歯部形状を有しており、ベルト歯元部とし
て円弧ＡｌＡ２の曲率半径５．Ｑｍｍ、円弧Ａ２Ａ３の
曲率半径１．７５ｍｍ、円弧Ａ３Ａ４の曲率半径０．６
ｍｍ（’ＡｔＯ＋Ａ２＝１１°、　ＺＡ　２０２Ａ３＝
１１°、乙Ａ３０３　Ａ４　＝　４３°　）を連結した
曲線を基礎にしたもので、この原寸の８倍の大きさでベ
ルト歯５Ｑｍｍを有している。一方、プーリは同じ＜Ｚ
Ａ型溝部形状を有しており、こめベルトと同じく原寸の
８倍の大きさをもつプーリ歯先部としてベルト歯元部と
全く同一の形試になっており、ベルトと同じく原寸の８
倍の大きさをもっている。

上記ベルト歯部の表面にエポキシプレポリマー１００重
量部に対してポリサルファイド１５０重量部そしてジエ
チレントリアミン１０重量部からなる組成物を塗布して
厚さ１．８ｍｍの皮膜を形成し、上記ベルトの３歯をプ
ーリの３溝に噛み合わせ、ベルトの一端を固定し、他端
に滑車を介して重錘を載せ張力Ｔ１（７９，６に３ｆ）
を加えた。次にこのプーリを逆方向にトルクを加えてゆ
るみ側の張力Ｔ２　（２４，５ｋｇｆ　）を与えた。こ
のトルクによって１歯が負荷する荷重を５５．１ｋｇｆ
に調節した。張力Ｔ１、Ｔ２はロードセルで測定した。

このような条件の下でＰＡ−２型反射型光弾性装置（理
研計器社製）を使用し、光源（５４６１Ａの単色光）を
前記ベルト歯部の皮膜に当て等色線図をカメラにより撮
影した。その結果を第６図に示す。

また、比較例として歯付ベルトはＺＡ型ベルト歯部形状
を有し、ベルト歯元部として１つの円弧（原寸として曲
率半径０．５１ｍｍ）を有しており、他方プーリもベル
ト歯元部と全く同一のプーリ歯先部を有するＺＡ型の溝
部を有している。そして、ベルトにかかる張力′ｒ１を
７８．５ｋｇｒ、また張力′ｒ２を２３．７ｋｇｒに調
節して、同様に等色線図を撮影した。その結果を第７図
に示す。

これによると、本発明の歯付ベルトはベルト歯元部での
しま次数が３であり、他方従来のベルトでは５であり、
本発明におけるベルト歯元部の応力集中が大きく緩和さ
れていることが判る。

更に、上記歯付ベルトを駆動プーリ（歯数１８）、従動
プーリ（歯数３６）に）靜架し、直径５２ｍｍのテンシ
ョンプーリにより張力を与えると共に環境温度８０℃、
回転数３６００ｒｐｍそして負荷８ｐｓの条件下で走行
させた。尚、この走行試験で使用したベルト及びプーリ
の大きさは原寸である。

その結果、本発明の歯付ベルトは５００時間で、また従
来のベルトは２００時間でいずれもベルト山元）“ｔｉ
［Ｓから歯欠けが生じた。

（効果） 以上のように本発明の歯付ベルトは、ベルト歯元部が流
線プロフィルもしくはこれに近似する開綿形状になって
おり、これによってベルト歯元Ｋｌ＜における応力集中
が大きく緩和されるためにベルト歯元部から発生しやす
いクラックも生じにくくなり、ベルト寿命も向上し、更
にほこの歯付ベルトを用いた駆動装置ではベルト歯元部
とプーリ歯先部とがほぼ同一形状であり、ベルト歯元部
での応力集中がより一層緩和され、またベルト歯部の動
力伝達領域とプーリ溝壁とが当接して効率よくトルク伝
達を担うことになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る歯付ベルトの歯部正面図、第２図
は本発明に係る他の歯付ベルトの歯部正面図、第３図は
同じく本発明に係る他の歯付ベルトの歯部正面図、第４
図は本発明の駆動装置に使用するプーリの溝部正面図、
第５図は本発明の駆動装置であって第２図に示される歯
付ベルトと第４図に示すプーリを噛み合わせた収態を示
す正面図、第６図は本発明に係る歯付ベルトを用いた光
弾性試験によるベルト歯部の等色線図の写真、そして第
７図は従来の歯付ベルトにおけるベルト歯部の等色線図
に写真を示す。 （１）・・・歯付ベルト （２）・・・ベルト歯部 （３）・・・ベルト溝部 （４）・・・ピッチライン （６）・・・ベルト歯元部 （７）・・・動力伝達領域 （８）・・・ベルト歯先部 （１２）・・・プーリ （１３）・・・プーリ歯部 （１４）・・・プーリ歯先部 （１６）・・・プーリ溝壁 特許出願人　　三ツ星ベルト株式会社 第１図 土 １　　　　　＋ａ 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 手続補正書（自発） 歯付ベルト及びこれを用いた駆動装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　神戸市長田区浜添通４丁目１番２１号自発補正 ５、補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄、発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲の記載を別紙の通りに、
？１ｕ正する。 （２）明細書第３頁９行目（７）ｒＲＡＭＪｔｒＦｔＭ
ＡＪと補正する。 （３）明細書第３頁１２行目の「噛合により」を「噛合
による」と補正する。 （４）明細書筒６頁１５行目の「プーリから」を「プー
リからなる」と補正する。 （５）明細書筒９頁４行目の「１／２程度離れた所」を
「２／３程度離れた所（図中参照）」と補正する。 以上 別　　紙 ２、特許請求の範囲 １、ベルト本体のピッチライン上に抗張体を埋設し、ベ
ルト本体の少なくとも一方の側に一定ピッチで歯部を有
する歯付ベルトにおいて、上記歯部がベルト歯元部、動
力伝達領域そしてベルト歯先部からなり、％ベルト歯元
部が動力伝達領域に向かって曲率半径を順次連続的もし
くは不連続に小さくした曲線形状皇カ１ヂｕ９℃ｎへゑ
ことを特徴とする歯付ベルト。 ２、ベルト歯元部が動力伝達領域に向かって順次小さく
なる曲率生揚の円弧を連結した曲線から形成される請求
項１記載の歯付ベルト。 ３、ベルト歯部の動力伝達領域がベルトランドラインか
らベルト歯部高さの１／４程度離れた点を始点とし、ま
た該ラインからベルト歯部高さの２／３程度離れた点を
終点とする領域である請求項１記戦の歯付ベルト。 ４、ベルト本体のピッチライン上に抗張体を埋設し、ベ
ルト本体の少なくとも一方に一定ピッチで歯部を設け、
該ベルト歯部にベルト歯元部、動力伝達領域及びベルト
歯先部を形成してなる歯付ベルトと、これに噛み合うプ
ーリからなり、前記ベルト歯元部が動力伝達領域に向か
って曲￥３半経を順次連続的もしくは不連続的に小さく
した曲線形状からなり、他方プーリ歯先部もベルト歯元
部とほぼ同一形状を有していることを特徴とする歯付ベ
ルトの駆動装置。 ５、ベルト歯部の動力伝達領域がその全領域でブール溝
壁に接触する請求項４記載の歯付ベルトの駆動装置。 ６、ベルト歯部の動力伝達領域がその領域内で部分的に
プーリ溝壁に接触する請求項４記載の歯付ベルトの駆動
装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ベルト本体のピッチライン上に抗張体を埋設し、ベ
   ルト本体の少なくとも一方の側に一定ピッチで歯部を有
   する歯付ベルトにおいて、上記歯部がベルト歯元部、動
   力伝達領域そしてベルト歯先部からなり、ベルト歯元部
   が動力伝達領域に向かつて曲率を順次連続的もしくは不
   連続に小さくした曲線形状を有することを特徴とする歯
   付ベルト。 ２、ベルト歯元部が動力伝達領域に向かって順次小さく
   なる曲率半径の円弧を連結した曲線から形成される請求
   項１記載の歯付ベルト。 ３、ベルト歯部の動力伝達領域がベルトランドラインか
   らベルト歯部高さの１／４程度離れた点を始点とし、ま
   た該ラインからベルト歯部高さの１／２程度離れた点を
   終点とする領域である請求項１記載の歯付ベルト。 ４、ベルト本体のピッチライン上に抗張体を埋設し、ベ
   ルト本体の少なくとも一方に一定ピッチで歯部を設け、
   該ベルト歯部にベルト歯元部、動力伝達領域及びベルト
   歯先部を形成してなる歯付ベルトと、これに噛み合うプ
   ーリからなり、前記ベルト歯元部が動力伝達領域に向か
   って曲率を順次連続的もしくは不連続的に小さくした曲
   線形状からなり、他方プーリ歯先部もベルト歯元部とほ
   ぼ同一形状を有していることを特徴とする歯付ベルトの
   駆動装置。 ５、ベルト歯部の動力伝達領域がその全領域でプーリ溝
   壁に接触する請求項４記載の歯付ベルトの駆動装置。 ６、ベルト歯部の動力伝達領域がその領域内で部分的に
   プーリ溝壁に接触する請求項４記載の歯付ベルトの駆動
   装置。