(57)【要約】【課題】歯付ベルトと噛み合うときの圧縮空気による騒音が少ない構造を有する歯付プーリを提供すること【解決手段】歯付プーリ１に、円周方向に一定のピッチで外周面に回転軸２と平行な歯３を複数個配置している。各歯３の歯溝４、４間を連通する連通路５が螺旋状に形成されている。少なくとも２個の連通路５を各歯３が有している。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に一定のピッチで外周面に回転軸と平行な歯を複数個配置した歯付プーリにおいて、各歯の歯溝間を連通する連通路が螺旋状に形成され、少なくとも２個の連通路を各歯が有することを特徴とする歯付プーリ。
【請求項２】
回転軸方向の連通路の間隔が２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の歯付プーリ。
【請求項３】
各歯に形成される連通路の開口量は、歯幅の１０％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の歯付プーリ。
【請求項４】
外周面に回転軸と平行に複数個配置された歯を、円周方向において記号Ａ、Ａ＋１、Ａ＋２、Ａ＋３、・・・、Ａ＋ｎ−１のように数値１づつを付加して表示し、記号Ａ＋ｎの歯の次の歯がＡであるとした場合、最初に連通路が形成される歯をＡとし、Ａ＋１の歯、Ａ＋２の歯、Ａ＋３の歯、・・・・・、Ａ＋ｎの歯を経てＡの歯に至るように螺旋状に連通路を形成し、Ａの歯の連通路に引き続いて回転軸方向の連通路の間隔を一定とし且つ少なくとも２個の連通路を各歯が有するように、Ａの歯から、Ａ＋１の歯、Ａ＋２の歯、Ａ＋３の歯、・・・・・を経て螺旋状に連通路を形成し、最後に連通路が形成される歯は、歯Ａの直前の歯であるＡ＋ｎであることを特徴とする請求項１、２または３記載の歯付プーリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯付ベルトと歯付プーリの組み合わせによる動力伝達機構の駆動時の騒音を抑制することができる構造を有する歯付プーリに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、本発明を適用しうる歯付プーリと歯付ベルトの組み合わせによる動力伝達機構の一例を示す概略構成図である。図５において、モータ等の駆動源に接続された歯付プーリ２１を回転させ、歯付ベルト２２を介して負荷側の歯付プーリ２３を駆動し、動力はモータ側から負荷に伝達される。図６に示すように、歯付プーリ２１と歯付ベルト２２が噛合して回転するとき、歯付プーリ２１の歯溝２４に歯付ベルト２２の歯２５が嵌入して、歯溝２４の空気が歯溝２４の両側（プーリの回転軸方向に一致する歯幅方向である紙面直角方向）に押し出される。歯付プーリ２１の回転が速くなると、押し出される空気の速度も速くなり、また、歯溝２４の歯幅方向中央部で空気が圧縮されるので、歯溝２４の両端部から圧縮空気が排出されるときに騒音を発生するようになる。
【０００３】
図５においては、歯付プーリ２１、２３それぞれの両端面に取り付けられたフランジを取り除いた状態を示しているが、歯付ベルト２２が歯付プーリ２１、２３からはずれるのを防止するために、歯付プーリ２１、２３の両端面にはフランジが設けられることが多い。ところが、このフランジが設けられることで、上記した圧縮空気による騒音の発生が助長されることがある。というのは、図６に示すように、歯付プーリ２１の歯２６と歯付ベルト２２の歯２５が噛合すると、この歯付プーリ２１の歯溝２４の空気は、歯付プーリ２１の歯２６、両端に設けられた一対のフランジおよび歯付ベルト２２の歯２５、２５によって囲まれた狭い空間内で圧縮され、この圧縮空気は、狭い空間内の僅かな隙間を通って外部に排出されるので、この排出時に騒音が発生するのである。ところが、歯付ベルトのプーリ回転軸方向のずれやプーリからの脱落を防止するために、歯付プーリ両端面のフランジは設置する方が好ましい。
【０００４】
そこでこの圧縮空気による騒音を抑制するためには、図７（ａ）に示す歯付ベルト２７の幅を歯付プーリの両端面にあるフランジ２８ａと２８ｂの間の距離よりも短くすれば、歯溝の圧縮空気が歯幅方向の解放位置に達するまでの時間が短くなり、歯溝の空気がより圧縮されにくくなるので、騒音を抑制する効果が期待できる。ところが、この方法は、歯付ベルトの動力伝達能力を低下させるので採用できない。そこで、現在のベルト幅を確保するように、図７（ａ）に示すベルト２７を図７（ｂ）に示すように、長手方向に２７ａと２７ｂに２分割する方法が提案されている。例えば、現在のベルト幅が４０ｍｍの場合、幅２０ｍｍの２本のベルトに分割するというやり方である。しかし、単に、２本に分割しただけでは、分割したベルト２７ａと２７ｂが駆動中に接触することがあるので、分割ベルト同士が接触しないように、プーリ中央にフランジ２９を設ける必要があり、設備上複雑になる。さらに、ベルトを分割すると、合計のベルト幅が同じでも、分割前と同じ動力伝達能力を発揮できないので、伝達動力を維持するためには、分割ベルトの合計幅は分割前より長くする必要があり、装置のコンパクト化要請に逆行することになる。
【０００５】
また、図８に示すように、歯付プーリの歯３０を歯幅方向に３分割し、分割した歯と歯の間の開口部３１ａ、３１ｂ（歯溝間を連通する連通路）を利用して圧縮空気を排出する方法が提案されている。
【０００６】
さらに、図９に示すように、リム部３２の外周面に所定ピッチの歯部３３を設けたプーリ３４のリム部３２に同じピッチでスリット３５を放射状に設けたプーリが提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−２５９９６４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図８に記載された歯付プーリでは、開口部３１ａと３１ｂを通して圧縮空気が排出されるため、圧縮空気による騒音を低減することは可能であるが、開口部３１ａと３１ｂが歯幅方向（両矢示Ｔ）中心に対して左右対称位置にあるため、圧縮空気が排出されるときに共鳴を起こすことがある。その上、プーリの歯面に接する歯付ベルト３６の部位はほぼ一定であるため、プーリの歯３０の角部に接するベルト３６は局部的に摩耗しやすく、ベルトの寿命が短くなるという欠点がある。
【０００９】
また、図９に記載された歯付プーリでは、プーリとベルトが噛み合うときに発生する熱をスリット３５を経て放出することにより、熱によるベルトの劣化を抑えることは可能であるが、上記した圧縮空気による騒音を抑える効果は期待できない。
【００１０】
本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、歯付ベルトと噛み合うときの圧縮空気による騒音が少ない構造を有する歯付プーリを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、歯付プーリの歯に歯溝間を連通する連通路を螺旋状に形成することにより、歯付プーリの歯と歯付ベルトの歯が噛合するとき、プーリの歯と歯の間の歯溝の圧縮空気は螺旋状に形成された連通路を通して排出されるので、圧縮空気によって発生する騒音を低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
すなわち、本発明は、円周方向に一定のピッチで外周面に回転軸と平行な歯を複数個配置した歯付プーリにおいて、各歯の歯溝間を連通する連通路が螺旋状に形成され、少なくとも２個の連通路を各歯が有することを特徴としている。
【００１３】
プーリの歯と歯の間の歯溝の圧縮空気は螺旋状に形成された連通路を通して排出されるが、連通路が１箇では空気の流路としては不十分であり、少なくとも２箇の連通路を各歯に設けることにより、圧縮空気をスムーズに排出し、歯付プーリと歯付ベルトの噛合時の圧縮空気による騒音を低減することができる。
【００１４】
また、回転軸方向の連通路の間隔が広すぎると、歯幅方向に排出される空気が連通路に達するまでの時間が長くなり、騒音が発生しやすくなるので、回転軸方向の連通路の間隔は２０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
さらに、各歯に形成される連通路の開口量は、大きすぎると伝達動力が低下するので、歯幅の１０％以下であることが好ましい。
【００１６】
図８に示す従来の歯付プーリのように、歯を歯幅方向（両矢示Ｔ）に複数個（図８では３個）均等長さに分割し、分割歯の間の開口部３１ａと３１ｂを経て歯溝の圧縮空気を排出する方法では、歯幅方向中心に対して左右対称位置にある開口部３１ａと３１ｂから排出される圧縮空気によって共鳴が起こることがある。
【００１７】
そこで、本発明のように、螺旋状に連通路を形成することにより、圧縮空気の流路が歯幅の中心に対して左右非対称になるので、上記の共鳴現象を抑制する効果が期待できる。しかし、図１０に示すように、外周面に回転軸２と平行に複数個配置された歯３、・・・を、円周方向において記号Ａ（着色している）、Ａ＋１、Ａ＋２、Ａ＋３、・・・、Ａ＋ｎ−１のように数値１づつを付加して表示し、記号Ａ＋ｎの歯の次の歯がＡであるとした場合、最初に歯溝４、４間を連通する連通路５が形成される歯をＡとし、Ａ＋１の歯、Ａ＋２の歯、Ａ＋３の歯、・・・・・、Ａ＋ｎの歯を経てＡの歯に至るように螺旋状に連通路５を形成し、Ａの歯の連通路に引き続いて回転軸２方向の連通路５、５の間隔を一定とし且つ少なくとも２個の連通路５を各歯３が有するように、Ａの歯から、Ａ＋１の歯、Ａ＋２の歯、Ａ＋３の歯、・・・・・を経て螺旋状に連通路を形成し、最後に連通路が形成される歯がＡであると、その歯Ａでは、歯幅の中心に対して左右にほぼ対称位置に連通路５ａと５ｂが形成されるので、上記した共鳴が起こることがある。また、最後に連通路５が形成される歯がＡの次の歯であるＡ＋１であるとした場合、歯Ａおよび歯Ａ＋１では、同じように、歯幅の中心に対して左右にほぼ対称位置に連通路５が形成されるので、上記した共鳴を抑制することができない。
【００１８】
そこで、このような不都合を防止するためには、最後に連通路が形成される歯は、図１に示すように、歯Ａに達せずに、歯Ａの直前の歯であるＡ＋ｎにすれば、Ａ＋ｎの歯でも他の歯と同じように、圧縮空気の流路である連通路５が歯幅の中心に対して左右非対称になり、上記した共鳴現象を抑制する効果が期待できるので好ましい。
【００１９】
なお、連通路の螺旋状の角度は、プーリの幅に応じて、あるいは、回転軸方向の連通路の間隔に応じて様々な角度を選択できることは言うまでもない。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００２１】
図１において、歯付プーリ１の外周面には、回転軸２と平行な歯３が円周方向に一定のピッチで複数個配置されている。各歯３には、歯溝４、４間を連通する連通路５が螺旋状に形成されている。この螺旋状に形成された連通路５を各歯３は２個有しいる（すなわち、Ａを出発点としてＡに至る螺旋が２条形成されている）。図１では、各歯３に形成された連通路５は２個であるが、もちろん、各歯３に３個以上の連通路を設けることもできる。
【００２２】
図１における歯幅Ｗは４０ｍｍであり、回転軸方向の連通路５と５の間隔Ｄは２０ｍｍである。
【００２３】
また、各歯３に形成される連通路５の開口量（回転軸方向の開口量）は、歯幅Ｗの５％である。
【００２４】
さらに、図１において、円周方向に一定のピッチで歯付プーリ１の外周面に回転軸２と平行に複数個配置された歯３、３・・・を、円周方向において、記号Ａ（着色している）、Ａ＋１、Ａ＋２、Ａ＋３、・・・、Ａ＋ｎ−１のように数値１づつを付加して表示し、記号Ａ＋ｎの歯の次の歯がＡであるとした場合、最初に連通路５が形成される歯をＡとし、Ａ＋１の歯、Ａ＋２の歯、Ａ＋３の歯、・・・・・、Ａ＋ｎの歯を経てＡの歯に至るように螺旋状に連通路５を形成し、Ａの歯の連通路に引き続いて回転軸２方向の連通路５、５の間隔を一定とし且つ少なくとも２個の連通路５を各歯３が有するように、Ａの歯から、Ａ＋１の歯、Ａ＋２の歯、Ａ＋３の歯、・・・・・を経て螺旋状に連通路を形成し、最後に連通路が形成される歯は歯Ａの直前の歯であるＡ＋ｎである。
【００２５】
次に、本発明に係る歯付プーリを使用したときの圧縮空気による騒音レベルと歯付ベルトの耐久性に関する試験について説明する。
（１）騒音レベルに関する試験
以下に説明する各形状の歯付プーリにおいて、同一プーリ形状の一方を駆動側プーリとし、同一プーリ形状の他方を従動側プーリとし、それら駆動側の歯付プーリと従動側の歯付プーリとの間に歯付ベルトを係合させて一定時間回転させたときの騒音レベルを調査した。すなわち、歯付プーリとして、図１の歯付プーリ１において歯溝間の連通路５がない標準プーリ（図２の記号Ａ）、図８に示すように、各歯３０を幅方向に３分割し、分割歯の間の開口部３１ａ、３１ｂが歯幅方向（両矢示Ｔ）の中心に対して左右対称位置にあるスリットプーリ（図２の記号Ｂ）、および本発明の実施例である図１に示す歯付プーリ１（ヘリカルスリットプーリ、図２の記号Ｃ）を使用し、図３に示すように、ピッチ円径１２４．７８ｍｍで歯幅４０ｍｍの駆動側プーリ６と、ピッチ円径１２４．７８ｍｍで歯幅４０ｍｍの従動側プーリ７との間に幅４０ｍｍの歯付ベルト８を係合させて、無負荷（従動側のプーリ７に負荷を接続しない）で駆動側プーリ６を３００〜３０００ｒｐｍ  で回転したときに（１．５ｋｗのモータにより）、駆動側のプーリ６の３００ｍｍ手前で高性能マイクで騒音レベルを感知した場合の各回転数における騒音レベル（デシベル）を図２に示す。図２の記号Ｄは、暗騒音を示す。なお、従動側プーリ７のセット荷重は２５５０Ｎであった。
【００２６】
図２に示すように、本発明に係る歯付プーリ（記号Ｃ）によれば、標準プーリ（図２の記号Ａ）や図８に示す形状の歯付プーリ（図２の記号Ｂ）よりも騒音レベルが低くなることは明らかである。なお、平均騒音レベルは、記号Ａ＝７５．３ｄＢ、記号Ｂ＝７０．３ｄＢ、記号Ｃ＝６８．０ｄＢ、記号Ｄ＝４９．８ｄＢである。
（２）歯付ベルトの耐久性に関する試験
一般に、動力伝達用ベルトに使用されるゴムは、使用時の摩擦による発熱に伴って徐々に硬化し、硬化が進行すると、やがて屈曲疲労によりベルト底部に亀裂が入り、破損に至るという経過をたどることが多い。特に、図８に示すように、歯付プーリに形成される圧縮空気の流路である連通路（開口部３１ａと３１ｂ）が歯幅方向（両矢示Ｔ）中心に対して左右対称位置に設けられていると、連通路の角部が常にベルトの同じ部分に接触するので、ベルトの局部的疲労を起こしやすいという欠点がある。一方、本発明のように、連通路を螺旋状に形成すると、歯付ベルトの全面に一様に歯付プーリの連通路が接触するので、ベルトの局部的疲労を避けることができ、ベルト寿命を延長することが可能である。
【００２７】
そこで、騒音レベルの試験で使用した標準プーリ、スリットプーリ（図８参照）、またはヘリカルスリットプーリ（図１参照）のそれぞれのプーリにおいて、同一プーリ形状の一方を駆動側プーリとし、同一プーリ形状の他方を従動側プーリとし、それら駆動側の歯付プーリと従動側の歯付プーリとの間に歯付ベルトを係合させて回転させたとき、ベルトが破損するまでの時間を調査した。
【００２８】
すなわち、図４に示すように、ピッチ円径９８．０４ｍｍで歯幅１５ｍｍの駆動側プーリ９と、ピッチ円径２００．５４ｍｍで歯幅１５ｍｍの従動側プーリ１０との間に幅１５ｍｍの歯付ベルト１１を係合させて、無負荷で駆動側プーリ９を１９３３ｒｐｍ  で回転させたとき（１５ｋｗのモータにより）、歯付ベルト１１が破損するまでの時間を調査した。なお、従動側プーリ１０のセット荷重は１４．４Ｎ、偏向プーリ１２の直径は５２ｍｍ、回転試験中の歯付ベルト底面の平均温度は、標準プーリ、スリットプーリまたはヘリカルスリットプーリのいずれを使用した場合も６０℃であった。
【００２９】
その結果、駆動側および従動側プーリとして標準プーリを使用した場合のベルト破損に至るまでの時間は１２２時間であり、駆動側および従動側プーリとして本発明に係るヘリカルスリットプーリを使用した場合のベルト破損に至るまでの時間は１１８時間であり、本発明に係る歯付プーリによれば、標準プーリ（スリットなし）と遜色ない程度のベルト寿命を達成することができた。
【００３０】
しかし、駆動側および従動側プーリとして図８の形状のスリットプーリを使用した場合のベルト破損に至るまでの時間は９７時間であって、大幅にベルト寿命が低下することが分かった（標準プーリを使用した場合に比べて２０％低下）。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は上記のとおり構成されているので、次の効果を奏する。
（１）請求項１記載の発明によれば、歯付ベルトと噛み合うときの圧縮空気による騒音が少くなるとともに、騒音防止のための開口部を歯部に有しない歯付プーリと同程度の寿命を有する歯付プーリを提供することができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、より騒音を低減できるという効果がある。
（３）請求項３記載の発明によれば、伝達動力の低下を招かずに騒音を低減できるという効果がある。
（４）請求項４記載の発明によれば、上記効果に加えて、さらに共鳴音を抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る歯付プーリの斜視図である。
【図２】本発明の歯付プーリと比較例の歯付プーリにおけるプーリとベルトの噛合時の騒音レベルを比較する図である。
【図３】図２に示した騒音レベルを調査したときのプーリ配置を示す図である。
【図４】歯付ベルトを歯付プーリに係合して回転したとき、歯付ベルトが破損に至るまでの時間を調査したときのプーリ配置を示す図である。
【図５】歯付プーリと歯付ベルトの一般的な動力伝達機構の概略構成図である。
【図６】図５のＰ部の拡大図である。
【図７】図７（ａ）は駆動側プーリと従動側プーリの間に１本のベルトを係合した状態を示す平面図、図７（ｂ）は駆動側プーリと従動側プーリの間に２本の分割ベルトを係合した状態を示す平面図である。
【図８】駆動側および従動側の歯付プーリに、歯幅方向中心に対して左右対称位置に開口部（歯溝間を連通する連通路）を設けた構成を示す断面図である。
【図９】従来の歯付プーリの一例を示す半裁正面図である。
【図１０】歯付プーリの一例の斜視図である。
【符号の説明】
１…歯付プーリ
２…回転軸
３…歯
４…歯溝
５…連通路
６、９…駆動側プーリ
７、１０…従動側プーリ
８、１１…歯付ベルト
１２…偏向プーリ
【図１】
2004257437.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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