(57)【要約】    【課題】歯付ベルトの耐久性を低下させることなくベルト伝動機構の駆動抵抗を小さくすることができる歯付プーリの提供。    【解決手段】歯付プーリ１に、ベルト歯４に噛み合う歯溝３を形成する。歯先円６上に位置する歯溝両肩５ａ、５ｂを弦７で結ぶ。弦７の垂直二等分線８に沿って、弦７から歯先円６までの距離をＳとする。ベルト歯４の歯高さをＨとする。弦７の垂直二等分線８に沿った歯先円６から歯底９までの歯溝深さ（Ｄ）を、Ｈ＜Ｄ＜Ｈ＋Ｓの範囲に設定する。歯付プーリ１の歯先と歯付ベルト２の歯底とが当接して、噛み合いによるベルト歯４の変形量が少なくなる。歯付プーリ１の歯底９と歯付ベルト２の歯先とが当接して、多角形作用が抑えられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルト歯に噛み合う歯溝を有する歯付プーリにおいて、仮想の歯先円上に位置する歯溝両肩を結ぶ弦の垂直二等分線に沿った前記弦から歯先円までの距離をＳとし、ベルト歯の歯高さをＨとしたときの、前記弦の垂直二等分線に沿った歯先円から歯底までの歯溝深さ（Ｄ）が、Ｈ＜Ｄ＜Ｈ＋Ｓの範囲に設定されたことを特徴とする歯付プーリ。
【請求項２】
前記歯溝は、円弧歯形のベルト歯に噛み合う歯溝形状とされたことを特徴とする請求項１に記載の歯付プーリ。
【請求項３】
ベルト歯に噛み合う歯溝を有する歯付プーリの設計方法において、仮想の歯先円上に歯溝両肩を設定して、該歯溝両肩を弦で結んでその垂直二等分線を引き、さらに、前記垂直二等分線に沿った前記弦から歯先円までの距離をＳとすると共に、ベルト歯の歯高さをＨとして、前記弦の垂直二等分線に沿った歯先円から歯底までの歯溝深さ（Ｄ）をＨ＜Ｄ＜Ｈ＋Ｓの範囲に設定することを特徴とする歯付プーリの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば円弧歯形のベルト歯に噛み合う歯溝を有する歯付プーリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、歯付プーリに歯付ベルトを掛巻してなるベルト伝動機構では、歯付プーリの歯溝深さを歯付ベルトの歯高さよりも大きく設定して、歯付プーリの歯底と歯付ベルトの歯先との間に隙間を空けることにより、歯付ベルトがいわゆる多角形作用を受ける。多角形作用は、歯付プーリの歯溝にベルト歯が深く噛み合うことにより、歯付プーリの歯溝部分で直線状を示す歯付ベルトが歯付プーリに多角形状に巻き付くという作用であり、歯付ベルトの心線を局部的に屈曲させて耐久性を低下させる。
【０００３】
このような多角形作用を抑えるため、歯付プーリの歯溝深さを歯付ベルトの歯高さよりも小さく設定して、歯付プーリの歯先と歯付ベルトの歯底との間に隙間を空けることがある（例えば特許文献１）。
【特許文献１】実開昭５８−３６６５５号公報（実用新案登録請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、歯付プーリの歯先と歯付ベルトの歯底との間に隙間を空けると、ベルト歯が歯付プーリの歯底に当接されて変形しながら噛み合うので、ベルト伝動機構の駆動抵抗が大きくなりやすい。特に、ベルト張力の小さい場合やベルト伝動機構の駆動力の小さい場合においては、全駆動抵抗のうちの噛み合いによる駆動抵抗の割合が大きくなる。
【０００５】
本発明は、歯付ベルトの耐久性を低下させることなくベルト伝動機構の駆動抵抗を小さくすることができる歯付プーリの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る歯付プーリは、ベルト歯に噛み合う歯溝を有するものであり、仮想の歯先円上に位置する歯溝両肩を結ぶ弦の垂直二等分線に沿った弦から歯先円までの距離をＳとし、ベルト歯の歯高さをＨとしたときの、弦の垂直二等分線に沿った歯先円から歯底までの歯溝深さ（Ｄ）を、Ｈ＜Ｄ＜Ｈ＋Ｓの範囲に設定したものである。
【０００７】
この構成によれば、ベルト歯の歯高さ（Ｈ）よりも歯付プーリの歯溝深さ（Ｄ）を大きく設定するので（Ｈ＜Ｄ）、歯付プーリの歯先と歯付ベルトの歯底とを当接させて、噛み合いによるベルト歯の変形量を少なくし、ベルト伝動機構の駆動抵抗を小さくすることができる。
【０００８】
さらに、歯付プーリの歯溝深さ（Ｄ）を、ベルト歯の歯高さ（Ｈ）と歯溝両肩を結ぶ弦から歯先円までの距離（Ｓ）とを加えた長さ（Ｈ＋Ｓ）よりも小さく設定するので（Ｄ＜Ｈ＋Ｓ）、歯付ベルトの耐久性の低下を抑えることができる。つまり、距離（Ｓ）は、多角形作用によるベルト歯の噛み合い深さの増加量であり、歯溝深さ（Ｄ）をＤ＜Ｈ＋Ｓに設定することにより、歯付プーリの歯底と歯付ベルトの歯先とを当接させて多角形作用を抑え、歯付ベルトの耐久性の低下を防ぐことができる。
【０００９】
歯付プーリの歯溝深さと歯付ベルトの歯高さとを近づけて、歯付プーリの歯先と歯付ベルトの歯底とを当接させると共に、歯付プーリの歯底と歯付ベルトの歯先とを当接させることにより、歯付プーリの歯溝とベルト歯とが噛み合う際に干渉しやすくなるが、歯付プーリの歯溝を円弧歯形のベルト歯に噛み合う歯溝形状とすることにより、その噛み合いを円滑にすることができる。
【００１０】
また、本発明は、ベルト歯に噛み合う歯溝を有する歯付プーリの設計方法を提供する。具体的な手順としては、まず、仮想の歯先円上に歯溝両肩を設定して、この歯溝両肩を弦で結んでその垂直二等分線を引く。さらに、弦の垂直二等分線に沿った弦から歯先円までの距離をＳとすると共に、ベルト歯の歯高さをＨとして、弦の垂直二等分線に沿った歯先円から歯底までの歯溝深さ（Ｄ）をＨ＜Ｄ＜Ｈ＋Ｓの範囲に設定する。
【発明の効果】
【００１１】
以上のとおり、本発明によると、歯付プーリの歯溝深さ（Ｄ）を、ベルト歯の歯高さ（Ｈ）よりも大きく、かつ、それに歯溝両肩を結ぶ弦から歯先円までの距離（Ｓ）を加えた長さ（Ｈ＋Ｓ）よりも小さく設定するので（Ｈ＜Ｄ＜Ｈ＋Ｓ）、歯付ベルトの耐久性を低下させることなくベルト伝動機構の駆動抵抗を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る歯付プーリを実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明に係る歯付プーリの歯溝とベルト歯の噛み合いを示す要部断面図である。
【００１３】
歯付プーリ１は、これに歯付ベルト２を掛け巻きしてベルト伝動機構を構成するものであり、その外周面に形成された歯溝３が円弧歯形のベルト歯４に噛み合うようになっている。
【００１４】
歯溝３は、歯付プーリ１の外周面に断面円弧状に凹設されてなり、外向きに凸の両肩Ｒ部の先端の歯溝両肩５ａ、５ｂにおいて、歯付プーリ１の歯先を通る仮想の歯先円６に接している。
【００１５】
歯溝３の歯溝深さ（Ｄ）は、ベルト歯４の歯高さ（Ｈ）よりも大きく、かつ、歯高さ（Ｈ）と歯先円６から歯溝両肩５ａ、５ｂを結ぶ弦７までの距離（Ｓ）とを加えた長さよりも小さく設定されている（Ｈ＜Ｄ＜Ｈ＋Ｓ）。ここで、歯溝深さ（Ｄ）は、弦７の垂直二等分線８に沿った歯先円６から歯底９までの深さである。歯高さ（Ｈ）は、歯付ベルト２のベルト歯底ライン１０からベルト歯先１１までの高さである。距離（Ｓ）は、弦７の垂直二等分線８に沿った歯先円６から弦７までの距離である。
【００１６】
歯付プーリ１の周方向における歯溝３の溝幅は、ベルト歯４の歯厚よりも大きく設定され、歯溝３とベルト歯４の歯圧面との間に空けられた隙間がバックラッシュ１２とされる。このバックラッシュ１２と歯溝３及びベルト歯４の円弧形状とにより、歯溝３とベルト歯４との噛み合いを円滑にするようになっている。
【００１７】
次に、歯付プーリの歯溝とベルト歯とが噛み合う様子を説明する。歯溝３とベルト歯４とが噛み合う際、まず、図１に示すように、歯溝３の歯底９にベルト歯先１１が接触し、ベルト歯底ライン１０が歯溝両肩５ａ、５ｂと間隔（ａ）を空けて位置する。また、ベルト歯底ライン１０と弦７の垂直二等分線８との交点を交点Ａとし、交点Ａと歯溝両肩５ａ、５ｂとを結ぶ直線を直線Ｂとすると、この直線Ｂとベルト歯底ライン１０とが角度（θ）をなす。
【００１８】
このとき、歯溝３にベルト歯４が深く噛み合う分、歯付ベルト２のピッチライン１３は、歯付プーリ１のピッチ円１４よりも距離（ｂ）だけ歯底９に向けてシフトする。ここで、ピッチライン１３は、ベルト歯底ライン１０からＰＬＤだけ外側に位置する仮想ラインであり、心線の位置にほぼ一致する。ピッチ円１４は、歯先円６からＰＬＤだけ外側に位置する仮想円である。
【００１９】
距離（ｂ）は、歯溝深さ（Ｄ）と歯高さ（Ｈ）との差に等しい長さであり（ｂ＝Ｄ−Ｈ）、距離（Ｓ）よりも短く設定される（ｂ＜Ｓ）。これにより、歯付ベルト２の多角形作用をある程度までに抑えるようにしている。
【００２０】
その後、噛み合いの進行に伴ってベルト歯４が曲げ変形して、ベルト歯底ライン１０が角度（θ）だけ傾斜することにより、歯付ベルト２の歯底と歯溝両肩５ａ、５ｂとの間隔（ａ）が閉じられて、歯溝３とベルト歯４との噛み合いが完了する。
【００２１】
次に、歯付プーリの歯溝とベルト歯との噛み合いについて、本発明に係る歯付プーリと従来の歯付プーリとを比較する。まず、従来の歯付プーリの歯溝とベルト歯との噛み合いについて説明する。図２は従来の歯付プーリの歯溝とベルト歯の噛み合いを示す要部断面図である。図３は本発明及び従来の歯付プーリの歯溝を示す要部断面図であり、従来の歯付プーリの歯溝を破線で示している。
【００２２】
歯付プーリ１５は、本発明の歯付プーリ１とほぼ同じ構成であるが、その歯溝１６の歯溝深さ（Ｄ１）を本発明の歯付プーリ１の歯溝深さ（Ｄ）よりも浅くして、ベルト歯４の歯高さ（Ｈ）と等しい大きさに設定している。また、歯溝１６とベルト歯４とが浅く噛み合って干渉しにくい分、バックラッシュ１７を本発明の歯付プーリ１のバックラッシュ１２よりも小さく設定している。
【００２３】
歯溝１６とベルト歯４とが噛み合う際、まず、歯溝１６の歯底１８にベルト歯先１１が接触する。このとき、歯溝深さ（Ｄ１）と歯高さ（Ｈ）とが等しいため、歯付ベルト２のピッチライン１３が、歯付プーリ１５のピッチ円１４と同じ位置に重なる。
【００２４】
ベルト歯底ライン１０と歯溝両肩５ａ、５ｂとの間隔（ａ１）は、本発明の歯付プーリ１の噛み合いにおける間隔（ａ）よりも大きく、歯先円６から弦７までの距離（Ｓ）に等しい長さである。また、ベルト歯底ライン１０と弦７の垂直二等分線８との交点を交点Ａ１とし、交点Ａ１と歯溝両肩５ａ、５ｂとを結ぶ直線を直線Ｂ１とすると、直線Ｂ１とベルト歯底ライン１０とのなす角度（θ１）は、本発明の歯付プーリ１の噛み合いにおける角度（θ）よりも大きくなる。
【００２５】
噛み合いの進行に伴ってベルト歯４が曲げ変形する。その際、ベルト歯底ライン１０の傾斜する角度（θ１）が角度（θ）よりも大きく、歯付ベルト２の歯底と歯溝両肩５ａ、５ｂとの間隔（ａ１）が間隔（ａ）よりも大きい分、歯溝１６とベルト歯４との噛み合いが完了するまでのベルト歯４の曲げ変形が、本発明の歯付プーリ１の噛み合いにおけるベルト歯４の曲げ変形よりも大きくなる。
【００２６】
図４にベルト伝動機構におけるベルト張力と駆動抵抗との関係を示す。図４において、横軸はベルト張力であり、縦軸は駆動抵抗である。また、１９は本発明の歯付プーリ１に歯付ベルト２を掛巻してなるベルト伝動機構における関係であり、２０は従来の歯付プーリ１５に歯付ベルト２を掛巻してなるベルト伝動機構における関係である。
【００２７】
図４に示すように、ベルト張力の大きさに関わらず、本発明の歯付プーリ１を使用することにより、従来の歯付プーリ１５を使用する場合よりも、駆動抵抗が小さくなることがわかる。特に、ベルト張力が小さいほど、本発明の歯付プーリ１を使用する場合と従来の歯付プーリ１５を使用する場合との駆動抵抗の差の比率が大きく、本発明の歯付プーリ１の使用により、効果的に駆動抵抗を低減することがわかる。
【００２８】
このように、本発明の歯付プーリ１は、歯溝深さ（Ｄ）を歯高さ（Ｈ）よりも大きくするので、歯付ベルト２のピッチライン１３を歯付プーリのピッチ円１４よりも距離（ｂ）だけ歯底９に向けてシフトさせて、噛み合い時のベルト歯４の曲げ変形を抑え、ベルト伝動機構の駆動抵抗を小さくすることができる。
【００２９】
また、シフトさせる距離（ｂ）を歯先円６と弦７との距離（Ｓ）よりも短くするので、シフトによる多角形作用をある程度抑えて、耐久性の低下を防止することができる。さらに、バックラッシュ１２を大きくとることにより、干渉を起こしにくくして噛み合いを円滑にすることができる。
【００３０】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、適宜変更を加えることができる。例えば、歯溝３は、円弧歯形のベルト歯に噛み合う円弧状の歯形形状に限らず、台形歯形を形状変更して噛み合いを改善したものなど、どのようなものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る歯付プーリの歯溝とベルト歯の噛み合いを示す要部断面図
【図２】従来の歯付プーリの歯溝とベルト歯の噛み合いを示す要部断面図
【図３】本発明及び従来の歯付プーリの歯溝を示す要部断面図
【図４】ベルト伝動機構におけるベルト張力と駆動抵抗との関係を示す図
【符号の説明】
【００３２】
１          歯付プーリ
２          歯付ベルト
３          歯溝
４          ベルト歯
５ａ、５ｂ  歯溝両肩
６          歯先円
７          弦
８          垂直二等分線
９          歯底
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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