(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽負荷伝動用の歯付ベルトにおいて、
ピッチライン上に抗張体が埋設されたベルト本体と、
上記ベルト本体のランドライン上に一定ピッチで設けられた複数のベルト歯部とを備え、
上記各ベルト歯部は、歯幅方向中心線に対し対称に配置された略円弧面からなる歯元部と、
上記歯元部に連続して歯部側面に位置しかつ上記歯幅方向中心線に対し対称に設けられた凸形状の略円弧面からなる歯側面部と、
上記両歯側面部の円弧面の歯先側延長線よりも歯元側に位置し、両歯側面部同士を連続するように設けられた歯先部とで構成されており、
上記ランドライン上での歯元幅をＷとしたとき、上記ベルト歯部の歯側面部においてランドラインから歯高さ方向に０．３Ｗ離れた基準位置での圧力角が２６〜３９°であり、
上記歯側面部と略相似形でかつ張力の付与された伝動状態において、該歯側面部と歯高さ方向の各位置での圧力角が略等しい歯溝側面部を有する複数のプーリ歯溝部がプーリ外径ライン上に一定ピッチで設けられた歯付プーリに巻き付けられることを特徴とする歯付ベルト。
【請求項２】
請求項１の歯付ベルトにおいて、
ベルト歯部の歯側面部の基準位置での圧力角が２８〜３５°であることを特徴とする歯付ベルト。
【請求項３】
請求項１の歯付ベルトにおいて、
ベルト歯部の歯側面部の基準位置での圧力角が２９〜３３°であることを特徴とする歯付ベルト。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つの歯付ベルトにおいて、
ベルト歯部の歯側面部の円弧半径ＲＢがＲＢ＝０．７Ｗ〜１．５Ｗであることを特徴とする歯付ベルト。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１つの歯付ベルトにおいて、
ベルト歯部の歯側面部の円弧半径ＲＢがＲＢ＝０．８Ｗ〜１．３Ｗであることを特徴とする歯付ベルト。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１つの歯付ベルトにおいて、
ベルト歯部の歯側面部の円弧半径ＲＢがＲＢ＝０．９Ｗ〜１．１Ｗであることを特徴とする歯付ベルト。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つの歯付ベルトにおいて、
ベルト歯部の歯ピッチＰＢがＰＢ＝１．２５Ｗ〜１．５Ｗであることを特徴とする歯付ベルト。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１つの歯付ベルトにおいて、
ベルト歯部の歯ピッチＰＢがＰＢ＝１．３７Ｗ〜１．４７Ｗであることを特徴とする歯付ベルト。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つの歯付ベルトにおいて、
ベルト歯部の歯先部は、両歯側面部の円弧面と連続しかつ歯幅方向中心線上に中心点を持つ１つの円弧面で構成されていることを特徴とする歯付ベルト。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１つの歯付ベルトにおいて、
ベルト歯部の歯先部は、両側面部の円弧面に連続するように設けられた略円弧面からなる円弧面部と、両円弧面部を接続するように設けられた略平面からなる１つの平面部とで構成されていることを特徴とする歯付ベルト。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つの歯付ベルトと、複数のプーリ歯溝部を備えた歯付プーリとを組み合わせてなる歯付ベルト伝動装置であって、
上記各プーリ歯溝部は、歯溝幅方向中心線に対し対称に配置された略円弧面からなる歯頂円弧部と、
上記歯頂円弧部に連続して歯溝幅方向中心線に対し対称に設けられた凹形状の略円弧面からなる歯溝側面部と、
上記両歯溝側面部同士を接続するように設けられた歯溝底部とで構成されており、
上記歯溝側面部は、上記ベルト歯部の歯側面部と略相似形であり、ベルトにプーリが巻き付いてベルトに張力が付与された伝動状態において、ベルト歯部の歯側面部と歯高さ方向の各位置での圧力角が略等しく構成されていることを特徴とする歯付ベルト伝動装置。
【請求項１２】
請求項１０の歯付ベルトと、複数のプーリ歯溝部を備えた歯付プーリとを組み合わせてなる歯付ベルト伝動装置であって、
上記各プーリ歯溝部は、歯溝幅方向中心線に対し対称に配置された略円弧面からなる歯頂円弧部と、
上記歯頂円弧部に連続して歯溝幅方向中心線に対し対称に設けられた凹形状の略円弧面からなる歯溝側面部と、
上記両歯溝側面部同士を接続するように設けられた略円弧面からなる円弧面部と、該両円弧面部同士を接続するように設けられた略平面からなる１つの平面部とからなる歯溝底部とで構成されており、
上記歯溝側面部は、上記ベルト歯部の歯側面部と略相似形であり、ベルトにプーリが巻き付いてベルトに張力が付与された伝動状態において、ベルト歯部の歯側面部と歯高さ方向の各位置での圧力角が略等しく構成され、かつベルト歯先部とプーリ歯溝底部とが接触していることを特徴とする歯付ベルト伝動装置。
【請求項１３】
請求項９の歯付ベルトと、複数のプーリ歯溝部を備えた歯付プーリとを組み合わせてなる歯付ベルト伝動装置であって、
上記各プーリ歯溝部は、歯溝幅方向中心線に対し対称に配置された略円弧面からなる歯頂円弧部と、
上記歯頂円弧部に連続して歯溝幅方向中心線に対し対称に設けられた凹形状の略円弧面からなる歯溝側面部と、
上記両歯溝側面部同士を連続するように設けられ、上記プーリ歯幅方向中心線上に中心を持ちかつベルト歯先部の円弧半径よりも大きい半径を有する１つの円弧面からなる歯溝底部で構成されており、
上記歯溝側面部は、上記ベルト歯部の歯側面部と略相似形であり、ベルトにプーリが巻き付いてベルトに張力が付与された伝動状態において、ベルト歯部の歯側面部と歯高さ方向の各位置での圧力角が略等しく構成され、かつベルト歯先部とプーリ歯溝底部が接触していることを特徴とする歯付ベルト伝動装置。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれか１つの歯付ベルト伝動装置が装着されていて、
歯付ベルトにキャリッジが取り付けられていることを特徴とする事務用機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯付ベルト及び歯付ベルト伝動装置並びにそれを用いた事務用機器に関し、特に、ベルトの速度むら（速度変動）を低減させるための技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の歯付ベルトとしては、ベルト歯部の形状が台形状であるものが一般的に用いられていたが、より一層の高負荷を伝達したり、騒音をより一層低減したりするという目的で、凸形状の側面を有する歯部形状のベルトが提案され、現在では主流となっている。その歯形の１つが特開昭５０―４２２５２号公報に示されるいわゆるＳＴＰＤ歯形と呼ばれるものであり、他の１つが特開昭５９―８９８５２号公報に示されたいわゆるＨＴＤ−II歯形と呼ばれるものである。前者のＳＴＰＤ歯形は、例えばバンドー化学（株）の商品名「スーパートルクシンクロベルト」として、また後者のＨＴＤ−II歯形は、ユニッタ（株）の商品名「パワーグリップＧＴベルト」としてそれぞれ実用化されている。
【０００３】
また、この他、事務用機器における可動部の精密な位置決め駆動を目的として、特開昭６４―７４３４１号公報に示される歯付ベルトも提案されている。このものでは、図２１に示すように、ベルト１０′における本体１１′のランドラインＬＬ上に複数のベルト歯部１３′，１３′，…（１つのみ示す）を一定ピッチで設け、この各ベルト歯部１３′は、歯幅方向中心線Ｃ２に対し対称に配置された円弧面からなる歯元部１４′，１４′と、この歯元部１４′，１４′に連続してかつ上記歯幅方向中心線Ｃ２に対し対称に設けられた凸形状の円弧面からなる歯側面部１５′，１５′と、この歯側面部１５′，１５′に連続してかつ上記歯幅方向中心線Ｃ２に対し対称に設けられた円弧面からなる円弧面部１７′，１７′とを備え、これら円弧面部１７′，１７′同士は１つの平面からなる平面部１８′により接続されている。そして、この歯付ベルト１０′の歯付プーリ１′との静的噛合い状態において、各ベルト歯部１３′の歯元部１４′がプーリ歯溝部３′の歯頂円弧部４′と略接触し、ベルト歯部１３′のプーリ歯溝部３′でのバックラッシュがベルト歯部１３′の歯元から歯先にかけて漸次増大し、プーリ歯溝部３′の深さがベルト歯部１３′の高さ以上になるように構成されている。
【０００４】
このものでは、プーリ歯溝部３′とのバックラッシュをベルト歯部１３′の歯元部１４′でなくす一方、そのプーリ歯溝部３′とのバックラッシュをベルト歯部１３′の歯元から歯先にかけて漸増させてベルト歯部１３′を歯先に向かって細くし、このことでベルト歯部１３′とプーリ歯溝部３′の歯頂円弧部４′との噛合い干渉を抑制して、この噛合い干渉に起因するベルトピッチラインＰＬの変動を低減するようにしている。尚、図２１中、５′はプーリ歯溝部３′における凹形状の歯溝側面部、６′は歯溝底部である。また、ベルト１０′のピッチラインＰＬはプーリ１′のピッチ円ＰＣと一致している。また、理解を容易にするために、図２１ではプーリ１′の外周部をベルト１０′と共に展開して示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プリンタや複写機に代表される事務用機器においては、歯付ベルト伝動装置を利用した印字装置（画像印刷も含む）が一般的に用いられている。この印字装置では、インクやハンマ等の印字機構を装着したキャリッジを歯付ベルトに取り付けて、この歯付ベルトを歯付プーリ間に掛け渡し、プーリを正逆転させてキャリッジを往復動作させるようになっている。
【０００６】
そして、上記キャリッジによる印字精度や画像品質を高めるために、歯付ベルトの走行時の速度むら（速度変動）を可能な限り低減することが要求される。特に、プリンタにおいては、近年、カラー印刷やその高速化・高画質化が急速に進んでおり、歯付ベルトの噛合振動（噛合いによる速度むら）が印字むらや画像むらを引き起こすことがあるので、歯付ベルトの噛合速度むらの低減が強く要求されている。
【０００７】
これらプリンタ等の事務用機器には、上記ＳＴＰＤ歯形やＨＴＤ−ＩＩ歯形で歯部ピッチが３ｍｍ以下（例えば３ｍｍ、２ｍｍ、１．５ｍｍ等）の歯付ベルトが一般的に用いられており、その歯部の形状は８ｍｍピッチや５ｍｍピッチ等、比較的大きい歯部ピッチの歯形をそのまま略相似的に縮小した形状が採用されている。
【０００８】
しかしながら、これらの歯形は本来、高負荷伝達の用途を目的として開発されたものであり、このため、上記速度むらを低減する要求については何等考慮されていない。
【０００９】
尚、上記した特開昭６４―７４３４１号公報に示される歯付ベルトは、速度むらの低減をある程度考慮して提案されたものではあるが、その速度むらの低減に最適な歯形とはなり得ておらず、速度むらを可及的に低減するのに不十分であった。
【００１０】
すなわち、このように、歯付ベルトの速度むら低減のための歯形状の研究等については、従来から殆ど行われていないのが実情である。
【００１１】
本発明は斯かる諸点に鑑み、本発明者が上記の如き事務用機器等に用いられる歯付ベルトの歯形状を構成する種々の因子について解析及び実験を鋭意重ねることでなされたものであり、その目的は歯付ベルトの速度むらを可及的に低減することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明者による研究の結果、これまでに全く考慮されていなかった因子として、ベルト歯部の側面を凸形状とした歯付ベルトにおいては、その側面の所定位置での圧力角が速度むらに極めて大きな影響を与えることが突き止められた。上記圧力角とは、ベルトのランドライン上での歯元幅をＷとしたとき、ランドラインから歯高さ方向に０．３Ｗ離れた位置（この位置を基準位置とする）におけるベルト歯部側面の圧力角であり、以後、「０．３Ｗ圧力角」とも記す。この理由は、ベルト歯部側面の凸形状の歯側面部が通常０．６Ｗ前後の歯高さを有するので、その歯高さの中央となる基準位置での「０．３Ｗ圧力角」が凸形状歯形の圧力角として実質的に有効な指標となるからである。
【００１３】
従来のＳＴＰＤ歯形やＨＴＤ−II歯形を有する歯付ベルトでは、高負荷伝動を目的としているので、高負荷時のベルトの歯飛び（ジャンピング）を避けるために、歯部側面の上記０．３Ｗ圧力角は小さく設定される。例えば歯部ピッチが１．５〜３．０ｍｍのＳＴＰＤ歯形では上記０．３Ｗ圧力角は２５．１〜２５．３°の範囲に、また１．５〜３．０ｍｍピッチのＨＴＤ−ＩＩ歯形では０．３Ｗ圧力角は２０．８〜２１．１°の範囲にそれぞれ設定されている。これに対し、事務用機器の用途に用いられる歯付ベルトは、軽負荷伝動条件下で駆動されるものであるので、上記の如きベルトの歯飛びを考慮する必要は殆どない。そして、発明者の研究の結果、歯部側面の０．３Ｗ圧力角を２６〜３９°とすることで、ベルトの速度むらを大きく低減できることが判明した。
【００１４】
具体的には、請求項１の発明では、軽負荷伝動用の歯付ベルトとして、ピッチライン上に抗張体が埋設されたベルト本体と、このベルト本体のランドライン上に一定ピッチで設けられた複数のベルト歯部とを備えている。そして、上記各ベルト歯部は、歯幅方向中心線に対し対称に配置された略円弧面からなる歯元部と、この歯元部に連続して歯部側面に位置しかつ上記歯幅方向中心線に対し対称に設けられた凸形状の略円弧面からなる歯側面部と、この両歯側面部の円弧面の歯先側延長線よりも歯元側に位置し、両歯側面部同士を連続するように設けられた歯先部とで構成され、上記ランドライン上での歯元幅をＷとしたとき、上記ベルト歯部の歯側面部においてランドラインから歯高さ方向に０．３Ｗ離れた基準位置での圧力角（０．３Ｗ圧力角）が２６〜３９°であり、上記歯側面部と略相似形でかつ張力の付与された伝動状態において、該歯側面部と歯高さ方向の各位置での圧力角が略等しい歯溝側面部を有する複数のプーリ歯溝部がプーリ外径ライン上に一定ピッチで設けられた歯付プーリに巻き付けられることを特徴としている。
【００１５】
歯付ベルトの歯部が駆動側の歯付プーリの歯溝部に噛み込むとき、与えられる負荷トルクの影響によりベルト歯部はプーリ歯溝部の位置に対し若干遅れた位置で噛み込むので、まず、ベルト歯部の走行方向後側の歯部側面がプーリ歯溝部の側面に接触し、その後にベルト歯部がプーリ歯溝部に滑り込む。このとき、ベルトのスパン（プーリに巻き付いていない部分）でベルトピッチラインがベルトスパンと直交する方向に上下動することにより、噛合い速度むらが発生する。上記ピッチラインの上下動量は、ベルト歯部がプーリ歯溝部に滑り込む際に発生する反力と、その反力によってベルトが上側に押し上げられたときに発生するベルト張力の分力とによって決まる。このため、接触位置がベルト歯部とプーリ歯溝部との完全噛合位置から離れるほどベルト張力の分力が小さくなり、ピッチラインの押上げ量が大きくなる。換言すれば、ベルト歯部のプーリ歯溝部への接触が早期になされるほど速度むらが大きくなるのである。
【００１６】
それ故、従来の歯部形状のように０．３Ｗ圧力角が小さいと、ベルト歯部の側面がプーリ歯溝部の側面に早く接触する（図４（ｂ）参照）のに対し、本発明のように０．３Ｗ圧力角が従来のものよりも大きいと、ベルト歯部のプーリ歯溝部側面との接触は遅くなり（図４（ａ）参照）、このことによってベルトの速度むらを低減することができる。
【００１７】
一方、上記０．３Ｗ圧力角を無闇に大きくすることはできず、それが大き過ぎると、却って速度むらが増大する。すなわち、上記のとおり、ベルト歯部の側面はプーリ歯溝部の側面と接触した後に滑り込む反力とベルト張力の分力とによってベルトスパンの移動量が決まるが、そのとき、０．３Ｗ圧力角が大き過ぎると、ベルト歯部がプーリ歯溝部に滑り込む際に発生する反力の垂直方向（ベルトスパンと直交する方向）の成分が大きくなり過ぎ、容易に滑り込めなくなってベルトピッチラインが押し上げられるためである。
【００１８】
したがって、上記０．３Ｗ圧力角は、本発明者の解析結果によれば、上記の如く２６〜３９°にあれば最適の許容範囲が得られることとなり、従来の圧力角（例えば２５．１〜２５．３°）を有するものに比べてベルトの速度むらの低減に極めて有効である。
【００１９】
ここで、上記ベルト歯部の歯側面部は、１つの円の弧面で構成されていることが好ましいが、実質的に略円弧面で近似できる凸状の曲面であれば、楕円の一部や放物線の一部等、他の曲線からなる曲面であってもよい。いずれにしても略円弧面で近似できる凸状の曲面であり、０．３Ｗ圧力角が２６〜３９°であれば、本発明の効果が発揮される。
【００２０】
また、ベルト歯部において、両歯側面部同士を連結する歯先部は、先端に略平面からなる平面部を有し、かつこの平面部が歯側面部の円弧面に対し円弧面部で連続的に接続されるように形成するのが一般的な構成（図１参照）であるが、この構成に限らず、歯先部を両歯側面部の円弧面の歯先方向への延長線よりも歯元側（内側）に位置するように設けさえすれば、上記本発明の効果を発揮できる。
【００２１】
請求項２の発明では、上記請求項１の歯付ベルトにおけるベルト歯部の側面部の基準位置での圧力角（０．３Ｗ圧力角）を２８〜３５°とし、請求項３の発明では、同圧力角を２９〜３３°とする。こうすると、ベルトの速度むらをさらに低減できて好ましい。
【００２２】
請求項４の発明では、上記ベルト歯部の歯側面に位置する歯側面部の円弧半径ＲＢは、ランドライン上での歯元幅Ｗに対し、ＲＢ＝０．７Ｗ〜１．５Ｗとする。すなわち、上記のように、０．３Ｗ圧力角を大きくすることによって、ベルト歯部のプーリ歯溝部への噛込み時にベルト歯部のプーリ歯溝部への接触が遅くなり、これにより速度むらを小さくすることができるが、同じ０．３Ｗ圧力角を有する歯形であっても、その歯形の歯側面部の円弧半径によってベルト歯部のプーリ歯溝部への滑込み易さが異なるため、速度むらに影響する。つまり、ベルトのプーリへの噛込みにおいて、ベルトのランド部がプーリ歯頂部に巻き付くときには、ベルトはプーリに円弧状に巻き付くが、ランド部が巻き付いた後にベルト歯部がプーリ歯溝部へ噛み込むときには、ベルト歯部は歯の走行方向前側の歯元付近におけるピッチライン上の点を支点（回転中心）として、プーリ歯溝部に噛み込む。このとき、歯側面部の円弧半径ＲＢが大き過ぎる場合、ベルト歯部の歯先付近がプーリ歯溝側面に干渉しながら（図６（ｂ）参照）、また歯側面部の円弧半径ＲＢが小さ過ぎる場合は、ベルト歯部側面がプーリ歯頂円弧付近に干渉しながら（図６（ｃ）参照）それぞれ滑り込む。こうしてベルト歯部の歯先付近又は側面が干渉しながら滑り込むことによって、噛込み時に発生するプーリからの反力が大きくなり、ピッチラインが押し上げられて速度むらが大きくなる。
【００２３】
これに対し、ベルト歯部の歯側面部の円弧半径ＲＢがベルト歯元幅Ｗと略等しくてＲ＝０．７Ｗ〜１．５Ｗの範囲にあれば、上記の如き干渉は殆ど発生せず（図６（ａ）参照）、滑らかに滑り込むことができるため、速度むらが小さくなる。つまり、半径ＲＢが歯元幅Ｗに対し、ＲＢ＝０．７Ｗ〜１．５Ｗの範囲であれば、滑らかに滑り込むことができ、速度むらの低減に有効である。
【００２４】
請求項５の発明では、上記ベルト歯部の歯側面部の円弧半径ＲＢはＲＢ＝０．８Ｗ〜１．３Ｗとし、請求項６の発明では、ベルト歯部の歯側面部の円弧半径ＲＢはＲＢ＝０．９Ｗ〜１．１Ｗとする。こうすると速度むらをさらに低減できて好ましい。
【００２５】
請求項７の発明では、上記歯付ベルトにおけるベルト歯部の歯ピッチＰＢは、上記歯元幅Ｗに対し、ＰＢ＝１．２５Ｗ〜１．５Ｗとしている。すなわち、従来のＳＴＰＤ歯形やＨＴＤ−II歯形を有する歯付ベルトでは、高負荷伝動時のベルトランド部の摩耗を考慮して、ＰＢ＝１．５６Ｗ〜１．６４Ｗとされていた。この理由は、ベルト歯ピッチＰＢをこれよりも小さくすると、ベルトランド部の面積が小さくなり過ぎて高負荷伝動時の面圧が上がり、ランド部が摩耗してベルトが早期破損に至る危険性があるためであるが、歯ピッチ１．５〜３ｍｍの軽負荷用途のものについても、単に相似設計としているので、上記のとおりＰＢ＝１．５６Ｗ〜１．６４Ｗとされている。
【００２６】
これに対し、速度むらを低減させるためには、ベルト歯ピッチはできるだけ小さい方が有利である。例えば、ベルトにキャリッジを取り付け、往復運動をさせるプリンタの場合、ＰＢ＝１．６Ｗの歯付ベルトで歯数１４の駆動プーリを駆動させる駆動装置について、その歯付ベルトをＰＢ＝１．４Ｗのものに置き換えた場合、キャリッジ速度及びプーリ径を合わせるのに、歯数１６の駆動プーリを使用することができる。
【００２７】
そして、プーリ歯数が多い方が多角形効果が小さい（より一層円に近くなる）ので、歯ピッチが小さい方が有利である。ＰＢ＝１．５Ｗ以下であれば、従来のものに比べて上記の効果があり、速度むらが小さくなる。但し、たとえ軽負荷用途とはいえ、ＰＢ＝１．２５Ｗ未満では、プーリ歯頂部が狭くなり過ぎ、プーリの強度や加工性に問題がある。このため、ＰＢ＝１．２５Ｗ〜１．５Ｗが実用的に有効な範囲である。
【００２８】
請求項８の発明では、上記歯付ベルトのベルト歯部の歯ピッチＰＢをＰＢ＝１．３７Ｗ〜１．４７Ｗとする。この範囲が速度むらの低減とプーリの強度や加工性とから見て、さらに適切なベルトピッチの範囲となる。
【００２９】
請求項９の発明では、上記ベルト歯部の歯先部は、両歯側面部の円弧面と連続しかつ歯幅方向中心線上に中心点を持つ１つの円弧面で構成されていることを特徴とする。
【００３０】
上記のとおり、歯先部の構成は、両歯側面部の円弧面の歯先方向への延長線上内側に位置するように設けさえすればよいが、歯先部を１つの円弧面で構成すれば、平面部を有するもの（図９仮想線参照）に比べ、ベルト歯部のプーリ歯溝部への接触をさらに遅くすることができ（図９実線参照）、ベルトの速度むらをより一層低減できる利点がある。
【００３１】
請求項１０の発明では、ベルト歯部の歯先部は、両側面部の円弧面に連続するように設けられた略円弧面からなる円弧面部と、両円弧面部を接続するように設けられた略平面からなる１つの平面部とで構成されている。すなわち、プリンタの用途では、従動プーリ（図３のプーリ２参照）を平プーリとして使用することがあり、その場合、ベルト歯部の歯先部が平プーリ外径部と直接接触して走行するので、このベルト歯先部が略平面であれば広い面積で荷重を受け持つこととなり、ピッチラインの位置を安定させることができ、これによりベルトの速度むらを抑えることができる。
【００３２】
請求項１１〜１３の発明は、歯付ベルトと歯付プーリとを組み合わせた歯付ベルト伝動装置に関する発明である。請求項１１の発明では、上記請求項１〜１０のいずれか１つの歯付ベルトと、複数のプーリ歯溝部を備えた歯付プーリとを組み合わせてなる歯付ベルト伝動装置として、上記各プーリ歯溝部は、歯溝幅方向中心線に対し対称に配置された略円弧面からなる歯頂円弧部と、この歯頂円弧部に連続して歯溝幅方向中心線に対し対称に設けられた凹形状の略円弧面からなる歯溝側面部と、この両歯溝側面部同士を接続するように設けられた歯溝底部とで構成されている。そして、上記歯溝側面部は、上記ベルト歯部の歯側面部と略相似形であり、ベルトにプーリが巻き付いてベルトに張力が付与された伝動状態において、ベルト歯部の歯側面部と歯高さ方向の各位置での圧力角が略等しく構成されている。
【００３３】
上記のように、凸状円弧の歯側面部を有する歯付ベルトで、圧力角を適正範囲に大きく構成すれば、プーリ歯溝部との接触を遅くすることができるため、ベルトそのものとして速度むらを低減させる効果を有するが、プーリ歯溝形状との組合せにより、より一層大きな効果を発揮できる。すなわち、ベルト歯形状とプーリ歯溝形状の組合せにより速度むらの低減を狙った従来技術として、上記した特開昭６４―７４３４１号公報のものがある。このものは、前述のようにベルト歯部とプーリ歯溝部との間のバックラッシュが歯先部から歯先側に向かって漸増させる（つまりベルト歯側面の圧力角よりも、プーリ歯溝側面の圧力角を小さくしたもの）ことにより、噛込み時のベルト歯のプーリ歯溝への干渉を抑えることを狙ったものである（図２１参照）。
【００３４】
しかし、この構成では、確かに無負荷の伝動状態で干渉は殆ど起こらないが、現実には前述のように通常の伝動状態で、与えられる負荷トルクの影響により、ベルト歯部はプーリ歯溝部の位置に対し若干遅れた位置で噛み込むので、ベルト歯部の走行方向後側の歯部側面がプーリ歯溝部の側面に接触し、その後に滑り込む。このとき、従来例のように、ベルト歯側面の圧力角よりも、プーリ歯溝側面の圧力角を小さくすると、ベルト歯部側面はプーリ歯溝部の歯頂円弧部に接触し、ベルト歯部はプーリ歯溝部の歯頂円弧部に突き上げられながら噛み込む（図５（ｂ）参照）。これにより、プーリ歯溝部にスムーズに滑り込むことができず、ベルトピッチラインが押し上げられて速度むらが増大してしまう。実際、有限要素法を用いた速度むら解析において、ベルトとプーリの圧力角が同じものに対して、速度むらが悪化する結果となる。
【００３５】
これに対し、請求項１１の発明の構成によれば、ベルト歯部の側面とプーリ歯溝部の歯溝側面との歯高さ方向の各位置での圧力角が略等しいため、噛込み時にベルト歯部側面がプーリ歯溝部側面に対し、均一に接触してベルト歯部がプーリ歯溝部にスムーズに滑り込むため、ベルトピッチラインが押し上げられない（図５（ａ）参照）。従って、ベルト歯部側面の圧力角が従来よりも大きくベルト歯側面がプーリ歯溝側面との接触が遅いことと相俟って、ベルトの速度むらを極めて小さく抑えることができる。
【００３６】
請求項１２の発明では、請求項１０の歯付ベルトと、複数のプーリ歯溝部を備えた歯付プーリとを組み合わせてなる歯付ベルト伝動装置として、上記各プーリ歯溝部は、歯溝幅方向中心線に対し対称に配置された略円弧面からなる歯頂円弧部と、この歯頂円弧部に連続して歯溝幅方向中心線に対し対称に設けられた凹形状の略円弧面からなる歯溝側面部と、この両歯溝側面部同士を接続するように設けられた略円弧面からなる円弧面部、及び該両円弧面部同士を接続するように設けられた略平面からなる１つの平面部からなる歯溝底部とで構成されている。そして、上記歯溝側面部は、上記ベルト歯部の歯側面部と略相似形であり、ベルトにプーリが巻き付いてベルトに張力が付与された伝動状態において、ベルト歯部の歯側面部と歯高さ方向の各位置での圧力角が略等しく構成され、かつベルト歯先部とプーリ歯溝底部とが接触していることを特徴としている。
【００３７】
このようにベルト歯部の歯先部が略平面に設けられた歯付ベルトと、プーリ歯溝部の歯溝底部が略平面に設けられた歯付プーリとを組み合わせ、かつ両者の平面部が接触するように組み合わせることにより、ベルトがプーリに噛み込んで完全に噛み合った状態において、ベルト歯部の歯先部の平面部全体をプーリ歯溝部の歯溝底部の平面部により広い面積で受けることができ、このため、完全噛合い時のベルト心線位置（ピッチライン）をより安定させて、ベルトの速度むらをさらに低減することができる。
【００３８】
請求項１３の発明では、上記請求項９の歯付ベルトと、複数のプーリ歯溝部を備えた歯付プーリとを組み合わせてなる歯付ベルト伝動装置として、上記各プーリ歯溝部は、歯溝幅方向中心線に対し対称に配置された略円弧面からなる歯頂円弧部と、この歯頂円弧部に連続して歯溝幅方向中心線に対し対称に設けられた凹形状の略円弧面からなる歯溝側面部と、この両歯溝側面部同士を連続するように設けられ、上記プーリ歯幅方向中心線上に中心を持ちかつベルト歯先部の円弧半径よりも大きい半径を有する１つの円弧面からなる歯溝底部で構成されている。そして、上記歯溝側面部は、上記ベルト歯部の歯側面部と略相似形であり、ベルトにプーリが巻き付いてベルトに張力が付与された伝動状態において、ベルト歯部の歯側面部と歯高さ方向の各位置での圧力角が略等しく構成され、かつベルト歯先部とプーリ歯溝底部が接触している。
【００３９】
このように、プーリ歯溝部の歯溝底部がベルト歯部の歯先部の円弧半径よりも大きい半径の円弧面で構成されているので、この場合もやはり、ベルト歯先部円弧面の略全体をプーリ歯溝底部の円弧面の広い面積で受けることができ、上記と同様の効果が得られる。
【００４０】
さらに、この発明では、ベルトのプーリへの噛込み時、ベルト歯部の側面がプーリ歯溝部の側面を滑らかに滑り込む上に、ベルト歯部の歯先部が歯側面部と、またプーリ歯溝部の歯溝底部が歯溝側面部とそれぞれ連続的に設けられた円弧面からなっているために、ベルトとプーリとが完全噛合い状態に至る瞬間まで、ベルト歯部の側面のみならず歯先部までもがプーリ歯溝底部に滑らかに滑り込むようになり、これにより、ピッチラインの上下量が殆ど起こらず、速度むらを極めて小さくすることができる。
【００４１】
請求項１４の発明では、事務用機器として、上記歯付ベルト伝動装置が装備されていて、その歯付ベルトにキャリッジが取り付けられているものとする。このことで、歯付ベルト伝動装置の作動時に、キャリッジを移動させて印字等をするとき、ベルトの速度むらによるキャリッジの速度変動が小さくなるので、キャリッジによる印字精度や画像品質を高めることができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図３は本発明の実施形態１に係る歯付ベルト伝動装置Ａの全体構成を示し、この伝動装置Ａは、プリンタや複写機に代表される事務用機器に装備されるものである。図３において、１は歯付プーリからなる駆動プーリ、２は同様の従動プーリで、これらプーリ１，２は例えば水平方向に対向して配置されている。両プーリ１，２間には歯付ベルト１０が噛合い状態で巻き掛けられ、この歯付ベルト１０の下側スパンにはインクやハンマ等の印字機構（図示せず）を装着したキャリッジ２４が取付部２４ａにて移動一体に取付固定されており、駆動プーリ１，２を正転又は逆転させて歯付ベルト１０を走行移動させることにより、キャリッジ２４をプーリ１，２間で往復動作させるようにしている。
【００４３】
図２に拡大して示すように、上記歯付プーリからなる駆動又は従動プーリ１，２は、外周のプーリ外径ライン上に一定ピッチで設けられた複数のプーリ歯溝部３，３，…（１つのみ図示する）を備えている。この各プーリ歯溝部３は、その歯溝幅方向中心線Ｃ１に対し対称に配置された円弧半径ｒ１Ｐの円弧面からなる１対の歯頂円弧部４，４と、これら両歯頂円弧部４，４に連続して上記歯溝幅方向中心線Ｃ１に対し対称に設けられ、ピッチ円ＰＣの近傍（後述の如くプーリ１，２に噛み合うベルト１０の歯部１３における歯側面部１５の円弧面中心点Ｏ１Ｂと同じ位置）に中心点Ｏ１Ｐを有しかつ後述するベルト歯部１３の歯側面部１５の円弧半径ＲＢよりも若干大きい円弧半径ＲＰ（＞ＲＢ）の凹形状の円弧面からなる１対の歯溝側面部５，５と、これら両歯溝側面部５，５を連続するように設けられた歯溝底部６とで構成され、この歯溝底部６は、両歯溝側面部５，５同士を接続するように設けられた略円弧面からなる円弧面部７，７と、該両円弧面部７，７同士を接続するように設けられた略平面からなる１つの平面部８とからなっている（尚、図２においては、理解を容易にするためにプーリ１，２の外周をベルト１０と共に展開した状態で示している）。
【００４４】
一方、上記歯付ベルト１０は、図１に拡大して示すように、弾性材からなるベルト本体１１を備えている。このベルト本体１１はゴム製又はポリウレタン製であるのが好ましく、その他、例えば合成樹脂系等の材料でもよい。ゴム製の場合、クロロプレンゴムが用いられる他、ＮＢＲ、ＳＢＲ、ＥＰＤＭ等でもよく、そのゴムの硬度はＪＩＳ−Ａで６５〜８５°程度のものがよい。ベルト本体１１をポリウレタン製とする場合、そのポリウレタンは熱硬化性でかつエーテル系のものが用いられるが、熱可塑性やエステル系のものでもよい。
【００４５】
また、上記ベルト本体１１のピッチラインＰＬ上に抗張体としての心線（図示せず）が埋設されている。この心線は、ベルト本体１１がゴム製又はポリウレタン製のいずれであっても、主としてガラス繊維、アラミド繊維が用いられ、カーボンやＰＢＯ等の繊維でもよい。また、事務用機器の消費電力を低減するために、ロストルクが小さくなるように細径の心線が望ましい。
【００４６】
また、ベルト１０の速度むらを低減する狙いからみて、ベルト１０のピッチラインＰＬを安定して維持するために、ベルト１０の曲げ剛性を低くする点、また、負荷がかけられたときの歯ピッチＰＢの維持により噛合干渉を低減し、事務用機器の起動時の速度変動を素早く減衰させるために、ベルト１０の引張弾性率を高くする点を考慮すると、高弾性率の心線を用いるのがよい。
【００４７】
上記ベルト本体１１のランドラインＬＬ上には、歯元幅Ｗ（ベルト歯部１３の後述する両方の歯側面部１５，１５の歯元方向の円弧延長線とランドラインＬＬとの交差位置間の寸法）を有する複数の歯部１３，１３，…（１つのみ図示する）がベルト長さ方向に一定の歯ピッチＰＢで形成され、この歯部１３，１３間にあるベルト本体１１の底面に、ランドラインＬＬ上に位置するランド部１２が設けられている。上記ベルト歯部１３のピッチＰＢは、上記歯元幅Ｗに対し、ＰＢ＝１．２５Ｗ〜１．５Ｗとされ、特に、ＰＢ＝１．３７Ｗ〜１．４７Ｗとするのが好ましい。
【００４８】
上記の如くベルト本体１１がゴム製である場合、その歯部１３の表面に合成繊維製の織布（図示せず）が貼り付けられる。その織布はポリアミド繊維が望ましいが、ポリエステル繊維でもよい。織布は通常、ＲＦ処理、エポキシ処理、ＲＦＬ処理等の接着処理が施され、糊ゴムにより処理される。この糊ゴム処理は、織布の表裏両面に行われることもあるが、特に事務用機器の用途ではベルト１０表面からのゴム粉の飛散を嫌い、しかもベルト１０の速度むらの低減という目的からみてベルト１０表面の摩擦係数を低くしておく必要があるために、歯部１３の表面となる側にゴム処理を行わないのが好ましい。
【００４９】
一方、ベルト本体１１がポリウレタン製である場合、歯部１３の表面に織布は設けられておらず、ベルト本体１１に心線のみが埋め込まれたものとなる。
【００５０】
本発明の特徴は、上記各ベルト歯部１３及びプーリ歯溝部３の形状にある。すなわち、図１に示すように、各ベルト歯部１３は、そのベルト長さ方向両側に、ベルト歯部１３の歯幅方向中心線Ｃ２（ベルト長さ方向の中心線）に対し対称に位置しかつランド部１２に連続する所定半径ｒ１Ｂの円弧面からなる１対の歯元部１４，１４と、これらの歯元部１４，１４に連続して歯部１３の側面に位置しかつ上記歯幅方向中心線Ｃ２に対し対称に設けられ、円弧半径ＲＢの凸形状の円弧面からなる１対の歯側面部１５，１５と、これら両歯側面部１５，１５の円弧面の円弧状の歯先側延長線１５ａよりも歯元側（内側）に位置し、両歯側面部１５，１５同士を連続するように設けられた歯先部１６とで構成され、この歯先部１６は、両歯側面部１５，１５に連続してかつ上記歯幅方向中心線Ｃ２に対し対称に設けられた所定半径ｒ２Ｂの略円弧面からなる円弧面部１７，１７と、これら両円弧面部１７，１７同士を連続するように設けられた１つの略平面からなる平面部１８とで構成されている。
【００５１】
上記各歯側面部１５の円弧面の中心点Ｏ１Ｂは、上記ベルト１０のピッチラインＰＬ上又はその近傍に位置するのが望ましい。また、この各歯側面部１５の円弧面の円弧半径ＲＢは、ＲＢ＝０．７Ｗ〜１．５Ｗに設定するのがよく、特に、ＲＢ＝０．８Ｗ〜１．３Ｗ、さらにはＲＢ＝０．９Ｗ〜１．１Ｗとする好ましい。
【００５２】
そして、上記歯付ベルト１０のベルト歯部１３側面の歯側面部１５においてランドラインＬＬから歯高さ方向に０．３Ｗ離れた基準位置Ｄでの０．３Ｗ圧力角θＢはθＢ＝２６〜３９°とされ、望ましくはθＢ＝２８〜３５°であり、そのうちθＢ＝２９〜３３°が好ましく、最適値はθＢ＝３１°（図示例のもの）である。
【００５３】
また、図２に示す如く、上記ベルト歯部１３の側面（歯幅方向の側面）とプーリ歯溝部３の側面（歯溝幅方向の側面）とは互いに略相似形であり、ベルト１０が各プーリ１，２に巻き付いてベルト１０に張力が付与された実際の伝動状態で、ベルト歯部１３及びプーリ歯溝部３の各側面の歯高さ方向の各位置でのベルト歯部１３側面の圧力角とプーリ歯溝部３側面の圧力角とが略等しく構成され、かつベルト歯部１３の歯先部１６とプーリ歯溝部３の歯溝底部６とが接触している。
【００５４】
この実施形態においては、図４に示すように、歯付ベルト１０の各歯部１３が歯付プーリからなる駆動プーリ１の各歯溝部３に噛み込むとき、与えられる負荷トルクの影響によりベルト歯部１３はプーリ歯溝部３の位置に対し若干遅れた位置で噛み込むので、ベルト歯部１３の走行方向後側の歯部１３側面がプーリ歯溝部３の側面に接触した後にベルト歯部１３がプーリ歯溝部３に滑り込む。
【００５５】
そのとき、ベルト１０のスパン（プーリ１に巻き付いていない部分）でベルトピッチラインＰＬがベルトスパンと直交する方向に上下動することにより、噛合い速度むらが発生し、上記ピッチラインＰＬの上下動量は、ベルト歯部１３がプーリ歯溝部３に滑り込む際に発生する反力と、その反力によってベルト１０が上側に押し上げられたときに発生するベルト張力の分力とによって決まるため、接触位置がベルト歯部１３とプーリ歯溝部３との完全噛合位置から離れるほどベルト張力の分力が小さくなってピッチラインＰＬの押上げ量が大きくなり、ベルト歯部１３のプーリ歯溝部３への接触が早期であると速度むらが大きくなる。
【００５６】
したがって、従来の歯付ベルト１０では、図４（ｂ）に示すように、上記したベルト歯部１３側面の０．３Ｗ圧力角θＢが小さい（θＢ＝２０．８〜２５．３°）ので、ベルト歯部１３の側面がプーリ歯溝部３の側面に早く接触するのに対し、この実施形態では、図４（ａ）に示す如く、上記０．３Ｗ圧力角θＢがθＢ≧２６°と従来よりも大きいので、ベルト歯部１３のプーリ歯溝部３側面との接触は遅くなり、このことによってベルト１０の速度むらを低減することができる。
【００５７】
一方、このように、ベルト歯部１３の側面はプーリ歯溝部３の側面と接触した後に滑り込む反力とベルト張力の分力とによってベルトスパンの移動量が決まり、そのときに、０．３Ｗ圧力角θＢが大き過ぎると、ベルト歯部１３がプーリ歯溝部３に滑り込む際に発生する反力の垂直方向（ベルトスパンと直交する方向）の成分が大きくなり過ぎ、容易に滑り込めなくなってベルトピッチラインＰＬが押し上げられ、却ってベルト１０の速度むらが増大するが、この実施形態では、上記０．３Ｗ圧力角θＢはθＢ≦３９°であるので、ベルト歯部１３がプーリ歯溝部３にスムーズに滑り込むようになり、ベルト１０の速度むらの増大を抑えることができる。つまり、０．３Ｗ圧力角θＢの最適範囲をθＢ＝２６〜３９°とすることで、ベルト１０の速度むらを可及的に低減することができる。
【００５８】
また、この実施形態では、ベルト歯部１３の側面とプーリ歯溝部３の側面との歯高さ方向の各位置での圧力角が略等しいため、図５（ａ）に示すように、ベルト歯部１３の側面がプーリ歯溝部３の側面に対し均一に接触してベルト歯部１３がプーリ歯溝部３にスムーズに滑り込むこととなる。このため、図５（ｂ）に示す如く、プーリ歯溝部３の圧力角をベルト歯部１３の圧力角よりも小さくした場合のように、ベルト歯部１３の側面がプーリ歯溝部３の側面でなくて歯頂円弧部４に接触してベルト歯部１３がプーリ歯溝部３の歯頂円弧部４に突き上げられることはなく、ベルト１０の速度むらをさらに抑制することができる。
【００５９】
また、上記ベルト歯部１３の歯側面に位置する歯側面部１５の円弧半径ＲＢは、ランドラインＬＬ上での歯元幅Ｗに対し、ＲＢ＝０．７Ｗ〜１．５Ｗとされているので、次の作用効果が得られる。すなわち、上記のように、０．３Ｗ圧力角θＢを大きくすることによって、ベルト歯部１３のプーリ歯溝部３への噛込み時にベルト歯部１３のプーリ歯溝部３への接触が遅くなり、これにより速度むらを小さくすることができるが、同じ０．３Ｗ圧力角θＢを有する歯形であっても、その歯形の歯側面部１５の円弧半径ＲＢによってベルト歯部１３のプーリ歯溝部３への滑込み易さが異なるため、速度むらに影響する。つまり、ベルト１０のプーリ１，２への噛込みにおいて、ベルト１０のランド部１２がプーリ１，２の歯頂部に巻き付くときには、ベルト１０はプーリ１，２に円弧状に巻き付くが、ランド部１２が巻き付いた後にベルト歯部１３がプーリ歯溝部３へ噛み込むときには、ベルト歯部１３は歯の走行方向前側の歯元付近におけるピッチラインＰＬ上の点を支点（回転中心）として、プーリ歯溝部３に噛み込む。このとき、歯側面部１５の円弧半径ＲＢが大き過ぎると（例えばＲＢ＝１．６Ｗ）、図６（ｂ）に示すように、ベルト歯部１３の歯先部１６付近がプーリ歯溝部３の側面に干渉しながら滑り込む一方、逆に歯側面部１５の円弧半径ＲＢが小さ過ぎる場合（例えばＲＢ＝０．６５Ｗ）は、図６（ｃ）に示す如く、ベルト歯部１３の側面がプーリ歯溝部３の歯頂円弧部４付近に干渉しながら滑り込むこととなり、こうしてベルト歯部１３の歯先部１６付近又は側面が干渉しながら滑り込むことによって、噛込み時に発生するプーリ１，２からの反力が大きくなり、ピッチラインＰＬが押し上げられて速度むらが大きくなる。
【００６０】
しかし、この実施形態のように、ベルト歯部１３の歯側面部１５の円弧半径ＲＢがベルト歯元幅Ｗと略等しければ（ＲＢ＝０．７Ｗ〜１．５Ｗ）、図６（ａ）に例示するように、上記の如き干渉は殆ど発生せず、滑らかに滑り込むことができて速度むらが小さくなる。よって、歯側面部１５の円弧半径ＲＢが歯元幅Ｗに対し、ＲＢ＝０．７Ｗ〜１．５Ｗの範囲であれば、ベルト１０の速度むらの低減に有効である。
【００６１】
また、歯付ベルト１０の歯ピッチＰＢは、歯元幅Ｗに対し、ＰＢ＝１．２５Ｗ〜１．５Ｗとされているので、以下の作用効果を奏する。すなわち、ベルト１０の速度むらを低減させるためには、ベルト１０の歯ピッチＰＢができるだけ小さくてプーリ歯数が多い方が、多角形効果が小さく（より一層円に近く）なるので、有利であり、ＰＢ＝１．５Ｗ以下であれば、従来のものに比べて、速度むらが小さくなる。一方、ＰＢ＝１．２５Ｗ未満では、プーリ歯頂部が狭くなり過ぎ、プーリ１，２の強度や加工性に問題がある。このため、この実施形態のように、ＰＢ＝１．２５Ｗ〜１．５Ｗとすることで、プーリ１，２の強度や加工性の問題を招くことなく、ベルト１０の速度むらを低減することができる。
【００６２】
さらにまた、ベルト歯部１３の歯先部１６に略平面の平面部１８が設けられている一方、プーリ歯溝部３の歯溝底部６に略平面の平面部８が設けられているので、ベルト１０がプーリ１，２に完全に噛み合った状態では、ベルト歯部１３の歯先部１６における平面部１８全体をプーリ歯溝部３の歯溝底部６における平面部８が広い面積で受けることになり、完全噛合い時のベルト１０の心線位置（ピッチラインＰＬ）をより安定させて、ベルト１０の速度むらをさらに低減することができる。
【００６３】
以上のようにベルト１０の速度むらが可及的に低減されることによって、事務用機器の印字精度や画像品質の向上等を図ることができる。
【００６４】
また、上記プーリ１，２における各プーリ歯溝部３の歯溝底部６が略平面であるので、プーリ歯溝部３の歯溝底部６をベルト歯部１３の歯先部１６と同じ略平面形状とすることができる。尚、この実施形態１において、プーリ歯溝部３の歯溝底部６のみを、プーリ中心方向に中心を持つ円弧面で形成してもよい。
【００６５】
（実施形態２）
図７及び図８は本発明の実施形態２を示し（尚、以下の各実施形態では図１及び図２と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、この実施形態では、ベルト歯部１３の形状を変えたものである。
【００６６】
すなわち、この実施形態では、図８に示すように、プーリ１，２における各プーリ歯溝部３は、歯溝幅方向中心線Ｃ１に対し対称に配置された円弧面からなる歯頂円弧部４，４と、この歯頂円弧部４，４に連続して歯溝幅方向中心線Ｃ１に対し対称に設けられた凹形状の円弧面からなる歯溝側面部５，５と、これら両歯溝側面部５，５同士を連続するように設けられた円弧面部７，７及び平面部８からなる歯溝底部６とで構成されている。
【００６７】
一方、図７及び図８に示すように、歯付ベルト１０の各ベルト歯部１３は、そのベルト長さ方向両側に、ベルト歯部１３の歯幅方向中心線Ｃ２に対し対称に位置しかつランド部１２に連続する所定半径ｒ１Ｂの円弧面からなる１対の歯元部１４，１４と、この歯元部１４，１４に連続して歯部１３側面に位置しかつ上記歯幅方向中心線Ｃ２に対し対称に設けられた円弧半径ＲＢの凸形状の円弧面からなる１対の歯側面部１５，１５と、この両歯側面部１５，１５同士を連続するように設けられ、上記ベルト歯部１３の歯幅方向中心線Ｃ２上に中心点Ｏ２Ｂを持つ円弧半径ｒＴＢの１つの円弧面からなる歯先部１６とで構成されている。
【００６８】
そして、上記実施形態１と同様に、上記各ベルト歯部１３側面の歯側面部１５の基準位置Ｄでの０．３Ｗ圧力角θＢはθＢ＝２６〜３９°とされ、望ましくはθＢ＝２８〜３５°で、そのうちθＢ＝２９〜３３°が好ましく、最適値はθＢ＝３１°（図示例のもの）である。
【００６９】
さらに、上記ベルト歯部１３側面とプーリ歯溝部３の側面とは略相似形で、ベルト１０がプーリ１，２に巻き付いてベルト１０に張力が付与された伝動状態では、ベルト歯部１３及びプーリ歯溝部３の各側面の歯高さ方向の各位置でのベルト歯部１３側面の圧力角とプーリ歯溝部３側面の圧力角とが略等しく構成され、かつベルト歯部１３の歯先部１６とプーリ歯溝部３の歯溝底部６とが接触している。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００７０】
したがって、この実施形態においても、上記実施形態１と同様の作用効果が得られる。そのことに加え、各ベルト歯部１３の歯先部１６が１つの円弧面で構成されているので、図９で実線にて示すように、ベルト歯部１３のプーリ歯溝部３への接触をさらに遅くすることができ、単に０．３Ｗ圧力角θＢを大きくするのみの実施形態１の構造（図９に仮想線にて示す）に比べ、ベルト１０の速度むらをさらに有効に低減できる利点がある。
【００７１】
（実施形態３）
図１０は実施形態３を示し、この実施形態では、歯付ベルト１０における各ベルト歯部１３は、上記実施形態２と同様に、その先端部に、１つの円弧面からなる歯先部１６がベルト長さ方向両側の両歯側面部１５，１５同士を連続するように設けられている。
【００７２】
これに対し、プーリ１，２における各プーリ歯溝部３の歯溝底部６は、歯溝幅方向中心線Ｃ１上に中心点Ｏ２Ｐを持ちベルト歯部１３の歯先部１６の円弧半径ｒＴＢよりも少し大きい円弧半径ｒＴＰの１つの円弧面で構成されている。
【００７３】
この実施形態の場合、各プーリ歯溝部３の歯溝底部６が各ベルト歯部１３の歯先部１６の円弧面の半径ｒＴＢよりも少し大きい半径ｒＴＰ（＞ｒＴＢ）を持つ円弧面で形成されているので、ベルト１０のプーリ１，２への噛込み時、ベルト歯部１３の側面がプーリ歯溝部３の側面により一層滑らかに滑り込む。しかも、ベルト歯部１３の歯先部１６が歯側面部１５と連続的に設けられた円弧面であり、またプーリ歯溝部３の歯溝底部６が歯溝側面部５と連続的に設けられた円弧面であるので、ベルト１０とプーリ１，２とが完全噛合い状態に至る瞬間まで、ベルト歯部１３の側面のみならず歯先部１６までもがプーリ歯溝底部６に滑らかに滑り込むようになる。これらの作用により、ピッチラインＰＬの上下量が殆ど起こらず、ベルト１０の速度むらを極めて小さくすることができる。
【００７４】
また、プーリ歯溝部３の歯溝底部６はベルト歯部１３の歯先部１６の円弧半径ｒＴＢよりも若干大きい半径ｒＴＰの円弧面で構成されているので、この場合もやはり、ベルト歯部１３の歯先部１６円弧面の略全体をプーリ歯溝部３における歯溝底部６の円弧面の広い面積で受けることができ、完全噛合い時のベルト１０の心線位置を安定させて、ベルト１０の速度むらを低減することができる。
【００７５】
（他の実施形態）
尚、上記実施形態１においては、ベルト１０がプーリ１，２に巻き付いてベルト１０に張力が付与された伝動状態で、ベルトランド部１２がプーリ外径部に接触するようにしているが、図１１に示す如く、同じ状態でベルトランド部１２がプーリ外径部に接触しないようにしてもよい。
【００７６】
また、その場合、歯付ベルト１０のランド部１２は、円弧面でもよいが、歯幅方向中心線Ｃ２に対し対称に配置された円弧面からなる歯元部１４，１４によりベルト歯部１３側面と連続して接続された略平面で構成するのがよい。すなわち、ベルト本体１１がポリウレタン製である歯付ベルト１０において、そのベルト歯部１３の歯ピッチＰＢが１．５ｍｍ以下であるときには、心線をランド部１２から離すために設ける凹部の寸法が極めて小さく、金型の加工が難しいため、上記の如き凹部を設けずに、ランド部１２上に直接心線を配設しているが、この心線がプーリ１，２の外径部に接触して傷付けられないようにすべく、ベルト１０のランド部１２がプーリ１，２の外径部と接触しない状態で使用される。従って、上記のようにベルト１０のランド部１２を略平面とすることで、上記心線の位置を安定させることができる。
【００７７】
また、上記各実施形態は、プリンタや複写機等の事務用機器に装備された歯付ベルト１０及び伝動装置Ａについて説明しているが、本発明は、事務用機器以外の歯付ベルト及び伝動装置に対しても適用できるのはいうまでもない。
【００７８】
また、上記各実施形態では、ベルト歯部１３の両歯側面部１５，１５同士を連結する歯先部１６は、先端に略平面からなる平面部１８を有しかつこの平面部１８が各歯側面部１５の円弧面に円弧面部１７で連続的に接続されるように形成し（図１参照）、或いは両歯側面部１５，１５の円弧面と連続しかつ歯幅方向中心線Ｃ２上に中心点を持つ１つの円弧面で構成している（図７参照）が、その他の形状の歯先部を設けることができる。例えば図１２（ａ）に示す如く、平面部１８の中央に突起部２０を設けた歯先部１６や、図１２（ｂ）に示すように歯幅方向の中央に凹部２１を形成した歯先部１６等でもよく、さらにその他の公知の歯先部のいずれであっても本発明の効果が発揮される。要は、歯先部１６を両歯側面部１５，１５の円弧面の歯先方向への延長線よりも歯元側（内側）に位置するように設けさえすればよいのである。
【００７９】
【実施例】
（ＦＥＭ解析評価）
次に、具体的に実施した実施例について説明する。まず、歯付ベルトの速度むらをＦＥＭ解析法を用いて解析した。このＦＥＭ解析では、汎用ソフトウェア「ＡＢＡＱＵＳ」を用いた２次元の動的解析とした。図１３に示すように、解析モデルは駆動及び従動プーリの１，２の２つのプーリと、内側に歯部１３を有するエンドレスのベルト１０とをモデル化し、ベルト１０に張力を付与した後にプーリ１，２を回転させるものとした。ベルト歯部１３及びプーリ歯溝部３の各形状は上記実施形態と同様の形状に合わせて形成した（図１３では実施形態１の形状に合わせて形成したモデルを例示している）。ベルトの材料の各定数は、歯ピッチが２．１１７ｍｍのベルト及びその各構成材料で実測して入力した（歯形状が変わっても材料定数は変化しないものであるとした）。ベルト本体は四角形の平面要素に、また心線は梁要素にそれぞれ設定し、プーリ１，２と接触する表面は摩擦を考慮してインタフェース要素とした。プーリ表面は剛表面でモデル化した。尚、図１４はＦＥＭ解析法による解析途中で噛合状態にある解析モデルの要部を示しており、図１４（ａ）は本発明の実施例の解析モデルを、また図１４（ｂ）は従来例の解析モデルをそれぞれ示す。
【００８０】
そして、ベルトピッチライン上の１点の速度を出力して速度むらのデータを得た。そのデータを図１５に示す。図１５（ａ）は、ベルト歯部が歯先部に１つの略平面からなる平面部を備えていて、０．３Ｗ圧力角が３１°の本発明例（本発明の実施形態１に相当するもの）のデータであり、また、図１５（ｂ）は従来例（０．３Ｗ圧力角が２５．３°）のデータを示している。
【００８１】
また、このデータからベルト歯部の０．３Ｗ圧力角と速度むら（ベルト速度の変動値）との関係を求めたところ、図１６に示す結果が得られた。図１６においては、ベルト速度の変動値は上記従来例を「１．０」とする指数で表している。また、図１６中、実線はベルト歯部が、１つの略平面からなる歯先部を備えた歯部形状を持つものを示し、そのうち、０．３Ｗ圧力角が２６〜３９°のものが本発明例となる。一方、破線はベルト歯部が、両歯側面部同士を連続するように設けられかつ歯幅方向中心線上に中心点を持つ１つの円弧面からなる歯先部を備えた実施形態２に相当する本発明例を示す。
【００８２】
（台上評価）
一方、ベルト及びプーリからなる伝動装置を作製して、そのベルトの速度むらを測定装置で測定する台上試験をも行った。すなわち、本発明例として、図７に示す実施形態２の構成で圧力角が異なる（０．３Ｗ圧力角＝２９．２°，３１．１°）２つの歯付ベルトを作り（本発明例１，２）、従来例として１つの略平面を有する歯先部を備えかつ歯側面部の０．３Ｗ圧力角が２５．３°の歯付ベルトを作った。その各々の寸法は下記の表１のとおりである。尚、寸法値はベルト歯部のピッチ（２．１１７ｍｍ）を「１．０」とする指数で表している。
【００８３】
【表１】
0003838819.tif 000002
【００８４】
具体的には、歯付ベルトは歯ピッチ２．１１７ｍｍの円弧歯形状の歯部を持つゴム製のもので、そのゴムは硬度７０°のクロロプレンゴムで、心線は径０．３ｍｍのガラス繊維からなる。織布はポリアミドウーリー加工糸からなり、ＲＦ処理と、裏面のみのゴム糊処理とを施した。
【００８５】
そして、これらの歯付ベルトについて、実際の走行時の速度むらを図１７に示すベルト速度むら測定装置により測定した。この測定装置は、試験用の歯付ベルト１０を巻き掛ける歯付プーリからなる駆動及び従動プーリ１，２を備えており、その従動プーリ２への静荷重ＤＷによりベルト張力を付与しかつ従動プーリ２を無負荷にした状態で駆動プーリ１を図で矢印の方向に回転させ、そのときのベルト１０の緩み側スパンにおいて駆動プーリ１の軸心からｄ１＝１０ｍｍ離れた部位に対し、その部位からベルト側方にｄ２＝１００±２ｍｍ離れた位置のプローブ４３からレーザ光４３ａを当て、そのプローブ４３の出力信号に基づいて速度むら測定器４４によりベルト４０の速度むらを測定し、この速度むらの周波数をＦＦＴ４５により解析してパソコン４６に取り込み、そのデータをプリンタ４７によりプリントするようにしたものである。この速度むら測定装置の測定データを図１８に、またベルト１０の速度むらの周波数を分析したデータを図１９にそれぞれ示す（図１９（ａ）は本発明例２を、図１９（ｂ）は従来例をそれぞれ示している）。また、ベルトの速度むら測定データから得られたベルト歯部の０．３Ｗ圧力角と速度むらとの関係を図２０に示す。尚、この図２０におけるベルト速度の変動値も従来例（０．３Ｗ圧力角２５．３°）を「１．０」とする指数値である。
【００８６】
上記図１６から明らかなように、ベルト歯部側面の０．３Ｗ圧力角を２６〜３９°とすれば、従来例のように０．３Ｗ圧力角を２５．３°とするのに比べ、ベルトの速度むらが低減していることが裏付けられた。特に、０．３Ｗ圧力角を２８〜３５°とし、さらには２９〜３３°とすれば、ベルトの速度むらが大きく低減し、３１°が最適値であることが判る。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１では、軽負荷伝動用の歯付ベルトの各ベルト歯部の略円弧面からなる歯元部と、凸形状の略円弧面からなる歯側面部とをベルト歯部の歯幅方向中心線に対し対称に配置し、これら歯側面部同士を連続する歯先部を歯側面部の円弧面の歯先側延長線よりも歯元側に配置し、ランドライン上での歯元幅Ｗに対し、ベルト歯部の歯側面部においてランドラインから歯高さ方向に０．３Ｗ離れた基準位置での０．３Ｗ圧力角を２６〜３９°とし、歯側面部と略相似形でかつ張力の付与された伝動状態において、該歯側面部と歯高さ方向の各位置での圧力角が略等しい歯溝側面部を有する複数のプーリ歯溝部がプーリ外径ライン上に一定ピッチで設けられた歯付プーリに巻き付けた。また、請求項２の発明では、上記０．３Ｗ圧力角を２８〜３５°とした。さらに、請求項３の発明では、同圧力角を２９〜３３°とした。従って、これらの発明によれば、ベルト歯部のプーリ歯溝部への噛合時にベルト歯部の側面をプーリ歯溝部の側面に遅く接触させるとともに、ベルト歯部がプーリ歯溝部に滑り込む際に発生する反力の垂直方向の成分を小さくして、容易に滑り込ませることができ、よって歯付ベルトの速度むらを大幅に低減して、プリンタに代表される軽負荷伝動下で歯付ベルトを駆動させる事務用機器の印字精度や画像品質の向上等を図ることができるという実用上優れた効果が得られる。
【００８８】
請求項４の発明では、ベルト歯部の歯側面部の円弧半径を０．７Ｗ〜１．５Ｗとした。また、請求項５の発明では、上記歯側面部の円弧半径を０．８Ｗ〜１．３Ｗとした。さらに、請求項６の発明では、同円弧半径を０．９Ｗ〜１．１Ｗとした。これらの発明によれば、ベルトのプーリへの噛込み時に、ベルトのランド部がプーリ歯頂部に巻き付いた後にベルト歯部がプーリ歯溝部へ噛み込む際、ベルト歯部の歯先付近がプーリ歯溝側面に、またベルト歯部側面がプーリ歯頂円弧付近にそれぞれ干渉するのを防いで、ベルト歯部をプーリ歯溝部へ滑らかに滑り込ませることができ、ピッチラインの押上げを抑えてベルトの速度むらをさらに低減することができる。
【００８９】
請求項７の発明では、上記ベルト歯部の歯ピッチを１．２５Ｗ〜１．５Ｗとした。また、請求項８の発明では、同歯ピッチを１．３７Ｗ〜１．４７Ｗとした。これらの発明によれば、プーリ歯数を多くして多角形効果によりベルトの速度むらを低減しつつ、プーリの強度や加工性の確保を図ることができる。
【００９０】
請求項９の発明によると、ベルト歯部の歯先部を、両歯側面部の円弧面と連続しかつ歯幅方向中心線上に中心点を持つ１つの円弧面で構成したことにより、ベルト歯部のプーリ歯溝部への接触をさらに遅くして、ベルトの速度むらをより一層低減することができる。
【００９１】
請求項１０の発明によると、ベルト歯部の歯先部を、両側面部の円弧面に連続するように設けられた略円弧面からなる円弧面部と、両円弧面部を接続するように設けられた略平面からなる１つの平面部とで構成したことにより、プリンタの用途で従動プーリを平プーリとして使用し、ベルト歯部の歯先部を平プーリ外径部と直接接触して走行させる場合、略平面のベルト歯先部により広い面積で荷重を受け持たせてピッチラインの位置を安定させることができ、歯付ベルトの速度むらの低減を図ることができる。
【００９２】
請求項１１の発明によれば、請求項１〜１０の歯付ベルトと歯付プーリとを組み合わせてなる歯付ベルト伝動装置として、歯付プーリの各プーリ歯溝部の円弧面からなる歯頂円弧部と、凹形状の円弧面からなる歯溝側面部とを歯溝幅方向中心線に対し対称に配置し、両歯溝側面部同士を接続するように歯溝底部を設け、プーリ歯溝部の歯溝側面部をベルト歯部の歯側面部と略相似形とし、ベルトがプーリに巻き付いてベルトに張力が付与された状態で、ベルト歯部及びプーリ歯溝部の各側面の歯高さ方向の各位置でのベルト歯部側面の圧力角とプーリ歯溝部側面の圧力角とを略等しくしたことにより、伝動状態でのベルト歯部のプーリ歯溝部への噛込み時、にベルト歯部側面がプーリ歯溝部側面に均一に接触してベルト歯部がプーリ歯溝部にスムーズに滑り込むようになり、ベルトピッチラインの押上げを抑えて、ベルトの速度むらをさらに低減することができる。
【００９３】
請求項１２の発明によると、請求項１０の歯付ベルトと歯付プーリとを組み合わせてなる歯付ベルト伝動装置として、歯付プーリの各プーリ歯溝部の歯溝底部を、両歯溝側面部同士を接続する略円弧面からなる円弧面部と、これら両円弧面部同士を接続する略平面からなる１つの平面部とからなるものとし、プーリ歯溝部の歯溝側面部をベルト歯部の歯側面部と略相似形とし、ベルトがプーリに巻き付いてベルトに張力が付与された状態で、ベルト歯部及びプーリ歯溝部の各側面の歯高さ方向の各位置でのベルト歯部側面の圧力角とプーリ歯溝部側面の圧力角とを略等しくし、かつベルト歯先部とプーリ歯溝底部とを接触させたことにより、ベルトがプーリに完全に噛み合った状態で、ベルト歯部の歯先部の平面部全体をプーリ歯溝部の歯溝底部の平面部により広い面積で受けて、完全噛合い時のベルト心線位置を安定させてベルトの速度むらをさらに低減することができる。
【００９４】
請求項１３の発明によれば、請求項９の歯付ベルトと歯付プーリとを組み合わせてなる歯付ベルト伝動装置として、歯付プーリの各プーリ歯溝部の歯溝底部を、両歯溝側面部同士を連続するように設けられ、プーリ歯幅方向中心線上に中心を持ちかつベルト歯先部の円弧半径よりも大きい半径を有する１つの円弧面からなるものとし、プーリ歯溝部の歯溝側面部をベルト歯部の歯側面部と略相似形とし、ベルトがプーリに巻き付いてベルトに張力が付与された状態で、ベルト歯部及びプーリ歯溝部の各側面の歯高さ方向の各位置でのベルト歯部側面の圧力角とプーリ歯溝部側面の圧力角とを略等しくし、かつベルト歯先部とプーリ歯溝底部とを接触させたことにより、ベルトがプーリに完全に噛み合った状態で、ベルト歯部の歯先部全体をプーリ歯溝部により広い面積で受けるとともに、完全噛合い状態に至るまでベルト歯部の側面のみならず歯先部をもプーリ歯溝底部に滑らかに滑り込ませることができ、ベルトの速度むらのより一層の低減を図ることができる。
【００９５】
請求項１４の発明によると、上記歯付ベルト伝動装置が装備されていて、その歯付ベルトにキャリッジが取り付けられている事務用機器としたことにより、その事務用機器のキャリッジの速度変動を小さくして印字精度や画像品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１における歯付ベルトの歯部を拡大して示す断面図である。
【図２】  実施形態１における歯付ベルト伝動装置の歯付ベルトの歯部が歯付プーリに噛み合った状態を展開して示す拡大断面図である。
【図３】  歯付ベルト伝動装置の全体構成を概略的に示す正面図である。
【図４】  歯付ベルトの歯部が歯付プーリの歯溝部に噛み合う状態を概略的に示す説明図である。
【図５】  歯付ベルトの歯部側面と歯付プーリの歯溝部側面との圧力角の相違に応じた噛合状態を示す図４相当図である。
【図６】  ベルト歯部の歯側面部の円弧半径の大きさに応じた噛合状態を示す図４相当図である。
【図７】  本発明の実施形態２における歯付ベルトの歯部を示す図１相当図である。
【図８】  実施形態２を示す図２相当図である。
【図９】  実施形態２において歯付ベルトの歯部が歯付プーリの歯溝部に噛み合う状態を概略的に示す図４相当図である。
【図１０】  実施形態３を示す図２相当図である。
【図１１】  ベルトに張力が付与された伝動状態でベルトランド部がプーリ外径部に接触しない構成の他の実施形態を示す図２相当図である。
【図１２】  ベルト歯部の歯先部の変形例を概略的に示す図である。
【図１３】  ベルトの速度むらをＦＥＭ解析法により解析するための解析モデルの全体構成を示す図である。
【図１４】  解析モデルの要部を示す図である。
【図１５】  ベルトの速度むらをＦＥＭ解析法により解析したデータを示す図である。
【図１６】  ベルトの速度むら解析データから得られたベルト歯部の圧力角と速度むらとの関係を示す図である。
【図１７】  ベルトの速度むら測定装置を示す図である。
【図１８】  ベルトの速度むら測定装置の測定データを示す図である。
【図１９】  ベルトの速度むらの周波数を分析したデータを示す図である。
【図２０】  ベルトの速度むら測定データから得られたベルト歯部の圧力角と速度むらとの関係を示す図である。
【図２１】  従来の歯付ベルトの歯部が歯付プーリに噛み合った状態を示す図２相当図である。
【符号の説明】
Ａ  歯付ベルト伝動装置
１，２  プーリ
３  プーリ歯溝部
４  歯頂円弧部
５  歯溝側面部
６  歯溝底部
７  円弧面部
８  平面部
Ｃ１  歯溝幅方向中心線
Ｏ２Ｐ  中心点
ｒＴＰ  円弧半径
１０  歯付ベルト
１１  ベルト本体
１２  ランド部
１３  ベルト歯部
１４  歯元部
１５  歯側面部
１６  歯先部
１７  円弧面部
１８  平面部
Ｄ  基準位置
ＰＬ  ピッチライン
ＬＬ  ランドライン
Ｃ２  歯幅方向中心線
Ｏ２Ｂ  中心点
ｒＴＢ  円弧半径
θＢ  ０．３Ｗ圧力角
Ｗ  歯元幅
【図１】
0003838819.tif 000003
【図２】
0003838819.tif 000004
【図３】
0003838819.tif 000005
【図４】
0003838819.tif 000006
【図５】
0003838819.tif 000007
【図６】
0003838819.tif 000008
【図７】
0003838819.tif 000009
【図８】
0003838819.tif 000010
【図９】
0003838819.tif 000011
【図１０】
0003838819.tif 000012
【図１１】
0003838819.tif 000013
【図１２】
0003838819.tif 000014
【図１３】
0003838819.tif 000015
【図１４】
0003838819.tif 000016
【図１５】
0003838819.tif 000017
【図１６】
0003838819.tif 000018
【図１７】
0003838819.tif 000019
【図１８】
0003838819.tif 000020
【図１９】
0003838819.tif 000021
【図２０】
0003838819.tif 000022
【図２１】
0003838819.tif 000023