(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動プーリと従動プーリ（２２）とベルト（１０）とを有し、前記ベルト（１０）が、横方向に延びセルフトラッキング機能のある複数の歯（１８）を有するプーリ係合面（１６）を有し、前記従動プーリ（２２）が溝もクラウンも無いベルト係合面（２４）を有している駆動装置において、
前記ベルト（１０）の前記プーリ係合面（１６）を形成する材料（２０）が比較的低い摩擦係数を有し、前記従動プーリ（２２）の前記ベルト係合面（２４）を形成する材料（２８）が比較的高い摩擦係数を有することを特徴とする、駆動装置。
【請求項２】
前記ベルト（１０）の前記プーリ係合面（１６）を形成する材料（２０）が、０．４５以下の摩擦係数を有していることをさらに特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記従動プーリ（２２）の前記ベルト係合面（２４）を形成する材料（２８）が、０．４５以上の摩擦係数を有していることをさらに特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プーリとベルトを組み合わせたものと、プーリとベルトを組み込んだ駆動装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プーリとベルトを組み合わせたものはよく知られており、数多くのさまざまなタイプのベルトならびにベルトとプーリとの数多くのさまざまな組合せが存在している。ベルトの構造はプーリの構造を決める要因であるが、ベルトの構造は一般にベルトの用途によって決まる。ベルトの内面に歯が付いている場合、ベルトの内面と接する駆動プーリの外面には、ベルトの歯の外形に対応する溝が一般的に形成されている。歯がベルトの幅いっぱいに横方向に延びている同期駆動ベルトの場合、対応するプーリには、ベルトがプーリから外れないようにするフランジが形成されている。セルフトラッキング機能のある歯の外形、すなわちベルトを、対応する溝を備えたプーリ上のある位置に自動的に進ませる外形を備えた駆動ベルトの場合、プーリはベルトの軸方向の動きを制限するフランジを必要としない。ベルトの内面が歯無しの場合、プーリの外面もそれに対応して溝無しである。
【０００３】
タイミングベルト装置をごく簡単に説明すると、この装置は、歯付きタイミングベルトと、タイミングベルトを駆動させるために動力が供給される駆動プーリと、周囲をタイミングベルトが移動する従動プーリから構成されている。ベルトの歯の磨耗を減少させ、ベルトの耐久性およびベルトの寿命を向上させるには、ベルトとプーリの間の摩擦係数をできる限り減らす。ベルトは摩擦によってではなく、タイミングベルトとプーリの歯との能動的な係合によって駆動されるので、摩擦係数が低いことによって駆動装置の性能が変わることはない。また、従動プーリ、すなわち無動力のプーリの表面材料は、ベルトとプーリの間の摩擦係数が低くなるように従来から選択されており、繰り返すが、ベルトはベルトとプーリの歯との係合によって駆動される。このようなタイミングベルト装置では、装置全体がベルトとプーリの合せ面を能動的に係合させることによって主として駆動させられるので、タイミングベルトと両プーリとの間に要望される摩擦係数を達成することは容易である。
【０００４】
しかしながら、駆動装置の空間を縮小して騒音を最小限にするという目標を達成するために、本発明は、歯付きの駆動プーリと歯無しの平坦な従動プーリの両方をタイミングベルトと一緒に使用する。同期駆動ベルトを、対応する溝を有しない従動プーリ上で動かすことは公知である。しかしながら、ベルトをプーリ上に保持するために、プーリはベルトの横縁端を拘束するするフランジを備えているか、または、プーリはベルトがプーリの中心部に沿って動くようにするクラウン（中高）付きの表面を備えている（米国特許第４，９７９，９２８号および同第４，５８９，８６１号参照）。ベルトがプーリのまわりを移動する際にベルトを拘束するために、フランジとクラウン付きのプーリ表面とを組み合わせたものが使用されることもある。また、歯付きのベルトの表面と溝無しのプーリの表面の接触が減少するため、ベルトとプーリを組み合わせたものは、駆動プーリがベルトを適切に駆動できるように十分に巻き着けられている。駆動装置で適切なトルクを達成する別の方法は、ベルト表面を摩擦係数が増加するように変更することである。しかしながら、本発明では、ベルト表面を、駆動プーリの表面との摩擦係数が低い材料で形成しなくてはならないため、ベルトの構造に関して矛盾した要件が生じる。
【０００５】
イギリス特許第２１５８１８０号には、複数のプーリが歯付きベルトの表面と裏面と駆動されるベルト駆動構成が開示されている。背面で駆動されるプーリのベルト接触面には、プーリの表面とベルトの歯無しの背面の材料との間に高い摩擦係数を生じさせるために、ゴム材料が設けられている。しかしながら、ベルトの内面は、対応する溝付きの駆動プーリと能動的に係合させるための歯を備えている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、駆動ベルトと、従動プーリと、駆動プーリと、を有し、駆動ベルトと従動プーリと駆動プーリとを組み合わせたものを運転時の騒音が最小になるように変更する駆動装置を目指すものである。
【０００７】
ベルトは、駆動プーリの表面および従動プーリのベルト係合面の両方に接するプーリ係合面を有する。従動プーリは、溝もクラウンも無いベルト係合面を有する。
【０００８】
本発明の一態様において、ベルトのプーリ係合面を形成する材料は比較的低い摩擦係数を有し、従動プーリのベルト係合面を形成する材料は比較的高い摩擦係数を有する。
【０００９】
本発明の別の態様において、ベルトのプーリ係合面を形成する材料の摩擦係数は０．４５以下である。
【００１０】
本発明のさらに別の態様において、従動プーリのベルト係合面を形成する材料の摩擦係数は０．４５以上である。
【００１１】
本発明を、一例として添付図面を参照しながら説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に、弾性のあるエラストマから作られ、高弾性率の心線を含む長手方向の抗張部材１２で補強されている同期駆動ベルト１０を示す。心線１２は、ガラスファイバ、カーボンファイバ、スチール、ポリエステル、強力レーヨン、または好ましくは、ポリアラミドから作ることができる。ベルト１０の本体１４を形成するために使用されるエラストマは、例えば、ポリクロロプレン、ポリウレタン、ＮＢＲ、ＩＩＲ、ＩＲ、ＳＢＲ、ＣＳＭ、ＥＰＤＭ、他の熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマ、および他のポリマーアロイなど、このようなベルトに用いるのに適していることが当業者に知られているものであれば、どれであってもよい。
【００１３】
ベルト１０の内面１６は、ベルト１０の最終用途に応じて摩耗抵抗ファブリック（不図示）で補強してもよい。ベルト１０の内面１６はセルフトラッキング機能のある一連の歯１８を有する。歯１８は、Ｖ字形、又は、ある角度をなし、ずらした形態に形成することもできる。内面１６は、ベルト１０の長手方向Ｌについて互いに向き合って釣り合っている斜角を形成する、横に隣接する少なくとも２列の歯を備え、隣接する列の歯１８の中心腺が、その歯のピッチの１０％〜９０％の距離ずつ互いにずれていることが好ましい。すなわち、ベルト１０の内面の歯１８は米国特許第５，２０９，７０５号に開示されているものと同様の形状を有している。ベルト１０の歯１８と駆動プーリに形成された溝との対応した形状により、このようなベルトとプーリとを組み合わせたものの運転時の騒音は、他の公知のベルト構造と比較して最小となる。
【００１４】
ベルトの内面１６は、ベルト１０のプーリ係合面としても知られている。本発明では、ベルト１０のプーリ係合面１６の最も外側の表面を構成している材料２０が低い摩擦係数を有する。材料２０の摩擦係数は０．４５以下である。そのような材料として、限定的ではないが、高密度ポリエチレン、ハロゲン化ゴム、ポリふっ化ビニリデン、またはテフロン、グラファイト、２硫化モリブデンといった摩擦改良剤と混合されたこれらの材料のうちのいずれか、などがある。
【００１５】
前述したように、ベルトの表面２０は、駆動プーリの表面との間の摩擦係数が低くなくてはならず、この摩擦係数は０．２０〜０．４５の範囲であることが好ましい。本発明では、タイミングベルト１０は駆動プーリと従動プーリの両方に巻き付けられる。駆動プーリは、ベルト１０との歯の形状と嵌まり合う歯の形状を有する従来の構造を有するが、図示のベルト１０の場合、駆動プーリは、米国特許第５，２０９，７０５号に開示されているような構造を有する。従来の駆動装置と異なり、本発明によれば、駆動装置の騒音と空間を減少させるために、図２および３に示されているように従動プーリは歯無しである。
【００１６】
従動プーリ２２はベルト係合面２４を有している。ベルト係合面２４は平坦、すなわちクラウン無しである。駆動装置の所要空間を最小にするために、従動プーリ２２にはフランジも無い。従動プーリ２２の本体２６は、従来の金属、熱可塑性、または熱硬化性材料から形成することもできる。クラウンもフランジも無い従動プーリの場合、従動プーリ２２のベルト係合面２４とベルト１０のプーリ係合面２０との間の摩擦係数が高いこと、好ましくは０．４５以上であることが望ましい。ベルト表面２０は、駆動プーリ（不図示）との間に低い摩擦係数も達成しなくてはならないが、要望される結果は、ベルト係合面２４を形成する材料２８を特別に選択することによってのみ達成できる。
【００１７】
プーリ２２の表面２４は、高い摩擦係数を有する材料２８によってコーティングされている。材料２８の摩擦係数は０．４５以上である。材料２８は、長期使用後および高い使用温度下においても高摩擦係数を維持しなくてはならない。０．４５を超える摩擦係数を有する熱可塑性物質、エラストマ、または熱可塑性エラストマが本発明に適するであろう。
【００１８】
【比較試験】
セルフトラッキング機能のある２種類のベルトを製造した。第１のベルトは、歯面材料として高密度ポリエチレン（動摩擦係数０．４０の材料）を用いて作製した。第２のベルトは、動摩擦係数０．２９の歯面材料を用いて作製した。最初に両ベルトを、溝付きの駆動プーリと溝付きの従動プーリを有し、プーリの歯の形態がベルトの歯の形状とマッチしている駆動装置で作動させた。摩擦係数を増加させるためにコーティング材を従動プーリに全く使用しなかったので、表面の静止摩擦係数はプーリ本体を形成している材料と一致している。また、この試験ではプーリをアルミニウムから形成したので、一般的に要望されるように摩擦係数が低い。駆動装置の騒音特性を測定した。
【００１９】
クラウンもフランジも無い、溝無しの従動プーリも作製した。プーリのベルト係合面を高摩擦係数のコーティング材でコーティングした。違うようにコーティングした２種類のベルトを、コーティングしたプーリ上で作動させた。先の装置試験のように同じ駆動プーリを使用した。駆動装置の騒音特性を測定した。
【００２０】
各試験の実行に際し、駆動装置は、歯の噛み合い回数１３４２Ｈｚで７６０ｒｐｍで作動させた。歯の噛み合い回数の騒音を、マイクロホンとベルトの中央径間から２インチの距離に設置した音量計とで測定した。
【００２１】
【表１】
0003777119.tif 000002
【００２２】
1 Ｓｏｌｅｆ（登録商標）：ベルギー国ブリュッセルのソルベイ社（Ｓｏｌｖａｙ）から市販されているポリふっ化ビニリデン。
【００２３】
2 Ｓａｎｔｏｐｒｅｎｅ（登録商標）：米国オハイオ州アクロンのアドバンスド・エラストマ・システムズ社（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）から市販されているＥＰＤＭとポリプロピレンとのブレンド。ショアＡ硬さ３５〜８０。
【００２４】
装置１は、いずれもコーティングされていない溝付きの駆動および従動プーリを有する従来の駆動装置と考えられるものである。前述のように、駆動プーリとベルトの間の摩擦係数は０．２０〜０．４５の範囲内である。ベルトの表面材は、ベルトの摩擦減少をもたらす摩擦係数を有する従来のＨＤＰＥである。歯の噛み合い回数の騒音は７４．９ｄＢであり、３つの構成要素から成る装置の全体の騒音は８６．９ｄＢであった。
【００２５】
装置２は、溝付きの従動プーリを備え、ベルトの表面をより低い摩擦係数の材料で形成することによって変更したが、駆動プーリとベルトの間の摩擦係数は依然として０．２０〜０．４５の要望される範囲内である。歯の噛み合い回数の騒音が８２．７ｄＢ、全体の騒音が８８．３ｄＢであり、歯の騒音が約１０％増加し、全体の騒音がほぼ２％増加した。
【００２６】
装置３は従来のベルト表面材料で形成されたベルトを備えているが、代わりに高摩擦係数の材料でコーティングされた従動プーリ上で作動させた。歯の噛み合い回数の騒音レベルが約５．５％増加し、全体の騒音が１％を少し下回る増加をした。ベルトのコーティング材とプーリのコーティング材との間の相互作用によって歯の噛み合い回数の騒音レベルが増加した。これは、２つの材料が類似していることによって生じると考えられる。ＥＰＤＭとポリプロピレンの混合物であるサントプレン（Santoprene）と、ポリエチレンであるＨＤＰＥは、モノマーの全長で炭素原子が１個違うだけである。両材料が接すると、ベルクロ社（Ｖｅｌｃｒｏ）のマジックテープのような作用が生じ、結果として騒音が増加する。従来の装置１と比較して装置３の全体の騒音は、フランジ無しの従動プーリにより駆動装置の空間を減少するとという目標が達成されるので、本発明にとって容認できるものであるが、従動プーリにおける騒音の低減も要望される。
【００２７】
装置４は、ベルトのコーティングに低摩擦係数の材料を使用し、クラウン無しプーリの表面に高摩擦係数の材料を使用した。この装置は、駆動ベルトの騒音がほぼ５．５％減少し、全体騒音は１％をわずかに越える減少をした。装置４は、要望される目標、すなわち空間の減少と騒音の低減、の両方を達成するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】同期駆動ベルトの図である。
【図２】プーリのまわりに巻き付けられた駆動ベルトの断面図である。
【図３】プーリのまわりに巻き付けられた駆動ベルトの側面図である。
【符号の説明】
１０    ベルト
１２    心線
１４    ベルトの本体
１６    ベルトのプーリ係合面
１８    ベルトの歯
２０    ベルトのプーリ係合面の材料
２２    従動プーリ
２４    従動プーリのベルト係合面
２６    従動プーリの本体
２８    従動プーリのベルト係合面の材料
【図１】
0003777119.tif 000003
【図２】
0003777119.tif 000004
【図３】
0003777119.tif 000005