JP3927959B2 - 伝動ベルト用プーリ及びベルト伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は、伝動ベルト用プーリ及びベルト伝動装置に関するものである。

平ベルトを用いた伝動装置においては、平ベルトが走行中に蛇行したり、プーリの片側に寄る片寄り走行をすることがある。これは、平ベルトが、他の伝動ベルトに比べて、プーリ軸の正規位置からのずれや、軸荷重の変化によるプーリ軸のたわみ、プーリの揺れなど、伝動装置構成要素の変化に敏感なためである。このような蛇行・片寄り走行を生じた場合、平ベルトが平プーリのフランジに接触して、該平ベルト側面の毛羽立ちや心線のほつれを生ずる。

この問題に対して、平プーリの外周面にクラウンをつける（中高曲面に形成する）ことが知られている。また、プーリ外周面のクラウンを該プーリの回転中心を中心とする球状に形成するという提案もある（特許文献１参照）。これは、平ベルトの左側部と右側部とに張力差を生じてプーリ軸が傾き、それに伴って平ベルトがプーリ上で片寄ったときに、平ベルトの張力によってプーリに回転モーメントが働くことを利用して、プーリ軸の傾き及び平ベルトの片寄りを解消せんとするものである。

また、平プーリの外周面に多数の溝を周方向に間隔をおいて形成したものが知られている（特許文献２参照）。すなわち、その溝は、プーリの幅中央から両側へ「く」の字状になるように対称に延びたものであり、平ベルトとプーリとの間に平ベルトを中央に寄せるような摩擦力を発生させることにより、該ベルトの蛇行ないしは片寄りを防止するようにしている。

さらに、平ベルトの両側にガイドローラを配置し、この平ベルトの走行位置を規制することも知られている（特許文献３参照）。
実開昭５９−４５３５１号公報 特開平６−３０７５２１号公報 実公昭６３−６５２０号公報

しかし、プーリにクラウンを形成する場合、平ベルトの走行安定性（蛇行や片寄りの防止）を重要視してクラウンの曲率半径を小さくすれば、ベルトの幅中央に応力が集中し、ベルト幅全体を伝動に有効に利用することができず、心線の早期疲労及び伝動能力の低下を招く。

また、プーリのクラウンを該プーリの回転中心を中心とする球状に形成した場合、仮に伝動ベルトの片寄り防止の効果が高まるとしても、プーリのクラウンによってベルトの幅中央に応力が集中するという問題は依然として残る。

また、平プーリに上述の如き溝加工をすると、該平プーリの製造コストが高くなり、しかも、溝加工だけでは平ベルトの蛇行や片寄りを確実に防止することは難しい。

さらに、平ベルトの両側にガイドローラ等を配置してその走行位置を規制する方式を採用すると、平ベルトの両側がそのような規制部材に常時接触することになるため、その側面のほころび、心線のほつれを生じ易くなる。従って、それらを防止するための平ベルトに特殊な加工を施すことが必要になり、平ベルトの製造コスト低減に不利になる。

以上のような理由から、平ベルト伝動装置は、Ｖベルトなど他のベルトに比べて、ベルトの曲げによるロスが少なく伝動効率が非常に高いにも拘わらず、十分に活用されていないのが実情である。

そこで、本発明は、平ベルト、その他の伝動ベルトの蛇行や片寄りを確実に防止することができるようにして、ベルト伝動装置を各種の産業機械、その他の機器に有効利用できるようにせんとするものである。

本発明は、伝動ベルトの片寄りを生じたときに、この伝動ベルトの張力によってプーリ軸にかかる軸荷重の位置が変化することを利用してプーリを変位させ、伝動ベルトの片寄り走行・蛇行を防止するようにした。

すなわち、本発明は、伝動ベルトが巻き掛けられる円筒状のプーリ本体と、
上記プーリ本体を回転自在に支持する筒状の軸部材と、
上記軸部材に挿入された、該軸部材の筒孔よりも小径の支持ロッドと、
上記軸部材を上記プーリ本体と共に上記支持ロッドの周面に対して弾性支持する弾性体とを備えた伝動ベルト用プーリであって、
上記弾性体は、
上記伝動ベルトが上記プーリ本体の幅方向の一方の側へ寄ったときに、上記軸部材にかかる軸荷重によって、該プーリ本体の一方の側が他方の側に対して該軸荷重の方向へ相対移動するよう、上記軸部材の筒内面と上記支持ロッドの周面との間に設けられているとともに、
上記支持ロッドの周面の、上記伝動ベルトの巻き掛けられる側であって、上記軸部材の軸心に沿って見たときに該軸心を通る軸荷重の作用線よりも上記プーリ本体の回転方向の前方側に位置する四半部、又は該四半部に対応する位置の四半部において、他の四半部よりも強く上記軸部材を拘束し、これにより、上記伝動ベルトが上記プーリ本体の幅方向一方の側へ寄ったときに、該幅方向一方の側を他方の側に対して伝動ベルトの走行方向の前方へ相対移動させるように設けられていることを特徴とする。

上記の「、又は該四半部に対応する位置」というのは、例えば、上記支持ロッドの軸心を基準線として、上記四半部の線対称の位置とすればよい。そして、本発明の場合、上記支持ロッド周面の軸部材が弾性体によって強く拘束された部位が上記回転変位の支点となる。

この伝動ベルト用プーリによれば、伝動ベルトがプーリ本体の幅方向の一方の側へ寄ると、それに伴って、この一方側に加わる軸荷重が他方側よりも大きくなり、プーリ本体は、一方側が他方側に比べて軸荷重の方向へ移動する。

すなわち、プーリ本体は、伝動ベルトの片寄ってきた側が軸荷重の方向へ移動することにより、この軸荷重の方向で高低をみれば、この伝動ベルトが片寄ってきた側が低く、反対側が高くなるように傾斜する。言わば、プーリ本体の外周面がクラウンと同様に傾斜した状態となる。これにより、伝動ベルトには上記片寄り方向とは反対の方向の戻し力が働く。

また、プーリ本体は、上記の如く伝動ベルトの片寄ってきた一方の側が他方の側に対しベルト走行方向の前方へ移動することにより、この伝動ベルトに対して当該一方の側がベルト走行方向の前方の側になった斜交い状態になる。そうして、プーリ本体が斜交い状態で回転することによっても、伝動ベルトにはプーリ本体から上記片寄りを戻す方向の力が与えられる。

従って、伝動ベルトは、上記プーリ本体の変位によって生ずる戻し力と、当該ベルト伝動装置の特性によって伝動ベルトに作用する片寄り力とがつり合う位置で走行することになる。仮に伝動ベルトが大きく片寄ることがあっても、その伝動ベルトは上記戻し力と片寄り力とがつり合う位置に戻される。

また、プーリ本体及び軸部材は支持ロッドに対して弾性支持されているから、伝動ベルトの走行振動が弾性体の弾性によって吸収され、また、プーリ本体が支持ロッドに対して変位をするときの騒音も小さくなる。

上記弾性体を、上記支持ロッド周面の上記２つの四半部のいずれかにのみ設けると、その弾性体の配置部位が軸部材を強く拘束する部分となるが、本発明は、これに限定するものではなく、上記支持ロッド周面に周方向に間隔をおいて複数の弾性体を配置する態様、或いは支持ロッド周面に全周にわたって連続して弾性体を設ける態様を含む。すなわち、そのような態様であっても、上記いずれかの四半部において、弾性体の弾性係数を大きくして支持ロッドに対する軸部材の拘束力を強くすればよい。

弾性体は、ゴムであっても、金属バネであってもよい。例えば、弾性体としてゴムを採用するときは、ゴムに対する短繊維の混入率を局部的に変えることにより、強い拘束部と弱い拘束部とを形成することができる。また、弾性体の内部に中空部を形成してもよい。

また、弾性体の内部に所定圧の気体を封入した気体室を設けてもよい。こうすれば、気体の圧力によって弾性率（弾性係数）が変化するので、その圧力調整によって上記プーリ本体及び軸部材の回転変位の度合いを調整することができ、これにより、上述したように伝動ベルトに作用する片寄り力と戻し力との釣り合いを適切なものとすることができる。

或いは、弾性体の内部には、それぞれ液体を封入した複数の液室と、これらの少なくとも２つを連通するオリフィス通路とを設けてもよい。こうすれば、伝動ベルトの走行振動によってプーリ本体及び軸部材が支持ロッドに対し変位したときに、弾性体の変形に伴いオリフィス通路を介した液室間での液体の流動が生じ、この流動抵抗によっても振動減衰性能が得られるようになる。また、オリフィス通路の長さや断面積の設定によって特定の周波数域の振動に対する減衰性能を向上させることもでき、さらに、液体として磁性流体や磁気粘性流体を用いれば、磁力の付与によって流動抵抗を変更することができるので、上記振動減衰性能の可変制御も可能になる。

また、弾性体は、上記プーリ本体の幅の中央付近だけに設けるようにしても、或いはその全幅にわたって設けるようにしてもよい。プーリ本体の全幅にわたって弾性体を設けた場合であっても、伝動ベルトがプーリ本体上で片寄ると、その片寄った側に対してその反対側よりも軸荷重が強く作用して、プーリ本体が伝動ベルトに対して斜交いになるように回転変位するからである。

好ましいのは、上記弾性体は、ゴムによって形成されていて、上記支持ロッドの周面の、上記伝動ベルトが巻き掛けられる側であって上記軸部材の軸心を通る軸荷重の作用線よりも上記プーリ本体の回転方向の前方側の四半部に配置されていることである。

これにより、ゴム弾性体に対して軸荷重が主として圧縮荷重として働き、ゴム弾性体の耐久性確保に有利になる。また、上記四半部以外の部位では軸部材は支持ロッドに拘束されていないから、軸荷重によるプーリ本体の変位が容易になり、伝動ベルトの蛇行・片寄り走行の防止に有利になる。

また、本発明は、伝動ベルトが巻き掛けられる円筒状のプーリ本体と、
上記プーリ本体を回転自在に支持する筒状の軸部材と、
上記軸部材に挿入された、該軸部材の筒孔よりも小径の支持ロッドと、
上記軸部材を上記プーリ本体と共に上記支持ロッドの周面に対して弾性支持する弾性体とを備え、
上記弾性体が、上記支持ロッドの周囲の一箇所に且つ上記プーリ本体の幅の中央付近に対応する位置に配置されていることを特徴とする伝動ベルト用プーリである。

従って、この伝動ベルト用プーリを、上記伝動ベルトが巻き掛けられる側であって上記軸部材の軸心を通る軸荷重の作用線よりも上記プーリ本体の回転方向の前方側の四半部、又は該四半部に対応する位置の四半部に弾性体を位置付けて用いることにより、伝動ベルトの片寄り走行や蛇行を防止することができる。

また、弾性体がプーリ本体の幅の中央付近に対応する位置に配置され、その両側では軸部材が支持ロッドに拘束されていないから、伝動ベルトの片寄りを生じたときに、プーリ本体が弾性体を支点として回転変位し易く、伝動プーリの片寄り走行や蛇行の防止に有利になる。

また、本発明は、上述の如き伝動ベルト用プーリが伝動ベルトに張力を付与するように押し当てられていることを特徴とするベルト伝動装置である。

従って、伝動ベルトに対して安定した張力を与えながら、該伝動ベルトの蛇行や片寄り走行を防止することができ、伝動ベルトの伝動能力を十分に発揮させる上で有利になる。

伝動ベルトとしては、平ベルト、歯付ベルト（タイミングベルト）などその種類は問わない。平ベルトの場合は、その内面（伝動面）及び外面（背面）のいずれをプーリ本体に接触させるようにしてもよいが、歯付ベルトでは外面（背面）をプーリ本体に接触させることが好ましい。

請求項１に係る発明によれば、円筒状のプーリ本体を筒状の軸部材にて回転自在に支持し、この軸部材に支持ロッドを挿入して該軸部材をプーリ本体と共に支持ロッドの周面に弾性体で弾性支持し、伝動ベルトがプーリ本体上で片寄ったときに、このプーリ本体を軸荷重の方向において高低差を生ずるように傾斜させると同時に、プーリ本体を伝動ベルトに対して斜交いになった状態にさせるようにしたから、簡単な構造で伝動ベルトの片寄り走行や蛇行を速やかに且つ確実に解消することができる。

よって、平プーリのクラウンを緩やかにすることができ、さらにはクラウンのないフラットプーリを使用することも可能になり、プーリの設計が容易になるとともに、伝動ベルトの心線の張力分布も均等に安定したものになり、伝動ベルトの耐久性の向上、伝動能力の向上に有利になる。

請求項２に係る発明によれば、上記弾性体を、支持ロッド周囲の一箇所に且つプーリ本体の幅の中央付近に対応するように設けたから、この弾性体を上述の四半部に配置することにより、伝動ベルトの片寄り走行や蛇行を速やかに且つ確実に解消することができる。

請求項３に係る発明によれば、弾性体の内部に気体室を設けたから、その内圧の調整によって弾性率を変化させ、プーリ本体及び軸部材の回転変位の度合いを調整することができ、これにより、伝動ベルトに作用する片寄り力と戻し力との釣り合いを適切なものとすることができる。

請求項４に係る発明によれば、弾性体の内部に複数の液室とオリフィス通路とを設けたから、伝動ベルトの走行振動の減衰性能を向上でき、さらに、磁性流体等を用いれば、それを可変制御することもできる。

請求項５に係る発明によれば、伝動ベルト用プーリが伝動ベルトに張力を付与するように押し当てられていることを特徴とするベルト伝動装置であるから、伝動ベルトに対して安定した張力を与えながら、該伝動ベルトの蛇行や片寄り走行を防止することができ、伝動ベルトの伝動能力を十分に発揮させる上で有利になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１に示す実施形態１のベルト伝動装置において、１は駆動プーリ（平プーリ）、２は従動プーリ（平プーリ）であり、この両プーリ１，２に伝動ベルト（平ベルト）３が巻き掛けられ、この伝動ベルト３に張力を付与すべく伝動ベルト用プーリ４が伝動ベルト３の背面に押し当てられている。

プーリ４は、図２に示すように、伝動ベルト３が巻き掛けられる円筒状のプーリ本体５と、このプーリ本体５をベアリング１２によって回転自在に支持する筒状の軸部材１１と、この軸部材１１を支持する支持手段７とを備えている。支持手段７は、支持ロッド８とゴム弾性体１０とを備えて構成されている。

支持ロッド８は、当該ベルト伝動装置が設けられるハウジング等の支持体に取付けられる取付部８ａと、該取付部８ａの一端に続いて設けられ軸部材１１の筒孔に挿入された支持部８ｂとからなる。支持ロッド８の支持部８ｂは軸部材１１の筒孔よりも小径に形成されている。そうして、この支持部８ｂに軸部材１１がプーリ本体５と共にゴム弾性体１０によって弾性支持されている。

ゴム弾性体１０は、図３に示すように中実の円錐台状に形成されていて、図２に示すようにプーリ本体５の幅の中央付近に対応させて配置され、ゴム弾性体１０の頂面が支持ロッド８の支持部８ｂの周面に、ゴム弾性体１０の底面が軸部材１１の筒内面に、それぞれ接着されている。従って、軸部材１１は、プーリ本体５の幅の中央付近において、支持ロッド８の支持部周面にゴム弾性体１０によって拘束され、他の部位では支持ロッド８に対して非拘束になっている。つまり、ゴム弾性体が設けられていない所では、支持ロッド８の支持部周面と軸部材１１との間に隙間が形成されている。

上記伝動ベルト用プーリ４は、図４に示すように軸部材１１の軸心に沿って見て、ゴム弾性体１０を、伝動ベルト３が巻き掛けられる側であって軸部材１１の軸心を通る軸荷重Ｌの作用線ａよりもプーリ本体５の回転方向Ｂの前方側の四半部（０〜９０度の角度範囲）に配置して、使用される。図４の例では、ゴム弾性体１０は、作用線ａより回転方向Ｂの前方側へ４５度回転した位置に設けている。

図４に示す使用形態においては、軸部材１１は、支持ロッド８の支持部周面の上記四半部（４５度の位置）にゴム弾性体１０によって拘束されているから、軸荷重Ｌが作用すると、その拘束部が支点となるモーメントが発生し、プーリ本体５と共に２点鎖線で示すように回転変位する。

そうして、図５（平面図）及び図６（図４のVI矢視図）に示すように、プーリ本体５の幅の中央付近に掛かっていた伝動ベルト３が鎖線で示す如くプーリ本体５の中央からその片側へ寄ると、それに伴って、この片側に加わる軸荷重が反対側よりも大きくなるから、プーリ本体５は、片側が反対側に比べて、軸荷重Ｌの方向へ移動すると同時に、伝動ベルト３の走行方向Ａの前方へ移動する。

すなわち、プーリ本体５は、伝動ベルト３が寄ってきた片側が軸荷重Ｌの方向へ移動することにより、この軸荷重Ｌの方向で高低をみれば、この片側が低く、反対側が高くなるように傾斜する。これにより、伝動ベルト３には上記片寄り方向とは反対の方向の戻し力が働く。

また、プーリ本体５は、伝動ベルト３が寄ってきた片側がベルト走行方向Ａの前方へ移動することにより、この伝動ベルト３に対して片側がベルト走行方向Ａの先側になった斜交い状態になる。そうして、プーリ本体５が斜交い状態で回転することにより、伝動ベルト３にはプーリ本体５から上記片寄りを戻す方向の力が与えられる。

従って、伝動ベルト３は、プーリ本体５の回転変位によって生ずる上記戻し力と、当該ベルト伝動装置の特性によって伝動ベルト３に作用する片寄り力とがつり合う位置で走行することになる。仮に伝動ベルト３が大きく片寄ることがあっても、上記戻し力と片寄り力とがつり合う位置に戻される。

上記実施形態ではプーリ４のゴム弾性体１０を、伝動ベルト３が巻き掛けられた側に配置したが、図７に示すように、その反対側であって、軸部材１１の軸心を通る軸荷重Ｌの作用線ａよりもプーリ本体５の回転方向Ｂの前方側の四半部に配置してもよい。これらの場合、ゴム弾性体１０には軸荷重によって引張加重が働くが、図４に示す使用形態と同様の効果が得られる。

また、上記実施形態の如く、プーリ４をテンションプーリとして使用すると、伝動ベルト３に対して安定した張力を与えることができ、伝動ベルト３の伝動能力を十分に発揮させる上で有利になる。

（他の実施形態）
なお、本発明の構成は、前記実施形態１のものに限定されず、その他の種々の構成を包含するものである。すなわち、例えば図８、９に示すように、ゴム弾性体１０の内部には、高圧の空気（窒素ガス等、他の気体でもよい）を充填した空気室１０ａ（気体室）を設けてもよい。

こうすれば、空気圧の調整によって上記ゴム弾性体１０の弾性率（弾性係数）を変化させることができ、これにより、軸荷重によるプーリ本体５及び軸部材１１の回転変位量を調整することができるので、上述の如く伝動ベルト３に作用する片寄り力と戻し力との釣り合いが適切なものとなるように、容易に調整することができる。

或いは、例えば図１０、１１に示すように、プーリ本体５及び軸部材１１を支持ロッド８に対し弾性支持するゴム弾性体２０の内部に、それぞれ緩衝液を封入した２つの液室２０ａ，２０ｂと、これらを連通するオリフィス通路２０ｃとを設けてもよい。

こうすれば、伝動ベルト３の走行振動によってプーリ本体５及び軸部材１１が支持ロッド８に対し微小変位したときに、ゴム弾性体２０の変形に伴い液室２０ａ，２０ｂの間のオリフィス通路２０ｃを緩衝液が流動し、このときの流動抵抗によっても振動が減衰されるようになるから、走行振動の吸収性能が向上する。

しかも、上記オリフィス通路２０ｃの長さや断面積を適切に設定すれば、特定の周波数域の振動に対する減衰性能を向上させることもできる。また、緩衝液として磁性流体や磁気粘性流体を用いれば、磁力の付与によって流動抵抗を変更することができるので、上記振動減衰性能の可変制御も可能になる。

さらに、前記各実施形態において、プーリ本体５の外周面には緩やかなクラウンを付けるようにしてもよい。クラウンが緩やかであれば、伝動ベルト３に大きな負荷がかかることは避けられる。

また、プーリ本体５の両側縁にフランジを設けて、伝動ベルト３に異常な外力が働いたときの脱落を防止するようにしてもよい。上述の如く、伝動ベルト３の片寄り走行や蛇行はプーリ本体の回転変位によって防止されるから、伝動プーリがフランジに接触することは殆どない。よって、伝動ベルト３の側面のほころびや、心線のほつれを生ずることはない。

また、上記各実施形態では、プーリ４をテンションプーリとして用いたが、伝動ベルトの長さ、接触角の調節、ベルト走行方向の変更など伝動装置の他の用途に用いるようにしてもよい。

本発明に係るベルト伝動装置の側面図である。 本発明の実施形態１に係る伝動ベルト用プーリを示す一部断面にした側面図である。 同プーリの分解斜視図である。 同プーリの使用状態を示す正面図である。 同使用状態において伝動ベルトが片寄ったときのプーリ本体の回転変位状態を示す平面図である。 図４のVI矢視図である。 同プーリの他の使用状態を示す正面図である。 弾性体内に空気室を設けたプーリの図２相当図である。 同プーリの図３相当図である。 弾性体内に液室及びオリフィス通路を設けたプーリの図２相当図である。 同プーリの図３相当図である。

符号の説明

１ 駆動プーリ
２ 従動プーリ
３ 伝動ベルト
４ 伝動ベルト用プーリ
５ プーリ本体
７ 支持手段
８ 支持ロッド
１０，２０ 弾性体
１０ａ 気体室
２０ａ 液室
２０ｂ 液室
２０ｃ オリフィス通路
１１ 軸部材
Ａ ベルト走行方向
Ｂ プーリ回転方向
Ｌ 軸荷重
ａ 作用線

Claims (5)

1. 伝動ベルトが巻き掛けられる円筒状のプーリ本体と、
   上記プーリ本体を回転自在に支持する筒状の軸部材と、
   上記軸部材に挿入された、該軸部材の筒孔よりも小径の支持ロッドと、
   上記軸部材を上記プーリ本体と共に上記支持ロッドの周面に対して弾性支持する弾性体とを備え、
   上記弾性体は、
   上記伝動ベルトが上記プーリ本体の幅方向の一方の側へ寄ったときに、上記軸部材にかかる軸荷重によって、該プーリ本体の一方の側が他方の側に対して該軸荷重の方向へ相対移動するよう、上記軸部材の筒内面と上記支持ロッドの周面との間に設けられているとともに、
   上記支持ロッドの周面の、上記伝動ベルトの巻き掛けられる側であって、上記軸部材の軸心に沿って見たときに、該軸心を通る軸荷重の作用線よりも上記プーリ本体の回転方向の前方側に位置する四半部、又は該四半部に対応する位置の四半部において、他の四半部よりも強く上記軸部材を拘束し、これにより、上記伝動ベルトが上記プーリ本体の幅方向一方の側へ寄ったときに、該幅方向一方の側を他方の側に対して伝動ベルトの走行方向の前方へ相対移動させるように設けられている
   ことを特徴とする伝動ベルト用プーリ。
2. 請求項１において、
   上記弾性体が、上記支持ロッドの周囲の一箇所に且つ上記プーリ本体の幅の中央付近に対応する位置に配置されていることを特徴とする伝動ベルト用プーリ。
3. 請求項１乃至請求項２のいずれか一つにおいて、
   上記弾性体の内部には、所定圧の気体を封入した気体室が設けられていることを特徴とする伝動ベルト用プーリ。
4. 請求項１乃至請求項２のいずれか一において、
   上記弾性体の内部には、それぞれ緩衝液が封入された複数の液室と、該液室の少なくとも２つを連通するオリフィス通路と、が設けられていることを特徴とする伝動ベルト用プーリ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載された伝動ベルト用プーリが伝動ベルトに張力を付与するように押し当てられていることを特徴とするベルト伝動装置。

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