JP4550985B2 - 歯付ベルト伝動装置並びに事務用機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯付ベルト伝動装置及び事務用機器に関し、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１５に示すように、ベルト８′における本体９′のランドラインＬＬ上に複数のベルト歯部１１′，１１′，…（１つのみ示す）を一定ピッチで設け、この各ベルト歯部１１′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１２′，１２′と、この歯元部１２′，１２′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１３′，１３′と、この歯側面部１３′，１３′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１４′，１４′とを備え、これら円弧面部１４′，１４′同士が１つの平面からなる平面部１５′により接続されている。そして、この歯付ベルト８′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１１′の歯元部１２′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１１′のプーリ歯溝部３′でのバックラッシュがベルト歯部１１′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１１′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１１′の歯元部１２′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１１′の歯元から歯先にかけて漸増させてベルト歯部１１′を歯先に向かって細くし、このことでベルト歯部１１′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の変動を低減するようにしている。尚、図１５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、ＰＬはベルト８′のピッチラインで、プーリ１′のピッチ円と一致している。また、理解を容易にするために、図１５ではプーリ１′の外周部をベルト８′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】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、歯付ベルトのベルト歯部の形状に工夫を凝らすことで、ベルト歯部と歯付プーリとの噛合状態を改善して、ベルト速度むらを可及的に低減させ、さらにベルトの伝動負荷性を向上させることにある。
【００１１】
【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、本発明は、歯付ベルトと歯付プーリとを組合せてなる歯付ベルト伝動装置であって、上記歯付ベルトは、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円弧面からなる歯側面部と、上記歯側面部に連続するように設けられた歯先部とで構成されており、上記歯先部がベルト歯部の先端近傍に位置していて、ベルト歯部が略三角形状とされており、上記歯付プーリは、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を備え、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た歯溝底部とで構成されており、上記歯付ベルトに上記歯付プーリが巻き付いて該ベルトに張力が付与された伝動状態において、上記ベルト歯部の歯側面部と上記プーリ歯溝部の歯溝側面部との間には、上記ベルト歯部の歯先側においてバックラッシュが形成されない一方、上記ベルト歯部の歯元側においてバックラッシュが形成されており、上記バックラッシュが形成されている領域において、歯高さ方向の各位置における上記歯付プーリの圧力角は歯付ベルトの圧力角よりも大きく構成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成により、従来のＳＴＰＤ歯形やＨＴＤ−II歯形を有する歯付ベルトでは、ベルト歯部の歯高さを大きくするのには限度があったが、本発明のような歯形状とすることにより、歯高さを大きくして、ベルトとプーリとが高負荷条件下で噛み合う場合でも、その噛み合いに伴うベルト歯部の歯飛び（ジャンピング）を抑制することができる。
【００１３】
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する。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。従来技術のように、プーリ圧力角がベルト圧力角と等しい、又はプーリ圧力角がベルト圧力角よりも小さい場合には、ベルト歯部がプーリ歯溝部に完全に噛み合った状態で、ベルト歯部側面の歯元部がプーリ歯溝側面に接触している。つまり、プーリ歯溝部の幅方向中心線に対してベルト歯部の幅方向中心線が大きくずれているため、次に噛み合うベルト歯部はそのベルト歯部側面がプーリ歯溝部側面に干渉しやすい状態で噛み込むことになる。
【００１４】
これに対して本発明のように、プーリの圧力角をベルトの圧力角よりも大きく構成すれば、ベルト歯部のプーリ歯溝部への噛み込みの過程でベルト歯部の幅方向中心線がプーリ歯溝部の幅方向中心線に近づいていく効果（歯のセンタリング効果）が生じるので、次に噛み込むベルト歯部は、ベルト歯部側面がプーリ歯溝部側面に干渉しにくくなり、噛み合い時の干渉を最小限に抑えることができる。
【００１５】
また、上記ピッチラインが上下動する要因の１つとして、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する際に発生する衝撃力がベルトのピッチライン上の抗張体に伝達するということがある。
【００１６】
そのとき、衝撃力は接触位置から抗張体へ伝わるときに弾性体からなるベルト歯部及びベルト本体を介するために、この衝撃力は接触位置から抗張体へ向かうに従って減衰される。
【００１７】
すなわち、接触位置が抗張体に近くなるほど上記弾性体による衝撃力の減衰量が小さくなるので、抗張体への衝撃力の伝達量は大きくなり、この衝撃力によるピッチラインの押上げ量は大きくなる。換言すれば、ベルト歯部のプーリ歯溝部への接触がピッチラインに近づいてなされるほど速度むらが大きくなるのである。
【００１８】
したがって、上記の如く構成することにより、ベルト歯部のプーリ歯溝部への接触がピッチラインから離れたベルト歯部の先端においてなされるので、速度むらを小さくすることができる。
【００１９】
請求項２の発明では、請求項１の歯付ベルト伝動装置において、歯付ベルトが歯付プーリに巻き付いて該ベルトに張力が付与された伝動状態で、ベルト歯部間のランド部がプーリ外径部に接触しないように構成されていることを特徴とする。
【００２０】
こうすると、ベルトのランド部がプーリ外径部に円弧状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、ベルト歯部はベルト本体のピッチライン上の点を回動中心として回動しながらプーリ歯溝部に噛み込むが、そのピッチライン上の点の回動中心は、ベルトランド部とプーリ外径部とが接触状態にある場合のように、噛み込もうとする対象のプーリ歯溝部のベルト走行方向前側の歯元付近における歯頂円弧部に対応する点ではなくて、ベルトランド部とプーリ外径部とが非接触状態であるが故に、上記対象のプーリ歯溝部よりもベルト走行方向前側に位置するプーリ歯溝部の後側歯元付近における歯頂円弧部に対応する点にずれ、ベルト歯部はこの点を回動中心として回動しながら対象のプーリ歯溝部に噛み込むようになる。このことで、上記ベルトランド部とプーリ外径部とが接触状態である場合に比べて、ベルト歯部の回動半径が大きくなり、その歯側面部の歯先側の回動軌跡の突出量が小さくなってプーリ歯溝部の歯溝側面部と干渉し難くなり、ベルト歯部はプーリ歯溝部に滑らかに滑り込んで、ベルト歯部のプーリ歯溝部との噛合い干渉に起因するベルトの速度むらをさらに小さくすることができる。
【００２１】
また、一般に、歯付ベルト伝動装置におけるプーリと歯付ベルトとの間の負荷の伝動は、プーリ歯溝部及びベルト歯部間の噛合い伝動に加え、プーリ外径部及びベルトランド部の間の摩擦伝動によってもなされ、プーリの回転速度の変動がこれら２つの伝動態様によって歯付ベルトへ伝えられて、歯付ベルトの速度むらが発生するが、ベルトランド部とプーリ外径部とが非接触状態であると、上記プーリ及びベルト間の負荷伝動の態様のうち、後者のプーリ外径部とベルトランド部との摩擦伝動が取り除かれるので、このベルトランド部の摩擦伝動によるプーリの回転速度変動のベルトへの伝達が防止され、ベルト歯部のうち、ベルトのランドラインとプーリの外径ラインとの間の部分がその弾性によりプーリの回転速度変動を吸収するようになり、このプーリの回転速度変動が上記噛合い伝動によってベルトへ伝達されるのを抑制して、ベルトの速度むらをさらに小さくすることができる。
【００２２】
請求項３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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図３は本発明の実施形態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８が噛合い状態で巻き掛けられ、この歯付ベルト８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１９が取付部１９ａ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８を走行移動させることにより、キャリッジ１９をプーリ１，２間で往復動作させるようにしている。
【００２４】
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（後述のプーリ１，２に噛み合うベルト８の歯部１１における歯側面部１３の円弧面中心点Ｏ１Ｂよりもベルト８背面側の位置）に中心点Ｏ１Ｐを有しかつベルト８の歯幅Ｗよりも大きい円弧半径ＲＰ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同士を連続するように設けられた歯溝底部６とで構成されている（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８と共に展開した状態で示している）。
【００２５】
一方、上記歯付ベルト８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９を備えている。このベルト本体９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９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。
【００２６】
また、上記ベルト本体９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９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。
【００２７】
また、ベルト８の速度むらを低減する狙いからみて、ベルト８のピッチラインＰＬを安定して維持するために、ベルト８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８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。
【００２８】
上記ベルト本体９のランドラインＬＬ上には、歯元幅Ｗ（ベルト歯部１１の後述する両方の歯側面部１３，１３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１１，１１，…（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１１，１１間にあるベルト本体９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１１のピッチＰＢは、上記歯元幅Ｗに対し、ＰＢ＝１．３７Ｗ〜１．４７Ｗとされている。
【００２９】
上記の如くベルト本体９がゴム製である場合、その歯部１１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８表面からのゴム粉の飛散を嫌い、しかもベルト８の速度むらの低減という目的からみてベルト８表面の摩擦係数を低くしておく必要があるために、歯部１１の表面となる側にゴム処理を行わないのが好ましい。
【００３０】
一方、ベルト本体９がポリウレタン製である場合、歯部１１の表面に織布は設けられておらず、ベルト本体９に心線のみが埋め込まれたものとなる。
【００３１】
本発明の特徴は、上記各ベルト歯部１１の形状にある。すなわち、図１に示すように、各ベルト歯部１１は、そのベルト長さ方向両側に、ベルト歯部１１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１０に連続する所定半径ｒ１Ｂの円弧面からなる１対の歯元部１２，１２と、これらの歯元部１２，１２に連続して歯部１１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１３，１３と、これら両歯側面部１３，１３の円弧面の円弧状の歯先側延長線１３ａよりも歯元側（内側）に位置し、両歯側面部１３，１３同士を連続するように設けられ、歯先部１７がベルト歯部１１の先端近傍に位置していて、歯先部１７の円弧半径の大きさが、歯側面部１３の円弧半径の大きさの０．３０倍以下であるようになされており、ベルト歯部１１が略三角形状とされている。尚、歯先部１７の円弧半径の大きさが歯側面部１３の円弧半径の大きさの０．１５倍以下であるとさらに好ましい。また、歯先部１７の形状は上記の構成に限らず、歯側面部１３に連続するように設けられていればよい。
【００３２】
上記各歯側面部１３の円弧面の中心点Ｏ１Ｂは、上記ベルト８のピッチラインＰＬ上又はその近傍、具体的には歯幅Ｗ（歯部１１の幅）に対し、ランドラインＬＬからａ＝０．１３〜０．４２Ｗでベルト歯部１１の歯幅方向中心線Ｃ２からｂ＝０．２５〜０．８１Ｗの範囲に位置するのが望ましい。また、この各歯側面部１３の円弧面の円弧半径ＲＢは、ＲＢ＝０．７〜１．５Ｗに設定する。
【００３３】
そして、上記歯付ベルト８のベルト歯部１１側面の歯側面部１３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、最適値はθＢ＝３１°（図示例のもの）である。
【００３４】
そして、図２に示すように、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１１の歯側面部１３及びプーリ歯溝部３の歯溝側面部５の歯高さ方向の各位置における歯付プーリ１，２の圧力角が歯付ベルト８の圧力角よりも大きく構成されている。
【００３５】
言い換えると、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１１の歯側面部１３及びプーリ歯溝部３の歯溝側面部５の歯高さ方向の各位置における歯付プーリ１，２の圧力角は、歯付ベルト８の歯先側においてこのベルトの圧力角と同じ大きさである一方、歯元側においてそのベルトの圧力角よりも大きく構成されている。
【００３６】
さらに換言すれば、上記ベルト歯部１１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）との間のバックラッシュがベルト歯部１１の歯元部１２，１２から歯先部１７に向かって小さくなるように構成されている。
【００３７】
このようにすることで、歯付ベルト８の歯部１１が歯付プーリ１の溝部３に噛み込むとき、ベルト８のピッチラインＰＬから離れたベルト歯部１１の先端側で、ベルト歯部１１の走行方向後側の歯部側面とプーリ歯溝部３の側面とが接触するようになる。
【００３８】
さらに、図２に示すように、ベルト歯部とプーリ歯溝部との噛み合い時に、そのベルト歯部の側面とプーリ歯溝部の側面との間のバックラッシュがベルト歯部の歯先部において無いように構成されている。
【００３９】
そのとき、図７に示すように、従来のＳＴＰＤ歯形やＨＴＤ−II歯形を有する歯付ベルト８′では、ベルト歯部の歯高さＨ′（同図に破線で示すベルト歯部のランドラインＬＬから歯先部までの高さ）を大きくするのには限度があったが、本発明のような歯形状とすることにより、歯高さＨ（同図に実線で示すベルト歯部１１のランドラインＬＬから歯先部１７までの高さ）を従来のものの歯高さＨ′よりも大きくすることができ、ベルトとプーリとが高負荷条件下で噛み合う場合でも、その噛み合いに伴うベルト歯部の歯飛び（ジャンピング）を抑制することができる。
【００４０】
そして、この実施形態においては、図４に示すように、歯付ベルト８の歯部１１が駆動側の歯付プーリ１の歯溝部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１１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、まず、ベルト歯部１１の走行方向後側の歯部１１側面がプーリ歯溝部３の側面に接触位置Ｓにおいて接触する（尚、図４及び後述の図５及び６においては、理解を容易にするために、プーリ１，２及びベルト８が共に展開した状態を示し、さらにベルト歯部１１側面とプーリ歯溝部３の側面との接触状態を概略的に示している。）。
【００４１】
そして、ベルト８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する。従来技術のように、プーリ圧力角がベルト圧力角と等しい、又はプーリ圧力角がベルト圧力角よりも小さい場合には、ベルト歯部１１がプーリ歯溝部３に完全に噛み合った状態で、ベルト歯部１１側面の歯元部がプーリ歯溝３側面に接触している。つまり、プーリ歯溝部３の幅方向中心線Ｃ１に対してベルト歯部１１の幅方向中心線Ｃ２が大きくずれているため、次に噛み合うベルト歯部１１はそのベルト歯部１１側面がプーリ歯溝部３側面に干渉しやすい状態で噛み込むことになる。
【００４２】
これに対して本発明のように、プーリ１，２の圧力角をベルト８の圧力角よりも大きく構成すれば、ベルト歯部１１のプーリ歯溝部３への噛み込みの過程でベルト歯部１１の幅方向中心線Ｃ２がプーリ歯溝部３の幅方向中心線Ｃ１に近づいていく効果（歯のセンタリング効果）が生じるので、次に噛み込むベルト歯部１１は、ベルト歯部１１側面がプーリ歯溝部３側面に干渉しにくくなり、噛み合い時の干渉を最小限に抑えることができる。
【００４３】
また、上記ピッチラインＰＬが上下動する要因の１つとして、ベルト歯部１１の走行方向後側の歯部１１側面がプーリ歯溝部３の側面に接触する際に発生する衝撃力がベルト８のピッチラインＰＬ上の心線に伝達するということがある。
【００４４】
このとき、衝撃力は接触位置Ｓから心線へ伝わるときに弾性体からなるベルト歯部１１及びベルト本体９を介するために、この衝撃力は接触位置Ｓから心線へ向かうに従って減衰される。
【００４５】
すなわち、接触位置が心線に近くなるほど上記弾性体による衝撃力の減衰量が小さくなるので、心線への衝撃力の伝達量は大きくなり、この衝撃力によるピッチラインＰＬの押上げ量は大きくなる。換言すれば、ベルト歯部１１のプーリ歯溝部３への接触がピッチラインＰＬに近づいてなされるほど速度むらが大きくなるのである。
【００４６】
ここで、ベルト歯部及びプーリ歯溝部の形状について、従来のものを図５及び図６に示し、これら従来のものと図４に示す本発明のものとを比較して説明する。まず、図５には図１５に示した上述の特開昭６４―７４３４１号公報に開示された歯付ベルト（以降ＳＴ歯形と呼ぶ）に関して、ベルト歯部１１′の走行方向後側の歯部側面とプーリ歯溝部３′の側面との接触位置Ｓにおける接触状態を概略的に示している。
【００４７】
また、図６には、ベルト８″における本体９″のランドライン上に複数のベルト歯部１１″，１１″，…を一定ピッチで設け、この各ベルト歯部１１″は、歯幅方向中心線に対し対称に配置された円弧面からなる歯元部１２″，１２″と、この歯元部１２″，１２″に連続して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円弧面からなる歯側面部１３″，１３″と、この歯側面部１３″，１３″に連続してかつ上記歯幅方向中心線に対し対称に設けられた円弧面からなる歯先部１４″，１４″とを備え、これら歯先部１４″，１４″同士が１つの平面からなる歯先面１５″により接続されてなる歯付ベルト８″であって、この歯付ベルト８″の歯付プーリ１″との静的噛合い状態においてベルト歯部１１″側面とプーリ歯溝部３″との間のバックラッシュがこのベルト歯部１１″側面に沿って略平行となる歯付ベルト（以降ＳＴＳ歯形と呼ぶ）に関して、ベルト歯部１１″の走行方向後側の歯部側面とプーリ歯溝部３″の側面との接触位置Ｓにおける接触状態を概略的に示している。
【００４８】
図５に示すＳＴ歯形のものでは、バックラッシュはベルト歯部１１″の歯元側から歯先側へ向かって漸増しているので、接触位置Ｓはベルト歯部１１″の歯元側となる。一方、図４に示す本発明のものでは、図５に示すものとは逆に、バックラッシュはベルト歯部の歯元側から歯先側へ向かって漸減しているので、接触位置Ｓはベルト歯部１１の歯先側となる。
【００４９】
すなわち、本発明の図４における接触位置Ｓとベルト８のピッチラインＰＬまでの距離ｈ１は、従来の図５における接触位置Ｓとベルト８′のピッチラインＰＬまでの距離ｈ２よりも長くとることができるので、ベルト歯部とプーリ歯溝部側面との接触による衝撃力の伝達を緩和する効果が大きくなる。
【００５０】
また、図６に示すＳＴＳ歯形のものでは、バックラッシュはベルト歯部１１″の歯元側から歯先側へ亘って略平行となっているため、この歯元側から歯先側へ亘る部分が接触部分となり、接触位置Ｓはこの接触部分の略中心にある。
【００５１】
すなわち、上記のＳＴ歯形のものと同様に、本発明の図４における接触位置Ｓとベルト８′のピッチラインＰＬまでの距離ｈ１は、従来の図６における接触位置Ｓとベルト８″のピッチラインＰＬまでの距離ｈ３よりも長くとることができるので、ベルト歯部とプーリ歯溝部側面との接触による衝撃力の伝達を緩和する効果が大きくなる。
【００５２】
したがって、上記の如く構成することにより、従来の歯付伝動装置よりも、ベルト歯部１１のプーリ歯溝部３への接触がピッチラインＰＬから離れたベルト歯部１１の先端側においてなされるので、速度むらを小さくすることができる。
【００５３】
また、上記ピッチラインＰＬの上下動量は、ベルト歯部１１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８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１１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１１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。
【００５４】
したがって、従来の歯付ベルト８では、図８（ｂ）に示すように、上記したベルト歯部１１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１１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８（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１１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８の速度むらを低減することができる。
【００５５】
一方、このように、ベルト歯部１１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１１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８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１１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８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８の速度むらを可及的に低減することができる。
【００５６】
また、上記ベルト歯部１１の歯側面に位置する歯側面部１３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１１のプーリ歯溝部３への噛込み時にベルト歯部１１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１３の円弧半径ＲＢによってベルト歯部１１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８のプーリ１，２への噛込みにおいて、ベルト８のランド部１０がプーリ１，２の歯頂部に巻き付くときには、ベルト８はプーリ１，２に円弧状に巻き付くが、ランド部１０が巻き付いた後にベルト歯部１１がプーリ歯溝部３へ噛み込むときには、ベルト歯部１１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１３の円弧半径ＲＢが大き過ぎると（例えばＲＢ＝１．６Ｗ）、図９（ｂ）に示すように、ベルト歯部１１の歯先部２０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１３の円弧半径ＲＢが小さ過ぎる場合（例えばＲＢ＝０．６５Ｗ）は、図９（ｃ））に示す如く、ベルト歯部１１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１１の歯先部２０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。
【００５７】
しかし、この実施形態のように、ベルト歯部１１の歯側面部１３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９（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１３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８の速度むらの低減に有効である。
【００５８】
また、歯付ベルト８の歯ピッチＰＢは、歯元幅Ｗに対し、ＰＢ＝１．３７Ｗ〜１．４７Ｗ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８の速度むらを低減させるためには、ベルト８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＝１．４７Ｗ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＝１．３７Ｗ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＝１．３７Ｗ〜１．４７Ｗ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８の速度むらを低減することができる。
【００５９】
−変形例−
図８は、本実施形態の変形例を示し（尚、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）、歯付ベルトが歯付プーリに巻き付いてそのベルトに張力が付与された伝動状態で、ベルト歯部１１，１１間のランド部１０とプーリ外径部３０とが非接触状態となるように構成したものである。
【００６０】
したがって、この変形例の場合、歯付ベルト８のランド部１０がプーリ外径部３０に円弧状に巻き付いた後にベルト歯部１１がプーリ歯溝部３へ噛み込む際、ベルト歯部１１はベルト本体９のピッチラインＰＬ上の点Ｏを回動中心として回動しながらプーリ歯溝部３に噛み込むが、そのピッチラインＰＬ上の回動中心Ｏは、ベルトランド部１０とプーリ外径部３０とが接触状態にある場合のように、噛み込もうとする対象のプーリ歯溝部３のベルト走行方向前側の歯元付近における歯頂円弧部４に対応する点ではなくて、上記対象のプーリ歯溝部３よりもベルト走行方向前側に位置するプーリ歯溝部３の歯元付近における歯頂円弧部４に対応する点Ｏ′にずれ、ベルト歯部１１はこの点Ｏ′を回動中心として回動しながらプーリ歯溝部３に噛み込むようになる。このことで、上記ベルトランド部１０とプーリ外径部３０とが接触状態である場合に比べて、ベルト歯部１１の回動半径が大きくなり、その歯側面部１３の歯先側の回動軌跡の突出量が小さくなってプーリ歯溝部３の歯溝側面部５と干渉し難くなり、ベルト歯部１１はプーリ歯溝部３に滑らかに滑り込むことができ、両者の噛合い干渉に起因するベルト８の速度むらをさらに小さくすることができる。
【００６１】
また、一般に、プーリ１，２と歯付ベルト８との間の負荷の伝動は、プーリ歯溝部３及びベルト歯部１１間の噛合い伝動に加え、プーリ外径部３０及びベルトランド部１０の間の摩擦伝動によってもなされ、プーリ１，２の回転速度の変動がこれら２つの伝動態様によって歯付ベルト８へ伝えられて、その歯付ベルト８の速度むらが発生するが、ベルトランド部１０とプーリ外径部３０とが非接触状態であると、上記プーリ１，２及びベルト８間の負荷伝動の態様のうち、後者のプーリ外径部３０とベルトランド部１０との摩擦伝動が取り除かれるので、このベルトランド部１０の摩擦伝動によるプーリ１，２の回転速度変動のベルト８への伝達が防止され、ベルト歯部１１のうちベルト８のランドラインＬＬとプーリ１，２の外径ラインとの間の部分の弾性によりプーリ１，２の回転速度変動が吸収されるようになり、このプーリ１，２の回転速度変動が上記噛合い伝動によってベルト８へ伝達されるのを抑制して、ベルト８の速度むらをさらに小さくすることができる。
【００６２】
尚、上記実施形態及び変形例では、ベルト歯部１１の側面とプーリ歯溝部３の側面との間のバックラッシュがベルト歯部１１の歯元部１２から歯先部１７に向かって小さくなっている構成としたが、ベルト歯部１１の歯先側の所定部分においてバックラッシュが歯元側から歯先側に向かって小さくなるようにし、その所定部分から歯元側では、歯高さ方向の各位置におけるバックラッシュが等しくなるようにしてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態及び変形例では、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８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。
【００６４】
【実施例】
次に、具体的に実施した実施例について説明する。歯付ベルト及び歯付プーリからなる伝動装置を製作してそのベルトの速度むらを測定装置で実測する台上試験を実施した。すなわち、本発明例として、図１及び２に示す実施形態の構成で、ベルトの歯先を尖った状態とするために小さい円弧面で構成し、ベルト８の０．３Ｗ圧力角が２９．２°で、プーリの０．３Ｗ圧力角を３１．１°とし、プーリと噛み合った状態でプーリ歯溝部側面とベルト歯部側面との間のバックラッシュがベルトの歯先部において無い歯付ベルト及び歯付プーリを製作する一方（本発明例）、従来例として、ベルトの０．３Ｗ圧力角が２５．３°で、プーリの０．３Ｗ圧力角が同じ２５．３°で、ベルトの歯先部が平面で構成された歯付ベルト及び歯付プーリを製作した。
【００６５】
その各々の寸法は下記の表１の通りである。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。
【００６６】
【表１】

【００６７】
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。
【００６８】
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１１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８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８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１２に、またベルト８の速度むらの周波数を分析したデータを図１３及び１４にそれぞれ示す（図１３は本発明例を、図１４は従来例をそれぞれ示している）。また、それぞれの噛み合い周波数での速度変動は、発明例が０．０３％、従来例が０．１３％であり、本発明の構成により、ベルトの速度変動が著しく低減されることが裏付けられた。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によると、ベルト歯部のプーリ歯溝部へのセンタリング効果が生まれ、噛み込み時の干渉を最小限に抑えることができることに加えて、ピッチラインから離れたベルト歯部の先端においてベルト歯部とプーリ歯溝部とを接触させることができ、速度むらを小さくすることができる。
【００７０】
請求項２の発明によると、歯付ベルトが歯付プーリに巻き付いてベルトに張力が付与された伝動状態で、ベルト歯部間のランド部がプーリ外径部に接触しないように構成することにより、このプーリの回転速度変動が噛み合い伝動によってベルトへ伝達されるのを抑制して、ベルトの速度むらを小さくすることができる。
【００７１】
請求項３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】 実施形態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説明図である。
【図５】 従来の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６】 従来の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７】 本実施形態のベルト歯部を従来のベルト歯部と比較して示す説明図である。
【図８】 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９】 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説明図である。
【図１０】 変形例を示す図２相当図である。
【図１１】 ベルトの速度むら測定装置を示す図である。
【図１２】 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１３】 本発明の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１４】 従来の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１５】 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（歯付プーリ）
３ プーリ歯溝部
４ 歯頂円弧部
５ 歯溝側面部
６ 歯溝底部
Ｃ１ 歯溝幅方向中心線
８ 歯付ベルト
９ ベルト本体
１０ ランド部
１１ ベルト歯部
１２ 歯元部
１３ 歯側面部
１７ 歯先部
１９ キャリッジ
２０ 歯先部
３０ プーリ外径部
ＬＬ ランドライン
ＰＬ ピッチライン
ＰＢ ピッチ
Ｃ２ 歯幅方向中心線

Claims (3)

1. 歯付ベルトと歯付プーリとを組合せてなる歯付ベルト伝動装置であって、
   上記歯付ベルトは、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円弧面からなる歯側面部と、
   上記歯側面部に連続するように設けられた歯先部とで構成されており、
   上記歯先部がベルト歯部の先端近傍に位置していて、ベルト歯部が略三角形状とされており、
   上記歯付プーリは、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を備え、
   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た歯溝底部とで構成されており、
   上記歯付ベルトに上記歯付プーリが巻き付いて該ベルトに張力が付与された伝動状態において、上記ベルト歯部の歯側面部と上記プーリ歯溝部の歯溝側面部との間には、上記ベルト歯部の歯先側においてバックラッシュが形成されない一方、上記ベルト歯部の歯元側においてバックラッシュが形成されており、
   上記バックラッシュが形成されている領域において、歯高さ方向の各位置における上記歯付プーリの圧力角は歯付ベルトの圧力角よりも大き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。
2. 請求項１に記載された歯付ベルト伝動装置において、
   歯付ベルトが歯付プーリに巻き付いて該ベルトに張力が付与された伝動状態で、ベルト歯部間のランド部がプーリ外径部に接触しないように構成されていることを特徴とする歯付ベルト伝動装置。
3. 請求項１又は２に記載された歯付ベルト伝動装置が装備されていて、
   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。

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