JPS6253745B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 1978年４月27日付で出願した「衝撃緩衝スプロ
ケツト・駆動装置組立体」と称する発明に関する
米国特許出願第900459号および1979年10月17日付
で出願した「弾性的絶縁体伝動装置」と称する発
明に関する米国特許出願第85655号明細書には、
衝撃緩衝伝動組立て体およびこの組立て体に使用
する弾性クツシヨンが記載され、本発明にはこれ
らの発明が組み込まれている。１つの面におい
て、本発明は特に非常に高いピーク負荷を補償し
従来よりも平坦なトルク対角度的偏向曲線を得る
緩衝手段を応用したベルト駆動装置に係るもので
ある。

弾性緩衝手段を使用してねじれ衝撃負荷を減衰
または絶縁して騒音と振動とを極減できる伝動装
置はすでに知られている。たとえば、ゴムクツシ
ヨンは一体にしたハブ・リム組立て体の共働する
耳状突起間に回転運動を座屈的に伝達するように
してある。曲型的な公知の用途には、たとえば、
ローラチエーンまたは同期ベルト（タイミングベ
ルト）、直接歯車駆動装置およびシヤフト間のト
ルク伝達（可撓継手）に使用するクツシヨン付き
スプロケツトが含まれる。1973年３月発行のコツ
パーズ・カンパニイズの「ホルセツト（Holset）
弾性継手」カタログに記載されたものも含む種々
の工業的用途が考えられる。追加の関連した従来
技術は、たとえば、米国特許第2873590号と第
3314512号と前記した米国特許明細書とに記載さ
れている。

前記した米国特許出願のねじれ弾性継手に使用
したゴムクツシヨンは特に同期駆動ベルトを使用
する自動自転車の一次駆動装置の振動を緩和しト
ルクピークを調整するのに特に有効であつた。し
かしながら、ギヤ入替が絞りをオフにさせずに行
われる「変速」の如き乱暴な駆動方法で使用され
ると、被駆動スプロケツトは非常の高いトルクピ
ークを経験すると判つた。変速中、ねじれ弾性駆
動スプロケツト組立て体はねじられてトルク対偏
向曲線の「軟かい」部分に沿い被駆動スプロケツ
トを減速させる。その後、クツシヨンがその関係
した空所を満たすに従いトルク対偏向曲線の平坦
なすなわち「堅い」部分に達すると、急激に大き
いトルクがかけられ慣性の影響により駆動装置に
非常に高いピーク負荷を生じる。ある場合には、
ベルトは張力の増強による歯の剪断または破損に
より役立たなくなつた。

本発明のこの面における１つの主要な目的は、
そのような酷使条件に伴う問題を克服することと
従来よりも可成り高いトルクが伝達される望まし
いばね定格と減衰特性とを有し、しかもトルク対
偏向曲線の最初の傾斜した「軟かな」部分で作動
する間に可成り大きいトルクが伝達されるように
すると同時に駆動装置の比較的に大きい角度的偏
向を処理する弾性的クツシヨンばねを用いたベル
ト駆動装置を提供することである。

自動車における別の用途では、動的に不つり合
いな４および６シリンダデイーゼルおよび低い回
転速度できびしい偏倚を生じるエンジンが、特に
振動が生じやすい乗用車とトラツクとが広範囲に
使用される傾向がある。これらエンジン用の補助
駆動装置は、動力をクランクシヤフトの綱車から
いくつかの個別のＶベルトまたはＶリブ付きベル
トまたは単一のＶリブ付きベルトを設けたいわゆ
る曲がりくねつた駆動装置に一般に連結された
種々の被駆動綱車に伝達し、これらベルトはすべ
て摩擦駆動原理に基づいて作用する。これら荒つ
ぽく運転するエンジン、特に４および６シリンダ
デイーゼルは遊転速度（約1000rpm以下）では非
常に大きい速度偏倚を生じるのでＶリブ付きベル
トおよびその他の摩擦駆動ベルトが緊張部分に相
対的に非常なスリツプとエラストマー材の剪断と
を生じ、ひどい場合には駆動装置を１時間運転し
た後にベルトが使用不能になる程にベルトと綱車
とに熱をもたせることになる。

この後者の面において、本発明の１つの主要な
目的は、Ｖベルト、Ｖリブ付きベルトまたは同様
な形式の摩擦駆動装置に伴う前記したスリツプお
よび熱増大問題を克服することである。本発明の
この面において使用できる曲がりくねつた駆動装
置とその他のベルトの形式の例が米国特許第
3951006号明細書に記載され本発明に組み入れて
ある。

本発明は少くとも２つの半径方向に突出した耳
状突起を有する回転可能なハブと、ハブの耳状突
起につがいに係合するようにしてある少くとも２
つの半径方向に内方に突出している耳状突起が設
けてあり無端状伝動ベルトに係合する形状にした
周面を有する回転可能なリムと、ハブとリムとの
耳状突起間に介在されクツシヨンの動的引張応力
を増大する機能を行うほゝ均一に分散した分離し
た補強繊維が埋め込まれているエラストマー物質
で作られた弾性的クツシヨンとを含んでいる衝撃
緩衝ベルト駆動装置に係り、すなわち駆動面にベ
ルトを駆動関係にして収容する少くとも１つのＶ
−字形溝を設けた周面を有し少くとも１つのもの
が衝撃を緩衝し且つ少くとも２つの耳状突起を有
しているハブ、ハブの耳状突起につがいに係合す
るようにした少くとも２つの半径方向に内方に延
びている耳状突起が設けてある（また周面に少く
とも１つのＶ−字形溝が形成されている）回転可
能なリムおよびハブとリムとの耳状突起間に介在
された弾性的エラストマークツシヨンを含む複数
の綱車と、綱車のまわりに摩擦駆動関係にして案
内された単一Ｖまたは多Ｖ−ベルトまたはＶ−リ
ブ付きベルトとを備えている衝撃緩衝・回転偏倚
減少ねじれ弾性単−Ｖまたは多Ｖ−ベルトまたは
Ｖ−リブ付きベルト伝動摩擦駆動組立て体に係る
ものである。

本発明のその他の面は以下の説明と前記特許請
求の範囲とを読むことにより明かになることと思
う。

先づ第１図ないし第３図を参照すると、自動自
転車の１次駆動用の伝動ベルト駆動装置１０（エ
ンジンの出力側を伝動クラツチの入力側に連結す
る）は衝撃緩衝ねじれ弾性駆動スプロケツト１２
と、被駆動スプロケツト１４と、スプロケツト１
２，１４のまわりに案内されこれらスプロケツト
を同期的駆動関係にして連結する正駆動伝動ベル
ト１６とを含んでいる。あるいはまた、衝撃緩衝
スプロケツトは自動自転車の１次駆動装置か２次
駆動装置（伝動装置の出力を後輪に伝達する）か
いずれかにおいて駆動スプロケツトでなく被駆動
スプロケツトでも良い。

無端状の伝動ベルト１６は引張部材１９が埋め
込まれている重合体の本体物質１７で作ることが
好ましい。ベルト１６の駆動面には衝撃緩衝スプ
ロケツトの対応する歯２０とまたスプロケツト１
４の歯（図示せず）とにかみ合うよう所定のピツ
チにした複数の歯１８が形成されている。

衝撃緩衝スプロケツト１２は一般に中心ハブ２
４（駆動入力手段）と、外側リム２６（被駆動出
力手段）と、弾性ばねの緩衝手段２８，３０と、
ハブ２４を間にはさみ込んだフランジ支え３１，
３２（支え３１はハブ２４と一体である）と、リ
ムと一体でフランジ支え３１，３２のそれぞれと
共に、たとえば符号３３で示した如き半径方向支
え面（第１図）を各フランジ支え３１，３２と共
に形成する１対のリム面３４，３６とから成る。

ハブ２４はリム２６にトルクを伝達する作用を
行う少くとも２つのほぼ半径方向に突出している
耳状突起３８，４０を有している。スプロケツト
１２の用途と寸法とに応じて、スプロケツト１２
にスラストによりぐらつきが生じないようにする
ため少くともそのような耳状突起を少くとも３つ
使用することが好ましいことがある。第２図にお
いて耳状突起３８，４０の先端部間に測つたハブ
２４の大きい直径はリム２６の内径よりいくぶん
小さくしてあり相対的回転を許容する間隙を生じ
るようにしてある。ハブ２４の内部の孔の一部分
にはキイ溝が設けてあり自動自転車のクランクシ
ヤフト４２に形成されたキイ４４と軸受嵌合部を
形成している。ハウジング４６から突出している
クランクシヤフト４２はその先端部にねじ状部が
設けてありロツクナツト５０を受け、このロツク
ナツトはロツクプレート５１と共働してスプロケ
ツトを組み合わせた状態に保持する。

ハブとその半径方向に延びている耳状突起とは
リム２６の空所内に限られた程度回転運動するよ
う装着されている。リム２６はその周囲に歯２０
を支持するほかまたハブの耳状突起３８，４０に
つがいになるようにした複数の内方に延びている
耳状突起５２，５４も有していて、トルクはハブ
の耳状突起から正方向の弾性的緩衝手段２８と逆
方向の弾性的緩衝手段３０とを経てリムの耳状突
起に伝達される。衝撃手段は図示した如くその側
面がリムとハブとの耳状突起に偏倚力をかけてあ
らかじめ圧縮され（干渉ばめにより）ることが好
ましく、当初は自由な遊びをなくし長時間使用後
に圧縮永久ひずみにより自由な遊びを減少するよ
うにすると有利である。

緩衝手段はリムとハブとに相対的に使用の際に
ハブがリムに相対的に角動的に偏向できるように
する封じ込め空隙体積すなわち空所（負荷なし
で）を形成するような形状にしてある。空隙体積
と角度的偏向とは特定の用途に従い変えることが
できる。第２図と第３図との示した封じ込み空隙
体積は緩衝手段２８が占める総体積と側部間隙５
６，５８とにより決まる。すなわち、ハブの耳状
突起４０とリムの耳状突起５２との間、側部支え
板３１，３２間と、ハブとリムとの弧状の接続部
６０，６２間とのそれぞれ境界体積により決る。

弾性の緩衝手段は弧状の頂底面７０，７２と、
分岐する側面７４，７６と、ほぼ平たく好ましい
のはほぼ平行な前後面７８，８０とを有する形状
にすることが好ましい。

緩衝手段２８，３０は引張応力およびヒステリ
シス増強繊維質補強物質を詰めた適当なエラスト
マー物質の本体から成る。繊維は緩衝手段を36×
で撮つた顕微鏡横断面写真である第４図に示して
あるようにエラストマー母材に一般に均一に分布
されることが好ましい。エラストマー母材自体は
すぐれた圧縮永久ひずみと高い疲労寿命と用途に
応じて油およびグリースの如き環境物質に対する
抵抗力とを有するものが好ましい。たとえば、自
動自転車のスプロケツトとして使用する場合には
ニトリルゴム化合物が有用であると判つた。種々
の天然および合成ゴムとまたこれらゴムと熱可塑
性樹脂または熱硬化性物質との配合物も使用でき
る。

補強繊維はエラストマー母材と融和できるもの
でなければならず、この目的のため、繊維はエラ
ストマー母材に付着するよう被覆したり処理した
りできる。種々の有機および無機繊維が有用で特
定の用途に応じて選択される。一般に、有機繊維
はポリエステル、ナイロン、レーヨン、堅木およ
び軟木のセルローズ、綿リンター、アラミド等が
有用で、エラストマー母材に配合できる典型的な
無機繊維はフアイバガラス、金属繊維、炭素繊維
等である。繊維は典型的には約0.4ないし12mmの
平均長さを有しまた縦横比は約30対１ないし350
対１、更に好ましいのは約50対１ないし約200対
１である。

完成した緩衝手段を基礎とする繊維の混入量は
用途と所要の引張応力と加湿特性とに従い変る
が、一般に緩衝手段の体積を基礎として約３ない
し５％の体積、更に好ましいのは３ないし約30％
の体積、最も好ましいのは約４ないし10％の体積
である。

厳密に限定されないが、緩衝手段が負荷をかけ
られる主たる方向に対して繊維６４を主として直
角に配向すると非常に有利であると判つた。主ひ
ずみの方向が既知であると、繊維をその最大ひず
み軸線が最小ひずみ軸線かもしくは両方の軸線に
沿い配向すると繊維を効果的に使用することにな
る。第３図と第４図とを参照すると、使用に際し
て、緩衝手段２８，３０は組立て体の回転軸線に
平行な方向とまた円周方向とに変位せしめられて
隣接した側部間隙５６，５８をふさぐと共に被駆
動リムの内面６２に沿い円周方向にこするように
する。第４図に示してあるように、個々の繊維６
４はこの回転軸線にほぼ並べられそれにより緩衝
手段内の並んだ繊維６４も負荷をかけられて緊張
せしめられて隣接する封じ込め空隙をふさぐ傾向
のある方向に緩衝手段が運動することに抵抗す
る。このようにすると使用中に緩衝手段の横方向
引張応力を可成り増大する結果となる。

他のある用途と個々の緩衝手段の寸法ならびに
主ひずみ軸線を形成する隣接した空所の位置によ
り、埋め込まれた繊維をランダムに配向すると有
用なこともある。

繊維を加えると、通常ではエラストマー部品の
疲労抵抗を減少しまた圧縮永久ひずみをいく分低
下させることが知られているが、緩衝手段に最少
限のひずみ量しかかけられないよう緩衝手段を隣
接した空所に相対的に設計することによりこれら
問題は大部分解決される。引張応力の高い材料を
使用するとそれだけひずみが少く、従つて、疲労
抵抗と圧縮永久ひずみとの問題は可成り極減され
る。

別の面では、ハブとリムとの軸受に使用した油
とかグリースの如き環境物質に接すると可成り膨
張する繊維質の添加物質を使用する。このように
して、緩衝手段は可成り膨張しこの膨張により循
環的に負荷をかけたり負荷から解放されて緩衝手
段が長い時間屈折した後誘起される圧縮永久ひず
みの一部分かすべてを相殺する。１つの実施例と
して、サンドウエブ（モンサント・カンパニイ）
の商品名で市販されている典型的平均縦横比が55
で約0.018ないし0.025mmの平均直径を有する堅木
のセルロース繊維で形成されたセルロース繊維が
使用された。この繊維はニトリルに対する接着を
良くするため処理され次いでカーボンブラツク増
量剤、油エキステンダー、促進剤および加硫剤を
加えた典型的なニトリル（NBR）ゴム化合物を
入れたバンブリミキサに入れて約４ないし８％の
量にして均一に分布された。十分に分散した後、
繊維を第４図に示した如く配向するよう弾性ブロ
ツクが成形された。このブロツクは1500psiで破
断する引つ張り強さと、100％の伸びとジユロメ
ータで測つて88のシヨアＡ硬度と、100℃で22時
間後32％の圧縮永久ひずみ（最初の高さの25％に
まで圧縮）と、121℃で70時間後57％の圧縮永久
ひずみと、100℃で１週間鉄道用エアブレーキグ
リースに浸漬後の17％体積増加とを有していた。
従つて、可成りの膨張が生じ使用中に圧縮永久ひ
ずみを相殺する傾向がある。中実の緩衝手段を使
用することが好ましいが、前記した米国特許出願
第85655号明細書に記載した如き穿孔すなわち孔
を使用してこの米国特許出願明細書に記載した如
き利点を生じる。

従来技術のクツシヨン（曲線ＡとＢ）と繊維を
加えない試験的クツシヨン（曲線Ｃ）と比較した
この面の弾性的緩衝手段のトルク対角度的偏向曲
線Ｄが第７図に示してある。すべての曲線は第１
図ないし第３図に示したスプロケツトを使用して
画かれた。曲線Ａは前記した米国特許出願第
85655号明細書に記載した如きクツシヨンを軸線
方向に孔が侵入している標準のニトリルエラスト
マー物質を使用した場合のトルク対偏向の関係を
示す。曲線Ｂはブロツクが中実（孔がない）以外
は曲線Ｃと同じ材料と構造のものを使用してい
る。曲線ＡとＢとのいずれにおいても、折れ点す
なわち「ひざ」６６，６６′は約6.9Kg・ｍのトル
ク以下であつた。他方曲線Ｃは破裂点７１におい
て可成り高いトルクを生じるように意図して化合
した高に引張応力の特殊なカルボキシル化したニ
トリル素材を示す。しかしながら、曲線Ｄは約
26.3Kg・ｍの可成り高い折れ点73を有し最少のバ
ツクラツシユと同時に好ましいのは８度以上の角
度的偏向で駆動列におけるトルク過度に耐える可
成り大な能力を発揮する。曲線Ｄに対して使用し
た弾性の緩衝手段は体積にして６％のサントウエ
ブＫを混入した前記例に述べたニトリル化合物を
使用した。

曲線Ｄで示した繊維混入緩衝手段は自動自転車
駆動装置の前記した「速度切換え」問題の解決に
成効した。

厳密に限定されるものではないが、トルク対偏
向曲線の傾斜（「ひざ」の下方）は関数度／ポン
ドーフートに対し約0.02ないし約0.2゜が好まし
く、一層好ましいのは約0.03ないし0.09゜であ
る。引張応力の高い緩衝手段はこれら望ましい範
囲内の傾斜が得られるようにする。同時に、対応
する折れ点「ひざ」は少くともトルクの13.8Kg・
ｍ、一層好ましいのは20.7Kg・ｍである。

第５図には衝撃緩衝エラストマーベルト綱車１
２′が横方向に装着されたヂーゼル自動車エンジ
ン用の曲りくねつた補助駆動装置に使用されてい
る本発明の装置が示してある。綱車１２′はエン
ジンのクランクシヤフトに直接連結されている。
綱車１２′は背面の水ポンプ綱車７５（この綱車
にオフテークベルトが真空ポンプを連結できる）
と、空調機綱車７７と、オルタネータ綱車７９
と、動力かじ取り綱車８１と、張力かけ背面遊び
車８３とに曲りくねつたベルト８５により駆動連
結されている。一般に、少くとも３つの綱車がベ
ルトにより駆動関係にして連結されている。第６
図に詳細に示してあるように、ベルト８５はＶ−
字リブの構造の典型的な補強された無端状伝動ベ
ルトで良く、個々のリブ９１は綱車８７の駆動周
面に形成された対応するＶ−字形溝８９にくさび
止めか摩擦接触する。この用途に高い引張応力を
有する（好ましいのは繊維を加えた）かまたは繊
維を加えない比較的に軟かなエラストマー物質の
緩衝手段２８′，３０′を設けたねじれ弾性綱車を
使用するといくつかの利点を生じる結果となり、
これら利点はエンジンの回転における偏倚と誘起
振動またはぐらつきおよび駆動列におけるトルク
のピークを減衰することである。このことはベル
トと駆動装置との寿命を延ばすことになると判つ
た。

第５図に示した形式の横方向に装着された90゜
Ｖ−６ヂーゼルエンジン用の曲りくねつた補助駆
動装置の実際の試験において、３種類のクランク
綱車１２が使用された。エンジンのほぼ遊転に近
い特定の回転速度のレベルでの回転速度の変化
（偏倚）と綱車の温度として測定した。第１のク
ランクシヤフト綱車は対照用であり、エラストマ
ーブロツクまたはその他のトルク補償手段を設け
てない第６図に部分的に示した形式の標準の綱車
であつた。第２と第３のクランクシヤフト綱車
は、前記した例による体積にして約４ないし８％
のサントウエブＫを加えた緩衝手段２８′，３
０′と、カーボンブラツクで補強した35％アクリ
ロニトリルNBRで作られ100％の伸びで42Kg／cm²
の張力応力と約126Kg／cm²で折れる（350％の伸
び）引張り強さとを有する繊維を加えない比較的
に軟かなエラストマー物質の緩衝手段２８′，３
０′をそれぞれ設けた本発明の補償綱車であつ
た。対照綱車では、遊び運転（１分毎に600回
転）からエンジンシリンダの回転速度の最大変化
として定義した偏倚は１分毎に約13回転で、繊維
で補強した高い引張応力の緩衝手段を設けた場
合、偏倚は１分毎に約９回転であり、また比較的
に軟かな緩衝手段を設けた場合は１分毎に約2.5
回転の偏倚にすぎなかつた。対照の綱車（ねじれ
補償のない）はベルトを約６゜スリツプさせこの
綱車はエンジンを数分間運転させた後熱くなりＶ
−字形溝付きベルトは焦げた。繊維を加えた引張
応力の高い緩衝手段を設けたねじれ弾性綱車は熱
くなつたがベルトを焼け焦がさなかつた。軟かい
緩衝手段を設けた第３のねじれ弾性綱車はほんの
僅かしか加熱されず、従つて、事実上無限に持ち
続けることができた（手で）。もちろん、回転速
度の偏倚が小さければ小さい程、振動レベルと、
ベルトのスリツプ、ベルトのエラストマー物質の
剪断はそれだけ小さくまたベルトと駆動列との耐
用寿命はそれだけ長くなる。偏倚が低いとまたフ
ライホイール等の重量を減少できる。

第５図の具体例においては、角度的偏向を13.8
Kg・ｍのトルクで約0.1ないし８゜、更に好まし
いのは約３ないし約７゜にするよう緩衝手段２
８′，３０′と隣接した綱車構成部品（すなわち、
ハブ・リム等）との間の封じ込め空隙体積を制限
することが好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は同期ベルトを使用する伝達駆動装置の
一部切欠き側面図、第２図は第３図の２−２線に
沿い切断して示した第１図の左側のソケツトの断
面図、第３図は第２図の３−３線に沿い切断して
示したスプロケツトの断面部分図、第４図は第３
図の４−４線で示したゴムクツシヨンの一部分の
拡大図、第５図は本発明のねじれ弾性綱車を使用
する自動車用の曲がりくねつたＶ−字形リブ付き
ベルト駆動装置の略図、第６図は第５図の６−６
線に沿い切断して示した断面部分図、第７図は異
なるクツシヨン材料を比較する角度的偏向対トル
クのグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の綱車１２′，７５−８３を含み、その
   少くとも一つ１２′の衝撃緩衝型であり、該衝撃
   緩衝型綱車１２′が少くとも２つの半径方向に突
   出する耳状突起４０を有する回転可能なハブと、
   少くとも２つの半径方向内方に突出する耳状突起
   を有する回転可能のリムとを含み、該リムの周縁
   はベルトに係合するに適した形状を有しており、
   弾性クツシヨン２８′，３０′が前記ハブと前記リ
   ムとの耳状突起４０間に角度的に配置されて駆動
   伝達を行い、前記弾性クツシヨンは繊維質補強材
   がほぼ均一に分散された高ヒステリシス・エラス
   トマー材料から成り、前記ベルトは無端の動力伝
   達Ｖベルト８５であつて前記綱車のまわりに摩擦
   駆動関係で曲がりくねつて案内されて成ることを
   特徴とする衝撃緩衝・回転偏倚減少ベルト駆動装
   置。 ２ 自動車用およびトラツク用に使用されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の衝撃緩
   衝・回転偏倚減少ベルト駆動装置。 ３ 前記綱車１２′には前記ハブと前記リムとの
   耳状突起間の空所と該空所に収容される前記弾性
   クツシヨン２８′，３０′の容積との差として限定
   される封じ込め空隙体積が設けられ、作動時に前
   記ハブと前記リムとの間に約３〜７度の相対的角
   度変位を可能として成ることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の衝撃緩衝・回転偏倚減少ベ
   ルト駆動装置。 ４ 少くとも３つの綱車１２′，７５−８３が多
   Ｖ溝面を有し、前記綱車の一つ１２′がエンジン
   のクランク軸に連結されて衝撃緩衝型であり、該
   一つの綱車１２′には前記ハブと前記リムとの耳
   状突起間の空所と該空所に収容されて駆動伝達を
   行う前記弾性クツシヨン２８′，３０′の容積との
   差として規定される封じ込め空隙体積が設けら
   れ、作動時に前記ハブと前記リムとの間に約0.1
   〜８度の相対的角度変位を可能としており、さら
   に、無端のＶリブつきベルト８５が摩擦駆動関係
   で前記綱車の曲りくねつて案内されていることを
   特徴とする自動車またはトラツク用として使用さ
   れる特許請求の範囲第１項記載の衝撃緩衝・回転
   偏倚減少ベルト駆動装置。