阅读说明：本技术 齿形带传动装置 (Toothed belt transmission device ) 是由 池田诚 于 2018-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明的齿形带传动装置(1)包括交替形成有带齿(13)和带齿底部(14)的齿形带(10)、以及以与齿形带(10)啮合的方式交替形成有带轮齿(53)和带轮齿底部(54)的齿形带轮(50)。带齿(13)的前端与带轮齿底部(54)接触,但带轮齿(53)的前端不与带齿底部(14)接触,在带轮齿(53)的前端与带齿底部(14)之间设有间隙(S)。(A toothed belt transmission (1) includes a toothed belt (10) in which belt teeth (13) and a belt tooth bottom (14) are alternately formed, and a toothed pulley (50) in which belt teeth (53) and a pulley tooth bottom (54) are alternately formed in such a manner as to mesh with the toothed belt (10). The front end of the belt tooth (13) is in contact with the belt tooth bottom (54), but the front end of the belt tooth (53) is not in contact with the belt tooth bottom (14), and a gap (S) is provided between the front end of the belt tooth (53) and the belt tooth bottom (14).)

齿形带传动装置

技术领域

本发明涉及具备交替形成有带齿和带齿底部的齿形带、以及以与齿形带啮合的方式交替形成有带轮齿和带轮齿底部的齿形带轮的齿形带传动装置。

背景技术

齿形带传动装置作为升降输送装置被广泛用在一般产业、农业领域中，有时也用作风力发电机中的叶片的角度调整装置。在齿形带传动装置在各种各样的环境中使用的状况下，对于齿形带传动装置的齿形带，要求提高耐磨损性。例如在专利文献1、2中，示出了使齿形带的耐磨损性提高的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-215248号公报

专利文献2：日本特开平7-158700号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，如专利文献1、2那样仅对齿形带的材料构成进行努力，耐磨损性的提高存在极限。

特别是在风力发电机中使用的情况下，由于风的影响而在齿形带与齿形带轮相互啮合的状态下发生小幅摇晃的现象。这种情况下，齿形带的带齿底部由于与带轮齿的摩擦而发生磨损，会导致齿形带的强度的降低、甚至齿形带的断裂。

本发明的目的在于提供能够抑制齿形带的带齿底部的磨损的齿形带传动装置。

用于解决问题的方法

根据本发明，提供一种齿形带传动装置，其具备交替形成有带齿和带齿底部的齿形带、以及以与上述齿形带啮合的方式交替形成有带轮齿和带轮齿底部的齿形带轮，上述带齿的前端与上述带轮齿底部接触，上述带轮齿的前端不与上述带齿底部接触，在上述带轮齿的前端与上述带齿底部之间设有间隙。

根据本发明，通过带齿的前端与带轮齿底部接触而实现动力的传递，同时，通过带轮齿的前端不与带齿底部接触而在它们之间设有间隙，即使产生如上所述的小幅摇晃，带齿底部也不会因与带轮齿的摩擦而发生磨损，能够抑制带齿底部的磨损。

上述间隙可以为上述带齿的高度的5～11％。间隙小于带齿的高度的5％时，会产生无法完全抑制带齿底部的磨损的问题。间隙超过带齿的高度的11％时，虽然能够抑制带齿底部的磨损，但会产生对带齿的耐久性带来麻烦的问题。与此相对，根据上述构成，能够抑制这些问题。

在上述带齿的高度方向上的上述带齿的中央位置处，可以在上述带齿与上述带轮齿之间设置有上述中央位置处的上述带齿的宽度的2.5～3.5％的齿隙。根据该构成，能够防止带齿与带轮齿的干扰，能够抑制带齿的磨损，同时能够确保带齿与带轮齿的定位精度。

上述带齿的节距可以为14mm以上，上述带齿的高度可以为5mm以上。根据该构成，能够增大齿形带的耐受载荷。

上述齿形带可以具有在上述带齿的高度方向上与上述带齿对置的背面部和埋设在上述背面部中的多个芯线，上述多个芯线可以分别为钢丝绳或者使芳族聚酰胺纤维和碳纤维中的至少任一种捻合而成的绳。

另外，上述多个芯线可以分别由钢丝绳构成，强度可以为7～8kN，直径可以为2.3～2.6mm。根据该构成，通过使用具有低伸度且高强度这种特点的钢丝绳作为芯线，能够提高齿形带的每1mm带宽度的带强度。

上述多个芯线的节距可以为3.0～3.7mm，上述多个芯线彼此的间隔可以为0.4～1.4mm。根据该构成，通过芯线的节距以及芯线彼此的间隔的适当组合，能够更可靠地提高齿形带的每1mm带宽度的带强度。

上述背面部和上述带齿由热塑性弹性体一体成形，该热塑性弹性体可以为选自由聚氨酯系热塑性弹性体、聚酯系热塑性弹性体、聚苯乙烯系热塑性弹性体、聚烯烃系热塑性弹性体、聚酰胺系热塑性弹性体和氯乙烯系热塑性弹性体组成的组中的至少一种。

上述背面部和上述带齿可以由热塑性弹性体一体成形，所述热塑性弹性体为聚氨酯系热塑性弹性体且硬度为38～53°。根据该构成，可以得到力学特性、耐久性优良的齿形带。另外，聚氨酯系热塑性弹性体在传动带、输送带中广泛使用，因此，齿形带的制造容易。另外，作为构成聚氨酯系热塑性弹性体的聚氨酯的种类，可以为聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯或聚碳酸酯型聚氨酯。

上述齿形带的每1mm带宽度的带强度可以为1.85kN以上。根据该构成，能够增大齿形带的耐受载荷。

在上述带齿的表面和上述带齿底部的表面，可以配置有增强布。根据该构成，能够抑制带齿的磨损。

发明效果

根据本发明，通过带齿的前端与带轮齿底部接触而实现动力的传递，同时，通过带轮齿的前端不与带齿底部接触而在它们之间设有间隙，即使产生如上所述的小幅摇晃，带齿底部也不会因与带轮齿的摩擦而发生磨损，能够抑制带齿底部的磨损。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的齿形带传动装置的一部分(具有增强布)的、沿着带长度方向(从图2的箭头方向I观察)的侧视图。

图2是示出本发明的一个实施方式的齿形带传动装置中所包含的齿形带的、沿着带宽度方向的(沿着图1的II-II线)的截面图。

图3是用于说明本发明的一个实施方式的齿形带传动装置中所包含的齿形带的制造方法的示意图。

图4是示出走行试验中所使用的走行试验机的示意图。

图5是示出本发明的一个实施方式的齿形带传动装置的一部分(没有增强布)的、沿着带长度方向的侧视图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一个实施方式的齿形带传动装置1包含齿形带10和齿形带轮50。

如图1和图2所示，齿形带10具备带主体10a，该带主体10a具有多个芯线11、埋设有多个芯线11的背面部12、多个带齿13、多个带齿底部14和设置于齿形带10的内周面(多个带齿13的表面和多个带齿底部14的表面)的增强布15。

在本实施方式中，各芯线11由钢丝绳(使钢纤维捻合而成的绳)构成。多个芯线11在带长度方向上分别延伸，在带宽度方向上排列。需要说明的是，在图1中，将芯线11的带厚度方向的中心位置记载为节线PL。该节线PL是指即使齿形带10沿着齿形带轮50的外周弯曲在带长度方向上也不发生伸缩而保持相同长度的、齿形带10的带长度方向的基准线。

多个带齿13在带厚度方向(带齿13的高度方向)上与背面部12对置，在带长度方向上相互分隔地配置。在本实施方式中，背面部12和多个带齿13由热塑性弹性体一体成形。构成背面部12和多个带齿13的热塑性弹性体在本实施方式中为聚氨酯系热塑性弹性体，硬度为38～53°(依据JIS K6253：2012，利用D型硬度计进行测定)。作为构成聚氨酯系热塑性弹性体的聚氨酯的种类，有聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯或聚碳酸酯型聚氨酯。

增强布15由使经纱和纬纱按照一定规则纵横交错编织而成的机织布构成。机织布的编织方式可以为斜织、缎织等中的任一种。经纱和纬纱的形态可以为使长丝(长纤维)并纱或捻合而成的复丝纱、作为一根长纤维的单丝纱、使短纤维捻合而成的短纤纱(纺织纱)中的任一种。经纱或纬纱为复丝纱或短纤纱的情况下，可以为使用了多种纤维的混捻纱或混纺纱。作为构成增强布15的纤维的材质，可以采用尼龙、芳族聚酰胺、聚酯、聚苯并唑、棉、氟等中的任一种或它们的组合。需要说明的是，增强布15也可以设置于齿形带10的外周面，也可以仅设置于齿形带10的外周面。另外，也可以为在齿形带10的内周面和外周面不设置有增强布15的构成。

带齿13和带齿底部14在带长度方向上交替形成。带齿底部14是在带长度方向上相邻的两个带齿13之间形成的凹部的底部。在本实施方式中，带齿底部14由含有增强布15的背面部12构成。

在本实施方式中，齿形带10满足以下必要条件。

·带宽度W＝20～200mm

·带总厚度H＝9～15mm

·背面部12的厚度与增强布15的厚度的合计值H12＝4mm以上

·各带齿13(包括增强布15的厚度)高度H13＝5～12mm

·带齿13的节距P13(节线PL上的距离)＝14～25mm

·各芯线11的直径D＝2.3～2.6mm

·各芯线11的强度＝7～8kN

·芯线11的节距P11＝3.0～3.7mm

·芯线11彼此的间隔d＝0.4～1.4mm(间隔d的合计值为带宽度W的13～36％)

·每1mm带宽度的带强度＝1.85kN以上且2.60kN以下。

如图1所示，齿形带轮50与齿形带10啮合，具有多个带轮齿53和多个带轮齿底部54。

带轮齿53和带轮齿底部54在带长度方向上交替形成。带轮齿底部54是在带长度方向上相邻的两个带轮齿53之间形成的凹部的底部。

在带长度方向上相邻的两个带轮齿53之间形成的凹部中，配置带齿13。在带长度方向上相邻的两个带齿13之间形成的凹部中，配置带轮齿53。

在此，带齿13的前端与带轮齿底部54接触，但带轮齿53的前端不与带齿底部14接触，在带轮齿53的前端与带齿底部14之间设有间隙S。在本实施方式中，间隙S为带齿13的高度H13的5～11％。

此外，在本实施方式中，在带厚度方向(带齿的高度方向)上的带齿13的中央位置O处，在带齿13与带轮齿53之间设置有齿隙(在机械中使用的进给丝杠、齿轮等的相互嵌合运动的机械要素中，在运动方向上有意设置的间隙)B。齿隙B为中央位置O处的带齿13的宽度W13的2.5～3.5％。在本实施方式中，在一个带齿13和与其在带长度方向的一侧相邻的一个带轮齿53之间以及在该一个带齿13和与其在带长度方向的另一侧相邻的一个带轮齿53之间分别设置有齿隙B。

齿形带传动装置1可以在对齿形带10施加的张力始终为0.35kN/mm以上、最大时施加0.80～0.95kN/mm的张力的使用环境下使用，例如能够用作风力发电机中的叶片的角度调整装置、升降输送装置等。

接着，对齿形带10的制造方法的一例进行说明。

齿形带10例如通过如图3所示的制造装置60来制造。制造装置60具有：成形滚筒61、在成形滚筒61的上下邻近配置的带轮62、63、在水平方向上与成形滚筒61相对配置的带轮64、卷绕于带轮62～64的作为环状的金属带的按压带65、挤压出热塑性弹性体的挤压头66、芯线供给装置(省略图示)和增强布供给装置(省略图示)。

在成形滚筒61的外周面，用于形成带齿13的槽沿周向以规定的间隔形成。带轮64能够相对于成形滚筒61在水平方向上移动，对按压带65赋予规定的张力。按压带65按照在成形滚筒61的外周面卷绕约半周的方式配置，通过从带轮64赋予张力而按压于成形滚筒61的外周面。

增强布供给装置(省略图示)将增强布15供给至成形滚筒61的外周面。芯线供给装置(省略图示)将在成形滚筒61的轴向上排列的多个芯线11供给至被供给于成形滚筒61的外周面的增强布15的外周面侧。挤压头66将通过加热而熔融的状态的热塑性弹性体供给至被供给于成形滚筒61的外周面的增强布15和芯线11的外周面侧。

被供给至成形滚筒61的外周面的熔融状态的热塑性弹性体、多个芯线11和增强布15随着成形滚筒61的旋转而卷入成形滚筒61与按压带65之间。此时，利用按压带65的按压力，热塑性弹性体填充于形成在成形滚筒61的外周面的槽内，在该槽内形成带齿13。另外，此时，所供给的增强布15填充于形成在成形滚筒61的外周面的槽内，沿着形成带齿13的热塑性弹性体的表面配置。另外，在配置于成形滚筒61的外周面的增强布15与按压带65之间，形成埋设有多个芯线11的背面部12。然后，利用按压带65的按压力将热塑性弹性体强力地按压于成形滚筒61的外周面，对热塑性弹性体进行冷却使其固化。在按压带65从成形滚筒61分离的部分，连续地导出带主体10a。

如上所述，根据本实施方式，如图1所示，通过带齿13的前端与带轮齿底部54接触而实现动力的传递，同时，通过带轮齿53的前端不与带齿底部14接触而在它们之间设有间隙S，即使产生如上所述的小幅摇晃，带齿底部14也不会因与带轮齿53的摩擦而发生磨损，能够抑制带齿底部14的磨损。

在本实施方式中，间隙S为带齿13的高度H13的5～11％。间隙S小于带齿13的高度H13的5％时，会产生无法完全抑制带齿底部14的磨损的问题。间隙S超过带齿13的高度H13的11％时，虽然能够抑制带齿底部14的磨损，但会产生对带齿13的耐久性带来麻烦的问题。与此相对，根据上述构成，能够抑制这些问题。

在本实施方式中，在带厚度方向的带齿13的中央位置O处，在带齿13与带轮齿53之间设置有中央位置O处的带齿13的宽度W13的2.5～3.5％的齿隙B。根据该构成，能够防止带齿13与带轮齿53的干扰，能够抑制带齿13的磨损，同时能够确保带齿13与带轮齿53的定位精度。

在本实施方式中，带齿13的节距P13为14mm以上，带齿13的高度H13为5mm以上。根据该构成，能够增大齿形带10的耐受载荷。

在本实施方式中，齿形带10的各芯线11由钢丝绳构成，强度为7～8kN，直径D为2.3～2.6mm。根据该构成，通过使用具有低伸度且高强度这种特点的钢丝绳作为芯线11，能够提高齿形带10的每1mm带宽度的带强度。

在本实施方式中，芯线11的节距P11为3.0～3.7mm，芯线11彼此的间隔d为0.4～1.4mm。根据该构成，通过芯线11的节距P11和芯线11彼此的间隔d的适当组合，能够更可靠地提高齿形带10的每1mm带宽度的带强度。

在本实施方式中，背面部12和带齿13由热塑性弹性体一体成形，所述热塑性弹性体为聚氨酯系热塑性弹性体且硬度为38～53°。根据该构成，可以得到力学特性、耐久性优良的齿形带10。另外，聚氨酯系热塑性弹性体在传动带、输送带中广泛使用，因此齿形带10的制造容易。

在本实施方式中，齿形带10的每1mm带宽度的带强度为1.85kN以上。根据该构成，能够增大齿形带10的耐受载荷。

在本实施方式中，在带齿13的表面和带齿底部14的表面配置增强布15。根据该构成，能够抑制带齿13的磨损。

需要说明的是，在上述实施方式中，对于在齿形带10的内周面(多个带齿13的表面和多个带齿底部14的表面)设置有增强布15的齿形带10进行了说明，但是，在本发明中，可以为在齿形带10的内周面不设置增强布15的构成，因此，对于不具备增强布15的齿形带110，示于图5中。

齿形带110具备带主体10a，该带主体10a具有多个芯线11、埋设有多个芯线11的背面部12、多个带齿13和多个带齿底部14。需要说明的是，齿形带110除了不具备增强布15以外与图1所记载的齿形带10同样，因此，图5所记载的齿形带110的构成的符号与图1所记载的齿形带10的构成的符号共通，省略说明。但是，根据上述齿形带10的实施方式中说明的内容，齿形带110需要满足“背面部12的厚度为H12＝4mm以上”等省略了增强布15的构成的必要条件。

实施例

本申请发明人利用上述制造方法使用聚氨酯系或聚酯系的热塑性弹性体制造了实施例1～22和比较例1～2的齿形带，对这些齿形带进行了走行试验和拉伸试验。将实施例1～22和比较例1～2的各齿形带的构成和试验结果示于下述表1～表7中。

在此，表1中，为了对以带轮齿的前端与带齿底部之间的间隙S的值(距离)作为变量的情况进行比较，记载了实施例1～6和比较例1的齿形带的构成。另外，表2中，为了对以带齿13与带轮齿53之间的齿隙B的值(距离)作为变量的情况进行比较，记载了实施例3、7～11的齿形带的构成。另外，表3中，为了对以齿形带的齿的尺寸(齿节距P13、齿高度H13)作为变量的情况进行比较，记载了实施例3、12～13的齿形带的构成。另外，表4中，为了对以由聚氨酯系(聚酯型)热塑性弹性体一体成形出的背面部和带齿的硬度作为变量的情况进行比较，记载了实施例3、14～16的齿形带的构成。另外，表5中，为了对以芯线的节距P11作为变量的情况进行比较，记载了实施例3、17～18的齿形带的构成。另外，表6中，记载了由聚氨酯系热塑性弹性体一体成形出背面部和带齿的齿形带(实施例3)以及由聚酯系热塑性弹性体一体成形出背面部和带齿的齿形带(实施例19)的构成。另外，表7中，为了对在齿形带的内周面(带齿的表面和带齿底部的表面)设置有增强布的情况和未设置增强布的情况进行比较，记载了实施例1、3、6、比较例1和实施例20～22、比较例2的齿形带的构成。

在走行试验中，从实施例1～22和比较例1～2的各齿形带裁取宽度为20mm、长度为3000mm的试验片10x，如图4所示，在试验片10x的两端分别吊挂砝码71(1250N)和砝码72(7000N)，卷绕于升降试验机70的驱动带轮73、从动带轮74(各带轮73、74的齿数＝44)和平带轮75(直径＝160mm)。然后，在移动距离为1000mm、120万次循环(图4中以箭头所示的方向的一个往复为1次循环)反复进行走行，对走行试验后的带齿和带齿底部的状态进行评价(参考表1～表7的“带齿的状态”“带齿底部的状态”的项目)。在表1～表7的“带齿的状态”和“带齿底部的状态”的评价中，“良好”是指没有磨损，“合格”是指产生了实用性的耐久寿命没有问题程度的磨损，“不合格”是指产生了不能实用程度的显著的磨损。

在拉伸试验中，从实施例1～22和比较例1～2的各齿形带裁取宽度20mm、长度500mm的试验片，针对各试验片，使用阿姆斯勒拉伸试验机进行拉伸试验(拉伸速度为50mm/分钟)，测定直至发生断裂为止的带强度。测定在上述走行试验的前后实施(参考表1～表7的“带强度”的“走行前”和“走行后”的项目)。

根据上述走行试验和拉伸试验的结果，针对实施例1～22和比较例1～2的各齿形带，根据以下的表8所示的基准标记A～C的等级，记载于表1～表7的“判定”的项目中。

[表8]

在带轮齿的前端与带齿底部之间存在间隙S的实施例1～6中，实施例2～5全部为A等级。间隙S最小的实施例1在带齿底部产生了略微磨损，为B等级。另外，将间隙S设置得越大，由于与带轮齿啮合时带齿底部不与带轮齿接触，因此带齿越集中受到对齿形带施加的应力(带齿底部与带轮齿接触的情况下应力分散于带齿和带齿底部)。因此，对于间隙S最大的实施例6而言，应力容易集中于带齿，由于与带轮齿的接触而容易发生带齿的磨损，为B等级。

比较例1是在带轮齿的前端与带齿底部之间没有间隙S的情况，因此，带齿底部的磨损严重，为C等级。

对于实施例7～11而言，除了以齿隙B作为变量以外，是与实施例3相同构成的大型(带齿的节距P13为14mm，带齿的节距P13较大，与带齿的节距P13相伴的带齿的尺寸(带齿的带长度方向的长度和带齿的高度H13)为大型))且高强度的齿形带。实施例9、10与实施例3同等地为A等级，但是，对于齿隙量小的实施例7、8而言，由于带轮齿与带齿的干扰而在带齿发生了磨损，为B等级。另外，对于齿隙量大的实施例11而言，伴随带齿的变形，由于带轮齿与带齿的干扰而在带齿发生了磨损，为B等级。

实施例12、13是与实施例3相同构成的大型的高强度的齿形带、且为使齿的尺寸(带齿的带长度方向的长度和带齿的高度H13)更大型的齿形带，与实施例3同等地为A等级。

对于实施例14～16而言，除了改变了构成齿形带的材料(聚氨酯系热塑性弹性体)的硬度以外，为与实施例3相同构成的大型(带齿的节距P13为14mm)且高强度的齿形带。对于硬度小的齿形带，由于带齿的变形而带齿的磨损容易进展，实施例14(硬度：30°)为B等级。

对于实施例17、18而言，除了以芯线节距P11作为变量(扩大)并减少了埋设在齿形带中的芯线的根数以外，为与实施例3相同构成的大型(带齿的节距P13为14mm)且高强度的齿形带。由于减少了芯线的根数，与实施例3相比带强度降低，但走行后仍维持了1.85kN/mm以上的带强度，带齿、带齿底部也没有磨损，为B等级。

对于实施例19而言，除了改变了构成齿形带的材料(热塑性弹性体)的种类以外，为与实施例3相同构成的大型(带齿的节距P13为14mm)且高强度的齿形带。使构成材料为聚酯系热塑性弹性体的实施例19的齿形带与实施例3(聚氨酯系热塑性弹性体)同等地为A等级。

比较例2是没有间隙S且带齿底部未被增强布包覆的齿形带。对于比较例2的齿形带，带齿底部的磨损最严重，为C等级。另外，即使是没有间隙S但带齿底部被增强布包覆的比较例1的齿形带，也无法抑制带齿底部的磨损，为C等级。因此可知，像实施例1～22那样在带齿底部设有间隙S对于防止带齿底部的磨损以及提高齿形带的耐久性是有效的。

实施例20、21、22是相对于实施例1、3、6在齿形带的内周面(带齿的表面和带齿底部的表面)未设置增强布的齿形带。可知在走行试验中带齿、带齿底部的磨损的状态没有大差异。对于带齿底部的磨损，有无增强布几乎没有影响，对于带齿的磨损，有增强布的情况下磨损得以抑制(但是，在本试验的判定中为相同程度的等级)。

以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并非限于上述实施方式，只要记载在权利要求中，能够进行各种各样的设计变更。

·本发明的齿形带传动装置并非限定于用作风力发电机中的叶片的角度调整装置、升降输送装置等，能够用作任意的装置。

·齿形带可以为开口型、环型中的任一种。

·构成齿形带的背面部和多个带齿的热塑性弹性体并非限定于聚氨酯系热塑性弹性体，例如可以为聚酯系热塑性弹性体、聚苯乙烯系热塑性弹性体、聚烯烃系热塑性弹性体、聚酰胺系热塑性弹性体、氯乙烯系热塑性弹性体等，或者可以为使上述热塑性弹性体中的两种以上组合而成的热塑性弹性体。另外，热塑性弹性体的硬度并非限定于38～53°，也可以在上述范围外。

·齿形带的芯线并非限定于由钢丝绳构成，例如可以为由使芳族聚酰胺纤维和碳纤维中的至少任一种捻合而成的绳构成。

本申请基于2017年5月30日提出的日本专利申请2017-106153和2018年5月18日提出的日本专利申请2018-96312，其内容以参考的方式引入于此。

标号说明

10 齿形带

10a 带主体

11 芯线

12 背面部

13 带齿

14 带齿底部

15 增强布

50 齿形带轮

53 带轮齿

54 带轮齿底部

d 芯线彼此的间隔

D 芯线的直径

H13 带齿的高度

P13 带齿的节距

P11 芯线的节距

W13 带齿的宽度

S 间隙

B 齿隙

O 中央位置