両面歯付きベルト：メリットを紹介

両面歯付き駆動ベルト構造の構成要素

両面歯付きベルトは、2つの同期歯付き面を1つのコンパクトなユニットに統合し、スリップすることなく双方向の動力伝達を可能にします。中央の引張コード層は通常、鋼、ケブラー®、またはガラス繊維で作られており、負荷下での構造的安定性を提供します。その両側には精密に成形された歯が配置され、タイミングプーリーと正確に噛み合います。

補強された裏材（多くの場合、ポリウレタンまたはゴム）が引張コードを包み込み、両列の歯に均等に負荷が分配されるようにします。この二重係合設計により、双方の回転方向へのトルク伝達を同時に効率的に行うことが可能になります。これは、同期した多軸動作を必要とするシステムに最適です。

材料構成と製造精度

耐摩耗性、耐油性、耐温度変動性に優れるため、水素化ニトリルゴム（HNBR）や熱可塑性ポリウレタン（TPU）などの高機能エラストマーが主に使用されています。高精度の繊維強化裏材により、定格荷重時における伸びを0.3％以下に抑えられ、ロボットやCNC機器におけるタイミング精度において重要な役割を果たしています。

±0.05 mmの製造公差により歯形の均一性を確保し、独自の加硫技術を用いて引張コードをエラストマーマトリクスに接合することで、従来の接着剤と比較して30％高いせん断強度を実現しています。レーザー誘導式の検査システムにより、両面にわたる張力の均一性を確認し、精密なアセンブリにおける調和振動を排除します。

ダブルサイド歯付きベルトが双方向同期伝動を可能にする仕組み

両側の移動歯形状により、プーリーを降下／上昇させる必要なく瞬時に動力伝達方向を反転させることができます。両側で360°回転しながら噛み合うこれらのスプロケットは、片側駆動のベルトのように反対側が独立して駆動される構造とは異なります。広範囲アクティブ磁気軸受には最大12個のアンプを備えることもでき、国際学術誌「International Journal of Precision Engineering」の研究によれば、ダブルベルトモデルと比較してトルク位相差を最大38％まで低減でき、CNC用回転テーブルグリッドにおいては閉ループ制御下で2アーク分以下の角度同期を維持します。

多軸システムにおける同期精度

6軸ロボットアームでは、これらのベルトにより回転アクチュエータと直動アクチュエータが12μmの位置精度内で同期します。対称的な張力分布により、タイミング精度を劣化させる高調波振動を防ぐことができ、精密研削用途において表面粗さ値がRa 0.1μm以下になります。

ケーススタディ：高精度ロボットのアップグレード

協働ロボットのメーカーが、手首の関節部分でダブルシングルサイドベルトから15mm幅のダブルサイドベルトに置き換えた結果、以下の成果を達成しました。

• 駆動システムの設置面積を60%削減
• メンテナンス間隔を900時間に延長（従来は500時間）
• 10,000回の方向転換において±0.01°の反復精度

設計の見直しにより、動力伝達部品を8点から3点に簡略化し、ダウンタイムの削減を通じて生産効率を22%向上させました。

限られたスペースでの応用

ダブルサイドベルトは、ダブルシングルベルト構成と比較して部品点数を30%削減でき、医療用画像スキャナーのように、1本の10mm幅ベルトで2本の8mmベルトとテンショナハードウェアを置き換えられる用途に最適です。また、ドライ運転によりチェーン駆動に必要な潤滑油タンクが不要になります。

多軸・複雑な経路の実現

対称的な断面形状により、アイドラを用いずに多軸システム内を蛇行するようなルーティングが可能です。7軸ロボット溶接機でのテストでは以下の結果が確認されています。

• 片面ベルトに比べて41％高いトルク密度
• 駆動システムの設置面積を23％削減
• シャフト間の位相差がほぼゼロ

自動化における小型化の傾向

2020年以来、機械のコンパクト化（40％小型化）が以下のようなイノベーションを牽引しています。

1. HNBR化合物 ：寸法変更なしで15％高いトルク密度
2. 組み込み型摩耗センサー ：予知保全を実現し、ダウンタイムを62％削減
3. 標準化されたプロファイル ：ロボットの関節タイプにわたるモジュラー設計

性能比較：両面歯形と片面歯形の比較

トルク伝達効率

両面歯形は双方向用途において二重噛み合いにより効率が15～20％高くなる一方、片面歯形は逆方向動作時に8～12％の効率損失が生じる。

荷重容量と張力の均一性

対称構造により張力の均一性が35％向上し、狭小スペースにおいて片面設計に対して20～30％高い荷重容量を実現する。片面歯形は駆動側の歯に応力が集中する。

寿命と耐久性

両面歯形は高速往復動作において摩耗を均等に分散するため、片面歯形の8,000～10,000回の往復動作に対して、40～60％長寿命であり、14,000～16,000サイクルまで耐える。

設計の革新と今後のトレンド

ダブルベルトをシングル両面歯形ベルトに置き換える

導入により、スペースを40%削減でき、複数のインターフェースに伴うエネルギー損失を12～18%低減できます。主な比較:

新素材とスマートモニタリング

• ポリマー複合材料 ：質量を30%削減しながら150°Cに耐える
• 生分解性素材のバリエーション ：ナイロンの強度の98%を維持しながら分解速度を70%向上
• IoT統合 ：組み込みセンサーが故障を8～10週間前に予測

これらのイノベーションはISO 18185-7規格に準拠しており、パイロットプログラムではスマートベルトの寿命が22％長くなり、素材の再利用率が89％に達しました。このような進化により、コンパクトで高効率、自己監視機能を備えた次世代自動化に不可欠な二面歯ベルトの重要性が高まっています。

よくある質問

二面歯ベルトとは何ですか？

二面歯ベルトとは、両面に歯状の表面を持つベルトで、双方向への動力伝達が可能です。

二面歯ベルトの製造にはどのような素材が使われますか？

一般的にはHNBRやTPUなどの高性能エラストマーを使用し、鋼やケブラーなどの素材で補強されています。

二面歯ベルトはどのようにしてシステム効率を向上させますか？

ダブルエンゲージメント設計により、双方向用途において15～20％高い効率を実現し、エネルギー損失を低減します。

二面歯ベルトの使用により恩恵を受ける業界はどれですか？

ロボット工学、CNCマシニング、医療機器などの産業分野では、コンパクトな設計と信頼性の高さから恩恵を受けています。