(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧縮ゴム層にベルト長手方向に沿ってコグ山とコグ谷を交互に多数配して形成されるコグ部を設けたコグドＶベルトの寿命予測方法において、
前記コグドＶベルトが特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最大主応力および最小主応力の差である応力変動幅と寿命との関係を示すデータを走行実験により得る走行実験ステップと、
前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最大主応力を算出する最大主応力算出ステップと、
前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最小主応力を算出する最小主応力算出ステップと、
前記最大主応力と前記最小主応力とに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときにおける両者の差である応力変動幅を算出する応力変動幅算出ステップと、
前記応力変動幅算出ステップで算出された前記応力変動幅に基づいて、前記走行実験ステップで得られた応力変動幅と寿命との関係を示すデータを用いて前記コグドＶベルトの等価寿命値を導出する等価寿命値導出ステップとを備えたことを特徴とするコグドＶベルトの寿命予測方法。
【請求項２】
少なくとも圧縮ゴム層にベルト長手方向に沿ってコグ山とコグ谷を交互に多数配して形成されるコグ部を設けたコグドＶベルトの寿命予測方法において、
前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最大主応力を算出する最大主応力算出ステップと、
前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最小主応力を算出する最小主応力算出ステップと、
前記最大主応力と前記最小主応力とに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときにおける両者の差である応力変動幅を算出する応力変動幅算出ステップと、
前記応力変動幅算出ステップで算出された前記応力変動幅に基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されたときの応力変動幅と寿命との関係を示すデータを用いて前記コグドＶベルトの等価寿命値を導出する等価寿命値導出ステップとを備えたことを特徴とするコグドＶベルトの寿命予測方法。
【請求項３】
前記最大主応力算出ステップおよび前記最小主応力算出ステップにおいて、前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する前記最大主応力および前記最小主応力をそれぞれ算出するために有限要素解析法が使用されることを特徴とする請求項１または２に記載のコグドＶベルトの寿命予測方法。
【請求項４】
前記物性データが前記コグドＶベルトの弾性係数およびポアソン比を含んでおり、前記特定使用条件が前記コグドＶベルトが巻き付けられるプーリの径および回転数、ベルト張力、有効張力を含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコグドＶベルトの寿命予測方法。
【請求項５】
少なくとも圧縮ゴム層にベルト長手方向に沿ってコグ山とコグ谷を交互に多数配して形成されるコグ部を設けたコグドＶベルトの寿命予測装置において、
前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最大主応力を算出する最大主応力算出手段と、
前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最小主応力を算出する最小主応力算出手段と、
前記最大主応力と前記最小主応力とに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときにおける両者の差である応力変動幅を算出する応力変動幅算出手段と、
前記応力変動幅算出手段で算出された前記応力変動幅に基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されたときの応力変動幅と寿命との関係を示すデータを用いて前記コグドＶベルトの等価寿命値を導出する等価寿命値導出手段とを備えたことを特徴とするコグドＶベルトの寿命予測装置。
【請求項６】
前記最大主応力算出手段および前記最小主応力算出手段において、前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する前記最大主応力および前記最小主応力をそれぞれ算出するために有限要素解析法が使用されることを特徴とする請求項５に記載のコグドＶベルトの寿命予測装置。
【請求項７】
前記物性データが前記コグドＶベルトの弾性係数およびポアソン比を含んでおり、前記特定使用条件が前記コグドＶベルトが巻き付けられるプーリの径および回転数、ベルト張力、有効張力を含んでいることを特徴とする請求項５または６に記載のコグドＶベルトの寿命予測装置。
【請求項８】
少なくとも圧縮ゴム層にベルト長手方向に沿ってコグ山とコグ谷を交互に多数配して形成されるコグ部を設けたコグドＶベルトの寿命予測するための寿命予測プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体であって、
前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最大主応力を算出する最大主応力算出手段、
前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最小主応力を算出する最小主応力算出手段、
前記最大主応力と前記最小主応力とに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときにおける両者の差である応力変動幅を算出する応力変動幅算出手段、および、
前記応力変動幅算出手段で算出された前記応力変動幅に基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されたときの応力変動幅と寿命との関係を示すデータを用いて前記コグドＶベルトの等価寿命値を導出する等価寿命値導出手段としてコンピュータを機能させるための寿命予測プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項９】
前記最大主応力算出手段および前記最小主応力算出手段において、前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する前記最大主応力および前記最小主応力をそれぞれ算出するために有限要素解析法が使用されることを特徴とする請求項８に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項１０】
前記物性データが前記コグドＶベルトの弾性係数およびポアソン比を含んでおり、前記特定使用条件が前記コグドＶベルトが巻き付けられるプーリの径および回転数、ベルト張力、有効張力を含んでいることを特徴とする請求項８または９に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コグ谷（凹部）およびコグ山（凸部）が交互に多数形成されたコグドＶベルトの寿命予測方法およびその寿命予測装置、並びにこれを実行するためのプログラムが記録された記録媒体に関し、特にコグ谷における繰り返し曲げ応力による亀裂進展を起因とする場合のコグドＶベルトの寿命を予測するために用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
スクータなどの変速装置における動力伝達のための部材として、コグドＶベルトが広く用いられている。コグドＶベルトとは、プーリ部から与えられる繰り返し曲げ応力に耐えられるように、内周側の圧縮ゴム層に、または、内周側の圧縮ゴム層と外周側の伸張ゴム層の両方に、ベルト幅方向に伸延したコグ山とコグ谷とがベルト長手方向について交互に形成され、かつ、長手方向に伸延した心線が埋設されたものである。しかしながら、コグドＶベルトにかかる負荷条件が近年益々過酷になっており、それに伴ってコグドＶベルトの寿命を正確に予測することが強く望まれている。
【０００３】
コグドＶベルトの寿命予測方法としては、心線に作用するベルト張力をストレスＳ0 とし、寿命時間またはこれと等価な繰り返しサイクル数をＮ0 として、Ｓ0 −Ｎ0 寿命曲線を作成した上で、これと別個に使用条件に基づいて計算されたベルト張力をこのＳ0 −Ｎ0 寿命曲線と対比させることによる予測方法が広く用いられてきた。この方法は、例えば、「Relaiability Data for Automotive and Camshaft Belt Drive」 the Proceeding of the National Conference on Power Transmission, Vol. 6, Ilinois Institute of Technology, 1979 に開示されている。また、この他に、ベルトの材料物性および形状等を考慮した有限要素解析によって荷重分担を計算し、歯部反力と寿命との関係から寿命時間を推定する方法である特開平７−３３２４４３号公報が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した文献の記載に基づいた寿命予測方法は、前者がベルトに作用するストレス、即ち、ベルト張力によって心線ロープに損傷が生じることに起因してベルト寿命に到る場合について寿命を予測しようとするものであり、後者は歯付きベルトの歯部に作用する歯部反力によって、歯部に損傷が生じることに起因してベルト寿命に到る場合について寿命を予測しようとするものである。したがって、前者の方法ではベルト張力が要因である寿命を概略的に予測することは可能であっても、更に仔細な要因に基づく正確な寿命予測をすることはできない。また、後者の方法は有限要素解析法を用いる方法であるが、この方法は歯付きベルトの寿命予測に適用されるものであって、歯付きベルトの歯部反力をストレスとしたＳ−Ｎ寿命曲線からその寿命を予測する方法であるから、摩擦伝動ベルトに区分されるコグドＶベルトの寿命を予測することはできない。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、ベルト張力以外の新たなストレス要因によるコグドＶベルトの寿命を正確に予測することができるコグドＶベルトの寿命予測方法および寿命予測装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明者による研究過程において、コグドＶベルトは、プーリからコグ谷に加えられる繰り返し応力により生じた亀裂の進展を起因として寿命に到る場合が多いことが判明した。また、この事実は、以下の考察からも理解されるであろう。
【０００７】
すなわち、コグドＶベルトが運転状態にある場合、圧縮ゴム層のコグ谷にはベルトがプーリ部で屈曲されることにより圧縮応力が生じ、一方、プーリ間の直線走行部では、ベルトが伸張されることにより引張応力が生じる。したがって、ベルトの回転に伴い、圧縮ゴム層のコグ谷には圧縮応力と引張応力とが交互に繰り返し加わることになる。これらの応力は、ベルト長手方向の厚さが均等であるベルトの場合は長手方向に対して均等に加わると考えられるが、コグドＶベルトはベルト長手方向の厚さが均等ではないため、コグドＶベルトの厚みが最も薄くなる部分であるコグ谷に、特に屈曲時の圧縮応力が集中し易く、この応力の集中による屈曲疲労によって、コグ谷において亀裂が最も発生し易い。
【０００８】
そこで、本発明者は、コグドＶベルトの寿命を正確に予測するには、繰り返し応力に起因してコグ谷に生じる亀裂の進展を起因として寿命に到る場合を考慮することが必要になるであろうという確信を持った。
【０００９】
以上のような考えに基づいて、本発明者は、ある特定使用条件の元で使用されるコグドＶベルトの寿命を決定する因子となるコグドＶベルトの形状および材料物性の相違を、圧縮ゴム層のコグ谷の応力変動幅の相違に置き換えてベルト寿命を予測すること、つまり、有限要素解析プログラムを用いて、ある特定使用条件の元で、コグドＶベルトの形状および材料物性に基づいてコグドＶベルトの有限要素モデルを所定の曲率に強制変位させて応力を解析し、この解析で得られる圧縮ゴム層のコグ谷の最小主応力（最大圧縮応力）と、別途行われた直線走行部に沿った応力解析による圧縮ゴム層のコグ谷の最大主応力（最大引張応力）との組み合わせによる繰り返し曲げ応力の変動幅を計算によって求め、その一方において特定使用条件の元で応力変動幅をストレスをＳとし、寿命時間またはこれと等価な繰り返しサイクル数をＮとするＳ−Ｎ曲線を予め実験により求めておき、ある使用条件の元で有限要素解析プログラムを用いて算出された応力変動幅から、予め求められた応力変動幅と等価寿命値との関係を示す実験データに基づいてコグドＶベルトの寿命を予測することに想到した。そして、このようにして得られたコグドＶベルトの寿命予測値が、実測されたコグドＶベルトの寿命値に非常に近いものであることが本発明者によって確認された。
【００１０】
すなわち、請求項１のコグドＶベルトの寿命予測方法は、少なくとも圧縮ゴム層にベルト長手方向に沿ってコグ山とコグ谷を交互に多数配して形成されるコグ部を設けたコグドＶベルトの寿命予測方法において、前記コグドＶベルトが特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最大主応力および最小主応力の差である応力変動幅と寿命との関係を示すデータを走行実験により得る走行実験ステップと、前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最大主応力を算出する最大主応力算出ステップと、前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最小主応力を算出する最小主応力算出ステップと、前記最大主応力と前記最小主応力とに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときにおける両者の差である応力変動幅を算出する応力変動幅算出ステップと、前記応力変動幅算出ステップで算出された前記応力変動幅に基づいて、前記走行実験ステップで得られた応力変動幅と寿命との関係を示すデータを用いて前記コグドＶベルトの等価寿命値を導出する等価寿命値導出ステップとを備えている。
【００１１】
このように、請求項１によると、プーリからコグ谷に加えられる繰り返し応力により生じた亀裂の進展を起因としてベルト寿命に到る場合について、特定使用条件で使用されるコグドＶベルトの寿命を今までよりも正確に予測することが可能となる。
【００１２】
また、本発明は、応力変動幅と等価寿命値との関係を求める走行実験を随時行ってから計算処理を行うというものに限られない。つまり、本発明によると、応力変動幅と等価寿命値との関係を求める走行実験を多くの使用条件について予め行って、応力変動幅と等価寿命値との関係をデータ化しておけば、ベルトの幾何データ（形状データ）および物性データを入力するだけで、一連の処理をすべてコンピュータを用いて自動的に行うことも可能となる。これにより、設計段階において、コグドＶベルトの形状および材質選定を適切且つ迅速に行うことが可能になる。
【００１３】
すなわち、請求項２のコグドＶベルトの寿命予測方法は、少なくとも圧縮ゴム層にベルト長手方向に沿ってコグ山とコグ谷を交互に多数配して形成されるコグ部を設けたコグドＶベルトの寿命予測方法において、前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最大主応力を算出する最大主応力算出ステップと、前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最小主応力を算出する最小主応力算出ステップと、前記最大主応力と前記最小主応力とに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときにおける両者の差である応力変動幅を算出する応力変動幅算出ステップと、前記応力変動幅算出ステップで算出された前記応力変動幅に基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されたときの応力変動幅と寿命との関係を示すデータを用いて前記コグドＶベルトの等価寿命値を導出する等価寿命値導出ステップとを備えている。
【００１４】
また、請求項５のコグドＶベルトの寿命予測装置は、少なくとも圧縮ゴム層にベルト長手方向に沿ってコグ山とコグ谷を交互に多数配して形成されるコグ部を設けたコグドＶベルトの寿命予測装置において、前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最大主応力を算出する最大主応力算出手段と、前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最小主応力を算出する最小主応力算出手段と、前記最大主応力と前記最小主応力とに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときにおける両者の差である応力変動幅を算出する応力変動幅算出手段と、前記応力変動幅算出手段で算出された前記応力変動幅に基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されたときの応力変動幅と寿命との関係を示すデータを用いて前記コグドＶベルトの等価寿命値を導出する等価寿命値導出手段とを備えている。
【００１５】
また、請求項８は、少なくとも圧縮ゴム層にベルト長手方向に沿ってコグ山とコグ谷を交互に多数配して形成されるコグ部を設けたコグドＶベルトの寿命予測するための寿命予測プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体であって、前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最大主応力を算出する最大主応力算出手段、前記コグドＶベルトの幾何データおよび物性データに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときに前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する最小主応力を算出する最小主応力算出手段、前記最大主応力と前記最小主応力とに基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されるときにおける両者の差である応力変動幅を算出する応力変動幅算出手段、および、  前記応力変動幅算出手段で算出された前記応力変動幅に基づいて、前記コグドＶベルトが前記特定使用条件で使用されたときの応力変動幅と寿命との関係を示すデータを用いて前記コグドＶベルトの等価寿命値を導出する等価寿命値導出手段としてコンピュータを機能させるための寿命予測プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体である。
【００１６】
また、本発明において、前記圧縮ゴム層のコグ谷に作用する前記最大主応力および前記最小主応力をそれぞれ算出するために、有限要素解析法が使用されることが好ましい（請求項３、６、９）。このように有限要素解析法を使用することで、コグドＶベルトの圧縮ゴム層のコグ谷に作用する繰り返し応力の変動幅を正確に算出できるため、より精度の高い寿命予測が可能となる。
【００１７】
また、本発明において、前記物性データが前記コグドＶベルトの弾性係数およびポアソン比を含んでおり、前記特定使用条件が前記コグドＶベルトが巻き付けられるプーリの径および回転数、ベルト張力、有効張力を含んでいることが好ましい（請求項４、７、１０）。このように、物性データおよび使用条件として上記の物理量を用いることで、実際の使用状況に合致した精度の高い寿命予測が可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
まず、コグドＶベルトの構造について、図１に基づいて説明する。図１に示すように、コグドＶベルト１は、内周側の圧縮ゴム層２と、外周側の伸張ゴム層５と、両ゴム層２、５間の接着ゴム層８を積層化した構造に形成されており、接着ゴム層８内部にはベルト長手方向に伸延した心線９が埋入されている。また、圧縮ゴム層２および伸張ゴム層５には、ベルト幅方向に伸延したコグ山３、６とコグ谷４、７とがベルト長手方向について交互にそれぞれ形成されている。
【００２０】
ここで、圧縮ゴム層２、伸張ゴム層５および接着ゴム層８を形成するゴムとしては、天然ゴム、ブチルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレンゴム、アルキル化クロロスルフォン化ポリエチレン、水素化ニトリルゴム、水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩との混合ポリマー等のゴム材の単独の組成物またはこれらの混合物の組成物を使用することができる。
【００２１】
また、圧縮ゴム層２および伸張ゴム層５には、繊維を配合して使用するのが好ましい。配合する繊維としては、アラミド繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、綿等の繊維を使用することができる。繊維長は繊維の種類によって異なるが、１〜１０ｍｍの短繊維が使用され、例えばアラミド繊維であると３〜５ｍｍ、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維または綿であると、５〜１０ｍｍ程度のものが使用される。なお、接着ゴム層８には、繊維を含有していてもよいが、含有していないほうが好ましい。
【００２２】
また、心線９としては、アラミド繊維、ポリエステル繊維またはガラス繊維等をＲＦＬ液で処理したものを使用することができる。さらに、圧縮ゴム層２の表面や伸張ゴム層５の表面に補強布を積層してもよい。この補強布としては、綿、ポリエステル繊維またはナイロン繊維等を平織り、綾織り、朱子織り等に製織した帆布を使用することができ、ＲＦＬ液で処理した後、ゴム組成物をフィリクション−コーティングしたゴム付き帆布として使用することができる。なお、ＲＦＬ液は、レゾルシンとホルマリンとの初期縮合物を、クロロプレン、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ＮＢＲ等のラテックスに混合したものである。
【００２３】
コグドＶベルト１において、圧縮ゴム層２のコグ山３およびコグ谷４、並びに伸張ゴム層５のコグ山６およびコグ谷７はベルト長手方向についてそれぞれ交互に配置されており、ベルト長手方向に沿ってその厚み方向に切断すると、その切断面には圧縮ゴム層２のコグ山３は凸曲線で形成され、コグ谷４は凹曲線で形成され、伸張ゴム層５のコグ山６は凸曲線で形成され、コグ谷７は凹曲線で形成され、それぞれこれらの凸曲線および凹曲線の両端は滑らかにつながり凹凸形状を形成している。
【００２４】
また、圧縮ゴム層２のコグ山３は略半円形状に形成され、伸張ゴム層５のコグ山６は略台形形状に形成されている。ここで、コグ山３の高さはコグ山６の高さより高くなっており、またコグ山３が１個形成されている間隔にコグ山６が２個形成されている。
【００２５】
なお、コグドＶベルトは、図１に示したようなものだけではなく、図４に示したとおり、他にも様々な形状のものがある。例えば、伸張ゴム層５には、コグ山およびコグ谷が形成されていなくてもよい。
【００２６】
次に、本実施の形態に係るコグドＶベルトの寿命予測装置について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施の形態に係るコグドＶベルトの寿命予測装置のブロック図である。
【００２７】
図２に示すように、本実施の形態に係るコグドＶベルトの寿命予測装置１０は、記憶部１１、最大主応力算出部１２、最小主応力算出部１３、応力変動幅算出部１４、亀裂開始時間導出部１５およびデータ記憶部１６を備えている。寿命予測装置１０の各部１１〜１６は、例えば汎用のパーソナルコンピュータによって構成されている。かかるパーソナルコンピュータには、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、ＦＤやＣＤの駆動装置などのハードウェアが収納されており、ハードディスクには当該パーソナルコンピュータをコグドＶベルトの寿命予測装置１０として機能させるための寿命予測プログラム（このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやＦＤ、ＭＯなどのリムーバブルな記録媒体に記録しておくことにより、様々なコンピュータにインストールすることが可能である）を含む各種のソフトウェアが記憶されている。そして、これらのハードウェアおよびソフトウェアが組み合わされることによって、上述の各部１１〜１６が構築されている。
【００２８】
記憶部１１には、図示しないキーボードなどの入力装置から入力されたコグドＶベルト１の幾何データおよび物性データと、コグドＶベルトの使用条件とが記憶される。亀裂開始時間導出部１５から出力されるコグドＶベルトの寿命等価値としての亀裂開始時間は、図示しないディスプレイに表示されたりプリンタで印刷されたりすることで寿命予測装置１０の操作者に通知される。また、データ記憶部１６には、コグドＶベルトが様々な条件で実験したときの応力変動幅と亀裂開始時間との関係を示すデータが記憶されている。
【００２９】
次に、本実施の形態の寿命予測装置１０の動作について、寿命予測装置１０内の各部の機能と合わせて、図３を参照して説明する。図３は、寿命予測装置１０の動作を順に示したフローチャートである。
【００３０】
まず、ステップＳ１では、寿命予測装置１０の操作者が、寿命予測装置１０でコグドＶベルトの寿命を予測するために必要なデータ（ベルトの幾何データ、物性データ、および、ベルトの使用条件）を、キーボードなどを用いて入力する。ここで、ベルトの幾何（形状）データとしては、コグドＶベルト１のコグ山３およびコグ谷４の形状、コグ山６およびコグ谷７の形状、コグ谷４の曲率半径、ベルト厚さ等のベルトの形状を特定するための様々なデータが入力され、物性データとしては、コグドＶベルトの各層の弾性係数およびポアソン比が入力される。また、ベルトの使用条件としては、コグドＶベルトが巻き付けられるプーリの径および回転数、ベルト張力、有効張力が入力される（なお、ベルト張力等の計算値は、別途用意されたベルト張力の計算プログラムをサブルーチン化して使用することもできる）。そして、入力されたデータは、記憶部１１に記憶される。
【００３１】
次に、ステップＳ２では、最大主応力算出部１２が、プーリ間の直線走行部においてコグ谷４が伸張している場合に圧縮ゴム層２のコグ谷４に作用する最大主応力を算出する。ここで、プーリ間の直線走行部における圧縮ゴム層２のコグ谷４に作用する最大主応力とは、コグ谷４に作用する最大引張応力のことである。
【００３２】
ここで、最大主応力の算出には、有限要素解析法を使用する。本実施の形態で行われる有限要素解析法とは、解析を実施するコグドＶベルト１に対して幾何データに基づいて３次元の有限要素モデルを作成し、指定された特定使用条件において有限要素モデルに作用する境界条件および外力条件を設定した後、物性データに基づいて有限要素モデルを強制変位させることにより応力解析を行う方法である。以上のように有限要素解析プログラムを実行することにより、指定された特定使用条件において、圧縮ゴム層２のコグ谷４に作用する最大主応力が求められる。なお、本実施の形態で用いられる有限要素解析プログラムとしては、市販のものを用いることができる。
【００３３】
次に、ステップＳ３では、最小主応力算出部１３が、ベルトのプーリ部においてプーリと接触してコグ谷４が圧縮されている場合に圧縮ゴム層２のコグ谷４に作用する最小主応力を算出する。ここで、ベルトのプーリ部における圧縮ゴム層２のコグ谷４に作用する最小主応力とは、コグ谷４に作用する最大圧縮応力のことである。
【００３４】
ここで、指定された特定使用条件において圧縮ゴム層２のコグ谷４に作用する最小主応力を算出するには、ステップＳ２で最大主応力を算出したのと同様の方法を用いればよい。
【００３５】
次に、ステップＳ４では、応力変動幅算出部１４が、圧縮ゴム層２のコグ谷４に作用する応力変動幅を算出する。ここで、圧縮ゴム層２のコグ谷４に作用する応力変動幅とは、ステップＳ２で算出した最大主応力とステップＳ３で算出した最小主応力との差である。なお、引張応力を正とし、圧縮応力を負とすると、ステップＳ４で算出される応力変動幅は、最大主応力および最小主応力のそれぞれの絶対値の和となる。
【００３６】
そして、ステップＳ５では、亀裂開始時間導出部１５が、ステップＳ４で算出した応力変動幅に基づいて、コグドＶベルト１のコグ谷４において亀裂が発生するまでの時間（亀裂開始時間）を、指定された特定使用条件でコグドＶベルトが使用されたときの応力変動幅と亀裂開始時間との関係を示すデータ（データ記憶部１６に記憶されたデータから選択されたデータ）を用いて導出する。
【００３７】
ここで、データ記憶部１６に記憶された、応力変動幅と亀裂開始時間との関係を示すデータとは、図６に示すように、応力変動幅と亀裂開始時間との関係を示すＳ−Ｎ寿命曲線である（なお、図６に示すデータは、ある特定の条件でコグドＶベルトが使用された場合のデータであり、データ記憶部１６にはこれ以外に種々の条件でコグドＶベルトが使用された場合のデータが記憶されているものとする）。
【００３８】
以下、図６に示すような応力変動幅と亀裂開始時間との関係を示すデータを得るための手順の一例について説明する。上述したように、本発明は、ある特定使用条件の元で使用されるコグドＶベルトの寿命を決定する因子となるコグドＶベルトの形状および材料物性の相違を、コグ谷における応力変動幅の相違に置き換えてベルト寿命を予測するものである。そこで、図６に示したようなデータを得るには、まず、様々な形状および材料物性をもつ複数のコグドＶベルト（例として、図４に、５つのコグドＶベルトの形状を示した）について、その最大主応力とベルト張力との関係を求めると共に、最小主応力とベルト張力との関係を求める。このとき、最大主応力および最小主応力を求めるには、上述したような有限要素解析法が用いられてよく、ベルト張力を求めるにはベルト張力の計算プログラムが用いられてよい。
【００３９】
次に、最大主応力とベルト張力との関係、および、最小主応力とベルト張力との関係に基づいて、図５に示すように、複数のコグドＶベルトのそれぞれについて応力変動幅とベルト張力との関係を求める。そして、このようにして求められた応力変動幅とベルト張力との関係から、ある特定使用条件においてある特定の大きさのベルト張力（図５および図６においては５０ｋｇｆ）が加えられたときに各コグドＶベルトで生じる応力変動幅を導く。そして、この特定の大きさのベルト張力が各コグドＶベルトに加えられる状態で走行試験を行って、各コグドＶベルトについて亀裂開始時間を実測する。このようにして実測された亀裂開始時間を、応力変動幅−亀裂開始時間グラフ上にそれぞれプロットし、曲線で結んだのが図６に示すデータである。
【００４０】
なお、上述したのと同様の走行試験は、各コグドＶベルトに大きさの異なる多種類のベルト張力（例えば、０ｋｇｆから１２０ｋｇｆまで１０ｋｇｆ刻みのベルト張力）が加えられる状態でそれぞれ行うことが好ましい。これにより、ベルト使用条件としてベルト張力が変わった場合に対応してベルト寿命を予測することが可能になる。
【００４１】
次に、ステップＳ６では、ステップＳ５において亀裂開始時間導出部１５によって導出された亀裂開始時間および／または亀裂開始時間に基づいて算出されたコグドＶベルト１の寿命に関連した数値（例えば、亀裂開始時間までの走行可能サイクル数、亀裂開始時間までの走行可能距離、亀裂が進行してベルトが完全に破断するまでの時間、または、そのときまでの走行可能サイクル数や走行可能距離）が寿命予測装置１０から出力される。具体的には、亀裂開始時間などが、出力装置であるディスプレイに表示されたり、プリンタによって用紙に印刷される。
【００４２】
以上のように、本実施の形態の寿命予測装置１０によると、コグドＶベルトがコグ谷４における亀裂進展を起因として寿命に到る場合の寿命予測を正確に行うことが可能となる。また、本実施の形態では、データ記憶部１６にコグドＶベルトの応力変動幅と亀裂開始時間との関係を示すデータが記憶されているために、ベルト設計段階において、ベルトの形状および材質選定を迅速且つ適切に実施することができる。さらに、本実施の形態では、コグドＶベルトが様々なベルト張力で使用されたときの応力変動幅と亀裂開始時間との関係を示すデータがデータ記憶部１６に記憶されているため、様々なベルト張力に応じた寿命予測を行うことが可能である。
【００４３】
【実施例】
下記の通りに、ある特定使用条件で使用されるコグドＶベルトの寿命予測を実施した。
【００４４】
（最大主応力の算出）
ａ．コグドＶベルトの使用条件を設定する。
駆動プーリピッチ径を１６０ｍｍ、従動プーリ径を１２０ｍｍ、駆動プーリと従動プーリの変速比を０．７５、駆動プーリ回転数を７０００ｒｐｍ、ベルトの有効張力を３２８Ｎｅｗｔｏｎ（３３．５ｋｇｆ）とした。
【００４５】
ｂ．コグドＶベルトの有限要素モデルに作用する外力を設定する。
直線方向のベルト張力を０ｋｇｆとした。
【００４６】
ｃ．コグドＶベルトの有限要素モデルの幾何データおよび物性データを設定する。
幾何データとして、コグドＶベルトの上コグ形状、下コグ形状および下コグ谷の曲率半径、心線と下コグ谷との距離、ベルト厚さを入力し、物性データとして、弾性係数およびポアソン比を入力した。このとき、心線（トラス要素）の弾性係数Ｅ1 を２９．４ＧＰａ、ポアソン比μ1 を０．３とし、心線層（心線径をその厚みとする仮想の層）の弾性係数Ｅ2 を１７６ＭＰａ、ポアソン比μ2 を０．３とし、接着層（圧縮ゴム層または伸張ゴム層と心線層とを接着させる仮想の層）の弾性係数Ｅ3 を４．９ＭＰａ、ポアソン比μ3 を０．４９とし、圧縮ゴム層および伸張ゴム層（補強繊維入り）の弾性係数Ｅ4 を４１．８ＭＰａとした。なお、境界条件は、コグドＶベルトが円弧状に可動自在な状態に放置されたときの内部応力を０とし、コグドＶベルトを長手方向直線状に、且つ、ベルト切断面を直平面に拘束し、その他の側面は自在とした。
【００４７】
ｄ．コグドＶベルトの有限要素モデルを設定する。
心線を２節点トラス要素とし、心線層を８節点３次元ソリッド要素とし、接着層を８節点３次元ソリッド要素とし、ゴム層を８節点３次元ソリッド要素とした。
【００４８】
ｅ．弾性解析プログラムを実行する。
弾性解析プログラムとしては、米国ＭＳＣ社汎用非線形ＦＥＭ解析プログラムを使用して、プーリ間の直線走行部におけるコグ谷に作用する最大主応力を算出した。この結果、例えばベルト形状Ｃにおいて最大主応力として、１．３kgf/mm2 という数値が得られた。
【００４９】
（最小主応力の算出）
ａ．コグドＶベルトの使用条件を設定する。
駆動プーリピッチ径を１６０ｍｍ、従動プーリ径を１２０ｍｍ、駆動プーリと従動プーリの変速比を０．７５、駆動プーリ回転数を７０００ｒｐｍ、ベルトの有効張力を３２８Ｎｅｗｔｏｎ（３３．５ｋｇｆ）とした。
【００５０】
ｂ．コグドＶベルトの有限要素モデルに作用する外力を設定する。
曲率方向のベルト張力を５０ｋｇｆとした。ただし、０〜１２０ｋｇｆの間でいくつか条件を変えて試算した（図５参照）。
【００５１】
ｃ．コグドＶベルトの有限要素モデルの幾何データおよび物性データを設定する。
上述したのと同様に幾何データおよび物性データを入力した。このとき、心線（トラス要素）の弾性係数Ｅ1 を２９．４ＧＰａ、ポアソン比μ1 を０．３とし、心線層（心線径をその厚みとする仮想の層）の弾性係数Ｅ2 を１７６ＭＰａ、ポアソン比μ2 を０．３とし、接着層（圧縮ゴム層または伸張ゴム層と心線層とを接着させる仮想の層）の弾性係数Ｅ3 を４．９ＭＰａ、ポアソン比μ3 を０．４９とし、圧縮ゴム層および伸張ゴム層（補強繊維入り）の弾性係数Ｅ4 を４１．８ＭＰａとした。なお、境界条件は、ベルトをプーリ径に相当する曲率（１／８０）に変形拘束し、更に側面方向にはプーリシーブ面に拘束し、ベルト張力５０ｋｇｆに相当するシーブ側圧を加えることとした。ここで、プーリシーブ面とは、ベルトを両側面方向から挟み込む面のことであり、シーブ側圧とは、プーリシーブ面からベルト側面に対して作用する力のことである。
【００５２】
ｄ．コグドＶベルトの有限要素モデルを設定する。
心線を２節点トラス要素とし、心線層を８節点３次元ソリッド要素とし、接着層を８節点３次元ソリッド要素とし、ゴム層を８節点３次元ソリッド要素とした。
【００５３】
ｅ．弾性解析プログラムを実行する。
弾性解析プログラムとしては、米国ＭＳＣ社汎用非線形ＦＥＭ解析プログラムを使用して、ベルトのプーリ部におけるコグ谷に作用する最小主応力を算出した。この結果、例えばベルト形状Ｃにおいて曲率方向のベルト張力を５０ｋｇｆとした場合、最小主応力として、−０．９kgf/mm2 という数値が得られた。
【００５４】
（応力変動幅の算出）
上述のように得られた最大主応力および最小主応力の差を算出する。ここで、最小主応力の算出の際に、曲率方向のベルト張力を、０〜１２０ｋｇｆの間でいくつか条件を変えて試算しており、これに対応した応力変動幅を算出した結果を図５に示す。この結果、例えばベルト形状Ｃにおいて曲率方向のベルト張力を５０ｋｇｆとした場合、応力変動幅として、２．２kgf/mm2 〔＝１．３kgf/mm2 −（−０．９kgf/mm2 ）〕という数値が得られた。
【００５５】
（亀裂開始時間の算出）
上述のようにして得られた応力変動幅を図６で示したＳ−Ｎ寿命曲線に当てはめて亀裂開始時間を求め、別途走行実験によって求めた亀裂開始時間と対比した。なお、上記Ｓ−Ｎ寿命曲線の横軸は、最小主応力の計算条件でベルト張力を５０ｋｇｆとし、最大主応力の計算条件でベルト張力を０ｋｇｆ（心線トラス要素が全荷重を分担する）としたときの条件から求めた応力変動幅であり、一方縦軸は、ベルト張力を５０ｋｇｆとし、その他の条件は前記解析条件と同一である台上試験機を用いた走行実験によって得た亀裂開始時間である。ここでは、走行実験によって得た亀裂開始時間をそれぞれプロットして曲線で結んでいる。その結果、例えばベルト形状Ｃにおいて、Ｓ−Ｎ寿命曲線から導出した亀裂開始時間は１４０時間となり、この亀裂開始時間は走行実験結果と略一致した。
【００５６】
なお、発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。
（１）上述の実施の形態では、コグドＶベルトの等価寿命値として亀裂開始時間を用いたが、亀裂開始時間に代えて、亀裂開始時間までの走行可能サイクル数、亀裂開始時間までの走行可能距離、亀裂が進行してベルトが完全に破断するまでの時間、または、そのときまでの走行可能サイクル数や走行可能距離を等価寿命値としてもよい。
（２）上述の実施の形態は、予め求められて寿命予測装置１０に記憶された図６に示されたような応力変動幅と亀裂開始時間との関係を利用したものであったが、本発明はこれに限らず、寿命予測を行う際にその使用条件に応じて改めて図６に示されたような応力変動幅と亀裂開始時間との関係を求めるものであってもよい。
（３）上述した実施の形態では、最大主応力を求める際のベルト張力を０ｋｇｆに固定したが、本発明は必ずしもこれに限られるものではなく、最大主応力を求める際のベルト張力を様々に変動させてもよい。
（４）上述した実施の形態における寿命予測方法において、ステップＳ２とステップＳ３とは入れ替えることが可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によると、コグドＶベルトのコグ谷における亀裂進展に起因する寿命の予測を正確に行うことが可能になる。また、請求項２、５、８によると、設計段階において、コグドＶベルトの形状および材質選定を適切且つ迅速に行うことが可能になる。
【００５８】
また、請求項３、６、９によると、有限要素解析法を使用することで、コグドＶベルトのコグ谷に作用する繰り返し応力の変動幅を正確に算出できるため、より精度の高い寿命予測が可能となる。また、請求項４、７、１０によると、実際の使用状況に合致した精度の高い寿命予測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コグドＶベルトの一部破断斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るコグドＶベルトの寿命予測装置のブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るコグドＶベルトの寿命予測方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】異なる断面形状を有する各種コグドＶベルトの詳細を示す図である。
【図５】有限要素解析法に基づくベルト張力と応力変動幅との関係を示すグラフである。
【図６】走行実験結果に基づく応力変動幅と亀裂開始時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  コグドＶベルト
２  圧縮ゴム層
３、６  コグ山
４、７  コグ谷
５  伸張ゴム層
８  接着ゴム層
９  心線
１０  寿命予測装置
１１  記憶部
１２  最大主応力算出部
１３  最小主応力算出部
１４  応力変動幅算出部
１５  亀裂開始時間導出部
１６  データ記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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