(57)【要約】【課題】測定系に外乱を与えることなく、ベルト伝動装置のベルト張力変動を実機状態で、測定することを可能にするベルト荷重測定プーリ及びベルト荷重測定装置を提供する。【解決手段】傘型のプーリのプーリ円筒部１２ａは、転がり軸受１１の内輪１１ｂと共に回転し、その上に歪みゲージ１３ｄを貼付して荷重歪みを検出する弾性梁部１３ｃを、前記転がり軸受１１の外輪１３ａを固定する外輪固定部１３ａと、この傘型のプーリをベースマウント（取付け座）に支承する取付けプレート１４と、の間に配したベルト荷重測定プーリ１０を用いて、ベルト伝動装置のベルト張力変動を実機状態で測定する。【選択図】図２
2006329918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプーリに巻き掛けられてなるベルト伝動装置のベルト荷重を測定するベルト荷重測定プーリであって、プーリ円筒部は転がり軸受の内輪と共に回転し、その上に歪みゲージを貼付して荷重歪みを検出する弾性梁部は前記転がり軸受の外輪を固定する外輪固定部とプーリ取付けプレートの間に配されていることを特徴とするベルト荷重測定プーリ。
【請求項２】
プーリ円筒部の一方の側は側板で連結され、もう一方の側は開放されている傘型のプーリであって、前記側板の中央には一体に連結されたボス部とこのボス部に対抗して転がり軸受の内輪を押圧固定する内輪固定部とこの内輪固定部をボス部に向けて緊張する内輪固定ボルトとで構成される回転部と、
前記転がり軸受の外輪を固定する外輪固定部とこの外輪固定部を軸方向に支承する弾性梁部とこの弾性梁部に貼付された歪みゲージとで構成される固定部と、からなることを特徴とする請求項１に記載のベルト荷重測定プーリ。
【請求項３】
傘型のプーリは、エンジン補機駆動ベルト装置に供せられるアイドラープーリ、ウォーターポンププーリ、コンプレッサープーリ、パワーステアリングプーリ、オルタネータプーリからなる傘型のプーリであることを特徴とする請求項１乃至２に記載のベルト荷重測定プーリ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のベルト荷重測定プーリを用いて複数のプーリに巻き掛けられてなるベルト伝動装置のベルト荷重を測定するベルト荷重測定装置であって、このベルト伝動装置に配されたプーリを前記ベルト荷重測定プーリに交換し、このベルト荷重測定プーリの弾性梁部に貼付された歪みゲージによって荷重歪みを測定し、この荷重歪みをベルト張力の時系列信号に変換する動歪み計と、この時系列信号を解析する信号処理装置及びレコーダと、からなることを特徴とするベルト荷重測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝動ベルトに掛かる荷重を測定するベルト荷重測定プーリ及び装置に係り、詳しくは自動車エンジンに用いられる補機駆動ベルト等のベルト張力変動を実機状態で測定するベルト荷重測定プーリ及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車エンジンに用いられる補機駆動ベルト装置は、そのコンパクト化の要求から、取付けスペースが益々、狭隘なものとなり、最小限、必要な実機状態での動的試験をも困難にしている
とりわけ、ベルトの張力変動を実機状態で測定するためには、ベルト荷重測定装置をプーリレイアウトの然るべき位置に設定する必要がある。このベルト荷重測定装置には専ら、取外し可能なベルト荷重測定プーリが用いられる。
【０００３】
例えば、図８に示す本出願人によるベルト荷重測定プーリ１０’が用いられる。すなわち、プーリレイアウト中の実機プーリの位置を変えることなく、この実機プーリを前記ベルト荷重測定プーリ１０’に交換する方法である。この方法は実機プーリの取付け座をそのまま使用し、その外形寸法及び取付け要領を実機プーリに倣うものであるから、試験終了後の現状への復旧は極めて容易になる。
【０００４】
このベルト荷重測定プーリ１０’は、ベルト張力の合成力によるプーリ曲げ荷重を取付け座に対する反力として測定するものであって、制約条件として、（１）プーリ円筒部（ベルト巻回部）の外径及び表面性状が実機と同一であること、（２）実機スペースに収納できること、（３）プーリ曲げ荷重を検出する歪みゲージの貼付が容易に行なえること、が挙げられる。
【０００５】
図８において、プーリ円筒部ａにベルト張力による合成力が半径方向に作用する、この力の伝達経路は、玉軸受ｂ〜内輪固定部ｃ〜フランジ部ｄ（内輪固定部ｃと弾性梁部ｅの接合部）〜弾性梁部ｅ〜固定軸ｇ〜ボルトｈ、を経て取付け座に至る経路である。
【０００６】
このベルト荷重測定プーリ１０’は、玉軸受ｂ、を支承する内輪固定部ｃと、一方の軸端を円筒状に延設した弾性梁部ｅを有する固定軸ｇ、とに分離可能に形成されたことを特徴とするものであって、これによって分離状態での歪みゲージの貼付を容易にする。
【０００７】
また、この円筒状の弾性梁部ｅを図示のように弦方向に中央部を切欠くことによって、歪み感度を自在に調節することができる。又、コンパクトな構造を取り得ることから、実機プーリレイアウトへの着脱作業を極めて容易にする。尚、上記の従来技術は、特開２００３−４２８６７号に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−４２８６７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来技術は、成る程、実機プーリとその外径を同じくし、且つベルト荷重を測定できるコンパクトなベルト荷重測定プーリを用いる方法であるが、この方式のプーリは、構造が複雑であることから、プーリ円筒部を含む一切を、別途、機械加工により製作しなければならない。
【００１０】
また、この従来技術は２分割の組立て式であることから、歪みゲージの補修交換等においてその作業が複雑となり、製作コストも嵩む欠点があった。又、上述の通り、この弾性梁部の構造が複雑となることから、実機プーリの本体部分であるプーリ円筒部をそのまま転用することができない。
【００１１】
すなわち、実機と同一条件での試験を可能にするためには実機プーリの本体部分の使用が大前提であり、この実機プーリのプーリ円筒部をそのまま使用することにより、プーリ径及びプーリ表面形状及び表面性状を実機条件と同一にすることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、請求項１の発明は、複数のプーリに巻き掛けられてなるベルト伝動装置のベルト荷重を測定するベルト荷重測定プーリであって、プーリ円筒部は転がり軸受の内輪と共に回転する内輪回転式であり、その上に歪みゲージを貼付して荷重歪みを検出する弾性梁部が、前記転がり軸受の外輪をロック状態に固定する外輪固定部と、この外輪固定部の側方にあってプーリ円筒部を取付けベースマウント（取付け座）に支承するプーリ取付けプレートの間に配されているベルト荷重測定プーリである。
【００１３】
請求項２の発明は、プーリ円筒部の一方の側は側板で連結され、もう一方の側は開放されている傘型のプーリであって、前記側板の中央には一体に連結されたボス部と、このボス部に対抗して転がり軸受の内輪を押圧固定する内輪固定部とこの内輪固定部をボス部に向けて緊張する内輪固定ボルトとで構成される回転部と、前記転がり軸受の外輪を固定する外輪固定部とこの外輪固定部を軸方向に支承する弾性梁部とこの弾性梁部に貼付された歪みゲージとで構成される固定部と、で構成した請求項１に記載のベルト荷重測定プーリである。
【００１４】
請求項３の発明は、傘型のプーリは、エンジン補機駆動ベルト装置に供せられるアイドラープーリ、ウォーターポンププーリ、コンプレッサープーリ、パワーステアリングプーリ、オルタネータプーリ等からなる傘型のプーリのプーリ円筒部を転用した請求項１乃至２に記載のベルト荷重測定プーリである。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のベルト荷重測定プーリを用いて複数のプーリに巻き掛けられてなるベルト伝動装置のベルト荷重を測定するベルト荷重測定装置であって、このベルト伝動装置に配されたプーリを前記ベルト荷重測定プーリに交換し、このベルト荷重測定プーリの弾性梁部に貼付された歪みゲージによって荷重歪みを測定し、この荷重歪みをベルト張力の時系列信号に変換する動歪み計と、この時系列信号を解析する信号処理装置及びレコーダと、で構成したベルト荷重測定装置である。
【発明の効果】
【００１６】
ベルト荷重測定プーリの軸受構造を内輪回転型軸受構造にすることにより、実機プーリのプーリ円筒部（ベルト巻回部）の使用が可能となった。すなわち、ベルトと当接するプーリの表面状態（プーリ表面形状及び表面性状）は実機そのものであるから、ベルトとプーリの間の摩擦伝動状態は実機条件そのものとなり、より正確なデータ解析を可能にする。
【００１７】
また、実機プーリのベースマウント（取付け座）を利用して、ベルト荷重測定プーリを実機プーリと全く同一の位置に配置することが可能になるから、この試験プーリレイアウト（＝ベルトレイアウト）は実機プーリレイアウト条件と同一になる。これによって、各プーリのベルト巻付角度、及び各プーリ間のスパン長（＝プーリ間のベルト長さ）は実機条件と同一になるから、各スパンでの弦振動及び張力変動の解析をより好適にする。
【００１８】
更には、このベルト荷重測定プーリを内輪回転型軸受構造とし、且つ外輪固定部とプーリ取付けプレートの間に力伝達経路を構成する弾性梁部を形成し、この弾性梁部に歪みゲージを貼付する。
【００１９】
これによって、従来技術のように内輪固定部とプーリ固定軸の間に弾性梁部を設ける必要がなくなるから、半径方向のスペースに余裕が生まれ、従来技術のベルト荷重測定プーリに比して、より小プーリ径の実機プーリに対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて、本発明に係る実施例を詳細に説明する。図１は本発明に係るベルト荷重測定プーリを示す正面図であり、図２は図２のＡ−Ａ断面である。又、図３は本発明に係る実機プーリのプーリ円筒部を示す正面図であり、同じく図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。
【００２１】
また、図５は本発明に係る装置を示す概略図であり、図５（ａ）は実機プーリレイアウトを示し、図５（ｂ）は本発明装置の構成を示す概略図である。尚、図５（ｂ）に示す本発明に係るベルト荷重測定装置は、図１乃至図２に示す内輪回転型ベルト荷重測定プーリを主たる要部とする装置であり、その構成は以下の通りである。
【００２２】
すなわち、図５（ａ）は、本発明装置が好適に機能するベルト伝動装置の一例を示すものであり、具体的には自動車用エンジン補機駆動ベルト装置のプーリレイアウトを示す。このプーリレイアウトでは、クランクプーリ３は右回転し、ベルト２を時計回りに走行させる。このベルト２は、オルタネータプーリ５、及びコンプレッサープーリ７をベルト内周面で駆動し、ウォーターポンププーリ４、及びアイドラープーリ６をベルト背面で駆動する。
【００２３】
図５（ｂ）は、上記エンジン補機駆動ベルト装置のベルトを主とする動的試験において、本発明に係るベルト荷重測定装置１が、ウォーターポンププーリ４のベルトスパンでのベルト２の張力変動を、実機条件を乱すことなく測定する構成を示している。
【００２４】
また、ベルト荷重測定装置１は、図５（ａ）で示したウォーターポンププーリ４の傘型プーリのプーリ円筒部１２ａをそのまま転用し、この傘型プーリのプーリ円筒部１２ａを転がり軸受の内輪で回転させると共に、この外輪部を、弾性梁部を介してベースマウント（取付け座）に固定し、この弾性梁部に加わる荷重歪みを検出することによって、ベルト張力変動を測定する。
【００２５】
すなわち、弾性梁部に貼付された歪みゲージからの歪み信号を動歪み計に入力し、このプーリ曲げ荷重による荷重歪みをベルト張力に変換し、このベルト張力をＦＦＴアナライザに入力し、分析結果を表示する、或いはレコーダに記録する等の一連の処理を行なうベルト荷重測定装置である。
【００２６】
次に上記ベルト荷重測定装置１の要部となるベルト荷重測定プーリ１０を図１乃至図４に基づいて詳細に説明する。図３は前記ウォーターポンププーリ４のプーリ円筒部１２ａを示す正面図であり、図４はそのＢ−Ｂ断面図である。図示の通り、ウォーターポンププーリ４のプーリ円筒部（ベルト巻回部）１２ａは一方の側が開放された傘型プーリであり、もう一方の側板側の軸穴は位置決め用の軸穴であってウォーターポンプの負荷軸の先端に嵌め合わされ、図示した外周側の３個のボルトによって負荷軸と一体に固定される。
【００２７】
このように傘型プーリは前面の３個の取付けボルトを着脱することによって、プーリ円筒部１２ａを容易に交換することができる。本発明者は、この傘型プーリのプーリ円筒部１２ａをそのまま、ベルト荷重測定プーリ１０のプーリ円筒部１２ａに転用することによって、実機条件（プーリ表面形状及び表面性状及びプーリレイアウト）を乱すことなく、ベルト張力変動を測定できる装置を発明した。
【００２８】
以下、このベルト荷重測定プーリ１０の構造を図１乃至図２に基づいて仔細に説明する。図１に示したベルト荷重測定プーリ１０は、図３乃至図４で示した傘型プーリのプーリ円筒部１２ａをそのまま利用したものであって、正面から見た概観形状は実機プーリと同一である。
【００２９】
図２においてベルト荷重測定プーリ１０は、回転部１２と転がり軸受１１と外輪固定部１３ａと止め輪１３ｂと弾性梁部１３ｃと歪みゲージ１３ｄとで構成されるものであって、全体がプーリ取付けプレート１４に然るべく固定されている。尚、回転部１２は、プーリ円筒部１２ａとプーリボス部１２ｂと内輪固定部１２ｃと内輪固定ボルト１２ｄとで構成されるものであって、この回転部１２は転がり軸受１１の内輪１１ｂと一体に回転する。
【００３０】
本発明に係るベルト荷重測定プーリ１０は、弾性梁部１３ｃが図示の通り、プーリ円筒部１２ａの軸方向外側に配されていることから、図８に示した従来のベルト荷重測定プーリ１０’のようにプーリ円筒部内部に弾性梁部ｅを設ける必要がなくなる。
【００３１】
すなわち、本発明に係るベルト荷重測定プーリ１０は、転がり軸受１１の外輪１１ａを固定する外輪固定方式（内輪回転方式）であることから、歪みゲージ１３ｄを弾性梁部１３ｃの所定位置に貼付する作業を容易にする利点がある。
【００３２】
また、図８に示す従来技術のように、弾性梁部ｅをプーリ円筒部１２ａの内側に設ける必要がなくなることから、径方向のスペースに余裕が生まれる。これによって従来のベルト荷重測定プーリ１０’に比べて、より小プーリ径の実機プーリに対しても対応できる。
【００３３】
ここで、本発明に係るベルト２を、図７を用いて説明する。自動車用エンジン補機ベルト装置に用いられるベルトには、専ら、耐屈曲性に優れたＶリブドベルトが使用される。このＶリブドベルトは、延伸処理されたコードからなる心線２ａと、この心線を埋設する接着ゴム２ｃと、その上側にゴム付帆布を積層した伸張ゴム２ｄ、その下側には所定リブ数のリブ条をベルト長手方向に形成したリブゴム２ｂとから構成される。
【００３４】
次に、本発明装置を用いたベルト張力変動測定の手順を、ベルト荷重測定プーリ１０の作成手順と併せて説明する。先ず、測定対象とするベルトスパンの補機プーリ装置から、プーリ円筒部１２ａを取外し、別途、作成したプーリボス部１２ｂをプーリ側面にボルト止めし、ベルト荷重測定プーリ１０の回転部１２を作成する。
【００３５】
この回転部１２をその上に組付ける固定部１３を以下のように作成する。すなわち、取付けプレート１４に固定部１３を軸方向に支承する部材を兼ねて弾性梁部１３ｃを形成し、更にこの弾性梁部１３ｃの延長上にその内周側に転がり軸受１１の外輪１１ａを保持する外輪固定部１３ａを形成し、この外輪固定部１３ａに転がり軸受１１を挿入し、止め輪１３ｂで幅方向の移動を規制する。
【００３６】
次に前記固定部１３に回転部１２を組付ける手順を説明する。先ず、固定部１３の外輪固定部１３ａに組付けられた転がり軸受１１の内輪１１ｂの内スペースに内輪１１ｂをロック状態に固定する内輪固定部１２ｃを挿入する。
【００３７】
この状態で、回転部１２のプーリボス部１２ｂを、内輪１１ｂに当接させる。前記プーリボス部１２ｂは、当接する端部の外径が内輪１１ｂの内径と嵌合公差で仕上げられているので、プーリボス部１２ｂを内輪１１ｂに押圧することによって半固定となる。
【００３８】
更に、プーリボス部１２ｂのセンター穴に内輪固定ボルト１２ｄを挿入し、内輪固定部１２ｃをネジによって引き寄せると、内輪１１ｂの幅方向の移動は完全にロックされる。
この状態になると、ベルト荷重測定プーリ１０は、持ち運び可能となるので、測定対象のプーリレイアウト上の補機プーリと容易に交換することができる。
【００３９】
尚、ベルト荷重測定プーリ１０を荷重歪み検出器として完全に機能させるためには、予め、ＦＥＭ解析（歪み感度の最適化）等により、弾性梁部１３ｃに最適寸法の２面取りを施して、この２面に歪みゲージ１３ｄを貼付しておく必要がある。
【００４０】
以上の準備の下に、前記ベルト荷重測定プーリ１０を実機プーリレイアウトの然るべき位置に組付ける。このとき、２面取りの面とベルト荷重の合成力の作用線が直交するように配置する。
【００４１】
配置が終了すると、前記歪みゲージ１３ｄからの信号ケーブルを動歪み計２０に入力し、計器のスパン調整を終えておく必要がある。試験開始以降は、動歪み計２０の出力信号をＦＦＴアナライザに入力し、測定結果を表示、分析、記録する。以下実施例について詳細に説明する。
【実施例】
【００４２】
実施例に係る本発明装置は、図５に示す自動車用エンジン補機駆動ベルト装置に用いられるＶリブドベルトの試験に供されるものであり、使用したエンジンは４気筒１５００ｃｃのエンジンであり、使用したベルト２は三ツ星ベルト株式会社製７ＰＫ１１４０のＶリブドベルトであった。
【００４３】
このときのベルト初荷重は、９０Ｎ/リブであり、張力変動測定スパンは、ウォーターポンププーリのスパンであった。このとき、傘型プーリのプーリ円筒部１２ａの外径は、１００ｍｍであり、プーリ幅は、４０ｍｍであった。又、このプーリ表面は平坦な塗装プーリであり、ベルト背面によって駆動されるものであった。
【００４４】
また、このときの歪みゲージ１３ｄには共和電業社製の箔歪みゲージＫＦＧを使用し、動歪み計には共和電業製のＤＰＭ−７１３Ｂを使用した。又、信号処理装置及びレコーダ３０には小野測器社製のＦＦＴアナライザＤＳ−２１００、及びＴＥＡＣ社製のレコーダＲＤ−１３５Ｔを用いた。又、弾性梁部の軸径は４０ｍｍとし、２面取りの厚みは１２ｍｍとした。
【００４５】
結果は、図６のグラフ図に示す通り、このスパン部には測定の外乱となる要素は全く存在しないので、実機状態そのままでのベルト張力変動が測定できる。又、この測定結果はウォーターポンププーリに加わるベルト張力変動をそのまま表示しているから、この張力変動に基づいてウォーターポンププーリ両側スパンの弦振動その他の動的特性を的確に説明することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係るベルト荷重測定プーリを用いたベルト荷重測定装置によって、実機条件に何ら影響（測定による外乱）を与えることなく、ベルトの動的試験を正確に行なうことが可能になるから、伝動ベルト及びこれを用いた装置の解析と改善に利用できる。
【００４７】
とりわけ、傘型実機プーリの本体プーリ円筒部をそのまま転用する場合には、本発明に係るベルト荷重測定装置は、この本体プーリ円筒部を転がり軸受の内輪で回転させると共に、一方の外輪を外輪固定部材（兼弾性部材）を介してベースマウント（取付け座）に固定することが可能になるから、歪みゲージの調整を容易にし、且つ小プーリ径の実機プーリに対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るベルト荷重測定プーリを示す平面図である。
【図２】図２のＡ−Ａ断面である。
【図３】本発明に係る実機プーリの円筒部を示す正面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明に係る装置を示す概略図であり、図５（ａ）は実機プーリレイアウトを示し、図５（ｂ）は本発明装置の構成を示す概略図である。
【図６】本発明に係る試験結果を示すグラフ図である。
【図７】本発明に係るベルトを示す概略図である。
【図８】従来例に係る荷重測定プーリを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１      ベルト荷重測定装置
２      ベルト
２ａ    心線
２ｂ    リブゴム
２ｃ    接着ゴム
２ｄ    伸張ゴム
３      クランクプーリ
４      ウォーターポンププーリ
５      オルタネータプーリ
６      アイドラープーリ
７      コンプレッサープーリ
１０    ベルト荷重測定プーリ
１０’  ベルト荷重測定プーリ
１１    転がり軸受
１１ａ  外輪
１１ｂ  内輪
１２    回転部
１２ａ  プーリ円筒部
１２ｂ  プーリボス部
１２ｃ  内輪固定部
１２ｄ  内輪固定ボルト
１３    固定部
１３ａ  外輪固定部
１３ｂ  止め輪
１３ｃ  弾性梁部
１３ｄ  歪みゲージ
１４    プーリ取付けプレート
２０    動歪み計
３０    信号処理装置及びレコーダ
【図１】
2006329918.tif 000003
【図２】
2006329918.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006329918.tif 000007
【図６】
2006329918.tif 000008
【図７】
2006329918.tif 000009
【図８】
2006329918.tif 000010