(57)【要約】【課題】様々な外圧・内圧を受け続ける伝動ベルトの特殊性に鑑み、伝動ベルトの状態を検知・観測することが可能な伝動ベルト及び伝動ベルトの状態情報取得システムを提供する。【解決手段】Ｖベルト１は、背面側に配置される伸張層１１と、内面側に配置される圧縮層１２と、伸張層１１と圧縮層１２との間に設けられ、周長方向に沿って螺旋状に埋設された心線１３１を含む心線層１３と、Ｖベルト１の背面に配置される上帆布１４と、Ｖベルト１の内面に配置される下帆布１５と、圧縮層１２の背面側においてＶベルト１の幅方向中央に、周長方向に所定の間隔を空けて配置された２つの圧力センサ１６と、伸張層１１のＶベルト１の幅方向の一方端側に配置された送信器１７とから構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
背面側に配置される背面層と、内面側に配置される内面層と、前記背面層と前記内面層との間に埋設される心線を有する心線層と、を含む積層体を備えた伝動ベルトであって、
前記伝動ベルトが、当該伝動ベルトの状態を検知するセンサを、前記積層体の少なくとも一部として有する、伝動ベルト。
【請求項２】
前記センサが、前記積層体の少なくとも一部として一体化している、請求項１に記載の伝動ベルト。
【請求項３】
前記センサは、前記内面層の背面側、且つ、当該伝動ベルトの幅方向中央に配置されている、請求項１に記載の伝動ベルト。
【請求項４】
前記センサは、前記背面層の背面側、且つ、当該伝動ベルトの幅方向中央に配置されている、請求項１に記載の伝動ベルト。
【請求項５】
前記センサは、前記内面層の、当該伝動ベルトが巻き掛けられるプーリに接触する面側に配置されている、請求項１に記載の伝動ベルト。
【請求項６】
前記伝動ベルトは、複数の前記センサを有し、該複数の前記センサは、当該伝動ベルトの周長方向に所定間隔で配置されている、請求項１〜５の何れか一項に記載の伝動ベルト。
【請求項７】
前記積層体は、外周の少なくとも一部に外布層を備え、
前記センサが、前記外布層の少なくとも一部に含まれる、請求項１に記載の伝動ベルト。
【請求項８】
前記伝動ベルトは、前記センサが検知した当該伝動ベルトの状態情報を外部に送信する送信部を更に備え、
前記送信部は、前記背面層または内面層に埋設されている、請求項１〜７の何れか一項に記載の伝動ベルト。
【請求項９】
前記センサは、当該伝動ベルトに加わる圧力の状態を検知する、圧力センサである、請求項１〜８の何れか一項に記載の伝動ベルト。
【請求項１０】
前記圧力センサは、両面に一対の電極を形成した、有機高分子を含むフィルム状の圧電体である、請求項９に記載の伝動ベルト。
【請求項１１】
前記圧力センサは、ゴム組成物に圧電体粉を分散させた圧電体の両面に、一対の電極を配置した構成である、請求項９に記載の伝動ベルト。
【請求項１２】
背面側に配置される背面層、内面側に配置される内面層、及び、前記背面層と前記内面層との間に埋設される心線を有する心線層を含む積層体と、
前記積層体の少なくとも一部に設けられた、伝動ベルトの状態を検知するセンサと、
前記背面層または内面層に埋設され、前記センサが検知した当該伝動ベルトの状態情報を外部に送信する送信部と、を備えた伝動ベルト、
及び、前記送信部から送信された、前記伝動ベルトの状態情報を受信する受信機、
を有する、伝動ベルトの状態情報取得システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝動ベルトの状態を検知する機能を備えた伝動ベルト、及び、伝動ベルトの状態情報を取得するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
伝動ベルトは外観性に優れ、摩耗屑を生じにくい等の理由により、一般産業用、精密機器用等の動力伝達用ベルトとして、幅広く使用されている。このような伝動ベルトは、プーリ間に張力をかけて巻き掛けられ、プーリの回転駆動により伝動ベルトがプーリ間を走行することによりプーリ間で動力を伝達させる。
【０００３】
上記のように伝動ベルトがプーリ間を走行するに際して、伝動ベルトは、伝動ベルト自体にかけられた張力や、プーリの回転駆動により受ける推進力や、伝動ベルトがプーリの外周を走行するときに湾曲状に変形する力など、様々な外圧・内圧（外力・内力）を受け続ける。このような外圧・内圧の下で伝動ベルトを使用し続ければ、伝動ベルトにかかる圧力や、圧力に伴う内部温度の上昇や、更には摩擦熱等の影響により劣化することから伝動ベルトの交換が必要になる。
【０００４】
この点、伝動ベルトが受ける外圧・内圧は、伝動ベルトの使用に伴う経年劣化や損傷があると変化する。例えば、伝動ベルトの劣化・損傷により、伝動ベルト自体にかけられた張力が弱まったり、プーリの回転駆動により受ける推進力が弱まったり、伝動ベルトがプーリの外周を走行するときにかかる力が変化したりする。また、伝動ベルトが受ける外圧・内圧が変化すると伝動ベルトの内部温度も変化する。
【０００５】
そこで、伝動ベルトにかかる圧力や温度などの伝動ベルトの状態を、検知・観測することにより、伝動ベルトの状態を把握して交換時期を決める仕組みを取り入れることが考えられる。
【０００６】
このような仕組みは、本発明とは異なる技術分野であるが、特許文献１に、車両のタイヤにおいて、センサを配置することにより、タイヤの圧力、温度、振動を検出する構成として開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５６３２５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されたタイヤでは、センサを、空気を入れる広い内部空間に配置可能である。また、特許文献１には、センサをタイヤのゴム部分に埋め込む態様も開示されてはいるが、センサの耐久性はタイヤの厚み方向から受ける圧力のみを考慮すればよく、タイヤに比べて厚みが薄い伝動ベルトにかかる外圧・内圧とはその性質が異なる。また、センサが様々な外圧・内圧に耐えられる構造・配置場所・材質についての言及も示唆もない。
【０００９】
そこで、本発明では、伝動ベルト自体にかけられた張力や、プーリの回転駆動により受ける推進力や、伝動ベルトがプーリの外周を走行するときに湾曲状に変形する力など、様々な外圧・内圧を受け続ける伝動ベルトの特殊性に鑑み、伝動ベルトの状態を検知・観測することが可能な伝動ベルト及び伝動ベルトの状態情報取得システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、背面側に配置される背面層と、内面側に配置される内面層と、前記背面層と前記内面層との間に埋設される心線を有する心線層と、を含む積層体を備えた伝動ベルトであって、
前記伝動ベルトが、当該伝動ベルトの状態を検知するセンサを、前記積層体の少なくとも一部として有することを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、伝動ベルトの状態を検知するセンサが、背面層、心線層、及び、内面層を含む積層体に含まれることにより、伝動ベルトの状態を検知・観測することができる。これにより、伝動ベルトの状態を正確に把握して交換時期を決定することができる。
【００１２】
また、本発明は、上記伝動ベルトにおいて、前記センサが、前記積層体の少なくとも一部として一体化していることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、センサが伝動ベルトに一体化していることから、外観を損なうことなく、動力を伝達させる伝動ベルトとしての機能を担保する、強度、弾性、耐久性等を備えている。
【００１４】
また、本発明は、上記伝動ベルトにおいて、前記センサが、前記内面層の背面側、且つ、当該伝動ベルトの幅方向中央に配置されていることが好ましい。
【００１５】
上記構成によれば、センサが、伝動ベルトの断面視中央部分に配置されることから、伝動ベルトの内面側から加わる圧力や、背面側から加わる圧力など、伝動ベルト全体に加わる様々な圧力等による変化を片寄りなく検知・観測するのに適している。なお、「内面層の背面側に配置されている」とは、伝動ベルトの幅方向断面において、センサの中心が、内面層の中心より内面層の厚みの１０％以上背面側に存在することを意味する。また、「幅方向中央に配置されている」とは、伝動ベルトの幅方向において、センサの中心が、内面層の中心から±１０％以内に存在することを意味する。
【００１６】
また、本発明は、上記伝動ベルトにおいて、前記センサが、前記背面層の背面側、且つ、当該伝動ベルトの幅方向中央に配置されていることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、センサが、伝動ベルトの背面の幅方向中央部分に配置されることから、伝動ベルトがプーリの外周に設けられた溝に嵌め込まれた状態において、伝動ベルトの背面側の撓みとして生じる圧力等の変化を検知・観測する場合に適している。なお、「背面層の背面側に配置されている」とは、伝動ベルトの幅方向断面において、センサの中心が、背面層の中心より背面側に存在することを意味する。
【００１８】
また、本発明は、上記伝動ベルトにおいて、前記センサが、前記内面層の、当該伝動ベルトが巻き掛けられるプーリに接触する面側に配置されていることが好ましい。
【００１９】
上記構成によれば、センサが、伝動ベルトとプーリとの接触部分の近傍に配置されることから、プーリ間に巻き掛けられた伝動ベルトがプーリに接触する際の圧力等の変化を検知・観測する場合に適している。なお、「前記内面層の、当該伝動ベルトが巻き掛けられるプーリに接触する面側に配置されている」とは、伝動ベルトの幅方向において、センサの中心が、内面層の中心より１０％以上、プーリに接触する面側に存在することを意味する。
【００２０】
また、本発明は、上記伝動ベルトが複数の前記センサを有し、該複数のセンサが、当該伝動ベルトの周長方向に所定間隔で複数配置されていることが好ましい。
【００２１】
プーリ間に巻き掛けられた伝動ベルトにおいて、走行中の伝動ベルトがプーリに接触するタイミングで、その接触部分には瞬間的に、プーリ間を走行しているときの圧力よりも強い圧力が加わる。その強い圧力やそれによる変化を、所定間隔で配置されたセンサによって検知することにより、所定間隔（距離）をセンサによって検知した時間差（時間）によって除算することにより、伝動ベルトの走行速度を算出することができる。更に、算出した伝動ベルトの走行速度と、別途測定したプーリの回転速度との差から、伝動ベルトのスリップ率も算出することができる。
【００２２】
また、本発明は、上記伝動ベルトにおいて、前記積層体が、外周の少なくとも一部に外布層を更に備え、
前記センサが、前記外布層の少なくとも一部に含まれることが好ましい。
【００２３】
上記構成によれば、伝動ベルトの状態を検知するセンサが、背面層、心線層、内面層及び外布層を含む積層体の外布層の一部に含まれていることにより、伝動ベルトの表面の状態を精度よく検知・観測することができる。
【００２４】
また、本発明は、上記伝動ベルトにおいて、前記センサが検知した当該伝動ベルトの状態情報を外部に送信する送信部を更に備え、
前記送信部は、前記背面層または内面層に埋設されていることが好ましい。
【００２５】
上記構成によれば、送信部を伝動ベルトの背面層または内面層に埋設することにより、外観を損なわずに送信部の機能を果たすことができる。また、伝動ベルトの背面層または内面層は、表面に比べて直接圧力が加わり難い場所であることから、電子機器としての送信部に過度の負担がかかるのを避けることができる。
【００２６】
また、本発明は、上記伝動ベルトにおいて、前記センサが、当該伝動ベルトに加わる圧力の状態を検知する、圧力センサであることが好ましい。
【００２７】
上記構成によれば、伝動ベルトに設けられた圧力センサによって、伝動ベルトに加わる圧力を検知・観測することができる。そして、検知・観測した圧力の値により、伝動ベルトの劣化・損傷具合や、伝動ベルトが巻き掛けられたプーリ等の異常を把握することができる。
【００２８】
また、本発明は、上記伝動ベルトにおいて、前記圧力センサが、両面に一対の電極を形成した、有機高分子を含むフィルム状の圧電体であることが好ましい。
【００２９】
上記構成によれば、圧力センサがフィルム状であることから、比較的厚みが薄い伝動ベルトにおいても採用することができる。また、製造工程においても、積層体として構成される伝動ベルトに、フィルム状の圧力センサを配層する工程を追加するだけで良いことから、既存の製造工程を利用しつつ、効率的に伝動ベルトを製造することにも資する。また、圧力センサをフィルム状にしていることから、圧力センサの厚み方向における圧力を検知する場合に適している。
【００３０】
また、本発明は、上記伝動ベルトにおいて、前記圧力センサが、ゴム組成物に圧電体粉を分散させた圧電体の両面に、一対の電極を配置した構成であることが好ましい。
【００３１】
上記構成によれば、積層体を構成するゴム組成物に圧電体粉を分散させて盛り込むことにより、圧力センサを伝動ベルトに含ませることができる。また、製造工程においても、積層体を構成するゴム組成物に圧電体粉を混ぜる工程を追加するだけで良いことから、既存の製造工程を利用しつつ、効率的に伝動ベルトを製造することにも資する。また、積層体を主に構成するゴム組成物に圧電体粉を分散させるだけで圧電体としての機能を持たせることができることから、伝動ベルトにおいて、所望の部分を圧力センサとして機能させることができる。
【００３２】
また、本発明は、背面側に配置される背面層、内面側に配置される内面層、及び、前記背面層と前記内面層との間に埋設される心線を有する心線層を含む積層体と、
前記積層体の少なくとも一部に設けられた、当該伝動ベルトの状態を検知するセンサと、
前記背面層または内面層に埋設され、前記センサが検知した当該伝動ベルトの状態情報を外部に送信する送信部と、を備えた伝動ベルト、
及び、前記送信部から送信された、前記伝動ベルトの状態情報を受信する受信機、を有することを特徴とする、伝動ベルトの状態情報取得システムである。
【００３３】
上記構成によれば、受信機を、送信部を備えた伝動ベルトから一定程度離れた場所に配置又は近づけることにより、センサが検知した伝動ベルトの状態情報を受信することができる。これにより、プーリ間を高速走行する伝動ベルトから一定程度離れた場所から、伝動ベルトの状態情報を取得することができる。
【発明の効果】
【００３４】
伝動ベルト自体にかけられた張力や、プーリの回転駆動により受ける推進力や、伝動ベルトがプーリの外周を走行するときに湾曲状に変形する力など、様々な外圧・内圧を受け続ける伝動ベルトの特殊性に鑑み、伝動ベルトの状態を検知・観測することが可能な伝動ベルト及び伝動ベルトの状態情報取得システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施形態に係るＶベルト及びＶベルトの圧力データの取得システムの説明図である。
【図２】Ｖベルトの一部拡大上面図である
【図３】Ｖベルト１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】駆動プーリ２及び従動プーリ３に設けられたＶ溝にＶベルト１が嵌合された状態を示す説明図である。
【図５】Ｖベルトにおける圧力センサの配置場所を示す説明図である。
【図６】他の実施形態に係るＶリブドベルトの説明図である。
【図７】他の実施形態に係る歯付ベルトの説明図である。
【図８】圧縮層の一部の層に圧縮層を構成するゴム組成物に圧電体粉を分散させた圧電体層を有する圧力センサを備えたＶベルトのベルト幅方向の断面図である。
【図９】圧縮層の全体に圧電体粉を分散させたゴム組成物で形成した圧電体層を有する圧力センサを備えたＶベルトのベルト幅方向の断面図である。
【図１０】実施例に係る歯付ベルトのベルト幅方向中央の断面図である。
【図１１】実施例に係る歯付ベルトの走行試験に使用する走行試験装置のレイアウトである。
【図１２】実施例に係る歯付ベルトがプーリを通過する際の信号の変化を表す実験データをグラフ化したものである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（実施形態）
以下、図面を参照しつつ、本願発明に係る伝動ベルト及び伝動ベルトの状態情報取得システムについて説明する。
【００３７】
本実施形態の伝動ベルトでは、圧力センサ１６を備えたＶベルト１を例に説明する。
Ｖベルト１は、エンジン補機駆動システムなどの動力伝達機構（システム）において、例えば、駆動プーリ２と従動プーリ３との間に巻き掛けられて使用される（図１参照）。
【００３８】
（Ｖベルト１の構成）
Ｖベルト１は、図２及び図３に示すように、Ｖベルト１の背面側に配置される伸張層１１（背面層に相当）と、Ｖベルト１の内面側に配置される圧縮層１２（内面層に相当）と、伸張層１１と圧縮層１２との間に設けられ、Ｖベルト１の周長方向に沿って螺旋状に埋設された心線１３１を含む心線層１３と、Ｖベルト１の背面に配置される上帆布１４（外布層に相当）と、Ｖベルト１の内面に配置される下帆布１５（外布層に相当）と、圧縮層１２の背面側においてＶベルト１の幅方向中央に、周長方向に所定の間隔を空けて配置された２つの圧力センサ１６と、伸張層１１のＶベルト１の幅方向の一方端側に配置された送信器１７（送信部に相当）とから構成されている。本実施形態のＶベルト１では、上帆布１４、伸張層１１、心線層１３、圧縮層１２、及び、下帆布１５が積層体１０を構成している。
【００３９】
また、図３に示すように、Ｖベルト１のＶベルト１の幅方向の断面は、Ｖ字状断面であり、Ｖ字状断面の左右の両側面が、駆動プーリ２及び従動プーリ３に設けられたＶ溝の内壁面と接触する摩擦伝動面となる（図４参照）。
【００４０】
（伸張層１１）
伸張層１１を形成するゴム組成物のゴム成分としては、加硫又は架橋可能なゴム、例えば、ジエン系ゴム（天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ニトリルゴム）、水素化ニトリルゴムなど）、エチレン−α−オレフィンエラストマー、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、アルキル化クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、アクリル系ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムなどが例示できる。これらのゴム成分は単独で又は二種以上組み合わせて使用してもよい。好ましいゴム成分は、エチレン−α−オレフィンエラストマー（エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）などのエチレン−α−オレフィン系ゴム）、クロロプレンゴムである。特に好ましいゴム成分は、クロロプレンゴムに対し耐久性に優れ、ハロゲンを含まないエチレン−α−オレフィンエラストマーである。ＥＰＤＭのジエンモノマーの例としては、ジシクロペンタジエン、メチレンノルボルネン、エチリデンノルボルネン、１，４−ヘキサジエン、シクロオクタジエンなどを挙げることができる。
【００４１】
また、伸張層１１を形成するゴム組成物には、さらに必要に応じて、ゴムに通常配合される、カーボンブラック、シリカ、短繊維等の補強材、炭酸カルシウム、タルク等の充填材、硫黄、有機過酸化物等の架橋剤、Ｎ，Ｎ´−ｍ−フェニレンジマレイミド、キノンジオキシム類等の共架橋剤、加硫促進剤、可塑剤、安定剤、加工助剤、着色剤等を配合してもよい。短繊維としては、綿、ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＥＮなど）、ナイロン（６ナイロン、６６ナイロン、４６ナイロンなど）、アラミド（ｐ−アラミド、ｍ−アラミド）、ビニロン、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維などを用いることができる。これらの短繊維は単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
【００４２】
（圧縮層１２）
圧縮層１２は、伸張層１１を形成するゴム組成物と同じもので形成されていてもよい。
【００４３】
（心線層１３）
心線層１３は、心線１３１が、ゴム組成物に、Ｖベルト１の周長方向に沿って螺旋状に埋設されている。なお、心線層１３を構成するゴム組成物は、心線１３１との接着性や、心線１３１にかかる応力緩和の観点から、伸張層１１や圧縮層１２のゴム組成物よりも接着性・耐応力性を重視した配合組成が好ましい。これにより、螺旋状に埋設された心線１３１は、Ｖベルト１の幅方向断面視で、幅方向に所定の間隔をあけた状態で配列される。
【００４４】
心線１３１を構成する繊維としては、高モジュラスの点から、エチレンテレフタレート、エチレン−２，６−ナフタレート等のＣ２−４アルキレンアリレートを主たる構成単位とするポリエステル繊維（ポリアルキレンアリレート系繊維、ポリエチレンテレフタレート系繊維、ポリエチレンナフタレート系繊維等）、アラミド繊維等の合成繊維、炭素繊維等の無機繊維が使用され、ポリエステル繊維やアラミド繊維が好ましい。これらの繊維はマルチフィラメント糸であってもよい。マルチフィラメント糸の繊度は２０００〜１００００デニールとするとよく、好ましくは４０００〜８０００デニールとするとよい。
【００４５】
心線１３１としては、マルチフィラメント糸を使用した撚りコード（諸撚り、片撚り、ラング撚り等）を使用することが多く、心線１３１の平均線径（撚りコードの繊維径）は、０．５〜３ｍｍとするとよく、好ましくは０．６〜２ｍｍ、さらに好ましくは０．７〜１．５ｍｍとするとよい。
【００４６】
本実施形態では、１本で連なる心線１３１をＶベルト１の周長方向に螺旋状に巻き付けて埋設しているが、複数本束ねた心線１３１を、Ｖベルト１の周長方向に螺旋状に巻き付けて埋設してもよい。
【００４７】
（上帆布１４及び下帆布１５）
上帆布１４及び下帆布１５は、例えば、綿、ポリエステル繊維、ナイロン等からなり、平織、綾織、朱子織等に製織した布で、経糸と緯糸との交差角を９０°〜１２０°程度に広角度化した織布である。
【００４８】
（圧力センサ１６）
圧力センサ１６は、例えば、圧力を受けると電荷を発生する圧電素子を利用したもので、図３に示すように、有機高分子を含むフィルム状の圧電体層１６３の両面に電極層１６１・１６２を備えている。本実施態様において、圧電体層１６３の厚みは１〜１０μｍ程度で、電極層１６１・１６２の厚みも０．１〜０．３μｍ程度であり、圧力センサ１６としては薄い構成をしている。そして、圧力センサ１６は、電極層１６１・１６２から、送信器１７に電気的に接続されている。また、本実施態様において、圧力センサ１６は、図２に示すように、周長方向に所定の間隔を空けて２つ配置されている。
【００４９】
圧電体層１６３の材料としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとトリフッ化エチレンの共重合体、ポリ乳酸、シアン化ビニリデン系ポリマー、ナイロン９やナイロン１１などの奇数ナイロン、アラミド、ポリ尿素などを挙げることができる。
【００５０】
また、電極層１６１・１６２としては、蒸着膜、金属のネットやワイヤ、導電性のゴムを例示することができる。更に、蒸着膜としては、Ｎｉ−Ａｌ合金のほか、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、及びこれらの合金を例示することができる。また、金属のネットやワイヤとしては、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、銅合金、アルミニウム合金などを例示することができる。また、導電性のゴムとしては、圧縮層や伸張層に用いるゴム組成物を厚み１０μｍ〜５ｍｍのシート状にしたものを例示することができる。
【００５１】
また、電極層１６１・１６２は、周囲のゴム層（積層体１０の中でゴム組成物を含む部分）と化学的または物理的な結合によって接合（一体化）するための表面処理を行うことが好ましい。この表面処理としては、樹脂フィルムのコーティング（積層）、シランカップリング処理などが挙げられる。
【００５２】
上記のように、圧力センサ１６がフィルム状であることから、比較的厚みが薄いＶベルト１においても圧力センサ１６を積層体１０に一体化させることができる。また、製造工程においても、積層体１０として構成されるＶベルト１に、フィルム状の圧力センサ１６を配層する工程を追加するだけで良いことから、既存の製造工程を利用しつつ、効率的にＶベルト１を製造することにも資する。また、圧力センサ１６をフィルム状にしていることから、圧力センサ１６の厚み方向における圧力を検知する場合に適している。
【００５３】
圧力センサ１６は、上記のように厚みが薄く、圧縮層１２の背面側の幅方向中央に積層されており、Ｖベルト１の一部として一体化している。
【００５４】
ここで、「センサがベルトに一体化している」とは、市販のセンサをベルトに外付けしたり、単に埋設したりする方法と差別化するために、広義には、（Ａ）外観において一体化されていること、及び、（Ｂ）センサを備えたベルトが、伝動ベルトとしての機能を担保する、強度、弾性、耐久性等を備えていることである。更に、狭義には、上記（Ａ）及び（Ｂ）に加えて、（Ｃ）センサの構成部分（例えば、圧電体層+電極（両側））と積層体（例えば、積層体の中でゴム組成物を含む部分）との界面（境界）の接合状態の観点から、その界面が化学的結合または物理的結合で接合していることである。例えば、センサが圧力センサであり、電極層が金属の場合は、そのままでは周囲のゴム層（積層体の中でゴム組成物を含む部分）と接合しないので、上述の表面処理が行われることが好ましい（上記（Ｃ）の条件を満たすことが好ましい）。
【００５５】
従って、圧力センサ１６は、図５に示すように、圧縮層１２の背面側の幅方向中央（ポジションＡ）に配置されるだけでなく、圧力センサ１６は、伸張層１１の背面側の幅方向中央（ポジションＢ）に配置されていてもよい。また、圧力センサ１６は、圧縮層１２の両方の側面側、即ち、Ｖベルト１が駆動プーリ２及び従動プーリ３に設けられたＶ溝の内壁面と接触する摩擦伝動面側（ポジションＣ）に配置されていてもよい。なお、圧力センサ１６を圧縮層１２の側面側に配置する場合（ポジションＣ）、一方の側面側にだけ圧力センサ１６を配置してもよい。また、圧力センサ１６は、上帆布１４の中に編み込まれた状態で配置してもよいし（ポジションＤ）、下帆布１５の中に編み込まれた状態（ポジションＥ）で配置してもよい。また、圧力センサ１６は、圧縮層１２の内面側の幅方向中央（ポジションＪ）に配置されていてもよい。
【００５６】
上記のように、圧力センサ１６がポジションＡに配置される場合、Ｖベルト１の内面側から加わる圧力や、背面側から加わる圧力など、Ｖベルト１全体に加わる様々な圧力を片寄りなく検知・観測するのに適している。また、圧力センサ１６がポジションＢに配置される場合、図４に示すように、Ｖベルト１が駆動プーリ２及び従動プーリ３に設けられたＶ溝に嵌め込まれた状態において、Ｖベルト１の背面側の撓みとして生じる圧力を検知・観測するのに適している。また、圧力センサ１６がポジションＪに配置される場合、図４に示すように、Ｖベルト１が駆動プーリ２及び従動プーリ３に設けられたＶ溝に嵌め込まれた状態において、Ｖベルト１の内面側の撓みとして生じる圧力を検知・観測するのに適している。また、圧力センサ１６がポジションＣに配置される場合、走行するＶベルト１が駆動プーリ２や従動プーリ３に接触する際の圧力を検知・観測するのに適している。なお、圧力センサ１６を圧縮層１２の両方の側面側に配置した場合、Ｖベルト１の直進的な走行に資する。また、圧力センサ１６がポジションＤに配置される場合、ポジションＢ同様に、Ｖベルト１の背面側の撓みとして生じる圧力を検知・観測するのに適している。また、圧力センサ１６がポジションＥに配置される場合、図４に示すように、Ｖベルト１の内面側の撓みとして生じる圧力を検知・観測するのに適している。
【００５７】
なお、本実施形態では、圧力センサ１６として、有機高分子を含むフィルム状の圧電体層１６３を使用しているが、伸張層１１や圧縮層１２を構成するゴム組成物に圧電体粉を分散させることにより圧電体層１６３を形成し、その両面に電極層１６１・１６２を配置した構成としてもよい。
【００５８】
例えば、図８に示すように、圧縮層１２の一部の層に、圧縮層１２を構成するゴム組成物に圧電体粉を分散させた圧電体層１６３を配置して、圧電体層１６３の一部の上面及び下面に電極層１６１・１６２を挟み込むことで、圧力センサ１６を構成してもよい。
【００５９】
また、図９に示すように、圧縮層１２の全体を、圧電体粉を分散させたゴム組成物で形成した圧電体層１６３として、この圧電体層１６３の所望の位置に上下電極となる２枚の電極層１６１・１６２を埋設してもよい。この場合、２枚の電極層１６１・１６２と、この２枚の電極層１６１・１６２で挟まれた、圧電体層１６３の一部分とが圧力センサ１６を構成し、圧力センサの機能を果たす。
【００６０】
上記形態にした場合、製造段階で、圧縮層１２を構成するゴム組成物に圧電体粉を分散させて盛り込むことにより、圧力センサ１６をＶベルト１に一体化させることができる。また、製造工程において、積層体１０を構成するゴム組成物に圧電体粉を混ぜる工程を追加するだけで良いことから、既存の製造工程を利用しつつ、効率的にＶベルト１を製造することにも資する。また、積層体１０を構成するゴム組成物に圧電体粉を分散させるだけで圧電体としての機能を持たせることができることから、Ｖベルト１において、所望の部分を圧力センサ１６として機能させることができる。
【００６１】
また、上記形態では、電極層１６１・１６２として金属ネットを用いると、加硫工程において、圧力センサ１６と周囲のゴムとの架橋反応（化学的結合）とともに、金属ネットとゴム層とがアンカー効果（物理的結合）により接合して、圧縮層１２全体が一体化するので、容易に圧力センサ１６とＶベルト１との一体化が行える。
【００６２】
また、上帆布１４や下帆布１５に圧電体粉を保持させることにより圧電体層１６３を形成し、その両面に電極層１６１・１６２を配置した構成としてもよい。この場合、予め上帆布１４や下帆布１５を構成する経糸や緯糸に圧電体粉を盛り込む手法や、接着処理において圧電体粉を盛り込む手法などが挙げられる。
【００６３】
なお、圧電体粉としては、チタン酸バリウム、水晶、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、酒石酸カリウムナトリウム、酸化亜鉛などを挙げることができる。圧電体粉の形状としては、フレーク状、針状の形態でもよい。
【００６４】
（送信器１７）
本実施態様において、送信器１７は、図２及び図３に示すように、圧力センサ１６と電気的に接続された、薄型回路であり、伸張層１１のＶベルト１の幅方向の一方端側に配置されている。送信器１７は、電池（図示せず）により自発的に、所定の周期で圧力センサ１６において検知・観測された圧力データ（Ｖベルト１の状態情報に相当）を、外部の受信機４（後述）に送信する。
【００６５】
なお、送信器１７は、伸張層１１のＶベルト１の幅方向中央に配置することが好ましい。この場合、Ｖベルト１の直進的な走行に資する。また、送信器１７は、圧縮層１２のＶベルト１の幅方向中央に配置してもよい。また、送信器１７は、上帆布１４の上部（Ｖベルト１の背面）に配置してもよい。この場合、外観が損なわれないように、送信器１７に保護用の帆布によりカバーすることが望ましい。
【００６６】
また、本実施形態では、圧力センサ１６及び送信器１７の駆動電源としては、電池を例に説明しているが、外部から無線電力伝送されるワイヤレス給電システムや環境発電（Ｖベルト１の走行により発電されるキネティック式等）を採用してもよい。
【００６７】
上記のように、送信器１７をＶベルト１の伸張層１１に埋設することにより、送信器１７もＶベルト１に一体化させていることから、外観を損なわずにその機能を果たすことができる。また、Ｖベルト１の伸張層１１は圧縮層１２に比べて、直接圧力が加わり難い場所であることから、電子機器としての送信器１７に過度の負担がかかるのを避けることができる。
【００６８】
上記Ｖベルト１によれば、Ｖベルト１にかかる圧力を検知する圧力センサ１６が、積層体１０の一部として一体化していることにより、Ｖベルト１にかかる圧力を検知・観測することができる。そして、検知・観測した圧力の値により、Ｖベルト１の劣化・損傷具合や、Ｖベルト１が巻き掛けられた駆動プーリ２や従動プーリ３等の異常を把握することができる。これにより、Ｖベルト１の状態を正確に把握して交換時期を決定することができる。また、圧力センサ１６がＶベルト１に一体化していることから、外観を損なうことなく、動力を伝動させる伝動ベルトとしての機能を担保する、強度、弾性、耐久性等を備えることができる。
【００６９】
（Ｖベルト１の圧力データの取得システム）
本実施形態では、図１に示すように、駆動プーリ２と従動プーリ３との間に巻き掛けられたＶベルト１、及び、受信機４を使用して、Ｖベルト１にかかる圧力を検知・観測することができる、Ｖベルト１の圧力データ（状態情報）の取得システム１００（伝動ベルトの状態情報取得システムに相当）を実現することができる。
【００７０】
受信機４としては、例えば、携帯のタブレット等などが挙げられ、Ｖベルト１が備える送信器１７から送信された圧力データを受信した後、プログラム制御により、記憶、解析、解析結果の表示ができる構成である。
【００７１】
なお、受信機４は、受信機能部分のみの構成とし、駆動プーリ２や、従動プーリ３や、Ｖベルト１の周辺に配置される物（周辺装置、カバー等）に設置する構成でもよい。この場合、受信機４をパーソナルコンピュータ等に接続し、送信器１７から送信された圧力データを受信した後、パーソナルコンピュータのプログラム制御により、記憶、解析、解析結果の表示をする。
【００７２】
例えば、プログラム制御による解析では、Ｖベルト１の圧力値を出力するだけでなく、送信器１７から送信された、圧力センサ１６により検知・観測した圧力データ（値）と、予め実測データを分析して得られた基準となる圧力のデータ（値）とを比較することにより、Ｖベルト１の劣化度合いを分析し、Ｖベルト１の交換の有無や交換時期、その他の異常を、受信機４やパーソナルコンピュータの表示画面に表示することができる。
【００７３】
また、プログラム制御による解析では、駆動プーリ２と従動プーリ３との間に巻き掛けられたＶベルト１において、走行中のＶベルト１が駆動プーリ２に接触するタイミングで加わる圧力を、所定の間隔を空けて配置された２つの圧力センサ１６によって検知し、所定の間隔（距離）を、２つの圧力センサ１６によって検知した時間差（時間）によって除算することにより、Ｖベルト１の走行速度を算出することができる。更に、算出したＶベルト１の走行速度と、別途測定した駆動プーリ２の回転速度との差から、Ｖベルト１のスリップ率も算出することができる。
【００７４】
また、プログラム制御による解析では、圧力センサ１６により検知・観測した圧力データ（値）から、予め実測データを分析して得られた、圧力のデータ（値）に対応するＶベルト１の内部温度の基準データを参照することにより、現在のＶベルト１の内部温度を推測することも可能である。
【００７５】
上記Ｖベルト１の圧力データの取得システム１００を使用すれば、受信機４を、送信器１７を備えたＶベルト１から一定程度離れた場所に配置又は近づけることにより、圧力センサ１６が検知したＶベルト１の圧力データを受信することができる。これにより、駆動プーリ２と従動プーリ３との間を高速走行するＶベルト１から一定程度離れた場所から、Ｖベルト１の圧力データを取得することができる。
【００７６】
（その他の実施形態）
上記実施形態ではＶベルト１について説明したが、センサ２１６は、図６に示すＶリブドベルト２０１に採用してもよい。Ｖリブドベルト２０１は、ゴム組成物で構成され、伸張層２１１（背面層）と、Ｖリブドベルト２０１の周長方向に沿って互いに平行して延びる３つのリブ２１４を有する圧縮層２１２（内面層）と、伸張層２１１と圧縮層２１２との間にＶリブドベルト２０１の周長方向に沿って埋設される心線２１３（心線層）と、を備えている。そして、センサ２１６は、例えば、図６に示すように、圧縮層２１２の背面側の幅方向中央（ポジションＦ）に配置される。また、センサ２１６は、リブ２１４の一方の側面側、即ち、Ｖリブドベルト２０１が駆動プーリ２及び従動プーリ３に設けられた溝の内壁面と接触する摩擦伝動面側（ポジションＧ）に配置してもよい。
【００７７】
また、センサ３１６は、図７に示す歯付ベルト３０１に採用してもよい。歯付ベルト３０１は、歯付ベルト３０１の周方向に所定の間隔で設けられた複数の歯部３０２（内面層）と、心線３０３（心線層）が埋設された背部３０４（背面層）と、複数の歯部３０２の表面を被覆する歯布３０６により構成されている。そして、センサ３１６は、例えば、図７に示すように、歯部３０２の前部（ポジションＨ）、即ち、歯付ベルト３０１が駆動プーリ２及び従動プーリ３に設けられた歯部と接触する面側に配置される。
【００７８】
また、上記実施形態では、圧力センサ１６を伸張層１１や圧縮層１２の中に配置しているが、上帆布１４と伸張層１１との間に圧力センサ１６を配置してもよいし、伸張層１１と心線層１３との間に圧力センサ１６を配置してもよいし、心線層１３と圧縮層１２との間に圧力センサ１６を配置してもよいし、圧縮層１２と下帆布１５との間に圧力センサ１６を配置してもよい。
【００７９】
また、厚みが薄い（９ｍｍ）タイプのＶベルト１（Ｖリブドベルト２０１や歯付ベルト３０１などの伝動ベルトも含む）であれば、伸張層１１の背面側に電極層１６１を配置し、圧縮層１２の内面側に電極層１６２を配置し、電極層１６１と電極層１６２との間に積層される伸張層１１、心線層１３及び圧縮層１２を構成するゴム組成物に圧電体粉を分散させて圧電体層１６３にすることにより、Ｖベルト１全体を圧力センサとして機能させてもよい。
【００８０】
また、上記実施形態で説明したセンサは、圧力センサであったが、Ｖベルト１に一体化させるセンサとしては、温度センサであってもよい。Ｖベルト１にかかる様々な外圧・内圧の下でＶベルト１を使用し続ければ、圧力に伴う内部温度の上昇や、更には摩擦熱等の影響により、Ｖベルト１の内部温度が上昇する。そこで、Ｖベルト１に温度センサを一体化させることにより、Ｖベルト１の内部温度（Ｖベルト１の状態）を検知・観測することで、Ｖベルト１の劣化や損傷を把握することができる。
【実施例】
【００８１】
次に、実施例に係る、圧力センサを備えた歯付ベルト（伝動ベルト）を作製し、走行試験及びセンシング試験を行った。
【００８２】
実施例に係る歯付ベルトの構成・材料等を以下に説明する。図１０は、実施例に係る歯付ベルトのベルト幅方向中央の断面図である。
【００８３】
（歯付ベルトの構成）
歯付ベルト：歯数１２４、歯型ＭＹ、歯ピッチ８ｍｍ
ベルト幅：１９ｍｍ
ベルト周長：９９２ｍｍ
圧力センサは、ベルト幅方向中央部、心線より歯側（内周側）１ｍｍに設置（図１０参照）
圧力センサのサイズ：１ｍｍ（ベルト幅方向長さ）×１ｍｍ（ベルト周方向長さ）×０．０５ｍｍ（厚み）
【００８４】
（圧力センサの構成）
基材：表面をプラズマ処理したＰＥＴフィルム
圧電体層：「フッ化ビニリデンとトリフッ化エチレンの共重合体」の薄膜フィルム（厚み１μｍ）
電極層：アルミニウム蒸着膜（厚み０．１μｍ）
【００８５】
（圧力センサの製造方法）
基材（表面をプラズマ処理したＰＥＴフィルム）のプラズマ処理をしていない面に、蒸着により電極層となるアルミニウム膜を形成し、さらに、スピンコートにより圧電体層となる「フッ化ビニリデンとトリフッ化エチレンの共重合体」の薄膜を積層した。さらに、蒸着により電極層となるアルミニウム膜、基材と同じＰＥＴフィルムを順に積層して得られた積層体を圧力センサとして用いた。
【００８６】
（歯付ベルトの構成材料）
表１に、歯付ベルトの背面層（背部）及び内面層（歯部）で使用するゴム組成物の構成を示す。
［背面層（背部）及び内面層（歯部）を構成するゴム組成物］
【表１】
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Ｈ−ＮＢＲ：日本ゼオン（株）製「Ｚｅｔｐｏｌｅ・２０２１」
酸化亜鉛：正同化学工業（株）製「酸化亜鉛３種」
カーボンブラック：東海カーボン（株）製「シーストＶ」、平均粒子径５５ｎｍ
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製「Ｎーシクロヘキシル−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミド」
【００８７】
［歯布］
歯布（下帆布に相当）として、以下の構成の帆布（旭化成（株）製）を用いた。
・組成      緯糸：６６ナイロン＋ウレタン糸、経糸：６６ナイロン
・糸構成    緯糸：４６５ｄｔｅｘ、経糸：１５５ｄｔｅｘ
・密度      緯糸：８０本／３ｃｍ、経糸：１５０本／３ｃｍ
・織り構成  綾織り
・厚み      ０．８５ｍｍ
表１に示す配合処方のゴム組成物を、メチルエチルケトンに溶解してゴム糊を調製し、このゴム糊に帆布を含浸させた。さらに、ゴム糊を含浸した前記帆布と、表１に示す配合処方のゴム組成物のゴムシート（シート厚み：２．０ｍｍ）とを積層した積層体（ゴム付き帆布）を、歯布として用いた。
【００８８】
［心線］
心線は、ガラス繊維による撚りコード（原糸：ＥＣＧ１５０、ストランドの構成：３／１１、心線径：１．２０ｍｍ）を、ＲＦＬ液、上記ゴム糊の順に接着処理を施したコードを用いた。
【００８９】
（歯付ベルトの製造方法）
歯型が刻印された金型に、歯布となるゴム付き帆布、及び歯部となる未加硫ゴムシート（表１に示すゴム組成物を混練り、圧延して得られた厚み２．３５ｍｍのシート）を順に積層し、１２０℃、１６０秒、プレス圧：４．５１ＭＰａ（面圧）の条件でプレスし、半加硫状態の予備成形体（歯部の成形体）を作製した。
次に、外周に歯型が刻印された円筒状金型の外周に、前記予備成形体を装着し、予備成形体の所定の場所に圧力センサを嵌め込んだ。次に、その外周に心線となる撚りコードを所定の間隔で螺旋状にスピニングし、その外周に背部となる未加硫ゴムシート（表１に示すゴム組成物を混練り、圧延して得られた厚み２．０ｍｍのシート）を巻くことで未加硫状態の積層体を作製した。
次に、未加硫状態の積層体を加硫缶内に配置して、温度１７９℃、時間４０分、蒸気圧０．８３ＭＰａの条件で加硫を行うことで積層体が一体化し、歯付ベルトの加硫スリーブを得た。
次に、得られたスリーブを１９ｍｍの幅に切断して、圧力センサがベルトの一部として一体化した歯付ベルトを得た。
なお、圧力センサを機能させる、電源、信号処理回路、無線送信回路は、歯付ベルトの背面に固定した（図示せず）。
【００９０】
（歯付ベルトの走行試験）
得られた実施例に係る歯付ベルトを用いて走行試験により耐久性を確認した。比較例として、圧力センサを配置しない歯付ベルト（圧力センサを配置しないこと以外は実施例の歯付ベルトと同じ構成）も試験を行った。
走行試験装置として、図１１に示すように、２１歯の駆動プーリ（Ｄｒ）と、４２歯の従動プーリ（Ｄｎ）とに歯付ベルトを架け渡し、背部（背面）に当接可能な直径５２ｍｍφのテンションプーリ（Ｔｅｎ）とを備えた試験装置を使用した。雰囲気温度１２０℃、負荷３．６８ｋＷ、初張力１４７Ｎ、駆動側回転数７２００ｒｐｍの条件下で、１５００時間の走行試験を行った。
圧力センサを配置した実施例の歯付ベルトでも、圧力センサを配置しない比較例の歯付ベルトでも、実用的な故障現象となるような不具合が生じることなく１５００時間を完走した。
【００９１】
（歯付ベルトのセンシング試験）
上記の走行試験装置で、テンションプーリ（Ｔｅｎ）の無いレイアウトにて、実施例の歯付ベルトのセンシング性能（圧力センサ機能）を確認した。
上記の位置に圧力センサを配置し、歯付ベルトの背面に配置した、信号処理回路および無線送信回路により圧力センサからの信号を送信し、受信機で受信した信号を図１２の（Ａ）（Ｂ）に示す。
図１２の（Ａ）（Ｂ）は、歯付ベルトがプーリを通過する際の信号の変化を表す（図１２の（Ａ）（Ｂ）のスケールは同じである）。
【００９２】
圧力センサからの信号は３０ｍｓ毎にサンプリングし、３回分のデータをパックして、２．４ＧＨｚのZigbee通信により送信している。図１２の（Ａ）（Ｂ）は、ＰＣのＵＳＢポートに接続した受信ドングルで信号を受信し、ポートからのシリアルデータをグラフ化したものである。
図１２の（Ａ）は、歯付ベルトが通常の張力で走行しているときの信号であり、図１２の（Ｂ）は、歯付ベルトの張力が、図１２の（Ａ）の場合よりも低い状態で走行しているときの信号である。図１２の（Ａ）（Ｂ）からわかるように、信号の強度（信号の縦軸方向の大きさ）によりベルト張力が低下したことがわかる。これは、信号強度をモニタリングすることで、摩耗等により歯付ベルトが劣化してきたことを検知できることを示している。
【符号の説明】
【００９３】
１  Ｖベルト
２  駆動プーリ
３  従動プーリ
４  受信機
１０  積層体
１１  伸張層
１２  圧縮層
１３  心線層
１３１  心線
１４  上帆布
１５  下帆布
１６  圧力センサ
１６１・１６２  電極層
１６３  圧電体層
１７  送信器
１００  Ｖベルトの圧力データの取得システム
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019108979.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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