(57)【要約】【課題】  ベルトの測定部位を特定してベルトの物性変化を測定するための測定装置を提供することにある。【解決手段】第１のプーリと第２のプーリに架けられて回転移動されるベルトであって、ベルトには、加えられる物理量の大きさに応じてその材料の発光状態が変化する応力発光材料が含まれたベルトと、ベルトの応力発光材料から発せられる発光を検出する検出器であって、検出器はベルトに与える応力が異なる複数の部位からの発光信号を検出する検出器と、検出器により複数の部位から取得された複数の該発光信号による複数のデータの差分を求めて、差分を基にベルトの状態を判定する処理装置と、を有する動力ベルト伝達装置である。【選択図】  図１
2019074506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のプーリと、
第２のプーリと、
前記第１のプーリと前記第２のプーリに架けられて回転移動されるベルトであって、該ベルトには、加えられる物理量の大きさに応じてその材料の発光状態が変化する応力発光材料が含まれており、
前記ベルトの該応力発光材料から発せられる発光を検出する検出器であって、該検出器は、前記ベルトに与える応力が異なる複数の部位からの発光信号を検出し、
前記検出器により前記複数の部位から取得された複数の該発光信号による複数のデータの差分を求めて、該差分を基に前記ベルトの状態を判定する処理装置と、
を有する動力ベルト伝達装置。
【請求項２】
前記検出器は、前記ベルトの回転方向における第１の部位と第２の部位からの発光信号を検出し、
前記第１の部位から取得した第１の発光信号に基づく第１のデータと、前記第２の部位から取得した第２の発光信号に基づく第２のデータと、前記第１のデータと前記第２のデータの差分を保持する第１のデータベースと、
応力発光強度と前記ベルトに発生する傷の深さの相関関係に関するデータ、又は前記ベルトと応力発光強度の相関関係に関するデータを保持する第２のデータベースとを、
格納する記憶装置を有し、
前記処理装置は、前記第１のデータと前記第２のデータの前記差分に関して、前記第２のデータベースに保持された前記相関に関するデータとを参照して前記ベルトの状態を判定する
請求項１の動力ベルト伝達装置。
【請求項３】
前記第１のプーリは駆動プーリであり、
前記第２のプーリは従動プーリであり、
前記検出器は、前記第１のプーリに近い第１の部位と、前記第１のプーリから遠い第２の部位における前記ベルトの応力発光材料からの前記発光信号を検出し、
前記第１のデータベースは、前記第１のデータを経時的に記録し、
前記処理装置は、前記第１のデータの経時的変化を検出することにより前記ベルトの状態変化を測定する、
請求項２記載の動力ベルト伝達装置。
【請求項４】
前記ベルトの第１の部位は、前記ベルトが前記第１のプーリと接触することにより前記ベルトに曲げ応力が作用する部位であり、
前記ベルトの第２の部位は、前記第１の部位と、前記ベルトの回転方向に対して前記第１の部位よりも手前側であり、前記ベルトが前記第２のプーリに接触している部分のうちの前記ベルトの回転方向における、前記ベルトが前記第２のプーリから離れようとしている第３の部位との間の部位である、請求項３記載の動力ベルト伝達装置。
【請求項５】
前記第１のデータは、前記第１の部位の前記発光材料からの光の発光強度を検出するための第１の光検出器からの出力に基づくものであり、
前記第２のデータは、前記第２の部位の前記発光材料からの光の発光強度を検出するための第２の光検出器からの出力に基づくものである、請求項３記載の動力ベルト伝達装置。
【請求項６】
第１の時刻、および前記第１の時刻と異なる第２の時刻の前記第１のデータの差分値に基づいて、前記第１および前記第２のプーリの間隔を調整するための調節部を有する、請求項１記載の動力ベルト伝達装置。
【請求項７】
前記処理装置が前記ベルトの経時的な張力低下が所定以上生じたと判断した場合、前記第１および前記第２のプーリの間隔を調節する調節部を有する、請求項１記載の動力ベルト伝達装置。
【請求項８】
前記ベルトに特徴部が設けられ、前記ベルトが周回した際の前記第１の部位から取得した第１の発光信号に基づく前記第１のデータのプロファイルに基づいて、前記特徴部の位置を特定する手段を有する、請求項２記載の動力ベルト伝達装置。
【請求項９】
前記プロファイルに基づいてベルト表面の傷の有無を検出する傷検出手段を有する、請求項８記載の動力ベルト伝達装置。
【請求項１０】
前記プロファイルに基づいて傷の位置を検出する位置検出手段を有する、請求項９記載の動力ベルト伝達装置。
【請求項１１】
所定波長の光を前記ベルトに照射する光照射器を有する、請求項１記載の動力ベルト伝達装置。
【請求項１２】
前記光照射器は、波長４２０ｎｍ以上かつかつ５２０ｎｍ以下の光を発する、請求項１１記載の動力ベルト伝達装置。
【請求項１３】
複数の前記光照射器を前記第２のプーリの周辺に配置した、請求項１１記載の動力ベルト伝達装置。
【請求項１４】
前記第１のプーリと、前記第２のプーリと、前記ベルトと、前記光照射器と、前記検出器を囲む遮光カバーを備える、請求項１１記載の動力ベルト伝達装置。
【請求項１５】
回動する対象物の状態を測定する測定方法であって、
加えられる物理量の大きさに応じて発光状態が変化する発光材料を含む前記対象物が回動し、
前記発光材料からの発光信号と前記対象物の状態を示すパラメータとの対応関係を示すデータベースを格納し、
回動する前記対象物の第１の部位から検出器により第１の光信号を取得し、
回動する前記対象物の第２の部位から検出器により第２の光信号を取得し、
処理装置により、前記第１の光信号と前記第２の光信号を比較し、該比較の結果について前記データベースを参照して前記対象物の状態を測定する、測定方法。
【請求項１６】
前記対象物は、駆動プーリと従動プーリに架けられて回動するベルトであり、
前記第１の光信号は、前記駆動プーリ及び前記従動プーリに接触しない前記第１の部位から取得され、
前記第２の光信号は前記第１の部位よりも前記駆動プーリに近接した前記第２の部位から取得される、請求項１５記載の測定方法。
【請求項１７】
前記第２の部位は、前記ベルトの駆動時にベルトの曲げ応力が変化する部分である、請求項１６記載の測定方法。
【請求項１８】
動力ベルト伝達装置におけるベルトの状態を測定する測定方法であって、
加えられる物理量の大きさに応じてその材料の発光状態が変化する応力発光材料が含まれたベルトを、第１のプーリと第２のプーリに架けて回動するステップと、
前記ベルトに与える応力が異なる複数の部位から発せられる発光を、検出器により検出するステップと、
前記検出器により前記複数の部位から取得された複数の該発光信号による複数のデータの差分を求めて、該差分を基に前記ベルトの状態を判定する判定ステップと、
を含む測定方法。
【請求項１９】
光照射器が波長４２０ｎｍ以上かつかつ５２０ｎｍ以下の光を発して、前記ベルトに照射するステップを有する、請求項１８記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力ベルト伝達装置およびベルトの状態測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、モータなどの動力発生部で発生した動力を動力消費部で取り出すためには、動力発生部に接続した駆動プーリと、動力消費部に設けた従動プーリと間にベルトを架け、このベルトを介して駆動プーリから従動プーリへ動力を伝達している。
【０００３】
駆動プーリと従動プーリとは同期して回転するために、駆動プーリと従動プーリとの間に架けられたベルトには適切な張力を維持される。
【０００４】
しかしながら、不測の事態によりベルトが損傷し、又はベルトが劣化した場合には、駆動プーリの回転と従動プーリの回転とが同期されなくなり、動力伝動効率が低下することがある。
【０００５】
そこで、ベルトが損傷する前にベルトが交換時期に達したことを管理者に知らせる機能を有する動力伝達装置が提案されている。例えば、特許文献１（特開２０１２−２０２５３８号公報）には、応力発光材料を含有したベルトからの発光を光センサで検出して、その測光値に基づいてベルトの寿命を算出することによりタイミングベルトが交換時期に達したことを判断する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２０２５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、応力発光材料からの発光を光センサで検出してベルトの交換時期を判断する旨は記載されているが、プーリ間に架け回されたベルトの測定場所による信号強度の違いや、ベルトの物性変化の測定方法について詳細に言及されていない。
【０００８】
一般に、ベルトの張力は、個々の装置により異なるベルト長さや、そのベルトを架け回すプーリの直径とプーリ間の距離の調整具合により決定されるが、ベルト張力を装置間のばらつきを持たないように一定値に保つことは難しい。
【０００９】
外力により発光する応力発光体を利用してベルトの状態を測定する場合においては、ベルトの張力などが緩んだ場合には、発光体に掛かる外力が弱くなるため、発光体からの発光強度が弱くなる。また、逆にベルトの張力を強めた場合には、発光体に掛かる外力が強くなるため、発光体からの発光強度が大きくなる。すなわち、発光体からの発光強度は、ベルトの疲労状態だけでなく、ベルトの張力の影響を受けるため、応力発光体の発光からベルトの交換時期の判断精度を高めるには課題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、回動するベルトなどの対象物の状態を高精度に検出することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による動力ベルト伝達装置の好ましい一例は、第１のプーリと、第２のプーリと、
前記第１のプーリと前記第２のプーリに架けられて回転移動されるベルトであって、該ベルトには、加えられる物理量の大きさに応じてその材料の発光状態が変化する応力発光材料が含まれており、
前記ベルトの該応力発光材料から発せられる発光を検出する検出器であって、該検出器は、前記ベルトに与える応力が異なる複数の部位からの発光信号を検出し、
前記検出器により前記複数の部位から取得された複数の該発光信号による複数のデータの差分を求めて、該差分を基に前記ベルトの状態を判定する処理装置と、を有する動力ベルト伝達装置、として構成される。
【００１２】
本発明によるベルトの状態測定方法の好ましい一例は、回動する対象物の状態を測定する測定方法であって、
加えられる物理量の大きさに応じて発光状態が変化する発光材料を含む前記対象物が回動し、
前記発光材料からの発光信号と前記対象物の状態を示すパラメータとの対応関係を示すデータベースを格納し、
回動する前記対象物の第１の部位から検出器により第１の光信号を取得し、
回動する前記対象物の第２の部位から検出器により第２の光信号を取得し、
処理装置により、前記第１の光信号と前記第２の光信号を比較し、該比較の結果について前記データベースを参照して前記対象物の状態を測定する、測定方法として構成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ベルト等の対象物の状態を高精度に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１の動力ベルト伝達装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の動力ベルト伝達装置のベルト２が１回転する場合の各検出地点における応力状態を示す応力図である。
【図３】図１のベルト２の外側の表面のＡ検出地点とＢ検出地点における発光状態を撮影した画像を示す図である。
【図４】図３のＸ−Ｙ部分（２２検出地点と２１検出地点）における応力発光強度を示す応力図である。
【図５】実施例２の動力ベルト伝達装置の構成を示すブロック図である。
【図６】実施例３の動力ベルト伝達装置の構成を示すブロック図である。
【図７】実施例４の動力ベルト伝達装置の構成を示すブロック図である。
【図８】実施例１におけるベルト２表面付近に発生する傷の深さと応力発光強度との相関図である。
【図９】実施例１の構成のベルト２の張力と応力発光強度との相関を示す相関図である。
【図１０】基準点を基準としてベルト２が１周した場合のベルトの張力状態を時間経過と共に示した相関図である。
【図１１】基準点を基準としたベルトの傷の発生場所を示す相関図である。
【図１２】実施例１のベルト状態測定装置１１の詳細なブロック図である。
【図１３】実施例１のベルト状態測定装置１１における処理を示す基本的な流れ図である。
【図１４】実施例１の過去プロファイルデータベースの一例を示す表図である。
【図１５】実施例３の励起光の照射波長と残光の経時変化を示す相関図である。
【図１６】実施例３の動力ベルト伝達装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】実施例３における照射器の光照射強度と照射場所の関係の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。本発明が実施形態に制限されることは無く、本発明の思想に合致するあらゆる応用例が本発明の技術的範囲に含まれる。本発明は、当業者であれば本発明の範囲内で様々な追加や変更等を行うことができる。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は複数でも単数でも構わない。以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。
【００１６】
図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数、順序、もしくはその内容を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。
【００１７】
図１は動力ベルト伝達装置を構成した例を示す。動力ベルト伝達装置は、動力ベルト装置５とベルト状態測定装置１１を有して構成される。動力ベルト装置５は、駆動プーリ１と、従動プーリ３と、この両者間に駆け回されたベルト２を有する。駆動プーリ１は電動モータなどの駆動源に接続されている。ベルト２として例えばＶベルトを用いる。ベルト状態測定装置１１は、例えば、比較器６、記録部７、解析部８を有する。
【００１８】
測定対象物であるベルト２の少なくとも外周表面には、その物質に加えられる物理量、例えば応力の大きさの大小に応じてその物質の発光強度の大小が変化する応力発光材料１０が設けられている。検出器４は、応力発光材料１０が設けられたベルト２に対向するように配置され、応力発光材料１０からの発光を検出する。検出器４の出力はベルト状態測定装置１１に入力されるように、動力ベルト装置５とベルト状態測定装置１１が接続されている。
【００１９】
物質に加えられる応力の大きさに応じてその物質の発光強度が変化する応力発光材料１０としては、例えば、(SrAl2O4:Eu)を用いることができる。また、外部応力の大きさに比例して発光強度が減少するものとして、感圧塗料（PSP）などを用いることができる。応力発光材料１０として、これをバインダ樹脂と混合したものを用いることができる。この応力発光材料１０をベルト２の外周表面上に塗布するか、または印刷するなどしてベルト２の外周表面に設けることができる。
【００２０】
応力発光材料１０の発光体とバインダとの混合割合は、発光体の割合が高いほど、単位応力あたりの発光強度が強くなる。ゆえに、発光体の割合を高くする方がよい。一方で、発光体は一般的にセラミック材料であるためバインダ樹脂に比べて弾性率が高い。応力発光材料において発光体の割合が高いほど、応力発光材料自体の弾性率が高くなる。ゆえに、降伏ひずみが小さくなる。
【００２１】
ベルト２のように外力によって大きく変形をするものに応力発光材料１０を設ける場合を考える。応力発光材料１０の弾性率が高いと、ベルト変形に伴って応力発光材料のひずみが大きくなり、応力発光材料自体にひび割れや剥がれが発生する。この観点からは、発光体の含有量は小さい方がよい。よって、応力発光材料における発光体の割合は、所定範囲内とするのがよい。
【００２２】
ベルト２の内周の一部は、駆動プーリ１と従動プーリ３に接触している。また、ベルト２が回転状態においても、余分なたわみや歪みの発生を低減するためには、ベルトの周回方向に適切な張力が加えられた状態で架け回されるべきである。
【００２３】
ベルト２の外周面に形成された応力発光材料１０の外側には、検出器４が設置されている。検出器４は複数個所の応力発光材料からの発光強度を個別に検出することができる。図１には検出器４として固体撮像素子を使用したカメラを１台用いた例を示した。検出器４としてカメラを用いた場合、ベルト２に形成された応力発光材料の複数の箇所の発光を、２次元の発光分布との形で検出することができる。そのため複数個の検出器を用いなくても、曲げ応力の異なる複数の発光箇所の発光量を検出することができる。
【００２４】
図１２は、図１のベルト状態測定装置１１の詳細なブロック図を示す。本実施例のベルト状態測定装置１１は、一般的なコンピュータを用いて構成することができる。具体的には、コンピュータはサーバもしくはマイクロコンピュータでよい。一般的なコンピュータと同様に、ベルト状態測定装置１１は、入力装置１１１、出力装置１１２、処理装置１１３、および記憶装置としての記録部７を備える。これらの要素は、図示しないバスによって接続されている。なお、本実施例は状態を測定する対象をベルトとしているが、例えばエレベータ用ケーブル等の他の装置に適用してもよい。
【００２５】
入力装置１１１には、検出器４からのデータを受信する入力インタフェースを含む。入力装置として一般的な、キーボードやマウスを備えていても良い。記録部７は、磁気ディスク装置や揮発性もしくは不揮発性の半導体メモリなど、公知の記憶装置を用いることができる。出力装置１１２としては、ベルト状態測定装置１１の測定結果を出力する表示装置、プリンター、あるいは出力インタフェースを備えることができる。記録部７には、過去プロファイルデータベース７１と相関関係データベース７２が格納されている。これらについては、後述する。
【００２６】
本実施例では解析部８や比較器６における計算や制御等の機能は、記録部７に格納されたプログラムが処理装置１１３によって実行されることで、定められた処理を他のハードウェアと協働して実現される。コンピュータが実行するプログラム、その機能、あるいはその機能を実現する手段を、「機能」、「手段」、「部」、「ユニット」、「モジュール」等と呼ぶ場合がある。
【００２７】
以上の構成は、単体のコンピュータで構成してもよいし、あるいは、入力装置、出力装置、処理装置、記憶装置の任意の部分が、ネットワークで接続された他のコンピュータで構成されてもよい。また、図１では動力ベルト装置５にベルト状態測定装置１１が設置された形態であるが、図１２に示すように、動力ベルト装置５とベルト状態測定装置１１はネットワーク１１４を介して接続され、検出器４からの信号をベルト状態測定装置１１に送信し、遠隔からベルトの状態を監視することも可能である。また、ソフトウエアで構成した機能と同等の機能は、FPGA（Field Prograｍｍable Gate Array）、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）などのハードウェアでも実現できる。そのような態様も本発明の範囲に含まれる。
【００２８】
図１３は、ベルト状態測定装置１１における処理を示す基本的な流れ図である。本実施例では、リアルタイム処理を想定している。
【００２９】
処理Ｓ１３１では、検出器４から得た測定データを記録部７に時系列に保存する。すなわち、ベルト表面で曲げ応力が異なる、ベルトの回転方向における複数個所（例えば図１のＡ点とＢ点）の発光信号を検出して、検出器４の検出タイミングによって定まる所定間隔の取得時刻をもつデータを対応付けて記憶する。発光信号は、例えば発光強度、波長などを含んでよい。検出器４は、比較器６と記録部７に接続されている。検出器４のデータは、記録部７に保存される。
【００３０】
処理Ｓ１３２で、比較器６では検出器４で検出したベルト２表面の複数個所からの応力発光性物質からの光強度、発光波長などの発光データを記録部７から読み出して比較し、上記複数個所の測定データの差分の導出を行なう。
【００３１】
処理Ｓ１３３で、検出器４からのデータや処理Ｓ１３２で求めた測定データの差分を、時系列的に記録部７に過去プロファイルデータベース７１として記憶する。
【００３２】
図１４は過去プロファイルデータベース７１の一例を示す。ＩＤはデータを一意に特定する。タイマを用いて絶対時間を追加記録しておいても良い。測定の時間間隔としては、後に説明するようにベルト１周分の精密なプロファイルを得るためには、１周期の間に十分な個数のデータが得られるように設定する。信号１と信号２は例えば図１のＡ点とＢ点に対応する検出器４からの検出信号である。差分は比較器６で導出された差分の値である。
【００３３】
処理Ｓ１３４で、比較器６にて比較されたデータは、記録部７に記録されると同時に、解析部８に送られ、記録部７に記憶されているデータを参照して用いて解析することでベルトの状態（例えば、ベルト張力の低下、ベルトの劣化状態）を検出できる。すなわち、検出器４からの信号に基づく差分から、後述する相関関係データベース７２に蓄積された情報を用い、ベルト２の状態を推定することができる。相関関係データベース７２による解析方法については、後に図８及び図９を用いて説明する。
【００３４】
駆動プーリ１と従動プーリ３の形状、直径、配置、回転速度などの各種のものに基づく様々な引張応力や曲げ応力が、ベルト２に作用する。検出器４はベルト２の表面近くに設けられる。図１の検出地点Ａおよび検出地点Ｂの両方の表面の発光が同時に検出できるように、検出器４が配置される。その２箇所は、曲げ応力がかかり始める箇所（Ｂ検出地点）と、曲げ応力がかからない箇所（Ａ検出地点）とするのがよい。
【００３５】
図２は、図１の動力ベルト装置５のベルト２が１回転する場合の各検出地点におけるベルトにかかる応力を示す図である。図１に示すように、Ａ点は駆動プーリ１に向かうベルト上の検出地点である。この点では、ベルト２の内側と駆動プーリ１および従動プーリ３とは接触していない。Ｂ検出地点は、ベルト２の内側が駆動プーリ１と接触を開始した検出地点である。Ｃ検出地点は、駆動プーリ１に接触していたベルト２の内側が駆動プーリ１から離れる点である。Ｄ検出地点は、ベルト２の内側が従動プーリ３に接触を開始した検出地点である。Ｅ検出地点は、ベルト２の内側が従動プーリ３から離れた検出地点である。
【００３６】
図２に示すように、Ａ検出地点では、ベルト２には引張応力のみが加わる。この検出地点では、ベルト２はどのプーリにも接触していないためである。Ｂ検出地点では、ベルト２には、引張応力と、ベルト２が駆動プーリ１に巻き込まれる際に生じる曲げ応力とが加わる。ベルト２に加わる曲げ応力は、駆動プーリ１の回転方向に沿って減少し、ベルト２が駆動プーリ１を離れるＣ検出地点で消失する。その後、ベルト２が従動プーリ３に接するＤ点にて、再び曲げ応力が加わる。さらにベルト２に加わる曲げ応力は、駆動プーリ１の回転方向に沿って増加し、ベルト２が従動プーリ３を離れるＥ検出地点で消失する。この検出地点での応力は、Ａ検出地点での応力と等しくなる。
【００３７】
図２から、曲げ応力が増加する検出地点は、Ｂ点とＤ点であることがわかる。ここで、プーリ直径の比率からＢ検出地点での曲げ応力はＤ検出地点での曲げ応力より大きい。即ち、駆動プーリ１の直径の方が、従動プーリ３の直径よりも小さいので、Ｂ検出地点でのベルト２にかかる曲げ応力はＤ検出地点でのベルト２にかかる曲げ応力より大きい。
【００３８】
このことから、検出器４は、Ｂ点と、曲げ応力が掛かっていないＡ検出地点での発光を測定するように配置するのがよい。Ｂ検出地点及びＡ検出地点における応力発光性物質からの発光強度を比較することで、ベルト２に掛かる曲げ応力を直接測定することが出来る。即ち、両者の差分をとることで、Ｂ検出地点の曲げ応力のみを抽出できる。ここで、Ａ検出地点とＢ検出地点におけるベルトに掛かる引張張力はほぼ同じであるので、ベルトの引張張力が変化しても曲げ応力には影響はない。また、Ａ検出地点はＢ検出地点の近くにあるため、検出器４にて、応力発光材料より発生した光だけではなく、それ以外の光、たとえば、室内照明光や、太陽光などの光も検出したとしても比較器６にてノイズ光を相殺することが出来る。このため、動力伝達装置の設置された光環境によって検出精度が影響を受けることがない。
【００３９】
なお、Ｂ点としては、ベルト２にかかる曲げ応力（例えば張力）がかかるベルトの区間であれば、図１に示す箇所でなくてもよい。例えば、図１のＢ点からＣ点までの範囲のいずれの部分または区間でもよい。
【００４０】
図３は、検出器４として高速カメラを用い、ベルト２の外側の表面のＡ検出地点とＢ検出地点における発光状態を撮影した画像を示す図である。高速カメラは撮影間隔を短くすることができるため、ベルト２が回転している状態で撮影すると、ベルトの同一の箇所がＡ検出地点にある状態とＢ検出地点にある状態の両方を撮影することができる。ベルト２は、図３の右から左方向に移動している。
【００４１】
図１のＡ検出地点は図３の２１として示す検出地点に対応している。図１のＢ検出地点は図３の２２として示す検出地点に対応している。図３での濃淡像が、応力発光材料からの発光強度を示している。Ａ検出地点とＢ検出地点とでは、応力発光材料の発光強度或いは発光波長が異なることがわかる。図３の２２検出地点ではベルト表面は発光しているが、２１検出地点でベルト表面は発光していない。２１検出地点と２２検出地点の発光強度の差分や発光波長変化の差分を取ることで、２１検出地点に対する２１検出地点の相対応力を求めることが可能である。
【００４２】
図４は、図３の２１検出地点と２２検出地点におけるベルト２の応力発光強度を示す図である。回転しているベルト２において、ベルト２裏面に傷がない場合と、傷がある場合について、ベルト２の傷が２２検出地点に到達した瞬間における図３にＸＹと表示した部分の発光強度を示す。黒塗りの三角印（３１）は、ベルト２裏面に傷がない場合の各検出地点における応力発光強度を示す。丸印（３２）は、ベルト２に深い傷がある場合、即ち、ベルト２の表面から、その厚さの１/２程度の深さまで傷が入った場合の各検出地点における応力発光強度を示す。白い四角印（３３）は、ベルト２に浅い傷がある場合、即ち、ベルト２の表面から、その厚さの１/４程度の深さまで傷が入った場合の各検出地点における応力発光強度を示す。この図から明らかように、２１検出地点では、傷の有無、傷の深い、浅いによって、応力発光強度の値に差異は見られない。ところが、２２検出地点では、傷の有無、傷の深い、浅いによって、応力発光強度の値に相関がみられる。
【００４３】
２つの検出地点における傷の有無、傷の深い、浅いかによる応力発光強度の値に相関の有無を利用することで、ベルト２の傷の有無、傷の深さ（浅い、深い）を検出できる。
２２検出地点での応力発光強度の値と２１検出地点での応力発光強度の値との差分をとれば、ベルト２の傷の有無、傷が深いのか、傷が浅いのかを検出することが可能である。
【００４４】
図８と図９を用いて、相関関係データベース７２の例を説明する。
【００４５】
図８は、ベルト２の表面に発生する傷の深さと応力発光強度との相関関係を示す図である。
【００４６】
図９は、そのパラメータの他の例として、ベルト２の張力と応力発光強度との相関を示す図である。これらの相関関係は、図１の記録部７などに予め、相関関係データベース７２として記憶させておくことができる。記憶形式は任意であるが、図８、図９から明らかなように、応力発光強度と状態を示すパラメータを対応付けたテーブルの形式とすることができる。
【００４７】
次にベルト２の表面の傷の位置検出の方法について説明する。ベルト２表面に形成した応力発光性物質の発光が、ベルト２上のどこで発生しているかを検出するために、特徴部として、例えば、ベルト２の延在方向と交差する方向に幅0.5ｍｍ程度のスリットを設ける。これにより、検出地点２２をスリットが通過した際には、検出器４においては発光強度が低下する。スリットの部分には応力発光性物質がないためである。スリットによる輝度の低下する周期時間は、ベルト２が１回転する際の周期時間と同一である。このことから、スリットの位置を基準位置として、任意の発光地点を検出することができる。即ち、検出器４は、応力発光強度と発光時刻、即ち、ベルトの位置とを同期して測定することができる。ここで、発光箇所を検出する手段としては、スリット以外のものでもよい。例えば、光学的に１箇所、他の箇所を識別できるもの、例えば、突起等をベルト２表面上に設けてもよい。また、この構成を用いてベルトが何回転したかを計測することもできる。
【００４８】
記録部７には、ベルトに関するさまざまなパラメータ（例えば、傷深さ、傷幅、ベルトの劣化、ベルト緩み、ゆがみ等。）と、応力発光強度との相関関係が相関関係データベース７２として蓄積されている。相関関係データベース７２は、予め使用者が経験、実験あるいはシミュレーションにより作成し、記録部７に格納しておくものとする。
【００４９】
回転するベルトにおいては、図３に例示したように２２検出地点と２１検出地点の発光強度を取得し、比較器６によって差分値が求まる。この差分値を連続的に時間経過ごとに記録部７にて記録していくと、ベルトの１周期の応力発光強度のプロファイルが得られる。ベルトの回転によって、データを連続的に取得することで、上記のプロファイルのデータを過去プロファイルデータベース７１として蓄積することができる。これによりベルト周回すべてのデータを継続的に取得することが可能である。長時間継続的にデータの蓄積することにより、上記プロファイルの値の精度が上がる。
【００５０】
さらに詳説すれば以下の通りである。横軸はベルト２のスリットのある位置を基準（この図の「基準点」として示したもの。）とした検出地点２２の応力発光強度と、検出地点２１の応力発光強度との差分値を縦軸に示す。この差分値の値が低下している時刻（図１０では、「基準点」と示されている２点。）では、ベルトのスリットが検出器４の位置にある。スリットが検出器４の位置にあるときには、ベルト２は発光しない。スリットには応力発光材料が設けられていないからである。ベルト２のスリットのある場所以外には応力発光材料が設けられているので、それらの場所の応力発光強度は所定以上の大きさになる。
【００５１】
本実施例では、解析部８はが定期的に過去プロファイルデータベース７１のデータをモニタして、ベルト２の状態をチェックするように構成される。解析部８は２つの閾値をもっており、一つは応力発光材料の有無を判定するための閾値であり、もう一つはベルトの状態を判定するための閾値である。
【００５２】
図１０は、基準点を基準としてベルト２が１周した場合のベルトの張力状態を時間経過と共に示した図である。横軸が検出経過時間、縦軸は張力に対応する応力発光強度である。図１０の点線４０１で示す初期のプロファイルは、ベルトに損傷、劣化等のない初期状態におけるベルト２の１回転分を示す。１回転分とは、図１０左側の「基準点」から右側の「基準点」までの１「周期」分に対応する。ところが、時間の経過と共に、図１０の実線４０２に示すように、所定時間経過後のプロファイルでは、応力発光強度が上昇してくる。
【００５３】
初期のプロファイルを取り込んだデータ解析を行う解析部８では、まず、過去プロファイルデータベース７１のデータを所定時間分読み出す。所定時間はベルトの１周期より十分長い時間がよい。そして、基準点を判別するために、応力発光材料の有無を判定するための閾値を用いて基準点のタイミングを特定する。この閾値は、信号強度に対して十分低い値とする。
【００５４】
次に基準点と基準点の間（例えば中間点）の信号レベルであるＩ１１を取得する。応力発光材料の有無を判定するための閾値より強度が低い信号は、ベルト２の状態を反映していないとして無視する。このようにして解析部８は、この時点での応力発光強度はＩ１１で一定であると判断する。なお、Ｉ１１の値は、スリットが検出器４の位置にあるときには、ベルト２は発光しないので、ゼロに近くなる。スリットには応力発光材料が設けられていないからである。ベルト２のスリットのある場所以外での応力発光強度は所定以上の大きさになる。応力発光材料が設けられているからである。
【００５５】
解析部８は次に、状態判定用の閾値である基準Ｉ２と、取得した信号レベルであるＩ１１を比較する。Ｉ１１が基準Ｉ２以下であることから、張り張力は十分であると判断する。この基準値Ｉ２は、利用者が予め状態を示すパラメータを入力している場合には、図９の相関図から求めることができる。この相関関係は予め記録部７に相関関係データベース７２として記憶されている。あるいは、応力発光強度の値として入力してもよい。いずれにしても、基準Ｉ２は記録部７に格納しておく。
【００５６】
一方、ベルト２が緩んで、ベルトの張力が低下した場合の応力プロファイルは、図１０の実線４０２の通りである。張力値はＩ１２となる。この値、Ｉ１２は基準値Ｉ２を超えているので、解析部８は先と同様の手順により、記録部７に記録されている基準Ｉ２以上であることから、ベルト２の張り張力は不十分であると判断する。
【００５７】
図１１は、基準点を基準としたベルトの傷の発生場所を示す図である。この図に示すプロファイルを求める原理は、図１０の場合と同様である。図１０の例と同様に、解析部８では、まず、過去プロファイルデータベース７１のデータを所定時間分読み出し、１周分のデータを確保する。
【００５８】
次に、解析部８は図１０の例と同様にしてベルト２の応力発光材料１０が設けられている部分からの信号を得る。そして、その信号を傷判定用の閾値と比較する。傷が検出地点２２に到着した時刻（図１１において、応力発光強度がプラスのピークとなっている時刻。）においてベルト２の傷の深さに応じた応力発光強度を示す。傷は突発的にできることが多い。突発的な傷の場合、図１１に示すピークは、ある時刻に突発的に発生する。その傷が発生する前には、このような鋭いピーク波形は観測されない。図１１のプロファイルは、この点で図１０の波形プロファイルとは異なる。
【００５９】
図１１の波形プロファイルの解析も、図１の解析部８にて行う。図８に示す相関と、図１１で例示した波形プロファイルすなわち、ピークの振幅とタイミングから、ベルト２の傷の深さと、その傷の位置を検出できる。また、応力発光のプロファイルを解析することで、ベルトの張りの張力や傷の深さなど情報だけでなく、ベルト２の状態監視を行うことができる。ベルト２の状態監視に基づき、ベルト２の予兆診断等が可能である。ここで、高い精度でのベルト状態の監視をしなくてもよい場合においては、検出地点２２だけの測定においてもベルトの曲げ強度に対応した発光強度を測定することができる。図４に示すように、傷の有無、傷の深さの程度などが変化しても、検出地点２１での応力発光強度の変化は無視できるからである。
【実施例２】
【００６０】
図５は、実施例２に係る、動力ベルト装置５とベルト状態測定装置１１とを有する動力ベルト伝達装置の構成を示す。実施例２では、実施例１（図１）の検出器４、高速カメラに代えて、２つの検出器４１および４２を設けたことに特徴がある。これらの検出器４１および４２にはフォトセンサを用いる。検出器４１と検出器４２の検出のタイミングは、「検出器間隔（m）／ベルト速度（m/sec）sec」だけずれており、ベルト２の同一箇所のデータを、曲げ応力の異なる２つの状態で取得する。これにより、検出器の小型化と検出速度向上が可能となる。それ以外の構成は、図１の構成と同じである。
【実施例３】
【００６１】
図６は、実施例３に係る、動力ベルト装置５と、ベルト状態測定装置１１とを有する動力ベルト伝達装置の構成を示す。実施例３の動力ベルト伝達装置は、実施例２（図５）の構成に光照射器９を付加したものである。それ以外の構成は、図５の構成と同じである。光照射器９は、ベルト２が従動プーリ３から離れる位置でベルト２に対向するように配置される。ベルト２の回転方向では、検出器４１と検出器４２が配置された延長線上に光照射器９が配置されるのが好ましい。光照射器９の照射光により、回転運動しているベルト２の応力変化をベルト２に包まれる応力発光材料からの発光を検出器４１および４２が検出する。
【００６２】
実施例１および２に係る図１および図５の構成では光照射器９は設けられていない。これらの構成では、ベルト上の応力発光材料には外光があたっていることを前提としているためである。
図６のベルト２上の応力発光性材料は、その材料物質を励起状態とするためにその物質外部からの所定波長、所定強度の外部光を受ける。
【００６３】
光照射器９から応力発光材料に照射される光は、少なくとも応力発光材料の発光波長よりも短波長の波長を含んだ光である。好ましくは、４２０ｎｍ以上の波長の光を含む光を発するものがよい。その理由は、応力発光材料を(SrAl2O4:Eu)を使用した場合、中心発光波長は概ね５２５ｎｍ付近である。光半導体材料の原理理論から励起光の波長は発光波長よりも短波であることが重要である。
【００６４】
一方、回転運動しているベルト２に励起光を照射して、応力変化をベルト２上の応力発光材料からの発光を利用して測定データを連続的に取得するには、励起光の残光の問題が発生する。特に、回転速度が速い場合や、光照射器９と検出器４の間の距離が短い場合は、励起光の照射を終了した後に発生する応力発光材料１０の残光(蛍光)の問題がある。すなわち、光照射器９からの光励起照射が終了した応力発光材料が検出器４までに到達する時間が短い場合、応力発光材料１０の残光が残っているために、Ｂ点にて発光した応力発光との残光の区別がつかず、検出精度が落ちてしまう。
【００６５】
そこで、発明者らが応力発光体１０の残光の問題を研究した結果、応力発光体１０の残光の時間依存性は図１５に示すように励起光の波長に依存することが新たにわかった。すなわち、４００ｎｍ以下の励起光を照射した場合は残光が残るが、４００ｎｍよりも長波長光の励起波長では残光が残っていないことがわかった。
【００６６】
ここで、光照射器９としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、紫外線（ＵＶ）光を照射するエキシマランプなどを使用できる。さらに光照射器９の光源として安価な手段は、発光ダイオード(ＬＥＤ)を使用するのがよい。特に、発光波長４２０ｎｍ以上のＬＥＤは青色発光ＬＥＤであることから、照射光が人体に影響を与えないし、危険部品として使用規制を受けるものでもない。青色発光ＬＥＤは大量に生産されていることから非常に安価であり、入手性も優れている。
以上のことから、光照射器９の波長を４２０ｎｍ以上かつ５２０ｎｍ以下とすることで、安全安価で残光の残らない光照射を形成することが可能となる。
【００６７】
光照射器９からの光照射によって応力発光材料１０を励起する。光照射器９を用いた光照射により応力発光材料１０を含んだ応力発光材料は、外部応力に対応して安定した発光を行なうことができる。
【００６８】
応力発光材料が、外部応力に応じて発光する原理は以下の通りである。
光照射器９より励起光を受けることにより応力発光材料は光エネルギを応力発光材料内に蓄える。その後に、外部応力の大きさに応じて、蓄えた光エネルギを外部に放出する。この応力発光にて応力発光材料は光エネルギを消費する。光エネルギの蓄積がなくなれば、外部応力を受けても応力発光材料は発光することができない。光照射器９による応力発光材料の光励起のために、検出器４１と検出器４２を同じ条件で光照射する。以上のことから、外部応力に対応した応力発光材料の発光をされるために、光照射器９は、検出器４１と検出器４２の検出位置の延長線上あって、これらの検出器４１，４２の上流側に設置される。
【００６９】
光照射器９からの励起光がベルトに照射されると、ベルト２に含まれる応力発光材料が励起状態となる。その下流にある検出器４２、４１の検出により、応力状態を計測する。応力発光材料を励起し、その後、検出器４２、４１が発光を検出するという順序になる。
【００７０】
さらに実施例３では、応力発光検出の感度を向上させるための機構が考慮される。すなわち、図６において、駆動プーリ１、従動プーリ３、ベルト２、及び光照射器９と検出器４４，４１を囲むように、遮光カバー１２が設置される。遮光カバー１２は、外乱光例えば室内照明光や太陽光などによって応力発光材料が光励起されることを防止する。遮光カバー１２の材料としては６５０ｎｍ以上の光を透過する樹脂材料が好ましい。このような材料を用いることで、遮光カバー１２の内部が目視にて確認することができるため、ベルト２やプーリ１，３の様子が見えることで遮光カバー１２が所定の位置に固定されていることを簡単に確認することができる。
【００７１】
さらに、図１６を参照して、実施例３の変形例を説明する。
図１６に示すように、光照射器９０は、図６に示した光照射器９と同じ光照射器を複数個、従動プーリ３の外周に連続的に配置して、ベルト２に連続光を照射できるように構成している。光照射器９０は、図６のように一点で照射するのではなく、ベルト２の回転方向に複数点に亘って連続的に照射している。ベルト２へ複数の照射光或いは連続光を照射することで、例えば図１７に示すように、応力発光材料への照射場所により照射強度を傾斜させることができる。これにより、検出時の残光を少なくすると同時に励起光を多く照射することが可能となる。
このように、ベルトの回転速度が速い場合に励起光の十分なエネルギを応力発光センサに与えることが可能となる。
【実施例４】
【００７２】
図７に実施例４に係る、動力ベルト装置５と、ベルト状態測定装置１１とを有する動力ベルト伝達装置の構成を示す。図７の構成は、実施例３（図６）の構成に調節部１０１および動力源１０２を付加したものである。それ以外の構成は、図６の構成と同じである。
【００７３】
実施例４では、ベルト状態測定装置１１におけるベルト状態の解析結果の情報を動力源１０２へフィードバックする構成を有している。図７の構成ではまた、ベルト状態測定装置１１が動力源１０２に接続されたモータ等の動力の回転数を制御する調節部１０１を介して、解析部８の出力は動力源１０２に接続されている。
【００７４】
調節部１０１はまた、駆動プーリまたは従動プーリの設置位置を制御する機能を有する。この場合には、調節部１０１の出力は、動力源１０２へ出力され、図示していないが、駆動プーリ１および従動プーリ３の設置間隔を調整する指示を出す。この間隔を所定に調整することにより、ベルト２の張力を調整できる。
【００７５】
ベルトの損傷状態や劣化状態に応じて、動力源１０２の回転数を調整し、またはベルトの引張張力を調整することで、ベルトを介して従動プーリに伝達できる伝達動力効率を落とすことなく動力伝達装置を連続的に稼動することができる。
【００７６】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１  駆動プーリ
２  ベルト
３  従動プーリ
４  検出器
５  動力ベルト装置
６  比較器
７  記録部
８  解析部
９  光照射器
９０  光照射器
１０  応力発光材料
１１  ベルト状態測定装置
１２  遮光カバー
２１  検出地点
２２  検出地点
４１  検出器
４２  検出器
７１  過去プロファイルデータベース
７２  相関関係データベース
１１１  入力装置
１１２  出力装置
１１３  処理装置
１１４  ネットワーク
【図１】
2019074506.tif 000003
【図２】
2019074506.tif 000004
【図３】
2019074506.tif 000005
【図４】
2019074506.tif 000006
【図５】
2019074506.tif 000007
【図６】
2019074506.tif 000008
【図７】
2019074506.tif 000009
【図８】
2019074506.tif 000010
【図９】
2019074506.tif 000011
【図１０】
2019074506.tif 000012
【図１１】
2019074506.tif 000013
【図１２】
2019074506.tif 000014
【図１３】
2019074506.tif 000015
【図１４】
2019074506.tif 000016
【図１５】
2019074506.tif 000017
【図１６】
2019074506.tif 000018
【図１７】
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