(57)【要約】【課題】機構的に走行方向を規制されない歯付ベルト又は平ベルトを用いたベルト伝動装置において、走行するベルトの偏倚力を実機状態のまま測定できるベルト荷重測定用プーリを提供する。【解決手段】ベルト１ｃを案内するプーリ部１１と、このプーリ部１１の一方の側に固定されてベルトの偏倚走行を規制する固定フランジ１１ｂと、もう一方の側に配されてベルトの偏倚走行を規制する可動フランジ１１ｃと、この可動フランジ１１ｃをプーリ幅方向に案内するガイド部１４とからなり、且つガイド部１４と一体に組み付けられた回転側の可動リング１３ａ及びこれに組み合される固定リング１３ｂからなるスリップリング部１３と、可動フランジ１１ｃの押圧荷重を測定するその上に歪みゲージ１２ｂを貼付した圧縮バネ１２ａとで構成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２以上のプーリに巻き掛けられてプーリ上を周回するベルトの荷重を測定するベルト荷重測定用プーリにおいて、
ベルト偏倚走行抑止用のフランジがプーリ軸方向に移動可能に配されており、このフランジに作用するプーリ軸方向の荷重を測定することによってベルトの幅方向偏倚力を測定することを特徴とするベルト荷重測定用プーリ。
【請求項２】
ベルト荷重測定用プーリは、一方の側に固定されてベルトの偏倚走行を抑止する固定フランジと、もう一方の側に移動可能に配されてベルトの偏倚走行を抑止する可動フランジからなり、その外周にベルトを案内するプーリ面とからなるプーリ部と、この可動フランジをプーリ軸方向に案内するガイド部と、このガイド部と一体に配された回転側リングとこの回転側リングに組み合されて信号を接受する固定側リングとからなるスリップリング部と、前記ガイド部に外挿され、且つ所定の位置に歪みゲージが貼付された圧縮バネと、この歪みゲージの歪みを検出することによってベルトの幅方向偏倚力を計測する測定回路と、からなる請求項１に記載のベルト荷重測定用プーリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は伝動ベルトに起因する種々のベルト荷重を測定するベルト荷重測定用プーリに係り、詳しくは歯付ベルト或いは平ベルト等の伝動ベルトであって、プーリ上を走行するベルトの走行方向が規制されない伝動ベルトの偏倚走行時の偏倚力を測定するベルト荷重測定用プーリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のプーリに歯付ベルト或いは平ベルトを巻き掛けてなるベルト伝動装置にあっては、負荷の大きさに応じてベルト抗張体に作用する引張荷重（ベルト張力）と、プーリのミスアライメントがその原因となってベルトを偏倚走行させる偏倚力（ベルト蛇行力）の二つの力が常時ベルトに作用する。
【０００３】
この引張荷重によるベルトの強度劣化、及びこの偏倚力に起因するベルト側面摩耗、等による寿命低下、或いは摩擦に起因するリアルタイムの異音発生、等の不具合をなくすためにベルトに作用する荷重を詳細に測定する必要があった。
【０００４】
しかしながら、上記の引張荷重（ベルト張力）の測定については、一般的にベルトを巻き付けたプーリに作用する軸荷重を測定することによってベルト張力を測定する方法、或いはベルトの共振周波数を測定し、この共振周波数をベルト張力に換算する方法等が既に確立されている。
【０００５】
一方、偏倚力（ベルト蛇行力）の測定については、例えば図６及び図７に示したベルト荷重測定用プーリが用いられる。以下、図面に基づいてこの従来技術を詳細に説明する。
【０００６】
図６は、従来例に係る測定方法を示す概略図であり、図６（ａ）はその平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。また、図７は、従来例に係るベルト荷重測定用プーリを示す概略図であり、図７（ａ）はその平面図、図７（ｂ）はその正面図である。
【０００７】
尚、図６に示したベルト伝動装置１は、一対の歯付プーリと歯付ベルトで構成される駆動プーリ１ａと従動プーリ１ｂ及びベルト１ｂからなる最小構成のベルト伝動装置であるが、本発明が対象とするベルト伝動装置はこれに限られることは無く、一般事務機械用或いは工作機械用或いは自動車用歯付ベルト等の多岐に渡るベルト伝動装置に用いられる。
【０００８】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、駆動プーリ１ａと従動プーリ１ｂに巻き掛けられたベルト１ｃがプーリ間を走行する様子を示すものであり、図示のベルト１ｃには歯付ベルトを用いたが、周知の通り、歯付ベルトは長手方向に複数の歯部を有し、同期伝動を主たる目的とするものであるが、ベルト幅方向にはその位置は規制されない。
【０００９】
すなわち、Ｖ型ベルトがその構造上、幅方向に走行位置が規制されるのに対し、前記歯付ベルトは幅方向にはその位置を規制されない。このため、少なくとも一対の歯付プーリにミスアライメントが生じていると、歯付ベルトは偏倚走行する。
【００１０】
この偏倚走行によって、ベルト１ｃは一方の側のフランジに当接するが、通常、この偏倚力（蛇行力）は僅かであり、このフランジによる偏倚抑止力は十分に機能する。しかし、このミスアライメントの程度が過度に大きくなると、ベルト１ｃの偏倚力は無視できなくなり、ベルト１ｃは激しくフランジと接触し、ベルト端部を摩滅させる、或いは異音を発生させる。
【００１１】
このような不具合を解消するためには、上記の偏倚力を正確且つ簡便な方法で測定する必要があった。そこで本発明者等は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示した従来のベルト荷重測定用プーリ２０を用いて、この偏倚力を測定していた。
【００１２】
このベルト荷重測定用プーリ２０は、平坦状のプーリ面２１ａとシャフト２１ｂと軸受２１ｃからなるプーリ部２１と、前記シャフト２１ｂを切欠くことによって薄肉部を設け、その薄肉部に歪みゲージ２２ａ及びケーブル２２ｂを貼付したセンサー部２２とからなり、前記プーリ面２１ａを回転状態でベルト１ｃの側面に当接させる。
【００１３】
すなわち、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示したようにベルト１ｃの一方の側面にベルト荷重測定用プーリ２０を当接する状態にシャフト２１ｃを所定の方法で固定する。この固定は任意の架台に機械的に固定する方法であっても良いし、或いは手動によって半固定する方法であっても良い。
【００１４】
センサー部２２に位置するシャフト２１ｃには、図７（ｂ）に示す切欠き部（薄肉部）が設けられており、この薄肉部の両面には一枚づつ計２枚のクロス型歪みゲージ２２ａが貼付されている。
【００１５】
上記従来例に係るベルト荷重測定用プーリ２０に貼付されたクロス型歪みゲージ２１ｃからの出力ケーブル２２ｂは、図示しないブリッジボックスの端子台に接続され、図４（ｂ）に示すホイートストンブリッジ回路を構成する。
【００１６】
このブリッジ回路の入出力信号は図示しない動歪計に接続されて、シャフト２１ｃのたわみ荷重が測定され、このたわみ荷重からベルト１ｃの偏倚力が求められる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術はベルト１ｃの偏倚力を測定する有力な技術ではあるが、以下の課題が残されていた。すなわち、上記方法は極めて簡便的であるが、このベルト荷重測定用プーリ２０は、被測定対象に元々存在しなかったプーリであるから、このプーリの追加によって被測定系を実機とは異なる系に変質させる欠点があった。
【００１８】
また、この方法によって測定できるベルト１ｃの偏倚力は、測定位置がプーリ間（ベルトスパン部）に限られることから、プーリ上でのベルト１ｃの偏倚力を測定することはできなかった。すなわち、実機状態のままで、実機プーリのフランジに作用する偏倚力を測定することができなかった。
【００１９】
そこで、本発明者は実機状態のまま、実機プーリのフランジに作用する偏倚力を測定することができる新規なベルト荷重測定用プーリを発明した。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、少なくとも２以上のプーリとこれに巻き掛けられたベルトからなるベルト伝動装置において、Ｖベルトのようなベルトの走行進路を規制する構造（Ｖ溝構造）を有しない歯付ベルト又は平ベルトの偏倚力（蛇行力）を測定するベルト荷重測定用プーリであり、前記歯付ベルト又は平ベルトを案内するプーリには、偏倚走行を抑止するフランジがプーリの幅方向両端に組み付けられており、このフランジをプーリ軸方向に移動可能な構造とし、このフランジに作用する押圧力を、偏倚力の反力として測定することをその要部とするベルト荷重測定用プーリである。
【００２１】
請求項２の発明は、ベルト荷重測定用プーリは、一方の側に固定されてベルトの偏倚走行を抑止する固定フランジと、もう一方の側に移動可能に配されてベルトの偏倚走行を抑止する可動フランジからなり、その外周にベルトを案内するプーリ面とからなるプーリ部と、この可動フランジをプーリ軸方向に案内するガイド部と、このガイド部と一体に配された回転側リングとこの回転側リングに組み合されて信号を接受する固定側リングとからなるスリップリング部と、前記ガイド部に外挿され、且つ所定の位置に歪みゲージが貼付された圧縮バネと、この歪みゲージの歪みを検出することによってベルトの幅方向偏倚力を計測する測定回路と、からなる請求項１に記載のベルト荷重測定用プーリである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて詳細に説明する。図１は実施例に係るベルト伝動装置を示す概略図であり、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）はその正面図である。また、図２は実施例に係るベルト荷重測定用プーリを示す概略図であり、図２（ａ）はその外観図、図２（ｂ）はその断面図である。
【００２３】
同様に図３は他の実施例に係るベルト荷重測定用プーリを示す概略図であり、図３（ａ）はその外観図、図３（ｂ）はその断面図である。また、図４は本発明に係る歪みゲージとブリッジ回路を示す概略図であり、図４（ａ）は歪みゲージの貼付位置を示す一部断面図であり、図４（ｂ）はフルブリッジ回路を示す回路図である。
【００２４】
先ず、図１及び図２を用いて実施例に係るベルト伝動装置及びベルト荷重測定用プーリを詳細に説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）において実施例に係るベルト荷重測定用プーリ１０は、プーリ部１１とセンサー部１２とスリップリング部１３とで構成されるものであって、前述の図６（ａ）及び図６（ｂ）に示した駆動プーリ１ａをそっくり、ベルト荷重測定用プーリ１０に置き換えた構成になっている。
【００２５】
しかしながら、上記ベルト荷重測定用プーリ１０は、駆動プーリ１ａの代替機能を有する以外に、以下の特徴を有するものである。すなわち、少なくとも一方のフランジがプーリ軸方向に移動可能であり、且つ、この可動フランジ１１ｃを軸方向に移動させるスラスト力（偏倚力）を検出するセンサー部１２が組込まれており、更には前記センサー部で検出された信号を外部に取り出すスリップリング部１３が一体に組込まれていることを最大の特徴とするものである。
【００２６】
上記特徴を有するベルト荷重測定用プーリ１０を、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したベルト伝動装置１に組み付けることによって、ベルト１ｃの偏倚力を測定することが可能になる。しかも、従来のベルト荷重測定用プーリ２０とは異なり、正しく、実機状態でプーリ上を走行するベルト１ｃの偏倚力をリアルタイムで測定することを可能にする。
【００２７】
尚、図１（ａ）及び図１（ｂ）では前記ベルト荷重測定用プーリ１０を駆動プーリ１ａに置き換えて説明したが、これは駆動プーリ１ａに限られることは無く、従動プーリ１ｂの代替として置き換えることは任意に成し得ることである。
【００２８】
次に本発明に係る実施例を図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて更に詳細に説明する。図２及び図２（ｂ）において、ベルト荷重測定用プーリ１０はプーリ部１１とセンサー部１２とスリップリング部１３で構成されるものであって、プーリ部１１のプーリ面１１ａには実機プーリそのものを用いるか、又はこれと同一の歯形を彫刻したプーリを用いる。
【００２９】
センサー部１２は、圧縮バネ１２ａとこの上に貼付した歪みゲージ１２ｂで構成されるものであって、圧縮バネ１２ａの圧縮歪みを測定することによって可動フランジ１１ｃに作用するベルト１ｃの偏倚力を計測するものである。
【００３０】
また、スリップリング部１３は、プーリ部１１と一体に回転するセンサー部１２からの信号を外部に取り出すために設けられており、プーリ部１１と一体に回転する可動側リング１３ａと、これと組み合されて外部に信号を取り出す固定側リング１３ｂの対（ペア）で構成される。
【００３１】
次に本発明の要部である偏倚力の測定原理とその構成を以下に詳説する。すなわち、歯付プーリは通常、その両側端部に固定されたフランジによって、ベルト１ｃの偏倚走行を機械的に阻止する機能が付与されている。
【００３２】
本発明はこのフランジに作用する力を測定することによって、ベルト１ｃの偏倚力を割り出すものであって、その方法はこのフランジ（図示の可動フランジ１１ｃ）を軸方向に移動可能な構造とし、この可動フランジ１１ｃに作用する偏倚力を、反対側に設けた圧縮バネ１２ａに作用する圧縮力（偏倚力の反力）を測定することによって割り出す方法である。
【００３３】
具体的には、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように可動フランジ１１ｃはその中央部に軸穴加工が施されたディスク状のフランジであって、この軸穴部の周縁には所定の肉厚の円筒状ボス部が所定の長さだけ延接されている。この円筒状ボス部の内面とプーリ部１１と一体のガイド部１４の外周面が嵌め合わされて、可動フランジ１１ｃは軸方向に自在に摺動移動する。
【００３４】
一方、前記ガイド部１４はプーリ部１１の側方に延接されたボス部を所定の外径に形成したものであり、このガイド部１４のもう一方の端面にはアダプタ−１３ｅがプーリ回転軸と一体になるようにボルト止めされている。このアダプター１３ｅはプーリ部１１とスリップリング部１３の接続を容易にする目的で使用される。
【００３５】
次に歪みゲージ１２ｂの配置を図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）は歪みゲージの配置図であり、図４（ｂ）はそのフルブリッジ回路図である。図４（ａ）に示す通り、歪みゲージ１２ｂは圧縮バネ１２ａの所定の位置に貼付されるが、一般的にこの配置は円形断面の対向方向２箇所であり、クロス型歪みゲージが各１枚貼付される。
【００３６】
尚、この１枚のクロス型歪みゲージは、９０度にクロスした２枚の歪みゲージで構成されており、夫々が軸方向に対し±４５度の傾斜となるように貼付されている。
【００３７】
また、一般的な測定回路としては、図４（ｂ）に示すフルブリッジ回路が用いられる。図４（ｂ）のフルブリッジ回路において、クロス型歪みゲージに付した番号は図４（ａ）の番号と対応している。図４（ｂ）において歪みゲージ１Ｔと１Ｃに共通する番号１は、クロス型歪みゲージの固有番号を示しており、ＴとＣはねじり方向が９０度にクロスすることを示している。図４（ｂ）のフルブリッジ回路に入力側から（電圧）Ｕが印加されたとすると、出力側には、（電圧）Ｖ＝Ｕ×ｄＲ／Ｒに比例した歪み量が検出される。
【００３８】
また、圧縮バネ１２ａに貼付された歪みゲージ１２ｂからのケーブル１３ｃは、スリップリング部１３の可動側リング１３ａの端子１３ｄに接続され、電気ブラシを介して、固定側リング１３ｂの端子１３ｄに信号は伝達される。
【００３９】
固定側リング１３ｂの端子１３ｄに接続されたケーブル１３ｃは、図示しないブリッジボックス端子台に接続されて、ホイートストンブリッジ回路を構成する。更にこのブリッジ回路の入出力信号は図示しない動歪計に接続され、所定の計測が行われる。
【００４０】
ここで、他の実施例を、図３（ａ）及び図３（ｂ）を用いて以下に説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すベルト荷重測定用プーリ１０は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したベルト荷重測定用プーリ１０と内部構造は同一である。しかし、プーリ部１１とスリップリング部１３を接続するアダプター１３ｅの外周面の形状が異なる。
【００４１】
すなわち、上記実施例は自動車エンジンのカムシャフト駆動用歯付ベルト伝動装置に適用した例であり、この装置の駆動軸（クランク軸）には、同時にエンジン補機を駆動するＶリブドプーリが組み付けられている。
【００４２】
従って実機状態で歯付ベルトの偏倚力を評価するためには、アダプター部１３ｅの外周面にＶリブドベルトを駆動するＶプーリ部を設け、同時駆動する必要がある。これがアダプター１３ｅの外周面の形状が異なる理由である。
【００４３】
以上のことから、本発明に係るベルト荷重測定用プーリ１０は、プーリ部１１の側端部に設けた可動フランジ１１ｃに作用するベルトの偏倚力を、反力としての圧縮バネ荷重を測定することによって求めるものであって、走行方向にその進路を規制されない歯付ベルト又は平ベルトを用いた多様なベルト伝動装置に好適に用いられる。
【００４４】
【実施例】
以下、実施例について説明する。実験に用いたベルト伝動装置１は２軸のレイアウトであり、駆動プーリ１ａ及び従動プーリ１ｂには三ツ星ベルト株式会社製の歯数２４（ピッチ径７２ｍｍ）のＺＢＳ歯形プーリを夫々用いた。また、使用した歯付ベルトは歯数１１９（周長９５２ｍｍ）、歯ピッチ９．５２５ｍｍ、幅１５ｍｍのＺＢＳ歯形ベルトであった。
【００４５】
また、ガイド部１４の外周面と可動フランジ１１ｃの内周面との間には樹脂製スベリ軸受を挿入した。また、圧縮バネ１２ａには、外径５５ｍｍ、自由高さ５０ｍｍ、線径６ｍｍ、有効巻数３、バネ定数２．５８Ｋｇｆ／ｍｍの圧縮コイルバネを用いた。また、歪みゲージ１２ｂには共和電業製歪みゲージを用いた。
【００４６】
以上の構成のもとにＺＢＳ歯形ベルトの偏倚力を測定した結果、この偏倚力は図５に示す通りであった。尚、本実施例では可動フランジを一方の側にのみ装着したが、もう一方のフランジを可動フランジにすることに格別の困難はなく、両側にこの機構を設けることは適宜、行えることである。
【００４７】
また、本実施例のベルト荷重測定用プーリは実機プーリと交換されてプーリ上でのベルト偏倚力を測定する以外に、所定のベルトスパン部に別途固定し、ベルトスパン部でのベルトの偏倚力（蛇行力）を測定することは任意に成し得ることである。
【００４８】
更に本実施例では荷重測定センサーとして圧縮コイルバネを用いたが、これに限られることはなく、例えば板バネに歪みゲージを貼付する、或いは汎用の圧縮用ロードセルを組込む等の手段を任意に採用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１の発明は、これによって、実機レイアウトの構成を変えることなく、且つプーリ上でのベルトによる走行偏倚力を測定することができるから、ミスアライメント、或いはベルトの直進性の評価を適切に実施することが可能になる。
【００５０】
請求項２の発明は、これによって、走行中のベルトによる走行偏倚力を自動測定し、且つリアルタイムの測定を可能にすると共に、プーリ部とスリップリング部を連結するアダプターがモデュール化されていることにより、多種多様なベルト伝動装置に対応したベルト荷重測定用プーリを容易に作成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るベルト伝動装置を示す概略図であり、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）はその正面図である。
【図２】実施例に係るベルト荷重測定用プーリを示す概略図であり、図２（ａ）はその外観図、図２（ｂ）はその断面図である。
【図３】他の実施例に係るベルト荷重測定用プーリを示す概略図であり、図３（ａ）はその外観図、図３（ｂ）はその断面図である。
【図４】本発明に係る歪みゲージとブリッジ回路を示す概略図であり、図４（ａ）は歪みゲージの貼付位置を示す一部断面図であり、図４（ｂ）はフルブリッジ回路を示す回路図である。
【図５】実施例に係る測定結果を示すグラフ図である。
【図６】従来例に係るベルト伝動装置を示す概略図であり、図６（ａ）はその平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【図７】従来例に係るベルト荷重測定用プーリを示す概略図であり、図７（ａ）はその平面図、図７（ｂ）はその正面図である。
【符号の説明】
１　　　ベルト伝動装置
１ａ　　駆動プーリ
１ｂ　　従動プーリ
１ｃ　　ベルト
１０　　ベルト荷重測定用プーリ
１１　　プーリ部
１１ａ　プーリ面
１１ｂ　固定フランジ
１１ｃ　可動フランジ
１１ｄ　シャフト
１２　　センサー部
１２ａ　圧縮バネ
１２ｂ　歪みゲージ
１３　　スリップリング部
１３ａ　可動側リング
１３ｂ　固定側リング
１３ｃ　ケーブル
１３ｄ　端子
１３ｅ　アダプター
１４　　ガイド部
２０　　ベルト荷重測定用プーリ
２１　　プーリ部
２１ａ　プーリ面
２１ｂ　シャフト
２１ｃ　軸受
２２　　センサー部
２２ａ　歪みゲージ
２２ｂ　ケーブル
【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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