(57)【要約】【課題】ミスアライメント等によって発生するプーリ半径方向の微振動に起因するベルトスリップ音を特定し、その発音メカニズムを解明する新たな手法を提供する。【解決手段】光ドップラー振動測定器３から発信されたレーザ光はプーリ半径方向に振動するベルト背面で反射されてドップラーシフトを受ける。この反射光を参照レーザ光と光干渉させて電圧信号に変換する。このＦＭ変調波を光ヘテロダイン検波復調ユニットによってドップラーシフトに比例した振動速度信号として収録する。これと同時にレーザ光照射位置直近に設けたマイクロフォン４によって騒音レベル信号を時系列データとして収録する。一対の波形のピークの一致から発音時刻を特定し、さらに一対の波形の周波数スペクトルからコヒーレンス関数を演算し、このコヒーレント値を判定基準値として発音周波数を特定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プーリ上を走行するベルトの振動速度を測定するベルト振動測定方法において、
前記ベルトの振動速度はプーリ半径方向の振動速度であり、且つその振動速度は、プーリ半径方向からベルト背面に照射しドップラーシフトさせた反射レーザ光と、照射レーザ光の周波数を所定の周波数だけシフトさせた参照レーザ光とを光干渉させ、得られた干渉レーザ光を電気信号に変換し、これをＦＭ復調することにより、検出されることを特徴とするベルト振動測定方法。
【請求項２】
プーリ上を走行するベルトの振動に起因する発音特性を評価するベルト発音評価方法において、
前記ベルトの振動は、プーリ半径方向のベルト振動速度によって定義される振動であり、且つそのベルト振動速度は、プーリ半径方向からベルト背面に照射しドップラーシフトさせた反射レーザ光と、照射レーザ光の周波数を所定の周波数だけシフトさせた参照レーザ光とを光干渉させ、得られた干渉レーザ光を電気信号に変換し、これをＦＭ復調することにより検出されるものであって、
前記干渉レーザ光によるベルト振動速度波形と、これに同期して検出した騒音レベル波形とを、時系列波形として表出し、このベルト振動速度波形のピーク値と、騒音レベル波形のピーク値の一致から、発音時刻を特定することを特徴とするベルト発音評価方法。
【請求項３】
前記干渉レーザ光によるベルト振動速度波形と、これに同期して測定した騒音レベル波形と、から夫々の周波数スペクトルを演算し、この一対の周波数スペクトルからコヒーレンス関数を演算し、得られたコヒーレンス関数のピーク値から、発音時刻および発音周波数を特定する請求項２に記載のベルト発音評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は摩擦伝動に供せられる平ベルト、Ｖベルト、Ｖリブドベルト等の伝動ベルトと、これと略一体に回転するプーリ群の所定のプーリと、の間に発生する相対振動（微振動）を特定し、この振動に起因する発音を評価する方法に係り、詳しくはプーリ半径方向に相対振動（微振動）するベルトの振動速度を測定する方法であり、これを用いた発音評価方法である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ベルトとプーリ間で発生する摩擦すべりに関わるベルトの振動を測定する方法、或いはこの振動に起因する発音性状を評価する方法については、種々、研究が成されているが、この発音のメカニズムは未だ不明部分が多く、確とした方法が確立していない。
【０００３】
例えばプーリ上でのベルトの摩擦すべり現象であって、プーリ周方向の微小滑りに起因するベルトの振動をプーリ周方向の振動成分として測定する方法が、本出願人によって下記の文献に明らかにされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１３１０５５号公報
また、本発明に係る光ヘテロダイン検波復調方式のレーザドップラ振動測定方法に関連する技術として、下記の文献が開示されている。
【０００５】
【特許文献２】
特許第２８６６７８４号公報
上記特開２０００−１３１０５５号公報に開示した技術は、所定のプーリの振動速度とこのプーリ上を走行するベルトの振動速度を同時に測定し、一対の測定波形を図表化したデータを比較対照することによって、摩擦伝動ベルトの微小滑りの様相を特定する方法であり、更にこの結果と騒音レベル波形を対照することによって発音時刻或いは発音メカニズムを明らかにする。
【０００６】
すなわち、図５（ａ）に示すように完全な摩擦伝動状態であれば、プーリとベルトの振動速度は一致し、微小滑りは発生しない。しかし、ベルト張力不足或いは摩擦係数の低下等、何らかの原因で不完全な摩擦伝動になると、図５（ｂ）に示すように、駆動プーリの振動速度に対しベルトは追従不能となり、微小滑りを発生させる。
【０００７】
尚、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すグラフ図は自動車用エンジン補機駆動ベルトを用いて行った実験結果であり、エンジンクランク軸の回転変動がクランクプーリに重畳していることから、これによって駆動されるベルトの微小滑りの有無および発生時刻を確認することができる。
【０００８】
上記微小滑りの測定方法は、前述の特開２０００−１３１０５５号公報に開示されているが、その概要は図６（ａ）、図６（ｂ）に示す通り、一台の光ドップラー式振動測定器３のレーザ光をプーリ２の側面に照射し、プーリ周方向の振動速度を測定すると同時にもう一台の光ドップラー式振動測定器３のレーザ光をベルト１の側面に照射し、ベルト走行方向（プーリ周方向）の振動速度を測定し、この一対の波形データから微小滑りの性状を判定する方法である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記プーリ２の振動速度とこのプーリ上でのベルト１の振動速度とを対比することによって伝動ベルトの微小滑りの発生時刻を特定し、発音のメカニズムを明らかにしようとする従来技術には以下の課題があることが判明した。
【００１０】
すなわち、従来のベルト振動速度測定方法は、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように光ドップラー振動測定器３から発信されたレーザ光を図面上の左右方向（プーリ周方向）に移動するベルト１の側面に照射し、被測定体の移動速度に比例してドップラーシフトされたＦＭ変調波を光電変換器に入力、電圧信号に変換し、このＦＭ変調波をヘテロダイン検波復調ユニットによりＦＭ復調し、ビート信号を取出し、前記ドップラーシフトに比例した振動速度を検出する方法である。
【００１１】
同様に、このベルト振動速度に対比させるプーリ２の振動速度はもう一台の光ドップラー振動測定器３を用いて同時測定する。また、このときプーリ上でのベルト１に起因する発音有無を記録するために、プーリ２の直近にマイクロフォン４を設置し、騒音レベルデータを同時収録し、このときの聴感測定結果を記録する。
【００１２】
このような微小滑りに関する議論は、図５（ａ）、図５（ｂ）を用いて説明した通りであり、微小滑りの発生時刻の特定に関しては効果的な方法であった。しかし、微小滑りと発音との関係を関連付けようとする場合には、下記の課題が残されていることが明らかとなった。
【００１３】
以下、図７（ａ）、図７（ｂ）を用いてその課題を詳細に説明する。図７（ａ）は、光ドップラー振動測定器３を用いて測定したベルト振動速度波形と、これと同時に測定した騒音レベル波形を時系列に従ってグラフ化したものである。このグラフからは騒音レベルのピークは確認できるが、ベルト振動速度のピークは確認できない。
【００１４】
そこで、このベルト１の微小滑りと発音の関連を明らかにするためにベルト振動速度波形データ及び騒音レベル波形データの夫々の周波数スペクトルを演算し、この一対のデータのコヒーレンス関数を演算した。
【００１５】
結果は図７（ｂ）に示す通りであり、周波数２．２ｋｈｚ付近にやや相関性（コヒレント値＝０．７１）が認められるものの、ベルト振動速度そのものには周波数２．２ｋｈｚ近辺にピークは認められなかった。
【００１６】
以上のことから、前記従来方法はベルト１とプーリ２間の微小滑りの発生時刻を特定する手段としては効果のある方法であるが、騒音レベルとの関係でこの発音の性状を特定する方法としては不十分である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、プーリ上を走行するベルトの振動速度を測定するベルト振動測定方法であって、測定する振動速度がプーリ半径方向の振動速度であることをその要部とする。また、その振動速度を測定する方法は、プーリ半径方向からベルト背面に照射しドップラーシフトさせた反射レーザ光と、照射レーザ光の周波数を所定の周波数だけシフトさせた参照レーザ光とを光干渉させ、得られた干渉レーザ光を電気信号に変換し、これをＦＭ復調することによって振動速度を検出することをその特徴とする。
【００１８】
請求項２の発明は、プーリ上を走行するベルトの振動に起因する発音特性を評価するベルト発音評価方法であって、このベルトの振動はプーリ半径方向のベルト振動速度によって定義される振動であり、且つそのベルト振動速度はプーリ半径方向からベルト背面に照射しドップラーシフトさせた反射レーザ光と、照射レーザ光の周波数を所定の周波数だけシフトさせた参照レーザ光とを光干渉させ、得られた干渉レーザ光を電気信号に変換し、これをＦＭ復調することにより検出されるものであって、得られた干渉レーザ光によるベルト振動速度波形と、これに同期して検出した騒音レベル波形と、を時系列波形として表出し、このベルト振動速度波形のピーク値と、騒音レベル波形のピーク値の一致から、発音時刻を特定するベルト発音評価方法である。
【００１９】
請求項３の発明は、干渉レーザ光によるベルト振動速度波形と、これに同期して測定した騒音レベル波形と、から夫々の周波数スペクトルを演算し、この一対の周波数スペクトルからコヒーレンス関数を演算し、得られたコヒーレンス関数のピーク値から、発音時刻および発音周波数を特定する請求項２に記載のベルト発音評価方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、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振動測定方法及び発音評価方法を示すブロック図であり、図２は、実施例に係るベルト振動測定方法及び発音評価方法を示すフロー図である。また、図３は、実施例に係るベルトの振動測定原理を示す概略図である。
【００２１】
図４は実施例に係るベルト振動測定結果及び発音評価結果を示すグラフ図であり、図４（ａ）、図４（ｂ）は夫々時系列のベルト振動速度波形と騒音レベル波形を示し、図（ｃ）はベルト振動速度と騒音レベルの周波数スペクトル、およびこのベルト振動速度と騒音レベルのコヒーレンス関数を示す。
【００２２】
また、図８は本発明に係るベルト駆動装置を示す概略図であり、図（ａ）はベルト駆動装置全体を示し、図（ｂ）はベルトの断面を示す。
【００２３】
始めに図８を用いて本発明に係るベルト駆動装置の一例を説明する。図８（ａ）において、ベルト１は６個のプーリに巻き掛けられ、エンジンクランクプーリ（Ｃｒａｎｋ／Ｐ）によって回転力を付与され、ベルト１を介して各補機プーリ（ＡＣＧプーリ、Ｐ／Ｓプーリ、Ｗ／Ｐプーリ、Ａ／Ｃプーリ）、及びテンショナプーリ（Ａ／Ｔ）を駆動する。
【００２４】
図８（ａ）に示すようなサーペンティン駆動に用いられるベルト１は、通常、屈曲性に優れたＶリブドベルトが用いられる。このＶリブドベルトは図８（ｂ）に示すように、延伸処理されたコードからなる心線１ｃと、この心線を埋設する接着ゴム１ｄと、その上側にゴム付帆布１ａを積層した伸張ゴム１ｂ、その下側には所定のリブ数をベルト長手方向に形成したリブゴム１ｅとから構成される。
【００２５】
次に図１を用いて本発明に係るベルト振動測定方法及びこれを用いた発音評価方法を仔細に説明する。図１において光ドップラー振動測定器３から発信されたレーザ光は、第１プリズム（ビームスプリッタ）によって直進方向と直角方向に分光され、直進方向に進むレーザ光はそのまま、ベルト１の背面に照射され、その背面で反射される。
【００２６】
この反射光はプーリ半径方向に振動するベルト振動速度によってドップラーシフトを受け、第２のプリズムに再入射され、さらに直角方向に誘導される。この誘導された反射光はさらにミラーを介して直角方向に誘導される。一方、第１プリズムで直角方向に分光されたレーザ光は光学変調器によって、所定の周波数シフトを受けた参照レーザ光に変換される。
【００２７】
上記反射光と参照レーザ光は第３のプリズムを介して光干渉し、干渉レーザ光となって光電変換器に入射する。光電変換器によって電圧信号に変換されたＦＭ変調波は光ヘテロダイン検波復調ユニットによってビート信号が取出され、前記ドップラーシフトに比例した電圧信号を振動速度として出力する。
【００２８】
また、前記レーザ光照射点の直近位置に設置されたマイクロフォン４を介して、レーザ光照射点位置近傍の騒音レベル信号を同時測定し、この騒音レベル信号は、前記振動速度波形と共に時系列同期データとして、ＦＦＴアナライザ５に入力される。
【００２９】
入力された時系列波形はリアルタイムで処理される、或いは、記憶媒体に収録された後、適宜、波形処理される。いずれの場合も騒音レベル波形とベルト振動波形の相関を適切に判定し、発音時刻、発音周波数を特定するための発音評価方法として有効に処理される。
【００３０】
次に図２を用いて、ベルト振動測定方法及びこれを用いた発音評価方法の流れを仔細に説明する。図２においてベルト振動測定の手順は、先ず評価対象となるベルト１を走行可能な状態に準備し、次いで騒音レベル測定用のマイクロフォン４を設置し、さらに本発明の要部である半径方向のベルト振動を高精度の測定する光ドップラ式振動測定器３を設置する。
【００３１】
以上の準備の下に、ベルト１を走行させ、騒音レベルとベルト振動速度を同時測定する。この波形データは外部記憶装置に一旦記憶するか、リアルタイムで騒音レベルとベルト振動速度の波形処理を実行する。この段階で一対の時系列波形のピーク値が一致する場合、互いに強い相関があるものと判定し、発音時刻を特定し、さらにベルト振動速度波形と騒音レベル波形の周波数スペクトルを演算する。
【００３２】
上記一対の周波数スペクトルからコヒーレンス関数を演算し、このコヒーレンス関数のピーク値が予め定めた判定値αより大であれば、発音とベルト振動速度に強い因果関係があるものと判定し、発音周波数を特定する。しかし、ピーク値が判定値αより小であれば、発音の特定は不可と判定する。
【００３３】
以上の通り、本発明は測定するベルト振動速度の向きに顕著な特徴があるものであって、従来方法がベルト走行方向の成分、すなわち、プーリ周方向の振動速度を測定する方法であるのに対し、本発明はこれと直角方向、すなわち、プーリ半径方向に振動するベルト振動速度を測定することを特徴とする。
【００３４】
次に従来法による振動方向と本発明による振動方向の違いを、図３を用いて説明する。図３（ａ）はベルト振動方向を斜視図で示したものであり、ベルト１がプーリ２の半径方向に微振動する様子を示している。この微振動は、レーザ光をベルト１の背面に照射させ、半径方向の光ドップラシフトを測定することによって、このドップラーシフトに比例した振動速度を検出することができる。
【００３５】
さらに詳述すれば、図３（ｂ）はプーリ２に巻き掛けられたベルト１の断面を、ベルト幅方向に示したものであり、ベルト１がプーリ２の溝形状に沿ってプーリ半径方向に微振動する様子が理解できる。以下、実施例に基づいて本発明方法による作用効果を詳細に説明する。
【００３６】
【実施例】
実施例に用いたベルト駆動装置は、直列４気筒１８００ｃｃエンジンに用いられるエンジン補機駆動用ベルト装置であり、概略レイアウトは図８（ａ）に示した通りである。また、この試験に供試したベルト１は三ツ星ベルト製Ｖリブドベルト６ＰＫ１９４０（ベルト周長１９４０ｍｍ）であった。
【００３７】
尚、ベルト１を駆動する原動機には、試験結果の解析を容易にするため、別途、出力軸に回転変動出力機能を有する原動機を前記エンジン補機駆動用ベルト装置のクランク軸に組付けて実施した。このときのクランク軸回転数は８００ｒｐｍであり、このときのベルト張力は２３．５ｋｇｆ／６リブであり、オートテンショナ（Ａ／Ｔ）を用いて然るべく付与した。
【００３８】
また、光ドップラ式振動測定器３は、小野測器製光ドップラ式振動測定器（ＬＶ−１７２０）を用い、騒音レベル測定器は小野測器製騒音計（Ｍ１−１２３３）を用い、Ａモードで測定した。又、ＦＦＴアナライザ５は小野測器製ＤＳ―２０００を用いた。
【００３９】
以上の構成に基づいて実施した結果を図４に示す。図４（ａ）は光ドップラ式振動測定器３を用いてベルト１の背面振動をプーリ半径方向に測定した時系列波形であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に同期して測定した騒音レベル波形である。
【００４０】
この図４（ａ）及び図４（ｂ）のグラフ図から、騒音レベル波形及びベルト振動速度波形の夫々に明瞭なピークが存在することが判別できる。且つこのピークの発生時刻が明らかに一致することから、これによって発音の発生及び発音時刻を正確に特定することが可能になった。
【００４１】
一方、従来方法によるプーリ周方向の振動データからは、図７（ａ）及び図７（ｂ）のグラフ図に示したようにベルト振動速度波形にピークの存在を判別することはできなかった。
【００４２】
次いでこの発音の周波数を特定するために、ベルト振動速度波形と騒音レベル波形の周波数スペクトルを演算し、この一対の周波数スペクトルからコヒーレンス関数を演算し、その結果を図４（ｃ）に表示した。
【００４３】
すなわち、図４（ｃ）のグラフ図からコヒーレンス関数のピークが、周波数６．７ｋｈｚ近辺に存在し、このコヒーレント値が０．９５と極めて大であることが判る。
【００４４】
このコヒーレントの値はベルト振動速度波形と騒音レベル波形の周波数に強度の相関があることを意味するから、このコヒーレントの値を発音評価プログラムの判定値αとして予め登録しておけば、これによって発音時刻および周波数を正確に特定することが可能になる。
【００４５】
すなわち、本発明方法によるプーリ半径方向のベルト振動速度を測定することによって、従来の周方向の振動速度の測定では得られなかった微振動（高周波域）の測定が可能となり、これによって高音域の発音を特定することができる。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、これによってプーリ半径方向のベルト振動速度を測定することが可能になり、ミスアライメント等による微振動に起因する振動現象の解明が可能になった。
【００４７】
請求項２の発明は、これによってプーリ半径方向のベルト微振動に起因する発音の発音時刻の特定が可能となり、発音メカニズムの解析が容易になる。
【００４８】
請求項３の発明は、これによってプーリ半径方向のベルト微振動に起因する発音の発音時刻、および発音の周波数を特定することが可能になり、発音メカニズムの解明とベルトの発音性能向上に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るベルト振動測定方法及び発音評価方法を示すブロック図である。
【図２】実施例に係るベルト振動測定方法及び発音評価方法を示すフロー図である。
【図３】実施例に係るベルトの振動測定原理を示す概略図である。
【図４】実施例に係るベルト振動測定結果及び発音評価結果を示すグラフ図であり、図（ａ）、図（ｂ）は夫々時系列のベルト振動速度波形と騒音レベル波形を示し、図（ｃ）はベルト振動速度と騒音レベルの周波数スペクトル、および振動速度と騒音レベルのコヒーレンス関数を示す。
【図５】従来例に係るベルトの微小滑りの測定結果を示すグラフ図であり、図５（ａ）は微小滑りのない状態を示し、図５（ｂ）は微小滑りのある状態を示す。
【図６】従来例に係るベルト振動測定方法を示す概略図である。
【図７】従来例に係るベルト振動測定結果及び発音評価結果を示すグラフ図であり、図（ａ）は時系列のベルト振動速度波形と騒音レベル波形を示し、図（ｂ）は図（ａ）の周波数スペクトルと、ベルト振動速度と騒音レベルのコヒーレンス関数を示す。
【図８】本発明に係るベルト駆動装置を示す概略図であり、図（ａ）はベルト駆動装置全体を示し、図（ｂ）はベルトの断面を示す。
【符号の説明】
１  ベルト
２  プーリ
３  光ドップラー式振動測定器
４  マイクロフォン
５  ＦＦＴアナライザ
【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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