(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプーリにベルトを巻き掛けてなるベルト伝動装置のベルト荷重を検出するプーリにおいて、外周に円筒状のベルト懸架部を有し、軸受を内蔵する円筒状の外側ユニットと、外側ユニットを内側で支承するとともにベース台に固定する円筒状の内側ユニットと、外側ユニットの側方へ延設された円筒状の外延設部材と、内側ユニットの側方へ延設された円筒状の内延設部材と、外延設部材と内延設部材を一体に連結する接続手段と、外延設部材又は内延設部材のいずれか一方に貼付された歪ゲージと、からなることを特徴とするベルト荷重測定用プーリ。
【請求項２】
外延設部材又は内延設部材のいずれか一方には、薄肉部が形成され、この薄肉部に歪ゲージが貼付されている請求項1に記載のベルト荷重測定用プーリ。
【請求項３】
歪ゲージが貼付された外延設部材又は内延設部材には、切欠き部が設けられている請求項1乃至２に記載のベルト荷重測定用プーリ。
【請求項４】
内側ユニットは、ベース台に突設された取付部材と切離し可能に嵌合固定される請求項1乃至3に記載のベルト荷重測定用プーリ。
【請求項５】
接続手段は、外延設部材および内延設部材の端部に形成したフランジ部をネジ止めする請求項1乃至4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】
本発明は超過密スペースに配されるベルト伝動装置のベルト荷重を測定する際にこの測定系に何らの影響を与えることなく、且つ、簡便にベルト荷重の測定を可能にする方法に係り、詳しくは自動車用エンジンに用いられる補機駆動用ベルト伝動装置のベルト荷重を測定するに際し、実機エンジンのプーリレイアウトに何ら影響を与えることなくベルト荷重を測定するプーリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、自動車エンジンに用いられる補機駆動用ベルト伝動装置は、自動車の高級化に伴って使用される補機が増加するとともに、車体の軽量化、コンパクト化が必要とされることから、この補機をエンジン回りに展開するレイアウトは超過密状態になっている。
【０００３】
この補機駆動用ベルト伝動装置は図３に示すように、エンジンクランク軸の回りにエヤコン（Ａ／Ｃ）、交流発電機（ＡＣＧ）、パワーステアリング（Ｐ／Ｓ）、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）、オイルポンプ（Ｏ／Ｐ）等の補機を配し、これらの補機プーリとクランクプーリにベルトを巻き掛け、このクランクプーリを駆動することによって各補機を運転する装置である。
【０００４】
また、この補機駆動用ベルト伝動装置はベルト張力を介して補機に負荷を伝達するものであるから、ベルト伝動装置の動特性（動力伝達性能、耐発音性能等）、あるいはベルトの耐久性の評価に際し、ベルト張力の測定は必須条件である。
【０００５】
このベルト張力を測定する方法としては、第１にエンジン停止時の静的ベルト張力の測定であれば、ベルトスパン間のベルト共振周波数を測定することによって所要のベルト張力を求めることができる。
【０００６】
第２にエンジン走行時の動的ベルト張力の測定であれば、荷重測定機能（歪ゲージ等のセンサ）を内蔵したベルト荷重測定用プーリをベルトスパン間に仮配置する、あるいは新たに取付け用ベース台を設け、本格固定する等の方法が用いられていた。
【０００７】
しかしながら、第１の方法では静的ベルト張力の測定しか行えず、前述したように動的特性を適切に評価することができない。また、第２の方法では動的ベルト張力の測定は可能であるが、この方法では既設プーリレイアウトに余分なプーリを追加することになるため、プーリレイアウトを実機とは異なる態様にしていた。この弊害は特にイナーシャが関係する動的特性の評価に悪影響をもたらした。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで実機プーリレイアウトを変更することなく、ベルト荷重を測定する方法として、図６に示すベルト荷重測定用プーリ３’が用いられるようになった。ベルト荷重測定用プーリ３’は実機プーリと同一の外形寸法（プーリ外径、幅）を有し、その内側に軸受９を内蔵し、且つこの軸受９は所定の取付部材７に嵌め合わされて然るべく取付けベース台８に固定又は仮配置される。このとき、ベルト荷重測定用プーリ３’は実機アイドラープーリのダミーとして交換組付けられる。
【０００９】
図示の通り、ベルト荷重測定用プーリ３’に巻き掛けられたベルト２によるベルト張力の合力が、ベルト荷重（外力）となってベルト荷重測定用プーリ３’のプーリ外径部に作用する。このベルト荷重は取付け用ベース台８を固定支点とする片持構造の取付部材７に曲げモーメントによる応力歪み発生させる。
【００１０】
この取付部材７は図示の通り、ベルト荷重方向に９０度交差する方向に薄肉部を形成されているからベルト荷重方向に撓み易い構造となっており、この薄肉部には歪ゲージ１０が両面に貼付されている。
【００１１】
この歪ゲージ１０の貼付位置には曲げモーメントによる応力歪みが生じるから、この歪ゲージ１０を図示しないホイートストンブリッジおよび動歪計に接続し、歪量を測定し、この歪みをベルト荷重に換算することによって最終的にベルト張力を測定することができる。
【００１２】
しかしながら、上記の従来方法には以下の課題が残されていた。すなわち、図６で示したベルト荷重測定用プーリ３’を図３で示すプーリレイアウトに使用する場合に、交換対象となる実機アイドラ−プーリ６の周囲には隣接する補機の構成部材、エンジンカバー、あるいはエンジン本体等が超過密状態に配されているので、ベルト荷重測定用プーリ３’を組付けることは事実上困難であった。
【００１３】
すなわち、前記ベルト荷重測定用プーリ３’は、図６に示すように取付部材７に歪ゲージ１０を貼付するスペースが余分に必要となるため、必然的に幅方向の長さが大きくなり、取付スペースに制限があった。
【００１４】
このため図2で示すように実機アイドラープーリ６を取外して、その跡にベルト荷重測定用プーリ３’を取付けようとしても、ベルト荷重測定用プーリ３’の取付部材７が取付け用ベース台８に干渉し、物理的にその取付けはできなかった。
【００１５】
又、図６に示すように取付部材７の向きを１８０度変えて取付ける方法もあるが、この方法であっても、エンジン本体１１と反対側の架台１２に取付け用ベース台８を構築しなければならず、この取付け用ベース台８の構築は一般に困難であり、且つ、取付部材７のオーバーハングのため取付け自体が不安定となる欠点があった。
【００１６】
そこで本発明者は上記欠点を改善した新たな構造を有するベルト荷重測定用プーリを発明した。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１の発明は、複数のプーリにベルトを巻き掛けてなるベルト伝動装置のベルト荷重を検出するプーリにおいて、外周に円筒状のベルト懸架部を有し、軸受を内蔵する円筒状の外側ユニットと、外側ユニットを内側で支承するとともにベース台に固定する円筒状の内側ユニットと、外側ユニットの側方へ延設された円筒状の外延設部材と、内側ユニットの側方へ延設された円筒状の内延設部材と、外延設部材と内延設部材を一体に連結する接続手段と、外延設部材又は内延設部材のいずれか一方に貼付された歪ゲージと、で構成したベルト荷重測定用プーリである。
【００１８】
請求項２の発明は、外延設部材又は内延設部材のいずれか一方には、薄肉部が形成され、この薄肉部に歪ゲージが貼付されている請求項1に記載のベルト荷重測定用プーリである。
【００１９】
請求項３の発明は、歪ゲージが貼付された外延設部材又は内延設部材には、切欠き部が設けられている請求項1乃至２に記載のベルト荷重測定用プーリである。
【００２０】
請求項４の発明は、内側ユニットは、ベース台に突設された取付部材と切離し可能に嵌合固定される請求項1乃至3に記載のベルト荷重測定用プーリである。
【００２１】
請求項５の発明は、接続手段は、外延設部材および内延設部材の端部に形成したフランジ部をネジ止めする請求項1乃至4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荷重測定用プーリを示す一部断面図であり、図２は本発明に係るアイドラ−プーリを示す一部断面図である。図３は本発明に係るプーリレイアウトを示す概略図である。また、図４は実施例に係る時系列観測波形を示すグラフ図であり、図５は実施例に係るベルト張力のＲＰＭトラッキング分析結果を示すグラフ図である。図６は従来例に係るベルト荷重測定用プーリを示す一部断面図である。
【００２３】
図１において、本発明に係るベルト荷重測定用プーリ３は、軸受９を内蔵した外側ユニット５と、この外側ユニット５を内側に支承するとともにベース台８に固定する内側ユニット４の２つに大きく区分される構造となっている。
【００２４】
外側ユニット５は、外周にベルトを巻き掛ける円筒部と内周に軸受９を支承する円筒状のスリーブ５ｃを有し、このスリーブ５ｃは一方の側へ延設されて円筒状の外延接部材５ｂを形成する。
【００２５】
また、内側ユニット４は、ベース台８上に突設した取付部材７に嵌め合わされて位置決めされるスリーブ４ｃと、このスリーブ４ｃから一方の側へ延設されて円筒状の内延設部材４ｂを形成する。
【００２６】
上記の外側ユニット５と内側ユニット４は、円筒状の外延設部材５ｂ、および円筒状の内延設部材４ｂを連結することによって一体化する。具体的には外延設部材５ｂおよび内延設部材４ｂの端部にフランジ５ａおよびフランジ４ａを形成し、これを連結することによって行う。
【００２７】
このとき、このフランジ５ａおよびフランジ４ａは図示の通り、ボルトによって取外し可能に２枚重ねに連結される。連結された外延設部材５ｂ又は内延設部材４ｂのいずれか一方の中間部には薄肉部が形成されて、その部位に歪ゲージ１０が貼付される。
【００２８】
ここで、上記外延設部材５ｂ又は内延設部材４ｂのいずれか一方の中間部に形成された薄肉部はこのままでは全体として薄肉のリングを形成するが、このようなリング構造は変形し難い構造であるから、ゲージ感度を低下させるとともに応力―歪み線図の直線性が歪める欠点がある。
【００２９】
そこで上記外延設部材５ｂ又は内延設部材４ｂのいずれか一方に薄肉部を形成するとともに、薄肉部に位置する円筒状部材に切欠き部を設け、略、板バネ構造とすることによってゲージ感度を適正に維持する。
【００３０】
尚、本実施例では歪ゲージは内延設部材４ｂに貼付していることから、この切欠き部は図３で示すように内延設部材４ｂに作用する曲げモーメントの方向と直角に交差する方向に所定の幅Ｈを切欠くことによって行われる。
【００３１】
これによって内延設部材４ｂは、図３の矢印で示す曲げモーメントの方向に変形し易くなり歪ゲージ感度をあげることができる。一方、切欠き部を設けたことによりスペースが広くなり、歪ゲージの貼付作業が容易になる利点がある。
【００３２】
尚、上記ベース台８及び取付部材７には、図２に示すように実機エンジンのエンジン本体１１に設けられたオリジナルベース台８をそのまま使用するものであるから、図２に示した実機アイドラ−プーリ６を、図１に示した実施例のベルト荷重測定用プーリ３に交換することは極めて容易である。
【００３３】
次にベルト荷重の測定原理を図１に基づいて詳細に説明する。図１に示すようにベルト荷重測定プーリ３には、ベルト２によるベルト荷重が図面矢印方向に作用する。このベルト荷重による外力は、外側ユニット５の軸受９を介してスリーブ５ｃに伝達され、更に外延設部材５ｂを経てフランジ５ａに伝わる。このフランジ５ａと内側ユニット４のフランジ４ａは、ボルトによって分離可能に連結されているから、上記外力は、更に内延設部材４ｂを経てスリーブ４ｃに伝わる。このスリーブ４ｃはエンジン本体１１のベース台８にボルトによって固定されているので、上記外力はこのベース台８で反力を受けてバランスする。
【００３４】
上述した力の伝達経路内であれば、どの部位においてもベルト荷重の測定は可能であるが、本実施例では軸受９を強固に支承するために外延設部材５ｂには薄肉部を設けず、内延設部材４ｂに薄肉部を形成し、この薄肉部に歪ゲージ１０を貼付した。
【００３５】
尚、外側ユニット５の外延設部材５ｂおよび内側ユニット４の内延設部材４ｂは共に回転しない構造であるから、スリップリングを設ける必要はなく、内延設部材４ｂに貼付された歪ゲージ１０のリード線をそのまま、図示しないホイートストンブリッジ、動歪計に接続することによって好適にベルト荷重を測定することができる。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例に係るベルト荷重測定用プーリ３、およびこれを用いて行った実験結果を詳細に説明する。
【００３７】
実験に用いたエンジンは直列４気筒１０００ｃｃのエンジンであり、測定対象とするベルト伝動装置は、図３に示したエンジン補機駆動用ベルト伝動装置であった。また、実験に用いたベルトは三ツ星ベルト製４ＰＫ１７０４（リブ数４、周長１７０４ｍｍ）のＶリブドベルトであった。
【００３８】
また、ベルト荷重測定用プーリ3の外形寸法は実機アイドラ−プーリ６と同一寸法とし、プーリ幅は２５ｍｍ、プー外径は８８ｍｍとした。
【００３９】
また、軸受9には♯６００８の玉軸受を用い、内延設部材４ｃに形成した薄肉部の寸法は、外径３３ｍｍ、幅１０ｍｍ、肉厚１．０ｍｍとし、ベルト荷重方向１８０度対向位置２ヶ所に表裏計4枚の歪ゲージに貼付した。切欠き部の開口幅Ｈは、１８ｍｍとし、外側ユニット５のフランジ５ａにネジ孔部４ヶ所を設け、内側ユニット４のフランジ４ａをボルトにより2枚重ねに固定した。
【００４０】
上記の通りに組立てられたベルト荷重測定用プーリ3を、実機エンジンのベース台８の取付部材７にスリーブ４ｃを介して固定した。結果、ベルト荷重測定用プーリ3はプーリレイアウトを何ら変更することなく、且つ実機エンジンと干渉することなく、極めて容易にアイドラープーリ６をベルト荷重測定用プーリ3に交換することが可能になった。
【００４１】
以下、ベルト荷重測定用プーリ3を用いて、好適に測定したベルト荷重の測定例を図４、図５に基づいて説明する。
【００４２】
図４のグラフの縦軸は定常運転状態でのベルト張力（Ｋｇｆ／４リブ）を示し横軸は時間軸を示す。また、グラフ図中のパルス波形はクランク軸の回転周期を示し、1パルスはクランク軸１回転に同期している。
【００４３】
図５のグラフはエンジンを加減速走行させたときのベルト荷重データを用いてベルト張力変動のＲＰＭトラッキング分析を行った結果を示す。
【００４４】
以上の通り、本発明に係るベルト荷重測定用プーリ３を用いることによって、実機アイドラ−プーリ６の外形寸法を変更することなく、又、プーリレイアウトに一切影響を与えることなく実機と同一条件でベルト荷重を測定することを可能にした。
【００４５】
しかも、本発明に係るベルト荷重測定用プーリ３は内側ユニット４と外側ユニット５が容易に分離できること、また、内延設部材４ｂには切欠き部が設けられていることから歪ゲージ１０の貼付作業、プーリの交換作業を極めて容易にすると共に歪ゲージ１０のゲージ感度を改善する効果がある。
【００４６】
尚、上記ベルト荷重測定用プーリ３は自動車エンジンに使用される補機駆動ベルト装置に限られることはなく、要はスペースの制約のある超過密スペースにおいてベルト荷重を実機状態のままで測定しなければならないケースに好適に用いられるものである。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、これによってエンジンで代表される超過密なプーリレイアウトを有する補機駆動用ベルト伝動装置であっても、プーリレイアウト（すなわち、測定系）に影響を与えることなくベルト荷重を測定できる顕著な効果がある。
【００４８】
請求項２の発明は、これによって歪ゲージの貼付作業を容易にし、且つ、歪ゲージの歪感度を改善する効果がある。
【００４９】
請求項３の発明は、これによって歪ゲージの感度を改善する効果がある。
【００５０】
請求項４の発明は、これによってベルト荷重測定用プーリを容易に実機プーリと交換することができる。
【００５１】
請求項５の発明は、これによってベルト荷重測定用プーリを容易に組立てることが可能になるとともに歪ゲージの貼付作業を容易にし、且つ部品をモデュール化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るベルト荷重測定用プーリを示す一部断面図である。
【図２】本発明に係るアイドラ−プーリを示す一部断面図である。
【図３】本発明に係るプーリレイアウトを示す概略図である。
【図４】実施例に係る時系列観測波形を示すグラフ図である。
【図５】実施例に係るベルト張力のＲＰＭトラッキング分析結果を示すグラフ図である。
【図６】従来例に係るベルト荷重測定用プーリの一部断面図である。
【符号の説明】
１          ベルト伝動装置
２          ベルト
３、３’    ベルト荷重測定用プーリ
４          内側ユニット
４ａ        フランジ
４ｂ        内延設部材
４ｃ        スリーブ
５          外側ユニット
５ａ        フランジ
５ｂ        外延設部材
５ｃ        スリーブ
６          アイドラ−プーリ
７          取付部材
８          ベース台
９          軸受
１０        歪ゲージ
１１        エンジン本体
１２        架台
【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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