(57)【要約】【課題】エレメント噛み込みによるシーブ振動を計測できる振動計測装置を提供する。【解決手段】シーブ面２２ａ，２３ａに発生するシーブ振動を非接触で測定可能な第１の振動計測手段１１と、シーブ振動の時系列データの周波数解析を行うＦＦＴアナライザ１３と、エレメント２６の板厚を非接触で測定可能な第２の振動計測手段１２と、第２の振動計測手段１２により測定されたエレメント２６の板厚に基づき、エレメント２６がシーブ面２２ａ，２３ａに噛み込むことにより発生する噛み込み周波数を算出する演算部１４と、ＦＦＴアナライザ１３により解析されたシーブ振動から、演算部１４により算出されたエレメント噛み込み周波数以外の周波数成分を除去するバンドパスフィルタ１５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚方向に積層されることによりベルトを形成するエレメントが、プーリーのシーブ面と噛みこむ際に発生する振動を計測する振動計測装置であって、
前記シーブ面に発生するシーブ振動を非接触で測定可能な第１の振動計測手段と、
前記シーブ振動の時系列データの周波数解析を行うＦＦＴアナライザと、
前記エレメントの板厚を非接触で測定する第２の振動計測手段と、
前記第２の振動計測手段により測定された前記エレメントの板厚に基づき、前記エレメントが前記シーブ面に噛み込むことにより発生する噛み込み周波数を算出する演算部と、
前記ＦＦＴアナライザにより解析された前記シーブ振動から、前記演算部により算出されたエレメント噛み込み周波数以外の周波数成分を除去するバンドパスフィルタと、を備える、
無段変速機の振動計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に用いられる無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）の振動計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、特開平０７−０２７６０１号公報がある。この公報に記載された振動計測方法は、蒸気タービンローターの回転体の振動を非接触で計測する方法であって、測定対象部であるタービン先端の動翼に接触していない静止部に設けられたレーザー発光体から、動翼にレーザー光を照射し、動翼からの反射光の入射位置の変化や、反射光のドップラー変位に基づいて動翼の振動を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−０２７６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
無段変速機において、ベルトを構成する数百枚のエレメントが、プーリーのシーブ面に噛み込む際にシーブを振動させるエレメント噛み込み振動が、ベルトノイズという無段変速機特有の高周波ノイズの発生源であると考えられる。そのため、無段変速機のベルト開発において、噛み込み振動を評価する必要がある。ここで、エレメント噛み込み振動は、数ｋＨｚの高周波振動であり、数十ｎｍ程度の極微小振動である。しかしながら、従来の振動計測方法によってエレメント噛み込みのような高周波、極微小振動の計測を行う場合、計測したい振動がノイズ成分に埋もれてしまい、エレメント噛み込み振動の測定は困難であった。
本発明は、無段変速機におけるエレメント噛み込みによるシーブ振動を計測する振動計測装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にかかる無段変速機の振動計測装置は、板厚方向に積層されることによりベルトを形成するエレメントが、プーリーのシーブ面と噛みこむ際に発生する振動を計測する振動計測装置であって、前記シーブ面に発生するシーブ振動を非接触で測定可能な第１の振動計測手段と、前記シーブ振動の時系列データの周波数解析を行うＦＦＴアナライザと、前記エレメントの板厚を非接触で測定する第２の振動計測手段と、前記第２の振動計測手段により測定された前記エレメントの板厚に基づき、前記エレメントが前記シーブ面に噛み込むことにより発生する噛み込み周波数を算出する演算部と、前記ＦＦＴアナライザにより解析された前記シーブ振動から、前記演算部により算出されたエレメント噛み込み周波数以外の周波数成分を除去するバンドパスフィルタと、を備える。
これにより、測定されたシーブ振動からノイズ成分を除去することができる。
【発明の効果】
【０００６】
これにより、エレメント噛み込みによるシーブ振動を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１にかかる無段変速機と振動計測装置を示す正面図である。
【図２】実施の形態１にかかる無段変速機の概略図である。
【図３】実施の形態１にかかるエレメントの上方に第２の非接触変位計が配置された状態を示す正面図である。
【図４】実施の形態１にかかる第１の非接触変位計による測定結果の一例を示す図である。
【図５】実施の形態１にかかる第２の非接触変位計をエレメントの上方に配置した状態を示す側面図である。
【図６】実施の形態１にかかる第２の非接触変位計からエレメント頭頂部までの距離の測定結果の一例を示す図である。
【図７】実施の形態１にかかるバンドパスフィルタにより噛み込み周波数成分を抽出した状態を示す図である。
【図８】実施の形態２にかかる無段変速機と振動計測装置を示す正面図である。
【図９】実施の形態３にかかる無段変速機と振動計測装置を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、振動計測装置１は、無段変速機のシーブ振動を測定する第１の非接触変位計（第１の振動計測手段）１１と、無段変速機に設けられたエレメント板の厚みを計測する第２の非接触変位計（第２の振動計測手段）１２と、第１の非接触変位計１１で測定された振動を周波数解析するＦＦＴ（Fast Fourier Transform）アナライザ１３と、演算部１４と、エレメント噛み込みによる振動成分を抽出するバンドパスフィルタ１５と、を備える。
【０００９】
また、図２に示すように、測定対象である無段変速機２には、入力側プーリー２１ａと出力側プーリー２１ｂが設けられている。最初に、無段変速機２について説明する。
【００１０】
プーリー２１ａ，２１ｂ間にはベルトＶが掛け渡されている。エンジン（図示せず）が発生させたトルクは、トルクコンバータ等を通じて入力側プーリー２１ａに伝わって回動し、ベルトＶを介して出力側プーリー２１ｂに伝わって出力側プーリー２１ｂが回動し、図示しない減速機等及びドライブシャフトを介してタイヤに伝わる。以下では、入力側プーリー２１ａについて測定するものとして説明するが、出力側プーリー２１ｂであってもよい。
【００１１】
図１に示すように、入力側プーリー２１ａは、固定側プーリー２２と、スライド動作するスライドプーリー２３と、回動を行わない固定部２４と、を有する。
【００１２】
固定側プーリー２２とスライドプーリー２３の間の溝幅は、スライドプーリー２３がスライド動作を行うことにより可変である。固定側プーリー２２とスライドプーリー２３は、それぞれエンジンから与えられたトルクにより回動する。ここで、固定側プーリー２２とスライドプーリー２３は、対向して設けられたシーブ面２２ａ，２３ａを有し、シーブ面２２ａ，２３ａでは、それぞれベルトＶと接触する。シーブ面２２ａ，２３ａの間隔は、固定側プーリー２２及びスライドプーリー２３の回転軸の中心側に近くなるほど狭くなるように形成されている。また、固定側プーリー２２は、シーブ面２２ａが配置された方向とは反対側に外面２２ｂを有する。
【００１３】
固定部２４は、略Ｌ字型の部材であり、無段変速機２において定位置に固定されている。すなわち固定部２４は、固定側プーリー２２及びスライドプーリー２３が回転動作しても、回動を行わない。固定部２４の縦面２４ａには、計測器取付部２４ｂが設けられている。ここで、計測器取付部２４ｂは、一端が固定部２４の縦面２４ａに連結され、他端が固定側プーリー２２の外面２２ｂに対して、近くに配されている。
【００１４】
ベルトＶは、周長の異なる複数枚の無端金属リングが板厚方向に密着して積層して形成された２組のリング２５と、リング２５の周方向に環状に支持された板状体のエレメント２６と、を備える。
【００１５】
図３に示すように、２組のリング２５は後述するエレメント２６の胴体部２６ａと頭部２６ｂの間において、両側から首部２６ｃを挟むように配置されている。
【００１６】
エレメント２６は、略矩形状の胴体部２６ａと略三角形状の頭部２６ｂを有し、胴体部２６ａと頭部２６ｂとを略矩形状の首部２６ｃで連結して形成された板状体である。胴体部２６ａの両側端には、下内方に傾斜する傾斜面が形成されている。傾斜面は、シーブ面２２ａ，２３ａと摩擦接触して駆動力を伝達する。エレメント２６は、傾斜面がシーブ面２２ａ，２３ａと接していることにより、シーブ面２２ａ，２３ａの間隔が広がった場合に、固定側プーリー２２とスライドプーリー２３の中心軸側に移動する。
【００１７】
次に、振動計測装置１について説明する。
【００１８】
第１の非接触変位計１１は、オイル中でも計測可能な渦流式変位計である。第１の非接触変位計１１は、計測器取付部２４ｂの先端に配置されている。第１の非接触変位計１１は、固定側プーリー２２の外面２２ｂとの距離の変位を測定する。これにより、第１の非接触変位計１１は、固定側プーリー２２のシーブ振動を計測する。
【００１９】
第２の非接触変位計１２は、オイル中でも計測可能な渦流式変位計である。第２の非接触変位計１２は、ベルトＶを形成しているエレメント２６の頭部２６ｂの上方に配置されている。第２の非接触変位計１２は、エレメント２６の頭部２６ｂとの距離の変位を測定する。これにより、第２の非接触変位計１２は、エレメント２６の板厚を計測する。なお、第２の非接触変位計１２は、図示しない無段変速機２の上部に設けられたアームにより固定されている。
【００２０】
ＦＦＴアナライザ１３は、第１の非接触変位計１１から入力されたシーブ振動の測定波形について、周波数解析を行う。例えば、ＦＦＴアナライザ１３は、第１の非接触変位計１１により時系列に沿って測定された振動の振幅の値が入力され、周波数ごとの振幅の値を算出する。
【００２１】
演算部１４は、第２の非接触変位計１２で測定したエレメント２６の板厚と、ベルトＶの巻掛かり径と、シーブ回転速度と、を用いてエレメント噛み込み振動周波数の算出を行う。演算部１４には、バンドパスフィルタ１５が設けられており、透過する周波数とカットする周波数の設定を行う。具体的には、バンドパスフィルタ１５は、演算部１４が算出したエレメント噛み込み振動周波数の値を用いて、噛み込み周波数以外の周波数信号をカットするように設定される。また演算部１４は、ＦＦＴアナライザ１３により算出された周波数ごとのシーブ振動の振幅の値が入力される。
【００２２】
次に、振動計測装置１による計測の手順について説明する。
【００２３】
無段変速機２の動作を開始させる。すなわち、固定側プーリー２２とスライドプーリー２３の間隔を決め、回転軸周りの回転を開始させる。これによりベルトＶは、入力側プーリー２１ａと出力側プーリー２１ｂの間で巡回動作を開始する。なお、ベルトＶの巻掛かり径が所定の値となるように、あらかじめ固定側プーリー２２とスライドプーリー２３の間隔を調整しておく。また、ベルトＶの巡回動作の速度は、あらかじめ設定されている。
【００２４】
第１の非接触変位計１１は、固定側プーリー２２の外面２２ｂとの距離の変位を測定する。これにより、第１の非接触変位計１１は、シーブ振動を測定する。このとき第１の非接触変位計１１により取得されるシーブ振動には、エレメント２６がシーブ面２２ａ，２３ａに噛み込むことにより発生する振動に加えて、プーリー２２，２３の回動による振動が、固定部２４を伝達して第１の非接触変位計１１自身が振動した振動成分等のノイズ成分が含まれている。第１の非接触変位計１１は、シーブ振動の測定値を、ＦＦＴアナライザ１３に出力する。
【００２５】
ＦＦＴアナライザ１３は、第１の非接触変位計１１で取得された測定値の周波数解析を行う。ここで、第１の非接触変位計１１で取得された測定値にはノイズ成分が含まれるため、図４に示すように、複数の周波数帯にピーク値を有している周波数と振幅の関係が算出される。
【００２６】
次に、第２の非接触変位計１２は、エレメント２６の板厚の測定を行う。具体的には、図５に示すように、第２の非接触変位計１２は、リング２５の周方向に環状に支持されたエレメント２６の頭部２６ｂの上方に設けられ、頭部２６ｂとの距離の変位を測定する。
【００２７】
ここで、隣接するエレメント２６の間には隙間がある。したがって、第２の非接触変位計１２により、巡回動作しているエレメント２６までの距離の変位の測定を行い、変位を時系列順に並べると、図６に示すように、一定時間ごとに近づいた状態と離れた状態が交互にあらわれる。ここで図６に示した波形において、山となっている部分は、エレメント２６とエレメント２６の隙間であって距離が離れたときであり、波形の谷となっている部分は、エレメント２６の頭部２６ｂの頭頂部が第２の非接触変位計１２を通過することで距離が近づいたときである。
【００２８】
演算部１４は、第２の非接触変位計１２とエレメント２６との距離の時間変位の情報を入力する。演算部１４は、第２の非接触変位計１２とエレメント２６との距離が近づく時間の間隔を演算する。すなわち、演算部１４は、第２の非接触変位計１２とエレメント２６の頭部２６ｂの頭頂部が近づいた時間から、次のエレメント２６の頭部２６ｂの頭頂部が近づいた時間を測定し、エレメント頭頂部通過時間差を算出する。
【００２９】
その後、演算部１４は、算出されたエレメント頭頂部通過時間差と、ベルトＶの巡回速度を乗じることにより、エレメント２６の１枚分の板厚を算出する。
【００３０】
演算部１４は、算出したエレメント２６の板厚と、ベルトＶの巻掛かり径、シーブ回転速度から、噛み込み周波数を算出する。
ここで、演算部１４は、噛み込み周波数を
【数１】
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により算出する。
【００３１】
演算部１４は、算出した噛み込み周波数に基づいて、バンドパスフィルタ１５の設定を行う。具体的には、演算部１４は、算出された噛み込み周波数に対して、±数十Ｈｚ以内の周波数成分については噛み込み周波数として残し、それ以外の周波数成分についてはノイズとしてカットするように、バンドパスフィルタ１５を設定する。
【００３２】
演算部１４は、ＦＦＴアナライザ１３により解析されたシーブ振動の測定値について、バンドパスフィルタ１５を用いてフィルタリングする。これにより、図７に示すように、噛み込み周波数の振幅を抽出することができる。
【００３３】
これにより、第２の非接触変位計１２により測定されたエレメント板厚に基づきエレメント噛み込み周波数を算出し、第１の非接触変位計１１により測定されたシーブ振動から、バンドパスフィルタ１５を用いてエレメント噛み込み周波数以外のノイズ成分を除去することができる。したがって、シーブ振動のうち、エレメント噛み込みによる振動周波数の成分を抽出することができる。
【００３４】
（実施の形態２）
次に、図８を参照して、実施の形態２にかかる振動計測装置３について説明する。なお、実施の形態１に示した振動計測装置１及び無段変速機２と同様の機能を奏する構成物品については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３５】
振動計測装置３は、無段変速機のシーブ振動を測定する第１の非接触変位計１１と、無段変速機に設けられたエレメント板の厚みを計測する第２の非接触変位計１２と、第１の非接触変位計１１で測定された振動を周波数解析するＦＦＴアナライザ１３と、演算部１４と、エレメント噛み込みによる振動成分を抽出するバンドパスフィルタ１５と、第１の非接触変位計１１の振動による変位を取得する加速度センサ１６を備える。
【００３６】
加速度センサ１６は、計測器取付部２４ｂの下面に配置されている。加速度センサ１６は、第１の非接触変位計１１に発生している振動を取得する。すなわち、加速度センサ１６は、入力側プーリー２１ａと出力側プーリー２１ｂの間で巡回動作が開始された際に、第１の非接触変位計１１に発生している振動を取得する。なお、加速度センサ１６は、第１の非接触変位計１１に連結した状態で設けられていても良い。
【００３７】
次に、振動計測装置３による計測動作について説明する。
【００３８】
最初に、無段変速機２の動作を開始させる。すなわち、固定側プーリー２２とスライドプーリー２３の間隔を決め、回転軸周りの回転を開始させる。これによりベルトＶは、入力側プーリー２１ａと出力側プーリー２１ｂの間で巡回動作を開始する。
【００３９】
第１の非接触変位計１１は、固定側プーリー２２の外面２２ｂとの距離の変位を測定することにより、シーブ振動を測定する。第１の非接触変位計１１は、測定したシーブ振動をＦＦＴアナライザ１３に出力する。
【００４０】
また、加速度センサ１６は、第１の非接触変位計１１の振動を取得する。加速度センサ１６は、取得した第１の非接触変位計１１の振動の情報をＦＦＴアナライザ１３に出力する。
【００４１】
ＦＦＴアナライザ１３は、第１の非接触変位計１１から入力されたシーブ振動から、加速度センサ１６により取得された振動成分を減算する。これにより、第１の非接触変位計１１から入力されたシーブ振動から、第１の非接触変位計１１が振動することにより発生しているノイズ成分が除去される。
【００４２】
その後、ＦＦＴアナライザ１３は、第１の非接触変位計１１の振動成分を除去したシーブ振動波形の周波数解析を行う。これにより、シーブ振動の各周波数の振幅が算出される。
【００４３】
第２の非接触変位計１２は、エレメント２６の板厚の測定を行う。その後、演算部１４は、測定されたエレメント２６の板厚と、ベルトＶの巻掛かり径と、シーブ回転速度から噛み込み周波数を算出する。そして、演算部１４は、噛み込み周波数以外の周波数をカットするように、バンドパスフィルタ１５の設定を行う。
【００４４】
演算部１４は、第１の非接触変位計１１の振動成分を除去したシーブ振動波形を周波数解析したものから、バンドパスフィルタ１５を用いて噛み込み周波数の成分を抽出する。
【００４５】
これにより、測定されたシーブ振動の測定値から、第１の非接触変位計１１自身が振動していることによって発生しているノイズ成分をあらかじめ除去してＦＦＴアナライザ１３による周波数解析を行い、その後、バンドパスフィルタ１５によって、噛み込み周波数成分のフィルタリングを実行できる。これにより、エレメント噛み込みによる振動周波数の成分をより正確に抽出することができる。
【００４６】
（実施の形態３）
次に、図９を参照して、実施の形態３にかかる振動計測装置４について説明する。なお、実施の形態１に示した振動計測装置１、無段変速機２、及び実施の形態２に示した振動計測装置３と同様の機能を奏する構成物品については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４７】
振動計測装置４は、無段変速機のシーブ振動を測定する第１の非接触変位計１１と、無段変速機に設けられたエレメント板の厚みを計測する第２の非接触変位計１２と、第１の非接触変位計１１で測定された振動を周波数解析するＦＦＴアナライザ１３と、演算部１４と、エレメント噛み込みによる振動成分を抽出するバンドパスフィルタ１５と、無段変速機２を固定する第１の基礎１７と、第１の基礎１７と離れた位置に設けられた第２の基礎１８と、センサ保持用治具１９と、を備える。
【００４８】
第１の基礎１７は、地面の上に配置された建屋基礎１７ａと、建屋基礎の上部に設けられた架台１７ｂと、を有する。架台１７ｂの上部には、固定部２４の先端が接続され、無段変速機２が駆動可能な状態で固定されている。
【００４９】
第２の基礎１８は、地面の上に配置された建屋基礎１８ａと、建屋基礎の上部に設けられた架台１８ｂと、を有する。架台１８ｂの上部にはセンサ保持用治具１９が接続されている。
【００５０】
センサ保持用治具１９の一端は架台１８ｂに連結されており、他端には第１の非接触変位計１１が連結されている。なお、センサ保持用治具１９は、第１の非接触変位計１１が固定側プーリー２２の外面２２ｂ付近に配置されるように、位置調整を行うことができる。
【００５１】
ここで、第２の基礎１８は、第１の基礎１７と離れた位置に配置されているため、無段変速機２が駆動することによって発生する振動は第１の基礎１７から第２の基礎１２に伝わらない。したがって、センサ保持用治具１９によって保持された第１の非接触変位計１１は振動しない。
【００５２】
したがって、第１の非接触変位計１１が振動しないことから、ノイズ成分をあらかじめ除外することができ、エレメント噛み込みによるシーブ振動の変位量を高精度に測定することができる。
【００５３】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００５４】
例えば、実施の形態１において、第２の非接触変位計１２によりエレメント２６の板厚を算出において、第２の非接触変位計１２とエレメント２６が近づいたときの時間に基づいて算出するものとして説明したが、第２の非接触変位計１２とエレメント２６が離れたときの時間に基づいて算出しても良い。また、第２の非接触変位計１２とエレメント２６の距離の変化を時系列に並べて形成した波形に対して、ＦＦＴアナライザ１３により周波数分析を行って、エレメント２６の板厚の算出に用いても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１            振動計測装置
２            無段変速機
３            振動計測装置
４            振動計測装置
１１            第１の非接触変位計
１２            第２の非接触変位計
１３            ＦＦＴアナライザ
１４            演算部
１５            バンドパスフィルタ
１６            加速度センサ
１７            第１の基礎
１７ａ            建屋基礎
１７ｂ            架台
１８            第２の基礎
１８ａ            建屋基礎
１８ｂ            架台
１９            センサ保持用治具
２１ａ            入力側プーリー
２１ｂ            出力側プーリー
２２            固定側プーリー
２２ａ            シーブ面
２２ｂ            外面
２３            スライドプーリー
２３ａ            シーブ面
２４            固定部
２４ａ            縦面
２４ｂ            計測器取付部
２５            リング
２６            エレメント
２６ａ            胴体部
２６ｂ            頭部
２６ｃ            首部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2016200464.tif 000007
【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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