(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯付ベルトの近傍に設けられ、前記歯付ベルトを構成するゴム材料の温度である基材温度を検出する温度検出手段と、
前記基材温度に基づいて、前記歯付ベルトのベルト歯に欠けが生じる時期であるベルト寿命を予知する寿命予知手段とを備え、
前記歯付ベルトが駆動プーリと従動プーリに巻回されており、この歯付ベルトが前記駆動プーリによって駆動される間に、前記温度検出手段が前記基材温度を検出し、
前記寿命予知手段が、前記歯付ベルトの駆動時間に対する前記基材温度の温度勾配を検出し、前記温度勾配が限界値以上になったときを、前記ベルト寿命として予知することを特徴とするベルト寿命予知装置。
【請求項２】
前記寿命予知手段が、前記温度勾配が限界値以上になり、かつ前記基材温度と、基準温度との温度差が所定値以上になったときを前記ベルト寿命として予知し、
前記基準温度は冷却水あるいはエンジンオイルの温度であることを特徴とする請求項１に記載のベルト寿命予知装置。
【請求項３】
歯付ベルトの近傍に設けられ、前記歯付ベルトを構成するゴム材料の温度である基材温度を検出する温度検出手段と、
前記基材温度に基づいて、前記歯付ベルトのベルト歯に欠けが生じる時期であるベルト寿命を予知する寿命予知手段とを備え、
前記歯付ベルトが駆動プーリと従動プーリに巻回されており、この歯付ベルトが前記駆動プーリによって駆動される間に、前記温度検出手段が前記基材温度を検出し、
前記寿命予知手段が、前記基材温度と、基準温度との温度差に基づいて、前記ベルト寿命を予知し、
前記基準温度は冷却水あるいはエンジンオイルの温度であることを特徴とするベルト寿命予知装置。
【請求項４】
前記温度検出手段が、前記歯付ベルトのベルト歯を形成されている歯面部、またはベルト歯を形成されていない背面部に対向して設けられることを特徴とする請求項１又は３に記載のベルト寿命予知装置。
【請求項５】
前記温度検出手段が前記駆動プーリの近傍に配置されることを特徴とする請求項１又は３に記載のベルト寿命予知装置。
【請求項６】
車両用エンジンに設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のベルト寿命予知装置。
【請求項７】
歯付ベルトの近傍に設けられ、前記歯付ベルトを構成するゴム材料の温度である基材温度を検出して、前記基材温度に基づいて前記歯付ベルトのベルト歯に欠けが生じる時期であるベルト寿命を予知し、
前記歯付ベルトが駆動プーリと従動プーリに巻回されており、この歯付ベルトが前記駆動プーリによって駆動される間に、前記基材温度が検出され、
前記歯付ベルトの駆動時間に対する前記基材温度の温度勾配を検出し、
前記ベルト寿命が、前記温度勾配が限界値以上になったときとして予知されることを特徴とするベルト寿命予知方法。
【請求項８】
前記ベルト寿命が、前記温度勾配が限界値以上になり、かつ前記基材温度と、基準温度との温度差が所定値以上になったときとして予知され、
前記基準温度は冷却水あるいはエンジンオイルの温度であることを特徴とする請求項７に記載のベルト寿命予知方法。
【請求項９】
歯付ベルトの近傍に設けられ、前記歯付ベルトを構成するゴム材料の温度である基材温度を検出して、前記基材温度に基づいて前記歯付ベルトのベルト歯に欠けが生じる時期であるベルト寿命を予知し、
前記歯付ベルトが駆動プーリと従動プーリに巻回されており、この歯付ベルトが前記駆動プーリによって駆動される間に、前記基材温度が検出され、前記ベルト寿命が、前記基材温度と、基準温度との温度差に基づいて予知され、
前記基準温度は冷却水あるいはエンジンオイルの温度であることを特徴とするベルト寿命予知方法。
【請求項１０】
車両用エンジンに適用されることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載のベルト寿命予知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両用エンジンの出力軸と、補機軸等の間において各軸の回転力を伝達する動力伝達装置に用いる歯付ベルトの寿命予知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来歯付ベルトは、例えばベルト本体の一方の面にベルト歯を形成するとともに、心線をベルト本体に埋設して構成されている。近年、エンジンの性能が向上するにつれて歯付ベルトにかかる負荷が大きくなり、長期間にわたってベルトを使用すると、ベルト歯に亀裂が入るクラック現象から欠けが生じるようになった。このため、ベルト歯が欠ける時期すなわちベルトの寿命を予知して、ベルトの交換時期を予測する方法が特開平７−３３２４４３号公報に考案されている。この予測方法では、歯付ベルトおよびプーリ等について幾何データ、材料データ、および外力データ等を得て、これらのデータを解析することにより、ベルトに加わる歯部反力分布特性が予測される。そして予め歯部反力分布に応じた耐久寿命特性が設定されているＳ−Ｎ曲線に、予測された歯部反力分布特性を照合することによって、ベルトの寿命が予測される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の予測方法では、予めＳ−Ｎ曲線を測定しておく必要があり、また歯付ベルトおよびプーリ等について多数のデータを必要とし、それらを解析して、Ｓ−Ｎ曲線と照合するための演算が複雑である。さらに外力データ等は所定の解析モデルを用いて試験を行うことにより得る必要があるため、実際のエンジン等に設けられる動力伝達装置に搭載して、寿命を予知することは不可能であり、寿命を高精度に予測することは困難であるという問題を有している。
【０００４】
本発明は、ベルト寿命予知装置を車両用エンジン等に設けられる動力伝達装置に搭載して、複雑な演算をすることなく、歯付ベルトの温度を測定することにより容易に高精度のベルト寿命を予知することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るベルト寿命予知装置は、歯付ベルトの近傍に設けられ、歯付ベルトを構成するゴム材料の温度である基材温度を検出する温度検出手段と、基材温度に基づいて、歯付ベルトのベルト歯に欠けが生じる時期であるベルト寿命を予知する寿命予知手段とを備えることを特徴としている。
【０００６】
好ましくは、温度検出手段は歯付ベルトのベルト歯を形成されている歯面部、または形成されていない背面部に対向して設けられる。また好ましくは、歯付ベルトは駆動プーリと従動プーリに巻回されており、この歯付ベルトが駆動プーリによって駆動される間に、温度検出手段が基材温度を検出する。
【０００７】
好ましくは、寿命予知手段は歯付ベルトの駆動時間に対する基材温度の温度勾配を検出することによりベルト寿命を予知する。この場合寿命予知手段は、温度勾配が限界値以上になったときを、ベルト寿命として予知する。さらに好ましくは、寿命予知手段は基材温度と、歯付ベルトの駆動時間に対して略一定である基準温度との温度差に基づいて、ベルト寿命を予知する。
【０００８】
例えば、温度検出手段は駆動プーリの近傍に配置される。
【０００９】
本発明に係るベルト寿命予知方法は、歯付ベルトの近傍に設けられ、歯付ベルトを構成するゴム材料の温度である基材温度を検出して、基材温度に基づいて歯付ベルトのベルト歯に欠けが生じる時期であるベルト寿命を予知することを特徴としている。
【００１０】
好ましくは、歯付ベルトは駆動プーリと従動プーリに巻回されており、この歯付ベルトが駆動プーリによって駆動される間に、基材温度が検出される。さらに好ましくは、ベルト寿命は歯付ベルトの駆動時間に対する基材温度の温度勾配を検出することにより予知される。この場合、ベルト寿命は温度勾配が限界値以上になったときとして予知される。
【００１１】
好ましくは、ベルト寿命は基材温度と、歯付ベルトの駆動時間に対して略一定である基準温度との温度差に基づいて予知される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、動力伝達装置に用いる歯付ベルトの一部を破断して示す斜視図であり、図２は、歯付ベルトのベルト長手方向に破断した縦断面図である。
【００１３】
歯付ベルト１０はベルト長手方向に沿った複数のベルト歯１２を形成されている歯面部１５と、ベルト歯１２を形成されていない背面部１６とから成り、背面部１６には心線１４が埋設されている。ベルト歯１２の表面には、歯布１８が貼付されている。
【００１４】
ベルト歯１２および背面部１６に使用される原料は、例えば水素添加ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン等の耐熱老化性の改善されたゴム、あるいはクロロプレンゴム、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム等である。このゴムの中には配合剤として亜鉛華、ステアリン酸、可塑剤、老化防止剤等が添加され、また加硫剤として硫黄、有機過酸化物等が添加される。
【００１５】
心線１４は、例えばガラス繊維、パラ系アラミド繊維等のフィラメントを撚り合わせた撚りコードであって、このコードは接着剤であるＲＦＬ液などで処理されている。
【００１６】
歯布１８は、ナイロン６、ナイロン６６等から成る帆布であり、ナイロン６、ナイロン６６は単独あるいは混合状態で使用される。この帆布はベルト長手方向の伸縮性を有する緯糸とベルト幅方向の非伸縮性を有する経糸から成る。
【００１７】
図３を参照して本発明のベルト寿命予知装置の構成について説明する。図３は、実施形態であるベルト寿命予知装置を搭載した動力伝達装置を示す模式図である。
【００１８】
動力伝達装置２０は、例えば車両用エンジンに設けられ、従動プーリ２１と駆動２２と、歯付ベルト１０およびテンショナ２３とにより構成される。従動プーリ２１は図示しないカムシャフトに連結されており、駆動プーリ２２は図示しないクランクシャフトに連結されている。従動プーリ２１と駆動プーリ２２の外周側には、プーリ歯（図示せず）が設けられ、各プーリ２１、２２は、異なる歯数を有している。
【００１９】
従動プーリ２１と駆動プーリ２２の外周側には図１、図２に示すベルト１０が巻回される。ベルト１０のベルト歯１２（図１参照）は各プーリ２１、２２のプーリ歯に噛合する。駆動プーリ２２は、クランクシャフトの回転に伴い回動して、歯付ベルト１０を駆動する。この歯付ベルト１０により駆動プーリ２２の回転は従動プーリ２１へ伝達される。従動プーリ２１と駆動プーリ２２の間には、歯付ベルト１０の張力を調整するためのテンショナ２３が設けられる。
【００２０】
動力伝達装置２０に設けられる歯付ベルト１０は、長時間にわたって使用されるとベルト歯１２の基部１３（図１参照）にクラックが生じ、ベルト歯１２は歯欠けに至る。そこでこの歯欠けを予知するため、本実施形態のベルト寿命予知装置３０が動力伝達装置２０を備える車両に設けられる。
【００２１】
ベルト寿命予知装置３０は、ベルト歯１２に歯欠けが生じる時期すなわちベルト寿命を予知する装置であって、歯付ベルト１０を構成する原料ゴムの温度（以下基材温度と呼ぶ）を測定し、この基材温度に基づいてベルト寿命を予知する。
【００２２】
ベルト寿命予知装置３０は、温度センサ３１と制御装置３２と表示装置３３とにより構成される。温度センサ３１は、例えば非接触型の赤外線放射温度計であって、歯付ベルト１０の基材温度を検出するために、クランクシャフトに連結されている駆動プーリ２２の近傍で、歯付ベルト１０の背面部１６側、または歯面部１５側の面に対向して配置される。なお温度センサは赤外線放射温度計の代わりに熱電対型温度計を用いてもよい。この場合熱電対型温度計によって歯付ベルト１０の近傍の雰囲気温度が基材温度の代わりに検出される。
【００２３】
温度センサ３１には制御装置３２が接続される。この制御装置３２は温度センサ３１により検出された歯付ベルト１０の基材温度に基づいて、歯付ベルト１０の寿命を予知する。制御装置３２には、歯付ベルト１０の寿命を警告するための表示装置３３が接続される。この表示装置３３は例えば警告ランプを備え、制御装置３２の指令に基づいてそのランプを点灯させる。
【００２４】
図４を参照してベルト寿命とベルトの基材温度との関係について説明する。図４は動力伝達装置の駆動時間に対するベルト基材温度の特性を示す図であって、図３に示す動力伝達装置２０を用いて試験を行った結果である。この試験では、歯付ベルト１０の背面部側の近傍に、非接触型の赤外線放射温度計が設置され、この温度計により歯付ベルト１０の基材温度Ｔが測定された。また駆動伝達装置２０は、駆動プーリ２２に接続されたモータにより駆動された。
【００２５】
実線Ａ、Ｂ、Ｃおよび破線Ｄは、材料の異なる４種類の歯付ベルト１０の温度変化を示す。実線Ｒは比較データとして測定された、動力伝達装置２０の周辺における気温変化を示す。以下、実線Ａ、Ｂ、Ｃおよび破線Ｄに対応した歯付ベルトをそれぞれ歯付ベルトＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと呼ぶ。なお実線Ｒは実線Ｂの比較データとして測定したものであり、実線Ａ、Ｃおよび破線Ｄの比較データとして測定された気温変化は、実線Ｒと同様であるので図４では省略した。
【００２６】
動力伝達装置２０の駆動時間Ｓが経過しても、気温（実線Ｒ）は略一定である。これに対し、各ベルトの基材温度Ｔはある時間において急激に変化する。例えば歯付ベルトＡでは、ベルトの駆動時間に対する基材温度Ｔの変化、すなわち温度勾配は、駆動時間Ｓａにおいて傾きｊ（一点鎖線）から急峻な傾きｋ（二点鎖線）に変化する。同様に各ベルトＢ、Ｃ、Ｄも各駆動時間Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄにおいて、基材温度Ｔの温度勾配が急激に変化する。この各駆動時間Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄにおいて、各ベルトＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、ベルト歯１２の基部１３にクラックを生じて、歯欠けを生じる前兆であることが試験から判明した。すなわち各駆動時間Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄは、各歯付ベルトＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの寿命に近い状態にある。
【００２７】
以上の試験結果から明らかなように、歯付ベルトの基材温度Ｔの温度勾配が急峻になったときを検出することにより、歯付ベルトの寿命が予知される。しかしながらエンジンの駆動時には、エンジンの駆動回転数およびトルクの変化によって歯付ベルトの基材温度Ｔが変化して、基材温度Ｔの温度勾配が急峻に成り、歯付ベルトの寿命が誤って予知される可能性があり、この歯付ベルトの寿命の誤予知を防止する必要がある。そこで発明者は、エンジンの駆動回転数等の変化により気温（実線Ｒ）および歯付ベルトの基材温度Ｔと同様に冷却水あるいはエンジンオイルの温度（以下基準温度と呼ぶ）が変化し、歯付ベルトの基材温度Ｔが寿命が近づいた時には基準温度と所定値（例えば１５℃）以上の温度差を生じることに着目した。すなわち基材温度Ｔの温度勾配と、基材温度Ｔと基準温度との温度差の双方を検出することにより、歯付ベルトの寿命は高精度に予知される。
【００２８】
なお図４では比較的長い時間間隔で基材温度Ｔが示されているが、試験では、比較的短い時間間隔毎に連続的に基材温度Ｔの検出が行われた。実際の動力伝達装置にベルト寿命予知装置３０を搭載する場合、基材温度Ｔの検出は比較的短い一定の間隔（例えば５分）で行う。
【００２９】
図５を参照してベルト寿命予知装置３０の制御装置３２において行なわれる寿命予知の処理手順について説明する。図５は寿命予知の処理手順を示すフローチャートである。制御装置３２は、寿命予知処理専用の例えばワンチップマイクロコンピュータであって、ベルト寿命予知装置３０を搭載する車両が始動されると、この処理を開始する。
【００３０】
ステップ１１０において、基材温度の初期値Ｔｐｒが設定される。この初期値Ｔｐｒは最初に測定した基材温度に設定される。
【００３１】
ステップ１２０において、単位時間ΔＳが計測される。単位時間ΔＳは例えば５分であり、歯付ベルト１０の基材温度はこの単位時間ΔＳ毎に検出される。単位時間ΔＳが経過するとステップ１３０の処理が実行される。
【００３２】
ステップ１３０において、歯付ベルト１０の基材温度Ｔが温度センサ３１（図３参照）により測定される。ステップ１４０において、現在の基材温度Ｔと前回の基材温度Ｔｐｒとの温度差ｄ１が（１）式により算出される。
ｄ１＝Ｔ−Ｔｐｒ    ・・・（１）
【００３３】
ステップ１５０において、温度差ｄ１が限界値Ｄ１以上であるか否かが判定される。温度差ｄ１は、歯付ベルト１０の基材温度が単位時間ΔＳに変化した温度であり、基材温度の温度勾配変化は温度差ｄ１の変化に等しい。また限界値Ｄ１は試験結果においてベルト寿命が近づいた時に求められた温度勾配から定まる温度差であって、例えば２℃である。なお限界値Ｄ１は前回の測定時に算出された温度差の所定の倍数値としてもよい。すなわち前回の測定時の温度差をｄとすると、限界値Ｄ１は、例えば前回の温度差ｄの２倍（２×ｄ）の値である。
【００３４】
ステップ１５０において、温度差ｄ１が限界値Ｄ１より小さいと判定されたとき、すなわち基材温度Ｔの温度勾配が急峻ではなく、歯付ベルト１０の寿命がまだ近づいていないとき、ステップ１５５の処理が実行される。ステップ１５５では、現在の基材温度Ｔが前回の基材温度Ｔｐｒに設定され、ステップ１２０からステップ１５０までの処理が再び実行される。すなわち単位時間ΔＳの経過後、新たな基材温度が現在の基材温度Ｔとして測定され、その温度Ｔと前回の基材温度Ｔｐｒとの温度差ｄ１が算出されて、再び温度差ｄ１により歯付ベルト１０の寿命が判定される。ステップ１５０において、温度差ｄ１が限界値Ｄ１以上になったと判定されるまで、ステップ１２０からステップ１５０の処理が繰り返される。
【００３５】
ステップ１５０において、温度差ｄ１が限界値Ｄ１以上になったと判定されたとき、すなわち基材温度Ｔの温度勾配が急峻に成ったとき、ステップ１６０の処理が実行される。
【００３６】
ステップ１６０において、現在の基材温度Ｔと基準温度（例えば冷却水の温度）Ｔｗとの温度差（以下基準温度差と呼ぶ）ｄ２が（２）式により算出される。
ｄ２＝Ｔ−Ｔｗ      ・・・（２）
【００３７】
ステップ１７０において、基準温度差ｄ２が所定値Ｄ２以上であるか否かが判定される。この所定値Ｄ２は、歯付ベルト１０に寿命が近づいた時の基準温度差（例えば１５℃）である。基準温度差ｄ２が所定値Ｄ２より小さいと判定されたとき、ステップ１５５の処理が実行され、ステップ１２０の処理が再び実行される。この場合、図４に示すデータｍのような誤差が生じたとき等が考えられる。すなわち歯付ベルト１０の寿命はまだ近づいていないため、ステップ１２０からステップ１７０までの処理が再び繰り返される。
【００３８】
ステップ１７０において、基準温度差ｄ２が所定値Ｄ２以上であると判定されたとき、この場合基材温度Ｔの温度勾配が急峻に成っており、基材温度Ｔと基準温度Ｔｗとの温度差も大きくなっているため、歯付ベルト１０の寿命が近づいたと判定される。
【００３９】
ステップ１８０において、歯付ベルト１０の寿命が近づいたことを警告するために、表示装置３３は警告ランプを点灯させ、このフローチャートは終了する。
【００４０】
以上の実施形態によれば、エンジン等の動力伝達装置２０が駆動されている間に、歯付ベルト１０を構成する原料ゴムの温度（基材温度）を測定して、その温度勾配の変化、あるいは基準温度（冷却水あるいはエンジンオイルの温度）との温度差からベルト寿命が容易に予知される。このようなベルト寿命予知装置３０は実際に動力伝達装置２０に搭載可能であり、歯付ベルト１０は駆動中に寿命の判定を行なわれるため、ベルト寿命が高精度に予知される。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ベルト寿命予知装置が車両用エンジン等に設けられる動力伝達装置に搭載され、複雑な演算をすることなく、歯付ベルトの背面温度を測定することにより容易に高精度のベルト寿命が予知される。
【図面の簡単な説明】
【図１】動力伝達装置に用いる歯付ベルトの一部を破断して示す斜視図である。
【図２】歯付ベルトのベルト長手方向に破断した縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態であるベルト寿命予知装置を搭載した動力伝達装置を示す模式図である。
【図４】動力伝達装置の駆動時間に対するベルト基材温度の特性を示す図である。
【図５】寿命予知の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  歯付ベルト
３１  温度センサ（温度検出手段）
３０  ベルト寿命予知装置
１２  ベルト歯
１５  歯面部
１６  背面部
２１  従動プーリ
２２  駆動プーリ
【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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