JP2001305021A - Ｖリブドベルトの耐久性評価試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】廉価にＶリブドベルトの耐久性試験を行う。 【解決手段】評価対象であるＶリブドベルト１を張設す
る試験用駆動プーリ４１及び試験用従動プーリ４２を備
え、その駆動プーリ４１に駆動モータ４４を連結し、従
動プーリ４２に実機の負荷変動要素と同等機構の試験用
負荷変動要素４６を連結し、駆動モータ４４のモータ軸
４３に負荷変動検出器４５を設けた廉価な試験機を用
い、実機に張設されたＶリブドベルトの回転負荷変動を
計測してこれを基礎データとし、この基礎データに一致
するように試験機を調整した後、評価対象のＶリブドベ
ルトを駆動モータにより回転駆動させて、Ｖリブドベル
トの耐久性を評価するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン動力の一
部を伝達する動力伝達機構に用いられるＶリブドベルト
の耐久性を評価するための耐久性評価試験機に関するも
のである。

【０００２】

【従来技術】ディーゼルエンジンやガソリンエンジンに
おいては、エンジンの動力の一部を利用してエンジンヘ
ッドのバルブ機構や発電機（オルタネータ）あるいはウ
ォータポンプを回転駆動させるようになっており、クラ
ンクシャフトのクランクプーリとバルブ機構のカムプー
リとの間にタイミングベルトが掛巻され、クランクシャ
フト先端のクランクプーリとオルタネータのロータプー
リ及びウォータポンプのポンププーリとの間にＶリブド
ベルトが掛巻きされたものが知られている。

【０００３】上記動力伝達用のベルトのうち、Ｖリブド
ベルト１は、図１のごとく、ゴム製のベルト主体２と、
その内部に埋設されたポリエステル繊維やアラミド繊維
などからなる芯線３と、ベルト主体２の外周面側に加硫
接着された上帆布４と、ベルト主体２の内周面に突設さ
れた３〜４条の環状リブ５とを備え、その耐久性を良好
にするため、高強度で伸縮性の非常に小さい芯線や、張
架するプーリと接触するため耐圧性が良好なゴム素材が
用いられているが、エンジンの機構上、ピストンの上下
方向振動、クランクシャフトとピストンとを連結するコ
ンロッドの横方向振動、さらにはエンジンヘッド部のバ
ルブ機構からカムシャフトを介してクランクシャフトに
伝達される衝撃により、駆動側のクランクシャフトの回
転変動率が大きくなる。

【０００４】そのため、Ｖリブドベルトには、クランク
シャフトに連結されたクランクプーリを介して変動負荷
が伝達され、ベルト走行時間が増大するに従って、図１
のごとく、リブ５の付け根部分に亀裂６が発生すること
がある。

【０００５】特に、ディーゼルエンジンの場合には、ア
イドリング域（低回転数時）における回転変動率が大き
いことが知られており（図４参照）、これを改善するた
め、Ｖリブドベルト自体に種々の対策が講じられ、種々
の耐久性評価試験機によって、そのベルトの評価がなさ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記Ｖリブ
ドベルトの耐久性（亀裂発生までの期間）を測定するに
当たっては、Ｖリブドベルトを実際のディーゼルエンジ
ン等の動力伝達部に張設して、その耐久性を評価する手
法もあるが、エンジン稼動のために燃料（軽油）を要す
る試験方法となり、コスト面からも実用的ではない。

【０００７】また、駆動側プーリにプロペラシャフトを
連結して、強制的に負荷変動を与える試験機も存在する
が、ユニバーサルジョイントにより連結されたプロペラ
シャフトは、高速回転で試験を行うことができないた
め、耐久性評価試験機としては不向きであった。

【０００８】さらに、実機の変動負荷に見合った負荷を
評価対象ベルトに与えるため、サーボモータにより駆動
側プーリを駆動するよう構成したベルト耐久性試験機も
存在するが、実機の複雑な回転変動に見合う制御プログ
ラム自体が複雑となり、高価な試験機となっていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るベルト耐久性評価試験機は、その動力
として従来の燃料（軽油等）の代わりに駆動モータを用
い、かつ実際のエンジンと同等の負荷変動を発生する機
構と、Ｖリブドベルトの負荷変動を検出する負荷変動検
出器とを備えた構成を採用することにより、稼動用燃料
と実際の負荷変動に追随する複雑な制御とが不要とな
る、廉価かつ単純な試験機としたものである。

【００１０】上記評価試験機に用いたベルトの耐久性評
価試験は、実機に張設したＶリブドベルトの回転負荷変
動を計測して、これを基礎データとし、次に、実機の変
動負荷要素に見合う試験用変動負荷要素を搭載した耐久
性評価試験機を使用して、これに評価対象となるＶリブ
ドベルトを張設し、前記基礎データと一致するように負
荷変動要素を調整した後、評価対象のＶリブドベルトを
駆動モータにより回転駆動させ、Ｖリブドベルトの耐久
性を評価するようにしている。この耐久性評価は通常ベ
ルトが破断するまでの走行時間で判定する。

【００１１】実機の変動負荷要素としては、ピストン、
クランクシャフトとピストンとを連結するコンロッドが
想定されるが、本発明者らの種々の実験によれば、エン
ジンヘッド部のバルブスプリングの付勢力に抗して開閉
するバルブ機構が、実機の回転変動より発生するバルト
負荷変動に近似しているとの知見が得られた。従って、
試験用変動負荷要素としては、バルブ機構と同等な機構
を備えた試験機とするのが好適である。

【００１２】このような試験用変動負荷要素を備えた試
験機を製作する場合には、対象エンジンを改造して、こ
れに燃料の代わりに駆動モータ、及び変動負荷検出器を
付設し、評価対象ベルトを張設する駆動プーリと従動プ
ーリとを備えた構成とするのが廉価な試験機を提供する
上からは好ましい。この場合の駆動プーリ及び従動プー
リは、エンジン動力伝達機構のクランクプーリ、カムプ
ーリ、ウォータポンプのプーリ、あるいはオルタネータ
のロータプーリを利用すればよい。

【００１３】また、駆動モータは、試験用変動負荷要素
により、評価対象である試験用ベルトに実機と同等な変
動負荷を与えることができる構成であれば、特にその設
置位置については限定されず、クランクシャフトの端部
に設置する構成、Ｖリブベルトからの動力の伝達によっ
て回転する発電機（オルタネータ、ダイナモ）に代え
て、あるいはそのロータ軸に配置する構成、さらにはウ
ォータポンプに代えて、その部分に配置する構成など、
種々の態様が例示できる。さらに、駆動モータのモータ
軸は高速回転に耐え得るように、プーリ駆動軸に直結す
るか、又は減速機構を介して連結する態様が好ましい。

【００１４】ベルトの負荷変動を検出する負荷変動検出
器の配置は、ベルトの負荷変動を検出できる位置ならば
特に限定されず、クランクシャフト、カムシャフト等、
あるいはテンションプーリなどの軸部に設置する構成が
例示できる。その負荷変動検出器の具体的構成として
は、シャフトにかかる負荷を検出可能な周知構造の歪ゲ
ージ式トルク検出器が例示できる。トルク検出器を用い
たのは、シャフトのトルク変動がベルトを掛巻するプー
リに伝達され、ベルトの張力変動として現われ、ベルト
の負荷変動を検出するのに両者を同等視できるからであ
る。

【００１５】上記のように、実機の負荷変動要素と同等
な負荷変動要素を備え、かつベルトの駆動源として燃料
ではなく駆動モータを使用した評価試験機であれば、そ
の構成が簡単であり、廉価な試験機を提供できることに
なる。

【００１６】なお、このベルト耐久性評価試験機は、各
種ベルトの耐久性評価試験機として適用できるが、特
に、プーリとの接触面がゴム製のリブからなるＶリブド
ベルトの耐久性評価試験機として用いるのが好適であ
る。また、評価対象となるベルトは、ガソリンエンジン
用、ディーゼルエンジン用のもののみならず、他の動力
機関の動力伝達用ベルトであってもよいことは勿論であ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】［第一実施形態］まず、本実施形
態におけるＶリブドベルトの評価試験の概略を説明す
る。図２は本実施形態のＶリブドベルトの評価試験フロ
ーチャートである。ベルトの評価試験は、図２のごと
く、エンジンの実機に張設されたＶリブドベルトの回転
負荷変動を計測してこれを基礎データとし（Ｓ１）、実
機の変動負荷要素に見合う試験用変動負荷を搭載した耐
久性評価試験機に評価対象となるＶリブドベルトを張設
して前記基礎データに一致するように調整した後（Ｓ
２）、評価対象のＶリブドベルトを駆動モータにより回
転駆動させて、Ｖリブドベルトの耐久性を評価する（Ｓ
３）。

【００１８】図１５は実際のガソリンエンジンを改造し
た評価試験機の一例を示す斜視図であり、その主要構成
がエンジン実機とほぼ同等であるため、この図に基づい
て、実際のエンジンの動力伝達機構を簡単に説明する
と、クランクシャフト１１の端部に第１のクランクプー
リ１２と第２のクランクプーリ１３とが同軸上に配置さ
れ、エンジンヘッド部にカムシャフト１４の回転により
開閉するバルブ機構１５が設けられ、カムシャフト１４
の端部にカムプーリ１６が設けられている。カムプーリ
１６と第１のクランクプーリ１２とにタイミングベルト
１７が張設され、クランクシャフト１１の回転によりタ
イミングベルト１７を介してカムシャフト１４が回転
し、カムシャフト１４の回転によりロッカーアーム１８
を介してバルブ２０が開閉するようになっている。な
お、バルブ２０は、その閉弁方向に付勢するバルブスプ
リング１９の付勢力に抗して開放するようになってい
る。

【００１９】第２のクランクプーリ１３と、オルタネー
タ２１のロータ軸に連結されるロータプーリ２２と、ウ
ォータポンプ軸に連結されるポンププーリ２３とにはＶ
リブドベルト１が掛巻され、クランクシャフト１１の回
転駆動により、ロータプーリ２２及びポンププーリ２３
に動力が伝達されるようになっている。

【００２０】図３は、ディーゼルエンジン実機における
基礎データ計測システム図である。ディーゼルエンジン
の動力伝達系は、図１５に示すガソリンエンジンの動力
伝達系とほぼ同じであるため、図３のシステム図におけ
る具体的構成は図１５のガソリンエンジンの斜視図を参
照されたい。

【００２１】エンジン実機における基礎データ計測シス
テムは、実際に燃料を用いてエンジンを稼動し、クラン
クシャフト１１の先端軸に設置されたロータリエンコー
ダ３０によって回転変動を算出して記録３１し、また、
クランクシャフト１１に設置された歪ゲージ式トルク検
出器３２から整流回路３３及び増幅回路３４を介してト
ルク変動を計測して有効張力を算出３５するようにして
いる。

【００２２】図４は図３の計測システムを用いて計測
し、回転変動率を縦軸に、回転数を横軸にしてディーゼ
ルエンジン実機における回転変動率を表したグラフであ
る。図４から明らかなように、ディーゼルエンジンのア
イドリング時（約１０００ｒｐｍまで）の回転変動率は
１０％〜２０％と大きいことが判る。

【００２３】図５は、同じくディーゼルエンジンでの有
効張力測定グラフであり、縦軸を有効張力（Ｎ）、横軸
を回転数（ｒｐｍ）とし、初期取付け張力を７５０Ｎと
４００Ｎとした２つのベルトの有効張力について測定し
たものである。オルタネータの負荷はフルロード（７５
Ａ）とし、クランクシャフト１１には軽量フライホイー
ルを付設している。この有効張力測定結果は先に示した
クランクシャフトの回転変動率と同様な変動を示してい
ることが判る。

【００２４】図６は同じくクランクシャフトの１回転中
の有効張力測定結果を表すグラフであるが、クランクシ
ャフト２回転で４つのピーク変動が観測されている。

【００２５】図７は本実施形態におけるＶリブドベルト
耐久性評価試験機の原理図である。本試験機４０は、評
価対象であるＶリブドベルト１を張設する試験用駆動プ
ーリ４１と試験用従動プーリ４２とを備え、試験用駆動
プーリ４１の駆動軸４３に駆動モータ４４のモータ軸が
連結されると共に、Ｖリブドベルトに対する負荷変動を
検出する負荷変動検出器４５が設けられ、試験用従動プ
ーリ４２には実機の負荷変動要素と同等機構の試験用負
荷変動要素４６が連結されたもので、実機のように燃料
を使用することなく、駆動モータ４４により回転駆動
し、その回転変動は実機の負荷変動要素と同等機構の試
験用負荷変動要素４６により駆動軸４３から評価対象の
Ｖリブドベルト１に伝達されるようになっている。

【００２６】試験用負荷変動要素４６としては、図８及
び図９に示すエンジンヘッド部のバルブ機構１５が挙が
られる。図８は、負荷変動要因であるエンジンヘッド部
においてシングルカムシャフトを具備したオーバーヘッ
ド型のバルブ機構の断面図、図９は同じくその要部断面
図である。

【００２７】図１５と同じ符号を用いて、図８及び図９
に示すバルブ機構１５を説明すると、このバルブ機構１
５は、カムシャフト１４に設けられた複列のカム５０
と、このカムのカム面に接圧してバルブ２０を開閉する
ようヘッド部に揺動自在に支持されたロッカーアーム１
９と、ロッカーアーム１９の先端に連結されたバルブ２
０と、このバルブ２０を閉弁方向に付勢するバルブスプ
リング１９とを主要構成部材としており、この主要構成
部材に、図９のごとく、バルブガイド５１、スプリング
リテーナ５２、及びステム５３が付設されている。そし
て、カムシャフト１４の端部に従動プーリ４２を固定し
た構造となっている。

【００２８】負荷変動検出器４５は、実機のクランクシ
ャフト１１に取付けられたものと同様な周知構造の歪ゲ
ージ式トルク検出器を採用すればよく、また、図示しな
いが、実機の計測システムと同様に回転数検出手段を具
備させ、さらに実機の負荷変動に見合うように負荷変動
要素４６を調整可能とする構成が好ましい。駆動モータ
４４は、そのモータ軸をユニバーサルジョイントなどを
用いることなく駆動軸４３に直結した構成が望ましく、
また、適宜減速機構を介在させた構成であってもよい。
また、駆動軸４３は、断面円形の軸部材であるが、さら
に実際のクランクシャフトと同様にバランスウエイトを
付設した構成であってもよい。

【００２９】具体的な試験機４０は、新たな製作した試
験機本体部に負荷変動検出器４５及び試験用負荷変動要
素４６を取付けて製作してもよいが、図１５のごとく、
ガソリンエンジンを改造して試験機とする方が廉価に製
作できる。この場合、図１５において、ピストン４７を
取り外し、駆動モータ４４からプーリ４８ａ，４８ｂ及
び駆動ベルト４９を介してクランクシャフト１１を回転
駆動し、また、Ｖリブドベルト１が張架されるプーリ１
３、２２、２３を取り外し、また、タイミングベルト１
７を張架する２つのプーリ１２，１６をリブベルト用プ
ーリに変更し、この変更した両プーリを駆動プーリ４１
と従動プーリ４２とし、また、クランクシャフト１１の
延長軸上又は駆動モータ４４の駆動軸４３に負荷変動検
出器４５を設置して、先のプーリ４１、４２間に試験用
Ｖリブドベルト１を掛巻して耐久性評価試験を行うよう
にすれば、わずかな部品の交換で実機に即応した試験機
を製作することができる。

【００３０】図１０は上記耐久性評価試験機４０を用い
て３種類の初期取付張力（２００Ｎ、３００Ｎ、４００
Ｎ）で、ベルトの有効張力を測定したグラフであり、縦
軸に有効張力を、横軸に回転数を表したもので、取付け
張力を変えても有効張力変化のバラツキが少ないことを
示している。図１１及び図１２は駆動側プーリの３００
０ｒｐｍと３６００ｒｐｍにおける有効張力測定結果を
表すグラフである。いずれの場合も図６に示す実機の有
効張力変化と同様な波形を示し、本実施形態の試験機４
０を用いてＶリブドベルトの耐久性評価を行ったても、
実機で行う場合と同様な評価結果となることを示してい
る。

【００３１】［第２実施形態］図１３は第２の実施形態
におけるＶリブドベルト耐久性評価試験機の原理図であ
る。本実施形態の試験機４０は、第１の実施形態の試験
機の応用例を示すもので、駆動プーリ４１のテンション
側にベルトの内側からテンションローラ６０を架設し、
駆動プーリ４１のアイドル側において外側からアイドル
ローラ６１を架設し、さらに、試験用負荷変動要素４６
を従動軸側ではなく、駆動軸４３側に配設したものであ
る。その他の構成は上記第１の実施形態と同様である。

【００３２】本実施形態を図１５に基づいてより具体的
に示すと、図１５において、第２のクランクプーリ１３
を駆動プーリとし、従動プーリとしてオルタネータ２１
のロータプーリ２２を利用して試験用Ｖリブドベルト１
を掛巻し、適宜テンションプーリ６０及びアイドルプー
リ６１を付設した構成が例示できる。この場合、図１３
では、バルブ機構などの負荷変動要素４６はクランクシ
ャフト１１に連結された態様になっているが、これらの
負荷変動要素４６は、クランクシャフト１１を介して駆
動プーリ４１に伝達されるものであるため、上記具体的
態様は図１３の構成と同等視することができる。

【００３３】上記構成の試験機４０においても、駆動軸
４３に発現される負荷変動は評価対象であるＶリブドベ
ルト１に伝達され、第１の実施形態と同様な評価が可能
となる。

【００３４】［第３の実施形態］図１４は第３の実施形
態におけるＶリブドベルト耐久性評価試験機の原理図で
ある。本実施形態は、第２の実施形態をさらに発展させ
たもので、バルブ機構などの変動負荷要素４６を備えた
カムシャフト１４の端部にカムプーリ１６と同軸上に駆
動プーリ４１を配置し、この駆動プーリ４１と従動プー
リ４２とに亘って試験用Ｖリブドベルト１を張架し、カ
ムシャフト１４をクランクシャフト１１に連結した駆動
モータ４４によりクランクプーリ１２及びタイミングベ
ルト１７を介して回転駆動するようにしたものである。
その他の構成は上記第２の実施形態と同様である。

【００３５】これをより具体的に示すと、例えば、図１
５において、カムプーリ１６と同軸上に駆動プーリ４１
を配置し、従動プーリ４２としてオルタネータ２１のロ
ータプーリ２２に試験用Ｖリブドベルト１を掛巻した構
成が例示できる。

【００３６】本実施形態においても、変動負荷要素４６
がカムシャフト１４を介して駆動プーリ４１からＶリブ
ドベルト１に伝達され、上記第１の実施形態と同様な評
価試験が行える。

【００３７】［その他の実施形態］図１５は第１〜第３
の実施形態におけるＶリブドベルト耐久性評価試験機を
より具体的に示したものであるが、上記実施形態の他
に、オルタネータ２１を駆動モータ４４に変更するか、
又はオルタネータ２１のロータ軸に駆動モータ４１を連
結し、そのロータプーリ２２を駆動プーリ４１とし、第
２のクランクプーリ１３を従動プーリ４２とし、このプ
ーリ４１、４２間に試験用Ｖリブドベルトを張設して耐
久性評価試験を行うよう構成してもよい。この場合、駆
動プーリ４１の駆動軸に負荷変動検出器４５を付設する
ようにすればよい。

【００３８】また、図８及び図９に示す負荷変動要素で
あるカム式のバルブ機構はあくまでも一例であって、他
の形式のバルブ機構、例えばダブルカムシャフトを具備
したＤＯＨＣバルブ機構、プッシュロッドを具備したＯ
ＨＶ型のバルブ機構、サイドバルブ型のＳＶバルブ機構
などであってもよいことは勿論である。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、実機の燃料の代わりに、動力として駆動モー
タを用い、かつ実際のエンジンと同等の負荷変動を発生
する機構とベルトの負荷変動を検出する負荷変動検出器
とを備えた構成の試験機としたので、燃料消費による無
駄もなく、かつ複雑な制御も必要としない廉価かつ単純
な試験機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リブドベルトの断面図

【図２】本発明に係るＶリブドベルトの評価試験フロー
チャート

【図３】ディーゼルエンジン実機における基礎データ計
測システム図

【図４】同じく計測した回転変動率を示すグラフ

【図５】ディーゼルエンジンでの有効張力測定結果を表
すグラフ

【図６】同じくクランクシャフトの１回転中の有効張力
測定結果を表すグラフ

【図７】本発明の第１の実施形態におけるＶリブドベル
ト耐久性評価試験機の原理図

【図８】負荷変動要因であるエンジンヘッド部のバルブ
機構の断面図

【図９】同じくその要部断面図

【図１０】耐久性評価試験機における有効張力測定結果
を表すグラフ

【図１１】同じく駆動側プーリの３０００ｒｐｍにおけ
る有効張力測定結果を表すグラフ

【図１２】同じく駆動側プーリの３６００ｒｐｍにおけ
る有効張力測定結果を表すグラフ

【図１３】第２の実施形態におけるＶリブドベルト耐久
性評価試験機の原理図

【図１４】第３の実施形態におけるＶリブドベルト耐久
性評価試験機の原理図

【図１５】第１〜第３の実施形態におけるＶリブドベル
ト耐久性評価試験機の斜視図

【符号の説明】

１ Ｖリブドベルト １１ クランクシャフト １２ クランクプーリ １３ クランクプーリ １４ カムシャフト １５ バルブ機構 １６ カムプーリ ４０ 耐久性評価試験機 ４１ 駆動プーリ ４２ 従動プーリ ４３ 駆動軸 ４４ 駆動モータ ４５ 負荷変動検出器 ４６ 変動負荷要素 ６０ テンションローラ ６１ アイドルローラ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実機に張設されたベルトの回転負荷変動を
   計測してこれを基礎データとし、実機の変動負荷要素に
   見合う試験用変動負荷を搭載した耐久性評価試験機に評
   価対象となるベルトを張設して前記基礎データに一致す
   るように調整した後、評価対象のベルトを駆動モータに
   より回転駆動させて、ベルトの耐久性を評価するベルト
   の耐久性評価試験方法。
2. 【請求項２】評価対象であるベルトを張設する試験用駆
   動プーリ及び試験用従動プーリを備え、前記試験用駆動
   プーリには駆動モータが連結され、前記試験用従動プー
   リに実機の負荷変動要素と同等の試験用負荷変動要素が
   連結され、前記ベルトに対する負荷変動を検出する負荷
   変動検出器が設けられた耐久性評価試験機。
3. 【請求項３】前記評価対象のベルトがＶリブドベルトで
   ある請求項２記載の耐久性評価試験機。
4. 【請求項４】前記実機がディーゼルエンジンである請求
   項２又は３記載の耐久性評価試験機。
5. 【請求項５】前記負荷変動検出器が、駆動プーリの駆動
   軸に付設された歪ゲージ式トルク検出器である請求項
   ２、３又は４記載の耐久性評価試験機。