JP2003042867A - ベルト荷重測定用プーリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実機アイドラープーリを取外し、代りにベル
ト荷重測定用プーリに交換することによって、プーリレ
イアウトを変更することなくベルト荷重が測定できるベ
ルト荷重測定用プーリを提供する。 【解決手段】 外周に円筒状のベルト懸架部を有し、内
周に軸受を有する外側ユニット５と、これを内側で支承
するとともにベース台８の取付部材７に固定する内側ユ
ニット４とで構成し、外側ユニット５および内側ユニッ
ト４の側方に延設された外延設部材５ｃおよび内延設部
材４ｃの端部に形成したフランジ５ａおよび４ａを一体
に連結する。外延設部材５ｃ又は内延設部材４ｃいずれ
か一方に薄肉部を設け、この位置に歪ゲージ１０を貼付
し、これを用いてベルト荷重を測定する。

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、内周に軸受を有する円筒
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４
ｂ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１００
０ｃｃ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３
３ｍｍ、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Ｒ
ＰＭ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

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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、内周に軸受を有す
   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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。