JP2005233415A - ベルト寿命検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】 伝動ベルトの寿命を判別する。
【解決手段】 歯付きベルト１０を、プーリに掛け回して使用する。歯付きベルト１０のプーリとの接触面を、導電性帆布１６の外側に絶縁層１８を被覆して形成する。導電性帆布１６は導電性を有する。接触面の一部と、接触面の他の一部との間の電気抵抗を測定する。ベルト使用により絶縁層１８が摩耗すると導電性帆布１６が露出し、測定される電気抵抗が低下する。この電気抵抗の低下により、歯付きベルト１０のプーリに対する伝動性能の低下を判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車エンジンに使用される伝動ベルトの寿命を予知し、ベルトの交換時期を使用者等に知らしめるシステムに関する。

伝動ベルトは、原動、従動プーリに掛け回され、原動側の駆動力を従動側に伝達する。伝動ベルトには駆動力を伝達するとき大きな負荷が作用し、この負荷により帆布は摩耗する。帆布の摩耗が一定量進むと、例えば歯付きベルトにおいては歯欠け等が生じ、原動側の駆動力が従動側に適正に伝達できなくなる。したがって、帆布の摩耗が一定量進む前に、伝動ベルトを交換することが望ましい。

そこで、従来、目視により帆布の摩耗程度を確認し、伝動ベルトの寿命を判断する方法が知られている。しかし、目視により摩耗程度を確認すると、確認する者の経験等にその判断が委ねられ、正確に摩耗程度を把握するのは困難である。

また従来、導電性物質で形成された心線の電気抵抗を測定し、心線の損傷状態を把握することにより、ベルトの寿命を予知する方法が知られている（例えば特許文献１）。この方法によれば、心線の端部をベルトの側面に露出させ、露出した端部間の電気抵抗が測定されている。

しかし、この方法では、電気抵抗を測定するために、その都度ベルトを停止させ、心線端部に測定器の端子を取り付けなければならない。したがって、例えばベルトが複雑な装置内で使用されている場合、また、ベルトを長時間回転させ続けなければならない場合には、この方法を適用することが困難である。

なお、帆布が導電性を有し、その帆布の表面にポリウレタン樹脂等が塗布される伝動ベルトは従来知られている（例えば特許文献２）。
特開平９−２４２８２６号公報 特開昭６２−１８５６５０号公報

そこで、本発明は、以上の問題を解決するためものであり、簡易な構成でベルト回転中においても寿命を予知することができるベルト寿命検知システムを提供することを目的とする。

本発明に係るベルト寿命検知システムは、プーリに掛け回され、導電層の外側に導電層より導電率が低い外層が被覆して形成される、プーリとの接触面を有する伝動ベルトと、接触面の一部と、接触面の他の一部との間の電気抵抗を測定する測定手段と、この接触面の摩耗による測定された電気抵抗の低下により伝動ベルトのプーリに対する伝動性能の低下を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。これにより、伝動ベルトの寿命を容易に予知することができる。

プーリが導電性を有する場合、測定手段は、プーリとこのプーリに接していない位置における接触面の一部との間の電気抵抗を測定する。また、伝動ベルトが、２つの導電性を有するプーリに掛け回される場合、測定手段は、２つのプーリ間の電気抵抗を測定する。これにより、簡易な構成で電気抵抗を測定できる。

導電層は伝動ベルトを構成するベルト本体であることが好ましく、この場合ベルト本体は、金属酸化物を含有することが好ましい。これにより、より少ない部材で本発明に係る伝動ベルトを製造することができる。このとき、好ましくは、外層は第１の帆布である。また、好ましくは第１の帆布は、絶縁体である。

外層は、絶縁層であっても良く、絶縁層は、ゴム糊またはＲＦＬ組成物を含む材料によって形成されていても良い。さらに好ましくは、導電層は、伝動ベルトを構成するベルト本体の一方の面を被膜する第２の帆布である。外層が第１の帆布である場合、導電層は伝動ベルトを構成するベルト本体を被覆する第２の帆布であり、第１の帆布は第２の帆布をさらに被覆しても良い。

第２の帆布は、導電性を有する織物によって形成されても良く、また導電性材料を含む材料が含浸され導電性を有しても良い。さらに、第２の帆布は、導電性材料を含む材料が被覆され導電性を有しても良い。

本発明に係る伝動ベルトは、プーリに掛け回され、プーリとの接触面が摩耗する伝動ベルトにおいて、接触面は、導電層の外側に導電層より導電率が低い外層が被覆して形成され、接触面の摩耗による接触面の一部と、接触面の他の一部との間の電気抵抗の低下により、プーリに対する伝動性能の低下を判定可能であることを特徴とする。

本発明に係るベルト寿命予知方法は、プーリに掛け回され、プーリとの接触面が摩耗することによる伝動ベルトの伝動性能の低下を判定するベルト寿命予知方法において、接触面は、導電層の外側に導電層より導電率が低い外層が被覆して形成され、接触面の一部と、接触面の他の一部との間の電気抵抗を測定し、この電気抵抗の低下により、伝動ベルトのプーリに対する伝動性能の低下を判定することを特徴とする。

本発明によれば、伝動ベルトの摩耗量が一定量進行したときに、測定される電気抵抗が低下するので、これにより伝動ベルトのプーリに対する伝動性能の低下を容易に判定することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る歯付きベルト１０を示す。歯付きベルト１０は、無端状ベルトであり、ベルト本体１１を有する。ベルト本体１１は、歯ゴム層１２、背ゴム層１３により一体的に形成され、歯ゴム層１２、背ゴム層１３の境界面には心線１９が埋設される。歯ゴム層１２には、長手方向に沿って歯部１４および歯底部１５が交互に一体的に形成され、歯ゴム層１２の歯部１４および歯底部１５の外表面は導電性を有する帆布１６によって覆われる。

導電性帆布１６の外表面には、絶縁層１８が被覆される。絶縁層１８は、歯付きベルト１０において最外層であり、絶縁層１８の外表面１７は、歯付きベルト１０がプーリ２０、２１（図２参照）に掛け回されるとき、これらのプーリとの接触面となる。

導電性帆布１６は、緯糸および経糸によって織られる織物であって、緯糸がベルトの長手方向に、経糸がベルトの幅方向に延びる。ここで、緯糸は、例えば、合成繊維、天然繊維等によって形成され、その表面が金属により被覆された糸であり、導電性を有する。金属は例えばニッケルである。経糸は絶縁体であり、例えば合成繊維、天然繊維等によって形成される。合成繊維、天然繊維は例えば、アラミド、ナイロン、または綿等である。ここで、緯糸はそれぞれが接するので、導電性帆布１６は長手方向、幅方向等いずれの方向においても、通電可能であり導電性を有する。したがって、導電性帆布１６の所定距離（例えばベルト半周）間の電気抵抗値は、非常に小さく（例えば３００ｋΩ以下）、好ましくはおよそ０Ωである。

絶縁層１８は、例えばゴム糊またはＲＦＬ（レゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス）組成物を含む材料によって形成される。絶縁層１８は、実質的に絶縁体であり、その導電率が、導電性帆布１６の導電率に比べ非常に低い。したがって、絶縁層１８の所定距離間の電池抵抗値は、導電性帆布１６の所定距離間の電気抵抗値に比べて非常に大きく（例えば２ＭΩ以上）、好ましくは無限大である。なお、絶縁層１８は、歯付きベルト１０が加硫成型される前に帆布に被覆されることによって形成される。

ベルト本体１１は、実質的に絶縁体であり、ベルト本体１１の所定距離間の電気抵抗値は、非常に大きく（例えば２ＭΩ以上）、好ましくは無限大である。ベルト本体１１は、例えばＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン共重合体）、クロロプレンゴム、ＥＰＭ（エチレン−プロピレン共重合体）、Ｈ−ＮＢＲ（水素添加ニトリルゴム）などをゴム成分として形成される。

図２は、本実施形態のベルト寿命予知システムを示す。寿命予知システムには、原動、従動プーリ２０、２１が設けられる。プーリ２０、２１には図１に示した歯付きベルト１０が掛けられ、ベルト１０は回転させられる。プーリ２０、２１は、その表面が導電性を有し、例えば金属によって形成される。

寿命予知システムにおいては、さらに抵抗測定器２２、ＣＰＵ２３およびランプ２６が設けられる。抵抗測定器２２には、第１および第２の端子２４、２５が備えられる。端子２４、２５は、それぞれ原動、従動プーリ２０、２１に接触しており、これにより抵抗測定器２２は原動、従動プーリ２０、２１間の電気抵抗値を測定することができる。

測定器２２で測定された電気抵抗値はＣＰＵ２３に送られる。ＣＰＵ２３には、予め閾値が格納されており、ＣＰＵ２３はその電気抵抗値が閾値以下となった場合に、ランプ２６を発光させ警告を発する。

なお、第１および第２の端子２４、２５は、例えばブラシ状に形成されており、回転中のプーリ２０、２１に接触しても、その回転を阻害することなく、また異音も発生させない。

歯付きベルト１０が掛け回されていないとき、プーリ２０、２１間は絶縁処理がなされているため、これらの間の電気抵抗値は無限大となる。また、歯付きベルト１０の最外層は絶縁層１８であるので、プーリ２０、２１との接触面である外表面１７の一部と外表面１７の他の一部との間の電気抵抗値は無限大である。したがって、歯付きベルト１０がプーリ２０、２１に掛け回されたときも、プーリ２０、２１間の電気抵抗値は無限大である。

しかし、歯付きベルト１０が回転させられると絶縁層１８は摩耗される。歯付きベルト１０が長時間回転させられると、絶縁層１８の摩耗が進み、導電性帆布１６の一部が露出する。ここで、プーリ２０、２１がともに、露出した導電性帆布１６に接触すると、導電性帆布１６は絶縁層１８に比べ導電率が高いので、プーリ２０、２１間の電気抵抗値は無限大から閾値（例えば３００ｋΩ）以下まで低下する。電気抵抗値が閾値低下に低下すると、ＣＰＵ２３はランプ２６から警告を発する。

絶縁層１８の摩耗が進むと、歯付きベルト１０は、例えば歯欠け等を起こし、伝達性能を低下させる。したがって、ある程度の摩耗が進むと、ベルト１０は交換しなければならない。すなわち、本実施形態においては、ベルトの摩耗がある程度進んだことを警告によって知ることができるので、ベルト１０の伝達性能が低下する前に、適正にベルト１０を交換することができる。

以上のように、本実施形態においては、歯付きベルト１０のプーリとの接触面の一部と、接触面の他の一部との間の電気抵抗値（すなわち、ベルト１０の一定距離間の電気抵抗値）により、歯付きベルト１０の摩耗量を適正に判断することができるので、歯付きベルト１０の伝動性能の低下を把握し、ベルトの寿命を的確に把握することができる。

なお、本実施形態においては、摩耗の程度が進み、導電性帆布１６の一部のみが外部に露出する場合、ベルト回転中において、プーリ２０、２１は絶縁層１８と導電性帆布１６との接触を繰り返す。すなわち、抵抗測定器２２で測定される電気抵抗は、閾値以下への低下と、閾値以上への上昇を繰り返す。したがって、ＣＰＵ２３は、単位時間当たりの電気抵抗値が閾値以下となった時間や回数によって警告を発しても良い。摩耗が進行するにしたがって電気抵抗値が閾値以下となる時間や回数は増えるので、時間等考慮することにより、さらに的確にベルトの伝動性能の低下を判断することができる。

また、本実施形態において、絶縁層１８は、導電性帆布１６の外表面のみに被覆されるが、導電性帆布１６の外表面および内表面のいずれにも被覆されても良い。すなわち、導電性帆布１６とベルト本体１１の間にも絶縁層１８が設けられても良い。この場合、絶縁層１８はディップ処理により形成される。つまり、絶縁層１８は、ベルトの加硫成型前において、導電性帆布１６がＲＦＬ液やゴム糊液に浸漬されることにより形成される。

なお、本実施形態において、抵抗値測定器の端子２４、２５は、プーリ２０、２１に接触するが、一方の端子は、プーリ２０、２１に接していない位置において、歯付きベルト１０の接触面に直接接触しても良い。さらに、双方の端子それぞれが、歯付きベルト１０の接触面の一部と、接触面の他の一部と直接接触しても良い。

なお、本実施形態においては、導電性帆布１６は長手方向のみ導電性を有すれば、幅方向においては導電性を有していなくても良く、例えば幅方向における所定距離間の電気抵抗値は非常に大きく無限大であっても良い。この場合、例えば、緯糸は、導電性を有する糸と、絶縁体の糸が交互に並べられ、幅方向において絶縁される。

さらに、本実施形態においては、絶縁層１８は、ベルトの長手方向において、全周にわたって被覆されているが、ベルト回転中に一時的にプーリ間を絶縁できれば部分的に被覆されていても良い。絶縁層１８が、部分的に被覆されている場合、ベルトの回転数が同じであれば、電気抵抗器２２で測定される電気抵抗値は閾値以下と以上を一定の周期で繰り返す。したがって、ＣＰＵ２３はこの周期に異常が起こったときに警告を発するようにすれば良い。

図３を用いて第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１の実施形態と同一の部材に対しては、本実施形態においては同一の符号を付す。第１の実施形態においては、導電層である導電性帆布１６の外側に、導電率が導電性帆布１６より低い絶縁層１８がさらに設けられたが、本実施形態においては、絶縁層１８は設けられない。具体的には、本実施形態においては、歯付きベルト１０を構成するベルト本体２８が導電層を構成し、絶縁性帆布２７が導電層より導電率が低い外層を構成する。なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、歯付きベルト１０を構成するベルト本体２８は、歯部１４および歯底部１５を有し、歯部１４および歯底部１５の外表面は絶縁性帆布２７によって覆われる。

本実施形態における絶縁性帆布２７は、上述したようにベルト本体２８より導電率が低い外層である。すなわち、絶縁性帆布２７は、合成繊維、天然繊維等である緯糸および経糸によって織られる織物であって、実質的に絶縁体である。したがって、絶縁性帆布２７の所定距離間の電気抵抗値は、非常に大きく（例えば２ＭΩ以上）、好ましくは無限大である。なお、合成繊維、天然繊維は、例えばアラミド、ナイロン、または綿等である。

ベルト本体２８は、第１の実施形態と同様に、例えばＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン共重合体）、クロロプレンゴム、ＥＰＭ（エチレン−プロピレン共重合体）、Ｈ−ＮＢＲ（水素添加ニトリルゴム）などをゴム成分として形成される。ベルト本体２８には、ゴム成分１００重量部に対して、金属酸化物が１０ないし１００重量部含有される。金属酸化物は例えば亜鉛化合物等である。なお、ベルト本体１１は、ゴム成分に、上述した金属酸化物さらには公知の加硫剤、加硫助剤、老化防止剤、カーボンブラック等が所定重量部配合され、加硫成型されることにより形成される。

これにより、ベルト本体２８は、導電性を有し、その導電率が、絶縁性帆布２７の導電率に比べ非常に高い。すなわち、ベルト本体２８の所定距離間の電気抵抗値は、絶縁性帆布２７の所定距離間の電気抵抗値に比べて非常に小さく、例えば０〜１ＭΩであり、好ましくはおよそ０Ωである。

本実施形態においては、歯付きベルト１０が使用され、絶縁性帆布２７が摩耗させられると、導電率が絶縁性帆布２７より高いベルト本体２８が露出し、第１の実施形態と同様に抵抗測定器２２で測定される抵抗値は低下するので、この抵抗値の低下により、使用者は歯付きベルト１０の摩耗程度を正確かつ容易に把握することができる。

図４を用いて本発明の第３の実施形態を説明する。第１の実施形態では、導電層を導電性帆布１６が構成し、外層を絶縁層１８が構成したが、本実施形態においては、導電層を第２の帆布３６が、外層を第１の帆布３５が構成する。以下第１の実施形態の相違点を中心に第３の実施形態について説明する。なお、図４においては第１の実施形態と同じ部材については同符号を付し、第１の実施形態と同様の構成を有する部材については、その説明を省略する。

図４に示すように、第３の実施形態においては、ベルト本体１１の外表面には第２の帆布３６が被覆され、さらに第２の帆布３６の外表面には第１の帆布３５が被覆される。第３の実施形態におけるベルト本体１１は、第１の実施形態と同様である。ここで、第１の帆布３５は、第３の実施形態における絶縁性帆布２７と同様の構成を有する。したがって、第１の帆布３５の所定距離間の電気抵抗値は、非常に大きく（例えば２ＭΩ以上）、好ましくは無限大である。なお、合成繊維、天然繊維は、例えばアラミド、ナイロン、または綿等である。

第２の帆布３６は、第１の実施形態における導電性帆布１６と同様の構成を有する。したがって、第２の帆布３６の所定距離間の電気抵抗値は、非常に小さく（例えば３００ｋΩ以下）、好ましくはおよそ０Ωである。すなわち、第２の帆布３６の所定距離間の電気抵抗値は、第１の帆布３５の所定距離間の電気抵抗値より低く、第２の帆布３６の導電率は、第１の帆布３５の導電率より非常に高い。

本実施形態においては、歯付きベルト１０が使用され、第１の帆布３５が摩耗させられると、導電率が相対的に高い第２の帆布３６が露出し、第１の実施形態と同様に抵抗測定器２２で測定される抵抗値は低下するので、この抵抗値の低下により、使用者は歯付きベルト１０の摩耗程度を正確かつ容易に把握することができる。

なお、第１の実施形態における導電性帆布１６は、上述した実質的に絶縁体の帆布に、導電性材料を含有するゴム糊またはＲＦＬ（レゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス）組成物を含む材料が含浸されることにより形成されても良い。ここで、導電性材料の成分（成分Ａ）は、銀を主成分とするものであって、銀粉末５０〜７０ｗｔ％、黒鉛粉末２〜４ｗｔ％、熱可塑性樹脂５〜１５ｗｔ％、イソホロン２０〜４０ｗｔ％で構成される。なお、この場合、導電性帆布１６は、絶縁層１８が被覆される前に、導電性材料を含有するゴム糊液、ＲＦＬ液に浸漬されることにより形成される。さらに、第３の実施形態における第２の帆布３６も同様に、導電性材料を含有するゴム糊等が含浸させられることにより形成させられても良い。この場合、歯付きベルト１０が加硫成型される前に、絶縁体の帆布が導電性材料が混合されたゴム糊液等に浸漬されることにより形成される。

さらに、第３の実施形態における第２の帆布３６は、絶縁性の帆布に導電性材料を含浸する代わりに、絶縁性の帆布の外表面に導電層を被覆しても良い。すなわち、第１の帆布３５と第２の帆布３６の間に導電層が設けられても良い。この場合、第２の帆布３６は、歯付きベルト１０が加硫成型される前に、絶縁体の帆布に導電性材料が混合されたゴム糊およびＲＦＬ組成物が被覆されることによって形成される。また、第１の実施形態における導電性帆布１６の場合も同様である。

なお、上述した導電性材料の成分は、成分Ａ以外のものでも良く、例えば黒鉛が多く含まれるものであっても良い。この場合の導電性材料の成分（成分Ｂ）は、例えば黒鉛粉末１０〜３０ｗｔ％、カーボンブラック５〜２０ｗｔ％、熱可塑性樹脂２０〜４０ｗｔ％、イソホロン２０〜４０ｗｔ％で構成される。この場合、第２の帆布３６の表面の導電率は低く、第２の帆布３６の所定距離間の電池抵抗値は例えばおよそ３００ｋΩとなる。また、上述した導電性材料の成分は、成分Ａと成分Ｂを１：１で混合したものであっても良い。この場合、第２の帆布３６の所定距離間の電池抵抗値は例えばおよそ１００ｋΩとなる。

本発明の第１の実施形態における伝動ベルトの断面図を示す。 本発明の第１の実施形態におけるベルト寿命予知システムの概略図を示す。 本発明の第２の実施形態における伝動ベルトの断面図を示す。 本発明の第３の実施形態における伝動ベルトの断面図を示す。

符号の説明

１０ 歯付きベルト
１１ ベルト本体
１６ 導電性帆布（導電層）
１８ 絶縁層（外層）
２２ 抵抗測定器
２７ 絶縁性帆布（外層）
２８ ベルト本体（導電層）
３５ 第１の帆布（外層）
３６ 第２の帆布（導電層）

Claims (15)

1. プーリに掛け回され、導電層の外側に前記導電層より導電率が低い外層が被覆して形成される、前記プーリとの接触面を有する伝動ベルトと、
   前記接触面の一部と、前記接触面の他の一部との間の電気抵抗を測定する測定手段と、
   前記接触面の摩耗による前記電気抵抗の低下により、前記伝動ベルトのプーリに対する伝動性能の低下を判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とするベルト寿命検知システム。
2. 前記プーリは導電性を有し、前記測定手段は、前記プーリと前記プーリに接していない位置における接触面の一部との間の電気抵抗を測定することを特徴とする請求項１に記載のベルト寿命検知システム。
3. 前記伝動ベルトは、２つの導電性を有する前記プーリに掛け回され、前記測定手段は、前記２つのプーリ間の電気抵抗を測定することを特徴とする請求項１に記載のベルト寿命検知システム。
4. 前記導電層は前記伝動ベルトを構成するベルト本体であることを特徴とする請求項１に記載のベルト寿命検知システム。
5. 前記ベルト本体は、金属酸化物を含有することを特徴とする請求項４に記載のベルト寿命検知システム。
6. 前記外層は第１の帆布であることを特徴とする請求項１に記載のベルト寿命検知システム。
7. 前記外層は、絶縁層であることを特徴とする請求項１に記載のベルト寿命検知システム。
8. 前記外層は、ゴム糊またはＲＦＬ組成物を含む材料によって形成されることを特徴とする請求項１に記載のベルト寿命検知システム。
9. 前記導電層は、前記伝動ベルトを構成するベルト本体の一方の面を被覆する第２の帆布であることを特徴とする請求項１に記載のベルト寿命検知システム。
10. 前記外層は第１の帆布であって、前記第１の帆布は前記第２の帆布をさらに被覆することを特徴とする請求項９に記載のベルト寿命検知システム。
11. 前記第２の帆布は、導電性を有する織物によって形成されることを特徴とする請求項９に記載のベルト寿命検知システム。
12. 前記第２の帆布は導電性材料を含む材料が含浸され導電性を有することを特徴とする請求項９に記載のベルト寿命検知システム。
13. 前記第２の帆布は、導電性材料を含む材料が被覆され導電性を有することを特徴とする請求項９に記載のベルト寿命検知システム。
14. プーリに掛け回され、前記プーリとの接触面が摩耗する伝動ベルトにおいて、
    前記接触面は、導電層の外側に前記導電層より導電率が低い外層が被覆して形成され、
    前記接触面の摩耗による前記接触面の一部と、前記接触面の他の一部との間の電気抵抗の低下により、プーリに対する伝動性能の低下を判定可能であることを特徴とする伝動ベルト。
15. プーリに掛け回され、前記プーリとの接触面が摩耗することによる伝動ベルトの伝動性能の低下を判定するベルト寿命予知方法において、
    前記接触面は、導電層の外側に前記導電層より導電率が低い外層が被覆して形成され、前記接触面の一部と、前記接触面の他の一部との間の電気抵抗を測定し、この電気抵抗の低下により、前記伝動ベルトのプーリに対する伝動性能の低下を判定することを特徴とするベルト寿命検知方法。
    
    

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