JP2007285840A - ベルト張力測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音環境下においてもベルトの張力を測定することができるベルト張力測定方法の提供。
【解決手段】ゴムなどの非磁性体からなるベルト２の一部に磁性体を含有するインクを塗布して磁性部３とする。磁性部３に電磁センサー４を近接させる。ベルト２を弾いてその振動波形を電磁センサー４によって検出する。検出した振動波形を装置本体５に入力する。装置本体５の固有周期検出部１２が振動波形からベルト２の固有周期（ｔ）を求める。装置本体５の演算部１４が固有周期（ｔ）からベルト張力を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ベルトの振動波形を検出して固有振動数又は固有周期を求めることによってベルト張力を測定するベルト張力測定方法に関するものである。

一般に、ベルト張力を設計上定められた適正な大きさに設定してベルト伝達装置を理想的な状態で運転するには、プーリに掛巻したベルトの張力を測定して適正なベルト張力であることを確認する必要がある。このようなベルト張力の測定のため、例えば特許文献１や特許文献２は、ベルトを弾いたときの振動音をマイクロフォンで検出し、検出した振動音からベルトの固有振動数を求め、この固有振動数に基づいてベルト張力を算出するようにした音波式の張力測定装置を開示している。
特開平６−１３７９３２号公報（段落番号００１５、段落番号００２１） 特開平９−５１５３号公報

ところが、特許文献１や特許文献２が開示する音波式の張力測定装置は、ベルトの振動音から固有振動数を求めてベルト張力を算出するので、騒音レベルの大きい環境下では、ベルトの振動音が周りの騒音に紛れて測定できないことがある。

本発明は、騒音環境下においてもベルトの張力を測定することができるベルト張力測定方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るベルト張力測定方法は、ベルトの振動波形を検出して固有振動数又は固有周期を求めることによってベルト張力を測定するものである。具体的には、まず、ベルトの一部に磁性部を設けて、この磁性部に近接させて電磁センサーを配置した後、ベルトを弾いてその振動波形を電磁センサーによって検出し、電磁センサーが検出した振動波形からベルトの固有振動数及び固有周期の少なくともいずれか一方を求めてベルト張力を算出するものである。

上記構成によれば、ベルトの一部に磁性部を設けるので、この磁性部に電磁センサーを近接させて磁界の変化を検出することにより、ゴムなどの非磁性体からなるベルトの振動波形を電磁センサーによって検出することができる。これにより、音波式の張力測定装置を用いた測定のように周囲の騒音に邪魔されることがなく、ベルトの振動波形をより正確に検出して、ベルト張力を確実に測定することができる。

ここで、ベルト張力は、ベルトの振動波形から求めた固有振動数や固有周期を用いて、ベルトの張力と固有振動数又は固有周期との関係を示す以下の式により算出する。なお、以下の式は、弦などの線材の基本振動における振動数と張力との関係を表す式と同じ式である。
Ｔ＝４×Ｌ^２×Ａ×ｆ^２ 又は、 Ｔ＝４×Ｌ^２×Ａ×（１／ｔ）^２
上式において、Ｔはベルト張力であり、Ｌはベルト振動部長さ、Ａはベルト線密度、ｆは固有振動数、ｔは固有周期（＝１／ｆ）である。さらに、ベルト振動部長さ（Ｌ）は、ベルトのピッチラインが一対のプーリのピッチ円に接する２点間の距離であり、ベルトを掛ける一対のプーリが同径の場合には、両プーリの中心軸間距離に等しい。

磁性部は、ベルトにマグネットシートやクリップなどの金属片を取り付けた構成のものであってもよいが、ベルトの一部に例えば酸化鉄などの磁性体を含有するインク又は塗料を塗布して磁性部とすれば、ベルトの重さを変えることなく磁性部を構成することができ、しかも、ベルト張力の測定後、ベルトの使用に際して取り外す必要もない。

インク又は塗料は、乾燥後の磁性体の含有量（磁性率）が５０〜８０重量％のものがよく、特に、磁性体の含有量（磁性率）が７５〜８０重量％のものが、より好適である。これにより、電磁センサーでベルトの振動波形を確実に検出することができる。

また、本発明は、電磁センサーによって振動波形を測定可能なベルトであって、ベルト背面に、乾燥後の磁性体の含有量（磁性率）が５０〜８０重量％であるインク又は塗料を塗布されたことを特徴とするベルトを提供する。

以上のとおり、本発明によると、ベルトに設けた磁性部に電磁センサーを近接させてベルトの振動波形を検出するので、音波式の張力測定装置を用いた測定のように周りの騒音に邪魔されることがなく、騒音環境下においても確実にベルトの張力を測定することができる。

以下、本発明に係るベルト張力測定方法を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明に係るベルト張力測定方法に使用するベルト張力測定装置の概念図であり、図２は電磁センサーの要部断面図である。

ベルト張力測定装置１は、ベルト張力が設計上定められた適正値であることを確認してベルト伝達装置を理想的な状態で運転するよう、プーリ（図示せず）に掛巻したＶリブドベルトなどのベルト２の張力を測定するためのものであり、ベルト２に設けた磁性部３に近接してベルト２の振動波形を検出する電磁センサー４と、電磁センサー４が検出した振動波形から求めたベルト２の固有周期からベルト張力を算出して表示する装置本体５と、電磁センサー４を保持するアーム６と、アーム６に回動自在に取り付けられてベルト２を弾く弾き爪７とを備えている。

磁性部３は、ベルト２の背面に酸化鉄などの磁性体を含有するインク８を塗布してなり、そのインク８の乾燥後の磁性体の含有量（磁性率）が５０〜８０重量％に設定される。この磁性部３は、インク８を少なくとも５ｍｍ×５ｍｍで好ましくは１ｃｍ×１ｃｍ程度の範囲に、かつ１ｍｍ以下で好ましくは０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度の厚さに塗布するのがよく、塗布した後のインク８が乾燥した状態あるいは未乾燥の状態のいずれであってもよい。

インク８は、例えば、その成分及び各成分の含有量の重量％が、酸化第二鉄（５〜１０％）、非晶質シリカ（１〜５％）、トルエン（３１％）、キシレン（６．４％）、エチルベンゼン（２．７％）、酢酸エチル（５〜１０％）、酢酸ブチル（５〜１０％）、イソプロピルアルコール（５〜１０％）からなるものを使用することができる。この成分のインク８は、乾燥後に残存する固形分に対する酸化第二鉄の含有量（重量％）が５０〜８０％であり、また、ベルト２を構成するゴムの劣化などの悪影響もない。

電磁センサー４は、センサー本体４ａに棒状の永久磁石９をその先端を外部に突出させて収容すると共に、永久磁石９の周りの空間にコイル１０を配置してなり、そのコイル１０が接続コード１１を介して装置本体５に接続されている。この電磁センサー４は、永久磁石９の突出する先端をベルト２の磁性部３に近接させたとき、磁性部３の移動に伴う磁界の変化によってコイル１０に電流が発生するようになっており、ベルト２の振動に伴う電流の変化を振動波形として装置本体５に入力するようになっている。

装置本体５は、電磁センサー４から入力された振動波形からベルト２の固有周期（ｔ）を検出する固有周期検出部１２と、ベルト振動部長さ（Ｌ）及びベルト線密度（Ａ）を入力する入力部１３と、固有周期（ｔ）、ベルト振動部長さ（Ｌ）及びベルト線密度（Ａ）からベルト張力（Ｔ）を演算する演算部１４と、演算部１４で求めたベルト張力（Ｔ）を表示する表示部１５とを備え、電磁センサー４が検出した振動波形からベルト張力（Ｔ）を算出して表示するようになっている。

アーム６は、その先端側で枝１６、１７に二股に分かれた棒状とされ、一方の枝１６に電磁センサー４がその先端方向をアーム６の先端方向と合わせて固定され、他方の枝１７に弾き爪７が取り付けられている。

弾き爪７は、その先端部に勾配面７ａを有すると共に、中央部に軸受け７ｂを有する長方形状とされ、軸受け７ｂを貫通するピン１８を介して、枝１７に回動自在に取り付けられている。

弾き爪７の姿勢は、ベルト２を弾く前において、アーム６とほぼ直交しつつ先端が電磁センサー４側に向くように設定され、勾配面７ａをベルト２の背面側縁部に接触させた状態で、電磁センサー４の先端がベルト２の背面と３ｍｍ以下の間隔をあけて対向する。また、弾き爪７の先端から電磁センサー４の中心軸までの距離は、ベルト幅の１／２以下に設定される。これにより、電磁センサー４をベルト２の磁性部４に近接させた状態において、弾き爪７がベルト２を弾くようになっている。

弾き爪７を回動自在に支持するピン１８の周りには、弾き爪７及びストッパ１９に両端部を係止されるねじりコイルばね２０が設けられ、このねじりコイルばね２０が弾き爪７の先端をベルト２から遠ざける方向に付勢しており、ベルト２を弾いた後、元の姿勢に戻るようになっている。

弾き爪７の基端は、ワイヤ２１を介して、アーム６の基端部に回動自在に取り付けられたＬ字形のレバー２２に連結されている。このレバー２２をアーム６の基端部に形成されたグリップ２３と一緒に握ることにより、弾き爪７がねじりコイルばね２０の付勢力に抗して回動して、弾き爪７の先端部がベルト２を弾くようになっている。

次に、ベルト張力測定装置１を用いてベルト２の張力を測定する手順を説明する。図３はベルト張力測定装置の機能を示す図であり、（ａ）はブロック図で、（ｂ）は整形された振動波形の一例を示す図である。

まず、金属へらなどを用いて、ベルト２の背面に磁性体を含有するインク８を好ましくは１ｃｍ×１ｃｍ程度の範囲かつ０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度の厚さに塗布して磁性部３とする。この磁性部３は、塗布した後のインク８が乾燥した状態あるいは未乾燥の状態のいずれであってもよい。

次いで、入力部１３にベルト振動部長さ（Ｌ）及びベルト線密度（Ａ）を入力する。ここで、ベルト振動部長さ（Ｌ）は、ベルトのピッチラインが一対のプーリのピッチ円に接する２点間の距離であり、ベルトを掛ける一対のプーリが同径の場合には、両プーリの中心軸間距離に等しい。ベルト線密度（Ａ）は、ベルト２の単位長さ当たりの質量である。

その後、アーム６のグリップ２３を持って、先端側に固定した電磁センサー４の永久磁石９の先端を磁性部３に３ｍｍ以下の間隔で近接させると共に、弾き爪７の先端部の勾配面７ａをベルト２の背面側縁部に接触させる。さらに、レバー２２をアーム６のグリップ２３と一緒に握ることにより、弾き爪７を回動させてその先端部でベルト２を弾く。これにより、ベルト２と共に磁性部３が振動して磁界が変化し、電磁センサー４のコイル１０に電流が流れる。この電流は、ベルト２の振動に伴って変化し、電磁センサー４が検出したベルト２の振動波形として、固有周期検出部１２に入力される。

図３（ａ）に示すように、固有周期検出部１２は、まず、入力された振動波形を波形整形器２４に取り込んで、図３（ｂ）に例示する矩形波に整形し、その周期を１サイクル毎にラッチ２５に保持して、順に周期記憶部２６に入力する。なお、図３（ｂ）に例示する矩形波の周期は符号ｔ０〜ｔｎで示すように変動する。この振動波形は、最初は不規則な波形であるが、やがて規則的な波形が連続するようになり、この規則的な波形をベルトの固有振動（基本振動）とみなし、その周期を固有周期（ｔ）とすることができる。

周期記憶部２６が記憶した周期のデータを周期比較部２７において基準周期と比較し、基準周期からの変動幅が予定範囲内にある波形を検出する。変動幅が予定範囲内にある波形が連続している場合、その連続波形の周期をグループ毎にまとめて安定波形周期記憶部２８に記憶する。さらに、このようなグループが複数ある場合、最大グループ検出部２９で連続数の最も大きいグループを検出することにより、周期が最も安定している波形グループを検出し、この安定した波形の周期をベルト２の固有周期（ｔ）とみなして演算部１４に入力する。

演算部１４は、固有周期検出部１２から入力されたベルト２の固有周期（ｔ）と、入力部１３に入力されたベルト振動部長さ（Ｌ）及びベルト線密度（Ａ）とから、以下の式に基づいてベルト張力（Ｔ）を演算する。
Ｔ＝４×Ｌ^２×Ａ×（１／ｔ）^２
ここで、ベルト張力（Ｔ）の単位は（Ｎ）であり、ベルト振動部長さ（Ｌ）の単位は（ｍ）、ベルト線密度（Ａ）の単位は（ｋｇ／ｍ）、固有周期（ｔ）の単位は（ｓ）である。

演算部１４が算出したベルト張力（Ｔ）を表示部１５が出力することにより、ベルト張力の測定が完了する。その後、磁性部３からインク８を拭き取ることなく、ベルト伝達装置をそのまま使用することができる。なお、周期記憶部２６、周期比較部２７、安定波形周期記憶部２８、最大グループ検出部２９及び演算部１４は、マイクロコンピュータで構成することができる。

上記構成によれば、ベルト２の背面に磁性部３を設けるので、ゴムなどの非磁性体からなるベルト２の振動波形を電磁センサー４によって検出することができる。これにより、音波式の張力測定装置のように周囲の騒音の影響を受けることなくベルト２の振動波形を検出して、ベルト張力を正確に測定することができる。

また、乾燥後の磁性体の含有量（磁性率）が５０〜８０重量％のインク８を塗布して磁性部３とするので、ベルト２の重さを変えることなく振動波形を検出することができ、しかも、ベルト張力を測定した後、ベルト２を使用する際にインク８を拭き取るなどして磁性部３を取り外す必要がない。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、適宜変更を加えることができる。例えば、振動波形から固有周期（ｔ）を検出する代わりに固有振動数（ｆ）を検出して、この固有振動数（ｆ）からベルト張力（Ｔ）を算出するようにしてもよい。固有周期（ｔ）や固有振動数（ｆ）は、上記の固有周期検出部１２によって検出するだけでなく、周知の周波数分析機を用いて周波数（ｆ）の分布から検出することもできる。

また、電磁センサー４は、アーム６に装着することなく使用することもでき、この場合、電磁センサー４を磁性部３に近接させて、別の手段でベルト２を弾くようにする。さらに、電磁センサー４を磁性部３に一旦接触させた後、電磁センサー４を磁性部３からゆっくり引き離すことにより、ベルト２を振動させてその振動波形を検出することもできる。

インク８は、乾燥後の磁性体の含有量（磁性率）が５０〜８０重量％のものであればよく、成分の異なるインクを使用することによってコイル１０に流れる電流の大きさが変わったとしても、検出した振動波形は同一のものである。また、インク８を塗布する部位は、ベルト２の背面に限らず、ベルト内面など他の部位であってもよい。さらに、インク８を塗布する代わりに、マグネットシートやクリップなどの金属片を取り付けて磁性部３とすることもできる。この場合、ベルト張力を測定した後、ベルト伝達装置を運転する前に、ベルト２から磁性部３を取り外せばよい。

ベルト２は、Ｖリブドベルトに限らず、歯付ベルトや平ベルトなどであってもよく、本発明の方法により、あらゆる種類のベルトの張力を測定することができる。特に、歯付ベルトの張力を測定する場合には、ベルト背面に磁性体を含有するインク８を塗布して磁性部３とするのがよい。

本発明に係るベルト張力測定方法に使用するベルト張力測定装置の概念図 電磁センサーの要部断面図 ベルト張力測定装置の機能を示す図であり、（ａ）はブロック図で、（ｂ）は整形された振動波形の一例を示す図

符号の説明

１ ベルト張力測定装置
２ ベルト
３ 磁性部
４ 電磁センサー
５ 装置本体
６ アーム
７ 弾き爪
８ 磁性体を含有するインク
１２ 固有周期検出部
１４ 演算部

Claims (4)

1. ベルトの振動波形を検出して固有振動数又は固有周期を求めることによってベルト張力を測定するベルト張力測定方法であって、
   ベルトの一部に磁性部を設け、該磁性部に近接させて電磁センサーを配置した後、ベルトを弾いてその振動波形を前記電磁センサーによって検出し、電磁センサーが検出した振動波形からベルトの固有振動数及び固有周期の少なくともいずれか一方を求めてベルト張力を算出することを特徴とするベルト張力測定方法。
2. ベルトの一部に磁性体を含有するインク又は塗料を塗布して前記磁性部とすることを特徴とする請求項１に記載のベルト張力測定方法。
3. 前記インク又は塗料は、乾燥後の磁性体の含有量が５０〜８０重量％であることを特徴とする請求項２に記載のベルト張力測定方法。
4. 電磁センサーによって振動波形を測定可能なベルトであって、ベルト背面に、乾燥後の磁性体の含有量が５０〜８０重量％であるインク又は塗料を塗布されたことを特徴とするベルト。

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