JP2008151730A - ベルトの張力検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 ベルトの振動波形を確実に捉えるために高精度で高分解能のスライド位置が検出可能な小型のリニアセンサを提供し、周辺環境に妨害されず、広い振動数範囲の高精度な振動測定を可能とするベルトの張力検出センサを提供することである。
【解決手段】 スライド自在なセンサロッド３と、該センサロッドのスライド位置を検出するセンサヘッド５と、前記センサロッドをガイドするガイド部材４を備えるリニアセンサを用いたベルトの張力検出センサ１とし、前記センサロッド３を、非磁性化された軸部材の中空軸心部に、それぞれ所定幅の磁性コア部材３１と非磁性部材３２とを交互に装着した構成のリニアセンサとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プーリに張られたベルトの張力を検出するベルトの張力検出センサに関するものである。

従来、プーリに張られたベルトの中央部付近を押し付けて撓ませ、その押付荷重と撓み量からプーリに張られたベルトの張力を検出する方法が採用されている。

また、プーリに張られたベルトに衝撃を与えて加振すると、その時に生じるベルトの振動数がベルトの張力に応じて変化することに鑑み、ハンマ等によりベルトに衝撃力を負荷して、その時の振動数を圧力センサを用いて検出する方法や、振動による振動音をマイクロフォンで集音してその振動周波数を解析する方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、被測定物の寸法や微小な変位を計測する測定装置として、直線型の移動機構部と、その移動位置を検出する直線位置検出型センサとを組み合わせたリニアセンサが知られている。

さらに、前記直線型の移動機構部を、その表面に所定のピッチで反磁性マークを設けたスライド軸を備えるスライド移動部とし、前記直線位置検出型センサを、前記反磁性マーク部分とスライド軸素材の磁性部分とで構成されるスライド軸とコイルを備えるスライド位置検出部として、前記コイルにより、前記反磁性マーク及びスライド軸磁性部分との磁気結合の変化を検出することで、スライド軸のスライド位置を求める装置が知られている。この装置では、検出用のコイルはスライド軸を挿通する筒体に設けて、１次コイルと２次コイルの２種類のコイルを設け、１次コイルと２次コイルとの間の磁気結合が磁性マークの位置で変化することを利用している。また、検出用のコイルを、１次／２次兼用のコイルとすることも知られている。

測定精度を上げて誤差を小さくするには、前記スライド軸の動作を滑らかにすることが肝要であって、リニアガイドなどでガイドすることが行われている。そのために、リニアガイドでガイドするガイド溝を複数設けると共に、前記磁性マークをガイド溝の部分を除いて設けるとしたスライド位置検出装置が既に本出願人から出願されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−４８６６０号公報（第１−６頁、第１図） 特開２００３−１３９５６３号公報（第１−４頁、第１図）

ベルトの張力を、その押付荷重と撓み量から張力を検出する方法では、その撓み量が目視できるまで大きく撓ませて測定を行う必要があるので、微小な変位からベルトの張力を検出するものではなく、測定精度を高くすることができない。

また、ベルトの振動数をマイクロフォンで集音して解析する方法では、測定対象音以外の周辺環境音の影響を受けやすく正確な測定を行うことは困難である。さらに、音による方法では、通常１０Ｈｚ以下の振動に対応できず、長スパンのベルトの張力を検出することは困難である。

また、工作機械等で製作された部品等の仕上がり寸法を検出するために、微小な変位を計測可能なリニアセンサを用いてベルトの振動を検出する際には、ベルトの振動に確実に追従して正確な振動波形を再現することが必要である。

それ故、スライド軸やセンサヘッドを小型化して装置の小型化を図り、スライド軸の動作を円滑とし、繰り返しスライドしても高精度な磁気測定を可能とするリニアセンサを用いることで、ベルトの微小な振動を捉えることが可能となる。

本発明の目的は、上記問題を解決するために、ベルトの振動波形を確実に捉えるために高精度で高分解能のスライド位置が検出可能な小型のリニアセンサを提供し、周辺環境に妨害されず、広い振動数範囲の高精度な振動測定を可能とするベルトの張力検出センサを提供することである。

上記の目的を達成するために請求項１に係る発明は、プーリ間に架け渡されたベルトを加振したときの減衰振動を測定し、その振動数からベルトの張力を検出する張力検出センサであって、前記減衰振動を測定する振動測定系が、スライド自在であると共にその先端にベルトに当接する接触子を装着したセンサロッドと、該センサロッドのスライド位置を検出するセンサヘッドと、前記センサロッドをガイドするガイド部材を有するリニアセンサを備えていることを特徴としている。

上記の構成を有する請求項１に係る発明によれば、微小な変位を計測可能なリニアセンサを用いてベルトの振動を検出することが可能となる。

請求項２に係る発明は、前記振動測定系に、さらに、前記センサロッドを押圧するコイルバネを設けて、ベルトの固有振動周波数以上の固有振動数を有する振動測定系とし、前記コイルバネを介して、前記接触子をベルトに押し付ける構成としたことを特徴としている。

上記の構成を有する請求項２に係る発明によれば、ベルトの固有振動周波数以上の固有振動数を有する振動測定系を用いることで、ベルトの振動に振動測定系が容易に追従することが可能となり、振動測定系の振動がベルトの振動を阻害する虞がなく、ベルトの振動を正確に測定することができる。

請求項３に係る発明は、前記センサロッドが非磁性化されていると共にその軸心部が中空とされており、この中空軸心部にそれぞれ所定幅の磁性コア部材と非磁性部材とを交互に装着する構成とし、前記センサヘッドを、コイルを備える磁気センサとしたことを特徴としている。

上記の構成を有する請求項３に係る発明によれば、スライド軸自体がセンサロッドであるので、スライド移動部とスライド位置検出部とが直列構成されていても、装置の長尺化を防ぎ小型化が可能であると共に、芯出しが容易であり測定誤差（アッベ誤差）を抑制することができる。さらには、繰り返しスライド移動しても、磁性コア部材が磨耗したり損傷したりせず、高寿命化が可能となる。

請求項４に係る発明は、前記センサロッドが複数のガイド溝を有するボールスプライン軸であり、前記ガイド部材がボールスプライン型のガイド手段を有することを特徴としている。

上記の構成を有する請求項４に係る発明によれば、ガイド溝を用いてスライド移動を円滑に行うことができる。

本発明によれば、高精度で高分解能のスライド変位が検出可能な小型のリニアセンサを用いることで、周辺環境に妨害されず、広い振動数範囲の高精度な振動測定を可能とするベルトの張力検出センサを得ることができる。

以下、本発明に係るベルトの張力検出センサの実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明に係るベルトの張力検出センサとその使用状況を示す概略説明図である。図２はリニアセンサの構成を示す断面図である。図３はベルトの減衰振動の振動波形を示している。

図１に示すように本発明に係るベルトの張力検出センサ１は、プーリ１１、１１に巻回されたベルト１０の張力を検出するセンサとして用いられる。

ベルトの張力検出センサ１は、接触子２とセンサロッド３とガイド部材４とセンサヘッド５を備えるリニアセンサであって、直線方向の微小変位を高精度にまた高分解能に測定可能なセンサである。そのために、ベルト１０の振動が微小であっても、その振幅と振動数を確実に検出可能な振動測定系を構成することができる。

次に図２より、本発明に係るベルトの張力検出センサ１のセンサ構成について詳細に説明する。スライド軸となるセンサロッド３は、本体部が非磁性化されており、その軸心部を中空としている。さらに、その中空軸心部３０に、それぞれ所定幅の磁性コア部材３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）と非磁性部材３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）とを交互に装着した構成としている。

また、センサヘッド５がその内周部にコイル部５１を備える磁気センサであって、該センサヘッド５内部を摺動するセンサロッド３の移動により変化する磁気誘導結合を検知することで、前記センサロッド３の絶対位置が計測可能となるリニアセンサを構成している。７はセンサケーブルである。

そのために、前記コイル部５１は、１次コイルと２次コイルとを組み合わせたコイル部とされているが、１次／２次兼用のコイル部であってもよい。

ガイド部材４は、センサロッド３の摺動を許可すると共に保持するためのガイド手段４１をその内周部に備える部材であり、ボールブッシュ型のガイド手段４１が好適に適用可能である。

ボールブッシュ型のガイド手段４１を用いることで、センサロッド３の滑らかな摺動性を保障し、ベルト１０の微小な振動に追従可能となるよう支持することができる。また、センサロッド３の回転を阻止して直動させる場合には、ボールスプライン型のガイド手段を用いることができる。この場合には、センサロッド３を、センサロッドの外周部の軸方向に複数のガイド溝を有するスプライン軸としておけばよく、例えば４本のガイド溝を設ける構成とすることができる。

前記ガイド溝は、センサロッド３ががたつくことなく滑らかに摺動するためには３条以上であることが好ましい。また、センサロッド３が円滑に摺動移動する構成であればセンサロッド３の径を小径とすることも可能となる。そのために、４本のガイド溝を設けることで、ガイド溝のがたつきを効果的に防止し、小径で長いセンサロッドでも正確にスライドさせることが可能となる。

また、センサロッド３ががたつくことなく滑らかに摺動する構成であればその他の構成のガイド手段でもよく、例えばボールねじ型のガイド手段も適用可能であり、ボールねじ型のセンサロッドとガイド部材を用いることも可能である。

いずれにしても、センサロッド３の中空軸心部３０に、磁性コア部材３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）と非磁性部材３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）とを交互に装着した構成としているので、スライド移動部とスライド位置検出部とが同軸上に配設されることとなり、装置の小型化が可能であると共に、測定誤差（アッベ誤差）が生じない構成となる。さらには、軸の内部に磁性コア部材３１と非磁性部材３２を内蔵した構成であるので、繰り返しスライド移動しても、磁性コア部材が磨耗したり損傷したりせず、高寿命化が可能となる。

アッベ誤差とは、移動部と検出部とが同軸上にない構成の場合に、移動部と検出部との間で生じる平行度の誤差であるので、移動部と検出部が同軸上に配設されているセンサロッド３を用いるベルトの張力検出センサ１であれば、アッベ誤差（平行度の誤差）が生じる虞はない。

また、軸内に内蔵する磁性コア部材３１を強磁性体で構成すれば、それだけ小さな部材でよいので、装置の小型化が可能である。そのために、成形加工が容易であり保磁力に優れ耐蝕性に優れたフェライトを用いることで、より強い強磁性体となり、さらに小型化を図ることも可能である。

ボールブッシュ型のガイド部材４を用いる場合には、センサロッド３は単に円筒状であればよいが、リニアボールブッシュ型のガイド部材４内面のボール面に接する外周に硬質メッキを施して耐磨耗性を付与すると、耐久性が増加して好適である。また、耐磨耗性があり耐久性も備える非磁性ステンレス棒をそのまま使用することも可能である。

上記のような構成のベルトの張力検出センサ１を備える振動測定系を用いることで、プーリに張られたベルトの張力を高精度に検出することが可能となる。

図１に示すように、接触子２をベルト１０に接触させた状態でベルト１０を加振する。この加振を与える方法は、ハンマ等で衝撃を与えても、手や指で衝撃を与えてもよく、特に限定するものではない。

この時に、前記センサロッド３を押圧するコイルバネ６を設けて、ベルト１０の固有振動周波数以上の固有振動数を有する振動測定系とし、前記コイルバネ６を介して、前記接触子２をベルトに押し付ける構成としている。この構成であれば、センサロッド３やコイルバネ６を含む振動測定系がベルト１０の振動に容易に追従可能となり、振動測定系の振動がベルトの振動を阻害する虞がない。

先に説明したように、ベルトの張力検出センサ１はベルト１０の微小な変位を検出可能であるので、ベルト１０を少し加振するだけで、ベルト１０の振動数を検出可能な振動測定系を構成することができる。

また、高精度で高分解能のリニアセンサを用いているので、微小な変位だけでなく低い周波数の振動（例えば、１０Ｈｚ程度）も検出可能となる。そのために、ベルトの固有振動数が低くなるプーリ間間隔の長い長スパンの駆動系のベルトであっても、そのベルト張力の測定が可能となる。

ベルト１０の振動データはセンサケーブル７を介して、変換器１２、記録計１３に伝送されて解析され記録される。変換器１２は、検出センサに基準となる一次交流信号を与え検出センサより２組の位相信号を受け取り、これらの信号を演算処理して変位、角度の位置信号を得て、その位置信号を出力する装置である。記録計１３は、前記変換器１２からの位置信号を記録し表示する装置であり、オシロスコープ型の表示装置や、ペンレコーダ型の記録計や、所定の処理機能を有するパソコン等が採用可能である。

ベルト１０を強制的に振動させた時に得られる振動波形の一例を図３に示す。これは、プーリ間距離３００ｍｍのタイミングベルトの振動波形Ｗであって、最大振幅Ｂで徐々に減衰していく時間間隔Ｔの振動波形が得られる。この測定では、最大振幅Ｂ＝１２０μｍで時間間隔Ｔ＝５０ｍｓｅｃ（８波の間隔）の波形が得られた。この振動波形の振動数は８波で５０ｍｓｅｃであることから、１６０Ｈｚであることが算出される。

ベルト１０を加振すると、ベルト１０の材質や寸法やベルト張力に応じた固有振動数で減衰していくことが知られており、図３に示す振動波形Ｗが、この時のベルトの張力に対応した固有振動数を表示していることは明らかである。そのために、所定のベルト駆動系のベルトの固有振動数とベルト張力との関係線図を予め作成しておくことで、所定のベルト駆動系におけるベルトの張力を求めることができる。

本発明に係るベルトの張力検出センサ１により得られる図３に示す振動波形Ｗは、そのミクロン単位の振幅と振動数が明確であり、ベルト１０を僅かに加振するだけで、ベルトの固有振動数が容易に得られることを示している。

プーリ間に張られたベルトを加振すると、ベルトの中央部での振幅が最大となり、両端のプーリ部に近づくにつれて小さくなっていくことは明らかである。そのために、一般には、プーリ間の中央部付近のベルトの振動波形を検出することが多い。しかし、本発明に係るベルトの張力検出センサ１を用いれば、微小な変位を検出可能となるので、プーリ間のベルト中央部に限らず、任意の位置で振動波形を測定することができる。

そのために、本発明に係るベルトの張力検出センサ１によれば、既設のベルトの張力を測定する位置が限定されないことになり、張力検出手段の設置位置が限定される既設のベルトの張力を検出する方法として好適となる。

上記したように本発明によれば、スライドするセンサロッドと、該センサロッドのスライド位置を検出するセンサヘッドと、前記センサロッドをガイドするガイド部材を備えるリニアセンサを用いたベルトの張力検出センサとし、前記センサロッドを、非磁性化された軸部材の中空軸心部に、それぞれ所定幅の磁性コア部材と非磁性部材とを交互に装着した構成のリニアセンサとしたので、スライド軸自体がセンサロッドとなり、アッベ誤差を生じず、高精度で高分解能の張力検出センサを構成することができる。

さらには、磁性コア部材がシャフト内に内蔵される構成であるので、繰り返しスライド移動しても、磁性コア部材が磨耗したり損傷したりせず、高寿命化が可能なベルトの張力検出センサを得ることができる。

本発明に係るベルトの張力検出センサとその使用状況を示す概略説明図である。 リニアセンサの構成を示す断面図である。 ベルトの減衰振動の振動波形を示している。

符号の説明

１ ベルトの張力検出センサ
２ 接触子
３ センサロッド
４ ガイド部材
５ センサヘッド
６ コイルスプリング
３０ 中空軸心部
３１ 磁性コア部材
３２ 非磁性部材
４１ ガイド手段
５１ コイル部

Claims (4)

1. プーリ間に架け渡されたベルトを加振したときの減衰振動を測定し、その振動数からベルトの張力を検出する張力検出センサであって、
   前記減衰振動を測定する振動測定系が、スライド自在であると共にその先端にベルトに当接する接触子を装着したセンサロッドと、該センサロッドのスライド位置を検出するセンサヘッドと、前記センサロッドをガイドするガイド部材を有するリニアセンサを備えていることを特徴とするベルトの張力検出センサ。
2. 前記振動測定系に、さらに、前記センサロッドを押圧するコイルバネを設けて、ベルトの固有振動周波数以上の固有振動数を有する振動測定系とし、前記コイルバネを介して、前記接触子をベルトに押し付ける構成としたことを特徴とする請求項１に記載のベルトの張力検出センサ。
3. 前記センサロッドが非磁性化されていると共にその軸心部が中空とされており、この中空軸心部にそれぞれ所定幅の磁性コア部材と非磁性部材とを交互に装着する構成とし、前記センサヘッドを、コイルを備える磁気センサとしたことを特徴とする請求項１または２に記載のベルトの張力検出センサ。
4. 前記センサロッドが複数のガイド溝を有するボールスプライン軸であり、前記ガイド部材がボールスプライン型のガイド手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のベルトの張力検出センサ。

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