JP2012236354A - 歯付ベルトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歯付ベルトを構成する素材の特性を変化させることなく、歯付ベルトの歯側に磁性体材料を容易に固着することができる歯付ベルトの製造方法を提供する。
【解決手段】歯部が歯布１４により覆われた歯付ベルトの製造方法であって、所定強度の磁界を発生する磁性体粉末などの磁性体材料を、溶射装置２０により歯布１４の裏面に溶射する溶射工程を含み、この溶射工程では、冷却装置３０により歯布１４を冷却しながら歯布１４の裏面に磁性体材料をコールドスプレー溶射することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、歯付ベルトの製造方法に関し、特に、複数のプーリに巻き掛けられ、これらプーリ間で動力の伝達を行う動力伝達用の歯付ベルトの製造方法に関する。

一般に、車両に搭載されるエンジンなどの内燃機関や一般産業用動力伝達装置においては、動力伝達用のベルトとして歯付ベルトが広く利用されている。歯付ベルトは、一般に、ベルトの背側を構成する背ゴムと、歯部を構成する歯ゴムと、背ゴムおよび歯ゴムの間にベルト長さ方向に沿って埋設された心線と、歯部の表面を覆うナイロン繊維やアラミド繊維等からなる歯布とから構成されている。

近年では、負荷が加わった際の一次的なベルトの伸びや、長時間の駆動による疲労蓄積に起因したベルトの伸びを直接検出することを目的として、長手方向に沿ってＮ極およびＳ極を交互に配列した多極着磁面を有する磁性ゴム層をベルトの背側に設けたエンコーダ付駆動伝達用ベルトも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１に記載のエンコーダ付駆動伝達用ベルトは、いわゆるＶリブドベルトであり、次の製造工程により製造される。まず、既成のＶリブドベルトを用意し、背側の一部を長手方向に沿って剥離して溝を形成する。次いで、この溝に未硬化のゴム系接着剤を塗布する。そして、磁性体粉末と未加硫ゴム材とを混練調整した磁性ゴム材料を上記溝に配置し、加熱・加圧して定着させる。その後、Ｖリブドベルトを加熱加硫し、磁性ゴム材料をＶリブドベルトに一体化させる。これによりＶリブドベルトの背側に磁性ゴム層が形成される。最後に、磁性ゴム層の表面を着磁し、Ｎ極およびＳ極を交互に配列した多極着磁面を形成する。

製造されたＶリブドベルトは、車両用エンジンの補機駆動装置に使用され、近接配置された磁気センサにより磁気的な変化が検出される。これにより、Ｖリブドベルトの伸び状態が把握される。

ところで、車両用エンジンにおいては、クランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達する手段として歯付ベルトが用いられるが、いわゆるタイミングベルトが多用される。タイミングベルトは、長期間使用されると歯布が摩耗し、歯ゴムが表面に露出する。歯ゴムが表面に露出した後は、歯欠けなどの破損を招きやすく、歯部が歯布に覆われている場合と比較して早期に寿命に到達してしまう。このため、タイミングベルトは、寿命到達前に交換されることが望ましい。

したがって、タイミングベルトの交換時期を適切に把握することが望まれており、そのために歯側の状態、特に歯部の摩耗状態を直接検出することが求められている。そこで、例えば歯側に磁性体粉末などの磁性体材料を固着し、タイミングベルトを磁化させるとともに、磁気的な変化を検出することにより歯部の摩耗状態を検出し、タイミングベルトの交換時期を把握することが考えられる。

ここで、磁化されたタイミングベルトの製造方法として、上述した特許文献１に記載のエンコーダ付駆動伝達用ベルトの製造方法を用いることが考えられる。

特開２０１０−１６４１４２号公報

しかしながら、タイミングベルトの歯側は複数の歯部により凹凸状になっているため、特許文献１に記載のエンコーダ付駆動伝達用ベルトの製造方法を用いて磁性体材料を含有する磁性ゴム材料を歯側に固着することは、困難である。すなわち、従来の製造方法によりタイミングベルトの歯側に磁性ゴム材料を固着する際には、歯布を剥離した後、歯ゴムの一部を長手方向に沿って剥離して溝を形成し、この溝に歯部の形状に合わせて成形された磁性ゴム材料を固着することとなる。このため、磁性ゴム材料を歯部の形状に加工しなければならず、ベルト加工工程とは別に磁性ゴム材料の成形工程を要するという問題点がある。また、歯ゴムの一部を磁性ゴム材料で形成するため、タイミングベルトを構成する素材であるゴムの特性を変化させてしまうという問題がある。

このように、従来の製造方法では、タイミングベルトの歯側に磁性体材料を固着し、磁化されたタイミングベルトを製造することは困難であるという問題があった。

また、タイミングベルトの歯側に磁性体材料を固着することが困難であるという課題は、タイミングベルトだけの課題には限られない。すなわち、複数のプーリに巻き掛けられたベルトにより複数のプーリ間で動力を伝達する駆動伝達用のベルト全般で、上述と同様の課題が想定される。

本発明は、上述のような従来の課題に鑑みてなされたもので、歯付ベルトを構成する素材の特性を変化させることなく、歯付ベルトの歯側に磁性体材料を容易に固着することができる歯付ベルトの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る歯付ベルトの製造方法は、上記目的達成のため、（１）歯部が歯布により覆われた歯付ベルトの製造方法であって、前記歯布の表面および裏面の少なくともいずれか一方に、磁性体材料を溶射する溶射工程を含むことを特徴とする。

この構成により、本発明に係る歯付ベルトの製造方法は、歯布の表面および裏面の少なくともいずれか一方に磁性体材料を溶射することにより、磁性体材料を歯布に固着させることができる。また、磁性体材料を歯布に固着させるので、歯部の形状に合わせて磁性体材料を成形あるいは加工する工程を必要としない。このため、歯部を含む歯付ベルト本体を構成するゴム材料などの素材の特性を変化させることなく、歯付ベルトの歯側に磁性体材料を容易に固着することができる。

また、本発明に係る歯付ベルトの製造方法は、磁性体材料を歯布に固着することにより、歯付ベルトを磁化させることができる。このため、磁化された歯付ベルトを例えば車両用の内燃機関などの動力伝達装置に用いた場合には、歯付ベルトの歯側に磁気センサやコイルなどの磁気検出手段を近接配置することによって、歯付ベルトの摩耗、特に歯部の摩耗の進行に伴う磁界の変化を検出することが可能となる。したがって、歯付ベルトが発する磁界を監視することで、歯付ベルトの交換時期を適切に把握することができる。

上記（１）に記載の歯付ベルトの製造方法において、（２）前記溶射工程において、前記歯布を冷却しながら前記磁性体材料を溶射することを特徴とする。

この構成により、本発明に係る歯付ベルトの製造方法は、歯布を冷却しながら磁性体材料を溶射するので、比較的高温の作動ガスにより、例えばナイロン繊維などの樹脂からなる歯布が熱変質や変形してしまうことを防止することができる。

上記（１）または（２）に記載の歯付ベルトの製造方法において、（３）前記溶射は、コールドスプレー溶射であることを特徴とする。

この構成により、本発明に係る歯付ベルトの製造方法は、コールドスプレー溶射を用いるので、磁性体材料の融点または軟化温度よりも低い温度に加熱した作動ガスを超音速にまで加速させて、その加速した作動ガスにより磁性体材料を固相のまま高速で歯布に衝突させることにより皮膜を形成することができる。また、コールドスプレー溶射は、比較的低温で行われるため、基材である歯布の熱変質や変形を起こしにくいという利点を有する。さらに、磁性体材料を融点または軟化温度以上にまで加熱する必要がないので、比較的高温の他の溶射と比較して、小型の溶射装置を用いることができ、作業性および利便性に優れる。

上記（１）ないし（３）に記載の歯付ベルトの製造方法において、（４）前記溶射工程により溶射された前記磁性体材料を着磁する着磁工程を含むことを特徴とする。

この構成により、本発明に係る歯付ベルトの製造方法は、着磁工程により歯布に固着された磁性体材料を磁化させることができる。この磁化された歯付ベルトを例えば車両用の内燃機関などの動力伝達装置に用いた場合には、歯付ベルトの歯側に磁気センサやコイルなどの磁気検出手段を近接配置することによって、歯付ベルトの摩耗、特に歯部の摩耗の進行に伴う磁界の変化を検出することが可能となる。したがって、歯付ベルトが発する磁界を監視することで、歯付ベルトの交換時期を適切に把握することができる。

また、本発明に係る歯付ベルトは、（５）前述の（１）ないし（４）のいずれかに記載の歯付ベルトの製造方法により製造される。

本発明によれば、歯付ベルトを構成する素材の特性を変化させることなく、歯付ベルトの歯側に磁性体材料を容易に固着することができる歯付ベルトの製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るタイミングベルトを一部切断した状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るタイミングベルトの製造方法を示すフロー図である。 本発明の実施の形態に係るタイミングベルトの製造方法における溶射工程を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るタイミングベルトが適用される動力伝達装置の概略を示す正面図である。 図４に示す動力伝達装置の概略を示す斜視図である。 図４に示す動力伝達装置のカバーを切断した状態を示す側面図である。 タイミングベルトの寿命警告制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の歯付ベルトおよびその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。

まず、図１に示すように、タイミングベルト１０は、ゴム製の歯付ベルトからなり、芯材となる心線１１と、歯側を構成する歯ゴム１２と、背側を構成する背ゴム１３と、歯の外表面に取り付けられた歯布１４と、歯ゴム１２と歯布１４との間に設けられた磁性体層１５とを備えている。

歯ゴム１２は、タイミングベルト１０の歯部１６を形成する。歯部１６は、歯布１４により覆われ、補強されている。歯布１４は、ナイロン（登録商標）およびアラミド繊維からなる。磁性体層１５は、後述する溶射工程により磁性体材料が歯布１４の裏面に一様に溶射されることによって、形成されている。磁性体材料としては、例えば酸化鉄・酸化クロム・コバルト・フェライトなど、物理情報として所定強度の磁界を発生する磁性体の粉末（以下、磁性体粉末という）を用いることができる。また、磁性体材料として、前述した磁性体粉末を混合した合成樹脂を用いてもよい。磁性体層１５は、後述する着磁工程により磁化されている。これによりタイミングベルト１０の歯部１６を含む歯側から磁気が発せられるようになっている。

このように、タイミングベルト１０は、歯ゴム１２と歯布１４との間に磁性体層１５を有するため、例えば長期間の使用により歯布１４が摩耗し、歯部１６を含む歯側の摩耗が進行すると、磁性体層１５が削られて剥がれる。このため、タイミングベルト１０の摩耗の進行に伴い、タイミングベルト１０から発生する磁界が変化する。具体的には、磁化されたタイミングベルト１０から発せられる磁気がタイミングベルト１０の摩耗の進行に伴い小さくなる。

次に、図２および図３を参照して、タイミングベルト１０の製造方法について説明する。

図２に示すように、タイミングベルト１０は、準備工程、溶射工程、ベルト成形工程、着磁工程、ベルト検査工程を経て製造される。ベルト検査工程は、必要に応じて行われ、製造方法に含めなくともよい。例えば、完成品を抜き取り検査により検査するようにしてもよい。

図２および図３に示すように、まず、タイミングベルト１０の製造に先立ち、タイミングベルト１０を構成する各種構成材料および必要装置を準備する（準備工程）。具体的には、この準備工程では、心線１１、歯ゴム１２、背ゴム１３、歯布１４、磁性体材料としての磁性体粉末、溶射装置２０、冷却装置３０、着磁装置等を準備する。歯布１４は、必要に応じて、ゴムに対する接着強度を高めることを目的として、ＲＦＬ（レゾルシンフォルマリンラテックス）処理液に繊維を含浸させるＲＦＬ処理、あるいはゴム糊を繊維に含浸させるゴム糊処理等の前処理が施されている。

次いで、溶射装置２０により準備した歯布１４のいずれか一方の表面に磁性体粉末を溶射する（溶射工程）。このとき、歯布１４は、基台２０ａ上に支持固定されている。ここで、本実施の形態における溶射は、後述するコールドスプレー溶射である。溶射工程においては、磁性体粉末を溶射粉末として歯布１４の表面に吹き付け、磁性体層１５を生成する。本実施の形態においては、磁性体材料が溶射された面、すなわち磁性体層１５が生成された面が、ベルト完成時に歯ゴム１２に接する側の面（裏面）となる。

溶射装置２０としては、公知のコールドスプレー装置を用いることができる。溶射装置２０は、ガス供給手段２１と、溶射粉末供給手段２２と、ガス加熱手段２３と、コールドスプレーガン２４と、ガン移動手段２５と、これら各手段を制御するコントローラ２６とを備えている。

ガス供給手段２１は、高圧の作動ガス（例えば、空気、窒素、ヘリウムなど）が貯蔵された圧縮ガスボンベからなり、分岐された作動ガスライン２１ａと搬送ガスライン２１ｂとに供給するようになっている。溶射粉末供給手段２２は、磁性体材料として酸化鉄・酸化クロム・コバルト・フェライトなどの磁性体粉末を搬送ガスライン２１ｂの下流側に所定の供給量で供給するようになっている。ガス加熱手段２３は、作動ガスライン２１ａに供給された作動ガスを、室温以上、磁性体粉末の融点または軟化温度よりも低い温度に加熱するようになっている。コールドスプレーガン２４は、円錐状の圧縮部２４ｃが形成されたチャンバー２４ａと、円錐状のノズル２４ｂとを備えている。ガン移動手段２５は、基材となる歯布１４の設置領域に沿って図３中、矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向にコールドスプレーガン２４を移動させるようになっている。

作動ガスライン２１ａに供給された一方の作動ガスは、ガス加熱手段２３により、室温以上、磁性体粉末の融点または軟化温度よりも低い温度に加熱された後、コールドスプレーガン２４のチャンバー２４ａ内に供給される。また、搬送ガスライン２１ｂに供給された他方の作動ガスは、溶射粉末供給手段２２に供給され、キャリアガスとして磁性体粉末とともに粉末供給孔２２ａからチャンバー２４ａ内に供給される。チャンバー２４ａ内に供給された作動ガスおよび磁性体粉末は、圧縮部２４ｃから先細部を経て超音速流となり、ノズル２４ｂから歯布１４の表面に向けて噴出される。超音速で噴出された磁性体粉末は、固相のまま高速で歯布１４の表面に衝突し、磁性体層１５を形成する。

このようなコールドスプレー装置によるコールドスプレー溶射は、比較的低温で行われるため、基材の熱変質や変形を起こしにくいという利点を有する。さらに、溶射粉末を融点または軟化温度以上にまで加熱する必要がないので、比較的高温の他の溶射と比較して、小型の溶射装置を用いることができ、作業性および利便性に優れる。

ここで、コールドスプレー装置の作動ガスの加熱温度は、他の溶射と比較して比較的低温であるが、高いものでは１０００℃に達する場合もある。このため、比較的低温で行われるコールドスプレー溶射であっても、基材の材質等によっては熱変質、変形が生じるおそれもある。特に、本実施の形態では、基材がナイロン（登録商標）およびアラミド繊維からなる歯布１４であるため、金属等と比較して熱変質、変形し易い。このため、本実施の形態では、上述の溶射工程において、冷却装置３０により歯布１４を冷却しながらコールドスプレー溶射を行うようにしている。

冷却装置３０は、少なくとも、ファン３１ａを有する送風機３１と、熱交換器３２と、温度コントローラ３３とを備えている。温度コントローラ３３は、基材温度、すなわち歯布１４の溶射領域の温度を検知可能な図示しない温度センサを有している。

冷却装置３０は、温度コントローラ３３の制御に基づき、熱交換器３２により熱交換サイクルを利用して冷却された空気（冷風）を送風機３１から歯布１４の表面に吹き付けるものである。また、送風機３１は、溶射領域に応じて図中、矢印Ｃ方向に移動可能とされる。さらに、冷却装置３０の冷風温度および冷風速度は、上記温度センサによりモニタリングされる歯布１４の溶射領域の温度が、歯布１４を熱変質、変形しない程度の温度となるように、温度コントローラ３３により調整される。これにより、コールドスプレー溶射により高温となる溶射領域を冷却することができる。また、必要以上に冷却してしまうと、磁性体材料が歯布１４に密着しないおそれがあるため、上記の冷風温度および冷風速度は、コールドスプレー溶射による磁性体材料の歯布１４への密着性を損なわない程度に維持される。したがって、コールドスプレー溶射により高温となった磁性体材料によって歯布１４が熱変質、変形することを防止しつつ、磁性体材料の歯布１４への密着性を確保することができる。

本実施の形態では、歯布１４の溶射領域の温度に基づき、冷風温度および冷風速度を制御するようにしたが、これに限らず、例えば固定の冷風温度および冷風速度で溶射領域を冷却するようにしてもよい。この場合、温度センサなどは不要である。

また、冷却装置３０としては、上述した熱交換サイクルを利用したものに限らず、歯布１４の溶射領域を冷却可能であれば、例えば水の気化熱を利用した冷風扇などで構成してもよい。また、基台２０ａ内に冷却通路を設けて、これに冷却水などを流通させて基台２０ａを冷却することにより、歯布１４を冷却するように構成してもよい。

さらに、本実施の形態では、送風機３１を溶射領域に応じて図中、矢印Ｃ方向に移動可能に構成したが、これに限らず、例えば溶射領域に応じて送風機３１の送風方向のみを可変とする構成であってもよい。その他、矢印Ｃ方向に幅広のダクトを設け、このダクトから冷風を歯布１４の全体に吹き付ける構成としてもよい。

次いで、溶射工程が終了した後は、磁性体材料がコールドスプレー溶射された面が外側となるように、歯布１４の両端部１４ａ、１４ｂを縫合し、図示しない歯布ジャケットを形成する。これにより、磁性体層１５が生成された面がベルト完成時に歯ゴム１２に接する側の面（裏面）となる。そして、歯布ジャケットを図示しない成形金型の表面に沿って配設する。次に、心線１１（図１参照）を歯布ジャケットの上に巻き付ける。さらに、歯ゴム１２および背ゴム１３を形成するためのゴム本体材料を、歯布ジャケットおよび心線１１上に積層させる。その後、これら部材が積層された成形金型を図示しない加硫釜内に入れ、所定の加硫温度となるように加熱し、成形金型の外側から内側に向けて圧力を加える（ベルト成形工程）。このときの加硫温度は、歯ゴム１２および背ゴム１３に用いるゴム材の種類に応じて最適な加硫温度とされる。また、その他の加硫条件である加硫圧力や加硫時間についても、同様である。歯ゴム１２および背ゴム１３に用いられるゴム材としては、例えばクロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）などの耐摩耗性を含む機械的強度や、耐熱性、耐油性に優れたゴムが用いられるが、これらに限らず、エチレンプロピレンゴム（エチレンポロピレンターポリマー含む）、フッ素ゴムなどの種々のゴムを用いることができる。

上記加硫工程により、ゴム本体材料が歯ゴム１２および背ゴム１３に対応する形状となり、心線１１がゴム本体材料内に埋設されたベルトスラブが成形される。このベルトスラブを冷却後に成形金型から離型し、所定の幅に裁断することにより、タイミングベルト１０が製造される。

その後、図示しない公知の着磁装置によりタイミングベルト１０の磁性体層１５を着磁する（着磁工程）。この着磁工程は、溶射工程後、ベルト成形工程前に実施してもよい。さらに、着磁工程は、ベルト成形工程におけるベルトスラブの裁断前に実施してもよい。

次いで、タイミングベルト１０が規定の長さにあるかを検査する長さ検査や、タイミングベルト１０の幅、厚みが規定内にあるか、外観に異常がないかを検査する外観検査などの各種検査（ベルト検査工程）を経て、磁化されたタイミングベルト１０が完成する。

次に、図４〜図７を参照して、上記の製造方法により製造されたタイミングベルト１０が適用される動力伝達装置４０について、説明する。以下においては、動力伝達装置４０を車両用の内燃機関本体に取り付けた例について説明する。

図４に示すように、動力伝達装置４０は、内燃機関としてのエンジン５０の前端部に取り付けられ、車両に搭載されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００と、警告装置２００とを含んで構成されている。

ここで、図４および図５に示すように、エンジン５０は、いわゆる４サイクルの直列４気筒のガソリンエンジンによって構成されている。エンジン５０としては、直列４気筒に限らず、例えば、直列６気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン、Ｖ型１２気筒エンジン、水平対向６気筒エンジンなどの種々の型式のエンジンを採用することができる。また、エンジン５０は、ガソリンエンジンに限らず、例えば、軽油などの炭化水素系の燃料や、エタノールなどのアルコールとガソリンとを混合したアルコール燃料を燃料とするエンジンであってもよい。

エンジン５０は、シリンダブロックおよびシリンダヘッドを含むエンジン本体５１と、エンジン本体５１に燃焼用空気を供給する図示しない吸気装置と、エンジン本体５１からの排気を外部に排出する図示しない排気装置とを備えている。シリンダブロック内部に形成された図示しない４本のシリンダには、ピストンが上下方向に往復動可能に設けられている。また、シリンダブロック内部には、シリンダとシリンダヘッドとピストンとによって図示しない燃焼室が形成されている。また、エンジン５０は、図示しないコネクティングロッドを介してピストンに連結されたクランクシャフト５２を備えている。エンジン５０は、燃焼室において燃料と空気との混合気を所望のタイミングで燃焼させることによりピストンを往復動させ、コネクティングロッドを介してクランクシャフト５２を回転させるようになっている。

また、エンジン本体５１のシリンダヘッドには、吸気装置の吸気通路と燃焼室とを連通する図示しない吸気ポートと、燃焼室と排気装置の排気通路とを連通させる図示しない排気ポートとが形成されている。エンジン５０は、吸気ポートを開閉する吸気バルブ５３と、吸気バルブ５３を作動させる吸気カムシャフト５４と、排気ポートを開閉する排気バルブ５５と、排気バルブ５５を作動させる排気カムシャフト５６とを備えている。

吸気カムシャフト５４は、エンジン本体５１に対して回転可能に取り付けられ、吸気バルブ５３の上端に当接する吸気カム５４ａを有している。吸気バルブ５３は、吸気カムシャフト５４の回転に応じて吸気カム５４ａが回転することにより昇降し、吸気ポートと燃焼室との間を開閉するようになっている。すなわち、吸気バルブ５３は、燃焼用空気の導入を制御するようになっている。

排気カムシャフト５６は、エンジン本体５１に対して回転可能に取り付けられ、排気バルブ５５の上端に当接する排気カム５６ａを有している。排気バルブ５５は、排気カムシャフト５６の回転に応じて排気カム５６ａが回転することにより昇降し、燃焼室と排気ポートとの間を開閉するようになっている。すなわち、排気バルブ５５は、排気の排出を制御するようになっている。

図４〜図６に示すように、動力伝達装置４０は、クランクシャフトプーリ４１と、吸気カムシャフトプーリ４２と、排気カムシャフトプーリ４３と、上述したタイミングベルト１０と、テンションローラ４４と、タイミングベルトカバー４５と、磁気検出回路４６とを備えている。これら各プーリ４１〜４３、タイミングベルト１０、テンションローラ４４および磁気検出回路４６は、タイミングベルトカバー４５の内部に配置される。

クランクシャフトプーリ４１は、クランクシャフト５２の前端部に取り付けられ、クランクシャフト５２の回転と同期して回転するようになっている。また、クランクシャフト５２の前端部には、クランクシャフトプーリ４１とともに補機用プーリ４７が取り付けられている。この補機用プーリ４７は、タイミングベルトカバー４５の外部に配置される。

吸気カムシャフトプーリ４２は、吸気カムシャフト５４の前端部に取り付けられ、回転位相差可変アクチュエータ４２ａを有している。回転位相差可変アクチュエータ４２ａは、運転状況に応じて、クランクシャフト５２および吸気カムシャフト５４の間の回転位相差を調整するようになっている。なお、図４では、回転位相差可変アクチュエータ４２ａを取り外すことにより、吸気カムシャフトプーリ４２が露出した状態を示している。

排気カムシャフトプーリ４３は、排気カムシャフト５６の前端部に取り付けられ、排気カムシャフト５６の回転と同期して回転するようになっている。

タイミングベルト１０は、クランクシャフトプーリ４１と吸気カムシャフトプーリ４２と排気カムシャフトプーリ４３とに巻き掛けられ、クランクシャフト５２から吸気カムシャフト５４および排気カムシャフト５６に動力を伝達するようになっている。これにより、クランクシャフト５２の回転に応じて吸気バルブ５３および排気バルブ５５が昇降し、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉するようになっている。

また、タイミングベルト１０は、図４中、矢印で示すように、クランクシャフトプーリ４１からテンションローラ４４、吸気カムシャフトプーリ４２、排気カムシャフトプーリ４３の順に無端移動するようになっている。

図４に示すように、テンションローラ４４は、テンションばね４４ａの付勢力によりタイミングベルト１０を背側から押圧することによって、タイミングベルト１０が緩んで外れないように、タイミングベルト１０に適切な張力を与えるようになっている。

図４および図６に示すように、タイミングベルトカバー４５は、エンジン本体５１の前端面５１ａに取り付けられ、タイミングベルト１０の全体を覆うようになっている。タイミングベルトカバー４５は、透過性の無いプラスチック製で、カバー本体６１と、磁気検出回路４６を保持する保持部６２とを備えている。

また、タイミングベルトカバー４５は、タイミングベルト１０の磁気を遮蔽する磁気シールド６１ａを有する。磁気シールド６１ａは、カバー本体６１の内面を覆うようカバー本体６１の内面に取り付けられている。これにより、タイミングベルトカバー４５の内部空間と外部空間とが磁気的に遮断された状態となる。磁気シールド６１ａとしては、高透磁率の金属磁性材料をカバー本体６１の内面に貼り付けた構成を用いることができる。また、高透磁率の金属磁性材料の他、例えば銅箔などをカバー本体６１の内面に貼り付ける構成であってもよく、また銅を蒸着させた構成であってもよい。さらに、カバー本体６１自体を高透磁率の金属磁性材料（例えば鉄、コバルト、ニッケル）で構成することにより、磁気シールドとして機能させるようにしてもよい。なお、磁気シールド６１ａをカバー本体６１の外面に貼り付ける構成であってもよい。また、タイミングベルトカバー４５にのみ、磁気シールド６１ａを設けたが、例えばエンジン５０のシリンダブロックがアルミニウム合金からなる場合には、タイミングベルトカバー４５の内部空間を画成するエンジン本体５１の前端面５１ａにも磁気シールド６１ａを設けるのが好ましい。

このように、タイミングベルトカバー４５が磁気シールド６１ａを有するので、タイミングベルト１０の磁界変化に起因してタイミングベルトカバー４５の外部に配設された制御ユニット、例えばＥＣＵ１００などが誤作動してしまうことを防止することができる。

保持部６２は、テンションローラ４４を通過した直後のタイミングベルト１０の歯側に対向する位置に設けられている。保持部６２は、タイミングベルトカバー４５の内面に締結部材を介して取り付けられている。保持部６２は、タイミングベルトカバー４５の内面に一体形成されるものであってもよい。また、保持部６２は、磁気検出回路４６の検出方向をタイミングベルト１０の歯側に向けるようにして磁気検出回路４６を保持している。

磁気検出回路４６は、図示しない磁気検出用のいわゆるサーチコイルを有しており、このサーチコイルによって変化するタイミングベルト１０の磁気を検出するようになっている。特に、サーチコイルは、熱やほこりなどの影響を受けにくいという利点を有するため、好適である。また、図４において、磁気検出回路４６は、テンションローラ４４を通過した直後のタイミングベルト１０の歯側に対向する位置に配置されているが、これに限られず、タイミングベルト１０の磁気を検出可能であれば、他の位置に配置することも可能である。また、図６において、磁気検出回路４６は、タイミングベルトカバー４５の保持部６２に保持される構成としたが、これに限らず、例えばエンジン本体５１の前端面５１ａの面上に固定する構成であってもよい。

磁気検出回路４６は、ＥＣＵ１００に接続され、サーチコイルで検出した磁気（磁界）の大きさに応じた電流値Ｉ_Ｄ（Ａ）を検出信号としてＥＣＵ１００に出力するようになっている。

図４に示すように、ＥＣＵ１００は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、固定されたデータの記憶を行うＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、書き換え可能な不揮発性のメモリからなるＥＥＰＲＯＭ（登録商標：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）および入出力インターフェース回路を備えている。

ＥＣＵ１００には、上述した磁気検出回路４６や、図示しないエンジン回転数センサなどの各種センサやイグニッションスイッチなどが接続されている。ＥＣＵ１００のＲＯＭには、タイミングベルト１０の交換時期を判定する際に用いられる寿命限界電流値Ｉ_Ｌ（Ａ）、タイミングベルト１０の寿命警告プログラムなどの各種制御に必要なプログラムやデータが記憶されている。ここで、寿命限界電流値Ｉ_Ｌ（Ａ）は、予め実験的に求めて記憶されたものであり、例えば交換が必要と判断される程度にまでタイミングベルト１０が摩耗したときのタイミングベルト１０の磁気に応じた電流値である。

また、ＥＣＵ１００は、磁気検出回路４６により検出されたタイミングベルト１０の磁気の大きさに基づき、タイミングベルト１０が交換時期に達したか否かを判定する交換時期判定手段１０１を備えている。

交換時期判定手段１０１は、電流値取得部１１０と、交換判定部１１１とを有している。電流値取得部１１０は、磁気検出回路４６から入力される検出信号に基づき、サーチコイルにより検出された磁気（磁界）の大きさに応じた電流値Ｉ_Ｄを取得するようになっている。交換判定部１１１は、電流値取得部１１０で取得した電流値Ｉ_Ｄ（Ａ）と寿命限界電流値Ｉ_Ｌ（Ａ）とを比較し、電流値Ｉ_Ｄ（Ａ）が寿命限界電流値Ｉ_Ｌ（Ａ）より小さくなったか否かを判定するようになっている。さらに、交換判定部１１１は、電流値Ｉ_Ｄ（Ａ）が寿命限界電流値Ｉ_Ｌ（Ａ）より小さくなったとき、タイミングベルト１０が交換時期に達したと判定するようになっている。

警告装置２００は、ＥＣＵ１００に接続され、交換判定部１１１によりタイミングベルト１０が交換時期に達したと判定された場合に、運転者にタイミングベルト１０の交換を促すための警告を報知するようになっている。警告装置２００としては、例えば、運転席に設けられた警告ランプや警告ブザーなどを採用することができる。

次に、図７に示すフローチャートを参照して、ＥＣＵ１００において実行されるタイミングベルト１０の寿命警告制御について説明する。

図７に示すフローチャートは、ＥＣＵ１００のＣＰＵによって、ＲＡＭを作業領域として実行されるタイミングベルト１０の寿命警告プログラムの実行内容を表す。タイミングベルト１０の交換判断プログラムの実行処理は、ＥＣＵ１００のＣＰＵによって、イグニッションのオンからオフまでの間に予め定められた時間間隔で実行されるようになっている。ここでの時間間隔は、車種やエンジン５０、タイミングベルト１０の設定諸元によって適宜選択される。この時間間隔が長すぎると判断の精度が低下するおそれがあり、短すぎると処理が煩雑になることがあるので、これらの条件から時間間隔を適宜設定するようにする。

図７に示すように、まずＥＣＵ１００は、エンジン５０が始動したか否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、ＥＣＵ１００は、図示しないイグニッションスイッチがＯＮとされたか否かを検出することによりエンジン５０が始動されたか否かを判定する。ＥＣＵ１００は、エンジン回転数センサの検出結果に基づき、エンジン５０が始動されたか否かを判定してもよい。エンジン５０が始動していないと判定した場合には、ＥＣＵ１００は、エンジン始動の監視を継続する。

一方、エンジン５０が始動されたと判定した場合には、ＥＣＵ１００は、電流値取得部１１０において磁気検出回路４６から電流値Ｉ_Ｄ（Ａ）を取得する（ステップＳ２）。次いで、ＥＣＵ１００は、交換判定部１１１において、電流値取得部１１０により取得された電流値Ｉ_Ｄ（Ａ）と寿命限界電流値Ｉ_Ｌ（Ａ）とを比較し、電流値Ｉ_Ｄ（Ａ）が寿命限界電流値Ｉ_Ｌ（Ａ）より小さくなったか否かを判定する（ステップＳ３）。電流値Ｉ_Ｄ（Ａ）が寿命限界電流値Ｉ_Ｌ（Ａ）以上であると判定した場合には、本ステップを繰り返し実行する。

一方、電流値Ｉ_Ｄ（Ａ）が寿命限界電流値Ｉ_Ｌ（Ａ）より小さくなったと判定した場合には、ＥＣＵ１００は、交換判定部１１１においてタイミングベルト１０が交換時期に達したと判定する。このとき、ＥＣＵ１００は、タイミングベルト１０の寿命到来の警告、すなわちタイミングベルト１０の交換を促すための警告を報知する旨の信号を警告装置２００に出力する。これにより、警告装置２００は、運転者にタイミングベルト１０の交換を促すための警告を報知する（ステップＳ４）。これにより、運転者は、寿命到達前にタイミングベルト１０を交換することができる。なお、警告の報知と同時、またはその前後にタイミングベルト１０の寿命到来を示す情報をＲＯＭに記憶させ、後のメンテナンスなどの情報を必要とする機会に利用するようにしてもよい。

このように、本実施の形態に係るタイミングベルト１０を用いた動力伝達装置４０においては、タイミングベルト１０の摩耗度合などに応じて変化するタイミングベルト１０の磁気を検出することで、タイミングベルト１０の状態を直接検出することができる。具体的には、磁性体層１５が歯布１４の裏面に固着されているので、歯布１４の摩耗が進行すると磁性体層１５が削り剥がれることとなる。このため、磁性体層１５が削り剥がれることによって変化する電流値Ｉ_Ｄ（Ａ）が寿命限界電流値Ｉ_Ｌ（Ａ）より小さくなったとき、交換を要する程にタイミングベルト１０の摩耗が進行したと判断することができる。したがって、タイミングベルト１０の交換時期を高精度に検出することができる。

また、動力伝達装置４０においては、タイミングベルト１０の磁気を検出するため、サーチコイルを有する磁気検出回路４６を採用したが、これに限らず、磁気検出回路４６として例えば磁界の強さに応じたホール電圧を出力するホール素子や、磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子（ＭＲ）、あるいは磁気インピーダンス素子（ＭＩ）などの磁気センサを用いることもできる。また、フラックスゲート、超伝導量子干渉素子などを用いることも可能である。この場合、ホール素子などの磁気センサから出力される出力電圧をＥＣＵ１００において電流値に変換して、上述したタイミングベルト１０の寿命警告制御を実行する。

また、上記寿命警告制御においては、取得した電流値Ｉ_Ｄ（Ａ）と寿命限界電流値Ｉ_Ｌ（Ａ）との比較によりタイミングベルト１０が交換時期に達したか否かを判定するようにしたが、これに限らず、サーチコイルの両端子間の電位差、すなわち電圧Ｖ_Ｄ（Ｖ）と寿命限界電圧値Ｖ_Ｌ（Ｖ）との比較により判定してもよい。この場合、寿命限界電圧値Ｖ_Ｌ（Ｖ）は、寿命限界電流値Ｉ_Ｌ（Ａ）と同様、予め実験的に求めて記憶しておく。また、上述したように磁気検出回路４６として各種磁気センサを用いた場合にも、磁気センサから出力される出力電圧Ｖ_Ｄ（Ｖ）と寿命限界電圧値Ｖ_Ｌ（Ｖ）とを比較することにより、タイミングベルト１０が交換時期に達したか否かを判定することも可能である。

また、本実施の形態においては、タイミングベルト１０を上述した動力伝達装置４０に適用した例について説明したが、これに限らず、例えば補機駆動用の動力伝達機構に適用することも可能であり、また車両用に限らない。すなわち、複数のプーリ間に掛け回されたベルトにより動力を伝達する動力伝達装置の全般に適用することができる。

以上のように、本実施の形態に係る歯付ベルトの製造方法は、歯布１４の裏面に磁性体材料をコールドスプレー溶射することにより、磁性体材料を歯布１４に固着させることができる。また、磁性体材料を歯布１４に固着させるので、歯部１６の形状に合わせて磁性体材料を成形あるいは加工する工程を必要としない。このため、歯部１６を含むタイミングベルト本体を構成するゴム材料の特性を変化させることなく、タイミングベルト１０の歯側に磁性体材料を容易に固着することができる。

また、磁性体材料を歯布１４に固着することにより、タイミングベルト１０を磁化させることができる。具体的には、着磁工程により歯布１４に固着された磁性体材料を磁化させることができる。このため、磁化されたタイミングベルト１０を、上述したように車両用の動力伝達装置４０に用いた場合には、タイミングベルト１０の歯側に磁気センサやサーチコイルなどの磁気検出回路４６を近接配置することによって、タイミングベルト１０の摩耗、特に歯部１６の摩耗の進行に伴う磁界の変化を検出することが可能となる。したがって、タイミングベルト１０が発する磁界を監視することで、タイミングベルト１０の交換時期を適切に把握することができる。

さらに、本実施の形態に係る歯付ベルトの製造方法は、歯布１４を冷却しながら磁性体材料をコールドスプレー溶射するので、比較的高温の作動ガスにより、例えばナイロン繊維などの樹脂からなる歯布１４が熱変質や変形してしまうことを防止することができる。

また、本実施の形態においては、歯付ベルトとしてタイミングベルト１０の製造方法を例に説明したが、平ベルトやＶリブドベルトなど、他の種類の摩擦伝動ベルトの製造方法にも適用可能である。

また、本実施の形態では、溶射工程において歯布１４の裏面に磁性体材料をコールドスプレー溶射するようにしたが、これに限らず、歯布１４の表面に磁性体材料をコールドスプレー溶射するようにしてもよい。具体的には、溶射工程終了後に、磁性体材料がコールドスプレー溶射された面が内側となるように、歯布１４の両端部１４ａ、１４ｂを縫合し、図示しない歯布ジャケットを形成する。これにより、磁性体層１５が生成された面がベルト完成時にタイミングベルト１０の外表面（歯布１４の表面）となる。なお、歯布１４の表面および裏面の両面に磁性体材料をコールドスプレー溶射するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、歯布１４の溶射領域に沿ってコールドスプレーガン２４を移動させる構成としたが、これに限らず、例えば歯布１４が支持固定される基台２０ａを移動させる構成としてもよい。あるいは、コールドスプレーガン２４および基台２０ａを移動させる構成であってもよい。

また、本実施の形態の溶射工程では、溶射装置２０としてコールドスプレー装置を用いたが、これに限らず、例えば燃焼ガスを熱源に用いたフレーム溶射装置、電気式のプラズマ溶射装置あるいはアーク溶射装置を用いることも可能である。

以上説明したように、本発明に係る歯付ベルトの製造方法は、歯付ベルトを構成する素材の特性を変化させることなく、歯付ベルトの歯側に磁性体材料を容易に固着することができるという効果を有し、複数のプーリに巻き掛けられ、これらプーリ間で動力の伝達を行う動力伝達用の歯付ベルトの製造方法全般に有用である。

１０ タイミングベルト（歯付ベルト）
１１ 心線
１２ 歯ゴム
１３ 背ゴム
１４ 歯布
１５ 磁性体層
１６ 歯部
２０ 溶射装置
３０ 冷却装置
４０ 動力伝達装置
４６ 磁気検出回路
５０ エンジン
１００ ＥＣＵ
２００ 警告装置

Claims (5)

1. 歯部が歯布により覆われた歯付ベルトの製造方法であって、
   前記歯布の表面および裏面の少なくともいずれか一方に、磁性体材料を溶射する溶射工程を含む歯付ベルトの製造方法。
2. 前記溶射工程において、前記歯布を冷却しながら前記磁性体材料を溶射することを特徴とする請求項１に記載の歯付ベルトの製造方法。
3. 前記溶射は、コールドスプレー溶射であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の歯付ベルトの製造方法。
4. 前記溶射工程により溶射された前記磁性体材料を着磁する着磁工程を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の歯付ベルトの製造方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１の請求項に記載の歯付ベルトの製造方法により製造された歯付ベルト。

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