JP2017215177A - 伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】走行中の伝動ベルトの弾性係数を、簡便に測定する。
【解決手段】伝動ベルト弾性係数測定装置１は、駆動プーリ１２が装着され、駆動ベース１４及び架台１５に移動不能に支持された駆動軸１１と、従動プーリ２２が装着され、駆動軸１１に平行に配置され、従動軸受２３、従動ベース２４、リニアガイドレール２５により基準線の方向に移動可能に支持された従動軸２１と、プーリ１２、２２間に巻き掛けられた伝動ベルト２を有する。駆動プーリ１２は、軸心ｃ２が中心ｃ１から偏心量ｇだけ離れて形成される。荷重付与機構４０は、従動軸２１に所定の軸荷重を付与させた位置で、駆動軸１１及び従動軸２１を固定する。演算制御部５１は、駆動軸１１を駆動し、ロードセル３０で検出された従動軸２１に作用する軸荷重の変動量から算出されるベルト張力の変動量に偏心量ｇから算出されるベルト長さの変化率を乗じて、走行中の伝動ベルト２の弾性係数を演算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝動ベルトの弾性係数を測定する伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法に関する。

従来、伝動ベルトは、複数のプーリに掛架されて、プーリ間で動力を伝達するために用いられる。例えば、伝動ベルトは、自動車等のエンジンに用いられる補機駆動ベルトシステムやカムシャフト駆動ベルトシステム等のベルトシステムに用いられる。実際使用されるベルトシステムでは、伝動ベルトの走行に伴い、伝動ベルトの張力が変動したり、伝動ベルトを支持する部材が揺動したりする。従って、ベルトシステムの設計にあたっては、試作評価より前段階において、ベルトシステムの詳細な動作状態を、シミュレーション解析により把握しておくことが求められる。把握しておくことが求められるベルトシステムの詳細な動作状態は、例えば、伝動ベルトの張力変動に伴う伝動ベルトの縦振れの程度や、伝動ベルトの張力を一定に保つオートテンショナ等に備わる可動部材の搖動範囲等である。

ベルトシステムの詳細な動作状態を把握するためには、ベルトシステムで用いられる伝動ベルトの弾性係数を測定しておく必要がある。ここで、伝動ベルトの弾性係数は、例えば、伝動ベルトの心線の仕様によって変化するように、複数種類に及ぶ伝動ベルトの詳細な設計仕様ごとに変化する。つまり、伝動ベルトの弾性係数は、伝動ベルトの詳細な設計仕様ごとに、測定されることが必要である。

特開２００９−１２７６９１号公報 特開２００２−２８６０９８号公報

伝動ベルトの弾性係数を測定する方法として、例えば特許文献１と特許文献２に記載の方法がある。特許文献１には、伝動ベルトを切断した短冊状試料を引張試験機に掛けて、伝動ベルトの弾性係数を測定する方法が開示されている（段落００３５参照）。特許文献２には、伝動ベルトを無端状のまま検尺装置に掛けて、伝動ベルトの弾性係数を測定する方法が開示されている（段落００３６〜００３７、図３〜４参照）。特許文献１、２では、伝動ベルトの弾性係数を測定するために、データ処理を含む以下の共通の操作が行われる。まず、多段階にベルトに掛かる荷重を変量させる。そして、多段階に変量させた伝動ベルトに掛かる荷重に対応する伝動ベルトの伸びを測定し、伝動ベルトに掛かる荷重と伝動ベルトの伸びの関係から伝動ベルトのＳ−Ｓ曲線（Ｓｔｒａｉｎ−ＳｔｒｅｓｓＣｕｒｖｅ）を得る。次に、伝動ベルトのＳ−Ｓ曲線が有する非線形領域（曲線部分）と線形領域（略直線部分）とを区別し、線形領域のＳ−Ｓ曲線の傾きから伝動ベルトの弾性係数を測定する。このように、特許文献１、２に記載の方法では、伝動ベルトに掛かる荷重と伝動ベルトの伸びの関係を求める際に、多段階に伝動ベルトに掛かる荷重を変量させて伝動ベルトの伸びを測定するため、簡便に伝動ベルトの弾性係数を測定することができない。

また、特許文献１に記載の方法では、伝動ベルトを走行させずに伝動ベルトを停止させた状態で、変量させた伝動ベルトに掛かる荷重ごとに伝動ベルトの伸びを測定している。そのため、特許文献１に記載の方法では、ベルトシステムの実際の動作状態に近似させて、走行中の伝動ベルトの弾性係数を測定することができない。

そこで、本発明の目的は、走行中の伝動ベルトの弾性係数を、簡便に測定することができる伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る伝動ベルト弾性係数測定装置は、駆動プーリが回転可能に取り付けられた駆動軸と、前記駆動軸に平行に配置されて、従動プーリが回転可能に取り付けられた従動軸と、前記駆動軸及び前記従動軸の軸方向に見て、いずれか一方の軸心が中心から所定の偏心量だけ離れた位置に形成されるとともに、いずれか他方の軸心が中心の位置に形成された前記駆動プーリ及び前記従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられた伝動ベルトと、前記駆動軸を駆動させる駆動部と、前記駆動軸を移動不能に支持する駆動軸支持部と、前記従動軸を前記駆動軸及び前記従動軸の軸方向と直交する方向に移動可能に支持する従動軸支持部と、前記駆動軸支持部及び前記従動軸支持部に連結されるとともに、前記従動軸に所定の軸荷重を付与させた位置で、前記駆動軸及び前記従動軸を固定する荷重付与機構と、前記従動軸に作用する軸荷重を検出する軸荷重検出部と、前記駆動部により前記駆動軸を駆動させて、前記伝動ベルトを走行させるとともに、前記軸荷重検出装置で検出された前記軸荷重の変動量から算出されるベルト張力の変動量に、前記偏心量から算出されるベルト長さの変化率を乗じて、前記伝動ベルトの弾性係数を演算する演算制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の伝動ベルト弾性係数測定方法は、駆動軸に回転可能に取り付けられた駆動プーリと、前記駆動軸に平行に配置された従動軸に回転可能に取り付けられた従動プーリと、の間に巻き掛けられた伝動ベルトの弾性係数を測定する伝動ベルト弾性係数測定方法であって、前記駆動軸及び前記従動軸の軸方向に見て、いずれか一方の軸心が中心から所定の偏心量だけ離れた位置に形成されるとともに、いずれか他方の軸心が中心の位置に形成された前記駆動プーリ及び前記従動プーリの間に伝動ベルトを巻き掛ける工程と、前記従動軸に所定の軸荷重を付与させた位置で、前記駆動軸及び前記従動軸を固定する工程と、前記駆動軸を駆動させて、前記伝動ベルトを走行させる工程と、前記従動軸に作用する軸荷重を検出する工程と、前記従動軸の前記軸荷重の変動量からベルト張力の変動量を算出する工程と、前記偏心量からベルト長さの変化率を算出する工程と、前記ベルト張力の変動量及び前記ベルト長さの変化率に基づいて、前記伝動ベルトの弾性係数を演算する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法によれば、駆動プーリ及び従動プーリのいずれか一方の軸心が中心から所定の偏心量離れた位置に形成されている、いわゆる偏心プーリである。そのため、偏心プーリが１回転する間に、伝動ベルトのベルト長さが変動すると共に、ベルト張力が変動する。つまり、走行中の伝動ベルトに対して、偏心プーリの回転周期内で、偏心量に応じて変動する伸びと張力とを作用させることができる。つまり、偏心プーリの偏心量及び従動軸に作用する軸荷重に基づいて、走行中の伝動ベルトの弾性係数の演算に必要なデータであるベルト張力の変動量とベルト長さの変化量とを瞬時に得ることができる。以上から、走行中の伝動ベルトの弾性係数を、簡便に測定することができる。
ここで、本発明において、駆動軸と従動軸とが平行に配置されるとは、駆動軸と従動軸とが略平行に配置される場合も含む。また、ベルト張力の変動量とは、軸荷重検出装置で検出された従動軸の軸荷重の変動量、及び、駆動軸及び従動軸の軸方向に見て、駆動軸の軸心及び従動軸の軸心を通る基準線と駆動プーリ及び従動プーリ間のベルトスパン上のベルトピッチ線とのなす角度θに基づいて算出される瞬間のベルト張力から求められる。また、ベルト長さの変化率とは、偏心プーリの回転周期内で変動するベルト長さの最小値を、ベルト長さの変化量で割った値である。尚、ベルト長さの変化量とは、偏心プーリの回転周期内で変動するベルト長さの最大値から最小値を減算した値である。また、駆動プーリ及び従動プーリは、伝動ベルトと接触する溝部を有し、駆動軸及び従動軸の軸方向に直交する方向の断面が略円状である。また、従動軸に作用する軸荷重は、駆動軸及び従動軸の軸方向に直交する方向に作用する荷重である。

上記ベルト弾性係数測定装置において、前記荷重付与機構は、前記駆動軸支持部に連結されるとともに前記駆動軸及び前記従動軸の軸方向と直交する方向に配置され、螺旋状のネジ溝を外周面に有するネジ軸と、前記従動軸支持部に連結されるとともに前記ネジ軸を包囲するように配置され、前記ネジ軸のネジ溝に対向するネジ溝を内周面に有するナットと、前記ネジ軸のネジ溝及び前記ナットのネジ溝で形成される転動路に転動自在に配置されたボールと、を含むボールネジ機構であることが好ましい。

この構成によれば、荷重付与機構は、ボールネジ機構で構成される。そして、ナットをネジ軸に沿って移動させることにより、駆動軸及び従動軸の軸方向と直交する方向に従動軸を移動させることができる。つまり、ボールネジ機構により、駆動軸と従動軸とを所定の軸間距離で簡単に固定することができる。以上から、走行中の伝動ベルトの弾性係数を、より簡便に測定することができる。

上記ベルト弾性係数測定装置において、前記駆動プーリの有効直径と前記従動プーリの有効直径とが同じであることが好ましい。

この構成によれば、駆動プーリの有効直径と従動プーリの有効直径とが同じである。ここで、有効直径とは、例えば、測定対象の伝動ベルトがＶリブドベルトである場合は、プーリの外径のことである。偏心プーリの回転周期内で、駆動軸及び従動軸の軸方向に見て、駆動軸の軸心及び従動軸の軸心を通る基準線と、ベルトピッチ線とのなす角度θは、偏心プーリの回転周期内で変動する。そして、ベルト張力とベルト長さは、角度θに基づいて変動する。従って、ベルト張力の変動量とベルト長さの変化量を求める際に、角度θに基づいて三角関数を用いた補正処理を行う必要がある。一方、駆動プーリの有効直径と従動プーリの有効直径とが同じであれば、偏心プーリの回転周期内の角度θの平均値がゼロになる。従って、ベルト張力の変動量とベルト長さの変化量を求める際に、角度θに基づいて三角関数を用いた補正処理を行う必要がない。そのため、伝動ベルトの弾性係数の演算に係る負荷を抑制することができる。以上から、走行中の伝動ベルトの弾性係数を、より簡便に測定することができる。

ここで、前記演算制御部は、前記ベルト張力の変化量を、前記軸荷重検出装置で検出された前記従動軸の前記軸荷重の変動量に１／２を乗じて算出し、前記ベルト長さの変化率を、前記駆動プーリ及び前記従動プーリの回転周期内で変動するベルト長さの最小値を前記偏心量の４倍で割って算出するものであって良い。

この構成によれば、ベルト張力の変化量及びベルト長さの変化率を簡単に算出することができる。以上から、走行中の伝動ベルトの弾性係数を、より簡便に測定することができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、走行中の伝動ベルトの弾性係数を、簡便に測定することができる伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法を提供することができる。

本実施形態に係る伝動ベルト弾性係数測定装置の模式図である。 本実施形態に係る荷重付与機構を示す一部断面図である。 本実施形態に係る伝動ベルト弾性係数測定装置の駆動プーリ及び従動プーリのレイアウトを示す模式図である。 比較例の駆動プーリ及び従動プーリのレイアウトを示す模式図である。 本実施形態に係る伝動ベルト弾性係数測定方法の工程を示すフローチャートである。 従動軸に作用する軸荷重の時系列変化を示すグラフである。 ベルトのＳ−Ｓ曲線を示すグラフである。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法は、走行中の伝動ベルトの弾性係数を測定する。例えば、本実施形態に係る伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法は、自動車エンジンの補機駆動ベルトシステムに用いられる摩擦伝動ベルトとして、Ｖリブドベルトの弾性係数を測定する。

［伝動ベルト弾性係数測定装置］
まず、図１〜図４に基づいて、本実施形態に係る伝動ベルト弾性係数測定装置について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る伝動ベルト弾性係数測定装置１は、駆動軸１１、駆動プーリ１２、従動軸２１、従動プーリ２２、伝動ベルト２、駆動部１３、駆動軸支持部１４、１５、従動軸支持部２３、２４、２５、荷重付与機構４０、軸荷重検出部３０、演算制御部５１を有する。

尚、本実施形態に係る伝動ベルト弾性係数測定装置１は、少なくとも、駆動プーリ１２、従動プーリ２２及び伝動ベルト２を囲む恒温槽を有してもよい。そして、伝動ベルト弾性係数測定装置１において伝動ベルト２の弾性係数を測定する際に、恒温槽内の雰囲気温度を、任意の温度に、昇温・維持されるようにしてもよい。任意の温度は、例えば室温以上１２０℃以下の範囲内である。任意の温度は、演算制御部５１で設定登録される。

従動軸２１は、駆動軸１１に平行に配置される。尚、ここでいう平行とは、略平行を含むものである。駆動軸１１及び従動軸２１は、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向が略水平方向となるように配置される。ここで、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向とは、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向に見て、駆動軸１１の軸心と従動軸２１の軸心とを通る直線（後述する「基準線」に相当）の方向である。駆動軸１１には、駆動プーリ１２が回転可能に取り付けられる。つまり、駆動軸１１の回転に伴い駆動プーリ１２が回転するように、駆動プーリ１２が駆動軸１１に固定して装着される。従動軸２１には、従動プーリ２２が回転可能に取り付けられる。つまり、従動軸２１の回転に伴い従動プーリ２２が回転可能するように、従動プーリ２２が従動軸２１に固定して装着される。

駆動プーリ１２及び従動プーリ２２は、後述する伝動ベルト２と接触する溝部（図示せず）を有し、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向に直交する方向の断面が略円状である。駆動プーリ１２は、駆動プーリ１２の軸心ｃ２が駆動プーリ１２の中心ｃ１から所定の偏心量ｇだけ離れた位置に配置するように形成される。つまり、駆動プーリ１２は、偏心プーリである。従動プーリ２２は、従動プーリ２２の軸心ｃ３が従動プーリ２２の中心の位置に配置されるように形成される。

駆動プーリ１２の有効直径φと従動プーリ２２の有効直径φとは同じｄである。ここで、有効直径φとは、例えば、測定対象の伝動ベルト２がＶリブドベルトである場合は、プーリの外径のことである。

伝動ベルト２は、駆動プーリ１２と従動プーリ２２との間に巻き掛けられる。伝動ベルト２は、例えば、Ｖリブドベルトである。伝動ベルト２は、駆動プーリ１２と従動プーリ２２に掛架されて、駆動プーリ１２及び従動プーリ２２間で動力を伝達するために用いられる。

駆動軸１１は、駆動モータ１３に取り付けられる。駆動モータ１３は、駆動ベース１４上に固定されて配置される。駆動軸１１は、駆動モータ１３によって回転駆動される。駆動モータ１３が、本発明の駆動部に相当する。駆動ベース１４は、架台１５上に固定されて配置される。架台１５は、床等に固定設置される。従って、駆動軸１１は、駆動モータ１３、駆動ベース１４及び架台１５によって、移動不能に支持される。駆動ベース１４及び架台１５が、本発明の駆動軸支持部に相当する。

従動軸２１は、従動軸受２３に回転可能に取り付けられる。従動軸受２３は、従動ベース２４上に固定されて配置される。従動ベース２４は、リニアガイドレール２５上を往復移動可能に設置される。従動ベース２４のリニアガイドレール２５と連結する連結部は、例えば、ベアリング構造を有する。リニアガイドレール２５は、その一端が架台１５に固定設置され、その他端が架台２６に固定設置される。つまり、リニアガイドレール２５は、架台１５と架台２６との間に載架される。架台２６は、床等に固定設置される。架台１５及び架台２６は、相対移動不能に設置される。リニアガイドレール２５は、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向に配置される。従って、従動軸２１は、従動軸受２３及びリニアガイドレール２５により、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向に移動可能に支持される。従動軸受２３、従動ベース２４及びリニアガイドレール２５が、本発明の従動軸支持部に相当する。尚、架台１５と架台２６は、図１では別々に成形されているが、一体成形されてもよい。

駆動軸１１が回転駆動されると、駆動プーリ１２が回転する。また、駆動プーリ１２が回転すると、駆動プーリ１２と従動プーリ２２との間に巻き掛けられた伝動ベルト２が走行する。伝動ベルト２が走行すると、従動プーリ２２が回転する。また、従動プーリ２２の回転に伴い、従動軸２１が回転する。以上により、伝動ベルト２により、駆動プーリ１２から従動プーリ２２に動力が伝達される。

駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向に見て、駆動プーリ１２の軸心ｃ２と従動プーリ２２の軸心ｃ３を通る線を基準線とする。基準線は、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向に直交する方向に沿っている。駆動プーリ１２及び従動プーリ２２の有効直径が同じ場合、伝動ベルト２の張架方向は、基準線に沿う方向である。

荷重付与機構４０は、原動機４１と、カップリング４２と、ボールネジ（ネジ軸）４３と、ボールネジナットホルダ（ナット）４４と、軸受部４５と、アーム４６と、とを有する。また、荷重付与機構４０は、ボールネジ構造を構成する。原動機４１は、回転運動により後述するボールネジ４３を軸回転させるものであって、例えば、電動サーボモータである。

ボールネジ４３は、その一端が原動機４１に支持されるとともに、その他端が軸受部４５に支持される。ボールネジ４３は、原動機４１の回転運動によって軸回転するように構成される。原動機４１は、架台１５の下方に固定設置される。尚、原動機４１の設置場所は、架台１５の下方に限らない。原動機４１は、ボールネジ４３が取り付けられたモータを有する。原動機４１は、モータを回転駆動させることにより、ボールネジ４３を軸回転させる。原動機４１は、例えば、電動サーボモータである。軸受部４５は、ボールネジ４３を回転可能に支持する。ボールネジ４３は、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向に配置される。軸受部４５は、架台２６に固定設置される。従って、ボールネジ４３は、原動機４１を介して、架台１５に連結される。図２に示すように、ボールネジ４３は、螺旋状のネジ溝４３ａを外周面に有する。ボールネジ４３は、本発明のネジ軸に相当する。

図１に示すように、ボールネジ４３には、原動機４１と後述するボールネジナットホルダ４４との間に、カップリング４２が配置される。カップリング４２は、ボールネジ４３の回転によって、原動機４１の動力をボールネジナットホルダ４４に伝達する。また、カップリング４２は、ボールネジ４３が２つに分割されている場合に、２つに分割されたボールネジ４３の軸心の偏心及び偏角を調整する。

図２に示すように、ボールネジナットホルダ４４は、ボールネジ４３を包囲するように配置される。ボールネジナットホルダ４４は、後述するロードセル３０を介して、従動ベース２４の下方に突出するように固定配置されたアーム４６に連結される。つまり、ボールネジナットホルダ４４は、アーム４６を介して従動ベース２４に連結される。ボールネジナットホルダ４４は、ボールネジ４３のネジ溝４３ａに対向するネジ溝４４ａを内周面に有する。ボールネジナットホルダ４４のネジ溝４４ａは、ボールネジ４３のネジ溝４３ａに螺合する。そして、ボールネジナットホルダ４４は、ボールネジ４３の軸方向に移動可能に装着される。ボールネジ４３のネジ溝４３ａ及びボールネジナットホルダ４４のネジ溝４４ａで形成される転動路４７ａが形成される。そして、ボール４７が転動路４７ａに転動自在に配置される。転動路４７ａを転動したボール４７は、循環路４７ｂを通って転動路４７ａに戻る。以上により、ボールネジナットホルダ４４は、ボールネジ４３の軸方向に沿って移動可能に構成される。つまり、ボールネジナットホルダ４４は、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向に直線的に移動可能に構成される。尚、ボールネジナットホルダ４４は、本発明のナットに相当する。尚、ボールネジ構造のボール循環方式は、図２の構成に示す方式に限らない。

荷重付与機構４０は、以下のように作用する。ボールネジナットホルダ４４は、原動機４１によるボールネジ４３の軸回転に伴い、ボールネジ４３に沿って、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向に移動する。そして、ボールネジナットホルダ４４にアーム４６を介して連結されている従動ベース２４が、リニアガイドレール２５に沿って、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向に移動する。そして、従動軸２１に所定の軸荷重Ｗ０を付与させた位置で、原動機４１によるボールネジ４３の軸回転を停止させる。これにより、従動軸２１に所定の軸荷重を付与させた状態で、駆動軸１１及び従動軸２１が固定される。尚、駆動プーリ１２の中心ｃ１の位置が、駆動プーリ１２の回転周期内においてベルト張力が最小となる位置、即ち、駆動プーリ１２の軸心ｃ２の位置よりも基準線上の従動軸２１側となる位置になるとき、従動軸２１に所定の軸荷重を付与する。

ロードセル３０は、ボールネジナットホルダ４４とアーム４６の間に配置される。ロードセル３０は、ボールネジナットホルダ４４とアーム４６との間の圧縮力の荷重を電気信号として検出する。つまり、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向に作用する従動軸２１の軸荷重Ｗを電気信号として検出する。尚、ロードセルは、ひずみゲージを用いたロードセルであってもよいし、繊維やワイヤー等のテンションを利用したロードセルであってもよい。

駆動プーリ１２と従動プーリ２２との間に巻き掛けられる伝動ベルト２のベルト長さ（ＰＯＣ）は、例えば、伝動ベルト２がＶリブドベルトである場合、駆動プーリ１２及び従動プーリ２２の外径（有効直径φ）を通る有効周長さで表される。ここで、駆動プーリ１２及び従動プーリ２２の軸間距離を、図３に示すように、駆動プーリ１２の軸心ｃ２から従動プーリ２２の軸心ｃ３までの距離ｚとする。伝動ベルト２のベルト長さは、「２×軸間距離ｚ＋駆動プーリ１２及び従動プーリ２２の有効直径ｄ×円周率」となる。尚、伝動ベルト２のベルト長さの変化率は、伝動ベルト２のベルト伸びの変化率に相当する。

軸間距離は、例えば、リニアゲージ（不図示）により、駆動軸１１を起点とする従動軸２１の直線移動量が検知されることにより計測することができる。

以下、伝動ベルト２のベルト長さの変化する様子について、図３及び図４に基づいて説明する。図３は本発明の伝動ベルト弾性係数測定装置１の駆動プーリ及び従動プーリのレイアウトを示しており、伝動ベルト２のベルト長さが変化する様子を示す模式図である。図４は、比較例の駆動プーリ及び従動プーリのレイアウトを示しており、伝動ベルト１０２のベルト長さを示す模式図である。

図３に示すように、本発明の伝動ベルト弾性係数測定装置１における伝動ベルト２のベルト長さは、駆動プーリ１２の回転周期内において変化する。尚、駆動軸１１及び従動軸２１は、荷重付与機構４０において固定されている。従って、駆動プーリ１２の回転周期内において、駆動プーリ１２の軸心ｃ２から従動プーリ２２の軸心ｃ３までの距離ｚは変化しない。

一方、図４に示す比較例において、伝動ベルト１０２は、駆動軸１１１と従動軸１２１との間に巻き掛けられている。駆動プーリ１１２は、駆動軸１１１の軸心ｃ０２が駆動プーリ１２の中心の位置に配置されるように形成される。従動プーリ１２２は、従動軸１２１の軸心ｃ０３が従動プーリ１２２の中心の位置に配置されるように形成される。駆動プーリ１１２の有効直径φと従動プーリ１２２の有効直径φとは同じｄである。

図４の比較例において、駆動軸１１１及び従動軸１２１の軸方向に見て、駆動軸１１１の軸心ｃ０２と従動軸１２１の軸心ｃ０３を通る線を基準線とする。基準線は、駆動軸１１１及び従動軸１２１の軸方向に直交する方向に沿っている。駆動軸１１１の軸心ｃ０２から従動軸１２１の軸心ｃ０３まで距離を距離ｚとする。駆動軸１１１の中心ｃ０２から従動軸１２１の中心ｃ０３までの距離を距離ｓ０とする。ここで、駆動軸１１１の軸心と駆動軸１１１の中心は、同じｃ０２である。従動軸１２１の軸心と従動軸１２１の中心は、同じｃ０３である。従って、距離ｚは距離ｓ０と等しい。

図３（ａ）の実施例に示すように、駆動プーリ１２の中心ｃ１が基準線上に位置し、且つ、駆動プーリ１２の中心ｃ１が駆動プーリ１２の軸心ｃ２と従動プーリ２２の軸心ｃ３との間に位置するとき、即ち、駆動プーリ１２の中心ｃ１が駆動プーリ１２の軸心ｃ２の位置よりも基準線上の従動軸２１側となる位置になるとき、駆動プーリ１２の中心ｃ１から従動プーリ２２の中心ｃ３までの距離ｓ１は、距離ｚより偏心量ｇだけ小さい。駆動プーリ１２の中心ｃ１が図３（ａ）の位置にある時、ベルト長さが最小である。

図３（ｂ）の実施例に示すように、駆動プーリ１２の中心ｃ１が基準線上に位置し、且つ、駆動プーリ１２の中心ｃ１が駆動プーリ１２の軸心ｃ２と従動プーリ２２の軸心ｃ３との間より外側に位置するとき、即ち、駆動プーリ１２の中心ｃ１が駆動プーリ１２の軸心ｃ２の位置よりも基準線上の従動軸２１の反対側となる位置になるとき、駆動プーリ１２の軸心ｃ２から従動プーリ２２の軸心ｃ３までの距離ｓ２は、距離ｚより偏心量ｇだけ大きい。駆動プーリ１２の中心ｃ１が図３（ｂ）の位置にある時、ベルト長さが最大である。

図３（ｃ）の実施例に示すように、駆動プーリ１２の中心ｃ１が駆動プーリ１２の軸心ｃ２を通って基準線と駆動軸１１の軸心方向と直交する方向の線上に位置するとき、駆動プーリ１２の中心ｃ１から従動プーリ２２の中心ｃ３までの距離ｓ３は、距離ｚとほぼ同じになる。駆動プーリ１２の中心ｃ１が図３（ｃ）の位置にある時、ベルト長さが図４に示す比較例とほぼ同じになる。つまり、ベルト長さが最小値と最大値の中間値となる。

計算機５０は、演算制御部５１と、表示部５２と、操作部５３とを有する。演算制御部５１は、ＣＰＵ等であり、動歪み計とデータロガー、ＦＦＴ等の波形記録装置とを含む。表示部５２は、デジタル表示可能な液晶ディスプレイ等である。操作部５３は、キーボード、タッチパネル等である。

操作部５３により、駆動プーリ１２及び従動プーリ２２の有効直径ｄ及び駆動プーリ１２の軸心ｃ２の偏心量ｇが入力される。また、操作部５３により、従動軸２１に付与する所定の軸荷重の設定値Ｗ０が入力される。また、操作部５３により、駆動軸１１の回転数が入力される。更に、操作部５３により、雰囲気温度、慣らし走行時間及びデータ処理対象時間等の伝動ベルト弾性係数測定装置１の運転に必要な条件が入力される。

演算制御部５１は、駆動モータ１３に接続される。演算制御部５１は、操作部５３から入力された駆動軸１１の回転数等の情報に基づいて、駆動モータ１３の回転駆動及び停止を制御する。つまり、演算制御部５１は、操作部５３から入力された駆動指令に基づいて、操作部５３から入力された回転数で駆動モータ１３を回転駆動させて、駆動軸１１を回転させる。また、演算制御部５１は、操作部５３から入力された停止指令に基づいて、駆動モータ１３を停止させて、駆動軸１１の回転を停止させる。

演算制御部５１は、ロードセル３０に接続されて、ロードセル３０からの電気信号を受信する。ロードセル３０からの電気信号は、動歪み計に入力された後に、波形記録装置に入力されて、時系列変動データに変換されて記録される。

演算制御部５１は、原動機４１に接続される。演算制御部は、操作部５３から入力された従動軸２１に付与する所定の軸荷重の設定値Ｗ０に基づいて、原動機４１のモータの回転駆動及び停止を制御する。演算制御部５１は、ロードセル３０からの電気信号による軸荷重の測定値Ｗと予め入力した軸荷重の設定値Ｗ０との差異に基づいて、原動機４１のフィードバック制御を行う。フィードバック制御では、原動機４１の回転駆動及び停止の他、回転方向の設定等が含まれる。そして、演算制御部５１は、原動機４１のフィードバック制御を行うことにより、従動軸２１に対する所定の軸荷重Ｗ０の付与と、駆動軸１１及び従動軸２１間の固定とを行う。

演算制御部５１は、ロードセル３０から受信した電気信号と、操作部５３から入力された駆動プーリ１２、従動プーリ２２の有効直径ｄ及び駆動プーリ１２の軸心ｃ２の偏心量ｇ等の情報に基づいて、伝動ベルト２の弾性係数を演算する。ここで、演算制御部５１は、駆動モータ１３を回転駆動させてから慣らし走行時間が経過するまで、伝動ベルト２の慣らし走行を行うようにしても良い。この場合、演算制御部５１は、慣らし走行終了後、伝動ベルト２の弾性係数を演算する。また、演算制御部５１は、データ処理対象時間毎に、ロードセル３０から受信した電気信号等に基づいて、伝動ベルト２の弾性係数を演算する。尚、表示部５２は、演算制御部５１で演算した伝動ベルト２の弾性係数を出力して表示する。

本実施形態において、伝動ベルト２の弾性係数ＡＥは、下記の数１の式に基づいて演算される。尚、伝動ベルト２のベルト張力の変動量をΔＴ、伝動ベルト２のベルト長さの最小値をＬ₀、伝動ベルト２のベルト長さの変化量をΔＬとする。尚、Ｌ₀／ΔＬは、伝動ベルト２のベルト長さの変化率である。

ここで、ベルト張力の変動量ΔＴは、ロードセル３０で検出された従動軸２１に作用する軸荷重の変動量、及び、基準線と駆動プーリ１２及び従動プーリ２２間のベルトスパン上のベルトピッチ線とのなす角度θに基づいて算出される瞬間のベルト張力から求められる。ここで、駆動プーリ１２の回転周期内で、角度θは変動する。従って、ΔＴを求める際に、角度θに基づいて三角関数を用いた補正処理を行う必要がある。瞬間のベルト張力Ｔは、従動軸２１に作用する軸荷重Ｗ／（２・ＣＯＳθ）である。本実施形態では、駆動プーリ１２及び従動プーリ２２の有効直径φがｄで同一である。そのため、偏心プーリである駆動プーリ１２の回転周期内の角度θの平均値がゼロになる。従って、ΔＴを求める際に、角度θに基づいて三角関数を用いた補正処理を行う必要がない。そして、ΔＴは、ロードセル３０により検出される従動軸２１に作用する軸荷重の変動量の１／２である。

また、伝動ベルト２のベルト長さの最小値Ｌ₀は、上述の図３（ａ）に示すように、駆動プーリ１２の中心位置が、駆動プーリ１２の回転周期内において、伝動ベルト２のベルト張力が最小となる位置におけるベルト長さとなる。つまり、伝動ベルト２のベルト長さの最小値Ｌ₀は、駆動軸１１の軸方向に見て、駆動プーリ１２の中心位置が、駆動軸１１の軸心位置よりも基準線上の従動軸２１側となる位置におけるベルト長さとなる。従って、駆動プーリ１２及び従動プーリ２２の有効直径が同じであるため、ベルト長さを求める演算式は、「２×スパン長（軸間距離−偏心量）＋プーリの有効周長（プーリ有効直径×円周率）」である。ここで、スパン長とは、プーリ間のベルトスパン長さを意味する。また、プーリの有効周長とは、プーリの有効直径の外径ラインを通る長さを意味する。そして、従動軸２１への荷重付与時点のベルト長さＬ₀の値は、駆動プーリ１２の回転周期内で変動する伝動ベルト２のベルト長さの最小値に相当する。

また、ベルト長さの変化量ΔＬは、伝動ベルト２のベルト長さの最大値から最小値を減算した値である。また、ΔＬを求める際に、角度θに基づいて三角関数を用いた補正処理を行う必要がある。本実施形態では、駆動プーリ１２及び従動プーリ２２の有効直径φがｄで同一である。そのため、駆動プーリ１２の回転周期内の角度θの平均値がゼロになる。従って、ΔＬを求める際に、角度θに基づいて三角関数を用いた補正処理を行う必要がない。そして、伝動ベルト２のベルト長さの最大値となる場合は、駆動プーリ１２の中心ｃ１が図３（ｂ）の位置にある時である。伝動ベルトのベルト長さの最小値となる場合は、駆動プーリ１２の中心ｃ１が図３（ａ）の位置にある時である。つまり、ΔＬは、駆動プーリ１２の軸心ｃ２の偏心量ｇの４倍に相当する。

尚、伝動ベルト２の弾性係数ＡＥを求める数１の式の詳細について説明する。フックの法則（引張応力σ＝弾性係数Ｅ・ひずみε）によると、応力に相当する伝動ベルト２の単位面積（Ａ）あたりの張力変化（ΔＴ）、伝動ベルト２の弾性係数（Ｅ）及び伝動ベルト２のベルト長さの変化率（ΔＬ／Ｌ₀）との関係は、数２で示す式のように表される。

伝動ベルト２が有する心体が撚りコード（繊維束）の集合体であり、心体の総断面積を正確に求められないため、伝動ベルト２の単位面積Ａを求めるのは困難である。そのため、数２で示す式を数３で示す式に変換する。

ベルトシステムのシミュレーション解析に用いる伝動ベルトの弾性係数としては、数２に示す式のＡＥの値 （単位：Ｎ）が知り得れば足りる。そして、本発明において演算する伝動ベルト２の弾性係数を、数１に示すＡＥ（単位：Ｎ）と定義した。

尚、本発明において演算する伝動ベルト２の弾性係数ＡＥは、対象となる伝動ベルト２がＶリブドベルトの場合、数１で示す式のＡＥの値（Ｎ）をベルト幅方向のリブ山の数（以下、「リブ数」と略する）で除した、１リブ当たりの弾性係数（Ｎ／リブ）とする。

［伝動ベルト弾性係数測定方法］
次に、図５に基づいて、本実施形態に係る伝動ベルト弾性係数測定方法について説明する。

本実施形態に係る伝動ベルト弾性係数測定方法は、上述した本実施形態に係る伝動ベルト弾性係数測定装置１を用いて、下記の工程で行われる。つまり、本実施形態に係る伝動ベルト弾性係数測定方法は、駆動軸１１に回転可能に取り付けられた駆動プーリ１２と、駆動軸１１に平行に配置された従動軸２１に回転可能に取り付けられた従動プーリ２２と、の間に巻き掛けられた伝動ベルト２の弾性係数を測定する。

まず、駆動プーリ１２及び従動プーリ２２の間に伝動ベルト２を巻き掛ける工程を行う（ステップＳ１）。ここで、駆動プーリ１２は、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向に見て、駆動プーリ１２の軸心ｃ２が、駆動プーリ１２の中心ｃ１から所定の偏心量ｇだけ離れた位置に配置するように形成される。また、従動プーリ２２は、従動プーリ２２の軸心ｃ３が、従動プーリ２２の中心の位置に配置するように形成される。

そして、従動軸２１に所定の軸荷重Ｗ０を付与させた位置で、駆動軸１１及び従動軸２１を固定する工程を行う（ステップＳ２）。具体的には、演算制御部５１の制御により、荷重付与機構４０において、原動機４１のモータを回転駆動させることにより、ボールネジ４３を軸回転させる。そして、ボールネジナットホルダ４４を駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向に移動させる。これに伴い、ボールネジナットホルダ４４にアーム４６を介して連結されている従動ベース２４が、リニアガイドレール２５に沿って、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向に移動する。そして、従動軸２１に所定の軸荷重Ｗ０を付与させた位置で、原動機４１によるボールネジ４３の軸回転を停止させる。これにより、従動軸２１に所定の軸荷重Ｗ０を付与させた状態で、駆動軸１１及び従動軸２１が固定される。

次に、駆動モータ１３により駆動軸１１を駆動させて、伝動ベルト２を走行させる工程を行う（ステップＳ３）。具体的には、演算制御部５１の制御により、駆動軸１１が回転駆動されると、駆動プーリ１２が回転する。また、駆動プーリ１２が回転すると、駆動プーリ１２と従動プーリ２２との間に巻き掛けられる伝動ベルト２が走行する。伝動ベルト２が走行すると、従動プーリ２２が回転する。また、従動プーリ２２の回転に伴い、従動軸２１が回転する。

尚、次の従動軸２１に作用する軸荷重を検出する工程の前に、伝動ベルト２の慣らし走行の工程を行っても良い。伝動ベルト２の慣らし走行は、慣らし走行時間が経過するまで行われる（ステップＳ４）。つまり、慣らし走行時間が経過するまで、伝動ベルト２の弾性係数の演算処理を開始しない。

そして、伝動ベルト２が走行している状態で、従動軸２１に作用する軸荷重を検出する工程を行う（ステップＳ５）。つまり、走行中の伝動ベルト２において、従動軸２１に作用する軸荷重を検出する。具体的には、ボールネジナットホルダ４４とアーム４６の間に配置されるロードセル３０によって、ボールネジナットホルダ４４とアーム４６との間の圧縮力の軸荷重を電気信号として検出する。つまり、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向に作用する従動軸２１の軸荷重を電気信号として検出する。

次に、演算制御部５１により、データ処理対象時間毎に、ロードセル３０により検出される従動軸２１に作用する軸荷重の変動量からベルト張力の変動量ΔＴを算出する工程を行う（ステップＳ６）。具体的には、演算制御部５１で、従動軸２１に作用する軸荷重の時系列変動量からデータ処理対象時間内のベルト張力の変動量ΔＴを算出する。駆動プーリ１２と従動プーリ２２の有効直径が同じであるため、ロードセル３０により検出されるデータ処理対象時間内に従動軸２１に作用する軸荷重の変動量の１／２をベルト張力の変動量として算出する。

また、演算制御部５１により、偏心量ｇからベルト長さの変化率ΔＬ／Ｌ₀を算出する工程を行う（ステップＳ７）。具体的には、駆動プーリ１２と従動プーリ２２の有効直径が同じであるため、伝動ベルト２のベルト長さの最小値Ｌ₀を、伝動ベルト２のベルト長さの最大値から最小値を減算した値（つまり、駆動プーリ１２の軸心ｃ２の偏心量ｇの４倍）ΔＬで除算した値をベルト長さの変化率ΔＬ／Ｌ₀として算出する。

最後に、演算制御部５１により、データ処理対象時間毎に、算出されたベルト張力の変動量ΔＴ及び算出されたベルト長さの変化率ΔＬ／Ｌ₀に基づいて、上記数１に示す式により、伝動ベルト２の弾性係数ＡＥを演算する工程を行う（ステップＳ８）。尚、演算された伝動ベルト２の弾性係数ＡＥは、表示部５２に数字表示させるとともに、データの出力及び記録が行われる。

このように、本実施形態に係る伝動ベルト弾性係数測定装置１及び伝動ベルト弾性係数測定方法によると、駆動プーリ１２の軸心ｃ２が駆動プーリ１２の中心ｃ１から所定の偏心量ｇ離れた位置に形成されている、いわゆる偏心プーリである。そのため、偏心プーリである駆動プーリ１２が１回転する間に、伝動ベルトのベルト長さが変動すると共に、ベルト張力が変動する。つまり、走行中の伝動ベルト２に対して、駆動プーリ１２の回転周期内で、偏心量に応じて変動する伸びと張力とを作用させることができる。つまり、駆動プーリ１２の偏心量及び従動軸２１に作用する軸荷重に基づいて、走行中の伝動ベルト２の弾性係数の演算に必要なデータであるベルト張力の変動量とベルト長さの変化量とを瞬時に得ることができる。以上から、走行中の伝動ベルト２の弾性係数を、簡便に測定することができる。

また、荷重付与機構４０では、ボールネジ機構で構成される。そして、ボールネジナットホルダ４４をボールネジ４３に沿って移動させることにより、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向に従動軸２１を移動させることができる。つまり、ボールネジ機構により、駆動軸１１と従動軸２１とを所定の軸間距離ｚで簡単に固定することができる。以上から、走行中の伝動ベルト２の弾性係数を、より簡便に測定することができる。

また、荷重付与機構４０では、原動機４１を電動サーボモータにすることができる。原動機４１を電動サーボモータにすることによって、ロードセル３０からの電気信号による従動軸２１に作用する軸荷重の測定値と予め入力した従動軸２１に付与する軸荷重の設定値との差異に基づいたフィードバック制御を緻密に行なうことができる。これにより、従動軸２１に作用する軸荷重の測定値は、従動軸２１に付与する軸荷重の設定値に対してほとんど誤差のない値にすることができる。以上から、走行中の伝動ベルト２の弾性係数を、簡便に且つ精度高く測定することができる。

また、駆動プーリ１２の有効直径と従動プーリ２２の有効直径φとが同じｄである。偏心プーリである駆動プーリ１２の回転周期内で、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向に見て、基準線とベルトピッチ線とのなす角度θは、駆動プーリ１２の回転周期内で変動する。そして、ベルト張力とベルト長さは、角度θに基づいて変動する。従って、ベルト張力の変動量ΔＴとベルト長さの変化量ΔＬを求める際に、角度θに基づいて三角関数を用いた補正処理を行う必要がある。一方、駆動プーリ１２の有効直径と従動プーリ２２の有効直径とが同じであれば、駆動プーリ１２の回転周期内の角度θの平均値がゼロになる。従って、ベルト張力の変動量ΔＴとベルト長さの変化量ΔＬを求める際に、角度θに基づいて三角関数を用いた補正処理を行う必要がない。そのため、伝動ベルト２の弾性係数の演算に係る負荷を抑制することができる。以上から、走行中の伝動ベルト２の弾性係数を、より簡便に測定することができる。

更に、演算制御部５１は、ベルト張力の変化量ΔＴを、ロードセル３０で検出された従動軸２２の荷重の変動量に１／２を乗じて算出する。また、演算制御部５１は、ベルト長さの変化率ΔＬを、駆動プーリ１２及び従動プーリ２２の回転周期内で変動するベルト長さの最小値Ｌ₀を偏心量ｇの４倍で割って算出する。従って、ベルト張力の変化量ΔＴ及びベルト長さの変化率ΔＬを簡単に算出することができる。以上から、走行中の伝動ベルト２の弾性係数を、より簡便に測定することができる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態及び実施例に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態及び実施例の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

本実施形態では、駆動プーリ１２の有効直径と従動プーリ２２の有効直径とが同じである。しかしながら、本発明において、駆動プーリ１２の有効直径と従動プーリ２２の有効直径とが異なっていてもよい。

本実施形態では、駆動プーリ１２が偏心プーリである。しかしながら、本発明において、従動プーリ２２が偏心プーリであって良い。この場合は、駆動プーリ１２は偏心プーリでない。

本実施形態では、駆動プーリ１２の中心ｃ１の位置が、駆動プーリ１２の回転周期内においてベルト張力が最小となる位置、即ち、駆動プーリ１２の軸心ｃ２の位置よりも基準線上の従動軸２１側となる位置になるときに、従動軸２１に荷重を付与しているがそれに限定されない。例えば、駆動プーリ１２の中心ｃ１の位置が、主軸の軸心を通り基準線に略直交する直線上に位置するときに、従動軸２１に荷重を付与してもよい。

本実施形態では、ボールネジ４３は、原動機４１の回転運動によって軸回転するように構成される。しかしながら、ボールネジ４３は、タイミングベルトを含む減速機を介して、原動機４１の駆動回転に減速比を与えつつ、軸回転するものであってもよい。

本実施形態では、駆動軸１１及び従動軸２１を、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向が略水平方向となるように配置している。しかしながら、駆動軸１１及び従動軸２１を、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向と直交する方向が略鉛直方向となるように配置してもよい。例えば、従来の伝動ベルトの検尺機を用いてもよい。

本実施形態では、伝動ベルト２は、Ｖリブドベルトである。しかしながら、伝動ベルト２は、他の摩擦伝動ベルト（例えば、ローエッジコグタイプのＶベルトや平ベルト）や、かみ合い伝動ベルト（例えば、歯付きベルト）であってもよい。

本実施形態では、荷重付与機構４０は、ボールネジ機構で構成される。しかしながら、本発明において、荷重付与機構４０は、重錘機構であってもよい。尚、従動軸２１に所定の軸荷重Ｗ０を付与した後、駆動軸１１及び従動軸２１を固定するための固定構成が別途必要となる。固定機構は、例えば、従動ベース２４と架台１５または架台２６とを連結するアンカー部材等が考えられる。

本実施形態では、原動機４１が電動サーボモータであって、演算制御部５１が原動機４１をフィードバック制御している。しかしながら、本発明において、原動機４１がステッピングモータであって、演算制御部５１が原動機４１をデジタル制御するものであっても良い。

本実施形態では、慣らし走行時間が経過するまで、伝動ベルト２の慣らし走行を行っている。しかしながら、本発明において、プーリにベルトと係合する溝部を必要としないベルト（例えば平ベルト）の場合等は、慣らし走行は行わなくてよい。つまり、演算制御部５１は、駆動モータ１３の駆動を開始させると、弾性係数ＡＥの演算処理を開始して良い。

次に、本実施例に係る伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法について説明する。本実施例では、上述の本実施形態に係る伝動ベルト弾性係数測定装置１及び伝動ベルト弾性係数測定方法を用いて、伝動ベルト２の弾性係数を測定した。

［実施例］
本実施例では、駆動プーリ１２の偏心量ｇは、 ４．６ｍｍとした。尚、４．６ｍｍとしたのは、実際に想定する補機駆動ベルトシステムにおけるベルト張力変動量に近似させるためである。また、駆動プーリ１２及び従動プーリ２２は、その有効直径ｄを、共に９５．４９ｍｍとした。駆動プーリ１２及び従動プーリ２２は、ともに、Ｋ形のリブ溝形状を有し溝数が６のＶリブドプーリとした。

本実施例では、伝動ベルト２は、Ｖリブドベルトとした。具体的には、伝動ベルト２は、三ツ星ベルト社製６ＰＫ１５５５のＫ形のリブ溝を有し、ベルト幅方向のリブ山の数（以下「リブ数」と略する。）が６であり、ベルト長さ１５５５ｍｍ、ベルト幅２１．４ｍｍとした。尚、検尺機（検尺荷重：軸荷重５８８Ｎ、１リブ当たり９８Ｎに相当）を用いて実測したベルト長さの実測値は、１５５４．２ｍｍである。また、伝動ベルト２の心線は、ポリエステルコードを用いた撚糸ロープである。

本実施例では、駆動軸１１を駆動させる駆動モータ１３は、三相交流モータである。駆動モータ１３は、５０〜１８００ｒｐｍの回転数（例えば６００ｒｐｍ）に対応して、駆動軸１１及び駆動プーリ１２を回転駆動させる。

本実施例では、ロードセル３０は、従動ベース２４に連結されるアーム４６と、荷重付与機構４０のボールネジナットホルダ４４との間に介設させた。そして、本実施例は、ロードセル３０は、ステンレス製の引張／圧縮型ロードセル（定格容量：２０ｋＮ）（ユニパルス社製のＵＢ１−２０ｋＮ）を用いた。

本実施例では、荷重付与機構４０としてボールネジ機構を用いた。また、荷重付与機構４０の原動機４１は、電動サーボモータとした。そして、軸間距離を、リニアゲージにより計測する。

本実施例では、演算制御部５１により、ロードセル３０によって検出された従動軸２１に作用する軸荷重の歪み信号が、動歪み計に入力される。更に、演算制御部５１により、動歪み計に入力された信号が波形記録装置に入力されて、従動軸２１に作用する軸荷重の時系列変動データに変換されるものとした。尚、従動軸２１に作用する軸荷重の時系列変動データは、表示部５２に表示される。

本実施例では、予め、伝動ベルト２の弾性係数を測定する伝動ベルト弾性係数測定装置１を含む雰囲気を、温度２３±２℃、相対湿度５０±５％に調整した。

本実施例では、予め操作部５３により設定登録された下記の表１に示す運転条件で運転を行った。尚、運転条件は、予め設定登録された複数の運転条件の中からいずれか１つを選択するようにしても良い。つまり、演算制御部５１には、駆動プーリ１２及び従動プーリ２２の有効直径ｄ（表１に示す駆動プーリ有効直径及び従動プーリ有効直径）、偏心量ｇ、従動軸２１に付与する所定の軸荷重の設定値（表１に示す取付荷重）Ｗ０、駆動軸１１の回転数（表１に示す駆動軸回転数）、雰囲気温度、慣らし走行時間、及び、データ処理対象時間（表１に示す演算時間）からなる運転条件が入力される。

まず、伝動ベルト弾性係数測定装置１は、駆動プーリ１２及び従動プーリ２２に伝動ベルト２を巻き掛ける。次に、操作部５３の操作により、伝動ベルト弾性係数測定装置１の自動運転が開始される。そして、荷重付与機構４０により従動軸２１に所定の軸荷重Ｗ０を付与する。つまり、駆動プーリ１２が無回転状態のまま、原動機４１の回転運動によってボールネジ４３を軸回転させる。具体的には、ボールネジナットホルダ４４に連結された従動ベース２４を、リニアガイドレール２５に沿って従動軸２１に作用する軸荷重が増加する方向に移動させる。そして、駆動軸１１及び従動軸２１の軸間距離を離間させ、最終的に、従動軸２１に作用する軸荷重が８２０Ｎに収束した時点で、原動機４１の回転運動を停止し、ボールネジ４３の軸回転を完全に停止させる。その後、演算制御部５１で原動機４１をフィードバック制御することにより、従動軸２１に作用する軸荷重８２０Ｎが付与されるとともに、従動ベース２４が固定される。つまり、従動軸２１に作用する軸荷重８２０Ｎが付与される状態で、駆動軸１１及び従動軸２１の軸間距離が固定される。

本実施例では、駆動軸１１及び従動軸２１の軸間距離は、固定された後の状態で、６３４．５ｍｍであった。この時の伝動ベルト２のスパン長は、６２９．９ｍｍ（＝軸間距離６３４．５ｍｍ−偏心量４．６ｍｍ）である。また、基準線とベルトスパン上のピッチラインとのなす角度θは０°である。また、伝動ベルト２のベルト長さＬ₀は１５５９．７ｍｍである。尚、本実施例において、従動軸２１に荷重を作用させた時点のベルト長さＬ₀の値は、偏心プーリである駆動プーリ１２の回転周期毎に変動するベルト長さの最小値に相当する。また、駆動プーリ１２の回転周期内のベルト長さの変化量ΔＬは、１８．４ｍｍ（＝偏心量４．６ｍｍの４倍）である。

ここで、本実施例では、駆動プーリ１２の中心ｃ１の位置を、駆動プーリ１２の回転周期内において、ベルト張力が最小となる位置とした（図３（ａ）参照）。即ち、駆動プーリ１２の中心ｃ１の位置を、駆動軸１１及び従動軸２１の軸方向に見て、駆動軸１１の軸心ｃ２の位置よりも、基準線上の従動軸２１の軸心ｃ３側となる位置とした。これにより、伝動ベルト２の弾性係数の測定が、ベルトの伸びとベルト張力との関係を表すグラフ（後述する図７参照）における線形領域の範囲内で確実に行うことができる。そのため、取付荷重（従動軸２１に付与する所定の軸荷重の設定値）Ｗ０は、上記検尺荷重（５８８Ｎ）を上回る値（８２０Ｎ）とした。

その後、慣らし走行時間の間、伝動ベルト２が慣らし走行される。本実施例では、慣らし走行時間は、１分間とした。慣らし走行時間の終了信号が演算制御部５１に入力されると、即時に、伝動ベルト２の弾性係数の演算処理が開始される。本実施例では、駆動モータ１３による駆動プーリ１２の回転数を６００ｒｐｍ（１秒間に１０回転）とした。尚、駆動プーリ１２の回転数は、実際の補機駆動ベルトシステムにおけるアイドル回転数（クランクプーリの回転数）に近似した値である。

そして、演算制御部５１において、ロードセル３０によって検出される従動軸２１に作用する軸荷重Ｗの時系列変動量に基づいて算出されるベルト張力の変動量ΔＴと、駆動プーリ１２の偏心量に基づいて算出されるベルト長さの変化率ΔＬ／Ｌ₀とに基づき、走行中の伝動ベルト２の弾性係数を演算するデータ処理が実行される。

つまり、演算制御部５１は、慣らし走行終了直後からデータ処理対象時間（本実施例では、１秒間）を試験時間として、従動軸２１に作用する軸荷重Ｗの時系列変化データが表示、記録、及び出力を行った。具体的には、演算制御部５１で、ロードセル３０によって検出された軸荷重の歪み信号が、動歪み計（共和電業社製ＤＰＣ−８８Ａ）に入力され、更に波形記録装置（データロガー、ＦＦＴ等）に入力されて、軸荷重Ｗの時系列変動データに変換した。本実施例では、図６に示すような従動軸２１に作用する軸荷重Ｗの時系列変化が得られた。図６に示すように、駆動プーリ１２の回転周期毎に従動軸２１に作用する軸荷重Ｗの変動の波形が１ケ生成された。次に、演算制御部５１は、データ処理対象時間１秒間あたりの波形１０ケ（図６に示す、例えば０秒から１秒時点までの波形１０ケ）から得られる従動軸２１に作用する軸荷重Ｗの最大値及び最小値から、両者各々の平均値の差を従動軸２１に作用する軸荷重の変動量（平均値）ΔＷとして演算した。本実施例では、従動軸２１に作用する軸荷重Ｗの最大値（平均値）が３５９８（Ｎ）、従動軸２１に作用する軸荷重Ｗの最小値（平均値）が８２０（Ｎ）であるため、軸荷重変動量（波形１０ケの平均値）ΔＷ＝２７７８（＝３５９８−８２０）（Ｎ）となる。従って、ベルト張力の変動量ΔＴは、ベルト張力の変動量ΔＴ＝ΔＷ／２より、ΔＴ＝１３８９（Ｎ）と演算された。

また、演算制御部５１は、ベルト長さの変化率（ΔＬ／Ｌ₀）を演算した。本実施例では、駆動プーリ１２の回転周期内のベルト長さの変化率ΔＬ／Ｌ₀は、０．０１１８（＝１８．４／１５５９．７）であり、百分率（％）で１．１８％であった。

そして、演算制御部５１により、上述の数１に示す式に基づいて、ベルトの弾性係数ＡＥが演算された。更に、伝動ベルト２がＶリブドベルトであるので、数１に示す式によるベルトの弾性係数ＡＥの値（Ｎ）は、リブ数で除され、１リブ当たりの弾性係数（Ｎ／リブ）に整理される。よって、走行中の伝動ベルト２の弾性係数ＡＥは、ＡＥ＝（１３８９×１５５９．７／１８．４）／６ と演算される。つまり、走行中の伝動ベルト２の弾性係数ＡＥは、１９６２３（Ｎ／リブ）と演算された。

［比較例］
次に、比較例の伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法について説明する。比較例では、図４に示すような駆動プーリ１１２及び従動プーリ１２２のレイアウトを有する伝動ベルト弾性係数測定装置を用いて、走行中のベルトの弾性係数を求めた。比較例の伝動ベルト弾性係数測定装置は、従動軸に軸荷重を付与する荷重付与機構として重錘機構を備える。そして、比較例の伝動ベルト弾性係数測定装置では、重錘機構によって従動軸１２１に所定の軸荷重を付与することで、伝動ベルト１０２に所定の軸荷重の半分の荷重を付与しつつ、伝動ベルト１０２を所定の速度で走行させる。ここで、駆動軸１１１は固定され、且つ、従動軸１２１は鉛直方向に移動可能に配置されている。比較例で用いた伝動ベルト弾性係数測定装置では、従動軸１２１に付与する軸荷重の許容範囲を最大２０００Ｎとした。つまり、伝動ベルト１０２に付与する負荷（ベルト張力）の許容範囲に換算すると、最大１０００Ｎとなる。

比較例の伝動ベルト弾性係数測定装置で用いた駆動プーリ１１２及び従動プーリ１２２の有効直径は、本実施例の駆動プーリ１２及び従動プーリ２２の有効直径と同じ９５．４９ｍｍである。また、駆動プーリ１１２及び従動プーリ１２２はともに、本実施例の駆動プーリ１２及び従動プーリ２２と同様に、Ｋ形のリブ溝形状を有し溝数が６のＶリブドプーリである。したがって、駆動プーリ１１２及び従動プーリ１２２のいずれも偏心プーリではない以外は、本実施例の駆動プーリ１２及び従動プーリ２２と同じ仕様である。また、比較例の伝動ベルト弾性係数測定装置で用いた伝動ベルト１０２は、本実施例の伝動ベルト２と同じものである。

比較例の伝動ベルト弾性係数測定装置において、駆動プーリ１１２、従動プーリ１２２及び伝動ベルト１０２を含む雰囲気を、温度２３±２℃、相対湿度５０±５％に調整した。そして、駆動プーリ１１２と従動プーリ１２２との間に伝動ベルト１０２を巻き掛け、重錘機構により、従動軸１２１に付与する予荷重を２４０Ｎとした。つまり、伝動ベルト１０２に付与する負荷（予張力）を１２０Ｎとした。尚、比較例の伝動ベルト弾性係数測定装置では、駆動軸１１１が固定軸のため、従動軸１２１の移動距離は、駆動軸１１１及び従動軸１２１の軸間距離の変化量に等しい。そして、駆動プーリ１１２の回転数を５０ｒｐｍとし、慣らし走行時間を１分とした。

比較例の伝動ベルト弾性係数測定装置では、以下の工程により、伝動ベルト１０２の弾性係数を測定した。

まず、伝動ベルト１０２に対し負荷を多段階に変量操作して、伝動ベルト１０２のＳ−Ｓ曲線を作成した。具体的には、慣らし走行後もそのまま伝動ベルト１０２を走行させつつ、伝動ベルト１０２に付与する負荷を、予荷重（１２０Ｎ）から多段階（計７段階）に増加させた。尚、伝動ベルト１０２に付与する負荷の増加は、手動操作によって行われた。そして、伝動ベルト１０２に付与する負荷を変量させる度に、従動軸１２１の軸荷重と、駆動軸１１１及び従動軸１２１の軸間距離とを測定した。そして、各段階で測定した従動軸１２１の軸荷重と、駆動軸１１１及び従動軸１２１の軸間距離との値に基づいて、ベルト張力Ｔ（従動軸１２１の軸荷重の１／２）（Ｎ）とベルト長さの変化率（ΔＬ／Ｌ₀）（％）との関係に変換した伝動ベルト１０２のＳ−Ｓ曲線を作成した。尚、ベルト長さの変化率は、ベルト伸びの変化率に相当する。尚、比較例における伝動ベルト１０２の長さは、実施例と同様に、「２×軸間距離＋プーリ有効直径×円周率」に基づいて算出した。比較例のＳ−Ｓ曲線の結果を図７に示す。

次に、伝動ベルト１０２のＳ−Ｓ曲線の線形領域におけるデータから伝動ベルト１０２の弾性係数を計算した。具体的には、伝動ベルト１０２のＳ−Ｓ曲線の線形領域で、かつ、実施例のベルト張力範囲（４１０Ｎ〜１７９９Ｎ）が重なる部分における任意のベルト張力の変動量ΔＴと、ベルト張力の変動量ΔＴに対応するベルト長さ変化率ΔＬ／Ｌ₀を計算した。尚、実施例のベルト張力範囲（４１０Ｎ〜１７９９Ｎ）は、図６に示す本実施例の従動軸２１の軸荷重Ｗの値に基づいて算出される。つまり、実施例のベルト張力範囲（４１０Ｎ〜１７９９Ｎ）は、図６に示す本実施例の従動軸２１の軸荷重Ｗの半分の値の範囲に相当する。具体的には、ベルト張力４１０Ｎ〜１０００Ｎの範囲内における任意のベルト張力の変動量ΔＴ（例えば、図７の斜線部の範囲におけるベルト張力７１０Ｎから４７５Ｎを差し引いたベルト張力の変動量ΔＴである２３５Ｎ）と、このベルト張力の変動量ΔＴに対応するベルト長さの変化率ΔＬ／Ｌ₀（百分率で０．２％）と、を計算した。そして、これらの値を、数１に示す式に代入して得られたＡＥの値をリブ数で除して、１リブ当たりの弾性係数を、比較例の伝動ベルト１０２の弾性係数ＡＥとして算出した。

その結果、ベルト張力の変動量ΔＴが２３５（＝７１０−４７５）Ｎのときに、ＡＥ＝２３５／０．００２／６と演算され、比較例の走行中の伝動ベルト１０２の弾性係数ＡＥは、１９５８３（Ｎ／リブ）と演算された。

［考察］
本実施例の伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法と、比較例の伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法とを比べると、以下のことが分かった。

伝動ベルトの慣らし走行終了までにかかった所要時間は、実施例は３分足らずであったが、比較例は４分となり実施例に比べ時間が掛かった。これは、比較例では荷重付与機構による従動軸に対する軸荷重の付与を手動で行ったのに対して、実施例では、荷重付与機構による従動軸に対する軸荷重の付与を自動で行っているからである。つまり、荷重付与機構がボールネジ機構である実施例の方が、荷重付与機構が重錘機構である比較例と比べて、従動軸に対する軸荷重の付与が簡便に行えることがわかった。尚、荷重付与機構がボールネジ機構である場合は、荷重付与機構が重錘機構である場合に比べ、荷重付与の操作１回当たり約１分短縮されることになる。

次に、伝動ベルトの慣らし走行後、走行中の伝動ベルトの弾性係数を求める試験が開始された時点から、最終的に伝動ベルトの弾性係数ＡＥの測定結果が出力された時点までの所要時間は、実施例では５秒であったのに対して、比較例では１７分であった。尚、比較例の所要時間の内訳は、伝動ベルトに対し負荷を多段階に変量する操作を行って、伝動ベルトのＳ−Ｓ曲線を作成するのに要した時間が１６分であり、伝動ベルトのＳ−Ｓ曲線の線形領域におけるデータから伝動ベルトの弾性係数を計算するのに要した時間が１分である。これは、比較例では、変量させる軸荷重毎に、従動軸に対して軸荷重を付与して、伝動ベルトの張力を測定し、伝動ベルトのＳ−Ｓ曲線を計算する操作が必要となるが、実施例では、軸荷重を変量させる操作が必要ないからである。具体的には、つまり、実施例の方が比較例よりも伝動ベルトの弾性係数の演算する際に用いる走行中の伝動ベルトのベルト張力の変動量ΔＴを求める処理を簡便に行うことができたことがわかった。

尚、比較例において、荷重付与機構にボールネジ機構とした場合は、前述のように、荷重付与機構が重錘機構である場合に比べ、荷重付与操作１回当たり約１分短縮される。よって、荷重付与機構にボールネジ機構とした場合の比較例では、ベルト１本当たりの総測定時間は約１３分（荷重付与操作回数計８回につき、約２１分から８分短縮）となると予測される。しかしながら、荷重付与機構にボールネジ機構とした場合の比較例でも、実施例（約３分）は、比較例（約１３分）と比べて、十分に短いといえる。

また、本実施例による伝動ベルトの弾性係数の測定結果が１９６２３（Ｎ／リブ）であり、比較例による伝動ベルトの弾性係数の測定結果が１９５８３（Ｎ／リブ）であるため、測定結果は互いに近似している。従って、本実施例の伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法は、実用に供することができることがわかった。

以上から、伝動ベルト１本当たりの総測定時間でみると、実施例は約３分、比較例は約２１分となった。よって、本実施例は比較例と比べて、伝動ベルトの弾性係数の測定を簡便に行うことができていることがわかった。特に、走行中の伝動ベルトのベルト張力の変動量ΔＴを求める処理において、顕著に簡便となることがわかった。つまり、荷重付与機構の構成に依らず、本実施例の伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法は、比較例の伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法と比べて、走行中のベルトの弾性係数の測定にかかる時間が十分に短縮されるとともにデータ処理にかかる労力が軽減できることがわかった。そして、ベルトシステムへの適用の対象となる伝動ベルトの弾性係数を、数十種に及ぶ詳細な設計仕様毎に繰り返し測定すべきケースを想定すると、伝動ベルトの弾性係数を、十分に簡便に測定することができる効果が得られていることがわかった。

本発明を利用すれば、走行中の伝動ベルトの弾性係数を、簡便に測定することができる伝動ベルト弾性係数測定装置及び伝動ベルト弾性係数測定方法を提供することができる。

１ 伝動ベルト弾性係数測定装置
２ 伝動ベルト
１１ 駆動軸
１２ 駆動プーリ
１３ 駆動モータ（駆動部）
１４ 駆動ベース（駆動軸支持部）
１５ 架台（駆動軸支持部）
２１ 従動軸
２２ 従動プーリ
２３ 従動軸受（従動軸支持部）
２４ 従動ベース（従動軸支持部）
２５ リニアガイドレール（従動軸支持部）
３０ ロードセル（軸荷重検出部）
４０ 荷重付与機構
４３ ボールネジ（ネジ軸）
４３ａ ネジ溝
４４ ボールネジナットホルダ（ナット）
４４ａ ネジ溝
４７ ボール
４７ａ 転動路
５１ 演算制御部

Claims (5)

1. 駆動プーリが回転可能に取り付けられた駆動軸と、
   前記駆動軸に平行に配置されて、従動プーリが回転可能に取り付けられた従動軸と、
   前記駆動軸及び前記従動軸の軸方向に見て、いずれか一方の軸心が中心から所定の偏心量だけ離れた位置に形成されるとともに、いずれか他方の軸心が中心の位置に形成された前記駆動プーリ及び前記従動プーリと、
   前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられた伝動ベルトと、
   前記駆動軸を駆動させる駆動部と、
   前記駆動軸を移動不能に支持する駆動軸支持部と、
   前記従動軸を前記駆動軸及び前記従動軸の軸方向と直交する方向に移動可能に支持する従動軸支持部と、
   前記駆動軸支持部及び前記従動軸支持部に連結されるとともに、前記従動軸に所定の軸荷重を付与させた位置で、前記駆動軸及び前記従動軸を固定する荷重付与機構と、
   前記従動軸に作用する軸荷重を検出する軸荷重検出部と、
   前記駆動部により前記駆動軸を駆動させて、前記伝動ベルトを走行させるとともに、前記軸荷重検出装置で検出された前記軸荷重の変動量から算出されるベルト張力の変動量に、前記偏心量から算出されるベルト長さの変化率を乗じて、前記伝動ベルトの弾性係数を演算する演算制御部と、
   を備えることを特徴とする、伝動ベルト弾性係数測定装置。
2. 前記荷重付与機構は、
   前記駆動軸支持部に連結されるとともに前記駆動軸及び前記従動軸の軸方向と直交する方向に配置され、螺旋状のネジ溝を外周面に有するネジ軸と、
   前記従動軸支持部に連結されるとともに前記ネジ軸を包囲するように配置され、前記ネジ軸のネジ溝に対向するネジ溝を内周面に有するナットと、
   前記ネジ軸のネジ溝及び前記ナットのネジ溝で形成される転動路に転動自在に配置されたボールと、
   を含むボールネジ機構であることを特徴とする、請求項１に記載のベルト弾性係数測定装置。
3. 前記駆動プーリの有効直径と前記従動プーリの有効直径とが同じであることを特徴とする、請求項１または２に記載のベルト弾性係数測定装置。
4. 前記演算制御部は、
   前記ベルト張力の変化量を、前記軸荷重検出装置で検出された前記従動軸の前記軸荷重の変動量に１／２を乗じて算出し、
   前記ベルト長さの変化率を、前記駆動プーリ及び前記従動プーリの回転周期内で変動するベルト長さの最小値を前記偏心量の４倍で割って算出することを特徴とする請求項３に記載のベルト弾性係数測定装置。
5. 駆動軸に回転可能に取り付けられた駆動プーリと、前記駆動軸に平行に配置された従動軸に回転可能に取り付けられた従動プーリと、の間に巻き掛けられた伝動ベルトの弾性係数を測定する伝動ベルト弾性係数測定方法であって、
   前記駆動軸及び前記従動軸の軸方向に見て、いずれか一方の軸心が中心から所定の偏心量だけ離れた位置に形成されるとともに、いずれか他方の軸心が中心の位置に形成された前記駆動プーリ及び前記従動プーリの間に伝動ベルトを巻き掛ける工程と、
   前記従動軸に所定の軸荷重を付与させた位置で、前記駆動軸及び前記従動軸を固定する工程と、
   前記駆動軸を駆動させて、前記伝動ベルトを走行させる工程と、
   前記従動軸に作用する軸荷重を検出する工程と、
   前記従動軸の前記軸荷重の変動量からベルト張力の変動量を算出する工程と、
   前記偏心量からベルト長さの変化率を算出する工程と、
   前記ベルト張力の変動量及び前記ベルト長さの変化率に基づいて、前記伝動ベルトの弾性係数を演算する工程と、
   を備えることを特徴とする、伝動ベルト弾性係数測定方法。

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