JP4441722B2

JP4441722B2 - 伝動ベルトおよび伝動ベルト寿命予知装置

Info

Publication number: JP4441722B2
Application number: JP2003202386A
Authority: JP
Inventors: 博之市場
Original assignee: Gates Unitta Asia Co
Current assignee: Gates Unitta Asia Co
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2023-07-28
Also published as: JP2004138237A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯付ベルト等の伝動ベルトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
伝動ベルトは、長時間使用されると、歯布やリブゴムが摩耗するとともに、ゴムの硬化により、伝動ベルト表面にクラックが生じる。この摩耗やクラックが進行し伝動ベルトの破断や歯欠け等が起こることにより、伝動ベルトとプーリにおける伝動作用が低下するため、伝動ベルトが破断等する前に伝動ベルトを交換する必要がある。
【０００３】
しかし、伝動ベルトが例えば歯付ベルトであるとき、摩耗やクラックがいくら進行しても、ベルトの破断や歯欠けが起こる兆候である異音等が何ら生じないため、伝動ベルトとプーリにおける伝動作用が低下する時期の把握が難しい。特に、自動車のカム軸用等に使われる歯付ベルトは、機関内部に設けられているため、摩耗やクラックの発生の確認を逐次行うことができず、ベルトの交換時期を把握することは困難である。
【０００４】
また、ベルトが使用限界になると警告を発する装置として、電気回路から構成するものが従来知られているが、その構成は複雑である（例えば、実用新案文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭６０−１２７４７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は伝動ベルトとプーリが伝達不能となる時期を予見し、ベルトの交換時期を把握することができる簡単な構成を有する伝動ベルトを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る伝動ベルトは、プーリに掛け回され、プーリとの接触面の近傍に異物が埋設され、接触面が摩耗することによって異物が接触面に露出し、プーリに対する伝動作用の低下が判定可能となることを特徴とする。これにより、伝動ベルトの使用者は、伝動ベルトが使用できなくなる前に、取り替えることができる。
【０００８】
プーリと異物は接触することによって警告音を発することが好ましい。これにより、伝動ベルトの使用者は伝動ベルトを逐次確認することなく、伝動ベルトの伝動作用の低下が判定できる。
【０００９】
異物はプーリより軟らかいことが好ましい。これにより、プーリを摩耗させることなく、伝動ベルトの伝動作用の低下が判定できる。
【００１０】
異物の長手方向は接触面の垂直方向であることが好ましく、さらに、異物の幅は接触面に近づくほど小さくなることが好ましい。これにより、伝動ベルトの摩耗の程度が識別できる。また、異物が複数埋設される場合、少なくとも一部の異物の接触面からの距離は他の異物の接触面からの距離と異なることが好ましい。これにより、さらに正確に伝動ベルトの摩耗の程度が識別できる。
【００１１】
また、例えば視覚によりベルトの摩耗の程度を識別したい場合、異物は伝動ベルトが有する帆布またはゴム層と異なる色に着色されていることが好ましい。さらに、伝動ベルト寿命予知装置に備えられる場合、プーリと異物が接触することによって特定の周波数の音を発することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る伝動ベルト寿命予知装置は、プーリに掛け回され、プーリとの接触面の近傍に異物が埋設され、接触面が摩耗することによって異物が接触面に露出し、プーリと異物が接触することによって特定の音を発する伝動ベルトと、プーリと伝動ベルトの接触部の近傍に設置され特定の音を検出する音センサと、特定の音に応じて警告を発する警報機とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この場合、伝動ベルトが所定の速度で回転し、プーリと異物が所定の周期で接触することによって、特定の音が所定の周期で発生する。そして、好ましくは、警報機は、特定の音が所定の周期で発生した場合に、警告を発する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は第１の実施形態である歯付ベルト１０の部分的な側面図を示す。この図において、歯付ベルト１０の上面側には、歯部が形成された歯ゴム層１２が設けられ、背面側には背ゴム層２２が設けられる。歯ゴム層１２と背ゴム層２２の間には心線１４が埋設されている。歯ゴム層１２すなわち歯部の表面は、帆布１８で覆われている。
【００１５】
歯付ベルト１０がプーリに掛け回されるとき、帆布１８の表側が、プーリとの接触面１８ａとなる。接触面１８ａの近傍には、接触面１８ａから略等距離に複数の円錐状の異物２５がランダムな間隔で埋設されている。異物２５の長手方向は接触面１８ａの垂直方向であり、円錐の頂点が表側を向いている。すなわち、異物２５の幅は接触面１８ａに近づくほど小さくなっている。なお、一例として、異物２５の長さは１ｍｍ以下であり、幅は数１００μｍ程度である。
【００１６】
図２は図１のII−II線に沿う断面図を示す。異物２５は、心線１４に干渉しない位置に埋設され、円錐の底面が歯ゴム層１２内に位置し、円錐の頂点が帆布１８内に位置している。
【００１７】
本実施形態においては、歯付ベルト１０は、ゴム層や接着剤によってコーティングされた帆布１８が歯付金型に巻き付けられ、帆布１８の上に心線１４、ゴムシートが巻き付けられ、加硫して成型されたのち、切断されることによって製造される。異物２５は、心線１４が巻き付けられた後に帆布１８に打ち込まれ取り付けられる。これにより、異物２５は、心線１４を避けるように埋設される。異物２５は、ランダムに複数埋設されているが、等間隔に埋設されるようにしても良いし、異物２５は１個であっても良い。
【００１８】
接触面１８ａは歯付ベルト１０がプーリに掛け回され、回転させられることにより摩耗し、摩耗が進行すると、異物２５が接触面１８ａに露出する。歯付ベルト１０が回転させられるとき、異物２５が接触面１８ａに露出しているので、プーリと異物２５が接触し警告音が生じる。
【００１９】
異物２５の断面積は接触面に近いほうが狭くなっており、接触面から遠ざかると広くなる。したがって、摩耗が進むにつれて、プーリと異物２５との接触面積が広くなり、これにより警告音も大きくなる。
【００２０】
以上のように第１の実施形態においては、異物２５がプーリとの接触面の近傍に埋設されることにより、摩耗が一定量進行すると、伝動ベルトが回転させられるとき警告音が生じる。歯付ベルト１０は摩耗がさらに進むと歯欠けや破断を生じ、プーリと伝動不能となるので、歯付ベルト１０の使用者等は、警告音により、歯付ベルト１０がプーリと伝動不能となる時期が近づいていることを知ることができる。すなわち、歯付ベルト１０の使用者等は、警告音により、プーリに対する歯付ベルト１０の伝動作用の低下が判定可能である。また、警告音は摩耗が進むにつれ、徐々に大きくなるので、的確に歯付ベルト１０の伝動作用の低下が判定可能である。
【００２１】
なお、第１の実施形態においては、異物２５は円錐であったが、その長手方向が接触面１８ａの垂直方向であり、その幅が接触面１８ａに近づくほど小さくなっているものであればよく、例えば、斜切円柱等であっても良い。
【００２２】
図３は第２の実施形態である歯付ベルト３０の部分的な側面図を示す。第１の実施形態において複数の異物は、接触面との距離がほぼ等距離に埋設されていたが、本実施形態においては、接触面との距離が各々異なるように埋設されている。また、異物の形状も異なる。以下第１の実施形態と相違する点のみ説明する。
【００２３】
異物４５ａ、４５ｂ、４５ｃは円柱であり、歯付ベルト３０の歯底４７に埋設されている。接触面３８ａから異物４５ａ、異物４５ｂ、異物４５ｃの先端までの距離はＨ１、Ｈ２、Ｈ３であり、距離Ｈ１が最も短く、距離Ｈ３が最も長い。
【００２４】
接触面３８ａの摩耗が進行すると、まず異物４５ａが接触面３８ａに露出し、プーリと異物４５ａの接触により警告音が生じる。これにより、使用者等は、歯付ベルト３０のプーリに対する伝動作用が低下する時期が近づいてきていることを知ることができる。
【００２５】
更に摩耗が進行すると、異物４５ａのみならず、異物４５ｂも接触面３８ａに露出するため、異物４５ａのみが露出するときに比べて接触面３８ａへの異物の露出面積が大きくなる。したがって、異物４５ａのみの場合よりも大きい警告音が生ずる。これにより、使用者等は、歯付ベルト３０の摩耗がさらに進み、歯付ベルト３０のプーリに対する伝動作用が低下する時期がさらに近づいてきていると認識する。
【００２６】
また、さらに摩耗が進行すると、異物４５ａ、４５ｂ、４５ｃが接触面３８ａに露出するため、さらに警告音が大きくなり、使用者等は歯付ベルト３０のプーリに対する伝動作用が低下する時期がさらに近づいてきていると知ることができる。
【００２７】
なお、本実施形態においては歯付ベルト３０の図示されない部分にも同様に異物が埋設されているが、図３に示した実施形態は模式的であり、すべての歯底に異物が埋設されているわけではなく、歯付ベルトに応じて、埋設される異物の数が調整される。また、異物４５ａ、４５ｂ、４５ｃは、接触面３８ａの近傍ならば、第１の実施形態と同様に歯底以外の位置に埋設されていても良い。なお、異物４５ａ、４５ｂ、４５ｃは円錐や斜切円柱等にしてもよい。
【００２８】
以上のように第２の実施形態においては、少なくとも一部の異物の接触面からの距離が他の異物の接触面からの距離と異なることにより、歯付ベルトは、摩耗程度に応じた警告音を発生させることが可能となる。
【００２９】
なお、第１および第２の実施形態において、異物は、帆布の上に心線、ゴムシートが巻き付けられる前すなわち帆布のみが歯付金型に巻き付けられた状態で取り付けられても良い。また、異物は加硫成型後ベルト背面より歯底に取り付けても良い。
【００３０】
図４は第３の実施形態におけるＶリブドベルト５０の部分的な断面図を示す。本実施形態において第１および第２の実施形態と相違する点は、異物が埋設される伝動ベルトがＶリブドベルトである点である。以下相違点のみ説明する。
【００３１】
Ｖリブドベルト５０の背面側には背面帆布６２（または背ゴム６２）が設けられ、上面側にはリブゴム５２が設けられる。リブゴム５２にはリブが形成され、リブゴム５２と背面帆布６２（または背ゴム６２）の間には心線５４が長手方向に埋設されている。心線５４の周りには接着ゴム５５が密着している。
【００３２】
Ｖリブドベルト５０がプーリに掛け回されるとき、リブゴム５２の表側が、プーリとの接触面５２ａとなる。接触面５２ａの近傍には、第１の実施形態と同様に複数の円錐状の異物６５ａ、６５ｂがランダムに埋設されている。
【００３３】
第３の実施形態においても第１および第２の実施形態と同様な効果が得られる。
【００３４】
第１ないし第３の実施形態において、伝動ベルトが、歯付ベルトおよびＶリブドベルトの場合についてのみ説明したが、伝動ベルトは他の伝動ベルトであってもよい。
【００３５】
また、異物は、伝動ベルト回転時、プーリに接触することにより警告音が発せられるものでなくてもよく、異物がプーリとの接触面に露出したとき、人間の視覚的に識別できるもの、例えば、帆布やゴム層と異なる色が着色された異物を用いることも可能である。
【００３６】
なお、異物は金属やプラスチック、ゴム等で良いが、プーリの摩耗を防止するため、プーリより軟らかい材料でなければならない。
【００３７】
図５は本発明における第４の実施形態を示す。本実施形態は、自動車のエンジンルームに設けられ、伝動ベルトのプーリに対する伝動作用の低下を使用者等に知らせる伝動ベルト寿命予知装置に関するものである。
【００３８】
伝動ベルト７２は異物が埋設されており、自動車のエンジンルーム内でプーリ７０に掛け回されている。本実施形態における伝動ベルト７２が、第１ないし第３の実施形態の伝動ベルトと相違するのは、回転させられたとき、異物がプーリ７０と接触することによって特定の周波数の音を発する点である。その他の伝動ベルト７２の構成は第１ないし第３の実施形態の伝動ベルトと同様であり、異物が発する特定の周波数における音の大きさは、伝動ベルト７２の摩耗が進むにつれて大きくなる。
【００３９】
プーリ７０と伝動ベルト７２の接触部の近傍にはマイクロフォン７３（音センサ）が設置される。マイクロフォン７３により、異物が発する特定の周波数における音の大きさが検出され、その音データはＣＰＵ７４に送られる。ＣＰＵ７４には、異物がプーリ７０と接触し始めたときに生ずる特定の周波数における音の大きさ以上に設定された閾値が予め記憶されている。ＣＰＵ７４に送られた音データは、閾値と比較され、特定の周波数における音の大きさが閾値を超えていると判断された場合、ランプ７５が点灯される。
【００４０】
ランプ７５は自動車の運転者等に警告を発する警報機であり、運転者が見える位置（例えば計器盤）に取り付けられている。運転者等はランプ７５の点灯により、伝動ベルト７２のプーリ７０に対する伝動作用の低下を判定することができる。この判定は、伝動ベルト７２の発する音が安定しているアイドリング時などに行うことが望ましい。
【００４１】
以上のように第４の実施形態によれば、伝動ベルトのプーリに対する伝動作用の低下をより確実に検出することができる。
【００４２】
なお、ＣＰＵ７４によって比較される音データは特定の周波数における音の大きさではなく、音圧であってもよい。
【００４３】
第５の実施形態について、第４の実施形態との相違点のみを説明する。本実施形態においては、ベルト７２には円柱の異物が１個のみ埋設される。ベルト７２が磨耗し、異物が接触面に露出すると、プーリ７０の噛み合い部と異物との接触によって特定音が発生する。この特定音は、プーリ７０の噛み合い部と異物との接触のみによって発生するので、ベルト７０が１回転するごとに１回のみ発生する。つまり、本実施形態においては、磨耗が進み異物が露出すると、ベルトが所定の速度で回転した場合、所定の周期を有する特定音が発生する。なお、この特定音は所定量以上の音量（音圧）を有する音である。
【００４４】
発生した特定音はマイクロフォン７３によって検知され、その音データはＣＰＵ７４に送られる。ＣＰＵ７４ではその音データに基づいて警告が発生させられる。すなわち、音量（音圧）が所定量以上である音が、所定の周期で所定回数以上発生した場合にのみ警告が発生するように制御される。
【００４５】
以上のように本実施形態においては、一定の周期で特定音が発生した場合にのみ、警告を発生する構成にすることにより、異物とプーリ７２との接触以外の音によって、誤って警告が発生させられることが防止される。
【００４６】
なお、本実施形態においては、異物は１個のみ埋設されるが、例えば、複数の異物がベルトの幅方向の同一線上に埋設されるようにしても良い。これにより、複数の異物とプーリ７２の接触が同時に起こるので、特定音は、異物が１個のみ埋設された場合に比べて、大きな音量（音圧）を有することとなる。
【００４７】
第６の実施形態について、第５の実施形態との相違点のみを説明する。本実施形態においては、異物をベルトの長手方向に２以上並列して埋設し、少なくとも１つの異物の接触面からの距離を他の異物の接触面からの距離と異ならせる。これにより、例えば、磨耗がある程度進んだところでは、ベルトが１回転するごとに特定音が１回発生し、さらに磨耗が進むと、ベルトが１回転するごとに特定音が２回発生する。そして、さらに磨耗が進んでいくと、ベルト１回転ごとの特定音の発生回数は、異物の埋設される数に応じて増加していく。なおこの場合、ベルトが１回転する間に発生する特定音の発生パターンは、磨耗程度が同等のときは同一となる。
【００４８】
これらの発生した特定音は、マイクロフォン７３によって検知され、その音データはＣＰＵ７４に送られる。ＣＰＵ７４では、ベルト７２が１回転するごとに特定音が発生する回数や、特定音の発生パターンに基づいて警告が発せられる。すなわち、例えばＣＰＵ７４では、ベルトが１回転するごとに、１回特定音が発生した場合には、レベル１の警告を発生する。そして、ベルトが１回転するごとに、２回特定音が発生した場合には、レベル１のときよりベルトの磨耗が進んだとしてレベル２の警告を発生する。以上のように第６の実施形態では、第５の実施形態に比べ、ベルトの磨耗程度がより明らかに把握することができる。
【００４９】
【実施例】
以下、実施例１、２、比較例を用いて、第５の実施形態の効果について詳細に説明する。本実施例、比較例において、異物が埋設された伝動ベルト７２（図５参照）は、原動プーリと従動プーリ（プーリ７０）に掛け回され、５５０ｒｐｍで回転させられた。マイクロフォン７３は、そのマイク部（音センサ部）の位置がプーリ７０と伝動ベルト７２の噛み込み部から３０ｍｍの位置になるように設置された。異物は、実施例１においては、金属製の円柱でその直径が３ｍｍであり、伝動ベルト７２の歯底部に１個埋設された。実施例２においては、異物は、金属製の円柱でその直径が１．５ｍｍであり、伝動ベルト７２の歯底部の幅方向に延びる同一線上に３個埋設された。比較例においては、異物は、金属製の円柱でその直径が１．５ｍｍであり、伝動ベルト７２の歯底部に１個埋設された。
【００５０】
なお、実施例、比較例は、本実施形態の効果の確認のための例であって、伝動ベルトが磨耗される前から、予め異物の上面の全体を歯底の接触面に露出させたベルトを使用して行なった。
【００５１】
図６に実施例１のマイクロフォン７３によって検知された音を示す。図６から明らかなように、本実施例の伝動ベルトを回転させると、本装置は、伝動ベルト７２とプーリ７０の噛み合いにより常時発生する８０ｄＢ前後の音に加えて、特定音Ｘが発生した。特定音Ｘは、常時発生する音より音圧（音量）が大きく、所定時間毎に（一定の周期で）発生する音であった。この特定音Ｘは、プーリ７２とベルト７０の噛み合い部と、異物との接触によって発生する音であって、音が発生する周期は、ベルトが１回転する周期（ベルト周期）と同一であった。なお、本実施例においては、特定音Ｘは装置から約１ｍ程度離れた地点でも、人の耳によって聞き取ることができた。
【００５２】
実施例２においても、マイクロフォンによって検知された音は図示しないが、特定音Ｘを検知することができた。なお、実施例２における特定音Ｘは、ベルトから１０ｃｍ程度離れた地点において、人の耳によって聞き取ることができた。
【００５３】
図７に比較例のマイクロフォン７３によって検知された音を示す。図７から明らかなように、比較例においても実施例と同様に、伝動ベルトを回転させると、本装置は、伝動ベルトとプーリの噛み合いにより８０ｄＢ前後の音を常時発生させた。しかし、比較例においては、実施例において検知された一定の周期で発生する特定音Ｘは検知されなかった。これは、比較例において埋設された異物の直径が小さいので、異物によって発生する音は小さく、常時発生する音と混同したためと考えられる。
【００５４】
実施例１、比較例より、第５の実施形態において異物を１個だけ埋設した場合においては、異物の直径は、所定長（例えば１．５ｍｍ）より大きい必要があり、好ましくは、３ｍｍ程度必要なことが理解できる。また、実施例２が示すように、異物の直径が小さい場合であっても、異物の数を増やすことにより、本発明の効果を充分に発揮できることが理解できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の伝動ベルトは、簡単な構成により、摩耗が進行したときに警告音を発する。これにより、伝動ベルトとプーリにおける伝達作用が低下する時期が判定可能となり、ベルトの交換時期を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態である歯付ベルトの部分的な側面図を示す。
【図２】歯付ベルトの歯底における断面図を示す。
【図３】第２の実施形態である歯付ベルトの部分的な側面図を示す。
【図４】第３の実施形態であるＶリブドベルトの断面図を示す。
【図５】第４の実施形態である伝動ベルト寿命予知装置の模式図を示す。
【図６】実施例１においてマイクロフォンによって検知された音圧レベルの結果を示す。
【図７】比較例においてマイクロフォンによって検知された音圧レベルの結果を示す。
【符号の説明】
１０、３０歯付ベルト
５０Ｖリブドベルト
１８、３８帆布
１８ａ、３８ａ、５２ａ接触面
２５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、６５ａ、６５ｂ異物
７２伝動ベルト
７３マイクロフォン
７５ランプ

Claims

プーリに掛け回され、前記プーリとの接触面の近傍に異物が埋設され、前記接触面が摩耗することによって前記異物が前記接触面に露出し、前記プーリと前記異物が接触することによって特定の音を発する伝動ベルトと、前記プーリと前記伝動ベルトの接触部の近傍に設置され前記特定の音を検出する音センサと、前記特定の音に応じて警告を発する警報機とを備え、
前記伝動ベルトを一定の速度で回転させることにより、前記プーリと前記異物を一定の周期で接触させて、前記特定の音を一定の周期で発生させ、
前記警報機は、音量が所定量以上である前記特定の音が一定の周期で発生した場合に、警告を発し、
前記異物が少なくとも２つ埋設され、少なくとも１つの異物の前記接触面からの距離が他の異物の前記接触面からの距離と異なることを特徴とする伝動ベルト寿命予知装置。
前記異物が前記プーリより軟らかいことを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト寿命予知装置。
前記異物の長手方向が前記接触面の垂直方向であることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト寿命予知装置。
前記異物の幅が接触面に近づくほど小さくなることを特徴とする請求項３に記載の伝動ベルト寿命予知装置。
前記異物は、円錐或いは斜切円柱であることを特徴とする請求項４に記載の伝動ベルト寿命予知装置。
前記少なくとも１つの異物と前記他の異物は、ベルト長手方向の異なる位置に埋設されることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト寿命予知装置。
前記警報機は、ベルト１回転毎に音量が所定量以上である前記特定の音が、前記一定の周期で１回発生したときと、前記一定の周期で２回発生したときとで異なる警告を発することを特徴とする請求項６に記載の伝動ベルト寿命予知装置。
前記警報機は、音量が所定量以上でかつ一定の周期の前記特定の音が、ベルト１回転毎に発生する回数に応じて、異なる警告を発することを特徴とする請求項６に記載の伝動ベルト寿命予知装置。
前記異物が複数埋設され、前記複数の異物が幅方向の同一線上に埋設されることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト寿命予知装置。
前記プーリと前記異物が接触することによって特定の周波数の音を発することを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト寿命予知装置。