JP5655929B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動側プーリおよび従動側プーリに掛け回されたベルトにより駆動側プーリから従動側プーリに動力を伝達する動力伝達装置に関し、特に、ベルトの劣化を検出することによりベルトが交換時期に達したことを検出できる動力伝達装置に関する。

一般に、オーバヘッドカムシャフト式のバルブ機構を有した内燃機関、例えばエンジンでは、エンジンの下部に配設されたクランクシャフトの回転をエンジンの上部に配設されたカムシャフトに伝達する必要がある。またバルブ機構が適正に作動するためにはクランクシャフトの回転とカムシャフトの回転を同期させる必要がある。このため、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タイミングベルトが多用されている。

これにより、クランクシャフトの回転とカムシャフトの回転が同期されている。しかしながら、不測の事態によりタイミングベルトが損傷した場合には、クランクシャフトの回転とカムシャフトの回転とが同期されなくなる可能性がある。

そこで、タイミングベルトが損傷する少し前に、タイミングベルトが交換時期に達したことを運転者に知らせる機能を有する動力伝達装置が提案されている。この種の動力伝達装置として、例えば、エンジンの回転数および運転時間に基づいてタイミングベルトなどの環状伝動体の疲労度を算出し、その疲労度が基準値を超えたときに、タイミングベルトを交換すべきという警告を発するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この動力伝達装置によれば、車両の走行距離のみによりタイミングベルトの交換時期が判断される場合に比べ、タイミングベルトが交換時期に達したか否かがより適切に判断される。

特開２００７−２３９８０２号公報

しかしながら、上述のような動力伝達装置にあっては、タイミングベルトの実際の疲労状態を直接測定することなく、エンジンの回転数および運転時間に基づいてタイミングベルトの疲労度を算出して交換時期を判断しているので、算出した疲労度と実際の疲労度とは必ずしも一致せず交換時期の判断の精度が高くなかった。

例えば、同じエンジン回転数および運転時間であっても、高負荷の運転が多かったものと低負荷の運転が多かったものとでタイミングベルトの疲労度は異なる。このため、この動力伝達装置によりエンジンの回転数および運転時間に基づいて算出したタイミングベルトの疲労度に比べて実際の疲労度が大きくなる場合を考慮して、安全率を大きく設定して警告を発する必要があった。

これにより、実際のタイミングベルトの疲労度は小さいにも関わらずタイミングベルトを交換すべきという警告が発せられることがあり、まだ交換する必要の無いタイミングベルトを無駄に交換することがあるという問題があった。そこで、タイミングベルトの劣化状態を検出して、その劣化状態に基づいてタイミングベルトが交換時期にあるか否かを判断可能な動力伝達装置の開発が望まれていた。

また、ベルトの交換時期の判断の精度が高くないという課題は、タイミングベルトだけの課題には限られない。すなわち、駆動側プーリおよび従動側プーリに掛け回されたベルトにより駆動側プーリから従動側プーリに動力を伝達する動力伝達装置の全般で、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問題を解決するためになされたもので、使用中のベルトの劣化の状態を検知することによりベルトが交換時期に達したか否かを高精度に検出できる動力伝達装置を提供することを目的とする。

本発明に係る動力伝達装置は、上記目的達成のため、駆動軸に設けられた駆動側プーリと、従動軸に設けられた従動側プーリと、前記駆動側プーリおよび前記従動側プーリに掛け回されたベルトとを備えた動力伝達装置において、前記ベルトは、外力を受けることにより発光する応力発光材料を含有し、前記ベルトに対向して配置されるとともに前記ベルトの測光を行う光センサと、前記光センサで検出された測光値に基づいて、前記ベルトが劣化しているか否かを判断するとともに、前記ベルトが劣化していると判断したことを条件として前記ベルトが交換時期に達したと判断する交換時期判断部とを備えることを特徴とする。

この構成により、ベルトに応力発光材料が含有されているので、ベルトに外力が作用したときにベルトが発光する。そして、ベルトに生ずる応力（Ｐａ）や伸び速度（ｍｍ／ｍｉｎ）が変化したときに、ベルトの発光量が変化する。ここでの発光量としては、例えば、光量（ｌｍ・ｓ）、輝度（ｃｄ・ｍ^−２）、照度（ｌｘ）、光度（ｃｄ）などとすることができる。

ここで、応力発光材料とは、弾性変形領域の摩擦、衝撃、圧縮、引張などの微小な外力によって可視光域での発光が励起される発光材料である。応力発光材料が含有されたベルトでは、応力発光強度がベルトの応力とベルトの伸び速度との積に比例する。

そして、光センサがベルトの発光を検出し、光センサで検出された測光値に基づいて、交換時期判断部がベルトが劣化しているか否かを判断する。そして、ベルトが劣化していると判断されたことを条件として、交換時期判断部においてベルトが交換時期に達したと判断される。したがって、ベルトから発せられた光を測定することによりベルトの劣化状態を直接検出しているので、従来のようにベルトの劣化状態を検出することなく駆動軸の回転数および運転時間に基づいてベルトの交換時期を判断する場合に比べて、より高精度にベルトの交換時期を判断することができる。

好ましくは、前記交換時期判断部は、前記測光値が所定の発光閾値を超えるかまたは前記測光値が所定の発光パターンで変化するかの少なくとも一方であることを条件として、前記ベルトが劣化していると判断するとともに前記交換時期に達したと判断する劣化−交換判断部を備えることを特徴とする。

この構成により、光センサで検出された測光値が所定の発光閾値を超えるかまたは測光値が所定の発光パターンで変化するかの少なくとも一方であることを条件として、劣化−交換判断部がベルトが劣化していると判断するとともにベルトが交換時期に達したと判断する。このため、ベルトの発光量や発光パターンに基づいて、ベルトが交換時期にあるか否かを直接判断することができるので、簡易な処理によりベルトが交換時期にあるか否かを判断することができる。

ここで、ベルトは各種の理由により劣化して、ベルトの発光量が大きくなる。例えば、ベルトの長期間の使用により弾性変形の範囲内で伸びやすくなった場合、ベルトの応力がほぼ一定でありながらもベルトの伸び速度が大きくなるので、ベルトの伸びによる発光量が大きくなる。また、ベルトの摩耗や欠損によりベルトが薄くなったり細くなった場合、伸びはほとんど生じなくても応力が増加するので、ベルトの応力上昇によるベルトの発光量が大きくなる。

あるいは、応力発光材料を含有するゴムなどの基材と歯面に設けられた歯布とを有する歯付きベルトを使用する場合、歯布が摩耗して薄くなり、基材から発せられた光が歯布でほとんど減衰することなく十分に透過するようになるので、ベルトの発光量が大きくなる。

また、ベルトは各種の理由により劣化して、特徴的な発光パターンを呈するようになる。例えば、応力発光材料を含有するゴムなどの基材と歯面に設けられた歯布とを有する歯付きベルトを使用する場合、長期間の使用により歯元が伸びたり歯元に亀裂が入って歯が欠けそうになり、歯布に亀裂が入ることがある。歯布に亀裂が入ると、当該部分では基材から発せられた光が歯布の亀裂から漏れ出るので、ベルトの測光値が局部的かつ一周ごとの周期的に上昇するという特徴的な発光パターンとなる。

好ましくは、前記ベルトは、歯付きベルトであるとともに歯面側に設けられた歯布を有し、前記光センサは前記ベルトの前記歯布側に対向して配置され、前記劣化−交換判断部は、前記ベルトの装着当初に前記光センサで検出された前記測光値に基づき平均測光値を設定するとともに、前記平均測光値に所定値を加えて前記発光閾値を設定する設定部と、前記ベルトの前記測光値が前記発光閾値を超えることを条件として、前記ベルトが劣化していると判定する増光判定部と、前記発光パターンは前記ベルトの特定の部分の前記測光値が周期的に突出するものであるとともに、前記測光値が前記発光パターンで変化することで前記特定の部分の前記歯布が亀裂していると判断して前記ベルトが劣化していると判定するパターン判定部と、前記増光判定部および前記パターン判定部の少なくとも一方により前記ベルトが劣化していると判定されたことを条件として、前記ベルトが前記交換時期に達したと判断する交換判断部とを備えることを特徴とする。

この構成により、設定部が、ベルトの装着当初に光センサで検出された輝度から平均輝度を設定するとともに、平均輝度に所定値を加えて発光閾値を設定する。

増光判定部が、動力伝達装置の稼働時のベルトの測光値が発光閾値を超えるか否かを判断する。増光判定部が、ベルトの測光値が発光閾値を超えると判断したことを条件として、ベルトが劣化していると判定する。

また、パターン判定部が、ベルトが所定の発光パターンとして特定の部分の輝度が周期的に突出するか否かを判断する。ここでの周期的な突出とは、ベルトが一周するうち、同じ部分でパルス波形として突出することを意味する（図６参照）。パターン判定部が、ベルトの特定の部分の輝度が平均輝度に対して周期的に突出すると判断したことを条件として、特定部分の歯布が亀裂していると判断してベルトが劣化していると判定する。

交換判断部は、増光判定部およびパターン判定部の少なくとも一方によりベルトが劣化していると判定されたことを条件として、ベルトが交換時期に達したと判断する。

したがって、この動力伝達装置によれば、新品のベルトではベルトの発光量は小さい。そして、ベルトの劣化が進んでベルトが全体的に摩耗したり細くなったときは、ベルトの発光量は全体的に大きくなる。このときは、増光判定部によりベルトが劣化しているか否かが判定される。あるいは、ベルトの劣化が進んで一部の歯が欠けそうになったときは、ベルトの発光パターンは周期的に突出したものとなる。このときは、パターン判定部によりベルトの劣化が判定される。

この動力伝達装置によれば、ベルトの劣化を劣化の態様に応じた異なる手法で検出しているので、より高精度にベルトの劣化を検出することができる。

好ましくは、前記駆動側プーリと前記従動側プーリとの間に、前記ベルトを背側から押圧するテンショナを備えるとともに、前記光センサは、前記テンショナを通過した直後の前記タイミングベルトに対向する位置に配置されること特徴とする。

この構成により、ベルトが背側から押圧された直後に光センサにより発光量が検出されるようになる。このため、ベルトの応力の大きいときに発光量が検出されるようになるので、ベルトの発光状態の変化の検出精度が高まる。

好ましくは、前記ベルトの全体を覆って遮光するカバーを備えるとともに、前記カバーは、前記光センサを前記ベルトに対向させて保持する光センサ保持部と、前記ベルトから前記光センサへの光路の領域を除き前記光センサ保持部の周囲の少なくとも一部を取り囲んで設けられる遮光部とを有することを特徴とする。

この構成により、カバーがエンジン本体の熱により変形しても光センサ保持部に保持された光センサはカバーの変動に伴って変動するので、光センサと遮光部との相対位置はほとんど変わらない。これにより、カバーの変形によりエンジン本体とカバーとの間に隙間が生じて隙間からカバーの内部に外光が侵入しても、光センサは遮光部により遮光されているので、外光のカバーの内部への侵入によるベルトの発光量の検出精度の低下を抑制することができる。

好ましくは、前記駆動軸は内燃機関のクランクシャフトであり、前記従動軸はカムシャフトであり、前記ベルトはタイミングベルトであることを特徴とする。

この構成により、内燃機関のタイミングベルトが交換時期にあるか否かを高精度に判断できるようになる。

本発明によれば、ベルトに応力発光材料を含有するとともにベルトの発光量に基づいてベルトの交換時期を判断するので、使用中のベルトの劣化状態を検出してベルトが交換時期にあるか否かを高精度に判断できる動力伝達装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る動力伝達装置を示す概略の正面図である。 本発明の実施の形態に係る動力伝達装置のエンジンのクランクシャフトとカムシャフトと動力伝達機構とを示す概略の斜視図である。 本発明の実施の形態に係る動力伝達装置のカバーを切断した状態を示す概略の側面図である。 本発明の実施の形態に係る動力伝達装置のタイミングベルトを示す一部切断した斜視図である。 本発明の実施の形態に係る動力伝達装置のタイミングベルトの各種劣化からタイミングベルトが交換時期にあるか否かを判断する手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る動力伝達装置のタイミングベルトの回転回数ｎとタイミングベルトの輝度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の動力伝達装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態では、本発明の動力伝達装置を自動車に適用した例を示している。

まず、実施の形態に係る動力伝達装置１の構成について説明する。この実施形態では、動力伝達装置１は自動車２に搭載したものとしている。

図１に示すように、自動車２は、内燃機関であるエンジン３と、交換時期判断部としてのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４と、警告装置５とを備えている。

図１および図２に示すように、エンジン３は、ピストンが２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行う４サイクルのガソリンエンジンによって構成されている。

エンジン３は、直列４気筒のガソリンエンジンを採用している。エンジン３は、エンジン本体６と、エンジン本体６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６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。エンジン本体６は、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０の上側に固定されたシリンダヘッド２０と、シリンダブロック１０の下側に固定されたオイルパン３０と、シリンダブロック１０とシリンダヘッド２０とオイルパン３０との前面（以下、単にエンジンブロック前端面と呼ぶ）６ａの近傍に設けられた動力伝達機構４０とを備えている。

シリンダブロック１０は、図示しないピストンと、図示しないコネクティングロッドと、駆動軸としてのクランクシャフト１１とを備えている。ピストンは、シリンダブロック１０に対して上下方向に往復動可能に設けられている。ピストンは、コネクティングロッドに回転可能に連結されている。コネクティングロッドは、クランクシャフト１１に回転可能に連結されている。

また、エンジン本体６では、シリンダブロック１０とシリンダヘッド２０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。エンジン３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１１を回転させるようになっている。

シリンダヘッド２０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、吸気ポートを開閉する吸気バルブ２１と、吸気バルブ２１を作動させる従動軸およびカムシャフトとしての吸気カムシャフト２２と、燃焼室および排気装置を連通させる図示しない排気ポートと、排気ポートを開閉する排気バルブ２３と、排気バルブ２３を作動させる従動軸およびカムシャフトとしての排気カムシャフト２４とを備えている。

吸気カムシャフト２２は、吸気カム２５を備えるとともにシリンダヘッド２０に対して回転可能に設けられている。吸気カム２５は、吸気バルブ２１の上端に当接されている。吸気カムシャフト２２の回転により、吸気カム２５が回転して吸気バルブ２１を昇降させる。吸気バルブ２１は、昇降により吸気ポートと燃焼室との間を開閉し、吸気装置から燃焼室への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２４は、排気カム２６を備えるとともにシリンダヘッド２０に対して回転可能に設けられている。排気カム２６は、排気バルブ２３の上端に当接されている。排気カムシャフト２４の回転により、排気カム２６が回転して排気バルブ２３を昇降させる。排気バルブ２３は、昇降により燃焼室と排気ポートとの間を開閉し、燃焼室から排気装置への排気の排出を制御するようになっている。

図１〜図３に示すように、動力伝達機構４０は、駆動側プーリとしてのクランクシャフトプーリ４１および補機用プーリ４２と、従動側プーリとしての吸気カムシャフトプーリ４３および回転位相差可変アクチュエータ４４と、従動側プーリとしての排気カムシャフトプーリ４５と、ベルトとしてのタイミングベルト４６と、テンショナ４７と、カバー４８と、光センサ４９とを備えている。

クランクシャフトプーリ４１および補機用プーリ４２は、クランクシャフト１１の前端部に取り付けられている。クランクシャフトプーリ４１はカバー４８の内部に配置されるとともに、補機用プーリ４２はカバー４８の外部に配置されている。

吸気カムシャフトプーリ４３および回転位相差可変アクチュエータ４４は、吸気カムシャフト２２の前端部に取り付けられている。回転位相差可変アクチュエータ４４は、吸気カムシャフト２２が吸気カムシャフトプーリ４３に対して回転位相差を生ずるように吸気カムシャフト２２を回転させるようになっている。回転位相差可変アクチュエータ４４は、運転状況に応じて、クランクシャフト１１および吸気カムシャフト２２の間の回転位相差を調整するようになっている。なお、図１では、回転位相差可変アクチュエータ４４を取り外すことにより、吸気カムシャフトプーリ４３が露出した状態を示している。

排気カムシャフトプーリ４５は、排気カムシャフト２４の前端部に取り付けられている。

タイミングベルト４６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４３と排気カムシャフトプーリ４５とに巻き掛けられている。タイミングベルト４６によって、クランクシャフトプーリ４１の回転が、吸気カムシャフトプーリ４３および排気カムシャフトプーリ４５に伝達される。

クランクシャフト１１の回転は、クランクシャフトプーリ４１→タイミングベルト４６→吸気カムシャフトプーリ４３→吸気カムシャフト２２→吸気カム２５→吸気バルブ２１の経路で伝達され、吸気ポートを開閉するようになっている。

これと同時に、クランクシャフト１１の回転が、クランクシャフトプーリ４１→タイミングベルト４６→排気カムシャフトプーリ４５→排気カムシャフト２４→排気カム２６→排気バルブ２３の経路で伝達され、排気ポートを開閉するようになっている。

図４に示すように、タイミングベルト４６は、ゴム製の歯付きベルトからなり、芯材となる心線５１と、歯側を構成する歯側ゴム５２と、背側を構成する背側ゴム５３と、歯側ゴム５２の表面に取り付けられた歯布５４とを備えている。歯布５４はナイロンおよびアラミド繊維からなる。

歯側ゴム５２により歯５５が形成されている。歯側ゴム５２および背側ゴム５３には、外力を受けることにより発光する応力発光材料が含有されている。

ここで、応力発光材料としては、緑色（波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ）の発光を示すユウロピウム添加アルミン酸ストロンチウム（ＳＡＯＥ）が使用されている。粉末状のＳＡＯＥが歯側ゴム５２および背側ゴム５３に含有されている。

図１に示すように、テンショナ４７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４３との間でタイミングベルト４６を背側から押圧するように配置されている。テンショナ４７は、テンションローラ６１とテンションばね６２とを備えている。

テンションばね６２は、テンションローラ６１にタイミングベルト４６を押圧する付勢力を与えるようになっている。テンションローラ６１は、タイミングベルト４６の背側からタイミングベルト４６を押圧して、タイミングベルト４６に適切な張力を与えるようになっている。そして、テンションローラ６１の押圧により、タイミングベルト４６が吸気カムシャフトプーリ４３、排気カムシャフトプーリ４５およびクランクシャフトプーリ４１から緩んで外れないようになっている。

また、タイミングベルト４６の回転方向は、図中矢印で示すように、クランクシャフトプーリ４１からテンショナ４７→吸気カムシャフトプーリ４３→排気カムシャフトプーリ４５→クランクシャフトプーリ４１の方向になっている。

図１および図３に示すように、カバー４８は、エンジン本体６のエンジンブロック前端面６ａに接するように設けられるとともに、タイミングベルト４６の全体を覆って遮光するようになっている。カバー４８は、透過性の無いプラスチック製で、カバー本体７１と、光センサ４９を保持する光センサ保持部７２と、光センサ保持部７２の近傍に設けられた遮光部７３と、ガスケット７４とを備えている。

カバー本体７１の周端縁は、ガスケット７４を介してエンジンブロック前端面６ａに接している。これにより、外光が、カバー本体７１の周端縁とエンジンブロック前端面６ａとの間からカバー４８の内部に入り込まないようになっている。

ガスケット７４は、カバー本体７１の周端縁によりエンジンブロック前端面６ａに向けて押圧されている。これにより、カバー本体７１の熱変形によりカバー本体７１の周端縁がエンジンブロック前端面６ａから多少離れても、ガスケット７４が弾性変形することにより、カバー本体７１の周端縁とエンジンブロック前端面６ａとの間に隙間が生じないようになっている。

光センサ保持部７２は、テンショナ４７を通過した直後のタイミングベルト４６の歯側に対向する位置に設けられている。光センサ保持部７２は筒状で、その奥部に光センサ４９を入れて保持する。光センサ保持部７２は、光センサ４９の検出方向をタイミングベルト４６の歯側に向けるようにして光センサ４９を保持している。

遮光部７３は、タイミングベルト４６から光センサ４９への光路の領域を除き、光センサ保持部７２の周囲の少なくとも一部を取り囲んで設けられる。ここでは、遮光部７３は、光センサ４９の背後に設けられた背板７３ａと、光センサ４９と吸気カムシャフトプーリ４３との間に設けられた側板７３ｂとを備えるようにしている。

光センサ４９は、フォトダイオードからなるものとしている。この光センサ４９は測光量としてタイミングベルト４６の歯側の輝度（ｃｄ・ｍ^−２）を検出する。フォトダイオードは、ｐｎ接合もしくはｐｉｎ構造を有する。このｐｎ接合もしくはｐｉｎ構造に十分なエネルギを持った光子が入射することにより、電子が励起されて電流（Ａ）が発生するようになっている。この電流は後述するＥＣＵ４に入力される。これにより、タイミングベルト４６で発せられた光は、ＥＣＵ４において電流として処理される。

ＥＣＵ４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（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。

ＥＣＵ４は、光センサ４９や、図示しないクランクセンサなどの各種のセンサに接続されている。ＥＣＵ４のＲＯＭには、タイミングベルト４６の交換判断プログラムなどの各種の判断に必要なプログラムやデータが記憶されている。

クランクポジションセンサは、クランクシャフト１１の回転数（ｒｐｍ）を検出して、検出した回転数に応じた検出信号をＥＣＵ４に出力するようになっている。また、ＥＣＵ４は、予め設定したクランクシャフトプーリ４１の歯数Ｔｐ（枚）と、タイミングベルト４６の歯数Ｔｂ（枚）と、クランクポジションセンサから出力された検出信号が表すクランクシャフト１１の回転数Ｎｃ（ｒｐｍ）と、計測時間Ｔ（ｍｉｎ）とから、タイミングベルト４６の回転回数ｎ（回転）＝Ｎｃ×Ｔ×（Ｔｐ／Ｔｂ）を算出するようになっている。

ＥＣＵ４は、劣化−交換判断部８０を備えている。劣化−交換判断部８０は、タイミングベルト４６の輝度が所定の発光閾値８７を超えるかまたはタイミングベルト４６の輝度が所定の発光パターンで変化するかの少なくとも一方であるときに、タイミングベルト４６が劣化していると判断するとともに交換時期に達したと判断する。劣化−交換判断部８０は、設定部８１と、増光判定部８２と、パターン判定部８３と、交換判断部８４とを備えている。

図６に示すように、設定部８１は、タイミングベルト４６の装着当初に光センサ４９で検出された輝度の測光値８５に基づき平均測光値８６を設定するとともに、平均測光値８６に実験的に定められた所定の輝度値を加えて発光閾値８７を設定するようになっている。

増光判定部８２は、タイミングベルト４６の測光値８５が発光閾値８７を超えるときに、タイミングベルト４６が劣化していると判定するようになっている。

パターン判定部８３は、タイミングベルト４６の輝度が所定の発光パターンで変化することで、タイミングベルト４６の特定の部分の歯布５４が亀裂していると判断してタイミングベルト４６が劣化していると判定するようになっている。ここでの所定の発光パターンは、タイミングベルト４６の特定の部分の測光値８５が、タイミングベルト４６の一周ごとに周期的にパルス波形８８を形成して突出するものとしている。

交換判断部８４は、増光判定部８２およびパターン判定部８３の少なくとも一方によりタイミングベルト４６が劣化していると判定されたときに、タイミングベルト４６が交換時期に達したと判断するようになっている。

警告装置５は、ＥＣＵ４に接続されている。警告装置５は、交換判断部８４によりタイミングベルト４６が交換時期に達したと判断された場合に、運転者にタイミングベルト４６の交換を促す警告を与えるようになっている。警告装置５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。

ここで、本実施の形態のクランクシャフトプーリ４１と、吸気カムシャフトプーリ４３と、排気カムシャフトプーリ４５と、タイミングベルト４６と、カバー４８と、光センサ４９と、ＥＣＵ４とは、本発明に係る動力伝達装置を構成している。

次に、本実施の形態における動力伝達装置１の動作について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。

図５に示すフローチャートは、ＥＣＵ４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４６の交換判断プログラムの実行内容を表す。また、この処理は、ＥＣＵ４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３、タイミングベルト４６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虞があり、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。

タイミングベルト４６の装着後に初めてエンジン３が始動されると（ステップＳ１１）、クランクシャフト１１の回転に伴ってタイミングベルト４６が回転する。回転によってタイミングベルト４６に張力が作用する。この張力により、タイミングベルト４６に応力が発生する。この応力により、タイミングベルト４６の歯側ゴム５２および背側ゴム５３に含有される応力発光材料に外力が作用し、応力発光材料が発光する。

タイミングベルト４６の歯側ゴム５２および背側ゴム５３から発せられた光は、輝度を弱めながら歯布５４を透過する。歯布５４を透過した光は、光センサ４９により受光されて電流（Ａ）の電気信号に変換される。光センサ４９からの電気信号はＥＣＵ４に入力される。なお、本フローチャートの以下の説明において、測光値の各種の処理は、実際にはＥＣＵ４の中での電流の処理として行うものとしている。

タイミングベルト４６の輝度は、応力発光材料の密度などにより部位によって多少異なる。このため、例えば図６に示すように、タイミングベルト４６の輝度の測光値８５には、タイミングベルト４６の１回転ごとに周期的な波がみられる。

図５および図６に示すように、ＥＣＵ４は、設定部８１において、タイミングベルト４６の輝度の測光値８５の平均値を算出して平均測光値８６として設定する（ステップＳ１２）。

ＥＣＵ４は、設定部８１において、測光値８５の平均測光値８６に対して所定の輝度値を加えて劣化閾値８７を設定する（ステップＳ１３）。劣化閾値８７は、タイミングベルト４６の輝度の測光値８５がそれを超えたら交換警告を出すべき程度にタイミングベルト４６が劣化しているという値である。

上述したステップＳ１２およびステップＳ１３は、タイミングベルト４６の装着直後に１回だけ行う工程である。このため、タイミングベルト４６を交換するまでは、次にエンジン３を始動したときにステップＳ１２およびステップＳ１３をスキップするようにする。

エンジン３の稼働中は、光センサ４９およびＥＣＵ４により、タイミングベルト４６の輝度の測定が常時行われる（ステップＳ１４）。

ここで、タイミングベルト４６が長期間使用されると、例えば、タイミングベルト４６は張力に対して伸びやすくなったり、あるいは伸びなくても薄くまたは細くなって大きな応力を生ずるようになることがあり、これらの場合はタイミングベルト４６の長期間の使用前に比べてタイミングベルト４６の発光量が大きくなる。

あるいは、タイミングベルト４６の長期間の使用により歯布５４が摩耗して薄くなり、歯側ゴム５２および背側ゴム５３から発せられた光が歯布５４を十分に透過するようになり、タイミングベルト４６の発光量が大きくなる。このため、タイミングベルト４６の劣化の検出のために、輝度の測光値８５が劣化閾値８７を超えたか否かを判断することが望ましい。

そこで、ＥＣＵ４は、増光判定部８２において、タイミングベルト４６の輝度の測光値８５が劣化閾値８７より小さいかを判断する（ステップＳ１５）。ＥＣＵ４が、増光判定部８２において、タイミングベルト４６の輝度の測光値８５の少なくとも一部が劣化閾値８７を超えると判断したときに（ステップＳ１５；ＮＯ）、タイミングベルト４６が劣化していると判定する。

増光判定部８２においてタイミングベルト４６が劣化していると判定されたことにより、ＥＣＵ４が交換判断部８４においてタイミングベルト４６が交換時期に達したと判断する。これにより、警告装置５がタイミングベルト４６の交換を促す警告を発する（ステップ１７）。

また、タイミングベルト４６の長期間の使用により、歯側ゴム５２の歯５５の歯元が伸びたり歯元に亀裂が入り歯５５が欠けそうになって、歯布５４に亀裂が入ることがある。歯布５４に亀裂が入ると、当該部分ではタイミングベルト４６の輝度が局部的かつ毎回転ごと周期的に上昇してパルス波形８８を生ずる。このため、タイミングベルト４６の劣化の検出のために、タイミングベルト４６の輝度の周期的な突出であるパルス波形８８を検出することが望ましい。

そこで、ＥＣＵ４が、輝度の測光値８５の全域が劣化閾値８７以下であると判断した場合は（ステップＳ１５；ＹＥＳ）、パターン判定部８３において輝度の測光値８５に周期的なパルス波形８８があるかを判断する（ステップＳ１６）。

ＥＣＵ４が、パターン判定部８３において、輝度の測光値８５に周期的なパルス波形８８があると判断したときに（ステップＳ１６；ＹＥＳ）、タイミングベルト４６の特定部分の歯布５４が亀裂してタイミングベルト４６が劣化していると判定する。

パターン判定部８３においてタイミングベルト４６が劣化していると判定されたことにより、ＥＣＵ４が交換判断部８４においてタイミングベルト４６が交換時期に達したと判断する。これにより、警告装置５がタイミングベルト４６の交換を促す警告を発する（ステップ１７）。

一方、ＥＣＵ４が、パターン判定部８３において輝度の測光値８５に周期的なパルス波形８８が無いと判断したときは（ステップＳ１６；ＮＯ）、タイミングベルト４６は交換する程には劣化していないと判断して、再度、光センサ４９およびＥＣＵ４により、タイミングベルト４６の輝度の測定が行われる（ステップＳ１４）。

以上のように、本実施の形態に係る動力伝達装置１によれば、タイミングベルト４６の発光量や発光パターンに基づいて、タイミングベルト４６が交換時期にあるか否かを直接判断することができる。このため、タイミングベルト４６の状態を直接検出しているので、従来のようにタイミングベルト４６の状態を測定することなくエンジン３の回転数および運転時間に基づいてタイミングベルト４６の交換時期を判断する場合に比べ、タイミングベルト４６の交換時期の判断の精度を高くすることができる。

また、パターン判定部８３は、タイミングベルト４６の歯布５４の亀裂を検出することにより歯５５の歯元の伸びや亀裂を検出することができるので、タイミングベルト４６の歯欠けを事前に予知することができる。

さらに、光センサ４９が、テンショナ４７を通過した直後のタイミングベルト４６の歯側に対向する位置に設けられている。タイミングベルト４６はテンショナ４７により背側を内側にして曲げられるので、テンショナ４７を通過した直後は歯５５が最も欠けやすい位置となる。このため、タイミングベルト４６の歯５５が最も欠けやすい位置で輝度が検出されるようになるので、タイミングベルト４６の劣化の検出精度を高めることができる。

また、光センサ４９は筒状の光センサ保持部７２の奥部に内蔵されているので、光センサ４９が外光を誤検出することを抑制することができる。さらに、光センサ４９の周囲には遮光部７３が設けられているので、光センサ４９が外光を誤検出することをより抑制することができる。

また、光センサ４９がカバー本体７１に一体化された光センサ保持部７２により保持されているので、カバー４８がエンジン本体６の熱により変形しても光センサ４９はカバー４８の変動に伴って変動するようになる。このため、光センサ４９と遮光部７３との相対位置はほとんど変わらない。

これにより、カバー４８の変形によりエンジンブロック前端面６ａとカバー４８との間に隙間が生じて隙間からカバー４８の内部に外光が侵入しても、光センサ４９は遮光部７３により遮光されているので、タイミングベルト４６の輝度の検出精度の低下を抑制することができる。

上述した本実施の形態の動力伝達装置１においては、図１に示すように、光センサ４９はテンショナ４７を通過した直後のタイミングベルト４６の歯側に対向する位置に配置されているが、本発明に係る動力伝達装置においては、これに限られず、例えば光センサ４９は他の位置に配置されるようにできる。

例えば、テンショナ４７と吸気カムシャフトプーリ４３との間の吸気カムシャフトプーリ４３の近傍に光センサ３１を設けるようにしたり、または、吸気カムシャフトプーリ４３と排気カムシャフトプーリ４５との間に光センサ３２を設けるようにしたり、あるいは、排気カムシャフトプーリ４５とクランクシャフトプーリ４１との間に光センサ３３を設けるようにすることができる。

また、上述した本実施の形態の動力伝達装置１においては、光センサ４９はカバー４８の光センサ保持部７２に保持されているが、本発明に係る動力伝達装置においては、これに限られず、例えば光センサ４９はエンジンブロック前端面６ａの面上に固定されるようにできる。

また、上述した本実施の形態の動力伝達装置１においては、光センサ４９はタイミングベルト４６の歯側を向いて配置されているが、本発明に係る動力伝達装置においては、これに限られず、例えば光センサ４９はタイミングベルト４６の背側を向いて配置されるようにできる。

また、上述した本実施の形態の動力伝達装置１においては、タイミングベルト４６の歯側ゴム５２および背側ゴム５３の両方に応力発光材料が含有されているが、本発明に係る動力伝達装置においては、これに限られず、応力発光材料は少なくとも光センサ４９が輝度を検出する側のゴムに含有されていればよい。

すなわち、例えば、光センサ４９がタイミングベルト４６の歯側から輝度を検出する場合は、応力発光材料は少なくとも歯側ゴム５２に含有されていればよく、また、光センサ４９がタイミングベルト４６の背側から輝度を検出する場合は、応力発光材料は少なくとも背側ゴム５３に含有されていればよい。

また、上述した本実施の形態の動力伝達装置１においては、応力発光材料としてユウロピウム添加アルミン酸ストロンチウムを使用しているが、本発明に係る動力伝達装置においては、これに限られず、応力発光材料としてマンガンを発光中心として添加した硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ｍｎ）を使用することができる。この場合、タイミングベルト４６は黄橙色に発光するようになる。

また、上述した本実施の形態の動力伝達装置１においては、ベルトとして歯付きベルトを使用しているが、本発明に係る動力伝達装置においては、これに限られず、平ベルトやＶベルトなど、他の種類のベルトとすることができる。

また、上述した本実施の形態の動力伝達装置１においては、図３に示すように、カバー本体７１の周端縁とエンジンブロック前端面６ａとの間にガスケット７４を設けているが、本発明に係る動力伝達装置においては、これに限られず、ガスケット７４を利用せずに、例えばエンジンブロック前端面６ａとカバー本体７１の周端縁とが所謂インロー構造として組み合うようにできる。

この場合、例えば、エンジンブロック前端面６ａにカバー本体７１の熱変形量よりも深い溝を形成し、カバー本体７１の周端縁を溝の底部までを挿入するようにできる。これにより、カバー本体７１が熱変形を生じてもカバー本体７１の周端縁は溝から出ないので、カバー４８の内部に外光が入り込むことを防止できる。

また、上述した本実施の形態の動力伝達装置１においては、エンジン本体６の前部にカバー４８を設けているが、本発明に係る動力伝達装置においては、これに限られず、例えば、エンジンルーム内が十分に遮光されるとともにタイミングベルト４６の輝度が光センサ４９により十分に検出可能である場合はカバー４８を省略することができる。

また、上述した本実施の形態の動力伝達装置１においては、光センサ４９としてフォトダイオードを用いているが、本発明に係る動力伝達装置においては、これに限られず、例えば、その他の光起電力効果を利用した光センサを用いることができる。光起電力効果を利用した光センサとしては、例えば、フォトトランジスタ、フォトＩＣ、太陽電池などが挙げられる。

また、光起電力効果を利用した光センサにも限られず、ＣｄＳ（硫化カドミウム）セル、ＣｄＳｅ（セレン化カドミウム）セル、ＰｂＳ（硫化鉛）セルなどの光導電効果を利用した光センサや、光導管、光電子倍増管（フォトマル）などの光電子放出効果を利用した光センサを用いてもよい。

また、上述した本実施の形態の動力伝達装置１においては、エンジン３として直列４気筒のエンジンを採用したが、本発明に係る動力伝達装置においては、これに限られず、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、上述した本実施の形態の動力伝達装置１においては、エンジン３としてガソリンを燃料とするエンジンを採用したが、本発明に係る動力伝達装置においては、これに限られず、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とすることができる。

また、上述した本実施の形態の動力伝達装置１においては、動力伝達装置１を自動車２のエンジン３に使用したが、本発明に係る動力伝達装置においては、これに限られず、駆動側プーリおよび従動側プーリに掛け回されたベルトにより駆動側プーリから従動側プーリに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。

以上説明したように、本発明に係る動力伝達装置は、駆動側プーリおよび従動側プーリに掛け回されたベルトの交換時期を検出する場合に好適な動力伝達装置全般に有用である。

１ 動力伝達装置
２ 自動車
３ エンジン（内燃機関）
４ ＥＣＵ（交換時期判断部、劣化−交換判断部、設定部、増光判定部、パターン判定部、交換判断部、測光値、平均測光値、発光閾値）
５ 警告装置
６ エンジン本体
１１ クランクシャフト（駆動軸）
２２ 吸気カムシャフト（従動軸、カムシャフト）
２４ 排気カムシャフト（従動軸、カムシャフト）
３１ 光センサ
３２ 光センサ
３３ 光センサ
４１ クランクシャフトプーリ（駆動側プーリ）
４３ 吸気カムシャフトプーリ（従動側プーリ）
４５ 排気カムシャフトプーリ（従動側プーリ）
４６ タイミングベルト（ベルト）
４７ テンショナ
４８ カバー
４９ 光センサ
５４ 歯布
７２ 光センサ保持部
７３ 遮光部
８０ 劣化−交換判断部
８１ 設定部
８２ 増光判定部
８３ パターン判定部
８４ 交換判断部
８５ 測光値
８６ 平均測光値
８７ 劣化閾値
８８ パルス波形（突出）

Claims (3)

1. 駆動軸に設けられた駆動側プーリと、従動軸に設けられた従動側プーリと、前記駆動側プーリおよび前記従動側プーリに掛け回されたベルトとを備えた動力伝達装置において、
   前記ベルトは、外力を受けることにより発光する応力発光材料を含有し、
   前記ベルトに対向して配置されるとともに前記ベルトの測光を行う光センサと、
   前記光センサで検出された測光値に基づいて、前記ベルトが劣化しているか否かを判断するとともに、前記ベルトが劣化していると判断したことを条件として前記ベルトが交換時期に達したと判断する交換時期判断部とを備え
   前記交換時期判断部は、前記測光値が所定の発光閾値を超えるかまたは前記測光値が所定の発光パターンで変化するかの少なくとも一方であることを条件として、前記ベルトが劣化していると判断するとともに前記交換時期に達したと判断する劣化−交換判断部を有し、
   前記ベルトは、歯付きベルトであるとともに歯面側に設けられた歯布を有し、
   前記光センサは前記ベルトの前記歯布側に対向して配置され、
   前記劣化−交換判断部は、
   前記ベルトの装着当初に前記光センサで検出された前記測光値に基づき平均測光値を設定するとともに、前記平均測光値に所定値を加えて前記発光閾値を設定する設定部と、
   前記ベルトの前記測光値が前記発光閾値を超えることを条件として、前記ベルトが劣化していると判定する増光判定部と、
   前記発光パターンは前記ベルトの特定の部分の前記測光値が周期的に突出するものであるとともに、
   前記測光値が前記発光パターンで変化することを条件として、前記特定の部分の前記歯布が亀裂していると判断して前記ベルトが劣化していると判定するパターン判定部と、
   前記増光判定部および前記パターン判定部の少なくとも一方により前記ベルトが劣化していると判定されたことを条件として、前記ベルトが前記交換時期に達したと判断する交換判断部とを備え、
   前記ベルトが前記駆動側プーリを通過した後であって前記従動側プーリを通過する間の位置に設けられ、前記ベルトを背側から押圧して前記ベルトに張力を与えるテンショナを備えるとともに、
   前記光センサは、前記ベルトが前記テンショナを通過した直後の最も大きな張力がかかる位置であって、前記ベルトの前記歯布側に対向する位置に配置されることを特徴とする動力伝達装置。
2. 前記ベルトの全体を覆って遮光するカバーを備えるとともに、
   前記カバーは、前記光センサを前記ベルトに対向させて保持する光センサ保持部と、前記ベルトから前記光センサへの光路の領域を除き前記光センサ保持部の周囲の少なくとも一部を取り囲んで設けられる遮光部とを有することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 前記駆動軸は内燃機関のクランクシャフトであり、前記従動軸はカムシャフトであり、前記ベルトはタイミングベルトであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の動力伝達装置。

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