JP6349471B2 - ベルト駆動機構及び該機構のモニタリング方法 - Google Patents

Description

本発明はベルト駆動機構，特に，いわゆる歯付ベルト機構又は同期ベルト機構と，そのモニタリング方法に関する。

この種のベルト駆動機構は，少なくとも，駆動ディスク又は転向ディスクと，そのディスクに掛け渡され，ディスク外周の一部（いわゆる「ループ弧」）に亘って接触するベルトとで構成されている。

ベルトが平ベルトであれば，これに対応してディスクは，ベルトと接触する外周上に，構造化されていない平坦な外周面を有する。これに対して，ベルトがＶベルトであれば，ディスクにはその外周を包囲する，Ｖベルトが着座させるためのノッチが設けられる。ベルトが歯付ベルト又は同期ベルトである場合には，ディスクにはその外周に歯が設けられ，その歯の形状及び分布は，歯付ベルト又は同期ベルトにおける歯の形状及び分布に対応する。歯付ベルト又は同期ベルトがディスク周りで循環すると，歯付ベルトにおける歯がディスクの歯間におけるギャップ内に係合して，ディスクの回転方向におけるベルト及びディスク間での確動結合を達成する。

通常，ベルトの設計は，ベルトメーカーが一般的な方法で発行するカタログに表示された性能値に基づいて行われており，用途指向型で行われるものではない。異なるメーカーが提供するベルト駆動機構についてのデータは，互いに比較することができない。これは，データを決定した基準が確認できないからである。特に，どの耐用寿命基準でデータが特定されたかを知ることができない。互いに比較できる性能値をどのように決定可能とするかに関する詳細なガイドライン又は規格は，現時点では存在していない。ベルト駆動機構のメーカーが，それぞれ独自の計算方法及び設計方法を規定しているに過ぎない。その結果，異なるメーカーが表示する特性及び選択基準は，互いに比較することができないか，比較できたとしても多大な労力を要し，しかも不確実性を伴う。往々にして，一見類似している特性プロファイルを有する製品であっても互換性が担保できない。これは，表示された特性が，異なる方法で決定されているからである。

ベルト駆動機構が充足すべき要件を算出するための大まかなガイドラインは，ドイツ技術者協会規格ＶＤＩ２７５８（非特許文献１）で規定されている。この規格の第３項には，「ベルト伝達機構は，一方において，所定の要件又は条件（回転速度，トルク，スペース要件，過負荷，軸変位，温度及び他の環境因子）の下で安全に作動する必要があり，他方において，環境に対して可能な限り僅かな影響（騒音や振動等）しか及ぼさないものとすべきである。」と記載されている。ベルト駆動機構による潜在力の最適活用に際して，これらの要件がどのように充足可能であるかについては，特に規定されていない。

多くの不確実性や，ベルト設計において従来は考慮されていなかった影響因子にも関らず，ベルト駆動機構がそれに課された要件を確実に充足可能とするために，実務上，予測される負荷に基づいて決定される出力要件には，安全上の上乗せ分が付加されている。その上乗せ分は，設計における全ての不確実性をカバーするよう，高く設定されている。

この場合の欠点として，選択されたベルトは，それに課された機械的要件を満足するとはいえ，その目的のために相当の過大寸法化を受け入れる必要があることである。これにより，特定の用途に際しては最適解が見落とされ，又は見出せない懸念がある。即ち，標準的に付加される安全上の上乗せ分により，使用されるベルトの機械的特性に関して高度の要件が課され，その要件を充足するためには，他の材料特性，例えば可撓性が，その特性の下での意図された使用から生じる要件を充足するために本来あるべき許容範囲から外れた一本のベルトを使用せざるを得なくなる。

同様に，ベルト駆動機構の設計のための実務上の共通手法を，予測される耐用寿命に関して適用することも非常に困難である。目標とされる試験の経験値や測定結果は，このような従来の設計手法では考慮されていなかった。

特に，ベルト駆動機構用としての可撓ベルトは，ドイツ特許出願公開第１０ ２００９ ００３ ７３２号明細書（特許文献１）に開示されている。この可撓ベルトは，少なくとも１つのセンサーと，作動状態を記録するためのセンサー用の固有内蔵電源とが装備されている。その電源は少なくとも１つの圧電素子で構成され，該圧電素子はベルトの曲率半径が一時的に変化する際に，即ち圧電素子を装着したベルト部分がベルト駆動機構におけるベルトディスクの外周を巡回する都度，電気エネルギーを発生させるものである。圧電素子はベルトに内蔵した電気接続素子を介してセンサーに接続され，センサーはベルトに内蔵したデータ貯蔵装置に接続され，センサーにより記録された測定結果のロギングを行える構成とされている。更に，整流器及び電気エネルギー蓄積装置をベルト内に配置して，圧電素子から供給されるエネルギーを整流器経由でエネルギー蓄積装置を印加する構成とすることができる。これにより，エネルギー蓄積装置からセンサー及びデータ貯蔵装置に対してエネルギーが常時供給可能である。

ドイツ特許出願公開第１０ ２００９ ００３ ７３２号明細書 ドイツ特許出願第１０ ２０１５ １０７ １７６．２号明細書

ドイツ技術者協会規格ＶＤＩ２７５８

上述した従来技術の現状に鑑み，本発明の課題は，ベルト駆動機構及びそのモニタリング方法を提案し，これにより，過去の使用期間に亘ってベルトに印加された負荷に関して一定の結論を導き出すことのできる測定結果を容易に取得可能とし，例えばベルトの残りの耐用寿命を予測可能とすることである。

本発明は，この課題を，ベルト駆動機構のモニタリング方法に関しては，少なくとも請求項１に記載した作動ステップを実行することにより解決するものである。

また，本発明は，上記の課題を，ベルト駆動機構に関しては，請求項６に記載した態様で構成されたベルト駆動機構により解決するものである。

本発明の有利な実施形態は，従属請求項において特定され，かつ，一般的発明概念と共により詳細に後述する通りである。

本発明は，回転可能に取り付けられたディスクと，ディスクに掛け渡されたベルトとを備えるベルト駆動機構をモニターするにあたり，ベルト及びディスクにそれぞれマーキングを施しておき，ベルトがディスク周りで巡回する際にベルト及びディスクのマーキング（Ｋ１，Ｋ２）をトリガー位置において互いに直に対向させるモニタリング方法を提供する。この方法は：
ａ）モニタリング装置として使用されるマーキングによりトリガー位置を検出し，その際，マーキングがトリガー位置に到達したときに前記モニタリング装置として使用されるマーキングにより信号を発生させるステップ；
ｂ）過去の所定期間に亘ってトリガーされた信号の数を記録するステップ；並びに，
ｃ）過去の所定期間に亘ってベルト又はディスクに印加された負荷を，ベルトの巡回回数に対応するトリガー信号の数に基づき，関連する影響因子も考慮して決定するステップ；を備える。

これに対応して，本発明によるベルト駆動機構は，回転可能に取り付けられたディスクと，ディスクに掛け渡されたベルトと，モニタリング装置とを備えるものにおいて，ベルト及びディスクにそれぞれマーキングが施されており，ベルト及びディスクのマーキングがトリガー位置において互いに直に対向するときに，モニタリング装置により信号をトリガーさせることを特徴とする。

即ち，本発明はディスク及びベルトを互いに適合させ，これらをモニタリング装置に接続してディスク及びベルトの移動をモニター可能とし，ベルトがその使用期間に亘って完了した巡回の回数に関する精密な情報を，そのモニター結果に基づいて取得可能とすることを提案するものである。

この目的のため，本発明によるベルト駆動機構の場合，ベルト及びディスクは，それぞれマーキングが施されている。ベルト及びディスクは，ベルト駆動機構における特定の作動位置（トリガー位置）において，ベルト及びディスクのマーキングがディスク上で互いに直に対向するように位置決めされる。同様に，本発明による駆動機構にはモニタリング装置が設けられており，このモニタリング装置は，マーキングがトリガー位置に到達したときに信号を発生させる構成とされている。

モニタリング装置の信号は，ベルトの歯数がディスクの歯数の整数倍である場合に，ベルトが完全巡回を完了したことを示す。これに対して，ベルトの歯数がディスクの歯数の整数倍でない場合には，信号は，ベルトがベルトの歯数とディスクの歯数の歯数比で規定される回数だけ完全巡回したことを示す。

ベルトが完全巡回した回数は，モニタリング装置に接続されたカウンターにより保存することができる。これに関連して，カウンターは，評価装置の一部として構成することができる。その場合，評価装置が，モニタリング装置によりトリガーされた信号の数を記録し，その情報に基づき，かつ，更なる影響因子を考慮して，ベルト又はディスクの過去使用の間にベルト又はディスクに印加された負荷を決定することができる。

本発明の目的のためのマーキングとして，基本的には，ベルト及びディスクに取り付け可能な全てのマークが適しており，これに基づいて，マーキングがトリガー位置に到達したか否かを決定することができる。このようなマークとしては，例えば，光学的，磁気的，電気的又は他の態様で物理的に記録可能なマークが挙げられる。

本発明によれば，少なくとも，ベルト及びディスクのマーキングがトリガー位置において互いに会合した回数，即ちベルトの巡回回数を記録するので，それぞれ関連する影響因子，例えばベルト及びディスクの材料特性，ベルト及びディスクの幾何学的形態，摩擦条件，作用する静的又は動的な力，ディスク周りで巡回する際のベルトの伸び，温度，体積，環境雰囲気等を考慮に入れて，過去使用期間に亘ってベルトに印加された負荷に関する正確な記録を行うことができる。また，駆動モーターが電気モーターである場合に電力消費量，例えば電流消費量を記録すれば，発生する損失を考慮することにより，ベルトに伝達された動力に関する結論を導き出すことができる。そのため，それぞれ取得された情報に基づき，ベルト又はディスクの残存耐用寿命に関する結論を，適当な構成とした評価装置により導き出すことができる。そして，この情報を，保守作業と，必要な場合には本発明のベルト駆動機構において耐用寿命末期に至った部品の交換に関するトリガーとすることができる。

本発明による方法においては，記録した信号の数に基づいて，あるいは決定されたベルト又はディスクの負荷に基づいて，設定値との比較を行うことができる。そのためには，ステップｂ）において記録した信号の数，又はステップｃ）において決定した負荷を設定値と比較する。そして，記録した信号の数又は決定した負荷が設定値から外れている場合には，保守作業の必要性に関する通知を行い，又は緊急停止をトリガーすることができる。

これにより，本発明に係るモニタリングは，目標とする作動状態からのベルト駆動機構の逸脱や異常に関する情報を提供する。即ち，歯付ベルトや同期ベルトを含む駆動機構の場合には，保守作業が直ちに必要となるベルトのジャンプを記録することができる。同様に，平ベルトやＶベルトの場合には，スリップを記録して対応策を適時に講じることができる。モニタリングによりベルトの破損に関する即時通知を提供し，その検出時に例えば「緊急停止信号」をトリガーすることも可能である。

本発明の更なる特質は，最も変化させた条件下におけるベルト駆動機構の長期挙動に関する情報が，本発明に係るモニタリングによって記録されることである。この情報は，それぞれの目的や用途に対して最適なベルトについて，用途指向型の選択の基礎として使用することができる。この種の情報を機械部品の選択のために使用する方法は，ドイツ特許出願第１０ ２０１５ １０７ １７６．２号明細書（特許文献２）に開示されており，その内容は本願の開示に取り込まれる。

特に本発明に係るアプローチとの組み合わせにおいて，又はこれとは独立的に，ベルト又はディスクのマーキングに，ベルト又はディスクの特性に関する情報を記録しておき，その情報を，負荷の決定に際してモニタリング装置から読み出して考慮に取り入れるのが有効な場合がある。これにより達成される個別化は，それぞれの情報を関連する部品に割り当てるのみならず，マーキングのモニタリングにより取得された情報の情報値を最適化可能とするものである。

この場合，ベルト又はディスクに施したマーキングは，モニタリング装置により記録可能なマークとしてのみならず，情報担体としても機能する。そして，識別手段は，任意の情報（例えば，製造業者／製造日／顧客名／発注日／材料特性等／予定耐用寿命／交換時期／保証契約等）を保存しておくことができる。この情報は，ベルト又はディスクに対して過去に印加した負荷を決定して，当該部品の残存耐用寿命を予測するのに使用することができる。

ベルト又はディスク自体が，それに関連するカスタマイズされた情報を保存していることにより，本発明による方法は，あらゆるベルト及びディスクの組み合わせに対して，全く同一のモニタリング及び評価装置を使用して実施することができ，その際に，ベルト及びディスクの各組み合わせに関連する別のデータをモニタリング又は評価装置に保存する必要はない。しかしながら，本発明とは独立的に，対応してカスタマイズされたベルト又はディスクを使用して，作動中に生じる特性の変化をモニターすることも可能である。

マーキング，特にベルト用マーキングとしては，情報をレシーバー装置に自立的に送信可能な識別手段，又はレシーバー装置により起動させ，マーキングに記録されている情報を要求に応じてレシーバー装置に送信可能な識別手段が好適である。そして，ディスクにおけるマーキングは，トリガー一に達したことを表示するのみならず，モニタリング装置としても機能するセンサーにより構成することができる。この場合，ディスク内に着座させたマーキングは，ベルトのチップとセンサーがトリガー位置において会合したときに，ベルトの完全巡回を表示する信号を発信する。

言うまでもなく，他のマーキングとの組み合わせにおいて，ディスクのマーキングをセンサーとして構成し，このセンサーを，ベルトのセンサーと共にトリガー位置に達したときに，モニタリング装置として起動させることもできる。

そのために，本発明の観点において対応させたマーキングを施したベルト及びディスクを使用し，ディスクのマーキングとしてのセンサーとベルトのマーキングとを互いに整合させるだけで，ベルト及びディスクのマーキングが共にトリガー位置に達したときに，ベルトのマーキングが，ディスクのマーキングとして使用されるセンサーからの信号をトリガーする構成とすることができる。

本発明との関連で，又は独立的に，多くの場合に実用上特に有利な更なる構成は，ベルト駆動機構のモニタリングにおける独自の提案として大きな利点を有するものであり，ベルト又はディスクのマーキングを能動素子として構成し，この素子によりベルト又はディスクの作動時における１つ又は複数の特性を記録し，記録された特性をトリガー位置に達したときにモニタリング装置に送信することを特徴とする。この場合，ベルト又はディスクのマーキングは，ベルト又はディスクの作動時における１つ又は複数の特性を能動的にモニターし，そのモニター結果を表す信号を，トリガー位置に達したときに，モニタリング装置に送信する。これにより，例えば，ディスク周りで巡回しる際にベルトに作用する動的又は静的な力，ベルトの温度変化，ベルトの伸び又は変形等を，ベルトにマーキングとして配置されたセンサーにより記録することができる。

ローラーを駆動するための駆動ベルトにおいて，対応する構成とした能動素子をセンサーとして設けることができる。ベルトの伸び，従って印加された引張負荷は，例えば歪みゲージにより決定することができる。これらは，印加されたトルクのベンチマークである。駆動ベルトは，例えば，伝達される力に応じてプリストレスを与えておく必要がある。ベルトの不正確なプリストレスは，ベルトの耐用寿命の短縮につながる。作用させたトルク及び適用可能なプリストレスを任意的なマーキングとして使用されるセンサーにより記録し，その記録結果をプリストレスについての設定値と比較することにより，警報信号を発生し，又はプリストレスが下回った場合に駆動を中断させてベルトの損傷を回避することができる。同様に，ベルトのプリストレスが，ベルト軌道機構を作動時させる機材の伸び挙動に従属する場合には，その都度作用するプリストレスを記録しておき，必要な時点で再調整することができる。例えば，外気温が高く，機材の伸びが顕著となれば，ベルトディスクの回転軸線間の距離が増加することにより，過大なプリストレスが生じる。また，外気温が低い場合には，ベルトディスクの回転軸線間の距離が減少するために，過度に小さなプリストレスしか生じなくなる。

適当なセンサーによって読み取り可能な多量の情報を保存しておくための識別手段としては，ＲＦＩＤチップを例示することができる。

現時点で入手することのできる読み取り可能な識別手段又は能動計測センサーは小型化されているので，この種の素子はベルト内にその機能を損なわずに配置することができる。歯付ベルト又は同期ベルトの場合には，そのような素子を配置する場所として，歯の１つにおける中心の上方で，ベルトの弾性埋設材料（例えば，ゴム又はポリウレタン）内における張力部材の下方の領域が推奨される。Ｖベルトの場合，対応する素子は張力部材の下方に配置することができる。また，平ベルトの場合には，ベルトの層間に配置することができる。更に，いかなる形式のベルトにおいても，識別手段をベルトの後面側に配置することができる。そのために，ベルトには，識別手段を挿入するための凹部を形成しておくことができる。

ベルトのマーキングとして適用可能なＲＦＩＤチップ，センサー及びその他の同様に小型化された部品は，ベルトを個別的に製造する際にベルトの製造と同時にベルト材料中に埋設することができる。

しかしながら，このような個別的な製造は，実際には例外的である。むしろ，製造業者からは非常に幅広のベルトがスラブ形態で納品され，これより複数のベルトを切り分け（仕上げ），それぞれの幅を，目的とする用途から求められる幅に適合させるのが通常である。

ベルトを汎用的にもマーキング可能とするため，それぞれのマーキングを，仕上げ後の各ベルトについて施すことが提唱される。そのために，例えば，ベルトにおける適当な個所に凹部を形成し，その凹部内にマーキングとして機能する部品を設置することができる。その後，凹部を封鎖して部品を天候の影響から保護することができる。

凹部はベルト材料内にドリル孔として，又はその他の材料除去により形成することができる。そのために，加工機械により「ベルト位置決め」，「凹部形成」，「凹部内への部品設置」，「凹部の任意的封鎖」及び「ベルト取り出し」の各加工ステップを，それぞれ対応する加工ステーション委おいて実行することができる。加工機械を加工センターとして構成し，関連する加工ステップをベルトのクランププロセスにおいて完了させることもできる。

モニタリング及び評価装置からの信号は，遠隔データ伝送により送信することができる。そのために，各操作において利用可能なデータネットワークを使用することができる。これには，ＬＡＮ等の有線データ伝送，又はＷＬＡＮや指向ラジオなどの無線データ伝送が含まれる。

モニタリングで取得されたデータは，解析や予測のために遠隔データ伝送を介してベルト又はディスクの製造業者，あるいはユーザーに送信され，上述した種の選択システムの構築のために使用することができる。これにより，その測定結果はそれぞれ検討課題とされる機械部品，即ち「ベルト」，「ディスク」，「ベルト／ディスクの組み合わせ」の更なる開発のために活用することができる。必要であれば，モニター対象のベルト駆動装置における切迫した損傷事故に関する警報を製造業者又は供給業者からユーザーに送信することができる。

本発明の更なる特質は，ベルト又はディスクのマーキングを各部品に応じてカスタマイズされた識別手段として施しておくことにより，各用途に応じて適正なベルトと適正なディスクのみが組み合わされて使用されている状況を確保できることである。これにより，「ベルト／ディスク」の対をなす部品の組み合わせ又は選択に際しての過誤を，安全に回避することが可能である。

損傷を生じた場合には，本明細書に開示するモニタリングの可能性から取得された情報に基づいて保証又は補償問題を多くの見地から解明することができる。これは，関連するモニタリングを本発明に従って実行した場合に特に当てはまる。

言うまでもなく，ベルト及びディスクの何れにおいても，単一のマーキングのみならず，必要であれば２個またはそれ以上のマーキングを適当な分布で配置することにより，モニターされる特性の最適な記録を可能とすることができる。これに関連して，全てのマーキング，又は個別のマーキングのみを能動素子として構成することができる。また，例えば，受動的な情報キャリアーとして構成されたマーキングを，ベルト又はディスクにおける特定の特性又は状況を記録するためのセンサーとして使用される能動的マーキングと組み合わせることもできる。

ベルトのマーキングが能動素子である場合，これに対するエネルギー供給は，例えば，本明細書の冒頭部において言及した従来技術において既知の態様で行うことができる。代替的に，能動素子に対する所要のエネルギー供給は，誘導的に，又はベルト内に配置されて当該素子に接続されているエネルギー貯蔵源から行うこともできる。

エネルギー発生のため，光電池素子をベルト上に，そして好適にはその外部後面側に配置することもできる。このような素子は，現時点において可撓性フィルムとして入手可能であり，適当な実施形態において，これらの素子はベルトがベルト駆動装置におけるディスク周りで転向する際に生じる変形にも対応可能である。

ベルトが２つの端部位置間において反転作動し，特定のベルト部分にベルト駆動機構における転向ディスク上でいかなる時点においても転向を生じない用途においては，エネルギーを発生させるための手段を，転向が生じないために機械的負荷がほとんど印加されない部分に取付けることもできる。

エネルギーを発生させ，又はベルトに与える場所が，例えば能動的なマーキング又はセンサー素子によりエネルギーが消費される場所から離隔している場合，導電接続型の導体を設けて書く能動素子を電気エネルギーの発生，蓄積又はカップリング手段に接続することができる。代替的に，ベルトの張力部材又はベルト層を上記目的のために使用することもできる。その場合には，張力部材又はベルト層を導電材料から構成し，又は電気接続部の製造のために導電体を層内に配置する。言うまでもなく，導電性繊維をベルト層内に配置して，能動計測センサーとして構成されたマーキングと，信号伝達手段との間で信号を伝達させることもできる。更に，このような導電性繊維は遠隔モニタリング装置に信号を伝送するための無線伝送用のアンテナとしても使用することができる。

ディスクの場合，情報媒体又はセンサーとして構成された能動マーキングへのエネルギー供給は，ディスクに内蔵されるハブダイナモの原理に従って構成されたエネルギー発生装置により行うことができる。エネルギー発生用の光電池素子をディスク上に配置することもできる。この場合，導電接続を介して所要のエネルギーを非接触で伝達することもでき，その際にベルト内に配置した圧電素子による，それ自体既知の電気エネルギー発生手段を使用する必要はない。言うまでもなく，ディスク内又はベルト内で十分なスペースが利用可能であれば，所要のエネルギーは，バッテリー又は蓄電池により供給することもできる。

それぞれの要件に応じて，センサーとして構成される異なるマーキングをディスク又はベルト内に配置して，異なる特性や影響因子を記録可能とすることができる。センサーとして構成される各マーキングには，必要であれば，その作動のために求められるエネルギーを供給することができる。

マーキングとして１つ又は複数のセンサーを設けたディスクを使用する場合，ディスクのために使用される材料に応じて，体積変化を記録するのが望ましい場合がある。このような体積変化は，温度変化の結果として，又は湿気や化学薬品効果等の外的要因に基づく膨張の結果として生じる場合がある。

モニタリング装置により記録された情報は，必要であれば，複数のエミッターから，又は集中的な共通エミッターから対応するレシーバーに送信することができる。

特に本発明により上述した態様で達成されるモニタリング結果の情報値は，ベルト駆動機構をモーター駆動するための駆動軸上に配置されたトルクセンサーにより補完することができる。ベルト駆動機構に作用する駆動トルクは，このようにして記録することができ，これからベルト内で生じる損失を決定することが可能である。

負荷スペクトルのロギングを行い，シャフト（又は車軸）を計算するための仮定と比較することができる。この比較により，フェザーキーやスナップリング用凹部等に基づくシャフト内のノッチ負荷を表示することができる。これにより部品の耐用寿命やユニットの機能能力に影響を及ぼす，いかなる数の因子であっても，発生させたエネルギーの補助下で測定し，かつ，更なる評価のために別のデータ処理システムに送信することができる。

搬送速度は，シャフトの回転速度と，ベルト駆動機構においてベルトを転向させるために使用されるディスクの外径から産出することができる。ベルトディスクの外径は，常に摩損を生じる。摩損に基づく直径の現象は，適当なセンサーにより決定することができる。最適な一定の搬送速度が必要とされる場合，記録された直径現象を補償するために回転速度を増加させることができる。

以上において開示した構成は，本発明との関連において特に有利なインパクトをもたらすものであり，本発明を単独でも，他の構成と組み合わせた場合でも最適に使用するに資するものである。

しかしながら，関連する構成でも，本発明に直接的に言及しない限り，又は本発明の特徴を直接的に拡張しない限りにおいて，本発明から独立した構成について開示した利点及び効果を有することがあり得る。

以下，本発明の例示的な実施形態について，図面を参照して更に詳述する。各図の概要は，次のとおりである。
リニアアクスル駆動機構として使用されるベルト軌道機構の構造原理説明図である。 いわゆる「オメガドライブ（Ωドライブ）Ｑ」の構造原理説明図である。 ベルト駆動機構の説明図である。 図３のベルト駆動機構において使用されるベルトの一部の側面図である。 図４に示すベルト部分の背面図である。

ベルト駆動機構は，典型的にはリニアアクスル駆動系において使用される。もっとも単純な場合，図１に示すリニア駆動ユニットＬは，駆動ディスクＭ，転向ディスクＵ，可動スライダーＳ，並びにスライダーＳが結合されたベルトＲよりなる。スライダーＳは，その２つの端位置間で，ベルトＲによる連続変化をもって進退移動する。

ベルト駆動機構の更なる例は，図２に示されるいわゆる「オメガドライブ（Ωドライブ）」である。この場合，モーターの駆動ディスクＭと，２つの転向ディスクＵがローラーとして形成されて，可動スライダーＳに取付けられる。

図３は，異なる駆動ユニットＥに組み込んだ場合の本発明によるベルト駆動機構の構成態様と，ベルト駆動機構（駆動ユニットＬ）についての本発明によるモニタリングの実行態様を示す。図３に示す駆動ユニットＥは，例えば，駆動ディスクＭにより与えられた駆動トルクを，転向ディスクＵに結合された被動部材（ここでは図示せず）に伝達するのに好適である。

ベルトＲは，通常の歯付ベルトとして形成されている。

従って，駆動ディスクＭ及び転向ディスクＵには，ベルトＲの歯Ｚと接触する外周部に，ベルトＲの歯Ｚの形状及び配置に対応する歯が設けられており，これによりベルトＲの歯ＺはディスクＵ．Ｍの周りで周回する際にディスクＵ．Ｍの歯間に確動係合する。

ベルトＲは，本例においては同一寸法としたディスクＵ．Ｍの周りで，それぞれ１８０°の角度に亘って掛け渡されている。

ベルトＲ内には，ＲＦＩＤチップＫ１がマーキングとして配置されている。この場合，ＲＦＩＤチップＫ１は，ベルトＲが仕上げられた後にベルトＲの歯Ｚの１つにドリル加工された凹部内に着座している。ＲＦＩＤチップＫ１を着座させた凹部は，ベルトＲの弾性埋設材料中において，歯Ｚの歯元領域に，即ち歯Ｚの中心ＭＺとベルトＲの張力部材Ｔとの間に配置されている。

ＲＦＩＤチップＫ１は，例えば，ベルトの形式，製造日，使用開始日，並びに使用材料等に関する情報を保存する。

ディスクＭ内には，センサーＫ２がマーキングとして配置されている。センサーＫ２は，ベルトＲのマーキングとして使用されるＲＦＩＤチップＫ１に保存されている情報を読み取り可能とするためのデバイスである。

センサーＫ２は，ディスクＵにおける２つの歯Ｚｓ１，Ｚｓ２間のギャップＣに近接するディスクＭの縁部領域に配置される。ＲＦＩＤチップＫ１が配置されたベルトＲの歯ＺがギャップＣに内に入り込むと，ＲＦＩＤチップＫ１及びセンサーＫ２が互いに会合し，センサーＫ２がＲＦＩＤチップＫ１に保存されている情報を読み取る。即ち，センサーＫ２は，ＲＦＩＤチップＫ１及びセンサーＫ２が互いに対向したときに記録を行うモニタリング装置として使用される。

トリガー位置Ａ，即ちベルトのマーキング（ＲＦＩＤチップＫ１）と，ディスクのマーキング（センサーＫ２）が互いに直に対向してセンサーＫ２が対応する信号Ｘを発生させる位置は，ＲＦＩＤチップＫ１を配置したベルトＲの歯ＺがギャップＣ内に着座した状態で，センサーＫ２及びＲＦＩＤチップＫ１がいずれも，ディスクＵ，Ｍの回転軸線Ｄ１，Ｄ２を通過する直線Ｇ上に配置される位置（ディスクＵの９時位置）である。従って，ＲＦＩＤチップＫ１及びセンサーＫ２は，駆動ディスクＭについて示される回転方向の場合，図３においてトリガー位置Ａの直前にある。

センサーＫ２は，ＲＦＩＤチップＫ１とセンサーＫ２が同時にトリガー位置Ａに達したことを示す信号Ｘを無線信号としてトランシーバー装置Ｗに送信し，トランシーバー装置Ｗは信号Ｘを例えばＷＬＡＮ又はＬＡＮ経由でレシーバー装置Ｎに送信し，レシーバー装置Ｎは評価装置Ｙに接続されている。

トリガー位置ＡにおけるＲＦＩＤチップＫ１及びセンサーＫ２の会合を示す信号に加えて，信号Ｘは，センサーＫ２がＲＦＩＤチップＫ１から読み出した情報を含むことができる。

評価装置Ｙは，送信された信号Ｘの数と，これに関連してベルトＲが完了した巡回回数を記録する。この情報や，ＲＦＩＤチップＫ１により読み取られた，例えばベルトＲの品質及び状態に関する情報に基づき，その残存耐用寿命を予測し，必要とされる保守対策を開始する。

図４に示すように，特に実用条件下で負荷されたベルトＲにおける歯Ｚの領域内には１つのマーキングＫ１が配置可能であり，この場合にマーキングＫ１は，前述したとおり，通常は能動センサー又はＲＦＩＤ素子である。従って，マーキングＫ１はベルトＲに関する情報を保存し，記録し，送信又は収集し，その情報をモニタリング装置として使用されるセンサーＫ２に伝送することができる。マーキングＫ１に加えて，電気エネルギーを蓄積するための蓄積装置ＢをベルトＲにおける歯Ｚの領域に配置することができる。この蓄積装置Ｂにより，本発明の観点においてマーキングとして使用されるセンサー又は能動識別手段に対して，その作動に必要とされるエネルギーを供給することができる。

図４及び図５に示すように，電気エネルギーを発生させるための光電池素子Ｐ１又は発光素子Ｐ２，例えば光ダイオードが，ベルトＲの歯Ｚとは反対側に位置するベルトＲの後面側に配置されている。その光ダイオードにより，ベルトＲの特定の作動状況を表す光信号を発光することができる。素子Ｐ１とエネルギー蓄積装置Ｂは，ベルトＲ内に配置されている導電性繊維Ｆを介して接続する。導電性繊維Ｆは，ベルトＲの材料中に張力部材Ｔの一部として。又は別体の接続導体として配置することができる。

センサーＫ２の作動に必要とされるエネルギーは，光電池素子Ｐ３により発生させる。この光電池素子Ｐ３は，駆動ディスクＭの前端側でセンサーＫ２に近接させて対応する態様で配置される。

本願委おいて開示する発明の更なる実用例としては，リフト駆動機構が挙げられる。この場合には，安全上の理由から，通常は互いに平行に配置される２つの歯付ベルトを作動させる。一方のベルトに故障を生じた場合，残りのベルトが依然として負荷を維持し，又は少なくとも制御可能な態様で分散させる。

しばしば，リフト駆動機構は下端位置及び上端位置の間で１通りの移動のみを実行するが，必要であれば所定の位置に更なる停止点を設定することができる。その結果，ベルトにおける常に同一の歯に制動力及び加速力が印加される。これに関連して，各停止時において，又は各端位置に達したときにベルトディスクのループ領域に配置される歯が論点となる。常に同一のベルト歯が，同一のストローク位置において同一のディスクギャップ内に位置する。

ベルト及びディスクにマーキング，特に識別手段として構成されたマーキングを施しておけば，達成されたストロークを各位置における接触回数により決定することができる。そのために，適当な部位において，例えばＲＦＩＤをマーキングとしてベルトの歯内に配置し，同様にマーキングとして使用されるセンサーをディスクギャップ内に配置することができる。各歯は，ＲＦＩＤに保存されている情報により明確に特徴づけられる。従って，どの時点で歯が，特定の停止位置において対応するギャップに到達したかを明確に決定することができる。ディスクは，それぞれのベルト歯に大きな負荷をかけることなく，容易に次の歯上に転動させる。これにより，関連する歯とディスクとの間で行われる接触の回数を臨界的な歯のために決定し，データベースに蓄積されている達成可能な接触との比較に基づいてベルト損傷に至るまでの残存耐用寿命を，高い信頼性をもって予測することができる。

両ベルトに対する理想的な力分配を達成するためには，両ベルトを同一態様で製造し，かつプリストレスを与える。ベルトに及ぼされる力又は引張負荷は，歪みゲージにより決定することができる。引張負荷は，適当なセンサーにより計測し，適当な伝送手段（例えばＲＦＩＤ）により外部レシーバーに伝送することができる。これは，ディスク上において，又はベルトにおける任意の位置で行うことができる。

両ベルト，又は両ベルト上のセンサーにより，それぞれに印加される応力を互いに同期させる構成とすることもできる。ベルト内における張力部材は，エネルギー伝達又はエネルギー入力のために使用することができる。

反転作動に際して，ベルトの全ての部分がディスク周りで周回するものではない。ディスク周りで周回しない領域において，ベルト内に信号装置を配置して，例えば光信号によりベルトが正常状態にあるか否かを表示させることができる。この信号装置により，特に，ベルトに印加されている負荷が所定の許容範囲内にあるか否かを表示させることができる。過度に大きな隔たりが認められる場合には，モニタリング装置に接続されている評価装置を介して信号を発生させ，より大きな損傷が生じる前にユニットを停止可能とすることができる。

Ａ トリガー位置
Ｃ 歯Ｚｓ１，Ｚｓ２の間のギャップ
Ｄ１，Ｄ２ ディスクＵ，Ｍの回転軸線
Ｅ 駆動ユニット
Ｆ 導電性繊維
Ｇ 直線
Ｋ１ ＲＦＩＤチップ
Ｋ２ センサー（マーキング及びモニタリング装置）
Ｌ リニア駆動ユニット
Ｍ 駆動ディスク
ＭＺ 歯Ｚの中心
Ｎ レシーバー装置
Ｐ１ 光電池素子
Ｐ２ 発光素子
Ｐ３ 光電池素子
Ｑ オメガドライブ
Ｒ ベルト
Ｓ スライダー
Ｔ ベルトＲの張力部材
Ｕ 転向ディスク
Ｗ トランシーバー装置
Ｘ 信号
Ｙ 評価装置
Ｚ ベルトＲの歯
Ｚｓ１，Ｚｓ２ ディスクＵの歯

Claims (15)

1. 回転可能に取り付けられたディスク（Ｍ，Ｕ）と，ディスク（Ｍ，Ｕ）に掛け渡されたベルト（Ｒ）とを備えるベルト駆動機構（Ｌ，Ｅ）をモニターする方法であって，ベルト（Ｒ）及びディスク（Ｍ，Ｕ）にそれぞれマーキング（Ｋ１，Ｋ２）を施しておき，ベルト（Ｒ）がディスク（Ｍ，Ｕ）周りで巡回する際にベルト（Ｒ）及びディスク（Ｍ，Ｕ）のマーキング（Ｋ１，Ｋ２）をトリガー位置において互いに直に対向させるモニタリング方法において：
   ａ）モニタリング装置として使用されるマーキング（Ｋ２）によりトリガー位置を検出し，その際，マーキング（Ｋ１，Ｋ２）がトリガー位置に到達したときに前記モニタリング装置として使用されるマーキング（Ｋ２）により信号を発生させるステップ；
   ｂ）過去の所定期間に亘ってトリガーされた信号の数を記録するステップ；並びに，
   ｃ）過去の所定期間に亘ってベルト（Ｒ）又はディスク（Ｍ，Ｕ）に印加された負荷を，ベルトの巡回回数に対応するトリガー信号の数に基づき，関連する影響因子も考慮して決定するステップ；
   を備えるモニタリング方法。
2. 請求項１に記載の方法であって，ステップｃ）において，ベルト（Ｒ）及びディスク（Ｍ，Ｕ）の材料特性，ベルト（Ｒ）及びディスク（Ｍ，Ｕ）の幾何学的形態，摩擦条件，作用する静的又は動的な力，ディスク（Ｍ，Ｕ）周りで巡回する際のベルト（Ｒ）の伸び，温度，体積，環境雰囲気，又は，ベルト駆動機構を駆動するために供給される駆動モーターの電力消費量を，前記影響因子として考慮することを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって，決定された負荷に基づき，前記影響因子も考慮して，評価装置（Ｙ）により，ベルト（Ｒ）又はディスク（Ｍ，Ｕ）の残存耐用寿命に関する予測を行うことを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の方法であって，前記ステップｂ）において記録した信号の数又は前記ステップｃ）において決定した負荷を設定値と比較すること，並びに，記録した信号の数又は決定した負荷が設定値から外れている場合に，保守作業の必要性に関する通知を行い，又は緊急停止をトリガーすることを特徴とする方法。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の方法であって，ベルト（Ｒ）又はディスク（Ｍ，Ｕ）のマーキング（Ｋ１，Ｋ２）が，該ベルト（Ｒ）又はディスク（Ｍ，Ｕ）の特性に関する情報を含むこと，並びに，その情報を前記モニタリング装置から読み取り，かつ，前記負荷の決定に際して考慮に入れることを特徴とする方法。
6. ベルト駆動機構であって，
   ・回転可能に取り付けられたディスク（Ｍ，Ｕ）と，
   ・前記ディスク（Ｍ，Ｕ）において転向されるベルト（Ｒ）と，
   ・モニタリング装置と，
   を備えるベルト駆動機構において，
   前記ベルト（Ｒ）及び前記ディスク（Ｍ，Ｕ）に，それぞれマーキング（Ｋ１，Ｋ２）が施されていること，並びに，
   前記ベルト（Ｒ）及び前記ディスク（Ｍ，Ｕ）のマーキング（Ｋ１，Ｋ２）が前記ディスク（Ｍ，Ｕ）上で互いに直に対向するときに，前記モニタリング装置が信号（Ｘ）をトリガーすることを特徴とするベルト駆動機構。
7. 請求項６に記載のベルト駆動機構であって，前記モニタリング装置は，該モニタリング装置によりトリガーされる信号（Ｘ）を計数するためのカウンターに接続されていることを特徴とするベルト駆動機構。
8. 請求項７に記載のベルト駆動機構であって，前記カウンターが評価装置（Ｙ）の一部であり，該評価装置が，前記モニタリング装置によりトリガーされた信号（Ｘ）の数を記録し，その情報に基づき，かつ，更なる影響因子を考慮して，前記ベルト（Ｒ）又は前記ディスク（Ｍ，Ｕ）の過去使用の間に前記ベルト（Ｒ）又は前記ディスク（Ｍ，Ｕ）に印加された負荷を決定することを特徴とするベルト駆動機構。
9. 請求項６〜８の何れか一項に記載のベルト駆動機構であって，前記ベルト（Ｒ）又は前記ディスク（Ｍ，Ｕ）のマーキング（Ｋ１，Ｋ２）が，前記ベルト（Ｒ）に関する情報を含む識別手段として使用可能であることを特徴とするベルト駆動機構。
10. 請求項９に記載のベルト駆動機構であって，前記マーキング（Ｋ１，Ｋ２）が，ＲＦＩＤチップであることを特徴とするベルト駆動機構。
11. 請求項８と，請求項９又は１０の何れかに記載のベルト駆動機構であって，前記評価装置（Ｙ）が，前記マーキング（Ｋ１）に含まれる情報を読み取るよう，前記モニタリング装置として使用されるセンサーに接続されていることを特徴とするベルト駆動機構。
12. 請求項６〜１１の何れか一項に記載のベルト駆動機構であって，前記ベルト（Ｒ）又は前記ディスク（Ｍ，Ｕ）のマーキング（Ｋ１，Ｋ２）が，前記ベルト（Ｒ）又は前記ディスク（Ｍ，Ｕ）の作動中における１つ又は複数の特性を記録する能動素子として使用可能であり，その特性を，前記トリガー位置に達したときに前記モニタリング装置に伝送することを特徴とするベルト駆動機構。
13. 請求項９に記載のベルト駆動機構であって，前記ベルト（Ｒ）が歯付ベルトである場合に，前記識別手段が，歯の中心の上方でベルト（Ｒ）の弾性埋設材料中における張力部材の下方に，又は前記ベルト（Ｒ）の後面側に配置されていること，前記ベルト（Ｒ）がＶベルトである場合には，前記識別手段が，前記張力部材の下方に，又は前記ベルト（Ｒ）の後面側に配置されていること，並びに，前記ベルト（Ｒ）が平ベルトである場合には，前記識別手段が，前記ベルト（Ｒ）の層間に配置されていることを特徴とするベルト駆動機構。
14. 請求項６〜１３の何れか一項に記載のベルト駆動機構であって，前記モニタリング装置が，遠隔データ伝送装置（Ｗ）に接続されていることを特徴とするベルト駆動機構。
15. 請求項６〜１４の何れか一項に記載のベルト駆動機構であって，前記ベルト（Ｒ）又は前記ディスク（Ｍ，Ｕ）のマーキング（Ｋ１，Ｋ２）が，前記モニタリング装置として使用可能に構成されていることを特徴とするベルト駆動機構。

Images