WO2014181794A1 - コンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置 - Google Patents

Abstract

　コンベヤベルト走行時に支持ローラがどのようにコンベヤベルトに接触しているのかを精度よく把握するコンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置を提供する。プーリ間に張設されたコンベヤベルト１５の内周面１６に当接して転動する測定用ローラ２の転動面２ａに設けられた圧力センサ５が、コンベヤベルト１５が測定用ローラ２を乗り越える際の抵抗力ｆを検知し、回転位置センサ６が圧力センサ５の転動面２ａでの周方向位置を検知し、これら検知したデータを、測定用ローラ２に設置された送信部８によって測定用ローラ２の外部に逐次、無線送信して、この送信された検知データを受信部９により受信する。

Description

コンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置

　本発明は、コンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置に関し、さらに詳しくは、コンベヤベルト走行時に支持ローラがどのようにコンベヤベルトに接触しているのかを精度よく把握することができるコンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置に関するものである。

　コンベヤベルトを駆動するための消費電力は、コンベヤベルトの種類や駆動ローラ等の周辺設備、さらにはコンベヤベルトに積載する運搬物の重量の変動等の影響を受けて変動することが知られている。ベルトコンベヤが長機長になると、コンベヤベルトを支持する支持ローラの数が増加するため、消費電力に関してはコンベヤベルトと支持ローラとの接触に起因する動力損失が支配的になる。そのため、支持ローラ乗り越え時に生じる動力損失、即ち、支持ローラ乗り越え抵抗力を低減させることが重要な課題になっている。

　この支持ローラ乗り越え抵抗力を把握する一環として、コンベヤベルト走行時に支持ローラの表面に生じる歪を測定する装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の測定装置では、所定長さに切断したコンベヤベルトを用いて、支持ローラの表面に生じる歪を測定する。具体的には、支持ローラの転動面に片持ち梁状の切欠きを設け、この切欠きに歪ゲージを取り付ける。そして、切断したコンベヤベルを所定位置に固定した状態にして、このコンベヤベルトの下面に支持ローラを当接させつつベルト長手方向に移動させることにより支持ローラを転動させる。歪ケージによる検知データは、コードを通じて測定器に入力される構成になっている。

　この歪ゲージによる検知データを分析することにより、支持ローラとコンベヤベルトとの接触状態を把握することが可能であるが、この測定装置では、コンベヤベルが実際に使用されている条件と同じ条件下でデータを取得することは難しい。そのため、実使用時と整合する支持ローラとコンベヤベルトとの接触状態を精度よく把握するには不利であった。また、歪ゲージによる検知データがコードを通じて測定器に入力される構造なので、この測定装置を実機に装着されているコンベヤベルトにセットして測定しようとしても、歪ゲージから延びるコードが邪魔になって測定を行なうことができないという問題がある。

日本国特開２００６－２９２７３６号公報

　本発明の目的は、コンベヤベルト走行時に支持ローラがどのようにコンベヤベルトに接触しているのかを精度よく把握することができるコンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明のコンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置は、プーリ間に張設されたコンベヤベルトの内周面に当接して転動する測定用ローラと、この測定用ローラの転動面に設けられた圧力センサと、この圧力センサの前記転動面での周方向位置を検知する回転位置センサと、前記測定用ローラに設置されて、この回転位置センサおよび前記圧力センサの検知データを測定用ローラの外部に逐次、無線送信する送信部と、この送信部により送信された前記検知データを受信する受信部とを備えたことを特徴とする。

　本発明によれば、測定用ローラの転動面に設けられた圧力センサにより、コンベヤベルトの内周面に当接して転動する際に測定用ローラに作用する圧力、即ち、コンベヤベルトが測定用ローラを乗り越える際の抵抗力が検知される。そして、回転位置センサにより圧力センサの転動面での周方向位置が検知される。これらの検知データを分析することにより、コンベヤベルト走行時に支持ローラがどのようにコンベヤベルトに接触しているのかを把握することができる。しかも、測定用ローラに設置された送信部が、これら検知データを測定用ローラの外部に逐次、無線送信して受信部により受信するので、実機に装着されたベルトコンベヤを用いて実際に使用されている条件下で検知データを取得できる。それ故、支持ローラとコンベヤベルトとの接触状態を精度よく把握することができ、接触状態の経時変化を把握することも可能になる。

　コンベヤベルトと支持ローラとの接触状態を精度よく把握できると、コンベヤベルトが支持ローラを乗り越える際の抵抗力を詳細に把握できる。これによって、駆動に要する消費電力を低減させたコンベヤベルトを開発するには大いに寄与するので、省エネルギ対策には非常に有益である。

　ここで、例えば、前記測定用ローラの転動により発電する発電部を設け、この発電部により発電された電力を用いて、前記送信部が前記回転位置センサおよび前記圧力センサの検知データを無線送信する構成にすることもできる。この構成によれば、検知データを無線送信するための特別な電源が不要になるとともに、測定用ローラが転動する際には必ず発電されるので、電力不足による無線送信エラーを回避できる。

　前記圧力センサをローラ幅方向に離間させて複数設けることもできる。このように圧力センサを配置することで、支持ローラとコンベヤベルトとの接触状態のベルト幅方向の相違を把握することができる。また、前記圧力センサをローラ周方向に離間させて複数設けることもできる。このように圧力センサを配置することで、圧力センサが測定用ローラに作用する圧力を検知するタイミングがずれるので、それぞれの圧力センサの検知データを無線送信するタイミングをずらし易くなる。これにより、それぞれの圧力センサの検知データを受信部で識別して受信し易くなる。

　前記測定用ローラが当接して転動する際のコンベヤベルトの内周面の温度を検知する温度センサを設けた構成にすることもできる。この構成によれば、コンベヤベルトが支持ローラを乗り越える際のコンベヤベルトの内周面の温度を把握できる。それ故、支持ローラとコンベヤベルトとの接触状態のベルト温度による相違を把握することができる。

　前記圧力センサおよび前記回転位置センサの検知データに基づいて、前記測定用ローラに作用する圧力の水平方向分力と鉛直方向分力とをそれぞれ算出する演算部を設けることもできる。この構成により、支持ローラとコンベヤベルトとの接触状態をより詳細に把握することができる。

図１は本発明のコンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置を側面視で例示する説明図である。 図２は図１の測定装置およびその周辺を例示するベルト幅方向断面図である。 図３は図１の測定用ローラの内部構造を例示する説明図である。 図４は図１の測定用ローラを例示する斜視図である。 図５は測定用ローラ（支持ローラ）に作用する抵抗力を模式的に示す説明図である。

　以下、本発明の支持ローラ接触状態測定装置を図に示した実施形態に基づいて説明する。

　図１～図４に例示する本発明のコンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置１（以下、測定装置１という）は、コンベヤベルト１５をプーリ１４ａ、１４ｂ間で張設するベルトコンベヤ装置１２（実機）に設置される。このベルトコンベヤ装置１２のキャリア側では、ベルト長手方向に間隔をあけて多数の支持ローラ１３がコンベヤベルト１５の内周面１６に当接するように配置されている。この支持ローラ１３はベルト幅方向に複数配置されてコンベヤベルト１５の外周面１７が凹形状になるように設定されている。ベルトコンベヤ装置１２のリターン側では、コンベヤベルト１５を円滑にガイドするために適宜、支持ローラ１３がコンベヤベルト１５の外周面１７に当接するように配置されている。

　測定装置１は、測定用ローラ２と、測定用ローラ２の転動面２ａに設けられた圧力センサ５と、圧力センサ５の転動面２ａでの周方向位置を検知する回転位置センサ６と、回転位置センサ６および圧力センサ５の検知データを測定用ローラ２の外部に逐次、無線送信する送信部８と、送信部８により送信された検知データを受信する受信部９とを備えている。この受信部９にはパーソナルコンピュータ等の演算部１１が接続されている。

　この実施形態では、ベルトコンベヤ装置１２のキャリア側に設置されていた支持ローラ１３と置き換えて測定用ローラ２が設置されている。本来の支持ローラ１３と置き換えずに、測定用ローラ２を追加してベルトコンベヤ装置１２に設置することもできる。測定用ローラ２には、本来の支持ローラ１３と外径等を同一または同等仕様にしたものを用いる。測定用ローラ２の設置位置は、ベルト幅方向の中央部に限らずベルト幅方向端部にすることもでき、検知データが必要な場所に測定用ローラ２を設置する。

　測定用ローラ２は、フレーム４に支持された中心軸３に軸支されている。そして、この測定用ローラ２は、その転動面２ａを、プーリ１４ａによって回転駆動されて走行するコンベヤベルト１５の内周面１６に当接させて中心軸３を中心にして転動する。

　圧力センサ５の設置数は単数でも複数でもよい。この実施形態では、複数（３つ）の圧力センサ５ａ、５ｂ、５ｃが、ローラ幅方向Ｗに離間して設けられている。さらに、これら圧力センサ５ａ、５ｂ、５ｃが、ローラ周方向Ｃに離間して設けられている。それぞれの圧力センサ５は、圧力センサ５が設置された位置での転動面２ａに直交する方向（即ち、ローラ半径方向）の圧力を検知する。圧力センサ５の検知データは測定用ローラ２の中空内部に設置された送信部８に送られる構成になっている。尚、図４では、ローラ幅方向を矢印Ｗで示し、ローラ周方向を矢印Ｃで示している。

　回転位置センサ６は、圧力センサ５の転動面２ａでの周方向位置を検知できれば、特に種類は限定されない。この実施形態では、一対の回転位置センサ６、６が用いられている。一方の回転位置センサ６は測定用ローラ２の一方側面に、他方の回転位置センサ６はこの一方側面に対向するフレーム４に取り付けられている。そして、一方の回転位置センサ６が他方の回転位置センサ６に最接近した時に、一方の回転位置センサ６による検知データ（検知信号）が送信部８に送られる構成になっている。一方の回転位置センサ６と圧力センサ５とのローラ周方向における位置関係は既知なので、回転位置センサ６の検知データによって、圧力センサ５の転動面２ａでの周方向位置を把握することができる。また、回転位置センサ６による検知周期（１周期の時間）によって、測定用ローラ２の回転速度、ひいては、コンベヤベルト１５の走行速度を把握することができる。

　この実施形態では、さらに、測定用ローラ２の側面に取り付けられて中心軸３のまわりを回転する発電部１０が設けられている。この発電部１０はダイナモと同様の構造を有していて、測定用ローラ２が中心軸３を中心にして転動することによって発電する。発電部１０により発電された電力は、送信部８が回転位置センサ６および圧力センサ５の検知データを受信部９に無線送信する際に使用される。

　また、この実施形態では、測定用ローラ２が当接して転動する際のコンベヤベルト１５の内周面１６の温度を検知する非接触型の温度センサ７ａ、７ｂが設けられている。温度センサ７ａ、７ｂによる検知データは、演算部１１に逐次入力される。温度センサ７ａ、７ｂの設置数は１つにすることもできるが２つにすることがより好ましい。コンベヤベルト１５の内周面１６の測定用ローラ２が当接する部分近傍のうち、一方の温度センサ７ａは、測定用ローラ２の当接する部分よりも走行方向上流側の表面温度を検知し、他方の温度センサ７ｂは、測定用ローラ２の当接する部分よりも走行方向下流側の表面温度を検知するように設置するとよい。

　この測定装置１を用いて、測定用ローラ２（支持ローラ１３）が走行しているコンベヤベルト１５にどのように接触しているのかを把握、測定する方法を以下に説明する。

　まず、図１に例示するように、測定用ローラ２を、その転動面２ａがコンベヤベルト１５の内周面１６に当接するようにセットする。即ち、周囲の支持ローラ１３と同様の上下方向初期荷重が付与されるようにセットする。次いで、このセット状態でコンベヤベルト１５を走行させる。これにより、測定用ローラ２は、支持ローラ１３と同様、走行するコンベヤベルト１５の内周面１６に当接して転動する。

　図５に例示するように、測定用ローラ２（支持ローラ１３）がコンベヤベルト１５の内周面１６に当接して転動する際に、測定用ローラ２（支持ローラ１３）には、ベルト進行方向に向かって斜め下方の抵抗力ｆが作用する。したがって、圧力センサ５が設置された転動面２ａの部分が、コンベヤベルト１５を乗り越える際に、それぞれの圧力センサ５は、その周方向位置でのローラ半径方向の圧力ｆを検知する。この圧力ｆは測定用ローラ２（支持ローラ１３）に作用する抵抗力であり、水平分力ｆｈと鉛直分力ｆｖに分解できる。圧力センサ５は、コンベヤベルト１５の内周面１６に接触し始める位置Ｐｓから内周面１６より離れる位置Ｐｅに回動するまで圧力ｆを検知する。圧力センサ５が圧力ｆを検知するサンプリング周波数は、例えば２ｋＨｚ～１００ｋＨｚ程度にする。

　ここで、回転位置センサ６の検知データに基づいて、それぞれの圧力センサ５の周方向位置が把握できるので、コンベヤベルト１５の内周面１６のある位置が測定用ローラ２に接触している期間（乗り越え始めてから乗り越え終わるまでの期間）における圧力ｆの変化を詳細に把握することができる。この圧力ｆの変化は、コンベヤベルト１５走行時に測定用ローラ２（支持ローラ１３）がどのようにコンベヤベルト１５に接触しているのかを示すものなので、支持ローラ１３とコンベヤベルト１５との接触状態を把握することができる。

　そして、測定用ローラ２に設置された送信部８が、回転位置センサ６および圧力センサ５の検知データを測定用ローラ２の外部にある受信部９に逐次、無線送信するので、実機に装着されたコンベヤベルト１５を用いて実際に使用されている条件下で検知データを取得できる。これより、測定用ローラ２（支持ローラ１３）とコンベヤベルト１５との接触状態を精度よく把握することができる。また、経時的に変化する接触状態を把握することも可能になる。

　この測定装置１により測定された圧力ｆ、即ち、支持ローラ乗り越え抵抗力を分析することにより、コンベヤベルト１５を駆動する際の消費電力を低減する支持ローラ乗り越え抵抗力の小さなコンベヤベルトを開発することが可能になる。例えば、測定結果に基づいて、ゴム組成物、心体、補強材等の材質やベルト構造を改良して省電力タイプのコンベヤベルトを製造することができる。或いは、既存のコンベヤベルトを駆動する際の消費電力を精度よく把握して、より消費電力の少ないコンベヤベルトに置き換えることが可能になる。このように本発明は、コンベヤベルトを駆動する際の消費電力を削減するには大いに有益である。

　例えば、圧力センサ５および回転位置センサ６により逐次検知された検知データに基づいて、演算部１１により、測定用ローラ２に作用する圧力ｆの水平方向分力ｆｈと鉛直方向分力ｆｖとをそれぞれ算出する。そして、瞬時の圧力である水平方向分力ｆｈ、鉛直方向分力ｆｖをそれぞれ、測定用ローラ２が１回転する間に圧力センサ５がコンベヤベルト１５に接触していた時間で積分する。これにより、測定用ローラ２（支持ローラ１３）が１回転する間で、コンベヤベルト１５の内周面１６のある位置が測定用ローラ２（支持ローラ１３）に接触している期間において、測定用ローラ２（支持ローラ１３）にトータルでどの程度の水平方向抵抗力、鉛直方向抵抗力が作用したのかを把握することができる。これにより、支持ローラ１３とコンベヤベルト１５との接触状態（圧力分布）をより詳細に把握することが可能になる。

　実施形態のように測定用ローラ２の転動により発電する発電部１０を設けると、送信部８から受信部９に検知データを無線送信するための特別な電源が不要になる。測定用ローラ２が転動する際には必ず発電されることになるので、電力不足による無線送信エラーを回避できるという利点もある。

　圧力センサ５をローラ幅方向Ｗに離間させて複数設けると、支持ローラ１３とコンベヤベルト１５との接触状態のベルト幅方向Ｗの相違を把握することができる。ベルトコンベヤ装置１２のキャリア側では、コンベヤベルト１５の外周面１７が凹形状になるように設定されるので、接触状態がベルト幅方向Ｗで相違する。そのため、実際のベルトコンベヤ装置１２での接触状態を把握するには有益である。

　圧力センサ５をローラ周方向Ｃに離間させて複数設けると、それぞれの圧力センサ５ａ、５ｂ、５ｃが測定用ローラ２に作用する圧力ｆを検知するタイミングがずれるので、それぞれの圧力センサ５ａ、５ｂ、５ｃの検知データを送信部８から受信部９に無線送信するタイミングをずらし易くなる。これにより、それぞれの圧力センサ５ａ、５ｂ、５ｃの検知データを受信部９で識別して受信し易くなる。

　温度センサ７ａ、７ｂを設けて測定用ローラ２が当接して転動する際のコンベヤベルト１５の内周面１６の温度を検知すれば、コンベヤベルト１５が測定用ローラ２（支持ローラ１３）を乗り越える際の内周面１６の温度を把握することができる。それ故、測定用ローラ２（支持ローラ１３）とコンベヤベルト１５との接触状態のベルト温度による相違を把握することができる。この温度変化の影響を考慮することで、支持ローラ乗り越え抵抗力を高精度で把握するには有利になる。

　この実施形態のように複数の温度センサ７ａ、７ｂを設けて、測定用ローラ２のベルト走行方向上流側と下流側とでのコンベヤベルト１５の内周面１６の表面温度を検知すれば、コンベヤベルト１５が測定用ローラ２（支持ローラ１３）を乗り越える際に生じるコンベヤベルト１５の温度変化（ヒステリシスロス）をより詳細に把握できる。それ故、支持ローラ乗り越え抵抗力を高精度で把握するには益々有利になる。

　１　測定装置
　２　測定用ローラ
　２ａ　転動面
　３　中心軸
　４　フレーム
　５、５ａ、５ｂ、５ｃ　圧力センサ
　６　回転位置センサ
　７ａ、７ｂ　温度センサ
　８　送信部
　９　受信部
　１０　発電部
　１１　演算部
　１２　ベルトコンベヤ装置
　１３　支持ローラ
　１４ａ、１４ｂ　プーリ
　１５　コンベヤベルト
　１６　内周面
　１７　外周面

Claims (6)

1. 　プーリ間に張設されたコンベヤベルトの内周面に当接して転動する測定用ローラと、この測定用ローラの転動面に設けられた圧力センサと、この圧力センサの前記転動面での周方向位置を検知する回転位置センサと、前記測定用ローラに設置されて、この回転位置センサおよび前記圧力センサの検知データを測定用ローラの外部に逐次、無線送信する送信部と、この送信部により送信された前記検知データを受信する受信部とを備えたことを特徴とするコンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置。
2. 　前記測定用ローラの転動により発電する発電部を設け、この発電部により発電された電力を用いて、前記送信部が前記回転位置センサおよび前記圧力センサの検知データを無線送信する構成にした請求項１に記載のコンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置。
3. 　前記圧力センサをローラ幅方向に離間させて複数設けた請求項１または２に記載のコンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置。
4. 　前記圧力センサをローラ周方向に離間させて複数設けた請求項１～３のいずれかに記載のコンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置。
5. 　前記測定用ローラが当接して転動する際のコンベヤベルトの内周面の温度を検知する温度センサを設けた請求項１～４のいずれかに記載のコンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置。
6. 　前記圧力センサおよび前記回転位置センサの検知データに基づいて、前記測定用ローラに作用する圧力の水平方向分力と鉛直方向分力とをそれぞれ算出する演算部を設けた請求項１～５のいずれかに記載のコンベヤベルトの支持ローラ接触状態測定装置。

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