特開 2022-185339 ベルト張力検出装置、及びベルト張力検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185339

(43)【公開日】2022-12-14

(54)【発明の名称】ベルト張力検出装置、及びベルト張力検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/10 20200101AFI20221207BHJP

   F16H 7/00 20060101ALI20221207BHJP

   F16H 7/12 20060101ALI20221207BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20221207BHJP

【ＦＩ】

G01L5/10 Z

F16H7/00 A

F16H7/12 A

G01L5/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021092952

(22)【出願日】2021-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110003214

【氏名又は名称】弁理士法人服部国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山盛 拓人

(72)【発明者】

【氏名】大橋 勉

【テーマコード（参考）】

2F051

3J049

【Ｆターム（参考）】

2F051AA24

2F051AB06

2F051BA03

3J049AA01

3J049BA07

3J049BE10

3J049BG03

3J049CA08

(57)【要約】

【課題】簡易な構成によりベルト張力を検知可能にしたベルト張力検出装置及びベルト張力検出方法を提供する。
【解決手段】正逆転可能な第１のサーボモータ２に連結される駆動プーリ１０とベンドプーリ１１とテールプーリ１２等にベルト５が巻き掛けられている。ベルト５には、案内レール８、９上を移動可能な複数のパレット７を、停止、送り、停止を繰り返して送り出す複数の爪送り装置３０の固定部が等間隔に固定されている。ベルト５の緩みに伴う負荷変動は、第１のサーボモータ２の出力するトルク値を検出するサーボドライバの出力値に現れる。サーボドライバの検出した検出トルク値に基づいてパーソナルコンピュータは、ベルトの緩み度を検出する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の駆動モータ（２）と、
前記第１の駆動モータの回転軸と連結される駆動プーリ（１０）と、
前記駆動プーリと従動プーリ（１１、１２、１３、１５、１６）に巻き掛けられるベルト（５）と、
前記ベルトに負荷をかける負荷手段（３０）と、
前記第１の駆動モータの出力するトルク値を検出するトルク検出手段（２１）と、
前記トルク検出手段の検出した検出トルク値に基づいて前記ベルトの緩み度を検出するベルト緩み度検出手段（２３）と、を備えるベルト張力検出装置。

【請求項2】

前記第１の駆動モータは、正転及び逆転可能なサーボモータである請求項１に記載のベルト張力検出装置。

【請求項3】

前記負荷手段は、前記ベルトに固定される固定部（３１）を含む爪送り装置である請求項１又は２に記載のベルト張力検出装置。

【請求項4】

前記固定部に対し往復動可能な爪本体（３３）と、前記固定部に対し前記爪本体を往復駆動する第２の駆動モータ（２５）とを備える請求項３に記載のベルト張力検出装置。

【請求項5】

前記爪本体を嵌合可能な溝（４８）を有するパレット（７）と、
前記パレットを前記ベルトの移動する方向に平行に搬送可能に案内する案内部材（８、９）と、を備える請求項４に記載のベルト張力検出装置。

【請求項6】

前記爪送り装置は、第１の前記パレットの溝に前記爪本体の嵌合状態で前記ベルトを前進し、第１の前記パレットの前記溝に前記爪本体の非嵌合状態で前記ベルトを後進し、次の第２のパレットの溝に前記爪本体の嵌合状態で前記ベルトを前進し、前記第２のパレットの溝に前記爪本体の非嵌合状態で前記ベルトを後進し、以下同様に繰り返すことで、順次、パレットの停止、送りを繰り返し、一方向へ搬送するパレット搬送装置（６０）を備える請求項５に記載のベルト張力検出装置。

【請求項7】

前記ベルト緩み度検出手段は、検出トルク値のピーク値と基準値とを比較し、前記ピーク値が前記基準値を上回るときベルト緩み度大と判定する前記ベルト緩み度判定手段を備える請求項１から６のいずれか一項に記載のベルト張力検出装置。

【請求項8】

前記ベルト緩み度検出手段は、前記第１の駆動モータの初期駆動開始時、ベルト停止状態であってベルト送り前、検出トルク値のピーク値と基準値とを比較し、前記ピーク値が前記基準値を上回るときベルト緩み度大と判定する請求項２から６のいずれか一項に記載のベルト張力検出装置。

【請求項9】

さらに、張力調整プーリ（１４）を備える請求項１から８のいずれか一項に記載のベルト張力検出装置。

【請求項10】

駆動プーリと従動プーリに巻き掛けられるベルトの張力を検出する方法であって、
前記駆動プーリを駆動する駆動モータの出力するトルク値を検出するステップと、
検出したトルク値のピーク値と基準値を比較するステップと、
前記ピーク値が前記基準値を上回るときベルト緩み度大と判定するステップと、を含むベルト張力検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ベルト伝動装置のベルトの緩みを検出するベルト張力検出装置、及びベルト張力検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

動力伝達装置の一つとして、タイミングベルトにより原動プーリから従動プーリに動力を伝達するベルト伝動装置が知られている。
この種のベルト伝動装置には、ベルトの緩みを検出する装置として、特許文献１のベルトの緩み検知装置が公知である。

【0003】

このベルト緩み検知装置は、回転ベルトの表面が一定期間摺接することによって切断される糸状の検知素子と、この検知素子が切断されると作動する報知手段とを備えている。

【0004】

プーリに巻き掛けられるベルトが経年変化等により緩み、自重等により次第に垂下すると、ベルトに摺接する検知素子が切断される。検知素子が切断されたとき、報知手段の発報、重りの落下という動作があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１－３９０４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、ベルト伝動装置のベルトに負荷が作用する機構におけるベルトの張力を検出可能とすることにある。

【0007】

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、機械要素としてのセンサを設けることなしに、簡易な構成によりベルト張力を検知可能にしたベルト張力検出装置、及びベルト張力検出方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のベルト張力検出装置は、第１の駆動モータ（２）と、前記第１の駆動モータの回転軸と連結される駆動プーリ（１０）と、前記駆動プーリと従動プーリ（１１、１２、１３、１５、１６）に巻き掛けられるベルト（５）と、前記ベルトに負荷をかける負荷手段（３０）と、前記第１の駆動モータの出力するトルク値を検出するトルク検出手段（２１）と、前記トルク検出手段の検出した検出トルク値に基づいて前記ベルトの緩み度を判定するベルト緩み度判定手段（２３）と、を備える構成を採用する。

【0009】

一般に、複数のプーリに巻き掛けられたベルトが緩むと、ベルトに繋がった機構に位置ずれが発生する。機構の位置ずれが発生すると、反作用により発生するベルトにかかる負荷変動が駆動モータのトルク値に現れる。

【0010】

本発明によると、ベルトの挙動、状況に繋がる駆動モータのトルク値を収集する。ベルトの緩み度に相当する出力結果から分析する。分析の結果、ベルトの緩み度を検出する。

【0011】

本発明のベルト式動力伝達装置自らがもつトルクドライバなどのトルク検出手段が発出するトルク値を検出値とし、この検出トルク値に基づいてベルト張力の緩みを検出する。

【0012】

ベルトの緩み度に相当する変位量を電気信号として検出する。この電気信号としての変位量に相当する位置ずれ量が大きくなるほどトルク値が増大する。対応する位置ずれ信号に相当する変位量に基づいてベルト緩み度を検知する。

【0013】

本発明のベルト張力検出装置によると、ベルトの緩み量増大に起因して発生する検知素子の切断という物理的動作を伴わないで、ベルトの緩み度を検知することができる。

【0014】

本発明のベルト張力検出方法は、駆動プーリと従動プーリに巻き掛けられるベルトの張力を検出する方法であって、前記駆動プーリを駆動する駆動モータの出力するトルク値を検出するステップと、検出したトルク値のピーク値と基準値を比較するステップと、前記ピーク値が前記基準値を上回るときベルト緩み度大と判定するステップと、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第一実施形態の爪送り装置及びパレット搬送装置を示す斜視図。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ線断面図。

【図3】図１のＩＩＩ部分の拡大斜視図。

【図4】本発明の第一実施形態の爪送り装置と第２の駆動モータを示す部分拡大斜視図。

【図5】図４のＶ－Ｖ線断面図。

【図6】本発明の第一実施形態によるシステム構成のブロック図。

【図7】本発明の第一実施形態による動作の一例を示すフローチャート。

【図8】図３に対応する図であって、爪本体の解除状態を示す拡大斜視図。

【図9】本発明の第一実施形態の張力調整プーリを示す部分拡大斜視図である。

【図10】本発明の第一実施形態による装置の実験データを示す図であって、検出トルク値とベルト動作と爪送り動作の関係を示す特性図。

【図11】図１０のＸＩ部分の拡大特性図。

【図12】本発明の第一実施形態によるパレットに対する送り爪及びベルトの動作イメージを説明する模式図。

【図13】ベルト張力基準時の送り爪とパレットの関係を示す模式的説明図。

【図14】ベルト張力低下時の送り爪とパレットの関係を示す模式的説明図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第一実施形態）

【0017】

第一実施形態は、パレット搬送装置を駆動するベルト伝動装置に本発明のベルト張力検出装置を適用したものである。
図１は本発明を適用した第一実施形態のベルト張力検出装置の機械部分を示す。

【0018】

ベルト伝動装置３５は、図１、図２及び図３に示すように、フレーム１に取り付けられる第１のサーボモータ２の回転軸３に駆動プーリ１０が固定されている。駆動プーリ１０に、巻き掛けられるベルト５は、ベンドプーリ１１、テールプーリ１２、ベンドプーリ１３、張力調整プーリ１４、ベンドプーリ１５及びベンドプーリ１６に巻き掛けられている。

【0019】

負荷手段としての複数の爪送り装置３０は、ベンドプーリ１１とテールプーリ１２との間のベルト５に取り付けられている。複数の爪送り装置３０は、図３から図５に示すように、上側のベルト５にベルトの延びる方向に等間隔で複数個の固定部３１が固定されている。

【0020】

複数の爪送り装置３０は、図４及び図５に示すように、特許請求の範囲に記載の第２の駆動モータに相当する第２のサーボモータ２５の回転軸に取り付けられる円盤２６に偏心して偏心板２７が設けられる。

【0021】

円盤２６の正転又は逆転により、偏心板２７に連結されるシャフト３９を経由してシャフト２８が正転または逆転方向に回動する。シャフト２８が軸芯線を中心として回動すると、レバー３８の他端に回動可能に取り付けられるアーム２９が往復動し、アーム２９の他端に連結されるレバー４０が支点４３を中心として回動し、レバー４０の他端に連結される可動板４４が矢印４５方向に往復移動可能になっている。可動板４４に係合する爪本体３３は、固定部３１に対し矢印４５方向に往復移動可能になっている。図５は、爪本体３３がパレット７の溝４８に嵌合する状態を示すが、爪本体３３がパレット７の溝４８に対し図５で右方向に移動すると解除する状態になる。

【0022】

複数のパレット７は、図１に示すように、案内レール８、９上を矢印１７方向に移動可能になっている。パレット７は側面に溝４８を有し、溝４８に爪送り装置３０の爪本体３３が嵌合可能になっている。図３はパレット７の溝４８への爪本体３３の嵌合状態を示し、図８はパレット７の溝４８への爪本体３３の解除状態を示す。

【0023】

第２のサーボモータ２５の駆動により、図３に示すように、爪本体３３が伸長した状態で嵌合状態になり、図８に示すように、爪本体３３が収縮した状態で解除状態になる。ベルト５に等間隔に配列される複数の爪送り装置３０は、第１のサーボモータ２によるベルトの位置制御に連動する第２のサーボモータ２５による爪送り装置３０の位置制御により、パレット７を順次、停止、送り、を繰り返し、図１に示す矢印１７方向に搬送する。

【0024】

次に、図１２Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに基づいて、ベルト伝動装置３５と爪送り装置３０の連動によるパレットの搬送について、説明する。

【0025】

まず図１２Ａに示すように、ベルト５に固定される固定部３１に対し爪本体３３がパレット７の溝４８から解放された解除状態にある。この状態から第２のサーボモータ２５の正転駆動により爪本体３３が２点鎖線で示す方向に移動する。

【0026】

次に図１２Ｂに示すように、爪本体３３がパレット７の溝４８に嵌合し、第１のサーボモータ２の正転駆動によりベルト５を矢印４６方向に移動する（前進する）と、爪本体３３に噛み合うパレット７がこの移動方向と平行な方向にパレット搬送方向に移動する。

【0027】

次いで図１２Ｃに示すように、ベルト５を停止し、第２のサーボモータ２５の逆転駆動によりパレット７の溝４８から爪本体３３を解除する。

【0028】

続いて図１２Ｄに示すように、第２のサーボモータ２５を停止し、パレット７を当該位置に維持し、第１のサーボモータ２を逆転し、ベルト５を矢印４７の戻し方向に戻す（後進する）。
このようにして、図１２のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの操作を順に繰り返すと、ベルト５の往復移動（停止、送り、停止、戻り）を繰り返し、複数のパレット７の停止と送りを順次繰り返し、複数のパレット７を一方向に搬送する。

【0029】

次に、ベルト５を駆動する動作について説明する。

【0030】

第１のサーボモータ２は、正転、逆転、停止のいずれかの各動作を行う。図６に示すように、パーソナルコンピュータＰＣ２３の指令により制御装置としてのプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）２２からサーボドライバ２１に指示し、サーボドライバ２１の駆動信号を第１のサーボモータ２に出力する。

【0031】

サーボドライバ２１は、ＰＬＣ２２からの指令に追従し、サーボモータ２の出力トルク、回転速度、及び位置を制御する。ＰＬＣ２２は、サーボモータ２へベルト位置の目標値を出力する。このＰＬＣ２２からの目標値を受ける図示しないサーボアンプは、サーボモータ２が目標値どおりに動くために必要な出力（電力）を供給する。図示しないエンコーダが実際のサーボモータ２の回転位置や速度を検出し、その電気信号をサーボアンプにフィードバック信号を返す。エンコーダがサーボモータ２からの信号を摂取し、それをサーボアンプ側に戻す。そして、ＰＬＣ２２の出力した目標値とフィードバック信号を比較して、その誤差がゼロに近づくように、サーボモータ２の出力を制御する。

【0032】

これにより、サーボモータ２の回転軸３と一体回転する駆動プーリ１０がベルト５を所望の位置に制御する。回転軸３の停止、正転、停止、逆転、停止を所望の速度、位置に制御し、ベルト５を駆動する。ベルト５は、停止、送り、停止、戻りの動作を繰り返す。この第１のサーボモータ２に同期して第２のサーボモータ２５を駆動し、爪送り装置３０を位置制御する。これにより、パレット７を順次、搬送方向に、送り、停止、送りを繰り返し、図１に示す矢印１７の一方向に搬送する。

【0033】

ベルト伝動装置３５は、爪送り装置３０から作用する負荷によりベルト５にトルク変動を与える。例えば図１３に示すように、当初基準のベルト張力であったものが、次第にベルト張力が緩んでくると、図１４に示すように、爪本体３３と パレット７の溝４８との嵌合時に衝突による負荷増大が発生する。

【0034】

経年変化に伴うベルト５の緩み等により爪本体３３のパレット７の溝への嵌合状態と解除状態との繰り返しの挙動変化の反作用によりベルト５を経由して駆動プーリ１０から第１のサーボモータ２の検出するトルク値に変動を生じる。

【0035】

図６に示すように、第１のサーボモータ２に作用する負荷をサーボドライバ２１が検出し、この検出した負荷信号をＰＬＣ２２を経由してＰＣ２３に出力し、ＰＣ２３が検出トルク値を演算し処理し判定する。ここに、サーボドライバ２１は、特許請求の範囲に記載のトルク検出手段に相当し、ＰＣ２３は特許請求の範囲に記載のベルト緩み度判定手段に相当する。

【0036】

図７に示すように、ＰＣ２３は、入力した検出トルク値を検出し（ステップＳ５１）、検出トルク値が基準値を超えているか否かを判別し（ステップＳ５２）、検出トルク値が基準値を超えているとき、ベルト張力異常発生であると判別し、異常張力であることを発報表示する（ステップＳ５３）。検出トルク値が基準値を超えていないときは、前の処理に戻る。

【0037】

このようにして、サーボモータ２に作用する負荷に基づいてトルク値を分析し、操作者にベルト５の張力異常発生を告知する。
（実験１）

【0038】

実験１は、ベルト張力を一つの要素として変化する第１のサーボモータにかかる負荷について、動作期間：２秒、この動作期間における検出トルク値の出力の推移を比較した。

【0039】

サーボモータのトルク実験結果について１サイクルの生波形を図１０に示す。図１０は、ベルト設定張力の異なる各実験例１から４について、検出トルク値の推移を示す。

【0040】

実験条件は、実験例１から実験例４について、ベルト張力基準値から下記のとおりとした。
実験例１：ベルト張力基準、
実験例２：ベルト張力１９０Ｎ、
実験例３：ベルト張力１０５Ｎ、
実験例４：ベルト張力 ５０Ｎ以下、とした。

【0041】

実験例１から実験例４について、ベルトの停止、送り、停止、戻りを２秒間で行うことを１サイクルとした。ベルトの送り期間は爪入りの状態に対応し、ベルトの戻り期間は爪抜きの状態に対応する。

【0042】

上記１サイクルにおけるパレットの搬送開始前、ベルト停止状態であってベルトの送り前、第１サーボモータの初期動作時、ベルトの緩み度に対応する検出トルク値の変動が大きく現れる。その結果の波形を拡大した図を図１１に示す。

【0043】

ベルトの緩みの小さいとき（初期のベルト設定張力が維持されているとき）、実験例１に示すように、検出トルク値のピーク５５は基準値を下回る。ベルト張力の緩みが生じてくると、送り動作の初動前、実験例２、３、４に示すように検出トルク値のピーク５６、５７、５８は基準値を超える。

【0044】

ベルト送り開始前のベルト停止時に検出される最大トルク値は、ベルト張力の緩み度が大きくなるにしたがい、大きくなることが判る。

【0045】

本実施形態では、検出トルク値が特定基準値を超えたとき、ベルト張力の緩みについての異常値の発報要と判定する。

【0046】

本実施形態によると、ベルトを備えた動力伝達装置においては機械設備を運転しながらベルト張力の緩み検知が可能になるという効果がある。

【0047】

本発明では、検出トルク値の分析結果に基づいて、ベルト張力の異状を告知することができる。

【0048】

ベルトの緩みに起因する位置ずれを防止する。ベルト張力の点検を要せずして、点検不要になることから稼働率の向上をはかることができる。設備や機械の運転を停止せずとも運転しながらベルト張力の検知をすることができる。

【0049】

このため、機械設備が故障する前にベルト張力を調整することによって、故障回数を減らし、運転する設備または機械の稼働率の低下を防止することができる。
ベルトの緩みが異状検知されたとき、図９に示すベルト張力機構の張力調整プーリ１４を上下に位置調整することでベルトの張力調整をする。

【0050】

一般に、ベルト伝動装置は、原動軸の正転、停止、逆転、停止の動作を繰り返せば、経年変化により、ベルトの緩み度が次第に増大していく。

【0051】

このベルト緩み量の大きさの程度の結果は、トルク検出手段の検出トルク値及びその推移（所定期間の検出トルク値の変化）に基づいて判別する。判別の結果、ベルト緩み量判定手段が緩み量検出信号を出力する。

【0052】

ベルト緩み量判定手段の出力結果に基づいて、操作者はベルト緩み量の程度を知ることができる。

【0053】

したがって、本発明のベルト張力検出装置によると、ベルト駆動用モータの制御装置の動作に基づいて、ベルト緩み度を検知することができる。ベルトの現実の緩み量（実緩み量）を検知する機械要素としてのセンサを設けることなしに、また、センサを含む機械による物理的張力計測なしに、さらに操作者による触診なしに、ベルト緩み度を検知することができる。

【0054】

ベルト伝動装置の運転を継続し、その運転中に、ベルトの緩みの異状が発生したときには、コンピュータが出力異状信号を出力する。したがって、現実の故障発生を回避することができる。

【0055】

しかも、コンピュータが出力する異状信号を操作者が検知することで、故障発生前にベルト張力を調整する機械的操作を行うことができる。これにより、故障発生を防止し、設備の稼働率を向上することができる。
（他の実施形態）
上記実施形態では、負荷手段を爪送り装置としたが、本発明では、負荷手段は、ベルトに負荷を作用する機構、機械等であればなんでもよい。負荷手段の個数、形態は限られない。

【0056】

以上、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

【符号の説明】

【0057】

２ 第１のサーボモータ（第１の駆動モータ）、
５ ベルト、
７ パレット、
８、９ 案内レール（案内部材）、
１０ 駆動プーリ（回転体）、
１１ ベンドプーリ、
１２ テールプーリ、
１４ 張力調整プーリ、
２１ サーボドライバ（トルク検出手段）、
２２ プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、
２３ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）（ベルト緩み判定手段）、
２５ 第２のサーボモータ（第２の駆動モータ）、
３０ 爪送り装置（負荷手段）、
３１ 固定部、
３２ 可動部、
３３ 爪本体、
３５ ベルト伝動装置、
４８ 溝、
６０ パレット搬送装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】