動力伝達装置
【課題】使用中のタイミングベルトの寿命を検知することにより、タイミング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。
【解決手段】クランクシャフト１１に設けられたクランクシャフトプーリ４１と、吸気カムシャフト２２に設けられた吸気カムシャフトプーリ４３と、クランクシャフトプーリ４１および吸気カムシャフトプーリ４３に掛け回されたタイミングベルト４６とを備えた動力伝達装置１において、タイミングベルト４６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、タイミングベルト４６に対向して配置されるとともにタイミングベルト４６の測光を行う光センサ４９と、光センサ４９で検出された測光値に基づいてタイミングベルト４６の寿命を算出し、寿命に基づいてタイミングベルト４６が交換時期に達したか否かを判断するＥＣＵ４とを備える。
【解決手段】クランクシャフト１１に設けられたクランクシャフトプーリ４１と、吸気カムシャフト２２に設けられた吸気カムシャフトプーリ４３と、クランクシャフトプーリ４１および吸気カムシャフトプーリ４３に掛け回されたタイミングベルト４６とを備えた動力伝達装置１において、タイミングベルト４６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、タイミングベルト４６に対向して配置されるとともにタイミングベルト４６の測光を行う光センサ４９と、光センサ４９で検出された測光値に基づいてタイミングベルト４６の寿命を算出し、寿命に基づいてタイミングベルト４６が交換時期に達したか否かを判断するＥＣＵ４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、ベルトの寿命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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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）。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３９８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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寿命を検出して、その寿命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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、使用中のベルトの寿命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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る動力伝達装置は、上記目的達成のため、（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の寿命を算出し、前記寿命に基づいて前記ベルトが交換時期に達したか否かを判断する交換時期判断部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
そして、光センサがベルトの発光を検出し、交換時期判断部が光センサで検出された測光値に基づいてベルトの寿命を算出する。さらに、交換時期判断部が、算出された寿命に基づいてベルトが交換時期に達したか否かを判断する。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寿命を直接検出しているので、従来のようにベルトの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。
【００１６】
上記（１）に記載の動力伝達装置においては、（２）前記交換時期判断部は、前記測光値から前記ベルトの寿命と前記寿命に対する使用程度とを検出し、前記使用程度が所定の閾値を超えたときに、前記ベルトが前記交換時期に達したと判断する寿命−交換判断部を備えることが好ましい。
【００１７】
この構成により、寿命−交換判断部が、ベルトの寿命を算出してベルトの寿命に対する使用程度を検出し、この使用程度に基づいてベルトが交換時期に達したか否かを判断する。このため、ベルトの寿命に対する実際の使用の程度を考慮して交換時期を判断しているので、ベルトが交換時期にあるか否かをより高精度に判断することができる。
【００１８】
上記（２）に記載の動力伝達装置においては、（３）前記寿命−交換判断部は、前記光センサで検出された前記測光値に基づいて前記ベルトの応力を算出する応力算出部と、前記ベルトが同一の前記応力で回転した回転回数ｎを計測する回転回数ｎ計測部と、前記ベルトの前記応力での寿命回転回数Ｎを算出して前記寿命を検出する寿命回転回数Ｎ検出部と、前記ベルトの前記応力が変動するごとに、前記回転回数ｎと前記寿命回転回数Ｎとから前記応力での疲労損傷ｎ／Ｎを算出する疲労損傷ｎ／Ｎ算出部と、前記疲労損傷ｎ／Ｎを累積して前記使用程度を算出する使用程度算出部と、前記使用程度が所定値を超えたときに、前記ベルトが前記寿命に近いと判定する疲労損傷−寿命判定部と、前記疲労損傷−寿命判定部により前記ベルトが寿命に近いと判定されたときに、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が好ましい。
【００１９】
この構成により、応力算出部がベルトの応力を算出する。回転回数ｎ計測部が回転回数ｎを算出する。寿命回転回数Ｎ検出部が寿命回転回数Ｎを算出して寿命を検出する。そして、ベルトの応力が変動するごとに、疲労損傷ｎ／Ｎ算出部が、回転回数ｎおよび寿命回転回数Ｎに基づいて疲労損傷ｎ／Ｎを算出する。
【００２０】
さらに、使用程度算出部が、変動した応力ごとの疲労損傷ｎ／Ｎを累積して使用程度を算出する。そして、疲労損傷−寿命判定部が、使用程度が所定値を超えたときにベルトが寿命に近いと判定する。交換判断部は、疲労損傷−寿命判定部によりベルトが寿命に近いと判定されたときに、ベルトが交換時期に達したと判断する。
【００２１】
ここで、ベルトの寿命回転回数Ｎは作用した応力によって異なったものとなる（図７参照）。この動力伝達装置によれば、ベルトの発光量から応力を算出し、変動する応力に基づいてベルトの寿命および使用程度を算出しているので、ベルトに実際に作用した応力の変化なども考慮することができ、より高精度にベルトが交換時期にあるか否かを検出することができる。
【００２２】
上記（１）から（３）に記載の差動装置においては、（４）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が好ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
上記（１）から（４）に記載の差動装置においては、（５）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が好ましい。
【００２５】
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。
【００２６】
上記（１）から（５）に記載の差動装置においては、（６）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が好ましい。
【００２７】
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。
【発明の効果】
【００２８】
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、使用中のベルトの寿命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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】本発明の実施の形態に係る動力伝達装置の寿命−交換判断部を示す概略図である。
【図６】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応力からタイミングベルトの寿命および使用程度を求めて、この使用程度の累積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する手順を示すフローチャートである。
【図７】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に発生した応力とその応力でのタイミングベルトの寿命回転回数Ｎとの関係を示すグラフである。
【図８】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とそのときの応力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
まず、本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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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に発生した応力とその応力におけるタイミングベルト４６の輝度との関係を示す応力−輝度マップ、タイミングベルト４６に発生した応力とその応力でのタイミングベルト４６の疲労寿命の寿命回転回数Ｎとの関係を示す応力−寿命回転回数マップ（図７参照）、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。
【００６１】
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。
【００６２】
寿命−交換判断部９０は、タイミングベルト４６の測光値からタイミングベルト４６の寿命と寿命に対する使用程度とを検出し、使用程度が所定の閾値を超えたときに、タイミングベルト４６が交換時期に達したと判断する。
【００６３】
図５に示すように、寿命−交換判断部９０は、応力算出部９１と、回転回数ｎ計測部９２と、寿命回転回数Ｎ検出部９３と、疲労損傷ｎ／Ｎ算出部９４と、使用程度算出部９５と、疲労損傷−寿命判定部９６と、交換判断部９７とを備えている。
【００６４】
応力算出部９１は、光センサ４９で検出された輝度の測光値に基づいてタイミングベルト４６の応力を算出するようになっている。応力算出部９１は、図１に示す光センサ４９に接続されている。
【００６５】
回転回数ｎ計測部９２は、タイミングベルト４６が同一の応力のままで連続して回転した回転回数ｎ（回転）を計測するようになっている。
【００６６】
寿命回転回数Ｎ検出部９３は、タイミングベルト４６がある応力を生じているときに、その応力での寿命回転回数Ｎ（回転）を算出して寿命を検出するようになっている。寿命回転回数Ｎ（回転）の算出は、図７に示す応力とタイミングベルト４６の寿命回転回数Ｎとの関係に基づいて行われる。
【００６７】
疲労損傷ｎ／Ｎ算出部９４は、タイミングベルト４６の応力が変動するごとに、回転回数ｎと寿命回転回数Ｎとから、変動した各応力での疲労損傷ｎ／Ｎを算出するようになっている。
【００６８】
使用程度算出部９５は、疲労損傷ｎ／Ｎを累積して、タイミングベルト４６の使用程度Σｎ／Ｎを算出するようになっている。
【００６９】
疲労損傷−寿命判定部９６は、使用程度Σｎ／Ｎが所定値、例えば０．８を超えたときに、タイミングベルト４６が寿命に近いと判定するようになっている。
【００７０】
交換判断部９７は、疲労損傷−寿命判定部９６によりタイミングベルト４６が寿命に近い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。
【００７１】
図１に示すように、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９７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。
【００７２】
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。
【００７３】
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６に示すフローチャートを参照して説明する。
【００７４】
なお、図６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、このプログラムではマイナー則を利用してタイミングベルト４６の寿命および使用程度を算出し、使用程度に基づいて交換時期の判定を行っている。
【００７５】
タイミングベルト４６の交換判断プログラムの実行処理は、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。
【００７６】
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Ｓ２１）、タイミングベルト４６の応力の変動回数を計測するカウンタｍを０に設定する（ステップＳ２２）。
【００７７】
上述したステップＳ２２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Ｓ２２をスキップするようにする。
【００７８】
エンジン３の始動により、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て、応力発光材料が発光する。
【００７９】
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の応力算出部９１に入力され、輝度の測光値として検出される（ステップＳ２３）。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。
【００８０】
ＥＣＵ４は、応力算出部９１において、光センサ４９で検出された輝度の測光値に基づいてタイミングベルト４６の応力を算出する（ステップＳ２４）。これは、ＥＣＵ４に予め記憶しておいた輝度−応力マップに基づいて算出する。
【００８１】
そして、ＥＣＵ４が、回転回数ｎ計測部９２において、今回算出した応力（Ｐａ）と直前に算出した応力（Ｐａ）とが同じであるかを判断する（ステップＳ２５）。今回算出した応力と直前に算出した応力とが異なる場合は（ステップＳ２５；ＮＯ）、応力の変動回数が増えるので、ＥＣＵ４が回転回数ｎ計測部９２において変動回数のカウンタｍに１を加算する（ステップＳ２６）。
【００８２】
例えば、図８に示す例では、図中Ａで示す計測時に、その時点で算出した応力Ｓ２と直前で算出した応力Ｓ１とは異なる。このような場合にカウンタｍに１を加算して、ｍ＝１からｍ＝２にしている。
【００８３】
カウンタｍに１を加算した後は回転回数ｎの計測は１から始めるので、ＥＣＵ４が、回転回数ｎ計測部９２において回転回数ｎを１にする（ステップＳ２７）。
【００８４】
さらに、ＥＣＵ４が、寿命回転回数Ｎ検出部９３において、その時の応力における寿命回転回数Ｎを算出する（ステップＳ２８）。これは、応力−寿命回転回数マップにより算出する。例えば、図７に示す例では、応力Ｓ１の場合の寿命回転回数Ｎは、同図に示すグラフよりＮ１であると算出される。
【００８５】
一方、ステップＳ２５において、今回算出した応力と直前に算出した応力とが同じである場合は（ステップＳ２５；ＹＥＳ）、回転回数ｎが１回増えるので、ＥＣＵ４が回転回数ｎに１を加算する（ステップＳ２９）。
【００８６】
例えば、図８に示す例では、図中Ｂで示す計測時に、その時点で算出した応力Ｓ１と直前で算出した応力Ｓ１とは同じである。このような場合に回転回数ｎに１を加算して、ｎ＝２からｎ＝３にしている。
【００８７】
ステップＳ２８において寿命回転回数Ｎを算出した後、あるいはステップＳ２９において回転回数ｎに１を加算した後は、ＥＣＵ４が、疲労損傷ｎ／Ｎ算出部９４において、回転回数ｎと寿命回転回数Ｎとから、変動した応力ごとの疲労損傷ｎ／Ｎを算出する。
【００８８】
さらに、ＥＣＵ４が、使用程度算出部９５において疲労損傷ｎ／Ｎの計算結果を累積し、応力に基づく使用程度Σｎ／Ｎを数式１により算出する（ステップＳ３０）。
【数１】
【００８９】
例えば、図８に示す例では、ｍ＝１のときに寿命回転回数Ｎ１で回転回数ｎ１＝３、ｍ＝２のときに寿命回転回数Ｎ２で回転回数ｎ２＝１、ｍ＝３のときに寿命回転回数Ｎ３で回転回数ｎ３＝１、ｍ＝４のときに寿命回転回数Ｎ４で回転回数ｎ４＝４となる。したがって、Σｎ／Ｎ＝（ｎ１／Ｎ１）＋（ｎ２／Ｎ２）＋（ｎ３／Ｎ３）＋（ｎ４／Ｎ４）＝（３／Ｎ１）＋（１／Ｎ２）＋（１／Ｎ３）＋（４／Ｎ４）となる。
【００９０】
そして、ＥＣＵ４が、疲労損傷−寿命判定部９６において、使用程度Σｎ／Ｎが所定値を超えたかを判断する（ステップＳ３０）。ここで、タイミングベルト４６の使用程度Σｎ／Ｎが１である場合は、タイミングベルト４６は寿命に達していると判断されるので、疲労損傷−寿命判定部９６において使用程度Σｎ／Ｎと比較する所定値としては安全率を含めて例えば０．８とする。
【００９１】
ＥＣＵ４が、疲労損傷−寿命判定部９６においてタイミングベルト４６の使用程度Σｎ／Ｎが所定値を超えたと判断した場合は（ステップＳ３０；ＮＯ）、ＥＣＵ４は疲労損傷−寿命判定部９６においてタイミングベルト４６が寿命に近いと判定する。
【００９２】
疲労損傷−寿命判定部９６においてタイミングベルト４６が寿命に近いと判定されたことにより、ＥＣＵ４が交換判断部９７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Ｓ３１）。
【００９３】
一方、ＥＣＵ４が、疲労損傷−寿命判定部９６においてタイミングベルト４６の使用程度Σｎ／Ｎが所定値以下であると判断した場合は（ステップＳ３０；ＹＥＳ）、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Ｓ２３）。
【００９４】
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の発光量に基づいて応力を算出し、その応力からタイミングベルト４６の寿命と使用程度Σｎ／Ｎを算出する。そして、使用程度Σｎ／Ｎに基づいてタイミングベルト４６の寿命が近いか否かを判定するので、より高精度にタイミングベルト４６の交換時期を検出することができる。
【００９５】
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。
【００９６】
特に、変動する応力に応じて寿命回転回数Ｎを変化させて応力ごとに疲労損傷ｎ／Ｎを算出して累積して使用程度Σｎ／Ｎを算出しているので、タイミングベルト４６の交換時期をより高精度に検出することができる。
【００９７】
また、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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【符号の説明】
【０１１８】
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、寿命−交換判断部、応力算出部、回転回数ｎ計測部、寿命回転回数Ｎ検出部、疲労損傷ｎ／Ｎ算出部、使用程度算出部、疲労損傷−寿命判定部、交換判断部）
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
９０ 寿命−交換判断部
９１ 応力算出部
９２ 回転回数ｎ計測部
９３ 寿命回転回数Ｎ検出部
９４ 疲労損傷ｎ／Ｎ算出部
９５ 使用程度算出部
９６ 疲労損傷−寿命判定部
９７ 交換判断部
【技術分野】
【０００１】
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、ベルトの寿命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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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）。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３９８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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寿命を検出して、その寿命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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、使用中のベルトの寿命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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る動力伝達装置は、上記目的達成のため、（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の寿命を算出し、前記寿命に基づいて前記ベルトが交換時期に達したか否かを判断する交換時期判断部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
そして、光センサがベルトの発光を検出し、交換時期判断部が光センサで検出された測光値に基づいてベルトの寿命を算出する。さらに、交換時期判断部が、算出された寿命に基づいてベルトが交換時期に達したか否かを判断する。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寿命を直接検出しているので、従来のようにベルトの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。
【００１６】
上記（１）に記載の動力伝達装置においては、（２）前記交換時期判断部は、前記測光値から前記ベルトの寿命と前記寿命に対する使用程度とを検出し、前記使用程度が所定の閾値を超えたときに、前記ベルトが前記交換時期に達したと判断する寿命−交換判断部を備えることが好ましい。
【００１７】
この構成により、寿命−交換判断部が、ベルトの寿命を算出してベルトの寿命に対する使用程度を検出し、この使用程度に基づいてベルトが交換時期に達したか否かを判断する。このため、ベルトの寿命に対する実際の使用の程度を考慮して交換時期を判断しているので、ベルトが交換時期にあるか否かをより高精度に判断することができる。
【００１８】
上記（２）に記載の動力伝達装置においては、（３）前記寿命−交換判断部は、前記光センサで検出された前記測光値に基づいて前記ベルトの応力を算出する応力算出部と、前記ベルトが同一の前記応力で回転した回転回数ｎを計測する回転回数ｎ計測部と、前記ベルトの前記応力での寿命回転回数Ｎを算出して前記寿命を検出する寿命回転回数Ｎ検出部と、前記ベルトの前記応力が変動するごとに、前記回転回数ｎと前記寿命回転回数Ｎとから前記応力での疲労損傷ｎ／Ｎを算出する疲労損傷ｎ／Ｎ算出部と、前記疲労損傷ｎ／Ｎを累積して前記使用程度を算出する使用程度算出部と、前記使用程度が所定値を超えたときに、前記ベルトが前記寿命に近いと判定する疲労損傷−寿命判定部と、前記疲労損傷−寿命判定部により前記ベルトが寿命に近いと判定されたときに、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が好ましい。
【００１９】
この構成により、応力算出部がベルトの応力を算出する。回転回数ｎ計測部が回転回数ｎを算出する。寿命回転回数Ｎ検出部が寿命回転回数Ｎを算出して寿命を検出する。そして、ベルトの応力が変動するごとに、疲労損傷ｎ／Ｎ算出部が、回転回数ｎおよび寿命回転回数Ｎに基づいて疲労損傷ｎ／Ｎを算出する。
【００２０】
さらに、使用程度算出部が、変動した応力ごとの疲労損傷ｎ／Ｎを累積して使用程度を算出する。そして、疲労損傷−寿命判定部が、使用程度が所定値を超えたときにベルトが寿命に近いと判定する。交換判断部は、疲労損傷−寿命判定部によりベルトが寿命に近いと判定されたときに、ベルトが交換時期に達したと判断する。
【００２１】
ここで、ベルトの寿命回転回数Ｎは作用した応力によって異なったものとなる（図７参照）。この動力伝達装置によれば、ベルトの発光量から応力を算出し、変動する応力に基づいてベルトの寿命および使用程度を算出しているので、ベルトに実際に作用した応力の変化なども考慮することができ、より高精度にベルトが交換時期にあるか否かを検出することができる。
【００２２】
上記（１）から（３）に記載の差動装置においては、（４）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が好ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
上記（１）から（４）に記載の差動装置においては、（５）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が好ましい。
【００２５】
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。
【００２６】
上記（１）から（５）に記載の差動装置においては、（６）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が好ましい。
【００２７】
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。
【発明の効果】
【００２８】
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、使用中のベルトの寿命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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】本発明の実施の形態に係る動力伝達装置の寿命−交換判断部を示す概略図である。
【図６】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応力からタイミングベルトの寿命および使用程度を求めて、この使用程度の累積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する手順を示すフローチャートである。
【図７】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に発生した応力とその応力でのタイミングベルトの寿命回転回数Ｎとの関係を示すグラフである。
【図８】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とそのときの応力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
まず、本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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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に発生した応力とその応力におけるタイミングベルト４６の輝度との関係を示す応力−輝度マップ、タイミングベルト４６に発生した応力とその応力でのタイミングベルト４６の疲労寿命の寿命回転回数Ｎとの関係を示す応力−寿命回転回数マップ（図７参照）、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。
【００６１】
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。
【００６２】
寿命−交換判断部９０は、タイミングベルト４６の測光値からタイミングベルト４６の寿命と寿命に対する使用程度とを検出し、使用程度が所定の閾値を超えたときに、タイミングベルト４６が交換時期に達したと判断する。
【００６３】
図５に示すように、寿命−交換判断部９０は、応力算出部９１と、回転回数ｎ計測部９２と、寿命回転回数Ｎ検出部９３と、疲労損傷ｎ／Ｎ算出部９４と、使用程度算出部９５と、疲労損傷−寿命判定部９６と、交換判断部９７とを備えている。
【００６４】
応力算出部９１は、光センサ４９で検出された輝度の測光値に基づいてタイミングベルト４６の応力を算出するようになっている。応力算出部９１は、図１に示す光センサ４９に接続されている。
【００６５】
回転回数ｎ計測部９２は、タイミングベルト４６が同一の応力のままで連続して回転した回転回数ｎ（回転）を計測するようになっている。
【００６６】
寿命回転回数Ｎ検出部９３は、タイミングベルト４６がある応力を生じているときに、その応力での寿命回転回数Ｎ（回転）を算出して寿命を検出するようになっている。寿命回転回数Ｎ（回転）の算出は、図７に示す応力とタイミングベルト４６の寿命回転回数Ｎとの関係に基づいて行われる。
【００６７】
疲労損傷ｎ／Ｎ算出部９４は、タイミングベルト４６の応力が変動するごとに、回転回数ｎと寿命回転回数Ｎとから、変動した各応力での疲労損傷ｎ／Ｎを算出するようになっている。
【００６８】
使用程度算出部９５は、疲労損傷ｎ／Ｎを累積して、タイミングベルト４６の使用程度Σｎ／Ｎを算出するようになっている。
【００６９】
疲労損傷−寿命判定部９６は、使用程度Σｎ／Ｎが所定値、例えば０．８を超えたときに、タイミングベルト４６が寿命に近いと判定するようになっている。
【００７０】
交換判断部９７は、疲労損傷−寿命判定部９６によりタイミングベルト４６が寿命に近い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。
【００７１】
図１に示すように、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９７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。
【００７２】
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。
【００７３】
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６に示すフローチャートを参照して説明する。
【００７４】
なお、図６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、このプログラムではマイナー則を利用してタイミングベルト４６の寿命および使用程度を算出し、使用程度に基づいて交換時期の判定を行っている。
【００７５】
タイミングベルト４６の交換判断プログラムの実行処理は、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。
【００７６】
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Ｓ２１）、タイミングベルト４６の応力の変動回数を計測するカウンタｍを０に設定する（ステップＳ２２）。
【００７７】
上述したステップＳ２２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Ｓ２２をスキップするようにする。
【００７８】
エンジン３の始動により、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て、応力発光材料が発光する。
【００７９】
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の応力算出部９１に入力され、輝度の測光値として検出される（ステップＳ２３）。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。
【００８０】
ＥＣＵ４は、応力算出部９１において、光センサ４９で検出された輝度の測光値に基づいてタイミングベルト４６の応力を算出する（ステップＳ２４）。これは、ＥＣＵ４に予め記憶しておいた輝度−応力マップに基づいて算出する。
【００８１】
そして、ＥＣＵ４が、回転回数ｎ計測部９２において、今回算出した応力（Ｐａ）と直前に算出した応力（Ｐａ）とが同じであるかを判断する（ステップＳ２５）。今回算出した応力と直前に算出した応力とが異なる場合は（ステップＳ２５；ＮＯ）、応力の変動回数が増えるので、ＥＣＵ４が回転回数ｎ計測部９２において変動回数のカウンタｍに１を加算する（ステップＳ２６）。
【００８２】
例えば、図８に示す例では、図中Ａで示す計測時に、その時点で算出した応力Ｓ２と直前で算出した応力Ｓ１とは異なる。このような場合にカウンタｍに１を加算して、ｍ＝１からｍ＝２にしている。
【００８３】
カウンタｍに１を加算した後は回転回数ｎの計測は１から始めるので、ＥＣＵ４が、回転回数ｎ計測部９２において回転回数ｎを１にする（ステップＳ２７）。
【００８４】
さらに、ＥＣＵ４が、寿命回転回数Ｎ検出部９３において、その時の応力における寿命回転回数Ｎを算出する（ステップＳ２８）。これは、応力−寿命回転回数マップにより算出する。例えば、図７に示す例では、応力Ｓ１の場合の寿命回転回数Ｎは、同図に示すグラフよりＮ１であると算出される。
【００８５】
一方、ステップＳ２５において、今回算出した応力と直前に算出した応力とが同じである場合は（ステップＳ２５；ＹＥＳ）、回転回数ｎが１回増えるので、ＥＣＵ４が回転回数ｎに１を加算する（ステップＳ２９）。
【００８６】
例えば、図８に示す例では、図中Ｂで示す計測時に、その時点で算出した応力Ｓ１と直前で算出した応力Ｓ１とは同じである。このような場合に回転回数ｎに１を加算して、ｎ＝２からｎ＝３にしている。
【００８７】
ステップＳ２８において寿命回転回数Ｎを算出した後、あるいはステップＳ２９において回転回数ｎに１を加算した後は、ＥＣＵ４が、疲労損傷ｎ／Ｎ算出部９４において、回転回数ｎと寿命回転回数Ｎとから、変動した応力ごとの疲労損傷ｎ／Ｎを算出する。
【００８８】
さらに、ＥＣＵ４が、使用程度算出部９５において疲労損傷ｎ／Ｎの計算結果を累積し、応力に基づく使用程度Σｎ／Ｎを数式１により算出する（ステップＳ３０）。
【数１】
【００８９】
例えば、図８に示す例では、ｍ＝１のときに寿命回転回数Ｎ１で回転回数ｎ１＝３、ｍ＝２のときに寿命回転回数Ｎ２で回転回数ｎ２＝１、ｍ＝３のときに寿命回転回数Ｎ３で回転回数ｎ３＝１、ｍ＝４のときに寿命回転回数Ｎ４で回転回数ｎ４＝４となる。したがって、Σｎ／Ｎ＝（ｎ１／Ｎ１）＋（ｎ２／Ｎ２）＋（ｎ３／Ｎ３）＋（ｎ４／Ｎ４）＝（３／Ｎ１）＋（１／Ｎ２）＋（１／Ｎ３）＋（４／Ｎ４）となる。
【００９０】
そして、ＥＣＵ４が、疲労損傷−寿命判定部９６において、使用程度Σｎ／Ｎが所定値を超えたかを判断する（ステップＳ３０）。ここで、タイミングベルト４６の使用程度Σｎ／Ｎが１である場合は、タイミングベルト４６は寿命に達していると判断されるので、疲労損傷−寿命判定部９６において使用程度Σｎ／Ｎと比較する所定値としては安全率を含めて例えば０．８とする。
【００９１】
ＥＣＵ４が、疲労損傷−寿命判定部９６においてタイミングベルト４６の使用程度Σｎ／Ｎが所定値を超えたと判断した場合は（ステップＳ３０；ＮＯ）、ＥＣＵ４は疲労損傷−寿命判定部９６においてタイミングベルト４６が寿命に近いと判定する。
【００９２】
疲労損傷−寿命判定部９６においてタイミングベルト４６が寿命に近いと判定されたことにより、ＥＣＵ４が交換判断部９７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Ｓ３１）。
【００９３】
一方、ＥＣＵ４が、疲労損傷−寿命判定部９６においてタイミングベルト４６の使用程度Σｎ／Ｎが所定値以下であると判断した場合は（ステップＳ３０；ＹＥＳ）、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Ｓ２３）。
【００９４】
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の発光量に基づいて応力を算出し、その応力からタイミングベルト４６の寿命と使用程度Σｎ／Ｎを算出する。そして、使用程度Σｎ／Ｎに基づいてタイミングベルト４６の寿命が近いか否かを判定するので、より高精度にタイミングベルト４６の交換時期を検出することができる。
【００９５】
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。
【００９６】
特に、変動する応力に応じて寿命回転回数Ｎを変化させて応力ごとに疲労損傷ｎ／Ｎを算出して累積して使用程度Σｎ／Ｎを算出しているので、タイミングベルト４６の交換時期をより高精度に検出することができる。
【００９７】
また、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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【符号の説明】
【０１１８】
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、寿命−交換判断部、応力算出部、回転回数ｎ計測部、寿命回転回数Ｎ検出部、疲労損傷ｎ／Ｎ算出部、使用程度算出部、疲労損傷−寿命判定部、交換判断部）
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
９０ 寿命−交換判断部
９１ 応力算出部
９２ 回転回数ｎ計測部
９３ 寿命回転回数Ｎ検出部
９４ 疲労損傷ｎ／Ｎ算出部
９５ 使用程度算出部
９６ 疲労損傷−寿命判定部
９７ 交換判断部
【特許請求の範囲】
【請求項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の寿命を算出し、前記寿命に基づいて前記ベルトが交換時期に達したか否かを判断する交換時期判断部とを備えることを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
前記交換時期判断部は、前記測光値から前記ベルトの寿命と前記寿命に対する使用程度とを算出し、前記使用程度が所定の閾値を超えたときに、前記ベルトが前記交換時期に達したと判断する寿命−交換判断部を備えることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項３】
前記寿命−交換判断部は、
前記光センサで検出された前記測光値に基づいて前記ベルトの応力を算出する応力算出部と、
前記ベルトが同一の前記応力で回転した回転回数ｎを計測する回転回数ｎ計測部と、
前記ベルトの前記応力での寿命回転回数Ｎを算出して前記寿命を検出する寿命回転回数Ｎ検出部と、
前記ベルトの前記応力が変動するごとに、前記回転回数ｎと前記寿命回転回数Ｎとから前記応力での疲労損傷ｎ／Ｎを算出する疲労損傷ｎ／Ｎ算出部と、
前記疲労損傷ｎ／Ｎを累積して前記使用程度を算出する使用程度算出部と、
前記使用程度が所定値を超えたときに、前記ベルトが前記寿命に近いと判定する疲労損傷−寿命判定部と、
前記疲労損傷−寿命判定部により前記ベルトが寿命に近いと判定されたときに、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請求項２に記載の動力伝達装置。
【請求項４】
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を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の動力伝達装置。
【請求項５】
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ないし請求項４のいずれか１の請求項に記載の動力伝達装置。
【請求項６】
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ないし請求項５のいずれか１の請求項に記載の動力伝達装置。
【請求項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の寿命を算出し、前記寿命に基づいて前記ベルトが交換時期に達したか否かを判断する交換時期判断部とを備えることを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
前記交換時期判断部は、前記測光値から前記ベルトの寿命と前記寿命に対する使用程度とを算出し、前記使用程度が所定の閾値を超えたときに、前記ベルトが前記交換時期に達したと判断する寿命−交換判断部を備えることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項３】
前記寿命−交換判断部は、
前記光センサで検出された前記測光値に基づいて前記ベルトの応力を算出する応力算出部と、
前記ベルトが同一の前記応力で回転した回転回数ｎを計測する回転回数ｎ計測部と、
前記ベルトの前記応力での寿命回転回数Ｎを算出して前記寿命を検出する寿命回転回数Ｎ検出部と、
前記ベルトの前記応力が変動するごとに、前記回転回数ｎと前記寿命回転回数Ｎとから前記応力での疲労損傷ｎ／Ｎを算出する疲労損傷ｎ／Ｎ算出部と、
前記疲労損傷ｎ／Ｎを累積して前記使用程度を算出する使用程度算出部と、
前記使用程度が所定値を超えたときに、前記ベルトが前記寿命に近いと判定する疲労損傷−寿命判定部と、
前記疲労損傷−寿命判定部により前記ベルトが寿命に近いと判定されたときに、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請求項２に記載の動力伝達装置。
【請求項４】
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を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の動力伝達装置。
【請求項５】
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ないし請求項４のいずれか１の請求項に記載の動力伝達装置。
【請求項６】
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ないし請求項５のいずれか１の請求項に記載の動力伝達装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２０２５３８（Ｐ２０１２−２０２５３８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７０４３０（Ｐ２０１１−７０４３０）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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