回転変動試験機

【課題】より一層のコスト低減及び小型化を実現することができ、さらに、実機の運転状態に即した回転変動を発生させることが可能な、回転変動試験機を提供すること。
【解決手段】回転変動試験機１は、駆動プーリ２及び従動プーリ３と、駆動プーリ２と従動プーリ３に亙って懸架された伝動ベルト４と、伝動ベルト４の張り側部分４ａの背面に当接する偏心プーリ５と、伝動ベルト４の弛み側部分４ｂの背面に当接する偏心プーリ６を備えている。そして、偏心プーリ５の回転に伴って、伝動ベルト４の張り側部分４ａの長さが変動して従動プーリ３に回転変動が発生するとともに、伝動ベルト４の弛み側部分４ｂに生じる弛みが偏心プーリ６により吸収される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジン等に連結される動力伝達機構の回転変動試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車用エンジン等に連結されてその動力を伝達する、ベルトやプーリ等からなる動力伝達機構の耐久試験には、一般的に実機のエンジンを使用せず、電動機（モータ）を動力源とする模擬的な試験機が用いられることが多い。しかし、電動機が一般に回転角速度変動のない滑らかな回転を発生させるのに対し、内燃機関エンジンは往復運動機関により出力軸に不等速回転を発生させる。そのため、実機の運転時に近い状態で耐久試験を行うには、回転角速度変動（以下、単に回転変動という）を与えることが可能な試験機が必要となる。
【０００３】
そのような試験機として、従来から、インバータで電動機の駆動電流を制御することにより、回転変動を生じさせるものがある。しかし、このような試験機は設備が大型化し、また、コストもかなり大きなものとなっていた。
【０００４】
そこで、本願出願人は、前述の試験機よりもコストを低減できる回転変動試験機を提案している（特許文献１参照）。この試験機においては、駆動モータに連結された入力軸と出力軸とが１個のユニバーサルジョイントを介して連結されており、さらに、ユニバーサルジョイントが駆動モータのベースとともに出力軸に対して任意角度に傾斜してセットされている。ここで、ユニバーサルジョイントで接続された２本の軸間には、ユニバーサルジョイントの傾斜角度（折れ角）に応じて角速度の誤差（カルダン誤差）が生じる。そのため、駆動モータにより駆動された入力軸が１回転すると、出力軸にはカルダン誤差に起因する回転変動が例えば２回発生する。
【０００５】
【特許文献１】特公平４−７３７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した特許文献１の回転変動試験機は、インバータによりモータの駆動電流を制御する従来の試験機に比べると安価ではあるものの、コストの低減は十分といえない。また、ユニバーサルジョイントを出力軸に対して傾斜させる必要があることなどから、装置サイズが大きくなってしまい、コンパクト化を目指す上で不利である。さらに、決まった回転変動（例えば、モータ回転数の２倍の回転変動）しか発生させることができないため、様々な実機の運転状態に対応した試験を行うことが困難である。
【０００７】
本発明の目的は、より一層のコスト低減及び小型化を実現することができ、さらに、実機の運転状態に即した回転変動を発生させることが可能な、回転変動試験機を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
第１の発明の回転変動試験機は、駆動側の第１プーリ及び従動側の第２プーリと、前記第１プーリと前記第２プーリとに亙って懸架された伝動ベルトと、前記伝動ベルトの張り側部分の内面と背面の一方に当接する第３プーリとを備えており、前記第３プーリの外周の回転中心からの距離が連続的に変化していることを特徴とするものである。
【０００９】
この回転変動試験機においては、第１プーリが駆動されると、伝動ベルトを介して第２プーリが従動回転する。ここで、伝動ベルトの張り側部分には第３プーリが当接しており、この第３プーリの外周の回転中心からの距離が連続的に変化している。そのため、第３プーリの回転に伴って伝動ベルトの張り側部分の長さが周期的に変動し、この周期的なベルトの長さ変動に伴って第２プーリに回転変動が生じることになる。この構成によれば、伝動ベルトの張り側部分に当接する第３プーリを設けるだけで、第２プーリに回転変動を生じさせることができるため、装置構成が簡単になり、より一層のコスト低減及び小型化を実現できる。また、第３プーリの形状や配置を適切に設定することで、第２プーリに任意の回転変動を生じさせることが可能となる。
【００１０】
第２の発明の回転変動試験機は、前記第１の発明において、前記第３プーリは、円形のプーリであって、その中心と回転中心がずれるように配置された偏心プーリであることを特徴とするものである。この構成によれば、第３プーリが偏心プーリであることから、この第３プーリの回転に伴って、これに当接する伝動ベルトの張り側部分の長さが周期的に変動し、第２プーリに回転変動が発生する。
【００１１】
第３の発明の回転変動試験機は、前記第２の発明において、前記第３プーリは、互いに偏心した状態で連結された２以上の偏心プーリを有することを特徴とするものである。この構成によれば、連結された偏心プーリの位相差を調整することにより、第３プーリ全体の偏心量を任意に変更することができる。
【００１２】
第４の発明の回転変動試験機は、前記第１の発明において、前記第３プーリは、楕円形状に形成されていることを特徴とするものである。この構成によれば、第３プーリが楕円形状であることから、第３プーリの回転に伴って、これに当接する伝動ベルトの張り側部分の長さが周期的に変動し、第２プーリに回転変動が発生する。
【００１３】
第５の発明の回転変動試験機は、前記第１〜第４の何れかの発明において、前記伝動ベルトの弛み側部分の内面と背面の前記一方に当接するとともに、前記第３プーリと同じく、その外周の回転中心からの距離が連続的に変化する第４プーリを備えていることを特徴とするものである。この構成によれば、第３プーリの回転に伴って伝動ベルトの張り側部分の長さが変動したときに伝動ベルトの弛み側部分に生じる振動が、第４プーリにより抑制される。
【００１４】
第６の発明の回転変動試験機は、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記第１プーリと前記第３プーリを同期的に回転させる同期回転手段を備えていることを特徴とするものである。この構成によれば、第１プーリと第３プーリの回転数比を任意の値に設定して、第１プーリの回転数の任意倍の回転変動を第２プーリに生じさせることができる。
【００１５】
第７の発明の回転変動試験機は、前記第６の発明において、前記同期回転手段は、前記第１プーリの回転軸と前記第３プーリの回転軸とを連結するベルト又はチェーンであることを特徴とするものである。この構成によれば、第１プーリの回転がベルト又はチェーンを介して第３プーリに伝達されるため、第１プーリと第３プーリとを同期的に回転させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の回転変動試験機１は、駆動プーリ２（第１プーリ）と、従動プーリ３（第２プーリ）と、駆動プーリ２と従動プーリ３に亙って懸架された伝動ベルト４と、伝動ベルト４の背面（外面）にそれぞれ当接する偏心プーリ５（第３プーリ）及び偏心プーリ６（第４プーリ）とを備えている。
【００１７】
駆動プーリ２は、図示しない駆動モータにより回転駆動される駆動軸１０に取り付けられており、図１の矢印方向（時計回りの方向）に回転する。駆動軸１０には２つの偏心プーリ５，６を回転駆動するためのプーリ１２が同軸状に設けられている。また、従動プーリ３は、所望の回転変動を生じさせた状態で行われる耐久試験等の対象となるプーリであり、従動軸１１に回転自在に支持されている。尚、駆動プーリ２は従動プーリ３よりも径が大きくなっている。
【００１８】
伝動ベルト４は、駆動プーリ２の回転を従動プーリ３に伝達できるものであればどのような種類のベルトでもよいが、その中でも、Ｖリブドベルトや平ベルトなどが好適に用いられる。そして、駆動プーリ２が駆動モータにより回転駆動されると、その回転により伝動ベルト４が駆動されるとともに、従動プーリ３が伝動ベルト４の走行に伴って図１の矢印方向（時計回りの方向）に従動回転する。
【００１９】
２つの偏心プーリ５，６は、それぞれ、回転軸１５，１６に連結された円形のプーリである。また、偏心プーリ５の中心Ｃ１はその回転中心Ｃ３（回転軸１５の軸心）からずれており、また、偏心プーリ６の中心Ｃ２もその回転中心Ｃ４（回転軸１６の軸心）からずれている。従って、２つの偏心プーリ５，６の外周の回転中心Ｃ３，Ｃ４からの距離はそれぞれ連続的に変化している。また、２つの偏心プーリ５，６は同じ形状（同径の円形状）に形成されており、さらに、それらの回転中心からの偏心量ｅも等しくなっている。
【００２０】
一方の偏心プーリ５は、走行時に大きなテンションが作用する伝動ベルト４の張り側部分４ａ（駆動プーリ２よりもベルト走行方向上流側に位置する部分）の背面（外側の面）に外側から当接している。また、他方の偏心プーリ６は、伝動ベルト４の弛み側部分４ｂ（駆動プーリ２よりもベルト走行方向下流側に位置する部分）の背面に外側から当接している。
【００２１】
２つの偏心プーリ５，６の回転軸１５，１６にはこれら回転軸１５，１６を回転駆動するための２つのプーリ１７，１８がそれぞれ同軸状に設けられている。また、駆動軸１０に設けられたプーリ１０と２つの回転軸１５，１６にそれぞれ設けられた２つのプーリ１７，１８に亙って歯付ベルト１９が懸架されており、駆動軸１０と２つの回転軸１５，１６が歯付ベルト１９で連結されている。従って、駆動軸１０の回転が、歯付ベルト１９を介して、２つの偏心プーリ５，６に伝達されることになり、駆動プーリ２と２つの偏心プーリ５，６が同期的に回転する。尚、駆動プーリ２と２つの偏心プーリ５，６を同期的に回転させる同期回転手段として、前述の歯付ベルトの代わりに、摩擦係数の高いベルトや、あるいは、チェーンを用いることもできる。
【００２２】
そして、伝動ベルト４の張り側部分４ａに当接する偏心プーリ５が駆動プーリ２と同期して回転すると、偏心プーリ５の外周の回転中心Ｃ３からの距離が連続的に変化していることから、伝動ベルト４の張り側部分４ａが偏心プーリ５により内側に押圧される量が変化する。すると、張り側部分４ａの長さが周期的に変動し、この長さ変動に伴って従動プーリ３に回転変動が生じることになる。そして、この偏心プーリ５の径や偏心量ｅを適切に設定することにより、従動プーリ３に所望の大きさの回転変動を生じさせることが可能となる。
【００２３】
さらに、駆動プーリ２と偏心プーリ５とが同期的に回転することから、これら２つのプーリの回転数比は、駆動軸１０に設けられたプーリ１２と偏心プーリ５の回転軸１５に設けられたプーリ１７の径の比に等しい。そのため、従動プーリ３には、駆動軸１０（駆動プーリ２）の回転数に２つのプーリ１２，１７の比を乗じた速度で回転変動が発生する。従って、２つのプーリ１２，１７の径を適切に設定することにより、駆動軸１０の回転数に対して任意倍の回転変動を従動プーリ３に生じさせることが可能になる。
【００２４】
尚、伝動ベルト４の張り側部分４ａの長さが変動したときには、従動プーリ３だけでなく、駆動プーリ２にも回転変動が生じる。ここで、駆動プーリ２と従動プーリ３の回転変動は、駆動軸１０と従動軸１１の回転慣性力の逆比で発生する。そのため、従動プーリ３に主体的に回転変動を生じさせるためには、駆動軸１０の回転慣性モーメントを従動軸１１の回転慣性モーメントに対して十分に大きくすることが好ましい（例えば、１０倍以上）。本実施形態の回転変動試験機１においては、駆動プーリ２の径が従動プーリ３の径よりも大きいことから、駆動軸１０の回転慣性モーメントは従動軸１１の回転慣性モーメントよりも大きくなっているが、さらに、駆動軸１０にフライホイールを取り付けるなどして、駆動軸１０の回転慣性モーメントをさらに大きくしてもよい。
【００２５】
ところで、偏心プーリ５が回転することによって伝動ベルト４の張り側部分４ａの長さが変動すると、それに応じて、テンションの低い弛み側部分４ｂ（駆動プーリ２よりも走行方向下流側に位置する部分）の長さも変動して弛みが生じ、伝動ベルト４に振動が発生しやすくなる。しかし、本実施形態の回転変動試験機１においては、伝動ベルト４の弛み側部分４ｂの背面に、偏心プーリ５と同形状の偏心プーリ６が当接していることから、弛みが偏心プーリ６により吸収されて振動が抑制される。
【００２６】
より具体的に説明すると、２つの偏心プーリ５，６は、それらの偏心方向（中心Ｃ１，Ｃ２の回転中心Ｃ３，Ｃ４に対するずれの方向）が等しい状態を保ちつつ、同期して回転する。図１に示すように、右側の偏心プーリ５（の中心Ｃ１）が回転中心Ｃ３に対して右方へずれており、偏心プーリ５の伝動ベルト４への押し当て力が小さく、張り側部分４ａの長さが短い状態であるときには、反対側の弛み側部分４ｂの長さが長くなって弛みやすい。しかし、このとき、左側の偏心プーリ６（の中心Ｃ２）も回転中心Ｃ４に対して右方へずれていることから、伝動ベルト４の弛み側部分４ｂに偏心プーリ６が強く押し当てられて、弛みが防止される。
【００２７】
一方、図２に示すように、右側の偏心プーリ５（の中心Ｃ１）が回転中心Ｃ３に対して左方へずれており、偏心プーリ５の押し当て力が大きく、張り側部分４ａの長さが長くなっているときには、反対側の弛み側部分４ｂの長さは短くなり弛みが生じにくい（即ち、弛み側部分４ｂへの大きな押し当て力は不要）。このとき、左側の偏心プーリ６（の中心Ｃ２）も回転中心Ｃ４に対して左方へずれることになるため、偏心プーリ６の弛み側部分４ｂへの押し当て力は小さくなる。
【００２８】
以上説明した回転変動試験機１によれば、次のような効果が得られる。
伝動ベルト４の張り側部分４ａに当接する偏心プーリ５のみで、従動プーリ３に回転変動を生じさせることができるため、装置構成が簡単になり、より一層のコスト低減及び小型化を実現できる。
【００２９】
また、偏心プーリ５の径や偏心量ｅを変更することにより、従動プーリ３に所望の大きさの回転変動を発生させることが可能となる。さらに、駆動軸１０に設けられたプーリ１２と、偏心プーリ５の回転軸１５に設けられたプーリ１７とが歯付ベルト１９等により連結されており、駆動プーリ２と偏心プーリ５とが同期的に回転するように構成されている。そのため、２つのプーリ１２，１７の径の比を適切に設定することにより、駆動軸１０の回転数の任意倍の回転変動を従動プーリ３に生じさせることができる。つまり、実機の運転状態に即した回転変動を従動プーリ３に発生させることができるようになる。
【００３０】
伝動ベルト４の弛み側部分４ｂに、回転変動付加用の偏心プーリ５と同形状の偏心プーリ６が当接しているため、偏心プーリ５の回転に伴って伝動ベルト４の張り側部分４ａの長さが変動したときに、伝動ベルト４の弛み側部分４ｂに生じる振動が偏心プーリ６により抑制される。
【００３１】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００３２】
１］図３に示すように、駆動プーリ２の駆動軸１０と２つの偏心プーリ５，６の回転軸１５，１６が、ベルトやチェーン等により連結されていなくてもよい（変更形態１）。つまり、走行する伝動ベルト４に伴って偏心プーリ５，６が従動回転してもよい。この場合、偏心プーリ５，６と回転軸１５，１６との間には、偏心プーリ５，６が回転軸１５，１６に対して自由回転可能となるようにベアリング等が設けられていることが好ましい。あるいは、２つの偏心プーリ５，６が個別に接続された駆動モータ等により、駆動プーリ２とは別個に回転駆動されてもよい。
【００３３】
２］図４に示すように、偏心プーリ５，６は、伝動ベルト４の内面に当接するように配置されていてもよい（変更形態２）。この構成でも、偏心プーリ５の回転に伴って、伝動ベルト４の張り側部分４ａの長さが変動し、従動プーリ３に回転変動が発生する。また、偏心プーリ６により伝動ベルト４の弛み側部分４ｂの振動が抑制される。
【００３４】
３］図５に示すように、伝動ベルト４の弛み側部分４ｂに当接する偏心プーリ６は必ずしも必要ではない（変更形態３）。例えば、偏心プーリ６の代わりに、バネや油圧により伝動ベルト４の背面を一定の力で押圧してテンションを付与するオートテンショナーが設けられてもよい。あるいは、駆動プーリ２と従動プーリ３のレイアウトを工夫することにより、偏心プーリ６やオートテンショナー等の構成を設けることなく、伝動ベルト４の弛み側部分４ｂの振動を抑制することも可能である。
【００３５】
４］回転変動を生じさせるためのプーリが、互いに偏心した２以上の偏心プーリで構成されていてもよい（変更形態４）。例えば、図６（ａ），（ｂ）及び図７に示すように、回転変動付与用プーリ２０（第３プーリ）は、互いに偏心した２つの偏心プーリ２１，２２を有する。
【００３６】
一方の偏心プーリ２１は回転軸２３に設けられており、この偏心プーリ２１の中心Ｃ５は、その回転中心Ｃ６（回転軸２３の軸心）に対してｅ１だけずれている。また、他方の偏心プーリ２２は、その外周に伝動ベルト４が巻掛けられるプーリである。そして、偏心プーリ２２は、その中心Ｃ７が偏心プーリ２１の中心Ｃ５に対してｅ２だけずれた状態で、偏心プーリ２１の中心Ｃ５を通る支持軸２４により回転自在に支持されている。さらに、偏心プーリ２２は、支持軸２４回りの角度（位相）が偏心プーリ２１に対してある角度θずれた状態で、ボルト等の固定部材２５により偏心プーリ２１に固定されている。尚、図６（ａ）は２つの偏心プーリ２１，２２の位相差がない状態を示しており、図６（ｂ）は偏心プーリ２２が偏心プーリ２１に対して角度θずれている状態を示している。この構成によれば、伝動ベルト４に当接する偏心プーリ２２の偏心量ｅは、偏心量ｅ１，ｅ２と、２つの偏心プーリ２１，２２の位相差θにより決定される。従って、２つの偏心プーリ２１，２２の位相差θを調整することにより、プーリ２０の全体を取り替えることなく、偏心量ｅを自由に変更することができる。
【００３７】
５］回転変動を付与するためのプーリ（第３プーリ）と、回転変動が生じたときの弛み（振動）を抑制するためのプーリ（第４プーリ）は、ともに円形の偏心プーリである必要は必ずしもなく、その外周の回転中心からの距離が連続的に変化しているものであれば、種々の構成のものを採用することができる。例えば、図８に示すように、回転軸１５に同軸状に設けられた楕円形状のプーリ３０であってもよい（変更形態５）。
【００３８】
あるいは、図９に示すように、円形や楕円形よりも急峻な立ち上がり面３１ａを有するプーリ３１であってもよい（変更形態６）。このプーリ３１を用いれば、従動プーリ３に急激な回転変動（例えば、のこぎり状波形の回転変動）を発生させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る回転変動試験機（偏心プーリの右方偏心状態）の概略構成図である。
【図２】回転変動試験機（偏心プーリの左方偏心状態）の概略構成図である。
【図３】変更形態１の回転変動試験機の概略構成図である。
【図４】変更形態２の回転変動試験機の概略構成図である。
【図５】変更形態３の回転変動試験機の概略構成図である。
【図６】変更形態４の回転変動付与用のプーリを示す図であり、（ａ）は２つの偏心プーリの位相差が０の状態、（ｂ）は２つの偏心プーリの位相差がθである状態をそれぞれ示す。
【図７】図６（ａ）の状態の回転変動付与用プーリの側面図である。
【図８】変更形態５の回転変動付与用プーリ、又は、振動抑制用プーリの平面図である。
【図９】変更形態６の回転変動付与用プーリ、又は、振動抑制用プーリの平面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１回転変動試験機
２駆動プーリ（第１プーリ）
３従動プーリ（第２プーリ）
４伝動ベルト
４ａ張り側部分
４ｂ弛み側部分
５偏心プーリ（第３プーリ）
６偏心プーリ（第４プーリ）
１０駆動軸
１５回転軸
１６回転軸
１９歯付ベルト
２０プーリ
２１，２２偏心プーリ
３０プーリ
３１プーリ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動側の第１プーリ及び従動側の第２プーリと、
前記第１プーリと前記第２プーリとに亙って懸架された伝動ベルトと、
前記伝動ベルトの張り側部分の内面と背面の一方に当接する第３プーリと、
を備えており、
前記第３プーリの外周の回転中心からの距離が連続的に変化していることを特徴とする回転変動試験機。
【請求項２】
前記第３プーリは、円形のプーリであって、その中心と回転中心がずれるように配置された偏心プーリであることを特徴とする請求項１に記載の回転変動試験機。
【請求項３】
前記第３プーリは、互いに偏心した状態で連結された２以上の偏心プーリを有することを特徴とする請求項２に記載の回転変動試験機。
【請求項４】
前記第３プーリは、楕円形状のプーリであることを特徴とする請求項１に記載の回転変動試験機。
【請求項５】
前記伝動ベルトの弛み側部分の内面と背面の前記一方に当接するとともに、前記第３プーリと同じく、その外周の回転中心からの距離が連続的に変化する第４プーリを備えていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の回転変動試験機。
【請求項６】
前記第１プーリと前記第３プーリを同期的に回転させる同期回転手段を備えていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の回転変動試験機。
【請求項７】
前記同期回転手段は、前記第１プーリの回転軸と前記第３プーリの回転軸とを連結するベルト又はチェーンであることを特徴とする請求項６に記載の回転変動試験機。

【図１】