JP2004177196A - チェーンの伸び検出装置及び検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チェーンの伸びを正確に検出することができるチェーンの伸び検出装置及び検出方法を提供する。
【解決手段】上記課題を達成するための本発明の構成は、チェーン１８の直線移動部分であり、第１スプロケット２０と第２スプロケット２２との間に噛み合うスプロケット１０を備える。また、前記スプロケット１０の回転軸には、スプロケット１０の回転角度を検出し、設定角度の検出毎にパルスを発生するロータリーエンコーダ１２を備える。さらに、前記ロータリーエンコーダ１２には、当該ロータリーエンコーダ１２から発せられたパルスを基に前記チェーン１８の伸び量を算出する演算部１５が備えられることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チェーンの伸び検出装置及び検出方法に係り、特に下水道処理設備の汚泥掻き寄せ機や移動式電気集塵装置などの産業用機械で使用される駆動用チェーンに好適なチェーンの伸び検出装置及び検出方法である。
【０００２】
【従来の技術】
チェーンの伸び検出装置としては、従来は特許文献１に示すものが使用されていた。装置の概要は図７に示すものである。特許文献１のチェーンの伸び検出装置は、乗客コンベアのハンドレールチェーンの伸び検出装置である。すなわち乗客コンベアを駆動するためのチェーン４の伸びを検出する装置である。駆動スプロケット２と同期して回転する第１スプロケット３と乗客コンベア７に駆動力を伝達する第２スプロケット５とから形成される。当該スプロケット間は、無端状のチェーン４により駆動力の伝達を行っている。前記チェーン４は、チェーン４に伸びが生じ、弛んだ場合にチェーン４を押圧することにより、チェーン４の張力を一定に保つための張力スプロケット６が備えられる。当該チェーンの伸び検出装置は、第２スプロケット５を巻き込んでかみ合う駆動用のチェーン４の近傍に変位検出器１を備えたものである。このとき変位検出器１の変位検出面は、第２スプロケット５の先端に向けられる。
【０００３】
チェーン４の伸び検出方法としては、変位検出器１により、第２スプロケット５の歯先までの距離と、第２スプロケット５に噛み合うチェーン４のピン（ローラ）部分までの距離とを検出する。当該二つの距離の差からチェーン４の伸びの有無を判断するものである。前記距離の差が規定した値よりも小さくなった場合、チェーン４の伸びが限界を越えたということになる。つまり、チェーン４全体に伸びが生じた場合に非常に有効なチェーンの伸び検出装置である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１９９１６８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構成による装置ではチェーンの伸びが許容範囲かどうかは検出できるが、チェーンの伸びによる噛み合い具合の変化量が微小なため、チェーンの伸びを正確に検出しない恐れがある。このため、チェーンに局部的な磨耗や伸びが生じた場合に、チェーンの伸びを検出できずに、チェーンが破断してしまう又は外れてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題を解決し、チェーンが全体的に伸びた場合でも、一部のみに伸びが生じた場合でも、チェーンの微小な伸び量を算出でき、チェーンの破断やはずれを未然に防ぐことが可能な駆動用チェーンの伸び検出装置及び検出方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するための装置構成として、チェーンの直線移動部分に噛み合うスプロケットと、当該スプロケットの回転角度を検出するパルス発生器と、当該パルス発生器から発せられたパルスを基に前記チェーンの伸び量を算出する演算部を備えて成ることを特徴とする。
【０００８】
また、チェーンの伸びの検出方法としては、チェーンの送りに従動回転するスプロケットの回転角度を検出するパルス発生器から発せられたパルスを基に前記スプロケットの回転速度の変化量を算出し、当該回転速度の変化量よりチェーンの送り量を算出し、当該送り量からチェーンリンクの伸び量を算出することを特徴とする。
また、チェーンリンクの伸び量の算出を、無端チェーン１周分行うことにより、チェーン全体の伸び量を算出してもよい。
【０００９】
【作用】
チェーンの伸び検出用のスプロケットとチェーンを噛み合わせを、前記スプロケットがチェーンを巻き込まないようにしたことにより、チェーンとスプロケットの噛み合いが１リンクずつとなる。このため、１リンクにおけるチェーンの伸びの検出が可能となる。
【００１０】
パルス発生器により前記スプロケットの回転角度を検出するようにしたことにより、検出回転角度の設定が容易となり、微小角度の検出も可能となる。よって、チェーンの伸びの検出精度により、検出する設定角度を変えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本願発明に係る実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は駆動用チェーンを使用したチェーン駆動機の一例であり、下水処理設備で使用されるチェーンフライト式汚泥掻き寄せ機に駆動用チェーンの伸び検出装置を備えた場合に関するものである。
【００１２】
この汚泥掻き寄せ機は、下水処理設備の最初沈殿池や最終沈殿池で使用されるものである。沈殿池内に処理水を流入させ各種操作を行うことで下水を処理するが、その際発生した汚泥などが沈殿池底部に堆積する。チェーンフライト式汚泥掻き寄せ機は、堆積した汚泥等を掻き寄せ除去するものである。
【００１３】
前記チェーンフライト式汚泥掻き寄せ機は、前記沈殿池の通路の両壁面に沿って、第１スプロケット２０、第２スプロケット２２、第３スプロケット２４、第４スプロケット２６の４つのスプロケットを台形の各頂点部に配置する構造としている。前記４つのスプロケットは、駆動力を伝達するためのチェーン１８と噛み合う。第１スプロケット２０は、前記４つのスプロケットの駆動力伝達の基点となっており、駆動用モータ１４に備えられた駆動用スプロケットに噛み合うチェーン１６と噛み合う構造としている。前記両壁面に備えられた一対のチェーン１８は汚泥を掻き寄せるためのフライト２７によって連結されて図上時計廻りに周回する。
【００１４】
図３にチェーンフライト式汚泥掻き寄せ機の駆動時におけるチェーン１８の張力分布を示す。図３において、第１スプロケット２０と第２スプロケット２２との間では、チェーン１８の張力の変動が微小であるということが読み取れる。また、チェーン１８の張力は、第２スプロケット２２と第３スプロケット２４との間では、徐徐に上昇し、第３スプロケット２４と第４スプロケット２６の間で大きく上昇していることが読み取れる。当該チェーンフライト式汚泥掻き寄せ機では、チェーン１８の伸びや磨耗によって生じた弛みを第２スプロケット２２と第３スプロケット２４との間で吸収する仕組みとしているため、この間におけるチェーン１８の張力はチェーン１８に伸びや磨耗が生じると共に低下する。このチェーン１８の弛みを吸収する仕組みがあることにより、第１スプロケット２０と第２スプロケット２２との間のチェーンの張力は殆ど変化しない。一方、第３スプロケット２４と第４スプロケット２６との間では、フライト２７により汚泥を掻き寄せるために、フライト２７に汚泥による反力がかかり、この間のチェーン１８の張力は急激に上昇する。
【００１５】
本実施例では、チェーン１８の伸びを検出するために、チェーン１８の直線部分に噛み合い、チェーン１８の送りによって従動回転するスプロケット１０を備える。前記スプロケット１０は、図３に示されるようにチェーン１８の張力変動の少ない駆動用スプロケットの下流にあたる、第１スプロケット２０と第２スプロケット２２との間に備える。
【００１６】
前記スプロケット１０の回転軸には、当該回転軸の回転角度を検出し、当該回転軸が設定した角度の回転をする度にパルスを発生させるパルス発生器として、ロータリーエンコーダ１２を備える。
【００１７】
前記ロータリーエンコーダ１２には、当該ロータリーエンコーダ１２より発せられたパルスを検出し、当該パルスを基にチェーン１８の伸び量を算出し、チェーン１８の伸び量又は、伸びが許容範囲内であるかを表示するための演算部１５を備える。
【００１８】
前記演算部１５では、図２に示すように、パルスの検出を行い、前記パルスを基にスプロケット１０の角速度の算出を行う。前記角速度より、スプロケット１０の回転速度を算出し、前記回転速度と前記パルスより、チェーンの移動距離を算出する。前記移動距離算出後、チェーンの伸び量を算出するという作業が行われる。前記回転速度の算出は以下の計算により行われる。
【００１９】
一般的に伝動中の駆動用チェーンの平均速度Ｖｃは、
【数１】

ここで、ｐ：チェーンのピッチ（ｍｍ）
ｚ：従動スプロケットの歯数
ｎ：従動軸回転数（ｒ／ｍｉｎ）
で表される。一方スプロケットの回転速度Ｖｓは、
【数２】

ここで、Ｄｐ：ピッチ円直径（ｍ）
ω：スプロケットの角速度（ｒａｄ／ｓ）
ωは、以下の式で表すことができる。
【数３】

また、チェーンに従動するスプロケットの回転速度には次の関係が成り立つ。
【数４】

つまりチェーン１８に従動するスプロケット１０の回転速度と、チェーン１８の送り速度とは等しいことが言える。
【００２０】
上記の式によって求められたスプロケット１０の回転速度に、微小角度間の回転時間（パルス間隔分の時間）を掛けることにより、チェーン１８の送り量（移動量）が算出できる。同様にして正常なチェーン１８におけるチェーン１８の送り量を算出しておく。両送り量の差を求めることにより、チェーン１８の伸び量を算出できる。
【００２１】
以下に上記スプロケット１０の回転速度の算出にかかる原理を図面を参照して説明する。図４は、チェーン１８の正常なチェーン断面２８とスプロケット１０との噛み合わせの様子を示しており、図５は、チェーン１８の磨耗したチェーン断面３０とスプロケット１０との噛み合わせの様子を示している。図４に示すようにチェーン１８が正常である場合には、チェーン１８とスプロケット１０との噛み合わせが良いため、チェーン１８の駆動力は絶えずスプロケット１０へ伝達され、スプロケット１０の回転速度は一定となる。一方、図５に示すようにチェーン１８に磨耗や伸びが生じた場合には、チェーン１８とスプロケット１０との噛み合わせが悪く隙間が開いてしまう。このため、チェーン１８の駆動力がスプロケット１０に伝達されない時間が生じ、スプロケット１０の回転速度は一定とはならない。
【００２２】
前記スプロケット１０の回転軸に備えられたロータリーエンコーダ１２は、スプロケット１０の回転に伴い、回転軸が設定した角度を回転する度に、パルスを発生させる。図６の（Ａ）から（Ｃ）にその様子を示す。ここでのパルスの発生は、チェーン１８とスプロケット１０との噛み合い始めから、次の噛み合い始めまでの一歯間の回転角度（以下一定角度とする）に発生するものである。パルスａは、正常なチェーン１８とスプロケット１０の噛み合いにより発生するパルスである。パルスｂは、磨耗して伸びたチェーン１８とスプロケット１０との噛み合いにより発生するパルスである。図６（Ｃ）によると、パルスａとパルスｂとでは、スプロケット１０一定角度における回転時間は殆ど同一である。
【００２３】
磨耗して伸びたチェーン１８は、チェーン１８のピン間ピッチが正常時よりも長くなるため、一定速度で送り出されるチェーン１８の送り速度は、ピン間ピッチが伸びた分だけ、正常なチェーン１８の送り速度よりも速くなる。しかし、磨耗して伸びたチェーン１８は、スプロケット１０との噛み合い時に、ピン間ピッチが長くなったことにより、隙間が生じ噛み合わせが悪くなり、駆動力が伝達されない時間が生じる。このため、磨耗して伸びたチェーン１８とスプロケット１０との関係は、噛み合い始めから、噛み合いが外れるまでの間の回転は速くなるが、噛み合いが外れてから次の噛み合い始めまでに駆動力が伝達されない時間が生じ、回転速度が低下する。よって一定角度におけるスプロケット１０の回転時間は、正常なチェーン１８との噛み合いの場合と殆ど変わらなくなる。
【００２４】
そこで、ロータリーエンコーダ１２の回転角度の検出角度を微小角度とすれば、チェーン１８とスプロケット１０との始めの噛み合い始めから、次の噛み合い始めまでの間における各微小角度間の回転時間を示すパルスが検出できる。このパルス幅を基に、各行程でのスプロケット１０の回転速度を算出すると、図６（Ｄ）のように表すことができる。回転速度ｃは、正常なチェーン１８と噛み合うスプロケット１０の回転速度を示し、回転速度ｄは、磨耗して伸びたチェーン１８と噛み合うスプロケット１０の回転速度を示す。
【００２５】
回転速度ｃは、チェーン１８とスプロケット１０の噛み合わせが良く、チェーン１８からスプロケット１０へ絶えず駆動力が伝達されるため、一定速度となっている。一方、回転速度ｄは、チェーン１８とスプロケット１０の噛み合わせが悪く、チェーン１８からスプロケット１０へ駆動力が伝達されない時間が生じるため、速度に谷間が生じている。
【００２６】
これに基づき、スプロケット１０の微小角度間のパルス幅（時間）を検出し、当該パルス幅からスプロケット１０の回転速度を算出することができる。図６の（Ａ）ないし（Ｃ）におけるパルスは、スプロケット１０がチェーン１８と始めに噛みあってから次の噛み合いまでの一定角度の回転で１パルスとしていた。これに対し、微小角度間のパルス発生では、前記一歯間の回転を数等分して計測を行うものである。前記計測により検出されたパルス幅を基に、上記の演算を行うことでチェーン１８の伸びを算出することができる。
【００２７】
同様にして、前記演算部１５にて無端チェーン１周分のリンク数とスプロケット１０が噛み合う時間及び回転速度を算出することにより、各リンク間の伸び量が算出できる。前記伸び量を合計することにより、チェーン１８の全体の伸び量を算出することができる。
【００２８】
チェーン１８の１リンクごとの伸び量の算出を、無端チェーンで１周分行い、チェーン１８全体の伸び量を算出することによって、チェーン１８の伸びが許容範囲内であるかを判断すること及び局部的に伸びが生じている箇所の検出ができ、チェーン１８の外れや破断を未然に防ぐことができる。
本実施例においては、チェーン駆動機を汚泥掻き寄せ機としたが、他のチェーン駆動機にも対応可能である。
【００２９】
また、伸びの検出に関して、単に伸びの有無または伸び量の大小を知るだけでよい場合は、スプロケット１０の回転速度の変動により、チェーン１８の磨耗、伸びが生じている箇所を検出することができる。つまり、回転速度の変動が大きい箇所は、チェーン１８の伸び量が大きいということができる。
【００３０】
さらに、チェーン１８とスプロケット１０とが最初に噛み合ってから次の噛み合いまでの間の微小角度間に発生するパルスの最小幅と最大幅とを比較して、その差から伸び量を算出することもできる。
【００３１】
本実施例では、スプロケット１０の設置箇所を第１スプロケット２０と第２スプロケット２２との間としたが、スプロケット１０の従動回転動作に支障をきたさなければ、第４スプロケット２６と第１スプロケット２０との間に位置する箇所の水面上等でも良い。
【００３２】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、駆動用チェーンに対し、当該チェーンを巻き込まずに噛み合うスプロケットと、当該スプロケットの回転角度を検出するパルス発生器と、当該パルス発生器から発せられたパルスを基に前記チェーンの伸び量を算出する演算部を備えて成り、前記スプロケットは前記チェーンの送りに倣って回転するようにしたことにより、チェーンが全体的に伸びが生じた場合でも、一部のみに伸びが生じた場合でも、チェーンの微小な伸び量を検出でき、チェーンの破断や外れを未然に防ぐことが可能となる。
【００３３】
また、チェーンの送りに従動回転するスプロケットの回転角度を検出するパルス発生器から発せられたパルスを基にチェーンの送りに倣って回転するスプロケットの回転速度の変化量を算出し、当該回転速度の変化量よりチェーンの送り量を算出し、当該送り量からチェーンリンクの伸び量を算出することにより、チェーンの伸び量を数値で認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】駆動用チェーンの伸び検出装置の設置箇所を示す図である。
【図２】演算部における計算の流れを示すフローチャートである。
【図３】チェーン駆動機の各スプロケット間のチェーンにかかる張力の分布を示す図である。
【図４】正常時のチェーンとスプロケットとの噛み合わせの様子を示した図である。
【図５】磨耗して伸びたチェーンとスプロケットとの噛み合わせの様子を示した図である。
【図６】スプロケットの回転に伴い発生するパルス値と当該パルス値より算出したスプロケットの回転速度を示した図である。
【図７】従来の技術を表すハンドレールチェーン伸び検出装置を示す図である。
【符号の説明】
１０………スプロケット、１２………ロータリーエンコーダ、１４………駆動用モータ、１５………演算部、１６………チェーン、１８………チェーン、２０………第１スプロケット、２２………第２スプロケット、２４………第３スプロケット、２６………第４スプロケット、２７………フライト、２８………正常なチェーン断面、３０………磨耗したチェーン断面。

Claims (3)

1. チェーンの直線移動部分に噛み合うスプロケットと、当該スプロケットの回転角度を検出するパルス発生器と、当該パルス発生器から発せられたパルスを基に前記チェーンの伸び量を算出する演算部を備えて成ることを特徴とするチェーンの伸び検出装置。
2. チェーンの送りによって従動回転するスプロケットの回転角度を検出するパルス発生器から発せられたパルスを基に前記スプロケットの回転速度の変化量を算出し、当該回転速度の変化量よりチェーンの送り量を算出し、当該送り量からチェーンリンクの伸び量を算出することを特徴とするチェーンの伸び検出方法。
3. チェーンリンクの伸び量の算出を、無端チェーン１周分行うことにより、チェーン全体の伸び量を算出することを特徴とする請求項２に記載のチェーンの伸び検出方法。

Images