JP2008286302A - ロータリージョイントおよび回転弁体の異常検出機構 - Google Patents

Abstract

【課題】回転弁体の回転トルクをモニタすることで微少な回転異常を検出可能とする。
【解決手段】流体を供給または排気する切替用通孔１０６，１０７を有し相対回転する回転弁体１００において、回転する移動弁体１０１側に孔１０５を介して、駆動力を伝達するピン１０５Ａの長手方向に歪みを検出する歪みセンサ２０１を設ける。歪み検出器２０２とケーブル２０３を通じて歪み検出機構（歪み検出器２０２、警報手段２０４）を構成する。回転弁体１００の摺動面１０３，１０４に焼き付きなどの異常発生時、歪みセンサ２０１の歪み値に変化が生じ、回転異常を検出できる。警報手段２０４は歪み検出器２０２を介した異常検出時に警報を発報、または駆動停止手段（図示せず）により駆動手段（図示せず）を停止する。ピン１０５Ａの歪みを検出し、回転トルクの変化をモニタすることで摺動面１０３，１０４での損傷に起因する異常を高精度で検出できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイや照明などに適用可能なランプなどの製造装置において排気等を行う際に使用される流体制御機構に係るロータリージョイントおよび回転弁体の異常検出機構に関するものである。

従来のロータリージョイントとしては、特許文献１に記載されるような回転弁体にセラミックを使用するものがあった。図４は、特許文献１に記載された従来のロータリージョイントを示す図である。

図４において、移動弁体１０１と固定弁体１０２はアルミナ、ステアタイト等のようなセラミック材で環状に形成され、ラッピングをされた摺動面１０３および摺動面１０４を介して摺接している。移動弁体１０１の摺動面１０３と反対側にはターレット（図示せず）に固定されたピン１０５Ａに係合する孔１０５が設けられていて、ターレットが回転することにより移動弁体１０１が回転される。また、移動弁体１０１および固定弁体１０２には、一端が摺動面１０３，１０４に開口し他端が外周に開口している切替用通孔１０６および切替用通孔１０７がロータリージョイントの中心から同心円上に等間隔に設けられており、間欠回転する移動弁体の周縁部に保持された管球等の真空排気や封着工程を段階的に行うことができる。弁体にセラミックを使用しているため、潤滑不足やガラス破片等のかみ込みによる摺動面へのダメージによって寿命が短かった弁体の長寿命化を図っている。

また、従来のロータリージョイントとして、特許文献２に記載されるような回転軸の回転速度を検出するものがあった。図５（ａ），（ｂ）は、特許文献２に記載された従来のロータリージョイントを示すものである。

図５（ａ），（ｂ）において、近接スイッチ１１４により、鍔部１１１に設置された凹部１１２を検出し回転軸１１３の回転速度の検出をしていた。近接スイッチ１１４が、例えば磁気を用いたものである場合、凹部１１２以外の凸部が近接すると金属を検出し、凹部１１２が近接すると金属を検出しないため、図５（ｂ）に示す４等分に配置された凹部１１２が近接するタイミングから回転速度を検出することができる。このことを利用して、例えばドライベアリング１１５の焼き付き等によって回転軸１１３の回転速度が低下した場合、その異常を検出していた。
実公昭６２−０１５９６３号公報 特開昭６３−１９５４８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成は、ひとたび異常が発生するとダメージが大きくその修復に多大なコスト、時間を浪費するという課題を有していた。

また、特許文献２に記載の構成は、バルブの回転速度を検出する機構であるため、回転弁体に微少な異常が発生していてもモータ等の駆動機構のトルクが十分に大きければ回転速度が変化せず、大きなダメージを受けた後でなければ異常を検出することができず、異常検出時には、例えばロータリージョイント全体の交換という大がかりな補修が必要になるという課題を有していた。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、回転弁体の回転トルクをモニタすることで微少な回転異常を検出可能としたロータリージョイントおよび回転弁体の異常検出機構を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載したロータリージョイントは、円柱状で同心円周上に流体を供給または排気する貫通孔を有し相対回転を行う一対の回転弁体と、一対の回転弁体のうち回転する移動弁体側に駆動力を伝達するピンと、ピンを介して移動弁体を回転駆動する駆動手段と、回転異常を検知する異常検出手段とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２，３に記載したロータリージョイントは、請求項１のロータリージョイントにおいて、異常検出手段に接続された駆動停止手段を備えたこと、一対の回転弁体の間に潤滑させる潤滑油を供給する複数の注油機構と、潤滑油の注油量を制御する制御手段を備え、制御手段が異常検出手段に接続されたことを特徴とする。

また、請求項４に記載したロータリージョイントは、請求項１〜３のロータリージョイントにおいて、異常検出手段は、歪み測定手段、モータトルク検出手段、異音検出手段、温度測定手段、酸化鉄測定手段のいずれか１以上を含んでなることを特徴とする。

また、請求項５〜７に記載したロータリージョイントは、請求項４のロータリージョイントにおいて、歪み測定手段は、歪ゲージを使用したこと、また歪み測定手段は、移動弁体の側面、移動弁体の上面、ピンの側面のうち、いずれか１つの表面歪みを測定すること、また歪み測定手段は、移動弁体の回転方向に対して垂直方向の歪みを測定することを特徴とする。

また、請求項８に記載した回転弁体の異常検出機構は、円柱状で相対回転を行う一対の回転弁体の回転異常を検出する異常検出機構であって、歪み測定手段、モータトルク検出手段、異音検出手段、温度測定手段、酸化鉄測定手段のうちいずれか１以上を用いてなることを特徴とする。

また、請求項９に記載した回転弁体の異常検出機構は、請求項８の異常検出機構において、歪み測定手段は、一対の回転弁体のうち回転する移動弁体側に駆動力を伝達するピンの歪みを測定して回転異常を検出することを特徴とする。

また、請求項１０〜１２に記載した転弁体の異常検出機構は、請求項９の異常検出機構において、歪み測定手段の歪み測定箇所は、駆動力の伝達方向に沿ったピンの表面上であること、また歪み測定手段の歪み測定箇所は、ピンの表面上であり、移動弁体の回転方向に対して垂直であること、また歪み測定手段は、移動弁体の側面、移動弁体の上面、ピンの側面のうち、いずれか１つの表面歪みを測定することを特徴とする。

前記構成によれば、回転弁体の微少な異常をとらえることにより、軽微な損傷のうちに回転異常を検知することができる。

本発明によれば、回転弁体に発生した微少な異常をとらえて、軽微な損傷のうちに異常を検出することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１におけるロータリージョイントを示す断面図である。ここで、前記従来例を示す図４において説明した構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示し、その重複する説明は省略する。

図１において、歪みセンサ２０１はピン１０５Ａの長手方向（回転方向に対して垂直）の歪みを検出するセンサ（例えば、歪ゲージ等を用いる）であり、歪み検出器２０２とケーブル２０３を通じ有機的に関連して歪み検出機構（歪み検出器２０２、警報手段２０４）を構成している。移動弁体１０１は駆動手段（図示せず）の駆動力を移動弁体１０１にピン１０５Ａを通じ伝達しているが、例えば焼き付きなどの異常が摺動面１０３および摺動面１０４に発生した場合、歪みセンサ２０１に現れる歪み値に変化が発生し、回転の異常を検出することができる。

警報手段２０４は歪み検出器２０２を介して歪みをモニタして歪みの値が閾値を越えることで異常を検出し、警報を発報して運転を停止するよう作業者に促すこともできるし、異常信号を駆動停止手段（図示せず）に伝達することで回転駆動する駆動手段（図示せず）を停止させることもできる。

係る構成によればピン１０５Ａの歪みを検出することにより、回転トルクの変化をモニタすることとなり、主に摺動面１０３，１０４での損傷に起因するロータリージョイントの異常を高精度で検出することができる。

図２（ａ），（ｂ）は、本実施形態１におけるロータリージョイントにおいて、繰り返し間欠運転を行った際に、モニタリングされた歪みの波形変化を表したものであり、縦軸は歪みを表し、横軸は時間を表している。当初、ロータリージョイントにて間欠運転を行った平常時には、図２（ａ）のように安定な歪み波形を示していた。

しかしながら、潤滑油の供給を停止して間欠運転を継続したところ、図２（ｂ）のように、波形の極小値の上昇が発生した。この歪み波形の極小値が観測されるタイミングは、間欠運転における停止のタイミングであるが、この時点での歪みが上昇しているということから、測定箇所での歪みが停止時にも解放されていないことを示す。すなわち回転弁体１００の摺動面１０３，１０４にて負荷が発生し、回転駆動する駆動手段と移動弁体１０１との間のピン１０５Ａにねじれが発生していることを示すと考えられる。

そこで、図２（ｂ）の状態となった後、回転弁体１００の摺動面１０３，１０４の表面を確認したところ、焼き付きと考えられるわずかな変色や傷が発見され、焼き付きや傷に対する歪み検出の有効性が確認された。

図２（ｂ）に示す波形から異常を検出する方法としては、一定時間ごとのピークホールド値を用いる方法、一定時間ごとの最小値を用いる方法やこれらを組み合わせる方法などがあり、典型的な発生現象と対応させて実施することができる。図２（ｂ）においては、極小値が変動しており、一定期間内の極小値のモニタリングが有効である。

また、上述した歪みセンサ２０１の取り付け位置は、本実施形態１のようにピン１０５Ａのねじれを生ずるような現象の検出にはピン１０５Ａの表面上が好適であるが、移動弁体１０１のその他の不具合に対しては、移動弁体１０１の側面や上面に取り付けたほうが感度良く検出できる場合もあり、用途に応じていずれかの箇所に取り付けても同様の効果を得ることができる。

なお、以上に述べた本実施形態１において、移動弁体１０１は鋼等の金属製のものとして述べたが、従来例のようにセラミックを用いても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、本実施形態１においては、回転異常の検出手段として歪みの検出を使用した場合について述べたが、回転手段を駆動するモータトルクを検出する手段、摺動面の異音を検出する手段、回転弁体の温度を測定する手段、排気中に含まれる酸化鉄を測定する手段などによって同様の異常検出を行うことができることは言うまでもない。

（実施形態２）
図３（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態２のロータリージョイントを示す断面図である。また、前述した実施形態１を示す図１および従来例を示す図４にて説明した構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示し、その重複する説明は省略する。

図３（ｂ）において、歪みセンサ３０１は歪みセンサ２０１と同様のものであるが、回転弁体１００の半径方向でピン１０５Ａを挟み込むように設置される。このように、歪み検出をピン１０５Ａの両側にて実施し、波形を比較することにより、回転異常となる原因が図３（ａ）に示す移動弁体１０１の断面における内周部側で起こっているか外周部側で起こっているかを検出することができる。例えば、ピン１０５Ａより外周側に損傷が生じた場合は、内周側の歪が大きく観測されるため、その結果から、制御手段（図示せず）により注油機構３０５ｂを選択して追加注油させることで、潤滑油不足の解消を行うことができる。

さらに本実施形態２において、連続的に検出される歪みに対して、あらかじめ設定した閾値に達したかどうかの判定を実施することにより、設備の連続稼働時間を延長することができる。例えば、歪み検出器から得られた歪みの取り込み値に対して、注油開始のレベルを５０単位、注油停止レベルを４０単位とあらかじめ設定しておき、取り込み値に対する監視を行うことで、取り込み値が５０単位に達した段階で注油が開始され、注油により取り込み値が４０単位以下にまで低減した段階で注油を停止する制御をすれば、設備を停止することなく潤滑不足による回転異常を解決することができる。

さらに、あらかじめ停止レベルを６０単位としておけば、注油により回転異常が解決しなかった場合に対してもダメージが低いままに設備の保全を行うことができる。このようなタイプの回転異常は、運転条件が頻繁に変更されるような設備に発生しやすく、本実施形態２が非常に有効である。

なお、以上に述べた本実施形態２において、注油機構が内周と外周の２カ所のみ付帯した場合について述べたが、円周方向に２等分や４等分に配置した箇所に注油機構が追加された場合についても同様の効果が得られることは言うまでもない。

本発明に係るロータリージョイントおよび回転弁体の異常検出機構は、微少な回転弁体に発生した異常をとらえ軽微な損傷のうちに異常検出することができ、製造装置の排気等を行う際に使用される流体制御機構、また内燃機関等の駆動力伝達機構用途にも適用できる。

本発明の実施形態１におけるロータリージョイントを示す断面図 本実施形態１における歪み波形の（ａ）は安定状態、（ｂ）は異常状態を示す波形図 本発明の実施形態２におけるロータリージョイントを示す（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 従来のロータリージョイントを示す図 従来のロータリージョイントを示す（ａ）は断面図、（ｂ）は鍔部近傍の正面断面図

符号の説明

１００ 回転弁体
１０１ 移動弁体
１０２ 固定弁体
１０３，１０４ 摺動面
１０５Ａ ピン
１０５ 孔
１０６，１０７ 切替用通孔
１１１ 鍔部
１１２ 凹部
１１３ 回転軸
１１４ 近接スイッチ
１１５ ドライベアリング
１１６ リード線
２０１，３０１ 歪みセンサ
２０２，３０２ 歪み検出器
２０３，３０３ ケーブル
２０４，３０４ 警報手段

Claims (12)

1. 円柱状で同心円周上に流体を供給または排気する貫通孔を有し相対回転を行う一対の回転弁体と、前記一対の回転弁体のうち回転する移動弁体側に駆動力を伝達するピンと、前記ピンを介して前記移動弁体を回転駆動する駆動手段と、回転異常を検知する異常検出手段とを備えたことを特徴とするロータリージョイント。
2. 前記異常検出手段に接続された駆動停止手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のロータリージョイント。
3. 前記一対の回転弁体の間に潤滑させる潤滑油を供給する複数の注油機構と、前記潤滑油の注油量を制御する制御手段を備え、前記制御手段が前記異常検出手段に接続されたことを特徴とする請求項１記載のロータリージョイント。
4. 前記異常検出手段は、歪み測定手段、モータトルク検出手段、異音検出手段、温度測定手段、酸化鉄測定手段のいずれか１以上を含んでなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータリージョイント。
5. 前記歪み測定手段は、歪ゲージを使用したことを特徴とする請求項４記載のロータリージョイント。
6. 前記歪み測定手段は、前記移動弁体の側面、前記移動弁体の上面、前記ピンの側面のうち、いずれか１つの表面歪みを測定することを特徴とする請求項４記載のロータリージョイント。
7. 前記歪み測定手段は、前記移動弁体の回転方向に対して垂直方向の歪みを測定することを特徴とする請求項４記載のロータリージョイント。
8. 円柱状で相対回転を行う一対の回転弁体の回転異常を検出する異常検出機構であって、歪み測定手段、モータトルク検出手段、異音検出手段、温度測定手段、酸化鉄測定手段のうちいずれか１以上を用いてなることを特徴とする回転弁体の異常検出機構。
9. 前記歪み測定手段は、一対の回転弁体のうち回転する移動弁体側に駆動力を伝達するピンの歪みを測定して回転異常を検出することを特徴とする請求項８記載の回転弁体の異常検出機構。
10. 前記歪み測定手段の歪み測定箇所は、駆動力の伝達方向に沿った前記ピンの表面上であることを特徴とする請求項９記載の回転弁体の異常検出機構。
11. 前記歪み測定手段の歪み測定箇所は、前記ピンの表面上であり、前記移動弁体の回転方向に対して垂直であることを特徴とする請求項９記載の回転弁体の異常検出機構。
12. 前記歪み測定手段は、前記移動弁体の側面、前記移動弁体の上面、前記ピンの側面のうち、いずれか１つの表面歪みを測定することを特徴とする請求項９記載の回転弁体の異常検出機構。

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