JP2015102533A - ハンドルのトルク異常検知装置およびこれを備えた弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トルク異常が発生した場合に、作業者が確実にそれを認識することができるハンドルのトルク異常検知装置およびこれを備えた弁装置を提供する。
【解決手段】 ひずみゲージ13の出力からトルクを検出して、検出されたトルクがトルク異常に相当するかを判定するマイコン19と、トルク異常の場合に警告を発する警告手段17,18とを備えている。警告手段17,18は、ハンドル2に取り付けられて、トルク異常の場合にハンドル2を振動させる振動発生器17を有している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ハンドルのトルク異常検知装置および弁装置に関し、例えば、手動弁のハンドルを締め付けて閉状態を得る際のトルク異常を検知するハンドルのトルク異常検知装置およびこのようなハンドルのトルク異常検知装置を備えた弁装置に関する。

例えば、手動弁として、弁棒と同心状に配設した中空円筒体に負荷検出用のひずみゲージを貼り付けたものが開示されている（特許文献１）。

手動弁における開閉操作においては、特に、ハンドルの締付けトルクが適正な範囲にあるかが重要となる。ひずみゲージを使用することで、トルク検出が可能であり、これにより、トルク異常を検知することができる。

特開平８−２６１３５５号公報

トルク異常を検知した場合に、作業者がそれを認識してそれ以上の締付けを中止する必要がある。例えば、ＬＥＤを点灯させることで、作業者にトルク異常を伝達することが可能であるが、実際の作業現場では、ＬＥＤの点灯の認識が困難な場所もあり、作業者が見落としてトルク異常を認識することができないことがあるという問題があった。

この発明の目的は、トルク異常が発生した場合に、作業者が確実にそれを認識することができるハンドルのトルク異常検知装置およびこれを備えた弁装置を提供することにある。

この発明によるハンドルのトルク異常検知装置は、ハンドルを回転させた際に、トルク異常となっていないかどうかを検知するハンドルのトルク異常検知装置であって、トルク検出手段の出力からトルクを検出して、検出されたトルクがトルク異常に相当するかを判定する処理手段と、締付けが不適切な場合に警告を発する警告手段とを備えており、警告手段は、ハンドルに取り付けられて、トルク異常の場合にハンドルを振動させる振動発生器を有していることを特徴とするものである。

トルク検出手段は、例えばひずみゲージおよびひずみゲージの出力からトルクを得る演算部分からなるものとされるが、トルク検出手段として、最終的にトルクを得ることができるものであれば、種々のセンサおよびセンサの出力からトルクを得る演算部分からなるものを使用することができる。

処理手段は、トルク検出手段の出力を処理して、ハンドルの締付けトルクを求め、このトルクが正常かどうかを判定する。

例えば、ハンドルを回転させた際に、正常な締付けであれば、振動発生器が作動することはなく、締付けが完了する。トルク異常となった場合には、ハンドルが振動し、作業者は、確実にこの振動を感じて、トルク異常であることを認識する。そして、作業者が、ハンドルを緩めて、正常な締付け状態となると、振動の発生はなくなる。

ここで、正常な締付けとは、例えば、予め設定されているトルクで締付けが行われることを意味する（トルク不足およびトルク過多が異常）が、トルクが作用していることを意味すること（トルクがゼロであれば異常）もあり、また、トルクが作用していないことを意味すること（トルクが作用していれば異常）もある。

このハンドルのトルク異常検知装置は、例えば、流体通路を開閉する弁棒を回転させるハンドルを有する手動弁に適用することができる。また、手動弁に限らず、ハンドルを備えている装置であれば種々のものに適用でき、例えば、車のハンドルなどにも適用することができる。

既存のハンドルをトルク検出手段付きハンドルと交換することにより、ハンドルを備えている既存の装置をトルクが正常かどうかを判定可能でかつトルク異常が発生した場合に作業者が確実にそれを認識することができる装置に変更することができる。

手動弁の場合、ダイヤフラム弁のように、弁棒が回転しながら上下移動するものであってもよく、ボール弁のように、弁棒が上下しないで回転のみするものであってもよい。

車のハンドルに適用する場合、ハンドルに設定値を超えたトルクが作用したことを異常として検知するほか、車の異常や居眠り運転によってトルクの変化がない場合に異常として検知するようにしてもよい。

トルク検出手段（ひずみゲージなどのセンサ部分）は、トルク検出がしやすい部材（手動弁の弁棒など）に設けられる。ひずみゲージの場合、好ましくは、２カ所以上に貼り付けられる。

振動発生器は、トルクの検出に影響の出ない位置、例えば、ハンドルの頂壁の下面や周壁の内周面に取り付けられる。

ハンドルは、中空状とされており、処理手段、無線モジュールおよび電源がハンドルに内蔵されていることが好ましい。

例えば、手動弁の場合、従来のハンドルが取り外されて、処理手段、無線モジュールおよび電源が内蔵されたハンドルと交換され、これにより、既存の手動弁をトルク異常検知装置を備えた弁装置に変更することができる。

無線モジュールによって処理手段で得られた結果を外部に送信することを可能とすることで、ハンドルを備えた装置（手動弁など）が多数ある場合でも、管理が容易なものとなる。

振動発生器としては、振動だけ発生するものであってもよく、振動および音の両方を発するものでもよい。振動発生器が発生する振動の大きさや周波数は、作業者が手で持っている際に分かりやすいものであれば、特に限定されるものではない。

警告手段は、ＬＥＤと、トルク異常の場合にＬＥＤを点灯または点滅させるＬＥＤ駆動回路とをさらに有していることが好ましい。

ＬＥＤは、１つだけであってもよく、色が異なる２種類以上のものが使用されてもよい。振動により作業者に直接伝達することに加えて、目視可能なＬＥＤを使用することで、作業者以外の者にもトルク異常の有無が伝達される。振動の場合は、有りまたは無しの２種類（トルク異常かトルク異常でないかのどちらか）しか判断できないが、例えば２種類の異なる色のＬＥＤを使用することで、３段階（トルク不足、正常およびトルク過多）に分けて警告を発することも可能となる。また、トルク異常を示すＬＥＤの点灯（または点滅）と振動発生器の作動とが違うトルク値で発せられるようにすることも可能となり、きめ細かいトルク異常の判定が可能となる。

警告手段は、トルク異常の場合に音を発する音発生手段をさらに有していることが好ましい。このようにするには、振動発生器が音発生手段を内蔵しているものとすればよく、また、振動発生器とは別に、音発生手段としてのブザーなどを追加するようにしてもよい。

この発明による弁装置は、流体通路を開閉する弁棒を回転させるハンドルを有する手動弁と、弁棒に作用するトルクを検出するトルク検出手段と、ハンドルに内蔵されたトルク異常検知装置とを備えており、トルク異常検知装置が上記のいずれかのハンドルのトルク異常検知装置とされていることを特徴とするものである。

トルク検出手段は、弁棒に直接取り付けてもよく（例えばひずみゲージを弁棒に貼り付けてもよく）、弁棒に固定されて弁棒に作用するトルクに比例したひずみを受ける部材に取り付けてもよい。

この発明のハンドルのトルク異常検知装置によると、ハンドルを回転させた際に、トルク異常となった場合には、ハンドルが振動し、作業者は、確実にこの振動を感じて、トルク異常であることを認識する。したがって、例えばＬＥＤによる警告の場合に発生するおそれがある見落としの問題がなくなり、ハンドルのトルク異常の検出を確実に行うことができる。

図１は、この発明によるハンドルのトルク異常検知装置を備えた弁装置を模式的に示す図である。 図２は、この発明によるハンドルのトルク異常検知装置を備えた異常管理システムの１例を示す図である。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１は、この発明によるハンドルのトルク異常検知装置を弁装置に適用した例を示している。図２には、弁装置の異常管理システムを示している。

図１において、弁装置は、ハンドル(2)を操作することで流体通路（図示略）が開閉される手動弁(1)と、手動弁(1)のハンドル(2)に内蔵されてハンドル操作時のトルクを求めてトルク異常を検出するハンドルのトルク異常検知装置(11)とを備えている。

手動弁(1)は、流体通路（図示略）を有する弁本体(3)と、弁本体(3)内に支持されて回転しながら上昇または下降することにより流体通路を開閉する弁棒(4)と、弁棒(4)を回転させるハンドル(2)とを備えている。

ハンドル(2)は、円筒状の周壁(5)と、円板状の頂壁(6)および円板状の底壁(7)とからなる。

ハンドルのトルク異常検知装置(11)は、弁棒(4)に固定された梁部材(12)と、梁部材(12)の所要箇所に貼り付けられた複数枚のひずみゲージ(13)と、第１の回路基板(14)と、第２の回路基板(15)と、第１の回路基板(14)上に配置された電池（電源）(16)と、トルクが異常な場合に警告を発する第１および第２の警告手段(17)(18)とを備えている。

第１の回路基板(14)には、ひずみゲージ(13)の出力信号を増幅する計装アンプ(19)が配置されている。

第２の回路基板(15)には、処理手段としてのマイコン(20)と、第２の警告手段であるＬＥＤ(18)と、外部と送受信するための無線モジュール(21)と、ＬＥＤ駆動回路を含む周辺回路(22)とが配置されている。

ひずみゲージ(13)とひずみゲージ(13)の出力からトルクを得る演算部分とによってトルク検出手段が構成される。トルク検出手段は、これに限定されるものではなく、例えば、ピエゾタイプ、磁歪、感圧等のセンサによって歪(変形)を求めるものおよびその出力からトルクを得る演算部分からなるものであってもよい。

ハンドル(2)の周壁(5)の内周には、第１の警告手段である振動発生器(17)が設けられている。振動発生器(17)は、トルクの検出に影響の出ない位置であれば、図示した位置以外に設けてもよい。いずれにしても、振動は、ハンドル(2)部分で発生するので、流体通路の開閉機能に影響が及ぶことはない。

マイコン(20)は、ひずみゲージ(13)の出力信号からハンドル(2)を操作した際のトルクを求め、トルクが予め設定されている値を超えたときに、締付け過剰と判定して、警告を発するように第１および第２の警告手段(17)(18)に指示を与える。

ここで、警告手段(17)(18)としては、複数種類のものが使用されており、異常時には、振動発生器(17)により発生された振動がハンドル(2)に伝達されるとともに、ＬＥＤ(18)が点灯または点滅する。

振動発生器(17)としては、振動だけ発生するものであってもよく、振動および音の両方を発するものでもよく、バイブレータ、振動モータ（例えばレキシンジャパン株式会社が提供するもの）、振動スピーカ（例えばアダマンド工業株式会社が提供するもの）、圧電ブザーなどと称されている種々のものを使用することができる。

振動発生器(17)は、好ましくは、例えば振動スピーカなどのような第３の警告手段としての音発生手段を内蔵しているものとされる。第３の警告手段として、ブザーなどを振動発生器(17)とは別に設置するようにしてもよい。

振動発生器(17)が発生する周波数は、例えば１０ｋＨｚ以下とされる。振動発生器(17)が発生する振動の大きさや周波数は、作業者が手で持っている際に分かりやすいものであれば、適宜な値に設定することができる。

ＬＥＤ(18)としては、例えば、色が異なる２種類のもの（赤色および緑色）が使用される。そして、ＬＥＤ駆動回路(22)は、正常な締付け、締付け不足および過剰締付けのそれぞれに応じて、ＬＥＤ(18)を点灯させる。この際、例えば、締付け不足の場合には、緑色のＬＥＤを点滅させ、正常な締付けの場合には、緑色のＬＥＤを点灯させ、過剰締付けの場合には、赤色のＬＥＤを点灯させる。これにより、ハンドル(2)の締付け状態を容易に確認することができる。

ハンドル(2)を回転させた際に、正常な締付けであれば、振動発生器(17)が作動することはなく、締付けが完了して、ＬＥＤ(18)の緑色のものが点灯する。トルク異常となった場合には、ＬＥＤ(18)の緑色のものが点灯するとともに、ハンドル(2)が振動し、作業者は、確実にこの振動を感じて、トルク異常であることを認識する。そして、作業者が、ハンドル(2)を緩めて、正常な締付け状態となると、振動の発生およびＬＥＤ(18)の点灯はなくなる。

作業者は、ＬＥＤ(18)の点灯または点滅によっても、トルク異常であることを認識することが可能であるが、実際の作業現場では、ハンドル(2)に手は届いても、ハンドル(2)（ＬＥＤ(18)）が見にくい場合もあり、また、ハンドル(2)が見やすい場合であってもＬＥＤ(18)を見落とすこともあり、確実性という面で十分ではない。

上記のように、振動発生器(17)によってトルク異常が警告されることで、極めて確実なトルク異常検知が可能となる。ＬＥＤ(18)による警告を省略することもできるが、目視可能なＬＥＤ(18)を使用することで、作業者以外の者にもトルク異常の有無が伝達されるので、併用することがより好ましい。

マイコン(20)によって求められたトルクおよびトルク異常の判定結果は、無線モジュール(21)によって、外部に送信される。

外部側には、例えば、図２に示すように、各手動弁(1)に設置されたハンドルのトルク異常検知装置(11)からの情報を無線通信またはＷｉ−Ｆｉで受けて、スマートフォンまたはタブレット(32)、パソコン(33)などに送信する受信機／コントローラ／中継器(31)が設けられる。これにより、作業現場以外の場所においても、リアルタイムでトルク異常の状態を知ることができる。また、クラウドを利用することで、遠隔地でのモニタや複数箇所の情報をまとめて確認することもできる。

ハンドルのトルク異常検知装置(11)が適用される弁装置の手動弁(1)は、例えば、弁体としてダイヤフラムを使用し、ダイヤフラム押さえによってダイヤフラムを弁座に押し付けることで、流体通路を閉鎖するダイヤフラム弁とされるが、手動弁(1)は、ハンドル(2)の回転操作に伴う弁棒(4)の上下移動により弁本体(3)内の流体通路が開閉されるもの、または、ボール弁やバタフライ弁のように、ハンドル(2)の回転のみで弁本体(3)の流体の通路が開閉されるものであれば、弁体その他の構成については限定されない。

なお、上記においては、ハンドルのトルク異常検知装置(11)を弁装置に適用した例を示しているが、ハンドルのトルク異常検知装置(11)は、これ以外のもの、例えば車のハンドルに適用することもできる。この場合、ハンドル(2)に設定値を超えたトルクが作用したことを異常として検知するほか、車の異常や居眠り運転によってトルクの変化がない場合に異常として検知するようにしてもよい。また、処理手段には、車に設置されているカーナビやカメラの情報を入力して、カーブ等でハンドルに加わるべきトルクが加わっていないときに、振動発生器(17)を作動させて、ハンドルが小さく振動するようにしてもよい。

(1)：手動弁、(2)：ハンドル、(11)：ハンドルのトルク異常検知装置、(3)：トルク異常検出機構、(4)：弁棒、(13)：ひずみゲージ（トルク検出手段）、(16)：電池（電源）、(17)：振動発生器（警告手段）、(18)：ＬＥＤ（警告手段）、(20)：マイコン（処理手段）、(21)：無線モジュール、(22)：周辺回路（ＬＥＤ駆動回路）

Claims (5)

1. ハンドルに作用するトルクに異常がないかを検知するハンドルのトルク異常検知装置であって、
   トルク検出手段の出力からトルクを検出して、検出されたトルクがトルク異常に相当するかを判定する処理手段と、トルク異常の場合に警告を発する警告手段とを備えており、
   警告手段は、ハンドルに取り付けられて、トルク異常の場合にハンドルを振動させる振動発生器を有していることを特徴とするハンドルのトルク異常検知装置。
2. ハンドルは、中空状とされており、処理手段、無線モジュールおよび電源がハンドルに内蔵されていることを特徴とする請求項１のハンドルのトルク異常検知装置。
3. 警告手段は、ＬＥＤと、トルク異常の場合にＬＥＤを点灯または点滅させるＬＥＤ駆動回路とをさらに有していることを特徴とする請求項１または２のハンドルのトルク異常検知装置。
4. 警告手段は、トルク異常の場合に音を発する音発生手段をさらに有していることを特徴とする請求項１から３までのいずれかのハンドルのトルク異常検知装置。
5. 流体通路を開閉する弁棒を回転させるハンドルを有する手動弁と、弁棒に作用するトルクを検出するトルク検出手段と、ハンドルに内蔵されたトルク異常検知装置とを備えており、トルク異常検知装置が請求項１から４までのいずれかのハンドルのトルク異常検知装置とされていることを特徴とする弁装置。

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