JP2653330B2 - シャーピン監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転力を伝達するカップ
リング装置におけるシャーピン（シャーシボルト）で連
結された駆動軸側部材と従動軸側部材との間のシャーピ
ン劣化に起因して発生するずれ量を監視するシャーピン
監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転力を伝達するカップリング装置は図
７に示すように構成されている。例えばモータ等に接続
された駆動軸１に円盤状の駆動部材２が取付けられてお
り、従動軸３に有底円筒状に形成された従動部材４が取
付けられている。駆動部材２の外周面が従動部材４の内
周面に接するように、駆動部材２が従動部材４に挿入さ
れている。そして、駆動部材２と従動部材４とは複数の
シャーピン（シャーシボルト）５で連結固定されてい
る。

【０００３】このような構成のカップリング装置におい
ては、回転力は直接シャーピンに剪断力として働くの
で、長期間に亘ってこのカップリング装置を稼働する
と、駆動部材２と従動部材４とを連結するシャーピン
（シャーシボルト）５が他の部材の比較して早く劣化す
る。したがって、定期的にこのシャーピン５の劣化程度
を調べて、許容限界以上劣化していた場合には、このシ
ャーピン５を交換する必要がある。

【０００４】次に、シャーピン５の寿命判定方法を説明
する。図７に示すように、シャーピン５を交換した時
に、駆動部材２及び従動部材４の互いに対向する位置に
凹ゲージ６ａ，６ｂを取付ける。なお凹ゲージ６ａ，６
ｂは正確に対向するように位置決めする。したがって、
取付け時においては、凹ゲージ６ａ，６ｂ相互間のずれ
量Ｓは０である。しかし、シャーピン５が疲労すると、
駆動部材２と従動部材４との間に回転方向にずれが生じ
る。その結果、凹ゲージ６ａ，６ｂ相互間にもずれ量Ｓ
が生じる。

【０００５】よって、一定期間経過する毎に、図８に示
すように、凸ゲージ７を用いて、凹ゲージ６ａ，６ｂ相
互間のずれ量Ｓを測定する。なお、凸ゲージ７はずれ量
Ｓが０．１〜０．６mmまで０．１mm毎に測定できるよう
に６種類準備されている。

【０００６】そして、凸ゲージ７で測定されたずれ量Ｓ
が例えば許容限界値０．６mmに達した時点で、シャーピ
ン５の寿命が尽きたと判断して、このシャーピン５を交
換する。

【０００７】また、図示しないが、半径方向に駆動部材
２から従動部材４に達するケガキ線を刻設して、駆動部
材２と従動部材４との境界線におけるケガキ線のずれ量
Ｓを例えば目視で観察する手法も実施されていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たシャーピン５の寿命を判定する手法においてはまだ次
のような課題があった。

【０００９】すなわち、図７に示すようにように、カッ
プリング装置自体にに凹ゲージ６ａ，６ｂが取付けられ
ており、駆動部材２と従動部材４との間のずれ量Ｓを測
定する場合には、当然、カップリング装置が組込まれた
工場設備を停止させて、保全員又は工場設備の操作員が
複数種類の凸ゲージ７を携えて現場に赴き、マニアル操
作でもって凹ゲージ６ａ，６ｂ相互間のずれ量Ｓを測定
する必要がある。

【００１０】したがって、当然、工場設備が停止してい
る時しか測定できない。しかし、工場設備は工場全体の
稼働率や生産性の制約から頻繁に停止することはできな
いので、ずれ量Ｓを常時監視できない。したがって、あ
る期間に短時間で疲労が進行して、次の定期点検を実施
する時までに、シャーピン５が破損してしまう懸念があ
る。

【００１１】また、ずれ量Ｓはカップリング装置が停止
している状態で測定される。一般に、応力が印加されて
いない状態のずれ量Ｓと、応力が印加されている状態に
おけるずれ量Ｓとは正確に一致しない。疲労に直接影響
を与えるずれ量Ｓは当然応力が印加された状態でのずれ
量Ｓであると考えられる。したがって、回転力による剪
断応力が実際に印加されていない状態で測定されるの
で、正確に稼働状態におけるずれ量Ｓを測定できない問
題もある。

【００１２】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、駆動軸側部材及び従動軸側部材に一対のス
トライカーを取付け、隙間検出センサでストライカー相
互間の隙間を非接触で検出することによって、カップリ
ング装置の稼働状態においても、シャーピン疲労に起因
する駆動軸側部材と従動軸側部材相互間のずれ量を常時
自動的に監視でき、最適時期でシャーピンを交換でき、
カップリング装置を含む工場設備全体の維持管理能力を
大幅に向上できるシャーピン監視装置を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に本発明のシャーピン監視装置は、回転力を伝達するカ
ップリング装置におけるシャーピンで連結された駆動軸
側部材と従動軸側部材との間のシャーピン劣化に起因し
て発生するずれ量を監視する。

【００１４】さらに、駆動軸側部材及び従動軸側部材に
取付けられた一対のストライカーと、シャーピン劣化に
起因して生じるストライカー相互間の隙間変化を非接触
で検出する隙間検出センサと、カップリング装置の回転
速度を検出する回転検出センサと、この回転検出センサ
にて検出された回転速度が規定速度のときに隙間検出セ
ンサにて検出された隙間が許容限界値を越えると警告信
号を出力する比較回路とが備えられている。

【００１５】さらに、隙間検出センサを相互間を各スト
ライカーが通過することによって遮光される発光部と受
光部とからなる光学センサで構成し、また、駆動軸側部
材又は従動軸側部材におけるストライカーの取付位置に
対して１８０度反対側に検出部材を取付け、検出範囲セ
ンサを隙間検出センサの取付位置に対して１８０度反対
側に取付け、この検出範囲センサにて検出部材を検出す
ることによって、隙間検出センサで検出される隙間変化
を特定している。

【００１６】

【作用】このように構成されたシャーピン監視装置にお
いては、カップリング装置の長期間に亘る稼働の後にシ
ャーピンが劣化して、駆動軸側部材と従動軸側部材との
間のずれ量が増加すると、ストライカー相互間の隙間も
拡大する。ストライカー相互間の隙間は隙間検出センサ
で非接触で常時検出されている。したがって、回転速度
が予め定められた規定速度のときに、シャーピンに剪断
応力が印加されている状態において、検出された隙間が
許容限界値を越えると比較回路から自動的に警告信号が
出力さける。

【００１７】したがって、カップリング装置の稼働状態
においても、常時シャーピンの疲労度合が監視され、寿
命到来まえに自動的に警告信号が出力されるので、警告
信号が出力されてから一定期間内にシャーピンを交換す
ればよい。その結果、シャーピンが疲労でもって破損す
ることが未然に防止される。

【００１８】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１９】図１は実施例のシャーピン監視装置が適用
されるカップリング装置を示す斜視図である。図７に示
すカップリング装置と同一部分には同一符号が付してあ
る。したがって、重複する部分の詳細説明は省略されて
いる。

【００２０】この実施例においては、シャーピン５を交
換した時点で、駆動軸側部材としての駆動部材２及び従
動軸側部材としての従動部材４に図２（ａ）（ｂ）に示
すように台形断面形状を有した長尺のストライカー８
ａ，８ｂの一端を取付ける。そして、ストライカー８
ａ，８ｂは長尺方向が半径方向を向くように、かつ互い
に隣接する側面が接触する姿勢で駆動部材２及び従動部
材４に固定されている。

【００２１】例えば、図２（ｂ）に示すように、駆動軸
１の軸心Ｏから各ストライカー８ａ，８ｂの先端までの
距離Ｌは1000mmであり、駆動軸１の軸心Ｏから駆動部材
２と従動部材４との堺までの距離Ｍは500mm である。

【００２２】したがって、駆動部材２と従動部材４との
間に、図２（ｂ）に示すように、許容限界ずれ量Ｓm ＝
０，６mmが生じた場合は、各ストライカー８ａ，８ｂの
先端部分における隙間８ｃの間隔Ｗは、Ｗ＝Ｓ×（Ｌ／
Ｍ）の関係より、Ｗ＝１．２mmが得られる。すなわち、
各ストライカー８ａ，８ｂの長さを大きく設定すること
により、ずれ量Ｓをより正確に検出できる。

【００２３】図示しない外部の固定フレームに隙間検出
センサ９が取付けられている。この隙間検出センサ９
は、図２（ａ）に示すように、発光部９ａと受光部９ｂ
とからなる光学センサで構成されており、カップリング
装置が回転することによって、発光部９ａと受光部９ｂ
との間を各ストライカー８ａ，８ｂの先端部が図２
（ｂ）中の矢印Ａ−Ａ´位置で横切ると光が遮光され
る。

【００２４】なお、各ストライカー８ａ，８ｂは、その
合わせ加工精度，取付精度による隙間検出センサ９の検
出誤差を低減させるたるめに、図２（ａ）に示すよう
に、発光部９ａから受光部９ｂ側に向かって次第に広が
る形状に仕上られている。

【００２５】図４は隙間検出センサ９の電気回路図であ
る。隙間検出センサ９は、発光ダイオード９aaとフォト
トランジスタ９bbとで構成されており、通常、フォトト
ランジスタ９bbは導通しており、図６に示すように、出
力される隙間検出信号ａはロー（Ｌ）レベルである。そ
して、各ストライカー８ａ，８ｂが光９ｃを遮断する
と、出力される隙間検出信号ａはハイ（Ｈ）レベルへ変
化する。

【００２６】従動部材４における各ストライカー８ａ，
８ｂの取付位置に対して１８０°反対位置に検出部材と
しての小さな反射板１０が取付けられている。この反射
板１０の周方向長さは各ストライカー８ａ，８ｂの合計
幅より若干短い幅に設定されている。さらに、隙間検出
センサ９の取付位置に対して１８０°反対位置に前述し
た図示しない固定フレームに反射型の光学センサからな
る検出範囲センサ１１が取付けられている。反射板１０
がこの検出範囲センサ１１の取付位置を通過すると、検
出範囲センサ１１は、図６に示すように、ハイ（Ｈ）レ
ベルの検出範囲信号ｂを出力する。

【００２７】さらに、駆動軸１の外周面に対向する位置
に回転検出センサ１２が配設されており、駆動軸１に貼
付けられた反射膜１３を検出すると、図６に示すよう
に、ロー（Ｌ）レベルとなる回転検出信号ｃを出力す
る。図３はシャーピン監視装置の電気的構成を示すブロ
ック図である。

【００２８】隙間検出センサ９から出力された隙間検出
信号ａは増幅器１４で規定信号レベルに増幅されたのち
条件監視回路１５へ入力される。検出範囲センサ１１か
ら出力された検出範囲信号ｂは増幅器１６で規定信号レ
ベルに増幅されたのち条件監視回路１５へ入力される。

【００２９】条件監視回路１５は、例えば図５に示すよ
うに、インバータ１５ａとアンドゲート１５ｂとで構成
されており、図６に示すように、隙間検出信号ａに含ま
れれるストライカー８ａ，８ｂ相互間に発生する隙間８
ｃに起因するロー（Ｌ）レベル部分の隙間波形ｄを抽出
して、信号レベルを反転して隙間信号ｅとして次の規定
回転数監視回路１７へ送出する。

【００３０】回転検出センサ１２から出力された回転検
出信号ｃは増幅器１８で規定信号レベルに増幅されたの
ちカウンタ回路１９へ入力する。カウンタ回路１９は回
転検出信号ｃの単位時間当りのパルス数を計数して、計
数値が規定回転速度に対応する計数値に一致している状
態において、規定回転数監視回路１７へハイ（Ｈ）レベ
ルの制御信号ｇを送出する。

【００３１】規定回転数監視回路１７は、例えばアンド
ゲートで構成されており、カウンタ回路１９からハイ
（Ｈ）レベルの制御信号ｇが印加されている限り、条件
監視回路１５から出力される隙間信号ｅをそのまま次の
積分回路２０へ送出する。また、カップリング装置の回
転速度が規定回転速度以外の場合、隙間信号ｅは遮断さ
れて出力されない。

【００３２】すなわち、カップリング装置が規定回転数
で回転している状態において、規定回転数監視回路１７
から出力される隙間信号ｅのパルス幅Ｔは、ストライカ
ー８ａ，８ｂの先端部の隙間８ｃの間隔Ｗに対応する。

【００３３】積分回路２０は、パルス形状を有する隙間
信号ｅにおけるパルス幅Ｔの継続時間だけこのパルス波
形を積分する。よって、この積分回路２０の出力信号ｈ
は図６に示すようにランプ波形となる。出力信号ｈは次
の比較回路２１へ入力される。

【００３４】比較回路２１には許容限界値設定器２１に
て設定された許容限界電圧Ｖs が入力されている。この
許容限界電圧Ｖs は前記駆動部材２と従動部材４との間
のずれ量Ｓの許容限界ずれ量Ｓm （＝０．６mm）に相当
する電圧値である。比較回路２１は積分回路２０の出力
信号ｈの波高値と許容限界電圧Ｖs とを比較して、出力
信号ｈの波高値が許容限界電圧Ｖs を越えると警告信号
ｉを出力する。

【００３５】なお、比較回路２１内には警告信号ｉをラ
ッチする例えばＲＳフリップフロップ等で構成されたラ
ッチ回路が組込まれており、外部のリセットボタン２１
ｂが押されてリセット信号ｊが入力されるまで、警告信
号ｉをハイ（Ｈ）レベル状態に維持する。比較回路２１
から出力された警告信号ｉはブザー２２に印加され、こ
のブザー２２を鳴動させる。このように構成されたシャ
ーピン監視装置の動作を図６に示すタイムチャートを用
いて説明する。 (1) シャーピン５を交換した時点で、駆動部材２及び
従動部材４にストライカー８ａ，８ｂを互いの側面が接
触するように固定する。

【００３６】(2) そして、工場設備を起動して、カッ
プリング装置を稼働状態にする。この場合、ストライカ
ー８ａ，８ｂの先端部に隙間８ｂが生じていないので、
カップリング装置が規定回転数に達した状態において、
時刻ｔ1 にて隙間検出センサ９から出力される隙間信号
ａの信号波形は図示するように台形波形となる。したが
って、条件監視回路１５から隙間信号ｅが出力されるこ
とはない。よって、積分回路２０の出力信号ｈにランプ
波形は生じない。その結果、比較回路２１から警告信号
ｉは出力されない。

【００３７】(3) カップリング装置を一定期間以上稼
働すると、シャーピン５が疲労開始して、図２（ｂ）に
示すように、駆動部材２と従動部材４との間にずれ量Ｓ
が発生し、ストライカー８ａ，８ｂの先端部に隙間８ｂ
が生じる。時刻ｔ2 において検出された隙間信号ａの信
号波形には、前記隙間８ｂに起因する隙間波形ｄが現
れ、この隙間波形ｄに対応する隙間信号ｅが積分回路２
０へ送出される。しかし、隙間信号ｅのパルス幅Ｔが狭
いので、積分回路２０の出力信号ｈの波高値は許容限界
電圧Ｖs を越えることはない。よって、比較回路２１か
ら警告信号ｉは出力されない。

【００３８】(4) カップリング装置を長期間に亘って
稼働すると、シャーピン５の疲労が進行して、駆動部材
２と従動部材４との間のずれ量Ｓが許容限界ずれ量Ｓm
（＝０．６mm）以上になると、ストライカー８ａ，８ｂ
の先端部の隙間８ｂの間隔Ｗが許容限界値Ｗm 以上にな
る。時刻ｔ3 において検出された隙間検出信号ａの信号
波形の隙間波形ｄに対応する隙間信号ｅのパルス幅Ｔが
大きくなる。その結果、積分回路２０の出力信号ｈの波
高値が許容限界電圧Ｖs を越える。よって、比較回路２
１から警告信号ｉが出力され、ブザー２２が鳴動する。 (5) 監視員はブザー２２の警報を確認するとリセット
ボタン２１ｂを押すことによって警報を停止させる。

【００３９】このように構成されたシャーピン監視装置
であれば、カップリング装置が稼働状態中においても、
駆動部材２と従動部材４との間にずれ量Ｓが監視でき、
許容限界ずれ量Ｓm 以上に達すると、自動的にプザー２
２が鳴動して、工場設備の監視者に警告する。

【００４０】したがって、警告を確認してから一定期間
内にシャーピン５を交換すればよい。このように、シャ
ーピン５の疲労寿命が尽きる一定期間前に警告が発られ
るので、稼働期間中にシャーピン５の疲労寿命が尽き
て、シャーピン５が損傷する事故を未然に防止できる。

【００４１】また、シャーピン５を疲労寿命が尽きる直
前まで安心して使用できるので、交換時期の適正化を図
ることができ、カップリング装置全体の維持管理費用を
低減できる。また、シャーピン５の疲労度のみを検査す
るために工場設備を停止する必要がないので、工場設備
の稼働率を向上できる。さらに、カップリング装置が稼
働状態中におけるずれ量Ｓを評価しているので、より正
確な疲労度でもってシャーピン５の疲労寿命を測定でき
る。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明のシャーピン
監視装置によれば、駆動軸側部材及び従動軸側部材に一
対のストライカーを取付け、隙間検出センサでストライ
カー相互間の隙間を非接触で検出している。したがっ
て、カップリング装置の稼働状態においても、シャーピ
ン疲労に起因する駆動軸側部材と従動軸側部材相互間の
ずれ量を常時自動的に監視でき、最適時期でシャーピン
を交換でき、カップリング装置を含む工場設備全体の維
持管理能力を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係わるシャーピン監視装
置が適用されるカップリング装置を示す斜視図、

【図２】 実施例装置における各ストライカー取付位置
関係と隙間検出センサとの位置関係を示す図、

【図３】 実施例装置の電気的構成を示すブロック図、

【図４】 実施例装置の隙間検出センサの回路図、

【図５】 実施例装置の条件監視回路を示すブロック
図、

【図６】 実施例装置の動作を示すタイムチャート、

【図７】 従来のずれ量検治具が取付けられたカップリ
ング装置を示す斜視図、

【図８】 同従来治具が取付けられたカップリング装置
の要部を取出して示す部分拡大図。

【符号の説明】

１…駆動軸、２…駆動部材、３…従動軸、４…従動部
材、５…シャーピン、８ａ，８ｂ…ストライカー、９…
隙間検センサ、１１…検出範囲センサ、１２…回転検出
センサ、１５…条件監視回路、１７…規定速度監視回
路、１９…カウンタ回路、２０…積分回路、２１…比較
回路、２２…ブザー。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転力を伝達するカップリング装置にお
   けるシャーピンで連結された駆動軸側部材と従動軸側部
   材との間のシャーピン劣化に起因して発生するずれ量を
   監視するシャーピン監視装置であって、 前記駆動軸側部材及び従動軸側部材に取付けられた一対
   のストライカーと、前記シャーピン劣化に起因して生じ
   るストライカー相互間の隙間変化を非接触で検出する隙
   間検出センサと、前記カップリング装置の回転速度を検
   出する回転検出センサと、この回転検出センサにて検出
   された回転速度が規定速度のときに前記隙間検出センサ
   にて検出された隙間が許容限界値を越えると警告信号を
   出力する比較回路とを備えたシャーピン監視装置。
2. 【請求項２】 前記隙間検出センサは相互間を前記各ス
   トライカーが通過することによって遮光される発光部と
   受光部とからなる光学センサで構成され、かつ、前記駆
   動軸側部材又は従動軸側部材における前記ストライカー
   の取付位置に対して１８０度反対側に取付けられた検出
   部材と、前記隙間検出センサの取付位置に対して１８０
   度反対側に取付けられ、前記検出部材を検出することに
   よって、前記隙間検出センサで検出される隙間変化を特
   定する検出範囲センサとを備えたことを特徴とする請求
   項１記載のシャーピン監視装置。