JPH06186167A - 故障検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械部品を、ボルト等で組み付けた場合、例
え複数のボルトを使用して居ても、知らない間に、順次
に緩んで脱落する様では、冗長性が保てないので、是を
防止する。 【構成】 ボルト等と台座等との間に、光ファイバーケ
ーブルを通し、緩み、脱落等の際、是が切断される様
し、是を電子装置で常時監視する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】車両等の様に、機器が故障した場
合に、安全に係わる結果を招く恐れのある機械装置で
は、その様なフェーラーモードに対しては、冗長性のあ
る設計が必要である。冗長性とは、少なくとも二重の保
安機能を有すると共に、レディネスインジケーターに依
り常時両機能の正常性を監視し、少なくとも一方が故障
し、シングルフェーラーポイントが発生した場合には、
直ちに警報やインターロックに依り、運転の続行を規制
する事が条件である。従って、ボルト等で結合された機
械は、例え複数のボルトで結合されていても、順次破損
して行く事に気付かない構造では冗長設計とは認められ
ない。しかし、機械設計では、強度的に余裕のある設計
を行えば、間歇点検でも信頼性は確保されると考えられ
て来たが、最近、環境問題から来る省資源、省燃費等の
為、限界設計が必要と成った為、本発明装置が必要と成
った。また省力化の為、メンテナンスフリーガ必要と成
って来たことからも、本装置は必要である。

【０００２】

【従来の技術】従来は機械部品の結合手段として最も汎
用的なボルト結合について言えば、上述の如く、一つの
部品を複数のボルトで締めつける事で、冗長性は得られ
るものとの考えられ、又、平均故障間隔時間（ＭＴＢＦ
と称される）の範囲内に点検を行えば信頼性は確保され
る。との考えで設計されて来た。その様な考えは、特に
限界設計に対しては、信頼性工学上合理性はなく、電子
回路等の冗長設計に比しアンバランスに成っている場合
が多い。

【０００３】さらに、定期点検方式では、分解点検に依
って不良のボルトを発見して交換すれば、そのボルトに
就いては信頼性が回復するが、その他のボルトに就いて
は、分解に依って返って不要の信頼性低下を招く恐れの
有ることも指摘されている。又、頻繁に分解点検を行え
ば作業品質に問題が起き易い事も知られており、又、新
規の組立時には組立易い設計に成っていても、分解点検
後の再組立時には充分な作業性や検査性が確保しにくい
ケースもしばしば経験する所である。この点に配慮し
て、点検し易くする為に設計上の配慮をすれば、限界設
計の目的から外れて来る事になる。更に、限界設計下で
は、強度的には複数のボルトを使用して荷重を分散させ
た方が有利であるが、一本が緩んだり、破断したりすれ
ば、残されたボルトの荷重が増大し、其に依って撓み、
振動等が増大し、その儘使用を続ければ連鎖反応的に全
ボルトの破断を招く危険が大きい。

【０００４】割りピン、ロックワイヤー、舌付ワッシャ
ー等の利用で、信頼性を高めようとする考えもあるが、
これら、は組立て現場で、金属に塑性変形を与えて組み
付ける為、残存強度の品質管理が困難で、一度分解した
物を再使用したりする場合の履歴管理も困難で有る。
又、ボルトに設けられる割ピン用の穴は、通常１個乃至
２個で、ナットに設けられる溝は等分６個であり、これ
らは互いに容易に割り切れる比率である為、規定トルク
で締めつけた場合に、割りピン用の穴が貫通しない機会
が多発する。此の際、ボルトがテンションボルトとして
設計されているとは限らず、若し、テンションボルトと
して軸方向に適正なバネ定数が設けられておらず、剛性
が高過ぎた場合に、適性トルク位置から若干緩めて割り
ピンを取りつけた場合は、所期の締めつけ力が得られ
ず、一方、規定以上のトルクを与えて割りピンを通せ
ば、ボルトが破断する危険が増す。又、上記の割りピン
等のロック手段は、ねじ溝の切り欠き効果に依る疲労ク
ラック、応力腐食等に依る、ボルトの破断、首飛び等の
ありふれたフェーラーモードに対し有効でなく、勿論是
に連なる上記連鎖反応的破断にも無効で有る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、機械的
手段の積み重ねで、冗長性、信頼性を得ようとする事は
困難であり、故障検知装置の導入が必要である。そし
て、検知装置は、検知対象物よりも充分高い待ち受け時
耐久性を必要とする。そして、小くとも管理者が認知出
来ない、不検知側フェーラーモードが存在しては成らな
い。本発明装置はこの様な要件を満たす、故障検知装置
の提供を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の故障検知装置においては、複数の機械部品
を、複数のボルト等で締めつけ結合させて使用する際、
当該ボルト等が、機械の使用中に緩んだり、破断したり
する故障を起こし、遂には機械自体が故障し、機能しな
く成るばかりか、時には使用者にとって危険な結果を招
くに至る様な、フエーラーモード上の各段階において、
緩み、脱落等の故障の際、相対移動する部品間に光ファ
テバーケーブルを、主として直列に張り巡らし、上記相
対移動に依り、ケーブルが切断される様に保持する。

【０００７】切断の方法は移動する部品に直接挟まれて
剪断される様にする外、ボルト等の破断脱落等の様に、
直接切断させる事が困難なモードに対しては、是に応動
するナイフエッジ等に依り切断させる。

【０００８】光ケーブルの一端には投光器を、他端には
受光器を設け、投光器は正常時に通光する方式とする。
受光器は電子回路に依り、受光異常時の検知、警報、イ
ンターロック等を行わせる。

【０００９】投光器側の使用光は可視光とし、受光器側
の受光を分光して、運転者の常時目視チエックを可能に
する事に依り、光学系の不点灯側の故障のチェツクを可
能にする。また、受光側の電子機器の故障モードについ
ては、電子回路内で、冗長回路、チエック回路を設ける
が、これらが全て故障したとしても、上記直視に依っ
て、被検知機械の故障を知る事が出来る。また、鉄道車
両等では、ホーム、車両基地等での停車時、走行中の信
号器の手前等でも上記目視用分光を車外の地上検知器で
もモニターし、中央管制室に通報したり、信号機に割り
込み制御を行う事も出来る。

【００１０】機械装置付近をとりまわす故障検知回線の
一部にでも電線を使用すると、金属部のショートや、強
電機器からの電磁誘導等から、必要な時に警報が出ない
フェーラーモードが考えられる為、主回線は全路光ケー
ブルで往復する。それでも、当該機械の故障に依り、一
度切断されたケーブルが、振動等の為、瞬間的に光路が
繋がったりする可能性も若干存在する為、送信光には負
諭理のデジタルコードを載せ、受信側で解読照合させ
る。多連の鉄道車両等の場合は、途中の車両から、その
車両の振動、モーターや軸受けの過熱等の保安上のデー
ターや車内の治安、火災監視等の画像情報を送る事も出
来る。この際のチャンネル選択は先ずローカルエリアネ
ットワークでポーリンクを行い、時分割で送信させる場
合も有る。光ファイバーケーブルは主として被服付きを
使用し、大型機械用は更にスチールワイアーを入れて、
補強する場合もある。

【００１１】

【作用】上記のように構成された故障検知装置はボルト
等で機械的に結合された機械装置に適用する事に依り、
当該装置の緩み、破断等の故障を部分的段階で、検知す
るように働く。

【００１２】

【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図１において、１は機械の本体の一部を示し、２はこれ
にボルトで締めつけて使用する部品の一部を示す。３は
１と２を結合する六角穴付きボルトで、４は前述の光フ
ァイバーケーブル、５はボルト３の頭部に設けられた、
上記ケーブル４を遊合保持する穴で、円周上等分に数個
設けられている。６は舌付きワッシャーで、６の舌７
は、図の如く予めボルト３の頭部の外周円筒面に近接す
る様、円弧状にプレス加工され、スロット８は、図の如
くボルト３の穴５に対向する位置に、１乃至３個程度
の、円周方向に長い長穴で、ボルト側の穴５の全ての回
転方向位置に対して、図の如くケーブル４が貫通出来る
様に配置される。ピン９はワッシャー６の回り止めに成
っている。従って、ボルト３が緩んで回転すれば、穴５
と長穴８がずれる為、ケーブル４が切断される。

【００１３】ケーブル４は、更に図示の如く、ピン９に
設けられた穴１０を通す。従って、ボルト３の首部が破
断した場合には、舌付きワッシャー６は予圧されたばね
１１に依り、穴１０より上迄浮き上がる為、ケーブル４
が穴１０の両端で剪断される外、ナイフエッジ１２の浮
き上がりに依って、穴１９の左端出口でも剪断される。

【００１４】更にボルト３が脱落し、１と２間の締めつ
け力がなく成ると、アンカーボルト１３と、２に設けら
れた、是より若干大きい径の穴１４との半径の差丈け、
１と２がずれる為、それぞれに設けられた穴１５と１６
がずれる事に依り、光ワイアー４が剪断される。更に２
が浮き上がれば、ボルト１３に滑合されたワッシャー１
７も浮き上がって、ボルト１３の穴１８を貫通するケー
ブル４を剪断する。又、１と２に設けられた穴１９と２
０の境目でも剪断される。

【００１５】図２と、その側面図３に示される実施例で
は、軸２１は、溝付きナット２２に依り、本体２３に締
めつけ結合されている。光ケーブル４は、軸２１のねじ
部の右端に設けられた穴２４に通して有る為、若しボル
トが緩んで回転した場合は、光ケーブル４は、溝付きナ
ット２２の突起部２５と、穴２４の境目で剪断される。
此の実施例では、図３に示す様に、軸２１と、ナット２
２の回転方向のすべての相対角度関係に対して、２個の
穴２４の内、少なくとも一方は貫通出来る様に成ってい
る。

【００１６】図４は本発明装置を列車に使用する場合の
一実施例のブロック図を示す。図中、枠２６は先頭車
両、２７は中間車両、２８は末尾車両、２９は先頭車の
運転室を示す。３０は、故障発生を知らせる警報装置、
インターロック装置等を含むコンピューター内蔵の制御
器で、３１はその指令で作動する、光ファイバー用緑色
投光器、３２は受光器、３３と３４は運転室付き車両の
前面に設けられた、各送信、受信用光ケーブル用コネク
ターであり、３５と３６は車体前面に設けられた、先端
にコネクターを設けた連結用光ケーブルで、図の様な先
頭車の場合は、それぞれ３３と３４に接続する。（更に
前車が連結される場合には、３５と３６は前車に接続さ
れる。）

【００１７】３７と３８は、図１から３の実施例に示す
様に、被検知機械部品に光ファイバーケーブルを貫通さ
せた機械群で、３７は若しケーブルが切断された場合
は、直ちに停車する必要のある機械群、３８は整備場迄
運行を続けても差し支えないレベルの機械群である。

【００１８】３５、３６、３７、３８、後述の４２、４
３は、他の車両も同一構造に成っている。末尾車２８の
後面では、光ファイバーケーブル３９に依り、光信号を
折り返させる。

【００１９】４０はローカルエリアネットワークの回線
で、電気回線でもよく、特に光ケーブルを使用する必要
はない。４１はその親器で、コンピューター３０の端末
として機能し、４２は子器で、主としてローカルエリア
のリスナー機能を持ち、コンピューター３０から、親器
４１のポーリングを経て指令を受け、光切替器４３を制
御する。切替器４３は、図示の状態が正常使用時であ
る。若し３８の機械群内でケーブルが切断された場合に
は、４３を４２側に切替え、３１の代わりに４２内の橙
色投光器より送信を行う事に依り、運転を続行する。若
し末尾車２８迄の全ての切替え器を切替えても、運転席
の受光器３２に入力が得られない場合は、３７側の機械
群の故障であるから、運転を中止させる。

【００２０】高速車では、末尾車２８の後面は、カルマ
ン渦防止用の形状のカウルを装着するか、予め装着した
車両を連結しなければ危険である為、ケーブル３９の着
脱はこれと連動させ、装着忘れを防止させる事も出来
る。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を発揮する。

【００２２】特に航空機、鉄道車両、自動車等の移動機
械は、一部を軽量化する事に依り、動力部も小型化出
来、其に依って、足回りも軽量化出来、それが再び動力
部の軽量化にフィードバックされると言う様な相乗効果
があり、其が、素材や燃料の節減につながる為。限界設
計が導入に依る、軽量化が求められている。機械に対す
る限界設計では、金属材料の疲労回数の有限領域を使用
する為、従来の定期点検、定期交換方式では必要な信頼
性、安全性の確保が困難であり、従って充分な限界設計
が出来なかった。本発装置は、信頼性、安全性を確保し
つつ、限界設計を可能とする物である。

【００２３】省力化の為、コンピューターに依る自動監
視、遠隔監視システムが導入され、長期の無人運転が可
能と成って来た為、比較的故障率が低く、従来保安係員
の定期点検でカバーして来た機械部分についても、本発
明装置が必要と成っている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本故障検知装置の検知用光ケーブルを被検知機
械部品に装着する手法を示す図である。

【図２】同上の他の実施例である。

【図３】図２の側面図

【図４】本発明装置を列車に使用する場合の一実施例の
ブロック図である。

【符号の説明】

１、２ 機械部品 ４、３５、３６、３９ 光ファイバーケーブル ３、１３ ボルト ５、８、１０、１５、１６、１８、１９、２０ ケーブ
ル貫通用穴 ２６、２７、２８ 車両 ２９ 運転室 ３７、３８ 被検知機械群

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボルト等で機械的に結合された機械が、
   当該ボルト等の緩み、破損、および、それによる脱落等
   の発生に依り、ついには結合された機械自体の緩み、脱
   落に到る等、機械が故障する際の過程に於いて、相対変
   移を起こす構成部品間に光ファイバーケーブルを設ける
   手段。上記相対変移に依り上記ケーブルが切断される様
   に、予め上記ケーブルを拘束する手段。上記ケーブルに
   光を通す事により、ケーブルの切断や、ケーブル内通通
   過後の光の光度の変化等を検知する手段。とを有する、
   故障検知装置。