(57)【要約】  回転カップリングのための一体化された漏れ検出システムが、改善された漏れ検出およびユーザーの利便性を提供する。本発明の一態様では、当該システムは、カップリング内に位置する漏れ検出センサー（２５）を備え、また、本発明の一態様では、検出センサーは、バックアップのシールシステムを越えて位置する。本発明の一態様では、センサーおよび処理電子機器がカップリングのハウジングに一体化されている。本発明の更に別の態様では、検出センサーは、カップリングの方向性に関わらず、保護された領域内への漏れを検出するように、実質的に対称的に構成される。本発明の一態様では、導通される流体が導電性であり、かつ、検出センサーは導電率センサーを有してなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転継手のための漏れ検出システムであって、
該回転継手は、ハウジング内に回転可能に支持されたシャフトを有し、該シャフトは、該シャフト内に、軸方向に該シャフトを通って流体を導通させるための第１の通路を有し、該シャフトは、該第１の通路が露出している末端部において該ハウジング内で終結しており、
該回転継手は、該末端部に取り付けられた第１の環状のシール要素を更に有し、該第１の環状のシール要素は、第２の環状のシール要素に同軸状に隣接し、該第２の環状のシール要素は、該ハウジングに対して固定された第２の通路の周囲に取り付けられており、該第１および該第２のシール要素は、流体が該第２の通路と該第１の通路との間を通るように、普段は互いにシールし合っており、
当該漏れ検出システムは、
該ハウジング内に位置するセンサー要素のアレイを有し、該センサー要素のアレイは、前記シャフトの周囲を取り巻く位置のうち、角度的に実質的に対称な位置にある複数の点の一つにおいて、流体が存在するならばそれを検出することができるように構成されており、かつ、
少なくとも一つの電気的導通路を有し、該電気的導通路は、センサー要素のアレイが複数の点の少なくとも一つにおいて流体を検出したことを知らせる信号を伝えるために、センサー要素のアレイに接続されている、
前記漏れ検出システム。
【請求項２】
回転継手が、バックアップのシールを更に有し、該シールは、シャフトの周囲を取り巻き、かつ、第１および第２のシール要素を収容した第１の環状のチャンバを、第２の環状のチャンバから分離し、
センサー要素のアレイが、第２の環状のチャンバに位置している、
請求項１記載の漏れ検出システム。
【請求項３】
該センサー要素のアレイが、単一の感知要素を有し、該要素が、円形のリングの少なくとも大部分として構成されている、請求項２記載の漏れ検出システム。
【請求項４】
流体が導電性であり、かつ、感知要素が導電率センサーである、請求項３記載の漏れ検出システム。
【請求項５】
感知要素が、絶縁材料によって覆われた１以上の絶縁された部分と、１以上の露出した部分とを有し、該絶縁材料が、ハウジングの内側の表面または他の導電性の表面から、前記１以上の露出した部分を離した状態に維持するようになっている、請求項４記載の漏れ検出システム。
【請求項６】
ハウジングが少なくとも部分的に導電性であり、かつ、
感知要素とハウジングとが２つの異なる電位に維持されており、それによって、流体の漏れた量が、少なくとも１以上の露出した部分と、ハウジングの内側の表面とを橋渡しする場合に、検出可能な電流が感知要素に流れるようになっている、請求項５記載の漏れ検出システム。
【請求項７】
ローターが、第２のチャンバ内の複数のベアリングアセンブリによって、ハウジング内に回転可能に支持されている、請求項４記載の漏れ検出システム。
【請求項８】
感知要素が、複数のベアリングアセンブリの２つの間に位置する、請求項７記載の漏れ検出システム。
【請求項９】
検出のために漏れをセンサー要素に導くために、２つのベアリングアセンブリの間に位置する充填要素を更に有する、請求項８記載の漏れ検出システム。
【請求項１０】
感知要素が、複数のベアリングアセンブリと、バックアップのシールとの間に位置する、請求項７記載の漏れ検出システム。
【請求項１１】
一体化された漏れ感知システムを持った回転継手であって、当該継手は、
継手のハウジングを有し、
該ハウジング内に回転可能に支持されたローターを有し、該ローターは、該ローター内に、軸方向に該ローターを通って流体を導通させるための第１の通路を有し、該ローターは末端部において該ハウジング内で終結しており、該末端部は、第２の通路にシールされており、流体が、第１の通路と第２の通路との間を普段は通ることができるようになっており、
少なくとも一つの漏れセンサーを有し、該センサーは、流体の意図しない漏れを検出するようにハウジング内に位置しており、かつ、
視覚的インジケータを有し、該インジケータは、ハウジングに取り付けられており、かつ、流体の漏れの存在を知らせるために、少なくとも一つのセンサーに接続されている、
前記回転継手。
【請求項１２】
当該回転継手が、さらに、第２の視覚的インジケータを有し、該第２の視覚的インジケータはハウジングに取り付けられており、漏れセンサーが作動していることを示すようになっている、請求項１１記載の回転継手。
【請求項１３】
視覚的インジケータがＬＥＤである、請求項１１記載の回転継手。
【請求項１４】
当該回転継手が、さらに、リンクを有し、該リンクは、当該回転継手から遠隔にある付加的な視覚的インジケータを作動させるためのものである、請求項１１記載の回転継手。
【請求項１５】
リンクが無線リンクである、請求項１４記載の回転継手。
【請求項１６】
遠隔の視覚的インジケータが、光、ＬＥＤ、および、コンピュータで生成された視覚的な表示からなる群から選択されるものである、請求項１４記載の回転継手。
【請求項１７】
漏れセンサーが、当該回転継手から遠隔にある電力源を利用するものであり、
当該回転継手が、更に、視覚的インジケータを有し、該視覚的インジケータが、該遠隔の電力源が漏れセンサーに接続されているかどうかを示すようになっている、請求項１１記載の回転継手。
【請求項１８】
電力の視覚的インジケータが、当該回転継手から遠隔にある、請求項１７記載の回転継手。
【請求項１９】
電力の視覚的インジケータが、ＬＥＤを有する、請求項１７記載の回転継手。
【請求項２０】
一体化された漏れ感知システムを持った回転継手であって、当該継手は、
継手のハウジングを有し、
該ハウジング内に回転可能に支持されたローターを有し、該ローターは、該ローター内に、軸方向に該ローターを通って流体を導通させるための第１の通路を有し、該ローターは末端部において該ハウジング内で終結しており、該末端部は、第２の通路にシールされており、流体が、第１の通路と第２の通路との間を普段は通ることができるようになっており、かつ、
該ハウジングと一体化された感知信号処理モジュールを有し、該モジュールは、流体の意図しない漏れの存在を示す電気信号を生成するためのものである、
当該回転継手。
【請求項２１】
当該回転継手が、さらに、該ハウジング内に位置する漏れセンサーを少なくとも一つ有し、該漏れセンサーは、漏れ検出信号を生成するためのものであって、かつ、感知信号処理モジュールにリンクされている、請求項２０記載の回転継手。
【請求項２２】
感知信号処理モジュールが、漏れ検出信号を増幅するために少なくとも一つの漏れセンサーにリンクされた増幅器を有し、かつ、
感知信号処理モジュールが、ドライバを有し、該ドライバは、増幅された検出信号を受け取るために、かつ、ユーザーが知覚可能な漏れインジケータを作動させるために、増幅器に接続されている、請求項２１記載の回転継手。
【請求項２３】
ユーザーが知覚可能な漏れインジケータが、ハウジングに取り付けられた視覚的信号デバイスの点灯を有する、請求項２２記載の回転継手。
【請求項２４】
ユーザーが知覚可能な漏れインジケータが、ハウジングから遠隔にある視覚的信号デバイスの点灯を有する、請求項２２記載の回転継手。
【請求項２５】
ユーザーが知覚可能な漏れインジケータが、ハウジングに取り付けられた可聴式信号デバイスの起動を有する、請求項２２記載の回転継手。
【請求項２６】
ユーザーが知覚可能な漏れインジケータが、ハウジングから遠隔にある可聴式信号デバイスの起動を有する、請求項２２記載の回転継手。
【請求項２７】
少なくとも一つの漏れセンサーが、導電率センサーを有する、請求項２１記載の回転継手。
【請求項２８】
感知信号処理モジュールが、当該回転継手に取り付けられた第２のハウジング内に備えられている、請求項２０記載の回転継手。
【請求項２９】
感知信号処理モジュールが、継手のハウジング内のキャビティ内に備えられている、請求項２０記載の回転継手。
【請求項３０】
感知信号処理モジュールが、遠隔の受信機と接続する通信リンクを有している、請求項２０記載の回転継手。
【請求項３１】
通信リンクが、無線リンクを有している、請求項３０記載の回転継手。
【請求項３２】
感知信号処理モジュールからの信号の受け取りに基いて、当該回転継手が作動する処理を、遠隔の受信機が停止することが可能である、請求項３０記載の回転継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概しては、回転継手についての漏れの検出に関し、より具体的には、該継手からの、害を及ぼし得る望ましくない漏れを検出するための一体化されたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、概しては、回転継手についての漏れの検出に関係する。ここで使用する用語「回転継手(rotating union、回転ユニオン)」は、パイプやホースなどの動かない供給源から、回転する要素（印刷機および材料カレンダー加工機（stock calendering machines）に見られる工作機械のスピンドルまたは回転ドラムなど）へと、流体を移送するために使用される機構的(mechanical)な装置を主として意味する。回転継手は、典型的には、静止部を有し、該静止部は、ハウジングと呼ばれ、加圧下にある流体を受け入れるための入り口を有するものであり、かつ、該回転継手は、回転部を有し、該回転部は、ローターと呼ばれ、回転する構成要素に流体を供給するための出口を持った中央通路を有する。そのような回転継手の一つの典型的な特徴は、適切に作動しているときには、顕著な漏れがなく、静止部分と回転部分との間で流体を移動させることができるということである。
【０００３】
回転継手は、例えば、ＣＮＣマシニングセンター、現代の印刷機を含む多くの産業的環境、および、その他の同様の産業的環境において使用されている。そのような場合における主な用途は、処理に使用するための高圧および／または高容量のクーラントを伝達することである。使用されるクーラントは、水、水を主成分とするもの(water-based)、または、それ以外のものであってよい。該継手および共に用いられる関連する装備には、ギア、ベアリング、カップリング、電子部品などの多くの精密部品が含まれ得るが、これらは、高価であり、および／または、交換が難しく、また、該継手から漏れている流体に晒された場合に、激しい腐食または電気的な損傷を被るだろう。伝達された流体が化学的な添加物を含有する用途では、流出や漏れは、環境汚染だけでなく、作業要員に対して健康上の危険をも与えるだろう。
【０００４】
数多くの異なるタイプの回転継手が上市されている。２つの大まかな分類としては、（１）永久的に閉じられたシール、および、（２）伝達された流体の圧力がない場合にシール表面間の接触が自動的に開くように設計され得るいわゆる「ポップオフ（pop-off）」シールである。両方のタイプとも、シールの磨耗およびその結果としての不具合を被る。
後者のタイプのシールは、流体の圧力が存在しない状況下では、シールの磨耗がないという利点を有するが、通常、ＣＮＣマシニングシステムにおいて自動的な工具の交換が生じる場合などの、停止および開始のサイクルごとに、微量の漏れが見られる。この理由から、回転継手には、典型的には、ハウジングが組み込まれており、それが、第一次(primary)シールと、漏れた流体を排出するための１つ以上の排出口とを取り囲んでいる。加えて、回転継手は、通常、第一次シール（即ち、伝達された流体と通常接触するシール）と任意の領域（乾燥を保つべきであるベアリングチャンバなど）との間に、バックアップのシールシステムを含んでいる。典型的なバックアップのシールシステムとしては、当該継手の回転する部分と関連して取り付けられる、１つ以上のラビリンス、エアカーテンおよびリップシールが挙げられる。以下の米国特許は、いくつかのタイプの回転継手の種々の詳細を記載しており、そのいかなる部分も除外することなく、そこで教示および開示された全てについては、参照することによって本明細書に組み込まれる：米国特許第６，１６４，３１６号；米国特許第５，６６９，６３６号；米国特許第５，６１７，８７９号；米国特許第４，９７６，２８２号；米国特許第４，９２８，９９７号；および、米国特許第４，８１７，９９５号。
【０００５】
漏れた流体がバックアップのシールシステムを破ると、上述したタイプの損傷が生じ始めることが多い。不要な損傷を回避するために、回転継手が流体の過度の漏れを許さないことを可能な範囲まで確実にすることが、回転継手の製造者およびユーザーの長い間の目標であった。そのような漏れが生じるときの最初の原因は、内部のシールにあり、それは、回転部（スピンドル、牽引棒(draw bar)、中空シャフト(hollow shaft)など）と静止部（パイプ、チューブ、ホースなど）との接触を与え、それと同時にそれらパーツの間の流体の通過を許す。特に、典型的には、漏れは、このシールの段階的または壊滅的な劣化に起因する。少なくともいつか起こる磨耗や交換を経験しないようなシールは、これまでのところ存在しないため、概して重要なことは、回転継手内で漏れが生じたときに、それを直ちに検出し、結果として起こる関連する損傷が生じる前に、適切なメンテナンスが行なわれ得るようにすることである。
【０００６】
同時にまた、漏れ検出システムが「誤認警報」を与える程度を最小にすることが望ましい。即ち、回転シールを潤滑化するなどのために通常の稼動の際に存在し得るような、許容できる漏れのレベルを検出したときに、漏れ検出システムが発動すると、そのようなシステムは、作業要員によって解除されるかまたは感度を弱められる可能性が高い。しかし、それは、害を及ぼす漏れを結果として検出しない大きなリスクを生じさせる。
【０００７】
上述した問題を解決するためのいくつかの試みがなされてきたが、完全に成功したものは存在しない。例えば、本願の出願日の時点で使用されている、あるタイプの漏れ検出システムは、第一次のシールとバックアップのシールシステムとの間に位置する熱量測定センサー（calorimetric sensor）を用いている。他のシステムは、本願の出願日の時点で、漏れの排出口の出力を分析する漏れセンサーを用いているようである。以下の記載から理解されるように、既知の現存する漏れ検出システムのいずれも、本発明の多くの実施形態が提供することができる安全性の必要レベルを提供していない。加えて、市販の漏れ検出システムは、その作動原理および基本構成が、漏れの感知および／または検出信号の処理のための大規模な外部設備に依存するのを余儀なくさせるものであるという点で、扱い難い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態は、概しては、上述した欠点を軽減し、かつ、結果として起こる損傷が生じ得る前に漏れを検出するための改善されたシステムをユーザーに提供するものである。上記のように、恒久的に閉じられたシールを持つもの、および、流体の圧力が無いときには自動的にシールが開くポップオフタイプの継手を含めて、様々なタイプの回転継手が存在する。そのような継手は、典型的には、主要なシールを取り囲むハウジングを有する。最後に、回転継手は、概しては、第一次のシールと、乾燥を保つべき領域との間に、バックアップのシールシステム（例、１以上のラビリンス、エアカーテンおよび／またはリップシール）をも含んでいる。回転継手内での望ましくない漏れの迅速かつ正確な検出は、近代産業における緊急かつ未解決の必要性である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一つの実施形態では、当該漏れ検出システムは、ハウジング内に位置する漏れセンサー要素（または複数パーツのアレイ）を有し、該センサー要素のアレイは、リング（またはその大部分）の形態となって、または、その他の実質的に対称なセンサーまたはセンサーのアレイの形態となって、回転軸の周りで角度的に対称となっている。このようにして、本発明の一実施形態のセンサーは、使用中に、継手の方向に関係なく、保護された領域において、対象とする漏れた媒体(medium)が存在するならばそれを検出することができる。本発明の好ましい実施形態では、バックアップのシールシステムは、センサーと第一次のシールシステムとの間に位置し、本発明の代替的な実施形態では、センサーは別の場所に位置しても良い。本発明の一実施形態では、流体（典型的には液体であるが、本発明は、気体状または霧状の物質などのその他の物質に対しても同様に有用である）は導電性であり、感知する要素は導電率センサーであるが、そのようなものが本発明の全ての実施形態で必須とされているわけではない。本明細書において、導電率(conductivity)に対する全ての参照は、電気的伝導率(electrical conductivity)を意味している。
【００１０】
本発明の一つの実施形態で有用な一つの対称的なセンサー要素は、絶縁コーティングを有する導電性材料からなる実質的に完全なリングであり、該絶縁コーティングには、リングの外周の周りに、必ずしも正確に均一でないにせよ概して均一に、多数のギャップが配置されている。該絶縁コーティングは、導電性材料からなるリングを継手のハウジングから絶縁する。しかしながら、漏れが発生した際には、漏れた流体が、導電性材料のリングと継手のハウジングとを橋渡しして、検出回路を完成させることができる。
【００１１】
回転シャフト（例、ローター）が、ハウジング内で２つ以上のベアリングアセンブリによって支持されている場合、センサー要素は、本発明の一実施形態に従ってベアリング同士の間に置かれても良い。本発明の更なる実施形態では、ベアリング間のスペースは、また、検出のためのセンサー要素の方に漏れを導くための充填アセンブリを有する。
【００１２】
本発明の更なる実施形態では、当該システムは、ハウジング内に位置して冷却液の漏れを検出するための漏れセンサーを含み、また、ハウジングに取り付けられ、かつセンサーに連結されて、検出された漏れに関する信号をユーザーに送るための視覚的インジケータも含む。本発明の更なる実施形態では、当該システムは、第２の視覚的インジケータを更に有し、該インジケータは、ハウジングに取り付けられて、漏れセンサーが作動していることを表示する。例えば、第２の視覚的インジケータは、電力供給の障害を、または、１以上の接続の障害によってセンサーに電力が入っていないことを表示することができる。本発明の更なる実施形態では、当該漏れ検出システムは、光、ＬＥＤ、またはコンピュータで生成された視覚的な表示などの遠隔のインジケータへの接続を含む。
【００１３】
本発明の更なる実施形態では、漏れ検出システムは、継手のハウジングと一体化されたセンサー処理モジュールを含む。該センサー処理モジュールは、センサー要素の位置においてハウジング内でクーラントの漏れが存在していることを示すための電気信号を生成する。本発明の一つの実施形態では、センサー処理モジュールは、ハウジングに固定された容器(encasement)の中に存在する。本発明の代替的な実施形態では、センサー処理モジュールは、ハウジング自体の内部のキャビティ（空洞）内に存在する。センサー処理モジュールは、本発明の種々の実施形態において、１以上の種類の上述したアラーム（警報）を与える。センサー要素の構成および配置は、設計者の好みによって決められて良いが、本発明の一実施形態では、センサーは上述した通りのものである。
【００１４】
本発明の実施形態の更なる特徴、詳細および特徴は、以下の説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、ハウジングに支持された回転継手の側方から見た断面図であり、当該回転継手は、ラビリンスのバックアップのシールの乾燥側に漏れセンサーを有し、かつ、本発明の一つの実施形態に従った一体化されたセンサー処理モジュールを有する。
【図２】図２は、本発明の一つの実施形態に従ったリング形状の漏れセンサー要素の側面図である。
【図３】図３は、ベアリングで支持され、ローターを取り付けられた回転継手の側方から見た断面図であり、当該回転継手は、図１におけるのと同様に、ラビリンスのバックアップのシールの乾燥側に漏れセンサーを有し、かつ、本発明の代替的な実施形態に従った一体化されたセンサー処理モジュールを有する。
【図４】図４は、ベアリングの無い当該回転継手を側方から見た断面図であり、該回転継手は、バックアップのシールとしてエアカーテンおよびラビリンスを有し、かつ、本発明の一つの実施形態に従った一体化されたセンサー処理モジュールを有する。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に従った例示的なセンサー信号の処理回路を示す電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
発明の詳細な説明
上述したように、回転継手は、シールの障害に起因して漏れを起こしやすい。そのような障害は、段階的な磨耗、または、より激しい腐食に起因し得るものであり、搬送される流体中の粒子状汚染物（例、マシニングのチップ）、搬送される流体における過度の圧力、搬送される流体によってシールが十分に潤滑化されること無しでの長時間の回転、または他の原因によって引き起こされ得るようなものである。漏れは、高価および／または交換が難しいものであり得るギア、ベアリング、カップリング、電子部品などの、関連する部品および機械装置に対する大きな損傷の危険性をもたらし、尚かつ、場合によっては、漏れは、作業要員に対する健康上の危険性もまた与え得る。
【００１７】
既存の回転継手の漏れ検出システムは、いつか起こる漏れが引き起こし得る損傷を防止するために、漏れの警告を与えることを試みているが、そのようなシステムに内在する多くの問題を事実上克服した解決策は、現在のところ存在しない。例えば、上述したようなハウジングの排出路と関連する導電率センサーを提供する既存の漏れ検出システムは、方向依存性および感度が原因の問題を呈する。特に、そのようなシステムは、回転シールからの通常の許容できる漏れによって頻繁に発動し過ぎる傾向がある。通常の作動中であってもほとんど常に少量の漏れはあり、そしてこれがシールの表面を潤滑化する助けとなっている。この種の漏れは上述したような損傷の危険性をもたらさないが、この種の漏れがきっかけとなって、しばしば、ユーザーは、システムの感度を下げることを該システムに強いられることとなる。しかしながら、これは、異常な漏れ（即ち、損傷をもたらし得る量の漏れ）を検出するにはもはや感度が低すぎるという危険性を増加させる。方向依存性の作動に関して、典型的には、排出路は重力を通じて機能するため、排出路が上方へ向いている場合、そのようなシステムは正常に機能しない、即ち、実質的な漏れを検出できないことがある。
【００１８】
他の解決策も同様の問題を呈している。例えば、ハウジング内に主要なシールに隣接して設置される従来の熱量測定センサーは、継手がある方向で使用される場合、センサーを通り過ぎて（その後、排出路から出るか、または、ベアリング若しくはその他の機械装置に入って）落ちる流体を検出しそこなう。加えて、センサーは、主要なシールのすぐ隣に設置されるため、排出路のセンサーに比べてどんなに少ない程度であったとしても、通常の漏れの検出も誘発し、ユーザーの干渉または無関心を引き起こすという反対の危険性をもたらす。加えて、このタイプのシステムは、とにかく有用である程度までは、ポップオフシールよりもむしろ、永久的に閉じられたシールの環境でのみ、実際的には稼動する。
【００１９】
本発明の種々の実施形態において提供される漏れ検出システムは、既存のシステムの欠点を軽減する。特に、説明するように、本発明の一つの実施形態では、センサーは、方向性に依存しない作動を与えるように、および、通常の偶発的な漏れで発動することなく、対象の領域において直接的に漏れを検出するように設計および構成される。その上、本発明の実施形態は、一体化された漏れ検出センサーおよび処理を有する、統一された回転継手を提供する。
【００２０】
図１は、ハウジングで支持された回転継手を側方から見た断面図であり、該回転継手は、ラビリンス（labyrinth、迷路体）バックアップシールの乾燥（ドライ）側に漏れセンサーを有し、かつ、本発明の一つの実施形態に従って取り付けられた第二次ハウジング中に、一体化されたセンサー処理モジュールを有する。より詳細には、当該回転継手１は、ハウジング５に対する回転のために、ハウジング５内に支持されたローター３を有する。図示した例では、該ローター３は、一対のボールベアリングアセンブリ２７、２９によって、ハウジング５内に支持されている。これらのアセンブリ２７、２９は、ボールベアリングを有するものとして図示されているが、ニードルベアリング、スラストベアリングなどの他のタイプのベアリングを付加的にまたは代替的に使用しても良いことが理解されよう。その上、当該アセンブリ２７、２９は、２つのみが図示されているが、ベアリングアセンブリの個数および種類は、製造者の好みおよび目的とする用途環境によって調整されることが理解されよう。
【００２１】
ローター３は、該ローター３を通じてクーラントなどの液体を導くための内部通路７を有する。該ローター３は、ハウジング５内に末端部(terminal end)９を有し、これが環状の回転シール１１を支持する。回転シール１１は末端部９に取り付けられ、そして固定の環状シール１３に同軸状に隣接し、該固定の環状シール１３は、中に通路１７を有する固定の導管１５に固定されている。回転シール１１と固定シール１３とは、通常の作動中には、互いにシールしあって、液体が、それらシール１１、１３を取り囲む環状の空間１９の中へ実質的に漏れることなくアセンブリ（即ち、第一の通路７および第二の通路１７）を通過することができるようにしている。本明細書では、２つの環状のシール１１、１３の組み合わせを「第一次」シールとも呼ぶ。
【００２２】
説明したように、当該回転継手では、工具の交換中および通常のシールの潤滑化の結果としてなど、作動中および流体の圧力の循環中に、ある程度の「通常の」漏れが起こり得る。そういうわけで、図示したような回転継手１は、第二次の、即ち「バックアップ」のシールシステム２１をも有する。図示した実施形態では、該バックアップのシールシステムは、ラビリンスを有する。しかしながら、本発明の実施形態においては、ラビリンス（スリンガー（slingers）としても知られる）、エアカーテン、リップシールなどを含む、数多くのそのようなシールシステムが使用できることを、当業者は理解するであろう。バックアップのシールシステム２１の目的は、漏れが望ましくないか、または、通常予期されるシステムの乾燥側２３を、通常の漏れが予期され得るシステムの「湿っている（ウェット）」可能性がある側から保護することである。
【００２３】
図１に示したような本発明の一つの実施形態によれば、回転継手１は、漏れ検出システムをも有しており、該システムは、ハウジング５の内部に位置するセンサー要素２５を有している。該センサー要素２５は、リングとして断面図中に示されており、これは、図２を参照してより詳細に説明される。図示されているように、本発明の好ましい実施形態では、センサー２５は、バックアップのシールシステム２１の乾燥側２３に位置し、かつ、最も近くのベアリングアセンブリ２９と該バックアップのシールシステム２１との間に位置する。この構成では、センサー２５は、漏れがベアリングアセンブリ２７、２９に達する前に、最も早い機会において漏れを感知することができる。しかしながら、本発明の代替的な実施形態では、センサー２５は、限定はされないが、ベアリングアセンブリ２７、２９の間、またはバックアップのシールシステムの近くなど、別の場所に位置する。
【００２４】
リングセンサー２５が内側の導体を有し、該導体が、外側の層によってハウジング５との直接的な接触から分離されているということに留意すべきである。図２を参照することで理解されるように、該センサーは、対称的な様式で、即ち、環状に対称的に、またはローター周囲の実質的に角度的に対称な位置にある複数の点で、漏れがあるならば、その漏れを検出するように構成される。
【００２５】
漏れ検出システムは、センサー要素２５に接続された電気的導通路３１をも有し、該導通路は、検出した漏れを感知信号処理モジュール３３に知らせる感知信号を伝えるためのものである、感知信号処理モジュール３３は、取り付けられた容器６を通じて、ハウジング５と外部で一体化されているように示されているが、感知信号処理モジュール３３はまた、本発明の一つの実施形態では、ハウジング５の内部に一体化され得ることが、この説明の残りの部分から理解されよう。感知信号処理モジュール３３（これは、図５を参照してより詳細に説明される）は、センサー２５と連結しており、漏れが検出されたかどうかを知らせる出力を与える。図示した例では、ＬＥＤ３５が漏れ検出の出力を与える。本発明の一つの実施形態では、ＬＥＤ３５は、漏れを検出したときに、連続的または間欠的のいずれかで点灯する。ＬＥＴ３５の色は、決定的なものではないが、本発明の一つの実施形態では、ＬＥＤ３５は赤色である。
【００２６】
本発明の一つの実施形態では、モジュール３３に適切に電力が入っているかどうかを知らせるために、モジュール３３は、第２のＬＥＤ３７を備える。モジュール３３は、遠隔で電力投入されても局所的に電力投入されてもいずれであっても良く、いずれの場合にも、接続や配線の不良、または、電力源の障害に起因して、電力の中断が生じ得る。電力インジケータ３７が特に望ましいのは、漏れ検出シグナルが点灯であるという態様においてであって、それは、電力の障害のために光が無い場合でも、漏れが無いことを示しているように見えてしまう可能性があるからである。ＬＥＤ３７の色も同様に決定的なものではないが、本発明の一つの実施形態では、ＬＥＤ３７は緑色である。
【００２７】
本発明の一つの実施形態では、信号処理モジュール３３は、外部の導通路３９をも有する。図示した例では、３本のワイヤ４１が含まれており、本発明の一つの実施形態でのこれらのワイヤ４１の目的は、後でより詳細に説明する。概しては、外部の接続は、電力の供給のため、および、漏れの信号を遠隔で送るために望まれ得る。本発明の一つの実施形態では、信号処理モジュール３３は、付加的にまたは代替的に、例えば、状態を報告するために、および／または、警報の指示を送信するために、遠隔のコンピュータ機器との通信のための無線接続をも提供する。
【００２８】
図２は、本発明の一つの実施形態による、リング形の漏れセンサーの側面図である。該センサー２０１は、導電性材料のリング２０３を有する。該リング２０３は、設置時などにおける取り扱いを助けるために、および、形成を容易にするために、一つの位置２０５で開いているものとして示されているが、そのようなギャップ２０５は必須ではない。センサー２０１は、絶縁被覆(insulating sheath、絶縁シース)２０７を更に有する。本発明の一つの実施形態では、絶縁被覆２０７は、内部の導体２０３を露出させる数多くのギャップ２０９を備える。本発明の図示した実施形態では、絶縁被覆２０７は、絶縁材料からなるリボンをらせん状に導体２０５の周囲に巻いて、ギャップ２０９を覆わないで残すことによって形成される。本発明の代替的な実施形態では、絶縁被覆２０７は、絶縁材料からなる一連の球体（ビーズ）または一連の円柱体にて形成される。本発明の更なる実施形態では、絶縁被覆２０７は、開いた切れ目を有する絶縁材料のチューブにて形成される。
【００２９】
センサー２０１は、それに取り付けられたリード２１１を有し、該リードは、センサー２０１を感知信号処理モジュール３３に電気的に接続するためのものである。センサー２０１は、センサー導体２０３と継手のハウジングとの間の電流を感知することによって機能するので、該リード２１１は、ハウジングとの接触（それが、誤った信号を生じさせることになる）をできなくするよう、絶縁されることが好ましい。
【００３０】
本発明の一つの実施形態では、センサー２０１（２５）は、当該継手のハウジング５内に配置され、図１に示すように、即ち、ローター３に対して、周りを一周する配置になっている。設置される場合、導体２０３は、ハウジング５の材料とは物理的に接触しない。ハウジングは、本発明の一つの実施形態では、電気的な接地(ground)に保たれ、そして正の電位がリード２１１を通じて導体２０３に印加される。通常の作動中には、接地への経路がないので、リード２１１には電流は流れない。しかしながら、導電性の流体の実質的な漏れが生じ、かつ、該漏れがセンサー２０１の付近にまで移動または流れた場合、漏れた流体が、導体２０３とハウジング５の材料との間にブリッジを形成する。この状況において、短絡回路に起因して、および、導体２０３とハウジング５との間の電位差に起因して、リード２１１に電流が流れる。この電流は、以下により詳細に説明するように、感知信号処理モジュール３３によって、ＬＥＤ３５を通じて、漏れの信号を発光させるために使用される。
【００３１】
センサー２０１は、図２では絶縁体によって間欠的に覆われたリングとして示されているが、その他の実質的に対称的なセンサー、または、センサーアレイが可能であることが理解されよう。例えば、センサー２０１は、本発明の一つの実施形態では、個々の導電率センサーの対称的なアレイで置き換えることができる。例えば、本発明の先に述べた実施形態では、リング２０３と同一の平面に置かれた別個のセンサー（複数）の、六角形状または五角形状のアレイを使用しても良い。各々の別個のセンサーは、該センサーとハウジング５との間の導電率の増加を感知するために、同様の構成（即ち、ハウジング５から所定の距離で保持され、部分的に絶縁された導体）とされることが好ましい。本発明の更なる実施形態では、アレイの個々のセンサーは、ハウジング５に対する任意の一つのセンサーの短絡によって引き起こされた電流の流れが、感知信号処理モジュール３３によって、ＬＥＤ３５を通じて、漏れの信号を発光させるよう、並列にリード２１１に接続される。
【００３２】
図３の説明に移る前に、図１、３および４は、異なるタイプの回転継手を示していることに留意すべきである。特に、図１の当該継手は、当該継手のハウジング５を介して、関連する機械（図示せず）に取り付けられるように構成されている。図３の当該継手は、ねじ山を切られたローターを介して機械（図示せず）に取り付けられるよう構成されており、そして両方のタイプの継手が市場に出回っている。図４は、バックアップのシールシステムが、エアカーテンとラビリンスとの両方を含む回転継手を示している。これらの異なるタイプの回転継手の図では、例としての環境の列挙を示すことが意図されており、これらの図のいずれかに関して記載される特徴が、その図に示された継手のタイプをもって使用されるように限定されることを意味するものとは意図されていない。
【００３３】
ここでより詳細に図３を参照すると、この図は、ベアリングで支持された回転継手の側方から見た断面図であり、当該回転継手は、図１におけるようにラビリンスのバックアップのシールの乾燥側に漏れセンサーを有し、かつ、本発明の代替的な実施形態に従ったセンサーの構成を有する。図１の継手１と同様に、当該継手３０１は、ローター３０３を有し、該ローターは、ハウジング３０５に対する回転のために、一対のボールベアリングアセンブリ３２７、３２９を介して、ハウジング３０５内に支持されている。当該継手のその他の基本的な要素もまた、図１のそれらと同様であって、同様の数字で標識されており、次のものが含まれる：内部の通路３０７、末端部３０９、回転シール３１１、固定シール３１３、固定導管３１５、通路３１７、シールを取り囲む環状の空間３１９、バックアップのシールシステム３２１、センサー要素３２５、感知信号処理モジュール３３３に感知信号を伝えるための、センサー要素３２５に接続された電気的導通路３３１、ＬＥＤ３３５、第２のＬＥＤ３３７および外部の導管３３９。これらの要素の基本的な配置および機能は上述した通りである。
【００３４】
これらの共通点に加えて、留意すべきいくつかの違いが図３には示されている。図１では、センサー２５は、最も近くのベアリングアセンブリ２９（３２９）とバックアップのシールシステム２１（３２１）との間に位置するように示されている。しかしながら、図３に示した本発明の代替的な実施形態では、センサー３２５は、代わりに、ベアリングアセンブリ３２７、３２９の間に位置する。加えて、図３に示した本発明の実施形態は、ベアリングアセンブリ３２７、３２９の間の環状の空間を部分的に満たす充填（フィラー）要素３４３を含んでいる。この要素３４３は、ベアリングアセンブリ３２７、３２９の設置時にシャフト３０３上に置かれる材料からなる円環であり得る。充填要素３４３は、漏れをセンサー３２５との接触に導いて検出を確実にするのを助ける。
【００３５】
図４は、本発明の更なる実施形態に従った特徴を示す、ベアリング無しの回転継手の側方から見た断面図である。本発明にとって決定的に重要なことではないが、図４の継手４０１のバックアップのシールシステムは、本発明の実施形態が使用され得る環境の多様性を示すために、ラビリンス４２１とエアカーテン４２２との両方を有している。この組み合わせは、更なる漏れを保護するためのバリアの二つの様式を組み合わせる一つのやり方を示している。
【００３６】
より重要なこととして、図４の継手４０１は、一体化されたセンサー処理モジュール４３３が使用される本発明の一つの実施形態を示している。図示された本発明の実施形態では、モジュール４３３は、ハウジング４０５の内部で、ハウジング４０５内に形成されたキャビティ（空洞）４０６内に位置する。該キャビティの位置は決定的に重要なものではなく、特定の継手のための個々の構成要素の設計および位置に依存するが、図示したキャビティ４０６は、設置、補修、およびＬＥＤ４３５、４３７の可視性を促進するために、当該継手４０１の表面４０８に対して開口するように示されている。モジュール４３３およびＬＥＤ４３５、４３７は、本発明の一つの実施形態では、図１に関して上述した通りに作動する。その上、センサー４２５（２５）および導管４３１（３１）は、本発明のその他の実施形態に関して上述した通りに作動し続ける。
【００３７】
センサー４２５は、図４では、エアカーテン４２２の「乾燥側」に示されているが、この位置は決定的なものではない。本発明の代替的な実施形態では、センサー４２５は、エアカーテン４２２とラビリンス４２１との間に位置する。更なる繰り返しを避けるため、図４が他の図と共有するか、または、本発明には関係しない残りの要素は、具体的に符号を付けないか、またはここでは再度説明しない。
【００３８】
図５は、センサー／ハウジング環境５６０と共に、本発明の一つの実施形態に従った例示的なセンサー信号処理回路５５０を示す電気回路図である。加えて、前述のシステムの、機械環境５７０に対する関係性が示されている。センサー／ハウジング環境５５０から始めると、この環境は、好ましくは上述した通りのものであり、図１〜４のいずれかまたは付随する説明に示した通りに構成されかつ位置するセンサー導体５６１（図１中では２５）およびハウジング５６３（図１中では５）を使用する。センサー導体５６１と導電性のハウジング５６３との間に示したギャップ５６５は、図２に記載したようなセンサー導体５６１（図２中では２０３）上の間欠的な絶縁体（図示せず）によって維持される。
【００３９】
センサー信号処理回路５５０は、電圧信号を受け取りかつ増幅するための増幅器５５１を有し、該電圧信号は、漏れが導体５６１をハウジング５６３へと橋渡しするときに、導体５６１中の電流の流れに起因する。ハウジング５６３は、接地５６４に接続される。増幅器５５１の出力５５３は、ソリッドステート(solid state）のリレー５５５によって受け取られる。該リレー５５５は、入力の受け取りに応答して閉じ、漏れを表示するＬＥＤ５５９（図１中では３５）の入力５５７を電圧供給ライン５６２に接続する。ＬＥＤ５５９の出力は接地５６４に接続されるため、これらの条件においてＬＥＤが点灯する。
【００４０】
センサー信号処理回路５５０は、回路５５０に適切に電力が入っていることを操作者に知らせるための電力表示ＬＥＤ５６６（図１中では３７）を有する。電力表示ＬＥＤ５６６は、その入力５６７が高電圧供給ライン５６２に接続されており、かつ、その出力５６８は接地５６４に接続されている。従って、回路５５０が、外部電力５７１および接地５７３のリードを通じて電力を受け取っている場合には、電力表示ＬＥＤ５６６は点灯するであろう。要素５７１、５７３および５７５は、まとめて、図１中の要素４１に対応していることが理解されよう。従って、電力表示ＬＥＤ５６６が明かりがついていない場合には、操作者は、回路５５０に電力が入っておらず、漏れの検出のために信頼することはできないことに気付くであろう。
【００４１】
機械環境５７０は、当該回転継手と関連する機械装置を表しており、該機械装置は、センサー５６１およびセンサー信号処理回路５５０を有する。例えば、該機械環境５７０は、粉砕機(mill)、旋盤(lathe)、印刷機またはその他の産業環境を有していても良い。該機械環境５７０は、センサー信号処理回路５５０のための電力源として示されているが、そのようなことは必須ではない。加えて、センサー信号処理回路５５０は、本発明の一つの実施形態では、外部リンク５７５を有する。外部リンク５７５は、機械の作動に影響を及ぼす（例、センサー信号処理回路５５０からの信号に応答して機械の作動を停止、開始または修正する）ため、および／または、警告する光、ＬＥＤまたはコンピュータのスクリーンの通知を通じてなどで、機械環境５７０におけるリモート（遠隔）の漏れ表示を提供するために、説明したように、機械環境５７０と通信し得る。本発明の一つの実施形態では、接続５７５は無線である。外部リンク５７５は、ＬＥＤ５５９を駆動するのと同一の信号を伝えるように示されているが、本発明の代替的な実施形態では、外部リンクは、それとは別の信号を備えている。例えば、外部リンク５７５での信号は、パルス化(pulsed)されていても、反転(inverted)されていても、または符号化(encoded)されていてもよい。
【００４２】
本発明の代替的な実施形態では、センサー信号処理回路５５０に適切に電力が入っていることを操作者が遠隔で確かめることができるよう、リモート電力インジケータが備えられる。本発明の更なる実施形態では、センサー信号処理回路５５０によって、および／または、機械環境５７０においてなどで、可聴式の漏れのアラーム（警報）がリモートで発せられる。
【００４３】
本発明の実施形態を、センサー要素と導電性のハウジングとの間の導電率を感知する導電率センサーに関して説明してきたが、本発明の一つの実施形態では、ハウジングは非導電性であっても良いことが理解されよう。本発明のこの実施形態では、任意の漏れが当該の二つの物の間のギャップを埋めて電流を生じるよう、第２の導電性要素がセンサー要素の近くに与えられても良い。第２の導電性要素は、センサーの要素に関して図４で示されたものを含む、任意の好適な構成のものであって良い。センサーおよび第２の導電性要素がリング型である本発明の一つの実施形態では、それらは、ハウジング内に同軸上に位置しても良く、またはそれとは異なるようにして位置しても良い。
【００４４】
液体のクーラントが回転継手を移送される流体であるという文脈にて、本発明を説明してきたが、本発明は、クーラントの機能の役目を果たすかどうかに関わらず、その他の流体および半流体（ガス状または霧状の物質など）に関係することが理解されよう。当該回転継手内での漏れを検出するための新規でかつ有用なシステムを、本明細書において記載してきたことが理解されよう。本発明の好ましい実施形態を、発明者らが知っている請求された発明を実施するための最良の形態を含めて本明細書で記載している。これらの好ましい実施形態の変形は、上述の記載を読めば当業者には明らかとなり得る。発明者らは、当業者がそのような変形を適宜採用することを予期しており、また、発明者らは、本発明が本明細書に具体的に記載したのとは別の方法で実施されることを意図している。従って、本発明は、本明細書に添付の特許請求の範囲に列挙した対象の、適用法によって認められるあらゆる修正および同等物を含む。更に、上述の要素のあらゆる可能な変形でのあらゆる組み合わせが、本明細書に別段の指示がない限り、または明らかに文脈に矛盾しない限り、本発明に包含される。
【００４５】
本発明を説明する文脈（特に添付の特許請求の範囲の文脈）における用語「a」および「an」および「the」並びに同様の指示対象の使用は、本明細書に別段の指示がないか、または明らかに文脈に矛盾しない限り、単数および複数の両方を含むと解釈されるべきである。用語「有する」、「持つ」、「含む」および「含有する」は、別段の記載が無ければ、限定されない(open-ended)用語（即ち、「含むが、それに限定されない」ということを意味する）として解釈されるべきである。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書に別段の指示がない限り、その範囲内に入る各個別の値を個別に言及する簡易な方法としての役目を持つことを単に意図しており、各個別の値は、それが個別に本明細書に引用されたかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載した全ての方法は、本明細書に別段の指示がない限り、または明らかに文脈に矛盾しない限り、任意の好適な順序で実行され得る。本明細書で与えた、任意および全ての例、または例示的な言葉使い（例、「などの（such as）」の使用は、本発明をより良く明らかにすることを単に意図しており、別段の請求が無ければ、本発明の範囲を制限しない。本明細書中の言葉使いは、あらゆる非請求の要素が本発明の実施に不可欠であることを指示していると解釈されてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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