JP2013234898A - オイル状態センサーおよびそれを備えた機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 機械のオイル中の汚染物質の種類および量を即時に特定可能にすることができるオイル状態センサーを提供する。
【解決手段】 産業用ロボットに設置されて産業用ロボットの潤滑油１３１ａの劣化を検出するためのオイル状態センサーであって、光を発する白色ＬＥＤ５２と、受けた光の色を検出するＲＧＢセンサー５３と、潤滑油１３１ａが侵入するための隙間である油用隙間４０ａが形成された隙間形成部材４０とを備えており、隙間形成部材４０は、白色ＬＥＤ５２によって発せられる光を透過させ、油用隙間４０ａは、白色ＬＥＤ５２からＲＧＢセンサー５３までの光路１０ａ上に配置されており、隙間形成部材４０のうち油用隙間４０ａを形成する膜４１ｄ、４２ｄは、透明なシリコーン樹脂によって形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図９

Description

本発明は、機械のオイルの状態を検出するためのオイル状態センサーに関する。

従来、機械のオイルの状態を検出するためのオイル状態センサーとして、オイルである潤滑油が侵入するためのオイル侵入用空隙部を赤外ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）からフォトダイオードまでの光路上に形成し、赤外ＬＥＤの出射光に対するオイル侵入用空隙部内の潤滑油による光吸収量をフォトダイオードの受光量によって測定することによって、測定した光吸収量と相関する潤滑油の劣化度を判定するオイル劣化度センサーが知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。

しかしながら、特許文献１、２に記載されたオイル劣化度センサーは、潤滑油の劣化度として潤滑油中の不溶解分の濃度を測定することができるが、潤滑油中の汚染物質の種類を特定することができないという問題がある。

潤滑油中の汚染物質の種類を特定する技術としては、潤滑油の濾過後のメンブランフィルタにＬＥＤによって光を照射して、メンブランフィルタ上の汚染物質からの反射光を受光素子でＲＧＢのデジタル値に変換し、変換したＲＧＢのデジタル値に基づいて潤滑油中の汚染物質の種類を特定する技術が知られている（例えば、非特許文献１、２参照。）。

特開平７−１４６２３３号公報 特開平１０−１０４１６０号公報 山口 智彦、外４名、「潤滑油汚染物質の色相判別法」、福井大学 工学部 研究報告、２００３年３月、第５１巻、第１号、p.81-88 本田 知己、「潤滑油の劣化診断・検査技術」、精密工学会誌、２００９年、第７５巻、第３号、p.359-362

しかしながら、非特許文献１、２に記載された技術は、機械から潤滑油を抜き取ってメンブランフィルタで濾過する必要があり、即時性に欠けるという問題がある。

そこで、本発明は、機械のオイル中の汚染物質の種類および量を即時に特定可能にすることができるオイル状態センサーを提供することを目的とする。

本発明のオイル状態センサーは、機械本体に設置されて前記機械本体のオイルの状態を検出するためのオイル状態センサーであって、光を発する発光素子と、受けた光の色を検出するカラー受光素子と、前記オイルが侵入するための隙間である油用隙間が形成された隙間形成部材とを備えており、前記隙間形成部材は、前記発光素子によって発せられる光を透過させ、前記油用隙間は、前記発光素子から前記カラー受光素子までの光路上に配置されており、前記隙間形成部材のうち少なくとも前記油用隙間を形成する部分は、透明なシリコーン樹脂によって形成されていることを特徴とする。

この構成により、本発明のオイル状態センサーは、発光素子によって発せられた光のうち油用隙間においてオイル中の鉄粉などの汚染物質によって吸収されなかった波長の光に対して、カラー受光素子によって色を検出するので、機械本体のオイル中の汚染物質の色を即時に検出することができる。つまり、本発明のオイル状態センサーは、カラー受光素子によって検出した色に基づいて機械本体のオイル中の汚染物質の種類および量を即時に特定可能にすることができる。また、本発明のオイル状態センサーは、隙間形成部材のうち油用隙間を形成する部分が表面張力の小さいシリコーン樹脂によって形成されているので、オイルが劣化することによって発生するスラッジなどの汚れが隙間形成部材のうち油用隙間を形成する部分に付着し難い。したがって、本発明のオイル状態センサーは、隙間形成部材のうち油用隙間を形成する部分への汚れの付着によって、オイル中の汚染物質の色の検出精度が低下することを抑えることができる。また、本発明のオイル状態センサーは、隙間形成部材のうち油用隙間を形成する部分がフッ素樹脂によって形成されていると仮定した場合、撥油性が高いフッ素樹脂によって形成された油用隙間内に気体が存在する状態で油用隙間にオイルが浸入するときに、フッ素樹脂の撥油性によってオイルがはじかれるので、油用隙間に侵入したオイル中に気泡が生じ易い。本発明のオイル状態センサーは、油用隙間に侵入したオイル中に気泡が生じると、発光素子から発せられた光の進行方向がこの気泡によって予定外の方向に変化させられるので、カラー受光素子による光の色の検出の感度、すなわち、オイル中の汚染物質の色の検出の感度が低下する。しかしながら、本発明のオイル状態センサーは、隙間形成部材のうち油用隙間を形成する部分が、フッ素樹脂と比べて撥油性が低いシリコーン樹脂によって形成されているので、油用隙間を形成する部分がフッ素樹脂によって形成されている構成と比較して、油用隙間に侵入したオイル中に気泡が生じ難く、オイル中の汚染物質の色の検出の感度が低下することを抑えることができる。

また、本発明のオイル状態センサーにおいて、前記隙間形成部材は、前記油用隙間を形成する部分が前記シリコーン樹脂としてのシリコーンゴムの膜によって形成されていても良い。

この構成により、本発明のオイル状態センサーは、隙間形成部材のうち油用隙間を形成する部分がシリコーンゴムの膜によって形成されるので、隙間形成部材のうち油用隙間を形成する部分以外の部分がシリコーンゴム以外の物質によって形成されることができる。したがって、本発明のオイル状態センサーは、隙間形成部材全体がシリコーンゴムによって形成される構成と比較して、シリコーンゴム用の隙間形成部材の金型の費用を不要にすることができ、製造コストを低減することができる。

また、本発明のオイル状態センサーにおいて、前記隙間形成部材は、前記光路を９０度曲げる反射面がそれぞれ形成されている２つの直角プリズムを備えており、前記２つの直角プリズムの前記反射面によって前記光路を１８０度曲げ、前記油用隙間は、前記２つの直角プリズムの間に形成されていても良い。

この構成により、本発明のオイル状態センサーは、部品点数の少ない簡単な構成で小型化することができる。

本発明の機械は、上述のオイル状態センサーと、前記機械本体とを備えていることを特徴とする。

この構成により、本発明の機械は、オイル状態センサーによってオイル中の汚染物質の種類および量を即時に特定可能にすることができる。また、本発明の機械は、オイル状態センサーによるオイル中の汚染物質の色の検出精度が低下することを隙間形成部材のシリコーン樹脂によって抑えることができるので、即時の故障の予知の正確性を長期間維持することができる。

本発明の機械は、上述のオイル状態センサーと、前記機械本体とを備えており、前記機械は、産業用ロボット用減速機であり、前記機械本体は、減速機本体であり、前記オイルは、前記減速機本体の潤滑油であっても良い。

この構成により、本発明の産業用ロボット用減速機は、オイル状態センサーによって潤滑油中の汚染物質の種類および量を即時に特定可能にすることができる。また、本発明の産業用ロボット用減速機は、オイル状態センサーによる潤滑油中の汚染物質の色の検出精度が低下することを隙間形成部材のシリコーン樹脂によって抑えることができるので、即時の故障の予知の正確性を長期間維持することができる。産業用ロボットは、潤滑油中の汚染物質として１００μｍ以上の長さの鉄粉が部品の摩耗によって発生する場合がある。しかしながら、本発明の産業用ロボット用減速機は、オイル状態センサーの隙間形成部材のうち油用隙間を形成する部分がシリコーンゴムの膜によって形成されているので、隙間形成部材のうち油用隙間を形成する部分が例えばフッ素シリコーン系の材料の膜によって形成されている場合と比較して、膜を厚くすることができる。したがって、本発明の産業用ロボット用減速機は、部品の摩耗によって発生した鉄粉が隙間形成部材のうち油用隙間を形成する膜に接触したとしても、膜が鉄粉によって削り取られることを防止することができる。

本発明の機械は、上述のオイル状態センサーと、前記機械本体とを備えており、前記機械は、産業用ロボットであり、前記機械本体は、アームと、前記アームの関節部に使用される減速機とを備えており、前記オイルは、前記減速機の潤滑油であっても良い。

この構成により、本発明の産業用ロボットは、オイル状態センサーによって潤滑油中の汚染物質の種類および量を即時に特定可能にすることができる。また、本発明の産業用ロボットは、オイル状態センサーによる潤滑油中の汚染物質の色の検出精度が低下することを隙間形成部材のシリコーン樹脂によって抑えることができるので、即時の故障の予知の正確性を長期間維持することができる。産業用ロボットは、潤滑油中の汚染物質として１００μｍ以上の長さの鉄粉が部品の摩耗によって発生する場合がある。しかしながら、本発明の産業用ロボットは、オイル状態センサーの隙間形成部材のうち油用隙間を形成する部分がシリコーンゴムの膜によって形成されているので、隙間形成部材のうち油用隙間を形成する部分が例えばフッ素シリコーン系の材料の膜によって形成されている場合と比較して、膜を厚くすることができる。したがって、本発明の産業用ロボットは、部品の摩耗によって発生した鉄粉が隙間形成部材のうち油用隙間を形成する膜に接触したとしても、膜が鉄粉によって削り取られることを防止することができる。

本発明のオイル状態センサーは、機械のオイル中の汚染物質の種類および量を即時に特定可能にすることができる。

本発明の一実施の形態に係る産業用ロボットの側面図である。 図１に示す産業用ロボットの関節部の断面図である。 図２に示すオイル状態センサーの正面図である。 アームに取り付けられた状態での図３に示すオイル状態センサーの正面断面図である。 （ａ）は、図３に示すオイル状態センサーの平面図である。（ｂ）は、図３に示すオイル状態センサーの底面図である。 （ａ）は、図３に示す筐体の正面図である。（ｂ）は、図３に示す筐体の正面断面図である。 （ａ）は、図３に示す筐体の側面図である。（ｂ）は、図３に示す筐体の側面断面図である。 （ａ）は、図３に示す筐体の平面図である。（ｂ）は、図３に示す筐体の底面図である。 図４に示す白色ＬＥＤからＲＧＢセンサーまでの光路を示す図である。 図９に示す油用隙間の近傍の拡大図である。 （ａ）は、図３に示すカバーの正面図である。（ｂ）は、図３に示すカバーの正面断面図である。 （ａ）は、図３に示すカバーの平面図である。（ｂ）は、図３に示すカバーの底面図である。 図９に示すシリコーン樹脂の膜によって汚れの付着が防止されることを確認する実験の構成を示す図である。 図１３に示す実験の結果を示すグラフである。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて説明する。

まず、本実施の形態に係る機械としての産業用ロボットの構成について説明する。

図１は、本実施の形態に係る産業用ロボット１００の側面図である。

図１に示すように、産業用ロボット１００は、床、天井などの設置部分９００に取り付けられる取付部１１１と、アーム１１２〜１１６と、取付部１１１およびアーム１１２を接続する関節部１２０と、アーム１１２およびアーム１１３を接続する関節部１３０と、アーム１１３およびアーム１１４を接続する関節部１４０と、アーム１１４およびアーム１１５を接続する関節部１５０と、アーム１１５およびアーム１１６を接続する関節部１６０と、アーム１１６および図示していないハンドを接続する関節部１７０とを備えている。

なお、産業用ロボット１００のうち、後述の潤滑油１３１ａなどの潤滑油と、後述のオイル状態センサー１３７ａ、１３７ｂ、１３９ａ、１３９ｂなどのオイル状態センサーとを除いた部分は、産業用ロボット１００が本発明の機械である場合に本発明の機械本体を構成している。

図２は、関節部１３０の断面図である。なお、以下においては、関節部１３０について説明するが、関節部１２０、１４０〜１７０についても同様である。

図２に示すように、関節部１３０は、アーム１１２およびアーム１１３を接続する産業用ロボット用減速機である減速機１３１と、ボルト１３８ａによってアーム１１２に固定されたモーター１３８と、減速機１３１の可動部に生じる摩擦を軽減するためのオイルである潤滑油１３１ａの状態として潤滑油１３１ａの劣化を検出するためのオイル状態センサー１３９ａおよびオイル状態センサー１３９ｂとを備えている。

減速機１３１は、減速機本体１３２と、減速機本体１３２の潤滑油１３１ａの劣化を検出するためのオイル状態センサー１３７ａおよびオイル状態センサー１３７ｂとを備えている。減速機本体１３２は、減速機１３１が本発明の機械である場合に本発明の機械本体を構成している。

減速機本体１３２は、ボルト１３３ａによってアーム１１２に固定されたケース１３３と、ボルト１３４ａによってアーム１１３に固定された支持体１３４と、モーター１３８の出力軸に固定された歯車１３５ａと、減速機１３１の中心軸の周りに等間隔に３個配置されていて歯車１３５ａと噛み合う歯車１３５ｂと、減速機１３１の中心軸の周りに等間隔に３個配置されていて歯車１３５ｂに固定されたクランク軸１３５ｃと、ケース１３３に設けられた内歯歯車と噛み合う２個の外歯歯車１３６とを備えている。

支持体１３４は、ケース１３３に軸受１３３ｂを介して回転可能に支持されている。ケース１３３と、支持体１３４との間には、潤滑油１３１ａの漏れを防止するためのシール部材１３３ｃが設けられている。

クランク軸１３５ｃは、支持体１３４に軸受１３４ｂを介して回転可能に支持されているとともに、外歯歯車１３６に軸受１３６ａを介して回転可能に支持されている。

オイル状態センサー１３７ａおよびオイル状態センサー１３７ｂは、ケース１３３に固定されている。オイル状態センサー１３９ａは、アーム１１２に固定されている。オイル状態センサー１３９ｂは、アーム１１３に固定されている。

図３は、オイル状態センサー１３９ｂの正面図である。図４は、アーム１１３に取り付けられた状態でのオイル状態センサー１３９ｂの正面断面図である。図５（ａ）は、オイル状態センサー１３９ｂの平面図である。図５（ｂ）は、オイル状態センサー１３９ｂの底面図である。なお、以下においては、オイル状態センサー１３９ｂについて説明するが、オイル状態センサー１３７ａ、１３７ｂ、１３９ａなど、オイル状態センサー１３９ｂ以外のオイル状態センサーについても同様である。

図３〜図５に示すように、オイル状態センサー１３９ｂは、オイル状態センサー１３９ｂの各部品を支持するアルミニウム合金製の筐体２０と、筐体２０に保持された隙間形成部材４０と、電子部品群５０と、２本のネジ１１によって筐体２０に固定されて電子部品群５０の殆どの電子部品を覆うアルミニウム合金製のカバー６０とを備えている。

隙間形成部材４０は、２つのガラス製の直角プリズム４１、４２によって構成されており、潤滑油１３１ａが侵入するための隙間である油用隙間４０ａが２つの直角プリズム４１、４２の間に形成されている。

電子部品群５０は、スペーサー１２を介して４本の六角穴付ボルト１３によって筐体２０に固定された回路基板５１と、回路基板５１に実装された白色ＬＥＤ５２と、回路基板５１に実装されたＲＧＢセンサー５３と、白色ＬＥＤ５２およびＲＧＢセンサー５３側とは反対側に回路基板５１に実装されたコネクター５４と、コネクター５４に電気的に接続されることが可能であるコネクター５５と、カバー６０に固定された防水コネクター５６と、コネクター５５および防水コネクター５６を電気的に接続する複数本のリード線５７とを備えている。

回路基板５１には、白色ＬＥＤ５２、ＲＧＢセンサー５３およびコネクター５４以外にも、複数の電子部品が実装されている。

白色ＬＥＤ５２は、白色の光を発する電子部品であり、本発明の発光素子を構成している。白色ＬＥＤ５２として、例えば、日亜化学工業株式会社製のNSPW500GS-K1が使用されても良い。

ＲＧＢセンサー５３は、受けた光の色を検出する電子部品であり、本発明のカラー受光素子を構成している。ＲＧＢセンサー５３として、例えば、浜松ホトニクス株式会社製のS9032-02が使用されても良い。

防水コネクター５６は、オイル状態センサー１３９ｂの外部の装置のコネクターが接続されて、外部の装置のコネクターを介して外部の装置から電力が供給されるとともに、オイル状態センサー１３９ｂの検出結果を電気信号として外部の装置のコネクターを介して外部の装置に出力するようになっている。

図６（ａ）は、筐体２０の正面図である。図６（ｂ）は、筐体２０の正面断面図である。図７（ａ）は、筐体２０の側面図である。図７（ｂ）は、筐体２０の側面断面図である。図８（ａ）は、筐体２０の平面図である。図８（ｂ）は、筐体２０の底面図である。

図３〜図８に示すように、筐体２０は、アーム１１３のネジ穴１１３ａに固定されるためのネジ部２１と、アーム１１３のネジ穴１１３ａに対してネジ部２１が回転させられるときにスパナなどの工具によって掴まれるための六角柱状の工具接触部２２と、直角プリズム４１が収納されるプリズム収納部２３と、直角プリズム４２が収納されるプリズム収納部２４と、白色ＬＥＤ５２が収納されるＬＥＤ収納部２５とを備えている。

また、筐体２０は、プリズム収納部２３およびＬＥＤ収納部２５を連通する穴２６と、穴２６と平行に延在していてプリズム収納部２４に繋がっている穴２７と、ネジ１１がねじ込まれるためのネジ穴２８と、六角穴付ボルト１３がねじ込まれるためのネジ穴２９と、筐体２０およびアーム１１３の間からの潤滑油１３１ａの漏れを防止するＯリング１４が嵌る溝３０とが形成されている。

なお、アーム１１３のネジ穴１１３ａは、オイル状態センサー１３９ｂが取り外されている状態のときに、減速機１３１への潤滑油１３１ａの供給と、減速機１３１からの潤滑油１３１ａの廃棄とに利用されても良い。

プリズム収納部２３は、直角プリズム４１を挟み込む２つの壁２３ａを備えており、壁２３ａにおいて接着剤によって直角プリズム４１を固定している。プリズム収納部２４は、直角プリズム４２を挟み込む２つの壁２４ａを備えており、壁２４ａにおいて接着剤によって直角プリズム４２を固定している。

筐体２０は、例えば艶消しの黒アルマイト処理のように、光の反射を防止する処理が表面に施されていると好ましい。

なお、筐体２０は、回路基板５１を介して白色ＬＥＤ５２およびＲＧＢセンサー５３を支持している。また、筐体２０は、隙間形成部材４０を直接支持している。

図９は、白色ＬＥＤ５２からＲＧＢセンサー５３までの光路１０ａを示す図である。

図９に示すように、隙間形成部材４０の油用隙間４０ａは、白色ＬＥＤ５２からＲＧＢセンサー５３までの光路１０ａ上に配置されている。

直角プリズム４１、４２は、白色ＬＥＤ５２によって発せられる光を透過させる。直角プリズム４１は、白色ＬＥＤ５２によって発せられる光が入射する入射面４１ａと、入射面４１ａから入射した光を反射して光の進行方向を９０度曲げる反射面４１ｂと、反射面４１ｂで反射した光が出射する出射面４１ｃとが形成されている。直角プリズム４２は、直角プリズム４１の出射面４１ｃから出射した光が入射する入射面４２ａと、入射面４２ａから入射した光を反射して光の進行方向を９０度曲げる反射面４２ｂと、反射面４２ｂで反射した光が出射する出射面４２ｃとが形成されている。

直角プリズム４１の入射面４１ａ、反射面４１ｂおよび出射面４１ｃと、直角プリズム４２の入射面４２ａ、反射面４２ｂおよび出射面４２ｃとは、光学研磨されている。また、直角プリズム４１の反射面４１ｂと、直角プリズム４２の反射面４２ｂとは、アルミ蒸着膜が施されている。そして、硬度や密着力が弱いアルミ蒸着膜を保護するために、ＳｉＯ２膜がアルミ蒸着膜上に更に施されている。

光路１０ａは、直角プリズム４１の反射面４１ｂで９０度曲げられていて、直角プリズム４２の反射面４２ｂでも９０度曲げられている。すなわち、光路１０ａは、隙間形成部材４０によって１８０度曲げられている。

図１０は、図９に示す油用隙間４０ａの近傍の拡大図である。

図１０に示すように、直角プリズム４１の出射面４１ｃは、透明なシリコーン樹脂の膜４１ｄが施されている。直角プリズム４１の出射面４１ｃと、膜４１ｄとの間には、両者の接着力を強めるためのプライマーが塗布されている。同様に、直角プリズム４２の入射面４２ａは、透明なシリコーン樹脂の膜４２ｄが施されている。直角プリズム４２の入射面４２ａと、膜４２ｄとの間には、両者の接着力を強めるためのプライマーが塗布されている。なお、膜４１ｄ、４２ｄの塗布方法としては、例えば、ロールコーターによってシリコーンゴムを塗布する方法、スピンコートによってシリコーンゴムを塗布する方法、スプレーコーティングによってシリコーンゴムを塗布する方法、ディッピングによってシリコーンゴムを塗布する方法などが採用されることができる。このシリコーンゴムとして、例えば、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製のLSR7080が使用されても良い。またシリコーンゴム以外にも親油性の性質を有する素材であれば使用されても良い。

直角プリズム４１の膜４１ｄと、直角プリズム４２の膜４２ｄとの距離、すなわち、油用隙間４０ａの長さは、例えば１ｍｍである。油用隙間４０ａの長さが短過ぎる場合、潤滑油１３１ａ中の汚染物質が油用隙間４０ａを適切に流通し難いので、潤滑油１３１ａ中の汚染物質の色の検出精度が落ちる。一方、油用隙間４０ａの長さが長過ぎる場合、白色ＬＥＤ５２から発せられた光が油用隙間４０ａ内の潤滑油１３１ａ中の汚染物質によって吸収され過ぎてＲＧＢセンサー５３まで届き難いので、やはり潤滑油１３１ａ中の汚染物質の色の検出精度が落ちる。したがって、油用隙間４０ａの長さは、潤滑油１３１ａ中の汚染物質の色の検出精度が高くなるように、適切に設定されることが好ましい。

図１１（ａ）は、カバー６０の正面図である。図１１（ｂ）は、カバー６０の正面断面図である。図１２（ａ）は、カバー６０の平面図である。図１２（ｂ）は、カバー６０の底面図である。

図３〜図５、図１１および図１２に示すように、カバー６０は、防水コネクター５６が挿入される穴６１と、ネジ１１が挿入されるための穴６２とが形成されている。

カバー６０は、例えば艶消しの黒アルマイト処理のように、光の反射を防止する処理が表面に施されている。

次に、オイル状態センサー１３９ｂの組立方法について説明する。なお、以下においては、オイル状態センサー１３９ｂについて説明するが、オイル状態センサー１３７ａ、１３７ｂ、１３９ａなど、オイル状態センサー１３９ｂ以外のオイル状態センサーについても同様である。

まず、筐体２０のプリズム収納部２３のうち直角プリズム４１の入射面４１ａと接触する面と、直角プリズム４１の面のうちプリズム収納部２３の２つの壁２３ａとそれぞれ接触する２つの面とに接着剤が塗られ、その接着剤によってプリズム収納部２３に直角プリズム４１が固定される。また、筐体２０のプリズム収納部２４のうち直角プリズム４２の出射面４２ｃと接触する面と、直角プリズム４２の面のうちプリズム収納部２４の２つの壁２４ａとそれぞれ接触する２つの面とに接着剤が塗られ、その接着剤によってプリズム収納部２４に直角プリズム４２が固定される。また、筐体２０のＬＥＤ収納部２５に白色ＬＥＤ５２が接着剤によって固定される。

次いで、ＲＧＢセンサー５３、コネクター５４など、各種の電子部品が実装された回路基板５１が筐体２０にスペーサー１２および六角穴付ボルト１３によって固定され、白色ＬＥＤ５２が回路基板５１にハンダによって固定される。

次いで、リード線５７を介してコネクター５５が電気的に接続されている防水コネクター５６がカバー６０に取り付けられる。

次いで、コネクター５４と、コネクター５５とが電気的に接続される。

最後に、Ｏリング１４が取り付けられた筐体２０に、カバー６０がネジ１１によって固定される。

次に、アーム１１３へのオイル状態センサー１３９ｂの設置方法について説明する。なお、以下においては、オイル状態センサー１３９ｂについて説明するが、オイル状態センサー１３７ａ、１３７ｂ、１３９ａなど、オイル状態センサー１３９ｂ以外のオイル状態センサーについても同様である。

まず、筐体２０の工具接触部２２が工具によって掴まれて、アーム１１３のネジ穴１１３ａに筐体２０のネジ部２１がねじ込まれることによって、アーム１１３にオイル状態センサー１３９ｂが固定される。

そして、オイル状態センサー１３９ｂの外部の装置のコネクターが防水コネクター５６に接続される。

次に、産業用ロボット１００の動作について説明する。

まず、関節部１３０の動作について説明する。なお、以下においては、関節部１３０について説明するが、関節部１２０、１４０〜１７０についても同様である。

関節部１３０のモーター１３８の出力軸が回転すると、モーター１３８の回転力は、減速機１３１によって減速されて、減速機１３１のケース１３３に固定されたアーム１１２に対して、減速機１３１の支持体１３４に固定されたアーム１１３を動かす。

次に、オイル状態センサー１３９ｂの動作について説明する。なお、以下においては、オイル状態センサー１３９ｂについて説明するが、オイル状態センサー１３７ａ、１３７ｂ、１３９ａなど、オイル状態センサー１３９ｂ以外のオイル状態センサーについても同様である。

オイル状態センサー１３９ｂは、防水コネクター５６を介して外部の装置から供給される電力によって白色ＬＥＤ５２から白色の光を発する。

そして、オイル状態センサー１３９ｂは、ＲＧＢセンサー５３によって受けた光のＲＧＢの各色の光量を電気信号として防水コネクター５６を介して外部の装置に出力する。

オイル状態センサー１３９ｂは、ＲＧＢセンサー５３以外のセンサーを別途搭載していても良い。例えば、オイル状態センサー１３９ｂは、潤滑油１３１ａの温度を検出する温度センサーが電子部品群５０に含まれている場合には、温度センサーによって検出された温度も電気信号として防水コネクター５６を介して外部の装置に出力することができる。

なお、オイル状態センサー１３９ｂの外部の装置は、ＲＧＢセンサー５３によって検出された色に基づいて減速機１３１の潤滑油１３１ａ中の汚染物質の種類および量を特定することができる。すなわち、オイル状態センサー１３９ｂは、潤滑油１３１ａ中の汚染物質の色を検出することによって、潤滑油１３１ａの劣化の程度を検出することができる。

潤滑油１３１ａの劣化の検出の精度は、ＲＧＢセンサー５３によって検出された色の黒色に対する色差ΔＥで判断されることができる。ＲＧＢセンサー５３によって検出された色の黒色に対する色差ΔＥは、ＲＧＢセンサー５３によって検出された色のＲ、Ｇ、Ｂの各値を使用して、次の数１で示す式で計算することができる。

以上に説明したように、オイル状態センサー１３９ｂなどの各オイル状態センサーは、白色ＬＥＤ５２によって発せられた白色の光のうち油用隙間４０ａにおいて潤滑油１３１ａ中の汚染物質によって吸収されなかった波長の光に対して、ＲＧＢセンサー５３によって色を検出するので、減速機１３１の潤滑油１３１ａ中の汚染物質の色を即時に検出することができる。つまり、各オイル状態センサーは、ＲＧＢセンサー５３によって検出した色に基づいて減速機１３１の潤滑油１３１ａ中の汚染物質の種類および量をコンピューターなどの外部の装置によって即時に特定可能にすることができる。なお、各オイル状態センサーは、ＲＧＢセンサー５３によって検出した色に基づいて潤滑油中の汚染物質の種類および量を特定する電子部品が電子部品群５０に含まれていても良い。

一般的に、産業用ロボットは、関節部に使用されている減速機の性能によってアームの軌跡の精度などが大きく左右される。したがって、産業用ロボット用の減速機は、性能が落ちた場合に適切に交換されることが大切である。しかしながら、産業用ロボット用の減速機が交換される場合、その減速機を備えている産業用ロボットや、その産業用ロボットが設置されている生産ラインが停止されなければならない。そこで、産業用ロボット用の減速機の交換時期を把握するために、産業用ロボット用の減速機の故障が適切に予知されることは非常に重要である。ここで、産業用ロボット１００の各オイル状態センサーは、上述したように、ＲＧＢセンサー５３によって検出した色に基づいて減速機１３１の潤滑油１３１ａ中の汚染物質の種類および量をコンピューターなどの外部の装置によって即時に特定可能にすることができる。したがって、産業用ロボット１００と、産業用ロボット用減速機、すなわち、産業用ロボット１００の各減速機とは、即時の故障の予知を可能にすることができる。

潤滑油１３１ａには、摩擦面の摩擦を低減するためのモリブデンジチオカルバメート（ＭｏＤＴＣ）、モリブデンジチオホスフェート（ＭｏＤＴＰ）などの有機モリブデン（Ｍｏ）などの摩擦低減剤、摩擦面の焼き付きを抑える性能である極圧性を向上するためのＳＰ系添加剤などの極圧添加剤、スラッジの発生や付着を抑えるためのＣａスルフォネートなどの分散剤など、各種の添加剤が添加される場合がある。これらの添加剤は、潤滑油１３１ａの劣化とともに、例えば、産業用ロボット１００および各減速機の金属表面に付着、結合したり、沈降したりして潤滑油１３１ａから分離される。各オイル状態センサーは、潤滑油１３１ａ中の鉄粉の量だけでなく、潤滑油１３１ａに添加されている各種の添加剤の減少に伴う基油の劣化度やスラッジ等の汚染物質の増加を、検出した色に基づいて特定することができる。したがって、産業用ロボット１００および各減速機は、鉄粉濃度のみに基づいて減速機の故障を予知する技術と比較して、故障の予知の精度を向上することができる。

なお、潤滑油１３１ａは、ＭｏＤＴＣ、ＭｏＤＴＰなど、モリブデンを添加剤として含んでいないことが好ましい。

各オイル状態センサーは、隙間形成部材４０のうち油用隙間４０ａを形成する部分が表面張力の小さいシリコーン樹脂の膜４１ｄ、４２ｄによって形成されているので、潤滑油１３１ａが劣化することによって発生するスラッジなどの汚れが隙間形成部材４０のうち油用隙間４０ａを形成する部分に付着し難い。したがって、各オイル状態センサーは、隙間形成部材４０のうち油用隙間４０ａを形成する部分への汚れの付着によって、潤滑油１３１ａ中の汚染物質の色の検出精度が低下することを抑えることができる。

本願の発明の発明者は、シリコーン樹脂の膜４１ｄ、４２ｄによって汚れの付着が防止されることを、以下に説明する実験によって確認した。

図１３は、シリコーン樹脂の膜４１ｄ、４２ｄによって汚れの付着が防止されることを確認する実験の構成を示す図である。

まず、膜４１ｄ、４２ｄと同様なシリコーン樹脂の膜をガラス基板に施すことによって、試験片を作成する。

次いで、劣化した潤滑油に試験片を１分間浸漬させた後、４分間２００℃で加熱するという工程を、一定のサイクル数、繰り返す。

そして、図１３に示すように、白色ＬＥＤ９１と、入力された光の強度を検出するパワーメーター９２との間に試験片９３を配置した後、白色ＬＥＤ９１によって発せられて試験片９３を透過した光の強度（以下「透過光強度」と言う。）をパワーメーター９２によって測定する。なお、白色ＬＥＤ９１と、試験片９３との距離９０ａは、２０ｍｍであり、パワーメーター９２と、試験片９３との距離９０ｂは、１０ｍｍである。

図１４は、図１３に示す実験の結果を示すグラフである。

図１４において、黒丸が付された線は、膜４１ｄ、４２ｄと同様なシリコーン樹脂の膜をガラス基板に施すことによって作成された試験片９３の実験結果である。白丸が付された線は、膜を施さなかったガラス基板を試験片９３とした場合の実験結果である。各サイクル数における透過光強度は、サイクル数が０の時点の透過光強度を１として正規化されている。

図１４に示すように、膜４１ｄ、４２ｄと同様なシリコーン樹脂の膜を施したガラス基板は、膜を施さなかったガラス基板と比較して、サイクル数の増加に対する透過光強度の低下が抑えられている。すなわち、シリコーン樹脂の膜４１ｄ、４２ｄによって汚れの付着が防止されることは明らかである。

また、オイル状態センサー１３９ｂなどの各オイル状態センサーは、隙間形成部材４０のうち油用隙間４０ａを形成する部分がフッ素樹脂によって形成されていると仮定した場合、撥油性が高いフッ素樹脂によって形成された油用隙間４０ａ内に気体が存在する状態で油用隙間４０ａに潤滑油１３１ａが浸入するときに、フッ素樹脂の撥油性によって潤滑油１３１ａがはじかれるので、油用隙間４０ａに侵入した潤滑油１３１ａ中に気泡が生じ易い。オイル状態センサー１３９ｂなどの各オイル状態センサーは、油用隙間４０ａに侵入した潤滑油１３１ａ中に気泡が生じると、白色ＬＥＤ５２から発せられた光の進行方向がこの気泡によって予定外の方向に変化させられるので、ＲＧＢセンサー５３による光の色の検出の感度、すなわち、潤滑油１３１ａ中の汚染物質の色の検出の感度が低下する。しかしながら、オイル状態センサー１３９ｂなどの各オイル状態センサーは、隙間形成部材４０のうち油用隙間４０ａを形成する部分が、フッ素樹脂と比べて撥油性が低いシリコーン樹脂によって形成されているので、油用隙間４０ａを形成する部分がフッ素樹脂によって形成されている構成と比較して、油用隙間４０ａに侵入した潤滑油１３１ａ中に気泡が生じ難く、潤滑油１３１ａ中の汚染物質の色の検出の感度が低下することを抑えることができる。

産業用ロボット１００および各減速機は、各オイル状態センサーによる潤滑油１３１ａ中の汚染物質の色の検出精度が低下することを隙間形成部材４０のシリコーン樹脂によって抑えることができるので、即時の故障の予知の正確性を長期間維持することができる。

産業用ロボット１００は、潤滑油１３１ａ中の汚染物質として１００μｍ以上の長さの鉄粉が部品の摩耗によって発生する場合がある。しかしながら、産業用ロボット１００および各減速機は、隙間形成部材４０のうち油用隙間４０ａを形成する部分がシリコーンゴムの膜４１ｄ、４２ｄによって形成されているので、隙間形成部材４０のうち油用隙間４０ａを形成する部分が例えばフッ素シリコーン系の材料の膜によって形成されている場合と比較して、膜を厚くすることができる。したがって、産業用ロボット１００および各減速機は、部品の摩耗によって発生した鉄粉が隙間形成部材４０のうち油用隙間４０ａを形成する膜に接触したとしても、膜が鉄粉によって削り取られることを防止することができる。例えば、シリコーンゴムの膜４１ｄ、４２ｄは、２０μｍの厚さで塗布されることができる。

なお、シリコーンゴムの膜４１ｄ、４２ｄは、例えば３００μｍなどの厚さで塗布されると、表面に凹凸が生じて光の散乱の原因になる場合がある。しかしながら、表面に凹凸が生じた場合であっても、膜４１ｄ、４２ｄは、研磨によって表面が平坦化されることが可能である。

各オイル状態センサーは、隙間形成部材４０のうち油用隙間４０ａを形成する部分がシリコーンゴムの膜４１ｄ、４２ｄによって形成されるので、隙間形成部材４０のうち油用隙間４０ａを形成する部分以外の部分がシリコーンゴム以外の物質によって形成されることができる。したがって、各オイル状態センサーは、隙間形成部材４０全体がシリコーンゴムによって形成される構成と比較して、シリコーンゴム用の隙間形成部材４０の金型の費用を不要にすることができ、製造コストを低減することができる。

直角プリズム４１の出射面４１ｃは、膜４１ｄが鉄粉などの汚染物質によって削り取られて薄くなった場合、薄くなった膜４１ｄが研磨などによって削り取られた後で、再び透明なシリコーン樹脂の膜４１ｄが施されることが可能である。同様に、直角プリズム４２の入射面４２ａは、膜４２ｄが鉄粉などの汚染物質によって削り取られて薄くなった場合、薄くなった膜４２ｄが研磨などによって削り取られた後で、再び透明なシリコーン樹脂の膜４２ｄが施されることが可能である。

なお、隙間形成部材４０の直角プリズム４１、４２は、本実施の形態においてガラス製であるが、例えばシリコーン樹脂など、ガラス以外の材質で形成されていても良い。シリコーン樹脂で直角プリズム４１、４２を形成することにより、シリコーン樹脂の膜４１ｄ、４２ｄを設けなくても、油用隙間４０ａを形成する面に汚れが付着し難くすることができる。

また、産業用ロボット１００および各減速機の各オイル状態センサーは、発光素子が白色の光を発する白色ＬＥＤであるので、発光素子が例えばＬＥＤ以外のランプである構成と比較して、小型化することができる。したがって、産業用ロボット１００および各減速機は、小型化することができる。なお、本発明の発光素子は、白色ＬＥＤ以外のものであっても良い。例えば、発光素子は、ＬＥＤ以外のランプであっても良い。また、発光素子は、赤色のＬＥＤ、あるいは、ＬＥＤ以外の赤色のランプと、緑色のＬＥＤ、あるいは、ＬＥＤ以外の緑色のランプと、青色のＬＥＤ、あるいは、ＬＥＤ以外の青色のランプとを備えており、それらのＬＥＤ、あるいは、ＬＥＤ以外のランプから発せられる各色の光を合成して白色の光を発するものであっても良い。

また、各オイル状態センサーは、隙間形成部材４０に光路１０ａを曲げる反射面４１ｂ、４２ｂが形成されているので、白色ＬＥＤ５２からＲＧＢセンサー５３までの光路１０ａが一直線である構成と比較して、白色ＬＥＤ５２およびＲＧＢセンサー５３を近くに配置して全体を小型化することができる。また、各オイル状態センサーは、隙間形成部材４０が油用隙間４０ａを形成する役割だけでなく、光路１０ａを曲げる役割も備えているので、隙間形成部材４０の代わりに光路１０ａを曲げる部材を別途備える構成と比較して、部品点数を減らすことができる。したがって、産業用ロボット１００および各減速機は、小型化することができるとともに、部品点数を減らすことができる。

特に、各オイル状態センサーは、光路１０ａを９０度曲げる反射面４１ｂ、４２ｂがそれぞれ形成されている２つの直角プリズム４１、４２によって隙間形成部材４０が構成されており、２つの直角プリズム４１、４２の反射面４１ｂ、４２ｂによって光路１０ａを１８０度曲げ、２つの直角プリズム４１、４２の間に油用隙間４０ａが形成されている構成であるので、部品点数の少ない簡単な構成で小型化することができる。したがって、産業用ロボット１００および各減速機は、部品点数の少ない簡単な構成で小型化することができる。

また、各オイル状態センサーは、光路１０ａの少なくとも一部を囲む筐体２０を備えており、光の反射を防止する処理が筐体２０の表面に施されている構成であるので、不要な反射光をＲＧＢセンサー５３が受けることを防止することができる。そのため、各オイル状態センサーは、不要な反射光をＲＧＢセンサー５３が受ける構成と比較して、潤滑油１３１ａ中の汚染物質の色の検出精度を向上することができる。したがって、産業用ロボット１００および各減速機は、故障の予知の精度を向上することができる。

減速機の故障の予知の精度は、本発明のオイル状態センサーと、潤滑油の温度を測定する温度センサーやモーターの電流値等のモニタリング機構などとが併用されることによって、更に向上させられることができる。

また、隙間形成部材４０は、本実施の形態において２つの直角プリズム４１、４２によって構成されているが、３つ以上のプリズムによって構成されていても良い。

なお、各オイル状態センサーは、白色ＬＥＤ５２およびＲＧＢセンサー５３の配置が本実施の形態において説明した配置以外の配置であっても良い。例えば、各オイル状態センサーは、白色ＬＥＤ５２からＲＧＢセンサー５３までの光路１０ａが一直線であっても良い。

また、各オイル状態センサーは、直角プリズム以外の構成によって、光路１０ａを曲げるようになっていても良い。

また、各オイル状態センサーは、電力の供給手段として、例えば、電池などのバッテリーを使用し、外部の装置への検出結果の出力手段として、例えば、ワイヤレス通信を使用しても良い。

なお、各オイル状態センサーの設置位置は、本実施の形態において示した位置に限らず、産業用ロボットの用途などに合わせて適宜設定されることが好ましい。

また、本発明の機械は、本実施の形態において産業用ロボットまたは産業用ロボット用減速機であるが、これら以外の機械であっても良い。例えば、鉄道車両において用いられる圧縮空気を生成する空気圧縮装置が本発明の機械として採用される場合、本発明のオイル状態センサーは、この空気圧縮装置の潤滑油の劣化を検出するものであっても良い。また、建築機械用走行モーターや建築機械用バルブが本発明の機械として採用される場合、本発明のオイル状態センサーは、この建築機械用走行モーターの潤滑油の劣化や、この建築機械用バルブの作動油の劣化を検出するものであっても良い。また、本発明の機械として風車が採用される場合、本発明のオイル状態センサーは、この風車の潤滑油の劣化を検出するものであっても良い。また、船舶などの乗り物のエンジンが本発明の機械として採用される場合、本発明のオイル状態センサーは、このエンジンのエンジンオイルの劣化を検出するものであっても良い。また、航空機の飛行姿勢を制御するフライトコントロールアクチュエーターが本発明の機械として採用される場合、本発明のオイル状態センサーは、このフライトコントロールアクチュエーターの作動油の劣化を検出するものであっても良い。また、本発明の機械として工作機械が採用される場合、本発明のオイル状態センサーは、この工作機械の切削油の劣化を検出するものであっても良い。また、トラックなどの商用車用のエアードライヤーが本発明の機械として採用される場合、本発明のオイル状態センサーは、このエアードライヤー内の圧縮空気に紛れ込んだオイルの有無を検出するものであっても良い。また、本発明の機械として真空ポンプが採用される場合、本発明のオイル状態センサーは、この真空ポンプの潤滑油の劣化を検出するものであっても良い。

１０ａ 光路
４０ 隙間形成部材
４０ａ 油用隙間
４１ 直角プリズム
４１ｂ 反射面
４１ｄ 膜
４２ 直角プリズム
４２ｂ 反射面
４２ｄ 膜
５２ 白色ＬＥＤ（発光素子）
５３ ＲＧＢセンサー（カラー受光素子）
１００ 産業用ロボット（機械）
１１２、１１３、１１４、１１５、１１６ アーム
１２０、１３０ 関節部
１３１ 減速機（機械、産業用ロボット用減速機）
１３１ａ 潤滑油（オイル）
１３２ 減速機本体（機械本体）
１３７ａ、１３７ｂ、１３９ａ、１３９ｂ オイル状態センサー
１４０、１５０、１６０、１７０ 関節部

Claims (6)

1. 機械本体に設置されて前記機械本体のオイルの状態を検出するためのオイル状態センサーであって、
   光を発する発光素子と、受けた光の色を検出するカラー受光素子と、前記オイルが侵入するための隙間である油用隙間が形成された隙間形成部材とを備えており、
   前記隙間形成部材は、前記発光素子によって発せられる光を透過させ、
   前記油用隙間は、前記発光素子から前記カラー受光素子までの光路上に配置されており、
   前記隙間形成部材のうち少なくとも前記油用隙間を形成する部分は、透明なシリコーン樹脂によって形成されていることを特徴とするオイル状態センサー。
2. 前記隙間形成部材は、前記油用隙間を形成する部分が前記シリコーン樹脂としてのシリコーンゴムの膜によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のオイル状態センサー。
3. 前記隙間形成部材は、前記光路を９０度曲げる反射面がそれぞれ形成されている２つの直角プリズムを備えており、前記２つの直角プリズムの前記反射面によって前記光路を１８０度曲げ、
   前記油用隙間は、前記２つの直角プリズムの間に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のオイル状態センサー。
4. 請求項１から請求項３までの何れかに記載のオイル状態センサーと、前記機械本体とを備えていることを特徴とする機械。
5. 請求項２に記載のオイル状態センサーと、前記機械本体とを備えており、
   前記機械は、産業用ロボット用減速機であり、
   前記機械本体は、減速機本体であり、
   前記オイルは、前記減速機本体の潤滑油であることを特徴とする機械。
6. 請求項２に記載のオイル状態センサーと、前記機械本体とを備えており、
   前記機械は、産業用ロボットであり、
   前記機械本体は、アームと、前記アームの関節部に使用される減速機とを備えており、
   前記オイルは、前記減速機の潤滑油であることを特徴とする機械。

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