JP6386484B2 - 異物検出パネルを備える電気装置 - Google Patents

Description

本発明は、異物検出パネルを備える電気装置に関する。

製品を製造する工場等には、工作機械、ロボット、および塗装機などの製造装置が配置される。製造装置は、所定の部品を動作させるための電動機と、電動機を駆動するための電気装置を備える。たとえば、工作機械は、工具を回転したりワークを移動したりするためのモータと、モータを駆動するためのサーボアンプと、サーボアンプを制御する数値制御装置とを備える。

ところで、工場の内部では、塵や液体等の異物が空気中を漂う場合がある。たとえば、工作機械による加工では、ワークの冷却や潤滑のために切削液が使用される場合がある。ワークを加工する加工室には開閉する扉が配置される。この扉を開いた時に、切削液の飛沫やミストが、工作機械の内部にとどまらずに工作機械の外部に放出される場合がある。または、加工時に発生する金属の粉塵が工作機械の外部に放出される場合がある。

サーボアンプや数値制御装置などの電気部品は、密閉された筐体の内部に配置される。ところが、筐体に配置された扉を開いた時には、空気中に漂う異物が筐体の内部に進入する場合がある。または、筐体が完全に密閉されていない場合には、異物が筐体の内部に侵入する。

特開平１０−２３９３７４号公報には、プリント基板の絶縁劣化を検出する絶縁劣化検出装置が開示されている。この絶縁劣化検出装置では、電極がプリント基板の全面に配設され、プリント基板の少なくとも一カ所で絶縁劣化が発生すれば直ぐに発見できることが開示されている。

特開昭６１−２３９３２２号公報には、表示装置に使用されるタッチパネル装置が開示されている。この公報には、表面音響波を用いて人が指などで押圧した座標を識別することが開示されている。

特開平１０−２３９３７４号公報 特開昭６１−２３９３２２号公報

電気部品が配置された筐体の内部に切削液のミストや粉塵が侵入すると、サーボアンプや数値制御装置等の電気部品に切削液や粉塵が付着する。この結果、電気部品が誤作動したり故障したりする場合がある。たとえば、プリント基板に異物が付着すると、プリント基板に形成された電気回路が腐食して、動作不良が生じたり動作しなくなったりする場合がある。

従来の技術における異物を検出する装置は、例えば、プリント基板の表面に配線パターンが形成されている。プリント基板に切削液等の異物が付着すると、配線のインピーダンスが変化する。そして、インピーダンスの変化に基づいて異物の付着が検出される。または、異物を検出する装置は、液体の侵入を検出するための湿度センサを備え、湿度の変化に基づいて異物を検出する。

しかしながら、プリント基板の表面に配線パターンが形成される装置では、異物の付着により検出用の配線自体が腐食してしまうと、プリント基板に配置された他の電気部品が正常でもプリント基板の交換が必要になる。湿度センサを用いる方法では、固体の異物の検出は困難である。また、湿度センサを用いる方法では、湿度の変化を伴わずに液体の異物が電気部品に落下した場合には検出が困難である。たとえば、キャビネットの壁面に付着した切削液が滴下するような場合には検出が困難である。

本発明の電気装置は、筐体の内部に配置された複数の電気部品と、筐体の内部に配置され、異物の接触を検出する異物検出パネルとを備える。電気装置は、異物検出パネルから出力される信号を受信して、異物検出パネルの表面に異物が接触しているか否かを判別する検出制御器と、検出制御器にて判別した異物の検出情報を外部の装置に送信する通信機とを備える。異物検出パネルは、異物検出領域を有する基板と、基板に表面弾性波を生じさせる第１の発信子および第２の発信子とを含む。異物検出パネルは、表面弾性波を予め定められた方向に反射する複数の第１の反射アレイおよび複数の第２の反射アレイと、基板を伝播した表面弾性波を受信する第１の受信子および第２の受信子とを含む。複数の第１の反射アレイは、第１の発信子から発信された表面弾性波を異物検出領域に向かうように反射する反射アレイと、異物検出領域を進行した表面弾性波を第１の受信子に向かうように反射する反射アレイとを含む。複数の第２の反射アレイは、第２の発信子から発信された表面弾性波を異物検出領域に向かうように反射する反射アレイと、異物検出領域を進行した表面弾性波を第２の受信子に向かうように反射する反射アレイとを含む。第１の反射アレイおよび第２の反射アレイは、第１の発信子および第２の発信子から発信された表面弾性波の進行する方向が、異物検出領域において互いに直交するように配置されている。複数の電気部品は、異物の付着により故障または劣化の可能性がある電気部品を含む。異物検出パネルは、筐体の内部の底面のほぼ全体を覆うように形成されている。検出制御器は、異物検出パネルにおける異物が付着した位置を検出する。

上記発明においては、電気部品を冷却する空気を供給する送風機と、送風機が噴き出す空気が異物検出領域に衝突するように配置されている異物検出パネルとを更に備えることができる。

本発明の電気装置によれば、電気部品が配置された筐体の内部への異物の侵入を検出することができる。

実施の形態における工作機械の主要部の概略正面図である。 実施の形態における強電盤の概略斜視図である。 実施の形態における異物検出パネルおよび検出制御器の概略平面図である。 実施の形態における異物検出パネル、検出制御器および数値制御装置のブロック図である。 実施の形態における他の強電盤の概略斜視図である。

図１から図５を参照して、実施の形態における電気装置について説明する。本実施の形態においては、電気装置として工作機械に取り付けられた強電盤を例示して説明する。

図１に、本実施の形態における工作機械の主要部の概略正面図を示す。本実施の形態の工作機械１は、数値制御式である。工作機械１は、ワーク７１に対する工具４の相対位置を変化させながら加工することにより、ワーク７１を所望の形状に加工することができる。

工作機械１は、工具４を支持する主軸ヘッド５を備える。工作機械１は、ワーク７１を固定するテーブル７を備える。工作機械１は、数値制御装置と、構成部材を駆動する駆動装置とを備える。本実施の形態の駆動装置は、テーブル７および主軸ヘッド５を予め定められた方向に移動するための複数のモータを含む。主軸ヘッド５およびテーブル７のうち少なくとも一方が移動することにより、ワーク７１に対する工具４の相対位置が変更される。また、駆動装置は、工具４が取り付けられた主軸を回転させるモータを含む。

数値制御装置は、バスを介して互いに接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する演算処理装置を含む。数値制御装置は、予め定められた動作プログラムに従って指令を送出する。駆動装置は、数値制御装置からの指令に基づいて駆動する。

本実施の形態における工作機械１は、ワーク７１の加工を行うときに、工具４がワーク７１に接触する部分に切削液７２を供給する切削液供給装置を備える。切削液供給装置は、切削液７２を噴出するノズル８を含む。切削液７２は、クーラントとも称される。切削液７２は、工具４とワーク７１との間の摩擦を抑制するために供給される。または、切削液７２は、工具４またはワーク７１を冷却するために供給される。

工作機械１は、枠体６２にて囲まれる空間である加工室６１を含む。テーブル７、主軸ヘッド５、およびノズル８は、加工室６１の内部に配置されている。また、枠体６２は、扉９を含む。扉９には、ワーク７１の加工期間中に加工室６１の状態を確認できるように、ガラス等の透明の部材で形成された窓部９ａが形成されている。扉９は、開いたり閉じたりできるように形成されている。扉９を開くことにより、ワーク７１または工具４を取り替えたり、主軸ヘッド５等の点検を行ったりすることができる。ワーク７１を加工するときには扉９は閉じられる。本実施の形態の加工室６１は、扉９を閉じることにより密閉された空間になる。

本実施の形態における工作機械１は、電気装置としての強電盤３を備える。本実施の形態の強電盤３の正面には、工作機械１を操作するための操作盤２が配置されている。本実施の形態の操作盤２は、工作機械１の加工に関する情報を表示する表示部２ａと、キーボード等を有する入力部２ｂとを含む。

図２に、本実施の形態における強電盤の概略斜視図を示す。図１および図２を参照して、強電盤３は、筐体３１を備える。筐体３１は、箱型に形成されている。筐体３１は、正面に配置されている扉３２を含む。扉３２は、開いたり閉じたりできるように形成されている。操作盤２は、扉３２に固定されている。筐体３１の内部には、電気部品としてのサーボアンプ３３が配置されている。サーボアンプ３３は、数値制御装置から制御信号を受信する。サーボアンプ３３は、受信した制御信号に基づいて、構成部品を動作させるモータに電気を供給する。本実施の形態におけるサーボアンプ３３は、筐体３１の側面に固定されている。

電気装置に配置される電気部品としては、サーボアンプに限られず、異物の付着により、故障または劣化の可能性がある任意の電気部品を採用することができる。たとえば、電気部品としては、サーボアンプの外に、ブレーカ（遮断器）、リレー、数値制御装置からの制御信号を所定の電気部品に伝達したり所定の電気部品からの信号を数値制御装置に送出したりするＩＯ（Input Output）機器、および、ＣＰＵ等が配置された数値制御装置の本体部等が含まれる。

本実施の形態における強電盤３は、筐体３１の内部に配置されている異物検出パネル１０を備える。異物検出パネル１０は、異物の接触を検出する。強電盤３では、筐体３１の内部の底面に異物検出パネル１０が配置されている。異物検出パネル１０は、筐体３１の内部の底面のほぼ全体を覆うように形成されている。

図３に、本実施の形態における異物検出パネルおよび検出制御器の概略平面図を示す。本実施の形態における異物検出パネル１０は、表面弾性波（ＳＡＷ）方式にて異物の接触を検出する。本実施の形態の表面弾性波方式は、超音波表面弾性波方式である。異物検出パネル１０は、表示装置等で使用されている表面弾性波方式によるタッチパネルに含まれる接触を検出するパネルを用いることができる。但し、後述する基板１５は、透明である必要はなく、不透明であっても構わない。また、液晶パネルのような画像を表示するためのパネルは不要である。

異物検出パネル１０は、基板１５を備える。基板１５は、表面弾性波を伝播できる任意の基板を採用することができる。基板１５としては、樹脂またはガラス等にて形成された板状部材を採用することができる。本実施の形態の基板１５は、平面形状が長方形に形成されている。

図３には、説明のためにＸ軸方向とＹ軸方向とが指定されている。異物検出パネル１０は、基板１５に表面弾性波を生じさせる発信子１１，１３を備える。発信子１１，１３は、送信側トランスデューサとも称される。異物検出パネル１０は、表面弾性波を予め定められた方向に反射する反射アレイ１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂと、基板１５を伝播した表面弾性波を受信する受信子１２，１４とを備える。受信子１２，１４は、受信側トランスデューサとも称される。

本実施の形態の異物検出パネル１０は、Ｙ軸方向に進行する表面弾性波を生成するための第１の発信子１１、第１の反射アレイ１６ａ，１６ｂ、および第１の受信子１２を含む。また、異物検出パネル１０は、Ｘ軸方向に進行する表面弾性波を生成するための第２の発信子１３、第２の反射アレイ１７ａ，１７ｂ、および第２の受信子１４を含む。

第１の反射アレイ１６ａ，１６ｂおよび第２の反射アレイ１７ａ，１７ｂは、基板１５の縁部に配置されている。第１の反射アレイ１６ａ，１６ｂおよび第２の反射アレイ１７ａ，１７ｂは、入射する表面弾性波が進行する方向に対して４５°傾く方向に延びるように形成されている反射部を含む。反射部は、互いに等間隔で形成されている。複数の反射部により反射パターンが形成されている。基板には、異物の接触を検出可能な異物検出領域が設定される。本実施の形態では、第１の反射アレイ１６ａ，１６ｂおよび第２の反射アレイ１７ａ，１７ｂにて挟まれる領域が異物検出領域１８になる。

第１の発信子１１は、矢印８１に示すように表面弾性波を発信する。表面弾性波は、第１の反射アレイ１６ａの反射パターンにより反射されて９０°進行方向を変える。表面弾性波は、矢印８２に示すように、対向する第１の反射アレイ１６ｂ向かって進行する。表面弾性波は、第１の反射アレイ１６ｂの反射パターンにより反射されて９０°進行方向を変える。表面弾性波は、矢印８３に示す様に進行して、第１の受信子１２により受信される。

同様に、第２の発信子１３は、矢印８４に示すように表面弾性波を発信する。表面弾性波は、第２の反射アレイ１７ａにおいて９０°向きを変えた後に、矢印８５に示すように進行する。表面弾性波は、第２の反射アレイ１７ｂにおいて９０°向きを変えた後に、矢印８６に示すように進行する。表面弾性波は、第２の受信子１４により受信される。

図４に、異物検出パネルおよび検出制御器のブロック図を示す。図３および図４を参照して、強電盤３は、検出制御器２１を備える。検出制御器２１は、ＣＰＵやＲＡＭ等を含む演算処理装置にて構成されている。検出制御器２１は、発信子１１，１３を制御して、表面弾性波の波形や表面弾性波を発生させる時期等を調整する。発信子１１，１３は、例えば、所定のピークの強度を有するバースト形状のパルス（超音波）を発振する。

検出制御器２１は、受信子１２，１４が受信した表面弾性波の信号を取得する。すなわち、検出制御器２１は、異物検出パネル１０から出力される信号を受信する。検出制御器２１は、表面弾性波の信号に基づいて、異物が異物検出パネル１０に接触しているか否かを判別する。更に、本実施の形態の検出制御器２１は、異物が接触している異物検出パネル１０における位置を検出することができる。

図１および図２を参照して、ワーク７１を加工している期間中には、ワーク７１の加工される部分に向けて多量の切削液７２が供給される。ワーク７１を加工している期間中には、加工室６１の内部に切削液７２の飛沫が飛び散る。また、加工室６１の内部には、多量の切削液７２のミストが存在する。

ワーク７１の加工を終了した後にも、加工室６１には切削液７２のミストが残存する。この状態で、扉９を開けると、加工室６１の内部のミストは、工作機械１が配置されている建物の内部に放出される。また、加工の際に生じた金属の粉塵が建物の内部に放出される。この結果、建物の空気中には、粉塵および切削液のミストが浮遊する。粉塵および切削液のミストが浮遊する状態で強電盤３の扉３２を開くと、筐体３１の内部に粉塵および切削液のミストが侵入する。そして、筐体３１の壁面またはサーボアンプ３３等電気部品に粉塵および切削液のミストが付着する。

例えば、サーボアンプ３３の表面に付着した切削液７２のミストが蓄積されると、図２に示す様に、切削液７２の液滴になる。そして、液滴が大きくなると矢印８８に示す様に異物検出パネル１０の表面に落下する。

図３を参照して、異物検出パネル１０に異物が接触すると、基板１５を伝播していた表面弾性波の進行が阻害される。例えば、矢印８２に示すように進行する表面弾性波は、異物としての切削液７２により減衰する。第１の受信子１２にて検出される表面弾性波の信号の強度が弱くなる。また、矢印８５に示すように進行する表面弾性波は、切削液７２により減衰する。検出制御器２１は、表面弾性波が減衰したことを検出することにより、基板１５に異物が接触したと判別する。

更に、第１の受信子１２は、最初に表面弾性波を受信した時間と表面弾性波の強度が弱くなる時間とを検出する。同様に、第２の受信子１４は、最初に表面弾性波を受信した時間と表面弾性波の強度が弱くなる時間とを検出する。検出制御器２１は、表面弾性波の強度が弱くなる時間に基づいて、切削液７２が付着したＸ軸方向の位置およびＹ軸方向の位置を算出することができる。異物検出パネル１０は、液体の異物の接触と同様に、粉塵などの固体の異物の接触についても検出することができる。

図３および図４を参照して、強電盤３は、検出制御器２１と外部の装置との通信を行うための通信機２２を備える。本実施の形態の外部の装置は、数値制御装置２５である。検出制御器２１は、通信線２３および通信機２２を介して、数値制御装置２５の指令を受信し、異物を検出する制御を実施する。

検出制御器２１は、通信機２２および通信線２３を介して、異物の検出情報を数値制御装置２５に送信する。すなわち、検出制御器２１は、異物が検出されたか否かを数値制御装置２５に送信する。異物検出パネル１０により異物が検出されたら場合には、例えば、数値制御装置２５は、操作盤２の表示部２ａに異物を検出した警告を表示させることができる。

また、本実施の形態の異物検出パネルは、異物が付着した位置を推定するように形成されている。検出制御器２１は、異物が検出された位置を数値制御装置２５に送信する。数値制御装置２５は、例えば、操作盤２の表示部２ａに異物が接触した位置を表示させることができる。

このように、本実施の形態における強電盤３は、異物検出パネル１０により、筐体３１の内部に異物が侵入したことを検出することができる。また、強電盤３は、簡易な構成で、異物の侵入を検出することができる。

従来の技術において、プリント基板上に配線パターンを設ける異物の検出方法では、腐食が進行した後に異物が検出される場合がある。このために、プリント基板は、交換しなければならない。これに対して、本実施の形態における異物検出パネル１０は、異物が付着したときに即座に検出することが可能である。異物検出パネル１０は、早期に異物の侵入を検出することができる。このために、電気部品に腐食等が生じて故障する前に、異物の侵入を検出することができる。また、異物検出パネル１０は、異物を検出した後には、基板の表面を拭き取って、再度使用することができる。

本実施の形態における異物検出パネル１０は、切削液および粉塵の侵入の他にも、任意の異物が筐体３１に侵入したことを検出することができる。例えば、建物の中に侵入した昆虫などが強電盤の内部に進入する場合がある。このような場合でも、昆虫が異物検出パネル１０に接触することにより、異物の侵入を検出することができる。

また、扉３２を開放した場合以外にも、異物が侵入する経路は多くの経路が考えられる。例えば、強電盤に引き込まれるケーブルの挿入口から異物が侵入することが考えられる。または、筐体が密閉されていない場合には、筐体に形成された隙間から異物が侵入する場合がある。本実施の形態の異物検出パネル１０は、異物の侵入経路に依存せずに異物の侵入を検出することができる。

本実施の形態における異物検出パネル１０は、平面形状が長方形であるが、任意の平面形状の異物検出パネルを形成することができる。このために、例えば、筐体の形状に合わせて異物検出パネルを形成することができる。

本実施の形態の異物検出パネル１０は、筐体３１の内部の底面に配置されている。筐体の内部に侵入した異物は、重力の作用を受ける。筐体３１の内部で落下する異物を効果的に検出することができる。なお、異物検出パネル１０は、筐体３１の底面に配置される場合に、筐体３１の内部の底面のほぼ全体を覆うように大きく形成されることが好ましい。この構成により、筐体３１に侵入した異物の検出漏れを抑制することができる。

本実施の形態における異物検出パネル１０は、異物が付着したＸ軸方向の位置およびＹ軸方向の位置を検出する。このために、異物が落下した位置を特定することができる。例えば異物が液体である場合には、液体は、異物を検出した位置の真上に配置されている部品から落下した可能性が高い。このように、異物が付着していた位置を容易に推定することができる。そして、異物の付着により電気部品が故障したり誤作動が生じたりする虞がある場合には、電気部品から液体を除去するなどの処置を行うことができる。

なお、異物検出パネルは、異物が接触した位置を算出できなくても構わない。異物検出パネルは、異物が接触した否かを判別できれば良い。たとえば、本実施の形態では、第１の発信子および第１の受信子に加えて、第２の発信子および第２の発信子を備えるが、この形態に限られず、少なくとも一対の発信子および受信子が配置されていれば構わない。例えば、本実施の形態における第２の発信子、第２の受信子、および第２の反射アレイが配置されていなくても構わない。

図５に、本実施の形態における他の強電盤の概略斜視図を示す。電気部品が配置されている電気装置においては、電気部品を冷却する空気を供給する送風機が配置される場合がある。送風機は筐体の内部において、空気の流れを生じさせるように配置されている。図５に示す強電盤６のサーボアンプ３３は、送風機３４を含む。送風機３４は、サーボアンプ３３の内部に冷却空気を供給する。送風機３４は、サーボアンプ３３の上部に配置されている。送風機３４は、矢印８９に示すように上側に向かって空気を放出するように形成されている。

筐体３１の上部に配置されているサーボアンプ３３の送風機３４が吹き出した空気は、筐体３１の上面に衝突する。筐体３１の内部の空気に切削液のミストが含まれている場合には、筐体３１の上面に切削液が溜まり易くなる。すなわち、送風機３４から噴出される空気が衝突する部分に切削液が溜まり易くなる。

本実施の形態の他の強電盤６は、筐体３１の内面のうち上面に異物検出パネル１０が配置されている。異物検出パネル１０は、送風機３４の空気の噴出し口と対向するように配置されている。特に、異物検出パネル１０は、送風機３４が噴き出す空気が基板１５の表面の異物検出領域１８に衝突するように配置されている。この構成を採用することにより、異物の侵入を早期に検出することができる。

電気装置に配置される送風機は、筐体の任意の位置に配置することができる。そして、異物検出パネルは、送風機が噴き出す空気が基板の表面の異物検出領域に衝突するように任意の位置に配置することができる。また、本実施の形態における異物検出パネルは、筐体の壁面に固定されているが、この形態に限られず、例えば異物検出パネルを支持する支持部材を設けても構わない。そして、基板が送風機の噴出し口に対向するように、異物検出パネルを配置することができる。

本実施の形態では、電気装置として強電盤を例に取り上げたが、この形態に限られず、異物の付着によって故障、誤作動または劣化の可能性がある電気部品を含む任意の電気装置に本発明を適用することができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

３，６ 強電盤
１０ 異物検出パネル
１１，１３ 発信子
１２，１４ 受信子
１５ 基板
１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ 反射アレイ
１８ 異物検出領域
２１ 検出制御器
２２ 通信機
２５ 数値制御装置
３１ 筐体
３３ サーボアンプ
３４ 送風機
７２ 切削液

Claims (2)

1. 筐体の内部に配置された複数の電気部品と、
   前記筐体の内部に配置され、異物の接触を検出する異物検出パネルと、
   異物検出パネルから出力される信号を受信して、異物検出パネルの表面に異物が接触しているか否かを判別する検出制御器と、
   検出制御器にて判別した異物の検出情報を外部の装置に送信する通信機とを備え、
   異物検出パネルは、異物検出領域を有する基板と、前記基板に表面弾性波を生じさせる第１の発信子および第２の発信子と、表面弾性波を予め定められた方向に反射する複数の第１の反射アレイおよび複数の第２の反射アレイと、前記基板を伝播した表面弾性波を受信する第１の受信子および第２の受信子とを含み、
   複数の第１の反射アレイは、第１の発信子から発信された表面弾性波を異物検出領域に向かうように反射する反射アレイと、異物検出領域を進行した表面弾性波を第１の受信子に向かうように反射する反射アレイとを含み、
   複数の第２の反射アレイは、第２の発信子から発信された表面弾性波を異物検出領域に向かうように反射する反射アレイと、異物検出領域を進行した表面弾性波を第２の受信子に向かうように反射する反射アレイとを含み、
   第１の反射アレイおよび第２の反射アレイは、第１の発信子および第２の発信子から発信された表面弾性波の進行する方向が、異物検出領域において互いに直交するように配置されており、
   複数の電気部品は、異物の付着により故障または劣化の可能性がある電気部品を含み、
   異物検出パネルは、前記筐体の内部の底面のほぼ全体を覆うように形成されており、
   検出制御器は、異物検出パネルにおける異物が付着した位置を検出することを特徴とする、電気装置。
2. 電気部品を冷却する空気を供給する送風機と、
   前記送風機が噴き出す空気が異物検出領域に衝突するように配置されている異物検出パネルとを更に備える、請求項１に記載の電気装置。

Images