JP7068206B2 - 工作機械に配置された電動機の内部への異物の侵入を検出する異物検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械に配置された電動機の内部への異物の侵入を検出する異物検出装置に関する。

従来から装置の部品を移動したり回転したりするためにモータが使用されることが知られている。モータを備える装置は、様々な環境において使用される。例えば、モータは、塵又は埃等が多く存在する環境において使用される場合がある。この場合に、モータの内部に塵または埃等の異物が侵入してモータが故障する虞がある。

モータを制御する装置は、モータの内部に異物が侵入したことを検出できることが好ましい。従来の技術においては、モータを駆動するための電気回路において、電圧またはインピーダンス等を検出することにより、軸受けなどに異物が侵入したことを検出することが知られている（例えば、特開２００２－１３１１８７号公報および特開２０１７－３４８５８号公報を参照）。または、モータの軸受に電気回路の一部を形成して、異物を検出する方法が知られている（例えば、実開昭５０－１０６６０７号公報を参照）。

更に、装置の構成部品の異常を検出するために、装置にセンサを配置することが知られている。例えば、モータに配置されるオイルシールの破損を検出するために、温度検出器をモータに配置することが知られている（例えば、特開２００４－２４２４１６号公報を参照）。または、工作機械の主軸ヘッドにおいて、異常が生じている部品を判定するために、主軸ヘッドにセンサを配置することが知られている（例えば、特開２０１８－１８７７０３号公報を参照）。

特開２００２－１３１１８７号公報 特開２０１７－３４８５８号公報 実開昭５０－１０６６０７号公報 特開２００４－２４２４１６号公報 特開２０１８－１８７７０３号公報

ワークを切削したり研磨したりする場合に、工作機械にてワークを加工することが知られている。工作機械にてワークを加工すると切粉が発生する。また、ワークを加工するときに、ワークを加工する部分に向けて切削液が供給される場合がある。切粉および切削液は、加工する部分の周りに飛散する。このために、工作機械には、ワークを加工するための部屋である加工室が配置される場合がある。加工室は、切粉および切削液が外部に飛散しないように形成されている。

工作機械の加工室の内部に、モータが配置される場合がある。例えば、工具を保持する主軸を回転する主軸モータは、加工室の内部に配置される。または、ワークを固定するテーブルを移動する送り軸モータおよび主軸ヘッドが固定された部材を移動する送り軸モータは、加工室の内部に配置される場合がある。このようなモータは、切粉および切削液が多く存在する環境にて使用される。この結果、モータの内部に異物が侵入しやすくなる。

モータの内部に異物が侵入すると、モータの性能が低下したり、故障したりする場合がある。モータの性能が低下したり、モータが故障したりすると工作機械を停止しなければならないという問題がある。このために、モータの内部に異物が侵入したことを精度良く検出できることが好ましい。

本開示の一態様は、工作機械に配置される電動機の内部への異物の侵入を検出する異物検出装置である。異物検出装置は、電動機の内部に配置されたセンサを備える。異物検出装置は、センサの出力に基づいて異物が電動機の内部に侵入している否かを判定する制御装置を備える。センサは、異物が有する物性を検出するように形成されている。制御装置は、異物の物性の情報を記憶する記憶部と、異物の侵入および異物の種類を判定する判定部とを含む。異物の物性の情報は、異物の種類を判定するための異物の種類に対応する情報と、異物の侵入を判定するための情報とを含む。判定部は、センサにて検出される異物の物性の情報に基づいて異物の種類を判定し、センサの出力に基づいて異物の侵入を判定する。

本開示の一態様の異物検出装置によれば、工作機械に配置される電動機の内部への異物の侵入を精度よく検出することができる。

実施の形態における第１の異物検出装置を備える工作機械のブロック図である。 実施の形態における第１の異物検出装置のセンサが配置された送り軸モータの概略断面図である。 実施の形態における第２の異物検出装置を備える工作機械のブロック図である。 実施の形態における第２の異物検出装置のセンサが配置された送り軸モータの概略断面図である。

図１から図４を参照して、実施の形態における異物の侵入を検出する異物検出装置について説明する。本実施の形態の異物検出装置は、工作機械の電動機の内部への異物の侵入を判定し、更に、侵入した異物の種類を判定する。

図１は、本実施の形態の工作機械のブロック図である。工作機械１は、ワークに対する工具の相対位置を変化させながらワークを加工する。工作機械１は、ワークに対する工具の相対位置を変化させる送り軸を有する。例えば、送り軸は、３つの直動軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）により構成されている。工作機械１の送り軸としては、この形態に限られず、任意の直動軸や回転送り軸から構成することができる。

工作機械１は、送り軸に沿ってワークまたは工具を移動する移動装置５を備える。移動装置５は、それぞれの送り軸に対応して配置された送り軸モータ３１を含む。工作機械１は、工具を保持ながら工具を回転する主軸ヘッド６を備える。主軸ヘッド６は、工具を支持する主軸と、主軸を回転させる主軸モータ３２とを含む。

工作機械１は、送り軸モータ３１および主軸モータ３２を制御する機械制御装置２を備える。本実施の形態の機械制御装置２は、プロセッサとしてのＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する演算処理装置（コンピュータ）を含む。演算処理装置は、ＣＰＵにバスを介して接続されたＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する。

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を動作させる加工プログラム７は、作業者により予め生成されている。機械制御装置２は、加工プログラム７および判定範囲等の加工に関する情報を記憶する記憶部３と、加工プログラム７に基づいてモータの動作指令を生成する指令生成部４とを含む。工作機械１は、機械制御装置２にて生成された動作指令に基づいて、送り軸モータ３１および主軸モータ３２に電気を供給するモータ駆動装置３３を含む。モータ駆動装置３３が電気を供給することにより、送り軸モータ３１および主軸モータ３２が駆動する。

機械制御装置２は、作業者が加工に関する情報を入力する入力部８を含む。入力部８は、例えばキーボード等により構成されている。機械制御装置２は、加工に関する情報を表示する表示部９を含む。表示部９は、例えば液晶表示パネル等により構成されている。

図２に、本実施の形態における第１の異物検出装置のセンサが配置された電動機の概略部分断面図を示す。本実施の形態の電動機は、工作機械に配置されている。本実施の形態では、電動機として送り軸モータ３１を例に取り上げて説明する。送り軸モータ３１は、ロータ１１と、ステータ１２とを備える。ステータ１２は、例えば、軸方向に積層された複数の磁性鋼板にて形成されているステータコア２７を含む。ステータコア２７には、コイル１６が巻回されている。ロータ１１は、棒状に形成されたシャフト１３と、シャフト１３の外周面に固定されたロータコア１７と、ロータコア１７の内部に配置された磁石１８とを含む。本実施の形態の磁石１８は、永久磁石である。シャフト１３は、回転力を伝達するために他の部材に連結される。シャフト１３は、回転軸ＲＡの周りに回転する。本実施の形態では、回転軸ＲＡの延びる方向において、シャフト１３が他の部材に連結される側を前側と称する。また、前側と反対側を後側と称する。図２に示す例では、矢印８１が送り軸モータ３１の前側を示す。

送り軸モータ３１は、ハウジングとして、前側のハウジング２１および後側のハウジング２２を含む。ハウジング２１，２２は、筒状に形成されている。ステータ１２は、ボルト等の締結部材により、ハウジング２１，２２に固定されている。ハウジング２１，２２は、ベアリング１４，１５を介してロータ１１を回転可能に支持する。ハウジング２１は、ベアリング１４を支持している。ハウジング２２には、ベアリング１５を支持するベアリング支持部材２６が固定されている。ハウジング２１の前側の端部と、シャフト１３との間には、異物の侵入を抑制するためのオイルシール２０が配置されている。

シャフト１３の後側の端部には、シャフト１３の回転位置または回転数を検出するためのエンコーダ１９が配置されている。ハウジング２２の後側の端部には、ハウジング２２の内部の空間を閉止するリヤカバー２３が固定されている。

図１および図２を参照して、工作機械１は、工作機械１に配置される電動機の内部への異物の侵入を検出する第１の異物検出装置５１を備える。本実施の形態の第１の異物検出装置５１は、送り軸モータ３１の内部への異物の侵入を検出する。

本実施の形態の送り軸モータ３１は、工作機械１の加工室の内部に配置されている。加工室は、スプラッシュガードと称される壁を構成する部材により囲まれている。ワークを加工すると、切粉が発生する。また、ワークを加工する時には、ワークを冷却したりワークと工具との間の摩擦を減少したりするために切削液が供給される。または、切削液は、ワークの加工点の近傍に残存する切粉を除去する機能を有する。切削液は、例えば、ワークが加工されている部分に向けて工作機械１に配置されたノズルから噴射される。

加工室の内部には、多くの切削液および切粉が飛散している。送り軸モータ３１の周りには、切削液および切粉等の異物が存在する。また、送り軸モータ３１には減速機が連結される場合がある。減速機の内部には潤滑油が配置されている。本実施の形態の異物検出装置は、切削液、切粉、および潤滑油のうち、少なくとも１つの異物が送り軸モータ３１の内部に侵入したことを検出する。

第１の異物検出装置５１は、切削液の侵入を検出する。異物検出装置５１は、送り軸モータ３１の内部に配置されたセンサを備える。異物検出装置５１には、複数のセンサが配置されている。異物検出装置５１は、湿度センサ４１、イオンセンサ４２、ｐＨセンサ４３、ガスセンサ４４、および臭気センサ４５を含む。異物検出装置５１は、センサの出力に基づいて、異物が送り軸モータ３１の内部に侵入しているか否かを判定する制御装置を備える。本実施の形態においては、機械制御装置２が異物の侵入を判定する制御装置として機能する。なお、所定の信号を取得するためのセンサが電動機の内部に配置される一方で、センサから取得される信号を処理する電気回路は電動機の外部に配置されていても構わない。

送り軸モータ３１の内部に配置されるセンサは、送り軸モータ３１の内部に侵入する虞がある異物が有する物性を検出するように形成されている。機械制御装置２は、記憶部３に異物の物性の情報を記憶している。異物の物性に関する情報は、例えば、異物が有する物性値に関する判定範囲を含む。作業者は、異物の物性に関する情報を予め作成する。作業者は、入力部８を介して、異物の物性に関する情報を記憶部３に入力する。

機械制御装置２は、送り軸モータ３１の内部への異物の侵入および侵入した異物の種類を判定する判定部１０を含む。判定部１０は、記憶部３から異物の物性の情報を取得する。また、判定部１０は、それぞれのセンサの出力を取得する。判定部１０は、センサの出力と異物の物性の情報とを比較することにより、異物の侵入および異物の種類を判定する。すなわち、判定部１０は、特定の異物が電動機の内部に侵入したか否かを判定する。

本実施の形態の制御では、判定部１０は、センサの出力に基づいて、物性値が異物に関する判定範囲内であるか否かを判定する。異物に関する判定範囲は予め定められて記憶部３に記憶されている。判定部１０は、センサの出力に基づく物性値が異物に関する判定範囲内である場合に、異物がモータの内部に侵入したと判定する。それぞれの物性値の判定範囲は、作業者が予め定めることができる。

判定部１０の判定としては、この形態に限られない。例えば、異物の物性の情報として、異物の物性値の上昇速度の判定範囲を記憶部３に記憶することができる。判定部１０は、センサの出力に基づいて異物の物性値の上昇速度を算出することができる。判定部１０は、上昇速度が判定範囲内である場合に、異物が侵入したと判定することができる。または、異物の物性の情報として、所定の物質が含まれているか否かを記憶部３に記憶することができる。判定部１０は、センサの出力に基づいて所定の物質が検出された時に、異物が侵入したと判定することができる。

判定部１０は、任意の時期にセンサの出力を取得して、異物の侵入および異物の種類の判定を実施することができる。例えば、判定部１０は、送り軸モータ３１が駆動している期間中に判定を行うことができる。または、判定部１０は、ワークを加工している期間中、すなわち、加工室の内部に切削液および切粉などが多く存在している期間中に、判定を行うことができる。または、判定部１０は、検出の対象となる異物が発生している期間中に判定を行うことができる。例えば、異物が切削液である場合に、判定部１０は、切削液を供給するノズルからワークに向けて切削液が噴射されている期間中に、切削液の侵入の判定を行うことができる。

判定部１０の判定により、特定の異物が電動機の内部に侵入したことを検出した場合に、表示部９は、特定の異物により劣化または故障する可能性を有する部品の情報を表示することができる。特定の異物と劣化または故障する可能性を有する部品との関係は、記憶部３に記憶されている。または、表示部９は、作業者に対する警告を表示することができる。作業者は、表示部９に表示される警告を見て、送り軸モータ３１を修理したり、部品の交換を準備したりすることができる。

次に、それぞれのセンサの出力に基づいて異物の侵入を検出する制御について説明する。なお、本実施の形態の異物検出装置５１は、複数のセンサを含むが、この形態に限られない。異物検出装置５１は、少なくとも１つのセンサを含んでいれば構わない。

異物検出装置５１は、異物が有する物性を検出するためのセンサとして、湿度センサ４１を含む。湿度センサ４１は、送り軸モータ３１の内部の空気の湿度を検出する。工作機械の切削液には、水溶性の切削液と、不水溶性の切削液とが存在する。ここでの例では、水溶性の切削液が使用されている。水溶性の切削液は、水にて希釈されるために成分に水が含まれる。送り軸モータ３１の内部の空間は密閉されている。水溶性の切削液が送り軸モータ３１の内部に侵入すると、送り軸モータ３１の内部の空間の湿度が上昇する。

記憶部３は、異物の物性の情報として、水溶性の切削液に関する湿度の判定範囲を記憶している。判定部１０は、湿度センサ４１の出力に基づいて、送り軸モータ３１の内部の湿度が、切削液に関する判定範囲内であるか否かを判定する。例えば、湿度センサ４１は、送り軸モータ３１の内部の湿度を検出する。判定部１０は、湿度センサ４１にて検出された湿度が、切削液に関する湿度の判定値よりも大きいか否かを判定する。判定部１０は、湿度が切削液に関する判定値よりも大きい場合に、水溶性の切削液がモータの内部に侵入したと判定する。

または、異物の物性の情報としては、湿度の上昇速度に関する判定範囲が記憶されていても構わない。判定部１０は、湿度センサ４１にて取得される湿度が予め定められた判定値よりも大きな速度にて上昇した時に、送り軸モータ３１の内部に、水溶性の切削液が侵入したと判定しても構わない。

水溶性の切削液が送り軸モータ３１の内部に侵入したと判定される場合に、表示部９は、切削液が侵入したことを表示する。また、表示部９は、水溶性の切削液が接触することにより、劣化したり故障したりする可能性を有する部品の情報を表示する。例えば、表示部９は、コイル１６等の部品に使用されている巻線に、絶縁不良が生じる虞があるという情報を表示する。または、表示部９は、ベアリング１４，１５、ロータコア１７、またはステータコア２７などの部品に錆が発生する虞があるという情報を表示することができる。

送り軸モータ３１の内部では、ロータ１１が回転するために、送り軸モータ３１の内部の空気は撹拌される。送り軸モータ３１の内部の空間の湿度は、ほぼ一定になる。このために、湿度センサ４１は、送り軸モータ３１の内部の空間の任意の位置に配置することができる。図２に示す例では、湿度センサ４１は、ハウジング２２の内周面に固定されている。または、湿度センサ４１は、ベアリング支持部材２６等のハウジング２１，２２の内部に配置される部材に固定されても構わない。

次に、異物検出装置５１は、異物が有する物性を検出するためのセンサとして、ガスセンサ４４および臭気センサ４５を含む。ガスセンサ４４および臭気センサ４５は、切削液に含まれる物質に対応するガスを検出するセンサである。図１および図２に示す例においては、ガスセンサ４４および臭気センサ４５の両方のセンサが配置されているが、いずれか一方のセンサが配置されていても構わない。

ガスセンサ４４は、送り軸モータ３１の内部の空気に含まれる特定のガスを検出する。例えば、切削液に極圧添加剤として硫黄化合物が含まれている場合がある。この場合に、硫黄化合物から生成される硫化水素を検出するガスセンサ４４が配置される。本実施の形態のガスセンサ４４は、特定のガスの濃度を検出する。

臭気センサ４５は、送り軸モータ３１の内部の空気の臭気を検出する。例えば、切削液には、添加剤として有機化合物が添加される場合がある。有機化合物の添加剤は、極圧添加剤としての機能の他に、ワークの錆の発生を抑制したり、界面活性剤として機能したりする。有機化合物は、特有の臭気を発する。切削液の添加剤に揮発性の有機化合物が含まれている場合に、有機性化合物の臭気を検出する臭気センサ４５が配置される。本実施の形態の臭気センサ４５は、臭気の強度を検出する。臭気の強度は、ガスの濃度に対応する。このために、臭気センサ４５は、特定のガスの濃度を検出することができる。

これらの場合の異物の物性の情報としては、切削液に関するガスの濃度の判定範囲を採用することができる。切削液に関するガスの濃度の判定範囲は予め定められて、記憶部３に記憶されている。判定部１０は、ガスセンサ４４または臭気センサ４５の出力を取得する。判定部１０は、切削液に関する判定範囲を記憶部３から取得する。判定部１０は、ガスセンサ４４または臭気センサ４５の出力に基づいて、ガスの濃度が切削液に関する判定範囲内であるか否かを判定する。判定部１０は、ガスの濃度が切削液に関する判定範囲内である場合に、切削液が送り軸モータ３１の内部に侵入したと判定する。

なお、判定部１０は、臭気センサ４５にて検出される臭気の強さからガスの濃度を算出することができる。または、臭気の強さが予め定められた臭気の強さの判定範囲内である場合に、ガスの濃度がガスの濃度の判定範囲内であると判定しても構わない。

切削液が送り軸モータ３１の内部に侵入したと判定される場合に、表示部９は、切削液が侵入したことを表示する。また、表示部９は、切削液が接触することにより劣化または故障する虞がある部品の情報を表示することができる。例えば、硫黄化合物を含む切削液が送り軸モータ３１の内部に侵入したと判定される場合に、表示部９は、ゴムにて形成されている部品が劣化する虞があることを表示することができる。例えば、表示部９は、ハウジング２１，２２とステータ１２との間に配置されたＯ－リング、検出器を固定する部分に配置されたＯ－リング、または、オイルシール２０が劣化する虞があることを表示することができる。

ガスセンサ４４および臭気センサ４５は、湿度センサ４１と同様に、送り軸モータ３１の内部の空間の任意の位置に配置することができる。図２に示す例においては、ガスセンサ４４は、ハウジング２２の内面に固定されている。また、臭気センサ４５は、ハウジング２１の内面に固定されている。

次に、異物検出装置５１は、異物が有する物性を検出するためのセンサとして、切削液に含まれる物質に対応するイオンを検出するイオンセンサ４２を含む。切削液には、添加剤として、塩素化合物、硫黄化合物、またはリンの化合物が含まれる場合がある。例えば、極圧添加剤として、これらの化合物が含まれる場合がある。イオンセンサ４２としては、塩素化合物、硫黄化合物、またはリンの化合物などに対応するイオンを検出するセンサを用いることができる。例えば、切削液の添加剤に塩素化合物が含まれている場合に、塩素イオンを検出するイオンセンサ４２を配置することができる。切削液の添加剤に硫黄化合物が含まれている場合に、硫化物イオンを検出するイオンセンサ４２を配置することができる。または、切削液の添加剤にリンの化合物が含まれている場合に、リン化物イオンを検出するイオンセンサ４２を配置することができる。

イオンセンサ４２としては、液体に所定の濃度以上の特定のイオンが含まれているか否かを判定するセンサを用いることができる。または、イオンセンサ４２としては、液体に含まれるイオン濃度を検出するセンサを用いることができる。

これらの場合の異物の物性の情報としては、切削液に関するイオン濃度の判定範囲を採用することができる。切削液に関するイオン濃度の判定範囲は、予め定められて記憶部３に記憶されている。判定部１０は、イオンセンサ４２の出力を取得する。判定部１０は、切削液に関するイオン濃度の判定範囲を記憶部３から取得する。判定部１０は、イオンセンサ４２の出力に基づいて、イオン濃度が切削液に関する判定範囲内であるか否かを判定する。判定部１０は、イオン濃度が切削液に関する判定範囲内である場合に、切削液が送り軸モータ３１の内部に侵入したと判定する。

切削液が送り軸モータ３１の内部に侵入したと判定される場合に、表示部９は、切削液の侵入の情報と共に、切削液が接触することにより劣化または故障する虞がある部品の情報を表示することができる。例えば、イオンセンサ４２が塩素イオンを検出する場合に、表示部９は、送り軸モータ３１の内部に配置されている樹脂にて形成された部品が劣化する虞があることを表示することができる。例えば、表示部９は、コイルを包むように形成されている樹脂の含浸剤が劣化する虞があることを表示することができる。または、イオンセンサ４２が硫化物イオンを検出するセンサである場合に、表示部９は、オイルシール２０等のゴムにて形成されている部品が劣化する虞があることを表示することができる。

イオンセンサ４２は、送り軸モータ３１の内部の任意の位置に配置することができる。しかしながら、イオンセンサ４２がイオンを検出するためには、液体がイオンセンサ４２に接触する必要がある。このために、イオンセンサ４２は、切削液が送り軸モータ３１の内部に侵入する経路の近傍に配置することが好ましい。

切削液は、送り軸モータ３１の構成部品の継ぎ目から侵入する。送り軸モータ３１は、送り軸モータ３１の外部と内部とを隔離する複数の部品を含む。例えば、ハウジング２１，２２、ステータ１２、リヤカバー２３、シャフト１３、およびオイルシール２０が、送り軸モータ３１の内部と外部を隔離する部品に相当する。イオンセンサ４２は、これらの部品同士が接触している部分の近傍に配置されることが好ましい。

例えば、矢印８２に示すように、ハウジング２１とステータ１２とが接触している部分、または、ハウジング２２とステータ１２とが接触している部分から切削液が侵入する。または、切削液は、矢印８３に示すように、オイルシール２０とシャフト１３とが接触している部分から送り軸モータ３１の内部の空間に侵入する。このために、図２に示す例においては、イオンセンサ４２は、それぞれのハウジング２１，２２とステータ１２とが接触している部分の近傍に配置されている。また、イオンセンサ４２は、オイルシール２０とシャフト１３とが接触する部分の近傍に配置されている。オイルシール２０とベアリング１４とに挟まれる空間にイオンセンサ４２が配置されている。これらの構成を採用することにより、侵入してきた切削液がイオンセンサ４２に接触しやすくなり、より確実に切削液の侵入を検出することができる。上記の形態の他にも、リヤカバー２３とハウジング２２とが接触する部分の近傍にイオンセンサを配置しても構わない。

次に、異物検出装置５１は、異物が有する物性を検出するためのセンサとして、ｐＨ値を検出するｐＨセンサ４３を含む。ｐＨセンサ４３は、液体のｐＨ値を検出することができる。切削液には、前述の様に、様々な添加剤が含まれている。ｐＨ値は、添加剤に応じて変化する。

この場合の異物の物性の情報としては、切削液に関するｐＨ値の判定範囲を採用することができる。切削液に関するｐＨ値の判定範囲は、予め定められて記憶部３に記憶されている。判定部１０は、ｐＨセンサ４３の出力を取得する。判定部１０は、ｐＨセンサ４３の出力に基づいて、ｐＨ値が切削液に関する判定範囲内であるか否かを判定する。判定部１０は、ｐＨ値が切削液に関する判定範囲内である場合に、切削液が送り軸モータ３１の内部に侵入したと判定する。

切削液が送り軸モータ３１の内部に侵入したと判定される場合に、表示部９は、切削液の侵入の情報と共に、切削液が接触することにより劣化または故障する虞がある部品の情報を表示することができる。例えば、切削液がアルカリ性の場合には、ハウジング２１，２２等のアルミニウムにて形成されている部品が腐食する虞があることを表示することができる。また、表示部９は、オイルシール２０等のゴムにて形成されている部品、または、樹脂にて形成されている部品が劣化する虞があることを表示することができる。

ｐＨセンサ４３がｐＨ値を検出するためには、液体がｐＨセンサに接触する必要が有る。このために、イオンセンサ４２と同様に、ｐＨセンサ４３は、送り軸モータ３１の外部と内部とを隔離する部品同士が接触している部分の近傍に配置されることが好ましい。図２に示す例においては、ｐＨセンサ４３は、ハウジング２１とステータ１２とが接触する部分の近傍、ハウジング２２とステータ１２とか接触する部分の近傍、およびオイルシール２０とシャフト１３とか接触する部分の近傍に配置されている。

このように、送り軸モータ３１に、湿度センサ４１、イオンセンサ４２、ｐＨセンサ４３、ガスセンサ４４、および臭気センサ４５のうち、少なくとも１つのセンサが配置される。そして、判定部１０は、予め定められた切削液に関する判定範囲と比較することにより、送り軸モータ３１の内部に切削液が侵入したか否かを判定することができる。

本実施の形態の異物検出装置５１は、特定の異物としての切削液の侵入を判定するために、複数のセンサを含む。複数のセンサは、互いに種類が異なるセンサを含んでいる。図１および図２に示す例においては、湿度センサ４１およびイオンセンサ４２等の５種類のセンサが配置されている。

これらの複数のセンサのうち、互いに種類が異なる２個以上のセンサを送り軸モータ３１の内部に配置することができる。判定部１０は、それぞれのセンサの出力に対して異物の侵入および異物の種類を判定する。例えば、判定部１０は、それぞれのセンサの出力に対して切削液が侵入したか否かを判定する。そして、判定部１０は、複数のセンサのうち少なくとも１つのセンサの出力に対して異物が侵入していると判定される場合に、送り軸モータ３１の内部に異物が侵入していると判定することができる。この制御により、早期に異物の侵入を検出することができる。例えば、湿度センサ４１を用いる場合には、湿度が上昇するまで時間がかかる場合がある。また、イオンセンサ４２は切削液が接触する必要が有る。しかしながら、送り軸モータ３１に湿度センサ４１およびイオンセンサ４２を配置することにより、切削液の侵入を検出できる機会が増えて、切削液の侵入を早く検出することができる。

または、判定部１０は、複数のセンサの全ての出力に対して異物が侵入したと判定される場合に、送り軸モータ３１に異物が侵入したと判定しても構わない。すなわち、判定部１０は、複数のセンサのうち、少なくとも１つのセンサの出力に対して異物が侵入していないと判定される場合に、最終的に送り軸モータ３１の内部に切削液は侵入していないと判定しても構わない。例えば、イオンセンサ４２の出力に基づいて切削液が侵入したと判定される一方で、湿度センサ４１の出力に基づいて切削液が侵入していないと判定される場合がある。この場合に、判定部１０は、最終的に切削液が侵入していないと判定することができる。この制御により、確実に異物が侵入した時に限り、異物が侵入したと判定することができる。

次に、送り軸モータの内部に侵入する異物として切削液以外の例について説明する。図３に、本実施の形態における他の工作機械のブロック図を示す。図４に、本実施の形態における他の工作機械の送り軸モータの概略断面図を示す。図３に示す工作機械１は、第２の異物検出装置５２を備える。

図３および図４を参照して、第２の異物検出装置５２は、異物としての切粉または潤滑油が送り軸モータ３１に侵入したことを検出する。始めに、切粉の侵入の判定について説明する。工作機械１は、磁性を有するワークを加工する場合がある。例えば、鉄にて形成されたワークを加工する場合がある。異物検出装置５２は、異物が有する物性を検出するためのセンサとして、近接センサ４６を含む。近接センサ４６は、近接センサ４６から物までの距離を検出する。または、近接センサ４６は、物が予め定められた距離まで接近したことを検出する。本実施の形態の近接センサ４６は、磁性を有する物を検出する。すなわち、近接センサ４６は、磁性を有しない物は検出せずに、磁性を有する物を検出する。工作機械１にてワークを加工する時に磁性を有する切粉が生じる。

作業者は、異物の物性の情報として、切粉に関する距離の判定範囲を予め定めて、記憶部３に入力する。判定部１０は、切粉に関する距離の判定範囲を記憶部３から取得する。また、判定部１０は、近接センサ４６の出力を取得する。判定部１０は、近接センサ４６の出力に基づいて、距離の判定範囲内まで物が接近しているか否かを判定する。判定部１０は、物が距離の判定範囲内まで接近している場合に、切粉が送り軸モータ３１の内部に侵入したと判定する。すなわち、判定部１０は、近接センサ４６によって物の接近が検出された場合に、送り軸モータ３１の内部に切粉が侵入したと判定する。

切粉が送り軸モータ３１の内部に侵入した場合には、巻線の絶縁不良、または、送り軸モータ３１の内部に配置されているコネクタの絶縁不良が生じる虞がある。または、ベアリング１４，１５などの部品に切粉が侵入すると、異音または振動が生じたり破損したりする虞がある。判定部１０が切粉の侵入を判定した場合に、表示部９は、切粉が侵入したことを表示する。また、表示部９は、送り軸モータ３１の内部における部品の絶縁不良、部品の損傷、異音、および振動が生じる虞があることを表示することができる。

図４を参照して、切粉は、所定の大きさを有するために、ハウジング２１，２２とステータ１２とが接触している部分から侵入する可能性は小さい。一方で、切粉は、矢印８３に示すように、オイルシール２０とシャフト１３とが接触している部分から侵入する虞がある。このために、近接センサ４６は、オイルシール２０とシャフト１３とが接触している部分の近傍に配置することができる。このように、近接センサ４６は、電動機の外部と内部とを隔離する複数の部品同士が接触している部分の近傍に配置することができる。例えば、近接センサ４６は、オイルシール２０とベアリング１４との間の空間に配置することができる。この構成により、より正確に切粉の侵入を判定することができる。

次に、潤滑油の侵入の判定について説明する。送り軸モータ３１のシャフト１３に減速機が連結される場合がある。減速機の内部には、歯車を潤滑するための潤滑油が配置されている。このために、潤滑油が送り軸モータ３１の内部に侵入する場合がある。

異物検出装置５２は、異物が有する物性を検出するためのセンサとして、イオンセンサ４２およびｐＨセンサ４３を含む。イオンセンサ４２は、潤滑油に含まれる物質に対応するイオンを検出する。潤滑油には、添加剤として極圧添加剤が含まれる場合がある。潤滑油の極圧添加剤には、硫黄化合物または塩素系化合物が含まれる場合がある。このために、潤滑油を検出するためのイオンセンサ４２としては、たとえば、硫化物のイオンを検出するセンサまたは塩素イオンを検出するセンサを採用することができる。

作業者は、異物の物性の情報として、潤滑油に関するイオン濃度の判定範囲を予め定めて記憶部３に入力する。判定部１０は、イオンセンサ４２の出力に基づいて、イオン濃度が潤滑油に関する判定範囲内であるか否かを判定する。そして、判定部１０は、イオン濃度が潤滑油に関する判定範囲内である場合に、潤滑油が送り軸モータ３１の内部に侵入したと判定する。

または、作業者は、異物の物性の情報として、潤滑油に関するｐＨ値の判定範囲を予め定めて記憶部３に入力する。潤滑油は、添加剤に応じてｐＨ値が変化する。判定部１０は、ｐＨセンサ４３の出力に基づいて、ｐＨ値が潤滑油に関する判定範囲内であるか否かを判定する。そして、判定部１０は、ｐＨ値が潤滑油に関する判定範囲内である場合に、潤滑油が送り軸モータ３１の内部に侵入したと判定する。

潤滑油が送り軸モータ３１の内部の部品に接触すると、絶縁不良が生じる場合がある。潤滑油が送り軸モータ３１の内部に侵入したと判定される場合に、表示部９は、送り軸モータ３１の内部に配置されている部品の絶縁不良が生じる虞があることを表示することができる。例えば、表示部９は、コイルまたはコネクタの絶縁不良が生じる虞があることを表示する。または、オイルシール２０とベアリング１４との間に、電磁ブレーキが配置される場合がある。電磁ブレーキに潤滑油が侵入することにより、クラッチが滑って電磁ブレーキが十分に効かない場合がある。このために、表示部９は、電磁ブレーキが十分に効かなくなる虞があることを表示することができる。

図４を参照して、潤滑油は、シャフト１３に連結された減速機から流入することが考えられる。潤滑油は、矢印８３に示すように、オイルシール２０とシャフト１３とが接触している部分から侵入する。このために、潤滑油の侵入を検出するためのイオンセンサ４２は、オイルシール２０とシャフト１３とが接触している部分の近傍に配置することができる。このように、イオンセンサ４２は、電動機の外部と内部とを隔離する複数の部品同士が接触している部分の近傍に配置することができる。例えば、イオンセンサ４２は、オイルシール２０とベアリング１４との間の空間に配置することができる。また、ｐＨセンサ４３についても、イオンセンサ４２と同様の位置に配置することができる。この構成により、より正確に潤滑油の侵入を検出することができる。

ところで、ｐＨセンサ４３の出力にする切削液に関するｐＨ値の判定範囲と、ｐＨセンサ４３の出力にする潤滑油に関するｐＨ値の判定範囲とは互いに異なる場合がある。特に、切削液に関する判定範囲が潤滑油に関する判定範囲とは重複しない場合がある。この場合に、判定部１０は、切削液の侵入および潤滑油の侵入を共通のｐＨセンサ４３の出力に基づいて判定することができる。

この場合の異物の物性の情報としては、切削液に関するｐＨ値の判定範囲および潤滑油に関するｐＨ値の判定範囲を採用することができる。判定部１０は、ｐＨセンサ４３の出力に基づいて、ｐＨ値が切削液に関する判定範囲内であるか否かを判定する。また、判定部１０は、ｐＨセンサ４３の出力に基づいて、ｐＨ値が潤滑油に関する判定範囲内であるか否かを判定する。そして、判定部１０は、ｐＨ値が切削液に関する判定範囲内である場合に、切削液が送り軸モータ３１の内部に侵入したと判定する。または、判定部１０は、ｐＨ値が潤滑油に関する判定範囲内である場合に、潤滑油が送り軸モータ３１の内部に侵入したと判定する。

このように、複数の種類の異物に対して、１つの種類のセンサの出力に対する判定範囲が互いに異なる場合には、共通のセンサにて複数の異物の判定を行うことができる。上記の実施の形態においては、ｐＨセンサの出力に基づいて切削液の侵入または潤滑油の侵入を判定しているが、この形態に限られない。例えば、イオンセンサの出力に対する切削液に関するイオンの判定範囲と、イオンセンサに対する潤滑油のイオンの判定範囲とが互いに重複しない場合に、共通のイオンセンサの出力に基づいて切削液の侵入または潤滑油の侵入を判定することができる。

本実施の形態の異物検出装置５１は、異物の物性を検出するセンサを用いて、異物の侵入および異物の種類を判定する。このために、精度よく異物の侵入を判定することができる。例えば、電動機の内部に温度を検出するセンサを配置して異物の侵入を検出ことが考えられる。この場合に、モータの周りの温度またはモータが発する熱などの影響を受けて、正確な判定をできない場合がある。しかしながら、本実施の形態の異物検出装置は、異物の物性に関して判定を行うために、精度よく異物の侵入を判定することができる。

上記の実施の形態における異物検出装置５１，５２には、湿度センサ４１、イオンセンサ４２、ｐＨセンサ４３、ガスセンサ４４、臭気センサ４５、および近接センサ４６が配置されているが、この形態に限られない。電動機の内部に配置されるセンサとしては、異物が有する物性を検出するための任意のセンサを配置することができる。

本実施の形態の制御装置は、モータと離れた位置に配置され、モータと通信線を介して接続されているが、この形態に限られない。制御装置の一部または全部がモータに固定されていても構わない。

本実施の形態では、工作機械の電動機のうち送り軸モータを例に取り上げて説明したが、この形態に限られない。工作機械に配置されている他の電動機にも本実施の形態の異物検出装置を適用することができる。特に、工作機械の加工室の内部では、切削液および切粉が飛散するために、電動機の内部に異物が侵入しやすくなる。このために、加工室の内部に配置される主軸モータなどの電動機に、本実施の形態の異物検出装置を適用することが好ましい。

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。

１ 工作機械
２ 機械制御装置
３ 記憶部
９ 表示部
１０ 判定部
１２ ステータ
１３ シャフト
２０ オイルシール
２１，２２ ハウジング
３１ 送り軸モータ
３２ 主軸モータ
４１ 湿度センサ
４２ イオンセンサ
４３ ｐＨセンサ
４４ ガスセンサ
４５ 臭気センサ
４６ 近接センサ
５１，５２ 異物検出装置

Claims (12)

1. 工作機械に配置される電動機の内部への異物の侵入を検出する異物検出装置であって、
   前記電動機の内部に配置されたセンサと、
   前記センサの出力に基づいて異物が前記電動機の内部に侵入しているか否かを判定する制御装置と、を備え、
   前記センサは、異物が有する物性を検出するように形成されており、
   前記制御装置は、異物の物性の情報を記憶する記憶部と、異物の侵入および異物の種類を判定する判定部とを含み、
   異物の物性の情報は、異物の種類を判定するための異物の種類に対応する情報と、異物の侵入を判定するための情報とを含み、
   前記判定部は、前記センサにて検出される異物の物性の情報に基づいて異物の種類を判定し、前記センサの出力に基づいて異物の侵入を判定することを特徴とする、異物検出装置。
2. 前記センサは、切削液に含まれる物質に対応するイオンを検出するイオンセンサであり、
   異物の物性の情報は、切削液に関するイオン濃度の判定範囲であり、
   前記判定部は、前記イオンセンサの出力に基づいて、イオン濃度が切削液に関する判定範囲内であるか否かを判定し、イオン濃度が切削液に関する判定範囲内である場合に、切削液が前記電動機の内部に侵入したと判定する、請求項１に記載の異物検出装置。
3. 前記センサは、ｐＨ値を検出するｐＨセンサであり、
   異物の物性の情報は、切削液に関するｐＨ値の判定範囲であり、
   前記判定部は、前記ｐＨセンサの出力に基づいて、ｐＨ値が切削液に関する判定範囲内であるか否かを判定し、ｐＨ値が切削液に関する判定範囲内である場合に、切削液が前記電動機の内部に侵入したと判定する、請求項１に記載の異物検出装置。
4. 前記センサは、切削液に含まれる物質に対応するガスを検出するガスセンサまたは臭気センサであり、
   異物の物性の情報は、切削液に関するガスの濃度の判定範囲であり、
   前記判定部は、前記ガスセンサまたは前記臭気センサの出力に基づいて、ガスの濃度が切削液に関する判定範囲内であるか否かを判定し、ガスの濃度が切削液に関する判定範囲内である場合に、切削液が前記電動機の内部に侵入したと判定する、請求項１に記載の異物検出装置。
5. 前記工作機械は、水溶性の切削液をワークに向けて噴射するように形成されており、
   前記センサは、湿度センサであり、
   異物の物性の情報は、水溶性の切削液に関する湿度の判定範囲であり、
   前記判定部は、前記湿度センサの出力に基づいて、前記電動機の内部の湿度が切削液に関する判定範囲内であるか否かを判定し、湿度が切削液に関する判定範囲内である場合に、水溶性の切削液が前記電動機の内部に侵入したと判定する、請求項１に記載の異物検出装置。
6. 前記工作機械は、磁性を有するワークを加工し、
   前記センサは、磁性を有する物が接近したことを検出する近接センサであり、
   異物の物性の情報は、前記物と前記近接センサとの距離の判定範囲であり、
   前記判定部は、前記近接センサの出力に基づいて、距離の判定範囲内まで前記物が接近しているか否かを判定し、前記物が距離の判定範囲内まで接近している場合に、ワークを加工する時に生じる切粉が前記電動機の内部に侵入したと判定する、請求項１に記載の異物検出装置。
7. 前記センサは、潤滑油に含まれる物質に対応するイオンを検出するイオンセンサであり、
   異物の物性の情報は、潤滑油に関するイオン濃度の判定範囲であり、
   前記判定部は、前記イオンセンサの出力に基づいて、イオン濃度が潤滑油に関する判定範囲内であるか否かを判定し、イオン濃度が潤滑油に関する判定範囲内である場合に、潤滑油が前記電動機の内部に侵入したと判定する、請求項１に記載の異物検出装置。
8. 前記センサは、ｐＨ値を検出するｐＨセンサであり、
   異物の物性の情報は、潤滑油に関するｐＨ値の判定範囲であり、
   前記判定部は、前記ｐＨセンサの出力に基づいて、ｐＨ値が潤滑油に関する判定範囲内であるか否かを判定し、ｐＨ値が潤滑油に関する判定範囲内である場合に、潤滑油が前記電動機の内部に侵入したと判定する、請求項１に記載の異物検出装置。
9. 前記電動機は、前記電動機の外部と内部とを隔離する複数の部品を含み、
   前記センサは、前記複数の部品同士が接触している部分の近傍に配置されている、請求項２、３、７、８のいずれか一項に記載の異物検出装置。
10. 予め定められた特定の異物の侵入を判定する複数のセンサを備え、
    複数のセンサは、互いに種類が異なるセンサを含んでおり、
    前記判定部は、それぞれのセンサの出力に対して異物の侵入および異物の種類を判定し、複数のセンサのうち少なくとも１つのセンサの出力に対して異物が侵入していると判定される場合に、前記電動機の内部に異物が侵入していると判定する、請求項１に記載の異物検出装置。
11. 予め定められた特定の異物の侵入を判定する複数のセンサを備え、
    複数のセンサは、互いに種類が異なるセンサを含んでおり、
    前記判定部は、それぞれのセンサの出力に対して異物の侵入および異物の種類を判定し、全てのセンサの出力に対して異物が侵入していると判定される場合に、前記電動機の内部に異物が侵入していると判定し、複数のセンサのうち少なくとも１つのセンサの出力に対して異物が侵入していないと判定される場合に、前記電動機の内部に異物が侵入していないと判定する、請求項１に記載の異物検出装置。
12. 前記センサは、ｐＨ値を検出するｐＨセンサであり、
    異物の物性の情報は、切削液に関するｐＨ値の判定範囲および潤滑油に関するｐＨ値の判定範囲であり、
    切削液に関するｐＨ値の判定範囲は、潤滑油に関するｐＨ値の判定範囲と重複しない範囲であり、
    前記判定部は、前記ｐＨセンサの出力に基づいて、ｐＨ値が切削液に関するｐＨ値の判定範囲内または潤滑油に関するｐＨ値の判定範囲内であるか否かを判定し、ｐＨ値が切削液に関するｐＨ値の判定範囲内である場合に切削液が前記電動機の内部に侵入したと判定し、ｐＨ値が潤滑油に関するｐＨ値の判定範囲内である場合に、潤滑油が前記電動機の内部に侵入したと判定する、請求項１に記載の異物検出装置。

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