JP7094081B2

JP7094081B2 - センサ

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Publication number: JP7094081B2
Application number: JP2017116250A
Authority: JP
Inventors: 武士桐山; 健西村; 和彦櫻井; 昌樹原田
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2022-07-01
Anticipated expiration: 2037-06-13
Also published as: JP2018163133A

Description

本発明は、センサに関するものである。

減速機等の機械装置では、歯車や軸受等の機械部品の損傷を防止するため、機械部品を収容するハウジング内に潤滑油が貯められている。潤滑油内には、機械装置の運転時に機械部品が摩耗することにより、摩耗粉（主に鉄粉）が混入する。

一般に、機械部品の摩耗が進んで故障率曲線（バスタブ曲線）における摩耗故障期に入ると、潤滑油への摩耗粉の混入量（機械部品における摩耗粉の発生量）が増加する。予防保全を行うためには、摩耗粉の発生量増加を適切なタイミングで検知する必要がある。

例えば特許文献１に、オイル内の金属粉量を検知するセンサが記載されている。特許文献１に記載のセンサは、永久磁石を有するセンサヘッド部と、センサヘッド部の先端面に設けられたカップ状電極と、センサヘッド部の外周面に並べて配置された複数の棒状導電体を備えている。永久磁石によって磁場が印加される棒状導電体とカップ状電極の対向する端面間（検知領域）に摩耗粉が集積して導電体が短絡すると、センサの出力が変化する。特許文献１では、センサの出力が変化することにより、オイルの汚れ具合を検知することが可能となっている。

特開２００５－３３１３２４号公報

特許文献１のセンサでは、検知領域以外の周辺空間にも磁束が漏れ出して、検知領域以外の箇所にも摩耗粉が集積するため、検知領域に集積する摩耗粉が少なくなり、検知感度が低下してしまうという問題がある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、摩耗粉等の磁性粉を検知領域に効率的に集積させることにより、センサが磁性粉を検知する感度を向上させることである。

本発明の一実施形態に係るセンサは、電極間に磁場を印加し、潤滑油中に浮遊する磁性粉が存在する磁性粉を電極間に集積して、電極間の電気抵抗の低下を検知するセンサであって、電極間の少なくとも一部に磁性粉が集積可能な検知領域が設けられ、検知領域以外の電極の周囲の空間である非検知領域において磁性粉の集積が抑制された、ことを特徴とする。

上記のセンサにおいて、第１電極と、第２電極と、を含み、第１電極と第２電極との間にギャップ部が設けられ、ギャップ部の少なくとも一部に、磁場が印加される検知領域が設けられた構成としてもよい。

上記のセンサにおいて、第１電極が、磁場を生じさせる磁石である構成としてもよい。

上記のセンサにおいて、磁場を生じさせる磁石を更に備えた構成としてもよい。

上記のセンサにおいて、非検知領域において、電極を被覆して磁性粉の集積を抑制する、非磁性体の被覆部材を備えた構成としてもよい。

上記のセンサにおいて、磁石の全周が磁石用被覆部材によって被覆された構成としてもよい。

上記のセンサにおいて、磁場が、検知領域に選択的に印加される構成としてもよい。

上記のセンサにおいて、検知領域が複数設けられた構成としてもよい。

上記のセンサにおいて、第１検知領域と第２検知領域を有し、磁石のＮ極に隣接して第１検知領域が設けられ、磁石のＳ極に隣接して第２検知領域が設けられた構成としてもよい。

上記のセンサにおいて、複数の第２電極を備え、複数の第２電極と第１電極との間にそれぞれギャップ部が設けられ、ギャップ部のそれぞれに検知領域が設けられた構成としてもよい。

上記のセンサにおいて、複数の検知領域において、ギャップ長がそれぞれ異なる構成としてもよい。

上記のセンサにおいて、第１電極と第２電極の電極対を複数備え、複数の電極対において、ギャップ長がそれぞれ異なる構成としてもよい。

上記のセンサにおいて、外周部に幅の狭い凹部を有し、凹部の奥部に検知領域が設けられた構成としてもよい。

上記のセンサにおいて、検知領域と外部空間との間に配置された、大粒子径の異物の通過を阻止するフィルタ部材を備えた構成としてもよい。

上記のセンサにおいて、検知領域から外部に磁束が漏れないように構成された構成としてもよい。

上記のセンサにおいて、検知領域が、第１電極に形成された第１平面と、第２電極に形成された、第１平面と平行に対向する第２平面と、で挟まれた領域であり、磁束が、検知領域において、第１平面及び第２平面と垂直に交わる構成としてもよい。

本発明の一実施形態によれば、非検知領域において磁性粉の集積が抑制されるため、磁性粉を検知領域に効率的に集積させることを可能にし、その結果、センサの検知感度が向上し、摩耗粉の発生量増加を確実に（高い信頼性で）検知することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る産業用ロボットの側面図である。本発明の一実施形態に係る産業用ロボットに備えられる関節部及びその周辺の構成を示す断面図である。本発明の実施例１に係るセンサの構成を示す図である。本発明の実施例２に係るセンサの構成を示す図である。本発明の実施例３に係るセンサの構成を示す図である。本発明の実施例４に係るセンサの構成を示す図である。本発明の実施例５に係るセンサの構成を示す図である。本発明の実施例６に係るセンサの構成を示す図である。本発明の実施例７に係るセンサの構成を示す図である。本発明の実施例８に係るセンサの構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、本発明の一実施形態として、産業用ロボットを例に取り説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る産業用ロボット１の側面図である。産業用ロボット１は、６軸の垂直多関節ロボットである。

図１に示されるように、産業用ロボット１は、床、壁又は天井等に産業用ロボット１を取り付けるための取付部１１と、アームＡ１～Ａ５及び関節部Ｊ１～Ｊ６を備えている。関節部Ｊ１は、取付部１１とアームＡ１とを可動に連結する。関節部Ｊ２は、アームＡ１とアームＡ２とを可動に連結する。関節部Ｊ３は、アームＡ２とアームＡ３とを可動に連結する。関節部Ｊ４は、アームＡ３とアームＡ４とを可動に連結する。関節部Ｊ５は、アームＡ４とアームＡ５とを可動に連結する。産業用ロボット１の先端部（関節部Ｊ６の先端部）には、不図示のハンドピースが取り付けられる。

各関節部Ｊ１～Ｊ６は、それぞれ駆動用のサーボモータ及び減速機を備えている。関節部Ｊ１～Ｊ６の基本的な構成は共通しているため、以下、関節部Ｊ１～Ｊ６を代表して関節部Ｊ２について具体的な構成を説明し、関節部Ｊ１、Ｊ３～Ｊ６については詳細の説明を省略する。

図２は、関節部Ｊ２及びその周辺の構成を示す部分断面図である。図２に示されるように、関節部Ｊ２は、フランジ１０、減速機２０及びサーボモータ３０を備えている。

フランジ１０は関節部Ｊ２のフレームであり、減速機２０及びサーボモータ３０のケースがフランジ１０に取り付けられる。また、フランジ１０は、アームＡ１に固定される。フランジ１０は、中空部（空間Ｓ）を有する略筒状の部材である。フランジ１０の軸方向両端の開口部は、それぞれ減速機２０及びサーボモータ３０により塞がれ、密閉された空間Ｓが形成される。空間Ｓ内には潤滑油が充填され、フランジ１０はオイルバスとしても機能する。

減速機２０は、フランジ１０に取り付けられたケース２０６と、サーボモータ３０の出力軸３１に接続された入力軸２０２と、アームＡ２に固定された出力軸２０４を備えている。入力軸２０２及び出力軸２０４は、ケース２０６に対して回転軸ＡＸ周りに回転可能に支持されている。サーボモータ３０の出力は、入力軸２０２を介して減速機２０に入力され、減速機２０によって減速された後、出力軸２０４を介してアームＡ２に伝達される。この構成により、サーボモータ３０を回転駆動すると、アームＡ２がアームＡ１に対して回転軸ＡＸ周りに回転駆動されるようになっている。

減速機２０の歯車機構が収容されるケース２０６内の空間は、フランジ１０内の空間Ｓと連絡している。減速機２０が作動すると、ケース２０６内の歯車機構の回転に伴い、ケース２０６内の空間とフランジ１０内の空間Ｓとの間で潤滑油の循環が生じる。この潤滑油の循環により、減速機２０の内部で発生した摩耗粉がフランジ１０内の空間Ｓに排出される。

空間Ｓ内には、潤滑油中に浮遊する摩耗粉の増加を検知するためのセンサ４０が支持部材２１４に取り付けられている。センサ４０は、磁石によって摩耗粉を電極間のギャップ部に集積させて、電極間の電気抵抗の変化によって潤滑油中の摩耗粉の量を検知するセンサである。センサ４０には、複数のバリエーションが考えられる。図３～図１０の夫々に、センサ４０のバリエーションの一部を例示する。なお、センサ４０はケース２０６内に配置しても良い。

［実施例１］
図３は、本発明の実施例１に係るセンサ４０Ａの構成を示す図である。図３（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、センサ４０Ａの平面図、右側面図、正面図である。図３（ｄ）は、図３（ａ）のＡ_Ａ－Ａ_Ａ線における断面図である。図３（ｅ）は、図３（ｃ）のＢ_Ａ－Ｂ_Ａ線における断面図である。また、以下の説明において、図３（ｅ）における左右方向をＸ軸方向、上下方向をＹ軸方向、図３（ｄ）における上下方向をＺ軸方向（高さ方向、軸方向）と呼ぶ。また、図３（ｄ）における上方（Ｚ軸正方向）を上、下方（Ｚ軸負方向）を下と呼ぶ。なお、センサ４０Ａは、使用時には、いずれの方向を鉛直方向に向けてもよい。

図３に示されるように、センサ４０Ａは、永久磁石４０２Ａ、箱状電極（電極）４０６Ａ、保持部材４０８Ａ及びジャケット部材４１０Ａを備えている。なお、図３（ｄ）に示されるように、信号線４１は箱状電極４０６Ａに接続され、信号線４２は永久磁石４０２Ａに接続されている。これにより、永久磁石４０２Ａは磁石と電極とを兼ねている。

箱状電極４０６Ａは、例えば鉄やフェライトコア、ケイ素鋼等の導電性を有する磁性材料によって形成された磁性体の部材である。箱状電極４０６Ａは、略円筒状であるが、その軸方向における一端側（図３における下側）の開口部が底部４０６Ａａで塞がれ、上面に開口部を有する、円筒箱状となっている。なお、箱状電極４０６Ａの形状は、箱状のみならず、上面のみ開口した直方体形状や下面が塞がれた多角管形状などの電極でもよい。さらに、電極４０６Ａは、非磁性体の銅などでも良い。

箱状電極４０６Ａの中空部には、非磁性体（絶縁体）である樹脂製の保持部材４０８Ａ（被覆部材）が配置されている。保持部材４０８Ａの上部中央には、永久磁石４０２Ａが埋め込まれている。

すなわち、箱状電極４０６Ａは、永久磁石４０２Ａが埋設された保持部材４０８Ａを取り囲う位置に配置されている。なお、永久磁石４０２Ａの形状は、直方体状に限らず、円柱状や多角柱状など、他の形状としてもよい。

図３（ｅ）に示されるように、永久磁石４０２Ａの外形は、箱状電極４０６Ａの内周よりも小さい。そのため、永久磁石４０２Ａと箱状電極４０６Ａとの間には、永久磁石４０２Ａの全周に亘って（永久磁石４０２Ａを取り囲う位置に）ギャップ部Ｇ_Ａが形成されている。言い換えると、永久磁石４０２Ａと箱状電極４０６Ａは、ギャップ部Ｇ_Ａを介して対向配置されている。

永久磁石４０２Ａは電極としての機能を兼ねている。永久磁石４０２Ａ、箱状電極４０６Ａの各電極には、出力ライン（図２及び図３に示される信号線４１、４２）が接続されている。なお、例えば永久磁石４０２Ａの上面等に、磁性体である別の電極が取り付けられていてもよい。また、永久磁石４０２Ａは、磁石や電磁石でも良く、磁石を銅などの非磁性体で被覆しこの銅に信号線４２を接続しても良い。

出力ラインの出力端は、センサ４０Ａの抵抗値をモニタして、抵抗値の変動から潤滑油の劣化を判定するセンサ駆動回路（不図示）と接続されている。一定量を超える摩耗粉がギャップ部Ｇ_Ａに集積する（概略的にはギャップ部Ｇ_Ａが摩耗粉で埋まる）と、永久磁石４０２Ａと箱状電極４０６Ａとの間の電気抵抗が低下して（短絡して）、出力ラインの出力レベルが変化する。センサ駆動回路は、この電気抵抗の低下により潤滑油の劣化を検知する。また、電気抵抗の低下には、非通電と電通によるオンオフ信号も含まれ、非通電と通電の２つの状態で検知（以下、「デジタル検知」と言う）しても良い。

センサ駆動回路は、有線又は無線により、マニピュレータ等の上位制御装置に接続されている。回路基板４３は、出力ラインの出力（センサ４０Ａの出力）を上位制御装置に常時送信してもよく、また、省電力化のため、上位制御装置に間欠的（所定の時間間隔毎）に送信してもよい。

上位制御装置は、回路基板４３より受け取った出力ラインの出力レベルの変化を検知すると、所定の報知手段（表示装置や音声出力装置）により、例えば減速機２０のメンテナンスを促す警告を発する。

永久磁石４０２Ａは、図３（ｄ）の矢印Ｍ_Ａ方向に着磁されている。そのため、図３（ｄ）に示される磁束経路φ_Ａが形成される。永久磁石４０２Ａの全周に亘るギャップ部Ｇ_Ａの中で、磁束経路上に位置する領域には強い磁束が流れる。また、永久磁石４０２ＡのＳ、Ｎの各磁極近傍に位置する領域にも強い磁束が流れる。以下、説明の便宜上、この領域を「検知領域」と記し、本実施例１における検知領域に符号「Ｇ_Ａ」を付す。

ギャップ部Ｇ_Ａには、永久磁石４０２Ａの磁力により、潤滑油へ混入した機械部品の摩耗粉が吸着される。摩耗粉は、特に、強い磁束が流れる検知領域Ｄ_Ａに吸着される。検知領域Ｄ_Ａには、安定した量（例示的には、潤滑油への混入量に大凡比例した量）の摩耗粉が吸着される。

ギャップ部Ｇ_Ａのうち、検知領域Ｄ_Ａ以外の領域（以下、「非検知領域」と記す。）は、永久磁石４０２Ａとの距離が遠く離れている。そのため、永久磁石４０２Ａとの距離が離れた非検知領域には、ほとんど磁束が流れず、摩耗粉が殆ど吸着されない。

このように、本実施例１では、永久磁石４０２Ａとギャップ部Ｇ_Ａとが適切な位置関係で配置されることにより、ギャップ部Ｇ_Ａ内の限られた領域が検知領域Ｄ_Ａとして設定されている。吸着量が安定した検知領域Ｄ_Ａに摩耗粉が集中的に吸着されるため、センサ４０Ａの出力が安定する。そのため、上位制御装置は、摩耗粉の発生量増加を確実に（高い信頼性で）検知することができる。デジタル検知の場合においても、摩耗粉の発生量増加を検出して通電状態となり、検知信号を発信できる。

附言するに、ギャップ部Ｇ_Ａのうち、検知領域Ｄ_Ａから離れた領域ほど磁束が弱くなり、摩耗粉の吸着量が安定しない。言い換えると、このような領域には、典型的には、潤滑油への混入量に比例しない量の摩耗粉が吸着される。非検知領域に吸着された摩耗粉は、吸着量が不安定であることから、センサ４０Ａにとってはノイズとなり得る。

そこで、本実施例１では、樹脂製のジャケット部材４１０Ａ（被覆部材）がギャップ部Ｇ_Ａの上面に接着等によって取り付けられている。ジャケット部材４１０Ａは、ギャップ部Ｇ_Ａのうち、検知領域Ｄ_Ａのみを外観に露出させる。言い換えると、ジャケット部材４１０Ａは、ギャップ部Ｇ_Ａのうち、非検知領域を覆い隠す。

ジャケット部材４１０Ａをギャップ部Ｇ_Ａの上面に取り付けることにより、非検知領域（より正確には、当該領域の上方に位置するジャケット部材４１０Ａの面）では、永久磁石４０２Ａとの距離が遠く離れる。そのため、永久磁石４０２Ａとの距離が離れたジャケット部材４１０Ａの外面には、摩耗粉が殆ど吸着されない。従って、本実施例１では、摩耗粉の吸着領域が検知領域Ｄ_Ａに実質的に制限される。

本実施例では、永久磁石４０２Ａの上面と箱状電極４０６Ａの上端面とが同一平面上に配置されている。また、センサ４０Ａは、永久磁石４０２Ａ及び箱状電極４０６Ａの形状、サイズ、配置等により、ギャップＧ_Ａにおいて磁束φ_Ａが永久磁石４０２Ａの上面と平行に流れるように構成されている。そのため、磁束φ_Ａが磁束経路φ_Ａから外れてセンサ４０Ａの外部にほとんど漏れ出ることがなく、摩耗粉は、センサ４０Ｆの外表面等の非検知領域（検知領域Ｄ_Ａ以外の箇所）には集積せず、専ら検知領域Ｄ_Ａ内で磁束φ_Ａに拘束されて集積する。

［実施例２］
図４は、本発明の実施例２に係るセンサ４０Ｂの構成を示す図である。図４（ａ）、図４（ｂ）は、それぞれ、センサ４０Ｂの平面図、正面図である。図４（ｃ）は、図４（ａ）のＡ_Ｂ－Ａ_Ｂ線における断面図である。図４（ｄ）は、図４（ｂ）のＢ_Ｂ－Ｂ_Ｂ線における断面図である。なお、以降の実施例において、前出の実施例と重複する内容の説明は、適宜簡略又は省略する。

図４に示されるように、センサ４０Ｂは、永久磁石４０２Ｂ、箱状電極４０４Ｂ（第１電極）、箱状電極４０６Ｂ（第２電極）及び保持部材４０８Ｂ（磁石用被覆部材）を備えている。なお、図４（ｃ）に示されるように、信号線４１は箱状電極４０４Ｂに接続され、信号線４２は箱状電極４０６Ｂに接続されている。磁石用被覆部材で前記磁性粉の集積を抑制するようにしても良い。

箱状電極４０４Ｂ及び４０６Ｂは、それぞれ、軸方向における一端側の開口部が塞がれた（言い換えると、他端側のみ開口した）円筒状の部材である。箱状電極４０４Ｂは、開口部を箱状電極４０６Ｂに向けて配置されている。箱状電極４０６Ｂは、開口部を箱状電極４０４Ｂに向けて、箱状電極４０４Ｂと開口部を向かい合わせるように同心に配置されている。

保持部材４０８Ｂは、箱状電極４０４Ｂ及び４０６Ｂの内径よりも僅かに小さな外径の円柱状に形成されていて、箱状電極４０４Ｂと箱状電極４０６Ｂの中空部内に収容されている。内壁面によって規定される空間に配置されている。

箱状電極４０４Ｂと箱状電極４０６Ｂは、互いの環状の対向面（図４（ｃ）中、符合４０４Ｂｃと４０６Ｂｃ）が所定量だけ離間して配置されている。対向面が離間して配置されることにより、対向面間に保持部材４０８Ｂの軸方向中央部を囲む環状のギャップ部Ｇ_Ｂが形成されている。

永久磁石４０２Ｂは、図４（ｃ）の矢印Ｍ_Ｂ方向にＳ極とＮ極が配置されている。永久磁石４０２Ｂは、磁極同士を結ぶ直線が保持部材４０８Ｂの中心軸と直交し且つギャップ部Ｇ_Ｂと交差する姿勢で保持部材４０８Ｂに埋設されている。このため、保持部材４０８Ｂの側面全周に亘るギャップ部Ｇ_Ｂのうち、図４（ｃ）及び図４（ｄ）にて黒く塗り潰された領域が、選択的に磁場が印加され、本実施例２における検知領域となっている。以下、この検知領域を「検知領域Ｄ_Ｂ」と記す。

検知領域Ｄ_Ｂ以外の非検知領域は、磁束経路上に位置しておらず且つ永久磁石４０２Ｂの各磁極から離れて位置している。そのため、検知領域Ｄ_Ｂでは強い磁束が流れるが、非検知領域では、ほとんど磁束が流れない。そのため、検知領域Ｄ_Ｂ以外の領域では、摩耗粉が殆ど吸着されない。

このように、本実施例２においても、永久磁石４０２Ｂとギャップ部Ｇ_Ｂとが適切な位置関係で配置されることにより、ギャップ部Ｇ_Ｂ内の限られた領域が検知領域Ｄ_Ｂとして選択的に設定されている。吸着量が安定した検知領域Ｄ_Ｂに摩耗粉が集中的に吸着されるため、センサ４０Ｂの出力が安定する。そのため、上位制御装置は、摩耗粉の発生量増加を確実に（高い信頼性で）検知することができる。

また、本実施例２では、検知領域Ｄ_Ｂだけに限らずギャップ部Ｇ_Ｂ全体が外観上露出している。本実施例１と比べて検知領域Ｄ_Ｂを取り囲う構造物が少ないため、検知領域Ｄ_Ｂに引き寄せられる摩耗粉が構造物に阻まれにくく、検知領域Ｄ_Ｂに吸着されやすい。

なお、永久磁石４０２Ｂ並びに箱状電極４０４Ｂ及び４０６Ｂの形状や位置関係は、図４に例示されるものに限らない。ギャップ部Ｇ_Ｂ内の一部の領域にだけ摩耗粉が集中的に吸着される構成であれば、他の形状や位置関係に置き換えられてもよい。

また、本実施例では、このように、センサ４０Ｂは、永久磁石４０２Ｂ、箱状電極４０４Ｂ及び４０６Ｂの形状、サイズ、配置等により、摩耗粉は、センサ４０Ｆの外表面等には吸着せず、専ら検知領域Ｄ_Ｂ内で磁束に拘束されて集積する。また、永久磁石４０２Ｂは、磁石や電磁石でも良い。箱状電極４０４Ｂ及び４０６Ｂの形状は、箱状に限定されることなく、円盤状や検知領域ＤＢにのみに形成される円弧状でも良い。

［実施例３］
図５は、本発明の実施例３に係るセンサ４０Ｃの構成を示す図である。図５（ａ）、図５（ｂ）は、それぞれ、センサ４０Ｃの平面図、正面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）のＡ_Ｃ－Ａ_Ｃ線における断面図である。図５（ｄ）は、図５（ｂ）のＢ_Ｃ－Ｂ_Ｃ線における断面図である。

図５に示されるように、本実施例３に係るセンサ４０Ｃは、本実施例２に係るセンサ４０Ｂに対して樹脂製の保護部材４１０Ｃ及び４１２Ｃを取り付けることにより、センサ４０Ｃの部品としての取り扱い易さ（絶縁性）を向上させた構成となっている。すなわち、作業者が電極に触れることを低減し感電し難い構成となっている。

保護部材４１０Ｃ、４１２Ｃは、それぞれ、箱状電極４０４Ｃ、４０６Ｃの外面全体を覆っている。但し、検知領域Ｄ_Ｂに引き寄せられる摩耗粉を阻まないため、対向する保護部材４１０Ｃと保護部材４１２Ｃとの端面同士の間隔は、少なくともギャップ部Ｇ_Ｂの幅以上に設定されている。言い換えると、保護部材４１０Ｃ及び保護部材４１２Ｃにより、少なくともギャップ部Ｇ_Ｂ全体を含む領域に開口が形成されている。

本実施例３においても、吸着量が安定した検知領域Ｄ_Ｂに摩耗粉が集中的に吸着されるため、センサ４０Ｃの出力が安定する。そのため、上位制御装置は、摩耗粉の発生量増加を確実に（高い信頼性で）検知することができる。

［実施例４］
図６は、本発明の実施例４に係るセンサ４０Ｄの構成を示す図である。図６（ａ）、図６（ｂ）は、それぞれ、センサ４０Ｄの平面図、正面図である。図６（ｃ）は、図６（ａ）のＡ_Ｄ－Ａ_Ｄ線における断面図である。図６（ｄ）は、図６（ｂ）のＢ_Ｄ－Ｂ_Ｄ線における断面図である。

図６に示されるように、センサ４０Ｄは、永久磁石４０２Ｂ、箱状電極４０４Ｂａ（第１電極）、箱状電極４０４Ｂｂ（第１電極）、箱状電極４０６Ｂａ（第２電極）、箱状電極４０６Ｂｂ（第２電極）及び保持部材４０８Ｂを備えている。なお、本実施例では、二対の出力ライン（信号線４１ａ及び４１ｂ、信号線４２ａ及び４２ｂ）がセンサ４０Ｄに接続される。図６（ｃ）に示されるように、信号線４１ａ、４１ｂ、４２ａ及び４２ｂは、それぞれ箱状電極４０４Ｂａ、４０４Ｂｂ、４０６Ｂａ及び４０６Ｂｂに接続されている。

本実施例４に係るセンサ４０Ｄは、本実施例２に係るセンサ４０Ｂに対し、箱状電極４０４Ｂを２つの電極（箱状電極４０４Ｂａと箱状電極４０４Ｂｂ）に分割すると共に、箱状電極４０６Ｂを２つの電極（箱状電極４０６Ｂａと箱状電極４０６Ｂｂ）に分割した構成となっている。箱状電極４０４Ｂａと箱状電極４０４Ｂｂとの間には、ギャップ部Ｇ’が形成されている。箱状電極４０６Ｂａと箱状電極４０６Ｂｂとの間には、ギャップ部Ｇ”が形成されている。

減速機２０等の機械装置を加工した際の大粒子径の異物（例えば切粉）がオイルバス２０Ｂ内に混入することがある。この種の異物がギャップ部Ｇ_Ｂａに吸着すると、例えば摩耗粉が殆ど発生していない状態であっても、その時点で電極間が短絡して出力ラインの出力レベルが変化し、摩耗粉の発生量が増加したと誤検知される虞がある。

そこで、本実施例４では、ギャップ部Ｇ_Ｂａに加えてギャップ部Ｇ_Ｂｂが形成されている。本実施例４では、全てのギャップ部（ギャップ部Ｇ_Ｂａ、Ｇ_Ｂｂ）において電極間が短絡することにより、検知信号を発信するようにすることができる。または、上位制御装置が、摩耗粉が増加したことを判断するように制御しても良い。これにより、外乱（例えば大粒子径の切粉）による誤検知を低減して、上位制御装置は、摩耗粉の発生量増加を確実に（高い信頼性で）検知することができる。デジタル検知の場合においても、検知領域ＤＢａと検知領域ＤＢｂの両方で短絡信号（オン信号）を検知したときに、摩耗粉が増加したと判断するようにしてもよい。

［実施例５］
図７は、本発明の実施例５に係るセンサ４０Ｅの構成を示す図である。図７（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、センサ４０Ｅの平面図、右側面図、正面図である。図７（ｄ）は、図７（ａ）のＡ_Ｅ－Ａ_Ｅ線における断面図である。図７（ｅ）は、図７（ｃ）のＢ_Ｅ－Ｂ_Ｅ線における断面図である。

センサ４０Ｅは、上述した実施例１に係るセンサ４０Ａに対してメッシュカバー４１２Ｅ（フィルタ部材）を取り付けた構成となっている。

メッシュカバー４１２Ｅは、ギャップ部Ｇ_Ａ（及びジャケット部材４１０Ａ）全体を覆っている。そのため、例えばメッシュサイズよりも大きい粒子径の切粉や摩耗粉が検知領域Ｄ_Ａに吸着される不都合が避けられる。そのため、ロバスト性が向上する。

本実施例５では、吸着量が安定した検知領域Ｄ_Ａに細かい摩耗粉が集中的に吸着されるため、センサ４０Ｅの出力がより一層安定する。そのため、上位制御装置は、摩耗粉の発生量増加を確実に（高い信頼性で）検知することができる。

［実施例６］
図８は、本発明の実施例６に係るセンサ４０Ｆの構成を示す図である。図８（ａ）はセンサ４０Ｆの平面図であり、図８（ｂ）は正面図である。また、図８（ｃ）は、図８（ａ）の切断線Ａ_Ｆ－Ａ_Ｆで示された切断面の断面図であり、図８（ｄ）は、図８（ｃ）の切断線Ｂ_Ｆ－Ｂ_Ｆで示された切断面の断面図である。

センサ４０Ｆは、永久磁石４０２Ｆ、箱状電極４０６Ｆ（第２電極）、蓋状電極４０４Ｆ（第１電極）、保持部材４０８Ｂ、絶縁シート４０７Ｆ、おねじ４１４Ｆ及びナット４１５Ｆを備えている。なお、図８（ｃ）に示されるように、信号線４１は蓋状電極４０４Ｆに接続され、信号線４２は箱状電極４０６Ｆに接続されている。

箱状電極４０６Ｆ及び蓋状電極４０４Ｆは、導電性を有する磁性材料によって形成された磁性体の部材である。

箱状電極４０６Ｆは、円筒状の側壁部４０６Ｆａと、この側壁部４０６Ｆａの軸方向における一端側（下側）の開口部を塞ぐ円板状の底部４０６Ｆｂとを有する、円筒箱状（有底円筒状）の部材である。底部４０６Ｆｂの中央には、おねじ４１４Ｆの軸が通される貫通穴４０６Ｆｈが同心に形成されている。

蓋状電極４０４Ｆは、略円板状の部材であり、その中央におねじ４１４Ｆの軸が通される貫通穴４０４Ｆｈが同心に形成されている。蓋状電極４０４Ｆの外径は、箱状電極４０６Ｆの側壁部４０６Ｆａの内径よりも小さく、蓋状電極４０４Ｆの外周面と箱状電極４０６Ｆの内周面との間には、センサ４０Ｆの外部空間（オイルバス２０Ｂ）とつながる円環状の中空部（ギャップＧ_Ｆ）が形成される。

永久磁石４０２Ｆは、略円板状の部材であり、その中央におねじ４１４Ｆの軸が通される貫通穴４０２Ｆｈが同心に形成されている。

保持部材４０８Ｆは、実施例１の保持部材４０８Ａと同じ樹脂（非磁性体）から形成された円筒状の部材である。保持部材４０８Ｆには、箱状電極４０６Ｆが同心に埋め込まれている。保持部材４０８Ｆの外径は箱状電極４０６Ｆの側壁部４０６Ｆａの内径よりも僅かに小さく、保持部材４０８Ｆは箱状電極４０６Ｆの中空部の底に同心に配置される。そのため、永久磁石４０２Ｆは、保持部材４０８Ｆによって、箱状電極４０６Ｆの中空部内に同心に位置決めされて、保持される。また、保持部材４０８Ｆの高さ（軸方向における長さ）は、永久磁石４０２Ｆの高さと同じであり、保持部材４０８Ｆと永久磁石４０２Ｆの上面は略同一平面上に配置されている。

絶縁シート４０７Ｆは、紙や樹脂等から形成された電気絶縁性を有する薄板状の部材である。絶縁シート４０７Ｆは、永久磁石４０２Ｆよりも外径が大きい円形であり、その中央におねじ４１４Ｆの軸が通される貫通穴４０７Ｆｈが同心に形成されている。絶縁シート４０７Ｆは、箱状電極４０６Ｆの底部４０６Ｆｂの上に敷かれて、箱状電極４０６Ｆと永久磁石４０２Ｆとを電気的に絶縁する。

おねじ４１４Ｆ及びナット４１５Ｆは、それぞれ樹脂から形成された電気絶縁性を有する非磁性体の部材である。

センサ４０Ｆは、箱状電極４０６Ｆの底部４０６Ｆｂの上に絶縁シート４０７Ｆを敷き、その上に保持部材４０８Ｆ及び永久磁石４０２Ｆを置き、更にその上に蓋状電極４０４Ｆを重ねて、おねじ４１４Ｆの軸を貫通穴４０４Ｆｈ、４０６Ｆｈ、４０７Ｆｈ及び４０８Ｆｈに通して、ナット４１５Ｆに嵌め、おねじ４１４Ｆとナット４１５Ｆによって箱状電極４０６Ｆ、絶縁シート４０７Ｆ、永久磁石４０２Ｆ・保持部材４０８Ｆ及び蓋状電極４０４Ｆを一体に締め付けることで組み立てられる。

永久磁石４０２Ｆは図８（ｃ）の矢印Ｍ_Ｆ方向に着磁されていて、センサ４０Ｆ内には、図８（ｃ）において矢印φ_Ｆで示される、ギャップＧ_Ｆを通る磁束経路が形成される。本実施形態では、蓋状電極４０４Ｆの外周面の全周から径方向に放射状に磁束φ_Ｆが射出され、円環状のギャップＧ_Ｆの全周が検知領域Ｄ_Ｆとなる。

箱状電極４０６Ｆの中空部内に軸方向に積み重ねられる絶縁シート４０７Ｆ、永久磁石４０２Ｆ及び蓋状電極４０４Ｆの高さの合計が、箱状電極４０６Ｆの中空部の深さと同じ大きさになっている。そのため、組み立て後の蓋状電極４０４Ｆの上面と箱状電極４０６Ｆの上端面とが同一平面上に配置される。また、蓋状電極４０４Ｆ及び箱状電極４０６Ｆの形状、寸法、配置等の調整により、磁束φ_Ｆが、蓋状電極４０４Ｆの外周面から垂直に出て、ギャップＧ_Ｆ内を直進し、箱状電極４０６Ｆの内周面に垂直に入るように構成されている。そのため、磁束φ_Ｆが磁束経路φ_Ｆの外部にほとんど漏れ出ることがなく、摩耗粉は、センサ４０Ｆの外表面等には吸着せず、専ら検知領域Ｄ_Ｆ内で磁束φ_Ｆに拘束されて集積する。すなわち、検知領域Ｄ_Ｆ以外での摩耗粉の集積が抑制され、検知領域Ｄ_Ｆに集中的に集積するため、感度の高い検知が可能になる。また、検知領域ＤＦが円周状に形成されることで、多くの摩耗粉を集積するこができ、摩耗粉による減速機等の危機への損傷を低減できる。

［実施例７］
図９は、本発明の実施例７に係るセンサ４０Ｇの構成を示す図である。図９（ａ）はセンサ４０Ｇの平面図であり、図９（ｂ）は正面図である。また、図９（ｃ）は、図９（ａ）の切断線Ａ_Ｇ－Ａ_Ｇで示される切断面の断面図であり、図９（ｄ）は、図９（ｂ）の切断線Ｂ_Ｇ－Ｂ_Ｇで示される切断面の断面図である。

センサ４０Ｇは、実施例４のセンサ４０Ｄの構成の一部（具体的には、箱状電極４０４Ｂｂ及び４０６Ｂｂ）に変更を加えたものである。実施例４のセンサ４０Ｄでは、箱状電極４０４Ｂａと４０４ＢｂのＺ軸方向における長さが等しく、また、箱状電極４０６Ｂａと４０６ＢｂのＺ軸方向における長さも等しいため、箱状電極４０４Ｂａと箱状電極４０６Ｂａの間のギャップ部Ｇ_Ｂａと、箱状電極４０４Ｂｂと箱状電極４０６Ｂｂの間のギャップ部Ｇ_Ｂｂは、ギャップ長（ギャップ部における電極間隔）が等しくなっている。これに対して、本実施例では、箱状電極４０４Ｂｂ´のＺ軸方向における長さが箱状電極４０４Ｂａよりも長く、箱状電極４０６Ｂｂ´のＺ軸方向における長さが箱状電極４０６Ｂａよりも長いため、箱状電極４０４Ｂａと箱状電極４０６Ｂａの間のギャップ部Ｇ_Ｂａよりも、箱状電極４０４Ｂｂ´と箱状電極４０６Ｂｂ´の間のギャップ部Ｇ_Ｂｂ´の方が、ギャップ長が短くなっている。

本実施例では、上述のように、ギャップ部Ｇ_Ｂｂ´の方がギャップ部Ｇ_Ｂａよりもギャップ長が短いため、検知領域Ｄ_Ｂｂ´の方が検知領域Ｄ_Ｂａよりも電極間の導通に必要な摩耗粉の集積量が少なく、早期に導通する。すなわち、本実施例では、正極及び負極の電極（箱状電極４０４Ｂ及び箱状電極４０６Ｂ）をそれぞれ２分割して二組の電極対を設けて、各電極対の間のギャップ長を異なる長さにすることにより、電極間の導通が生じる鉄粉量の閾値（すなわち、導通が生じるタイミング）を２つ設定することが可能になっている。このような構成のセンサを使用することにより、摩耗粉の増加を段階的に検知することが可能になるため、減速機の部品の摩耗の進行状況をより詳細に把握することができ、減速機の故障をより正確に予測することが可能になる。

［実施例８］
図１０は、本発明の実施例８に係るセンサ４０Ｈの構成を示す図である。図１０（ａ）はセンサ４０Ｈの平面図であり、図１０（ｂ）は正面図である。また、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）の切断線Ａ_Ｈ－Ａ_Ｈで示される切断面の断面図であり、図１０（ｄ）は、図１０（ｂ）の切断線Ｂ_Ｈ－Ｂ_Ｈで示される切断面の断面図である。

センサ４０Ｈは、実施例６のセンサ４０Ｆの構成の一部（具体的には、蓋状電極４０４Ｆ）に変更を加えて、実施例７のセンサ４０Ｇと同様に摩耗粉の増加を段階的に検出できるようにしたものである。

本実施形態の蓋状電極４０４Ｈは、４つの電極４０４Ｈａ、４０４Ｈｂ、４０４Ｈｃ及び４０４Ｈｄと、４つのスペーサ４０４Ｈｓとを有している。電極４０４Ｈａ～ｄは、実施例６の円板状の蓋状電極４０４Ｆを扇形に４分割した磁性体部材である。但し、電極４０４Ｈａ、４０４Ｈｂ、４０４Ｈｃ及び４０４Ｈｄの扇の半径は、この順で段階的に（例えば等差的に）大きくなっている。なお、本実施例では、１本の信号線４１（接地線）と４本の信号線４２ａ、４２ｂ、４２ｃ及び４２ｄにより出力ラインが構成される。図１０（ｄ）に示されるように、信号線４１は４０６Ｆに接続され、信号線４２ａ、４２ｂ、４２ｃ及び４２ｄは、それぞれ電極４０４Ｈａ、４０４Ｈｂ、４０４Ｈｃ及び４０４Ｈｄに接続されている。

スペーサ４０４Ｈｓは、例えば、樹脂やセラミックス等の電気絶縁性を有する非磁性材料により形成された板状部材である。４つの電極４０４Ｈａ～ｄは、スペーサ４０４Ｈｓを介して、接着剤等で周方向に貼り合わされている。

このように、蓋状電極４０４Ｈの半径が周方向で段階的に変化するため、蓋状電極４０４Ｈの外周面と箱状電極４０６Ｆの内周面との間のギャップ部Ｇ_Ｆのギャップ長も、周方向で段階的に変化する。ギャップ部Ｇ_Ｆは、電極４０４Ｈａ、４０４Ｈｂ、４０４Ｈｃ及び４０４Ｈｄにそれぞれ隣接するギャップ部Ｇ_Ｈａ、Ｇ_Ｈｂ、Ｇ_Ｈｃ及びＧ_Ｈｄと、各スペーサ４０４Ｈｓに隣接する４箇所のギャップ部Ｇ_Ｈｓに区分される。永久磁石４０２Ｆにより、箱状電極４０６Ｆと蓋状電極４０４Ｈ（各電極４０４Ｈａ～ｄ）とは、ギャップ部Ｇ _Ｈａ、Ｇ _Ｈｂ、Ｇ _Ｈｃ及びＧ _Ｈｄに面する部分において異なる極性に磁化される。これにより、ギャップ部Ｇ_Ｈａ、Ｇ_Ｈｂ、Ｇ_Ｈｃ及びＧ_Ｈｄは、その全体を磁束φ_Ｈが通るため、それぞれ検知領域Ｄ_Ｈａ、Ｄ_Ｈｂ、Ｇ_Ｈｃ及びＧ_Ｈｄとなる。ギャップ部Ｇ_Ｈｓは、摩耗粉を集積させる磁束φ_Ｈが通らないため、非検知領域となる。

ギャップ部Ｇ_Ｆａ、Ｇ_Ｆｂ、Ｇ_Ｆｃ及びＧ_Ｆｄ（検知領域Ｄ_Ｈａ、Ｄ_Ｈｂ、Ｇ_Ｈｃ及びＧ_Ｈｄ）のギャップ長は、例えば等差的に、この順で小さくなっていて、電極間の導通に必要な摩耗粉の集積量も、この順で少なくなっている。従って、電極間の導通は、その逆順、すなわち検知領域Ｄ_Ｈｄ、Ｄ_Ｈｃ、Ｇ_Ｈｂ、Ｇ_Ｈｄの順で発生する。すなわち、本実施例のセンサ４０Ｈは、実施例７のセンサ４０Ｇよりも多い４段階で摩耗粉の増加を段階的に検知可能になっているため、減速機の部品の摩耗の進行状況を更に詳細に把握することができ、減速機の故障を更に正確に予測することが可能になる。

なお、本実施例では、蓋状電極４０４Ｆを４分割した電極４０４Ｈａ～ｄを使用する構成が採用されているが、２分割、３分割又は５分割以上に分割する構成としてもよい。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば、明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。

例えば、センサ４０は、上記の実施形態では、産業用ロボット１の旋回胴や腕関節の旋回部を構成する減速機に備えられているが、別の実施形態では、他の工作機械の旋回部等を構成する減速機に備えられたものであってもよい。

また、センサ４０は、図２に例示される揺動減速機に限らず、遊星歯車減速機等の他のタイプの減速機に備えられてもよい。

また、センサ４０は、減速機に限らず、他の機械装置に用いられてもよい。一例として、センサ４０は、エンジンオイルの汚れ具合をチェックするためのチェックセンサに転用してもよい。

また、上記の実施例１では、ギャップ部Ｇ_Ａの一部をジャケット部材４１０Ａ（被覆部材）で塞ぐことによって非検知領域が設けられているが、磁気を遮蔽する磁気シールド部材（例えば、鉄等の強磁性体の網を樹脂で被覆したもの。）によってギャップ部の一部を覆い、外部空間とを磁気的に遮蔽することによって非検知領域を設けることもできる。

１産業用ロボット
２０減速機
３０サーボモータ
４０Ａセンサ
２０２入力軸
２０２ａ駆動側歯車
２０４入力歯車
２０６ケース
２０８キャリア
２１０クランク軸
２１２ａ、２１２ｂ揺動歯車
２１４支持部材
４０２Ａ永久磁石
４０６Ａ箱状電極
４０８Ａ保持部材
４１０Ａジャケット部材
Ａ１～Ａ５アーム
Ｊ１～Ｊ６関節部

Claims

電極間に磁場を印加し、潤滑油中に浮遊する磁性粉を前記電極間に集積して、前記電極間の電気抵抗の低下を検知するセンサであって、
前記電極間の少なくとも一部に前記磁性粉が集積可能な検知領域が設けられ、
前記検知領域以外の前記電極の周囲の空間である非検知領域において前記磁性粉の集積が抑制され、
前記電極が、
第１電極と、
複数の第２電極と、を含み、
前記第１電極と各前記第２電極との間にそれぞれギャップ部が設けられ、
前記第１電極と前記第２電極とが前記ギャップ部に面する部分において異なる極性に磁化されることにより、前記ギャップ部のそれぞれに前記磁場が印加される検知領域が設けられ、
前記第２電極間に電気絶縁性を有する非磁性材料から形成された部材が介在する、
センサ。
前記磁場を生じさせる磁石を更に備えた、
請求項１に記載のセンサ。
前記非検知領域において、前記電極を被覆して前記磁性粉の集積を抑制する被覆部材を備えた、
請求項１又は請求項２に記載のセンサ。
前記磁石の全周が磁石用被覆部材によって被覆された、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のセンサ。
前記磁場が、前記検知領域に選択的に印加される、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のセンサ。
前記複数の検知領域において、ギャップ長がそれぞれ異なる、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のセンサ。
前記検知領域から外部に磁束が漏れないように構成された、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のセンサ。
前記検知領域が、
前記第１電極に形成された内周面と、
前記第２電極に形成された、前記内周面と平行に対向する外周面と、で挟まれた領域であり、
前記検知領域において、磁束が前記内周面及び前記外周面と垂直に交わる、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のセンサ。