JP7142445B2 - 異物検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車装置に封入された潤滑剤中の異物を検出する異物検出装置に関する。

減速装置などの歯車装置は、一般に、回転運動により内部で摩耗が生じ、潤滑剤中に金属粉などの異物が混入する。そして、摩耗が限界量まで進行して寿命に到達する。寿命近くまで摩耗が進行すると、比較的に大きな金属片が内部で剥離することもある。

特許文献１には、一対の検出片を対向させて歯車装置の潤滑剤中に配置し、潤滑剤中に混入された金属片を検出するセンサが開示されている。このセンサによれば、一対の検出片の間に所定の寸法以上の金属片が挟まることで、一対の検出片が導通して潤滑剤中に混入された金属片を検出できる。

特開２０１７－２０７４１６号公報

しかしながら、特許文献１のセンサでは、一対の検出片の間に異物が挟まることでこれを検出するため、大きな異物しか検出できないという課題がある。例えば、小さな異物を検出するために、一対の検出片の間隔を小さくすると、検出片の間の潤滑剤が流動せず、検出能力が著しく低下する。このため、歯車装置の稼働時間が増して、潤滑剤中の小さな異物の混入量が多くなっても、特許文献１のセンサでは、これを検出できないという課題があった。

本発明は、歯車装置の潤滑剤中に混入された小さな異物を適切に検出できる異物検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、
歯車装置に封入された潤滑剤中の異物を検出する異物検出装置であって、
前記異物検出装置は、
間隔を開けて配置された第１検出部及び第２検出部を備え、
前記第１検出部は磁力を有し、
前記第１検出部と前記第２検出部とが堆積された異物を介してつながることで異物の検出を示す信号が出力され、
前記歯車装置は、減速部と、前記減速部を収納する第１ハウジングと、前記第１ハウジングに連結され前記減速部の収納空間との間で前記潤滑剤が流通し、かつ前記減速部との間で動力伝達を行う軸を収容する空間を内部に有する第２ハウジングと、を有し、
前記第１検出部及び前記第２検出部は、前記第２ハウジングの内部空間に面した箇所で、かつ、前記潤滑剤が流動される箇所に配置されるように構成した。

本発明によれば、歯車装置の潤滑剤中に混入された小さな異物を適切に検出できるという効果が得られる。

本発明の実施形態に係る異物検出装置を示す構成図である。 異物の検出状態を表わした説明図である。 異物検出装置の変形例を示す構成図である。 異物検出装置のセンサ部の配置箇所を示す歯車装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る異物検出装置を示す構成図である。図２は、異物の検出状態を表わした説明図である。

本実施形態の異物検出装置１は、異物を検出するセンサ部１０と、異物が検出された場合に検出信号を出力する出力部１５と、センサ部１０と出力部１５とに動作電圧を供給する電源１７とを備える。

センサ部１０は、間隔を開けて配置された、導電性を有する第１検出部１１及び第２検出部１２を有する。第１検出部１１及び第２検出部１２は、磁化された磁性体であり、小さな異物である鉄粉などの磁性体を引き付ける能力（磁力又は磁場を発生する能力）を有する。第１検出部１１及び第２検出部１２は、例えば板状の形態を有し、互いに板面を対向させて配置される。対向する面は、互いに異なる磁極面とするとよい。センサ部１０は、歯車装置の潤滑剤が流動する箇所に配置される。そして、第１検出部１１と第２検出部１２とには、互いが導通したときに２本の導電線を介して微弱な電流が流れるように、電源１７から電圧が加えられる。

第１検出部１１及び第２検出部１２の間隔Ｌ１（図２を参照）は、検出対象である小さな異物の径よりも大きく、潤滑剤が十分に流動できる間隔に設定される。さらには、間隔Ｌ１は、潤滑剤中の異物がどの程度増えたときに検出したいかによって設定される。本実施形態において、検出対象の小さな異物とは、歯車装置の通常摩耗によって生じる金属粉又は歯車装置の通常の運転に大きな影響を与えない程度の小さな金属片を意味する。また、第１検出部１１及び第２検出部１２の間隔Ｌ１は、検出対象とする「小さな異物の堆積量」に応じて適宜設定される。

出力部１５は、第１検出部１１及び第２検出部１２に接続される導電線に流れる微弱な電流を検知し、閾値以上の電流が流れたら、異物の検出を示す検出信号を歯車装置の外部へ出力する。

＜検出動作＞
歯車装置では回転運動により各部で摩耗が生じ、潤滑剤中に金属粉などの小さな異物Ｆが混入する。潤滑剤の流動により一部の異物Ｆはセンサ部１０において第１検出部１１及び第２検出部１２の間に進入する。そして、小さな異物Ｆは、磁力により第１検出部１１及び第２検出部１２に引き付けられ、第１検出部１１及び第２検出部１２に堆積していく。

歯車装置の稼働時間が増して内部の摩耗が進行すると、第１検出部１１及び第２検出部１２に堆積する異物Ｆが増加し、これが所定量を超えると、堆積した異物Ｆを介して第１検出部１１と第２検出部１２とがつながる。すると、第１検出部１１及び第２検出部１２とが導通し、これらの間に電流が流れることにより、出力部１５が検出信号を出力する。検出信号は、例えば、外部の制御装置に出力され、歯車装置の劣化を表わすランプを点灯させるなどの警告制御に使用される。

歯車装置は、一般に、摩耗が進行して寿命に到達する。上記の異物検出装置１によれば、歯車装置の摩耗が所定の度合いまで進行した場合に、これを検出して、歯車装置の劣化を警告することができる。これにより、歯車装置が故障する前の適宜な段階で、歯車装置の交換又はメンテナンスを行うことができる。

＜変形例＞
図３は、異物検出装置の変形例を示す構成図である。

変形例の異物検出装置１Ａは、センサ部１０Ａの構成が、図１のセンサ部１０と異なる。センサ部１０Ａは、第１検出部１１Ａ、第２検出部１２Ａ及び磁石１３を有する。第１検出部１１Ａ及び第２検出部１２Ａは、導電性を有する金属板であり、互いに板面を対向させて配置される。磁石１３は、例えば永久磁石であり、第１検出部１１Ａの第２検出部１２Ａとは反対側に固定（配置）されている。磁石１３は、第１検出部１１Ａを磁化し、第１検出部１１Ａに磁性体の異物を引き付ける磁力を発生させる。あるいは、第１検出部１１Ａは、磁性体でなくてもよく、その場合、磁石１３は、自らの磁力により、第１検出部１１Ａの第２検出部１２Ａに対向する面に磁性体の異物を引き付ける。これらの構成が採用されても、前述した図１の異物検出装置１の検出動作と同様の作用を得ることができる。

＜センサ部の配置例＞
図４は、異物検出装置のセンサ部の配置箇所を示す歯車装置の断面図である。

続いて、実施形態の異物検出装置１のセンサ部１０を、歯車装置として偏心揺動型の減速装置２０に配置した例について説明する。

先ず、減速装置２０について説明する。減速装置２０は、入力軸２１、出力軸２２、減速部２３、並びに、これらの周囲を覆うハウジング（ケーシング）２４、２５を備える。ハウジング２４と入力軸２１との間、並びに、ハウジング２５と出力軸２２との間には、それぞれ潤滑剤を減速装置２０の内部に封入するオイルシールｏ１、ｏ２が設けられている。

減速部２３は、入力軸２１と連結される偏心体軸３１と、偏心体軸３１に設けられた複数の偏心体３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、偏心体３１ａ、３１ｂ、３１ｃの回転により揺動する複数の外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃとを備える。外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、中心からオフセットされた位置に周方向に離間して設けられた複数の内ピン孔と、偏心体軸３１を通す中央の貫通孔と、を有する。

減速部２３は、更に、ハウジング２５の内周部に設けられた内歯歯車２５ｇと、外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの内ピン孔に通される内ピン２２ｃと、内ピン２２ｃの反負荷側の一端を保持するキャリア体３４とを備える。内歯歯車２５ｇは、内歯となる複数の外ピンｐ１と複数の外ピンｐ１を保持する複数のピン溝を有する内歯歯車本体とを有し、外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを内接噛合する。内ピン２２ｃは、出力軸２２からピン状に膨出するように設けられている。

減速部２３は、更に、偏心体軸用軸受け３６ａ、３６ｂと、偏心体軸受け３７ａ、３７ｂ、３７ｃと、主軸受け３８ａ、３８ｂと、を備える。偏心体軸用軸受け３６ａ、３６ｂは、偏心体軸３１と出力軸２２との間及び偏心体軸３１とキャリア体３４との間にそれぞれ配置されて、互いを相対回転可能にする。偏心体軸受け３７ａ、３７ｂ、３７ｃは偏心体３１ａ、３１ｂ、３１ｃと外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃとの間にそれぞれ配置されて互いを相対回転可能にする。ハウジング２５は、主軸受け３８ａ、３８ｂを介してキャリア体３４と出力軸２２とを回転自在に支持する。

減速部２３は、入力軸２１からトルクが入力されて偏心体軸３１が回転すると、偏心体３１ａ、３１ｂ、３１ｃが外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの中央の貫通孔の内側で回転し、これにより外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが互いに異なる位相で揺動する。外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、揺動により偏心体軸３１の軸心から最も離れた外歯が内歯歯車２５ｇと噛合し、この噛合位置は揺動に伴って周方向に変化する。具体的には、偏心体軸３１が一回転するごとに、内歯歯車２５ｇと外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃとの噛合位置が周方向に一周する。外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと内歯歯車２５ｇとには歯数差があり、内歯歯車２５ｇとの噛合位置が一周するごとに外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは上記の歯数差分だけ自転する。この自転が、内ピン２２ｃを介して出力軸２２に伝達される。これにより、入力軸２１の回転運動が減速されて出力軸２２から取り出すことができる。

このような構成においては、外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの外歯に、比較的に大きな面圧が加わって摩耗が生じる。摩耗により生じた金属粉などの異物は、ハウジング２４、２５の内側に封入された潤滑剤に混入されて流動する。潤滑剤の一部は、入力軸２１とキャリア体３４とハウジング２４に囲まれた空間Ｒ１を通る経路で流動し、潤滑剤に含まれた異物は、空間Ｒ１の鉛直下方に比較的に多くの割合で滞留する。

センサ部１０は、ハウジング２４の空間Ｒ１に面した箇所で、潤滑剤が流動される箇所に配置される。さらに、センサ部１０は、減速装置２０の使用時に鉛直下方に位置する箇所に配置されてもよい。このような配置箇所により、減速部２３の摩耗量の進行度に応じてセンサ部１０に堆積する異物の量が増加する。したがって、減速部２３の摩耗が所定の度合いまで進行したことを比較的に正確に検出できるという利点がある。また、異物が内歯歯車２５ｇと外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃとの間に多く滞留することは好ましくなく、上記のセンサ部１０の配置によれば、外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃから離れた箇所に異物を堆積させることができるという利点がある。

以上のように、本実施形態の異物検出装置１によれば、第１検出部１１と第２検出部１２とが間隔を開けて配置され、さらに、第１検出部１１が磁力を有する。このような構成により、小さな異物が混入された潤滑剤を第１検出部１１と第２検出部１２との間で十分に流動させつつ、磁力により異物を第１検出部１１に堆積させていくことができる。そして、堆積した異物により第１検出部１１と第２検出部１２とがつながることで、異物の検出を示す信号が出力される。これにより、歯車装置の摩耗が進行した状態を検出することができる。

また、本実施形態の異物検出装置１によれば、第２検出部１２も磁力を有する。このため、第１検出部１１の磁力と第２検出部１２の磁力とを合わさって、これらの間に異物を堆積する能力を向上できる。したがって、例えば潤滑剤の流動速度が高い箇所であったり、振動が大きい箇所であったりしても、異物の高い検出能力を得ることができる。

また、本実施形態の変形例の異物検出装置１Ａによれば、磁石１３を用いて第１検出部１１Ａに異物を堆積させる磁力を発生させる。これにより、導電性を有する第１検出部１１Ａを予め磁化させておくよりも、低コストに強力かつ安定した磁力を第１検出部１１Ａに発生させやすい。したがって、低コストにかつ安定的に高い異物の検出能力を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、センサ部、出力部及び電源の電気的な接続形態の一例を示したが、これは概念的な一例に過ぎず、一般的な種々の接続形態が適用されてもよい。また、上記実施形態では、センサ部１０の第２検出部１２も磁力を有する構成を示したが、磁力を有するのは第１検出部１１のみであってもよい。また、上記実施形態では、センサ部１０の配置例を示したが、センサ部１０は、潤滑剤が流動する箇所であれば、いずれの箇所に配置されてもよい。また、異物検出装置を搭載する歯車装置の例として、偏心揺動型減速装置を示したが、歯車装置は、単純遊星歯車装置、撓み噛合い式歯車装置、種々の直交軸歯車装置、種々の平行軸歯車装置などが適用されてもよい。また、偏心揺動型減速装置においても、上記実施形態では、１本の偏心体軸を減速機の軸心に配置した所謂センタークランク式の偏心揺動型減速装置を示した。しかし、偏心揺動型の減速装置としては、２個以上の偏心体軸が減速機の軸心からオフセットして配置された所謂振り分け型の偏心揺動型減速装置が適用されてもよい。その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１、１Ａ 異物検出装置
１０、１０Ａ センサ部
１１、１１Ａ 第１検出部
１２、１２Ａ 第２検出部
１３ 磁石
１５ 出力部
Ｆ 異物
２０ 減速装置
２１ 入力軸
２２ 出力軸
２３ 減速部
２４、２５ ハウジング
ｏ１、ｏ２ オイルシール
Ｒ１ 空間

Claims (3)

1. 歯車装置に封入された潤滑剤中の異物を検出する異物検出装置であって、
   前記異物検出装置は、
   間隔を開けて配置された第１検出部及び第２検出部を備え、
   前記第１検出部は磁力を有し、
   前記第１検出部と前記第２検出部とが堆積された異物を介してつながることで異物の検出を示す信号が出力され、
   前記歯車装置は、減速部と、前記減速部を収納する第１ハウジングと、前記第１ハウジングに連結され前記減速部の収納空間との間で前記潤滑剤が流通し、かつ前記減速部との間で動力伝達を行う軸を収容する空間を内部に有する第２ハウジングと、を有し、
   前記第１検出部及び前記第２検出部は、前記第２ハウジングの内部空間に面した箇所で、かつ、前記潤滑剤が流動される箇所に配置される、
   異物検出装置。
2. 前記歯車装置は、
   前記第１ハウジングに設けられる内歯歯車と、
   前記内歯歯車と噛合する外歯歯車と、
   前記外歯歯車の軸方向側部に配置されるキャリヤ体と、
   を有し、
   前記第２ハウジングの内部空間は、前記キャリヤ体を挟んで前記外歯歯車の反対側に位置する、
   請求項１記載の異物検出装置。
3. 前記第１検出部は、金属部と磁石とを有し、前記磁石が、前記第２検出部と前記金属部との間に前記異物を引き付ける、
   請求項１又は請求項２記載の異物検出装置。

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