JP7319131B2

JP7319131B2 - センサを備えた産業装置

Info

Publication number: JP7319131B2
Application number: JP2019139992A
Authority: JP
Inventors: 江児中村; 和彦櫻井; 昌樹原田; 薫四十; 高仁東
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2039-07-30
Also published as: KR20200021416A; TW202020419A; JP2020030205A

Description

本発明は、センサを備えた産業装置、例えば減速機などの歯車装置を含む装置に関する。

減速機等の産業装置は、歯車等の機械部品の損傷を抑制するために、潤滑油が貯められたハウジング内に収容される。このような機械装置の運転時に機械部品が摩耗すると、摩耗粉が潤滑油内に混入する。この摩耗粉は、例えば、鉄粉等の導体物質である。

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、潤滑油内に混入した摩耗粉の量が増加する。このため、潤滑油内の摩耗粉の量を検知するセンサにより、機械部品の予防保全を的確に行うことができる。

このようなセンサとして、例えば特許文献１には、オイル内の金属粉量を検知するセンサが開示されている。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とを備えている。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）に摩耗粉が集積されて導電体が短絡すると、センサの出力が変化することを利用して、オイルの汚れ具合を検知可能とすることが開示されている。

特開２００５－３３１３２４号公報

産業装置には小型のものから大型のものまで様々な寸法のものが存在し、当該装置内の機械部品のサイズも異なることから、運転時に発生する摩耗粉（導体物質）の発生量も機械装置により異なる。特に、小型の産業装置においては導体物質の発生量が少ないので、適切な故障予知を行うために必要な量の導体物質をセンサに集積することが困難な場合がある。このため、機械部品の故障予知等を行うために必要な量の導体物質をセンサに収集可能にすることが求められている。

本発明の目的の一つは、適切な故障予知に必要な量の摩耗粉（導体物質）をセンサに集積可能な産業装置を提供することである。

本発明の一実施形態に係る産業装置は、潤滑材が循環する領域を含む潤滑材溜まり部と、潤滑材が循環する領域に配置された一対の電極を有し、当該一対の電極間の電気抵抗の変化を検知するセンサと、を備える。

本発明の一実施形態に係る産業装置は、減速機を含んでもよい。

本発明の一実施形態に係る産業装置は、中空の筒状部材と、センサの近傍に配置され、筒状部材の中心軸回りに回転するセンターギヤと、を備えてもよい。

本発明の一実施形態に係る産業装置において、センサはセンターギヤと対向する領域に設けられてもよい。

本発明の一実施形態に係る産業装置は、潤滑材溜まり部内にブラケットが設けられ、センサはブラケットに固定されるよう構成されてもよい。

本発明の一実施形態に係る産業装置は、ケースに少なくとも一部が収容された駆動源を備え、潤滑材溜まり部の一端部はケースの端面によって画定され、駆動源の駆動軸はケースの端面を貫通し、センサはケースの端面に固定されてもよい。

本発明の一実施形態に係る産業装置において、駆動源はモータであるよう構成されてもよい。

本発明の一実施形態に係る産業装置は、センサが固定された回転可能なキャリアを備えてもよい。

本発明の一実施形態に係る産業装置のキャリアは、第１の部材と接続されていてもよい。

本発明の一実施形態に係る産業装置において、第１の部材はロボットアームであってもよい。

本発明の一実施形態に係る産業装置は、センサと対向する位置に固定されたクランク部材を備えてもよい。また、本発明の一実施形態に係る産業装置において、センサは、クランク部材の軸方向においてクランク部材と対向する位置に固定されていてもよい。

本発明の一実施形態に係る産業装置は、潤滑材が溜まる潤滑材溜まり部と、潤滑材溜まり部の鉛直方向下方に配置された一対の電極を有し、導体物質を一対の電極間に集積して当該一対の電極間の電気抵抗の変化を検知するセンサと、を備える。

本発明の一実施形態に係る産業装置は、潤滑材溜まり部の鉛直方向上方に配置された一対の電極を有し、導体物質を一対の電極間に集積して当該一対の電極間の電気抵抗の変化を検知する他のセンサを備えてもよい。

本発明によれば、適切な故障予知に必要な量の摩耗粉（導体物質）をセンサに収集可能な産業装置が提供される。

本発明の第１実施形態に係る産業装置の断面図である。図１の産業装置が備えるセンサの上面図及び断面図である。本発明の第２実施形態に係るセンサの構成を示す図である。本発明の第３実施形態に係るセンサの構成を示す図である。本発明の第４実施形態に係るセンサの構成を示す図である。本発明の第５実施形態に係るセンサの構成を示す図である。本発明の第６実施形態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における産業装置として、様々装置が想定可能であるが、説明の便宜のため減速機を例に取り説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る産業装置１の一例を示す断面図である。図１に示されるように、産業装置１は、例えばロボットアーム等の可動部であり、減速機２と、入力側に設けられたフランジ３と、駆動源（例えば、サーボモータ等）４と、出力側装置Ａ１と、を備えている。

減速機２は、フランジ３に取り付けられたケース１２と、駆動源４の出力軸１３に接続された入力軸１４と、出力側の装置Ａ１に接続された出力軸１５と、を備えている。入力軸１４及び出力軸１５は、ケース１２に対して軸ＡＸを中心として回転可能に支持されている。駆動源４の出力は、入力軸１４を介して減速機２に入力され、減速機２によって減速された後、出力軸１５を介して出力側装置Ａ１に伝達される。これにより、出力側装置Ａ１とフランジ３とは相対回転可能になっている。

フランジ３は、中空部を有する筒状の部材であり、減速機２の少なくとも一部を収容する。また、フランジ３には、駆動源４が取り付けられる。軸ＡＸに沿った方向におけるフランジ３の一端の開口部は減速機２によって塞がれ、他端の開口部は駆動源４によって塞がれている。これにより、フランジ３には、密閉された中空部（すなわち、潤滑材溜まり部）Ｓが形成されている。潤滑材溜まり部Ｓ内には、例えば潤滑油等の潤滑材が収容されており、フランジ３はオイルバスとしても機能する。

減速機２のケース１２内には、例えば歯車機構が収容されている。ケース１２内の空間は、フランジ３内の潤滑材溜まり部Ｓと連続している。減速機２が作動すると、ケース１２内の歯車機構の回転に伴い、ケース１２内の空間とフランジ３内の空間との間で潤滑材の循環（対流ともいう）が生じる。この潤滑材の循環により、減速機２の内部で発生した摩耗粉等の導体物質が循環したり、フランジ３内の潤滑材溜まり部Ｓに排出されたりする。なお、潤滑材溜まり部Ｓには、フランジ３の中空部に加え、減速機２の内部の空間も含まれ得る。

潤滑材溜まり部Ｓ内には、潤滑材内に含まれる導体物質を検知するためのセンサ５が取り付けられている。センサ５は、磁石によって潤滑材内に含まれる導体物質を一対の電極間に集積させ、当該一対の間の電気抵抗の変化に基づいて潤滑材内の導体物質を検知する。センサ５は、例えば、図１に示される潤滑材が循環する領域Ａに設けられる。

次に、図２を参照して、センサ５の例を説明する。なお、当該センサ５の形状、構造、寸法には種々の態様が考えられ、図示の態様に限定することを意図するものではない。図２は、本発明の一実施形態における産業装置に設けられるセンサ５の構成を示す図である。同図に、当該センサ５の上面図、当該上面図のＡ－Ａ線における断面図を示す。

図２に示されるように、センサ５は、中心電極（第１の電極）６、磁石７、箱状電極（第２の電極）８、ネジ部材９、及び樹脂材１０を備えている。図示のように、中心電極（第１の電極）６及び磁石７は、ネジ部材９により箱状電極（第２の電極）８に固定されている。なお、図１に示す信号線４１が箱状電極８に接続され、また、信号線４２が中心電極６に接続されている。

箱状電極８は、例えば、鉄やフェライト、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８は、略円筒状に構成されるが、その軸方向における一端側（図２の断面図における下側）の開口部が底部８ａで塞がれ、上面に開口部を有する、円筒箱状に構成される。なお、箱状電極８の形状は、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。

箱状電極８の内部には、非磁性体（絶縁体）である樹脂材１０が配置されている。このようにして、中心電極（第１の電極）６及び磁石７は、これらの少なくとも一部が、当該樹脂材の中央領域に埋め込まれるようにして形成される。箱状電極８は、磁石７及び樹脂材１０を取り囲うようにして配置されている。磁石７及び中心電極６の形状は、円柱状に限らず、直方体状や多角柱状など、他の形状としてもよい。

図２の断面図に示すように、中心電極６の外形は、箱状電極８の内周よりも小さい。これにより、中心電極６と箱状電極８との間には、中心電極６の全周に亘って（すなわち、中心電極を取り囲むように）ギャップ部ＧＡが形成されている。言い換えると、中心電極６と箱状電極８は、樹脂材１０上部のギャップ部ＧＡを挟んで対向するように配置されている。ギャップ部ＧＡは、樹脂材１０の上部に形成されている。

中心電極６及び箱状電極８には、それぞれ出力ライン（図１の信号線４１、４２）が接続されている。なお、図示のように、中心電極６の下部等に磁石７を取り付けられていてもよいし、そうでなくても構わない。また、磁石７を取り付ける場合、当該磁石７は磁石や電磁石で構成されるが、磁石を銅などの非磁性体で被覆しこの被覆層に信号線４１、または信号線４２を接続するように構成してもよい。なお、磁石７に電磁石を用いる場合、中心電極６が当該電磁石の電極も兼ねる構成としてもよい。

出力ラインの出力端は、センサ駆動回路（図示しない）と接続されている。センサ駆動回路は、センサ５の抵抗値をモニタして、導体物質の電極間への集積による抵抗値の変動に基づき、機械部品の故障予知を行う。一定量を超える導体物質がギャップ部ＧＡに集積すると、電圧が印加された中心電極６と箱状電極８との間の電気抵抗が低下し、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を検知することで、機械部品の故障予知を可能とする。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）するようにしてもよい。

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。図１の回路基板４３は、出力ラインの出力（センサ５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２のメンテナンスを促す警告を発するように構成することができる。

磁石７は着磁され、所定の方向に磁束経路φＡ（図示しない）が形成される。特に、中心電極６の周囲のギャップ部ＧＡに強い磁束が流れる。磁石７の磁力により、ギャップ部ＧＡには、機械部品の導体物質（例えば、潤滑油へ混入した機械部品の導体物質）が吸着される。

ここで、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、導体物質の発生量が増加するが、この発生量は産業装置のサイズにより大きく異なる。一般に、大型の装置であればある程、より大きなないしはより多くの機械部品を備えるため、より多くの導体物質が発生する。一方、小型の装置等では、導体物質の発生量が少ないので、適切な故障予知を行うために必要な量の導体物質をセンサ５に集積することが困難な場合がある。したがって、機械部品の故障予知等を行うために必要な量の導体物質をセンサ５に収集可能にすることが望ましい。

以上説明したように、産業装置１においては、潤滑材が循環する領域Ａにセンサ５が設けられている。これにより、潤滑材内に含まれる導体物質がセンサ５の付近を通過しやすくなるので、導体物質がセンサ５に引き寄せられやすくなる。したがって、適切な故障予知に必要な量の摩耗粉（導体物質）をセンサ５に集積することが可能である。

次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態に係る産業装置１０１について説明する。産業装置１０１は、フランジ３を備え、該フランジ３に減速機２の少なくとも一部が収容されている。フランジ３は減速機２を収容する収容部材であり、駆動源４（例えば、モータ）はフランジ３に取り付けられる。フランジ３は、中空部（潤滑材溜まり部Ｓ）を有する略筒状の部材である。潤滑材溜まり部Ｓ内には潤滑材（例えば、潤滑油）が収容される。

図１に示される産業装置１と同様に、産業装置１０１は、潤滑材が溜まる潤滑材溜まり部Ｓと、一対の電極（すなわち、第１の電極６及び第２の電極８）を有し、該一対の電極の間に電圧を印加し、導体物質を該電極間に集積して、該一対の電極間の電気抵抗の変化を検知するセンサ５とを備えるよう構成される。

産業装置１０１は、中空の筒状部材１７と、該筒状部材１７の中心軸回りに回転するセンターギヤ１８とを備えている。センサ５はセンターギヤ１８の近傍に配置される。

このように、センターギヤ１８の近傍にセンサ５が配置されているので、センターギヤ１８の回転に伴い潤滑材が循環することによって導体物質の量をより多く収集することできる。したがって、適切な故障予知に必要な量の摩耗粉（導体物質）をセンサ５に集積することが可能である。

また、産業装置１０１において、センサ５はセンターギヤ１８と対向する領域に設けられている。これにより、センターギヤ１８の回転に伴い潤滑材をセンサの方向に向かって循環させることができるので、導体物質の量をより多く収集することできる。したがって、適切な故障予知に必要な量の摩耗粉（導体物質）をセンサ５に集積することが可能である。

また、産業装置１０１は、潤滑材溜まり部Ｓ内にブラケット１９が設けられ、前記センサ５は該ブラケット１９に固定されるよう構成される。これにより、センターギヤ１８と対向する位置にセンサを配置することができるため、導体物質の量をより多く収集することできる。したがって、適切な故障予知に必要な量の摩耗粉（導体物質）をセンサ５に集積することが可能である。。ここで、ブラケット１９は、産業装置１の内部の適切な位置にネジ等により取り付けるようにすることができるが、取付方法は適宜選択することができる。

次に、図４を参照して、本発明の第３実施形態に係る産業装置２０１について説明する。産業装置２０１は、フランジ３を備え、該フランジ３に減速機２の少なくとも一部が収容されている。フランジ３は減速機２を収容する収容部材であり、駆動源４（例えば、モータ）はフランジ３に取り付けられる。フランジ３は、中空部（潤滑材溜まり部Ｓ）を有する略筒状の部材である。潤滑材溜まり部Ｓ内には潤滑材（例えば、潤滑油）が収容される。

産業装置２０１は、潤滑材が溜まる潤滑材溜まり部Ｓと、一対の電極（すなわち、第１の電極６及び第２の電極８）を有し、該一対の電極の間に電圧を印加し、導体物質を該一対の電極間に集積して、該一対の電極間の電気抵抗の変化を検知するセンサ５とを備える。

産業装置２０１は、ケース２０に一部が収容された駆動源４を備えている。駆動源４は、例えばモータである。潤滑材溜まり部Ｓの一端部はケース２０の端面２２によって画定されている。駆動源４の駆動軸２１は、ケース２０の端面２２の端面２２を貫通し、センサ５はケース２０の端面２２に固定されている。これにより、駆動源４の駆動軸２１の回転に伴い潤滑材をセンサ５の方向に向かって循環させ、導体物質の量をより多く収集することできる。したがって、適切な故障予知に必要な量の摩耗粉（導体物質）をセンサ５に集積することが可能である。また、センサ５をフランジ３に設ける場合に比べて、フランジ３の成型がより簡易なものとなると共に、駆動源４の接続線とセンサ５の接続線とを纏めやすくなる。

次に、図５を参照して、本発明の第４実施形態に係る産業装置３０１について説明する。産業装置３０１は、フランジ３を備え、該フランジ３に減速機２の少なくとも一部が収容されている。フランジ３は、キャリア２３を備えた減速機２を収容する収容部材であり、駆動源４（例えば、モータ）はフランジ３に取り付けられる。フランジ３は、中空部を有する略筒状の部材である。空間Ｓ内には潤滑材（例えば、潤滑油）が充填される。

産業装置３０１は、潤滑材が溜まる潤滑材溜まり部Ｓと、一対の電極（すなわち、第１の電極６及び第２の電極８）を有し、該一対の電極間に電圧を印加し、導体物質を該一対の電極間に集積して、該一対の電極間の電気抵抗の変化を検知するセンサ５と、を備える。

本発明の一実施形態に係る産業装置１は、回転可能なキャリア２３を備え、前記センサ５は該キャリア２３に固定されるよう構成される。これにより、センサ５はキャリア２３と共に回転するので、センサ５の移動に伴いより多くの潤滑材と接触する。したがって、適切な故障予知に必要な量の摩耗粉（導体物質）をセンサ５に集積することが可能である。

次に、図６を参照して、本発明の第５実施形態に係る産業装置４０１を説明する。産業装置４０１は、フランジ３を備え、該フランジ３にキャリア２３を備える減速機２の少なくとも一部が収容されている。減速機２の出力側において、キャリア２３は第１の部材（例えば、ロボットアーム）２４と接続されている。フランジ３は、減速機２を収容する収容部材であり、駆動源４（例えば、モータ）はフランジ３に取り付けられる。フランジ３は、中空部（潤滑材溜まり部Ｓ）を有する略筒状の部材である。潤滑材溜まり部Ｓ内には潤滑材（例えば、潤滑油）が収容される。

産業装置４０１は、潤滑材が溜まる潤滑材溜まり部Ｓと、一対の電極（第１の電極６及び第２の電極８）を有し、該一対の電極の間に電圧を印加し、導体物質を該一対の電極間に集積して、該一対の電極間の電気抵抗の変化を検知するセンサ５とを備える。

産業装置４０１は、第１の部材２４と接続されたキャリア２３を備えている。第１の部材２４は、例えばロボットアームである。減速機２とそれに取付けられえる部材はフランジ３に対して回転可能であり、センサ５は第１の部材２４に固定される。これにより、センサ５は第１の部材２４と共に回転するので、センサ５の移動に伴いより多くの潤滑材と接触する。したがって、適切な故障予知に必要な量の摩耗粉（導体物質）をセンサ５に集積することが可能である。

産業装置４０１は、クランク部材（クランク機構）２５を備え、センサ５は該クランク部材２５と対向する位置に固定されている。センサ５は、クランク部材２５の軸方向において該クランク部材２５と対向する位置に固定される。これにより、クランク部材２５の近傍において、センサ５の移動により多くの潤滑材と接触するので、導体物質の量をより多く収集することできる。したがって、適切な故障予知に必要な量の摩耗粉（導体物質）をセンサ５に集積することが可能である。

次に、図７を参照して、本発明の第６実施形態に係る産業装置５０１について説明する。産業装置５０１は、フランジ３を備え、該フランジ３に減速機２の少なくとも一部が収容されている。フランジ３は減速機２を収容する収容部材であり、駆動源４（例えば、モータ）はフランジ３に取り付けられる。フランジ３は、中空部（潤滑材溜まり部Ｓ）を有する略筒状の部材である。潤滑材溜まり部Ｓ内には潤滑材（例えば、潤滑油）が収容される。

産業装置５０１は、潤滑材が溜まる潤滑材溜まり部Ｓと、一対の電極（すなわち、第１の電極６及び第２の電極８）を有し、該一対の電極の間に電圧を印加し、導体物質を該一対の電極間に集積して、該一対の電極間の電気抵抗の変化を検知するセンサ５とを備えるよう構成される。

産業装置５０１において、センサ５は潤滑材溜まり部Ｓの鉛直方向下方に配置されている。産業装置５０１は、例えば、駆動源４の駆動軸が鉛直方向と直交する状態で設置される。オイルバスの下側に配置したセンサ５では、潤滑材の撹拌が少ないために沈殿してしまった導体物質を集め易くなり、産業装置５０１の故障予知に用いることができる。これにより、沈殿した導体物質を引き寄せ易くなるので、適切な故障予知に必要な量の摩耗粉（導体物質）をセンサ５に集積することが可能である。

産業装置５０１は、一対の電極を有し、導体物質を一対の電極間に集積して一対の電極間の電気抵抗の変化を検知する他のセンサ５を備える。センサ５は潤滑材溜まり部Ｓの鉛直方向上方に配置される。オイルバスの上側に配置したセンサ５では、潤滑材の撹拌が少ない場合、減速機の故障に伴って発生する導体物質が沈殿してしまう。この場合、オイルバスの上側に配置したセンサ５には導体物質が付着しにくく、減速機が故障してから一定の時間をおいて反応するように構成される（故障してからより多くの導体物質が放出される）。このため、沈殿した導体物質を収集しやすい鉛直方向下側のセンサ５を故障予知に利用し、故障による大量の導体物質の放出を鉛直方向上側のセンサ５によって検出して故障検知に利用することで、より誤報の可能性の少ないセンサ態様を提供することが可能となる。また、さらにセンサ５の数量を増やすことで、より確実かつ正確な検知を可能とするセンサ群を設けることも可能となる。

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。

１産業装置
２減速機
３フランジ部
４駆動源
５センサ
６中心電極
７磁石
８箱状電極
９ネジ部材
１０樹脂材
１１バネ部材
１２ケース
１３出力軸
１４入力軸
１５出力軸
１６支持部材
１７筒状部材
１８センターギヤ
１９ブラケット
２０ケース
２１駆動軸
２２端面
２３キャリア
２４第１の部材
２５クランク部材
４１信号線
４２信号線
４３回路基板

Claims

潤滑材が循環する領域を含む潤滑材溜まり部と、
前記潤滑材が循環する領域に配置された一対の電極を有し、当該一対の電極間の電気抵抗の変化を検知するセンサと、を備え、
前記潤滑材溜まり部内にブラケットが設けられ、
前記センサは前記ブラケットに固定されている、
産業装置。
前記産業装置は減速機を含む、請求項１に記載の産業装置。
中空の筒状部材と、
前記センサの近傍に配置され、前記筒状部材の中心軸回りに回転するセンターギヤと、を備える、請求項１又は２に記載の産業装置。
前記センサは前記センターギヤと対向する領域に設けられている、請求項３に記載の産業装置。
ケースに少なくとも一部が収容された駆動源を備え、
前記潤滑材溜まり部の一端部は前記ケースの端面によって画定され、
前記駆動源の駆動軸は前記ケースの前記端面を貫通し、
前記センサは前記ケースの前記端面に固定されている、請求項１に記載の産業装置。
前記駆動源はモータである、請求項５に記載の産業装置。
前記センサが固定された回転可能なキャリアを備える、請求項１に記載の産業装置。
前記キャリアは、第１の部材と接続されている、請求項７に記載の産業装置。
前記第１の部材はロボットアームである、請求項８に記載の産業装置。
前記センサと対向する位置に固定されたクランク部材を備える、請求項８又は９に記載の産業装置。
前記センサは、前記クランク部材の軸方向において前記クランク部材と対向する位置に固定されている、請求項１０に記載の産業装置。