WO2017061411A1 - 監視装置および異常診断装置 - Google Patents

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WO2017061411A1
WO2017061411A1 PCT/JP2016/079432 JP2016079432W WO2017061411A1 WO 2017061411 A1 WO2017061411 A1 WO 2017061411A1 JP 2016079432 W JP2016079432 W JP 2016079432W WO 2017061411 A1 WO2017061411 A1 WO 2017061411A1
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heat flux
abnormality
fluid
chamber
flux sensor
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PCT/JP2016/079432
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English (en)
French (fr)
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倫央 郷古
谷口　敏尚
坂井田　敦資
岡本　圭司
芳彦 白石
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株式会社デンソー
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically

Definitions

  • the present disclosure relates to a monitoring device that monitors the pressure state of a fluid and an abnormality diagnosis device that diagnoses whether there is an abnormality in a target device.
  • Patent Document 1 As a heat flux sensor for detecting a heat flux, for example, there is one disclosed in Patent Document 1.
  • a power cylinder that reciprocates a piston by using fluid pressure such as air pressure, hydraulic pressure, and water pressure as power.
  • the power cylinder is also called a fluid pressure drive device.
  • air cylinders powered by air pressure are used as actuators in production equipment.
  • the power cylinder is divided into two chambers by a piston.
  • One of the two chambers is supplied with a compressed fluid. Fluid is drained from the other of the two rooms.
  • the piston reciprocates by switching between supply and discharge of fluid to and from the two chambers. In each of the two chambers, the fluid pressure is changed as the fluid is compressed or expanded.
  • an abnormality diagnosis device for diagnosing the presence or absence of an abnormality in a power cylinder
  • an abnormality diagnosis device capable of diagnosing the presence or absence of an abnormality from the pressure state of a fluid inside a room.
  • the following problems have been found. That is, it is not preferable to make a hole in the wall of the room where the pressure change occurs, because this affects the state inside the room. Therefore, it is desired to realize an abnormality diagnosis device that can diagnose the presence or absence of abnormality from the pressure state of the fluid inside the room without drilling holes in the room and attaching a measuring instrument.
  • this problem is not limited to the abnormality diagnosis device that targets the power cylinder as a diagnosis target, and the same applies to the abnormality diagnosis device that targets a target device other than the power cylinder including a chamber in which fluid is compressed or expanded. That is true.
  • a monitoring device that monitors the pressure state of a fluid in a target device having a room in which at least one of compression and expansion of fluid is performed internally has a hole in the wall of the room. It is desired to realize a monitoring device that can monitor the pressure state of the fluid inside the room without attaching a measuring instrument.
  • an object of the present disclosure is to provide a monitoring device that can monitor the pressure state of a fluid inside a room without drilling a hole in the wall of the room and attaching a measuring instrument. Furthermore, another object of the present disclosure is to provide an abnormality diagnosis apparatus that can perform abnormality diagnosis from the state of fluid inside a room.
  • the monitoring device related to the first response of the present disclosure is a monitoring device that monitors the pressure state of the fluid in a target device having a room in which at least one of compression and expansion of the fluid is performed inside.
  • the monitoring device is provided in the target device and detects a heat flux between the inside and the outside of the room, and determines a pressure state of the fluid based on a detection result of the heat flux sensor. And a determination unit.
  • Compressed fluid here refers to a phenomenon in which the fluid pressure rises and the fluid temperature rises compared to before compression.
  • the expansion of the fluid here refers to a phenomenon in which the pressure of the fluid decreases and the temperature of the fluid decreases compared to before expansion.
  • the heat flux between the inside and outside of the room changes according to the change in the state. . Therefore, the heat flux between the inside and the outside of the room can be detected, and the pressure state of the fluid can be determined from the detection result.
  • the heat flux between the inside and outside of the room can be detected without making a hole in the room wall. Therefore, according to this monitoring device, the pressure state of the fluid inside the room can be monitored without making a hole in the wall of the room and attaching a measuring instrument.
  • the abnormality diagnosis device related to the second countermeasure of the present disclosure is an abnormality diagnosis device that diagnoses an abnormality of a target device having a room in which at least one of fluid compression and expansion is performed inside.
  • the abnormality diagnosis device is provided in the target device, and a heat flux sensor that detects a heat flux between the inside and the outside of the room, and an abnormality in the target device based on a detection result of the heat flux sensor.
  • a determination unit that determines whether or not there is.
  • Compressed fluid here refers to a phenomenon in which the fluid pressure rises and the fluid temperature rises compared to before compression.
  • the expansion of the fluid here refers to a phenomenon in which the pressure of the fluid decreases and the temperature of the fluid decreases compared to before expansion.
  • the heat flux between the inside and outside of the room changes according to the change in the state.
  • the method of changing the heat flux differs depending on whether the target device is normal or abnormal. Therefore, the heat flux between the inside and the outside of the room can be detected, and it can be determined from this detection result whether there is an abnormality in the target device.
  • abnormality diagnosis can be performed from the state of the fluid inside the room without making a hole in the wall of the room and attaching a measuring instrument.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2. It is sectional drawing of the air cylinder in the period P1 of the normal example 1 of 1st Embodiment. It is sectional drawing of the air cylinder in the period P2 of the normal example 1 of 1st Embodiment. It is sectional drawing of the air cylinder in the period P3 of the normal example 1 of 1st Embodiment. It is sectional drawing of the air cylinder in the period P4 of the normal example 1 of 1st Embodiment.
  • an abnormality diagnosis apparatus as a monitoring apparatus will be described.
  • the abnormality diagnosis device 1 of the present embodiment diagnoses an abnormality of the air cylinder 20 as a target device.
  • the air cylinder 20 is a power cylinder that reciprocates the piston 24 using air pressure as power.
  • the air cylinder 20 includes a cylinder 22, a piston 24, and a piston rod 26.
  • the cylinder 22, the piston 24, and the piston rod 26 are made of metal.
  • the cylinder 22 is a housing having a cylindrical internal space (that is, a room) 221. For this reason, the cylinder 22 is also called a cylinder housing.
  • the chamber 221 is divided into two chambers, a first chamber 222 and a second chamber 223, by the piston 24.
  • the first chamber 222 is a chamber on the opposite side of the piston 24 from the piston rod 26 side.
  • the second chamber 223 is a chamber on the piston rod 26 side of the piston 24.
  • a first opening 224 communicating with the first chamber 222 is formed in the cylinder 22.
  • a second opening 225 that communicates with the second chamber 223 is formed in the cylinder 22.
  • the piston 24 is disposed inside the room 221.
  • a rubber seal member 241 is attached to the side surface of the piston 24.
  • a seal member 241 seals between the piston 24 and the cylinder 22.
  • the piston 24 slides against the inner surface of the cylinder 22 by the seal member 241.
  • the piston rod 26 is a shaft member that interlocks with the piston 24.
  • the cylinder 22 has a third opening 226 formed therein.
  • the piston rod 26 passes through the third opening 226.
  • a rubber seal member 227 is attached to an inner wall surface constituting the third opening 226.
  • a seal member 227 seals between the piston rod 26 and the cylinder 22.
  • the piston rod 26 slides with respect to the inner surface of the cylinder 22 by the seal member 227.
  • a flow path switching valve (not shown) is connected to the first opening 224 and the second opening 225 of the cylinder 22.
  • the flow path switching valve switches the connection between an air supply flow path and an air discharge flow path (not shown) for each of the first opening 224 and the second opening 225.
  • the air supply flow path is connected to an air compressor (not shown) that is a supply source of compressed air.
  • the air discharge channel is open to the atmosphere. While the compressed air is supplied to the first chamber 222 by the flow path switching valve, the second chamber 223 is opened to the atmosphere, the first chamber 222 is opened to the atmosphere, and the second chamber 223 is opened. The second state in which the compressed air is supplied to is switched.
  • a flow rate adjusting valve (not shown) is provided in each of the flow path continuous to the first opening 224 and the flow path continuous to the second opening 225.
  • the flow rate adjusting valve is a speed controller that changes the operating speed of the piston 24 by adjusting the flow rate of the supplied compressed air.
  • the abnormality diagnosis device 1 includes a heat flux sensor 10, a control device 12, and a display device 14.
  • the heat flux sensor 10 detects a heat flux between the inside and the outside of the cylinder 22.
  • the plurality of heat flux sensors 10 are each attached to the outer surface of the cylinder 22.
  • the heat flux sensor 10 includes a first heat flux sensor 10a and a second heat flux sensor 10b.
  • the first heat flux sensor 10 a is disposed in a portion of the outer surface of the cylinder 22 that is closest to the first chamber 222.
  • the first heat flux sensor 10a detects a heat flux between the inside and the outside of the first chamber 222.
  • the second heat flux sensor 10 b is disposed in a portion of the outer surface of the cylinder 22 that is closest to the second chamber 223.
  • the second heat flux sensor 10b detects a heat flux between the inside and the outside of the second chamber 223.
  • the heat flux sensor 10 has a flat plate shape. The internal structure of the heat flux sensor 10 will be described later.
  • the heat flux sensor 10 is connected to the input side of the control device 12.
  • the control device 12 performs abnormality diagnosis control of the air cylinder 20.
  • This abnormality diagnosis control determines whether or not there is an abnormality in the air cylinder 20 based on the detection result of the heat flux sensor 10. Therefore, the control device 12 constitutes a determination unit that determines whether the target device has an abnormality based on the detection result of the heat flux sensor 10.
  • a display device 14 is connected to the output side of the control device 12.
  • the control device 12 causes the display device 14 to display that there is an abnormality.
  • the control device 12 includes a microcomputer, a storage device, and the like.
  • the display device 14 is a notification device for notifying the user that there is an abnormality.
  • a liquid crystal display or the like is used as the display device 14.
  • the heat flux sensor 10 is configured by integrating an insulating base material 100, a surface protection member 110, and a back surface protection member 120, respectively.
  • the first and second interlayer connection members 130 and 140 are alternately connected in series.
  • the surface protection member 110 is omitted.
  • the insulating base material 100, the surface protection member 110, and the back surface protection member 120 are in the form of a film and are made of a flexible resin material such as a thermoplastic resin.
  • the insulating base material 100 is formed with a plurality of first and second via holes 101 and 102 penetrating in the thickness direction.
  • First and second interlayer connection members 130 and 140 made of different thermoelectric materials such as metals and semiconductors are embedded in the first and second via holes 101 and 102.
  • One connection portion of the first and second interlayer connection members 130 and 140 is constituted by the surface conductor pattern 111 disposed on the surface 100 a of the insulating base material 100.
  • the other connection portion of the first and second interlayer connection members 130 and 140 is constituted by the back surface conductor pattern 121 arranged on the back surface 100b of the insulating base material 100.
  • thermoelectromotive force is generated in the first and second interlayer connection members 130 and 140 by the Seebeck effect.
  • the heat flux sensor 10 outputs the thermoelectromotive force as a sensor signal representing the voltage.
  • periods P1, P2, P3, and P4 in FIG. 5 correspond to the time when the state of the air cylinder 20 is the state shown in FIGS. 4A, 4B, 4C, and 4D, respectively.
  • the air cylinder 20 is extended from the contracted state, so that compressed air is supplied to the first chamber 222, and the second chamber 223 is opened to the atmosphere.
  • the second chamber 223 is opened to the atmosphere from the state where the compressed air supplied when the second chamber 223 is contracted from the expanded state.
  • the piston 24 does not start due to static friction of the seal members 241 and 227.
  • the first heat flux increases on the + side.
  • the second chamber 223 is depressurized by opening to the atmosphere, whereby the air in the first chamber 222 is expanded and cooled. For this reason, the heat flux from the outside toward the inside of the second chamber 223 increases. As a result, the heat flux detected by the second heat flux sensor 10b (hereinafter referred to as the second heat flux) has a negative value, and the absolute value increases on the negative side.
  • the compressed air is supplied to the second chamber 223, and the first chamber 222 is opened to the atmosphere.
  • the pressure difference between the first chamber 222 and the second chamber 223 increases, and the piston 24 starts to move.
  • the piston 24 is stopped by a stopper (not shown).
  • the compressed air is supplied until the second chamber 223 reaches a predetermined pressure. When the second chamber 223 reaches a predetermined pressure, the supply of compressed air is stopped.
  • the movement of the piston 24 in the normal example 2 is the opposite of the movement of the piston 24 in the normal example 1.
  • the waveform of the first heat flux and the waveform of the second heat flux are opposite to the waveform of the first heat flux and the waveform of the second heat flux in the normal example 1. That is, the waveform of the first heat flux in the normal example 2 is the same as the waveform of the second heat flux in the normal example 1.
  • the waveform of the second heat flux of the normal example 2 is the same as the waveform of the first heat flux of the normal example 1.
  • the compressed air is supplied to the first chamber 222, and the second chamber 223 is opened to the atmosphere. Then, similarly to the period P1 of the normal example 1, the piston 24 starts to move. Therefore, in the period P11, the first heat flux and the second heat flux draw waveforms similar to those in the periods P1 and P2 of the normal example 1.
  • the piston rod 26 hits the work 30, and the piston 24 stops.
  • the pressure in the first chamber 222 rises while the work 30 continues to be stopped by static friction. For this reason, the air in the first chamber 222 is compressed and heated. As a result, the first heat flux increases on the + side.
  • the second chamber 223 is further depressurized by opening to the atmosphere. For this reason, the absolute value on the negative side of the second heat flux increases rapidly.
  • the piston 24 is stopped by a stopper (not shown). Thereafter, similarly to the period P4 of the normal example 1, the supply of compressed air is stopped. Therefore, in the period P14, the first heat flux and the second heat flux have the same waveforms as those in the periods P3 and P4 of the normal example 1.
  • abnormality example 1 is an abnormality example corresponding to the normal example 1.
  • abnormality example 1 is a case where the air cylinder 20 collides with the foreign object 30A in the middle of changing from a contracted state to an extended state.
  • the heat flux change in this case has the waveform shown in FIG.
  • the piston rod 26 collides with a foreign object.
  • the pressure in the first chamber 222 increases. That is, the air is compressed and heated.
  • the first heat flux increases on the + side.
  • the second chamber 223 is depressurized by being released to the atmosphere. That is, the cooling due to the expansion of air proceeds rapidly. For this reason, the absolute value of the second heat flux increases on the negative side.
  • the waveform of the heat flux in the abnormal example 1 is different from the waveform of the normal example 1 shown in FIG.
  • the abnormality example 2 is an abnormality example corresponding to the normal example 1. As shown in FIG. 12, the abnormality example 2 is an abnormality example in which the operation of the piston 24 is delayed by the sliding friction resistance when the air cylinder 20 moves the movable plate 31.
  • the movable plate 31 is configured to move along the two rods 34 and 35 via the linear bushes 32 and 33.
  • the linear bushes 32 and 33 are guide members that move along two rods that are linear members.
  • the linear bushes 32 and 33 are fixed to the movable plate 31.
  • the movable plate 31 is fixed to the piston rod 26. As the piston rod 26 moves, the movable plate 31 moves.
  • a lubricant is applied between the linear bushes 32 and 33 and the two rods 34 and 35.
  • this lubricant deteriorates, the sliding frictional resistance of the linear bushes 32 and 33 increases. For this reason, the operation of the piston 24 is delayed.
  • the heat flux change in this case has the waveform shown in FIG.
  • the change in the first heat flux becomes slower than that in the normal example 1, and the time during which the increase in the first heat flux occurs is delayed.
  • the change in the second heat flux is slower than the normal example 1 in which the absolute value of the second heat flux is increased.
  • the waveform of the heat flux in the abnormal example 2 is different from the waveform of the normal example 1 shown in FIG.
  • abnormality example 3 is an abnormality example corresponding to the normal example 3. As shown in FIG. 14, abnormality example 3 is a case where when air cylinder 20 extends and pushes work 30, there is no work 30 that should be pushed due to some abnormality in the equipment.
  • the heat flux change in this case has the waveform shown in FIG.
  • the control device 12 performs abnormality diagnosis based on the detection result of the heat flux sensor 10, as shown in FIG.
  • Each step shown in FIG. 16 constitutes a function realization unit that realizes various functions. Further, the abnormality diagnosis control shown in FIG. 16 is performed separately for the first heat flux sensor 10a and the second heat flux sensor 10b.
  • the abnormality diagnosis control using the first heat flux sensor 10a and the abnormality diagnosis control using the second heat flux sensor 10b are substantially the same. Therefore, hereinafter, abnormality diagnosis control using the first heat flux sensor 10a will be described.
  • step S1 the control device 12 acquires the detection value of the first heat flux sensor 10a. At this time, the control device 12 calculates the value of the heat flux from the sensor signal input from the first heat flux sensor 10a, that is, the voltage value. The control device 12 uses the calculated heat flux value as a detection value. Instead of using the heat flux value as the detection value, the voltage value output from the heat flux sensor 10 may be used.
  • step S2 the control device 12 compares the detection value obtained in step S1 with a threshold value, and determines whether there is an abnormality based on the comparison result.
  • the control device 12 compares the detected value when the elapsed time from the start of the supply of compressed air to the air cylinder 20 is a predetermined time with the threshold value at the predetermined time.
  • This threshold is a criterion set according to the predetermined time.
  • control device 12 compares detection value qx at time T1 as a predetermined time with threshold value qth1 at time T1.
  • threshold value qth1 the waveform of the 1st heat flux of the abnormal example 1 shown in FIG. 11 and the waveform of the 1st heat flux of the normal example 1 are shown.
  • the control device 12 determines that there is an abnormality when the detection value qx exceeds the threshold value qth1.
  • the control device 12 compares the detection value qx at the time T2 as the predetermined time with the threshold value qth2 at the time T2.
  • the waveform of the 1st heat flux of the abnormal example 2 shown in FIG. 13 and the waveform of the 1st heat flux of the normal example 1 are shown.
  • the control device 12 determines that there is an abnormality when the detection value qx falls below the threshold value qth2.
  • control device 12 compares detection value qx at time T3 as a predetermined time with threshold value qth3 at time T3.
  • FIG. 19 the waveform of the 1st heat flux of the abnormality example 3 shown in FIG. 15 and the waveform of the 1st heat flux of the normal example 1 are shown.
  • the control device 12 determines that there is an abnormality when the detection value qx falls below the threshold value qth3.
  • the control device 12 may determine the detection values at a plurality of different predetermined times by comparing them with a threshold value. At this time, it is preferable to set the predetermined time for each cause of the abnormality. Thereby, it is possible to specify the cause of the abnormality. For example, the control device 12 determines whether or not the detection value qx at the time T1 in FIG. 17 is higher than the corresponding threshold value qth1, and the control device 12 detects the detection value at the time T2 in FIG. It is determined whether qx is lower than the corresponding threshold value qth2. By performing both of these determinations, when there is an abnormality, it is possible to specify whether the cause of the abnormality is abnormality example 1 or abnormality example 2.
  • control device 12 If it is determined that there is an abnormality, the control device 12 outputs a control signal for causing the display device 14 to display that there is an abnormality in step S3. This notifies the maintenance worker of the abnormality. As a result, the maintenance worker can take necessary measures.
  • the abnormality diagnosis device 1 of the present embodiment includes the first heat flux sensor 10a, the second heat flux sensor 10b, and the control device 12.
  • the control device 12 compares the detection result of the first heat flux sensor 10a with the corresponding determination criterion to determine whether or not the air cylinder 20 has an abnormality.
  • the control device 12 compares the detection result of the second heat flux sensor 10b with the corresponding determination criterion to determine whether or not the air cylinder 20 has an abnormality.
  • the air is compressed or expanded inside the first chamber 222 and the second chamber 223, and the state of the air changes.
  • the heat flux between the inside and the outside of the first chamber 222 and the heat flux between the inside and the outside of the second chamber 223 change. Therefore, the heat flux between the inside and the outside of the first chamber 222 is detected by the first heat flux sensor 10a.
  • the heat flux between the inside and the outside of the second chamber 223 is detected by the second heat flux sensor 10b.
  • the control apparatus 12 can determine whether the air cylinder 20 has abnormality by comparing these detection results with a determination criterion. Note that the determination by comparing the detection result with the corresponding determination criterion is equivalent to determining the pressure state of the air in the first chamber 222 and in the second chamber 223.
  • the heat flux between the inside and the outside of each of the first chamber 222 and the second chamber 223 is the first heat flux sensor 10a installed outside the room without making a hole in the wall of the room. And can be detected by the second heat flux sensor 10b. Therefore, according to the abnormality diagnosis apparatus 1 of the present embodiment, it is not necessary to make holes in the walls of the first chamber 222 and the second chamber 223 in order to attach the measuring instrument.
  • a method using a position sensor for detecting the position of the piston 24 is conceivable.
  • This position sensor is a magnetic sensor and is generally called an auto switch.
  • the time from when the piston 24 starts to move to the stop position is measured by an auto switch and a timer, and the measurement time is compared with a predetermined time set in advance.
  • an abnormality is determined when the measurement time is longer or shorter than the predetermined time.
  • the abnormality diagnosis device 1 of the present embodiment diagnoses the presence or absence of abnormality based on the detection result of the heat flux sensor 10. If there is an abnormality in the middle of the operation of the piston 24, the way of changing the heat flux changes compared to the normal state. Therefore, according to the abnormality diagnosis device 1 of the present embodiment, even if there is an abnormality during the operation of the piston 24 and the time for the piston 24 to reach the stop position is not different from the normal time, it is determined as abnormal. be able to.
  • the abnormality diagnosis performed by the abnormality diagnosis device 1 of the present embodiment can be used for proper determination of the initial setting of the air cylinder 20. For example, when the failed air cylinder 20 is replaced with a new air cylinder 20, it is necessary to adjust the flow rate adjustment valve in order to match the operating speed of the piston 24 with that before the replacement. Therefore, after adjusting the flow rate adjustment valve, the abnormality diagnosis device 1 of the present embodiment performs the abnormality diagnosis described above. Thereby, it can be determined whether the adjustment of the flow rate adjustment valve is appropriate. For this reason, reproducibility of the moving speed of the piston 24 can be obtained.
  • the abnormality diagnosis performed by the abnormality diagnosis apparatus 1 of the present embodiment can be used for proper determination of the assembly of the sliding mechanism in the apparatus that moves the sliding mechanism by the air cylinder 20.
  • the abnormality diagnosis described above is performed after assembly. This makes it possible to determine whether or not the assembly has been performed properly.
  • the abnormality diagnosis apparatus 1 of the present embodiment differs from the abnormality diagnosis apparatus 1 of the first embodiment in the diagnosis target and the mounting position of the heat flux sensor 10.
  • the abnormality diagnosis apparatus 1 of the present embodiment uses a rodless cylinder 40 as an air cylinder as a diagnosis target.
  • the rodless cylinder 40 includes a first joint block 41 and a second joint block 42 connected to the cylinder 22.
  • the first joint block 41 connects the first opening 224 and a pipe (not shown).
  • the second joint block 42 connects the second opening 225 and a pipe (not shown).
  • the first joint block 41 and the second joint block 42 are made of metal.
  • the first heat flux sensor 10 a is attached to the outer surface of the first joint block 41.
  • the second heat flux sensor 10 b is attached to the outer surface of the second joint block 42.
  • the change in the first heat flux and the change in the second heat flux in the case of the normal example 1 have waveforms shown in FIG. As shown in FIG. 21, even if the heat flux sensor 10 is provided at a location away from the chamber 221 (222, 223) of the cylinder 22, a change in the heat flux can be detected.
  • the abnormality diagnosis apparatus 1 using the heat flux sensor 10 has a degree of freedom in the mounting location of the heat flux sensor 10.
  • the abnormality diagnosis apparatus 1 of the present embodiment is different from the abnormality diagnosis control of the first embodiment in the way of determination in step S2 of FIG. 16 in abnormality diagnosis control.
  • control device 12 uses, as the detection result of the heat flux sensor 10, the time when the detection value acquired in step S1 reaches the threshold value.
  • the control device 12 measures the arrival time with a timer, and compares the measured arrival time with a predetermined determination time.
  • the control device 12 compares the arrival time Tx when the detection value of the heat flux sensor 10 reaches the threshold value qth with the determination time Tth.
  • the determination time Tth is set in advance based on the heat flux waveform of the normal example 1.
  • the control device 12 determines that there is an abnormality.
  • the abnormality diagnosis apparatus 1 of the present embodiment is different from the abnormality diagnosis control of the first and third embodiments in the method of determination in step S2 of FIG. 16 in abnormality diagnosis control.
  • the control device 12 uses a heat flux waveform indicating a change in heat flux with respect to time over one cycle of the air cylinder 20 as a detection result of the heat flux sensor 10.
  • One cycle is a moving period from one stop position of the piston 24 to the other stop position.
  • a determination region set based on a normal heat flux waveform is used as a determination criterion.
  • This determination area has an upper limit waveform in which the detected value on the vertical axis is increased by a predetermined value with respect to the heat flux waveform at normal time, and the detected value on the vertical axis is decreased by a predetermined value with respect to the heat flux waveform at normal time.
  • the control device 12 determines that there is an abnormality. In this way, it can also be determined whether or not there is an abnormality in the air cylinder 20.
  • control device 12 calculates an integrated value of the difference between the detected heat flux waveform and the normal heat flux waveform at each time, compares the integrated value with the determination value, and the integrated value exceeds the determination value. It is determined that there is an abnormality.
  • the abnormality diagnosis apparatus 1 of the present embodiment is different from the first embodiment in that the expansion / contraction direction of the air cylinder 20 to be diagnosed is the vertical direction.
  • the normal heat flux change when the air cylinder 20 expands and contracts in the vertical direction has the waveform shown in FIG.
  • the horizontal axis in FIG. 25 is the elapsed time from the start of the supply of compressed air to the first chamber 222.
  • the horizontal axis of FIG. 25 shows the period of one cycle until the air cylinder 20 expands and then contracts to return to the original state.
  • the vertical axis in FIG. 25 is the same as in FIG.
  • periods P21, P22, P23, and P24 in FIG. 25 correspond to the time when the state of the air cylinder 20 is the state shown in FIGS. 24A, 24B, 24C, and 24D, respectively.
  • the piston 24 is stopped by a stopper (not shown).
  • the first chamber 222 becomes constant at a predetermined pressure. Thereby, the heating of the air in the first chamber 222 is saturated. For this reason, the first heat flux gradually decreases and approaches zero.
  • the second chamber 223 is in an atmospheric pressure state. For this reason, the second heat flux gradually decreases and approaches zero.
  • period P24 as shown in FIG. 24D, the piston 24 is stopped by a stopper (not shown).
  • the second chamber 223 becomes constant at a predetermined pressure. Thereby, the heating of the air in the second chamber 223 is saturated. For this reason, the second heat flux gradually decreases and approaches zero.
  • the first chamber 222 is in an atmospheric pressure state. For this reason, the absolute value of the first heat flux gradually decreases and approaches zero.
  • control device 12 performs abnormality diagnosis control as in the first embodiment. That is, the control device 12 compares the detection result of the heat flux sensor with the determination criterion using the determination criterion set in advance based on the normal heat flux change described above, and the air cylinder 20 has an abnormality. It is determined whether or not there is. Thus, abnormality diagnosis of the air cylinder 20 can be performed.
  • the first heat flux sensor 10a and the second heat flux sensor 10b are used as the heat flux sensor 10. However, only one of the first heat flux sensor 10a and the second heat flux sensor 10b is used. It may be. This is because when the air cylinder 20 is abnormal, the heat flux change with respect to time is different in both the first chamber 222 and the second chamber 2223.
  • the target device that is the target of the abnormality diagnosis is an air cylinder, that is, a pneumatic drive device that performs a linear operation. It may be a driving device.
  • a pneumatic drive device that performs an operation other than a linear operation includes a housing having an internal space and an operation member disposed in the internal space, like the air cylinder. The internal space of the housing is partitioned into two chambers by an operating member. The actuating member moves using compressed air supplied to one of the two rooms sandwiching the actuating member as power.
  • the driving device is not limited to the case where the air pressure is used as the power, but may be a fluid pressure driving device which uses the fluid pressure other than the air pressure such as oil pressure or water pressure as the power.
  • the operating member moves by using the fluid supplied to one of the two rooms sandwiching the operating member as power.
  • the heat flux between the inside and the outside of the room changes. Therefore, by detecting this change in the heat flux with a heat flux sensor, it is possible to diagnose whether there is an abnormality in the drive device.
  • the target device is not limited to a fluid pressure driving device.
  • the heat flux between the inside and the outside of the room changes. Therefore, the above-described abnormality diagnosis apparatus 1 can perform abnormality diagnosis on a target apparatus having a room in which at least one of fluid compression and expansion is performed.
  • target devices examples include fluid valves, shock absorbers, and pressure tanks.
  • a fluid valve is a device having a movable mechanism that can open and close a fluid flow path in order to pass, stop, and control fluid.
  • a fluid valve is a ball valve.
  • the ball valve 50 includes a body 51 and a ball 52.
  • the body 51 is a flow path forming member that forms a fluid flow path 53 therein.
  • the ball 52 is a spherical valve body that opens and closes the flow path 53.
  • the ball valve 50 includes a sealing material (not shown).
  • the flow path 53 is opened and closed.
  • the upstream flow channel 53a upstream of the ball 52 in the flow channel 53 is compared with that before the switching. As a result, the pressure of the fluid increases. For this reason, the fluid is compressed.
  • the fluid pressure in the upstream side channel 53a is reduced compared to that before the switching. . For this reason, the fluid expands.
  • the upstream flow path 53a corresponds to a room where at least one of fluid compression and expansion is performed.
  • the upstream flow path 53a is one of the rooms partitioned by the valve body.
  • the fluid valve typified by the ball valve 50 may malfunction, that is, malfunction due to damage to the valve body, biting of foreign matter, deterioration of the sealing material, and the like.
  • a measuring instrument such as a pressure gauge or a flow meter is provided in the middle of the flow path.
  • the heat flux sensor 10 is installed in a portion of the outer surface of the body 51 close to the upstream flow path 53a.
  • the heat flux sensor 10 detects a heat flux between the upstream flow path 53 a and the outside of the body 51.
  • the control device 12 determines whether or not there is an abnormality in the ball valve 50 based on the detection result of the heat flux by the heat flux sensor 10.
  • the abnormality diagnosis device for the ball valve 50 it is possible to diagnose whether there is an abnormality in the ball valve 50 without making a hole in the body 51 and attaching a measuring instrument.
  • the heat flux sensor 10 is attached to the outside of the body 51. For this reason, the heat flux sensor 10 does not need to touch the fluid. Thereby, the presence or absence of abnormality of the ball valve 50 can be diagnosed regardless of the type of fluid.
  • the shock absorber is a shock absorber that attenuates the impact and vibration of the moving parts of the machine and reduces noise and damage.
  • As the shock absorber there is a twin tube type shock absorber.
  • the twin tube type shock absorber 60 includes an outer tube 61, an inner tube 62, a piston 63, a piston rod 64, an oil 65, and a gas 66.
  • the inner tube 62 is disposed inside the outer tube 61.
  • the inner tube 62 has a base valve 62a provided at the bottom.
  • the piston 63 is disposed inside the inner tube 62.
  • the piston 63 has a piston valve 63a.
  • the piston rod 64 is continuous with the piston 63.
  • the oil 65 is disposed inside the inner tube 62 and between the outer tube 61 and the inner tube 62. Therefore, the inside of the inner tube 62 is an oil chamber 67 in which the oil 65 exists.
  • a room where the oil 65 exists between the outer tube 61 and the inner tube 62 is an oil chamber 68.
  • the gas 66 is disposed between the outer tube 61 and the inner tube 62. Therefore, the chamber in which the gas 66 exists between the outer tube 61 and the inner tube 62 is the gas chamber 69.
  • the damping force of the shock absorber 60 is generated by fluid resistance when the oil 65 passes through the piston valve 63a and the base valve 62a.
  • the piston rod 64 receives an impact and descends, the oil 65 passes through the piston valve 63a and the base valve 62a, so that the impact is attenuated.
  • the pressure of the oil 65 and the gas 66 increases. That is, the oil 65 and the gas 66 are compressed.
  • the piston rod 64 rises the pressure of the oil 65 and the gas 66 decreases. That is, the oil 65 and the gas 66 expand.
  • each of the oil chambers 67 and 68 and the gas chamber 69 corresponds to a chamber in which at least one of fluid compression and expansion is performed.
  • the shock absorber 60 may malfunction due to gas leakage due to deterioration of the sealing material or the like, that is, an abnormality may occur.
  • an abnormality may occur.
  • the pressure inside the outer tube 61 is set so that the shock absorber 60 can absorb the assumed impact force. For this reason, it is not preferable to make a hole in the outer tube 61 and provide a pressure gauge later.
  • the heat flux sensor 10 is installed in a portion close to the oil chambers 67 and 68 on the outer surface of the outer tube 61.
  • the heat flux sensor 10 detects a heat flux between the oil chambers 67 and 68 and the outside.
  • the heat flux sensor 10 is installed in a portion near the gas chamber 69 on the outer surface of the outer tube 61.
  • the heat flux sensor 10 detects a heat flux between the inside and the outside of the gas chamber 69.
  • the control device 12 determines whether or not the shock absorber 60 has an abnormality based on the detection result of the heat flux sensor 10.
  • the pressure tank is a device for storing fluid such as increased air or oil.
  • the pressure tank 70 includes a container 71 that stores fluid therein.
  • the container 71 has a fluid inlet 72 and an outlet 73.
  • the inside of the container 71 is a room 74 for storing fluid.
  • the pressure tank 70 includes a sealing material that seals the connection portion of the container 71 and the like, although not shown.
  • the room 74 corresponds to a room in which at least one of fluid compression and expansion is performed.
  • the pressure tank 70 may be leaked, that is, abnormal due to deterioration of the sealing material.
  • the airtightness of the container 71 is important, it is not allowed to make a hole in the container 71 and provide a pressure gauge.
  • the heat flux sensor 10 is installed on the outer surface of the container 71.
  • the heat flux sensor 10 detects a heat flux between the inside and the outside of the room 74.
  • the control device 12 determines whether or not there is an abnormality in the pressure tank 70 based on the detection result by the heat flux sensor 10.
  • the presence or absence of abnormality can be diagnosed without making a hole in the container 71 and attaching a pressure gauge.
  • the heat flux sensor 10 is attached to the outside of the container 71. For this reason, the presence or absence of abnormality of the pressure tank 70 can be diagnosed regardless of the type of fluid.
  • the characteristic configuration of the present disclosure is applied to the abnormality diagnosis device, but the characteristic configuration of the present invention may be applied to a monitoring device other than the abnormality diagnosis device. That is, in each of the above embodiments, the control device 12 determines whether or not there is an abnormality in the target device based on the detection result of the heat flux sensor 10. On the other hand, the control device 12 may determine the pressure state of the fluid in the target device based on the detection result of the heat flux sensor 10.
  • Determining the pressure state of the fluid includes determining which of the plurality of predetermined states the pressure state of the fluid corresponds to when the fluid pressure state changes to any one of the plurality of predetermined states. It is.
  • the control device 12 determines whether the air pressure state corresponds to the state shown in FIG. 4A, the state shown in FIG. 4B, or the state shown in FIG. 4C based on the detection result of the heat flux sensor 10. be able to.
  • the control device 12 can detect the position of the piston 24 based on the determination result and the relationship between the air pressure state and the position of the piston 24.
  • the heat flux sensor 10 having the structure shown in FIGS. 2 and 3 is used, but another heat flux sensor may be used.
  • the display device 14 is used as the notification device, but a sound generating device such as a buzzer may be used.
  • a monitoring apparatus is provided with a heat flux sensor and a determination part.
  • the monitoring device monitors the pressure state of the fluid in the target device having a room in which at least one of compression and expansion of the fluid is performed.
  • the heat flux sensor is provided in the target device.
  • the heat flux sensor detects the heat flux between the inside and the outside of the room.
  • the determination unit determines the pressure state of the fluid based on the detection result of the heat flux sensor.
  • the target device of the monitoring device includes a housing having an internal space and an operation member disposed in the internal space.
  • the interior space of the housing is partitioned into two chambers by an operating member.
  • the actuating member moves with the fluid supplied to one of the two chambers as power.
  • the heat flux sensor detects a heat flux between the inside and the outside of at least one of the two rooms.
  • the monitoring device can monitor the pressure state of the fluid in the target device having such a specific configuration.
  • the abnormality diagnosis apparatus includes a heat flux sensor and a determination unit.
  • the heat flux sensor is provided in a target device having a chamber in which fluid is compressed or expanded.
  • the heat flux sensor detects the heat flux between the inside and the outside of the room.
  • the determination unit determines whether there is an abnormality in the target device based on the detection result of the heat flux sensor.
  • the target device of the abnormality diagnosis device includes a housing having an internal space and an operating member disposed in the internal space.
  • the interior space of the housing is partitioned into two chambers by an operating member.
  • the actuating member moves with the fluid supplied to one of the two chambers as power.
  • the heat flux sensor detects a heat flux between the inside and the outside of at least one of the two rooms.
  • the abnormality diagnosis device can perform abnormality diagnosis of the target device having such a specific configuration.

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Abstract

内部で流体の圧縮と膨張の少なくとも一方が行われる部屋を有する対象装置における前記流体の圧力状態を監視する監視装置である。この監視装置は、前記対象装置に設けられ、前記部屋の内部と外部との間の熱流束を検出する熱流束センサと、前記熱流束センサの検出結果に基づいて、前記流体の圧力状態を判定する判定部と、を備えている。

Description

監視装置および異常診断装置
　本開示は、流体の圧力状態を監視する監視装置および対象装置の異常の有無を診断する異常診断装置に関するものである。
　熱流束を検出する熱流束センサとして、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
特許第５３７６０８６号公報
　ところで、空気圧、油圧、水圧などの流体圧を動力としてピストンを往復運動させる動力シリンダがある。動力シリンダは、流体圧駆動機器とも呼ばれる。動力シリンダのうち空気圧を動力とするエアシリンダは、生産設備のアクチュエータとして用いられている。
　動力シリンダは、シリンダの内部空間がピストンによって２つの部屋に仕切られている。２つの部屋の一方に圧縮された流体が供給される。２つの部屋の他方から流体が排出される。２つの部屋に対する流体の供給と排出とが切り替えられることで、ピストンが往復運動する。２つの部屋のそれぞれでは、流体が圧縮されたり、膨張したりして、流体の圧力状態が変化する。
　このような動力シリンダの異常の有無を診断する異常診断装置として、部屋の内部の流体の圧力状態から異常の有無を診断できる異常診断装置の実現が望まれる。
　この実現のためには、部屋の壁に穴をあけて圧力計を取り付けることが考えられる。しかし、発明者の詳細な検討の結果、以下の課題が見出された。すなわち、圧力変化が生じる部屋の壁に穴をあけることは、部屋の内部の状態に影響が生じるため、好ましくない。このため、部屋の壁に穴をあけて計測器を取り付けなくても、部屋の内部の流体の圧力状態から異常の有無を診断できる異常診断装置の実現が望まれる。
　なお、この課題は、動力シリンダを診断対象とする異常診断装置に限られず、内部で流体が圧縮または膨張される部屋を備える動力シリンダ以外の対象装置を診断対象とする異常診断装置においても、同様に言えることである。また、上記した異常診断装置と同様に、内部で流体の圧縮と膨張の少なくとも一方が行われる部屋を有する対象装置における流体の圧力状態を監視する監視装置においても、部屋の壁に穴をあけて計測器を取り付けずに、部屋の内部の流体の圧力状態を監視できる監視装置の実現が望まれる。
　上記点に鑑みて、本開示は、部屋の壁に穴をあけて計測器を取り付けなくても、部屋の内部の流体の圧力状態を監視できる監視装置を提供することを目的とする。さらに、本開示は、部屋の内部の流体の状態から異常診断を行うことができる異常診断装置を提供することをもう一つの目的とする。
　本開示の第１の対応に関わる監視装置は、内部で流体の圧縮と膨張の少なくとも一方が行われる部屋を有する対象装置における前記流体の圧力状態を監視する監視装置である。この監視装置は、前記対象装置に設けられ、前記部屋の内部と外部との間の熱流束を検出する熱流束センサと、前記熱流束センサの検出結果に基づいて、前記流体の圧力状態を判定する判定部と、を備えている。
　ここでいう流体の圧縮とは、圧縮前と比較して、流体の圧力が上昇し、流体の温度が上昇する現象を指している。ここでいう流体の膨張とは、膨張前と比較して、流体の圧力が低下し、流体の温度が低下する現象を指している。
　部屋の内部で流体の圧縮と膨張の少なくとも一方が行われて、部屋の内部の流体の圧力状態が変化すると、その状態変化に応じて、部屋の内部と外部との間の熱流束が変化する。そこで、部屋の内部と外部の間の熱流束を検出し、この検出結果から流体の圧力状態を判定することができる。
　そして、部屋の内部と外部との間の熱流束は、部屋の壁に穴をあけなくても検出できる。したがって、この監視装置によれば、部屋の壁に穴をあけて計測器を取り付けなくても、部屋の内部の流体の圧力状態を監視することができる。
　本開示の第２の対応に関わる異常診断装置は、内部で流体の圧縮と膨張の少なくとも一方が行われる部屋を有する対象装置の異常を診断する異常診断装置である。この異常診断装置は、前記対象装置に設けられ、前記部屋の内部と外部との間の熱流束を検出する熱流束センサと、前記熱流束センサの検出結果に基づいて、前記対象装置に異常が有るか否かを判定する判定部と、を備えている。
　ここでいう流体の圧縮とは、圧縮前と比較して、流体の圧力が上昇し、流体の温度が上昇する現象を指している。ここでいう流体の膨張とは、膨張前と比較して、流体の圧力が低下し、流体の温度が低下する現象を指している。
　部屋の内部で流体の圧縮と膨張の少なくとも一方が行われて、部屋の内部の流体の圧力状態が変化すると、その状態変化に応じて、部屋の内部と外部との間の熱流束が変化する。この熱流束の変化の仕方は、対象装置が正常な場合と対象装置に異常が有る場合とで異なる。そこで、部屋の内部と外部の間の熱流束を検出し、この検出結果から対象装置に異常があるか否かを判定することができる。
　そして、部屋の内部と外部との間の熱流束は、部屋の壁に穴をあけなくても検出できる。したがって、この異常診断装置によれば、部屋の壁に穴をあけて計測器を取り付けなくても、部屋の内部の流体の状態から異常診断を行うことができる。
　なお、特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
第１実施形態における異常診断装置とエアシリンダを示す図である。 図１中の熱流束センサの平面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線での断面図である。 第１実施形態の正常例１の期間Ｐ１におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の正常例１の期間Ｐ２におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の正常例１の期間Ｐ３におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の正常例１の期間Ｐ４におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の正常例１における時間経過に伴う熱流束の変化を示す図である。 第１実施形態の正常例２の期間Ｐ５におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の正常例２の期間Ｐ６におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の正常例２の期間Ｐ７におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の正常例２の期間Ｐ８におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の正常例２における時間経過に伴う熱流束の変化を示す図である。 第１実施形態の正常例３の期間Ｐ１１におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の正常例３の期間Ｐ１２におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の正常例３の期間Ｐ１３におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の正常例３の期間Ｐ１４におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の正常例３における時間経過に伴う熱流束の変化を示す図である。 第１実施形態の異常例１の期間Ｐｘ１におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の異常例１における時間経過に伴う熱流束の変化を示す図である。 第１実施形態の異常例２におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の異常例２における時間経過に伴う熱流束の変化を示す図である。 第１実施形態の異常例３におけるエアシリンダの断面図である。 第１実施形態の異常例３における時間経過に伴う熱流束の変化を示す図である。 第１実施形態における異常診断制御を示すフローチャートである。 第１実施形態における異常の有無の判定方法を説明するための図である。 第１実施形態における異常の有無の判定方法を説明するための図である。 第１実施形態における異常の有無の判定方法を説明するための図である。 第２実施形態における異常診断装置の一部である熱流束センサとエアシリンダを示す図である。 第２実施形態の正常例１における時間経過に伴う熱流束の変化を示す図である。 第３実施形態における異常の有無の判定方法を説明するための図である。 第４実施形態における異常の有無の判定方法を説明するための図である。 第５実施形態の正常時の期間Ｐ２１におけるエアシリンダの断面図である。 第５実施形態の正常時の期間Ｐ２２におけるエアシリンダの断面図である。 第５実施形態の正常時の期間Ｐ２３におけるエアシリンダの断面図である。 第５実施形態の正常時の期間Ｐ２４におけるエアシリンダの断面図である。 第５実施形態の正常時における時間経過に伴う熱流束の変化を示す図である。 他の実施形態におけるボールバルブの断面図である。 他の実施形態におけるボールバルブの断面図である。 他の実施形態におけるショックアブソーバの断面図である。 他の実施形態における圧力タンクの断面図である。
　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
　（第１実施形態）
　本実施形態では、監視装置としての異常診断装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の異常診断装置１は、対象装置としてのエアシリンダ２０の異常を診断する。
　エアシリンダ２０は、空気圧を動力として、ピストン２４を往復運動させる動力シリンダである。エアシリンダ２０は、シリンダ２２と、ピストン２４と、ピストンロッド２６とを備えている。シリンダ２２と、ピストン２４と、ピストンロッド２６とは、金属製である。
　シリンダ２２は、円筒状の内部空間（すなわち、部屋）２２１を有するハウジングである。このため、シリンダ２２は、シリンダハウジングとも呼ばれる。部屋２２１は、ピストン２４により第１室２２２と第２室２２３の２つの部屋に仕切られている。第１室２２２は、ピストン２４のピストンロッド２６側とは反対側の部屋である。第２室２２３は、ピストン２４のピストンロッド２６側の部屋である。シリンダ２２には、第１室２２２に連通する第１開口部２２４が形成されている。シリンダ２２には、第２室２２３に連通する第２開口部２２５が形成されている。
　ピストン２４は、部屋２２１の内部に配置されている。ピストン２４の側面にはゴム製のシール部材２４１が取り付けられている。シール部材２４１によってピストン２４とシリンダ２２との間がシールされている。シール部材２４１によってピストン２４がシリンダ２２の内面に対して摺動する。
　ピストンロッド２６は、ピストン２４と連動する軸部材である。シリンダ２２は、第３開口部２２６が形成されている。ピストンロッド２６は第３開口部２２６を通っている。第３開口部２２６を構成する内壁面にゴム製のシール部材２２７が取り付けられている。シール部材２２７によってピストンロッド２６とシリンダ２２との間がシールされている。シール部材２２７によってピストンロッド２６がシリンダ２２の内面に対して摺動する。
　シリンダ２２の第１開口部２２４および第２開口部２２５には、図示しない流路切替弁が接続されている。流路切替弁は、第１開口部２２４と第２開口部２２５のそれぞれに対して、図示しない空気供給流路と空気排出流路との接続を切り替えるものである。空気供給流路は、圧縮された空気の供給源である図示しない空気圧縮機に接続される。空気排出流路は、大気に開放されている。流路切替弁によって、第１室２２２に圧縮空気が供給されるとともに、第２室２２３が大気に開放された第１状態と、第１室２２２が大気に開放されるとともに、第２室２２３に圧縮空気が供給される第２状態とが切り替えられる。
　また、第１開口部２２４に連なる流路と第２開口部２２５に連なる流路には、それぞれ、図示しない流量調整弁が設けられている。流量調整弁は、供給される圧縮空気の流量を調整することにより、ピストン２４の動作速度を変更するスピードコントローラである。
　図１に示すように、異常診断装置１は、熱流束センサ１０と、制御装置１２と、表示装置１４とを備えている。
　熱流束センサ１０は、シリンダ２２の内部と外部との間の熱流束を検出する。複数の熱流束センサ１０は、それぞれシリンダ２２の外面に取り付けられている。本実施形態では、熱流束センサ１０は、第１熱流束センサ１０ａと、第２熱流束センサ１０ｂとを有している。
　第１熱流束センサ１０ａは、シリンダ２２の外面のうち第１室２２２に最も近い部位に配置されている。第１熱流束センサ１０ａは、第１室２２２の内部と外部との間の熱流束を検出する。第２熱流束センサ１０ｂは、シリンダ２２の外面のうち第２室２２３に最も近い部位に配置されている。第２熱流束センサ１０ｂは、第２室２２３の内部と外部との間の熱流束を検出する。熱流束センサ１０は、平板形状である。熱流束センサ１０の内部構造については後述する。熱流束センサ１０は、制御装置１２の入力側に接続されている。
　制御装置１２は、エアシリンダ２０の異常診断制御を行う。この異常診断制御は、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて、エアシリンダ２０に異常が有るか否かを判定するものである。したがって、制御装置１２が、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて、対象装置に異常があるか否かを判定する判定部を構成している。
　制御装置１２の出力側には、表示装置１４が接続されている。制御装置１２は、異常が有るときに、異常が有ることを表示装置１４に表示させる。制御装置１２は、マイクロコンピュータ、記憶装置等を有して構成される。
　表示装置１４は、異常が有ることをユーザに報知するための報知装置である。表示装置１４としては、液晶ディスプレイ等が用いられる。
　図２、３に示すように、熱流束センサ１０は、それぞれ絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０が一体化されて構成されている。この一体化されたものの内部で、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が交互に直列に接続された構造を有する。なお、図２では、表面保護部材１１０を省略している。絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０は、フィルム状であって、熱可塑性樹脂等の可撓性を有する樹脂材料で構成されている。絶縁基材１００は、その厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール１０１、１０２が形成されている。第１、第２ビアホール１０１、１０２に互いに異なる金属や半導体等の熱電材料で構成された第１、第２層間接続部材１３０、１４０が埋め込まれている。絶縁基材１００の表面１００ａに配置された表面導体パターン１１１によって第１、第２層間接続部材１３０、１４０の一方の接続部が構成されている。絶縁基材１００の裏面１００ｂに配置された裏面導体パターン１２１によって第１、第２層間接続部材１３０、１４０の他方の接続部が構成されている。
　熱流束センサ１０の厚さ方向にて、熱流束が熱流束センサ１０を通過すると、第１、第２層間接続部材１３０、１４０の一方の接続部と他方の接続部に温度差が生じる。これにより、ゼーベック効果によって第１、第２層間接続部材１３０、１４０に熱起電力が発生する。熱流束センサ１０は、この熱起電力を電圧として表すセンサ信号として出力する。
　次に、エアシリンダ２０が正常に動作するときの時間経過に伴う熱流束変化について説明する。
（正常例１）
　正常例１は、図４Ａ～４Ｄに示すように、エアシリンダ２０の伸縮方向（すなわち、ピストン２４の移動方向）が左右方向であって、エアシリンダ２０が縮んだ状態から伸びた状態に変わる場合である。この場合の熱流束変化は、図５に示す波形となる。図５の横軸は、エアシリンダ２０への圧縮空気の供給開始からの経過時間である。図５の縦軸は、第１熱流束センサ１０ａ、第２熱流束センサ１０ｂが検出する熱流束の大きさを示している。部屋の内部から外部に向かう熱流束を＋側としている。部屋の外部から内部に向かう熱流束を－側としている。また、図５中の期間Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、それぞれ、エアシリンダ２０の状態が図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄに示す状態のときに対応している。
　期間Ｐ１では、図４Ａに示すように、エアシリンダ２０が縮んだ状態から伸びた状態となるために、第１室２２２に圧縮空気が供給され、第２室２２３は大気開放される。このとき、第２室２２３は、伸びた状態から縮んだ状態となる際に供給された圧縮空気が存在する状態から大気開放された状態となる。期間Ｐ１では、シール部材２４１、２２７の静止摩擦により、ピストン２４は動き出さない。第１室２２２の圧力が上昇することで、第１室２２２の空気が圧縮され加熱される。このため、第１室２２２の内部から外部に向かう熱流束が増加する。これにより、第１熱流束センサ１０ａが検出する熱流束（以下、第１熱流束という）は、＋側で増加する。一方、第２室２２３は、大気開放によって減圧することで、第１室２２２の空気が膨張し冷却される。このため、外部から第２室２２３の内部に向かう熱流束が増加する。これにより、第２熱流束センサ１０ｂが検出する熱流束（以下、第２熱流束という）は、－（マイナス）の値となり、―側で絶対値が増加する。
　期間Ｐ２では、図４Ｂに示すように、第１室２２２と第２室２２３の圧力差が高まり、ピストン２４が動き始める。ピストン２４が動き始めることで、第１室２２２の空気が膨張し、第１室２２２の圧力が低下する。このため、第１室２２２の空気が冷却される。これにより、第１熱流束が減少する。逆に、第２室２２３は、空気が圧縮されるため、減圧状態が緩やかになる。このため、第２熱流束の変化が緩やかになる。
　期間Ｐ３では、図４Ｃに示すように、図示しないストッパによって、ピストン２４が停止する。このため、第１室２２２の空気の膨張が止まり、再び、第１室２２２の圧力が上昇する。空気が圧縮されて加熱されることにより、第１熱流束が＋側で増加する。一方、ピストン２４の停止により、第２室２２３の空気の圧縮も止まる。このため、第２室２２３の減圧がより進む。これにより、第２熱流束の－側での絶対値の増加が急になる。
　期間Ｐ４では、図４Ｄに示すように、第１室２２２が所定の圧力となるまで、圧縮空気が供給される。第１室２２２が所定の圧力になると、圧縮空気の供給が停止された状態となる。これにより、第１室２２２の空気の加熱が飽和し、第１熱流束が徐々に小さくなって０に近づいていく。第２室２２３は、大気圧の状態に近づいていく。これにより、第２熱流束が徐々に小さくなって０に近づいていく。
（正常例２）
　正常例２は、図６Ａ～６Ｄに示すように、エアシリンダ２０の伸縮方向が左右方向であって、エアシリンダ２０が伸びた状態から縮んだ状態に変わる場合である。この場合の熱流束変化は、図７に示す波形となる。図７の横軸は、エアシリンダ２０への圧縮空気の供給開始からの経過期間を示している。図７の縦軸は、図５の縦軸と同じである。また、図７中の期間Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８は、それぞれ、エアシリンダ２０の状態が図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄに示す状態のときに対応している。
　期間Ｐ５では、図６Ａに示すように、エアシリンダ２０が伸びた状態から縮んだ状態となるために、第２室２２３に圧縮空気が供給され、第１室２２２は大気開放される。期間Ｐ６では、図６Ｂに示すように、第１室２２２と第２室２２３の圧力差が高まり、ピストン２４が動き始める。期間Ｐ７では、図６Ｃに示すように、図示しないストッパによって、ピストン２４が停止する。期間Ｐ８では、図６Ｄに示すように、第２室２２３が所定の圧力となるまで、圧縮空気が供給される。第２室２２３が所定の圧力になると、圧縮空気の供給が停止された状態となる。
　正常例２でのピストン２４の動きは、正常例１でのピストン２４の動きと反対の動きとなる。このため、図７に示すように、第１熱流束の波形と第２熱流束の波形は、正常例１での第１熱流束の波形と第２熱流束の波形と反対の関係となる。すなわち、正常例２の第１熱流束の波形は、正常例１の第２熱流束の波形と同じである。正常例２の第２熱流束の波形は、正常例１の第１熱流束の波形と同じである。
（正常例３）
　正常例３は、図８Ａ～８Ｄに示すように、エアシリンダ２０の伸縮方向が左右方向であって、エアシリンダ２０が伸びる際に、ワーク３０を押す仕事をする場合である。この場合の熱流束変化は、図９に示す波形となる。図９の横軸と縦軸は、それぞれ、図５の縦軸と横軸と同じである。また、図９中の期間Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４は、それぞれ、エアシリンダ２０の状態が図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄに示す状態のときに対応している。
　期間Ｐ１１では、図８Ａに示すように、正常例１の期間Ｐ１と同様に、第１室２２２に圧縮空気が供給され、第２室２２３は大気開放される。そして、正常例１の期間Ｐ１と同様に、ピストン２４が動き始める。したがって、期間Ｐ１１では、第１熱流束および第２熱流束は、正常例１の期間Ｐ１、Ｐ２と同様の波形を描く。
　期間Ｐ１２では、図８Ｂに示すように、ピストンロッド２６がワーク３０に突き当たり、ピストン２４が停止する。ワーク３０が静止摩擦によって停止の状態を維持し続けている間、第１室２２２の圧力が上昇する。このため、第１室２２２の空気が圧縮され加熱される。これにより、第１熱流束が＋側で増加する。一方、第２室２２３は、大気開放による減圧がより進む。このため、第２熱流束の－側での絶対値の増加が急になる。
　期間Ｐ１３では、図８Ｃに示すように、ワーク３０が動き始める。ワーク３０、すなわち、ピストン２４が動き始めることで、第１室２２２の空気が膨張し、第１室２２２の圧力が低下する。このため、第１室２２２の空気が冷却される。これにより、第１熱流束が減少する。逆に、第２室２２３は、空気が圧縮されるため、減圧状態が緩やかになる。このため、第２熱流束の変化が緩やかになる。
　期間Ｐ１４では、正常例１の期間Ｐ３と同様に、図示しないストッパによって、ピストン２４が停止する。その後、正常例１の期間Ｐ４と同様に、圧縮空気の供給が停止された状態となる。したがって、期間Ｐ１４では、第１熱流束および第２熱流束は、正常例１の期間Ｐ３、Ｐ４と同様の波形を描く。
　次に、エアシリンダ２０の動作に異常が生じたときの時間経過に伴う熱流束の変化について説明する。
（異常例１）
　異常例１は、正常例１に対応する異常例である。異常例１は、図１０に示すように、エアシリンダ２０が縮んだ状態から伸びた状態に変わる途中で異物３０Ａに衝突した場合である。この場合の熱流束変化は、図１１に示す波形となる。
　図１１の期間Ｐｘ１では、図１０に示すように、ピストンロッド２６が異物に衝突する。このとき、第１室２２２の圧力が上昇する。すなわち、空気が圧縮され加熱される。このため、期間Ｐｘ１では、第１熱流束が＋側で増大する。一方、第２室２２３は、大気開放により、減圧が進む。すなわち、空気の膨張による冷却が急に進む。このため、第２熱流束は、－側で絶対値が増大する。
　したがって、図１１に示すように、異常例１での熱流束の波形は、図５に示す正常例１の波形とは異なる。
（異常例２）
　異常例２は、正常例１に対応する異常例である。異常例２は、図１２に示すように、エアシリンダ２０が可動プレート３１を動かす場合に、摺動摩擦抵抗によってピストン２４の動作が遅延する異常例である。
　可動プレート３１は、リニアブッシュ３２、３３を介して、２本のロッド３４、３５に沿って移動するように構成されている。リニアブッシュ３２、３３は、直線状部材である２本のロッドに沿って動くガイド部材である。リニアブッシュ３２、３３は、可動プレート３１に固定されている。可動プレート３１は、ピストンロッド２６に固定されている。ピストンロッド２６が移動することで、可動プレート３１が移動する。
　リニアブッシュ３２、３３および２本のロッド３４、３５の間には、潤滑剤が塗布されている。この潤滑剤が劣化すると、リニアブッシュ３２、３３の摺動摩擦抵抗が大きくなる。このため、ピストン２４の動作が遅延する。
　この場合の熱流束変化は、図１３に示す波形となる。摺動摩擦抵抗が大きくなると、ピストン２４が移動することによる第１室２２２での空気の膨張冷却の効果が小さくなる。また、エアシリンダ２０が伸びきるまでの時間が長くなる。図１３の期間Ｐｘ２では、第１熱流束の変化は、正常例１と比較して、緩やかになるとともに、第１熱流束の増加が生じる時間が遅くなる。また、第２熱流束の変化は、正常例１と比較して、第２熱流束の絶対値の増加が生じる時間が遅くなる。
　したがって、図１３に示すように、異常例２での熱流束の波形は、図５に示す正常例１の波形とは異なる。
（異常例３）
　異常例３は、正常例３に対応する異常例である。異常例３は、図１４に示すように、エアシリンダ２０が伸びてワーク３０を押す場合において、設備の何らかの異常により、押すはずのワーク３０が存在しない場合である。この場合の熱流束変化は、図１５に示す波形となる。
　図１５中の期間Ｐｘ３では、ワーク３０が存在しないので、第１熱流束と第２熱流束の変化は、それぞれ、正常例１と同様の波形となる。
　次に、制御装置１２が行う異常診断制御について説明する。
　制御装置１２は、図１６に示すように、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて、異常診断を行う。なお、図１６中に示した各ステップは、各種機能を実現する機能実現部を構成するものである。また、図１６に示す異常診断制御は、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂに対して別々に行われる。第１熱流束センサ１０ａを用いた異常診断制御と、第２熱流束センサ１０ｂを用いた異常診断制御は、実質的に同じである。したがって、以下では、第１熱流束センサ１０ａを用いた異常診断制御について説明する。
　具体的には、ステップＳ１で、制御装置１２は、第１熱流束センサ１０ａの検出値を取得する。このとき、制御装置１２は、第１熱流束センサ１０ａから入力されたセンサ信号、すなわち電圧値から熱流束の値を算出する。制御装置１２は、算出した熱流束値を検出値として用いる。なお、検出値として、熱流束値を用いる代わりに、熱流束センサ１０から出力された電圧の値を用いてもよい。
　続いて、ステップＳ２で、制御装置１２は、ステップＳ１で求められた検出値と閾値とを比較し、この比較結果に基づいて、異常が有るか否かを判定する。このとき、制御装置１２は、エアシリンダ２０への圧縮空気の供給開始から経過時間が所定時間のときの検出値と、その所定時間での閾値とを比較する。この閾値は、上記所定時間に応じて設定される判定基準である。そして、検出値が閾値を超えたとき、または、検出値が閾値を下回ったときに、制御装置１２は、異常が有ると判定する。
　例えば、異常例１を検出するためには、図１７に示すように、制御装置１２は、所定時間としての時間Ｔ１の検出値ｑｘと、時間Ｔ１における閾値ｑｔｈ１とを比較する。
　図１７では、図１１に示す異常例１の第１熱流束の波形と、正常例１の第１熱流束の波形を示している。異常が有るとき、時間Ｔ１での検出値ｑｘは閾値ｑｔｈ１を超える。したがって、制御装置１２は、検出値ｑｘが閾値ｑｔｈ１を超えた場合に、異常が有ると判定する。
　また、異常例２を検出するためには、図１８に示すように、制御装置１２は、所定時間としての時間Ｔ２の検出値ｑｘと、時間Ｔ２における閾値ｑｔｈ２とを比較する。
　図１８では、図１３に示す異常例２の第１熱流束の波形と、正常例１の第１熱流束の波形を示している。異常が有るとき、時間Ｔ２での検出値ｑｘは閾値ｑｔｈ２を下回る。したがって、制御装置１２は、検出値ｑｘが閾値ｑｔｈ２を下回った場合に、異常が有ると判定する。
　また、異常例３を検出するためには、図１９に示すように、制御装置１２は、所定時間としての時間Ｔ３の検出値ｑｘと、時間Ｔ３における閾値ｑｔｈ３とを比較する。
　図１９では、図１５に示す異常例３の第１熱流束の波形と、正常例１の第１熱流束の波形を示している。異常が有るとき、時間Ｔ３での検出値ｑｘは閾値ｑｔｈ３を下回る。したがって、制御装置１２は、検出値ｑｘが閾値ｑｔｈ３を下回った場合に、異常が有ると判定する。
　なお、ステップＳ２の判定においては、制御装置１２は、複数の異なる所定時間での検出値を閾値と比較して判定してもよい。このとき、所定時間を異常の原因毎に設定することが好ましい。これにより、異常の原因を特定することが可能となる。
　例えば、制御装置１２は、図１７の時間Ｔ１のときの検出値ｑｘが対応する閾値ｑｔｈ１よりも高いか否かを判定し、また、制御装置１２は、図１８の時間Ｔ２のときの検出値ｑｘが対応する閾値ｑｔｈ２よりも低いか否かを判定する。この両方の判定を行うことで、異常が有る場合には、異常の原因が異常例１と異常例２のどちらであるかの特定が可能となる。
　異常が有ると判定した場合、ステップＳ３で、制御装置１２は、表示装置１４に対して、異常が有ることの表示をさせるための制御信号を出力する。これにより、保守作業員に異常を報知する。この結果、保守作業員が必要な措置を施すことができる。
　以上の説明の通り、本実施形態の異常診断装置１は、第１熱流束センサ１０ａと、第２熱流束センサ１０ｂと、制御装置１２とを備えている。制御装置１２は、第１熱流束センサ１０ａの検出結果と、対応する判定基準とを比較して、エアシリンダ２０に異常が有るか否かを判定する。制御装置１２は、第２熱流束センサ１０ｂの検出結果と対応する判定基準とを比較して、エアシリンダ２０に異常が有るか否かを判定する。
　上述の通り、エアシリンダ２０の稼働中では、第１室２２２および第２室２２３の内部で、空気が圧縮または膨張されて空気の状態が変化する。この空気の状態の変化に応じて、第１室２２２の内部と外部との間の熱流束および第２室２２３の内部と外部との間の熱流束が変化する。そこで、第１室２２２の内部と外部との間の熱流束を第１熱流束センサ１０ａで検出する。第２室２２３の内部と外部との間の熱流束を第２熱流束センサ１０ｂで検出する。そして、制御装置１２が、これらの検出結果と判定基準とを比較することで、エアシリンダ２０に異常があるか否かを判定することができる。なお、検出結果と対応する判定基準とを比較して判定することは、第１室２２２の内部および第２室２２３の内部の空気の圧力状態を判定していることに等しい。
　また、第１室２２２と第２室２２３のそれぞれの部屋の内部と外部との間の熱流束は、部屋の壁に穴をあけなくても、部屋の外に設置した第１熱流束センサ１０ａおよび第２熱流束センサ１０ｂによって検出できる。したがって、本実施形態の異常診断装置１によれば、計測器の取り付けのために、第１室２２２と第２室２２３のそれぞれの壁に穴をあけなくてもよい。
　ところで、本実施形態の異常診断装置１とは異なる方法で異常診断を行うものとして、ピストン２４の位置を検出する位置センサを用いる方法が考えられる。この位置センサは、磁気センサであり、一般的にオートスイッチと呼ばれる。具体的には、この異常診断方法は、オートスイッチとタイマーによって、ピストン２４が動き始めてから停止位置に到達するまでの時間を測定し、測定時間を予め設定された所定時間と比較する。そして、この異常診断方法は、測定時間が所定時間よりも長い、または、短いときに異常と判定する。
　しかし、この位置センサを用いる異常診断方法では、ピストン２４の動作途中に異常があっても、ピストン２４が停止位置に到達する時間が正常時と変わらない場合、異常と判定することができない。
　これに対して、本実施形態の異常診断装置１は、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて、異常の有無を診断する。ピストン２４の動作途中に異常があれば、正常時と比較して、熱流束の変化の仕方が変わる。したがって、本実施形態の異常診断装置１によれば、ピストン２４の動作途中に異常があって、ピストン２４が停止位置に到達する時間が正常時と変わらない場合であっても、異常と判定することができる。
　また、本実施形態の異常診断装置１が行う異常診断は、エアシリンダ２０の初期設定の適正判定に利用可能である。例えば、故障したエアシリンダ２０を新たなエアシリンダ２０に交換した場合、ピストン２４の動作速度を交換前と一致させるために、流量調整弁を調整する必要がある。そこで、流量調整弁の調整後に、本実施形態の異常診断装置１は、上記した異常診断を行う。これにより、流量調整弁の調整具合が適正か否かを判定することができる。このため、ピストン２４の移動速度の再現性を得ることができる。
　また、本実施形態の異常診断装置１が行う異常診断は、エアシリンダ２０によって摺動機構を動かす装置における摺動機構の組み付けの適正判定に利用できる。例えば、上記異常例２で説明したエアシリンダ２０が可動プレートを動かす装置の組み付けにおいては、２本のロッドの平行度を出す必要がある。この平行度が出ていないと、２本のロッドとリニアブッシュとの間の摺動抵抗が大きくなる。このため、熱流束の変化は、異常例２の波形となる。そこで、組み付け後に、上記した異常診断を行う。これにより、組み付けが適正に行われたか否かを判定することができる。
　（第２実施形態）
　本実施形態の異常診断装置１は、診断対象および熱流束センサ１０の取り付け位置が、第１実施形態の異常診断装置１と異なる。
　図２０に示すように、本実施形態の異常診断装置１は、エアシリンダとしてのロッドレスシリンダ４０を診断対象としている。
　ロッドレスシリンダ４０は、シリンダ２２に接続された第１ジョイントブロック４１および第２ジョイントブロック４２を備えている。第１ジョイントブロック４１は、第１開口部２２４と図示しない配管とを接続する。第２ジョイントブロック４２は、第２開口部２２５と図示しない配管とを接続する。第１ジョイントブロック４１および第２ジョイントブロック４２は、金属製である。
　第１熱流束センサ１０ａは、第１ジョイントブロック４１の外面に取り付けられている。第２熱流束センサ１０ｂは、第２ジョイントブロック４２の外面に取り付けられている。正常例１の場合の第１熱流束の変化および第２熱流束の変化は、図２１に示す波形となる。図２１に示すように、熱流束センサ１０をシリンダ２２の部屋２２１（２２２、２２３）から離れた箇所に設けても、熱流束の変化を検出することができる。
　このように、部屋２２１の内部と外部との間の熱流束は、熱が伝わる範囲内であれば、部屋２２１から離れた場所でも測定できる。このため、熱流束センサ１０を用いる異常診断装置１は、熱流束センサ１０の取付場所に自由度がある。
　（第３実施形態）
　本実施形態の異常診断装置１は、異常診断制御における図１６のステップＳ２での判定の仕方が第１実施形態の異常診断制御と異なる。
　本実施形態では、制御装置１２は、熱流束センサ１０の検出結果として、ステップＳ１で取得した検出値が閾値に到達した時間を用いる。制御装置１２は、到達時間を、タイマーによって測定し、測定した到達時間を予め定められた対応する判定時間と比較する。
　例えば、異常例２を検出するために、図２２に示すように、制御装置１２は、熱流束センサ１０の検出値が閾値ｑｔｈに到達した到達時間Ｔｘと、判定時間Ｔｔｈとを比較する。判定時間Ｔｔｈは、正常例１の熱流束波形に基づいて予め設定される。到達時間Ｔｘが判定時間Ｔｔｈよりも遅い場合、制御装置１２は、異常が有ると判定する。
　このようにして、エアシリンダ２０に異常が有るか否かを判定することもできる。
　（第４実施形態）
　本実施形態の異常診断装置１は、異常診断制御における図１６のステップＳ２での判定の仕方が第１、第３実施形態の異常診断制御と異なる。
　本実施形態では、図２３に示すように、制御装置１２は、熱流束センサ１０の検出結果として、エアシリンダ２０の１サイクル全体にわたる時間に対する熱流束の変化を示す熱流束波形を用いる。１サイクルとは、ピストン２４の一方の停止位置から他方の停止位置までの移動期間である。また、判定基準として、正常時の熱流束波形に基づいて設定される判定領域を用いる。この判定領域は、正常時の熱流束波形に対して、縦軸の検出値を所定値だけ大きくした上限波形と、正常時の熱流束波形に対して、縦軸の検出値を所定値だけ小さくした下限波形との間の領域として定義される。そして、検出した熱流束波形が判定領域をはみ出した場合に、制御装置１２は、異常があると判定する。このようにして、エアシリンダ２０に異常が有るか否かを判定することもできる。
　なお、判定の仕方を次のように変更してもよい。すなわち、制御装置１２は、検出した熱流束波形と正常時の熱流束波形の各時間における差の積分値を算出し、積分値を判定値と比較して、積分値が判定値を超えた場合に、異常が有ると判定する。
（第５実施形態）
　本実施形態の異常診断装置１は、図２４Ａ～２４Ｄに示すように、異常診断対象のエアシリンダ２０の伸縮方向が上下方向である点が、第１実施形態と異なる。
　エアシリンダ２０が上下方向に伸縮する場合の正常時の熱流束変化は、図２５に示す波形となる。図２５の横軸は、第１室２２２への圧縮空気の供給開始からの経過時間である。図２５の横軸は、エアシリンダ２０が伸びた後、縮んで元の状態に戻るまでの１サイクルの期間を示している。図２５の縦軸は、図５と同じである。また、図２５中の期間Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４は、それぞれ、エアシリンダ２０の状態が図２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄに示す状態のときに対応している。
　図２５の期間Ｐ２１では、図２４Ａに示すように、エアシリンダ２０が縮んだ状態から下方向に伸びた状態となるために、第１室２２２に圧縮空気が供給され、第２室２２３は大気開放される。そして、第１室２２２の圧力上昇とピストン２４およびピストンロッド２６の自重とによって、ピストン２４が下方向に動き出す。第１室２２２は、ピストン２４が動き始めるまで、空気が圧縮され加熱される。第１室２２２は、ピストン２４が動き始めると、空気が膨張し冷却される。このため、第１熱流束は、＋側で急激に増加した後、減少する。第２室２２３は、ピストン２４が下がることで、空気が、一瞬、圧縮され加熱される。その後、第２室２２３は、大気開放によって減圧が進み、空気が膨張して冷却される。このため、第２熱流束は、＋側で増加した後、減少し、－の値に転じる。
　期間Ｐ２２では、図２４Ｂに示すように、図示しないストッパによって、ピストン２４が停止する。そして、第１室２２２は、所定の圧力で一定となる。これにより、第１室２２２の空気の加熱が飽和する。このため、第１熱流束が徐々に小さくなって０に近づいていく。第２室２２３は、大気圧の状態となる。このため、第２熱流束が徐々に小さくなって０に近づいていく。
　期間Ｐ２３では、図２４Ｃに示すように、エアシリンダ２０が伸びた状態から縮んだ状態となるために、第２室２２３に圧縮空気が供給され、第１室２２２は大気開放される。第２室２２３の圧力上昇によってピストン２４が上に動き出す。第２室２２３は、ピストン２４が動き始めるまで、空気が圧縮され加熱される。第２室２２３は、ピストン２４が動き始めると、空気が膨張し冷却される。このため、第２熱流束は、＋側で急激に増加した後、減少する。第１室２２２は、大気開放によって減圧が進み、空気が膨張して冷却される。このため、第１熱流束は、－側で絶対値が増加する。
　期間Ｐ２４では、図２４Ｄに示すように、図示しないストッパによって、ピストン２４が停止する。そして、第２室２２３は、所定の圧力で一定となる。これにより、第２室２２３の空気の加熱が飽和する。このため、第２熱流束が徐々に小さくなって０に近づいていく。第１室２２２は、大気圧の状態となる。このため、第１熱流束の絶対値が徐々に小さくなって０に近づいていく。
　本実施形態においても第１実施形態と同様に、制御装置１２が異常診断制御を行う。すなわち、制御装置１２は、上記した正常時の熱流束変化に基づいて予め設定された判断基準を用いて、熱流束センサの検出結果と上記判断基準とを比較して、エアシリンダ２０に異常が有るか否かを判定する。このようにして、エアシリンダ２０の異常診断を行うことができる。
　（他の実施形態）
　本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
　上記各実施形態では、熱流束センサ１０として、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂを用いていたが、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂの一方のみを用いるようにしてもよい。エアシリンダ２０の異常時では、第１室２２２と第２室２２２３のどちらにおいても、時間に対する熱流束変化が正常時と異なるからである。
　上記各実施形態では、異常診断の対象である対象装置が、エアシリンダ、すなわち、直線動作を行う空気圧駆動機器であったが、対象装置は、空気圧によって作動部材が直線動作以外の動作を行う空気圧駆動機器であってもよい。直線動作以外の動作を行う空気圧駆動機器は、エアシリンダと同様に、内部空間を有するハウジングと、この内部空間に配置された作動部材とを備える。ハウジングの内部空間は、作動部材によって２つの部屋に仕切られている。作動部材は、作動部材を挟む２つの部屋の一方に供給された圧縮空気を動力として移動する。
　また、駆動機器は、空気圧を動力とする場合に限られず、油圧、水圧等の空気圧以外の流体圧を動力とする流体圧駆動機器であってもよい。この流体圧駆動機器は、作動部材を挟む２つの部屋の一方に供給された流体を動力として、作動部材が移動するものである。部屋に供給された流体が圧縮または膨張されることで、部屋の内部と外部との間の熱流束が変化する。そこで、この熱流束の変化を熱流束センサで検出することで、駆動機器の異常の有無を診断することができる。
　また、対象装置は、流体圧駆動機器に限られない。内部で流体の圧縮と膨張の少なくとも一方が行われる部屋を有する装置は、部屋の内部と外部との間の熱流束が変化する。したがって、上記した異常診断装置１は、内部で流体の圧縮と膨張の少なくとも一方が行われる部屋を有する対象装置に対して、異常診断を行うことができる。
　このような対象装置としては、例えば、流体バルブ、ショックアブソーバ、圧力タンクが挙げられる。
　流体バルブは、流体を通したり、止めたり、制御したりするため、流体の流路を開閉することのできる可動機構を持つ機器である。流体バルブとしては、ボールバルブがある。
　図２６、２７に示すように、ボールバルブ５０は、ボデー５１と、ボール５２とを備える。ボデー５１は、内部に流体の流路５３を形成する流路形成部材である。ボール５２は、流路５３を開閉する球状の弁体である。また、ボールバルブ５０は、図示しないシール材を備える。
　ボール５２が軸心５４を中心に９０度回転することで、流路５３が開閉される。図２６に示すように、ボール５２が流路５３を開いた状態から閉じた状態に切り替えられると、流路５３のうちボール５２よりも上流側の上流側流路５３ａでは、切替前と比較して、流体の圧力が増大する。このため、流体が圧縮される。その反対に、図２７に示すように、ボール５２が流路５３を閉じた状態から開いた状態に切り替えられると、上流側流路５３ａでは、切替前と比較して、流体の圧力が減少する。このため、流体が膨張する。
　このように、上流側流路５３ａでは、ボールバルブ５０の開閉の切替動作によって、流体の圧縮や膨張が行われる。このため、上流側流路５３ａとボデー５１の外部との間の熱流束が変化する。したがって、ボールバルブ５０では、上流側流路５３ａが、流体の圧縮と膨張の少なくとも一方が行われる部屋に相当する。上流側流路５３ａは、弁体によって仕切られた部屋の１つである。
　ここで、ボールバルブ５０に代表される流体バルブは、弁体の破損、異物の噛みこみ、シール材の劣化などが原因で動作不良、すなわち、異常が生じる場合がある。この異常の有無を診断するためには、流路途中に圧力計や流量計などの計測器を設ける場合が考えられる。
　この場合、流体バルブに対して後付けで計測器を設けるために、流路を構成する壁に穴をあけることが考えられる。しかし、気密性が重要な場合には、穴をあけて計測器を設けることが許されない。また、圧力計や流量計などの計測器を設ける場合、計測器が流体に触れるため、流体の種類によっては、耐薬品性の関係で使用できる計測器が限られる。または、流体の種類によっては、計測器を設けることができない。
　そこで、ボデー５１の外面のうち上流側流路５３ａに近い部位に、熱流束センサ１０が設置される。熱流束センサ１０は、上流側流路５３ａとボデー５１の外部との間の熱流束を検出する。制御装置１２は、この熱流束センサ１０による熱流束の検出結果に基づいて、ボールバルブ５０に異常が有るか否かを判定する。
　このボールバルブ５０の異常診断装置によれば、ボデー５１に穴をあけて計測器を取り付けなくても、ボールバルブ５０の異常の有無を診断することができる。また、熱流束センサ１０はボデー５１の外部に取り付けられる。このため、熱流束センサ１０は流体に触れなくてすむ。これにより、流体の種類にかかわらず、ボールバルブ５０の異常の有無を診断することができる。
　ショックアブソーバは、機械の稼働部の衝撃、振動を減衰させ、騒音、損傷を軽減する緩衝機器である。ショックアブソーバとしては、ツインチューブ式のショックアブソーバがある。
　図２８に示すように、ツインチューブ式のショックアブソーバ６０は、アウターチューブ６１と、インナーチューブ６２と、ピストン６３と、ピストンロッド６４と、オイル６５と、ガス６６とを備える。
　インナーチューブ６２は、アウターチューブ６１の内部に配置されている。インナーチューブ６２は、底部に設けられたベースバルブ６２ａを有している。ピストン６３は、インナーチューブ６２の内部に配置されている。ピストン６３は、ピストンバルブ６３ａを有している。ピストンロッド６４は、ピストン６３に連なっている。
　オイル６５は、インナーチューブ６２の内部およびアウターチューブ６１とインナーチューブ６２との間に配置されている。したがって、インナーチューブ６２の内部が、オイル６５が存在するオイル室６７である。アウターチューブ６１とインナーチューブ６２との間のうちオイル６５が存在する部屋がオイル室６８である。ガス６６は、アウターチューブ６１とインナーチューブ６２との間に配置されている。したがって、アウターチューブ６１とインナーチューブ６２との間のうちガス６６が存在する部屋が、ガス室６９である。
　ショックアブソーバ６０の減衰力は、オイル６５がピストンバルブ６３ａおよびベースバルブ６２ａを通過するときの流体抵抗によって発生する。ピストンロッド６４が衝撃を受けて下降すると、オイル６５がピストンバルブ６３ａおよびベースバルブ６２ａを通過することで、衝撃が減衰される。このとき、オイル６５およびガス６６の圧力が増大する。すなわち、オイル６５およびガス６６が圧縮される。また、ピストンロッド６４が上昇すると、オイル６５およびガス６６の圧力が減少する。すなわち、オイル６５およびガス６６が膨張する。したがって、オイル室６７、６８およびガス室６９のそれぞれが、流体の圧縮と膨張の少なくとも一方が行われる部屋に相当する。
　ここで、ショックアブソーバ６０は、シール材の劣化などが原因のガス漏れにより動作不良、すなわち、異常が生じる場合がある。この異常の有無を診断するために、アウターチューブ６１に穴をあけて圧力計を設けることが考えられる。しかし、アウターチューブ６１の内部の圧力は、ショックアブソーバ６０が想定される衝撃力を吸収できるように、設定されている。このため、アウターチューブ６１に穴をあけて後付けで圧力計を設けることは好ましくない。
　そこで、アウターチューブ６１の外面のうちオイル室６７、６８に近い部位に、熱流束センサ１０が設置される。熱流束センサ１０は、オイル室６７、６８と外部との間の熱流束を検出する。または、アウターチューブ６１の外面のうちガス室６９に近い部位に、熱流束センサ１０が設置される。熱流束センサ１０は、ガス室６９の内部と外部との間の熱流束を検出する。制御装置１２は、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて、ショックアブソーバ６０に異常が有るか否かを判定する。
　これによれば、アウターチューブ６１に穴をあけて圧力計を取り付けなくても、ショックアブソーバ６０の異常の有無を診断することができる。
　圧力タンクは、増圧された空気やオイルなどの流体を蓄えるための機器である。図２９に示すように、圧力タンク７０は、内部に流体を蓄える容器７１を備える。容器７１は、流体の入口７２および出口７３を有する。容器７１の内部が、流体を蓄える部屋７４である。また、圧力タンク７０は、図示しないが、容器７１の接続部等を封止するシール材を備える。
　部屋７４の圧力変化により、流体が圧縮または膨張する。したがって、部屋７４が、流体の圧縮と膨張の少なくとも一方が行われる部屋に相当する。
　ここで、圧力タンク７０は、シール材の劣化などが原因で、内部の流体のもれ、すなわち、異常が生じる場合がある。この異常の有無を診断するために、容器７１に穴をあけて圧力計を設けることが考えられる。しかし、容器７１の気密性が重要な場合には、容器７１に穴をあけて圧力計を設けることが許されない。また、流体の種類によっては耐薬品性の関係で使用できる計測器が限られたりする。
　そこで、容器７１の外面に、熱流束センサ１０が設置される。熱流束センサ１０は、部屋７４の内部と外部との間の熱流束を検出する。制御装置１２は、この熱流束センサ１０による検出結果に基づいて、圧力タンク７０に異常が有るか否かを判定する。
　これによれば、容器７１に穴をあけて圧力計を取り付けなくても、異常の有無を診断することができる。また、熱流束センサ１０は容器７１の外部に取り付けられる。このため、流体の種類にかかわらず、圧力タンク７０の異常の有無を診断することができる。
　上記各実施形態では、異常診断装置に本開示の特徴的構成を適用したが、異常診断装置以外の他の監視装置に本発明の特徴的構成を適用してもよい。すなわち、上記各実施形態では、制御装置１２が、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて、対象装置に異常が有るか否かを判定していた。これに対して、制御装置１２が、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて、対象装置における流体の圧力状態を判定するようにしてもよい。
　流体の圧力状態を判定することには、流体の圧力状態が複数の所定状態のいずれかに変化する場合において、流体の圧力状態が複数の所定状態のいずれに該当するかを判定することが含まれる。
　例えば、第１実施形態で説明したエアシリンダ２０において、空気の圧力状態が、図４Ａに示す状態、図４Ｂに示す状態、図４Ｃに示す状態の順に変化する場合、上述の通り、図５の期間Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に示すように、熱流束が変化する。そこで、制御装置１２は、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて、空気の圧力状態が、図４Ａに示す状態、図４Ｂに示す状態、図４Ｃに示す状態のいずれに該当するかを判定することができる。そして、制御装置１２は、この判定結果と、空気の圧力状態とピストン２４の位置との関係とに基づいて、ピストン２４の位置を検出することができる。
　上記各実施形態では、熱流束センサ１０として、図２、３に示す構造のものを用いたが、他の構造のものを用いてもよい。
　上記各実施形態では、報知装置として、表示装置１４を用いたが、ブザー等の音の発生装置を用いてもよい。
　上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
　以下、本開示についてのまとめを述べる。
　上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、監視装置は、熱流束センサと、判定部とを備える。監視装置は、内部で流体の圧縮と膨張の少なくとも一方が行われる部屋を有する対象装置における流体の圧力状態を監視する。熱流束センサは、対象装置に設けられる。熱流束センサは、部屋の内部と外部との間の熱流束を検出する。判定部は、熱流束センサの検出結果に基づいて、流体の圧力状態を判定する。
　また、第２の観点によれば、監視装置の対象装置は、内部空間を有するハウジングと、その内部空間に配置された作動部材とを備える。ハウジングは、その内部空間が作動部材によって２つの部屋に仕切られている。作動部材は、２つの部屋の一方に供給された流体を動力として移動する。熱流束センサは、２つの部屋の少なくとも一方の部屋の内部と外部との間の熱流束を検出する。監視装置は、このような具体的な構成を有する対象装置における流体の圧力状態を監視できる。
　また、第３の観点によれば、異常診断装置は、熱流束センサと、判定部とを備える。熱流束センサは、内部で流体が圧縮または膨張される部屋を有する対象装置に設けられる。熱流束センサは、部屋の内部と外部との間の熱流束を検出する。判定部は、熱流束センサの検出結果に基づいて、対象装置に異常が有るか否かを判定する。
　また、第４の観点によれば、異常診断装置の対象装置は、内部空間を有するハウジングと、その内部空間に配置された作動部材とを備える。ハウジングは、その内部空間が作動部材によって２つの部屋に仕切られている。作動部材は、２つの部屋の一方に供給された流体を動力として移動する。熱流束センサは、２つの部屋の少なくとも一方の部屋の内部と外部との間の熱流束を検出する。異常診断装置は、このような具体的な構成を有する対象装置の異常診断を行うことができる。
　なお、本出願は、日本特許出願２０１５－１９７８９４および２０１６－０６４５５６を基礎として優先権を主張するものであり、この優先権の基礎となる日本特許出願の開示内容は、参照書類として本出願に組み込まれている。
　１　　　異常診断装置
　１０　　熱流束センサ
　１２　　制御装置
　２０　　エアシリンダ
　２２　　シリンダ
　２４　　ピストン
　４０　　ロッドレスシリンダ

Claims (10)

  1. 　内部で流体の圧縮と膨張の少なくとも一方が行われる部屋（２２２、２２３、５３ａ、６７、６８、６９、７４）を有する対象装置（２０、４０、５０、６０、７０）における前記流体の圧力状態を監視する監視装置であって、
    　前記対象装置に設けられ、前記部屋の内部と外部との間の熱流束を検出する熱流束センサ（１０、１０ａ、１０ｂ）と、
    　前記熱流束センサの検出結果に基づいて、前記流体の圧力状態を判定する判定部（１２）と、
    を備える監視装置。
  2. 　前記対象装置（２０、４０）は、内部空間を有するハウジング（２２）と、前記内部空間に配置された作動部材（２４）とを備え、
    　前記ハウジングの内部空間は、前記作動部材によって２つの部屋に仕切られており、
    　前記作動部材は、前記２つの部屋の一方に供給された流体を動力として移動し、
    　前記熱流束センサは、前記２つの部屋の内の少なくとも一方の部屋の内部と外部との間の熱流束を検出する請求項１に記載の監視装置。
  3. 　前記判定部（１２）は、前記熱流束センサの検出結果に基づく前記熱流束の検出値と、所定の閾値とを比較し、この比較結果に基づいて、前記流体の圧力状態を判定する請求項１に記載の監視装置。
  4. 　前記閾値は、前記熱流束の正常時における変化を表す少なくとも１つの正常時変化波形と、前記熱流束の異常時における変化を表す少なくとも１つの異常時変化波形とに対応付けられている請求項３に記載の監視装置。
  5. 　前記閾値は、複数の閾値を含んでおり、また、前記少なくとも１つの異常時変化波形も複数の異常時変化波形を含んでおり、前記複数の閾値はそれぞれ、前記少なくとも１つの正常時変化波形、および前記複数の異常時変化波形における対応する異常時変化波形、に対応付けられている請求項４に記載の監視装置。
  6. 　内部で流体の圧縮と膨張の少なくとも一方が行われる部屋（２２２、２２３、５３ａ、６７、６８、６９、７４）を有する対象装置（２０、４０、５０、６０、７０）の異常を診断する異常診断装置であって、
    　前記対象装置に設けられ、前記部屋の内部と外部との間の熱流束を検出する熱流束センサ（１０、１０ａ、１０ｂ）と、
    　前記熱流束センサの検出結果に基づいて、前記対象装置に異常が有るか否かを判定する判定部（１２）と、
    を備える異常診断装置。
  7. 　前記対象装置（２０、４０）は、内部空間を有するハウジング（２２）と、前記内部空間に配置された作動部材（２４）とを備え、
    　前記ハウジングの内部空間は、前記作動部材によって２つの部屋に仕切られており、
    　前記作動部材は、前記２つの部屋の一方に供給された流体を動力として移動し、
    　前記熱流束センサは、前記２つの部屋の内の少なくとも一方の部屋の内部と外部との間の熱流束を検出する請求項６に記載の異常診断装置。
  8. 　前記判定部（１２）は、前記熱流束センサの検出結果に基づく前記熱流束の検出値と、所定の閾値とを比較し、この比較結果に基づいて、前記流体の圧力状態を判定する請求項６に記載の異常診断装置。
  9. 　前記閾値は、前記熱流束の正常時における変化を表す少なくとも１つの正常時変化波形と、前記熱流束の異常時における変化を表す少なくとも１つの異常時変化波形とに対応付けられている請求項８に記載の異常診断装置。
  10. 　前記閾値は、複数の閾値を含んでおり、また、前記少なくとも１つの異常時変化波形も複数の異常時変化波形を含んでおり、前記複数の閾値はそれぞれ、前記少なくとも１つの正常時変化波形、および前記複数の異常時変化波形における対応する異常時変化波形、に対応付けられている請求項９に記載の異常診断装置。
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