(57)【要約】【課題】産業用ロボットなどの産業用機器の温度上昇を効果的に防止できる構成並びに冷却方法を提案する。【解決手段】産業用機器１の内部に気体の流路３が形成され、流路３は気体の取込口４と排出口５に接続されており、取込口４と排出口５の間の流路３内に、産業用機器１を構成する複数のモータ２Ａ〜２Ｄなどの発熱源が配置されている。取込口４は工場の圧空システム１１などに接続され、そこから圧縮空気が取込口４に導入され、流路３を流通して排出口５から排出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用機器の内部に気体の流路が形成され、前記流路は気体の取込口と排出口に接続されており、前記取込口と前記排出口の間の前記流路内に該産業用機器を構成する複数の発熱源が配置されていることを特徴とする産業用機器。
【請求項２】
前記流路が前記産業用機器の外郭形状に沿って形成されていることを特徴とする請求項１記載の産業用機器。
【請求項３】
前記産業用機器が置かれている工場に設置されている圧空システムに前記取込口が接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の産業用機器。
【請求項４】
前記複数の発熱源の少なくとも１つはモータであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の産業用機器。
【請求項５】
前記モータの少なくとも１つは中央部が開口した中空モータであることを特徴とする請求項４記載の産業用機器。
【請求項６】
前記流路内を流れる気体の流量を調整する流量制御装置と、前記複数の発熱源または前記複数の発熱源近傍の温度をそれぞれ検出する温度検出装置と、前記温度検出装置で検出された温度に基づいて前記流量制御装置を制御する冷却制御装置とを備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の産業用機器。
【請求項７】
前記流路内を流れる気体の流量を調整する流量制御装置と、前記複数の発熱源の稼動状況を表す情報に基づいて前記流量制御装置を制御する冷却制御装置とを備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の産業用機器。
【請求項８】
気体の取込口と排出口を備えて産業用機器の内部に形成された流路の前記取込口と前記排出口との間に該産業用機器を構成する複数の発熱源を配置して、前記取込口を気体圧送装置に接続しておき、
前記複数の発熱源の稼動状況を表す情報を検出し、該稼動状況情報に基づいて前記流路を流れる気体の流量を調整することを特徴とする産業用機器の冷却方法。
【請求項９】
前記発熱源の稼動状況情報として各発熱源の温度をそれぞれ検出し、該検出温度の最高値に基づいて前記流路を流れる気体の流量を調整することを特徴とする請求項８記載の産業用機器の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボットなどの産業用機器に係り、特にその冷却あるいは放熱に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工場などで使用されている各種の産業用機器には、それを構成している複数の熱源が含まれている。例えば、産業用機器のひとつである産業用ロボットの場合、その内部には駆動源として複数のモータが配置されており、それらのモータは熱源としても作用する。このため、それらのモータで発生した熱をファンを利用した放熱により、あるいはエアホースを利用した局所放熱により冷却する技術が知られている（例えば、特許文献１または特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１１２３９４号公報
【特許文献２】特開平７−２４６５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、産業用機器の機構上、ファンを設置し難い場合があり、その場合には主に熱伝導や自然放熱により温度上昇を防止していた。しかしながらそれらは放熱効率が悪く、例えばモータ温度が仕様限界値にまで達するため、機器のパフォーマンスを制限してモータ温度の上昇を防止する必要があった。
また、産業用機器の局所的な冷却では、熱源から他の金属部分に熱が伝わり、その部分が熱膨張することにより、機器の動作精度が低下するという問題もあった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、産業用機器の温度上昇を効果的に防止できる構成並びに冷却方法を提案する。そして、産業用機器の温度上昇を効果的に防止することで、温度により制限される機器のパフォーマンスの向上、機器の寿命延命、あるいは熱膨張に起因して生じる動作精度低下の回避などを図ろうとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の産業用機器は、産業用機器の内部に気体の流路が形成され、前記流路は気体の取込口と排出口に接続されており、前記取込口と前記排出口の間の前記流路内に該産業用機器を構成する複数の発熱源が配置されているものである。これによれば、流路に圧縮空気などを流すことで、発熱源を含めた産業用機器の全体にわたる冷却が可能となる。従って、発熱源であるモータなどの温度上昇が抑制されてそのパフォーマンスの向上、機器の寿命延命、機器の熱膨張回避による動作精度の確保等が達成できる。
なお、前記流路が前記産業用機器の外郭形状に沿って形成されているのが好ましい。これにより、産業用機器の全体を冷却できるからである。
また、前記産業用機器が置かれている工場に設置されている圧空システムに前記取込口が接続されていることが好ましい。こうすることで、特別に圧空システムを備える必要がなくなるからである。
【０００７】
また、前記複数の発熱源の少なくとも１つがモータであるものである。この場合、モータは中央部が開口した中空モータであることが好ましい。中空モータの採用により、冷却気体の流量を十分に確保でき、産業用機器を効率よく冷却できるからである。
【０００８】
本発明の産業用機器は、さらに、前記流路内を流れる気体の流量を調整する流量制御装置と、前記複数の発熱源または前記複数の発熱源近傍の温度をそれぞれ検出する温度検出装置と、前記温度検出装置で検出された温度に基づいて前記流量制御装置を制御する冷却制御装置とを備えたものである。
また、前記流路内を流れる気体の流量を調整する流量制御装置と、前記複数の発熱源の稼動状況を表す情報に基づいて前記流量制御装置を制御する冷却制御装置とを備えたものである。
これらの装置により、発熱源を含めた産業機器の全体にわたる自動冷却が可能となる。
【０００９】
本発明の産業用機器冷却方法は、気体の取込口と排出口を備えて産業用機器の内部に形成された流路の前記取込口と前記排出口との間に該産業用機器を構成する複数の発熱源を配置して、前記取込口を気体圧送装置に接続しておき、前記複数の発熱源の稼動状況を表す情報を検出し、該稼動状況情報に基づいて前記流路を流れる気体の流量を調整するようにしたものである。
また、前記発熱源の稼動状況情報として各発熱源の温度をそれぞれ検出し、該検出温度の最高値に基づいて前記流路を流れる気体の流量を調整するようにしたものである。
これらの方法により、より安全な状況下で発熱源を含めた産業用機器の全体にわたる冷却が可能となり、発熱源の温度を許容値以内に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の実施形態に係る産業用機器１の全体構成を示す概念図である。本発明の産業用機器１は、産業用機器１を構成している複数のモータ２Ａ〜２Ｄを内蔵しており、それらのモータ２Ａ〜２Ｄは産業用機器１内部に形成された気体の流路３内に配置されている。流路３は気体の取込口４と排出口５に接続しており、これらの取込口４と排出口５との間の流路３内にモータ２Ａ〜２Ｄが配置されている。なお、流路３は産業用機器１の外郭形状に沿ってその一端側から他端側に貫通している。また、流路３はその一部又は全部を、産業用機器１の外郭壁を利用して形成してもよい。
【００１１】
取込口４は冷却用気体としての圧縮空気を送出可能な圧空装置、例えば工場に設置されている圧空システム１１などにエアチューブ６を介して接続されている。また、モータ２Ａ〜２Ｄまたはそれらの近傍には温度検出装置７Ａ〜７Ｄがそれぞれ配置されていて、その温度検出装置７Ａ〜７Ｄは信号ケーブル８Ａを介して冷却制御装置９と接続されている。さらに、取込口４付近には流路３内に導入される気体の量を調整する流量制御装置１０が配置され、それが信号ケーブル８Ｂを介して冷却制御装置９に接続されている。
【００１２】
温度検出装置７Ａ〜７Ｄは、各種の温度センサあるいは温度計から構成できる。
冷却制御装置９は、温度検出装置７Ａ〜７Ｄからの温度情報を基に、流量制御装置１０を制御して流路３内に導入される気体の流量を調整するためのものである。この冷却制御装置９はＣＰＵ（中央処理装置）及びメモリ、又はそれらを両方の機能を備えたマイコンなどからなり、図２に示すような演算・制御を行う機能部を有し、図３に示すような処理手順を規定するプログラムが組み込まれている。
流量制御装置１０は、例えば、 開度が調整可能な絞り装置や弁と、それらの開度を調整する駆動部とを有し、その駆動部は冷却制御装置９からの制御信号により制御されるようになっている。
【００１３】
図２は図１の冷却制御装置９の機能構成の例を示すブロック図である。冷却制御装置９は既に説明したように、マイコンなどからなり、温度情報取込部９１、温度比較部９２、空量決定部９３及び空量制御信号送出部９４の各機能ブロックを有する。
温度情報取込部９１は、温度検出装置７Ａ〜７Ｄから温度情報を所定間隔で取り込む。
温度比較部９２は温度情報取込部９１で取り込んだ温度情報に基づく各モータ２Ａ〜２Ｄの温度と、予め設定していた許容上限温度（規定値）とを比較する。
空量決定部９３は、例えば、流量制御装置１０における弁開度を決定するものであり、例えば、温度検出装置７Ａ〜７Ｄによる測定温度中の最高温度と許容上限温度（規定値）との差に応じて、冷却用気体を通過させるのに適切な弁の開度を予め設定して記憶しておき、それを基に実際の温度差に応じて弁の開度を決定するものである。なお、流量制御装置１０の弁開度は、全開又は全閉の２つの間のみでの選択及び決定としてもよい。
空量制御信号送出部９４は、空量決定部９３で決定された開度または流量となるように、流量制御装置１０を制御する信号を流量制御装置１０へ送る部分である。
【００１４】
次に、冷却制御装置９の制御プログラムに従って行われる産業用機器１の冷却制御の一例を説明する。図３がその冷却制御の一例を示すフローチャートである。
産業用機器１が稼働を開始すると、温度検出装置７Ａ〜７Ｄから温度情報を所定の間隔で取り込んで、それらの温度を検出する（Ｓ１）。次に、温度検出装置７Ａ〜７Ｄから得られた温度の中の最高温度と予め設定していた許容上限温度（規定値）とを比較する（Ｓ２）。Ｓ２において、上記最高温度が既定値以下となった場合には、流路３内への送風は行わない（Ｓ３）。これに対して、上記最高温度が既定値を上回った場合には、最高温度を規定値以内にするために、流量制御装置１０の流量または弁の適切な開度を決定する（Ｓ４）。そして、Ｓ４で決定された状態に流量制御装置１０を制御して流路３内へ冷却用気体を流通させる（Ｓ５）。これらＳ１〜Ｓ５の処理を繰り返すことで、産業用機器１は適切に冷却される。
【００１５】
なお、許容上限温度（規定値）は、モータの規格で定められた仕様上限温度より少し、例えば２〜３度低めに設定するのが好ましい。
また、冷却あるいは放熱効率の観点から、モータ２Ａ〜２Ｄは、その中央部が開口した中空モータとするのが好ましい。
【００１６】
以上の冷却制御により、産業用機器１はモータ２Ａ〜２Ｄの温度をその許容値内以内に保つことができる。従って、モータ２Ａ〜２Ｄのオーバーヒートが防止され、モータ２Ａ〜２Ｄの温度制限にかかわらず産業用機器１を稼働させることができる。また、モータ２Ａ〜２Ｄの寿命も延びる。さらに、産業用機器１のモータ２Ａ〜２Ｄを含む全体が冷却されることになるため、産業用機器１を長時間稼働させても熱膨張が防止され、産業用機器１の位置精度や動作精度を保つことが可能となる。
【００１７】
ところで、上記においては、流量制御装置１０の制御を発熱源の温度情報に基づいて行ったが、それを発熱源の発熱に影響を及ぼす稼動状況を表す情報に基づいて行うことも可能である。例えば、発熱源がモータである場合には、モータの回転数や回転抵抗を基に制御を行うことができる。また、発熱源が電源回路や制御回路である場合にはそれらの消費電力、発熱源がランプであれば点灯時間、発熱源がアクチュエータであればその作動回数や作動抵抗を基に制御を行うことができる。それらの場合には、例えば、図２に示した符号９１が各稼動状況情報取込部となり、図２に示した符号９２は取り込まれた稼動状況情報を予め設定した温度との対応付けデータを基に温度に変換してそれを規定温度と比較する機能部とすればよい。なお、発熱源の稼動状況情報に基づいた流量制御装置１０の制御態様は、ここで例示した方法に限定されるものではなく、他の種々の態様が取られてもよい。
【００１８】
図４は上記産業用機器１の一例である６軸制御ロボット２０を示したもので、その内部に設けられるモータの配置も併せて示した図である。なお、図４において、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図を表している。この６軸制御ロボット２０はロボット全体を支持しているベースＪ０と、ベースＪ０上に順に連結された６本のアームＪ１〜Ｊ６を備えている。それぞれのアームＪ１〜Ｊ６の内部にはアームＪ１〜Ｊ６の外郭形状に沿う空気の流路が形成されており、その流路内に各アームＪ１〜Ｊ６を駆動するモータＭ１〜Ｍ６が配置されている。さらに、このロボット２０は図示していない制御装置により各Ｍ１〜Ｍ６の駆動が制御されて、高速・高精度な位置決め及び精密な軌跡制御が可能とされている。
【００１９】
この６軸制御ロボット２０に内蔵されているモータＭ１〜Ｍ６は、稼働中は発熱源としても作用する。そこで、図５において矢印で示すように、ベースＪ０に設けた取込口から圧縮空気を取り込み、その空気をアームＪ１〜Ｊ６の内部に構成される流路を通した後、アームＪ６に設けた排出口から排気する冷却を行う。この場合の冷却制御は、図３において説明したのと同様にして行うことができる。なお、取込口と排出口の位置は逆にしてもよい。
【００２０】
以上のように、圧縮空気をモータＭ１〜Ｍ６が内蔵されたアームＪ１〜Ｊ６の内部に構成される流路に導入し流通させて、６軸制御ロボット２０を冷却することで、モータＭ１〜Ｍ６の温度を許容値以下に保つことができる。従って、モータＭ１〜Ｍ６のオーバーヒートが防止され、モータＭ１〜Ｍ６の温度制限にかかわらずロボットを稼働させることができる。また、モータＭ１〜Ｍ６の寿命も延びる。また、この場合は、６軸制御ロボット２０のモータＭ１〜Ｍ６を含むアームＪ１〜Ｊ６の全体が冷却されることになるため、ロボット２０を長時間稼働させても熱膨張が防止され、ロボット２０の位置精度や動作精度を保つことが可能となる。
【００２１】
なお、例えば、モータＭ４〜Ｍ６の負荷が比較的少なく、それらの発熱による温度上昇がモータＭ４〜Ｍ６の動作に影響を与えるものでない場合には、図６に矢印で示したような空気流れにより、６軸制御ロボット２０を冷却してもよい。図６では、ベースＪ０に設けた取込口から圧縮空気を取り込み、その空気をアームＪ１〜Ｊ３の内部に構成される往き流路を通してアームＪ３の内部まで送り、そこで折り返して、アームＪ３〜Ｊ１の内部に構成される戻り流路を通してベースＪ０に設けた排出口から排気される。なお、以上のような往き流路と戻り流路とを設けることなく、ベースＪ０に設けた取込口から圧縮空気を取り込み、その空気をアームＪ１〜Ｊ３の内部に構成される流路を通してアームＪ３に設けた排出口から排気させるようにしてもよい。即ち、圧縮空気が冷却に必要な流路を通過できる構成となっていれば、取込口や排出口の位置は特に限定されるものではない。
図６に示した構成によれば、モータＭ１〜Ｍ３の温度を、冷却制御により許容値以内に保つことができる。従って、モータＭ１〜Ｍ３のオーバーヒートが防止され、モータＭ１〜Ｍ３の温度制限にかかわらずこのロボット２０を稼働させることができる。また、モータＭ１〜Ｍ３の寿命も延びる。また、この場合は、６軸制御ロボット２０のモータＭ１〜Ｍ３を含むアームＪ１〜Ｊ３の全体が冷却されるため、ロボット２０を長時間稼働させても熱膨張が防止され、ロボット２０の位置精度や動作精度が保持される。
【００２２】
産業用機器の全体を冷却する観点からは、図５に示したように、産業用機器に内蔵されるモータなどの発熱源は、それらの全てを冷却用気体が通る流路内に配置するのが好ましい。しかし、図６に示したように、発熱に起因する温度上昇が動作に影響を与える程でない発熱源については、必ずしも冷却用気体が通る流路内に配置する必要はない。
また、上記６軸制御ロボット２０の場合、アームＪ１〜Ｊ３の内部に構成される流路と、アームＪ４〜Ｊ６の内部に構成される流路とをそれぞれ独立に構成して、それらの流路を流れる冷却用気体をそれぞれ独立して制御する冷却方法をとってもよい。
【００２３】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、以下のような態様も可能である。
・本発明の産業用機器は６軸制御の産業用ロボットに限られず、その他の多関節ロボット、スカラロボット、各種の工作機械をも含む。
・産業用機器に内蔵される発熱源はモータに限らず、それ自体が熱を発生する各種の部品や機器を含む。このようなものとしては、例えば、電源回路、制御回路、ランプ、アクチュエータなどが挙げられる。
・産業用機器内部の流路に冷却用気体を送り込む圧空装置は工場に備えられた圧空システムに限られず、各産業機器毎に用意されたポンプなどであってもよい。また、冷却用気体は空気に限られず、機器に悪影響を与えない他の気体としてもよい。
・産業用機器内部の流路を通る気体の流量を調整する流量制御装置は、産業用機器の気体取込口に限らず、圧空装置から取込口までをつなぐエアチューブや産業用機器の気体排出口に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る産業用機器の全体構成を示す概念図。
【図２】図１の冷却制御装置の機能構成例を示すブロック図。
【図３】図１の産業用機器の冷却制御の一例を示すフローチャート。
【図４】産業用機器の一例を示す６軸制御ロボットおよびそのモータ配置図。
【図５】図４の６軸制御ロボットの冷却または放熱例を示す第１の説明図。
【図６】図４の６軸制御ロボットの冷却または放熱例を示す第２の説明図。
【符号の説明】
【００２５】
１…産業用機器、２Ａ〜２Ｄ…モータ、３…流路、４…取込口、５…排出口、６…エアチューブ、７Ａ〜７Ｄ…温度検出装置、８Ａ，８Ｂ…信号ケーブル、９…冷却制御装置、１０…流量制御装置、１１…工場圧空システム、２０…６軸制御ロボット、Ｊ０…ベース、Ｊ１〜Ｊ６…アーム、Ｍ１〜Ｍ６…モータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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