(57)【要約】【課題】動作毎の応動時間のばらつきに影響されず、正確に寿命予測を行う、繰り返し動作機構の寿命予測装置を提供する。【解決手段】寿命予測装置は、繰り返し動作機構制御手段と、応動時間計測手段と、異常応動時間算出手段と、寿命予測手段とを有する。繰り返し動作機構制御手段は、繰り返し動作を行う繰り返し動作機構を制御する。応動時間計測手段は、繰り返し動作機構制御手段が動作開始信号を出力してから、繰り返し動作機構が１回の動作を完了するまで時間としての応動時間を計測する。異常応動時間出現頻度算出手段は、予め定めた所定範囲を逸脱した応動時間を異常応動時間として、所定動作回数の間における異常応動時間の出現頻度を算出する。寿命予測手段は、異常応動時間の出現頻度に基づいて、繰り返し動作機構の寿命を予測する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返し動作を行う繰り返し動作機構の駆動を制御する繰り返し動作機構制御手段と、
前記繰り返し動作機構制御手段が制御信号を送信してから、前記繰り返し動作機構が１回の前記繰り返し動作を完了するまでの応動時間を計測する応動時間計測手段と、
所定動作回数の間に前記応動時間が所定の範囲を逸脱する異常応動時間が出現した頻度を算出する異常応動時間出現頻度算出手段と、
前記異常応動時間の出現頻度に基づいて前記繰り返し動作機構の寿命を予測する寿命予測手段と
を有することを特徴とする繰り返し動作機構の寿命予測装置。
【請求項２】
前記応動時間を、
前記繰り返し動作機構を構成する要素の位置変化に基づいて計測する
ことを特徴とする請求項１に記載の繰り返し動作機構の寿命予測装置。
【請求項３】
前記応動時間を、
前記繰り返し動作機構の動作に起因する振動に基づいて計測する
ことを特徴とする請求項１に記載の繰り返し動作機構の寿命予測装置。
【請求項４】
前記繰り返し動作機構が２値動作を行う機構である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載の繰り返し動作機構の寿命予測装置。
【請求項５】
前記異常応動時間を判定する閾値を初期から所定の動作回数の前記応動時間に基づいて設定する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか一項に記載の繰り返し動作機構の寿命予測装置。
【請求項６】
前記寿命予測手段が、
前記寿命を前記異常応動時間の出現頻度の標準偏差に基づいて行う
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか一項に記載の繰り返し動作機構の寿命予測装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６いずれか一項に記載の繰り返し動作機構の寿命予測装置を有する
ことを特徴とするキャッシュドロワー。
【請求項８】
繰り返し動作を行う繰り返し動作機構の駆動を制御し、
前記繰り返し動作機構に制御信号を送信してから、前記繰り返し動作機構が１回の前記繰り返し動作を完了するまでの応動時間を計測し、
所定動作回数の間に前記応動時間が所定の範囲を逸脱する異常応動時間が出現した頻度を算出し、
前記異常応動時間の出現頻度に基づいて前記繰り返し動作機構の寿命を予測する
ことを特徴とする繰り返し動作機構の寿命予測方法。
【請求項９】
前記寿命の予測を前記異常応動時間の出現頻度の標準偏差に基づいて行う
ことを特徴とする請求項８に記載の繰り返し動作機構の寿命予測方法。
【請求項１０】
繰り返し動作を行う繰り返し動作機構の駆動を制御するステップと、
前記繰り返し動作機構に制御信号を送信してから、前記繰り返し動作機構が１回の前記繰り返し動作を完了するまでの応動時間を計測するステップと、
所定動作回数の間に前記応動時間が所定の範囲を逸脱する異常応動時間が出現した頻度を算出するステップと、
前記異常応動時間の出現頻度に基づいて前記繰り返し動作機構の寿命を予測するステップと
を有することを特徴とする繰り返し動作機構の寿命予測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繰り返し動作機構の寿命予測装置および寿命予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
開閉器、遮断器等の機械的動作を繰り返し行う機構（以降、繰り返し動作機構と称する）を持つ装置では、動作部の摩耗や損傷などが避けられないため、多くの場合、装置より先に繰り返し動作機構が寿命を迎える。このため繰り返し動作機構の状態を監視し、不具合が見つかれば繰り返し動作機構の部品交換や調整などのメンテナンスを行うことが必要である。このようなメンテナンスを、実際に故障が起きてから行うと、重大事故の発生を招いたり、装置全体の損傷が大きくなったりする。このため、故障に至る前に、その予兆を発見し、メンテナンスを行う必要がある。一方で、安全率を高くするために、余裕を持ったメンテナンスを行うと、交換部品やメンテナンス回数が増えるため、コストが増加するという問題がある。そこで、繰り返し動作機構の寿命をできるだけ正確に予測して、メンテナンスのコストを低減しようとする試みがなされている。
【０００３】
例えば特許文献１には、繰り返し動作を行う開閉器の動作を監視し、開閉回数に対する応動時間の変化特性を求め、この変化特性に基づいて寿命予測の精度を向上する技術が開示されている。なお、特許文献１では、開閉回数が増えるごとに応動時間が増加し、規定の応動時間Ｔａを超えると故障とみなせるタイプの装置を前提としている。この技術では、まず開閉回数に対する応動時間をプロットしたグラフを作成する。次に、ｎ回目の動作の応動時間Ｔｎの点Ｐｎと、それ以前の回、例えばｎ−１回目の応動時間Ｔｎ−１の点Ｐｎ−１とを結ぶ線分の傾き（＝応動時間の変化率）を求める。そして、点Ｐから求めた傾きを持つ直線を引き、この直線と、規定の応動時間Ｔａを示す直線（開閉回数によらず一定）との交点を求め、交点に対応する開閉回数を予測寿命回数とする。そして、開閉を行う度に、再度予測寿命回数を再計算し、予測寿命回数を更新する。以上のような動作により、寿命の予測精度を向上している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４９２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術には、予測寿命回数がばらついて安定しないという問題があった。応動時間は、開閉動作の回ごとにばらつきがあり、各回の応動時間を用いて算出した応動時間の変化率もばらつく。その結果、予測寿命回数も開閉回数毎にばらついていた。特に、突発的な異常動作が発生した場合、応動時間が大きく変化するため、予測寿命回数の誤差が大きくなっていた。
【０００６】
本発明は、動作毎の応動時間のばらつきに影響されず、正確に寿命予測を行う、繰り返し動作機構の寿命予測装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、寿命予測装置は、繰り返し動作機構制御手段と、応動時間計測手段と、異常応動時間算出手段と、寿命予測手段とを有する。繰り返し動作機構制御手段は、繰り返し動作を行う繰り返し動作機構を制御する。応動時間計測手段は、繰り返し動作機構制御手段が動作開始信号を出力してから、繰り返し動作機構が１回の動作を完了するまで時間としての応動時間を計測する。異常応動時間出現頻度算出手段は、予め定めた所定範囲を逸脱した応動時間を異常応動時間として、所定動作回数の間における異常応動時間の出現頻度を算出する。寿命予測手段は、異常応動時間の出現頻度に基づいて、繰り返し動作機構の寿命を予測する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の効果は、動作毎の応動時間のばらつきに影響されず、正確に寿命予測を行う、繰り返し動作機構の寿命予測装置を提供できることである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の繰り返し動作機構の寿命予測装置を示すブロック図である。
【図２】第２の実施形態の繰り返し動作機構の寿命予測装置を示すブロック図である。
【図３】第２の実施形態の初期動作を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態の監視動作を示すフローチャートである。
【図５】第２の実施形態の定義済み処理を示すフローチャートである。
【図６】第３の実施形態のドロワーの例を示す平面模式図である。
【図７】第３の実施形態のドロワーの開状態を示す平面模式図である。
【図８】第３の実施形態の初期監視データの具体例を示すグラフである。
【図９】第３の実施形態の使用中の監視データの具体例を示すグラフである。
【図１０】第３の実施形態の使用中の別の監視データの具体例を示すグラフである。
【図１１】第４の実施形態のドロワーの例を示す平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお各図面の同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する場合がある。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の繰り返し動作機構寿命予測装置を示すブロック図である。なお、以降は、繰り返し動作機構の寿命予測装置のことを単に寿命予測装置と称することがある。
【００１２】
寿命予測装置は、繰り返し動作機構制御手段１と、応動時間計測手段２と、異常応動時間出現頻度算出手段３と、寿命予測手段４とを有する。
【００１３】
繰り返し動作機構制御手段１は、制御信号を送信して、繰り返し動作を行う繰り返し動作機構を制御する。
【００１４】
応動時間は、繰り返し動作機構制御手段１が動作開始信号を出力してから、繰り返し動作機構が１回の動作を完了するまで時間である。応動時間計測手段２は、この応動時間を計測する。
【００１５】
異動応動時間とは、予め定めた所定範囲を逸脱した応動時間である。異常応動時間出現頻度算出手段３は、所定期間内における、この異常応動時間の出現頻度を算出する。
【００１６】
寿命予測手段４は、異常応動時間の出現頻度に基づいて、繰り返し動作機構の寿命を予測する。
【００１７】
以上の構成とすると、異常応動時間が突発的に出現する場合にも、安定した繰り返し動作機構の寿命予測を行うことができる。また、寿命が近づくにつれて異常応動時間の出現頻度が増加するタイプの繰り返し動作機構の寿命を精度よく予測することができる。
【００１８】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態の繰り返し動作機構寿命予測装置を示すブロック図である。寿命予測装置は、繰り返し動作機構部１０と、機構制御部２０と、動作完了検出部３０と、応動時間計測部４０と、異常応動時間閾値設定部５０と、異常応動時間出現頻度算出部６０と、寿命予測部７０とを有している。
【００１９】
繰り返し動作機構部１０は、繰り返し動作を行う機構部である。このような動作をする機構の代表的なものは、例えば開閉器、遮断機のように、開と閉のような２値動作を繰り返すものである。しかしながら、同じステップの動作を繰り返すものであれば、３値以上のステップを有していても良い。
【００２０】
機構制御部２０は、繰り返し動作機構部１０を制御する。具体的には、繰り返し動作機構部１０に動作開始を指示する制御信号を出力する。また他の制御を行うようにしても良い。
【００２１】
動作完了検出部３０は、繰り返し動作機構部１０の１回の動作が完了したことを検出する。
【００２２】
応動時間計測部４０は、応動時間を計測する。ここで応動時間とは、繰り返し動作機構部１０が動作開始の制御信号を出力してから、動作完了検出部３０が動作の完了を検出するまでの時間である。
【００２３】
異常応動時間閾値設定部５０は、応動時間が正常であるか、異常であるかを判定するための閾値を設定する。例えば、許容される自然なバラツキの範囲を閾値で定義し、その範囲内を正常とし、それを逸脱する範囲を異常とすることができる。
【００２４】
異常応動時間出現頻度算出部６０は、所定の期間内における異常応動時間の出現頻度を算出する。
【００２５】
寿命予測部７０は、異常応動時間の出現頻度に基づいて、寿命を予測する。
【００２６】
図３は、寿命予測装置の、初期の動作を示すフローチャートである。この動作では、応動時間が正常であるか異常であるかを判定するための応動時間の閾値を求める。まず制御回数Ｎを０に初期化する（Ｓ１０１）。ここで制御とは、繰り返し動作機構部１０に動作を開始させる制御信号を出力することである。
【００２７】
次に応動時間の測定を開始する（Ｓ１０２）。この時、異常応動時間出現頻度を算出する時の回数を設定する。ここで定めた回数を設定回数ａとする。そして制御回数が設定回数ａを経過したか否か判定する（Ｓ１０３）。設定回数ａを経過していなければ（Ｓ１０３＿Ｎｏ）、応動時間の計測を行う。そのために、まず制御信号を出力し、出力した時刻ＴＭ１を記録する（Ｓ１０４）。次にこの制御の動作の完了を検出し、動作完了時刻ＴＭ２を記録する（Ｓ１０５）。そして、その回の応動時間Ｔ０＿ｎ＝ＴＭ２−ＴＭ１、を計算し、記録する（Ｓ１０６）。ここで、Ｔ０＿ｎの「ｎ」はｎ回目の制御という意味である。そして、Ｓ１０３に戻り、制御回数が設定回数ａを経過したか判定し、制御回数が設定回数ａを経過するまで、Ｓ１０４−Ｓ１０６を繰り返し、設定回数ａ分の応動時間を算出する。
【００２８】
制御回数が設定回数ａを経過したら（Ｓ１０３＿Ｙｅｓ）、応動時間を分析して（Ｓ１０７）、応動時間を異常応動時間と判定するための閾値Ｔ０＿ｔｈを設定する。この分析と設定は、例えば、標準偏差σを用いて行うことができる。一例を示す。まず、Ｔ０＿０〜Ｔ０＿ａまでの応動時間の正規分布を求め、６σ〜ｍσ（ｍは整数）の分布の値を求める。次に、６σ〜ｍσの値の中で、閾値を設定する。この範囲の中で、どの値にするかは、例えば、事前に評価した寿命曲線に基づいて、適切なものを選定することができる。
【００２９】
次に、稼働時の監視動作について説明する。図４は、監視動作を示すフローチャートである。閾値Ｔ０＿ｔｈの設定が完了したら、監視制御を開始する（Ｓ２０１）。次にサンプリング回数Ｎｓを初期化する（Ｓ２０２）。次にサンプリング回数Ｎｓが設定回数ａを経過したか判定する（Ｓ２０３）。設定回数ａを経過していなければ（Ｓ２０３＿Ｎｏ）、異常応動時間出現回数計測の処理を行う（Ｓ２０４）。
【００３０】
図５は、異常応動時間出現回数計測の処理を示すフローチャートである。この処理では、まず、制御信号出力時刻ＴＭｓ１を記録する（Ｓ２０４１）。そして、動作が完了したら動作完了時刻ＴＭｓ２を記録する（Ｓ２０４２）。次に応動時間Ｔｓ＿ｎ＝ＴＭｓ２−ＴＭｓ１を計算し、記録する（Ｓ２０４３）。ここでｎは、ｎ回目の制御という意味である。次に、Ｔｓ＿ｎ＞Ｔ０＿ｔｈとなった回数、すなわち異常応動時間の出現回数を積算する（Ｓ２０４４）。処理が終了するとＳ２０３に戻る。
【００３１】
次に図４のフローチャートに戻って監視動作について説明する。異常応動時間出現回数計測処理が完了したらＳ２０３に戻り、制御回数が設定回数を超過しているか判定する。制御回数が設定回数ａを経過していなければ（Ｓ２０３＿Ｎｏ）、異常応動時間出現回数計測処理を繰り返し行う（Ｓ２０４）。一方、制御回数が設定回数ａを経過したら（Ｓ２０３＿Ｙｅｓ）、異常応動時間の出現回数を設定回数で除して、異常応動時間の出現頻度を算出する。そして、算出した出現頻度に基づいて、予測寿命回数を算出する。
【００３２】
この予測は、例えば、同一構成品による実寿命評価時のデータにおける、異常応動と寿命との関係に基づいて作成した寿命曲線を参照して行うことができる。あるいは、データを蓄積しで作成した実験式や、モデルに基づいて作成した理論式を用いて計算しても良い。
【００３３】
次に、予測寿命回数までの残りの動作回数が、メンテナンス猶予回数以上であるか判定する（Ｓ２０６）。ここで、メンテナンス猶予回数とは、寿命回数からを所定回数前でメンテナンスを行うように、予め定めたメンテナンスタイミングまでの残り回数である。そして、予測寿命回数までの残りの動作回数が、メンテナンス猶予回数以上であれば（Ｓ２０６＿Ｙｅｓ）、Ｓ２０２に戻り、監視動作を継続する。一方、予測寿命回数が、メンテナンス猶予回数未満となっていたら（Ｓ２０６＿Ｎｏ）、メンテナンスが必要であることを知らせるメンテナンス指示を通知して終了する（Ｓ２０７）。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、異常応動時間が出現しても、安定した寿命予測を行うことができる。そして、予測寿命に基づいて、繰り返し動作機構が故障に至る前で、かつ無駄なマージンを持たない、効率の良いメンテナンスタイミングを把握することができる。
【００３５】
（第３の実施形態）
本実施形態では、繰り返し動作機構寿命予測装置の具体的な適用例について、キャッシュドロワーを用いて説明する。キャッシュドロワーは、小売店のレジスターなどに搭載された現金を収納する引き出しのことである。一般的に、キャッシュドロワーは頻繁に開閉され、ドロワーが飛び出す動作と、収納される動作とが繰り返される。なお以降の説明では、キャッシュドロワーのことを単にドロワーと称する場合がある。
【００３６】
図６は、キャッシュドロワーの具体例を示す平面模式図である。キャッシュドロワーは、大きく分けると、開閉機構部１００と、開閉機構部１００を制御する開閉制御部２００と、ドロワー本体部３００とを有する。この例では、開閉動作の駆動部に直動ソレノイドを用いている。
【００３７】
開閉機構部１００は、ソレノイド１１０と、プランジャー１２０と、ストッパ１３０と、回転板１４０と、バネ１５０と、回転板１４０に係合するドロワー固定フックＢと、ドロワー押し出しバネ３４０とを有している。回転板１４０は、ストッパ１３０に係合する係止爪１４１と、ドロワー固定フックＢ３３０に係合するドロワー固定フックＡ１４２とを備えている。また、回転板１４０には、ドロワー固定フックＡ１４２にドロワー固定フックＢ３３０が係合されているか否かを認識する係合認識センサ１６０が搭載されている。係合認識センサ１６０には、例えば光学式のセンサ、接触式のセンサなどを用いることができる。これらのセンサを用いれば、ドロワー固定フックＡ１４２とドロワー固定フックＢ３３０との相対的な位置変化を検知することができる。
【００３８】
開閉制御部２００は、開閉機構部１００の駆動を制御する機構制御部２１０と、演算処理を行う演算処理部２２０とを有している。機構制御部２１０は、ソレノイド１１０を駆動するための制御電流のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。演算処理部２２０は、プロセッサと記録媒体とを有し、機構制御部２１０の制御、制御開始時刻と動作完了時刻の検出、応動時間の算出、予測寿命の算出等を行う。
【００３９】
ドロワー本体部３００は、筐体３１０と、ドロワー３２０とを有している。
【００４０】
次に各部の動作について説明する。まず機構制御部２１０から制御電流が流されると、プランジャー１２０は、ソレノイド１１０に引き込まれる。すると、プランジャー１２０に連結されているストッパ１３０が回転し、回転板１４０の係止爪１４１の係止が外れる。そして、バネ１５０に引っ張られて回転板１４０が回転し、ドロワー固定フックＢ３３０がドロワー固定フックＡ１４２から外れて、ドロワー押し出しバネ３４０がドロワー３２０を押し出す。
【００４１】
図７にドロワー３２０が押し出された状態の平面模式図を示す。なおドロワー３２０は、ガイド３５０に沿ってスライドする。ドロワー固定フックＢ３３０が外れると、係合認識センサ１６０の出力がＯＮからＯＦＦに変わり、演算処理部２２０はこれをもって動作完了を検出する。また、このタイミングでソレノイド１１０の制御電流がＯＦＦになりプランジャー１２０が元の位置に戻る。
【００４２】
ドロワー３２０が閉まる場合は、人力等の外力により、ドロワー３２０が押し込まれ、ドロワー固定フックＢ３３０が、ドロワー固定フックＡ１４２に係合する。この時、回転板１４０が回転して、係止爪１４２がストッパ１３０に係合し、ドロワー３２０が固定される。
【００４３】
上記の開放動作において、演算処理部２２０は、制御電流のＯＮ開始時刻を制御開始時刻、係合認識センサ１６０からの入力が切替わった時刻を動作完了時刻と規定し、応動時間を計算する。そして、第２の実施形態と同様な動作により、応動時間の監視と予測寿命の算出を行う。
【００４４】
次に、上記したキャッシュドロワーにおける、応動時間の推移の具体例について説明する。図８、９、１０は動作回数に対する応動時間の推移を示すグラフである。本実施形態のキャッシュドロワーでは、寿命が近づくにつれて応動時間が長くなり、逆はないので、片側管理図の形式となっている。判定基準は５０ｍｓｅｃであり、応動時間が５０ｍｓｅｃ以上の場合を異常応動時間と判定する。図８は、動作回数が１−１００回までの初期のデータを表している。ここでは、全てのデータが５０ｍｓｅｃ未満であり、異常応動時間は出現していない。図９は１０万回動作後の１００回動作分の応動時間の推移である。異常応動時間が３回出現している。図１０は、３０万回動作後の１００回分の応動時間の推移である。異常応動時間が１６回出現している。このように、本実施形態のキャッシュドロワーでは、寿命が近づくにつれて、異常応動時間の出現回数が増える傾向がある。これを利用して、予測寿命回数をｙ、動作回数をｘとしてｙ＝ｆ（ｘ）で表される予測寿命回数の計算式を作成し、予測寿命回数を求めることができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、キャッシュドロワーのような繰り返し動作を行う装置の寿命予測回数を、応動時間のバラツキに影響されることなく求めることができる。
【００４６】
（第４の実施形態）
第３の実施形態では、フックの係合を認識する係合認識センサを用いて動作の完了を検出していたが、装置の振動をモニターして動作完了を検出することも可能である。また制御開始の検出を、電流モニターで行うことも可能である。
【００４７】
図１１はこの方式のキャッシュドロワーを示す平面模式図である。本実施形態のキャッシュドロワーは、開閉機構部１００近傍の振動を検出する振動センサ１６１と、機構制御部２１０からソレノイド１１０との間に流れる電流を測定するクランプメータ１６２とを有している。他の構成と動作は第３の実施形態と同様である。
【００４８】
振動センサ１６１によって、プランジャー１２０や回転板１４０の運動に伴う振動を検出し、動作の開始と完了時刻とを求めることができる。また、クランプメータ１６２によって、制御電流を検出し、制御開始時刻を検出することができる。そして、それぞれの波形を時系列に並べて、開閉機構部の動作に同期させて解析することにより、波形と動作との関係を求めることができる。
【００４９】
上述した第１乃至第４の実施形態の処理をコンピュータに実行させるプログラムおよび該プログラムを格納した記録媒体も本発明の範囲に含む。記録媒体としては、例えば、磁気ディスク、磁気テープ、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ、などを用いることができる。
【００５０】
以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１    繰り返し動作機構制御手段
２    応動時間計測手段
３    異常応動時間出現頻度算出手段
４    寿命予測手段
１０    繰り返し動作機構部
２０    機構制御部
３０    動作完了検出部
４０    応動時間計測部
５０    異常応動時間閾値設定部
６０    異常応動時間出現頻度算出部
７０    寿命予測部
１００    開閉機構部
１１０    ソレノイド
１２０    プランジャー
１３０    ストッパ
１４０    回転板
１５０    バネ
１６０    係合認識センサ
１６１    振動センサ
１６２    クランプメータ
２００    開閉制御部
２１０    機構制御部
２２０    演算処理部
３００    ドロワー本体部
３１０    筐体
３２０    ドロワー
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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