(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設備の稼働状態を診断する稼働状態の診断装置であって、
前記設備の構成部品（３０１、４０１）から外部に向かって流れる熱流束を検出するセンサ部（２）と、
前記センサ部が検出した検出結果に基づいて、前記設備の稼働状態が、前記構成部品の暖機が完了した暖機完了状態であるか否かを判定する制御部（３）とを備え、
前記センサ部は、
第１熱流束センサ（１０ａ）と、
前記第１熱流束センサよりも前記構成部品から離れた側に配置された第２熱流束センサ（１０ｂ）と、
前記第１熱流束センサと前記第２熱流束センサの間に配置され、所定の熱容量を有する熱緩衝体（１１）とを有し、
前記第１熱流束センサは、前記第１熱流束センサの前記構成部品側から前記第１熱流束センサの前記熱緩衝体側に向かって前記第１熱流束センサを通過する熱流束に応じた第１センサ信号を出力し、
前記第２熱流束センサは、前記第２熱流束センサの前記熱緩衝体側から前記第２熱流束センサの前記熱緩衝体側の反対側に向かって前記第２熱流束センサを通過する熱流束に応じた第２センサ信号を出力し、
前記制御部は、前記第１センサ信号と前記第２センサ信号に基づいて、前記暖機完了状態であるか否かを判定する稼働状態の診断装置。
【請求項２】
前記センサ部は、前記第２熱流束センサよりも前記構成部品から離れた側に配置され、所定の熱容量を有する放熱体（１２）を有する請求項１に記載の稼働状態の診断装置。
【請求項３】
前記放熱体の熱容量は、前記熱緩衝体の熱容量よりも大きくされている請求項２に記載の稼働状態の診断装置。
【請求項４】
前記センサ部は、前記第１熱流束センサよりも前記構成部品側に配置された受熱体（１６）を有し、
前記受熱体の熱容量は、前記熱緩衝体の熱容量よりも小さくされている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の稼働状態の診断装置。
【請求項５】
前記センサ部は、前記構成部品からの熱流束が前記第１熱流束センサと前記第２熱流束センサを順に通過したときに、前記第１センサ信号と前記第２センサ信号の極性が反対となるように、前記第１熱流束センサと前記第２熱流束センサとが配置されており、
前記第１熱流束センサと前記第２熱流束センサは、電気的に直列に接続されている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の稼働状態の診断装置。
【請求項６】
前記第１熱流束センサと前記第２熱流束センサのそれぞれは、
少なくとも絶縁材料で構成され、可撓性を有するフィルム状の絶縁基材（１００）と、
前記絶縁基材に形成され、熱電材料で構成された複数の第１熱電部材（１３０）と、
前記絶縁基材に形成され、前記第１熱電部材と異なる熱電材料で構成された複数の第２熱電部材（１４０）とを有し、
前記複数の第１熱電部材と複数の前記第２熱電部材は、前記第１熱電部材と前記第２熱電部材とが交互に直列に接続されており、
前記第１熱流束センサと前記第２熱流束センサは、前記絶縁材料を含んで構成された屈曲形状部（１０ｃ）を介して、つながっている請求項５に記載の稼働状態の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設備の稼働状態を診断する稼働状態の診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５３７６０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、生産設備等の設備においては、運転開始直後から設備が安定した状態になるまで、設備の温度を上昇させる暖機運転が行われる。暖機が完了したときに、設備の運転状態が暖機運転から定常運転に切り替えられる。定常運転とは、設備が安定した状態での運転である。換言すると、定常運転とは、本来の性能を十分に発揮できる状態での運転である。
【０００５】
しかし、暖機運転の時間が長いと、定常運転の開始が遅れる。このため、暖機が完了した状態になったときに、直ちに、定常運転に切り替えられることが望まれる。これを実現するためには、暖機が完了した暖機完了状態であるか否かを適切に診断できることが必要となる。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、暖機完了状態であるか否かを適切に診断できる稼働状態の診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、
設備の稼働状態を診断する稼働状態の診断装置であって、
設備の構成部品（３０１、４０１）から外部に向かって流れる熱流束を検出するセンサ部（２）と、
センサ部が検出した検出結果に基づいて、設備の稼働状態が、構成部品の暖機が完了した暖機完了状態であるか否かを判定する制御部（３）とを備え、
センサ部は、
第１熱流束センサ（１０ａ）と、
第１熱流束センサよりも構成部品から離れた側に配置された第２熱流束センサ（１０ｂ）と、
第１熱流束センサと第２熱流束センサの間に配置され、所定の熱容量を有する熱緩衝体（１１）とを有し、
第１熱流束センサは、第１熱流束センサの構成部品側から第１熱流束センサの熱緩衝体側に向かって第１熱流束センサを通過する熱流束に応じた第１センサ信号を出力し、
第２熱流束センサは、第２熱流束センサの熱緩衝体側から第２熱流束センサの熱緩衝体側の反対側に向かって第２熱流束センサを通過する熱流束に応じた第２センサ信号を出力し、
制御部は、第１センサ信号と第２センサ信号に基づいて、暖機完了状態であるか否かを判定する。
【０００８】
暖機中のときと暖機完了状態のときでは、熱流束の変化傾向が異なる。このため、本発明の診断装置によれば、暖機完了状態であるか否かを診断できる。
【０００９】
なお、この欄および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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態における移送装置３００と稼働状態の診断装置１の構成を示す図である。
【図２】図１中の移送装置３００のＩＩ矢視図である。
【図３】図１中の移送装置３００のＩＩＩ矢視図である。
【図４】図１中のセンサ部２の断面図である。
【図５】図４中の熱流束センサ１０の平面図である。
【図６】図５中のVI−VI線での熱流束センサ１０の断面図である。
【図７】暖機状態と暖機完了状態のときのセンサ部２の出力波形を示す図である。
【図８】第１実施形態における移送装置３００の運転制御を示すフローチャートである。
【図９】１つの熱流束センサ１０を用いた第１実施形態の変形例において、環境温度が高いときおよび環境温度が低いときの熱流束センサ１０の出力波形を示す図である。
【図１０】第２実施形態における自動切削機４００と稼働状態の診断装置１の構成を示す図である。
【図１１】第３実施形態におけるセンサ部２の断面図である。
【図１２】第４実施形態におけるセンサ部２の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各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。
【００１２】
（第１実施形態）
図１、２、３に示すように、本実施形態における稼働状態の診断装置１は、移送装置３００の暖機完了状態を診断する。移送装置３００は、加工対象物であるワークＷ１の加工を行う生産設備に備えられる。
【００１３】
図２に示すように、移送装置３００は、ボールねじ３０１を用いた直線移動機構Ｍ１と、ロボットＭ２とを備えている。移送装置３００は、直線移動機構Ｍ１とロボットＭ２とによってワークＷ１を移送する。直線移動機構Ｍ１は、Ｄ１方向にワークＷ１を移送する。ロボットＭ２は、Ｄ２方向、Ｄ３方向等に、ワークＷ１を移送する。
【００１４】
ロボットＭ２が、ワークＷ１を直線移動機構Ｍ１の台座３０４まで移送する。ロボットＭ２が、ワークＷ１を台座３０４に搭載する。直線移動機構Ｍ１が、搭載されたワークＷ１を移送する。
【００１５】
図１、３に示すように、直線移動機構Ｍ１は、ボールねじ３０１と、支持部材３０２と、モータ３０３と、台座３０４と、レール３０５と、ガイドブロック３０６とを備える。なお、図３では、理解をし易くするために、支持部材３０２を省略して示してある。
【００１６】
ボールねじ３０１は、移送装置３００の構成部品である。ボールねじ３０１は、回転運動を直線運動に変換する機械要素部品である。ボールねじ３０１は、ねじ軸３１１と、ナット３１２と、ボール３１３とを有している。ねじ軸３１１とナット３１２の間にボール３１３が入れられている。ねじ軸３１１が回転すると、ナット３１２が直線運動をする。支持部材３０２は、ねじ軸３１１の軸方向の両端部を支持している。モータ３０３は、ねじ軸３１１を回転させる動力源である。
【００１７】
台座３０４は、ワークＷ１を搭載するためのものである。台座３０４は、ねじ軸３１１の軸方向と直交する方向（すなわち、図１の上下方向）を長手方向とする平面矩形状とされている。台座３０４は、長手方向の略中央部がナット３１２と連結されている。台座３０４は、長手方向の両端部がガイドブロック３０６と連結されている。
【００１８】
レール３０５は、直線状部材である。レール３０５は、２本用いられており、図３に示すように、ベースプレート３０７に固定されている。ガイドブロック３０６は、レール３０５に係合されている。ガイドブロック３０６は、レール３０５に沿って移動するガイド部材である。
【００１９】
図１に示すように、診断装置１は、センサ部２と、制御装置３とを備えている。
【００２０】
センサ部２は、ボールねじ３０１から外部に向かう熱流束を検出する。センサ部２は、ボールねじ３０１から外部に向かう熱流束に応じたセンサ信号を制御装置３に向けて出力する。センサ部２は、ナット３１２の表面に取り付けられている。センサ部２の構造の詳細については後述する。
【００２１】
制御装置３の入力側に、センサ部２が接続されている。制御装置３は、ボールねじ３０１の稼働状態を診断する。この診断では、センサ部２の検出結果に基づいて、ボールねじ３０１の稼働状態が暖機完了状態か否かを判定する。したがって、制御装置３が、熱流束センサ１０の検出結果に基づいて、設備の稼働状態が、設備の構成部品の暖機が完了した暖機完了状態か否かを判定する制御部を構成している。
【００２２】
制御装置３の出力側には、移送装置３００の駆動機器であるモータ３０３、ロボットＭ２が接続されている。制御装置３は、診断結果に基づいて、移送装置３００の運転制御を行う。なお、制御装置３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。
【００２３】
次に、センサ部２の構造について説明する。図４に示すように、センサ部２は、２つの熱流束センサ１０と、熱緩衝体１１と、放熱体１２とを備えている。２つの熱流束センサ１０、熱緩衝体１１および放熱体１２は、いずれも平板状である。
【００２４】
２つの熱流束センサ１０の内部構造は同じである。２つの熱流束センサ１０の一方が第１熱流束センサ１０ａである。２つの熱流束センサ１０の他方が第２熱流束センサ１０ｂである。
【００２５】
第１熱流束センサ１０ａは、ナット３１２の外面に接して配置されている。第２熱流束センサ１０ｂは、第１熱流束センサ１０ａに対してナット３１２から離れた側に配置されている。熱緩衝体１１は、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂの間に配置されている。放熱体１２は、第２熱流束センサ１０ｂに対してナット３１２から離れた側に配置されている。すなわち、センサ部２は、ナット３１２に近い側からナット３１２から離れた側に向かって、第１熱流束センサ１０ａ、熱緩衝体１１、第２熱流束センサ１０ｂ、放熱体１２が順に配置されている。
【００２６】
第１熱流束センサ１０ａは、第１熱流束センサ１０ａのナット３１２側から熱緩衝体１１側に向かって、第１熱流束センサ１０ａを通過する熱流束に応じた第１センサ信号を出力する。第２熱流束センサ１０ｂは、第２熱流束センサ１０ｂの熱緩衝体１１側からその反対側に向かって、第２熱流束センサ１０ｂを通過する熱流束に応じた第２センサ信号を出力する。第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂのそれぞれの平面形状は、形と大きさが同じ矩形である。
【００２７】
熱緩衝体１１は、所定の熱容量を有している。熱緩衝体１１は、金属材料または樹脂材料で構成される。熱緩衝体１１は、後述の通り、ナット３１２から外部に向かって放出される熱流束の変化を検出できる熱容量となるように、材質や厚さが設定されている。熱緩衝体１１の平面形状は、第１熱流束センサ１０ａの平面形状と形と大きさが同じである。なお、熱緩衝体１１の平面形状は、第１熱流束センサ１０ａの平面形状と形と大きさが異なっていてもよい。
【００２８】
放熱体１２は、所定の熱容量を有している。放熱体１２は、金属材料または樹脂材料で構成されている。放熱体１２は、その熱容量が熱緩衝体１１の熱容量よりも大きくなるように、材質や厚さが設定されている。放熱体１２の平面形状は、第１熱流束センサ１０ａ、熱緩衝体１１、第２熱流束センサ１０ｂの平面形状よりも大きくされている。放熱体１２は、第１熱流束センサ１０ａ、熱緩衝体１１、第２熱流束センサ１０ｂを挟んだ状態で、ナット３１２に固定されている。具体的には、放熱体１２の外周部にネジ穴が形成されている。ネジ穴に挿入されたネジ１３によって、放熱体１２がナット３１２に固定されている。なお、ナット３１２と放熱体１２との間には、スペーサ１４が配置されている。ネジ１３は、スペーサ１４の内部を貫通している。
【００２９】
図５、６に示すように、１つの熱流束センサ１０は、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、この一体化されたものの内部で第１、第２熱電部材１３０、１４０が交互に直列に接続された構造を有する。なお、図５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熱電部材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熱電部材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熱電部材１３０、１４０の他方の接続部が構成されている。
【００３０】
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熱電部材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熱電部材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、具体的には、電圧をセンサ信号として出力する。
【００３１】
本実施形態では、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂとは、それぞれを通過する熱流束が同じ大きさのとき、絶対値が同じ大きさのセンサ信号を出力するように構成されている。
【００３２】
また、図４に示すように、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂは、互いに直列に接続された状態で、制御装置３に電気的に接続されている。第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂは、ナット３１２からの熱流束が第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂを順に通過したときに、極性が反対の関係を有する第１センサ信号と第２センサ信号を出力するように配置されている。
【００３３】
具体的には、第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂは、互いの表面保護部材１１０が対向するように配置されている。そして、図示していないが、第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂの表面導体パターン１１１同士が外部配線１５１を介して接続されている。第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂのそれぞれの裏面導体パターン１２１が外部配線１５２を介して制御装置３と接続されている。これにより、熱流束が第１熱流束センサ１０ａを裏面保護部材１２０側から表面保護部材１１０側に通過する場合には、当該熱流束が第２熱流束センサ１０ｂを表面保護部材１１０側から裏面保護部材１２０側に通過するため、第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂから出力される第１、第２センサ信号の極性が反対となる。
【００３４】
なお、本実施形態では、第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂは、裏面保護部材１２０側から表面保護部材１１０側に向かって熱流束が通過した際、正のセンサ信号を出力する。このため、ナット３１２側から放熱体１２側に向かって熱流束が流れると、第１熱流束センサ１０ａから正のセンサ信号が出力され、第２熱流束センサ１０ｂから負のセンサ信号が出力される。
【００３５】
そして、センサ部２は、第１センサ信号と第２センサ信号を合わせたセンサ信号を、制御装置３に向けて出力する。このとき、第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂを通過する熱流束同士の差が大きいと、センサ部２から出力されるセンサ信号が大きくなる。このような場合としては、例えば、対象物から放出される熱流束が急増したときが該当する。一方、第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂを通過する熱流束同士の差が小さいと、センサ部２から出力される出力が小さくなる。このような場合としては、例えば、対象物から放出される熱流束が減少したときや、対象物から放出される熱流束が一定で、所定時間が経過したときが該当する。
【００３６】
次に、制御装置３が行う移送装置３００の運転制御およびボールねじ３０１の稼働状態の診断について説明する。
【００３７】
まず、移送装置３００の運転制御について説明する。制御装置３は、移送装置３００の運転が開始されると、暖機運転を行う。暖機運転は、運転開始直後からボールねじ３０１の温度を上昇させることを目的とする運転である。暖機運転では、ワークＷ１を搭載しない状態で、直線移動機構Ｍ１を稼働させる。暖機運転では、ロボットＭ２を駆動させず、直線移動機構Ｍ１のモータ３０３を駆動させる。
【００３８】
制御装置３は、ボールねじ３０１の暖機完了後に、定常運転を行う。定常運転は、ボールねじ３０１が安定した状態での運転である。定常運転では、ワークＷ１を台座３０４に搭載して移送する。定常運転では、ロボットＭ２と直線移動機構Ｍ１のモータ３０３を駆動させる。
【００３９】
暖機運転を行う理由は次の通りである。移送装置３００の運転開始直後からある程度の期間では、ナット３１２の内部のボール３１３の摩擦熱が放熱されずに、ナット３１２に熱が蓄積された状態となる。これにより、ボールねじ３０１の温度が上昇する。ボールねじ３０１の温度が上昇すると、ボールねじ３０１が熱膨張する。ボールねじ３０１が熱膨張し続けている状態で、直線移動機構Ｍ１を駆動させると、台座３０４の停止位置の精度が悪くなる。この結果、ワークＷ１の搬送不良が生じてしまう。さらには、ワークＷ１の加工不良が生じてしまう。
【００４０】
より具体的に説明すると、ねじ軸３１１の回転数によって、ナット３１２の移動距離が決まる。ワークＷ１の移送では、台座３０４の停止位置が所定位置となるように、ねじ軸３１１の回転数が設定されている。しかし、ねじ軸３１１やナット３１２が軸方向に熱膨張すると、ねじ軸３１１の回転数が同じでも、ナット３１２の移動距離が異なる。このため、台座３０４の停止位置が変わってしまう。ワークＷ１を搬送した位置で加工する場合、停止位置が所定位置と異なると、ワークＷ１の加工ができなくなってしまう。
【００４１】
そこで、ボールねじ３０１が安定した状態になるまで、暖機運転が行われる。暖機完了後に、定常運転に切り替えられる。これにより、ワークＷ１の搬送不良を抑制できる。
【００４２】
次に、センサ部２を通過する熱流束およびセンサ部２から出力されるセンサ信号について説明する。
【００４３】
直線移動機構Ｍ１は、ボールねじ３０１の稼働と停止を１サイクルとする稼働サイクルを繰り返す。ボールねじ３０１の稼働中は、ボール３１３の摩擦熱がナット３１２から放熱されるため、センサ部２の出力値が増加する。ボールねじ３０１の停止中は、摩擦熱が発生しないため、センサ部２の出力値が減少する。このため、暖機中の暖機状態および暖機が完了した暖機完了状態のどちらにおいても、稼働サイクルに応じて、センサ部２の出力値が増減する。
【００４４】
直線移動機構Ｍ１の運転開始直後のナット３１２の温度が低いときでは、摩擦熱がナット３１２に蓄積される。ナット３１２の内側の温度が、ナット３１２の外側の温度よりも先に上昇する。このため、暖機完了状態と比べて、ナット３１２から外部への放熱量が少ない。ナット３１２の全体に熱が蓄積されて温度が上昇すると、ナット３１２から外部への放熱量が増大する。このため、暖機状態のときのセンサ部２の出力波形は、図７に示すように、時間経過とともに上昇する波形となる。
【００４５】
一方、ボールねじ３０１が暖機完了状態になると、ナット３１２の蓄熱が終了した状態となる。ボール３１３の摩擦による発熱量とナット３１２から外部への放熱量とが等しくなる。このため、暖機完了状態のときのセンサ部２の出力波形は、図７に示すように、出力値が、暖機状態のときよりも大きく、かつ、一定に近い大きさで増減する波形となる。
【００４６】
なお、ボールねじ３０１が停止すると、ナット３１２に蓄積された熱が放出される。しかし、熱の放出の途中でボールねじ３０１が稼働する。すなわち、ナット３１２に熱がある程度蓄積されるような稼働サイクルで、ボールねじ３０１は運転される。このため、暖機完了状態のときのセンサ部２の出力値は、ボールねじ３０１の停止期間があっても、暖機状態のときよりも大きな値となる。
【００４７】
このように、暖機状態と暖機完了状態では、センサ部２の出力値が異なる。このことから、暖機完了状態であるか否かを判別するための閾値を予め設定しておき、センサ部２の出力値と閾値とを比較する。これにより、暖機完了状態であるか否かを診断できる。
【００４８】
そこで、制御装置３は、図８に示すように、移送装置３００の暖機運転から定常運転への切替制御において、センサ部２の検出結果に基づいて、ボールねじ３０１の稼働状態の診断を行う。この切替制御は、移送装置３００の暖機運転が開始されたときに実行される。なお、図８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。
【００４９】
具体的には、ステップＳ１で、センサ部２の検出値を取得する。ここでは、センサ部２の出力値（具体的には、電圧値）を取得する。なお、センサ部２の出力値をそのまま用いる替わりに、出力値を補正した補正値を検出値として取得してもよい。
【００５０】
続いて、ステップＳ２で、検出値と予め記憶装置に記憶された閾値とを比較して、検出値が閾値よりも高いか否かを判定する。このとき、ステップＳ１で、暖機運転開始からの経過時間が異なる複数の検出値を取得する。ステップＳ２で、複数の検出値のすべてが閾値よりも高いか否かを判定することが好ましい。
【００５１】
ステップＳ２において、検出値が閾値よりも低い場合、ＮＯ判定して、図８に示す制御フローを終了する。そして、再度、ステップＳ１を行う。
【００５２】
一方、検出値が閾値よりも高い場合、ＹＥＳ判定して、ステップＳ３に進む。ステップＳ３で、制御装置３は、移送装置３００の運転状態を、暖機運転から定常運転に切り替える。これにより、直線移動機構Ｍ１とロボットＭ２とによってワークＷ１が移送される。そして、ワークＷ１の加工が開始される。
【００５３】
以上の説明の通り、本実施形態の診断装置１によれば、ボールねじ３０１の稼働状態が暖機完了状態か否かを適切に判定することができる。
【００５４】
また、本実施形態の診断装置１においては、センサ部２は、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂの間に熱緩衝体１１が配置されている。制御装置３は、第１熱流束センサ１０ａが出力する第１センサ信号と第２熱流束センサ１０ｂが出力する第２センサ信号に基づいて、ボールねじ３０１が暖機完了状態であるか否かを判定する。
【００５５】
熱緩衝体１１は熱の蓄積と放出を行う。このため、ナット３１２から放出される熱流束が変化したとき、第２熱流束センサ１０ｂを通過する熱流束は、第１熱流束センサ１０ａを通過する熱流束よりも、遅れて緩やかに変化する。したがって、第１センサ信号と第２センサ信号の相違より、ナット３１２から放出される熱流束の変化を検出できる。
【００５６】
ところで、本実施形態のセンサ部２の替わりに、１つの熱流束センサ１０のみを用いても、ナット３１２から放出される熱流束を検出することができる。
【００５７】
しかし、この場合、移送装置３００の周りの環境温度が変化すると、環境温度の影響を受けて、熱流束センサ１０を通過する熱流束も変化する。具体的には、ナット３１２の内部での発熱量が同じであっても、環境温度が高いときよりも環境温度が低いときの方が、熱流束センサ１０を通過する熱流束が大きくなる。ナット３１２の内部での発熱量が同じであっても、環境温度が低いときよりも高いときの方が、熱流束センサ１０を通過する熱流束が小さくなる。
【００５８】
このため、図９中の実線で示すように、環境温度が図９中の波線で示すときよりも低いと、ボールねじ３０１が暖機状態であっても、センサ部２の出力値が閾値を超えてしまう場合がある。この場合、制御装置３は、ボールねじ３０１が暖機状態であっても、暖機完了状態であると誤判定してしまう。また、図９中の一点鎖線で示すように、環境温度が図９中の破線で示すときよりも高いと、ボールねじ３０１が暖機完了状態であっても、センサ部２の出力値が閾値を超えない場合がある。この場合、制御装置３は、ボールねじ３０１が暖機完了状態であっても、暖機状態であると誤判定してしまう。
【００５９】
これに対して、本実施形態のセンサ部２の第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂは、熱緩衝体１１の両側に配置されている。したがって、両者は比較的近い位置に配置されている。また、センサ部２の周りの環境温度の変化は、通常、一日という長期間にわたって緩やかに生じる。このため、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂの間に熱緩衝体１１が配置されていても、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂが環境温度から受ける影響は同じまたは同じに近い。第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂのそれぞれは、同じ環境温度の影響を受けた熱流束に応じたセンサ信号を出力する。第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂにおいて、同じ熱流束の大きさに対する出力の絶対値を同じである。したがって、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂの出力の和を用いることで、センサ部２の検出結果に対する環境温度の影響を除外（すなわち、キャンセル）できる。
【００６０】
このため、暖機完了状態のときのセンサ部２の出力波形は、図７に示すように、環境温度の影響が除外されたものとなる。これにより、一日の環境温度の変動による誤判定を回避できる。
【００６１】
よって、本実施形態の診断装置１によれば、暖機完了状態の診断を高精度に行うことができる。なお、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂにおいて、同じ熱流束の大きさに対する出力の絶対値は必ずしも同じでなくてもよい。両者の出力の絶対値が近ければよい。この場合でも、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂの出力の和を用いることで、センサ部２の検出結果に対する環境温度の影響を低減できる。
【００６２】
また、本実施形態のセンサ部２において、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂは、ナット３１２からの熱流束が第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂを順に通過したときに、極性が反対の関係を有する第１センサ信号と第２センサ信号を出力する。第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂは、互いに直列に接続された状態で、制御装置３に電気的に接続されている。これにより、第１センサ信号と第２センサ信号を合わせたセンサ信号を、センサ部２から制御装置３に向けて出力することができる。このため、制御装置３での第１センサ信号と第２センサ信号の和の演算を省略できる。すなわち、制御装置３の演算処理を簡素化できる。
【００６３】
ところで、センサ部２は、放熱体１２を持たない構成であってもよい。しかし、センサ部２が放熱体１２を持たない場合、第２熱流束センサ１０ｂの表面に風が当たる等の理由により、第２熱流束センサ１０ｂの表面温度が瞬間的に変化してしまう。これが、センサ部２を通過する熱流束に影響する。このため、センサ部２の熱流束の検出精度が低下してしまう。
【００６４】
これに対して、本実施形態のセンサ部２は、所定の熱容量を有する放熱体１２を備えている。これにより、短期間でセンサ部２の表面温度が変化する場合であっても、放熱体１２での蓄熱と放熱によって、第２熱流束センサ１０ｂの温度変化を抑制できる。このため、センサ部２の熱流束の検出精度を向上させることができる。
【００６５】
また、本実施形態のセンサ部２において、放熱体１２の熱容量は、熱緩衝体１１の熱容量よりも大きくされている。これにより、ナット３１２から大きな熱が放出されたときでも、ナット３１２から放熱体１２に向かって熱を流すことができる。このため、センサ部２の内部に熱がこもることを抑制できる。
【００６６】
（第２実施形態）
図１０に示すように、本実施形態における稼働状態の診断装置１は、自動切削機４００の暖機完了状態を診断する。
【００６７】
自動切削機４００は、ドリル４０１と、ドリル用チャック部４０２と、ワーク用チャック部４０３を備える。ドリル４０１は、切削加工に用いられる刃具である。ドリル用チャック部４０２は、ドリル４０１を保持する保持部である。ワーク用チャック部４０３は、加工対象物であるワークＷ２を保持する保持部である。自動切削機４００は、加工と停止とを繰り返すことで、複数のワークＷ２を１つずつ順に加工する。加工時では、ドリル４０１とワークＷ２との摩擦によってドリル４０１が発熱する。ドリル４０１で発生した熱がドリル用チャック部４０２から外部へ放出される。
【００６８】
診断装置１は、センサ部２と、制御装置３とを備えている。
【００６９】
センサ部２は、ドリル用チャック部４０２の表面に取り付けられている。センサ部２は、ドリル４０１からドリル用チャック部４０２を介して外部に向かう熱流束を検出する。センサ部２は、ドリル４０１からドリル用チャック部４０２を介して外部に向かう熱流束に応じたセンサ信号を制御装置３に向けて出力する。センサ部２の構成は、第１実施形態のセンサ部２と同じである。
【００７０】
制御装置３は、自動切削機４００の運転制御およびドリル４０１の稼働状態の診断を行う。自動切削機４００の運転制御では、制御装置３は、自動切削機４００の運転が開始されると、ドリル４０１の暖機運転を行う。暖機運転は、加工目的のワークＷ２の替わりに、暖機用のワークを加工する運転である。制御装置３は、ドリル４０１の暖機運転後に、定常運転を行う。定常運転は、加工目的のワークＷ２を加工する運転である。
【００７１】
自動切削機４００の運転開始直後からある程度の期間では、ドリル４０１の発熱によって、ドリル４０１の温度が上昇する。ドリル４０１の温度が上昇すると、ドリル４０１が熱膨張する。ドリル４０１が熱膨張し続けている状態で、ワークＷ２を加工すると、加工精度が悪くなってしまう。そこで、ドリル４０１が安定した状態となるまで、暖機運転を行う。暖機が完了すると、制御装置３は、暖機運転から定常運転に切り替える。
【００７２】
制御装置３は、暖機運転から定常運転に切り替えるために、ドリル４０１の稼働状態を診断する。具体的には、センサ部２の検出結果に基づいて、ドリル４０１の稼働状態が暖機完了状態か否かを判定する。
【００７３】
ドリル４０１が暖機状態のときと暖機完了状態のときのセンサ部の出力波形は、第１実施形態で説明した図７に示す波形と同様である。このため、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、暖機完了状態であるか否かを判別するための閾値を予め制御装置３に記憶しておく。そして、制御装置３は、センサ部２の出力値と閾値とを比較する。これにより、制御装置３は、暖機完了状態であるか否かを診断できる。
【００７４】
また、本実施形態の診断装置１に用いるセンサ部２は、第１実施形態のセンサ部２と同じ構成のものである。このため、本実施形態の診断装置１においても、第１実施形態の診断装置１と同様の効果を奏する。
【００７５】
なお、本実施形態の診断装置１に用いるセンサ部２として、第１熱流束センサ１０のみを用いてもよい。
【００７６】
（第３実施形態）
本実施形態は、第１実施形態に対して、センサ部２の構成を変更したものである。診断装置１のその他の構成は第１実施形態と同じである。
【００７７】
図１１に示されるように、本実施形態のセンサ部２は、平板状の受熱体１６を有している。受熱体１６は、第１熱流束センサ１０ａよりもナット３１２側に配置されている。したがって、受熱体１６は、ナット３１２と第１熱流束センサ１０ａとの間に配置されている。
【００７８】
受熱体１６は、熱緩衝体１１や放熱体１２と同様に、所定の熱容量を有している。受熱体１６は、金属材料または樹脂材料で構成される。受熱体１６は、その熱容量が熱緩衝体１１および放熱体１２より小さくなるように、材質や厚さが設定されている。受熱体１６の平面形状は、第１熱流束センサ１０ａの平面形状と形と大きさが同じである。なお、受熱体１６の平面形状は、第１熱流束センサ１０ａの平面形状と形と大きさが異なっていてもよい。
【００７９】
本実施形態のセンサ部２では、受熱体１６の蓄熱と放熱によって、検出目的ではないノイズ等の短期的に生じる熱流束の変化が第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂに影響することを抑制できる。
【００８０】
また、本実施形態のセンサ部２では、受熱体１６の熱容量を小さく設定している。このため、本実施形態のセンサ部２は、検出目的であるボールねじ３０１の稼働と停止による熱流束変化を検出できる。すなわち、本実施形態のセンサ部２では、受熱体１６の熱容量は、ボールねじ３０１の稼働と停止による熱流束変化を検出できる大きさに設定されている。
【００８１】
よって、本実施形態の診断装置１は、ボールねじ３０１が暖機完了状態であるか否かの診断を高精度に行うことができる。なお、第２実施形態においても、センサ部２が受熱体１６を有する構成としてもよい。これにより、本実施形態と同様の効果を奏する。
【００８２】
（第４実施形態）
本実施形態は、第１実施形態に対して、センサ部２の構成を変更したものである。診断装置１のその他の構成は第１実施形態と同じである。
【００８３】
図１２に示されるように、本実施形態のセンサ部２は、第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂが、折り曲げられた形状を有する屈曲形状部１０ｃを介して、つながっている。屈曲形状部１０ｃは、第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂと同様に、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０が積層された構造である。このように、本実施形態のセンサ部２は、第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂが一体化されている。
【００８４】
換言すると、本実施形態のセンサ部２は、１つの熱流束センサ１０が熱緩衝体１１を挟むように折り曲げられた構造を有する。熱流束センサ１０は、上述の通り、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０がそれぞれ可撓性を有する樹脂材料で構成されている。このため、熱流束センサ１０を容易に折り曲げることができる。これにより、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂの間に熱緩衝体１１が配置された構成が実現されている。
【００８５】
第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂは、互いの裏面導体パターン１２１同士がつながっている。第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂは、外部配線１５１ではなく、熱流束センサ１０の内部の配線パターンによって電気的に接続されている。なお、第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂは、互いの表面導体パターン１１１同士がつながっていてもよい。
【００８６】
これによれば、第１、第２熱流束センサ１０ａ、１０ｂを１つの熱流束センサ１０で構成しており、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂとを接続するための外部配線１５１を無くすことができる。したがって、部品点数の削減を図ることができる。
【００８７】
（他の実施形態）
本発明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。
【００８８】
（１）第１実施形態の診断装置１は、移送装置３００を診断対象としていた。第２実施形態の診断装置１は、自動切削機４００を診断対象としていた。診断装置１の診断対象は、これらに限定されない。診断装置１は、暖機運転が行われる他の設備を診断対象とすることができる。
（２）第１実施形態では、暖機完了状態であるか否かを診断するために、制御装置３が、ステップＳ２で、検出値の絶対値が閾値よりも高いか否かを判定したが、他の判定を行ってもよい。第１実施形態での説明の通り、暖機完了状態のときのセンサ部２の出力波形は、一定に近い大きさで増減する波形となる。そこで、制御装置３が、所定期間内での検出値の最小値と最大値の差である変動幅を算出し、算出した変動幅が所定幅よりも小さいか否かを判定するようにしてもよい。
【００８９】
（３）第１実施形態では、１つの制御装置３が、暖機運転から定常運転への切替制御の一部として、暖機完了状態の診断を行ったが、別体の２つの制御装置の一方が切替制御を行い、２つの制御装置の他方が診断を行ってもよい。この場合、診断を行う制御装置が、稼働状態の診断装置の制御部を構成する。
【００９０】
（４）第１実施形態では、制御装置３が、検出値が閾値を超えて暖機完了状態であると判定した場合に、ステップＳ３で、暖機運転から定常状態へ切り替えた。これに対して、暖機運転から定常状態への切替を手動で行う場合では、ステップＳ３で、暖機完了を表示装置に表示させるようにしてもよい。
【００９１】
（５）第１〜第３実施形態のセンサ部２では、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂが、互いに直列に接続された状態で、制御装置３に電気的に接続されていたが、制御装置３に対して並列に接続されていてもよい。
【００９２】
（６）第１〜第３実施形態のセンサ部２では、極性が反対の関係を有する第１センサ信号と第２センサ信号を出力するように、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂが配置されていたが、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂの配置はこれに限定されない。極性が同じ第１センサ信号と第２センサ信号を出力するように、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂが配置されていてもよい。この場合、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂは、制御装置３に対して並列に接続される。また、稼働状態の診断においては、制御装置３は、第１センサ信号と第２センサ信号の差を演算する。これにより、第１、第２実施形態と同様に、診断を行うことができる。
【００９３】
（７）第１〜第３実施形態のセンサ部２においては、熱流束センサ１０の絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０が、樹脂材料以外の可撓性を有する絶縁材料で構成されていてもよい。さらに、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０が、可撓性を持たない絶縁材料で構成されていてもよい。また、熱流束センサ１０が、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０を持たない構造であってもよい。また、熱流束センサ１０として、上記した構成とは別の構成のものを用いてもよい。
【００９４】
（８）第４実施形態のセンサ部２においては、熱流束センサ１０の絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０が、樹脂材料以外の可撓性を有する絶縁材料で構成されていてもよい。また、熱流束センサ１０が、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０を持たない構造であってもよい。この場合、第１熱流束センサ１０ａと第２熱流束センサ１０ｂは、絶縁基材１００で構成された屈曲形状部１０ｃを介して、つながっている構造となる。要するに、屈曲形状部１０ｃは、絶縁基材１００と同じ絶縁材料を含んで構成されていればよい。
【００９５】
（９）上記各実施形態のセンサ部２は、２つの熱流束センサ１０と、熱緩衝体１１と、放熱体１２とを備えていたが、放熱体１２を備えていなくてもよい。この場合、センサ部２の固定は、他の固定部材を用いたり、接着剤を用いたりして行われる。
【００９６】
（１０）上記各実施形態では、センサ部２のセンサ信号として電圧を用いたが、電流を用いてもよい。
【００９７】
（１１）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。
（まとめ）
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、稼働状態の診断装置は、センサ部と、制御部とを備える。センサ部は、設備の構成部品から外部に向かって流れる熱流束を検出する。制御部は、センサ部が検出した検出結果に基づいて、設備の稼働状態が、構成部品の暖機が完了した暖機完了状態であるか否かを判定する。
【００９８】
また、第２の観点によれば、センサ部は、第１熱流束センサと、第２熱流束センサと、第１熱流束センサと第２熱流束センサの間に配置された熱緩衝体とを有する。第１熱流束センサは、第１熱流束センサを通過する熱流束に応じた第１センサ信号を出力する。第２熱流束センサは、第２熱流束センサを通過する熱流束に応じた第２センサ信号を出力する。制御部は、第１センサ信号と第２センサ信号に基づいて、暖機完了状態であるか否かを判定する。
【００９９】
第２の観点では、センサ部は、第１熱流束センサと第２熱流束センサの間に熱緩衝体が配置されている。このため、構成部品から放出される熱流束が変化したとき、第２熱流束センサを通過する熱流束は、第１熱流束センサを通過する熱流束よりも、遅れて緩やかに変化する。したがって、第１センサ信号と第２センサ信号の相違より、構成部品から放出される熱流束の変化を検出できる。
【０１００】
そして、第１熱流束センサと第２熱流束センサは、熱緩衝体の両側に配置されており、両者は比較的近い位置に配置されている。また、センサ部が設置される環境の温度である環境温度の変化は、通常、長期間にわたって緩やかに生じる。このため、第１熱流束センサと第２熱流束センサが環境温度から受ける影響は同じまたは同じに近い。第１熱流束センサと第２熱流束センサのそれぞれは、同じまたは同じに近い環境温度の影響を受けた熱流束に応じたセンサ信号を出力する。したがって、両者のセンサ信号を用いることで、センサ部の検出結果に対する環境温度の影響を除外もしくは低減することができる。よって、第２の観点の診断装置によれば、暖機完了状態の診断を高精度に行うことができる。
【０１０１】
また、第３の観点によれば、センサ部は、第２熱流束センサよりも構成部品から離れた側に配置され、所定の熱容量を有する放熱体を有する。
【０１０２】
これによると、短期間でセンサ部の表面温度が変化する場合であっても、放熱体での蓄熱と放熱によって、第２熱流束センサの温度変化を抑制できる。このため、センサ部の熱流束の検出精度を向上させることができる。
【０１０３】
また、第４の観点によれば、放熱体の熱容量は、熱緩衝体の熱容量よりも大きくされている。これによると、構成部品から大きな熱が放出されたときでも、構成部品から放熱体に向かって熱を流すことができる。このため、センサ部の内部に熱がこもることを抑制できる。
【０１０４】
また、第５の観点によれば、センサ部は、第１熱流束センサよりも構成部品側に配置された受熱体を有している。受熱体の熱容量は、熱緩衝体の熱容量よりも小さくされている。
【０１０５】
これによると、受熱体の蓄熱と放熱によって、検出目的ではないノイズ等の短期的に生じる熱流束の変化が第１、第２熱流束センサに影響することを抑制できる。また、受熱体の熱容量を小さく設定することで、センサ部によって検出目的である構成部品から放出される熱流束の変化を検出できる。
【０１０６】
また、第６の観点によれば、センサ部は、構成部品からの熱流束が第１熱流束センサと第２熱流束センサを順に通過したときに、第１センサ信号と第２センサ信号の極性が反対となるように、第１熱流束センサと第２熱流束センサとが配置されている。第１熱流束センサと第２熱流束センサは、電気的に直列に接続されている。
【０１０７】
これによると、センサ部は、第１センサ信号と第２センサ信号を合わせたセンサ信号を出力することができる。このため、第１センサ信号と第２センサ信号の和の演算処理を不要にできる。
【０１０８】
また、第７の観点によれば、第１熱流束センサと第２熱流束センサのそれぞれは、可撓性を有するフィルム状の絶縁基材と、複数の第１熱電部材と、複数の第２熱電部材とを有して構成される。複数の第１熱電部材と複数の第２熱電部材は、第１熱電部材と第２熱電部材とが交互に直列に接続されている。第１熱流束センサと第２熱流束センサは、絶縁材料を含んで構成された屈曲形状部を介して、つながっている。
【０１０９】
これによると、第１熱流束センサと第２熱流束センサとを接続するための外部配線を不要にできる。
【符号の説明】
【０１１０】
１      暖機完了状態の診断装置
２      センサ部
３      制御装置
１０ａ  第１熱流束センサ
１０ｂ  第２熱流束センサ
１１    熱緩衝体
１２    放熱体
１６    受熱体
【図１】
0006358234.tif 000002
【図２】
0006358234.tif 000003
【図３】
0006358234.tif 000004
【図４】
0006358234.tif 000005
【図５】
0006358234.tif 000006
【図６】
0006358234.tif 000007
【図７】
0006358234.tif 000008
【図８】
0006358234.tif 000009
【図９】
0006358234.tif 000010
【図１０】
0006358234.tif 000011
【図１１】
0006358234.tif 000012
【図１２】
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