(57)【要約】【課題】相対移動する摩耗側部品と対向側部品を配線等で接続したり、摩耗側部品に電子回路を設置したりすることなく、対向側部品に設置された制御装置により摩耗側部品の摩耗状態を適切に検知する。【解決手段】本発明の摩耗検知装置は、摩耗側部品２に設けられ、一端部５１および他端部５２が対向側部品３に向けて配置される光ファイバ５を備え、摩耗側部品２の摺動面２１に沿って配置された先端部４１に光ファイバ５の被摩耗部５４が配置された摩耗ゲージ４と、対向側部品３において、摩耗側部品２の摺動中に光ファイバ５の一端部５１と対向可能な位置に設けられた発光素子７と、対向側部品３において、摩耗側部品２の摺動中に光ファイバ５の他端部５２と対向可能な位置に設けられた受光素子８と、対向側部品３に設けられ、受光素子８による受光状態に基づいて摩耗ゲージ４の摩耗状態を検知する制御装置９とを備える。【選択図】図２
2013088195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向側部品との摺動に伴う摩耗側部品の摩耗を検知する摩耗検知装置において、
前記摩耗側部品に設けられ、一端部および他端部が前記対向側部品に向けて配置される光ファイバを備え、前記摩耗側部品の摺動面に沿って配置された先端部に前記光ファイバの被摩耗部が配置された摩耗ゲージと、
前記対向側部品において、前記摩耗側部品の摺動中に前記光ファイバの一端部と対向可能な位置に設けられた発光素子と、
前記対向側部品において、前記摩耗側部品の摺動中に前記光ファイバの他端部と対向可能な位置に設けられた受光素子と、
前記対向側部品に設けられ、前記受光素子による受光状態に基づいて前記摩耗ゲージの摩耗状態を検知する制御装置と、
を備えることを特徴とする摩耗検知装置。
【請求項２】
前記摩耗ゲージの先端部に、複数の前記光ファイバの被摩耗部が間隔を空けて配置または間隔を空けずに並置され、
前記複数の光ファイバの一端部および他端部は、前記摩耗側部品における前記摩耗ゲージから離隔した位置に、前記対向側部品に向けて配置されることを特徴とする請求項１に記載の摩耗検知装置。
【請求項３】
前記光ファイバの一端部および他端部は、前記摩耗側部品の摺動方向に対して垂直な方向に向けて配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の摩耗検知装置。
【請求項４】
対向側部品との摺動に伴って摩耗する摩耗側部品に設けられる摩耗ゲージにおいて、
一端部および他端部が前記対向側部品に向けて配置される光ファイバを備え、
前記摩耗側部品の摺動面に沿って配置される先端部に、前記光ファイバの被摩耗部が配置されており、
前記摩耗側部品の摺動面の摩耗に伴い、前記光ファイバの被摩耗部が断線することを特徴とする摩耗ゲージ。
【請求項５】
対向側部品との摺動に伴って摩耗する摩耗側部品に設けられ、一端部および他端部が該対向側部品に向けて配置される光ファイバを備え、該摩耗側部品の摺動面に沿って配置された先端部に該光ファイバの被摩耗部が配置された摩耗ゲージと、該対向側部品において、該摩耗側部品の摺動中に該光ファイバの一端部と対向可能な位置に設けられた発光素子と、該対向側部品において、該摩耗側部品の摺動中に該光ファイバの他端部と対向可能な位置に設けられた受光素子と、により該摩耗側部品の摩耗を検知する摩耗検知方法であって、
前記摩耗側部品の摺動中に、前記発光素子が前記光ファイバの一端部に発光し、
前記受光素子が前記光ファイバの他端部から光を受光し、
前記受光素子による受光状態に基づいて前記摩耗ゲージの摩耗状態を検知することを特徴とする摩耗検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩耗検知装置、摩耗ゲージおよび摩耗検知方法に関し、特に、産業機械の摺動部の摩耗を検知する摩耗検知装置、摩耗ゲージおよび摩耗検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業機械の摺動部の摩耗を検知するための摩耗ゲージとして、例えば特許文献１記載の摩耗ゲージが提案されている。この特許文献１記載の摩耗ゲージは、複数の摩耗検知用ラインを含む摩耗検知回路を絶縁板上に設けたものであり、摺動部の摩耗に伴い摩耗検知用ラインが段階的に摩滅することを利用して、摺動部の摩耗状態を検知する。つまり、摩耗ゲージ先端部の摩耗検知用ラインが摩滅して断線すれば、摩耗ゲージから測定部に電気信号が流れなくなるので、当該断線した摩耗検知用ラインの位置まで摺動部の摩耗が進行したことを把握することができる。
【０００３】
また、摺動部の摩耗検知方法ではないが、特許文献２には、摩耗検知対象の管路内に光ファイバを配設し、当該光ファイバ内を往復する光パルスの経過時間に基づいて管路の端部の摩耗を検知する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６４３７７号公報
【特許文献２】特開平７−１７４５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、各種の産業機械の摺動部を構成する摩耗側部品と、それに対向する対向側部品のうち、摩耗側部品の摩耗状態を検知する場合、上記特許文献１記載のような摩耗ゲージを、摩耗検知対象である摩耗側部品に設置する必要がある。一方、摩耗ゲージにより得られる摩耗状態の情報を処理する制御装置（特許文献１の測定部）等については、設置スペースや、動作の安定性、装置保護等の観点から、対向側部品に設置することが望ましい。
【０００６】
しかしながら、上記のように摩耗側部品に摩耗ゲージを設置し、対向側部品に制御装置等を設置する場合、特許文献１記載のように摩耗ゲージと制御装置の間を電気的に接続することが困難であるという問題があった。例えば、レシプロコンプレッサにおいてシリンダ（対向側部品に相当する。）に対して高速で摺動するピストン（摩耗側部品に相当する。）の摩耗を検知したい場合を考える。この場合、ピストンに設けられた摩耗ゲージと、シリンダに設けられた制御装置とを、配線や接触端子等を用いて電気的に接続することは、非常に困難である。
【０００７】
また、摩耗ゲージで計測される摩耗情報を伝達するために、摩耗側部品に電子回路部品を設置すると、摩耗側部品に当該電子回路部品を設置するための容積が必要となり、また、摩耗側部品の摺動に伴う振動により電子回路部品が損傷または誤作動するという問題もあった。
【０００８】
したがって、産業機械の稼働中（摩耗側部品の摺動中）に、摩耗側部品の摩耗ゲージで得られる情報を対向側部品の制御装置に対して好適に伝達し、摩耗側部品の摩耗状態を適切に検知可能な方法が希求されていた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、相対移動する摩耗側部品と対向側部品を配線等で接続したり、摩耗側部品に電子回路を設置したりすることなく、対向側部品に設置された制御装置により摩耗側部品の摩耗状態を適切に検知することが可能な摩耗検知装置、摩耗ゲージおよび摩耗検知方法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】
【００１０】
上記課題を解決するために、対向側部品との摺動に伴う摩耗側部品の摩耗を検知する本発明の摩耗検知装置は、摩耗側部品に設けられ、一端部および他端部が対向側部品に向けて配置される光ファイバを備え、摩耗側部品の摺動面に沿って配置された先端部に光ファイバの被摩耗部が配置された摩耗ゲージと、対向側部品において、摩耗側部品の摺動中に光ファイバの一端部と対向可能な位置に設けられた発光素子と、対向側部品において、摩耗側部品の摺動中に光ファイバの他端部と対向可能な位置に設けられた受光素子と、対向側部品に設けられ、受光素子による受光状態に基づいて摩耗ゲージの摩耗状態を検知する制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
摩耗ゲージの先端部に、複数の光ファイバの被摩耗部が間隔を空けて配置または間隔を空けずに並置され、複数の光ファイバの一端部および他端部は、摩耗側部品における摩耗ゲージから離隔した位置に、対向側部品に向けて配置されるようにしてもよい。
【００１２】
光ファイバの一端部および他端部は、摩耗側部品の摺動方向に対して垂直な方向に向けて配置されるようにしてもよい。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、対向側部品との摺動に伴って摩耗する摩耗側部品に設けられる本発明の摩耗ゲージは、一端部および他端部が対向側部品に向けて配置される光ファイバを備え、摩耗側部品の摺動面に沿って配置される先端部に、光ファイバの被摩耗部が配置されており、摩耗側部品の摺動面の摩耗に伴い、光ファイバの被摩耗部が断線することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するために、対向側部品との摺動に伴って摩耗する摩耗側部品に設けられ、一端部および他端部が対向側部品に向けて配置される光ファイバを備え、摩耗側部品の摺動面に沿って配置された先端部に光ファイバの被摩耗部が配置された摩耗ゲージと、対向側部品において、摩耗側部品の摺動中に光ファイバの一端部と対向可能な位置に設けられた発光素子と、対向側部品において、摩耗側部品の摺動中に光ファイバの他端部と対向可能な位置に設けられた受光素子と、により摩耗側部品の摩耗を検知する、本発明の摩耗検知方法は、摩耗側部品の摺動中に、発光素子が光ファイバの一端部に発光し、受光素子が光ファイバの他端部から光を受光し、受光素子による受光状態に基づいて摩耗ゲージの摩耗状態を検知することを特徴とする。
【００１５】
上記摩耗検知装置、摩耗ゲージおよび摩擦検知方法によれば、摩耗側部品の摺動面とともに、摩耗ゲージの先端部が摩耗するので、当該摩耗が進行すれば、光ファイバが摩滅して断線する。光ファイバが断線していないときには、対向側部品の発光素子から光ファイバの一端部に入光された光が、光ファイバの他端部から出光し、当該光を対向側部品の受光素子が受光するので、対向側部品の制御装置は、光ファイバが断線しておらず、摩耗ゲージの摩耗量が光ファイバにまで達していないことを検知する。一方、光ファイバが断線したときには、光ファイバの他端部から出光せず、対向側部品の受光素子が受光しないので、対向側部品の制御装置は、光ファイバが断線し、摩耗ゲージの摩耗量が光ファイバを超えたことを検知する。これにより、摩耗側部品と対向側部品の間の投受光を利用して、摩耗ゲージの摩耗量を伝達できるので、対向側部品側から摩耗側部品の摺動面の摩耗状態を適切に検知可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、相対移動する摩耗側部品と対向側部品を配線等で接続したり、摩耗側部品に電子回路を設置したりすることなく、対向側部品に設置された制御装置により摩耗側部品の摩耗状態を適切に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る摩耗検知装置が適用されるレシプロコンプレッサのシリンダ機構を示す縦断面図である。
【図２】同実施形態に係る摩耗検知装置の回路構成を示す図である。
【図３】同実施形態に係る摩耗ゲージを示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る摩耗ゲージを示す平面図である。
【図５】同実施形態の第１の変更例に係る摩耗ゲージを示す斜視図である。
【図６】同実施形態の第１の変更例に係る摩耗ゲージを示す斜視図である。
【図７】同実施形態の第１の変更例に係る摩耗ゲージを示す斜視図である。
【図８】同実施形態に係る摩耗検知装置の第１の回路構成例を示す図である。
【図９】当該第１の回路構成例に係る対向側部品の制御装置に入力される信号を示す波形図である。
【図１０】同実施形態に係る摩耗検知装置の第２の回路構成例を示す図である。
【図１１】当該第２の回路構成例に係る対向側部品の制御装置に入力される信号を示す波形図である。
【図１２】同実施形態に係る摩耗検知装置の第３の回路構成例を示す図である。
【図１３】当該第３の回路構成例に係る対向側部品の制御装置に入力される信号を示す波形図である。
【図１４】同実施形態に係る摩耗検知装置の第４の回路構成例を示す図である。
【図１５】当該第４の回路構成例に係る対向側部品の制御装置に入力される信号を示す波形図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る摩耗検知装置の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
［１．第１の実施形態］
【００１９】
［１．１．摩耗検知対象の産業機械］
まず、本発明の第１の実施形態に係る摩耗検知装置が適用される産業機械の具体例について説明する。
【００２０】
一般に、産業機械は、複数の部材を相対移動させる各種の機構を具備している。このうち、一方の部材を他方の部材に対して接触させながら摺動させる摺動機構では、その摺動部における摩擦により、双方の部材が摩耗する。本実施形態に係る摩耗検知装置は、かかる産業機械の摺動部の摩耗状態、特に、当該摺動部を構成する摩耗側部品と対向側部品のうち摩耗側部品（摺動部材）の摩耗状態を検知するためのものである。以下では、対向側部品に対して摩耗側部品が摺動する例を挙げて説明するが、例えば、レール上を走行体（自動走行台車、気動車等）が移動するシステムにおいて、レールに摩耗側部品を構成し、走行体に対向側部品を構成し、レールの摩耗側部品の構成部位を通過する際に摩耗を検知するといったように、対向側部品が摩耗側部品に対して摺動する場合も本実施形態に含まれる。
【００２１】
ここで、産業機械の摺動機構とは、ある部材と他の部材が相対的に摺動するものであれば、任意の機構であってよいが、例えば、往復運動機構や回転機構などが含まれる。ここで、往復運動機構は、レシプロコンプレッサ、レシプロエンジン等におけるシリンダ機構、工作機械等におけるガイドレールを用いたスライド機構などである。回転機構は、コンプレッサ、ガスタービン等に用いられる各種の軸受（例えばスラストベアリング）、工作機械の切削工具、自動車のタイヤやブレーキパッド、工作機械のクラッチやブレーキパッド、圧延機のロールなどが含まれる。
【００２２】
以下の説明では主に、産業機械の摺動機構として、レシプロコンプレッサのピストンとシリンダの例を挙げ、摩耗検知対象の摩耗側部品がピストンリングであり、対向側部品がシリンダである場合について説明するが、本発明の摩耗検知対象は、かかる例に限定されるものではない。
【００２３】
ここで、図１を参照して、本実施形態に係る摩耗検知装置が適用されるレシプロコンプレッサの概略構成について説明する。図１は本実施形態に係る摩耗検知装置が適用されるレシプロコンプレッサ１００のシリンダ機構を示す縦断面図である。
【００２４】
図１に示すように、レシプロコンプレッサ１００は、シリンダ１０１と、ピストン１０２と、ピストンロッド１０３と、ピストンリング１０４と、プルリング１０５と、吸入弁１０６と、排出弁１０７とを備える。レシプロコンプレッサ１００は、無給油式でも給油式であってもよいが、本実施形態では、無給油式のコンプレッサの例について説明する。
【００２５】
シリンダ１０１は、例えば円筒形状を有し、その内部にピストン１０２が往復運動可能に設置される。シリンダ１０１やピストン１０２は、例えば鋳鉄、アルミニウム合金などで形成される。シリンダ１０１の内周面は、ハードクロームメッキまたは金属溶射を施した後、ホーニング仕上げが施されている。
【００２６】
ピストン１０２は、ピストンロッド１０３に支持されており、当該ピストンロッド１０３の下端に連結された不図示のクランク機構により、シリンダ１０１内を上下に往復する。ピストン１０２の外周面には、例えば、上下２つのピストンリング１０４と、中央部に１つのプルリング１０５が設けられている。ピストンリング１０４およびプルリング１０５は、素材自体に潤滑性のあるカーボンまたはポリテトラフルオロエチレン等で形成されている。ピストンリング１０４は、例えば４または６分割のギャップレスタイプであり、その内側にエキスパンダースプリング（図示せず。）が設けられている。これにより、ピストンリング１０４の摩耗が進行しても、ギャップができず、スプリングの作用により最低限必要な面圧を維持することができるので、許容摩耗代を大きくとることができ、長寿命化が図れる。また、プルリング１０５は、ピストン１０２とシリンダ１０１とが直接接触することを防止する機能を有する。
【００２７】
吸入弁１０６および排出弁１０７は、シリンダ１０１内の空間で気体を圧縮するようにピストン１０２の往復動作に合わせて開閉する。
【００２８】
上記構成のレシプロコンプレッサ１００の稼働時には、吸入弁１０６および排出弁１０７が適宜開閉しながら、シリンダ１０１内でピストン１０２が上下に摺動（往復運運）する。これにより、シリンダ１０１内に吸入された気体（例えば空気）を圧縮して、高圧の気体を製造することができる。
【００２９】
ところで、上記ピストン１０２の摺動動作中には、ピストン１０２外周のピストンリング１０４およびプルリング１０５がシリンダ１０１の内周面と接触して摩擦する。したがってピストン１０２の摺動動作が繰り返されると、ピストンリング１０４およびプルリング１０５の外周部が徐々に摩耗していく。このため、ピストンリング１０４およびプルリング１０５の摩耗量が許容摩耗代に達したときには、これらリングを交換する必要があり、そのためには、当該摩耗量を検知するための装置を設ける必要がある。以下の説明では、本実施形態に係る摩耗検知装置により、上記レシプロコンプレッサ１００のピストンリング１０４の摩耗量を検知する例について説明する。
【００３０】
［１．２．摩耗検知装置の構成］
次に、図２を参照して、本実施形態に係る摩耗検知装置の全体構成について説明する。図２は、本実施形態に係る摩耗検知装置の回路構成を示す図である。
【００３１】
図２に示すように、本実施形態に係る摩耗検知装置は、産業機械の摺動部１付近に設置される。この産業機械の摺動部１は、摩耗側部品２と対向側部品３とからなり、摩耗側部品２は、対向側部品３に対して少なくとも一部を接触させながら周期的に摺動する。図示の例では、摩耗側部品２は、対向側部品３に対して所定の摺動方向（例えば図の上下方向）に所定の摺動ストロークで往復運動する。このとき、摩耗側部品２の摺動面２１と、対向側部品３の摺動面３１とは接触しており（図２では説明の便宜のため非接触で表している。）、上記摺動動作が繰り返されると、摺動面２１と摺動面３１が擦り合わされて摩耗する。例えば、産業機械がレシプロコンプレッサ１００であり、摩耗側部品２が、当該レシプロコンプレッサ１００のピストン１０２外周に設けられたピストンリング１０４であり、対向側部品３が、当該レシプロコンプレッサ１００のシリンダ１０１である場合を考える。この場合、シリンダ１０１内でピストン１０２が往復運動すると、ピストンリング１０４の外周面（即ち、摺動面２１）がシリンダ１０１の内周面（即ち、摺動面３１）と摩擦して、徐々に摩耗する。
【００３２】
本実施形態に係る摩耗検知装置は、上記のような摺動動作に伴って摩耗する摩耗側部品２の摺動面２１の摩耗状態を検知するためのものである。図２に示すように、摩耗検知装置は、摩耗ゲージ４と、光ファイバ５と、発光素子７と、受光素子８と、制御装置９とを主に備える。これら摩耗検知装置の各構成要素は、産業機械の摩耗側部品２と対向側部品３に分散して配置される。
【００３３】
摩耗側部品２には、摩耗ゲージ４と、当該摩耗ゲージ４に設けられる光ファイバ５とが設置される。摩耗ゲージ４は、摩耗側部品２の摺動面２１の摩耗を検知する機能を有する。摩耗ゲージ４は、摩耗側部品２の摺動部１付近に設けられ、当該摩耗ゲージ４の先端部４１の先端面４１ａは、摩耗側部品２の摩耗面（即ち、摺動面２１）に沿って配置される。この摩耗ゲージ４の先端部には、光ファイバ５の途中部分（被摩耗部）が設置されている。摩耗ゲージ４の先端部４１が摩耗して光ファイバ５の被摩耗部が断線すると、光ファイバ５は、一方の端部５１から入った光を他方の端部５２まで伝達することができなくなり、この結果、対向側部品３の受光素子８が光ファイバ５の端部５２からの光を受光しなくなるが、その詳細については後述する。
【００３４】
光ファイバ５は、ガラスまたはプラスチック等の微細な繊維に保護被膜（シース）を施した光通信用のケーブルであり、その内部に光を導通させることができる。光ファイバ５は、取り扱いが容易で安価なマルチモード光ファイバであってもよいし、高速転送可能なシングルモード光ファイバであってもよい。光ファイバ５は、ある程度の柔軟性を有しているので、図２に示すように、摩耗側部品２上で光ファイバ５を周回させるように配置することができる。図示の例では、コネクタ５３を介して光ファイバ同士を接続することで、光ファイバ５の一部分が摩耗ゲージ４に設置されており、残りの部分は摩耗側部品２上の摩耗ゲージ４以外の部分に設置されている。しかし、かかる例に限定されず、光ファイバ５の全部が摩耗ゲージ４に設置されていてもよいし、コネクタ５３を使用せずに１本の光ファイバを延設してもよい。
【００３５】
この光ファイバ５の一方の端部５１および他方の端部５２（以下、両端部５１、５２と称する場合もある。）は、支持部材６により、対向側部品３に対する摩耗側部品２の対向面２２に沿って固定されており、その端面を対向側部品３の対向面３２に向けて配置されている。摩耗側部品２の対向面２２と摺動面２１は平行であり、図示のように摩耗側部品２の対向面２２と摺動面２１の間に段差があってもよいし、或いは面一であってもよい。
【００３６】
光ファイバ５の一方の端部５１（以下、単に「端部５１」という。）は、摩耗側部品２の摺動中に対向側部品３の発光素子７と対向可能な位置に配置され、当該発光素子７からの光が導入される入光部として機能する。一方、光ファイバ５の他方の端部５２（以下、単に「端部５２」という。）は、摩耗側部品２の摺動中に対向側部品３の受光素子８と対向可能な位置に配置され、当該受光素子８に対して光を投光する出光部として機能する。また、両端部５１、５２は、光ファイバ５を切断した切断面であってもよいが、当該両端部５１、５２にレンズ（例えば集光レンズ）を取り付ければ、投受光時の光の直進性を向上させることができる。
【００３７】
一方、対向側部品３には、発光素子７と、受光素子８と、制御装置９が設置される。発光素子７は、電源１１からの電力を用いて発光する機能を有し、例えば、ＬＥＤまたは電球などで構成される。この発光素子７は、電源１１および抵抗１２に接続されて、閉回路１３を構成する。また、受光素子８は、外部からの光を受光する機能と、受光時に電気的に導通する機能を有し、例えば、フォトダイオードなどで構成される。この受光素子８は、電源１４および抵抗１５に接続されて、閉回路１６を構成する。なお、抵抗１５は、受光素子８が導通したときに閉回路１６に流れる電流を電圧換算値として計測するための抵抗である。
【００３８】
上記発光素子７および受光素子８は、摩耗側部品２に対する対向側部品３の対向面３２に沿って配置されている。対向面３２と摺動面３１は平行であり、図示のように対向側部品３の対向面３２と摺動面３１とが面一であってもよいし、或いは対向面３２と摺動面３１の間に段差があってもよい。なお、対向面２２と対向面３２の間には所定の隙間が設けられるが、摺動部１の構造的制約から対向面２２と対向面３２が接触していてもよい。発光素子７は、摩耗側部品２の光ファイバ５の端部５１と対をなし、受光素子８は、摩耗側部品２の光ファイバ５の端部５２と対をなしている。そして、摩耗側部品２が摺動して所定位置に移動したときに、発光素子７と光ファイバ５の端部５１とが対向し、受光素子８と光ファイバ５の端部５２とが対向するように、これらの発光素子７および受光素子８と光ファイバ５の両端部５１、５２の配置が調整されている。
【００３９】
かかる配置により、発光素子７が投光した光を光ファイバ５の端部５１に入光させるとともに、光ファイバ５の端部５２から出光した光を受光素子８が受光することが可能となる。このように、受光素子８が受光可能であるのは、摩耗ゲージ４の先端部４１において光ファイバ５が断線しておらず、光ファイバ５の端部５１から端部５２まで光を導通可能な場合である。
【００４０】
以上のように、発光素子７と光ファイバ５の端部５１が、対となって光を投受光し、光ファイバ５の端部５２と受光素子８が、対となって光を投受光することで、摩耗ゲージ４で検知される摩耗に関する情報を摩耗側部品２から対向側部品３に非接触方式で伝達する手段として機能する。
【００４１】
また、上記の投受光を確実に行うためには、摩耗側部品２が摺動ストロークのうちの所定位置に移動したときに、発光素子７と光ファイバ５の端部５１とが正対し、かつ、受光素子８と光ファイバ５の端部５２とが正対するように、配置することが好ましい。さらに、発光素子７の発光面および受光素子８の受光面が、摩耗側部品２の摺動方向に対して垂直な方向に向けて配置され、光ファイバ５の両端部５１、５２の端面も、摩耗側部品２の摺動方向に対して垂直な方向に向けて配置されることが好ましい。このような配置により、これらの間の光の伝達を正確かつ効率的に実行できるので、各素子の低コスト化や節電を図ることができる。
【００４２】
また、対向側部品３の受光素子８を含む閉回路１６には、コンパレータ１７を介して制御装置９が接続されている。コンパレータ１７は、受光素子８の受光時に閉回路１６に流れる電流を電圧換算して測定し、測定した電流値を表す信号を制御装置９に出力する。例えば、コンパレータ１７は、閉回路１６に流れる電流値が所定の閾値以上であればＨｉｇｈ信号を、当該閾値未満であればＬｏｗ信号を出力する。
【００４３】
制御装置９は、受光素子８による受光状態に基づいて、摩耗ゲージ４の摩耗状態（即ち、摩耗側部品２の摩耗状態）を検知する機能を有し、例えば、マイクロコンピュータなどの演算装置で構成される。ここで、受光素子８による受光状態とは、受光の有無、受光量、受光タイミングなどを含む。詳細は後述するが、受光素子８による受光状態は、摩耗ゲージ４の先端部４１における光ファイバ５の断線状態（即ち、摩耗ゲージ４の摩耗状態）と相関がある。光ファイバ５が摩滅して断線している場合には、受光素子８は光ファイバ５の端部５２からの光を受光することがない。
【００４４】
したがって、制御装置９は、摩耗側部品２の１回の摺動ストローク中に、受光素子８が受光したか否かを検知することで、摩耗ゲージ４の摩耗状態を判断することができる。例えば、１回の摺動ストローク中にコンパレータ１７からＨｉｇｈ信号（パルス信号）が出力された場合には、制御装置９は、受光素子８による受光が有り、摩耗ゲージ４の先端部４１が光ファイバ５の位置まで摩耗していないと判断する。一方、１回の摺動ストローク中にコンパレータ１７の出力信号が常にＬｏｗ信号である場合には、制御装置９は、受光素子８による受光が無く、摩耗ゲージ４の先端部４１が光ファイバ５の位置まで摩耗していると判断する。
【００４５】
［１．３．摩耗ゲージの構成］
次に、図２および図３を参照して、本実施形態に係る摩耗ゲージ４の構成例について説明する。図３は、本実施形態に係る摩耗ゲージ４を示す平面図（ａ）および端面図（ｂ）である。
【００４６】
図２に示したように、摩耗ゲージ４は、摩耗検知対象である摩耗側部品２に設置され、その先端部４１の摩耗を計測する。摩耗ゲージ４の先端部４１が摩耗検知対象部位（即ち、摩耗側部品２の摺動面２１）に露出していれば、摩耗ゲージ４は、摩耗側部品２に埋設されてもよいし、摩耗側部品２の側面に貼り付けられてもよい。摩耗ゲージ４の先端部４１は、摩耗ゲージ４の長手方向の一側端部であって、摩耗検知対象部位とともに摩耗する部分である。本実施形態では、摩耗ゲージ４の先端部４１は、摩耗側部品２の摺動面２１に沿って配置され、摩耗ゲージ４の先端面４１ａ（先端部４１の端面）が摩耗側部品２の摺動面２１と面一となっている。
【００４７】
図３に示すように、摩耗ゲージ４の本体は、例えば、矩形板状の基板４２（市販の光ファイバアレイ用のＶ溝材等）からなる。基板４２の材質は、各種の合成樹脂またはガラスエポキシ等の非金属材料であり、摩耗検知対象である摩耗側部品２の材質に応じて適宜選択することができる。かかる基板４２は、リジッド基板またはフレキシブル基板のいずれであってもよい。リジッド基板を用いた場合には、摩耗ゲージ４自体がある程度の剛性を有することとなるので、特殊な保持部材を別途使用することなく、摩耗ゲージ４を摩耗側部品２の検知対象部位に固定可能となる。一方、フィルム状のフレキシブル基板を用いた場合には、摩耗ゲージ４が変形自在となるので、摩耗側部品２の検知対象部位に自由に取り付け可能となる。また、フィルム状であるため、摩耗ゲージ４から発生する摩耗粉は微小であり、摩耗側部品２より柔らかい素材で構成することが可能であるため、摩耗側部品２や対向側部品３の摩耗に及ぼす影響は極めて小さい。
【００４８】
かかる摩耗ゲージ４の基板４２上には、光ファイバ５を装着するための溝４３が形成されている。溝４３は、例えば基板面上でＵ字型に形成されており、摩耗ゲージ４の先端部４１において所定の曲率で湾曲している。溝４３の断面形状は、Ｖ字状、Ｕ字状、半円状など任意の形状であってよく、溝４３の幅および深さは、光ファイバ５の太さに応じて設定される。
【００４９】
光ファイバ５は、上記基板４２上の溝４３に沿って設置され、摩耗ゲージ４の基板４２の外縁部を周回するように延設される。溝４３に光ファイバ５を接着・固定することにより、光ファイバ５を基板４２上の定位置に安定的に設置できる。このように基板４２上に設置される光ファイバ５の途中部分のうち、摩耗ゲージ４の先端部４１に配置される湾曲部分が、摩耗検知用の被摩耗部５４を構成する。この光ファイバ５の被摩耗部５４は、摩耗ゲージ４の先端部４１とともに摩耗する部分である。
【００５０】
図示のように、光ファイバ５の被摩耗部５４は、摩耗ゲージ４の先端部４１において円弧状に湾曲して配置される。これにより、湾曲した被摩耗部５４が摩滅して断線したときに、光の直進性を利用して、より確実に、その断線箇所を光が導通できないようにすることができる。被摩耗部５４が、摩耗側部品２の摺動面２１と平行に延びる直線状である場合には、被摩耗部５４の一部が摩滅しても、光が導通してしまう可能性がある。これに対し、被摩耗部５４が湾曲している場合には、光ファイバ５内を導通してきた光が、その直進性により、被摩耗部５４の摩滅した部分から外部に出やすくなる。したがって、被摩耗部５４の摩滅を確実に検出できるようになる。
【００５１】
なお、本実施形態に係る被摩耗部５４は半円状に湾曲しているが、かかる例に限定されない。被摩耗部５４の少なくとも一部が摩耗ゲージ４の先端面４１ａに沿って配置され、摩滅可能であれば、被摩耗部５４の形状は、摩耗検知対象部位の形状や範囲に合わせて、Ｕ字状等の任意の湾曲状、直線状、Ｒ付きの波状など、任意の形状であってよい。
【００５２】
また、上記被摩耗部５４は、摩耗ゲージ４の先端面４１ａに露出して配置されてもよいし、所望する摩耗量に応じた所定距離Ｌだけ当該先端面４１ａよりも内側に配置されてもよい。この被摩耗部５４の先端と摩耗ゲージ４の先端面４１ａとの距離Ｌが、摩耗ゲージ４で検知可能な摩耗量（基準摩耗量）となる。
【００５３】
光ファイバ５は、基板４２の他側の端部から延長され、上記図２に示す両端部５１、５２まで延びている。したがって、光ファイバ５の被摩耗部５４が断線していなければ、一方の端部５１から入光した光を他方の端部５２まで伝達して、受光素子８に向けて投光することが可能である。
【００５４】
また、上記光ファイバ５の両端部５１、５２および支持部材６が搭載される基板と、摩耗ゲージ４が搭載される基板を分離し、できるだけ両者を離隔配置してもよい。これにより、摩耗側部品２の摺動面２１や摩耗ゲージ４の摩耗粉が、光ファイバ５の両端部５１、５２の近傍に到達しにくくなるので、当該摩耗粉が光の投受光を妨害することを抑制して、安定的に投受光を実現できる。さらに、上記２つの基板を個々にメンテナンス（交換）することができるので、便利である。
【００５５】
以上、摩耗ゲージ４の構成および配置について説明した。上記の摩耗ゲージ４を摩耗側部品２に設置することにより、摩耗側部品２の摺動時に、摩耗側部品２の摺動面２１の摩耗に伴って、摩耗ゲージ４の先端部４１も同様に摩耗する。したがって、当該摩耗が進行すれば、摩耗ゲージ４の先端部４１における光ファイバ５の被摩耗部５４が摩滅して断線し、光ファイバ５内を光が導通不能となる。このように、本実施形態に係る摩耗ゲージ４は、光ファイバ５の断線の有無を利用して、先端部４１の摩耗状態、即ち、摩耗検知対象部位である摩耗側部品２の摺動面２１の摩耗状態を検知する。さらに、摩耗ゲージ４は、光ファイバ５の一方の端部５１から他方の端部５２まで光が導通するか否かによって、摩耗状態を表す情報を伝達する。
【００５６】
［１．４．摩耗検知装置による摩耗検知方法］
次に、本実施形態に係る摩耗検知装置を用いて、摩耗側部品２の摺動面２１の摩耗状態を検知する方法について説明する。
【００５７】
産業機械、例えば図１に示したレシプロコンプレッサ１００が稼働して、シリンダ１０１内をピストン１０２が繰り返し摺動すると、当該摺動動作により、ピストンリング１０４の外周面（摩耗側部品２の摺動面２１）がシリンダ１０１の内周面（対向側部品３の摺動面３１）と摩擦して、当該摺動面２１の摩耗が徐々に進行する。
【００５８】
この際、摩耗側部品２の摺動面２１の摩耗量が基準摩耗量未満である場合には、上記摩耗ゲージ４の先端部４１の光ファイバ５が断線していない。したがって、摩耗側部品２においては、発光素子７からの光が光ファイバ５の端部５１に入光すれば、光ファイバ５の端部５２から対向側部品３に向けて投光できる状態である。一方、対向側部品３においては、発光素子７は、電源１１からの電力供給により常時、発光し続け、摩耗側部品２の対向面２２に向けて投光している。
【００５９】
上記摺動動作中は、摩耗側部品２は対向側部品３に対して摺動方向（例えば図２の上下方向）に所定の摺動ストロークで往復運動しており、両者の対向面２２、３２は相互に平行でありつつも、摺動方向に相対移動する。このため、摩耗側部品２の光ファイバ５の端部５１および端部５２は、対向側部品３の発光素子７および受光素子８に対して対向する位置に配置されたり、図中の上方または下方にずれた位置に配置されたりすることを繰り返す。
【００６０】
そして、上記摺動動作途中に、摩耗側部品２が摺動ストロークのうちの所定位置に移動したとき、摩耗側部品２の光ファイバ５の端部５１（入光端）と対向側部品３の発光素子７とが正対し、かつ、摩耗側部品２の光ファイバ５の端部５２（出光端）と対向側部品３の受光素子８とが正対する。このとき、発光素子７が投光した光が、光ファイバ５の端部５１に入光して、光ファイバ５の内部を導通し、もう一方の端部５２から、受光素子８に向けて投光する。
【００６１】
すると、対向側部品３の受光素子８は、光ファイバ５の端部５２からの光を受光して、導通するので、閉回路１６に電流が流れる。この結果、コンパレータ１７により検知された電流値が制御装置９に伝達され、制御装置９は、受光素子８により受光したことを検知することで、摩耗ゲージ４の光ファイバ５が断線していないことを検知する。
【００６２】
上記のように摩耗側部品２の摺動動作中は、摩耗側部品２の摺動ストロークのうちの１点のみで、摩耗側部品２と対向側部品３の間で投受光がなされる。このとき、摩耗ゲージ４の光ファイバ５が断線していなければ、光ファイバ５の端部５２が投光した光を、対向側部品３の受光素子８が受光する。そして、制御装置９は、その受光を検知することで、光ファイバ５が断線していないこと、即ち、摩耗ゲージ４の先端部４１および摩耗側部品２の摺動面２１の摩耗量が基準摩耗量に達していないことを検知できる。
【００６３】
一方、摩耗側部品２の摺動により、摩耗側部品２の摺動面２１の摩耗が進行して、その摩耗量が基準摩耗量以上となった場合には、上記摩耗ゲージ４の先端部４１に配置された光ファイバ５の被摩耗部５４が摩滅して断線する。このように光ファイバ５が断線すると、光ファイバ５内に光が導通しなくなる。したがって、光ファイバ５の端部５１から入光したとしても、光ファイバ５の端部５２から出光することはなく、対向側部品３の受光素子８も光を受光しない。
【００６４】
したがって、この場合には、摩耗側部品２が１ストローク以上摺動しても、対向側部品３の受光素子８は、摩耗側部品２の光ファイバ５の端部５２から光を受光することが無く、閉回路１６が導通しない。よって、制御装置９は、受光素子８による受光が所定時間以上継続してないことを検知することで、光ファイバ５が断線したこと、即ち、摩耗ゲージ４の先端部４１および摩耗側部品２の摺動面２１の摩耗量が基準摩耗量を超えたことを検知することができる。
【００６５】
［１．５．効果］
以上説明したように、第１の実施形態に係る摩耗検知装置によれば、光ファイバ５が摩耗したときの回路の断線を検出することにより、摩耗側部品２の摺動面２１の摩耗量が基準摩耗量以上であることを検知することができる。摩耗検知方式としては、光ファイバ５の断線を利用する単純な方式であるため、振動や水分付着等の外乱に強く、摩耗判定が容易である。また、摩耗ゲージ４を用いて摩耗検知対象の実際の摩耗量を測定するため、誤差のない正確な測定が可能となる。
【００６６】
さらに、本実施形態によれば、相対移動する摩耗側部品２と対向側部品３の間において、上記光の投受光を利用して、摩耗ゲージ４で得た摩耗状態に関する情報を非接触で伝達することが可能である。このため、対向側部品３に設置された制御装置９は、摩耗側部品２の摺動ストローク中に、摩耗側部品２からの光を検知したか否かを観測することにより、摩耗ゲージ４の断線有無、即ち、摩耗側部品２の摩耗有無を検知することができる。したがって、摩耗側部品２と対向側部品３を配線や端子等を用いて電気的に接続することなく、対向側部品３の制御装置９により、摩耗側部品２の摩耗状態を適切に検知することが可能となる。
【００６７】
また、摩耗側部品２には、光ファイバ５を備えた摩耗ゲージ４を設置するだけで摩耗情報の伝達が可能となり、発光素子等の電子素子や電気回路を搭載しなくてもよい。したがって、摩耗側部品２に電気回路部品を設置するスペースが不要となり、簡便かつ安価な構造を実現できる。さらに、摩耗ゲージ４が、電子回路部品を搭載しておらず、光ファイバ５のみを具備するシンプルな構造であるので、摩耗側部品２の摺動に伴う振動等が生じても、摩耗ゲージ４が損傷または誤作動することがないという利点もある。
【００６８】
さらに、上記特許文献１記載のように、摩耗ゲージにプリントライン等の金属配線を用いる場合には、摩耗ゲージの先端部の摩耗に伴って金属粉が発生し、当該金属粉が摩耗側部品２と対向側部品３の間の情報の伝達を阻害するという問題があった。これに対し、本実施形態によれば、摩耗ゲージ４が光ファイバ５と基板４２等の非金属材料で構成されているので、摩耗ゲージ４の摩耗が進行しても、摩耗粉として、金属粉が発生しないという利点がある。これにより、摩耗側部品２と対向側部品３の間の情報の伝達（投受光）を阻害することがなく、また、金属粉が摺動部１に入り込んで、摺動面２１、３１を傷つけることもない。
【００６９】
また、本実施形態に係る摩耗検知方法は、産業機械の稼働中、即ち摩耗側部品２の摺動動作中に、摩耗側部品２の摺動面２１の摩耗状態を検知することができる。したがって、摩耗側部品２の摺動動作を停止することなく、当該摩耗側部品２の摩耗状態をリアルタイムで検知できるので、産業機械の稼働率を向上でき、摩耗検知のための時間と費用を削減できる。
【００７０】
［２．第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る摩耗検知装置について説明する。第２の実施形態に係る摩耗検知装置は、上記第１の実施形態と比べて、摩耗ゲージに複数の光ファイバを設け、摩耗側部品の摩耗量を段階的に検知する点で相違し、その他の機能構成は上記第１の実施形態と同様であるので、その詳細説明は省略する。
【００７１】
［２．１．摩耗ゲージの構成］
まず、図４を参照して、本発明の第２の実施形態に係る摩耗ゲージ４０について説明する。図４は、本実施形態に係る摩耗ゲージ４０を示す平面図である。
【００７２】
図４（ａ）に示すように、第２の実施形態に係る摩耗ゲージ４０の本体は、例えば、矩形板状の基板４２からなり、基板４２の材質は、非金属材料である。この基板４２の種類や材質は、第１の実施形態に係る摩耗ゲージ４と同様のものを使用できる。
【００７３】
かかる摩耗ゲージ４０の基板４２上には、複数の光ファイバ５Ａ〜５Ｅを装着するための複数の溝４３Ａ〜４３Ｅ（以下、「溝４３」と総称する場合がある。）が形成されている。溝４３Ａ〜４３Ｅは、例えば基板面上でＵ字型に形成されており、摩耗ゲージ４の先端部４１において所定の曲率で湾曲している。この際、外側にある溝４３Ａよりも内側にある溝４３Ｅの方が、曲率が大きい。これらの溝４３の断面形状、幅および深さは、第１の実施形態と同様である。
【００７４】
光ファイバ５Ａ〜５Ｅは、上記基板４２上の溝４３Ａ〜４３Ｅに沿ってそれぞれ設置される。当該光ファイバ５Ａ〜５Ｅは、摩耗ゲージ４０の基板４２の外縁部を周回するように延設され、相互に重なることなく、所定の間隔を空けて配設（配置）または間隔を空けずに並設（並置）される。以下では、特に、複数の光ファイバを所定の間隔を空けて配設する例を挙げて説明する。上記溝４３Ａ〜４３Ｅに光ファイバ５Ａ〜５Ｅを接着・固定することにより、光ファイバ５を基板４２上の定位置に安定的に設置できるので、光ファイバ５Ａ〜５Ｅ相互の間隔を正確に維持することができる。このように基板４２上に設置される光ファイバ５Ａ〜５Ｅの途中部分のうち、摩耗ゲージ４０の先端部４１に配置される湾曲部分が、摩耗検知用の被摩耗部５４Ａ〜５４Ｅを構成する。この被摩耗部５４Ａ〜５４Ｅを湾曲状とする理由は、上記第１の実施形態で述べた通りである。
【００７５】
このように、第２の実施形態に係る摩耗ゲージ４０の先端部４１には、複数の光ファイバ５Ａ〜５Ｅ（以下、「光ファイバ５」と総称する場合がある。）が相互に間隔を空けて配置されている。これら複数の光ファイバ５Ａ〜５Ｅの被摩耗部５４Ａ〜５４Ｅはいずれも、先端面４１ａに向けて凸となるようにＵ字型に湾曲している。このため、被摩耗部５４Ａ〜５４Ｅの最も突出した部分が真っ先に摩耗することとなる。
【００７６】
光ファイバ５Ａは、摩耗ゲージ４０の先端面４１ａに最も近い位置（距離Ｌ１）に形成されている。図示の例では、光ファイバ５Ａの被摩耗部５４Ａと先端面４１ａの距離Ｌ１はゼロ超であるが、Ｌ１＝０として、光ファイバ５Ａを先端面４１ａに露出させてもよい。光ファイバ５Ｂの被摩耗部５４Ｂは、先端面４１ａから距離Ｌ２の位置に形成されている。同様に、他の光ファイバ５Ｃ、５Ｄ、５Ｅの被摩耗部５４Ｃ、５４Ｄ、５４Ｅは、先端面４１ａから距離Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５の位置にそれぞれ形成されている。距離Ｌ１〜Ｌ５はそれぞれ、序数が大きいほど距離が長くなっている。これら光ファイバ５Ａ〜５Ｅの被摩耗部５４Ａ〜５４Ｅと摩耗ゲージ４０の先端面４１ａとの距離Ｌ１〜Ｌ５が、摩耗ゲージ４０で検知可能な摩耗量となる。
【００７７】
なお、図示の例では、５本の光ファイバ５が設けられているが、かかる例に限定されず、任意の複数本の光ファイバ５を設けてもよい。また、光ファイバ５の形状も、図示のようなＵ字型の湾曲状に限られず、摩耗検知対象部位の形状や範囲に合わせて、曲線状等の任意の湾曲状やＲ付きの波状など、任意の形状であってよい。さらに、光ファイバ５の相互間隔も、検知したい摩耗量に合わせて任意に設定可能である。
【００７８】
かかる摩耗ゲージ４０は、第１の実施形態と同様に、摩耗検知対象である摩耗側部品２に設置される。この際、摩耗ゲージ４０の先端部４１は、摩耗側部品２の摺動面２１に沿って配置され、摩耗ゲージ４０の先端面４１ａは、摩耗検知対象部位である摩耗側部品２の摺動面２１と面一となる。かかる摩耗ゲージ４０の先端部４１は、摩耗検知対象部位とともに摩耗し、複数の光ファイバ５が段階的に摩滅する。
【００７９】
例えば、摩耗ゲージ４０の先端部４１が、先端面４１ａから距離Ｌ６（図示せず。）だけ摩耗した場合を考える（Ｌ１<Ｌ６<Ｌ２）。この場合、最も外側の光ファイバ５Ａの被摩耗部５４Ａは摩滅しているので、光ファイバ５Ａは断線するが、その内側の光ファイバ５Ｂ〜５Ｅの被摩耗部５４Ｂ〜５４Ｅはいずれも摩耗しておらず、光ファイバ５Ｂ〜５Ｅは導通している。このように、摩耗ゲージ４０は、複数の光ファイバ５の断線の有無によって、摩耗検知対象部位（摩耗側部品２の摺動面２１）の摩耗量を段階的に計測することができる。
【００８０】
産業機械の稼働時には、摩耗側部品２と対向側部品３との摺動により、摩耗側部品２の摺動面２１の摩耗が進行し、それに伴い、摩耗ゲージ４０の先端部４１も摩耗する。そして、摩耗量がＬ１を超えたときに、摺動面２１に最も近い光ファイバ５Ａが摩滅して断線し、光ファイバ５Ａの導通が遮断される。さらに、摩耗側部品２の摩耗とともに、摩耗ゲージ４０がさらに摩耗し、摩耗量がＬ２を超えたときに、次の光ファイバ５Ｂも摩滅して断線する。同様に、摩耗ゲージ４０の摩耗がさらに進行するにつれ、光ファイバ５Ｃ、５Ｄ、５Ｅが順次摩滅して、断線することにより、摩耗ゲージ４の先端部４１の摩耗量がＬ３〜Ｌ５を超えたことを計測できる。この摩耗ゲージ４０の先端部４１の摩耗量Ｌ１〜Ｌ５は、摩耗側部品２の摺動面２１の摩耗量と同一であるため、摩耗ゲージ４０の先端部４１の摩耗量を段階的に計測することにより、摩耗側部品２の摩耗量を段階的に検知することができる。
【００８１】
次に、図５〜図７を参照して、本実施形態の第１〜第３の変更例に係る摩耗ゲージ４０について説明する。なお、以下の第１〜第３の変形例では、説明の便宜上、３本の光ファイバ５Ａ〜５Ｃを備えた摩耗ゲージ４０について説明するが、摩耗ゲージ４０が備える光ファイバ５の本数が任意の複数本であっても同様に適用できる。
【００８２】
図５は、本実施形態の第１の変更例に係る摩耗ゲージ４０を示す斜視図である。上記図４に示した摩耗ゲージ４０は、複数の光ファイバ５の途中部分（端部５１、５２から所定長以上内側の部分）のうち被摩耗部５４を含む一部のみが、基板４２上に設置されている。これに対し、図５に示す摩耗ゲージ４０では、摩耗ゲージ４０の基板４４が拡張され、光ファイバ５の全部が同一の基板４４上に設置されている。この基板４４は、摩耗側部品２上の光ファイバ５の配線経路に沿った形状を有しており、図示の例では全体としてコの字型である。
【００８３】
かかる基板４４上にも、光ファイバ５Ａ〜５Ｃを固定するための３本の溝４３Ａ〜４３Ｃが形成されており、当該溝４３Ａ〜４３Ｃは、基板４４の外縁部を周回するように配置されている。そして、この溝４３Ａ〜４３Ｃにそれぞれ光ファイバ５Ａ〜５Ｃが接着・固定されている。基板４４の一側の摩耗ゲージ４０の先端部４１においては、図４と同様に、各光ファイバ５Ａ〜５Ｃの湾曲状の被摩耗部５４Ａ〜５４Ｃが、相互に間隔を空けて配置されている。一方、基板４４の他側においては、各光ファイバ５Ａ〜５Ｃの一方の端部５１Ａ〜５１Ｃと、他方の端部５２Ａ〜５２Ｃが配置されている。端部５１Ａ〜５１Ｃは、基板４４の端面４１ｂにおいて、摺動方向に所定間隔で並んで配置されており、端部５２Ａ〜５２Ｃも同様である。
【００８４】
また、図６は、本実施形態の第２の変更例に係る摩耗ゲージ４０を示す斜視図である。図６の例の摩耗ゲージ４０では、基板４５は複数の光ファイバ５Ａ〜５Ｃとともにモールド成形されており、当該基板４５の内部に光ファイバ５Ａ〜５Ｃが埋設されている。光ファイバ５Ａ〜５Ｃの両端部５１Ａ〜５１Ｃ、５２Ａ〜５２Ｃは、基板４５の端面４１ｂに露出しているが、光ファイバ５Ａ〜５Ｃの端部以外の部分は基板４４の内部を周回している。光ファイバ５Ａ〜５Ｃの配線経路は図５の例と同様であり、摩耗ゲージ４０の先端部４１において、湾曲状の被摩耗部５４Ａ〜５４Ｃが、相互に間隔を空けて配置されている。また、光ファイバ５Ａ〜５Ｃの端部５１Ａ〜５１Ｃも、基板４５の端面４１ｂにおいて、摺動方向に所定間隔で並んで配置されており、端部５２Ａ〜５２Ｃも同様に並んで配置されている。
【００８５】
以上、図５および図６に示したように、複数の光ファイバ５Ａ〜５Ｃの全体と摩耗ゲージ４０の基板４４、４５を一体構成することで、摩耗ゲージ４０の取り扱いが容易になり、摩耗側部品２に容易かつ正確に設置することができる。また、複数の光ファイバ５の両端部５１Ａ〜５１Ｃ、５２Ａ〜５２Ｃを正確に位置決めすることができるので、対向側部品３側の発光素子７や受光素子８に対する位置ずれを抑制できる。
【００８６】
また、図７は、本実施形態の第３の変更例に係る摩耗ゲージ４０を示す斜視図である。図７の例の摩耗ゲージ４０では、複数の光ファイバ５Ａ〜５Ｃを貼り合わせる、または束ねることにより、光ファイバ５Ａ〜５Ｃが相互に隙間無く配置されている。かかる光ファイバ５Ａ〜５Ｃの被摩耗部５４Ａ〜５４Ｃは、相互に密着しつつも、摩耗ゲージ４０の先端面４１ａに対して垂直方向（即ち、摩耗方向）に並設される。これにより、摩耗部５４Ａ〜５４Ｃが順次摩滅するので、摩耗量を段階的に検知可能となる。また、当該被摩耗部５４Ａ〜５４Ｃ付近には、当被摩耗部５４Ａ〜５４Ｃを支持するための基板４６が配置されている。基板４６を用いることで、摩耗検知対象である摩耗側部品２に対して被摩耗部５４Ａ〜５４Ｃを安定的に固定できる。しかし、かかる例に限定されず、基板４６を用いずに、光ファイバ５Ａ〜５Ｃの被摩耗部５４Ａ〜５４Ｃを摩耗側部品２に直接貼り付けてもよい。
【００８７】
また、光ファイバ５Ａ〜５Ｃの両端部５１Ａ〜５１Ｃ、５２Ａ〜５２Ｃは、支持部材６により摩耗側部品２の所定位置に固定される。一方の端部５１Ａ〜５１Ｃは一カ所に束ねられており、他方の端部５２Ａ〜５２Ｃも別の箇所に束ねられている。これにより、１つの発光素子７から複数の端部５１Ａ〜５１Ｃに対して同時に光を投光できるとともに、複数の端部５２Ａ〜５２Ｃから出光した光を１つの受光素子８で受光可能となる。したがって、発光素子７や受光素子８の設置数を低減できるだけでなく、１つの受光素子８の受光量に基づいて、光ファイバ５Ａ〜５Ｃ全ての断線を検知できるようになる。
【００８８】
以上のように、本実施形態に係る摩耗ゲージ４０は、複数の光ファイバ５の断線を利用して、摩耗側部品２の摩耗量を連続的に多段階で計測できることを特徴としている。以下に、かかる摩耗ゲージ４０による計測情報を制御装置９に伝達するための回路構成について説明する。
【００８９】
［２．２．摩耗検知装置の第１の回路構成例および動作］
次に、図８を参照して、上記摩耗ゲージ４０に対応した摩耗検知装置の第１の回路構成例について説明する。図８は、本実施形態に係る摩耗検知装置の第１の回路構成例を示す図である。
【００９０】
図８に示すように、第１の回路構成例では、摩耗ゲージ４０の複数の光ファイバ５Ａ〜５Ｅにそれぞれ対応するように、対向側部品３に複数対の発光回路および受光回路が設置されている。
【００９１】
摩耗側部品２においては、摩耗ゲージ４０と、５本の光ファイバ５Ａ〜５Ｅと、５つの支持部材６Ａ〜６Ｅとが設けられる。摩耗ゲージ４０は、摩耗側部品２の一側にある摺動部１付近に設けられる。この摩耗ゲージ４０から摩耗側部品２の他側に向かって、５本の光ファイバ５Ａ〜５Ｅが延設される。支持部材６Ａ〜６Ｅはそれぞれ、各光ファイバ５Ａ〜５Ｅの両端部５１Ａ〜５１Ｅ、５２Ａ〜５２Ｅを、対向側部品３に向けて固定する。これにより、５対の両端部５１Ａ〜５１Ｅ、５２Ａ〜５２Ｅは、摩耗側部品２の摺動方向に沿って所定間隔を空けて並んで配置される。
【００９２】
一方、対向側部品３においては、上記５本の光ファイバ５Ａ〜５Ｅに対応して、５対の閉回路１３Ａ〜１３Ｅおよび閉回路１６Ａ〜１６Ｅが設けられている。発光回路である各閉回路１３Ａ〜１３Ｅには、発光素子７Ａ〜７Ｅ、電源１１Ａ〜１１Ｅおよび抵抗１２Ａ〜１２Ｅがそれぞれ設置される。また、受光回路である各閉回路１６Ａ〜１６Ｅには、受光素子８Ａ〜８Ｅ、電源１４Ａ〜１４Ｅおよび抵抗１５Ａ〜１５Ｅがそれぞれ設置される。発光素子７Ａ〜７Ｅはそれぞれ、摩耗側部品２の光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５１Ａ〜５１Ｅに対向可能に配置され、受光素子８Ａ〜８Ｅは、摩耗側部品２の光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅにそれぞれ対向可能に配置される。
【００９３】
摩耗側部品２の摺動中に、対向側部品３の発光素子７Ａ〜７Ｅは、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５１Ａ〜５１Ｅに順次投光し、対向側部品３の受光素子８Ａ〜８Ｅは、摩耗側部品２の光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅからの光を順次受光する。また、各閉回路１６Ａ〜１６Ｅはそれぞれ、コンパレータ１７Ａ〜１７Ｅを介して１つの制御装置９に接続されている。これにより、各受光素子８Ａ〜８Ｅの受光状態を表す信号が、制御装置９の入力端子Ｄ１〜Ｄ５にそれぞれ入力される。
【００９４】
以上のような回路構成により、摩耗ゲージ４０の各光ファイバ５Ａ〜５Ｅの断線の有無を、摩耗側部品２から対向側部品３に伝達することができる。即ち、対向側部品３の発光素子７Ａからの光が、光ファイバ５Ａの端部５１Ａ（入光端）から入光し、光ファイバ５Ａ内を導通する。そして、光ファイバ５Ａが断線していない場合、当該光ファイバ５Ａ内を導通する光は端部５２Ａ（出光端）に達して、出光する。この結果、対向側部品３の受光素子８Ａは、当該光ファイバ５Ａの端部５２Ａからの光を受光する。また、受光素子８Ａは、他の光ファイバ５Ｂ〜５Ｅの端部５２Ｂ〜５２Ｅからの光も同様に受光する。一方、光ファイバ５Ａが断線している場合には、その端部５２Ａから出光しないので、受光素子８Ａ〜８Ｅは当該端部５２Ａからの光を受光しない。他の光ファイバ５Ｂ〜５Ｅが断線している場合も同様である。
【００９５】
したがって、制御装置９は、１回の摺動ストローク中における受光素子８Ａ〜８Ｅによる受光回数に基づいて、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの断線の有無を検知して、摩耗側部品２の摩耗量が、０〜Ｌ５の範囲のどの程度であるかを段階的に検知できる。
【００９６】
次に、図９を参照して、上記図８に示した第１の回路構成例の摩耗検知装置による摩耗検知方法について説明する。図９は、第１の回路構成例に係る対向側部品３の制御装置９に入力される信号を示す波形図である。図９（ａ）および図９（ｂ）は、光ファイバ５Ａ〜５Ｅがいずれも断線していないときの入力信号を示し、図９（ｃ）および図９（ｄ）は、第１の光ファイバ（図５中では単に第１ファイバとする。）５Ａのみが断線したときの入力信号を示す。
【００９７】
産業機械の稼働時に、摩耗側部品２が対向側部品３に対して所定の摺動ストロークで摺動すると、摩耗側部品２の光ファイバ５Ａ〜５Ｅの両端部５１Ａ〜５１Ｅ、５２Ａ〜５２Ｅと、対向側部品３の発光素子７Ａ〜７Ｅおよび受光素子８Ａ〜８Ｅとが摺動方向に相対移動する。この摺動動作中に、受光素子８Ａ〜８Ｅは、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅのいずれかと対向したときに光を受光し、この結果、当該受光素子８Ａ〜８Ｅによる受光状態を表す信号（以下、「受光信号」という。）が、制御装置９の入力端子Ｄ１〜Ｄ５にそれぞれ入力される。この受光信号は、受光時にＨｉｇｈ信号となるパルス信号であり、コンパレータ１７Ａ〜１７Ｅにより生成される。
【００９８】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、光ファイバ５Ａ〜５Ｅがいずれも断線していない場合には、制御装置９の全ての入力端子Ｄ１〜Ｄ５には、５つのパルスを含む受光信号が入力される。当該５つのパルスはそれぞれ、上記第１〜第５の光ファイバ５Ａ〜５Ｅに対応しており、各受光素子８Ａ〜８Ｅが、各光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅからの光を受光したことを表す。
【００９９】
制御装置９は、受光信号のパルス数（１回の摺動ストローク中における受光素子８の受光回数を表す。）をカウントすることで、５本の光ファイバ５の断線の有無を判定できる。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように受光信号のパルス数が５である場合には、制御装置９は、全ての光ファイバ５Ａ〜５Ｅが断線しておらず、摩耗側部品２の摩耗量がＬ１未満であると判定する。
【０１００】
一方、図９（ｃ）および図９（ｄ）に示すように、摩耗側部品２の摩耗により、最も摺動面２１に近い第１の光ファイバ５Ａが断線した場合には、制御装置９の全ての入力端子Ｄ１〜Ｄ５には、４つのパルスを含む受光信号が入力される。この４つのパルスは、断線していない４本の光ファイバ５Ｂ〜５Ｅに対応しており、４つの受光素子８Ｂ〜８Ｅが、当該光ファイバ５Ｂ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅからの光を順次受光したことを表す。
【０１０１】
このように受光信号のパルス数が４である場合には、制御装置９は、光ファイバ５Ａのみが断線し、その他の光ファイバ５Ｂ〜５Ｅが断線しておらず、摩耗側部品２の摩耗量がＬ１以上、Ｌ２未満であると判定する（図４参照）。なお、図示はしないが、受光信号のパルス数が３、２、１、０である場合も同様にして、制御装置９は、光ファイバ５Ｂ〜５Ｅの断線の有無と、摩耗量を判定することができる。
【０１０２】
このように、制御装置９が、パルス数をカウントして摩耗を検知する方法としては、例えば、複数の入力信号を同時パラレルに検出する方法（第１の方法）と、１つの入力信号を時分割してシリアルに検出する方法（第２の方法）が考えられる。
【０１０３】
第１の方法では、５つの入力端子Ｄ１〜Ｄ５の受光信号が同時にＯＮとなっている個数をカウントし、そのうちの最大値をラッチする。ディレイタイマを用いて、かかるカウントおよびラッチ処理を、繰り返す。そして、今回ラッチしたＯＮ個数の最大値が、前回ラッチしたＯＮ個数の最大値よりも減少していれば（即ち、パルス数が減少していれば）、光ファイバ５の断線が生じていると判定する。
【０１０４】
また、第２の方法では、基準時刻を設定し、その基準時刻から所定時間ごとに、１つの入力端子Ｄ１の受光信号のＯＮ個数（パルス数）をカウントする。そして、今回カウントしたＯＮ個数が、前回カウントしたＯＮ個数よりも減少していれば（即ち、パルス数が減少していれば）、光ファイバ５の断線が生じていると判定する。
【０１０５】
以上のように、制御装置９は、１回の摺動ストローク中における受光素子８の受光回数に基づいて、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの断線の有無を検知することができる。このような対向側部品３の制御装置９によって、摩耗側部品２の摩耗状態を多段階で検知することができる。
【０１０６】
［２．３．摩耗検知装置の第２の回路構成例および動作］
次に、図１０を参照して、上記摩耗ゲージ４０に対応した摩耗検知装置の第２の回路構成例について説明する。図１０は、本実施形態に係る摩耗検知装置の第２の回路構成例を示す図である。
【０１０７】
図１０に示すように、第２の回路構成例では、摩耗ゲージ４０の複数の光ファイバ５Ａ〜５Ｅにそれぞれ対応するように、対向側部品３に複数の受光回路が設置されているが、発光回路は１つだけ設けられて、共通化されている。
【０１０８】
摩耗側部品２においては、摩耗ゲージ４０と、５本の光ファイバ５Ａ〜５Ｅと、６つの支持部材６Ａ〜６Ｆとが設けられる。支持部材６Ａ〜６Ｅはそれぞれ、各光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅを、対向側部品３に向けて固定する。これにより、端部５２Ａ〜５２Ｅ（出光端）は、摩耗側部品２の摺動方向に沿って所定間隔を空けて並んで配置される。また、支持部材６Ｆは、全ての光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５１Ａ〜５１Ｅ（入光端）をまとめて、対向側部品３に向けて固定する。これにより、これら端部５１Ａ〜５１Ｅは同時に、発光素子７に対して対向する。
【０１０９】
一方、対向側部品３においては、５本の光ファイバ５Ａ〜５Ｅに対応して、５つの閉回路１６Ａ〜１６Ｅが設けられている。受光回路である各閉回路１６Ａ〜１６Ｅには、受光素子８Ａ〜８Ｅ、電源１４Ａ〜１４Ｅおよび抵抗１５Ａ〜１５Ｅがそれぞれ設置される。これに対し、発光回路である閉回路１３は、１つだけ設置され、この閉回路１３に発光素子７、電源１１および抵抗１２が１つずつ設置される。発光素子７は、全ての光ファイバ５Ａ〜５Ｅの集合した端部５１Ａ〜５１Ｅに同時に対向可能に配置され、受光素子８Ａ〜８Ｅは、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅにそれぞれ対向可能に配置される。
【０１１０】
摩耗側部品２の摺動中に、対向側部品３の発光素子７は、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの集合した端部５１Ａ〜５１Ｅに同時に投光し、対向側部品３の受光素子８Ａ〜８Ｅは、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅからの光を同時に受光する。また、各閉回路１６Ａ〜１６Ｅはそれぞれ、コンパレータ１７Ａ〜１７Ｅを介して１つの制御装置９に接続されている。これにより、各受光素子８Ａ〜８Ｅの受光状態を表す信号が、制御装置９の入力端子Ｄ１〜Ｄ５にそれぞれ入力される。
【０１１１】
以上のような回路構成により、摩耗側部品２の光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５１Ａ〜５１Ｅと、対向側部品３の発光素子７とが対向したときに、光ファイバ５Ａ〜５Ｅ内に光が導入されるとともに、摩耗ゲージ４０の各光ファイバ５Ａ〜５Ｅの断線の有無を、摩耗側部品２から対向側部品３に伝達することができる。
【０１１２】
即ち、発光素子７からの光が、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの集合した端部５１Ａ〜５１Ｅ（入光端）から同時に入光し、光ファイバ５Ａ〜５Ｅ内を導通する。そして、光ファイバ５Ａが断線していない場合、当該光ファイバ５Ａ内を導通する光は端部５２Ａ（出光端）から出光し、受光素子８Ａは、当該光を受光する。一方、光ファイバ５Ａが断線している場合には、その端部５２Ａから出光しないので、受光素子８Ａは当該端部５２Ａからの光を受光しない。他の光ファイバ５Ｂ〜５Ｅが断線している場合も同様である。
【０１１３】
したがって、制御装置９は、受光素子８Ａ〜８Ｅによる受光の有無に基づいて、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの断線の有無を検知して、摩耗側部品２の摩耗量が、０〜Ｌ５の範囲内のどの程度であるかを段階的に検知できる。
【０１１４】
次に、図１１を参照して、上記図１０に示した第２の回路構成例の摩耗検知装置による摩耗検知方法について説明する。図１１は、第２の回路構成例に係る対向側部品３の制御装置９に入力される信号を示す波形図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、光ファイバ５Ａ〜５Ｅがいずれも断線していないときの入力信号を示し、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）は、第１の光ファイバ５Ａのみが断線したときの入力信号を示す。
【０１１５】
摩耗側部品２の摺動動作中に、摩耗側部品２が摺動ストロークの所定位置に移動したときに、摩耗側部品２の全ての光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５１Ａ〜５１Ｅと対向側部品３の発光素子７とが対向し、摩耗側部品２の各光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅと対向側部品３の各受光素子８Ａ〜８Ｅとがそれぞれ対向する。このとき、各受光素子８Ａ〜８Ｅは、対向する端部５２Ａ〜５２Ｅが発した光を受光し、この結果、当該各受光素子８Ａ〜８Ｅによる受光状態を表す受光信号が制御装置９に入力される。
【０１１６】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、光ファイバ５Ａ〜５Ｅがいずれも断線していない場合には、制御装置９の入力端子Ｄ１〜Ｄ５には、１つのパルスを含む受光信号が入力される。例えば、入力端子Ｄ１に入力される受光信号は、受光素子８Ａの受光状態を示しており、１ストローク中に１つのパルスを含んでおり、１ストローク中に１回の受光があったことが分かる。入力端子Ｄ１〜Ｄ５の５つの受光信号において、同一のタイミングでパルスが入力されており、５つの受光素子８Ａ〜８Ｅが同時に、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅからの光を受光していることが分かる。
【０１１７】
制御装置９は、各々の受光信号にパルスが含まれるか否かによって、各光ファイバ５Ａ〜５Ｅの断線の有無を判定できる。図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように全ての受光信号にパルスが含まれている場合には、制御装置９は、全ての光ファイバ５Ａ〜５Ｅが断線しておらず、摩耗側部品２の摩耗量がＬ１未満であると判定する。
【０１１８】
一方、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）に示すように、摩耗側部品２の摩耗により、最も摺動面２１に近い第１の光ファイバ５Ａが断線した場合には、受光素子８Ａが受光しないので、入力端子Ｄ１に入力される受光信号はパルスを含まないが、入力端子Ｄ２〜Ｄ５に入力される受光信号はいずれも、同一タイミングで１つのパルスを含む。この４つの受光信号のパルスは、断線していない４本の光ファイバ５に対応しており、４つの受光素子８Ｂ〜８Ｅが、光ファイバ５Ｂ〜５Ｅの端部５２Ｂ〜５２Ｅからの光を受光したことを表す。
【０１１９】
このように入力端子Ｄ１の受光信号のみにパルスが含まれない場合には、制御装置９は、光ファイバ５Ａのみが断線し、その他の光ファイバ５Ｂ〜５Ｅが断線しておらず、摩耗側部品２の摩耗量がＬ１以上、Ｌ２未満であると判定する。この際、制御装置９は、オフディレイタイマを用いて、１回の摺動ストロークに対応する一定時間に渡って、受光信号にパルスが無いことを検知したときに、光ファイバ５Ａが断線していると判定する。なお、図示はしないが、入力端子Ｄ２〜Ｄ５の受光信号にパルスが含まれない場合も同様にして、制御装置９は、光ファイバ５Ｂ〜５Ｅの断線の有無と、摩耗量を判定することができる。
【０１２０】
以上のように、制御装置９は、１回の摺動ストローク中における受光信号のパルスの有無によって、各受光素子８Ａ〜８Ｅが受光したか否かを検知する。そして、制御装置９は、各受光素子８Ａ〜８Ｅの受光の有無に基づいて、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの断線の有無をそれぞれ検知する。このような対向側部品３の制御装置９によって、摩耗側部品２の摩耗状態を多段階で検知することができる。
【０１２１】
また、第２の回路構成例によれば、対向側部品３の発光回路（発光素子７、電源１１等）が共通化されている。このように発光回路を一対のみ設けることによって、第１の回路構成例よりも、電子部品数を削減して低コスト化を実現できる。
【０１２２】
［２．４．摩耗検知装置の第３の回路構成例および動作］
次に、図１２を参照して、上記摩耗ゲージに対応した摩耗検知装置の第３の回路構成例について説明する。図１２は、本実施形態に係る摩耗検知装置の第３の回路構成例を示す図である。
【０１２３】
図１２に示すように、第３の回路構成例では、摩耗ゲージ４０の複数の光ファイバ５Ａ〜５Ｅにそれぞれ対応するように、対向側部品３に複数の発光回路が設置されているが、受光回路は１つだけ設けられて、共通化されている。
【０１２４】
即ち、摩耗側部品２においては、摩耗ゲージ４０と、５本の光ファイバ５Ａ〜５Ｅと、６つの支持部材６Ａ〜６Ｆとが設けられる。このように、第３の回路構成例における摩耗側部品２の回路構成は、上記第２の回路構成例における摩耗側部品２の回路構成と実質的に同一である。
【０１２５】
一方、対向側部品３においては、５本の光ファイバ５Ａ〜５Ｅに対応して、５つの閉回路１３Ａ〜１３Ｅが設けられている。発光回路である各閉回路１３Ａ〜１３Ｅには、発光素子７Ａ〜７Ｅ、電源１１Ａ〜１１Ｅおよび抵抗１２Ａ〜１２Ｅがそれぞれ設置される。これに対し、受光回路である閉回路１６は、１つだけ設置され、この閉回路１６に受光素子８、電源１４および抵抗１５が１つずつ設置される。受光素子８は、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅにそれぞれ対向可能に配置され、発光素子７Ａ〜７Ｅは、全ての光ファイバ５Ａ〜５Ｅの集合した端部５１Ａ〜５１Ｅに同時に対向可能に配置される。
【０１２６】
摩耗側部品２の摺動中に、対向側部品３の発光素子７Ａ〜７Ｅは、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの集合した端部５１Ａ〜５１Ｅに順次投光し、対向側部品３の受光素子８は、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅからの光を順次受光する。また、閉回路１６は、コンパレータ１７を介して制御装置９に接続されている。これにより、受光素子８の受光状態を表す信号が、制御装置９の入力端子Ｄ０に入力される。
【０１２７】
以上のような回路構成により、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの集合した端部５１Ａ〜５１Ｅと、対向側部品３の発光素子７Ａ〜７Ｅのいずれか１つとが対向したときに、光ファイバ５Ａ〜５Ｅ内に光が導入されるとともに、受光素子８と対向する光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅのいずれか１つにより、摩耗ゲージ４０の光ファイバ５Ａ〜５Ｅのいずれか１つの断線の有無を、摩耗側部品２から対向側部品３に伝達することができる。
【０１２８】
例えば、図１２に示すように、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの集合した端部５１Ａ〜５１Ｅと発光素子７Ｅとが正対し、かつ、光ファイバ５Ａの端部５２Ａと受光素子８とが正対したときには、発光素子７Ｅからの光が、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの集合した端部５１Ａ〜５１Ｅ（入光端）から同時に入光し、光ファイバ５Ａ〜５Ｅ内を導通する。そして、光ファイバ５Ａが断線していない場合、当該光ファイバ５Ａ内を導通する光は端部５２Ａ（出光端）から出光し、受光素子８は、当該光を受光する。一方、光ファイバ５Ａが断線している場合には、その端部５２Ａから出光しないので、受光素子８は当該端部５２Ａからの光を受光しない。他の光ファイバ５Ｂ〜５Ｅが断線している場合も同様である。
【０１２９】
したがって、制御装置９は、１回の摺動ストローク中における受光素子８による受光回数に基づいて、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの断線の有無を検知して、摩耗側部品２の摩耗量が、０〜Ｌ５の範囲内のどの程度であるかを段階的に検知できる。
【０１３０】
次に、図１３を参照して、上記図１２に示した第３の回路構成例の摩耗検知装置による摩耗検知方法について説明する。図１３は、第３の回路構成例に係る対向側部品３の制御装置９に入力される信号を示す波形図である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、光ファイバ５Ａ〜５Ｅがいずれも断線していないときの入力信号を示し、図１３（ｃ）および図１３（ｄ）は、第１の光ファイバ５Ａのみが断線したときの入力信号を示す。
【０１３１】
摩耗側部品２が対向側部品３に対して所定の摺動ストロークで摺動すると、摩耗側部品２の光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅと、対向側部品３の受光素子８とが摺動方向に相対移動する。この摺動動作中に、受光素子８は、端部５２Ａ〜５２Ｅのいずれかと対向したときに光を受光して導通する。この結果、当該受光素子８による受光状態を表す受光信号が、制御装置９の入力端子Ｄ０に入力される。この受光信号は、受光時にＨｉｇｈ信号となるパルス信号であり、コンパレータ１７により生成される。
【０１３２】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、光ファイバ５Ａ〜５Ｅがいずれも断線していない場合には、制御装置９の入力端子Ｄ０には、５つのパルスを含む受光信号が入力される。当該５つのパルスはそれぞれ、上記第１〜第５の光ファイバ５Ａ〜５Ｅに対応しており、１つの受光素子８が、各全ての光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅからの光を受光したことを表す。
【０１３３】
制御装置９は、受光信号のパルス数（１回の摺動ストローク中における受光素子８の受光回数を表す。）をカウントすることで、５本の光ファイバ５の断線の有無を判定できる。例えば、制御装置９は、カウンタ回路により受光信号のパルス数をカウントし、最初のパルス信号からｔ秒後（摩耗側部品２の１ストロークに対応する時間）に、カウント値をラッチするとともに、その都度カウンタをクリアする。そして、パルスが検知されなくなったらカウントを完了する。このときラッチしたカウント値が、光ファイバ５の断線の有無、即ち摩耗側部品２の摩耗の程度を表す。例えば、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように受光信号のパルス数が５である場合には、制御装置９は、全ての光ファイバ５Ａ〜５Ｅが断線しておらず、摩耗側部品２の摩耗量がＬ１未満であると判定する。
【０１３４】
一方、図１３（ｃ）および図１３（ｄ）に示すように、摩耗側部品２の摩耗により、第１の光ファイバ５Ａが断線した場合には、制御装置９の入力端子Ｄ０には、４つのパルスを含む受光信号が入力される。この４つのパルスは、断線していない４本の光ファイバ５Ｂ〜５Ｅに対応しており、受光素子８が、当該光ファイバ５Ｂ〜５Ｅの端部５２Ｂ〜５２Ｅからの光を順次受光したことを表す。
【０１３５】
このように受光信号のパルス数が４である場合には、制御装置９は、光ファイバ５Ａのみが断線し、その他の光ファイバ５Ｂ〜５Ｅが断線しておらず、摩耗側部品２の摩耗量がＬ１以上、Ｌ２未満であると判定する。なお、図示はしないが、受光信号のパルス数が３、２、１、０である場合も同様にして、制御装置９は、光ファイバ５Ｂ〜５Ｅの断線の有無と、摩耗量を判定することができる。
【０１３６】
以上のように、制御装置９は、１回の摺動ストローク中における受光素子８の受光回数に基づいて、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの断線の有無を検知することができる。このような対向側部品３の制御装置９によって、摩耗側部品２の摩耗状態を多段階で検知することができる。
【０１３７】
また、第３の回路構成例によれば、対向側部品３の受光回路（受光素子８、電源１４等）が共通化されている。このように受光回路を１つだけ設けることによって、第１の回路構成例よりも、電子部品数を削減して低コスト化を実現できる。さらに、制御装置９に対する入力が１つで済むので、安価な制御装置を適用でき、適用幅が広がる。
【０１３８】
［２．５．摩耗検知装置の第４の回路構成例および動作］
次に、図１４を参照して、上記摩耗ゲージに対応した摩耗検知装置の第４の回路構成例について説明する。図１４は、本実施形態に係る摩耗検知装置の第４の回路構成例を示す図である。
【０１３９】
図１４に示すように、第４の回路構成例では、対向側部品３において、発光回路および受光回路が１つずつ設けられて、共通化されている。
【０１４０】
即ち、摩耗側部品２においては、摩耗ゲージ４０と、５本の光ファイバ５Ａ〜５Ｅと、５つの支持部材６Ａ〜６Ｅとが設けられる。支持部材６Ａ〜６Ｅはそれぞれ、各光ファイバ５Ａ〜５Ｅの両端部５１Ａ〜５１Ｅ、５２Ａ〜５２Ｅを、対向側部品３に向けて固定する。このように、第４の回路構成例における摩耗側部品２の回路構成は、上記第１の回路構成例における摩耗側部品２の回路構成と実質的に同一である。
【０１４１】
一方、対向側部品３においては、１つの閉回路１３と１つの閉回路１６が設けられている。発光回路である閉回路１３には、発光素子７、電源１１および抵抗１２が１つずつ設置され、受光回路である閉回路１６には、受光素子８、電源１４および抵抗１５が１つずつ設置される。一対の発光素子７および受光素子８は、各光ファイバ５Ａ〜５Ｅの両端部５１Ａ〜５１Ｅ、５２Ａ〜５２Ｅにそれぞれ対向可能に配置される。
【０１４２】
摩耗側部品２の摺動中に、対向側部品３の発光素子７は、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５１Ａ〜５１Ｅに順次投光するとともに、対向側部品３の受光素子８は、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅからの光を順次受光する。また、閉回路１６は、コンパレータ１７を介して制御装置９に接続されている。これにより、受光素子８の受光状態を表す信号が、制御装置９の入力端子Ｄ０に入力される。
【０１４３】
以上のような回路構成により、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５１Ａ〜５１Ｅのいずれか１つと、発光素子７とが対向したときに、当該光ファイバ５Ａ〜５Ｅのいずれか１つの断線の有無を、摩耗側部品２から対向側部品３に伝達することができる。
【０１４４】
即ち、図１４に示すように、光ファイバ５Ｅの端部５１Ｅと発光素子７とが正対し、かつ、当該光ファイバ５Ｅの端部５２Ｅと受光素子８とが正対したときには、発光素子７からの光が、光ファイバ５Ｅの端部５１Ｅから入光し、光ファイバ５Ｅ内を導通する。そして、光ファイバ５Ｅが断線していない場合、当該光ファイバ５Ｅ内を導通する光は端部５２Ｅから出光し、受光素子８は、当該端部５２Ｅからの光を受光する。一方、光ファイバ５Ｅが断線している場合には、その端部５２Ｅから出光しないので、受光素子８は当該端部５２Ｅからの光を受光しない。他の光ファイバ５Ａ〜５Ｄが断線している場合も同様である。
【０１４５】
したがって、制御装置９は、１回の摺動ストローク中における受光素子８による受光回数に基づいて、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの断線の有無を検知して、摩耗側部品２の摩耗量が、０〜Ｌ５の範囲内のどの程度であるかを段階的に検知できる。
【０１４６】
次に、図１５を参照して、上記図１４に示した第４の回路構成例の摩耗検知装置による摩耗検知方法について説明する。図１５は、第４の回路構成例に係る対向側部品３の制御装置９に入力される信号を示す波形図である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、光ファイバ５Ａ〜５Ｅがいずれも断線していないときの入力信号を示し、図１５（ｃ）および図１５（ｄ）は、第１の光ファイバ５Ａのみが断線したときの入力信号を示す。
【０１４７】
図１５に示すように、第４の回路構成例において制御装置９に入力される受光信号は、第３の回路構成例と同様である（図１３参照）。図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、光ファイバ５Ａ〜５Ｅがいずれも断線していない場合には、制御装置９の入力端子Ｄ０には、５つのパルスを含む受光信号が入力される。一方、図１５（ｃ）および図１５（ｄ）に示すように、摩耗側部品２の摩耗により、第１の光ファイバ５Ａが断線した場合には、制御装置９の入力端子Ｄ０には、４つのパルスを含む受光信号が入力される。
【０１４８】
制御装置９は、受光信号のパルス数（１回の摺動ストローク中における受光素子８の受光回数を表す。）をカウントすることで、５本の光ファイバ５の断線の有無を判定できる。このときのカウント方法および判定方法は、第３の回路構成例と同様である。
【０１４９】
以上のように、制御装置９は、１回の摺動ストローク中における受光素子８の受光回数に基づいて、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの断線の有無を検知することができる。このような対向側部品３の制御装置９によって、摩耗側部品２の摩耗状態を多段階で検知することができる。
【０１５０】
また、第４の回路構成例によれば、対向側部品３の発光回路（発光素子７、電源１１等）および受光回路（受光素子８、電源１４等）が共通化されている。このように発光回路と受光回路を１つだけ設けることによって、第１の回路構成例よりも、電子部品数を削減して低コスト化を実現できる。さらに、制御装置９に対する入力が１つで済むので、安価な制御装置を適用でき、適用幅が広がる。
【０１５１】
［２．６．効果］
以上説明したように、第２の実施形態の摩耗検知装置によれば、第１の実施形態に係る効果に加えて、以下の効果がある。
【０１５２】
即ち、本実施形態によれば、摩耗ゲージ４０に複数の光ファイバ５Ａ〜５Ｅを設置し、各光ファイバ５Ａ〜５Ｅの両端部５１Ａ〜５１Ｅ、５２Ａ〜５２Ｅを対向側部品３に向けて配置する。また、対向側部品３には、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅからの光を順次または同時に受光可能な１つまたは複数の受光素子８を設ける。そして、摩耗側部品２の摩耗に伴って摩耗ゲージ４０が摩耗し、光ファイバ５Ａ〜５Ｅが順次断線したときに、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅからの出光の有無を利用して、当該断線を表す情報を、摩耗側部品２から対向側部品３に伝達する。これにより、制御装置９は、受光素子８による受光回数または受光量、或いは各受光素子８Ａ〜８Ｅの受光の有無、に基づいて、光ファイバ５Ａ〜５Ｅの断線の有無を検知することができる。
【０１５３】
したがって、摩耗側部品２と対向側部品３を複数の配線等で電気的に接続しなくても、対向側部品３の制御装置９は、摩耗側部品２の摩耗量を多段階で適切に検知することができる。よって、摩耗側部品２の摩耗量の変化を段階的に把握できるため、摩耗量の変化の傾向を把握でき、摩耗側部品２の余寿命と最適なメンテナンスの時期を予測することが可能となる。
【０１５４】
［３．第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る摩耗検知装置について説明する。第３の実施形態に係る摩耗検知装置は、上記第１の実施形態と比べて、発光回路および受光回路の配置が相違し、その他の機能構成は上記第１の実施形態と同様であるので、その詳細説明は省略する。
【０１５５】
上述した第１の実施形態では、図２に示すように、光ファイバ５の両端部５１、５２は、摩耗側部品２の摺動方向と平行な対向面２２（摺動面２１）に沿って配置され、発光素子７および受光素子８も、当該摺動方向と平行な対向面３２（摺動面３１）に沿って配置されている。ところが、摩耗側部品２の摺動中は、対向面２２と対向面３２が摺動方向に相対移動するため、光ファイバ５の両端部５１、５２と、発光素子７および受光素子８も摺動方向に相対移動する。したがって、摩耗側部品２が高速で摺動する場合には、素子間の投受光を瞬時に行うことが要求されるので、計測のタイミングを取ることが困難であるとともに、計測時間を短時間で行わなければならず、計測精度を向上し難いという問題があった。
【０１５６】
そこで、第３の実施形態では、かかる問題を解決するために、摩耗側部品２における光ファイバ５の両端部５１、５２の配置と、対向側部品３における発光素子７および受光素子８の配置を変更したことを特徴とする。以下に、第３の実施形態に係る摩耗検知装置の構成について詳述する。
【０１５７】
［３．１．摩耗検知装置の構成］
まず、図１６を参照して、本発明の第３の実施形態に係る摩耗検知装置の全体構成について説明する。図１６は、本実施形態に係る摩耗検知装置の回路構成を示す図である。なお、図１６（ａ）は、摩耗側部品２が摺動ストロークの端部に移動して、一時停止した状態を示し、図１６（ｂ）は、摩耗側部品２が摺動ストロークの中央付近で移動中の状態を示す。
【０１５８】
図１６に示すように、第３の実施形態に係る摩耗検知装置では、投光回路および受光回路で光を投受光する箇所を、摩耗側部品２の摺動方向（図１６の上下方向）と平行な対向面２２、３２（摩耗側部品２の摺動ストロークの途中）ではなく、当該摺動方向と垂直な対向面２３、３３（即ち、摩耗側部品２の摺動ストロークの端部）に配置する。
【０１５９】
このために、摩耗側部品２の摺動方向の一側端部と対向する対向部３４が、対向側部品３に設けられている。この対向側部品３の対向部３４は、対向側部品３の本体部から摩耗側部品２側に向けて突出形成された部分である。対向部３４は、摺動する摩耗側部品２と衝突せず、かつ、摺動ストロークの端部に移動した摩耗側部品２と近接する位置に設置される。この対向側部品３の対向部３４の対向面３３は、摺動方向に対して垂直であり、摩耗側部品２の摺動方向の一側端部の対向面２３と対向する。そして、かかる対向部３４の対向面３３に沿って発光素子７および受光素子８が配置される。
【０１６０】
一方、摩耗側部品２には、摺動方向の一側端部の対向面２３に沿って光ファイバ５の両端部５１、５２が配置される。このとき、光ファイバ５の端部５１と発光素子７とが摺動方向に対向し、かつ、光ファイバ５の端部５２と受光素子８とが摺動方向に対向するように配置される。光ファイバ５の両端部５１、５２は、支持部材６により、対向側部品３の対向部３４に対する摩耗側部品２の対向面２３に沿って固定されており、その端面を当該対向部３４の対向面３３に向けて配置されている。
【０１６１】
かかる配置により、摩耗側部品２の摺動中に、当該摩耗側部品２が摺動ストロークの端部に移動して一次停止したときに（図１６（ａ）参照。）、摩耗側部品２の一側端部の対向面２３と対向側部品３の対向部３４の対向面３３とが、最も接近した状態で相互に対向する。このとき、光ファイバ５の端部５１は、発光素子７からの光を受光し、光ファイバ５の被摩耗部５４が断線していない場合には、受光素子８は、光ファイバ５の端部５２からの光を受光する。
【０１６２】
したがって、摺動ストロークの端部において摩耗側部品２の移動速度が最も遅くなるときに、これら光ファイバ５の両端部５１、５２と、発光素子７および受光素子８とを最も近接させた状態で対向させることができるので、これらの間での投受光を的確に実現することができる。よって、計測タイミングが取りやすくなり、比較的長い計測時間を確保できるので、対向側部品３から摩耗側部品２の摩耗量状態の計測を容易かつ正確に行うことが可能となる。さらに、摩耗側部品２の摺動面２１や摩耗ゲージ４の摩耗粉が、光ファイバ５の両端部５１、５２の近傍に到達しにくくなるので、当該摩耗粉が光の投受光を妨害することを抑制して、安定的に投受光を実現できる。
【０１６３】
なお、図１６の例では、対向面２３、３３が摺動方向に対して垂直であったが、かかる例に限定されない。例えば、対向面２３、３３が摺動方向に対して傾斜していても、上記と同様に投受光することが可能である。
【０１６４】
また、図１６の例では、摩耗側部品２の一側端部の対向面２３に光ファイバ５の両端部５１、５２を配置したが、かかる例に限定されない。例えば、摩耗側部品２の一側端部の近傍の対向面２２に光ファイバ５の両端部５１、５２を配置し、これらに対向するようにして対向側部品３の対向面３２に発光素子７および受光素子８を配置してもよい。これによっても、摩耗側部品２の移動速度が遅くなる箇所で、これら素子を対向させることができるので、計測タイミングや計測時間に関して、ほぼ同様の効果が得られる。
【０１６５】
また、図１６の例では、摩耗ゲージ４には光ファイバ５を１本だけ設けたが、かかる例に限定されない。第２の実施形態の摩耗ゲージ４０のように複数本の光ファイバ５Ａ〜５Ｅを設け、各光ファイバ５Ａ〜５Ｅの両端部５１Ａ〜Ｅ、５２Ａ〜Ｅを、摩耗側部品２の一側端部に設けてもよい。これにより、摩耗側部品２の摩耗量を多段階で検知可能となる。
【０１６６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１６７】
例えば、上記第２の実施形態では、複数の光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅが相互に間隔を空けて配置されたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、複数の光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅを集合して配置し、受光素子８は、摩耗側部品２の１回の摺動ストローク中に、複数の光ファイバ５Ａ〜５Ｅの端部５２Ａ〜５２Ｅからの光をまとめて受光し、制御装置９は、受光素子８による受光量に基づいて摩耗ゲージの摩耗状態を検知することもできる。
【０１６８】
例えば、上述した実施形態では、摩耗検知装置の具体的構成について説明したが、摩耗検知装置を用い、摩耗側部品の摺動中に、発光素子が光ファイバの一端部に発光し、受光素子が光ファイバの他端部から光を受光し、受光素子による受光状態に基づいて摩耗ゲージの摩耗状態を検知する摩耗検知方法も提供される。また、摩耗検知装置の各構成要素に基づく処理や動作は当該摩耗検知方法にも適用される。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
本発明は、産業機械の摺動部の摩耗を検知する摩耗検知装置、摩耗ゲージおよび摩耗検知方法に利用することができる。
【符号の説明】
【０１７０】
１  …摺動部
２  …摩耗側部品
３  …対向側部品
４、４０  …摩耗ゲージ
５  …光ファイバ
６  …支持部材
７  …発光素子
８  …受光素子
９  …制御装置
１１、１４  …電源
１２、１５  …抵抗
１３、１６  …閉回路
１７  …コンパレータ
２１、３１  …摺動面
２２、２３、３２、３３  …対向面
３４  …対向部
４１  …先端部
４１ａ  …先端面
４２、４４、４５、４６  …基板
４３  …溝
５１、５２  …端部
５４  …被摩耗部
１００  …レシプロコンプレッサ
１０１  …シリンダ
１０２  …ピストン
１０３  …ピストンロッド
１０４  …ピストンリング
１０５  …プルリング
１０６  …吸入弁
１０７  …排出弁
【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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【図１２】
2013088195.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2013088195.tif 000017
【図１６】
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