(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節部と、
前記関節部の軸方向一方側に第一の転がり軸受を介して揺動ないし回転可能に取り付けられた第一のロボットアームと、
前記関節部の軸方向他方側に第二の転がり軸受を介して揺動ないし回転可能に取り付けられた第二のロボットアームと、を備え、
かつ前記転がり軸受の転動面に固体潤滑膜が形成されている装置に対し、前記第一または第二のロボットアームの揺動ないしは回転に伴い前記固定軸の歪みを計測する歪みゲージを前記第一の転がり軸受と前記第二の転がり軸受との間を含むよう前記関節部に設けてなり、この歪みゲージの出力からの検知結果に基づいて前記固体潤滑膜の摩耗を監視する、ことを特徴とする摩耗監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の摩耗監視装置において、
前記歪みゲージの出力からの検知結果に基づいて固体潤滑膜の摩耗履歴を得るとともに、
この摩耗履歴に基づき転動・摺動部材を管理する管理要素を含む、ことを特徴とする摩耗監視装置。
【請求項３】
請求項１に記載の摩耗監視装置において、
前記歪みゲージの出力からの検知結果に基づいて当該転動・摺動部材の寿命あるいは寿命に至る前のその交換時期を管理する管理要素を含む、ことを特徴とする摩耗監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相手部材との間で転がり接触または滑り接触する面を有し、かつ、この面に固体潤滑膜が形成された転動・摺動部材に対し、その固体潤滑膜の摩耗を監視する摩耗監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような転動・摺動部材として例えば軸受の内輪や外輪の軌道面はボールが転動する転動面に対して摩耗防止のために固体潤滑膜を被覆形成することがある。こうした固体潤滑仕様の軸受は、油やグリースなどの他の潤滑仕様の軸受と比較して寿命が短い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、このような固体潤滑仕様の軸受を用いた生産装置の場合、軸受の寿命が早期に到来するために、その寿命やその交換時期などを監視することは重要なことである。
【０００４】
本発明は、固体潤滑膜付きの転動・摺動部材の寿命を事前に検知可能としたり、寿命に至る前のその交換時期を監視可能とし、こうした転動・摺動部材を用いた機械や装置類の信頼性確保に寄与し得る摩耗監視装置を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る摩耗監視装置は、関節部と、前記関節部の軸方向一方側に第一の転がり軸受を介して揺動ないし回転可能に取り付けられた第一のロボットアームと、前記関節部の軸方向他方側に第二の転がり軸受を介して揺動ないし回転可能に取り付けられた第二のロボットアームと、を備え、かつ前記転がり軸受の転動面に固体潤滑膜が形成されている装置に対し、前記第一または第二のロボットアームの揺動ないしは回転に伴い前記固定軸の歪みを計測する歪みゲージを前記第一の転がり軸受と前記第二の転がり軸受との間を含むよう前記関節部に設けてなり、この歪みゲージの出力からの検知結果に基づいて前記固体潤滑膜の摩耗を監視するものである。
【０００６】
本発明によると、前記固体潤滑膜の摩耗を歪みゲージの計測に基づいて監視できるので、取扱者は、その監視状況からその寿命の到来時期やその交換時期などが分かり、こうした装置を用いた機械や装置類の信頼性確保に寄与し得る。
【０００７】
本発明は、好ましくは、前記歪みゲージの出力からの検知結果に基づいて固体潤滑膜の摩耗履歴を得るとともに、この摩耗履歴に基づき転動・摺動部材を管理する管理要素を含むものとしてよい。
【０００８】
こうした場合、例えば転動・摺動部材を軸受とした場合、前記摩耗状態の履歴から、摩耗速度が分かり、より正確に軸受の寿命到来時期や交換時期を正確に管理可能となり、生産工程でこの軸受を用いた生産装置類において軸受の寿命が到来する前に適宜に他の軸受と交換でき、その生産の突然の停止などを回避でき、生産工程における信頼性確保を図れて好ましい。
【０００９】
なお、本発明は、好ましくは、前記検知結果に基づいて転動・摺動部材の寿命あるいは寿命に至る前のその交換時期を管理する管理要素を含むものとしてよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、要するに、相手部材との間で転がり接触または滑り接触する面を有し、かつ、この面に固体潤滑膜が形成された転動・摺動部材に対し、その固体潤滑膜の摩耗を監視する摩耗監視装置を対象とする。
【００１５】
このような固体潤滑膜が摩耗すると、前記接触面における摩擦が増大し、そのため、転動・摺動部材の回転トルクが増大する結果となる。そこで、本発明では、このような転動・摺動部材の回転トルクを検知するトルク検知要素を設け、このトルク検知要素の出力に基づいて前記固体潤滑膜の摩耗を監視するようにしたものである。
【００１６】
また、この監視においては、トルク検知要素の出力をマイクロコンピュータ等の管理要素に取り込み、この管理要素において、回転トルクの変動に対応した摩耗の進行を管理してその摩耗を監視可能としている。
【００１７】
以下、このような本発明の摩耗監視装置について、図１ないし図３を参照して具体的に説明する。図４には、参考例としての摩耗監視装置を示している。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態の摩耗監視装置が適用される多関節ロボットの要部断面構成と、前記摩耗監視装置のブロック回路とを示す図、図２は、図１の要部の拡大図、図３は、図１の摩耗監視装置の動作説明に供するタイミングチャートである。
【００２０】
これらの図において、Ａは多関節ロボット、Ｂは、摩耗監視装置である。
【００２１】
多関節ロボットＡは、複数のロボットアームのうち一対のロボットアームにおける関節部分のところの要部だけが示されている。そして、摩耗監視装置Ｂは、この一対のロボットアームの関節部分に使用される転がり軸受の摩耗を監視するようになっている。
【００２２】
まず、多関節ロボットＡについて説明する。
【００２３】
２は、円柱型の関節部、４ａ，４ｂは、それぞれロボットアームである。ロボットアーム４ａ，４ｂは、関節部２周囲の基端部分のみが図示されている。
【００２４】
６ａ，６ｂは、転がり軸受、８ａ，８ｂは、環状体、１２ａ，１２ｂは固定ネジ、１４は間隔規制スペーサである。
【００２５】
ここで、上記転動・摺動部材は、狭くは、転がり軸受６ａ，６ｂを意味するが、実施形態では、転がり軸受６ａ，６ｂ単体だけの場合を含むのみならず、転がり軸受６ａ，６ｂを含め他の部材例えば関節部２、ロボットアーム４ａ，４ｂなども含めてもよい。
【００２６】
ロボットアーム４ａ，４ｂは、それぞれ、基端部（一端側）に関節部２の外径より大きな内径の軸方向貫通孔４ａ１，４ｂ１を有し、関節部２の外径面とロボットアーム４ａ，４ｂ基端部における貫通孔４ａ１，４ｂ１の内径面との間の径方向隙間に転がり軸受６ａ，６ｂ等がはめ込まれている。
【００２７】
転がり軸受６ａ，６ｂは、それぞれ、内輪６ａ１，６ｂ１、外輪６ａ２，６ｂ２、ボール６ａ３，６ｂ３、および保持器６ａ４，６ｂ４を備える。
【００２８】
内輪６ａ１，６ｂ１は、関節部２の外周に固定され、外輪６ａ２，６ｂ２は、それぞれロボットアーム４ａ，４ｂの軸方向貫通孔４ａ１，４ｂ１内周に固定されている。内輪６ａ１，６ｂ１の外周および外輪６ａ２，６ｂ２の内周などの軌道面（転動面）に不図示の固体潤滑膜１５が設けられている。固体潤滑膜１５は、図解の明瞭化のため図２にのみ示されている。
【００２９】
環状体８ａ，８ｂは、軸方向隣り合う転がり軸受６ａ，６ｂの間であって関節部２の外周に固定されている。
【００３０】
なお、固体潤滑膜１５の材料としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＰＥ（パーフルオロエチレン）などのフッ素系樹脂や、金、銀、プラチナなどの軟質金属、二硫化モリブデンあるいは炭化化合物などが挙げられる。
【００３１】
この場合、転がり軸受４ａ，４ｂの内外輪に固体潤滑膜１５を形成しない場合は、ボールの外周面に固体潤滑膜１５を形成してもよい。
【００３２】
そして、関節部２は、固定軸とされ、また、ロボットアーム４ａ，４ｂは、揺動部材として、転がり軸受６ａ，６ｂ等を介して関節部２に互いに同方向および逆方向に揺動ないしは回転可能に、転がり軸受６ａ，６ｂを介して取り付けられている。
【００３３】
ロボットアーム４ａ，４ｂの軸方向間には、それらの軸方向間隔を一定に規制するための間隔規制スペーサ１４が取り付けられている。
【００３４】
上記多関節ロボットＡにおいては、ロボットアーム４ａ，４ｂの揺動あるいは回転の動作により、また、例えばロボットアーム４ａ，４ｂの一方あるいは他方の他端側に荷重が作用するとき、転がり軸受６ａ，６ｂの内・外輪の軌道面とボール６ａ３，６ｂ３との転がり接触ないしは滑り接触によりその軌道面から固体潤滑膜１５が剥離して摩耗してくる。
【００３５】
このような固体潤滑膜１５の摩耗の進行は、転がり軸受６ａ，６ｂの寿命低下を示しているが、この場合の固体潤滑膜１５の摩耗進行は転がり軸受６ａ，６ｂの回転トルクの増大となってあらわれる。このような転がり軸受６ａ，６ｂの回転トルクの変動は、ロボットアーム４ａ，４ｂが互いに逆方向に回転した場合、特に、関節部２に捩りモーメントが作用して歪み現象となってあらわれる。
【００３６】
摩耗監視装置Ｂは、上述した関節部２の歪み現象から転がり軸受６ａ，６ｂにおける固体潤滑膜１５の摩耗を監視して、転がり軸受６ａ，６ｂの寿命を監視できるように、トルク検知要素として歪みゲージ１６を備える。
【００３７】
また、摩耗監視装置Ｂは、入力部１８、演算制御部２０、データメモリ２２、報知部２４および表示部２６を備える。
【００３８】
ここで、少なくとも演算制御部２０、また他の構成要素例えば入力部１８、演算制御部２０、データメモリ２２、報知部２４および表示部２６を含め、歪みゲージ１６の検知結果に基づいて後述するようにして固体潤滑膜１５の摩耗履歴を得るとともに、この摩耗履歴に基づき転動・摺動部材を管理する管理要素、また歪みゲージ１６の検知結果に基づいて転がり軸受６ａ，６ｂの寿命あるいは寿命に至る前のその交換時期を管理する管理要素を構成してもよい。
【００３９】
歪みゲージ１６は、関節部２に装着されており、関節部２の歪みを計測して固体潤滑膜の摩耗進行つまりロボットアーム４ａ，４ｂの揺動ないしは回転トルクの変動に対応したゲージ出力を出力する。そのゲージ出力は、演算制御部２０に入力される。
【００４０】
演算制御部２０は、入力したゲージ出力から固体潤滑膜１５の摩耗量を演算することができる。演算制御部２０においては、その計測結果から摩耗程度を判断し、その判断に基づいて転がり軸受の寿命等を報知部２４で報知したり表示部２６に表示する。これによって、取扱者は、転がり軸受４ａ，４ｂの寿命の到来時期やその交換時期などが分かるから、こうした転がり軸受４ａ，４ｂを用いた機械や装置類の信頼性確保に寄与し得るものとなる。
【００４１】
なお、演算制御部２０、データメモリ２２はコンピュータなどのソフトウエアで構成してもよい。
【００４２】
また、入力部１８は、取扱者により外部操作されて、監視対象となる転がり軸受４ａ，４ｂの種類を演算制御部２０に入力するようになっている。
【００４３】
データメモリ２２は、部品記憶エリアと履歴記憶エリアとを有する。
【００４４】
部品記憶エリアは、転がり軸受の種類に応じたデータ、例えば各転がり軸受毎の固体潤滑膜１５における初期膜厚、転がり軸受の交換時期となる膜厚（交換時期膜厚）、転がり軸受の寿命となる膜厚（寿命膜厚）をそれぞれ記憶している。
【００４５】
履歴記憶エリアは、監視開始後からの転がり軸受の摩耗履歴として各転がり軸受における固体潤滑膜１５の膜厚を記憶する。
【００４６】
演算制御部２０は、入力部１８で指定された転がり軸受に対応して、データメモリ２２の部品記憶エリアからその転がり軸受に対応した固体潤滑膜１５の初期膜厚を読み出とともに、歪みゲージ１６から入力した計測値から固体潤滑膜１５の現在膜厚を演算する。
【００４７】
これについて図３を参照して説明する。図３の横軸は期間、縦軸は膜厚を示している。固体潤滑膜１５が、ＰＴＦＥ膜の場合、初期膜厚を４μｍとした場合、交換時期膜厚は０．５μｍ、寿命膜厚は０．１μｍ以下となる。
【００４８】
転がり軸受の摺動圧が低かったり、摺動速度が遅い場合では、転がり軸受の膜厚が薄くなる速度は遅く、図３の１で示すような膜厚変化を呈する。これに対して、転がり軸受の摺動圧が高かったり、摺動速度が早い場合では、転がり軸受の膜厚が薄くなる速度は早くなり、図３の２で示すような膜厚変化を呈する。したがって、摺動期間が短くても交換時期膜厚や寿命膜厚が早期に到来し、摺動期間が長くても交換時期膜厚や寿命膜厚が遅く到来する。
【００４９】
このようにして演算制御部２０は、データメモリ２２の履歴記憶エリアに、転がり軸受の固体潤滑膜１５の膜厚変化を記憶（履歴記憶）させるとともに、今回測定演算した膜厚と前回測定演算した膜厚とを比較し、かつ、両比較結果から、固体潤滑膜１５が交換時期膜厚に到来する時期あるいは寿命膜厚に到来する時期を予測ないしは推定し、これによって、転がり軸受の寿命予知やその交換時期を管理することができる。
【００５０】
そして、このようにして当該転がり軸受の寿命予知あるいはその交換時期を報知部２４に出力したり、表示部２６に表示させたりするようになっている。
【００５１】
図４は、参考例の摩耗監視装置とこれが適用される動力伝達装置とを示している。図４において、３０は、軸方向環状のハウジング、３２は、ハウジング３０内に挿通された回転軸である。回転軸３２の図中左側は、カップリング３４を介して駆動モータ３６に連結され、図中右側は不図示の負荷が接続されている。駆動モータ３６は、回転軸３０を介して前記負荷に回転動力を伝達するものであり、その回転動力の大きさに対応したモータ電流ｉを発生するようになっている。
【００５２】
３８は、転がり軸受である。この転がり軸受３８は、ハウジング３０に外輪３８ａが固定され、内輪３８ｂが回転軸３２に固定され、内・外輪３８ａ，３８ｂ径方向隙間にボール３８ｃが介装されている。
【００５３】
この場合、転がり軸受３８における内・外輪３８ａ，３８ｂの転動面には不図示の固体潤滑膜が形成されている。
【００５４】
上記装置における固体潤滑膜の摩耗を監視する実施形態２の摩耗監視装置Ｂは、駆動モータ３６のモータ電流ｉを検知する電流検知装置として、電流センサ４０を設け、この電流センサ４０を入力する管理部Ｂ１を備える。
【００５５】
この管理部Ｂ１は、前記入力部１８、ＣＰＵからなる演算制御部２０、データメモリ２２、報知部２４および表示部２６で構成されている。
【００５６】
ここで、固体潤滑膜の摩耗が進行すると、回転軸３２の回転トルクが増大し、その結果、駆動モータ３６の電流ｉが増大するので、この電流ｉの変動が回転トルクの変動に対応し、これが固体潤滑膜の摩耗の進行をあらわしている。
【００５７】
したがって、演算制御部２０においては、電流センサ４０の出力から転がり軸受３８の回転トルクの変動を演算するとともに、この演算内容から固体潤滑膜の摩耗を監視できるようになっている。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は、相手部材との間で転がり接触または滑り接触する面を有し、かつ、この面に固体潤滑膜が形成された転動・摺動部材に対し、その固体潤滑膜の摩耗を監視する摩耗監視装置であって、前記転動・摺動部材の回転トルクを検知するトルク検知要素を有し、このトルク検知要素の出力から前記固体潤滑膜の摩耗を監視するものであるから、取扱者はその検知状況からその寿命の到来時期やその交換時期などが分かり、こうした転動・摺動部材を用いた機械や装置類の信頼性確保に寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】多関節ロボットの要部の断面と、本発明の実施形態に係る摩耗監視装置のブロックとを示す図
【図２】図１の要部の拡大図
【図３】図１の摩耗監視装置の動作説明に供するタイミングチャート
【図４】回転動力の伝達装置の要部の断面と、参考例の摩耗監視装置のブロックとを示す図
【符号の説明】
Ａ多関節ロボット
Ｂ摩耗監視装置
４ａ，４ｂロボットアーム
６ａ，６ｂ転がり軸受
６ａ１，６ｂ１内輪
６ａ２，６ｂ２外輪
１５固体潤滑膜
１６歪みゲージ（トルク検知要素）
【図１】
0003805176.tif 000002
【図２】
0003805176.tif 000003
【図３】
0003805176.tif 000004
【図４】
0003805176.tif 000005