特開 2023-48863 消耗監視装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023048863

(43)【公開日】2023-04-07

(54)【発明の名称】消耗監視装置

(51)【国際特許分類】

   F04B 53/00 20060101AFI20230331BHJP

【ＦＩ】

F04B53/00 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021158417

(22)【出願日】2021-09-28

(71)【出願人】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100129702

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 喜永

(74)【代理人】

【識別番号】100094248

【弁理士】

【氏名又は名称】楠本 高義

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 宙潤

(72)【発明者】

【氏名】五島 代介

【テーマコード（参考）】

3H071

【Ｆターム（参考）】

3H071AA01

3H071CC17

3H071CC28

3H071CC35

3H071DD51

3H071DD84

(57)【要約】      （修正有）

【課題】液圧装置の摺動関連部品について、その消耗度を監視し、ユーザに応じた点検・交換を適確な時期に行えるようにする。
【解決手段】液圧装置の稼働履歴に基づいて、該液圧装置の摺動部分に用いられる部品である摺動関連部品の消耗度及びその進行速度である消耗進行速度を算出し、前記消耗度及び消耗進行速度に基づいて、前記摺動関連部品の点検・交換が推奨される時期である点検交換推奨時期を算出するようにした。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液圧装置の稼働履歴に基づいて、該液圧装置の摺動部分に用いられる部品である摺動関連部品の消耗度及びその進行速度である消耗進行速度を算出する消耗度算出部と、
前記消耗度及び消耗進行速度に基づいて、前記摺動関連部品の点検・交換が推奨される時期である点検交換推奨時期を算出する点検交換推奨時期算出部と、を備えていることを特徴とする消耗監視装置。

【請求項2】

前記消耗度算出部が、前記摺動部分の温度毎の稼働時間に基づいて、前記消耗度及び消耗進行速度を算出するものである請求項１記載の消耗監視装置。

【請求項3】

前記消耗度算出部が、前記摺動部分の温度を、その周囲温度と該摺動部分の摺動速度とに基づいて算出することを特徴とする請求項２記載の消耗監視装置。

【請求項4】

前記摺動関連部品がオイルシールである請求項１、２または３記載の消耗監視装置。

【請求項5】

液圧装置の稼働履歴に基づいて、該液圧装置の摺動部分に用いられる部品である摺動関連部品の消耗度及びその進行速度である消耗進行速度を算出し、
前記消耗度及び消耗進行速度に基づいて、前記摺動関連部品の点検・交換が推奨される時期である点検交換推奨時期を算出することを特徴とする消耗監視方法。

【請求項6】

液圧装置の稼働履歴に基づいて、該液圧装置の摺動部分に用いられる部品である摺動関連部品の消耗度及びその進行速度である消耗進行速度を算出する消耗度算出部と、
前記消耗度及び消耗進行速度に基づいて、前記摺動関連部品の点検・交換が推奨される時期である点検交換推奨時期を算出する点検交換推奨時期算出部を算出する点検交換推奨時期算出部と、としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする消耗監視プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液圧装置に用いられる部品の稼働による消耗を監視する消耗監視装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、油圧ポンプなどの液圧装置においては、消耗した部品をその機能が損なわれる前に点検し交換することにより、装置自体が動作不良をおこしたり故障したりすることを防止している。

【0003】

具体的には、例えば以下のようなことが行われている。
（１）装置導入後、一定期間ごとにユーザまたはサプライヤが点検・交換を行う。
（２）稼働監視システムを付加し、装置の稼働時間、稼働回数、稼働頻度、稼働負荷などに基づいて部品の使用状況を監視するとともに、その使用状況がシステムで予め定めた閾値を超えた場合に、点検や交換をユーザに通知する。その一例が特許文献１に記載されている。

【0004】

しかしながら、上述した従来の手法では、以下のような問題が存在する。
例えば、（１）の場合、ユーザ任せにすると、ユーザ側で点検・交換時期が不明になるなどして、確実に点検や交換が行われない場合が生じ得る。
サプライヤが点検・交換を行うにしても、ヘビーユーズの場合、次の点検・交換時期までに部品が寿命を迎え、装置が故障することがあし、逆にライトユーズの場合、点検・交換サイクルが短すぎて不必要なコストが発生することがある。

【0005】

また、（２）の場合、通知を受けたユーザは、直ちに装置を停止するわけではなく、点検・交換の手配が整うとかロット作業が終了するといった装置を停止できる状態になるまでは使用を続けるので、実際の点検・交換の推奨通知は、ある程度の時間的余裕をもって行われるが、（１）の場合と同様、ヘビーユーズの場合、通知から点検・交換までの間に部品が損傷する恐れがあるし、逆にライトユーズの場合、通知が早すぎて実際に必要な時期よりもかなり前に部品の点検・交換を行うこととなり、不必要なコストが発生する場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開2021-055708号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、液圧装置の摺動関連部品について、その消耗度を監視し、ユーザに応じた点検・交換を適確な時期に行えるようにすべく図ったものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

すなわち、本発明に係る消耗監視装置は、液圧装置の稼働履歴に基づいて、該液圧装置の摺動部分に用いられる部品である摺動関連部品の消耗度及びその進行速度である消耗進行速度を算出する消耗度算出部と、前記消耗度及び消耗進行速度に基づいて、前記摺動関連部品の点検・交換が推奨される時期である点検交換推奨時期を算出する点検交換推奨時期算出部とを備えていることを特徴とする。

【0009】

このようなものであれば、液圧装置の使用頻度や使用強度等を、消耗進行速度によって推し量れることができ、この消耗進行度に基づいて摺動関連部品の点検・交換推奨時期を定めているので、ヘビーユーズ、ライトユーズにかかわらず、ユーザの使用状況に応じた適確な時期での点検・交換を推奨することができる。また、その結果、点検・交換が間に合わなかったり、逆に早すぎたりすることを防止でき、確実で無駄のないメンテナンスを行うことができるようになる。

【発明の効果】

【0010】

液圧装置に対し、確実で無駄のないメンテナンスを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態における消耗監視装置の全体ブロック図である。

【図2】同実施形態における消耗監視装置の動作を示すフローチャートである。

【図3】同実施形態における回転数－上昇温度テーブルＤ２を示すデータ構造図である。

【図4】同実施形態における温度－寿命時間テーブルＤ３を示すデータ構造図である。

【図5】オイルシールの摺動部分温度と寿命の関係を示すグラフである。

【図6】油圧ポンプの回転数及びシャフト径とオイルシールの上昇温度との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

【0013】

本実施形態に係る消耗監視装置１００は、図１に示すように、液圧装置の一種である油圧ポンプ１のメンテナンスに用いられるものであり、ここでは、特に、該油圧ポンプ１の摺動関連部品であるオイルシール１２の点検・交換推奨時期をユーザに報知すべく算出するものである。なお、ここでのオイルシール１２とは、ポンプの出力軸（以下、シャフト１１という。）ケーシングとの間に装着されて、作動流体であるオイルがケーシング等から漏洩することを防止するためのものである。

【0014】

この消耗監視装置１００は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏポート、Ａ／Ｄコンバータなどを備えた所謂コンピュータであり、前記メモリに格納された所定のプログラムにしたがって前記ＣＰＵやその周辺機器が共動することにより、（１）オイルシール１２の稼働履歴をメモリの所定領域に設定された稼働履歴格納部Ｄ１に格納する履歴記録部３１、（２）前記稼働履歴に基づいてオイルシール１２の現時点での消耗度とその進行速度である消耗進行速度とを算出する消耗度算出部３２、（３）前記消耗度及び消耗進行速度に基づいて点検交換推奨時期算出部３３、等としての機能を発揮する。

【0015】

なお、この消耗監視装置１００を構成するコンピュータは、物理的に一体である必要はなく、ＬＡＮやＷＡＮなどを介して互いに通信可能に接続された複数のコンピュータから構成されていてもかまわない。

【0016】

また、前提として、前記油圧ポンプ１には、前記オイルの温度（ここでは、例えば吐出ポート近傍のオイル温度）を測定する温度センサ２１と、前記シャフト１１の回転速度を測定する回転速度センサ２２とが設けられている。なお、これら温度センサ２１及び回転速度センサ２２は、油圧ポンプ１の付属部品として予め取り付けられている場合もあるし、本消耗監視装置１００の付属部品として油圧ポンプ１に後付けされる場合もある。
次に前記各部の詳細な説明を兼ねて、当該消耗監視装置１００の動作を、図２を参照して詳述する。

【0017】

本消耗監視装置１００の履歴記録部３１は、所定のサンプリング時刻がくると（ステップＳ１）、オイル温度の測定値を示すオイル温度データを前記オイル温度センサ２１から受信するとともに、シャフト１１回転速度の測定値を示す回転速度データを前記回転速度センサ２２から受信する（ステップＳ２）。
次に、該履歴記録部３１は、前記オイル温度データの値と回転速度データの値に基づいて、オイルシール１２（の摺動部分）の温度を推定算出する。

【0018】

具体的に説明すると、この実施形態では図３に示すように、各シャフト回転速度（ｒｐｍ）と上昇温度（℃）との関係例を示したデータテーブルである回転数－上昇温度テーブルＤ２がメモリの所定領域に格納してある。なお、この回転数－上昇温度テーブルＤ２は、あらかじめ実験やシミュレーションなどで求めてある。

【0019】

そして、該履歴記録部３１は、前記回転数－上昇温度テーブルＤ２を参照して、回転速度データの値（シャフト回転速度）に対応する上昇温度を取得し、この上昇温度を前記オイル温度に加算した値をもってオイルシール１２の温度（より正確には、オイルシール１２の摺動部分であるリップの温度）とするとともに、このオイルシール１２温度を前記サンプリング時刻と紐づけてなる稼働履歴データをメモリの所定領域に設定した稼働履歴格納部Ｄ１に前記サンプリング時刻と紐づけて格納する（ステップＳ３）。

【0020】

補足しておくと、前記上昇温度は、図６に示すように、原理的には摺動速度に関係するため、実際には、シャフト１１の回転速度だけではなく、シャフト１１径も考慮に入れなければならないし、また、摺動速度に対する上昇温度は、図５に示すように、オイル（作動流体）の種類やオイルシール１２の材質によっても変わる場合がある。そのため、シャフト１１径やオイル種類、オイルシール材質等が異なる油圧ポンプ１であれば、それに対応する別の回転数－上昇温度テーブルＤ２が用いられる。

【0021】

次に前記消耗度算出部３２が、前記稼働履歴格納部Ｄ１を参照し、稼働開始から現時点に至るまでの稼働履歴データを取得してオイルシール１２の各温度での稼働時間を算出する（ステップＳ４）。

【0022】

他方、各温度での寿命に至るまでの稼働可能時間、すなわち寿命時間は、あらかじめ実験やシミュレーションなどで求めてあり、これが、図４に示すようなデータテーブルである温度－寿命時間テーブルＤ３として、メモリの所定領域に格納されている。

【0023】

該消耗度算出部３２は、各温度での寿命時間を前記温度－寿命時間テーブルＤ３を参照して取得し、前記各温度での稼働時間を、当該各温度での寿命時間で割ることにより、各温度での寿命消費率を算出し、これらを積算することによって、現在のオイルシール１２の寿命消費率、すなわちオイルシール１２の消耗度を算出する。
その一例を以下に説明する。
稼働履歴データを参照した結果、当該油圧ポンプ１が、
オイルシール１２温度８０℃（６５℃（オイル温度）＋１５℃（シャフト回転による温度上昇））で２４時間稼働、
オイルシール１２温度６０℃（６０℃（オイル温度）＋0（軸回転による温度上昇））で４８時間稼働していたとする。
この場合の消耗度は、以下の通りとなる。
消耗度 ＝ (24 / 3600)＋(48 / 9600) = 0.0117 = 1.17(%)

【0024】

なお、寿命時間は、オイルの種類やオイルシール１２の材質等によって異なるので、オイル種類、オイルシール材質等が異なる油圧ポンプ１であれば、それに対応する別の温度－寿命時間テーブルＤ３が用いられる。

【0025】

該消耗度算出部３２は、さらに、前記消耗度を稼働開始から現在までの時間で割ることにより、現在までの平均の消耗進行速度（％／日）を算出する（ステップＳ６）。前記一例でいえば、３日（７２時間）の稼働で消耗度が１．１７％であるから、
消耗進行速度（％／日） = 1.17 / 3 = 0.39 となる。

【0026】

次に、前記点検交換推奨時期算出部３３が、前記消耗進行速度でオイルシール１２の消耗が推移した場合の、寿命に至る時期である寿命時期を算出する（ステップＳ７）。前記一例でいえば、消耗進行速度が０．３９％／日であり、３日間稼働しているから、
寿命時期 = 100 / 0.39 - 3 = 253.41日後となる。

【0027】

そして、該点検交換推奨時期算出部３３は、この寿命時期から、ユーザやサプライヤ等により予め設定された余裕期間を差し引くことにより、該オイルシール１２の点検交換推奨時期を算出し、これを、通信回線Ｔを介してディスプレイや他の携帯機器等に出力することによってユーザに報知する（ステップＳ８）。
そして、再度、ステップＳ１に戻り、次のサンプリング時刻になれば、上述した動作を繰り返す。

【0028】

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
液圧装置はオイル以外の他の流体を作動流体とするものでもよいし、また、ポンプに限られず、モータ、シリンダ、バルブなどでもよい。
摺動関連部品は、オイルシール１２等のシール部材に限られず、例えば、ピストンやシリンダボア、弁体などでも構わない。
前記データテーブルの代わりに演算式を用いてもよい。

【0029】

前記実施形態では、摺動部分（オイルシール１２のリップ）の温度を算出するにあたり、オイル温度を基準とし、そこに摺動速度から推定される上昇温度を加算していたが、ケーシングの表面または内部温度や、シャフト温度など、摺動部分の温度に影響を及ぼす周囲の温度を基準にしてもよい。

【0030】

また、摺動部分の温度を直接的に測定できるような部位に温度センサを取り付けるのであれば、摺動速度を測定したり、そこから温度上昇を算出したりする手順は不要となる。

【0031】

前記実施形態では、点検交換推奨時期を、寿命時期から余裕期間を差し引くことによって算出していたが、消耗度が所定の閾値（例えば８０％）に到達した時点をもって、点検交換推奨時期としてよい。この場合の閾値は、消耗進行速度に応じて変動しておくことが好ましい。すなわち、消耗進行速度が大きい場合は閾値が下がり、消耗進行速度が小さい場合は閾値が上がるようにすればよい。このようにすれば、点検交換推奨時期から寿命時期までの期間を消耗進行速度にかかわらず、可及的に等しくできるからである。
消耗進行速度は、稼働開始時点から現時点までの平均ではなく、直近一定期間など、所定機関での消耗進行速度を用いてもよい。

【0032】

ユーザに対し、点検交換推奨時期を出力するのではなく、点検交換推奨時期に到達するまでは特段の報知はなく、点検交換推奨時期に到達した直後から、点検交換を促す旨や前記寿命時期を報知するようにしてもよい。
その他、本発明は、以上に述べた図示例や説明に限られることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
以上に述べた本消耗度監視装置の特徴は以下のようにまとめることができる。

【0033】

（１）本消耗監視装置１００は、液圧装置の稼働履歴に基づいて、該液圧装置の摺動部分に用いられる部品である摺動関連部品の消耗度及びその進行速度である消耗進行速度を算出する消耗度算出部と、前記消耗度及び消耗進行速度に基づいて、前記摺動関連部品の点検・交換が推奨される時期である点検交換推奨時期を算出する点検交換推奨時期算出部と、を備えていることを特徴とする。

【0034】

このようなものであれば、液圧装置の使用頻度や使用強度等を、消耗進行速度によって推し量れることができ、この消耗進行度に基づいて摺動関連部品の点検・交換推奨時期を定めているので、ヘビーユーズ、ライトユーズにかかわらず、ユーザの使用状況に応じた適確な時期での点検・交換を推奨することができる。また、その結果、点検・交換が間に合わなかったり、逆に早すぎたりすることを防止でき、確実で無駄のないメンテナンスを行うことができるようになる。

【0035】

（２）簡便かつ精度よく消耗度及び消耗進行速度を求めるには、前記消耗度算出部が、前記摺動部分の温度毎の稼働時間に基づいて、前記消耗度及び消耗進行速度を算出するものが好ましい。

【0036】

（３）摺動部分の温度を複雑な構造やセンサを用いることなく測定するには、前記消耗度算出部が、前記摺動部分の温度を、その周囲温度と該摺動部分の摺動速度とに基づいて算出するようにしておけばよい。

【0037】

（４）本発明の効果が特に顕著となる摺動関連部品の具体例としては、オイルシール１２を挙げることができる。

【0038】

（５）液圧装置の稼働履歴に基づいて、該液圧装置の摺動部分に用いられる部品である摺動関連部品の消耗度及びその進行速度である消耗進行速度を算出し、前記消耗度及び消耗進行速度に基づいて、前記摺動関連部品の点検・交換が推奨される時期である点検交換推奨時期を算出することを特徴とする消耗監視方法も本発明に含まれる。

【0039】

（６）液圧装置の稼働履歴に基づいて、該液圧装置の摺動部分に用いられる部品である摺動関連部品の消耗度及びその進行速度である消耗進行速度を算出する消耗度算出部と、前記消耗度及び消耗進行速度に基づいて、前記摺動関連部品の点検・交換が推奨される時期である点検交換推奨時期を算出する点検交換推奨時期算出部を算出する点検交換推奨時期算出部と、としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする消耗監視プログラムでも構わない。

【符号の説明】

【0040】

１００・・・液圧装置
１２・・・オイルシール（摺動関連部品）
３２・・・消耗度算出部
３３・・・点検交換推奨時期算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】