CN107605953B - 排出异常检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种排出异常检测装置及其检测方法。包含于供油单元的泵具有通过利用驱动部以脉冲状施加驱动电压而反复变形的压电体，积存供给的流体的积存部的容积伴随着压电体的变形而减少，由此排出润滑油。检测泵的流体的排出异常的排出异常检测装置具有：测定部，测定压电体的端子电压；及作为判断部发挥功能的控制部，基于在1次的驱动电压施加时测定的端子电压的时效变化的有无来判断排出动作的异常。

Description

排出异常检测装置及其检测方法

在2016年7月12日提出的日本专利申请2016-137881的公开，包括其说明书、附图及摘要作为参照而全部包含于此。

技术领域

本发明涉及排出异常检测装置及其检测方法，尤其是涉及检测利用了压电元件的流体供给装置中的流体的排出动作的异常的检测装置及其检测方法。

背景技术

已知有利用压电元件作为促动器的泵。这样的泵也称为隔膜式泵。该泵能够排出超微量的流体，因此采用于需要抑制流体的供给频度的流体供给装置。

例如，日本特开2004-108388号公报或日本特开2012-102803号公报公开了利用这样的泵的流体供给装置，即滚动轴承和一体型的供油装置(供油单元)。

如果搭载于流体供给装置的泵发生异常，则有时从泵不再排出流体。尤其是流体供给装置是一体型地搭载于滚动轴承的供油单元的情况下，由于滚动轴承振动等而泵产生异常，有时会引起滚动轴承的润滑不良。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能够高精度地检测流体供给装置中的流体的排出动作的异常的排出异常检测装置及其检测方法。

本发明的一方式的排出异常检测装置检测流体供给装置中的流体的排出动作的异常，流体供给装置具有将驱动电压以脉冲状输出的驱动部、通过被以脉冲状施加驱动电压而反复变形的压电元件、及积存供给的流体的积存部，并通过积存部的容积伴随压电元件的变形而减少，而从积存部排出流体，排出异常检测装置的结构上的特征在于，具备：测定部，测定压电元件的端子电压；及判断部，基于在1次的驱动电压施加时由测定部测定的端子电压的时效变化的有无来判断排出动作的异常。

附图说明

前述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的标号表示相同的部件。

图1是实施方式的轴承装置的沿着包含轴的中心线的平面进行剖切的剖视图。

图2是图1的A-A位置处的轴承装置的剖视图。

图3是用于说明包含于轴承装置的泵的结构的概略图。

图4是表示排出异常检测装置的结构的框图。

图5是表示无法驱动压电元件时的、1次的电驱动压施加时的端子电压的波形的概略的图。

图6是表示压电元件正常时的、1次的驱动电压施加时的端子电压的波形的概略的图。

图7是表示排出动作正常时的、异常检测使用的阈值与端子电压的关系的图。

图8是表示排出动作异常时的、异常检测使用的阈值与端子电压的关系的图。

图9是表示排出异常检测装置中的检测动作的流动的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明优选的实施方式。在以下的说明中，对于同一部件及构成要素标注同一符号。它们的名称及功能也相同。因此，不重复它们的说明。

图1是将搭载有本实施方式的排出异常检测装置的轴承装置100沿着包含轴的中心线的平面进行剖切的剖视图。图2是轴承装置100的图1的A-A位置处的剖视图。参照图1及图2，轴承装置100具备电源部10、轴承主体20、作为流体供给装置的一例的供油单元40、驱动部70、控制部80。轴承装置100为了将例如工作机械的主轴(轴7)支承为能够旋转而处于收容在轴承外壳8内的状态。

轴承主体20具有内圈21、外圈22、多个滚动体(滚珠)23及环状的保持架24。保持架24保持多个滚动体23。内圈21是外嵌于轴7的圆筒状的构件。在内圈21的外周形成有滚道槽(以下，称为内圈滚道槽25)。外圈22是在轴承外壳8的内周面上固定的圆筒状的构件。在外圈22的内周形成有滚道槽(以下，称为外圈滚道槽26)。内圈21与外圈22呈同心状地配置。在呈同心状地配置的内圈21与外圈22之间形成有环状空间28。在本实施方式中，相对于外圈22而内圈21与轴7一起旋转。多个滚动体23介于内圈21与外圈22之间的环状空间28，并在内圈滚道槽25及外圈滚道槽26上滚动。

保持架24设于环状空间28。保持架24由环状的构件构成，且沿周向每隔恒定间隔地形成有分别保持多个滚动体23的多个兜孔27。保持架24具有一对环状部31、32和多个柱部33。一对环状部31、32设置在各滚动体23的轴向两侧。柱部33将上述环状部31、32连结。多个柱部33沿周向空出间隔地设置。由上述环状部31、32和在周向上相邻的2个柱部33包围的区域成为兜孔27。在各兜孔27内收容一个滚动体23，由此，保持架24能够将多个滚动体23沿周向并列地保持。

在轴承主体20的环状空间28的轴向一方侧的附近设有作为流体供给装置的供油单元40。供油单元40能够向环状空间28供给作为流体的一例的润滑油(油)。供油单元40具有壳体41和从该壳体41沿轴向延伸设置的嘴42。

在包含于供油单元40的壳体41内部的空间还设有用于积存润滑油的罐62及泵61。泵61在内部能够积存润滑油。泵61具有压力室63、隔膜(振动板)64(图3)、压电体65。积存的润滑油向压力室63供给。隔膜64与压力室63面对地配置。压电体65与隔膜64相接而配置在压力室63的背面侧，因电压的施加而变形。伴随着压电体65的变形，与该压电体65相接配置的隔膜64变形。伴随着隔膜64的变形，泵61的压力室63的容积减少。即，隔膜64将压电体65的变形向压力室63传递。

由于压力室63的容积的减少，压力室63内的微量的润滑油经由嘴42向环状空间28排出。从压力室63排出而向环状空间28供给的润滑油的量例如是比皮升单位的流量少的超微小的流量。由于压力室63的容积增加而泵61从罐62吸引润滑油，并向压力室63补充润滑油。

参照图2，在壳体41内部的空间设有电源部10、驱动部70、控制部80。驱动部70对搭载于供油单元40的泵61进行驱动。控制部80与驱动部70连接，控制驱动部70对泵61的驱动。因此，供油单元40按照控制部80的控制而进行供油动作。电源部10包含未图示的蓄电池，向控制部80供给电力。

图3是用于说明泵61的结构的概略图。泵61是隔膜式泵。详细而言，在包含于泵61的压力室63设有朝向罐62贯通的吸入口63a和与嘴42连通的排出口63b。泵61包括隔膜64、压电体65、一对电极66。隔膜64与压力室63面对地配置。压电体65与隔膜64相接而配置在压力室63的背面侧。一对电极66向压电体65供给电压。通过压电体65和电极66构成压电元件69。

驱动部70通过电力线67而与压电元件69的端子68连接，经由该电力线67向端子68以脉冲状输出恒定的驱动电压。端子68与电极66连接。压电体65例如是压电元件，通过向电极66施加驱动电压而压电体65变形。

当从驱动部70向电极66施加驱动电压时，压电体65变形(伸长)，将隔膜64向朝着压力室63的方向按压。由于隔膜64的按压而压力室63的容积减少。压力室63内的微量的润滑油经由嘴42向环状空间28排出。将该动作也称为排出动作。

从驱动部70向电极66施加驱动电压的状态开始，使驱动电压的施加中止、下降时，伸长的压电体65收缩而返回原来的位置，解除对隔膜64的按压。通过解除隔膜64的按压而压力室63的容积返回原来的体积，润滑油从罐62流入。即，泵61从罐62吸引润滑油。将该动作也称为吸入动作。

驱动部70以脉冲状向压电元件69施加恒定的驱动电压，因此在泵61中，交替地反复进行排出动作与吸入动作。由此，反复进行从供油单元40向轴承主体20供给润滑油的动作(供油动作)。

控制部80还作为检测供油单元40中的排出动作的异常的排出异常检测装置发挥功能。图4是表示该排出异常检测装置的结构的框图。参照图4，排出异常检测装置除了控制部80之外，还包括测定部13，该测定部13连接于将驱动部70与电极66连接的电力线67，并测定一对电极66间的电压(端子电压)。测定部13将包含未图示的转换器等而测定的电压(端子电压)降压成适合于控制部80的电压，向控制部80输入。控制部80包含微机等，作为基于驱动电压施加时的测定的端子电压的时效变化的有无来判断排出动作的异常的判断部发挥功能。

使用图5及图6，说明检测装置检测供油单元40的异常的原理。图5是表示由于压电元件69的故障等而无法驱动压电元件69时的、1次的驱动电压施加时T的端子电压的波形，即，驱动部70的输出波形的概略的图。图6是表示压电元件69正常时的、1次的驱动电压施加时T的端子电压的波形的概略的图。参照图5及图6，驱动部70每隔恒定周期输出电压，以脉冲状向压电体65施加电压E。如图6所示，压电体65的端子电压的初始电压E0在1次的驱动电压施加时T时效地增加，在刚进行1次的驱动电压施加时T之后返回初始电压E0。

在1次的驱动电压施加时的端子电压具有图6所示的时效变化的情况下，作为判断部发挥功能的控制部80判断为排出动作正常进行。即，这种情况下，可以说压电体65对于电极66的接触、压电元件69的机构正常。由此，可以说图6的波形是用于判断排出动作正常的基准波形。

在1次的驱动电压施加时的端子电压不具有图6所示的时效变化的情况下，控制部80判断为排出动作不正常(异常)。这种情况下，进而，控制部80基于1次的驱动电压施加时的端子电压的波形，将异常分类成如下两种。

在1次的驱动电压施加时的端子电压不具有图6所示的时效变化的情况且具有如图5所示时效变化的情况下，控制部80判断为排出动作的异常是由泵61内的回路异常或连接部的异常引起的。泵61内的回路异常或连接部的异常是以例如电极66与压电体65的接触不良、电极66与端子68的连接不良、端子68与驱动部70的连接不良、及压电元件69的机械故障等为原因的异常。

在1次的驱动电压施加时的端子电压既不是图6所示的基准波形也不是图5的波形的情况下，控制部80判断为排出动作的异常是由泵61内的回路异常以外的异常引起的。泵61内的回路异常以外的异常是以例如向电极66施加电压的电路的不良、未图示的蓄电池的充电不足、电极66自身的异常等为原因的异常，即控制部的异常。这样，1次的驱动电压施加时的端子电压不是图6所示的基准波形而判断为排出动作异常时，进而，通过判断是否为图5的波形，能够推测出异常的原因。

控制部80基于1次的驱动电压施加时的至少2个测定时分别测定的至少2个端子电压，判断在1次的驱动电压施加时端子电压是否时效地增加。作为一例，在控制部80预先设定有对1次的驱动电压施加时T大致进行三等分的测定时t1、t2(t1<t2)。优选还设定刚进行驱动电压施加时T之后的测定时t3(t2<t3)。并且，控制部80判断通过测定部13在测定时t1、t2分别测定的端子电压E1、E2在从测定时t1至测定时t2之间是否时效地变化(增加)。

图7及图8是用于说明在排出异常检测装置中检测排出动作的异常的方法的一例的图。作为一例，控制部80预先存储与测定时t1、t2分别对应的电压值的阈值TA、TB。阈值TA是比初始电压E0大且比图6所示的基准波形中的测定时t1的端子电压小的值。阈值TB是比阈值TA大且比图6的基准波形中的测定时t2的端子电压小的值。控制部80通过将端子电压E1、E2与阈值TA、TB进行比较，来判断端子电压E1、E2在从测定时t1至测定时t2是否时效地增加。

图7表示端子电压具有图6所示的时效变化时的、端子电压与阈值TA、TB的关系。参照图7，这种情况下，端子电压E1比阈值TA大且比阈值TB小。端子电压E2比阈值TB大。而且，端子电压E3是初始电压，比阈值TA小。根据以上的关系，在端子电压具有图6所示的时效变化的情况下，端子电压E1～E3满足下的式(1)、(2)。将式(1)、(2)称为第一条件。

E3≤TA≤E1…(1)

TB≤E2…(2)

图8表示端子电压不具有时效变化而是图5所示那样的矩形波形时的、端子电压与阈值TA、TB的关系。参照图8，端子电压E1及端子电压E2大致相等，都比阈值TB大。端子电压E3比阈值TA小。根据以上的关系，在端子电压是图5所示那样的矩形波形的情况下，端子电压E1～E3满足下式(3)～(6)。将式(3)～(6)称为第二条件。

TB≤E1…(3)

TB≤E2…(4)

E3≤TA…(5)

E1≈E2…(6)

上述第一条件及第二条件是为了检测排出动作的异常而使用的条件的一例。即，是判断1次的驱动电压施加时的端子电压是否具有时效变化的方法的一例。如上所述，控制部80预先存储阈值而使用该阈值。由此，能够以容易的处理来实现1次的驱动电压施加时的端子电压是否具有时效变化的判断。控制部80在上述的方法中，也可以不进行使用了刚进行驱动电压施加时之后的端子电压E3的判断。由此，能够以更容易的处理进行判断。

图9是表示排出异常检测装置的检测动作的流程的一例的流程图。参照图9，控制部80从测定部13受理表示测定的端子电压的电压信号的输入(步骤S101)。控制部80从电压信号中读出端子电压E1、E2、E3，并与预先存储的阈值TA、TB进行比较。其结果是，端子电压E1～E3满足上的式(1)、(2)。即在满足上述第一条件时(步骤S103为“是”)，控制部80判断为排出动作正常(步骤S105)。

在端子电压E1～E3不满足上式(1)、(2)且满足上式(3)～(6)，即满足上述第二条件的情况下(步骤S103为“否”且步骤S107为“是”)，控制部80判断为泵61内的回路或连接部异常(步骤S109)。

在端子电压E1～E3不满足上的式(1)～(6)的情况，即，既不满足上述第一条件也不满足第二条件的情况下(步骤S103为“否”且步骤S107为“否”)，控制部80判断为上述的控制部的异常(驱动部70的回路异常等)(步骤S111)。

优选排出异常检测装置包含用于输出信息的发送部。发送部可以是无线通信，也可以是LED(Light Emitting Diode)或蜂鸣器等。在上述发送部包含于排出异常检测装置的情况下，控制部80也与发送部连接，控制发送部的发送。在上述步骤S109或步骤S111中检测到排出动作的异常的情况下，优选控制部80通过使发送部发送来进行错误通知(步骤S113)。错误通知可以是将步骤S109的判断结果与步骤S111的判断结果进行区分的通知。

用于检测例如供油单元40即流体供给装置中的排出动作的异常的排出异常检测装置基于1次的驱动电压施加时的端子电压的时效变化的有无来判断排出动作的异常。由此，不需要传感器等特别的装置，能够简易且高精度地检测排出动作的异常。由此，能够迅速地应对流体的供给异常。

排出异常检测装置测定1次的驱动电压施加时的至少2个测定时t1、t2的端子电压，基于至少2个端子电压E1、E2来判断在1次的驱动电压施加时端子电压是否具有时效变化。由此，能够容易地判断排出动作的正常/异常。

排出异常检测装置预先存储各测定时的电压值的阈值TA、TB，通过将至少2个端子电压E1、E2分别与对应的阈值进行比较，能够简易且高精度地判断在1次的驱动电压施加时端子电压是否具有时效变化。由此能够简易且高精度地判断排出动作的正常/异常。

上述第一条件及第二条件是为了检测排出动作的异常而使用的条件的一例。即，是判断1次的驱动电压施加时的端子电压是否具有时效变化的方法的一例。如上所述，控制部80预先存储阈值而使用该阈值。由此，能够以容易的处理实现1次的驱动电压施加时的端子电压是否具有时效变化的判断。控制部80在上述的方法中，也可以不进行使用了刚进行驱动电压施加时之后的端子电压E3的判断。由此，能够以更容易的处理进行判断。

变形例1如下所示。

作为判断1次的驱动电压施加时的端子电压是否具有时效变化的其他的方法，控制部80可以将端子电压E1、E2进行比较，判断它们是否满足E1≤E2。由此，能够以容易的处理实现1次的驱动电压施加时的端子电压是否具有时效变化的判断。由此，能够简易地判断排出动作的正常/异常。

变形例2如下所示。

作为判断1次的驱动电压施加时的端子电压是否具有时效变化的其他的方法，控制部80预先存储每单位时间的端子电压的变化率α。变化率α相当于图6的基准波形所示的端子电压的变化率(斜率)。控制部80判断从端子电压E1向端子电压E2的增加量(E2-E1)是否为根据从测定时t1至测定时t2的时间(t2-t1)和变化率α而得到的增加量α(t2-t1)。由此，能够简易且高精度地判断1次的驱动电压施加时的端子电压的增加率是否与图6的基准波形的增加率一致。即，能够简易且高精度地判断1次的驱动电压施加时的端子电压是否具有时效变化。由此，能够简易且高精度地判断排出动作的正常/异常。

在以上的说明中，作为流体供给装置的一例，列举了搭载于轴承装置100的供油单元40。然而，流体供给装置没有限定为用于向轴承供油的供油单元。例如，也可以是用于向液压马达或齿轮等进行供油的供油单元等，流体供给装置可以是使用压电元件等压电体供给流体的任意的装置。

应考虑的是本次公开的实施方式在全部的点上为例示而不受限制。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书示出，且包括与权利要求书等同的意思及范围内的全部变更。

根据本发明，能够高精度地检测搭载于流体供给装置的泵的异常。

Claims (6)

1.一种排出异常检测装置，检测流体供给装置中的流体的排出动作的异常，所述流体供给装置具有将驱动电压以脉冲状输出的驱动部、通过被以脉冲状施加所述驱动电压而反复变形的压电元件、及积存供给的流体的积存部，并通过所述积存部的容积伴随所述压电元件的变形而减少，而从所述积存部排出所述流体，所述排出异常检测装置具备：

测定部，测定所述压电元件的端子电压；及

判断部，基于在1次的驱动电压施加时由所述测定部测定的端子电压的时效变化的有无来判断所述排出动作的异常，

所述测定部测定所述1次的驱动电压施加时的至少2个测定时的端子电压，

所述判断部基于在所述至少2个测定时分别测定的至少2个端子电压来判断在所述1次的驱动电压施加时端子电压是否具有时效变化，从而判断所述排出动作的异常，其中，

所述判断部对所述1次的驱动电压施加时的第一测定时的测定值即第1端子电压与比所述第一测定时靠后的第二测定时的测定值即第2端子电压进行比较，判断所述第2端子电压是否大于所述第1端子电压，从而判断所述排出动作的异常。

2.一种排出异常检测装置，检测流体供给装置中的流体的排出动作的异常，所述流体供给装置具有将驱动电压以脉冲状输出的驱动部、通过被以脉冲状施加所述驱动电压而反复变形的压电元件、及积存供给的流体的积存部，并通过所述积存部的容积伴随所述压电元件的变形而减少，而从所述积存部排出所述流体，所述排出异常检测装置具备：

测定部，测定所述压电元件的端子电压；及

判断部，基于在1次的驱动电压施加时由所述测定部测定的端子电压的时效变化的有无来判断所述排出动作的异常，

所述测定部测定所述1次的驱动电压施加时的至少2个测定时的端子电压，

所述判断部基于在所述至少2个测定时分别测定的至少2个端子电压来判断在所述1次的驱动电压施加时端子电压是否具有时效变化，从而判断所述排出动作的异常，其中，

所述判断部预先存储1次的驱动电压施加时的每单位时间的端子电压的变化率，判断从所述1次的驱动电压施加时的第一测定时的测定值即第1端子电压向比所述第一测定时靠后的第二测定时的测定值即第2端子电压的增加量是否与根据从所述第一测定时至所述第二测定时为止的时间和所述变化率得到的增加量一致，从而判断所述排出动作的异常。

3.一种排出异常检测装置，检测流体供给装置中的流体的排出动作的异常，所述流体供给装置具有将驱动电压以脉冲状输出的驱动部、通过被以脉冲状施加所述驱动电压而反复变形的压电元件、及积存供给的流体的积存部，并通过所述积存部的容积伴随所述压电元件的变形而减少，而从所述积存部排出所述流体，所述排出异常检测装置具备：

测定部，测定所述压电元件的端子电压；及

判断部，基于在1次的驱动电压施加时由所述测定部测定的端子电压的时效变化的有无来判断所述排出动作的异常，

所述测定部测定所述1次的驱动电压施加时的至少2个测定时的端子电压，

所述判断部基于在所述至少2个测定时分别测定的至少2个端子电压来判断在所述1次的驱动电压施加时端子电压是否具有时效变化，从而判断所述排出动作的异常，其中，

所述判断部预先存储各个所述测定时的端子电压的阈值，将所述至少2个端子电压的每一个端子电压与对应的所述阈值进行比较，从而判断所述排出动作的异常。

4.一种排出异常检测方法，检测流体供给装置中的流体的排出动作的异常，所述流体供给装置具有将驱动电压以脉冲状输出的驱动部、通过被以脉冲状施加所述驱动电压而反复变形的压电元件、及积存供给的流体的积存部，通过所述积存部的容积伴随所述压电元件的变形而减少，而从所述积存部排出所述流体，所述排出异常检测方法具备：

在1次的所述驱动电压的施加时测定所述压电元件的端子电压的测定步骤；及

基于测定的端子电压的时效变化的有无来判断所述排出动作的异常的判断步骤，

在所述测定步骤中，测定所述1次的驱动电压施加时的至少2个测定时的端子电压，

在所述判断步骤中，基于在所述至少2个测定时分别测定的至少2个端子电压来判断在所述1次的驱动电压施加时端子电压是否具有时效变化，从而判断所述排出动作的异常，其中，

在所述判断步骤中，对所述1次的驱动电压施加时的第一测定时的测定值即第1端子电压与比所述第一测定时靠后的第二测定时的测定值即第2端子电压进行比较，判断所述第2端子电压是否大于所述第1端子电压，从而判断所述排出动作的异常。

5.一种排出异常检测方法，检测流体供给装置中的流体的排出动作的异常，所述流体供给装置具有将驱动电压以脉冲状输出的驱动部、通过被以脉冲状施加所述驱动电压而反复变形的压电元件、及积存供给的流体的积存部，通过所述积存部的容积伴随所述压电元件的变形而减少，而从所述积存部排出所述流体，所述排出异常检测方法具备：

在1次的所述驱动电压的施加时测定所述压电元件的端子电压的测定步骤；及

基于测定的端子电压的时效变化的有无来判断所述排出动作的异常的判断步骤，

在所述测定步骤中，测定所述1次的驱动电压施加时的至少2个测定时的端子电压，

在所述判断步骤中，基于在所述至少2个测定时分别测定的至少2个端子电压来判断在所述1次的驱动电压施加时端子电压是否具有时效变化，从而判断所述排出动作的异常，其中，

在所述判断步骤中，利用预先存储的1次的驱动电压施加时的每单位时间的端子电压的变化率，判断从所述1次的驱动电压施加时的第一测定时的测定值即第1端子电压向比所述第一测定时靠后的第二测定时的测定值即第2端子电压的增加量是否与根据从所述第一测定时至所述第二测定时为止的时间和所述变化率得到的增加量一致，从而判断所述排出动作的异常。

6.一种排出异常检测方法，检测流体供给装置中的流体的排出动作的异常，所述流体供给装置具有将驱动电压以脉冲状输出的驱动部、通过被以脉冲状施加所述驱动电压而反复变形的压电元件、及积存供给的流体的积存部，通过所述积存部的容积伴随所述压电元件的变形而减少，而从所述积存部排出所述流体，所述排出异常检测方法具备：

在1次的所述驱动电压的施加时测定所述压电元件的端子电压的测定步骤；及

基于测定的端子电压的时效变化的有无来判断所述排出动作的异常的判断步骤，

在所述测定步骤中，测定所述1次的驱动电压施加时的至少2个测定时的端子电压，

在所述判断步骤中，基于在所述至少2个测定时分别测定的至少2个端子电压来判断在所述1次的驱动电压施加时端子电压是否具有时效变化，从而判断所述排出动作的异常，其中，

在所述判断步骤中，利用预先存储的各个所述测定时的端子电压的阈值，将所述至少2个端子电压的每一个端子电压与对应的所述阈值进行比较，从而判断所述排出动作的异常。

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