(57)【要約】【課題】複雑な装置、センサ等を必要とすることなく潤滑剤の劣化を検出可能な潤滑剤劣化検出装置を提供する。【解決手段】潤滑剤劣化検出装置１は、回転軸１１を保持し、内部に潤滑剤２２が封入された軸受部１６に設けられ、前記軸受部の熱流速を検出可能な熱流センサ１２と、前記回転軸の回転速度を検出可能な回転センサ１４と、前記熱流センサ及び前記回転センサからの検出信号を受信可能に接続された判定部１０と、を備え、前記判定部は、前記回転センサから受信した前記回転軸の回転速度から前記回転軸の加速度を算出し、前記熱流センサから受信した前記軸受部の熱流速から前記回転軸の加速時の熱流速変化量を算出し、これを複数回実施した後、この加速度−熱流速変化量プロットを一次式で近似した直線の傾きを求め、あらかじめ準備した判定基準値と前記傾きとを比較することにより、前記潤滑剤の劣化の程度を判定する。【選択図】図１
2020020385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（１１）を保持し、内部に潤滑剤（２２）が封入された軸受部（１６）に設けられ、前記軸受部の熱流速を検出可能な熱流センサ（１２）と、
前記回転軸の回転速度を検出可能な回転センサ（１４）と、
前記熱流センサ及び前記回転センサからの検出信号を受信可能に接続された判定部（１０）と、を備え、
前記判定部は、前記回転センサから受信した前記回転軸の回転速度から前記回転軸の加速度を算出し、前記熱流センサから受信した前記軸受部の熱流速から前記回転軸の加速時の熱流速変化量を算出し、これを複数回実施した後、この加速度−熱流速変化量プロットを一次式で近似した直線の傾きを求め、あらかじめ設定された判定基準値と前記傾きとを比較することにより、前記潤滑剤の劣化の程度を判定する、潤滑剤劣化検出装置。
【請求項２】
前記判定基準値は、前記潤滑剤の劣化の程度に応じた複数の判定基準値である請求項１に記載の潤滑剤劣化検出装置。
【請求項３】
前記判定基準値は、前記潤滑剤の劣化が軽度な場合に対応する第１判定基準値と、前記潤滑剤の劣化の程度が重度の場合に対応する第２判定基準値である請求項１に記載の潤滑剤劣化検出装置。
【請求項４】
前期判定基準値は、軸受の使用開始直後もしくは交換直後の加速度−熱流速変化量プロットを基準にして算出される請求項１に記載の潤滑剤劣化検出装置。
【請求項５】
前記潤滑剤の劣化の程度に応じて異なる処置を実施する請求項２から４の何れか一項に記載の潤滑剤劣化検出装置。
【請求項６】
前記熱流センサは柔軟性を備えており、前記軸受部に巻き付けて設置が可能な請求項１から５の何れか一項に記載の潤滑剤劣化検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑剤劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受の異常検出は、振動の変化、温度の上昇等を検出して判断する手法が一般的である（特許文献１）。軸受のボールやローラの劣化、異物の混入等はこの方法で検出可能であるが、軸受の潤滑剤の劣化は、振動、温度では検出が困難である。
【０００３】
異常な負荷がかかっていない、もしくは外部からの異物の混入がない場合、軸受の不具合は、まず潤滑剤の劣化があり、それに伴い軸受の内外輪、ボール、ローラの劣化、そこからの異物、例えば削粉の発生に至る。
【０００４】
潤滑剤の供給、回収装置がある場合は、回収タンクで抵抗率、誘電率、静電容量、光の透過率を測定する方法があるが（特許文献２、特許文献３、特許文献４）、装置が複雑であり、かつ軸受に封入された潤滑剤での測定は困難である。例えば特許文献１には、軸受に封入された潤滑剤の劣化を検出する手法が記載されているが、複雑な機構のセンサを使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１９２７６９号公報
【特許文献２】特開２０１７−３２３５２号公報
【特許文献３】特開２０１７−１９１０６２号公報
【特許文献４】特開２０１７−２１５２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複雑な装置、センサ等を必要とすることなく潤滑剤の劣化を検出可能な潤滑剤劣化検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様による潤滑剤劣化検出装置は、回転軸１１を保持し、内部に潤滑剤２２が封入された軸受部１６に設けられ、前記軸受部の熱流速を検出可能な熱流センサ１２と、前記回転軸の回転速度を検出可能な回転センサ１４と、前記熱流センサ及び前記回転センサからの検出信号を受信可能に接続された判定部１０と、を備え、前記判定部は、前記回転センサから受信した前記回転軸の回転速度から前記回転軸の加速度を算出し、前記熱流センサから受信した前記軸受部の熱流速から前記回転軸の加速時の熱流速変化量を算出し、これを複数回実施した後、この加速度−熱流速変化量プロットを一次式で近似した直線の傾きを求め、あらかじめ準備した判定基準値と前記傾きとを比較することにより、前記潤滑剤の劣化の程度を判定する。
【０００８】
この構成によれば、軸受部１６に封入された潤滑剤２２を外部に取り出すことなくその劣化の程度を検出する有効な手段を提供することができる。また、潤滑剤２２を外部に取り出したり、複雑な機構のセンサや装置を使用したりすることによって潤滑剤２２の劣化を判定する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置の概略構成を示すブロック図
【図２】熱流センサの概略構成を示す一部透視平面図
【図３】熱流センサの概略構成を示す縦断面図
【図４】潤滑剤劣化検出装置における判定処理の概要を示すフロー図
【図５】回転体速度と熱流速の関係の概略を示すグラフ
【図６】潤滑剤の劣化判定方法の概略を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施形態について図面を参照して説明する。以下の説明において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。また、参照される図面は模式的なものであり、描かれる構成の寸法関係や比率等は現実のものとは必ずしも一致するわけではない。
【００１１】
実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置１は、熱流速を検出する熱流センサ１２を用いて、回転軸１１の回転加速時の熱流速変化量から軸受潤滑剤の劣化を検出するものである。
【００１２】
図１から図３に示すように、実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置１は、判定部１０、熱流センサ１２、回転センサ１４を備えている。なお、図１において、回転軸１１及び軸受部１６については断面図で示されている。判定部１０、熱流センサ１２、及び回転センサ１４は、有線もしくは無線の通信手段２０により接続されている。通信手段２０により、判定部１０と熱流センサ１２及び回転センサ１４は、熱流センサ１２及び回転センサ１４からの検出信号を受信可能に接続されている。
【００１３】
判定部１０は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏなどを備えて構成されたプロセッサである。判定部１０において、例えば、ＲＯＭに格納されたプログラムが実行されることにより、熱流センサ１２、及び回転センサ１４から取得した熱流速、及び回転数のデータを処理して、潤滑剤の劣化の有無の判定を実施する。
【００１４】
軸受部１６は、例えば、球状のボール１６ａ、ボール１６ａを可動可能に挟持する外軸受部１６ｂ及び内軸受部１６ｃにより構成されるボール転がり軸受である。ボール１６ａと外軸受部１６ｂ及び内軸受部１６ｃとの間すなわち軸受部１６の内部には液体又はジェル状の潤滑剤２２が封入されている。
【００１５】
実施形態において、軸受部１６は、玉軸受を例示して説明したがこれに限定する意図はない。軸受部１６は潤滑剤２２が使用されるものであればどのような軸受でも適用可能である。軸受としては、玉軸受、円筒ころ軸受等の転がり軸受、メタル、平軸受などと呼ばれるすべり軸受等の種々の軸受を用いることができる。
【００１６】
熱流センサ１２は回転軸１１を回転自在に保持する軸受部１６に設置されている。熱流センサ１２は、軸受部１６の熱の移動を電気的に検知して熱流速を測定する。熱流センサ１２によって測定された熱流速は時系列順に判定部１０に送信される。
【００１７】
回転軸１１には、回転センサ１４が設置されている。回転センサ１４は回転軸１１の回転数を測定する。回転センサ１４により検出された回転軸１１の回転速度信号は、時系列順に判定部１０に送信される。回転速度信号を受信した判定部１０は、時系列順に回転速度信号を記憶する。判定部１０は、回転速度信号を演算することにより、回転軸１１の回転の加速度を算出する。
【００１８】
熱流センサ１２及び回転センサ１４と、判定部１０との間に、検出した熱流速信号を増幅させるアンプ１８を配置してもよい。アンプ１８により、熱流センサ１２及び回転センサ１４によって検出された信号が増幅されて判定部１０に送信されるため、後述する潤滑剤２２の劣化の検出感度を向上させることができる。
【００１９】
熱流速及び回転数を受信した判定部１０は、上述のように、時系列順の熱流速及び回転数を記憶する。また、判定部１０は時系列順に記憶した熱流速及び回転数を演算して、回転軸１１の加速時の熱流速の極大値を検出し、図５に示すように、極大値を得た点を測定点Ｍとする。
【００２０】
判定部１０は、加速直前の熱流速と、測定点Ｍにおける極大値の熱流速との差を計算して熱流速変化量を計算する。判定部１０は、測定点Ｍにおける加速度と、熱流速変化量を記憶する。図５中に、測定点Ｍと、測定点Ｍにおける加速度との対応を破線で示し、測定点Ｍにおける熱流束変化量をΔＱとして示している。
【００２１】
回転軸１１の回転加速時には、回転軸１１の回転加速時に必要なエネルギーが増大するため、熱量が増加するが、この熱量の増加を熱電対等の温度計測機器により検出することは、周囲温度等の影響で困難である。しかし、熱流速の変化量は、周囲温度とは関係ないので、熱流センサ１２を用いれば、軸受部１６における熱量の増加を熱流速として検出することができる。
【００２２】
ここで、熱流センサ１２の構成について、図２、図３を参照しながら説明する。図３において上側を表面側、下側を裏面側とする。図２は図３の矢印Ｂ方向から見た平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った箇所の縦断面図である。
【００２３】
熱流センサ１２は、図３に示すように、絶縁基材４０、絶縁基材４０の裏面側に配置される裏面保護部材４２、及び絶縁基材４０の表面側に配置される表面保護部材４４を備えている。絶縁基材４０は、例えば熱可塑性樹脂からなるフィルムにより構成されており、柔軟性、可撓性を備えている。
【００２４】
絶縁基材４０は、絶縁基材４０の表裏を貫通するように設けられた複数の第１ホール４０１及び第２ホール４０２を備えている。第１ホール４０１には、第１熱電変換部材４６が絶縁基材４０の表裏を横断するように埋設されている。第２ホール４０２には、第２熱電変換部材４８が絶縁基材４０の表裏を横断するように埋設されている。絶遠基材４０には、第１熱電変換部材４６と第２熱電変換部材４８とが交互に隣接して図２に示す線Ｌに沿って配列されている。
【００２５】
裏面保護部材４２は、例えば熱可塑性樹脂からなるフィルムにより構成されており、柔軟性、可撓性を備えている。裏面保護部材４２は、絶縁基材４０の裏面４０３に設けられている。絶縁基材４０の裏面４０３と裏面保護部材４２の絶縁基材４０側の面４２１との間には、パターニングされた銅薄膜により形成された第１配線４０５が設けられている。隣接する第１熱電変換部材４６と第２熱電変換部材４８とは絶縁基材４０の裏面４０３側において、第１配線４０５により電気的に接続されている。
【００２６】
表面保護部材４４は、例えば熱可塑性樹脂からなるフィルムにより構成されており、柔軟性、可撓性を備えている。表面保護部材４４は、絶縁基材４０と略同じ大きさを有している。表面保護部材４４は、絶縁基材４０の表面４０４に設けられている。絶縁基材４０の表面４０４と表面保護部材４４の絶縁基材４０側の基材表面４４１との間には、パターニングされた銅薄膜により形成された複数の第２配線４０６が設けられている。隣接する第１熱電変換部材４６と第２熱電変換部材４８とは、絶縁基材４０の表面４０４側において、第２配線４０６により電気的に接続されている。
【００２７】
第１熱電変換部材４６及び第２熱電変換部材４８は、例えば半導体や金属により構成された熱電材料により形成されている。実施形態においては、第１熱電変換部材４６は、例えば、ｐ型熱電材料であるＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ系金属化合物により構成されており、第２熱電変換部材４８は、例えば、ｎ型熱電材料であるＢｉ−Ｔｅ系金属化合物により構成されている。第１熱電変換部材４６と第２熱電変換部材４８とは、第１配線４０５及び第２配線４０６によって表裏で交互に連続して接続されており、これにより熱電モジュール部１２ａを構成している。
【００２８】
このように、熱流センサ１２の熱電モジュール部１２ａは、交互に直列に接続されたｎ型とｐ型の熱電材料からなる熱電変換部材４６及び４８から構成されている。ｎ型の熱電材料は電子を電荷チャリアとして、負のゼーベック係数を示す。ｐ型の熱電材料はホールを電荷キャリアとして、正のゼーベック係数を示す。熱流センサ１２の表裏を横断するような温度勾配が存在する場合、第１熱電変換部材４６及び第２熱電変換部材４８の高温側で発生したキャリアが低温側に拡散することによって熱電位差が発生する。熱流センサ１２は、このようにして発生した熱起電力を測定することにより、熱流速を検出する。
【００２９】
図２及び図３に示すように、一つの熱流センサ１２は、交互に配置された複数の第１熱電変換部材４６及び第２熱電変換部材４８が、第１配線４０５及び第２配線４０６により直列に接続され、図２に示す線Ｌで示すように全体として蛇行するよう形成されており、その両端に端子４６１、４８１が接続されて構成されている。
【００３０】
図３に示すように、複数の第１熱電変換部材４６のうちの端部に位置する第１熱電変換部材４６０は、端子４６１と電気的に接続されている。また、複数の第２熱電変換部材４８のうちの端部に位置する第２熱電変換部材４８は、端子４８１と電気的に接続されている。端子４６１、及び４８１は、表面保護部材４４に設けられた開口４４２を介して外部に露出している。
【００３１】
端子４６１は、接続バンプ４６２を介して出力線４６３と電気的に接続されている。端子４８１は、接続バンプ４８２を介して出力線４８３と電気的に接続されている。出力線４６３、４８３は、判定部１０と電気的に接続されている。以上のようにして熱流センサ１２が構成されている。
【００３２】
熱流センサ１２では、熱流センサ１２の厚さ方向すなわち、図３の裏面保護部材４２から表面保護部材４４に向かう方向に流れる熱量の大きさすなわち熱流速が変化すると、交互に直列接続された第１熱電変換部材４６及び第２熱電変換部材４８において発生する起電圧が変化する。熱流センサ１２において、この電圧が、出力線４６３、４８３を介して検出信号として判定部１０に出力され、熱流速として検出される。
【００３３】
上記に説明した熱流センサ１２の絶縁基材４０、裏面保護部材４２、表面保護部材４４等は、樹脂からなるフィルムにより構成されているため、全体として柔軟性、可撓性を備えている。これにより、熱流センサ１２を湾曲させて軸受部１６の外形に沿うようにして巻き付けることが可能である。熱流センサ１２を軸受部１６に巻き付けて設置すれば、軸受部１６と熱流センサ１２とを密着性良好に配置可能であり、接触面積を増加させ、軸受部１６の熱流速を効率的に検出することが可能となる。
【００３４】
ここで、軸受部１６の潤滑剤２２が劣化すると、回転軸１１の回転加速時に必要なエネルギーが増大し、軸受部１６から流出する熱量が増加する。そこで、熱流センサ１２を用いて軸受部１６における熱量の増加を熱流速としてモニターすれば、熱流速の増加により潤滑剤２２の劣化を検出可能となる。
次に、潤滑剤劣化検出装置１における潤滑剤２２の劣化の判定処理について説明する。
【００３５】
まず、判定部１０は、回転軸１１が加速中であるか否かを検知する（Ｓ１）。回転軸１１が加速中であるか否かは、回転センサ１４から送信される回転軸１１の速度の変化により判定する。回転軸１１が加速中でなければ（Ｓ１：ＮＯ）、回転軸１１が加速中か否かの判定に戻る（Ｓ１）。回転軸１１が加速中であれば（Ｓ１：ＹＥＳ）、判定部１０は、回転センサ１４から送信される回転軸１１の速度信号により加速度を計算する（Ｓ２）。
【００３６】
次に、判定部１０は、熱流センサ１２から受信した熱流速をモニターすることにより、軸受部１６における熱流速変化量を検出する（Ｓ３）。そして、図５に示すように、回転軸１１の回転加速前の熱流速と、加速時の熱流速の極大値との差を熱流速変化量として検出し、この時の加速度と熱流速変化量を記憶する（Ｓ４）。この処理を様々な加速度において複数回実施し、複数の加速度と熱流速変化量を記憶する。
【００３７】
このデータ数が、ｎ個に達しない場合は（Ｓ５：ＮＯ）、回転軸１１が加速中か否かの判定に戻る（Ｓ１）。このデータ数が、ｎ個に達したら（Ｓ５：ＹＥＳ）、図６に示すように、回転軸１１の回転の加速度−熱流速変化量プロットを行い、これを一次式で近似した直線の傾きを算出する（Ｓ６）。この傾きが大きいほど、加速度に対する軸受部１６における熱流速が大きいことを意味し、従って、潤滑剤２２の劣化が大きいことを示すことになる。ｎは、この加速度−熱流速変化量のプロットについて一次式近似を実施するために十分な数として、あらかじめ設定されたものである。
【００３８】
次に、求めた傾きと、あらかじめ準備された判定基準値とを比較することにより、潤滑剤２２の劣化を判定する。ここでは、傾き≦判定基準値の場合は（Ｓ７：ＮＯ）、異常なしとして終了する。また、傾き＞判定基準値であれば（Ｓ７：ＹＥＳ）、異常あり、すなわち潤滑剤２２が劣化したと判定して、異常時の処置を実施する（Ｓ８）。このようにして、潤滑剤２２の劣化の判定が実施される。この判定処理は判定部１０が実施する。
【００３９】
Ｓ８における異常処置としては、潤滑剤２２の劣化の状態が軽微な場合は例えば「警告」の表示等を実施し、潤滑剤２２の劣化の程度が大きい場合は例えば「設備停止」の処置等を実施する。
【００４０】
潤滑剤２２の劣化の程度の大小の判定は例えば、以下のようにして行うことができる。図６に示すように、小さい傾きを有する判定基準値を第１判定基準値として、軽度な劣化に対応した判定基準値として設定しておき、プロットした傾き＞第１判定基準値の場合は、軽度な劣化あり、と判定する。この場合は、軽度の劣化の場合に対応する「警告」を表示する等の異常処置を実施する。第１判定基準値と第２判定基準値は、潤滑剤２２の劣化の程度に応じてあらかじめ設定しておく。
【００４１】
また、図６に示すように、さらに大きい傾きを有する判定基準値を第２判定基準値として、大きな劣化すなわち重度の劣化に対応した判定基準として設定しておき、プロットした傾き＞第２判定基準値の場合は、重度の劣化ありと判定する。この場合は、重度の劣化の場合に対応する「設備停止」の実施等の異常処置を実施する。このように、Ｓ８における異常処置の内容を潤滑剤２２の劣化の程度に応じて異なる処置を実施するようにしてもよい。
【００４２】
上記説明では、潤滑剤２２に劣化の程度に応じて、「警告」の表示、「設備停止」の二つの異常処置を例示して説明したが、これに限定されない。また、上記説明では、第１判定基準値と第２判定基準値の二つの判定基準値を例示して説明したがこれに限定されない。潤滑剤２２の劣化の程度に応じた複数の判定基準値を用いて潤滑剤２２の劣化の程度を判定することもできる。また、上記の処理は、装置の使用頻度や潤滑剤２２の耐久性にもよるが、例えば、一日に１回、週に１回、月に１回程度の頻度で実施される。
【００４３】
また判定基準値は、たとえば軸受の使用開始直後もしくは交換直後の加速度−熱流速変化量プロットを基準にして、そのｘ倍を第１判定基準値、ｙ倍を第２判定基準値(ｘ＜ｙ)というように設定する。
【００４４】
以上に説明した潤滑剤劣化検出装置１によれば、以下の効果を奏する。
実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置１によれば、軸受部１６に巻き付ける等して配置された熱流センサ１２により、軸受部１６の熱流速をモニターするようにしたため、軸受部１６に封入された潤滑剤２２を外部に取り出すことなくその劣化の程度を検出する有効な手段を提供することができる。また、実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置１によれば、潤滑剤２２を外部に取り出したり、複雑な機構のセンサや装置を使用したりすることによって潤滑剤２２の劣化を判定する必要がなくなるため、比較的簡易な装置構成とすることができ、コストを削減することができる。
【００４５】
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００４６】
１…潤滑剤劣化検出装置、１０…制御部、１１…回転軸、１２…熱流センサ、１４…回転センサ、１６…軸受部、２２…潤滑剤
【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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