(57)【要約】【課題】減速機内の軸受の寿命を精度よく予測できる遠心分離機を提供する。【解決手段】遠心分離機内の減速機は、入力軸と、回転ボウルと同軸に連結される筒状の枠体と、枠体内に収容され入力軸の回転を減速する減速機構と、スクリューコンベアと連結され、減速機構により減速された回転を取り出す出力軸と、複数の軸受とを含む。遠心分離機内の軸受寿命判断装置５３は、回転ボウルを回転する主モータの回転数に基づいて、減速機内の軸受に掛かる遠心力を求める。さらに、求められた遠心力と、入力軸を回転する差速モータの出力とに基づいて、軸受に掛かる荷重を求める。軸受寿命判断装置５３は、求められた荷重に基づいて軸受の寿命時間を求め、求められた寿命時間に基づいて、軸受の交換時期を判断する。【選択図】図４
2010036124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の回転ボウルと、
入力軸と、前記回転ボウルと同軸に連結される筒状の枠体と、前記枠体内に収容され、前記入力軸の回転を減速する減速機構と、前記減速機構により減速された回転を取り出す出力部材と、複数の軸受とを含む減速機と、
前記減速機の出力部材と連結され、前記回転ボウル内に配設されるスクリューコンベアと、
前記回転ボウルを回転させる主モータと、
前記減速機の入力軸を回転させる差速モータと、
軸受寿命判断装置とを備え、
前記軸受寿命判断装置は、
前記主モータの回転数に基づいて前記軸受に掛かる遠心力を求める遠心力決定手段と、
前記求められた遠心力と前記差速モータの出力とに基づいて、前記軸受に掛かる荷重を求める荷重決定手段と、
前記求められた荷重に基づいて前記軸受の寿命を求める寿命決定手段と、
前記求められた寿命に基づいて、前記軸受の交換時期を判断する判断手段とを備えることを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
請求項１に記載の遠心分離機であって、
前記荷重決定手段は、前記所定期間ごとに前記差速モータの出力を取得して前記荷重を求め、
前記寿命決定手段は、前記荷重が求められるごとに前記軸受の寿命を求め、
前記判断手段は、
前記求められた寿命に基づいて、前記所定期間ごとの前記軸受の疲労度を求め、前記求められた疲労度の累積値が基準値を超えるか否かを判断することを特徴とする遠心分離機。
【請求項３】
請求項２に記載の遠心分離機であって、
前記軸受寿命判断装置はさらに、
前記複数の軸受のうちのいずれかの疲労度の累積値が基準値を超えたときに通知する通知手段を備えることを特徴とする遠心分離機。
【請求項４】
筒状の回転ボウルと、前記回転ボウルと同軸に連結される筒状の枠体、前記枠体内に収容され入力軸の回転を減速する減速機構、前記減速機構により減速された回転を取り出す出力部材及び複数の軸受を含む減速機と、前記減速機の出力部材と連結され、前記回転ボウル内に配設されるスクリューコンベアと、前記回転ボウルを回転させる主モータと、前記減速機の入力軸を回転させる差速モータとを備える遠心分離機に用いられる軸受寿命判断装置であって、
前記主モータの回転数に基づいて、前記軸受に掛かる遠心力を求める遠心力決定手段と、
前記遠心力と前記差速モータの出力とに基づいて、前記軸受に掛かる荷重を求める荷重決定手段と、
前記求められた荷重に基づいて前記軸受の寿命を求める寿命決定手段と、
前記求められた寿命に基づいて、前記軸受の交換時期を判断する判断手段とを備えることを特徴とする軸受寿命判断装置。
【請求項５】
請求項４に記載の軸受寿命判断装置であって、
前記荷重決定手段は、前記所定期間ごとに前記差速モータの出力を取得して前記荷重を求め、
前記寿命決定手段は、前記荷重が求められるごとに前記軸受の寿命を求め、
前記判断手段は、
前記求められた寿命に基づいて、前記所定期間ごとの前記軸受の疲労度を求め、前記疲労進行度の累積値が基準値を超えるか否かを判断することを特徴とする軸受寿命判断装置。
【請求項６】
請求項５に記載の軸受寿命判断装置であってさらに、
前記複数の軸受のうちのいずれかの疲労度の累積値が基準値を超えたときに通知する通知手段を備えることを特徴とする軸受寿命判断装置。
【請求項７】
筒状の回転ボウルと、前記回転ボウルと同軸に連結される筒状の枠体、前記枠体内に収容され入力軸の回転を減速する減速機構、前記減速機構により減速された回転を取り出す出力部材及び複数の軸受を含む減速機と、前記減速機の出力部材と連結され、前記回転ボウル内に配設されるスクリューコンベアと、前記回転ボウルを回転させる主モータと、前記減速機の入力軸を回転させる差速モータとを備える遠心分離機に実装されるコンピュータに、
前記主モータの回転数に基づいて前記軸受に掛かる遠心力を求めるステップと、
前記求められた遠心力と前記差速モータの出力とに基づいて、前記軸受に掛かる荷重を求めるステップと、
前記求められた荷重に基づいて前記軸受の寿命を求めるステップと、
前記求められた寿命に基づいて、前記軸受の交換時期を判断するステップとを実行させる軸受寿命判断プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心分離機及びそれに用いられる軸受寿命判断装置に関し、さらに詳しくは、原液スラリーを固形分と液体とに分離する遠心分離機及びそれに用いられる軸受寿命判断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
採石処理や下水処理、土木作業等により発生する排水（原液スラリー）は、遠心分離機により固形分と液体とに分離され、処理される。
【０００３】
遠心分離機は、たとえば、特開２００３−３２６１９５号公報に開示されているように、上下方向に軸を有する筒状の回転ボウルと、回転ボウル内に同軸に配設され、回転ボウルの回転速度と異なる回転速度で回転するスクリューコンベアとを備える。そして、回転ボウルの高速回転により生じる遠心力により、回転ボウル内で原液スラリーを固形分と液体とに分離する。分離された液体は、回転ボウルの内面を伝って回転ボウルの上方に移動し、回転ボウルの上端に形成された排出口から外部に排出される。また、分離された固形分は、スクリューコンベアにより回転ボウルの下方に搬送され、回転ボウルの下端に形成された排出口から排出される。排出口を含む回転ボウルの下端部は、筒状の排出ジャケットに囲繞されている。排出ジャケットの下端は開口しており、排出口から排出された固形分は、排出ジャケットの開口部から外部に排出される。
【０００４】
遠心分離機では、上述のとおり回転ボウルの回転数とスクリューコンベアの回転数とに差を設けるために、減速機が用いられる。減速機は、回転ボウルの端部に配設され、回転ボウルと所定の回転数差（以下、差速という）を与えながらスクリューコンベアを回転する。減速機により差速が調整されることで、分離された固形分の下方への搬送速度が変更される。
【０００５】
減速機には複数の軸受が利用されていが、これらの軸受は消耗品である。材料疲労等により軸受に寿命が来れば、減速機の稼働が不安定となり、遠心分離機の故障原因となる。したがって、寿命が来る前に、減速機内の軸受を交換できるようにするのが好ましい。
【特許文献１】特開２００３−３２６１９５号公報
【特許文献２】特開平１１−２３７３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、減速機内の軸受の寿命を精度よく予測できる遠心分離機を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明による遠心分離機は、筒状の回転ボウルと、減速機と、スクリューコンベアと、主モータと、差速モータと、軸受寿命判断装置とを備える。減速機は、入力軸と、回転ボウルと同軸に連結される筒状の枠体と、減速機構と、出力部材とを備える。減速機構は、枠体内に収容され、入力軸の回転を減速する。出力部材は、減速機構により減速された回転を取り出す。減速機はさらに、複数の軸受を備える。スクリューコンベアは、減速機の出力部材と連結され、回転ボウル内に配設される。主モータは、回転ボウルを回転させる。差速モータは、減速機の入力軸を回転させる。軸受寿命判断装置は、遠心力決定手段と、荷重決定手段と、寿命決定手段と、判断手段とを備える。遠心力決定手段は、少なくとも主モータの回転数に基づいて軸受に掛かる遠心力を求める。荷重決定手段は、求められた遠心力と差速モータの出力とに基づいて、軸受に掛かる荷重を求める。寿命決定手段は、求められた荷重に基づいて軸受の寿命を求める。判断手段は、求められた寿命に基づいて、軸受の交換時期を判断する。
【０００８】
一般的に、減速機はその枠体が固定されて使用される。しかしながら、遠心分離機に用いられる減速機は、その枠体が回転ボウルと連結されるため、減速機自体が回転ボウルとともに回転するという通常とは異なる使用のされ方をする。そのため、遠心分離機に用いられる減速機内の軸受には遠心力が掛かる。そこで、本発明による遠心分離機では、主モータの回転数に基づいて軸受に掛かる遠心力を求め、遠心力も考慮して軸受に掛かる荷重を求める。そして、求められた荷重に基づいて軸受の寿命を決定する。そのため、遠心分離機に用いられる減速機内の軸受の寿命を精度よく予測でき、決定された寿命に基づいて軸受の交換時期を精度よく判断できる。
【０００９】
好ましくは、荷重決定手段は、所定期間ごとに差速モータの出力を取得して前記荷重を求める。寿命決定手段は、荷重が求められるごとに軸受の寿命を求める。判断手段は、求められた寿命に基づいて、所定期間ごとの軸受の疲労進行度を求め、求められた疲労進行度の累積値が基準値を超えるか否かを判断する。
【００１０】
遠心分離機は、廃液スラリーから分離された固形分の密度等により、スクリューコンベアの回転数を調整する。そのため、差速モータの出力は一定ではなく、変化する。本発明による遠心分離機は、所定時間ごとの差速モータの出力を取得して荷重を求め、それにより寿命を求める。そして、求められた寿命に基づいて所定期間ごとの軸受の疲労度を求め、疲労度の累積値により軸受の交換時期を判断する。そのため、軸受の寿命をより精度よく判断できる。
【００１１】
好ましくは、軸受寿命判断装置はさらに、通知手段を備える。通知手段は、複数の軸受のうちのいずれかの疲労度の累積値が基準値を超えたときに通知する。
【００１２】
この場合、減速機に用いられる複数の軸受のうち一番寿命が短い軸受の交換時期を知ることができる。
【００１３】
本発明による軸受寿命判断装置は、上述の遠心分離機に用いられる。また、本発明による軸受寿命判断プログラムは、上述の遠心分離機に実装されるコンピュータに上述の手段を実現させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１５】
［全体構成］
図１及び図２を参照して、本実施の形態による遠心分離機１は、ハウジング２と、ハウジング２に支持された本体３と、主モータ４と差速モータ５とを備える。
【００１６】
本体３は上下方向の軸心を有し、ハウジング２の中央部に配設される。本体３は、回転ボウル６と、スクリューコンベア７と、減速機８と、フィードチューブ９と、ジャケット１０とを備える。
【００１７】
回転ボウル６は、上下方向に軸心を有する筒体であり、軸心を中心に周方向に回転可能に支持される。回転ボウル６は、供給された原液スラリーを液体と固形分に分離する役割を有する。回転ボウル６の中央から下方部分の内径は、下端に向かうにしたがって徐々に小さくなる。これにより、遠心分離された液体が下方に移動するのを防止する。
【００１８】
回転ボウル６の上端には、プーリ６１が回転ボウル６の軸心と同軸に配設される。プーリ６１は、図示しないベルトを介して主モータ４のプーリ４１と連結される。主モータ４は、ハウジング２の上端縁２１に配設される。主モータ４の駆動軸は上方を向き、プーリ４１が取り付けられている。主モータ４は、ベルトを介して回転ボウル６を周方向に回転する。
【００１９】
スクリューコンベア７は、回転ボウル６の内部に回転ボウル６と同軸に配設される。スクリューコンベア７は、回転ボウル６により分離された固形分を回転ボウル６の下方に搬送する役割を有する。スクリューコンベア７は、回転ボウル６内に回転ボウル６と同軸に配設される筒状のスクリュー軸体７１と、スクリュー軸体７１の表面上に立設されるスクリュー羽根７２と、スクリュー連結部７５とを備える。スクリュー軸体７１は筒状であり、上端と下端との間の中間部分に開口（以下、供給口という）７３が形成されている。スクリュー羽根７２は、スクリュー軸体７１の軸心方向に対して螺旋状に延びている。スクリュー羽根７２は、回転ボウル６内壁に付着した固形分を掻き取る。スクリュー連結部７５の上端はスクリュー軸体７１と連結され、下端は減速機８と連結される。
【００２０】
回転ボウル６の下端には、減速機８が連結される。減速軸の出力部材（低速軸）はスクリューコンベア７と結合され、入力軸（高速軸）にはプーリ８０が取り付けられる。差速モータ５は、駆動軸が下向きになるように、ハウジング２の下端縁２２に配設され、その駆動軸にはプーリ４２が取り付けられる。プーリ４２は図示しないベルトを介してプーリ８０と連結される。要するに、減速機８の入力軸は、差速モータの駆動軸と連結される。差速モータ５は、減速機８を介してスクリューコンベア７を回転させる。このとき、スクリューコンベア７は、減速機８により、回転ボウル６と所定の回転速度差を保って回転する。具体的には、スクリューコンベア７は、回転ボウル６よりも若干遅く回転する。これにより、スクリューコンベア７は、固形分を下方に搬送できる。
【００２１】
回転ボウル６の下部側面６０には、複数の排出口６２が周方向に所定の間隔で形成されている。スクリューコンベア７により下方に搬送された固形分は、遠心力により、排出口６２から排出される。
【００２２】
フィードチューブ９は金属管からなり、スクリュー軸体７１と同軸に配設される。フィードチューブ９は、本体３の上方からスクリュー軸体７１内に挿入されており、フィードチューブ９の下端９１は、スクリュー軸体７１の上端及び下端の間の中央部分、つまり、供給口７３が形成されている位置に配置される。縦型遠心分離機１が駆動するとき、原液スラリーは、フィードチューブ９を通って供給口７３から回転ボウル６内部に供給される。
【００２３】
ジャケット１０は、回転ボウル６を囲繞する円筒状の筐体である。ジャケット１０は、回転ボウル６のボウル下端部６０以外を囲繞する上部ジャケット１００と、排出口６２が形成された下部側面６０を囲繞する排出ジャケット１０１とを含む。排出ジャケット１０１は、排出口６２から排出された固形分が縦型遠心分離機１周辺に飛散するのを防止する。
【００２４】
［減速機の構成］
減速機８は、周知の減速機である。図３を参照して、減速機８は、枠体８１と、複数の外ピン８３と、２枚の外歯歯車８２と、３つの偏心軸８４と、入力軸である入力軸歯車８６と、３つの偏心軸歯車８７と、出力部材である出力側フランジ８５と、入力側フランジ８８と、４つの軸受Ｂ１〜Ｂ４を備える。複数の外ピン８３、外歯歯車８２、偏心軸８４及び偏心軸歯車８７は、減速機構を構成する。
【００２５】
枠体８１は円筒状である。複数の外ピン８３は、枠体８１の内周面の周方向に配設される。外歯歯車８２は、複数のピン８３と噛合する。外歯歯車８２はエピトロコイド歯形の複数の外歯を有する。外歯歯車８２の外径は枠体８１の内径よりもわずかに小さく、外歯歯車８２の歯数は外ピン８３の数よりも少ない。
【００２６】
３つの偏心軸８４は外歯歯車８２の円周方向に等間隔（１２０°おき）に配設される。図３中には１つの偏心軸８４のみ図示されている。偏心軸８４は、軸受Ｂ１及びＢ２を介して外歯歯車８２と嵌合する。偏心軸８４は、外歯歯車８２が枠体８１の中心軸に対して所定の偏心量で公転運動できるよう、外歯歯車８２を支持する。入力側フランジ８８及び出力側フランジ８５は一体的に結合されてキャリアを構成し、軸受Ｂ３及びＢ４を介して偏心軸８４の両端を回転自在に支持する。上述のとおり、軸受Ｂ１及びＢ２は外歯歯車８２に取り付けられ、軸受Ｂ３及びＢ４は入力側フランジ８８及び出力側フランジ８５にそれぞれ取り付けられる。
【００２７】
入力軸歯車８６は、減速機８の中心軸に配設される入力軸（高速軸）であり、その先端に歯車が形成されている。そして、入力軸歯車８６は差速モータ５と連結されており、差速モータ５を駆動することにより回転する。各偏心軸歯車８７は、各偏心軸８４にそれぞれ装着され、入力軸歯車８６と噛合する。入力軸歯車８６の歯数と偏心軸歯車８７の歯数とは異なる。
【００２８】
枠体８１は連結部材６５を介して回転ボウル６と同軸に結合される。そのため、内歯歯車８１は、主モータにより回転する回転ボウル６と同期して回転する。つまり、内歯歯車８１は主モータにより回転する。一方、スクリュー連結部７５は出力側フランジ８５と結合される。つまり、スクリューコンベア７は、出力側フランジ８５と連結される。このとき、スクリューコンベア７の中心軸は減速機８の中心軸と同軸に配設される。
【００２９】
減速機８は、上述の減速機構により、入力軸歯車８６の回転を減速する。そして、出力側フランジ８５が減速された回転を取り出し、スクリューコンベア７に伝達する。詳細は以下のとおりである。枠体８１が回転せずに固定されていると仮定する。このとき、差速モータ５を回転すると、入力軸歯車８６が回転する。入力軸歯車８６と偏心軸歯車８７の歯数の差により、入力軸歯車８６の回転は所定の減速比で偏心軸歯車８７に伝達する。入力軸歯車８６の回転に伴い偏心軸歯車８７も回転するため、偏心軸８４は自転する。偏心軸８４が自転すると、２枚の外歯歯車８２が公転する。このとき、外歯歯車８２の歯数と外ピン８３の歯数とが異なるため、外歯歯車８２は１回の公転につきこの歯数の差に応じた角度だけわずかに自転する。この自転成分（減速された回転）が出力側フランジ８５により取り出され、スクリューコンベア７に伝達する。そして、入力軸歯車８６及び偏心軸歯車８７の歯数の違いと、外ピン８３と外歯歯車８２の歯数の違いとにより減速比が決定される。たとえば、減速機８の減速比が１／２００である場合、入力軸歯車８６が２００ｒｐｍで回転すると、出力側フランジ８５は１ｒｐｍで回転する。
【００３０】
［縦型遠心分離機の動作］
以上の構成を有する縦型遠心分離機１の動作について説明する。縦型遠心分離機１を駆動した時、回転ボウル６及びスクリューコンベア７は、同じ回転方向に高速回転する。このとき、スクリューコンベア７は、減速機８により所定の回転速度差を保ちつつ、回転ボウル６の回転速度よりもわずかに遅い速度で回転する。回転ボウル６及びスクリューコンベア７の回転数は、たとえば、１０００〜４０００ｒｐｍであり、差速は０〜５０ｒｐｍである。つまり、スクリューコンベア７は、回転ボウル６に対してわずかな差速で回転する。
【００３１】
原液スラリーがフィードチューブ９を通って供給口７３から高速回転中の回転ボウル６内に供給されると、原液スラリー内の固形分は、遠心力により、回転ボウル６の内面に付着する。内面に付着した固形分は、螺旋状に形成されたスクリュー羽根７２により掻き取られ、回転ボウル６の下方に搬送される。固形分は、スクリュー羽根７２により下方に搬送される間も脱水され、さらに含水率を低下する。固形分が回転ボウル６の下部側面６０に到達すると、遠心力により排出口６２から外部に排出される。
【００３２】
一方、固形分から分離された液体も、遠心力により回転ボウル６の内面に付着する。しかしながら、分離された液体は比重が軽いため、内径が徐々に小さくなる回転ボウル６の下方には移動せず、遠心力により回転ボウル６の上方に移動する。そして、回転ボウル６の上端に形成された排出口６３（図２参照）に到達すると、排出口６３から分離液排出管６４（図２参照）を通って外部に排出される。
【００３３】
以上のとおり、縦型遠心分離機１は、回転ボウル６により原液スラリーを液体と固形分に分離し、スクリューコンベア７により、固形分を回転ボウル６下方に搬送する。そして、固形分を下部側面６０に形成された排出口６２から外部に排出する。
【００３４】
［減速機の動作］
上述の縦型遠心分離機１内での減速機８の動作について詳述する。減速機８の枠体８１は、回転ボウル６と連結する。そのため枠体が固定される一般的な減速機と異なり、減速機８自体が回転ボウル６と同期して高速回転する。減速機８は、枠体８１の回転数と入力軸歯車８６の回転数との差（相対的な回転数差）に基づいて、スクリューコンベア７を減速回転する。たとえば、枠体８１が主モータ４により２０００ｒｐｍで回転し、入力軸歯車８６が差速モータ５により枠体８１と同じ方向（縦型遠心分離機１の真上から見て時計回りとする）に２０００ｒｐｍで回転するとき、両者の回転数に差はないため、スクリューコンベア７は回転ボウル６と同じ回転速度（２０００ｒｐｍ）で回転する。つまり、スクリューコンベア７と回転ボウル６との間に差速は生じない。
【００３５】
入力軸歯車８６の回転数を２０００ｒｐｍから１８００ｒｐｍに減速したとき、枠体８１と入力軸歯車８６とで回転数に差が生じ、入力軸歯車８６の内歯歯車８１に対する相対速度は、反時計回りに２００ｒｐｍとなる。減速比が１／２００とすると、減速機８の出力軸（低速軸）である出力側フランジ８５の枠体８１に対する回転速度は、反時計回りに１ｒｐｍとなる。したがってこのとき、スクリューコンベア７は時計回りに１９９９ｒｐｍで回転する。スクリューコンベア７と回転ボウル６との間には１ｒｐｍ分の差速が生じるため、固形分はスクリューコンベア７により回転ボウル６の下方に搬送される。固形分の状態に応じて差速モータの出力が調整され、スクリューコンベア７の回転速度が調整される。
以上のとおり、縦型遠心分離機１に用いられる減速機８は、他の装置に用いられる場合と異なり、減速機８自体が高速回転する。そのため、減速機８内部に用いられる軸受Ｂ１〜Ｂ４にはスクリューコンベア７が固形分を搬送することにより与えられる荷重の他に、減速機８自体の高速回転による遠心力が掛かる。そこで、本実施の形態による遠心分離機１は、遠心力も考慮して軸受Ｂ１〜Ｂ４の寿命を判断する。以下、軸受の寿命判断方法について説明する。
【００３６】
［軸受寿命判断装置］
遠心分離機１はさらに、図４に示すように、主モータ回転数測定器１１１と、差速モータ回転数測定器１１２と、差速モータ出力測定器１１３と、軸受寿命判断装置（以下、単に判断装置という）５３とを備える。
【００３７】
主モータ回転数測定器１１１は、主モータ４の回転数（ｒｐｍ）を測定する。差速モータ回転数測定器１１２は、差速モータ５の回転数（ｒｐｍ）を測定する。主モータ回転数測定器１１１及び差速モータ回転数測定器１１２はたとえば、パルスジェネレータやパルスエンコーダである。差速モータ出力測定器１１３は、差速モータ５の出力を測定する。具体的には、差速モータ出力測定器１１１は、差速モータ５の定格トルクを１００％とした場合の出力トルク（％）を測定する。
【００３８】
判断装置５３は、中央演算装置（ＣＰＵ）５４と、メモリ５５と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）５６と、ディスプレイ５７とを備える。ＨＤＤ５６には、軸受寿命を判断するための軸受寿命判断プログラムが格納されており、軸受寿命判断プログラムをメモリ５５にロードしてＣＰＵ５４で実行することにより、以下で説明する軸受寿命判断処理を実行する。なお、判断装置５３は、ＨＤＤ５６を備えなくてもよい。その場合、軸受寿命判断プログラム等のデータはメモリ５５に記憶される。
【００３９】
判断装置５３は、所定期間毎に、各測定器１１１〜１１３からデータを取得する。そして、取得されたデータに基づいて、減速機８内の軸受Ｂ１〜Ｂ４に掛かる遠心力Ｆ１を算出する。そして、算出された遠心力Ｆ１と、差速モータ５の出力とに基づいて、軸受Ｂ１〜Ｂ４に掛かる動等価荷重を求め、寿命（疲労寿命）時間Ｌを算出する。コンピュータ装置５３は、所定時間毎に各軸受Ｂ１〜Ｂ４の寿命時間Ｌを算出し、算出された定格寿命Ｌｈを用いて各軸受Ｂ１〜Ｂ４を交換すべきか否かを判断する。要するに、本実施の形態による判断装置５０は、減速機８が遠心分離機１で使用されるときに掛かる特有の力である遠心力を考慮して、各軸受Ｂ１〜Ｂ４の寿命を予想する。以下、判断装置５３の動作の詳細を説明する。
【００４０】
［動作フロー］
判断装置５３は、遠心分離機１が稼働中に図５に示す軸受寿命判断処理を実行する。図５を参照して、判断装置５３内のＣＰＵ５４は、所定時間の経過を監視する（Ｓ１）。本例では、所定時間を１分とする。１分が経過したとき（Ｓ１でＹＥＳ）、ＣＰＵ５４は、主モータ４の回転数Ｎ４（ｒｐｍ）及び差速モータ５の回転数Ｎ５（ｒｐｍ）を検出する（Ｓ２）。具体的には、回転速度Ｎ４を主モータ回転数測定器１１１に要求して取得し、回転速度Ｎ５を差速モータ回転数測定器１１２に要求して取得する。ＣＰＵ５４はさらに、差速モータ出力測定器１１３に問い合わせて差速モータの出力トルク（％）を取得する（Ｓ３）。
【００４１】
続いて、ＣＰＵ５４は、減速機８内の軸受Ｂ１〜Ｂ４の寿命時間ＬＢ１〜ＬＢ４（ｈｒ）を算出し、軸受Ｂ１〜Ｂ４の交換が必要か否かを判断する（Ｓ４〜Ｓ９）。このとき、ＣＰＵ５４は、減速機８内の複数の軸受Ｂ１〜Ｂ４の各々について、寿命時間ＬＢｉ（ｉ＝１〜４）を求め、交換の必要性を判断する。
【００４２】
ＣＰＵ５４は初めに、カウンタ番号ｉ＝１とし（Ｓ４）、軸受Ｂi＝Ｂ１の寿命ＬＢ１を算出する（Ｓ５）。ＣＰＵ５４は、軸受Ｂ１に掛かる荷重に、減速機８の高速回転により生じる遠心力Ｆ１を加えて、寿命を求める。
【００４３】
ＣＰＵ５４はまず、軸受Ｂ１に掛かる遠心力Ｆ１を求める（Ｓ５１）。軸受Ｂ１は、外歯歯車８２に配設されている。減速機８の軸心を中心としたときの軸受Ｂ１の公転速度ＮＢｉ＝ＮＢ１（ｒｐｍ）は、外歯歯車８２の公転速度と同じであり、出力軸である外側フランジ８５の回転数と近似する。したがって、ＣＰＵ５４は、公転速度ＮＢｉを以下の式（１）で算出する。
ＮＢｉ＝Ｎ４−（Ｎ４−Ｎ５）×減速比  （１）
ここで、Ｎ４は主モータ４の回転数（ｒｐｍ）であり、Ｎ５は差速モータ５の回転数（ｒｐｍ）である。回転速度Ｎ４及びＮ５は、ステップＳ２で取得される。また、減速比は、減速機８で予め設定された値であり、たとえば１／２００である。
【００４４】
なお、上述のとおり、回転ボウル６（または枠体８１）とスクリューコンベア７（または出力側フランジ８５）との差速は非常に小さいため、軸受Ｂ１の公転速度が枠体８１と近似するとして、式（１）の代わりに以下の式（１０）により遠心力Ｆ１を求めてもよい。
ＮＢｉ＝Ｎ４  （１０）
要するに、ＣＰＵ５４は、少なくとも主モータ４の回転数Ｎ４に基づいて、軸受Ｂ１の公転速度ＮＢ１を求める。軸受Ｂ２〜Ｂ４についても同様に、式（１）又は式（１０）により公転速度ＮＢｉを求める。
【００４５】
ＣＰＵ５４は、求められた公転速度ＮＢｉ＝ＮＢ１を用いて、式（２）により、軸受Ｂ１の角速度ω（ｒａｄ／ｓｅｃ）を求める。
ω＝ＮＢｉ×２π／６０  （２）
【００４６】
回転数ＮＢ１及び角速度ωを用いて、軸受Ｂ１に掛かる遠心力Ｆ１（Ｎ）を式（３）により求める。
Ｆ１＝ＭＢｉ×ＲＢｉ×ω２  （３）
ここで、Ｍｂｉは軸受Ｂｉの重量（ｋｇ）であり、ＲＢｉは、減速機８の中心軸からの距離（ｍ）である。外歯歯車８２は減速機８の中心軸の周りを所定の偏心量で偏心運動するため、ＲＢｉは、軸受Ｂｉの中心軸と減速機８の中心軸との間の距離のうちの最大値とする。
【００４７】
次に、ＣＰＵ５４は、軸受Ｂ１に作用する動等価荷重ＰＢｉ＝ＰＢ１を求める（Ｓ５２）。ＣＰＵ５４はまず、スクリューコンベア７に作用するトルクに基づいて、軸受Ｂ１が半径方向（ラジアル方向）に受ける荷重Ｆ２（Ｎ）を算出する。具体的には、ステップＳ３で取得した差速モータ５の出力トルク（差速モータ５の定格トルクに対する比（％））に基づいて、以下の式（４）より荷重Ｆ２（Ｎ）を算出する。
Ｆ２＝差速モータの定格トルク×出力トルク／１００×α  （４）
ここで、αは、差速モータ５の特性に基づいて予め決定される係数である。差速モータ５の定格トルク及び係数αの値は、予めＨＤＤ５６に格納されている。
【００４８】
遠心力Ｆ１及び荷重Ｆ２は、軸受Ｂ１のラジアル方向に掛かる力である。そこで、ＣＰＵ５４は、求められた遠心力Ｆ１及び荷重Ｆ２を用いて、以下の式（５）により軸受Ｂ１に掛かる動等価荷重ＰＢｉ（＝ＰＢ１）（Ｎ）を求める。
ＰＢｉ＝Ｘ×（Ｆ１＋Ｆ２）＋Ｙ×Ｆａ  （５）
式（５）は、軸受の周知の動等価荷重の計算式内に遠心力Ｆ１を加えたものである。ここで、Ｆａは軸受Ｂ１にアキシアル方向に掛かる荷重（アキシアル荷重）（Ｎ）である。本実施の形態では、Ｆａは、実験等から求められた経験値とする。つまり、Ｆａは一定である。アキシアル荷重はラジアル荷重（Ｆ１＋Ｆ２）よりも十分に小さいため、一定として問題がない。なお、軸受Ｂｉにアキシアル荷重が掛からない場合、Ｆａ＝０とする。上述の説明ではＦａを経験値としたが、シミュレート等の計算により求めた計算値をＦａとして用いてもよい。
Ｘはラジアル荷重係数であり、Ｙはアキシアル荷重係数である。Ｘ及びＹは、各軸受Ｂｉに基づいて予め決定される値である。ＨＤＤ５６には、図６に示す軸受テーブルが格納されている。軸受テーブルには、各軸受ＢｉのＸ値、Ｙ値、及びＦａ値が各軸受Ｂ１〜Ｂ４の識別子である軸受ＩＤに対応して登録されている。ＣＰＵ５４は、軸受テーブルから軸受Ｂ１のＸ値、Ｙ値及びＦａ値を読み出し、式（５）により軸受Ｂ１に掛かる動等価荷重ＰＢ１（Ｎ）を求める。
【００４９】
ＣＰＵ５４は、ステップＳ５２により算出された動等価荷重ＰＢ１を用いて、軸受Ｂ１の寿命時間ＬＢｉ＝ＬＢ１（ｈｒ）を求める（Ｓ５３）。ＣＰＵ５４はまず、以下の式（６）により、速度係数ｆｎを求める。
ｆｎ＝（３３．３／ＮＢｉ）１／ｚ  （６）
ここで、Ｚは、軸受の種類（玉軸受、コロ軸受等）に依存する係数であり、軸受Ｂｉの種類により決定される。Ｚは実験等により予め決定された周知の値である。たとえば、軸受Ｂｉが玉軸受のときＺ＝３であり、ころ軸受のときＺ＝１０／３である。各軸受Ｂ１〜Ｂ４のＺ値は、軸受ＩＤに対応してＨＤＤ５６に格納されている。ＮＢｉは式（１）又は式（１０）により算出された軸受Ｂ１の公転速度（ｒｐｍ）である。
【００５０】
続いて、ＣＰＵ５４は、動等価荷重ＰＢ１及び速度係数ｆｎを用いて、式（７）により寿命係数ｆｈを求める。
ｆｈ＝ｆｎ×ＣＢｉ／ＰＢｉ  （７）
ここで、ＣＢｉは軸受Ｂｉの定格荷重（Ｎ）である。各軸受Ｂｉの定格荷重ＣＢｉは、図６に示すように軸受テーブルに記録されている。
【００５１】
判断装置５３内のＨＤＤ５６には、図７に示す寿命テーブルが格納されている。予想寿命テーブルは、軸受ＩＤと、寿命係数ｆｈと、寿命係数ｆｈに対応する寿命時間Ｌとが登録されている。ＣＰＵ５４は、式（７）により求めた寿命係数ｆｈ及び寿命テーブルに基づいて、寿命時間ＬＢｉを求める。なお、式（７）で求めた寿命係数ｆｈと同じ値が寿命テーブルにない場合、ＣＰＵ５４は、寿命テーブル内のｆｈデータのうち、式（７）で求めた寿命係数ｆｈに最も近い２つのデータを用いて、線形補間等の周知の補間方法により、式（７）で求めた寿命係数ｆｈに対応する寿命ＬＢｉを求める。なお、速度係数ｆｎ及び寿命係数ｆｈに基づいて寿命時間ＬＢｉを求める方法自体は周知である。このような方法により求められる寿命時間ＬＢｉはいわゆる疲労寿命である。
【００５２】
寿命ＬＢ１を求めた後、ＣＰＵ５４は、軸受Ｂ１が交換時期に達したか否か、つまり、軸受Ｂ１が寿命に達したか否かを判断する（Ｓ６〜Ｓ８）。ＣＰＵ５４はまず、式（８）より、軸受Ｂ１の疲労度ＤＦＢｉ＝ＤＦＢ１を求める（Ｓ６）。
ＤＦＢｉ＝１／（ＬＢｉ×６０）  （８）
要するに、疲労度ＤＦＢｉは寿命ＬＢｉの逆数である。式（８）で寿命時間ＬＢｉに６０を乗じているのは、寿命時間ＬＢｉの単位をｈｒからｍｉｎにするためである。要するに、疲労度ＤＦＢｉは、所定時間（本例では１分間）に軸受Ｂｉが受ける疲労（損傷）の度合いを示す。
【００５３】
算出された疲労度ＤＦＢ１は、メモリ５５に格納される。続いて、ＣＰＵ５４は、軸受Ｂ１において所定時間ごとに求めた全ての疲労度ＤＦＢ１を加算して累積疲労度ＴＢｉ＝ＴＢ１を求める（Ｓ７）。要するに、ＣＰＵ５４は、疲労度ＤＦＢｉを求めるごとに、累積して累積疲労度ＴＢｉを求める。
【００５４】
累積疲労度ＴＢ１を求めた後、ＣＰＵ５４は、累積疲労度ＴＢ１が所定の基準値ＲｅｆＢｉ＝ＲｅｆＢ１を超えているか否かを判断する（Ｓ８）。基準値ＲｅｆＢｉは、各軸受Ｂ１〜Ｂ４ごと予め定められた値であり、ＨＤＤ５６に予め格納されている。
【００５５】
累積疲労度ＴＢ１が基準値ＲｅｆＢ１を超えていない場合（Ｓ８でＮＯ）、ステップＳ１０に進みカウントｉをインクリメントしてｉ＝２とし、軸受Ｂ２の寿命時間ＬＢ２及び累積疲労度ＴＢ２を求める（Ｓ５〜Ｓ８）。
【００５６】
一方、ステップＳ７での判断の結果、累積疲労度ＴＢ１が基準値ＲｅｆＢ１を超えているとき（Ｓ８でＹＥＳ）、ＣＰＵ５４は、その旨を通知する（Ｓ１１）。たとえば、ＣＰＵ５４は、ディスプレイ５７に減速機８内の軸受が交換時期に達した旨のメッセージを表示したり、図示しないスピーカから警告音を出力したりする。要するに、ＣＰＵ５４は、軸受Ｂ１〜Ｂ４のいずれかの累積疲労度ＴＢｉが基準値ＲｅｆＢｉを超えたとき、通知を行う（Ｓ１１）。
【００５７】
ＣＰＵ５４は、全ての軸受Ｂ１〜Ｂ４について、ステップＳ８の判断をした後（Ｓ９でＹＥＳ）、ステップＳ１に戻って所定期間が経過するのを待ち、所定期間経過後に再びステップＳ２以降の動作を実行する。つまり、所定期間ごとにステップＳ２以降の動作を実行する。
【００５８】
以上の方法により、遠心分離機１は、減速機８内の軸受Ｂ１〜Ｂ４の疲れ寿命を推定し、軸受の交換時期を通知する。そのため、軸受Ｂ１〜Ｂ４が疲労により損傷して減速機８が故障する前に、軸受Ｂ１〜Ｂ４を交換できる。
【００５９】
上述の実施の形態では、荷重Ｆ２の算出に差速モータ５の定格トルクに対する比（％）を用いたが、定格トルク比の代わりに、差速モータ５の出力（Ｗ）を測定して荷重Ｆ２の算出に用いてもよいし、出力電流（Ａ）又は出力電圧（Ｖ）を測定して荷重Ｆ２の算出に用いてもよい。この場合、荷重Ｆ２は、各測定値に所定の係数を乗じて求める。
【００６０】
また、上述の実施の形態では、寿命ＬＢｉを速度係数ｆｎ及び寿命係数ｆｈを用いて算出したが、他の周知の方法により算出してもよい。ただし、上述の動等価荷重を用いて寿命ＬＢｉを算出する。
【００６１】
上述の実施の形態では、図３に示す構造の減速機８を用いたが、他の種類の減速機を用いても、同様の方法で減速機内の軸受寿命を判断できる。たとえば、減速機８の代わりに、他の遊星歯車機構を有する減速機を用いてもよいし、ハーモニックドライブ減速機や、ＲＶ減速機、ボール減速機を用いてもよい。筒状の枠体と、入力軸の回転を減速する減速機構と、減速された回転を取り出す出力部材（出力軸）とを備えた周知の減速機であれば、種類を問わない。
【００６２】
上述の実施の形態では、遠心力Ｆ１や荷重Ｆ２等を数式を用いて算出したが、寿命テーブルように、予め値が登録されたテーブルを用意して、テーブルを参照して、遠心力Ｆ１及び荷重Ｆ２を決定してもよい。
【００６３】
また、上述の実施の形態では、所定期間ごとに遠心力Ｆ１を算出したが、式（１０）を用いて遠心力Ｆ１を算出する場合であって主モータ４の回転数が一定であるとき、初期に一度算出した値を次回以降の寿命算出に用いてもよい。主モータ４の回転数が一定であれば、遠心力Ｆ１も一定であるからである。
【００６４】
また、上述の実施の形態では、遠心分離機を縦型の遠心分離機としたが、横型の遠心分離機であってもよい。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態による遠心分離機の斜視図である。
【図２】図１に示した遠心分離機の断面図である。
【図３】図２中の減速機の断面図である。
【図４】図１に示した遠心分離機に用いられる軸受寿命判断装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】図４に示した軸受寿命判断装置の動作の詳細を示すフロー図である。
【図６】図５中の動作で用いられる軸受テーブルのデータ構造を示す図である。
【図７】図５中の動作で用いられる寿命テーブルのデータ構造を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  遠心分離機
４  主モータ
５  差速モータ
６  回転ボウル
７  スクリューコンベア
８  減速機
５０  軸受寿命判断装置
５３  コンピュータ装置
８１  内歯歯車
８２  外歯歯車
８３  ピン
８４  偏心軸
８５  キャリア
８６  入力軸歯車
８７  偏心軸歯車
Ｂ１〜Ｂ４  軸受
１１１  主モータ回転数測定器
１１２  差速モータ回転数測定器
１１３  差速モータ出力測定器
【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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