(57)【要約】【課題】保持器損傷異常を早期に高い確度で診断することが可能な異常診断装置及び異常診断方法を提供する。【解決手段】保持器２０の一対の円環部２２には、鍔部２２ａの外周面に、径方向に向かって突出する複数の凸部２３が設けられるので、保持器２０に損傷が発生した際に、保持器２０の凸部２３と外輪１２の内周面１２ａとが衝突し、保持器２０の回転周波数ｆ及び回転時に外輪１２と接触する凸部２３の数Ｎに起因する発生間隔の衝撃振動が誘発される。そして、検出部が保持器２０の回転周波数ｆと回転時に外輪１２と接触する凸部２３の数Ｎとに起因する振動を検出したときに保持器２０が異常であると判断するので、保持器２０の損傷異常を早期に高い確度で検知することが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の保持器の異常を診断する異常診断装置であって、
前記転がり軸受は、
内周面又は外周面に固定輪軌道面が形成される固定輪と、
内周面又は外周面に回転輪軌道面が形成される回転輪と、
前記固定輪軌道面と前記回転輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の転動体と、
一対の円環部と、前記一対の円環部を軸方向に連結する複数の柱部と、前記一対の円環部と前記複数の柱部とによって画成され、前記転動体をそれぞれ保持する複数のポケット部と、を有する保持器と、
を備え、
前記保持器の一対の円環部には、外周面又は内周面の内、前記固定輪と対向する面に、径方向に向かって突出する少なくとも１つの凸部が設けられ、
前記異常診断装置は、前記保持器の回転周波数と、回転時に前記固定輪と接触する前記凸部の数と、に起因する振動を検出したとき、前記保持器が異常であると判断する検出部を備える
ことを特徴とする異常診断装置。
【請求項２】
前記凸部は複数設けられ、
複数の前記凸部の内、少なくとも１つの凸部の径方向高さは、残りの凸部の径方向高さと異なる
ことを特徴とする請求項１に記載の異常診断装置。
【請求項３】
前記固定輪は、外周面又は内周面の内、前記保持器と対向する面に、径方向に突出する他の凸部又は窪む凹部が設けられる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の異常診断装置。
【請求項４】
転がり軸受の保持器の異常を診断する異常診断方法であって、
前記転がり軸受は、
内周面又は外周面に固定輪軌道面が形成される固定輪と、
内周面又は外周面に回転輪軌道面が形成される回転輪と、
前記固定輪軌道面と前記回転輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の転動体と、
一対の円環部と、前記一対の円環部を軸方向に連結する複数の柱部と、前記一対の円環部と前記複数の柱部とによって画成され、前記転動体をそれぞれ保持する複数のポケット部と、を有する保持器と、
を備え、
前記保持器の一対の円環部には、外周面又は内周面の内、前記固定輪と対向する面に、径方向に向かって突出する少なくとも１つの凸部が設けられ、
前記保持器の回転周波数と、回転時に前記固定輪と接触する前記凸部の数と、に起因する振動を検出したとき、前記保持器が異常であると判断する工程を備える
ことを特徴とする異常診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常診断装置及び異常診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機械は一定期間使用した後に、軸受やその他の回転部品について、異常の有無が定期的に検査される。しかし、このような回転部品の異常の有無の検査は相当な時間とコストがかかる。そのため、回転部品が組み込まれた回転機械を分解することなく、実可動状態で回転部品の異常診断を行う例として、特許文献１に記載の異常診断装置が挙げられる。この異常診断装置においては、回転部品である転がり軸受の回転状態に伴う振動及び温度の情報を同時に検出し、振動系センサーによる計測結果と温度センサーによる計測結果との組み合わせに基づいて、異常の有無と損傷の程度を同時に判定することによって、複列円すいころ軸受の損傷の程度を判定することを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７７９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、回転機械で使用される転がり軸受では、長期連続使用によって保持器と転動体との接触部分に損傷が発生することがある。この損傷が発生した場合、保持器の振れ回りが起こり、さらに損傷が進行すれば軸受の大規模な故障へと繋がる虞がある。しかしながら、損傷が発生している初期段階では軸受振動への影響が僅かなため、実稼動中の振動変化検知によって保持器の損傷を診断することは困難であった。
【０００５】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、保持器損傷異常を早期に高い確度で診断することが可能な異常診断装置及び異常診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  転がり軸受の保持器の異常を診断する異常診断装置であって、
前記転がり軸受は、
内周面又は外周面に固定輪軌道面が形成される固定輪と、
内周面又は外周面に回転輪軌道面が形成される回転輪と、
前記固定輪軌道面と前記回転輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の転動体と、
一対の円環部と、前記一対の円環部を軸方向に連結する複数の柱部と、前記一対の円環部と前記複数の柱部とによって画成され、前記転動体をそれぞれ保持する複数のポケット部と、を有する保持器と、
を備え、
前記保持器の一対の円環部には、外周面又は内周面の内、前記固定輪と対向する面に、径方向に向かって突出する少なくとも１つの凸部が設けられ、
前記異常診断装置は、前記保持器の回転周波数と、回転時に前記固定輪と接触する前記凸部の数と、に起因する振動を検出したとき、前記保持器が異常であると判断する検出部を備える
ことを特徴とする異常診断装置。
（２）  前記凸部は複数設けられ、
複数の前記凸部の内、少なくとも１つの凸部の径方向高さは、残りの凸部の径方向高さと異なる
ことを特徴とする（１）に記載の異常診断装置。
（３）  前記固定輪は、外周面又は内周面の内、前記保持器と対向する面に、径方向に突出する他の凸部又は窪む凹部が設けられる
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載の異常診断装置。
（４）  転がり軸受の保持器の異常を診断する異常診断方法であって、
前記転がり軸受は、
内周面又は外周面に固定輪軌道面が形成される固定輪と、
内周面又は外周面に回転輪軌道面が形成される回転輪と、
前記固定輪軌道面と前記回転輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の転動体と、
一対の円環部と、前記一対の円環部を軸方向に連結する複数の柱部と、前記一対の円環部と前記複数の柱部とによって画成され、前記転動体をそれぞれ保持する複数のポケット部と、を有する保持器と、
を備え、
前記保持器の一対の円環部には、外周面又は内周面の内、前記固定輪と対向する面に、径方向に向かって突出する少なくとも１つの凸部が設けられ、
前記保持器の回転周波数と、回転時に前記固定輪と接触する前記凸部の数と、に起因する振動を検出したとき、前記保持器が異常であると判断する工程を備える
ことを特徴とする異常診断方法。
【発明の効果】
【０００７】
上記（１）の異常診断装置によれば、保持器の一対の円環部には、外周面又は内周面の内、固定輪と対向する面に、径方向に向かって突出する少なくとも１つの凸部が設けられるので、保持器損傷が発生した際に、保持器の凸部と固定輪の内周面又は外周面とが衝突し、保持器の回転周波数及び回転時に固定輪と接触する凸部の数に起因する発生間隔の衝撃振動が誘発される。そして、検出部が保持器の回転周波数と回転時に固定輪と接触する凸部の数とに起因する振動を検出したときに保持器が異常であると判断するので、保持器損傷異常を早期に高い確度で診断することが可能である。
【０００８】
上記（２）の異常診断装置によれば、凸部は複数設けられ、複数の凸部の内、少なくとも１つの凸部の径方向高さは残りの凸部の径方向高さと異なる。したがって、保持器損傷の進行に応じた保持器の振れ回りの可動範囲の変化によって、固定輪の内周面又は外周面と接触する凸部の数が変化する。この変化を検知することで、保持器損傷の進行度合いを段階的に診断することが可能である。
【０００９】
上記（３）の異常診断装置によれば、固定輪は、外周面又は内周面の内、保持器と対向する面に、径方向に突出する他の凸部又は窪む凹部が設けられるので、保持器の凸部の衝突時の振動がより明確になり、高いＳ／Ｎの振動が検知することが可能である。
【００１０】
上記（４）の異常診断方法によれば、保持器の一対の円環部には、外周面又は内周面の内、固定輪と対向する面に、径方向に向かって突出する少なくとも１つの凸部が設けられるので、保持器損傷が発生した際に、保持器の凸部と固定輪の内周面又は外周面とが衝突し、保持器の回転周波数及び回転時に固定輪と接触する凸部の数に起因する発生間隔の衝撃振動が誘発される。そして、保持器の回転周波数と回転時に固定輪と接触する凸部の数とに起因する振動を検出したときに保持器が異常であると判断する工程を有するので、保持器損傷異常を早期に高い確度で診断することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る円筒ころ軸受の正面図である。
【図２】保持器の部分上面図である。
【図３】保持器の部分正面図である。
【図４】変形例に係る保持器の部分上面図である。
【図５】第２実施形態に係る円筒ころ軸受の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の各実施形態に係る異常診断装置について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態に係る異常診断装置が適用される回転部品としての円筒ころ軸受１０は、内周面１２ａに外輪軌道面１２ｂ（固定輪軌道面）が形成される外輪１２（固定輪）と、外周面１４ａに内輪軌道面１４ｂ（回転輪軌道面）が形成される内輪１４（回転輪）と、外輪軌道面１２ｂと内輪軌道面１４ｂとの間に転動自在に配置される複数の円筒ころ１６（図３参照）と、これら複数の円筒ころ１６を転動自在に保持する保持器２０と、を備える。
【００１４】
図２及び図３も参照し、保持器２０は、一対の円環部２２と、周方向に所定の間隔で設けられ、一対の円環部２２を軸方向に連結する複数（本実施形態では１８個）の柱部２４と、一対の円環部２２と複数の柱部２４とによって画成され、円筒ころ１６をそれぞれ保持する複数（本実施形態では１８個）のポケット部２６と、を有する。
【００１５】
柱部２４は、その周方向側面から連続した側面を有して径方向外側に延出する一対の止め部２４ａを有しており、当該止め部２４ａによって円筒ころ１６が確実に保持される。
【００１６】
円環部２２には、外周面の軸方向中間部から、全周に亘って径方向外側に向かって突設された鍔部２２ａを有している。鍔部２２ａの外周面には、周方向に所定の間隔で、径方向外側に延出する複数の凸部２３が突設されている。本実施形態では、凸部２３は径方向矩形断面及び軸方向半楕円断面を有する同一形状のものが３つ設けられており、それぞれの凸部２３はポケット部２６と周方向にオーバーラップするように配置されると共に、隣接する凸部２３の間に６つの柱部２４が位置するように構成されている。さらに、凸部２３は、最外周部が円筒ころ１６の最外周部よりも内周側に位置するよう、その径方向高さが設定されているので、保持器２０が正常であるときに凸部２３と外輪１２の内周面１２ａとの接触が防止される。
【００１７】
このように構成された円筒ころ軸受１０は、回転機械に組み込まれ、当該円筒ころ軸受１０の近傍には軸受振動を検出するための検出部（不図示）が設置される。検出部は、変位センサー、速度センサー、加速度センサー、音響センサー、超音波センサー、振動センサー等の振動を検出可能なセンサーからなり、異常診断装置の一部を構成する。
【００１８】
ここで、保持器２０に損傷が発生して正常回転せずに振れ回りが起こると、保持器２０の鍔部２２ａの外周面に設けられた凸部２３が、外輪１２の内周面１２ａに、円筒ころ軸受１０の鉛直方向下部で接触する。なお、凸部２３は、外輪１２の内周面１２ａに接触する際に、外輪軌道面１２ｂに接触しないよう、設けられる位置が調整されている。そして、円筒ころ軸受１０には、保持器２０の回転周波数ｆと、回転時に外輪１２と接触する凸部２３の数Ｎと、に起因する間隔で衝撃が発生する。異常診断装置の検出部は、当該衝撃による軸受振動を検知した場合、保持器２０に損傷異常が発生していると判断し、予定されている回転機械の定期点検を待たずに早急にメンテナンスが必要であると管理者に警告する。
【００１９】
なお、保持器２０の損傷を診断する際に、異常診断装置によって凸部２３と外輪１２の内周面１２ａとの接触に起因する振動を検知し易くするため、円筒ころ軸受１０を組み込んだ回転機械において、以下の（１）〜（３）のような条件下での運転を定期的に行うことがより望ましい。（１）回転数が低い（１５００ｍｉｎ−１以下）、（２）外乱による振動が少ない、（３）（１）及び（２）を一定時間確保する。
【００２０】
（実施例１）
第１実施形態の異常診断装置を用いて、円筒ころ軸受１０の異常診断を行った。実施例１の円筒ころ軸受１０は、外径が３６０ｍｍ、内径が２００ｍｍであり、内輪は１８００ｍｉｎ−１（３０Ｈｚ）で回転される。この場合、保持器２０の回転周波数ｆは１３Ｈｚである。
【００２１】
このとき、保持器２０の凸部２３が外輪１２の内周面１２ａに衝突している場合、軸受振動を異常診断装置の検出部によって測定し、エンベロープ処理をした後、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うと、（保持器２０の回転周波数ｆ）×（回転時に外輪１２と接触する凸部２３の数Ｎ）＝１３×３＝３９Ｈｚのピークが確認される。このように、保持器２０の回転周波数ｆと、回転時に外輪１２と接触する凸部２３の数Ｎと、に起因する間隔で衝撃が発生していることから、保持器２０に異常が生じていることがわかり、緊急に交換する必要があることがわかる。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態の異常診断装置によれば、保持器２０の一対の円環部２２には、鍔部２２ａの外周面に、径方向に向かって突出する複数の凸部２３が設けられるので、保持器２０に損傷が発生した際に、保持器２０の凸部２３と外輪１２の内周面１２ａとが衝突し、保持器２０の回転周波数ｆ及び回転時に外輪１２と接触する凸部２３の数Ｎに起因する発生間隔の衝撃振動が誘発される。そして、検出部が保持器２０の回転周波数ｆと回転時に外輪１２と接触する凸部２３の数Ｎとに起因する振動を検出したときに保持器２０が異常であると判断するので、保持器２０の損傷異常を早期に高い確度で検知することが可能である。
【００２３】
なお、保持器２０に設けられる凸部２３の位置、形状、材質、数等は、軸受回転時に偏心が発生しない限り特に限定されない。例えば、図４に示すように、凸部２３を柱部２４と周方向にオーバーラップするように配置してもよく、凸部２３の数を１つとしてもよい。なお、凸部２３の位置、形状、材質、数等のパラメータを変更することによって、保持器２０の損傷検知用振動の調整が可能である。
【００２４】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る異常診断装置が適用される円筒ころ軸受１０について説明する。なお、本実施形態の円筒ころ軸受１０は、基本的構成が第１実施形態と同一であるので、相違部分について詳細に説明し、同一又は相当部分については同一符号を付すことでその説明を省略又は簡略化する。
【００２５】
図５に示すように、本実施形態の円筒ころ軸受１０の保持器２０では、一対の円環部２２の鍔部２２ａの外周面に、周方向に所定の間隔で大きさの異なる複数（本実施形態では４つ）の凸部２３が設けられている。ここで、４つの凸部２３は、３種類の形状に分けられ、２つの小凸部２３Ａと、１つの中凸部２３Ｂと、１つの大凸部２３Ｃと、から構成されており、図５中上側から時計回りに大凸部２３Ｃ、小凸部２３Ａ、中凸部２３Ｂ、小凸部２３Ａの順で設けられている。なお、本実施形態においては、小凸部２３Ａ、中凸部２３Ｂ、大凸部２３Ｃは、径方向高さ及び周方向幅が順に大きくなるように形成されているが、少なくとも径方向高さが順に大きくなるように形成されていればよい。また、大凸部２３Ｃ及び中凸部２３Ｂはポケット部２６と周方向にオーバーラップするように配置され、小凸部２３Ａは柱部２４と周方向にオーバーラップするように配置され、これら隣接する凸部２３の間に４つの柱部２４が位置するように構成されている。
【００２６】
このように、本実施形態では、複数の凸部２３を、特に径方向高さを、それぞれ異なる大きさとしたので、保持器２０の損傷による振れ回りが発生した初期の段階では、各凸部２３と外輪１２の内周面１２ａとの距離の違いにより、複数の凸部２３の内、外輪１２の内周面１２ａと接触する凸部２３（大凸部２３Ｃ）と、接触しない凸部２３（中凸部２３Ｂ及び小凸部２３Ａ）と、が存在することになる。保持器２０の損傷が進行すると保持器２０の振れ回りの可動範囲が拡大することから、中凸部２３Ｂが外輪１２の内周面１２ａに接触し、最終的には、小凸部２３Ａが外輪１２の内周面１２ａに接触することになる。すなわち、保持器２０の損傷の進行度合いによって外輪１２の内周面１２ａに接触する凸部２３の数が変化する。
【００２７】
ここで、第１実施形態と同様に、異常診断装置の検出部は、保持器２０の回転周波数ｆと、回転時に外輪１２に接触する凸部２３の数Ｎと、に起因する間隔で発生する衝撃による軸受振動を検知した場合、保持器２０が異常であると判断するので、保持器２０の損傷度合いを段階的に検知することが可能である。
【００２８】
（実施例２）
第２実施形態の異常診断装置を用いて、円筒ころ軸受１０の異常診断を行った。実施例２の円筒ころ軸受１０は、外径が３６０ｍｍ、内径が２００ｍｍであり、内輪は１８００ｍｉｎ−１（３０Ｈｚ）で回転される。この場合、保持器２０の回転周波数ｆは１３Ｈｚである。また、小凸部２３Ａ、中凸部２３Ｂ、大凸部２３Ｃの径方向高さはそれぞれ０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７５ｍｍである。
【００２９】
このとき、保持器２０の凸部２３が外輪１２の内周面１２ａに衝突している場合、軸受振動を異常診断装置の検出部によって測定し、エンベロープ処理をした後、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うと、保持器２０の損傷の初期段階では大凸部２３Ｃが外輪１２の内周面１２ａと接触するので、（保持器２９の回転周波数ｆ）×（外輪１２に接触する凸部２３の数Ｎ）＝１３×１＝１３Ｈｚのピークが確認される。保持器２０の損傷が進行した中期段階では、大凸部２３Ｃに加えて中凸部２３Ｂが外輪１２の内周面１２ａに接触するので１３×２＝２６Ｈｚのピークが確認される。さらに、２つの小凸部２３Ａが外輪１２の内周面１２ａに接触するほどに保持器２０の損傷が進行した状態である後期段階では１３×４＝５２Ｈｚのピークが確認される。このように、保持器２０の回転周波数ｆと、外輪１２に接触する凸部２３の数Ｎと、に起因する間隔で衝撃が発生していることから、保持器２０の損傷異常を段階的に検知することが可能となる。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態の異常診断装置によれば、凸部２３が複数設けられ、複数の凸部２３の径方向高さは残りの凸部２３の径方向高さと異なる。したがって、保持器２０の損傷の進行に応じた保持器２０の振れ回りの可動範囲の変化によって、外輪１２の内周面１２ａと接触する凸部２３の数が変化する。この変化を検知することで、保持器２０の損傷の進行度合いを段階的に検知することが可能である。
【００３１】
なお、本実施形態においては、複数の凸部２３は、小凸部２３Ａ、中凸部２３Ｂ、及び大凸部２３Ｃの三種類の凸部２３から構成されるとしたが、必ずしもこの構成に限定されず、複数の凸部２３の内、少なくとも１つの凸部２３の径方向高さが、他の凸部２３の径方向高さと異なるようにすればよく、例えば、二種類の凸部２３を設けてもよく、四種類以上の凸部２３を設けてもよい。また、数種類の凸部２３を設ける場合、それぞれの凸部２３の重量を均一にする等によって、回転時の偏心を防止するように構成しても構わない。
【００３２】
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
【００３３】
例えば、外輪１２を回転輪とし、内輪１４を固定輪としてもよく、この場合、凸部２３は、保持器２０の一対の円環部２２の内周面に、径方向内側に突出するように設けられる。そして、異常診断装置の検出部は、保持器２０の回転周波数ｆと、内輪１４の外周面１４ａに接触する凸部２３の数Ｎと、に起因する間隔で発生する衝撃による軸受振動を検知した場合、保持器２０が異常であると判断する。
【００３４】
また、固定輪の外周面又は内周面の内、保持器２０と対向する面、すなわち、外輪１２が固定輪の場合は内周面１２ａ、内輪１４が固定輪の場合は外周面１４ａに、径方向に突出する他の凸部又は窪む凹部（何れも不図示）を設けてもよい。このように構成することによって、保持器２０の凸部２３の衝突時の振動がより明確になり、高いＳ／Ｎの振動を検知することが可能である。
【００３５】
また、上述の実施形態においては、転がり軸受として円筒ころ軸受１０を挙げたが、本発明は、円錐ころ軸受や深溝玉軸受等、任意の転がり軸受に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０      円筒ころ軸受（転がり軸受）
１２      外輪（固定輪）
１２ａ    内周面
１２ｂ    外輪軌道面（固定輪軌道面）
１４      内輪（回転輪）
１４ａ    外周面
１４ｂ    内輪軌道面（回転輪軌道面）
１６      円筒ころ（転動体）
２０      保持器
２２      円環部
２２ａ    鍔部
２３      凸部
２４      柱部
２４ａ    止め部
２６      ポケット部
【図１】
2014052346.tif 000003
【図２】
2014052346.tif 000004
【図３】
2014052346.tif 000005
【図４】
2014052346.tif 000006
【図５】
2014052346.tif 000007