(57)【要約】  異常診断システムは、複数の構成部材からなる軸受と、構成部材に設置され、周囲の信号を検出するセンサと、センサからの出力される信号に基づき、転がり軸受の異常、及び転がり軸受の周囲に配置された装置の異常を診断する異常診断装置と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の構成部材からなる軸受と、
前記構成部材に設置され、周囲の信号を検出する一個のセンサと、
前記センサからの出力される信号に基づき、前記軸受の異常、及び前記軸受の周囲に配置された装置の異常を診断する異常診断装置と、
を備える、異常診断システム。
【請求項２】
前記異常診断装置は、前記センサの出力値が上昇し又は所定の閾値を超えた場合に、前記軸受又は前記装置が異常であると判定する、請求項１に記載の異常診断システム。
【請求項３】
前記センサは、前記軸受の軌道輪の軸方向端部近傍に設置される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の異常診断システム。
【請求項４】
前記センサは、前記軸受の軌道輪の軌道面近傍に設置される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の異常診断システム。
【請求項５】
前記センサは温度センサである、請求項１〜４の何れか１項に記載の異常診断システム。
【請求項６】
前記センサは振動センサである、請求項１〜４の何れか１項に記載の異常診断システム。
【請求項７】
前記センサは荷重センサである、請求項１〜４の何れか１項に記載の異常診断システム。
【請求項８】
前記センサは前記軸受の固定輪に設置される、請求項１〜７の何れか１項に記載の異常診断システム。
【請求項９】
前記センサは前記軸受の回転輪に設置される、請求項１〜７の何れか１項に記載の異常診断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異常診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両や工作機械、風車等の機械設備には、転がり軸受等の各種軸受が多く装備されている。機械設備を長時間使用することにより摩耗や損傷が発生すると、軸受のスムーズな回転、摺動が阻害され、異常音を発生するだけでなく、寿命の低下を招く可能性がある。このため従来は、機械設備を一定期間使用した後に、軸受の摩耗や損傷等の異常の有無を検査していた。【０００３】
この検査は、機械設備の軸受が組み込まれた部位、又は機械設備全体を分解することにより行われ、軸受に発生した損傷や摩耗は、作業者の目視による検査によって発見される。そして、検査の結果、軸受に摩耗や損傷等の異常が発見された場合は、当該軸受を新品に交換して、機械設備の故障や事故を未然に防止していた。しかしながら、機械設備の一部、又は全体を分解し、作業者の目視によって行う検査方法では、機械設備から軸受を取り外す作業と、検査が終了した軸受を再び機械設備に組み込む作業に多大な労力がかかり、機械設備の保守コストが嵩むという問題があった。【０００４】
このような問題を解決するために、機械設備の実稼動状態で軸受の異常診断を行う異常診断装置が提案されている。例えば、特許文献１記載の回転機械装置の監視診断システムでは、各振動検出センサの設置位置毎に且つ運転パターン毎に、各振動検出センサで検出される振動レベルと設定した警報発生レベルと比較して警報判定を行い、警報発生レベルに達すると警報表示手段で警報を表示する。これにより、異常振動が発生している箇所を特定すると共に、異常振動箇所を明確に表示できるようにすることを図っている。また、特許文献２記載の転がり軸受の異常診断装置では、振動センサを用いて測定された振動波形の実効値と、振動波形のエンベロープ波形の交流成分の実効値と、に基づいて転がり軸受の異常診断を行う。これにより、正確な異常診断を実現することを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２００９−１０９３５０号公報
【特許文献２】日本国特開２０１１−１５４０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、機械設備に組み込まれたモータ等の各種装置に対する検査も、一般的には、機械設備の当該装置が組み込まれた部位、又は機械設備全体を分解することにより行われている。したがって、機械設備の保守コスト等の観点から、軸受の異常診断と同時に、各種装置の異常診断を行うことが望ましい。しかしながら、上述の特許文献１及び２に記載の発明は、センサが設置された部材の異常診断を行うのみであり、センサが設置された部材以外の装置の異常診断を行うことができなかった。【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、軸受の異常診断、及び軸受の周囲に配置された装置の異常診断を行うことが可能な、異常診断システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  複数の構成部材からなる軸受と、
前記構成部材に設置され、周囲の信号を検出する一個のセンサと、
前記センサからの出力される信号に基づき、前記軸受の異常、及び前記軸受の周囲に配置された装置の異常を診断する異常診断装置と、
を備える、異常診断システム。
（２）  前記異常診断装置は、前記センサの出力値が上昇し又は所定の閾値を超えた場合に、前記軸受又は前記装置が異常であると判定する、（１）に記載の異常診断システム。
（３）  前記センサは、前記軸受の軌道輪の軸方向端部近傍に設置される、ことを特徴とする（１）又は（２）に記載の異常診断システム。
（４）  前記センサは、前記軸受の軌道輪の軌道面近傍に設置される、ことを特徴とする（１）又は（２）に記載の異常診断システム。
（５）  前記センサは温度センサである、（１）〜（４）の何れか１つに記載の異常診断システム。
（６）  前記センサは振動センサである、（１）〜（４）の何れか１つに記載の異常診断システム。
（７）  前記センサは荷重センサである、（１）〜（４）の何れか１つに記載の異常診断システム。
（８）  前記センサは前記軸受の固定輪に設置される、（１）〜（７）の何れか１つに記載の異常診断システム。
（９）  前記センサは前記軸受の回転輪に設置される、（１）〜（７）の何れか１つに記載の異常診断システム。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、軸受の異常診断、及び軸受の周囲に配置された装置の異常診断を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る異常診断システムの概略図である。
【図２】センサの検出温度と時間との関係を示すグラフである。
【図３】転がり軸受、モータ、ポンプの何れかに異常が発生した場合の、センサの検出温度と時間との関係を示すグラフである。
【図４】第１実施形態の変形例に係る異常診断システムの概略図である。
【図５】第１実施形態の変形例に係る異常診断システムの概略図である。
【図６】第１実施形態の変形例に係る異常診断システムの概略図である。
【図７】第２実施形態に係る異常診断システムの概略図である。
【図８】第２実施形態の変形例に係る異常診断システムの概略図である。
【図９】第２実施形態の変形例に係る異常診断システムの概略図である。
【図１０】第２実施形態の変形例に係る異常診断システムの概略図である。
【図１１】センサが配置されたアンギュラ玉軸受の断面図である。
【図１２Ａ】センサが配置された円筒ころ軸受の断面図である。
【図１２Ｂ】センサが配置された円筒ころ軸受の断面図である。
【図１３】センサが配置された円すいころ軸受の断面図である。
【図１４】センサが配置された自動調心ころ軸受の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る異常診断システムについて、図面を用いて説明する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、本実施形態の異常診断システム１は、転がり軸受（深溝玉軸受）１０と、転がり軸受１０に設置される一つのみのセンサ２１と、センサ２１から出力される信号に基づいて、転がり軸受１０及び各種装置（例えばモータ４１やポンプ４２）の異常を診断する異常診断装置３０と、を備える。
【００１３】
転がり軸受１０は、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１（固定輪である軌道輪）と、外周面に内輪軌道面１３ａを有する内輪１３（回転輪である軌道輪）と、外輪軌道面１１ａ及び内輪軌道面１３ａとの間に転動自在に配置される複数の玉１５と、複数の玉１５を転動自在に保持する保持器１７と、外輪１１の内周面の軸方向両側に固定された一対のシール部材１９と、を有する。このように、転がり軸受１０は、外輪１１、内輪１３、玉１５、保持器１７、シール部材１９等、複数の構成部材からなる。
【００１４】
内輪１３は、シャフト３に外嵌固定され、当該シャフト３と共に回転する回転輪である。転がり軸受１０の軸方向一端側（図中左側）において、シャフト３にはモータ４１（装置）が固定されており、シャフト３はモータ４１の不図示のロータによって回転駆動される。また、転がり軸受１０の軸方向他端側（図中右側）において、シャフト３にはポンプ４２（装置）が固定されており、モータ４１の駆動力がシャフト３を介してポンプ４２に伝達される。
【００１５】
外輪１１は、不図示のハウジングに内嵌固定されており、回転しない固定輪である。外輪の１１の内周面には、外輪軌道面１１ａの軸方向両側に、一対のシール部材１９を固定するための一対のシール溝１１ｂが形成されている。一対のシール部材１９は、径方向に延びて、内輪１３の外周面と隙間を介して対向する非接触型である。これにより、一対のシール部材１９は、外輪１１と内輪１３との間の空間を密封し、外部からの異物が軸受内部に浸入することを防止する。
【００１６】
外輪１１には、周囲の信号を検出するセンサ２１が、埋め込まれて設置されている。本実施形態におけるセンサ２１は、外輪１１の外周面近傍の軸方向中央部に設置された温度センサ２１である。温度センサ２１が検出する温度は、転がり軸受１０や、モータ４１、ポンプ４２の発熱に影響される。
【００１７】
温度センサ２１は検出した温度を出力し、異常診断装置３０に伝達する。異常診断装置３０は、例えばマイクロコンピュータで構成されており、このマイクロコンピュータ内に記録保持されたプログラムが実行されることにより、データ収集部３１等の各部は以下のような各処理を実行することになる。
【００１８】
異常診断装置３０のデータ収集部３１は、温度センサ２１からの出力データを収集する。異常診断装置３０のデータ処理部３３は、収集された出力データを処理し、各出力データを記憶する。異常診断装置３０の状態判定部３５は、温度センサ２１の出力値が定格温度から最初に上昇し若しくは最初に所定の閾値を超えた場合に、転がり軸受１０、モータ４１、及びポンプ４２のうち、少なくとも一つが異常状態であると判定する。
【００１９】
異常診断システム１が組み込まれる機械設備においては、転がり軸受１０の発熱や、モータ４１の発熱、ポンプ４２の発熱がある。そのため、図２に示すように、温度センサ２１の出力値から得られる温度増加曲線は、転がり軸受１０、モータ４１、ポンプ４２の運転開始後しばらくは上昇するが、一定時間経過後、ある温度（定格温度Ｔａ）に到達した時点で、転がり軸受１０、モータ４１、ポンプ４２の発熱と周囲へ逃げる熱とがバランスし、定常状態となる。
【００２０】
ここで、図３に示すように、時間ｔにおいて、モータ４１が何らかの要因で異常発熱した場合や、転がり軸受１０が焼き付きや摩耗等の要因で異常発熱した場合、ポンプ４２が何らかの要因で異常発熱した場合、温度センサ２１の出力値が上昇し、所定の閾値Ｔｂを超えることになる。
【００２１】
したがって、異常診断装置３０は、温度センサ２１の出力値が上昇し、又は出力値が閾値Ｔｂを超えたことに基づいて、転がり軸受１０、モータ４１、及びポンプ４２のうち、少なくとも一つが異常状態であると判定する。
【００２２】
このように本実施形態の異常診断システム１によれば、転がり軸受１０の異常診断、及び転がり軸受１０の周囲に配置された装置（モータ４１及びポンプ４２）の異常診断を効率良く行うことが可能である。特に、転がり軸受１０に設置されるセンサの個数が一つのみで済むので、製品のコストダウンが実現できると共に、センサ出力用の配線や電力供給用の配線の取り回しを簡易化して取り扱い性を改善できる。
【００２３】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。
【００２４】
センサ２１の設置位置は、異常を検出したい対象に対し、適した位置又は位相となるように適宜変更しても構わない。例えば、図４に示すように、センサ２１を外輪１１の軸方向一端部近傍に配置し、モータ４１の異常に対する感度を向上することで、モータ４１の異常検出に適したセンサ配置としてもよい。また、図５に示すように、センサ２１を外輪１１の軸方向他端部近傍に配置し、ポンプ４２の異常に対する感度を向上することで、ポンプ４２の異常検出に適したセンサ配置としてもよい。また、図６に示すように、センサ２１を外輪１１の外輪軌道面１１ａ近傍に配置し、転がり軸受１０の異常に対する感度を向上することで、転がり軸受１０の異常検出に適したセンサ配置としてもよい。
【００２５】
尚、本明細書における「面の近傍」や「端部の近傍」とは、その面や端部の面に一致する位置、又は、その面や端部の面から僅かに部材内部に入り込んだ位置を意味するものとする。
【００２６】
＜第２実施形態＞
次に、センサ２１が内輪１３に配置された転がり軸受（深溝玉軸受）１０を備える異常診断システム２を説明する。本実施形態の転がり軸受１０は、外輪１１にセンサ２１が配置された前述の第１実施形態の構成から、内輪１３にセンサ２１を配置したこと以外は、前述の第１実施形態と同様の構成である。そのため、共通する部材に対しては、同一の符号を付与することで、その説明を簡単化、又は省略する。
【００２７】
図７に示すように、本実施形態の異常診断システム２は、転がり軸受１０と、転がり軸受１０の内輪１３（回転輪である軌道輪）に設置される一つのみのセンサ２１と、センサ２１から出力される信号に基づいて、転がり軸受１０及び各種装置（例えばモータ４１やポンプ４２）の異常を診断する異常診断装置３０と、を備える。
【００２８】
内輪１３には、周囲の信号を検出するセンサ２１が、埋め込まれて設置されている。本実施形態におけるセンサ２１は、内輪１３の内周面近傍の軸方向中央部に設置された温度センサ２１である。温度センサ２１が検出する温度は、転がり軸受１０や、モータ４１、ポンプ４２の発熱に影響される。
【００２９】
温度センサ２１は検出した温度を出力し、異常診断装置３０に伝達する。異常診断装置３０は、例えばマイクロコンピュータで構成されており、このマイクロコンピュータ内に記録保持されたプログラムが実行されることにより、データ収集部３１等の各部は、前述した第１実施形態と同様の各処理を実行することになる。
【００３０】
このように本実施形態の異常診断システム２によれば、転がり軸受１０の異常診断、及び転がり軸受１０の周囲に配置された装置（モータ４１及びポンプ４２）の異常診断を効率良く行うことが可能である。特に、転がり軸受１０に設置されるセンサの個数が一つのみで済むので、製品のコストダウンが実現できると共に、センサ出力用の配線や電力供給用の配線の取り回しを簡易化して取り扱い性を改善できる。
【００３１】
尚、本実施形態の構成も、前述した第１実施形態と同様に適宜変更、改良等が可能である。
【００３２】
センサ２１の設置位置は、異常を検出したい対象に対し、適した位置又は位相となるように適宜変更しても構わない。例えば、図８に示すように、センサ２１を内輪１３の軸方向一端部近傍に配置し、モータ４１の異常に対する感度を向上することで、モータ４１の異常検出に適したセンサ配置としてもよい。また、図９に示すように、センサ２１を内輪１３の軸方向他端部近傍に配置し、ポンプ４２の異常に対する感度を向上することで、ポンプ４２の異常検出に適したセンサ配置としてもよい。また、図１０に示すように、センサ２１を内輪１３の内輪軌道面１３ａ近傍に配置し、転がり軸受１０の異常に対する感度を向上することで、転がり軸受１０の異常検出に適したセンサ配置としてもよい。
【００３３】
さらに、センサ２１の設置個所は、転がり軸受１０の構成部材であれば、上記した外輪１１や内輪１３に限られず、例えば、保持器１７やシール部材１９であってもよい。
【００３４】
また、設置されるセンサ２１は、転がり軸受１０や、転がり軸受１０の周囲に配置された装置（例えばモータ４１やポンプ４２）の状態を監視できるセンサであれば種類は限定されず、例えば振動センサや荷重センサを採用してもよい。ここで、上記第２実施形態のように、回転輪である内輪１３にセンサを設置した場合、熱、振動、荷重等がシャフト３等から伝達し易いので、転がり軸受１０の他の構成部材にセンサを設置した場合に比べて、挙動を素早く捕えることができる。
【００３５】
設置されるセンサとして荷重センサを採用した場合、仮に静止輪である外輪１１に荷重センサを設置すると、負荷圏に荷重センサを設置しなければならないので、円周上において設置位相の制約を受ける。しかし、上記第２実施形態のように回転輪である内輪１３に荷重センサを設置する場合には、円周上の任意の位相に荷重センサを設置すれば、それぞれの挙動を把握することができる。
【００３６】
また、センサから異常診断装置３０のデータ収集部３１への信号伝送方法は、有線、無線を問わず、任意の方法を採用してよい。
【００３７】
異常診断装置３０が、転がり軸受１０やモータ４１、ポンプ４２の異常を判定した場合、上位のシステムに知らせて自動で機械設備を停止させることもできるし、作業者及び管理者にアラームや画面表示等で警告することもできる。
【００３８】
転がり軸受１０の周囲に配置される装置としては、上述したモータ４１やポンプ４２に限定されず、任意の装置が採用可能である。
【００３９】
尚、上記した転がり軸受１０は、ラジアル転がり軸受を例示しているが、本発明はこれに限らず、他の種類の転がり軸受にも適用できる。他の種類の転がり軸受に本発明を適用した一構成例を以下に示す。
【００４０】
図１１はセンサ２１が配置されたアンギュラ玉軸受１０Ａの断面図である。図示例のアンギュラ玉軸受１０Ａは、外輪１１と、内輪１３と、複数の玉１５と、複数の玉１５を転動自在に保持する保持器１７と、を有する。センサ２１は、外輪１１の外周面近傍の軸方向中央部Ｐ１に配置される。
【００４１】
また、上記構成に限らず、前述したようにセンサ２１の配置個所は、このアンギュラ玉軸受１０Ａにおいても、外輪１１の外周面近傍の軸方向一端部近傍の位置Ｐ２や、外輪１１の外周面近傍の軸方向他端部近傍の位置Ｐ３、外輪１１の外輪軌道面１１ａ近傍の位置Ｐ４であってもよい。また、センサ２１の配置個所は、内輪１３の内周面近傍の軸方向中央部Ｐ５、内輪１３の内周面近傍の軸方向一端部近傍の位置Ｐ６、内輪１３の内周面近傍の軸方向他端部近傍の位置Ｐ７、内輪１３の内輪軌道面１３ａ近傍の位置Ｐ８であってもよい。
【００４２】
図１２Ａはセンサ２１が配置された円筒ころ軸受１０Ｂの断面図、図１２Ｂはセンサ２１が配置された円筒ころ軸受１０Ｃの断面図である。円筒ころ軸受１０Ｂ，１０Ｃは、外輪１１と、内輪１３と、複数のころ５１と、複数のころ５１を転動自在に保持する保持器１７と、をそれぞれ有する。図１２Ａに示す円筒ころ軸受１０Ｂは、外輪１１の内周面における軸方向両端部に、つば部５３，５３が径方向内方に突出して設けられる。図１２Ｂに示す円筒ころ軸受１０Ｃは、内輪の外周面における軸方向両端部に、つば部５４，５４が径方向外方に突出して設けられる。何れの円筒ころ軸受１０Ｂ，１０Ｃも、センサ２１は、外輪１１の外周面近傍の軸方向中央部Ｐ１に配置される。本構成の場合も、上記例に限らず、センサ２１の配置個所はＰ１〜Ｐ８の何れであってもよい。
【００４３】
図１３はセンサ２１が配置された円すいころ軸受１０Ｄの断面図である。円すいころ軸受１０Ｄは、外輪１１と、内輪１３と、複数の円すいころ５５と、複数の円すいころ５５を転動自在に保持する保持器１７と、を有する。センサ２１は、外輪１１の外周面近傍の軸方向中央部Ｐ１に配置される。本構成の場合も、上記例に限らず、センサ２１の配置個所はＰ１〜Ｐ８の何れであってもよい。
【００４４】
図１４はセンサ２１が配置された自動調心ころ軸受１０Ｅの断面図である。自動調心ころ軸受１０Ｅは、外輪１１と、内輪１３と、2列に配置された複数のころ５７と、複数のころを転動自在に保持する保持器１７と、を有する。センサ２１は外輪１１の外周面近傍の軸方向中央部Ｐ１に配置される。本構成の場合も、上記例に限らず、センサ２１の配置個所はＰ１〜Ｐ８の何れであってもよい。
【００４５】
図１１〜図１４に示す各軸受は、外輪１１、内輪１３、転動体（玉１５，円筒ころ５１，円すいころ５５，ころ５７）、保持器１７の他、シール部材を構成部材として備えた構成であってもよく、これら各構成部材のいずれかにセンサ２１が配置されていればよい。また、回転輪は外輪１１であっても、内輪１３であってもよい。何れの構成であっても、前述の第１，第２実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００４６】
本出願は２０１５年４月３０日出願の日本国特許出願（特願２０１５−９２６７２）、及び２０１５年４月３０日出願の日本国特許出願（特願２０１５−９２６７３）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００４７】
１，２  異常診断システム
１０  軸受
１１  外輪（構成部材、軌道輪）
１３  内輪（構成部材、軌道輪）
１５  玉（構成部材）
１７  保持器（構成部材）
１９  シール部材（構成部材）
２１  温度センサ
３０  異常診断装置
３１  データ収集部
３３  データ処理部
３５  状態判定部
４１  モータ（装置）
４２  ポンプ（装置）
５１  円筒ころ（構成部材）
５５  円すいころ（構成部材）
５７  ころ（構成部材）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2016175322.tif 000012
【図１１】
2016175322.tif 000013
【図１２Ａ】
2016175322.tif 000014
【図１２Ｂ】
2016175322.tif 000015
【図１３】
2016175322.tif 000016
【図１４】
2016175322.tif 000017
【国際調査報告】
2016175322.tif 000018
2016175322.tif 000019