(57)【要約】  異常診断システム（１）は、複数の構成部材からなる軸受（１０）と、構成部材の異なる位置に設置され、周囲の信号を検出する複数のセンサ（２１）、（２２）、（２３）と、複数のセンサ（２１）、（２２）、（２３）からの出力される信号に基づき、転がり軸受（１０）の異常、及び転がり軸受（１０）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（３０）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、
前記構成部材の互いに異なる位置に設置され、周囲の信号を検出する複数のセンサと、
前記複数の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】
前記構成部材は、内輪又は外輪であり、
前記複数のセンサは、前記軸受の内輪又は外輪の、軸方向一端部近傍に設置された第１センサと、軌道面近傍に設置された第２センサと、軸方向他端部近傍に設置された第３センサと、を有する、請求項１に記載の異常診断システム。
【請求項３】
前記外輪は固定輪である、請求項２に記載の異常診断システム。
【請求項４】
前記内輪は回転輪である、請求項２に記載の異常診断システム。
【請求項５】
前記異常診断装置は、前記複数のセンサのうち、出力値が最初に上昇し若しくは所定の閾値を超えたセンサを特定し、特定されたセンサが設置された位置に基づいて、前記軸受及び前記装置のうち何れが異常であるかを判定する、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】
前記複数のセンサはそれぞれ温度センサである、請求項１〜５の何れか１項に記載の異常診断システム。
【請求項７】
前記複数のセンサはそれぞれ振動センサである、請求項１〜５の何れか１項に記載の異常診断システム。
【請求項８】
前記複数のセンサはそれぞれ荷重センサである、請求項１〜５の何れか１項に記載の異常診断システム。
【請求項９】
前記複数のセンサは互いに同じ円周上に配置されない、請求項８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、
前記構成部材の互いに異なる位置に設置され、周囲の信号を検出する複数のセンサと、
前記複数の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）  前記構造部材は、内輪又は外輪であり、
前記複数のセンサは、前記軸受の内輪又は外輪の、軸方向一端部近傍に設置された第１センサと、軌道面近傍に設置された第２センサと、軸方向他端部近傍に設置された第３センサと、を有する、（１）に記載の異常診断システム。
（３）  前記外輪は固定輪である、（２）に記載の異常診断システム。
（４）  前記内輪は回転輪である、（２）に記載の異常診断システム。
（５）  前記異常診断装置は、前記複数のセンサのうち、出力値が最初に上昇し若しくは所定の閾値を超えたセンサを特定し、特定されたセンサが設置された位置に基づいて、前記軸受及び前記装置のうち何れが異常であるかを判定する、（１）〜（４）の何れか１つに記載の異常診断システム。
（６）  前記複数のセンサはそれぞれ温度センサである、（１）〜（５）の何れか１つに記載の異常診断システム。
（７）  前記複数のセンサはそれぞれ振動センサである、（１）〜（５）の何れか１つに記載の異常診断システム。
（８）  前記複数のセンサはそれぞれ荷重センサである、（１）〜（５）の何れか１つに記載の異常診断システム。
（９）  前記複数のセンサは互いに同じ円周上に配置されない、（８）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】各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】モータに異常が発生した場合の、各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】軸受に異常が発生した場合の、各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５】ポンプに異常が発生した場合の、各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６】第２実施形態に係る異常診断システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の各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１０と、転がり軸受１０に設置される複数のセンサ２１、２２、２３と、複数のセンサ２１、２２、２３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）と、外周面に内輪軌道面１３ａを有する内輪１３（回転輪）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。また、非接触型のシール部材１９を用いることで、後述する温度センサによる温度検出への影響が抑えられる。
【００１６】
本実施形態の機械装置は、回転軸３と、ハウジングと、転がり軸受１０と、転がり軸受１０に対して軸方向一端側に配置された第１の装置としてのモータ４１と、転がり軸受１０に対して軸方向他端側に配置された第２の装置としてのポンプ４２と、を備える。
【００１７】
また、外輪１１の互いに異なる位置には、周囲の信号を検出する複数の第１〜第３センサ２１、２２、２３が、埋め込まれて設置されている。本実施形態では複数のセンサ２１、２２、２３は、外輪１１の軸方向一端部近傍に設置された第１温度センサ２１と、軸方向中央部の外輪軌道面１１ａ近傍に設置された第２温度センサ２２と、軸方向他端部近傍に設置された第３温度センサ２３と、からなる。
なお、本実施形態では、複数のセンサ２１、２２、２３は、同じ径方向位置に設置されているが、それぞれ異なる径方向位置であってもよい。
【００１８】
第１〜第３温度センサ２１〜２３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が、それぞれ設置される位置によって影響度合いが異なる。すなわち、モータ４１の近くに配置される第１温度センサ２１は、当該モータ４１の温度変化に影響され易く、玉１５や内輪１３等の近くに配置される第２温度センサ２２は、転がり軸受１０の温度変化に影響され易く、ポンプ４２の近くに配置される第３温度センサ２３は、当該ポンプ４２の温度変化に影響され易い。
【００１９】
第１〜第３温度センサ２１〜２３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。
【００２０】
異常診断装置３０のデータ収集部３１は、第１〜第３温度センサ２１〜２３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、第１〜第３温度センサ２１〜２３のうち、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センサを特定する。続いて状態判定部３５は、特定されたセンサ（以下、特定センサと呼ぶことがある。）が設置された位置に基づいて、転がり軸受１０、モータ４１、ポンプ４２のうち何れが異常状態であるかを判定する。
【００２１】
例えば、第１温度センサ２１が特定センサとされた場合、第１温度センサ２１は第２、第３温度センサ２２、２３と比べてモータ４１の近くに配置されるので、モータ４１が異常状態であると判定する。また、第２温度センサ２２が特定センサとされた場合、第２温度センサ２２は第３、第１温度センサ２３、２１と比べて玉１５や内輪１３等の近くに配置されるので、転がり軸受１０が異常状態であると判定する。また、第３温度センサ２３が特定センサとされた場合、第３温度センサ２３は第１、第２温度センサ２１、２２と比べてポンプ４２の近くに配置されるので、ポンプ４２が異常状態であると判定する。
【００２２】
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、軸受１０の発熱や、モータ４１の発熱、ポンプ４２の発熱があり、それぞれの温度上昇の時間は異なる。そのため、図２に示すように、第１〜第３温度センサ２１〜２３の出力値から得られる温度増加曲線は、機械設備の始動直後においては互いに異なるものとなる。しかしながら、一定時間経過して定常状態となると、外輪１１の温度が転がり軸受１０周辺の雰囲気温度と同一となるため、第１〜第３温度センサ２１〜２３の検出する温度に差がなくなり、定格温度Ｔａとなる。
【００２３】
ここで、図３を参照し、定格温度Ｔａ到達後の時間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を考える。この場合、第２、第３温度センサ２２、２３に比べてモータ４１の近くに配置された第１温度センサ２１の出力値が最初に上昇し、次に第２温度センサ２２、第３温度センサ２３の順に出力値が上昇する。そして、出力値は第１温度センサ２１、第２温度センサ２２、第３温度センサ２３の順に、所定の閾値Ｔｂを超えることになる。
【００２４】
したがって、異常診断装置３０は、出力値が最初に上昇したセンサとして、又は出力値が最初に閾値Ｔｂを超えたセンサとして、第１温度センサ２１を特定する。そして、異常診断装置は第１温度センサ２１が設置された位置に基づいて、すなわち第１温度センサ２１がモータ４１の近くに設置されたことに基づいて、モータ４１が異常状態であると判定する。
【００２５】
次に、図４を参照し、定格温度Ｔａ到達後の時間ｔにおいて、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を考える。この場合、第３、第１温度センサ２３、２１に比べて転がり軸受１０の近くに配置された第２温度センサ２２の出力値が最初に上昇し、次に第３温度センサ２３及び第１温度センサ２１の出力値が上昇する。そして、第２温度センサ２２の出力値が最初に閾値Ｔｂを超え、第３温度センサ２３及び第１温度センサ２１の出力値が、閾値Ｔｂを超えることになる。
【００２６】
したがって、異常診断装置３０は、出力値が最初に上昇したセンサとして、又は出力値が最初に閾値Ｔｂを超えたセンサとして、第２温度センサ２２を特定する。そして、異常診断装置は第２温度センサ２２が設置された位置に基づいて、すなわち第２温度センサ２２が転がり軸受１０の近くに設置されたことに基づいて、転がり軸受１０が異常状態であると判定する。
【００２７】
続いて、図５を参照し、定格温度Ｔａ到達後の時間ｔにおいて、ポンプ４２が何らかの要因で異常発熱した場合を考える。この場合、第１、第２温度センサ２１、２２に比べてポンプの近くに配置された第３温度センサ２３の出力値が最初に上昇し、次に第２温度センサ２２、第１温度センサ２１の順に出力値が上昇する。そして、出力値は第３温度センサ２３、第２温度センサ２２、第１温度センサ２１の順に、所定の閾値Ｔｂを超えることになる。
【００２８】
したがって、異常診断装置３０は、出力値が最初に上昇したセンサとして、又は出力値が最初に閾値Ｔｂを超えたセンサとして、第３温度センサ２３を特定する。そして、異常診断装置は第３温度センサ２３が設置された位置に基づいて、すなわち第３温度センサ２３がポンプ４２の近くに設置されたことに基づいて、ポンプ４２が異常状態であると判定する。
【００２９】
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。
【００３０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る異常診断システム１について、図６を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
【００３１】
第１実施形態では、固定輪である外輪１１の互いに異なる位置に、複数のセンサ２１〜２３が配置されているが、本実施形態では、回転輪である内輪１３の互いに異なる位置に、周囲の信号を検出する複数のセンサ２１、２２、２３が、埋め込まれて設置されている。つまり、本実施形態では複数のセンサ２１、２２、２３は、内輪１３の軸方向一端部近傍に設置された第１温度センサ２１と、軸方向中央部の内輪軌道面１３ａ近傍に設置された第２温度センサ２２と、軸方向他端部近傍に設置された第３温度センサ２３と、からなる。
【００３２】
したがって、本実施形態においても、モータ４１の近くに配置される第１温度センサ２１は、当該モータ４１の温度変化に影響され易く、玉１５や外輪１１等の近くに配置される第２温度センサ２２は、転がり軸受１０の温度変化に影響され易く、ポンプ４２の近くに配置される第３温度センサ２３は、当該ポンプ４２の温度変化に影響され易い。
【００３３】
また、本実施形態においても、第１実施形態の図２のように、第１〜第３温度センサ２１〜２３の出力値から得られる温度増加曲線は、機械設備の始動直後においては互いに異なるものとなる。また、一定時間経過して定常状態となると、内輪１３の温度が転がり軸受１０周辺の雰囲気温度と同一となるため、第１〜第３温度センサ２１〜２３の検出する温度に差がなくなり、定格温度Ｔａとなる。
【００３４】
したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同様の手法により、図３〜図５に示す、第１〜第３温度センサ２１〜２３の出力値のグラフに基づいて、モータ４１、転がり軸受１０、ポンプ４２のいずれかが異常状態であることを判定することができる。
【００３５】
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。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００３６】
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。
【００３７】
例えば、異常診断装置３０は、出力値が最初に上昇したセンサ又は出力値が最初に閾値Ｔｂを超えたセンサを特定するのみでなく、出力値が二番目に上昇したセンサ又は出力値が二番目に閾値Ｔｂを超えたセンサを特定してもよい。そして、異常診断装置３０は、最初に特定されたセンサの位置と、二番目に特定されたセンサの位置に基づいて、転がり軸受１０及び装置のうち何れが異常であるかを判定する。これにより、どの部位で発熱しているかをより正確に判定することが可能となり、異常判定の精度を向上させることができる。同様に、異常診断装置３０は、最初に特定されたセンサの位置と、二番目に特定されたセンサの位置と、三番目に特定されたセンサの位置に基づいて、転がり軸受１０及び装置のうち何れが異常であるかを判定しても構わない。
【００３８】
また、設置されるセンサの数は、複数であれば特に限定されず、異常診断システムが組み込まれる機械装置に応じて適宜増減すればよい。例えば、本実施形態においてポンプ４２が設けられない場合には、第３温度センサ２３を設置しなくても構わない。
【００３９】
また、設置されるセンサは、転がり軸受１０や、転がり軸受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。
【００４０】
設置されるセンサとして荷重センサを採用した場合、仮に固定輪である外輪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、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、設置位相の制約を受けないため、複数の荷重センサを円周上でそれぞれ離間して設置してもよい。このため、円周上の任意の位相に一個ずつ荷重センサを設置すれば、それぞれの位相における挙動を把握することができる。すなわち、回転輪に荷重センサを設置する場合には、同じ円周上の位相に複数の荷重センサを配置せず、一つの円周上の位相に一つの荷重センサが配置されてもよい。したがって、複数の荷重センサは、軸方向から見て互いに異なる位置に配置される。
【００４１】
また、センサの設置個所は、転がり軸受１０の構成部材であれば外輪１１又は内輪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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
本出願は、２０１５年２月１９日出願の日本特許出願２０１５−０３０９８６及び２０１５年２月１９日出願の日本特許出願２０１５−０３０９８７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】
【００４６】
１  異常診断システム
１０  軸受
１１  外輪（構成部材、固定輪）
１３  内輪（構成部材、回転輪）
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  第１温度センサ
２２  第２温度センサ
２３  第３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）
【図１】
2016133100.tif 000003
【図２】
2016133100.tif 000004
【図３】
2016133100.tif 000005
【図４】
2016133100.tif 000006
【図５】
2016133100.tif 000007
【図６】
2016133100.tif 000008
【国際調査報告】
2016133100.tif 000009
2016133100.tif 000010
2016133100.tif 000011
2016133100.tif 000012