(57)【要約】【課題】回転する部品に導線を接続するための複雑な構造を用いることなく、かつ転動装置を機械装置から取り外すことなく転動装置に異常が発生したか否かを検知することのできる転動装置の異常検知方法及び転動装置用異常検知装置を提供する。【解決手段】転動装置の転動装置部品に生じた金属組織の変化或いは潤滑状態の変化に起因した磁場の変化を検出するセンサとして、交流磁場形成用コイルと検出用コイルとを具備してなる電磁誘導センサ１４を用い、この電磁誘導センサ１４の検出用コイルに発生した誘導起電力から転動装置に異常が発生したか否かを検知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動装置の転動装置部品に生じた金属組織の変化または潤滑状態の変化に起因した磁場の変化を検出するセンサとして、前記転動装置部品の検査部位を含む空間部に交流磁場を形成する交流磁場形成用コイルと、この交流磁場形成用コイルにより形成された交流磁場の変化を電磁誘導現象により検出する検出用コイルとを具備してなる電磁誘導センサを用い、この電磁誘導センサの交流磁場内に配置される検出用コイルに発生した誘導起電力から前記転動装置に異常が発生したか否かを検知することを特徴とする転動装置の異常検知方法。
【請求項２】
請求項１記載の転動装置の異常検知方法において、前記異常が潤滑剤の劣化であることを特徴とする転動装置の異常検知方法。
【請求項３】
請求項１記載の転動装置の異常検知方法において、前記異常が前記転動装置部品に発生した表面損傷であることを特徴とする転動装置の異常検知方法。
【請求項４】
請求項１記載の転動装置の異常検知方法において、前記異常が前記転動装置部品に発生した表面疲労または内部疲労であることを特徴とする転動装置の異常検知方法。
【請求項５】
転動装置に異常が発生したか否かを検知する転動装置用異常検知装置であって、交流磁場形成用コイルと検出用コイルとを有してなる電磁誘導センサと、この電磁誘導センサから出力された信号を増幅する増幅器と、この増幅器で増幅された前記電磁誘導センサの出力信号を処理して前記転動装置に異常が発生したか否かを判定する判定手段とを具備してなることを特徴とする転動装置用異常検知装置。
【請求項６】
前記判定手段がマイクロコンピュータであることを特徴とする請求項５記載の転動装置用異常検知装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の転動装置用異常検知装置において、前記電磁誘導センサ、前記増幅器及び前記判定手段の少なくとも一つが前記転動装置または前記転動装置を具備した機械に取り付けられていることを特徴とする転動装置用異常検知装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項記載の転動装置用異常検知装置において、前記交流磁場形成用コイルと前記検出用コイルが一つの筐体内に収容されていることを特徴とする転動装置用異常検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受、ボールねじ、直動案内軸受装置などの転動装置に潤滑不良やフレーキングなどの異常が発生したか否かを検知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、玉軸受やころ軸受などの転がり軸受を工作機械の主軸用軸受として用いる場合には、潤滑剤による回転抵抗を出来るだけ小さくすることが望ましい。そのため、転がり軸受に封入されるグリースの封入量を少なくしたり、あるいはグリースの代わりに潤滑油を使用したりするなどの方策が採られているが、転がり軸受に封入されたグリースが枯渇したり、転がり軸受に潤滑油を霧状あるいはミスト状に供給する給油装置が故障したりすると、転がり軸受に潤滑不良が発生し、焼付きなどの重大な損傷に結び付き易い。そこで、外側軌道輪と内側側軌道輪との間に組み込まれた複数の転動体が絶縁性セラミックスからなる転がり軸受の潤滑状態の良否を判定する方法として、転動体の少なくとも１個を導電性セラミックスで形成し、この転動体と外側軌道輪及び内側軌道輪との間の潤滑状態の良否を外側軌道輪と内側軌道輪との電位差に基づいて判定する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、転がり軸受の負荷状態を診断する方法としては、コイルに励磁電流を流して軌道輪や転動体の表層部に渦電流を誘導し、その渦電流によってコイルに発生するインピーダンスの変化を検出する渦電流センサ（具体的には、図７に示すように、交流磁場形成用コイル１と、この交流磁場形成用コイル１に交流電流を供給する交流電源２と、この交流電源２から交流磁場形成用コイル１に供給された交流電流のインピーダンス変化を検出するインピーダンス変化検出回路３と、このインピーダンス変化検出回路３で検出されたインピーダンス変化を予め設定された閾値と比較する比較器４と、この比較器４の比較結果を記録すると共に表示する記録及び表示器５とを具備してなる渦電流センサ）を用いて、転がり軸受の疲労による鋼中残留オーステナイトの減少量を測定し、その測定結果から転がり軸受の負荷状態を診断する方法が知られている（特許文献２及び特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００３−１５６０３８号公報
【特許文献２】特開２００４−１９８２４６号公報
【特許文献３】特開平５−２０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された方法は、外側軌道輪と内側軌道輪との電位差を電位差計で測定する必要があり、外側軌道輪と内側軌道輪との電位差を電位差計で測定するためには、外側軌道輪及び内側軌道輪のうち回転している方の軌道輪に接続される導線が軌道輪の回転によって絡まることを防止しなければならないため、導線の接続部分の構造が複雑になるという問題があった。
【０００５】
一方、特許文献２及び３に記載の方法で軌道輪の軌道面にフレーキング（早期剥離）が発生したか否かを検出するためには、工作機械などの機械に取り付けられた転がり軸受を機械から取り外して分解した後、軌道輪の軌道面に渦電流センサを近づける必要がある。このため、特許文献２に記載の方法では、転がり軸受が取り付けられた機械の運転を停止したり、転がり軸受を機械装置から取り外したりしなければならないため、多くの手間を要するという問題があった。
【０００６】
本発明は上述した問題点に着目してなされたものであり、その目的は、回転する部品に導線を接続するための複雑な構造を用いることなく、かつ転がり軸受を機械装置から取り外すことなく転動装置に異常が発生したか否かを検知することのできる転動装置の異常検知方法及び転動装置用異常検知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】
請求項１記載の発明に係る転動装置の異常検知方法は、転動装置の転動装置部品に生じた金属組織の変化または潤滑状態の変化に起因した磁場の変化を検出するセンサとして、交流磁場形成用コイルと検出用コイルとを具備してなる電磁誘導センサを用い、この電磁誘導センサの検出用コイルに発生した誘導起電力から前記転動装置に異常が発生したか否かを検知することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明に係る転動装置の異常検知方法は、請求項１記載の転動装置の異常検知方法において、前記異常が潤滑剤の劣化であることを特徴とする。
請求項３記載の発明に係る転動装置の異常検知方法は、請求項１記載の転動装置の異常検知方法において、前記異常が前記転動装置部品に発生した表面損傷であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明に係る転動装置の異常検知方法は、請求項１記載の転動装置の異常検知方法において、前記異常が前記転動装置部品に発生した表面疲労または内部疲労であることを特徴とする。
請求項５記載の発明に係る転動装置用異常検知装置は、転動装置に異常が発生したか否かを検知する転動装置用異常検知装置であって、交流磁場形成用コイルと検出用コイルとを有してなる電磁誘導センサと、この電磁誘導センサから出力された信号を増幅する増幅器と、この増幅器で増幅された前記電磁誘導センサの出力信号を処理して前記転動装置に異常が発生したか否かを判定する判定手段とを具備してなることを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の発明に係る転動装置用異常検知装置は、請求項５記載の転動装置用異常検知装置において、前記判定手段がマイクロコンピュータであることを特徴とする。
請求項７記載の発明に係る転動装置用異常検知装置は、請求項５または６記載の転動装置用異常検知装置において、前記電磁誘導センサ、前記増幅器及び前記判定手段の少なくとも一つが前記転動装置または前記転動装置を具備した機械に取り付けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項８記載の発明に係る転動装置用異常検知装置は、請求項５〜７のいずれか一項記載の転動装置用異常検知装置において、前記交流磁場形成用コイルと前記検出用コイルが一つの筐体内に収容されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電磁誘導センサの測定対象が空気を透過する磁場となっていることから、回転する部品に導線を接続するための複雑な構造を用いることなく転動装置に異常が発生したか否かを検知することができる。また、渦電流センサを用いた場合のように、工作機械などの機械に取り付けられた転動装置を機械から取り外して分解する必要がないので、多くの手間を要することなく早期剥離などの異常の有無を転動装置の運転時や停止時でも検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に、本発明の第１の実施形態に係る転動装置用異常検知装置の概略構成を示す。同図において符号１０は軸受ハウジング、１１は軸受ハウジング１０内に収容された転がり軸受としての玉軸受、１２は玉軸受１１により支持される回転軸、１３は転がり軸受などの転動装置に潤滑不良などの異常が発生したか否を検知する転動装置用異常検知装置であって、この転動装置用異常検知装置１３は、転動装置部品に発生した金属組織の変化（たとえば鋼中残留オーステナイトの減少量）或いは潤滑状態の変化に起因した磁場の変化を検出する電磁誘導センサ１４と、電磁誘導センサ１４から出力された信号を増幅する増幅器１５と、増幅器１５で増幅された電磁誘導センサ１４の出力信号を処理して転動装置（玉軸受１１）に異常が発生したか否かを判定する判定手段としてのマイクロコンピュータ１６とを備えている。
【００１４】
電磁誘導センサ１４は、図２に示すように、転動装置部品（例えば玉軸受１１の外側軌道輪１１ｂ）の検査部位を含む空間部に交流磁場を形成する交流磁場形成用コイル１４ａと、この交流磁場形成用コイル１４ａにより形成された交流磁場の変化を電磁誘導現象により検出する検出用コイル１４ｂとからなり、交流磁場形成用コイル１４ａには、励磁電流として交流電流が交流電源１９（図１参照）から供給されるようになっている。なお、検出用コイル１４ｂは交流磁場形成用コイル１４ａに一部を接触させて交流磁場形成用コイル１４ａと同軸に巻回されている。また、交流磁場形成用コイル１４ａ及び検出用コイル１４ｂは一つの筐体内に収容されている。
【００１５】
電磁誘導センサ１４の検出用コイル１４ｂは増幅器１５（図１参照）に接続しており、検出用コイル１４ｂに発生した誘導起電力は、増幅器１５で増幅された後、玉軸受などの転動装置に異常が発生したか否かを判定する判定手段としてのマイクロコンピュータ１６に供給されるようになっている。
マイクロコンピュータ１６は、増幅器１５で増幅された電磁誘導センサ１４の出力信号（検出用コイル１４ｂの誘導起電力）を信号処理する信号処理部１６ａと、この信号処理部１６ａの出力を予め設定された閾値と比較し、信号処理部１６ａの出力が閾値より大きい場合に潤滑不良などの異常が転動装置に発生したと判定する比較判定部１６ｂとを備えて構成されており、比較判定部１６ｂの判定結果は、ＣＲＴ等の表示器１７に出力されるとともに、プリンタ等の記録装置１８に出力されるようになっている。
【００１６】
なお、電磁誘導センサ１４は玉軸受１１の外側軌道輪１１ｂまたは軸受ハウジング１０と一体に固定されていてもよいし、取り外し可能に固定されていてもよい。また、電磁誘導センサ１４、交流電源１９、増幅器１５及びマイクロコンピュータ１６の一部または全部が転動装置または転動装置が取り付けられた機械と一体になっていてもよい。
このように構成される転動装置用異常検知装置１３を用いて玉軸受１１などの転動装置の潤滑状態の良否を判定する場合は、図１に示すように、電磁誘導センサ１４の軸方向が玉軸受１１の転動体１１ａと外側軌道輪１１ｂとの接触面に対して垂直になるように電磁誘導センサ１４を外側軌道輪１１ｂの外周面に近づけ、この状態で交流電源１９から電磁誘導センサ１４の交流磁場形成用コイル１４ａに交流電流を供給する。そうすると、交流電源１９から供給された交流電流によって電磁誘導センサ１４の交流磁場形成用コイル１４ａが励磁され、図３に示すような交流磁界２０が交流磁場形成用コイル１４ａの励磁によって発生する。なお、交流電源１９では、供給する交流電流の周波数を調整することができるものを用いることが望ましい。
【００１７】
このようにして電磁誘導センサ１４の交流磁場形成用コイル１４ａから交流磁界２０が発生すると、電磁誘導センサ１４の検出用コイル１４ｂに誘導起電力が発生する。このとき、検出用コイル１４ｂに発生した誘導起電力は潤滑剤の劣化による潤滑状態の変化や疲労による外側軌道輪１１ｂの鋼中残留オーステナイトの変化に起因して転動装置内に生じる磁場の変化によって変化するため、検出用コイル１４ｂに発生した誘導起電力を予め設定された閾値と比較することによって、玉軸受１１における潤滑状態の良否を判定することできる。
【００１８】
したがって、上述した本発明の第１の実施形態では、転がり軸受の潤滑状態の良否を判定する際に回転側軌道輪と電気的に導通している部材と電位差計とを導線で接続する必要がないので、回転する部品に導線を接続するための複雑な構造を用いることなく転がり軸受の潤滑状態の良否を高精度に判定することができる。
また、早期剥離などの異常が発生したか否かを検査する際に、工作機械などの機械に取り付けられた転動装置を機械から取り外して分解する必要がないので、多くの手間を要することなく早期剥離などの異常の有無を転動装置の運転時や停止時でも検査することができる。
【００１９】
さらに、マイクロコンピュータ１６で得られた検査結果を、回転軸１２の回転の制御に利用することができる。
なお、上述した第１の実施形態では検査対象物として玉軸受を例示したが、これに限られるものではなく、例えばころ軸受、ボールねじ、直動案内軸受装置についても本発明を適用することができる。また、軸受はスラスト軸受でもよいし、ラジアル軸受でもよく、内輪及び外輪のどちらか一方または両方が回転する場合において適用することができる。さらに、電磁誘導センサ１４から増幅器１５及び増幅器１５からマイクロコンピュータ１６への信号の伝達は有線でも無線でもよい。
【００２０】
次に、本発明の第２の実施形態に係る転動装置用異常検知装置の概略構成を図４に示す。同図に示される転動装置用異常検知装置は円筒ころ軸受のもみ抜き保持器２１ａに欠陥や損傷などの異常が発生したか否か機械の運転を停止して、転がり軸受を機械から取り外した状態で検査する場合に用いられるものであって、半組立て状態のころ軸受を載置するためのターンテーブル２２と、このターンテーブル２２の上方に配置された電磁誘導センサ１４と、この電磁誘導センサ１４をＸ軸回り（図中矢印θx方向）に揺動駆動するセンサ揺動機構２３と、このセンサ揺動機構２３を介して電磁誘導センサ１４を図中Ｚ軸方向に昇降駆動するセンサ昇降機構２４と、電磁誘導センサ１４を図中Ｘ軸方向及びＹ軸方向に動かしてセンサを位置決めするセンサ位置決め機構２５と、ターンテーブル２２を図中Ｘ軸方向に動かしてもみ抜き保持器２１ａなどの転動装置部品を位置決めする転動装置部品位置決め機構２６とを備えて構成されている。
【００２１】
電磁誘導センサ１４は、図２に示したように、交流磁場形成用コイル１４ａと検出用コイル１４ｂとからなり、交流磁場形成用コイル１４ａには、交流電流が交流電源から供給されるようになっている。なお、検出用コイル１４ｂは交流磁場形成用コイル１４ａに一部を接触させて交流磁場形成用コイル１４ａと同軸に巻回されている。また、交流磁場形成用コイル１４ａ及び検出用コイル１４ｂは一つの筐体内に収容されている。なお、図４中２１ｂは円筒ころ軸受の円筒ころ、２１ｃは円筒ころ軸受の外側軌道輪を示している。
【００２２】
このような転動装置用異常検知装置を使用して欠陥や損傷などの異常がもみ抜き保持器２１ａに発生したか否かを検知する手順としては、先ず、図４に示すように、内輪（図示せず）が取り除かれたもみ抜き保持器付き円筒ころ軸受をターンテーブル２２上に載置する。次に、ターンテーブル２２、センサ揺動機構２３、センサ昇降機構２４、センサ位置決め機構２５及び転動装置部品位置決め機構２６を駆動して電磁誘導センサ１４をもみ抜き保持器２１ａの端面に近づけた後、電磁誘導センサ１４の交流磁場形成用コイル１４ａに交流電圧を印加すると、交流磁場形成用コイル１４ａから交流磁界が発生する。
【００２３】
このようにして電磁誘導センサ１４の交流磁場形成用コイル１４ａから交流磁界が発生すると、電磁誘導センサ１４の検出用コイル１４ｂに誘導起電力が発生する。このとき、検出用コイル１４ｂに発生した誘導起電力はもみ抜き保持器２１ａに発生した欠陥や損傷などに比例して変化するため、検出用コイル１４ｂに発生した誘導起電力を予め設定された閾値と比較することによって、欠陥や損傷などの異常がもみ抜き保持器２１ａに発生したか否かを検知することできる。
【００２４】
次に、本発明の第３の実施形態に係る転動装置用異常検知装置の概略構成を図５に示す。同図に示される転動装置用異常検知装置は、転がり軸受部品を部品単体又は転がり軸受として組立てた状態あるいは半組立て状態として載置するターンテーブル２２と、このターンテーブル２２の上方に配置された電磁誘導センサ１４と、この電磁誘導センサ１４を図中Ｚ軸回り（図中矢印θz方向）に揺動駆動するセンサ揺動機構２７と、このセンサ揺動機構２７を介して電磁誘導センサ１４を図中Ｚ軸方向に昇降駆動するセンサ昇降機構２４と、電磁誘導センサ１４を図中Ｘ軸方向及びＹ軸方向に動かしてセンサを位置決めするセンサ位置決め機構２５と、ターンテーブル２２を図中Ｘ軸方向に動かして転動装置部品を位置決めする転動装置部品位置決め機構２６とを備えて構成されている。
【００２５】
電磁誘導センサ１４は、図２に示すように、交流磁場形成用コイル１４ａと検出用コイル１４ｂとからなり、交流磁場形成用コイル１４ａには、交流電流が交流電源から供給されるようになっている。なお、検出用コイル１４ｂは交流磁場形成用コイル１４ａに一部を接触させて交流磁場形成用コイル１４ａと同軸に巻回されている。また、交流磁場形成用コイル１４ａ及び検出用コイル１４ｂは一つの筐体内に収容されている。
【００２６】
このような転動装置用異常検知装置を使用して欠陥や損傷などの異常がもみ抜き保持器２１ａの柱部に発生したか否かを検知する手順としては、先ず、機械の運転を停止して、転がり軸受を機械から取り外した状態で、図５に示すように、内輪（図示せず）が取り除かれたもみ抜き保持器付き円筒ころ軸受をターンテーブル２２上に載置する。次に、ターンテーブル２２、センサ揺動機構２７、センサ昇降機構２４、センサ位置決め機構２５及び転動装置部品位置決め機構２６を駆動して電磁誘導センサ１４をもみ抜き保持器２１ａの柱部に近づけた後、電磁誘導センサ１４の交流磁場形成用コイル１４ａに交流電圧を印加すると、交流磁場形成用コイル１４ａから交流磁界が発生する。
【００２７】
このようにして電磁誘導センサ１４の交流磁場形成用コイル１４ａから交流磁界が発生すると、電磁誘導センサ１４の検出用コイル１４ｂに誘導起電力が発生する。このとき、検出用コイル１４ｂに発生した誘導起電力はもみ抜き保持器２１ａの柱部に発生した欠陥や損傷などに比例して変化するため、検出用コイル１４ｂに発生した誘導起電力を予め設定された閾値と比較することによって、欠陥や損傷などの異常がもみ抜き保持器２１ａの柱部に発生したか否かを検知することできる。
【００２８】
上述した第２及び第３の実施形態では、転動装置部品としてもみ抜き保持器を例示したが、これに限られるものではない。たとえば、図６に示すように、転動装置部品として転がり軸受の内側軌道輪２１ｄをターンテーブル２２上に載置して欠陥や損傷などの異常が内側軌道輪２１ｄに発生したか否かを検知するようにしてもよい。
なお、組立てた状態で内輪と外輪が分離可能なころ軸受としては、実施例の円筒ころ軸受に限らず、円錐ころ軸受や自動調心ころ軸受でも手で分解・組立てが可能であり、分解・組立ての繰り返しにより性能に影響する傷等が発生しなければ適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る転動装置用異常検知装置の概略構成を示す図である。
【図２】転動装置の転動装置部品に生じた金属組織の変化或いは潤滑状態の変化に起因して磁場の変化を検出する電磁誘導センサの概略構成を示す斜視図である。
【図３】電磁誘導センサの交流磁場形成用コイルから発生する交流磁界を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る転動装置用異常検知装置の概略構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る転動装置用異常検知装置の概略構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る転動装置用異常検知装置の概略構成を示す斜視図である。
【図７】渦電流センサの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  軸受ハウジング
１１  玉軸受
１１ａ  転動体
１１ｂ  外側軌道輪
１１ｃ  内側軌道輪
１２  回転軸
１３  転動装置用異常検知装置
１４  電磁誘導センサ
１４ａ  交流磁場形成用コイル
１４ｂ  検出用コイル
１５  増幅器
１６  マイクロコンピュータ
１６ａ  信号処理部
１６ｂ  比較判定部
１７  表示器
１８  記録装置
１９  交流電源
２０  交流磁界
２１ａ  円筒ころ軸受のもみ抜き保持器
２１ｂ  円筒ころ軸受の円筒ころ
２１ｃ  円筒ころ軸受の外側軌道輪
２１ｄ  円筒ころ軸受の内側軌道輪
２２  ターンテーブル
２３，２７  センサ揺動機構
２４  センサ昇降機構
２５  センサ位置決め機構
２６  転動装置部品位置決め機構
【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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