(57)【要約】【課題】分解するのに多くの手間がかかるような装置の分解を行なうことなく、安全性と信頼性とを得ることができるセンサ付軸受装置を提供する。【解決手段】本発明のセンサ付軸受装置１０は、ラジアル荷重が負荷される軸受１１を軸受箱１２内に配し回転軸１の異常を検知するものであって、頭部２７、中央部２８及び端部２９を有して回転軸１に固定される。また、頭部２７、中央部２８及び端部２９を貫通した貫通孔が形成されたボルト体３０を備え、ボルト体３０の貫通孔内または頭部２７に配され、振動センサ，ＡＥセンサ，温度センサのうちから選択されて組み合わされる少なくとも１組のセンサを有する異常検出手段１３を備えた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪軌道面を有し回転軸が内嵌された内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記内外輪軌道面間に相対回転自在に配された複数の転動体と、前記転動体を転動自在に保持する保持器と、を有しラジアル荷重が負荷される軸受を軸受箱内に配し前記回転軸の異常を検知するセンサ付軸受装置であって、
頭部、中央部及び端部を有して前記回転軸または前記軸受箱に固定され、前記頭部、前記中央部及び前記端部を貫通した貫通孔が形成されたボルト体を備え、前記ボルト体の前記貫通孔内または前記頭部に配され、振動センサ，ＡＥセンサ，温度センサのうちから選択されて組み合わされる少なくとも１組のセンサを有する異常検出手段を備えていることを特徴とするセンサ付軸受装置。
【請求項２】
前記異常検出手段が、前記軸受箱における負荷圏側に配されていることを特徴とする請求項１記載のセンサ付軸受装置。
【請求項３】
前記異常検出手段が、前記軸受箱または前記回転軸の端部に配されていることを特徴とする請求項１または２記載のセンサ付軸受装置。
【請求項４】
前記異常検出手段が、検出した信号を送出するための信号搬出手段を有し、前記信号搬送手段を介して送出された信号に基づき異常の有無を判定し出力する判定結果出力部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ付軸受装置。
【請求項５】
前記振動センサからの振動波形内の不要な周波数帯域を除去するフィルタ処理部と、前記フィルタ処理部から転送されたフィルタ後の波形の絶対値を検波するエンベロープ処理部と、前記エンベロープ処理部から転送された波形の周波数を分析する周波数分析部と、回転速度に基づき算出した損傷に起因した周波数と実測データに基づく周波数とを比較する比較照合部と、前記比較照合部での比較結果に基づき、異常の有無、異常部位の特定をする結果出力部を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ付軸受装置。
【請求項６】
前記異常検出手段が、検出した信号を演算処理するマイコンまたは専用ユニットを内蔵していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサ付軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば鉄道車両用の車軸やギアボックス或いは発電用風車等に用いられる複数の回転部品の異常をセンサにより検知するセンサ付軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道車両や発電用風車等の回転部品を支持する軸受装置は、一定期間使用した後に、軸受装置やその他の部分について損傷や摩耗等の欠陥の有無が検査される。この検査は、装置全体を定期的に分解することにより行なわれ、回転部品にできた損傷や摩耗は、検査担当者が目視により発見するようにしている。そして、検査で発見される主な欠陥としては、軸受の場合、異物の噛み込み等によって生ずる圧痕、転がり疲れによる剥離、その他の摩耗等があり、また、歯車の場合は、歯部の欠損や摩耗等があり、車輪の場合には、フラット等の摩耗があり、新品にはない凹凸や摩耗等があれば、新品に交換し再度装置に組み付けられる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来のセンサ付軸受装置として、図１２に示すセンサ付軸受装置２００は、固定輪である外輪２０１と、車軸２０２が内嵌された内輪２０３との間に、ローラ２０４が配されている。また、センサの取付手段、コネクタブロック２０５及びセンサとコネクタブロック２０５とを結ぶ通電ワイヤが、リング体２０６に設けられている。このリング体２０６の頂部は、センサハウジング２０７が一体に形成されており、リング体２０６の一方の内部チャンネル又は背側面チャンネル内に通電ワイヤが配置されている。リング体２０６は、環状のインサート２０７に固定されるもので、リング体２０６に形成された３個の挿通孔にインサート２０７に設けたボルト２０８を挿通し、ナット２０９を締め付けて固定される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、センサ付軸受装置の他の構成例として、図１３に示す熱センサ２２０は、ボルト−熱センサ組合体であり、温度検知素子を備えたボルト２２１からなる。この素子は感温ワックス２２２を含んでおり、これは所定の狭い温度範囲内で膨張し、突出部２２３を露出したピストン２２４の動きを生じさせる。この突出部２２３は受動的にも（反射器としても）あるいは能動的にも（送信器としても）アンテナとして機能し、非常に高い選択度で沿線から探査され得る。ボルト２２１は、頭部２２５、中央部２２６、端部２２７を有する。ボルト２２１は中央部２２６を貫く孔２２８と、端部２２７のところで孔２２８を密封しているプラグ２２９とを有する。
【０００５】
このような熱センサ２２０では、予め選んだ温度にボルト２２１が達すると、感温ワックス２２２のワックス・モータが膨張し、ピストン２２４がボルト２２１の頭部２２５に向って移動する。次いで、アンテナ（突出部）２２３がボルト２２１の頭部２２５から突出し、膨張したワックス・モータ２３０により、ピストン２２４が位置２３１まで移動するのと同時に位置２３２まで移動する。そして、無線信号を発生する電子モジュール２３３が能動モードで用いられる。電子モジュール２３３は、ボルト２２１の頭部２２５とピストン２２４との間でボルト２２１の孔２２８内に設置してある。そして、孔２３４を有し、ワックス・モータにより、ピストン２２４が押されたときに孔２３４をアンテナ２２３が通り、アンテナ２２３が電子モジュール２３３を通る。これにより、電子モジュール２３３が作動状態になり、無線信号を発し、この無線信号はアンテナ２２３を経て受信器に送られる（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【非特許文献１】
日本精工株式会社発行カタログ「転がり軸受」（ＣＡＴ．Ｎｏ．１１０１ｅ  第Ｂ３４０頁−第Ｂ３５１頁）
【特許文献１】
特開２０００−０４３７２３号公報（第３−４頁、第５図）
【特許文献２】
特許第２８８９５７５号公報（第４頁、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記非特許文献１に記載されたセンサ付軸受装置では、装置全体の分解に多大な時間とコストがかかり、さらに組み立て直しにも多くの時間を必要とするという問題点がある。特に、発電用風車の場合、オフショアで使用される場合が多く、台数も多い場合がある。そのため、現在では、保全担当者が現地に出向き、個々の風車の回転部品検査を行なっていることが多く、この場合、多大な時間とコストがかかり、メンテナンス性において効率が悪いという欠点がある。
また、限られた時間内で多数の部品を目視で検査するため、欠陥を見落とすおそれがあるという欠点もある。また、欠陥の程度の判断にも個人差があり、実質的に欠陥がなくても部品交換が行なわれることもあるため、無駄なコストがかかることにも成り得る。さらに、組み立て直しを行なうときに、検査前には無かった打痕を回転部品につけてしまう等、検査自体が、部品の欠陥の新たな原因を生むおそれもある。
【０００８】
また、上記特許文献１に記載されたセンサ付軸受装置２００では、装着手段となるリング体２０６が、略円環形状であり、インサート２０７全体を覆うことになるため、インサート２０７の放熱性を阻害してしまうおそれがある。さらに、装着手段となる部材の構造が複雑であるため、センサに故障が起きたときに、装置の分解に多くの時間を必要とするので、メンテナンス面で多くのコストを要する。
【０００９】
また、特許文献２に記載された熱センサ２２０では、回転部品の状態を温度でのみ監視するため、温度異常が発生したとしても、どの部品に異常が発生したかまではわからないことが多い。また、回転体に異常が発生したとしても、例えば、軸受の軌道輪に傷が生じた場合等、振動値は上昇するものの、温度上昇はほとんどないため、異常の種類によっては検出されないことがあり、人命に拘わるような用途においては信頼性が劣る。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、分解するのに多くの手間がかかるような装置の分解を行なうことなく回転させながら定期的に検査試験を行う場合に、その装置の回転部品の欠陥を同時に検出可能なセンサ付軸受装置を提供し、安全性及び信頼性を得ることができるセンサ付軸受装置を提供することにある。
また、目視による検査では見落とすおそれがある欠陥を発見可能なセンサ付軸受装置を提供することを目的とする。
さらに、回転部品の状態を温度で監視している場合、温度異常が検出されたとしても、どの部品が原因で異常が生じたかまではわからないことが多く、そのような場合にも対処することができる高度な検出特性を有するセンサ付軸受装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項１記載のセンサ付軸受装置は、内輪軌道面を有し回転軸が内嵌された内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記内外輪軌道面間に相対回転自在に配された複数の転動体と、前記転動体を転動自在に保持する保持器と、を有しラジアル荷重が負荷される軸受を軸受箱内に配し前記回転軸の異常を検知するセンサ付軸受装置であって、
頭部、中央部及び端部を有して前記回転軸または前記軸受箱に固定され、前記頭部、前記中央部及び前記端部を貫通した貫通孔が形成されたボルト体を備え、前記ボルト体の前記貫通孔内または前記頭部に配され、振動センサ，ＡＥセンサ，温度センサのうちから選択されて組み合わされる少なくとも１組のセンサを有する異常検出手段を備えていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２記載のセンサ付軸受装置は、前記異常検出手段が、前記軸受箱における負荷圏側に配されていることを特徴とする請求項１記載のセンサ付軸受装置である。
また、請求項３記載のセンサ付軸受装置は、前記異常検出手段が、前記軸受箱または前記回転軸の端部に配されていることを特徴とする請求項１または２記載のセンサ付軸受装置である。
また、請求項４記載のセンサ付軸受装置は、前記異常検出手段が、検出した信号を送出するための信号搬出手段を有し、前記信号搬送手段を介して送出された信号に基づき異常の有無を判定し出力する判定結果出力部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ付軸受装置である。
【００１３】
また、請求項５記載のセンサ付軸受装置は、前記振動センサからの振動波形内の不要な周波数帯域を除去するフィルタ処理部と、前記フィルタ処理部から転送されたフィルタ後の波形の絶対値を検波するエンベロープ処理部と、前記エンベロープ処理部から転送された波形の周波数を分析する周波数分析部と、回転速度に基づき算出した損傷に起因した周波数と実測データに基づく周波数とを比較する比較照合部と、前記比較照合部での比較結果に基づき、異常の有無、異常部位の特定をする結果出力部を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ付軸受装置である。
更に、請求項６記載のセンサ付軸受装置は、前記異常検出手段が、検出した信号を演算処理するマイコンまたは専用ユニットを内蔵していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサ付軸受装置である。
【００１４】
上記構成のセンサ付軸受装置によれば、ボルト体の貫通孔内または頭部に配され、振動センサ，ＡＥセンサ，温度センサのうちから選択されて組み合わされる少なくとも１組のセンサを有する異常検出手段により、鉄道車両または風車等に用いられる複数の回転部品の異常を、軸受装置を分解せずに通常の使用状態のままで同時に検出することが可能である。
したがって、手間のかかる分解・組み立て直し作業の頻度を減少させて保守・管理コストを大幅に減少させることができる。また、従来の目視による検査と比べて、検査担当者の熟練度や個人差によって判定にばらつきを生ずることがなく、異常の有無の診断における信頼性を飛躍的に向上させることができる。
また、異常検出手段が、軸受と嵌め合っている軸受箱や回転軸等に、例えばねじ止め等により容易に固定されることにより、軸受や歯車等の回転部品の異常有無を、振動や温度に基づいて同時に検出することができるため、装着に拘わる時間やコストを大幅に減少することがきる。
更に、検出した振動信号をマイコンや専用ユニットにより、周波数分析等の演算処理を行えば、異常の有無や部位を特定することができるとともに、異常の有無を出力することもできるため、異常部位のみの交換を行なうことにより、効率的な保守が可能となる。これらにより、機械装置の回転部品や装置における安全性と信頼性を向上することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセンサ付軸受装置の実施形態を図１〜図１１（ａ），（ｂ）に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態のセンサ付軸受装置の断面図、図２（ａ）は図１に示すセンサ付軸受装置に用いられる異常検出手段の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す異常検出手段の断面図、図３は図１に示すセンサ付軸受装置の異常検出手段における信号処理系統図、図４は図３とは異なる方法の信号処理系統図である。また、図５は本発明の第２実施形態のセンサ付軸受装置の正面図、図６（ａ）は異常検出手段における変形例の平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す異常検出手段の断面図、図７（ａ）は異常検出手段における更に異なる変形例の平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す異常検出手段の断面図である。また、図８（ａ）は異常検出手段における更に異なる変形例の平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す異常検出手段の断面図、図９（ａ）は異常検出手段における更に異なる変形例の平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）に示す異常検出手段の断面図である。また、図１０（ａ）は異常検出手段における更に異なる変形例の平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示す異常検出手段の断面図、図１１（ａ）は異常検出手段における更に異なる変形例の平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示す異常検出手段の断面図である。なお、第２実施形態以下の各実施形態及び異常検出手段における変形例において、既に説明した部材等と同様な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号または相当符号を付することにより、説明を簡略化或いは省略する。
【００１６】
図１に示すように、本発明の第１実施形態のセンサ付軸受装置１０は、複列円すいころ軸受１１と、鉄道車両用台車の一部を構成する軸受箱１２と、異常検出手段１３と、から構成されている。
複列円すいころ軸受１１は、外周面に円錐外面状に傾斜した内輪軌道面１５，１５を有する一対の内輪１４，１４と、内周面に円錐内面状に傾斜した一対の外輪軌道面１７，１７を有する単一の外輪１６と、内輪１４，１４の内輪軌道面１５，１５と外輪１６の外輪軌道面１７，１７との間に複列で複数配置された転動体である円すいころ１８と、円すいころ１８を転動自在に保持する環状の打ち抜き保持器１９，１９と、一対のシール部材２０，２０と、から構成されている。この複列円すいころ軸受１１には、種々部材の重量等によるラジアル荷重と任意のアキシアル荷重とが負荷されており、外輪１６の上方部が軸受負荷圏になっている。
軸受箱１２は、ハウジング２１と、第１シュラウド２２と、第２シュラウド２３と、から構成されている。
【００１７】
内輪１４，１４の間には、内輪間座２４が配されている。また、内輪１４，１４の軸方向両外側には、内輪間座２５，２５が配されている。内輪１４，１４、内輪間座２４，２５，２５には、回転軸である車軸１が内嵌されている。内輪１４，１４の内輪軌道面１５，１５は、円すいころ１８のアキシアル方向の移動を規制する。外輪１６の外輪軌道面１７，１７と、内輪１４，１４の内輪軌道面１５，１５と、円すいころ１８とは、それぞれの円錐面の延長上の頂点が軸線上の１点に集まるように設定されている。
【００１８】
シール部材２０，２０のうち車軸１の先端部側に配された一方のシール部材２０は、外輪１６の外側端部と第１シュラウド２２との間に組み付けられている。車軸１の反先端部側に配された他方のシール部材２０は、外輪１６の外側端部と第２シュラウド２３との間に組み付けられている。
ハウジング２１は、鉄道車両用台車の側枠を構成しており、外輪１６の外周面を覆うように円環形状に形成されており、内周面が外輪１６の両側端部に嵌合されている。
【００１９】
異常検出手段１３は、車軸１の端部に配された第１シュラウド２２を車軸１に固定する複数のボルト２６のうちの一つとして機能するものであり、頭部２７、中央部２８及び端部２９を有し、頭部２７、中央部２８及び端部２９を貫通した貫通孔（図２（ｂ）に示す）３１が形成されたボルト体３０を備えている。また、貫通孔３１内に、温度センサ（図２（ｂ）に示す）３２と、振動／ＡＥセンサ（図２（ｂ）に示す）３３とが、１組の組み合わせとして収容されている。頭部２７は、回り止め座金３４により回り止めされている。また、頭部２７の中央部には、信号搬送手段である信号出力部３５が突出形成されている。中央部２８の外周部には、車軸１に形成されたねじ孔２にねじ込まれる雄ねじ部３６が形成されている。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、異常検出手段１３は、頭部２７が、六角形状にされているため、スパナ等の簡易的な工具により、ねじ込みを容易に行えるようになっている。
【００２１】
図２（ｂ）に示すように、異常検出手段１３は、貫通孔３１の頭部２７側端部が樹脂モールド部３７によって閉塞されている。樹脂モールド部３７は、信号出力部３５を頭部２７に一体モールドする機能を備えている。樹脂モールド部３７は、貫通孔３１への雨水の浸入を防止するとともに、外部からの加振に対する防振性を向上させることにより、センサ自体の信頼性を飛躍的に向上させる機能を備えている。樹脂モールド部３７に用いられるモールド剤は、防水性，耐熱性，絶縁性に富む材料である。
温度センサ３２は、雄ねじ部３６の長さに略対応した長さを有して、貫通孔３１の内周面に固定されている。振動／ＡＥセンサ３３は、貫通孔３１における開放側である端部２９の内周面に固定されている。各センサ３２，３３のリード部３８，３９は、信号出力部３５に引き入れられている。温度センサ３２は、サーミスタ温度測定素子や白金測温抵抗体や熱電対等の非接触タイプの温度測定素子である。振動／ＡＥセンサ３３は、振動センサまたはアコースティックセンサであって、圧電素子等の振動測定素子である。信号出力部３５は、無線により外部の制御部へ信号を転送する場合、送信機が内蔵される。これとは異なり、有線により信号を転送する場合、非回転式のスリップリング等の信号授受装置が外側に組み付けられる。
【００２２】
異常検出手段１３は、雄ねじ部３６が車軸１のねじ孔２にねじ込まれることにより車軸１に一体的に固定されて、貫通孔３１が車軸１の内部と同等の雰囲気にされる。このとき、異常検出手段１３は、車軸１のねじ孔２に対し、例えばオーリング（Ｏリング）等の防水手段により貫通孔３１への水密を確保されて固定される。そこで、温度センサ３２が、車軸１を介して複列円すいころ軸受１１の温度を検出して温度データ信号（電圧信号）を発生する。温度センサ３２が発生した温度データ信号は、信号出力部３５を介して外部の制御部に転送され、複列円すいころ軸受１１の焼付き異常を検出するのに用いられる。ここで、温度センサ３２としては、雰囲気温度が規定値を超えると、バイメタルの接点が離れたり、接点が溶断したりすることで導通しなくなる温度ヒューズを用いても良い。その場合、装置の温度が規定値を超えたとき、温度ヒューズの導通が遮断されることによって温度異常が検出される。
【００２３】
また、振動／ＡＥセンサ３３が、車軸１を介して複列円すいころ軸受１１の振動を検出して振動データ信号（電圧信号）を発生する。このとき、振動／ＡＥセンサ３３は、車軸１の軸方向に伝わる振動成分を直接的に検出する。振動／ＡＥセンサ３３が発生した振動データ信号は、信号出力部３５を介して外部の制御部に転送され、複列円すいころ軸受１１の内外輪軌道面１５，１５，１７，１７の剥離、歯車の欠損、車輪のフラット摩耗を検出するのに用いられる。ここで、振動／ＡＥセンサ３３としては、加速度或いは速度または変位型等、振動を電気信号に変換できるものであれば良い。加速度センサを用いることにより車両の速度変動に伴う影響を検知できる。そして、ノイズ等の外乱が多い装置に取付けるときには、絶縁タイプを使用することにより、そのノイズの影響を受けないようにすることが望ましい。
【００２４】
異常検出手段１３は、第１シュラウド２２を車軸１に固定する複数のボルト２６のうちの一つとして機能するため、ハウジング２１にセンサ取付孔を配して、そのセンサ取付孔に埋め込んだりするものと比較して、極めて簡単に装着することができる。また、回転中に温度及び振動を検出することができるため、回転部品が組み込まれている装置を分解することなく複数の部品の欠陥を同時的に検査することができる。そして、樹脂モールド部３７により、雨水の浸入が確実に防止されるとともに、外部からの加振に対する防振性が向上するため、センシング性能の信頼性を飛躍的に向上することができる。また、取り付け状態やノイズ，雨水，風圧等の周囲の環境の影響を受けることがないので、高ＳＮ比（信号対雑音比）で高精度な信号を発生することができる。
【００２５】
図３に示すように、異常検出手段１３における信号処理の第１の方法において、温度センサ３２が発生した温度データ信号及び振動／ＡＥセンサ（振動センサ）３３が発生した振動データ信号は、信号出力部３５を介してコンパレータ４０に入力される。コンパレータ４０では、温度センサ３２から与えられた温度データ信号値と閾値設定部４１に保存されている予め設定された温度閾値とが比較される。同時に振動／ＡＥセンサ３３から与えられた振動データ信号値と閾値設定部４１に保存されている振動閾値とが比較される。つまり、温度センサ３２及び振動／ＡＥセンサ３３のうちから選択される少なくとも１個の異常が異常検出手段１３により検出される。このとき、温度データ信号値が温度閾値を超えた場合、異常判定部４２において温度異常判定信号が出力され、判定結果出力部４３において温度異常のアラームが出力される。
【００２６】
また、振動データ信号値が振動閾値を超えた場合、異常判定部４２において振動異常判定信号が出力され、判定結果出力部４３において振動異常のアラームが出力される。アラームは有線や無線で転送されて作動する。このとき、閾値設定部４１に保存される温度閾値及び振動閾値、異常判定部４２において出力される温度・振動異常判定信号は、任意の時間内における実効値やピーク値を用いても良い。
【００２７】
図４に示すように、異常検出手段１３における信号処理の第２の方法において、振動／ＡＥセンサ３３が発生した振動データ信号は、増幅後にフィルタ部４４において任意の周波数帯域のみを抽出することにより不要な周波数帯域を除去されてエンベロープ処理部４５に入力される。エンベロープ処理部４５では、波形の絶対値を検波する絶対値検波処理が行われ、その後に周波数分析部４６において周波数の分析処理が行なわれ、実測値データが比較照合部４７へ転送される。
【００２８】
一方、回転速度情報４８に基づき理論周波数計算部４９において、軸受，歯車，車輪の偏摩耗等の異常に起因したものとして設定された周波数成分の計算値データが比較照合部４７に転送される。そして、比較照合部４７において実測値データと計算値データとが比較照合されることにより、振動異常の有無、異常部位の特定が行なわれ、結果出力部５０において、振動異常の有無、特定部位の出力が行なわれる。結果出力部５０への情報転送は、有線や無線で行なわれる。
【００２９】
信号処理の第２の方法では、例えば、電動機等から検出した回転速度情報と回転要素部品の設計諸元に基づけば、周波数成分の計算と比較照合を容易に行うことができる。また、増幅後の振動データ信号の処理は、各種データ処理と演算とを行なうもので、マイクロコンピュータ（マイコン）或いは専用マイクロチップ（専用ユニット）等によって演算ユニット５１を構成し、フィルタ部４４，エンベロープ処理部４５，周波数分析部４６，比較照合部４７，理論周波数計算部４９を内蔵することができる。さらに、検出したデータ信号をメモリ等の保存手段に格納後に、演算処理を行なうようにしても良い。
【００３０】
また、機械によっては軸受の交換に手間を要するため、機械を直ちに停止させることができないことがある。この場合、損傷の程度により軸受の交換を行なうこともある。その場合の判定基準として、予め定めておいた基準値に対して、例えば、振動の実効値、最大値、波高率を用いても良い。
【００３１】
また、図４に示す比較照合部４７における振動情報を基にした異常診断の処理方法として以下に示す方法を用いても良い。
（１）エンベロープデータの実効値を基準値として用いる方法
本方法では、予め設定した式を用いて異常時に発生する周波数成分を求める。そして、エンベロープデータの実効値を算出し、この実効値から比較用の基準値を求める。そして、基準値以上の周波数を算出し、異常時に発生する周波数成分との比較を行なう。異常周波数成分としては、内輪傷成分、外輪傷成分、転動体成分、保持器成分が、レベル毎に抽出される。
【００３２】
（２）スペクトルのピークを求め、ピーク周波数と異常周波数とを比較する方法本方法では、異常時に発生する周波数成分を求める。そして、振動分析部において求めた周波数スペクトルの中で所定数又は基準値以上のピークについて、異常が発生する周波数成分に該当するかどうかを照合する。この場合も、異常周波数成分としては、内輪傷成分、外輪傷成分、転動体成分、保持器成分が、レベル毎に抽出される。
【００３３】
（３）基本周波数と特定の高調波を用いる方法
本方法では、異常周波数成分の基本周波数である１次の値、基本周波数の倍の周波数を持つ２次の値、基本周波数の４倍を持つ４次の値について、ピークの周波数と異常時に発生する周波数が一致しているかどうかを比較する。そして、少なくとも２つの周波数において異常有りと判断された場合には、最終的に異常有りと判断し、異常有りと判断された周波数が１つ以下である場合には、異常なしと判断する。
【００３４】
（４）異常診断と共に損傷の大きさを推定する方法
本方法では、エンベロープ処理後の周波数スペクトルを用い、大きなピークの周波数において内輪、外輪又は転動体に損傷が発生していることを確認し、この周波数におけるピークの値と周波数スペクトル全体の平均値である基準レベルとを比較することにより、異常を起こしている内輪、外輪又は転動体における損傷の大きさを推定する。
【００３５】
（５）基本周波数の自然数倍の高調波成分とのレベル差を基準値とする方法
本方法では、異常周波数成分の基本周波数である１次のレベルに対して、基本周波数の２，３，４，・・・ｎ倍の周波数を持つ２，３，４，・・・ｎ次のレベルが基準値以上となっている個数をカウントし、所定個数以上基準値を超えている場合に、異常が発生していると判断する。具体的には、１次のレベルに対し、ｎ次の値が｛（１次のレベル）−（ｎ−１）・ａ｝（ｄＢ）以上である場合に、カウントを行なう。ここでａは、任意の値である。
【００３６】
（６）周波数帯域毎の実効値を用いる方法
本方法では、異常に起因する周波数のピークレベルそのものの値ではなく、異常に起因する周波数を含む周波数帯の実効値を用いて、異常診断を行なう。具体的には、異常に起因する周波数を含む周波数帯の実効値とは、周波数帯のレベルの自乗平均又はパーシャルオーバオールである。ここで、自乗平均及びパーシャルオーバオールは、予め定められた式により得られる。オーバオールは、特定の指定区間の総和を意味する。
【００３７】
第１実施形態のセンサ付軸受装置１０によれば、ボルト体３０の貫通孔３１内に配された温度センサ３２，振動／ＡＥセンサ３３の１組から構成される異常検出手段１３により、鉄道車両または風車等に用いられる複数の回転部品の異常を、軸受装置を分解せずに通常の使用状態のままで同時に検出することが可能である。
したがって、手間のかかる分解・組み立て直し作業の頻度を減少させて保守・管理コストを大幅に減少されることができる。また、従来の目視による検査と比べて、検査担当者の熟練度や個人差によって判定にばらつきを生ずることがなく、異常の有無の診断における信頼性を飛躍的に向上させることができる。
また、異常検出手段１３が、複列円すいころ軸受１１と嵌め合っている車軸１へのねじ込みによって容易に固定されることにより、複列円すいころ軸受１１や歯車等の回転部品の異常有無を、振動や温度に基づいて同時に検出することができるため、装着に拘わる時間やコストを大幅に減少することがきる。
更に、検出した振動信号をマイコンや専用ユニットにより構成した演算ユニット５１で周波数分析等の演算処理を行うことにより、異常の有無や部位を特定することができるとともに、異常の有無を出力することもできるため、異常部位のみの交換を行なうことにより、効率的な保守が可能となる。
これらにより、機械装置の回転部品や装置における安全性と信頼性を向上することができる。
【００３８】
次に、図５を用いて本発明に係る第２実施形態を説明する。
図５に示すように、本実施形態のセンサ付軸受装置６０は、異常検出手段１３が、軸受負荷圏の軸受箱６１の外周部と、軸受負荷圏の軸受箱６１の端部に配された蓋６２にねじ込まれることにより組み付けられている。軸受箱６１には、図１と同様にして、複列円すいころ軸受の外輪が内嵌され、車軸に複列円すいころ軸受の内輪が外嵌されている。蓋６２は、車軸の端部を覆って配されている。この場合も、複列円すいころ軸受には、種々部材の重量等によるラジアル荷重及び任意のアキシアル荷重が負荷されており、図中上部が軸受負荷圏となっている。温度センサ３２，振動／ＡＥセンサ３３は、第１実施形態と同様に配されている。第２実施形態のセンサ付軸受装置６０においても、第１実施形態と同様の信号処理が行われる。
【００３９】
次に、図６（ａ），（ｂ）を用いて異常検出手段の変形例を説明する。
図６（ａ），（ｂ）に示すように、本変形例の異常検出手段７０は、六角形状の頭部７１、外周部に雄ねじ部７４が形成された中央部７２及び端部７３を有し、頭部７１、中央部７２及び端部７３を貫通した貫通孔７５が形成されたボルト体７６を備え、貫通孔７５内に、温度センサ３２と、振動／ＡＥセンサ３３とが、１組の組み合わせとして収容されている。
また、貫通孔７５内に、頭部７１側端部を閉塞して樹脂モールド部７７が充填されており、樹脂モールド部７７が、貫通孔７５の頭部７１側端部において信号出力部７８を支持している。温度センサ３２，振動／ＡＥセンサ３３は、樹脂モールド部７７により、貫通孔７５の内周面中央部に配されており、各センサ３２，３３のリード部３８，３９は、樹脂モールド部７７により支持されて信号出力部７８に引き入れられている。
【００４０】
本変形例の異常検出手段７０は、温度センサ３２が、樹脂モールド部７７を介して車軸（図１参照）１の温度成分を検出するとともに、振動／ＡＥセンサ３３が、貫通孔７５の中央部において内周面に配されているため、車軸１の軸方向に伝わる振動成分に加えて、車軸１のねじ孔（図１参照）２にねじ込まれる雄ねじ部７４の径方向から伝わる振動成分も直接的に検出可能である。本変形例の異常検出手段７０においても、第１実施形態のセンサ付軸受装置１０と同様の信号処理が行われる。
【００４１】
次に、図７（ａ），（ｂ）を用いて異常検出手段の更に異なる変形例を説明する。図７（ａ），（ｂ）に示すように、本変形例の異常検出手段８０は、六角形状の頭部８１、外周部に雄ねじ部８４が形成された中央部８２及び端部８３を有し、頭部８１、中央部８２及び端部８３を貫通した貫通孔８５が形成されたボルト体８６を備え、貫通孔８５の内周面中央部に温度センサ３２が配され、振動／ＡＥセンサ３３，３３が、頭部８１の相手部材との接触部分に配されて、１組の組み合わせとしている。
また、貫通孔８５の頭部８１側端部が樹脂モールド部８７によって閉塞されており、樹脂モールド部８７により、信号出力部８８が頭部８１に一体モールドされている。
【００４２】
本変形例の異常検出手段８０は、温度センサ３２が、車軸（図１参照）１の温度成分を直接的に検出するとともに、振動／ＡＥセンサ３３が、頭部８１の相手部材との接触部分に配されている。そのため、相手部材である軸受箱１２（図１参照）や車軸１の軸方向に伝わる振動成分を直接的に検出し、検出信号を無線にて信号出力部８８に転送する。本変形例の異常検出手段８０においても、第１実施形態のセンサ付軸受装置１０と同様の信号処理が行われる。
【００４３】
次に、図８（ａ），（ｂ）を用いて異常検出手段の更に異なる変形例を説明する。図８（ａ），（ｂ）に示すように、本変形例の異常検出手段９０は、六角形状の頭部９１、外周部に雄ねじ部９４が形成された中央部９２及び端部９３を有し、頭部９１、中央部９２及び端部９３を貫通した貫通孔９５が形成されたボルト体９６を備えている。そして、貫通孔９５の内周面中央部に温度センサ３２が配され、振動／ＡＥセンサ３３，３３が、頭部９１の相手部材との接触部分に配されて、１組の組み合わせとしている。
また、貫通孔９５内に頭部９１側端部を閉塞して樹脂モールド部９７が充填されており、樹脂モールド部９７が、貫通孔９５の頭部９１側端部において信号出力部９８を支持している。
【００４４】
本変形例の異常検出手段９０は、温度センサ３２が、樹脂モールド部９７を介して車軸（図１参照）１の温度成分を検出するとともに、振動／ＡＥセンサ３３が、頭部９１の相手部材との接触部分に配されているため、相手部材である軸受箱１２（図１参照）や車軸１の軸方向に伝わる振動成分を直接的に検出し、検出信号を無線にて信号出力部９８に転送する。本変形例の異常検出手段９０においても、第１実施形態のセンサ付軸受装置１０と同様の信号処理が行われる。
【００４５】
次に、図９（ａ），（ｂ）を用いて異常検出手段の更に異なる変形例を説明する。図９（ａ），（ｂ）に示すように、本変形例の異常検出手段１００は、六角形状の頭部１０１、外周部に雄ねじ部１０４が形成された中央部１０２及び端部１０３を有している。また、頭部１０１、中央部１０２及び端部１０３を貫通した貫通孔１０５が形成されたボルト体１０６を備え、貫通孔１０５の内周面に、円筒形状であって貫通孔１０５と同等の長さを有する薄肉状のスリーブ１０７が接着剤等の接合手段により固定されている。そして、このスリーブ１０７の内周面において中央部に、温度センサ３２と、振動／ＡＥセンサ３３とが、１組の組み合わせとして収容されている。
また、貫通孔１０５の頭部１０１側端部が樹脂モールド部１０８によって閉塞されており、樹脂モールド部１０８により、信号出力部１０９が頭部１０１に一体モールドされている。
【００４６】
本変形例の異常検出手段１００では、温度センサ３２，振動／ＡＥセンサ３３をスリーブ１０７内の所定位置に接着固定してから、スリーブ１０７を貫通孔１０５内に挿入してスリーブ１０７を固定すればよいので、各センサ３２，３３を貫通孔内に別々に固定するのと比べて、装着作業が簡単になる。また、温度センサ３２，振動／ＡＥセンサ３３が、車軸（図１参照）１の温度成分，振動成分を直接的に検出可能である。本変形例の異常検出手段１００においても、第１実施形態のセンサ付軸受装置１０と同様の信号処理が行われる。
【００４７】
次に、図１０（ａ），（ｂ）を用いて異常検出手段の更に異なる変形例を説明する。図１０（ａ），（ｂ）に示すように、本変形例の異常検出手段１１０は、六角形状の頭部１１１、筒形状をなす中央部１１２及び端部１１３を有している。また、頭部１１１、中央部１１２及び端部１１３を貫通した貫通孔１１５が形成されたボルト体１１６を備え、貫通孔１１５の内周面に、温度センサ３２，振動／ＡＥセンサ３３が、１組の組み合わせとして収容されている。また、中央部１１２の外周面に、端部１１３に行くに従って外径が小さくなったテーパ面１１９が形成されている。
また、貫通孔１１５の頭部１１１側端部が樹脂モールド部１１７によって閉塞されており、樹脂モールド部１１７により、信号出力部１１８が頭部１１１に一体モールドされている。
【００４８】
本変形例の異常検出手段１１０では、車軸（図１参照）１や軸受箱１２（図１参照）にテーパ受孔やねじ孔を形成しておき、それら孔に押圧挿入することにより、簡単に装着することができる。また、温度センサ３２，振動／ＡＥセンサ３３が、車軸１の温度成分，振動成分を直接的に検出可能である。本変形例の異常検出手段１１０においても、第１実施形態のセンサ付軸受装置１０と同様の信号処理が行われる。
【００４９】
次に、図１１（ａ），（ｂ）を用いて異常検出手段の更に異なる変形例を説明する。図１１（ａ），（ｂ）に示すように、本変形例の異常検出手段１２０は、六角形状の頭部１２１、筒形状をなす中央部１２２及び端部１２３を有している。また、頭部１２１、中央部１２２及び端部１２３を貫通した貫通孔１２５が形成されたボルト体１２６を備え、貫通孔１２５の内周面に、温度センサ３２，振動／ＡＥセンサ３３が、１組の組み合わせとして収容されている。
また、貫通孔１２５の頭部１２１側端部に、演算ユニット（図４に示す演算ユニット５１に相当する）１２７が組み付けられており、この演算ユニット１２７に樹脂モールド部１２８を介して信号出力部１２９が一体モールドにより組み付けられている。各センサ３２，３３のリード部３８，３９は、演算ユニット１２７に電気的に接続されている。
【００５０】
本変形例の異常検出手段１２０では、温度センサ３２，振動／ＡＥセンサ３３が、車軸（図１参照）１の温度成分，振動成分を直接的に検出可能である。本変形例の異常検出手段１２０においても、第１実施形態のセンサ付軸受装置１０と同様の信号処理が行われる。
【００５１】
なお、本発明に係るセンサ付軸受装置は、上述した実施の形態例に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、図２（ｂ），図７（ｂ），図１０（ｂ），図１１（ｂ），図１２（ｂ）に示した異常検出手段における貫通孔内に樹脂のモールドを充填することにより、樹脂モールド部を形成しても良い。
また、センサ付軸受装置に用いられる軸受として、円筒ころ軸受と単列ラジアル玉軸受との組合せや円筒ころ軸受或いは円すいころ軸受又は自動調心ころ軸受に本発明を適用しても良い。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のセンサ付軸受装置によれば、ボルト体の貫通孔内または頭部に配され、振動センサ，ＡＥセンサ，温度センサのうちから選択されて組み合わされる少なくとも１組のセンサを有する異常検出手段により、鉄道車両または風車等に用いられる複数の回転部品の異常を、軸受装置を分解せずに通常の使用状態のままで同時に検出することが可能である。
したがって、手間のかかる分解・組み立て直し作業の頻度を減少させて保守・管理コストを大幅に減少されることができる。また、従来の目視による検査と比べて、検査担当者の熟練度や個人差によって判定にばらつきを生ずることがなく、異常の有無の診断における信頼性を飛躍的に向上させることができる。
また、異常検出手段が、軸受と嵌め合っている軸受箱や回転軸等に、例えばねじ止め等により容易に固定されることにより、軸受や歯車等の回転部品の異常有無を、振動や温度に基づいて同時に検出することができるため、装着に拘わる時間やコストを大幅に減少することがきる。
更に、検出した振動信号をマイコンや専用ユニットにより、周波数分析等の演算処理を行えば、異常の有無や部位を特定することができるとともに、異常の有無を出力することもできるため、異常部位のみの交換を行なうことにより、効率的な保守が可能となる。
これらにより、機械装置の回転部品や装置における安全性と信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のセンサ付軸受装置の断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示したセンサ付軸受装置に用いられる異常検出手段の平面図、（ｂ）は（ａ）に示した異常検出手段の断面図である。
【図３】図１に示したセンサ付軸受装置の異常検出手段における信号処理系統図である。
【図４】図３とは異なる方法の信号処理系統図である。
【図５】本発明の第２実施形態のセンサ付軸受装置の正面図である。
【図６】（ａ）は異常検出手段における変形例の平面図、（ｂ）は（ａ）に示した異常検出手段の断面図である。
【図７】（ａ）は異常検出手段における更に異なる変形例の平面図、（ｂ）は（ａ）に示した異常検出手段の断面図である。
【図８】（ａ）は異常検出手段における更に異なる変形例の平面図、（ｂ）は（ａ）に示した異常検出手段の断面図である。
【図９】（ａ）は異常検出手段における更に異なる変形例の平面図、（ｂ）は（ａ）に示した異常検出手段の断面図である。
【図１０】（ａ）は異常検出手段における更に異なる変形例の平面図、（ｂ）は（ａ）に示した異常検出手段の断面図である。
【図１１】（ａ）は異常検出手段における更に異なる変形例の平面図、（ｂ）は（ａ）に示した異常検出手段の断面図である。
【図１２】従来のセンサ付軸受装置の外観図である。
【図１３】従来の他の構成例の断面図である。
【符号の説明】
１    車軸（回転軸）
１０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０  センサ付軸受装置
１１    複列円すいころ軸受（軸受）
１２，６１    軸受箱
１３    異常検出手段
１４    内輪
１５    内輪軌道面
１６    外輪
１７    外輪軌道面
１８    円すいころ（転動体）
１９    保持器
２７，７１，８１，９１，１０１，１１１，１２１  頭部
２８，７２，８２，９２，１０２，１１２，１２２  中央部
２９，７３，８３，９３，１０３，１１３，１２３  端部
３０，７６，８６，９６，１０６，１１６，１２６  ボルト体
３１，７５，８５，９５，１０５，１１５，１２５  貫通孔
３２    温度センサ
３３    振動／ＡＥセンサ（振動センサ，ＡＥセンサ）
３５，７８，８８，９８，１０９，１１８，１２９  信号出力部（信号搬出手段）
４３    判定結果出力部
４４    フィルタ処理部
４５    エンベロープ処理部
４６    周波数分析部
４７    比較照合部
５０    結果出力部
５１    演算ユニット（マイコン，専用ユニット）
【図１】
2004308878.tif 000003
【図２】
2004308878.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004308878.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004308878.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004308878.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004308878.tif 000013
【図１２】
2004308878.tif 000014
【図１３】
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