(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
十字軸の４つの各軸の外周面を転動体が転動する転動面として用いた十字軸継手を監視する軸継手監視装置であって、
前記４つの各軸には、ベアリングカップが揺動可能に装着され、
前記軸と、その前記ベアリングカップとの間の相対的な変位を検出する変位センサを、前記ベアリングカップ側に設け、
前記変位センサが、前記軸に形成された当該軸と同心の孔の内部に配置されるとともに、この孔の内壁面との距離を検出することにより、前記変位を検出する
ことを特徴とする軸継手監視装置。
【請求項２】
前記変位センサは、前記十字軸継手の回転方向と平行な方向で前記軸の中心を通る線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の軸継手監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延設備などの駆動軸に組込まれる十字軸継手を監視する軸継手監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば鉄鋼用圧延設備では、圧延ローラと駆動モータとの間に接続された駆動軸の途中部分に十字軸継手を設けることにより、上記ローラが圧延中の鋼材に対し上下に動くのを許容した状態で、圧延処理を行っている。
上記のような十字軸継手では、例えば下記特許文献１に記載されているように、その十字軸の４つの各軸にベアリングカップを設けるとともに、このカップと軸との間にころを転動自在に配置して当該軸の外周面を転動面に利用するものが提供されている。そして、この十字軸継手では、駆動軸の駆動モータ側及び圧延ローラ側にそれぞれ配置される駆動軸部及び従動軸部の各端部を、相異なる直線上の２つの上記ベアリングカップに接続することで当該継手は駆動軸内に組込まれて駆動モータの回転力を圧延ローラ側に伝達する。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−５１０７３号公報（第３頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような十字軸継手では、鉄鋼圧延時に上記圧延ローラ側から軸及び各ベアリングカップに作用する負荷荷重は極めて大きいものであり、使用時間などに応じて軸表面に剥離が生じ易かった。しかも、上記圧延ローラが上下に動いたときに、上記ベアリングカップが取り付けられた対応する軸に対して揺動することから、剥離や亀裂などの損傷が各軸に設けられた転動面の周方向で部分的に発生し易かった。さらには、４つの軸で表面剥離の程度が異なる場合があった。
ところが、圧延設備などでは、十字軸継手の十字軸は４つの上記ベアリングカップによって軸方向周りの部分が覆われるとともに、上記駆動軸部及び従動軸部の各端部が十字軸の中央部にほぼ密着するように繋がれて当該十字軸は外部にほとんど露出されることなく駆動軸内に組込まれている。このため、各軸に設けられた転動面での剥離などの損傷を検出するためのセンサを十字軸継手に取り付けることは困難であり、センサ検出結果による損傷検知を行うことも難しかった。それ故、圧延設備では、定期的に、駆動軸から十字軸継手を取外し、さらには軸とベアリングカップとを分離して十字軸継手を完全に分解することで、各軸での表面剥離の程度を目視確認することが要求されて、この定期点検作業に大変な労力と時間を要した。また、上記転動面に供給された使用済みのグリース内の鉄粉の含有量を測定することで、軸表面での損傷発生を類推することも行われているが、この方法では損傷検知を常時行うことができず、しかも、その類推結果による損傷発生の検知精度は低く、さらには軸単位の損傷検知を行うことは困難であった。
【０００５】
従って、本発明は、圧延設備などの駆動軸に組込まれる十字軸継手においても、その十字軸の各軸に設けられた転動面での剥離などの損傷を軸単位に精度よく、かつ早期に検知することができる新たな技術的手段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】
【０００６】
本発明は、十字軸の４つの各軸の外周面を転動体が転動する転動面として用いた十字軸継手を監視する軸継手監視装置であって、
前記４つの各軸には、ベアリングカップが揺動可能に装着され、前記軸と、その前記ベアリングカップとの間の相対的な変位を検出する変位センサを、前記ベアリングカップ側に設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
上記のように構成された軸継手監視装置では、十字軸の軸において、上記ベアリングカップとの間の相対的な変位を変位センサにて検出することにより、本発明の発明者等は、剥離などの損傷が転動面に生じているか否かについて判別できることを見出した。すなわち、損傷が転動面に生じている場合のみに、軸がその損傷によって撓むことがあり、この撓みに起因する変動が変位センサの出力に現れた。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、変位センサの出力変動を検出することにてその転動面での損傷発生を即座に検知することができる。また、上記の出力変動は転動面における損傷の発生位置や程度に応じて変わることから、当該発生位置や程度を判別することもできる。また、変位センサがベアリングカップ側に設けられているので、圧延設備などのように十字軸継手の十字軸が外部にほとんど露出されることなく駆動軸内に組込まれる場合でも、当該センサをベアリングカップとともに対応する軸に対して揺動させつつ、転動面に対する高精度な損傷検知を軸単位に行うことができる。尚、上記変位センサは、十字軸の４つの各軸に設けてもよいし、損傷が発生し易い軸のみに設置してもよい。
【０００８】
また、上記軸継手監視装置において、前記変位センサは、前記十字軸継手の回転方向と平行な方向で前記軸の中心を通る線上に配置されることが好ましい。
この場合、変位センサが転動面の損傷による軸の撓み方向またはその撓み方向の軸中心に関して１８０deg反対の方向に配置されることとなり、撓みによる変位変動を最高感度で検出することができ、損傷検知をより高精度に行うことができる。
【０００９】
また、上記軸継手監視装置において、前記変位センサが、前記軸に形成された当該軸と同心の孔の内部に配置されるとともに、この孔の内壁面との距離を検出することにより、前記変位を検出することが好ましい。
この場合、変位センサが転動面に生じた損傷によって撓む軸自体の内部に設けられ変位を検出するので、当該センサの検出精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、十字軸継手のベアリングカップ側に設けた上記変位センサにより、対応する軸転動面での損傷発生を即座に検知できるとともに、そのセンサ出力を基に損傷の発生位置やその程度を判別するできるので、圧延設備などの駆動軸に組込まれる十字軸継手においても、上記転動面に対する損傷検知を十字軸の軸単位に精度よく、かつ早期に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の軸継手監視装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、圧延設備の駆動軸に組込まれる十字軸継手に適用した場合を例示して説明する。
図１は鉄鋼メーカの圧延設備に使用される駆動軸を示す斜視図であり、図２は本発明の一実施形態に係る軸継手監視装置の主要部を駆動軸の軸方向から見た図である（一部断面を含む。）。図において、駆動軸１０の両端部近傍には十字軸継手１１が使用されており、この継手１１を介在させて、当該駆動軸１０の一端側及び他端側には図示を省略した駆動モータ及び鉄鋼用圧延ローラがそれぞれ連結されている。つまり、駆動軸１０には、２つの十字軸継手１１の間に配置される中間軸部（第１軸部）１０ａに加えて、上記モータ及びローラ側にそれぞれ接続される駆動軸部（第２軸部）１０ｂ及び従動軸部（第３軸部）１０ｃが設けられており、一方の十字軸継手１１にて中間軸部１０ａと駆動軸部１０ｂとが連結され、他方の十字軸継手１１にて中間軸部１０ａと従動軸部１０ｃとが連結されている（図１参照）。また、圧延設備では、２本の駆動軸１０が互いに平行に配置されており、各駆動軸１０に連結された２つの上記ローラ間にスラブ等を通すことで圧延処理が施された鋼材を製造するように構成されている。また、この圧延処理の際に、各十字軸継手１１は、接続された駆動軸１０がその軸方向から傾くのを許容した状態で上記駆動モータの回転力を圧延ローラに伝達する。さらに、各十字軸継手１１を設けることにより、各圧延ローラが摩耗したときや鋼材の圧延幅を変更するときに上下のローラ芯間を容易に調整できるようになっている。
【００１２】
上記十字軸継手１１は、十字軸１２と、４個のベアリングカップ１３とを備えており、ベアリングカップ１３が十字軸１２の軸方向周りの部分を覆うように当該十字軸１２の４つの各軸１２ａに揺動可能に取り付けられている。各ベアリングカップ１３は、有底状のカップ部１３１と、その内部に保持され、上記軸１２ａに転がり接触する複数のころ１３２とを具備しており、カップ部１３１の内周面及び軸１２ａの外周面をそれぞれ外輪軌道及び内輪軌道としている。また、図２における上下一対のベアリングカップ１３は当該十字軸継手１１から見て軸方向一方側の駆動軸１０の軸部（例えば、上記駆動軸部１０ｂ）に、左右一対のベアリングカップ１３は軸方向他方側の駆動軸１０の軸部（例えば、上記中間軸部１０ａ）に、それぞれ接続されている。詳細には、カップ部１３１の左右両端部側に設けられたボルト穴１３１ａに螺着されるボルトを介して駆動軸１０の対応する軸部の端部に形成されたフランジ部が当該カップ部１３１に連結されており、十字軸１２の左右両側の中央部が軸部端部にほぼ密接して、当該十字軸１２が外部にほとんど露出されることなく駆動軸１０内に組込まれた状態で各軸部が接続されている。
【００１３】
上記カップ部１３１の周方向中央にはグリース注入用の孔１３１ｂが形成されている。また、このカップ部１３１の底面１３１ｃには、例えば合成樹脂からなるスラストワッシャ１６が軸１２ａの軸端部との間に配置されており、これらの底面１３１ｃと軸端部とが金属接触するのを防いだ状態で当該軸端部を支承している。また、上記十字軸１２の各軸１２ａには、上記孔１３１ｂと同軸的に、当該軸１２ａの中心軸周りで同心に孔１２ｂが形成されており、十字軸継手１１の内部で互いに連結されている。この孔１２ｂは、上記ころ１３２の軸外周面及びカップ部内周面との転がり接触部を潤滑するグリースが流されるグリース用通路を構成している。
また、上記孔１３１ｂには、蓋１４が着脱可能に取り付けられており、上記転がり接触部から当該孔１３１ｂを介して外部にグリースが漏れ出るのを防ぐようになっている。詳細にいえば、この蓋１４には、例えば段差状に形成された孔１３１ｂの内周面と密接して当該孔１３１ｂを実質的に密閉する平底碗状の取付部１４ａと、その底部から軸１２ａの軸方向に延設されてその軸側の上記孔１２ｂに挿入された丸棒状の支持部１４ｂとを有している。
【００１４】
また、上記十字軸１２の各軸１２ａでは、その孔１２ｂの内部に本発明の軸継手監視装置に含まれた変位センサ１５１、１５２、１５３、１５４が配置されており、対応する軸１２ａの外周面を用いた上記ころ１３２の転動面での剥離や亀裂などの損傷の検知を行うように構成されている。
また、変位センサ１５１には、上記取付部１４ａに着脱可能に取り付けられた子機１がケーブル１７を介して接続されており、子機１から後述の親機に変位センサ１５１の検出結果を無線送信するようになっている。
また、他の３箇所の軸１２ａについても同様に、蓋１４（図示せず）、変位センサ１５２、１５３、及び１５４にそれぞれ接続された子機２、３、及び４が設けられており、各子機２〜４から親機に対応するセンサ結果を発信するようになっている。
【００１５】
具体的には、図３に例示するように、変位センサ１５１は、矢印Ｒにて示す十字軸継手１１の回転方向に合わせてベアリングカップ１３側に設けられたものであり、当該回転方向Ｒと平行な方向で軸１２ａの中心を通る線上に配置されている。そして、この変位センサ１５１は、ベアリングカップ１３の軸１２ａに対する揺動に伴って当該カップ１３とともに揺動（往復回動）するようになっている。すなわち、この変位センサ１５１は、ベアリングカップ１３に着脱可能な上記蓋１４の支持部１４ｂに形成された設置孔１４ｂ１内で図示しないブラケットなどの固定手段によって当該設置孔１４ｂ１の壁面に固定されており、カップ揺動に一致して軸１２ａに対し揺動する。そして、変位センサ１５１は、蓋１４に固定された状態で軸１２ａ側の孔１２ｂの内部に配置されており、同図に両矢印Ｌにて示す孔１２ｂの内壁面１２ｂ１との間の距離を測定することで軸１２ａとベアリングカップ１３との間の相対的な変位として軸１２ａの径方向の変位を検出し、その検出信号（電圧信号）を子機１に出力する。また、同図に示すように、上記設置孔１４ｂ１の中心と軸孔１２ｂの中心とが偏心しているため、変位センサ１５１の検出信号は、ベアリングカップ１３の揺動に応じて周期的に変化する正弦波状になる（詳細は後述）。
【００１６】
また、変位センサ１５１には、例えば渦電流式の磁気タイプのものが使用されており、センサ１５１は、上記設置孔１４ｂ１の開口部を通して上記内壁面１２ｂ１の表層部に高周波磁界を付与して、当該表層部に生じた渦電流によるインピーダンス変化を内蔵コイルにて求めることにより、カップ揺動に応じて変化する上記軸１２ａの径方向の変位（相対的な変位）を検出する。
また、変位センサ１５１は、十字軸継手１１の回転動作時に、上記転動面１２ａ１において最大負荷が作用する箇所の範囲であって、当該転動面１２ａ１で上記の損傷が最も発生し易い軸１２ａの先端部（ベアリングカップ１３）側に存在する最大負荷範囲側に配置されており、転動面１２ａ１に発生した損傷に応じてその軸１２ａに撓みが生じると、その撓みに起因して変化する上記相対的な変位を検出することで当該損傷を検知可能になっている。
【００１７】
詳細には、上記駆動軸１０では、圧延ローラ側の従動軸部１０ｃが上下方向に動くのを許容するため、従動軸部１０ｃ及び中間軸部１０ａはそれぞれ中間軸部１０ａ及び駆動軸部１０ｂに対して、所定の作動角（例えば、最大５deg）の範囲内で上下方向に揺動可能に対応する十字軸継手１１を介して連結されている。それ故、例えば図４（ａ）に示すように、中間軸部１０ａが駆動軸部１０ｂに対して最大作動角で上方向に傾いている場合には、例えば中間軸部１０ａに連結された各ベアリングカップ１３は、同図（ｂ）の二点鎖線にて示すように、その装着された軸１２ａに対し図の右端部が上方向に傾いた状態となっている。また、中間軸部１０ａが上記図４（ａ）に示す状態から最大作動角を維持した状態で９０deg及び１８０deg回転すると、このカップ１３も中間軸部１０ａの回転動作に応じて、同図（ｂ）の実線及び点線にて示すように、軸１２ａに対して揺動する。すなわち、十字軸継手１１では、当該継手１１が駆動軸１０とともに回転したときに、各ベアリングカップ１３はその駆動軸１０に設定された最大作動角の２倍の角度範囲（例えば、＋５〜−５deg）で軸１２ａの中心Ｏに対して揺動（往復回動）するようになっている。
【００１８】
また、十字軸継手１１では、その回転動作時に４つの各軸１２を有する十字軸１２は、駆動軸１０の回転に応じて同一平面内で回転しているが、各軸１２に装着されたベアリングカップ１３は上記のように揺動する。このため、図４（ｂ）に示した軸１２ａの端部が同図の紙面に垂直な平面内でその図の下側に向けて回転するときには、その軸１２ａの転動面１２ａ１（図３）においてベアリングカップ１３側からの最大負荷が作用する箇所は、当該カップ１３の軸１２ａに対する揺動に応じて移動することとなり、上記最大負荷範囲Ａは同図（ｂ）に両矢印にて示す範囲となる。また、この最大負荷範囲Ａの転動面１２ａ１の周方向寸法Ｎは、当該転動面１２ａ１の円周Ｊと、駆動軸１０の最大作動角の２倍の角度である十字軸継手１１の作用角Ｍ（例えば、１０deg）とを用いて、Ｎ＝Ｊ×Ｍ÷３６０degで求められる。
さらに、十字軸継手１１から中間軸部１０ａに伝えられる回転力は、軸１２ａからこの軸先端部側に設けられたベアリングカップ１３を介して中間軸部１０ａに伝えられることから、最大負荷範囲Ａは転動面１２ａ１の軸先端部側であり、変位センサ１５１は、図３に示したように、孔１２ｂ内で転動面１２ａ１の軸先端部側に対向配置されている。また、このように変位センサ１５１が配置されることにより、当該センサ１５１の検出精度が向上されている。つまり、軸１２ａが撓んだときに当該軸１２ａ先端部側は、十字軸継手１１中心側が拘束された片持ち梁の非拘束（自由端）側であり、この自由端側に変位センサ１５１が設けられていることから、当該センサ１５１は高精度に変位を検出することができる。
【００１９】
ここで、変位センサ１５１の検出信号について、図５〜図７も参照して、具体的に説明する。なお、以下の説明では、説明の簡略化のために、上記中間軸部１０ａがその最大作動角の状態の回転を継続し、ベアリングカップ１３ではその軸１２ａに対する揺動角度が−５deg〜＋５degの範囲で変化するものとする。また、ベアリングカップ１３が、図４（ｂ）に実線、点線、及び二点鎖線にてそれぞれ示した状態であるときに、当該カップ１３の上記揺動角度は０deg、−５deg、及び＋５degであるとする。
まず、図６（ａ）を参照して、転動面１２ａ１に損傷が生じていない場合での変位センサ１５１の検出信号について説明する。
損傷が生じていない場合では、変位センサ１５１の検出信号は、図６（ａ）の波形５０ａに示すように、十字軸継手１１の回転動作に伴うベアリングカップ１３の軸１２ａに対する揺動に応じて正弦波状に変化する。詳細には、変位センサ１５１の検知方向は、ベアリングカップ１３の軸１２ａへの組付精度などによって、必ずしも軸１２ａの孔１２ｂの中心線と一致するわけではないので、この設置孔１４ｂ１内に設置された変位センサ１５１の検出信号は、十字軸継手１１が一回転する間に上記−５deg〜＋５degの範囲で揺動するベアリングカップ１３の揺動角度だけに応じて周期的に変化する。例えば揺動角度が＋５deg及び−５degである場合に変位センサ１５１の検出信号はそれぞれ最高値及び最低値となり、波形５０ａに示したように、上記十字軸継手１１の一回転を一周期とする正弦波状に変化する。
【００２０】
次に、損傷として例えば図５に示す剥離Ｈが転動面１２ａ１に生じている場合での変位センサ１５１の検出信号について説明する。
ベアリングカップ１３は、十字軸継手１１の回転動作に伴って、軸１２ａの中心Ｏに対して順次揺動し、その揺動角度が０deg、−５deg、０deg、＋５degと変化する。変位センサ１５１はベアリングカップ１３に固定されているので、このセンサ１５１の検知方向Ｓに対する軸１２ａの相対的な動作は図７（ａ）〜（ｄ）になる。また、同図７に矢印Maxで示すベアリングカップ１３から軸１２ａ側に作用する負荷の最大箇所に対して、当該軸１２ａの転動面１２ａ１は相対的に移動するので、当該カップ１３が図７（ａ）に示す状態から図７（ｂ）に示す状態、及び同（ｂ）に示す状態から図７（ｃ）に示す状態に揺動する間に、最大負荷箇所は転動面１２ａ１に生じた上記剥離Ｈ上を通過する。
また、このように、最大負荷箇所がベアリングカップ１３の揺動に応じて剥離Ｈ上を通過するので、その最大負荷箇所と剥離Ｈとの位置関係によっては軸１２ａに撓みが発生する。
【００２１】
具体的には、最大負荷箇所と剥離Ｈとが比較的離れているときには、図５（ａ）に示すように、軸１２ａには撓みが発生しておらず、剥離Ｈが発生していない場合と同様に、変位センサ１５１は、ベアリングカップ１３の揺動角度に応じて変化する内壁面１２ｂ１との間の距離Ｌ０を測定し、そのセンサ検出信号には撓みに起因する変動が生じない。
一方、最大負荷箇所が剥離Ｈ上を通過するとき及びその通過前後で比較的近付いているときには、図５（ｂ）に示すように、当該最大負荷箇所側への撓みが軸１２ａに発生し、その軸端部が十字軸継手１１の回転方向Ｒで図の右方向下側に傾いた状態となる。また、この軸１２ａの撓みは、剥離Ｈの深さや範囲などの程度に応じて変化するものであり、このような撓みが生じると、変位センサ１５１で検出される変位検出値も変動する。つまり、図５（ｂ）に示すように、軸１２ａの撓みにより、変位センサ１５１と内壁面１２ｂ１との間の距離Ｌ１が、撓みが生じていない場合に比べて増加している。この結果、変位センサ１５１の検出信号もまた増加して、図６（ｂ）の波形５０ｂに示すように、撓みが生じるとともに大きくなり、最大負荷箇所が剥離Ｈ上を通過し軸１２ａが最大に撓んだときにピーク値となる増加変動が現れる。そして、このような変位センサ１５１の出力変動を後述のパネルコンピュータ等で検出することにより、転動面１２ａ１での剥離Ｈ（損傷）発生の有無、及び発生した損傷の位置並びにその深さや範囲などの程度を検知するようになっている（詳細は後述）。
尚、上記の説明以外に、変位センサ１５１を上記軸孔１２ｂの中心に一致させて配置し上記揺動角度に関わらず当該センサ１５１と内壁面１２ｂ１との距離を一定にして、軸１２ａが転動面１２ａ１の損傷によって撓んだときのみ、その撓みによる当該距離の変化を変位センサ１５１が検出する構成でもよい。
【００２２】
上記子機１は、図８に示すように、変位センサ１５１からの検出信号を入力するとともに、図示しないボルト等の固定手段によって取付部１４ａの底部に固定されるセンサ基板３１と、このセンサ基板３１の上方に配置されたワイヤレス基板３２と、このワイヤレス基板３２の上方に配置されたバッテリー電源３３とを備えている。また、子機１では、互いに接離自在なコネクタにて各基板３１、３２と電源３３とが順次接続されるようになっており、当該ユニット１はビス穴１４ｃ内に挿入されるビス（図示せず）によって上記孔１３１ｂに装着される蓋１４の内部に収納されている。すなわち、センサ基板３１及びワイヤレス基板３２は、それぞれ設けられた勘合コネクタ３１ｃ及び３２ｃとが互いに連結されることでこれらの基板３１及び３２が電気的に接続され、またワイヤレス基板３２及びバッテリー電源３３は、それぞれ設けられた勘合コネクタ３２ｄ及び３３ａとが互いに連結されることでこれらの基板３２及び電源３３が電気的に接続されている。なお、図８では、図面の簡略化のために、上記支持部１４ｂの図示は省略している。また、各基板３１及び３２はモールド樹脂によりコーティングされたものであり、これら基板３１及び３２の回路等の電子部品にグリースや湿気などによる悪影響が極力生じないよう構成されている。
【００２３】
上記センサ基板３１は、変位センサ１５１からの検出信号をＡ／Ｄ変換してセンサ検出信号データを生成するＡ／Ｄ変換機能が付与されたＤＳＰ等の演算部を有するセンサ回路３１ａと、上記バッテリー電源３３に含まれた例えば二本の単三形電池３３ａからの直流をユニット各部に適宜分配供給するための電源回路３１ｂとを備えている。
上記ワイヤレス基板３２には、例えばＤＳＰを用いて構成された送受信回路３２ａと、この送受信回路３２ａや上記センサ回路３１ａなどで使用されるプログラム等のデータを保持するメモリ３２ｂとを備えており、当該ワイヤレス基板３２がセンサ回路３１ａからの上記センサ検出信号データを無線送信するデータ送信部を構成している。上記送受信回路３２ａには、所定周波数の発信波（搬送波）を発振する発振機能、この搬送波に検出信号データを乗せるための変調機能が付与されている。また、送受信回路３２ａは、後述の親機５（図９）からの発信波を受信して、その受信した発信波を復調してその発信波に含まれた同親機５からの指示信号を抽出する復調機能を有しており、前記指示信号によって子機１の各部はその駆動制御が行われるようになっている。また、送受信回路３２ａには、バッテリー電源３３の上方で蓋１４の開口端付近に配置されるアンテナ３４が接続されており、このアンテナ３４が上記センサ検出信号データのシリアルデータ列を含んだ送信波を外部に発信する。尚、この説明以外に、アンテナ３４をベアリングカップ１３の外表面に沿わせて配置する構成でもよい。
【００２４】
また、他の子機２〜４も子機１と同様に上下三段に分割配置された基板及び電源を有しており、対応する変位センサ１５２〜１５４からの検出信号データを発信するようになっている。
また、上記子機１〜４及び変位センサ１５１〜１５４は、上記軸継手監視装置Ｔに含まれたものであり、各子機１〜４にはそれぞれ識別子としての連続した整数のＩＤ番号０，１，２，３が割り当てられており、各子機１〜４の上記送受信回路３２ａでは、センサ検出結果の送信を行うときに例えばヘッダー部に割り当てられたＩＤ番号を含めて、送信波を発信するように構成されている。そして、軸継手監視装置Ｔ内で各子機１〜４と、これら子機１〜４に接続された変位センサ１５１〜１５４とを特定可能になっている。
【００２５】
図９に示すように、上記軸継手監視装置Ｔは、変位センサ１５１〜１５４（図２）と、対応するセンサ１５１〜１５４が接続された子機１〜４と、これらの各子機１〜４からの送信波を受信する親機５を備えている。この親機５には、例えばＲＳ２３２Ｃに準拠した通信線６ａを介して圧延設備内に配置されたパネルコンピュータ７が接続されている。また、このパネルコンピュータ７には、例えば１０Ｂａｓｅ−Ｔ線を用いたＬＡＮ ６ｂを介して、圧延設備から離れた監視室内などに設置されたパソコン（以下、“ＰＣ”と略称する。）８が接続されており、このＰＣ ８は、インターネット等の通信ネットワーク２０を介在させて例えば十字軸継手１１の製造メーカやそのメンテナンス会社などの情報処理端末２１に接続可能に構成されている。尚、軸継手監視装置Ｔでは、上記２本の駆動軸１０に組付けられた４つの各十字軸継手１１に子機１〜４が装着されており、パネルコンピュータ７及びＰＣ ８は当該監視装置Ｔ内に含まれた全ての各子機からの送信データを上記ＩＤ番号を基に判別し各十字軸継手１１の監視を上記軸１２ａ単位に行えるようになっている。
【００２６】
上記パネルコンピュータ７には、そのコンピュータ機能として、各子機１〜４を介して送られてきた変位センサ１５１〜１５４の上記センサ検出信号データに基づいて対応する軸１２ａでの損傷の有無、及び発生した損傷の位置並びにその深さや範囲などの程度についての判別・診断機能が付与されている。
具体的には、図６（ａ）の波形５０ａに示したように、センサ検出信号に増加変動が現れていない場合、パネルコンピュータ７は対応する軸１２ａの転動面１２ａ１に損傷が生じていないと判別する。
一方、図６（ｂ）の波形５０ｂに示したように、センサ検出信号に増加変動が現れている場合、すなわち入力した信号データに周期的でない突発的な増加変動値が含まれている場合には、パネルコンピュータ７は上記転動面１２ａ１に剥離Ｈ（損傷）が生じていると判別する。また、コンピュータ７は、図示しない位置センサから十字軸継手１１（または駆動軸１０）の回転絶対角情報を取得し、転動面１２ａ１での損傷発生位置を特定するよう構成されている。つまり、ベアリングカップ１３の揺動動作と十字軸継手１１の回転動作とは、互いに相関関係を有しており、パネルコンピュータ７はその相関関係に基づき予め入力設定されたテーブルなどを参照することで、取得した十字軸継手１１の回転絶対角情報からベアリングカップ１３の揺動状態（揺動角度・位置）を判別することができる。そして、パネルコンピュータ７は、上記揺動状態の情報と変位センサ１５１〜１５４の検出結果とを用いて、転動面１２ａ１上での剥離位置を特定できる。
また、軸１２ａの撓みは損傷の深さや範囲などの程度に応じて変化するので、パネルコンピュータ７は、上記信号データの増加変動値の時間間隔を検出することで損傷の発生範囲を検知するとともに、その増加変動値の大きさに基づき損傷の程度を検知する。
【００２７】
また、上記パネルコンピュータ７には、各子機１〜４のバッテリー電源３３での電池容量の残量管理などの監視装置Ｔの構成要素のメンテナンス作業に必要な情報管理機能、及び各センサ検出データの波形や上記センサ検出信号データの変化等の所定の履歴情報をディスプレイに表示するモニタリング機能がソフトウェアにて与えられている。
また、ＰＣ ８には、パネルコンピュータ７が有する上記のコンピュータ機能に加えて、入力した検出データやそれに基づく損傷の診断結果などのデータを保存したり、他の情報処理端末２１に上記の保存データを提供するＷｅｂサーバとして働いたりするようなサーバ機能が付与されている。
【００２８】
以上のように構成された本実施形態では、十字軸１２の各軸１２ａの内部に変位センサ１５１〜１５４を設けるとともに、各変位センサ１５１〜１５４が内壁面１２ｂ１との間の距離を測定することで対応する軸１２ａとベアリングカップ１３との間の軸１２ａの径方向の変位（相対的な変位）を検出している。そして、パネルコンピュータ７またはＰＣ ８が、転動面１２ａ１に生じた損傷に応じて軸１２ａが撓んだときに、この撓みに起因して変動する変位センサ１５１〜１５４の検出結果に基づいて、当該転動面１２ａ１での損傷発生の有無、その範囲や深さなどの程度（進行度合い）を判別している。これにより、転動面１２ａ１に対する損傷検知を含む十字軸継手１１の監視・診断を軸１２ａ単位に精度よく、かつ早期に行うことができる。この結果、従前の定期点検作業及びこれに伴う十字軸継手１１の分解作業を実施することなく、高精度な診断結果に基づくメンテナンス作業を的確なタイミングで適切に行わせることができる。
【００２９】
また、本実施形態では、各変位センサ１５１〜１５４が十字軸継手１１の回転方向Ｒと平行な方向で軸１２ａの中心Ｏを通る線上で上記最大負荷範囲Ａ側に配置されているので、これらの各変位センサ１５１〜１５４は転動面１２ａ１の損傷が生じたときに発生する軸１２ａの撓み方向に配置される。従って、各センサ１５１〜１５４は、当該撓みによる変位変動を最高感度で検出することができ、損傷検知をより高精度に行うことができる。
また、本実施形態では、各変位センサ１５１〜１５４が、対応する軸１２ａに形成された当該軸１２ａと同心のグリース通路用孔１２ｂの内部に配置されるとともに、この孔内壁面１２ｂ１との距離を測定することで上記相対的な変位を検出している。このように各変位センサ１５１〜１５４が転動面１２ａ１に生じた損傷によって撓む、軸自体の内部に設けられて上記相対的な変位を検出するので、当該センサの検出精度を向上させることができる。さらに、グリース通路用孔１２ｂを利用しているので、変位センサ１５１〜１５４を各軸内部に配置するための穴や凹部等を設けることなく、これらの各センサ１５１〜１５４を十字軸継手１１に容易に設置することができる。
【００３０】
尚、上記の説明では、圧延設備の駆動軸に組込まれる十字軸継手に適用した場合について説明したが、本発明は十字軸の軸とベアリングカップとの間の相対的な変位を検出する変位センサを上記ベアリングカップ側に設けたものであればよく、例えば鉄道車両に組付けられる駆動軸の十字軸継手の監視に本発明を用いることもできる。
また、上記の説明では、変位センサがグリース通路用の孔の内壁面との間の距離（すなわち、軸の径方向の変位）を測定するように各ベアリングカップに着脱可能な蓋に固定された構成について説明したが、本発明の変位センサの設置箇所及び検出箇所は、これに限定されるものではなく、軸の転動面に生じた損傷により当該軸が撓んだときに発生するベアリングカップとの間の相対的な変位を検出できるものであれば何等限定されない。具体的には、図５（ｂ）に示したように、軸が撓んだときに上記カップ部の底面側に傾くスラストワッシャとの間の距離、つまり軸の軸方向の変位を変位センサにて測定することで上記相対的な変位を検出する構成でもよい。また、上記最大負荷範囲側に変位センサを配置した場合について説明したが、十字軸継手の回転方向と平行な方向で軸中心を通る線上またはその近傍に配置したものであればよく、最大負荷範囲と十字軸継手の回転方向で１８０deg反対の最小負荷範囲側に変位センサを配置する構成でもよい。
【００３１】
また、上記の説明では、渦電流式の変位センサを用いた構成について説明したが、本発明は、上記変位を検出することができるセンサであれば、センサの種類や設置数等は上記のものに何等限定されない。具体的には、静電容量式、光学式、超音波式、または接触式などの他のタイプの変位センサを使用することもできる。但し、渦電流式センサを用いる場合の方が、センサ自体の構成が他のタイプよりもコンパクトであることから、その取付を容易に行うことができる。また、渦電流式センサは、グリースに含浸された状態でも、変位を正常に検出できることから、上記設置孔の開口部を塞ぐことなく、ベアリングカップ側に設けることができる点でも好ましい。
また、上記の説明では、パネルコンピュータまたはＰＣにおいて、変位センサの検出結果に基づく損傷有無やその進行度合いの判別処理を行わせる構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば上記センサ回路に設けたＤＳＰ等のデータ処理部において上記の判別処理を実行させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】鉄鋼メーカの圧延設備に使用される駆動軸を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る軸継手監視装置の主要部を駆動軸の軸方向から見た図である（一部断面を含む。）。
【図３】上記軸継手監視装置の変位センサを示す拡大断面図である。
【図４】図２に示した十字軸継手における揺動動作を示す図であり、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ上記駆動軸の作動角及びこの作動角によって軸に対して揺動するベアリングカップを示す図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ軸が撓んでいない場合及び撓んでいる場合での上記変位センサの動作を示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ転動面に損傷が生じていない場合及び転動面に損傷が生じている場合での上記変位センサの具体的な出力波形を示す波形図である。
【図７】上記軸継手監視装置での損傷発生箇所の特定方法を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）は損傷発生箇所と上記ベアリングカップの揺動に伴って変化する変位センサの検出位置との関係を示す図である。
【図８】上記軸継手監視装置に含まれた子機の要部構成例を示す図である。
【図９】上記軸継手監視装置の具体的な全体構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０    駆動軸
１１    十字軸継手
１２    十字軸
１２ａ    軸
１２ａ１    転動面
１２ｂ    グリース通路用の孔
１３    ベアリングカップ
１５１〜１５４    変位センサ
Ｔ    軸継手監視装置
【図１】
0004687005.tif 000002
【図２】
0004687005.tif 000003
【図３】
0004687005.tif 000004
【図４】
0004687005.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004687005.tif 000007
【図７】
0004687005.tif 000008
【図８】
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【図９】
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