(57)【要約】【課題】短期間で冷却ファンの寿命を推定する。【解決手段】この加速寿命試験システムは、被試験ファンを含む冷却ファンの軸受振動を計測する振動計測手段１００と、前記軸受振動から軸受の軸受損傷度を演算する振動演算装置２００と、振動演算装置２００で演算された複数の異なる加速寿命試験時間での軸受損傷度から被試験ファンの寿命時間を演算する寿命時間演算装置３００とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の冷却ファンを所要温度に加熱して回転させて加速寿命試験を行なう加速寿命試験システムであって、
被試験ファンを含む冷却ファンの軸受振動を計測する振動計測手段と、前記軸受振動から軸受の軸受損傷度を演算する振動演算装置と、前記振動演算装置で演算された複数の異なる加速寿命試験時間での軸受損傷度に基づいて被試験ファンの寿命時間を演算する寿命時間演算装置とを備えていることを特徴とする冷却ファンの加速寿命試験システム。
【請求項２】
前記振動演算装置は、前記振動計測手段で計測した軸受振動波形から所要の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタ通過後の波形を包絡線処理する包絡線化処理器と、該包絡線化処理器で処理された包絡線波形から最大値や平均値などで表される軸受損傷度を演算する損傷度演算器とを有することを特徴とする請求項１記載の冷却ファンの加速寿命試験システム。
【請求項３】
前記寿命時間演算装置は、前記振動演算装置で演算された軸受損傷度を記憶する記憶器と、該記憶器に記億された寿命試験時間と軸受損傷度との関係を数式化する近似式演算器と、該近似式演算器で演算された近似式から軸受損傷度の寿命判定値を算出する寿命判定値算出器と、該寿命判定値算出器で算出した判定値と前記近似式演算器で演算された近似式とから寿命時間を算出する寿命時間算出器と、該寿命時間算出器で算出された寿命時間を表示する出力表示器とを有することを特徴とする請求項１または２記載の冷却ファンの加速寿命試験システム。
【請求項４】
前記近似式演算器は、前記記憶器に記憶された複数の異なる寿命試験時間と軸受損傷度の関係を数式化することを特徴とする請求項３記載の冷却ファンの加速寿命試験システム。
【請求項５】
前記寿命判定値算出器は、前記近似式演算器で演算された予め寿命時間が分かっている冷却ファンの近似式から軸受損傷度の寿命判定値を算出することを特徴とする請求項３記載の冷却ファンの加速寿命試験システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータやパソコンのハードディスク等に使用される冷却ファンの加速寿命試験システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に搭載される電子部品は小型化、高密度実装化などにより単位体積当たりの発熱が年々増大する傾向にあり、安定化・長寿命化が重要になっている。さらに、新機種開発のスピードアップにより機器の冷却ファンの選定では、信頼性を確保するための寿命試験、特に冷却ファンの故障で最大の要因であるベアリングの寿命試験を短期間で効率的に実施することが望まれている。
【０００３】
従来、この種の寿命試験は、所要の試料（冷却ファン）を恒温槽内にセットして、外部から電源を供給し、使用温度以上の高温下や定格回転数以上の回転数で試料を回転させて、回転数が所要の比率まで低下したときの時間で寿命を推定する加速寿命試験が行われている。
但し、冷却ファンの場合、温度による加速寿命試験は、一般的に知られているアレニウスの１０℃半減則ではなく、１５℃半減時間を採用しており、回転数に関しては下記（１）式を基に寿命推定を行っている（非特許文献１参照）。
ＬｏｇＬ５０＝−２．０２×１０−６Ｖ・・・（１）
ここで、Ｌ５０は寿命（ｈ）、ＶはｄｍＮ値［ｄｍ：ベアリングのピッチ円直径、Ｎ：回転速度（ｍｉｎ−１）］
【０００４】
また、転がり軸受の余寿命を求める方法として、特許文献１では、軸受内の潤滑油中に含まれている磨耗粒子を定量フェログラフィ法で測定して異常磨耗指数を求め、この異常磨耗指数による軸受劣化曲線と、異常磨耗指数と軸受の振動加速度との相関曲線を求めている。これにより、同文献では、振動加速度を基準とした軸受劣化曲線を求め、２つの測定時点で測定した振動加速度から寿命を推定するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５８４０８５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＮＴＮテクニカルレビューＮｏ６９（２００１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述したような寿命試験の対象となる冷却ファンは、高寿命の小型ファンが多く、冷却ファンの構成部品としてはミニチュアベアリングなども採用され、また、樹脂材の軸受ハウジングもある。このため、むやみに高温下での加速寿命試験ができない。つまり、従来の寿命試験方法では、例えば５０℃で６万時間の寿命を確認するためには、９０℃の加速寿命試験であっても１年以上の試験時間が必要であった。また、ミニチュアベアリングはベアリング径が小さいので、回転数を２倍にしても１０％程度の加速時間としかならず、そのため、数ヶ月程度の短期間では寿命試験を終了させることができないといった問題があった。
【０００８】
さらに、軸受の異常磨耗指数と軸受振動加速度の関係から寿命を推定する方法は、異常磨耗指数による寿命曲線および振動加速度との相関を得なければならず、寿命を推定するマスターカーブが短期間で求まらないといった問題があった。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、短期間で冷却ファンの寿命を推定することのできる加速寿命試験システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る冷却ファンの加速寿命試験システムは、複数の冷却ファンを所要温度に加熱して回転させて加速寿命試験を行なう加速寿命試験システムであって、被試験ファンを含む冷却ファンの軸受振動を計測する振動計測手段と、前記軸受振動から軸受の軸受損傷度を演算する振動演算装置と、前記振動演算装置で演算された複数の異なる加速寿命試験時間での軸受損傷度に基づいて被試験ファンの寿命時間を演算する寿命時間演算装置とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
ここで、本発明の一態様に係る冷却ファンの加速寿命試験システムにおいて、前記振動演算装置が、前記振動計測手段で計測した軸受振動波形から所要の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタ通過後の波形を包絡線処理する包絡線化処理器と、該包絡線化処理器で処理された包絡線波形から最大値や平均値などで表される軸受損傷度を演算する損傷度演算器とを有することは好ましい。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る冷却ファンの加速寿命試験システムにおいて、前記寿命時間演算装置が、前記振動演算装置で演算された軸受損傷度を記憶する記憶器と、該記憶器に記億された寿命試験時間と軸受損傷度との関係を数式化する近似式演算器と、該近似式演算器で演算された近似式から軸受損傷度の寿命判定値を算出する寿命判定値算出器と、該寿命判定値算出器で算出した判定値と前記近似式演算器で演算された近似式とから寿命時間を算出する寿命時間算出器と、該寿命時間算出器で算出された寿命時間を表示する出力表示器とを有することは好ましい。
【００１２】
さらに、前記近似式演算器が、前記記憶器に記憶された複数の異なる寿命試験時間と軸受損傷度の関係を数式化することは好ましい。
また、前記寿命判定値算出器が、前記近似式演算器で演算された予め寿命時間が分かっている冷却ファンの近似式から軸受損傷度の寿命判定値を算出することは好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、冷却ファンの軸受振動を計測し、その軸受振動から軸受損傷度を演算し、演算された複数の異なる加速寿命試験時間での軸受損傷度から寿命時間を演算することにより、短期間で冷却ファンの寿命を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一態様に係る加速寿命試験システムの一実施形態のシステム構成を説明するブロック図である。
【図２】本発明の一態様に係る加速寿命試験システムの一実施形態での試験手順を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の一態様に係る加速寿命試験システムの一実施形態での寿命時間判定方法の説明図である。
【図４】加速寿命試験時に測定した軸受振動波形の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一態様に係る加速寿命試験システムの一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１に示すように、この加速寿命試験システムは、試験する冷却ファンとして、現在使用されている冷却ファン（以下、「現行ファン」ともいう）と、寿命試験の対象となる冷却ファン（以下、「被試験ファン」ともいう）の軸受振動をそれぞれ計測する加速度センサ１ａ，１ｂと、各出力信号を増幅するアンプ２ａ，２ｂとを有する振動計測手段１００と、振動計測手段１００で計測された軸受振動波形から軸受の軸受損傷度を求める振動演算装置２００と、適宜の加速寿命試験過程における試験時間と軸受損傷度とから冷却ファンの寿命判定値ＱＬ（図３参照）を求め、被試験ファンの寿命時間Ｌｔ（図３参照）を算出する寿命時間演算装置３００とを備えている。
【００１６】
上記振動演算装置２００は、バンドパスフィルタ３ａ，３ｂ、包絡線化処理器４ａ，４ｂ、および損傷度演算器５を有する。包絡線化処理器４ａ，４ｂは、振動計測手段１００で計測された軸受振動波形から、軸受に起因する高周波振動成分を抽出するものであり、例えば１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚのバンドパスフィルタ３ａ，３ｂでフィルタ処理後の波形を包絡線化する。損傷度演算器５は、包絡線波形を一旦記億し、その記憶した包絡線波形から軸受の軸受損傷度を求める。なお、軸受損傷度は、最大値や軸受診断に使用される下記（２）式から求めたＱ値などである。
Ｑ＝Ｖｒｍｓ×Ｖｐ［｜（Ｖｐ／Ｖｒｍｓ）−５｜＋ｂ］・・・（２）
但し、Ｖｒｍｓは、振動包絡線波形の実効値，Ｖｐは最大値，ｂは定数である。
【００１７】
上記寿命時間演算装置３００は、記憶器６、近似式演算器７、寿命判定値算出器８、寿命時間算出器９および出力表示器１０を備えている。
記憶器６は、振動演算装置２００で演算された軸受損傷度をその時の試験時間とともに記億する。近似式演算器７は、記憶器６に記億された適宜の試験時間における軸受損傷度と試験時間とからその関係の近似式を求める。寿命判定値算出器８は、近似式演算器７で求めた近似式から寿命時間での軸受損傷度を求める。寿命時間算出器９は、寿命判定値算出器８で求めた軸受損傷度の寿命判定値と前記近似式演算器７で求めた近似式とから寿命時間を算出する。出力表示器１０は、寿命時間算出器９で算出された寿命時間を表示する。なお、近似式演算器７は、現在すでに使用されている現行ファンのように寿命時間が予め分かっている冷却ファンと被試験ファンのそれぞれの軸受振動波形から軸受損傷度を近似する演算器であり、寿命判定値算出器８は、予め寿命時間が分かっている現行ファンの寿命時間とその近似式から寿命判定値を算出するものである。
【００１８】
次に、軸受損傷度、つまりＱ値を使用して５０℃での寿命時間を求める場合を例に、上記実施形態の加速寿命試験システムでの加速試験の手順を、図２のフローチャートと図３に示す寿命時間判定方法の説明図を適宜参照して説明する。
この加速寿命試験システムで加速試験を行なうときは、まず、予め寿命時間が判っている現行ファンと被試験ファン複数個に対して、振動計測手段１００で軸受振動をそれぞれ測定し、振動演算装置２００で加速試験前の初期の軸受損傷度Ｑを求め、寿命時間演算装置３００の記憶器６に記憶する（ステップＳ１）。
【００１９】
その後、測定した現行ファンと被試験ファン複数個を、それぞれ８０℃、９０℃、１００℃の試験温度の下に定格回転数で回転させる（ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４）。連続試験時間が適宜の時間経過した時点（ここでは１０００時間）で、それぞれの軸受振動を振動計測手段１００で測定してその時点でのＱ値を求め、寿命時間演算装置３００の記憶器６に記憶する（ステップＳ５）。なお、振動演算装置２００は、不図示のカウンタやタイマーを備えており、設定したインターバルで自動的にＱ値を求めるようになっている。以後同様に、適宜の時間経過した後（本実施形態の例では２０００時間、３０００時間）のＱ値を求め記憶器６に記憶する（ステップＳ５）。
【００２０】
求めたＱ値に初期値からの傾向変化が現れた時点で、現行ファンと被試験ファンに対し各試験温度の加速時間を５０℃に換算し、試験時間と軸受損傷度Ｑの各近似式（現行ファン（ａ）：図３に示す実線のグラフ参照および被試験ファン（ｂ）：図３に示す破線のグラフ参照）を、寿命時間演算装置３００の近似式演算器７でそれぞれ求める（ステップＳ６）。
【００２１】
次いで、５０℃に換算時の、図３に示す寿命判定値ＱＬおよび被試験ファンの寿命時間Ｌｔを求める。つまり、求めた現行ファンの近似式（ａ）と予め設定した現行ファンの寿命時間Ｌｏとから寿命判定値ＱＬを寿命判定値算出器８で算出するとともに（ステップＳ７）、算出した寿命判定値ＱＬと被試験ファンの近似式（ｂ）から被試験ファンの寿命時間Ｌｔを寿命時間算出器９で算出する（ステップＳ８）。算出した寿命時間Ｌｔは出力表示器１０で表示する（ステップＳ９）。
【００２２】
図４の（ａ）〜（ｄ）に、１００℃で加速試験を行ったときに、試験前から３０００時間経過後の軸受振動波形の例をそれぞれ示す。これらの図に示すように、時間経過と共に明らかに振動レベルが大きくなる傾向があることが分かる。ここで５０℃に対する概略の加速時間倍率は、８０℃、９０℃、１００℃においては２倍、６倍、１０倍となる。そのため、１０００時間で求めたそれぞれの試験温度（８０℃、９０℃、１００℃）でのＱ値は、２０００時間、６０００時間および１００００時間でのＱ値となる。
【００２３】
したがって、この加速寿命試験システムによれば、現行ファンと被試験ファンの軸受振動をそれぞれ計測し、その軸受振動から軸受損傷度（Ｑ値）を演算し、演算された複数の異なる加速寿命試験時間（本実施形態の例では１０００時間、２０００時間、３０００時間）での軸受損傷度（Ｑ値）に基づいて寿命判定値ＱＬを求めて被試験ファンの寿命時間Ｌｔを演算することにより、短期間で冷却ファン（被試験ファン）の寿命を推定することができる。
【００２４】
なお、本発明に係る加速寿命試験システムの構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば試験温度条件は１条件でもよいが、本実施例のように複数の異なる温度条件で試験をすると５０℃で時間換算した時に、より多くのＱ値データが得られるので、近似式の精度が向上する。また、図３では現行ファン１台でのデータを対比する例として示したが、複数台で測定したデータを対比する例として使用すれば、ばらつきの範囲も考慮した寿命時間を求めることができる。
【００２５】
また、本実施形態の例では、所要のインターバルで求めた軸受損傷度で近似式を求めたが、連続して求めた軸受損傷度から近似式を求めてもよく、また、ある期間求めた軸受損傷度の平均値から近似式を求めてもよい。これにより、一層精度のよい試験時間と軸受損傷度Ｑの近似式を求めることができる。
また、現行ファンに基づいて事前に寿命判定値ＱＬが判っている場合は、被試験ファンのみについて近似式を求めればよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００２６】
１ａ，１ｂ・・・加速度センサ
２ａ，２ｂ・・・アンプ
３ａ，３ｂ・・・バンドパスフィルタ
４ａ，４ｂ・・・包絡線化処理器
５・・・・・・損傷度演算器
６・・・・・・記憶器
７・・・・・・近似式演算器
８・・・・・・寿命判定値算出器
９・・・・・・寿命時間算出器
１０・・・・・出力表示器
１００・・・・振動計測手段
２００・・・・振動演算装置
３００・・・・寿命時間演算装置 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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